KR102351954B1 - 전기소자 냉각용 열교환기 - Google Patents

전기소자 냉각용 열교환기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기소자 냉각용 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 전기소자의 삽입이 용이할 뿐만 아니라, 냉각수가 유동되는 냉각튜브와 전기소자의 양측 면이 밀착되도록 형성되어 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 전기소자 냉각용 열교환기에 관한 것이다.

Description

전기소자 냉각용 열교환기{heat exchanger for cooling electric element}
본 발명은 전기소자 냉각용 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 전기소자의 삽입이 용이할 뿐만 아니라, 냉각수가 유동되는 냉각튜브와 전기소자의 양측 면이 밀착되도록 형성되어 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 전기소자 냉각용 열교환기에 관한 것이다.
최근 환경 문제 대책의 일환으로서, 모터의 구동력을 이용하는 하이브리드 차량, 연료전지 차량, 전기 차량 등의 발전이 더욱 더 주목받고 있다. 상술한 바와 같은 차량은 일반적으로, 구동용 배터리(예를 들면, 300V의 전압)로부터 공급되는 전력을 모터에 원하는 상태로 공급되도록 조절하는 PCU(파워제어유닛)가 함께 장착된다.
PCU는 인버터, 평활 콘덴서 및 컨버터 등의 전기소자들을 포함한다. 상기 전기소자들은 전력(electricity)의 공급 되면서 열을 발생하기 때문에, 반드시 별도의 냉각수단이 필요하다.
이와 관련된 기술로, 일본공개특허 제2001-245478호(공개일 2001.09.07, 명칭 : 인버터의 냉각 장치)에는 IGBT 등의 반도체 소자와 다이오드를 내장한 반도체 모듈이 사용되는 인버터가 개시된 바 있으며, 일본공개특허 제2008-294283호(공개일 2008.12.04, 명칭 : 반도체 장치)에는 반도체 소자의 하측 면에 접하도록 설치되며, 내부에 유체가 흐르면서 열교환 하도록 형성되는 히트싱크가 개시된 바 있다.
이러한 단면 냉각방식의 경우, 냉각성능에 한계가 있어 이를 개선하기 위해 고안된 것이 양면 냉각방식인데, 양면 냉각방식은 열교환기 사이 공간에 소자가 삽입되는 구조이기 때문에 열교환기의 전기소자 삽입 간격이 전기소자 높이보다 높아야 하는 동시에, 열교환기의 열전달 성능 증대를 위해서는 소자와 열교환기가 잘 압착되어야 한다는 조건이 모두 만족되는 것이 좋다.
도 1에 도시된 바와 같은 양면 냉각 방식의 열교환기는 전기소자(10)의 양측 면에 위치하며 내부에 열교환매체가 유동되도록 형성되는 튜브(20)와, 상기 튜브의 양단에 결합되며 열교환매체가 유입 또는 배출되는 탱크(30)를 포함하여 형성될 수 있는데, 상기 열교환기는 브레이징 결합되어 전기소자의 삽입 공간이 고정된 이후, 전기소자를 삽입해야 하므로 전기소자의 삽입 작업이 어렵다는 단점이 있다.
또한, 상기 열교환기는 전기소자 삽입이 용이하도록 하기 위해 튜브 사이 간격을 넓게 하면, 소자와 튜브가 압착되지 않아 열교환 효율이 저하된다는 문제점이 있다.
따라서 전기소자의 삽입이 용이하며, 소자와 열교환기의 압착이 잘 이루어질 수 있는 전기소자 냉각용 열교환기의 개발이 필요하다.
