KR101151712B1

KR101151712B1 - 냉각시스템의 전기부품 냉각장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR101151712B1
Application number: KR1020050062389A
Authority: KR
Inventors: 김종문; 노수혁
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2012-06-15
Also published as: KR20070007638A

Abstract

전기부품을 낮은 온도로 유지할 수 있고, 전기부품의 온도변화가 급격하지 않도록 하여 수명을 길게 할 수 있도록 하는 냉각시스템의 전기부품 냉각장치 및 그 제어방법을 개시한다. 이 전기부품 냉각장치는 냉매를 통해 전기부품을 냉각시키는 냉각부를 구비한 냉각유로와, 냉각유로를 개폐하여 냉매흐름을 제어하는 개폐밸브와, 냉각유로의 냉각부와 전기부품 사이에 개재되며 전기부품보다 큰 열용량을 구비하는 축열부재를 포함한다. 또 이 전기부품 냉각장치는 전기부품의 온도가 외기온도 이상으로 유지되어 전기부품에 이슬이 맺히는 현상이 방지될 수 있도록 한다.

Description

냉각시스템의 전기부품 냉각장치 및 그 제어방법{COOLING DEVICE FOR ELECTRIC PARTS OF COOLING SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명에 따른 냉각시스템의 전기부품 냉각장치 구성을 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 냉각시스템의 전기부품 냉각장치의 제어과정을 나타낸 흐름도이다.

도 3은 본 발명에 따른 냉각시스템의 전기부품 냉각장치의 축열부재를 나타낸 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 냉각시스템의 전기부품 냉각장치 축열부재의 다른 실시 예를 나타낸 사시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 압축기, 11: 응축기,

12: 팽창장치, 13: 증발기,

16: 전기부품, 20: 냉각장치,

21: 냉각부, 22: 냉각유로,

23: 개폐밸브, 24,24a: 축열부재,

30: 제어부, 31: 외기온도센서,

32: 전기부품 온도센서.

본 발명은 냉각시스템의 전기부품 냉각장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기부품의 온도변화가 빈번하지 않게 하여 전기부품의 수명을 길게 할 수 있는 냉각시스템의 전기부품 냉각장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

대한민국 등록특허공보 10-351599호(2002년 9월 11일 공고)에는 냉동 압축기 구동장치의 전력 전자부품을 냉각시키는 장치 및 방법이 개시되어 있다. 특히 이 공보에는 압축기의 모터속도를 제어하는 가변주파수 구동장치의 절연성 게이트 양극 트랜지스터(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)와 같은 발열성 전기부품을 냉각시키는 장치와 방법이 개시되어 있다.

이 냉각장치는 압축기 제어를 위한 전기부품의 냉각을 위해 응축기의 출구 쪽 냉매를 압축기의 흡입 측으로 안내하며 전기부품과 접하는 유동채널을 갖춘 냉각유로와, 이 냉각유로를 개폐하는 개폐밸브와, 개폐밸브의 개폐동작 제어를 위해 전기부품의 온도를 감지하는 온도센서를 갖추고 있다. 이는 전기부품의 온도가 상승할 때 개폐밸브를 개방하여 냉매가 냉각유로 쪽으로 흐르도록 함으로써 전기부품을 냉각시킬 수 있도록 한 것이다. 이때 전기부품의 온도는 90 ~ 140℃의 범위에서 조절되도록 하고 있다.

그러나 이러한 냉각시스템에 있어서 절연성 게이트 양극 트랜지스터(IGBT)와 같은 전기부품은 온도를 낮게 유지할수록 수명을 연장시킬 수 있음에도, 위의 냉각장치는 전기부품의 온도를 90 ~ 140℃ 정도의 고온으로 유지시키기 때문에 전기부품의 수명을 길게 할 수 없었다.

또 이러한 냉각장치는 전기부품의 온도가 상승할 때 개폐밸브를 개방하여 냉각시키고 전기부품의 온도가 낮을 때 개폐밸브를 폐쇄하도록 제어하기 때문에 전기부품의 온도변화가 빈번해질 수 있었고, 개폐밸브의 동작제어도 빈번히 이루어지기 때문에 기기의 내구성이 저하될 수 있었다.

