KR20150103627A - 열교환형 전력소자 모듈을 사용한 전력 변환장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력변환장치(PCS, Power Conversion System)에 사용된 전력소자(Power Device) 모듈에서 발생한 열을 전력변환장치의 외부로 방열시킬 수 있는 열교환형 전력소자 모듈을 사용한 전력변환장치를 개시한다.
본 발명의 열교환형 전력소자 모듈을 구비한 전력변환장치는, 내부에 수납공간이 제공되고 전기소자들이 설치되는 케이스, 케이스의 내부에 설치되는 내부 열교환기, 그리고 내부 열교환기에 결합되는 전력소자 모듈을 포함하며, 내부 열교환기에는 내부에 제공되며 열교환매체가 통과하는 열교환매체 통로, 열교환매체 통로와 케이스의 내부는 서로 차단되며 내부 열교환기로 전달된 열을 상기 케이스의 외부로 방출하는 열방출장치를 포함한다.

Description

열교환형 전력소자 모듈을 사용한 전력 변환장치 {Power conversion system with heat exchanging power device module}
본 발명은 대형의 전력변환장치(PCS, Power Conversion System)에 사용된 전력소자(Power Device) 모듈에서 발생한 열을 전력변환장치의 외부로 방열시킬 수 있는 열교환형 전력소자 모듈(Power Device Module)을 사용한 전력변환장치에 관한 것이다.
일반적으로 전력변환장치(PCS, Power Conversion System)의 전력소자(Power Device) 모듈에서 발생한 열은 전력변환장치에 설치된 팬(Fan)에 의해 전력변환장치의 외부로 방출된다. 이와 같이 전력소자(Power Device) 모듈에서 발생한 열을 전력변환장치의 외부로 방출시키는 과정에서 외부의 오염된 공기가 전력변환장치의 내부로 유입되면서 먼지 또는 이물질 등이 함께 유입되어 전력변환장치의 내부에 쌓이게 된다.
따라서 종래의 기술과 같이 팬을 이용한 전력변환장치의 전력소자(Power device) 모듈을 냉각하는 방식은 전력변환장치의 성능에 좋지 않은 영향을 미친다. 그리고 이와 같이 전력변환장치에 먼지와 같이 이물질이 쌓이게 되면 수시로 먼지 등을 제거하는 작업을 해주어야 하므로 유지보수비용이 증대되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 전력변환장치의 내부에 설치된 전력소자(Power device) 모듈에서 발생하는 열을 외부로 신속하게 방열시키면서도 전력변환장치의 내부로 이물질이 유입되지 않도록 하여 전력변환장치의 성능을 유지시키고 유지보수 비용을 줄일 수 있는 열교환형 전력소자(Power device) 모듈을 사용한 전력변환장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부에 수납공간이 제공되고 전기소자들이 설치되는 케이스, 상기 케이스의 내부에 설치되는 내부 열교환기, 그리고 상기 내부 열교환기에 결합되는 전력소자(Power device) 모듈을 포함하며,
상기 내부 열교환기에는 내부에 제공되며 열교환매체가 통과하는 열교환매체 통로, 상기 열교환매체 통로와 상기 케이스의 내부는 서로 차단되며 상기 내부 열교환기로 전달된 열을 상기 케이스의 외부로 방출하는 열방출장치를 포함하는 열교환형 전력소자(Power device) 모듈을 사용한 전력변환장치를 제공한다.
상기 열방출장치는 상기 케이스 외부의 공기를 상기 열교환매체 통로를 통과시켜 상기 케이스의 외부로 배출하는 송풍기로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 열방출장치는 상기 열교환매체 통로로 열교환매체를 순환시키는 냉각장치가 연결되는 열교환형 전력소자(Power device) 모듈을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 냉각장치는 상기 케이스의 외부에 설치되는 방열기, 상기 방열기와 상기 열교환매체 통로를 연결하여 상기 열교환매체를 상기 열교환매체 통로로 공급하는 열교환매체 공급관로, 상기 열교환매체 통로와 상기 방열기를 연결하여 상기 열교환매체를 상기 방열기로 공급하는 열교환매체 배출관로, 그리고 상기 열교환매체 공급관로 또는 상기 열교환매체 배출관로에 설치되어 상기 열교환매체를 순환시키는 펌프를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 내부 열교환기는 열전도체로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 케이스에는 내부에 있는 열을 순환시켜 상기 내부 열교환기로 전달하는 팬이 설치되는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명의 실시예는 전력변환장치의 내부에 설치된 전력소자(Power device) 모듈에서 발생하는 열을 케이스의 열을 외부로 신속하게 방열시키면서도 열전달매체가 케이스의 내부로 유입되지 않도록 하여 전력변환장치의 성능을 유지시키고 유지보수 비용을 줄이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 열교환형 전력소자(Power device) 모듈을 사용한 전력변환장치를 도시한 부분 단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ부를 잘라서 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예의 열교환형 전력소자(Power device) 모듈을 사용한 전력변환장치의 작동 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예의 다른 예시를 설명하기 위해 열교환형 전력소자(Power device) 모듈을 사용한 전력변환장치의 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 부를 잘라서 본 단면도로, 열교환형 전력소자(Power device) 모듈을 사용한 전력변환장치를 도시하고 있다.
