專利名稱：變壓器用冷卻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變壓器用冷卻器。
下面說明現(xiàn)有變壓器用冷卻器。

圖13為變壓器的斷面圖，變壓器具變壓器本體41、油循環(huán)用泵42、冷卻器43及儲油筒44構(gòu)成。變壓器由于線圈45和鐵心46的損失而發(fā)熱，溫度上升使絕緣體劣化而帶來絕緣破壞等重大問題，所以，通過在變壓器41內(nèi)部循環(huán)絕緣油而保持在一定溫度以下。絕緣油由設(shè)于變壓器本體41外部的油循環(huán)用泵42進行循環(huán)，在變壓器本體41內(nèi)部流動吸走熱量，然后，引導至設(shè)于變壓器體體41外部的冷卻器43內(nèi)，與空氣進行熱交換而加以冷卻，接著再次流入變壓器本體41內(nèi)。儲油筒44為用于吸收線圈45等產(chǎn)生的熱使絕緣油膨脹時的體積變化的裝置，在內(nèi)部設(shè)置有封入了空氣的橡膠袋等具有體積收縮性的構(gòu)件。在變壓器內(nèi)循環(huán)的絕緣油由于需要存在于儲油筒高度以下，所以，儲油筒44總是設(shè)在比變壓器本體41、冷卻器43上面高的位置。
圖14(a)、(b)為變壓器的冷卻器的側(cè)面圖。另外，圖15為熱交換器的透視圖，為了示出內(nèi)部而將一部分剖開。冷卻器相應(yīng)于變壓器的容量(容量大時發(fā)熱量也增大)通常搭載多臺。變壓器用冷卻器43通常由送風機51和散熱片管型熱交換器52構(gòu)成。在散熱片管型熱交換器52中，絕緣油在與聯(lián)箱53接續(xù)的多個傳熱管2內(nèi)流動，另一方面，由送風機51驅(qū)動的空氣在與傳熱管2垂直設(shè)置的多個散熱片1間流動，從而在絕緣油與空氣間進行熱交換。從圖13、14可知，變壓器用冷卻器43的體積與變壓器本體41相比不能忽略不計。
如上所述，變壓器用冷卻器的體積與變壓器本體相比不能忽略不計，另外，需要相應(yīng)于變壓器的容量并列設(shè)置多個冷卻器。所以，不僅冷卻器制造費用和接續(xù)到變壓器本體的配管、泵的費用增大，而且輸送到設(shè)置變壓器的現(xiàn)場的費用也增大。此外，用于在現(xiàn)場設(shè)置變壓器的空間需求變得更多，并且基礎(chǔ)工程的費用增大。另外，當冷卻器大型化時，需要加強用于安裝到變壓器本體的支承部，或加強搭載冷卻器的臺架的強度，從而導致費用增大。另外，當為了獲得冷卻容量而在高度方向增大冷卻器時，需要相應(yīng)地增大儲油筒高度，即使變壓器本體自身緊湊，整體高度也會變大，由于輸送時的高度限制，需要將變壓器本體與冷卻器和儲油筒分解后輸送，然后在現(xiàn)場再次組裝。為此，輸送費用增加，同時消耗多余的組裝時間和費用。當冷卻器增大時，送風機或油循環(huán)用泵產(chǎn)生的輔機損失增加。
由以上敘述可知，使變壓器用冷卻器的本體小型化或使1臺冷卻器的冷卻容量提高從而減少設(shè)置個數(shù)非常重要。在增加冷卻器冷卻容量的一個方法中采用了這樣的方式，即，在熱交換器的散熱片上設(shè)置切起片，提高空氣與散熱片間的傳熱系數(shù)，由更少的傳熱面積獲得必要的換熱能力。圖16例如為示于日本專利公報特開平2-33595號中的那樣的散熱片的圖，(a)為平面圖，(b)為沿(a)的B-B線的斷面圖。在散熱片1形成切起片3。然而，由于在形成切起片3的部分的空氣流的壓力損失增大，所以，空氣選擇性地流動到不存在切起片的傳熱管2近旁的壓力損失較小的區(qū)域，因而流過切起片群的空氣的流速減少，有時不能充分得到所期望的傳熱促進效果。在決定切起片的寬度或設(shè)置個數(shù)時，由于沒有針對散熱片間的空氣流充分研究如何才能使得在切起片上的溫度邊界層的形成最佳化，所以，存在不能充分獲得換熱性能的問題。在相對空氣流20形成角度地設(shè)置的切起片的腳部3c，由于空氣不沿腳部流動，所以在腳部下游產(chǎn)生剝離，阻礙腳部下游的傳熱，并進一步增大形狀損失帶來的壓力損失。
