KR20170033940A - 전기 기기용 냉각 장치 - Google Patents

Abstract

냉각수가 공급되는 경로를 조정함으로써 발열되는 전기 기기를 더욱 효율적으로 냉각시킬 수 있는 전기 기기용 냉각 장치가 개시된다. 상기 전기 기기용 냉각 장치는, 발열 요소가 접촉하는 외부 표면 및 냉각수가 흐르는 내부 공간을 갖는 본체부; 상기 본체부의 일단에 마련되며, 상기 본체부의 내부 공간으로 상기 냉각수를 공급하는 냉각수 유입부; 상기 본체부의 타단에 마련되며, 상기 본체부로부터 상기 냉각수를 배출하는 냉각수 배출부; 및 상기 냉각수 유입부 및 상기 본체부에 양단이 연결되며, 상기 본체부의 일단으로 공급되는 냉각수 중 일부를 상기 본체부의 양단 사이로 공급하는 바이패스 배관부를 포함한다.

Description

전기 기기용 냉각 장치{APPRATUS OF COOLING ELECTRIC DEVICE}

본 발명은 전기 기기용 냉각 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉각수가 공급되는 경로를 조정함으로써 발열되는 전기 기기를 더욱 효율적으로 냉각시킬 수 있는 전기 기기용 냉각 장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기 차량, 하이브리드 전기 차량, 연료전지 차량에 사용되는 전력 변환 전기 기기(예를 들어, 인버터)들은 많은 열을 발생시키는 것으로 알려져 있다. 이러한 전기 기기의 발열은 전기 기기 자체의 성능과 수명을 저하시키는 문제를 일으킬 수 있으므로 냉각을 위한 냉각 장치가 필수적으로 요구된다. 특히, 특정 조건에서만 출력이 요구되는 하이브리드 전기 차량에 비해, 전기 차량이나 연료전지 차량은 상대적으로 더욱 높은 출력이 요구되므로 인버터 등과 같은 전력 변환 전기기기에는 전기 기기와 직접 접촉하면서 냉각수를 외부로부터 공급하는 직접 냉각 방식의 냉각 장치가 적용되고 있다.

종래의 전기 기기용 냉각 장치는 발열하는 소자가 배치된 방향을 따라 일단으로부터 냉각수를 공급받고 그 타단으로 냉각수를 배출하는 형태로 제작되었다. 이와 같은 구조를 갖는 종래의 전기 기기용 냉각 장치는 냉각수가 유입되는 위치에 가깝게 배치되는 소자는 낮은 온도로 냉각이 가능하지만, 냉각수가 유입되는 위치에서 멀리 배치되는 소자, 즉 냉각수가 배출되는 위치에 가깝게 배치되는 소자는 이미 다른 발열 소자들과의 열교환을 통해 온도가 상승한 냉각수에 의해 냉각이 이루어지므로 냉각의 효과가 미약하게 된다. 이로 인해, 종래의 전기 기기용 냉각 장치는 소자가 배치되는 위치에 따라 소자의 온도 차이가 발생하며, 통상 온도가 가장 높은 소자를 기준으로 내구 연한이 판단되므로, 냉각이 양호하게 이루어진 소자 자체가 더 구동될 수 있는 상태임에도 불구하고 전기 기기의 내구 연한 도래로 인해 전기 기기를 교환하거나 폐기해야하는 문제가 발생할 수 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

공개특허공보 제10-2011-0009456호

이에 본 발명은 발열하는 소자가 배치된 위치에 상관없이 균일하게 소자를 냉각함으로써 소자간 온도차를 감소시키고 더욱 효율적인 냉각이 가능한 전기 기기용 냉각 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,

발열 요소가 접촉하는 외부 표면 및 냉각수가 흐르는 내부 공간을 갖는 본체부;

상기 본체부의 일단에 마련되며, 상기 본체부의 내부 공간으로 상기 냉각수를 공급하는 냉각수 유입부;

상기 본체부의 타단에 마련되며, 상기 본체부로부터 상기 냉각수를 배출하는 냉각수 배출부; 및

상기 냉각수 유입부 및 상기 본체부에 양단이 연결되며, 상기 본체부의 일단으로 공급되는 냉각수 중 일부를 상기 본체부의 양단 사이로 공급하는 바이패스 배관부;

