KR102387580B1 - 전기소자 냉각용 열교환기 - Google Patents

전기소자 냉각용 열교환기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기소자 냉각용 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 튜브 타입 냉각유로부의 다단 결합이 가능하고, 다단 결합 시 전기소자와 냉각유로부의 조립이 용이하며, 전기소자에서 발생하는 열의 확산 및 냉각 효율이 향상된 전기소자 냉각용 열교환기에 관한 것이다.

Description

전기소자 냉각용 열교환기{heat exchanger for cooling electric element}
본 발명은 전기소자 냉각용 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 튜브 타입 냉각유로부의 다단 결합이 가능하고, 다단 결합 시 전기소자와 냉각유로부의 조립이 용이하며, 전기소자에서 발생하는 열의 확산 및 냉각 효율이 향상된 전기소자 냉각용 열교환기에 관한 것이다.
최근 환경 문제 대책의 일환으로서, 모터의 구동력을 이용하는 하이브리드 차량, 연료전지 차량, 전기 차량 등의 발전이 더욱 더 주목받고 있다.
이를 통한 차량의 전장화와, EV/HEV/PHEV 등 친환경 차량이 늘어나면서, 차량에 적용되는 전자 부품의 수가 증가되었다.
이러한 전자 부품의 구동을 위한 파워 모듈(Power module)은 IGBT 소자 및 다이오드로 구성되는데, 고집적화 및 초소형화 됨에 따라 발열이 심화되어 반드시 성능 향상을 위해 냉각수단이 함께 장착되어야 한다.
파워 모듈의 IGBT는 EV/HEV/PHEV등 친환경 차량의 구동 모터를 스위칭 제어를 하는 소자이며, 친환경 차량의 발전에 따라 냉각 요구 성능 또한 높아지고 있다.
이와 관련된 기술로, 일본공개특허공보 제2001-245478호(공개일 2001.09.07, 명칭 : 인버터의 냉각 장치)에는 IGBT 등의 반도체 소자와 다이오드를 내장한 반도체 모듈이 사용되는 인버터가 개시된 바 있으며, 일본공개특허 제2008-294283호(공개일 2008.12.04, 명칭 : 반도체 장치)에는 반도체 소자의 하측 면에 접하도록 설치되며, 내부에 유체가 흐르면서 열 교환 하도록 형성되는 히트싱크가 개시된 바 있다.
한편, IGBT 등의 반도체 소자와 다이오드를 내장한 반도체 모듈이 사용되는 인버터는 IGBT 또는 다이오드가 위치한 영역에서 열이 국부적으로 집중되어 있으며, 그 중에서도 특히 IGBT에서 발생되는 발열량이 특히 큰 편이다.
또한, 주행용 모터를 사용하는 차량의 연비 향상을 위해서는 배터리 전압이 증가하고, 인버터의 스위칭 속도가 증가함에 따라 파워 소자의 열밀도가 증가하게 된다.
하지만, 현재의 단상 유체를 이용한 냉각 방식은 높은 열밀도를 갖는 제품의 열확산 측면에서 불리한 면이 있어 소자의 열을 효과적으로 제거하지 못하는 단점이 있다.
일예로, 도 3은 길이방향으로 연장되며, 내부에 냉각유체가 유동되는 튜브 형태의 냉각수단에 도 2에 도시된 바와 같은 인버터가 면접촉하도록 다수개 장착된 경우, 열밀도를 나타낸 것이다. 도 3에 도시된 전기소자 냉각수단은 냉각유체가 유동되는 과정에서 인버터와의 열교환이 이루어져, 유동방향으로 갈수록 냉각유체의 온도가 높아지기 때문에, 발열 포인트인 IGBT가 위치한 지점에서의 열밀도가 유동방향으로 갈수록 점점 증가함을 확인할 수 있다.
