KR20190041305A - 옥외용 전기기기 함체 - Google Patents

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KR20190041305A
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Abstract

옥외용 전기기기 함체가 개시된다. 본 발명의 옥외용 전기기기 함체는 우선적으로 방수(防水)/방진(防塵)을 위하여 전체적으로 밀폐된 구조를 가짐으로써 방수와 방진 성능을 구현함과 동시에, 미로 형식의 자연공랭식 방열 또는 배기 구조를 제시함으로써 국제전기표준회의(IEC: International Electrotechnical Commission)의 표준 규격인 IEC 60529을 만족한다.

Description

옥외용 전기기기 함체{Outdoor Enclosure for Electric System}
본 발명은 옥외용 전기기기 함체에 관한 것으로서, 별도의 장치를 이용하지 않는 자연 공랭식 방열 및 배기 구조에 관한 것이다.
통상적으로 전기회로는 전원이 인가되어 동작하면서 열이 배출하여 케이스 또는 함체 내부의 온도를 상승시킨다. 여기서, 전기회로는 전기소자, 전자부품 및/또는 전기소자 등이 실장된 인쇄회로기판(PCB) 등이 상호 연결되어 전원이 공급될 경우에 특정 목적의 결과를 출력하도록 동작하는 것으로, 대부분 정상적인 동작을 위한 동작 온도사양이 있다. 예컨대 전원장비에 사용되는 전기회로부는 트랜스포머(Transformer), 커패시터(Capacitor), 트랜지스터와 같은 스위칭 소자(Switching Device) 등을 포함하며, 전기 에너지를 변환하는 과정에서 상당한 열을 방출한다.
한편, 전자기기의 수명이나 정상 동작 여부는 다양한 요인에 의해 영향을 받는데 그 중에서도 열은 매우 중요하다. 전자기기 또는 회로에서 발생한 열이 배출되지 않고 전자 소자나 부품에 축적되면 소위 부품의 열화 현상이 생기면서 전기적 성능에 영향을 미쳐서 오동작을 일으킬 뿐만 아니라 파손, 수명 단축과 같은 치명적인 문제가 발생할 수 있다. 결국, 시스템의 방열 특성은 전자기기의 성능, 신뢰성, 수명, 전기적 안전성에 막대한 영향을 미친다.
따라서 내부에서 발생한 열에 의한 전기기기의 열화를 막기 위해서, 종래에는 에어 컨디셔너(Air Conditioner), 열교환기(Heat Exchanger) 또는 팬(Fan)과 같은 강제 냉각장치를 설치하거나, 방열판(Heatsink, Heat Pipe)과 같은 방열구조물을 사용하였다.
강제 냉각장치는 냉각성능이 탁월하지만 가격이 고가이므로 함체의 제조원가가 크게 상승하고, 냉각장치 자체의 유지보수를 위해 추가적인 비용이 발생할 수 있다. 방열판과 같은 방열구조물을 이용한 냉각방식은 강제 냉각장치에 비해 가격이 저렴하지만, 함체의 무게가 무거워지고 냉각성능이 상대적으로 떨어지는 단점이 있다. 따라서 방열판을 설치하는 경우에 대부분 팬(Fan)을 추가 설치하여 냉각성능을 높인다. 따라서 방열구조물 방식의 경우에도 팬의 유지 및 관리에 따른 비용과 노력이 요구된다.
본 발명의 목적은, 방수(防水)와 방진(防塵)을 위하여 전반적으로 밀폐된 구조를 가지면서도 내부에서 데워진 공기를 별도의 장치를 이용하지 않고 배출할 수 있는 자연 공랭식 방열 및 배기 구조를 구비한 옥외용 전기기기 함체를 제공함에 있다.
특별히, 본 발명은 에어 컨디셔너(Air Conditioner), 열교환기(Heat Exchanger) 또는 팬(Fan)과 같은 강제 냉각장치나, 방열판(Heatsink, Heat Pipe)과 같은 방열구조물를 사용하지 않고도 효과적으로 옥외용 전기기기 함체 내부에서 발생하는 열을 외부로 배출하는 구조를 제시함으로써 방열을 가능하게 하는 자연 공냉방식 배기 및 방열구조를 가지는 옥외용 전기기기 함체를 제공하는 것이다.
