KR101426052B1 - 변압기용 방열기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변압기용 방열기에 관한 것이다. 본 발명의 방열기는 변압기 본체(10)에서 발생하는 열을 함유한 절연유가 통과하면서 외부로 열교환하는 것이다. 방열기(14)에는 상기 변압기본체(10)에 연결된 제1헤더파이프(16)와 제2헤더파이프(18)가 구비되고, 이들 제1 및 제2 헤더파이프(16,18)에 연결되어 다수개의 방열판(20)이 구비된다. 상기 제1헤더파이프(16)에는 상기 방열판(20)의 내부유로(22)와의 연통을 위한 분기구(17)가 형성되는데, 상기 분기구(17)는 상기 제1헤더파이프(16)의 폭방향 양측에 각각 형성되고, 하류부로 가면서 양측의 분기구(17) 사이의 거리가 점차 가까워지면서 면적이 점차 늘어나도록 된다. 이와 같은 본 발명에서는 제1헤더파이프(16)의 중앙부를 따라 절연유가 유동되면서 그 양측의 분기구(17)를 통해 방열판(20)으로 절연유가 전달되는데, 절연유의 유동속도가 일정하게 유지되면서 각각의 방열판(20)으로 거의 균일한 양의 절연유가 전달되어 열방출효과가 높아지는 이점이 있다.

Description

변압기용 방열기{Radiator for transformer}

본 발명은 변압기용 방열기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 변압기에서 전달받은 절연유를 각 방열판으로 상대적으로 균일하게 분배하는 헤더파이프를 구비한 변압기용 방열기에 관한 것이다.

변압기는 전압을 높이거나 낮추는 역할을 하는 것으로, 전력계통의 중요한 구성요소가 된다. 이와 같은 변압기는 전력의 안정된 공급을 위해 그 역할이 매우 중요하다. 변압기에서 전압을 변환시킬 때, 전류의 자기작용으로 인해 열이 발생하고, 이 열로 인해 변압기의 외함 내부에 있는 절연유의 온도상승이 발생한다.

상기 절연유의 온도상승이 발생하면 변압기의 내부 압력도 함께 상승하게 되어, 과열 및 압력상승으로 인해 변압기의 폭발사고를 유발시키고, 절연유가 열화되어 절연손상이 발생하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 변압기의 외부에 방열기를 설치하여 변압기 내부에서 발생되어 절연유로 전달된 열을 방열기를 통해 배출한다. 즉, 상기 절연유를 상기 방열기로 보내 외부로 열을 배출시키고, 온도가 낮아진 절연유는 다시 변압기의 내부로 보내 사용하는 것이다.

도 1에는 일반적으로 사용되는 변압기의 구성이 개시되어 있다. 이에 따르면, 변압기본체(1)의 외관을 외함(3)이 구성하는데, 상기 외함(3)의 내부에는 코어에 코일이 권선되어 변압을 할 수 있도록 되어 있고, 상기 외함(3)에는 절연유가 채워져 있다.

상기 변압기본체(1)에서 발생한 열을 외부로 방출하기 위해 방열기(5)가 상기 변압기본체(1) 외부 일측에 연결되어 있다. 상기 방열기(5)로는 상기 외함(3) 내부의 절연유가 유동되어 외부로 열을 배출하게 된다.

상기 방열기(5)에는 상기 변압기본체(1)의 상부를 통해 외함(3)의 내부와 연통되는 상부헤더파이프(7)가 있고, 상기 변압기본체(1)의 하부를 통해 외함(3)의 내부와 연통되는 하부헤더파이프(7')가 있다. 이들 헤더파이프(7,7')의 사이에는 다수개의 방열판(9)이 설치된다. 상기 방열판(9)은 두 개의 패널이 내부에 절연유가 유동되는 공간을 형성하도록 결합되어 구성되는 것이다. 상기 방열판(9)의 상부는 상기 상부헤더파이프(7)에 연결되고, 상기 방열판(9)의 하부는 상기 하부헤더파이프(7')에 연결된다.

