KR101969099B1 - 열 전도성 부재가 탑재된 변압기 - Google Patents

열 전도성 부재가 탑재된 변압기 Download PDF

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Abstract

변압기는 철심, 하나 이상의 권선부, 및 하나 이상의 제1 열전도 부재를 포함한다. 권선부는 철심에 권선된다. 권선부는 복수의 배선층을 구비한다. 열 전도 부재는 배선층의 인접한 두 개 사이에 열적으로 연결된다. 열 전도 부재는 내부에서 열 전달 유체를 순환시키도록 구성된다.

Description

열 전도성 부재가 탑재된 변압기{TRANSFORMER EMBEDDED WITH THERMALLY CONDUCTIVE MEMBER}
본 발명은 변압기에 관한 것이다.
변압기는 에너지의 전달 및 변환을 위해 주로 사용된다. 변압기는 동작 동안에 많은 요소들에 의해 온도가 상승할 것이다. 예를 들면, 변압기의 권선부를 통해서 유동하는 전류는 변압기의 도체의 저항 가열을 야기할 것이고, 열은 도체에 의해 발산된다. 구체적으로, 유도된 와전류는 변압기의 철심 내에서 순환할 것인데, 그것에 의해 저항 가열이 야기된다. 와전류에 의해 발생된 철심에서의 열은 변압기의 다른 구성요소들로 전달될 것이다. 아울러, 변압기 내에 남아있는 직류 전류는 변압기가 가열되는 것에 또한 영향을 미칠 것이다. 그러므로, 변압기의 동작은 종종 변압기의 가열을 수반한다.
변압기를 냉각시키는 종래의 접근 방식은 공기에 의해 강제 냉각이다(일례로 팬을 사용하는 것에 의해). 하지만, 이런 접근은 변압기의 동작 동안에 발생된 열을 발산시키기에는 비효율적이다. 그러므로, 동작 중인 변압기의 온도 및 방의 온도 사이의 차이는 여전히 매우 큰데, 이는 변압기의 성능에 큰 영향을 미친다.
따라서, 전술한 문제점들이 해결된 변압기를 어떻게 제공할 것인지는 동종 업계의 사람들에 의해 해결되어야 할 중요한 문제가 된다.
본 발명의 일 측면은 동작 중의 온도를 효율적으로 감소시키기 위해 하나 이상의 열 전도성 부재가 탑재된 변압기를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 변압기는 철심, 하나 이상의 권선부, 및 하나 이상의 제1 열 전도성 부재를 포함한다. 권선부는 철심에 권선된다. 권선부는 복수의 배선층을 구비한다. 열 전도성 부재는 인접한 두 개의 배선층 사이에서 열적으로 연결된다. 열 전도성 부재는 열 전달 유체를 내부에서 순환시키도록 구성된다.
따라서, 본 발명의 변압기에서, 제1 열 전도성 부재는 권선부의 인접한 두 개의 배선층 사이에 배치되어서, 변압기의 동작 동안에 권선부에 의해 발생된 열은 효과적으로 발산될 수 있다. 그러므로, 동작중인 본 발명의 변압기의 온도 및 방의 온도 사이의 차이는 상당히 감소될 수 있고, 이로 인해 본 발명의 변압기의 성능은 향상된다.
전술한 일반적인 설명 및 이하의 상세한 설명은 모두 예시이고, 청구되는 본 발명의 추가적인 설명을 제공하도록 의도되는 것으로 이해된다.
본 발명은 이하의 첨부된 도면들을 참조하여, 다음의 상세한 설명에 의해 보다 완전히 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 변압기의 사시도이다.
도 2는 도 1 변압기의 부분 평면도이다.
도 3은 도 1 변압기의 구성요소들의 축소된 전체도이다.