선행특허 1 : 일본공개특허 제2001-245478호(공개일 2001.09.07, 명칭 : 인버터의 냉각 장치) 선행특허 2 : 일본공개특허 제2008-294283호(공개일 2008.12.04, 명칭 : 반도체 장치)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전기소자의 삽입이 용이할 뿐만 아니라, 냉각수가 유동되는 냉각튜브와 전기소자의 양측 면이 밀착되도록 형성되어 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 전기소자 냉각용 열교환기를 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은 기존 전기소자 냉각용 열교환기에 비해 크기를 줄이고, 전기소자가 삽입되는 영역 외에 나머지 면을 냉각에 활용할 수 있는 전기소자 냉각용 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 전기소자 냉각용 열교환기는 한 쌍의 제1플레이트(111)가 접합되어 이루어진 제1냉각튜브(110)가 다수개 일렬로 적층되며, 이웃한 상기 제1냉각튜브(110)와 연통되어 냉각수가 유입되는 제1유입탱크(120) 및 유출되는 제1유출탱크(130)가 상기 제1냉각튜브(110)의 길이방향으로 일측에 형성되는 제1냉각부(100); 및 한 쌍의 제2플레이트(211)가 접합되어 이루어진 제2냉각튜브(210)가 다수개 일렬로 적층되되, 상기 제1냉각튜브(110)와 교번되어 적층되도록 상기 제1냉각튜브(110) 사이 공간에 상기 제2냉각튜브(210)가 삽입되며, 이웃한 상기 제2냉각튜브(210)와 연통되어 냉각수가 유입되는 제2유입탱크(220) 및 유출되는 제2유출탱크(230)가 상기 제2냉각튜브(210)의 길이방향으로 타측에 형성되는 제2냉각부(200); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 상기 제1냉각튜브(110) 및 제2냉각튜브(210) 사이 공간에 전기소자(2)가 삽입되어 밀착되며, 상기 제1냉각튜브(110) 및 제2냉각튜브(210) 내부에 유동되는 냉각수에 의해 냉각될 수 있다.
또한, 상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 상기 제1플레이트(111)에서 길이방향으로 연장 형성되어 냉각수 유로(113)를 형성하는 적어도 하나 이상의 제1구획돌기(112)와, 상기 제2플레이트(211)에서 길이방향으로 연장 형성되어 냉각수 유로(213)를 형성하는 적어도 하나 이상의 제2구획돌기(212)를 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 상기 제1냉각부(100) 및 제2냉각부(200)의 길이방향으로 일측 또는 타측에 냉각 플레이트(300)가 장착될 수 있다.
또한, 상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 상기 제1냉각부(100)에 냉각수가 유입 및 유출되는 제1유입구(121) 및 제1유출구(131)와, 상기 제2냉각부(200)에 냉각수가 유입 및 유출되는 제2유입구(221) 및 제2유출구(231)가 너비방향으로 양측 면 중 동일한 면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 상기 제1냉각부(100)에서 길이방향으로 제1유입탱크(120)가 형성된 측과 반대되는 측면의 코너에서 상기 제1냉각튜브(110)와 동일평면 상 외측으로 돌출 형성되는 제1돌출형성부(140)와, 상기 제1돌출형성부(140)에서 너비방향으로 일측 또는 양측으로 돌출 형성되어 이웃한 제1냉각튜브(110)와 너비방향으로 연결되는 제1간격유지부(150)와, 상기 제2냉각부(200)에서 길이방향으로 제2유입탱크(220)가 형성된 측과 반대되는 측면의 코너에서 상기 제2냉각튜브(210)와 동일평면 상 외측으로 돌출 형성되는 제2돌출형성부(240)와, 상기 제2돌출형성부(240)에서 너비방향으로 일측 또는 양측으로 돌출 형성되어 이웃한 제2냉각튜브(210)와 너비방향으로 연결되는 제2간격유지부(250)를 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 상기 제1돌출형성부(140) 및 제2돌출형성부(240)가 높이방향으로 서로 반대되는 측에 배치될 수 있다.
또한, 상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 상기 제1간격유지부(150)에 의해 형성되는 이웃한 상기 제1냉각튜브(110)와의 이격 거리가, 전기소자 1개 및 상기 제2냉각튜브(210) 1개 높이의 합보다 크거나 같으며, 상기 제2간격유지부(250)에 의해 형성되는 이웃한 상기 제2냉각튜브(210)와의 이격 거리가, 전기소자 1개 및 상기 제1냉각튜브(110) 1개 높이의 합보다 크거나 같을 수 있다.
또한, 상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 너비방향으로 최외측 면 중, 상기 제1유입구 및 제1유출구가 형성되는 측에 탄성부재(400)가 결합될 수 있다.
