KR102067208B1 - 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기 - Google Patents

친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기에 관한 것으로, 본 발명은 냉각튜브를 다수의 열로 배치하되 냉각튜브의 양단에 연결되는 헤더들에 대한 상호 이웃하는 사이에 벨로우즈 타입의 간격조절구를 개재하여 브레이징 공법을 통해 적층형으로 제작함으로써 전체 부품에 대한 브레이징 공법을 통한 단번의 결합고정이 가능하여 제작이 간편하게 이루어질 수 있으며, 적층형으로 제작하여 열교환기의 부피를 최소화하면서 다수의 전력반도체를 냉각시킬 수 있도록 하는 한편, 2단의 유로를 갖는 냉각튜브를 적용함으로써 냉각효율을 극대화시킬 수 있으며, 아울러 벨로우즈 타입의 간격조절구를 적용함으로써 전력반도체의 두께와 대응되게 냉각튜브 간의 간격을 간편하게 조절할 수 있는 것이다.

Description

친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기{Heat exchanger for power semiconductor cooling of eco-friendly vehicle}
본 발명은 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각튜브를 다수의 열로 배치하되 냉각튜브의 양단에 연결되는 헤더들에 대한 상호 이웃하는 사이에 벨로우즈 타입의 간격조절구를 개재하여 브레이징 공법을 통해 적층형으로 제작함으로써 전체 부품에 대한 브레이징 공법을 통한 단번의 결합고정이 가능하여 제작이 간편하게 이루어질 수 있으며, 적층형으로 제작하여 열교환기의 부피를 최소화하면서 다수의 전력반도체를 냉각시킬 수 있도록 하는 한편, 2단의 유로를 갖는 냉각튜브를 적용함으로써 냉각효율을 극대화시킬 수 있으며, 아울러 벨로우즈 타입의 간격조절구를 적용함으로써 전력반도체의 두께와 대응되게 냉각튜브 간의 간격을 간편하게 조절할 수 있도록 한 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차는 가솔린 또는 디젤을 연료로 사용하고, 이러한 연료를 연소시켜 도로를 주행하게 된다.
한편, 최근에는 대기오염에 대한 관심이 급증하면서, 이산화탄소에 대한 배출 규제 및 강화에 의해 이산화탄소의 배출을 줄이고, 청정 연료를 사용하는 차량 개발을 위해 세계 각국의 자동차 회사들이 노력하고 있다.
일 예로 하이브리드자동차는 가솔린 또는 디젤 연료와 함께 배터리에서 발생된 전기를 전원으로 이용하기도 하고, 이러한 전원으로 모터를 구동시켜 주행하게 된다.
이러한 하이브리드자동차나 전기자동차의 모터는 직류(DC)를 교류(AC)로 바꾸기 위한 인버터(Inverter) 혹은 PCU(Power Control Unit)에 의해서 원하는 전압과 주파수를 얻고, 인버터는 핵심 부품인 전력반도체 소자와 제어 회로를 통해 전압과 주파수를 적절하게 변환해주는 역할을 한다.
상기와 같은 전력반도체 소자는 인버터의 정격출력(연속) 시는 물론, 단시간 과부하출력 등의 이상 시에도 고온의 열이 발생하므로 전력반도체 소자를 안전하게 동작시키기 위해선 접합부의 온도가 125℃를 초과할 수 없도록 방열량을 고려하여 설계해야 하며, 고온일수록 정상손실이나 스위칭 손실이 커지기 때문에 가장 높은 효율을 낼 수 있는 온도로 유지시켜 줄 필요가 있다.
따라서, 인버터의 성능을 유지 및 향상시키기 위하여 냉각장치가 필요하고, 현재 사용되고 있는 인버터의 냉각방식은 공냉식과 수냉식으로 나뉘며, 특히 인버터의 형태에 따라서는 케이스 냉각방식과 소자 냉각방식으로 나뉜다.
한편, 외부의 습기가 유입되지 않아야 하는 인버터의 특성상 방열 핀의 자연대류를 이용한 공냉식 냉각방식은 열전달 효율이 낮아서 냉각 성능이 떨어지므로 상대적으로 열전달 효율이 높은 강제대류를 이용한 수냉식 냉각방식이 통상적으로 적용되고 있는 실정이다.
이러한 수냉식 냉각방식은 친환경 차량용 배터리 냉각장치, 모터 냉각장치 등으로 구성된 별도의 전기장치용 냉각 라인을 사용하여 펌프로 순환시키고, 뜨거워진 냉각수는 전기장치용 라디에이터를 통해서 냉각된다.
케이스 냉각방식은 인버터 케이스 자체에 전력반도체 소자를 냉각시키는 수냉식 유로가 주조물로 형성되어 있어서 상호 접촉 결합하는 방식으로 냉각하기 때문에 일체형으로 제작할 수 있는 장점이 있지만, 소자의 한쪽 면만 냉각시켜서 냉각 성능이 떨어지고, 케이스의 제작이 어려우며, 비용이 많이 드는 단점이 있다.
