KR20180024936A

KR20180024936A - 파워 스택

Info

Publication number: KR20180024936A
Application number: KR1020160112001A
Authority: KR
Inventors: 김태완; 임태경
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2018-03-08
Also published as: DE102017119867A1; KR102478570B1; JP6382412B2; JP2018037659A

Abstract

본 발명에 따른 파워 스택은, 몸체를 형성하고, 내부공간을 가지는 프레임과, 상기 프레임의 일측에 배치되는 히트싱크와, 상기 히트싱크의 일면에 접촉되며, 전력을 변환하는 전력변환소자와, 상기 전력변환소자와 전기적으로 연결되는 회로기판과, 상기 프레임의 타측에 배치되며, 상기 전력변환소자 및 상기 회로기판의 일부를 커버하는 부스바조립체와, 상기 내부공간에 배치되며, 전력을 안정화시키는 리액터와, 상기 프레임의 하부에 배치되며, 외부공기를 강제로 상기 프레임의 상부 측으로 불어주는 팬과, 상기 팬에 의하여 강제 유동되는 상기 외부공기가 통과할 수 있는 공기덕트를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상대적으로 온도가 낮은 하부의 공기를 유입하여 파워 스택을 냉각할 수 있는 공기유로를 형성함으로써, 냉각효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 상대적으로 고온을 발생시키는 소자들을 상부를 향하도록 배치함으로써, 고온의 소자들에 의하여 파워 스택의 내부온도가 상승되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 파워 스택의 내부를 냉각할 수 있는 공기유로를 복수 개로 형성함으로써, 파워 스택의 냉각효율을 극대화 할 수 있다.

Description

파워 스택{POWER STACK}

본 발명은 파워 스택에 관한 것이다.

에너지 저장 시스템(Energy Storage System)은 생산된 전력을 발전소, 변전소 및 송전선 등을 포함한 각각의 연계 시스템에 저장한 후, 전력이 필요한 시기에 선택적, 효율적으로 사용하여 에너지 효율을 높이는 시스템이다.

에너지 저장 시스템은 시간대 및 계절별 변동이 큰 전기부하를 평준화시켜 전반적인 부하 율을 향상시킬 경우, 발전 단가를 낮출 수 있으며 전력설비 증설에 필요한 투자비와 운전 비 등을 절감할 수 있어서 전기요금을 인하하고 에너지를 절약할 수 있다.

이러한 에너지 저장 시스템은 전력계통에서 발전, 송배전, 수용가에 설치되어 이용되고 있으며, 주파수 조정(Frequency Regulation), 신재생에너지를 이용한 발전기 출력 안정화, 첨두부하 저감(Peak Shaving), 부하 평준화(Load Leveling), 비상 전원 등의 기능으로 사용되고 있다.

에너지 저장 시스템은 저장방식에 따라 크게 물리적 에너지 저장과 화학적 에너지 저장으로 구분된다. 물리적 에너지 저장으로는 양수발전, 압축 공기 저장, 플라이휠 등을 이용한 방법이 있고, 화학적 에너지 저장으로는 리튬 이온 배터리, 납축전지, Nas 전지 등을 이용한 방법이 있다.

이러한 에너지 저장 시스템은 전력이 필요한 경우 충전된 전력을 방전하여 전력을 공급한다. 이를 통해, 에너지 저장 시스템은 전력을 유동적으로 공급할 수 있도록 한다.

한편, 소비처에서 소비되는 전력의 용량에 따라서 대용량의 에너지 저장 시스템이 제공될 수 있다. 대용량의 에너지 저장 시스템에는 대용량의 전력을 변환하기 위한 파워 스택이 제공될 수 있다.

예를 들어, 대한민국 공개특허공보 제10-2001-0104006호, “HVIGBT를 이용한 인버터 파워 스택”을 살펴보면, 외부로부터 인가되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 파워 스택이 개시된다.

상기되는 종래기술을 살펴보면, 파워 스택의 내부에서 직류 전력을 교류 전력으로 변환시키는 전력변환소자(IGBT)에서 고온의 열이 발생되며, 고온의 열에 의하여 전력변환소자의 성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

따라서, 전력변환소자(IGBT)에서 발생되는 고온의 열을 효율적으로 방출하기 위한 파워 스택의 최적화된 구조 및 보다 빠른 방열을 위한 공기 유로가 요구된다.

대한민국 공개특허공보 제10-2001-0104006호, “HVIGBT를 이용한 인버터 파워 스택”

본 발명은, 전력을 변환하는 과정에서 발생되는 열을 보다 빠르게 방출하여 수명이 증가되는 파워 스택을 제공할 수 있다.

본 발명은, 상대적으로 고온의 전력변환소자을 냉각할 수 있는 공기 유로를 포함하는 파워 스택을 제공할 수 있다.

