WO2021157873A1

WO2021157873A1 - 냉각 플레이트 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: WO2021157873A1
Application number: PCT/KR2021/000047
Authority: WO
Inventors: 김성언
Original assignee: 엘에스일렉트릭 (주)
Priority date: 2020-02-03
Filing date: 2021-01-05
Publication date: 2021-08-12
Also published as: KR20210098786A; KR20220004612A; JP2023511772A; CN115088399A; EP4102944A4; US20230062384A1; KR102379673B1; JP7460781B2; EP4102944A1

Abstract

냉각 플레이트 및 이의 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 냉각 플레이트는 냉각 커버 및 냉각 커버가 결합되며, 내부에 냉각 유체 수용부가 형성된 냉각 본체를 포함한다. 냉각 커버는 냉각 유체 수용부를 밀폐하도록 냉각 본체와 결합된다. 냉각 커버와 냉각 본체는 마찰 교반 용접의 방식으로 결합된다. 따라서, 냉각 유체 수용부가 신뢰성 있게 밀폐될 수 있다.

Description

냉각 플레이트 및 이의 제조 방법

본 발명은 냉각 플레이트 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 냉각 플레이트를 구성하는 본체와 커버의 형상 변형을 최소화할 수 있는 냉각 플레이트 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

유연 송전 시스템 또는 신전력 송전 시스템(FACTS, Flexible AC Transmission System)은 교류 전력 계통에 전력 전자 제어 기술을 도입하여, 전력 계통의 유연성을 증대시키는 운영 기술이다.

구체적으로, 유연 송전 시스템은 전력용 반도체 스위칭 소자를 이용하여 송전 전력을 제어할 수 있다. 이러한 유연 송전 시스템은 송전 선로의 설비 이용률을 극대화하고, 송전 용량을 증대시키며, 전압 변동을 최소화할 수 있다.

유연 송전 시스템에서, 전력의 저장 및 입출력은 커패시터 소자에 의해 달성된다. 상기 커패시터 소자는 스위칭 소자에 의해 제어될 수 있다. 구체적으로, 스위칭 소자는 커패시터 소자에의 전류의 입, 출력 등을 제어할 수 있다.

일반적으로, 스위칭 소자는 반도체 전력전자 소자인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)로 구비된다. 유연 송전 시스템이 작동되면, IGBT는 많은 양의 제어 정보를 연산하고, 연산된 제어 정보를 근거로 커패시터 소자를 제어할 수 있다.

따라서, 유연 송전 시스템의 작동이 지속될수록 IGBT는 많은 양의 열을 발생시킨다. 따라서, 과열에 의한 IGBT의 폭발을 방지하기 위해서는, 적절한 방열 작업이 수행되어야 한다.

이때, IGBT를 냉각하기 위한 구성이 냉각수의 유동 또는 서브 모듈이 작동됨에 따라 발생되는 진동에 의해 연통 상태가 해제될 경우, 냉각을 위한 유체에 의해 서브 모듈이 파손될 염려가 있다. 더 나아가, 상기 유체에 의해 감전 사고 등이 발생될 위험 또한 존재한다.

국제공개특허문헌 제2015-099469호는 초고압 직류 송전시스템의 모듈냉각장치를 개시한다. 구체적으로, 상기 송전시스템을 구성하는 각 모듈에 구비되는 히트싱크의 주변에 관통부 및 루버플레이트를 형성하여, 히트싱크의 내부 공간과 외부의 공기 유동이 가능한 모듈냉각장치를 개시한다.

그러나, 상기 선행문헌은 각 모듈에 공급된 냉각수가 유출되는 것을 방지하기 위한 방안을 제시함에 그친다는 한계가 있다. 즉, 각 모듈에 공급되는 냉각수가 유동되는 전체 경로에서, 냉각수의 임의 유출을 방지하기 위한 방안을 제시하지 못한다.

한국공개특허문헌 제10-2017-0022765호는 고전압 배터리 서브모듈을 개시한다. 구체적으로, 복수 개의 고전압 배터리 셀의 테두리에 구비되는 프레임끼리 접촉되어, 고전압 배터리 셀의 표면이 공기에 직접 노출되어 냉각될 수 있는 구조의 배터리 서브 모듈을 개시한다.

그러나, 상기 선행문헌은 냉각수 등을 이용한 수냉(water cooling) 방식이 아닌 공냉(air cooling) 방식이라는 점에서, 서브 모듈에 적용되기 어렵다. 즉, 상기 선행문헌은 냉각을 위한 냉각 유체의 임의 유출과 관련된 문제가 발생될 수 없다.

또한, 상기 선행문헌들은 냉각 유체를 공급하기 위한 구성을 안정적으로 지지하기 위한 방안을 제시하지 못한다는 한계를 공통적으로 갖는다.

본 발명은, 상술한 문제점을 해결할 수 있는 구조의 서브 모듈을 제공함을 목적으로 한다.

먼저, 냉각 플레이트를 구성하는 본체와 커버를 누수의 염려 없이 밀폐 결합할 수 있는 구조의 냉각 플레이트 및 이의 제조 방법을 제공함을 일 목적으로 한다.

또한, 냉각 플레이트를 구성하는 본체와 커버를 결합하기 위한 추가 부재가 요구되지 않는 구조의 냉각 플레이트 및 이의 제조 방법을 제공함을 일 목적으로 한다.

또한, 본체와 커버가 결합된 후, 냉각 플레이트를 밀폐하기 위한 추가 부재가 요구되지 않는 구조의 냉각 플레이트 및 이의 제조 방법을 제공함을 일 목적으로 한다.

또한, 본체와 커버가 결합될 때, 서로 다른 열팽창 계수에 의해 뒤틀림 등이 발생되지 않을 수 있는 구조의 냉각 플레이트 및 이의 제조 방법을 제공함을 일 목적으로 한다.

또한, 본체와 커버가 결합된 후, 내부의 공간에서 유동되는 유체에 의한 와류 발생이 최소화될 수 있는 구조의 냉각 플레이트 및 이의 제조 방법을 제공함을 일 목적으로 한다.

또한, 본체와 커버가 결합된 후, 잔류되는 응력을 최소화할 수 있는 구조의 냉각 플레이트 및 이의 제조 방법을 제공함을 일 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 내부에 공간이 형성된 냉각 본체; 상기 공간을 밀폐하도록, 상기 냉각 본체에 결합되는 냉각 커버; 및 상기 냉각 커버와 상기 냉각 본체가 마주하는 각 면 중 어느 하나에 구비되어, 상기 공간에서 냉각 유체가 유동하는 유로를 형성하는 냉각 유로부를 포함하며, 상기 냉각 본체와 상기 냉각 커버는, 마찰 교반 용접(friction stir welding)에 의해 결합되는 냉각 플레이트를 제공한다.

또한, 상기 냉각 플레이트의 상기 냉각 본체는, 상기 냉각 커버를 향하는 일측 면에서 함몰되어, 상기 공간을 형성하는 냉각 유체 수용부; 상기 냉각 유체 수용부와 상기 냉각 본체의 외부를 연통하도록, 상기 냉각 본체에 관통 형성되는 유입구 및 유출구를 포함하며, 상기 유입구 및 상기 유출구는 상기 냉각 유체 수용부와 연통될 수 있다.

또한, 상기 냉각 플레이트의 상기 냉각 유로부는 상기 냉각 커버에 구비되고, 상기 냉각 유체 수용부의 내부에는, 상기 냉각 커버를 향해 돌출 형성되는 삽입 돌출부가 구비되고, 상기 냉각 커버의 내부에는, 관통 형성되어 상기 삽입 돌출부가 삽입 결합되도록 구성되는 결합 관통부가 구비될 수 있다.

또한, 상기 냉각 플레이트의 상기 삽입 돌출부는 일 방향으로 연장 형성되고, 상기 결합 관통부는 상기 일 방향으로 연장 형성될 수 있다.

또한, 상기 냉각 플레이트의 상기 냉각 유로부는 상기 냉각 본체에 구비되고, 상기 냉각 유체 수용부의 내부에는, 상기 냉각 커버를 향해 돌출 형성되는 지지 돌출부가 구비되어, 상기 냉각 커버가 상기 냉각 유체 수용부에 결합되면, 상기 냉각 유체 수용부를 향하는 상기 냉각 커버의 일측 면은 상기 지지 돌출부에 접촉될 수 있다.

또한, 상기 냉각 플레이트의 상기 냉각 본체는, 상기 냉각 커버를 향하는 상기 지지 돌출부의 일측 면에서 돌출 형성되는 결합 돌출부를 포함하고, 상기 냉각 커버의 내부에는, 결합 관통공이 관통 형성되어, 상기 냉각 커버가 상기 냉각 본체에 결합되면, 상기 결합 돌출부가 상기 결합 관통공에 삽입 결합될 수 있다.

또한, 상기 냉각 플레이트의 상기 냉각 본체는, 상기 공간을 둘러싸며, 결합된 상기 냉각 커버가 접촉되는 커버 결합부를 포함하고, 상기 냉각 커버는, 상기 냉각 커버의 외측 모서리를 형성하며, 상기 커버 결합부에 접촉되는 본체 결합부를 포함하고, 상기 커버 결합부와 상기 본체 결합부는, 동시에 가열 및 접합될 수 있다.

또한, 상기 냉각 플레이트의 상기 냉각 유로부는, 상기 냉각 커버와 상기 냉각 본체가 마주하는 각 면 중 다른 하나를 향해 돌출 형성되며, 일 방향으로 연장 형성되는 유로 돌출부를 포함하며, 상기 유로 돌출부는 복수 개 구비되어, 복수 개의 유로 돌출부는 서로 이격되어 배치되고, 상기 유로 돌출부가 이격되는 공간에는, 상기 냉각 유체가 유동되는 유로 함몰부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 냉각 플레이트의 상기 냉각 커버와 상기 냉각 본체가 마주하는 각 면 중 다른 하나를 향하는 상기 유로 돌출부의 단부는, 상기 냉각 커버와 상기 냉각 본체가 마주하는 각 면 중 다른 하나에 접촉될 수 있다.

또한, 상기 냉각 플레이트의 상기 냉각 커버와 상기 냉각 본체가 마주하는 각 면 중 다른 하나를 향하는 상기 유로 돌출부의 단부는, 상기 냉각 커버와 상기 냉각 본체가 마주하는 각 면 중 다른 하나와 소정 거리 이격되며, 상기 유로 돌출부의 단부가 이격되어 형성되는 공간에는, 상기 유로 돌출부의 단부 및 상기 냉각 커버와 상기 냉각 본체가 마주하는 각 면 중 다른 하나와 각각 접촉되는 시트 부재가 구비될 수 있다.

또한, 본 발명은, 냉각 본체 및 상기 냉각 본체에 결합되는 냉각 커버 중 어느 하나에 냉각 유로부가 형성되는 단계; 상기 냉각 커버가 상기 냉각 본체를 덮도록 배치되는 단계; 및 상기 냉각 본체와 상기 냉각 커버가 접촉된 부분이 결합되는 단계를 포함하며, 상기 냉각 본체와 상기 냉각 커버는 마찰 교반 용접에 의해 결합되는 냉각 플레이트의 제조 방법을 제공한다.

또한, 상기 냉각 플레이트의 제조 방법의 상기 냉각 본체 및 상기 냉각 본체에 결합되는 냉각 커버 중 어느 하나에 냉각 유로부가 형성되는 단계는, 상기 냉각 본체의 일면에 냉각 유체 수용부가 함몰 형성되는 단계; 및 상기 냉각 유체 수용부가 함몰 형성된 면에 복수 개의 유로 함몰부가 서로 이격되어 함몰 형성되는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉각 플레이트의 제조 방법의 상기 냉각 커버가 상기 냉각 본체를 덮도록 배치되는 단계는, 시트 부재가 복수 개의 상기 유로 함몰부 사이에 형성되는 복수 개의 유로 돌출부의 단부를 덮도록 배치되는 단계; 상기 냉각 본체의 냉각 유체 수용부에 위치되는 지지 돌출부에서 돌출 형성된 결합 돌출부가, 상기 냉각 커버에 관통 형성된 결합 관통공에 삽입 결합되는 단계; 및 상기 시트 부재와 복수 개의 상기 유로 돌출부의 상기 단부가 가스 차폐 브레이징(gas shielded brazing) 처리되는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉각 플레이트의 제조 방법의 상기 냉각 본체 및 상기 냉각 본체에 결합되는 냉각 커버 중 어느 하나에 냉각 유로부가 형성되는 단계는, 상기 냉각 커버의 일면에 복수 개의 유로 함몰부가 서로 이격되어 함몰 형성되는 단계; 및 상기 냉각 본체의 일면에 냉각 유체 수용부가 함몰 형성되는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉각 플레이트의 제조 방법의 상기 냉각 커버가 상기 냉각 본체를 덮도록 배치되는 단계는, 시트 부재가 상기 냉각 유체 수용부를 덮도록 배치되는 단계; 상기 냉각 본체의 냉각 유체 수용부에 위치되는 삽입 돌출부가, 상기 냉각 커버에 관통 형성된 결합 관통부에 삽입 결합되는 단계; 및 상기 시트 부재와 복수 개의 상기 유로 돌출부의 상기 단부가 가스 차폐 브레이징 처리되는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉각 플레이트의 제조 방법의 상기 냉각 본체와 상기 냉각 커버가 접촉된 부분이 결합되는 단계는, 상기 냉각 본체에 함몰 형성된 냉각 유체 수용부를 감싸는 커버 결합부와 상기 냉각 커버의 외주를 형성하는 본체 결합부가 접촉되는 단계; 및 상기 커버 결합부와 상기 본체 결합부가 동시에 가열 및 접합되는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉각 플레이트의 제조 방법은, 상기 냉각 본체와 상기 냉각 커버가 접촉된 부분이 결합되는 단계 이후에, 상기 냉각 본체와 상기 냉각 커버가 접촉된 부분에 형성된 비드(bead)가 제거되는 단계를 포함하고, 상기 비드는, 밀링(milling) 처리되어 제거될 수 있다.

또한, 상기 냉각 플레이트의 제조 방법은, 상기 냉각 본체와 상기 냉각 커버가 접촉된 부분이 결합되는 단계 이후에, 상기 냉각 커버 및 상기 냉각 본체가 응력 제거 열처리(stress relief heat treatment)되는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과가 달성될 수 있다.

