WO2014077543A1

WO2014077543A1 - 변압기용 방열기

Info

Publication number: WO2014077543A1
Application number: PCT/KR2013/010021
Authority: WO
Inventors: 팽진기; 김민구
Original assignee: Hyosung Corp
Current assignee: Hyosung Corp
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2015-05-16
Also published as: KR101384568B1

Abstract

본 발명은 변압기용 방열기에 관한 것이다. 본 발명의 방열기는 변압기 본체에서 발생하는 열을 함유한 절연유가 통과하면서 외부로 열교환하는 것이다. 방열기에는 다수개의 방열판(10)이 구비되는데, 상기 방열판(10)은 제1패널(11)과 제2패널(12)이 서로 결합되어 내부에 내부유로(13)를 형성한다. 상기 내부유로(13)로 상기 제1패널(11)과 제2패널(12)에서 돌출되게 분배돌기(20)와 와류방지돌기(30)가 형성된다. 상기 분배돌기(20)는 상단이 잘린 반구형상으로 절연유의 유동방향에 직교하는 방향으로 열을 지어 배치되고 인접하는 분배돌기(20)의 열에서 분배돌기(20)들이 서로 어긋나도록 형성된다. 상기 분배돌기(20)의 열에서 분배돌기(20)의 사이에는 상기 와류방지돌기(30)가 구비된다. 상기 와류방지돌기(30)는 절연유의 유동방향 상류쪽에서 하류쪽으로 가면서 그 폭이 점차 넓어지게 되어 절연유의 유동단면적인 급격하게 변하는 것을 방지하여 상기 분배돌기(20)의 후단에서 와류가 발생하지 않도록 한다. 이와 같은 본 발명에 의하면 방열판(10)에서의 열교환효율이 높아져 방열판(10)의 크기를 상대적으로 줄일 수 있는 이점이 있다.

Description

변압기용 방열기

본 발명은 변압기용 방열기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방열기의 방열판 내부에 형성된 내부유로에 형성되는 돌기를 통해 절연유의 유동을 조절하여 방열효율을 높인 변압기용 방열기에 관한 것이다.

변압기는 전압을 높이거나 낮추는 역할을 하는 것으로, 전력계통의 중요한 구성요소가 된다. 이와 같은 변압기는 전력의 안정된 공급을 위해 그 역할이 매우 중요하다. 변압기에서 전압을 변환시킬 때, 전류의 자기작용으로 인해 열이 발생하고, 이 열로 인해 변압기의 외함 내부에 있는 절연유의 온도상승이 발생한다.

상기 절연유의 온도상승이 발생하면 변압기의 내부 압력도 함께 상승하게 되어, 과열 및 압력상승으로 인해 변압기의 폭발사고를 유발시키고, 절연유가 열화되어 절연손상이 발생하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 변압기의 외부에 방열기를 설치하여 변압기 내부에서 발생되어 절연유로 전달된 열을 방열기를 통해 배출한다. 즉, 상기 절연유를 상기 방열기로 보내 외부로 열을 배출시키고, 온도가 낮아진 절연유는 다시 변압기의 내부로 보내 사용하는 것이다.

도 1에는 일반적으로 사용되는 변압기의 구성이 개시되어 있다. 이에 따르면, 변압기본체(1)의 외관을 외함(3)이 구성하는데, 상기 외함(3)의 내부에는 코어에 코일이 권선되어 변압을 할 수 있도록 되어 있고, 상기 외함(3)에는 절연유가 채워져 있다.

상기 변압기본체(1)에서 발생한 열을 외부로 방출하기 위해 방열기(5)가 상기 변압기본체(1) 외부 일측에 연결되어 있다. 상기 방열기(5)로는 상기 외함(3) 내부의 절연유가 유동되어 외부로 열을 배출하게 된다.

