KR101453731B1 - 전력반도체 냉각용 히트파이프 어셈블리 및 전력반도체 제어용 냉각기 - Google Patents

전력반도체 냉각용 히트파이프 어셈블리 및 전력반도체 제어용 냉각기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 냉각을 위한 블록을 상하로 배치한 병렬구조로 해서 전력반도체 소자를 볼트 체결방식으로 블록에 설치한 전력반도체 제어용 히트파이프 어셈블리 및 이를 이용한 냉각기에 관한 것이다.

Description

전력반도체 냉각용 히트파이프 어셈블리 및 전력반도체 제어용 냉각기{heat pipe assembly for cooling of electric power semiconductor and cooling apparatus with the same}
본 발명은 냉각을 위한 블록을 상하로 배치한 병렬구조로 해서 전력반도체 소자를 볼트 체결방식으로 블록에 설치한 전력반도체 냉각용 히트파이프 어셈블리 및 이를 이용한 전력반도체 제어용 냉각기에 관한 것이다.
종래 전력반도체 소자의 냉각을 위한 장치로는 특허문헌에 기재된 것이 공지되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 냉각 장치는 싸이리스터(T) 및 다이오드(D)를 클램프하기 위한 클램핑 유닛을 구비한다. 클램핑 유닛은 냉각블록, 전방플레이트 및 후방플레이트(16a, 16b), 제1 및 제2 탄성체(18a, 18b)를 포함한다.
냉각블록은 싸이리스터(T)를 고정하기 위한 제1 냉각블록(12a, 12b)과, 다이오드(D)를 고정하기 위한 제2 냉각블록(14a, 14b)을 포함한다. 제1 전방블록(12a)은 싸이리스터(T)의 일측에 배치되며, 제1 후방블록(12b)은 싸이리스터(T)의 타측에 배치된다. 싸이리스터(T)와 접촉하는 제1 전방블록(12a) 및 제1 후방블록(12b)의 접촉면에는 싸이리스터(T)의 접촉면에 대응되는 정렬홈(A)이 형성된다. 정렬홈(A)은 싸이리스터(T)의 정확한 위치를 안내하기 위하여 제공된다. 제2 전방블록(14a)은 다이오드(D)의 일측에 배치되며, 제2 후방블록(14b)은 다이오드(D)의 타측에 배치된다. 다이오드(D)와 접촉하는 제2 전방블록(14a) 및 제2 후방블록(14b)의 접촉면에는 다이오드(D)에 대응되는 정렬홈(A)이 형성된다. 정렬홈(A)은 다이오드(D)의 정확한 위치를 안내하기 위하여 제공된다.
냉각블록의 양측에는 전방플레이트(16a) 및 후방플레이트(16b)가 제공된다. 전방플레이트(16a)는 제1 전방블록(12a)의 일측에 제공되며, 후방플레이트(16b)는제2 후방블록(14b)의 일측에 제공된다. 전방플레이트(16a)와 후방플레이트(16b)는 일정한 간격으로 이격된 상태에서 복수의 연결로드(17)를 통해 연결된다. 전방플레이트(16a)와 제1 전방블록(12a) 사이에는 제1 탄성체(18a) 및 제1 절연체(19a)가 제공되며, 후방플레이트(16b)와 제2후방블록(14b) 사이에는 제2 탄성체(18b) 및 제3 절연체(19c)가 제공된다.
제1 탄성체(18a)는 제2 탄성체(18b)를 향하는 방향으로 탄성력을 제공하며, 제2탄성체(18b)는 제1 탄성체(18a)를 향하는 방향으로 탄성력을 제공한다. 따라서, 싸이리스터(T)는 제1 전방블록(12a)과 제1 후방블록(12b) 사이에 단단하게 고정되며, 다이오드(D)는 제2 전방블록(14a)과 제2 후방블록(14b) 사이에 단단하게 고정된다. 또한, 제1 및 제2 탄성체(18a, 18b)에 의하여 싸이리스터(T)는 제1 전방블록(12a)의 접촉면 및 제1 후방블록(12b)의 접촉면에 밀착되므로, 싸이리스터(T)와 접촉면 사이의 간극으로 인하여 열접촉저항이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 마찬가지로, 제1 및 제2 탄성체(18a, 18b)에 의하여 다이오드(D)는 제2 전방블록(14a)의 접촉면 및 제2 후방블록(14b)의 접촉면에 밀착되므로, 다이오드(D)와 접촉면 사이의 간극으로 인하여 열접촉저항이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
그러나, 제1냉각블록(12a,12b), 제2냉각블록(14a,14b), 싸이리스터(T), 다이오드(D)는 좌우 직렬로 적층되는 형태로 배치되어 있어, 좌우에서 탄성력을 가해 압력 접합하는데, 탄성력이 균일하게 가하지 않을 때 냉각블록과의 접촉면에 간극이 형성될 수 있다.
