WO2020116819A1 - 송전시스템의 서브모듈 냉각장치 - Google Patents

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heat
sub
duct
air
transmission system
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한창우
정승붕
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효성중공업 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a sub-module cooling device of a power transmission system, and more particularly, to a sub-module cooling device of a power transmission system that discharges heat generated from the sub-module to the outside using air sent from a cooling air supply source.
  • the high voltage direct current system is a method of converting AC power produced by a power plant into DC and transmitting power, and then reconverting it to AC at the receiving point to supply power.
  • This ultra-high voltage DC transmission system has less loss compared to the AC transmission method, has good transmission efficiency, can improve stability through system separation, and has low induction interference, which is an advantageous transmission method for long-distance power transmission.
  • a plurality of sub-modules are installed in a frame composed of multiple layers with a height of several meters. For example, at least two or more layers are formed in one frame, and a plurality of sub-modules are installed in each layer.
  • the sub-module generates a lot of heat during operation. Therefore, many studies have been conducted on a structure for discharging heat generated from a submodule to the outside.
  • FACT system flexible alternative current transmission system
  • the flexible power transmission system is to improve the characteristics of the AC system by improving the flexibility of the system by improving the flexibility of the system by introducing control technology using a semiconductor switching element for power in the AC transmission line.
  • a sub module similar to that in the ultra-high voltage DC transmission system is used.
  • cooling water was used to discharge heat generated from the submodule to the outside.
  • coolant when a leak occurs, there is a problem in that a short circuit or corrosion occurs in the submodule.
  • An object of the present invention is to solve the conventional problems as described above, it is to discharge the heat of the sub-module of the transmission system, such as an ultra-high voltage direct current transmission system or a flexible transmission system using air.
  • Another object of the present invention is to provide an air conditioner with air used for cooling a submodule of a power transmission system.
  • the present invention is a frame in which a plurality of sub-modules are divided into multiple layers and sub-modules are arranged in rows on each layer, and the sub-modules are arranged. It is provided with a heat sink that receives heat from the heating component of the sub-module, a heat pipe that receives heat from one end of the heat sink and transfers it to a condensation part that is the other end, and a duct that is located inside the heat pipe , It includes an air conditioner for delivering air of a predetermined temperature to the duct.
  • the air flow in the duct is formed vertically upward.
  • a plurality of heat dissipation fins are provided in the condensation portion of the heat pipe located inside the duct.
  • the frame in which the submodule is installed is disposed in a separate partitioned installation space.
  • the air having the temperature set in the air conditioner is supplied to the installation space.
  • a plurality of heat pipes are connected by a connection heat sink instead of one of the heat pipes to transfer heat generated in the heat sink of the submodule to the duct.
  • a heat pipe having an inclination in the direction of gravity is provided between the heat sink and the plurality of heat sink fins.
  • the heat pipe may further include an insulator.
  • the interior of the duct is divided into a plurality of paths, and air from the air conditioner flows through each path, and heat pipes divided into groups of the number of paths are disposed in these paths.
  • Heat pipes connected to sub-modules arranged on one layer are arranged in one path partitioned inside the duct.
  • a heat pipe is installed between each of a plurality of submodules and a duct to transfer heat generated in the submodule to air flowing in the duct using a heat pipe. Therefore, there is an effect of smoothly discharging heat to the outside by transferring heat generated in the plurality of submodules to the air flowing in the duct.
  • the condensing parts of the heat pipes located in the ducts are located in different positions according to the installation height of the submodules, and the insides of the ducts are partitioned so that these positions directly supply air delivered to the air conditioners to other condensing parts.
  • the condensation part of the heat pipe located at the downstream part of the air flow heat dissipation can be smoothly performed, so that the heat dissipation of the entire sub-modules is uniform without deviation.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of a preferred embodiment of the sub-module cooling apparatus of the power transmission system according to the present invention.
  • Figure 2 is a schematic configuration diagram showing the overall configuration of a cooling apparatus according to the present invention.
  • Figure 3 is a schematic configuration diagram showing the overall configuration of a cooling apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a block diagram showing a modified example of the duct is partitioned in the embodiments of the present invention.
  • FIG. 5 is an operation state diagram showing that the embodiment shown in FIG. 2 is operated.
  • FIG. 6 is an operational state diagram showing that the embodiment shown in FIG. 3 is operated.
  • FIGS. 1 and 4 show a state in which the submodule 20 used in the ultra-high voltage direct current transmission system is installed in the frame 10.
  • the frame 10 has a partition plate 12 forming a plurality of layers, and a column 14 erected in a vertical direction to support the partition plates 12.
  • Sub-modules 20 are installed in a row on the partition plate 12.
  • a duct 30 is installed on one side of the frame 10. Air supplied from the air conditioner 40 flows through the duct 30.
