KR102055678B1 - 정수기 - Google Patents

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KR102055678B1
KR102055678B1 KR1020180121341A KR20180121341A KR102055678B1 KR 102055678 B1 KR102055678 B1 KR 102055678B1 KR 1020180121341 A KR1020180121341 A KR 1020180121341A KR 20180121341 A KR20180121341 A KR 20180121341A KR 102055678 B1 KR102055678 B1 KR 102055678B1
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power semiconductor
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water tank
flow path
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KR1020180121341A
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이희준
박승제
장호용
허제식
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은, 온수탱크; 상기 온수탱크와 연결되어, 상기 온수탱크로 정수를 공급하는 입수관; 상기 온수탱크를 가열하는 히터; 상기 히터의 동작을 제어하는 인버터 인쇄회로기판; 금속 재질로 형성되어, 상기 입수관의 일부를 감싸도록 배치되는 히트 싱크; 및 상기 인버터 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되어 상기 히터로 공급되는 전력을 제어하고, 상기 히트 싱크에 부착되어 상기 입수관을 흐르는 정수와 열교환하는 전력 반도체 소자를 포함하며, 상기 히트 싱크는, 상기 입수관의 일측 외주에 대응되는 제1수용부를 구비하는 제1방열체; 및 상기 입수관의 타측 외주에 대응되는 제2수용부를 구비하는 제2방열체를 포함하고, 상기 제1방열체와 상기 제2방열체가 상호 결합시, 상기 제1 및 제2수용부는 상기 입수관의 외주를 완전히 감싸도록 배치되는 정수기를 개시한다.

Description

정수기{WATER PURIFIER}
본 발명은 온수탱크를 가열하는 히터로의 공급 전력을 제어하기 위한 전력 반도체 소자를 구비하는 정수기에 관한 것이다.
정수기는 저수조를 구비하는지 여부에 따라 저수조형과 직수형으로 구분될 수 있다. 저수조형 정수기는 정수를 저수조에 보관하고 있다가 사용자가 출수부를 조작하였을 때 저수조에 저장된 정수를 제공하도록 이루어진다. 이에 반해 직수형 정수기는 저수조를 구비하지 않고, 사용자가 출수부를 조작하였을 때 즉시 원수를 여과하여 사용자에게 정수를 제공하도록 이루어진다. 직수형 정수기는 저수조형 정수기에 비해 위생적이고 물을 절약할 수 있어, 최근에는 직수형 정수기에 대한 사용자의 선호도가 증가하고 있다.
정수기는 상온수 외에 온수와 냉수를 제공하기도 한다. 온수와 냉수를 제공하는 정수기는 그 내부에 가열 장치와 냉각 장치를 별도로 구비한다. 가열 장치는 정수를 가열하여 온수를 생성하도록 이루어지고, 냉각 장치는 정수를 냉각하여 냉수를 생성하도록 이루어진다.
한편, 유도 가열 장치는 에너지 효율이 높고 가열대상물에 대한 신속하고 균일한 제어가 가능한 장점이 있어서, 직수형 정수기에 순간 온수 가열 장치로 유도 가열 장치를 적용하기 위한 개발이 활발히 이루어지고 있다. 유도 가열 장치로의 공급 전력을 제어하기 위하여 전력 반도체 소자(IGBT, Triac 등)가 사용되는데, 전력 반도체 소자에는 스위칭 손실과 도통 손실로 인하여 발열이 발생하게 된다. 동작 온도를 넘어갈 정도로 발열되면 전력 반도체 소자가 파괴되므로, 전력 반도체 소자에 대한 방열은 중요한 문제이다. 기존에는 전력 반도체 소자의 온도를 낮춰주기 위해서 방열판을 이용하였다.
하지만 온수가 연속적으로 출수되면 전력 반도체 소자의 온도가 지속적으로 올라가고 방열판의 온도도 같이 상승한다. 이에 따라 전력 반도체 소자가 동작 온도 범위의 한계치에 도달하게 되면, 온수 출수가 되지 않는 문제가 발생한다.
이처럼, 직수용 정수기에서 온수의 연속 출수 능력을 향상시키기 위하여, 전력 반도체 소자의 방열 구조는 중요하다.
본 발명의 첫 번째 목적은, 전력 반도체 소자의 방열 성능을 향상을 통하여 기존의 정수기가 가졌던 온수의 연속 출수 능력을 향상시킬 수 있는 새로운 방열 구조를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 두 번째 목적은, 인버터 인쇄회로기판의 사이즈와 무게를 줄일 수 있는 새로운 방열 구조를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 세 번째 목적은, 누수시에도 안전성이 확보될 수 있는 새로운 방열 구조를 제공하는 데에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 입수관을 흐르는 정수가 히트 싱크를 거쳐 온수탱크로 공급되도록 하고, 히트 싱크에 전력 반도체 소자를 부착함으로써, 기존의 공랭식 방열 구조를 수랭식 방열 구조로 대체한 정수기를 개시한다.