또한, 상기 탄성부재(400)는 상기 제1냉각튜브(110) 또는 제2냉각튜브(210)의 너비방향으로 일측 면에 장착되며, 높이방향 또는 길이방향으로 중심에서 양측으로 대칭이 되도록 판형부재가 절곡된 형태를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 전기소자 냉각용 열교환기(1)와, 전기소자(2)를 조립하는 방법은 상기 제1냉각튜브(110)가 너비방향으로 정렬된 상기 제1냉각부(100)를 배치하는 제1냉각부 배치 단계(S100); 상기 제1냉각튜브(110)와 상기 전기소자(2)의 일측 면이 접하도록 상기 제1냉각튜브(110) 사이 공간에 전기소자(2)를 삽입하는 전기소자 삽입 단계(S200); 상기 제2냉각튜브(210)가 너비방향으로 정렬된 상기 제2냉각부(200)를 상기 제1냉각튜브(110) 및 전기소자(2) 사이 공간에 삽입하는 제2냉각부 삽입 단계(S300); 및 상기 제2냉각부(200)에 전기소자(2) 측으로 힘을 가하여, 상기 전기소자(2)의 타측 면과 제2냉각튜브(210)가 밀착 결합되도록 하는 가압 단계(S400); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2냉각부 삽입 단계(S300)에서는 상기 제1냉각부(100)의 길이방향으로 타측에서 상기 제2냉각부(200)가 삽입될 수 있다.
또한, 상기 가압 단계(400)에서는 상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)의 너비방향으로 최외측 면 중, 상기 제1유입구(121) 및 제1유출구(131)가 형성되는 측에 결합되는 탄성부재(400)가 압축되면서, 전기소자(2) 측으로 힘이 가해질 수 있다.
또한, 상기 전기소자(2)는 양측 면에 접착제가 도포되어 상기 제1냉각튜브(110) 및 제2냉각튜브(210)에 결합 고정될 수 있다.
본 발명의 전기소자 냉각용 열교환기는 전기소자의 양측 면과, 냉각수가 유동되는 제1냉각튜브 및 제2냉각튜브가 서로 밀착됨으로써, 전기소자에서 발생되는 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있다는 장점이 있다.
아울러, 본 발명은 다수개의 제1냉각튜브가 일정 간격 이격되어 정렬된 상태에서 제1냉각튜브와 일측 면이 접하도록 전기소자를 삽입한 다음, 제1냉각튜브 및 전기소자 사이 공간에 제2냉각튜브를 삽입한 후 전기소자의 타측 면과 접하도록 제2냉각튜브를 가압하여 밀착 결합되도록 함으로써, 전기소자의 삽입이 용이할 뿐만 아니라, 전기소자와 쉽게 밀착될 수 있어 냉각성능 및 조립성이 향상될 수 있다.
다시 말해, 기존의 양면 냉각 방식의 열교환기에서 전기소자가 쉽게 삽입될 수 있도록 하기 위해 튜브 사이 간격을 넓게 하면 전기소자와 튜브가 압착되기가 어렵고, 반대로 전기소자와 튜브가 압착되도록 하기 위해 튜브 사이 간격을 좁게 하면 전기소자가 삽입되기 어려웠던 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 먼저 제1냉각튜브 사이에 전기소자가 삽입되도록 한 후에, 제2냉각튜브를 삽입하여 전기소자 측으로 밀착시킴으로써, 기존에 비해 조립성이 크게 개선될 수 있다.
또한, 본 발명은 전기소자를 일렬로 세우고, 냉각수 유로를 병렬로 구성함으로써, 기존 열교환기보다 전체 크기를 줄일 수 있으며, 전기소자가 삽입되는 영역 외에, 나머지 면에 편평한 냉각 플레이트를 장착하여 주변 전기소자의 냉각에 활용할 수 있다는 장점이 있다.
또, 본 발명은 냉각수의 입ㆍ출구를 동일 방향으로 구성할 수 있어, 유로 구성이 간단하고, 차량 내 차지하는 공간을 최소화하여 주변 부품 배치가 용이하도록 할 수 있다.
도 1은 종래의 전기소자 냉각장치의 일예를 나타낸 측면도.
도 2는 본 발명에 따른 전기소자 냉각용 열교환기를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 전기소자 냉각용 열교환기를 나타낸 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 전기소자 냉각용 열교환기를 나타낸 정면도.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 전기소자 냉각용 열교환기 조립체 조립 방법을 순차적으로 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 따른 또 다른 전기소자 냉각용 열교환기를 나타낸 사시도.
도 10은 도 9의 전기소자 냉각용 열교환기에서 제1냉각부 및 전기소자가 결합된 상태를 나타낸 사시도.
도 11은 도 9의 전기소자 냉각용 열교환기를 나타낸 측면도.
도 12는 도 9의 전기소자 냉각용 열교환기에 탄성부재가 결합된 상태를 나타낸 사시도.