또한, 제1냉각블록(12a,12b), 제2냉각블록(14a,14b), 싸이리스터(T), 다이오드(D)가 좌우로 직렬로 적층되기 때문에, 탄성체(18a)와 냉각블록(12a) 사이, 탄성체(18b)와 냉각블록(14b) 사이, 냉각블록(14b)과 냉각블록(12b) 사이마다 절연체(19a,19b,19c)의 설치가 필요하다.
특히, 좌우의 탄성체(18a,18b)로 탄성력을 가해 압력 접합하는 형태로 취하기 때문에 그 구성이 매우 복잡하다.
또한, 한 소자에 양쪽면의 냉각블록이 필요하여 히트파이프 어셈블리의 부품이 복잡하게 된다.
한국등록특허 제10-0823989호
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 접촉부 향상, 열저항 감소와 부품의 단순화를 구현할 수 있는 전력반도체 냉각용 히트파이프 어셈블리 및 이를 이용한 전력반도체 제어용 냉각기를 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 청구항 2에 기재된 전력반도체 냉각용 히트파이프 어셈블리는, 제1전력반도체 소자가 설치되는 제1블록; 제2전력반도체 소자가 설치되는 제2블록; 제1흡열부가 상기 제1블록의 내부에 삽입되는 제1히트파이프; 제2흡열부가 상기 제2블록의 내부에 삽입되는 제2히트파이프;를 포함하되, 상기 제1블록과 상기 제2블록은 상하로 배치되며, 상기 제1히트파이프와 상기 제2히트파이프는 좌우로 서로 마주보게 배치되도록 상기 제1히트파이프의 제1흡열부 및 상기 제2히트파이프의 제2흡열부가 상기 제1블록과 상기 제2블록에 삽입되며, 상기 제1히트파이프의 제1방열부와 상기 제2히트파이프의 제2방열부에는 다수의 방열핀이 설치되고, 상기 제1전력반도체 소자 및 상기 제2전력반도체 소자는 상기 제1블록 및 상기 제2블록에 볼트 체결되어 있다.
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본 발명의 청구항 4에 기재된 전력반도체 제어용 냉각기는, 제1전력반도체 소자와 제2전력반도체 소자를 냉각하는 히트파이프 어셈블리; 상기 히트파이프 어셈블리를 지지하는 지지 어셈블리; 공기가 통과하도록 상기 히트파이프 어셈블리를 커버하는 공기 덕트 어셈블리; 상기 지지 어셈블리에 배치되며, 상기 제1전력반도체 소자 및 상기 제2전력반도체 소자와의 입출력을 위한 입출력 단자부;를 포함하되, 상기 히트파이프 어셈블리는 상기 제1전력반도체 소자가 설치되는 제1블록 및 상기 제2전력반도체 소자가 설치되는 제2블록과, 제1흡열부가 상기 제1블록의 내부에 삽입되는 제1히트파이프 및 제2흡열부가 상기 제2블록의 내부에 삽입되는 제2히트파이프;로 이루어지고, 상기 제1블록과 상기 제2블록은 상하로 배치되며, 상기 제1히트파이프와 상기 제2히트파이프는 좌우로 서로 마주보게 배치되도록 상기 제1히트파이프의 제1흡열부 및 상기 제2히트파이프의 제2흡열부가 상기 제1블록과 상기 제2블록에 삽입되며, 상기 제1히트파이프의 제1방열부와 상기 제2히트파이프의 제2방열부에는 다수의 방열핀이 설치되고, 상기 제1전력반도체 소자 및 상기 제2전력반도체 소자는 상기 제1블록 및 상기 제2블록에 볼트 체결되어 있다.
본 발명의 청구항 5에 기재된 전력반도체 제어용 냉각기에 있어서, 상기 히트파이프 어셈블리는 좌측 히트파이프 어셈블리와 우측 히트파이프 어셈블리로 이루어진 복수의 히트파이프 어셈블리로 구현되어 있다.
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
제1 및 제2전력반도체 소자를 냉각하기 위한 제1 및 제2블록이 상하 병렬로 배치되어 있어, 좌우로 탄성을 가하여 압력 접합할 필요가 없어 부품 단순화를 구현할 수 있다.
또한, 제1 및 제2전력반도체 소자와 제1 및 제2블록의 접촉면이 개별적으로 설치 접촉됨으로써 훨씬 균일하게 접촉시켜 열저항을 감소시켜, 제1 및 제2전력반도체 소자의 성능을 향상시킨다. 따라서 제1 및 제2전력반도체 소자로부터 발생한 열을 제1 및 제2히트파이프를 통해 방열핀으로 이송하여 효과적으로 냉각한다.
또한, 제1 및 제2전력반도체 소자를 냉각하기 위한 제1 및 제2블록이 상하 병렬로 배치되어 있어, 모듈화된 전력반도체 소자를 개별적으로 볼트 체결할 수 있다. 따라서 블록을 좌우 직렬로 적층시키는 압력 접합과 달리 각 블록 사이에 전류 흐름을 차단하기 위한 별도의 절연체가 필요 없다. 그리고 볼트 체결로 인해 구조와 제작공정이 단순화되어 비용과 노동력이 절감된다. 모듈화된 각 전력반도체 소자의 탈부착이 용이해서 유지보수에도 용이하다.