본 발명은, 전력변환소자들에서 발생되는 열에 의하여 몸체 내부에 배치된 회로기판의 성능이 저하되는 것을 방지하는 파워 스택을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 파워 스택은, 프레임에 의하여 내부공간을 가지는 몸체가 형성될 수 있다.

또한, 상기 프레임의 일측에는 히트싱크가 배치될 수 있다.

또한, 상기 히트싱크의 일면에는 전력을 변환하는 전력변환소자가 접촉될 수 있다.

또한, 상기 전력변환소자에 전기적으로 연결되는 회로기판이 제공될 수 있다.

또한, 상기 프레임의 타측에는 상기 전력변환소자와 상기 회로기판의 일부를 커버하는 부스바조립체가 배치될 수 있다.

또한, 상기 프레임의 내부공간에는 전력을 안정화시키는 리액터가 배치될 수 있다.

또한, 상기 프레임의 하부에는 외부공기를 강제로 상기 프레임의 상부 측으로 불어주는 팬이 배치될 수 있다.

또한, 상기 팬에 의하여 강제 유동되는 상기 외부공기가 통과할 수 있는 공기덕트가 제공될 수 있다.

또한, 상기 공기덕트는 공기유입구를 가지는 평판부와, 수직부와, 경사부와, 연장부로 제공될 수 있다.

또한, 상기 경사부에는 상기 공기덕트를 유동하는 외부공기의 일부가 통과할 수 있는 공기유동홀이 제공될 수 있다.

또한, 상기 경사부에는 상기 공기유동홀을 통과한 외부공기를 상기 전력변환소자를 향하는 방향으로 안내하는 유동가이드가 제공될 수 있다.

또한, 상기 히트싱크는 상기 팬의 상방에 배치될 수 있다.

또한, 상기 리액터는 상기 히트싱크의 상방에 배치될 수 있다.

또한, 상기 공기덕트는 상기 팬과 상기 히트싱크의 사이에 배치될 수 있다.

또한, 상기 히트싱크의 일부는 상기 공기덕트와 연결될 수 있다.

또한, 상기 전력변환소자 및 상기 리액터는 상기 회로기판보다 상방에 배치될 수 있다.

또한, 상기 프레임의 내부에는 제1공기유로와, 제2공기유로가 제공될 수 있다.

본 발명에 따르면, 상대적으로 온도가 낮은 하부의 공기를 유입하여 파워 스택을 냉각할 수 있는 공기유로를 형성함으로써, 냉각효율을 증가시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 상대적으로 고온을 발생시키는 소자들을 상부를 향하도록 배치함으로써, 고온의 소자들에 의하여 파워 스택의 내부온도가 상승되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 파워 스택의 내부를 냉각할 수 있는 공기유로를 복수개로 형성함으로써, 파워 스택의 냉각효율을 극대화 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 파워 스택의 냉각효율이 증가됨으로써, 제품의 수명이 증가되며, 제품의 안전성이 향상되는 장점이 있다.

도 1은 본 실시예에 따른 파워 스택의 전방 사시도.
도 2는 본 실시예에 따른 파워 스택의 후방 사시도.
도 3은 본 실시예에 따른 파워 스택의 분해 사시도.
도 4는 본 실시예에 따른 파워 스택의 부스바조립체를 제거한 정면도.
도 5는 본 실시예에 따른 파워 스택의 내부를 유동하는 공기의 흐름을 나타내는 도면.

이하, 본 발명과 관련된 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

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.

본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 구현할 수 있을 것이다. 그러나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 수 있다.

또한, 첨부되는 도면은 같은 실시예 임에도 불구하고, 발명 사상이 훼손되지 않는 범위 내에서, 용이하게 이해될 수 있도록 하기 위하여, 미세한 부분의 표현에 있어서는 도면별로 서로 다르게 표현되거나, 도면에 따라서 과장되게 표현되어 있을 수 있다.

도 1은 본 실시예에 따른 파워 스택의 전방 사시도이고, 도 2는 본 실시예에 따른 파워 스택의 후방 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 파워 스택(1)은 에너지 저장 시스템(ESS)에서 사용될 수 있다. 그리고, 상기 파워 스택(1)은 발전장치에서 발전되는 직류전력을 상용전원인 교류전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.

예를 들어, 상기 발전장치는 태양광 발전, 풍력 발전, 조력 발전 등이 포함될 수 있다. 그리고, 이는 예시적인 것으로, 상기 발전장치는 상기 언급한 종류에 한정되는 것은 아니며, 태양열이나 지열 등, 신재생 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 발전 시스템을 모두 포함할 수 있다.

그리고, 상기 파워 스택(1)은 상대적으로 대용량의 전력을 공급하기 위한 에너지 저장 시스템에 제공될 수 있다. 상기 에너지 저장 시스템은 상대적으로 대용량의 전력을 소비처에 공급하기 위하여, 상기 대용량의 전력 변환이 요구된다. 이를 위하여 상기 파워 스택(1)은 다수 개로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 파워 스택(1)은 250KW, 500KW, 1MW, 2MW급의 에너지 저장 시스템에 다수 개로 제공될 수 있다.

