JP2015021725A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、開放された空間に配置されて、ヒートシンクなどの放熱部材と結合される発熱ユニットは、外部空気を利用して強制冷却し、密閉された空間に配置され、ヒートシンクと結合されなかった発熱ユニットは、内部空気を循環させて、強制冷却する冷却装置を提供する。
【解決手段】冷却装置は、第１領域と、第１領域と隔離された第２領域と、を有するケースと、第１領域に配置されて、外部空気を利用して第１発熱ユニットを冷却する第１冷却ユニットと、第２領域に配置されて、内部空気を循環させて、第２発熱ユニットを循環冷却する第２冷却ユニットと、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却装置に関する。

一般に、産業用電子製品または家庭用電子製品には、多くの熱を発生する発熱素子が配置される。

例えば、産業用製品のうち直流電源を交流電源に変換するインバータの場合、商用交流電源を電力用半導体を利用して直流電源に変換させた後、直流電源を、要求される周波数および電圧を有する交流電源に変換するため、電力用半導体および周辺装置から多くの熱が発生する。

インバータの場合、電力用半導体を冷却するためのヒートシンクが取り付けられているが、ヒートシンクは、冷却ファンなどによって強制冷却される一方、熱を発生する周辺装置は、自然冷却される方式が主に用いられる。

このように、周辺装置を自然冷却方式で冷却する場合、周辺装置が加熱し過ぎて製品の性能が低下したり製品破損が生じ得る。

本発明は、開放された空間に配置されて、ヒートシンクなどの放熱部材と結合される発熱ユニットは、外部空気を利用して強制冷却し、密閉された空間に配置され、ヒートシンクと結合されない発熱ユニットは、内部空気を循環させて、強制冷却する冷却装置を提供する。

本発明が解決しようとする技術的課題は、前述した技術的課題に制限されず、記述しなかった他の技術的課題は、下記から本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に明確に理解されるはずである。

一実施形態として、冷却装置は、第１領域と、第１領域と隔離された第２領域と、を有するケースと、第１領域に配置されて、外部空気を利用して第１発熱ユニットを冷却する第１冷却ユニットと、第２領域に配置されて、内部空気を循環させて、第２発熱ユニットを循環冷却する第２冷却ユニットと、を有する。

冷却装置のケースは、第１領域と第２領域とを隔離させる隔離板を有してもよい。

冷却装置の隔離板上に配置され、第１発熱ユニットと結合された回路基板をさらに有してもよい。

冷却装置の第１冷却ユニットは、第１発熱ユニットと結合されたヒートシンクと、外部空気を第１領域に導入する冷却ファンと、を有し、第２冷却ユニットは、第２発熱ユニットを支持する支持板と、内部空気を第２領域内で循環させるための循環ファンと、を有してもよい。

冷却装置の支持板の少なくとも一側端部は、ケースの側面板から離隔されて、支持板には循環ファンが結合される開口が形成されてもよい。

冷却装置の循環ファンは、支持板と平行に配置されてもよい。

冷却装置の循環ファンは、支持板に対して傾斜するように配置されてもよい。

本発明に係る冷却装置によると、開放された空間に配置されてヒートシンクなどの放熱部材と結合される発熱ユニットは、外部空気を利用して強制冷却し、密閉された空間に配置され、ヒートシンクと結合されない発熱ユニットは、内部空気を循環させて強制冷却し、発熱ユニットの冷却効率をより向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る冷却装置の断面図である。 図１の循環ファンおよび支持板を示した平面図である。 本発明の他の実施形態に係る冷却装置の断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明に係る実施形態を詳細に説明する。

この過程において図面に図示された構成要素の大きさや形状などは、説明の明瞭性および便宜上誇張されるように図示されてもよい。また、本発明の構成および作用を考慮して、特に定義された用語は、使用者、運用者の意図、または慣例により変わり得る。

このような用語に関する定義は、本明細書全般にわたった内容に基づいて、本発明の技術的思想に合致する意味、概念として解釈されなければならない。

図１は、本発明の一実施形態に係る冷却装置の断面図である。

図２は、図１の循環ファンおよび支持板を示した平面図である。

図１および図２を参照すると、冷却装置６００は、ケース１００、第１冷却ユニット２００および第２冷却ユニット３００を有する。

本発明の一実施形態に係る冷却装置６００は、産業用電子製品または家庭用電子製品などに幅広く取り付けられ、本発明の一実施形態において、冷却装置６００は、例えば、産業用電子製品であり、商用交流電源を、要求される周波数および電圧を持つ交流電源に変更するインバータ（invertor）に取り付けられたものについて説明する。