도 1은 종래의 냉각블록 사이에 고정된 싸이리스터 및 다이오드를 나타내는 평면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력반도체 제어용 냉각기의 사시도.
도 3은 도 2를 분해 도시한 사시도.
도 4는 도 2를 A방향에서 본 사시도
도 5는 도 4를 분해 도시한 사시도.
도 6은 도 2에서 공기 덕트 어셈블리를 분해 도시한 사시도
도 7은 히트파이프 어셈블리를 도시한 사시도.
도 8은 도 7의 정면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력반도체 제어용 냉각기(1)의 사시도이고, 도 3은 도 2를 분해 도시한 사시도이고, 도 4는 도 2를 A방향에서 본 사시도이고, 도 5는 도 4를 분해 도시한 사시도이고, 도 6은 도 2에서 공기 덕트 어셈블리를 분해 도시한 사시도이고, 도 7은 히트파이프 어셈블리를 도시한 사시도이고, 도 8은 도 7의 정면도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력반도체 제어용 냉각기(1)는 도 2 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 히트파이프 어셈블리(100)와, 상기 히트파이프 어셈블리(100) 주변용 히트파이프 주변장치(200)로 이루어진다.
또한, 상기 히트파이프 어셈블리(100)는 전력반도체 소자의 개수에 따라 다르지만 본 실시예에서는 도면에서 볼 때 좌측 히트파이프 어셈블리(100L) 및 우측 히트파이프 어셈블리(100R)로 이루어진다.
상기 히트파이프 어셈블리(100)는 도 2 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 좌측 히트파이프 어셈블리(100L)와 우측 히트파이프 어셈블리(100R)가 좌우로 나란히 마주보며 배치되어 있다. 상기 히트파이프 어셈블리(100)는 각각 하단에 위치하는 사각형 판 형상의 제1 및 제2블록(110;111)과, 상기 제1 및 제2블록(110;111)에 제1 및 제2흡열부(121;125)가 설치되는 제1 및 제2히트파이프(120;124)와, 상기 제1 및 제2히트파이프(120;124)의 제1 및 제2방열부(122;126)에 설치되는 방열핀(140)을 포함한다. 상기 제1 및 제2블록(110;111)에는 제1 및 제2전력반도체 소자(130;131)가 설치된다.
상기 히트파이프 주변장치(200)는 상기 히트파이프 어셈블리(100)의 하단이 삽입되어 지지되는 지지 어셈블리(210)와, 상기 지지 어셈블리(210)에 배치되어 전력을 입출력 시키는 입출력 단자부(230)와, 상기 히트파이프 어셈블리(100)의 상기 방열핀(140)에 설치되어 공기가 잘 통과하도록 하는 공기 덕트 어셈블리(240)를 포함한다.
이하에는 상기 히트파이프 어셈블리(100)에 대해 상술한다.
상기 히트파이프 어셈블리(100)는 좌측과 우측에 서로 마주보며 나란히 형성된다. 그러나 상기 히트파이프 어셈블리(100)의 개수와 좌우배치는 본 발명의 실시자의 필요 및 의도에 따라 변경될 수 있다. 상기 좌측 히트파이프 어셈블리(100L)와 상기 우측 히트파이프 어셈블리(100R)는 매우 유사하다. 따라서 이하에는 동일한 부분은 좌우 구분없이 통칭하여 상술하고, 차이점이 있는 부분은 구분하여 설명한다.
상기 제1 및 제2블록(110;111)은 상기 히트파이프 어셈블리(100) 하단, 즉 상기 방열핀(140) 하측에 위치하며 사각형 판 형상으로 이루어진다. 상기 제1 및 제2블록(110;111)의 배치는, 상기 제1블록(110)이 상측에 위치하고 상기 제2블록(111)이 하측에 위치한다. 상기 제1블록(110)과 상기 제2블록(111)은 각각 상측과 하측으로 병렬 배치된 상태로 서로 접해 있으며, 볼트로 체결되어 일체화되어 있다. 따라서 상하 병렬 배치되어 일체화된 상기 제1 및 제2블록(110;111)은, 도 8에 도시한 바와 같이 정면에서 바라보면 가늘고 긴 사각형 형상을 이루고, 도 3에 도시한 바와 같이 측면에서 바라보면 넙적한 사각형 형상을 이룬다.
상기 제1 및 제2블록(110;111)은 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 방열핀(140) 하측에서 상기 제1히트파이프(120)와 일직선상에 위치한다. 따라서 상기 제1 및 제2블록(110;111)은, 상기 히트파이프 어셈블리(100)의 중심에서 편심된 위치, 즉 상기 방열핀(140)의 중심에서 한쪽으로 편심된 위치에 형성된다. 도 8에 도시한 바와 같이, 좌측 제1 및 제2블록(110L;111L)은 좌측 방열핀(140L) 중심에서 좌측으로 편심된 위치에 형성되고, 우측 제1 및 제2블록(110R;111R)은 우측 방열핀(140R) 중심에서 우측으로 편심된 위치에 형성된다.
