RU2513118C2 - Испарительно-конденсационная система охлаждения токопроводящих элементов (варианты) - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к электротехнике. Система содержит испаритель, конденсатор, средство охлаждения конденсатора, трубопроводы, связывающие между собой конденсатор и испаритель. Технический результат состоит в повышении энергетических показателей и уменьшении расхода электротехнических материалов и массогабаритных показателей. Испаритель выполнен с возможностью постоянного и плотного контакта с охлаждаемой поверхностью токопроводящего элемента. Уровень охлаждающей жидкости в испарителе расположен выше верхней границы токопроводящего элемента. Вход трубопровода, соединяющего испаритель и конденсатор, расположен выше уровня охлаждающей жидкости в испарителе. Конденсатор расположен выше, чем испаритель, и состоит, по меньшей мере, из двух соединенных емкостей, выполненных с возможностью конденсации газообразного охладителя, образовавшегося в результате нагрева и испарения охлаждающей жидкости, во второй емкости, соединенной при помощи трубопровода с испарителем. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам жидкостного испарительного охлаждения токоведущих частей силового энергетического и технологического оборудования. Например, катушки индуктивности могут быть использованы в силовых трансформаторах, электрических машинах, технике индукционного нагрева.

Индуктивные катушки для создания магнитного потока в электротехнических устройствах или машинах могут охлаждаться окружающим воздухом естественным образом или принудительно, за счет циркуляции охлаждающей среды вокруг обмоточного провода или в каналах и проходах в обмоточных проводах, а также за счет испарения жидкой охлаждающей среды, то есть путем использования испарительно-конденсационной системы охлаждения.

Известен трансформатор, в котором применяется система интенсификации охлаждения обмоток посредствам тепловой трубы /см. [1] Авторское свидетельство СССР 1096706, опубл. 07.06.1984/. В баке трансформатора располагается магнитопровод с обмотками на его стержнях, выполненными из полого прямоугольного или круглого обмоточного провода. Через определенное число витков (например, три) полой трубки выполнены верхние и нижние штуцеры из электроизоляционного материала, например фторопласта. Штуцеры соединяют пространство в медной трубе с верхним (паровым) и нижним (конденсатным) коллекторами. По техническому замыслу парообразование происходит внутри проводников, затем пар поступает в паровой коллектор и выходит в охладительный элемент вне бака, где конденсируется в виде жидкости, которая стекает под действием сил гравитации в конденсатный коллектор и поступает в каналы обмоточного провода. В качестве охлаждающего элемента внутри герметичной испарительно-конденсационной системы предлагается фреон. Предлагаемое устройство для охлаждения обмоток трансформатора имеет ряд недостатков. В том числе использование полого прямоугольного или круглого обмоточного провода для изготовления обмотки снижает коэффициент заполнения медью и ухудшает энергетические показатели устройства. Надежность системы охлаждения существенно снижается в силу образования гидрозатворов при частичном заполнении каналов конденсатом и паром, если между верхними (паровыми) и нижними (конденсатными) коллекторами несколько витков обмотки. Надежность системы может быть существенно повышена при использовании верхних (паровых) и нижних (конденсатных) коллекторов на каждом витке обмотки, но это в свою очередь существенно увеличивает сложность конструкции и снижает технологичность ее изготовления. Неоспоримым преимуществом технического замысла является непосредственный контакт охлаждаемой трубы и охлаждающей жидкости, что весьма положительно влияет на повышение тепловой эффективности испарительно-конденсатной системы охлаждения.

Известен также трансформатор /см. [2] Авторское свидетельство СССР № 1072118, опубл. 07.02.1984/, в котором на стержне магнитопровода дисковые обмотки чередуются с плоскими тепловыми трубами, тепловоспринимающая часть которых размещена между катушками, а теплопередающая часть - в гофрах кожуха. В этом случае за счет применения тепловой трубы эффективность теплосъема с дисковых катушек увеличивается, но размещение теплоотдающей части в виде плоского элемента в гофрах кожуха, а не за его пределами, как это сделано в /1/, существенно снижает эффективность теплоотдачи тепловой мощности в окружающую среду. Кроме того, недостатками известной конструкции является ограниченность комбинаций материалов теплоноситель-корпус из-за попадания при заправке и выделения неконденсирующихся газов в процессе работы тепловых труб и утечек теплоносителя через микротрещины, микропоры и дефекты в сварке.

