KR20110117503A - 워터 자켓형 발전기의 냉각시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 워터 자켓형 발전기의 냉각시스템을 제공한다. 본 발명의 워터 자켓형 발전기의 냉각시스템은 내부의 공기 냉각이 이루어지도록 순환용 팬은 물론, 고정자의 외면에 냉각수의 입/출구 및 유로를 가지는 워터자켓 프레임을 구비하는 워터 자켓형 발전기의 냉각 시스템에 있어서, 상기 워터자켓 프레임은 고정자 철심 외경에 구비되는 원통형 내부드럼과, 상기 내부드럼의 외경 면에 원주방향으로 등간격을 갖으며 길이방향으로 지그재그 설치되어 냉각수의 유로를 형성하는 냉각수 안내벽과, 상기 냉각수 안내벽의 외경 면에 구비되는 원통형 외부드럼과, 상기 외부드럼 외경 면에 원주방향으로 일정간격 배열되는 열교환용 냉각핀 및 상기 냉각핀 사이를 통해 상기 냉각공기가 원활하게 통과하도록 상기 냉각핀의 외경을 커버하는 외부커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

워터 자켓형 발전기의 냉각시스템{Cooling system of water jacket style generator}

본 발명은 워터 자켓형 발전기의 냉각시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 워터자켓 냉각구조를 활용하여 발전기의 외형 크기를 최소화할 수 있으며, 내부 공기의 원활한 냉각구조를 제공함으로써 회전자의 철심과 권선 온도를 획기적으로 개선할 수 있는 워터 자켓형 발전기의 냉각시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 워터 자켓형 발전기는 고정자의 외면에 형성되어 있는 워터 자켓 프레임 만을 이용하여 발전기의 내부 공기를 냉각시키는 구조로 이루어져 있다.

종래의 워터 자켓형 발전기는, 전기적인 힘을 기계적인 힘으로 변환하는 과정에서 발전기에 발생되는 열을 냉각시키기 위해 부피가 큰 공랭식 열교환기 또는 수냉식 열교환기를 사용하였으나, 열교환기의 설치공간이 많이 필요하게 되어 공간의 제한을 많이 받는 단점이 있었다.

또한, 도 1, 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 워터 자켓형 냉각구조를 갖는 발전기(1)는 유로가 형성된 워터자켓 프레임(2), 고정자(3), 회전자(4), 샤프트(5), 베어링(6, 6a), 쉴드(7, 7a)등으로 이루어진다.

그러나, 이 같은 종래의 워터 자켓형 발전기는 냉각성능의 유지를 위해 냉각수의 입구와 출구가 일측과 타측에 각각 구분되어 있으며, 워터자켓 안내벽의 형상이 나선형으로 되어 있어 완전한 배수가 안되는 단점을 가지고 있다.

또한, 고정자 철심의 외경면에 형성된 워프 자켓 프레임을 통해 열을 냉각시키기는 하나, 내부 공기의 냉각 효율이 낮아 회전자의 철심 및 권선 온도가 높게 형성되면서 회전자 권선의 절연 수명을 단축시키고, 사고 위험이 많아지게 되며 아울러 발전기의 발전 성능을 저하시키게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,

본 발명의 목적은 냉각수의 입구와 출구가 바뀌어도 워터자켓 안내벽을 흐르는 물의 방향은 원주방향으로 대칭 흐름을 형성하여 냉각성능을 유지하게 되며, 회전자의 철심에 내부공기 순환용 통풍구 및 워터자켓 프레임의 외경 면에 열 교환용 냉각핀을 제공함으로써, 회전자의 철심 및 권선 온도를 낮출 수 있는 워터 자켓형 발전기의 냉각시스템을 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 워터 자켓형 발전기의 냉각시스템은 내부의 공기 냉각이 이루어지도록 순환용 팬은 물론, 고정자의 외면에 냉각수의 입/출구 및 유로를 가지는 워터자켓 프레임을 구비하는 워터 자켓형 발전기의 냉각 시스템에 있어서, 상기 워터자켓 프레임은 고정자 철심 외경에 구비되는 원통형 내부드럼과, 상기 내부드럼의 외경 면에 원주방향으로 등간격을 갖으며 길이방향으로 지그재그 설치되어 냉각수의 유로를 형성하는 냉각수 안내벽과, 상기 냉각수 안내벽의 외경 면에 구비되는 원통형 외부드럼과, 상기 외부드럼 외경 면에 원주방향으로 일정간격 배열되는 열교환용 냉각핀 및 상기 냉각핀 사이를 통해 상기 냉각공기가 원활하게 통과하도록 상기 냉각핀의 외경을 커버하는 외부커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 냉각수 안내벽은 단속면을 갖는 안내벽과, 단속면이 없는 안내벽으로 구분되며, 상기 단속면을 갖는 안내벽의 일측에 상기 냉각수 유로의 시작점이 되는 냉각수 주입구가 구비되고, 상기 단속면이 없는 안내벽을 이용하여 연결된 유로의 끝점에 냉각수 배출구가 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각핀은 상기 외부드럼과 외부커버의 대응면에 양단이 일체로 연결되며, 폭 방향 두께가 3mm~4mm, 높이가 20mm~30mm인 것이 바람직하다.

