変圧器捲き線用ポンプ汲み上げ型冷媒ループシステム
２相の蒸発可能な誘電体冷媒を使って変圧器（３０）の中空捲き線（３６）を冷却するポンプ汲み上げ型ループ冷却システム（１０）が提供される。液体冷媒ポンプ（２０）は該誘電体冷媒を変圧器（３０）内へ、そして該変圧器の銅管捲き線（３６）を通るよう循環させ、該捲き線では該誘電体冷媒は該変圧器（３０）からの熱除去で少なくとも部分的には蒸発する。該誘電体冷媒は次いで凝縮器（４０）へそして該ポンプ（２０）へ戻るよう循環させられる。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願はその開示がその全体での引用によりここに組み入れられる２００９年５月２６日出願の米国特許仮出願第６１／１８１，１２６号の出願日の特典を請求するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は一般に発熱部品を冷却する冷却システムと方法に関し、特にらせん捲き線を有する変圧器を冷却する蒸発可能な冷媒の冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
液冷変圧器は、一般的に変圧器ハウジングを充たす誘電体流体で冷却される。該誘電体流体は該ハウジングの底部から上方へ垂直に流れ、該捲き線により加熱される。該流体が該変圧器捲き線の頂部に達すると、該流体は主タンクを出て、一連のラジエーター又は冷却フィンに入る。該流体は、次いで該流体が冷却される該レジエーターを通って下方へ流れ、該主タンクへ再進入する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許仮出願第６１／１８１，１２６号明細書、２００９年５月２６日出願
【特許文献２】米国特許第６，５１９，９５５号明細書
【特許文献３】米国特許第６，６７９，０８１号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明の少なくとも１つの実施例は冷却システムを提供するもので、凝縮器と、銅管から形成されるらせん捲き線を有する少なくとも１つの変圧器と、少なくとも１つのポンプであって、蒸発可能な誘電体冷媒を該少なくとも１つの変圧器の該らせん捲き線を通り該凝縮器へ、そして複数の導管を通って該少なくとも１つの該ポンプへ戻るよう汲み上げるポンプと、を具備する冷却システムを提供する。
【０００６】
本発明の少なくとも１つの実施例は冷却システムを提供するもので、凝縮器と、液体レシーバーと、銅管から形成されるらせん捲き線を有する少なくとも１つの変圧器と、少なくとも１つの液体冷媒ポンプと、該変圧器の該らせん捲き線へ該液体冷媒ポンプにより循環される蒸発可能な誘電体冷媒と、を具備しており、該誘電体冷媒は該変圧器により発生される熱により少なくとも部分的に蒸発し、該少なくとも部分的に蒸発した冷媒は、該冷媒が単一液相に凝縮される該凝縮器へ循環させられており、該液体冷媒は該液体レシーバーへ循環し、次いで該ポンプへ戻る、冷却システムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の実施例が付随する図面を参照して更に詳細に説明される。
【図１】従来技術のポンプで汲み上げるループ状多相冷却システムの略図である。
【図２】固定オリフィス制限器を使った並列の複数の変圧器コイルのポンプで汲み上げるループ状多相冷却システムの略図である。
【図３】可変オリフィス制限器を使った並列の複数の変圧器コイルのポンプで汲み上げるループ状多相冷却システムの略図である。
【実施例１】
【０００８】
従来技術のポンプで汲み上げる液体多相冷却システム１１０が図１で示され、流体導管１５０により相互に接続されたコールドプレート／蒸発器１２０と、凝縮器１３０とそしてポンプ１４０とを有する。２相Ｒ１３４Ａ冷媒の様な流体がコールドプレート／蒸発器１２０に取り付けられた電子部品を冷却するため、該システム１１０を通してポンプで汲み上げられる。該コールドプレート／蒸発器１２０内では、該電子部品により発生された熱は該流体に伝達され、該流体を部分的に蒸発させる。該流体は次いで該凝縮器１３０へ進み、該凝縮器では該熱は該システム１１０から排出され、そして該流体は該ポンプ１４０により該コールドプレート／蒸発器１２０へ戻る。この種のポンプで汲み上げられる液体多相システムは両者共引用によりここに組み入れられる特許文献２及び３で開示されている。