Наиболее близким из известных по технической сущности является устройство для охлаждения электрической обмотки /см. [3] авторское свидетельство СССР № 851793, опубл. 03.07.1981/, выполненное в виде охлаждаемого корпуса с герметичной вакуумированной кольцевой полостью для размещения обмотки с элементами охлаждения, выполненными из неэлектропроводного капиллярно-пористого материала по всей поверхности обмотки и охлаждающей жидкости, заполняющей поры капиллярно-пористого материала и кольцевую полость на 1-5%. В описанном устройстве охлаждающая жидкость поднимается вопреки силам гравитации по обмоточному проводу и в результате испарения охлаждает обмотку. Пар конденсируется за счет использования вторичного водяного контура. Наличие неэлектропроводного капиллярно-пористого материала на всей поверхности обмотки существенно снижает эффективность теплопередачи от обмотки к охлаждающей жидкости. Использование эффекта подъема охлаждающей жидкости по капиллярно-пористому материалу в данном случае не совсем оправдано, и жидкость могла бы полностью покрывать электрическую обмотку. Наличие вторичного водяного контура существенно усложняет устройство в целом.

Целью настоящего изобретения является повышение энергетических показателей применения катушек индуктивности, при одновременном уменьшении расхода активных электротехнических материалов и массогабаритных показателей всего электротехнического устройства в целом.

Для достижения данной цели создана испарительно-конденсационная система охлаждения для токопроводящих элементов, содержащая испаритель, конденсатор, средство охлаждения конденсатора, трубопроводы, связывающие между собой конденсатор и испаритель, причем согласно изобретению испаритель выполнен с возможностью постоянного и плотного контакта с охлаждаемой поверхностью токопроводящего элемента, причем уровень охлаждающей жидкости в испарителе расположен выше верхней границы токопроводящего элемента, при этом вход трубопровода, соединяющего испаритель и конденсатор, расположен выше уровня охлаждающей жидкости в испарителе, а конденсатор расположен выше, чем испаритель, и состоит, по меньшей мере, из двух соединенных емкостей, выполненных с возможностью конденсации газообразного охладителя, образовавшегося в результате нагрева и испарения охлаждающей жидкости, во второй емкости соединенной при помощи трубопровода с испарителем.

Токопроводящий элемент может быть погружен в охлаждающую жидкость испарителя.

На трубопроводе, соединяющем конденсатор с испарителем, может быть установлен датчик ионов и ионообменный фильтр.

Испаритель и охлаждаемый токопроводящий элемент могут быть расположены в герметичной емкости и погружены в промежуточную жидкость.

Также для достижения поставленной цели создана испарительно-конденсационная система охлаждения для токопроводящих элементов, содержащая испаритель, конденсатор, средство охлаждения конденсатора, трубопроводы, связывающие между собой конденсатор и испаритель, причем согласно второму варианту испаритель выполнен с возможностью постоянного и плотного контакта с охлаждаемой поверхностью токопроводящего элемента, причем уровень охлаждающей жидкости в испарителе расположен выше верхней границы токопроводящего элемента, при этом вход трубопровода, соединяющего испаритель и конденсатор, расположен выше уровня охлаждающей жидкости в испарителе, а конденсатор представляет собой обсадную скважину, заполненную охлаждающей жидкостью, на дне которой установлено средство для перекачки охлаждающей жидкости, приводимое в действие с помощью преобразователя тепловой энергии в электрическую, установленного с возможностью теплового контакта с токопроводящим элементом и/или испарителем.

Средство для перекачки охлаждающей жидкости может представлять собой погружной насос.

Преобразователь тепловой энергии в электрическую может представлять собой термоэлектрическую батарею.

Токопроводящий элемент может быть погружен в охлаждающую жидкость испарителя.

На трубопроводе, соединяющем конденсатор с испарителем, может быть установлен датчик ионов и ионообменный фильтр.