상기 상부헤더파이프(7)를 통해서는 상기 외함(3)에서부터 절연유가 공급되고, 상기 상부헤더파이프(7)에서 상기 방열판(9)의 내부로 절연유가 공급되어 상기 방열판(9)에서 외부로 열이 방출된다. 상기 방열판(9)을 통과한 절연유는 상기 하부헤더파이프(7')를 통해 다시 상기 내함(3)으로 전달되어 절연작용을 수행한다.

그러나 상기한 바와 같은 구성을 가지는 종래 기술에 의한 변압기에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

상기 방열기(5)에는 상기 상부헤더파이프(7)와 하부헤더파이프(7')의 연장방향으로 다수개의 방열판(9)이 차례로 설치되어 있다. 이들 각각의 방열판(9)으로 상기 상부헤더파이프(7)를 통해 절연유가 균일하게 공급되는 것이 방열을 위해서 필요하다. 하지만, 상기 상부헤더파이프(7)에서 상기 방열판(9)으로 절연유를 전달하는 구성은 각각의 방열판(9)에 대해서 일정하게 형성되는 것이 대부분이다. 따라서, 각각의 방열판(9)의 내부를 유동하는 절연유의 양이 차이가 나면서 각각의 방열판(9)에서 교환되는 열의 양도 달리된다.

한편, 상기 상부헤더파이프(7)에서 상기 방열판(9)으로 전달된 절연유는 상기 방열판(9)에 형성된 유로 전체를 따라 유동되어야 하나, 상기 상부헤더파이프(7)의 폭은 상기 방열판(9) 내부의 유로의 폭에 비해 상대적으로 매우 좁다. 따라서, 상기 상부헤드파이프(7)에서 방열판(9)으로 전달되는 절연유는 거의 대부분 방열판(9) 내부에 형성된 유로의 중앙부분으로 유동되어 방열판(9)에서의 열교환성능이 상대적으로 떨어지는 문제점도 있다.

대한민국 공개특허 10-2008-0008557 대한민국 공개특허 10-2008-0064375 대한민국 공개특허 10-2008-0004852

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 변압기에 구비되는 방열기에서 각각의 방열판으로 전달되는 절연유의 양을 균일하게 만드는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 제1헤더파이프에서 방열판으로 전달되는 절연유가 방열판 내부의 유로 전체에 걸쳐 유동되도록 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 변압기본체에서 방열판의 내부로 전달된 절연유의 열을 외부로 방출하는 변압기용 방열기에 있어서, 상기 변압기본체에서 나온 절연유를 전달받아 분배하는 제1헤더파이프와, 상기 제1헤더파이프에 연결되어 절연유를 전달받아 내부의 내부유로를 따라 유동시키면서 외부와 열교환하는 다수개의 방열판과, 상기 방열판을 통과한 절연유를 상기 변압기본체로 전달하는 제2헤더파이프를 포함하고, 상기 제1헤더파이프와 상기 방열판의 내부유로를 연통하는 분기구는 상기 제1헤더파이프의 상류부에서 하류부로 가면서 면적이 점차 커지고 하나의 방열판에 대응되는 한 쌍의 분기구 사이의 거리는 점차 가까워지도록 상기 제1헤더파이프와 상기 방열판의 내부유로를 연통하는 분기구는 상기 제1헤더파이프의 상류부에서 하류부로 가면서 면적이 점차 커지고 상기 제1헤더파이프의 폭방향 양측에 형성된다.

상기 제1헤더파이프에 형성되는 분기구는 상기 방열판 내부의 내부유로 입구 양측에 대응되는 위치에서 시작하여 상기 제1헤더파이프의 중심쪽으로 연장된다.

