KR101504578B1 - 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치 - Google Patents

철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치에 관한 것으로, 철도차량의 전력소자를 냉각시키기 위한 수냉각 구조에서, 히트블록의 온도를 감지하여 방열이 필요한 시점에만 냉각펌프가 구동될 수 있도록 모터를 제어함으로 인해 소음의 발생을 억제하고, 모터의 수명이 연장될 수 있게 한 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명을 적용하면, 방열이 필요한 시점에만 냉각펌프를 작동시키는 모터를 선별적으로 구동시킬 수 있으므로 모터로 인한 소음을 감소시킬 수 있고, 모터의 수명을 연장시킬 수 있게 된다는 장점이 있다.

Description

철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치{PUMP AUTO CONTROL APPARATUS OF HEAT-BLOCK FOR A TARIN}
본 발명은 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게 철도차량의 전력소자를 냉각시키기 위한 수냉각 구조에서, 히트블록의 온도를 감지하여 방열이 필요한 시점에만 냉각펌프가 구동될 수 있도록 모터를 제어함으로 인해 소음의 발생을 억제하고, 모터의 수명이 연장될 수 있게 한 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 일반적으로 철도차량은 선로를 따라 가설된 전차선(혹은, '트롤리 선' 이라고도 함)으로부터 전력을 공급받아 운행되므로, 전차선을 통해 공급된 전력을 철도차량의 사용 전력에 맞게 변환하는 전력 변환기를 구비하고 있다.
그리고, 이러한 전력 변환기는 전원의 컨버트(convert)나 인버트(invert)를 위해서 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등과 같은 다수의 전력 소자를 포함하여 구성된다.
종래에는 전력 소자로 이루어진 전력 변환기를 설계시 과전류나 과전압과 같은 이상 전원 발생이나, 혹은 과도한 온도 상승 발생시 회로를 강제로 차단하는 보호회로를 포함하고 있다.
통상, 이러한 IGBT와 같은 전력소자는 매우 높은 열을 발생시키므로, 방열구조가 필수적으로 필요한 바, 대표적인 방열방식으로는 히트파이프와 냉각핀을 이용한 자연냉각방식과, 송풍기를 이용한 강제 공냉방식, 냉매를 사용한 침적식 방식과, 히트블록을 이용한 수냉각 방식이 있다.
이때, 수냉각 방식은 발열매체인 전력소자가 물과 냉매가 혼합된 혼합냉매가 유통되어 열교환을 수행하는 히트블록에 부착하여 냉각펌프를 구동시킴으로써 그 혼합냉매가 히트블록 내로 순환되게 하는 구조로 이루어진다.
하지만, 철도차량에 적용된 전력소자는 스위칭 상황에서 발열이 이루어지는 바, 종래의 수냉각 방식은 냉각펌프를 구동시키는 모터가 발열여부에 무관하게 상시 작동되므로 지속적인 소음이 발생됨과 동시에 모터의 수명을 단축시키게 된다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 철도차량의 전력소자를 냉각시키기 위한 수냉각 구조에서, 히트블록의 온도를 감지하여 방열이 필요한 시점에만 냉각펌프가 구동될 수 있도록 모터를 제어함으로 인해 소음의 발생을 억제하고, 모터의 수명이 연장될 수 있게 한 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 물과 냉매가 혼합된 혼합냉매가 히트블록에 구성된 히트파이프를 순환할 수있게 냉각펌프가 구비되고, 혼합냉매의 순환을 통한 열교환으로 인해 전력소자를 방열시키는 히트블록에 있어서, 발열체인 전력소자에 전류가 인가되었는 지를 감지하는 전류감지부와; 발열체에 부착되어 온도를 감지하기 위한 온도감지부와; 상기 냉각펌프를 구동시키는 모터와; 상기 온도 감지부로부터 인가된 온도가 기설정값보다 크거나 같은 경우 상기 모터에 구동 제어신호를 발생하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 하는 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치가 제공된다.
바람직하게, 상기 제어부와 모터는 그 사이에 제어신호를 인가받아 모터에 전력을 투입하는 스위칭부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치가 제공된다.
