KR20120138046A - 히트파이프를 이용한 금속제 케이스를 갖는 정션박스 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 엔진룸에 설치되는 정션박스를 히트파이프의 원리를 이용하여 효율적으로 냉각하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 알루미늄 케이스의 상부 히트 싱크 구조에 열전도도가 높은 구리 파이프를 조합한 히트파이프의 원리를 이용하여 온도를 낮추는 새로운 형태의 냉각 방식을 구현함으로써, 냉각 속도를 보다 빠르게 하여 방열 성능을 높일 수 있으며, 부품 보호는 물론 작동의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 히트파이프를 이용한 정션박스 냉각장치를 제공한다.

Description

히트파이프를 이용한 금속제 케이스를 갖는 정션박스 냉각장치{Cooling system for junction box using heatpipe}

본 발명은 자동차의 엔진룸에 설치되는 정션박스를 냉각하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 히트파이프의 원리를 이용하여 금속제 케이스를 갖는 정션박스를 효율적으로 냉각하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 엔진룸에 설치되는 정션박스는 릴레이와 퓨즈를 이용하여 전원분배를 하는 장치이다.

이러한 정션박스는 퓨즈, 릴레이 등의 다양한 부품들을 회로 사이에 조합하여 박스에 내장시킨 와이어 하니스의 배전기능을 가진 일종의 배전박스로서, 보통 메인 커버와, 다수 층을 이루는 버스-바 레이어(Bus-Bar Layer) 또는 PCB, 하부 커버 및 하단 커버 등으로 이루어져 있다.

도 1에서는 차량의 엔진룸 내에 정션박스가 설치되어 있는 모습을 보여주고 있으며, 여기서 도면부호 10은 메인 커버를 나타낸다.

기존의 정션박스는 릴레이와 퓨즈가 손상될 경우에 해당 부품을 교체해야 하는 번거로움이 있으며, 케이스가 사출물로 되어 있어 발열에 취약한 면을 보이고 있다.

이러한 점을 고려하여 본원 출원인은 실차에 적용하기 위하여 파워 반도체를 이용한 정션박스를 개발 중이다.

정션박스에 사용된 IPS 등 파워 반도체와 각종 전자 소자 작동시 발열이 발생하며, 열에 의해 전자 소자가 파손되면 반도체 적용 정션박스의 기능이 정지하게 된다.

이러한 이유 때문에 열에 의한 파손을 방지하고 반도체 적용 정션박스의 열을 냉각시켜주어야 한다.

따라서, 본 발명은 위에서 언급한 반도체 적용 정션박스를 보다 효과적으로 냉각시킬 수 있는 장치를 그 안출의 대상으로 한다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 알루미늄 케이스의 상부 히트 싱크 구조에 열전도도가 높은 구리 재질의 파이프를 조합한 히트파이프의 원리를 이용하여 온도를 낮추는 새로운 형태의 냉각 방식을 구현함으로써, 냉각 속도를 보다 빠르게 하여 방열 성능을 높일 수 있으며, 부품 보호는 물론 작동의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 히트파이프를 이용한 정션박스 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 히트파이프를 이용한 정션박스 냉각장치는 다음과 같은 특징이 있다.

상기 정션박스 냉각장치는 히트파이프의 원리를 이용하는 냉각장치로서, 상부에 히트 싱크를 정션박스 케이스와 차체 사이에 구리 파이프 등과 같이 열전도도가 뛰어난 재질로 이루어진 히프파이프를 연결 설치한 구조로 이루어지며, 이에 따라 정션박스에 발생되는 열이 박스 보다 상대적으로 낮은 온도를 가지는 차체로 전달되면서 정션박스의 온도가 효과적으로 낮춰질 수 있도록 하는 특징이 있다.

여기서, 상기 히트파이프는 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 예를 들면 케이스의 상부에 돌출되어 있는 히트 싱크의 사이사이에 삽입되어 케이스측과 밀착되면서 일정간격을 두고 나란하게 배치되는 다수의 방열핀와, 상기 각 방열핀의 한쪽 끝을 일체 이어주면서 차체측에 고정되는 연결핀으로 구성하여, 열 전달을 위한 서로 간의 접촉면적을 최대한 확보하는 것을 바람직하다.

