WO2014104832A1 - 변압기용 방열기 - Google Patents

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WO2014104832A1
WO2014104832A1 PCT/KR2013/012338 KR2013012338W WO2014104832A1 WO 2014104832 A1 WO2014104832 A1 WO 2014104832A1 KR 2013012338 W KR2013012338 W KR 2013012338W WO 2014104832 A1 WO2014104832 A1 WO 2014104832A1
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WO
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header pipe
insulating oil
heat
heat sink
transformer
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PCT/KR2013/012338
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English (en)
French (fr)
Inventor
박태원
이승호
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Hyosung Corp
Original Assignee
Hyosung Corp
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/02—Casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/0265—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using guiding means or impingement means inside the header box
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F27/02—Casings
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/10—Liquid cooling
    • H01F27/12—Oil cooling

Definitions

  • the present invention relates to a radiator for a transformer, and more particularly, to a radiator for a transformer having a header pipe that distributes the insulating oil received from the transformer to each heat sink relatively uniformly.
  • the transformer acts to raise or lower the voltage and becomes an important component of the power system. Such a transformer is very important for the stable supply of power.
  • heat is generated by the magnetic action of the current, which causes a rise in the temperature of the insulating oil inside the transformer's enclosure.
  • the radiator is installed outside the transformer to discharge heat generated inside the transformer and transferred to the insulating oil through the radiator. That is, the insulating oil is sent to the radiator to discharge heat to the outside, and the insulating oil having a low temperature is sent to the inside of the transformer for use.
  • the exterior of the transformer body (1) constitutes an enclosure (3)
  • the inside of the enclosure (3) is coiled around the core to be transformed
  • the enclosure (3) is filled with insulating oil have.
  • the radiator 5 is connected to one outside of the transformer body 1 to dissipate heat generated in the transformer body 1 to the outside. Insulating oil inside the enclosure 3 flows to the radiator 5 to discharge heat to the outside.
  • the radiator 5 has an upper header pipe 7 communicating with the interior of the enclosure 3 through the upper portion of the transformer body 1, and the interior of the enclosure 3 through the lower portion of the transformer body 1. There is a lower header pipe 7 'in communication with it. A plurality of heat sinks 9 are provided between these header pipes 7 and 7 '.
  • the heat sink 9 is configured by combining two panels to form a space in which the insulating oil flows. An upper portion of the heat sink 9 is connected to the upper header pipe 7, and a lower portion of the heat sink 9 is connected to the lower header pipe 7 ′.
  • Insulating oil is supplied from the enclosure 3 through the upper header pipe 7, and insulating oil is supplied from the upper header pipe 7 to the inside of the heat sink 9 so as to be heated to the outside from the heat sink 9. Is released. The insulating oil passing through the heat sink 9 is transferred to the inner box 3 again through the lower header pipe 7 'to perform an insulating action.
  • the radiator 5 is provided with a plurality of heat sinks 9 in order in the extending direction of the upper header pipe 7 and the lower header pipe 7 '. It is necessary for the heat dissipation that the insulating oil is uniformly supplied to each of the heat sinks 9 through the upper header pipe 7. However, the configuration of transferring the insulating oil from the upper header pipe 7 to the heat dissipation plate 9 is mostly formed uniformly for each heat dissipation plate 9. Therefore, the amount of heat exchanged in each of the heat sinks 9 is different while the amount of insulating oil flowing through the inside of each heat sink 9 is different.
  • the insulating oil transferred from the upper header pipe 7 to the heat sink 9 should flow along the entire flow path formed in the heat sink 9, but the width of the upper header pipe 7 is the heat sink 9. It is relatively narrow compared to the width of the passage inside. Therefore, the insulating oil transferred from the upper head pipe 7 to the heat sink 9 almost flows to the center portion of the flow path formed inside the heat sink 9, so that the heat exchange performance of the heat sink 9 is relatively low. .
  • An object of the present invention is to solve the conventional problems as described above, and to make the amount of insulating oil transferred to each heat sink uniformly in the heat sink provided in the transformer.
  • Another object of the present invention is to allow the insulating oil transferred from the first header pipe to the heat sink to flow over the entire flow path inside the heat sink.
