(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行に配置された複数のフィン、これらのフィンを垂直に貫通し内部に変圧器本体からの流体が流れる伝熱管、および前記フィンの間に空気を流す送風機を備え、前記空気により前記流体を冷却する変圧器用冷却器において、前記フィンは板状のフィンベースと、このフィンベースから切り起こされて前記フィンベースに平行な平面に変位するとともに前記空気の流れに対向して開口した複数の切り起こしとからなり、隣り合う前記フィンベースの間隔をＨｆ［ｍ］、前記空気の流れ方向についての１列分の前記フィンの長さをＬｐ［ｍ］、前記空気の流れ方向についての１列分の前記切り起こしの数をＮとし、有効熱伝達率 heff は
ｈeff＝0.056／Ｈｆ×｛１＋Ｎ（5100×Ｈｆ2／Ｌｐ）｝
であり、伝熱ユニット数ＮTUは
ＮTU＝0.000415（Ｌｐ×ｈeff）／Ｈｆ
とし、Ｎ＝０のときのＮTUをＮTU0として、前記切り起こしを設けたことによる圧力損失の増加割合ΔＰ*および単位温度差当たりの伝熱量の上昇度合いＱ*を下式により求め、
ΔＰ*＝Ｎ（1700×Ｈｆ2／Ｌｐ）
Ｑ*＝｛１−exp(-ＮTU)｝／｛１−exp(-ＮTU0)｝−１
ΔＰ*≦Ｑ*
となるように前記切り起こしの数Ｎを決定したことを特徴とする変圧器用冷却器。
【請求項２】
空気の流れ方向の切り起こしの幅ａが0.003〜0.005ｍ、１列分のフィンの長さＬｐが0.04〜0.06ｍ、前記フィンの積み方向のピッチｆｐが0.003〜0.004ｍ、伝熱管の外径Ｄが0.02〜0.03ｍ、前記空気の流れ方向の前記伝熱管のピッチＤｐが0.04〜0.06ｍ、前記空気の流れ方向の列数Ｎ１が２〜４、前記フィンの前面風速Ｕｆが１〜４ｍ／ｓのとき、前記空気の流れ方向の切り起こしの数Ｎが４以下であることを特徴とする請求項１記載の変圧器用冷却器。
【請求項３】
切り起こし上に発達する温度境界層の厚さの最大値が、隣り合うフィンベースの間隔の１／２以下となるように切り起こしの幅を決定したことを特徴とする請求項１記載の変圧器用冷却器。
【請求項４】
空気の流れ方向の切り起こしの幅ａ［ｍ］が、
ａ≦2040Ｈｆ2
となるようにしたことを特徴とする請求項１記載の変圧器用冷却器。
【請求項５】
2040Ｈｆ2≦0.001のとき、空気の流れ方向の切り起こしの幅ａ［ｍ］が、ａ＝0.001
であることを特徴とする請求項１記載の変圧器用冷却器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変圧器用冷却器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の変圧器用冷却器について説明する。図９は変圧器の断面図であり、変圧器は変圧器本体４１、油循環用ポンプ４２、冷却器４３およびコンサベータ４４よりなる。変圧器はコイル４５や鉄心４６の損失のために熱の発生を伴い、温度の上昇は絶縁物の劣化から絶縁破壊などの重大な問題をひきおこすため、変圧器本体４１内部に絶縁油を循環させることによりある一定温度以下に保持する。絶縁油は、変圧器本体４１の外部に設けられた油循環用ポンプ４２により循環し、変圧器本体４１の内部を流動して熱を除去したあと変圧器本体４１の外部に設けられた冷却器４３内に導かれ空気と熱交換することにより冷却されて再び変圧器本体４１内に流入する。コンサベータ４４は、コイル４５などの発生熱により絶縁油が膨張した場合の体積変化を吸収する装置であり、内部に空気の封入されたゴム袋など体積収縮性を有する部材が入っている。変圧器内を循環する絶縁油はコンサベータ高さ以下に存在する必要があるので、コンサベータ４４はつねに変圧器本体４１、冷却器４３の上面よりも高い位置に設けられる。
