KR20130068253A - 철도차량용 추진제어시스템의 수냉각 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 철도차량용 추진제어시스템의 수냉각 장치에 관한 것으로, 특히 추진제어시스템의 컨버터 및 인버터에 반도체스위칭소자에서 발생한 열이 전달되도록 열전도성 소재로 이루어지며 내부에는 발생한 열을 냉각시키기 위한 열매체가 유동하도록 형성되는 냉각부와, 상기 냉각부에 열매체가 전달되도록 연결되어 이 냉각부에서 가열된 열매체의 열을 대기중으로 방출하여 냉각하기 위한 라디에이터와, 상기 라디에이터에 열매체가 전달되도록 연결되어 이 라디에이터에서 냉각된 열매체를 상기 냉각부로 공급하기 위한 순환펌프를 포함하여 이루어짐으로써, 컨버터의 반도체스위칭소자 및 인버터의 반도체스위칭소자가 강제 수냉각 방식으로 냉각됨에 따라 추진제어시스템에 대한 냉각의 신뢰성이 확보되고, 대용량의 추진제어시스템의 냉각장치 또한 소형화 설계를 가능하게 함에 따라 추진제어시스템의 전체적인 크기도 종래보다 저감시킬 수 있는 특출한 발명이다.
Description
본 발명은 철도차량용 추진제어시스템의 수냉각 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 추진제어시스템에 형성된 컨버터 및 인버터의 각 반도체스위칭소자를 냉각하기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 교류 가선전압을 수전하는 철도차량에는 컨버터에 의해 교류를 직류로 변환하고, 컨버터에 의해 변환된 직류를 인버터에 의해 교류로 변환하여 차륜을 구동하는 모터를 제어하기 위한 추진제어시스템이 장착된다.
그리고 추진제어시스템을 이루는 인버터 및 컨버터는 직류 혹은 교류전압을 변환하기 위해 반도체스위칭소자가 사용된다.
그런데 반도체스위칭소자는 전력변환을 위한 스위칭 동작시 열이 발생하게 되고, 반도체스위칭소자가 고온이 되면 정상적인 동작이 불가능하며 추진제어시스템은 전력변환을 할 수 없기 때문에 추진제어시스템에는 반도체스위칭소자를 냉각할 수 있는 냉각장치가 필요하다.
종래 철도차량용 추진제어시스템의 냉각장치는 철도차량 주행시 주행풍을 이용하여 냉각하는 자연냉각방식으로, 도 1은 자연냉각방식의 추진제어시스템의 컨버터 또는 인버터를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 컨버터(10)의 반도체스위칭소자(11) 또는 인버터의 반도체스위칭소자(21) 후방에 복수 개의 핀(31)을 구비하는 방열판(30)이 설치되되, 상기 방열판(30)은 철도차량의 외부에 노출되고, 반도체스위칭소자(11, 21)는 철도차량의 내부에 위치하도록 하였다.
따라서 철도차량 주행시 각 반도체스위칭소자(11, 21)의 발열은 방열판(30)으로 전달되면서 각 반도체스위칭소자(11, 21)는 냉각되고, 방열판(30)에 전달된 열은 주행풍에 의해 냉각되면서 대기로 방출되었다.
그러나 종래 철도차량용 추진제어시스템의 냉각장치는 자연냉각방식을 이용하기 때문에, 대용량 추진제어시스템에 적용된 반도체스위칭소자의 고속 스위칭에 의한 발열량의 경우, 철도차량이 주행중 입입되는 제한적인 주행풍만으로는 냉각의 신뢰성을 확보하지 못하는 문제점이 있었다.
