KR102135513B1 - 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치에 관한 것으로, 냉각액 순환회로를 통해 유통되는 냉각액의 온도와 유량과 유속이 반영된 냉각액의 압력 및, 반도체 소자에 부착된 열교환 플레이트의 면적에 따라 송풍팬의 구동 여부와, 회전 수를 제어할 수 있게 함으로써 송풍기 소음을 효과적으로 제어할 수 있는 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.

Description

철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치{FAN CONTROL APPARATUS FOR POWER CONVERSION DEVICE OF A RAILWAY VEHICLE}

본 발명은 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게 냉각액 순환회로를 통해 유통되는 냉각액의 온도와 유량과 유속이 반영된 냉각액의 압력 및, 반도체 소자에 부착된 열교환 플레이트의 면적에 따라 송풍팬의 구동 여부와, 회전 수를 제어할 수 있게 함으로써 송풍기 소음을 효과적으로 제어할 수 있는 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 철도 차량에는, 교류 전력과 직류 전력을 변환하는 전력 변환 장치가 탑재되어 있다. 철도 차량의 전력 변환장치는, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)나 다이오드 등의 반도체 소자에 의해 인버터나 컨버터 등의 주 회로부가 구성되어 있다.

또한, 이러한 종류의 전력 변환 장치는, 고조파의 억제나 역률의 개선 등을 위하여 리액터 및 저항을 갖는 보조 회로부를 구비하고 있다.

전력 변환 장치의 주 회로부의 반도체 소자는, 스위칭 동작시 등에 고온을 발하기 때문에, 냉각액을 순환시켜서 주 회로부를 냉각하는 경우가 많다. 냉각액에 의해 주 회로부를 냉각하는 전력 변환 장치는, 냉각액과의 열교환부를 갖는 열교환 플레이트(예, 히트 싱크)에 반도체 소자가 설치되고, 그 열교환 플레이트는 냉각액 순환 회로에 접속되어 있다.

냉각액 순환 회로(2)는, 리저버 탱크(도 1참조: 10)에 저류된 냉각액을 펌프(12)에 의해 순환시켜, 냉각 대상인 반도체 소자로부터 빼앗은 열을 열교환기(8)에서 외부로 방열한다.

한편, 상기 냉각액 순환 회로(2)에는 보조적으로 상기 열교환기(8)의 방열 효과를 증대시키기 위해 송풍팬(16)을 통한 강제 공냉구조를 추가적으로 구성하는 경우도 있다.

하지만, 이렇듯 상기 냉각액 순환 회로(2)에 송풍팬(16)을 통한 강제 공냉구조가 추가되게 되면, 송풍팬(16)은 열차 주행시 지속적으로 구동되게 되므로 승객이 탑승한 철도 차량의 객실내부로도 해당 송풍팬(16)의 소음이 매우 크게 전달된다는 문제가 있었다.

따라서, 승객은 송풍팬(16)의 소음으로 인한 불쾌감을 갖게 되고, 결과적으로 쾌적한 여행에 방해가 된다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 냉각액 순환회로를 통해 유통되는 냉각액의 온도와 유량과 유속이 반영된 냉각액의 압력 및, 반도체 소자에 부착된 열교환 플레이트의 면적에 따라 송풍팬의 구동 여부와, 회전 수를 제어할 수 있게 함으로써 송풍기 소음을 효과적으로 제어할 수 있는 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 전력 변환용 주회로가 구성된 컨버터(4)와; 상기 컨버터(4)의 열을 방열하기 위해 냉각액 순환회로가 접속된 열교환 플레이트(6)와; 상기 냉각액 순환회로를 통해 순환되는 냉각액을 열교환시키는 열교환부(8)와; 상기 냉각액 순환회로를 통해 순환되는 냉각액을 저류하는 리저버 탱크(10)와; 상기 리저버 탱크(10)에 저류된 냉각액을 냉각액 순환회로로 순환되게 압력을 가하는 펌프(12)로 이루어진 냉각액 순환회로(2)에 대해; 상기 냉각액 순환회로(2)를 통해 유통되는 냉각액의 압력을 검출하는 압력검출부(22)와; 상기 냉각액 순환회로(2)를 통해 유통되는 냉각액의 온도를 검출하는 온도검출부(24)와; 상기 열교환부(8)로 강제 배기를 수행하는 송풍팬(16)과; 상기 검출된 온도와 압력에 매칭되게 미리 팬의 회전수 제어값이 설정된 데이터 저장부(30)와; 상기 검출된 온도와 압력에 따라 상기 송풍팬(16)의 회전수를 제어하는 제어부(32)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 데이터 저장부(30)는 냉각액의 압력 및 온도와 더불어, 상기 열교환 플레이트(6)의 면적에 따라 송풍팬(16)의 회전수가 설정될 수 있게 상기 열교환 플레이트(6)의 면적을 설정하는 냉각면적 설정부(26)가 더 포함된 것을 특징으로 하는 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 송풍팬(16)의 회전수를 제어하기 위해 상기 송풍팬(16)으로 인가되는 전원을 조절하는 전원 조절부(28)가 더 포함되며, 상기 제어부(32)로부터 제어신호를 인가받아 전원을 조절하게 된 것을 특징으로 하는 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치가 제공된다.