또한, 옥외용 전기기기 중에서도 발열이 많은 유피에스나 정류시스템과 같은 전원장치의 함체로서 방수(防水)/방진(防塵)을 위한 국제전기표준회의(IEC: International Electrotechnical Commission)의 표준 규격인 IEC 60529의 IP54/55의 동작온도 조건을 강제 냉각방식을 적용하지 않고 만족하도록 설계된 자연 공냉 방식의 옥외용 전기기기 함체 및 그 공랙식 냉각 또는 방열 구조를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 옥외용 전기기기 함체는 본체, 도어, 좌측 덮개와 우측 덮개, 그리고 상부 덮개를 포함하며, 아래의 본체공간부, 좌측공간부 및 우측공간부에 의한 이중 구조로 국제전기표준회의(IEC: International Electrotechnical Commission)의 방수 방진 표준 규격인 IEC 60529 IP54/55를 만족하면서 자연공랭식 방열 구조를 가진다.
본체는 전원에 의해 동작하는 전기회로부를 수용하기 위하여 정면이 개방된 6면체의 본체공간부를 형성하며, 상면에는 상기 본체공간부에서 데워진 공기가 배출하는 배출구가 형성된다. 도어는 상기 본체공간부의 정면을 덮어 상기 본체공간부를 개폐한다. 좌측 덮개는 상기 본체의 좌측면 덮어 좌측공간부를 형성하고, 우측 덮개는 우측면을 덮어 우측공간부를 형성한다.
상부 덮개는 상기 좌측 덮개, 우측 덮개 및 본체의 상면을 덮어 상부공간부를 형성하며 상기 배출구로 통해 상기 본체공간부로부터 유입된 데워진 공기를 외부로 배출하는 적어도 하나의 배기홀이 형성된다.
실시 예에 따라, 본 발명의 함체는 상기 배출구 내에 설치되어 이물질이 상기 본체공간부로 유입되는 것을 차단하는 메시 형태의 금속필터를 더 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따라, 본 발명의 함체는 상기 배출구의 하단부로부터 일정 간격 이격되어 상기 본체공간부 내에 배치됨으로써 상기 금속필터를 통과한 이물질을 2차로 차단하는 재받침을 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따라, 상기 좌측 덮개와 우측 덮개의 상부에는 복수 개의 공기 유입구가 형성되어 상기 좌측공간부와 우측공간부가 상기 상부공간부와 연결되고, 상기 좌측 덮개와 우측 덮개의 하부에는 복수 개의 공기 유입구구가 형성되어 상기 좌측공간부와 우측공간부가 외부와 연결됨으로써 외부의 공기를 상기 좌측공간부와 우측공간부로 유입시킬 수 있다.
상기 배기홀은, 상기 상부 덮개가 상기 본체와 일정간격 이격되어 지지됨으로써 상기 상부 덮개의 가장자리를 따라 형성된 이격 틈의 형태일 수도 있고, 상기 상부 덮개의 측면에 별도로 복수 개의 홀을 형성할 수도 있다.
본 발명의 옥외용 전기기기 함체는 우선적으로 방수(防水)/방진(防塵)을 위하여 전체적으로 밀폐된 구조를 가짐으로써 방수와 방진 성능을 구현함과 동시에, 미로 형식의 자연공랭식 방열 또는 배기 구조를 제시하여 국제전기표준회의(IEC: International Electrotechnical Commission)의 표준 규격인 IEC 60529을 만족한다.
방열과 방진을 모두 만족하기 위하여, 우선 본체를 대체로 밀폐된 구조로 제시하면서 방열을 위하여 미로 형태의 배기 구조를 제시한다. 더불어, 보다 우수한 방진을 위하여 금속 필터와 재받침의 2중 차단 구조를 제시하여 이물질이 본체 내부로 유입되는 것을 차단한다.
함체의 구성품 전체가 알루미늄(Aluminum)과 같은 열 전도도가 우수한 소재로 구현되어 본체 내부의 열을 외부로 더욱 용이하게 방열할 수 있다.