소자 냉각방식은 인버터 케이스 안에 열교환기를 삽입하여 소자의 양쪽 면을 수냉식으로 냉각시키도록 구성되어 있어서 비교적 냉각 성능이 좋고, 소자의 형상에 맞춰서 제작하기 용이하고, 비용이 적게 드는 장점이 있다.
한편, 근래의 전기자동차나 하이브리드 차량에서 전력반도체 소자가 적용되는 인버터는 통상 상기와 같은 수냉식 냉각방식과 소자 냉각방식을 적용하고 있으며, 이와 같은 수냉식 냉각방식으로서 통상 전력반도체 냉각용 열교환기를 적용하여 인버터 내의 전력반도체에 대하여 면 접촉을 통해 냉각이 이루어지도록 하고 있었다.
상기와 같은 종래의 전력반도체 냉각용 열교환기는 통상 다수 개의 전력반도체와 열교환을 위해 면 접촉하도록 단순히 다수 번 벤딩되는 냉각튜브가 적용되거나 튜브 간의 간격 조절구가 없이 헤더간의 고무 O링과 볼트 체결만으로 결합하고 있는 실정이다.
그러나 전술한 바와 같은 전력반도체와 열교환을 위해 면 접촉하도록 단순히 다수 번 벤딩되는 냉각튜브가 적용되고 있는 종래의 전력반도체 냉각용 열교환기는 벤딩 구조로 제작이 복잡하다는 문제가 있고, 전력반도체 소자의 체결에 있어서도 생산성이 떨어지며, 냉각튜브도 내부의 유로가 단순한 1단의 유로 구조로 적용되어 냉각효율이 비교적 떨어지는 문제가 있다.
또한, 전술한 바와 같은 헤더간의 고무 O링과 볼트 체결만으로 결합하는 종래의 전력반도체 냉각용 열교환기는 가장 중요한 누설의 위험성을 고무 O링의 수명에 의존해야하고, 냉각튜브와 전력반도체 소자의 간격이 더 이상 조절될 수 없으며, 열교환기의 조립을 전력반도체 소자와 같이 해야하는 생산성의 문제가 있었다.
그러므로, 전력반도체에 대하여 열교환을 위한 접촉면적을 극대화시킴과 동시에 간단한 구조로 제작될 수 있으며, 이를 통하여 냉각성능과 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 전력반도체 냉각용 열교환기에 대한 연구 및 개발이 요구되는 실정이다.
대한민국 공개특허 제2015-0034918호 2015.04.06.공개. 대한민국 등록특허 제1510056호 2015.04.01.등록. 대한민국 공개특허 제2015-0030594호 2015.03.20.공개. 대한민국 공개특허 제2016-0109167호 2016.09.21.공개. 대한민국 공개특허 제2017-0079177호 2017.07.10.공개. 대한민국 공개특허 제2017-0079191호 2017.07.10.공개.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 냉각튜브를 다수의 열로 배치하되 냉각튜브의 양단에 연결되는 헤더들에 대한 상호 이웃하는 사이에 벨로우즈 타입의 간격조절구를 개재하여 브레이징 공법을 통해 적층형으로 제작함으로써 전체 부품에 대한 브레이징 공법을 통한 단번의 결합고정이 가능하여 제작이 간편하게 이루어질 수 있도록 한 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
아울러, 본 발명에 따른 기술은 냉각튜브를 다수의 열로 배치하되 냉각튜브의 양단에 연결되는 헤더들에 대한 상호 이웃하는 사이에 벨로우즈 타입의 간격조절구를 개재하여 브레이징 공법을 통해 적층형으로 제작함으로써 열교환기의 부피를 최소화하면서 다수의 전력반도체를 냉각시킬 수 있도록 함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명에 따른 기술의 다른 목적은 냉각튜브를 다수의 열로 배치하되 냉각튜브의 양단에 연결되는 헤더들에 대한 상호 이웃하는 사이에 벨로우즈 타입의 간격조절구를 개재하여 브레이징 공법을 통해 적층형으로 제작하되 2단의 유로를 갖는 냉각튜브를 적용함으로써 냉각효율을 극대화시킬 수 있도록 함에 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 기술의 또 다른 목적은 냉각튜브를 다수의 열로 배치하되 냉각튜브의 양단에 연결되는 헤더들에 대한 상호 이웃하는 사이에 벨로우즈 타입의 간격조절구를 개재하여 브레이징 공법을 통해 적층형으로 제작하되 벨로우즈 타입의 간격조절구를 적용함으로써 전력반도체의 두께와 대응되게 냉각튜브 간의 간격을 간편하게 조절할 수 있으며, 이에 