본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전기부품을 낮은 온도범위에서 유지할 수 있고, 전기부품의 온도변화가 급격하지 않도록 하여 수명을 길게 할 수 있도록 하는 냉각시스템의 전기부품 냉각장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전기부품 쪽으로 냉매 공급을 위한 개폐밸브의 동작제어가 빈번하지 않도록 하여 기기의 내구성을 높일 수 있도록 하는 냉각시스템의 전기부품 냉각장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전기부품의 과도한 냉각을 방지하여 전기부품에 이슬이 맺히는 현상을 방지할 수 있도록 하는 냉각시스템의 전기부품 냉각장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉각시스템의 전기부품 냉각장 치는 냉매를 통해 전기부품을 냉각시키는 냉각부를 구비한 냉각유로와, 상기 냉각유로를 개폐하여 냉매흐름을 제어하는 개폐밸브와, 상기 냉각유로의 냉각부와 상기 전기부품 사이에 개재되며 상기 전기부품보다 큰 열용량을 구비하는 축열부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 축열부재는 금속재질의 블록인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 축열부재는 열용량이 큰 액체가 수용된 블록인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 냉각시스템의 전기부품 냉각장치 제어방법은 냉매를 통해 전기부품을 냉각시키기 위한 냉각유로와, 상기 냉각유로를 개폐하여 냉매흐름을 제어하는 개폐밸브를 포함하는 것에 있어서, 외기온도와 상기 전기부품의 온도를 각각 감지하고, 상기 전기부품의 온도가 상기 외기온도 이상인지를 판단하고, 상기 전기부품의 온도가 상기 외기온도 이상이면 상기 개폐밸브를 개방하고 아니면 상기 개폐밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 냉각시스템의 전기부품 냉각장치 제어방법은 상기 전기부품의 온도가 설정온도 이상인지를 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 전기부품의 온도가 설정온도 이상이면 상기 개폐밸브를 개방하고 아니면 상기 개폐밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 냉각시스템은 도 1에 도시한 바와 같이, 냉매를 고온 고압으 로 압축하는 압축기(10), 압축기(10)에서 압축된 냉매를 외기와 열교환을 통해 응축시키는 응축기(11), 응축기(11)에서 응축된 액상의 냉매를 저압으로 팽창시키는 팽창장치(12), 팽창장치(12)를 거친 냉매를 증발시켜 공기로부터 열을 흡수하는 증발기(13)를 포함한다. 이러한 냉각시스템은 통상의 공기조화시스템 또는 저장물의 냉장보관을 위한 냉각장치 등에 적용될 수 있다.

또 본 발명의 냉각시스템은 외부의 전원(15)으로부터 압축기(10)에 인가되는 전력의 제어를 통해 압축기(10) 동작을 제어하는 것으로 통상의 절연성 게이트 양극 트랜지스터(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)을 갖춘 가변주파수 제어장치를 구비하고, 이 가변주파수 제어장치와 같은 전기부품(16)의 과열을 방지하기 위한 냉각장치(20)를 구비한다.

냉각장치(20)는 전기부품(16)을 냉각시키기 위한 것으로 굴절유로 형태의 냉각부(21)를 구비하며 응축기(11)의 출구 쪽 유로와 압축기(10)의 흡입 측 유로 사이를 연결하는 냉각유로(22)와, 냉각유로(22) 쪽으로의 냉매 흐름을 제어할 수 있도록 냉각유로(22)에 설치되는 개폐밸브(23)를 구비한다. 이는 개폐밸브(23)를 개방하여 냉각유로(22) 쪽으로 냉매가 흐를 수 있도록 함으로써 냉각부(21)를 통과하는 냉매의 증발을 통해 전기부품(16)을 냉각시킬 수 있도록 한 것이다.

또 냉각장치(20)는 전기부품(16)의 온도변화를 최소화할 수 있도록 냉각유로(22)의 냉각부(21)와 전기부품(16) 사이에 개재되며 전기부품(16)보다 큰 열용량을 구비하는 축열부재(24)를 포함한다. 축열부재(24)는 도 3에 도시한 바와 같이, 냉각부(21)와 전기부품(16) 사이에 개재되는 것으로 구리(CU)처럼 열용량이 큰 금속 재질의 블록으로 이루어질 수 있다. 또 도 4에 도시한 바와 같이, 축열부재(24a)는 열용량이 큰 액체가 수용된 금속상자 형태의 블록으로 이루어질 수 있다.