Испаритель и охлаждаемый токопроводящий элемент могут быть расположены в герметичной емкости и погружены в промежуточную жидкость.

Также для достижения поставленной цели создана испарительно-конденсационная система охлаждения для токопроводящих элементов, содержащая испаритель, конденсатор, средство охлаждения конденсатора, трубопроводы, связывающие между собой конденсатор и испаритель, причем согласно третьему варианту испаритель выполнен с возможностью постоянного и плотного контакта с охлаждаемой поверхностью токопроводящего элемента, причем уровень охлаждающей жидкости в испарителе расположен выше верхней границы токопроводящего элемента, при этом вход трубопровода соединяющего испаритель и конденсатор расположен выше уровня охлаждающей жидкости в испарителе, а средство охлаждения конденсатора представляет собой вентилятор с маховиком, приводимый во вращение при помощи преобразователя тепловой энергии в механическую, установленного с возможностью теплового контакта с токопроводящим элементом и/или испарителем.

Преобразователь тепловой энергии в механическую может представлять собой двигатель Стирлинга.

Токопроводящий элемент может быть погружен в охлаждающую жидкость испарителя.

На трубопроводе, соединяющем конденсатор с испарителем, может быть установлен датчик ионов и ионообменный фильтр.

Испаритель и охлаждаемый токопроводящий элемент могут быть расположены в герметичной емкости и погружены в промежуточную жидкость.

Конденсатор может быть расположен ниже чем испаритель, при этом на трубопроводе, соединяющем конденсатор с испарителем, установлено средство для перекачки охлаждающей жидкости в испаритель.

Средство для перекачки охлаждающей жидкости может приводится в действие при помощи преобразователя тепловой энергии в механическую, установленного с возможностью теплового контакта с токопроводящим элементом и/или испарителем.

Данное изобретение поясняется следующими чертежами:

На фиг. 1-3 изображены варианты испарительно-конденсационной системы, в которых конденсатор с воздушным принудительным охлаждением расположен выше испарителя и рассеивает тепло в окружающем воздухе, например, производственного помещения.

На фиг. 1 изображена испарительно-конденсационная система охлаждения с жесткими испарителями, плотно контактирующими с охлаждаемыми катушками индуктивности, в которой конденсатор с воздушным принудительным охлаждением расположен выше испарителя и рассеивает тепло в окружающем воздухе, например, производственного помещения (электротехническое устройство, кроме одной охлаждаемой катушки индуктивности, условно не показано).

На фиг. 2 изображена испарительно-конденсационная система охлаждения с единым испарителем и помещенными внутрь испарителя и теплоносителя охлаждаемыми катушками, в которой конденсатор с естественным или воздушным принудительным охлаждением расположен выше испарителя и рассеивает тепло в окружающем воздухе, например, производственного помещения (электротехническое устройство, кроме одной охлаждаемой катушки индуктивности, условно не показано).

На фиг. 3 изображена испарительно-конденсационная система охлаждения с единой емкостью с помещенными внутрь промежуточной охлаждающей жидкости охлаждаемыми катушками и охлаждающими в промежуточный теплоноситель испарителями, в которой конденсатор с естественным или воздушным принудительным охлаждением расположен выше испарителя и рассеивает тепло в окружающем воздухе, например, производственного помещения (электротехническое устройство, кроме одной охлаждаемой катушки индуктивности, условно не показано).

На фиг. 4-6 изображены варианты испарительно-конденсационной системы, в которых конденсатор с воздушным принудительным охлаждением расположен ниже испарителя и рассеивает тепло в окружающем воздухе, например, производственного помещения.

При этом на фиг. 4. изображена испарительно-конденсационная система охлаждения с жесткими испарителями, плотно контактирующими с охлаждаемыми катушками индуктивности, в которой конденсатор с естественным или воздушным принудительным охлаждением расположен ниже испарителя и рассеивает тепло в окружающем воздухе, например, производственного помещения (электротехническое устройство, кроме одной охлаждаемой катушки индуктивности, условно не показано).

