KR101782564B1 - 철도차량용 주변압기의 유로덕트 - Google Patents

Abstract

철도차량용 주변압기의 유로덕트가 개시된다. 본 발명은 내부에 수용공간을 형성하고 일측에는 유체의 출입구를 타측에는 유체의 배출구를 포함하는 하우징 및 하우징의 수용공간에 삽입되고 철심을 중심으로 복수의 권선이 적층되는 코일 어셈블리를 포함하고, 코일 어셈블리는 유체의 흐름을 가이드 하는 유로부를 더 포함하며, 유로부는 하우징의 유체 출입구를 통해 유입된 유체를 권선의 층간 사이를 거쳐 상기 하우징의 유체 배출구로 가이드 하는 것을 특징으로 하며 유로부는 유체의 흐름을 분산시켜 냉각 효율을 향상시켜주는 유체분산부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

철도차량용 주변압기의 유로덕트{Fluid Passageway Duct of Main Transformer for Electric Railway Vehicle}

본 발명은 철도차량용 주변압기에 사용되는 유로덕트에 대한 구조에 관한 것으로서, 철도차량용 주변압기 권선에서 발생되는 줄(JOULE)손실에 의하여 발생되는 온도 상승을 최소화하기 위한 냉각 목적의 유로덕트에 관한 구조이다.

일반적으로 차량용 변압기는 절연을 위한 냉매가 보관되어 있고 이 절연유를 순환시켜 냉각하는 것이 일반적이다. 또한 종래 동력원으로 전기를 사용하는 철도차량의 운행이 증가함에 따라 전기를 사용하는 철도차량의 수요가 급증하고 있는 상황이다.

전기를 사용하는 철도차량의 경우 고압의 전압을 강압하여 저압으로 변환하고, 이를 철도 차량에 공급하는 주변압기가 구비되고, 더욱 상세하게는 철도차량용 주변압기는 팬터그래프를 통하여 입력측 1차 권선으로 전력을 전달받으며 설계 정격에 맞게 전압을 변화시켜 구동전력 공급용 2차 권선 및 보조전원장치 전력공급용 3차 권선으로 각각 전력을 공급한다. 이때 권선 내 저항에 의해 발생하는 줄(JOULE) 손실이 발생되며 이는 변압기 내부 온도 상승의 주원인이 된다.

주변압기의 냉각을 고려하지 않은 권선 내부 온도상승은 주변압기의 수명을 단축시키고 심한 경우 절연파괴 사고로 이어질 수 있기 때문에 층간 권선 사이에 덕트가 취부된 프레스보드를 삽입하여 냉각유로를 형성한다. 이러한 냉각유로는 주변압기의 냉각효율을 높이기 위해서는 균등하게 절연유가 흐르는 것이 바람직하다.

그러나 현재 적용되고 있는 다양한 방식은 도 4a를 참고하면, 냉매가 유동되는 유로덕트의 구조가 절연유 흐름에 수직하는 방향으로 제작되어 절연유의 흐름을 균등하게 분산시키는 역할을 수행하나, 이는 절연유의 흐름을 분산시킴과 동시에 저항체로도 작용하여 국부적으로 절연유 흐름이 원활하지 못하고 온도 상승이 발생하여 냉각 효율이 떨어지는 문제가 있다.

상술한 문제점을 해결하고자 본 발명의 냉각유로 덕트 구조는 절연유 흐름이 원활하여 국부적인 온도상승이 발생하지 않도록 설계되었으며,

더욱 상세하게는 덕트 내에 흐르는 유로의 흐름을 유체분산부재에 의해 분산시켜 냉각 효율성을 높이고자 한다.

덧붙여 종래 덕트에 비하여 개선 덕트는 작업공수가 개선되어 효율성을 높다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람(이하 ‘통상의 기술자’)에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 철도차량용 주변압기의 유로덕트는 내부에 수용공간을 형성하고 일측에는 유체의 출입구를 타측에는 유체의 배출구를 포함하는 하우징 및 하우징의 수용공간에 삽입되고 철심을 중심으로 복수의 권선이 적층되는 코일 어셈블리를 포함하고, 코일 어셈블리는 유체의 흐름을 가이드 하는 유로부를 더 포함하며, 유로부는 하우징의 유체 출입구를 통해 유입된 유체를 권선의 층간 사이를 거쳐 상기 하우징의 유체 배출구로 가이드하는 것을 특징으로 한다

