KR20150009344A

KR20150009344A - 진동세관형 히트파이프 방열판이 구비된 인버터 캐비넷

Info

Publication number: KR20150009344A
Application number: KR1020130083722A
Authority: KR
Inventors: 유성열
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2015-01-26
Also published as: EP2827691A2; ES2664298T3; EP2827691B1; JP2015023279A; CN104302152A; EP2827691A3; US20150021000A1

Abstract

본 발명은 진동세관형 히트파이프 방열판이 구비된 인버터 캐비넷에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방열판의 일부에 연결된 진동세관형 히트파이프가 캐비넷에서 분리된 덕트 내에서 냉각됨으로써 냉각효율이 증대되는 동시에 외부 이물질의 유입이 차단되도록 한 전력전자 기기용 캐비넷에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력전자 기기용 캐비닛은 외함; 상기 외함의 일측벽에 구획을 나누어 형성되는 덕트; 상기 덕트의 하부에 형성되는 흡입구; 상기 덕트의 상부에 구비되는 순환팬; 상기 외함의 모듈 수용부에 수용되는 전력전자 모듈의 일측에 결합되는 방열판; 상기 방열판에 장착되는 진동세관형 히트파이프;를 포함하여 구성된다.

Description

진동세관형 히트파이프 방열판이 구비된 인버터 캐비넷{Inverter Cabinet with A Heat Sink Bonded with Pulsating Heat Pipe Typed Fins}

본 발명은 진동세관형 히트파이프 방열판이 구비된 인버터 캐비넷에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방열판의 일부에 연결된 진동세관형 히트파이프가 외함에서 구획으로 분리된 덕트 내에서 냉각됨으로써 냉각효율이 증대되는 동시에 외부 이물질의 유입이 차단되도록 한 전력전자 기기용 캐비넷에 관한 것이다.

일반적으로, 전력전자 기기용 캐비넷은 그 설치장소에 따라 옥외형과 옥내형으로 대별되며, 이들 전력전자 기기 캐비넷의 내부에는 다수의 부품들이 설치되고, 이들 부품의 동작시 많은 열이 발생되므로 냉각을 위한 냉각설비를 갖추어야 한다. 더불어, 옥외형 전력전자 기기 캐비넷의 경우에는 수분, 염분, 먼지 등의 이물질이 쉽게 장비 내부로 유입될 수 있는 상태에 놓여 있으므로 이러한 이물질을 효과적으로 차단할 수 있는 구조를 갖출 것이 요구된다.

선행기술로는 출원번호 제10-2007-0073906호의 '통신기기 캐비넷용 방열구조'와 출원번호 제10-2011-0080378호의 '통신장비가 내장된 함체의 냉각장치'를 살펴볼 수 있다.

도 1에 종래기술에 따른 전력전자기기의 일례로서 인버터 캐비넷이 도시되어 있다. 종래의 중대형 인버터 캐비넷(1)은 내부에 다수개의 인버터모듈(2)이 설치되어 있다. 각 인버터모듈(2)에는 전자기판(3)를 비롯한 전자부품에서 많은 열이 발생되므로, 이의 방열을 위해 전력반도체(3)의 한 면에 방열핀이 형성된 히트싱크(4)를 대고, 캐비넷(1)의 외부에는 팬(5)을 설치한 구조를 취하고 있다. 작동방식을 살펴보면, 인버터모듈(2)에 설치된 다수개의 전자기판(3) 등에서 열이 발생되면 팬(5)을 구동시켜 외부의 차가운 공기를 내부로 흡입하되, 흡입구(6)에 부착된 필터를 통해 수분, 염분, 먼지 등의 이물질을 필터링시킨 상태로 흡입시킴으로써 오염이 제거된 찬 공기로 캐비넷 내부를 냉각시키도록 되어 있다.

그런데, 이와 같이 팬(5)을 캐비넷(1)의 외부에 설치하면 팬(5)에 대한 방수가 잘 안되고 이물질이 부착되어, 팬의 수명이 단축되거나 쉽게 고장이 발생하여 전력전자 기기 캐비넷의 방열효과가 감소한다. 이에 따라, 캐비닛 내부의 전자부품이 쉽게 손상되고, 팬의 청소나 교체와 같은 유지보수비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.

또한, 이러한 대류방식의 냉각구조는 상대적으로 현저히 차가운 외기가 캐비넷 내부로 직접 유입될 경우 내장된 전기, 전자부품들의 주변온도가 급격히 떨어지면서 결로현상을 유발하는 등 내부부품들의 정상동작을 불가능하게 하는 경우가 발생하기도 한다. 이를 방지하기 위해서는 별도의 히팅수단이 부가하는 경우 구조가 복잡해지고 전력소모가 증대되는 등의 문제점이 있다.