На фиг. 5 изображена испарительно-конденсационная система охлаждения с единым испарителем и помещенными внутрь испарителя и теплоносителя охлажданемыми катушками, в которой конденсатор с естественным или воздушным принудительным охлаждением расположен ниже испарителя и рассеивает тепло в окружающем воздухе, например, производственного помещения (электротехническое устройство, кроме одной охлаждаемой катушки индуктивности, условно не показано).

На фиг. 6 изображена испарительно-конденсационная система охлаждения с единой емкостью с помещенными внутрь промежуточной охлаждающей жидкости охлаждаемыми катушками и охлаждающими промежуточный теплоноситель испарителями, в которой конденсатор с естественным или воздушным принудительным охлаждением расположен ниже испарителя и рассеивает тепло в окружающем воздухе, например, производственного помещения (электротехническое устройство, кроме одной охлаждаемой катушки индуктивности, условно не показано).

На фиг. 7-9 изображены варианты испарительно-конденсационной системы, в которых конденсатор расположен ниже испарителя, а именно в грунте, например, под полом производственного помещения и рассеивает тепло непосредственно в грунте.

При этом на фиг. 7 изображена испарительно-конденсационная система охлаждения с жесткими испарителями, плотно контактирующими с охлаждаемыми катушками индуктивности, в которой конденсатор расположен ниже испарителя, а именно в грунте, например, под полом производственного помещения и рассеивает тепло непосредственно в грунте (электротехническое устройство, кроме одной охлаждаемой катушки индуктивности, условно не показано).

На фиг. 8 изображена испарительно-конденсационная система охлаждения с единым испарителем и помещенными внутрь испарителя и теплоносителя охлажданемыми катушками, в которой конденсатор расположен ниже испарителя, а именно в грунте, например, под полом производственного помещения и рассеивает тепло непосредственно в грунте (электротехническое устройство, кроме одной охлаждаемой катушки индуктивности, условно не показано).

На фиг. 9 изображена испарительно-конденсационная система охлаждения с единой емкостью с помещенными внутрь промежуточной охлаждающей жидкости охлаждаемыми катушками и охлаждающими промежуточный теплоноситель испарителями, в которой конденсатор расположен ниже испарителя, а именно в грунте, например, под полом производственного помещения и рассеивает тепло непосредственно в грунте (электротехническое устройство, кроме одной охлаждаемой катушки индуктивности, условно не показано).

Изобретение раскрыто ниже со ссылкой на конкретные варианты его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании.

В качестве токопроводящего элемента может быть использована многовитковая плоская катушка индуктивности, в которой провод - шина с изоляционным покрытием плотно навивается на специальной оснастке от центра к периферии. Катушка имеет центральное отверстие. Катушка пропитывается скрепляющим изоляционным материалом и просушивается для образования плоской дисковой монолитной катушки.

В таких катушках основной барьер теплопередачи при ее охлаждении сосредоточен на ее плоских торцах. Микрорельеф торцевых поверхностей катушки представляет собой чередующиеся выступы и канавки, соответствующие навитым виткам провода (шины). Причем выступы являются закруглениями боковой поверхности провода (шины). Прижатая с усилием к такому торцу катушки любая твердая плоскость теплоотвода (например, стенка испарителя) будет иметь площадь непосредственного контакта не более 15-20% от общей площади торца катушки. Теплопередача от медного провода к рабочей жидкости испарителя через такой барьер сильно затрудняется.

Испаритель выполнен из немагнитного материала (например, нержавеющей стали или алюминия) в виде плоского полого диска с центральным отверстием, равным отверстию катушки. Для предотвращения замыкания наведенных токов испаритель имеет радиальный разрыв.

Для снижения термического сопротивления на границе "медный провод - рабочая жидкость испарителя" предлагается: а) катушку обрабатывать (например, на токарном, фрезерном или шлифовальном станке) таким образом, чтобы удалить слой пропитки и изоляции с провода (шины) вместе с закругленной боковой частью провода (шины) для создания плоской торцевой стороны катушки и через изоляционную прокладку плотно прижимать к стенке испарителя; б) катушку обрабатывать (например, на токарном или шлифовальном станке) таким образом, чтобы удалить слой пропитки и изоляции с провода (шины) вместе с закругленной боковой частью провода (шины) для создания плоской торцевой стороны катушки и помещать ее внутрь испарителя с диэлектрической рабочей жидкостью; в) катушку не обрабатывать как в вариантах а-б, а помещать ее в емкость с промежуточной диэлектрической охлаждающей жидкостью, которая передает тепло рабочей жидкости испарителя, расположенного в этой же емкости.

