KR20170098545A - 전력변환장치용 냉각 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력변환장치용 냉각 장치에 관한 것으로, 상기 시스템은 압축 공기를 발생시키는 압축기; 상기 압축기로부터 제공되는 압축 공기를 바탕으로 저온 공기를 발생시키는 제 1 및 제 2 보텍스 튜브; 상기 압축기와 상기 제 1 보텍스 튜브 사이에 설치되는 제 1 밸브; 상기 압축기와 상기 제 2 보텍스 튜브 사이에 설치되는 제 2 밸브; 전력변환장치 내에 설치되어, 상기 전력변환장치 내부의 온도를 측정하는 제 1 및 제 2 온도 센서; 및 상기 제 1 및 제 2 온도 센서에 의해 측정되는 제 1 및 제 2 온도를 바탕으로 상기 제 1 및 제 2 보텍스 튜브를 이용하여 상기 전력변환장치 내로 저온 공기 공급 여부를 판단하여 상기 제 1 및 제 2 밸브로 밸브 개방신호 또는 폐쇄 신호를 전송하는 제어부를 포함하다.

Description

전력변환장치용 냉각 장치{Cooling apparatus for power converter}
본 발명은 냉각 장치에 관한 것으로, 상세하게는 보텍스 튜브를 적용하여 냉각 장치가 안정적으로 전력변환장치를 냉각시킬 수 있도록 구현된 전력변환장치용 냉각 장치에 관한 것이다.
산업 현장에서 사용되는 모터 구동용 인버터, 태양광 인버터, 에너지 저장 시스템(EES: Electrical energy storage) 등의 장치는 전력변환장치로서 구동 시 열을 발생시킨다.
이와 같이 전력변환장치가 구동하면서 발생되는 열은 장치의 성능 저하, 수명 감소, 동작 정지 등을 초래하기 때문에, 장치를 효율적으로 냉각시키기 위한 시스템의 개발이 지속적으로 요구되는 실정이다.
따라서, 전력변환장치를 냉각시키기 위한 다양한 냉각장치가 마련되며, 냉각장치는 송풍식과 수냉식으로 구분된다.
이때, 송풍식은 전력변환장치로부터 발생되는 열을 팬(Fan)을 이용하여 강제적으로 방열시키는 방법으로서, 강제 공랭식 냉각기법이라고도 하며, 팬을 구동하여 냉각핀 사이로 공기를 순환시켜 전력변환장치의 온도를 적정 온도로 유지시키는 기법이다.
이때, 기존의 송풍식 냉각장치는 상황에 따라 냉각 효율의 저하, 분진으로 인한 아크(arc) 발생 가능성이 존재하기 때문에 설치 환경에 제약을 받는다.
또한, 기존의 송풍식 냉각장치는 팬의 구동 시간 및 환경에 따른 교체 주기가 발생하며, 이때 팬의 교체 시 발생하는 인버터 연결 제품군을 정지 및 교체에 따른 관리 비용이 발생한다.
또한, 기존의 송풍식 냉각장치는 대기 중에 개방되어 있어 방폭 성능이 요구되는 다양한 산업군에 적용하는데 한계가 있다.