本發(fā)明就是為了解決上述那樣的問題而作出的，其目的在于獲得小型的、壓力損失小并且換熱能力大的變壓器用冷卻器。
本發(fā)明第1方案的變壓器用冷卻器，具有相互平行配置的多個散熱片、垂直貫通這些散熱片并且來自變壓器本體的流體在其內(nèi)部流過的傳熱管、以及使空氣在上述散熱片間流動的送風機，由上述空氣冷卻上述流體；其特征在于上述散熱片由板狀的散熱片基底和多個切起片構(gòu)成，該多個切起片從該散熱片基底切割立起，位移到與上述散熱片基底平行的平面，并與上述空氣流相向地開口，如設(shè)相鄰的上述散熱片基底的間隔為Hf[m]，上述空氣流方向上的1列上述散熱片的長度為Lp[m]，上述空氣流方向的1列上述切起片的數(shù)量為N，則heff＝0.056/Hf×{1+N(5100×Hf2/Lp)}NTU＝0.000415(Lp×heff)/Hf設(shè)N＝0時的NTU為NTUo，并設(shè)ΔP*＝N(1700×Hf2/Lp)Q*＝{1-exp(-NTU)}/{1-exp(-NTUo)}-1則可使ΔP*≤Q*成立。
本發(fā)明第2方案的變壓器用冷卻器，在第1方案的變壓器用冷卻器中，當空氣流方向的切起片的寬度a＝0.003～0.005m、1列散熱片的長度Lp＝0.04m～0.06m、上述散熱片的疊置方向的節(jié)距fp＝0.003～0.004m、傳熱管的外徑D＝0.02m～0.03m、上述空氣流方向的上述傳熱管的節(jié)距Dp＝0.04m～0.06m、上述空氣流方向的列數(shù)N1＝2～4、上述散熱片的前面風速Uf＝1-4m/s時，上述空氣流方向的切起片數(shù)N在4以下。
本發(fā)明第3方案的變壓器用冷卻器，在第1方案的變壓器用冷卻器中，在切起片上形成的溫度邊界層的厚度的最大值在相鄰散熱片基底間隔的1/2以下。
本發(fā)明第4方案的變壓器用冷卻器，在第1方案的變壓器用冷卻器中，使空氣流方向的切起片寬度a[m]具有a≤2040×Hf2的關(guān)系。
本發(fā)明第5方案的變壓器用冷卻器，在第1方案的變壓器用冷卻器中，當2040Hf2≤0.001時，空氣流方向的切起片的寬度a[m]為a＝0.001。
本發(fā)明第6方案的變壓器用冷卻器，在第1～6中任何一項方案的變壓器用冷卻器中，在與空氣流方向平行地外切于傳熱管的2個平面之間，并且在傳熱管的上述空氣流的上游側(cè)，配置1個以上的切起片的一部分或全體。
本發(fā)明第7方案發(fā)明的變壓器用冷卻器，在第6方案變壓器用冷卻器中，在與空氣流方向平行地外切于傳熱管的2個平面之間，并且在傳熱管的上述空氣流的上游側(cè)，配置1個以上的切起片的腳部的一部分或全體。
本發(fā)明第8方案的變壓器用冷卻器，在第1～5中任何一項方案的變壓器用冷卻器中，切起片的腳部與近旁的局部氣流方向平行地配置。
本發(fā)明第9方案的變壓器用冷卻器，在第1～5中任何一項方案的變壓器用冷卻器中，配置在沿與空氣流垂直的方向相鄰的2個傳熱管之間的切起片，在與上述空氣流方向垂直的方向上僅配置1個。
圖1為本發(fā)明實施形式1的變壓器用冷卻器的散熱片平面圖、斷面圖及透視圖。
圖2為本發(fā)明實施形式1的變壓器用冷卻器的散熱片的斷面圖。
圖3為示出本發(fā)明實施形式1的變壓器用冷卻器的散熱片的切起片數(shù)與壓力損失及傳熱量的關(guān)系圖。
圖4為示出本發(fā)明實施形式1的變壓器用冷卻器的散熱片的切起片數(shù)與綜合性能的關(guān)系圖。
圖5為用于示出本發(fā)明實施形式1的變壓器用冷卻器的效果的側(cè)面示意圖。
圖6為用于示出本發(fā)明實施形式1的變壓器用冷卻器的效果的側(cè)面示意圖。
圖7為用于示出本發(fā)明實施形式1的變壓器用冷卻器的效果的側(cè)面示意圖。
圖8為用于示出本發(fā)明實施形式1的變壓器用冷卻器的效果的平面示意圖。
圖9為本發(fā)明實施形式2的變壓器用冷卻器的散熱片的平面圖。
