KR20130116742A - 태양광 전력변환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트싱크를 이용한 태양광 전력변환장치 내 리액터 냉각장치에 관한 것으로, 히트싱크(HEAT SINK)의 위치를 전력변환장치 내에서 상부 이동시키고 리액터(REACTOR)를 히트싱크에 직접 접촉시켜 전도에 의한 냉각 효과를 가져 오게 하고, 써멀 그리스(Thermal Grease)를 발라 접촉 저항을 최소화함과 동시에 전력변환장치(PCU)의 내부온도 및 리액터의 온도를 낮춤으로써 냉각 효과를 극대화하는 히트싱크를 이용한 태양광 전력변환장치 내 리액터 냉각장치에 관한 것이다.
이에 본 발명은, 태양광 전력변환장치의 케이스; 상기 케이스에 접촉 부착되는 히트싱크; 상기 태양광 전력변환장치에 설치되는 리액터, 인쇄회로기판 및 아이지비티 모듈;를 포함하고, 상기 케이스는 개구부;를 포함하여 상기 개구부를 통해 노출되는 히트싱크에 상기 리액터가 직접 접촉하여 전도에 의해 방열되어 전력변환장치 내부의 온도를 낮추는 것을 특징으로 하는 히트싱크를 이용한 태양광 전력변환장치 내 리액터 냉각장치를 제공한다.

Description

태양광 전력변환장치 {A Solar Power Convert Unit}

본 발명은 히트싱크를 이용한 태양광 전력변환장치에 관한 것으로, 히트싱크(HEAT SINK)의 위치를 전력변환장치 내에서 상부 이동시키고 리액터(REACTOR)를 히트싱크에 직접 접촉시켜 전도에 의한 냉각 효과를 가져 오게 하고, 써멀 그리스(Thermal Grease)를 발라 접촉 저항을 최소화함과 동시에 전력변환장치(PCU)의 내부온도 및 리액터의 온도를 낮춤으로써 냉각 효과를 극대화하는 히트싱크를 이용한 태양광 전력변환장치 내 리액터 냉각장치에 관한 것이다.

석탄에너지를 대신할 수 있는 친환경 재생 에너지 시스템 중 가장 자연 친화적인 태양광 발전기술 개발이 각광받고 있다. 태양광 시스템은 추가 발전장치 없이도 태양으로부터 빛을 흡수하여 직접 직류(DC) 전력형태의 전기에너지로 변환 시키고, 이를 전력변환장치(POWER CONVERT UNIT, PCU)를 통해 교류(AC) 전력으로 변환시켜 소비자에서 전기를 공급하는 장치이다.

전력변환장치는 변환 과정에서 아이지비티(IGBT) 소자 및 리액터(REACTOR) 등에서 열을 방출하기 때문에 전력변환장치(PCU) 내부의 온도가 상승하게 된다.

상기 아이지비티(IGBT)에서 발생되는 열의 경우 히트싱크(HEAT SINK)를 이용한 전도로 냉각할 수 있으나, 리액터(REACTOR)의 경우 아이피(IP) 등급 제한 때문에 밀폐된 내부에 창작하게 된다.

이때 3kW급 태양광 전력변환장치(PCU)의 리액터(REACTOR)는 대략 80~90도 이상을 고온 발열하기 때문에 전력변환장치 내부의 온도를 상승시키게 된다. 이와 같이 상승된 온도는 인쇄회로기판(PCB)을 비롯한 소자들의 작동 문제 및 수명에 영향을 미치게 된다. 또한 내부 온도가 60도 이상 높아질 경우 제품 인증에 문제가 생기기 때문에 리액터의 효과적 열 방출이 매우 중요한 이슈가 된다.

도 1을 참조하면, 기존의 히트싱크를 이용한 전력변환장치의 냉각 방식은 리액터(40)가 케이스(10) 내부에 설치되고, 케이스(10)는 막힌 구조로 형성되므로 외부에 설치된 히트싱크(30)와 케이스(10)를 통해 접촉되어 전도 냉각되는 방식을 채용하고 있다.

