WO2018159911A1 - 인버터 장치 - Google Patents

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Abstract

태양광 발전 시스템의 에너지 저장장치(ESS: Energy Storage System)에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하로 공급하는 인버터 모듈을 구비한 인버터 장치에 관한 것이다. 인버터 장치는 케이스와, 입출력 단자부, 및 방열팬을 포함한다. 케이스는 내부에 인버터 모듈이 수납되며, 후면에 복수의 방열 홀이 형성된다. 입출력 단자부는 제1 체결부재를 통해 케이스의 전면 상부에 고정되며, 내측 일면에 제2 체결부재를 통해 복수의 케이블이 통전 가능하게 연결된다. 방열팬은 입출력 단자부의 하측에 배치된 상태에서 케이스의 전면에 고정되며, 인버터 모듈에 의해 발생된 열을 방열 홀을 통해 케이스 외부로 배출한다.

Description

인버터 장치
본 발명은 태양광 발전 시스템의 에너지 저장장치(ESS)에 저장된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 부하로 공급하는 인버터 장치에 관한 것이다.
최근 들어 무분별한 화석 에너지 사용으로 인해 화석 에너지의 고갈 및 환경문제 등이 심각해지면서 신재생 에너지에 대한 연구 및 관심이 집중되고 있다.
따라서, 다양한 신재생 에너지가 개발되어 실용적으로 활용되고 있으며, 그 중에서도 태양광 발전은 각광받고 있는 에너지원 중의 하나이다.
이러한 태양광 발전 시스템은 에너지원으로부터 얻어진 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터 장치와, 인버터 장치의 출력을 계통 또는 부하에 공급하기 위한 장비들로 구성된다.
여기서, 인버터 장치의 직류 입력단자는 통상적으로 배터리 또는 에너지 저장장치(ESS: Energy Storage System)에 연결되고, 교류 출력단자는 안정된 전력 공급을 위한 필터와 변압기 등의 장치들에 연결될 수 있다.
한편, 도 1은 종래 기술에 따른 인버터 장치의 정면을 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 인버터 장치의 배면을 도시한 도면이다. 도 1 내지 도 2를 참조하여 종래의 인버터 장치에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 인버터 장치(1)는 인버터 모듈이 내부에 수납되는 케이스(10)와, 케이스(10)의 전면에 설치되는 방열팬(20)과, 케이스(10)의 후면에 설치된 직류 입력단자(30) 및 교류 출력단자(40)를 포함한다.
이러한 구조는 직류 입력단자(30) 및 교류 출력단자(40)가 케이스(10)의 후면에 설치되어 있으므로, 직류 입력단자(30) 및 교류 출력단자(40)의 훼손시 교체가 어려운 문제가 있었다.
또한, 직류 입력단자(30) 및 교류 출력단자(40)가 케이스(10)의 후면에 설치됨에 따라, 공간 확보를 위하여 방열 홀(10a)을 케이스(10) 상부에 형성하여야만 했다.
그러나, 방열팬(20)이 케이스(10)의 전면에 배치되어 있어 방열팬(20)에 의해 유입된 공기는 케이스(10) 내의 전방에서 후방으로 이동하게 되는데, 방열 홀(10a)은 케이스(10)의 상부에 배치되어 있으므로, 열교환된 공기가 케이스(10)의 외부로 원활하게 배출되지 않는 문제가 있었다.
아울러, 직류 입력단자(30) 및 교류 출력단자(40)의 내부에 케이블이 삽입되는 형태로 이루어지므로, 직류 입력단자(30) 및 교류 출력단자(40)에 이물질이 부착되거나 외부의 힘이 가해지게 되면, 접촉 불량을 야기하는 문제가 있었다.
본 발명의 과제는 입출력 단자부 및 방열팬을 케이스의 전면에 노출되게 설치하여 보수가 용이하고, 방열팬과 방열 홀이 서로 마주보도록 배치하여 방열효율이 향상된 인버터 장치를 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 인버터 장치는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하로 공급하는 인버터 모듈을 구비한 인버터 장치에 있어서, 케이스와, 입출력 단자부, 및 방열팬을 포함한다. 케이스는 내부에 인버터 모듈이 수납되며, 후면에 복수의 방열 홀이 형성된다. 입출력 단자부는 제1 체결부재를 통해 케이스의 전면 상부에 고정되며, 내측 일면에 제2 체결부재를 통해 복수의 케이블이 통전 가능하게 연결된다. 방열팬은 입출력 단자부의 하측에 배치된 상태에서 케이스의 전면에 고정되며, 인버터 모듈에 의해 발생된 열을 방열 홀을 통해 케이스 외부로 배출한다.