상기 좌측 제1 및 제2블록(110L;111L)은 좌측에, 상기 우측 제1 및 제2블록(110R;111R)은 우측에 각각 상기 제1 및 제2전력반도체 소자(130;131)가 볼트로 체결되는 홈이 형성된다. 상기 제1 및 제2블록(110;111)에는 각각 상단에 4개와 하단에 4개, 즉 각각 8개의 홈이 형성된다. 따라서, 서로 마주보고 있는 좌우측 제1 및 제2블록(110L;111L;110R;111R)의 바깥쪽에 홈이 각각 16개씩 형성된다. 상기 제1 및 제2블록(110;111)에 형성된 홈은 상기 제1 및 제2전력반도체 소자(130;131)에 형성된 홈과 같은 간격으로 형성되어, 상기 제1블록(110)에는 상기 제1전력반도체 소자(130)가 체결되고, 상기 제2블록(111)에는 상기 제2전력반도체 소자(131)가 체결된다.
상기 좌우측 제1 및 제2블록(110L;111L;110R;111R)의 전방면에는 7개의 홈이 형성되어 있다. 그래서 상기 좌우측 제1 및 제2블록(110L;111L;110R;111R)의 상측에는 네임판(220)이 설치되고, 상기 네임판(220) 하측에는 두 개의 PCB(GDU 등)를 포함한 PCB판(221)이 설치된다. 상기 좌우측 제1 및 제2블록(110L;111L;110R;111R)의 후방면에는 3개의 홈이 형성되어 플러그판(224)이 체결된다.
상기 제1 및 제2블록(110;111)은 내부에 상기 제1 및 제2히트파이프(120;124)가 삽입된다. 상기 제1블록(110)에는 상기 제1히트파이프(120)의 제1흡열부(121)가 삽입되고, 상기 제2블록(111)에는 상기 제2히트파이프(124)의 상기 제2흡열부(125)가 삽입된다. 상기 제1 및 제2블록(110;111)에 삽입되는 상기 제1 및 제2히트파이프(120;124)는 각각 7개의 원형 관 형상을 가진다. 상기 제1블록(110)에 삽입되는 상기 제1히트파이프(120)의 제1흡열부(121)는 상기 제1블록(110) 상단의 상측면을 통해 삽입되어 상기 제1블록(110)의 하단까지 이어진다. 상기 제2블록(111)에 삽입되는 상기 제2히트파이프(124)의 상기 제2흡열부(125)는 상기 제2블록(111)의 상단에서 측방향으로 삽입되어 상기 제2블록(111)의 하단까지 이어진다. 상기 제1 및 제2히트파이프(120;124)는 상기 제1 및 제2블록(110;111)에 일정한 간격으로 일렬로 배치되어 상기 제1 및 제2전력반도체 소자(130;131)로부터 발생하는 열을 흡수한다.
상기 제1 및 제2히트파이프(120;124)는 도 3, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 제1히트파이프(120)는 상기 제1흡열부(121) 및 제1방열부(122)와 제1연결부(123)를 포함하고, 상기 제2히트파이프(124)는 상기 제2흡열부(125) 및 제2방열부(126)와 제2연결부(127)를 포함한다. 상기 제1 및 제2흡열부(121;125)는 상기 제1 및 제2블록(110;111)의 내부에 삽입되고, 상기 제1 및 제2방열부(122;126)에는 상기 방열핀(140)이 설치된다. 상기 제1 및 제2히트파이프(120;124)는 각각 7개씩 총 14개의 원형 관 형상으로 이루어지며, 상기 좌우측 히트파이프 어셈블리(100L;100R)에 총 28개가 형성된다.
상기 제1히트파이프(120)는 도 8에 도시한 바와 같이, 하부의 상기 제1흡열부(121)와 상부의 상기 제1방열부(122)와 상기 제1흡열부(121)와, 상기 제1방열부(122)를 연결하는 제1연결부(123)로 이루어진다.
상기 제1흡열부(121)는 상기 제1블록(110)에 삽입된다. 상기 제1흡열부(121)는 상기 제1블록(110) 상단의 상측면을 뚫고 삽입되어 상기 제1블록(110)의 하단까지 이어진다. 상기 제1히트파이프(120)의 상기 제1흡열부(121)는 상기 제1블록(110)의 내부에서, 전방에서 후방쪽으로, 일정한 간격을 가지고 일렬로 배치된다.
상기 제1연결부(123)는 상기 제1흡열부(121)와 상기 제1방열부(122) 사이에 위치하며, 상기 제1흡열부(121) 상단과 상기 제1방열부(122) 하단을 연결한다.