도 13은 도 9의 전기소자 냉각용 열교환기가 하우징 내에 결합된 예를 타나낸 사시도.
도 14는 본 발명에 따른 전기소자 냉각용 열교환기 조립체 조립 방법을 순차적으로 나타낸 순서도.
도 15은 본 발명에 따른 전기소자 냉각용 열교환기의 활용 예를 나타낸 구성도.
이하, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 전기소자 냉각용 열교환기를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 크게 제1냉각부(100) 및 제2냉각부(200)를 포함하여 형성된다.
먼저, 상기 제1냉각부(100)는 한 쌍의 제1플레이트(111)가 접합되어 이루어진 제1냉각튜브(110)가 다수개 일렬로 적층되며, 이웃한 상기 제1냉각튜브(110)와 연통되어 냉각수가 유입되는 제1유입탱크(120) 및 유출되는 제1유출탱크(130)가 상기 제1냉각튜브(110)의 길이방향으로 일측에 형성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1냉각튜브(110)는 한 쌍의 제1플레이트(111)가 접합되어 내부에 냉각수 유로가 형성되며, 다수개가 병렬 배치된다.
상기 제1플레이트(111)의 냉각수 유로 부분에는 열교환 능력을 향상시키기 위한 비드가 다수개 형성될 수 있으며, 일반적인 플레이트와 마찬가지로 이웃하며 병렬 배치된 제1냉각튜브(110) 측으로 냉각수가 유동되기 위한 컵 형태의 제1유입탱크(120) 및 제1유출탱크(130)가 길이방향으로 일측에 형성될 수 있다.
즉, 상기 제1유입탱크(120) 및 제1유출탱크(130)는 냉각수가 유입 및 유출되는 통로로, 상기 제1냉각튜브(110)의 길이방향으로 일측에 형성되며, 상기 제1냉각튜브(110)가 다수개 배치됨에 따라 대략 원통형의 통로 형태로 형성된다.
이때, 상기 제1플레이트(111)에는 길이방향으로 연장 형성되어 유로를 형성하는 적어도 하나 이상의 제1구획돌기(112)가 형성된다.
도 1에 도시된 실시예에서는, 상기 제1구획돌기(112)가 상기 제1유입탱크(120)가 형성되는 제1유입구(121)와, 상기 제1유출탱크(130)가 형성되는 제1유출구(131) 사이에서부터 길이방향으로 연장 형성됨으로써, 상기 제1유입구(121)를 통해 유입된 냉각수가 상기 제1구획돌기(112)에 의해 형성된 유로를 따라 U-FLOW 형태로 유동된 다음, 상기 제1유출구(131)를 통해 유출된다.
상기 제1구획돌기(112)는 도 1과 같이 1개일 수도 있으며, 2개 이상이 되어 냉각수 유로가 지그재그 형태로 형성될 수도 있다.
다음으로, 상기 제2냉각부(200)는 상기 제1냉각부(100)와 마찬가지로, 한 쌍의 제2플레이트(211)가 접합되어 이루어진 제2냉각튜브(210)가 다수개 일렬로 적층되며, 이웃한 상기 제2냉각튜브(210)와 연통되어 냉각수가 유입되는 제2유입탱크(220) 및 유출되는 제2유출탱크(230)가 상기 제2냉각튜브(210)의 길이방향으로 일측에 형성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제2냉각튜브(210)는 한 쌍의 제2플레이트(211)가 접합되어 내부에 냉각수 유로가 형성되며, 다수개가 병렬 배치된다.
상기 제2플레이트(211)의 냉각수 유로 부분에는 열교환 능력을 향상시키기 위한 비드가 다수개 형성될 수 있으며, 일반적인 플레이트와 마찬가지로 이웃하며 병렬 배치된 제2냉각튜브(210) 측으로 냉각수가 유동되기 위한 컵 형태의 제2유입탱크(220) 및 제2유출탱크(230)가 길이방향으로 타측에 형성될 수 있다.
이때, 상기 제2플레이트(211)에는 길이방향으로 연장 형성되어 유로를 형성하는 적어도 하나 이상의 제2구획돌기(212)가 형성된다.
도 1에 도시된 실시예에서는, 상기 제2구획돌기(212)가 상기 제2유입탱크(220)가 형성되는 제2유입구(221)와, 상기 제2유출탱크(230)가 형성되는 제2유출구(231) 사이에서부터 길이방향으로 연장 형성됨으로써, 상기 제2유입구(221)를 통해 유입된 냉각수가 상기 제2구획돌기(212)에 의해 형성된 유로를 따라 U-FLOW 형태로 유동된 다음, 상기 제2유출구(231)를 통해 유출된다.