또한, 기존의 송풍식 냉각장치는 적정 냉각을 위한 개수의 냉각핀을 필요로 하기 때문에, 냉각핀의 무게, 부피의 한계로 인한 전력변환장치의 소형화, 경량화의 어려움이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 보텍스 튜브를 적용하여 냉각 장치가 안정적으로 전력변환장치를 냉각시킬 수 있도록 구현된 전력변환장치용 냉각 장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 전력변환장치용 냉각 장치는 압축 공기를 발생시키는 압축기; 상기 압축기로부터 제공되는 압축 공기를 바탕으로 저온 공기를 발생시키는 제 1 및 제 2 보텍스 튜브; 상기 압축기와 상기 제 1 보텍스 튜브 사이에 설치되는 제 1 밸브; 상기 압축기와 상기 제 2 보텍스 튜브 사이에 설치되는 제 2 밸브; 전력변환장치 내에 설치되어, 상기 전력변환장치 내부의 온도를 측정하는 제 1 및 제 2 온도 센서; 및 상기 제 1 및 제 2 온도 센서에 의해 측정되는 제 1 및 제 2 온도를 바탕으로 상기 제 1 및 제 2 보텍스 튜브를 이용하여 상기 전력변환장치 내로 저온 공기 공급 여부를 판단하여 상기 제 1 및 제 2 밸브로 밸브 개방신호 또는 폐쇄 신호를 전송하는 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따른 전력변환장치용 냉각 장치는 압축 공기를 발생시키는 다수의 압축기; 상기 다수의 압축기로부터 제공되는 압축 공기를 바탕으로 저온 공기를 발생시키는 다수의 보텍스 튜브; 상기 압축기와 상기 보텍스 튜브 사이에 설치되는 다수의 밸브; 전력변환장치 내에 설치되어, 상기 전력변환장치 내부의 온도를 측정하는 제 1 및 제 2 온도 센서; 및 상기 제 1 및 제 2 온도 센서에 의해 측정되는 제 1 및 제 2 온도를 바탕으로 상기 보텍스 튜브를 이용하여 상기 전력변환장치 내로 저온 공기 공급 여부를 판단하여 상기 밸브로 개방신호 또는 폐쇄 신호를 전송하는 제어부를 포함하고, 상기 다수의 압축기, 보텍스 튜브 및 밸브는 동일한 개수가 서로 대응하도록 형성될 수 있다.
상기 다수의 밸브는 상기 제 1 온도 센서에서 측정된 제 1 온도에 의해 제어되는 제1 밸브들 및 상기 제 2 온도 센서에 의해 측정된 제 2 온도에 의해 제어되는 제2 밸브들을 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제 1 온도를 기 설정된 제 1 설정 온도와 비교하여 상기 제 1 설정 온도를 초과하는 경우, 상기 제 1 밸브들로 밸브 개방신호를 전송하고, 상기 제 1 설정 온도를 초과하지 않는 경우, 상기 제 1 밸브들로 밸브 폐쇄신호를 전송할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제 2 온도를 기 설정된 제 2 설정 온도와 비교하여 상기 제 2 설정 온도를 초과하는 경우, 상기 제 2 밸브들로 밸브 개방신호를 전송하고, 상기 제 2 설정 온도를 초과하지 않는 경우, 상기 제 2 밸브들로 밸브 폐쇄신호를 전송할 수 있다.
상기 제 1 온도 센서는 상기 전력변환장치의 케이스에 설치되고, 상기 제 2 온도 센서는 상기 전력변환장치의 전력변환용 반도체 소자에 설치될 수 있다.
상기 다수의 보텍스 튜브는 상기 전력변환장치의 케이스 측으로 저온 공기를 공급하도록 설치되는 제 1 보텍스 튜브들 및 상기 상기 전력변환장치의 전력변환용 반도체 소자 측으로 저온 공기를 공급하도록 설치되는 제 2 보텍스 튜브들을 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 팬리스(fanless) 설계가 가능하기 때문에 팬을 교체하는 데 소요된 비용을 줄일 수 있고, 보텍스 튜브의 반영구적 내구성능으로 유지보수 비용이 지속적으로 감소하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 냉각 장치를 적용하는 경우, 전력변환장치의 케이스를 밀폐형으로 제작할 수 있어 방진 성능을 확보할 수 있고, 방폭 성능 또한 확보를 할 수 있기 때문에 다양한 환경에 적용할 수 있다.
또한, 냉각 공기의 온도가 낮아 냉각 핀의 부피 및 개수를 줄일 수 있어, 전력변환장치의 부피 및 무게를 감소시킬 수 있다.
