专利名称：变压器用冷却器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变压器用冷却器。
下面说明现有变压器用冷却器。
图13为变压器的断面图，变压器具变压器本体41、油循环用泵42、冷却器43及储油筒44构成。变压器由于线圈45和铁心46的损失而发热，温度上升使绝缘体劣化而带来绝缘破坏等重大问题，所以，通过在变压器41内部循环绝缘油而保持在一定温度以下。绝缘油由设于变压器本体41外部的油循环用泵42进行循环，在变压器本体41内部流动吸走热量，然后，引导至设于变压器体体41外部的冷却器43内，与空气进行热交换而加以冷却，接着再次流入变压器本体41内。储油筒44为用于吸收线圈45等产生的热使绝缘油膨胀时的体积变化的装置，在内部设置有封入了空气的橡胶袋等具有体积收缩性的构件。在变压器内循环的绝缘油由于需要存在于储油筒高度以下，所以，储油筒44总是设在比变压器本体41、冷却器43上面高的位置。
图14(a)、(b)为变压器的冷却器的侧面图。另外，图15为热交换器的透视图，为了示出内部而将一部分剖开。冷却器相应于变压器的容量(容量大时发热量也增大)通常搭载多台。变压器用冷却器43通常由送风机51和散热片管型热交换器52构成。在散热片管型热交换器52中，绝缘油在与联箱53接续的多个传热管2内流动，另一方面，由送风机51驱动的空气在与传热管2垂直设置的多个散热片1间流动，从而在绝缘油与空气间进行热交换。从图13、14可知，变压器用冷却器43的体积与变压器本体41相比不能忽略不计。
如上所述，变压器用冷却器的体积与变压器本体相比不能忽略不计，另外，需要相应于变压器的容量并列设置多个冷却器。所以，不仅冷却器制造费用和接续到变压器本体的配管、泵的费用增大，而且输送到设置变压器的现场的费用也增大。此外，用于在现场设置变压器的空间需求变得更多，并且基础工程的费用增大。另外，当冷却器大型化时，需要加强用于安装到变压器本体的支承部，或加强搭载冷却器的台架的强度，从而导致费用增大。另外，当为了获得冷却容量而在高度方向增大冷却器时，需要相应地增大储油筒高度，即使变压器本体自身紧凑，整体高度也会变大，由于输送时的高度限制，需要将变压器本体与冷却器和储油筒分解后输送，然后在现场再次组装。为此，输送费用增加，同时消耗多余的组装时间和费用。当冷却器增大时，送风机或油循环用泵产生的辅机损失增加。
由以上叙述可知，使变压器用冷却器的本体小型化或使1台冷却器的冷却容量提高从而减少设置个数非常重要。在增加冷却器冷却容量的一个方法中采用了这样的方式，即，在热交换器的散热片上设置切起片，提高空气与散热片间的传热系数，由更少的传热面积获得必要的换热能力。图16例如为示于日本专利公报特开平2-33595号中的那样的散热片的图，(a)为平面图，(b)为沿(a)的B-B线的断面图。在散热片1形成切起片3。然而，由于在形成切起片3的部分的空气流的压力损失增大，所以，空气选择性地流动到不存在切起片的传热管2近旁的压力损失较小的区域，因而流过切起片群的空气的流速减少，有时不能充分得到所期望的传热促进效果。在决定切起片的宽度或设置个数时，由于没有针对散热片间的空气流充分研究如何才能使得在切起片上的温度边界层的形成最佳化，所以，存在不能充分获得换热性能的问题。在相对空气流20形成角度地设置的切起片的脚部3c，由于空气不沿脚部流动，所以在脚部下游产生剥离，阻碍脚部下游的传热，并进一步增大形状损失带来的压力损失。
本发明就是为了解决上述那样的问题而作出的，其目的在于获得小型的、压力损失小并且换热能力大的变压器用冷却器。
