KR101294077B1 - 전력 변환 장치용 냉각 시스템 - Google Patents

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Abstract

전력 변환 장치용 냉각 시스템이 개시된다. 개시된 전력 변환 장치용 냉각 시스템은 양면에 서로 다른 각각의 발열 부품이 장착되는 냉각 모듈을 포함하며, 냉각 모듈은 방열 분리판을 사이에 두고 이의 양면에 각각 설치되는 메인 냉각 자켓과 서브 냉각 자켓을 포함하고, 메인 냉각 자켓과 서브 냉각 자켓은 방열 분리판을 통해 냉각 매체의 유동이 이루어지며, 메인 냉각 자켓에는 발열량이 큰 발열 부품이 냉각 매체와 직접적으로 접촉되게 장착되고, 서브 냉각 자켓에는 상대적으로 발열량이 작은 발열 부품이 냉각 매체와 별개로 설치될 수 있다.

Description

전력 변환 장치용 냉각 시스템 {COOLING SYSTEM POWER CONVERSION DEVICE}
본 발명의 실시예는 전력 변환 장치용 냉각 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인버터 시스템 등과 같이 하이브리드 및 전기 자동차 등에 채용되는 전력 변환 장치의 발열 부품들을 냉각시키기 위한 전력 변환 장치용 냉각 시스템에 관한 것이다.
최근 녹색 에너지에 대한 관심 속에 내연기관 자동차를 대신할 미래형 자동차로 하이브리드 자동차, 전기 자동차, 연료 전지 자동차 등이 각광받고 있다.
이러한 하이브리드 자동차와 전기/연료 전지 자동차들은 동력원으로서 엔진과 고출력 모터가 적용되고 있다.
하이브리드 자동차와 전기/연료 전지 자동차들은 배터리 또는 연료 전지에서 발생하는 고전압의 직류 전원을 U, V, W 상의 3상 교류 전원으로 변환시키는 전력 변환 장치로서 인버터 시스템을 채용하고 있다.
인버터 시스템은 전력변환 스위칭 소자(Insulated Gate Bipolar Transistor: IGBT)로 이루어진 파워 모듈과, 스위칭 소자의 스위칭에 의한 리플 전류(Ripple Current)를 흡수하는 커패시터 모듈과, 모터가 구동력 발생원으로 동작되도록 하거나 출력 전압을 필터링 하는 인덕터 등을 구비하고 있다.
이와 같은 구성 요소들은 인버터 시스템의 작동 시, 열을 발생시키는 발열 부품으로 작용하게 되는데, 파워 모듈과 같은 스위칭 소자류에서의 발열이 가장 심하며, 인덕터와 같은 코어류에서의 발열량이 상대적으로 작다.
종래 기술에서는 상기한 발열 부품들을 냉각시키기 위해 히트 싱크와 같은 냉각 모듈을 채용하고 있다.
여기서, 상기 발열 부품들은 히트 싱크의 상하면에 장착되는 바, 히트 싱크는 소정의 유로를 따라 흐르는 냉각 매체에 의해 발열 부품들에서 발생하는 열을 간접적으로 냉각시킬 수 있다.
그런데, 종래 기술에서는 발열량이 서로 다른 발열 부품들을 히트 싱크의 상하면에 장착함으로써 발열 부품들에서 발생하는 열을 냉각 매체를 통해 간접적으로 냉각시키기 때문에, 인버터 시스템의 발열 부품들에 대한 히트 싱크의 냉각 효율이 떨어질 수 있다.
