KR20120018776A - 변압기의 권선을 위한 펌프형 루프 냉각 시스템 - Google Patents

변압기의 권선을 위한 펌프형 루프 냉각 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 펌프형 루프 냉각 시스템(10)은 2상 증발가능 절연 냉매를 이용하여 변압기(30)의 중공 권선(36)을 냉각시키도록 제공된다. 액체 냉매 펌프(20)는 냉매를 변압기(30) 내로 그리고 변압기의 구리 튜브 권선(36)을 통해 순환시켜서 냉매가 변압기(30)로부터 열을 제거하도록 적어도 부분적으로 증발한다. 그리고 나서, 냉매는 응축기(40)로 순환되고 이어서 펌프(20)로 되돌아간다.

Description

변압기의 권선을 위한 펌프형 루프 냉각 시스템{PUMPED LOOP REFRIGERANT SYSTEM FOR WINDINGS OF TRANSFORMER}
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2009년 5월 26일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/181,126호의 출원일의 이점을 주장하며, 그 개시내용은 전체적으로 본 명세서에서 참조로 통합된다.
본 발명은 일반적으로 열 발생 부품들을 냉각시키기 위한 냉각 시스템 및 방법에 관한 것이고, 특히 나선형 권선들을 갖는 변압기를 냉각시키기 위한 증발가능한 냉매 냉각 시스템에 관한 것이다.
액체 냉각식 변압기들은 전형적으로 변압기 하우징을 충전하는 절연 유체에 의해 냉각된다. 유체는 하우징의 저부로부터 수직으로 위로 유동하여 권선들에 의해 가열된다. 유체가 변압기 권선들의 상단에 도달할 때, 유체는 주 탱크로부터 빠져나가서 일련의 라디에이터(radiator)들 또는 냉각 핀(cooling fin)들로 진입한다. 이어서, 유체는 라디에이터들을 통해 아래로 유동하고, 냉각되어, 주 탱크로 재진입한다.
본 발명의 적어도 하나의 실시예는, 응축기와, 구리 튜브로부터 형성된 나선형 권선을 갖는 적어도 하나의 변압기와, 증발가능한 절연 냉매를 적어도 하나의 변압기의 나선형 권선을 통해 응축기로 그리고 복수의 도관을 통해 적어도 하나의 펌프로 되돌아가게 펌핑하는 적어도 하나의 펌프를 포함하는, 냉각 시스템을 제공한다.
본 발명의 적어도 하나의 실시예는, 응축기와, 수액기와, 구리 튜브로부터 형성된 나선형 권선을 갖는 적어도 하나의 변압기와, 적어도 하나의 액체 냉매 펌프와, 액체 냉매 펌프에 의해 변압기의 나선형 권선으로 순환되는 증발가능한 절연 냉매를 포함하는, 냉각 시스템을 제공하며, 냉매는 변압기에 의해 발생된 열에 의해 적어도 부분적으로 증발되고, 적어도 부분적으로 증발된 냉매는 응축기로 순환되어 냉매가 단일 액상으로 응축되고, 액체 냉매는 수액기로 순환되어서 펌프로 다시 되돌아간다.
본 발명의 실시예들은 이제 수반하는 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 종래 기술의 펌프형 루프 다상 냉각 시스템의 개략적인 다이아프램이다.
도 2는 고정형 오리피스 제한기들을 이용하여 평행하게 위치되는 복수의 변압기 코일들의 펌프형 루프 다상 냉각 시스템의 개략적인 다이아프램이다.
도 3은 가변 오리피스 제한기들을 이용하여 평행하게 위치되는 복수의 변압기 코일들의 펌프형 루프 다상 냉각 시스템의 개략적인 다이아프램이다.
종래 기술의 펌프형 액체 다상 냉각 시스템(110)은 도 1에 도시되어 있고, 유체 도관(150)들에 의해 서로 연결된 냉각 플레이트/증발기(120), 응축기(130) 및 펌프(140)를 포함한다. 2상 R134A 냉매와 같은 유체는 냉각 플레이트/증발기(120)에 부착된 전자 부품을 냉각시키도록 시스템(110)을 통해 펌핑된다. 냉각 플레이트/증발기(120)에서, 전자 부품에 의해 발생된 열은 유체로 전송되어, 유체가 부분적으로 유체를 증발되게 한다. 이어서 유체는 응축기(120)로 이동하여 열이 시스템(110)으로부터 방출되어 유체는 펌프(140)에 의해 냉각 플레이트/증발기(120)로 되돌아간다. 이러한 형태의 펌프형 액체 다상 시스템은 미국 특허 제6,519,955호 및 제6,679,081호에서 개시되어 있고, 양쪽 모두 본 명세서에서 참조로 통합된다.
본 발명의 냉각 시스템(10)의 실시예는 도 2에서 도시되어 있다. 시스템(10)은 적어도 하나의 펌프(20), 나선형 권선(36)을 갖는 적어도 하나의 변압기(30), 응축기(40) 및 액체 저장소(50)를 포함하고, 부품들은 다양한 유체 도관(60)들에 의해 서로 연결된다. 나선형 권선(36)은 변압기(30)의 1차 또는 2차 권선일 수 있다. 2상 R134A 냉매와 같은 유체는 시스템(10)을 통해 펌핑된다. 변압기 나선형 권선(36)은 나선형 권선(36)이 변압기(30)를 냉각시키기 위해서 증발기로서 역할을 하도록 과냉 냉매(sub-cooled refrigerant)가 관통하는 중공 구리 배관(tubing)이다. 냉매는 변압기 권선(36)으로부터 열을 흡수하고 2상 상태에서 변압기(30)를 빠져나간다. 이어서, 2상 냉매는 주변환경(ambient)으로 열을 방출하기 위해 응축기(40)로 냉매를 보내는 냉매 매니폴드와 결합된다. 적절한 유체 연결부들이 시스템(10)에 권선(36)들을 유체적으로 연결하도록 사용되는 반면에 권선(36)들을 시스템(10)으로부터 그리고 임의의 다른 권선(36)들로부터 전기적으로 절연시킨다.
하나를 초과하는 나선형 권선(36)들이 증발기로서 사용될 때, 나선형 권선들은 시스템(10) 내에서 서로 평행하게 있을 수 있다. 변압기들의 냉각 요건들이 미리 설정되고 냉각 요건들을 충족시키도록 요구된 유체 유동이 유체 도관 지선(fluid conduit branches) 내로 고정형 오리피스(fixed orifices)(70)들을 삽입시킴으로써 제공될 수 있다. 고정형 오리피스들은, 유체가 임의의 나선형 권선 증발기(36)들을 가로질러 완전히 증발하지 않는 방식으로 적절한 유체 유동이 나선형 권선 증발기(36)들을 통해 지향되는 것을 보장하도록, 임의의 필요한 직경을 가질 수 있다.