먼저, 냉각 본체의 내부에는 냉각 유체가 유동되는 공간인 냉각 유체 수용부가 형성된다. 냉각 커버는 냉각 유체 수용부를 덮어, 냉각 유체 수용부를 밀폐하도록 냉각 본체에 결합된다.

냉각 본체와 냉각 커버가 서로 접촉되는 모서리 부분은 마찰 교반 용접의 방식으로 결합된다. 즉, 상기 모서리 부분은 동시에 용융 및 접합되며 냉각 본체와 냉각 커버가 결합된다.

따라서, 냉각 유체 수용부는 오직 유입구 및 유출구와 연통된다. 이에 따라, 냉각 유체 수용부에서 유동되는 냉각 유체가 임의로 유출되지 않게 된다.

또한, 상술한 바와 같이, 냉각 본체와 냉각 커버는 마찰 교반 용접의 방식으로 결합된다. 상기 방법에 의해, 냉각 본체의 커버 결합부와 냉각 커버의 본체 결합부는 동시에 용융 및 접합되며 결합된다.

따라서, 냉각 본체와 냉각 커버를 결합시키기 위해 별도의 금속 부재 등이 요구되지 않는다.

또한, 상술한 바와 같이, 냉각 본체와 냉각 커버는 마찰 교반 용접의 방식으로 결합된다. 커버 결합부와 본체 결합부는 그 자체가 용융 및 접합되어, 냉각 본체와 냉각 커버가 결합된다.

따라서, 냉각 본체와 냉각 커버 사이의 틈새를 밀폐하기 위한 오-링(O-ring) 등의 별도 부재가 요구되지 않는다.

또한, 상술한 바와 같이, 냉각 본체와 냉각 커버는 마찰 교반 용접의 방식으로 결합된다. 냉각 본체와 냉각 커버는 서로 접촉되는 모서리 부분이 동시에 용융 및 접합되어 결합된다. 냉각 본체와 냉각 커버는 같은 소재로 형성되어, 동일한 열팽창 계수를 갖는다.

따라서, 냉각 본체와 냉각 커버를 결합하기 위해, 냉각 본체 또는 냉각 커버와 열팽창 계수가 상이한 추가 부재가 요구되지 않는다. 따라서, 냉각 본체와 냉각 커버가 결합되더라도 뒤틀림 등이 발생되지 않는다.

또한, 냉각 유로부를 형성하는 유로 돌출부의 단부와 냉각 본체 또는 냉각 유체 사이에는 시트 부재가 구비될 수 있다. 시트 부재는 가스 차폐 브레이징(gas shielded brazing) 방식으로 용융되어, 유로 돌출부의 상기 단부와 냉각 본체 또는 냉각 유체를 결합시킬 수 있다.

따라서, 유로 돌출부의 상기 단부와 냉각 본체 또는 냉각 유체가 서로 접촉된 상태가 유지될 수 있다. 이에 따라, 잉여 공간에서 발생되는 와류에 의한 압력 손실이 최소화될 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 냉각 본체와 냉각 커버는 같은 소재로 형성되어, 마찰 교반 용접의 방식으로 결합된다. 이에 따라, 냉각 본체와 냉각 커버는 동일한 열팽창 계수를 갖게 되어, 용접 작업에 의해 발생되는 열응력이 최소화될 수 있다.

더 나아가, 냉각 본체와 냉각 커버가 결합된 후, 냉각 플레이트는 응력 제거 열처리된다.

따라서, 냉각 본체와 냉각 커버가 결합된 후, 냉각 플레이트에 잔류되는 응력이 최소화될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 서브 모듈을 포함하는 모듈형 멀티 레벨 컨버터를 도시하는 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 서브 모듈을 도시하는 사시도이다.

도 3은 도 2의 서브 모듈에 구비되는 밸브 조립체를 도시하는 사시도이다.

도 4는 도 3의 밸브 조립체에 결합되는 방폭 프레임부의 결합 관계를 도시하는 부분 분해 사시도이다.

도 5는 도 3의 밸브 조립체에 결합되는 방폭 프레임부의 결합 관계를 도시하는 다른 각도에서의 분해 사시도이다.

도 6은 도 3의 밸브 조립체에 결합되는 냉각 플레이트의 일 실시 예에 따른 냉각 몸체부와 냉각 커버가 분리된 상태를 도시하는 개략도이다.

도 7은 도 3의 밸브 조립체에 결합되는 냉각 플레이트의 다른 실시 예에 따른 냉각 몸체부와 냉각 커버가 분리된 상태를 도시하는 개략도이다.

도 8은 도 3의 밸브 조립체에 결합되는 냉각 플레이트의 일 실시 예에 따른 냉각 몸체부와 냉각 커버의 결합 상태를 도시하는 단면도이다.

도 9는 도 3의 밸브 조립체에 결합되는 냉각 플레이트의 다른 실시 예에 따른 냉각 몸체부와 냉각 커버의 결합 상태를 도시하는 단면도이다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 냉각 플레이트에 구비되는 시트 부재를 도시하는 개념도이다.

도 11은 도 6 또는 도 7의 냉각 몸체부와 냉각 커버 사이에 시트 부재가 구비된 상태를 도시하는 개념도이다.

도 12는 도 6 또는 도 7의 냉각 몸체부와 냉각 커버가 결합된 상태를 도시하는 개념도이다.

도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 냉각 플레이트를 제조하는 방법을 도시하는 순서도이다.

도 14는 도 13의 S100 단계의 구체적인 단계를 도시하는 순서도이다.

도 15는 도 13의 S200 단계의 구체적인 단계를 도시하는 순서도이다.

도 16은 도 13의 S300 단계의 구체적인 단계를 도시하는 순서도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 서브 모듈을 상세하게 설명한다.

이하의 설명에서는 본 발명의 특징을 명확하게 하기 위해, 일부 구성 요소들에 대한 설명이 생략될 수 있다.

1. 용어의 정의

이하의 설명에서 사용되는 "통전"이라는 용어는 하나 이상의 부재 사이에 전류 등의 전기적 신호가 전달되는 상태를 의미한다. 일 실시 예에서, 상기 통전 상태는 도선 등에 의해 형성될 수 있다.

이하의 설명에서 사용되는 "연통"이라는 용어는 하나 이상의 부재가 유체가 소통 가능하게 연결되는 상태를 의미한다. 일 실시 예에서, 상기 연통 상태는 배관 등에 의해 달성될 수 있다.

이하의 설명에서 사용되는 "냉각 유체"라는 용어는 다른 부재와 열교환될 수 있는 임의의 유체를 의미한다. 일 실시 예에서, 냉각 유체는 물(water)로 구비될 수 있다.

이하의 설명에서 사용되는 "전방 측", "후방 측", "좌측", "우측", "상측" 및 "하측"이라는 용어는 도 1 및 도 3에 도시된 좌표계를 참조하여 이해될 것이다. 즉, 이하의 설명에서는 밸브 조립체(200)가 커패시터 조립체(100)의 전방 측에 위치한 것으로 전제하여 설명한다.

2. 본 발명의 실시 예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터(Modular Multilevel Converter)(1)의 구성의 설명

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터(1)가 도시된다. 모듈형 멀티 레벨 컨버터(1)는 STACOM(Static Synchronous Compensator)로 기능될 수 있다.

즉, 모듈형 멀티 레벨 컨버터(1)는 일종의 정지형 무효전력 보상장치로, 전기 또는 전력의 송배전시 손실전압을 보충해 안정성을 높이는 기능을 수행한다.

본 발명의 실시 예에 따른 멀티 레벨 컨버터(1)는 복수 개의 서브 모듈(Sub Module)(10) 및 프레임(20)을 포함한다.

서브 모듈(10)은 상술한 모듈형 멀티 레벨 컨버터(1)의 기능을 실질적으로 수행한다. 서브 모듈(10)은 복수 개 구비될 수 있다. 서브 모듈(10)이 구비되는 개수에 따라, 모듈형 멀티 레벨 컨버터(1)의 용량이 증가될 수 있다.

각 서브 모듈(10)은 서로 통전 가능하게 연결된다. 일 실시 예에서, 각 서브 모듈(10)은 직렬로 연결될 수 있다.

도시된 실시 예에서, 서브 모듈(10)은 총 여섯 개 구비되어, 좌우 방향으로 서로 소정 거리 이격되어 배치된다. 구비되는 서브 모듈(10)의 개수는 변경될 수 있다.

서브 모듈(10)은 프레임(20)에 의해 지지된다. 도시된 실시 예에서, 서브 모듈(10)은 한 개의 층을 형성하는 프레임(20)에 의해 지지된다.

프레임(20)은 모듈형 멀티 레벨 컨버터(1)의 골격을 형성한다. 프레임(20)은 서브 모듈(10)을 상측 또는 하측에서 지지한다.

서브 모듈(10)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

프레임(20)은 높은 강성을 갖는 소재로 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 프레임(20)은 강철 소재로 형성될 수 있다. 또한, 프레임(20)의 형상은 H-Beam의 형태로 구비되어, 프레임(20)의 축 방향의 강성이 더욱 보강될 수 있다.

프레임(20)은 복수 개 구비될 수 있다. 복수 개의 프레임(20)은 서로 적층될 수 있다. 프레임(20)에 의해 지지되는 서브 모듈(10) 또한 복수 개의 층으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 모듈형 멀티 레벨 컨버터(1)의 용량이 증가될 수 있다.

도시된 실시 예에서, 프레임(20)은 수직 프레임(21), 수평 프레임(22), 지지부(23) 및 고정 프레임(24)을 포함한다.

수직 프레임(21)은 프레임(20)의 상하 방향의 골격을 형성한다. 수직 프레임(21)은 상하 방향으로 연장 형성된다. 수직 프레임(21)의 상측 단부 및 하측 단부에는 결합판이 구비된다. 상기 결합판은 사각의 판형으로 구비된다. 상기 결합판은 지면과 결합되거나, 수직 적층된 다른 프레임(20)의 결합판과 결합된다.

도시된 실시 예에서, 수직 프레임(21)은 전방의 좌측 및 우측, 그리고 후방의 좌측 및 우측에 각각 구비된다. 이에 따라, 수직 프레임(21)은 총 네 개 구비된다. 수직 프레임(21)의 개수는 변경될 수 있다.

수직 프레임(21)은 수평 프레임(22)과 결합된다. 수평 프레임(22)에 의해, 수직 프레임(21)은 기 설정된 각도를 유지할 수 있다.

수평 프레임(22)은 프레임(20)의 전후 방향의 골격을 형성한다. 수평 프레임(22)은 전후 방향으로 연장 형성된다. 수평 프레임(22)의 전방 측 단부는 전방 측에 배치되는 수직 프레임(21)에 결합된다. 수평 프레임(22)의 후방 측 단부는 후방 측에 배치되는 수직 프레임(21)에 결합된다.

이에 따라, 수직 프레임(21)의 전후 방향의 변형 및 수평 프레임(22)의 상하 방향의 변형이 최소화될 수 있다.

도시된 실시 예에서, 수평 프레임(22)은 좌측 및 우측에 각각 구비된다. 이에 따라, 수평 프레임(22)은 총 두 개 구비되나, 그 개수는 변경될 수 있다.

수평 프레임(22)에는 지지부(23)가 결합된다. 수평 프레임(22)은 지지부(23)의 좌측 및 우측 단부를 지지한다.

지지부(23)는 서브 모듈(10)을 하측에서 지지한다. 지지부(23)는 수평 프레임(22)에 결합된다. 구체적으로, 지지부(23)의 좌측 단부는 좌측에 구비되는 수평 프레임(22)에 결합된다. 지지부(23)의 우측 단부는 우측에 구비되는 수평 프레임(22)과 결합된다.

지지부(23)는 복수 개의 빔(beam) 부재를 포함한다. 각 빔 부재는 H-Beam의 형태로 구비될 수 있다. 복수 개의 빔 부재는 서로 소정 거리만큼 이격되어, 전후 방향으로 연속 배치된다.

지지부(23)의 상측에는 서브 모듈(10)이 안착된다. 후술될 바와 같이, 지지부(23)의 상측에는 레일 조립체(400)의 레일 유닛(420)이 고정 결합된다. 또한, 레일 유닛(420)에는 서브 모듈(10)의 카트 유닛(410)이 슬라이드 이동 가능하게 결합된다.

고정 프레임(24)은 수평 프레임(22)과 소정의 각도를 이루며 연장된다.

일 실시 예에서, 고정 프레임(24)은 좌측의 수평 프레임(22)에서 우측의 수평 프레임(22)까지 연장될 수 있다. 또한, 일 실시 예에서, 고정 프레임(24)은 수평 프레임(22)에 대해 수직하게 연장될 수 있다.

3. 본 발명의 실시 예에 따른 서브 모듈(10)의 구성의 설명

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터(1)는 서브 모듈(10)을 포함한다. 서브 모듈(10)은 모듈형으로 구비되어, 모듈형 멀티 레벨 컨버터(1)에 추가되거나 제외될 수 있다.

즉, 모듈형 멀티 레벨 컨버터(1)에 구비되는 서브 모듈(10)의 개수는 변경될 수 있다. 이에 따라, 모듈형 멀티 레벨 컨버터(1)의 용량이 가변될 수 있다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 도시된 실시 예에 따른 서브 모듈(10)은 커패시터 조립체(100), 밸브 조립체(200), 방폭 프레임부(300), 레일 조립체(400), 이탈 방지부(500) 및 냉각 플레이트(600)를 포함한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 서브 모듈(10)의 각 구성을 상세하게 설명하되, 냉각 플레이트(600)는 별항으로 설명한다.

(1) 커패시터(capacitor) 조립체(100)의 설명

커패시터 조립체(100)는 내부에 커패시터 소자(미도시)를 포함한다. 커패시터 조립체(100)는 밸브 조립체(200)와 통전 가능하게 연결된다. 커패시터 조립체(100) 내부의 커패시터 소자(미도시)는 밸브 조립체(200)의 스위칭(switching) 동작에 의해 충전되거나 방전될 수 있다.