바람직하게, 철도차량의 기관실에 구성되며, 검출된 압력과 온도, 열교환 플레이트(6)의 면적 및, 송풍팬(16)의 회전수를 표시하는 표시부(46)와; 상기 송풍팬(16)의 구동여부를 표시하는 구동램프(50)가 더 포함된 것을 특징으로 하는 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치가 제공된다.

본 발명에 따른 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치는 냉각액 순환회로를 통해 유통되는 냉각액의 온도와 유량과 유속이 반영된 냉각액의 압력 및, 반도체 소자에 부착된 열교환 플레이트의 면적에 따라 송풍팬의 구동 여부와, 회전수를 제어할 수 있게 함으로써 송풍기 소음을 효과적으로 제어할 수 있으며, 결과적으로 쾌적한 객차 환경을 조성할 수 있다는 장점이 있고, 필요한 시점에만 송풍팬을 구동시킬 수 있으므로 에너지 절감의 장점도 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치가 구비된 냉각액 순환 회로를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치의 회로구성을 도시한 블록구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치에 포함된 제어 테이블을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치의 회로구성을 도시한 블록구성도이다.

이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치가 구비된 냉각액 순환 회로를 도시한 도면, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치의 회로구성을 도시한 블록구성도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치에 포함된 제어 테이블을 도시한 도면이다.

이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치(20)는 냉각액 순환회로를 통해 유통되는 냉각액의 온도와 유량과 유속이 반영된 냉각액의 압력 및, 반도체 소자에 부착된 열교환 플레이트의 면적에 따라 송풍팬의 구동 여부와, 회전수를 제어할 수 있게 함으로써 송풍기 소음을 효과적으로 제어할 수 있는 장치이다.

본 발명의 일실시예에 따른 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치(20)는 냉각액 순환회로(2)에 장착되어, 송풍팬(16)의 구동을 효율적으로 이루어질 수 있게 함으로써, 결과적으로 상기 송풍팬(16)으로부터 발생되는 소음을 효과적으로 통제할 수 있게 한 장치이다.

본 발명의 일실시예에 따른 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치(20)는 기본적인 냉각액 순환회로(2)에 장착되는 바, 기본 냉각액 순환회로(2)는 전력 변환용 주회로가 구성된 컨버터(4)와; 상기 컨버터(4)의 열을 방열하기 위해 냉각액 순환회로가 접속된 열교환 플레이트(6)와; 상기 냉각액 순환회로를 통해 순환되는 냉각액을 열교환시키는 열교환부(8)와; 상기 냉각액 순환회로를 통해 순환되는 냉각액을 저류하는 리저버 탱크(10)와; 상기 리저버 탱크(10)에 저류된 냉각액을 냉각액 순환회로로 순환되게 압력을 가하는 펌프(12)를 포함하여 구성된다.

상기 컨버터(4)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)나 다이오드 등의 반도체 소자로 이루어진 전력변환 소자이다.