또한, 전력변환장치의 케이스를 밀폐형으로 제작 가능하고, 팬리스 제작이 가능하기 때문에 소음 성능이 향상되어 저소음 전력변환장치의 설계가 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전력변환장치용 냉각 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전력변환장치용 냉각 장치에 적용되는 열교환기를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전력변환장치용 냉각 장치에 적용되는 열교환기의 다른 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전력변환장치용 냉각 장치의 동작 순서를 도시한 플로우 차트이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 전력변환장치용 냉각 장치의 구성 및 기능에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전력변환장치용 냉각 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전력변환장치용 냉각 장치(100, 이하 '냉각 장치’)는 전력변환장치(110), 온도 센서(120), 압축기(130), 제 1 밸브(140), 제 2 밸브(150), 제 1 보텍스 튜브(160), 제 2 보텍스 튜브(170) 및 제어부(180)를 포함하며, 상기 냉각 장치(100)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전력변환장치(110)는 전력의 형태를 사용하는 곳에 따라 전류, 전압, 주파수 등을 변환해주는 장치로서, 예를 들면 모터 구동용 인버터, 태양광 인버터, 에너지 저장장치(Energy Storage System, ESS), 컨버터 등일 수 있다.
이때, 상기 전력변환장치(110)는 케이스(111) 내에 설치되는 냉각 핀(112), 전력변환용 반도체 소자(113)를 포함하며, 상기 케이스(111)는 밀폐형으로 형성된다.
즉, 종래의 전력변환장치는 팬을 포함하는 구조이기 때문에 개방형이었으나, 본 발명에 따른 전력변환장치(110)는 밀폐형으로 제작된다.
예를 들어, 상기 냉각 핀(112)이 상기 전력변환장치(110) 내 가장 아래 지점에 위치하고, 상기 전력변환용 반도체 소자(113)가 냉각 핀(112) 상측에 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 다수개의 전력변환용 반도체(113)가 전력변환장치(110) 내에 위치할 수 있는데, 전력변환장치(110)에 포함되는 전력변환용 반도체 소자(113)의 개수는 다양하게 설정될 수 있다.
상기 온도 센서(120)는 전력변환장치(110) 내에 설치되어, 전력변환장치(110) 내의 온도를 측정하여 제어부(180)로 제공한다.
이때, 상기 온도 센서(120)는 전력변환장치(110) 내부의 온도를 측정하는 제 1 온도 센서(121)와 전력변환용 반도체 소자(113)에 인접하여 설치되어 전력변환용 반도체 소자(113)의 온도를 측정하는 제 2 온도 센서(122)로 구성될 수 있다. 상기 제1온도 센서(121)는 케이스(111)에 인접하여 설치될 수 있다.
즉, 상기 제 1 온도 센서(121)는 전력변환장치(110)의 케이스(111)에 설치되어, 상기 케이스(111)의 온도를 측정하고, 상기 제 2 온도 센서(122)는 전력변환용 반도체 소자(113)에 설치되어, 전력 변환용 반도체 소자(113)의 온도를 측정하도록 마련될 수 있다.
상기 압축기(130)는 압축 공기를 제 1 및 제 2 보텍스 튜브(160, 170)로 공급하기 위해 마련되는 것으로, 압축 공기의 온도 및 압력에 따라 보텍스 튜브(150)로부터 발생되는 저온 공기 및 고온 공기의 온도가 달라질 수 있다.
따라서, 상기 압축기(130)에 의해 공급되는 압축 공기의 온도 및 압력은 냉각 장치(100)의 용도, 설치 환경에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기 압축기(130)는 압축 공기를 발생하는 펌프와 펌프에 의해 발생된 압축 공기를 저장하는 압력 탱크로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제 1 밸브(140)는 압축기(130)와 제 1 보텍스 튜브(160) 사이에 설치되어, 제어부(180)의 제어에 따라 개방 혹은 폐쇄되어 압축 공기의 흐름을 제어한다.
즉, 상기 제 1 밸브(140)는 제어부(180)의 제어에 따라 개방되어 압축기(130)로부터 제공되는 압축 공기가 제 1 보텍스 튜브(160)로 공급되도록 하고, 제어부(180)의 제어에 따라 폐쇄되어 압축기(130)로부터 제공되는 압축 공기가 제 1 보텍스 튜브(160)로 공급되는 것을 차단한다.
이때, 상기 압축기(130)와 제 1 보텍스 튜브(160)는 배관으로 연결되며, 상기 제 1 밸브(140)는 배관 상에 설치될 수 있다.