따라서 도 3과 같이 단상 유체를 이용한 냉각수단은 발열 포인트에 대한 열확산이 원활하게 이루어지지 않아 전기소자의 냉각효율이 저하될 수 있다.
일본공개특허공보 제2001-245478호(공개일 2001.09.07, 명칭 : 인버터의 냉각 장치)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 튜브 타입 냉각유로부의 다단 결합이 가능하고, 다단 결합 시 전기소자와 냉각유로부의 조립이 용이하며, 전기소자에서 발생하는 열의 확산 및 냉각 효율이 향상된 전기소자 냉각용 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전기소자 냉각용 열교환기는 튜브 형태로 내부에 냉각유체가 유동되도록 수평 방향으로 연장 형성되며, 수직 방향으로 다단 적층되는 냉각유로부(100); 상기 냉각유로부(100) 사이에 개재되는 적어도 하나 이상의 전기소자(2); 및 상기 전기소자(2)의 상측면과 상기 냉각유로부(100) 사이에 면접촉되도록 적층되어 상기 전기소자(2)의 열을 확산시키는 열확산부(130);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열확산부(130)는 히트파이프로서, 내부에 공간이 형성된 평판형의 진공 챔버로, 내부에 주입된 작동유체가 하측면에서 면접촉된 전기소자(2)의 발열원으로부터 흡수한 열에 의해 상변화하여 순환하는 과정을 통해, 열의 확산 및 냉각이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열확산부(130)는 상기 전기소자(2)의 발열원이 위치한 지점에 작동유체를 가열하는 증발부가 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열확산부(130)는 상기 냉각유로부(100)에 대응되는 크기로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열확산부(130)는 상기 전기소자(2)와 대응되는 크기로 형성되며, 상기 전기소자(2)의 수와 동일하게 대응되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열확산부(130)는 진동형 히트파이프(Oscillating Heat Pipe, OHP 또는 Pulsating Heat Pipe, PHP)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 상기 전기소자(2)의 하측면과 상기 냉각유로부(100) 사이에 상기 열확산부(130)가 더 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 최하측에 배치되는 상기 냉각유로부(100) 하측면에 상기 열확산부(130)가 더 배치되며, 상기 열확산부(130)의 하측면에 추가 냉각이 필요한 부품(500)이 면접촉하여 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열확산부(130)는 상기 냉각유로부(100)의 높이보다 낮게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열확산부(130)는 상기 냉각유로부(100)와 일체로 브레이징 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 상기 냉각유로부(100)의 길이방향으로 양단 일정 영역에 결합되어, 상기 냉각유로부(100)와 연통되는 냉각유체 유동 공간 형성하는 연결플레이트(200); 최상측 또는 최하측에 위치한 연결플레이트(200) 중 어느 하나에 연결되어 냉각유체가 유입되는 유입부(410), 및 나머지 연결플레이트(200) 중 어느 하나에 연결되어 냉각유체가 배출되는 유출부(420); 상기 유입부(410) 및 유출부(420)와 연통되며, 다수개 적층되는 상기 연결플레이트(200) 사이에 연결되어 적층 방향으로 연결 유로를 형성하는 연결블록(300); 을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각유로부(100)는 길이 방향 양측 단부가 개방된 튜브 타입인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결플레이트(200)는 상기 냉각유로부(100) 양단의 상측면에 일정 영역이 겹쳐지게 결합되는 상부플레이트(210); 상기 냉각유로부(100) 양단의 하측면에 일정 영역이 겹쳐지게 결합되는 하부플레이트(220); 및 상기 유입부(410), 유출부(420) 및 연결블록(300) 중 어느 하나와 연결된 측면에 위치한 상부플레이트(210) 또는 하부플레이트(220)의 일정 영역이 관통 형성된 상부플레이트관통홀(211) 및 