상기 방열기(5)에는 상기 변압기본체(1)의 상부를 통해 외함(3)의 내부와 연통되는 상부헤더파이프(7)가 있고, 상기 변압기본체(1)의 하부를 통해 외함(3)의 내부와 연통되는 하부헤더파이프(7')가 있다. 이들 헤더파이프(7,7')의 사이에는 다수개의 방열판(9)이 설치된다. 상기 방열판(9)은 두 개의 패널이 내부에 절연유가 유동되는 공간을 형성하도록 결합되어 구성되는 것이다. 상기 방열판(9)의 상부는 상기 상부헤더파이프(7)에 연결되고, 상기 방열판(9)의 하부는 상기 하부헤더파이프(7')에 연결된다.

상기 상부헤더파이프(7)를 통해서는 상기 외함(3)에서부터 절연유가 공급되고, 상기 상부헤더파이프(7)에서 상기 방열판(9)의 내부로 절연유가 공급되어 상기 방열판(9)에서 외부로 열이 방출된다. 상기 방열판(9)을 통과한 절연유는 상기 하부헤더파이프(7')를 통해 다시 상기 내함(3)으로 전달되어 절연작용을 수행한다.

그러나 상기한 바와 같은 구성을 가지는 종래 기술에 의한 변압기에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

상기 방열기(5)에서는 절연유의 열을 효과적으로 외부로 배출할 수 있도록 되어야 한다. 하지만, 상기 방열판(9)의 내부를 통해 흐르는 절연유는 상기 방열판(9)의 내부공간에서 일정한 흐름을 가지므로 상대적으로 상기 방열판(9)으로의 열전달효율이 떨어지는 문제점이 있다.

열전달효율을 높이기 위해 방열판(9)의 내부에 형성되는 유로를 다수개로 나누어 방열판(9) 전체적으로 골고루 열이 방출되도록 하는 구조를 아래의 선행기술문헌 중 등록실용신안에서는 채용하고 있다. 비록 열이 방열판(9) 전체적으로 나누어져 골고루 배출되기는 하나, 절연유의 흐름이 층류를 형성하면서 열방출효율이 많이 높아지는 것은 아니다.

따라서, 원하는 정도의 방열을 수행하기 위해서는 상기 방열판(9)의 길이가 길어져야 한다. 이와 같이 방열판(9)의 길이가 길어지면 전체 방열기의 크기가 커지는 문제점이 발생한다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 변압기에 구비되는 방열기에서 방열판의 내부를 유동하는 절연유가 방열판과의 단위면적당 열교환면적을 최대로 넓히는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 방열기의 방열판 내부에서의 절연유 유동특성을 개선하여 방열량을 상대적으로 증가시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 방열기의 방열판 내부의 내부 유로에서 절연유의 유동이 전체 유동단면적에 대해 균일하게 일어나도록 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 변압기 본체에서 방열판의 내부로 전달된 절연유에서 열을 전달받아 외부로 방출하는 변압기용 방열기에 있어서, 상기 방열판을 구성하는 것으로 서로 결합되어 내부에 상기 절연유가 유동되는 내부유로를 형성하는 제1 및 제2 패널과, 상기 제1 및 제2 패널에서 각각 상기 내부유로로 돌출되어 형성되어 상기 내부유로 내를 절연유가 분배되어 유동되게 하는 분배돌기와, 상기 제1 및 제2 패널에서 각각 상기 내부유로로 돌출되어 형성되는 것으로 상기 분배돌기의 사이에 해당되는 위치에 돌출되어 상기 분배돌기 사이의 유로에서 절연유가 유동되는 유동단면적인 급격하게 변하는 것을 방지하는 와류방지돌기를 포함한다.

상기 분배돌기는 외면이 곡면이고 상기 절연유의 유동방향에 수직한 방향으로 소정 간격을 두고 열을 지어 형성되는데, 절연유의 유동방향으로 인접한 분배돌기의 열에서는 분배돌기들이 서로 어긋나게 배치된다.

상기 분배돌기는 상단이 잘린 반구형이나 반구형으로 형성된다.