제1실시예에서, 정수기는, 온수탱크; 상기 온수탱크와 연결되어, 상기 온수탱크로 정수를 공급하는 입수관; 상기 온수탱크를 가열하는 히터; 상기 히터의 동작을 제어하는 인버터 인쇄회로기판; 금속 재질로 형성되어, 상기 입수관의 일부를 감싸도록 배치되는 히트 싱크; 및 상기 인버터 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되어 상기 히터로 공급되는 전력을 제어하고, 상기 히트 싱크에 부착되어 상기 입수관을 흐르는 정수와 열교환하는 전력 반도체 소자를 포함하며, 상기 히트 싱크는, 상기 입수관의 일측 외주에 대응되는 제1수용부를 구비하는 제1방열체; 및 상기 입수관의 타측 외주에 대응되는 제2수용부를 구비하는 제2방열체를 포함하고, 상기 제1방열체와 상기 제2방열체가 상호 결합시, 상기 제1 및 제2수용부는 상기 입수관의 외주를 완전히 감싸도록 배치된다.
상기 입수관은 상기 히트 싱크의 일측에서 적어도 한 번 벤딩되어, 상기 히트 싱크를 서로 반대 방향으로 가로지르도록 배치되는 제1연장부와 제2연장부를 포함할 수 있다.
상기 히트 싱크와 상기 전력 반도체 소자 사이에는 상기 히트 싱크와 상기 전력 반도체 소자 간의 도통을 방지하는 절연체가 배치될 수 있다.
상기 절연체는 알루미나가 될 수 있다.
상기 정수기는, 상기 전력 반도체 소자를 덮도록 배치된 상태로 상기 히트 싱크에 체결되어, 상기 전력 반도체 소자를 상기 히트 싱크를 향하여 가압된 상태로 고정하는 브라켓을 더 포함할 수 있다.
상기 브라켓은 합성수지 재질로 형성되며, 상기 히트 싱크에 후크 결합 또는 스크류 결합될 수 있다.
상기 전력 반도체 소자는 브릿지 다이오드 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 포함할 수 있다.
제2실시예에서, 정수기는, 온수탱크; 상기 온수탱크를 가열하는 히터; 상기 히터의 동작을 제어하는 인버터 인쇄회로기판; 금속 재질의 싱글 바디로 형성되고, 서로 평행하게 배치되는 제1내부 유로부와 제2내부 유로부를 구비하는 히트 싱크; 상기 히트 싱크 및 상기 온수탱크와 연결되어, 상기 히트 싱크를 거쳐 상기 온수탱크로 정수를 공급하는 입수관; 및 상기 인버터 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되어 상기 히터로 공급되는 전력을 제어하고, 상기 히트 싱크에 부착되어 상기 제1 및 제2내부 유로부를 흐르는 정수와 열교환하는 전력 반도체 소자를 포함하며, 상기 입수관은, 상기 제1내부 유로부의 일단과 연결되는 제1연결부; 벤딩된 형태로 형성되어, 상기 제1내부 유로부의 타단과 상기 제2내부 유로부의 타단을 연결하는 제2연결부; 및 상기 제2내부 유로부의 일단과 상기 온수탱크를 연결하는 제3연결부를 포함한다.
상기 제1 및 제2내부 유로부는 상기 히트 싱크의 압출 성형에 의해 상기 히트 싱크의 연장 방향을 따라 길게 형성될 수 있다.
상기 입수관은 상기 히트 싱크와 동종의 금속 재질로 형성되고, 용접에 의해 상기 히트 싱크와 결합될 수 있다.
상기 정수기는, 상기 히트 싱크와 상기 전력 반도체 소자 간의 도통을 방지하도록, 상기 히트 싱크와 상기 전력 반도체 소자 사이에 배치되는 절연체; 및 합성수지 재질로 형성되며, 상기 전력 반도체 소자를 덮도록 배치된 상태로 상기 히트 싱크에 체결되어, 상기 전력 반도체 소자를 상기 히트 싱크를 향하여 가압된 상태로 고정하는 브라켓을 더 포함할 수 있다.
제3실시예에서, 정수기는, 온수탱크; 상기 온수탱크를 가열하는 히터; 상기 히터의 동작을 제어하는 인버터 인쇄회로기판; 금속 재질로 형성되고, 내부 유로를 구비하는 히트 싱크; 상기 내부 유로의 양단과 각각 연결되고 상기 온수탱크와 연결되어, 상기 히트 싱크를 거쳐 상기 온수탱크로 정수를 공급하는 입수관; 및 상기 인버터 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되어 상기 히터로 공급되는 전력을 제어하고, 상기 히트 싱크에 부착되어 상기 내부 유로를 흐르는 정수와 열교환하는 전력 반도체 소자를 포함하며, 상기 히트 싱크는, 양면이 평평한 형태를 가지는 제1프레임; 및 상기 제1프레임의 일면에 결합되며, 상기 제1프레임의 일면과의 사이에서 상기 내부 유로를 형성하도록 외측으로 볼록한 유로 형성부를 구비하는 제2프레임을 포함한다.
상기 제2프레임에는 상기 내부 유로와 연통되는 입구 및 출구가 각각 형성되며, 상기 입수관은 상기 제1 및 제2프레임과 동종의 금속 재질로 형성되고, 용접에 의해 상기 입구 및 출구와 각각 결합될 수 있다.
상기 전력 반도체 소자는 상기 제1프레임의 타면에 부착될 수 있다.
