KR101344624B1 - 전기 구성품의 냉각 - Google Patents

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Abstract

본원은, 변환기 내에 전기적으로 상호연결된 전기 구성품 (SWA1, SWA2, SWA3, SWA4, SWA5, SWA6, SWA7, SWA8, SWB1, SWB2, SWB3, SWB4, SWB5, SWB6, SWB7, SWB8) 의 적어도 제 1 그룹 및 제 2 그룹을 냉각시키는 냉각 장치와 방법 뿐만 아니라 변환기에 관한 것이고, 상기 제 1 그룹 및 제 2 그룹은 변환기의 연결 단자에 이어지는 전도체의 양측에 배치된다. 상기 냉각 장치 (22) 는, 제 1 그룹을 통하여 냉매 (M) 를 운반하도록 배열되는 제 1 운반 장치 (HSA1, HSA2, HSA3, HSA4, HSA5, HSA6, HSA7, HSA8, HSA9, COA1, COA2, COA3, COA4, COA5, COA6, COA7, COA8) 와, 제 2 그룹을 통하여 동일한 냉매를 운반하도록 배열되는 제 2 운반 장치 (HSB1, HSB2, HSB3, HSB4, HSB5, HSB6, HSB7, HSB8, HSB9, COB1, COB2, COB3, COB4, COB5, COB6, COB7, COB8, COB9) 를 포함한다.

Description

전기 구성품의 냉각 {COOLING OF ELECTRICAL COMPONENTS}
본 발명은, 일반적으로 전기 구성품의 냉각에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 본 발명은, 적어도 전기적으로 상호연결된 전기 구성품의 제 1 그룹 및 제 2 그룹을 냉각시키는 냉각 장치 및 냉각 방법 뿐만 아니라 상기 냉각 장치를 포함하는 변환기에 관한 것이다.
전력 전송 시스템, 특히 고전압 직류 (HVDC) 전력 전송 시스템에 있어서, 전기 구성품을 관류하는 전류는 매우 높을 수 있다. 통상적인 이러한 구성품은 사이리스터 (thyristors) 및 절연형 게이트 양극 트랜지스터 (IGBTs) 등의 전류 밸브 구성품이다. 이러한 높은 전류로 인해, 상기 구성품은 대량의 열을 발생시킬 수 있고, 그리하여 냉각이 필요하다. 따라서, 이러한 구성품을 냉각시키는 방법은 매우 중요하다.
이러한 분야에서 일 냉각 장치로는 WO 2007/149023 에 개시되어 있다. 냉각시킬 전기 구성품의 그룹을 냉각 블록과 접촉하는 칼럼에 직렬로 배치시킨다. 냉각 블록은 여기에서 전기 구성품의 2 그룹을 포함하는 하나 이상의 열에 대하여 제공된다.
하지만, HVDC 시스템내의 구성품을 냉각시키는 통상적인 방법은, 구성품들 사이에 제공되는 냉각 요소 또는 히트 싱크를 사용하고 또한 냉각 요소에 병렬로 공급된 냉각 매체를 사용하여 구성품을 병렬 냉각시키는 것이다.
이러한 접근의 일 문제점은 대량의 냉각 매체가 사용될 수 있다는 것이다. 게다가, 구성품은 상이한 양의 열을 발생시켜 냉각 요건이 상이할 수 있다.
그리하여, 냉각 매체를 덜 사용할 뿐만 아니라 구성품의 가변 냉각 요건을 고려하는 냉각을 제공할 필요가 있다.
본 발명의 일 목적은, 전기적으로 상호연결된 전기 구성품의 적어도 제 1 그룹 및 제 2 그룹을 냉각시키는 냉각 장치를 제공하는 것이고, 이러한 냉각 장치는 제한된 양의 냉각 매체를 사용한다.
상기 목적은, 본 발명의 제 1 양태에 따라서, 변환기 내에 전기적으로 상호연결된 전기 구성품의 적어도 제 1 그룹 및 제 2 그룹을 냉각시키는 냉각 장치를 통하여 달성되고, 상기 그룹 각각은 적어도 하나의 구성품을 포함하고, 상기 제 1 그룹 및 제 2 그룹은 변환기의 연결 단자에 이어지는 전도체의 양측에 배치되며, 상기 냉각 장치는,
- 제 1 그룹을 통하여 냉매 (M) 를 운반하도록 배열되는 제 1 운반 장치와,
- 제 2 그룹을 통하여 동일한 냉매를 운반하도록 배열되는 제 2 운반 장치를 포함하고,
- 상기 제 1 운반 장치는 냉매를 제 2 운반 장치로 운반하는 제 2 운반 장치 이전에 이 제 2 운반 장치와 직렬로 배치된다.
본 발명의 다른 목적은, 사용된 냉매의 양이 제한되는 변환기를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명의 제 2 양태에 따라서, 전기적으로 상호연결된 전기 구성품의 제 1 그룹, 전기적으로 상호연결된 전기 구성품의 제 2 그룹 및 제 1 양태에 따른 냉각 장치를 포함하는 변환기를 통하여 달성된다.
본 발명의 다른 목적은, 전기적으로 상호연결된 전기 구성품의 적어도 제 1 그룹 및 제 2 그룹을 냉각시키는 방법을 제공하고 또한 제한된 양의 냉매를 사용하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명의 제 3 양태에 따라서, 변환기 내에 전기적으로 상호연결되고 또한 변환기의 연결 단자에 이어지는 전도체의 양측에 제공되는 전기 구성품의 적어도 제 1 그룹 및 제 2 그룹을 냉각시키는 방법에 의해 달성되고, 상기 그룹 각각은 적어도 하나의 구성품을 포함하고, 상기 방법은:
제 1 그룹을 통하여 냉매를 운반하는 단계와,
제 1 그룹을 통과한 후에 제 2 그룹을 통하여 동일한 냉매를 운반하는 단계를 포함한다.
본 발명은 다수의 장점을 가진다. 동일한 냉매를 사용하여 제 2 그룹 이전에 제 1 그룹을 냉각시킴으로써, 병렬식 냉각에 비하여 냉매가 덜 사용된다. 제 1 그룹의 전기 구성품이 먼저 냉각되기 때문에, 제 1 그룹의 이러한 전기 구성품의 냉각이 효과적이다. 하지만, 또한 제 1 그룹을 냉각시키는데 이미 사용된 냉매를 수용하더라도, 제 2 그룹의 전기 구성품을 냉각하기에 충분히 효과적일 수 있다. 이러한 이유로, 제 2 그룹의 전기 구성품은 반드시 제 1 그룹의 구성품과 동일한 손실을 갖지 않을 수 있다. 즉, 냉각 체인의 마지막에 제공되더라도 양호한 냉각을 얻을 수 있다. 이는, 제 1 그룹에 필요한 바와 동일한 온도에서 냉매가 제공되지 않아야 하는 다른 장점도 가진다. 그리하여, 본원은 냉각시 냉매가 덜 사용될 수 있고 또한 여전히 충분히 냉각시키면서 양 그룹을 냉각시키는데 동일한 냉매가 사용될 수 있다는 점에서 에너지 절감적이다. 다른 장점은 덕트 및 조인트의 개수가 저감된다는 것이다.
본 발명은 첨부의 도면을 참조하여 이하 설명된다.
도 1 은 본원의 냉각 장치가 제공되는 변환기를 포함하는 전력 전송 시스템의 개략도,
도 2 는 냉각시킬 변환기 일부의 전기 회로도,
도 3 은 본원의 제 1 실시형태에 따른 냉각 장치 뿐만 아니라 전기 구성품의 2 그룹의 개략적인 단면도,
도 4 는 본원의 제 1 실시형태에 따른 전기적으로 연결된 전기 구성품의 2 그룹을 냉각시키는 방법에서의 다수의 단계의 순서도,
도 5 는 본원에 따른 냉각 장치에 의해 냉각될 수 있는 제 1 유형의 전압원 변환기 셀의 구조를 나타내는 도면,
도 6 은 본원에 따른 냉각 장치에 의해 냉각될 수 있는 제 2 유형의 전압원 변환기 셀의 구조를 나타내는 도면,
도 7 은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 냉각 장치에 의해 변환기를 냉각시키는, 도 2 의 변환기의 변형예의 개략도, 및
도 8 은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 냉각 장치에 의해 변환기를 냉각시키는, 도 5 에 따른 변환기 셀을 구비한 변환기의 변형예의 개략도.