상기 제2구획돌기(212)는 도 1과 같이 1개일 수도 있으며, 2개 이상이 되어 냉각수 유로가 지그재그 형태로 형성될 수도 있다.
특히, 본 발명에 따른 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 상기 제1냉각튜브(110) 및 제2냉각튜브(210)가 교번되어 적층되도록 상기 제1냉각부(100)의 제1냉각튜브(110) 사이 공간에 상기 제2냉각튜브(210)가 삽입되는 형태로 결합된다.
또한, 본 발명은 상기 제1냉각튜브(110) 및 제2냉각튜브(210) 사이 공간에 전기소자(2)가 삽입되어 밀착되며, 상기 제1냉각튜브(110) 및 제2냉각튜브(210) 내부에 유동되는 냉각수에 의해 전기소자(2)가 냉각된다.
즉, 본 발명의 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 별도의 구조물인 제1냉각부(100)의 제1냉각튜브(110)와 및 제2냉각부(200)의 제2냉각튜브(210)가 서로 엇갈려 끼워지며, 그 사이 공간에 전기소자(2)가 삽입되어 상기 전기소자(2)의 양측 면에 각각 제1냉각튜브(110) 및 제2냉각튜브(210)가 밀착된다.
이에 따라, 상기 전기소자(2)는 상기 제1냉각튜브(110)의 냉각수 유로를 따라 흐르는 냉각수에 의해 일측 면이 냉각되고, 상기 제2냉각튜브(210)의 냉각수 유로를 따라 흐르는 냉각수에 의해 타측 면이 냉각된다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 전기소자(2)를 일렬로 세우고, 냉각수 유로가 병렬로 구성됨으로써, 전체 시스템의 사이즈는 기존보다 더 작아지되, 냉각 효과는 크게 향상될 수 있도록 형성된다.
또, 본 발명에 따른 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 상기 제1냉각부(100)의 제1유입탱크(120)에 형성되는 제1유입구(121)와, 제1유출탱크(130)에 형성되는 제1유출구(131)와, 상기 제2냉각부(200)의 제2유입탱크(220)에 형성되는 제2유입구(221)와, 제2유출탱크(230)에 형성되는 제2유출구(231)를 포함하여 형성된다.
이때, 본 발명에 따른 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 상기 제1유입구(121), 제1유출구(131), 제2유입구(221) 및 제2유출구(231)가 모두 동일한 면에 형성되어, 유로 구성이 간단하고, 차량 내 차지하는 공간을 최소화하여 주변 부품 배치가 용이하도록 할 수 있다.
도 1을 참고로 본 발명에 따른 전기소자 냉각용 열교환기(1)의 작동 방법을 설명하면,
먼저, 상기 제1유입구(121)를 통해 유입된 냉각수는 제1유입탱크(120)를 따라 다수개의 제1냉각튜브(110)로 분배되며, 제1냉각튜브(110)의 냉각수 유로(113)를 따라 유동된 다음, 제1유출탱크(130)를 통해 제1유출구(131)로 배출된다.
이와 동시에, 상기 제2유입구(221)를 통해 유입된 냉각수는 제2유입탱크(220)를 따라 다수개의 제2냉각튜브(210)로 분배되며, 제2냉각튜브(210)의 냉각수 유로(2130)를 따라 유동된 다음, 상기 제2유출탱크(230)를 통해 제2유출구(231)로 배출된다.
상술한 바와 같이 제1냉각튜브(110) 및 제2냉각튜브(210)에 냉각수가 유동됨으로써, 상기 제1냉각튜브(110) 및 제2냉각튜브(210)와 접하는 상기 전기소자(2)의 양측 면이 냉각된다.