통상적으로 케이스(10) 내부에는 리액터(40)가 설치되고, 인쇄회로기판(60)이 캐패시터(70)와 제1저항(51) 및 제2저항(52)을 포함한 채로 설치된다.

그리고, 상기 히트싱크(30)는 케이스(10) 외부에 설치되고, 리액터(40)는 케이스(10) 내부에 설치됨으로써 전력변환장치 중 가장 큰 발열을 하는 리액터(40)의 열을 효과적으로 방열하기 어렵게 되었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 전력변환장치 내에서 리액터(REACTOR)의 온도를 추가비용 없이 효과적으로 냉각시킬 수 있는 방법을 개발하고 제조 단가를 최소화하는 히트싱크를 이용한 태양광 전력변환장치 내 리액터 냉각장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 앞서 상술한 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의하여 구현될 것이며, 하기와 같은 구성을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 태양광 전력변환장치의 케이스; 상기 케이스에 접촉 부착되는 히트싱크; 상기 태양광 전력변환장치에 설치되는 리액터, 인쇄회로기판 및 아이지비티 모듈;를 포함하고, 상기 케이스는 개구부;를 포함하여 상기 개구부를 통해 노출되는 히트싱크에 상기 리액터가 직접 접촉하여 전도에 의해 방열되어 전력변환장치 내부의 온도를 낮추는 것을 특징으로 하는 히트싱크를 이용한 태양광 전력변환장치 내 리액터 냉각장치를 제공한다.

이에 상기 아이지비티 모듈은, 상기 히트싱크에 직접 접촉되어 전도에 의해 방열되도록 한다.

그리고, 상기 케이스의 개구부는, 케이스 상부에 위치하고, 상기 리액터는, 상기 개구부에서 노출된 히트싱크의 가장자리에 설치되도록 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 리액터와 상기 히트싱크 사이에 열전도성 윤활유(Thermal Grease)가 포함되어 접촉저항이 최소화하도록 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 태양광 전력변환장치의 케이스; 상기 케이스 외부에 접촉 설치되는 히트싱크; 상기 케이스의 내부에 설치되는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판에 부착되고 히트싱크에 접촉되는 아이지비티 모듈; 상기 인쇄회로기판에 설치되는 제1저항, 제2저항 및 캐패시터;를 포함하고, 상기 케이스는 상부에 개구부를 포함하고, 상기 케이스 내부에 포함된 아이지비티 모듈이 상기 히트싱크와 접촉하여 전도 방열되고, 상기 케이스 상부 내측에 포함된 리액터는 케이스의 개구부를 통해 히트싱크에 접촉하여 전도 방열되도록 설치됨으로써 아이지비티 모듈 및 리액터가 히트싱크에 접하면서 방열되는 것을 특징으로 하는 히트싱크를 이용하여 태양광 전력변환장치의 리액터를 방열하는 방법을 제공한다.

이에 따라, 상기 리액터는 상기 히트싱크에서 발열이 적은 가장자리 부위에 설치되어 방열효과를 극대화시키도록 함이 바람직하다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 전술한 과제 해결 수단 및 후술할 구성과 결합, 작동관계에 의해서 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.

본 발명은, 전력변환장치의 내부 온도를 낮추기 위해 히트싱크 싱크를 이용하여 리액터(Reactor)를 냉각시키는 방법으로써 리액터를 외부에 설치하는 형식보다 비용 및 유지 보수 측면에서 유리하다.

본 발명은 또한, 전력변환장치(PCU)의 내부에 순환팬을 사용하여 냉각하는 방식보다 내부 온도를 약 10도 정도 더 낮출 수 있다.

본 발명은 또한, 히트싱크의 사이즈 늘려 사용하는 것이 아니라 기존 히트싱크의 가장 발열이 덜한 가장자리 공간에 리액터(Reactor)를 설치하여 히트싱크 전체의 발열 면적을 극대화시킬 수 있는 장점을 가진다.

도 1은 종래기술에 따른 전력변환장치에서 히트싱크를 통해 냉각시키는 구조를 도시한 개략도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 히트싱크를 이용한 태양광 전력변환장치 내 리액터 냉각장치.