본원에 따른 냉각 장치는, 이하, 전력 전송 시스템에 대하여, 보다 자세하게는 고전압 직류 (HVDC) 전력 전송 시스템에 대하여 설명할 것이다. 하지만, 본원은 HVDC 또는 심지어 전력 전송에만 한정되지 않고, 어떠한 유형의 냉각 장치에 적용될 수 있으며, 특히 대량의 전류가 흐르는 어떠한 유형의 전기 구성품 냉각에도 적용될 수도 있다.
도 1 에서는 제 1 및 제 2 교류 (AC) 전력 전송 시스템 (18, 20) 사이에 연결되는 HVDC 시스템 (10) 을 개략적으로 도시한다. 이를 위해, HVDC 시스템 (10) 은 AC 및 DC 사이를 변환시키는 제 1 변환기 (12) 를 포함하고, 이러한 변환기는 정류기일 수 있다. 제 1 변환기 (12) 는 DC 전력 라인 (14) 을 통하여 제 2 변환기 (16) 에 연결된다. 제 2 변환기는 또한 AC 및 DC 사이를 변환시키고 또한 HVDC 시스템 (10) 을 제 2 AC 전력 시스템 (20) 에 연결시킨다. 이를 위해, 제 2 변환기 (16) 는 인버터일 수 있다.
변환기 (12, 16) 둘 다는 어떠한 유형의 변환기, 예를 들어 라인 통신하는 전류원 변환기 (CSC) 또는 강제 통신하는 전압원 변환기 (VSC) 일 수 있다. 본원에 기재된 제 1 실시형태에 있어서는 2 개의 VSC 이다.
도 2 에서는 제 2 변환기 (16) 의 일부인 전기 회로도를 도시한다. 상기 변환기는 본 발명을 단지 예시적으로 나타내는데 사용된다.
도 2 에서는 전환 요소 형태의 전기 구성품의 제 1 및 제 2 그룹 (G1, G2) 을 도시한다. 상기 전환 요소는 본원의 IGBT 의 제 1 실시형태에 따르고, 그 각각은 반-병렬 (anti-parallel) 다이오드를 가진 트랜지스터로서 제공된다. 제 1 그룹 (G1) 에는 8 개의 구성품 (SWA1, SWA2 ... SWA7, SWA8) 이 있고, 처음의 2 개 또한 마지막의 2 개만이 도시되어 있으며, 제 2 그룹 (G2) 에는 8 개의 구성품 (SWB1, SWB2 ... SWB7, SWB8) 이 있고, 처음의 2 개 또한 마지막의 2 개만이 도시되어 있다. 제 1 그룹 (G1) 의 구성품은 제 2 그룹의 구성품과 같이 각각 직렬로 연결된다. 2 개의 그룹은 또한 서로 전기적으로 상호연결된다. 그리하여, 제 1 그룹 (G1) 은 전기 구성품의 제 1 스트링을 형성하고, 제 2 그룹 (G2) 은 전기 구성품의 제 2 스트링을 형성한다.
제 1 그룹 (G1) 은, 제 1 단부, 즉 제 1 스트링의 제 1 단부에서 DC 라인 (14) 에 연결되고 또한 제 2 단부, 즉 제 1 스트링의 제 2 반대 단부에서 제 2 그룹 (G2) 의 제 1 단부, 즉 제 2 스트링의 제 1 단부에 연결된다. 제 2 그룹 (G 2) 의 제 2 단부는 HVDC 시스템이 어떻게 구성되는지에 따라서 제 1 변환기에 이어지는 복귀 DC 라인 또는 지면에 연결될 수 있다.
제 1 그룹 (G1) 의 제 1 단부 및 제 2 단부 사이에 병렬식으로, 다수의 병렬 연결된 커패시터 (CA1, CA2, CA3, CA4 ... CA13, CA14, CA15, CA16, CB1, CB2, CB3, CB4 ... CB13, CB14, CB15, CB16) 를 포함하는 제 1 커패시터 뱅크가 제공된다. 또한 제 1 커패시터 뱅크에는 2 개의 병렬 분기부가 제공된다. 그리하여, 커패시터 (CA2, CA4 ... CA14, CA16) 의 제 2 분기에 병렬식으로 직렬로 연결된 커패시터 (CA1, CA3 ... CA13, CA15) 의 제 1 분기부가 있다. 동일한 방식으로, 제 2 그룹 (G2) 에 대해서는 커패시터의 제 2 뱅크가 있다. 커패시터 (CB2, CB4 ... CB14, CB16) 의 제 4 분기부에 병렬식으로 커패시터 (CB1, CB3 ... CB13, CB15) 의 제 3 분기부가 있다. 각각의 커패시터 뱅크는 다양한 방식으로 변화될 수 있음을 알아야 한다. 각각의 뱅크는, 예를 들어 오직 하나의 커패시터를 포함할 수 있다. 또한, 더 많거나 또는 더 적은 병렬 커패시터 분기부가 있을 수 있고, 각각의 분기부는 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다. 또한, 분기부에는 더 적거나 또는 더 많은 커패시터가 있을 수 있다. 즉, 일 변형예에서는 직렬의 여러 개의 커패시터를 포함하는 오직 하나의 커패시터 분기부가 있는 반면, 다른 변형예에서는 병렬식 여러 개의 분기부가 있지만, 각각의 분기부에는 오직 하나의 커패시터가 있다. 전술한 어떠한 극한 (extremes) 에 따라서 커패시터 뱅크를 변경할 수 있다. 하지만, 전환 요소의 각 그룹에 대하여 항상 커패시터 뱅크가 제공된다. 그리하여, 하나의 상기 그룹은 변환기 셀을 형성한다.
도 2 의 변환기에는 2 개의 변환기 셀 암이 있고, 전기 구성품의 제 1 그룹은 상부 변환기 셀 암에 제공되고, 제 2 그룹의 전기 구성품은 하부 변환기 셀 암에 제공된다.
제 1 그룹 (G1) 및 제 2 그룹 (G2) 사이의 연결부에는, 후속의 변환기 셀의 구성품의 다른 그룹에 이어지거나 또는 암의 마지막 셀인 경우에 제 2 AC 시스템에 연결하도록 AC 단자에 이어지는 제 1 연결 지점 (21) 이 제공된다.
도 2 에서, 주 전류 경로 (I) 도 또한 도시되어 있다. 전류는 제 1 그룹 (G1) 의 제 1 단부에서 변환기 (16) 에 유입하고, 제 1 그룹 (G1) 을 통과하며, 또한 제 2 AC 시스템에 이어지는 AC 단자에 공급되도록 제 1 연결 지점 (21) 에서 변환기를 나온다. 여기에서, 전류는 역전되어 대신에 제 1 연결 지점 (21) 에서 변환기에 유입되고 또한 제 1 그룹 (G1) 의 제 1 단부에서 나올 수 있음을 알아야 한다. 그리하여, 전력은 변환기로부터 전달될 뿐만 아니라 변환기의 연결 단자, 여기에서는 AC 단자에 이어지는 제 1 전도체 (19) 에 연결되는 상기 연결 지점 (21) 을 통하여 변환기에 전달될 수 있다. 따라서, 전기 구성품의 제 1 그룹 (G1) 및 제 2 그룹 (G2) 은 제 1 전도체 (19) 의 양측에 제공된다.
도 2 에서 볼 수 있는 바와 같이, 변환기는 통상적으로 절연형 게이트 양극 트랜지스터 (IGBT) 인 전기 구성품을 포함한다. 이러한 유형의 시스템에 있어서, 전류는 또한 매우 높을 수 있다. 높은 전류가 상기 구성품을 흐르면, 상기 구성품에 대량의 열을 발생시킨다. 그리하여 상기 구성품을 냉각시켜야 한다.
통상적으로, 냉각은 물 또는 공기 등의 냉매를 사용하여 구성품을 병렬 냉각시킴으로써 실시되었는데, 즉 제 1 그룹 및 제 2 그룹 둘 다의 구성품은 병렬식으로 냉각되었다.
이는, 한편으로는 대량의 냉매가 필요할 수 있음을 의미한다. 하지만, 이는 또한 얼마만큼의 열이 발생하고 또한 얼마만큼의 냉각이 실제로 필요한지에 무관하게 구성품이 동일한 냉각을 받음을 의미한다.
전부를 병렬식으로 냉각시킴으로써, 전기 구성품의 제 1 그룹 및 제 2 그룹에 공급되는 냉매는, 전기 구성품의 제 1 그룹을 냉각시키는데 충분한 온도에 유지되어야 한다. 그리하여, 이는 제 2 그룹에 공급되는 냉매가 필요하지 않더라도 상기 온도에 유지됨을 의미한다. 따라서, 이는 또한 에너지를 소모하게 된다.
