KR910002430B1 - 제어모듈 냉각 시스템 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

제어모듈 냉각 시스템

제1도는 제어모듈이 부착된 콘덴서 코일 조립체의 사시도.

제2도는 본 발명에 따른 열 싱크(heat sink)를 도시한 부분 평면도.

제3도는 제2도의 선 3-3을 따라 절취한 단면도.

제4도는 수평으로 일렬로 배치된 핀을 가지는 열 싱크 위를 흐르는 공기의 속도 분포도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 제어박스(control box) 12 : 콘덴서 조립체

13 : 코일(coil) 14 : 팬(fan)

22, 23 : 패스너(fastener) 28 : 열 싱크(heat sink)

33 : 핀(fin)

본 발명은 공기조화 시스템용 제어모듈에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로 말하자면 옥외 코일장치에 설치된 제어모듈내의 전자구성 부품의 열 싱크 냉각에 관한 것이다.

옥외 코일장치 또는 콘덴서 코일장치의 일부분으로서 압축기 및 팬모터와 같은 여러가지를 포함하는 요소를 제어하기 위한 어떤 제어요소를 가질 필요가 있는데, 이러한 제어요소는, 옥외 코일장치 위쪽이나 근처에 설치된 제어박스 내부에 수납되어 있다.

종래의 제어모듈에는, 주로 기계 및 전기-기계장치를 포함하는데, 이러한 장치에서는 비교적 거의 열을 발생하지 않고, 필요한 냉각효과는 전도와 대류에 의해 자연적으로 발생되기 때문에 여러 구성부품들의 냉각을 위한 설비를 할 필요가 없었다.

고체전자 제어장치의 출현 및 공기조화식 제어모듈에 그러한 제어장치를 사용함에 의해, 보다 많은 열이 제어박스 내부에서 발생된다. 예컨대, 인버터 제어에 의한 가변속도 압축기의 적용에 있어서는 복수의 비교적 큰 트랜지스터가 스위치 기능을 실행하기 위해 사용되고 있고, 그것에 의해서 많은 양의 열이 발생된다. 이러한 구성 부품들을 손상으로부터 보호하기 위해, 이러한 열은 발산되어야만 한다.

전자구성 부품을 냉각하는 일반적인 방법은 열 싱크를 사용하는 방법이 있고, 그것에 의해 열이 비교적 빠르게 전자구성 부품으로부터 열 싱크로 전도된다고 하는 것은, 그것은 오히려 대류에 의해서 보다 빠르게 냉각될 수 있는 비교적 큰 표면적을 가지기 때문이다. 그러므로 이러한 열 싱크는 열적으로 전자구성 부품과 연결되어 있고, 동시에 주위의 분위기 공기와 같은 냉각매체에 노출되어 있다. 그러므로 열 싱크는 이러한 목적을 달성하기 위한 방법으로 제어박스의 속에 조립되어야 한다. 그러나 그와 동시에, 제작목적을 위해서는, 열 싱크가 제어박스속에 설치되는 방법은 단순화된 것이 바람직하다. 따라서 본 발명자들은, 최초에 열 싱크가 제어박스의 측면이나 제어박스의 상부에 설치하는 것을 선택하였다. 그렇지만 본 발명자들은 이러한 배치의 각각의 경우에 열이 주위공기에 발산하는 비율이 불충분하다는 것을 알 수 있었다.

열 싱크로부터의 열의 발산을 강화시키기 위해서는, 복수의 리브 또는 핀을 설치하는 것이 일반적으로 행해지고 있고, 그것에 의해 표면적이 증가하여 열이 주위공기에 전달되는 비율이 증가한다. 주지의 "쉼니효과(Chimney affect)" 때문에, 핀은 일렬로 나란하게 되고 그것에 의해 그 표면을 교차해서 수직상방방향의 냉각공기의 흐름이 강화되도록 열 싱크를 설치하는 것이 통상적인 실예이다.