이하에서는 본 발명에 따른 히트싱크를 이용한 태양광 전력변환장치 내 리액터 냉각장치에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

통상적으로 전력변환장치에서 리액터(Reactor)를 외부에 설치할 경우, 태양광 전력변환 장치의 기준등급이 6.5 IP 등급이므로 외부에서 리액터를 밀폐시켜야 하므로 추가 비용이 발생하여 제조 단가가 높아진다. 또한, 배선연결로 인한 다소 복잡한 구조가 될 수 있다. 또한, 히트싱크를 이용하지 않고 리액터를 내부에 설치할 경우 온도 밀집 구역에서의 온도가 약 70도 이상이 되기 때문에 인쇄회로기판(PCB) 소자의 내구성에 영향을 미치게 된다.

전력변환장치의 주발열원 중 하나인 아지비티(IGBT)가 히트싱크의 중앙부에 접촉되어 있으므로 중앙부의 접촉면에 고온이 편중되어 있다. 그러나, 히트싱크(HEAT SINK)의 상단의 경우 외기 온도 20도 기준에서 약 35도 정도로 비교적 높지 않은 온도 분포를 보이기 때문에, 본 발명은 이 위치에 리액터(REACTOR)를 연결하여 냉각 효과를 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명은 히트싱크(HEAT SINK)의 위치를 상부로 이동시키고 리액터(REACTOR)를 히트싱크(HEAT SINK)에 직접 접촉시켜 전도에 의한 냉각 효과를 가져 오도록 한다. 그리고, 상기 리액터와 히트싱크 사이에는 윤활유(Thermal Grease)를 발라 접촉 저항을 최소화한다.

이에 따라 리액터(REACTOR)의 온도를 약 20도 정도 낮출 수 있고 전력변환장치(PCU) 내부의 온도를 60도 이내로 낮출 수 있기 때문에 외부로 리액터(REACTOR)를 이동시켜 제작함으로써 제조단가를 올리는 것보다 비용적인 면에서 효과를 가져 올 수 있다.

이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 히트싱크를 이용한 태양광 전력변환장치 내 리액터 냉각장치에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 태양광 전력변환장치의 케이스(100); 상기 케이스(100)에 접촉 부착되는 히트싱크(30); 상기 태양광 전력변환장치에 설치되는 리액터(40), 인쇄회로기판(60) 및 아이지비티 모듈(90);를 포함하고, 상기 케이스는 개구부(130);를 포함하여 상기 개구부를 통해 노출되는 히트싱크(30)에 상기 리액터(40)가 직접 접촉하여 전도에 의해 방열되어 전력변환장치 내부의 온도를 낮추는 것을 특징으로 하는 히트싱크를 이용한 태양광 전력변환장치 내 리액터 냉각장치를 제공한다.

도 2 및 도 3을 참조하면 본 발명은 전력변환장치의 내부 온도를 낮추기 위하여, 주요 발원인 리액터(40, Reactor)를 기존의 히트싱크(30)에 직접 접촉하여 연결함으로써 전도에 의해 방열시키는 방법을 제공한다.

도 3에서 보는 바와 같이 케이스(100) 외부에 설치되는 히트싱크(30)에 대하여 케이스(100) 내부에 설치되는 리액터(40)가 직접 접촉할 수 있도록 개구부(130)를 포함한다.

상기 개구부(130)는 상기 케이스(100)의 일정 넓이로 관통되도록 형성되고, 이에 따라 상기 리액터(40)가 케이스(100) 내부로 노출된 히트싱크(30)에 직접 접촉하여 설치됨으로써 히트싱크의 사이즈 변동 없이 방열면적을 극대화하고 비용을 절감할 수 있게 된다.

이에 상기 아이지비티 모듈(90)은, 상기 히트싱크(30)에 직접 접촉되어 전도에 의해 방열되도록 할 수도 있고, 사이에 케이스(100)를 두어 간적접으로 접촉하여 전도에 의해 방열되돌고 할 수도 있다.