이에 따라, 커패시터 소자(미도시)는 서브 모듈(10)에 입력되는 전력 에너지를 저장할 수 있다. 커패시터 소자(미도시)에 저장된 전력 에너지는 서브 모듈(10)의 각 구성이 구동되기 위한 전원으로 사용될 수 있다.

또한, 상기 전력 에너지는 서브 모듈(10)이 통전 가능하게 연결되는 외부의 전력계통에 무효전력으로 공급될 수 있다.

도시된 실시 예에서, 커패시터 조립체(100)는 밸브 조립체(200)의 후방 측에 연결된다. 이는 커패시터 조립체(100)보다 밸브 조립체(200)를 유지 보수해야 하는 상황이 자주 발생됨에 기인한다. 즉, 후술될 바와 같이, 밸브 조립체(200)만을 전방 측으로 용이하게 분리하기 위함이다.

커패시터 조립체(100)는 레일 조립체(400)에 의해 지지된다. 구체적으로, 커패시터 조립체(100)는 레일 조립체(400)의 카트 유닛(410)에 안착된다. 일 실시 예에서, 커패시터 조립체(100)는 카트 유닛(410)에 고정 결합될 수 있다.

후술될 바와 같이, 카트 유닛(410)은 레일 유닛(420)을 따라 전방 측 또는 후방 측으로 슬라이드 이동될 수 있다. 이에 따라, 커패시터 조립체(100) 또한 카트 유닛(410)과 함께 전방 측 또는 후방 측으로 슬라이드 이동될 수 있다.

도시된 실시 예에서, 커패시터 조립체(100)는 밸브 조립체(200)보다 큰 크기를 갖도록 형성된다. 이는, 커패시터 조립체(100)의 내부에 실장되는 커패시터 소자(미도시)의 크기에 기인한다. 즉, 커패시터 조립체(100)의 크기는 커패시터 소자(미도시)의 크기에 따라 변경될 수 있다.

커패시터 조립체(100)는 커패시터 하우징(110) 및 커패시터 커넥터(120)를 포함한다.

커패시터 하우징(110)은 커패시터 조립체(100)의 외형을 형성한다. 커패시터 하우징(110)의 내부에는 소정의 공간이 형성된다. 상기 공간에는 커패시터 소자(미도시)가 실장될 수 있다. 실장된 커패시터 소자(미도시)는 커패시터 커넥터(120)에 의해 밸브 조립체(200)와 통전 가능하게 연결된다.

커패시터 하우징(110)은 강성을 갖는 소재로 형성될 수 있다. 불측의 원인으로 내부에 수용된 커패시터 소자(미도시)가 폭발하는 경우에도, 인접한 서브 모듈(10) 및 밸브 조립체(200) 등에 영향을 주지 않기 위함이다.

커패시터 하우징(110)의 하측은 카트 유닛(410)과 결합된다.

커패시터 하우징(110)의 전방 측은 커패시터 커넥터(120)에 의해 밸브 조립체(200)와 통전 가능하게 연결된다.

커패시터 커넥터(120)는 커패시터 조립체(100)와 밸브 조립체(200)를 통전 가능하게 연결한다. 커패시터 커넥터(120)는 커패시터 소자(미도시) 및 밸브 조립체(200)의 밸브 커넥터(220)와 통전 가능하게 연결된다.

커패시터 조립체(100) 또는 밸브 조립체(200)가 서로를 향해 슬라이드 이동되면, 커패시터 커넥터(120)는 밸브 커넥터(220)에 슬라이드되어 삽입 결합될 수 있다. 이에 따라, 커패시터 커넥터(120)와 밸브 커넥터(220) 간의 통전 상태가 형성된다.

상기 결합 방식에 의해, 커패시터 조립체(100)와 밸브 조립체(200) 간의 통전 상태가 용이하게 형성 또는 해제될 수 있다.

도시된 실시 예에서, 커패시터 커넥터(120)는 밸브 조립체(200)를 향하는 커패시터 조립체(100)의 일측, 즉 전방 측에 형성된다. 커패시터 커넥터(120)는 커패시터 하우징(110)의 전방 측에서 소정 거리만큼 돌출 형성된 판 형으로 구비된다.

커패시터 커넥터(120)의 형상은 밸브 커넥터(220)와 통전 가능하게 결합될 수 있는 임의의 형상일 수 있다.

커패시터 커넥터(120)는 복수 개 구비될 수 있다. 도시된 실시 예에서, 커패시터 커넥터(120)는 좌측에 구비되는 제1 커패시터 커넥터(121) 및 우측에 구비되는 제2 커패시터 커넥터(122)를 포함한다.

제1 커패시터 커넥터(121)는 좌측에 구비되는 밸브 커넥터(220)에 슬라이드되어 통전 가능하게 결합된다. 또한, 제2 커패시터 커넥터(122)는 우측에 구비되는 밸브 커넥터(220)에 슬라이드되어 통전 가능하게 결합된다.

(2) 밸브(valve) 조립체(200)의 설명

밸브 조립체(200)는 서브 모듈(10)이 외부의 전원 또는 부하와 통전 가능하게 연결되는 부분이다. 또한, 밸브 조립체(200)는 커패시터 조립체(100)와 통전 가능하게 연결되어, 전력 에너지가 입력 또는 출력될 수 있다.

밸브 조립체(200)는 내부에 복수 개의 스위칭 모듈(switching module)을 구비할 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 스위칭 모듈은 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)(330)로 구비될 수 있다.

또한, 밸브 조립체(200)는 내부에 상기 스위칭 모듈을 제어하기 위한 제어 보드(Control Board)를 구비할 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 제어 보드는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)으로 구비될 수 있다.

도시된 실시 예에서, 밸브 조립체(200)는 커패시터 조립체(100)의 전방 측에 위치된다. 이는, 밸브 조립체(200)의 유지 보수가 커패시터 조립체(100)의 유지 보수에 비해 더욱 빈번하게 수행됨에 기인한다.

밸브 조립체(200)는 레일 조립체(400)에 의해 지지된다. 구체적으로, 밸브 조립체(200)는 레일 조립체(400)의 카트 유닛(410)에 안착된다. 일 실시 예에서, 밸브 조립체(200)는 카트 유닛(410)에 고정 결합될 수 있다.

후술될 바와 같이, 카트 유닛(410)은 레일 유닛(420)을 따라 전방 측 또는 후방 측으로 슬라이드 이동될 수 있다. 이에 따라, 밸브 조립체(200) 또한 카트 유닛(410)과 함께 전방 측 또는 후방 측으로 슬라이드 이동될 수 있다.

도시된 실시 예에서, 밸브 조립체(200)는 밸브 커버부(210), 밸브 커넥터(220), 입력 부스바(230), 바이패스 스위치(240), 출력 부스바(250) 및 절연 하우징(260)을 포함한다.

밸브 커버부(210)는 밸브 조립체(200)의 외형의 일부를 형성한다. 구체적으로, 밸브 커버부(210)는 밸브 조립체(200)의 좌측 및 우측의 외면을 형성한다.

밸브 커버부(210)는 절연 하우징(260)을 덮도록 구성된다. 밸브 커버부(210)에 의해, 절연 하우징(260)의 내부에 실장되는 인쇄회로기판 등은 외부로 임의 노출되지 않는다.

밸브 커버부(210)는 나사 부재 등의 체결 부재를 통해 절연 하우징(260)에 고정 결합될 수 있다.

밸브 커버부(210)는 인쇄회로기판 또는 IGBT(330)에서 발생되는 전자기적 노이즈(noise) 성분을 차폐하도록 구성된다. 일 실시 예에서, 밸브 커버부(210)는 알루미늄(Al) 소재로 형성될 수 있다.

밸브 커버부(210)에서는 복수 개의 관통공이 형성된다. 상기 관통공은 절연 하우징(260)의 내부 공간과 외부를 연통할 수 있다. 상기 관통공을 통해 공기가 유입되어, 인쇄회로기판 또는 IGBT(330)를 냉각할 수 있다.

밸브 커버부(210)는 레일 조립체(400)의 카트 유닛(410)과 통전 가능하게 연결된다. 이에 따라, 밸브 커버부(210)는 접지(grounding)되어 불필요한 통전이 발생되지 않을 수 있다.

밸브 커버부(210)에서 방폭 프레임부(300)를 향하는 방향을 "내측 방향"으로 정의할 수 있다. 또한, 방폭 프레임부(300)에서 밸브 커버부(210)를 향하는 방향을 "외측 방향"으로 정의할 수 있다.

밸브 커버부(210)의 내측 방향에는 절연 하우징(260)이 위치된다.

밸브 커넥터(220)는 밸브 조립체(200)와 커패시터 조립체(100)를 통전 가능하게 연결한다. 밸브 커넥터(220)는 커패시터 조립체(100)를 향하는 밸브 조립체(200)의 일측, 도시된 실시 예에서 후방 측에 위치된다.

밸브 커넥터(220)는 일 방향, 도시된 실시 예에서 전후 방향으로 연장 형성된다.

밸브 커넥터(220)의 일측, 도시된 실시 예에서 전방 측은 출력 부스바(250)에 통전 가능하게 연결된다. 도시된 실시 예에서, 밸브 커넥터(220)의 상기 일측은 출력 부스바(250)에 나사 결합된다.

밸브 커넥터(220)의 타측, 도시된 실시 예에서 후방 측은 커패시터 커넥터(120)에 통전 가능하게 연결된다.

밸브 커넥터(220)는 서로 소정 거리만큼 이격 배치되는 한 쌍의 판 부재로 구성될 수 있다. 즉, 도시된 실시 예에서, 각 밸브 커넥터(220)는 외측 방향 및 내측 방향에 각각 구비되어, 서로 마주하도록 배치된다.

한 쌍의 판 부재가 상기 소정 거리만큼 서로 이격 배치되어 형성되는 공간에는 커패시터 커넥터(120)가 슬라이드되어 삽입되거나 배출될 수 있다.

커패시터 조립체(100)를 향하는 한 쌍의 판 부재의 일측 단부, 도시된 실시 예에서 후방 측 단부는 외측 방향으로 라운드지게 형성된다. 이에 따라, 상기 슬라이드 결합 및 배출이 용이하게 수행될 수 있다.

한 쌍의 판 부재는 각각 복수 개의 바(bar) 부재를 포함할 수 있다. 도시된 실시 예에서, 한 쌍의 판 부재는 상하 방향으로 적층 형성된 네 개의 바 부재를 포함한다. 상기 개수는 변경될 수 있다.

밸브 커넥터(220)는 복수 개 구비될 수 있다. 도시된 실시 예에서, 밸브 커넥터(220)는 상하 방향으로 서로 소정 거리만큼 이격되어 두 개 배치된다. 또한, 밸브 커넥터(220)는 두 개 구비되는 각 출력 부스바(250)에 각각 구비되어, 총 네 개 구비된다.

밸브 커넥터(220)의 개수는 밸브 조립체(200)와 커패시터 조립체(100)의 통전 상태를 형성할 수 있는 임의의 개수로 변경될 수 있다.

입력 부스바(busbar)(230)는 서브 모듈(10)을 외부의 전원 또는 부하와 통전 가능하게 연결한다.

도시된 실시 예에서, 입력 부스바(230)는 방폭 프레임부(300)의 전방 측으로 소정 거리만큼 돌출 형성된다. 입력 부스바(230)의 상기 전방 측은 외부의 전원 또는 부하와 통전 가능하게 연결된다. 입력 부스바(230)의 상기 전방 측은 바이패스 스위치(bypass switch)(240)와 통전 가능하게 연결된다.

또한, 입력 부스바(230)의 후방 측은 통전 부스바(320)와 통전 가능하게 연결된다.

입력 부스바(230)는 복수 개 구비될 수 있다. 도시된 실시 예에서, 입력 부스바(230)는 상측에 위치되는 제1 입력 부스바(231) 및 하측에 위치되는 제2 입력 부스바(232)를 포함한다.

제1 입력 부스바(231)는 제1 통전 부스바(321)와 통전 가능하게 연결된다. 이에 따라, 제1 입력 부스바(231)는 제1 IGBT(331)와 통전 가능하게 연결될 수 있다.

제2 입력 부스바(232)는 제2 통전 부스바(322)와 통전 가능하게 연결된다. 이에 따라, 제2 입력 부스바(232)는 제2 IGBT(332)와 통전 가능하게 연결될 수 있다.

제1 입력 부스바(231) 및 제2 입력 부스바(232)는 각각 외부의 전원 또는 부하와 통전 가능하게 연결된다. 또한, 제1 입력 부스바(231) 및 제2 입력 부스바(232)는 바이패스 스위치(240)와 통전 가능하게 연결된다.

바이패스 스위치(240)는 임의의 서브 모듈(10)의 구성 요소에 문제가 발생하는 경우, 모듈형 멀티 레벨 컨버터(1)에서 해당 서브 모듈(10)을 제외하도록 구성된다.

구체적으로, 바이패스 스위치(240)는 해당 서브 모듈(10)의 제1 입력 부스바(231) 및 제2 입력 부스바(232)를 전기적으로 단락시킬 수 있다. 이에 따라, 해당 서브 모듈(10)의 제1 입력 부스바(231) 및 제2 입력 부스바(232) 어느 하나로 유입된 전류는 다른 하나를 통해 유출된다.

따라서, 해당 서브 모듈(10)은 도선(wire)으로 기능되어, 모듈형 멀티 레벨 컨버터(1)에서 전기적으로 제외될 수 있다.

바이패스 스위치(240)는 방폭 프레임부(300)의 전방 측에서, 제1 입력 부스바(231) 및 제2 입력 부스바(232) 사이에 위치된다. 바이패스 스위치(240)는 제1 입력 부스바(231) 및 제2 입력 부스바(232)와 통전 가능하게 연결된다.

출력 부스바(250)는 IGBT(330)와 커패시터 조립체(100)를 통전 가능하게 연결한다.

도시된 실시 예에서, 출력 부스바(250)는 커패시터 조립체(100)를 향하는 방향, 즉 후방 측으로 소정 거리만큼 돌출 형성된다. 출력 부스바(250)의 상기 후방 측에는 밸브 커넥터(220)가 통전 가능하게 결합된다. 일 실시 예에서, 밸브 커넥터(220)는 출력 부스바(250)에 나사 결합될 수 있다.

