KR102607695B1 - 판형 히트파이프를 포함한 고효율 변압기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 판형 히트파이프를 포함한 고효율 변압기는 변압기 본체 내에 설치되는 트랜스; 상기 변압기 본체를 냉각 및 절연하기 위한 냉각 매체인 절연유; 및 상기 트랜스를 구성하는 저압권선부와 고압권선부 사이에서 수직한 방향으로 배치되는 적어도 두 개의 판형 히트파이프를 포함하고, 상기 판형 히트파이프는 트랜스의 내부에 형성되는 방출부; 및 상기 방출부로부터 연장되어 절연유에 노출된 상태에서 여러겹으로 접히거나 두루마리 형태로 말린 확산부;를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 판형 히트파이프를 포함한 고효율 변압기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 판형 히트파이프를 이용해 변압기의 설치 공간은 최소화하면서 냉각 성능을 극대화할 수 있는 변압기이다.
일반적으로, 변압기는 고압의 전력을 저압의 전력으로 바꾸는 장치로서, 발전소로부터 전력수용가로 이르는 송배전 경로상에 적당히 설치된다. 이때, 변압기가 설치되는 위치에 따라 전력용 변압기 또는 주상 변압기(이하, 트랜스(trans)라고도 함)로 지칭될 수 있다.
이러한 변압기의 내부에는 절연 및 냉각을 목적으로 하는 절연유가 충진된다.
절연유를 충진하는 이유는, 절연유가 권선의 절연물에 습기나 먼지가 들어가서 절연내력이 저하되는 것을 방지할 뿐만 아니라 권선이나 철심에서 발생하는 열을 절연유의 대류에 의해 방열시키기 때문이다. 그리고, 변압기 작동 시 발생할 수 있는 스파크를 방지하기 때문이다.
이때, 변압기에는 작동 시 발열에 의해 가열된 절연유를 방열하기 위한 방열부재가 필수적으로 설치된다.
그러나, 종래의 변압기에 설치도는 방열부재는 변압기의 외부에 설치되며 설치면적을 많이 차지하는 문제점이 있다.
이러한 종래의 변압기의 냉각 성능을 보다 향상시키기 위해서 코일의 전류 밀도를 내리거나 방열부재의 양을 늘리는 등의 대책이 필요하지만, 설치 면적 증가로 인해 변압기의 크기가 대형화되고, 중량이 증가하는 등의 문제가 있어 냉각 성능 향상에 한계가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 변압기의 크기 및 중량에 영향을 주지 않은 상태에서 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 판형 히트파이프가 설치된 변압기를 제공하는 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 판형 히트파이프를 포함한 고효율 변압기는 변압기 본체 내에 설치되는 트랜스; 상기 변압기 본체를 냉각 및 절연하기 위한 냉각 매체인 절연유; 및 상기 트랜스를 구성하는 저압권선부와 고압권선부 사이에서 수직한 방향으로 배치되는 적어도 두 개의 판형 히트파이프를 포함하고, 상기 판형 히트파이프는 트랜스의 내부에 형성되는 방출부; 및 상기 방출부로부터 연장되어 절연유에 노출된 상태에서 여러겹으로 접히거나 두루마리 형태로 말린 확산부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 확산부의 길이는 상기 방출부의 길이와 동일하거나 또는 그 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 판형 히트파이프는 상기 본체 내에서 발생하는 열량에 비례하는 총이송열량만큼 열교환을 수행하는 개수로 형성되되,
수평 방향에 대해 대칭되게 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 판형 히트파이프는 알루미늄 또는 구리로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 판형 히트파이프가 저압권선부의 라운드면에 형성되는 경우, 라운드면의 형성 각도에 대응되도록 밴딩될 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 변압기 본체의 외측에 설치되는 방열부재를 배제시키고 저압권선과 고압권선 사이에 판형의 히트파이프를 설치함으로써 변압기의 사이즈를 모듈화 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 변압기를 모듈화함으로써 설치 면적을 최소화하고, 설치 및 제작 시 발생하는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 판형의 히트파이프의 일 측에 표면적을 증가시키기 위한 확산부를 배치시킴으로써 권선 내에서 발생하는 열을 효과적으로 발산시켜 변압기의 냉각 속도를 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 히트파이프가 배치된 트랜스의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 히트파이프가 배치된 트랜스의 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기를 권선의 단변부 측에서 바라본 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기를 권선의 장변부 측에서 바라본 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 히트파이프가 배치된 트랜스의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 히트파이프가 배치된 트랜스의 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기를 권선의 단변부 측에서 바라본 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기를 권선의 장변부 측에서 바라본 단면도이다.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이하의 설명에서 제1, 제2 등과 같은 서수식 표현은 서로 동등하고 독립된 객체를 설명하기 위한 것이며, 그 순서에 주(main)/부(sub) 또는 주(master)/종(slave)의 의미는 없는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기를 나타낸 사시도이다. 도 1에서 판형 히트파이프(120)는 설명의 편의를 위해 상단면이 절단된 것으로 도시하였으나, 실질적으로는 상단부가 여러겹으로 접히거나 말려있는 상태인 것으로 이해되는 것이 바람직하다.