도 2 에 도시된 유형의 변환기에서, 대부분의 전류는 전기 구성품의 제 1 그룹을 관류하고 또한 제 2 그룹을 통하여 단지 적은 부분만이 관류한다. 제 1 그룹을 통과하는 유효 전류는, 제 2 그룹을 통과하는 유효 전류보다 더 높을 수 있다. 유효 전류를 종종 rms (root mean square) 전류라고 한다. 이는, 제 1 그룹의 구성품이 제 2 그룹의 구성품보다 더 냉각될 필요가 있다는 것을 의미한다. 그 관계는 여기에서 3 : 1 만큼 높을 수 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 상황에서 냉각을 개선시키는 것에 관한 것이다.
전기 구성품의 제 1 그룹 및 제 2 그룹과 조합하여 본원의 제 1 실시형태에 따른 냉각 장치 (22) 의 단면도가 도 3 에 개략적으로 되시되어 있다.
제 1 그룹 및 제 2 그룹 둘 다의 전기 구성품은, 제 1 그룹이 상부에 제 2 그룹이 하부에 있도록 서로 적층된다. 여기에서, 제 2 그룹이 상부에 제공되고 또한 제 1 그룹이 하부에 있는 것도 상정가능함을 알아야 한다. 여기에서, 적층제는 또한 수직하다. 실제로, 적층체의 배향은 본원에 따라서 냉각시에 중요하지 않다. 적층체는 또한 2 개의 적층체, 전기 구성품의 각 그룹에 대하여 하나씩으로 분리될 수 있다. 하지만, 하나의 적층체를 제공하는 것이 효과적이고 또한 컴팩트한 구조품인데, 특히 양 그룹의 구성이 서로 근접하게 제공되기 때문이다.
도 3 에서, 전기 구성품은 서로에 대하여 배치되고 또한 구성품의 배치 순서대로 적층된다. 상기 실시예에서, 제 1 그룹의 구성품은 적층체의 상부에 제공된다. 보다 자세하게는, 제 1 구성품 (SWA1) 은 적층체의 상부에 근접하게 배치되고, 적층체의 아래에는 제 2 구성품 (SWA2), 그 다음에 제 3 구성품 (SWA3) 이 온다. 그 이후로는 제 4 구성품 (SWA4), 제 5 구성품 (SWA5), 제 6 구성품 (SWA6), 제 7 구성품 (SWA7) 및 마지막으로 제 8 구성품 (SWA8) 이 온다. 이는, DC 전련 라인 및 제 2 그룹 사이에 전기적으로 연결되도록 동일한 순서대로 제공될 수 있다. 하지만, 반드시 그러하지는 않다.
동일한 방식으로, 제 2 그룹의 전기 구성품은 적층체의 하부에서 뒤따른다. 그리하여, 제 1 그룹의 제 8 구성품 (SWA8) 바로 아래에 제 1 구성품 (SWB1) 이 배치되고, 그 아래에 제 2 구성품 (SWB2) 및 그 다음에 제 3 구성품 (SWB3) 이 온다. 그 이후에는 제 4 구성품 (SWB4), 제 5 구성품 (SWB5), 제 6 구성품 (SWB6), 제 7 구성품 (SWB7) 및 마지막으로 적층체의 하부에 근접한 제 8 구성품 (SWB8) 이 온다. 이는, 제 2 연결 지점에 연결되도록 동일한 순서대로 제공될 수 있다. 하지만, 반드시 그러하지는 않다.
상기 구성품을 냉각시키기 위해서, 냉각 장치는 2 개의 운반 장치를 포함하고, 제 1 운반 장치는 전기 구성품의 제 1 그룹을 통하여 냉매를 운반하도록 배열되며, 제 2 운반 장치는 전기 구성품의 제 2 그룹을 통하여 냉매를 운반하도록 배열된다.
이러한 운반 장치 둘 다는, 예를 들어 알루미늄으로 된 히트 싱크 형태의 냉각 요소의 세트를 포함한다. 이러한 냉각 요소는 또한 그 내부에 냉매 채널이 형성되고, 이러한 냉각 요소의 냉매 채널은 연결 덕트를 통하여 서로 연결된다. 냉각 요소 각각은, 또한 냉각시킬 하나의 전기 구성품과 직접 접촉하도록 배치되는 적어도 하나의 냉각면을 포함하고, 즉 상기 냉각면은 단일의 전기 구성품과 접촉하도록 배치된다. 상기 냉각 요소 중 일부는, 2 개의 전기 구성품을 냉각시키도록 냉매 채널의 양측에 서로 반대편의 2 개의 상기 냉각면을 가질 수도 있다. 하지만, 하나의 냉각면만이 단일의 전기 구성품을 냉각시킨다. 냉각 요소 각각에는 또한 제 1 단부 및 반대편의 제 2 단부가 형성되고, 냉매 채널은 냉각면에 평행하게 제 1 단부 및 제 2 단부 사이에서 직선으로 연장한다. 이러한 이유로, 제 1 단부 및 제 2 단부는, 운반 장치를 형성하도록 상호연결 덕트가 연결되는 개구부를 구비한다. 냉각 요소에는 냉매 채널이 형성되고 또한 연결 덕트와 함께 연결되기 때문에, 냉각 요소는 냉매를 전기 구성품까지 운반하는 대응하는 운반 장치의 냉각 부분을 형성한다. 이러한 이유로, 냉각 요소는 이하에서 냉각 부분이라고 한다.
2 개의 운반 장치를 서로 연결하는 하나의 상호연결 덕트가 있다. 본원에 따라서, 제 1 운반 장치는 제 2 운반 장치 이전에 또한 배치되고, 즉 제 2 운반 장치 이전에 냉매를 수용할 것이다.
서두에 언급한 바와 같이, 냉각 부분은 여기에서 적어도 하나의 전기 구성품을 각각 냉각시키고 또한 2 개의 전기 구성품 사이에 배치시킴으로써 여러번 2 개의 전기 구성품을 냉각시킨다.
냉각 부분은, 구성품 배치 순서대로 정렬되는 냉각 부분 배치 순서대로 구성품에 대하여 또한 배치된다.
제 1 실시형태에 있어서, 이는 적층체의 상부에서, 제 1 그룹의 제 1 전기 구성품 (SWA1) 위에, 제 1 그룹 (G1) 과 관련된 제 1 세트의 제 1 냉각 부분 (HSA1) 이 배치된 후, 제 1 전기 구성품 (SWA1) 및 제 2 전기 구성품 (SWA2) 사이에 제 2 냉각 부분 (HSA2) 이 배치된다는 것을 의미한다. 그 후에, 제 2 전기 구성품 (SWA2) 및 제 3 전기 구성품 (SWA3) 사이에 제 3 냉각 부분 (HSA3) 이 온다. 그 후에, 제 3 전기 구성품 (SWA3) 과 제 4 전기 구성품 (SWA4) 사이에 제 4 냉각 부분 (HSA4) 이 온다. 그 후에, 제 4 전기 구성품 (SWA4) 과 제 5 전기 구성품 (SWA5) 사이에 제 5 냉각 부분 (HSA5) 이 온다. 그 다음에, 제 5 전기 구성품 (SWA5) 과 제 6 전기 구성품 (SWA6) 사이에 제 6 냉각 부분 (HSA6) 이 온다. 그 후에, 제 6 전기 구성품 (SWA6) 과 제 7 전기 구성품 (SWA7) 사이에 제 7 냉각 부분 (HSA7) 이 오고, 또한 그 후에 제 7 전기 구성품 (SWA7) 과 제 8 전기 구성품 (SWA8) 사이에 제 8 냉각 부분 (HSA8) 이 온다. 그러면, 제 8 전기 구성품 (SWA8) 아래에 형성된 제 9 냉각 부분 (HSA9) 에 의해 제 1 세트가 완성된다.
