KR101102522B1 - 변압기용 히트파이프식 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변압기용 히트파이프식 냉각장치에 관한 것으로서, 특히 냉각대상유체가 입출력되기 위한 입구와 출구를 갖는 냉각실과; 상기 냉각실 내부에 설치되고, 냉각실 내부를 통과하는 냉각대상유체를 냉각시키면서 증발하여 기화하는 냉매가 순환하는 복수개의 증발관로로 이루어지며, 상기 증발관로가 제 1 연결관로에 의해 응축부로 연결되는 증발부와; 열교환유체가 입출력되기 위한 입구와 출구를 갖는 열교환실과; 상기 열교환실 내부에 설치되고, 기화된 냉매가 통과하면서 열교환실 내부를 통과하는 열교환유체와 열교환하여 응축되는 복수개의 응축관으로 이루어지며, 상기 응축관이 제 2 연결관로에 의해 증발관로에 연결되는 응축부; 로 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 냉각장치에 히트파이프의 원리를 적용하여 소형 및 경량화를 구현할 수 있고, 유지보수비용을 현저히 절감할 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.

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Description

변압기용 히트파이프식 냉각장치{Heat pipe type cooling device}

본 발명은 변압기용 히트파이프식 냉각장치에 관한 것으로서, 특히 냉매가 순환하는 히트파이프 방식의 증발부와 응축부를 갖는 냉각실과 열교환실로 이루어진 냉각장치를 제공하여 전체적인 냉각장치의 크기를 기존에 비해 현저히 줄여줄 수 있도록 한 변압기용 히트파이프식 냉각장치에 관한 것이다.

현재 전력용 변압기에는 공냉식 라디에이터 방식 및 수냉식 냉각장치가 사용되고 있으며, 라디에이터 방식 냉각장치의 경우 변압기 중신부(권선부 및 철심부)의 발열량에 따라 라이데이터의 용량 및 크기가 결정되며, 발열량이 클경우 라이데이터의 크기가 변압기 본체의 크기보다 클 경우가 빈번하며, 설치되는 공간이 협소할 시 설치에 대한 에로방생 등의 적용한계가 발생하는 문제점이 있었다.

또한 수냉식 냉각장치의 경우 쿨링타워, 배관 등의 설치가 필수적으로 냉각장치의 보조품의 시공비용이 소요되는 문제점이 발생하고 있었다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 종래 공냉식 라디에이터 방식 냉각장치에 비해 높은 냉각효율을 가지고 있으면서 소형 및 경량이며, 변압기 운송의 용이성 및 협소한 장소에도 용이하게 설치할 수 있고, 유지보수비용을 현저히 절감할 수 있도록 한 변압기용 히트파이프식 냉각장치에 관한 것이다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은, 냉각대상유체가 입출력되기 위한 입구와 출구를 갖는 냉각실과; 상기 냉각실 내부에 설치되고, 냉각실 내부를 통과하는 냉각대상유체를 냉각시키면서 증발하여 기화하는 냉매가 순환하는 복수개의 증발관로로 이루어지며, 상기 증발관로가 제 1 연결관로에 의해 응축부로 연결되는 증발부와; 열교환유체가 입출력되기 위한 입구와 출구를 갖는 열교환실과; 상기 열교환실 내부에 설치되고, 기화된 냉매가 통과하면서 열교환실 내부를 통과하는 열교환유체와 열교환하여 응축되는 복수개의 응축관으로 이루어지며, 상기 응축관이 제 2 연결관로에 의해 증발관로에 연결되는 응축부; 로 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 냉각장치에 히트파이프의 원리를 적용하여 소형 및 경량화를 구현할 수 있고, 유지보수비용을 현저히 절감할 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.

이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 6 을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

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

상기 도면에 의하면, 본 발명은 도 1 과 같은 기본구조를 갖는다.

본 발명은 냉각실(1), 증발부(2), 열교환실(3), 응축부(4)로 대별 구성된다.

