KR102247484B1 - 반도체 소자의 냉각을 위한 냉각장치용 증발기 및 이를 포함하는 냉각장치 - Google Patents

반도체 소자의 냉각을 위한 냉각장치용 증발기 및 이를 포함하는 냉각장치 Download PDF

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Abstract

냉각장치를 개시한다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 전력반도체 냉각장치용 증발기에 있어서, 냉매주입구를 포함하는 제1커버; 대략 다각기둥 형상을 가지고, 상기 제1커버에 결합되는 제1단부면, 하나 이상의 반도체 소자가 부착되도록 구성된 복수의 둘레면, 상기 제1단부면의 반대측에 위치하는 제2단부면, 및 내부를 관통하여 상기 제1단부면과 상기 제2단부면 사이에서 연장하는 복수의 유로를 포함하는 기둥형 몸체; 및 냉매배출구를 포함하며 상기 제2단부면에 결합되는 제2커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치용 증발기를 제공한다.

Description

반도체 소자의 냉각을 위한 냉각장치용 증발기 및 이를 포함하는 냉각장치{Evaporator for Cooling Device for Cooling Semiconductor elements and Cooling Device Including the Same}
본 개시는 반도체 소자의 냉각을 위한 냉각장치용 증발기 및 이를 포함하는 냉각장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 개시에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
전기 시스템은 대전력을 공급받아 모터 및 상용 전력기기를 운용할 수 있게 전력을 변환해 주는 시스템을 일컫는다. 근래에, 이러한 전기 시스템은 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor, 절연 게이트 양극성 트랜지스터) 혹은 다이오드 등의 전력반도체를 이용하여 구성되는 것이 일반적이다. 이러한 전력반도체를 사용하는 전력변환 시스템은 그 스위칭 방식으로 인하여 많은 열이 발생하고, 이를 충분히 제거해 주어야만 안정적인 전력변환 시스템 운용이 가능하다.
전력반도체를 사용하는 전력변환 시스템의 냉각을 위해서는 히트싱크나 히트파이프 또는 냉동 사이클을 이용한 냉각장치와 같은 전통적인 방식을 사용하나 상기한 강제 상변화 냉각장치가 사용되기도 한다. 강제 상변화 냉각장치에는 증발부(evaporator), 응축부(condenser) 및 강제순환펌프(circulation pump)가 포함된다. 증발부는 열원으로부터 열을 흡수하여 냉매가 기체 상태로 증발하게 된다. 이에 따라, 증발부의 증기는 밀도 및 압력이 증가하게 되어 상대적으로 밀도와 압력이 낮은 응축부 방향으로 증기가 이동한다. 응축부에서는 온도가 낮은 외부에 열을 방출하며 기체 상태의 냉매가 액체로 응축하게 된다. 액상의 냉매는 강제순환펌프에 의하여 다시 증발부로 이동하게 된다. 이러한 싸이클을 반복하면서, 강제 상변화 냉각장치는 외부의 열을 빼앗아 냉각시키는 냉각장치 역할을 수행하게 된다. 이때, 흡수한 열로 인해 냉매의 즉각적인 증발이 일어날 수 있도록 내부 냉매는 포화 상태(saturated condition)를 유지하는 것을 특징으로 한다.
강제 상변화 냉각장치의 증발부는 전력반도체 소자가 부착되는 증발기를 포함한다. 이때, 증발기는 반도체 소자가 방출하는 열을 순환 냉매의 상변화 에너지로 이용하기 위하여 흡열하는 부분으로서, 강제 상변화 냉각장치의 핵심 부품에 해당한다.
발열체인 전력반도체 소자는 통상 면을 통해 방열이 될 수 있도록 판상의 접촉면을 갖도록 제작된다. 증발기는 전력반도체 소자의 형상에 상응하도록 넓은 면을 갖는 구조를 가진다. 또한, 종래의 증발기는 전력반도체 소자와 유사하게 판상으로 제작되는 것이 일반적이다. 전력반도체 소자는 증발기 바닥에 부착되고, 증발기와의 열교환을 통하여 냉각될 수 있다.