상기 정수기는, 상기 히트 싱크와 상기 전력 반도체 소자 간의 도통을 방지하도록, 상기 히트 싱크와 상기 전력 반도체 소자 사이에 배치되는 절연체; 및 합성수지 재질로 형성되며, 상기 전력 반도체 소자를 덮도록 배치된 상태로 상기 히트 싱크에 체결되어, 상기 전력 반도체 소자를 상기 히트 싱크를 향하여 가압된 상태로 고정하는 브라켓을 더 포함할 수 있다.
상술한 해결수단을 통해 얻게 되는 본 발명의 효과는 다음과 같다.
첫째, 입수관을 흐르는 정수가 히트 싱크를 거쳐 온수탱크로 공급되도록 하고, 히트 싱크에 전력 반도체 소자를 부착함으로써, 기존의 공랭식 방열 구조를 수랭식 방열 구조로 대체하여, 전력 반도체 소자로부터 발생하는 열을 보다 효율적으로 냉각할 수 있다.
구체적으로, 직수형 정수기의 특성상, 온수가 출수되는 동안 입수관으로 상온수가 계속 공급되므로, 전력 반도체 소자가 보다 장시간 동안 동작 온도 범위 내에서 구동될 수 있다. 따라서, 정수기의 온수의 연속 출수 능력이 향상될 수 있다.
아울러, 입수관을 흐르는 정수가 온수탱크에 공급되기 전에 전력 반도체 소자와의 열교환을 통해 예열되므로, 온수 생성을 위한 가열시간이 단축될 수 있으며, 가열을 위해 요구되는 히터의 출력이 감소되어 에너지가 절감될 수 있다.
둘째, 기존의 공랭식 방열 구조에 구비되었던 크고 무거운 방열판이 작은 히트 싱크로 대체되어, 인버터 인쇄회로기판의 사이즈와 무게가 감소될 수 있다.
셋째, 히트 싱크와 전력 반도체 소자 사이에 이들 간의 도통을 방지하는 절연체가 배치됨으로써, 히트 싱크를 이용한 수랭식 방열 구조에서의 감전 내지는 화재의 위험 요소가 제거될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 정수기에서, 온수의 출수를 위한 주요 구성들을 보인 개념도.
도 2는 도 1에 도시된 전력 반도체 소자의 방열 구조의 제1실시예를 보인 개념도.
도 3은 도 2에 도시된 구성들을 분리하여 보인 분해도.
도 4는 도 2의 라인 Ⅳ-Ⅳ를 따라 취한 단면도.
도 5는 도 2에 도시된 전력 반도체 소자의 방열 구조의 변형예를 보인 개념도.
도 6은 도 1에 도시된 전력 반도체 소자의 방열 구조의 제2실시예를 보인 개념도.
도 7은 도 6에 도시된 구성들을 분리하여 보인 분해도.
도 8은 도 1에 도시된 전력 반도체 소자의 방열 구조의 제3실시예를 보인 개념도.
도 9는 도 6에 도시된 구성들을 분리하여 보인 분해도.
도 10은 도 8의 라인 Ⅹ-Ⅹ을 따라 취한 단면도.
이하, 본 발명에 관련된 정수기에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 서로 다른 실시예라도 구조적, 기능적으로 모순이 되지 않는 한 어느 하나의 실시예에 적용되는 구조는 다른 하나의 실시예에도 동일하게 적용될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 정수기(100)에서, 온수의 출수를 위한 주요 구성들을 보인 개념도이다.
도 1을 참조하면, 정수기(100)는 필터부(110), 유량제어밸브(120), 입수관(130), 온수탱크(140), 출수관(150) 및 가열장치(160)를 포함한다.
필터부(110)는 상수원으로부터 공급되는 물을 정화시키도록 구성된다. 필터부(110)에 의해 정화된 정수는 사용자가 음용할 수 있는 상태에 놓인다.
필터부(110)를 통과한 정수는 온수탱크(140)로 공급되며, 온수탱크(140)에서 가열된 후 외부로 배출된다.
필터부(110)에서 온수탱크(140)로 공급되는 정수의 유량은 유량제어밸브(120)에 의해 조절될 수 있다.
온수탱크(140)에는 입수구와 출수구가 각각 형성된다. 입수구와 출수구는 온수탱크(140)의 양측면에 각각 배치될 수 있다. 본 도면에서는, 입수구와 출수구가 온수탱크(140)의 좌측면과 우측면에 각각 배치된 것을 보이고 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 입수구와 출수구의 위치는 다양하게 변형될 수 있다. 일 예로, 입수구가 온수탱크(140)의 상면에 형성되고 출수구는 온수탱크(140)의 저면에 형성될 수도 있다.
입수구에는 입수관(130)이 연결되고, 출수구에는 출수관(150)이 연결된다. 필터부(110)를 통과한 정수는 입수관(130)을 통하여 온수탱크(140)로 공급되며, 온수탱크(140)에서 배출된 온수는 출수관(150)을 통하여 외부로 배출된다.
온수탱크(140)는 도전성 재질로 형성된다. 온수탱크(140)는 가로/세로의 면적이 넓고 높이가 낮은 직육면체 형상으로 형성될 수 있다.
