KR100810029B1 - 전력변환기의 방열장치 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

전력변환기의 방열장치

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 정류기가 설치된 본체 및 상기 본체의 상하부에 냉각팬을 서랍식 형태로 이동 가능하게 설치하여 전력변환기의 동작중에도 냉각팬의 보수 교환을 용이하게 하고, 정류기와 방열체간의 방열효과를 극대화하며, 전력 부스바 연결이 용이하도록 하는 전력변환기의 방열장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

3. 발명의 해결방법 요지

본 발명은, 소정 간격을 갖고 평행하게 설치되는 한 쌍의 상부 고정 프레임; 상기 상부 고정 프레임의 하방향으로 소정 간격을 갖고 설치되는 한쌍의 하부 고정 프레임; 다상 전파 브릿지를 형성하는 복수개의 정류기 모듈을 구비하고, 상기 상부 고정 프레임과 하부 고정 프레임 사이에서 수평방향으로 이동가능하게 설치되는 정류기 본체; 및 상기 각 정류기 모듈에 대응하는 냉각팬이 수용되고, 상기 상부 고정 프레임 상부 및 하부 고정 프레임의 하부에서 수평방향으로 이동 가능하게 설치되는 냉각팬 수용체를 포함하는 전력변환기의 방열장치를 제공한다.

4. 발명의 중요한 용도

대용량 전력변환기의 방열 장치로 사용할 수 있는 것임.

정류기 본체, 냉각팬 수용체, 서랍식, 방열통, 방열본체, SCR

Description

전력변환기의 방열장치{A heat-discharging apparatus for a electric power convertor}

도 1 은 3상 전자 브릿지로 구성된 반도체 정류소자를 주소자로 한 일반적인 정류회로의 구성도

도 2 는 본 발명에 의한 전력 변환기의 방열장치의 구성을 도시한 사시도.

도 3 은 본 발명에 의한 전력 변환기의 방열장치를 구성하는 전력용반도체 소자 본체의 일부분을 나타낸 구성도.

도 4 는 본 발명에 의한 전력변환기의 방열장치를 구성하는 방열본체의 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 1', 2, 2': 고정 프레임 4: 전력용반도체소자 본체

5: 냉각팬 6: 냉각팬 수용체

7, 7', 8, 8': 가이드 레일 10: 방열통

20: 방열본체 21: 평편부

22: 돌출부 23: 통공

24: 웨이비부 30: 전력용반도체 소자

40: 단자 부스바

본 발명은 전력변환기의 방열장치에 관한 것으로, 특히 정류기의 방열을 위한 방열판의 방열효과를 극대화하고, 전력변환기의 작동중에서도 보수를 용이하게 하도록 한 전력변환기의 방열장치에 관한 것이다.

일반적으로 대용량 전력변환기는 동작시 많은양의 열을 발생하게 된다. 상기 전력변환기에서 발생하는 열은 대부분 전력용 반도체 소자로부터 발생하게 된다.

도 1 은 3상전자 브릿지로 구성된 반도체 정류소자(Sillicon Controlled Rectifier)(이하, SCR이라 칭함)를 주소자로 한 일반적인 정류회로의 구성도를 나타낸 회로도이다.

이와 같이 구성된 반도체 정류소자는 전력변환기가 작동할 때, 매우 많은 양의 열을 발생하게 되어 충분한 방열이 이루어지지 않게 되면, 동작의 오작동 등 기기고장을 유발하는 원인이 된다.

따라서, 전력변환기의 방열장치는 대단히 중요한 요소이며, 어떠한 냉각방식으로 제작하느냐에 따라 제작비용과 성능이 크게 좌우되며, 정상 운전시의 진단점검과 보수방법(시간소요)에도 차이가 있다.

이를 위하여, 종래에는 대용량 전력변환기용 반도체소자(정류기)의 방열방식으로, 크게 수냉식과 유냉식 공랭식 방법을 이용하고 있다.

먼저, 종래 전력변환기의 정류기 방열 장치가 수냉식일 경우, 물을 순환시키는 펌프와 파이를 설치하고, 냉각수를 냉각시키기 위한 라디에이터(radiator)나 쿨링 타워(cooling tower)를 설치하고, 전기적 절연관계로 냉각수는 일반물을 사용할 수 없으며 순수한 물만 사용하여야 한다.

따라서, 종래 수냉식에 의한 정류기 방열장치는 순환용 펌프나 파이프에 세척을 위해 화공약품이 투입되어야 하는 등 변환기 자체보다 부대설비가 훨씬 고가가 되는 등의 문제점이 있다.

한편, 종래 전력변환기의 정류기 방열 장치가 유냉식일 경우, 전력변환기용 반도체 소자(정류기)를 기름탱크에 넣어 밀폐시켜 기름을 순환하여 냉각하는 방식이다.