  • a plurality of frames 10 in which the submodules 20 are installed is positioned in a predetermined partitioned installation space 50 as shown in FIGS. 2 and 4.
  • the heat sink 21 is a metal having good thermal conductivity. There may be several heat sinks 21, or several heat generating parts may be in contact with one.
  • the heat pipe 22 is made of a metal having good thermal conductivity. Insulators may be included in the heat pipe 22 to have insulation strength with respect to the submodule 20.
  • the inside of the heat pipe 22 is filled with a fluid capable of phase change between liquids and gases, and when heat is applied to one end of the heat pipe 22, the fluid evaporates and has heat energy to move to the other end while dissipating heat. It is structured to pass through the interior and return to the original position.
  • the heat pipe 22 is capable of receiving heat from one end and discharging heat to the outside through the other end. Therefore, when the other end of the heat pipe 22 is inside the duct 30, heat is generated as heat of relatively low temperature passes and heat is transferred to the air.
  • a plurality of heat dissipation fins 24 are provided on the other outer surface of the heat pipe 22 installed inside the duct 30.
  • the air conditioner 40 is to make air at a predetermined temperature and send it to the duct 30 and/or the installation space 50.
  • a filter unit 41 inside to filter out foreign substances mixed in the air.
  • a heating unit 43 and a cooling unit 45 are sequentially installed.
  • the heating part 43 and the cooling part 45 are selectively used to provide heat to or take away air to make a desired temperature.
  • an air blowing unit 40 to transfer air to the duct 30.
  • the blowing unit 40 allows air from the air conditioner to pass through the duct 30 or the like to be discharged to the outside or flow back to the air conditioner.
  • a separate air conditioner 40 may be used to set the temperature of the installation space 50.
  • one air conditioner 40 may be used to send air to the duct 30 and the installation space 50, respectively.
  • the temperature of the air sent to the duct 30 and the installation space 50 may need to be different.
  • a device capable of separately controlling the temperature may be provided.
  • an air supply diffuser 48 In the installation space 50, there is an air supply diffuser 48, and air from the separate air conditioner 40 is transferred to the air supply diffuser 48 through the air supply duct 48'.
  • An exhaust diffuser 49 is also provided in the installation space 50. The exhaust diffuser 49 serves to send the air in the installation space 50 to a separate air conditioner 40 or the outside.
  • the air conditioner 40 may be used separately made for the cooling device of the present invention.
  • an air conditioner 40 for air conditioning of a building having the installation space 50 may be used. That is, the air conditioner 40 for air conditioning of a building transmits a predetermined amount of air to the duct 30 to discharge heat generated from the submodule 20 to the outside.
  • FIG. 3 shows another embodiment of the present invention.
  • the first heat pipe 22 does not directly enter the interior of the duct 30, and the second heat pipe 26 enters the interior of the duct 30.
  • a connection heat sink 28 is provided between the first heat pipe 22 and the second heat pipe 26.
  • the condensing portion, which is the other end of the first heat pipe 22, is contacted on one side of the connection heat sink 28, and the evaporation portion of the second heat pipe 26 is contacted on the other side.
  • the connection heat sink 28 may be mounted on one side of the duct 30 or the frame 10.
  • the distance between the sub-module 20 and the wall of the installation space 50 or between the sub-module 20 and the duct 30 is the distance between the sub-module 20 and the wall of the installation space 50 or between the sub-module 20 and the duct 30. It is the case that the distance of must be more than a certain distance.
  • the inside of the duct 30 is divided into a plurality of paths (31,32,33). That is, it is divided into the first path 31, the second path 32, and the third path 33, and the heat pipes from the submodules 20 installed on different layers in these paths 31, 32, 33 The other ends of (22,26) are located.
  • first path 31 on the rightmost side there is a first path 31 on the rightmost side, a second path 32 in the middle, and a third path 33 on the leftmost side.
  • the heat pipes 22 and 26 in which the other ends are installed in the first path 31 are transversely passing through the second path 32 and the third path 33 so that the portion with the heat dissipation fin 24 is the It is in the first path 31.
  • the portions penetrating the second path 32 and the third path 33 may be exposed as they are, but may be surrounded by an insulating material to prevent heat transfer.
  • the heat pipe 22 in which the other end is installed in the second path 32 penetrates the third path 33 laterally.
  • the air conditioner by the other end of each of the heat pipes (22,26) located in a plurality of paths, ie, the duct 30 divided into the first to third paths (31,32,33) ( 40) the air having the temperature from the state of heat can be exchanged while contacting the heat dissipation fin 24 of each heat pipe (22,26).
  • the air conditioner by the other end of each of the heat pipes (22,26) located in a plurality of paths, ie, the duct 30 divided into the first to third paths (31,32,33) ( 40) the air having the temperature from the state of heat can be exchanged while contacting the heat dissipation fin 24 of each heat pipe (22,26).