따라 다양한 두께의 전력반도체에 대한 냉각용으로 적용하여 열교환기의 호환성을 더욱 향상시킬 수 있도록 함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기는 친환경 차량의 동력 공급을 위한 전력반도체를 다수 개로 삽입고정하여 냉각시키는 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기에 있어서, 냉각유체가 유입되는 유입파이프; 냉각유체가 배출되는 배출파이프; 상하방향으로 다수 개로 배치되며, 납작튜브 타입으로 제공되어 냉각유체가 이동되는 유로가 폭 방향으로 다수 개로 형성되는 냉각튜브; 한 쌍으로 제공되며, 일 측이 개방되어 상기 냉각튜브 중 최상단에 배치되는 냉각튜브의 일단과 타단이 연통연결되고, 하부에 연통공이 형성되고 상부에 연결공이 형성되며, 상기 연결공을 통해 상기 유입파이프나 배출파이프가 연결되어 상기 유입파이프로부터 유입되는 냉각유체를 상기 냉각튜브를 거쳐 상기 배출파이프로 안내되도록 하는 상부헤더조립체; 한 쌍으로 제공되며, 일 측이 개방되어 상기 냉각튜브 중 최하단에 배치되는 냉각튜브의 일단과 타단이 연통연결되며, 상부에 연통공이 관통형성되어 상기 유입파이프로부터 유입되는 냉각유체를 상기 냉각튜브를 거쳐 상기 배출파이프로 안내되도록 하는 하부헤더조립체; 각 한 쌍으로 제공되며, 일 측이 개방되어 상기 냉각튜브 중 최상단과 최하단 사이에 배치되는 각 냉각튜브의 일단과 타단이 연통연결되며, 상부와 하부에 연통공이 관통형성되어 상기 유입파이프로부터 유입되는 냉각유체를 상기 냉각튜브를 거쳐 상기 배출파이프로 안내되도록 하는 중앙헤더조립체; 및 상기 상부헤더조립체, 중앙헤더조립체, 하부헤더조립체의 사이에 개재되어 각 연통공을 상호 연통연결토록 배치되며, 상기 상부헤더조립체, 중앙헤더조립체, 하부헤더조립체와 연결되는 각 냉각튜브의 간격을 조절하도록 일정길이 압축변형되는 간격조절구를 포함하는 구성으로 이루어진다.
여기서, 상기 간격조절구는 일정길이 압축변형되도록 벨로우즈 타입으로 제공되는 한편, 상단과 하단에 각각 중공의 원기둥 타입으로 구비되며, 상기 상부헤더조립체의 연통공, 상기 하부헤더조립체의 연통공, 상기 중앙헤더조립체의 연통공 중 어느 하나에 연결되는 연결부 및 상기 연결부의 사이에 개재되어 상, 하단이 벨로우즈 타입으로 상기 연결부와 일체로 연결 형성되는 벨로우즈부를 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 벨로우즈부는 한 쌍의 상기 연결부 사이에 벨로우즈 타입으로 연결되되, 상기 냉각튜브의 이웃하는 사이에 삽입 설치되는 전력반도체의 두께와 대응되어 간격이 조절되도록 적어도 하나 이상의 주름형상을 가지는 벨로우즈 타입으로 연결 형성되는 것이 양호하다.
또한, 상기 냉각튜브는 폭 방향으로 일정간격을 가지고 다수의 유로를 가지되, 두께 방향의 상하 2단으로 폭 방향에 대하여 일정간격을 가지고 다수의 유로를 가지는 것이 바람직하다.
그리고 상기 상부헤더조립체, 하부헤더조립체, 중앙헤더조립체는 각각 개방된 측 단부로부터 내향 일정거리 떨어진 상, 하부에 폭 방향으로 일정간격을 가지고 프레스 가공을 통해 일정면적만큼 개방된 내부공간 중앙 측으로 돌출되어 한 쌍의 스토퍼돌기가 형성되는 한편, 상기 냉각튜브의 단부에 대한 삽입고정시 상기 스토퍼돌기를 통해 상기 냉각튜브의 삽입고정되는 길이가 일정하게 제한되어 삽입고정되도록 하는 것이 양호하다.
또한, 상기 상부헤더조립체는 둘레방향 중 직교하는 어느 두 개의 변에 벤딩편이 구비되는 상부헤더프레임 및 둘레방향 중 직교하는 어느 두 개의 변에 벤딩편이 구비되며, 상기 상부헤더프레임과 상하방향으로 밀착되어 상기 벤딩편들의 벤딩을 통해 상호 고정되는 하부헤더프레임을 포함하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 하부헤더조립체는 둘레방향 중 직교하는 어느 두 개의 변에 벤딩편이 구비되는 상부헤더프레임 및 둘레방향 중 직교하는 어느 두 개의 변에 벤딩편이 구비되며, 상기 상부헤더프레임과 상하방향으로 밀착되어 상기 벤딩편들의 벤딩을 통해 상호 고정되는 하부헤더프레임을 포함하는 것이 양호하다.