【０００９】
本発明の冷却システム１０の実施例は図２で示される。該システム１０は少なくとも１つのポンプ２０と、らせん捲き線３６を有する少なくとも１つの変圧器３０と、凝縮器４０と、そして液体リザーバー５０と、を備え、該部品は種々の流体導管６０により相互に接続されている。該らせん捲き線３６は該変圧器３０の１次又は２次捲き線であってもよい。２相Ｒ１３４Ａ冷媒の様な流体が該システム１０を通してポンプで汲み上げられる。該変圧器らせん捲き線３６は中空の銅管であり、該銅管を通して該らせん捲き線３６が該変圧器３０を冷却する蒸発器として作用するようサブクール冷媒（ｓｕｂ−ｃｏｏｌｅｄ
ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ）が通される。該冷媒は該変圧器捲き線３６から熱を吸収し、２相状態で該変圧器３０を出る。該２相冷媒は次いで該冷媒マニフォールドで合流し、該マニフォールドは該冷媒を該熱が周囲に排出されるよう該凝縮器４０へ送る。適当な流体接続部が該捲き線３６を該システム１０に流体的に接続するため使われ、一方該捲き線３６を該システム１０及び何れかの他の捲き線３６から電気的に分離する。
【００１０】
１つより多くのらせん捲き線３６が蒸発器として使われる時、該らせん捲き線は該システム１０内で相互に並列であってもよい。該変圧器の冷却要求は予め決められており、該冷却要求を充たすために必要な流体流れは該流体導管枝部内に固定オリフィス７０を挿入することにより提供されてもよい。該固定オリフィスは、該流体が何れかのらせん捲き線蒸発器３６中で決して完全には蒸発しない仕方で、該らせん捲き線蒸発器３６を通るよう導かれることを保証するために何等かの必要直径であってもよい。
【００１１】
固定オリフィスでは、冷却されるべき該システムの動作条件への予期せぬ変化が補償されないかも知れない。今図３を参照すると、図２の該固定オリフィスは調整可能な流れ制限器７４により置き換えられている。調整可能な流れ制限器７４は該冷却されるべき該システムの動作条件の変化に反応することが出来て、該調整可能な流れ制限器７４を通る流体流れを増やす又は減らす。該調整可能な流れ制限器７４は該制限器の物理的条件に応答して、該制限器を通る流体流れを変える能力を有する可変オリフィス制限器、ニードル弁、又は何等かの他の流れ計量デバイスであってもよい。
【００１２】
該流体流れの調整は、該制限器で検出された圧力及び／又は温度のデータを使ってか、又は該蒸発器の出口側からの検出されたデータを使うフィードバックに基づいてか、何れかで達成されてもよい。
【００１３】
本発明の原理、実施例及び動作がここで詳細に説明されたが、これは開示された特定の図解した形に限定されると解釈されるべきでない。かくして、ここの実施例の種々の変型が本発明の精神又は範囲から離れることなく行われ得ることは当業者には明らかである。
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願はその開示がその全体での引用によりここに組み入れられる２００９年５月２６日出願の米国特許仮出願第６１／１８１，１２６号の出願日の特典を請求するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は一般に発熱部品を冷却する冷却システムと方法に関し、特にらせん捲き線を有する変圧器を冷却する蒸発可能な冷媒の冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
液冷変圧器は、一般的に変圧器ハウジングを充たす誘電体流体で冷却される。該誘電体流体は該ハウジングの底部から上方へ垂直に流れ、該捲き線により加熱される。該流体が該変圧器捲き線の頂部に達すると、該流体は主タンクを出て、一連のラジエーター又は冷却フィンに入る。該流体は、次いで該流体が冷却される該レジエーターを通って下方へ流れ、該主タンクへ再進入する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許仮出願第６１／１８１，１２６号明細書、２００９年５月２６日出願
【特許文献２】米国特許第６，５１９，９５５号明細書