도 4는 도 3에서 4-4 선을 따라서 절단한 제1 열전도 부재의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 변압기의 어느 구성요소들의 축소된 전체도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 설명할 것이다. 가능하면, 동일한 참조 번호는 도면 및 설명에서 동일하거나 유사한 부분을 나타내기 위해 사용된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 변압기(100)의 사시도이다. 도 2는 도 1 변압기(100)의 부분 평면도이다. 도 1 및 도 2에서 도시된 실시예에서, 변압기(100)는 철심(110), 복수의 권선부(120), 복수의 제1 열전도 부재(130), 복수의 제2 열전도 부재(140) 및 유체 출력 모듈(150)을 포함한다. 철심(110)은 복수의 코어부(111)를 포함한다. 권선부 (120)는 각각 코어부(111)에 권선된다. 제1 열전도 부재(130)는 각각 코어부(111)에 대응되고, 제2 열전도 부재(140)는 각각 코어부(111)에 또한 대응된다. 각각의 권선부(120)는 복수의 배선층(121)을 구비한다. 각각의 제1 열전도 부재(130)는 대응되는 권선부(120)의 인접한 두 개의 배선층(121) 사이에서 열적으로 연결된다. 따라서, 제1 열전도 부재(130)에 열적으로 연결된 배선층(121)은 발생된 열을 제1 열전도 부재(130)로 전달할 수 있다. 각각의 제2 열전도 부재(140)는 대응되는 코어부(111) 및 대응되는 권선부(120) 사이에서 열적으로 연결된다. 따라서, 제2 열전도 부재(140)에 열적으로 연결된 권선부(120) 및 코어부(111)는 발생된 열을 제2 열전도 부재(140)로 전달할 수 있다. 제1 열전도 부재(130) 및 제2 열전도 부재(140)는 서로 유체 연통되도록 이루어지고, 내부에서 열 전달 유체(L, 도 4 참조)를 순환시키도록 구성된다. 유체 출력 모듈(150)은 열 전달 유체(L)를 제2 열전도 부재(140)로 제공하도로 구성되어서, 열 전달 유체(L)가 제2 열전도 부재(140)를 통해서 제1 열전도 부재(130)로 유동하도록 한다.
전술한 구조적인 배치에 의해, 열적으로 연결된 코어부(111) 및 권선부(120)로부터 제2 열전도 부재(140)에 의해 흡수된 열은 제2 열전도 부재(140)에서 유동하는 열 전달 유체(L)에 의해 전달될 수 있고, 열적으로 연결된 배선층(121)으로부터 제1 열전도 부재(130)에 의해 흡수된 열은 제1 열전도 부재(130)에서 유동하는 열 전달 유체(L)에 의해 전달될 수 있어서, 변압기(100) 전체의 온도를 상당히 감소시킨다.
일 실시예에서, 변압기(100)는 유체 재사용 모듈(160)을 더 포함한다. 유체 재사용 모듈(160)은 제1 열전도 부재(130)와 유체 연통되도록 이루어지고 제1 열전도 부재(130)에서 유동하는 열 전달 유체(L)를 재사용하도록 구성된다. 어느 실시예에서, 유체 출력 모듈(150) 및 유체 재사용 모듈(160)은 유체 순환 장치(미도시)에 더 포함될 수 있다. 유체 순환 장치는 유체 재사용 모듈(160)에 의해 고온의 열 전달 유체(L)를 냉각시키도록(예를 들면, 압축기, 응축기, 냉매 등과 같은 구성요소들을 포함하는 냉각 모듈에 의해 제공된 냉각 기구를 사용하는 것에 의해) 구성되고 유체 출력 모듈(150)을 통해서 냉각된 열 전달 유체(L)를 제2 열전도 부재(140)로 순환시키도록 구성된다.
도 3을 참조하면, 도 3은, 도 1 변압기(100)의 일부 구성요소들의 축소된 일반 도면인데, 철심(110)의 일 측에 배치된 제2 열전도 부재(140) 및 제1 열전도 부재(130)에 의해 구성된 유체 경로를 도시한다. 일 실시예에서, 제2 열전도 부재(140)는 제1단(E1, 즉, 유체 출력 모듈(150)로의 말단(end proximal))으로부터 코어부(111)가 배치되는 방향을 따르는 배치 방향(A)의 제2단(유체 출력 모듈(150)로의 원위 단부(end distal))으로 차례로 유체 연통되도록 이루어진다. 제1 열전도 부재(130)는 제1단(E1)으로부터 제2단(E2)까지 차례로 유체 연통되도록 이루어진다. 제2단(E2)에 가장 가깝게 배치된 제2 열전도 부재(140) 및 제1 열전도 부재(130)는 직접 유체 연통되도록 이루어진다. 유체 출력 모듈(150)은 열 전달 유체(L)를 제2단(E2)에 가장 가깝게 배치된 제2 열전도 부재(140)로 제공하도록 구성된다. 유체 재사용 모듈(160)은 제1단(E1)에 가장 가깝게 배치된 제1 열전도 부재(130)로부터 열 전달 유체(L)를 재사용하도록 구성된다. 다시 말해서, 유체 출력 모듈(150)에 의해 제공된 열 전달 유체(L)는 제1단(E1)에 가장 가깝게 배치된 제2 열전도 부재(140)로부터 제2단(E2)에 가장 가깝게 배치된 제2 열전도 부재(140)에 차례로 유동하고, 그 후 제2단(E2)에 가장 가깝게 배치된 제1 열전도 부재(130)로부터 제1단(E1)에 가장 가깝게 배치된 제1 열전도 부재(130)에 차례로 유동하며, 마지막으로 유체 재사용 모듈(160)에 의해 재사용된다.