출력 부스바(250)의 후방 측은 IGBT(330)와 통전 가능하게 연결되는 통전 부스바(320)와 통전 가능하게 연결될 수 있다.

출력 부스바(250)는 복수 개 구비될 수 있다. 도시된 실시 예에서, 출력 부스바(250)는 두 개 구비되어, 서로 소정 거리만큼 이격되어 배치된다. 상기 소정 거리는, 제1 커패시터 커넥터(121) 및 제2 커패시터 커넥터(122)가 이격된 거리와 같을 수 있다.

절연 하우징(260)은 내부에 인쇄회로기판을 수용한다. 또한, 절연 하우징(260)은 통전 부스바(320)와 통전 가능하게 접촉되어, 인쇄회로기판과 IGBT(330)를 통전 가능하게 연결한다. 이에 따라, 인쇄회로기판에서 연산된 제어 신호에 따라 IGBT(330)가 작동될 수 있다.

절연 하우징(260)은 복수 개 구비된다. 도시된 실시 예에서, 절연 하우징(260)은 두 개 구비되어, 방폭 프레임부(300)의 좌측 및 우측에 각각 구비된다.

절연 하우징(260)의 외측 방향, 즉 방폭 프레임부(300)에서 멀어지는 방향의 일측은 밸브 커버부(210)에 의해 차폐될 수 있다. 도시된 실시 예에서, 밸브 커버부(210)는 좌측에 위치되는 절연 하우징(260)의 좌측 및 우측에 위치되는 절연 하우징(260)의 우측에 각각 구비된다.

절연 하우징(260)은 인쇄회로기판 또는 IGBT(330)에서 발생된 전자기적 노이즈를 차폐할 수 있다. 절연 하우징(260)은 알루미늄 소재로 형성될 수 있다.

따라서, 밸브 커버부(210) 및 절연 하우징(260)에 의해, 인쇄회로기판 또는 IGBT(330)에서 발생된 전자기적 노이즈는 외부로 임의 유출되지 않게 된다.

절연 하우징(260)의 내부에는 소정의 공간이 형성된다. 상기 공간에는 절연 레이어(270) 및 인쇄회로기판이 위치된다.

절연 하우징(260)은 도전성 소재로 형성될 수 있다. 이에 따라, 절연 하우징(260) 내부에 수용된 인쇄회로기판에서 발생되는 전자기적 노이즈가 절연 하우징(260)을 통해 외부의 저항으로 접지될 수 있다. 마찬가지로, 절연 하우징(260)에 인접하게 구비되는 IGBT(330)에서 발생되는 전자기적 노이즈 또한 절연 하우징(260)을 통해 외부의 저항으로 접지될 수 있다.

(3) 방폭 프레임부(300)의 설명

본 발명의 실시 예에 따른 서브 모듈(10)은 방폭 프레임부(300)를 포함한다. 방폭 프레임부(300)는 내부에 IGBT(330) 등의 스위칭 소자를 수용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 방폭 프레임부(300)는 수용된 IGBT(330)가 폭발된 경우, 인접한 IGBT(330)의 손상을 방지할 수 있다. 더 나아가, 본 발명의 실시 예에 따른 방폭 프레임부(300)는 상기 폭발에 의해 발생되는 가스 등이 용이하게 배출될 수 있도록 형성된다.

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 방폭 프레임부(300)는 밸브 조립체(200)에 구비될 수 있다. 이는, 스위칭 소자로 기능되는 IGBT(330)가 밸브 조립체(200)에 구비됨에 기인한다.

이에, 방폭 프레임부(300)는 밸브 조립체(200)에 포함되는 것으로도 이해될 수 있을 것이다.

이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 방폭 프레임부(300)를 상세하게 설명한다.

도시된 실시 예에서, 방폭 프레임부(300)는 케이스 유닛(310), 통전 부스바(320) 및 IGBT(330)를 포함한다.

케이스 유닛(310)은 방폭 프레임부(300)의 외형을 형성한다. 케이스 유닛(310)에는 통전 부스바(320) 및 냉각 플레이트(600)가 결합된다.

케이스 유닛(310)의 내부에는 소정의 공간이 형성된다. 상기 공간에는 IGBT(330)가 수용될 수 있다.

케이스 유닛(310)의 외측 방향, 즉 냉각 플레이트(600)에서 멀어지는 방향의 일측에는 절연 하우징(260)이 결합될 수 있다.

케이스 유닛(310)은 복수 개 구비될 수 있다. 도시된 실시 예에서, 케이스 유닛(310)은 두 개 구비된다. 각 케이스 유닛(310)은 서로 대칭되는 형상으로 형성될 수 있다. 이하에서는 하나의 케이스 유닛(310)에 대해 설명될 것이나, 다른 케이스 유닛(310) 또한 같은 구조임이 이해될 것이다.

각 케이스 유닛(310)은 그 사이에 소정의 공간을 형성하며 결합된다. 상기 소정의 공간에는 IGBT(330) 및 냉각 플레이트(600)가 위치된다.

케이스 유닛(310)의 외측 방향, 즉 밸브 커버부(210)를 향하는 방향에는 통전 부스바(320)가 결합된다. 통전 부스바(320)는 케이스 유닛(310)과 절연 하우징(260) 사이에 위치된다.

케이스 유닛(310)의 내측 방향, 즉 각 케이스 유닛(310)이 서로 마주하는 방향에는 냉각 플레이트(600)가 결합된다. 즉, 냉각 플레이트(600)는 각 케이스 유닛(310) 사이에 위치된다.

케이스 유닛(310)의 내측 방향, 즉 냉각 플레이트(600)를 향하는 방향에는 IGBT(330)가 위치된다. 즉, IGBT(330)는 케이스 유닛(310)과 냉각 플레이트(600) 사이에 위치된다.

케이스 유닛(310)과 통전 부스바(320), IGBT(330) 및 냉각 플레이트(600)와의 결합을 위해 체결 부재(미도시)가 구비될 수 있다.

또한, 케이스 유닛(310)과 절연 하우징(260) 및 밸브 커버부(210) 또한 체결 부재(미도시)에 의해 결합될 수 있다.

일 실시 예에서, 체결 부재(미도시)는 나사 부재로 구비될 수 있다.

케이스 유닛(310)은 절연성 소재로 형성될 수 있다. 또한, 케이스 유닛(310)은 내열성, 내압성 및 내마모성을 갖는 소재로 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 케이스 유닛(310)은 합성 수지 소재로 형성될 수 있다.

도시된 실시 예에서, 케이스 유닛(310)은 상하 방향으로 연장 형성된다. 이는, 후술될 바와 같이, IGBT(330)가 복수 개 구비되어 상하 방향으로 배치됨에 기인한다.

케이스 유닛(310)은 돌출부(311) 및 접지봉 관통홀(312)을 포함한다. 또한, 케이스 유닛(310)의 내부에는 IGBT 수용부(미도시)가 형성되어, IGBT(330)가 수용될 수 있다.

돌출부(311)는 케이스 프레임(310a)의 상측에서 돌출 형성된다. 돌출부(311)는 복수 개 형성될 수 있다. 복수 개의 돌출부(311)는 서로 소정 거리 이격되어 형성될 수 있다.

도시된 실시 예에서, 돌출부(311)는 케이스 프레임(310a)의 상측의 전방 및 후방에서 상측으로 돌출 형성된다. 각 돌출부(311)는 전후 방향으로 동일 선상에 위치될 수 있다.

돌출부(311)에는 접지봉 관통홀(312)이 관통 형성된다.

접지봉 관통홀(312)은 접지봉 유닛(미도시)이 관통 결합된다. 접지봉 관통홀(312)은 돌출부(311)에 관통 형성된다. 도시된 실시 예에서, 접지봉 관통홀(312)은 전후 방향으로 관통 형성된다.

접지봉 관통홀(312)은 접지봉 유닛(미도시)의 형상에 상응하도록 형성될 수 있다. 도시된 실시 예에서, 접지봉 유닛(미도시)이 원통 형상인 바, 접지봉 관통홀(312)은 원형의 단면을 갖도록 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 돌출부(311)는 전방 측 및 후방 측에 각각 형성될 수 있다. 접지봉 관통홀(312)은 복수 개의 돌출부(311) 각각에 관통 형성될 수 있다.

각 돌출부(311)에 형성된 접지봉 관통홀(312)은 서로 같은 중심축을 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 접지봉 관통홀(312)은 접지 돌출부(미도시)와 같은 중심축을 갖도록 형성될 수 있다.

IGBT 수용부(미도시)는 IGBT(330)를 수용한다. IGBT 수용부(미도시)는 케이스 유닛(310)의 내부에 형성된 소정의 공간에 의해 정의될 수 있다. IGBT 수용부(미도시)는 냉각 플레이트(600)를 향하는 케이스 유닛(310)의 일측에서 소정 거리만큼 함몰 형성된다.

IGBT 수용부(미도시)는 복수 개 형성될 수 있다. 도시된 실시 예에서, IGBT 수용부(미도시)는 돌출부(311)를 향하는 일측에 형성되는 제1 IGBT 수용부 및 돌출부(311)에서 멀어지는 타측에 형성되는 제2 IGBT 수용부를 포함한다.

이는 IGBT(330)가 제1 IGBT(331) 및 제2 IGBT(332)를 포함하여, 두 개 구비됨에 기인한다. 즉, 제1 IGBT 수용부에는 제1 IGBT(331)가 수용되고, 제2 IGBT 수용부에는 제2 IGBT(332)가 수용된다.

상술한 바와 같이, 케이스 유닛(310)은 두 개 구비되어 서로 결합된다. 한 개의 케이스 유닛(310)에 두 개의 IGBT 수용부(미도시)가 형성되는 바, 각 방폭 프레임부(300)에는 총 네 개의 IGBT(330)가 수용됨이 이해될 것이다.

각 IGBT 수용부의 형상은 그에 수용되는 각 IGBT(331, 332)의 형상에 상응하게 결정될 수 있다. 또한, 제1 IGBT 수용부 및 제2 IGBT 수용부는 서로 상응하는 형상으로 형성될 수 있다.

제1 IGBT 수용부 및 제2 IGBT 수용부 사이에는 격벽부가 형성된다. 케이스 유닛(310)과 냉각 플레이트(600)가 결합되면, 냉각 플레이트(600)를 향하는 격벽부의 일측 면은 냉각 플레이트(600)와 접촉된다.

통전 부스바(320)는 밸브 조립체(200)에 전달된 전류를 커패시터 조립체(100)에 전달한다. 또한, 통전 부스바(320)는 인쇄회로기판 및 IGBT(330)를 통전 가능하게 연결한다.

통전 부스바(320)는 입력 부스바(230)와 통전 가능하게 연결된다. 입력 부스바(230)에 전달된 전력 에너지는 통전 부스바(320)에 전달될 수 있다.

통전 부스바(320)는 출력 부스바(250)와 통전 가능하게 연결된다. 통전 부스바(320)에 전달된 전력 에너지는 출력 부스바(250)에 전달된다.

통전 부스바(320)는 인쇄회로기판 및 IGBT(330)와 각각 통전 가능하게 연결된다. 인쇄회로기판 또는 IGBT(330)에서 연산된 제어 신호는 다른 구성 요소에 전달될 수 있다.

통전 부스바(320)는 제1 통전 부스바(321) 및 제2 통전 부스바(322)를 포함한다.

제1 통전 부스바(321)는 제2 통전 부스바(322)의 상측에 위치되어, 제1 입력 부스바(231) 및 출력 부스바(250)와 통전 가능하게 연결된다. 제2 통전 부스바(322)는 제1 통전 부스바(321)의 하측에 위치되어, 제2 입력 부스바(232) 및 출력 부스바(250)와 통전 가능하게 연결된다.

도시된 실시 예에서, 통전 부스바(320)는 케이스 유닛(310)과 절연 하우징(260) 사이에 위치된다.

통전 부스바(320)는 일 방향, 도시된 실시 예에서 전후 방향으로 연장 형성된다. 통전 부스바(320)의 상기 일 방향의 양측 단부, 즉 전방 측 단부 및 후방 측 단부는 케이스 유닛(310)을 향해 소정의 각도로 절곡 형성된다. 일 실시 예에서, 상기 소정의 각도는 직각일 수 있다.

따라서, 통전 부스바(320)가 케이스 유닛(310)에 결합되면, 통전 부스바(320)는 케이스 유닛(310)의 전방 측, 좌측 또는 우측 및 후방 측을 감싸게 된다.

통전 부스바(320)는 통전 가능한 소재로 형성될 수 있다. 또한, 통전 부스바(320)는 높은 강성을 갖는 소재로 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 통전 부스바(320)는 철을 포함하는 소재로 형성될 수 있다.

따라서, IGBT 수용부(미도시)에 수용된 IGBT(330)가 폭발하는 경우에도, 케이스 유닛(310)을 감싸는 통전 부스바(320)에 의해 케이스 유닛(310)의 손상 또는 형상 변형이 최소화될 수 있다.

일 실시 예에서, 케이스 유닛(310), 통전 부스바(320), 절연 하우징(260) 및 냉각 플레이트(600)는 나사 결합될 수 있다.

IGBT(330)는 서브 모듈(10)에 유입되거나 유출되는 전류를 제어한다. 일 실시 예에서, IGBT(330)는 스위칭 소자로 기능될 수 있다.

IGBT(330)는 IGBT 수용부(미도시)에 수용된다. IGBT(330)는 냉각 플레이트(600)와 면 접촉될 수 있다.

구체적으로, 냉각 플레이트(600)와 IGBT(330)가 서로를 향하는 각 면은 서로 접촉될 수 있다. 이에 따라, IGBT(330)에서 발생된 열이 냉각 플레이트(600)로 전달되어 IGBT(330)가 냉각될 수 있다.

IGBT(330)는 통전 부스바(320)와 통전 가능하게 연결된다. 통전 부스바(320)를 통해, IGBT(330)가 작동되기 위한 전력 에너지가 전달될 수 있다.

또한, IGBT(330)가 연산한 제어 신호는 통전 부스바(320)를 통해 다른 구성 요소, 예를 들면 인쇄회로기판 또는 커패시터 소자(미도시) 등에 전달될 수 있다.