한편, 도 9 내지 도 11와 같이, 본 발명의 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 상기 제1냉각부(100)에서 길이방향으로 제1유입탱크(120)가 형성된 측과 반대되는 측면의 코너에서 상기 제1냉각튜브(110)와 동일평면 상 외측으로 돌출 형성되는 제1돌출형성부(140)와, 상기 제1돌출형성부(140)에서 너비방향으로 일측 또는 양측으로 돌출 형성되어 이웃한 제1냉각튜브(110)와 너비방향으로 연결되는 제1간격유지부(150)와, 상기 제2냉각부(200)에서 길이방향으로 제2유입탱크(220)가 형성된 측과 반대되는 측면의 코너에서 상기 제2냉각튜브(210)와 동일평면 상 외측으로 돌출 형성되는 제2돌출형성부(240)와, 상기 제2돌출형성부(240)에서 너비방향으로 일측 또는 양측으로 돌출 형성되어 이웃한 제2냉각튜브(210)와 너비방향으로 연결되는 제2간격유지부(250)를 포함하여 형성될 수 있다.
이때, 상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 상기 제1간격유지부(150)에 의해 형성되는 이웃한 상기 제1냉각튜브(110)와의 이격 거리가, 전기소자 1개 및 상기 제2냉각튜브(210) 1개 높이의 합보다 크거나 같으며, 상기 제2간격유지부(250)에 의해 형성되는 이웃한 상기 제2냉각튜브(210)와의 이격 거리가, 전기소자 1개 및 상기 제1냉각튜브(110) 1개 높이의 합보다 크거나 같게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 상기 제1돌출형성부(140) 및 제2돌출형성부(240)가 높이방향으로 서로 반대되는 측에 배치되는 것이 좋다.
이에 따라, 본 발명의 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 상기 제1간격유지부(150) 및 제2간격유지부(250)에 의해 상기 제1냉각튜브(110) 및 제2냉각튜브(210)가 너비방향으로 일정 간격 유지될 뿐만 아니라, 상기 제1돌출형성부(140) 및 제2돌출형성부(240)가 서로 겹치지 않아 상기 제1냉각부(100) 및 제2냉각부(200)의 결합이 용이할 수 있다.
도 16은 본 발명에 따른 전기소자 냉각용 열교환기(1)가 활용되는 예를 도시한 것으로, 전기소자(2)와 접하는 면 외에 길이방향으로 일측 또는 타측 면에 냉각 플레이트(300)가 장착되어, 주변 전기소자(a, b, c)들을 냉각시키는데 활용될 수 있다.
이때, 상기 냉각 플레이트(300)는 상기 제1냉각부(100) 및 제2냉각부(200)의 냉기가 잘 전달될 수 있도록 전도성이 높은 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 전기소자 냉각용 열교환기(1)에 전기소자(2)를 조립하는 방법은 도 5 내지 도 8에 순차적으로 도시되어 있으며, 크게 제1냉각부 배치 단계(S100), 전기소자 삽입 단계(S200), 제2냉각부 삽입 단계(S300) 및 가압 단계(S400)의 순서로 이루어진다.
먼저 상기 제1냉각부 배치 단계(S100)에서는 상기 제1냉각튜브(110)가 너비방향으로 정렬된 상기 제1냉각부(100)가 배치되며, 이를 통해 상기 제1유입탱크(120) 및 제1유출탱크(130)가 형성된다.(도 5 참조)
다음으로, 상기 전기소자 삽입 단계(S200)에서는 상기 제1냉각튜브(110)와 상기 전기소자(2)의 일측 면이 접하도록 상기 제1냉각튜브(110) 사이 공간에 전기소자(2)를 삽입한다.(도 6 참조)
다음, 상기 제2냉각부 배치 단계(S300)에서는 상기 제2냉각부(200)를 상기 제1냉각튜브(110) 및 전기소자(2) 사이 공간에 삽입한다.(도 7 참조)
이때, 상기 제2냉각부(200)는 상기 제1냉각부(100)의 길이방향으로 타측에서 일측 방향으로 삽입하여 상기 제1냉각부(100)와 서로 대칭이 되도록 결합된다.
마지막으로, 상기 가압 단계(S400)에서는 상기 제2냉각부(200)에 전기소자(2) 측으로 힘을 가하여, 상기 전기소자(2)의 타측 면과 상기 제2냉각튜브(210)가 밀착 결합되도록 한다.(도 8 참조)
이때, 도 12 및 도 13와 같이 본 발명의 전기소자 냉각용 열교환기는 너비방향으로 최외측 면 중, 상기 제1유입구(121) 및 제1유출구(131)가 형성되는 측에 탄성부재가 결합되는 경우, 탄성부재(400)가 압축되면서 전기소자(2) 측으로 힘이 가해지게 된다.