【特許文献３】米国特許第６，６７９，０８１号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明の少なくとも１つの実施例は冷却システムを提供するもので、凝縮器と、銅管から形成されるらせん捲き線を有する少なくとも１つの変圧器と、少なくとも１つのポンプであって、蒸発可能な誘電体冷媒を該少なくとも１つの変圧器の該らせん捲き線を通り該凝縮器へ、そして複数の導管を通って該少なくとも１つの該ポンプへ戻るよう汲み上げるポンプと、を具備する冷却システムを提供する。
【０００６】
本発明の少なくとも１つの実施例は冷却システムを提供するもので、凝縮器と、液体レシーバーと、銅管から形成されるらせん捲き線を有する少なくとも１つの変圧器と、少なくとも１つの液体冷媒ポンプと、該変圧器の該らせん捲き線へ該液体冷媒ポンプにより循環される蒸発可能な誘電体冷媒と、を具備しており、該誘電体冷媒は該変圧器により発生される熱により少なくとも部分的に蒸発し、該少なくとも部分的に蒸発した冷媒は、該冷媒が単一液相に凝縮される該凝縮器へ循環させられており、該液体冷媒は該液体レシーバーへ循環し、次いで該ポンプへ戻る、冷却システムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の実施例が付随する図面を参照して更に詳細に説明される。
【図１】従来技術のポンプで汲み上げるループ状多相冷却システムの略図である。
【図２】固定オリフィス制限器を使った並列の複数の変圧器コイルのポンプで汲み上げるループ状多相冷却システムの略図である。
【図３】可変オリフィス制限器を使った並列の複数の変圧器コイルのポンプで汲み上げるループ状多相冷却システムの略図である。
【実施例１】
【０００８】
従来技術のポンプで汲み上げる液体多相冷却システム１１０が図１で示され、流体導管１５０により相互に接続されたコールドプレート／蒸発器１２０と、凝縮器１３０とそしてポンプ１４０とを有する。２相Ｒ１３４Ａ冷媒の様な流体がコールドプレート／蒸発器１２０に取り付けられた電子部品を冷却するため、該システム１１０を通してポンプで汲み上げられる。該コールドプレート／蒸発器１２０内では、該電子部品により発生された熱は該流体に伝達され、該流体を部分的に蒸発させる。該流体は次いで該凝縮器１３０へ進み、該凝縮器では該熱は該システム１１０から排出され、そして該流体は該ポンプ１４０により該コールドプレート／蒸発器１２０へ戻る。この種のポンプで汲み上げられる液体多相システムは両者共引用によりここに組み入れられる特許文献２及び３で開示されている。
【０００９】
本発明の冷却システム１０の実施例は図２で示される。該システム１０は少なくとも１つのポンプ２０と、らせん捲き線３６を有する少なくとも１つの変圧器３０と、凝縮器４０と、そして液体リザーバー５０と、を備え、該部品は種々の流体導管６０により相互に接続されている。該らせん捲き線３６は該変圧器３０の１次又は２次捲き線であってもよい。２相Ｒ１３４Ａ冷媒の様な流体が該システム１０を通してポンプで汲み上げられる。該変圧器らせん捲き線３６は中空の銅管であり、該銅管を通して該らせん捲き線３６が該変圧器３０を冷却する蒸発器として作用するようサブクール冷媒（ｓｕｂ−ｃｏｏｌｅｄ
ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ）が通される。該冷媒は該変圧器捲き線３６から熱を吸収し、２相状態で該変圧器３０を出る。該２相冷媒は次いで該冷媒マニフォールドで合流し、該マニフォールドは該冷媒を該熱が周囲に排出されるよう該凝縮器４０へ送る。適当な流体接続部が該捲き線３６を該システム１０に流体的に接続するため使われ、一方該捲き線３６を該システム１０及び何れかの他の捲き線３６から電気的に分離する。
【００１０】
１つより多くのらせん捲き線３６が蒸発器として使われる時、該らせん捲き線は該システム１０内で相互に並列であってもよい。該変圧器の冷却要求は予め決められており、該冷却要求を充たすために必要な流体流れは該流体導管枝部内に固定オリフィス７０を挿入することにより提供されてもよい。該固定オリフィスは、該流体が何れかのらせん捲き線蒸発器３６中で決して完全には蒸発しない仕方で、該らせん捲き線蒸発器３６を通るよう導かれることを保証するために何等かの必要直径であってもよい。
【００１１】
固定オリフィスでは、冷却されるべき該システムの動作条件への予期せぬ変化が補償されないかも知れない。今図３を参照すると、図２の該固定オリフィスは調整可能な流れ制限器７４により置き換えられている。調整可能な流れ制限器７４は該冷却されるべき該システムの動作条件の変化に反応することが出来て、該調整可能な流れ制限器７４を通る流体流れを増やす又は減らす。該調整可能な流れ制限器７４は該制限器の物理的条件に応答して、該制限器を通る流体流れを変える能力を有する可変オリフィス制限器、ニードル弁、又は何等かの他の流れ計量デバイスであってもよい。