상기 와류방지돌기는 상기 분배돌기의 열에서 분배돌기의 중심을 연결하는 선이나 그 이후에서 선단이 시작해서 절연유의 유동 하류방향으로 갈수록 폭이 넓어지게 형성된다.

상기 와류방지돌기는 평면으로 볼 때 사다리꼴이나 삼각형의 형상을 가진다.

상기 분배돌기와 상기 와류방지돌기는 상기 제1패널과 제2패널에 서로 대응되는 위치에 형성된다.

상기 분배돌기에는 돌기유로가 절연유의 유동방향 상류에서 하류를 향해 연장되게 형성된다.

본 발명에 의한 변압기용 방열기에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

먼저, 본 발명에서는 방열판 내부에 형성되는 내부유로에 돌출되게 분배돌기를 두어 열전달면적을 넓힘과 동시에 절연유의 유동이 내부유로 전체적으로 분배되도록 넓히면서도, 상기 분배돌기의 사이 사이에 와류방지돌기를 설치하여 상기 분배돌기의 후단에서 와류가 발생하는 것을 방지하여 신속한 절연유의 흐름이 일어나도록 하였으므로, 전체적으로 방열기에서 열전달효율이 높아지는 효과가 있다.

그리고, 본 발명에서는 분배돌기의 전후방향으로 중앙에 돌기유로를 형성하였으므로, 상기 돌기유로를 따라 유동된 절연유가 상기 분배돌기의 후단에서 와류가 발생되는 것을 완전히 차단하여 절연유의 흐름이 와류에 의해 지연되는 것을 방지할 수 있어 방열성능이 향상되는 효과를 가진다.

도 1은 종래 기술에 의한 방열기를 가진 변압기의 구성을 보인 개략 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 방열기의 바람직한 실시예의 구성을 보인 개략단면도.

도 3은 도 2에 도시된 실시예의 구성을 보인 횡단면도.

도 4는 도 2에 도시된 실시예의 분배돌기와 와류방지돌기의 구성을 보인 평면도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예의 구성을 보인 개략단면도.

도 6은 도 6에 도시된 실시예의 구성을 보인 횡단면도.

도 7은 도 6에 도시된 실시예의 분배돌기와 와류방지돌기의 구성을 보인 평면도.

이하 본 발명에 의한 변압기용 방열기의 바람직한 실시예의 구성을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도면들에 도시된 바에 따르면, 변압기에서 사용되는 방열기에는 방열판(10)이 다수 개 구비된다. 상기 방열판(10)은 가장 간단하게는 제1패널(11)과 제2패널(12)이 서로 소정의 간격을 가지도록 마주보게 결합되어 내부에 내부유로(13)가 형성된 것이다. 도 2는 제1패널(11)이 보이도록 잘라서 도시한 단면도이다. 상기 제1패널(11)과 제2패널(12)은 그 가장자리와 내측의 용접부(14)가 서로 용접되어 결합된다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 방열판(10)의 내부에 형성되는 내부유로(13)가 3개로 나누어져 형성된다.

상기 방열판(10)의 상단과 하단에는 각각 상부헤더파이프(16)와 하부헤더파이프(18)가 구비된다. 상기 상부헤더파이프(16)는 변압기 본체에서 나온 절연유를 다수개의 방열판(10)으로 전달하는 역할을 하는 것이고, 상기 하부헤더파이프(18)는 각각의 방열판(10)의 내부유로(13)를 통과한 절연유를 모아 다시 변압기 본체로 보내는 역할을 하는 것이다. 상기 상부헤더파이프(16)와 하부헤더파이프(18) 사이에는 다수개의 방열판(10)들이 열을 지어 설치되어 있다.

상기 내부유로(13)의 내부에는 분배돌기(20)가 다수 개 형성된다. 상기 내부유로(13)는 본 실시예에서 상기 용접부(14)가 방열판(10)의 길이방향으로 길게 형성되어 나누어져 있는데, 이 나누어진 내부유로(13)에는 횡방향으로 분배돌기(20)의 열이 형성된다. 상기 분배돌기(20)는 상기 내부유로(13)에서 유동되는 절연유가 내부유로(13) 전체로 분배되어 유동되도록 하는 것이다. 상기 분배돌기(20)는 본 실시예에서는 상부가 잘린 반구형상으로 만들어져 있다. 하지만, 상기 분배돌기(20)는 그 외면이 곡면으로 된다면, 반구형 등 다양한 형상으로 될 수 있다.