그러나 이러한 판상 형태는 R-134a와 같은 주요 냉매의 고압 환경에서 부풀어 오르는 등 구조적 취약점을 갖는다. 이는 전력반도체 소자의 변형, 특히 깨짐을 유발하거나 전력반도체 소자와의 접합을 파괴하는 문제를 일으킬 수 있다. 나아가, 접합 파괴는 방열 특성을 저하시키는 문제를 추가로 야기할 수 있다. 따라서, 기존의 판상 형태를 갖는 냉각장치용 증발기는 고압의 냉매에서 방열이 제대로 이루어지지 않아 전력변환 시스템이 제대로 운용되지 않는 어려움이 있다.
이에, 본 개시는 고압 유체를 사용하면서 발생하는 고압 환경에서 구조적 강건성(强健性)을 유지할 수 있는 증발기를 포함하는 냉각장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
또한, 본 개시는 전력반도체 소자와의 접합 특성 및 방열 특성이 개선된 냉각장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
또한, 본 개시는 압력용기 형상의 냉각장치용 증발기가 통과 냉매로의 충분한 열전달 면적을 확보할 수 있는 유로 형상을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 전력반도체 냉각장치용 증발기에 있어서, 냉매주입구를 포함하는 제1커버; 대략 다각기둥 형상을 가지고, 상기 제1커버에 결합되는 제1단부면, 하나 이상의 반도체 소자가 부착되도록 구성된 복수의 둘레면, 상기 제1단부면의 반대측에 위치하는 제2단부면, 및 내부를 관통하여 상기 제1단부면과 상기 제2단부면 사이에서 연장하는 복수의 유로를 포함하는 기둥형 몸체; 및 냉매배출구를 포함하며 상기 제2단부면에 결합되는 제2커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치용 증발기를 제공한다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 대략 압력용기 형상을 갖는 냉각장치용 증발기를 포함하며 냉매가 가열되는 증발부, 상기 증발부에서 가열된 냉매가 이동하여 방열되도록 구성된 응축부, 상기 응축부에서 방열된 냉매가 이동하여 저장되도록 구성된 리저버 탱크 및 상기 리저버 탱크에서 상기 증발부로 증기를 이동시키도록 구성된 강제순환펌프를 포함하는 냉각장치를 제공한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 냉각장치용 증발기(1)의 사시도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 냉각장치용 증발기(1)의 분해 사시도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 기둥형 몸체(12)의 종축에 수직한 단면도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 기둥형 몸체(12)의 종축에 수직한 단면도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 기둥형 몸체(12)의 종축에 수직한 단면도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 기둥형 몸체(12)의 종축에 수직한 단면도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 제1커버(11)의 기둥형 몸체(12)의 종축에 평행한 단면도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 냉각장치용 증발기(1)의 사시도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 냉각장치용 증발기(1)의 기둥형 몸체(12)의 종축에 평행한 단면도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 냉각장치용 증발기(1)의 사시도이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 냉각장치용 증발기(1)를 포함하는 냉각장치(110)가 개략적으로 도시된 구성도이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 개시에 따른 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, i), ii), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례나 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
전력반도체는 효율적인 전력 변환을 위해 사용되지만, 이 과정에서 엄청난 양의 열이 발생한다. 이때 반도체 소자로부터 발생한 열을 제거하기 위하여 강제 상변화 냉각장치가 사용된다.
강제 상변화 냉각장치는 일반적인 냉동사이클과는 다른 원리로 작동하며, 따라서 일반적인 냉동사이클과는 다른 구성을 갖는다. 일반적인 냉동 사이클 내에서 냉매는 증발, 압축, 응축 및 팽창 단계를 거치며 상변화가 이루어진다. 따라서, 일반적인 냉동사이클은 압축기(compressor), 응축기(condenser), 팽창밸브(expansion valve) 및 증발기(evaporator)를 포함하게 된다. 그리고 투입된 동력을 통해 낮은 에너지 수준에서 열을 높은 에너지 수준으로 전달하는 일종의 에너지 펌프와 같은 역할을 하게 된다.
