KR20230161646A - Power module cooling apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 파워 모듈 냉각 장치로서, 냉매가 유입되는 유입부 및 유출되는 유출부가 형성되고, 상기 냉매가 유동될 수 있도록 내부에 유동 공간이 형성되는 하우징부; 일면은 적어도 하나의 발열체가 직접 또는 간접적으로 접촉하고, 타면은 상기 유동 공간을 밀폐할 수 있도록 상기 하우징부에 결합되는 덮개부; 및 상기 발열체에서 발생되는 열이 상기 냉매에 전달될 수 있도록 상기 타면에 돌출된 복수의 핀으로 형성되어 상기 유동 공간에 삽입되는 열교환부;를 포함하고, 상기 열교환부는, 상기 발열체가 상기 덮개부에 접촉되는 접촉 위치 또는 상기 발열체에서 열이 발생되는 발열 위치에 따라, 상기 냉매가 유동하는 방향의 수직 단면을 기준으로 서로 다른 높이로 형성될 수 있다. The present invention is a power module cooling device, comprising: a housing portion having an inlet portion through which a refrigerant flows in and an outlet portion through which a refrigerant flows out, and a flow space formed therein to allow the refrigerant to flow; a cover portion on one side of which is in direct or indirect contact with at least one heating element, and on the other side of which is coupled to the housing to seal the flow space; and a heat exchange part formed of a plurality of fins protruding from the other surface and inserted into the flow space so that heat generated by the heating element can be transferred to the refrigerant, wherein the heat exchange part is configured to allow the heat generating element to be transferred to the refrigerant. Depending on the contact position or the heating position where heat is generated from the heating element, they may be formed at different heights based on the vertical cross section in the direction in which the refrigerant flows.
Description
본 발명은 파워 모듈 냉각 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 자동차의 모터에 공급하는 인버터 등의 전력 반도체를 냉각시킬 수 있게 하는 전기 자동차용 모터 제어부의 냉각 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power module cooling device, and more specifically, to a cooling device for a motor control unit for an electric vehicle that can cool power semiconductors such as an inverter that supplies the motor of an electric vehicle.
일반적으로, 전기 자동차는 배터리의 전원으로 모터를 구동시켜서 정숙하고 친환경적인 주행성을 확보하여 차세대 이동수단으로서의 역할을 담당하고 있다.In general, electric vehicles play a role as a next-generation means of transportation by ensuring quiet and environmentally friendly driving by driving a motor with battery power.
기존의 전기 자동차는 구성 부품의 발열로 인한 과열문제를 해결하기 위하여 발열 발생이 심한 구동 모터, 충전기, 인버터, 및 배터리 등에 라디에이터와 쿨링팬으로 구성된 쿨링 모듈을 포함하는 냉각 장치들이 적용되어 과열 현상을 방지하고 있다.In order to solve the problem of overheating due to heat generation of component parts of existing electric vehicles, cooling devices including cooling modules consisting of radiators and cooling fans are applied to the driving motor, charger, inverter, and battery, which generate a lot of heat, to prevent overheating. It is being prevented.
전기 자동차의 냉각장치는 별도의 열교환기인 라디에이터와 쿨링팬으로 구성된 쿨링 모듈을 이용하여 낮은 온도의 냉각수를 순환시켜 냉각시키는 수냉식과, 각 구성요소에 자체적으로 모터와 팬을 적용하여 주면의 공기 또는 바람을 강제적으로 흡입하여 냉각시키는 공랭식으로 구분되며, 통상적으로는 수냉식이 많이 적용된다.The cooling system of electric vehicles is water-cooled, which cools by circulating low-temperature coolant using a cooling module consisting of a separate heat exchanger, a radiator, and a cooling fan, and a motor and fan are applied to each component to cool the air or wind from the main surface. It is classified into an air-cooled type that cools by forced suction, and the water-cooled type is usually applied.
전기 자동차의 인버터는 배터리의 직류 전원을 교류 전원으로 변경하여 전기 자동차의 모터에 공급하는 전력 반도체의 일종으로서, 작동 시에 고온으로 가열되기 때문에 인버터가 설치된 모터 제어부에는 별도의 방열 모듈이 적용될 수 있다.The inverter of an electric vehicle is a type of power semiconductor that changes the DC power of the battery into AC power and supplies it to the motor of the electric vehicle. Since it is heated to a high temperature during operation, a separate heat dissipation module can be applied to the motor control unit where the inverter is installed. .
전기 자동차용 모터 제어부의 방열 모듈은 내부에 냉각 채널이 형성된 방열 모듈 하우징의 개구부에 전력 반도체가 설치된 쿨링 플레이트를 서로 용접시켜서 냉각 채널을 밀봉한 다음, 냉각 채널에 냉매를 순환시키는 수냉식 방열 구조가 적용될 수 있는 바, 방열 효율, 즉, 냉각 성능을 확보하는 것이 중요한 기술적 과제로 대두되고 있다.The heat dissipation module of the motor control unit for electric vehicles is a water-cooled heat dissipation structure that seals the cooling channel by welding a cooling plate with a power semiconductor installed on the opening of the heat dissipation module housing with a cooling channel formed inside, and then circulates refrigerant in the cooling channel. As a result, securing heat dissipation efficiency, that is, cooling performance, has emerged as an important technical task.
종래의 방열 모듈은 발열체나 칩이 실장된 위치에 상관없이 핀의 길이 및 구조가 동일하게 형성되어 냉각이 불필요한 영역이 생기는 문제점이 발생한다. 또한, 냉각이 불필요한 영역이 발생함에 따라, 유동되는 냉각 유체 및 시간에 따라 냉각 효율이 저하되는 문제점이 발생한다.Conventional heat dissipation modules have the same length and structure of fins regardless of where the heating element or chip is mounted, resulting in a problem that creates an area where cooling is unnecessary. Additionally, as areas where cooling is unnecessary occur, cooling efficiency decreases depending on the flowing cooling fluid and time.