ケース１００は、逆変換動作（inverter operation）を行うための装置と、第１冷却ユニット２００および第２冷却ユニット３００を収容する空間と、を提供する。

本発明の一実施形態において、ケース１００は、例えば、２つの空間に区分され、以下、２つの空間は、第１領域（ＦＲ）および第１領域（ＦＲ）と隔離された第２領域（ＳＲ）であると定義される。第１領域（ＦＲ）は、例えば、開放された空間であってもよく、第２領域（ＳＲ）は、密閉された空間であってもよい。

ケース１００の内部に２つの空間を形成するために、ケース１００には隔離板１１０が形成される。隔離板１１０は、ケース１００の中間部分に配置されて、隔離板１１０によって、ケース１００は、第１領域（ＦＲ）および第２領域（ＳＲ）に区分される。

隔離板１１０によって、第２領域（ＳＲ）は、例えば、第１領域（ＦＲ）の上部に配置されて、隔離板１１０の一部には開口が形成されるが、隔離板１１０に形成された開口は、第２領域（ＳＲ）に配置される第１発熱ユニットを第１領域（ＦＲ）に配置されるヒートシンクと結合してもよい。

本発明の一実施形態において、ケース１００のうち第１領域（ＦＲ）に対応する部分には、外部空気を第１領域（ＦＲ）に導入および排出するための開口１２０、１３０が形成され、第２領域（ＳＲ）は、外部から埃などの異物が流入しないように密閉される。

一方、ケース１００の内部を第１領域（ＦＲ）および第２領域（ＳＲ）に区分する隔離板１１０の表面には回路基板１４０が配置される。

回路基板１４０上には第１発熱ユニット１５０が配置され、回路基板１４０および第１発熱ユニット１５０は、互いに電気的に連結される。

本発明の一実施形態において、第１発熱ユニット１５０は、電力用半導体を有してもよく、例えば、第１発熱ユニット１５０は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor；ＩＧＢＴ）を有してもよい。これとは異なって、第１発熱ユニット１５０は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor；ＭＯＳＦＥＴ（モスエフイーティー、モスフェット））を有してもよい。

第１冷却ユニット２００は、第１発熱ユニット１５０を冷却する。本発明の一実施形態において、第１冷却ユニット２００は第１領域（ＦＲ）に配置される。

第１領域（ＦＲ）に配置された第１冷却ユニット２００は、ヒートシンク２１０および冷却ファン２２０を有する。

ヒートシンク２１０は、鉄に比べて熱伝導率が高いアルミニウムまたはアルミニウム合金を有し、ヒートシンク２１０は、回路基板１４０に電気的に連結された第１発熱ユニット１５０に結合され、第１発熱ユニット１５０から発生した熱を第１領域（ＦＲ）に放熱する。

冷却ファン２２０は、第１領域（ＦＲ）に配置され、冷却ファン２２０は、第１領域（ＦＲ）に形成された開口１３０の近くに配置される。

冷却ファン２２０は、外部空気が、第１領域（ＦＲ）の内部に導入され、ヒートシンク２１０を経由して加熱された後、第１領域（ＦＲ）の外部に排出されるよう機能する。

冷却ファン２２０によって第１領域（ＦＲ）の内部に導入された外部空気は、ヒートシンク２１０を冷却する。これにより、ヒートシンク２１０と結合された第１発熱ユニット１５０は、冷却ファン２２０によって強制冷却される。

第２冷却ユニット３００は、第２領域（ＳＲ）に配置された第２発熱ユニット１７０を冷却するために、第２領域（ＳＲ）に配置される。本発明の一実施形態において、第２発熱ユニット１７０は、例えば、回路基板および制御用半導体チップを有する少なくとも一つの制御モジュールを有してもよい。

第２冷却ユニット３００は、密閉された第２領域（ＳＲ）に配置された第２発熱ユニット１７０に循環する内部空気を循環させて、第２発熱ユニット１７０を冷却する。

第２発熱ユニット１７０を循環冷却方式で冷却するために、第２冷却ユニット３００は、支持板３１０および循環ファン３２０をする。

支持板３１０は、第２領域（ＳＲ）に配置され、支持板３１０は、隔離板１１０と離隔した位置に固定され、支持板３１０の一側には開口が形成され、開口と対応する位置には後述される循環ファン３２０が配置される。

