KR101089366B1 - 변압기의 방열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변압기의 방열장치에 관한 것으로, 외함(20)과 방열기(30)-주방열장치-의 사이에 관형바디(41)와 이를 관통한 히트파이프(42)로 이루어진 방열장치(40)를 더 설치한다.

따라서, 절연유가 방열기(30)로 유입되기 전 1차 방열이 이루어지므로 상기 방열기(30)를 보다 작게 설계할 수 있게 된다.

따라서, 변압기의 크기 및 중량이 감소되어 이송 및 설치 작업이 용이해지고, 절연유의 사용량이 감소되어 환경 보호에 유리하다.

변압기 냉각, 방열기, 히트파이프

Description

변압기의 방열장치{radiation device for transformer}

본 발명은 전류의 전압을 조정하는 변압기의 방열장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 히트파이프를 이용한 변압기의 방열장치에 관한 것이다.

변압기는 교류 전기회로에서 전압을 증가 또는 감소시켜 다른 교류 전기회로로 전기 에너지를 전달하는 기구로서, 1차 코일과 2차 코일 간의 전자기 유도를 이용하여 전압을 변환한다.

중전류용으로 사용되는 대형 유입(油入) 변압기는 도 1에 도시된 바와 같이, 내부의 권선부(10)와, 그 권선부(10)를 둘러싸는 외함(20)과, 그 외함(20)의 일측에 연결 설치된 방열기(30)로 이루어지며, 외함(20)의 내부에는 절연유가 충진되어 있다.

또한, 상기 방열기(30)는 외함(20)의 상부와 하부에 각각 연결된 유입관(31)과 배출관(32) 및 이들을 상하방향으로 연결하여 고온의 절연유가 통과하면서 넓은 방열면적을 확보할 수 있도록 하는 다수의 방열부(33)로 이루어진다.

변압기의 운전시에는 상기 권선부(10)로부터 열이 발생하며, 그 열을 외부로 방출해주지 않으면 내부 부품 및 절연유가 열화되어 변압기의 수명이 단축된다.

따라서, 상기와 같이 방열기(30)를 설치함으로써 절연유가 자연대류에 의해 외함(20)과 방열기(30)를 순환하면서 외함(20)내의 열을 대기중으로 발산하도록 되어 있다.

한편, 종래에는 상기와 같이 절연유의 자연대류에 의한 순환을 이용하여 냉각이 이루어지므로 그 냉각능의 부족을 예상하여 변압기 설계시 절연유량 및 방열 면적(방열부(33)의 수)에 대해 과도 설계를 실시하고 있다.

그러나, 다량의 절연유 사용은 그 처리에 있어 환경적으로 바람직하지 않으며, 방열부(33)의 수 증가는 방열기(30)의 크기를 증가시켜 결과적으로 변압기의 크기와 무게를 증가시킴으로써 장치의 이송 및 설치에 공간적인 제약이 발생하고 중량으로 인한 부담이 많이 따르게 되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 보다 효율적인 방열이 이루어지도록 하여 방열기의 크기를 감소(방열부의 수 감소)시켜 변압기의 중량과 크기를 감소시킴으로써 이송 및 설치가 용이하게 되고, 절연유의 사용량 감소로 환경 오염 방지에 보다 유리하도록 된 변압기의 방열장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
변압기의 외함 상부의 절연유 출구와 방열기의 유입관 사이에 장착되는 관형바디와;
상기 관형바디를 관통하여 설치된 히트파이프;를 포함하고,
상기 관형바디 내측의 상기 히트파이프의 하부는 상기 절연유 유입방향으로 절곡 성형된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 관형바디 외측의 상기 히트파이프의 상부에는 다수의 냉각핀이 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트파이프가 복수개 설치되고, 상기 관형바디 외측의 상기 히트파이프들의 상부에 다수의 냉각핀이 구비되며, 상기 냉각핀들이 상호 연결된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 관형바디의 양단에 플랜지가 형성되고, 그 플랜지에 볼트공이 형성되어, 상기 외함의 출구와 방열기의 유입관에 볼트 체결되는 것을 특징으로 한다.