보다 상세하게, 본 발명의 일실시예에 따른 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치(20)는 상기 냉각액 순환회로(2)를 통해 유통되는 냉각액의 압력을 검출하는 압력검출부(22)와; 상기 냉각액 순환회로(2)를 통해 유통되는 냉각액의 온도를 검출하는 온도검출부(24)와; 상기 열교환부(8)로 강제 배기를 수행하는 송풍팬(16)과; 상기 검출된 온도와 압력에 매칭되게 미리 팬의 회전수 제어값이 설정된 데이터 저장부(30)와; 상기 검출된 온도와 압력에 따라 상기 송풍팬(16)의 회전수를 제어하는 제어부(32)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 열교환부(8)와 열교환 플레이트(6)의 사이 및, 펌프(12)와 열교환 플레이트(6) 사이의 냉각액 순환유로 상에는 각각 밸브(14)가 구성되어져 있다.

한편, 상기 온도검출부(24)와 압력검출부(22)는 상기 냉각액 순환유로상 소정부에 자유롭게 구성될 수 있지만, 본 발명에서 상기 압력검출부(22)는 상기 리저버 탱크(10)와 상기 펌프(12)의 사이인 냉각액 순환 유로상 소정부에 구성되고, 상기 온도검출부(24)는 상기 열교환부(8)와 열교환 플레이트(6)의 사이인 냉각액 순환 유로상 소정부에 구성되어져 있다.

따라서, 상기 제어부(32)는 상기 온도검출부(24)와 압력검출부(22)로부터 검출된 온도와 압력에 따라 상기 송풍팬(16)의 회전수를 제어하여 고정된 회전수로 송풍팬(16)이 구동되어 승객들이 소음으로 불쾌감을 느끼거나, 또는 불필요한 전력을 소모하는 것을 방지할 수 있도록 강제 송풍을 통한 냉각이 필요한 시점에만 송풍팬(16)이 구동되고, 적절한 회전수를 통해서 구동될 수 있게 한다.

이를 위해, 상기 데이터 저장부(30)는 냉각액의 압력 및 온도와 더불어, 상기 열교환 플레이트(6)의 면적에 따라 송풍팬(16)의 회전수가 설정되어져 있고, 따라서 본 발명에는 냉각액의 압력 및 온도와 더불어, 상기 열교환 플레이트(6)의 면적에 따라 송풍팬(16)의 회전수를 설정하기 위하여, 상기 열교환 플레이트(6)의 면적을 설정하는 냉각면적 설정부(26)가 더 포함되어 구성된다.

바람직하게, 상기 데이터 저장부(30)에 구성된 제어테이블(34)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 열교환 플레이트(6)의 면적이 다양하게 분류된 냉각면적 설정란(36)이 구성되고, 냉각액의 압력이 다양하게 분류된 압력 표시란(38)이 각 냉각면적별로 표시되어져 있으며, 온도와 팬 회전수도 각 냉각면적와 압력별로 다양하게 분류되게 표시되어져 있다.

따라서, 상기 제어부(32)는 미리 입력되어 고정된 상기 열교환 플레이트(6)의 면적 하위로 분류되며, 실시간으로 검출된 냉각액의 압력과, 온도값을 대응시켜서, 최종적으로 매칭되는 송풍팬(16)의 회전수를 추출해낼 수 있게 된다.

더욱 바람직하게, 상기 제어테이블(34)에는 상기 송풍팬의 회전수별 전원값이 표시되어져 있어서, 추출된 송풍팬(16)의 회전수대로 구동시키기 위해서는 어느 정도의 전원이 투입되어야 하는 지를 제어부(32)가 판단할 수 있어서 해당 전원을 투입할 수 있게 제어하는 것이 가능해진다.