【０００３】
図１０（ａ）、（ｂ）は変圧器の冷却器の側面図と平面図である。また、図１１は内部を示すために一部を破断して示した熱交換器の斜視図である。冷却器は、変圧器の容量（容量が大きいと熱発生量も増大）に応じて、通常、複数基を搭載している。変圧器用の冷却器４３は通常、送風機５１およびプレートフィンチューブタイプの熱交換器５２からなる。プレートフィンチューブタイプの熱交換器５２は、ヘッダ５３と接続する複数の伝熱管２内を絶縁油が流動し、一方、伝熱管２と垂直に多数植設されたフィン１の間を送風機５１により駆動された空気が流れ、絶縁油と空気の間で熱交換が行われるしくみになっている。図９、１０から分かるように、変圧器用の冷却器４３はその体積が変圧器本体４１に比較して無視できない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上に述べたように、変圧器用冷却器はその体積が変圧器本体に比較して無視できず、また変圧器の容量に応じて複数の冷却器を並列に設置する必要がある。そのため、冷却器製造費用および変圧形本体への接続配管、ポンプの費用が増大化するばかりでなく、変圧器を設置する現場への輸送費用が増大化する。加えて、現地で変圧器を設置するためのスペースがより多く必要となるとともに、基礎工事の費用が増大化する。また、冷却器が大型であると、変圧器本体への取り付け支持部を補強する、もしくは冷却器を搭載する架台の強度を補強する必要が生じ、費用の増大化につながっていた。また冷却容量を得るため冷却器を高さ方向に大きくすると、コンサベータ高さもそれに応じて高くする必要があり、変圧器本体自身がコンパクトであっても全体の高さが大きくなり、輸送時の高さ制限に抵触するため、変圧器本体と冷却器およびコンサベータとを分解して輸送し、現地で再度組み立てるといった必要が生じていた。このため輸送費用が増加し、同時に解体、組立の時間とコストがよけいにかかるといった問題があった。さらに、冷却器が増大すると送風機や油循環用ポンプのための補機損が増えるという問題もあった。
【０００５】
以上のようなことから、変圧器用の冷却器の本体を小型化するかもしくは一台あたりの冷却器の冷却容量を向上させて設置個数を減少させることは非常に重要である。冷却器の冷却容量を増加させる方法の一つに、熱交換器のフィン上に切り起こしを設けて、空気とフィンとの間の熱伝達率を向上させ、より少ない伝熱面積で必要な熱交換能力を得る方式が行われている。図１２は、例えば、特開平２−３３５９５号公報に示された、そのようなフィンの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。フィン１には切り起こし３が形成されている。しかし、切り起こし３を施した部分での空気流の圧力損失が増大するため、空気は切り起こしが存在しない伝熱管２近傍の、圧力損失が比較的小さい領域を選択的に流れるため、切り起こし群間を流れる空気の流速が減少し、期待した伝熱促進効果が十分に得られない場合がある。これは切り起こしの幅や設置個数の決定にあたり、フィン間の空気の流れに対する切り起こし上での温度境界層の形成を最適にするための検討が十分なされていないためであり、熱交換性能が十分に引き出されないという問題があった。さらに、空気の流れ２０に対して角度をもって設けられた切り起こしの脚部３ｃでは、空気が脚部に沿って流れないため脚部下流で剥離が発生し、脚部下流の伝熱が阻害されるのとともに形状損失による圧力損失をさらに増大させるという問題点があった。
【０００６】