또한, 상기 중앙헤더조립체는 둘레방향 중 직교하는 어느 두 개의 변에 벤딩편이 구비되는 상부헤더프레임 및 둘레방향 중 직교하는 어느 두 개의 변에 벤딩편이 구비되며, 상기 상부헤더프레임과 상하방향으로 밀착되어 상기 벤딩편들의 벤딩을 통해 상호 고정되는 하부헤더프레임을 포함하는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 상부헤더조립체의 연결공과 연통공, 상기 하부헤더조립체의 연통공, 상기 중앙헤더조립체의 연통공은 상기 유입파이프, 배출파이프 또는 간격조절구의 단부와 일정길이 중첩된 상태로 상호 조립되어 브레이징 처리될 수 있도록, 둘레로부터 일정두께를 가지는 링 타입의 고정리브가 일정길이 돌출형성되는 것이 양호하다.
아울러, 상기 유입파이프, 배출파이프, 냉각튜브, 상부헤더조립체, 하부헤더조립체, 중앙헤더조립체 및 간격조절구는 알루미늄 부품으로 제공되어 브레이징 공법을 통해 고정되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기의 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 냉각튜브를 다수의 열로 배치하되 냉각튜브의 양단에 연결되는 헤더들에 대한 상호 이웃하는 사이에 벨로우즈 타입의 간격조절구를 개재하여 브레이징 공법을 통해 적층형으로 제작함으로써 전체 부품에 대한 브레이징 공법을 통한 단번의 결합고정이 가능하여 제작이 간편하게 이루어질 수 있다.
둘째, 냉각튜브를 다수의 열로 배치하되 냉각튜브의 양단에 연결되는 헤더들에 대한 상호 이웃하는 사이에 벨로우즈 타입의 간격조절구를 개재하여 브레이징 공법을 통해 적층형으로 제작함으로써 열교환기의 부피를 최소화하면서 다수의 전력반도체를 냉각시킬 수 있다.
셋째, 냉각튜브를 다수의 열로 배치하되 냉각튜브의 양단에 연결되는 헤더들에 대한 상호 이웃하는 사이에 벨로우즈 타입의 간격조절구를 개재하여 브레이징 공법을 통해 적층형으로 제작하되 2단의 유로를 갖는 냉각튜브를 적용함으로써 냉각효율을 극대화시킬 수 있다.
넷째, 냉각튜브를 다수의 열로 배치하되 냉각튜브의 양단에 연결되는 헤더들에 대한 상호 이웃하는 사이에 벨로우즈 타입의 간격조절구를 개재하여 브레이징 공법을 통해 적층형으로 제작하되 벨로우즈 타입의 간격조절구를 적용함으로써 전력반도체의 두께와 대응되게 냉각튜브 간의 간격을 간편하게 조절할 수 있으며, 이에 따라 다양한 두께의 전력반도체에 대한 냉각용으로 적용하여 열교환기의 호환성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기를 나타낸 것으로 일부 구성이 분리된 상태를 나타낸 평면 사시구성도.
도 2는 본 발명에 따른 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기를 나타낸 것으로 일부 구성이 분리된 상태를 나타낸 저면 사시구성도.
도 3a, 3b, 3c는 본 발명에 따른 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기의 요부인 상부헤더조립체, 중앙헤더조립체, 하부헤더조립체를 나타낸 요부 사시구성도.
도 4는 본 발명에 따른 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기를 나타낸 결합 사시구성도.
도 5는 도 4의 A-A선 단면으로서, 본 발명에 따른 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기를 나타낸 결합 단면구성도.
도 6은 본 발명에 따른 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기의 전력반도체를 설치하여 사용하는 사용상태를 나타낸 사용상태 예시도.
도 7은 본 발명에 따른 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기의 유체 흐름을 나타낸 사용상태 정면예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기를 나타낸 것으로 일부 구성이 분리된 상태를 나타낸 평면 사시구성도이며, 도 2는 본 발명에 따른 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기를 나타낸 것으로 일부 구성이 분리된 상태를 나타낸 저면 사시구성도이다.
도 3a, 3b, 3c는 본 발명에 따른 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기의 요부인 상부헤더조립체, 중앙헤더조립체, 하부헤더조립체를 나타낸 요부 사시구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기를 나타낸 결합 사시구성도이며, 도 5는 도 4의 A-A선 단면으로서, 본 발명에 따른 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기를 나타낸 결합 단면구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기의 전력반도체를 설치하여 사용하는 사용상태를 나타낸 사용상태 예시도이며, 도 7은 본 발명에 따른 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기의 유체 흐름을 나타낸 사용상태 정면예시도이다.
도 1 내지 7에서 보는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기(100)는 친환경 차량, 예컨대 전기자동차나 하이브리드 차량 등의 친환경 차량의 동력 공급을 위한 전력반도체(200)를 다수 개로 삽입고정하여 냉각시키는 열교환기이다.
