KR20150011176A

KR20150011176A - 냉각 장치

Info

Publication number: KR20150011176A
Application number: KR1020130086119A
Authority: KR
Inventors: 권혁일
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2013-07-22
Filing date: 2013-07-22
Publication date: 2015-01-30
Also published as: CN104333997B; EP2830404B1; EP2830404A3; ES2767339T3; EP2830404A2; US20150022972A1; JP2015021725A; CN104333997A

Abstract

냉각 장치는 제1 영역 및 상기 제1 영역과 격리된 제2 영역을 포함하는 케이스; 상기 제1 영역에 배치되며 외부 공기를 이용하여 제1 발열 유닛을 냉각시키는 제1 냉각 유닛; 및 상기 제2 영역에 배치되며 내부 공기를 순환시켜 제2 발열 유닛을 순환 냉각시키는 제2 냉각 유닛을 포함한다.

Description

냉각 장치{COOLING DEVICE}

본 발명은 냉각 장치에 관한 것이다.

일반적으로 산업용 전자 제품 또는 가정용 전자 제품에는 다량의 열을 발생시키는 발열 소자들이 배치된다.

예를 들어, 산업용 제품 중 직류 전원을 교류 전원으로 변경시키는 인버터의 경우 상용 교류 전원을 전력용 반도체를 이용하여 직류 전원으로 변환시킨 후 직류 전원을 요구되는 주파수 및 전압을 갖는 교류 전원으로 변환시키는데 전력용 반도체 및 주변 장치로부터는 다량의 열을 발생시킨다.

인버터의 경우는 전력용 반도체를 냉각시키기 위한 히트 싱크가 장착되고 있는데 히트 싱크는 냉각팬 등에 의하여 강제 냉각되는 반면 열을 발생시키는 주변 장치들은 자연 냉각되는 방식이 주로 사용된다.

이와 같이 주변 장치를 자연 냉각 방식으로 냉각시킬 경우 주변 장치가 과도하게 가열되어 제품의 성능이 감소 되거나 제품 파손이 발생 될 수 있다.

본 발명은 개방된 공간에 배치되며 히트 싱크와 같은 방열 부재와 결합 되는 발열 유닛은 외부 공기를 이용하여 강제 냉각시키고, 밀폐된 공간에 배치되며 히트 싱크와 결합 되지 않은 발열 유닛은 내부 공기를 순환시켜 강제 냉각시키는 냉각 장치를 제공한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일실시예로서, 냉각 장치는 제1 영역 및 상기 제1 영역과 격리된 제2 영역을 포함하는 케이스; 상기 제1 영역에 배치되며 외부 공기를 이용하여 제1 발열 유닛을 냉각시키는 제1 냉각 유닛; 및 상기 제2 영역에 배치되며 내부 공기를 순환시켜 제2 발열 유닛을 순환 냉각시키는 제2 냉각 유닛을 포함한다.

냉각 장치의 상기 케이스는 상기 제1 및 제2 영역들을 격리시키는 격리판을 포함한다.

냉각 장치의 상기 격리판 상에 배치되며 상기 제1 발열 유닛과 결합 된 회로 기판을 더 포함한다.

냉각 장치의 상기 제1 냉각 유닛은 상기 제1 발열 유닛과 결합 된 히트 싱크 및 상기 외부 공기를 상기 제1 영역으로 도입하는 냉각팬을 포함하고, 상기 제2 냉각 유닛은 상기 제2 발열 유닛을 서포트 하는 지지판 및 상기 내부 공기를 상기 제2 영역 내에서 순환시키기 위한 순환팬을 포함한다.

냉각 장치의 상기 지지판의 적어도 일측 단부는 상기 케이스의 측면판으로부터 이격 되며 상기 지지판에는 상기 순환팬이 결합 되는 개구가 형성된다.

냉각 장치의 상기 순환팬은 상기 지지판과 평행하게 배치된다.

냉각 장치의 상기 순환팬은 상기 지지판에 대하여 경사지게 배치된다.

본 발명에 따른 냉각 장치에 의하면, 개방된 공간에 배치되며 히트 싱크와 같은 방열 부재와 결합 되는 발열 유닛은 외부 공기를 이용하여 강제 냉각시키고, 밀폐된 공간에 배치되며 히트 싱크와 결합 되지 않은 발열 유닛은 내부 공기를 순환시켜 강제 냉각시켜 발열 유닛의 냉각 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 순환팬 및 지지판을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각장치의 단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각 장치의 단면도이다. 도 2는 도 1의 순환팬 및 지지판을 도시한 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 냉각 장치(600)는 케이스(100), 제1 냉각 유닛(200) 및 제2 냉각 유닛(300)을 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따른 냉각 장치(600)는 산업용 전자 제품 또는 가정용 전자 제품 등에 폭넓게 장착될 수 있으며, 본 발명의 일실시예에서 냉각 장치(600)는, 예를 들어, 산업용 전자 제품으로써 상용 교류 전원을 요구되는 주파수 및 전압을 갖는 교류 전원으로 변경하는 인버터(invertor)에 장착된 것을 설명하기로 한다.