본 발명에 따르면, 입출력 단자부와 방열팬이 케이스의 전면에 노출되도록 설치되므로, 입출력 단자부와 방열팬의 유지 및 보수가 용이해지게 된다.
또한, 방열팬은 방열 홀과 마주보도록 배치되어 있으므로, 구조상 인버터 모듈과 열교환된 공기를 직접적으로 배출시킬 수 있게 되어 방열 효율이 향상된다.
또한, 입출력 단자부에 복수의 케이블들이 체결부재를 통해 고정되므로, 단자부에 이물질이 부착되거나 외력으로 인해 입출력 단자부로부터 케이블이 분리되는 것을 방지할 수 있게 된다.
아울러, 입출력 단자부가 복수의 단자 블록으로 이루어져 체결부재를 통해 케이스에 고정되므로, 단자 블록들이 각각 케이스로부터 분리될 수 있게 된다. 이에 따라, 입출력 단자부의 훼손시 체결부재를 분리하면 훼손된 단자 블록만 교체할 수 있게 되므로, 교체 비용을 줄일 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 인버터 장치의 정면을 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 인버터 장치의 배면을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치를 도시한 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 인버터 장치의 배면도.
도 5는 도 3에 있어서, 입출력 단자부를 발췌하여 도시한 사시도.
도 6은 도 3에 도시된 인버터 장치에 장착되는 케이블 및 부스 바를 도시한 도면.
도 7은 도 3에 있어서, 다른 실시예에 따른 인버터 장치를 도시한 사시도.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 인버터 장치에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 인버터 장치의 배면도이다. 그리고, 도 5는 도 3에 있어서, 입출력 단자부를 발췌하여 도시한 사시도이고, 도 6은 도 3에 도시된 인버터 장치에 장착되는 케이블 및 부스 바를 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 인버터 장치(100)는 케이스(110)와, 입출력 단자부(120), 및 방열팬(130)을 포함한다. 여기서, 인버터 장치(100)는 태양광 집전판의 에너지 저장장치(ESS: Energy Storage System)에 연결된 인버터 모듈을 통해, 에너지 저장장치의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 부하로 공급하는 역할을 한다.
케이스(110)는 내부에 인버터 모듈이 수납된다. 여기서, 인버터 모듈은 저항, 퓨즈(fuse), 직류를 교류로 변환하는 스위칭 소자, 출력 전류를 검출하는 CT(current transducer), 스위칭시 발생하는 스파이크성 전압을 억제하는 스너버(snubber) 등으로 구성될 수 있다. 이러한 인버터 모듈의 구성 및 동작은 이미 주지된 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이처럼 인버터 모듈이 각종 발열소자를 구비함에 따라, 인버터 모듈에서 발생하는 열을 외부로 배출시키기 위하여 케이스(110)의 후면에는 복수의 방열 홀(110a)이 형성될 수 있다.
방열 홀(110a)은 인버터 모듈에서 발생하는 열을 외부로 방출시키기 위한 것으로, 케이스(110)의 후면을 천공하여 형성할 수 있다. 그리고, 방열 홀(110a)은 케이스(110)의 길이방향으로 각각 이격되어 배치될 수 있으며, 다양한 형태로 구현될 수 있다.
입출력 단자부(120)는 제1 체결부재(140)를 통해 케이스(110)의 전면 상부에 고정된다.
이를 위해, 입출력 단자부(120)의 일면에는 제1 체결 홀(120a)이 형성되고, 케이스(110)의 전면에는 제1 체결 홀(120a)과 대응되는 부위에 제2 체결 홀(미도시)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 체결부재(140)를 제1 체결 홀(120a) 및 제2 체결 홀(미도시)에 삽입시킨 후 체결방향으로 회전시키면, 케이스(110)의 전면에 입출력 단자부(120)가 고정될 수 있다.