그러므로 본 발명의 목적은 공기조화 시스템에 있어서 전자구성 부품을 포함하고, 개선된 열 발산 특성을 가지는 제어박스를 제공한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 공기조화식 제어박스에 있어서 설계가 간단하면서 소망의 열량을 발산시키는데에 효과적인 열 싱크가 장착된 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 전자구성 부품을 가지고 있고, 그것에 의해서 발생하는 열이 충분히 발산되기위한 공기조화식 제어박스를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 공기조화식 제어박스의 전자구성 부품을 효율적이고 경제적인 방법으로 냉각하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

이들, 목적, 기타 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조로한 이하의 상세한 설명으로부터 용이하게 알 수 있을 것이다.

본 발명의 개요를 간단하게 서술하면, 본 발명의 일면에 의하면, 열 싱크는 제어박스와 핀을 가지는 옥외 코일 구조체의 사이에 배치되어 있고, 냉각공기의 일부는 핀에 의해서 코일을 통해서 도입되고, 최초에 열싱크의 위를 통과하기 때문에 그것에 의해서 열 싱크의 냉각이 보다 빨리 균일하게 증진된다.

본 발명의 다른 일면에 의하면, 열 싱크는 옥외 코일 구조체 위에 수직으로 배치되고, 그 위치는 코일에 유입하는 공기속도가 최대이도록한 장소에 일치한다. 이와 같이해서 열싱크 위를 흐르는 공기의 양이 최적화되어, 그것에 의해 그것으로부터의 열의 이동비율이 최적화된다.

본 발명의 또다른 일면에 의하면, 열 싱크는 냉각핀이 일반적으로 열 싱크의 단축상에 수평으로 배치되도록 제어박스와 옥외 코일 구조체와의 사이에 위치한다. 본 발명자에 의해서, 인접하는 핀의 사이의 유로에 구속되지 않는 공기의 유입과 보다 짧은 유로의 사용과에 의해서 열 싱크상의 공기의 흐름이 강화되어, 냉각이 강화되는 것을 발견하였다. 더우기, 열 싱크의 수직축에 따른 속도분포가 실질적으로 균일한 것 발견하였다. 바꾸어말하면, 그 내부에서 작동하는 핀을 가지는 옥외 코일 구조체에 인접하여, 흡열핀을 수평의 단축 방향으로 설치하여 일렬로 배치하는 것에 의해, 열 싱크의 표면에 비교적 균일한 분포의 공기의 흐름이 비교적 빠른 속도로 발생하고, 그것에 의해 그것으로부터의 열의 발산이 강화된다.

이하에 기술된 설명에 있어서는 바람직한 실시예로서 기재하고 있지만, 여러가지 다른 변경 및 기타의 구조를 본 발명의 요지로부터 벗어남이 없이 할 수 있을 것이다.

제1도와 제2도에 대해서 설명하면, 본 발명 제어모듈 냉각시스템(10)은 콘덴서 조립체(12)에 부착된 제어박스(11)의 배면에 적용한 것이다. 콘덴서 조립체(12)는 도시한 바와 같이, 팬(14)을 둘러싸인 코일(13)을 그 주의에 가진다. 팬(14)은 코일(13)의 상단 근처에 배치되어 제어박스(11)에 의해서 제어되는 모터에 의해 반시계방향으로 구동된다. 또한 콘덴서 조립체(12)의 내부에는, 제어박스(11)에 의해서 제어되는 압축기(도시하지 않음)을 포함한다.

제어박스(11)는 한쌍의 레일(16,17)에 의해서 콘덴서 조립체(12)의 측면에 장착되어 있고, 레일(16,17)의 각각은 상부 및 하부로 구성되어 있다. 레일(17)의 상부 및 하부는 제3도에 각각 부호(18,19)로 도시되어져 있다. 레일의 상부(l8)는 패스너(22)에 의해서 콘덴서 조립체 측면(21)에 부착되어 있고, 레일의 하부(19)는 패스너(23)에 의해서 콘덴서 조립체 벽에 고정되어 있다. 제어박스(11)는 패스너(24,26)에 의해 각각 레일의 상부 및 하부(18,19)에 장착되므로써 상기 조립체는 제3도에서 도시된 바와 같이 패스너(22,23)에 의해 콘덴서에 부착된 것이다.