圖10為本發(fā)明實施形式3的變壓器用冷卻器的散熱片的平面圖。
圖11為本發(fā)明實施形式4的變壓器用冷卻器的散熱片的平面圖。
圖12為本發(fā)明實施形式5的變壓器用冷卻器的散熱片的平面圖。
圖13為變壓器的斷面圖。
圖14為變壓器用冷卻器的側(cè)面圖和平面圖。
圖15為變壓器用冷卻器的透視圖。
圖16為現(xiàn)有變壓器用冷卻器的散熱片的平面圖和斷面圖。
實施形式1圖1為本發(fā)明的實施形式1的變壓器用冷卻器(以下稱冷卻器)的散熱片的圖，(a)為散熱片的平面圖，(b)為放大了其中一部分的平面圖，(c)為(b)的散熱片的斷面圖。在圖中，符號1為散熱片，在疊置方向相互平行地配置多個散熱片1.在圖1(a)中，稱朝里方向為疊置方向，稱上下方向為段方向，稱左右方向為列方向。
符號2為相對散熱片1垂直貫通地設(shè)置的傳熱管。散熱片1由板狀的散熱片基底5和切起片3構(gòu)成，該切起片3被從散熱片基底5切割立起，位移到與散熱片基底5平行的平面。圖1(c)為散熱片的透視圖，切起片3具有腳部3c，由腳部3c支承于散熱片基底5。
在傳熱管2內(nèi)，流動從圖示以外的油循環(huán)泵輸送的絕緣油。符號20示出由圖示以外的送風機送往散熱片1之間的空氣流，切起片3形成與該空氣流20相向地開口的開口部34。
由上述散熱片1和傳熱管2構(gòu)成熱交換器，并且冷卻器全體和變壓器全體的構(gòu)成與圖13-15所示的構(gòu)成相同，通過冷卻器中的絕緣油-空氣間的換熱將變壓器本體產(chǎn)生的熱散發(fā)到外部空氣。
在本實施形式中，散熱片1的疊置方向的節(jié)距fp＝0.004m，散熱片厚度tf＝0.0004m，另外，空氣流20的方向上的散熱片1的長度即1列的長度Lp＝0.055m，熱交換器的前面風速Uf＝1.0m/s，與空氣流20垂直的在段方向上的傳熱管2的節(jié)距Dp＝0.048m，傳熱管2的外徑D＝0.025m。散熱片間的自由通過體積基準的風速U＝2.7m/s。自由通過體積基準的風速U由下式定義。U＝Uf×Lp×Dp×fp/{(Lp×Dp-π/4×D2)(fp-tf)}…… (1)
空氣流20方向的切起片3的尺寸，即切起片3的寬度a設(shè)定為a＝4mm。另外，空氣流20方向的1列，即每1列傳熱管的切起片3的個數(shù)N設(shè)定為N＝3，該3個切起片3設(shè)置成大體相等間隔。
下面，說明本實施形式的動作。圖2的(a)為散熱片的斷面圖，(b)為放大了該切起片部分的斷面圖。流過熱交換器的散熱片1間的空氣通過與散熱片1進行熱交換而被加熱。在散熱片1的表面，如圖2所示那樣，形成溫度邊界層11，傳熱通過該溫度邊界層11進行。一般情況下，溫度邊界層11越薄，空氣與散熱片1的每單位溫差的傳熱量越大，如圖2(b)所示，溫度邊界層11在切起片3的風上側(cè)前端更新，切起片3的空氣流方向上游端處的溫度邊界層厚度非常薄，換言之，溫度梯度非常大，所以，如圖2(a)下方所示那樣，散熱片前端處的每單位面積的傳熱量即熱通量[W/m2]增加。
散熱片1沿疊置方向以節(jié)距fp疊置，如fp小，則從切起片3的空氣流方向上游端形成的溫度邊界層11在下游位置與從在疊置方向上相鄰的切起片形成的溫度邊界層11干涉。在發(fā)生干涉的位置的下游，溫度邊界層的厚度為一定值，在空氣流方向上，每單位長度的傳熱量為一定值。
另一方面，如設(shè)溫度邊界層的厚度為dt，則從切起片3的空氣流方向上游端沿流動方向離開距離x的位置處的溫度邊界層dt由下式表示。dt＝5.0×(ν×x/U)0.5/Pr0.3……(2)其中，ν為動粘性系數(shù)，在常溫常壓空氣的場合，ν＝0.0000161[m2/s]。U為自由通過體積基準的風速。Pr為普蘭特準數(shù)，在常溫常壓空氣的場合，Pr＝0.72。
