专利名称：一种用于电工设备的蒸发冷却混合介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电工设备的蒸发冷却介质，特别涉及蒸发冷却混合介质。
背景技术：
目前，绝大部分电工设备所采用的冷却方式是空冷、水冷、油冷等。随着容量的不断增大，上述冷却方式的弊病越来越明显，蒸发冷却技术(也可称为相变降温技术、沸腾换热技术等)是对上述冷却方式的重大改进，能使各类电工设备的运行温度大大降低，经济性和安全性得到显著提高。
申请号为99237863.x的实用新型专利提出的蒸发冷却电力变压器和申请号为98200236.x的实用新型专利提出的新型蒸发冷却的变压器采用氟的化合物为冷却介质，将冷却介质代替变压器油放置在油箱中，由冷却介质吸收变压器的热量发生汽化，产生相变吸热，经冷凝器冷却再液化，如此反复循环，且该冷却介质具有消防性，克服了油浸式变压器、干式变压器和气体绝缘变压器的不足，冷却效果好，可靠性高。但是，由于目前氟化合物的使用受到了限制，这类变压器只能改用符合环保要求的蒸发冷却介质，同时由于符合环保要求的蒸发冷却介质价格昂贵，使得包括蒸发冷却变压器在内的蒸发冷却电工设备的价格也变得非常昂贵。因此，虽然蒸发冷却电工设备能够有效克服传统冷却方式电工设备的缺点，但因蒸发冷却介质必须更换为满足环保要求的、昂贵的新型介质，其经济性不再乐观。
发明内容
针对目前蒸发冷却电工设备在经济性方面的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种用于电工设备的蒸发冷却混合介质，用两种或两种以上的混合介质代替原单一的蒸发冷却介质，以便在依然保持良好的冷却效果情况下达到降低蒸发冷却介质使用量，从而降低成本的目的。可应用本发明的蒸发冷却电工设备包括蒸发冷却发电机、蒸发冷却变压器、蒸发冷却电抗器、蒸发冷却大功率模块、蒸发冷却电磁除铁器、蒸发冷却磁选机、蒸发冷却磁过滤器等。
本发明所采用的环保型蒸发冷却介质主要有以下三个系列1)Vertrel系列，包括XF(HFC 43-10mee)、XM(HFC 43-10/甲醇)、XE(HFC 43-10/乙醇)、XP(HFC 43-10/IPA)、MCA(HFC 43-10/t-DCE)、MCA+(HFC 43-10/t-DCE/环戊烷)、SMT(HFC 43-10/t-DCE/甲醇)、XMS(HFC 43-10/t-DCE/环戊烷/甲醇)、XMS+(HFC 43-10/t-DCE/环戊烷/甲醇)、X-DA(HFC 43-10/表面活性剂/抗静电剂)、X-B3(HFC 43-10/乙二醇丁醚)、Xsi(HFC 43-10/0S-10)、XH、X-P10等。
2)ASAHIKLIN系列，包括AE-3000，AE-3100E，AK225等。
3)全氟叔胺系列，包括全氟三乙胺(简称FY-131)、全氟三丙胺、全氟三丁胺(简称FY-111)、全氟三戊胺(简称FY-121)、全氟环醚(简称FY-04)，以及美国3M公司的以下牌号的注册产品FC-40、FC-43、FC-70、FC-71、FC-72、FC-722、FC-77、FC-84、FC-87、FC-104、FC-3283、FC-5312、H-27、H-125、H-100、H-400、H-190、HFE-7100、PF-5060、PF-5080、FX-3250等。
以上三个系列的蒸发冷却介质均具有无色、无味、无毒(或低毒)、不燃烧，臭氧破坏潜能值(Ozone Depletion Potential)为零，粘度小、蒸发潜热小等特点，另外，由于上述介质的非常低的表面张力，使其能迅速有效地从发热体的表面把热量带走，这样可使设备微型化；即使在电火花的作用下，上述介质分解生成微量的自由基碎片，也会重新结合成稳定的氟碳化合物。其中，Vertrel系列已被美国环保局批准为消耗臭氧层物质的重要新替代物，还被美国环保局列为非挥发性有机物；ASAHIKLIN系列的蒸发冷却介质也属于完全非燃性物质，其技术性能与Vertrel系列大体相当。
本发明混合介质中的蒸发冷却介质可以是一种或一种以上的上述蒸发冷却介质的混合。