상기 제1방열부(122)는 상기 제1연결부(123) 상단에 연결되어 상부쪽으로 연장 형성된다. 상기 제1방열부(122)의 상단은 상기 방열핀(140)의 상측면 위로 돌출된다. 상기 제1방열부(122)의 주위에는 다수의 상기 방열핀(140)이 형성된다. 다수의 상기 방열핀(140)은 원형 관 형상을 가진 상기 제1방열부(122)에 대해 수직한 방향으로 설치된다. 상기 제1방열부(122)는 상기 방열핀(140)의 전방에서 후방쪽으로, 상기 방열핀(140)의 측면과 나란하게 일렬로 형성된다.
상기 제1히트파이프(120)는 도 8에 도시한 바와 같이, 각각의 상기 히트파이프 어셈블리(100)의 바깥측에 형성된다. 즉, 상기 좌측 히트파이프 어셈블리(100L)에는 상기 좌측 방열핀(140L)의 중심에서 좌측으로 편심되어 형성되고, 상기 우측 히트파이프 어셈블리(100R)에는 상기 우측 방열핀(140R)의 중심에서 우측으로 편심되어 형성된다. 상기 제1히트파이프(120)의 상기 제1흡열부(121) 및 상기 제1방열부(122) 및 상기 제1연결부(123)는, 상기 방열핀(140)의 상단에서부터 상기 제1블록(110)의 하단까지 구부러짐 없이 직선으로 이어져 지면에 대해 수직하도록 형성된다.
상기 제2히트파이프(124)는 도 3, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 하부의 상기 제2흡열부(125)와 상부의 상기 제2방열부(126)와, 상기 제2흡열부(125)와 상기 제2방열부(126)를 연결하는 제2연결부(127)로 이루어진다.
상기 제2흡열부(125)는 상기 제2블록(111)에 삽입된다. 상기 제2흡열부(125)는 상기 제2블록(111)의 상단에서 측방향으로 삽입되어 상기 제2블록(111)의 하단까지 이어진다. 상기 제2히트파이프(124)의 상기 제2흡열부(125)는 상기 제2블록(111)의 내부에서, 전방에서 후방쪽으로, 일정한 간격을 가지고 일렬로 배치된다.
상기 제2연결부(127)는 상기 제2흡열부(125)와 상기 제2방열부(126) 사이에 위치해서, 상기 제2블록(111)에 삽입되는 상기 제2흡열부(125)와, 상기 방열핀(140)에 위치하는 상기 제2방열부(126)를 연결한다. 상기 제2연결부(127)는 도 3, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 제1 및 제2블록(110;111) 내측에 위치하여, 상기 제2블록(111) 상단에 측방향으로 삽입된 상기 제1흡열부(121) 상단에 연결되어 상향 대각선방향으로 연장 형성된다. 그리고 상기 제2방열부(126)와 일직선상으로 교차하는 지점에서 상측 방향으로 반환 연장되어, 상기 제2방열부(126)와 연결된다. 상기 제2연결부(127)도 상기 제2흡열부(125)와 같이, 전방에서 후방쪽으로, 일정한 간격을 가지고 일렬로 배치된다.
상기 제2방열부(126)는 상기 제2연결부(127) 상단에 연결되어 상부쪽으로 연장 형성된다. 상기 제2방열부(126)는 상기 좌측 히트파이프 어셈블리(100L)에는 상기 좌측 방열핀(140L)의 중심에서 우측으로 편심되어 형성되고, 상기 우측 히트파이프 어셈블리(100R)에는 상기 우측 방열핀(140R)의 중심에서 좌측으로 편심되어 형성된다. 상기 제2방열부(126)의 상단은 상기 방열핀(140)의 상측면 위로 돌출된다. 상기 제2방열부(126)의 주위에는 다수의 상기 방열핀(140)이 형성된다. 다수의 상기 방열핀(140)은 원형 관 형상을 가진 상기 제2방열부(126)에 대해 수직한 방향으로 설치된다. 상기 제2방열부(126)는 상기 방열핀(140)의 전방에서 후방쪽으로, 상기 제1방열부(122) 내측에서 상기 제1방열부(122)와 나란하게 일렬로 형성된다. 즉, 상기 제1 및 제2히트파이프(120;124)의 상기 제1 및 제2방열부(122;126)는 상기 방열핀(140)에서 각각 좌우로 배치되어, 일렬로 나란한 열을 지어 형성된다.
이하에는 상기 제1 및 제2히트파이프(120;124)를 통해 상기 제1 및 제2전력반도체 소자(130;131)로부터 발생하는 열을 외부로 방출하는 과정을 상술한다.