この発明は上記のような問題を解決するためになされたもので、小型で圧力損失が小さく、熱交換能力が大きい変圧器用冷却器を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る変圧器用冷却器は、互いに平行に配置された複数のフィン、これらのフィンを垂直に貫通し内部に変圧器本体からの流体が流れる伝熱管、および前記フィンの間に空気を流す送風機を備え、前記空気により前記流体を冷却する変圧器用冷却器において、前記フィンは板状のフィンベースと、このフィンベースから切り起こされて前記フィンベースに平行な平面に変位するとともに前記空気の流れに対向して開口した複数の切り起こしとからなり、隣り合う前記フィンベースの間隔をＨｆ［ｍ］、前記空気の流れ方向についての１列分の前記フィンの長さをＬｐ［ｍ］、前記空気の流れ方向についての１列分の前記切り起こしの数をＮとし、有効熱伝達率 heff は
ｈeff＝0.056／Ｈｆ×｛１＋Ｎ（5100×Ｈｆ2／Ｌｐ）｝
であり、伝熱ユニット数ＮTUは
ＮTU＝0.000415（Ｌｐ×ｈeff）／Ｈｆ
とし、Ｎ＝０のときのＮTUをＮTU0として、前記切り起こしを設けたことによる圧力損失の増加割合ΔＰ*および単位温度差当たりの伝熱量の上昇度合いＱ*を下式により求め、
ΔＰ*＝Ｎ（1700×Ｈｆ2／Ｌｐ）
Ｑ*＝｛１−exp(-ＮTU)｝／｛１−exp(-ＮTU0)｝−１
ΔＰ*≦Ｑ*
となるように前記切り起こしの数Ｎを決定したものである。
【０００８】
請求項２に係る変圧器用冷却器は、請求項１のものにおいて、空気の流れ方向の切り起こしの幅ａが0.003〜0.005ｍ、１列分のフィンの長さＬｐが0.04〜0.06ｍ、前記フィンの積み方向のピッチｆｐが0.003〜0.004ｍ、伝熱管の外径Ｄが0.02〜0.03ｍ、前記空気の流れ方向の前記伝熱管のピッチＤｐが0.04〜0.06ｍ、前記空気の流れ方向の列数Ｎ１が２〜４、前記フィンの前面風速Ｕｆが１〜４ｍ／ｓのとき、前記空気の流れ方向の切り起こしの数Ｎを４以下としたものである。
請求項３に係る変圧器用冷却器は、請求項１のものにおいて、切り起こし上に発達する温度境界層の厚さの最大値が、隣り合うフィンベースの間隔の１／２以下となるように切り起こしの幅を決定したものである。
請求項４に係る変圧器用冷却器は、請求項１のものにおいて、空気の流れ方向の切り起こしの幅ａ［ｍ］が、
ａ≦2040Ｈｆ2
となるようにしたものである。
請求項５に係る変圧器用冷却器は、請求項１のものにおいて、2040Ｈｆ2≦0.001のとき、空気の流れ方向の切り起こしの幅ａ［ｍ］を、
ａ＝0.001
としたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における変圧器用冷却器（以下、冷却器と称する）のフィンの図であり、（ａ）はフィンの平面図、（ｂ）はその一部を拡大した平面図、（ｃ）は（ｂ）のフィンの断面図である。図において、１はフィンで、積み方向に多数のフィン１が互いに平行に配置されている。なお、図１（ａ）において、奥行方向を積み方向、上下方向を段方向、左右方向を列方向と称する。  ２はフィン１に対して垂直に貫通して設けられた伝熱管である。フィン１は、板状のフィンベース５と、フィンベース５から切り起こされてフィンベース５に平行な平面に変位した切り起こし３とからなっている。図１（ｃ）はフィンの斜視図であり、切り起こし３は脚部３ｃを有し、脚部３ｃによりフィンベース５で支持されている。
【００１０】
伝熱管２内には、図示外の油循環ポンプから送られた絶縁油が流れている。２０は図示外の送風機によりフィン１間に流れる空気の流れを示し、切り起こし３はこの空気の流れ２０に対向して開口した開口部３４を形成している。
