KR102154355B1 - 발전기 쿨러 조립체 및 이를 포함하는 발전기 - Google Patents

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KR1020190127491A
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이태희
김성하
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두산중공업 주식회사
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Abstract

냉각 유체의 유동 압력 손실을 저감시킬 수 있는 구조의 발전기 쿨러 조립체 및 이를 포함하는 발전기가 개시된다. 본 발명에 따른 발전기 쿨러 조립체는, 고정자(Stator)를 둘러싸는 발전기 하우징의 일 측면부에 장착되며, 발전기 하우징 내부의 냉각 유체를 냉각시켜 상기 발전기 하우징 내부로 다시 환류시키기 위한 것으로, 일측과 타측에 냉각 유체가 유입되고 배출되는 입구와 출구를 각각 구비하며 입구와 출구 사이의 공간이 구획 패널에 의해 유체 유입부와 유체 냉각부로 구획되는 쿨러 하우징과, 냉각 유체 도입 측이 쿨러 하우징의 유체 냉각부를 구획하는 제1 루프(1st roof)와 평행하게 대면하도록 유체 냉각부에 설치되는 쿨러와, 쿨러 하우징의 내부에 설치되며 입구를 통해 유입된 냉각 유체가 쿨러의 냉각 유체 도입 측에 균일하게 도입될 수 있도록 냉각 유체의 유동을 가이드하는 둘 이상의 가이드 플레이트를 포함하며, 구획 패널은 유체 유입부와 유체 냉각부의 상부 공간을 서로 연통시킬 수 있는 높이로 형성되고, 가이드 플레이트는 제1 방향을 따라 길게 형성되며 각각은 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 대해 일정 간격을 두고 이격 배치되어 복수의 유동 채널을 형성하도록 구성된 것을 요지로 한다.

Description

발전기 쿨러 조립체 및 이를 포함하는 발전기{Cooler assembly of generator and Generator containing the same}
본 발명은 발전기 쿨러 조립체에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는, 고정자(Stator)를 둘러싸는 발전기 하우징의 일 측면부에 장착되며 발전기 하우징 내부의 냉각 유체를 냉각시켜 상기 발전기 하우징 내부로 공급하는 발전기 쿨러 조립체 및 이를 포함하는 발전기에 관한 것이다.
일반적으로, 발전기는 전자 유도작용을 이용하여 기계에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치를 일컫는다. 이러한 발전기는 도체가 자계 내에서 회전운동을 할 때에 도체와 자계 사이의 상호작용으로 전기에너지를 일으키는 원리를 이용한 것이다.
발전기는 일반적으로, 고정자(Stator)와 고정자에 둘러싸인 상태로 회전 운동을 하는 회전자(Rotor)로 나뉘며, 상기 고정자의 내측면에는 코일 권선이 삽입되어 고정된다.
발전기가 운용될 경우, 코일 권선을 포함하는 고정자의 내측에는 많은 열이 발생하게 되며, 발생된 열은 발전 성능에 지대한 영향을 미친다. 이에 따라 가스 터빈과 같은 대형 발전기에는 일반적으로, 냉각 유체를 고온부 영역에 직접 유동시켜 냉각시키는 직접 냉각방식을 일반적으로 채택하고 있다.
대형 발전기에 적용되는 직접 냉각방식은, 냉각 유체가 순환 유동할 수 있도록 발전기 내부에 다양한 형태로 형성되는 냉각 유로와 냉각 유체를 순환시키기 위한 팬 및 고온부 영역을 통과한 냉각 유체를 다시 차갑게 하여 발전기 내부로 공급하는 쿨러 조립체 등에 의해 냉각이 구현된다.
도 1은 종래 대형 발전기에 적용되는 쿨러 조립체의 개략 투시도이다.