동일한 방식으로, 제 2 운반 장치는 구성품의 제 2 그룹에 대하여 배치되는 제 2 세트의 다수의 냉각 부분을 포함한다. 그리하여, 제 2 그룹의 제 1 전기 구성품 (SWB1) 위에 제 1 냉각 부분 (HSB1) 이 온다. 그러면, 제 1 전기 구성품 (SWB1) 과 제 2 전기 구성품 (SWB2) 사이에 제 2 냉각 부분 (HSB2) 이 배치된다. 그 후에, 제 2 전기 구성품 (SWB2) 과 제 3 전기 구성품 (SWB3) 사이에 제 3 냉각 부분 (HSB3) 가 온다. 그 후에, 제 3 전기 구성품 (SWB3) 과 제 4 전기 구성품 (SWB4) 사이에 제 4 냉각 부분 (HSB4) 이 온다. 그 후에, 제 4 전기 구성품 (SWB4) 과 제 5 전기 구성품 (SWB5) 사이에 제 5 냉각 부분 (HSB5) 이 온다. 그 다음에, 제 5 전기 구성품 (SWB5) 과 제 6 전기 구성품 (SWB6) 사이에 제 6 냉각 부분 (HSB6) 이 온다. 그 후에, 제 6 전기 구성품 (SWB6) 과 제 7 전기 구성품 (SWB7) 사이에 제 7 냉각 부분 (HSB7) 이 오고, 또한 그 후에 제 7 전기 구성품 (SWB7) 과 제 8 전기 구성품 (SWB8) 사이에 제 8 냉각 부분 (HSB8) 이 온다. 그러면, 제 8 전기 구성품 (SWB8) 아래에 형성된 제 9 냉각 부분 (HSB9) 에 의해 제 2 세트가 완성된다.
2 개의 운반 장치 사이, 즉 제 1 세트의 제 9 냉각 부분 (HSA9) 및 제 2 세트의 제 1 냉각 부분 (HSB1) 사이에 전기 절연성 이격 요소가 제공될 수 있다. 이러한 절연 요소는 또한 구조물 위아래, 즉 제 1 세트의 제 1 냉각 부분 (HSA1) 의 위 및 제 2 세트의 제 9 냉각 부분 (HSB9) 아래에 배치될 수도 있다.
그리하여, 냉각 부분은 전기 구성품 배치 순서대로 정렬되도록 냉각 부분 배치 순서대로 배치된다. 즉, 냉각 부분은 냉각 부분 배치 순서대로 배치되고, 이러한 냉각 부분 사이에는 전기 구성품이 전기 구성품 배치 순서에 따라서 배치되며, 이 전기 구성품 배치 순서는 여기에서 각각의 그룹에서 서로 직렬로 연결되는 순서이다.
하지만, 소망하는 냉각을 제공하기 위해서, 냉각 부분은 제 1 실시형태에 따라서 냉각 부분 배치 순서에 따라 서로 연결되지 않고, 오히려 냉각 부분은 다른 순서, 냉각 부분 통과 순서에 따라서 앞뒤로 연속적으로 오고, 이 순서는 냉각 부분 통과 순서에 따라서 2 개의 그룹의 전기 구성품을 순차적으로 냉각시키도록 냉매가 냉각 부분을 통과하는 순서이다.
즉, 제 1 운반 장치에 있어서, 즉 냉각 부분의 제 1 세트에 있어서, 제 9 냉각 부분 (HSA9) 의 제 1 단부는 냉매 (M) 용 유입구를 형성하도록 개방되어 있다. 제 9 냉각 부분 (HSA9) 의 반대편 제 2 단부는 제 1 연결 덕트 (COA1) 를 통하여 제 7 냉각 부분 (HSA7) 의 제 2 단부에 연결된다. 그러면, 제 7 냉각 부분 (HSA7) 의 제 1 단부는 제 2 연결 덕트 (COA2) 를 통하여 제 5 냉각 부분 (HSA5) 의 제 1 단부에 연결된다. 제 5 냉각 부분 (HSA5) 의 제 2 단부는 제 3 연결 덕트 (COA3) 를 통하여 제 3 냉각 부분 (HSA3) 의 제 2 단부에 연결된다. 그러면, 제 3 냉각 부분 (HSA3) 의 제 1 단부는 제 4 연결 덕트 (COA4) 를 통하여 제 1 냉각 부분 (HSA1) 의 제 1 단부에 연결된다. 제 1 냉각 부분 (HSA1) 의 제 2 단부는 제 5 연결 덕트 (COA5) 를 통하여 제 2 냉각 부분 (HSA2) 의 제 2 단부에 연결되는데, 즉 제 1 홀수 냉각 부분은 냉각 부분 배치 순서의 제 1 짝수 냉각 부분에 연결된다. 제 2 냉각 부분 (HSA2) 의 제 1 단부는 제 6 연결 덕트 (COA6) 를 통하여 제 4 냉각 부분 (HSA4) 의 제 1 단부에 연결된다. 제 4 냉각 부분 (HSA4) 의 제 2 단부는 제 7 연결 덕트 (COA7) 를 통하여 제 6 냉각 부분 (HSA6) 의 제 2 단부에 연결된다. 제 6 냉각 부분 (HSA6) 의 제 1 단부는 제 8 연결 덕트 (COA8) 를 통하여 제 8 냉각 부분 (HSA8) 의 제 1 단부에 최종적으로 연결된다. 제 8 냉각 부분 (HSA8) 의 제 2 단부는 냉매가 제 1 운반 장치를 나오는 지점이다. 제 2 운반 장치에 연결되도록, 제 8 냉각 부분 (HSA8) 의 제 2 단부는 제 1 상호연결 덕트 (IC1) 를 사용하여 제 2 세트의 냉각 부분, 즉 전기 구성품의 제 2 그룹과 관련된 제 2 운반 장치의 부분인 냉각 부분에 연결된다.
따라서, 전술한 냉각 부분 및 연결 덕트는 제 1 운반 장치를 형성한다.
그리하여, 제 1 상호연결 덕트 (IC1) 는 제 2 세트의 제 1 냉각 부분 (HSB1) 의 제 2 단부에 이어진다. 그러면, 제 1 냉각 부분 (HSB1) 의 제 1 단부는 제 1 연결 덕트 (COB1) 를 통하여 제 3 냉각 부분 (HSB3) 의 제 1 단부에 연결된다. 제 3 냉각 부분 (HSB3) 의 제 2 단부는 제 2 연결 덕트 (COB2) 를 통하여 제 5 냉각 부분 (HSB5) 의 제 2 단부에 연결된다. 제 5 냉각 부분 (HSB5) 의 제 1 단부는 제 3 연결 덕트 (COB3) 를 통하여 제 7 냉각 부분 (HSB7) 의 제 1 단부에 연결된다. 제 7 냉각 부분 (HSB7) 의 제 2 단부는 제 4 연결 덕트 (COB4) 를 통하여 제 9 냉각 부분 (HSB9) 의 제 2 단부에 연결된다. 제 9 냉각 부분 (HSB9) 의 제 1 단부는 제 5 연결 덕트 (COB5) 를 통하여 제 8 냉각 부분 (HSB8) 의 제 1 단부에 연결된다. 제 8 냉각 부분 (HSB8) 의 제 2 단부는 제 6 연결 덕트 (COB6) 를 통하여 제 6 냉각 부분 (HSB6) 의 제 2 단부에 연결된다. 제 6 냉각 부분 (HSB6) 의 제 1 단부는 제 7 연결 덕트 (COB7) 를 통하여 제 4 냉각 부분 (HSB4) 의 제 1 단부에 연결된다. 제 4 냉각 부분 (HSB4) 의 제 2 단부는 최종적으로 제 8 연결 덕트 (COB8) 를 통하여 제 2 냉각 부분 (HSB2) 의 제 2 단부에 연결된다. 그 후에 제 2 냉각 부분 (HSB2) 의 제 1 단부는 냉매 (M) 용 유출구, 즉 제 2 운반 장치를 나오는 지점 및 제 1 실시형태에서는 전체 냉각 장치를 나오는 지점을 형성한다.
전술한 냉각 부분 및 연결 덕트는 제 2 운반 장치를 형성한다.
요약하면, 제 1 냉각 부분 배치 순서에서, 세트의 홀수 냉각 부분은 세트의 홀수 냉각 부분과 상호연결되고, 세트의 짝수 냉각 부분은 세트의 짝수 냉각 부분과 상호연결된다.
사용될 수 있는 냉매는, 아마 글리콜과 조합된, 유리한 탈이온수이다.
냉각 장치는 냉매 추진 유닛, 예를 들어 펌프 또는 팬에 연결될 수 있고, 또한 폐쇄 루프에 냉매가 제공되면, 냉각 전기 구성품에 사용된 냉매의 온도를 낮추기 위해 냉매 집속 메카니즘 및 냉매 온도 조절 메카니즘이 있을 수 있음을 상정할 수 있다.
냉각 작동은 도 4 를 참조하여 이하 설명하고, 도 4 에서는 본원의 제 1 실시형태에 따라서 전기 구성품의 그룹들을 냉각시키는 방법에서 실시되는 다수의 단계로 된 순서도를 나타낸다.
