KR20030062519A - 변압기의 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변압기의 냉각장치에 관한 것으로,

본 발명에서는 변압기에서 발생하는 열을 외부로 방열하는 수단으로 히트파이프를 적용하여, 방열효율의 향상효과를 기대할 수 있는 변압기의 냉각장치가 제공된다.

Description

변압기의 냉각장치{COOLING SYSTEM FOR TRANSFORMER}

본 발명은 변압기의 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 변압기에서 발생하는 열을 외부로 방열하는 수단으로 히트파이프를 적용하여, 방열효율의 향상효과를 기대할 수 있는 변압기의 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로, 변압기는 송배전선로에 접속되는 전력용 변압기와 전자회로에 사용되는 결합용 변압기까지 많은 종류가 있으며, 전력용 변압기는 변압기로 교류회로에 가하여지는 어떤 전압을 그보다 높이거나 또는 낮은 전압으로 변화시킬 수 있으며 전력은 변하지 않는 것이며, 전원에 연결하는 1차권선과 부하에 연결하는 2차권선은 같은 철심(鐵心)위에 감겨져 있는 구조(이하, 이를 트랜스라 칭함.)를 갖는 것이다.

여기서, 배전선로에 사용되는 변압기는 수십 kVA 정도까지의 용량이지만 고압 송전선로에는 수십만 kVA가 되는 대용량의 것도 있다.

변압기의 실제 구조는 용량이나 전압에 따라서 다르나, 주요한 부분은 권선과 철심이며 이것을 케이스 안에 넣고 절연유(絶緣油)를 가득 채운다.

절연유를 사용하는 이유는 권선의 절연물에 습기나 먼지가 들어가서 절연내력(絶緣耐力)을 저하시키기 때문에 이런 현상을 방지하고, 철심이나 권선에서 발생하는 열을 기름의 대류나 복사(輻射)에 의해 방열시키기 위해서이다.

대용량의 변압기에서는 방열이 잘 되게 하기 위하여 탱크의 외부에 기름을순환시키는 파이프나 방열기를 설치하며, 더욱 대용량의 변압기에서는 방열기에 선풍기를 설치하고 이것으로 바람을 보내서 방열효과를 좋게 하는 것도 있다.

이때, 변압기를 설치하는 장소에 따라서는 방열기를 설치하는 대신에 변압기 내에서 뜨거워진 기름을 파이프를 통해서 밖으로 끌어내고, 냉각수로 냉각시키는 방법과, 또는 수랭관을 변압기 속으로 통과시켜 펌프로 물을 순환시키는 방법이 있으며, 중 ·대용량의 변압기에 3상식(三相式)을 사용하는 경우도 많다.

이에, 도 1은 종래의 변압기 케이스의 일부 분해 사시도인데, 이에 도시된 바와같이 절연유 및 트랜스가 내장되는 변압기 케이스는본체(1)에 방열기(2)가 설치되는 구성을 하고 있다.

상기와 같은 방열기(1)는 여러개의 방열판(2a)으로 이루어진다. 각각의 방열판(2a)에는 절연유가 흐를 수 있도록 상,하부에 절연유구멍(2b)이 형성되어 있고, 방열판(2a) 각각은 연결파이프(2c)에 의하여 서로 결합된다. 이후, 결합된 방열판은 절연유통로(3)가 형성된 본체(1)에 연결파이프(2d)에 의해 용접된다.

하지만, 상기와 같은 방열기를 갖는 종래 변압기는 방열기자체를 형성하기 위해 각각의 방열판에 절연유가 흐를 수 있는 절연유구멍을 형성하고, 방열판 내부에 절연유가 순환할 수 있는 공간을 형성해야하며, 각각의 방열판을 연결파이프를 이용하여 결합시키는 작업등 다단계의 공정을 요구하게 되므로 구조또한 복잡함에 따라 근본적으로 변압기의 생산 단가를 높고 생산성또한 저하시키게 되며, 측면에 돌출되는 형태로 방열기가 설치됨애 따라 변압기의 설치시 설치면적을 많이 차지하는 문제점을 갖는 것이었다.

한편, 근래에 들어서는 전술한 문제점을 해결하기 위해 국내특허공개 2001-107124호로 출원된 변압기 케이스가 제시된 바 있는데, 이러한 선출원발명의 방열기는 절연유공간과 절곡날개를 갖는 판형상의 방열기본체를 절연유통공에 결합시킨 구조를 갖는 것이다.