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이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 방열기 이전에 히트파이프에 의한 방열이 선행되므로 그 방열량 만큼 상기 방열기를 작게 구성할 수 있게 된다.

즉, 방열기의 방열부의 수와 체적을 감소시켜 전체 방열기의 크기와 중량을 감소시킬 수 있게 된다.

따라서, 변압기가 컴팩트화 및 경량화가 달성된다.

이에, 변압기 이송 및 설치 작업을 보다 용이하게 실시할 수 있게 된다.

한편, 상기와 같이 방열기의 크기가 줄어듦으로써 사용되는 절연유의 양이 감소하게 되는데, 이로써 절연유 누출과 사용후 폐유로 인한 환경 오염 문제가 감소되는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 방열장치가 설치된 변압기의 개략 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 방열장치의 확대도, 도 4는 도 3의 측면도이다.

변압기는 권선부(10)와, 권선부(10)가 내장되는 외함(20)과, 상기 외함(20)의 측부에 연결 설치된 방열기(30)로 이루어지며, 상기 방열기(30)는 외함(20) 상부의 출구에 연결되는 유입관(31)과 하부의 입구에 연결되는 배출관(32) 및 상기 유입관(31)과 배출관(32)을 연결하는 다수의 방열부(33)로 이루어진다.

본 발명에 따른 방열장치(40)는 도시된 바와 같이, 상기 외함(20)의 상부 출구와 방열기(30)의 유입관(31) 사이에 설치된다.

상기 방열장치(40)는 외함(20)의 상부 출구와 유입관(31)의 사이에 설치되기 위하여 도 3과 같이, 동일한 직경의 관형바디(41)를 포함한다.

상기 관형바디(41)는 양측 단부에 환형 플랜지(41a)가 형성되고, 그 플랜지(41a)에는 일정 간격마다 볼트공(41b)이 형성된다.

한편, 상기 방열장치는 방열 수단으로서 히트파이프(42)를 구비한다.

상기 히트파이프(42)는 내부에 작동유체(working fluid)가 충진되고, 그 작동유체의 순환경로가 형성된 튜브로서, 상기 관형바디(41)를 수직으로 관통하는 상태로 설치된다.

상기 히트파이프(42)의 하부 즉, 상기 히트파이프(42)에서 상기 관형바디(41)의 내측에 존재하는 부분은 상기 변압기 외함(20)으로부터 절연유가 유입되는 방향으로 절곡된 형상을 갖는다.

그 절곡단부의 상측 부분은 전술한 바와 같이 관형바디(41)를 관통하여 대기중으로 돌출되며, 그 외측단부 즉, 상기 히트파이프(42)의 상부에는 다수의 냉각핀(42a)이 부착된다.

또한, 상기 히트파이프(42)는 도 4와 같이 2개 또는 그 이상 복수 개가 적용될 수 있으며, 이때 각 히트파이프(42)들의 상부에 형성된 상기 냉각핀(42a)들은 서로 연결된다.

상기 방열장치(40)는 외함(20) 상부의 절연유 출구와 상기 유입관(31)의 사이에 볼트를 매개로 체결된다.

상기와 같은 볼트 체결을 위하여 관형바디(41)의 플랜지(41a) 및 볼트공(41b)에 대응되는 플랜지와 볼트공이 상기 외함(20)의 출구와 방열기(30)의 유입관(31) 단부에도 형성됨은 물론이다.

이제, 본 발명의 작용효과를 설명한다.

외함(20)의 내부에서 가열된 절연유는 출구를 통해 배출되어 방열기(30)의 유입관(31)으로 유입되기 전에 상기 관형바디(41)를 거치게 된다.

그 과정에서 절연유는 상기 히트파이프(42)의 내부의 작동유체와 열교환하게 된다.

외함(20)으로부터 배출되는 고온 절연유로부터 열을 전달받은 히트파이프(42) 하단의 작동유체는 기화(vaporization)되며, 이에 밀도가 감소하여 히트파이프(42)의 상부로 흐르게 된다.

