KR101536513B1 - 복수의 냉각 팬을 포함하는 냉각 장치 - Google Patents

복수의 냉각 팬을 포함하는 냉각 장치 Download PDF

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Abstract

복수의 냉각 팬을 포함하는 냉각 장치가 개시된다. 센싱부는 냉각 대상의 온도를 감지한다. 제어부는 상기 냉각 대상의 온도에 기초하여 필요한 풍력의 크기를 연산하고, 상기 필요한 풍력의 크기에 해당하는 풍력을 생성할 때 팬의 개수에 따라 발생하는 소음의 크기에 기초하여 가동할 냉각 팬의 수를 결정하고, 결정된 상기 냉각 팬의 수만큼 상기 복수의 냉각 팬을 가동한다.

Description

복수의 냉각 팬을 포함하는 냉각 장치{COOLING DVICE COMPRISING A PLURALITY OF COOLING FAN}
본 발명의 기술 분야는 냉각 팬을 포함하는 냉각 장치에 관한 것으로 특히 HVDC 밸브를 냉각하는 냉각 팬을 포함하는 냉각 장치에 관한 것이다.
고전압직류송전(high voltage direct current, HVDC) 이란 전기 송전 방식의 하나이다. 고전압직류송전은 발전소에서 발전되는 고압의 교류 전력을 전력변환기를 이용해 효율성 높은 고압의 직류 전력으로 바꾸어 송전한다. 이후에 원하는 지역에서 다시 전력변환기를 통해 교류 전력으로 다시 변환 시켜 공급하는 방식이 고전압직류송전이다. 고전압직류송전은 고압교류송전에 비해 전력손실의 양이 적어 장거리 송전에 유리하다.
이러한 고전압직류송전을 하는 고전압직류송전 장치는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터(inverter)와 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터(converter)를 사용한다. 이때 전력 변환을 위해 사이리스터 밸브가 사용된다. 사이리스터 밸브는 온 오프 동작을 반복하여 전력을 변환한다. 이러한 밸브의 동작으로 인하여 열이 발생한다. 따라서 이를 냉각하기 위한 냉각 장치가 필요하다.
냉각 방식에는 물을 통하여 냉각하는 수랭식과 공기를 통하여 냉각하는 공맹식이 있다. 공랭식의 경우 복수의 냉각 팬을 가동하여 밸브를 냉각한다. 따라서 복수의 냉각 팬을 효율적으로 제어하는 냉각 장치가 필요하다.
본 발명의 일 실시예는 복수의 냉각 팬을 효율적으로 제어하는 냉각 장치를 제공하는 것이다. 특히 본 발명의 일 실시예는 고전압직류송전 시스템에 사용되는 사이리스터 밸브를 냉각하는 복수의 냉각 팬을 포함하는 냉각 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 냉각 팬을 포함하는 냉각 장치는 냉각 대상의 온도를 감지하는 센싱부; 및 상기 냉각 대상의 온도에 기초하여 필요한 풍력의 크기를 연산하고, 상기 필요한 풍력의 크기에 해당하는 풍력을 생성할 때 팬의 개수에 따라 발생하는 소음의 크기에 기초하여 가동할 냉각 팬의 수를 결정하고, 결정된 상기 냉각 팬의 수만큼 상기 복수의 냉각 팬을 가동하는 제어부를 포함한다.
이때 상기 제어부는 상기 필요한 풍력의 크기에 해당하는 풍력을 생성할 때 가동 냉각 팬의 개수에 따라 발생할 소음을 비교할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 복수의 냉각 팬을 효율적으로 제어하는 냉각 장치를 제공한다. 특히 고전압직류송전 시스템에 사용되는 사이리스터 밸브를 냉각하는 복수의 냉각 팬을 효율적으로 제어하는 냉각 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치가 적용될 수 있는 고전압직류송전 시스템을 보여준다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치가 적용될 수 있는 고전압직류송전 시스템의 동작을 보여주는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 냉각 팬을 포함하는 냉각 장치의 블락도를 