Brevet FR2475199A1 — publié le 19810807

L'appareillage faisant l'objet de la présente invention est applicable dans le domaine des machines éleetriques statiques, lesquelles, comme on le sait, effectuent la transformation d'une puissance électrique en une autre puissance électrique ayant des caractéristiques différentes. On sait que cette transformation de puissance donne lieu à des pertes qui non seulement réduisent le rendement de la machi- ne, mais qui limitent aussi la puissance qu'on peut obtenir: en effet, ces pertes augmentent de pair avec l'augmentation de la puis 9ance rendue et, se transformant en chaleur, produisent un sur- chauffage de la machine. Par conséquent, la puissance qu'on peut obtenir d'une machine sans que la température dépasse la limite acccptable pour lu. bon fonct-onnement, est limitée. Cette puissance peut Ptre augmentée si l'on garde la tempéra- l5 ture des machines dans des valeurs préfixées, en effectuant un re- froidissement convenable des machines électriques statiques ou en faisant circuller de l'huile ou moyennant une ventilation appropriée. Par conséquent, si la puissance de la machine augmente, augmente aus si la nécessité d'éliminer la chaleur produite par effet Joule, par les pertes; c'est pour cela que, exception faite pour les unités de puissance très réduites les machines électriques statiques et no- taiment les transformateurs électriques sont pourvus de systèmes de refroidissement des conducteurs au moyen d'une circulation (na- turelle ou forcée) d'huile minérale à isolement électrique élevé. Le principal désavantage de cette façon de procéder est repré- senté par le fait que la chaleur engendrée pendant le fonctionne- ment des machines électriques statiques est complètement disper- sée, même en dépensant des énergies supplémentaires (moyennant l'u tilisation, par exemple, d'installations de ventilation ou autres). Le but de la présente invention est celui de récupérer cette chaleur engendrée et de la transférer, convenablement et sans au- cun danger, à l'utilisation. Le problème qui est à la base de la présente invention conrernr la récupération de la c'hales eLe.nen- drée par les machines électriques statiques et le danger résul- tant de la mise en communication de la formie utilisable de la óha- leur, directement au contact de l'homme (par exemple moyennant les radiateurs pour le chauffage des appartements), avec les ma- chines électriques statiques, notamment avec les transformate',rs électriques, dans lesquels on a normalement des tensions en jeu de l'ordre de dizaines de milliers de volts. GOn doit par conséquent absolument exclure l'éventualité de mettre "sous tension" le cir- cuit hydraulique de l'eau utilise, par exemple, dans les radia- teurs pour le chauffage des appartements ou, plus généralementt au contact de l'homme. Ce problème est résolu, selon la présente irnvention, par un ap nareillage pour la récupération de la chaleur dissipée par des ira- chines électriques statiques, caractérisé en ce cu'il coamporte: au moins uLn premier frncuit hydraulique fermé, dont le générateur de chaleur est constitué par une machine électrique stati .ue et oui est aussi pourvu d'un premier échangeur de chaleur; au moins un deuxième circuit hydraulique fermé ayant une circulation hydrau- lioue distincte de la précédente, on le générateur de chaleur est le premier Échangeur de chaleur précité et qui est pourvu d'un deuxième échangeur de chaleur. Avantageusement, 1' isolement électrioue du circuit de l'eau (troisième circuit fermé) dont le générateur de chaleur est cons- titué par le deuxième échangeur de chaleur précité, est assuré,se- lon des caractéristiques ultérieures de la présente invention, par la présence d'un fluide diélectrique dans l'un au moins desdits pre mier et deuxième circuits hydrauliques fermés; cela empêche la dé- charge de tension à travers les fluides présents dans les circuits hydrauliques. Cet échange de tension à travers les fluides est en outre évité de manière plus efficace par l'emploi d'un échangeur de chaleur du type à tubes garnis d'ailettes de grosse épaisseur, mis dans le premier circuit hydrauliaue fermé, qui assure une par faite résistance à la fissuration (qui pourrait se vérifier avec d'autres types d'échangeurs de chaleur)en évitant par conséquent le contact direct