입출력 단자부(120)의 내측 일면에는 제2 체결부재(150)를 통해 복수의 케이블(160)이 통전 가능하게 연결될 수 있다. 여기서, 케이블(160)은 입력케이블 및 출력케이블로 이루어질 수 있으며, 각 케이블(160)의 단부에는 단자(161)가 구비될 수 있다. 이때, 케이블(160)의 단자(161)는 중앙에 관통 홀(161a)이 형성된 원형의 고리 형태로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 입출력 단자부(120)는 전방 및 상부가 개구되고, 내부에 슬롯(121a)이 형성된 복수의 단자 블록(121)을 구비할 수 있다.
단자 블록(121)의 측부에는 전압이 다른 상으로 유기되는 것을 방지하기 위하여 절연부재(122)가 설치될 수 있다. 그리고, 단자 블록(121)의 슬롯(121a)에는 복수의 케이블(160) 중 하나의 케이블(160)만 설치될 수 있다.
단자 블록(121)에 케이블(160)을 고정시키기 위하여 각 단자 블록(121)의 일면에는 제3 체결 홀(120b)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 체결부재(150)를 케이블(160) 단자의 관통 홀(161a) 및 제3 체결 홀(120b)에 삽입시킨 후 체결방향으로 회전시키면, 단자 블록(121)의 슬롯(121a) 내에 케이블(160)이 고정될 수 있게 된다.
단자 블록(121)은 수평방향으로 배열되어 케이스(110)에 각각 체결될 수 있다. 그리고, 단자 블록(121)은 측부가 서로 접촉되도록 배치될 수 있으며, 단자 블록(121)의 접촉면에는 제1 체결부재(140)가 삽입되는 반구 형태의 제1 체결 홀(120a)이 각각 형성되어 있어, 단자 블록(121)의 측부가 서로 접촉되었을 때 제1 체결 홀(120a)은 원형을 이루도록 형성될 수 있다.
즉, 단자 블록(121)은 제1 체결부재(140)를 통해 서로 결합되는 동시에 케이스(110)에 고정될 수 있다.
예를 들어, 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이 단자 블록(121)이 6개 구비된 경우에는 먼저 한 쌍의 단자 블록(121)의 측부가 서로 접촉되도록 배열한다.
여기서, 단자 블록(121)은 우측 방향으로 교류 3상(R상 단자, S상 단자, T상 단자), 직류1(P(+) 단자), 중성(N상 단자), 직류2 (P(-) 단자)로 이루어질 수 있다.
그러면, 하나의 단자 블록(121)에 형성된 반구 형태의 제1 체결 홀(120a)과, 나머지 하나의 단자 블록(121)에 형성된 반구 형태의 제1 체결 홀(120a)이 서로 마주보도록 배치된다.
이에 따라, 한 쌍의 단자 블록(121)의 접촉부에는 원형의 제1 체결 홀(120a)이 형성되는 것이다. 이 상태에서 제1 체결 홀(120a)에 제1 체결부재(140)를 삽입시킨 후, 제1 체결부재(140)를 체결방향으로 회전시키면 한 쌍의 단자 블록(121)은 케이스(110)에 고정된다. 그리고, 이러한 방법으로 체결되지 않은 나머지 단자 블록(121)들을 케이스(110)에 각각 고정시킬 수 있다.
방열팬(130)은 입출력 단자부(120)의 하측에 배치된 상태에서 케이스(110)의 전면에 고정되며, 인버터 모듈에 의해 발생된 열을 방열 홀(110a)을 통해 케이스(110) 외부로 배출한다.
앞서 설명한 바와 같이 인버터 모듈이 각종 발열소자를 구비함에 따라, 인버터 모듈에서 발생하는 열을 보다 효율적으로 방출시키기 위한 방열팬(130)이 케이스(110)의 전면에 설치되는 것이다.
이처럼 방열팬(130)이 케이스(110)의 전면에 노출되도록 배치됨에 따라, 방열팬(130)과 방열 홀(110a)은 서로 마주보는 상태가 된다. 이에 따라, 방열팬(130)은 케이스(110)의 외부 공기를 인버터 모듈로 공급하여 인버터 모듈의 방열을 유도하는 동시에, 인버터 모듈에서 발생하는 열을 방열 홀(110a)로 배출시킬 수 있다.
한편, 인버터 장치(100)는 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 체결부재(150)를 통해 입출력 단자부(120)에 체결되는 부스 바(bus bar, 170)를 더 포함할 수 있다.