本发明第1方案的变压器用冷却器，具有相互平行配置的多个散热片、垂直贯通这些散热片并且来自变压器本体的流体在其内部流过的传热管、以及使空气在上述散热片间流动的送风机，由上述空气冷却上述流体；其特征在于上述散热片由板状的散热片基底和多个切起片构成，该多个切起片从该散热片基底切割立起，位移到与上述散热片基底平行的平面，并与上述空气流相向地开口，如设相邻的上述散热片基底的间隔为Hf[m]，上述空气流方向上的1列上述散热片的长度为Lp[m]，上述空气流方向的1列上述切起片的数量为N，则heff＝0.056/Hf×{1+N(5100×Hf2/Lp)}NTU＝0.000415(Lp×heff)/Hf设N＝0时的NTU为NTUo，并设ΔP*＝N(1700×Hf2/Lp)Q*＝{1-exp(-NTU)}/{1-exp(-NTUo)}-1则可使ΔP*≤Q*成立。
本发明第2方案的变压器用冷却器，在第1方案的变压器用冷却器中，当空气流方向的切起片的宽度a＝0.003～0.005m、1列散热片的长度Lp＝0.04m～0.06m、上述散热片的叠置方向的节距fp＝0.003～0.004m、传热管的外径D＝0.02m～0.03m、上述空气流方向的上述传热管的节距Dp＝0.04m～0.06m、上述空气流方向的列数N1＝2～4、上述散热片的前面风速Uf＝1-4m/s时，上述空气流方向的切起片数N在4以下。
本发明第3方案的变压器用冷却器，在第1方案的变压器用冷却器中，在切起片上形成的温度边界层的厚度的最大值在相邻散热片基底间隔的1/2以下。
本发明第4方案的变压器用冷却器，在第1方案的变压器用冷却器中，使空气流方向的切起片宽度a[m]具有a≤2040×Hf2的关系。
本发明第5方案的变压器用冷却器，在第1方案的变压器用冷却器中，当2040Hf2≤0.001时，空气流方向的切起片的宽度a[m]为a＝0.001。
本发明第6方案的变压器用冷却器，在第1～6中任何一项方案的变压器用冷却器中，在与空气流方向平行地外切于传热管的2个平面之间，并且在传热管的上述空气流的上游侧，配置1个以上的切起片的一部分或全体。
本发明第7方案发明的变压器用冷却器，在第6方案变压器用冷却器中，在与空气流方向平行地外切于传热管的2个平面之间，并且在传热管的上述空气流的上游侧，配置1个以上的切起片的脚部的一部分或全体。
本发明第8方案的变压器用冷却器，在第1～5中任何一项方案的变压器用冷却器中，切起片的脚部与近旁的局部气流方向平行地配置。
本发明第9方案的变压器用冷却器，在第1～5中任何一项方案的变压器用冷却器中，配置在沿与空气流垂直的方向相邻的2个传热管之间的切起片，在与上述空气流方向垂直的方向上仅配置1个。
图1为本发明实施形式1的变压器用冷却器的散热片平面图、断面图及透视图。
图2为本发明实施形式1的变压器用冷却器的散热片的断面图。
图3为示出本发明实施形式1的变压器用冷却器的散热片的切起片数与压力损失及传热量的关系图。
图4为示出本发明实施形式1的变压器用冷却器的散热片的切起片数与综合性能的关系图。
图5为用于示出本发明实施形式1的变压器用冷却器的效果的侧面示意图。
图6为用于示出本发明实施形式1的变压器用冷却器的效果的侧面示意图。
图7为用于示出本发明实施形式1的变压器用冷却器的效果的侧面示意图。
图8为用于示出本发明实施形式1的变压器用冷却器的效果的平面示意图。
图9为本发明实施形式2的变压器用冷却器的散热片的平面图。
图10为本发明实施形式3的变压器用冷却器的散热片的平面图。
图11为本发明实施形式4的变压器用冷却器的散热片的平面图。