상기 제 2 밸브(150)는 압축기(130)와 제 2 보텍스 튜브(170) 사이에 설치되어, 제어부(180)의 제어에 따라 개방 혹은 폐쇄되어 압축 공기의 흐름을 제어한다.
즉, 상기 제 2 밸브(150)는 제어부(180)의 제어에 따라 개방되어 압축기(130)로부터 제공되는 압축 공기가 제 2 보텍스 튜브(170)로 공급되도록 하고, 제어부(180)의 제어에 따라 폐쇄되어 압축기(130)로부터 제공되는 압축 공기가 제 2 보텍스 튜브(170)로 공급되는 것을 차단한다.
이때, 상기 압축기(130)와 제 2 보텍스 튜브(170)는 배관으로 연결되며, 상기 제 2 밸브(150)는 배관 상에 설치될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 보텍스 튜브(160, 170)는 Ranque-Hilsch vortex tube라고 불리기도 하는 것으로, 압축기(130)로부터 공급되는 압축 공기를 분리하여 고온 공기와 저온 공기를 발생시킨다.
상기 제 1 및 제 2 보텍스 튜브(160, 170)에 대한 구체적인 형상 및 설계 제반사항은 사용 목적 및 설치 환경에 따라 당업자가 적절하게 선택할 수 있는 것으로서, 기 공지되어 있는 다양한 보텍스 튜브들 중에서 선택될 수 있다.
이때, 상기 제 1 및 제 2 보텍스 튜브(160, 170)로부터 발생된 저온 공기는 전력변환장치(110) 내부로 공급되어 전력변환장치(110)의 온도를 낮추는 역할을 한다.
특히, 상기 제 1 보텍스 튜브(160)는 전력변환장치(110)의 케이스(111)의 온도를 낮추기에 적절한 위치에 배치되고, 상기 제 2 보텍스 튜브(170)는 전력변환장치(110)의 전력변환용 반도체 소자(113)의 온도를 낮추기에 적절한 위치에 배치된다.
예를 들어, 상기 제 1 보텍스 튜브(160)는 제 1 보텍스 튜브(160)로부터 발생된 저온 공기가 직접적으로 케이스(111)로 향하도록 설치되는 것이 바람직하고, 상기 제 2 보텍스 튜브(170)는 전력변환용 반도체 소자(113)와 인접하도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기 제어부(180)는 온도 센서(120)에 의해 측정되는 온도를 수신하고, 수신한 온도를 바탕으로 제 1 및 제 2 보텍스 튜브(160, 170)를 이용하여 전력변환장치(110)로 저온 공기를 공급해야 하는지를 판단한다.
상기 제어부(180)는, 제 1 온도 센서(121)에 의해 측정된 온도를 기 설정된 제 1 설정 온도와 비교하여, 제 1 설정 온도를 초과하는 경우에, 제 1 보텍스 튜브(160)를 이용하여 전력변환장치(110)로 저온 공기를 공급해야 하는 것으로 판단한다.
또한, 상기 제어부(180)는 제 2 온도 센서(122)에 의해 측정된 온도를 기 설정된 제 2 설정 온도와 비교하여 제 2 설정 온도를 초과하는 경우에, 제 2 보텍스 튜브(170)를 이용하여 전력변환장치(110)로 저온 공기를 공급해야 하는 것으로 판단한다.
이때, 상기 제 1 및 제 2 설정 온도는 적용 시스템, 설치 환경 등을 고려하여 당업자에 의해 설정될 수 있는 것으로서, 제 1 설정 온도는 80℃ ~ 100℃ 범위에서 설정될 수 있고, 제 2 설정 온도는 100℃ ~ 120℃ 범위에서 설정될 수 있다.
이때, 보텍스 튜브(160, 170)에 의해 공급되는 저온 공기의 유량은 밸브에 의해 조절될 수 있다. 온도 센서(120)에서 감지된 온도가 기 설정된 온도 범위보다 높다고 판단되어 밸브(140, 150)가 열리도록 제어하는 경우 밸브(140, 150)의 열림 정도를 제어하여 유량을 조절할 수 있다. 초과하는 정도에 따른 유입되는 공기의 유량 정도는 미리 설정될 수 있다. 예를 들어 1℃~10℃ 초과하는 경우의 유량, 11℃~20℃ 초과하는 경우의 유량을 미리 설정해 두고, 제어부(180)는 설정된 유량이 유입될 수 있도록 밸브(140, 150)를 제어한다.