상기 분배돌기(20)는 상기 용접부(14)에 의해 나누어진 내부유로(13)의 한 부분만을 놓고 볼 때, 3개로 된 열과 4개로 된 열이 교대로 구비된다. 즉, 서로 인접하는 열에서의 분배돌기(20)의 위치가 서로 다르게 된다. 다시 말하면 일측 열의 분배돌기(20)의 사이에 해당되는 위치에 인접한 열의 분배돌기(20)들이 위치하게 된다.

한편, 상기 분배돌기(20)들의 하나의 열에는 각각 와류방지돌기(30)가 구비된다. 상기 와류방지돌기(30)는 상기 분배돌기(20)들에 의해 안내되어온 절연유가 분배돌기(20)의 후단에서 와류를 일으키는 것을 방지하기 위한 역할을 하는 것이다. 이를 위해 상기 와류방지돌기(30)의 선단은 상기 분배돌기(20)의 중심 사이를 연결하는 선에 있거나 상기 선보다는 후방에 있도록 된다. 상기 와류방지돌기(30)는 분배돌기(20)를 따라 유동되는 절연유가 어느 정도 일정한 유동단면적을 가지도록 하는 역할을 하는 것으로, 급작스럽게 유동단면적이 변하지 않도록 한다.

이와 같은 기능을 가지는 상기 와류방지돌기(30)는 상기 분배돌기(20)의 후단쪽에서 와류가 발생하지 않도록 절연유의 흐름을 안내하게 된다. 상기 와류방지돌기(30)는 절연유의 흐름 하류방향으로 가면서 점차 그 폭이 넓어지는데, 이와 같은 구성에 의해 상기 분배돌기(20)와 와류방지돌기(30)와의 사이에 형성되는 유동로가 급격하게 넓어지지 않도록 하여 상기 분배돌기(20)의 후단에 재순환영역이 발생하지 않도록, 즉 와류가 발생하지 않도록 한다.

상기 와류방지돌기(30)의 형상은 본 실시예에서 평면도로 볼 때 사다리꼴로서, 절연유의 흐름 방향 상류쪽이 상대적으로 폭이 좁고 하류쪽으로 갈수록 폭이 넓어지도록 된다. 이는 상기 분배돌기(20)의 사이에 위치되는 부분은 상대적으로 폭이 좁고, 분배돌기(20)을 벗어난 영역에 위치되는 부분은 상대적으로 폭이 넓게 되어도 되기 때문이다. 따라서, 상기 와류방지돌기(30)의 형상은 예를 들면 평면도로 볼 때 삼각형상으로 될 수도 있다. 즉, 절연유의 흐름방향 상류쪽에 꼭지점이 있고, 절연유의 흐름방향 하류쪽에 밑변이 있도록 된 횡단면이 삼각형인 와류방지돌기(30)를 사용할 수도 있다.

한편, 도 5에서 도 7에는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예에서는 위의 실시예와 대응되는 구성요소에 대해서는 100단위의 도면부호를 부여하여 설명한다.

본 실시예의 방열판(110)은 제1패널(111)과 제2패널(112)이 서로 소정의 간격을 두고 결합되어 만들어지는 것으로, 내부에 내부유로(113)가 형성된다. 상기 내부유로(113)는 용접부(114)에 의해 3개의 영역으로 나누어져 절연유가 유동되도록 한다. 상기 방열판(110)의 상단에는 상부헤더파이프(116)가 설치되어 절연유를 방열판(110)의 내부유로(113)로 공급하고 하부헤더파이프(118)가 방열판(110)의 하단에 연결되어 내부유로(113)를 유동한 절연유를 받아 변압기 본체로 전달하게 된다.