본 발명의 사상은, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 발열체에 따라 불필요한 냉각영역을 최소화하고, 냉각 성능을 높일 수 있으며, 복수의 발열체들의 온도 균일화를 확보할 수 있는 파워 모듈 냉각 장치를 제공함에 있다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로서, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The idea of the present invention is to solve these problems, and to provide a power module cooling device that can minimize unnecessary cooling areas depending on the heating element, increase cooling performance, and ensure temperature uniformity of a plurality of heating elements. . However, these tasks are illustrative and do not limit the scope of the present invention.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 기술 사상에 따른 파워 모듈 냉각 장치는, 냉매가 유입되는 유입부 및 유출되는 유출부가 형성되고, 상기 냉매가 유동될 수 있도록 내부에 유동 공간이 형성되는 하우징부; 일면은 적어도 하나의 발열체가 직접 또는 간접적으로 접촉하고, 타면은 상기 유동 공간을 밀폐할 수 있도록 상기 하우징부에 결합되는 덮개부; 및 상기 발열체에서 발생되는 열이 상기 냉매에 전달될 수 있도록 상기 타면에 돌출된 복수의 핀으로 형성되어 상기 유동 공간에 삽입되는 열교환부;를 포함하고, 상기 열교환부는, 상기 발열체가 상기 덮개부에 접촉되는 접촉 위치 또는 상기 발열체에서 열이 발생되는 발열 위치에 따라, 상기 냉매가 유동하는 방향의 수직 단면을 기준으로 서로 다른 높이로 형성될 수 있다. A power module cooling device according to the technical idea of the present invention for solving the above problems includes: a housing portion having an inlet portion through which a refrigerant flows in and an outlet portion through which a refrigerant flows out, and a flow space formed therein so that the refrigerant can flow; a cover portion on one side of which is in direct or indirect contact with at least one heating element, and on the other side of which is coupled to the housing to seal the flow space; and a heat exchange part formed of a plurality of fins protruding from the other surface and inserted into the flow space so that heat generated by the heating element can be transferred to the refrigerant, wherein the heat exchange part is configured to allow the heat generating element to be transferred to the refrigerant. Depending on the contact position or the heating position where heat is generated from the heating element, they may be formed at different heights based on the vertical cross section in the direction in which the refrigerant flows.
본 발명의 기술 사상에 따르면, 상기 열교환부는, 상기 냉매가 유동하는 방향의 수직 단면을 기준으로 상기 복수의 핀의 단부를 잇는 연장선이 경사지도록 형성될 수 있다.According to the technical idea of the present invention, the heat exchange unit may be formed so that an extension line connecting the ends of the plurality of fins is inclined based on a vertical cross section in the direction in which the refrigerant flows.
본 발명의 기술 사상에 따르면, 상기 연장선은, 상기 덮개부에 대하여 7도 내지 17도의 각도로 일측 단부에서 타측 단부까지 경사지도록 형성될 수 있다.According to the technical idea of the present invention, the extension line may be formed to be inclined from one end to the other end at an angle of 7 degrees to 17 degrees with respect to the cover part.
본 발명의 기술 사상에 따르면, 상기 열교환부는, 상기 냉매가 유동하는 방향의 수직 단면을 기준으로 중심라인에 형성된 복수의 핀이 양측 라인에 형성된 복수의 핀보다 길게 형성될 수 있다.According to the technical idea of the present invention, in the heat exchange unit, a plurality of fins formed on the center line based on a vertical cross section in the direction in which the refrigerant flows may be formed to be longer than the plurality of fins formed on both side lines.
본 발명의 기술 사상에 따르면, 상기 열교환부는, 상기 냉매가 유동하는 방향의 수직 단면을 기준으로 일측 단부에서 타측 단부까지 적어도 하나의 단차 구조를 가지도록 형성될 수 있다.According to the technical idea of the present invention, the heat exchange unit may be formed to have at least one step structure from one end to the other end based on a vertical cross section in the direction in which the refrigerant flows.
본 발명의 기술 사상에 따르면, 상기 열교환부는, 상기 냉매가 유동하는 방향의 수직 단면을 기준으로 상기 복수의 핀의 단부를 잇는 연장선의 적어도 일부분이 곡선부를 가지도록 형성될 수 있다.According to the technical idea of the present invention, the heat exchange unit may be formed so that at least a portion of an extension line connecting the ends of the plurality of fins has a curved portion based on a vertical cross section in the direction in which the refrigerant flows.
본 발명의 기술 사상에 따르면, 상기 하우징부는, 상기 유동 공간의 바닥을 형성하는 바닥면이 상기 열교환부의 높이에 대응되도록 형성될 수 있다.According to the technical idea of the present invention, the housing part may be formed so that a bottom surface forming the bottom of the flow space corresponds to the height of the heat exchange part.
본 발명의 기술 사상에 따르면, 상기 하우징부는, 상기 발열체가 상기 덮개부에 접촉되는 접촉 위치 또는 상기 발열체에서 열이 발생되는 발열 위치에 따라 형성되는 상기 열교환부에 대응되도록 상기 바닥면이 형성되고, 상기 바닥면을 선택적으로 결합할 수 있도록 상기 하우징부에 탈부착이 가능한 바닥부;를 포함할 수 있다.According to the technical idea of the present invention, the bottom surface of the housing part is formed to correspond to the heat exchange part formed according to the contact position where the heating element is in contact with the cover part or the heating position where heat is generated from the heating element, It may include a bottom portion that is detachable from the housing portion so as to selectively couple the bottom surface.
본 발명의 기술 사상에 따르면, 상기 덮개부 주변을 둘러싸도록 형성되는 접합부;를 더 포함할 수 있다.According to the technical idea of the present invention, a joint formed to surround the cover part may be further included.
본 발명의 기술 사상에 따르면, 상기 접합부는, 상기 하우징부의 적어도 일부분에 형성되는 돌기부와 레이저 용접법으로 용접되어 결합될 수 있다.According to the technical idea of the present invention, the joint may be joined to a protrusion formed on at least a portion of the housing by welding using a laser welding method.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 발열체나 칩이 실장된 위치에 따라 핀의 길이 및 구조를 형성하여 냉각이 불필요한 영역을 최소화하고, 이에 따라 유동되는 냉각 유체 및 시간에 따른 냉각 효율을 높일 수 있다.According to some embodiments of the present invention made as described above, the length and structure of the fins are formed according to the position where the heating element or chip is mounted to minimize the area where cooling is unnecessary, and accordingly, the cooling fluid that flows and the time Cooling efficiency can be improved.
또한, 발열체나 칩이 실장된 위치에 더 많은 양의 냉매가 유동될 수 있도록 하여 복수개의 발열체가 냉각되는 온도의 균일화를 이룰 수 있는 파워 모듈 냉각 장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.In addition, it is possible to implement a power module cooling device that can equalize the temperature at which a plurality of heating elements are cooled by allowing a larger amount of refrigerant to flow to the location where the heating element or chip is mounted. Of course, the scope of the present invention is not limited by this effect.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 모듈 냉각 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 파워 모듈 냉각 장치의 A-A` 절단면을 나타내는 부품 분해 단면도이다.
도 3은 도 1의 파워 모듈 냉각 장치의 A-A` 절단면을 나타내는 단면도이다.
도 4는 내지 도 7은 본 발명의 여러 실시예들에 따른 파워 모듈 냉각 장치를 나타내는 단면도들이다.
도 8은 종래의 냉각 장치에 전력 반도체가 실장된 경우에 온도 변화를 나타내는 등온선 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 모듈 냉각 장치에 전력 반도체가 실장된 경우에 온도 변화를 나타내는 등온선 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 모듈 냉각 장치의 열교환부의 연장선의 각도에 따라 서로 다른 위치에 실장된 발열체의 온도 변화를 표로 나타내는 도면이다.1 is a perspective view showing a power module cooling device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded cross-sectional view showing the AA′ section of the power module cooling device of FIG. 1.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross-section taken along line AA′ of the power module cooling device of FIG. 1.