본 발명의 실시예들은 인버터 시스템과 같은 전력 변환 장치의 서로 다른 발열 부품들을 효율적으로 냉각시킬 수 있도록 한 전력 변환 장치용 냉각 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템은 전력을 변환하는 전력 변환 장치의 발열 부품들을 냉각시키기 위한 것으로서, 양면에 서로 다른 각각의 발열 부품이 장착되는 냉각 모듈을 포함하며, 적어도 두 개의 발열 부품이 상기 냉각 모듈을 공유하고, 상기 적어도 두 개의 발열 부품 중 발열량이 큰 발열 부품이 상기 냉각 모듈의 한 쪽 면에 구성하고, 상대적으로 발열량이 작은 발열 부품이 상기 냉각 모듈의 반대 쪽 면에 구성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템에 있어서, 상기 냉각 모듈에는 냉각 매체의 흐름을 가능케 하는 냉각매체 유동 경로가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템에 있어서, 상기 냉각 모듈에는 상기 냉각매체 유동 경로를 사이에 두고 발열량이 큰 발열 부품과 발열량이 작은 발열 부품이 병렬식으로 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템에 있어서, 상기 냉각 모듈은 상기 발열량이 큰 발열 부품을 냉각 매체로서 직접적으로 냉각할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템에 있어서, 상기 냉각 모듈은 상기 발열량이 작은 발열 부품을 냉각 매체로서 간접적으로 냉각할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템은, 상기 전력 변환 장치가 차량용 인버터 또는 컨버터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템은, 상기 냉각 매체가 냉각수를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템은, 상기 발열량이 큰 발열 부품이 스위칭 소자류를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템은, 상기 발열량이 작은 발열 부품이 코어류를 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템은, 양면에 서로 다른 각각의 발열 부품이 장착되는 냉각 모듈을 포함하며, 상기 냉각 모듈은 방열 분리판을 사이에 두고 이의 양면에 각각 설치되는 메인 냉각 자켓과 서브 냉각 자켓을 포함하고, 상기 메인 냉각 자켓과 서브 냉각 자켓은 상기 방열 분리판을 통해 냉각 매체의 유동이 이루어지며, 상기 메인 냉각 자켓에는 발열량이 큰 발열 부품이 냉각 매체와 직접적으로 접촉되게 장착되고, 상기 서브 냉각 자켓에는 상대적으로 발열량이 작은 발열 부품이 냉각 매체와 별개로 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템에 있어서, 상기 메인 냉각 자켓에는 상기 방열 분리판과의 사이에 냉각 매체가 흐르는 메인 냉각 유로가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템에 있어서, 상기 메인 냉각 자켓에는 상기 메인 냉각 유로로 냉각 매체를 유입시키는 메인 유입구가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템에 있어서, 상기 메인 냉각 자켓에는 상기 메인 냉각 유로와 연결되며 상기 발열량이 큰 발열 부품이 장착되는 적어도 하나의 개방부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템에 있어서, 상기 서브 냉각 자켓에는 상기 방열 분리판과의 사이에 상기 메인 냉각 유로와 연결되는 서브 냉각 유로가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템에 있어서, 상기 서브 냉각 자켓에는 상기 서브 냉각 유로로부터 냉각 매체를 유출시키는 배출구가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템에 있어서, 상기 서브 냉각 자켓에는 상기 서브 냉각 유로의 반대쪽 면에 상기 발열량이 작은 발열 부품이 장착될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템에 있어서, 상기 방열 분리판에는 상기 메인 냉각 유로와 서브 냉각 유로를 연결하는 서브 유입구가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템에 있어서, 상기 발열량이 큰 발열 부품에는 상기 개방부를 통해 상기 메인 냉각 유로로 배치되는 다수의 제1 방열 핀들이 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템에 있어서, 상기 발열량이 작은 발열 부품에는 상기 서브 냉각 유로와 별개로 다수 개의 제2 방열 핀들이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템에 있어서, 상기 발열량이 작은 발열 부품과 상기 서브 냉각 자켓 사이에는 열전달매체가 개재될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템에 있어서, 상기 열전달매체는 열전달패드 혹은 써멀 그리스를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템에 있어서, 상기 서브 냉각 유로는 상기 서브 유입구와 연결되는 제1 공간과, 상기 배출구와 연결되는 제2 공간과, 상기 제1 공간과 제2 공간을 연결하는 다수 개의 유로 채널들을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템에 있어서, 상기 유로 채널들의 일정 구간에는 파형의 터뷸레이터가 설치될 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템은, 양면에 서로 다른 각각의 발열 부품이 장착되는 냉각 모듈을 포함하며, 상기 냉각 모듈은 방열 분리판을 사이에 두고 이의 양면에 각각 설치되는 메인 냉각 자켓과 서브 냉각 자켓을 포함하고, 상기 메인 냉각 자켓에는 상기 방열 분리판과의 사이에 냉각 매체의 흐름을 가능케 하는 메인 냉각 유로가 형성되고, 상기 메인 냉각 유로와 연결되는 적어도 하나의 개방부가 구비되며, 상기 개방부에 발열량이 큰 발열 부품이 장착되고, 상기 서브 냉각 자켓에는 상기 방열 분리판과의 사이에 상기 메인 냉각 유로와 상호 연결되는 서브 냉각 유로가 구비되며, 상기 서브 냉각 유로의 반대쪽 면에 상대적으로 발열량이 작은 발열 부품이 열전달매체를 매개로 장착될 수 있다.