本发明将混合介质中除蒸发冷却介质之外的介质称为混入介质。根据混入介质的形态不同，本发明可分为固体填充式蒸发冷却混入介质和液体填充式蒸发冷却混入介质。
固体填充式蒸发冷却混入介质是利用价格相对便宜的固体填充物作为混入介质占据电工设备内部空间，以减少蒸发冷却介质的用量，从而达到降低电工设备成本的目的。
混合介质中的固体填充物，不仅要具有适宜的传热特性和化学稳定性，而且必须保证具有高电击穿强度及低介质损耗等优良的电气性能，无毒，不燃，无腐蚀，与电工设备中的其它材料和蒸发冷却介质具有很好的相容性，且符合环保要求。
固体填充物的典型实例之一是环氧酚醛层压制品，长期的工程实践和混合试验研究表明，蒸发冷却介质和环氧酚醛材料具有很好的相容性，当环氧酚醛材料长时间浸泡在蒸发冷却介质中，既不会影响蒸发冷却介质的冷却效果，也不会改变环氧酚醛材料的各项性能。
目前，可以作为混入介质的固体填充物包括两个系列即天然固体填充物系列和合成固体填充物系列。其中，天然固体填充物系列包括木材等；合成固体填充物系列包括环氧酚醛层压制品、塑料、泡沫、橡胶、玻璃、水泥、砖块、纸、尼龙和陶瓷等。
混入的固体填充物可以是一种或一种以上。
液体填充式蒸发冷却混合介质是利用价格相对便宜的液态填充物作为混入介质占据电工设备内部空间，以减少蒸发冷却介质的用量，从而达到降低电工设备成本的目的。
混入介质的使用是为了降低成本，其本身的价格应比较低。液态的混入介质还应具有化学稳定性，保证与蒸发冷却介质混合时不与之发生反应。从环保角度考虑，混入介质本身应没有毒性，与蒸发冷却介质混合后也不产生有毒物质。
目前，可以作为混入介质的液态填充物包括两个系列即天然液态填充物系列和合成液体填充物系列。其中天然液态填充物系列包括变压器油、超高压变压器油、电容器油、电缆油、桐油、亚麻仁油、蓖麻油；合成液体填充物系列包括烷基苯(AB)、烷基萘、异丙基联苯(即IPB或Wemcol)、二芳基乙烷(PXE)、偏苯三羧酸三2-乙基己酯(简称TOTM)、磷酸酯类绝缘油[(RO)3P＝0]、α液、聚α烯、Midel7131以及硅油等。
混入的液体填充物可以是一种或一种以上。
此外混入介质也可以是一种或一种以上的固体填充物与一种或一种以上的液体填充物共同组成。
混合介质的用量原则是蒸发冷却介质用量为全部介质体积的0.5～100％，相应的，混入介质的用量为全部介质体积的99.5～0％。
混合介质中固体填充物充填于电工设备发热部件与容器之间的空隙位置，以及电工设备发热部件之间的空隙位置。液体填充物则直接置入电工设备的容器中。
混合介质中蒸发冷却介质和混入介质只需在常温常压下进行机械混合即可，蒸发冷却介质与液体填充物之间因密度的不同可能会分层，也可能会相溶，均不影响本发明的冷却效果及其他技术性能。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的描述。
附图为应用本发明的单相蒸发冷却变压器的结构图，图中10铁心、20线圈、30混合介质、40容器、50冷凝器。
具体实施例方式
如图1所示，单相蒸发冷却变压器由器身、容器40和冷凝器50组成，器身由铁心10、线圈20组成。单相蒸发冷却变压器的铁心10和线圈20浸泡在装有混合介质30的容器40中，混合介质30含有不可燃的、低沸点、高绝缘的环保型蒸发冷却介质。
变压器正常工作时，铁心10和线圈20因能量损耗而产生热量，使容器40内的蒸发冷却介质温度升高，当温度达到内部压力所对应的饱和温度时，蒸发冷却介质开始汽化形成气相和液相的混合物。气相、液相混合的两相流体流向冷凝器50的冷却空间将热量传给二次冷却介质后，蒸发冷却介质的气体被冷凝成液体，温度降低并通过重力作用重新流回到容器40中，形成周而复始的循环运行过程。
混合介质30中的蒸发冷却介质可以是一种或一种以上的蒸发冷却介质。
混合介质30中的混入介质可以是一种或一种以上的固体填充物，也可以是1种或1种以上的液体填充物，亦可以由一种或一种以上的固体填充物与一种或一种以上的液体填充物共同组成。
