专利名称：一种采用蒸发冷却技术的变压器换热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变压器冷却器，特别涉及一种采用蒸发冷却技术发生相变换热的变压器 换热器。
背景技术：
传统的变压器的冷却方式， 一般有自然油循环空冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷 等。前一种只适用于单机小容量的情况，随着变压器单机容量的不断增长，其冷却方式越来 越依靠于后两种。现在的大、中容量的电力变压器，其冷却器要么是片式散热器或风冷冷却 器，要么是水冷冷却器，即使用空气或水作为冷却介质通过换热器对运行中的变压器油进行 冷却。但是无论片式散热器、风冷冷却器还是水冷冷却器，都有其固有的缺陷和问题。
片式散热器造价低，工艺简单，免维护，无噪音，是受用户青睐的主要优点。但片式散 热器采用自然油循环空气冷却，散热效率低，体积大，占地面积大。由于散热能力较低，只 适用于小容量的场合，无法满足大容量变压器的需求。
风冷冷却器造价低，但在变压器容量越来越大的现实情况下，其冷却效率越来越不够用， 需要增设风机。而风机运行所引起的噪声污染问题不可忽视，尤其在城网改造或居民区变电 站中，风机噪声污染成为环境问题。为避免噪声污染， 一般把风冷却器安装在地下室内。由 于地下室空间狭小，影响风机散热，进一步限制了风机功率。另一方面，风机的增多，其故 障率与可靠性，以及维护费用也随之升级。
对现有的水冷冷却器，其冷却效果要比风冷却器好得多。但城市取水受到限制，且水费 较贵；若使用循环水，冷却器内又易产生水垢，影响冷却效果。更为致命的是，如果在变压 器运行过程中，水冷冷却器泄漏，冷却用水泄漏到变压器油侧并与变压器油混合，极易引起 绝缘事故，严重影响变压器的安全运行。
目前，在国内外所进行的工作中，有许多使用液体或气体介质冷却变压器油的冷却器或 冷却装置，但都是采用比热换热的原理，没有发生液态与气态间的相变换热，因此，冷却效 率不高。即便是如比较相关的专利号为200520069208.5的实用新型中，所述分离式热管油冷 却器也是采用油-空气介质换热，也没有发生相变，而且油与空气介质换热的思路仍然沿袭传 统冷却器思路，散热效果也没有大的提高。
实用新型内容
本发明的目的是克服现有技术冷却效果的缺陷，提出一种使用液体介质相变换热的蒸发 冷却技术的新型变压器换热器，提高现有变压器冷却器的冷却效率和运行可靠性。
本发明利用高绝缘水平的液体蒸发液介质相变换热产生的强大散热效率来解决困扰变压 器冷却领域的上述问题。
本发明由密封容器、进油法兰、出油法兰、进液法兰、出气法兰、油液分离顶板、油液 分离底板、油室、汇液空间、集气空间、金属换热管、管翅片、管程挡板等组成。
本发明的主体是一台密封容器，该容器由具有一定机械强度的金属材料做成，能够承受 一定的内部压力和油流冲击力。密封容器由外壳壁、上顶板和下底板组成，三者之间通过法 兰或焊接等工艺连接并密封。在容器下底板上有一个进液法兰，用于通入液体蒸发冷却介质 (又称蒸发液)。在容器上顶板上有一个出气法兰，用于通过蒸发后的蒸发液蒸汽。容器外壳 壁可以但不限于是圆柱形、方柱形等，在其侧面有上下排列的两个法兰，上面的是进油法兰， 下面的是出油法兰。变压器油通过进油法兰流入密封容器内，与蒸发液通过金属换热管管壁 发生热交换，之后再通过出油法兰流出。
在容器内部，下底板上部有一个油液分离底板，用于隔开变压器油和蒸发液。下底板与 油液分离底板之间构成汇液空间，存放待蒸发的液体蒸发液。在上顶板的下部有一个油液分 离顶板，同样用于隔开变压器油和蒸发液。上顶板与油液分离顶板之间构成的空间为集气空 间，汇集己蒸发的蒸发液蒸汽。油液分离顶板和底板之间有若干金属换热管通过胀接、焊接 等工艺连接，并保持密封。金属换热管的数目由散热功率决定，通过传热原理计算设计。因 此金属换热管外是变压器油，金属换热管内是蒸发液，两种介质通过金属换热管壁进行换热。 为增强传热效果，金属换热管壁还可以安装金属管翅片或非金属管翅片。翅片的形状可以但 不限于是环状的、肋状的、波纹的等等。在油液分离顶板和底板之间，且金属换热管道之外 的部分，是变压器油流动的空间，称为油室。
在换热器正常工作时，需要冷却的变压器油通过进油法兰进入换热器油室，在油室里流 动的过程中，通过带有管翅片的金属换热管与蒸发液进行热交换，冷却后的冷油通过出油法 兰流出换热器。为使油流均匀流过，不在油室中留下死角，还可在油室中加装管程挡板，导 向油流，形成两个或多个管程，增强换热效果。管程挡板是由金属或非金属板做成的，部分 阻挡油流通过面积，并视油流方向互相交错放置。管程挡板数目根据散热功率及其所需管程 数确定。