본 발명의 실시예는 발열량이 큰 발열 부품을 메인 냉각 자켓을 통해 냉각 매체로서 직접적으로 냉각시킬 수 있고, 상대적으로 발열량이 작은 발열 부품을 서브 냉각 자켓을 통해 냉각 매체로서 간접적으로 냉각시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 발열 부품들의 발열량 정도에 따라 적접 냉각 혹은 간접 냉각 방식을 적용하여 전력 변환 장치의 효율적인 방열 설계를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 발열량이 서로 다른 발열 부품들을 효율적으로 냉각함으로써 전력 변환 장치의 구동 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 발열량이 서로 다른 발열 부품들이 냉각 모듈의 냉각 매체를 공유함으로써 효율적인 부품 배치를 도모하고, 전력 변환 장치의 사이즈를 축소시킬 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템을 도시한 사시도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 정면 구성도이다.
도 5는 도 1의 단면 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템에 적용되는 메인 냉각 자켓을 도시한 평면 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템에 적용되는 서브 냉각 자켓을 도시한 평면 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템을 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템(100)은 동력원으로서 엔진과 고출력 모터가 적용되는 하이브리드 자동차 또는 전기/연료 전지 자동차에 적용될 수 있다.
그러나, 본 발명의 실시예에서는 배터리의 전원을 인가받아 고출력 모터를 구동시키는 통상적인 하이브리드 및 전기 자동차에 적용되는 예를 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 의한 상기 냉각 시스템(100)은 하이브리드 및 전기 자동차의 전력 변환 장치를 냉각시키기 위한 것이다.
예를 들면, 상기 전력 변환 장치는 인버터와 컨버터를 포함하는데, 본 발명의 실시예에서는 전력 변환 장치로서 배터리 또는 전지 등에서 발생하는 고전압의 직류 전원을 U, V, W 상의 3상 교류 전원으로 변환시키는 인버터 시스템을 예로 하여 설명하기로 한다.
상기에서, 인버터 시스템은 파워 모듈 등과 같은 스위칭 소자류를 포함하고, 인덕터, 트랜스포머, 초크 등과 같은 코어류를 포함할 수 있다.
상기 인버터 시스템은 작동 시 스위칭 소자류와 코어류에서 열이 발생하는데, 스위칭 소자류에서는 발열량이 크게 나타나고, 코어류에서는 상대적으로 발열량이 작게 나타난다. 즉, 상기한 인버터 시스템은 서로 다른 발열량을 나타내는 발열 부품들을 포함하고 있다.
