KR20070066078A - 수냉식 전력변환 시스템의 아날로그식 누수검출장치 - Google Patents

수냉식 전력변환 시스템의 아날로그식 누수검출장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수냉식 전력변환 시스템의 아날로그식 누수검출장치에 관한 것으로, 미소량의 누수를 초기에 신속하게 검지할 수 있는 동시에 잡음에 강한 아날로그 소자로 구성하여 신뢰성이 향상된 수냉식 전력변환 시스템의 아날로그식 누수검출장치를 제공한다. 이를 위한 본 발명은 누수여부에 따라 출력전압이 변화되는 검지부와; 상기 검지부의 출력신호의 잡음을 제거하는 아날로그 저역통과 필터와; 상기 저역통과 필터의 출력신호를 실효치로 변환하는 실효치 변환부와; 상기 실효치 변환부로부터 출력된 실효치가 미리 설정된 레벨보다 작은지를 비교하는 비교기와; 상기 비교기의 결과에 따라 이를 통지하는 알람부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 미소량의 누수를 초기에 신속하게 검지할 수 있고, 전력변환 시스템으로부터 유입되는 잡음에 효과적으로 대체하여 누수검출의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
수냉식 전력변환 시스템, 스택, 누수검출, 아날로그, 빗(comb) 형상

Description

수냉식 전력변환 시스템의 아날로그식 누수검출장치{Full analog type water leakage detection device in water cooling power system}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수냉식 전력변환 시스템의 아날로그식 누수검출장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 검지부의 내부 구성을 나타낸 블록도(a)와, 검지판의 평면도(b).
도 3은 도 1의 검지부의 출력 전압파형을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수냉식 전력변환 시스템의 아날로그식 누수검출장치의 구성을 나타낸 블록도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 누수검출장치 110 : 검지부
112 : 검지저항 114 : 전원부
120 : 아날로그 저역통과필터 130 : 실효치 변환부
140 : 비교기 150 : 알람부
200 : 검지판 212 : 전극
214 : 금속배선 216 : 실리콘 기판
218 : 실리콘 산화막 410 : 다입력 검지부
460 : 순차선택회로
본 발명은 수냉식 전력변환 시스템의 아날로그식 누수검출장치에 관한 것으로, 특히, PCB 패턴 방식의 검지판에 낙하된 물방울에 의한 저항변화를 이용하여 전력변환 시스템의 수냉식 스택으로부터 발생할 수 있는 미소량의 누수를 초기에 신속하게 검지할 수 있는 동시에 잡음에 강한 아날로그 소자로 구성하여 신뢰성이 향상된 수냉식 전력변환 시스템의 아날로그식 누수검출장치에 관한 것이다.
현재 산업체에서 사용하고 있는 대용량 전력변환 시스템은 비약적으로 증가하고 있다. 이러한 대용량 전력변환 시스템에 있어서 주전력은 반도체 스위칭 소자의 조합으로 이루어진 파워스택으로 흐르게 되는데, 스위칭 소자에 대용량의 전력이 흐르게 되면 스위칭 소자 내부저항에 의해 열이 발생한다.
이때, 스위칭 소자에서 발생한 열을 충분히 냉각시키기 위하여 순수를 이용한 수냉식 방열 시스템이 주로 사용된다.
이러한 수냉식 방열 시스템은 대형 전력변환 시스템이 운전중인 경우, 항상 일정 압력의 순수가 파워스택의 내부 냉각수관을 통해 흐르게 되는데, 스택을 장식간 사용하면 진동 등 외부요인에 의해서 스택의 냉각수 이음관에 의완 및 소손 등에 의한 순수의 누출 가능성이 크다.
이와 같이 고압 대전력 수냉식 스택에 누수가 발생하면, 스택의 스위칭 소자 간의 단락 현상이 유발됨에 따라 스택의 소손을 초래하여 전력변환 시스템의 정지로 인한 막대한 손실을 초래할 수 있다.