온수탱크(140)의 내부에는 가열 유로부(미도시)가 형성될 수 있다. 물은 가열 유로부를 정체됨이 없이 흐르면서 가열장치(160)로부터 열을 받아 가열되도록 구성된다. 가열 유로부는 폭이 좁고 긴 형태를 가지며, 복수회 벤딩되어 온수탱크(140)의 내부에 조밀하게 배치된다.
가열장치(160)는 온수탱크(140)를 순간적으로 가열하도록 구성된다.
본 도면에서는, 가열장치(160)로서 전자기 유도 현상을 이용하여 온수탱크(140)를 가열하는 유도가열장치를 보이고 있다.
구체적으로, 가열장치(160)는 인버터 인쇄회로기판(161), 히터(162) 및 전력 반도체 소자(163)를 포함한다.
인버터 인쇄회로기판(161)은 히터(162)의 동작을 제어하는 제어부로서 기능한다.
히터(162)는 인버터 인쇄회로기판(161)과 전기적으로 연결되며, 전자기 유도 현상을 이용하여 온수탱크(140)를 가열하도록 구성된다. 본 도면에서는, 히터(162)가 유도 코일로 구성된 것을 보이고 있다. 참고로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 히터(162)는 면상 히터(162) 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
유도 코일은 구리 등과 같은 도전성 재질로 구성된다. 유도 코일에 전류가 인가되면 유도 코일의 내부와 주위에 자기장이 형성된다. 특히 유도 코일에 교류 전류가 인가되면 교류의 주파수만큼 자기장의 방향이 변하게 된다. 유도 코일은 인버터 인쇄회로기판(161)과 전기적으로 연결된다.
온수탱크(140)는 유도 코일의 교류 자기장 내에 위치하도록 구성되고, 페러데이의 법칙에 의해 전압이 온수탱크(140)로 유도된다. 이 유도된 전압에 의해 온수탱크(140)에서 전자의 흐름이 발생하고, 온수탱크(140)에 유도된 전류는 유도 코일에 흐르는 전류의 반대방향으로 흐른다. 이에 따라, 유도 코일에 흐르는 전류의 주파수를 제어함으로써 온수탱크(140)에 흐르는 전류의 주파수도 함께 제어할 수 있다.
온수탱크(140)에 전류가 흐르면 전자의 흐름을 방해하려는 저항이 발생하고, 이 저항에 의해 열이 발생한다.
인버터 인쇄회로기판(161)은 유도 코일에 인가될 전류를 제어하도록 구성된다. 인버터 인쇄회로기판(161)은 유도 코일로 인가되는 전류의 주파수 등을 가변시킴으로써, 유도 가열량을 조절할 수 있다. 이에 의해, 유도 가열량을 조절함으로써 사용자가 원하는 온도로 물이 가열될 수 있고, 사용자가 원하는 온도의 온수를 생성하여 음용할 수 있다.
전력 반도체 소자(163)는 인버터 인쇄회로기판(161)과 전기적으로 연결되어 히터(162)로 공급되는 전력을 제어한다. 전력 반도체 소자(163)는 방열을 위하여 후술할 히트 싱크(170)에 부착된다. 전력 반도체 소자(163)는 브릿지 다이오드(bridge diode, 163a) 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor, 163b)를 포함한다.
브릿지 다이오드(163a)는 교류전원과 연결된다. 브릿지 다이오드(163a)는 4개의 다이오드를 연결하여, AC 전류를 DC 전류로 정류하는 역할을 한다.
IGBT(163b)는 인버터 인쇄회로기판(161)과 연결되고, 인버터 인쇄회로기판(161)의 제어에 의해 온/오프되어, 유도 코일에 인가되는 전력을 단속하는 스위칭 소자로서 기능한다. IGBT(163b)는 복수 개로 구비될 수 있다.
이러한 전력 반도체 소자(163)에는 스위칭 손실과 도통 소실로 인하여 발열이 발생하게 된다. 본 발명은 입수관(130)을 흐르는 정수가 히트 싱크(170)를 거쳐 온수탱크(140)로 공급되도록 하고, 히트 싱크(170)의 외부면에 전력 반도체 소자(163)가 부착되어 히트 싱크(170)를 거치는 정수와 열교환하는 구조를 개시한다. 이러한 수랭식 방열 구조는 기존의 공랭식 방열 구조를 대체하여, 전력 반도체 소자(163)로부터 발생하는 열을 보다 효율적으로 냉각하도록 이루어진다.
구체적으로, 직수형 정수기(100)의 특성상, 온수가 출수되는 동안 입수관(130)으로 상온수가 계속 공급되므로, 전력 반도체 소자(163)가 보다 장시간 동안 동작 온도 범위 내에서 구동될 수 있다. 따라서, 정수기(100)의 온수의 연속 출수 능력이 향상될 수 있다.
아울러, 입수관(130)을 흐르는 정수가 온수탱크(140)에 공급되기 전에 전력 반도체 소자(163)와의 열교환을 통해 예열되므로, 온수 생성을 위한 가열시간이 단축될 수 있으며, 가열을 위해 요구되는 히터(162)의 출력이 감소되어 에너지가 절감될 수 있다.
뿐만 아니라, 기존의 공랭식 방열 구조에 구비되었던 크고 무거운 방열판이 작은 히트 싱크(170)로 대체되어, 인버터 인쇄회로기판(161)의 사이즈와 무게가 감소될 수 있다.