支持板３１０は、隔離板１１０と平行に配置してもよく、支持板３１０の一側端部は、ケース１００と離隔して、隔離板１１０には第２発熱ユニット１７０が配置されてもよい。

循環ファン３２０は、支持板３１０と結合され、循環ファン３２０は、支持板３１０に形成された開口と対応する位置に配置され、循環ファン３２０は、支持板３１０および隔離板１１０と平行に配置されてもよい。

支持板３１０の一側端部が、ケース１００と離隔して支持板３１０に形成された開口に循環ファン３２０が結合されることにより、循環ファン３２０の作動によって第２領域（ＳＲ）では第２領域（ＳＲ）の内部の空気が循環する。

本発明の一実施形態においては、ヒートシンク２１０が配置された第１領域（ＦＲ）では、冷却ファン２２０によって外部空気を利用した第１発熱ユニット１５０の強制冷却が行われ、密閉された第２領域（ＳＲ）では、循環ファン３２０によって循環する内部空気によって第２発熱ユニット１７０が循環冷却されて、第１および第２発熱ユニット１５０、１７０の冷却効率をより向上させることができる。

図３は、本発明の他の実施形態に係る冷却装置の断面図である。図３に示された冷却装置は、循環ファンの配置を除いて、上記図１および図２に示された冷却装置と実質的に同じである。従って、同じ構造に関する重複説明は省略し、同じ構造に対しては同じ名称および同じ参照符号を付ける。

図３を参照すると、第２空間（ＳＲ）の内部空気の循環をより活発に行うために、循環ファン３２０は、支持板３１０に対して傾斜した方向、または傾いた状態に配置されてもよく、これによって循環ファン３２０による第２空間（ＳＲ）の内部空気循環をより活発に行うことができる。

以上の詳細な説明によると、開放された空間に配置されて、ヒートシンクなどの放熱部材と結合される発熱ユニットは、外部空気を利用して強制冷却し、密閉された空間に配置されて、ヒートシンクと結合されない発熱ユニットは、内部空気を循環させて強制冷却し、発熱ユニットの冷却効率をより向上させることができる。

以上、本発明に係る実施形態を説明したが、これらは例示的なものに過ぎず、当分野において通常の知識を有する者であれば、これらから多様な変形および均等な範囲の実施形態が可能であることを理解するであろう。

従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決まらなければならない。

１００ ケース
１１０ 隔離板
１２０、１３０ 開口
１４０ 回路基板
１５０ 第１発熱ユニット
１７０ 第２発熱ユニット
２００ 第１冷却ユニット
２１０ ヒートシンク
２２０ 冷却ファン
３００ 第２冷却ユニット
３１０ 支持板
３２０ 循環ファン
６００ 冷却装置

Claims (7)

1. 第１領域と、前記第１領域と隔離された第２領域と、を有するケースと、
   前記第１領域に配置されて、外部空気を利用して第１発熱ユニットを冷却する第１冷却ユニットと、
   前記第２領域に配置されて、内部空気を循環させて第２発熱ユニットを循環冷却する第２冷却ユニットと、を有することを特徴とする、冷却装置。
2. 前記ケースは、前記第１領域と前記第２領域とを隔離させる隔離板を有することを特徴とする、請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記隔離板上に配置されて、前記第１発熱ユニットと結合された回路基板をさらに有することを特徴とする、請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記第１冷却ユニットは、前記第１発熱ユニットと結合されたヒートシンクと、前記外部空気を前記第１領域に導入する冷却ファンと、を有し、
   前記第２冷却ユニットは、前記第２発熱ユニットを支持する支持板と、前記内部空気を前記第２領域内で循環させるための循環ファンと、を有することを特徴とする、請求項１に記載の冷却装置。
5. 前記支持板の少なくとも一側端部は、前記ケースの側面板から離隔されて、前記支持板には前記循環ファンが結合される開口が形成されることを特徴とする、請求項４に記載の冷却装置。
6. 前記循環ファンは、前記支持板と平行に配置されることを特徴とする、請求項４に記載の冷却装置。
7. 前記循環ファンは、前記支持板に対して傾斜するように配置されることを特徴とする、請求項４に記載の冷却装置。

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