상기 리액터(40, Reactor)의 설치 위치는 히트싱크(30)의 상부에 위치하는데, 전력변환장치가 설치된 상태에서 중력의 반대 방향으로 히트싱크(30)에서 가장 발열이 덜한 곳에 위치된다.

통상적으로 도 3에서 보는 것처럼 케이스(100)의 중앙부에는 인쇄회로기판(60)에 아이지비티(IGBT) 모듈(90)이 설치되어 비교적 큰 발열이 있는데, 히트싱크(30)의 하부에는 상기 아이지비티 모듈(90)에서 발생되는 열이 방열되도록 한다.

따라서, 상기 케이스(100)의 개구부(130)가 케이스(100) 상부에 위치하도록 하고, 상기 리액터(40)는 상기 개구부(130)에서 노출된 히트싱크(30)의 가장자리에 설치되도록 함으로써 히트싱크(30)의 상부 가장자리에 발열이 가장 덜한 곳에 리액터(40)를 장착시켜 방열효과를 극대화하도록 함이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 리액터(40)와 상기 히트싱크(30) 사이에 열전도성 윤활유(Thermal Grease)가 포함되어 접촉저항이 최소화하도록 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 태양광 전력변환장치의 케이스(100); 상기 케이스 외부에 접촉 설치되는 히트싱크(30); 상기 케이스의 내부에 설치되는 인쇄회로기판(60); 상기 인쇄회로기판에 부착되고 히트싱크에 접촉되는 아이지비티 모듈(90); 상기 인쇄회로기판에 설치되는 제1저항(51), 제2저항(52) 및 캐패시터(70);를 포함하고, 상기 케이스는 상부에 개구부(130)를 포함하고, 상기 케이스(100) 내부에 포함된 아이지비티 모듈(90)이 상기 히트싱크(30)와 접촉하여 전도 방열되고, 상기 케이스(100) 상부 내측에 포함된 리액터(40)는 케이스의 개구부(130)를 통해 히트싱크(30)에 접촉하여 전도 방열되도록 설치됨으로써 아이지비티 모듈 및 리액터가 히트싱크에 접하면서 방열되는 것을 특징으로 하는 히트싱크를 이용하여 태양광 전력변환장치의 리액터를 방열하는 방법을 제공한다.

상기 리액터(40)는 상기 히트싱크(30)에서 발열이 적은 가장자리 부위에 설치되어 방열효과를 극대화시키도록 함이 바람직하다.

본 발명은 리액터(40, REACTOR)의 발열로 인해 전력변환장치 내부의 온도 상승시 히트싱크(30, HEAT SINK)는 전도 효과로 열을 방출하도록 하고, 이와 더불어 상기 리액터와 히트싱크 사이에 윤활유(Theraml Grease)를 도포하여 접촉저항을 최소화시킬 수 있다.

앞서 살펴본 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자(이하 '당업자'라 한다)가 본 발명에 따른 히트싱크를 이용한 태양광 전력변환장치 내 리액터 냉각장치를 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시예일 뿐, 전술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.

10 : 케이스 30 : 히트싱크
40 : 리액터 51 : 제1저항
52 : 제2저항 60 : 인쇄회로기판(PCB)
70 : 캐패시터 90 : IGBT 모듈
100 : 케이스 130 : 케이스 개구부

Claims (5)

1. 태양광 전력변환장치의 케이스;
   상기 케이스에 접촉 부착되는 히트싱크;
   상기 태양광 전력변환장치에 설치되는 리액터, 인쇄회로기판 및 아이지비티 모듈;를 포함하고,
   상기 리액터가 상기 히트싱크에 직접 접촉하는 태양광 전력변환장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 아이지비티 모듈은,
   상기 히트싱크에 직접 접촉되는 것을 특징으로 하는 태양광 전력변환장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 케이스는 개구부를 포함하고,
   상기 리액터는, 상기 개구부에서 노출된 히트싱크의 가장자리에 접촉되는 것을 특징으로 하는 태양광 전력변환장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 개구부는,
   케이스 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 태양광 전력변환장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 리액터와 상기 히트싱크 사이에 열전도성 윤활유(Thermal Grease)가 포함되는 것을 특징으로 하는 태양광 전력변환장치.
   

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