이와 같이 본 발명의 워터 자켓형 발전기의 냉각시스템에 따르면, 발전기의 내부공기 냉각을 개선하여 회전자의 철심 및 권선 온도를 낮춤으로써, 회전자 권선의 절연수명을 연장시키고, 사고의 위험으로부터 벗어날 수 있으며, 발전기의 최적설계가 가능한 효과가 있다.

또한, 고정자 철심과 회전자 철심을 구성하는 규소강판의 사용을 획기적으로 줄일 수 있으며, 냉각효과의 개선으로 고정자 권선과 회전자 권선의 전동기 사용량을 최소화하여 자원을 절약할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 워터 자켓형 발전기의 내부 공기 흐름을 보여주는 단면도.
도 2는 도 1에 따른 A-A선 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 워터 자켓형 발전기의 냉각시스템의 내부 공기 흐름을 보여주는 단면도.
도 4는 도 3에 따른 B-B선 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 워터 자켓형 발전기의 냉각시스템에서 내부드럼에 형성된 냉각수 안내벽을 도시한 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 워터 자켓형 발전기의 냉각시스템에서 워터자켓 프레임을 도시한 사시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 워터 자켓형 발전기의 냉각시스템의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.

도 3 내지 도 6에 도시한 바와 같이 본 발명은 내부공기 냉각이 이루어지도록 순환용 팬은 물론, 고정자의 외면에 냉각수의 입/출구 및 유로를 가지는 워터자켓 프레임을 구비하는 워터 자켓형 발전기의 냉각 시스템에 있어서, 상기 워터자켓 프레임(100)은 내부드럼(110), 냉각수 안내벽(120), 외부드럼(130), 냉각핀(140) 및 외부커버(150)를 포함하여 이루어진다.

먼저, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 워터 자켓형 발전기에 대해 간략히 설명하면, 중앙에 회전 가능한 샤프트와(700), 상기 샤프트(700)의 축 방향 양측 중 부하측에 설치되는 부하측 베어링(600a)과, 반부하측에 설치되는 반부하측 베어링(600b)을 구비하며, 상기 부하측 베어링(600a)과 반부하측 베어링(600b)에 연결되어 회전 가능하게 설치되는 각각의 부하측 엔드쉴드(500a)와 반부하측 엔드쉴드(500b)를 구비한다. 여기서, 부하측 엔드쉴드(500a)와 반부하측 엔드쉴드(500b) 각각이 상기 워터자켓 프레임(100)의 축방향 양측 개방부를 차단하는 상태로 연결된다.

또한, 상기 워터자켓 프레임(100)의 내부에는 고정적으로 설치되는 고정자 철심 및 권선(200)이 구비되고, 회전 가능하게 설치되는 회전자 철심 및 권선(300)이 각각 설치되며, 워터자켓 프레임(100)의 내부 일측에 설치되어 내부공기를 순환시키는 순환용 팬(400) 등이 구비된다.

여기에서, 상기 워터자켓 프레임(100)에는 상기 고정자 철심(200)의 외경에 감싸는 내부드럼(110)이 구비된다.

도 4와 도 5에 도시한 바와 같이 상기 내부드럼(110)은 원통형으로 구비되어 상기 고정자 철심(200)의 내부공기와 접촉되도록 구비된다. 또한, 축 방향 양단은 워터자켓 프레임(100)의 축 방향 양단보다 짧게 형성된다. 즉, 상기 내부드럼(110)의 축 방향 양단이 상기 부하측 엔드쉴드(500a)와 반부하측 엔드쉴드(500b)의 벽부와 일정간격 이격 됨으로써 내부 공기가 워터자켓 프레임(100)의 내부로 순환될 수 있게 된다.

그리고, 상기 내부드럼(110)의 외경 면에는 냉각수 안내벽(120)이 구비된다.

상기 냉각수 안내벽(120)은 상기 내부드럼(110)의 외경 면에 원주방향으로 등간격을 갖으며 길이방향으로 지그재그 구획되도록 설치되어 냉각수의 유로(121)를 형성한다.

상기 냉각수 안내벽(120)은 단속면을 갖는 안내벽(120a)과, 단속면이 없는 안내벽(120b)으로 구분되며, 상기 단속면을 갖는 안내벽(120a)의 일측에 상기 냉각수 유로(121)의 시작점이 되는 냉각수 주입구(170a)가 구비되고, 상기 단속면이 없는 안내벽(120b)을 이용하여 연결된 유로(121)의 끝점에 냉각수 배출구(170b)가 구비된다.

또한, 도 4와 도 6에 도시한 바와 같이 상기 냉각수 안내벽(120)의 외경 면에는 원통형의 외부드럼(130)이 구비된다.

그리고, 상기 외부드럼(130)의 외경 면에는 원주방향으로 일정간격 배열되는 열교환용 냉각핀(140)이 설치된다.