도 1은 본 발명의 옥외용 전기기기 함체의 분해 사시도,
도 2는 본 발명의 옥외용 전기기기 함체의 단면도,
도 3은 본 발명의 옥외용 전기기기 함체 내에서의 공기 유동 경로를 도시한 도면, 그리고
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 옥외용 전기기기 함체의 단면도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 옥외용 전기기기 함체(100)는 육면체의 형상을 가지며, 정면에 도어(Door)(130)가 형성되어 있고 내부에 '전기회로부'를 수용한다. 여기서, '전기회로부'는 전기소자/전자부품, 및/또는 전기소자 등이 실장된 인쇄회로기판(PCB) 등이 상호 연결되어 전원이 공급될 경우에 특정 목적의 결과를 출력하도록 동작하는 것을 말한다. 함체(100)는 알루미늄과 같은 열전도도가 우수한 소재로 구현됨으로써 자체로 방열 특성이 있는 것이 좋다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 함체(100)는 정면이 개방된 본체공간부(110a)에 전자부품 등을 수용하는 육면체 형상의 본체(110)와, 본체(110)의 개방된 정면을 덮는 도어(130)와, 그 본체(110)의 상면을 덮는 상부 덮개(150)와, 본체(110)의 좌우측면을 덮는 좌측 덮개(170) 및 우측 덮개(190)를 구비한다. 본체(110)와 상부 덮개(150) 사이에 형성되는 상부공간부(150a)는 아래에서 설명하는 것처럼 본체(110) 내부인 본체공간부(110a)에서 데워진 공기의 배출 경로가 되고, 좌우측 덮개(170, 190)와 본체(110) 사이에 형성되는 좌측공간부(170a)와 우측공간부(190a)는 외부 공기가 유입되는 공기 흡입 경로가 된다. 또한, 상부공간부(150a), 좌측공간부(170a) 및 우측공간부(190a)는, 함체(100)가 외부에 설치될 때, 직사광선이 본체공간부(110a)로 직접 전달되는 것을 차단하고 태양 복사열에 의한 본체공간부(110a)의 온도가 상승하는 것을 방지한다.
앞서 설명한 것처럼, 본체(110), 상부 덮개(150), 좌측 덮개(170), 우측 덮개(190) 및 도어(130)는 알루미늄과 같이 열전도성이 좋은 금속 소재를 사용하는 것이 바람직하다.
우선, 본체(110)는 본체공간부(110a)를 형성하여 전기회로부를 수용하되, 본체공간부(110a)의 정면은 개방되어 있어서 도어(130)에 의해 개폐된다. 본체공간부(110a)의 공기는 전기회로부가 동작하면서 발생하는 열에 의해 데워진다. 본체(110)의 상면에는 본체공간부(110a)의 데워진 공기를 배출하기 위한 배출구(111)가 형성된다. 배출구(111)의 크기(단면적)은 데워진 공기를 빠르게 배출하면서도 외부의 먼지 등이 본체공간부(110a)로 자유롭게 유입되는 것을 차단할 수 있도록 비교적 크지 않게 형성하는 것이 바람직하다. 배출구(111)의 크기가 작더라도 본체(110) 내부에서 데워진 공기는 베르누이의 원리에 따라 빠르게 배출될 수 있다. 배출구(111)는 아래에서 설명하는 것처럼 방진을 위해 가급적 본체(110)의 상면의 가운데에 하나 정도 설치하는 것이 좋다.
더불어, 배출구(111)를 통해서 본체(110)의 본체공간부(110a)로 먼지 등이 삽입되는 것을 차단하기 위하여, 배출구(111)에 수직한 아래쪽에 재받침(115)이 배출구(111)의 하단부와 다소 이격된 상태로 설치되고, 배출구(111) 내에는 금속필터(113)가 내장된다. 따라서 배출구(111)는, 도 2에 도시된 것처럼, 금속필터(113)를 장착하기 용이하도록 상측으로 돌출되어 사각기둥 또는 원기둥 형상을 가지는 것이 바람직하다.
재받침(115)은 배출구(111) 단면적 보다 큰 크기를 가짐으로써 배출구(111)를 통해 들어오는 먼지 등을 차단할 수 있어야 한다. 본체공간부(110a)에서 배출구(111)로 이어지는 공기의 배출 경로를 차단하지 않도록, 재받침(115)은 본체공간부(110a) 상면 및 배출구(111)의 하단부로부터 일정 간격(예컨대, 대략 1mm 간격) 이격시켜 배치한다.
금속필터(113)는 외부 공기와 함께 본체(110) 내부로 들어오는 먼지나 티클 등을 거르는 역할을 하며, 재받침(115)과 함께 먼지 등이 본체공간부(110a)로 들어가지 않도록 차단한다. 금속필터(113)는 지름 1mm 미만 크기의 구멍이 복수 개 형성된 메시(Mesh) 형태로써, 본체공간부(110a)의 더운 공기는 배출하면서 외부의 이물질은 차단할 수 있다.
