Brevet FR2558582A1 — publié le 19850726

Cuve pour un appareil électrique immergé dans un fluide de refroidissement La présente invention concerne une cuve pour un appareil électrique immergé dans un fluide de refroidissement, pour transférer la chaleur de l'appareil aux parois latérales de la cuve en vue de l'y dissiper et elle a trait, en particulier, à un système échangeur de chaleur pour refroidir le fluide di- électrique d'un transformateur électrique ou autre dispositif utilisant un réfrigérant fluide en circulation. Un appareil électrique, comme par exemple un trans- formateur ou un régulateur à induction, est disposé dans une cuve et est immergé dans un bain d'huile isolante et réfri- gérante qui isole diverses parties de l'appareil les unes des autres et transfère, par circulation et conduction, la chaleur aux parois de la cuve la chaleur engendrée dans l'appareil. Pour faciliter l'évacuation de la chaleur des parois, des pan- neaux de refroidissement ou échangeurs de chaleur sont montés sur les parois en vue de dissiper la chaleur dans l'air ambiant. A ce qui précède sont associés des problèmes de taille et de rendement de transformateur. Plus particulièrement, il est souhaitable de réduire à un minimum le volume du fluide réfrigérant dans le transformateur afin de diminuer le volume unitaire et, par conséquent, le coût du fluide de refroidis- sement et de la structure de support. Selon la présente invention, une cuve pour un appareil électrique immergé dans un fluide de refroidissement en vue d'un transfert de chaleur dudit appareil aux parois de la cuve afin de dissiper cette chaleur comprend un agencement de parois formant une enveloppe contenant un fluide, une partie de l'agencement de parois comportant des moyens d'entrée et de sortie pour le fluide, une pluralité de panneaux de refroidissement espacés s'étendant vers l'exté- rieur à partir de l'agencement de parois pour dissiper la chaleur dans l'atmosphère ambiante, chaque panneau de refroidissement comportant une paire de côtés disposés de façon opposée et formant un agencement de passage pour le fluide, les côtés en regard l'un de l'autre des panneaux de refroidissement espacés adjacents constituant un élément en forme de U comportant deux branches et une partie de raccordement formée k partir d'une seule tôle brute, la paire de côtés disposés de façon opposée comportant des parties marginales périphériques en contact de butée et des parties d'extrémité qui sont fixées les unes aux autre en formant un joint étanche vis-à-vis du fluide, un premier collecteur formé dans le panneau s'étendant à partir du moyen d'entrée et un second collecteur formé dans le panneau s'étendant à partir du moyen de sortie, les panneaux comprenant un moyen d'emmagasinage de gaz sur le côté dudit premier collecteur qui se trouve k l'opposé dudit autre collecteur, et l'agence- ment de parois comprenant un agencement de passage pour le gaz entre le moyen d'emmagasinage de gaz et l'intérieur de la cuve. De façon appropriée, la cuve a une section droite rectangulaire et comporte des parois latérales opposées, une pluralité de panneaux de refroidissement s'étendant vers l'extérieur à partir du plan d'au moins une des parois latérales, chaque panneau comprenant une paire de côtés disposés de façon opposée et formés par une tôle, ces côtés comportant des bords périphériques en regard l'un de l'autre et des parties d'extrémité qui sont fixées les unes aux autres en formant un joint étanche vis-à-vis du fluide, les côtés en regard des panneaux adjacents comprenant deux branches d'un profilé en U comportant une partie de raccor- dement entre ces branches, chaque c8té en tôle étant formé de manière à comprendre un collecteur de sortie de fluide réfrigérant près d'une des extrémités et un collecteur d'entrée de fluide réfrigérant à l'autre extrémité, et les panneaux comprenant un moyen d'emmagasinage de gaz sur le côté du collecteur d'entrée de fluide réfrigérant qui se trouve à l'opposé du collecteur de sortie de fluide réfri- gérant. L'avantage de la structure de cuve de la présente invention réside dans le fait que dans la mesure ou chaque transformateur présente un volume nécessaire indiqué pour le gaz, le collecteur de gaz formé dans les panneaux réfrigé- rants constitue