이러한 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기(100)는 크게 분류하면, 유입파이프(110), 배출파이프(120), 냉각튜브(130), 상부헤더조립체(150), 하부헤더조립체(160), 중앙헤더조립체(170) 및 간격조절구(190)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 유입파이프(110)는 냉각유체가 유입되는 파이프이며, 상기 배출파이프(120)는 상기 유입파이프(110)를 통해 유입된 냉각유체가 일정구간을 지나쳐 최종적으로 배출되는 파이프이다.
이때, 상기 유입파이프(110)와 배출파이프(120)는 도면에 도시된 바와 같이 상단은 중공의 원통 형상으로 구비되고 하단 일정길이에 대하여서는 중공의 원통 형상에 대하여 양측이 가압된 납작한 중공의 관 형상으로 제공됨이 바람직하다.
아울러, 상기 유입파이프(110)와 배출파이프(120)는 상기 상부헤더조립체(150)의 연결공(151a)에 삽입고정시 상기 연결공(151a)에 대하여 일정길이만 삽입될 수 있도록, 하단으로부터 상향 일정거리 떨어진 외면에 링 타입으로 고정리브(미부호)가 돌출형성됨이 더욱 바람직한 것이다.
물론, 상기와 같은 유입파이프(110)와 배출파이프(120)는 도면으로 도시하지는 않았으나 상, 하단이 동일한 중공의 원통 형상으로 제공될 수도 있는 것이다.
한편, 상기 냉각튜브(130)는 상하방향으로 다수 개로 배치되며, 납작튜브 타입으로 제공되어 냉각유체가 이동되는 유로가 폭 방향으로 다수 개로 형성되는 것이다.
이러한 냉각튜브(130)는 특히 폭 방향으로 일정간격을 가지고 다수의 유로를 가지되, 두께 방향의 상하 2단으로 폭 방향에 대하여 일정간격을 가지고 다수의 유로를 가지는 것이 바람직하다.
즉, 상하 2단의 유로를 갖는 냉각튜브(130)가 제공됨으로써 전력반도체(200)의 상면과 하면에 대한 냉각효율을 극대화시킬 수 있게 되는 것이다.
한편, 상기 상부헤더조립체(150)는 한 쌍으로 제공되며, 일 측이 개방되어 상기 냉각튜브(130) 중 최상단에 배치되는 냉각튜브(130)의 일단과 타단이 연통연결되고, 하부에 연통공(155a)이 형성되고 상부에 연결공(151a)이 형성되며, 상기 연결공(151a)을 통해 상기 유입파이프(110)나 배출파이프(120)가 연결되어 상기 유입파이프(110)로부터 유입되는 냉각유체를 상기 냉각튜브(130)를 거쳐 상기 배출파이프(120)로 안내되도록 하는 것이다.
상기와 같은 상부헤더조립체(150)는 특히, 상부헤더프레임(151) 및 하부헤더프레임(155)을 포함한다.
이때, 상기 상부헤더프레임(151)은 둘레방향 중 직교하는 어느 두 개의 변에 벤딩편(152)이 구비되는 것이다.
또한, 상기 하부헤더프레임(155)은 둘레방향 중 직교하는 어느 두 개의 변에 벤딩편(156)이 구비되며, 상기 상부헤더프레임(151)과 상하방향으로 밀착되어 상기 벤딩편들(152, 156)의 벤딩을 통해 상호 고정되는 것이다.
한편, 상기 하부헤더조립체(160)는 한 쌍으로 제공되며, 일 측이 개방되어 상기 냉각튜브(130) 중 최하단에 배치되는 냉각튜브(130)의 일단과 타단이 연통연결되며, 상부에 연통공(161a)이 관통형성되어 상기 유입파이프(110)로부터 유입되는 냉각유체를 상기 냉각튜브(130)를 거쳐 상기 배출파이프(120)로 안내되도록 하는 것이다.
상기와 같은 하부헤더조립체(160)는 상부헤더프레임(161) 및 하부헤더프레임(165)을 포함하는 것이 바람직하며, 이때 상기 상부헤더프레임(161)은 둘레방향 중 직교하는 어느 두 개의 변에 벤딩편(162)이 구비되는 것이다.
또한, 상기 하부헤더프레임(165)은 둘레방향 중 직교하는 어느 두 개의 변에 벤딩편(166)이 구비되며, 상기 상부헤더프레임(161)과 상하방향으로 밀착되어 상기 벤딩편들(162, 166)의 벤딩을 통해 상호 고정되는 것이다.
그리고 상기 중앙헤더조립체(170)는 각 한 쌍으로 제공되며, 일 측이 개방되어 상기 냉각튜브(130) 중 최상단과 최하단 사이에 배치되는 각 냉각튜브(130)의 일단과 타단이 연통연결되며, 상부와 하부에 연통공(171a, 175a)이 관통형성되어 상기 유입파이프(110)로부터 유입되는 냉각유체를 상기 냉각튜브(130)를 거쳐 상기 배출파이프(120)로 안내되도록 하는 것이다.
상기와 같은 중앙헤더조립체(170)는 특히, 상부헤더프레임(171) 및 하부헤더프레임(175)을 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 상부헤더프레임(171)은 둘레방향 중 직교하는 어느 두 개의 변에 벤딩편(172)이 구비되는 것이 바람직한 것이다.