하부플레이트관통홀(221);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결블록(300)은 상기 하부플레이트(220)의 하측면에 접하며, 상기 하부플레이트관통홀(221)과 연통되는 연통홀(330)이 형성된 상부연결블록(310); 상기 상부플레이트(210)의 상측면에 접하며 상기 상부연결블록(310)과 결합되고, 상기 상부플레이트관통홀(211)과 연통되는 연통홀(330)이 형성된 하부연결블록(320); 및 상기 상부연결블록(310) 및 하부연결블록(320)이 결합되는 영역에 장착되어 냉각유체 누설을 방지하는 실링부재(340);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 상기 연결플레이트(220)가, 어느 한 영역이 절곡되어 'U'자 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 상기 냉각유로부(100)가 2열로 배치되며, 최상측 또는 최하측에 위치한 2열의 냉각유로부(100) 사이에 상기 연결플레이트(200)가 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기소자 냉각용 열교환기는 튜브 타입 냉각유로부의 다단 결합이 가능하고, 다단 결합 시 전기소자와 냉각유로부의 조립이 용이하며, 전기소자 및 냉각유로부의 밀착 결합으로 전기소자의 양면 냉각이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기소자 냉각용 열교환기는 냉각유로부와 전기소자 사이에 히트파이프가 더 구비됨으로써, 전기소자 내에 국부적으로 집중되어 있는 열의 확산을 돕고, 내부에 주입된 작동 유체의 상변화를 통해 열방출이 효과적으로 이루어질 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기소자 냉각용 열교환기는 히트파이프를 포함하고, 히트파이프는 내부에 상변화 가능한 작동유체로 인해, 국부적으로 발생한 열을 보일링(boiling)과 컨덴싱(condensing) 과정을 통하여, 높은 열전달 성능을 확보하고, 열을 효과적으로 분산시키는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기소자 냉각용 열교환기는 히트파이프를 진동형 히트파이프로 형성함으로써, 움직임이 다양한 자동차에 적합한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기소자 냉각용 열교환기는 냉각유체의 유로를 구성하는 냉각유로부 및 전기소자를 다단으로 적층 시, 연결플레이트 및 연결블록을 통해 기계적으로 조립함으로써, 전기소자의 삽입이 용이할 뿐만 아니라, 냉각유로부 및 전기소자의 사이의 압착력을 높여 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 전기소자 냉각장치의 일예를 나타낸 측면도.
도 2는 인버터의 개략적인 블록 배치도 및, 각 블록 별 발열량을 나타낸 도면,
도 3은 인버터를 냉각시키는 튜브 형태의 냉각수단의 열밀도를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기소자 냉각용 열교환기를 나타낸 사시도.
도 5는 히트파이프의 개념도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기소자 냉각용 열교환기를 나타낸 측면도.
도 8 내지 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기소자 냉각용 열교환기의 개략적인 구성을 나타낸 도면.
도 11은 진동형 히트파이프를 나타낸 도면.
도 12는 진동형 히트파이프의 동작을 나타낸 개념도.
도 13은 도 4에서 연결 플레이트가 결합된 영역을 확대한 단면도.
도 14 및 도 15는 본 발명의 또 다른 실시 예에 다른 전기소자 냉각용 열교환기를 나타낸 평면도 및 정면도.
이하, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기소자 냉각용 열교환기를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 크게 전기소자(2), 냉각유로부(100) 및 열확산부(130)를 포함하여 형성된다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 연결플레이트(200), 유입부(410), 유출부(420) 및 연결블록(300)을 포함하여 형성된다.
냉각유로부(100)는 내부에 냉각유체가 유동되며, 적어도 2개 이상 다단으로 적층된다.
냉각유로부(100)는 길이 방향으로 양측 단부가 개방된 튜브 타입으로서, 압출공정으로 제조될 수 있다.
또한, 냉각유로부(100)는 필요에 따라 냉각 효율이 더 향상될 수 있도록 내부에 이너핀이 구비될 수 있다.