하지만, 이와같은 선출원발명은 기존의 구조적인 문제점을 일부 해소할 수 있으나, 여전히 변압기의 결합방식으로 용접접합등을 적용하는 것이며, 기존과 같이 과열된 절연류가 변압기 케이스의 측벽에 돌출되는 방열기를 통해 자연대류현상으로 방열하는 방식을 채택함에 따라, 설치면적을 많이 차지함은 물론 특히 여름철에는 기온의 상승으로 방열기자체가 외부기온에 의해 가열되어 방열기능을 제대로 행하지 못하는 문제점을 갖는 것이었다.

이에, 본 발명에서는 전술한 종래 변압기에 적용되는 냉각수단이 갖는 제반적인 문제점을 해결하고자 창안된 것으로,

본 발명의 목적은 변압기에서 발생하는 열을 외부로 방열하는 수단으로 히트파이프를 적용하여 방열효율의 향상효과를 기대할 수 있으며, 나사체결방식에 의한 단순 결합구조를 갖도록 한 변압기의 냉각장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단으로는;

절연유와 트랜스가 내장되는 변압기케이스의 상부 뚜껑체에 삽입나사공을 형성하고, 연결수단에 의해 방열핀을 갖는 방열부와 입열부로 구성되는 히트파이프를 상기 삽입나사공을 통해 설치하여, 이 히트파이프를 통해 절연유의 방열작용이 이루어짐을 특징으로 하는 변압기의 냉각장치를 구비하므로서 달성된다.

도 1은 종래의 변압기 케이스의 일부 분해 사시도

도 2는 본 발명에 따른 변압기 냉각장치의 부분 분해사시도

도 3은 본 발명에 따른 냉각장치의 결합단면도

도 4는 본 발명에 따른 냉각장치의 제 2 실시예도면

도 5는 본 발명에 따른 냉각장치의 제 3실시예도면

<도면주요부위에 대한 부호의 설명>

1 : 변압기 케이스 2 : 뚜껑체

3 : 히트파이프 4 : 연결수단

11 : 트랜스 12 : 절연유

21 : 삽입나사공 22 : 연결봉

31 : 입열부 32 : 방열부

321 : 방열핀 41 : 나사산

42 : 관통공

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 변압기 냉각장치의 부분 분해사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 냉각장치의 결합단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 냉각장치의 제 2실시예도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 냉각장치의 제 3실시예도면이다.

이에 도시된 바와같이 원통형을 취하는 변압기케이스(1)의 상부로 결합되는 뚜껑체(2)에 삽입나사공(21)을 형성하고, 방열부(32)와 입열부(31)로 이루어지는 히트파이프(3)의 입열부(31)를 연결수단(4)에 통해 상기 삽입나사공(21)으로 관삽고정하게 된다.

여기서, 상기 변압기케이스(1)는 통상의 그것과 상이함이 없이 원통형을 취하는 본체의 상부면으로는 애자로 감싸여진 연결봉(22)이 돌출형성되는 뚜껑체(2)가 결합되는 것인데, 본 발명에서는 이와같은 뚜껑체(2)로 삽입나사공(21)을 형성하게 된다.

또한, 본 발명에 적용되는 히트파이프(3)는 도 2에서와 같이 봉상체를 취하는 본체가 다수개의 방열핀(321)이 외둘레로 돌출형성되는 방열부(32)와, 입열부(31)로 분할구성되는 것인데,

이와같은 히트파이프(3)는 본 출원인에 의해 출원된 특허등록출원 2002-0002719호에 기재된 바와같이 방열부(32)의 외둘레로 형성되는 다수개의방열핀(321)이 선삭가공방법 중 나사산가공방법인 "핀"가공을 통해 방열부(32) 외둘레에 일체로 형성되는 것이며, 휘발성 작동유체(물이나 알콜 및 프레온 등의 열매체)가 충진되는 본체의 내경으로는 격자홈이 일정간격을 두고 형성된 구조를 갖는 것으로서, 방열핀(321)이 방열부(32)와 일체로 형성됨에 따른 열전도율의 상승효과와 격자홈형성에 따른 작동유체와 방열핀의 열교환 접촉면적의 상승효과를 갖는 것이다.

한편, 상기한 히트파이프(3)를 상기 삽입나사공(21)에 고정하는 연결수단(4)은 도 2 내지 도 3에서와 같이 ""와 같은 마개형상을 취하되, 직경이 작은 하부측 외경으로는 상기 삽입나사공(21)에 나사결합될 수 있도록 나사산(41)이 형성되고, 중앙을 관통하는 관통공(42)은 전술한 히트파이프(3)의 입열부(31)가 억지끼움될 수 있는 직경을 갖도록 형성된다.

이에, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 히트파이프(3)가 적용된 변압기케이스(1)는 기존과 같은 측면 방열기구성을 배제하고, 연결수단(4)의 관통공(42)으로 히트파이프(3)의 입열부(31)를 억지끼움한 상태에서 삽입나사공(21)으로 나사고정하므로서 조립되는 것인데, 관통공(42)에 끼움된 상태로 변압기(1)의 내부로 삽입되는 입열부(31)는 도 3에서와 같이 절연유(12)에 수장되며, 뚜껑체(2)의 외부로는 방열부(32)가 수직된 형태로 위치하게 된다.