종래 기술에 따른 쿨러 조립체는 도 1에 도시된 바와 같이, 쿨러(50)와 쿨러(50)를 실장하는 쿨러 하우징(60)을 포함한다. 냉각 유체는 자연 또는 팬에 의한 강제 대류에 의해 쿨러 하우징 일측으로 유입되고, 쿨러(50)를 통과하면서 냉각된 뒤 다시 발전기 하우징 측으로 유동된다.
그러나 냉각 유체가 쿨러 하우징을 따라 쿨러 측으로 유동하는 과정에서 종래에는, 냉각 유체가 쿨러 측으로 진입 전 쿨러 인접 측부의 쿨러 하우징의 내측면과 충돌하면서 쿨러 진입 영역 근방에 도 2와 같은 큰 와류(Vortex)가 생성되며, 이로 인해 냉각 유체의 유동성이 악화되는 문제가 있다.
즉 종래에는 쿨러 진입 영역 근방에서 와류(Vortex)가 발생되며, 이러한 와류에 의해 냉각 유체의 유동 압력 손실이 발생하는 문제가 있다. 또한 와류가 발생하면 쿨러(열교환기)로 진입하는 냉각 유체의 진입 유동 분포가 고르지 않게 되어 쿨러의 냉각 성능 및 효율이 현저히 저하되는 문제가 있다.
대한민국등록실용신안등록 제20-0371015호(2004년 12월 13일 등록)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 쿨러 진입 영역 근방에서의 와류(Vortex) 발생을 억제하여 쿨러의 냉각(열교환) 성능을 향상시키고 냉각 유체의 유동 압력 손실을 저감시킬 수 있는 구성의 발전기 쿨러 조립체 및 이를 포함하는 발전기를 제공하고자 하는 것이다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,
고정자(Stator)를 둘러싸는 발전기 하우징의 일 측면부에 장착되며, 발전기 하우징 내부의 냉각 유체를 냉각시켜 상기 발전기 하우징 내부로 다시 환류시키는 발전기 쿨러 조립체로서,
일측과 타측에 냉각 유체가 유입되고 배출되는 입구와 출구를 각각 구비하며, 상기 입구와 출구 사이의 공간이 구획 패널에 의해 유체 유입부와 유체 냉각부로 구획되는 쿨러 하우징;
냉각 유체 도입 측이 상기 쿨러 하우징의 유체 냉각부를 구획하는 제1 루프(1st roof)와 평행하게 대면하도록 상기 유체 냉각부에 설치되는 쿨러;
상기 쿨러 하우징의 내부에 설치되며, 상기 입구를 통해 유입된 냉각 유체가 쿨러의 상기 냉각 유체 도입 측에 균일하게 도입될 수 있도록 냉각 유체의 유동을 가이드하는 둘 이상의 가이드 플레이트;를 포함하며,
상기 구획 패널은 유체 유입부와 유체 냉각부의 상부 공간을 서로 연통시킬 수 있는 높이로 형성되고,
상기 가이드 플레이트는 제1 방향을 따라 길게 형성되며, 각각은 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 대해 일정 간격을 두고 이격 배치되어 복수의 유동 채널을 형성하도록 구성된 발전기 쿨러 조립체를 제공한다.
바람직하게 상기 가이드 플레이트는, 상기 쿨러의 냉각 유체 도입 측과 대면하는 상기 제1 루프에 설치되는 판상체일 수 있다.
바람직한 다른 예로서 상기 가이드 플레이트는, 상기 쿨러의 냉각 유체 도입 측과 대면하는 상기 제1 루프에서 상기 유체 유입부를 구획하는 제2 루프(2nd roof)에 걸쳐 제1 방향을 따라 길게 형성되는 판상체일 수 있다.
바람직한 또 다른 예로서 상기 가이드 플레이트는, 상기 쿨러의 냉각 유체 도입 측과 대면하는 상기 제1 루프와 상기 유체 유입부를 구획하는 제2 루프(2nd roof)에 걸쳐 제1 방향을 따라 길게 형성되는 판상체인 제1 가이드 플레이트와, 상기 제1 가이드 플레이트의 일측 단부와 연결되고 상기 제2 루프와 수직인 유체 유입부의 측판을 따라 길게 형성되는 판상체인 제2 가이드 플레이트를 포함하는 구성일 수 있다.