當將散熱片基底間隔Hf定義為Hf＝fp-tf時，要促進切起片表面與空氣之間的傳熱，就必須使切起片3的下游即x＝a處的上述溫度邊界層厚度dt在散熱片間寬度Hf的1/2以下。因此，設(shè)定切起片的寬度a，以滿足a≤U/ν×Pr0.6×(Hf/10)2＝510×U×Hf2……(3)的條件。在變壓器用冷卻器的標準使用范圍中，自由通過體積基準的風速U＝1～4m/s左右，因此a≤510×Hf2～2040×Hf2……(4)但是，計算時，需要注意a、Hf的單位都為[m]。例如，如設(shè)fp＝0.004m、tf＝0.0004m，則Hf＝0.0036m，從(4)式得到a≤0.0066～0.026m的范圍。
另一方面，散熱片1的切起片3由于通過使用金屬模具的壓力加工形成，所以，存在切起片的可能的極限尺寸，通常，上述切起片寬度a為0.001m左右。因此，當滿足上述不等式的范圍低于上述加工極限尺寸時，制造實際上難以實現(xiàn)。因此，在該場合，切起片寬度a＝0.001m。
此時，表示每切起片的單位面積、單位溫差的傳熱量的傳熱系數(shù)hs[W/m2K]如下式那樣計算。即hs＝k/a×0.664×Rea0.5×pr0.3……(5)其中，k為傳熱系數(shù)，Pr為普蘭特準數(shù)，k＝0.0261[W/mK]、Pr＝0.72[-]。另外，Rea為雷諾數(shù)，由下式定義。Rea＝U×a/ν ……(6)因此，hs＝3.914×(U/a)0.5……(7)如將從(3)式導出的a≤510×U×Hf2……(8)代入(7)式，則hs≥0.173/Hf ……(9)另一方面，沒有切起片的場合的平面散熱片的傳熱系數(shù)hb大體可如以下那樣計算。hb＝k/(Hf×2)×4.3 ……(10)因此，hb＝0.056/Hf……(11)如將形成于1列長度為Lp的散熱片平面上的、處于空氣流方向的切起片的數(shù)量設(shè)為N，則有效傳熱系數(shù)heff為上述2個傳熱系數(shù)hs、hb的面積加權(quán)平均值。即heff＝hb+(N×a/Lp)×(hs-hb)……(12)因此，切起片產(chǎn)生的傳熱系數(shù)的增加比例h*為h*＝(N×a/Lp)×(hs/hb-1)≥N×(1274×U×Hf2/Lp) ……(13)由以上可知，傳熱系數(shù)與切起片個數(shù)N成比例地增加。
但是，傳熱系數(shù)與傳熱量沒有比例關(guān)系，在空氣流到下游的過程中，空氣溫度接近散熱面的溫度，傳熱量逐漸接近一定值。具體地說，每單位溫差的傳熱量Q由下式計算。Q＝ρ×Cp×U×Hf×{1-exp(-NTU)} ……(14)其中，ρ為密度，在常溫常壓的空氣的場合大約為1.2[kg/m3]，Cp為比熱，在常溫常壓的空氣的場合為1004[J/kgk]。因此，Q＝1205×U×Hf×{1-exp(-NTU)}……(15)另外，NTU為傳熱單位數(shù)，NTU＝(NL×Lp×heff)/(ρ×Cp×U×Hf)＝0.00166×(Lp×heff)/(U×Hf) ……(16)其中，NL為沿空氣的流動方向設(shè)置的傳熱管的列數(shù)。Heff為在上面計算的傳熱系數(shù)，heff＝0.056/Hf×{1+N×(1274×U×Hf2/Lp)} ……(17)切起片的設(shè)置產(chǎn)生的Q的上升程度Q*可如下那樣表示。Q*＝{1-exp(-NTU)}/{1-exp(-NTUo)}-1 ……(18)其中，NTUo為切起片數(shù)N＝0時的NTU。在變壓器用冷卻器中，一般的風速上限大約為U＝4m/s左右，所以，Q*的實際上限按(16)式由以下的NTU下限值計算。NTU＝0.000415×(Lp×heff)/Hf ……(19)下面，說明壓力損失與N的關(guān)系，以給出流動方向的切起片的個數(shù)N的最佳值。如切起片的個數(shù)N多，則上述溫度邊界層的更新的效果使傳熱量增加，但由于熱交換器的壓力損失增加，送風機的動力增加，所以需限定個數(shù)N。此時，沒有切起片的散熱片間每單位長度的壓力損失ΔPb如以下那樣計算。ΔPb＝32/Ref×(1/Hf)×1/2×(r/g)×U2……(20)其中，Ref由下式定義。Ref＝U×(2×Hf)/ν ……(21)另外，r為常溫常壓空氣的比重[N/m3]，g為重力加速度[m/s2]。