이러한 인버터 시스템의 구성은 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 인버터 시스템으로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에서는 스위칭 소자류와 같이 발열량이 크게 나타나는 부품을 발열량이 큰 발열 부품(1)(이하에서는 편의 상 "제1 발열 부품" 이라고 한다)으로 정의할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에서는 코어류와 같이 발열량이 작게 나타나는 부품을 발열량이 작은 부품(2)(이하에서는 편의 상 "제2 발열 부품" 이라고 한다)으로 정의할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 전력 변환 장치용 냉각 시스템(100)은 발열량이 서로 다른 제1 및 제2 발열 부품들(1, 2)을 효율적으로 냉각함으로써 전력 변환 장치의 구동 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전력 변환 장치용 냉각 시스템(100)은 제1 및 제2 발열 부품들(1, 2)의 발열량 정도에 따라 적접 냉각 혹은 간접 냉각 방식을 적용하여 전력 변환 장치의 효율적인 방열 설계를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전력 변환 장치용 냉각 시스템(100)은 발열량이 서로 다른 제1 및 제2 발열 부품들(1, 2)이 냉각 매체를 공유함으로써 효율적인 부품 배치를 도모하고, 전력 변환 장치의 사이즈를 축소시킬 수 있다.
이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 상기 전력 변환 장치용 냉각 시스템(100)은 양면에 발열량이 서로 다른 각각의 제1 및 제2 발열 부품(1, 2)이 장착되고, 이들 발열 부품(1, 2)이 냉각 매체를 공유할 수 있는 냉각 모듈(10)을 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 냉각 모듈(10)은 냉각 매체가 유동하며 그 냉각 매체로서 제1 및 제2 발열 부품(1, 2)을 냉각시키기 위한 것이다.
상기 냉각 모듈(10)은 적어도 하나의 제1 발열 부품(1)이 한 쪽 면에 구성될 수 있고, 적어도 하나의 제2 발열 부품(2)이 반대 쪽 면에 구성될 수 있다.
여기서, 상기 냉각 매체는 냉각 모듈(10)에 형성된 유동 경로를 유입되고, 그 유동 경로를 따라 유동되며 외부로 배출될 수 있는 냉각수를 예로 들 수 있다.
즉, 상기 냉각 모듈(10)은 냉각매체 유동 경로를 사이에 두고 상측에 제1 발열 부품(1)이 구성되고, 하측에 제2 발열 부품(2)이 구성되는 바, 제1 및 제2 발열 부품(1, 2)이 병렬식으로 배치될 수 있다.
상기와 같은 냉각 모듈(10)은 본 발명의 실시예에서 발열량이 큰 제1 발열 부품(1)을 냉각 매체로서 직접적으로 냉각하고, 상대적으로 발열량이 작은 제2 발열 부품(2)을 냉각 매체로서 간접적으로 냉각할 수 있는 구조로 이루어진다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템을 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 도 1의 정면 구성도이고, 도 5는 도 1의 단면 구성도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 상기 냉각 모듈(10)은 메인 냉각 자켓(20), 서브 냉각 자켓(40), 및 방열 분리판(60)을 포함하고 있다.
여기서, 상기 메인 냉각 자켓(20)과 서브 냉각 자켓(40)은 방열 분리판(60)을 사이에 두고 그 방열 분리판(60)의 양면에 각각 설치된다.
도면을 기준으로, 상기 메인 냉각 자켓(20)은 방열 분리판(60)의 상측면에 장착되며, 서브 냉각 자켓(40)은 방열 분리판(60)의 하측면에 설치될 수 있다.
이와 같은 메인 냉각 자켓(20), 서브 냉각 자켓(40), 및 방열 분리판(60)은 볼트(도면에 도시하지 않음)와 같은 체결수단을 통해 일체로 체결될 수 있으며, 이들 사이에는 가스켓 등과 같은 실링수단이 설치될 수 있다.
그리고, 상기 메인 냉각 자켓(20)과 서브 냉각 자켓(40)은 방열 분리판(60)을 통해 냉각 매체의 유출입 및 흐름을 가능케 하는 냉각매체 유동 경로를 형성하고 있다.
또한, 상기 메인 냉각 자켓(20)에는 제1 발열 부품(1)이 냉각 매체와 직접적으로 접촉되게 장착되고, 서브 냉각 자켓(40)에는 제2 발열 부품(2)이 냉각 매체와 별개로 설치될 수 있다.
이와 같은 냉각 모듈(10)의 구성을 더욱 구체적으로 설명하면, 본 발명의 실시예에서 상기 메인 냉각 자켓(20)은 열전달이 용이한 알루미늄 소재로 이루어진다.