상기 탄성부재(400)는 상기 제1냉각튜브(110) 또는 제2냉각튜브(210)의 너비방향으로 일측 면에 장착되며, 높이방향 또는 길이방향으로 중심에서 양측으로 대칭이 되도록 판형부재가 절곡된 형태를 갖는 것으로, 힘이 가해지는 경우 너비방향으로의 탄성력이 발생될 수 있다.
본 발명의 전기소자 냉각용 열교환기는 하우징에 결합되거나, 이웃한 전자부품과 결합되는 과정에서 상기 탄성부재(400)가 압축되며, 이에 따라 발생되는 탄성부재의 탄성력에 의해 전기소자 냉각용 열교환기 측으로 힘이 가해져 전기소자(2)와 제1냉각튜브(110) 또는 제2냉각튜브(210)간에 도포된 써멀 그리스(thermal grease) 또는 써멀 컴파운드(thermal compound)가 편평하게 도포될 수 있다.
상기 전기소자(2)는 양측 면에 접착제가 도포되어 상기 제1냉각튜브(110) 및 제2냉각튜브(210)에 결합 고정될 수 있으며, 이 외에도 다른 결합방법으로 얼마든지 변경실시가 가능하다.
이에 따라, 본 발명은 다수개의 제1냉각튜브(110)가 일정 간격 이격되어 정렬된 상태에서 제1냉각튜브(110)와 일측 면이 접하도록 전기소자(2)를 삽입한 다음, 제1냉각튜브(110) 및 전기소자(2) 사이 공간에 제2냉각튜브(210)를 삽입한 후 전기소자(2)의 타측 면과 접하도록 제2냉각튜브(210)를 가압하여 밀착 결합되도록 함으로써, 전기소자(2)의 삽입이 용이할 뿐만 아니라, 전기소자(2)와 쉽게 밀착될 수 있어 냉각성능 및 조립성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명은 전기소자(2)를 일렬로 세우고, 냉각수 유로를 병렬로 구성함으로써, 기존 열교환기보다 전체 크기를 줄일 수 있으며, 전기소자(2)가 삽입되는 영역 외에, 나머지 면에 편평한 냉각 플레이트(300)를 장착하여 주변 전기소자(2)의 냉각에 활용할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1 : 전기소자 냉각용 열교환기
2 : 전기소자
100 : 제1냉각부
110 : 제1냉각튜브 111 : 제1플레이트
112 : 제1구획돌기 113 : 냉각수 유로
120 : 제1유입탱크 121 : 제1유입구
130 : 제1유출탱크 131 : 제1유출구
140 : 제1돌출형성부
150 : 제1간격유지부
200 : 제2냉각부
210 : 제2냉각튜브 211 : 제2플레이트
212 : 제2구획돌기 213 : 냉각수 유로
220 : 제2유입탱크 221 : 제2유입구
230 : 제2유출탱크 231 : 제2유출구
240 : 제2돌출형성부
250 : 제2간격유지부
300 : 냉각 플레이트
400 : 탄성부재
S100~S400 : 전기소자 냉각용 열교환기 조립 방법의 각 단계.

Claims (14)

  1. 한 쌍의 제1플레이트(111)가 접합되어 이루어진 제1냉각튜브(110)가 다수개 일렬로 적층되며, 이웃한 상기 제1냉각튜브(110)와 연통되어 냉각수가 유입되는 제1유입탱크(120) 및 유출되는 제1유출탱크(130)가 상기 제1냉각튜브(110)의 길이방향으로 일측에 형성되는 제1냉각부(100); 및
    한 쌍의 제2플레이트(211)가 접합되어 이루어진 제2냉각튜브(210)가 다수개 일렬로 적층되되, 상기 제1냉각튜브(110)와 교번되어 적층되도록 상기 제1냉각튜브(110) 사이 공간에 상기 제2냉각튜브(210)가 삽입되며, 이웃한 상기 제2냉각튜브(210)와 연통되어 냉각수가 유입되는 제2유입탱크(220) 및 유출되는 제2유출탱크(230)가 상기 제2냉각튜브(210)의 길이방향으로 타측에 형성되는 제2냉각부(200); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는
    상기 제1냉각튜브(110) 및 제2냉각튜브(210) 사이 공간에 전기소자(2)가 삽입되어 밀착되며,
    상기 제1냉각튜브(110) 및 제2냉각튜브(210) 내부에 유동되는 냉각수에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는
    상기 제1플레이트(111)에서 길이방향으로 연장 형성되어 냉각수 유로(113)를 형성하는 적어도 하나 이상의 제1구획돌기(112)와,
    상기 제2플레이트(211)에서 길이방향으로 연장 형성되어 냉각수 유로(213)를 형성하는 적어도 하나 이상의 제2구획돌기(212)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는
    상기 제1냉각부(100) 및 제2냉각부(200)의 길이방향으로 일측 또는 타측에 냉각 플레이트(300)가 장착되는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는
    상기 제1냉각부(100)에 냉각수가 유입 및 유출되는 제1유입구(121) 및 제1유출구(131)와,