另一方面，切起片部分的每單位長度的壓力損失ΔPs一般為ΔPs＝2×1.328/Rea0.5×(1/Hf)×1/2×(r/g)×U2……(22)因此，壓力損失的和ΔP為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)壓力損失的增加比例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等條件，整理上式可得到ΔP*＝N×(424×U×Hf2/Lp) …… (25)即意味著壓力損失與切起片的個數(shù)N成比例地增加。因此，在與前述的傳熱量的上升程度Q*的平衡之處，存在N的最佳范圍。在變壓器用冷卻器中，一般的風速的上限大約為U＝4m/s左右，所以ΔP*的實際的上限為ΔP*＝N×(1700×Hf2/Lp) …… (26)在圖1所述的本實施形式中，作為變壓器的冷卻器，標準的情況是在fp＝4mm、tf＝0.4mm、Lp＝55mm、Dp＝48mm、D＝25mm、Uf＝2m/s、a＝4mm的狀態(tài)下在流動方向上配置成2列。此時，U＝2.7m/s。U×Hf2/Lp＝0.000729 …… (27)因此，h*＝0.929N、ΔP*＝0.309N。在該場合，切起片的個數(shù)N產(chǎn)生的壓力損失ΔP和傳熱量Q的變化示于圖3。對沒有切起片的場合(即N＝0)的壓力損失ΔP和傳熱量Q進行規(guī)格化，以1+ΔP*和1+Q*的形式示出。另外，圖4示出用壓力損失的增加程度除能力的提高程度得到的綜合性能參數(shù)(1+Q*)/(1+ΔP*)的變化。由圖3可知，N在9與10之間時兩直線相交，當N進一步增大時，壓力損失的增加處于支配地位。
此時，在通過設(shè)置切起片增加熱交換器的能力以減少流動方向上的列數(shù)從而實現(xiàn)小型化的場合，壓力損失與列數(shù)成比例，所以，如1+ΔP*＜1+Q*，則在能力相同的條件下壓力損失在現(xiàn)狀(沒有切起片的場合)以下，當風量增加時，能力進一步提高。反過來，如1+ΔP*＞1+Q*，則在相同壓力損失的條件下，需要進一步減少列數(shù)，所以不能得到必要的性能。由圖4可知，綜合性能參數(shù)為在N＝3有峰值的曲線，此時，傳熱量的提高率相對于壓力損失的提高率為最大。此時，當使壓力損失與現(xiàn)狀相同地設(shè)定列數(shù)時，與現(xiàn)狀相比能力得到最大限度的改善，起到減少冷卻器的設(shè)置臺數(shù)的效果。由以上可知，對于切起片數(shù)N需要設(shè)N≤9，當N＝3時更好。另外，為了避免氣流上游的切起片的影響，切起片最好在1列的長度的中間于切起片的前后設(shè)置間隔，另外，最好大體以等間隔排列。
在本實施形式中，是對于標準尺寸進行計算，并設(shè)N＝3，但在將各參數(shù)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、列數(shù)N1＝2～4的范圍變化時，與圖4中的峰值對應(yīng)的N值基本在4以下的范圍，因此，確認了切起片數(shù)N最好在4以下。
當然，切起片數(shù)N的數(shù)值也可按照以上所示式子相應(yīng)于尺寸和風速的條件，從壓力損失的增加比例適當?shù)丶右源_定。
在采用了本實施形式所示的散熱片的冷卻器中，相對采用現(xiàn)有散熱片的冷卻器，可在熱交換器的冷卻能力相同的條件下使體積小型化，減輕重量，所以，具有以下那樣的優(yōu)點。圖5～圖8為用于與現(xiàn)有產(chǎn)品進行比較、示出上述實施形式所示本發(fā)明品的效果的示意圖，(a)示出現(xiàn)有品，(b)示出本發(fā)明品。如圖5所示，在直接安裝于變壓器本體41的類型的場合，可簡化冷卻器43的支承構(gòu)件61，降低材料費，減少設(shè)備工程的工時。另外，如圖6所示，在將冷卻器43搭載于臺架63然后與變壓器41相連的類型的場合，由于可減少用于確保臺架63的強度的強度構(gòu)件62，所以可降低材料費，減少設(shè)備工程的工時。在圖7中，通過降低冷卻器43的高度，可降低儲油筒44的高度，所以，沒有必要分解變壓器本體41與冷卻器43和儲油筒44進行輸送然后再在現(xiàn)場組裝，因此，不僅可降低運輸費用，而且可省略解體組裝工序。