4 to 7 are cross-sectional views showing power module cooling devices according to various embodiments of the present invention.
Figure 8 is an isotherm diagram showing temperature change when a power semiconductor is mounted in a conventional cooling device.
Figure 9 is an isotherm diagram showing temperature change when a power semiconductor is mounted on a power module cooling device according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is a table showing the temperature change of heating elements mounted at different positions according to the angle of the extension line of the heat exchange part of the power module cooling device according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
본 발명의 실시예들은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is as follows. It is not limited to examples. Rather, these embodiments are provided to make the present disclosure more faithful and complete and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Additionally, the thickness and size of each layer in the drawings are exaggerated for convenience and clarity of explanation.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terms used herein are used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. As used herein, the singular forms include the plural forms unless the context clearly indicates otherwise. Additionally, when used herein, “comprise” and/or “comprising” means specifying the presence of stated features, numbers, steps, operations, members, elements and/or groups thereof. and does not exclude the presence or addition of one or more other shapes, numbers, operations, members, elements and/or groups.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will now be described with reference to drawings that schematically show ideal embodiments of the present invention. In the drawings, variations of the depicted shape may be expected, for example, depending on manufacturing technology and/or tolerances. Accordingly, embodiments of the present invention should not be construed as being limited to the specific shape of the area shown in this specification, but should include, for example, changes in shape resulting from manufacturing.
이하, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 파워 모듈 냉각 장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a power module cooling device according to some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 모듈 냉각 장치(1000)를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 파워 모듈 냉각 장치(1000)의 A-A` 절단면을 나타내는 부품 분해 단면도이고, 도 3은 도 1의 A-A` 절단면을 나타내는 단면도이다.FIG. 1 is a perspective view showing a power
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 파워 모듈 냉각 장치(1000)는, 크게, 하우징부(100), 덮개부(200) 및 열교환부(300)를 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 1 to 3, the power
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징부(100)는 냉매가 유입되는 유입부(110) 및 유출되는 유출부(120)가 형성되고, 상기 냉매가 유동될 수 있도록 내부에 유동 공간(A)이 형성될 수 있다.As shown in Figures 1 and 2, the
예컨대, 하우징부(100)는 내부에 상기 냉매가 순환되는 유동 공간(A)이 형성될 수 있도록 적어도 일측이 개방된 개구부가 형성되는 전체적으로 박스 형태의 열전도성 재질의 통형 구조체일 수 있다.For example, the
하우징부(100)은 비교적 3차원적으로 복잡한 구조로서, 원가를 절감하고, 복잡한 구조에 적합할 수 있도록 알루미늄 성분의 모재를 다이캐스팅 방법으로 성형할 수 있다.The
더욱 구체적으로 예를 들면, 하우징부(100)는 전면에 상기 냉매가 유입될 수 있는 냉매 유입부(110)와 상기 냉매가 배출될 수 있는 냉매 배출구(120)가 형성되는 하우징 몸체 및 유입부(110)로부터 유입된 상기 냉매가 순환되어 배출구(120)로 배출될 수 있도록 상기 하우징 몸체의 테두리를 둘러싸고 형성되는 벽체를 포함할 수 있다.More specifically, for example, the
그러나, 이러한 하우징부(100)의 형상이나 제조 방법 등은 도면에 반드시 국한되지 않는 것으로서, 전체적으로 사각 박스 형태 이외에도 다각 박스나, 링형 또는 원통형 등 매우 다양한 3차원적인 통체가 다양한 방법으로 제조될 수 있다.However, the shape or manufacturing method of the
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 덮개부(200)는 일면은 적어도 하나의 발열체(PM)가 직접 또는 간접적으로 접촉하고, 타면은 상기 유동 공간(A)을 밀폐할 수 있도록 상기 하우징부(100)에 결합될 수 있다.As shown in Figures 1 and 2, one side of the
덮개부(200)는 전체적으로 판형상인 열전도성 재질의 구조체일 수 있다. 예컨대, 덮개부(200)는 일면에 형성된 외면과 타면에 형성된 내면이 모두 평평한 판형상의 플레이트 몸체를 포함할 수 있다. The
상기 플레이트 몸체의 내면은 상기 냉매와 열적으로 접촉될 수 있도록 유동 공간(A)을 덮도록 설치될 수 있으며, 유동 공간(A) 방향으로 돌출되는 열교환부(300)가 형성될 수 있다.The inner surface of the plate body may be installed to cover the flow space (A) so as to be in thermal contact with the refrigerant, and a
상기 플레이트 몸체의 외면은 적어도 하나의 발열체(PM)가 안착될 수 있는 안착부(210)가 형성될 수 있다.The outer surface of the plate body may be formed with a
안착부(210)는 발열체(PM)의 발열시 휨현상을 방지할 수 있도록 상기 플레이트 몸체의 외면으로부터 돌출되게 형성될 수 있다. 따라서, 안착부(210)에 실장된 발열체(PM)는 고온으로 발열시 상대적으로 상기 플레이트 몸체의 두께가 얇아서 안착부(210) 대신 상기 플레이트 몸체로 휨현상을 유도할 수 있고, 이로 인하여 안착부(210)의 휨현상을 최대한 억제할 수 있기 때문에 발열체(PM)와의 접촉 불량이나 이탈 현상을 방지할 수 있다. The
한편, 이러한 덮개부(200)의 형상은 도면에 반드시 국한되지 않는 것으로서, 전체적으로 사각판 형태 이외에도 다각판이나, 원판, 타원판 등 매우 다양한 형태로 다양한 방법에 의해 제조될 수 있으며, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 스틸 재질 등 열전도가 일어날 수 있는 모든 금속 재질이 적용될 수 있다.Meanwhile, the shape of the
도 3 내지 도 7은 본 발명의 여러 실시예들에 따른 파워 모듈 냉각 장치(1000)를 나타내는 단면도들이다.3 to 7 are cross-sectional views showing a power
도 3에 도시된 바와 같이, 열교환부(300)는 발열체(PM)에서 발생되는 열이 상기 냉매에 전달될 수 있도록 상기 타면에 돌출된 복수의 핀으로 형성되어 상기 유동 공간(A)에 삽입될 수 있다.As shown in FIG. 3, the
구체적으로, 열교환부(300)는 원기둥 또는 다각기둥 형상으로 형성된 핀이 복수개 형성되어 덮개부(200)의 타면에 돌출되어 형성될 수 있다. 그리하여, 발열체(PM)에서 발생되는 열이 덮개부(200)를 통하여 상기 냉매로 전달되고 상기 복수의 핀이 상기 냉매와의 접촉 면적을 늘려 냉각 효율을 늘릴 수 있다.Specifically, the
열교환부(300)는 발열체(PM)가 덮개부(200)에 접촉되는 접촉 위치 또는 발열체(PM)에서 열이 발생되는 발열 위치에 따라, 상기 냉매가 유동하는 방향의 수직 단면을 기준으로 서로 다른 높이로 형성될 수 있다.The
발열체(PM)는 모터제어 방식에 따라 상이하게 구성되며, 예컨대, 상면에 Diode, IGBT 등의 복수의 칩이 실장될 수 있다. The heating element (PM) is configured differently depending on the motor control method, and for example, multiple chips such as diodes and IGBTs may be mounted on the top surface.