도 1을 참조하면, 변압기(100)는 변압기의 본체 내에 설치되는 트랜스(110)와, 트랜스 중 권선에서 발생하는 열을 발산시키는 절연유를 냉각하는 판형 히트파이프(120) 및 외부로부터 공급되는 전류를 공급받기 위한 고압부싱(130)을 포함할 수 있다.
변압기(100) 내부에는 절연유가 가득 채워진다. 여기서 절연유를 사용하는 이유는 권선의 절연물에 습기나 먼지가 들어가서 절연내력(絶緣耐力)을 저하시키는 것을 방지하고, 철심(112)이나 권선(111L, 111H)에서 발생하는 열을 기름의 대류나 복사(輻射)에 의해 방열시키기 위함이다.
트랜스(110)는 변압기 본체 내부에 설치되는 구성으로, 고압부싱(130)을 통해 인입된 전류를 일반 가정 또는 산업체에서 사용하는 전압의 전류로 변압시킬 수 있다. 트랜스(110)는 철심(112)과 철심의 장변부에 권취되는 권선(111)으로 이루어지며, 권선(111)은 저압권선부(111L)와 고압권선부(111H)를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에서 사용되는 용어 “저압권선부/고압권선부”는 저압권선/고압권선이 여러겹으로 권취된 상태를 의미하는 것으로 이해되는 것이 바람직하다.
판형 히트파이프(120)는 저압권선부에서 발생하는 열과 고압권선부에서 발생하는 열이 절연유로 원활하게 방출되도록 해주는 구성으로, 판상 형태, 인쇄기판 형태와 같이 플랫(flat)한 형태로 형성될 수 있다.
판형 히트파이프(120)는 대략 2.5mm 정도의 얇은 두께로 이루어져 설치 시 공간의 제약을 받지 않고 저압권선부(111L)와 고압권선부(111H) 사이에 배치될 수 있다. 판형 히트파이프(120)의 배치 및 형태에 대한 보다 상세한 설명은 도 2 내지 도 4b를 참조하여 후술하기로 한다.
판형 히트파이프(120)는 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고, 탄소강, 스테인레스강, 구리 등과 같이 열전도율이 우수한 재질 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프가 배치된 트랜스의 평면도이다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트파이프가 배치된 트랜스의 평면도이다. 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기를 권선의 단변부 측에서 바라본 단면도이다. 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기를 권선의 장변부 측에서 바라본 단면도이다. 도 2 및 도 3은 설명의 편의를 위해 저압권선부(111L)/고압권선부(111H)를 구성하는 저압권선들/고압권선들의 간격을 넓게 도시하였으나, 실제로는 촘촘하게 권취되어 있는 것으로 이해되는 것이 바람직하다. 도 4a 내지 도 4b에서는 설명의 편의를 위해 판형 히트파이프(120)의 구성을 방출부(120-1)와 확산부(120-2)로 나누었지만, 이들은 실제로 하나의 몸체로 구성되는 것으로 이해되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 판형 히트파이프(120)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 저압권선부(111L)의 모서리(이하, '라운드면'이라고 함)와 고압권선부(111H)의 모서리 사이에 배치될 수 있다.