그리고, 상기 파워 스택(1)이 변환할 수 있는 전력의 한계량에 따라서 상기 파워 스택(1)의 개수는 변경될 수 있다. 또한, 상기 파워 스택(1)이 변환할 수 있는 전력의 한계량 또한 상기 파워 스택(1)에 제공되는 다수의 부품에 의하여 변경될 수 있다. 이러한 사상에 제한되지 않는다.

상기 파워 스택(1)은 프레임(10)으로 몸체를 형성할 수 있다. 상기 프레임(10)은 서로 연결되어 다각형으로 몸체를 형성할 수 있다. 그리고, 상기 프레임(10)에 의하여 형성된 몸체는 다방면이 천공되도록 형성될 수 있다. 다방면으로 천공된 상기 몸체의 내부에는 수용공간이 형성될 수 있다.

상기 프레임(10)의 하단부에는 팬(111)이 배치될 수 있다. 그리고, 상기 프레임(10)의 하단부에는 상기 팬(111)을 지지하는 팬지지부(11)가 제공될 수 있다. 그리고, 상기 팬지지부(11)에는 상기 팬(111)이 배치될 수 있는 팬수용홀(112)이 제공될 수 있다. 상기 팬(111)은 상기 팬지지부(11)에 지지된 상태에서, 상기 팬수용홀(112) 상에서 회동할 수 있다. 상기 팬(111)은 상기 팬지지부(11)에 제공되는 모터에 의하여 회전할 수 있다. 상기 팬(111)이 회동하면, 상기 프레임(10)의 외부공기는 상기 팬수용홀(112)을 통과하여 상기 프레임(10)의 내부로 유입될 수 있다.

상기 프레임(10)의 상단부에는 상기 팬(111)에 의하여 상기 프레임(10)의 내부로 유입된 공기가 외부로 배출되는 공기배출구(101)가 제공될 수 있다. 상기 공기배출구(101)는 상기 프레임(10)의 상단부에 적어도 하나 이상으로 제공될 수 있다. 본 실시예의 상기 공기배출구(101)는 상기 프레임(10)의 상단부에서 개구되어 제공되나, 다수의 홀을 가지는 메쉬형상으로 제공될 수 있다.

즉, 상기 팬수용홀(112)을 통과하여 상기 파워 스택(1)의 내부로 유입된 공기는 상기 공기배출구(101)를 통과하여 외부로 배출될 수 있다. 이에 따르면, 상기 파워 스택(1)의 방열효율이 증가될 수 있다.

한편, 상기 공기배출구(101)의 상단부에는 팬(미도시)이 더 제공될 수 있다. 상기 팬(미도시)은 상기 공기배출구(101)의 상단부에 제공되어, 상기 프레임(10)의 내부 공기를 외부로 강제 유동시킬 수 있다. 이때, 상기 프레임(10)의 하단부에 제공되는 상기 팬(111)을 “제1팬”으로, 상기 프레임(10)의 상단부에 제공되는 팬(미도시)을 “제2팬”으로 칭할 수 있다. 이러한 사상에 제한되지 않는다.

상기 프레임(10)의 내부에는 히트싱크(12)가 배치될 수 있다. 그리고, 상기 히트싱크(12)는 상기 팬(111) 및 상기 팬지지부(11)의 상방에 위치할 수 있다.

상기 히트싱크(12)는 후술할 전력변환소자(14)에서 발생되는 열을 외부로 방출할 수 있다. 상기 히트싱크(12)는 상기 전력변환소자(14)에서 발생되는 열을 외부로 방출하기 위한 방열홀(122)(도 3 참조)을 포함할 수 있다. 상기 방열홀(122)은 상기 히트싱크(12)를 가로질러 관통할 수 있다. 그리고, 상기 방열홀(122)은 상기 히트싱크(12)의 내부에서 서로 이격되어 다수 개로 배치될 수 있다. 본 실시예의 상기 방열홀(122)은 상기 프레임(10)의 하단부에서 상기 프레임(10)의 상단부를 향하는 방향으로 제공될 수 있다.

다른 측면으로, 상기 히트싱크(12)는 다수의 방열핀으로 제공될 수 있을 것이다. 상기 히트싱크(12)가 다수의 방열핀으로 제공되는 경우, 본 실시예의 상기 방열홀(122)은 상기 다수의 방열핀 사이에 제공되는 공간으로 이해할 수 있을 것이다. 이러한 사상에 제한되지 않는다.

상기 히트싱크(12)는 상기 프레임(10)으로 형성된 몸체의 내부에서, 상기 프레임(10)을 지지하는 지지대 역할을 할 수 있다.

상기 히트싱크(12)는 상기 프레임(10)의 내부에서 일측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 히트싱크(12)는 상기 프레임(10)의 내부에서 전방 또는 후방을 향하는 방향으로 배치될 수 있다. 본 실시예에서 상기 히트싱크(12)는 상기 프레임(10)으 후방에 배치되는 것으로 도시되어 있다.