여기서, 상기 제2 가이드 플레이트는 쿨러 하우징의 상기 입구 측에 위치한 시작단에서 상기 제1 가이드 플레이트와 만나는 끝단으로 갈수록 점진적으로 높이가 증가하는 구조로 형성될 수 있다.
이와는 다르게, 상기 제2 가이드 플레이트는 쿨러 하우징의 상기 입구 측에 위치한 시작단에서 상기 제1 가이드 플레이트와 만나는 끝단으로 갈수록 단계적으로 높이가 증가하는 계단형 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 루프 측부에 연접되며 유체 유입부를 구획하는 제2 루프(2nd roof)가 곡면 형태로 형성될 수 있다.
이 경우 상기 가이드 플레이트는, 상기 쿨러의 냉각 유체 도입 측과 대면하는 상기 제1 루프에 설치되는 직선형 가이드 플레이트와, 상기 직선형 가이드 플레이트의 일측 단부와 연결되고 곡면 형태의 상기 제2 루프에 설치되는 곡선형 가이드 플레이트를 포함하는 구성일 수 있다.
여기서, 상기 곡선형 가이드 플레이트는 쿨러 하우징의 상기 입구 측에 위치한 시작단에서 상기 직선형 가이드 플레이트와 만나는 끝단으로 갈수록 점진적으로 높이가 증가하는 구조일 수 있다.
이와는 다르게, 상기 곡선형 가이드 플레이트는 쿨러 하우징의 상기 입구 측에 위치한 시작단에서 상기 직선형 가이드 플레이트와 만나는 끝단으로 갈수록 단계적으로 높이가 증가하는 계단형 구조로 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 일 측면에 따른 발전기 쿨러 조립체는, 상기 쿨러 하우징의 입구 측에 설치되며, 상기 발전기 하우징 내부를 유동하면서 일을 한 냉각 유체를 상기 쿨러 하우징 내부로 순환시키기 위한 유동을 발생시키는 송풍기;를 더 포함할 수 있다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,
전술한 일 측면에 따른 발전기 쿨러 조립체를 포함하는 발전기를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 쿨러 하우징의 입구를 통해 유체 유입부로 유입된 냉각 유체가 가이드 플레이트에 의해 그 사이로 구획되는 유동 채널을 따라 쿨러의 냉각 유체 도입 측으로 유동됨으로써, 쿨러의 냉각 유체 도입 측에서 고른 유동 분포를 갖게 되고, 이에 따라 쿨러 진입 영역 근방, 즉 냉각 유체 도입 측에서의 와류(Vortex) 발생이 효과적으로 억제될 수 있다.
또한, 가이드 플레이트에 의해 쿨러 하우징 내 냉각 유체의 유동 특성 또한 양호하게 하는 효과가 발휘되어, 쿨러 하우징 내에서 냉각 유체가 상호 간섭 없이 해당 유동 채널을 따라 쿨러 측으로 원활하게 이동될 수 있다. 그 결과 냉각 유체의 유동 압력 손실이 줄어 보다 향상된 쿨러의 열교환 성능을 기대할 수 있다.
도 1은 종래 대형 발전기에 적용되는 쿨러 조립체의 개략 투시도.
도 2는 종래 종래 대형 발전기용 쿨러 조립체의 쿨러 진입 영역 근방의 냉각 유체 유동 분포를 나타내는 실험 데이터.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 쿨러 조립체가 장착된 대형 발전기의 정면도.
도 4는 도 3에 도시된 발전기의 평면 개략도.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 쿨러 조립체의 투시도.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 쿨러 조립체의 투시도.
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 쿨러 조립체의 투시도.
도 8은 도 7에 도시된 가이드 플레이트의 변형 예를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 쿨러 조립체의 투시도.