냉매 (M) 는, 우선, 냉각 부분의 제 2 세트를 통과하기 전에 냉각 부분의 제 1 세트를 통과한다. 그리하여, 냉매 (M) 는, 본원에 따라서, 전기 구성품의 제 1 그룹을 통하여 먼저 운반되고, 전기 구성품의 제 1 그룹을 통과한 후에, 전기 구성품의 제 2 그룹을 통하여 운반된다.
다소 보다 자세하게는, 냉매 (M) 는 냉각 장치의 유입구안으로 펌핑되고, 그리하여 이 유입구는 제 1 운반 장치의 제 9 냉각 부분 (HSA9) 의 제 1 단부, 즉 적층체의 중간에 제공된다. 그 후, 냉매는 먼저 냉각 부분 배치 순서의 홀수 냉각 부분에서부터 홀수 냉각 부분까지, 즉 제 1 냉각 부분 (HSA1), 제 3 냉각 부분 (HSA3), 제 5 냉각 부분 (HSA5), 제 7 냉각 부분 (HSA7) 및 제 9 냉각 부분 (HSA9) 까지 순차적으로 통과한다. 더욱이, 내림순으로 통과된다 (단계 24). 즉, 냉매는 먼저 제 9 냉각 부분 (HSA9) 으로 간 후, 제 7 냉각 부분 (HSA7) 으로 간다는 것이다. 그 후에 제 5 냉각 부분 (HSA5) 으로 전진한 후, 제 3 냉각 부분 (HSA3) 및 마지막으로 제 1 냉각 부분 (HSA1) 으로 전진한다.
냉매가 냉각 부분 배치 순서의 홀수 냉각 부분을 순차적으로 통과함에 따라, 그러면 냉각 부분 배치 순서의 짝수 냉각 부분 (HSA2, HSA4, HSA6, HSA8) 을 통과하고, 즉 냉각 부분 배치 순서에서 짝수 냉각 부분에서부터 짝수 냉각 부분까지 순차적으로 통과한다. 여기에서, 냉매 (M) 는 오름순으로 짝수로 매겨진 냉각 부분을 통과한다 (단계 26). 즉, 냉매는 먼저 제 2 냉각 부분 (HSA2) 으로 간 후 제 4 냉각 부분 (HSA4) 으로 간다. 그 후에 제 6 냉각 부분 (HSA6) 으로 전진하고, 마지막으로 제 8 냉각 부분 (HSA8) 으로 간다.
제 1 운반 장치의 제 1 세트의 냉각 부분을 모두 통과한 후에, 냉매 (M) 는 그 후에 제 2 운반 장치의 냉각 부분의 제 2 세트로 전진하게 된다.
그리하여, 냉매는 먼저 제 1 냉각 부분 (HSB1) 의 제 2 단부로 유입한다. 그런 후, 냉매는 냉각 부분 배치 순서의 홀수 냉각 부분, 즉 제 1 냉각 부분 (HSB1), 제 3 냉각 부분 (HSB3), 제 5 냉각 부분 (HSB5), 제 7 냉각 부분 (HSB7) 및 제 9 냉각 부분 (HSB9) 를 통과한다. 여기에서 오름순으로 더 통과한다 (단계 28). 즉, 냉매는 먼저 제 1 냉각 부분 (HSB1) 으로 간 후, 제 3 냉각 부분 (HSB3) 으로 간다. 그 후에, 제 5 냉각 부분 (HSB5) 으로 전진한 후, 제 7 냉각 부분 (HSB7) 및 마지막으로 제 9 냉각 부분 (HSB9) 으로 전진한다.
냉매가 냉각 부분 배치 순서의 홀수 냉각 부분을 연속적으로 통과함에 따라, 그 후에 냉각 부분 배치 순서의 짝수 냉각 부분 (HSB2, HSB4, HSB6, HSB8) 을 통과한다. 여기에서 냉매 (M) 는 내림순으로 짝수 냉각 부분을 통과한다 (단계 30). 즉, 냉매 (M) 는 먼저 제 8 냉각 부분 (HSB8) 에 유입한 후, 제 6 냉각 부분 (HSB6) 으로 간다. 그 후에, 제 4 냉각 부분 (HSB4) 및 마지막으로 제 2 냉각 부분 (HSB2) 으로 전진하고, 제 2 냉각 부분의 제 1 단부는 냉매 (M) 용 유출구를 제공한다.
상기 제 1 실시형태에 따른 본원은 여러 가지 장점을 가진다. 냉매가 제 2 세트의 냉각 부분 이전에 제 1 세트의 냉각 부분을 통과하더라도, 병렬 냉각보다는 냉매를 덜 필요로 하는 장점이 있다. 제 1 그룹의 전기 구성품을 냉각시키는 제 1 세트의 냉각 부분에는 냉매가 먼저 제공되기 때문에, 제 1 그룹의 상기 전기 구성품의 냉각이 효과적이다. 하지만, 제 2 그룹의 전기 구성품이 냉각 부분의 제 1 세트를 이미 통과한 냉매를 수용하더라도, 이러한 제 2 그룹의 전기 구성품의 냉각도 충분히 효과적이다. 그리하여, 사용된 물의 양은 최적화될 수 있다. 그 이유는, 제 2 그룹의 전기 구성품이 제 1 그룹의 전기 구성품과 동일한 손실을 갖지 않기 때문이다. 즉, 냉각 사슬에서 마지막에 제공되더라도 양호한 냉각을 얻을 수 있다는 것이다. 이는 또한 냉매가 제 1 그룹에 필요한 바와 같이 동일한 온도에 제공되지 않아도 되는 장점을 가진다. 그리하여, 본원은 냉각시 냉매를 덜 사용할 수 있고 또한 충분한 냉각을 여전히 얻으면서 그룹 둘 다를 냉각시키는데 동일한 냉매는 사용할 수 있다는 점에서 에너지 절약적이다.
홀수로 매겨진 냉각 부분을 통하여 일 방향으로 냉매를 통과시키는 것과 짝수로 매겨진 냉각 부분을 통하여 반대 방향으로 냉매를 통과시키는 것의 조합, 즉 오름 또는 내림 냉각 부분 배치 순서에 따라서 조합하면, 다른 장점을 얻게 된다. 전기 구성품 각각의 평균 수온이 병렬식 냉각에 비하여 낮고, 그리하여 더 효율적인 냉각을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
또 다른 장점으로는, 덕트 및 조인트의 개수가 저감된다는 것이다. 이렇게 함으로써 누수의 위험도 저감시킨다. 보다 코스한 (courser) 덕트 및 냉매 채널이 사용되면, 냉각 시스템에서의 막힘 및 방해 위험이 저감된다.
본 발명으로 형성될 수 있는 여러 가지 변형예가 있다.
운반 장치에 대하여, 많은 가능한 상이한 형상이 있다. 유입구는, 예를 들어 냉각 부분의 세트의 상부에 제공될 수 있다. 그리하여, 냉각 부분 배치 순서의 어떠한 단부에 배치될 수 있다. 동일한 방식으로, 유출구는 운반 장치의 어떠한 단부에 제공될 수 있다. 제 1 실시형태에 있어서, 냉매는 냉각 배치 순서의 높은 번호에서, 즉 제 1 운반 장치의 바닥에서, 제 1 운반 장치에 유입하고 또한 그로부터 나온다. 냉매는, 대안으로서, 냉각 배치 순서의 낮은 번호에, 즉 제 1 운반 장치의 상부에 배치될 수 있다. 제 1 실시형태에 있어서, 냉매는 또한 냉각 부분 배치 순서의 짝수 냉각 부분을 통과하기 전에 냉각 부분 배치 순서의 홀수 냉각 부분을 통과한다. 그 반대도 또한 가능할 수 있음을 알아야 하는데, 즉 냉매는 냉각 부분 배치 순서의 제 1 또는 마지막 짝수 냉각 부분에서 운반 장치에 유입한 후, 그 후에 짝수 냉각 부분을 통과하며, 반면 홀수 냉각 부분은 반대 순서대로 통과된 후 냉매는 마지막 또는 제 1 홀수 냉각 부분으로부터 냉각 장치를 나온다. 즉, 냉매는 다수의 적층된 냉각 부분의 일 단부에서 유입하고 이 적층체의 반대 단부 쪽으로 모든 다른 냉각 부분을 관통한 후 나머지 냉각 부분을 통하여 제 1 단부 쪽으로 복귀하여, 이 제 1 단부에서 적층체를 나간다.