在换热器运行之前，蒸发液灌入换热器，充满汇液空间和金属换热管内空间。在换热器 正常工作时，带有热量的变压器油流过金属换热管外表面，对金属换热管内的蒸发液持续加热，使得蒸发液的温度沿金属换热管从底部向上逐渐升高，并在某一点达到沸腾温度。该沸 腾温度由工作气压决定，工作气压决定于换热器的散热功率。金属换热管内的蒸发液进入沸 腾状态，发生相变汽化吸热，生成的蒸发液蒸汽通过金属换热管向上进入集气空间，并通过 出气法兰流出换热器，经过二次冷却，重新相变变回液体，经管道流回进液法兰，流入汇液 空间，完成循环。二次冷却方式可以但不限于是水冷却、风冷却、自然空气冷掛等方式。
所述变压器换热器可以用于变压器的冷却，也可以用于互感器、电抗器等其他设备的冷却。
所述进油法兰与出油法兰可以上下垂直布置，也可以上下交错布置。为增强换热效果， 还可以是进油法兰在下面，出油法兰在上面。
所述金属换热管可以是单根金属管，也可以是多根金属管，其数目由散热功率决定，通 过传热原理计算设计。
所述金属换热管可以是单层金属管，也可以是双层或多层金属管，以防泄漏两种换热介 质互相混合。
所述金属换热管可以是带有管翅片的，也可以是不带有翅片的。带有管翅片的传热效果 要好得多。
所述管翅片形式可以是单管翅片，即每根金属换热管管壁上的翅片不与其他金属换热管 共用；也可以是整体翅片，即多个金属换热管共用一套翅片。
所述蒸发液的流动为无外加驱动力自循环齒，也可以是外加驱动力强迫循环的。 所述变压器油的流动为无外加驱动力自循环的，也可以是外加驱动力强迫循环的。 所述蒸发液包括但不限于各种全氟碳、氟碳氧、氟碳氢或氟碳氮化合物，及其混合物。 本发明的换热设计， 一方面大大提高了换热效率，减小了换热器体积和重量，降低了成 本；另一方面极大的提高了运行可靠性蒸发液自然循环，不需要泵；运行没有噪音；因蒸 发液的电绝缘水平高，即使茁现泄漏，漏入并混合进变压器油中也不会造成变压器(或互感 器、电抗器等)的绝缘事故。因此最大程度上避免了水冷冷却器和风冷冷却器的缺点。
附图是本发明实施方式之一的结构示意图，图中IO密封容器外壳壁、15密封容器上 顶板、18密封容器下底板、20金属换热管、30管翅片、40油液分离底板、50汇液空间、60 进液法兰、70出油法兰、80变压器油、85油室、90蒸发液、IOO管程挡板、IIO进油法兰、 120集气空间、130出气法兰、140油液分离顶板。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步的描述。
如附图所示，本发明具体实施方式
由密封容器外壳壁IO、密封容器上顶板15、密封容器 下底板18、金属换热管20、管翅片30、油液分离底板40、汇液空间50、进液法兰60、出油 法兰70、变压器油80、油室85、蒸发液90、管程挡板IOO、进油法兰110、集气空间120、 出气法兰130、油液分离顶板140等组成。
密封容器外壳壁10、密封容器上顶板15和密封容器下底板18组成密封容器的整个外壳。 密封容器下底板18和油液分离底板40之间构成汇液空间50，同时密封容器上顶板15和油 液分离顶板140之间构成集气空间120。金属换热管20的两端分别连接在油液分离顶板140 和油液分离底板40上，依靠金属换热管20的管内空间连通汇液空间50与集气空间120;蒸 发液90充满汇液空间50和金属换热管20的管内空间；而油液分离顶板140和油液分离底板 40之间，密封容器外壳壁10之内，金属换热管20之外的空间， 一起构成油室85，作为变压 器油的流动空间。变压器油80与蒸发液90通过金属换热管20进行热量交换。
在换热器运行之前，蒸发液90灌入换热器，使液体蒸发液90充满汇液空间50和金属换 热管20的管内空间。
在换热器正常工作时，需要冷却的变压器油80通过进油法兰110从油室85顶部进入， 在油室85中从上至下流动，流过带有管翅片30的金属换热管20的外表面，对金属换热管 20管内的蒸发液90持续加热，使得蒸发液90的温度从金属换热管20的底部向上逐渐升高， 并在某一高度点达到沸腾温度，此点称、为蒸发点。从蒸发点高度往上直到金属换热管的上顶 端，金属换热管20管内的蒸发液越来越多的进入沸腾状态，发生相变汽化吸热，达到换热冷 却的目的。此时经过热交换冷却后的变压器油80通过出油法兰70从油室85底部流出。同时， 蒸发液90汽化后生成的蒸汽通过金属换热管20向上进入集气空间120，并通过出气法兰130 流出换热器，经过二次冷却，蒸汽重新发生液化相变成为液体，经管道流回进液法兰60，流 入汇液空间50，完成循环。