그리고, 상기 히트파이프의 경우, 연결핀의 끝에 브라켓을 장착하고, 이 브라켓을 이용하여 차체측에 볼트 체결구조로 고정시키는 것이 박스를 좀더 견고하게 안정적으로 잡아줄 수 있는 측면에서 바람직하다.

본 발명에서 제공하는 히트파이프를 이용한 정션박스 냉각장치는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 반도체 적용 정션박스 보다 상대적으로 낮은 온도인 차체로 열을 전달하여 정션박스의 온도를 정상작동을 위한 요구 조건 온도로 유지할 수 있다.

둘째, 구리 파이프를 알루미늄 케이스의 발열을 위한 도출 구조물 사이에 들어가도록 하는 구조이기 때문에 구조 변경을 최소화할 수 있다.

셋째, 많은 부하가 작동하여 전자 소자들의 온도가 급격히 상승될 때 빠른 냉각을 통하여 서멀 셧다운을 방지하고, 전자 소자의 기능 차단을 하지 않고 정상 기능을 동작시켜줄 수 있다.

넷째, 박스에 부착된 구리 파이프가 차체에 고정되어 박스의 차체 고정용 브라켓 외에 추가 고정 효과를 가져올 수 있고, 이에 따라 진동에 의한 박스 파손을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 정션박스가 설치되어 있는 엔진룸 내부를 나타내는 개략도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 적용 정션박스의 냉각장치를 나타내는 분리 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 적용 정션박스의 냉각장치를 나타내는 결합 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 적용 정션박스의 냉각장치에서 열 전달 원리를 나타내는 평면도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 적용 정션박스의 냉각장치를 나타내는 분리 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 적용 정션박스의 냉각장치를 나타내는 결합 사시도이다.

도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 정션박스 냉각장치는 알루미늄 재질의 박스측과 차체측 사이에 열전도도가 우수한 히트파이프(14)를 연결 설치하여, 박스 보다 상대적으로 낮은 온도를 이루고 있는 차체측으로 자연스럽게 열 전달이 이루어지도록 하면서 정션박스에서 발생하는 열을 냉각시키는 방식으로 이루어진다.

즉, 상기 히트파이프를 이용한 정션박스 냉각장치는 상부에 히트 싱크(12)가 형성되어 있는 정션박스 케이스(11)와 차체(도 5의 도면부호 13) 사이에 히프파이프(14)를 연결 설치함으로써, 정션박스에 발생되는 열이 박스 보다 상대적으로 낮은 온도를 가지는 차체로 전달되도록 하여, 정션박스의 온도를 낮출 수 있는 방식으로 이루어진다.

이를 위하여, 반도체 적용 정션박스의 본체로서 알루미늄 재질의 케이스(11)가 갖추어져 있는 박스 본체(18)가 마련되고, 상기 케이스(11)의 상부에는 일정높이로 돌출되면서 나란하게 배치되는 여러 줄의 히트 싱크(12)가 형성된다.

그리고, 박스측 열을 차체측으로 전달되도록 하는 수단으로 히트파이프(14)가 마련된다.

상기 히트파이프(14)는 박스의 돌출된 알루미늄 히트 싱크 구조에 구리 재질 등의 핀 또는 파이프를 삽입하여 케이스와 밀착 구성하고, 각각의 위치에 고정시킨 핀 또는 파이프를 케이스 외곽에서 하나로 합친 후에 차체에 고정할 수 있는 형상으로 이루어진다.

예를 들면, 상기 히트파이프(14)는 다수의 방열핀(15)과 각 방열핀(15)을 일체로 이어주는 연결핀(16)으로 구성되는데, 상기 각 방열핀(15)은 서로가 일정간격을 두고 나란하게 배치되면서 케이스(11)의 상부에 돌출되어 있는 히트 싱크(12)의 사이사이에 나란하게 삽입되어 케이스(11)측과 밀착되는 구조로 설치되고, 상기 연결핀(16)은 각 방열핀(15)의 한쪽 끝에 동시에 연결되면서 차체측에 고정되는 구조로 설치된다.

이때, 상기 히트파이프(14)의 연결핀(16)에는 끝에 브라켓(17)이 장착되어 있으며, 이때의 브라켓(17)을 이용하여 차체측에 용접이나 볼트 체결구조 등으로 고정될 수 있게 된다.