图12为本发明实施形式5的变压器用冷却器的散热片的平面图。
图13为变压器的断面图。
图14为变压器用冷却器的侧面图和平面图。
图15为变压器用冷却器的透视图。
图16为现有变压器用冷却器的散热片的平面图和断面图。
实施形式1图1为本发明的实施形式1的变压器用冷却器(以下称冷却器)的散热片的图，(a)为散热片的平面图，(b)为放大了其中一部分的平面图，(c)为(b)的散热片的断面图。在图中，符号1为散热片，在叠置方向相互平行地配置多个散热片1.在图1(a)中，称朝里方向为叠置方向，称上下方向为段方向，称左右方向为列方向。
符号2为相对散热片1垂直贯通地设置的传热管。散热片1由板状的散热片基底5和切起片3构成，该切起片3被从散热片基底5切割立起，位移到与散热片基底5平行的平面。图1(c)为散热片的透视图，切起片3具有脚部3c，由脚部3c支承于散热片基底5。
在传热管2内，流动从图示以外的油循环泵输送的绝缘油。符号20示出由图示以外的送风机送往散热片1之间的空气流，切起片3形成与该空气流20相向地开口的开口部34。
由上述散热片1和传热管2构成热交换器，并且冷却器全体和变压器全体的构成与图13-15所示的构成相同，通过冷却器中的绝缘油-空气间的换热将变压器本体产生的热散发到外部空气。
在本实施形式中，散热片1的叠置方向的节距fp＝0.004m，散热片厚度tf＝0.0004m，另外，空气流20的方向上的散热片1的长度即1列的长度Lp＝0.055m，热交换器的前面风速Uf＝1.0m/s，与空气流20垂直的在段方向上的传热管2的节距Dp＝0.048m，传热管2的外径D＝0.025m。散热片间的自由通过体积基准的风速U＝2.7m/s。自由通过体积基准的风速U由下式定义。U＝Uf×Lp×Dp×fp/{(Lp×Dp-π/4×D2)(fp-tf)}…… (1)
空气流20方向的切起片3的尺寸，即切起片3的宽度a设定为a＝4mm。另外，空气流20方向的1列，即每1列传热管的切起片3的个数N设定为N＝3，该3个切起片3设置成大体相等间隔。
下面，说明本实施形式的动作。图2的(a)为散热片的断面图，(b)为放大了该切起片部分的断面图。流过热交换器的散热片1间的空气通过与散热片1进行热交换而被加热。在散热片1的表面，如图2所示那样，形成温度边界层11，传热通过该温度边界层11进行。一般情况下，温度边界层11越薄，空气与散热片1的每单位温差的传热量越大，如图2(b)所示，温度边界层11在切起片3的风上侧前端更新，切起片3的空气流方向上游端处的温度边界层厚度非常薄，换言之，温度梯度非常大，所以，如图2(a)下方所示那样，散热片前端处的每单位面积的传热量即热通量[W/m2]增加。
散热片1沿叠置方向以节距fp叠置，如fp小，则从切起片3的空气流方向上游端形成的温度边界层11在下游位置与从在叠置方向上相邻的切起片形成的温度边界层11干涉。在发生干涉的位置的下游，温度边界层的厚度为一定值，在空气流方向上，每单位长度的传热量为一定值。
另一方面，如设温度边界层的厚度为dt，则从切起片3的空气流方向上游端沿流动方向离开距离x的位置处的温度边界层dt由下式表示。dt＝5.0×(ν×x/U)0.5/Pr0.3……(2)其中，ν为动粘性系数，在常温常压空气的场合，ν＝0.0000161[m2/s]。U为自由通过体积基准的风速。Pr为普兰特准数，在常温常压空气的场合，Pr＝0.72。