  • the present invention in the radiator for a transformer for dissipating the heat of the insulating oil transferred from the transformer body to the inside of the heat sink to the outside, to transfer the insulating oil from the transformer body
  • a first header pipe for receiving and distributing, a plurality of heat sinks connected to the first header pipe receives the insulating oil and flows along the inner flow path inside to exchange heat with the outside, and transfers the insulating oil passing through the heat sink to the transformer body.
  • a second header pipe configured to communicate with the internal passage of the first header pipe and the heat dissipation plate. It is formed on both sides.
  • the distance between the pair of branching holes corresponding to one heat sink is gradually closer to the downstream portion of the first header pipe than the distance from the upstream portion.
  • the branching holes formed in the first header pipe start at positions corresponding to both sides of the inner flow path inside the heat sink and extend toward the center of the first header pipe.
  • the present invention is a transformer radiator for dissipating the heat of the insulating oil transmitted from the transformer body to the inside of the heat sink to the outside, the first header pipe for receiving and distributing the insulating oil from the transformer body; And a plurality of heat sinks connected to the first header pipe to receive the insulating oil and flowing along the inner flow path therein, and a second header pipe to transfer the insulating oil passing through the heat sink to the transformer body.
  • the branch openings communicating the first header pipe and the internal flow path of the heat sink are formed at both sides in the width direction of the first header pipe.
  • the distance between the pair of branch openings communicating with one heat sink is gradually closer to the downstream portion from the upstream portion of the first header pipe.
  • the branch formed in the first header pipe starts at a position corresponding to both sides of the inner flow passage inlet inside the heat sink, and extends toward the center of the first header pipe so that the area of the branch goes to the downstream portion of the first header pipe. It gets bigger.
  • the cross-sectional area of the branch hole communicating from the first header pipe to the heat sink is gradually widened from the upstream portion to the downstream portion of the first header pipe. Since the amount of the insulating oil transferred to the heat sink is almost the same, heat exchange occurs uniformly in the entire heat sink, thereby improving the performance of the heat sink.
  • the insulating oil enters the inner flow path of the heat sink and is distributed throughout the entire flow cross-section of the inner flow path.
  • the insulating oil flow in the heat sink can be uniform, and the heat dissipation performance can be increased.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing the configuration of a transformer having a radiator according to the prior art
  • Figure 2 is a front sectional view showing the configuration of a transformer employing a preferred embodiment of the radiator according to the present invention.
  • Figure 3 is a schematic configuration showing that the connection between the first header pipe and the heat sink of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a configuration of branching holes formed in the first header pipe of the embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a graph showing the adjustment coefficient for each branch to determine the area of the branch in the present invention.
  • Figure 6 shows the flow of the insulating oil inside the first header pipe, (a) is the case of the present invention, (b) is a graph showing the case of the prior art.
  • the enclosure 12 constitutes the exterior of the transformer body 10. Inside the enclosure 12, a coil is wound around the core so as to be transformed, and the enclosure 12 is filled with insulating oil.
  • the radiator 14 is connected to one side of the outside of the transformer body 10 to dissipate heat generated inside the transformer body 10 to the outside. Insulating oil inside the enclosure 12 flows into the radiator 14 to discharge heat to the outside.
  • the radiator 14 has a first header pipe 16 communicating with the inside of the enclosure 12 through an upper portion of the transformer body 10, and through the lower portion of the transformer body 10 of the enclosure 12. There is a first header pipe 18 in communication with the interior.
  • the first header pipe 16 supplies the insulating oil transferred from the enclosure 12 to the heat sink 20 to be described below.
  • the first header pipe 16 is provided with a branching hole 17.
  • the branch 17 is provided at a position corresponding to each of the heat sinks 20 to be described below. The specific structure of the said branch 17 is demonstrated below.
  • the first header pipe 18 collects insulating oil that has undergone heat exchange while flowing inside the heat sink 20, and sends the insulating oil to the inside of the enclosure 12 again. Therefore, the first header pipe 18 is installed on the opposite side of the first header pipe 16, ie, in the gravity direction, at the center of the heat sink 20.
  • a plurality of heat sinks 20 are installed between the header pipes 16 and 18.