另外，采用本實施形式所示的散熱片的冷卻器，相對于采用現(xiàn)有技術(shù)的散熱片的冷卻器，由于在熱交換器相同體積的條件下提高了能力，在需要設(shè)置多個冷卻器的大容量變壓器設(shè)備中，可以減少變壓器的臺數(shù)。圖8是示出這樣的變壓器的平面示意圖，在該例子中，可以將設(shè)置在變壓器本體41周圍的冷卻器數(shù)量從現(xiàn)有技術(shù)的5臺減少到4臺。在這種情況下，可以減少冷卻器、管路和泵所需的材料費和加工費，縮小工序范圍，從而可以縮短基礎(chǔ)工程期限、簡化滅火設(shè)備、縮短在現(xiàn)場的組裝和拆卸時間、減少運輸冷卻器用的拖車臺數(shù)、縮小安裝面積、以及減少補助機械的損壞。實施形式2圖9示出本發(fā)明實施形式2的熱交換器的散熱片的平面圖。與實施形式1相同，熱交換器由散熱片1和垂直于散熱片1地插入的傳熱管2構(gòu)成，同時，散熱片1由板狀的散熱片基底5和切起片3構(gòu)成。切起片3由切起片35和切起片31構(gòu)成，該切起片35設(shè)在沿段方向(圖9的上下方向)相鄰的傳熱管2之間，該切起片31設(shè)在傳熱管2的空氣流20方向的上游側(cè)。符號2a、2b為與空氣流20方向平行地外切于傳熱管的平面，傳熱管上游的切起片31的一部分位于其間。此外，送風機等按與實施形式1的場合相同地進行設(shè)置。
本實施形式的冷卻器由于如上述那樣構(gòu)成，所以，具有如下那樣的效果。即，設(shè)在傳熱管2上游的切起片31使傳熱管2上游的空氣流的磨擦損失大幅度上升，降低從傳熱管2上游通過傳熱管2側(cè)面流動的空氣流的流量。由此，可相對地增加流過沿段方向鄰接的2根傳熱管間的散熱片面上的空氣流量，增大通過設(shè)于該部分的切起片群的邊界層更新效果促進的傳熱量。實施形式3圖10為本發(fā)明實施形式3的熱交換器的散熱片的平面圖。由該圖可知，在設(shè)于傳熱管2的氣流上游的切起片31的基礎(chǔ)上，在傳熱管的下游也設(shè)置同樣的切起片32，形成相對散熱片縱向中心線CL對稱的構(gòu)成，該散熱片縱向中心線CL為連接沿段方向設(shè)置多根的傳熱管2的中心之間的線。其它與實施形式2相同，故省略其說明。通過這樣構(gòu)成，與切起片3不對稱的場合相比，散熱片1的形狀穩(wěn)定，彎曲等變形導致的問題不易發(fā)生，而且由于即使將熱交換器的氣流流入、流出口弄反了也可以使用，所以起到生產(chǎn)管理易于進行的效果。實施形式4圖11(a)示出本發(fā)明實施形式4的熱交換器的散熱片的平面圖。與近旁的局部氣流平行地配置切起片的腳部3c。即，在沿段方向鄰接的傳熱管2之間設(shè)置切起片3，該切起片3的腳部3c中的靠近傳熱管2一側(cè)的腳部3d，被大體沿傳熱管2外側(cè)面并使上述腳部3d的側(cè)面相對空氣流20方向傾斜地切起，另一方面，腳部3b設(shè)在沿段方向鄰接的2個傳熱管2之間靠近中心線一側(cè)，使該腳部3b與空氣流20方向一致地切起其側(cè)面。腳部3d靠近傳熱管一側(cè)其它與實施形式2相同。通過這樣構(gòu)成，可使局部的氣流21沿切起的腳部3b、3d流動，抑制圖11(b)所示那樣在下游的剝離區(qū)域4的發(fā)生導致的噪音或傳熱量下降，如圖11(c)所示，還可使在腳部3b的下游也順利流動，并且在傳熱管2近旁沿傳熱管2的外側(cè)面流動，防止流動壓力損失的增大。實施形式5在圖12(a)中，示出本發(fā)明實施形式5的熱交換器的散熱片的平面圖。在切起片3中，切起片35設(shè)在沿段方向鄰接的傳熱管2之間，該切起片35在與空氣流20垂直的方向(圖12(a)的縱方向)即段方向不分割，僅設(shè)有1塊，在沿空氣流20的方向設(shè)有多個。切起片3中的位于最上游的切起片33，將沿散熱片1的氣流上游端1a相鄰的切起片33的腳部3c設(shè)置在傳熱管2的上游側(cè)，其最小間隔W1(在圖12(a)中的氣流上游側(cè)的間隔)設(shè)置在比位于這些切起片33之間的傳熱管2外徑D小的位置。
