[发明专利]具有汽液两相散热回路的干式变压器

说明书

技术领域

本发明涉及一种干式散热的变压器构造；更具体地将，本发明涉及一种具有汽液两相散热回路的干式变压器。

背景技术

传统的变压器一般使用油浸式散热方式，通过油的自然对流把线圈所产生的热量带出来，散到空气中。但是这种散热方法效率较低。

后来，人们发明了蒸发冷却变压器，通过对变压器线圈表面喷淋(如日本专利第58101407号和第58216409号所公开的相关技术)，或利用特殊设计的线圈表面的液体膜蒸发(如美国专利第3887759号和第4011535号所公开的相关技术)进行散热。

对置于地下的变压器，还发明了“热管”(如日本专利第7037725号所公开的相关技术)，或“回路热管”(如日本专利第7220936号所公开的相关技术)的散热方法。但是，在以上发明中，变压器都被置于封装容器内，变压器通过绝缘气体、液体或液体的蒸发来冷却；“回路热管”方法还包括多重热交换器，换热效率低。

随着干式变压器以及散热技术的发展，以上变压器散热方法不能提供高效的散热效率。干式变压器一般采用空气自然对流的散热方式。例如，在发热量较大的低压线圈与高压线圈之间，保留着一道数十毫米的间隙，以便足够量的空气通过，对低压线圈和高压线圈进行散热。但是，这种设计对低功率的干式变压器是有效的，但随着功率的增大，线圈体积增大，同时发热量大，一般的空气自然对流不能有效地对干式变压器进行冷却。

因此，提供一种能够实现高效散热的干式变压器成为急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现高效散热的具有汽液两相散热回路的干式变压器。

本发明的技术方案是这样实现的：提供一种具有汽液两相散热回路的干式变压器，包括至少一个铁芯以及至少一个绕着铁芯设置的线圈组件，其中，干式变压器具有至少一个汽液两相散热回路，汽液两相散热回路包括设置在线圈组件区域的蒸发器、设置在干式变压器外部的冷凝器、连接在蒸发器的汽相出口与冷凝器的汽相入口之间的汽相管道、连接在冷凝器的液相出口与蒸发器的液相入口之间的液相管道、以及在汽液两相散热回路内循环流动的汽液两相工质。

本发明的干式变压器两相回路散热方式是通过处于变压器内部的蒸发器以液体(如水)蒸发的方式吸收线圈所发出的热量，通过回路循环把蒸汽带到变压器外部的冷凝器，重新冷凝成液体，同时把热量通过冷凝器散发到空气中去。与一般的蒸发式散热变压器不同，本发明的蒸发-冷凝过程完成发生在回路的内部，因此体积小，所需冷却工质也少。

本发明采用一种回路式的两相散热技术，不仅能对大型干式变压器实现有效的冷却，而且可以减小低压线圈与高压线圈之间的间隙，从而节省线圈线材。

本发明还利用(或部分利用)液体的蒸发把部分热转化为蒸汽的动能和液体的势能，驱动(或辅助驱动)回路循环，实现高效的变压器散热。

回路的驱动方式视变压器的结构、散热量等技术要求而定，回路主要部件的结构及其所处的位置也因此有所不同。回路的驱动方式包括泵驱动，重力驱动和毛细力驱动。对散热量需求较小的一般采用蒸发-重力驱动和毛细力驱动方式，其特点是无运动机械部件及外部能源；对散热量需求大的一般采用泵驱动方式。依蒸发器的结构(如螺旋式蒸发器)，蒸发器可通过电绝缘连接器与回路连接，使液体在回路内循环的同时，抑制或降低电涡流损耗。电绝缘连接可以在蒸发器进口或出口端，也可以在蒸发器进口和出口端同时连接。

两相回路的工质可以是(但不局限于)水、氨、丙烯等；一般要求是无毒、非易燃、非导电流体，并且其凝固点要低于变压器工作环境的最低温度；工质可以纯物质，也可以是两种或两种以上不同物质所组成的混合物，例如，质量比为9∶1的水氨混合物。

可选择地，冷凝器可以设置在干式变压器的上方。此时，进一步包括设置在冷凝器的液相出口与蒸发器的液相入口之间的储液器，储液器也位于干式变压器的上方。此时，优选地，蒸发器的液相入口之前设置单向阀、过滤器以及电绝缘连接器；并且，单向阀与绝缘连接器可集成为一个整体。储液器的底壁向储液器的出口端倾斜。可选择地，当储液器位于干式变压器的上方时，冷凝器和储液器可以结合成冷凝储液器。

可选择地，进一步包括设置在液相管道中的循环泵，此时，冷凝器和储液器可以设置在干式变压器外部的任意位置，比如干式变压器的上方或下方。此时，优选地，蒸发器的液相入口之前设置与循环泵并联的单向阀。

可选择地，进一步包括设置在冷凝器的液相出口与蒸发器的液相入口之间的储液器，储液器位于干式变压器的下方。此时，优选地，储液器内设置至少一个毛细吸液芯，毛细吸液芯至少向上延伸至蒸发器入口处。