상기 제1 및 제2히트파이프(120;124)는 지면에 대해 수직하게 배치되며, 내부에는 액체상태의 작동유체가 제공된다. 본 발명의 실시자는 요구되는 열부하에 따라서 작동유체를 선정하도록 한다. 작동유체는 상기 제1 및 제2히트파이프(120;124)의 수직한 배치에 의해 상기 제1 및 제2흡열부(121;125)에 머무른다. 상기 제1 및 제2블록(110;111)의 바깥측에 볼트 체결되는 상기 제1 및 제2전력반도체 소자(130;131)로부터 발생하는 열은, 상기 제1 및 제2블록(110;111)에 전달되며, 상기 제1 및 제2흡열부(121;125)에 전달된다. 이때, 상기 제1 및 제2흡열부(121;125)내에 저장된 액체상태의 작동유체는 열로 인하여 기체상태로 증발되며, 기체상태의 작동유체는 상기 제1 및 제2히트파이프(120;124)를 따라 상기 제1 및 제2방열부(122;126)로 이동한다. 상기 제1 및 제2방열부(122;126)에는 복수의 상기 방열핀(140)이 설치되어 있어, 상기 제1 및 제2방열부(122;126)로 이동한 기체상태의 작동유체는 상기 방열핀(140)을 통해 냉각된다. 따라서, 기체상태의 작동유체는 다시 액체상태로 응축되며, 액체 상태의 작동유체는 상기 제1 및 제2히트파이프(120;124)를 따라 상기 제1 및 제2흡열부(121;125)로 다시 이동한다. 상기 제1 및 제2히트파이프(120;124) 내에 저장된 작동유체는 이와 같은 순환을 반복하면서 상기 제1 및 제2흡열부(121;125)를 통해 제1 및 제2블록(110;111)으로부터 빼앗을 열을 상기 제1 및 제2방열부(122;126)에 전달한다. 그리고 상기 제1 및 제2방열부(122;126)는 상기 제1 및 제2방열부(122;126)에 설치된 복수의 방열핀(140)을 통해 상기 제1 및 제2흡열부(121;125)로부터 얻은 열을 외부로 방출한다.
이하에는 상기 제1 및 제2전력반도체 소자(130;131)에 대해 상술한다.
상기 제1 및 제2전력반도체 소자(130;131)는 도 3, 도 5, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 좌측 제1 및 제2블록(110L;111L)에는 좌측에, 상기 우측 제1 및 제2블록(110R;111R)에는 우측에 각각 볼트로 체결된다. 상기 제1 및 제2전력반도체 소자(130;131)는 모듈형 반도체 소자이다. 상기 제1 및 제2전력반도체 소자(130;131)는 써멀그리스를 도포한 후, 상기 제1 및 제2블록(110;111)에 각각 형성되어 있는 홈에 맞춰서 적절한 체결 토크로 볼트 체결된다. 상기 제1블록(110)에는 상기 제1전력반도체 소자(130)가 체결되고, 상기 제2블록(111)에는 상기 제2전력반도체 소자(131)가 체결된다. 따라서, 상기 좌측 히트파이프 어셈블리(100L)와 상기 우측 히트파이프 어셈블리(100R)에 각각 2개씩, 총 4개의 제1 및 제2전력반도체 소자(130;131)가 체결된다. 상기 제1 및 제2전력반도체 소자(130;131)의 바깥쪽에는 상기 입출력 단자부(230)가 배치되어 볼트 체결된다.
상기 제1 및 제2전력반도체 소자(130;131)의 볼트 체결은, 상기 제1 및 제2흡열부(121;125)가 삽입되는 상기 제1 및 제2블록(110;111)의 상하 병렬 배치로 인해 가능하다. 즉, 종래의 발명이 반도체 소자를 냉각하기 위한 블록을 좌우 직렬로 적층 배치하여 압력 접합했던 것과 달리, 본 발명은 상기 제1 및 제2블록(110;111)을 상하 병렬 배치하여 각각의 상기 제1 및 제2블록(110;111)에 대해 각각의 상기 제1 및 제2전력반도체 소자(130;131)가 볼트 체결되는 것을 가능하게 하였다. 그리고 상기 제1 및 제2블록(110;111)사이의 전류 흐름을 차단할 별도의 절연체가 필요 없다. 이와 같은 볼트 체결로 인해 구조와 제작공정이 단순화되어 비용과 노동력이 절감된다. 그리고 탈부착이 용이해서 유지보수에도 용이하다. 또한, 압력접합에 비해 상기 제1 및 제2전력반도체 소자(130;131)와 상기 제1 및 제2블록(110;111)의 접촉면을 훨씬 균일하게 접촉시킬 수 있어서 열저항을 감소시켜 상기 제1 및 제2전력반도체 소자(130;131)의 성능을 향상시킨다.