아울러, 냉각유로부(100)는 압출공정 시, 냉각유로부(100)의 폭 방향으로 공간을 분리하는 격벽에 내부에 길이 방향으로 연장되어 형성될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 냉각유로부(100) 사이에 적어도 하나 이상의 전기소자(2)가 면접촉되도록 삽입됨으로써, 전기소자(2) 및 냉각유로부(100)의 열 교환을 통해 전기소자(2)의 양면 냉각이 이루어지게 된다.
특히, 본 발명에서는 전기소자(2)의 상측면과 냉각유로부(100) 사이에 면접촉되도록 히트파이프(130)(heat pipe)로 이루어지는 열확산부(130)가 적층 개재됨으로써, 국부적으로 발열 밀도가 높은 전기소자(2)의 발열원으로부터 골고루 열이 확산될 수 있도록 한다.
도 5를 참조하면, 히트파이프는 이미 널리 알려진 기술로, 히트스프레더(heat spreader)라고 부르기도 하며, 일반적으로 히트파이프는 내부에 작동유체를 주입한 후, 진공 배기한 것으로서, 증발부에서 작동유체를 가열(boiling)함으로써, 작동 유체의 상변화 및 순환이 이루어지는 과정을 통해, 열을 확산 및 방출하게 된다.
다른 실시예로서의 히트파이프는 내부에 공간이 형성된 평판형의 진공챔버로, 내부에 주입된 작동유체가, 하측 면에서 면접촉된 전기소자(2)의 발열원으로부터 흡수한 열에 의해 상변화 하여 순환하는 과정을 통해, 열의 확산 및 냉각이 이루어지도록 하는 역할을 한다.
이때, 히트파이프는 전기소자(2)의 발열원이 위치한 지점에 작동유체를 가열하는 증발부가 배치되도록 함으로써, 국부적으로 발생한 열을 보일링(boiling)과 컨덴싱(condensing) 하는 과정이 보다 신속하고 효율적으로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
도 6 및 도 7은 상기 히트파이프로 이루어지는 열확산부(130)의 다양한 실시예가 적용된 전기소자 냉각용 열교환기(1)를 나타낸 것으로, 도 6에 도시된 열확산부(130)는 전기소자(2)와 대응되는 크기로 형성되며, 전기소자(2)의 수와 동일하게 대응되는 위치에 배치된다.
즉, 도 6을 기준으로, 열확산부(130)는 전기소자(2)와 동일하게 각 층마다 3개씩 배치되며, 그 크기는 면접촉하는 전기소자(2)와 동일하거나, 약간 크게 형성되는 것이 바람직하다.
도 7에 도시된 열확산부(130)를 이루는 히트파이프는 냉각유로부(100)에 대응되는 크기로 형성된 것으로, 히트파이프의 증발부는 전기소자(2)의 개수에 대응되는 개수만큼 형성되는 것이 바람직하며, 전기소자(2)의 발열원에 대응되는 위치에 배치되는 것이 좋다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 전기소자(2)의 하측면과 냉각유로부(100) 사이에 열확산부(130)가 더 배치될 수 있다.
도 5를 참고로 앞서 설명한 바와 같이, 히트파이프는 국부적으로 발생한 열을 증발부에서 보일링하고, 컨덴싱하는 과정을 통해 열의 확산과 냉각이 이루어지는데, 이때 작동유체는 중력방향으로 하측에 위치한 증발부에서 보일링 된 다음, 상측으로 순환하게 된다.
따라서 도 8과 같이, 히트파이프는 열을 확산 및 방출하고자 하는 대상인 전기소자(2)의 상측면에 배치되는 것이 가장 바람직하나, 도 9와 같이 전기소자(2)의 하측면에 배치되더라도 어느 정도 열의 확산 및 방출 효과가 있으므로, 전기소자(2)의 상측면에 하나만 있을 때보다, 전체적인 냉각효율을 향상시킬 수 있다.