삭제

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 변압기본체에서 방열판의 내부로 전달된 절연유의 열을 외부로 방출하는 변압기용 방열기에 있어서, 상기 변압기본체에서 나온 절연유를 전달받아 분배하는 제1헤더파이프와, 상기 제1헤더파이프에 연결되어 절연유를 전달받아 내부의 내부유로를 따라 유동시키면서 외부와 열교환하는 다수개의 방열판과, 상기 방열판을 통과한 절연유를 상기 변압기본체로 전달하는 제2헤더파이프를 포함하고, 상기 제1헤더파이프와 상기 방열판의 내부유로를 연통하는 분기구는 상기 제1헤더파이프의 상류부에서 하류부로 가면서 하나의 방열판과 연통되는 한 쌍의 분기구 사이의 거리가 점차 가까워지도록 상기 제1헤더파이프와 상기 방열판의 내부유로를 연통하는 분기구는 상기 제1헤더파이프의 폭방향 양측에 형성된다.

상기 제1헤더파이프에 형성되는 분기구는 상기 방열판 내부의 내부유로 입구 양측에 대응되는 위치에서 시작하여 상기 제1헤더파이프의 중심쪽으로 연장되어 상기 분기구의 면적은 제1헤더파이프의 하류부로 가면서 점차 더 커진다.

삭제

본 발명에 의한 변압기용 방열기에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

먼저, 본 발명에서는 제1헤더파이프에서 다수개의 방열판으로 절연유를 전달함에 있어서 제1헤더파이프에서 방열판으로 연통되는 분기구의 단면적이 제1헤더파이프의 상류부에서 하류부로 가면서 점차 넓어지도록 하여 각각의 방열판으로 전달되는 절연유의 양이 거의 같도록 하였으므로 전체 방열판에서 균일하게 열교환이 일어나도록 되어 방열기의 성능이 향상되는 효과가 있다.

그리고, 본 발명에서는 제1헤더파이프와 방열판의 내부 유로가 연통되는 분기구가 상기 방열판의 내부 유로 중앙을 벗어난 위치에 있도록 하였으므로 방열판의 내부유로로 절연유가 들어가면서부터 내부유로의 유동단면적 전체에 걸쳐 분산될 수 있게 되어 방열판 내에서의 절연유 흐름이 균일하게 되면서 방열성능이 높아지는 효과를 가질 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 방열기를 가진 변압기의 구성을 보인 개략 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 방열기의 바람직한 실시예가 채용된 변압기의 구성을 보인 정단면도.
도 3은 본 발명 실시예의 제1헤더파이프와 방열판 사이가 연결되는 것을 보인 개략구성도.
도 4는 본 발명 실시예의 제1헤더파이프에 형성된 분기구의 구성을 설명한 설명도.
도 5는 본 발명에서 분기구의 면적을 결정하기 위한 조정계수를 각 분기구별로 보인 그래프.
도 6은 제1헤더파이프 내부에서의 절연유의 흐름을 보인 것으로, (a)는 본 발명의 경우이고, (b)는 종래 기술의 경우를 보인 그래프.

이하 본 발명에 의한 변압기용 방열기의 바람직한 실시예의 구성을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도면들에 도시된 바에 따르면, 변압기본체(10)의 외관을 외함(12)이 구성한다. 상기 외함(12)의 내부에는 코어에 코일이 권선되어 변압을 할 수 있도록 되어 있고, 상기 외함(12)에는 절연유가 채워져 있다.

상기 변압기본체(10) 내부에서 발생한 열을 외부로 방출하기 위해 방열기(14)가 상기 변압기본체(10) 외부 일측에 연결되어 있다. 상기 방열기(14)로는 상기 외함(12) 내부의 절연유가 유동되어 외부로 열을 배출하게 된다.

