WO2018117534A1 - 전력변환장치용 전력소자 냉각장치 - Google Patents

전력변환장치용 전력소자 냉각장치 Download PDF

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WO2018117534A1
WO2018117534A1 PCT/KR2017/014715 KR2017014715W WO2018117534A1 WO 2018117534 A1 WO2018117534 A1 WO 2018117534A1 KR 2017014715 W KR2017014715 W KR 2017014715W WO 2018117534 A1 WO2018117534 A1 WO 2018117534A1
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heat pipe
power
heat
power device
condensation
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PCT/KR2017/014715
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한창우
정승붕
이문호
부준홍
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주식회사 효성
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    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20936—Liquid coolant with phase change
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    • H05K7/20309—Evaporators
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    • H05K7/20336—Heat pipes, e.g. wicks or capillary pumps

Definitions

  • the present invention relates to a power device cooling device for a power conversion device, and in particular, by improving the performance of the power device cooling device to operate the system at a larger output at the same size as the existing product, while stably operating the system for a long time. It is to be able to operate.
  • PCS power conversion system
  • IGBTs insulated gate bipolar mode transistors
  • Air-cooled, water-cooled, and refrigerant-type chillers are used for cooling the power devices (IGBT modules), which are the core components of the power converters (PCS).
  • IGBT modules are the core components of the power converters (PCS).
  • PCS power converters
  • the present invention reduces the size by allowing the evaporator and the condensation unit including the power device to be modularized for cooling the power device of the power converter, so that the space can be easily secured, the installation can be made easily, It prevents foreign substances from flowing into the inside and increases the heat dissipation performance of the condensation unit so that the temperature of the power device is kept low so that the system can be stably operated for a long time.
  • the present invention is a power device; An evaporator facing the power device; And it is connected to the evaporation unit, characterized in that the condensation unit provided as an upper portion of the power device is modularized and provided on the upper portion of the power converter.
  • the inside of the heat pipe located in the evaporator is a liquid refrigerant is injected and sealed in a vacuum state, the heat generated from the power device is evaporated to a gas even at a low temperature, the refrigerant phase-changed in the gas in the heat pipe located in the evaporator Is moved to the condenser through the hollow inside the heat pipe, the gas refrigerant moved to the condenser is radiated into the air through the heat dissipation plate located in the condensation unit, the phase change to the liquid refrigerant, the liquid refrigerant in the condensation unit heat pipe Characterized in that configured to circulate to the evaporator along the inner wall.
  • condensation unit and the condensation casing; A plurality of heat pipes provided in the condensation casing; And a heat dissipation plate of a plurality of layers connecting the heat pipes.
  • condensation casing is formed in one side and the other side is opened in the form of heat exchange with the inlet portion in which the outside air is introduced into the inside is formed an outlet portion is discharged to the outside, reinforcing flange portion is formed on the edge of the inlet portion and the outlet portion It is done.
  • the heat pipe is arranged repeatedly in the form of a zig zag inside the condensation casing is characterized in that the vertical width is formed narrower than the width of the condenser casing.
  • the heat pipe is characterized in that it is arranged vertically in the interior of the condensation casing.
  • the heat dissipation plate is made of a panel having a thin plate shape to form a through hole having the same diameter as the heat pipe at a position corresponding to the arrangement of the heat pipe, the heat pipe is inserted into the through hole to be forced indentation or welding Characterized in that coupled.
  • the heat dissipation plate has a ring spacer having the same diameter as that of the heat pipe and protrudes upward or downward at a position corresponding to the heat pipe arrangement, and the heat pipe is inserted into the ring spacer to be fusion-bonded. It features.
  • the heat dissipation plate is characterized in that to form a spline hole having the same diameter as the heat pipe at a position corresponding to the arrangement of the heat pipe, the heat pipe is inserted into the spline hole is coupled by fusion welding.
  • the heat dissipation plate is characterized in that the surface is provided with a plurality of convex or concave concave.
  • the evaporator and the condenser including the power device are modularized to reduce the size, thereby obtaining the effect of ensuring space easily.
