KR100829820B1

KR100829820B1 - 변압기용 히트파이프

Info

Publication number: KR100829820B1
Application number: KR1020060109378A
Authority: KR
Inventors: 이천
Original assignee: 이천
Priority date: 2006-11-07
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2008-05-19
Also published as: KR20080041362A

Abstract

본 발명은 변압기 일측면으로 히트파이프를 설치하여 변압기 내부에 수용된 절연유에서 발생하는 열을 외부로 방열하여 일정한 온도로 유지할 수 변압기용 히트파이프에 관한 것으로서, 절연유(12) 및 트랜스가 내장되는 변압기(T) 일측면에 방열판(14)이 설치되는 통상의 변압기에 있어서, 상기 변압기(T)의 일측면에 설치되는 히트파이프(20)는, 상기 변압기(T) 일측면으로 일단이 부분 관통되어 변압기(T) 내부에 수용된 절연유(12)에 위치되고 절연유(12)의 열이 흡수됨에 따라 기화되는 작동유체(F)가 내부에 수용된 다수의 흡열부(22)와; 상기 흡열부(22) 타단과 직교된 형태로 설치되되 상기 흡열부(22) 내부와 연통되어 흡열부(22)에서 기화된 작동유체(F)가 내부에서 발열 및 액화되고 상기 흡열부(22)로 흡열된 열을 방출하는 다수의 방열핀(24)이 외주면에 형성된 다수의 발열부(26)로 구성된 것으로 상기 히트파이프는 기존 방열판보다 구조가 간단하고 설치 면적이 덜 차지하면서 무동력으로 작동되어 유지보수 비용이 절감되는 효과가 있다.

변압기, 히트파이프, 방열판, 절연유, 냉각

Description

변압기용 히트파이프{a Heat pipe for Transformer}

도 1은 종래에 따른 변압기를 나타낸 사시도.

도 2는 본 발명에 히트파이프를 나타낸 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 히트파이프를 나타낸 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 히트파이가 변압기에 설치된 상태를 나타낸 사시도.

도 5는 본 발명에 따른 히트파이가 변압기에 설치된 상태를 나타낸 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

12 : 절연유 14 : 방열판

20 : 히트파이프 22 : 흡열부

24 : 방열핀 26 : 발열부

B : 볼트 F : 작동유체

T : 변압기

본 발명은 변압기용 히트파이프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 변압기 일측면으로 히트파이프를 설치하여 변압기 내부에 수용된 절연유에서 발생하는 열을 외부로 방열하여 일정한 온도로 유지할 수 변압기용 히트파이프에 관한 것이다.

일반적으로, 변압기는 송배전선로에 접속되는 전력용 변압기와 전자회로에 사용되는 결합용 변압기까지 많은 종류가 있으며, 전력용 변압기는 변압기로 교류회로에 가하여지는 어떤 전압을 그보다 높이거나 또는 낮은 전압으로 변화시킬 수 있으며 전력은 변하지 않는 것으로 전원에 연결하는 1차권선과 부하에 연결하는 2차권선은 같은 철심(鐵心)위에 감겨져 있는 구조를 갖는 것이다.

여기서, 배전선로에 사용되는 변압기는 수십 kVA 정도까지의 용량이지만 고압 송전선로에는 수십만 kVA가 되는 대용량의 것도 있다.

상기 변압기의 실제 구조는 용량이나 전압에 따라서 다르나 주요한 부분은 권선과 철심이며 이것을 케이스 안에 넣고 절연유(絶緣油)를 가득 채운다.

상기 절연유를 사용하는 이유는 권선의 절연물에 습기나 먼지가 들어가서 절연내력(絶緣耐力)을 저하시키기 때문에 이런 현상을 방지하고, 철심이나 권선에서 발생하는 열을 기름의 대류나 복사(輻射)에 의해 방열시키기 위해서이다.

대용량의 변압기에서는 방열이 잘 되게 하기 위하여 탱크의 외부에 기름을 순환시키는 파이프나 방열판을 설치하며 더욱 대용량의 변압기에서는 방열판에 선 풍기를 설치하고 이것으로 바람을 보내서 방열효과를 좋게 하는 것도 있다.