由于本實施形式的冷卻器如上述那樣構(gòu)成，所以具有如下那樣的效果。即，當從風的上游側(cè)觀看時，設(shè)在最上游的切起片33由于其腳部3c處于遮住傳熱管2的狀態(tài)，所以，氣流被引導至切起片3，不會出現(xiàn)氣流偏流而直接沖擊在傳熱管2的情形。結(jié)果，減少了從傳熱管2上游流入并通過傳熱管2側(cè)面流動的空氣流的流量。由此，可相對增大流過沿段方向鄰接的2根傳熱管2相互間的散熱片1面上的空氣流量，增大由設(shè)于該部分的切起片3的邊界層更新效果促進的傳熱量。另外，在相向的相鄰傳熱管2之間，在與空氣流20垂直的方向僅設(shè)有1塊切起片3，所以切起片3腳部3c的個數(shù)最少，如圖12(b)所示，可獲得將在切起片腳部3c下游產(chǎn)生的空氣流的剝離區(qū)域4的影響抑制到最小限度的效果。
在上述實施形式1～5中，將傳熱管2中流動的流體設(shè)為絕緣油，在變壓器為氣體絕緣的場合，在傳熱管2內(nèi)流動絕緣氣體。
本發(fā)明由于如上述那樣構(gòu)成，所以具有如下所示那樣的效果。
在本發(fā)明第1～9方案的變壓器用冷卻器中，切起片沿氣體流動方向的設(shè)置個數(shù)N設(shè)定在這樣的范圍，在該范圍，切起片的設(shè)置帶來的壓力損失ΔP的增加程度ΔP*不會超過切起片的設(shè)置帶來的傳熱量Q的上升程度，所以，壓力損失比較小，可有效地提高傳熱量，在將散熱片用于該熱交換器的冷卻器中，相對于使用現(xiàn)有的散熱片的冷卻器，可在熱交換器的冷卻能力相同的條件下使體積小型化，使重量減輕，所以，在直接安裝在變壓器本體的情形下，可簡化冷卻器的支承構(gòu)件，降低材料費，削減設(shè)備工程的工時。另外，在將冷卻器搭載于臺架連接于變壓器本體的類型的情形下，由于可減少用于確保臺架強度的構(gòu)件數(shù)，所以可減少材料費，削減設(shè)備工程的工時。另外，通過降低冷卻器的高度，可降低儲油筒高度，因而可不必分解變壓器本體和冷卻器及儲油筒進行輸送然后在現(xiàn)場再次組裝，可省略解體組裝工序。另外，由于在熱交換器相同的體積條件下提高能力，所以在需設(shè)置多個冷卻器的大容量變壓器設(shè)備中，可減少冷卻器臺數(shù)，降低冷卻器、配管及泵所需材料費、加工費，可通過縮小由工程范圍來縮短基礎(chǔ)工程期間，并可簡化消防設(shè)備，縮短在工廠的組裝和解體時間，削減冷卻器輸送用的拖車的臺數(shù)，縮減安裝面積，降低輔機損失，從多方面產(chǎn)生有益的效果。
在本發(fā)明第3、4方案的變壓器用冷卻器中，設(shè)定沿氣流方向的切起片寬度a，使在切起片上形成的溫度邊界層的厚度dt的最大值為上述板狀散熱片的相互間寬度Hf的1/2以下，所以，切起片上的邊界層厚度從切起片的前端到后端十分薄，不與從鄰接的切起片形成的邊界層之間形成干涉，因而具有可有效地促進傳熱的效果。
另外，本發(fā)明第5方案的變壓器用冷卻器在2040Hf2≤0.001時，由于將空氣流方向的寬度a設(shè)為0.001m，所以，在制造上沒有大的困難，而且可最大限度地促進傳熱。
另外，在本發(fā)明第6、7方案的變壓器用冷卻器中，由于1個以上的切起片的一部分或全部，或腳部的一部分或全部，配置在傳熱管的空氣流上游側(cè)，所以，相對集中于傳熱管周圍的流動形成阻力，流過沿段方向鄰接的2根傳熱管相互間的散熱片面上的空氣流量增大，從而使設(shè)于該部分的切起片群的邊界層更新效果促進的傳熱量增加。