  • the heat dissipation plate 20 has two panels formed therein with a flow path 22 in which insulating oil flows in the length direction of the heat dissipation plate 20.
  • the flow passage 22 is divided into a plurality of compartment ribs 24.
  • the flow path 22 does not necessarily have to be partitioned by the partition ribs 24.
  • branch holes 17 are formed to supply the insulating oil from the first header pipe 16 to the respective heat sinks 20, and the branch holes 17 are configured in FIGS. 3 and 4. Well illustrated.
  • the branching holes 17 are provided at both sides in the width direction of the first header pipe 16 with respect to one heat sink 20 in the first header pipe 16. That is, when the first header pipe 16 is viewed in plan view, the insulating oil is formed at the outermost angles away from the central portion of the first header pipe 16 through which the oil flows the most. In other words, the branch 17 formed in the first header pipe 16 starts at a position corresponding to both sides of the inlet 22 of the inner passage 22 inside the heat sink 20 to form a center of the first header pipe 16. Extend towards the part.
  • the branch opening 17 gradually increases in area from the upstream portion to the downstream portion of the first header pipe 16. That is, the branching hole 17 is gradually enlarged while extending the area toward the center portion in the width direction of the first header pipe 16. This can be seen in Figures 3 and 4, it can be seen that the gap between the bifurcation 17 on both sides is narrowed to the downstream portion of the first header pipe (16).
  • the area of the branch openings 17 corresponding to the respective heat sinks 20 is described as follows. Assuming that there are a total of n heat sinks 20, there are two branching holes 17 for each heat sink 20, and the area of the branching hole 17 has the largest area. When compared with the area of, the adjustment factor F is set to be set.
  • the area of the branch opening 17 for each heat sink 20 is set in the same manner as the above equations, and the adjustment coefficient F is 0 ⁇ F ⁇ 1 for each heat sink 20 as shown in FIG. It is in the range of, and the value of the adjustment coefficient gets closer to 1 as it goes to the branch outlet 17 in the downstream part.
  • radiator for transformer according to the present invention having the configuration as described above is used in detail.
  • Heat generated during the operation of the transformer is transferred to the insulating oil in the transformer body.
  • the insulating oil moves to the upper portion of the transformer body when the density decreases as the temperature increases, and is transferred to the first header pipe 16.
  • the insulating oil passes through the first header pipe 16 and is divided into heat sinks 20 installed in a row to be transferred. Insulating oil delivered to each of the heat sinks 20 flows along the inner passage 22.
  • the branching holes 17 are biased to both sides, and the insulating oil flows through the center to the downstream side. It can flow well towards the mechanism 17. However, since the upstream portion has a large amount of insulating oil, a predetermined amount of insulating oil may be transferred to the heat sink 20 through the first branch opening 17.
  • the second branch 17 extends further to the widthwise center of the first header pipe 16 and the area is wider than that of the first branch 17, although the insulating oil is the first heat sink through the first branch 17, In spite of the small amount of the oil delivered to the heat sink 20, the same amount of insulating oil as that delivered to the heat sink 20 through the second branch 17 may be transferred to the heat sink 20.
  • the distribution of the insulating oil from the first header pipe 16 to the heat sink 20 becomes almost uniform with respect to the entire heat sinks 20 connected to the first header pipe 16. Since the amount of heat exchanged at about is about the same, it is possible to perform heat exchange more efficiently.
  • the amount of the insulating oil transferred from the first header pipe 16 to each of the heat sinks 20 may be uniform, so that the area of the branch 17 is upstream of the first header pipe 16. This is because the width of the insulating oil becomes wider as it goes to the downstream side, and the branching hole 17 is not formed at the center of the flow of the insulating oil in the first header pipe 16, so that the insulating oil flows smoothly. Due to such characteristics, the flow of insulating oil at the positions corresponding to the respective heat sinks 20 is almost constant, as shown in FIG. 6 (b) shows that the flow velocity of the insulating oil in the conventional first header pipe 16 corresponds to the position of the heat sink 20, and the velocity decreases toward the downstream portion of the flow.