Эти три варианта, каждый по-своему, изменяют конфигурацию и состав испарительно-конденсационной системы охлаждения.

Кроме того, конфигурация и состав испарительно-конденсационной системы охлаждения зависит также от взаимного расположения конденсатора и испарителя. Здесь возможны также три варианта: а) конденсатор с воздушным принудительным охлаждением расположен выше испарителя и рассеивает тепло в окружающем воздухе, например, производственного помещения; б) конденсатор с воздушным принудительным охлаждением расположен ниже испарителя и рассеивает тепло в окружающем воздухе, например, производственного помещения; в) конденсатор расположен ниже испарителя, а именно в грунте, например, под полом производственного помещения и рассеивает тепло непосредственно в грунте.

Исходя из этого возможны девять (три на три) вариантов конфигураций испарительно-конденсационной системы.

Между катушкой и испарителем прокладывается изоляционный материал, например фторопластовая пленка.

В случае выполнения испарителя из неэлектропроводного материала, например керамики, радиальный разрыв и изоляционная прокладка не нужны.

Испарители расположены с двух сторон катушки и при сборке плотно прижимаются к катушке, образуя единый блок.

Конденсатопровод и паропровод могут быть совмещены.

Испарительно-конденсационная система герметична, вакуумируется для снижения точки кипения раб. жидкости.

Плоские дисковые катушки могут чередоваться с испарителями. Тогда испарители через коллекторы соединяются с конденсатором. В системе имеется расширительный бачок.

Уровень рабочей жидкости в испарителе выше внешнего витка катушки.

Саморегулирующаяся система охлаждения конденсатора: чем больше тепла выделяется в испарителе, тем быстрее вращается вентилятор.

По первому варианту выполнения испарительно-конденсационная система изображена на фиг. 1. Индуктор (трансформатор) содержит многовитковые плоские катушки 1, плотно прилегающие к испарителям 2, в которых находится испаряемая (рабочая) жидкость. Уровень охлаждающей жидкости в испарителях 2 выше уровня катушки. От испарителя выше уровня жидкости отходит паропровод 6, который соединяется с верхним бачком конденсатора 5. Нижний бачок конденсатора 5 соединяется конденсатопроводом 3 с испарителями 2. С помощью вентилятора 4 тепло от конденсатора рассеивается в окружающем воздухе.

По второму варианту выполнения испарительно-конденсационная система изображена на фиг. 2. Индуктор (трансформатор) содержит многовитковые плоские катушки 1, расположенные внутри испарителя 2, в котором находится испаряемая (рабочая) жидкость. Уровень охлаждающей жидкости в испарителе 2 выше уровня катушки. От испарителя выше уровня жидкости отходит паропровод 6, который соединяется с верхним бачком конденсатора 5. Нижний бачок конденсатора 5 соединяется конденсатопроводом 3 с испарителем 2. С помощью вентилятора 4 тепло от конденсатора рассеивается в окружающем воздухе. Рабочая жидкость является диэлектрической, например дистиллированная высокоомная вода. С течением времени медь выделяет в рабочую жидкость ионы, которые контролируются датчиком ионов 8. И при превышении заданного уровня содержания ионов в жидкости конденсат, вытекающий из конденсатора 5, направляется на ионообменный фильтр 7 и после него в испаритель 2.

По третьему варианту выполнения испарительно-конденсационная система изображена на фиг. 3. Индуктор (трансформатор) содержит многовитковые плоские катушки 1, расположенные внутри общей для катушки и испарителя 2 емкости 9 с промежуточной охлаждающей жидкостью 10. От испарителя выше уровня жидкости отходит паропровод 6, который соединяется с верхним бачком конденсатора 5. Нижний бачок конденсатора 5 соединяется конденсатопроводом 3 с испарителем 2. С помощью вентилятора 4 тепло от конденсатора рассеивается в окружающем воздухе. Катушка 1 отдает тепло промежуточной охлаждающей жидкости 10 и через нее рабочей жидкости в испарителе 2.