한편, 상기 제어부(180)는, 제 1 보텍스 튜브(160)를 이용하여 전력변환장치(110)로 저온 공기를 공급해야 하는 것으로 판단하는 경우, 제 1 밸브(140)로 밸브 개방신호를 전송한다.
그리고, 상기 제어부(180)는, 제 2 보텍스 튜브(170)를 이용하여 전력변환장치(110)로 저온 공기를 공급해야 하는 것으로 판단하는 경우, 제 2 밸브(150)로 밸브 개방신호를 전송한다.
따라서, 상기 제 1 및 제 2 밸브(140, 150)는 제어부(160)의 밸브 개방신호를 수신함에 따라 개방되며, 이에 따라 압축기(130)로부터 제공되는 압축 공기가 제 1 및 제 2 밸브(140, 150)를 거쳐 제 1 및 제 2 보텍스 튜브(160, 170)로 공급된다.
반면, 상기 제어부(180)는, 제 1 온도 센서(121)에 의해 측정된 온도가 제 1 설정 온도를 초과하지 않으면(제 1 설정 온도 이하이면), 제 1 보텍스 튜브(160)를 이용하여 전력변환장치(110)로 저온 공기를 공급하지 않아도 되는 것으로 판단한다.
또한, 상기 제어부(180)는, 제 2 온도 센서(122)에 의해 측정된 온도가 제 2 설정 온도를 초과하지 않으면(제 2 설정 온도 이하이면), 제 2 보텍스 튜브(170)를 이용하여 전력변환장치(110)로 저온 공기를 공급하지 않아도 되는 것으로 판단한다.
이때, 상기 제어부(180)는 제 1 보텍스 튜브(160)를 이용하여 전력변환장치(110)로 저온 공기를 공급하지 않아도 되는 것으로 판단하는 경우, 제 1 밸브(140)로 밸브 폐쇄신호를 전송한다.
그리고, 상기 제어부(180)는 제 2 보텍스 튜브(170)를 이용하여 전력변환장치(110)로 저온 공기를 공급하지 않아도 되는 것으로 판단하는 경우, 제 2 밸브(150)로 밸브 폐쇄신호를 전송한다.
따라서, 상기 제 1 및 제 2 밸브(140, 150)는 제어부(180)의 밸브 폐쇄신호를 수신함에 따라 폐쇄되며, 이에 따라 압축기(130)로부터 제공되는 압축 공기가 제 1 및 제 2 밸브(140, 150)에 의해 차단되어 제 1 및 제 2 보텍스 튜브(160, 170)로 공급되지 않는다.
도 2 및 도 3은 상기 도 1의 전력용 반도체 소자(113)를 상세히 도시한 것으로, 도 2는 핀형 열교환기를 도시한 것이고, 도 3은 배관형 열교환기를 도시한 것이다.
도 2는 핀형 열교환기가 장착된 실시예를 도시한 것으로, 도 2(a)는 측면도이고 도 2(b)는 평면도이다. 도 2를 참조하면, 전력용 반도체 소자(113)위에는 열교환기(210)가 형성되어 있고, 열교환기(210)는 전력변화장치의 케이스(111)에 의해 밀폐되어 있다.
상기 열교환기(210))가 핀형 열 교환기인 경우, 상기 열 교환기(210)는 밀폐형 케이스(111), 그리고 밀폐형 케이스(111) 내에 교대로 적층되는 기둥(212)과 원판(214)을 포함하여 구성될 수 있으나, 상기 열 교환기(210)의 구조가 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 밀폐형 케이스(111) 내의 하단에 기둥(212)이 마련되고, 그 위에 원판(214)이 마련되며, 다시 원판(214)에 기둥(212)이 마련되는 적층 구조로 열 교환기(210)가 이루어진다.