일 실시예에서, 제1 열전도 부재(130) 및 제2 열전도 부재(140) 각각의 유체 입구 및 유체 출구는 각각 상측 및 하측에 위치되지만, 본 발명이 에에 제한되는 것은 아니다. 일 실시예에서, 하나 이상의 제1 열전도 부재(130) 및 제2 열전도 부재(140)의 유체 입구 및 유체 출구는 동일 측(즉, 상측 또는 하측)에 위치된다.
도 1을 참조하여, 실제 응용에서, 철심(110)의 양 측에 배치된 제1 열전도 부재(130) 및 제2 열전도 부재(140)에 의해 구성된 유체 경로는 대칭 또는 비대칭이 되도록 선택적으로 디자인될 수 있다. 즉, 철심(110)의 양 측에서의 유체 경로는 필요에 의해 유연하게 조절될 수 있다. 예를 들면, 제1단(E1)으로부터 유동하는 양 유체 경로에서 열 전달 유체(L)는 제2단(E2)에 배치된 권선부(120) 및 코어부(111)의 온도가 제1단(E1)에 배치된 권선부(120) 및 코어부(111)의 온도 보다 크도록 야기할 수 있는데, 이는 변압기(100)의 불균일한 열 분산을 초래하여 전체 성능에 영향을 끼칠 수 있다. 제1단(E1) 및 제2단(E2) 사이의 온도 차이를 없애기 위해, 철심(110)의 일 측에 위치된 유체 경로에서 열 전달 유체(L)는 제1단(E1)으로부터 흐를 수 있고, 철심(110)의 다른 일 측에 위치된 유체 경로에서 열 전달 유체(L)는 제2단(E2)으로부터 흐를 수 있다.
몇몇의 실시예들에서, 제1 열전도 부재(130) 및 제2 열전도 부재(140)는 구조적으로 동일하다. 도 4를 참조하면, 도 4는 도 3에서 4-4 선을 따라서 절단한 제1 열전도 부재(130)의 단면도이다. 제1 열전도 부재(130)를 취한 도 4에서 도시되는 바와 같이, 제1 열전도 부재(130)는 내부에 유동 채널(131)을 구비하는 금속판이고, 열 전달 유체(L)는 유동 채널(131)에서 유동한다. 어느 실시예들에서, 제1 열전도 부재(130)는 두 개의 판에 의해 조립될 수 있는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 어느 실시예들에서, 유동 채널(131)은 S자 형상과 유사한 반복적인 회전형으로서 제1 열전도 부재(130)의 내부에 형성되는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.
도 5를 참조한다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 변압기(100)의 어느 구성요소들의 축소된 일반 도면이다. 도 5는 철심(110)의 일 측에 배치된 제1 열전도 부재(130) 및 제2 열전도 부재(140)에 의해 구성된 유체 경로를 도시한다. 일 실시예에서, 제2 열전도 부재(140)는 유체 출력 모듈(150)과 개별적으로 유체 연통되도록 이루어진다. 제1 열전도 부재(130)는 유체 재사용 모듈(160)과 개별적으로 유체 연통되도록 이루어진다. 제2 열전도 부재(140)는 각각 제1 열전도 부재(130)와 유체 연통되도록 이루어진다. 다시 말해서, 유체 출력 모듈(150)은 제2 열전도 부재(140)로 열 전달 유체(L)를 제공하는 동시에, 각각의 제2 열전도 부재(140)에서 유동하는 열 전달 유체(L)는 그 후 대응되는 제1 열전도 부재(130) 중의 하나로 유동하고, 유체 재사용 모듈(160)은 동시에 제1 열전도 부재(130)로부터 열 전달 유체(L)를 재사용한다. 본 발명의 유체 경로에 의해, 제2단(E2)에 배치된 권선부(120) 및 코어부(111)의 온도는 제1단(E1)에 배치된 권선부(120) 및 코어부(111)의 온도와 보다 일정해질 수 있고, 변압기(100)에 의해 발생된 열은 균일하게 분산될 수 있다.