이러한 축열부재(24,24a)는 큰 열용량을 구비하기 때문에 냉각부(21)로부터 전달되는 한기(寒氣)를 축적하였다가 전기부품(16)을 냉각시키고, 자체 흡열기능을 통해 전기부품(16)을 냉각시킬 수 있어 전기부품(16)의 온도변화를 그 만큼 지연시킬 수 있다. 따라서 전기부품(16)의 급격한 온도변화를 방지할 수 있다.

또한 본 발명의 냉각시스템은 도 1에 도시한 바와 같이, 압축기(10), 팽창장치(12), 냉각장치(20)의 개폐밸브(23) 등의 동작을 제어하는 제어부(30)와, 개폐밸브(23)의 동작제어를 위해 외기의 온도 및 전기부품(16)의 온도를 각각 감지하는 외기온도센서(31)와 전기부품 온도센서(32)를 구비한다.

다음은 이러한 냉각시스템의 전기부품 냉각장치의 동작 및 제어방법에 관하여 설명한다.

전기부품(16)의 냉각제어는 도 2의 흐름도와 같이 이루어진다. 냉각시스템이 동작하는 동안 제어부(30)는 도 2에 도시한 바와 같이, 외기온도센서(31)를 통해 외기온도(T1)를 감지하고(41), 전기부품 온도센서(32)를 통해 전기부품(16)의 온도(T2)를 감지한다(42). 또 제어부(30)는 전기부품(16)의 온도(T2)가 외기온도(T1) 이상인지를 판단한다(43). 이때 전기부품의 온도(T2)가 외기온도(T1) 미만인 경우(외기온도보다 낮은 경우)에는 개폐밸브(23)를 폐쇄한 상태로 유지하도록 제어한다(46). 이는 전기부품(16)의 온도(T2)가 외기온도(T1)보다는 낮아지지 않도록 하여 전기부품(16)에 이슬이 맺히는 현상을 방지함으로써 전기부품(16)을 보호할 수 있 도록 한 것이다.

도 2의 단계 43에서 전기부품(16)의 온도(T2)가 외기온도(T1) 이상인 것으로 판단된 경우에는 다시 전기부품(16)의 온도(T2)가 미리 설정한 온도(T3, 전기부품의 바람직한 가동온도) 이상인지 여부를 판단한다(44). 그리고 전기부품(16)의 온도(T2)가 설정온도(T3) 이상인 경우에는 개폐밸브(23)를 개방하여 전기부품(16)을 냉각시키도록 제어하고(45), 전기부품(16)의 온도(T2)가 설정온도(T3) 미만인 경우에는 개폐밸브(23)가 폐쇄되도록 한다(46).

이러한 구성은 전기부품의 온도(T2)가 외기온도(T1) 이상인 조건과 전기부품의 온도(T2)가 설정온도(T3) 이상인 조건인 경우에 한하여 개폐밸브(23)의 개방이 이루어 지도록 한 것이다. 그리고 이를 통해 전기부품의 온도(T2)를 가능한 낮게 유지하여 수명을 연장시킬 수 있도록 하면서도 전기부품(16)의 온도(T2)가 외기온도(T1)보다는 낮아지지 않도록 하여 전기부품(16)에 이슬이 맺히는 현상을 방지할 수 있도록 한 것이다. 이와 같은 제어동작에 대한 구체적인 예는 다음과 같다.

전기부품(16)의 바람직한 설정온도(T3)를 25℃로 한 상태에서 외기온도(T1)가 30℃인 경우에는 전기부품의 온도(T2)가 30℃이상인 경우에 개폐밸브(23)의 개방이 이루어지고, 전기부품(16)의 온도(T2)가 30℃미만이면 개폐밸브(23)의 폐쇄가 이루어짐으로써 전기부품의 온도(T2)가 30℃정도로 유지된다. 따라서 이때는 전기부품(16)에 이슬 맺힘이 생기지 않는다.