상기 방열기(14)에는 상기 변압기본체(10)의 상부를 통해 외함(12)의 내부와 연통되는 제1헤더파이프(16)가 있고, 상기 변압기본체(10)의 하부를 통해 외함(12)의 내부와 연통되는 제2헤더파이프(18)가 있다. 상기 제1헤더파이프(16)는 상기 외함(12)에서 전달된 절연유를 아래에서 설명될 방열판(20)으로 공급하는 것이다. 이를 위해 상기 제1헤더파이프(16)에는 분기구(17)가 구비된다. 상기 분기구(17)는 아래에서 설명될 각각의 방열판(20)과 대응되는 위치에 구비된다. 상기 분기구(17)의 구체적인 구성에 대해서는 아래에서 설명한다.

그리고, 상기 제2헤더파이프(18)는 방열판(20) 내부를 유동하면서 열교환을 한 절연유를 모아 상기 외함(12)의 내부로 다시 보내는 것이다. 따라서, 상기 제2헤더파이프(18)는 방열판(20)의 중심으로 상기 제1헤더파이프(16)의 반대쪽, 즉 중력방향 하부에 설치된다.

상기 헤더파이프(16,18)의 사이에는 다수개의 방열판(20)이 설치된다. 상기 방열판(20)은 두 개의 패널이 내부에 절연유가 유동되는 유로(22)가 방열판(20)의 길이방향으로 길게 형성된다. 상기 유로(22)는 구획리브(24)에 의해 다수개로 나누어지게 된다. 물론, 상기 유로(22)가 반드시 구획리브(24)에 의해 구획되어야 하는 것은 아니다.

한편, 상기 제1헤더파이프(16)에서 상기 각각의 방열판(20)으로 절연유를 공급하기 위해서 상기 분기구(17)가 형성되는데, 상기 분기구(17)는 도 3 및 도 4에 그 구성이 잘 도시되어 있다.

상기 분기구(17)는 상기 제1헤더파이프(16) 내부에서 하나의 방열판(20)에 대해 제1헤더파이프(16)의 폭방향 양측에 각각 구비된다. 즉, 상기 제1헤더파이프(16)를 평면도로 볼 때, 절연유가 제일 많이 유동되는 제1헤더파이프(16)의 중앙부분에서 벗어난 최외각에 각각 형성된다. 다시 말해, 상기 제1헤더파이프(16)에 형성되는 분기구(17)는 방열판(20) 내부의 내부유로(22) 입구 양측방향에 대응되는 위치에서 시작하여 제1헤더파이프(16)의 중앙부분쪽으로 연장된다.

그리고, 상기 분기구(17)는 상기 제1헤더파이프(16)의 상류부에서 하류부로 가면서 점차 면적이 커지게 된다. 즉, 상기 분기구(17)가 점차 상기 제1헤더파이프(16)의 폭방향 중앙부분쪽으로 영역을 넓히면서 면적이 커지게 된다. 이는 도 3 및 도 4에에서 잘 확인할 수 있는데, 상기 제1헤더파이프(16)의 하류부로 가면서 양측의 분기구(17) 사이의 간격이 좁아짐을 알 수 있다.

본 발명에서 상기 각각의 방열판(20)에 대응되는 분기구(17)의 면적은 다음과 같이 설명된다. 총 n개의 방열판(20)이 있다고 가정을 하고, 각각의 방열판(20)에 대해서 2개의 분기구(17)가 있는데, 상기 분기구(17)의 면적은 가장 큰 면적을 가지는 분기구(17)의 면적과 비교할 때, 조정계수 F를 두어 설정하게 된다.

상기 각각의 방열판(20)에 대응되는 분기구(17)의 면적에 대한 공식은 다음과 같다.

각각의 방열판(20)에 대한 분기구(17)의 면적은 위의 식들과 같은 방법으로 설정되는데, 조정계수 F는 도 5에 도시된 바와 같이 각각의 방열판(20)에 대해서 0< F ≤1 의 범위에 있게 되고, 하류부에 있는 분기구(17)로 갈수록 조정계수의 값을 1에 가까워진다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 변압기용 방열기가 사용되는 것을 상세하게 설명한다.

변압기가 동작되는 과정에서 발생되는 열은 변압기 본체 내에서 절연유로 전달된다. 상기 절연유는 온도가 올라가면서 밀도가 낮아지면 변압기 본체의 상부로 이동하게 되고, 상기 제1헤더파이프(16)로 전달된다.