  • the branch openings 17 corresponding to each of the heat sinks 20 are divided into both sides of the inlet passage 22 of the heat sink 20, the branch holes 17 are divided into the inner flow passages 22 of the heat sink 20. Insulating oil transmitted through the mechanism 17 is dispersed to both sides rather than the center of the extending direction of the inner passage 22 to enter the inner passage 22.
  • the flow of the insulating oil in the inner passage 22 may be made to spread relatively uniformly throughout the inner passage 22. This means that heat exchange can be performed over the entirety of the inner flow passage 22 formed in the heat sink 20, so that the heat exchange efficiency is relatively higher.
  • the insulating oil passing through the internal flow passage 22 of the heat sink 20 enters into the transformer body again through the first header pipe 18.
  • the insulating oil delivered to the first header pipe 18 is discharged heat while passing through the heat dissipation plate 20 is in a state where the temperature is lowered.
  • the insulating oil having a lowered temperature receives heat generated from the inside of the transformer body again and repeatedly discharges heat to the outside through the radiator 14 while repeating the above-described process.
  • the area of the branch opening 17 gradually increases toward the downstream portion of the first header pipe 16 and the branch opening 17 is in the width direction of the first header pipe 16.
  • the branch 17 is in the shape of a rectangle, but it is not necessary to do so and may have various shapes such as a circle and a semicircle.

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Abstract

본 발명은 변압기용 방열기에 관한 것이다. 본 발명의 방열기는 변압기 본체(10)에서 발생하는 열을 함유한 절연유가 통과하면서 외부로 열교환하는 것이다. 방열기(14)에는 상기 변압기본체(10)에 연결된 제1헤더파이프(16)와 제2헤더파이프(18)가 구비되고, 이들 제1 및 제2 헤더파이프(16,18)에 연결되어 다수개의 방열판(20)이 구비된다. 상기 제1헤더파이프(16)에는 상기 방열판(20)의 내부유로(22)와의 연통을 위한 분기구(17)가 형성되는데, 상기 분기구(17)는 상기 제1헤더파이프(16)의 폭방향 양측에 각각 형성되고, 하류부로 가면서 양측의 분기구(17) 사이의 거리가 점차 가까워지면서 면적이 점차 늘어나도록 된다. 이와 같은 본 발명에서는 제1헤더파이프(16)의 중앙부를 따라 절연유가 유동되면서 그 양측의 분기구(17)를 통해 방열판(20)으로 절연유가 전달되는데, 절연유의 유동속도가 일정하게 유지되면서 각각의 방열판(20)으로 거의 균일한 양의 절연유가 전달되어 열방출효과가 높아지는 이점이 있다.

Description

변압기용 방열기
본 발명은 변압기용 방열기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 변압기에서 전달받은 절연유를 각 방열판으로 상대적으로 균일하게 분배하는 헤더파이프를 구비한 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)에는 상기 상부헤더파이프(7)와 하부헤더파이프(7')의 연장방향으로 다수개의 방열판(9)이 차례로 설치되어 있다. 이들 각각의 방열판(9)으로 상기 상부헤더파이프(7)를 통해 절연유가 균일하게 공급되는 것이 방열을 위해서 필요하다. 하지만, 상기 상부헤더파이프(7)에서 상기 방열판(9)으로 절연유를 전달하는 구성은 각각의 방열판(9)에 대해서 일정하게 형성되는 것이 대부분이다. 따라서, 각각의 방열판(9)의 내부를 유동하는 절연유의 양이 차이가 나면서 각각의 방열판(9)에서 교환되는 열의 양도 달리된다.