또, 철도차량의 고속주행에 따라 추진제어시스템의 전력용량이 커지게 되면 사용되는 반도체스위칭소자의 수량 또한 증가함에 따라 반도체스위칭소자의 발열량에 대비하여 설계되는 방열판도 냉각용량을 증대하기 위해 핀의 개수를 늘려 외기와 접촉하는 면적을 넓혀야 하기 때문에, 종래의 추진제어시스템의 냉각장치는 추진제어시스템이 대용량일수록 크기가 증대되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 자연냉각방식보다 강제 냉각방식을 이용하여 반도체 스위칭 소자를 냉각하도록 함으로써 추진제어시스템에 대한 냉각의 신뢰성을 확보되도록 하고, 대용량의 추진제어시스템의 냉각장치 또한 소형화되도록 하여 대용량 추진제어시스템의 크기도 저감되도록 하는 것을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 철도차량용 추진제어시스템의 컨버터 및 인버터에 반도체스위칭소자를 냉각하기 위한 장치로서, 상기 반도체스위칭소자에서 발생한 열이 전달되도록 열전도성 소재로 이루어지며 내부에는 발생한 열을 냉각시키기 위한 열매체가 유동하도록 형성되는 냉각부와, 상기 냉각부에 열매체가 전달되도록 연결되어 이 냉각부에서 가열된 열매체의 열을 대기중으로 방출하여 냉각하기 위한 라디에이터와, 상기 라디에이터에 열매체가 전달되도록 연결되어 이 라디에이터에서 냉각된 열매체를 상기 냉각부로 공급하기 위한 순환펌프를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 냉각부의 내부에는 열매체의 유동을 위해 홈이 파인 냉각유로가 더 구비되며, 상기 냉각부의 외부에는 상기 냉각유로의 양단부를 각각 관통하여 열매체의 유입 및 배출을 위한 유입구 및 배출구가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 냉각유로에는 이 냉각유로의 길이방향으로 격벽을 이루도록 형성되어 상기 냉각유로가 열매체와 접촉하는 면적을 증대하기 위한 복수 개의 냉각핀이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 라디에이터의 일측에는 회전가능하게 형성되어 상기 라디에이터로 외기를 공급하기 위한 냉각팬이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 라디에이터 및 순환펌프 사이에는 열매체를 담도록 형성되어 소실된 열매체를 보충하기 위한 열매체저장탱크가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 냉각부에는 상기 반도체스위칭소자가 고정된 상기 냉각부를 내부에 수용하도록 형성되어 상기 냉각부가 철도차량에 지지되도록 하기 위한 지지부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 추진제어시스템을 이루는 컨버터 및 인버터의 각 반도체 스위칭 소자에 냉각이 강제 수냉각 방식으로 이루어짐으로써, 외부환경요인에 영향을 받는 종래 자연냉각방식보다 추진제어시스템에 대한 냉각의 신뢰성이 확보되고, 대용량의 추진제어시스템의 냉각장치 또한 소형화 설계가 가능하게 됨에 따라 추진제어시스템의 전체적인 크기도 종래보다 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 발명에 따른 철도차량용 추진제어시스템의 냉각장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 철도차량용 추진제어시스템의 수냉각 장치를 도시한 도면.
도 3, 4는 본 발명에 따른 철도차량용 추진제어시스템의 수냉각 장치에 냉각부를 도시한 사시도 및 정면도.
도 5는 도 4의 A-A선 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 철도차량용 추진제어시스템의 수냉각 장치를 도시한 도면.
도 3, 4는 본 발명에 따른 철도차량용 추진제어시스템의 수냉각 장치에 냉각부를 도시한 사시도 및 정면도.
도 5는 도 4의 A-A선 단면도.
이하, 본 발명에 따른 철도차량용 추진제어시스템의 수냉각 장치의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.
여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.
도 2 내지 5에 도시된 바와 같이 본 발명은 철도차량용 추진제어시스템의 컨버터 및 인버터에 반도체스위칭소자를 냉각하기 위한 장치로서, 그 구성은 냉각부(100)와 라디에이터(200) 및 순환펌프(300)로 대별된다.
상기 냉각부(100)는 상기 반도체스위칭소자(11, 21)에서 발생한 열이 전달되도록 열전도성 소재로 이루어지며, 내부에는 상기 반도체스위칭소자(11, 21)에서 발생한 열을 냉각시키기 위한 열매체가 유동되도록 형성된다.