또한, 상기 하부헤더프레임(175)은 둘레방향 중 직교하는 어느 두 개의 변에 벤딩편(176)이 구비되며, 상기 상부헤더프레임(171)과 상하방향으로 밀착되어 상기 벤딩편들(172, 176)의 벤딩을 통해 상호 고정되는 것이 바람직한 것이다.
그리고 상기 간격조절구(190)는 상기 상부헤더조립체(150), 중앙헤더조립체(170), 하부헤더조립체(160)의 사이에 개재되어 각 연통공(155a, 161a, 171a, 175a)을 상호 연통연결토록 배치되며, 상기 상부헤더조립체(150), 중앙헤더조립체(170), 하부헤더조립체(160)와 연결되는 각 냉각튜브(130)의 간격을 조절하도록 일정길이 압축변형되는 것이다.
상기와 같은 간격조절구(190)는 일정길이 압축변형되도록 벨로우즈 타입으로 제공되며, 특히 연결부(191) 및 벨로우즈부(193)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 연결부(191)는 상단과 하단에 각각 중공의 원기둥 타입으로 구비되며, 상기 상부헤더조립체(150)의 연통공(155a), 상기 하부헤더조립체(160)의 연통공(161a), 상기 중앙헤더조립체(170)의 연통공(171a, 175a) 중 어느 하나에 연결되는 것이다.
또한, 상기 벨로우즈부(193)는 상기 연결부(191)의 사이에 개재되어 상, 하단이 벨로우즈 타입으로 상기 연결부(191)와 일체로 연결 형성되는 것이다.
다시 말하면, 상기 벨로우즈부(193)는 최초에 한 쌍의 상기 연결부(191)와 일체로 연결되는 상, 하단이 경사지게 연결된 상태에서, 상기 상부헤더조립체(150), 중앙헤더조립체(170), 하부헤더조립체(160)와 연결되는 냉각튜브(130) 간의 간격을 조절하기 위해 압축변형되는 경우에 수평 상태가 되는 것이 바람직하다.
더욱이, 전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 간격조절구(190)에서, 상기 벨로우즈부(193)는 한 쌍의 상기 연결부(191) 사이에 벨로우즈 타입으로 연결되되, 상기 냉각튜브(130)의 이웃하는 사이에 삽입 설치되는 전력반도체(200)의 두께와 대응되어 간격이 조절되도록 적어도 하나 이상의 주름형상을 가지는 벨로우즈 타입으로 연결 형성될 수도 있는 것이다.
전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기(100)에서, 상기 상부헤더조립체(150), 하부헤더조립체(160), 중앙헤더조립체(170)는 각각 개방된 측 단부로부터 내향 일정거리 떨어진 상, 하부에 폭 방향으로 일정간격을 가지고 프레스 가공을 통해 일정면적만큼 개방된 내부공간 중앙 측으로 돌출되어 한 쌍의 스토퍼돌기(150a, 160a, 170a)가 형성되는 것이 바람직하다.
다시 말하면, 상기 스토퍼돌기(150a, 160a, 170a)가 제공됨으로써 상기 냉각튜브(130)의 단부에 대한 삽입고정시 상기 스토퍼돌기(150a, 160a, 170a)를 통해 상기 냉각튜브(130)의 삽입고정되는 길이가 일정하게 제한되어 삽입고정되도록 할 수 있게 되는 것이다.
전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기(100)에서의 상기 유입파이프(110), 배출파이프(120), 냉각튜브(130), 상부헤더조립체(150), 하부헤더조립체(160), 중앙헤더조립체(170) 및 간격조절구(190)는 알루미늄 부품으로 제공되어 브레이징 공법을 통해 고정되는 것이 바람직하다.
더욱이, 전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기(100)에서, 특히 상기 상부헤더조립체(150)의 연결공(151a)과 연통공(155a), 상기 하부헤더조립체(160)의 연통공(161a), 상기 중앙헤더조립체(170)의 연통공(171a, 175a)은 상기 유입파이프(110), 배출파이프(120) 또는 간격조절구(190)의 단부와 일정길이 중첩된 상태로 상호 조립되어 브레이징 처리될 수 있도록 하는 것이 중요하다.
이를 위하여, 상기 상부헤더조립체(150)의 연결공(151a)과 연통공(155a), 상기 하부헤더조립체(160)의 연통공(161a), 상기 중앙헤더조립체(170)의 연통공(171a, 175a)은 둘레로부터 일정두께를 가지는 링 타입의 고정리브(미부호)가 일정길이 돌출형성되는 것이 바람직한 것이다.