이때, 상기 프레임(10)의 전방은 도면을 기준으로, 후술할 부스바조립체(16)가 설치되는 방향, 즉 도면을 기준으로 우측을 칭할 수 있다. 상기 프레임(10)의 후방은 도면을 기준으로, 상기 부스바조립체(16)를 마주보는 방향, 즉 도면을 기준으로 좌측을 칭할 수 있다. 이러한 사상에 제한되지 않는다.

상기 히트싱크(12)는 상기 프레임(10)의 내부에서 일정한 폭을 가지도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 히트싱크(12)의 폭은 상기 프레임(10)의 폭보다 작도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 프레임(10)에는 상기 히트싱크(12)를 상기 프레임(10)에 고정시키기 위한 히트싱크 지지부(121)가 결합될 수 있다.

상기 히트싱크 지지부(121)는 상기 히트싱크(12)가 상기 프레임(10)의 외부로 분리되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 상기 히트싱크는 상기 히트싱크 지지부(121)와 결합할 수 있다. 그리고, 상기 히트싱크 지지부(121)는 상기 프레임(10)과 결합할 수 있다.

예를 들어, 상기 히트싱크 지지부(121)는 상기 히트싱크(12)와 교차되는 방향, 즉 상기 프레임(10)의 좌우방향으로 배치될 수 있다. 그리고, 상기 히트싱크 지지부(121)의 일단부와 타단부는 상기 프레임(10)에 각각 결합될 수 있다. 그리고, 상기 히트싱크(12)는 체결부재에 의하여 상기 히트싱크 지지부(121)에 결합될 수 있다.

상기 프레임(10)의 내부에는 리액터(13)가 배치될 수 있다. 상기 리액터(13)는 상기 히트싱크(12)의 상부에 배치될 수 있다.

상기 리액터(13)는 인덕터라고도 하며, 전류의 변화에 저항하여 전류를 일정하게 유지시킬 수 있다. 상기 리액터(13)는 사용되는 장소 및 목적에 따라 AC리액터, DC리액터 등으로 다양하게 사용된다.

상기 리액터(13)는 외부에서 상기 파워 스택(1)으로 인가되는 전력 또는 상기 파워 스택(1)에서 외부로 공급하는 전력을 안정화 시킬 수 있다.

상세히, 상기 리액터(13)는 전자기 에너지의 축척에 의하여 교류전류 또는 직류 전류 또는 전류의 급격한 변화에 대해서 큰 저항을 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 리액터(13)는 전력망에서 고주파의 필터로 사용될 수 있다. 또한, 상기 리액터(13)는 전류를 제한하는 장치로써, 과도과전압 등으로부터 전력망을 보호할 수 있다. 또한, 상기 리액터(13)는 서지 전류 및 피크전류를 효율적으로 감소하고, 실제 역률을 향상시켜 전령망의 조파를 억제시키며, 입력전류 파형의 기능을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 리액터(13)는 입력 전류파형의 왜곡을 개선하여 정전용량의 과열을 감소하거나, 전력망의 과전압을 제한할 수 있다.

일반적으로 상기 리액터(13)는 전선을 코일 모양으로 감은 것으로, 철심형과 공심형으로 나뉠 수 있다. 그리고, 상기 리액터(13)는 구조에 따라 공심형, 폐로 철심형, 공극형 등으로, 연결방식에 따라 직렬 리액터, 병렬 리액터 등이 존재한다. 본 실시예의 리액터(13)는 원통형상으로 형성되는 것으로 도시되었다.

상기 리액터(13)는 리액터 지지부(131)에 의하여 지지될 수 있다. 상기 리액터 지지부(131)는 상기 리액터(13)의 일측을 고정할 수 있다. 상기 리액터 지지부(131)는 상기 리액터(13)의 일측을 지지하기 위한 리액터 지지판(132)을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 리액터 지지부(131)와 상기 리액터 지지판(132)은 일체로 형성될 수 있다.

다시 말하면, 상기 리액터(13)의 일측은 상기 리액터 지지판(132)에 지지될 수 있다. 그리고, 상기 리액터 지지판(132)은 상기 리액터 지지부(131)에 의하여 지지될 수 있다.

상기 리액터(13)의 일측과 상기 리액터 지지판(132)을 지지하는 상기 리액터 지지부(131)는 상기 프레임(10)에 결합될 수 있다.

예를 들어, 상기 리액터 지지부(131)는 상기 히트싱크(12)와 교차되는 방향, 즉 상기 프레임(10)의 좌우방향으로 배치될 수 있다. 그리고, 상기 리액터 지지부(131)의 일단부와 타단부는 상기 프레임(10)에 각각 결합될 수 있다.