다시 말해, 일 실시예에 따른 판형 히트파이프(120)는 저압권선부의 외측면 중에서도 라운드면을 따라 배치되고, 동시에 고압권선부의 내측면 중에서도 라운드면을 따라 배치되는 것으로 이해될 수 있다.
이때, 판형 히트파이프(120)는 라운드면에 배치되기 위해 가로 방향이 저압권선부의 라운드면의 형성 각도에 대응되도록 금형 제작을 통해 밴딩(bending)될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 판형 히트파이프(120)는 도 3에 도시된 바와 같이, 저압권선부(111L)의 단변측와 고압권선부(111H)의 단변측 사이에 배치될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상술한 두 실시예에 따른 판형 히트파이프(120)는 모두 양 방향으로 대칭되게 배치되는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 대칭적으로 배치된 적어도 두 개의 판형 히트파이프(120)는 변압기 내부에서 발생하는 열량을 균형있게 절연유(401)로 이송시킬 수 있다. 단, 판형 히트파이프(120)의 개수는 변압기 본체 내에서 발생하는 열량에 비례하는 총이송열량(cal/sec)을 갖도록 형성된다. 여기서, 총이송열량은 히트파이프 개당 이송 열량을 모두 더한 값을 의미하는 것일 수 있다.
예를 들어, 변압기 내부에서 발생하는 열량이 253cal/sec(고압권선부 열량(약 142.32cal/sec) + 저압권선부 열량(110.4cal/sec))라고 가정했을 때, 63.25cal/sec의 이송열량을 갖는 판형 히트파이프(120)가 도 2에 도시된 바와 같이 4개 영역에 배치될 수 있다.
또한, 도 4a 내지 도 4b를 참조하면, 판형 히트파이프(120)는 트랜스의 내부에 형성되는 방출부(120-1) 및 방출부로부터 연장되며 일부가 유중(油中)에 노출되고 나머지 일부가 트랜스의 외함과 유중 사이의 기중(氣中)에 노출된 상태에서 여러겹으로 접힌 형태 또는 두루마리 형식으로 말린 형태를 갖는 확산부(120-2)를 포함할 수 있다.
방출부(120-1)는 직접적으로 권선들 사이에 끼워지는 구성으로서, 권선들 사이에서 발생하는 열을 확산부(120-2) 측으로 이송시킬 수 있다. 다시 말해, 권선 속의 도체에서 발생한 열은 방출부(120-1)로부터 부터 연장된 확산부(120-2)로 이동되고, 확산부(120-2)를 통해 유중(油中)을 통과한 후 기중(氣中)을 통과할 수 있다.
또한, 방출부(120-1)는 판형 히트파이프(120)의 장변 길이에 대해 절반에 해당하는 것일 수 있다. 예를 들어, 히트 파이프(120)의 길이가 100 (mm)인 경우에는 50 (mm)에 해당하는 것일 수 있다.
확산부(120-2)는 방출부(120-1)로부터 이송된 열이 절연유(401)로 확산이 효과적으로 이루어질 수 있도록 판형 히트파이프(120)의 표면적이 증가되도록 형성된다.
구체적으로, 확산부(120-2)의 하단부는 방출부(120-1)와 같이 판형 도체가 말리지 않은 형태로 이루어져 있고, 상단부는 여러겹으로 접힌 형태 또는 두루마리 형태(즉, 원형으로 말린 형태)로 이루어질 수 있다. 이때, 확산부(120-2)의 일측 영역(하단부 및 상단부의 하측)은 유중에 노출된 상태이며, 타측 영역은 기중에 노출된 상태에서 트랜스의 내벽에 취부된다.
한편, 트랜스의 내벽에 취부되는 확산부(120-2)의 영역은 설명의 편의 상 냉각영역이라고 지칭할 수 있다. 확산부(120-2)의 냉각영역은 트랜스의 벽과 커버(cover)를 접합시키는 플랜지(flange) 근처에 볼트와 너트를 이용하여 취부(접합)될 수 있다.