IGBT(330)는 복수 개 구비될 수 있다. 도시된 실시 예에서, IGBT(330)는 돌출부(311)를 향하는 방향인 상측에 배치되는 제1 IGBT(330) 및 돌출부(311)에서 멀어지는 방향인 하측에 배치되는 제2 IGBT(330)를 포함한다.

상술한 바와 같이, 케이스 유닛(310)은 두 개 구비될 수 있다. 이에 따라, 도시된 실시 예에서, IGBT(330)는 좌측 및 우측의 각 케이스 유닛(310)에 각각 두 개 구비되어, 총 네 개 구비된다.

(4) 본 발명의 실시 예에 따른 레일 조립체(400)의 설명

본 발명의 실시 예에 따른 서브 모듈(10)은 레일 조립체(400)를 포함한다. 레일 조립체(400)는 밸브 조립체(200) 및 커패시터 조립체(100)를 슬라이드 이동 가능하게 지지한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 레일 조립체(400)는 밸브 조립체(200) 및 커패시터 조립체(100)가 임의 이탈되는 것을 방지하도록 구성된다.

이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 레일 조립체(400)를 상세하게 설명한다.

도시된 실시 예에서, 레일 조립체(400)는 카트 유닛(410) 및 레일 유닛(420)을 포함한다.

카트 유닛(410)은 커패시터 조립체(100) 및 밸브 조립체(200)를 슬라이드 이동 가능하게 지지한다. 카트 유닛(410)은 커패시터 조립체(100) 및 밸브 조립체(200)를 하측에서 지지한다.

커패시터 조립체(100) 및 밸브 조립체(200)는 카트 유닛(410)에 안착된 상태에서, 카트 유닛(410)과 함께 전방 측 또는 후방 측으로 슬라이드 이동될 수 있다.

커패시터 조립체(100) 및 밸브 조립체(200)는 별도의 체결 부재(미도시)에 의해 카트 유닛(410)과 각각 결합될 수 있다.

카트 유닛(410)은 복수 개 구비될 수 있다. 복수 개의 카트 유닛(410)은 커패시터 조립체(100)와 밸브 조립체(200)를 각각 지지할 수 있다.

카트 유닛(410)은 레일 유닛(420)에 슬라이드 이동 가능하게 결합된다. 카트 유닛(410)은 레일 유닛(420)을 따라 전방 측 또는 후방 측으로 슬라이드 이동될 수 있다.

카트 유닛(410)은 커패시터 조립체(100) 및 밸브 조립체(200)가 연결되는 방향, 즉, 도시된 실시 예에서 전후 방향으로 연장 형성된다.

카트 유닛(410)의 연장 길이는 커패시터 조립체(100) 및 밸브 조립체(200)의 전후 방향 길이에 따라 각각 결정될 수 있다. 따라서, 카트 유닛(410) 및 카트 유닛(410)의 연장 길이는 서로 상이할 수 있다.

(5) 본 발명의 실시 예에 따른 이탈 방지부(500)의 설명

본 발명의 실시 예에 따른 서브 모듈(10)은 이탈 방지부(500)를 포함한다. 이탈 방지부(500)는 커패시터 조립체(100) 또는 밸브 조립체(200)가 안착된 카트 유닛(410)과 레일 유닛(420)의 임의 이탈을 방지한다.

도시된 실시 예에서, 이탈 방지부(500)는 카트 유닛(410)에 회전 가능하게 결합된다. 이탈 방지부(500)는 레일 유닛(420)에 접촉된 상태에서, 카트 유닛(410)과 함께 슬라이드 이동된다.

또한, 이탈 방지부(500)는 레일 유닛(420)에도 구비될 수 있다. 상기 예에서, 이탈 방지부(500)는 카트 유닛(410)을 향하는 레일 유닛(420)의 일측 면에서 소정 거리만큼 함몰된 홈으로 형성될 수 있다.

카트 유닛(410)이 슬라이드 이동됨에 따라, 카트 유닛(410)에 회전 가능하게 결합된 이탈 방지부(500) 또한 이동된다. 카트 유닛(410)이 레일 유닛(420)에 구비된 이탈 방지부(500)에 인접하게 이동되면, 카트 유닛(410)에 구비된 이탈 방지부(500)는 레일 유닛(420)에 구비된 이탈 방지부(500)에 삽입된다.

이에 따라, 카트 유닛(410)은 레일 유닛(420)의 단부를 향해 이동되지 않게 된다. 상기 구조에 의해, 카트 유닛(410)이 레일 유닛(420)에서 임의 이탈되지 않을 수 있다.

4. 본 발명의 실시 예에 따른 냉각 플레이트(600)의 설명

본 발명의 실시 예에 따른 서브 모듈(10)은 냉각 플레이트(600)를 포함한다. 냉각 플레이트(600)는 IGBT(330)와 열교환되어 IGBT(330)를 냉각하도록 구성된다. 일 실시 예에서, 냉각 플레이트(600)는 IGBT(330)와 면접촉될 수 있다.

이하, 도 5 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 냉각 플레이트(600)를 상세하게 설명한다.

냉각 플레이트(600)는 방폭 프레임부(300)에 결합된다. 구체적으로, 냉각 플레이트(600)는 복수 개의 케이스 유닛(310) 사이에 위치되어, 복수 개의 케이스 유닛(310)에 각각 결합된다.

도시된 실시 예에서, 냉각 플레이트(600)는 상하 방향의 길이가 전후 방향의 길이보다 더 길게 형성된다. 이는, 냉각 플레이트(600)가 상하 방향으로 배치되는 제1 IGBT(331) 및 제2 IGBT(332)를 동시에 냉각할 수 있게 하기 위함이다.

도시된 실시 예에서, 냉각 플레이트(600)는 직육면체 형상의 판형으로 구비된다. 냉각 플레이트(600)의 형상은 IGBT(330)와 접촉되어, IGBT(330)를 냉각할 수 있는 임의의 형태로 구비될 수 있다.

냉각 플레이트(600)는 열전도성이 높은 소재로 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 냉각 플레이트(600)는 알루미늄(Al) 소재로 형성될 수 있다.

도시된 실시 예에서, 냉각 플레이트(600)는 냉각 본체(610), 냉각 커버(620), 냉각 유로부(630), 이격 공간부(640) 및 시트 부재(650)를 포함한다.

냉각 본체(610)는 냉각 플레이트(600)의 외형을 형성한다. 도시된 실시 예에서, 냉각 본체(610)는 상하 방향의 길이가 전후 방향의 길이보다 길게 형성된 직사각형의 판형으로 구비된다. 냉각 본체(610)의 형상은 변경될 수 있다.

냉각 본체(610)의 내부에는 소정의 공간이 형성된다. 상기 소정의 공간은 외부와 연통된다. 외부에서 유입된 냉각 유체는 냉각 본체(610) 내부의 상기 소정의 공간을 유동한 후, 냉각 본체(610)의 외부로 유출될 수 있다.

냉각 본체(610)는 IGBT(330)와 접촉되어 열교환된다. 냉각 본체(610) 내부를 유동하는 냉각 유체는 IGBT(330)로부터 열을 전달받은 후, 냉각 본체(610)의 외부로 배출될 수 있다.

냉각 본체(610)는 외부와 연통된다. 상기 연통은 유입구(611) 및 유출구(612)에 의해 달성된다.

냉각 본체(610)는 유입구(611), 유출구(612), 냉각 유체 수용부(613), 삽입 돌출부(614), 지지 돌출부(615), 결합 돌출부(616) 및 커버 결합부(617)를 포함한다.

유입구(611)는 냉각 본체(610)의 내부와 외부를 연통한다. 유입구(611)를 통해, 외부에서 공급되는 냉각 유체가 냉각 본체(610) 내부로 유입될 수 있다. 일 실시 예에서, 유입구(611)는 냉각 본체(610)에 관통 형성될 수 있다.

유입구(611)는 냉각 유체 수용부(613)와 연통된다. 유입구(611)를 통과한 냉각 유체는 냉각 유체 수용부(613)로 유입될 수 있다.

도시된 실시 예에서, 유입구(611)는 냉각 본체(610)의 상측에 위치된다. 또한, 유입구(611)는 유출구(612)의 전방 측에 위치된다. 유입구(611)의 위치는 냉각 본체(610)의 내부와 외부를 연통할 수 있는 임의의 위치로 변경될 수 있다.

유출구(612)는 냉각 본체(610)의 내부와 외부를 연통한다. 유출구(612)를 통해, 냉각 본체(610)의 내부 공간을 순환하며 IGBT(330)와 열교환된 냉각 유체는 냉각 본체(610)의 외부로 유출될 수 있다. 일 실시 예에서, 유출구(612)는 냉각 본체(610)에 관통 형성될 수 있다.

유출구(612)는 냉각 유체 수용부(613)와 연통된다. 냉각 유체 수용부(613)를 유동한 냉각 유체는 유출구(612)를 통해 외부로 유출될 수 있다.

도시된 실시 예에서, 유출구(612)는 냉각 본체(610)의 상측에 위치된다. 또한, 유출구(612)는 유입구(611)의 후방 측에 위치된다. 유출구(612)의 위치는 냉각 본체(610)의 내부와 외부를 연통할 수 있는 임의의 위치로 변경될 수 있다.

냉각 유체 수용부(613)는 유입구(611)를 통해 냉각 본체(610) 내부로 유입된 냉각 유체가 유동하는 공간이다. 냉각 유체 수용부(613)는 유입구(611)와 연통된다. 유입된 냉각 유체는 냉각 유체 수용부(613)를 유동하며 IGBT(330)와 열교환될 수 있다.

냉각 유체 수용부(613)는 냉각 본체(610)의 일측 면에서 소정 거리만큼 함몰 형성된다. 구체적으로, 냉각 유체 수용부(613)는 냉각 커버(620)를 향하는 일측 면에서 소정 거리만큼 함몰 형성된다.

냉각 유체 수용부(613)를 유동하며 열교환된 냉각 유체는 유출구(612)를 통해 냉각 본체(610)의 외부로 유출될 수 있다. 냉각 유체 수용부(613)는 유출구(612)와 연통된다.

도 6에 도시된 실시 예에서, 냉각 유체 수용부(613)에는 냉각 유로부(630)가 형성될 수 있다. 냉각 유체 수용부(613) 내부에 유입된 냉각 유체는 냉각 유로부(630)를 따라 유동된 후, 유출구(612)를 통해 냉각 본체(610)의 외부로 유출된다. 냉각 유체가 상기 유동 과정 중 IGBT(330)와 열교환됨은 상술한 바와 같다.

상기 실시 예에서, 냉각 유체 수용부(613)에는 지지 돌출부(615)가 형성될 수 있다. 지지 돌출부(615)는 냉각 본체(610)에 결합되는 냉각 커버(620)를 지지하도록 구성된다.

지지 돌출부(615)는 냉각 본체(610)가 연장되는 방향, 도시된 실시 예에서 상하 방향으로 연장 형성될 수 있다. 지지 돌출부(615)는 냉각 유체 수용부(613)의 좌우 방향의 중심을 지나도록 배치될 수 있다.

냉각 본체(610)에 냉각 커버(620)가 결합되면, 지지 돌출부(615)는 냉각 본체(610)를 향하는 냉각 커버(620)의 일측 면과 접촉된다. 이에 따라, 냉각 커버(620)가 기 설정된 위치에서 벗어나 냉각 유체 수용부(613) 내부로 삽입되지 않게 된다.

상기 실시 예에서, 지지 돌출부(615)에는 결합 돌출부(616)가 돌출 형성될 수 있다. 결합 돌출부(616)는 냉각 커버(620)에 형성되는 결합 관통부(621)에 삽입 결합된다. 이에 따라, 냉각 커버(620)가 냉각 유체 수용부(613)를 덮는 위치에 정확하게 배치될 수 있다.

도시된 실시 예에서, 결합 돌출부(616)는 지지 돌출부(615)의 중심 부분에 위치된다. 일 실시 예에서, 결합 돌출부(616)와 지지 돌출부(615)의 중심축은 같도록 배치될 수 있다. 또한, 도시된 실시 예에서, 결합 돌출부(616)는 원형의 단면을 갖는 원통형으로 형성된다.

결합 돌출부(616)의 위치 및 형상은 결합 관통공(622)의 위치 및 형상에 따라 변경될 수 있다.

커버 결합부(617)는 냉각 본체(610)에 결합된 냉각 커버(620)가 접촉되는 부분이다. 구체적으로, 냉각 커버(620)가 냉각 본체(610)에 결합되면, 커버 결합부(617)는 본체 결합부(623)와 접촉된다.

커버 결합부(617)는 냉각 유체 수용부(613)를 둘러싸는 면으로 정의될 수 있다. 즉, 커버 결합부(617)는 냉각 유체 수용부(613)를 사이에 두고 서로 마주하는 두 쌍의 면이다. 달리 표현하면, 커버 결합부(617)는 냉각 본체(610)의 내주면으로 정의될 수 있다.

도시된 실시 예에서, 커버 결합부(617)는 냉각 유체 수용부(613)를 상측, 하측, 전방 측 및 우측에서 감싸도록 형성된다. 커버 결합부(617)의 형상은 냉각 유체 수용부(613) 및 본체 결합부(623)의 형상에 따라 변경될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 냉각 플레이트(600)는 커버 결합부(617)와 본체 결합부(623)가 접촉된 후, 마찰 교반 용접의 방식으로 냉각 본체(610)와 냉각 커버(620)가 결합될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

커버 결합부(617)의 각 모서리는 모따기(taper)될 수 있다. 즉, 각 커버 결합부(617)가 서로 연결되는 모서리는 라운드지게 형성될 수 있다. 이에 따라, 냉각 유체가 냉각 유체 수용부(613) 내부에서 원활하게 유동될 수 있다.

도 7에 도시된 실시 예에서, 냉각 유로부(630)는 냉각 커버(620)에 형성된다. 이에 따라, 본 실시 예에 따른 냉각 본체(610)는 상술한 실시 예에 따른 냉각 본체(610)와 차이가 있다.

구체적으로, 본 실시 예에 따른 냉각 본체(610)는 지지 돌출부(615) 및 결합 돌출부(616) 대신 삽입 돌출부(614)를 포함한다.

유입구(611), 유출구(612) 및 커버 결합부(617)의 구조 및 기능은 상술한 실시 예와 동일하므로, 이하 삽입 돌출부(614)를 중심으로 설명한다.