상기 제1헤더파이프(16)를 절연유가 통과하면서 열을 지어 설치되어 있는 방열판(20)들로 나누어져 전달된다. 상기 각각의 방열판(20)들로 전달된 절연유는 상기 내부유로(22)를 따라 유동된다.

먼저, 상기 제1헤더파이프(16)에서 상기 절연유가 유동될 때, 상기 제1헤더파이프(16)의 상류부에서는 상기 분기구(17)가 양측으로 치우쳐져 있어 중앙을 통해서는 절연유가 하류부측의 분기구(17)를 향해 잘 흘러갈 수 있다. 하지만, 상류부에서는 절연유의 양이 많으므로 첫번째 분기구(17)를 통해서는 정해진 양 만큼의 절연유가 방열판(20)으로 전달될 수 있다.

한편, 두번째 분기구(17)는 상기 제1헤더파이프(16)의 폭방향 중심으로 더 연장되고 면적도 첫번째 분기구(17)에 비해 넓게 되어 있으므로 비록 첫번째 분기구(17)를 통해 절연유가 첫번째 방열판(20)으로 전달되어 양이 적음에도 불구하고 두번째 분기구(17)를 통해서도 상기 방열판(20)으로 첫번째 방열판(20)으로 전달된 것과 거의 같은 양의 절연유가 전달될 수 있다.

이는 상기 제1헤더파이프(16)의 하류부로 가면서 계속하여 상기 분기구(17)의 면적이 커지고 또한 상기 제1헤더파이프(16)의 폭방향 중심쪽으로 영역이 확대되므로 각각의 방열판(20)으로 전달되는 절연유의 양이 거의 같도록 된다.

이와 같이 상기 제1헤더파이프(16)에서 상기 방열판(20)으로 절연유가 분배되는 것이 상기 제1헤더파이프(16)에 연결된 전체 방열판(20)들에 대해서 거의 균일하게 되므로 각각의 방열판(20)에서 열교환되는 열량이 거의 같도록 되어 보다 효율적으로 열교환을 수행할 수 있게 된다.

이와 같이 상기 제1헤더파이프(16)에서 상기 각각의 방열판(20)으로 전달되는 절연유의 양이 균일하게 될 수 있는 것은 상기 분기구(17)의 면적이 상기 제1헤더파이프(16)의 상류부에서 하류부로 가면서 점점 넓어지도록 되고 상기 제1헤더파이프(16)에서의 절연유의 흐름의 중심부에는 분기구(17)가 형성되어 있지 않아 절연유의 흐름이 원활하게 되기 때문이다. 이와 같은 특성에 의해 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 각각의 방열판(20)에 대응되는 위치들에서의 절연유의 흐름은 거의 일정하게 나타난다. 도 6의 (b)에는 종래의 제1헤더파이프(16) 내에서 절연유의 흐름속도를 방열판(20)의 위치에 대응되게 보인 것으로, 흐름의 하류부로 갈수록 속도가 떨어짐을 알 수 있다.

다음으로, 상기 각각의 방열판(20)과 대응되는 분기구(17)는 방열판(20)의 내부유로(22)입구 양측으로 나누어져 있으므로, 상기 방열판(20)의 내부유로(22)로 상기 분기구(17)를 통해서 전달되는 절연유는 상기 내부유로(22)의 연장방향 중심보다는 양측으로 분산되어 내부유로(22)로 진입하게 된다.

따라서, 상기 내부유로(22)에서의 절연유의 유동이 내부유로(22) 전체로 상대적으로 균일하게 퍼져서 이루어질 수 있게 된다. 이는 상기 방열판(20)에 형성된 내부유로(22) 전체에 걸쳐 열교환이 이루어질 수 있다는 것을 의미하므로 상대적으로 열교환효율이 더 높아지도록 된다.