한편, 유로부는 유체의 흐름을 분산시켜 냉각 효율을 향상시켜주는 유체분산부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 유체분산부재는, 유로부에 흐르는 유체의 진행방향의 각도를 적어도 한번 이상 변경하는 형상으로 이루어지는 제1유체분산부재와 제1유체분산부재의 외측에서 내측으로 경사짐에 따라 형성되는 오목한 부분에 구비되어 유체 흐름을 분산시켜주는 적어도 하나 이상의 제2유체분산부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 유로부는 제1유체분산부재에 의해 다른 부분과 유체의 흐름이 격리된 메인스트림과 메인스트림의 양측에 위치하여 상기 제2유체분산부재에 의해 유체가 분산되는 서브스트림을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 유체분산부재는 유체의 흐름을 서브스트림으로 가이드 하는 제3유체분산부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 유로 덕트를 통과하는 유체의 흐름에 저항체로 작용하는 요소가 최소화되어 줄(JOULE)손실에 따른 열발생을 최소화 할 수 있으며, 유체의 분산을 효과적으로 유도하여 냉각효율을 높일 수 있다.

본 발명의 효과는 전술한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 인식될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징과 코일 어셈블리의 분해도이다.
도 2는 본 발명에 일 실시예에 따른 하우징과 코일 어셈블리의 결합도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유로부의 단면도이다.
도 4는 종래의 유로부에 따른 유체흐름을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 유로부의 유체흐름을 도시한 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

또한 아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대한 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다”등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게는 제2구성요소는 제1구송요소로도 명명 될 수 있다.

이하 도면에 따라서 논리적으로 기술한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징과 코일 어셈블리의 분해도이며, 도 2는 본 발명에 일 실시예에 따른 하우징과 코일 어셈블리의 결합도이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 일실시예는 내부에 수용공간을 형성하고 일측에는 유체의 출입구를 구비하고 타측에는 유체의 배출구를 포함하는 하우징(100)과 하우징의 수용공간에 삽입되고 철심을 중심으로 복수의 권선이 적층되는 코일 어셈블리(200)를 포함한다. 한편 하우징(100)에서 유체의 배출구 쪽에는 냉각유닛이 포함되어 열 교환 후 배출되는 절연유 등의 유체의 온도를 낮게 유지할 수 있을 것이다. 한편 코일어셈블리(200)는 정격용량에 따라서 한 개 또는 다수개가 구비될 수 있을 것이다. 본 실시예에서 코일어셈블리(200)는 중앙에 자기회로를 형성하는 코어부를 감싸는 형태로 형성된다. 또한 코일어셈블리(200)는 복수의 코일이 적층된 구조이며, 각 코일이 적층되는 인접 레이어(Layer)사이에는 도 3에서 도시된 바와 같은 유로부가 형성될 수 있을 것이다. 또한 하우징(100)의 상부에는 절연유의 흐름을 구동시키는 오일펌프 또는 냉각유닛 등이 수납될 수 있는 또 다른 하우징이 별도로 구비될 수 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유로부의 단면도이다.

도 3을 참고하면 본 발명에 따른 유로부는 유체의 흐름을 분산시켜주는 유체분산부재(310,330,350)을 포함하며, 더욱 상세하게는 유로부에 흐르는 유체의 진행방향 각도를 적어도 한번 이상 변경하는 형상으로 이루어지는 제1유체분산부재(310)와 상기 제1유체분산부재의 외측에서 내측으로 경사짐에 따라 형성되는 오목한 부분에 구비되어 유체 흐름을 분산시켜주는 적어도 하나 이상의 제2유체분산부재(330)와 유체의 흐름을 가이드 함과 동시에 분산시켜주는 적어도 하나 이상의 제3유체분산부재(350)을 포함할 수 있다

본 발명에 따른 유로부에서의 유체흐름은, 상술한 제1유체분산부재는 다른 부분과 유체의 흐름을 격리시켜 메인스트림(Main Stream)(100S)을 이루고 메인스트림(100S)의 양측에 위치함과 동시에 메인스트림(100S)과 분리되어 제2유체분산부재(330)에 의해 유체가 분산되는 서브스트림(Sub Stream) (200S)으로 구분된다.

