KR102031688B1 - 냉각장치, 특히 스위치기어 캐비닛에 하우징된 부품들을 냉각하기 위한 냉각장치, 그 용도 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 냉각장치, 특히 스위치기어 캐비닛에 하우징된 구성부품들을 냉각하기 위한 냉각장치에 관한 것으로, 제1 열교환기를 통해 스위치기어 캐비닛으로부터 공기를 송풍하기 위한 제1 냉각 팬과, 제2 열교환기를 통해 주위 공기를 송풍하기 위한 제2 냉각 팬을 포함하여 구성되며, 정류기(4)를 통해 단상 또는 다상 AC 전압용 광역 입력부(4)에 연결되고, 그리고 커패시터(5)를 상기 광역 입력부(4)를 거쳐 상기 간선 AC 전압보다 높거나 낮은 DC 링크 전압으로 충전하는 스텝-업 및/또는 스텝-다운 컨버터(2)를 가지는 전원 공급장치(1), 및 적어도 하나가 상기 커패시터(5)에 병렬로 연결되는 상기 2개의 냉각 팬용 전원 유닛(6)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 이러한 냉각장치의 용도 및 작동 방법에 관한 것이다.

Description

냉각장치, 특히 스위치기어 캐비닛에 하우징된 부품들을 냉각하기 위한 냉각장치, 그 용도 및 방법 {Cooling device, in particular for cooling components housed in a switchgear cabinet, corresponding use, and corresponding method}
본 발명은 냉각장치, 특히 스위치기어 캐비닛에 하우징된 부품들을 냉각하기 위한 냉각장치, 그 용도 및 방법에 관한 것이다. 일반적인 냉각장치는 제1 열교환기를 통해 스위치기어 캐비닛으로부터 공기를 송풍하기 위한 제1 냉각 팬과, 제2 열교환기를 통해 주위 공기를 송풍하기 위한 제2 냉각 팬을 포함하여 구성된다.
선행기술에 공지된 이러한 유형의 냉각장치는, 전기 부품들이, 그 작동에 필요한 전압의 관점에서, 냉각장치가 사용될 지역에서 주로 사용하는 간선 전압들(electric mains voltages)에 적합하도록 되어 있다, 즉, 예를 들어, 냉각장치를 가능한 한 전 세계로 판매할 수 있도록, 각 전력 단계(power stage)별 변형 냉각 장치(a variant of each power stage of a cooling device)를 전압 115V, 230V, 및 400V의 각각에 대하여 판매를 위해 제공하는 것이 관례적이다. 이에 더하여, 다양한 특별 전압들 또한 고려되어야 한다.
따라서, 선행기술에 공지된 냉각장치는, 예상되는 간선 전압에 따라, 예를 들어, 115 V, 200 V, 230 V, 400 V 또는 460 V의 일차 입력 전압을 가지는 적절한 변압기가 사용되어, 다양한 전력 레벨의 1차 입력 전압에 따라 230 V, 400 V 또는 460 V의 2차 출력 전압을 공급하고 있다. 변압기의 2차 출력 전압에 따라, 냉각장치는 냉각장치의 제어가능한 전기 부품들, 구체적으로, 냉각 팬, 그리고 존재하는 경우, 압축기(compressor), 센서 시스템 또는 팽창 밸브를 제어하기 위하여, 변압기의 2차 출력 전압에서 작동하고, 대응하는 전압을 사용하는 제어기를 갖는다. 그래서, 냉각장치가 사용될 지역에 따라, 그리고 거기서 공급되는 주된 간선 전압에 따라, 상기 제어기에 의해 제어되는 냉각장치 구성부품들은 150 V, 200 V, 230 V, 400 V 또는 460 V 각각의 변형품(variants)으로 공급되는 것을 필요로 한다. 또 다른 선행기술 냉각장치에서, 냉각장치의 능동 소자들(active cooling device components)이 변압기를 통해 조정된 전압에 의해 가동된다.