그러므로 상기 냉각부(100)는 상기 반도체스위칭소자(11, 21)가 전면에 배치되어 고정되도록 판상으로 이루어지며, 내부에는 열매체의 유동을 위해 홈이 파인 냉각유로(111)가 형성되고, 외부에는 상기 냉각유로(111)의 양단부를 각각 관통하여 열매체의 유입 및 배출을 위한 유입구(112) 및 배출구(113)가 형성되어 이루어진다.
또, 상기 냉각유로(111)에는 이 냉각유로(111)의 길이방향으로 격벽을 이루도록 형성되어 상기 냉각유로(111)가 열매체와 접촉하는 면적을 증대하기 위한 복수 개의 냉각핀(114)이 더 구비된다.
그리고 상기 냉각부(100)에 인접하게는 열매체가 전달되도록 연결되어 이 냉각부(100)에서 가열된 열매체의 열을 대기중으로 방출하여 냉각하기 위한 라디에이터(200)가 형성되어 이루어진다.
그리고 상기 라디에이터(200)에 인접하게는 열매체가 전달되도록 연결되어 이 라디에이터(200)에서 냉각된 열매체를 상기 냉각부(100)로 공급하기 위한 순환펌프(300)가 형성되어 이루어진다.
또, 상기 라디에이터(200)의 일측에는 회전가능하게 형성되어 상기 라디에이터(200)로 외기를 강제로 공급하기 위한 냉각팬(400)이 더 구비된다.
또한, 상기 라디에이터(200) 및 순환펌프(300) 사이에는 열매체를 담도록 형성되어 소실된 열매체를 보충하기 위한 열매체저장탱크(500)가 더 구비된다.
한편, 상기 냉각부(100)에는 상기 반도체스위칭소자(11, 21)가 고정된 상기 냉각부를 내부에 수용하도록 형성되어 상기 냉각부가 철도차량에 지지되도록 하기 위한 지지부(120)가 더 구비되어 이루어진다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.
추진제어시스템 작동시 컨버터(10)의 반도체스위칭소자(11) 및 인버터(20)의 반도체스위칭소자(21)는 각각 전력을 흐르게 하거나 끊거나 하는 과정에서 열이 발생하게 되고, 각 반도체스위칭소자(11, 21)에서 발생한 고온의 열은 각 반도체스위칭소자(11, 21)의 후방에 접촉되도록 설치된 냉각부(100)로 각각 전달된다.
이때, 상기 냉각부(100)는 열전도성이 뛰어난 소재로 이루어졌기 때문에, 각 반도체스위칭소자(11, 21)에서 냉각부(100)로 전달되는 열전도 효율은 높게 나타난다.
그리고 냉각부(100)로 전달된 열은 상기 냉각부(100)의 내부에 형성된 냉각유로(111)로 전달된다.
이때, 유입구(112)을 통해 냉각유로(111) 내로 공급된 열매체는 냉각부(100)의 열을 빼앗은 다음, 배출구(113)을 통해 냉각부(100)의 외부로 배출되기 때문에 각 반도체스위칭소자(11, 21)는 냉각부(100)에 의해 냉각되어 진다.
그리고 냉각부(100)에서 배출된 열은 열매체를 통해 라디에이터(200)로 유입되고, 라디에이터(200)로 유입된 열매체의 열은 대기중에 방출되면서 라디에이터(200) 내의 열매체는 냉각되어 진다.
한편, 라디에이터(200)의 일측에 형성된 냉각팬(400)은 라디에이터(200)에 외기를 강제로 공급하기 때문에 라디에이터(200)의 내에 수용된 열매체는 냉각팬(400)에 의해 빠르게 냉각되어 진다.
그리고 라디에이터(200)에 의해 냉각된 열매체는 순환펌프(300)를 통해 다시 냉각부(100)로 공급되면서 열매체의 순환이 이루어진다.