  • FIG. 1 is a front view showing a power conversion device is installed power device cooling apparatus according to the present invention.
  • Figure 2 is a side view showing a power conversion device is installed power device cooling apparatus according to the present invention.
  • Figure 3 is a perspective view showing a power device cooling apparatus according to the present invention.
  • Figure 4 is an exemplary view showing in front, side and plan view of the power device cooling apparatus according to the present invention.
  • Figure 5 is a perspective view and an exploded perspective view showing a coupling state of the heat dissipation plate provided in the heat pipe in the power device cooling apparatus according to the present invention.
  • Figure 6 is a perspective view and an exploded perspective view showing a coupling state of the heat radiation plate provided in the heat pipe in the power device cooling apparatus according to the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components may not be limited by the terms. The terms are only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • a component When a component is referred to as being connected or connected to another component, it may be understood that the component may be directly connected to or connected to the other component, but there may be other components in between. .
  • Figure 1 is a front view showing a power conversion device is installed power device cooling apparatus according to the present invention
  • Figure 2 is a side view showing a power conversion device is installed power device cooling apparatus according to the present invention
  • Figure 3 is 4 is a perspective view showing a power device cooling apparatus according to the present invention
  • FIG. 4 is an exemplary view of the power device cooling apparatus according to the present invention.
  • the power device cooling apparatus allows the installation to be easily made to secure the space, while increasing the cooling performance and response speed to keep the temperature of the power device low to ensure a stable system for a long time
  • the power device 100, the evaporator 200, and the condenser 300 are modularized and provided on the upper portion of the power converter.
  • the power device 100 is a heat generating device provided in a conventional power converter, a considerable heat is generated in the operation process.
  • the evaporator 200 is opposed to the power device 100 and is provided to prevent overloading of the system by maintaining a predetermined temperature or less through heat exchange with sufficient heat generated from the power device 100. .
  • the evaporator 200 is to allow heat exchange, and since the inside of the heat pipe 320 located in the evaporator 200 is sealed by injecting a liquid refrigerant in a vacuum state, the evaporator 200 is generated by the power device 100. Heat evaporates to gas even at low temperatures. The refrigerant phase-changed into a gas in the heat pipe 320 located in the evaporator 200 moves to the condenser 300 through a hollow inside the heat pipe 320.
  • the condensation unit 300 is provided to allow evaporation of the refrigerant having undergone heat exchange in the evaporator 200.
  • the condensation unit 300 is provided with a condensation casing 310, a heat pipe 320, and a heat dissipation plate 330 so that heat can be easily discharged to the outside.
  • the condensation casing 310 has one side and the other side. Only the side is opened, and the inlet part 311 through which the outside air is introduced into the inside is formed to correspond to the outlet part 312 discharged to the outside, and the inlet part 311 and the outlet part 312 of the
  • the reinforcing flange portion 313 is formed at the edge and is provided to prevent the inlet portion 311 and the outlet portion 312 of the condensation casing 310 from being deformed from an external impact.
  • the condensation casing 310 is formed to have a narrower width (W ') than the width (W) is provided so that the minimum space can be used inside the power converter. That is, it is provided so that space utilization may be improved.
  • the heat pipe 320 is provided in a plurality of rows provided in the condensation casing 310 so that heat exchange can be easily performed, and the heat pipe 320 is repeatedly arranged in a zigzag form inside the condensation casing 310, thereby providing a heat dissipation plate ( 330 is provided to improve the cooling performance. That is, through the zigzag arrangement of the heat pipe 320, the cooling performance is improved in the heat pipe 320 positioned close to the outlet portion 312 of the condenser 300.
  • the heat pipe 320 is provided to be arranged in a vertical form inside the condensation casing 310 to improve the heat transfer capability of the heat pipe 320 itself.
  • the heat dissipation plate 330 may be connected to the heat pipe 320 in a plurality of layers by using a phenomenon in which heat of a refrigerant having a high temperature is conducted in the process of passing through the heat pipe 320. It is equipped with.
  • the heat dissipation plate 330 is provided with a plurality of convex or concave and convexities to increase the heat dissipation area and to promote the flow of air to turbulence to improve heat transfer performance.