삽입 돌출부(614)는 냉각 유체 수용부(613)를 덮도록 냉각 본체(610)에 결합되는 냉각 커버(620)와 결합된다. 이에 따라, 냉각 본체(610)와 냉각 커버(620)가 안정적으로 결합될 수 있다.

냉각 본체(610)에 냉각 커버(620)가 결합되면, 삽입 돌출부(614)는 냉각 본체(610)를 향하는 냉각 커버(620)의 일측 면과 접촉된다. 냉각 커버(620)의 상기 일측 면에는, 냉각 유로부(630)의 중심 부분에 결합 관통부(621)가 관통 형성된다. 삽입 돌출부(614)는 상기 결합 관통부(621)에 관통 삽입된다.

이에 따라, 냉각 커버(620)는 냉각 유체 수용부(613)를 밀폐하도록 냉각 본체(610)에 결합될 수 있다.

삽입 돌출부(614)는 냉각 본체(610)가 연장되는 방향, 도시된 실시 예에서 상하 방향으로 연장 형성될 수 있다. 삽입 돌출부(614)는 냉각 유체 수용부(613)의 좌우 방향의 중심을 지나도록 배치될 수 있다.

삽입 돌출부(614)의 위치 및 형상은 결합 관통부(621)의 위치 및 형상에 따라 변경될 수 있다.

냉각 커버(620)는 냉각 유체 수용부(613)를 덮도록 냉각 본체(610)와 결합된다. 냉각 커버(620)는 냉각 커버(620)를 향하는 냉각 유체 수용부(613)의 일측을 밀폐하도록 구성된다.

냉각 커버(620)는 냉각 본체(610)와 고정 결합될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 냉각 플레이트(600)에서, 냉각 커버(620)는 마찰 교반 용접의 방식으로 냉각 본체(610)와 결합된다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

냉각 커버(620)는 냉각 유체 수용부(613)에 상응하는 형상의 단면으로 형성될 수 있다. 도시된 실시 예에서, 냉각 유체 수용부(613)는 상하 방향의 길이가 전후 방향의 길이보다 더 길게 형성된다. 이에 따라, 냉각 커버(620)의 형상도 상하 방향의 길이가 전후 방향의 길이보다 더 길게 형성될 수 있다.

냉각 커버(620)는 판 형으로 형성될 수 있다. 냉각 커버(620)가 냉각 유체 수용부(613)를 덮도록 냉각 본체(610)에 결합되면, 냉각 커버(620)의 외측 면과 냉각 본체(610)의 외측 면은 같은 평면 상에 위치될 수 있다.

냉각 커버(620)는 결합 관통부(621), 결합 관통공(622) 및 본체 결합부(623)를 포함한다.

도 6에 도시된 실시 예에서, 냉각 유로부(630)는 냉각 본체(610)에 형성된다. 본 실시 예에서, 냉각 커버(620)는 결합 관통공(622) 및 본체 결합부(623)를 포함한다.

결합 관통공(622)은 냉각 커버(620)에 관통 형성된다. 냉각 커버(620)가 냉각 본체(610)에 결합되면, 결합 관통공(622)에 결합 돌출부(616)가 관통 삽입된다. 이에 따라, 냉각 커버(620)와 냉각 본체(610)의 결합 방향이 정확하게 맞추어질 수 있다.

결합 관통공(622)은 결합 돌출부(616)에 의해 밀폐될 수 있다. 이에 따라, 냉각 유체 수용부(613)를 유동하는 냉각 유체의 임의 유출이 방지된다.

도시된 실시 예에서, 결합 관통공(622)은 냉각 커버(620)의 중심 부분에 위치된다. 또한, 결합 관통공(622)은 원형의 단면을 갖도록 형성된다. 결합 관통공(622)의 위치 및 형상은 결합 돌출부(616)의 위치 및 형상에 따라 변경될 수 있다.

본체 결합부(623)는 냉각 커버(620)가 냉각 본체(610)와 접촉되는 부분이다. 구체적으로, 냉각 커버(620)가 냉각 본체(610)에 결합되면, 본체 결합부(623)는 커버 결합부(617)와 접촉된다.

본체 결합부(623)는 냉각 커버(620)의 외주면으로 정의될 수 있다. 즉, 본체 결합부(623)는 냉각 커버(620)의 각 외측에서 서로 마주하는 두 쌍의 면이다.

도시된 실시 예에서, 본체 결합부(623)는 냉각 커버(620)의 상측, 하측, 전방 측 및 우측에 위치되는 각 면으로 정의될 수 있다.

본체 결합부(623)의 각 모서리는 모따기될 수 있다. 즉, 각 본체 결합부(623)가 서로 연결되는 모서리는 라운드지게 형성될 수 있다. 상기 형상은 커버 결합부(617)의 형상에 따라 변경될 수 있다.

도 7에 도시된 실시 예에서, 냉각 유로부(630)는 냉각 커버(620)에 형성된다. 이에 따라, 본 실시 예에 따른 냉각 커버(620)는 상술한 실시 예에 따른 냉각 본체(610)와 차이가 있다.

구체적으로, 본 실시 예에 따른 냉각 커버(620)는 결합 관통공(622) 대신 결합 관통부(621)를 포함한다.

본체 결합부(623)의 구조 및 기능은 상술한 실시 예와 동일하므로, 이하 결합 관통부(621)를 중심으로 설명한다.

결합 관통부(621)는 냉각 커버(620)에 관통 형성된다. 냉각 커버(620)가 냉각 본체(610)와 결합되면, 결합 관통부(621)에는 삽입 돌출부(614)가 삽입 결합된다.

삽입 돌출부(614)는 결합 관통부(621)를 밀폐하도록 삽입 결합될 수 있다. 이에 따라, 냉각 유체 수용부(613)가 밀폐되어 냉각 유체 수용부(613)를 유동하는 냉각 유체의 임의 유출이 방지된다.

도시된 실시 예에서, 결합 관통부(621)는 냉각 커버(620)의 연장 방향, 즉 상하 방향으로 연장 형성된다. 또한, 결합 관통부(621)는 냉각 커버(620)의 전후 방향의 중심 부분을 지나도록 위치된다. 결합 관통부(621)의 위치 및 형상은 삽입 돌출부(614)의 위치 및 형상에 따라 변경될 수 있다.

냉각 유로부(630)는 냉각 유체 수용부(613)에 유입된 냉각 유체가 유동되는 유로이다. 유입구(611)를 통해 유입된 냉각 유체는 냉각 유로부(630)를 따라 냉각 유체 수용부(613) 내부에서 유동된 후, 유출구(612)를 통해 외부로 유출된다.

냉각 유로부(630)는 유입구(611)와 연통된다. 유입구(611)를 통해 유입된 냉각 유체는 냉각 유로부(630)를 따라 유동될 수 있다.

냉각 유로부(630)는 유출구(612)와 연통된다. 냉각 유로부(630)를 따라 유동된 냉각 유체는 유출구(612)를 통해 유출될 수 있다.

냉각 유로부(630)는 냉각 본체(610) 또는 냉각 커버(620)에 형성될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

냉각 유로부(630)는 유로 돌출부(631) 및 유로 함몰부(632)를 포함한다.

유로 돌출부(631)는 냉각 유로를 형성하기 위한 벽체로 기능된다. 유로 돌출부(631)는 복수 개 형성될 수 있다. 복수 개의 유로 돌출부(631)는 서로 이격되도록 배치된다.

복수 개의 유로 돌출부(631)가 이격되어 형성되는 공간은 유로 함몰부(632)로 정의될 수 있다. 냉각 유체 수용부(613)로 유입된 냉각 유체는 유로 돌출부(631)에 의해 가이드되며, 유로 함몰부(632)를 따라 유동될 수 있다.

복수 개의 유로 돌출부(631)는 연속될 수 있다. 즉, 복수 개의 유로 돌출부(631)는 단일의 유로 돌출부(631)가 냉각 유체 수용부(613)의 상하 방향 및 전후 방향으로 왕복되며 형성되는 것으로 이해될 수 있다.

유로 돌출부(631)의 일측 단부는 유입구(611)에 인접하게 위치될 수 있다. 유입구(611)를 통해 유입된 냉각 유체는 유로 돌출부(631)를 따라 유로 함몰부(632)로 가이드될 수 있다.

유로 돌출부(631)의 타측 단부는 유출구(612)에 인접하게 위치될 수 있다. 유로 함몰부(632)를 따라 냉각 유체 수용부(613)를 유동한 냉각 유체는 유출구(612)로 가이드될 수 있다.

유로 돌출부(631)가 서로 이격되어 형성되는 공간은 유로 함몰부(632)로 정의될 수 있다. 유로 함몰부(632)는 유입된 냉각 유체가 유동되는 공간이다. 유로 함몰부(632)는 유로 돌출부(631)에 둘러싸이도록 형성되어, 유로 함몰부(632)를 유동하는 냉각 유체는 유로 돌출부(631)에 의해 가이드될 수 있다.

유로 함몰부(632)는 유입구(611)와 연통된다. 유입구(611)를 통해 유입된 냉각 유체는 유로 함몰부(632)를 유동하며 냉각 유체 수용부(613) 내부를 유동할 수 있다.

유로 함몰부(632)는 유출구(612)와 연통된다. 유로 함몰부(632)를 유동한 냉각 유체는 유출구(612)를 통해 냉각 플레이트(600)의 외부로 유출될 수 있다.

유로 함몰부(632)는 연속적으로 형성될 수 있다. 즉, 유로 함몰부(632)는 냉각 유체 수용부(613)의 내부에서 유입구(611)와 유출구(612)를 연통할 수 있다.

도시된 실시 예에서, 유로 돌출부(631)는 냉각 유체 수용부(613)의 상하 방향을 왕복하는 지그재그(zigzag) 형상으로 형성된다. 이에 따라, 유로 돌출부(631) 사이에 형성되는 유로 함몰부(632) 또한 냉각 유체 수용부(613)의 상하 방향을 왕복하는 지그재그 형상으로 형성된다.

유로 돌출부(631) 및 유로 함몰부(632)의 형상은 냉각 유체가 유동되며 IGBT(330)와 열교환될 수 있는 임의의 형태로 형성될 수 있다.

도 6에 도시된 실시 예에서, 냉각 유로부(630)는 냉각 본체(610)에 형성된다. 상기 실시 예에서, 유로 돌출부(631)는 냉각 유체 수용부(613)가 함몰되어 형성되는 면에서 소정 길이만큼 돌출 형성된다.

다시 말하면, 유로 돌출부(631)는 냉각 커버(620)를 마주하며, 냉각 유체 수용부(613)를 감싸는 냉각 본체(610)의 일면에서 돌출 형성된다. 유로 함몰부(632)는 유로 돌출부(631) 사이에 형성되는 공간에 의해 형성된다.

다른 실시 예에서, 유로 함몰부(632)는 냉각 커버(620)를 마주하며, 냉각 유체 수용부(613)를 감싸는 냉각 본체(610)의 일면에서 함몰 형성될 수 있다. 상기 실시 예에서, 유로 돌출부(631)는 유로 함몰부(632) 사이에 형성되는 돌출부로 정의될 수 있다.

이때, 지지 돌출부(615) 및 결합 돌출부(616)는 냉각 유로부(630)의 내측, 즉 냉각 본체(610)의 중심 부분에 위치된다. 또한, 냉각 커버(620)를 향하는 유로 돌출부(631)의 단부는 냉각 유체 수용부(613)를 향하는 냉각 커버(620)의 일면과 접촉될 수 있다.

도 7에 도시된 실시 예에서, 냉각 유로부(630)는 냉각 커버(620)에 형성된다. 상기 실시 예에서, 유로 돌출부(631)는 냉각 본체(610)를 향하는 냉각 커버(620)의 일면에서 돌출 형성된다. 유로 함몰부(632)는 유로 돌출부(631) 사이에 형성되는 공간에 의해 형성된다.

다른 실시 예에서, 유로 함몰부(632)는 냉각 본체(610)를 향하는 냉각 커버(620)의 일면에서 함몰 형성될 수 있다. 상기 실시 예에서, 유로 돌출부(631)는 유로 함몰부(632) 사이에 형성되는 돌출부로 정의될 수 있다.

이때, 결합 관통부(621)는 냉각 유로부(630)의 내측, 즉 냉각 커버(620)의 중심 부분에 위치된다. 또한, 냉각 본체(610)를 향하는 유로 돌출부(631)의 단부는 냉각 커버(620)를 마주하며, 냉각 유체 수용부(613)를 감싸는 냉각 본체(610)의 일면과 접촉될 수 있다.

이격 공간부(640)는 냉각 본체(610)와 냉각 커버(620)가 결합되었을 때, 냉각 본체(610) 또는 냉각 커버(620)의 일측 면과 유로 돌출부(631)의 단부 사이에 형성되는 공간이다.

도 8에 도시된 실시 예에서, 냉각 유로부(630)는 냉각 본체(610)에 형성된다. 상기 실시 예에서, 이격 공간부(640)는 냉각 커버(620)를 향하는 유로 돌출부(631)의 단부와, 냉각 유체 수용부(613)를 향하는 냉각 커버(620)의 일측 면 사이의 공간으로 정의될 수 있다.

도 9에 도시된 실시 예에서, 냉각 유로부(630)는 냉각 커버(620)에 형성된다. 상기 실시 예에서, 이격 공간부(640)는 냉각 본체(610)를 향하는 유로 돌출부(631)의 단부와, 냉각 커버(620)를 향하는 냉각 본체(610)의 일측 면 사이의 공간으로 정의될 수 있다.

이해의 편의를 위해 이격 공간부(640) 또한 냉각 플레이트(600)에 포함하는 것으로 설명하였다. 다만, 이격 공간부(640)가 형성될 경우, 냉각 유체 수용부(613)에 유입된 냉각 유체가 냉각 유로부(630)를 따라 유동되지 못할 염려가 있다.

즉, 냉각 유체가 유입구(611), 냉각 유로부(630) 및 유출구(612)를 포함하는 유로를 원활하게 유동하지 못하고, 일부 냉각 유체가 이격 공간부(640)에 잔류하는 상황이 발생될 수 있다.