한편, 상술한 제1유체분산부재(310)는 유체의 원활한 분산을 위해 바람직하게는 지그재그 또는 사(蛇)형으로 이루어져 있으며 냉각 효율을 조절하기 위해 적어도 한번 이상 유체의 흐름이 변경되는 형상으로 구비되며, 유로부의 내측면에서 제1유체분산부재(310)에 의해 생기는 오목한 공간으로 일정길이 연장되는 제2유체분산부재(330)가 구비될 수 있을 것이다. 상기 제2유체분산부재(330)는 바람직하게는 제1유체분산부재(310)에 의해 형성되는 메인스트림(100S)과 동일한 효과를 발휘하기 위해 구비되며 결과적으로 서브스트림(200S) 역시 제2유체분산부재(330S)에 의해 메인스트림(100S)과 유사한 유체의 흐름을 보일 것이다. 덧붙여 도 3에서 도시되는 제2유체분산부재(330)의 형상은 본 발명의 일실시예에 불과한 것이며 서브스트림(200S)의 흐름을 메인스트림(100S)과 유사하게 하기 위한 다양한 형상을 가질 수 있을 것이다. 다른 예로써 제2유체분산부재(330)는 유체의 흐름을 방해하지 않기 위해 유체의 흐름 방향과 직면하는 면은 경사를 갖는 형상을 할 수 있을 것이다. 한편 제3유체분산부재(350)는 유체의 흐름을 서브스트림(100S)으로 가이드 함과 동시에 유체의 흐름을 분산시키는 역할을 수행하며 도면에서는 사각형으로 표시되어 있으나, 이는 본 발명의 일실시예에 따른 것 일뿐 반드시 이러한 모형에 한정할 것은 아니다. 다른 실시예로서 유체의 흐름 방향과 직면하는 부분은 저항을 최소화하기 위해 유체와 맞닿는 부분의 면적이 최소화되는 형상인 삼각형 또는 원형을 이룰 수 있을 것이다.

한편, 제2유체분산부재(330)는 바람직하게 제1유체분산부재(310)에 의해 유로부의 내측에서 서로 마주보고 교차되게 구비될 것이다.

도 4는 종래의 유로부의 유체흐름을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 유로부의 유체흐름을 도시한 도면이다.

도 4 및 도 5를 참고하면, 도 4는 종래의 덕트 구조에 따른 유체의 흐름으로써 유체를 분산시키기 위해 구비된 유체의 흐름 방향과 수직하게 구비된 구조물이 유체의 흐름을 분산시킴과 동시에 저항체로 작용하여 국부적으로 유체의 흐름이 정체되고 온도를 상승시키는 문제가 발생한다. 도 5는 본 발명에 따른 덕트 구조에서의 유체 흐름으로써 종래 덕트 구조에 비해 유체의 흐름이 원활하고, 유체를 분산시킴에 따라 발생하는 국부적인 유체의 정체현상 또는 온도를 상승시키는 문제가 발생하지 않는다.

상술한 내용에서 본 발명의 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 통상의 기술자에게 명백할 것이다.

100 : 하우징
200 : 코일어셈블리
310 : 제1유체분산부재
330 : 제2유체분산부재
350 : 제3유체분산부재
100S : 메인스트림(Main Stream)
200S : 서브스트림(Sub Stream)

Claims (5)

1. 내부에 수용공간을 형성하고 일측에는 유체의 출입구를 타측에는 유체의 배출구를 포함하는 하우징 및
   상기 하우징의 수용공간에 삽입되고 철심을 중심으로 복수의 권선이 적층되는 코일 어셈블리를 및
   상기 코일 어셈블리의 사이에 구비되어 유체의 흐름을 가이드 하는 유로부를 포함하고,
   상기 유로부는 유체의 흐름을 분산시켜 냉각 효율을 향상시켜주는 유체분산부재를 포함하며,
   상기 유체분산부재는 상기 유로부에 흐르는 유체의 진행방향 각도를 적어도 한번 이상 변경하는 형상으로 이루어지는 제1유체분산부재와
   상기 제1유체분산부재의 외측에서 내측으로 경사짐에 따라 형성되는 오목한 부분에 구비되어 유체 흐름을 분산시켜주는 적어도 하나 이상의 제2유체분산부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 주변압기의 신형 유로덕트.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 유로부는,
   제1유체분산부재에 의해 다른 부분과 유체의 흐름이 격리된 메인스트림과
   상기 메인스트림의 양측에 위치하여 상기 제2유체분산부재에 의해 유체가 분산되는 서브스트림을 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 주변압기의 신형 유로덕트.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 유체분산부재는,
   유체의 흐름을 상기 서브스트림으로 가이드 하는 적어도 하나 이상의 제3유체분산부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 주변압기의 신형 유로덕트.

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