제어박스(11)의 배면에는 사각형의 개구(27)가 형성되어 있고 그것을 통해서 열 싱크(28)가 배치되어 있다. 마찬가지 개구(30)가 콘덴서 조립체 측면(21)에 제공되어 있고, 그것에 의해 콘덴서 코일을 통해서 열 싱크(28)가 콘덴서 조립체(12)내의 팬(14)의 작동에 의해서 발생하는 부압영역에 직접 노출되어 있다. 열 싱크(28)는 레일의 상부 및 하부(18,19)의 사이에 설치되고 또 그것에 의해 지지되어 있다. 열 싱크(28)의 내측면(29)은 제어박스(11)의 내부벽(31)과 실질적으로 동일면상에 있고, 그리고 전자구성 부품(32)을 가지고 있고, 그 전자구성 부품은 그열을 열 싱크(28)에 부여하도록한 상태로 장착되어 있다. 열 싱크(28)의 배면 위에는 수직방향으로 간격져서 수평방향으로 뻗어있는 복수의 핀(33)이 있고, 그 배면에서 콘덴서 조립체의 측면(21)방향으로 뻗어 있다.

팬(14)이 작동되는 것에 의해 코일(13)의 내부에 부압이 발생하고, 그것에 의해 제어박스의 양측으로부터 주위방향으로 그리고 더우기 코일(13) 및 개구(30)를 통하여 반경방향으로 공기의 흐름이 발생하고, 그리고 팬(14)에 의해서 배출된다. 따라서, 제어박스(11)의 근처의 공기의 흐름은 화살표로 도시된 방향으로 흐르는 경향이 있다. 이렇게 하여 핀(33)이 수평으로 단축방향으로 배치되는 것에 의해서 공기의 흐름과 그것으로부터의 열의 발산은, 핀이 수직으로 장축방향으로 배치된 설계의 경우보다 실질적으로 증가하는 것을 본 발명자들에 의해서 발견되었다. 이것은 주로 공기의 유로 길이가 보다 짧은 것, 및 그것에 의해서 수직핀의 설계에 비해 압력강하를 감소시키는 것에 의한다. 이러한 사실의 입증은 표 1를 참조해서 알 수 있고, 이러한 표에서는 제어박스(11)의 중간지점의 온도에 대해서, 열 싱크가 이하의 설계의 경우와 비교되는 것이다.

1) 핀이 제어박스(11)의 측면 위에 수직으로 장착된 경우, 2) 핀이 제어박스(11)의 배면 위에 수직으로 장착된 경우, 3) 핀이 제어박스(11)의 배면 위에 수평으로 장착된 경우.

[표 1]

상기 도표에 도시된 바와 같이, 각각의 데이타는 각 주위온도가 실질적으로 동일(기준치 51.7℃(125℉))하도록 선택된다. 3종류의 시스템의 전원출력은 또한 인버터의 전류가 13.5A에 실질적으로 동일하도록 선택된다. 상기 데이타로부터 열 싱크의 중간지점의 온도는, 배면에 수평으로 핀이 배치된 경우가 수직으로 일렬로 핀이 배치된 2종류의 설계의 경우보다 실질적으로 낮다는 것을 알 수 있다.

제어박스(11)대의 임계적 위치에 있어서 온도가 보다 낮을 뿐만 아니라 수평으로 배치된 핀의 흡열의 경우에 비해서 그 표면의 공기의 유속이 실질적으로 균일성을 표시하는 것이 본 발명자들의 실험데이타에 의해 나타났다. 이것은 배면에 장착된 수직방향으로 배치된 핀의 흡열에서는 그 상부에서는 양호한 공기의 흐름과 열의 발산특성을 나타내지만, 공기는 개구(30)를 통해 내부에서 반경방향으로 흐르기 전에는 열 싱크의 중간부에 까지는 이동하지 않는 것이 분명하였다. 1986. 10. 26일자로 출원되어, 본 출원과 동일한 양도인에게 양도된 미합중국 특허원 제920,394호에 기술한 바와 같은 구조체를 참조하여 알 수 있는 바와 같이 제어박스의 하부에 있어서의 구속에 의해서 수직방향으로 배치된 핀의 열 싱크의 하단부로부터의 공기의 흐름은 필요한 냉각효과를 제공하는데는 충분하지 않았다.