즉, 상기와 같은 링 타입의 고정리브(미부호)를 통해, 상기 상부헤더조립체(150)의 연결공(151a)과 연통공(155a), 상기 하부헤더조립체(160)의 연통공(161a), 상기 중앙헤더조립체(170)의 연통공(171a, 175a)에 대하여, 상기 유입파이프(110), 배출파이프(120) 또는 간격조절구(190)의 단부와 일정길이 중첩된 상태로 상호 조립되어 안정적인 브레이징 처리가 이루어질 수 있게 되는 것이다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기에 의하면, 냉각튜브를 다수의 열로 배치하되 냉각튜브의 양단에 연결되는 헤더들에 대한 상호 이웃하는 사이에 벨로우즈 타입의 간격조절구를 개재하여 브레이징 공법을 통해 적층형으로 제작함으로써 전체 부품에 대한 브레이징 공법을 통한 단번의 결합고정이 가능하여 제작이 간편하게 이루어질 수 있다.
아울러, 냉각튜브를 다수의 열로 배치하되 냉각튜브의 양단에 연결되는 헤더들에 대한 상호 이웃하는 사이에 벨로우즈 타입의 간격조절구를 개재하여 브레이징 공법을 통해 적층형으로 제작함으로써 열교환기의 부피를 최소화하면서 다수의 전력반도체를 냉각시킬 수 있다.
또한, 냉각튜브를 다수의 열로 배치하되 냉각튜브의 양단에 연결되는 헤더들에 대한 상호 이웃하는 사이에 벨로우즈 타입의 간격조절구를 개재하여 브레이징 공법을 통해 적층형으로 제작하되 2단의 유로를 갖는 냉각튜브를 적용함으로써 냉각효율을 극대화시킬 수 있다.
더욱이, 냉각튜브를 다수의 열로 배치하되 냉각튜브의 양단에 연결되는 헤더들에 대한 상호 이웃하는 사이에 벨로우즈 타입의 간격조절구를 개재하여 브레이징 공법을 통해 적층형으로 제작하되 벨로우즈 타입의 간격조절구를 적용함으로써 전력반도체의 두께와 대응되게 냉각튜브 간의 간격을 간편하게 조절할 수 있으며, 이에 따라 다양한 두께의 전력반도체에 대한 냉각용으로 적용하여 열교환기의 호환성을 더욱 향상시킬 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하며, 이러한 변형은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 열교환기
110: 유입파이프 120: 배출파이프
130: 냉각튜브 150: 상부헤더조립체
150a: 스토퍼돌기 151: 상부헤더프레임
151a: 연결공 152, 156: 벤딩편
155: 하부헤더프레임 155a: 연통공
160: 하부헤더조립체 160a: 스토퍼돌기
161: 상부헤더프레임 161a: 연통공
162, 166: 벤딩편 165: 하부헤더프레임
170: 중앙헤더조립체 170a: 스토퍼돌기
171: 상부헤더프레임 171a: 연통공
172, 176: 벤딩편 175: 하부헤더프레임
175a: 연통공 190: 간격조절구
191: 연결부 193: 벨로우즈부
200: 전력반도체

Claims (10)

  1. 친환경 차량의 동력 공급을 위한 전력반도체(200)를 다수 개로 삽입고정하여 냉각시키는 것으로서, 냉각유체가 유입되는 유입파이프(110); 냉각유체가 배출되는 배출파이프(120); 상하방향으로 다수 개로 배치되며, 납작튜브 타입으로 제공되어 냉각유체가 이동되는 유로가 폭 방향으로 다수 개로 형성되는 냉각튜브(130); 한 쌍으로 제공되며, 일 측이 개방되어 상기 냉각튜브(130) 중 최상단에 배치되는 냉각튜브(130)의 일단과 타단이 연통연결되고, 하부에 연통공(155a)이 형성되고 상부에 연결공(151a)이 형성되며, 상기 연결공(151a)을 통해 상기 유입파이프(110)나 배출파이프(120)가 연결되어 상기 유입파이프(110)로부터 유입되는 냉각유체를 상기 냉각튜브(130)를 거쳐 상기 배출파이프(120)로 안내되도록 하는 상부헤더조립체(150); 한 쌍으로 제공되며, 일 측이 개방되어 상기 냉각튜브(130) 중 최하단에 배치되는 냉각튜브(130)의 일단과 타단이 연통연결되며, 상부에 연통공(161a)이 관통형성되어 상기 유입파이프(110)로부터 유입되는 냉각유체를 상기 냉각튜브(130)를 거쳐 상기 배출파이프(120)로 안내되도록 하는 하부헤더조립체(160); 각 한 쌍으로 제공되며, 일 측이 개방되어 상기 냉각튜브(130) 중 최상단과 최하단 사이에 배치되는 각 냉각튜브(130)의 일단과 타단이 연통연결되며, 상부와 하부에 연통공(171a, 175a)이 관통형성되어 상기 유입파이프(110)로부터 유입되는 냉각유체를 상기 냉각튜브(130)를 거쳐 상기 배출파이프(120)로 안내되도록 하는 중앙헤더조립체(170); 및 상기 상부헤더조립체(150), 중앙헤더조립체(170), 하부헤더조립체(160)의 사이에 개재되어 각 연통공(155a, 161a, 171a, 175a)을 상호 연통연결토록 배치되며, 상기 상부헤더조립체(150), 중앙헤더조립체(170), 하부헤더조립체(160)와 연결되는 각 냉각튜브(130)의 간격을 조절하도록 일정길이 압축변형되는 간격조절구(190)를 포함하는 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기(100)에서 있어서,