当将散热片基底间隔Hf定义为Hf＝fp-tf时，要促进切起片表面与空气之间的传热，就必须使切起片3的下游即x＝a处的上述温度边界层厚度dt在散热片间宽度Hf的1/2以下。因此，设定切起片的宽度a，以满足a≤U/ν×Pr0.6×(Hf/10)2＝510×U×Hf2……(3)的条件。在变压器用冷却器的标准使用范围中，自由通过体积基准的风速U＝1～4m/s左右，因此a≤510×Hf2～2040×Hf2……(4)但是，计算时，需要注意a、Hf的单位都为[m]。例如，如设fp＝0.004m、tf＝0.0004m，则Hf＝0.0036m，从(4)式得到a≤0.0066～0.026m的范围。
另一方面，散热片1的切起片3由于通过使用金属模具的压力加工形成，所以，存在切起片的可能的极限尺寸，通常，上述切起片宽度a为0.001m左右。因此，当满足上述不等式的范围低于上述加工极限尺寸时，制造实际上难以实现。因此，在该场合，切起片宽度a＝0.001m。
此时，表示每切起片的单位面积、单位温差的传热量的传热系数hs[W/m2K]如下式那样计算。即hs＝k/a×0.664×Rea0.5×pr0.3……(5)其中，k为传热系数，Pr为普兰特准数，k＝0.0261[W/mK]、Pr＝0.72[-]。另外，Rea为雷诺数，由下式定义。Rea＝U×a/ν ……(6)因此，hs＝3.914×(U/a)0.5……(7)如将从(3)式导出的a≤510×U×Hf2……(8)代入(7)式，则hs≥0.173/Hf ……(9)另一方面，没有切起片的场合的平面散热片的传热系数hb大体可如以下那样计算。hb＝k/(Hf×2)×4.3 ……(10)因此，hb＝0.056/Hf……(11)如将形成于1列长度为Lp的散热片平面上的、处于空气流方向的切起片的数量设为N，则有效传热系数heff为上述2个传热系数hs、hb的面积加权平均值。即heff＝hb+(N×a/Lp)×(hs-hb)……(12)因此，切起片产生的传热系数的增加比例h*为h*＝(N×a/Lp)×(hs/hb-1)≥N×(1274×U×Hf2/Lp) ……(13)由以上可知，传热系数与切起片个数N成比例地增加。
但是，传热系数与传热量没有比例关系，在空气流到下游的过程中，空气温度接近散热面的温度，传热量逐渐接近一定值。具体地说，每单位温差的传热量Q由下式计算。Q＝ρ×Cp×U×Hf×{1-exp(-NTU)} ……(14)其中，ρ为密度，在常温常压的空气的场合大约为1.2[kg/m3]，Cp为比热，在常温常压的空气的场合为1004[J/kgk]。因此，Q＝1205×U×Hf×{1-exp(-NTU)}……(15)另外，NTU为传热单位数，NTU＝(NL×Lp×heff)/(ρ×Cp×U×Hf)＝0.00166×(Lp×heff)/(U×Hf) ……(16)其中，NL为沿空气的流动方向设置的传热管的列数。Heff为在上面计算的传热系数，heff＝0.056/Hf×{1+N×(1274×U×Hf2/Lp)} ……(17)切起片的设置产生的Q的上升程度Q*可如下那样表示。Q*＝{1-exp(-NTU)}/{1-exp(-NTUo)}-1 ……(18)其中，NTUo为切起片数N＝0时的NTU。在变压器用冷却器中，一般的风速上限大约为U＝4m/s左右，所以，Q*的实际上限按(16)式由以下的NTU下限值计算。NTU＝0.000415×(Lp×heff)/Hf ……(19)下面，说明压力损失与N的关系，以给出流动方向的切起片的个数N的最佳值。如切起片的个数N多，则上述温度边界层的更新的效果使传热量增加，但由于热交换器的压力损失增加，送风机的动力增加，所以需限定个数N。此时，没有切起片的散热片间每单位长度的压力损失ΔPb如以下那样计算。ΔPb＝32/Ref×(1/Hf)×1/2×(r/g)×U2……(20)其中，Ref由下式定义。