  • the heat dissipation plate 330 is formed of a panel having a thin plate shape, and a through hole 331 having the same diameter as that of the heat pipe 320 is formed at a position corresponding to the arrangement of the heat pipe 320.
  • the heat pipe 320 is inserted into the vertical direction 331 so as to be coupled by force indentation or fusion welding. That is, since the heat pipe 320 is coupled or joined by soldering in a state where the heat pipe 320 is fitted into the through hole 331, the through hole 331 and the heat pipe 320 are integrated to minimize contact resistance and to cool down. This can be done.
  • the condensation casing 310 has a through-hole or 314 formed to allow the heat pipe 320 to be inserted in the vertical direction, and the pupil 314 and the heat pipe 320 are coupled by forced intrusion or fusion welding. It is provided. That is, the heat pipe 320 is coupled or cut by welding in a state where the heat pipe 320 is fitted to the pupil 314 of the condensation casing 310, thereby minimizing contact resistance by integrating the heat pipe 320 and the condensation casing 310. Heat dissipation can be achieved.
  • the power device cooling device for such a power converter first, so that the condensation unit 300 is provided on the upper portion of the evaporator 200, and then the rear surface of the power device 100 to face the front of the evaporator 200 and Then, the power device 100 is fixed to the evaporator 200 by using a screw or the like so that the power device 100, the evaporator 200, and the condenser 300 may be modularized.
  • the evaporator 200 is positioned in the main frame of the power converter, and the condenser 300 is located in the upper frame of the power converter.
  • the work is done by placing it in.
  • the fan not shown may be installed in the upper portion of the power converter after the cooling device is installed in the power converter.
  • the power device cooling device provided on the upper portion of the power conversion device generates considerable heat from the power device during the operation of the system, and the generated heat is an evaporation unit provided on the back of the power device 100. Cooling is achieved by 200.
  • the refrigerant heated in the evaporator 200 through heat exchange from the power device 100 is transferred to the heat pipe 320 of the condenser 300 located above the evaporator 200. Cooling is achieved by the heat dissipation plate 330 provided at 320.
  • the refrigerant condensed as a liquid in the condensation unit 300 is a temperature of the power device 100 through a repetition of the process of moving to the evaporator 200 through the hollow of the heat pipe 320 is a certain limit or more. It is possible to maintain the optimal operating state.
  • FIG. 5 is a perspective view and an exploded perspective view showing a coupling state of the heat dissipation plate provided in the heat pipe in the power device cooling apparatus according to the present invention.
  • the through-hole 331 having the same diameter as the heat pipe 320 at a position where the coupling of the heat pipe 320 and the heat dissipation plate 330 matches the arrangement of the heat pipe 320 on the heat dissipation plate 330.
  • the heat pipe 320 is inserted into the through hole 331 in the vertical direction to be integrally coupled to each other so that heat can be quickly conducted and cooled.
  • the ring spacer 332 having the same diameter as that of the heat pipe 320 and protruding upward or downward is formed at a position coinciding with the arrangement of the heat pipe 320 on the heat dissipation plate 330.
  • the heat pipe 320 may be inserted into the 332 to be fusion bonded.
  • FIG. 6 is a perspective view and an exploded perspective view showing a coupling state of the heat dissipation plate provided in the heat pipe in the power device cooling apparatus according to the present invention.
  • the through-hole 331 having the same diameter as the heat pipe 320 at a position where the coupling of the heat pipe 320 and the heat dissipation plate 330 matches the arrangement of the heat pipe 320 on the heat dissipation plate 330.
  • the heat pipe 320 is vertically inserted into the through hole 331 to be integrally coupled to the through hole 331 so that heat can be quickly conducted and cooled.
  • a spline hole 333 having the same diameter as that of the heat pipe 320 is formed at a position corresponding to the arrangement of the heat pipe 320 in the heat dissipation plate 330, and the heat pipe 320 is formed in the spline hole 333. May be inserted to allow fusion splicing.
  • condensation unit 310 condensation casing
  • reinforcement flange 320 heat pipe
  • heat dissipation plate 331 through hole
  • the present invention relates to a power device cooling device for a power converter, and can be used for a power converter.