따라서, 상기와 같이 설치된 히트파이프(3)는 변압시 발생하는 열에 의해 절연유(12)가 과열될 경우 입열부(31)에 위치하는 액상의 작동유체가 고온의 절연유의 열을 흡수하여 신속히 기화, 증발되고, 증발된 작동유체는 그 자체의 밀도 등에의하여 히트파이프(3)내에서 방열부(32)로 이동하게 된다.

이때, 증발된 작동유체는 방열부(32)를 통과하면서 방열부(32)의 외둘레로 형성된 다수개의 방열핀(321)에 의해 열을 빼앗기게 되므로 신속하게 응축되며, 응축된 작동유체는 다시 중력 등의 물리적 힘에 의하여 히트파이프(3) 내벽면을 타고 입열부(31)로 돌아와 전자에 기술한 바와같은 순환과정을 반복하므로서 과열된 절연유(12)를 방열하게 된다.

이와같이 방열작용을 행하는 히트파이프(3)는 내부로 충진된 작동유체와 절연유(12)의 열교환에 의해 방열작용이 이루어짐에 따라 여름철 외부기온이 상승하더라도 영향을 최소화할 수 있으며, 작동유체에 의한 신속한 열교환 및 방열작용에 따라 방열효율또한 향상시킬 수 있으며, 나사결합구조의 연결수단(4)에 의해 히트파이프(3)를 설치함에 따라 히트파이프(3)의 파손시 교체가 용이한 것이다.

한편, 도 4는 본 발명에 따른 냉각장치의 제 2 실시예인데,

이는 변압기 케이스(1)의 뚜껑체(2)에 다수개의 삽입나사공(21)을 형성하여 히트파이프(3)를 변압기 용량에 따라 다수개로 설치하므로서 대용량 변압기에도 적용할 수 있는 것이다.

또한, 도 5는 본 발명에 따른 냉각장치의 제 3실시예로서, 이는 본 발명의 히트파이프를 5도 이상의 경사진 형태로 설치하게 되면 작동유체의 순환(도 5에서와 같이 방열부로 기화증발된 작동유체가 내벽을 타고 흘러 입열부로 되돌아오게 됨.)이 이루어지게 되므로, 전술한 1,2실시예와 같이 변압기의 상부뿐만아니라 측면으로 삽입나사공을 형성하여 설치수단을 통해 설치고정하게 되며, 이와같이 경사진 형태로 히트파이프를 설치하게 되면 입열부에 액체상태로 위치하는 작동유체또한 도 5에서와 같이 경사지게 되므로 작동유체와 절연유와의 접촉면적을 증대시키는 효과를 갖게 된다.

특히, 본 발명에서 제시된 연결수단(4)은 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능한 것이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 변압기의 냉각장치는 히트파이프 내부로 충진된 작동유체에 의해 과열된 절연유의 방열작용을 행함에 따라 외부기온변화의 영향을 최소화한 상태에서 신속한 방열작용이 이루어지므로 방열효율을 향상시킨 효과를 갖는 것이며, 부가적으로 나사체결방식에 의한 단순 결합구조로 히트파이프를 설치할 수 있는 장점을 갖는 것이다.

Claims (4)

1. 절연유와 트랜스가 내장되는 변압기케이스의 상부 뚜껑체에 삽입나사공을 형성하고, 연결수단에 의해 방열핀을 갖는 방열부와 입열부로 구성되는 히트파이프를 상기 삽입나사공을 통해 설치하여, 이 히트파이프를 통해 절연유의 방열작용이 이루어짐을 특징으로 하는 변압기의 냉각장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 연결수단은 마개형상을 취하되, 직경이 작은 하부측 외경으로는 상기 삽입나사공에 나사결합될 수 있도록 나사산이 형성되고, 중앙을 관통하는 관통공은 상기 히트파이프의 입열부가 억지끼움될 수 있는 직경을 갖도록 형성됨을 특징으로 하는 변압기의 냉각장치.
3. 제 1항에 있어서, 변압기 케이스의 뚜껑체로 다수개의 삽입나사공을 형성하여 히트파이프를 다수개로서 설치함을 특징으로 하는 변압기의 냉각장치.
4. 제 1항 내자 3항 중 어느 한 항에 있어서, 변압기 케이스의 측면으로 삽입나사공을 형성하여 히트파이프가 5도 이상의 기울기를 갖도록 설치됨을 특징으로 하는 변압기의 냉각장치.