반면, 강제 상변화 냉각장치는 증발 및 응축 단계만을 포함하는데, 그 이유는 강제 상변화 냉각장치는 냉매 주입시, 포화 압력(saturated pressure) 상태에서 냉매를 주입하기 때문이다. 따라서, 강제 상변화 냉각장치의 경우 응축기, 증발기 및 응축기와 증발기 사이에서 냉매를 이동시키는 강제순환펌프만을 포함한다.
주입 온도의 포화압력보다 낮은 압력으로 주입된 냉매는 강제 상변화 냉각장치 내부에서 포화되어, 포화 액체(saturated liquid) 상태를 유지하게 된다. 냉매가 증발부를 통과할 때, 냉각장치 외부에서 공급되는 열로 인해 액체 상태인 냉매는 포화 또는 과열 증기 상태로 바뀐다. 증기가 과열됨에 따라, 증발부 내부 압력이 일부 상승한다. 압력과 온도가 높은 상태의 냉매는 상대적으로 온도와 압력이 낮은 상태인 응축부로 이동하게 된다. 응축부에서 다시 액체로 응축된 냉매는 펌프 전단의 리저버 탱크(reservoir tank)에 모인다. 리저버 탱크에 모인 냉매는 펌프의 압력에 의해 증발부로 다시 보내지는 루프(loop)를 따라 이동하게 되며, 냉각 장치는 일종의 순환 시스템을 갖는다.
이는 별도의 동력 없이 냉매의 상변화 순환을 통해 열전달을 수행하는 히트파이프(heat pipe)와 그 개념이 유사하나, 복잡하고 다소 긴 유로에서의 압력을 보상하기 위하여 펌프를 이용하는 점이 히트파이프와는 다르다.
본 개시는 전력반도체 소자가 부착되는 냉각장치용 증발기(1) 및 냉각장치용 증발기(1)를 포함하는, 전력반도체의 냉각장치(110)에 관한 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 냉각장치용 증발기(1)의 사시도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 냉각장치용 증발기(1)의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 냉각장치용 증발기(1)는 냉매주입구(10)를 포함하는 제1커버(11), 냉매배출구(15)를 포함하는 제2커버(14) 및 기둥형 몸체(12)를 포함한다.
기둥형 몸체(12)는 대략 다각기둥 형상을 가지며, 제1커버(11)에 결합되는 제1단부면(120), 하나 이상의 반도체 소자(13)가 부착되도록 구성된 복수의 둘레면(122), 제1단부면(120)의 반대측에 위치하는 제2단부면(124) 및 내부를 관통하여 제1단부면(120)과 제2단부면(124) 사이에서 연장하는 복수의 유로(126)를 포함한다.
기둥형 몸체(12)의 각 둘레면에는 반도체 소자(13)가 부착된다. 따라서, 냉매주입구(10)에서 유입된 냉매가 냉매배출구(15)로 배출되기 전 냉매가 전력반도체 소자에서 방출된 열을 흡열하게 된다. 기둥형 몸체(12)는 효율적인 열전도를 위해 금속 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 기둥형 몸체(12)가 대략 다각형 형태의 몸통으로 구성됨으로써, 종래의 판상 증발기와는 달리 각 둘레면(122)에 다수의 반도체 소자(13)를 부착할 수 있게 되어 공간의 효율과 집적도 면에서 우수하다.
복수의 유로(126)는 팽창밸브로부터 유입된 액체 냉매가 기화하기 위해서 압력을 떨어뜨리는 구조를 가져야 한다. 이에, 복수의 유로(126)는 모세관 구조를 갖는 것이 바람직하다.
제2커버(14)는 냉매배출구(15)를 포함하며 제2단부면(124)에 결합된다.
제1커버(11) 및 제2커버(14)는 기둥형 몸체(12) 내부에 배열된 모세관 형태를 갖는 복수의 유로(126)를 통과한 냉매가 합류하는 공간이다. 각 커버는 고압, 고열의 냉매가 합류하는 지점이기 때문에, 내압력 및 내구력이 강한 구조를 갖는 것이 유리하다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 기둥형 몸체(12)의 종축에 수직한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 복수의 유로(126)는 적어도 하나 이상의 원을 따라 배열된 유로들이 형성하는 하나 이상의 유로다발(300)을 포함할 수 있다.