上記のフィン１と伝熱管２で熱交換器を構成するとともに、冷却器全体および変圧器全体の構成は図１３〜図１５に示したのと同様になっており、変圧器本体で発生した熱を冷却器での絶縁油−空気間の熱交換により外気へ放散するようになっている。
【００１１】
この実施の形態において、フィン１の積み方向のピッチｆｐはｆｐ＝０．００４ｍであり、フィン厚みｔｆはｔｆ＝０．０００４ｍ、また空気の流れ２０の方向のフィン１の長さ、つまり１列の長さＬｐはＬｐ＝０．０５５ｍ、熱交換器の前面風速ＵｆはＵｆ＝１．０ｍ／ｓ、空気の流れ２０に垂直な、段方向の伝熱管２のピッチＤｐはＤｐ＝０．０４８ｍ、伝熱管２の外径ＤはＤ＝０．０２５ｍである。フィン間の自由通過体積基準の風速ＵはＵ＝２．７ｍ／ｓである。ただし、自由通過体積基準の風速Ｕは以下の式で定義される。
Ｕ＝Ｕｆ×Ｌｐ×Ｄｐ×ｆｐ／{(Ｌｐ×Ｄｐ−π／４×Ｄ２)(ｆｐ−ｔｆ)}
・・・（１）
空気の流れ２０方向の切り起こし３の寸法、つまり切り起こし３の幅ａは、ａ＝４ｍｍに設定されている。また、空気の流れ２０方向についての１列分、つまり伝熱管１列あたりの切り起こし３の個数ＮはＮ＝３に設定されていて、この３つの切り起こし３は、略等間隔に設置されている。
【００１２】
つぎに本実施形態の動作について述べる。図２の（ａ）はフィンの断面図、（ｂ）はその切り起こし部分を拡大した断面図である。熱交換器のフィン１間を流れる空気は、フィン１との間で熱交換することにより加熱される。フィン１の表面では、図２に示すように温度境界層１１が発達し、伝熱はこの温度境界層１１を介して行われる。一般に温度境界層１１が薄いほど空気とフィン１との単位温度差あたりの伝熱量は大きく、図２（ｂ）に示すように、切り起こし３の風上側先端では温度境界層１１が更新され、切り起こし３の空気流れ方向上流端での温度境界層厚みが非常に薄くなる、言い換えれば温度勾配が非常に大きくなるため図２（ａ）の下方に示すようにフィン先端での単位面積あたりの伝熱量すなわち熱流束[W/m2]が増加する。
【００１３】
フィン１は積み方向にピッチｆｐで積層されており、ｆｐが小さいと切り起こし３の空気流れ方向上流端から発達する温度境界層１１は下流の位置で積み方向に隣り合う切り起こしから発達した温度境界層１１と干渉する。干渉が発生した位置より下流では、温度境界層の厚みは一定であり、空気流れ方向に単位長さあたりの伝熱量は一定値となる。
【００１４】
一方、温度境界層の厚みをｄｔとすると、切り起こし３の空気流れ方向上流端から流れ方向の距離ｘにおける温度境界層厚みｄｔは、以下の式で表される。
ｄｔ＝５．０×（ν×ｘ／Ｕ）０．５／Ｐｒ０．３              ・・・（２）
ここで、νは動粘性係数であり常温常圧の空気の場合ν＝0.0000161[m2/s]である。Ｕは自由通過体積基準の風速である。またＰｒはプラントル数で常温常圧の空気の場合、Pr=0.72である。
【００１５】
いまフィンベース間隔ＨｆをＨｆ＝ｆｐ−ｔｆと定義すると切り起こし表面と空気との間の伝熱が促進されるのは切り起こし３の下流、すなわちｘ＝ａでの上記温度境界層厚みｄｔがフィン間幅Ｈｆの１／２以下であることが必要である。したがって、切り起こしの幅ａは、
ａ≦Ｕ／ν×Ｐｒ０．６×（Ｈｆ／１０）２＝５１０×Ｕ×Ｈｆ２  ・・・（３）
の条件を満たすように設定する。変圧器用冷却器の標準的な使用範囲では、自由通過体積基準の風速Ｕ＝１〜４ｍ／ｓ程度であるので、
ａ≦５１０×Ｈｆ２〜２０４０×Ｈｆ２                      ・・・（４）
である。ただし、計算に際して、ａ、Ｈｆの単位はともに［ｍ］であることに注意を要する。たとえば、ｆｐ＝０．００４ｍ、ｔｆ＝０．０００４ｍとすればＨｆ＝０．００３６ｍであり、（４）式からａ≦０．００６６〜０．０２６ｍの範囲となる。
【００１６】