Ref＝U×(2×Hf)/ν ……(21)另外，r为常温常压空气的比重[N/m3]，g为重力加速度[m/s2]。另一方面，切起片部分的每单位长度的压力损失ΔPs一般为ΔPs＝2×1.328/Rea0.5×(1/Hf)×1/2×(r/g)×U2……(22)因此，压力损失的和ΔP为ΔP＝{(Lp-N×a)×32/Ref×(1/Hf)+N×a×2.656/Rea0.5×(1/Hf)}×1/2×(r/g)×U2＝Lp×ΔPb+N×a×(ΔPs-ΔPb)……(23)压力损失的增加比例ΔP*由(6)式、(20)式～(22)式得出ΔP*＝(N×a/Lp)×(ΔPs/ΔPb-1)＝(N×a/Lp)×{2.656/Rea0.5/(32/Ref)-1}＝N×a/Lp×{0.083×2×Hf/(a/U×ν)0.5-1}…… (24)代入a＝510×U×fp2等条件，整理上式可得到ΔP*＝N×(424×U×Hf2/Lp) …… (25)即意味着压力损失与切起片的个数N成比例地增加。因此，在与前述的传热量的上升程度Q*的平衡之处，存在N的最佳范围。在变压器用冷却器中，一般的风速的上限大约为U＝4m/s左右，所以ΔP*的实际的上限为ΔP*＝N×(1700×Hf2/Lp) …… (26)在图1所述的本实施形式中，作为变压器的冷却器，标准的情况是在fp＝4mm、tf＝0.4mm、Lp＝55mm、Dp＝48mm、D＝25mm、Uf＝2m/s、a＝4mm的状态下在流动方向上配置成2列。此时，U＝2.7m/s。U×Hf2/Lp＝0.000729 …… (27)因此，h*＝0.929N、ΔP*＝0.309N。在该场合，切起片的个数N产生的压力损失ΔP和传热量Q的变化示于图3。对没有切起片的场合(即N＝0)的压力损失ΔP和传热量Q进行规格化，以1+ΔP*和1+Q*的形式示出。另外，图4示出用压力损失的增加程度除能力的提高程度得到的综合性能参数(1+Q*)/(1+ΔP*)的变化。由图3可知，N在9与10之间时两直线相交，当N进一步增大时，压力损失的增加处于支配地位。
此时，在通过设置切起片增加热交换器的能力以减少流动方向上的列数从而实现小型化的场合，压力损失与列数成比例，所以，如1+ΔP*＜1+Q*，则在能力相同的条件下压力损失在现状(没有切起片的场合)以下，当风量增加时，能力进一步提高。反过来，如1+ΔP*＞1+Q*，则在相同压力损失的条件下，需要进一步减少列数，所以不能得到必要的性能。由图4可知，综合性能参数为在N＝3有峰值的曲线，此时，传热量的提高率相对于压力损失的提高率为最大。此时，当使压力损失与现状相同地设定列数时，与现状相比能力得到最大限度的改善，起到减少冷却器的设置台数的效果。由以上可知，对于切起片数N需要设N≤9，当N＝3时更好。另外，为了避免气流上游的切起片的影响，切起片最好在1列的长度的中间于切起片的前后设置间隔，另外，最好大体以等间隔排列。
在本实施形式中，是对于标准尺寸进行计算，并设N＝3，但在将各参数在a＝0.003～0.005m、Uf＝1～4m/s、D＝0.02～0.03m、fp＝3～4mm、Lp＝0.04m～0.06m、Dp＝0.04m～0.06m、列数N1＝2～4的范围变化时，与图4中的峰值对应的N值基本在4以下的范围，因此，确认了切起片数N最好在4以下。
当然，切起片数N的数值也可按照以上所示式子相应于尺寸和风速的条件，从压力损失的增加比例适当地加以确定。