이때, 변압기를 설치하는 장소에 따라서는 방열판을 설치하는 대신에 변압기 내에서 뜨거워진 기름을 파이프를 통해서 밖으로 끌어내고, 냉각수로 냉각시키는 방법과 또는 수냉관을 변압기 속으로 통과시켜 펌프로 물을 순환시키는 방법이 있으며 중·대용량의 변압기에 3상식(三相式)을 사용하는 경우도 많다.

한편 상기와 같은 종래의 변압기(1)는 도 1에 나타낸 바와 같이 절연유 및 트랜스(미도시)가 내장되는 변압기(1)에 방열판(2)이 설치되는 구성을 하고 있다.

상기와 같은 방열판(2)은 여러 개의 방열판(2a)으로 이루어진다. 각각의 방열판(2a)에는 절연유가 흐를 수 있도록 상, 하부에 연결파이프(2b)가 결합되며, 결합된 방열판(2a)은 변압기(1)에 용접되는 형태로 설치된다.

그러나 상기와 같은 방열판을 갖는 종래 변압기는 방열의 효율을 높이기 위해서 방열판을 변압기에 더 설치할 수 있으나 추가되는 방열판 설치를 위해 각각의 방열판에 절연유가 흐를 수 있는 구조로 형성해야 하는 번거로움과 다단계의 공정을 요구하게 되므로 높은 생산 단가와 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 변압기에 추가 설치되는 방열판이 설치 면적을 많이 차지하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 변압기에 설치된 방열판외에 별도의 방열수단으로 히트파이프를 설치하여 방열 효과를 높이고 상기 히트파 이프의 설치 면적이 기존의 방열판이 차지하는 설치면적이 적게 차지하는 변압기용 히트파이프를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 절연유 및 트랜스가 내장되는 변압기 일측면에 방열판이 설치되는 통상의 변압기에 있어서, 상기 변압기 일측면에 설치되는 히트파이는, 상기 변압기 일측면으로 일단이 부분 관통되어 변압기 내부에 수용된 절연유에 위치되고 절연유의 열이 흡수됨에 따라 기화되는 증류수 또는 알코올이 내부에 수용된 다수의 흡열부와; 상기 흡열부 타단과 직교된 형태로 설치되되 상기 흡열부 내부와 연통되어 흡열부에서 기화된 증류수 또는 알코올이 내부에서 발열 및 액화되고 상기 흡열부로 흡열된 열을 방출하는 다수의 방열핀이 외주면에 형성된 다수의 발열부로 구성되는 변압기용 히트 파이프를 제공한다.

또한 상기 흡열부와 대응되는 위치에 흡열부와 동일한 지름을 갖는 결합공이 다수 형성된 고정부재가 형성되어 상기 흡열부의 소정 위치에 상기 고정부재의 결합공을 끼운 후 결합공과 흡열부 사이를 용접하여 고정한 상태에서 상기 변압기 일측면으로 고정부재를 면접시킨 후 볼트를 이용하여 상기 고정부재를 변압기 일측면에 결합시켜 견고하게 설치하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 히트파이프 내부는 진공상태인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 히트파이프 내부에 수용되는 증류수 및 알코올은 상기 히트파이프 내부 전체 체적의 30 ~ 60중량%인 것을 특징으로 한다.

(실시예)

본 발명에 따른 변압기용 히트파이프의 구성 및 작용을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

첨부한 도면, 도 1은 종래에 따른 변압기를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 히트파이프를 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 히트파이프를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 히트파이가 변압기에 설치된 상태를 나타낸 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 히트파이가 변압기에 설치된 상태를 나타낸 단면도이다.

본 발명에 따른 변압기용 히트파이프의 구성은 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이 절연유(12) 및 트랜스(미도시)가 내장되는 변압기(T) 일측면에 방열판이 설치되는 통상의 변압기(T)에 있어서, 상기 변압기(T) 일측면으로 설치되는 히트파이프(20)는 크게 다수의 흡열부(22)와 다수의 발열부(26)로 구성된다.

상기 흡열부(22) 각 일단은 변압기(T) 일측면을 관통하여 변압기(T) 내부에 수용된 절연유(12)에 부분 수용되는 형태로 위치되며 흡열부(22) 내부에는 작동유체(F)가 수용된다.