  • the plurality of paths (31, 32, 33) is partitioned so that the end portion has a height difference in FIG. 4, but can be made by dividing a wide direction in a plurality of directions in the duct (30).
  • the first heat pipe 22 may be driven from the submodule 20 on each floor to enter the duct 30. That is, the first heat pipes 22 of the submodules 20 on each floor are driven to the positions of the partitioned paths 31, 32, and 33 to enter the duct 30.
  • the heat generated during the operation of the submodule 20 is conducted from the heat source to the heat sink 21.
  • the heat conducted to the heat sink 21 is transferred to the evaporation part of the first heat pipe 22 so that the liquid inside is evaporated.
  • the liquid inside is transferred and condensed to release heat to the outside.
  • the heat is transferred to the heat dissipation fin 24.
  • the heat dissipation fin 24 Since the heat dissipation fin 24 is installed inside the duct 30, it contacts the air passing through the duct 30 to transfer heat to the air.
  • the air delivered from the air conditioner 40 has a temperature set to receive heat from the heat dissipation fin 24.
  • the air heat-exchanged with the heat dissipation fin 24 is transferred to the exhaust duct 49 ′′ through the duct 30 and discharged to the outside or transferred to the air conditioner 40 for use.
  • the delivered air is passed through the filter unit 41, the heating unit 43, and the cooling unit 45 to make a predetermined temperature.
  • the blowing unit 47 pressurizes the air and delivers it to the duct 30.
  • the air supplied from the separate air conditioner 40 is supplied through the air supply duct 48' to the air supply diffuser ( 48) and is supplied to the installation space 50.
  • the air supplied from the separate air conditioner 40 is supplied through the air supply duct 48' to the air supply diffuser ( 48) and is supplied to the installation space 50.
  • there is a separate temperature sensor to measure the temperature in the installation space 50 based on this to set the temperature of the air coming out of the air conditioner 40.
  • the air delivered to the installation space 50 exits through the exhaust diffuser 49 on the ceiling of the installation space 50 and is exhausted to the outside through the ventilation duct 49' or to the air conditioner 40. It is delivered again. This process is indicated by arrows in FIG. 5.
  • FIG. 6 shows that the heat of the submodule 20 is discharged to the outside in the embodiment illustrated in FIG. 3.
  • the heat generated in the sub-module 20 is transferred to the duct 30 through the first heat pipe 22 and the second heat pipe 26, and the second heat pipe installed in the duct 30 ( The heat exchange is made by contacting the heat dissipation fin 24 in the condensation part of 26) with air.
  • air from the air conditioner 40 passes through the duct 30 and is delivered to the exhaust duct 49 ′′ to be discharged to the outside or flow to the air conditioner 40 and separate air conditioning Air from the group 40 is transferred to the installation space 50 to set the temperature of the installation space 50 is as described in FIG. 3.
  • the configuration inside the duct 30 may be made as shown in FIG. That is, the flow path in the duct 30 is divided to correspond to the number of floors of the submodule 20.
  • the flow paths 31, 32, and 33 are divided, since the air from the air conditioner 40 is first contacted with each of the heat sink fins 24, the air delivered to all the heat sink fins 24 may have a constant temperature. Thereby, there is almost no variation in the heat dissipation values at the heat dissipation fins 24 in the respective flow paths 31, 32 and 33.
  • the duct 30 is arranged so that air flows in the vertical direction, but this is not necessary.
  • the duct 30 may be installed in the horizontal direction so that air flow occurs in the horizontal direction.
  • the condensation of the heat pipes 22 and 26 connected to the submodules 20 disposed on different layers of the frame 10 in the paths 31, 32 and 33 formed in the duct 30 may be divided and arranged in the respective paths 31, 32 and 33.
  • the sub-module 20 and the duct 30 are connected by two heat pipes 22 and 26 and a connection heat sink 26, but the heat pipes 22 and 26 are Two or more can be used, and each of the heat pipes 22 and 26 may be connected by a connection heat sink 26.
  • the heat pipes 22 and 26 are disposed in the horizontal direction, but the fluid inside the heat pipes 22 and 26 has a heat sink 21 and/or a connection heat sink 28.
  • the heat pipes 22 and 26 may be inclined in the direction of gravity so that the furnace can be recovered smoothly.
  • the direction of inclination is to incline downward from the heat radiation fin 24 toward the heat sink 21 or the connection heat sink 28.