상기 프레임(10)의 내부에는 전력변환소자(14) 및 회로기판(15)이 배치될 수 있다. 상기 전력변환소자(14) 및 상기 회로기판(15)은 도 3 및 도 4에서 더욱 상세히 설명한다.

상기 프레임(10)에는 상기 전력변환소자(14) 및 상기 회로기판(15)을 커버하는 부스바조립체(16)가 제공될 수 있다. 상기 부스바조립체(16)는 상기 회로기판(15)과 연결될 수 있다. 그리고, 상기 부스바조립체(16)는 상기 리액터(13)의 일부분과도 연결될 수 있다.

상기 부스바조립체(16)는 대전류를 전달하는 부스바(Bus Bar)와, 상기 부스바를 지지하는 부스바지지대를 포함할 수 있다.

일반적으로 상기 부스바는 동 부스바로 제공될 수 있다. 그리고, 상기 부스바는 상기 회로기판(15)에 연결되어 상기 회로기판(15)이 높은 전류를 취급할 수 있도록 한다.

상기 부스바지지대는 전기 절연성이 우수한 재질로 제공될 수 있다. 그리고, 상기 부스바는 상기 부스바지지대의 일면에 장착될 수 있다. 상기 부스바지지대는 적어도 플레이트 형상으로 제공될 수 있다.

다시 말하면, 상기 부스바지지대의 적어도 일면에 상기 부스바가 장착될 수 있다. 그리고, 상기 부스바가 장착되는 상기 부스바지지대의 일면은 상기 프레임(10)의 내부를 향하는 방향으로 배치될 수 있다. 상기 부스바는 상기 프레임(10)의 내부에서 상기 회로기판(15), 상기 전력변환소자(14) 등과 연결되어 전류를 전달할 수 있다.

본 실시예의 상기 부스바조립체(16)는 상기 부스바지지대가 외부로 노출된 것으로 도시되어 있다. 상기 부스바조립체(16)에서 도시되지 않은 일면에 상기 부스바가 장착되어 있다.

상기 부스바조립체(16)는 상기 프레임(10)의 전방 또는 후방 중 어느 한 곳에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 프레임(10)을 기준으로, 상기 부스바조립체(16)는 상기 히트싱크(12)와 이격되도록 배치될 수 있다.

다시 말하면, 상기 히트싱크(12)가 상기 프레임(10)의 후방에 배치되는 경우, 상기 부스바조립체(16)는 상기 프레임(10)의 전방에 배치될 수 있다. 반대로, 상기 히트싱크(12)가 상기 프레임(10)의 전방에 배치되는 경우, 상기 부스바조립체(16)는 상기 프레임(10)의 후방에 배치될 수 있다. 이러한 사상에 제한되지 않으나, 본 실시예의 상기 부스바조립체(16)는 상기 프레임(10)의 전방에 배치되는 것으로 도시되었다.

상기 부스바조립체(16)에 의하여 커버되는 상기 전력변환소자(14) 및 상기 회로기판(15) 중 상기 회로기판(15)은 적어도 일부분이 상기 부스바조립체(16)에 커버될 수 있다. 그리고, 상기 부스바조립체(16)에 의하여 적어도 일부분이 커버되는 상기 회로기판(15)은 상기 부스바조립체(16)에 결합될 수 있다. 다시 말하면, 상기 부스바조립체(16)의 일부분은 상기 회로기판(15)에 연결될 수 있다.

한편, 상기 프레임(10)의 내부에서, 상기 히트싱크(12)와 상기 팬지지부(11)의 사이에는 공기덕트(18)가 제공될 수 있다. 상기 공기덕트(18)는 상기 팬수용홀(112)을 통과하여 상기 프레임(10)의 내부로 유입되는 공기가 통과할 수 있는 통로로 이해할 수 있다. 그리고, 상기 공기덕트(18)에는 상기 팬수용홀(112)과 서로 연통되는 공기유입구(185)(도 3 참조)가 제공될 수 있다. 상기 공기유입구(185)와 상기 팬수용홀(112)은 서로 대응되도록 형성될 수 있다. 상기 공기덕트(18)의 상세한 구성은 도 5에서 더욱 상세히 설명한다.

도 3은 본 실시예에 따른 파워 스택의 분해 사시도이고, 도 4는 본 실시예에 따른 파워 스택의 부스바조립체를 제거한 정면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 파워 스택(1)은 전력을 변환하기 위한 전력변환소자(14), 및 상기 전력변환소자(14)와 연결되는 회로기판(15)이 제공될 수 있다.

상기 전력변환소자(14)는 상기 프레임(10)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 전력변환소자(14)는 상기 회로기판(15)과 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 상기 전력변환소자(14)는 상기 히트싱크(12)에 접촉되도록 배치될 수 있다. 상기 전력변환소자(14)는 전력을 변환하기 위한 핵심부품으로써, 다소 고온의 열이 발생될 수 있다. 따라서, 상기 전력변환소자(14)를 상기 히트싱크(12)에 접촉시킴으로써, 상기 전력변환소자(14)에서 발생되는 열을 방출할 수 있다.