混合介质由前述环保型蒸发冷却介质三个系列中的任意X(1≤X≤42)种，(这X种蒸发冷却介质分别体积百分比为A1，A2，…AX)、前述液体填充物两个系列中的任意Y(1≤Y≤19)种，(这Y种液体填充物分别体积百分比为B1，B2，…BY)、前述固体填充物两个系列中的任意Z(1≤Z≤4)种，(这Z种固体填充物分别体积百分比为C1，C2，…Cz)组成。
其配比为A1+A2+…AX＝100％～0.5％，B1+B2+…BY＝99.5～0％，C1+C2+…CZ＝99.5～0％，且满足A1+A2+…AX+B1+B2+…BY+C1+C2+…CZ＝100％。
实施例1混合介质由Vertrel系列组成，Vertrel系列100％(体积百分比)。
实施例2混合介质由Vertrel系列、天然固体填充物系列组成，各组分体积百分比为Vertrel系列0.5％，天然固体填充物系列99.5％，常温常压下进行机械混合。
实施例3混合介质由Vertrel系列和天然液态填充物系列组成，各组分体积百分比为Vertrel系列0.5％，天然液态填充物系列99.5％，常温常压下进行机械混合。
实施例4混合介质由Vertrel系列和合成固体填充物系列组成，各组分体积百分比为Vertrel系列0.5％，合成固体填充物系列99.5％，常温常压下进行机械混合。
实施例5混合介质由Vertrel系列和合成液态填充物系列组成，各组分体积百分比为Vertrel系列0.5％，合成液态填充物系列99.5％，常温常压下进行机械混合。
实施例6混合介质由Vertrel系列、天然固体填充物系列和天然液态填充物系列组成，各组分体积百分比为Vertrel系列50％，天然固体填充物系列25％，天然液态填充物系列25％，常温常压下进行机械混合。
实施例7混合介质由Vertrel系列、天然固体填充物系列和合成液态填充物系列组成，各组分体积百分比为Vertrel系列50％，天然固体填充物系列25％，合成液态填充物系列25％，常温常压下进行机械混合。
实施例8混合介质由Vertrel系列、合成固体填充物系列和天然液态填充物系列组成，各组分体积百分比为Vertrel系列50％，合成固体填充物系列25％，天然液态填充物系列25％，常温常压下进行机械混合。
实施例9混合介质由Vertrel系列、合成固体填充物系列和合成液态填充物系列组成，各组分体积百分比为Vertrel系列50％，合成固体填充物系列25％，合成液态填充物系列25％，常温常压下进行机械混合。
实施例10混合介质由ASAHIKLIN系列组成，ASAHIKLIN系列100％(体积百分比)。
实施例11混合介质由ASAHIKLIN系列、天然固体填充物系列组成，各组分体积百分比为ASAHIKLIN系列0.5％，天然固体填充物系列99.5％，常温常压下进行机械混合。
实施例12混合介质由ASAHIKLIN系列和天然液态填充物系列组成，各组分体积百分比为ASAHIKLIN系列0.5％，天然液态填充物系列99.5％，常温常压下进行机械混合。
实施例13混合介质由ASAHIKLIN系列和合成固体填充物系列组成，各组分体积百分比为ASAHIKLIN系列0.5％，合成固体填充物系列99.5％，常温常压下进行机械混合。
实施例14混合介质由ASAHIKLIN系列和合成液态填充物系列组成，各组分体积百分比为ASAHIKLIN系列0.5％，合成液态填充物系列99.5％，常温常压下进行机械混合。
实施例15混合介质由ASAHIKLIN系列、天然固体填充物系列和天然液态填充物系列组成，各组分体积百分比为ASAHIKLIN系列50％，天然固体填充物系列25％，天然液态填充物系列25％，常温常压下进行机械混合。
实施例16混合介质由ASAHIKLIN系列、天然固体填充物系列和合成液态填充物系列组成，各组分体积百分比为ASAHIKLIN系列50％，天然固体填充物系列25％，合成液态填充物系列25％，常温常压下进行机械混合。
实施例17混合介质由ASAHIKLIN系列、合成固体填充物系列和天然液态填充物系列组成，各组分体积百分比为ASAHIKLIN系列50％，合成固体填充物系列25％，天然液态填充物系列25％，常温常压下进行机械混合。