다른 변형예에 있어서, 냉매는 먼저 냉각 부분 배치 순서의 홀수 또는 짝수 냉각 부분을 통하여 일방향으로, 즉 내림 또는 오름순으로 순서대로 통과한 후, 동일한 방향으로, 즉 동일한 순서로 나머지 냉각 부분을 순차적으로 통과하게 된다.
더욱이, 냉매는 냉각 부분 배치 순서에 따라서 순차적으로 제공될 수 있다. 이는, 도 3 의 실시예를 참조하여, 예를 들어 제 1 세트에서 냉매는 제 1 냉각 부분에서부터 제 9 냉각 부분까지 순차적으로 또는 그 반대로 공급될 수 있고, 그 후에 제 2 세트에는 동일한 순서 또는 반대 순서대로 동일한 냉매가 제공된다는 것을 의미한다. 그리하여, 냉각 부분은 냉각 부분 배치 순서에서 서로 순차적으로 연결될 수 있다. 이러한 경우에, 냉각 부분 배치 순서 및 냉각 부분 통과 순서가 동일하다. 이렇게 함으로써 제 1 실시형태에서와 같이 동일한 균일한 온도를 제공하지 못한다. 하지만, 전기 구성품의 제 1 그룹은 제 2 그룹보다 훨씬 더 냉각되고, 연결 개수뿐만 아니라 사용된 냉매의 양 제한은 이러한 유형의 일련의 냉각을 통하여 또한 얻어진다.
더욱이, 전기 구성품의 그룹내에서 병렬 냉각도 가능하다. 이러한 병렬 냉각은, 유입구를 제 1 세트의 모든 냉각 부분의 제 1 단부에 병렬식으로 연결하는 제 1 유입 매니폴드를 사용함으로써, 도 3 에 도시된 장치의 변형으로 실시될 수 있다. 여기에서, 제 1 세트의 냉각 부분의 제 2 단부는 유출 매니폴드에 연결될 수 있고, 이는 또한 냉각 부분의 냉각 세트의 제 1 단부에 연결되는 유입 매니폴드에 연결될 수 있으며, 그 후 제 2 부분의 제 2 단부는 매체 유출구에 이어지는 유출 매니폴드에 연결될 수 있다. 물론, 매니폴드는 여기에서 냉각 부분의 어떠한 단부에 연결될 수 있다. 그러면, 작동시, 냉매는 먼저 전기 구성품의 제 1 그룹을 통하여 병렬로 운반될 수 있고, 그 후에 냉매는 전기 구성품의 제 2 그룹을 통하여 병렬로 운반될 수 있다.
상기 실시예에서, 냉매는 유체, 보다 자세하게는 액체이었다. 하지만, 유체는 공기 등의 가스일 수도 있다. 본원의 마지막에 기재된 변형예는, 냉매가 공기 등의 가스일 때 사용하는 것이 특히 적합하다.
더욱이, 전류 밸브 요소, 예를 들어 IGBT 등의 전력 트랜지스터로서 제공될 때의 전기 구성품은 내부의 전기적인 일련의 연결없이 변환기 형태로 제공될 수 있다. 여기에서, 셀 각각은 커패시터 뱅크와 함께 2 개의 구성품으로 형성된다.
하나의 제 1 유형의 상기 셀 구조 (CCA) 를 도 5 에 개략적으로 도시하였다. 셀 (CCA) 은 하프-브리지 변환기 셀이고 또한 에너지 저장 요소, 여기에서는 커패시터 (C1A) 형태의 에너지 저장 요소를 포함하며, 이 에너지 저장 요소는 전류 밸브 요소의 제 1 그룹과 병렬식으로 연결된다. 제 1 그룹의 전류 밸브 요소는 서로 직렬로 연결된다. 제 1 그룹은, 여기에서, 2 개의 전류 밸브 요소 (CV1A, CV2A) (점선의 박스로 도시) 를 포함하고, 여기에서 전류 밸브 요소 (CV1A, CV2A) 각각은 반-병렬 다이오드와 함께 IGBT (절연형 게이트 양극 트랜지스터) 트랜지스터일 수 있는 스위치 형태로 실현된다. 그리하여, 도 5 에서는, 도면에서 상방, 커패시터 (C1A) 쪽으로 배향되어 있고 또한 트랜지스투 (T1A) 의 방출기와 수집기 사이에 병렬로 연결되어 있는 제 1 다이오드 (D1A) 와 함께, 제 1 트랜지스터 (T1A) 를 구비한 제 1 전류 밸브 요소 (CV1A) 가 있다. 또한, 제 1 전류 밸브 요소 (CV1A) 와 직렬로 연결되어 있는 제 2 전류 밸브 요소 (CV2A) 가 있고, 이 제 2 전류 밸브 요소는 제 1 다이오드 (D1A) 와 동일한 배향을 가지고 또한 제 2 트랜지스터 (T2A) 의 방출기와 수집기 사이에 병렬로 연결되는 제 2 다이오드 (D2A) 를 구비한다.
셀은 제 1 연결 단자 (TE1A) 및 제 2 연결 단자 (TE2A) 를 구비하고, 이 단자 각각은 전압원 변환기에서 셀을 위한 연결을 제공한다. 이러한 제 1 유형의 셀에서, 제 1 연결 단자 (TE1A) 는 보다 자세하게는 제 1 전류 밸브 요소 (CV1A) 및 제 2 전류 밸브 요소 (CV2A) 사이의 연결부에 연결을 제공하는 반면, 제 2 연결 단자 (TE2A) 는 제 2 전류 밸브 요소 (CV2A) 및 커패시터 (C1A) 사이의 연결부에 연결을 제공한다. 그리하여, 이러한 연결 단자 (TE1A, TE1B) 는 변환기내의 셀을 연결하기 위한 지점을 제공한다.
이러한 유형의 셀은 통상적으로 그룹 중 2 개의 전기 구성품을 교체할 수 있다. 그러면, 변환기에서의 전기 구성품의 그룹은, 셀의 제 1 단자가 셀들의 그룹 또는 스트링내의 후속 셀의 제 2 단자에 연결되는 서로 직렬로 연결되는 여러 개의 사이 셀을 연결함으로써 제공될 수 있다.
변환기에서 연결될 수 있는 제 2 유형의 셀은 도 6 에 도시되어 있다. 또한, 이러한 셀은 제 1 예시적인 셀과 동일한 유형의 구성품을 가지고 또한 동일한 방식으로 상호연결되는 하프-브리지 변환기 셀 (CCB) 이다. 그리하여, 여기에서는 제 2 트랜지스터 (T2B) 와 제 2 반-병렬 다이오드 (D2B) 를 구비하는 제 2 전류 밸브 요소 (CV2B) (또한 점선 박스로 도시) 와 직렬로, 또한 제 1 트랜지스터 (T1B) 와 제 1 반-병렬 다이오드 (D1B) 를 구비하는 제 1 전류 밸브 요소 (CV1B) (점선 박스로 도시) 를 포함하는 전류 밸브 요소의 제 1 그룹이 있다. 이러한 전류 밸브 요소의 제 1 그룹과 병렬로, 커패시터 (C1B) 형태의 제 1 에너지 저장 요소가 있으며, 여기에서, 상기 제 2 유형에 따른 상기 셀 (CCB) 의 제 1 전류 밸브 요소 (CV1B) 는 제 1 유형의 제 1 전류 밸브 요소와 동일한 위치 및 배향을 가지며, 상기 제 2 유형의 제 2 전류 밸브 요소 (CV2B) 는 제 1 유형의 제 2 전류 밸브 요소와 동일한 위치 및 배향을 가진다. 또한, 제 1 전류 밸브 요소 (CV1B) 와 제 2 전류 밸브 요소 (CV2B) 사이의 연결 지점에 연결을 제공하는 제 1 연결 단자 (TE1B) 가 있다. 하지만, 제 1 유형의 셀과는 반대로, 상기 제 2 유형의 제 2 연결 단자 (TE2B) 는 제 1 전류 밸브 요소 (CV1B) 와 커패시터 (C1B) 사이의 연결부에 연결을 제공한다. 제 2 유형의 상기 셀의 스트링은, 제 1 유형의 셀과 동일한 방식으로, 도 2 에 도시된 그룹의 전기 구성품을 교체할 수 있다.
제 1 실시형태에서는 구성품의 제 1 그룹 및 제 2 그룹만이 있다. 변환기에서는 다른 그룹도 가능하다. 이를 예시화한 본원의 제 2 실시형태는 도 7 을 참조하여 이하 설명될 것이고, 도 7 에서는 본원의 제 2 실시형태에 다른 변환기의 일부를 개략적으로 도시한다.