도 10은 도 9에 도시된 가이드 플레이트의 변형 예를 도시한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하 본 발명을 설명함에 있어 사용되는 방향 관련 용어 중 '제1 방향'은 쿨러 하우징의 길이 방향으로서, 도 5의 3축 방향 좌표계에서 X축 방향을 가리키며, '제2 방향' 쿨러 하우징의 폭 방향으로서, 도 5의 3축 방향 좌표게에서 Y축 방향을 가리킨다. 그리고 '제3 방향'은 쿨러 하우징의 높이 방향으로서, 도 5의 3축 방향 좌표계에서 Z축 방향을 가리킨다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 쿨러 조립체가 장착된 대형 발전기의 정면도이며, 도 4는 도 3에 도시된 발전기의 평면 개략도이다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 쿨러 조립체(3)는 고정자(Stator, 12)를 둘러싸는 발전기 하우징(10)의 일 측면에 장착된다. 발전기(1)는 상기 고정자(Stator, 12) 및 고정자(12)에 둘러싸인 상태로 회전 운동을 하는 회전자(Rotor, 14)로 구성되며, 상기 고정자(12)의 내측면에는 코일 권선(부호 생략)이 삽입되어 고정된다.
쿨러 조립체(3)는 앞서 언급했듯이, 상기 발전기 하우징(10)의 일 측면에 장착된다. 상기 쿨러 조립체(3)는 발전기 하우징(10) 내부에 다양한 양태로 형성되는 냉각 유로를 따라 흐르면서 냉각 작용을 한 냉각 유체를 도입하고 차갑게 냉각시켜 상기 발전기 하우징(10) 내부로 다시 공급하도록 구성된다.
쿨러 조립체(3)는 바람직하게 도 4의 개략도에 도시된 바와 같이, 쿨러(36) 및 쿨러(36)를 실장하는 쿨러 하우징(30)을 포함한다. 냉각 유체는 자연 또는 강제 대류에 의해 쿨러 하우징(30) 일측에서 유입되고 상기 쿨러(36)를 통과하며, 쿨러(36)의 냉각 작용에 의해 냉각된 뒤 다시 발전기 하우징(10) 측으로 유동된다.
도 4에서 도면 부호 38은 송풍기(Fan)를 가리킨다. 송풍기(38)는 상기 쿨러 하우징(30)의 입구 측에 설치되며, 상기 발전기 하우징(10) 내부를 유동하면서 일을 한 냉각 유체를 상기 쿨러 하우징(30) 내부로 순환시키기 위한 유동을 발생시키는 역할을 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 쿨러 조립체의 구성을 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 쿨러 조립체의 투시도이다.
도 5를 참조하면, 제1 실시 예에 따른 쿨러 조립체(3)는 쿨러(36)와 쿨러(36)를 실장하는 쿨러 하우징(30)을 포함한다. 쿨러 하우징(30)은 일측과 타측에 냉각 유체가 유입되고 배출되는 입구(I)와 출구(E)를 각각 구비하며, 상기 입구(I)와 출구(E) 사이의 공간이 구획 패널(31)에 의해 유체 유입부(32)와 유체 냉각부(34)로 구획되는 구성일 수 있다.
구획 패널(31)은 이를 통해 공간이 2분할되는 쿨러 하우징(30) 내 유체 유입부(32)와 유체 냉각부(34)의 상부 공간을 서로 연통시킬 수 있는 높이로 형성될 수 있으며, 쿨러(36)는 구획 패널(31)에 의해 구획된 두 개의 공간 중 상기 유체 냉각부(34)에 설치될 수 있다.
쿨러(36)는 바람직하게, 도면의 예시와 같이 상기 입구(I)를 통해 유입된 냉각 유체가 쿨러 하우징(30) 내부를 유동하면서 냉각 유체 도입 측(360)이 상기 쿨러 하우징(30)의 유체 냉각부(34)를 구획하는 제1 루프(1st roof, 340)와 평행하게 대면하도록 상기 유체 냉각부(34)에 설치될 수 있다.