이때, 상기 밀폐형 케이스(111)는 열전달 효율이 낮고, 단열 효과가 큰 재질인 것이 바람직하다.
또한, 상기 기둥(212)은 다수 개일 수 있으며, 공기의 유동이 원활하게 이루어질 수 있도록 원통형으로 형성되는 것이 바람직하며, 공기 유동 방향과 수직하게 배치하여, 열이 전력 반도체 소자(113)로 효율적으로 전달될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이에 더하여, 밀폐형 케이스(111) 내로 공급되는 공기가 원활하게 이동할 수 있도록, 밀폐형 케이스(111) 내측면에 혹은 내측면에 인접하게 유동 가이드(216)가 마련될 수 있다.
이때, 상기 유동 가이드(216)는 밀폐형 케이스(111) 내로 공급된 공기가 이동하는 방향과 동일한 방향으로 마련되며, 최외곽에 위치하는 기둥(212)과 밀폐형 케이스(111) 사이에 마련될 수 있다.
도 3은 배관형 열교환기(310)가 장착된 실시예를 도시한 것으로, 도 3(a)는 측면도이고 도 3(b)는 평면도이다. 도 3을 참조하면, 상기 열 교환기(310)가 배관형 열 교환기인 경우, 상기 열 교환기(310)는 공기의 유동 길이를 늘이는 방법을 이용하여 열 교환을 이루는 방식으로서, 열 교환 효과가 좋으나, 유동 관(312)의 길이가 늘어날수록, 유동 관(312)의 직경이 작아질수록 유동 저항이 커져 보텍스 튜브의 효과에 영향을 미칠 수 있으므로, 열 교환기(310) 내에 설치되는 유동 관(312)의 길이와 직경을 당업자가 적절하게 조절할 필요가 있다.
한편, 유동 관(312)의 형태에 따라, 상기 열 교환기(310)는 S자관형 열 교환기 또는 나선형 열 교환기일 수 있다. 본 실시예에서는 나선형 열교환기를 도시하였다.
이때, S자관형보다 달팽이관형인 경우에 열교환기의 온도 분포를 고르게 하는 효과가 높으나, 유동 저항이 커져 효율은 낮아질 수 있으므로, 유동 관(312)의 길이와 직경은 보텍스 튜브의 성능에 따라 결정하는 것이 바람직하다.
상기 실시예에서는 두 개의 보텍스 튜브가 형성된 경우를 기준으로 설명하였으나, 보텍스 튜브는 2개 이상 형성될 수 있다. 이 경우, 보텍스 튜브는 케이스 측으로 저온 공기를 공급하도록 설치되는 제 1 그룹과 전력변환용 반도체 소자에 설치되는 제 2 그룹으로 분류될 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는 하나의 압축기에 다수의 보텍스 튜브가 형성된 경우를 설명하였으나, 압축기 또한 보텍스 튜브와 동일한 개수로 형성될 수 있다. 이 경우, 압축기와 보텍스 튜브는 1:1로 대응되도록 배관을 통해 연결되고 각 배관에는 동일한 수의 밸브가 형성된다.
이상에서는 본 발명의 실시 예에 따른 전력변환장치용 냉각 장치의 구성에 대해서 살펴보았다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 전력변환장치용 냉각 장치의 동작에 대해서 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전력변환장치용 냉각 장치의 동작 순서를 도시한 플로우 차트이다.
도 4를 참조하면, 제어부(180)는 제 1 온도 센서(121)에 의해 측정되는 온도(제 1 온도) 및 제 2 온도 센서(122)에 의해 측정되는 온도(제 2 온도)를 수신하고(S200), 수신된 제 1 온도를 제 1 설정 온도와 비교하여, 제 1 설정 온도를 초과하는지를 판단하고, 수신된 제 2 온도를 제 2 설정 온도와 비교하여, 제 2 설정 온도를 초과하는지를 판단한다(S210).