를 포함하는 전기 기기용 냉각 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 발열 요소는 상기 본체부의 일단에서 타단 방향으로 배열된 복수의 전기 소자를 포함하며, 상기 바이패스 배관의 일단은 상기 전기 소자가 배치되는 곳의 하부에 대응되는 위치에서 상기 본체부와 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 냉각수 유입부는 냉각수 펌프에서 제공되는 냉각수를 상기 본체부로 가이드하는 냉각수 유입 배관을 포함하며, 상기 바이패스 배관 양단은 상기 냉각수 유입 배관과 상기 본체부 양단 사이에 각각 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 본체부는, 상기 내부 공간 일면과 그 대향면 사이에 양단이 연결된 복수의 원기둥 형상의 방열핀을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 내부 공간 일면의 외측 타면은 상기 발열 요소가 접촉하는 상기 외부 표면이 될 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,

발열 요소와 접촉하며, 일단으로 냉각수가 유입되고 타단으로 상기 냉각수가 배출되는 내부 공간을 갖는 본체부; 및

상기 본체부의 내부 공간의 일단으로 유입되기 이전의 냉각수를 상기 일단과 타단 사이의 위치에서 상기 내부 공간으로 공급하는 바이패스 배관;

을 포함하는 전기 기기용 냉각 장치를 제공한다.

상술한 바와 같은 과제 해결 수단을 갖는 전기 기기용 냉각 장치에 따르면, 발열 요소와 접촉하는 본체부의 내부 공간의 일단으로 유입되기 이전의 차가운 냉각수를 별도의 바이패스 배관을 통해 본체부의 양단 사이 특정 위치에서 내부 공간으로 추가 유입되게 함으로써, 냉각수 흐름 방향에 따라 냉각 효과의 편차가 발생하는 것을 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 전기 기기용 냉각 장치에 따르면, 발열 요소와 접촉하는 본체부의 내부 공간에 복수의 원기둥 형상 방열핀을 마련함으로써 냉각수와의 접촉을 통해 열교환이 발생할 수 있는 면적을 더욱 증가시켜 냉각효과를 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전기 기기용 냉각 장치의 외관 사시도 및 적용 예시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 A-A 라인을 따라 절개한 단면을 도시한 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 실린더에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전기 기기용 냉각 장치의 외관 사시도 및 적용 예시도 이고, 도 2는 도 1에 도시된 A-A 라인을 따라 절개한 단면을 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 전기 기기용 냉각 장치(10)는, 본체부(10), 냉각수 유입부(13), 냉각수 배출부(15) 및 바이패스 배관부(17)를 포함하여 구성될 수 있다.

본체부(10)는 전기 소자(23)가 실장된 기판(21) 또는 기판(21)을 포함하는 전기 모듈(미도시) 등을 포함하는 발열 요소와 직접 접촉하는 요소이다. 본체부(10)는 발열 요소와 직접 접촉하는 외부 표면을 가지며, 발열 요소와 외부 표면은 접촉 면적을 확대하고 열전도성을 향상시키기 위해 써멀 그리스(thermal grease)(미도시)를 개재하여 상호 접촉될 수 있다.

또한, 본체부(10)는 외부로부터 유입된 냉각수가 흐를 수 있는 내부공간을 가질 수 있다. 즉, 본체부(10)는 그 외부 표면에 접촉된 발열 요소와 내부 공간에 흐르는 냉각수 간의 열교환이 이루어질 수 있는 요소로서 그 재질은 열 전도성이 우수한 금속 또는 합금 등으로 이루어질 수 있다.

냉각수 유입부(13)는 본체부(10)의 일단에 마련되며, 본체부(10)의 내부 공간으로 냉각수를 공급하는 요소이다. 도 1 및 도 2에서 냉각수 유입부(13)는 냉각수 펌프(미도시)로부터 공급되는 냉각수를 본체부(10)로 이송하는 냉각수 공급 배관(131)과, 본체부(10)와 냉각수 공급 배관(131)을 상호 연결하기 위한 연결 구조물(133)을 포함하는 것으로 도시된다. 그러나, 이와 같은 냉각수 유입부(13)의 구조는 일 구현예에 해당하는 것으로, 당 기술분야에서 통상의 가진 자는 다양한 구조로 변형할 수 있을 것이다. 예를 들어, 연결 구조물(133)을 생략하고 본체부(10)의 일단에 직접 냉각수 공급 배관(131)이 연결될 수 있을 것이다.