본 발명의 일실시예에 따른 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치(20)는 냉각액의 온도와 압력이 소정값 이상이 될 때 상기 송풍팬(16)이 작동될 수 있도록 상기 제어부(32)에서 제어를 할 수도 있지만, 검출되는 냉각액의 온도와 압력값에 대응하여 송풍팬(16)의 회전수가 가변되게 제어할 수도 있으며, 더욱 바람직하게, 냉각액의 압력 및 온도와 더불어, 상기 열교환 플레이트(6)의 면적에 따라 송풍팬(16)의 회전수가 가변되게 제어할 수도 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치(20)는 상기 송풍팬(16)의 회전수를 제어하기 위해 상기 송풍팬(16)으로 인가되는 전원을 조절하는 전원 조절부(28)가 더 포함되며, 상기 제어부(32)로부터 제어신호를 인가받아 상기 송풍팬(16)으로 인가되는 전원을 조절하게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치의 회로구성을 도시한 블록구성도이다.

이를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치(20’)는 철도차량의 기관실에 구성되며, 검출된 압력과 온도, 열교환 플레이트(6)의 면적 및, 송풍팬(16)의 회전수를 표시하는 표시부(46)와; 상기 송풍팬(16)의 구동여부를 표시하는 구동램프(50)가 더 포함되어 구성된다.

따라서, 작업자는 본 발명의 다른 실시예에 따른 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치(20’)를 통해서, 철도차량의 기관실에서 냉각액 순환회로를 통해 유통되는 냉각액의 온도와 유량과 유속이 반영된 냉각액의 압력 및, 반도체 소자에 부착된 열교환 플레이트의 면적에 따라 송풍팬의 구동 여부와, 회전수를 직접 확인할 수 있고, 상기 송풍팬(16)의 구동 여부도 구동램프(50)의 점등을 통해 확인할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치는 단지 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경이 가능하다.

4:컨버터, 6:열교환 플레이트,
8:열교환부, 10:리저버 탱크,
12:펌프, 16:송풍팬,
20:철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치,
22:압력검출부, 24:온도검출부,
26:냉각면적 설정부, 28:전원조절부,
30:데이터 저장부, 32:제어부.

Claims (4)

1. 전력 변환용 주회로가 구성된 컨버터(4)와; 상기 컨버터(4)의 열을 방열하기 위해 냉각액 순환회로가 접속된 열교환 플레이트(6)와; 상기 냉각액 순환회로를 통해 순환되는 냉각액을 열교환시키는 열교환부(8)와; 상기 냉각액 순환회로를 통해 순환되는 냉각액을 저류하는 리저버 탱크(10)와; 상기 리저버 탱크(10)에 저류된 냉각액을 냉각액 순환회로로 순환되게 압력을 가하는 펌프(12)로 이루어진 냉각액 순환회로(2)에 대해;
   상기 냉각액 순환회로(2)를 통해 유통되는 냉각액의 압력을 검출하는 압력검출부(22)와; 상기 냉각액 순환회로(2)를 통해 유통되는 냉각액의 온도를 검출하는 온도검출부(24)와; 상기 열교환부(8)로 강제 배기를 수행하는 송풍팬(16)과; 상기 검출된 온도와 압력에 매칭되게 미리 팬의 회전수 제어값이 설정된 데이터 저장부(30)와; 상기 검출된 온도와 압력에 따라 상기 송풍팬(16)의 회전수를 제어하는 제어부(32)를 포함하여 구성되고;
   상기 데이터 저장부(30)는 냉각액의 압력 및 온도와 더불어, 상기 열교환 플레이트(6)의 면적에 따라 송풍팬(16)의 회전수가 설정될 수 있게 상기 열교환 플레이트(6)의 면적을 설정하는 냉각면적 설정부(26)가 더 포함되며;
   상기 송풍팬(16)의 회전수를 제어하기 위해 상기 송풍팬(16)으로 인가되는 전원을 조절하는 전원 조절부(28)가 더 포함되며, 상기 제어부(32)로부터 제어신호를 인가받아 전원을 조절하게 되고;
   그 철도차량의 기관실에 구성되며, 검출된 압력과 온도, 열교환 플레이트(6)의 면적 및, 송풍팬(16)의 회전수를 표시하는 표시부(46)와; 상기 송풍팬(16)의 구동여부를 표시하는 구동램프(50)가 더 포함된 것을 특징으로 하는 철도 차량의 전력변환장치용 팬 구동 제어장치.
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