상부 덮개(150)는 본체(110)의 상면으로부터 일정간격 이격된 상태로 본체(110)의 상면을 덮어 공기의 배출 경로인 상부공간부(150a)를 형성한다. 도 1 및 도 2의 예에서처럼, 상부 덮개(150)는 별도의 지지 브라켓(153)에 의해 지지될 수 있다. 이 경우에, 상부 덮개(150)와 적어도 2개의 측면 덮개(170, 190) 사이는 미세하게 이격됨으로써 조립 구조에 의한 배기홀(151)을 형성하고, 상부공간부(150a)로 진입한 더운 공기가 상부 덮개(150)의 가장자리의 배기홀(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 이 경우, 상부 덮개(150)에는 데워진 공기를 외부로 배출시키기 위한 별도의 배기홀을 만들지 않을 수 있어서 방수 및 방진에 효과적이다.
실시 예에 따라, 도 4에 도시된 것처럼, 상부 덮개(160)의 측면에 복수 개의 배기홀(401)을 별도로 마련할 수도 있다. 본체공간부(110a)에서 데워진 공기는 배출구(111)를 통과하여 상부 덮개(150)와 본체(110)의 상면 사이의 상부공간부(150a)로 유입되었다가 복수 개의 배기홀(401)을 통해 외부로 배출된다.
2개의 측면 덮개, 즉 좌측 덮개(170)와 우측 덮개(190)는 본체(110)의 측면과 함께 밀폐된 좌측공간부(170a)와 우측공간부(190a)를 형성한다. 다만, 좌측 덮개(170)와 우측 덮개(190)의 상면과 하면에는 각각 복수의 공기 유입구(171, 173, 191, 193)가 형성된다. 좌측 덮개(170)와 우측 덮개(190)의 하면에 형성된 복수의 공기 유입구(173, 193)는 좌측공간부(170a)와 우측공간부(190a)를 외부와 연결하고, 좌측 덮개(170)와 우측 덮개(190)의 상면에 형성된 복수의 공기 유입구(171, 191)는 좌측공간부(170a)와 우측공간부(190a)를 상부공간부(150a)와 연결한다.
도어(130)는 유지 및 보수작업을 위해 본체공간부(110a)를 개방할 수 있도록 설치되고, 잠금 수단을 구비한다.
이상에서 설명한 함체(100)의 구조를 정리하면, 함체(100)는 본체(110)에 의해 형성되어 '전기회로부'를 수용하는 본체공간부(110a)가 있고, 본체공간부(110a)의 상부에 상부공간부(150a)를 배치한다. 본체공간부(110a)와 상부공간부(150a)는 배출구(111)를 통해 연결된다. 본체공간부(110a)에 수용된 전자부품 등이 전기 공급에 따라 동작하면서 열을 방출하게 되면, 본체공간부(110a)의 열은 알루미늄 소재의 본체(110)를 통해 외부로 전도되면서 1차 자연 냉각된다.
그럼에도, 전기회로부가 지속적으로 방출하는 열에 의해 본체공간부(110a)의 공기가 계속 데워지면, 본체공간부(110a)는 열 포화로 인해 내부 압력이 증가한다. 본체공간부(110a)의 압력 증가에 따라 본체공간부(110a) 내에서 데워진 공기는 도 3에서처럼 상측으로 이동하게 되고 배출구(111)를 통해 상부공간부(150a)로 빠르게 배출된다. 상부공간부(150a)로 유입된 더운 공기는 배기홀(151 또는 401)과, 상부공간부(150a)에 연결된 공기 유입구(171, 191)를 통해 외부로 배출된다.
이 과정에서 배출구(111), 상부공간부(150a) 및 배기홀(151 또는 401)로 연결된 미로 형태의 배기 구조는 외부의 이물질을 차단할 수 있는 공기 흐름 완충기능을 수행한다. 이때, 금속필터(113)는 외부 이물질의 침투를 1차 차단하고, 재받침(115)은 이물질의 유입을 2차 차단한다.
본체공간부(110a)의 좌측과 우측에는 좌측공간부(170a)와 우측공간부(190a)를 배치한다. 좌측공간부(170a)와 우측공간부(190a)는 각각의 하면에 형성된 복수의 공기 유입구(173, 193)를 통해 외부와 연결되고 각각의 상면에 형성된 복수 개의 공기 유입구(171, 191)를 통해 상부공간부(150a)와 연결된다. 따라서 외부의 차가운 공기가 좌측공간부(170a)와 우측공간부(190a)는 각각의 하면에 형성된 복수의 공기 유입구(173, 193)를 통해 유입되어 본체(110)를 식힌다.