한편, 상기 방열판(20)의 내부유로(22)를 통과한 절연유는 상기 제2헤더파이프(18)를 통해 변압기 본체의 내부로 다시 들어간다. 이때, 상기 제2헤더파이프(18)로 전달된 절연유는 상기 방열판(20)을 통과하면서 열을 방출하여 온도가 낮아진 상태가 된다. 이 온도가 낮아진 절연유는 상기 변압기 본체의 내부에서 발생하는 열을 다시 받아서 위에서 설명된 과정을 반복하면서 열을 방열기(14)를 통해 외부로 계속하여 배출하게 된다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

예를 들면, 도시된 실시예에서는 상기 분기구(17)의 면적이 제1헤더파이프(16)의 하류부로 가면서 점차 커지는 것과 상기 분기구(17)가 상기 제1헤더파이프(16)의 폭방향 양측에 치우쳐 형성되는 것이 동시에 적용되어 있으나, 반드시 그러한 것은 아니고, 둘 중의 어느 하나만이 적용될 수 있다.

그리고, 도시된 실시예에서는 상기 분기구(17)가 사각형상으로 되어있으나, 반드시 그러할 필요는 없고 원형, 반원형 등 다양한 모양으로 될 수 있다.

10: 변압기본체 12: 외함
14: 방열기 16: 제1헤더파이프
17: 분기구 18: 제2헤더파이프
20: 방열판 22: 내부유로
24: 구획리브

Claims (6)

1. 변압기본체에서 방열판의 내부로 전달된 절연유의 열을 외부로 방출하는 변압기용 방열기에 있어서,
   상기 변압기본체에서 나온 절연유를 전달받아 분배하는 제1헤더파이프와,
   상기 제1헤더파이프에 연결되어 절연유를 전달받아 내부의 내부유로를 따라 유동시키면서 외부와 열교환하는 다수개의 방열판과,
   상기 방열판을 통과한 절연유를 상기 변압기본체로 전달하는 제2헤더파이프를 포함하고,
   상기 제1헤더파이프와 상기 방열판의 내부유로를 연통하는 분기구는 상기 제1헤더파이프의 상류부에서 하류부로 가면서 면적이 점차 커지고 하나의 방열판에 대응되는 한 쌍의 분기구 사이의 거리는 점차 가까워지도록 상기 제1헤더파이프의 폭방향 양측에 형성되는 변압기용 방열기.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제1헤더파이프에 형성되는 분기구는 상기 방열판 내부의 내부유로 입구 양측에 대응되는 위치에서 시작하여 상기 제1헤더파이프의 중심쪽으로 연장되는 변압기용 방열기.
   
4. 변압기본체에서 방열판의 내부로 전달된 절연유의 열을 외부로 방출하는 변압기용 방열기에 있어서,
   상기 변압기본체에서 나온 절연유를 전달받아 분배하는 제1헤더파이프와,
   상기 제1헤더파이프에 연결되어 절연유를 전달받아 내부의 내부유로를 따라 유동시키면서 외부와 열교환하는 다수개의 방열판과,
   상기 방열판을 통과한 절연유를 상기 변압기본체로 전달하는 제2헤더파이프를 포함하고,
   상기 제1헤더파이프와 상기 방열판의 내부유로를 연통하는 분기구는 상기 제1헤더파이프의 상류부에서 하류부로 가면서 하나의 방열판과 연통되는 한 쌍의 분기구 사이의 거리가 점차 가까워지도록 상기 제1헤더파이프의 폭방향 양측에 형성되는 변압기용 방열기.
   
5. 삭제
6. 제 4 항에 있어서, 상기 제1헤더파이프에 형성되는 분기구는 상기 방열판 내부의 내부유로 입구 양측에 대응되는 위치에서 시작하여 상기 제1헤더파이프의 중심쪽으로 연장되어 상기 분기구의 면적은 제1헤더파이프의 하류부로 가면서 점차 더 커지는 변압기용 방열기.

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