종래의 누수 검출장치는 간접적으로 투입되는 순수의 유량 및 압력을 감지하여 압력의 저하에 따라 누수를 감지하거나 순수에 색깔 있는 물질을 투입하여 이를 색도계로 관찰하는 광학 방법 등이 이용되고 있다.
그러나 이러한 방법들은 불편하거나 미량의 누수는 검지할 수 없고, 또한 전력변환 시스템 전체에 대하여 누수여부를 검지하는 것은 불가능하다.
따라서 정류기나 인버터 등의 전력변환 시스템의 보존 및 안정성을 위해서는 수냉식 스택에서 발생할 수 있는 수순의 누출을 초기에 감지할 수 있는 시스템의 개발이 요구되고 있다.
한편, 이러한 전력변환 시스템은 고전력에 의하여 주변 시스템 및 장치에 잡음을 초래하기 때문에 누수검출장치의 구성에 있어서도, 잡음에 대한 효과적인 처리가 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, PCB 패턴 방식의 검지판의 저항값을 읽어들이고, 누수 발생에 따라 변화하는 저항값을 감지하여 미소량의 누수를 초기에 신속하게 검지할 수 있는 동시에 잡음에 강한 아날로그 소자로 구성하여 신뢰성이 향상된 수냉식 전력변환 시스템의 아날로그식 누수검출장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 누수여부에 따라 출력전압이 변화되는 검지부와; 상기 검지부의 출력신호의 잡음을 제거하는 아날로그 저역통과 필터와; 상기 저역통과 필터의 출력신호를 실효치로 변환하는 실효치 변환부와; 상기 실효치 변환부로부터 출력된 실효치가 미리 설정된 레벨보다 작은지를 비교하는 비교기와; 상기 비교기의 결과에 따라 이를 통지하는 알람부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 검지부가 실리콘 기판 위에 일정간격의 빗(comb) 형상이 서로 교차되도록 형성된 금속배선으로 이루어진 검지판과; 상기 검지판에 직렬로 연결된 검지저항과; 상기 검지저항의 일단과 상기 검지판의 일단에 접속된 전원부를 포함하되, 상기 검지판의 양단전압을 출력하는 것일 수 있다.
본 발명은 상기 검지부를 다수개 구비하되, 상기 각각의 검지부의 출력을 상기 저역통과필터로 선택적으로 출력하는 순차선택회로를 추가로 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 순차선택회로가 아날로그 멀티플렉서일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수냉식 전력변환 시스템의 아날로그식 누수검출장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
누수검출장치(10)는 누수를 검출하는 검지부(110)와, 검지부(110)로부터 출력된 신호의 잡음을 제거하는 아날로그 저역통과필터(120)와, 아날로그 저역통과필터(120)의 출력신호를 실효치로 변환하는 실효치 변환부(130)와, 실효치 변환부 (130)로부터 출력된 실효치가 미리 설정된 레벨보다 작은지를 비교하는 비교기(140)와, 비교기(140)의 결과에 따라 이를 통지하는 알람부로 구성된다.
검지부(110)는 수냉식 파워 스택의 하단에 설치하여 스택으로부터 떨어지는 물방울을 검지하는 검지판(200)과, 검지판(200)에 직렬로 연결된 검지저항(112)과, 검지저항(112)의 일단과 검지판(200)의 일단에 접속된 전원부(114)로 구성된다.
또한, 검지부(110)는 전원부(114)로부터 인가된, 예를 들면, 24V의 직류전원에 의해 검지저항(112)과 검지판(200)의 저항값에 따라 배분된 검지판(200)의 양단전압을 아날로그 저역통과필터(120)로 출력한다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 검지부의 내부 구성을 나타낸 블록도(a)와, 검지판의 평면도(b)이다.
검지판(200)은 실리콘 기판(216)과, 실리콘 기판(216) 위에 형성된 실리콘 산화막(218)과, 실리콘 산화막(218) 위에 일정간격의 빗 형상이 서로 교차되도록 형성된 금속배선(214)과, 금속배선(214)의 양단에 형성된 전극(212)으로 구성된다.