본 발명에 따른 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치는 방열이 필요한 시점에만 냉각펌프를 작동시키는 모터를 선별적으로 구동시킬 수 있으므로 모터로 인한 소음을 감소시킬 수 있고, 모터의 수명을 연장시킬 수 있게 된다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치가 적용된 전력변환기를 나타내는 블록도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치를 도시한 블록구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치의 구성을 나타내는 사진,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치의 신호흐름을 나타내는 플로우챠트이다.
이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치가 적용된 전력변환기를 나타내는 블록도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치를 도시한 블록구성도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치의 구성을 나타내는 사진, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치의 신호흐름을 나타내는 플로우챠트이다.
이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치(200)는 철도차량의 전력소자를 냉각시키기 위한 수냉각 구조에서, 히트블록의 온도를 감지하여 방열이 필요한 시점에만 냉각펌프가 구동될 수 있도록 모터를 제어함으로 인해 소음의 발생을 억제하고, 모터의 수명이 연장될 수 있게 한 장치이다.
보다 상세하게, 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치(200)는 전력변환기(PTR)에 구성되는 바, 철도차량은 집전장치인 팬터그래프(pantograph)를 통해 전차선(PC)으로부터 전력을 공급받아 차단기(CB)를 거쳐 해당 철도차량에 구비된 전력 변환기(PTR)로 전력을 공급한다.
그리고, 전력 변환기(PTR)는 변압기(TR)와 컨버터(C) 및 인버터(I) 등으로 이루어져 있어서, 변압기(TR)는 공급된 전원을 변압하고, 컨버터(C)는 변압된 AC 전원을 DC 전원으로 다운 컨버팅(down converting)하며, 인버터(I)는 다운 컨버팅된 DC 전원을 AC 전원으로 인버팅(inverting)하여 철도차량의 운행을 위한 구동모터(M)를 구동 및 제어한다.
나아가, 컨버터(C)와 인버터(I)는 각각 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등과 같은 다수의 전력 소자(소위 '전력 트랜지스터'이며, 이하 ‘발열체’라 함)를 구비하고 있어서, 전력 변환시 발열체(전력 트랜지스터: 108)에 전류가 흐르면서 많은 열이 발생하므로, 발열체(108)에서 발생한 열을 방열하는 열교환기(102)를 구비하고 있다.
이때, 본 발명에 따른 철도차량 전력 소자용 예방 진단장치(20)는 전력 변환기(PTR)에 인접 설치되되, 컨버터(C) 및 인버터(I)에 각각 구비된 발열체(108:전력 트랜지스터)의 전류 흐름을 감지함은 물론, 컨버터(C) 및 인버터(I)의 외부에 접합 설치된 열교환기(102)나 발열체(108)의 온도를 감지할 수 있도록 설치된다.
보다 상세하게, 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치(200)는 열교환기(102), 히트파이프(104) 및, 냉각수 탱크(106), 냉각펌프(110), 모터(112), 모터 구동부(114)로 이루어진 히트블록(100)이 내부에 구성되면서, 동시에 전류감지부(202), 온도감지부(204), 스위칭부(206), 제어부(208)가 더 구성된다.
히트블록(100)에 구성된 열교환기(102)는 내부에 미세한 히트파이프(104)가 지그재그로 구성되고, 그 히트파이프(104)의 내부로 물과 냉매가 혼합된 혼합냉매가 유통되면서 전력트랜지스터와 같은 발열체(108)를 방열시키게 구성된다.
이러한 수냉각 방식은 히트파이프(104)의 내부로 보다 빠르게 혼합냉매가 유통될 수 있게 강제순환방식을 취하는 바, 이를 위해 상기 히트파이프(104)의 경로 중간에는 냉각펌프(110)가 구비되어져 있다.