발열체(PM)는 전기 자동차의 모터에 공급되는 전력 반도체의 일종으로서 구체적으로, 실리콘 제어 정류기(SCR, Silicon Controlled Rectifier), TRIAC(Triode AC Switch), DIAC(Diode AC), GTO 인버터 (Gate Turn-Off Thyrister), SSS (Silicon Symmetrical Switch), MCT(Mos-Controlled Thyristo), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT, Insulated gate bipolar transistor), MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transister) 등의 전력 반도체 칩을 포함할 수 있다.A heating element (PM) is a type of power semiconductor supplied to the motor of an electric vehicle, specifically, a silicon controlled rectifier (SCR), a triode AC switch (TRIAC), a diode AC (DIAC), and a GTO inverter (Gate Turn- It can include power semiconductor chips such as Off Thyrister (SSS), SSS (Silicon Symmetrical Switch), MCT (Mos-Controlled Thyristo), IGBT (Insulated gate bipolar transistor), and MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). there is.
이때, 상기 칩(S)은 발열체(PM)의 중심부가 아닌 일측방향으로 편심된 구조로 실장될 수 있으며, 복수개의 발열체(PM)가 서로 다른 위치에 형성될 수 있고, 각 발열체(PM)의 발열량은 상이하다. 이에 따라, 열교환부(300)의 길이가 다르게 형성될 수 있다. At this time, the chip (S) may be mounted in a structure eccentric in one direction rather than the center of the heating element (PM), a plurality of heating elements (PM) may be formed at different positions, and the The calorific value is different. Accordingly, the length of the
예컨대, 열교환부(300)는 상기 냉매가 유동하는 방향의 수직 단면을 기준으로 발열체(PM)의 위치에 상기 복수의 핀이 길게 형성되도록 상기 복수의 핀의 단부를 잇는 연장선(L)이 경사지도록 형성될 수 있다.For example, the
구체적으로, 발열체(PM)가 좌측에 안착되어 접촉 위치가 좌측부거나, 또는, 발열체(PM)는 중심부에 안착되었으나 발열체(PM)에 형성된 열을 발생하는 칩(S)이 도면상 좌측에 형성되어 발열 위치가 좌측부일 경우에, 도 3과 같이, 열교환부(300)는 좌측부에 형성된 핀이 우측부에 형성된 핀보다 더 길게 형성될 수 있다. Specifically, the heating element (PM) is seated on the left side and the contact position is on the left side, or the heating element (PM) is seated in the center, but the chip (S) that generates the heat formed in the heating element (PM) is formed on the left side in the drawing. When the heat generation location is on the left side, as shown in FIG. 3, the fins formed on the left side of the
이에 따라, 상기 냉매가 좌측에 형성된 핀에 접촉하는 면적이 우측에 형성된 핀에 접촉하는 면적보다 더 많은 면적으로 접촉하여 상기 발열 위치의 하부에서 더 많은 열교환이 이루어질 수 있으며, 즉, 상기 발열 위치에서의 냉각 효율이 더 높은 효과를 가질 수 있다.Accordingly, the area in which the refrigerant contacts the fins formed on the left side is larger than the area in contact with the fins formed on the right side, so that more heat exchange can occur at the lower part of the heat generation position, that is, in the heat generation position. can have a higher cooling efficiency.
열교환부(300)는 상기 복수의 핀의 길이가 일정하게 감소하도록 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 복수의 핀은 좌측에 형성된 핀에서 우측에 형성된 핀까지 길이가 점차적으로 감소하면서 형성될 수 있다. 즉, 상기 복수의 핀의 단부를 잇는 연장선(L)이 덮개부(200)를 기준으로 소정의 각도(θ)를 가지고 경사지게 형성될 수 있다.The
연장선(L)은 덮개부(200)와의 각도가 7도 내지 17도를 이루도록 일측 단부에서 타측 단부까지 경사지도록 형성되어, 발열체(PM)가 상기 냉매의 유동 방향으로 복수개 형성될 경우, 제 1 발열체(PM1), 제 2 발열체(PM2) 및 제 3 발열체(PM3)의 온도의 균일화를 이룰 수 있으며, 발열체(PM)의 냉각 성능이 높은 효과를 가질 수 있다.The extension line (L) is formed to be inclined from one end to the other end so that the angle with the
하우징부(100)는 유동 공간(A)의 바닥을 형성하는 바닥면(131)이 열교환부(300)의 높이에 대응되도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 열교환부(300)의 복수의 핀이 좌측에 형성된 핀에서 우측에 형성된 핀까지의 길이가 점차적으로 감소하면서 형성될 경우, 유동 공간(A)의 바닥면(131a)은 상기 복수의 핀의 길이에 대응되어 형성될 수 있다.The
예컨대, 도 3에서와 같이, 상기 복수의 핀의 단부를 잇는 연장선(L)이 소정의 각도(θ)를 가지고 경사지게 형성됨에 따라, 바닥면(131a)은 덮개부(200)를 기준으로 소정의 각도(θ)를 가지고 경사지게 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 냉매가 유동 공간(A)에서 도면상 좌측부에서 더 많은 양이 유동될 수 있으며, 복수개의 발열체(PM)가 냉각되는 온도의 균일화를 이룰 수 있고, 냉각 성능이 높은 효과를 가질 수 있다.For example, as shown in FIG. 3, as the extension line L connecting the ends of the plurality of pins is formed to be inclined at a predetermined angle θ, the
도 5(a)에 도시된 바와 같이, 열교환부(300)는 상기 냉매가 유동하는 방향의 수직 단면을 기준으로 일측 단부에서 타측 단부까지 적어도 하나의 단차 구조를 가지도록 형성될 수 있다. 예컨대, 열교환부(300)는 좌측부에 형성된 복수의 핀이 우측부에 형성된 복수의 핀보다 더 길게 형성될 수 있으며, 이때, 발열체(PM)에 형성된 칩(S)의 위치, 즉, 발열 온도 편차가 가장 큰 위치까지 좌측부 복수의 핀의 길이가 길게 형성되고, 이후의 우측의 복수의 핀의 길이는 상기 좌측부 복수의 핀의 길이보다 짧게 형성되어, 상기 좌측부 복수의 핀과 상기 우측부 복수의 핀은 단차를 가지고 형성될 수 있다.As shown in FIG. 5(a), the