보여준다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 냉각 팬을 포함하는 냉각 장치의 동작을 보여주는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치에 포함된 냉각 팬의 속도에 따라 발생되는 소음을 보여준다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수의 냉각 팬을 포함하는 냉각 장치의 동작을 보여주는 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치가 적용될 수 있는 고전압직류송전 시스템을 보여준다.
고전압직류송전 시스템(100)은 교류 전원(110), 송전측 변압기(120), 컨버터(130), 인버터(140), 수전측 변압기(150), 부하(160), 제어부(170) 및 측정부(200)를 포함한다.
교류 전원(110)은 교류 전력을 생성한다.
송전측 변압기(120)는 생성된 교류 전력의 전압의 크기를 승압한다. 이때 송전측 변압기(120)가 전압의 크기를 승압함에 따라 송전의 효율을 높일 수 있다.
컨버터(130)는 교류 전력을 고압 또는 초고압 직류 전력으로 변환하여 송전한다. 컨버터(130)는 사이리스터 밸브, 정류기를 포함할 수 있다. 이때 컨버터(130)가 교류 전력을 고압 또는 초고압 직류 전력으로 변환함에 따라 송전의 효율을 높일 수 있다. 이때 컨버터(130)는 전력 변환을 수행하여 과열된 사이리스터 밸브를 냉각하기 위한 냉각 장치를 포함한다. 이에 대해서는 도 3내지 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.
인버터(140)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다.
수전측 변압기(150)는 교류 전력의 전압 크기를 부하(160)에 사용되는 정격 전압의 크기로 변환하여 교류 전력을 부하(160)에 공급한다.
측정부(200)는 고전압직류송전 시스템(100) 내의 전압 및 전류 중 적어도 어느 하나를 측정한다. 도 1의 실시예에서 측정부(200)는 송전측 변압기(120)에 의해 변환 교류 전력을 측정하나 이에 한정되지 않고, 측정부(200)는 고전압직류송전 시스템(100) 내의 다른 부분을 측정할 수 있다.
제어부(170)는 전압 및 전류 중 적어도 어느 하나의 측정 값에 기초하여 컨버터(130)와 인버터(140)의 동작을 제어한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중화 시스템이 적용될 수 있는 고전압직류송전 시스템의 동작을 보여주는 흐름도이다.
교류 전원(110)은 교류 전력을 생성한다(S101).
송전측 변압기(120)는 교류 전력의 전압 크기를 승압한다(S103). 송전측 변압기(120)는 교류 전력의 전압 크기를 승압함으로써 송전 효율을 높일 수 있다.
측정부(200)는 고전압직류송전 시스템(100) 내의 전압 및 전류 중 적어도 어느 하나를 측정하여 측정 결과를 생성한다(S105).
제어부(170)는 측정 결과에 기초하여 컨버터(130) 및 인버터(140) 중 적어도 어느 하나를 제어한다(S107).
컨버터(130)는 교류 전력을 초고압 또는 고압의 직류 전력으로 변환하여 송전한다(S109). 초고압 또는 고압의 직류 전력으로 변환하여 송전함으로써 송전의 효율을 향상시킬 수 있다.
인버터(140)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다(S111).
수전측 변압기(150)는 교류 전력의 전압 크기를 부하(160)에 사용되는 정격 전압의 크기로 변환하여 교류 전력을 부하(160)에 공급한다(S113).
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 냉각 팬을 포함하는 냉각 장치의 블락도를 보여준다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 냉각 팬을 포함하는 냉각 장치(300)는 센싱부(310), 제어부(330) 및 제1 냉각 팬(350)과 제2 냉각 팬(370)을 포함하는 복수의 냉각 팬(미도시)을 포함한다.