이때, 하나 이상의 유로다발(300)은 제1직경(l1)을 갖는 제1원(312)을 따라 배열된 제1유로(314)들이 형성하는 제1유로다발(310), 및 제1직경(l1)보다 작은 제2직경(l2)을 갖는 제2원(322)을 따라 배열된 제2유로(324)들이 형성하는 제2유로다발(320)을 포함할 수 있다.
하나 이상의 유로다발(300)은 제1유로다발(310) 및 제2유로다발(320) 외에도 제2직경(l2)보다 작은 제3직경(l3)을 갖는 제3원(332)을 따라 배열된 제3유로(334)들이 형성하는 제3유로다발(330)을 추가로 더 포함할 수 있다.
제1유로다발(310) 및 제2유로다발(320)을 형성하는 유로 중 적어도 하나는 원형 단면을 가지고, 제1유로다발(310)을 형성하는 제1유로(314)들의 직경은 제2유로다발(320)을 형성하는 제2유로(324)들의 직경보다 클 수 있다.
또한, 냉각장치용 증발기(1)는 제1유로다발(310) 및 제2유로다발(320)은 동심원 형태로 배열되는 것을 특징으로 한다.
냉각장치용 증발기(1)는 제1유로다발(310) 및 제2유로다발(320)과 동심원 형태로 배열되는 제3유로다발(330)을 더 포함할 수 있다.
냉각장치용 증발기(1)는 제1유로다발(310)은 하나 이상의 유로(312)로 배열되어 구성되고, 제2유로다발(320)은 제1유로다발(310)과 동일한 개수의 유로(322)가 배열되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
하나 이상의 유로다발(300)이 동심원 형태의 다단으로 구성되는 적어도 제1유로다발(310) 및 제2유로다발(320)로 구성될 때, 유로(314, 324)의 직경이 점차 감소하게 함으로써, 하나의 유로다발(300)상의 유로의 개수를 유지하면서 중심부까지 제작이 가능하고, 이로 인해 열전달이 원활히 일어날 수 있게 된다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 기둥형 몸체(12)의 종축에 수직한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 복수의 유로(126) 중 적어도 하나는 다각형 단면을 가질 수 있다. 또한, 기둥형 몸체(12)는 유로다발(300)의 이웃하는 유로 사이에 배열된 지지영역(50)을 포함한다.
냉각장치용 증발기(1)의 지지영역(50)은 기둥형 몸체(12)의 중심으로부터 둘레면(122)을 향해 폭이 넓어지도록 형성될 수 있다.
특히, 유로(40)가 직사각형 형상의 단면을 갖게 될 경우, 지지영역(50)이 사다리꼴 형태로 남겨지게 된다. 따라서, 반도체 소자가 부착된 둘레면(122) 쪽이 넓고 중심부로 갈수록 좁은 형태가 구성되어 열전달이 원활이 일어날 수 있게 된다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 기둥형 몸체(12)의 종축에 수직한 단면도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 기둥형 몸체(12)의 종축에 수직한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 지지영역(50)은 이웃하는 유로(312)들의 중심 사이의 직선 거리가 제1간격(d1)인 지지영역(50) 및 이웃하는 유로(312)들의 중심 사이 직선 거리가 제1간격(d1)보다 큰 제2간격(d2)을 포함하는 지지강화영역(60)을 더 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 유로(40)의 단면이 다각형인 경우에도 마찬가지로, 냉각장치용 증발기(1)는 제1간격(d3) 및 제1간격(d3)보다 큰 제2간격(d4)을 갖는 영역을 포함할 수 있다.
기둥형 몸체(12)는 전술한 바와 같이 금속 재질로 구성될 수 있다. 고압, 고온의 냉매가 장기간 흐를 경우 금속에 구조적 변형이 발생할 수 있다. 예컨대, 장주(長柱) 형태의 복수의 유로(126)는 제1커버(11) 및 제2커버(14)에서 가해지는 압력에 의하여 좌굴(坐屈)이 발생할 수 있다. 혹은, 흐르는 냉매에 의하여 복수의 유로(126) 내부가 팽창하며 인접한 유로에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 지지영역(50)에 제2간격(d2, d4)을 갖는 지지강화영역(60)이 배치되면, 기둥형 몸체(12)의 강도가 증가하고, 복수의 유로(126) 및 기둥형 몸체(12)의 변형을 방지할 수 있다.