상기 전력변환소자(14)는 외부로부터 인가되는 직류전력을 교류전력으로 변환할 수 있다. 상기 전력변환소자(14)는 트랜지스터나 사이리스터 등의 스위칭 소자로써, 외부에서 인가되는 직류전력을 단속하여 구형파의 교류전력를 만들 수 있다. 상기 전력변환소자(14)에서 발생되는 구형파의 교류전력은 상기 리액터(13)에 의하여 안정화되어 소비처에 공급될 수 있다.

상기 전력변환소자(14)는 외부로부터 인가되는 직류전력의 용량에 따라 적어도 하나 이상으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 전력변환소자(14)는 IGBT로 제공될 수 있다. 또한, 상기 전력변환소자(14)는 FET 등과 같은 전류 또는 전압 등을 증폭시키기 위한 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.

본 실시예의 상기 전력변환소자(14)는 제1전력변환소자(141)와 제2전력변환소자(142)로 제공될 수 있다. 상기 제1전력변환소자(141)와 상기 제2전력변환소자(142)는 서로 동일하거나, 서로 다른 소자로 제공될 수 있다. 본 실시예의 상기 제1전력변환소자(141)는 상기 제2전력변환소자(142)보다 다소 작은 크기의 소자를 복수개로 제공될 수 있다. 그리고, 상기 제2전력변환소자(142)는 하나로 제공될 수 있다. 이러한 사상에 제한되지 않는다.

상기 회로기판(15)은 상기 전력변환소자(14)와 연결되어 전기적 회로를 구성할 수 있다. 그리고, 상기 회로기판(15)은 PCB로 제공될 수 있다. 상기 회로기판(15)에는 다수의 소자들이 일면에 제공될 수 있다. 그리고, 다수의 소자들이 제공되는 상기 회로기판(15)의 일면은 상기 프레임(10)의 내부를 향하는 방향으로 배치될 수 있다.

상기 회로기판(15)은 일측이 상기 부스바조립체(16)에 고정될 수 있다. 그리고, 상기 회로기판(15)의 타측은 상기 공기덕트(18)에 고정될 수 있다. 또는 상기 회로기판(15)의 타측은 상기 프레임(10)에 연결될 수 있다. 이러한 사상에 제한되지 않는다.

본 실시예의 상기 회로기판(15)은 제1회로기판(151)과 제2회로기판(152)을 포함할 수 있다. 상기 제1회로기판(151)은 상기 제1전력변환소자(141)와 연결될 수 있다. 그리고, 상기 제2회로기판(152)은 상기 제2회로기판(152)과 연결될 수 있다. 이러한 사상에 제한되지 않으며, 상기 회로기판(15)은 다수개를 더 포함하거나, 서로 다른 전력변환소자(14)와 연결될 수 있다.

한편, 상기 파워 스택(1)에서, 상기 전력변환소자(14)와 상기 회로기판(15)은 서로 연결되어 하나의 전력변환모듈을 형성할 수 있다. 상기 전력변환모듈에는 상기 제1회로기판(151)과 상기 제1전력변환소자(141) 및 상기 제2회로기판(152)과 상기 제2전력변환소자(142)가 포함될 수 있다. 그리고, 상기 전력변환모듈은 상기 파워 스택(1)이 변환할 수 있는 전력의 용량에 따라서 하나 이상으로 제공될 수 있다. 본 실시예의 상기 전력변환모듈은 3개가 제공된다. 이러한 사상에 제한되지 않는다.

상기 부스바조립체(16)에는 상기 부스바조립체(16)의 일부를 통과하여 외부로 노출될 수 있는 단자를 커버하는 스너버(17)(Snubber)가 제공될 수 있다. 상기 스너버(17)는 상기 리액터(13), 상기 전력변환소자(14), 및 상기 회로기판(15)에 설치된 다수의 소자 등에 공급될 수 있는 서지 전압이나 링잉 전압을 흡수하기 위하여 연결되는 RC 직렬 분기이다. 또한, 상기 스너버(17)는 소자에 흐르는 전류의 급격한 변화를 방지하기 위해 직렬로 사용하는 작은 인덕턴스도 포함할 수 있다. 즉, 상기 스너버(17)는 “충격 방지구” 또는 “충격 방지쇠”를 칭할 수 있다.

도 5는 본 실시예에 따른 파워 스택의 내부를 유동하는 공기의 흐름을 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 공기덕트(18)는 상기 프레임(10)의 하부에 제공될 수 있다. 그리고, 상기 공기덕트(18)는 상기 프레임(10)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 공기덕트(18)는 상기 프레임(10)의 내부로 유입되는 공기가 유동할 수 있는 통로로 이해할 수 있다.