По четвертому варианту выполнения испарительно-конденсационная система изображена на фиг. 4. Индуктор (трансформатор) содержит многовитковые плоские катушки 1, плотно прилегающие к испарителям 2, в которых находится испаряемая (рабочая) жидкость. Уровень охлаждающей жидкости в испарителях 2 выше уровня катушки. От испарителя выше уровня жидкости отходит паропровод 6, который соединяется с верхним бачком конденсатора 5. Нижний бачок конденсатора 5 соединяется с насосом 15, который вращается трансмиссией 14 от двигателя Стирлинга 12. Напорный патрубок насоса 15 соединен с конденсатопроводом 3, по которому конденсат подается в испарители 2. С помощью вентилятора 4 тепло от конденсатора рассеивается в окружающем воздухе. Вентилятор 4 и стабилизирующий его вращение маховик 16 вращаются трансмиссией 13 от двигателя Стирлинга 12, теплоприемник 11 которого расположен между испарителями 2 на боковой поверхности катушки 1.

По пятому варианту выполнения испарительно-конденсационная система изображена на фиг. 5. Индуктор (трансформатор) содержит многовитковые плоские катушки 1, расположенные внутри испарителя 2, в котором находится испаряемая (рабочая) жидкость. Уровень охлаждающей жидкости в испарителе 2 выше уровня катушки. От испарителя выше уровня жидкости отходит паропровод 6, который соединяется с верхним бачком конденсатора 5. Нижний бачок конденсатора 5 соединяется с насосом 15, который вращается трансмиссией 14 от двигателя Стирлинга 12. Напорный патрубок насоса 15 соединен с конденсатопроводом 3, по которому конденсат подается в испарители 2. С помощью вентилятора 4 тепло от конденсатора рассеивается в окружающем воздухе. Вентилятор 4 и стабилизирующий его вращение маховик 16 вращаются трансмиссией 13 от двигателя Стирлинга 12, теплоприемник 11 которого расположен между испарителями 2 на боковой поверхности катушки 1.

По шестому варианту выполнения испарительно-конденсационная система изображена на фиг. 6. Индуктор (трансформатор) содержит многовитковые плоские катушки 1, расположенные внутри общей для катушки и испарителя 2 емкости 9 с промежуточной охлаждающей жидкостью 10. От испарителя выше уровня жидкости отходит паропровод 6, который соединяется с верхним бачком конденсатора 5. Нижний бачок конденсатора 5 соединяется с насосом 15, который вращается трансмиссией 14 от двигателя Стирлинга 12. Напорный патрубок насоса 15 соединен с конденсатопроводом 3, по которому конденсат подается в испарители 2. С помощью вентилятора 4 тепло от конденсатора рассеивается в окружающем воздухе. Вентилятор 4 и стабилизирующий его вращение маховик 16 вращаются трансмиссией 13 от двигателя Стирлинга 12, теплоприемник 11 которого расположен между испарителями 2 на боковой поверхности катушки 1.

По седьмому варианту выполнения испарительно-конденсационная система изображена на фиг. 7. Индуктор (трансформатор) содержит многовитковые плоские катушки 1, плотно прилегающие к испарителям 2, в которых находится испаряемая (рабочая) жидкость. Уровень охлаждающей жидкости в испарителях 2 выше уровня катушки. От испарителя выше уровня жидкости отходит паропровод 6, нижний конец которого опускается ниже уровня конденсата в конденсаторе 5. В нижней части конденсатора 5 располагается погружной насос 20, который подает конденсат в испарители 2. Насос 20 запитан через блок питания 18 от термоэлектрической батареи 17, которая располагается на боковой стороне катушки 1 между испарителями 2. Конденсатор 5 представляет себой скважину с обсадной трубой в грунте, пробуренную, например, через пол производственного помещения рядом с индуктором (трансформатором).