케이스(100)는 인버팅 동작을 수행하기 위한 장치들 및 제1 냉각 유닛(200) 및 제2 냉각 유닛(300)을 수용하는 공간을 제공한다.

본 발명의 일실시예에서, 케이스(100)는, 예를 들어, 2 개의 공간들로 구분되며, 이하, 2 개의 공간들은 제1 영역(FR) 및 제1 영역(FR)에 대하여 격리된 제2 영역(SR)으로서 정의된다. 제1 영역(FR)은, 예를 들어, 개방된 공간이고, 제2 영역(SR)은 밀폐된 공간일 수 있다.

케이스(100) 내부에 2 개의 공간들을 형성하기 위하여 케이스(100)에는 격리판(110)이 형성된다. 격리판(110)은 케이스(100)의 중간 부분에 배치되고 격리판(110)에 의하여 케이스(100)는 제1 영역(FR) 및 제2 영역(SR)으로 구분된다.

격리판(110)에 의하여 제2 영역(SR)은, 예를 들어, 제1 영역(FR)의 상부에 배치되며, 격리판(110)의 일부에는 개구가 형성되는데, 격리판(110)에 형성된 개구는 제2 영역(SR)에 배치되는 제1 발열 유닛을 제1 영역(FR)에 배치되는 히트 싱크에 결합할 수 있도록 한다.

본 발명의 일실시예에서, 케이스(100) 중 제1 영역(FR)에 대응하는 부분에는 외부 공기를 제1 영역(FR)으로 도입 및 배출하기 위한 개구(120,130)들이 형성되며, 제2 영역(SR)은 외부로부터 먼지와 같은 이물질이 유입되지 않도록 밀폐된다.

한편, 케이스(100)의 내부를 제1 영역(FR) 및 제2 영역(SR)으로 구분하는 격리판(110)의 상면에는 회로 기판(140)이 배치된다.

회로 기판(140) 상에는 제1 발열 유닛(150)이 배치되며, 회로 기판(140) 및 제1 발열 유닛(150)은 상호 전기적으로 연결된다.

본 발명의 일실시예에서, 제1 발열 유닛(150)은 전력용 반도체를 포함할 수 있고, 예를 들어, 제1 발열 유닛(150)은 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT;Insulated gate bipolar transistor)를 포함할 수 있다. 이와 다르게, 제1 발열 유닛(150)은 금속-산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET;Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)를 포함할 수 있다.

제1 냉각 유닛(200)은 제1 발열 유닛(150)을 냉각한다. 본 발명의 일실시예에서, 제1 냉각 유닛(200)은 제1 영역(FR)에 배치된다.

제1 영역(FR)에 배치된 제1 냉각 유닛(200)은 히트 싱크(210) 및 냉각팬(220)을 포함한다.

히트 싱크(210)는 철에 비하여 열 전도율이 높은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있으며, 히트 싱크(210)는 회로 기판(140)에 전기적으로 연결된 제1 발열 유닛(150)에 결합 되어, 제1 발열 유닛(150)으로부터 발생 된 열을 제1 영역(FR)으로 방열한다.

냉각팬(220)은 제1 영역(FR)에 배치되며, 냉각팬(220)은 제1 영역(FR)에 형성된 개구(130) 근처에 배치된다.

냉각팬(220)은 외부 공기가 제1 영역(FR) 내부로 도입된 후 히트 싱크(210)를 경유하여 가열된 후 제1 영역(FR)의 외부로 배출되도록 한다.

냉각팬(220)에 의하여 제1 영역(FR) 내부로 제공된 외부 공기는 히트 싱크(210)를 냉각시키고 이로 인해 히트 싱크(210)에 결합 된 제1 발열 유닛(150)은 냉각팬(220)에 의하여 강제 냉각된다.

제2 냉각 유닛(300)은 제2 영역(SR)에 배치된 제2 발열 유닛(170)을 냉각시키기 위해 제2 영역(SR)에 배치된다. 본 발명의 일실시예에서, 제2 발열 유닛(170)은, 예를 들어, 회로기판 및 제어용 반도체 칩들을 포함하는 적어도 하나의 제어 모듈을 포함할 수 있다.