여기에서, 전기 구성품의 제 1 그룹 (G1) 및 제 2 그룹 (G2) 은 제 1 실시형태와 동일한 방식으로 서로 상호연결된다. 상기 그룹은 박스로만 도시하였다. 이러한 그룹은 초기에 설명한 바와 동일한 방식으로 직렬로 연결된 전기 구성품을 포함하는 것도 상정가능함을 알아야 한다. 상기 제 2 실시형태에 있어서, 제 1 그룹 (G1) 및 제 2 그룹 (G2) 사이의 제 1 연결 지점 (21) 은 제 2 AC 시스템에 연결하기 위한 AC 단자에 직접 이어지지 않는다. 이러한 제 1 연결 지점 (21) 은 전기 구성품의 제 3 그룹 (G3) 및 제 4 그룹 (G4) (박스로 표시) 에 이어진다. 보다 특히, 상기 제 1 연결 지점 (21) 은 제 3 그룹 (G3) 의 제 1 단부에 이어지는 전도체에 연결된다. 제 3 그룹 (G3) 의 제 2 단부는 제 4 그룹 (G4) 의 제 1 단부에 연결된다. 하지만, 제 1 그룹 및 제 2 그룹에 대하여, 제 1 연결 지점 (21) 은, 적어도 제 3 그룹을 통과하지만, 변환기 연결 단자에 이어지는 제 1 전도체 (19) 에 또한 연결된다. 여기에서 제 3 그룹 (G3) 이 제 4 그룹 (G4) 에 연결되는 제 2 연결 지점 (32) 이 있다. 상기 제 2 연결 지점 (32) 은 제 2 AC 시스템에 연결하기 위한 변환기의 연결 단자, 또한 여기에서는 AC 단자에 이어지는 제 2 전도체 (34) 에 연결된다. 제 3 그룹 (G3) 및 제 4 그룹 (G4) 은 상기 제 2 전도체 (34) 의 양측에 제공된다.
이러한 구성에서, DC 전력 라인 (14) 및 제 2 연결 지점 (32) 사이에는 주 전류 경로가 제공된다. 일반적으로, 대부분의 전류는 제 1 그룹 (G1) 의 제 1 단부에서 변환기에 유입할 수 있고, 제 1 그룹 (G1) 을 통과한 후, 제 1 연결 지점 (21) 에서 분기되며, 제 3 그룹 (G3) 에 유입하고, 제 3 그룹 (G3) 을 통과한 후, 제 2 연결 지점 (32) 을 통하여 변환기를 나온다. 즉, 대량의 전류는 제 1 그룹 (G1) 및 제 3 그룹 (G3) 을 통과하고 제 2 그룹 (G2) 및 제 4 그룹 (G4) 을 통해서는 많지 않다.
따라서, 4 개의 운반 장치 (TA1, TA2, TA3, TA4) 를 포함하는 냉각 장치가 도시되어 있고 (또한 박스로 도시), 여기에서 제 2 운반 장치 (TA1) 는 제 1 실시형태에서와 같이 구성될 수 있고, 제 3 운반 장치 (TA3) 는 제 1 실시형태에서 제 2 운반 장치로서 구성될 수 있으며, 제 2 운반 장치 (TA2) 는 제 1 실시형태에서 제 1 운반 장치로서 구성될 수 있고, 제 4 운반 장치 (TA4) 는 제 1 실시형태의 제 2 운반 장치로서 구성될 수 있다. 하지만, 이러한 운반 장치들은 각각 어떠한 형태의 전술한 변형예로 제공될 수 있다.
여기에서, 제 2 상호연결 덕트 (IC2) 를 통하여 제 3 운반 장치 (TA3) 에 연결되는 제 1 장치 (TA1) 에는 유입구가 제공된다. 제 3 운반 장치 (TA3) 는 또한 제 3 상호연결 덕트 (IC3) 를 통하여 제 2 운반 장치 (TA2) 에 연결되고, 제 2 운반 장치 (TA2) 는 제 4 상호연결 덕트 (IC4) 를 통하여 제 4 운반 장치 (TA4) 에 연결된다. 그 후, 제 4 운반 장치 (TA4) 로부터 유출구가 제공된다.
상기 유형의 장치는, 제 1 그룹 (G1) 및 제 3 그룹 (G3) 이 제 2 그룹 (G2) 및 제 4 그룹 (G4) 이전에 냉각됨을 보장한다.
여기에서, 제 2 실시형태는 더 많은 그룹이 유사한 방식으로 추가될 수 있도록 변경될 수 있음을 알아야 하고, 상기 그룹에는 동일한 방식으로 냉각하기 위한 운반 장치가 제공된다.
도 8 에서는 캐스케이드로 연결되는 도 5 를 참조하여 설명된 유형의 셀 (CCA1, CCA2, CCA3, CCA4, CCA5, CCA6) 에 대한 제 3 실시형태에 따른 냉각 장치를 도시한다. 여기에는 상부 변환기 암의 3 개의 셀 (CCA1, CCA2, CCA3) 및 하부 변환기 암의 3 개의 셀 (CCA4, CCA5, CCA6) 이 있다. 이러한 셀 각각에는, 상부 암의 셀이 하부 암의 셀보다 먼저 냉각되도록 연결되는 대응하는 운반 장치 (TAa, TAb, TAc, TAd, TAe, TAf) 가 형성된다.
상기 셀에 사용되는 전류 밸브 요소는 IGBT 를 사용하여 설명되었다. 다른 유형의 전류 밸브 요소, 예를 들어 사이리스터계 요소, MOSFET 트랜지스터, GTO (게이트 턴-오프 사이리스터), IGCT (통합형 게이트 통신 사이리스터) 및 수은 아크 밸브 등이 사용될 수 있음을 알아야 한다.
전술한 기재로부터, 본 발명은 다수의 방법으로 변경될 수 있음이 명백하다. 그룹내의 전기 구성품의 개수는 예를 들어 변경될 수 있고, 전술한 8 개의 단지 일예이다. 하지만, 2 개의 관련 그룹내의 개수는 동일한 장점을 가진다. 따라서, 본 발명은 이하의 청구항에 의해서만 한정됨을 알아야 한다.

Claims (21)

  1. 변환기내에서 하나 이상의 적층체로 서로 적층되는 전기적으로 상호연결된 전기 구성품 (SWA1, SWA2, SWA3, SWA4, SWA5, SWA6, SWA7, SWA8, SWB1, SWB2, SWB3, SWB4, SWB5, SWB6, SWB7, SWB8) 의 제 1 그룹 및 제 2 그룹 (G1, G2; G1, G2, G3, G4) 을 포함하는 변환기용 냉각 장치 (22) 로서, 상기 그룹 각각은 서로 직렬로 전기적으로 연결되는 1 개 이상의 전기 구성품을 포함하고, 상기 제 1 그룹 및 제 2 그룹은 상기 변환기의 연결 단자에 이어지는 전도체에 연결되는 연결 지점 (21) 의 양측에 배치되며, 상기 전기 구성품의 제 1 그룹은 상기 제 2 그룹보다 높은 유효 전류가 흐르는 구성품을 포함하고,
    상기 냉각 장치는,
    상기 변환기의 전기적으로 상호연결된 전기 구성품 (SWA1, SWA2, SWA3, SWA4, SWA5, SWA6, SWA7, SWA8, SWB1, SWB2, SWB3, SWB4, SWB5, SWB6, SWB7, SWB8) 의 제 1 그룹 및 제 2 그룹 (G1, G2; G1, G2, G3, G4) 을 냉각시키도록 작동가능하며, 또한
    상기 제 1 그룹을 통하여 냉매 (M) 를 운반하도록 배열되는 제 1 운반 장치 (TA1) 와,
    상기 제 2 그룹을 통하여 동일한 냉매를 운반하도록 배열되는 제 2 운반 장치 (TA2) 를 포함하고,
    상기 제 1 운반 장치는 냉매를 상기 제 2 운반 장치로 운반하기 위해 상기 제 2 운반 장치 이전에 이 제 2 운반 장치와 직렬로 배치되며,
    상기 운반 장치 각각은 세트의 냉각 부분 (HSA1, HSA2, HSA3, HSA4, HSA5, HSA6, HSA7, HSA8, HSA9; HSB1, HSB2, HSB3, HSB4, HSB5, HSB6, HSB7, HSB8, HSB9) 을 더 포함하고, 상기 냉각 부분 각각은 단일의 전기 구성품과 접촉 배치되도록 되어 있는 하나 이상의 냉각면을 포함하며,
    여러 개의 냉각 부분은 서로 반대편의 2 개의 냉각면을 가지고 또한 적층체의 2 개의 전기 구성품 사이에 배치되도록 되어 있는 냉각 장치에 있어서,
    상기 전기 구성품 (SWA1, SWA2, SWA3, SWA4, SWA5, SWA6, SWA7, SWA8, SWB1, SWB2, SWB3, SWB4, SWB5, SWB6, SWB7, SWB8) 각각은 반-병렬식 다이오드와 함께 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 세트의 냉각 부분은 냉각 부분 배치 순서에 따라 적층체내에서 서로 순차적으로 배치되고, 한 세트 내의 냉각 부분 각각은 상기 그룹내의 하나 이상의 대응 구성품을 냉각시키도록 배치되고, 이 세트의 냉각 부분은 상기 그룹내의 구성품을 순차적으로 냉각시키도록 직렬로 연결 (COA1, COA2, COA3, COA4, COA5, COA6, COA7, COA8, COB1, COB2, COB3, COB4, COB5, COB6, COB7, COB8, COB9) 되는 냉각 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각 부분은 상기 냉각 부분 배치 순서대로 상호연결되고,
    상기 냉각 부분 배치 순서 중 홀수 냉각 부분 (HSA1, HSA3, HSA5, HSA7, HSA9, HSB1, HSB3, HSB5, HSB7, HSB9) 은 홀수 냉각 부분과 상호연결되고, 상기 냉각 부분 배치 순서 중 짝수 냉각 부분 (HSA2, HSA4, HSA6, HSA8, HSB2, HSB4, HSB6, HSB8) 은 짝수 냉각 부분과 상호연결되는 냉각 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각 부분 배치 순서 중 홀수 냉각 부분은, 상기 냉각 부분 배치 순서 중 짝수 냉각 부분을 통과하기 전에 매체가 이를 통과하도록 배치되는 냉각 장치.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 냉각 부분 배치 순서 중 홀수 냉각 부분은 오름순으로 냉매를 수용하도록 배치되고, 상기 냉각 부분 배치 순서 중 짝수 냉각 부분은 내림순으로 냉매를 수용하도록 배치되는 냉각 장치.