특히, 위와 같이 히트파이프(14)가 방열핀(15)을 통해 케이스측에 고정되고, 이와 함께 연결핀(16)을 통해 볼트 체결구조 등으로 차체(13)측에 고정되므로서, 반도체 적용 정션박스는 자체적으로도 고정되지만 히트파이프(14)에 의해서도 추가적으로 고정되기 때문에 보다 견고한 고정상태가 유지될 수 있게 되고, 결국 진동에 의한 박스 파손이 방지될 수 있게 된다.

또, 여러 줄의 나란한 방열핀(15)을 히트 싱크(12) 사이사이에 그대로 삽입 설치하는 방식이므로, 기존 알루미늄 케이스 구조나 형상 변경없이도 쉽게 적용이 가능하고, 따라서 신차 뿐만 아니라 현재 운행 중인 차량에 폭넓게 적용할 수 있는 이점이 있다.

이러한 히트파이프(14)는 열전도도가 높은 다양한 재질을 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 일 예로서 열 전도도가 우수한 구리 파이프로 이루어진 히트파이프를 제공한다.

여기서, 상기 히트파이프(16)의 구성요소를 핀으로 표현하였지만, 소정의 직경을 가지는 구리 파이프를 같은 형상으로 적용할 수도 있다.

그리고, 상기 히트파이프(16)의 각 방열핀(15)은 용접, 접착, 볼팅 등의 방법으로 케이스(11)의 표면에 밀착 고정시킬 수 있다.

따라서, 이와 같이 구성되는 정션박스 냉각장치의 냉각작용에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 적용 정션박스의 냉각장치에서 열 전달 원리를 나타내는 평면도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 알루미늄 재질의 케이스(11)에서 냉각을 위해 돌출된 히트 싱크(12) 구조 사이에 히트파이프(14)의 방열핀(15)을 삽입시켜 케이스측과 밀착시키고, 이렇게 밀착 고정시킨 상태에서 히트파이프(14)의 연결핀(16)의 끝에 있는 브라켓(17)을 차체(13)에 고정시킨다.

따라서, 정션박스의 전자 소자에서 발생된 열은 케이스(11)로 전달되고, 이렇게 전달된 열은 히트파이프(14)의 방열핀(15)과 연결핀(16)을 통해 차체(13)에 전달된다.

결국 박스 보다 상대적으로 온도가 낮은 차체(13)로의 열 전달에 의해 케이스(11)의 온도가 낮아져 냉각이 이루어지게 된다.

이와 같이, 본 발명은 알루미늄 케이스에 열전도도가 높은 구리 파이프를 부착시켜 케이스 냉각 속도를 보다 빠르게 유지함으로써, 알루미늄 케이스의 방열 성능을 높일 수 있는 이점이 있다.

10 : 메인 커버 11 : 케이스
12 : 히트 싱크 13 : 차체
14 : 히트파이프 15 : 방열핀
16 : 연결핀 17 : 브라켓
18 : 박스 본체

Claims (4)

1. 히트파이프의 원리를 이용한 냉각장치로서,
   상부에 히트 싱크(12)를 가지는 정션박스 케이스(11)와 차체(13) 사이에 히프파이프(14)를 연결 설치하여, 정션박스에 발생되는 열이 박스 보다 상대적으로 낮은 온도를 가지는 차체로 전달되도록 함으로써, 정션박스의 온도를 낮출 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 금속제 케이스를 갖는 정션박스 냉각장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 히트파이프(14)는 케이스(11)의 상부에 돌출되어 있는 히트 싱크(12)의 사이사이에 삽입되어 케이스측과 밀착되면서 일정간격을 두고 나란하게 배치되는 다수의 방열핀(15)와, 상기 각 방열핀(15)의 한쪽 끝을 일체 이어주면서 차체측에 고정되는 연결핀(16)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 금속제 케이스를 갖는 정션박스 냉각장치.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 히트파이프(14)의 연결핀(16)은 끝에 장착되어 있는 브라켓(17)을 이용하여 차체측에 볼트 체결구조로 고정되는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 금속제 케이스를 갖는 정션박스 냉각장치.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히트파이프(14)는 열 전도도가 우수한 구리 파이프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 금속제 케이스를 갖는 정션박스 냉각장치.

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