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Abstract

본 발명은 송전시스템의 서브모듈 냉각장치에 관한 것이다. 프레임(10)의 다수개의 층에 서브모듈(20)이 열을 지어 배치된다. 상기 서브모듈(20)에서 발생하는 열은 히트파이프(22,26)를 통해 덕트(30)로 전달되고, 상기 덕트(30)로는 공기조화기(40)에서 나온 공기가 통과하면서 상기 히트파이프(22,26)를 통해 전달된 열을 외부로 배출한다. 이와 같은 방식으로 서브모듈(20)에서 발생된 열을 배출하게 되면 각각의 서브모듈에 냉각팬을 설치할 필요없이 상기 공기조화기(40)의 동작에 의해 공기가 유동되면서 서브모듈에서 발생한 열을 흡수하여 외부로 배출할 수 있게 된다. 특히 상기 덕트(30)를 구획하고 각각의 층의 서브모듈(20)에서 나온 히트파이프(22,26)를 층마다 다른 경로(31,32,33)에 배치하여 열방출이 편차없이 균일하게 일어나도록 한다.

Description

송전시스템의 서브모듈 냉각장치
본 발명은 송전시스템의 서브모듈 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉각공기공급원에서 보내지는 공기를 사용하여 서브모듈에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 송전시스템의 서브모듈 냉각장치에 관한 것이다.
초고압 직류 송전시스템(High Voltage Direct Current system: HVDC system)은 발전소에서 생산되는 교류전력을 직류로 변환시켜 송전한 이후, 수전점에서 교류로 재변환시켜 전력을 공급하는 방식이다. 이러한 초고압 직류 송전시스템은 교류송전방식에 비해 손실이 적어 송전효율이 좋고 계통분리를 통한 안정도를 향상시킬 수 있으며 유도장해가 적어 장거리 전력송전에 유리한 송전방식이다.
이와 같은 초고압 직류 송전시스템에는 다수개의 서브모듈이 수 미터에 이르는 높이를 가지고 다수개의 층으로 이루어진 프레임에 설치된다. 예를 들어 하나의 프레임에 적어도 2개 이상의 층이 형성되고, 각각의 층에 서브모듈이 다수개가 열을 지어 설치된다. 상기 서브모듈은 동작중에 많은 열을 발 생시킨다. 따라서, 서브모듈에서 발생하는 열을 외부로 배출하기 위한 구조에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다.
그리고 송전시스템에는 전력반도체가 사용되는 유연송전시스템(Flexible Alternative Current Transmission system: FACT system)도 있다. 유연송전시스템은 교류송전선로에 전력용 반도체 스위칭 소자를 이용한 제어기술을 도입하여 계통의 유연성을 증대시킴으로써 교류계통의 단점을 보완하고 특성을 개선시킨 것이다. 유연송전시스템에서도 초고압 직류송전시스템에서와 유사한 서브모듈이 사용된다.
종래에는 서브모듈에서 발생하는 열을 외부로 배출하기 위해서 냉각수를 사용하였다. 하지만, 냉각수를 사용하는 경우 누수가 발생되면 서브모듈에서 누전이나 부식을 발생시키는 문제점이 있다.
수냉식의 문제점을 해결하기 위해서는 공기를 방열을 위한 매체로 사용하는 것이 좋다. 하지만, 공기를 사용하는 경우에 각각의 서브모듈의 내부까지 공기를 공급하는 것이 어렵고, 각각의 서브모듈에 대해서 송풍팬을 사용하여야 한다. 하지만, 상기 송풍팬 자체도 하나의 발열원이어서 다수개의 송풍팬을 사용하는 경우 전체적으로 열이 많이 발생하고 송풍팬의 유지보수를 위한 노력이 많이 들어가는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초고압 직류송전 시스템이나 유연송전시스템과 같은 송전시스템의 서브모듈의 열을 공기를 사용하여 외부로 방출하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 송전 시스템의 서브모듈의 냉각을 위해 사용되는 공기를 공기조화기에서 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 서브모듈이 다수의 층에 나눠 위치되고 각각의 층에 서브모듈이 열을 지어 다수개 배치되는 프레임과, 상기 서브모듈에 구비되어 서브모듈의 발열부품에서 열을 전달받는 히트싱크와, 상기 히트싱크로부터 일단부의 증발부가 열을 전달받아 타단부인 응축부로 전달하는 히트파이프와, 상기 히트파이프의 응축부가 내부에 위치되는 덕트와, 상기 덕트로 소정 온도의 공기를 전달하는 공기조화기를 포함한다.
상기 덕트에서의 공기유동은 수직 상방으로 형성된다.
상기 덕트의 내부에 위치되는 히트파이프의 응축부에는 다수개의 방열핀이 구비된다.
상기 서브모듈이 설치된 프레임은 별도로 구획된 설치공간 내에 배치된다.
상기 설치공간으로는 공기조화기에서 온도가 설정된 공기가 공급된다.
상기 서브모듈과 덕트의 사이에는 하나의 상기 히트파이프 대신에 다수개의 히트파이프가 연결히트싱크에 의해 연결되어 서브모듈의 히트싱크에서 발생되는 열을 상기 덕트로 전달한다.
상기 히트싱크와 다수개의 방열핀 사이에는 중력방향으로 경사를 가지는 히트파이프가 구비된다.
상기 히트파이프에는 애자가 더 포함될 수 있다.