    상기 제2냉각부(200)에 냉각수가 유입 및 유출되는 제2유입구(221) 및 제2유출구(231)가
    너비방향으로 양측 면 중 동일한 면에 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는
    상기 제1냉각부(100)에서 길이방향으로 제1유입탱크(120)가 형성된 측과 반대되는 측면의 코너에서 상기 제1냉각튜브(110)와 동일평면 상 외측으로 돌출 형성되는 제1돌출형성부(140)와,
    상기 제1돌출형성부(140)에서 너비방향으로 일측 또는 양측으로 돌출 형성되어 이웃한 제1냉각튜브(110)와 너비방향으로 연결되는 제1간격유지부(150)와,
    상기 제2냉각부(200)에서 길이방향으로 제2유입탱크(220)가 형성된 측과 반대되는 측면의 코너에서 상기 제2냉각튜브(210)와 동일평면 상 외측으로 돌출 형성되는 제2돌출형성부(240)와,
    상기 제2돌출형성부(240)에서 너비방향으로 일측 또는 양측으로 돌출 형성되어 이웃한 제2냉각튜브(210)와 너비방향으로 연결되는 제2간격유지부(250)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는
    상기 제1돌출형성부(140) 및 제2돌출형성부(240)가 높이방향으로 서로 반대되는 측에 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는
    상기 제1간격유지부(150)에 의해 형성되는 이웃한 상기 제1냉각튜브(110)와의 이격 거리가, 전기소자 1개 및 상기 제2냉각튜브(210) 1개 높이의 합보다 크거나 같으며,
    상기 제2간격유지부(250)에 의해 형성되는 이웃한 상기 제2냉각튜브(210)와의 이격 거리가, 전기소자 1개 및 상기 제1냉각튜브(110) 1개 높이의 합보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는
    너비방향으로 최외측 면 중, 상기 제1유입구 및 제1유출구가 형성되는 측에 탄성부재(400)가 결합되는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 탄성부재(400)는
    상기 제1냉각튜브(110) 또는 제2냉각튜브(210)의 너비방향으로 일측 면에 장착되며,
    높이방향 또는 길이방향으로 중심에서 양측으로 대칭이 되도록 판형부재가 절곡된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 의한 전기소자 냉각용 열교환기(1)와, 전기소자(2)를 조립하는 방법에 있어서,
    상기 제1냉각튜브(110)가 너비방향으로 정렬된 상기 제1냉각부(100)를 배치하는 제1냉각부 배치 단계(S100);
    상기 제1냉각튜브(110)와 상기 전기소자(2)의 일측 면이 접하도록 상기 제1냉각튜브(110) 사이 공간에 전기소자(2)를 삽입하는 전기소자 삽입 단계(S200);
    상기 제2냉각튜브(210)가 너비방향으로 정렬된 상기 제2냉각부(200)를 상기 제1냉각튜브(110) 및 전기소자(2) 사이 공간에 삽입하는 제2냉각부 삽입 단계(S300); 및
    상기 제2냉각부(200)에 전기소자(2) 측으로 힘을 가하여, 상기 전기소자(2)의 타측 면과 제2냉각튜브(210)가 밀착 결합되도록 하는 가압 단계(S400); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기 조립 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제2냉각부 삽입 단계(S300)에서는
    상기 제1냉각부(100)의 길이방향으로 타측에서 상기 제2냉각부(200)가 삽입되는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기 조립 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 가압 단계(400)에서는
    상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)의 너비방향으로 최외측 면 중, 상기 제1유입구(121) 및 제1유출구(131)가 형성되는 측에 결합되는 탄성부재(400)가 압축되면서, 전기소자(2) 측으로 힘이 가해지는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기 조립 방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 전기소자(2)는
    양측 면에 접착제가 도포되어 상기 제1냉각튜브(110) 및 제2냉각튜브(210)에 결합 고정되는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기 조립 방법.
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