상기 내부유로(113)에는 분배돌기(120)와 와류방지돌기(130)가 돌출되어 형성된다. 즉, 상기 제1패널(111)과 제2패널(112)의 서로 대응되는 위치에 상기 분배돌기(12)와 와류방지돌기(130)가 서로 마주보게 돌출되어 있다.

상기 분배돌기(120)와 와류방지돌기(130)의 구성과 배치는 위의 실시예에서 이미 설명이 되었으므로, 더 이상의 설명은 생략한다.

본 실시예에서는 상기 분배돌기(120)를 절연유의 유동방향으로 가로질러 돌기유로(122)가 형성된다. 상기 돌기유로(122)는 상기 분배돌기(120)의 중앙부분을 따라 형성되는 것으로, 상기 분배돌기(120)의 후단에 재순환영역이 형성되는 것을 방지하는 역할을 한다. 즉, 상기 돌기유로(122)를 따라 유동된 절연유는 상기 분배돌기(120)의 후단으로 직접 유동되어 지나가므로 상기 분배돌기(120)의 후단에는 재순환영역이 발생하지 못하게 된다.

그리고, 상기 와류방지돌기(130)는 상기 분배돌기(120)를 지난 부분이 급작스럽게 넓어지면서 재순환이 발생되는 것을 방지하게 된다. 즉, 분배돌기(120)를 따라 유동되는 절연유가 어느 정도 일정한 유동단면적을 가지도록 하는 것으로, 급작스럽게 유동단면적이 변하지 않도록 한다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 변압기용 방열기가 사용되는 것을 상세하게 설명한다.

변압기가 동작되는 과정에서 발생되는 열은 변압기 본체 내에서 절연유로 전달된다. 상기 절연유는 온도가 올라가면서 밀도가 낮아지면 변압기 본체의 상부로 이동하게 되고, 상기 상부헤더파이프(16)로 전달된다.

상기 상부헤더파이프(16)를 절연유가 통과하면서 열을 지어 설치되어 있는 방열판(10)들로 나누어져 전달된다. 상기 각각의 방열판(10)들로 전달된 절연유는 상기 내부유로(13)를 따라 유동된다. 이때, 상기 내부유로(13)에서는 절연유가 유동될 때, 상기 분배돌기(20)에 의해 유동단면적 전체에 걸쳐 나누어져 유동된다.

즉, 상기 분배돌기(20)는 절연유를 그 외면을 따라 유동되게 하는데, 상류에서 하류방향으로 가면서 반복적으로 분배하면서 유동을 안내하여 절연유의 유동이 층류가 아닌 난류가 되도록 한다.

한편, 상기 분배돌기(20)의 중심을 연결하는 선을 통과한 위치에서 시작되는 와류방지돌기(30)는 상기 분배돌기(20)를 통과하여 유동되는 절연유의 유동로가 급격하게 넓어지지 않도록 하여 분배돌기(20)의 후단에서 재순환영역이 발생하는 것을 방지하게 된다. 따라서, 분배돌기(20)의 후단에서 와류가 발생하지 않도록 하여 절연유의 흐름이 신속하게 이루어질 수 있도록 한다.

이와 같은 방식으로 절연유의 유동이 일어나게 되면, 유동이 분배돌기(20)에 의해 유동단면적 전체에 걸쳐 분산될 수 있어 방열판(10) 전체를 열교환을 위해 사용할 수 있게 된다.

그리고, 분배돌기(20)가 반복적으로 절연유의 유동을 안내하면서 분산시키게 되면 절연유의 흐름이 층류가 아닌 난류형태가 만들어지면서 열교환효율이 상대적으로 높아질 수 있게 된다.

또한, 상기 와류방지돌기(30)가 상기 분배돌기(20)의 사이 사이에 설치되어 있어 절연유가 유동되는 경로의 유동단면적이 급격하게 변하는 것을 방지함에 의해 재순환영역을 없애므로 와류가 발생하지 않게 된다. 따라서, 절연유의 유동이 보다 신속하게 일어나면서 열교환이 신속하게 일어나게 되는 것이다.