상기 덕트의 내부는 다수개의 경로로 나누어져 각각의 경로로 상기 공기조화기에서 나온 공기가 유동되고, 이들 경로에는 상기 경로의 갯수만큼의 군으로 나누어진 히트파이프 들이 배치된다.
하나의 층에 배치된 서브모듈과 연결된 히트파이프들은 상기 덕트 내부에 구획된 하나의 경로에 배치된다.
본 발명에 의한 송전 시스템의 서브모듈 냉각장치에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에서는 다수개의 서브모듈 각각과 덕트 사이에 히트파이프를 설치하여 서브모듈에서 발생하는 열을 히트파이프를 사용하여 덕트 내를 유동하는 공기로 전달하도록 하였다. 따라서, 다수개의 서브모듈에서 발생하는 열을 덕트 내를 유동하는 공기로 전달하여 외부로 원활하게 방출하는 효과가 있다.
특히, 상기 덕트 내를 유동하는 공기는 공기조화기를 사용하여 제공하므로 각각의 서브모듈에 개별의 송풍기를 사용하지 않아도 되어 유지보수를 위한 노력이 적게 들어가는 효과가 있다.
또한, 상기 덕트 내부에 위치되는 히트파이프의 응축부들을 서브모듈의 설치 높이에 따라 다른 위치에 있도록 하고 이들 위치가 다른 응축부들에 공기조화기에 전달된 공기가 직접 공급되도록 덕트 내부를 구획하였으므로 덕트 내부에서 공기 흐름의 하류부에 위치하는 히트파이프의 응축부에서도 원활하게 열방출이 일어날 수 있어 전체 서브모듈의 열방출이 편차없이 균일하게 이루어지는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 송전시스템의 서브모듈 냉각장치의 바람직한 실시례의 구성을 보인 개략도.
도 2는 본 발명 실시례의 냉각장치의 전체 구성을 보인 개략 구성도.
도 3은 본 발명의 다른 실시례의 냉각장치의 전체 구성을 보인 개략 구성도.
도 4는 본 발명 실시례 들에서 덕트가 구획된 변형례를 보인 구성도.
도 5는 도 2에 도시된 실시례가 동작되는 것을 보인 동작상태도.
도 6은 도 3에 도시된 실시례가 동작되는 것을 보인 동작상태도.
이하, 본 발명의 일부 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시례의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 명세서에서는 편의상 본 발명이 초고압 직류 송전시스템의 서브모듈에 적용된 것을 예로 들어 설명한다.
도 1에는 프레임(10)에 초고압 직류 송전시스템에서 사용되는 서브모듈(20)이 설치된 상태가 도시되어 있다. 상기 프레임(10)은 다수개의 층을 형성하는 구획판(12)이 있고, 상기 구획판(12)들을 지지하도록 수직방향으로 세워진 컬럼(14)이 있다. 상기 구획판(12) 상에는 서브모듈(20)들이 열을 지어 설치된다. 상기 프레임(10)의 일측면에는 덕트(30)가 설치되어 있다.상기 덕트(30)를 통해서는 공기조화기(40)에서 공급되는 공기가 유동된다. 상기 서브모듈(20)들이 설치된 프레임(10)은 도 2나 도 4에 도시된 바와 같이 소정의 구획된 설치공간(50)내에 다수개가 위치된다.
상기 서브모듈(20) 내에는 동작중에 열이 발생하는 부품들이 많이 있다. 이들 부품에는 히트싱크(21)를 두어 발생하는 열이 히트싱크(21)로 전도될 수 있게 한다. 상기 히트싱크(21)는 열전도성이 좋은 금속이 사용된다. 상기 히트싱크(21)는 여러 개가 있을 수도 있고, 하나에 여러 개의 발열부품이 접촉될 수도 있다.
상기 히트싱크(21)에는 히트파이프(22)의 일단이 접촉되어 있다. 상기 히트파이프(22)는 열전도성이 좋은 금속으로 만들어진다. 상기 히트파이프(22)에는 상기 서브모듈(20)에 대해 절연내력을 가지게 하기 위해 애자가 포함될 수 있다. 상기 히트파이프(22)의 내부에는 액체-기체 사이의 상변화가 가능한 유체가 채워져 있는데, 히트파이프(22)의 일단부에 열이 가해지면 유체가 증발하여 열에너지를 가지면서 반대쪽 끝으로 이동하여 방열을 하고 내부를 지나 다시 원래의 위치로 돌아오는 구조로 되어 있다. 이와 같이 히트파이프(22)는 일단부에서 열을 받아 타단부를 통해 외부로 열을 배출할 수 있는 것이다. 따라서, 상기 히트파이프(22)의 타단은 상기 덕트(30) 내부에 있게 되면 상대적으로 낮은 온도의 공기가 지나가면서 열교환이 발생하여 열을 공기로 전달하게 된다. 상기 덕트(30) 내부에 설치된 히트파이프(22)의 타단 외면에는 방열핀(24)이 다수개 구비되어 있다.