이때, 유동 공간(A)의 바닥면(131c)은 상기 복수의 핀의 길이에 대응되어 단차부를 포함하여 형성될 수 있다.At this time, the
도 6(a)에 도시된 바와 같이, 열교환부(300)는 상기 냉매가 유동하는 방향의 수직 단면을 기준으로 상기 복수의 핀의 단부를 잇는 연장선(L)의 적어도 일부분이 곡선부를 가지도록 형성될 수 있다. As shown in FIG. 6(a), the
예컨대, 열교환부(300)는 상기 복수의 핀의 길이가 좌측에 형성된 핀에서 우측에 형성된 핀까지 점차적으로 감소하면서 형성될 수 있다. 이때, 좌측에 형성된 핀의 단부에서 우측에 형성된 핀의 단부를 잇는 연장선이 곡선부를 가지도록 핀의 길이가 감소되도록 형성될 수 있다. 또는, 상기 발열 위치에 따라 발열 온도 편차가 가장 큰 위치까지 좌측부에서 우측부로 복수의 핀의 길이가 일정하게 감소하면서 형성되고, 이후의 복수의 핀의 길이는 단부의 연장선이 곡선부를 가지도록 핀의 길이가 감소되도록 형성될 수 있다.For example, the
이때, 유동 공간(A)의 바닥면(131d)은 상기 복수의 핀의 길이에 대응되어 곡선부를 포함하여 형성될 수 있다. 이에 따라, 유동 공간(A)에서 유동되는 상기 냉매가 좌측부에서 우측부로 난류를 일으키지 않고 유동될 수 있다.At this time, the
도 4에 도시된 바와 같이, 열교환부(300)는 상기 냉매가 유동하는 방향의 수직 단면을 기준으로 중심라인에 형성된 복수의 핀이 양측 라인에 형성된 복수의 핀보다 길게 형성될 수 있다.As shown in FIG. 4, the
구체적으로, 발열체(PM)가 중심부에 안착되어 접촉 위치가 중앙부거나, 또는, 열을 발생하는 칩(S)이 중앙부에 형성되어 발열 위치가 중앙부일 경우에, 도 4와 같이, 열교환부(300)는 중심부에 형성된 핀이 좌측부 및 우측부에 형성된 핀보다 더 길게 형성될 수 있다. Specifically, when the heating element (PM) is seated at the center and the contact position is at the center, or when the chip (S) generating heat is formed at the center and the heat generation position is at the center, as shown in FIG. 4, the heat exchanger (300) ), the pins formed in the center may be formed longer than the pins formed in the left and right sides.
이에 따라, 상기 냉매가 중심부에 형성된 핀에 접촉하는 면적이 좌측부 및 우측부에 형성된 핀에 접촉하는 면적보다 더 많은 면적으로 접촉하여 상기 발열 위치의 하부에서 더 많은 열교환이 이루어질 수 있으며, 즉, 상기 발열 위치에서의 냉각 효율이 더 높은 효과를 가질 수 있다.Accordingly, the area in which the refrigerant contacts the fins formed in the center is larger than the area in contact with the fins formed in the left and right sides, so that more heat exchange can occur at the lower part of the heating position, that is, Cooling efficiency at the heating location may have a higher effect.
열교환부(300)는 상기 복수의 핀의 길이가 좌측부 또는 우측부에서 중심부로 갈수로 일정하게 증가하도록 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 복수의 핀은 좌측 및 우측에 형성된 핀에서 중심에 형성된 핀까지 길이가 점차적으로 증가하면서 형성될 수 있다. 즉, 상기 복수의 핀의 단부를 잇는 연장선이 덮개부(200)를 기준으로 중심부에서 양측부까지 소정의 각도(θ)를 가지고 경사지게 형성될 수 있다.The
이때, 하우징부(100)의 바닥면(131b)은 열교환부(300)에 대응되도록 형성될 수 있으며, 예컨대, 도 4에서와 같이, 바닥면(131b)의 중심부에서 양측부까지 소정의 각도(θ)를 가지고 경사지게 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 냉매가 유동 공간(A)에서 도면상 중심부에서 더 많은 양이 유동될 수 있으며, 복수개의 발열체(PM)가 냉각되는 온도의 균일화를 이룰 수 있고, 냉각 성능이 높은 효과를 가질 수 있다.At this time, the
도 5(b)에 도시된 바와 같이, 열교환부(300)는 상기 냉매가 유동하는 방향의 수직 단면을 기준으로 중심부에서 양측까지 단차 구조를 가지도록 형성될 수 있다. 예컨대, 열교환부(300)는 중심부에 형성된 복수의 핀이 좌측부 및 우측부에 형성된 복수의 핀보다 더 길게 형성될 수 있으며, 이때, 발열체(PM)에 형성된 칩(S)의 위치, 즉, 발열 온도 편차가 가장 큰 위치까지 중심부 복수의 핀의 길이가 길게 형성되고, 양측에 형성된 좌측부 및 우측부 복수의 핀의 길이는 상기 중심부 복수의 핀의 길이보다 짧게 형성되어, 상기 중심부 복수의 핀과 상기 좌측부 및 우측부 복수의 핀은 단차를 가지고 형성될 수 있다.As shown in FIG. 5(b), the
이때, 유동 공간(A)의 바닥면(131c)은 상기 복수의 핀의 길이에 대응되어 단차부를 포함하여 형성될 수 있다.At this time, the
도 6(a)에 도시된 바와 같이, 열교환부(300)는 상기 냉매가 유동하는 방향의 수직 단면을 기준으로 중심부에 형성된 핀에서 양측에 형성된 핀의 단부를 잇는 연장선의 곡선부를 가지도록 형성될 수 있다.As shown in FIG. 6(a), the
예컨대, 열교환부(300)는 중심부에 형성된 핀이 좌측부 및 우측부에 형성된 핀보다 더 길게 형성될 수 있다. 이때, 상기 복수의 핀은 좌측에 형성된 핀에서 우측에 형성된 핀까지 길이가 점차적으로 감소하면서 형성될 수 있다. 이때, 발열 온도 편차가 가장 큰 위치까지 좌측부에서 우측부로 복수의 핀의 길이는 곡선부를 가지고 감소되도록 형성될 수 있다.For example, the fins formed in the center of the
이때, 유동 공간(A)의 바닥면(131d)은 상기 복수의 핀의 길이에 대응되어 중심부가 낮고 양측부가 높게 형성되는 곡선부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 유동 공간(A)에서 유동되는 상기 냉매가 중심부에서 양측부로 난류를 일으키지 않고 유동될 수 있다.At this time, the
열교환부(300) 및 바닥면(131)의 형상은 반드시 도면에 국한되지 않는 것으로서, 발열체(PM)가 덮개부(200)에 접촉되는 접촉 위치 또는 발열체(PM)에서 열이 발생되는 발열 위치에 따라, 다양한 형태로 형성될 수 있다.The shape of the
하우징부(100)는 바닥부(130)를 포함할 수 있다.The
바닥부(130)는 발열체(PM)가 덮개부(200)에 접촉되는 접촉 위치 또는 상기 발열체(PM)에서 열이 발생되는 발열 위치에 따라 형성되는 열교환부(300)에 대응되도록 바닥면(131)이 형성되고, 바닥면(131)을 선택적으로 결합할 수 있도록 하우징부(100)에 탈부착이 가능할 수 있다.The bottom portion 130 has a