상기 공기덕트(18)는 상기 프레임(10)의 하단부에 제공되는 평판부(181)를 포함할 수 있다. 상기 평판부(181)는 상기 프레임(10)의 개구된 하면을 차폐할 수 있다. 그리고, 상기 평판부(181)에는 상기 팬수용홀(112)과 연통되는 공기유입구(185)가 제공될 수 있다. 즉, 상기 팬수용홀(112)을 통과한 외부공기는 상기 공기유입구(185)를 통과하여, 상기 공기덕트(18)의 내부로 유동할 수 있다.

상기 공기덕트(18)에는 상기 평판부(181)와 연결되며, 상기 프레임(10)과 나란한 방향으로 연장되는 수직부(184)를 포함할 수 있다. 상기 수직부(184)는 상기 평판부(181)에서 연장되며, 상기 평판부(181)에서 수직한 방향으로 연장될 수 있다. 그리고, 상기 수직부(184)는 상기 프레임(10)의 양측면과, 상기 히트싱크(12)의 일부분을 커버하도록 제공될 수 있다. 다시 말하면, 상기 평판부(181)와 상기 수직부(184)를 연결하면, 두 면이 서로 연통되도록 개구된 다각형으로 제공될 수 있다.

상기 공기덕트(18)는 상기 평판부(181)의 일측에서 일부분이 경사지도록 절곡되는 경사부(182)를 포함할 수 있다. 상기 경사부(182)는 상기 평판부(181)의 단부에서 절곡될 수 있다. 그리고, 상기 경사부(182)는 상기 수직부(184)가 제공되지 않는 전방 또는 후방에 배치될 수 있다.

본 실시예의 상기 경사부(182)는 상기 프레임(10)의 오른쪽에서 왼쪽을 향하는 방향으로 절곡된 것으로 도시되었다. 이때, 상기 프레임(10)의 오른쪽을 상기 파워 스택(1)의 전방으로, 상기 프레임(10)의 왼쪽을 상기 파워 스택(1)의 후방으로 이해할 수 있다.

상기 경사부(182)의 일부분은 상기 히트싱크(12)에 연결될 수 있다. 이때, 상기 경사부(182)는 상기 히트싱크(12)과 나란한 방향으로 연장되는 연장부(183)가 제공될 수 있다. 상기 연장부(183)는 상기 프레임(10)의 후방에 배치되는 상기 수직부(184)와 나란한 방향으로 연장될 수 있다.

즉, 상기 히트싱크(12)는 상기 수직부(184)와 상기 연장부(183)의 사이에 배치될 수 있다. 다시 말하면, 상기 히트싱크(12)는 상기 수직부(184)와 상기 연장부(183)의 사이에 형성된 공간에 삽입될 수 있다. 이러한 구성에 따르면, 상기 공기덕트(18)의 내부로 유입된 외부공기는 상기 히트싱크(12)로 바로 전달될 수 있다.

한편, 상기 공기덕트(18)의 경사부(182)에는 공기유동홀(186)이 제공될 수 있다. 상기 공기유동홀(186)에 의하여 상기 경사부(182)를 유동하는 외부공기의 일부는 상기 공기유동홀(186)을 통과하여 상기 히트싱크(12)를 향하는 방향으로 유동할 수 있다.

그리고, 상기 경사부(182)에는 상기 공기유동홀(186)에 인접하게 배치되는 유동가이드(19)가 제공될 수 있다. 상기 유동가이드(19)는 상기 공기유동홀(186)을 통과하여 상기 히트싱크(12)를 향하는 외부공기의 방향을 가이드할 수 있다. 예를 들어, 상기 유동가이드(19)는 상기 공기유동홀(186)로 배출되는 외부공기를 상기 전력변환소자(14)를 향하는 방향으로 안내할 수 있다.

상기 유동가이드(19)는 상기 경사부(182)의 일츨에서 상기 전력변환소자(14)를 향하는 방향으로 연장될 수 있다. 그리고, 상기 유동가이드(19)는 일정한 각도로 경사질 수 있다. 상기 유동가이드(19)의 경사진 각도는 상기 공기유동홀(186)에서 배출되는 외부공기의 방향에 따라 조절될 수 있다.

상기 유동가이드(19)에 의하면, 상기 공기유동홀(186)을 통과하여 상기 프레임(10)의 내부로 배출되는 공기를 상기 전력변환소자(14)를 향하게 함으로써, 상기 전력변환소자(14)를 보다 빠르게 냉각할 수 있다. 또한, 상기 유동가이드(19)에 의하여 상기 전력변환소자(14)로 안내되는 외부공기의 일부는 상기 히트싱크(12)의 일면을 통과할 수 있으므로, 상기 히트싱크(12)의 냉각을 수행할 수 있다.

이러한 구성에 따르면, 상기 파워 스택(1)의 내부에는 제1공기유로(A1)와, 제2공기유로(A2)가 형성될 수 있다.

상기 제1공기유로(A1)는 상기 공기덕트(18)로 유입되어, 상기 히트싱크(12) 및 상기 리액터(13)를 냉각할 수 있는 외부공기의 유로를 칭할 수 있다.