По восьмому варианту выполнения испарительно-конденсационная система изображена на фиг. 8. Индуктор (трансформатор) содержит многовитковые плоские катушки 1, расположенные внутри испарителя 2, в котором находится испаряемая (рабочая) жидкость. Уровень охлаждающей жидкости в испарителе 2 выше уровня катушки. От испарителя выше уровня жидкости отходит паропровод 6, нижний конец которого опускается ниже уровня конденсата в конденсаторе 5. В нижней части конденсатора 5 располагается погружной насос 20, который подает конденсат в испарители 2. Насос 20 запитан через блок питания 18 от термоэлектрической батареи 17, которая располагается на боковой стороне испарителя 2. Конденсатор 5 представляет себой скважину с обсадной трубой в грунте, пробуренную, например, через пол производственного помещения рядом с индуктором (трансформатором).

По девятому варианту выполнения испарительно-конденсационная система изображена на фиг. 9. Индуктор (трансформатор) содержит многовитковые плоские катушки 1, расположенные внутри общей для катушки и испарителя 2 емкости 9 с промежуточной охлаждающей жидкостью 10. От испарителя выше уровня жидкости отходит паропровод 6, нижний конец которого опускается ниже уровня конденсата в конденсаторе 5. В нижней части конденсатора 5 располагается погружной насос 20, который подает конденсат в испарители 2. Насос 20 запитан через блок питания 18 от термоэлектрической батареи 17, которая располагается на боковой стороне емкости 9. Конденсатор 5 представляет себой скважину с обсадной трубой в грунте, пробуренную, например, через пол производственного помещения рядом с индуктором (трансформатором).

При подаче напряжения на катушку индуктивности (электрическую обмотку) напряжения в ней начинает протекать электрический ток и формироваться магнитный поток. Под действием электрического тока по закону Джоля-Ленца в обмотке выделяется тепловая мощность и происходит повышение температуры материала катушки индуктивности (электрической обмотки). На границе между материалом катушки и охлаждающей жидкости начинает образовываться пар, который выносится в верхнюю часть испарительного сосуда и по паропроводу поступает в конденсатор, где конденсируется. Конденсат под действием сил гравитации опускается в нижний бачок радиатора, поступает в конденсатопровод, затем в расширительный бачок (если таковой имеется) и возвращается в испарительную емкость.

При использовании предлагаемой системы охлаждения для охлаждения обмоток установок индукционного нагрева цветных металлов может быть повышена энергетическая эффективность нагрева на 15-20 %.

При использовании предлагаемой системы охлаждения для охлаждения обмоток линейной индукционной машины с увеличенными рабочими зазорами может быть повышена энергетическая эффективность до 50 %, а массогабаритные показатели машины снизятся почти 2 раза и больше.

При использовании предлагаемой системы охлаждения для охлаждения обмоток силовых трансформаторов напряжения может быть повышена энергетическая эффективность, снижен расход активных материалов до 80 %, уменьшены массогабаритные показатели до 50%.

Предлагается в качестве среды для сброса излишнего тепла катушек индуктивности использовать грунт и его компоненты (например, грунтовые воды). Главная особенность грунта состоит в независимости его теплофизических свойств от сезонных и погодных условий (на глубине ниже климатически-сезонных колебаний температуры, для РФ это 2,0-2,5 м).

Таким образом, главным достоинством новой среды стока тепла катушек индуктивности является термодинамическое постоянство в течение года. Кроме того, важным достоинством является неизмеримо более высокая теплоемкость грунта по сравнению с воздухом.

Claims (17)

1. Испарительно-конденсационная система охлаждения для токопроводящих элементов, содержащая испаритель, конденсатор, средство охлаждения конденсатора, трубопроводы, связывающие между собой конденсатор и испаритель, отличающаяся тем, что испаритель выполнен с возможностью постоянного и плотного контакта с охлаждаемой поверхностью токопроводящего элемента, причем уровень охлаждающей жидкости в испарителе расположен выше верхней границы токопроводящего элемента, при этом вход трубопровода, соединяющего испаритель и конденсатор, расположен выше уровня охлаждающей жидкости в испарителе, а конденсатор расположен выше, чем испаритель, и состоит, по меньшей мере, из двух соединенных емкостей, выполненных с возможностью конденсации газообразного охладителя, образовавшегося в результате нагрева и испарения охлаждающей жидкости, во второй емкости, соединенной при помощи трубопровода с испарителем.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что токопроводящий элемент погружен в охлаждающую жидкость испарителя.