따라서 본 발명의 목적은, 간단한 구조에 의해 상이한 입력 AC 전압들에서 작동하기에 충분한 일반적인(generic) 냉각장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 본 발명에 의한 청구항 제1항의 특징을 가지는 냉각장치에 의해 달성된다. 종속 청구항 제2 내지 7항은 유리한 실시예들에 관한 것이다. 청구항 제9항은 본 발명에 의한 냉각장치의 용도에 관한 것이다. 청구항 제10항 및 제11항은 상기한 냉각장치를 작동하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 냉각장치는, 정류기(rectifier)를 통해 단상(single-phase) 또는 다상(multiphase) AC 전압용 광역 입력부(wide-range input)에 연결되어, 상기 광역 입력부를 거쳐 간선 전압보다 높거나 낮은 DC 링크 전압(DC link voltage)으로 커패시터를 충전하는 스텝-업(step-up) 및/또는 스텝-다운(step-down) 컨버터를 갖는 전압 공급장치(voltage supply), 상기 커패시터에 병렬로 연결되는 2개의 냉각 팬 중 적어도 하나의 냉각 팬의 전원 유닛(power supply unit)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
가장 간단한 실시예에서, 본 발명 냉각장치의 제1 및 제2 열교환기 각각은, 액상 냉매가 펌프의 도움으로 순환되는, 공기/냉매 열교환기(air/coolant heat exchanger)이다. 대안적으로, 본 발명의 냉각장치는 압축기-구동 냉각 회로를 포함하여 구성될 수 있으며, 이 경우에 압축기 및 쵸우킹 소자(choking element), 예를 들어 팽창 밸브를 더 포함하여 구성된다. 이 실시예에서, 냉각장치는, 커패시터에 병렬로 연결되고 압축기에 3상 전류를 공급하는, 3상 인버터를 포함하여 구성될 수도 있다. 또한, 상기 냉각장치는 재-냉각장치, 예를 들어 칠러(chiller)일 수도 있다.
상기 냉각장치에서 응축 액 관리를 위한 전압 공급원은, 특히 바람직하게, 제어기를 통해 조절되는 전기 가열 소자용 가열 소자 단자를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 단자는 커패시터에 병렬로 연결된다. 이와 같이, 본 발명에 의한 냉각장치에서, 상기한 가열 소자는, 그 자체가 다중-전압 능력(multi-voltage capability)을 필요로 하지 않는, 단일-전압 디바이스로 형성될 수도 있다.
따라서, 본 발명은, 냉각장치의 능동 소자들, 특히 직류 디바이스로서 냉각 팬들을 설계하고, 그리고 임의의 AC 전압 (단상 또는 3상, 100 V - 460 V, 50 Hz 또는 60 Hz)을 상기한 냉각장치의 능동 소자들을 작동하기에 적합한 DC 전압으로 변환하는 개념에 기초한 것이다. 압축기 등에 필요할 수도 있는 3상 전류가, 3상 인버터에 의해 공급되어 DC 링크 전압으로 변환된다. 그래서, 본 발명에 의한 냉각장치에 의해, 냉각 장치의 능동 소자들의 작동 전압들이 간선 전압에 또는 상기 간선 전압이 변환될 수 있는 전압에 맞추어진 다수의 변형 구조를 제공할 필요가 더 이상 없다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 냉각장치는, 내간섭성(interference immunity)을 증가시키고 간섭 출력(interference output)을 감소시키기 위하여 광역 입력부의 적어도 하나의 외부 도선, 하나의 접지 도선(grounding conductor) 및 임의선택적으로 하나의 중성 도선(neutral conductor)에 연결되는 간선 필터(mains filter)를 가지며, 상기 접지 도선은 간선 필터를 통해 광역 입력부로 이어지고, 그리고 그로부터, 압축기를 위한 3상 전류가 공급되는 3상 출력부로, 직접 이어진다.
압축기에 의해 구동되는 냉각장치의 냉각 력을 변화시키기 위하여, 본 발명의 하나의 실시예에서, 3상 인버터는 인버터 제어기에 의해 제어되어, 주어진 압축기 출력 레벨을 달성하는데 필요한 3상 전류가 3상 전력부의 3상 인버터에 의해 공급되게 구성되어 있다.
다른 또 하나의 실시예에서, 스텝-업 및/또는 스텝-다운 컨버터는, 컨버터 제어기를 통해 제어되어, 전원 유닛을 통해 공급된 전원 전압으로 캐패시터를 충전하여 제1 또는 제2 냉각 팬을 작동시키는데 필요한 크기(dimensions)의 DC 링크 전압을 갖게 한다.
단상 또는 3상 AC 전압을 위한 광역 입력부는, 적어도 110V와 240V 사이의 입력 전압 및/또는 380V와 460V 사이의 입력 전압을 갖도록 설계되는 것이 바람직하다.
다른 또 하나의 실시예에서, 압축기 및/또는 냉각 팬은 BLDC 모터를 갖는다.