이하에서는, 히트 싱크(170)를 이용한 수랭식 방열 구조에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 전력 반도체 소자(163)의 방열 구조의 제1실시예를 보인 개념도이고, 도 3은 도 2에 도시된 구성들을 분리하여 보인 분해도이며, 도 4는 도 2의 라인 Ⅳ-Ⅳ를 따라 취한 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 히트 싱크(170)는 금속 재질로 형성되어, 입수관(130)의 일부를 감싸도록 배치된다. 히트 싱크(170)는 제1방열체(171)와 제2방열체(172)를 포함한다. 제1방열체(171)와 제2방열체(172)는 상호 결합되어 입수관(130)의 일부를 완전히 감싸도록 구성된다. 즉, 제1방열체(171)와 제2방열체(172)는 입수관(130)의 일부에 해당하는 외주면과 면접촉하도록 구성된다.
제1방열체(171)는 입수관(130)의 일측 외주에 대응되게 움푹 들어간 형태의 제1수용부(171a)를 구비하며, 제2방열체(172)는 입수관(130)의 타측 외주에 대응되게 움푹 들어간 형태의 제2수용부(172a)를 구비한다. 여기서 일측 외주와 타측 외주는 입수관(130)의 외주를 정확히 반으로 나누었을 때의 두 부분이 될 수 있다. 따라서, 제1수용부(171a)와 제2수용부(172a)는 동일한 형태와 크기를 가진다.
제1방열체(171)와 제2방열체(172)의 상호 결합시, 제1수용부(171a)와 제2수용부(172a)는 입수관(130)의 외주를 완전히 감싸도록 배치된다.
방열 성능을 향상시키기 위하여, 히트 싱크(170)에 의해 감싸지는 입수관(130)의 면적을 넓히는 구조가 고려될 수 있다. 이를 위해, 입수관(130)은 히트 싱크(170)의 일측에서 적어도 한 번 벤딩되어, 히트 싱크(170)를 서로 반대 방향으로 가로지르도록 배치되는 제1연장부(171a’, 172a’)와 제2연장부(171a”, 172a”)를 포함한다. 제1연장부(171a’, 172a’)와 제2연장부(171a”, 172a”)는 서로 평행하게 배치될 수 있다. 제1연장부(171a’, 172a’)와 제2연장부(171a”, 172a”)에서 정수는 서로 반대 방향으로 흐르게 된다.
상기 구조에서, 제1수용부(171a)는 제1 및 제2연장부(171a’, 172a’, 171a”, 172a”) 각각의 외주를 정확히 반으로 나누었을 때의 어느 한 쪽 부분(171a’, 171a”)이 되며, 제2수용부(172a)는 제1 및 제2연장부(171a’, 172a’, 171a”, 172a”) 각각의 외주를 정확히 반으로 나누었을 때의 다른 한 쪽 부분(172a’, 172a”)이 된다.
상기 구조에서, 히트 싱크(170)는 입수관(130)과 동종 재질로 형성될 수도 있고, 이종 재질로 형성될 수도 있다. 입수관(130)은 음용 가능한 물이 흐르는 유로를 형성한다는 점에서 부식과 세균의 번식이 어려운 스테인리스 스틸(SUS) 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 히트 싱크(170)는 스테인리스 스틸 재질로 형성될 수도 있지만, 무게와 열전도 특성을 고려하여 알루미늄(Al) 재질로 형성될 수도 있다.
한편, 히트 싱크(170)와 전력 반도체 소자(163) 사이에는 히트 싱크(170)와 전력 반도체 소자(163) 간의 도통을 방지하는 절연체(180)가 배치된다. 절연체(180)로 알루미늄 산화물인 알루미나(Al2O3)가 이용될 수 있다. 알루미나는 히트 싱크(170)와 전력 반도체 소자(163) 상호 간을 전기적으로 절연시키면서, 높은 열전도성으로 전력 반도체 소자(163)의 열이 히트 싱크(170)로 잘 전달될 수 있도록 한다.
이처럼, 히트 싱크(170)와 전력 반도체 소자(163) 사이에 이들 간의 도통을 방지하는 절연체(180)가 배치됨으로써, 히트 싱크(170)를 이용한 수랭식 방열 구조에서의 감전 내지는 화재의 위험 요소가 제거될 수 있다.
전력 반도체 소자(163)를 히트 싱크(170)를 향하여 가압된 상태로 고정하기 위하여 브라켓(190)이 이용될 수 있다. 브라켓(190)은 전력 반도체 소자(163)를 덮도록 배치된 상태로 히트 싱크(170)에 체결되어, 전력 반도체 소자(163)를 히트 싱크(170)를 향하여 가압된 상태로 고정한다.
브라켓(190)은 전력 반도체 소자(163)와의 도통 방지를 위하여 합성수지 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 브라켓(190)은 히트 싱크(170)에 스크류 결합 또는 후크 결합될 수 있다. 본 실시예에서는, 체결부재(191)가 브라켓(190)의 체결홀을 관통하여 히트 싱크(170)에 스크류 결합된 것을 보이고 있다.
도 5는 도 2에 도시된 전력 반도체 소자(163)의 방열 구조의 변형예를 보인 개념도이다.