냉각실(1)은 냉각대상유체가 입력되기 위한 입구(11)가 일측에 형성되고, 타측에는 냉각대상유체가 배출되기 위한 출구(12)가 형성된 구조이다.

상기 냉각대상유체로는 본 발명의 냉각장치가 가스변압기에 적용되었을때에는 SF6가스이고, 오일변압기에 적용되었을때에는 오일이다.

즉, 냉각실(1)은 SF6가스 또는 오일을 냉각시키는 것이다.

증발부(2)는 상기 냉각실(1) 내부에 설치되는 것으로서, 냉각실(1) 내부를 통과하는 냉각대상유체를 냉각시키면서 증발하여 기화하는 냉매가 순환하는 복수개의 증발관로(21)로 이루어지며, 상기 증발관로(21)가 제 1 연결관로(22)에 의해 응축부(4)로 연결된다.

상기 증발관로(21)로는 후설하는 응축부(4)에서 응축된 액체상태의 냉매가 통과하게되고, 증발관로(21)를 통과하는 냉매는 냉각실(1) 내부를 통과하는 냉각대상유체를 냉각시키면서 열을 흡수하고, 이과정에서 기화하여 제 1 연결관로(22)를 통해 응축부(4)의 응축관로(41)로 공급된다.

상기 증발관로(21)는 그 냉각효율을 향상시키기 위해 도 5 에 도시된 바와같이 다수의 냉각핀이 구비된 핀튜브(23)로서 구현할 수 있다.

상기 열교환실(3)은 응축부(4)를 통과하는 기체상태의 냉매를 열교환시켜 액체로 응축시키는 것으로서, 열교환유체가 유입되는 입구(31)와 열교환유체가 배출되는 출구(32)로 이루어진다.

상기 열교환유체는 대기중의 공기를 적용할 수 있으며, 이 열교환유체를 강제 순환시키는 수단으로 상기 열교환실(3) 내부에 축류팬(51)과 모터(52)로 이루어진 송풍기(5)를 설치할 수 있다.

상기 응축부(4)는 열교환실(3) 내부에 설치되는 것으로, 기화된 냉매가 통과하면서 열교환실(3) 내부를 통과하는 열교환유체와 열교환하여 응축되는 복수개의 응축관(41)으로 이루어지며, 상기 응축관(41)이 제 2 연결관로(42)에 의해 증발관로(21)에 연결된다.

상기 설명과 같이 본 발명의 냉각장치는 냉매가 증발관로(21)와 응축관로(41)를 순환하면서 기체상태와 액체상태로 상변화되고, 이 과정에서 냉각실(1) 내부로 유입된 냉각대상유체를 냉각시키는 것이다.

도 2 는 본 발명의 냉각장치를 가스변압기에 적용한 실시예를 도시한 것으로서, 냉각실(1)의 입구(11)로 SF6가스(냉각대상유체)가 유입되고, 열교환실(3)로는 송풍기(5)에 의해 공기(열교환유체)가 강제 공급되도록 구성되므로, 변압기에서 사용된 고온의 SF6가스는 증발부(2)에 의해 냉각되고, 증발부(2)의 증발관로(21)를 통과하는 냉매는 SF6 가스로 부터 빼앗은 열에 의해 증발되어 기체상태로 응축관 로(41)에 공급되고, 응축관로(41)를 통과하는 기체상태의 냉매는 열교환실(3) 내부를 통과하는 공기에 의해 냉각되면서 액체상태로 응축되어 다시 증발관로(21)로 공급된다.

증발부(2)에서 응축부(4)로 니송되는 냉매 이송 파이프의 단면적은 도 3 (a)(b) 그래프 곡선과 같이 최대 열유속과 파이프 내경과의 관계를 만족하는 면적을 가지는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 증발부(2)의 증발관로는 다수의 냉각핀을 갖는 핀튜브(23)를 적용한다.