따라서, 종래 유냉식에 의한 정류기 방열장치는 탱크가 필요하고 냉각용 기름이 필요하여 무게가 대단히 무겁기 때문에 설치장소가 한정되고, 가격이 높으며 부피 또한 대단히 크고, 유지보수시 탱크와 변환기를 분리하여 보수해야만 하기 때문에 기름에 침투된 수분을 제거하기 위해 여과를 시켜야 하는 등 비용과 시간이 많이 걸리는 문제점이 있다.

그리고, 종래 전력변환기의 정류기 방열 장치가 공냉식일 경우, 정류기의 방열을 위한 냉각을 간편하게 할 수 있는 장점은 있으나, 발열체와 방열체의 열분포상 써멀 임피던스(thermal impedance) 관계로 방열에 한계가 있어 대용량화에는 그 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 정류기가 구비된 본체 및 상기 본체의 상하부에 냉각팬을 서랍식 형태로 이동 가능하게 설치하여 전력변환기의 동작중에도 냉각팬의 보수 교환을 용이하게 하도록 한 전력변환기의 방열장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 정류기와 방열체간의 방열효과를 극대화하고, 전력 부스바 연결이 용이하도록 하는데 그 다른 목적이 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 소정 간격을 갖고 평행하게 설치되는 한 쌍의 상부 고정 프레임; 상기 상부 고정 프레임의 하방향으로 소정 간격을 갖고 설치되는 한쌍의 하부 고정 프레임; 다상 전파 브릿지를 형성하는 복수개의 정류기 모듈을 구비하고, 상기 상부 고정 프레임과 하부 고정 프레임 사이에서 수평방향으로 이동가능하게 설치되는 정류기 본체; 및 상기 각 정류기 모듈에 대응하는 냉각팬이 수용되고, 상기 상부 고정 프레임 상부 및 하부 고정 프레임의 하부에서 수평방향으로 이동 가능하게 설치되는 냉각팬 수용체를 포함하는 전력변환기의 방열장치를 제공한다.

상기 정류기 본체는 상기 상부 고정 프레임의 하면과 하부 고정 프레임의 상 면에 설치되는 제1 가이드 레일을 따라 이동한다.

상기 상부 고정 프레임의 상부 및 하부 고정 프레임이 하부에는 각각 제2 가이드 레일이 설치되고, 상기 냉각팬 수용체가 상기 각 가이드 레일을 따라 이동한다.

상기 각 가이드 레일에는 상기 정류기 본체 및 냉각팬 수용체의 이동이 원할하도록 롤링부재가 설치된다.

상기 롤링부재는 볼베어링 형태로 형성된다.

상기 정류기 본체는 통형상의 방열통; 상기 방열통의 내부 양벽면에 대향되게 쌍을 이루면서 일렬로 설치되는 복수쌍의 방열본체; 상기 방열본체의 대향되는 면에 설치되는 반도체 정류기; 및 상기 평행한 방열본체의 상하부에 연결되어 소정의 다상 전파 브릿지의 정류회로를 형성하도록 연결되는 단자 부스바를 포함한다.

상기 방열본체는 상기 반도체 정류기가 설치되는 평편부; 상기 평편부의 배면으로부터 소정 반경을 갖고 돌출되는 하나 이상의 돌출부; 상기 돌출부의 중심부에 형성되는 통공; 상기 돌출부의 외주면을 따라 불규칙하게 파형형상으로 돌출되는 웨이비부로 이루어진다.

상기 웨이비부의 파형 형상은 공기와의 방열면적을 최대화시킬 수 있는 형상으로 그 단면형상이 ㄹ 또는 ㅌ 중 하나의 형상으로 불규칙하게 돌출된다.

상기 정류기 본체 및 냉각팬 수용체의 외부 일면에는 손잡이가 설치된다.

상기 방열 본체는 세쌍이 대향하게 설치되고, 일측의 나란한 3 개의 방열본체의 하부에 + 전력 부스바 하나를 연결하고, 상기 일측 3개의 방열본체 상부에 각 각 - 전력 부스바를 연결하여 하나의 모듈 구조로 합성하며, 타측의 나란한 3개의 방열본체의 하부에 - 전력 부스바 하나를 연결하고, 상기 타측 3개의 방열본체 상부에 각각 + 전력 부스바를 연결하여 하나의 모듈 구조로 합성하여 3상전파 브릿지로 구성된 정류회로를 형성한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 전력변환기의 방열장치의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2 는 본 발명에 의한 전력 변환기의 방열장치의 구성을 도시한 사시도이다.