공기조화기(40)는 공기를 소정의 온도로 만들어서 상기 덕트(30) 및/또는 설치공간(50)으로 보내는 것이다. 상기 공기조화기(40)의 개략 구성을 살펴보면, 내부에 필터부(41)가 있어 공기에 섞여 있는 이물질을 걸러준다. 상기 필터부(41)를 통과한 공기의 온도를 설정하기 위해 가열부(43)와 냉각부(45)가 차례로 설치된다. 상기 가열부(43)와 냉각부(45)는 선택적으로 사용되어 공기에 열을 제공하거나 빼앗아 원하는 온도로 만든다. 상기 냉각부(45)를 지난 위치에는 송풍부(40)가 있어서 상기 덕트(30)로 공기를 전달하게 된다. 상기 송풍부(40)는 공기조화기에서 나온 공기가 상기 덕트(30) 등을 통과해서 외부로 배출되거나 다시 공기조화기로 유동되도록 한다.
한편, 상기 설치공간(50)의 온도를 설정하기 위해 별도의 공기조화기(40)를 사용할 수도 있다. 물론 하나의 공기조화기(40)를 사용하여 상기 덕트(30)와 설치공간(50)에 각각 공기를 보낼 수도 있다. 이때, 덕트(30)와 설치공간(50)으로 보내는 공기의 온도가 달리되어야 할 수도 있는데, 이 경우에는 별도로 온도를 조절할 수 있는 장치를 둘 수 있다.
상기 설치공간(50)에는 급기디퓨저(48)가 있고, 상기 급기디퓨저(48)로는 별도의 공기조화기(40)에서 나온 공기가 급기덕트(48')를 통해 전달된다. 상기 설치공간(50)에는 배기디퓨저(49)도 있다. 상기 배기디퓨저(49)는 상기 설치공간(50) 내의 공기를 별도의 공기조화기(40)나 외부로 보내는 역할을 한다.
여기서, 상기 공기조화기(40)는 본 발명의 냉각장치를 위해 별도로 만들어진 것이 사용될 수 있다. 하지만, 상기 설치공간(50)이 있는 건물의 공기조화를 위한 공기조화기(40)가 사용될 수도 있다. 즉, 건물의 공기조화를 위한 공기조화기(40)에서 소정량의 공기를 상기 덕트(30)로 전달하여 서브모듈(20)에서 발생된 열을 외부로 방출하도록 하는 것이다.
도 3에는 본 발명의 다른 실시례가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 실시례에서는 제1히트파이프(22)가 직접 덕트(30)의 내부로 들어가지 않고, 제2히트파이프(26)가 덕트(30)의 내부로 들어간다. 상기 제1히트파이프(22)와 제2히트파이프(26)의 사이에는 연결히트싱크(28)가 있다. 상기 연결히트싱크(28)의 일측면에는 상기 제1히트파이프(22)의 타단부인 응축부가 접촉되고 타측면에는 상기 제2히트파이프(26)의 증발부가 접촉된다. 상기 연결히트싱크(28)는 상기 덕트(30)나 상기 프레임(10)의 일측에 장착될 수 있다.
이와 같이 제1히트파이프(22)와 제2히트파이프(26)를 사용하는 것은 상기 서브모듈(20)과 설치공간(50)의 벽체 사이의 거리 또는 서브모듈(20)과 덕트(30) 사이의 거리가 일정 이상 떨어져야 하는 경우이다.
도 4에는 상기 덕트(30) 내부의 구성이 변형된 것이 도시되어 있다. 여기서는 상기 덕트(30) 내부가 여러 개의 경로(31,32,33)로 구획되어 있다. 즉, 제1경로(31), 제2경로(32), 제3경로(33)로 나눠지고, 이들 경로(31,32,33)에 각각 다른 층에 설치된 서브모듈(20)에서 나온 히트파이프(22,26)의 타단부가 위치된다.
도면을 기준으로 가장 우측에 제1경로(31)가 있고, 중간에 제2경로(32)가 있고 가장 좌측에 제3경로(33)가 있다. 상기 제1경로(31)에 타단부가 설치되는 히트파이프(22,26)는 상기 제2경로(32)와 제3경로(33)를 횡으로 관통하여 상기 방열핀(24)이 있는 부분이 상기 제1경로(31)에 있게 된다. 상기 제2경로(32)와 제3경로(33)를 관통하는 부분은 그대로 노출되게 할 수도 있지만, 열전달이 없도록 하기 위해서는 단열재로 둘러 쌀 수 있다. 상기 제2경로(32)에 타단부가 설치되는 히트파이프(22)는 상기 제3경로(33)를 횡으로 관통하게 된다.