냉각수 배출부(15)도 냉각수 유입부(13)와 유사한 구조로 형성될 수 있다. 즉, 냉각수 배출부(15)는 본체부(10)의 타단에 마련되며, 본체부(10)로부터 냉각수를 배출하기 위한 구조를 가질 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 예는, 냉각수를 본체부(10)로부터 외부로 배출하기 위한 냉각수 배출 배관(151)과, 본체부(10)와 냉각수 배출 배관(151)을 상호 연결하기 위한 연결 구조물(153)을 포함하는 구조를 갖는 냉각수 배출부(15)이다. 이러한 냉각수 배출부(15) 역시 다양한 구조의 변경이 가능할 것이다.

본 발명의 일 실시형태는 본체부(10)로 유입되는 냉각수의 유입 위치를 추가적으로 형성할 수 있는 바이패스 배관부(17)를 포함할 수 있다. 바이패스 배관부(17)는 냉각수 유입부(13)와 본체부(10)에 양단이 연결되며, 본체부(10)의 일단으로 공급되는 냉각수 중 일부를 본체부의 양단 사이로 공급할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시형태는 바이패스 배관부(17)를 구비함으로써, 냉각수 펌프로부터 본체부(10)로 제공되는 차가운 냉각수 중 일부를 본체부(10)의 일단으로 유입시키지 않고 본체부(10)의 양단 사이로 유입시킨다. 이에 따라, 본체부(10)의 타단 측은 바이패스 배관부(17)로부터 차가운 냉각수를 제공받을 수 있어 그 냉각 효과가 향상될 수 있다.

도 1에 도시한 것과 같이, 발열 요소(20)는 본체부(10)의 일단과 타단 사이에 냉각수 흐름의 방향으로 배열되는 복수의 전기소자들(23)을 포함할 수 있다. 발열 요소(20)의 이러한 배치 구조로 인해, 냉각수가 유입되는 냉각수 유입부(13)에 가까운 전기소자들은 차가운 냉각수를 제공받으므로 상대적으로 큰 냉각 효과를 얻게 된다. 이에 반해, 냉각수가 배출되는 냉각수 배출부(15)에 가까운 전기 소자들은 이미 냉각수 유입부(13)에 가까운 전기소자들을 냉각하는데 사용된 냉각수(즉, 열교환에 의해 온도가 상승한 냉각수)에 의해 냉각이 이루어지므로 상대적으로 냉각 효과가 저하된다.

이와 같은 전기소자 배치 위치에 따른 냉각 효과의 편차를 해소하기 위해, 본 발명의 일 실시형태는 바이패스 배관부(17)를 구비하여 발열하는 전기소자를 냉각하는데 사용되기 이전의 차가운 냉각수를 본체부(11)의 양 단 사이 적절한 위치에 제공되게 할 수 있다.

즉, 도 2에 화살표로 도시한 것과 같이, 냉각수는 본체부(11)의 일단을 통해 본체부(11)의 내부공간으로 제공됨과 동시에, 바이패스 배관부(17)을 통해 본체부(11)의 일단으로 유입되기 이전에 바이패스 되어 본체부(11)의 일단과 타단 사이의 적절한 위치에서 본체부(11)의 내부공간 내로 공급될 수 있다. 바이패스 배관부(17)의 타단, 즉 바이패스 배관부(17)와 본체부(11)가 연결되는 부분은 발열 요소(20) 중 큰 발열을 발생시키는 전기 소자가 배치되는 곳의 하부에 대응되는 위치가 되는 것이 냉각효과를 더욱 향상시키기 위해 바람직하다.