이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 전력 변환기의 방열장치는, 소정 간격을 갖고 평행하게 설치되는 한 쌍의 상부 고정 프레임(1)(1')과, 상기 상부 고정 프레임(1)(1')의 하방향으로 소정 간격을 갖고 설치되는 한쌍의 하부 고정 프레임(2)(2')와, 다상 전파 브릿지를 형성하는 복수개의 전력용반도체 소자 모듈(4a)을 구비하고, 상기 상부 고정 프레임(1)(1')과 하부 고정 프레임(2)(2') 사이에서 수평방향(도2의 화살표 A 방향)으로 이동가능하게 설치되는 전력용반도체 소자 본체(4)와, 상기 각 전력용반도체 소자 모듈에 대응하는 냉각팬(5)이 수용되고, 상기 상부 고정 프레임(1)(1')의 상부 및 하부 고정 프레임(2)(2')의 하부에서 수평방향(도2의 화살표 A 방향)으로 이동 가능하게 설치되는 냉각팬 수용체(6)를 포함한다.

상기 정류기 본체(4)는 상기 상부 고정 프레임(1)(1')의 하면과 하부 고정 프레임(2)(2')의 상면에 설치된 제1 가이드 레일(7)(7')을 따라 수평 이동하게 된 다.

상기 냉각팬 수용체(6)는 상기 상부 고정 프레임(1)(1')의 상면 및 하부 고정 프레임(2)(2')의 하면에 설치된 제2 가이드 레일(8)(8')을 따라 수평 이동하게 된다.

이 때, 상기 각 가이드 레일(7)(7')(8)(8')에는 수평 이동의 구동이 원할하도록 볼 형태의 롤링부재(미도시), 바람직하게는 볼 베어링을 구비할 수 있다.

상기 전력용반도체 소자는 싸이지스터나, FET, BJT 등이 있다.

상기 전력용반도체 소자 본체(4)의 구성을 도 3 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3 은 본 발명에 의한 전력 변환기의 방열장치를 구성하는 전력용반도체 소자 본체의 일부분을 나타낸 구성도이고, 도 4 는 본 발명에 의한 전력변환기의 방열장치를 구성하는 방열본체의 사시도이다.

이에 도시한 바와 같이, 정류기 본체(4)는, 통형상의 방열통(10)과, 상기 방열통(10)의 내면 양벽면에 대향되게 설치되는 다수쌍의 방열본체(20)와, 상기 방열본체(20)의 대향되는 면에 설치되는 전력용반도체 소자(30)(이하, SCR이라 칭함)와, 상기 방열본체(30)에 소정의 다상 전파 브릿지를 형성하도록 연결되는 단자 부스바(40)로 이루어진다.

상기 SCR이 설치되는 방열본체(20)는, 도 4 에 나타낸 바와 같이, 상기 SCR(20)이 설치되는 평편부(21)와, 상기 평편부(21)의 배면으로부터 복수개 돌출되는 돌출부(22)와, 상기 돌출부(22)에 형성되는 통공(23)과, 상기 돌출부(22)의 외 주면을 따라 불규칙하게 파형형상으로 돌출되는 웨이비부(24)로 이루어진다.

여기에서 상기 웨이비부(24)의 파형 형상은 제공되는 공기와의 방열면적을 최대화시킬 수 있는 형상, 예를 들면, 그 단면형상이 "ㄹ" 또는 "ㅌ" 형상을 갖거나 이들을 혼합한 형상을 갖고 불규칙하게 돌출된다.

상기 전력용반도체 소자 본체(4) 및 냉각팬 수용체(6)의 외부 일면에는 이동을 위한 손잡이(4')(6')가 장착된다.

상기와 같이 구성되는 방열장치에 다상, 예를 들면 3상 정류회로를 구성하고자 할 때, 하나의 SCR 소자가 설치된 방열 본체(20) 세쌍을 방열통(10) 내벽면에 서로 대향하게 설치한다. 이후, 일측의 나란한 3 개의 방열본체(20)의 하부에 + 전력 부스바(40) 하나를 연결하고, 상기 3개의 방열본체(20) 상부에 각각 - 전력 부스바를 연결하여 하나의 모듈 구조로 합성한다.

또한, 타측의 나란한 3개의 방열본체(20)의 하부에 - 전력 부스바(40) 하나를 연결하고, 상기 3개의 방열본체(20) 상부에 각각 + 전력 부스바를 연결하여 하나의 모듈 구조로 합성한다.

따라서, 상기 방열통(10)의 내벽 일측과 타측에 각각 하나의 모듈로 구성됨으로써 3상전파 브릿지로 구성된 정류회로가 형성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 전력변환기의 방열장치는, 전력변환기의 동작시 SCR(30)에서 발생된 열은 방열본체(20)를 통해 방열통(10)으로 열전도됨과 동시에, 정류기 본체(4)의 하부에 설치된 냉각팬(5)에서 공기를 송풍시켜 방열본체(20)를 방열시킨후, 상부에 설치된 냉각팬(6)에서 공기를 흡입하여 배출시킨다.