한편, 상기 상부헤더파이프(7)에서 상기 방열판(9)으로 전달된 절연유는 상기 방열판(9)에 형성된 유로 전체를 따라 유동되어야 하나, 상기 상부헤더파이프(7)의 폭은 상기 방열판(9) 내부의 유로의 폭에 비해 상대적으로 매우 좁다. 따라서, 상기 상부헤드파이프(7)에서 방열판(9)으로 전달되는 절연유는 거의 대부분 방열판(9) 내부에 형성된 유로의 중앙부분으로 유동되어 방열판(9)에서의 열교환성능이 상대적으로 떨어지는 문제점도 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 변압기에 구비되는 방열기에서 각각의 방열판으로 전달되는 절연유의 양을 균일하게 만드는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제1헤더파이프에서 방열판으로 전달되는 절연유가 방열판 내부의 유로 전체에 걸쳐 유동되도록 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 변압기본체에서 방열판의 내부로 전달된 절연유의 열을 외부로 방출하는 변압기용 방열기에 있어서, 상기 변압기본체에서 나온 절연유를 전달받아 분배하는 제1헤더파이프와, 상기 제1헤더파이프에 연결되어 절연유를 전달받아 내부의 내부유로를 따라 유동시키면서 외부와 열교환하는 다수개의 방열판과, 상기 방열판을 통과한 절연유를 상기 변압기본체로 전달하는 제2헤더파이프를 포함하고, 상기 제1헤더파이프와 상기 방열판의 내부유로를 연통하는 분기구는 상기 제1헤더파이프의 상류부에서 하류부로 가면서 면적이 점차 커지고 상기 제1헤더파이프의 폭방향 양측에 형성된다.
상기 제1헤더파이프의 하류부로 가면서 하나의 방열판에 대응되는 한 쌍의 분기구 사이의 거리가 상류부에서의 거리에 비해 점차 가까워지도록 된다.
상기 제1헤더파이프에 형성되는 분기구는 상기 방열판 내부의 내부유로 입구 양측에 대응되는 위치에서 시작하여 상기 제1헤더파이프의 중심쪽으로 연장된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 변압기본체에서 방열판의 내부로 전달된 절연유의 열을 외부로 방출하는 변압기용 방열기에 있어서, 상기 변압기본체에서 나온 절연유를 전달받아 분배하는 제1헤더파이프와, 상기 제1헤더파이프에 연결되어 절연유를 전달받아 내부의 내부유로를 따라 유동시키면서 외부와 열교환하는 다수개의 방열판과, 상기 방열판을 통과한 절연유를 상기 변압기본체로 전달하는 제2헤더파이프를 포함하고, 상기 제1헤더파이프와 상기 방열판의 내부유로를 연통하는 분기구는 상기 제1헤더파이프의 폭방향 양측에 형성된다.
상기 제1헤더파이프의 상류부에서 하류부로 가면서 하나의 방열판과 연통되는 한 쌍의 분기구 사이의 거리가 점차 가까워지도록 된다.
상기 제1헤더파이프에 형성되는 분기구는 상기 방열판 내부의 내부유로 입구 양측에 대응되는 위치에서 시작하여 상기 제1헤더파이프의 중심쪽으로 연장되어 상기 분기구의 면적은 제1헤더파이프의 하류부로 가면서 점차 더 커진다.
본 발명에 의한 변압기용 방열기에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
먼저, 본 발명에서는 제1헤더파이프에서 다수개의 방열판으로 절연유를 전달함에 있어서 제1헤더파이프에서 방열판으로 연통되는 분기구의 단면적이 제1헤더파이프의 상류부에서 하류부로 가면서 점차 넓어지도록 하여 각각의 방열판으로 전달되는 절연유의 양이 거의 같도록 하였으므로 전체 방열판에서 균일하게 열교환이 일어나도록 되어 방열기의 성능이 향상되는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에서는 제1헤더파이프와 방열판의 내부 유로가 연통되는 분기구가 상기 방열판의 내부 유로 중앙을 벗어난 위치에 있도록 하였으므로 방열판의 내부유로로 절연유가 들어가면서부터 내부유로의 유동단면적 전체에 걸쳐 분산될 수 있게 되어 방열판 내에서의 절연유 흐름이 균일하게 되면서 방열성능이 높아지는 효과를 가질 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 방열기를 가진 변압기의 구성을 보인 개략 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 방열기의 바람직한 실시예가 채용된 변압기의 구성을 보인 정단면도.
도 3은 본 발명 실시예의 제1헤더파이프와 방열판 사이가 연결되는 것을 보인 개략구성도.
도 4는 본 발명 실시예의 제1헤더파이프에 형성된 분기구의 구성을 설명한 설명도.
도 5는 본 발명에서 분기구의 면적을 결정하기 위한 조정계수를 각 분기구별로 보인 그래프.