센싱부(310)는 냉각 대상인 사이리스터 밸브의 온도를 감지한다. 센싱부(310) 사이리스터의 온도를 제어부(330)에게 전송한다.
제어부(330)는 냉각 대상인 사이리스터 밸브의 온도에 기초하여 제1 냉각 팬(350) 및 제2 냉각 팬(370)을 포함하는 복수의 냉각 팬을 제어한다. 구체적으로 제어부(330)는 사이리스터의 온도에 기초하여 필요한 풍력의 크기를 결정할 수 있다. 제어부(330)는 필요한 풍력 크기를 생산하기 위해 요구되는 냉각 팬의 수를 결정할 수 있다. 제어부(330)는 요구되는 냉각 팬의 수만큼 복수의 냉각 팬을 가동한다. 이때 복수의 냉각 팬 각각은 한계 속력을 가질 수 있다.
제1 냉각 팬(350)과 제2 냉각 팬(370)을 포함하는 복수의 냉각 팬은 풍력을 발생하여 사이리스터 밸브를 냉각한다.
구체적인 냉각 장치(300)의 동작 방법에 대해서는 도 4 내지 도 6을 통하여 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 냉각 팬을 포함하는 냉각 장치의 동작을 보여주는 흐름도이다.
센싱부(310)는 냉각 대상인 사이리스터 밸브의 온도를 감지한다(S301).
제어부(330)는 냉각 대상인 사이리스터 밸브의 온도에 기초하여 냉각에 필요한 풍력의 크기를 연산한다(S303). 이때 제어부(330)는 사이리스터 밸브의 온도와 사이리스터 밸브의 온도에 따라 냉각에 필요한 풍력의 크기의 상관관계를 포함하는 제1 테이블을 포함하고 제1 테이블에 기초하여 풍력의 크기를 연산할 수 있다. 구체적으로 제어부(330)는 사이리스터 밸브의 온도를 제1 테이블에 매칭하여 냉각에 필요한 풍력의 크기를 획득할 수 있다.
제어부(330)는 제1 냉각 팬(350)의 가동만으로 냉각에 필요한 풍력의 크기를 생성할 수 있는지 판단한다(S305). 복수의 냉각 팬 각각은 설계 특성 등에 따라 한계 출력를 자질 수 있다. 따라서 제어부(330)는 냉각에 필요한 풍력의 크기가 제1 냉각 팬(350)의 한계 출력보다 큰지 판단한다.
제1 냉각 팬(350)의 가동만으로 냉각에 필요한 풍력의 크기를 생성할 수 있는 경우, 제어부(330)는 필요한 풍력의 크기에 기초하여 제1 냉각 팬(350)을 가동한다(S307). 구체적으로 제어부(330)는 필요한 풍력의 크기를 생성할 수 있는 속도록 제1 냉각 팬(350)을 가동한다.
제1 냉각 팬(350)의 가동만으로 냉각에 필요한 풍력의 크기를 생성할 수 없는 경우, 제어부(330)는 필요한 풍력의 크기에 기초하여 제1 냉각 팬(350)과 제2 냉각 팬(370)을 가동한다(S309). 구체적으로 제어부(330)는 필요한 풍력의 크기를 생성할 수 있는 속도록 제1 냉각 팬(350)과 제2 냉각 팬(370)을 가동한다. 이때 제어부(330)는 제1 냉각 팬(350)을 한계 출력까지 가동할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치(300)에 포함된 냉각 팬의 속도에 따라 발생되는 소음을 보여준다.
도 5의 그래프에서 볼 수 있듯이 냉각 팬의 속도와 냉각 팬에 의하여 발생하는 소음의 크기는 비선형적으로 증가한다. 구체적으로 냉각 팬의 속도가 25Hz일 때 냉각 팬에 의하여 발생되는 소음의 크기를 A이다. 냉각 팬의 속도가 25Hz보다 2배 빠른 50Hz일 때 냉각 팬에 의하여 발생되는 소음의 크기는 A보다 3배 큰 3A이다. 냉각 팬의 속도와 냉각 팬이 생성하는 풍력의 크기는 비례한다. 따라서 냉각 팬이 생성하는 풍력의 크기가 증가에 따라 냉각 팬에 의하여 발생하는 소음의 크기도 비선형적으로 증가한다. 그러므로 도 5의 실시예에서와 같이 풍력의 크기만을 고려하여 냉각 팬을 제어할 경우 냉각 팬에 의하여 발생되는 소음을 최소화할 수 없다. 또한 고전압직류송전 시스템은 대용량 사이리스터 밸브를 사용하는 것이 보통이므로 대용량 팬을 필요로 한다. 이에 따라 냉각 팬에 의하여 큰 소음이 발생할 수 있다. 큰 소음은 환경공해로서 냉각 장치(300)가 설치된 인근 지역에 큰 불편을 초래할 수 있다. 그러므로 냉각 팬에 의한 소음을 최소화 할 수 있도록 복수의 냉각 팬을 제어하는 냉각 장치(300)가 필요하다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수의 냉각 팬을 포함하는 냉각 장치의 동작을 보여주는 흐름도이다.