상기 메인 냉각 자켓(20)은 방열 분리판(60)의 상면에 설치되며 그 방열 분리판(60)과의 사이에 냉각 매체가 흐르는 메인 냉각 유로(21: 도 5 참조)를 형성할 수 있다.
상기 메인 냉각 자켓(20)은 판형 몸체의 하부면 가장자리 부분을 따라 측벽이 형성되어 있고, 그 측벽이 방열 분리판(60)의 상면에 밀착되면서 측벽과 방열 분리판(60)에 의해 형성된 내부 공간을 구성할 수 있다.
따라서, 상기 내부 공간이 냉각 매체가 흐르는 메인 냉각 유로(21)로 형성될 수 있다.
상기 메인 냉각 자켓(20)에는 도 6에서와 같이, 냉각 매체를 메인 냉각 유로(21)로 유입시키기 위한 메인 유입구(23)가 형성되어 있고, 메인 냉각 자켓(20)에는 한 쌍의 개방부(25)가 형성되어 있다.
여기서, 상기 메인 유입구(23)는 메인 냉각 자켓(20)의 일측에서 메인 냉각 유로(21)와 연결될 수 있고, 개방부(25)는 메인 냉각 자켓(20)의 상부면에서 메인 냉각 유로(21)와 연결될 수 있다.
이 경우, 상기 개방부(25)에는 발열량이 큰 제1 발열 부품(1)이 장착되는데, 제1 발열 부품(1)은 개방부(25)를 폐쇄하며 그 개방부(25)의 가장자리 부분에 밀착되며 볼트와 같은 체결수단을 통해 체결될 수 있다.
한편, 상기 제1 발열 부품(1)의 하부면에는 다수의 제1 방열 핀들(5: 도 3 및 도 5 참조)이 형성되어 있는데, 제1 방열 핀들(5)은 원형 기둥 형태로 돌출되게 형성되며 개방부(25)를 통해 메인 냉각 유로(21)에 배치될 수 있다.
즉, 상기 제1 발열 부품(1)은 제1 방열 핀들(5)이 개방부(25)를 통해 메인 냉각 유로(21)에 배치됨으로, 메인 냉각 자켓(20)은 메인 냉각 유로(21)를 따라 유동하는 냉각 매체가 제1 방열 핀들(5)에 접촉되면서 제1 발열 부품(1)을 냉각 매체로서 직접적으로 냉각할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 서브 냉각 자켓(40)은 열전달이 용이한 알루미늄 소재로 이루어진다.
상기 서브 냉각 자켓(40)은 방열 분리판(60)의 하면에 설치되며 그 방열 분리판(60)과의 사이에 냉각 매체가 흐르는 서브 냉각 유로(41: 도 5 참조)를 형성할 수 있다.
상기 서브 냉각 자켓(40)은 판형 몸체의 하부면이 폐쇄되고 상부면이 개방된 플레이트 형태로 이루어지며, 그 상부면이 방열 분리판(60)의 하면에 밀착되면서 서브 냉각 유로(41)를 형성할 수 있다.
즉, 상기 서브 냉각 자켓(40)은 길이 방향을 따라 상부면에 대략 유(U)자 형의 홈 영역이 형성되어 있고, 그 상부면이 방열 분리판(60)의 하면에 밀착됨으로써 홈 영역과 방열 분리판(60)에 의해 형성된 내부 공간으로서의 서브 냉각 유로(41)를 형성할 수 있다.
여기서, 상기 서브 냉각 자켓(40)의 서브 냉각 유로(41)는 방열 분리판(60)을 통해 메인 냉각 자켓(20)의 메인 냉각 유로(21)와 상호 연결되게 구성될 수 있다.
이에, 상기 방열 분리판(60)에는 메인 냉각 유로(21)를 따라 유동하는 냉각 매체를 서브 냉각 유로(41)로 유입시키는 서브 유입구(61)가 형성되어 있다.