관형바디(41)의 외부에 위치한 히트파이프(42)의 상부로 이동한 작동유체는 상기 냉각핀(42a)을 매개로 주위 공기와 열교환하여 냉각되며, 이에 다시 액화(liquefaction)되어 밀도가 증가된 상태로 내벽면을 따라 하부로 흐르게 된다.

이와 같이 히트파이프(42) 내부의 작동유체는 반복적으로 상 변화하면서 하부(관형바디 내부;절연유)의 열을 상부(관형바디 외부;대기)로 전달하여 방출한다. 이러한 열 방출 작용은 상기 절연유가 히트파이프(42)의 작동유체가 기화될 정도의 열량을 가지는 상태(즉, 방열이 필요한 상태)에서는 언제나 이루어지며, 상기 히트파이프(42)는 구조적으로 파손전에는 부품의 교환이나 수리가 필요없는 제품이므로 상기 방열장치(40)는 반영구적으로 사용할 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따른 방열장치(40)가 적용되면, 변압기 외함(20)에서 방열기(30)로 절연유가 이동하는 과정에서 먼저 상기 방열장치(40)에 의한 1차 방열이 이루어지게 된다.(더욱이 상기 방열장치(40)는 작동유체의 상변화를 이용하여 방열하는 것이므로 자연대류의 경우보다 효율이 높다.)

따라서, 상기 방열장치(40)를 거쳐 방열기(30)로 전달되는 절연유의 열량이 감소됨으로써 상기 방열기(30)에서 처리되어야 할 즉, 방열되어야 할 열량이 감소되므로 방열기(30)의 냉각능을 종래의 경우보다 작게 설계할 수 있게 된다.

즉, 상기 방열장치(40)의 냉각능에 해당되는 만큼 방열기(30)의 냉각능을 감소시켜 설계할 수 있게 된다.

따라서, 상기 방열기(30)의 크기(체적)을 감소시킬 수 있게 되는데, 이는 상기 방열부(33)의 수를 감소시킴으로써 용이하게 달성될 수 있다.

이와 같이 방열부(33)의 수가 감소되면 방열기(30)의 부피가 감소되므로 변압기 전체 크기가 감소되어 장치의 이송 및 설치시 공간의 제약을 받지 않게 될 뿐만 아니라 무게가 감소(경량화)되므로 보다 용이하게 이송 및 설치할 수 있게 된다.

또한, 방열부(33)의 수가 감소되어 절연유 사용량이 감소되므로 절연유 누출과 폐유 발생으로 인한 환경 오염을 감소시킬 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 방열장치가 설치된 변압기의 개략 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 방열장치가 설치된 변압기의 개략 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 방열장치의 확대도,

도 4는 도 3의 측면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 권선부 20 : 외함

30 : 방열기 31 : 유입관

32 : 배출관 33 : 방열부

40 : 방열장치 41 : 관형바디

41a : 플랜지 41b : 볼트공

42 : 히트파이프 42a : 냉각핀

Claims (5)

1. 변압기의 외함 상부의 절연유 출구와 방열기의 유입관 사이에 장착되는 관형바디와;

   상기 관형바디를 관통하여 설치된 히트파이프;를 포함하고,

   상기 관형바디 내측의 상기 히트파이프의 하부는 상기 절연유 유입방향으로 절곡 성형된 것을 특징으로 하는 변압기의 방열장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 관형바디 외측의 상기 히트파이프의 상부에는 다수의 냉각핀이 구비된 것을 특징으로 하는 변압기의 방열장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 히트파이프가 복수개 설치되고, 상기 관형바디 외측의 상기 히트파이프들의 상부에 다수의 냉각핀이 구비되며, 상기 냉각핀들이 상호 연결된 것을 특징으로 하는 변압기의 방열장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 관형바디의 양단에 플랜지가 형성되고, 그 플랜지에 볼트공이 형성되 어, 상기 외함의 출구와 방열기의 유입관에 볼트 체결되는 것을 특징으로 하는 변압기의 방열장치.

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