3. Система по п.2 отличающаяся тем, что на трубопроводе, соединяющем конденсатор с испарителем, установлен датчик ионов и ионообменный фильтр.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что испаритель и охлаждаемый токопроводящий элемент расположены в герметичной емкости и погружены в промежуточную жидкость.

5. Испарительно-конденсационная система охлаждения для токопроводящих элементов, содержащая испаритель, конденсатор, средство охлаждения конденсатора, трубопроводы, связывающие между собой конденсатор и испаритель, отличающаяся тем, что испаритель выполнен с возможностью постоянного и плотного контакта с охлаждаемой поверхностью токопроводящего элемента, причем уровень охлаждающей жидкости в испарителе расположен выше верхней границы токопроводящего элемента, при этом вход трубопровода, соединяющего испаритель и конденсатор, расположен выше уровня охлаждающей жидкости в испарителе, а конденсатор представляет собой обсадную скважину, заполненную охлаждающей жидкостью, на дне которой установлено средство для перекачки охлаждающей жидкости, приводимое в действие с помощью преобразователя тепловой энергии в электрическую, установленного с возможностью теплового контакта с токопроводящим элементом и/или испарителем.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что средство для перекачки охлаждающей жидкости представляет собой погружной насос.

7. Система по п.5, отличающаяся тем, что преобразователь тепловой энергии в электрическую представляет собой термоэлектрическую батарею.

8. Система по п.5, отличающаяся тем, что токопроводящий элемент погружен в охлаждающую жидкость испарителя.

9. Система по п.8, отличающаяся тем, что на трубопроводе, соединяющем конденсатор с испарителем, установлен датчик ионов и ионообменный фильтр.

10. Система по п.5, отличающаяся тем, что испаритель и охлаждаемый токопроводящий элемент расположены в герметичной емкости и погружены в промежуточную жидкость.

11. Испарительно-конденсационная система охлаждения для токопроводящих элементов, содержащая испаритель, конденсатор, средство охлаждения конденсатора, трубопроводы, связывающие между собой конденсатор и испаритель, отличающаяся тем, что испаритель выполнен с возможностью постоянного и плотного контакта с охлаждаемой поверхностью токопроводящего элемента, причем уровень охлаждающей жидкости в испарителе расположен выше верхней границы токопроводящего элемента, при этом вход трубопровода, соединяющего испаритель и конденсатор, расположен выше уровня охлаждающей жидкости в испарителе, а средство охлаждения конденсатора представляет собой вентилятор с маховиком, приводимый во вращение при помощи преобразователя тепловой энергии в механическую, установленного с возможностью теплового контакта с токопроводящим элементом и/или испарителем.

12. Система по п.11, отличающаяся тем, что преобразователь тепловой энергии в механическую представляет собой двигатель Стирлинга.

13. Система по п.11, отличающаяся тем, что токопроводящий элемент погружен в охлаждающую жидкость испарителя.

14. Система по п.13, отличающаяся тем, что на трубопроводе, соединяющем конденсатор с испарителем, установлен датчик ионов и ионообменный фильтр.

15. Система по п.11, отличающаяся тем, что испаритель и охлаждаемый токопроводящий элемент расположены в герметичной емкости и погружены в промежуточную жидкость.

16. Система по п.11, отличающаяся тем, что конденсатор расположен ниже, чем испаритель, при этом на трубопроводе, соединяющем конденсатор с испарителем, установлено средство для перекачки охлаждающей жидкости в испаритель.

17. Система по п.16, отличающаяся тем, что средство для перекачки охлаждающей жидкости приводится в действие при помощи преобразователя тепловой энергии в механическую, установленного с возможностью теплового контакта с токопроводящим элементом и/или испарителем.

Images