쿨러 하우징(30) 내부에는 둘 이상의 가이드 플레이트(35-1)가 구비되며, 가이드 플레이트(35-1)는 쿨러 하우징(30) 내 냉각 유체의 유동을 가이드한다. 좀 더 구체적으로는, 상기 입구(I)를 통해 유입된 냉각 유체가 쿨러(36)의 상기 냉각 유체 도입 측(360)에 균일하게 도입될 수 있도록 냉각 유체의 유동을 가이드한다.
가이드 플레이트(35-1)는 도 5의 제1 방향을 따라 길게 형성되며, 각각은 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 대해 일정 간격을 두고 이격 배치될 수 있다. 이에 따라 서로 이웃하는 가이드 플레이트(35-1) 사이 및 최외곽 가이드 플레이트(35-1)와 쿨러 하우징(30)의 측벽 사이에 둘 이상의 유동 채널(350)이 형성될 수 있다.
바람직한 양태로서, 쿨러 하우징(30) 내부에 제1 방향으로 형성되며 각각이 제2 방향에 대해 이격되는 3개의 가이드 플레이트(35-1)가 형성된 구성을 예를 들어 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 발전기 사양에 따라 달라지는 쿨러 하우징(30)의 사이즈에 맞춰 그 길이 및 개수는 얼마든지 달라질 수 있기 때문이다.
제1 실시 예에서 상기 가이드 플레이트(35-1)는, 도 5에 도시된 바와 같이 판상체로서 상기 쿨러(36)의 냉각 유체 도입 측(360)과 대면하는 상기 제1 루프(340)에 설치될 수 있다. 이 경우 쿨러 하우징(30)의 입구(I)를 통해 유체 유입부(32)로 유입된 냉각 유체는 가이드 플레이트(35-1) 사이의 유동 채널(350)을 따라 쿨러(36)의 냉각 유체 도입 측(360)으로 유동된다.
즉 입구(I)를 통해 유체 유입부(32)로 유입된 냉각 유체가 가이드 플레이트(35-1)에 의해 구획되는 유동 채널(350)을 따라 어느 한쪽으로 편중됨이 없이 고르게 분산된 상태로 쿨러(36) 측으로 유동하게 되고, 이에 따라 쿨러(36) 진입 영역 근방, 즉 냉각 유체 도입 측(360)에서의 와류(Vortex) 발생이 효과적으로 억제될 수 있다.
또한, 가이드 플레이트(35-1)에 의해 쿨러 하우징(30) 내 냉각 유체의 유동 특성 또한 양호하게 하는 효과가 발휘되어, 쿨러 하우징(30) 내에서 냉각 유체가 상호 간섭 없이 해당 유동 채널(350)을 따라 쿨러(36) 측으로 원활하게 이동될 수 있다. 그 결과 냉각 유체의 유동 압력 손실은 줄어들고 쿨러(36)의 열교환 성능은 향상될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 쿨러 조립체의 투시도이다.
바람직한 다른 예로서, 가이드 플레이트(35-2)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 쿨러(36)의 냉각 유체 도입 측(360)과 대면하는 상기 제1 루프(340)에서 상기 유체 유입부(32)를 구획하는 제2 루프(2nd roof, 320) 걸쳐 제1 방향을 따라 길게 형성되는 판상체 구조로 형성될 수 있다.
이러한 제2 실시 예는, 쿨러 하우징(30) 내부로 유입된 냉각 유체가 쿨러 하우징(30) 내에서 그 이동 방향을 기준으로 제1 실시 예에 비해 앞선 영역에서부터 균일하게 분포된 상태로 해당 유동 채널(350)을 따라 쿨러(36) 측으로 유동됨으로써, 냉각 유체 간 상호 간섭 및 그로 인한 불규칙한 유동 특성이 크게 저감될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 쿨러 조립체의 투시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 냉각 유체가 유입되는 쿨러 하우징(30)의 입구(I)에서부터 유동 채널(350)이 구획되도록 가이드 플레이트(35-3)가 구성될 수도 있다. 바람직하게는, 도면의 예시와 같이 쿨러(36) 전방의 쿨러 하우징(30) 내 전 영역에 걸쳐 유동 채널(350)을 형성하도록 구성될 수 있다.