한편, 외부의 찬공기를 캐비넷 내부로 유입시켜서 냉각을 시키기 때문에 외부공기에 포함된 습기와 미세먼지를 포함하는 이물질이 캐비넷 내부의 전력반도체에 직접 접촉하게 되는바, 내부 전자부품에 먼지가 쌓이고 작동불량을 유발하는 등의 문제점도 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 방열판의 일부에 연결된 진동세관형 히트파이프가 외함에서 구획으로 분리된 덕트 내에서 냉각됨으로써 냉각효율이 증대되는 동시에 외부 이물질의 유입이 차단되도록 한 전력전자 기기용 캐비넷을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전력전자 기기용 캐비닛은 외함; 상기 외함의 일측벽에 구획을 나누어 형성되는 덕트; 상기 덕트의 하부에 형성되는 흡입구; 상기 덕트의 상부에 구비되는 순환팬; 상기 외함의 모듈 수용부에 수용되는 전력전자 모듈의 일측에 결합되는 방열판; 상기 방열판에 장착되는 진동세관형 히트파이프;를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 진동세관형 히트파이프의 방열부는 절곡 형성되어 상기 덕트에 노출되어 방열효과가 증대되고 상기 덕트로부터 분리되는 상기 모듈 수용부에는 외부대기의 먼지 등이 유입되지 않는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 흡입구에는 필터가 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.

한편, 상기 덕트는 별도로 제작되어 상기 외함에 분리 또는 결합될 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전력전자 기기용 캐비닛에 의하면, 전도와 대류 및 진동세관형 히트파이프를 이용한 상변화 냉각 방식을 겸용하여 냉각시킴으로써 그 냉각효율이 증대되는 효과가 있다.

또한, 외함에 별도로 구획을 지어 마련된 덕트에 히트파이프 방열부가 노출되는 구조로 인해 내부에 외부공기가 유입되지 않으므로, 내부의 전자부품이 이물질이나 먼지 등에 노출되지 않는 효과가 있다. 더불어, 외기가 직접 전력전자 모듈이나 방열판에 접촉되지 않음으로 인해 온도의 급격한 변화나 결로현상 등이 방지되는 효과가 있다.

한편, 순환팬이 외부로 노출되지 않아 오염 및 훼손의 가능성이 감소하고, 유지보수비용이 감소한다.

도 1은 종래기술에 따른 전력전자 기기용 캐비넷의 사시도이다.
도 2는 종래기술에 따른 전력전자 기기용 캐비넷의 부분사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 따른 전력전자 기기용 캐비넷의 사시도이다.
도 4는 도 3의 측면도이다.
도 5는 도 3의 부분사시도이다.
도 6은 도 3에서 방열판에 대한 사시도이다.
도 7은 도 3에서 덕트에 대한 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전력기기 캐비닛용 냉각장치는 전력전자 기기용 캐비넷에 있어서, 외함(10); 상기 외함(10)의 일측벽에 구획을 나누어 형성되는 덕트(15); 상기 덕트(15)의 하부에 형성되는 흡입구(16); 상기 덕트(15)의 상부에 구비되는 순환팬(17); 상기 외함(10)의 모듈 수용부(11)에 수용되는 전력전자 모듈(20)의 일측에 결합되는 방열판(30); 상기 방열판(30)에 장착되는 진동세관형 히트파이프(35);를 포함하여 구성된다.

도 3은 본 발명에 따른 따른 전력전자 기기용 캐비넷의 사시도이고, 도 4는 도 3의 측면도, 도 5는 도 3의 부분사시도이다. 도 6은 방열판에 대한 사시도이고,도 7은 도 3에서 덕트에 대한 사시도이다. 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

외함(10)은 전기전자 캐비넷의 본체를 이루는 것으로 일반적으로는 직육면체의 상자형으로 이루어진다. 재질은 철재와 합성수지 혼합물 등으로 이루어질 수 있으며, 내부에 수용되는 부품들의 성질이나 크기 및 무게, 강도 등을 고려하여 적절하게 설계될 수 있다.

외함(10)의 내부는 전력전자 모듈(20)이 수용될 수 있는 모듈 수용부(11)와 외기가 순환되어 방열이 일어나도록 하는 덕트(15)로 나누어진다. 모듈 수용부(11)와 덕트(15)는 외함(10) 내부에 격벽으로 구분되는 구획으로 이루어질 수 있다. 다른 실시예로는 도 7에 도시된 바와 같이 덕트(15)가 별도로 제작되어 외함(10)의 일측에 결합되는 방식으로 이루어질 수도 있다.

덕트(15) 하부에는 흡입구(16)가 형성된다. 흡입구(16)는 장방형의 긴 홀로 형성될 수 있다. 흡입구(16)의 폭은 외기를 흡수할 수 있도록 적절하게 설계되어야 한다. 흡입구(16)에는 외기로부터 들어오는 오염물질이나 먼지 등을 걸러낼 수 있도록 필터(미도시)가 부착될 수 있다.

덕트(15) 상부에는 순환팬(17)이 설치된다. 순환팬(17)은 외부에 노출되지 않도록 설치되어 순환팬(17)으로부터 나가는 바람만 덕트(15)에 설치된 팬홀을 통해 외부로 나가도록 된다. 순환팬(17)은 용량에 따라 적절한 갯수로 설치될 수 있다.