이러한 본 발명의 함체(100)는 옥외용 전기기기 중에서도 발열이 많은 유피에스(UPS)나 정류시스템과 같은 전원장치의 케이스로 사용하는 경우에 특히 유용하다. 우선, 본 발명의 함체(100)는 전면적으로 상당한 밀폐 구조에 설계되어 방수 기능을 구비하게 되며 무거운 히트싱크(Heat Sink)와 같은 구조체가 아니므로 방진 특성을 갖추게 되어 방수/방진을 위한 국제전기표준회의(IEC: International Electrotechnical Commission)의 표준 규격을 용이하게 만족할 수 있다. 더불어 본 발명의 함체(100)가 제시하는 구조는 IEC 60529의 IP54/55의 동작온도 조건을 강제 냉각방식을 적용하지 않고도 자연 공냉 방식으로 맞출 수가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
100, 400: 함체 110: 본체
111: 배출구 113: 금속필터
115: 재받침 110a: 본체공간부
130; 도어 150: 상부 덮개
150a: 상부공간부 151, 401: 배기홀
170: 좌측 덮개 170a: 좌측공간부
190: 우측 덮개 190a: 우측공간부
171, 173, 191, 193: 공기유입구

Claims (5)

  1. 옥외용 전기기기 함체에 있어서
    전원에 의해 동작하는 전기회로부를 수용하기 위하여 정면이 개방된 6면체의 본체공간부(110a)를 형성하고 상면에 상기 본체공간부(110a)에서 데워진 공기가 배출하는 배출구(111)가 형성된 본체(110);
    상기 본체공간부(110a)의 정면을 덮어 상기 본체공간부(110a)를 개폐하는 도어(130);
    상기 본체(110)의 좌측면 덮어 좌측공간부(170a)를 형성하는 좌측 덮개(170)와 우측면을 덮어 우측공간부(190a)를 형성하는 우측 덮개(190); 및
    상기 좌측 덮개(170), 우측 덮개(190) 및 본체(110)의 상면을 덮어 상부공간부(150a)를 형성하며 상기 배출구(111)로 통해 상기 본체공간부(110a)로부터 유입된 데워진 공기를 외부로 배출하는 적어도 하나의 배기홀이 형성된 상부 덮개(150)를 포함하여 상기 본체공간부(110a), 좌측공간부(170a) 및 우측공간부(190a)에 의한 이중 구조로 국제전기표준회의(IEC: International Electrotechnical Commission)의 방수 방진 표준 규격인 IEC 60529 IP54/55를 만족하면서 자연공랭식 방열 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 옥외용 옥외용 전기기기 함체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배출구(111) 내에 설치되어 이물질이 상기 본체공간부(110a)로 유입되는 것을 차단하는 메시 형태의 금속필터(113)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 옥외용 전기기기 함체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배출구(111)의 하단부로부터 일정 간격 이격되어 상기 본체공간부(110a) 내에 배치됨으로써 상기 금속필터(113)를 통과한 이물질을 2차로 차단하는 재받침(115)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 옥외용 전기기기 함체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 좌측 덮개(170)와 우측 덮개(190)의 상부에는 복수 개의 공기 유입구(171, 191)가 형성되어 상기 좌측공간부(170a)와 우측공간부(190a)가 상기 상부공간부(150a)와 연결되고, 상기 좌측 덮개(170)와 우측 덮개(190)의 하부에는 복수 개의 공기 유입구구(173, 193)가 형성되어 상기 좌측공간부(170a)와 우측공간부(190a)가 외부와 연결됨으로써 외부의 공기를 상기 좌측공간부(170a)와 우측공간부(190a)로 유입시키는 것을 특징으로 하는 옥외용 전기기기 함체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배기홀은, 상기 상부 덮개(150)가 상기 본체(110)와 일정간격 이격되어 지지됨으로써 상기 상부 덮개(150)의 가장자리를 따라 형성된 배기홀(151)이거나, 상기 상부 덮개(150)의 측면에 형성된 복수 개의 배기홀(401)인 것을 특징으로 하는 옥외용 전기기기 함체.

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