또 하나의 측면에 의하면, 본 발명은, 광역 입력부를 거치는 입력 AC 전압의 단상 또는 다상 여부와 관계없이, 전원 유닛을 통해 공급된 전원 전압으로 스텝-업 컨버터를 통해 커패시터를 충전하여 제1 또는 제2 냉각 팬을 작동시키는데 필요한 크기의 DC 링크 전압을 갖도록 하기 위한 상술한 유형의 냉각장치의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 또 하나의 측면에 의하면, 압축기에 의해 구동되는 냉각 회로를 가지는 냉각장치에서, 목표하는 압축기 출력 레벨을 달성하는데 필요한 공칭 3상 전압으로 압축기를 작동하기 위한 상술한 유형의 냉각장치의 용도에 있어서, 광역 입력부를 거치는 단상 또는 다상 입력 AC 전압과 관계없이, 압축기의 출력을 변화시키기 위하여, 3상 인버터가 목표하는 압축기 출력 레벨에 기초하여 공칭(nominal) 3상 전압을 높이거나 낮추도록 설계되는 것이 제시된다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 본 발명은 상술한 유형의 냉각장치의 작동 방법에 관한 것으로, 상기 방법은,
-110V와 460V 사이의 단상 또는 다상 입력 AC 전압을 정류하여 일정한 DC 링크 전압으로 승압 또는 감압하고 그 DC 링크 전압을 상기 냉각 팬 또는 냉각 팬들의 전원 유닛으로 공급하는 단계를 포함하여 구성되며, 그 크기는 전원 유닛이 제1 및/또는 제2 냉각 팬을 작동하는데 필요한 전원 전압을 공급할 수 있도록 설정된다.
하나의 실시예에서, 상기 방법은 DC 링크 전압을 3상 인버터로 공급하는 단계; 목표하는 압축기 출력 레벨을 결정하는 단계; 및 상기 목표하는 압축기 출력 레벨이 달성되기까지 3상 인버터에 의해 변환된 압축기-기반 공칭 3상 전압을 조정하는 단계를 더 포함하여 구성된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 블록도이다.
첨부 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
간결하게 하기 위하여, 도 1은 본 발명에 의한 냉각장치의 전원공급장치(1)를 단지 블록도로 나타낸다. 전원공급장치(1)는 3상까지의 AC 전압 또는 DC 전압을 위한 광역 입력부(4)를 갖는다. 접지 도선 단자가 또한 제공된다. 내간섭성을 증가시키고 간섭 출력을 감소시키기 위하여, 광역 입력부(4)가 간선 필터(8)에 연결된다. 간선 필터(8)는 3상 출력부를 가지며, 이는 정류기 브리지(rectifier bridge)로서 설계된 정류기(3)의 입력부에 연결된다. 정류기(3)는 스텝-업 및/또는 스텝-다운 컨버터(2)에 공급되는 DC 전압을 발생시킨다. 정류기(3)를 통해 공급된 DC 전압으로부터, 스텝-업 및/또는 스텝-다운 컨버터(2)는, 출력 전압에 따라 상기 정류기에 의해 공급되는 전압보다 높거나 낮은, 예를 들어 380V의 일정한 DC 링크 전압을 발생시키고, 상기 DC 링크 전압으로 커패시터(5)를 충전한다. 상기 DC 링크 전압은 커패시터(5)에 병렬로 연결된 냉각 팬(20,30)용 전원 유닛에 공급된다. 스텝-업 및/또는 스텝-다운 컨버터(2)는 스텝-업 및 스텝-다운 겸용 컨버터가 바람직하다.
스텝-업 및/또는 스텝-다운 컨버터(2)는 컨버터 제어기(11)에 의해 제어되는데, 이 제어기(11)는, 광역 입력부(4)를 거치는 전압에 관계없이, 일정한 전압으로 커패시터(5)를 충전하도록 하기 위해 스텝-업 및/또는 스텝-다운 컨버터(2)를 제어하도록 설계된다.
상기 DC 링크 전압은, 인버터 제어기(11)에 의해 제어되는, 3상 인버터(7)로 공급된다. 인버터 제어기(11)는 3상 인버터(7)를 제어하여, 3상 인버터(7)가 주어진 압축기 출력 레벨을 달성하는데 필요한 3상 전력의 3상 전류를 공급하도록 설계된다. 3상 인버터(7)에 의해 발생된 3상 전류는 3상 출력부를 통해 압축기(9)로 공급된다.
응축액 관리를 위하여, 전력 공급장치(1)는, 예를 들어 380V의 커패시터 전압이 가열 소자용 단자(12)를 거쳐 인가되는, 가열 소자용 단자(12)를 더 포함하여 구성된다.
위의 상세한 설명, 도면, 및 특허청구범위에 개시된 본 발명의 특징들은, 개별적으로 그리고 조합으로 본 발명을 구현하는데 필수적인 것으로 고려될 수도 있다.