实施例18混合介质由ASAHIKLIN系列、合成固体填充物系列和合成液态填充物系列组成，各组分体积百分比为ASAHIKLIN系列50％，合成固体填充物系列25％，合成液态填充物系列25％，常温常压下进行机械混合。
实施例19混合介质由全氟叔胺系列组成，全氟叔胺系列100％(体积百分比)。
实施例20混合介质由全氟叔胺系列、天然固体填充物系列组成，各组分体积百分比为全氟叔胺系列0.5％，天然固体填充物系列99.5％，常温常压下进行机械混合。
实施例21混合介质由全氟叔胺系列和天然液态填充物系列组成，各组分体积百分比为全氟叔胺系列0.5％，天然液态填充物系列99.5％，常温常压下进行机械混合。
实施例22混合介质由全氟叔胺系列和合成固体填充物系列组成，各组分体积百分比为全氟叔胺系列0.5％，合成固体填充物系列99.5％，常温常压下进行机械混合。
实施例23混合介质由全氟叔胺系列和合成液态填充物系列组成，各组分体积百分比为全氟叔胺系列0.5％，合成液态填充物系列99.5％，常温常压下进行机械混合。
实施例24混合介质由全氟叔胺系列、天然固体填充物系列和天然液态填充物系列组成，各组分体积百分比为全氟叔胺系列50％，天然固体填充物系列25％，天然液态填充物系列25％，常温常压下进行机械混合。
实施例25混合介质由全氟叔胺系列、天然固体填充物系列和合成液态填充物系列组成，各组分体积百分比为全氟叔胺系列50％，天然固体填充物系列25％，合成液态填充物系列25％，常温常压下进行机械混合。
实施例26混合介质由全氟叔胺系列、合成固体填充物系列和天然液态填充物系列组成，各组分体积百分比为全氟叔胺系列50％，合成固体填充物系列25％，天然液态填充物系列25％，常温常压下进行机械混合。
实施例27混合介质由全氟叔胺系列、合成固体填充物系列和合成液态填充物系列组成，各组分体积百分比为全氟叔胺系列50％，合成固体填充物系列25％，合成液态填充物系列25％，常温常压下进行机械混合。
下面以具体实施方式
为例说明不同配比的混合介质的冷却效果和经济性。
该具体实施方式
混合介质30中蒸发冷却介质为Vertrel系列中HFC-4310，混入介质为合成固体填充物系列中环氧板和天然固体填充物系列中超高压变压器油。
该具体实施例混合介质的混合方法为，先将环氧板放入线圈与容器之间的空隙位置，然后放入HFC-4310，再放入超高压变压器油(也可先放入超高压变压器油，再放入HFC-4310)，由于HFC-4310和超高压变压器油密度不同，且不溶，所以二者会出现分层现象，即密度大的HFC-4310在下部，密度小的超高压变压器油在上部。
混合介质30实施例1蒸发冷却介质HFC-4310占100％，液体填充物占0％，固体填充物占0％(体积百分比)情况下的单相蒸发冷却变压器的试验结果如下试验条件电流密度8A/mm2，冷却水流量28.6ml/s，环境温度24.1℃，试验结果稳定压力0MPa。各测温点所测得的温度如表1所示表1
其中，01、02、03、04和05为低压绕组外侧自下而上均匀布置的5个热电偶。06、07、08和09为变压器铁心上表面上部均匀布置的4个热电偶，热电偶不与铁心接触。10为变压器油箱底部测冷却介质温度的热电偶。
混合介质30实施例2蒸发冷却介质占50％，固体填充物占50％，液体填充物占0％(体积百分比)情况下的单相蒸发冷却变压器的试验结果如下试验条件同上试验结果稳定压力-0.003MPa。各测温点所测得的温度如表2所示表2
混合介质30实施例3在保持原有固体填充物环氧板，即蒸发冷却介质占20％，液体填充物占30％，固体填充物占50％(体积百分比)情况下的单相蒸发冷却变压器的试验结果如下试验条件同上试验结果稳定压力-0.033MPa。各测温点所测得的温度如表3所示表3
混合介质30实施例4在保持原有固体填充物环氧板，即蒸发冷却介质占15％，液体填充物占35％，固体填充物占50％(体积百分比)情况下的单相蒸发冷却变压器的试验结果如下试验条件同上试验结果稳定压力-0.026MPa。各测温点所测得的温度如表4所示表4