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Abstract

본 발명은 전력변환장치용 전력소자 냉각장치에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명은 전력소자와; 상기 전력소자에 맞대어진 증발부; 및 상기 증발부에 연결되며, 전력소자의 상부로 구비된 응축부가 모듈화되어 전력변환장치의 상부에 구비됨을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 공간확보가 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 가운데 설치가 용이하게 이루어질 수 있도록 하고, 아울러 응축부의 방열성능을 높여 전력소자의 온도가 낮게 유지되도록 하여 장기간에 걸쳐 시스템을 안정적으로 운용할 수 있도록 한 것이다.

Description

전력변환장치용 전력소자 냉각장치
본 발명은 전력변환장치용 전력소자 냉각장치에 관한 것으로서, 특히 전력소자 냉각장치의 성능을 향상시킴으로써 기존 제품과 동일한 사이즈에서 보다 큰 출력으로 시스템을 운용할 수 있도록 하는 가운데 장시간에 걸쳐 시스템을 안정적으로 운용할 수 있도록 한 것이다.
일반적으로 전력변환장치(PCS, Power Conditioning System)는 각종 스위칭소자, 변압기, IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor)등과 같은 발열소자를 갖고 있기 때문에, 작동에 따라 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각장치를 필요로 한다.
전력변환장치(PCS)의 핵심 부품인 전력소자(IGBT 모듈)의 냉각을 위한 방안으로 공냉식, 수냉식, 냉매식 냉각장치가 사용되고 있으나, 공냉식의 경우에는 안정적으로 운영이 가능하지만, 다른 냉각방식 대비 냉각장치의 크기가 커 공간확보에 많은 어려움이 있었다.
본 발명은 전력변환장치의 전력소자 냉각을 위해 전력소자를 포함하는 증발부와 응축부가 모듈화되도록 하여 크기를 줄임으로써, 공간확보가 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 가운데 설치가 용이하게 이루어질 수 있도록 하고, 외부로부터 이물질이 내부로 유입되는 것을 방지하고, 아울러 응축부의 방열성능을 높여 전력소자의 온도가 낮게 유지되도록 하여 장기간에 걸쳐 시스템을 안정적으로 운용할 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 전력소자와; 상기 전력소자에 맞대어진 증발부; 및 상기 증발부에 연결되며, 전력소자의 상부로 구비된 응축부가 모듈화되어 전력변환장치의 상부에 구비됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 증발부에 위치한 히트파이프 내부는 진공 상태에서 액체 냉매가 주입 및 밀봉되어 전력소자에서 발생된 열이 낮은 온도에서도 기체로 증발되고, 상기 증발부에 위치한 히트파이프에서 기체로 상변화 된 냉매는 히트파이프 내부의 중공을 통해 응축부로 이동하고, 상기 응축부로 이동한 기체 냉매는 응축부에 위치한 방열 플레이트를 통해 공기 중으로 방열을 하고, 액체 냉매로 상변화 되고, 상기 응축부의 액체 냉매는 히트파이프 내벽을 따라 증발부로 순환되도록 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 응축부는 응축 케이싱과; 상기 응축 케이싱에 구비된 다수열의 히트 파이프; 및 상기 히트 파이프를 연결하는 다수층의 방열 플레이트로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 응축 케이싱은 일측과 타측만이 개방된 형태로 외기가 내부로 유입되는 입구부와 열교환이 이루어져 외부로 배출되는 출구부가 형성되고, 상기 입구부와 출구부의 가장자리에 보강 플랜지부가 형성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트 파이프는 응축 케이싱의 내부에서 지그 재그 형태로 반복되게 배열되어 상기 응축기 케이싱의 가로폭 보다 세로폭이 좁게 형성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트 파이프는 응축 케이싱의 내부에서 수직형태로 배열됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 방열 플레이트는 박판형태를 갖는 패널로 이루어진 