본 발명의 실시예의 열교환형 전력소자(Power device) 모듈을 사용한 전력변환장치(PCS, Power Conversion System, 이하 '전력변환장치'라고도 함)는, 케이스(1), 내부 열교환기(3), 그리고 전력소자 모듈(5, Power device module)을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 전력변환장치는 DC/AC인버터, AC/DC 정류기, DC/DC 초퍼(Chopper), AC/AC컨버터 등과 같이 전력을 변환하는 장치를 의미한다.
또한, 본 발명의 실시예에서 전력소자는 IGBT, SCR, Diode, BJT, 트라이악, MOSFET 등, 전력변환장치에 사용되는 전력 제어 소자를 말한다.
케이스(1)는 내부에 수납공간이 제공되며 전력변환장치를 이루는 다수의 전력소자들이 배치된다. 본 발명의 실시예는 대형으로 이루어지는 전력변환장치에 적합하다.
내부 열교환기(3)는 케이스(1)의 내부에 설치된다. 그리고 내부 열교환기(3)에는 전력소자 모듈(5, Power device Module)이 결합된다.
한편, 내부 열교환기(3)는 열도율이 우수한 열전도체로 이루어지며, 알루미늄 합금 또는 금속재로 이루어질 수 있다. 내부 열교환기(3)는 내부에 열교환매체 통로(3a, 도 2 참조)가 제공된다. 열교환매체 통로(3a)는 내부 열교환기(3)를 길이 방향으로 관통하여 이루어질 수 있으며, 열전달효율을 증대시키기 위해 내부의 단면이 주름진 모양을 이룰 수 있다.
열교환매체 통로(3a)는 케이스(1)의 내부와는 차단되는 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예의 일예시로 열교환매체 통로(3a)의 위쪽 부분(도 1 기준)에는 입구부(3b)가 제공되고, 이 입구부(3b)의 반대측에는 출구부(3c)가 제공될 수 있다. 상술한 입구부(3b) 또는 출구부(3c)에는 열방출장치(7)가 제공될 수 있다. 도 1 내지 도 3은 열방출장치(7)가 송풍기(9)로 이루어진 예를 도시하여 설명하고 있다. 송풍기(9)는 케이스(1)의 외부의 공기를 열전달매체로 사용하고, 이 열전달매체를 내부 열교환기(3)의 열교환매체 통로(3a)로 통과시켜 출구부(3c) 측으로 배출시키는 역할을 한다.
즉, 송풍기(9)는 외부의 공기를 내부 열교환기(3)의 열교환매체 통로(3a)를 통해 출구부(3c) 측으로 배출시킴으로써 내부 열교환기(3)를 냉각시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예는, 도 3에서 점선 화살표로 표시한 바와 같이, 외부의 공기를 단지 내부 열교환기(3)의 열교환매체 통로(3a)로만 통과시켜 내부 열교환기(3)를 냉각시킬 수 있다. 즉, 케이스(1)의 내부에는 외부의 공기가 유입되지 않아 케이스(1)의 내부에 있는 전기소자 등을 외부의 오염된 공기로부터 안전하게 보호할 수 있다. 이러한 본 발명의 실시예는 냉각과정에서 케이스(1)의 내부가 오염되는 것을 방지하여 안정적인 전력변환장치의 성능을 유지할 수 있고, 케이스(1)의 내부를 청결하게 유지하는 유지보수 작업을 줄여 유지보수 비용을 줄일 수 있다.
한편, 케이스(1)의 내부에는 별도의 팬(10, Fan)을 설치하여 케이스(1)의 내부 공기를 순환시킬 수 있으며, 특히, 전력소자(Power device) 모듈에서 발생하는 열을 내부 열교환기(3)로 지속적으로 전달하는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 실시예의 설명에서 하나의 내부 열교환기(3)에 하나의 전력소자 모듈(5)이 결합된 예를 도시하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 하나의 내부 열교환기(3)에 다수의 전력소자 모듈(5)이 설치될 수도 있고, 또 다수의 내부 열교환기(3)가 배치되고 각각의 내부 열교환기(3)에 전력소자 모듈(5)이 설치되는 것도 가능하다.