在保持原有固体填充物环氧板，即蒸发冷却介质占10％，液体填充物占40％，固体填充物占50％(体积百分比)情况下的单相蒸发冷却变压器的试验结果如下试验条件同上试验结果稳定压力-0.015MPa。各测温点所测得的温度如表5所示表5
混合介质30实施例5在保持原有固体填充物环氧板，即蒸发冷却介质占5％，液体填充物占45％，固体填充物占50％(体积百分比)情况下的单相蒸发冷却变压器的试验结果如下试验条件同上试验结果稳定压力-0.014MPa。各测温点所测得的温度如表6所示表6
表7为不同配比下的总介质成本对比表。
表7单位元
从上述的试验结果可以分析得出，对本具体实施方式
而言，蒸发冷却介质占混合介质30的体积百分比在100％～10％，混入介质占0％～90％时，单相蒸发冷却变压器的冷却效果都很好，各测温点温度均不超过55℃，且温度分布也很均匀。在蒸发冷却介质占混合介质30的体积百分比在5％，混入介质占95％时，单相蒸发冷却变压器的局部温度已经超过100℃，且温度分布不再均匀，即冷却效果差。并且随着混入介质比例的增加，单相蒸发冷却变压器的经济性越来越好，在保持原有固体填充物环氧板情况下，蒸发冷却介质占混合介质30的体积百分比10％，混入介质的液体填充物占40％，混入介质的固体填充物占50％情况下，在保证良好的冷却效果下，蒸发冷却变压器的介质总成本比单一蒸发冷却介质节省了86％。
根据对该具体实施方式
的分析，可以得出下述结论。
1、对蒸发冷却混合介质变压器而言，混入介质的用量存在一个极限值，在超过这一极限值用量时，蒸发冷却混合介质变压器的冷却效果和单一蒸发冷却介质变压器一样好。在低于这一极限值用量时，蒸发冷却混合介质变压器的冷却效果变差，甚至无法满足标准要求，对于该蒸发冷却变压器具体实施例而言，这一极限值为蒸发冷却介质占总介质的10％～5％之间，相应的混入介质占总介质的90％～95％之间。
2、对蒸发冷却混合介质变压器而言，随着混入介质的用量的增加，蒸发冷却混合介质变压器的总介质成本越来越小，使得蒸发冷却混合介质变压器的经济性也越来越好。
由于蒸发冷却电工设备的冷却原理都基本相同，因此，上述结论可推广到其他蒸发冷却混合介质电工设备中。
因此，本发明在昂贵的新型环保蒸发冷却介质中混入了价格便宜的固体填充物和液体填充物，在保证了冷却效果的基础上，解决了常规蒸发冷却电工设备难以解决的价格问题，提高了蒸发冷却电工设备的经济性。
权利要求
1.一种用于电工设备的蒸发冷却混合介质，其特征在于混合介质包括蒸发冷却介质和混入介质，蒸发冷却介质用量为全部介质体积的0.5～100％，混入介质的用量为全部介质体积的99.5～0％；混入介质可为固体填充式蒸发冷却混入介质和液体填充式蒸发冷却混入介质，固体填充式蒸发冷却混入介质为天然或合成固体填充物，液体填充式蒸发冷却混入介质为天然或合成液态填充物；混入介质可以是一种或一种以上的固体填充物与一种或一种以上的液体填充物共同组成。
2.按照权利要求1所述的用于电工设备的蒸发冷却混合介质，其特征在于混合介质中固体填充物充填于电工设备发热部件与容器之间的空隙位置以及电工设备发热部件之间的空隙位置，液体填充物则直接置入电工设备的容器中。
3.按照权利要求1所述的用于电工设备的蒸发冷却混合介质，其特征在于混合介质制备方法是将蒸发冷却介质和混入介质在常温常压下进行机械混合。
全文摘要
一种用于电工设备的蒸发冷却混合介质，由蒸发冷却介质和混入介质组成，其中蒸发冷却介质用量为全部介质体积的0.5～100％，混入介质的用量为全部介质体积的99.5～0％。混入介质可为天然或合成固体填充物、天然或合成液态填充物。混入介质可以是一种或一种以上的固体填充物与一种或一种以上的液体填充物共同组成。混合介质中固体填充物充填于电工设备发热部件与容器之间的空隙位置以及电工设备发热部件之间的空隙位置，液体填充物则直接置入电工设备的容器中。本发明混合在常温常压下进行机械混合制备。本发明减少了昂贵的蒸发冷却介质的用量，降低了蒸发冷却电工设备的成本。
文档编号F28D15/02GK1801413SQ20051008670
公开日2006年7月12日 申请日期2005年10月24日 优先权日2005年10月24日
发明者张国强, 郭卉, 顾国彪 申请人:中国科学院电工研究所