좀 더 구체적으로, 제3 실시 예에 적용된 가이드 플레이트(35-3)는, 쿨러(36)의 냉각 유체 도입 측(360)과 대면하는 제1 루프(340) 및 인접 측부의 제2 루프(320)에 걸쳐 제1 방향을 따라 길게 형성되는 제1 가이드 플레이트(351)와, 제1 가이드 플레이트(351)의 일측 단부와 연결되고 제2 루프(320)와 수직인 유체 유입부(32)의 측판(322)을 따라 길게 형성되는 제2 가이드 플레이트(352)를 포함하는 구성일 수 있다.
제2 가이드 플레이트(352)는 도면의 예시와 같이, 쿨러 하우징(30)의 상기 입구(I) 측에 위치한 시작단과 제1 가이드 플레이트(351)와 만나는 끝단의 높이가 동일한 구성일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 8의 (a)에 도시된 변형 예와 같이 시작단의 높이가 가장 낮고 끝단으로 갈수록 점진적으로 높이가 증가하는 구조일 수도 있다.
경우에 따라서는, 도 8의 (b)에 도시된 변형 예와 같이 시작단의 높이가 가장 낮고 상기 제1 가이드 플레이트(351)와 만나는 끝단으로 갈수록 단계적으로 높이가 증가하는 계단형 구조일 수도 있다. 이처럼 시작단의 높이를 낮추면, 냉각 유체 진입 시 시작에 의한 유동 저항 및 시작단과의 충돌이 최소화되므로 유동 압력 손실 및 불안정한 거동이 현저히 줄게 된다.
도 9는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 쿨러 조립체(3)의 투시도이다.
도 9의 제4 실시 예는, 발전기 하우징(10)을 빠져 나온 냉각 유체가 쿨러 하우징(30)으로 유입되고 쿨러 하우징(30)에 유입된 냉각 유체가 쿨러(36) 측으로 이동함에 있어서, 방향이 전환되는 모서리 구간에서 쿨러 하우징(30) 내측 벽면과의 충돌 및 그에 따른 유동 압력 손실을 최소화시키기 위한 구조이다.
이를 위해 도 9에 도시된 바와 같이 쿨러 하우징(30)은, 제1 루프(340) 측부에 연접되며 유체 유입부(32)를 구획하는 제2 루프(2nd roof, 320)가 곡면 형태로 형성되는 구성일 수 있다. 이에 따르면, 유동 방향이 급격하게 바뀌는 유체 유입부(32) 측 모서리 구간이 삭제되므로 유동 압력 손실을 크게 저감시킬 수 있다.
즉 도 9의 제4 실시 예의 경우, 입구(I)를 통해 쿨러 하우징(30)으로 유입된 냉각 유체가 굴곡진 제2 루프(320)의 내측 주면을 따라 쿨러(36) 측으로 자연스럽게 방향 전환되면서 흘러가게 됨으로써, 급격한 방향 전환에 따른 쿨러 하우징(30) 내측 벽면과의 충돌 및 그로 인한 유동 압력 손실이 최소화될 수 있다.
유체 유입부(32)가 곡관 형태로 구성된 제4 실시 예에서 가이드 플레이트(35-1)는, 쿨러(36)의 냉각 유체 도입 측(360)과 대면하는 상기 제1 루프(340)에 설치되는 직선형 가이드 플레이트(354)와, 직선형 가이드 플레이트(354)의 일측 단부와 연결되고 곡면 형태의 제2 루프(320)에 설치되는 곡선형 가이드 플레이트(356)로 구성될 수 있다.