부스 바(170)는 케이블(160) 단자와 마주보게 배치되고, 내부에 제2 관통 홀(171a)이 형성된 제1 플레이트(171)와, 제1 플레이트(171)의 하측 단부로부터 케이블 단자(161) 방향으로 연장된 제2 플레이트(172)로 이루어질 수 있다.
이에 따라, 부스 바(170)의 제2 관통 홀(171a)과, 케이블(160) 단자의 관통 홀(161a), 및 제3 체결 홀(120b)에 제2 체결부재(150)를 삽입시킨 후, 제2 체결부재(150)를 체결방향으로 회전시키면 입출력 단자부(120)에 부스 바(170) 및 케이블(160)이 고정될 수 있다.
도 7은 도 3에 있어서, 다른 실시예에 따른 인버터 장치(200)를 도시한 사시도이다. 본 실시예에서는 앞서 설명한 실시예와 차이가 있는 내용을 중심으로 설명하기로 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 인버터 장치(200)는 입출력 단자부(120)의 전면에 설치된 단자 커버(180)를 더 포함할 수 있다. 이처럼 입출력 단자부(120)의 전면에 단자 커버(180)가 설치됨에 따라, 입출력 단자부(120)의 노출면을 최소로 하여 입출력 단자부(120)에 이물질 등이 부착되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 이물질로 인해 입출력 단자부(120)와 케이블(160) 간에 발생하는 접촉 불량에 대한 사고를 미연에 방지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 인버터 장치(100)는 케이스(110)의 전면에 입출력 단자부(120)와 방열팬(130)이 노출되도록 설치되므로, 입출력 단자부(120)와 방열팬(130)의 유지 및 보수가 용이해지게 된다.
또한, 방열팬(130)은 방열 홀(110a)과 서로 마주보도록 배치되어 있으므로, 구조상 인버터 모듈과 열교환된 공기를 직접적으로 배출시킬 수 있게 되어 방열 효율이 향상된다.
또한, 입출력 단자부(120)에 복수의 케이블(160)들이 제2 체결부재(150)를 통해 고정되므로, 단자부에 이물질이 부착되거나 외력으로 인해 입출력 단자부(120)로부터 케이블(160)이 분리되는 것을 방지할 수 있게 된다.
아울러, 입출력 단자부(120)가 복수의 단자 블록(121)으로 이루어져 제1 체결부재(140)를 통해 케이스(110)에 고정되므로, 단자 블록(121)들이 각각 케이스(110)로부터 분리될 수 있게 된다. 이에 따라, 입출력 단자부(120)의 훼손시 제1 체결부재(140)를 분리하면 훼손된 단자 블록(121)만 교체할 수 있게 되므로, 교체 비용을 줄일 수 있게 된다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하로 공급하는 인버터 모듈을 구비한 인버터 장치에 있어서,
    내부에 상기 인버터 모듈이 수납되며, 후면에 복수의 방열 홀이 형성된 케이스;
    제1 체결부재를 통해 상기 케이스의 전면 상부에 고정되며, 내측 일면에 제2 체결부재를 통해 복수의 케이블이 통전 가능하게 연결되는 입출력 단자부; 및
    상기 입출력 단자부의 하측에 배치된 상태에서 상기 케이스의 전면에 고정되며, 상기 인버터 모듈에 의해 발생된 열을 상기 방열 홀을 통해 케이스 외부로 배출하는 방열팬;
    을 포함하는 인버터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입출력 단자부는 전방 및 상부가 개구되고, 내부에 슬롯이 형성된 복수의 단자 블록을 구비하며,
    상기 단자 블록은 수평방향으로 배열되어 상기 케이스에 각각 체결되는 인버터 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단자 블록은 측부가 서로 접촉되도록 배치되며,
    상기 단자 블록의 접촉면에는 상기 제1 체결부재가 삽입되는 반구 형태의 제1 체결 홀이 각각 형성되어 있어, 상기 단자 블록의 측부가 서로 접촉되었을 때 상기 제1 체결 홀은 원형을 이루는 인버터 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 단자 블록의 측부에는 절연부재가 설치되는 인버터 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 체결부재를 통해 상기 입출력 단자부에 체결되는 부스 바(bus bar)를 더 포함하는 인버터 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 입출력 단자부의 전면에 설치되는 단자 커버를 더 포함하는 인버터 장치.
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