몇몇의 실시예들에서, 변압기(100)는 유체 출력 모듈(150)에 의해 제1 열전도 부재(130)로 열 전달 유체(L)를 제공하도록 디자인될 수 있고 유체 재사용 모듈(160)에 의해 제2 열전도 부재(140)로부터 열 전달 유체(L)를 재사용하도록 디자인될 수 있다. 예를 들면, 철심(110)은 권선부(120)(또는 철심(110)이 보다 높은 온도를 가진다면) 보다 많은 열을 생산한다면, 열 전달 유체(L)는 유체 출력 모듈(150)에 의해 제2 열전도 부재(140)로 제공될 수 있는데, 이로 인해 철심(110)에 의해 발생된 열을 낮은 온도를 가지는 열 전달 유체(L)에 의해 빠르게 방출하고 철심(110)에서 축적된 많은 열을 피할 수 있다. 상대적으로, 만약 권선부(120)가 철심(110) 보다 많은 열을 생산해낸다면(또는 권선부(120)가 보다 높은 온도를 가진다면) 열 전달 유체(L)는 유체 출력 모듈(150)에 의해 제1 열전도 부재(130)로 제공될 수 있어서, 이로 인해 열을 낮은 온도를 가지는 열 전달 유체(L)에 의해 권선부(120)에 의해 발생된 빠르게 방출하고 권선부(120)에서 축적된 많은 열을 피할 수 있다.
도 1 및 2에서 보여지는 바와 같이, 일 실시예에서, 변압기(100)는 환기 스트립(170)을 더 포함한다. 각각의 환기 스트립(170)은 인접한 두 배선층(121) 사이에 배치되고, 인접한 두 배선층(121) 사이의 간극을 유지하도록 구성된다. 따라서, 외부의 공기 유동은 배선층(121)에 의해 발생된 열을 방출하기 위해 간극을 통해서 통과하도록 이루어지는 것이 유용하다.
일 실시예에서, 제1 열전도 부재(130)가 배치되지 않은 사이의 어느 인접한 두 개의 배선층(121)은 환기 스트립(170)와 함께 배치된다. 즉, 하나 이상의 제1 열전도 부재(130)가 배치된 곳 사이의 어느 인접한 두 배선층(121)을 위해, 배선층(121)에 의해 발생된 열은 열전도 방식으로 제1 열전도 부재(130)에 의해 방출될 수 있고; 그리고 제1 열전도 부재(130)가 배치되지 않는 곳 사이의 어느 인접한 두 배선층(121)을 위해, 배선층(121)에 의해 발생된 열은 열 대류 방식으로 환기 스트립(170)에 의해 형성된 간극을 통해서 방출될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 변압기(100)는 배선층(121) 사이와 철심(110) 및 각각의 권선부(120) 사이에 각각 배치되되 배선층(121)을 서로 절연시키고 철심(110)을 각각의 권선부(120)로부터 절연시키도록 구성되는 복수의 절연층(180)을 더 포함한다. 몇몇의 실시예들에서, 절연층(180)은 절연지인데, 하지만 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.
몇몇의 실시예들에서, 변압기(100)는 제2 열전도 부재(140) 없이 제1 열전도 부재(130) 만을 포함할 수 있는데, 유체 출력 모듈(150)은 열 전달 유체(L)를 제1 열전도 부재(130)로 직접 제공하고, 유체 재사용 모듈(160)은 제1 열전도 부재(130)로부터 열 전달 유체(L)를 직접 재사용한다. 몇몇의 다른 실시예들에서, 변압기(100)는 제1 열전도 부재(130) 없이 제2 열전도 부재(140) 만을 포함할 수 있는데, 유체 출력 모듈(150)은 열 전달 유체(L)를 제2 열전도 부재(140)로 직접 제공하고, 유체 재사용 모듈(160)은 제2 열전도 부재(140)로부터 열 전달 유체(L)를 직접 재사용한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 철심(110)에 의해 포함된 코어부(111)의 수 및 철심(110)의 일 측에서의 제1 열전도 부재(130) 및 제2 열전도 부재(140)의 수는 3인데, 하지만 본 발명은 반드시 여기에 한정되는 것은 아니고, 필요에 의해 유동적으로 조절될 수 있다. 실제 응용 예에서, 변압기(100)에서 적용된 철심(110)의 유형은 도 1에 도시된 철심(110)에 의해 반드시 한정되는 것은 아니다.