도 1 및 도 2에 도시된 실시형태는 냉각수 유입 배관에 일단이 연결된 바이패스 배관부(17)를 도시하고 있으나, 바이패스 배관부(17)는 발열요소의 냉각에 사용되기 이전의 차가운 냉각수를 입력 받을 수 있다면 그 일단이 어디든 연결될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시형태에서, 발열 요소(20)로부터 전달되는 열을 더욱 효율적으로 본체부(10)로 전달하고 냉각수와의 열교환에 의한 냉각 효과를 더욱 향상시키기 위해 본체부(11)의 내부 공간에는 방열핀이 형성될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시형태에서는 본체부(11) 내부 공간의 일 방향으로 냉각수의 흐름이 형성되어야 하므로, 본체부(11)의 내부 공간 일면과 그 대향면 사이에 양단이 연결된 복수의 원기둥 형상의 방열핀(111)을 구비하는 것이 바람직하다. 특히, 내부 공간 일면의 외측 타면은 발열 요소(20)가 접촉하는 외부 표면이 되는 것이 바람직하다. 이러한 원기둥 형상의 방열핀(111)은 그 외주면을 통해 냉각수와 접촉하는 면적이 증가하게 되여 열교환에 의한 냉각 효과를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태는, 발열 요소와 접촉하는 본체부의 내부 공간의 일단으로 유입되기 이전의 차가운 냉각수를 별도의 바이패스 배관을 통해 본체부의 양단 사이 특정 위치에서 내부 공간으로 추가 유입되게 함으로써, 냉각수 흐름 방향에 따라 냉각 효과의 편차가 발생하는 것을 감소시킬 수 있다.

더하여, 본 발명의 일 실시형태는 발열 요소와 접촉하는 본체부의 내부 공간에 복수의 원기둥 형상 방열핀을 마련함으로써 냉각수와의 접촉을 통해 열교환이 발생할 수 있는 면적을 더욱 증가시켜 냉각효과를 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명은 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10: 냉각 장치 11: 본체부
111: 원기둥 냉각핀 13: 냉각수 유입부
131: 냉각수 유입 배관 133: 연결 구조물
15: 냉각수 배출부 151: 냉각수 배출 배관
153: 연결 구조물 17: 바이패스 배관

Claims (6)

1. 발열 요소가 접촉하는 외부 표면 및 냉각수가 흐르는 내부 공간을 갖는 본체부;
   상기 본체부의 일단에 마련되며, 상기 본체부의 내부 공간으로 상기 냉각수를 공급하는 냉각수 유입부;
   상기 본체부의 타단에 마련되며, 상기 본체부로부터 상기 냉각수를 배출하는 냉각수 배출부; 및
   상기 냉각수 유입부 및 상기 본체부에 양단이 연결되며, 상기 본체부의 일단으로 공급되는 냉각수 중 일부를 상기 본체부의 양단 사이로 공급하는 바이패스 배관부;
   를 포함하는 전기 기기용 냉각 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 발열 요소는 상기 본체부의 일단에서 타단 방향으로 배열된 복수의 전기 소자를 포함하며,
   상기 바이패스 배관의 일단은 상기 전기 소자가 배치되는 곳의 하부에 대응되는 위치에서 상기 본체부와 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 기기용 냉각 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉각수 유입부는 냉각수 펌프에서 제공되는 냉각수를 상기 본체부로 가이드하는 냉각수 유입 배관을 포함하며,
   상기 바이패스 배관 양단은 상기 냉각수 유입 배관과 상기 본체부 양단 사이에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 기기용 냉각 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 본체부는, 상기 내부 공간 일면과 그 대향면 사이에 양단이 연결된 복수의 원기둥 형상의 방열핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기기용 냉각 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 내부 공간 일면의 외측 타면은 상기 발열 요소가 접촉하는 상기 외부 표면인 것을 특징으로 하는 전기 기기용 냉각 장치.
6. 발열 요소와 접촉하며, 일단으로 냉각수가 유입되고 타단으로 상기 냉각수가 배출되는 내부 공간을 갖는 본체부; 및
   상기 본체부의 내부 공간의 일단으로 유입되기 이전의 냉각수를 상기 일단과 타단 사이의 위치에서 상기 내부 공간으로 공급하는 바이패스 배관;
   을 포함하는 전기 기기용 냉각 장치.

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