    상기 간격조절구(190)는 일정길이 압축변형되도록 벨로우즈 타입으로 제공되는 한편, 상단과 하단에 각각 중공의 원기둥 타입으로 구비되며, 상기 상부헤더조립체(150)의 연통공(155a), 상기 하부헤더조립체(160)의 연통공(161a), 상기 중앙헤더조립체(170)의 연통공(171a, 175a) 중 어느 하나에 연결되는 연결부(191) 및 상기 연결부(191)의 사이에 개재되어 상, 하단이 벨로우즈 타입으로 상기 연결부(191)와 일체로 연결 형성되는 벨로우즈부(193)를 포함하되, 상기 벨로우즈부(193)는 한 쌍의 상기 연결부(191) 사이에 벨로우즈 타입으로 연결되되, 상기 냉각튜브(130)의 이웃하는 사이에 삽입 설치되는 전력반도체(200)의 두께와 대응되어 간격이 조절되도록 적어도 하나 이상의 주름형상을 가지는 벨로우즈 타입으로 연결 형성되며,
    상기 상부헤더조립체(150), 하부헤더조립체(160), 중앙헤더조립체(170)는 각각 개방된 측 단부로부터 내향 일정거리 떨어진 상, 하부에 폭 방향으로 일정간격을 가지고 프레스 가공을 통해 일정면적만큼 개방된 내부공간 중앙 측으로 돌출되어 한 쌍의 스토퍼돌기(150a, 160a, 170a)가 형성되는 한편, 상기 냉각튜브(130)의 단부에 대한 삽입고정시 상기 스토퍼돌기(150a, 160a, 170a)를 통해 상기 냉각튜브(130)의 삽입고정되는 길이가 일정하게 제한되어 삽입고정되고,
    상기 상부헤더조립체(150)는 둘레방향 중 직교하는 어느 두 개의 변에 벤딩편(152)이 구비되는 상부헤더프레임(151) 및 둘레방향 중 직교하는 어느 두 개의 변에 벤딩편(156)이 구비되며, 상기 상부헤더프레임(151)과 상하방향으로 밀착되어 상기 벤딩편들(152, 156)의 벤딩을 통해 상호 고정되는 하부헤더프레임(155)을 포함하며,
    상기 하부헤더조립체(160)는 둘레방향 중 직교하는 어느 두 개의 변에 벤딩편(162)이 구비되는 상부헤더프레임(161) 및 둘레방향 중 직교하는 어느 두 개의 변에 벤딩편(166)이 구비되며, 상기 상부헤더프레임(161)과 상하방향으로 밀착되어 상기 벤딩편들(162, 166)의 벤딩을 통해 상호 고정되는 하부헤더프레임(165)을 포함하고,
    상기 중앙헤더조립체(170)는 둘레방향 중 직교하는 어느 두 개의 변에 벤딩편(172)이 구비되는 상부헤더프레임(171) 및 둘레방향 중 직교하는 어느 두 개의 변에 벤딩편(176)이 구비되며, 상기 상부헤더프레임(171)과 상하방향으로 밀착되어 상기 벤딩편들(172, 176)의 벤딩을 통해 상호 고정되는 하부헤더프레임(175)을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기.
  2. 삭제
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  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉각튜브(130)는 폭 방향으로 일정간격을 가지고 다수의 유로를 가지되,
    두께 방향의 상하 2단으로 폭 방향에 대하여 일정간격을 가지고 다수의 유로를 가지는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기.
  5. 삭제
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  9. 제1항에 있어서,
    상기 상부헤더조립체(150)의 연결공(151a)과 연통공(155a), 상기 하부헤더조립체(160)의 연통공(161a), 상기 중앙헤더조립체(170)의 연통공(171a, 175a)은 상기 유입파이프(110), 배출파이프(120) 또는 간격조절구(190)의 단부와 일정길이 중첩된 상태로 상호 조립되어 브레이징 처리될 수 있도록,
    둘레로부터 일정두께를 가지는 링 타입의 고정리브가 일정길이 돌출형성되는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유입파이프(110), 배출파이프(120), 냉각튜브(130), 상부헤더조립체(150), 하부헤더조립체(160), 중앙헤더조립체(170) 및 간격조절구(190)는 알루미늄 부품으로 제공되어 브레이징 공법을 통해 고정되는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 전력반도체 냉각용 열교환기.
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인용발명 1: 일본 공개특허공보 특개2006-005014호(2006.01.05.) 1부.*
인용발명 2: 일본 공개특허공보 특개2002-026215호(2002.01.25.) 1부.*

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