이에 따라, 방출부(120-1)로부터 이송된 열은 유중에 노출된 확산부의 일측 영역을 지나 기중에 노출된 확산부의 타측 영역으로 이동하여 트랜스의 내벽을 통해 외벽으로 열이 방산될 수 있다.
또한, 확산부(120-2)의 전체적인 길이는 방출부(120-1)의 길이와 동일하거나 또는 그 이상일 수 있다.
도 4a 내지 도 4b에 도시된 바와 같이, 판형 히트파이프(120)의 상단부를 두루마리 형태로 말아서 형성함으로써, 판형 히트파이프(120)의 표면적으로 넓혀 확산부(120-2)를 통해 이송되는 열량을 증가시킬 수 있다.
또한, 판형 히트파이프(120)의 상단부를 여러겹으로 접힌 상태로 형성함으로써, 변압기 내부에서 차지되는 면적을 줄일 수 있고, 동시에 변압기의 설치 면적을 최소화하여 변압기의 크기를 소형화할 수 있다.
또한, 변압기의 크기가 줄어듦에 따라 중량도 함께 감소시킬 수 있어, 변압기 설치 및 제작 시 발생하는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 변압기 110: 트랜스
111H: 고압권선부 111L: 저압권선부
111:권선 112: 철심
120: 판형 히트파이프 130: 고압부싱
120-1: 방출부 120-2: 확산부
111H: 고압권선부 111L: 저압권선부
111:권선 112: 철심
120: 판형 히트파이프 130: 고압부싱
120-1: 방출부 120-2: 확산부
Claims (5)
- 변압기 본체 내에 설치되는 트랜스;
상기 변압기 본체를 냉각 및 절연하기 위한 냉각 매체인 절연유; 및
상기 트랜스를 구성하는 저압권선부와 고압권선부 사이에서 수직한 방향으로 배치되는 적어도 두 개의 판형 히트파이프를 포함하고,
상기 판형 히트파이프는 트랜스의 내부에 형성되고, 상기 판형 히트파이프가 저압권선부의 외측면 중 라운드면에 형성되는 경우, 수평 방향이 라운드면의 형성 각도에 대응되도록 밴딩되는 방출부; 및 상기 방출부로부터 연장되어 일부가 절연유의 유중에 노출되고 나머지 일부가 트랜스의 외함과 유중 사이의 기중에 노출된 상태에서 두루마리 형태로 말리고 트랜스의 내벽에 취부되는 확산부를 포함하며,
상기 저압권선부와 고압권선부 속의 도체에서 발생하여 상기 방출부로부터 이송된 열은 상기 확산부를 통해 유중을 통과한 후 기중을 통과하여 상기 트랜스의 내벽을 통해 외벽으로 방산되는,
판형 히트파이프를 포함한 고효율 변압기. - 제1항에 있어서,
상기 확산부의 길이는 상기 방출부의 길이와 동일하거나 또는 그 이상인,
판형 히트파이프를 포함한 고효율 변압기. - 제1항에 있어서,
상기 판형 히트파이프는 상기 본체 내에서 발생하는 열량에 비례하는 총이송열량만큼 열교환을 수행하는 개수로 형성되되,
수평 방향에 대해 대칭되게 형성되는,
상기 판형 히트파이프를 포함한 고효율 변압기. - 제1항에 있어서,
상기 판형 히트파이프는 알루미늄 또는 구리로 이루어진,
판형 히트파이프를 포함한 고효율 변압기. - 삭제
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| KR (1) | KR102607695B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000138122A (ja) * | 1998-10-29 | 2000-05-16 | Toshiba Corp | 静止誘導機器 |
| JP2000223323A (ja) * | 1999-02-01 | 2000-08-11 | Toshiba Corp | 静止誘導機器 |
| JP2001167938A (ja) * | 1999-09-27 | 2001-06-22 | Toshiba Corp | 静止誘導機器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100132111A (ko) * | 2009-06-09 | 2010-12-17 | 이재우 | 변압기 냉각용 권선 히트파이프 |
-
2021
- 2021-06-30 KR KR1020210085462A patent/KR102607695B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000138122A (ja) * | 1998-10-29 | 2000-05-16 | Toshiba Corp | 静止誘導機器 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230003866A (ko) | 2023-01-06 |
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