一方で、フィン１の切り起こし３は、金型を用いたプレス加工により形成するため、切り起こしの可能な限界寸法が存在し、通常、上記の切り起こし幅ａについて０．００１ｍ前後である。したがって、上に示した不等式を満たす範囲が、上記の加工限界寸法を下回る場合は製造が事実上困難になる。したがってその場合は切り起こし幅ａ＝０．００１ｍとする。
【００１７】
さて、このとき、切り起こし面の単位面積当たり、単位温度差あたりの伝熱量を表す熱伝達率ｈｓ[W/m2K]は以下のように与えられる。すなわち、
ｈｓ＝ｋ／ａ×０．６６４×Ｒｅａ０．５×Ｐｒ０．３          ・・・（５）
ただしｋは熱伝導率、Ｐｒはプラントル数でそれぞれ常温常圧の空気の場合は、ｋ＝０．０２６１[W/mK]、Ｐｒ＝０．７２[-]である。また、Ｒｅaはレイノルズ数で、以下のように定義される。
Ｒｅa＝Ｕ×ａ／ν                                      ・・・（６）
したがって
ｈｓ＝３．９１４×（Ｕ／ａ）０．５                        ・・・（７）
（３）式からの
ａ≦５１０×Ｕ×Ｈｆ２                                  ・・・（８）
を（７）式に代入すれば、
ｈｓ≧０．１７３／Ｈｆ                                  ・・・（９）
一方、切り起こしがない場合の平面フィンの熱伝達率ｈｂはおよそ以下のように計算できる。
ｈｂ＝ｋ／（Ｈｆ×２）×４．３                        ・・・（１０）
したがって、
ｈｂ＝０．０５６／Ｈｆ                                ・・・（１１）
【００１８】
いま１列分の長さＬｐのフィン平面上に形成された、空気の流れ方向の切り起こしの数をＮとすると、有効熱伝達率ｈeffは上述の２つの熱伝達率ｈｓ、ｈｂの面積加重平均となる。すなわち、
ｈeff＝ｈｂ＋（Ｎ×ａ／Ｌｐ）×（ｈｓ−ｈｂ）          ・・・（１２）
したがって切り起こしによる熱伝達率の増加割合ｈ*は、
ｈ*＝（Ｎ×ａ／Ｌｐ）×（ｈｓ／ｈｂ−１）
≧Ｎ×（１２７４×Ｕ×Ｈｆ２／Ｌｐ）                 ・・・（１３）
となる。以上から切り起こし個数Ｎに比例する形で熱伝達率は増加することが分かる。
【００１９】
ただし、熱伝達率と伝熱量そのものは比例関係にはなく、空気が下流に流される過程で空気温度がフィン面の温度に接近して伝熱量が一定値に漸近する。具体的には、単位温度差当たりの伝熱量Ｑは以下の式で与えられる。
Ｑ＝ρ×Ｃｐ×Ｕ×Ｈｆ×｛１−ｅｘｐ（−ＮTU）｝        ・・・（１４）
ここでρは密度で常温常圧の空気の場合およそ１．２[kg/m3]、Ｃｐは比熱で常温常圧の空気の場合１００４[J/kgK]である。したがって、
Ｑ＝１２０５×Ｕ×Ｈｆ×｛１−ｅｘｐ（−ＮTU）｝        ・・・（１５）
である。また、ＮTUは伝熱ユニット数であり、
ＮTU＝（ＮＬ×Ｌｐ×ｈeff）／（ρ×Ｃｐ×Ｕ×Ｈｆ）
＝０．００１６６×（Ｌｐ×ｈeff）／（Ｕ×Ｈｆ）     ・・・（１６）
である。ここで、ＮＬは空気の流れ方向に設置する伝熱管の列数である。
ｈeffは上で計算した熱伝達率であり、
ｈeff＝０．０５６／Ｈｆ×｛１＋Ｎ×（１２７４×Ｕ×Ｈｆ２／Ｌｐ）｝
・・・（１７）
【００２０】
切り起こしの設置によるＱの上昇度合いＱ*は以下のように書ける。
Ｑ*＝｛１−ｅｘｐ（−ＮTU）｝／｛１−ｅｘｐ（−ＮTU0）｝−１  ・・・(18)
ただし、ＮTU0は切り起こし数Ｎ＝０のときのＮTUである。変圧器用冷却器で一般的な風速の上限はおよそＵ＝４ｍ／ｓ程度であるから、Ｑ*の実質的な上限は、（１６）式から以下のＮTU下限値で計算される。