센싱부(310)는 냉각 대상인 사이리스터 밸브의 온도를 감지한다(S501).
제어부(330)는 냉각 대상인 사이리스터 밸브의 온도에 기초하여 냉각에 필요한 풍력의 크기를 연산한다(S503). 이때 제어부(330)는 사이리스터 밸브의 온도와 사이리스터 밸브의 온도에 따라 냉각에 필요한 풍력의 크기의 상관관계를 포함하는 제1 테이블을 포함하고 제1 테이블에 기초하여 풍력의 크기를 연산할 수 있다. 구체적으로 제어부(330)는 사이리스터 밸브의 온도를 제1 테이블에 매칭하여 냉각에 필요한 풍력의 크기를 획득할 수 있다.
제어부(330)는 필요한 풍력을 생성할 때 가동 냉각 팬의 개수에 따라 발생할 소음의 크기에 기초하여 가동할 냉각 팬의 수를 결정한다(S505). 구체적인 실시예에서 제어부(330)는 필요한 풍력을 생성할 때 가동 냉각 팬의 개수에 따라 발생할 소음의 크기를 비교할 수 있다. 제어부(330)는 비교결과에 따라 최소 크기의 소음이 발생하는 냉각 팬의 수를 가동할 냉각 팬의 수로 결정할 수 있다. 이때 복수의 냉각 팬 각각은 동일한 크기의 풍력을 출력하는 것으로 가정한다면 다음 수식에 기초하여 냉각 팬의 수를 결정할 수 있다.
Figure 112014025682990-pat00001
ST는 냉각 팬에 발생되는 총 소음을 나타낸다. N은 가동되는 냉각 팬의 개수를 나타낸다. P는 냉각을 위해 필요한 풍력의 크기를 나타낸다. SN(X)은 복수의 냉각 팬 각각이 X의 풍력을 발생시킬 때 각각에 의하여 발생하는 소음을 나타낸다. 따라서 이러한 수식을 통해 냉각 팬의 개수에 따라 냉각 장치에 의해 발생하는 소음의 크기를 비교할 수 있다.
구체적으로 한 개의 냉각 팬이 필요한 풍력의 크기를 생성할 때 발생하는 소음의 크기와 두 개의 냉각 팬이 필요한 풍력의 크기를 생성할 때 발생하는 소음의 크기를 비교할 수 있다. 예컨대 도 5의 그래프가 적용되고 냉각 팬 한 개가 50Hz로 가동할 때의 풍력의 크기가 필요한 경우, 냉각 팬 한 개만 가동할 경우 소음 3A가 발생한다. 그러나 냉각 팬 두 개를 각각 25Hz로 가동할 경우 소음은 2A가 발생한다. 이때 제어부(330)는 가동할 냉각 팬의 수를 두 개로 결정할 수 있다. 또한 이때 제어부(330)는 냉각 팬 각각의 한계 출력에 기초하여 냉각 팬의 수를 결정할 수 있다. 구체적으로 냉각 팬 각각이 출력할 수 있는 풍력의 크기가 한계 출력보다 작도록 냉각 팬의 수를 결정할 수 있다. 구체적인 실시예에서 빠른 결정을 위해 제어부(330)는 풍력의 크기와 냉각 팬의 개수 발생하는 소음의 상관관계를 포함하는 제2 테이블을 포함하고, 제2 테이블에 기초하여 소음의 크기를 비교할 수 있다. 구체적으로 제어부(330)는 풍력의 크기와 냉각 팬의 개수를 매칭하여 냉각에 필요한 소음의 크기를 획득할 수 있다. 이를 통해 제어부(330)의 연산량을 최소화할 수 있다. 또한 비교적 낮은 연산 능력을 갖는 제어부(330)를 사용할 수 있으므로 냉각 장치(300)의 생산에 필요한 비용을 절약할 수 있다.
제어부(330)는 결정된 냉각 팬의 수에 기초하여 냉각 팬을 가동한다(S507). 구체적으로 제어부(330)는 결정된 냉각 팬의 수만큼 냉각 팬을 가동한다.
이러한 동작을 통해 냉각 장치(300)는 냉각 팬의 출력에 따라 비선형적으로 소음이 증가하는 것을 이용하여 냉각 팬에 의하여 발생하는 소음을 최소화 할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한 본 발명의 냉각 장치를 구체적으로 설명하기 위해 고전압직류송전 시스템에 적용 되는 실시예를 들어 설명하였으나 이에 한정 되지 않고, 본 발명의 냉각 장치는 다른 용도로 사용될 수 있다.

