KR820000219B1 - 증기펌프가 구비된 증기냉각 변압기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

증기펌프가 구비된 증기냉각 변압기

제 1 도는 본 발명에 따른 변압기에 포함되는 증기 펌프의 개략도.

제 2 도는 제 1 도의 증기 펌프의 일부를 변형도시한 상세 개략도.

본 발명은 변압기 같은 전기 유도장치, 특히 열발생부에 공급된 액체 유전체의 증발에 의해 냉각되는 전기 유도장치에 관한 것이다. 전기 유도장치가 그 장치의 정상작동 온도범위내에 비등점을 가지는 2상 유체(two－phase fluids)의 증발에 의해 냉각될 수 있다는 것은 이 분야에 공지되어 있다.

전술한 증기냉각 방식에서, 발생된 증기는 후에 응축되어 열발생부에 재공급될 수 있다. 그러나, 전기 유도장치를 적절히 냉각하고, 그 장치에 이용되는 유체의 양을 최소로 줄이기 위해, 액체 유전체는 재순환되어야 한다. 여기에는 신뢰도의 문제가 야기되는데, 그 이유는 액체를 순환시키는 가장 일반적인 장치로서는 많은 가동부품을 포함하고 있는 종래의 기계적 펌프가 필요하기 때문이다.

기계적 펌프를 제거하여 신뢰도로 개선한 많은 장치들이 개발되었다. 그 중 하나는 미합중국 특허 제3,819,301호와 제3,834,835호에 기술된 증기푸시(push) 펌프이다. 이 방법에 의하면, 외함(housing) 안에 있는 액체 유전체는 증발되어 액체 유전체를 열발생부에 계속 공급하기 위해 동일체적의 액체를 공급도관(deliver conduit)으로 밀어올리는 증기압을 발생한다. 이 증기펌프는 비록 종래의 기계적 펌프보다 더 적은 수의 가동부품을 포함하고 있지만 그래도 몇개의 가동부품들을 포함하고 있어서 신뢰도의 문제가 야기된다.

미합중국 특허 제2,845,472호에 기술된 또 하나의 장치는, 열발생부에서 액체냉각제의 증발에 의해 발생된 냉각장치내의 압력차이가 증기를 공급도관으로 흐르게 한다. 이 도관 속에 있는 동안, 증기는 액체 유전체와 혼합되어서, 액체와 증기의 혼합물의 평균밀도가 감소된다. 이러한 혼합물의 낮은 밀도와 결부된 압력차이는 액체 유전체가 도관을 통해 흘러 올라가게 하여서 열발생부에 공급되게 한다. 이 방법은 가동부품이 없어서 신뢰도는 높은 반면, 적당한 양의 냉각제가 열발생부에 공급되게 하기 위해서 충분한 양의 액체 유전체를 증발시키는데 상당한 양의 전력이 소요된다.

본 발명의 주목적은 가동부품을 갖지 않으며, 또한 종래의 증기펌프보다 적은 입력에너지를 필요로 하는 증기냉각 전기유도장치용 펌프를 제공하는 것이다.

본 발명은 전기유도장치내에서 냉각유체를 재 순환시키기 위한 새로운 장치를 제공하는 것으로, 이같은 냉각장치는 가동 부품을 거의 포함하지 않거나 혹은 전혀 포함하지 않는다. 특히 일정 체적의 액체 유전체가 압력 용기안에서 증발될 때, 그 증기는 증기의 압력 에너지를 속도 에너지로 변환하는 용기내의 작은 오리피스(orifice)를 통하여 흐른다. 그 증기는 그 대부분의 속도에너지를 오리피스를 바로 둘러싸고 있는 저장용기(reservoir) 내의 액체 유전체에 전달하여, 그 액체 유전체가 그 압력용기의 오리피스에 바로 인접되어 있는 도관으로 흘러 올라가게 한다. 이 도관의 출구구멍은 그 냉각제를 열 발생부로 공급하는 장치를 내장하고 있는 액체 유전체의 제2 저장용기에 부착되어 있다.

본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 예를 들어서 설명하면, 제 1 도는 변압기, 리액터 등의(앞으로는 변압기를 가리킴) 전기 유도장치 10을 도시한다. 이것은 자기철심 12와 유도적인 관계로 배치된 전기권선 14를 포함하는 자기철심과 코일조립체 13을 둘러싸는 봉함된 케이스 11을 포함한다. 도면을 간략하게 하기 위해, 권선 14에 연결되는 통상의 전기도선과 봉함된 케이스 11을 통하여 연결되는 전기부심은 도시하지 않았다.