도 6은 제1헤더파이프 내부에서의 절연유의 흐름을 보인 것으로, (a)는 본 발명의 경우이고, (b)는 종래 기술의 경우를 보인 그래프.
이하 본 발명에 의한 변압기용 방열기의 바람직한 실시예의 구성을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도면들에 도시된 바에 따르면, 변압기본체(10)의 외관을 외함(12)이 구성한다. 상기 외함(12)의 내부에는 코어에 코일이 권선되어 변압을 할 수 있도록 되어 있고, 상기 외함(12)에는 절연유가 채워져 있다.
상기 변압기본체(10) 내부에서 발생한 열을 외부로 방출하기 위해 방열기(14)가 상기 변압기본체(10) 외부 일측에 연결되어 있다. 상기 방열기(14)로는 상기 외함(12) 내부의 절연유가 유동되어 외부로 열을 배출하게 된다.
상기 방열기(14)에는 상기 변압기본체(10)의 상부를 통해 외함(12)의 내부와 연통되는 제1헤더파이프(16)가 있고, 상기 변압기본체(10)의 하부를 통해 외함(12)의 내부와 연통되는 제1헤더파이프(18)가 있다. 상기 제1헤더파이프(16)는 상기 외함(12)에서 전달된 절연유를 아래에서 설명될 방열판(20)으로 공급하는 것이다. 이를 위해 상기 제1헤더파이프(16)에는 분기구(17)가 구비된다. 상기 분기구(17)는 아래에서 설명될 각각의 방열판(20)과 대응되는 위치에 구비된다. 상기 분기구(17)의 구체적인 구성에 대해서는 아래에서 설명한다.
그리고, 상기 제1헤더파이프(18)는 방열판(20) 내부를 유동하면서 열교환을 한 절연유를 모아 상기 외함(12)의 내부로 다시 보내는 것이다. 따라서, 상기 제1헤더파이프(18)는 방열판(20)의 중심으로 상기 제1헤더파이프(16)의 반대쪽, 즉 중력방향 하부에 설치된다.
상기 헤더파이프(16,18)의 사이에는 다수개의 방열판(20)이 설치된다. 상기 방열판(20)은 두 개의 패널이 내부에 절연유가 유동되는 유로(22)가 방열판(20)의 길이방향으로 길게 형성된다. 상기 유로(22)는 구획리브(24)에 의해 다수개로 나누어지게 된다. 물론, 상기 유로(22)가 반드시 구획리브(24)에 의해 구획되어야 하는 것은 아니다.
한편, 상기 제1헤더파이프(16)에서 상기 각각의 방열판(20)으로 절연유를 공급하기 위해서 상기 분기구(17)가 형성되는데, 상기 분기구(17)는 도 3 및 도 4에 그 구성이 잘 도시되어 있다.
상기 분기구(17)는 상기 제1헤더파이프(16) 내부에서 하나의 방열판(20)에 대해 제1헤더파이프(16)의 폭방향 양측에 각각 구비된다. 즉, 상기 제1헤더파이프(16)를 평면도로 볼 때, 절연유가 제일 많이 유동되는 제1헤더파이프(16)의 중앙부분에서 벗어난 최외각에 각각 형성된다. 다시 말해, 상기 제1헤더파이프(16)에 형성되는 분기구(17)는 방열판(20) 내부의 내부유로(22) 입구 양측방향에 대응되는 위치에서 시작하여 제1헤더파이프(16)의 중앙부분쪽으로 연장된다.
그리고, 상기 분기구(17)는 상기 제1헤더파이프(16)의 상류부에서 하류부로 가면서 점차 면적이 커지게 된다. 즉, 상기 분기구(17)가 점차 상기 제1헤더파이프(16)의 폭방향 중앙부분쪽으로 영역을 넓히면서 면적이 커지게 된다. 이는 도 3 및 도 4에에서 잘 확인할 수 있는데, 상기 제1헤더파이프(16)의 하류부로 가면서 양측의 분기구(17) 사이의 간격이 좁아짐을 알 수 있다.