【００１２】
該流体流れの調整は、該制限器で検出された圧力及び／又は温度のデータを使ってか、又は該蒸発器の出口側からの検出されたデータを使うフィードバックに基づいてか、何れかで達成されてもよい。
【００１３】
本発明の原理、実施例及び動作がここで詳細に説明されたが、これは開示された特定の図解した形に限定されると解釈されるべきでない。かくして、ここの実施例の種々の変型が本発明の精神又は範囲から離れることなく行われ得ることは当業者には明らかである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝縮器と、
銅管で形成されるらせん捲き線を有する少なくとも１つの変圧器と、
少なくとも１つのポンプであって、蒸発可能な誘電体冷媒を、該少なくとも１つの変圧器の該らせん捲き線を通して該凝縮器へ、そして複数の導管を通して該少なくとも１つのポンプへ戻るよう、汲み上げる少なくとも１つのポンプと、を具備する冷却システム。
【請求項２】
該凝縮器と該少なくとも１つのポンプとの間に位置付けられた液体レシーバーを更に具備する請求項１記載の冷却システム。
【請求項３】
該少なくとも１つの変圧器は、各々が銅管で形成されたらせん捲き線を有する少なくとも２つの変圧器を備えており、該少なくとも２つの変圧器の該らせん捲き線が該システム内で流体的に相互に並列で位置付けられる請求項１記載の冷却システム。
【請求項４】
該少なくとも２つの変圧器の該らせん捲き線の各々から上流に位置付けられた流れ制限器を更に具備しており、該流れ制限器は該流体が該らせん捲き線内では完全には蒸発しないことを保証する流量で該らせん捲き線へ流量を提供する請求項３記載の冷却システム。
【請求項５】
該流れ制限器の少なくとも１つは固定オリフィス制限器である請求項４記載の冷却システム。
【請求項６】
該流れ制限器の少なくとも１つは調整可能なオリフィス制限器である請求項４記載の冷却システム。
【請求項７】
該少なくとも１つの変圧器の該らせん捲き線は該変圧器の１次捲き線である請求項１記載の冷却システム。
【請求項８】
該少なくとも１つの変圧器の該らせん捲き線は該変圧器の２次捲き線である請求項１記載の冷却システム。
【請求項９】
凝縮器と、
液体レシーバーと、
銅管で形成されたらせん捲き線を有する少なくとも１つの変圧器と、
少なくとも１つの液体冷媒ポンプと、
該変圧器の該らせん捲き線へ該液体冷媒ポンプにより循環させられる蒸発可能な誘電体冷媒と、を具備しており、該誘電体冷媒は該変圧器により発生される熱により少なくとも部分的に蒸発させられ、該少なくとも部分的に蒸発した誘電体冷媒は、該誘電体冷媒が単一液相に凝縮される該凝縮器へ循環させられており、該液体冷媒は該液体レシーバーへ循環させられ、そして次いで該液体冷媒ポンプへ戻る冷却システム。
【請求項１０】
該少なくとも１つの変圧器は、各々が銅管で形成されたらせん捲き線を有する少なくとも２つの変圧器を備えており、該少なくとも２つの変圧器の該らせん捲き線は該システム内で流体的に相互に並列で位置付けられる請求項９記載の冷却システム。
【請求項１１】
該少なくとも２つの変圧器の該らせん捲き線の各々から上流に位置付けられた流れ制限器を更に具備しており、該流れ制限器は該冷媒が該らせん捲き線内で完全には蒸発しないことを保証する流量で該らせん捲き線に流量を提供する請求項１０記載の冷却システム。
【請求項１２】
該流れ制限器の少なくとも１つは固定オリフィス制限器である請求項１１記載の冷却シ
ステム。
【請求項１３】
該流れ制限器の少なくとも１つは調整可能なオリフィス制限器である請求項１１記載の冷却システム。
【請求項１４】
該少なくとも１つの変圧器の該らせん捲き線が該変圧器の１次捲き線である請求項１２記載の冷却システム。
【請求項１５】
該少なくとも１つの変圧器の該らせん捲き線が該変圧器の２次捲き線である請求項１３記載の冷却システム。
【請求項１】
凝縮器と、
銅管で形成されるらせん捲き線を有する少なくとも１つの変圧器と、
少なくとも１つのポンプであって、蒸発可能な誘電体冷媒を、該少なくとも１つの変圧器の該らせん捲き線を通して該凝縮器へ、そして複数の導管を通して該少なくとも１つのポンプへ戻るよう、汲み上げる少なくとも１つのポンプと、を具備する冷却システム。
