KR100311407B1 - 파워트랜지스터용 히트 싱크 및 파워트랜지스터용 히트 싱크를 갖는 공기조화기 - Google Patents

파워트랜지스터용 히트 싱크 및 파워트랜지스터용 히트 싱크를 갖는 공기조화기 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 파워트랜지스터용 히트 싱크 및 파워트랜지스터용 히트 싱크를 갖는 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 파워트랜지스터용 히트 싱크는, 판상부재로 형성되며 일측 판면에 동작시 발열작용을 수반하는 파워트랜지스터가 적어도 하나 결합되는 베이스부와; 상기 베이스부의 타측 판면에 돌출되어 공기의 유동방향을 따라 상호 이격 배치된 복수의 열을 형성하며 각 열내에 공기의 유동간격을 두고 상기 공기의 유동방향과 상호 평행하게 이격배치되는 복수의 전열핀을 갖는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 전열효과를 증대시킬 수 있으며 그 크기를 줄일 수 있어 컴팩트한 구성이 가능하다.

Description

파워트랜지스터용 히트 싱크 및 파워트랜지스터용 히트 싱크를 갖는 공기조화기{HEAT SINK FOR POWER TRANSISTOR AND AIR CONDITIONER HAVING THE SAME}
본 발명은, 파워트랜지스터용 히트 싱크 및 파워트랜지스터용 히트 싱크를 갖는 공기조화기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전열효과를 증대시킬 수 있으며 크기를 줄일 수 있도록 한 파워트랜지스터용 히트 싱크 및 파워트랜지스터용 히트 싱크를 갖는 공기조화기에 관한 것이다.
입력전원의 주파수를 가변시킴으로써 전동모터부의 회전수를 가변할 수 있도록 한 인버터형 전동모터 등의 스위칭 소자로 사용되고 있는 파워트랜지스터는 스위칭 동작시 필연적으로 발열작용을 수반하게 된다. 이러한 파워트랜지스터에는 발열작용에 기인하여 과열되는 것을 방지할 수 있도록 히트 싱크(Heat Sink)가 부착된다.
도 1은 종래의 파워트랜지스터용 히트 싱크의 사시도이다. 도시된 바와 같이, 히트 싱크는, 판상부재로 형성되며 일측 판면에 파워트랜지스터(미도시)가 부착되는 베이스부(101)와, 베이스부(101)의 타측 판면에 공기의 유동간격을 두고 상호 평행하게 이격배치되는 다수의 전열핀(103)을 가진다. 이러한 히트싱크는 통상 압출(Extrusion) 등의 방법에 의해 베이스부(101)와, 전열핀(103)을 일체로 형성하게 되며, 전열효과를 증대시킬 수 있도록 유동하는 공기의 유동방향을 따라 전열핀(103)이 배치되도록 한다.
그런데, 이러한 종래의 파워트랜지스터용 히트 싱크에 있어서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 히트 싱크의 전열핀(103)이 유동하는 공기의 흐름방향에 대해 경사지게 배치 될 경우, 전열핀(103)에 의해 형성된 공기유로의 입구영역에는 공기의 흐름방향에 대해 예각을 이루는 전열핀(103)의 측면에 공기유로중으로 진행되어 공기의 유동단면적을 감소시키는 소위 박리기포(Seperation Bubble)(105)구간이 발생하게 된다. 이러한 박리기포는 공기의 유동단면적을 감소시켜 공기유로로 유입되는 공기량을 감소시킬 뿐만 아니라, 전열핀(103)과 공기와의 접촉면적을 감소시켜 전체적인 전열효과를 저해시키게 되는 문제점이 있다.