본 발명에서 상기 각각의 방열판(20)에 대응되는 분기구(17)의 면적은 다음과 같이 설명된다. 총 n개의 방열판(20)이 있다고 가정을 하고, 각각의 방열판(20)에 대해서 2개의 분기구(17)가 있는데, 상기 분기구(17)의 면적은 가장 큰 면적을 가지는 분기구(17)의 면적과 비교할 때, 조정계수 F를 두어 설정하게 된다.
상기 각각의 방열판(20)에 대응되는 분기구(17)의 면적에 대한 공식은 다음과 같다.
수학식 1
Figure PCTKR2013012338-appb-M000001
수학식 2
Figure PCTKR2013012338-appb-M000002
각각의 방열판(20)에 대한 분기구(17)의 면적은 위의 식들과 같은 방법으로 설정되는데, 조정계수 F는 도 5에 도시된 바와 같이 각각의 방열판(20)에 대해서 0< F ≤1 의 범위에 있게 되고, 하류부에 있는 분기구(17)로 갈수록 조정계수의 값을 1에 가까워진다.
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 제1헤더파이프(16)로 전달된다.
상기 제1헤더파이프(16)를 절연유가 통과하면서 열을 지어 설치되어 있는 방열판(20)들로 나누어져 전달된다. 상기 각각의 방열판(20)들로 전달된 절연유는 상기 내부유로(22)를 따라 유동된다.
먼저, 상기 제1헤더파이프(16)에서 상기 절연유가 유동될 때, 상기 헤더파이프(16)의 상류부에서는 상기 분기구(17)가 양측으로 치우쳐져 있어 중앙을 통해서는 절연유가 하류부측의 분기구(17)를 향해 잘 흘러갈 수 있다. 하지만, 상류부에서는 절연유의 양이 많으므로 첫번째 분기구(17)를 통해서는 정해진 양 만큼의 절연유가 방열판(20)으로 전달될 수 있다.
한편, 두번째 분기구(17)는 제1헤더파이프(16)의 폭방향 중심으로 더 연장되고 면적도 첫번째 분기구(17)에 비해 넓게 되어 있으므로 비록 첫번째 분기구(17)를 통해 절연유가 첫번째 방열판(20)으로 전달되어 양이 적음에도 불구하고 두번째 분기구(17)를 통해서도 상기 방열판(20)으로 첫번째 방열판(20)으로 전달된 것과 거의 같은 양의 절연유가 전달될 수 있다.
이는 상기 제1헤더파이프(16)의 하류부로 가면서 계속하여 상기 분기구(17)의 면적이 커저고 또한 제1헤더파이프(16)의 폭방향 중심쪽으로 영역이 확대되므로 각각의 방열판(20)으로 전달되는 절연유의 양이 거의 같도록 된다.
이와 같이 상기 제1헤더파이프(16)에서 상기 방열판(20)으로 절연유가 분배되는 것이 상기 제1헤더파이프(16)에 연결된 전체 방열판(20)들에 대해서 거의 균일하게 되므로 각각의 방열판(20)에서 열교환되는 열량이 거의 같도록 되어 보다 효율적으로 열교환을 수행할 수 있게 된다.
이와 같이 상기 제1헤더파이프(16)에서 상기 각각의 방열판(20)으로 전달되는 절연유의 양이 균일하게 될 수 있는 것은 상기 분기구(17)의 면적이 제1헤더파이프(16)의 상류부에서 하류부로 가면서 점점 넓어지도록 되고 제1헤더파이프(16)에서의 절연유의 흐름의 중심부에는 분기구(17)가 형성되어 있지 않아 절연유의 흐름이 원활하게 되기 때문이다. 이와 같은 특성에 의해 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 각각의 방열판(20)에 대응되는 위치들에서의 절연유의 흐름은 거의 일정하게 나타난다. 도 6의 (b)에는 종래의 제1헤더파이프(16) 내에서 절연유의 흐름속도를 방열판(20)의 위치에 대응되게 보인 것으로, 흐름의 하류부로 갈수록 속도가 떨어짐을 알 수 있다.