따라서, 냉각 플레이트(600) 내부에서 냉각 유체가 원활하게 유동되기 위해서는 이격 공간부(640)가 생성되지 않는 것이 바람직하다.

이에, 도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 냉각 플레이트(600)는 이격 공간부(640)가 형성되는 것을 방지하기 위해, 시트 부재(650)를 포함한다.

시트 부재(650)는 이격 공간부(640)에 위치되어, 이격 공간부(640)를 메우도록 구성된다. 유로 돌출부(631)의 단부가 냉각 본체(610) 또는 냉각 커버(620)와 접촉된 상태를 유지시켜, 냉각 유체의 임의 잔류를 방지한다.

시트 부재(650)는 냉각 유체 수용부(613)에 수용될 수 있다. 냉각 유체 수용부(613)에 수용된 시트 부재(650)는 그 외주면이 커버 결합부(617)에 접촉될 수 있다.

도 6 및 도 8에 도시된 실시 예에서, 시트 부재(650)는 냉각 커버(620)를 향하는 유로 돌출부(631)의 단부와, 냉각 유체 수용부(613)를 향하는 냉각 커버(620)의 일면 사이에 위치된다.

즉, 냉각 커버(620)가 냉각 유체 수용부(613)를 덮도록 냉각 본체(610)에 결합되기 전, 시트 부재(650)가 유로 돌출부(631)를 덮도록 냉각 유체 수용부(613)에 수용된다.

도 7 및 도 9에 도시된 실시 예에서, 시트 부재(650)는 냉각 유체 수용부(613)를 향하는 유로 돌출부(631)의 단부와, 냉각 커버(620)를 마주하며, 냉각 유체 수용부(613)를 감싸는 냉각 본체(610)의 일측 면 사이에 위치된다.

즉, 냉각 커버(620)가 냉각 유체 수용부(613)를 덮도록 냉각 본체(610)에 결합되기 전, 시트 부재(650)가 냉각 커버(620)를 마주하며, 냉각 유체 수용부(613)를 감싸는 일면을 덮도록 냉각 유체 수용부(613)에 수용된다.

냉각 유체 수용부(613)에 수용된 시트 부재(650)는 용융되어 유로 돌출부(631)의 상기 단부와 결합된다. 일 실시 예에서, 시트 부재(650)는 가스 차폐 브레이징(gas shielded brazing) 방식으로 용융될 수 있다. 이에 따라, 이격 공간부(640)가 메워질 수 있다.

시트 부재(650)는 가스 차폐 브레이징 방식으로 용융되어, 서로 다른 부재를 접합할 수 있는 임의의 소재로 형성될 수 있다.

시트 부재(650)는 냉각 유체 수용부(613)의 형상에 상응하는 형상으로 형성될 수 있다. 도시된 실시 예에서, 냉각 유체 수용부(613)는 상하 방향의 길이가 전후 방향의 길이보다 길게 형성된다.

이에 따라, 시트 부재(650)는 상하 방향의 길이가 전후 방향의 길이보다 길게 형성된다.

시트 부재(650)는 복수 개 구비될 수 있다. 도 10에 도시된 실시 예에서, 시트 부재(650)는 제1 시트 부재(650a) 및 제2 시트 부재(650b)를 포함한다. 복수 개의 시트 부재(650)가 구비될 경우, 이격 공간부(640)가 더욱 효과적으로 메워질 수 있다.

복수 개의 시트 부재(650)는 서로 다른 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 도 10에 도시된 실시 예에서, 제1 시트 부재(650a)는 제2 시트 부재(650b)보다 두껍도록 형성된다.

시트 부재(650)의 내부에는 시트 관통공(651)이 형성된다. 시트 관통공(651)은 냉각 본체(610)의 결합 돌출부(616)에 관통 삽입된다.

도시된 실시 예에서, 시트 관통공(651)은 원형의 단면을 갖고, 시트 부재(650)의 중심 부분에 위치된다. 시트 관통공(651)의 위치 및 형상은 결합 돌출부(616)의 위치 및 형상에 따라 변경될 수 있다.

시트 부재(650)가 용융된 후, 냉각 커버(620)가 냉각 유체 수용부(613)를 덮도록 냉각 본체(610)에 결합된다. 커버 결합부(617)와 본체 결합부(623)가 접촉되는 각 모서리는, 마찰 교반 용접의 방식으로 결합될 수 있다.

이에 따라, 도 12에 도시된 바와 같이, 커버 결합부(617)와 본체 결합부(623)가 접촉되는 각 모서리에는 비드(bead)가 생성된다. 상기 비드는 밀링(milling) 작업 등에 의해 제거될 수 있다.

5. 본 발명의 실시 예에 따른 냉각 플레이트(600)의 제조 방법의 설명

본 발명의 실시 예에 따른 냉각 플레이트(600)는 마찰 교반 용접(FSW, Friction Stir Welding)의 방식으로 형성될 수 있다.

마찰 교반 용접은 모재(basic material)인 냉각 본체(610)와 냉각 커버(620) 자체를 용융하여 결합시킨다. 따라서, 마찰 교반 용접은 냉각 본체(610)와 냉각 커버(620)의 소재와 상이한, 용접을 위한 다른 소재의 재료 없이도 냉각 본체(610)와 냉각 커버(620)를 결합시킬 수 있다.

또한, 마찰 교반 용접은 오-링(O-ring) 등의 밀폐를 위한 부재 없이도 냉각 본체(610)와 냉각 커버(620)를 밀폐 결합할 수 있다. 따라서, 밀폐를 위한 부재에 의해 냉각 유로부(630)가 막히거나, 밀폐를 위한 부재가 파손, 마모되어 냉각 유체가 유출되지 않게 된다.

이하, 도 13 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 냉각 플레이트(600)의 제조 방법을 상세하게 설명한다.

도 13에 도시된 실시 예에서, 냉각 플레이트(600)의 제조 방법은 냉각 본체(610) 및 냉각 본체(610)에 결합되는 냉각 커버(620) 중 어느 하나에 냉각 유로부(630)가 형성되는 단계(S100), 냉각 커버(620)가 냉각 본체(610)를 덮도록 배치되는 단계(S200), 냉각 본체(610)와 냉각 커버(620)가 접촉된 부분이 결합되는 단계(S300), 냉각 본체(610)와 냉각 커버(620)가 접촉된 부분에 형성된 비드(bead)가 제거되는 단계(S400) 및 냉각 커버(620) 및 냉각 본체(610)가 응력 제거 열처리(stress relief heat treatment)되는 단계(S500)를 포함한다.

(1) 냉각 본체(610) 및 냉각 본체(610)에 결합되는 냉각 커버(620) 중 어느 하나에 냉각 유로부(630)가 형성되는 단계(S100)의 설명

냉각 본체(610) 및 냉각 커버(620)가 서로 마주하는 면 중 어느 하나에 냉각 유로부(630)가 형성되는 단계(S100)이다.

이하, 도 14를 참조하여 본 단계를 상세하게 설명한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 냉각 플레이트(600)는 냉각 본체(610) 및 냉각 커버(620) 중 어느 하나에 냉각 유로부(630)가 형성될 수 있다.

먼저, 냉각 본체(610)에 냉각 유로부(630)가 형성되는 단계(S110)를 설명한다.

냉각 커버(620)를 향하는 냉각 본체(610)의 일면에 냉각 유체 수용부(613)가 소정 거리만큼 함몰 형성된다(S111). 냉각 유체 수용부(613)가 함몰 형성되는 상기 소정 거리는, 냉각 유로부(630)의 유로 돌출부(631)가 돌출되는 길이보다 길게 형성될 수 있다.

이에 따라, 냉각 커버(620)가 냉각 유체 수용부(613)를 덮도록 냉각 본체(610)에 결합되면, 냉각 본체(610)의 외면과 냉각 커버(620)의 외면이 같은 평면 상에 위치될 수 있다.

또한, 복수 개의 유로 함몰부(632)는 냉각 유체 수용부(613)가 함몰 형성된 냉각 본체(610)의 면에서 소정 거리만큼 함몰 형성된다(S112). 복수 개의 유로 함몰부(632)는 서로 연통된다.

복수 개의 유로 함몰부(632)는 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 복수 개의 유로 함몰부(632)가 서로 이격되어 형성되는 격벽에 의해 복수 개의 유로 돌출부(631)가 정의될 수 있다.

달리 표현하면, 복수 개의 유로 돌출부(631)가 냉각 유체 수용부(613)가 함몰 형성된 냉각 본체(610)의 면에서 소정 길이만큼 돌출 형성된다. 복수 개의 유로 돌출부(631)는 서로 연속될 수 있다.

복수 개의 유로 돌출부(631)는 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 복수 개의 유로 돌출부(631)가 서로 이격되어 형성되는 공간에 의해 복수 개의 유로 돌출부(631)가 정의될 수 있다.

다음으로, 냉각 커버(620)에 냉각 유로부(630)가 형성되는 단계(S120)를 설명한다.

냉각 본체(610)를 향하는 냉각 커버(620)의 일면에 복수 개의 유로 함몰부(632)가 소정 거리만큼 함몰 형성된다(S121). 복수 개의 유로 함몰부(632)는 서로 연통된다.

달리 표현하면, 복수 개의 유로 돌출부(631)가 냉각 본체(610)를 향하는 냉각 커버(620)의 일면에서 소정 길이만큼 돌출 형성된다. 복수 개의 유로 돌출부(631)는 서로 연속될 수 있다.

또한, 냉각 커버(620)를 향하는 냉각 본체(610)의 일면에 냉각 유체 수용부(613)가 소정 거리만큼 함몰 형성된다(S122). 냉각 유체 수용부(613)가 함몰 형성되는 상기 소정 거리는, 냉각 유로부(630)의 유로 돌출부(631)가 돌출되는 길이보다 길게 형성될 수 있다.

상술한 복수 개의 유로 함몰부(632)가 소정 거리만큼 함몰 형성되는 단계(S121) 및 냉각 유체 수용부(613)가 소정 거리만큼 함몰 형성되는 단계(S122)의 순서는 변경될 수 있다.

(2) 냉각 커버(620)가 냉각 본체(610)를 덮도록 배치되는 단계(S200)의 설명

냉각 커버(620)가 냉각 본체(610)에 형성된 냉각 유체 수용부(613)를 덮도록, 냉각 본체(610)에 배치되는 단계(S200)이다.

이하, 도 15를 참조하여 본 단계를 상세하게 설명한다.

상술한 바와 같이, 유로 돌출부(631)의 단부와 냉각 본체(610) 사이 또는 유로 돌출부(631)의 단부와 냉각 커버(620) 사이에는 이격 공간부(640)가 형성될 수 있다.

따라서, 냉각 유체의 원활한 유동을 위해 이격 공간부(640)를 메우기 위한 작업이 선행되는 것이 바람직하다.

먼저, 냉각 본체(610)에 냉각 유로부(630)가 형성된 경우 냉각 커버(620)가 냉각 본체(610)를 덮도록 배치되는 단계(S210)를 설명한다.

시트 부재(650)가 복수 개의 유로 돌출부(631)의 단부를 덮도록 배치된다(S211). 복수 개의 유로 돌출부(631)는 함몰 형성된 복수 개의 유로 함몰부(632) 사이에 형성되는 격벽에 의해 정의됨은 상술한 바와 같다.

복수 개의 유로 돌출부(631)는 냉각 커버(620)를 향해 돌출 형성되므로, 시트 부재(650)는 냉각 커버(620)를 향하는 복수 개의 유로 돌출부(631)의 단부를 덮도록 배치된다.

이때, 시트 부재(650)는 냉각 유체 수용부(613)에 상응하는 형상을 갖도록 형성된다. 이에 따라, 시트 부재(650)가 냉각 유체 수용부(613)에 수용되면, 시트 부재(650)의 외주면은 커버 결합부(617)와 접촉된다.

시트 부재(650)가 배치된 후, 냉각 커버(620)가 냉각 유체 수용부(613) 및 시트 부재(650)를 덮도록 냉각 본체(610)에 배치된다(S212). 이때, 냉각 본체(610)의 지지 돌출부(615)에서 냉각 커버(620)를 향해 돌출 형성된 결합 돌출부(616)는, 냉각 커버(620)에 관통 형성된 결합 관통공(622)에 관통 결합된다.

또한, 냉각 유체 수용부(613)에 수용된 냉각 커버(620)의 본체 결합부(623)는 냉각 본체(610)의 커버 결합부(617)와 접촉된다. 냉각 유체 수용부(613)를 향하는 냉각 커버(620)의 일측 면은 시트 부재(650)와 접촉될 수 있다.

유로 돌출부(631)의 단부와 접촉된 시트 부재(650)가 용융되어, 시트 부재(650)와 유로 돌출부(631)의 단부가 결합된다(S213). 상기 용융은 가스 차폐 브레이징(gas shielded brazing)의 방식으로 수행될 수 있다.

이에 따라, 유로 돌출부(631)의 단부와 냉각 커버(620) 사이에 형성된 이격 공간부(640)가 메워질 수 있다.

도시되지는 않았으나, 시트 부재(650)는 냉각 유체 수용부(613)를 향하는 냉각 커버(620)의 일면과도 결합될 수 있다. 상기 결합 또한 가스 차폐 브레이징 처리에 의해 달성될 수 있다.

다음으로, 냉각 커버(620)에 냉각 유로부(630)가 형성된 경우 냉각 커버(620)가 냉각 본체(610)를 덮도록 배치되는 단계(S220)를 설명한다.

시트 부재(650)가 냉각 유체 수용부(613)를 덮도록 배치된다(S221). 구체적으로, 시트 부재(650)는 냉각 커버(620)를 향하고, 냉각 유체 수용부(613)를 감싸는 일면을 덮도록 배치된다.

시트 부재(650)가 냉각 유체 수용부(613)를 덮도록 배치되면, 시트 부재(650)의 외주면은 커버 결합부(617)와 접촉된다.

시트 부재(650)가 배치된 후, 냉각 커버(620)가 냉각 유체 수용부(613) 및 시트 부재(650)를 덮도록 냉각 본체(610)에 배치된다(S222). 이때, 냉각 본체(610)의 냉각 유체 수용부(613)에 위치되는 삽입 돌출부(614)는 냉각 커버(620)에 관통 형성되는 결합 관통부(621)에 삽입 결합된다. 이에 따라, 결합 관통부(621)가 밀폐될 수 있다.