아울러, 도 10과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 다단으로 적층되는 냉각유로부(100) 중, 최하측에 배치되는 냉각유로부(100) 하측면에 히트파이프로 이루어지는 열확산부(130)가 더 배치되어 커패시터와 같이, 추가 냉각이 필요한 주변부품(500)의 냉각에 사용될 수 있다.
이때, 열확산부(130)는 전기소자 냉각용 열교환기(1)의 전체 두께가 증가하는 것을 최소화하기 위해, 냉각유로부(100)의 높이보다 낮게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 열확산부(130)의 히트파이프는 냉각유로부(100)와 일체로 브레이징 접합되어, 냉각유로부(100)와 전체 열저항을 최소로 하고, 전기소자 냉각용 열교환기(1)의 조립 공수를 줄일 수 있다.
아울러, 도 11 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 열확산부(130)는 진동형 히트파이프(Oscillating Heat Pipe, OHP 또는 Pulsating Heat Pipe, PHP)로 이루어질 수 있다.
진동형 히트파이프는 내부에 작동유체가 충전되고, 작동유체가 순환될 수 있도록 루프 형상을 가지는 다수의 밀폐관으로 이루어진다.
진동형 히트파이프는 밀폐관 내부를 진공 상태로 만든 후, 임의의 비율로 작동유체 및 증기의 기포를 불규칙적인 루프 내 순환 또는 축 방향 진동에 의해 가열부에서 합쳐진 후, 기액 슬러그의 형태로 된다.
슬러그(slug)는 압력파를 발생시킴과 함께 축 방향 진동을 동반하는 유동으로 되어 순환되며, 증기의 기포(bubble)가 대류 열전달과 함께 잠열수송을 행함으로써, 전체적인 열을 확산시킬 수 있다.
이와 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0000470호에 진동형 히트파이프를 이용한 냉난방 유니트가 개시되었다.
진동형 히트파이프는 증기의 기포 생성과 소멸 및 이동을 통해 높은 열전달 성능을 가질 뿐만 아니라, 일반적인 히트파이프와는 달리, 중력에 대한 영향이 거의 없는 장점이 있다.
또한, 일반적인 히트파이프와는 달리, 가열 및 냉각에 대한 위치의 한정 영향이 없으므로, 다양한 위치가 변경되거나 움직이는 자동차용으로 적합한 장점이 있다.
즉, 열확산부(130)는 진동형 히트파이프로 이루어질 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 전기소자(2) 상측면과 냉각유로부(100) 하측면에 구비될 수 있음은 물론이며, 도 9 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 전기소자(2)의 하측면 또는 냉각유로부(100)와 주변부품(500) 사이에 개재되더라도, 방향의 영향이 없으므로 일반적인 히트파이프에 비해 전체적인 냉각효율을 더욱 더 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
아울러, 진동형 히트파이프로 형성되는 열확산부(130)는 작동유체를 충진하기 위한 작동유체충진부를 별도로 구비하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기소자 냉각용 열교환기(1)의 연결플레이트(200), 유입부(410), 유출부(420) 및 연결블록(300)의 구성에 대해 좀 더 상세하게 살펴보기로 한다.
도 6, 도 7을 참조하면, 연결플레이트(200)는 냉각유로부(100)의 길이 방향으로 양단 일정 영역에 결합되어 냉각유로부(100)와 연통되는 냉각유체 유동 공간을 형성한다.
연결플레이트(200)는 상부플레이트(210) 및 하부플레이트(220)로 이루어질 수 있는 데, 상부플레이트(210)는 냉각유로부(100) 양단의 상측면에 일정 영역이 겹쳐지게 결하되고, 하부플레이트(220)는 냉각유로부(100) 양단의 하측면에 일정 영역이 겹쳐지게 결합된다.