것으로 히트 파이프의 배열에 일치되는 위치에 히트 파이프와 동일한 직경을 갖는 관통홀을 형성하고, 상기 관통홀에 히트 파이프가 삽입되어 강제 압입이나 융접으로 결합됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 방열 플레이트는 히트 파이프의 배열에 일치되는 위치에 히트 파이프와 동일한 직경을 가지며 상부 또는 하부로 돌출된 형태를 갖는 링스페이서가 형성되고, 상기 링스페이서에 히트 파이프가 삽입되어 융접으로 결합됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 방열 플레이트는 히트 파이프의 배열에 일치되는 위치에 히트 파이프와 동일한 직경을 갖는 스플라인홀을 형성하고, 상기 스플라인홀에 히트 파이프가 삽입되어 융접으로 결합됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 방열 플레이트는 그 표면에 볼록하거나 오목한 다수의 요철이 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전력소자를 포함하는 증발부와 응축부가 모듈화되도록 하여 크기를 줄임으로써, 공간확보가 용이하게 이루어질 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 이를 통해 전력변환장치의 설치가 용이하게 이루어질 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 이를 통해 전력변환장치에 구비된 전력소자의 냉각성능과 응답속도를 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 이를 통해 전력소자의 온도가 낮게 유지되도록 하여 장기간에 걸쳐 시스템을 안정적으로 운용할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 이를 통해 전력변환장치가 외부에 설치되더라도 외부로부터 이물질이 전력소자와 접촉하는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 전력소자 냉각장치가 설치된 전력변환장치를 도시한 정면도.
도2는 본 발명에 따른 전력소자 냉각장치가 설치된 전력변환장치를 도시한 측면도.
도3은 본 발명에 따른 전력소자 냉각장치를 도시한 사시도.
도4는 본 발명에 따른 전력소자 냉각장치를 도시한 정면과 측면 및 평면에서 도시한 예시도.
도5는 본 발명에 따른 전력소자 냉각장치에 있어 히트 파이프에 구비되는 방열 플레이트의 결합 상태를 도시한 사시도 및 분해 사시도.
도6은 본 발명에 따른 전력소자 냉각장치에 있어 히트 파이프에 구비되는 방열 플레이트의 결합 상태를 도시한 사시도 및 분해 사시도.
본 발명이 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 전력소자 냉각장치가 설치된 전력변환장치를 도시한 정면도이고, 도2는 본 발명에 따른 전력소자 냉각장치가 설치된 전력변환장치를 도시한 측면도이고, 도3은 본 발명에 따른 전력소자 냉각장치를 도시한 사시도이고,도4는 본 발명에 따른 전력소자 냉각장치를 도시한 정면과 측면 및 평면에서 도시한 예시도이다.
본 발명에 따른 전력소자 냉각장치는 공간확보가 용이하게 이루어질 수 있도록 하여 설치가 쉽게 이루어질 수 있도록 하는 가운데, 냉각성능과 응답속도를 높여 전력소자의 온도가 낮게 유지되도록 하여 장기간에 걸쳐 시스템을 안정적으로 운용될 수 있도록 한 것으로 도1 내지 도3에 도시된 바와 같이, 전력소자(100), 증발부(200) 및 응축부(300)가 모듈화되어 전력변환장치의 상부에 구비되어 있다.
여기에서, 상기 전력소자(100)는 통상의 전력변환장치에 구비되는 발열소자로 작동 과정에서 상당한 열이 발생된다.
상기 증발부(200)는 전력소자(100)에 맞대어진 것으로 전력소자(100)에서 발생된 열이 충분한 열교환을 통해 일정 온도 이하가 유지되어 시스템에 과부하가 발생되는 것을 방지할 수 있게 구비되어 있다.
상기 증발부(200)는 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 것으로서, 상기 증발부(200)에 위치한 히트 파이프(320) 내부는 진공 상태에서 액체 냉매가 주입되어 밀봉되어 있기 때문에 전력소자(100)에서 발생된 열이 낮은 온도에서도 기체로 증발된다. 상기 증발부(200)에 위치한 히트 파이프(320)에서 기체로 상변화 된 냉매는 히트 파이프(320) 내부의 중공을 통해 응축부(300)로 이동한다.