냉각장치용 증발기(1)는 내부 표면적 증가를 위한 표면처리가 된 복수의 유로(126)를 포함할 수 있다.
예컨대, 복수의 유로(126)에 소결(sintering, 燒結) 막을 형성하거나 샌드 블러스트(sand blast) 공법으로 표면처리 된 복수의 유로(126)를 포함함으로써, 복수의 유로(126)의 표면조도(表面粗度)를 증가시킬 수 있다.
복수의 유로(126)는 표면조도가 증가할 경우, 같은 기둥형 몸체(12)의 종축 방향의 길이를 갖는 복수의 유로에 비하여 더 효율적인 열전도가 일어날 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 제1커버(11)의 기둥형 몸체(12)의 종축에 평행한 단면도이다.
도 7을 참조하면 제1커버(11) 및 제2커버(14)는 타원형 또는 접시형 단면을 포함할 수 있다.
제1커버(11) 및 제2커버(14)가 타원형 또는 접시형 단면을 포함하게 되면, 적은 중량으로도 높은 압력을 견딜 수 있게 된다. 이에 따라, 냉각장치용 증발기(1)는 전체적으로 대략 압력용기 형상을 갖게 된다. 따라서, 기둥형 몸체(12) 내부를 흐르는 냉매에 의하여 발생하는 고압에 견딜 수 있고, 구조적 강건성(强健性)을 유지할 수 있게 된다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 냉각장치용 증발기(1)의 사시도이다.
도 8을 참조하면, 제1커버(11)가 제1커버측 플랜지(80)를 포함하고, 제2커버(14)가 제2커버측 플랜지(82)를 포함하고, 기둥형 몸체(12)가 제1단부면(120)에 인접한 영역에서 제1커버측 플랜지(80)에 결합되는 제1몸체측 플랜지(81)를 포함하며, 제2단부면(124)에 인접한 영역에서 제2커버측 플랜지(82)에 결합되는 제2몸체측 플랜지(83)를 포함할 수 있다.
냉각장치용 증발기(1)에 플랜지 형태의 결합방식이 사용될 경우, 제1커버측 플랜지(80)와 제1몸체측 플랜지(81)는 볼트(84)와 너트(85)를 이용하여 조립할 수 있다. 제2커버측 플랜지(82)와 제2몸체측 플랜지(83)도 같은 방식으로 조립할 수 있다.
플랜지 형태의 결합방식이 사용될 경우, 냉각장치용 증발기(1)는 단순한 조립 구조체가 되어 냉각장치용 증발기(1)의 보수와 정비가 용이하다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 냉각장치용 증발기(1)의 기둥형 몸체(12)의 종축에 평행한 단면도이다.
도 9를 참조하면, 냉각장치용 증발기(1)에 플랜지 형태의 결합방식이 사용될 경우, 고압의 냉매가 흐르면서 압력에 의하여 냉매가 유출될 수 있다. 따라서 냉각장치용 증발기(1)는 냉매의 차폐를 위하여 제1커버(11)와 제1단부면(120) 사이 및 제2커버(14)와 제2단부면(124)의 사이에 배치되는 실링부재(90)를 더 포함할 수 있다.
실링부재(90)로는 금속 또는 고무 소재의 링 또는 판상의 가스켓(gasket)이 사용 될 수 있다.
플랜지 형태의 결합 방식 외에도, 냉각장치용 증발기(1)는 제1커버(11)와 제1단부면(120)이 용접 결합되고, 제2커버(14)와 제2단부면(124)이 용접 결합될 수 있다.
각 커버와 기둥형 몸체(12)가 용접결합 될 때, 냉각장치용 증발기(1)는 진공 브레이징(vacuum brazing) 공법으로 결합처리 된 결합부를 포함할 수 있다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 냉각장치용 증발기(1)의 사시도이다.
도 10을 참조하면, 기둥형 몸체(12)가 사각형 단면을 갖는 경우 외에 육각형 단면, 팔각형 단면 등을 포함할 수 있다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 냉각장치용 증발기(1)를 포함하는 냉각장치(110)가 개략적으로 도시된 구성도이다.