상기 서브 유입구(61)는 메인 냉각 유로(21)와 서브 냉각 유로(41)를 상호 연결하는 구멍으로 서브 냉각 자켓(40)의 홈 영역과 연결될 수 있다.
그리고, 상기 서브 냉각 자켓(40)에는 메인 냉각 유로(21)를 따라 유동하며 서브 유입구(61)를 통해 서브 냉각 유로(41)로 유입된 냉각 매체를 배출하기 위한 배출구(43)가 형성되어 있다.
이 경우, 상기 서브 유입구(61)는 서브 냉각 유로(41)의 시작단에 연결되고, 배출구(43)는 서브 냉각 자켓(40)의 일측에서 서브 냉각 유로(41)의 끝단에 연결된다.
구체적으로, 상기 서브 냉각 유로(41)는 도 7에서와 같이, 방열 분리판(60)의 서브 유입구(61)와 연결되는 제1 공간(45a)과, 배출구(43)와 연결되는 제2 공간(45b)과, 제1 및 제2 공간(45a, 45b)를 연결하는 다수 개의 유로 채널들(45c)로 이루어진다.
상기에서 유로 채널들(45c)은 서브 냉각 자켓(40) 상부면의 홈 영역에서 유(U)자 형태로 굴곡진 냉각 매체 유동 경로를 형성하는 바, 그 유동 경로의 시작단이 제1 공간(45a)과 연결되고, 유동 경로의 끝단이 제2 공간(45b)과 연결될 수 있다.
그리고, 상기 유로 채널들(45c)의 일정 구간 예컨대, 유동 경로의 시작단 및 끝단 쪽에는 파형 또는 지그재그 형태의 터뷸레이터(45d)가 형성되어 있다. 상기 터뷸레이터(45d)의 구조는 상기 구조에 한정되지 않으며 다양한 구조로 이루어질 수 있다.
상기 터뷸레이터(45d)는 유로 채널들(45c)을 따라 흐르는 냉각 매체의 흐름을 지연시키고 냉각 매체와 유로 채널들(45c)의 접촉 시간을 증대시키기 위한 것이다.
한편, 상기 서브 냉각 자켓(40)에 있어 서브 냉각 유로(41)의 반대 쪽 면에는 상대적으로 발열량이 작은 제2 발열 부품(2)이 장착되는데, 서브 냉각 자켓(40)의 하부면에 볼트와 같은 체결수단을 통해 체결될 수 있다.
여기서, 상기 제2 발열 부품(2)은 서브 냉각 유로(41)와 별개로 다수의 제2 방열 핀들(7)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 제2 발열 부품(2)은 열전달매체(71)를 매개로 서브 냉각 자켓(40: 도 2 참조)의 하부면에 장착될 수 있다.
이 때, 상기 열전달매체(71)는 제2 발열 부품(2)에서 발생하는 열을 서브 냉각 자켓(40)으로 용이하게 전달할 수 있는 열전달 패드 또는 써멀 그리스(thermal grease)로 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 제2 발열 부품(2)은 열전달매체(71)를 매개로 서브 냉각 자켓(40)의 하부면에 장착됨으로, 서브 냉각 자켓(40)은 서브 냉각 유로(41)를 따라 유동하는 냉각 매체로서 제2 발열 부품(2)을 간접적으로 냉각할 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치용 냉각 시스템(100)의 작용을 앞서 개시한 도면들을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
우선, 본 발명의 실시예에서는 냉각 모듈(10)의 방열 분리판(60)을 기준으로 상측에 위치하는 메인 냉각 자켓(20)에 발열량이 큰 제1 발열 부품(1)이 장착되어 있으며, 하측에 위치하는 서브 냉각 자켓(20)에 상대적으로 발열량이 작은 제2 발열 부품(2)이 장착되어 있다.
여기서, 상기 제1 발열 부품(1)은 제1 방열 핀들(5)이 메인 냉각 자켓(20)의 개방부(25)를 통해 메인 냉각 유로(21)로 배치되게 장착되어 있으며, 제2 발열 부품(2)은 열전달매체(71)를 매개로 서브 냉각 자켓(40)의 하부면에 장착되어 있다.