또한, 냉각 유체 수용부(613)에 수용된 냉각 커버(620)의 본체 결합부(623)는 냉각 본체(610)의 커버 결합부(617)에 접촉된다. 냉각 유체 수용부(613)를 향하는 유로 돌출부(631)의 단부는 시트 부재(650)에 접촉될 수 있다.

유로 돌출부(631)의 상기 단부와 접촉된 시트 부재(650)가 용융되어, 시트 부재(650)와 유로 돌출부(631)의 단부가 결합된다(S223). 상기 용융은 가스 차폐 브레이징의 방식으로 수행될 수 있다.

이에 따라, 유로 돌출부(631)의 단부와 냉각 본체(610) 사이에 형성된 이격 공간부(640)가 메워질 수 있다.

도시되지는 않았으나, 시트 부재(650)는 냉각 커버(620)를 향하고, 냉각 유체 수용부(613)를 감싸는 일면과도 결합될 수 있다. 상기 결합 또한 가스 차폐 브레이징 처리에 의해 달성될 수 있다.

(3) 냉각 본체(610)와 냉각 커버(620)가 접촉된 부분이 결합되는 단계(S300)의 설명

냉각 본체(610)와 냉각 커버(620)가 마찰 교반 용접의 방식으로 결합되는 단계(S300)이다. 상술한 바와 같이, 마찰 교반 용접은 냉각 본체(610)와 냉각 커버(620)를 결합하기 위한 별도의 금속 재료를 필요로 하지 않는다.

즉, 마찰 교반 용접은 냉각 본체(610) 및 냉각 커버(620) 자체를 용융하여 냉각 본체(610)와 냉각 커버(620)를 결합할 수 있다.

이하, 도 16을 참조하여 본 단계를 상세하게 설명한다.

상술한 과정을 통해, 냉각 커버(620)는 냉각 유체 수용부(613) 및 시트 부재(650)를 덮도록 배치된다.

이에 따라, 냉각 커버(620)의 본체 결합부(623)와 냉각 본체(610)의 커버 결합부(617)가 접촉된다(S310). 상술한 바와 같이, 냉각 커버(620)는 냉각 유체 수용부(613)와 같은 형상으로 형성될 수 있다.

따라서, 냉각 커버(620)는 냉각 유체 수용부(613)에 끼움 결합되어, 본체 결합부(623)와 커버 결합부(617)의 접촉 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.

이때, 냉각 본체(610)의 외면과 냉각 커버(620)의 외면은 같은 평면 상에 위치되도록 배치될 수 있다.

다음, 커버 결합부(617)와 본체 결합부(623)가 동시에 가열되어 접합된다(S320). 구체적으로, 커버 결합부(617)와 본체 결합부(623)가 서로 접촉되는 모서리는 마찰 교반 용접의 방식으로 동시에 용융되어 서로 접합된다. 이에 따라, 냉각 커버(620)에 의해 냉각 유체 수용부(613)가 밀폐될 수 있다.

상기 과정은 커버 결합부(617)와 본체 결합부(623)가 접촉되는 각 모서리에 연속적으로 수행될 수 있다.

또한, 도시되지는 않았으나, 결합 돌출부(616) 및 결합 돌출부(616)가 삽입 결합되는 결합 관통공(622) 또한, 마찰 교반 용접의 방식으로 동시에 용융 및 접합될 수 있다.

마찬가지로, 삽입 돌출부(614) 및 삽입 돌출부(614)가 삽입 결합되는 결합 관통부(621) 또한, 마찰 교반 용접의 방식으로 동시에 용융 및 접합될 수 있다.

(4) 냉각 본체(610)와 냉각 커버(620)가 접촉된 부분에 형성된 비드(bead)가 제거되는 단계(S400)의 설명

냉각 본체(610)의 커버 결합부(617) 및 냉각 커버(620)의 본체 결합부(623)가 마찰 교반 용접의 방식으로 접합됨에 따라 발생된 비드가 제거되는 단계(S400)이다.

다시 도 12를 참조하면, 마찰 교반 용접에 의해 용융 및 접합된 커버 결합부(617) 및 본체 결합부(623)의 경계에는 비드가 형성된다. 상기 비드에 의해, 커버 결합부(617) 및 본체 결합부(623)의 경계 주변은 다른 부분에 비해 돌출된다.

이에, 본 단계에서는 상기 비드를 제거하기 위한 작업이 수행된다. 일 실시 예에서, 상기 비드는 밀링(milling) 가공 처리되어 제거될 수 있다.

상술한 바와 같이, 결합 돌출부(616) 및 결합 관통공(622) 또한 마찰 교반 용접의 방식으로 용융 및 접합될 수 있다. 이에, 결합 돌출부(616)의 외주 및 결합 관통공(622)의 내주 주변 또한 밀링 가공 처리되어, 형성된 비드가 제거될 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 삽입 돌출부(614) 및 결합 관통부(621) 또한 마찰 교반 용접의 방식으로 용융 및 접합될 수 있다. 이에, 삽입 돌출부(614)의 외주 및 결합 관통부(621)의 내주 주변 또한 밀링 가공 처리되어, 형성된 비드가 제거될 수 있다.

(5) 냉각 커버(620) 및 냉각 본체(610)가 응력 제거 열처리(stress relief heat treatment)되는 단계(S500)의 설명

마찰 교반 용접의 방식으로 결합된 냉각 본체(610) 및 냉각 커버(620)를 열처리하여, 결합에 따라 발생될 수 있는 응력을 제거하는 단계(S500)이다.

마찰 교반 용접의 방식으로 용융 및 접합된 커버 결합부(617) 및 본체 결합부(623)에는 고온의 열에 의한 열 응력이 잔류될 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 결합 돌출부(616) 및 결합 관통공(622) 또는 삽입 돌출부(614) 및 결합 관통부(621)도 마찰 교반 용접의 방식으로 용융 및 접합되므로, 고온의 열에 의한 열 응력이 잔류될 수 있다.

따라서, 본 단계에서는 각 결합 부위에 잔류되는 열 응력을 제거하기 위한 처리가 수행된다.

응력 제거 열처리는 금속 재료 등의 내부에 잔류하는 열 응력을 제거하기 위한 임의의 형태로 수행될 수 있다. 일 실시 예에서, 응력 제거 열처리는 어닐링(annealing)의 형태로 수행될 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

내부에 공간이 형성된 냉각 본체;

상기 공간을 밀폐하도록, 상기 냉각 본체에 결합되는 냉각 커버; 및

상기 냉각 커버와 상기 냉각 본체가 마주하는 각 면 중 어느 하나에 구비되어, 상기 공간에서 냉각 유체가 유동하는 유로를 형성하는 냉각 유로부를 포함하며,

상기 냉각 본체와 상기 냉각 커버는, 마찰 교반 용접(friction stir welding)에 의해 결합되는,

냉각 플레이트.
제1항에 있어서,

상기 냉각 본체는,

상기 냉각 커버를 향하는 일측 면에서 함몰되어, 상기 공간을 형성하는 냉각 유체 수용부;

상기 냉각 유체 수용부와 상기 냉각 본체의 외부를 연통하도록, 상기 냉각 본체에 관통 형성되는 유입구 및 유출구를 포함하며,

상기 유입구 및 상기 유출구는 상기 냉각 유체 수용부와 연통되는,

냉각 플레이트.
제2항에 있어서,

상기 냉각 유로부는 상기 냉각 커버에 구비되고,

상기 냉각 유체 수용부의 내부에는, 상기 냉각 커버를 향해 돌출 형성되는 삽입 돌출부가 구비되고,

상기 냉각 커버의 내부에는, 관통 형성되어 상기 삽입 돌출부가 삽입 결합되도록 구성되는 결합 관통부가 구비되며,

상기 삽입 돌출부 및 상기 결합 관통부는 같은 일 방향으로 연장 형성되는,

냉각 플레이트.
제2항에 있어서,

상기 냉각 유로부는 상기 냉각 본체에 구비되고,

상기 냉각 유체 수용부의 내부에는, 상기 냉각 커버를 향해 돌출 형성되는 지지 돌출부가 구비되어,

상기 냉각 커버가 상기 냉각 유체 수용부에 결합되면, 상기 냉각 유체 수용부를 향하는 상기 냉각 커버의 일측 면은 상기 지지 돌출부에 접촉되는,

냉각 플레이트.
제4항에 있어서,

상기 냉각 본체는,

상기 냉각 커버를 향하는 상기 지지 돌출부의 일측 면에서 돌출 형성되는 결합 돌출부를 포함하고,

상기 냉각 커버의 내부에는, 결합 관통공이 관통 형성되어,

상기 냉각 커버가 상기 냉각 본체에 결합되면, 상기 결합 돌출부가 상기 결합 관통공에 삽입 결합되는,

냉각 플레이트.
제1항에 있어서,

상기 냉각 본체는,

상기 공간을 둘러싸며, 결합된 상기 냉각 커버가 접촉되는 커버 결합부를 포함하고,

상기 냉각 커버는,

상기 냉각 커버의 외측 모서리를 형성하며, 상기 커버 결합부에 접촉되는 본체 결합부를 포함하고,

상기 커버 결합부와 상기 본체 결합부는, 동시에 가열 및 접합되는,

냉각 플레이트.
제1항에 있어서,

상기 냉각 유로부는,

상기 냉각 커버와 상기 냉각 본체가 마주하는 각 면 중 다른 하나를 향해 돌출 형성되며, 일 방향으로 연장 형성되는 유로 돌출부를 포함하며,

상기 유로 돌출부는 복수 개 구비되어, 복수 개의 유로 돌출부는 서로 이격되어 배치되고,

상기 유로 돌출부가 이격되는 공간에는, 상기 냉각 유체가 유동되는 유로 함몰부가 형성되며,

상기 냉각 커버와 상기 냉각 본체가 마주하는 각 면 중 다른 하나를 향하는 상기 유로 돌출부의 단부는, 상기 냉각 커버와 상기 냉각 본체가 마주하는 각 면 중 다른 하나에 접촉되는,

냉각 플레이트.
제7항에 있어서,

상기 냉각 커버와 상기 냉각 본체가 마주하는 각 면 중 다른 하나를 향하는 상기 유로 돌출부의 단부는, 상기 냉각 커버와 상기 냉각 본체가 마주하는 각 면 중 다른 하나와 소정 거리 이격되며,

상기 유로 돌출부의 단부가 이격되어 형성되는 공간에는, 상기 유로 돌출부의 단부 및 상기 냉각 커버와 상기 냉각 본체가 마주하는 각 면 중 다른 하나와 각각 접촉되는 시트 부재가 구비되는,

냉각 플레이트.
냉각 본체 및 상기 냉각 본체에 결합되는 냉각 커버 중 어느 하나에 냉각 유로부가 형성되는 단계;

상기 냉각 커버가 상기 냉각 본체를 덮도록 배치되는 단계; 및

상기 냉각 본체와 상기 냉각 커버가 접촉된 부분이 결합되는 단계를 포함하며,

상기 냉각 본체와 상기 냉각 커버는 마찰 교반 용접에 의해 결합되는,

냉각 플레이트의 제조 방법.
제9항에 있어서,

상기 냉각 본체 및 상기 냉각 본체에 결합되는 냉각 커버 중 어느 하나에 냉각 유로부가 형성되는 단계는,

상기 냉각 본체의 일면에 냉각 유체 수용부가 함몰 형성되는 단계; 및

상기 냉각 유체 수용부가 함몰 형성된 면에 복수 개의 유로 함몰부가 서로 이격되어 함몰 형성되는 단계를 포함하고,

상기 냉각 커버가 상기 냉각 본체를 덮도록 배치되는 단계는,

시트 부재가 복수 개의 상기 유로 함몰부 사이에 형성되는 복수 개의 유로 돌출부의 단부를 덮도록 배치되는 단계;

상기 냉각 본체의 냉각 유체 수용부에 위치되는 지지 돌출부에서 돌출 형성된 결합 돌출부가, 상기 냉각 커버에 관통 형성된 결합 관통공에 삽입 결합되는 단계; 및

상기 시트 부재와 복수 개의 상기 유로 돌출부의 상기 단부가 가스 차폐 브레이징(gas shielded brazing) 처리되는 단계를 포함하는,

냉각 플레이트의 제조 방법.
제9항에 있어서,

상기 냉각 본체 및 상기 냉각 본체에 결합되는 냉각 커버 중 어느 하나에 냉각 유로부가 형성되는 단계는,

상기 냉각 커버의 일면에 복수 개의 유로 함몰부가 서로 이격되어 함몰 형성되는 단계; 및

상기 냉각 본체의 일면에 냉각 유체 수용부가 함몰 형성되는 단계를 포함하며,

상기 냉각 커버가 상기 냉각 본체를 덮도록 배치되는 단계는,

시트 부재가 상기 냉각 유체 수용부를 덮도록 배치되는 단계;

상기 냉각 본체의 냉각 유체 수용부에 위치되는 삽입 돌출부가, 상기 냉각 커버에 관통 형성된 결합 관통부에 삽입 결합되는 단계; 및

상기 시트 부재와 복수 개의 상기 유로 함몰부 사이에 형성되는 복수 개의 유로 돌출부의 단부가 가스 차폐 브레이징 처리되는 단계를 포함하는,

냉각 플레이트의 제조 방법.
제9항에 있어서,

상기 냉각 본체와 상기 냉각 커버가 접촉된 부분이 결합되는 단계는,

상기 냉각 본체에 함몰 형성된 냉각 유체 수용부를 감싸는 커버 결합부와 상기 냉각 커버의 외주를 형성하는 본체 결합부가 접촉되는 단계; 및

상기 커버 결합부와 상기 본체 결합부가 동시에 가열 및 접합되는 단계를 포함하며,

상기 냉각 본체와 상기 냉각 커버가 접촉된 부분이 결합되는 단계 이후에,

상기 냉각 본체와 상기 냉각 커버가 접촉된 부분에 형성된 비드(bead)가 제거되는 단계; 및

상기 냉각 커버 및 상기 냉각 본체가 응력 제거 열처리(stress relief heat treatment)되는 단계를 포함하고,

상기 비드는, 밀링(milling) 처리되어 제거되는,

냉각 플레이트의 제조 방법.