상기 응축부(300)는 증발부(200)에서 열교환이 이루어진 냉매가 증발될 수 있게 구비되어 있다.
이러한 상기 응축부(300)는 응축 케이싱(310), 히트 파이프(320) 및 방열 플레이트(330)로 구비되어 열이 외부로 용이하게 배출될 수 있도록 한 것으로 상기 응축 케이싱(310)은 일측과 타측만이 개방된 형태로 외기가 내부로 유입되는 입구부(311)와 열교환이 이루어져 외부로 배출되는 출구부(312)가 대응되게 형성되어 있고, 상기 입구부(311)와 출구부(312)의 가장자리에 보강 플랜지부(313)가 형성되어 외부의 충격으로부터 응축 케이싱(310)의 입구부(311)와 출구부(312)가 변형되는 것을 방지할 수 있게 구비되어 있다.
상기 응축 케이싱(310)은 가로폭(W) 보다 세로폭(W')이 좁게 형성되어 전력변환장치의 내부에서 최소한의 공간을 사용할 수 있게 구비되어 있다. 즉, 공간활용율을 높일 수 있게 구비되어 있다.
상기 히트 파이프(320)은 응축 케이싱(310)에 구비된 다수열로 구비되어 열교환이 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 가운데 응축 케이싱(310)의 내부에서 지그 재그 형태로 반복되게 배열되어짐으로써, 방열 플레이트(330)의 냉각성능을 향상시킬 수 있게 구비된다. 즉, 이러한 히트 파이프(320)의 지그 재그 형태의 배열을 통해 응축부(300)의 출구부(312)에 근접 위치한 히트 파이프(320)에서 냉각성능을 향상시키게 된다.
상기 히트 파이프(320)는 응축 케이싱(310)의 내부에서 수직형태로 배열되도록 하여 히트 파이프(320) 자체의 열이송 능력을 향상시킬 수 있게 구비되어 있다.
상기 방열 플레이트(330)는 히트 파이프(320)를 경유하는 과정에서 온도가 높은 냉매의 열이 전도되는 현상을 이용하여 냉각이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 것으로 상기 히트 파이프(320)에 다수층 연결될 수 있게 구비되어 있다.
또한, 상기 방열 플레이트(330)에는 볼록하거나 오목한 다수의 요철이 구비되어 방열 면적을 증가시키고 공기의 흐름을 난류로 촉진시켜 열전달 성능을 향상시킬 수 있게 구비되어 있다.
상기 방열 플레이트(330)는 박판형태를 갖는 패널로 이루어진 것으로 히트 파이프(320)의 배열에 일치되는 위치에 히트 파이프(320)와 동일한 직경을 갖는 관통홀(331)이 형성되어 있고, 상기 관통홀(331)에 히트 파이프(320)가 수직방향으로 삽입되어 강제 압입이나 융접으로 결합되도록 구비되어 있다. 즉, 히트 파이프(320)가 관통홀(331)에 끼워진 상태에서 융접(Soldering)에 의하여 결합 또는 접합되어져 있음으로써, 관통홀(331)과 히트 파이프(320)가 일체화되어 접촉저항을 최소화시켜 냉각이 이루어질 수 있게 된다.
상기 응축 케이싱(310)에는 히트 파이프(320)가 수직방향으로 삽입될 수 있도록 관통 혹은 동공(314)이 형성되어 있고, 상기 동공(314)과 히트 파이프(320)는 강제 압입이나 융접으로 결합되도록 구비되어 있다. 즉, 히트 파이프(320)가 응축 케이싱(310)의 동공(314)에 끼워진 상태에서 융접에 의하여 결합 또는 절합되어져 있음으로써, 히트 파이프(320)와 응축 케이싱(310)이 일체화되어 접촉저항을 최소화시켜 방열이 이루어질 수 있게 된다.
상기 응축 케이싱(310)의 출구부(312)측에 미도시한 팬이 구비될 경우, 더 높은 냉각율을 얻을 수 있게 된다.