만약, 열매체가 순환과정에서 소실될 경우에는 상기 라디에이터(200) 및 순환펌프(300) 사이에 열매체를 담도록 형성된 열매체저장탱크(500)를 통해 열매체의 부족분을 보충할 수 있다.
10: 컨버터 11, 21: 반도체 스위칭소자
20: 인버터 30: 방열판
31: 냉각핀 100: 냉각부
111: 냉각유로 112: 유입구
113: 배출구 114: 냉각핀
120: 지지부 200: 라디에이터
300: 순환펌프 400: 냉각팬
500: 열매체저장탱크
20: 인버터 30: 방열판
31: 냉각핀 100: 냉각부
111: 냉각유로 112: 유입구
113: 배출구 114: 냉각핀
120: 지지부 200: 라디에이터
300: 순환펌프 400: 냉각팬
500: 열매체저장탱크
Claims (6)
- 철도차량용 추진제어시스템의 컨버터 및 인버터에 반도체스위칭소자를 냉각하기 위한 장치로서,
상기 반도체스위칭소자에서 발생한 열이 전달되도록 열전도성 소재로 이루어지며 내부에는 발생한 열을 냉각시키기 위한 열매체가 유동하도록 형성되는 냉각부;
상기 냉각부에 열매체가 전달되도록 연결되어 이 냉각부에서 가열된 열매체의 열을 대기중으로 방출하여 냉각하기 위한 라디에이터; 및
상기 라디에이터에 열매체가 전달되도록 연결되어 이 라디에이터에서 냉각된 열매체를 상기 냉각부로 공급하기 위한 순환펌프를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도차량용 추진제어시스템의 수냉각 장치.
- 청구항 1 에 있어서,
상기 냉각부의 내부에는 열매체의 유동을 위해 홈이 파인 냉각유로가 더 구비되며, 상기 냉각부의 외부에는 상기 냉각유로의 양단부를 각각 관통하여 열매체의 유입 및 배출을 위한 유입구 및 배출구가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 추진제어시스템의 수냉각 장치.
- 청구항 2 에 있어서,
상기 냉각유로에는 이 냉각유로의 길이방향으로 격벽을 이루도록 형성되어 상기 냉각유로가 열매체와 접촉하는 면적을 증대하기 위한 복수 개의 냉각핀이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 추진제어시스템의 수냉각 장치.
- 청구항 1 에 있어서,
상기 라디에이터의 일측에는 회전가능하게 형성되어 상기 라디에이터로 외기를 공급하기 위한 냉각팬이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 추진제어시스템의 수냉각 장치.
- 청구항 1 에 있어서,
상기 라디에이터 및 순환펌프 사이에는 열매체를 담도록 형성되어 소실된 열매체를 보충하기 위한 열매체저장탱크가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 추진제어시스템의 수냉각 장치.
- 청구항 1 또는 2 에 있어서,
상기 냉각부에는 상기 반도체스위칭소자가 고정된 상기 냉각부를 내부에 수용하도록 형성되어 상기 냉각부가 철도차량에 지지되도록 하기 위한 지지부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 추진제어시스템의 수냉각 장치.
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Publications (1)
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| KR20130068253A true KR20130068253A (ko) | 2013-06-26 |
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| KR (1) | KR20130068253A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107600082A (zh) * | 2017-08-31 | 2018-01-19 | 中车永济电机有限公司 | 动力集中型动车组列供水连接板 |
| CN111447805A (zh) * | 2020-05-11 | 2020-07-24 | 珠海格力电器股份有限公司 | 散热效率高的散热组件、电器盒及空调 |
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2011
- 2011-12-15 KR KR1020110135233A patent/KR20130068253A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN107600082B (zh) * | 2017-08-31 | 2019-12-20 | 中车永济电机有限公司 | 动力集中型动车组列供水连接板 |
| CN111447805A (zh) * | 2020-05-11 | 2020-07-24 | 珠海格力电器股份有限公司 | 散热效率高的散热组件、电器盒及空调 |
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| A201 | Request for examination | ||
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