도 5에서는, 브라켓(290)이 히트 싱크(270)에 후크 결합된 것을 보이고 있다. 이를 위하여, 브라켓(290)에는 적어도 하나의 걸림 후크(291)가 구비되고, 걸림 후크(291)는 히트 싱크(270)에 후크 결합될 수 있다. 히트 싱크(270)에는 걸림 후크(291)가 걸림될 수 있는 걸림 홈(미도시)이 형성될 수 있다. 참고로, 걸림 홈은 필수 구성은 아니다.
도 6은 도 1에 도시된 전력 반도체 소자(163)의 방열 구조의 제2실시예를 보인 개념도이고, 도 7은 도 6에 도시된 구성들을 분리하여 보인 분해도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 히트 싱크(370)는 금속 재질의 싱글 바디로 형성되고, 서로 평행하게 배치되는 제1내부 유로부(370a)와 제2내부 유로부(370b)를 구비한다. 제1 및 제2내부 유로부(370a, 370b)는 히트 싱크(370)의 압출 성형에 의해 히트 싱크(370)의 연장 방향을 따라 길게 형성된다. 즉, 제1 및 제2내부 유로부(370a, 370b)는 서로 대향하는 히트 싱크(370)의 양측면에서 개방된 형태를 가진다.
히트 싱크(370)에는 전력 반도체 소자(363)가 부착되어 제1 및 제2내부 유로부(370a, 370b)를 흐르는 정수와 열교환하도록 구성된다.
입수관(330)은 히트 싱크(370) 및 온수탱크(340)와 연결되어, 히트 싱크(370)를 거쳐 온수탱크(340)로 정수를 공급하도록 구성된다. 입수관(330)은 제1연결부(331), 제2연결부(332) 및 제3연결부(333)를 포함한다.
제1연결부(331)는 제1내부 유로부(370a)의 일단과 연결된다. 즉, 제1연결부(331)는 히트 싱크(370)의 일측면에서 개방된 제1내부 유로부(370a)의 개구(370a’)와 연통된다.
제2연결부(332)는 벤딩된 형태로 형성되어, 제1내부 유로부(370a)의 타단과 제2내부 유로부(370b)의 타단을 연결한다. 즉, 제2연결부(332)는 U자관 형태로 형성되어, 히트 싱크(370)의 타측면에서 개방된 제1내부 유로부(370a)의 개구(370a”) 및 제2내부 유로부(370b)의 개구(370b”)와 각각 연통된다.
제3연결부(333)는 제2내부 유로부(370b)의 일단과 연결된다. 즉, 제3연결부(333)는 히트 싱크(370)의 일측면에서 개방된 제2내부 유로부(370b)의 개구(370b’)와 연통된다.
제1 내지 제3연결부(331, 332, 333)와 제1 및 제2내부 유로부(370a, 370b) 간의 연결은 용접에 의해 이루어진다. 즉, 제1 내지 제3연결부(331, 332, 333)는 용접에 의해 히트 싱크(370)에 고정된다.
상술한 용접에 의한 고정 및 이종 재질 용접에서 나타나는 부식 가능성을 고려하면, 입수관(330)과 히트 싱크(370)는 동종의 금속 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 제1 내지 제3연결부(331, 332, 333)와 제1 및 제2내부 유로부(370a, 370b)는 음용 가능한 물이 흐르는 유로를 형성한다는 점에서 부식과 세균의 번식이 어려운 스테인리스 스틸(SUS) 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 히트 싱크(370)와 전력 반도체 소자(363) 사이에는 히트 싱크(370)와 전력 반도체 소자(363) 간의 도통을 방지하는 절연체(380)가 배치된다. 절연체(380)로 알루미늄 산화물인 알루미나(Al2O3)가 이용될 수 있다. 알루미나는 히트 싱크(370)와 전력 반도체 소자(363) 상호 간을 전기적으로 절연시키면서, 높은 열전도성으로 전력 반도체 소자(363)의 열이 히트 싱크(370)로 잘 전달될 수 있도록 한다.
이처럼, 히트 싱크(370)와 전력 반도체 소자(363) 사이에 이들 간의 도통을 방지하는 절연체(380)가 배치됨으로써, 히트 싱크(370)를 이용한 수랭식 방열 구조에서의 감전 내지는 화재의 위험 요소가 제거될 수 있다.
전력 반도체 소자(363)를 히트 싱크(370)를 향하여 가압된 상태로 고정하기 위하여 브라켓(390)이 이용될 수 있다. 브라켓(390)은 전력 반도체 소자(363)를 덮도록 배치된 상태로 히트 싱크(370)에 체결되어, 전력 반도체 소자(363)를 히트 싱크(370)를 향하여 가압된 상태로 고정한다.
브라켓(390)은 전력 반도체 소자(363)와의 도통 방지를 위하여 합성수지 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 브라켓(390)은 히트 싱크(370)에 스크류 결합 또는 후크 결합될 수 있다. 본 실시예에서는, 체결부재(391)가 브라켓(390)의 체결홀을 관통하여 히트 싱크(370)에 스크류 결합된 것을 보이고 있다.