냉각펌프(110)는 모터(112)의 구동에 의해 작동되며, 모터(112)는 모터구동부(114)에 의해 구동된다.
한편, 상기 전류감지부(202)는 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치(200)의 내부에 구성되어 발열체(108)인 전력소자에 전류가 인가되었는 지를 감지하는 수단이다.
상기 온도감지부(204)는 상기 발열체(108) 또는 열교환기(102)에 부착되어 온도를 감지하기 위한 수단이고, 상기 제어부(208)는 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치(200)의 내부에 구성되며 상기 온도 감지부(204)로부터 인가된 온도가 기설정값보다 크거나 같은 경우 상기 모터(112)에 구동 제어신호를 발생하는 수단이다.
이때, 바람직하게 본 발명의 실시예에 따른 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치(200)는 상기 제어부(208)와 모터(112) 사이에 제어신호를 인가받아 모터(112)에 전력을 투입하는 스위칭부(206)가 더 구비된다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치(200)는 방열이 필요한 시점에만 모터(112)를 선별적으로 구동시킬 수 있으므로 모터(112)로 인한 소음을 감소시킬 수 있고, 모터(112)의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.
상기한 구성의 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치의 기능과 작용을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 철도차량 히트블록(100)에 장착되고, 컨버터(C)와 인버터(I)에 구비된 전력트랜지스터 등의 발열체(108)에 전류가 흐르는 지를 전류감지부(202)를 통해 감지한다.
즉, 상기 발열체(108)에 전류 흐름이 감지되면 상기 제어부(208)는 발열체(108)의 온도를 온도감지부(204)를 통해 감지하는 바, 감지된 온도를 기설정된 온도와 비교하여 감지온도가 기설정된 온도보다 크거나 같은 지를 판단한다.
만약, 감지된 온도가 기설정된 온도보다 크거나 같은 경우라면, 상기 제어부(208)는 상기 냉각펌프(110)를 구동시키는 모터(112)에 구동 제어신호를 발생하여 냉각펌프(110)가 작동되어 혼합냉매가 강제 순환될 수 있게 한다.
반면, 감지된 온도가 기설정된 온도보다 작은 경우라면, 상기 제어부(208)는 상기 냉각펌프(110)를 구동시키는 모터(112)를 구동시키지 않고 스탠바이 상태로 유지하도록 한다.
이를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치(200)는 방열이 필요한 시점에만 냉각펌프를 작동시키는 모터를 선별적으로 구동시킬 수 있으므로 모터로 인한 소음을 감소시킬 수 있고, 모터의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치는 단지 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경이 가능하다.
CB:차단기, PTR:전력변환기,
100:히트블록, 102:열교환기,
104:히트파이프, 106:냉각수 탱크,
108:발열체, 110:냉각펌프,
112:모터, 202:전류감지부,
204:온도감지부, 208:제어부.

Claims (2)

  1. 물과 냉매가 혼합된 혼합냉매가 히트블록에 구성된 히트파이프를 순환할 수있게 냉각펌프가 구비되고, 혼합냉매의 순환을 통한 열교환으로 인해 전력소자를 방열시키는 히트블록에 있어서,
    발열체인 전력소자에 전류가 인가되었는 지를 감지하는 전류감지부와;
    발열체에 부착되어 온도를 감지하기 위한 온도감지부와;
    상기 냉각펌프를 구동시키는 모터와;
    상기 전류감지부로부터 감지신호를 수신하여 전력소자의 작동여부를 판단하고, 전력소자 작동시에 한하여, 상기 온도 감지부로부터 인가된 온도가 기설정값보다 크거나 같은 경우 상기 모터에 구동 제어신호를 발생하는 제어부로 이루어지며,
    상기 제어부와 모터는 그 사이에 제어신호를 인가받아 모터에 전력을 투입하는 스위칭부가 구비된 것을 특징으로 하는 철도차량 히트블록의 냉각펌프 자동제어장치.
  2. 삭제
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