이 경우 곡선형 가이드 플레이트(356)는 바람직하게, 도 10의 (a)에 도시된 변형 예와 같이, 쿨러 하우징(30)의 상기 입구(I) 측에 위치한 시작단에서 상기 직선형 가이드 플레이트(354)와 만나는 끝단으로 갈수록 점진적으로 높이가 증가하는 구조이거나, 도 10의 (b)와 같이 끝단으로 갈수록 단계적으로 높이가 증가하는 계단형 구조로 형성될 수도 있다.
이처럼 시작단의 높이를 낮게 구성하면, 앞서 제3 실시 예에서 언급했듯이, 냉각 유체 진입 시 시작단에 의한 유동 저항 및 시작단과의 충돌이 최소화되므로, 그로 인한 유동 압력 손실 및 불안정한 거동이 현저히 줄어 냉각 유체의 유동성이 보다 안정적이게 되고, 결과적으로 쿨러의 열교환 성능이 일층 향상될 수 있다.
냉각 유체가 쿨러 하우징을 따라 쿨러 측으로 유동하는 과정에서 종래에는, 냉각 유체가 쿨러 측으로 진입 전 쿨러 인접 측부의 쿨러 하우징의 내측면과 충돌하면서 쿨러 진입 영역 근방에 큰 와류(Vortex)가 생성되며(앞서 첨부된 도 2 참조), 이로 인해 냉각 유체의 유동성이 악화되는 문제가 있다.
즉 종래에는 쿨러 진입 영역 근방에서 와류(Vortex)가 발생되며, 이러한 와류에 의해 냉각 유체의 유동 압력 손실이 발생하는 문제가 있다. 또한 와류가 발생하면 쿨러(열교환기)로 진입하는 냉각 유체의 진입 유동 분포가 고르지 않게 되어 쿨러의 냉각 성능 및 효율이 저하되는 문제가 있다.
반면 본 발명은, 쿨러 하우징의 입구를 통해 유체 유입부로 유입된 냉각 유체가 가이드 플레이트에 의해 그 사이로 구획되는 유동 채널을 따라 쿨러의 냉각 유체 도입 측으로 유동됨으로써, 쿨러의 냉각 유체 도입 측에서 고른 유동 분포를 갖게 되며, 이에 따라 쿨러 진입 영역 근방, 즉 냉각 유체 도입 측에서의 와류(Vortex) 발생이 효과적으로 억제될 수 있다.
또한, 가이드 플레이트에 의해 쿨러 하우징 내 냉각 유체의 유동 특성 또한 양호하게 하는 효과가 발휘되어, 쿨러 하우징 내에서 냉각 유체가 상호 간섭 없이 해당 유동 채널을 따라 쿨러 측으로 원활하게 이동될 수 있다. 그 결과 냉각 유체의 유동 압력 손실은 줄어들고 쿨러의 열교환 성능은 향상될 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1 : 발전기
3 : 쿨러 조립체
10 : 발전기 하우징
12 : 고정자
14 : 회전자
30 : 쿨러 하우징
31 : 구획 패널
32 : 유체 유입부
34 : 유체 냉각부
36 : 쿨러
38 : 팬
35-1 ~ 35-4 : 가이드 플레이트
320 : 제2 루프
322 : 쿨러 하우징의 측판
340 : 제1 루프
350 : 유동 채널
360 : 쿨러의 냉각 유체 도입 측

Claims (12)

  1. 고정자(Stator)를 둘러싸는 발전기 하우징의 일 측면부에 장착되며, 발전기 하우징 내부의 냉각 유체를 냉각시켜 상기 발전기 하우징 내부로 다시 환류시키는 발전기 쿨러 조립체로서,
    일측과 타측에 냉각 유체가 유입되고 배출되는 입구와 출구를 각각 구비하며, 상기 입구와 출구 사이의 공간이 구획 패널에 의해 유체 유입부와 유체 냉각부로 구획되는 쿨러 하우징;
    냉각 유체 도입 측이 상기 쿨러 하우징의 유체 냉각부를 구획하는 제1 루프(1st roof)와 평행하게 대면하도록 상기 유체 냉각부에 설치되는 쿨러;
    상기 쿨러 하우징의 내부에 설치되며, 상기 입구를 통해 유입된 냉각 유체가 쿨러의 상기 냉각 유체 도입 측에 균일하게 도입될 수 있도록 냉각 유체의 유동을 가이드하는 둘 이상의 가이드 플레이트;를 포함하며,
    상기 구획 패널은 유체 유입부와 유체 냉각부의 상부 공간을 서로 연통시킬 수 있는 높이로 형성되고,