另外，在本發(fā)明第8方案的變壓器用冷卻器中，由于切起片的腳部與近旁的局部氣流方向平行，所以，在腳部下游不發(fā)生剝離區(qū)域，因此，壓力損失不會增加。
另外，在本發(fā)明第9方案的變壓器用冷卻器中，對于設(shè)在沿與氣流垂直的方向相鄰的2個傳熱管間的切起片，由于在與氣流方向垂直的方向上僅設(shè)置1個切起片，所以，可將在切起片腳部下游發(fā)生的流動的剝離區(qū)域的影響抑制在最小限度。
權(quán)利要求
1.一種變壓器用冷卻器，具有相互平行配置的多個散熱片、垂直貫通這些散熱片并且來自變壓器本體的流體在其內(nèi)部流過的傳熱管、以及使空氣在上述散熱片間流動的送風機，由上述空氣冷卻上述流體；其特征在于上述散熱片由板狀的散熱片基底和多個切起片構(gòu)成，該多個切起片從該散熱片基底切割立起，位移到與上述散熱片基底平行的平面，并與上述空氣流相向地開口，如設(shè)相鄰的上述散熱片基底的間隔為Hf[m]，上述空氣流方向上的1列上述散熱片的長度為Lp[m]，上述空氣流方向的1列上述切起片的數(shù)量為N，則heff＝0.056/Hf×{1+N(5100×Hf2/Lp)}NTU＝0.000415(Lp×heff)/Hf設(shè)N＝0時的NTU為NTUo，并設(shè)ΔP*＝N(1700×Hf2/Lp)Q*＝{1-exp(-NTU)}/{1-exp(-NTUo)}-1則可使ΔP*≤Q*成立。
2.如權(quán)利要求1所述的變壓器用冷卻器，其特征在于當空氣流方向的切起片的寬度a＝0.003～0.005m、1列散熱片的長度Lp＝0.04～0.06m、上述散熱片的疊置方向的節(jié)距fp＝0.003～0.004m、傳熱管的外徑D＝0.02～0.03m、上述空氣流方向的上述傳熱管的節(jié)距Dp＝0.04～0.06m、上述空氣流方向的列數(shù)N1＝2～4、上述散熱片的前面風速Uf＝1～4m/s時，上述空氣流方向的切起片的數(shù)N在4以下。
3.如權(quán)利要求1所述的變壓器用冷卻器，其特征在于在切起片上形成的溫度邊界層的厚度的最大值在相鄰散熱片基底間隔的1/2以下。
4.如權(quán)利要求1所述的變壓器用冷卻器，其特征在于使空氣流方向的切起片的寬度a[m]具有a≤2040Hf2的關(guān)系。
5.如權(quán)利要求1所述的變壓器用冷卻器，其特征在于當2040Hf2≤0.001時，空氣流方向的切起片的寬度a[m]為a＝0.001。
6.如權(quán)利要求1～5中任何一項所述的變壓器用冷卻器，其特征在于在與空氣流方向平行地外切于傳熱管的2個平面之間，并且在傳熱管的上述空氣流的上游側(cè)，配置1個以上的切起片的一部分或全體。
7.如權(quán)利要求6所述的變壓器用冷卻器，其特征在于在與空氣流方向平行地外切于傳熱管的2個平面之間，并且在傳熱管的上述空氣流的上游側(cè)，配置1個以上的切起片的腳部的一部分或全體。
8.如權(quán)利要求1～5中任何一項所述的變壓器用冷卻器，其特征在于切起片的腳部以與近旁的局部氣流方向平行的狀態(tài)配置。
9.如權(quán)利要求1～5中任何一項所述的變壓器用冷卻器，其特征在于配置在沿與空氣流垂直的方向相鄰的2個傳熱管之間的切起片，在與上述空氣流方向垂直的方向上僅配置1個。
全文摘要
本發(fā)明公開一種變壓器用冷卻器,設(shè)定切起片3的數(shù)N,使得因在散熱片1設(shè)置切起片3產(chǎn)生的壓力損失的增加ΔP*不會超過因設(shè)置切起片3產(chǎn)生的傳熱量的增加Q*。說明了為獲得理想的N值而應(yīng)該存在于各種參數(shù)間的關(guān)系。由此,可以獲得小型且壓力損失小、熱交換能力大的變壓器用冷卻器。
文檔編號F28D1/053GK1245961SQ99118139
公開日2000年3月1日 申請日期1999年8月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月25日
發(fā)明者加賀邦彥, 藤原利彥, 村上寬 申請人:三菱電機株式會社