도 11을 참조하면, 냉각장치(110)는 본 개시의 일 실시예에 따른 냉각장치용 증발기(1)를 포함하는 증발부(112), 응축부(114), 리저버 탱크(116) 및 강제순환펌프(118)를 포함한다.
증발부(112)는 열원으로부터 열을 흡수하고, 이에 따라 냉각장치 내부의 냉매가 기체 상태로 증발하게 된다. 이때, 대략 압력용기의 입체 형상을 갖는 냉각장치용 증발기(1)로 인하여, 종래의 냉각장치에 비하여 집적도와 성능 면에서 우수한 냉각장치(110)을 이용할 수 있다.
증발부(112)에 존재하는 증기는 밀도 및 압력이 증가하게 되고 상대적으로 밀도와 압력이 낮은 응축부(114) 방향으로 증기가 이동한다. 응축부(114)에서는 온도가 낮은 외부에 열을 방출하며 기체 상태의 냉매가 액체로 응축하게 된다. 응축부(114)에 존재하는 액상의 냉매는 리저버 탱크(116)으로 이동한다. 리저버 탱크(116)에 저장되어 있던 액체 상태의 냉매는 강제순환펌프(118)에 의하여 다시 증발부(112)로 이동하게 된다.
이러한 사이클을 반복하면서, 냉각장치(110)는 외부의 열을 빼앗아 냉각시키는 역할을 수행하게 된다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 냉각장치용 증발기 10: 냉매주입구
11: 제1커버 12: 기둥형 몸체
13: 반도체 소자 14: 제2커버
15: 냉매배출구 40: 유로
50: 지지영역 90: 실링부재
110: 냉각장치 112: 증발부
114: 응축부 116: 리저버 탱크
118: 펌프 120: 제1단부면
122: 둘레면 124: 제2단부면
300: 유로다발 310: 제1유로다발
320: 제2유로다발

Claims (15)

  1. 전력반도체 냉각장치용 증발기에 있어서,
    냉매주입구를 포함하는 제1커버;
    다각기둥 형상을 가지고, 상기 제1커버에 결합되는 제1단부면, 하나 이상의 반도체 소자가 부착되도록 구성된 복수의 둘레면, 상기 제1단부면의 반대측에 위치하는 제2단부면, 및 내부를 관통하여 상기 제1단부면과 상기 제2단부면 사이에서 연장하는 복수의 유로를 포함하는 기둥형 몸체; 및
    냉매배출구를 포함하며 상기 제2단부면에 결합되는 제2커버를 포함하고,
    상기 복수의 유로는 적어도 일부가 제1 단부면으로부터 상기 제2단부면을 향하는 일 방향에 나란하게 연장되며, 서로 이격되어 형성되고,
    냉매가 상기 냉매주입구, 상기 복수의 유로 및 상기 냉매배출구를 따라 유동하는 동안 상기 일 방향으로 유동하고,
    상기 제1커버 및 상기 제2커버는 상기 기둥형 몸체의 종축에 나란한 단면이 타원형의 일부 또는 접시형인 것을 특징으로 하는 냉각장치용 증발기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 유로는 적어도 하나 이상의 원을 따라 배열된 유로들이 형성하는 하나 이상의 유로다발을 포함하는 냉각장치용 증발기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 유로다발은 제1직경을 갖는 제1원을 따라 배열된 제1유로들이 형성하는 제1유로다발, 및 제1직경보다 작은 제2직경을 갖는 제2원을 따라 배열된 제2유로들이 형성하는 제2유로다발을 포함하는 냉각장치용 증발기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1유로다발 및 상기 제2유로다발을 형성하는 유로 중 적어도 하나는 원형 단면을 가지고,
    상기 제1유로다발을 형성하는 제1유로들의 직경은 제2유로다발을 형성하는 제2유로들의 직경보다 큰 냉각장치용 증발기.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제1유로다발 및 상기 제2유로다발은 동심원 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 냉각장치용 증발기.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 제1유로다발은 하나 이상의 유로로 배열되어 구성되고, 상기 제2유로다발은 상기 제1유로다발과 동일한 개수의 유로가 배열되어 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각장치용 증발기.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 유로 중 적어도 하나는 다각형 단면을 가지고,
    상기 기둥형 몸체는 상기 유로다발의 이웃하는 유로 사이에 배열된 지지영역을 포함하되,