이와 같은 상태에서, 본 발명의 실시예에서는 전력 변환 장치의 작동 시, 제1 및 제2 발열 부품(1, 2)에서 서로 다른 방열량의 열이 발생하게 된다.
본 발명의 실시예에서는 상기와 같이 제1 및 제2 발열 부품(1, 2)에서 발생되는 열을 냉각시키기 위해, 메인 냉각 자켓(20)의 메인 유입구(23)를 통해 냉각 매체를 메인 냉각 유로(21)로 유입시킨다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 제1 발열 부품(1)이 메인 냉각 자켓(20)에 장착되며 이의 제1 방열 핀들(5)이 개방부(25)를 통해 메인 냉각 유로(21)에 배치되어 있기 때문에, 메인 냉각 유로(21)를 따라 흐르는 냉각 매체가 제1 방열 핀들(5)에 접촉되면서 제1 발열 부품(1)을 냉각 매체로서 직접적으로 냉각시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 메인 냉각 유로(21)를 따라 유동하는 냉각 매체는 방열 분리판(60)의 서브 유입구(61)를 통해 서브 냉각 자켓(40)의 서브 냉각 유로(41)로 유입될 수 있다.
이렇게 서브 냉각 유로(41)로 유입된 냉각 매체는 유로 채널들(45c)을 따라 유동하는데, 열전달매체(71)를 통해 제2 발열 부품(2)으로부터 서브 냉각 자켓(40)으로 전달된 열을 냉각시킨다.
즉, 상기 제2 발열 부품(2)이 열전달매체(71)를 매개로 서브 냉각 자켓(40)의 하부면에 장착되어 있기 때문에, 서브 냉각 자켓(40)은 서브 냉각 유로(41)를 따라 유동하는 냉각 매체로서 제2 발열 부품(2)을 간접적으로 냉각시킬 수 있게 된다.
여기서, 상기 서브 냉각 유로(41)는 유로 채널들(45c)의 일정 구간에 터뷸레이터(45d)를 형성하고 있으므로, 유로 채널들(45c)을 따라 흐르는 냉각 매체의 흐름을 지연시키고 냉각 매체와 유로 채널들(45c)의 접촉 시간을 증대시킬 수 있게 된다.
마지막으로, 상기 서브 냉각 유로(41)를 거친 냉각 매체는 서브 냉각 자켓(40)의 배출구(43)를 통해 외부로 배출된다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 발열량이 큰 제1 발열 부품(1)을 메인 냉각 자켓(20)을 통해 냉각 매체로서 직접적으로 냉각시킬 수 있고, 상대적으로 발열량이 작은 제2 발열 부품(2)을 서브 냉각 자켓(40)을 통해 냉각 매체로서 간접적으로 냉각시킬 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시예에서는 제1 및 제2 발열 부품들(1, 2)의 발열량 정도에 따라 적접 냉각 혹은 간접 냉각 방식을 적용하여 전력 변환 장치의 효율적인 방열 설계를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 발열량이 서로 다른 제1 및 제2 발열 부품들(1, 2)을 효율적으로 냉각함으로써 전력 변환 장치의 구동 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 발열량이 서로 다른 제1 및 제2 발열 부품들(1, 2)이 냉각 모듈(10)의 냉각 매체를 공유함으로써 효율적인 부품 배치를 도모하고, 전력 변환 장치의 사이즈를 축소시킬 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1... 제1 발열 부품 2... 제2 발열 부품
5... 제1 방열 핀 7... 제2 방열 핀
10... 냉각 모듈 20... 메인 냉각 자켓
21... 메인 냉각 유로 23... 메인 유입구
25... 개방부 40... 서브 냉각 자켓
41... 서브 냉각 유로 43... 배출구
45a... 제1 공간 45b... 제2 공간
45c... 유로 채널 45d... 터뷸레이터
60... 방열 분리판 61... 서브 유입구
71... 열전달매체

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  7. 양면에 서로 다른 각각의 발열 부품이 장착되는 냉각 모듈을 포함하며,
    상기 냉각 모듈은 방열 분리판을 사이에 두고 이의 양면에 각각 설치되는 메인 냉각 자켓과 서브 냉각 자켓을 포함하고,
    상기 메인 냉각 자켓과 서브 냉각 자켓은 상기 방열 분리판을 통해 냉각 매체의 유동이 이루어지며,
    상기 메인 냉각 자켓에는 발열량이 큰 발열 부품이 냉각 매체와 직접적으로 접촉되게 장착되고, 상기 서브 냉각 자켓에는 상대적으로 발열량이 작은 발열 부품이 냉각 매체와 별개로 설치되며,
    상기 메인 냉각 자켓에는, 상기 방열 분리판과의 사이에 냉각 매체가 흐르는 메인 냉각 유로가 형성되고, 상기 메인 냉각 유로로 냉각 매체를 유입시키는 메인 유입구가 형성되며, 상기 메인 냉각 유로와 연결되며 상기 발열량이 큰 발열 부품이 장착되는 적어도 하나의 개방부가 형성되는 전력 변환 장치용 냉각 시스템.