여기서, 상기 냉각핀(140)은 폭 방향 두께가 3mm~4mm, 높이가 20mm~30mm인 것이 바람직하며, 그 개수는 100~120개로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 냉각핀(140)의 외측 단부에는 외부커버(150)가 결합된다.

상기 외부커버(150)는 상기 냉각핀(140)의 외경을 커버하여 상기 냉각핀(140) 사이에 내부 통풍구(160)가 형성되도록 한다.

또한, 상기 외부커버(150)는 상기 내부드럼(110)의 안쪽에 설치되어 있는 고정자 철심 및 권선(200)과, 회전자 철심 및 권선(300)을 보호하는 기능과, 외부와 차단하여 밀폐구조를 제공하는 기능을 한다.

상기의 구성으로 이루어진 워터 자켓형 발전기의 냉각시스템은 회전자의 회전에 의한 내부 순환용 팬(400)의 압력차가 발생하고, 이 압력차에 의해 1차 냉각제인 내부 공기의 흐름을 발생시키며, 상기 내부 공기는 냉각핀(140) 사이의 내부 통풍구(160)를 지나면서 상기 냉각핀(140)을 통해 상기 냉각수와 열교환을 이룬다.

여기서, 상기 냉각수 주입구(170a)로 주입된 2차 냉각제인 냉각수는 상기 내부드럼(110)의 외경면에 형성되는 냉각수 유로(121)를 따라 길이방향 및 원주방향으로 이동하여 냉각수 배출구(170b)로 배출되면서 외부드럼(130)과 냉각핀(140)의 표면적을 통해 1차 냉각제인 내부 공기와 열교환을 하며, 상기 냉각된 내부 공기는 회전자의 철심 및 권선 온도를 낮춤으로써 열교환 성능을 향상시키게 된다.

따라서, 열교환 성능의 향상으로 회전자의 철심 및 권선(300) 온도를 낮추게 되어 회전자 권선(300)의 절연수명을 연장시키고, 사고를 예방할 수 있으며, 고정자 권선(200)과 회전자 권선(300)의 전동기 사용량을 최소화하여 자원을 절약할 수 있게 된다.

또한, 상기 지그재그 구획된 냉각수 안내벽(120)은 냉각수 주입구(170a) 측과 냉각수 배출구(170b) 측의 위치가 바뀌어 냉각수의 흐름이 정방향, 역방향이 되어도 냉각성능을 동일하게 유지할 수 있는 장점이 있으며, 냉각수가 길이방향 및 원주방향으로 이동하여 전체 면을 고르게 열교환 시킴으로 열교환 성능을 향상시키게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형 가능함은 물론이다.

따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라, 상기 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다

100: 워터자켓 프레임 110: 내부드럼
120: 냉각수 안내벽 120a: 단속면을 갖는 안내벽
102b: 단속면이 없는 안내벽 121: 유로
130: 외부드럼 140: 냉각핀
150: 외부커버 160: 통풍구
170a: 냉각수 주입구 170b: 냉각수 배출구
200: 고정자 철심 및 권선 300: 회전자 철심 및 권선
400: 팬 500: 부하측 엔드쉴드
500b: 반부하측 엔드쉴드 600a: 부하측 베어링
600b: 반부하측 베어링 700: 샤프트

Claims (3)

1. 내부공기 냉각이 이루어지도록 순환용 팬은 물론, 고정자의 외면에 냉각수의 입/출구 및 유로를 가지는 워터자켓 프레임을 구비하는 워터 자켓형 발전기의 냉각 시스템에 있어서,
   상기 워터자켓 프레임은 고정자 철심 외경에 구비되는 원통형 내부드럼;
   상기 내부드럼의 외경 면에 원주방향으로 등간격을 갖으며 길이방향으로 지그재그 설치되어 냉각수의 유로를 형성하는 냉각수 안내벽;
   상기 냉각수 안내벽의 외경 면에 구비되는 원통형 외부드럼;
   상기 외부드럼 외경 면에 원주방향으로 일정간격 배열되는 열교환용 냉각핀 및 상기 냉각핀 사이를 통해 상기 냉각 공기가 원활하게 통과하도록 상기 냉각핀의 외경을 커버하는 외부커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터 자켓형 발전기의 냉각 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 냉각수 안내벽은 단속면을 갖는 안내벽과, 단속면이 없는 안내벽으로 구분되며, 상기 단속면을 갖는 안내벽의 일측에 상기 냉각수 유로의 시작점이 되는 냉각수 주입구가 구비되고, 상기 단속면이 없는 안내벽을 이용하여 연결된 유로의 끝점에 냉각수 배출구가 구비되는 것을 특징으로 하는 워터 자켓형 발전기의 냉각 시스템.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 냉각핀은 상기 외부드럼과 외부커버의 대응면에 양단이 일체로 연결되며, 폭 방향 두께가 3mm~4mm, 높이가 20mm~30mm인 것을 특징으로 하는 워터 자켓형 발전기의 냉각 시스템.

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