상기 제2공기유로(A2)는 상기 공기덕트(18)로 유입되어, 상기 공기유동홀(186)을 통과하여, 상기 유동가이드(19)에 의하여 상기 전력변환소자(14)를 냉각할 수 있는 외부공기의 유로를 칭할 수 있다.

결과적으로, 본 실시예에 따른 파워 스택(1)은 하부에서 상부를 향하는 상기 제1공기유로(A1)와 상기 제2공기유로(A2)를 형성함으로써, 상기 파워 스택(1)의 냉각효율을 증가시킬 수 있다.

또한, 상대적으로 온도가 낮은 하부의 공기를 유입하여 상기 파워 스택(1)의 내부를 냉각함으로써, 냉각효율이 더욱 상승될 수 있다.

또한, 상기 파워 스택(1)에서 상대적으로 고온을 발생시키는 상기 리액터(13) 및 상기 전력변환소자(14)가 상기 회로기판(15)보다 상방으로 배치됨으로써, 상기 리액터(13) 및 상기 전력변환소자(14)의 열에 의하여 상기 회로기판(15)의 온도가 상승되는 문제를 예방할 수 있다.

그리고, 상기 파워 스택(1)의 냉각효율이 증가됨으로써, 상기 파워 스택(1)의 안전성 및 제품의 수명이 증가되는 장점을 가질 수 있다.

1 파워 스택 10 프레임
11 팬지지부 12 히트싱크
13 리액터 14 전력변환소자
15 회로기판 16 부스바조립체
17 스너버 18 공기덕트
19 유동가이드

Claims

몸체를 형성하고, 내부공간을 가지는 프레임;
상기 프레임의 일측에 배치되는 히트싱크;
상기 히트싱크의 일면에 접촉되며, 전력을 변환하는 전력변환소자;
상기 전력변환소자와 전기적으로 연결되는 회로기판;
상기 프레임의 타측에 배치되며, 상기 전력변환소자 및 상기 회로기판의 일부를 커버하는 부스바조립체;
상기 내부공간에 배치되며, 전력을 안정화시키는 리액터;
상기 프레임의 하부에 배치되며, 외부공기를 강제로 상기 프레임의 상부 측으로 불어주는 팬; 및
상기 팬에 의하여 강제 유동되는 상기 외부공기가 통과할 수 있는 공기덕트가 포함되는 파워 스택.
제 1 항에
상기 공기덕트에는,
상기 프레임의 하단부에 제공되며, 상기 팬에 의하여 유입되는 상기 외부공기가 통과하는 공기유입구를 가지는 평판부;
상기 평판부에서 수직한 방향으로 연장되는 수직부;
상기 평판부의 일측에서, 일부분이 일정한 각도로 경사지도록 형성되는 경사부; 및
상기 경사부에서 연장되며, 상기 수직부와 나란한 방향으로 연장되는 연장부가 포함되는 파워 스택.
제 2 항에 있어서,
상기 경사부에는,
상기 공기덕트를 유동하는 외부공기의 일부가 통과할 수 있는 공기유동홀; 및
상기 공기유동홀을 통과한 외부공기를 상기 전력변환소자를 향하는 방향으로 안내하는 유동가이드가 포함되는 파워 스택.
제 3 항에 있어서,
상기 프레임의 상단부에는, 상기 프레임의 내부공간을 유동하는 공기가 외부공간으로 배출될 수 있는 공기배출구가 제공되는 파워 스택.
제 4 항에 있어서,
상기 공기배출구에는, 상기 내부공간의 공기를 외부로 배출하는 팬이 더 구비되는 파워 스택.
제 4 항에 있어서,
상기 프레임의 내부에는,
상기 공기유입구로 유입되고, 상기 공기덕트를 유동하여, 상기 공기배출구를 통과하여 외부로 배출될 수 있는 제1공기유로; 및
상기 공기유입구로 유입되고, 상기 공기덕트의 공기유동홀을 통과하여, 상기 공기덕트의 외부를 유동할 수 있는 제2공기유로가 포함되는 파워 스택.
제 1 항에 있어서,
상기 히트싱크는, 상기 팬의 상방에 위치하고,
상기 리액터는, 상기 히트싱크의 상방에 배치되며,
상기 공기덕트는, 상기 팬과 상기 히트싱크의 사이에 구비되는 파워 스택.
제 7 항에 있어서,
상기 히트싱크의 일부는, 상기 공기덕트에 연결되는 파워 스택.
제 1 항에 있어서,
상기 전력변환소자 및 상기 회로기판은, 복수개의 전력변환소자 및 복수개의 회로기판을 포함하는 하나의 전력변환모듈을 형성하며,
상기 전력변환모듈은, 적어도 하나 이상으로 제공되는 파워 스택.
제 1 항에 있어서,
상기 전력변환소자 및 상기 리액터는, 상기 회로기판보다 상방에 배치되는 파워 스택.