  8. 삭제
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 서브 냉각 자켓에는,
    상기 방열 분리판과의 사이에 상기 메인 냉각 유로와 연결되는 서브 냉각 유로가 형성되고,
    상기 서브 냉각 유로로부터 냉각 매체를 유출시키는 배출구가 형성되며,
    상기 서브 냉각 유로의 반대쪽 면에 상기 발열량이 작은 발열 부품이 장착되는 전력 변환 장치용 냉각 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 방열 분리판에는,
    상기 메인 냉각 유로와 서브 냉각 유로를 연결하는 서브 유입구가 형성되는 전력 변환 장치용 냉각 시스템.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 발열량이 큰 발열 부품에는 상기 개방부를 통해 상기 메인 냉각 유로로 배치되는 다수의 제1 방열 핀들이 구비되는 전력 변환 장치용 냉각 시스템.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 발열량이 작은 발열 부품에는 상기 서브 냉각 유로와 별개로 다수 개의 제2 방열 핀들이 형성되는 전력 변환 장치용 냉각 시스템.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 발열량이 작은 발열 부품과 상기 서브 냉각 자켓 사이에는 열전달매체가 개재되는 전력 변환 장치용 냉각 시스템.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 열전달매체는 열전달패드 혹은 써멀 그리스를 포함하는 전력 변환 장치용 냉각 시스템.
  15. 제9 항에 있어서,
    상기 서브 냉각 유로는,
    상기 서브 유입구와 연결되는 제1 공간과, 상기 배출구와 연결되는 제2 공간과, 상기 제1 공간과 제2 공간을 연결하는 다수 개의 유로 채널들을 포함하는 전력 변환 장치용 냉각 시스템.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 유로 채널들의 일정 구간에는 파형의 터뷸레이터가 설치되는 전력 변환 장치용 냉각 시스템.
  17. 양면에 서로 다른 각각의 발열 부품이 장착되는 냉각 모듈을 포함하며,
    상기 냉각 모듈은 방열 분리판을 사이에 두고 이의 양면에 각각 설치되는 메인 냉각 자켓과 서브 냉각 자켓을 포함하고,
    상기 메인 냉각 자켓에는 상기 방열 분리판과의 사이에 냉각 매체의 흐름을 가능케 하는 메인 냉각 유로가 형성되고, 상기 메인 냉각 유로와 연결되는 적어도 하나의 개방부가 구비되며, 상기 개방부에 발열량이 큰 발열 부품이 장착되고,
    상기 서브 냉각 자켓에는 상기 방열 분리판과의 사이에 상기 메인 냉각 유로와 상호 연결되는 서브 냉각 유로가 구비되며, 상기 서브 냉각 유로의 반대쪽 면에 상대적으로 발열량이 작은 발열 부품이 열전달매체를 매개로 장착되는 전력 변환 장치용 냉각 시스템.
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