또한, 전열핀(103)에 비해 상대적으로 낮은 온도를 갖는 공기가 전열핀(103) 사이를 통과하게 될 경우, 공기는 상류측으로부터 전열핀의 벽면을 따라 하류측으로 유동하면서 소위 점성효과에 의해 경계층이 발달하게 되고, 이에 의해 유동속도가 저하됨과 동시에 열교환능력이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 전열효과를 증대시킬 수 있으며 크기를 줄일 수 있는 파워트랜지스터용 히트 싱크 및 파워트랜지스터용 히트 싱크를 갖는 공기조화기를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 파워트랜지스터용 히트 싱크의 사시도,
도 2는 도 1의 파워트랜지스터용 히트 싱크의 평면상태도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워트랜지스터용 히트 싱크를 갖는 공기조화기의 실외유니트의 부분절취사시도,
도 4는 도 3의 히트 싱크 설치영역의 부분확대평면도,
도 5는 도 3의 히트 싱크의 확대사시도,
도 6은 도 5의 히트싱크의 평면상태도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파워트랜지스터용 히트 싱크의 도 6에 대응한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
11 : 케이싱 13 : 제2공기흡입부
15 : 공기토출구 17 : 실외열교환기
19 : 냉각팬 21 : 콘트롤박스
23 : 압축기 31 : 히트 싱크
33 : 베이스부 35a~35e : 전열핀열
37 : 전열핀
상기 목적은, 본 발명에 따라, 판상부재로 형성되며 일측 판면에 동작시 발열작용을 수반하는 파워트랜지스터가 적어도 하나 결합되는 베이스부와; 상기 베이스부의 타측 판면에 돌출되어 공기의 유동방향을 따라 상호 이격 배치된 복수의 열을 형성하며 각 열내에 공기의 유동간격을 두고 상기 공기의 유동방향과 상호 평행하게이격배치되는 복수의 전열핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크에 의해 달성된다.
여기서, 상기 베이스부는 공기의 유동방향에 대해 소정 경사지게 배치되며, 상기 전열핀은 상기 공기의 유동방향과 평행하도록 상기 베이스부에 대해 경사지게 배치되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 전열핀은 주변 영역에 비해 공기의 유동간격이 상대적으로 작도록 밀집배치된 적어도 하나의 밀집구간을 형성하는 것이 효과적이다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 공기토출구와, 적어도 일영역이 상기 공기토출구에 대해 거의 직각을 이루도록 배치되는 공기흡입구가 형성된 케이싱과; 상기 공기흡입구에 인접되도록 배치되는 열교환기와; 상기 공기토출구 평면에 대해 거의 직각을 이루도록 배치된 회전축을 가지고 상기 공기흡입구로부터 흡입된 공기를 상기 공기토출구로 토출되도록 함으로써 상기 열교환기의 열교환작용을 촉진시키는 냉각팬과; 상기 케이싱내에 수용되어 외부로부터 제공된 냉매를 압축하는 압축기와; 상기 압축기와 상기 냉각팬중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어회로중에 배치되어 스위칭작용을 수행하는 파워트랜지스터가 적어도 하나 일측 판면에 결합되는 베이스부와, 상기 베이스부의 타측 판면에 돌출되어 공기의 유동방향을 따라 상호 이격 배치된 복수의 열을 형성하며 각 열내에 공기의 유동간격을 두고 상기 공기의 유동방향과 상호 평행하게 이격배치되는 복수의 전열핀을 갖는 히트 싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기가 제공된다.
여기서, 상기 베이스부는 상기 공기의 유동방향에 대해 소정의 경사각을 가지고 배치되며, 상기 전열핀은 상기 공기의 유동방향과 평행하게 상기 베이스부에 대해 경사지게 배치되도록 구성하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 전열핀은 주변 영역에 비해 공기의 유동간격이 상대적으로 작도록 밀집배치된 적어도 하나의 밀집구간을 형성하도록 구성하는 것이 효과적이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워트랜지스터용 히트 싱크를 갖는 공기조화기의 실외유니트의 부분절취사시도이다. 도시된 바와 같이, 공기조화기는, 공기흡입구 및 공기토출구(15)가 각각 형성된 케이싱(11)과, 케이싱(11)내에 공기흡입구를 따라 배치되는 실외열교환기(17)와, 실외열교환기(17)와 공기토출구(15)사이에 배치되어 실외열교환기(17)의 열교환작용을 촉진시키는 냉각팬(19)과, 인버터형 전동모터부(미도시)와, 상기 전동모터부로부터 구동력을 제공받아 실내유니트(미도시)로부터의 냉매를 압축하는 압축부(미도시)로 구성되는 압축기(23)와, 운전조건에 따라 압축기(23) 및 냉각팬(19)을 제어하는 실외유니트제어부(미도시)등의 수용공간을 형성하는 콘트롤박스(21)를 가진다.