在采用了本实施形式所示的散热片的冷却器中，相对采用现有散热片的冷却器，可在热交换器的冷却能力相同的条件下使体积小型化，减轻重量，所以，具有以下那样的优点。图5～图8为用于与现有产品进行比较、示出上述实施形式所示本发明品的效果的示意图，(a)示出现有品，(b)示出本发明品。如图5所示，在直接安装于变压器本体41的类型的场合，可简化冷却器43的支承构件61，降低材料费，减少设备工程的工时。另外，如图6所示，在将冷却器43搭载于台架63然后与变压器41相连的类型的场合，由于可减少用于确保台架63的强度的强度构件62，所以可降低材料费，减少设备工程的工时。在图7中，通过降低冷却器43的高度，可降低储油筒44的高度，所以，没有必要分解变压器本体41与冷却器43和储油筒44进行输送然后再在现场组装，因此，不仅可降低运输费用，而且可省略解体组装工序。
另外，采用本实施形式所示的散热片的冷却器，相对于采用现有技术的散热片的冷却器，由于在热交换器相同体积的条件下提高了能力，在需要设置多个冷却器的大容量变压器设备中，可以减少变压器的台数。图8是示出这样的变压器的平面示意图，在该例子中，可以将设置在变压器本体41周围的冷却器数量从现有技术的5台减少到4台。在这种情况下，可以减少冷却器、管路和泵所需的材料费和加工费，缩小工序范围，从而可以缩短基础工程期限、简化灭火设备、缩短在现场的组装和拆卸时间、减少运输冷却器用的拖车台数、缩小安装面积、以及减少补助机械的损坏。实施形式2图9示出本发明实施形式2的热交换器的散热片的平面图。与实施形式1相同，热交换器由散热片1和垂直于散热片1地插入的传热管2构成，同时，散热片1由板状的散热片基底5和切起片3构成。切起片3由切起片35和切起片31构成，该切起片35设在沿段方向(图9的上下方向)相邻的传热管2之间，该切起片31设在传热管2的空气流20方向的上游侧。符号2a、2b为与空气流20方向平行地外切于传热管的平面，传热管上游的切起片31的一部分位于其间。此外，送风机等按与实施形式1的场合相同地进行设置。
本实施形式的冷却器由于如上述那样构成，所以，具有如下那样的效果。即，设在传热管2上游的切起片31使传热管2上游的空气流的磨擦损失大幅度上升，降低从传热管2上游通过传热管2侧面流动的空气流的流量。由此，可相对地增加流过沿段方向邻接的2根传热管间的散热片面上的空气流量，增大通过设于该部分的切起片群的边界层更新效果促进的传热量。实施形式3图10为本发明实施形式3的热交换器的散热片的平面图。由该图可知，在设于传热管2的气流上游的切起片31的基础上，在传热管的下游也设置同样的切起片32，形成相对散热片纵向中心线CL对称的构成，该散热片纵向中心线CL为连接沿段方向设置多根的传热管2的中心之间的线。其它与实施形式2相同，故省略其说明。通过这样构成，与切起片3不对称的场合相比，散热片1的形状稳定，弯曲等变形导致的问题不易发生，而且由于即使将热交换器的气流流入、流出口弄反了也可以使用，所以起到生产管理易于进行的效果。实施形式4图11(a)示出本发明实施形式4的热交换器的散热片的平面图。与近旁的局部气流平行地配置切起片的脚部3c。即，在沿段方向邻接的传热管2之间设置切起片3，该切起片3的脚部3c中的靠近传热管2一侧的脚部3d，被大体沿传热管2外侧面并使上述脚部3d的侧面相对空气流20方向倾斜地切起，另一方面，脚部3b设在沿段方向邻接的2个传热管2之间靠近中心线一侧，使该脚部3b与空气流20方向一致地切起其侧面。脚部3d靠近传热管一侧其它与实施形式2相同。通过这样构成，可使局部的气流21沿切起的脚部3b、3d流动，抑制图11(b)所示那样在下游的剥离区域4的发生导致的噪音或传热量下降，如图11(c)所示，还可使在脚部3b的下游也顺利流动，并且在传热管2近旁沿传热管2的外侧面流动，防止流动压力损失的增大。