도 1에 도시되는, 일 실시예에서, 각각의 권선부(120)에 포함된 배선층(121)의 수는 4인데, 하지만 본 발명은 반드시 여기에 한정되는 것은 아니고, 필요에 의해 유동적으로 조절될 수 있다.
몇몇의 실시예들에서, 배선층(121)의 재료는 구리를 포함하는데, 본 발명이 반드시 여기에 한정되는 것은 아니다.
전술한 본 발명의 실시예들에 의하면, 본 발명의 변압기에서, 권선부의 인접한 두 개의 배선층 사이에서 제1 열전도 부재가 배치되고, 이로 인해 변압기의 동작 동안에 권선부에 의해 발생된 열은 효과적으로 발산되는 점이 보여질 수 있다. 그러므로, 방의 온도 및 동작 중인 변압기의 온도 사이의 차이가 상당히 줄어들 수 있고, 이로 인해 본 발명의 변압기의 성능을 향상시킬 수 있다. 변압기의 온도를 보다 효율적으로 감소시키기 위해, 본 발명의 변압기는 철심 및 권선부 사이에 배치된 제2 열전도 부재를 더 포함하는데, 이로 인해 변압기의 동작 동안에 철심에 의해 발생된 열은 효과적으로 발산될 수 있다. 아울러, 본 발명의 변압기는 철심 및 권선부의 열량(또는 온도)에 따라서 제1 열전도 부재 또는 제2 열전도 부재로부터 열 전달 유체를 선택적으로 제공할 수 있다.
본 발명은 어떤 실시예들을 참조하여 상당히 자세히 서술되었지만, 다른 실시예들도 가능하다. 그러므로, 첨부된 청구항들의 사상 및 범위는 본 명세서에 포함된 실시예들의 설명에 제한되어서는 안된다.
본 발명의 범위 또는 사상에서 벗어나지 않고서 본 발명의 구조에 대해 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있는 점은 통상의 기술자에게 명백해질 것이다. 전술한 견지에서, 본 발명은 다음의 청구항들의 범위 내에서 제공된 본 발명의 수정 및 변경을 포함하도록 의도된다.

Claims (10)

  1. 복수의 코어부를 포함하는 철심;
    상기 코어부에 각각 권선되고, 각각이 복수의 배선층을 구비하는 복수의 권선부;
    각각이 인접한 두 개의 상기 배선층 사이에서 열적으로 연결되고, 내부에서 열 전달 유체를 순환시키도록 구성되며, 서로 유체 연통되도록 이루어지고 상기 철심의 일측에 위치되는 복수의 제1 열전도 부재; 및
    대응되는 상기 코어부 중의 하나 및 대응되는 상기 권선부 중의 하나 사이에 각각 열적으로 연결되고, 상기 철심의 일측에 위치되는 복수의 제2 열전도 부재를 포함하고,
    상기 제2 열전도 부재는 내부에서 상기 열 전달 유체를 순환시키도록 구성되고 상기 제1 열전도 부재와 서로 유체 연통되도록 이루어지고,
    상기 제2 열전도 부재는 상기 철심이 배치되는 배치 방향을 따라서 제1단으로부터 제2단까지 순서대로 유체 연통되도록 이루어지고, 상기 제1 열전도 부재는 상기 제1단으로부터 상기 제2단까지 순서대로 유체 연통되도록 이루어지고, 상기 제2단에 가장 가깝게 배치된 상기 제1 열전도 부재 및 상기 제2 열전도 부재는 직접 유체 연통 가능하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 변압기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열전도 부재 및 상기 제2 열전도 부재 각각은 내부에 유동 채널을 구비하는 금속판인 것을 특징으로 하는 변압기.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열 전달 유체를 상기 제2단에 가장 가깝게 배치된 상기 제2 열전도 부재에 제공하도록 구성되는 유체 출력 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기.
  9. 제1항에 있어서,
    인접한 두 개의 상기 배선층 사이에 각각 배치되고, 상기 인접한 두 개의 배선층 사이의 간극을 유지하도록 구성되는 복수의 환기 스트립을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 배선층 사이와 상기 철심 및 상기 권선부 사이에 각각 배치되고, 상기 배선층을 서로 절연시키고 상기 권선부로부터 상기 철심을 절연시키도록 구성되는 복수의 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기.
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