케이싱(11)은 거의 직육면체형상을 가지며, 거의 직각을 이루도록 배치된 판면에 각각 형성된 제1공기흡입부(12) 및 제2공기흡입부(13)로 이루어진 공기흡입구와, 제1공기흡입부(12)와 상호 대향하도록 배치된 판면에 케이싱(11)내로 유입된 공기가 토출될 수 있도록 관통형성된 공기토출구(15)를 가진다.
실외열교환기(17)는 거의 “L”형상을 가지며 공기가 통과하면서 열교환될 수 있도록 제1 및 제2공기흡입부(12,13)에 인접하도록 설치되어 있다. 실외열교환기(17)와 공기토출구(15)사이영역에는 거의 프로펠러형상을 가지며 공기토출구(15) 평면에 대해 거의 직각으로 배치되는 회전축을 중심으로 회전하는 냉각팬(19)이 설치되어 있다.
냉각팬(19)의 하측에는 회전수를 가변함으로써 압축용량을 가변시킬 수 있는 인버터형 전동모터부를 갖는 압축기(23)가 설치되어 있으며, 냉각팬(19)의 상측에는 압축기(23) 및 냉각팬(19) 등을 제어하는 실외유니트제어부를 구성하는 제어회로 및 제어부품을 수용할 수 있도록 콘트롤박스(21)가 설치되어 있다.
한편, 콘트롤박스(21)의 내부에는 압축기(23)의 인버터형 전동모터부의 스위칭 소자로 기능하는 복수의 파워트랜지스터(미도시)가 배치되며, 이들은 모두 스위칭 동작시 수반되는 발열작용에 기인한 과열을 방지할 수 있도록 히트 싱크(31)에 결합되어 있다.
도 4는 도 3의 히트 싱크 설치영역의 부분확대평면도이고, 도 5는 도 3의 히트 싱크의 확대사시도이며, 도 6은 도 5의 히트싱크의 평면상태도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 히트 싱크(31)는, 판상으로 형성되며 일측 판면에 복수의 파워트랜지스터 접속영역(34a~34c)이 형성되는 베이스부(33)와, 베이스부(33)의 타측 판면으로부터 돌출된 복수의 전열핀(37)을 가지며, 다이캐스팅 등의 방법을 통해 일체로 형성된다.
베이스부(33)는 제1공기흡입부(12)와 공기토출구(15)를 연결하는 연결선과 평행하게 냉각팬(19)의 회전축의 상측에 배치되며, 이에 따라 냉각팬(19)의 회전에 의해 유동하는 공기는 실질적으로 베이스부(33)의 일 대각방향을 따라 유동하게 된다. 베이스부(33)의 일측 판면에는 복수의 파워트랜지스터 접속영역(34a~34c)이 형성되어 있으며, 이에 대향한 타측 판면에는 복수의 전열핀열(35a~35e)이 상호 평행하게 이격형성되어 있다.
각 전열핀열(35a~35e)에는 상호 간에 공기의 유동간격을 두고 공기의 유동방향을 따라 상호 평행하게 이격배치된 복수의 전열핀(37)이 형성되어 있다. 따라서, 각 전열핀(37)은 베이스부(33)의 변에 대해 경사지게 형성되어 있다.
파워트랜지스터 접속영역(34a~34c)중 상대적으로 고열을 발생시키는 파워트랜지스터의 접속영역(34b)에 대응한 전열핀열(35b)은 전열면적을 증대시켜 방열작용을 촉진시킬 수 있게 다른 전열핀열에 비해 공기의 유동간격이 상대적으로 작아지도록 밀집배치되어 있다.
이러한 구성에 의하여, 냉각팬(19)이 회전하게 되면, 케이싱(11)의 내부에는 제1 및 제2공기흡입부(12,13)를 통하여 공기가 유입된다. 각 공기흡입부를 통하여 유입된 공기는 실외열교환기(17)를 통과하면서 압축기(23)로부터 실외열교환기(17)로 제공된 냉매의 방열작용을 촉진시키고 공기토출구(15)를 통하여 외부로 배출된다.