예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 발열체(PM)가 좌측에 안착되어 접촉 위치가 좌측부거나, 또는, 발열체(PM)는 중심부에 안착되었으나 발열체(PM)에 형성된 열을 발생하는 칩(S)이 도면상 좌측에 형성될 경우에는, 좌측부에 형성된 핀이 우측부에 형성된 핀보다 더 길게 형성된 열교환부(300a)를 사용할 수 있다.For example, as shown in FIG. 7, the heating element (PM) is seated on the left side and the contact position is on the left side, or the heating element (PM) is seated in the center, but the chip (S) that generates heat formed in the heating element (PM) When formed on the left side in this drawing, the
바닥부(130a)는 하우징부(100)의 내부에 결합되어 열교환부(300a)가 하우징부(100)에 결합되어 유동 공간(A)에서 상기 냉매가 열교환부(300a)를 통과하여 유동할 수 있도록 열교환부(300a)와 하우징부(100) 사이에 열교환부(300a)가 삽입되지 않은 공간을 채워줄 수 있다.The
또한, 발열체(PM)가 중심부에 안착되어 접촉 위치가 중심부이며, 발열 위치가 중심부 일 경우에는, 중심부에 형성된 핀이 양측부에 형성된 핀보다 더 길게 형성된 열교환부(300b)를 사용할 수 있다.In addition, when the heating element (PM) is seated at the center and the contact position is at the center and the heating location is at the center, a heat exchange unit (300b) in which fins formed at the center are formed longer than fins formed at both sides can be used.
바닥부(130b)는 하우징부(100)의 내부에 결합되어 열교환부(300b)가 하우징부(100)에 결합되어 유동 공간(A)에서 상기 냉매가 열교환부(300b)를 통과하여 유동할 수 있도록 열교환부(300b)와 하우징부(100) 사이에 열교환부(300b)가 삽입되지 않은 공간을 채워줄 수 있다.The bottom portion (130b) is coupled to the inside of the housing portion (100) and the heat exchange portion (300b) is coupled to the housing portion (100) so that the refrigerant can flow through the heat exchange portion (300b) in the flow space (A). The space in which the
즉, 발열체(PM)의 접촉 위치 또는 발열체(PM)에서 열이 발생되는 발열 위치에 따라 사용되는 다양한 형태의 열교환부(300) 및 바닥부(130)를 선택적으로 사용이 가능하며, 하우징부(100)는 다양한 형태의 열교환부(300) 및 바닥부(130)를 모두 수용할 수 있도록 형성되어 하우징부(100)의 제조가 용이하고 비용절감이 가능하다.That is, various types of
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 모듈 냉각 장치(1000)는 접합부(400)를 더 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 2 and 3 , the power
접합부(400)는 하우징부(100)와 덮개부(200)가 결합하기 위한 용접부 및 실링부를 포함할 수 있다. The joint 400 may include a welding portion and a sealing portion for coupling the
접합부(400)는 덮개부(200)의 테두리 부분을 적어도 일부분 감싸도록 형성될 수 있다. The
접합부(400)는 강도와 탄성이 우수하며 고온의 조건에서도 견딜 수 있는 고성능 플라스틱 재질인 엔지니어링 플라스틱(Engineering Plastic, EP)으로 형성되어, 발열체(PM)의 냉각 과정에서 온도가 상승하는 상기 냉각수에 의한 변형 및 파손을 방지할 수 있다.The joint 400 is made of engineering plastic (EP), a high-performance plastic material that has excellent strength and elasticity and can withstand high temperature conditions, and is formed by the coolant whose temperature rises during the cooling process of the heating element (PM). Deformation and damage can be prevented.
접합부(400)는 레이저빔을 투과시키는 투과층이 형성된 투과성 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. 구체적으로, 덥개부(200)의 둘레에 형성된 접합부(400)는 하우징부(100)에 형성된 돌기부와 레이저 용접 장치로부터 조사되는 레이저빔을 통하여 상기 돌기부 및 상기 돌기부와 접촉하는 면이 용융되어 덮개부(200)와 접합될 수 있다.The joint 400 may be formed of a transparent plastic material with a transmission layer that transmits the laser beam. Specifically, the
이때, 덮개부(200)와 상기 돌기부가 접합이 이루어질 수 있도록, 압착 장치를 이용하여 하우징부(100)와 덮개부(200) 사이를 소정의 압력으로 압착하는 것이 바람직할 수 있다.At this time, it may be desirable to press between the
또한, 접합부(400)는 상기 용접부가 형성되는 과정에서 발생되는 공극으로 인한 상기 냉매의 누출을 방지할 수 있도록 상기 용접부 주변에 형성되는 밀봉 부재를 포함할 수 있다. 이에 따라, 하우징부(100)와 덮개부(200)를 용접한 다음, 형성된 상기 용접부에 접착제 성분의 상기 밀봉 부재를 형성하여 밀봉성을 향상시켜서 냉매 누출을 방지할 수 있고, 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.Additionally, the joint 400 may include a sealing member formed around the welded portion to prevent leakage of the refrigerant due to voids generated in the process of forming the welded portion. Accordingly, after welding the
상기 밀봉 부재는 휘발성 유기 용제와 결합되어 휘발 또는 가열후 경화될 수 있는 고분자성 접착제(adhesive) 재질이 적용될 수 있다. 그러나, 이에 반드시 국한되지 않는 것으로서, 매우 다양한 접착제 재질이 적용될 수 있다.The sealing member may be made of a polymeric adhesive material that can be combined with a volatile organic solvent and hardened after volatilization or heating. However, it is not necessarily limited thereto, and a wide variety of adhesive materials may be applied.