한편, 도 5에 도시된 실시예에서는 분배돌기(120)을 절연유의 흐름방향 상류에서 하류로 관통하여 돌기유로(122)가 형성되어 있다. 상기 돌기유로(122)는 상기 분배돌기(120)의 선단에서 후단으로 직접 절연유가 유동되도록 하면서, 분배돌기(120)의 후단에 재순환영역이 없도록 하여 와류가 발생하지 않도록 한다.

즉, 상기 돌기유로(122)를 지나는 절연유가 분배돌기(120)의 후단을 통과하면서 다음의 분배돌기(120)의 열 사이로 유동이 이루어지도록 하여 절연유가 정체되는 일 없이 신속하게 유동될 수 있도록 하는 것이다. 물론, 상기 와류방지돌기(130)도 상기 분배돌기(120)의 후단에서 절연유가 유동되는 유동단면적이 급격하게 변하는 것을 방지하여 재순환영역이 발생하는 것을 방지하는 역할을 하여 와류의 발생을 방지하게 된다.

한편, 상기 방열판(10)의 내부유로(13)를 통과한 절연유는 상기 하부헤더파이프(18)를 통해 변압기 본체의 내부로 다시 들어간다. 이때, 상기 하부헤더파이프(18)로 전달된 절연유는 상기 방열판(18)을 통과하면서 열을 방출하여 온도가 낮아진 상태가 된다. 이 온도가 낮아진 절연유는 상기 변압기 본체의 내부에서 발생하는 열을 다시 받아서 위에서 설명된 과정을 반복하면서 열을 방열기를 통해 외부로 계속하여 배출하게 된다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims

변압기 본체에서 방열판의 내부로 전달된 절연유에서 열을 전달받아 외부로 방출하는 변압기용 방열기에 있어서,

상기 방열판을 구성하는 것으로 서로 결합되어 내부에 상기 절연유가 유동되는 내부유로를 형성하는 제1 및 제2 패널과,

상기 제1 및 제2 패널에서 각각 상기 내부유로로 돌출되어 형성되어 상기 내부유로 내를 절연유가 분배되어 유동되게 하는 분배돌기와,

상기 제1 및 제2 패널에서 각각 상기 내부유로로 돌출되어 형성되는 것으로 상기 분배돌기의 사이에 해당되는 위치에 돌출되어 상기 분배돌기 사이의 유로에서 절연유가 유동되는 유동단면적인 급격하게 변하는 것을 방지하는 와류방지돌기를 포함하는 변압기용 방열기.
제 1 항에 있어서, 상기 분배돌기는 외면이 곡면이고 상기 절연유의 유동방향에 수직한 방향으로 소정 간격을 두고 열을 지어 형성되는데, 절연유의 유동방향으로 인접한 분배돌기의 열에서는 분배돌기들이 서로 어긋나게 배치되는 변압기용 방열기.
제 2 항에 있어서, 상기 분배돌기는 상단이 잘린 반구형이나 반구형으로 형성되는 변압기용 방열기.
제 2 항에 있어서, 상기 와류방지돌기는 상기 분배돌기의 열에서 분배돌기의 중심을 연결하는 선이나 그 이후에서 선단이 시작해서 절연유의 유동 하류방향으로 갈수록 폭이 넓어지게 형성되는 변압기용 방열기.
제 4 항에 있어서, 상기 와류방지돌기는 평면으로 볼 때 사다리꼴이나 삼각형의 형상을 가지는 변압기용 방열기.
제 1 항에 있어서, 상기 분배돌기와 상기 와류방지돌기는 상기 제1패널과 제2패널에 서로 대응되는 위치에 형성되는 변압기용 방열기.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분배돌기에는 돌기유로가 절연유의 유동방향 상류에서 하류를 향해 연장되게 형성되는 변압기용 방열기.