한편, 전기부품(16)의 바람직한 설정온도(T3)를 역시 25℃로 한 상태에서 외기온도(T1)가 20℃인 경우에는 전기부품의 온도(T2)가 설정온도(T3)인 25℃이상인 경우에 개폐밸브(23)의 개방이 이루어지고, 전기부품의 온도(T2)가 25℃미만이면 개폐밸브(23)의 폐쇄가 이루어짐으로써 전기부품의 온도(T2)가 25℃정도로 유지된다. 이때에도 전기부품의 온도(T2)는 20℃인 외기온도(T1)보다 높은 상태이므로 전기부품(16)에 이슬 맺힘이 생기지 않는다.

또 본 발명은 냉각장치(20)의 축열부재(24)가 큰 열용량을 구비하기 때문에 위와 같은 제어를 통해 전기부품의 냉각이 이루어지는 동안 전기부품(16)의 급격한 온도변화가 방지된다. 즉 냉각유로(22)의 냉각부(21)로부터 전달되는 차가운 기운이 축열부재(24)에 축적되었다가 전기부품(16)을 냉각시키기 때문에 개폐밸브(23)의 폐쇄를 통해 냉각유로(22) 쪽으로 냉매가 흐르지 않는 상황에서도 한동안은 축열부재(24)에 축적된 한기(寒氣)에 의해 전기부품(16)의 냉각이 이루어질 수 있다. 따라서 전기부품(16)의 온도상승은 그 만큼 지연될 수 있게 되므로 전기부품(16)의 급격한 온도변화를 방지할 수 있다. 이는 개폐밸브(23)의 개폐제어를 빈번하게 수행하지 않으면서도 전기부품(16)의 과열을 방지할 수 있도록 하므로 기기의 내구성을 향상시킬 수 있게 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각시스템의 전기부품 냉각장치는 전기부품의 온도을 낮은 온도범위로 유지할 수 있고, 축열부재의 기능을 통해 전기부품 온도의 급격한 변화를 방지할 수 있기 때문에 전기부품의 수명을 길게 할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 축열부재를 통해 전기부품의 급격한 온도변화를 방지할 수 있기 때문에 냉각장치의 개폐밸브를 빈번히 동작시키지 않으면서도 전기부품의 과열을 방지할 수 있어 종래보다 기기의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 냉각동작이 이루어지는 동안 전기부품의 온도가 외기온도 이상으로 유지되기 때문에 전기부품에 이슬이 맺히는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

냉매를 통해 전기부품을 냉각시키는 냉각부를 구비한 냉각유로와, 상기 냉각유로를 개폐하여 냉매흐름을 제어하는 개폐밸브를 포함하는 냉각시스템의 전기부품 냉각장치에 있어서,

상기 냉각유로의 냉각부와 상기 전기부품 사이에 개재되며 상기 전기부품보다 큰 열용량을 구비하는 축열부재를 포함하는 냉각시스템의 전기부품 냉각장치.
제1항에 있어서,

상기 축열부재는 금속재질의 블록인 것을 특징으로 하는 냉각시스템의 전기부품 냉각장치.
제1항에 있어서,

상기 축열부재는 열용량이 큰 액체가 수용된 블록인 것을 특징으로 하는 냉각시스템의 전기부품 냉각장치.
냉매를 통해 전기부품을 냉각시키기 위한 냉각유로와, 상기 냉각유로를 개폐하여 냉매흐름을 제어하는 개폐밸브를 포함하는 냉각시스템의 전기부품 냉각장치 제어방법에 있어서,

외기온도와 상기 전기부품의 온도를 각각 감지하고, 상기 전기부품의 온도가 상기 외기온도 이상인지를 판단하고, 상기 전기부품의 온도가 상기 외기온도 이상이면 상기 개폐밸브를 개방하고 아니면 상기 개폐밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템의 전기부품 냉각장치 제어방법.
제4항에 있어서,

상기 전기부품의 온도가 설정온도 이상인지를 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 전기부품의 온도가 설정온도 이상이면 상기 개폐밸브를 개방하고 아니면 상기 개폐밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템의 전기부품 냉각장치 제어방법.