그러나 본 발명에 의해서, 핀의 길이가 보다 짧거다 제어박스의 어느 측면에도 구속되지 않는 유로 때문에, 공기의 호름은 필요한 냉각효과를 제공하는데는 충분한 것이 되었다. 수직축에 따른 공기의 유속도 또한 실질적으로 균일하다는 것을 알 수 있다.공기의 유속의 이러한 균일성은, 공기의 유속이 열 싱크의 양단에 따라서 수직부분의 함수로서 도시되어 있는 제4도를 참조하는 것에 의해 알 수 있다. 이들의 측정은 해스팅스 에어 미터(Hastings Air Meter)를 열 싱크의 양단으로부터 대략 1인치(2.5cm)의 곳에 두는 것에 의한 것이다. 열 싱크의 수직한 중간지점의 유속은 상단부 및 하부단부에 있어서의 유속과 실질적으로 동일하게 되었다. 더우기 핀의 길이는 일렬로 배열된 핀의 경우에 비해서 짧기 때문에, 열 싱크의 중간지점으로의 공기의 흐름은 소망의 냉각효과를 제공하기에 충분하다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예라고 사료되는 실시예를 기술하였지만, 본 발명의 주요지와 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 많은 변경과 수정이 가능함을 이해할 수 있을

것이다.

Claims (7)

1. 코일을 통해 내부에서 반경방향으로 흐르는 냉각공기를 발생하기 위해 내부 팬을 가지는 열 교환 코일 구조체(13)를 가지는 형식의 공기조화 시스템(14)에 있어서, 그 동력모듈(10)은 상기 공기조화 시스템을 제어하기 의해 전자구성 부품(32)을 가지는 제어박스(11)로서, 상기 옥외 코일 구조체(13)에 장착 지지된 상기 제어박스(11)와, 상기 제어박스(11)에 부속하는 열 싱크(28)로서, 발생하는 열을 인도하도록 상기 열싱크 위에 장착된 상기 전자구성 부품(32)을 가지는 상기 열 싱크(28)로서, 상기 제어박스(11)와 상기 옥외코일 구조체(13) 사이에서, 냉각공기의 유로의 속에 위치하고 있고, 상기 코일(13)을 통하는 냉각공기의 일부가 최초로 상기 열 싱크(28)를 통과하여 그것에 의해서 그 냉각이 강화되도록 구성된 상기 열 싱크(28)와를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력모듈.
2. 제1항에 있어서, 상기 열 싱크(28)는 그 냉각을 더욱 증진시키기 위해 열 싱크 내부에 형성된 복수의 핀(33)을 구비하는 것을 특징으로 하는 동력모듈.
3. 제2항에 있어서, 상기 핀(33)은 대체로 수평으로 배열된 것을 특징정으로 하는 동력모듈.
4. 제2항에 있어서, 상기 열 싱크(28)는 대체로 한쪽의 치수가 다른쪽의 치수보다 크게되어 있고 아울러 상기 핀(33)은 작은 치수쪽에 걸쳐서 뻗어있는 것을 특징으로 하는 동력모듈.
5. 코일(13)을 통해서 내부에 공기를 유입시키기 위해 코일(13)과 팬(14)을 가지는 형식의 공기조화 시스템을 제어하기 위한 전자구성 부품을 가지는 제어박스(11)에 있어서, 그 냉각 배열은 상기 박스(11)와 상기코일(13) 사이에 배치된 열 싱크(28)로서 상기 전자구성 부품(32)으로부터 열을 수입하기 위해 그 한쪽의 측면이 상기 전자구성 부품과 열적으로 연결되어 있고, 그 다른쪽의 측면에 냉각을 위해 코일(13)를 통해서 내부에 흐르는 공기의 유로속에 배치된 복수의 핀(33)을 가지는 상기 열 싱크(28)를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉각 배열.
6. 제5항에 있어서, 상기 열 싱크(28)의 큰 치수는 수직방향으로 배치되어 있고 상기 핀(33)은 수평방항으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각 배열.
7. 제5항에 있어서, 상기 코일(l3)은 둘러싸는 루우버 요소(21)를 포함하고 아울러 상기 루우버 요소(21)는 상기 열 싱크(28) 근처에 위치해서 열 싱크 내부에 형성된 개구(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는냉각 배열.

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