상기 방열핀(140)은 상기 제1 및 제2방열부(122;126)에 설치된다. 상기 방열핀(140)은 다수의 얇은 사각형 판들이 모여 전체적으로 육면체의 형상을 이룬다. 상기 방열핀(140)을 이루는 다수의 사각형 판들은 상기 제1 및 제2방열부(122;126)의 길이방향을 따라 나란하게 배치된다. 그리고 상기 방열핀(140)은 상기 제1 및 제2방열부(122;126)에 대하여 수직하게 설치된다. 종래 기술은 블록의 좌우 직렬 배치로 인해 각 블록별로 분리된 방열핀을 가졌다. 이와 달리, 본 발명은 상기 제1 및 제2블록(110;111)이 상하 병렬로 배치되어 있어, 탈부착을 위해 상기 제1 및 제2히트파이프(120;124)를 분리할 필요가 없기 때문에, 상기 제1 및 제2히트파이프(120;124)를 포괄하는 하나의 방열핀(140)이 형성된다. 상기 방열핀(140)에는 상기 공기 덕트 어셈블리(240)가 설치되어 공기가 잘 유입된다. 그래서 상기 방열핀(140)은, 상기 제1 및 제2전력반도체 소자(130;131)에서 발생하여 상기 제1 및 제2히트파이프(120;124)에 의해 이송된 열을 효과적으로 냉각한다.
이하에는 상기 히트파이프 주변장치(200)에 대해 상술한다.
상기 히트파이프 주변장치(200)는 상기 히트파이프 어셈블리(100)의 하단이 삽입되어 지지되는 지지 어셈블리(210)와, 상기 지지 어셈블리(210)에 배치되어 전력을 입출력 시키는 입출력 단자부(230)와, 상기 히트파이프 어셈블리(100)의 상기 방열핀(140)에 설치되어 공기가 잘 통과하도록 하는 공기 덕트 어셈블리(240)를 포함한다.
상기 지지 어셈블리(210)는 도 2 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 히트파이프 어셈블리(100)의 하측에 위치하며, 상기 제1 및 제2블록(110;111)이 삽입되어 지지된다. 상기 지지 어셈블리(210)는 하측에 두 개의 사각형 바닥판(211)이 형성된다. 상기 바닥판(211) 바깥쪽에 각각 두 개의 사이드 지지바(212)가 세워진다. 상기 사이드 지지바(212) 상측에는 네 개의 상부 지지바(213)가 연결되어 사각형 형상을 이룬다. 상기 상부 지지바(213) 내측에는 상기 히트파이프 어셈블리(100)의 상기 제1 및 제2블록(110;111)이 삽입될 수 있는 사각형 홈이 형성된다. 전방과 후방에 위치하는 두 개의 상기 상부 지지바(213) 상측에는, 상기 히트파이프 어셈블리(100)의 상기 방열핀(140)이 체결되는 홈이 형성되어 있고, 양 측방에 위치하는 두 개의 상기 상부 지지바(213) 상측에는 상기 공기 덕트 어셈블리(240)가 체결되는 홈과 핸들(214)이 형성된다.
후방에 위치하는 상기 사이드 지지바(212) 중간측에는 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 제2블록(111)에 체결된 상기 플러그판(224)의 양 끝단이 체결되어 설치된다. 상기 플러그판(224)의 중간측에는 3개의 플러그(223)가 형성된다. 상기 플러그판(224) 상측에는 플러그 버스 바(222)가 형성되어, 상기 지지 어셈블리(210) 양 측면에 배치되는 상기 입출력 단자부(230)의 상부 출력단(231u)과 연결되어 설치된다. 상기 플러그판(224) 하측에는 캐패시터 버스 바(225)가 형성되어 상기 지지 어셈블리(210) 양 측면에 배치되는 상기 입출력 단자부(230)의 하부 출력단(231d)과 연결되어 설치된다. 상기 플러그판(224) 양 끝단에는 후방쪽으로 원통 형상의 가이드 핀(226)이 각각 돌출 형성된다. 캐패시터(227)는 상기 캐패시터 버스 바(225)의 내측 양단에 연결되어, 상기 지지 어셈블리(210)에 내측 중앙 하단부에 배치된다.
상기 지지 어셈블리(210) 양 측면에는 상기 제1 및 제2전력반도체 소자(130;131)와의 입출력을 위한 상기 입출력 단자부(230)가 배치된다.
상기 입출력 단자부(230)는 도 2 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 지지 어셈블리(210) 양 측면에 위치하여 배치된다. 상기 입출력 단자부(230)는 전체적으로 사각형 형상의 판 형상을 이루며, 상기 제1 및 제2전력반도체 소자(130;131) 바깥쪽에 볼트 체결된다. 상기 입출력 단자부(230)는 상측과 하측에 각각 두 개의 출력단(231)이 후방쪽으로 돌출 형성된다. 상기 출력단(231)은 사각형 바 형상을 가지고 후방쪽으로 연장 돌출되며, 상기 지지 어셈블리(210)의 내측으로 수직 반환되어 연장 형성된다. 상기 입출력 단자부(230)의 상기 상부 출력단(231u)은 상기 플러그 버스 바(222)와 볼트 체결되고, 상기 하부 출력단(231d)은 상기 캐패시터 버스 바(225)와 볼트 체결된다.