이러한 검지판(200)은 반도체 공정에 의해 ㎛급의 미세 금속배선(214)을 형성하는데, 금속배선(214)의 양단에 형성된 전극(212) 사이는 누수가 없으면 절연 상태가 유지되어 그 저항값이 거의 무한대가 되지만, 냉각 스택의 누수에 따른 미소 물방울 또는 응축방울이 금속배선(214) 사이에 낙하하면, 순수의 비저항에 의해 전극(212) 양단은 일정한 저항값(약 2㏁)을 갖게 된다.
검지부(110)는 검지판(200)의 양단전압을 누수의 검지결과로서 아날로그 저역통과필터(120)로 출력하는데, 검지판(200)에 누수된 물방울이 없는 경우에는 금 속배선(214) 사이의 절연에 의해 검지판(200) 양단은 거의 무한대의 저항을 가지므로 전원부(114)의 전압이 모두 인가된다.
또한, 검지판(200)에 누수가 낙하하면, 누수에 의한 검지판(200)의 저항변화에 따라 검지저항(112)과 검지판의 저항값에 따라 배분된 전압이 검지판(200)의 양단에 인가됨으로써, 누수를 검지한다.
아날로그 저역통과필터(120)는 전력변환 시스템으로부터 발생하여 검지판(200)의 금속배선(214)을 통하여 유입되는 잡음을 검지결과 신호로부터 제거한다.
실효치 변환부(130)는 연산증폭기를 이용하여 아날로그 저역통과필터(120)의 출력신호를 일정한 레벨의 실효치로 변환한다.
비교기(140)는 미리 설정된 레벨과 실효치 변환부(130)로부터 출력된 실효치를 비교하여 그 결과를 알람부(150)로 출력한다.
알람부(150)는 누수경보 및 표시부로 구성되며, 비교기(140)의 출력에 따라 누수정보를 사용자에게 통지한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 수냉식 전력변환 시스템의 아날로그식 누수검출장치(10)의 동작을 설명하면, 먼저, 수냉식 스택으로부터 초기 물방울이 검지판(200)으로 낙하하면, 검지판(200)의 저항이 변화되어 검지부(110)는 그에 따라 변환된 전압을 출력한다.
여기서, 검지판(200)은 미세한 금속배선(214)사이에 순수가 유입됨에 따라 거의 무한대의 저항값에서 특정 저항값으로 낮아지게 되므로, 검지부(110)는 검지저항(112)과 변화된 검지판(200)의 저항에 따라 배분된 전압을 출력한다.
이때, 스택은 항상 대용량의 전력을 스위칭하기 때문에 검지판(200)으로 상당한 량의 잡음을 방출하는데, 이러한 잡음은 검지판(200)의 금속배선(214)이 안테나 역할을 하여 검지부(110)로 유입된다.
즉, 검지부(110)는 그 내부의 전원부(114)가 직류전원이므로 직류전압을 출력해야 하지만, 전력변환 시스템으로부터 발생하여 검지판(200)의 금속배선(214)을 통하여 유입되는 잡음에 의한 교류성분이 더해진 신호가 출력된다.
아날로그 저역통과필터(120)는 이와 같이 유입된 잡음을 검지부(110)의 출력신호로부터 제거하고 실효치 변환부(130)로 출력한다.
도 3은 도 1의 검지부의 출력 전압파형을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 검지부(110)의 출력전압은 전력변환 시스템으로부터 유입된 잡음이 더해지는 형태로 나타나는데, 실질적으로 누수를 검출하기 위한 레벨은 DC신호이기 때문에, 아날로그 저역통과필터(120)를 이용하여 DC성분만 통과시키고 AC성분은 차단한다.
한편, 아날로그 저역통과필터(120)는 그 특성상 잡음을 실질적으로 완전히 제거하지 못하기 때문에, 아날로그 저역통과필터(120)의 출력도 약간의 교류성분이 포함된다.