이와 같이 다수개의 경로, 즉 제1에서 제3경로(31,32,33)로 구획된 덕트(30)의 내부에 각각의 히트파이프(22,26)의 타단부가 위치됨에 의해 공기조화기(40)에서 나온 상태의 온도를 가진 공기가 각각의 히트파이프(22,26)의 방열핀(24)에 접촉하면서 열교환을 할 수 있다. 이와 같이 함에 의해 다른 층에 설치되는 서브모듈(20) 들 사이에서 열방출 정도의 편차가 발생하지 않게 된다. 즉, 각각의 서브모듈(20)에서 발생하는 열을 거의 일정하게 외부로 배출할 수 있게 된다.
상기 다수개의 경로(31,32,33)는 도 4에서는 끝부분이 높이차가 있도록 구획되어 있으나, 덕트(30)에서 폭이 넓은 방향을 다수개로 구획하여 만들 수 있다. 이 경우에는 각 층에 있는 서브모듈(20)에서 제1히트파이프(22)를 한쪽으로 몰아서 상기 덕트(30) 내로 들어가도록 하면 된다. 즉 각 층에 있는 서브모듈(20) 들의 제1히트파이프(22) 들을 구획된 경로(31,32,33)들의 위치로 몰아서 덕트(30) 내로 들어가도록 한다.
이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 송전시스템의 서브모듈 냉각장치가 동작되는 것을 상세하게 설명한다.
먼저, 도 5를 참고하여 도 2에 도시된 실시례가 동작하는 것을 설명한다. 서브모듈(20)의 동작중에 발생하는 열은 열원에서 히트싱크(21)로 전도된다. 상기 히트싱크(21)로 전도된 열은 상기 제1히트파이프(22)의 증발부로 전달되어 내부의 액체가 증발되도록 한다. 상기 제1히트파이프(22)의 타단부에 있는 응축부에서는 상기 내부의 액체가 전달되어 응축되면서 열을 외부로 방출한다. 상기 열은 상기 방열핀(24)으로 전달된다.
상기 방열핀(24)은 상기 덕트(30)의 내부에 설치되어 있으므로, 상기 덕트(30)를 통과하는 공기와 접촉하여 열을 공기로 전달한다. 상기 공기조화기(40)에서 전달되는 공기는 상기 방열핀(24)으로부터 열을 전달받을 수 있도록 온도가 설정되어 있다. 상기 방열핀(24)과 열교환한 공기는 상기 덕트(30)를 통해 배기덕트(49")로 전달되어 외부로 배출되거나 상기 공기조화기(40)로 다시 전달되어 사용된다.
상기 공기조화기(40)에서는 전달되어온 공기를 필터부(41), 가열부(43), 냉각부(45)를 통과시키면서 소정의 온도로 만든다. 상기 송풍부(47)는 상기 공기를 가압하여 상기 덕트(30)로 전달하게 된다.
한편, 상기 서브모듈(20)이 설치된 설치공간(50) 내부의 온도를 특정한 값으로 설정하는 것은 상기 별도의 공기조화기(40)에서 나온 공기를 급기덕트(48')를 통해 상기 급기디퓨저(48)로 전달하여 상기 설치공간(50)으로 공급함에 의해 이루어진다. 물론 별도의 온도센서가 있어서 상기 설치공간(50) 내의 온도를 측정하고, 이를 기초로 상기 공기조화기(40)에서 나오는 공기의 온도를 설정하게 된다. 상기 설치공간(50)으로 전달된 공기는 상기 설치공간(50)의 천정에 있는 배기디퓨저(49)를 통해 나가서 상기 환기덕트(49')를 통해 외부로 배기되거나 상기 공기조화기(40)로 다시 전달된다. 이와 같은 과정은 도 5에 화살표 들로 표시되어 있다.
한편, 도 6에는 도 3에 도시된 실시례에서 서브모듈(20)의 열을 외부로 방출하는 것이 도시되어 있다. 여기서는 상기 서브모듈(20)에서 발생된 열이 제1히트파이프(22)와 제2히트파이프(26)를 통해서 상기 덕트(30)로 전달되는데, 상기 덕트(30)에 설치된 제2히트파이프(26)의 응축부에 있는 방열핀(24)과 공기가 접촉하여 열교환이 이루어진다. 상기 제1히트파이프(22)와 제2히트파이프(26) 사이에서는 연결히트싱크(28)가 있어서 제1히트파이프(22)의 응축부에서 나온 열이 상기 제2히트파이프(26)의 증발부로 전달된다.
도 6에서 상기 공기조화기(40)에서 나온 공기가 덕트(30)를 통과해서 상기 배기덕트(49")로 전달되어 외부로 배출되거나 공기조화기(40)로 유동되는 것 그리고 별도의 공기조화기(40)에서 나온 공기가 상기 설치공간(50)으로 전달되어 설치공간(50)의 온도를 설정하는 것은 도 3에서 설명된 것과 같다.