un espace de stockage en communication avec la partie supérieure du transformateur, grâce à quoi on peut réduire les dimensions de la partie supérieure du trans- formateur. On va maintenant décrire la présente invention à titre d'exemple en se référant aux dessins annexés* sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'une cuve de transformateur munie de panneaux échangeurs de chaleur s'étendant de part et d'autre de cette cuve; la figure 2 est une vue en coupe horizontale par II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue en élévation agrandie par III-III de la figure 1 d'un panneau de refroidissement, une partie de la cuve associée au transformateur étant représentée partiellement en coupe; la figure 4 est une vue en élévation agrandie d'un autre mode de réalisation du panneau montrant les emplacements des soudures ponctuelles sans les rainures verticales formées dans les c6tés du panneau; la figure 5 est une vue schématique montrant le mode de réalisation de panneaux de la figure 3 comportant des soudures ponctuelles le long des rainures verticales du côté du panneau; la figure 6 est une vue schématique du panneau de la figure 4 montrant l'emplacement des soudures ponctuelles sans les rainures du panneau; et la figure 7 est une vue en coupe verticale par VII-VII de la figure 3. La figure 1 montre une structure de transformateur 11 comprenant une cuve 13 qui contient un transformateur 15, et qui comporte deux groupes 17, 19 de panneaux 21 échangeurs de chaleur s'étendant de part et d'autre de la cuve. Bien que la cuve 13 soit décrite comme contenant un transformateur 15, il va de soi qu'un autre appareil électrique, comme par exemple un disjoncteur, fonctionnant et immergé dans un fluide réfrigérant ou diélectrique 22 (figure 3) ne sort pas du cadre de la présente invention. La structure de transformateur 11 est constituée paY une paire de parois d'extrémité opposées 23, 25, une paroi inférieure 27, une paroi supérieure 29, des parois latérales opposées 31, 33 sur lesquelles sont montés les panneaux 21 échangeurs de chaleur. Quatre cornières ou pièces- supports sont placées aux angles o les diverses parois convergent. Les parois 23, 33 et les cornières 35 sont fixées les unes aux autres d'une manière appropriée, par exemple par des soudures, le long de leurs bords adjacents de manière à former la structure de cuve rectangulaire (figure 1). On comprendra, toutefois, que toute autre structure, telle qu'une structure octogonale ou cylindrique, peut être utilisée. De plus, bien que les deux groupes 17, 19 d'échangeurs de chaleur soient disposés sur les c8tés opposés, tout autre nombre de groupes d'échangeurs de chaleur, comme par exemple un seul groupe 17, ou trois ou plus de trois groupes ayant des structures similaires, peuvent être disposés sur les parois extérieures correspondantes de la cuve. Pour faciliter l'assemblage et pour améliorer la rigidité de la structure, les parois d'extrémité 23, 25 comprennent des rebords similaires 37, 39. Les rebords 37 se trouvant aux extrémités inféieures des parois d'extrémité 23, coopèrent avec les cornières 35 de manière à se renforcer mutuellement. Des barres 40 renforcent la paroi inférieure et contribuent à la rigidité des parois d'extrémité planes 23, 25. Les rebords 37 se trouvant à l'extrémité supérieure des parois d'extrémité coopèrent d'euxmêmes avec la paire supérieure de cornières 35 pour renforcer celles-ci avec les parois et pour fournir une base destinée au soudage de la paroi supérieure 29. Les rebords qui sont orientés vers l'intérieur et que comportent les deux parois d'ex- trémité constituent une base sur laquelle les parois latérales 31, 33 sont soudées. La paroi d'extrémité 23 comprend une ouverture 41 destinée au montage de traverses (non représentées) pour basse tension. De même, la paroi d'extrémité 25 comprend un certain nombre d'ouvertures 43 dans lesquelles peuvent être montées des traversées (non représentées) pour haute tension. Les ouvertures 41, 43 sont représentées simplement pour indiquer que ces traversées peuvent être montées dans les parois d'extrémité, Dans une variante, les traversées peuvent être montées dans les ouvertures ménagées dans la paroi supérieure 29. Chaque panneau 21 échangeur de chaleur comprend