【請求項２】
該凝縮器と該少なくとも１つのポンプとの間に位置付けられた液体レシーバーを更に具備する請求項１記載の冷却システム。
【請求項３】
該少なくとも１つの変圧器は、各々が銅管で形成されたらせん捲き線を有する少なくとも２つの変圧器を備えており、該少なくとも２つの変圧器の該らせん捲き線が該システム内で流体的に相互に並列で位置付けられる請求項１記載の冷却システム。
【請求項４】
該少なくとも２つの変圧器の該らせん捲き線の各々から上流に位置付けられた流れ制限器を更に具備しており、該流れ制限器は該流体が該らせん捲き線内では完全には蒸発しないことを保証する流量で該らせん捲き線へ流量を提供する請求項３記載の冷却システム。
【請求項５】
該流れ制限器の少なくとも１つは固定オリフィス制限器である請求項４記載の冷却システム。
【請求項６】
該流れ制限器の少なくとも１つは調整可能なオリフィス制限器である請求項４記載の冷却システム。
【請求項７】
該少なくとも１つの変圧器の該らせん捲き線は該変圧器の１次捲き線である請求項１記載の冷却システム。
【請求項８】
該少なくとも１つの変圧器の該らせん捲き線は該変圧器の２次捲き線である請求項１記載の冷却システム。
【請求項９】
凝縮器と、
液体レシーバーと、
銅管で形成されたらせん捲き線を有する少なくとも１つの変圧器と、
少なくとも１つの液体冷媒ポンプと、
該変圧器の該らせん捲き線へ該液体冷媒ポンプにより循環させられる蒸発可能な誘電体冷媒と、を具備しており、該誘電体冷媒は該変圧器により発生される熱により少なくとも部分的に蒸発させられ、該少なくとも部分的に蒸発した誘電体冷媒は、該誘電体冷媒が単一液相に凝縮される該凝縮器へ循環させられており、該液体冷媒は該液体レシーバーへ循環させられ、そして次いで該液体冷媒ポンプへ戻る冷却システム。
【請求項１０】
該少なくとも１つの変圧器は、各々が銅管で形成されたらせん捲き線を有する少なくとも２つの変圧器を備えており、該少なくとも２つの変圧器の該らせん捲き線は該システム内で流体的に相互に並列で位置付けられる請求項９記載の冷却システム。
【請求項１１】
該少なくとも２つの変圧器の該らせん捲き線の各々から上流に位置付けられた流れ制限器を更に具備しており、該流れ制限器は該冷媒が該らせん捲き線内で完全には蒸発しないことを保証する流量で該らせん捲き線に流量を提供する請求項１０記載の冷却システム。
【請求項１２】
該流れ制限器の少なくとも１つは固定オリフィス制限器である請求項１１記載の冷却シ
ステム。
【請求項１３】
該流れ制限器の少なくとも１つは調整可能なオリフィス制限器である請求項１１記載の冷却システム。
【請求項１４】
該少なくとも１つの変圧器の該らせん捲き線が該変圧器の１次捲き線である請求項１２記載の冷却システム。
【請求項１５】
該少なくとも１つの変圧器の該らせん捲き線が該変圧器の２次捲き線である請求項１３記載の冷却システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２０１２−５２８４８６（Ｐ２０１２−５２８４８６Ａ）
【公表日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１３１８６（Ｐ２０１２−５１３１８６）
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３６１２８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１３８５４０
【国際公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【出願人】（５００２０７９５８）パーカー−ハニフイン・コーポレーシヨン (10)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３６１２８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１３８５４０
【国際公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【出願人】（５００２０７９５８）パーカー−ハニフイン・コーポレーシヨン (10)
【Ｆターム（参考）】
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