Claims (5)

  1. 복수의 냉각 팬을 포함하는 냉각 장치에 있어서,
    냉각 대상의 온도를 감지하는 센싱부; 및
    상기 냉각 대상의 온도에 기초하여 필요한 풍력의 크기를 연산하고, 상기 필요한 풍력의 크기에 해당하는 풍력을 생성할 때 팬의 개수에 따라 발생하는 소음의 크기에 기초하여 가동할 냉각 팬의 수를 결정하고, 결정된 상기 냉각 팬의 수만큼 상기 복수의 냉각 팬을 가동하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는
    결정된 상기 복수의 냉각 팬을 동일한 속도로 가동하고, 하기 수식에 기초하여 냉각 팬의 수를 결정하고,
    Figure 112015000917546-pat00008

    상기 수식에서 ST는 냉각 팬에 발생되는 총 소음을 나타내고, N은 가동되는 냉각 팬의 개수를 나타내고, P는 냉각을 위해 필요한 풍력의 크기를 나타내고, SN(X)는 복수의 냉각 팬 각각이 X의 풍력을 발생시킬 때 각각에 의하여 발생하는 소음을 나타내는
    냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 필요한 풍력의 크기에 해당하는 풍력을 생성할 때 가동 냉각 팬의 개수에 따라 발생할 소음을 비교하는
    냉각 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    풍력의 크기, 냉각 팬의 개수 및 발생하는 소음의 상관관계를 포함하는 테이블을 포함하고, 상기 테이블에 기초하여 상기 필요한 풍력의 크기에 해당하는 풍력을 생성할 때 가동 냉각 팬의 개수에 따라 발생할 소음을 비교하는
    냉각 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 복수의 냉각 팬 각각의 한계 출력에 기초하여 가동할 냉각 팬의 수를 결정하는
    냉각 장치.
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KR20200068951A (ko) 2018-12-06 2020-06-16 효성중공업 주식회사 송전시스템의 서브모듈 냉각장치

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