  6. 전기적으로 상호연결된 전기 구성품 (SWA1, SWA2, SWA3, SWA4, SWA5, SWA6, SWA7, SWA8) 의 제 1 그룹 (G1),
    하나 이상의 적층체내에 서로 적층되는 전기적으로 상호연결된 전기 구성품 (SWB1, SWB2, SWB3, SWB4, SWB5, SWB6, SWB7, SWB8) 의 제 2 그룹 (G2), 및
    제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 냉각 장치를 포함하고,
    상기 전기 구성품 각각은 반-병렬식 다이오드와 함께 트랜지스터를 포함하고 또한 그룹 각각은 서로 직렬로 전기적으로 연결되는 1 개 이상의 전기 구성품을 포함하고, 상기 제 1 그룹 및 상기 제 2 그룹은 변환기의 연결 단자에 이어지는 전도체에 연결되는 연결 지점 (21) 의 양측에 배치되며, 상기 전기 구성품의 제 1 그룹은 상기 제 2 그룹보다 높은 유효 전류가 흐르는 구성품을 포함하는 변환기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전기 구성품은 전류 밸브 요소를 포함하는 변환기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전기 구성품은 변환기 셀을 포함하고, 상기 셀 각각은 그룹을 함께 형성하는 변환기 셀 (CCA, CCB) 을 형성하도록 대응하는 에너지원 (C1A; C1B) 과 함께 쌍으로 연결되는 전류 밸브 요소 (CV1A, CV2A; CV1B, CV2B) 를 포함하는 변환기.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 그룹 (G1) 및 상기 제 2 그룹 (G2) 은 서로 직렬로 연결되고 또한 서로 직렬로 연결되는 제 3 그룹 (G3) 및 제 4 그룹 (G4) 을 더 포함하고,
    상기 제 3 그룹 (G3) 은 상기 제 1 그룹 (G1) 및 상기 제 2 그룹 (G2) 사이의 연결 지점 (21) 에 전기 연결되며, 상기 냉각 장치는 제 3 냉매 운반 장치 (TA3) 및 제 4 냉매 운반 장치 (TA4) 를 포함하고,
    상기 제 3 냉매 운반 장치 및 상기 제 4 냉매 운반 장치는 상기 제 1 운반 장치 및 상기 제 2 운반 장치에 직렬로 배치되며, 상기 제 3 운반 장치는 상기 제 2 운반 장치 및 상기 제 4 운반 장치 이전에 냉매를 수용하도록 상기 제 1 운반 장치 이후에 배치되는 변환기.
  10. 전기적으로 상호연결되는 전기 구성품 (SWA1, SWA2, SWA3, SWA4, SWA5, SWA6, SWA7, SWA8, SWB1, SWB2, SWB3, SWB4, SWB5, SWB6, SWB7, SWB8) 의 제 1 그룹 및 제 2 그룹 (G1, G2) 을 냉각시키는 방법로서,
    상기 그룹 각각은 반-병렬식 다이오드와 함께 트랜지스터를 포함하고, 변환기내에서 하나 이상의 적층체로 서로 적층되며, 또한 변환기의 연결 단자에 이어지는 전도체에 연결되는 연결 지점 (21) 의 양측에 제공되며,
    상기 그룹 각각은 서로 직렬로 전기적으로 연결되는 1 개 이상의 전기 구성품을 포함하고, 상기 전기 구성품의 제 1 그룹은 상기 제 2 그룹보다 높은 유효 전류가 흐르는 구성품을 포함하며,
    그룹 각각에 대하여 세트의 냉각 부분이 있고, 상기 냉각 부분 각각은 단일의 전기 구성품과 접촉하도록 배치되는 하나 이상의 냉각면을 포함하며, 세트 내의 여러 개의 냉각 부분은 서로 반대편의 2 개의 냉각면을 가지고 또한 적층체의 2 개의 전기 구성품 사이에 배치되도록 되어 있으며,
    상기 방법은,
    상기 제 1 그룹을 통하여 냉매 (M) 를 운반하는 단계와,
    상기 제 1 그룹을 통과한 후에 상기 제 2 그룹을 통하여 동일한 냉매를 운반하는 단계를 포함하는 냉각 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    각 세트의 상기 냉각 부분 (HSA1, HSA2, HSA3, HSA4, HSA5, HSA6, HSA7, HSA8, HSA9; HSB1, HSB2, HSB3, HSB4, HSB5, HSB6, HSB7, HSB8, HSB9) 은 적층체내에서 서로 순차적으로 배치되고 냉각 부분 배치 순서에 따라서 대응하는 그룹의 구성품과 접촉하고, 한 세트 내의 냉각 부분 각각은 대응하는 그룹 내의 하나 이상의 구성품을 냉각시키도록 되어 있으며, 상기 제 1 그룹 및 상기 제 2 그룹을 통하여 냉매를 운반하는 단계는 상기 냉각 부분을 통하여 냉매를 순차적으로 운반하는 것을 포함하는 냉각 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 그룹 및 상기 제 2 그룹을 통하여 냉매를 운반하는 단계는, 상기 냉각 부분 배치 순서 중 홀수 냉각 부분 (HSA1, HSA3, HSA5, HSA7, HSA9, HSB1, HSB3, HSB5, HSB7, HSB9) 에서부터 홀수 냉각 부분까지의 세트내에서 뿐만 아니라 상기 냉각 부분 배치 순서 중 짝수 냉각 부분 (HSA2, HSA4, HSA6, HSA8, HSB2, HSB4, HSB6, HSB8) 에서부터 짝수 냉각 부분까지의 세트내에서 냉매를 순차적으로 통과시키는 것을 포함하는 냉각 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 냉매는 상기 냉각 부분 배치 순서 중 짝수 냉각 부분 이전에 한 세트의 냉각 부분 배치 순서 중 홀수 냉각 부분을 통과하는 냉각 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 냉각 부분 배치 순서 중 홀수 냉각 부분 및 상기 냉각 부분 배치 순서 중 짝수 냉각 부분을 통하여 냉매를 통과시키는 단계는, 오름순으로 홀수 냉각 부분을 통하여 냉매를 통과시키는 것 (28) 및 내림순으로 냉각 부분의 짝수 냉각 부분을 통하여 냉매를 통과시키는 것 (30) 을 포함하는 냉각 방법.
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