도 8은 종래의 냉각 장치에 전력 반도체가 실장된 경우에 온도 변화를 나타내는 등온선 도면이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 모듈 냉각 장치에 전력 반도체가 실장된 경우에 온도 변화를 나타내는 등온선 도면이고, 도 10은 도 9의 열교환부(200) 연장선(L)의 각도에 따라 서로 다른 위치에 실장된 발열체(PM)의 온도 변화를 표로 나타내는 도면이다.Figure 8 is an isotherm diagram showing the temperature change when a power semiconductor is mounted on a conventional cooling device, and Figure 9 is an isotherm diagram showing the temperature change when a power semiconductor is mounted on a power module cooling device according to an embodiment of the present invention. It is an isotherm diagram, and FIG. 10 is a table showing the temperature change of the heating element (PM) mounted at different positions according to the angle of the extension line (L) of the
도 8에 도시된 바와 같이, 발열체(PM)에 형성된 칩(S)의 발열 위치가 도면상 좌측부에 형성될 경우, 상기 발열 위치가 가장 높은 온도로 나타나며, 상기 발열 위치를 중심으로 방사상으로 온도가 감소하는 것으로 나타난다.As shown in FIG. 8, when the heating position of the chip S formed on the heating element PM is formed on the left side of the drawing, the heating position appears at the highest temperature, and the temperature increases radially around the heating position. appears to be decreasing.
또한, 냉매(C)의 온도 분포는 상기 발열 위치 주변부에서 온도가 가장 높으나, 상기 발열 위치에서 가장 먼 부분인 우측 하부는 온도의 변화가 없는 것으로 나타난다. 즉, 상기 발열 위치에서 가까운 부분이 온도가 높아지는 영향부로서 냉각 성능이 필요하며, 상기 발열 위치에서 먼 부분은 온도 변화가 없는 미영향부로서 냉각 성능이 불필요하다.In addition, the temperature distribution of the refrigerant (C) shows that the temperature is highest around the heating position, but there is no change in temperature in the lower right part, which is the part furthest from the heating position. In other words, the part close to the heating position is an affected area where the temperature increases and requires cooling performance, and the part far from the heating position is an unaffected area with no temperature change and does not require cooling performance.
이에 따라, 도 9와 같이, 파워 모듈 냉각 장치(1000)에서 냉각이 필요한 부분에 냉매의 유동을 집중시킬 수 있도록 불필요한 부분을 제거하여, 열교환부(300)를 소정의 각도(θ)를 가지고 경사지도록 형성하여 위치에 따른 온도의 변화를 전산모사하였다.Accordingly, as shown in FIG. 9, unnecessary parts are removed so that the flow of refrigerant can be concentrated in the part requiring cooling in the power
이때, 발열체(PM)는, 도 1과 동일하게 유입부(110)에서 유출부(120)까지 순서대로 제 1 발열체(PM1), 제 2 발열체(PM2) 및 제 3 발열체(PM3)를 안착한 상태에서 발열 위치는 중심부에서 8.4mm 좌측부이다. 기본 핀의 높이(D1)는 11.3mm이고, 최소 핀의 높이(D2)는 각각 8mm, 4.6mm, 1.2mm이며, 각각의 최소 핀의 높이(D2)에 따라 핀의 연장선(L)의 각도는 각각 5도, 10도, 15도에서 제 1 발열체(PM1), 제 2 발열체(PM2) 및 제 3 발열체(PM3)의 최고 온도를 시뮬레이션하였다.At this time, the heating element (PM) is in a state in which the first heating element (PM1), the second heating element (PM2), and the third heating element (PM3) are seated in that order from the
실험 기준으로, 열교환부(300)의 핀의 높이는 모두 11.3mm일 경우에, 제 1 발열체(PM1), 제 2 발열체(PM2) 및 제 3 발열체(PM3)의 최고 온도는 각각 118.26℃, 121.2℃, 123.3℃ 로 나타났다.Based on the experiment, when the height of the fins of the
열교환부(300)의 복수의 핀의 단부를 잇는 연장선(L)이 경사진 소정의 각도(θ)가 5도 일 경우에 발열체(PM1, PM2, PM3)의 온도는 각각 118.06℃, 120.8℃, 122.6℃로 나타나 상기 실험 기준에 비하여 온도가 -0.17%, -0.33%, -0.57%로 나타나 일부 감소하였다.When the predetermined angle θ at which the extension line L connecting the ends of the plurality of fins of the
동일한 조건에서 소정의 각도(θ)가 10도 일 경우에 발열체(PM1, PM2, PM3)의 온도는 각각 116.6℃, 119.08℃, 120.87℃로 나타나 상기 실험 기준에 비하여 온도가 -1.40%, -1.75%, -1.97%로 나타났으며, 소정의 각도(θ)가 15도 일 경우에 발열체(PM1, PM2, PM3)의 온도는 각각 115.06℃, 117.1℃, 118.8℃로 나타나 상기 실험 기준에 비하여 온도가 -2.71%, -3.38%, -3.65%로 나타나 온도가 감소하는 것을 확인할 수 있다.Under the same conditions, when the predetermined angle (θ) is 10 degrees, the temperature of the heating elements (PM1, PM2, PM3) is 116.6℃, 119.08℃, and 120.87℃, respectively, which is -1.40% and -1.75% compared to the above experimental standard. %, -1.97%, and when the predetermined angle (θ) is 15 degrees, the temperature of the heating elements (PM1, PM2, PM3) is 115.06℃, 117.1℃, and 118.8℃, respectively, which is higher than the above experimental standard. It can be seen that the temperature is decreasing by showing -2.71%, -3.38%, and -3.65%.
실험에서 나타난 바와 같이, 제 1 발열체(PM1)에서 제 3 발열체(PM3)까지 냉매(C)가 유동될수록 온도가 감소하는 비율이 크게 나타나고 있어 냉각 성능이 효과적으로 증가하고, 제 3 발열체(PM3)에서 냉각 성능이 현저하게 나타나는 것으로 보아 제 1 발열체(PM1), 제 2 발열체(PM2) 및 제 3 발열체(PM3)의 온도 균일도에서도 높은 효과를 가지고 있는 것으로 나타나고 있다.As shown in the experiment, the rate at which the temperature decreases increases as the refrigerant (C) flows from the first heating element (PM1) to the third heating element (PM3), thereby effectively increasing cooling performance, and the cooling performance in the third heating element (PM3) As the cooling performance appears to be remarkable, it appears to have a high effect on the temperature uniformity of the first heating element (PM1), the second heating element (PM2), and the third heating element (PM3).