ＮTU＝０．０００４１５×（Ｌｐ×ｈeff）／Ｈｆ         ・・・（１９）
【００２１】
次に、流れ方向の切り起こし個数Ｎの最適値を与えるため圧力損失とＮの関係について述べる。切り起こしの個数Ｎが多いと上に述べた温度境界層の更新の効果で、伝熱量は増加するものの、熱交換器の圧力損失が増加し送風機の動力増加につながるため個数Ｎを限定する必要がある。いま、切り起こしのないフィン間の単位長さ当たりの圧力損失ΔＰｂは以下のように与えられる。
ΔＰｂ＝３２／Ｒｅｆ×（１／Ｈｆ）×１／２×（γ／ｇ）×Ｕ２  ・・・(20)
ここでＲｅｆは以下のように定義される。
Ｒｅｆ＝Ｕ×（２×Ｈｆ）／ν                            ・・・（２１）
また、γは常温常圧空気の比重量[N/m3]、ｇは重力加速度[m/s2]である。
一方、切り起こし部分の単位長さあたりの圧力損失ΔＰｓは一般に
ΔＰｓ＝２×1.328／Ｒｅａ０．５×(１／Ｈｆ)×１／２×(γ／ｇ)×Ｕ２
・・・（２２）
したがって、圧力損失の和ΔＰは
ΔＰ＝｛(Ｌｐ−Ｎ×ａ)×３２／Ｒｅｆ×(１／Ｈｆ)
＋Ｎ×ａ×2.656／Ｒｅａ０．５×(１／Ｈｆ)｝×１／２×(γ／ｇ)×Ｕ２
＝Ｌｐ×ΔＰｂ＋Ｎ×ａ×（ΔＰｓ−ΔＰｂ）         ・・・（２３）
【００２２】
圧力損失の増加割合ΔＰ*は、（６）式、（２０）〜（２２）式より
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)
ａ＝５１０×Ｕ×ｆｐ２などの条件を代入して上記の式を整理すると、
ΔＰ*＝Ｎ×（４２４×Ｕ×Ｈｆ２／Ｌｐ）                  ・・・（２５）
となる。すなわち、切り起こしの個数Ｎに比例して圧力損失が増加することを意味する。したがって、先に述べた伝熱量の上昇度合いＱ*とのかねあいでＮの最適な範囲が存在する。変圧器用冷却器で一般的な風速の上限はおよそＵ＝４ｍ／ｓ程度であるから、ΔＰ*の実質的な上限は、
ΔＰ*＝Ｎ×（１７００×Ｈｆ２／Ｌｐ）                ・・・（２６）
となる。
【００２３】
図１に示した本実施の形態では、変圧器の冷却器として標準的な、ｆｐ＝４ｍｍ、ｔｆ＝０．４ｍｍ、Ｌｐ＝５５ｍｍ、Ｄｐ＝４８ｍｍ、Ｄ＝２５ｍｍ、Ｕｆ＝２ｍ／ｓ、ａ＝４ｍｍ、流れ方向に２列配置されたケースとなっている。このとき、Ｕ＝２．７ｍ／ｓである。
Ｕ×Ｈｆ２／Ｌｐ＝０．０００７２９                      ・・・（２７）
したがって、ｈ*＝０．９２９Ｎ、ΔＰ*＝０．３０９Ｎとなる。この場合の切り起こしの数Ｎによる圧力損失ΔＰの変化と、伝熱量Ｑの変化について図３に示す。切り起こしのない場合（すなわちＮ＝０）の圧力損失ΔＰおよび伝熱量Ｑで規格化し、１＋ΔＰ*および１＋Ｑ*の形で示した。また能力の向上度合いを圧力損失の向上度合いで除した総合性能パラメータ（１＋Ｑ*）／（１＋ΔＰ*）の変化について図４に表す。図３によればＮが９と１０の間で二つの曲線が交差し、それ以上のＮでは、圧力損失の増加が支配的になる。
【００２４】
いま、切り起こしの設置による熱交換器の能力増加の分だけ流れの方向に沿った列数を減少させて小型化することを考えた場合、圧力損失は列数に比例するから、１＋ΔＰ*＜１＋Ｑ*の場合であれば、能力同一の条件下での圧力損失は現状（切り起こしなしの場合）以下となり、風量が増加してさらなる能力アップにつながる。逆に１＋ΔＰ*＞１＋Ｑ*であれば、同一圧力損失の条件下では、列数をより減少させる必要があるため、必要な性能が得られない。さらに図４によれば、総合性能パラメータはＮ＝３にピークを有する曲線となり、このとき、伝熱量の向上率が圧力損失の向上率に対してもっとも大きくなる。このとき、圧力損失を現状と同一にするよう列数を設定したとき、能力は現状に比較して最大限改善し、冷却器の設置基数の低減などの効果を奏する。以上より、切り起こし数ＮはＮ≦９とする必要があり、望ましくはＮ＝３とする。また、切り起こしは、気流上流の切り起こしの影響を避けるため、１列の長さの中で切り起こしの前後の間隔を開け、また、概ね等間隔に並べることが望ましい。