entre les fluides présents dans les circuits hy- drauliques distincts précités. Avantageusement, la décharge de tension à travers les condui- tes formant lesdits circuits hydrauliques est empochée, selon une autre caractéristique de l'invention, par le fait que le premier circuit hydraulique fermé a les conduites de liaison avec son gé- nérateur de chaleur (ou bien le bottier renfermant la machine élec- trique statique) pourvues de manchons réalisés en matière diélec- trique. Une éventuelle décharge de tension à travers les fluides présents dans les circuits hydrauliques est en outre empochée, se- lori une caractéristique ultérieure de l'invention, par le fait que la pression de chaque fluide présent dans chacun desdits circuits :rauliaues distincts est respectivement plus élevée que la pres- sion du f.uide présent dans le circuit immédiatement en amont, par rapport à la direction d'écoulement de la chaleur engendrée par les machines électriques statiques précitées. !Ts avantages les plus importants d'un appareillage réalisé se- lon la présente invention sont les suivants: - la récupération et l'utilisation de la chaleur produite par les pertes des machines électriques statiques, notamment des transfor- mateurs électriques; - la possibilité d'installer de grands transformateurs même en lieux fermés, étant donné qu'ils ne doivent plus, selon la présente inven- tion, être nécessairement exposés à l'air pour éliminer la chaleur produite; - la réduction des dimensions des transformateurs électriques, vu qu'à égalité de puissance on a une élimination plus efficace de la chaleur produite, due aux conditions plus favorables pour l'échan- ge thermique, ces conditions résultant de la présence, selon la preé 2 475199 sente invention, d'une pluralité de circuits hydrauliques et de leurs échangeurs de chaleur respectifs. L'appareillage selon l'invention sera décrit plus en détail en se référant à une forme Je mise en oeuvre préférée, illustrée à titre d'exemple non limitatif en se référant a- dessin annexé sur lequel on a représente le schéma d'une installation relative à l'appareillage en oquestion. En se référant au des'in, on a indiqué en 1 un transformateur électrique renfermé dans un bottier métallique 2 à étanche d'eau, qui est complètement calorifugé à l'extérieur par l'utilisa- tion d'un matériau thermiquenient isolant 3. Le transformateur é- lectrique 1, qui pendant son fonctionnement engendre de la chaleur per effet Joule, est complètement plongé dans lune huile minérale à isolement électrique élevé 4 qui remplit complètement le bottier 2. Le bottier 2 est relié par les conduites 5 et 6 à un premier circuit hydraulique fermé 7. tes tronçons de liaison de ce premier circuit hydraulique fermé 7 aux conduites 5 et 6 sont constitués par deux manchons 8 et c réalisés en matériau diélectrique (emboT- tés à étanche d'eau respectivement sur las conduites 5 et 6 et sur les conduites correspondantes du premier circuit hydraulique fermé 7), ayant pour tâche d'isoler éleetriquement le premier ciri cuit 7 du botier métallique 2. Un premier échangeur de chaleur , du type à tube garni d'ailettes de grosse épaisseur (pour assurer la plus grande résistance à la fissuration) est mis dans le premier circuit hydraulique fermé 7, à l'intérieur duquel la circulation de l'huile 4 est forcée par une première pompe 19; ce premier échangeur fait fonction de générateur de chaleur pour un deuxième circuit hydraulique fermé 11, à circulation hydraulique distincte de la précédente, dans lequel circule de l'huile minéra- le à isolement électrique élevé 12. Un deuxième échangeur de cha- leur 13, du type à tube garni d'ailettes est mis dans ce deuxiè- me circuit hydraulique fermé 11, dans lequel la circulation de 2475 1 99 l'huile 12 est forcé#- par une de:ieme i r.:ipe 2,; son teur "lui- ci fait fonction de cénérateur de cbsle'm pour un troisième cr- cuit hydraulicne frmé 14 à circulation hycraulique dist!ne+te des circuits hydrauliques précédents 7 et 11, dans lequel circule, par convection naturelle, de l'eau. Dans le troisième circuit hy- draulique fermé 14 est mis un troisième échangeur de chaleur, du type à Flaques, destiné à l'utilisation dg la chaleur dissipée par le transformateur 1 (radiateur srrvant au chauffage d'appartements ou autres). Le- premier circuit