만약, 단계 S210에 따른 판단 결과, 제 1 온도는 제 1 설정 온도를 초과하나, 제 2 온도는 제 2 설정 온도를 초과하지 않는 경우(제 2 설정 온도 이하인 경우), 상기 제어부(180)는 제 1 밸브(140)로 밸브 개방신호를 전송하고, 제 2 밸브(150)로 밸브 폐쇄신호를 전송한다(S220).
이에 따라, 제 1 밸브(140)가 개방되어 압축 공기가 제 1 보텍스 튜브(160)로 공급되고, 제 1 보텍스 튜브(160)가 저온 공기를 전력변환장치(110) 내로 공급한다(S260). 특히, 단계 S260에 따라 공급되는 저온 공기는 전력변환장치(110)의 케이스(111) 측으로 공급된다.
만약, 단계 S210에 따른 판단 결과, 제 1 온도는 제 1 설정 온도를 초과하지 않으나(제 1 설정 온도 이하이나), 제 2 온도는 제 2 설정 온도를 초과하는 경우, 상기 제어부(180)는 제 1 밸브(140)로 밸브 폐쇄신호를 전송하고, 제 2 밸브(150)로 밸브 개방신호를 전송한다(S230).
이에 따라, 제 2 밸브(150)가 개방되어 압축 공기가 제 2 보텍스 튜브(170)로 공급되고, 제 2 보텍스 튜브(170)가 저온 공기를 전력변환장치(110) 내로 공급한다(S270). 특히, 단계 S270에 따라 공급되는 저온 공기는 전력변환장치(110)의 전력변환용 반도체 소자(113) 측으로 공급된다.
만약, 단계 S210에 따른 판단 결과, 제 1 온도가 제 1 설정 온도를 초과하고, 제 2 온도가 제 2 설정 온도를 초과하는 경우, 상기 제어부(180)는 제 1 및 제 2 밸브(140, 150)로 밸브 개방신호를 전송한다(S240).
이에 따라, 제 1 및 제 2 밸브(140, 150)가 개방되어 압축 공기가 제 1 및 제 2 보텍스 튜브(160, 170)로 공급되고, 제 1 및 제 2 보텍스 튜브(160, 170)가 저온 공기를 전력변환장치(110) 내로 공급한다(S280). 특히, 단계 S280에 따라 제공되는 저온 공기는 전력변환장치(110)의 케이스(111) 및 전력변환용 반도체 소자(113) 측으로 공급된다.
만약, 단계 S210에 따른 판단 결과, 제 1 및 제 2 온도 모두 제 1 및 제 2 설정 온도를 초과하지 않는 경우(제 1 및 제 2 설정 온도 이하인 경우), 상기 제어부(180)는 제 1 및 제 2 밸브(140, 150)로 밸브 폐쇄신호를 전송한다(S250).
이에 따라, 제 1 및 제 2 밸브(140, 150)가 폐쇄되어 압축 공기가 제 1 및 제 2 보텍스 튜브(160, 170)로 공급되는 것이 차단되고, 제 1 및 제 2 보텍스 튜브(160, 170)가 저온 공기를 전력변환장치(110) 내로 공급하는 것이 차단된다(S290).
상기와 같은 본 발명에 따르면, 팬리스(fanless) 설계가 가능하기 때문에 팬을 교체하는 데 소요된 비용을 줄일 수 있고, 보텍스 튜브의 반영구적 내구성능으로 유지보수 비용이 지속적으로 감소하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 냉각 장치를 적용하는 경우, 전력변환장치의 케이스를 밀폐형으로 제작할 수 있어 방진 성능을 확보할 수 있고, 방폭 성능 또한 확보를 할 수 있기 때문에 다양한 환경에 적용할 수 있다.
또한, 냉각 공기의 온도가 낮아 냉각 핀의 부피 및 개수를 줄일 수 있어, 전력변환장치의 부피 및 무게를 감소시킬 수 있다.