【００２５】
なお、本実施の形態においては、標準的な寸法に対して計算を行いＮ＝３としているが、各パラメータを、ａ＝０．００３〜０．００５ｍｍ、Ｕｆ＝１〜４ｍ／ｓ、Ｄ＝０．０２ｍ〜０．０３ｍｍ、ｆｐ＝３〜４ｍｍ、Ｌｐ＝０．０４ｍ〜０．０６ｍ、Ｄｐ＝０．０４ｍ〜０．０６ｍ、列数Ｎｌ＝２〜４の範囲で変化させたところ、図４のピークに対応するＮの値がほぼ４以下の範囲となり、したがって、切り起こし数Ｎは４以下が望ましいことを確認した。
切り起こし数Ｎの数値は、以上に示した式にしたがい、寸法、風速の条件に合わせ、圧力損失の増加割合と伝熱量の増加割合から適切に決められることはいうまでもない。
【００２６】
本実施の形態で示したフィンを用いた冷却器では、従来のフィンを用いた冷却器に対して、熱交換器の同一冷却能力の条件下で体積が小型化でき、重量が軽くなるため、次のような利点が生じる。図５〜図８は従来品と比較して上記実施の形態で示した本発明品の効果を示すための模式図であり、（ａ）は従来品を、（ｂ）は本発明品を示す。図５に示すように変圧器本体４１に直接とりつけるタイプのものは冷却器４３の支持金具６１が簡素化でき、材料費の低減、設備工事の工数の削減が実現できる。また図６に示すように、冷却器４１を架台６３に搭載して変圧器本体４１と接続するタイプのものは架台６３の強度確保のための強度部材６２を減らすことができるため材料費の低減、設備工事の工数の削減が実現できる。図７では、冷却器４３の高さを低くすることによりコンサベータ４４高さを低くすることができるため、変圧器本体４１と冷却器４３およびコンサベータ４４とを分解して輸送し、現地で再度組み立てるといった必要がなくなり、このため輸送費用が削減できるばかりでなく、解体組立工程が省略できるといった効果を奏する。
【００２７】
また、本実施形態で示したフィンを用いた冷却器では、従来のフィンを用いた冷却器に対して、熱交換器の同一体積の条件下で能力が向上するため、複数の冷却器を設置する必要のある大容量の変圧器設備においては、変圧器基数を減ずることができる。図８はそのような変圧器を示した平面模式図であり、この例においては変圧器本体４１の周囲に設置された冷却器数を従来の５基から４基に減ずることを実現している。この場合、冷却器および配管、ポンプに必要な材料費、加工費の低減、工事範囲の縮小による基礎工事期間の短縮、消火設備の簡素化、工場での組立・解体時間の短縮、冷却器輸送用のトレーラの台数削減、さらには据付面積の縮減、補機損の低減といった多岐にわたる効果が得られる。
【００２８】
なお、上記実施の形態１〜５では伝熱管２の中を流れる流体を絶縁油としたが、変圧器がガス絶縁の場合は伝熱管２内を絶縁ガスが流れる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、以上に説明したように構成されているので、以下に示すような効果を有する。