    상기 가이드 플레이트는 제1 방향을 따라 길게 형성되며, 각각은 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 대해 일정 간격을 두고 이격 배치되어 복수의 유동 채널을 형성하도록 구성된 발전기 쿨러 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드 플레이트는,
    상기 쿨러의 냉각 유체 도입 측과 대면하는 상기 제1 루프에 설치되는 발전기 쿨러 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드 플레이트는,
    상기 쿨러의 냉각 유체 도입 측과 대면하는 상기 제1 루프에서 상기 유체 유입부를 구획하는 제2 루프(2nd roof)에 걸쳐 제1 방향을 따라 길게 형성되는 발전기 쿨러 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드 플레이트는,
    상기 쿨러의 냉각 유체 도입 측과 대면하는 상기 제1 루프와 상기 유체 유입부를 구획하는 제2 루프(2nd roof)에 걸쳐 제1 방향을 따라 길게 형성되는 제1 가이드 플레이트와;
    상기 제1 가이드 플레이트의 일측 단부와 연결되고 상기 제2 루프와 수직인 유체 유입부의 측판을 따라 형성되는 제2 가이드 플레이트;를 포함하는 발전기 쿨러 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 가이드 플레이트는 쿨러 하우징의 상기 입구 측에 위치한 시작단에서 상기 제1 가이드 플레이트와 만나는 끝단으로 갈수록 점진적으로 높이가 증가하는 구조로 된 발전기 쿨러 조립체.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 가이드 플레이트는 쿨러 하우징의 상기 입구 측에 위치한 시작단에서 상기 제1 가이드 플레이트와 만나는 끝단으로 갈수록 단계적으로 높이가 증가하는 계단형 구조로 된 발전기 쿨러 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    유체 유입부를 구획하는 제2 루프(2nd roof)가 곡면 형태로 형성된 발전기 쿨러 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가이드 플레이트는,
    상기 쿨러의 냉각 유체 도입 측과 대면하는 상기 제1 루프에 설치되는 직선형 가이드 플레이트와;
    상기 직선형 가이드 플레이트의 일측 단부와 연결되고 곡면 형태의 상기 제2 루프에 설치되는 곡선형 가이드 플레이트;를 포함하는 발전기 쿨러 조립체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 곡선형 가이드 플레이트는 쿨러 하우징의 상기 입구 측에 위치한 시작단에서 상기 직선형 가이드 플레이트와 만나는 끝단으로 갈수록 점진적으로 높이가 증가하는 구조로 된 발전기 쿨러 조립체.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 곡선형 가이드 플레이트는 쿨러 하우징의 상기 입구 측에 위치한 시작단에서 상기 직선형 가이드 플레이트와 만나는 끝단으로 갈수록 단계적으로 높이가 증가하는 계단형 구조로 된 발전기 쿨러 조립체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 쿨러 하우징의 입구 측에 설치되며, 상기 발전기 하우징 내부를 유동하면서 일을 한 냉각 유체를 상기 쿨러 하우징 내부로 순환시키기 위한 유동을 발생시키는 송풍기;를 더 포함하는 발전기 쿨러 조립체.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 하나의 항에 기재된 발전기 쿨러 조립체를 포함하는 발전기.

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