hydraulique fermé 7 est pourvu d'un quatriè me échangeur de chaleur 16, du type à plaques percées de trous et garnies d'ailettes, qui est mis dans une branche 17, dudit premier circuit hydr'aulique fermé 7, de dérivation dudit. premier échangeur de c_:.aleur 10. ' éc'eoulement de l'huile minérale 4 dans la conduite oui forme ladite bi. nche 17 est déterminé par la position de partiteurs 18, 13' oui =ont commandés à la main ou autor.at quement et causent l'é- coulement dans la branche 17 quand on ne désire pas le transport de la chaleur du premier circuit 7 au deuxieme circuit 11 et donc à l'utilisation, par l'intermé.diaire du troisième circuit 14 et du troisième échangeur 15. Dans ce cas!e quatrième échangeur 16 exerce l'action de refroidissement (sans récupération de la cha- leur) de l'huile minérale 4 et par consécuent du transformateur 1, évitant de cette façon son sur'chauffaie. Cela dans le brit de per- mettre le bon fonctionnement du transformateur 1 même si l'on ne désire pas utiliser la chaleur ou'il dissipe. Pour mesure de sécurité supplémentaire, la pression de chaque fluide présent dans chacun des circuits hydrauliques distincts est respectivement plus élevée que la, pression du fluide dans le cir- cuit hydraulique immédiatement en amont par rapport. à la direc- tion d'écoulement de la chaleur engendrée par le transformateur é- lectrique 1. Oco,o u0AE'+3 a3x0d:Ap C PXGav UOS et rueY..flo.;Ios uo,-O an$ sues uon uaAqïu- o'4ua9aJd e 66L5; -94. - r -..v -i 4kl Ki: hi- 661, SLtZ REVENDICATIONS 1. Appareillage pour la récupération de la chaleur dissipée par des machines électriques statiques, notament par des transformateurs électriques, caractérisé en ce qu'il com- porte au moins un premier circuit hydraulique fermé (7), dont le générateur de chaleur est constitué par au moins une machine électrique statique (1) et qui est aussi pourvu d'un premier échangeur de chaleur (10); au moins un deuxième circuit hydraulique fermé (11), ayant une circulation hydraulique distincte de la précédente, o le générateur de chaleur est le premier échangeur de chaleur précité (10) et qui est pourvu d'un deuxième échangeur de haleb!ur (13); des mvens étant pré-us Pour l'isolement électriCue desdits premier et deuxième circuits hydrauliques fermés (7) et (11) à l'égard desdites machines électriques stati- apes (1). 2 Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un troisième circuit hydrau- lique fermé (14), à circulation hydraulique distincte des circuiJs précédents, dont le générateur de chaleur est cons- titué par le deuxième échangeur de chaleur (13) et qui est pourvu d'un troisième échangeur de chaleur (15) destiné à utiliser l'énergie thermique dissipée par les machines élec- triques statiques (1). 3. Appareillage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens pour l'isolement électri- que consistent dans un fluide diélectrique (4) présent dans le premier circuit hydraulique fermé (7). 4. Appareillage selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que dans le deuxième circuit hy- draulique fermé (11) se trouve un fluide diélectrique (12). 5. Appareillage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'isolement électrique consistent dans des manchons en matériau diélectrique (8 et 9), dont sont pourvues les conduites de liaison (5 et 6) entre le premier circuit hydraulique fermé (7) et son générateur de chaleur. 6. Appareillage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le premier circuit hydraulique fermé (7) est pourvu d'un quatrième échangeur de chaleur (16) mis dans une branche (17), du premier circuit hydrau- lique fermé (7), de dérivation du premisr échangeur de chaleur (10). 7. Appareillage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le premier échangeur de chaleur (10) *est du type à tubes garnis d'ailettes. 8. Appareillage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le premier échangeur de chaleur (10) est du type à plaques. 9. Appareillage selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la pression de chaque fluide présent dans chacun des circuits hydrauliques distincts est respec- tivenent plus forte que la pression du fluide présent dans le cir- cuit immédiatement en amont, par rapport au sens d'écoule- ment de la chaleur engendrée par les machines électriques statiques (1).