도 8은 도 1에 도시된 전력 반도체 소자(163)의 방열 구조의 제3실시예를 보인 개념도이고, 도 9는 도 6에 도시된 구성들을 분리하여 보인 분해도이며, 도 10은 도 8에 도시된 라인 Ⅹ-Ⅹ을 따라 취한 단면도이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 히트 싱크(470)는 금속 재질로 형성되고, 내부 유로(470a)를 구비한다. 히트 싱크(470)는 상호 결합되는 제1프레임(471)과 제2프레임(472)을 포함하며, 내부 유로(470a)는 제1프레임(471)과 제2프레임(472)에 의해 한정된다.
제1프레임(471)은 양면이 평평한 형태를 가진다. 제2프레임(472)은 제1프레임(471)의 일면에 결합되며, 제1프레임(471)의 일면과의 사이에서 내부 유로(470a)를 형성하도록 외측으로 볼록한 유로 형성부(472a)를 구비한다. 본 도면에서는 유로 형성부(472a)가 U자 형태로 형성된 것을 보이고 있다.
제1프레임(471)과 제2프레임(472)의 결합은 용접에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 유로 형성부(472a)의 외곽 라인을 따라 스팟 용접을 하여 제1프레임(471)과 제2프레임(472)을 상호 결합시킬 수 있다. 이 경우, 제2프레임(472)의 배면에는 유로 형성부(472a)의 외곽 라인에 대응되는 스팟 용접 라인이 형성된다.
제2프레임(472)에는 내부 유로(470a)와 연통되는 입구(472a') 및 출구(472a")가 각각 형성된다. 입구(472a') 및 출구(472a")는 유로 형성부(472a)의 양단에 각각 형성될 수 있다. 상기 구조에서, 내부 유로(470a)의 양단에는 입구(472a') 및 출구(472a")가 형성된다.
입수관(430)은 내부 유로(470a)의 양단과 각각 연결된다. 입수관(430)은, 입구(472a')와 연결되는 제1연결부(431)와, 출구(472a")와 연결되는 제2연결부(432)를 포함한다. 제2연결부(432)는 온수탱크(440)와 연결되어, 온수탱크(440)로 정수를 공급하도록 구성된다.
히트 싱크(470)에는 전력 반도체 소자(463)가 부착되어 내부 유로(470a)를 흐르는 정수와 열교환하도록 구성된다. 본 도면에서는, 전력 반도체 소자(463)가 평평한 제1프레임(471)의 타면에 부착된 것을 보이고 있다.
입구(472a')와 제1연결부(431) 간의 연결, 그리고 출구(472a")와 제2연결부(432) 간의 연결은 용접에 의해 이루어진다. 즉, 제1 및 제2연결부(431, 432)는 용접에 의해 히트 싱크(470)[구체적으로, 제2프레임(472)]에 고정된다.
상술한 용접에 의한 고정 및 이종 재질 용접에서 나타나는 부식 가능성을 고려하면, 입수관(430)[제1 및 제2연결부(431, 432)]과 히트 싱크(470)[제1 및 제2프레임(471, 472)]는 동종의 금속 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 입수관(430)과 히트 싱크(470)는 음용 가능한 물이 흐르는 유로를 형성한다는 점에서 부식과 세균의 번식이 어려운 스테인리스 스틸(SUS) 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 히트 싱크(470)와 전력 반도체 소자(463) 사이에는 히트 싱크(470)와 전력 반도체 소자(463) 간의 도통을 방지하는 절연체(480)가 배치된다. 절연체(480)로 알루미늄 산화물인 알루미나(Al2O3)가 이용될 수 있다. 알루미나는 히트 싱크(470)와 전력 반도체 소자(463) 상호 간을 전기적으로 절연시키면서, 높은 열전도성으로 전력 반도체 소자(463)의 열이 히트 싱크(470)로 잘 전달될 수 있도록 한다.
이처럼, 히트 싱크(470)와 전력 반도체 소자(463) 사이에 이들 간의 도통을 방지하는 절연체(480)가 배치됨으로써, 히트 싱크(470)를 이용한 수랭식 방열 구조에서의 감전 내지는 화재의 위험 요소가 제거될 수 있다.
전력 반도체 소자(463)를 히트 싱크(470)를 향하여 가압된 상태로 고정하기 위하여 브라켓(490)이 이용될 수 있다. 브라켓(490)은 전력 반도체 소자(463)를 덮도록 배치된 상태로 히트 싱크(470)에 체결되어, 전력 반도체 소자(463)를 히트 싱크(470)를 향하여 가압된 상태로 고정한다.
브라켓(490)은 전력 반도체 소자(463)와의 도통 방지를 위하여 합성수지 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 브라켓(490)은 히트 싱크(470)에 스크류 결합 또는 후크 결합될 수 있다. 본 실시예에서는, 체결부재(491)가 브라켓(490)의 체결홀을 관통하여 히트 싱크(470)에 스크류 결합된 것을 보이고 있다.