une paire de côtés opposés 45, 47 (figure 2) qui sont des éléments analogues à des feuilles.. formés k partir de t8les brutespar laminage dans une direction de manière à former des rainures 49 et 51 disposées de façon opposée. Des paires correspondantes d'ondulation 55, 57 sont alignées et dis- posées de façon opposée de manière à constituer des conduits longitudinaux 53 d'écoulement de fluide entre lesquels les parties convexes 49, 51 sont alignées en contact de surface contre surface en vue de former une séparation étanche aux fluides entre les conduits adjacents 53. Les côtés 45s 47 des panneaux comprennent aussi respectivement des parties convexes 59, 61 qui s'étendent dans le sens transversal des panneaux et qui sont alignées (figure 7) pour constituer un collecteur 63 (figure 3) d'acheminement de fluide. On obtient un collecteur similaire 65 d'acheminement de fluide-à la partie inférieure du panneau en formant dans les côtés 45, 47 du panneau des parties convexes 67, 69, respectivement. On obtient à l'extrémité supérieure du panneau 21 un collecteur similaire 71 d'acheminement de fluide en formant des parties convexes 73, 75 à l'extrémité supérieure des panneaux 21. Tous les collecteurs 63, 65, 71 d'acheminement de fluide sont formés par les parties convexes correspondantes alignées qui sont de préférence perpendiculaires aux conduits 53. Lorsqu'ils sont assemblés, les extrémités transversales supérieure et inférieure et les bords longitudinaux sont soudés en 77, 79, 81 en contact de surface étanche aux fluides, en formant un panneau étanche aux fluides servant d'échangeur de chaleur vis-à-vis du fluide de refroidissement provenant de l'intérieur de la cuve 13, le fluide 22 traversant une ouverture 82 pour pénétrer dans le collecteur 63 et s'écoulant verticalement à travers les conduits 53 jusqu'au collecteur d'o il revient par une ouverture 85 dans la chambre ou espace intérieur de la cuve. Selon la présente invention, les c8tés en regard des panneaux adjacents 21, comme par exemple les côtés opposés a et 47a (figure 2), font corps avec la partie de raccor- dement 87, ces côtés et cette partie constituant un élément à profil en U formé à partir d'une tôle brute. En d'autres termes, les branches 45a, 47a et la partie de raccordement 87 constituent un profilé en U dont les branches constituent les côtés opposés des panneaux adjacents 21 lorsque les parties de raccordement forment une des parois extérieures de la cuve 13. Les extrémités intérieures des côtés opposés 45, 47 de chaque panneau sont de préférence soudées en 89, les soudures s'étendant entre les ouvertures 91, 82, 85. L'ouverture 91 (figure 3) est ménagée dans la paroi de la cuve et fait communiquer le collecteur 71 avec l'intérieur de la cuve au-dessus du niveau 93 de l'huile, un gaz, comme par exemple de l'azote, pouvant se dilater librement jusque dans le collecteur ainsi que dans les conduits 54 entre les collecteurs 71, 63. A mesure que la température du transformateur 13 augmente pendant le fonctionnement, le fluide réfrigérant chauffé s'élève jusqu'au niveau 93 et traverse les ouvertures 82, les collecteurs 63, s'écoule vers le bas à travers les conduits 53 jusqu'au collecteur inférieur 65 puis à travers les ouvertures 85 jusqu'à la partie inférieure de la cuve 13, en achevant ainsi un cycle de refroidissement. Les parties supérieures des panneaux 21 d'échange de chaleur au-dessus des collecteurs 63 d'acheminement de fluide qui comprennent les extrémités supérieures 54 des conduites 53 et le collecteur 71 d'acheminement de fluide assurent une circulation du gaz entre la partie supérieure de la cuve 13 et les panneaux 21 d'échange de chaleur. Une fonction supplémentaire des parties supérieures des panneaux est d'absorber la dilatation du volume du fluide lorsqu'un chauffage exagéré a lieu. Les parties supérieures des divers panneaux 21 au-dessus des collecteurs 63 d'acheminement de fluide s'étendent jusqu'à l'extrémité supérieure des parois latérales et résistent ainsi aux surpressions dans la cuve. Un autre mode de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 4 o un panneau 95 est sensiblemen similaire au panneau 21 ce qui est la raison pour laquelle les références similaires désignent des parties similaires. Le panneau 95 diffère