제2 냉각 유닛(300)은 밀폐된 제2 영역(SR)에 배치된 제2 발열 유닛(170)에 순환되는 내부 공기를 순환시켜 제2 발열 유닛(170)을 냉각시킨다.

제2 발열 유닛(170)을 순환 냉각 방식으로 냉각시키기 위해서 제2 냉각 유닛(300)은 지지판(310) 및 순환팬(320)을 포함한다.

지지판(310)은 제2 영역(SR)에 배치되며, 지지판(310)은 격리판(110)에 대하여 이격된 위치에 고정되며, 지지판(310)의 일측에는 개구가 형성되며, 개구와 대응하는 위치에는 후술 될 순환팬(320)이 배치된다.

지지판(310)은 격리판(110)과 평행하게 배치될 수 있고, 지지판(310)의 일측단부는 케이스(100)와 이격되며, 격리판(110)에는 제2 발열 유닛(170)이 배치될 수 있다.

순환팬(320)은 지지판(310)에 결합 되며, 순환팬(320)은 지지판(310)에 형성된 개구와 대응하는 위치에 배치되며, 순환팬(320)은 지지판(310) 및 격리판(110)과 평행하게 배치될 수 있다.

지지판(310)의 일측 단부가 케이스(100)와 이격되며 지지판(310)에 형성된 개구에 순환팬(320)이 결합 됨에 따라 순환팬(320)의 작동에 의하여 제2 영역(SR)에서는 제2 영역(SR)의 내부의 공기가 순환된다.

본 발명의 일실시예에서는 히트 싱크(210)가 배치된 제1 영역(FR)에서는 냉각팬(220)에 의하여 외부 공기를 이용한 제1 발열 유닛(150)의 강제 냉각이 수행되고, 밀폐된 제2 영역(SR)에서는 순환팬(320)에 의하여 순환되는 내부 공기에 의하여 제2 발열 유닛(170)이 순환 냉각되어 제1 및 제2 발열 유닛(150,170)들의 냉각 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각장치의 단면도이다. 도 3에 도시된 냉각 장치는 순환팬의 배치를 제외하면 앞서 도 1 및 도 2에 도시된 냉각장치와 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일한 구조에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 동일한 구조에 대해서는 동일한 명칭 및 동일한 참조 부호를 부여하기로 한다.

도 3을 참조하면, 제2 공간(SR)의 내부 공기의 순환을 보다 활발하게 수행하기 위하여 순환팬(320)은 지지판(210)에 대하여 경사진 방향 또는 기울어진 상태로 배치될 수 있고, 이로 인해 순환팬(320)에 의한 제2 공간(SR)의 내부 공기 순환을 보다 활발하게 수행할 수 있다.

이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 개방된 공간에 배치되며 히트 싱크와 같은 방열 부재와 결합 되는 발열 유닛은 외부 공기를 이용하여 강제 냉각시키고, 밀폐된 공간에 배치되며 히트 싱크와 결합 되지 않은 발열 유닛은 내부 공기를 순환시켜 강제 냉각시켜 발열 유닛의 냉각 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

100...케이스 200...제1 냉각 유닛
300...제2 냉각 유닛 600...냉각 장치

Claims

제1 영역 및 상기 제1 영역과 격리된 제2 영역을 포함하는 케이스;
상기 제1 영역에 배치되며 외부 공기를 이용하여 제1 발열 유닛을 냉각시키는 제1 냉각 유닛; 및
상기 제2 영역에 배치되며 내부 공기를 순환시켜 제2 발열 유닛을 순환 냉각 시키는 제2 냉각 유닛을 포함하는 냉각 장치.
제1항에 있어서,
상기 케이스는 상기 제1 및 제2 영역들을 격리시키는 격리판을 포함하는 냉각 장치.
제2항에 있어서,
상기 격리판 상에 배치되며 상기 제1 발열 유닛과 결합 된 회로 기판을 더 포함하는 냉각 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 냉각 유닛은 상기 제1 발열 유닛과 결합 된 히트 싱크 및 상기 외부 공기를 상기 제1 영역으로 도입하는 냉각팬을 포함하고,
상기 제2 냉각 유닛은 상기 제2 발열 유닛을 서포트 하는 지지판 및 상기 내부 공기를 상기 제2 영역 내에서 순환시키기 위한 순환팬을 포함하는 냉각 장치.
제4항에 있어서,
상기 지지판의 적어도 일측 단부는 상기 케이스의 측면판으로부터 이격 되며 상기 지지판에는 상기 순환팬이 결합 되는 개구가 형성된 냉각 장치.
제4항에 있어서,
상기 순환팬은 상기 지지판과 평행하게 배치된 냉각 장치.
제4항에 있어서,
상기 순환팬은 상기 지지판에 대하여 경사지게 배치된 냉각 장치.