그리고 상기 흡열부(22) 각 타단 상면으로 발열부(26)가 직교된 형태로 설치된다.

상기 발열부(26)가 흡열부(22) 각 타단과 직교된 형태로 설치되되 상기 흡열부(22) 내부와 발열부(26) 내부는 연통된 형태로 설치되고, 상기 발열부(26) 외주면에는 열을 방출하는 방출핀이 다수 형성된다.

한편, 상기 다수의 흡열부(22)와 다수의 발열부(26)로 이루어진 히트파이프(20)가 상기 변압기(T) 일측면에 설치될 때 견고하게 설치될 수 있도록 상기 흡열부(22)와 대응되는 위치에 흡열부(22)와 동일한 지름을 갖는 결합공(32)이 다수 형성된 고정부재(30)가 형성된다.

상기 고정부재(30)의 설치는 상기 흡열부(22)의 소정 위치에 상기 고정부재(30)의 결합공(32)을 끼운 후 결합공(32)과 흡열부(22) 사이를 용접하여 고정한 상태에서 상기 변압기(T) 일측면으로 고정부재(30)를 면접시킨 후 볼트(B)를 체결하여 상기 고정부재(30)를 변압기(T) 일측면에 결합시킴으로서 히트파이프(20)의 설치상태를 견고하게 지탱할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 변압기용 히트파이프는 도 4 및도 5에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 상기 히트파이프(20)를 변압기(T) 일측면으로 설치하기 전에 상기 히트파이프(20)의 흡열부(22) 소정 위치 즉, 상기 흡열부(22)의 일단이 변압기(T) 내부에 수용된 절연유(12)에 수용될 수 있는 위치에 상기 고정부재(30)의 결합공(32)을 끼운 후 결합공(32)과 흡열부(22) 사이를 용접하여 상기 고정부재(30)를 흡열부(22)에 설치한다.

이때, 상기 변압기(T) 일측면에는 상기 흡열부(22)의 간격 및 동일한 지름을 갖는 즉, 상기 고정부재(30)에 다수 형성된 결합공(32)과 대응되는 위치에 이미 홀이 형성되어 있는 상태이며 상기 홀에 흡열부(22)가 끼워질 때 홀과 흡열부(22) 외주면 사이에 오링과 같은 밀폐부재(O)를 결합하여 절연유의 누수를 방지한다.

그런 다음 상기 히트파이프(20)의 흡열부(22) 각 일단을 상기 변압기(T) 일측면에 다수 형성된 홀로 끼운 다음 상기 흡열부(22)에 설치된 고정부재(30)를 상기 변압기(T) 일측면과 면접되게 한 상태에서 볼트(B)를 체결함으로서 상기 히트파이프(20)가 변압기(T) 일측면에 견고하게 설치된다.

그러면, 상기한 바와 같이 상기 고정부재(30)에 의해 변압기(T) 일측면에 설치된 상기 히트파이프(20)로 열이 전달되어 열이 방출되는 과정을 설명한다.

우선 변압기(T)가 가동됨에 따라 변압기(T) 내부에 수용된 절연유(12)의 온도가 상승함에 따라 발생하는 열은 절연유(12)에 수용된 상기 히트파이프(20)의 흡열부(22) 일단으로 열이 전달된다.

그러면 상기 흡열부(22)로 전달된 열은 흡열부(22) 내부에 수용된 작동유체(F)가 열을 발열하게 되면서 기화하게 된다. 본 발명에서 흡열부(22) 내부에 수용되는 작동유체(F)는 물, 증류수, 알코올, 윤활유 등 여러 종류이며 히트파이프(20)에 통상적으로 사용되는 작동유체들을 사용한다.

그리고 기화된 작동유체(F)는 상기 발열부(26)로 상부로 이동되면서 발열부(26) 외주면에 다수 형성된 방열핀(24)을 통해 열이 각각 방출되는과 동시에 기화된 작동유체(F)는 액화되는 과정을 거치고 다시 상기와 같은 과정을 반복하는 열교환이 이루어진다.