변압기 10은 열발생부, 즉 자기철심과 코일조립체 13에 액체 유전체를 공급하므로써 냉각된다. 그 액체 유전체는 변압기 10의 정상작동 온도 범위내에서 비등점을 가져야 하며, 공지된 바와 같이 보통 액체불화 유기화합물이 사용된다. 이같은 증발성 냉각제로 사용하기에 적합한 액체 유전체의 더 자세한 내용은 미합중국 특허 제2,845,472호에서 찾아볼 수 있다.

이 액체 유전체의 증발은 자기철심과 코일조립체 13으로 부터 상당한 열을 제거하여 변압기 10을 냉각시킨다.

이 액체 유전체는 변압기 10을 적절히 냉각하기 위해, 그리고 필요한 유체의 양을 최소로 줄이기 위해 재순환되어야 한다.

이런 목적을 위해 본 발명의 냉각장치에는 일정량의 액체 유전체 16이 들어 있는 제1 저장용기 18과, 예를 들어 압력용기 또는 보일러 등과 같은 증기발생챔버

(chamber)20과, 제1연결장치 22, 그리고 제2저장용기 24가 포함된다. 예를 들어 도관 등으로 되는 제1연결장치 22는 자기철심과 코일조립체 13 위에 놓이는 제2 또는 상부 저장용기 24와 챔버 20의 입구구멍 26 사이를 유통시켜서 챔버 20으로 액체유전체를 공급하고, 도관 22와 상부 저장용기 24안에 들어있는 유체의 높이에 의해 만들어진 압력수두(pressure head)에 의해 챔버 20안에 들어있는 액체에 압력을 가한다. 전기 히이터 등과 같은 열원 30이 챔버 20 안에 배치된다. 이 열원은 전력공급을 받으면 그 안에 들어있는 액체유전체의 일부분을 증발시켜서 챔버 20내의 압력을 증가시킨다. 이 증기는 오리피스 또는 노즐같은 원추형 출구구멍 28을 통하여 챔버 20으로부터 빠져 나오며, 그 구멍의 좁은 단면적 때문에 그 구멍을 통과하는 증기의 속도는 상당히 증가된다. 노즐 28은 제1 또는 하부 저장용기 18안으로 열려져 있고 그 안에 들어있는 액체냉각제 16의 레벨 17 밑에 잠긴다. 하부 저장용기 18은 자기철심과 코일조립체 13 밑에 배치되며, 그 용량은 자기철심과 코일조립체의 열에 의해 증발되지 않은 모든 액체유전체와 증발된 액체 유전체가 응축된 것을 모두 수용할 수 있는 용량으로 된다. 노즐 28 위에는 예를 들어 도관 같은 것으로 되는 제2연결장치 32의 하단부가 놓이며 이 도관은 제1 및 제2저장용기 18과 24 사이를 유통시킨다. 제2도관 32의 하단부 34는 하부저장용기 18 안에 들어있는 액체 유전체의 레벨 17 밑에 잠기며, 이것은 노즐 28을 둘러싸고 있어서 노즐 28을 통하여 흐르는 증기는 도관 32의 하단부안으로 흘러들어간다.

또한, 도관 32의 하단부 34는 하부 저장용기 18안에 들어있는 액체 유전체 16이 도관 32안으로 끌어올려지도록 적절히 만들어진다. 전술한 바와 같이, 챔버 또는 보일러 20내의 증기의 압력 에너지는 노즐 28에 의해 역학적인 속도 에너지로 변환된다. 이 속도 에너지의 대부분이 노즐 28을 둘러싸고 있는 액체유전체 16에 전달되어, 그 빠른 증기의 흐름에 의해 그 액체 유전체가 도관 32로 흘러올라 가거나 또는 상승하게 한다. 그 액체와 증기혼합물은 상부 저장용기 24와 유통되어 있는 도관 32의 제2 또는 상부 구멍 36을 통하여 상부 저장용기 24로 흘러들어간다.

액체 유전체가 상부 저장용기 24에 도달하면 레벨이 37로 되어서 도관 22내의 압력수두가 증가되고, 그에 따라 보일러 20내의 압력이 증가되어 냉각장치가 계속 작동된다. 또한 액체 유전체의 일부는 상부 저장용기 24에 있는 다수의 구멍 38을 통하여 자기철심과 코일 조립체 13으로 흘러서 이것들을 냉각시킨다.

노즐 28을 통하여 비교적 높은 속도로 흐르는 증기는 종전 기술에 따라 만들어진 펌프들보다 더 많은 액체 유전체를 상부 저장용기로 그리고 그 다음에 열 발생부로 이동시키며, 자기철심과 코일조립체 13을 적절히 냉각시키기 위해 액체유전체의 흐름이 충분하도록 유지하기 위해서 히이터 30을 가열시키는데 더 적은 전력이 소요된다는 점이 주목된다.

이 장치의 효율을 더 개선하고 히이터 30의 전력소모를 더 감소시키기 위해, 보일러 20은 그 안에 들어 있는 액체유전체의 온도를 비등점이나 혹은 그 부근온도로 유지하기 위해 열 절연되는 것이 좋다.