实施形式5在图12(a)中，示出本发明实施形式5的热交换器的散热片的平面图。在切起片3中，切起片35设在沿段方向邻接的传热管2之间，该切起片35在与空气流20垂直的方向(图12(a)的纵方向)即段方向不分割，仅设有1块，在沿空气流20的方向设有多个。切起片3中的位于最上游的切起片33，将沿散热片1的气流上游端1a相邻的切起片33的脚部3c设置在传热管2的上游侧，其最小间隔W1(在图12(a)中的气流上游侧的间隔)设置在比位于这些切起片33之间的传热管2外径D小的位置。
由于本实施形式的冷却器如上述那样构成，所以具有如下那样的效果。即，当从风的上游侧观看时，设在最上游的切起片33由于其脚部3c处于遮住传热管2的状态，所以，气流被引导至切起片3，不会出现气流偏流而直接冲击在传热管2的情形。结果，减少了从传热管2上游流入并通过传热管2侧面流动的空气流的流量。由此，可相对增大流过沿段方向邻接的2根传热管2相互间的散热片1面上的空气流量，增大由设于该部分的切起片3的边界层更新效果促进的传热量。另外，在相向的相邻传热管2之间，在与空气流20垂直的方向仅设有1块切起片3，所以切起片3脚部3c的个数最少，如图12(b)所示，可获得将在切起片脚部3c下游产生的空气流的剥离区域4的影响抑制到最小限度的效果。
在上述实施形式1～5中，将传热管2中流动的流体设为绝缘油，在变压器为气体绝缘的场合，在传热管2内流动绝缘气体。
本发明由于如上述那样构成，所以具有如下所示那样的效果。
在本发明第1～9方案的变压器用冷却器中，切起片沿气体流动方向的设置个数N设定在这样的范围，在该范围，切起片的设置带来的压力损失ΔP的增加程度ΔP*不会超过切起片的设置带来的传热量Q的上升程度，所以，压力损失比较小，可有效地提高传热量，在将散热片用于该热交换器的冷却器中，相对于使用现有的散热片的冷却器，可在热交换器的冷却能力相同的条件下使体积小型化，使重量减轻，所以，在直接安装在变压器本体的情形下，可简化冷却器的支承构件，降低材料费，削减设备工程的工时。另外，在将冷却器搭载于台架连接于变压器本体的类型的情形下，由于可减少用于确保台架强度的构件数，所以可减少材料费，削减设备工程的工时。另外，通过降低冷却器的高度，可降低储油筒高度，因而可不必分解变压器本体和冷却器及储油筒进行输送然后在现场再次组装，可省略解体组装工序。另外，由于在热交换器相同的体积条件下提高能力，所以在需设置多个冷却器的大容量变压器设备中，可减少冷却器台数，降低冷却器、配管及泵所需材料费、加工费，可通过缩小由工程范围来缩短基础工程期间，并可简化消防设备，缩短在工厂的组装和解体时间，削减冷却器输送用的拖车的台数，缩减安装面积，降低辅机损失，从多方面产生有益的效果。
在本发明第3、4方案的变压器用冷却器中，设定沿气流方向的切起片宽度a，使在切起片上形成的温度边界层的厚度dt的最大值为上述板状散热片的相互间宽度Hf的1/2以下，所以，切起片上的边界层厚度从切起片的前端到后端十分薄，不与从邻接的切起片形成的边界层之间形成干涉，因而具有可有效地促进传热的效果。
另外，本发明第5方案的变压器用冷却器在2040Hf2≤0.001时，由于将空气流方向的宽度a设为0.001m，所以，在制造上没有大的困难，而且可最大限度地促进传热。
另外，在本发明第6、7方案的变压器用冷却器中，由于1个以上的切起片的一部分或全部，或脚部的一部分或全部，配置在传热管的空气流上游侧，所以，相对集中于传热管周围的流动形成阻力，流过沿段方向邻接的2根传热管相互间的散热片面上的空气流量增大，从而使设于该部分的切起片群的边界层更新效果促进的传热量增加。