    상기 지지영역은 상기 기둥형 몸체의 중심으로부터 상기 둘레면을 향해 폭이 넓어지도록 형성된 냉각장치용 증발기.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 기둥형 몸체는 지지영역 및 지지강화영역을 가지되,
    상기 지지영역은 이웃하는 유로들의 중심 사이의 직선 거리가 제1간격이고, 상기 지지강화영역은 이웃하는 유로들의 중심 사이 직선 거리가 제1간격보다 큰 제2간격인 냉각장치용 증발기.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1커버와 상기 제1단부면이 용접 결합되고, 상기 제2커버와 상기 제2단부면이 용접 결합되는 냉각장치용 증발기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1커버가 제1커버측 플랜지를 포함하고, 상기 제2커버가 제2커버측 플랜지를 포함하고, 상기 기둥형 몸체가 상기 제1단부면에 인접한 영역에서 상기 제1커버측 플랜지에 결합되는 제1몸체측 플랜지를 포함하며, 상기 제2단부면에 인접한 영역에서 상기 제2커버측 플랜지에 결합되는 제2몸체측 플랜지를 포함하는 냉각장치용 증발기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1커버와 상기 제1단부면의 사이 및 상기 제2커버와 상기 제2단부면의 사이에 배치되는 실링부재를 더 포함하는 냉각장치용 증발기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 유로의 내부 표면적 증가를 위하여 표면처리가 된 냉각장치용 증발기.
  14. 압력용기 형상을 갖는 냉각장치용 증발기를 포함하며 냉매가 가열되는 증발부;
    상기 증발부에서 가열된 냉매가 이동하여 방열되도록 구성된 응축부;
    상기 응축부에서 방열된 냉매가 이동하여 저장되도록 구성된 리저버 탱크; 및
    상기 리저버 탱크에서 상기 증발부로 증기를 이동시키도록 구성된 강제순환펌프를 포함하되,
    상기 냉각장치용 증발기는
    냉매주입구를 포함하는 제1커버;
    다각기둥 형상을 가지고, 상기 제1커버에 결합되는 제1단부면, 하나 이상의 반도체 소자가 부착되도록 구성된 복수의 둘레면, 상기 제1단부면의 반대측에 위치하는 제2단부면, 및 내부를 관통하여 상기 제1단부면과 상기 제2단부면 사이에서 연장하는 복수의 유로를 포함하는 기둥형 몸체; 및
    냉매배출구를 포함하며 상기 제2단부면에 결합되는 제2커버를 포함하고,
    상기 복수의 유로는 적어도 일부가 제1 단부면으로부터 상기 제2단부면을 향하는 일 방향에 나란하게 연장되며, 서로 이격되어 형성되고,
    냉매가 상기 냉매주입구, 상기 복수의 유로 및 상기 냉매배출구를 따라 유동하는 동안 상기 일 방향으로 유동하고,
    상기 제1커버 및 상기 제2커버는 상기 기둥형 몸체의 종축에 나란한 단면이 타원형의 일부 또는 접시형인 하는 냉각장치.

  15. 삭제
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013200944A (ja) * 2012-03-23 2013-10-03 Harison Toshiba Lighting Corp 光源装置
JP2014045691A (ja) * 2012-08-30 2014-03-17 Dainippon Printing Co Ltd 水中用ｌｅｄ照明装置および水中用ｌｅｄ照明システム

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6942018B2 (en) * 2001-09-28 2005-09-13 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Electroosmotic microchannel cooling system
CN1195196C (zh) * 2002-01-10 2005-03-30 杨洪武 集成式热管及其换热方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013200944A (ja) * 2012-03-23 2013-10-03 Harison Toshiba Lighting Corp 光源装置
JP2014045691A (ja) * 2012-08-30 2014-03-17 Dainippon Printing Co Ltd 水中用ｌｅｄ照明装置および水中用ｌｅｄ照明システム

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