이때 상기 히트파이프(20) 내부에 수용되는 작동유체(F)는 상기 히트파이프(20) 내부 전체 체적의 30 ~ 60중량%이며 상기 히트파이프(20) 내부는 진공된 상태이다.

상기 히트파이프(20) 내부가 진공상태인 것은 열교환을 하는 과정 중에서 작동유체(F)가 외부로 배출되어 없어지는 것을 방지하기 위한 것이며 상기 작동유체(F)가 상기 히트파이프(20) 내부 전체 체적의 30 ~ 60중량%로 했을 때 아래의 실험 결과에서와 나타낸 바와 같이 절연유(12)의 온도를 가장 이상적으로 열을 방출하여 절연유의 일정한 온도를 유지할 수 있기 때문이다.

상기와 같은 열교환 과정을 통해 변압기(T) 내부의 절연유(12)에서 발생되는 열을 본 발명에 따른 히트파이프(20)를 통해 열을 배출할 때와 기존의 변압기(T)에 설치된 방열판에서 열이 방출되는 효과를 비교하면 다음과 같다.

- 시험조건 : 변압기 주위온도 28℃, 습도 62%, 부하율 40%운전시

구 분	0.5(h)	1(h)	3(h)	5(h)
방열판	36℃	43℃	51℃	62℃
히트파이프	32℃	35℃	43℃	51℃
편차	10%↓	18.6%↓	8%↓	17.7%↓

한편 상기 표에서 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 변압기용 히트파이프(20)는 기존 변압기(T)에 설치된 방열판(14)보다 더 효과적으로 절열유(12)의 열을 방열함으로서 절연유(12)의 온도를 일정한 수준으로 유지시켜 줄 수 있는 효과가 있다.

또한 상기 히트파이프(20)는 기존 변압기(T)에 설치된 방열판(14)보다 구조가 간단하고 설치 면적이 기존 방열판(14)보다 덜 차지하며 무동력으로 작동되어 유지보수 비용이 절감되는 장점이 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 변압기용 히트파이프는 기존 변압기에 설치된 방열판외에 별도의 방열수단으로 본 발명에 따른 히트파이프를 설치함으로서 절연유의 열을 방열하여 절연유의 온도를 일정한 수준으로 유지시켜 줄 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 히트파이프는 기존 방열판보다 구조가 간단하고 설치 면적이 덜 차지하면서 무동력으로 작동되어 유지보수 비용이 절감되는 효과가 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변경과 수정이 이루어질 수 있는 것이다.

Claims

절연유(12) 및 트랜스가 내장되는 변압기(T) 일측면에 방열판(14)이 설치되는 통상의 변압기에 있어서,

상기 변압기(T)의 일측면에 설치되는 히트파이프(20)는,

상기 변압기(T) 일측면으로 일단이 부분 관통되어 변압기(T) 내부에 수용된 절연유(12)에 위치되고 절연유(12)의 열이 흡수됨에 따라 기화되는 작동유체(F)가 내부에 수용된 다수의 흡열부(22)와;

상기 흡열부(22) 타단과 직교된 형태로 설치되되 상기 흡열부(22) 내부와 연통되어 흡열부(22)에서 기화된 작동유체(F)가 내부에서 발열 및 액화되고 상기 흡열부(22)로 흡열된 열을 방출하는 다수의 방열핀(24)이 외주면에 형성된 다수의 발열부(26)로 구성되되,

상기 흡열부(22)와 대응되는 위치에 흡열부(22)와 동일한 지름을 갖는 결합공(32)이 다수 형성된 고정부재(30)가 형성되어 상기 흡열부(22)의 소정 위치에 상기 고정부재(30)의 결합공(32)을 끼운 후 결합공(32)과 흡열부(22) 사이를 용접하여 고정한 상태에서 상기 변압기(T) 일측면으로 고정부재(30)를 면접시킨 후 볼트(B)를 체결하여 상기 고정부재(30)를 변압기(T) 일측면에 결합시켜 히트파이프(20)를 견고하게 설치하고, 상기 히트파이프(20) 내부에 수용되는 작동유체(F)는 상기 히트파이프(20) 내부 전체 체적의 30 ~ 60중량%인 것을 특징으로 하는 변압기용 히트파이프.
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