另外，在本发明第8方案的变压器用冷却器中，由于切起片的脚部与近旁的局部气流方向平行，所以，在脚部下游不发生剥离区域，因此，压力损失不会增加。
另外，在本发明第9方案的变压器用冷却器中，对于设在沿与气流垂直的方向相邻的2个传热管间的切起片，由于在与气流方向垂直的方向上仅设置1个切起片，所以，可将在切起片脚部下游发生的流动的剥离区域的影响抑制在最小限度。
权利要求
1.一种变压器用冷却器，具有相互平行配置的多个散热片、垂直贯通这些散热片并且来自变压器本体的流体在其内部流过的传热管、以及使空气在上述散热片间流动的送风机，由上述空气冷却上述流体；其特征在于上述散热片由板状的散热片基底和多个切起片构成，该多个切起片从该散热片基底切割立起，位移到与上述散热片基底平行的平面，并与上述空气流相向地开口，如设相邻的上述散热片基底的间隔为Hf[m]，上述空气流方向上的1列上述散热片的长度为Lp[m]，上述空气流方向的1列上述切起片的数量为N，则heff＝0.056/Hf×{1+N(5100×Hf2/Lp)}NTU＝0.000415(Lp×heff)/Hf设N＝0时的NTU为NTUo，并设ΔP*＝N(1700×Hf2/Lp)Q*＝{1-exp(-NTU)}/{1-exp(-NTUo)}-1则可使ΔP*≤Q*成立。
2.如权利要求1所述的变压器用冷却器，其特征在于当空气流方向的切起片的宽度a＝0.003～0.005m、1列散热片的长度Lp＝0.04～0.06m、上述散热片的叠置方向的节距fp＝0.003～0.004m、传热管的外径D＝0.02～0.03m、上述空气流方向的上述传热管的节距Dp＝0.04～0.06m、上述空气流方向的列数N1＝2～4、上述散热片的前面风速Uf＝1～4m/s时，上述空气流方向的切起片的数N在4以下。
3.如权利要求1所述的变压器用冷却器，其特征在于在切起片上形成的温度边界层的厚度的最大值在相邻散热片基底间隔的1/2以下。
4.如权利要求1所述的变压器用冷却器，其特征在于使空气流方向的切起片的宽度a[m]具有a≤2040Hf2的关系。
5.如权利要求1所述的变压器用冷却器，其特征在于当2040Hf2≤0.001时，空气流方向的切起片的宽度a[m]为a＝0.001。
6.如权利要求1～5中任何一项所述的变压器用冷却器，其特征在于在与空气流方向平行地外切于传热管的2个平面之间，并且在传热管的上述空气流的上游侧，配置1个以上的切起片的一部分或全体。
7.如权利要求6所述的变压器用冷却器，其特征在于在与空气流方向平行地外切于传热管的2个平面之间，并且在传热管的上述空气流的上游侧，配置1个以上的切起片的脚部的一部分或全体。
8.如权利要求1～5中任何一项所述的变压器用冷却器，其特征在于切起片的脚部以与近旁的局部气流方向平行的状态配置。
9.如权利要求1～5中任何一项所述的变压器用冷却器，其特征在于配置在沿与空气流垂直的方向相邻的2个传热管之间的切起片，在与上述空气流方向垂直的方向上仅配置1个。
全文摘要
本发明公开一种变压器用冷却器,设定切起片3的数N,使得因在散热片1设置切起片3产生的压力损失的增加ΔP*不会超过因设置切起片3产生的传热量的增加Q*。说明了为获得理想的N值而应该存在于各种参数间的关系。由此,可以获得小型且压力损失小、热交换能力大的变压器用冷却器。
文档编号F28D1/053GK1245961SQ99118139
公开日2000年3月1日 申请日期1999年8月24日 优先权日1998年8月25日
发明者加贺邦彦, 藤原利彦, 村上宽 申请人:三菱电机株式会社