du panneau 21 en ce que les cStés opposés 97, 99 comportent des soudures ponctuelles espacées 101 disposées suivant un dessin symétrique sur et entre les côtés 97, 99 de panneaux. De cette manière, le réfrigérant liquide pénètre dans le panneau 95 par le collecteur supérieur 63 et s'écoule vers le bas à travers ce panneau autour et entre les diverses soudures ponctuelles 101 jusqu'au collecteur inférieur 65. Pour comparer la différence de structure des panneaux 21, 95, on va se référer aux figures 5 et 6,respectivement. Le panneau 21 comprend donc une pluralité de formations en U verticales espacées 49 qui sont alignées avec des formations en U correspondantes 51 et qui sont soudées mutuellement par des soudures ponctuelles espacées 103 de manière à former des conduits verticaux 53 à travers lesquels le fluide 255858Z diélectrique 22 passe en échangeant de la chaleur avee l'atmosphère ambiante. Toutefois, le panneau 95 (figure 6) comprend uniquement des soudures ponctuelles 101 pour maintenir assemblés les côtés opposés 97, 99 de sorte que le fluide diélectrique peut s'écouler librement autour et entre les soudures ponctuelles suivant un mouvement aussi bien vertical que latéral. En conclusion, dans la structure de transformateur de la présente invention, les dispositifs de refroidissement, ou échangeurs de chaleur, sont incorporés à la paroi de la cuve. Les panneaux des dispositifs de refroidissement sont assemblés par des soudures périphériques le long des bords contigus des structures de panneaux à profil en U comportant une partie de raccordement commune formant la paroi extérieure du transformateur. Enfin, chaque transformateur comprend un volume requis de gaz pour lequel un collecteur de gaz formé dans les panneaux est pourvu d'ailettes et est utilisé comme partie de l'espace qu'occupe le gaz. REVENDICATIONS 1. Cuve pour un appareil électrique immergé dans un fluide réfrigérant destiné à transférer la chaleur dudit appareil aux parois de la cuve en vue de sa dissipation, caractérisée par le fait qu'elle comprend un agencement de parois (23, 25, 27, 29, 31, 33) formant une enveloppe contenant un fluide, une partie de l'agencement de parois comportant des moyens d'entrée et de sortie (82, 85) pour le fluide, une pluralité de panneaux de refroidissement espacés (21; 95) s'étendant vers l'extérieur depuis l'agencement de parois pour dissiper la chaleur dans l'atmosphère ambiante, chaque panneau de refroidissement comportant une paire de côtés (45, 47; 97, 99) disposés de façon opposée et formant un agencement de passage pour le fluide, les côtés en regard l'un de l'autre des panneaux de refroidissement adjacents constituant un élément en forme de U comportant deux branches (45a 47b) et une partie-de raccordement (87) formée à partir d'une seule tôle brute, la paire de côtés disposés de façon opposée comportant des parties marginales périphériques en contact de butée et des parties d'extrémité qui sont fixées les unes aux autres en formant un joint étanche aux fluides, un premier collecteur (63) formé dans le panneau s'étendant depuis le moyen d'entrée (82) et un second collecteur (65) formé dans le panneau s'étendant depuis le moyen de sortie (85), les panneaux comprenant des moyens d'emmagasinage de gaz (54, 71) sur le c8ôté dudit premier collecteur qui se trouve à l'opposé dudit second collecteur, et l'agencement de parois comprenant un agencement de passages (91) pour le gaz entre le moyen d'emmagasinage de gaz et l'intérieur de la cuve. 2. Cuve selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les éléments formés à partir d'une t8le constituent des profilés en U comprenant les deux branches (45a, 47b) et une partie de raccordement (87). 3. Cuve selon la revendication 2, caractérisée par le fait qu'au moins un des côtés disposés de façon opposée comprend des parties de surface ondulées (53, 55; 59, 61; 67, 69) formant lesdits premier et second collecteurs (63, 65) d'acheminement de fluide et les conduits (53) d'acheminement de fluide s'étendant entre ces premier et second collecteurs. 4. Cuve selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les c8tés disposés de façon opposée comprennent des moyens (49, 51) d'étanchéité vis-à-vis du fluide entre les parties de surface ondulées (55, 57).