이와 같은 전력변환장치용 전력소자 냉각장치는 먼저, 증발부(200)의 상부에 응축부(300)가 구비되도록 한 후 증발부(200)의 전면에 전력소자(100)의 배면이 맞대어지도록 하고, 이어 나사 등을 이용하여 전력소자(100)가 증발부(200)에 고정되도록 하는 것으로 전력소자(100), 증발부(200) 및 응축부(300)가 모듈화될 수 있게 된다.
다음, 모듈화된 냉각장치를 전력변환장치의 상부에 구비되도록 한 후, 증발부(200)를 전력변환장치 주함(Main Frame)에 위치시키고, 응축부(300)를 전력변환장치 상함(Upper Frame)에 위치시키는 것으로 작업이 마무리된다. 상기 미도시한 팬은 냉각장치가 전력변환장치에 설치된 이후에 전력변환장치 상함에 설치할 수 있다.
이러한 과정을 통해 전력변환장치의 상부에 구비된 전력소자 냉각장치는 시스템이 운용되는 과정에서 전력소자로부터 상당한 열이 발생하게 되고, 이때 발생된 열은 전력소자(100)의 배면에 구비된 증발부(200)에 의하여 냉각이 이루어진다.
다음, 전력소자(100)로부터 열교환을 통해 증발부(200)에서 가열된 냉매는 증발부(200)의 상부로 위치된 응축부(300)의 히트 파이프(320)로 이송되는 과정에서 히트 파이프(320)에 구비된 방열 플레이트(330)에 의하여 냉각이 이루어진다.
다음, 응축부(300)에서 액체로 응축된 냉매는 히트 파이프(320)의 중공을 통해 증발부(200)로 이동되는 과정의 반복을 통해 전력소자(100)의 온도가 일정 한도 이상이 되는 것을 방지하여 최적의 운영상태를 유지할 수 있게 된다.
도5는 본 발명에 따른 전력소자 냉각장치에 있어 히트 파이프에 구비되는 방열 플레이트의 결합 상태를 도시한 사시도 및 분해 사시도이다.
본 발명에서는 히트 파이프(320)와 방열 플레이트(330)의 결합이 방열 플레이트(330)에 히트 파이프(320)의 배열과 일치되는 위치에 히트 파이프(320)와 동일한 직경을 갖는 관통홀(331)을 형성하고, 관통홀(331)에 히트 파이프(320)가 수직방향으로 삽입되어 융접으로 결합되도록 일체화시켜 열이 신속하게 전도 및 냉각이 이루어질 수 있도록 하였으나, 이러한 형태 이외에 도 5에 도시된 바와 같이, 방열 플레이트(330)에 히트 파이프(320)의 배열과 일치되는 위치에 히트 파이프(320)와 동일한 직경을 가지며 상부 또는 하부로 돌출된 형태를 갖는 링스페이서(332)가 형성되고, 상기 링스페이서(332)에 히트 파이프(320)가 삽입되어 융접으로 결합되도록 할 수 있다.
이러한 경우, 하부의 방열 플레이트(330)와 상부의 방열 플레이트(330)의 사이가 항상 일정한 간격이 유지됨에 따라 그 사이를 통과하는 공기량이 일정하게 유지되어 냉각효율을 더 높일 수 있게 되고, 히트 파이프(320)와 방열 플레이트(330)의 조립 작업이 용이하게 이루어질 수 있게 된다.
도6은 본 발명에 따른 전력소자 냉각장치에 있어 히트 파이프에 구비되는 방열 플레이트의 결합 상태를 도시한 사시도 및 분해 사시도이다.
본 발명에서는 히트 파이프(320)와 방열 플레이트(330)의 결합이 방열 플레이트(330)에 히트 파이프(320)의 배열과 일치되는 위치에 히트 파이프(320)와 동일한 직경을 갖는 관통홀(331)을 형성하고, 관통홀(331)에 히트 파이프(320)가 수직방향으로 삽입되어 융접으로 결합되도록 일체화시켜 열이 신속하게 전도 및 냉각이 이루어질 수 있도록 하였으나, 이러한 형태 이외에 도 6에 도시된 바와 같이, 방열 플레이트(330)에 히트 파이프(320)의 배열에 일치되는 위치에 히트 파이프(320)와 동일한 직경을 갖는 스플라인홀(333)을 형성하고, 상기 스플라인홀(333)에 히트 파이프(320)가 삽입되어 융접으로 결합되도록 할 수 있다.