其中，还可在油室85中加装管程挡板100，形成两个或多个管程，导向油流，不在油室 85中留下死角，增强换热效果。管程挡板100由金属或非金属板做成，部分阻挡换热器中油 流通过截面，并视油流方向互相交错放置。挡板的数目根据散热功率及其所需管程数确定。
所述蒸发液蒸汽进行二次冷却成为液体的方式可以但不限于是水冷却、风冷却、自然空 气冷却等方式。
所述进油法兰110与出油法兰70可以上下垂直布置，也可以上下交错布置。为增强换热
效果，还可以是进油法兰110出油，出油法兰70进油。
所述金属换热管20可以是单根金属管，也可以是多根金属管。所述金属换热管20可以是单层金属管，也可以是双层或多层金属管，以防泄'漏两种换热
介质互相混合。
所述管翅片30的翅片形式可以是单管翅片，即每根金属换热管管壁上的翅片不与其他金 属换热管共用；也可以是整体翅片，即多个金属换热管共用一套翅片。
所述变压器袖柳,的流动为无外加驱动力自循环的，也可以是外加驱动力强迫循环的。 所述蒸发液90的流动为无外加驱动力自循环的，也可以是外加驱动力强迫循环的。
权利要求1、一种采用蒸发冷却技术的变压器换热器，其特征在于包括密封容器、金属换热管(20)、油液分离底板(40)、进液法兰(60)、进油法兰(110)、油室(85)、出油法兰(70)、出气法兰(130)、油液分离顶板(140)；通入液态蒸发液(90)的进液法兰(60)位于密封容器下底板(18)上；出气法兰(130)位于密封容器上顶板(15)；进油法兰(110)和出油法兰(70)上下排列在密封容器外壳壁(10)的侧面；密封容器下底板(18)与油液分离底板(40)之间构成汇液空间(50)，存放液态蒸发液(90)；密封容器上顶板(15)与油液分离顶板(140)之间构成集气空间(120)，汇集已蒸发的蒸发液蒸汽；金属换热管(20)的两端分别连接在油液分离顶板(140)和油液分离底板(40)上，金属换热管(20)的管内空间连通汇液空间(50)与集气空间(120)；蒸发液(90)充满汇液空间(50)和金属换热管(20)的管内空间；在油液分离顶板(140)和油液分离底板(40)之间，密封容器外壳壁(10)之内，金属换热管(20)之外的空间，共同构成油室(85)，作为变压器油(80)的流动空间。
2、 按照权利要求1所述的一种采用蒸发冷却技术的变压器换热器，其特征是所述的 金属换热管(20)带有管翅片(30)时，所述管翅片(30)是单管翅片形式，邻每根金属换 热管(20)管壁上的翅片不与其它金属换热管共用；或者所述管翅片(30)是整体翅片，即 多个金属换热管共用一套翅片。
3、 按照权利要求1所述的一种采用蒸发冷却技术的变压器换热器，其特征是所述油 室(85)中间可装管程挡板(100)，形成两个或多个管程，导向油流。
4、 按照权利要求l所述的一种采用蒸发冷却技术的变压器换热器，其特征是-所述进油法兰(110)与出油法兰(70)为上下垂直布置或上下交错布置进油法兰(110)在上，出油法兰(70)在下或进油法兰(110)在下，出油法兰(70)在上。
专利摘要一种采用蒸发冷却技术的变压器换热器，变压器油(80)通过进油法兰(110)流入油室(85)内，与蒸发液(90)通过金属换热管(20)发生热交换后，通过出油法兰(70)流出。蒸发液(90)充满汇液空间(50)和金属换热管(20)构成的空间，受到热变压器油(80)的持续加热，沸腾汽化发生相变而吸收热量，达到吸热冷却的目的。汽化生成的蒸发液蒸汽通过金属换热管(20)向上进入集气空间(120)，通过出气法兰(130)流出换热器，经过二次冷却，重新相变为液体，经管道流回汇液空间(50)，完成循环。本实用新型可提高换热效率，并因蒸发液的电绝缘水平高，即使泄漏而混入变压器油中也不会造成变压器绝缘事故，避免了由此产生的安全隐患。
文档编号H01F27/10GK201256051SQ20082010918
公开日2009年6月10日 申请日期2008年7月11日 优先权日2008年7月11日
发明者张国强, 牛文豪, 新 王 申请人:中国科学院电工研究所;上海市电力公司;常熟市友邦散热器有限责任公司;上海久隆电力科技有限公司