도 4는 본 발명의 실시예의 다른 예시를 설명하기 위한 구성도로, 전력변환장치를 도시하고 있다. 본 발명의 실시예의 다른 예시의 설명에서는 상술한 예와 동일한 부분은 그 설명으로 대체하고 다른 부분 만 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예의 다른 예시에서 열방출장치(7)는 열교환매체 통로(3a)로 열교환매체를 순환시키는 냉각장치(11)로 이루어질 수 있다. 냉각장치(11)는 방열기(13), 열교환매체 공급관로(15), 열교환매체 배출관로(17), 그리고 펌프(19)를 포함할 수 있다. 펌프(19)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 케이스(1) 내부에 둘 수도 있고, 외부 방열기(13) 내부에 둘 수도 있으나 펌프(19)가 발열을 한다는 점을 감안하면 케이스(1) 외부에 두는 것이 바람직하다.
방열기(13)는 케이스(1)의 외부에 설치되는 것이 바람직하다. 그리고 방열기(13)와 열교환매체 공급관로(15)가 연결된다. 또한, 방열기(13)와 열교환매체 배출관로(17)가 연결된다. 그리고 펌프(19)는 열교환매체 공급관로(15) 또는 열교환매체 배출관로(17)에 설치되어 열교환매체를 순환시키는 역할을 한다. 즉, 열교환매체는 냉매 등으로 이루어질 수 있으며 펌프(19)에 의해 열교환매체 통로(3a), 열교환매체 배출관로(17), 방열기(13), 열교환매체 공급관로(15), 그리고 다시 열교환매체 통로(3a)를 순환하면서 내부 열교환기(3)의 열을 방열기(13)로 전달하는 역할을 할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예의 다른 예시도 상술한 예와 마찬가지로 전력소자(Power device) 모듈(5) 또는 케이스(1)의 내부의 전기소자 등에서 발생된 열을 내부 열교환기(3)를 통해 외부로 신속하게 배출시킬 수 있다. 물론, 이와 같이 케이스(1)의 내부의 열을 외부로 배출하는 과정에서 외부의 공기나 오염물질이 케이스(1)의 내부로 유입되지 않게 되어 전력변환장치의 내부에 오염물이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1. 케이스,
3. 내부 열교환기, 3a. 열교환매체 통로, 3b. 입구부, 3c. 출구부,
5. 전력소자 모듈,
7. 열방출장치,
9. 송풍기,
10. 팬,
11. 냉각장치,
13. 방열기,
15. 열교환매체 공급관로,
17. 열교환매체 배출관로,
19. 펌프

Claims (6)

  1. 내부에 수납공간이 제공되고 전기소자들이 설치되는 케이스,
    상기 케이스의 내부에 설치되는 내부 열교환기, 그리고
    상기 내부 열교환기에 결합되는 전력소자 모듈을 포함하며,
    상기 내부 열교환기에는
    내부에 제공되며 열교환매체가 통과하는 열교환매체 통로,
    상기 열교환매체 통로와 상기 케이스의 내부는 서로 차단되며 상기 내부 열교환기로 전달된 열을 상기 케이스의 외부로 방출하는 열방출장치
    를 포함하는 열교환형 전력소자 모듈을 사용한 전력변환장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열방출장치는
    상기 케이스 외부의 공기를 상기 열교환매체 통로를 통과시켜 상기 케이스의 외부로 배출하는 송풍기로 이루어지는 열교환형 전력소자 모듈을 사용한 전력변환장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 열방출장치는
    상기 열교환매체 통로로 열교환매체를 순환시키는 냉각장치가 연결되는 열교환형 전력소자 모듈을 사용한 전력변환장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 냉각장치는
    상기 케이스의 외부에 설치되는 방열기,
    상기 방열기와 상기 열교환매체 통로를 연결하여 상기 열교환매체를 상기 열교환매체 통로로 공급하는 열교환매체 공급관로,
    상기 열교환매체 통로와 상기 방열기를 연결하여 상기 열교환매체를 상기 방열기로 공급하는 열교환매체 배출관로, 그리고
    상기 열교환매체 공급관로 또는 상기 열교환매체 배출관로에 설치되어 상기 열교환매체를 순환시키는 펌프
    를 포함하는 열교환형 전력소자 모듈을 사용한 전력변환장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부 열교환기는
    열전도체로 이루어지는 열교환형 전력소자 모듈을 사용한 전력변환장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스에는
    내부에 있는 열을 순환시켜 상기 내부 열교환기로 전달하는 팬이 설치되는 열교환형 전력소자 모듈을 사용한 전력변환장치.
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