특히, 소정의 각도(θ)가 5도인 경우와 10도인 경우에서 차이가 크게 나타나며 15도인 경우에서 더 크게 나타나고 있다. 따라서 소정의 각도(θ)는 7도 이상이 경우 냉각 성능이 가장 크게 나타날 수 있으며, 소정의 각도(θ)가 17도 이상일 경우에는 핀의 형성이 어려우므로 17도 이하로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 복수의 핀의 단부의 연장선(L)은 덮개부(200)에 대하여 7도 내지 17도로 형성되어 가장 효율적으로 냉각 성능을 높일 수 있다.In particular, the difference appears large when the predetermined angle θ is 5 degrees and when it is 10 degrees, and it appears even larger when the predetermined angle θ is 15 degrees. Therefore, when the predetermined angle (θ) is 7 degrees or more, the cooling performance can be maximized. When the predetermined angle (θ) is more than 17 degrees, it is difficult to form fins, so it is preferable that it is formed at 17 degrees or less. That is, the extension lines (L) of the ends of the plurality of fins are formed at an angle of 7 degrees to 17 degrees with respect to the
본 발명의 다양한 실시예에 따른 파워 모듈 냉각 장치(1000)는 발열체(PM)가 안착되는 접촉 위치나 발열체(PM)에서 열이 발생되는 발열 위치에 따라 열교환부(300)인 복수의 핀의 길이를 다르게 형성하여 상기 접촉 위치 또는 상기 발열 위치에서 상기 냉매와의 접촉 면적을 늘려 냉각 효율을 늘릴 수 있다.The power
또한, 하우징부(100)의 바닥면(131)을 열교환부(300)에 대응되도록 형성하여 상기 접촉 위치 또는 상기 발열 위치에 형성된 열교환부(300)에 상기 냉매가 더 많이 유동될 수 있도록 하여 복수개의 발열체(PM)가 냉각되는 온도의 균일화를 이룰 수 있고, 냉각 성능이 높은 효과를 가질 수 있다. In addition, the
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached patent claims.
A: 유동 공간
C: 냉매
S: 칩
L: 연장선
PM: 발열체
100: 하우징부
110: 유입부
120: 유출부
130: 바닥부
131: 바닥면
200: 덮개부
210: 안착부
300: 열교환부
400: 접합부
1000: 파워 모듈 냉각 장치A: Flow space
C: refrigerant
S: Chip
L: extension line
PM: heating element
100: Housing part
110: inlet
120: outlet
130: bottom part
131: bottom surface
200: cover part
210: Seating part
300: heat exchange unit
400: joint
1000: Power module cooling device
Claims (10)
일면은 적어도 하나의 발열체가 직접 또는 간접적으로 접촉하고, 타면은 상기 유동 공간을 밀폐할 수 있도록 상기 하우징부에 결합되는 덮개부; 및
상기 발열체에서 발생되는 열이 상기 냉매에 전달될 수 있도록 상기 타면에 돌출된 복수의 핀으로 형성되어 상기 유동 공간에 삽입되는 열교환부;
를 포함하고,
상기 열교환부는,
상기 발열체가 상기 덮개부에 접촉되는 접촉 위치 또는 상기 발열체에서 열이 발생되는 발열 위치에 따라, 상기 냉매가 유동하는 방향의 수직 단면을 기준으로 서로 다른 높이로 형성되는, 파워 모듈 냉각 장치.a housing portion having an inlet portion through which the refrigerant flows in and an outlet portion through which the refrigerant flows out, and a flow space formed therein to allow the refrigerant to flow;
a cover portion on one side of which is in direct or indirect contact with at least one heating element, and on the other side of which is coupled to the housing to seal the flow space; and
a heat exchanger formed by a plurality of fins protruding from the other surface and inserted into the flow space so that heat generated by the heating element can be transferred to the refrigerant;
Including,
The heat exchange part,
A power module cooling device that is formed at different heights based on a vertical cross section in the direction in which the refrigerant flows, depending on the contact position where the heating element is in contact with the cover part or the heating position where heat is generated from the heating element.
상기 열교환부는,
상기 냉매가 유동하는 방향의 수직 단면을 기준으로 상기 복수의 핀의 단부를 잇는 연장선이 경사지도록 형성된, 파워 모듈 냉각 장치.According to claim 1,
The heat exchange part,
A power module cooling device in which an extension line connecting ends of the plurality of fins is formed to be inclined based on a vertical cross section in the direction in which the refrigerant flows.
상기 연장선은,
상기 덮개부에 대하여 7도 내지 17도의 각도로 일측 단부에서 타측 단부까지 경사지도록 형성된, 파워 모듈 냉각 장치.According to claim 2,
The extension line is,
A power module cooling device formed to be inclined from one end to the other end at an angle of 7 degrees to 17 degrees with respect to the cover part.
상기 열교환부는,
상기 냉매가 유동하는 방향의 수직 단면을 기준으로 중심라인에 형성된 복수의 핀이 양측 라인에 형성된 복수의 핀보다 길게 형성된, 파워 모듈 냉각 장치.According to claim 1,
The heat exchange part,
A power module cooling device wherein a plurality of fins formed on a center line are formed longer than a plurality of fins formed on both side lines based on a vertical cross section in the direction in which the refrigerant flows.
상기 열교환부는,
상기 냉매가 유동하는 방향의 수직 단면을 기준으로 일측 단부에서 타측 단부까지 적어도 하나의 단차 구조를 가지도록 형성되는, 파워 모듈 냉각 장치.According to claim 1,
The heat exchange part,
A power module cooling device formed to have at least one step structure from one end to the other end based on a vertical cross section in the direction in which the refrigerant flows.
상기 열교환부는,
상기 냉매가 유동하는 방향의 수직 단면을 기준으로 상기 복수의 핀의 단부를 잇는 연장선의 적어도 일부분이 곡선부를 가지도록 형성되는, 파워 모듈 냉각 장치.According to claim 1,
The heat exchange part,
A power module cooling device wherein at least a portion of an extended line connecting ends of the plurality of fins is formed to have a curved portion based on a vertical cross section in the direction in which the refrigerant flows.
상기 하우징부는,
상기 유동 공간의 바닥을 형성하는 바닥면이 상기 열교환부의 높이에 대응되도록 형성되는, 파워 모듈 냉각 장치.According to claim 1,
The housing part,
A power module cooling device wherein a bottom surface forming the bottom of the flow space is formed to correspond to the height of the heat exchanger.
상기 하우징부는,
상기 발열체가 상기 덮개부에 접촉되는 접촉 위치 또는 상기 발열체에서 열이 발생되는 발열 위치에 따라 형성되는 상기 열교환부에 대응되도록 상기 바닥면이 형성되고, 상기 바닥면을 선택적으로 결합할 수 있도록 상기 하우징부에 탈부착이 가능한 바닥부;
를 포함하는, 파워 모듈 냉각 장치.According to claim 1,
The housing part,
The bottom surface is formed to correspond to the heat exchange part formed according to a contact position where the heating element is in contact with the cover part or a heating position where heat is generated from the heating element, and the housing is configured to selectively couple the bottom surface. A bottom part that is detachable from the unit;
Power module cooling device, including.
상기 덮개부 주변을 둘러싸도록 형성되는 접합부;
를 더 포함하는, 파워 모듈 냉각 장치.According to claim 1,
a joint formed to surround the cover portion;
A power module cooling device further comprising a.
상기 접합부는,
상기 하우징부의 적어도 일부분에 형성되는 돌기부와 레이저 용접법으로 용접되어 결합되는, 파워 모듈 냉각 장치.According to clause 9,
The joint is,
A power module cooling device that is welded and joined to a protrusion formed on at least a portion of the housing using a laser welding method.
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