여기서, 실효치 변환부(130)는 이와 같이 교류성분이 포함된 신호를 일정한 레벨의 신호로 변환하기 위하여 그 실효치를 산출하여 비교기(140)로 출력한다.
비교기(140)가 누수시 검지부(110)의 출력에 대응하는 값으로 미리 설정된 기준값과 실효치 변환부(130)로부터 출력된 실효치를 비교하여 그 결과를 출력하 면, 알람부(150)는 경보음 또는 디스플레이 등의 방법으로 누수를 통지한다.
이와 같은 동작에 의해 미량의 누수를 초기에 신속하게 검지할 수 있는 동시에 전력변환 시스템으로부터 유입되는 잡음에 대하여 신뢰성 있게 누수를 검지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수냉식 전력변환 시스템의 아날로그식 누수검출장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 누수검출장치(40)는 다수의 입력이 가능한 다입력 검지부(410)와, 다입력 검지부(410)의 검지결과를 선택적으로 출력하는 순차선택회로(460)를 제외한 구성요소가 본 발명의 실시예에 따른 누수검출장치(10)와 동일하므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 다입력 검지부(410)는, 예를 들면, n개의 검지부로 구성되어 순차선택회로(460)를 통하여 그 결과를 선택적으로 출력한다.
순차선택회로(460)는 다입력 검지부(410)의 각 검지부(410-1~410-n)의 검지결과를 순차적으로 아날로그 저역통과필터(120)로 출력하는데, 이러한 순차선택회로(460)는, 예를 들면, 아날로그 멀티플렉서로 구성될 수 있다.
이러한 구성에 의해 다양한 위치에 검지부를 설치하고 순차선택회로를 이용하여 검지 결과를 선택적으로 출력함으로써, 아날로그 저역통과필터와, 실효치 변환부와, 비교기 및 알람부로 구성된 공통회로를 이용하여 누수검출장치의 적용범위를 확장할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 수냉식 전력변환 시스템의 아날로그식 누수검출장치는 일정간격의 빗 형상이 서로 교차되도록 형성된 검지판의 저항이 누수에 의해 변화됨을 감지하여 누수를 검출함으로써, 미소량의 누수를 초기에 신속하게 검지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 아날로그 저역통과필터에 의해 잡음을 제거하는 동시에 누수여부의 판단을 위하여 잡음에 강한 아날로그 소자를 사용함으로써, 전력변환 시스템으로부터 유입되는 잡음에 효과적으로 대체하여 누수검출의 신뢰성을 확보할 수 있다.

Claims (4)

  1. 누수여부에 따라 출력전압이 변화되는 검지부와;
    상기 검지부의 출력신호의 잡음을 제거하는 아날로그 저역통과 필터와;
    상기 저역통과 필터의 출력신호를 실효치로 변환하는 실효치 변환부와;
    상기 실효치 변환부로부터 출력된 실효치가 미리 설정된 레벨보다 작은지를 비교하는 비교기와;
    상기 비교기의 결과에 따라 이를 통지하는 알람부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수냉식 전력변환 시스템의 아날로그식 누수검출장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 검지부는,
    실리콘 기판 위에 일정간격의 빗(comb) 형상이 서로 교차되도록 형성된 금속배선으로 이루어진 검지판과;
    상기 검지판에 직렬로 연결된 검지저항과;
    상기 검지저항의 일단과 상기 검지판의 일단에 접속된 전원부를 포함하되, 상기 검지판의 양단전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 수냉식 전력변환 시스템의 아날로그식 누수검출장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 검지부를 다수개 구비하되, 상기 각각의 검지부의 출력을 상기 저역통과필터로 선택적으로 출력하는 순차선택회로를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 전력변환 시스템의 아날로그식 누수검출장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 순차선택회로는 아날로그 멀티플렉서인 것을 특징으로 하는 수냉식 전력변환 시스템의 아날로그식 누수검출장치.
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