고정형 오리피스에 있어서, 냉각될 시스템의 작동 상태에 대한 예상 밖의 변화들은 보상될 수 없다. 이제 도 3을 참조하면, 도 2에서의 고정형 오리피스는 조정가능한 유동 제한기(74)로 대체된다. 조정가능한 유동 제한기(74)는 조정가능한 유동 제한기(74)를 통해 유체 유동을 증가하거나 감소시키도록 냉각될 시스템의 작동 상태에서의 변화들에 대해 반응할 수 있다. 조정가능한 유동 제한기(74)들은 가변식 오리피스 제한기, 니들 밸브 또는 제한기에서의 물리적인 상태들에 대응하여 제한기를 통해 유체 유동을 변화시키는 능력을 갖는 임의의 다른 유동 계량 장치일 수 있다.
또한, 유체 유동의 조정은 제한기에서 또는 증발기들의 출구 측면으로부터 감지된 데이터를 이용하는 피드백(feedback)에 기초한 감지된 압력 및/또는 온도 데이터를 이용하여 달성될 수 있다.
이 원리들을 통해, 본 발명의 실시예 및 작동은 본 명세서에서 상세하게 기술되었고, 이는 개시된 특정한 예시적인 형태들에 제한되도록 구성되지 않는다. 따라서, 그들은 본 명세서의 실시예들의 다양한 변경들이 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다는 것을 당업자라면 알 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 응축기와,
    구리 튜브로부터 형성된 나선형 권선을 갖는 적어도 하나의 변압기와,
    증발가능한 절연 냉매를 적어도 하나의 변압기의 나선형 권선을 통해 응축기로 그리고 복수의 도관을 통해 적어도 하나의 펌프로 되돌아가게 펌핑하는 적어도 하나의 펌프를 포함하는
    냉각 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    응축기와 적어도 하나의 펌프 사이에 위치된 수액기를 더 포함하는
    냉각 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 변압기는 구리 튜브로부터 형성된 나선형 권선을 각각 갖는 적어도 두 개의 변압기들을 포함하고, 적어도 두 개의 변압기들의 나선형 권선은 시스템 내에서 서로 평행하게 유동적으로 위치되는
    냉각 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    적어도 두 개의 변압기들의 나선형 권선들 각각으로부터 상류에 위치된 유동 제한기를 더 포함하고, 유동 제한기들은 나선형 권선들에 대해 유체가 나선형 권선들에서 완전히 증발하지 않도록 보장하는 속도에서 유동률을 제공하는
    냉각 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    유동 제한기들 중 적어도 하나는 고정형 오리피스 제한기인
    냉각 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    유동 제한기들 중 적어도 하나는 조정가능한 오리피스 제한기인
    냉각 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 변압기의 나선형 권선은 변압기의 1차 권선인
    냉각 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 변압기의 나선형 권선은 변압기의 2차 권선인
    냉각 시스템.
  9. 응축기와,
    수액기와,
    구리 튜브로부터 형성된 나선형 권선을 갖는 적어도 하나의 변압기와,
    적어도 하나의 액체 냉매 펌프와,
    액체 냉매 펌프에 의해 변압기의 나선형 권선으로 순환되는 증발가능한 절연 냉매를 포함하며,
    냉매는 변압기에 의해 발생된 열에 의해 적어도 부분적으로 증발되고, 적어도 부분적으로 증발된 냉매는 응축기로 순환되어 냉매가 단일 액상으로 응축되고, 액체 냉매는 수액기로 순환되어서 펌프로 되돌아가는
    냉각 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    적어도 하나의 변압기는 구리 튜브로부터 형성된 나선형 권선을 각각 갖는 적어도 두 개의 변압기들을 포함하고, 적어도 두 개의 변압기들의 나선형 권선들은 시스템 내에서 서로에 대해 평행하게 유동적으로 위치되는
    냉각 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    적어도 두 개의 변압기들의 나선형 권선들 각각으로부터 상류에 위치된 유동 제한기를 더 포함하고, 유동 제한기들은 나선형 권선들에 대해 냉매가 나선형 권선들에서 완전하게 증발하지 않도록 보장하는 속도에서 유동률을 제공하는
    냉각 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    적어도 하나의 유동 제한기는 고정형 오리피스 제한기인
    냉각 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    적어도 하나의 유동 제한기는 조정가능한 오리피스 제한기인
    냉각 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    적어도 하나의 변압기의 나선형 권선은 변압기의 1차 권선인
    냉각 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    적어도 하나의 변압기의 나선형 권선은 변압기의 2차 권선인
    냉각 시스템.
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