請求項１〜５に係る変圧器用冷却器は、切り起こしの気体の流れ方向に沿う設置個数Ｎを、切り起こしの設置に伴う圧力損失ΔＰの増加度合いΔＰ*が、切り起こしの設置に伴う伝熱量Ｑの上昇度合いＱ*を上回ることがない範囲に設定するので、圧力損失が比較的小さく、効果的に伝熱量の向上が図られ、この熱交換器にフィンを用いた冷却器では、従来のフィンを用いた冷却器に対して、熱交換器の同一冷却能力の条件下で体積が小型化でき、重量が軽くなるため、変圧器本体に直接とりつけるタイプのものは冷却器の支持金具が簡素化でき、材料費の低減、設備工事の工数の削減が実現できる。また冷却器を架台に搭載して変圧器本体と接続するタイプのものは架台の強度確保のための部材数を減らすことができるため材料費の低減、設備工事の工数の削減が実現できる。また冷却器の高さを低くすることにより、コンサベータ高さを低くすることができるため、変圧器本体と冷却器およびコンサベータとを分解して輸送し、現地で再度組み立てるといった必要がなくなり、このため輸送費用が削減できるばかりでなく、解体組立工程が省略できるといった効果を奏する。
また、熱交換器の同一体積の条件下で能力が向上するため、複数の冷却器を設置する必要のある大容量の変圧器設備においては、冷却器基数を減ずることができ、冷却器および配管、ポンプに必要な材料費、加工費の低減、工事範囲の縮小による基礎工事期間の短縮、消火設備の簡素化、工場での組立・解体時間の短縮、冷却基輸送用のトレーラの台数削減、さらには据付面積の縮減、補機損の低減といった多岐にわたる効果が得られる。
【００３０】
さらに、請求項３、４に係る変圧器用冷却器は、切り起こし上に発達する温度境界層の厚みｄｔの最大値が前記板状フィンのフィン間幅Ｈｆの１／２以下となるように気体の流れ方向に沿った切り起こしの幅ａを設定するので、切り起こし上の境界層の厚みが切り起こしの先端から後端にわたって十分に薄く、隣接する切り起こしから発達した境界層との間で干渉を生じないため、有効に伝熱促進が図られるという効果を有する。
また、請求項５に係る変圧器用冷却器は、２０４０Ｈｆ２≦０．００１のとき、空気の流れ方向の幅ａを０．００１ｍに設定するので、製造上大きな困難がなく、かつ最大限の伝熱促進が図られるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１における変圧器用冷却器のフィンの平面図、断面図および斜視図である。
【図２】  この発明の実施の形態１における変圧器用冷却器のフィンの断面図である。
【図３】  この発明の実施の形態１における変圧器用冷却器のフィンの切り起こし個数に対する圧力損失と伝熱量を示すグラフである。
【図４】  この発明の実施の形態１における変圧器用冷却器のフィンの切り起こし個数に対する総合性能を示すグラフである。
【図５】  この発明の実施の形態１における変圧器用冷却器の効果を示すための側面模式図である。
【図６】  この発明の実施の形態１における変圧器用冷却器の効果を示すための側面模式図である。
【図７】  この発明の実施の形態１における変圧器用冷却器の効果を示すための側面模式図である。
【図８】  この発明の実施の形態１における変圧器用冷却器の効果を示すための平面模式図である。
【図９】  変圧器の断面図である。
【図１０】  変圧器用冷却器の側面図と平面図である。
【図１１】  変圧器用冷却器の熱交換器の斜視図である。
【図１２】  従来の変圧器用冷却器のフィンの平面図と断面図である。
【符号の説明】
１  フィン、２  伝熱管、３  切り起こし、３ｃ  脚部、５  フィンベース、
１１  温度境界層、２０  空気の流れ、２１  局所的な気流、３１  上流切り起こし、
３２  下流切り起こし、３４  開口部、３５  伝熱管の間の切り起こし、４３  冷却器、
５１  送風機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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