제 2 도를 참조하면, 이 도면에 도시된 장치는 제 1 도의 장치에 비해 도관 22에 책크 밸브(check valve)40이 부가되었다는 점이 틀리며, 이 책크 밸브 40은 챔버 20내의 압력보다 도관 22내의 압력이 더 높을 때에만 챔버 20안으로 액체유전체를 받아들이기 위해 열려진다. 정상 작동 중에 도관 22내의 압력은, 처음에는 도관 22와 상부 저장용기 24내의 액체의 압력수두 때문에 챔버 20내의 압력보다 더 높다. 따라서 책크 밸브 40은 열려질 것이며 액체유전체는 챔버 20안으로 흘러들어가고 그 곳에서 액체 유전체의 온도는 전력을 공급받는, 유체속에 잠겨 있는 히이터 30에 의해 올라갈 것이다.

이에 의해 보일러 20내의 압력은 도관 22내의 압력에 비해 충분히 높아질 때까지 올라가 책크 밸브 40을 닫아서 보일러 20안으로 들어오는 액체의 흐름을 막고 보일러 20내의 압력을 더욱 증가시킨다. 이와 같이 압력이 더 증가되면 증기는 보일러 20으로부터 증가된 속도로 흘러서 도관 32 안으로 흐르는 액체 유전체를 증가시키고 필요한 열에너지의 양을 감소시킨다. 증발된 냉각제가 노즐 28을 통해 흐름에 따라, 보일러 20안에 있는 액체의 레벨은 히이터 30이 더 이상 잠겨지지 않을 때까지 내려간다. 이 순간 보일러 20내의 압력은 도관 32내의 압력수두 보다 낮게 될 때까지 급격히 감소할 것이며, 이때 책크 밸브 40은 열려지고 보일러 20안으로 더 많은 액체를 받아들여서 이같은 순환이 반복되게 한다.

지금까지 기술된 것은 열발생 전기유도장치에 사용되는 가동부품이 거의 없거나 또는 전혀 없는 증기펌프이며, 이것은 노즐을 통하여 흐르는 증기의 속도에너지를 이용하여 액체유전체를 도관을 통해 효율적으로 그리고 신뢰성 있게 끌어올린다는 것이 명백하다. 또한 본 발명에 따른 증기 펌프는 전기 유도장치를 적절히 냉각하기 위해 충분한 양의 액체유전체를 증발시키는데 더 적은 전력이 소요된다.

Claims (1)

1. 케이스(11)와, 그 안에 배치되는 열발생구조물(13)과, 그 열발생 구조물의 정상작동 온도 범위 내에서 증발되는 액체유전체 냉각제(16)와, 그리고 그 액체유전체 냉각제가 열 발생구조물과 열교환 접촉되도록 계속 흘려보내는 냉각제 순환장치로 구성되며, 상기 케이스(11)는 그 안에 액체 냉각제의 일부를 저장하기 위한 상부 저장용기(24)가 형성되어 있고, 그 상부 저장용기는 열발생구조물(13)위에 배치되며 상부 저장용기로부터 열발생구조물에 그 저장된 냉각제를 공급하기 위한 장치를 포함하고 있으며, 또 상기 액체 냉각제의 균형을 위한 하부 저장용기(18)가 형성되어 있고, 그 하부 저장용기는 상기 열발생구조물 아래 배치되어 그 열발생 구조물에 공급되는 냉각제를 받아들이고 열발생구조물로부터 열을 축출하는 것을 특징으로 하며, 또한 상기 냉각제 순환장치는 하부 저장용기(18)에 들어있는 액체냉각제의 정상레벨(17)밑에서 하부 저장용기와 유통되게 배치되는 입구를 가지며 상부 저장용기(24)에 들어있는 액체냉각제의 정상레벨(37) 위에서 상부 저장용기와 유통되게 배치되는 출구(36)을 갖는 제1도관(32)과, 증기 발생 챔버(20)와, 상기 상부 저장용기(24)에 들어있는 액체냉각제의 정상레벨 밑에서 상부 저장용기와 유통되는 입구를 가지며 상기 증기 발생챔버의 입구(26)와 연결된 출구를 갖는 제2도관(22)을 포함하고 있고, 상기 증기발생 챔버는 또한 상기 하부 저장용기 안에 들어있는 액체 냉각제의 정상레벨 밑의 레벨에서 상기 제1도관(32)과 유통되는 출구(28)을 가지며, 그 출구(28)는 증기 발생챔버에서 발생된 증기를 하부 저장용기로부터 상기 제1도관(32) 및 상부 저장용기안으로 액체냉각제를 밀어올리기에 충분한 속도로 상기 제1도관내로 방출하도록 설계된 것을 특징으로 하는 전기유도장치.

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