Claims (11)

  1. 제1 열교환기를 통해 스위치기어 캐비닛으로부터 공기를 송풍하기 위한 제1 냉각 팬, 제2 열교환기를 통해 주위 공기를 송풍하기 위한 제2 냉각 팬, 및 압축기 및 기계적 또는 전자적 쵸우킹 소자(choking element)를 갖는 압축기-구동 냉각 회로를 포함하여 구성된 것으로서, 정류기(4)를 통해 단상 또는 다상 AC 전압용 광역 입력부(4)에 연결되어, 상기 압축기에 3상 전류를 공급하는 3상 인버터(7)에 병렬로 연결된 커패시터(5)를 상기 광역 입력부(4)를 거치는 간선 AC 전압보다 높거나 낮은 DC 링크 전압으로 충전하는 스텝-업 및/또는 스텝-다운 컨버터(2)를 가지는 전원 공급장치(1), 및 적어도 하나가 상기 커패시터(5)에 병렬로 연결되는 상기 2개의 냉각 팬용 전원 유닛(6)을 더 포함하여 구성되어, 상기 압축기가, 상기 광역 입력부를 거치는 단상 또는 다상 입력 AC 전압과 관계없이, 목표하는 압축기 출력 레벨에 필요한 공칭 3상 전압에서 작동하도록 한 것을 특징으로 하는, 냉각장치.
  2. 제1항에 있어서, 응축액 관리를 위하여, 상기 전원 공급장치(1)가 제어기에 의해 제어되는 전기 가열 소자(12)를 연결하기 위한 가열 소자 단자(12)를 가지며, 상기 단자(12)가 상기 커패시터(5)에 병렬로 연결되는, 냉각장치.
  3. 제1항에 있어서, 간선 필터(8)가 적어도 하나의 외부 도선, 하나의 접지 도선 및 존재하는 경우 상기 광역 입력부(4)의 하나의 중성 도선에 연결되고; 상기 접지 도선은 상기 간선 필터(8)를 통해 상기 광역 입력부(4)로, 그리고 그로부터 직접, 상기 압축기를 위한 3상 전류가 공급되는 3상 출력부(9)로 이어지는, 냉각장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 3상 인버터(7)는, 3상 전류가 인버터 제어기(10)에 의해 제어되어, 주어진 압축기 출력 레벨을 달성하는데 필요한 3상 전력으로, 3상 전류가, 3상 인버터(7)에 의해 공급되게 하는, 냉각장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스텝-업 및/또는 스텝-다운 컨버터(2)가, 컨버터 제어기(11)에 의해 제어되어, 상기 커패시터(5)가 상기 스텝-업 및/또는 스텝-다운 컨버터(2)를 통해 DC 링크 전압으로 충전되게 하며, 그 크기(dimensions)가 제1 및/또는 제2 냉각 팬을 작동하는데 필요한 전압이 전원 유닛(6)을 통해 공급되도록 설정된 것인, 냉각장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 단상 또는 삼상 AC 전압을 위한 상기 광역 입력부(4)가, 적어도 110V와 240V 사이 및/또는 380V와 360V 사이의 입력 전압을 위한 것으로 설계되는, 냉각장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압축기 및/또는 상기 냉각 팬이 BLDC 모터를 갖는, 냉각장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 광역 입력부(4)를 거치는 단상 또는 다상 입력 AC 전압과 관계 없이, 목표하는 압축기 출력 레벨에 필요한 공칭 3상 전압에서 압축기를 작동하기 위한 것으로서, 상기 압축기의 상기 출력 레벨을 변화시키기 위하여, 상기 3상 인버터(7)가, 필요한 압축기 출력 레벨에 기준하여, 공칭 3상 전압을 높이거나 낮추도록 설계된, 냉각장치.
  9. 110V와 460V 사이의 단상 또는 다상 입력 AC 전압을 정류하여, 일정한 DC 링크 전압으로 승압 및/또는 감압시키는 단계;
    상기 DC 링크 전압을, 제1 및/또는 제2 냉각 팬을 작동하는데 필요한 전원 전압을 공급할 수 있는 크기로, 제1 냉각 팬 및/또는 제2 냉각 팬의 전원 유닛에 공급하는 단계;
    상기 DC 링크 전압을 3상 인버터(7)에 공급하는 단계;
    목표하는 압축기 출력 레벨을 결정하는 단계; 및
    상기 목표하는 압축기 출력 레벨이 달성되기까지, 상기 3상 인버터(7)에 의해 변환된 압축기-기반(compressor-based) 공칭 3상 전압을 조정하는 단계;
    를 포함하여 구성되는, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 의한 냉각장치의 작동 방법.
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