그리고, 도 4 는 본 발명의 냉각장치를 오일변압기에 적용한 실시예를 도시한 것으로서, 냉각실(1)의 입구(11)를 통해 변압기에서 사용된 오일이 공급되고, 상기 냉각실(1)로 공급된 오일은 증발부(2)에 의해 냉각되어 출구(12)를 통해 배출되며, 앞서 설명한 것과같이 오일로 부터 열을 빼앗은 냉매는 증발관로(21)를 통해 응축부(4)의 응축관(41)으로 순환되고, 응축관(41)으로 공급된 기체상태의 냉매는 다시 열교환실(3)을 통과하는 공기와 열교환하면서 냉각 응축되어 액체상태로 다시 증발관로(21)에 재순환 공급되는 것이다.

상기 증발관로(21)는 냉각효율의 증대를 위해 다수의 냉각핀이 돌출되어 있는 핀 튜브(23)를 사용하는 것이 바람직하고, 증발부(2)는 열교환효율의 극대화를 위해 도 6 과 같이 핀 튜브(23)를 2층구조로 배치하는 것이 바람직하다.

본 발명을 통해 개발된 히트파이프식 냉각기를 기존 한전 154kV급 변압기와 비교시 가스변압기의 경우 설계된 냉각기의 크기는 일반 플레이트핀 방식 냉각기와 비교하여 약 20%의 체적감소로 계산되었으며, 오일변압기에 적용시 약 53%의 체적감소가 가능하며, 더불어 체적감소에 따른 오일 양의 감소도 가능함이 예측되어 변압기의 소형/경량화에 그 독창성을 찾을 수 있다.

도 1 은 본 발명의 변압기용 히트파이프식 냉각장치의 기본구조를 보인 도면.

도 2 는 본 발명이 가스변압기에 적용된 실시예를 보인 도면.

도 3 은 본 발명의 열적특성을 보인 그래프.

도 4 는 본 발명이 오일변압기에 적용된 실시예를 보인 도면.

도 5 는 본 발명에 적용된 핀튜브를 보인 도면.

도 6 은 본 발명에 적용된 증발부의 실시예를 보인 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1: 냉각실, 2: 증발부,

3: 열교환실, 4: 응축부,

5: 송풍기, 21: 증발관로,

22: 제 1 연결관로, 41: 응축관,

42: 제 2 연결관로,

Claims (6)

1. 냉각대상유체가 입출력되기 위한 입구와 출구를 갖는 냉각실과; 상기 냉각실 내부에 설치되고, 냉각실 내부를 통과하는 냉각대상유체를 냉각시키면서 증발하여 기화하는 냉매가 순환하는 복수개의 증발관로로 이루어지되, 상기 증발관로가 제 1 연결관로에 의해 응축부로 연결되는 증발부와; 열교환유체가 입출력되기 위한 입구와 출구를 갖는 열교환실과; 상기 열교환실 내부에 설치되고, 기화된 냉매가 통과하면서 열교환실 내부를 통과하는 열교환유체와 열교환하여 응축되는 복수개의 응축관으로 이루어지며, 상기 응축관이 제 2 연결관로에 의해 증발관로에 연결되는 응축부로 구성하며,

   상기 증발관로는 다수의 냉각용 핀을 갖는 핀튜브로 이루어지며,

   상기 증발부는 다수의 냉각용 핀을 갖는 핀튜브가 2층구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 변압기용 히트파이프식 냉각장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각대상유체는 가스변압기의 SF6 가스 또는 오일변압기의 오일인 것을 특징으로 하는 변압기용 히트파이프식 냉각장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 열교환유체는 공기인것을 특징으로 하는 변압기용 히트파이프식 냉각장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 열교환실에는 열교환유체를 강제 순환시키는 송풍기가 더 구성되는 것을 특징으로 하는 변압기용 히트파이프식 냉각장치.
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