한편, 케이싱(11)내로 유입된 공기중 일부는, 도 6에 도시된 바와 같이, 베이스부(33)의 대각 방향을 따라 유동하게 되며, 이 때, 전열핀(37)은 공기의 유동방향을 따라 간헐적으로 배치됨과 동시에 공기의 유동방향을 따라 상호 평행하게 이격형성되어 있어 전열효과를 증대시키게 된다. 또한, 상대적으로 고열을 발생시키는 파워트랜지스터의 접속영역(34b)에 대응하여 전열핀(37)이 밀집배치된 전열핀열(35b)을 형성하고 있어 고열을 발생시키는 파워트랜지스터의 발열을 효과적으로 억제시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파워트랜지스터용 히트 싱크의 도 6에 대응한 도면이다. 도시된 바와 같이, 베이스부(43)의 일측 판면에는 공기의 유입방향에 대해 가로로 복수의 전열핀열(45a~45e)이 형성되어 있다. 각 전열핀열(45a~45e)에는 공기의 유동간격을 두고 상호 평행하게 이격배치되며 판면이 공기의 유동방향과 상호 평행하게 복수의 전열핀(47)이 형성되어 있다.
전술 및 도시한 실시예에서는, 전열핀열이 모두 5열을 이루도록 구성하여 설명하고 있지만, 필요에 따라 달리 구성할 수 있으며, 각 전열핀사이의 간격도 파워트랜지스터의 종류에 따라 달리 구성할 수 있음은 물론이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전열핀을 공기의 유동방향을 따라 간헐적으로 배치되도록 함으로써 “점성효과”에 기인한 냉각능력상실을 개선하여 전열효과를 증대시킬 수 있으며 그 크기를 상대적으로 줄일 수 있는 파워트랜지스터용 히트 싱크 및 파워트랜지스터용 히트 싱크를 갖는 공기조화기가 제공된다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따르면, 각 전열핀이 모두 공기의 유동방향과 평행하게 배치형성되어 있어 “박리 기포 현상”을 억제시킴으로써, 전열효과를 증대시킬 수 있어 컴팩트(Compact)한 파워트랜지스터용 히트 싱크 및 파워트랜지스터용 히트 싱크를 갖는 공기조화기가 제공된다.

Claims (6)

  1. 판상부재로 형성되며 일측 판면에 동작시 발열작용을 수반하는 파워트랜지스터가 적어도 하나 결합되는 베이스부와; 상기 베이스부의 타측 판면에 돌출되어 공기의 유동방향을 따라 상호 이격 배치된 복수의 열을 형성하며 각 열내에 공기의 유동간격을 두고 상기 공기의 유동방향과 상호 평행하게 이격배치되는 복수의 전열핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스부는 공기의 유동방향에 대해 소정 경사지게 배치되며, 상기 전열핀은 상기 공기의 유동방향과 평행하도록 상기 베이스부에 대해 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전열핀은 주변 영역에 비해 공기의 유동간격이 상대적으로 작도록 밀집배치된 적어도 하나의 밀집구간을 형성하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  4. 공기토출구와, 적어도 일영역이 상기 공기토출구에 대해 거의 직각을 이루도록 배치되는 공기흡입구가 형성된 케이싱과; 상기 공기흡입구에 인접되도록 배치되는 열교환기와; 상기 공기토출구 평면에 대해 거의 직각을 이루도록 배치된 회전축을 가지고 상기 공기흡입구로부터 흡입된 공기를 상기 공기토출구로 토출되도록 함으로써 상기 열교환기의 열교환작용을 촉진시키는 냉각팬과; 상기 케이싱내에 수용되어 외부로부터 제공된 냉매를 압축하는 압축기와; 상기 압축기와 상기 냉각팬중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어회로중에 배치되어 스위칭작용을 수행하는 파워트랜지스터가 적어도 하나 일측 판면에 결합되는 베이스부와, 상기 베이스부의 타측 판면에 돌출되어 공기의 유동방향을 따라 상호 이격 배치된 복수의 열을 형성하며 각 열내에 공기의 유동간격을 두고 상기 공기의 유동방향과 상호 평행하게 이격배치되는 복수의 전열핀을 갖는 히트 싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 베이스부는 상기 공기의 유동방향에 대해 소정의 경사각을 가지고 배치되며, 상기 전열핀은 상기 공기의 유동방향과 평행하도록 상기 베이스부에 대해 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 전열핀은 주변 영역에 비해 공기의 유동간격이 상대적으로 작도록 밀집배치된 적어도 하나의 밀집구간을 형성하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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