한편, 도 2와 도 3에 도시된 실시례에서 상기 덕트(30) 내부의 구성이 도 4에 도시된 바와 같이 이루어 질 수 있다. 즉 덕트(30)의 내부에 유로가 상기 서브모듈(20)의 층수와 대응되게 나누어지는 것이다. 이와 같이 유로(31,32,33)가 나눠지면 각각의 방열핀(24)들에는 공기조화기(40)에서 나온 공기가 처음으로 접하게 되므로 모든 방열핀(24)으로 전달되는 공기가 일정한 온도를 가질 수 있게 되어 각각의 유로(31,32,33)에 있는 방열핀(24)에서의 열방출값에 편차가 거의 없게 된다.
이상에서, 본 발명의 실시례를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시례에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도시된 실시례에서는 상기 덕트(30)가 수직방향으로 공기가 유동되도록 배치되었으나, 반드시 그러해야 하는 것은 아니다. 예를 들어 수평방향으로 덕트(30)가 설치되어 공기의 유동이 수평방향으로 일어나도록 할 수도 있다. 하지만 자연대류의 관점에서 볼 때는 상기 덕트(30)가 수직방향으로 설치되어 공기가 유동되도록 하는 것이 더 자연스럽다.
그리고, 도시된 실시례에서는 덕트(30) 내에 형성되는 경로(31,32,33) 들에 프레임(10)의 다른 층에 배치된 서브모듈(20)과 연결된 히트파이프(22,26)의 응축부들이 위치되도록 되어 있으나, 반드시 그러할 필요는 없고, 각각의 경로(31,32,33)에 서브모듈(20)들에 연결된 히트파이프(22,26) 들을 나눠서 배치하면 된다.
도 3에 도시된 실시례에서는 상기 서브모듈(20)과 덕트(30) 사이를 2개의 히트파이프(22,26)와 연결히트싱크(26)로 연결하였으나, 상기 히트파이프(22,26)는 2개 이상이 사용될 수 있고, 각각의 히트파이프(22,26) 사이는 연결히트싱크(26)로 연결할 수 있다.
도 2와 도 3에 도시된 실시례에서 히트파이프(22,26)가 수평방향으로 배치되었으나, 히트파이프(22,26) 내부의 유체가 히트싱크(21) 및/또는 연결히트싱크(28)로 원활하게 회수될 수 있도록 히트파이프(22,26)에 중력방향으로 경사를 줄 수 있다. 여기서 경사의 방향은 방열핀(24) 쪽에서 히트싱크(21)나 연결히트싱크(28)쪽으로 하향경사지게 한다.

Claims (10)

  1. 서브모듈이 다수의 층에 나눠 위치되고 각각의 층에 서브모듈이 열을 지어 다수개 배치되는 프레임과,
    상기 서브모듈에 구비되어 서브모듈의 발열부품에서 열을 전달받는 히트싱크와,
    상기 히트싱크로부터 일단부의 증발부가 열을 전달받아 타단부인 응축부로 전달하는 히트파이프와,
    상기 히트파이프의 응축부가 내부에 위치되는 덕트와,
    상기 덕트로 소정 온도의 공기를 전달하는 공기조화기를 포함하는 송전시스템의 서브모듈 냉각장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 덕트에서의 공기유동은 수직 상방으로 형성되는 송전시스템의 서브모듈 냉각장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 덕트의 내부에 위치되는 히트파이프의 응축부에는 다수개의 방열핀이 구비되는 송전시스템의 서브모듈 냉각장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 서브모듈이 설치된 프레임은 별도로 구획된 설치공간 내에 배치되는 송전시스템의 서브모듈 냉각장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 설치공간으로는 공기조화기에서 온도가 설정된 공기가 공급되는 송전시스템의 서브모듈 냉각장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 서브모듈과 덕트의 사이에는 하나의 상기 히트파이프 대신에 다수개의 히트파이프가 연결히트싱크에 의해 연결되어 서브모듈의 히트싱크에서 발생되는 열을 상기 덕트로 전달하는 송전시스템의 서브모듈 냉각장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 히트싱크와 다수개의 방열핀 사이에는 중력방향으로 경사를 가지는 히트파이프가 구비되는 송전시스템의 서브모듈 냉각장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 히트파이프에는 애자가 더 포함될 수 있는 송전시스템의 서브모듈 냉각장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 덕트의 내부는 다수개의 경로로 나누어져 각각의 경로로 상기 공기조화기에서 나온 공기가 유동되고, 이들 경로에는 상기 경로의 갯수만큼의 군으로 나누어진 히트파이프 들이 배치되는 송전시스템의 서브모듈 냉각장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 하나의 층에 배치된 서브모듈과 연결된 히트파이프들은 상기 덕트 내부에 구획된 하나의 경로에 배치되는 송전시스템의 서브모듈 냉각장치.
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