다음으로, 상기 각각의 방열판(20)과 대응되는 분기구(17)는 방열판(20)의 내부유로(22)입구 양측으로 나누어져 있으므로, 상기 방열판(20)의 내부유로(22)로 상기 분기구(17)를 통해서 전달되는 절연유는 상기 내부유로(22)의 연장방향 중심보다는 양측으로 분산되어 내부유로(22)로 진입하게 된다.
따라서, 상기 내부유로(22)에서의 절연유의 유동이 내부유로(22) 전체로 상대적으로 균일하게 퍼져서 이루어질 수 있게 된다. 이는 상기 방열판(20)에 형성된 내부유로(22) 전체에 걸쳐 열교환이 이루어질 수 있다는 것을 의미하므로 상대적으로 열교환효율이 더 높아지도록 된다.
한편, 상기 방열판(20)의 내부유로(22)를 통과한 절연유는 상기 제1헤더파이프(18)를 통해 변압기 본체의 내부로 다시 들어간다. 이때, 상기 제1헤더파이프(18)로 전달된 절연유는 상기 방열판(20)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 방열기(14)를 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.
예를 들면, 도시된 실시예에서는 상기 분기구(17)의 면적이 제1헤더파이프(16)의 하류부로 가면서 점차 커지는 것과 상기 분기구(17)가 상기 제1헤더파이프(16)의 폭방향 양측에 치우쳐 형성되는 것이 동시에 적용되어 있으나, 반드시 그러한 것은 아니고, 둘 중의 어느 하나만이 적용될 수 있다.
그리고, 도시된 실시예에서는 상기 분기구(17)가 사각형상으로 되어있으나, 반드시 그러할 필요는 없고 원형, 반원형 등 다양한 모양으로 될 수 있다.

Claims (6)

  1. 변압기본체에서 방열판의 내부로 전달된 절연유의 열을 외부로 방출하는 변압기용 방열기에 있어서,
    상기 변압기본체에서 나온 절연유를 전달받아 분배하는 제1헤더파이프와,
    상기 제1헤더파이프에 연결되어 절연유를 전달받아 내부의 내부유로를 따라 유동시키면서 외부와 열교환하는 다수개의 방열판과,
    상기 방열판을 통과한 절연유를 상기 변압기본체로 전달하는 제2헤더파이프를 포함하고,
    상기 제1헤더파이프와 상기 방열판의 내부유로를 연통하는 분기구는 상기 제1헤더파이프의 상류부에서 하류부로 가면서 면적이 점차 커지고 상기 제1헤더파이프의 폭방향 양측에 형성되는 변압기용 방열기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1헤더파이프의 하류부로 가면서 하나의 방열판에 대응되는 한 쌍의 분기구 사이의 거리가 상류부에서의 거리에 비해 점차 가까워지도록 되는 변압기용 방열기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제1헤더파이프에 형성되는 분기구는 상기 방열판 내부의 내부유로 입구 양측에 대응되는 위치에서 시작하여 상기 제1헤더파이프의 중심쪽으로 연장되는 변압기용 방열기.
  4. 변압기본체에서 방열판의 내부로 전달된 절연유의 열을 외부로 방출하는 변압기용 방열기에 있어서,
    상기 변압기본체에서 나온 절연유를 전달받아 분배하는 제1헤더파이프와,
    상기 제1헤더파이프에 연결되어 절연유를 전달받아 내부의 내부유로를 따라 유동시키면서 외부와 열교환하는 다수개의 방열판과,
    상기 방열판을 통과한 절연유를 상기 변압기본체로 전달하는 제2헤더파이프를 포함하고,
    상기 제1헤더파이프와 상기 방열판의 내부유로를 연통하는 분기구는 상기 제1헤더파이프의 폭방향 양측에 형성되는 변압기용 방열기.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제1헤더파이프의 상류부에서 하류부로 가면서 하나의 방열판과 연통되는 한 쌍의 분기구 사이의 거리가 점차 가까워지도록 되는 변압기용 방열기.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제1헤더파이프에 형성되는 분기구는 상기 방열판 내부의 내부유로 입구 양측에 대응되는 위치에서 시작하여 상기 제1헤더파이프의 중심쪽으로 연장되어 상기 분기구의 면적은 제1헤더파이프의 하류부로 가면서 점차 더 커지는 변압기용 방열기.
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