이러한 경우, 스플라인홀(333)과 히트 파이프(320) 사이의 공간으로 융착액이 원활하게 유입되어 접착 또는 부착된 상태가 유지됨에 따라 사용과정에서 융착부분이 들뜨는 것을 방지하여 수명이 연장될 수 있도록 하는 가운데 히트 파이프(320)와 방열 플레이트(330)의 접합 또는 접촉 부위에 공극이 없음으로써, 열전도율을 더 높일 수 있게 된다.
상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
* 부호의 설명
100:전력소자 200:증발부
300:응축부 310:응축 케이싱
311:입구부 312:출구부
313:보강 플랜지부 320:히트 파이프
330:방열 플레이트 331:관통홀
본 발명은 전력변환장치용 전력소자 냉각장치에 관한 것으로서, 전력변환장치에 이용 가능하다.

Claims (10)

  1. 전력소자와;
    상기 전력소자에 맞대어진 증발부; 및
    상기 증발부에 연결되며, 전력소자의 상부로 구비된 응축부가 모듈화되어 전력변환장치의 상부에 구비됨을 특징으로 하는 전력변환장치용 전력소자 냉각장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 증발부는
    진공으로 감압된 상태에서 액체 냉매가 히트 파이프에 유입되어 낮은 온도에서도 상기 전력소자에서 발생된 열이 흡수되도록 구비되고, 열이 흡수된 기체 냉매는 상기 응축부를 경유하여 응축된 후 상기 증발부로 순환되도록 구성됨을 특징으로 하는 전력변환장치용 전력소자 냉각장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 응축부는
    응축 케이싱과;
    상기 응축 케이싱에 구비된 다수열의 히트 파이프; 및
    상기 히트 파이프를 연결하는 다수층의 방열 플레이트로 구성됨을 특징으로 하는 전력변환장치용 전력소자 냉각장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 응축 케이싱은
    일측과 타측만이 개방된 형태로 외기가 내부로 유입되는 입구부와 열교환이 이루어져 외부로 배출되는 출구부가 형성되고,
    상기 입구부와 출구부의 가장자리에 보강 플랜지부가 형성됨을 특징으로 하는 전력변환장치용 전력소자 냉각장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 히트 파이프는
    상기 응축 케이싱의 내부에서 지그 재그 형태로 반복되게 배열되어 상기 응축기 케이싱의 가로폭 보다 세로폭이 좁게 형성됨을 특징으로 하는 전력변환장치용 전력소자 냉각장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 히트 파이프는
    상기 응축 케이싱의 내부에서 수직형태로 배열됨을 특징으로 하는 전력변환장치용 전력소자 냉각장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 방열 플레이트는
    박판형태를 갖는 패널로 이루어진 것으로서,
    상기 히트 파이프의 배열에 일치되는 위치에 상기 히트 파이프와 동일한 직경을 갖는 관통홀을 형성하고, 상기 관통홀에 히트 파이프가 삽입되어 융접으로 결합됨을 특징으로 하는 전력변환장치용 전력소자 냉각장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 방열 플레이트는
    상기 히트 파이프의 배열에 일치되는 위치에 상기 히트 파이프와 동일한 직경을 가지며 상부 또는 하부로 돌출된 형태를 갖는 링스페이서가 형성되고, 상기 링스페이서에 상기 히트 파이프가 삽입되어 융접으로 결합됨을 특징으로 하는 전력변환장치용 전력소자 냉각장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 방열 플레이트는
    상기 히트 파이프의 배열에 일치되는 위치에 상기 히트 파이프와 동일한 직경을 갖는 스플라인홀을 형성하고, 상기 스플라인홀에 히트 파이프가 삽입되어 융접으로 결합됨을 특징으로 하는 전력변환장치용 전력소자 냉각장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 방열 플레이트는
    그 표면에 볼록하거나 오목한 다수의 요철이 구비됨을 특징으로 하는 전력변환장치용 전력소자 냉각장치.
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