또한, 전력변환장치의 케이스를 밀폐형으로 제작 가능하고, 팬리스 제작이 가능하기 때문에 소음 성능이 향상되어 저소음 전력변환장치의 설계가 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 전력변환장치용 냉각 장치의 구성 및 이의 동작 방법을 실시 예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
따라서, 본 발명에 기재된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 전력변환장치용 냉각 장치 110 : 전력변환장치
111 : 케이스 112 : 냉각 핀
113 : 전력변환용 반도체 소자 120 : 온도 센서
121 : 제 1 온도 센서 122 : 제 2 온도 센서
130 : 압축기 140 : 제 1 밸브
150 : 제 2 밸브 160 : 제 1 보텍스 튜브
170 : 제 2 보텍스 튜브 180 : 제어부

Claims (7)

  1. 압축 공기를 발생시키는 압축기;
    상기 압축기로부터 제공되는 압축 공기를 바탕으로 저온 공기를 발생시키는 제 1 및 제 2 보텍스 튜브;
    상기 압축기와 상기 제 1 보텍스 튜브 사이에 설치되는 제 1 밸브;
    상기 압축기와 상기 제 2 보텍스 튜브 사이에 설치되는 제 2 밸브;
    전력변환장치 내에 설치되어, 상기 전력변환장치 내부의 온도를 측정하는 제 1 및 제 2 온도 센서; 및
    상기 제 1 및 제 2 온도 센서에 의해 측정되는 제 1 및 제 2 온도를 바탕으로 상기 제 1 및 제 2 보텍스 튜브를 이용하여 상기 전력변환장치 내로 저온 공기 공급 여부를 판단하여 상기 제 1 및 제 2 밸브로 밸브 개방신호 또는 폐쇄 신호를 전송하는 제어부
    를 포함하는 전력변환장치용 냉각 장치.
  2. 압축 공기를 발생시키는 다수의 압축기;
    상기 다수의 압축기로부터 제공되는 압축 공기를 바탕으로 저온 공기를 발생시키는 다수의 보텍스 튜브;
    상기 압축기와 상기 보텍스 튜브 사이에 설치되는 다수의 밸브;
    전력변환장치 내에 설치되어, 상기 전력변환장치 내부의 온도를 측정하는 제 1 및 제 2 온도 센서; 및
    상기 제 1 및 제 2 온도 센서에 의해 측정되는 제 1 및 제 2 온도를 바탕으로 상기 보텍스 튜브를 이용하여 상기 전력변환장치 내로 저온 공기 공급 여부를 판단하여 상기 밸브로 개방신호 또는 폐쇄 신호를 전송하는 제어부를 포함하고,
    상기 다수의 압축기, 보텍스 튜브 및 밸브는 동일한 개수가 서로 대응하도록 형성되는 전력변환장치용 냉각 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제 1 온도를 기 설정된 제 1 설정 온도와 비교하여 상기 제 1 설정 온도를 초과하는 경우, 상기 제 1 밸브로 밸브 개방신호를 전송하고, 상기 제 1 설정 온도를 초과하지 않는 경우, 상기 제 1 밸브로 밸브 폐쇄신호를 전송하는 전력변환장치용 냉각 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제 2 온도를 기 설정된 제 2 설정 온도와 비교하여 상기 제 2 설정 온도를 초과하는 경우, 상기 제 2 밸브로 밸브 개방신호를 전송하고, 상기 제 2 설정 온도를 초과하지 않는 경우, 상기 제 2 밸브로 밸브 폐쇄신호를 전송하는 전력변환장치용 냉각 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 센서는 상기 전력변환장치의 케이스에 설치되고, 상기 제 2 온도 센서는 상기 전력변환장치의 전력변환용 반도체 소자에 설치되는 전력변환장치용 냉각 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 보텍스 튜브는 상기 전력변환장치의 케이스 측으로 저온 공기를 공급하도록 설치되고, 상기 제 2 보텍스 튜브는 상기 전력변환장치의 전력변환용 반도체 소자 측으로 저온 공기를 공급하도록 설치되는 전력변환장치용 냉각 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 보텍스 튜브는 상기 전력변환장치의 케이스 측으로 저온 공기를 공급하도록 설치되는 제 1 보텍스 튜브들 및 상기 상기 전력변환장치의 전력변환용 반도체 소자 측으로 저온 공기를 공급하도록 설치되는 제 2 보텍스 튜브들을 포함하는 전력변환장치용 냉각 장치.
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