Claims (15)

  1. 온수탱크;
    상기 온수탱크와 연결되어, 상기 온수탱크로 정수를 공급하는 입수관;
    상기 온수탱크를 가열하는 히터;
    상기 히터의 동작을 제어하는 인버터 인쇄회로기판;
    금속 재질로 형성되어, 상기 입수관의 일부를 감싸도록 배치되는 히트 싱크; 및
    상기 인버터 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되어 상기 히터로 공급되는 전력을 제어하고, 상기 히트 싱크에 부착되어 상기 입수관을 흐르는 정수와 열교환하는 전력 반도체 소자를 포함하며,
    상기 히트 싱크는,
    상기 입수관의 일측 외주가 삽입되는 제1수용부를 구비하는 제1방열체; 및
    상기 입수관의 타측 외주가 삽입되는 제2수용부를 구비하는 제2방열체를 포함하고,
    상기 제1방열체와 상기 제2방열체가 상호 결합시, 상기 제1 및 제2수용부는 상기 입수관의 외주를 완전히 감싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 정수기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입수관은 상기 히트 싱크의 일측에서 적어도 한 번 벤딩되어, 상기 히트 싱크를 서로 반대 방향으로 가로지르도록 배치되는 제1연장부와 제2연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정수기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 히트 싱크와 상기 전력 반도체 소자 사이에는 상기 히트 싱크와 상기 전력 반도체 소자 간의 도통을 방지하는 절연체가 배치되는 것을 특징으로 하는 정수기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 절연체는 알루미나인 것을 특징으로 하는 정수기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전력 반도체 소자를 덮도록 배치된 상태로 상기 히트 싱크에 체결되어, 상기 전력 반도체 소자를 상기 히트 싱크를 향하여 가압된 상태로 고정하는 브라켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정수기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 브라켓은 합성수지 재질로 형성되며, 상기 히트 싱크에 후크 결합 또는 스크류 결합되는 것을 특징으로 하는 정수기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전력 반도체 소자는 브릿지 다이오드 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 정수기.
  8. 온수탱크;
    상기 온수탱크를 가열하는 히터;
    상기 히터의 동작을 제어하는 인버터 인쇄회로기판;
    금속 재질의 싱글 바디로 형성되고, 서로 평행하게 배치되는 제1내부 유로부와 제2내부 유로부를 구비하는 히트 싱크;
    상기 히트 싱크 및 상기 온수탱크와 연결되어, 상기 히트 싱크를 거쳐 상기 온수탱크로 정수를 공급하는 입수관; 및
    상기 인버터 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되어 상기 히터로 공급되는 전력을 제어하고, 상기 히트 싱크에 부착되어 상기 제1 및 제2내부 유로부를 흐르는 정수와 열교환하는 전력 반도체 소자를 포함하며,
    상기 입수관은,
    상기 제1내부 유로부의 일단과 연결되는 제1연결부;
    벤딩된 형태로 형성되어, 상기 제1내부 유로부의 타단과 상기 제2내부 유로부의 타단을 연결하는 제2연결부; 및
    상기 제2내부 유로부의 일단과 상기 온수탱크를 연결하는 제3연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정수기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2내부 유로부는 상기 히트 싱크의 압출 성형에 의해 상기 히트 싱크의 연장 방향을 따라 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 정수기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 입수관은 상기 히트 싱크와 동종의 금속 재질로 형성되고, 용접에 의해 상기 히트 싱크와 결합되는 것을 특징으로 하는 정수기.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 히트 싱크와 상기 전력 반도체 소자 간의 도통을 방지하도록, 상기 히트 싱크와 상기 전력 반도체 소자 사이에 배치되는 절연체; 및
    합성수지 재질로 형성되며, 상기 전력 반도체 소자를 덮도록 배치된 상태로 상기 히트 싱크에 체결되어, 상기 전력 반도체 소자를 상기 히트 싱크를 향하여 가압된 상태로 고정하는 브라켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정수기.
  12. 온수탱크;
    상기 온수탱크를 가열하는 히터;
    상기 히터의 동작을 제어하는 인버터 인쇄회로기판;
    금속 재질로 형성되고, 내부 유로를 구비하는 히트 싱크;
    상기 내부 유로의 양단과 각각 연결되고 상기 온수탱크와 연결되어, 상기 히트 싱크를 거쳐 상기 온수탱크로 정수를 공급하는 입수관; 및
    상기 인버터 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되어 상기 히터로 공급되는 전력을 제어하고, 상기 히트 싱크에 부착되어 상기 내부 유로를 흐르는 정수와 열교환하는 전력 반도체 소자를 포함하며,
    상기 히트 싱크는,
    양면이 평평한 형태를 가지는 제1프레임; 및
    상기 제1프레임의 일면에 결합되며, 상기 제1프레임의 일면과의 사이에서 상기 내부 유로를 형성하도록 외측으로 볼록한 유로 형성부를 구비하는 제2프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 정수기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2프레임에는 상기 내부 유로와 연통되는 입구 및 출구가 각각 형성되며,
    상기 입수관은 상기 제1 및 제2프레임과 동종의 금속 재질로 형성되고, 용접에 의해 상기 입구 및 출구와 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 정수기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 전력 반도체 소자는 상기 제1프레임의 타면에 부착되는 것을 특징으로 하는 정수기.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 히트 싱크와 상기 전력 반도체 소자 간의 도통을 방지하도록, 상기 히트 싱크와 상기 전력 반도체 소자 사이에 배치되는 절연체; 및
    합성수지 재질로 형성되며, 상기 전력 반도체 소자를 덮도록 배치된 상태로 상기 히트 싱크에 체결되어, 상기 전력 반도체 소자를 상기 히트 싱크를 향하여 가압된 상태로 고정하는 브라켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정수기.
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