덕트(15)에는 순환팬(17)에 의해 공기가 강제대류되므로 덕트(15) 하부에 있는 흡입구(16)로부터 외부의 대기가 빨려들어오게 되어 덕트(15)를 거쳐 덕트(15) 상부의 팬홀을 통해 다시 외부로 대기가 빠져나가게 된다.

덕트(15)가 외함(10)에 결합되는 면에는 후술하는 진동세관형 히트파이프(35)가 삽입관통될 수 있는 장착홀(18)이 다수개 형성된다.

전력전자 모듈(20)은 모듈 수용부(11)에 설치된다. 일반적으로 중대형 전기전자 캐비넷에는 전력전자 모듈(20) 다수개가 설치되게 된다. 도 3에 도시된 일 실시예에서는 인버터로 구성된 전력전자 모듈(20)이 나타나 있다. 전력전자 모듈(20)에는 PCB기판 등으로 구성되는 발열소자(21)가 장착되어 있고, 발열소자(21)로부터 발생하는 열을 방출하기 위해 방열판(30)이 설치된다.

방열판(30)은 발열소자(21)의 열을 방출시키기 위하여 발열소자(21)의 일측에 접하여 장착된다. 방열판(30)은 다수개의 발열소자(21)를 포괄하도록 장착될 수 있다. 방열판(30)은 설치성을 높이고 냉각효과를 높이기 위하여 판상으로 형성될 수 있다. 방열판(30)은 전력전자 모듈(20)에 나사 결합 등에 의해 결합될 수 있으나, 열집중 현상 등을 방지하여 냉각효과를 최대화하기 위하여 별도 부품에 의해 결합되지 않고, 접착제에 의해 결합될 수 있다.

진동세관형 히트파이프(35)가 방열판(30)에 부착된다. 진동세관형 히트파이프(35)는 일반적으로 알려진 바와 같이 충전된 물질의 상변화를 통해 잠열을 방출할 수 있다. 히트파이프의 열전도성은 매우 우수하기 때문에 열전달 효과는 상당히 크다. 예를 들면 알루미늄 판재의 열전도도가 220 W/m.℃ 수준인데 비해 히트파이프는 10,000 W/m.℃ 정도로 50배의 방열특성이 향상되는 효과가 있다.

진동세관형 히트파이프(35)의 흡열부(36)가 방열판(30)에 부착된다. 이는 접합이나 융착 방법 등이 쓰일 수 있다. 다른 실시예로 방열판(30)의 내부에 삽입되는 방식으로 결합될 수도 있다. 도 6에는 (a) 히트파이프의 흡열부가 방열판(30)에 부착되는 경우와, (b) 히트파이프의 흡열부가 방열판에 부착되는 경우의 실시예가 도시되어 있다.

진동세관형 히트파이프(35)의 방열부(37)는 흡열부(36)로부터 절곡되어 형성될 수 있다. 진동세관형 히트파이프(35)의 흡열부(36)가 모듈 수용부(11)의 덕트(15) 일측에 형성된 장착홀(18)을 통과하여 전력전자 모듈(20) 내부에 관통 삽입되어 발열소자(21)에 결합되는 반면에, 진동세관형 히트파이프(35)의 방열부(37)는 덕트(15) 내부에 놓여져 외기에 노출되게 된다.

외함에 구획을 나누거나 외함과 별도로 마련된 덕트(15)에 히트파이프 방열부(37)가 노출됨으로 인해 모듈 수용부(11) 내부에 외기의 먼지 등이 유입되지 않는 효과가 있다. 더불어, 외기가 직접적으로 전력전자 모듈(20)이나 방열판(30)에 닿지 않음으로 인해 온도의 급격한 변화나 결로현상이 방지되는 효과가 있다.

또한, 순환팬(17)이 외부에 노출되지 않아 오염 및 훼손이 감소하고, 유지보수비용이 감소한다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시 예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

10 외함 11 수용부
15 덕트 16 흡입구
17 순환팬 18 장착홀
20 전력전자 모듈 21 발열소자
30 방열판 35 히트파이프
36 흡열부 37 방열부

Claims

외함;
상기 외함의 일측벽에 구획을 나누어 형성되는 덕트;
상기 덕트의 하부에 형성되는 흡입구;
상기 덕트의 상부에 구비되는 순환팬;
상기 외함의 모듈 수용부에 수용되는 전력전자 모듈의 일측에 결합되는 방열판;
상기 방열판에 장착되는 진동세관형 히트파이프;를 포함하는 전력전자 기기용 캐비넷.
제1항에 있어서, 상기 진동세관형 히트파이프의 방열부는 절곡 형성되어 상기 덕트에 노출되어 방열효과가 증대되고 상기 덕트로부터 분리되는 상기 모듈 수용부에는 외부대기의 먼지 등이 유입되지 않는 것을 특징으로 하는 전력전자 기기용 캐비넷.
제1항에 있어서, 상기 흡입구에는 필터가 구비되는 것을 특징으로 하는 전력전자 기기용 캐비넷.
제1항에 있어서, 상기 덕트는 별도로 제작되어 상기 외함에 분리 또는 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 전력전자 기기용 캐비넷.