상기 공기 덕트 어셈블리(240)는 도 2 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 상부 지지바(213)와 체결되는 체결홈 판(241)과, 송풍 덕트와 결합되는 연결레일(242)과, 뚜껑(243)을 포함한다. 상기 공기 덕트 어셈블리(240)는 상기 지지 어셈블리(210)의 상측에 위치하며, 상기 방열핀(140)의 상측면과 좌우측면을 덮는다. 상기 공기 덕트 어셈블리(240)는 육면체 형상을 가지며, 전면과 후면과 하면이 개방되어 있다. 개방된 상기 공기 덕트 어셈블리(240)의 하면을 통해서 상기 방열핀(140)이 삽입된다. 상기 공기 덕트 어셈블리(240)의 좌우측면 하단에는 체결홈 판(241)이 형성되어, 상기 상부 지지바(213) 상측 홈에 볼트 체결된다. 상기 공기 덕트 어셈블리(240)의 양 측면에는 각각 팬을 통한 공기가 잘 공급되도록 송풍 덕트를 결합하는 연결레일(242)이 상단과 중단에 형성된다. 그래서 상기 방열핀(140)에 공기가 효과적으로 잘 통과되어, 상기 제1 및 제2히트파이프(120;124)를 통해 이송된 상기 제1 및 제2전력반도체 소자(130;131)로부터 발생한 열을 효과적으로 냉각한다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 됨을 부언한다.
1 : 전력반도체 제어용 냉각기
100,100L,100R : 히트파이프 어셈블리
110,110L,110R : 제1블록 111,111L,111R : 제2블록
120 : 제1히트파이프 121 : 제1흡열부
122 : 제1방열부 123 : 제1연결부
124 : 제2히트파이프 125 : 제2흡열부
126 : 제2방열부 127 : 제2연결부
130 : 제1전력반도체 소자 131 : 제2전력반도체 소자
140,140L,140R : 방열핀 200 : 히트파이프 주변장치
210 : 지지 어셈블리 211 : 바닥판
212 : 사이드 지지바 213 : 상부 지지바
214 : 핸들 220 : 네임판
221 : PCB판 222 : 플러그 버스 바
223 : 플러그 224 : 플러그판
225 : 캐패시터 버스 바 226 : 가이드 핀
227 : 캐패시터 230 : 입출력 단자부
231 : 출력단 231u : 상부 출력단
231d : 하부 출력단 240 : 공기 덕트 어셈블리
241 : 체결홈 판 242 : 연결레일
243 : 뚜껑

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 제1전력반도체 소자가 설치되는 제1블록; 제2전력반도체 소자가 설치되는 제2블록; 제1흡열부가 상기 제1블록의 내부에 삽입되는 제1히트파이프; 제2흡열부가 상기 제2블록의 내부에 삽입되는 제2히트파이프;를 포함하되,
    상기 제1블록과 상기 제2블록은 상하로 배치되며,
    상기 제1히트파이프와 상기 제2히트파이프는 좌우로 서로 마주보게 배치되도록 상기 제1히트파이프의 제1흡열부 및 상기 제2히트파이프의 제2흡열부가 상기 제1블록과 상기 제2블록에 삽입되며,
    상기 제1히트파이프의 제1방열부와 상기 제2히트파이프의 제2방열부에는 다수의 방열핀이 설치되고,
    상기 제1전력반도체 소자 및 상기 제2전력반도체 소자는 상기 제1블록 및 상기 제2블록에 볼트 체결되는 전력반도체 냉각용 히트파이프 어셈블리.
  3. 삭제
  4. 제1전력반도체 소자와 제2전력반도체 소자를 냉각하는 히트파이프 어셈블리;
    상기 히트파이프 어셈블리를 지지하는 지지 어셈블리;
    공기가 통과하도록 상기 히트파이프 어셈블리를 커버하는 공기 덕트 어셈블리;
    상기 지지 어셈블리에 배치되며, 상기 제1전력반도체 소자 및 상기 제2전력반도체 소자와의 입출력을 위한 입출력 단자부;를 포함하되,
    상기 히트파이프 어셈블리는 상기 제1전력반도체 소자가 설치되는 제1블록 및 상기 제2전력반도체 소자가 설치되는 제2블록과, 제1흡열부가 상기 제1블록의 내부에 삽입되는 제1히트파이프 및 제2흡열부가 상기 제2블록의 내부에 삽입되는 제2히트파이프;로 이루어지고,
    상기 제1블록과 상기 제2블록은 상하로 배치되며,
    상기 제1히트파이프와 상기 제2히트파이프는 좌우로 서로 마주보게 배치되도록 상기 제1히트파이프의 제1흡열부 및 상기 제2히트파이프의 제2흡열부가 상기 제1블록과 상기 제2블록에 삽입되며,
    상기 제1히트파이프의 제1방열부와 상기 제2히트파이프의 제2방열부에는 다수의 방열핀이 설치되고,
    상기 제1전력반도체 소자 및 상기 제2전력반도체 소자는 상기 제1블록 및 상기 제2블록에 볼트 체결되는 전력반도체 제어용 냉각기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 히트파이프 어셈블리는 좌측 히트파이프 어셈블리와 우측 히트파이프 어셈블리로 이루어진 복수의 히트파이프 어셈블리인 전력반도체 제어용 냉각기.
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