이때, 상기 하부 냉각팬(5)으로부터 송풍된 공기는 방열본체(20)의 통공(23)과 웨이비부(24)와 접촉하면서 그 방열면적이 극대화된다.

한편, 상기 냉각팬(5)에 고장이 발생할 때, 상기 냉각팬(5)을 수용하는 냉각팬 수용체(6)가 전력용반도체 소자 본체(4)의 상하부에 서랍식으로 수평방향으로 이동가능하게 설치되어 있기 때문에, 전력용반도체 소자 본체(4)가 동작중에도 냉각팬 수용체(6)를 수평방향으로 이동시킨 다음, 보수 또는 교환을 용이하게 수행할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 의한 전력변환기의 방열장치는 정류기가 구비된 본체 및 상기 본체의 상하부에 냉각팬을 서랍식 형태로 이동 가능하게 설치하여 전력변환기의 동작중에도 냉각팬의 보수 교환을 용이하게 하도록 한 효과가 있다.

또한, 정류기와 방열체간의 방열효과를 극대화하고, 전력 부스바 연결이 용이하도록 한 효과가 있다.

Claims (10)

1. 소정 간격을 갖고 평행하게 설치되는 한 쌍의 상부 고정 프레임;

   상기 상부 고정 프레임의 하방향으로 소정 간격을 갖고 설치되는 한쌍의 하부 고정 프레임;

   다상 전파 브릿지를 형성하는 복수개의 정류기 모듈을 구비하고, 상기 상부 고정 프레임과 하부 고정 프레임 사이에서 수평방향으로 이동가능하게 설치되는 정류기 본체; 및

   상기 각 정류기 모듈에 대응하는 냉각팬이 수용되고, 상기 상부 고정 프레임 상부 및 하부 고정 프레임의 하부에서 수평방향으로 이동 가능하게 설치되는 냉각팬 수용체를 포함하며,

   상기 정류기 본체는, 통형상의 방열통, 상기 방열통의 내부 양벽면에 대향되게 쌍을 이루면서 일렬로 설치되는 복수쌍의 방열본체, 상기 방열본체의 대향되는 면에 설치되는 반도체 정류기, 상기 평행한 방열본체의 상하부에 연결되어 소정의 다상 전파 브릿지의 정류회로를 형성하도록 연결되는 단자 부스바로 구성되되, 상기 방열본체는 반도체 정류기가 설치되는 평편부와, 상기 평편부의 배면으로부터 소정 반경을 갖고 돌출되는 하나 이상의 돌출부와, 상기 돌출부의 중심부에 형성되는 통공과, 상기 돌출부의 외주면을 따라 불규칙하게 파형형상으로 돌출되는 웨이비부로 구성되는

   전력변환기의 방열장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 정류기 본체는

   상기 상부 고정 프레임의 하면과 하부 고정 프레임의 상면에 설치되는 제1 가이드 레일을 따라 이동하는 전력변환기의 방열장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 상부 고정 프레임의 상부 및 하부 고정 프레임이 하부에는 각각 제2 가이드 레일이 설치되고, 상기 냉각팬 수용체가 상기 각 가이드 레일을 따라 이동하는 전력변환기의 방열장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 각 가이드 레일에는 상기 정류기 본체 및 냉각팬 수용체의 이동이 원할하도록 롤링부재가 설치되는 전력변환기의 방열장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 롤링부재는 볼베어링 형태로 형성되는 전력변환기의 방열장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,

   상기 웨이비부의 파형 형상은

   공기와의 방열면적을 최대화시킬 수 있는 형상으로 그 단면형상이 ㄹ 또는 ㅌ 중 하나의 형상으로 불규칙하게 돌출되는 전력변환기의 방열장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 정류기 본체 및 냉각팬 수용체의 외부 일면에는 손잡이가 설치된 전력변환기의 방열장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 방열 본체는 세쌍이 대향하게 설치되고, 일측의 나란한 3 개의 방열본체의 하부에 + 전력 부스바 하나를 연결하고, 상기 일측 3개의 방열본체 상부에 각각 - 전력 부스바를 연결하여 하나의 모듈 구조로 합성하며, 타측의 나란한 3개의 방열본체의 하부에 - 전력 부스바 하나를 연결하고, 상기 타측 3개의 방열본체 상부에 각각 + 전력 부스바를 연결하여 하나의 모듈 구조로 합성하여 3상전파 브릿지로 구성된 정류회로

    를 형성하는 전력변환기의 방열장치.

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