상부플레이트(210) 및 하부플레이트(220)는 각각 가장자리에 편평하게 외측으로 돌출된 결합부가 형성되어, 냉각유로부(100)의 양단에 조립된 상태에서 브레이징을 통해 결합될 수 있다.
이때, 상부플레이트(210) 및 하부플레이트(220)는 일체로 형성되어 냉각유로부(100) 양단에 끼워진 다음, 브레이징을 통해 결합될 수도 있다.
유입부(410)는 최상측 또는 최하측에 위치한 연결플레이트(200) 중 어느 하나에 연결되어 냉각유체가 유입되도록 형성되고, 유출부(420)는 최상측 또는 최하측에 위치하고, 유입부(410)가 연결되지 않은 연결플레이트(200) 중 하나에 연결되어 냉각유체가 배출되도록 형성된다.
유입부(410) 및 유출부(420)에는 파이프 형태의 입구파이프 및 출구파이프가 더 결합될 수도 있고, 이 외에도 다른 형태의 유출입 통로가 연결될 수도 있다.
연결블록(300)은 유입부(410) 및 유출부(420)와 연통되며, 다수 적층되는 연결플레이트(200) 사이에 연결되어, 적층 방향으로 냉각유체가 유동되는 연결유로를 형성하게 된다.
상술한 바와 같이, 적층 방향, 즉 이웃한 냉각유로부(100)간에 냉각유체가 유동되도록 하기 위한 연결유로를 위해, 연결플레이트(200) 및 연결블록(300)은 서로 연통되도록 형성된다.
더욱 상세하게, 상부플레이트(210)에는 이웃한 냉각유로부(100)로 냉각유체가 유동되도록 하기 위한 통로인 상부플레이트관통홀(211)이 형성되고, 하부 플레이트(220)에는 하부플레이트관통홀(221)이 형성된다.
또한, 연결블록(300)은 상부연결블록(310) 및 하부연결 블록(320)으로 이루어지는데, 상부연결블록(310)은 하부플레이트(220)의 하측 면에 접하며, 하부플레이트관통홀(221)과 연통되는 연통홀(330)을 포함하고, 하부연결블록(320)은 상부플레이트(210)의 상측면에 접하면서 상부연결블록(310)과 결합되고, 상부플레이트관통홀(211)과 연통되는 연통홀(330)을 포함한다.
이때, 도 13에 도시된 바와 같이, 연결블록(300)은 상부연결블록(310) 및 하부연결블록(320)이 결합되는 영역에 장착되어 냉각유체 누설을 방지하는 실링부재(340)를 더 포함할 수 있는데, 이는 고무 가스켓일 수도 있고, 액상 가스켓과 같이 경화되는 부재일 수 도 있다.
연결블록(300)은 전기소자(2)의 높이와 동일하게 형성됨으로써, 전기소자(2)의 양측 면과 냉각유로부(100)가 서로 면접촉될 수 있도록 한다.
정리하자면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 유입부(410)로 유입된 냉각유체가 연결플레이트(200)를 지나 냉각유로부(100)에 유동되되, 적층 방향으로 이웃한 냉각유로부(100)로의 이동을 위해, 상부플레이트관통홀(211) 또는 하부플레이트관통홀(221)과 연결된 연결블록(300)의 연통홀(330)을 통과한 후, 이웃한 냉각유로부(100)의 일측 또는 타측 단부에 연결된 상부플레이트관통홀(211) 또는 하부플레이트관통홀(221)을 지나, 이웃한 냉각유로부(100)로 이동하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 연결블록(300) 및 연결플레이트(200)의 결합을 통해, 다단으로 냉각유로부(100)를 적층하고, 냉각유로부(100)의 사이에 전기소자(2)가 배치되도록 한다.
이에 따라, 본 발명은 냉각유체의 유로를 구성하는 냉각유로부(100) 및 전기소자(2)를 다단으로 적층 시, 연결플레이트(200) 및 연결블록(300)을 통해 기계적으로 조립함으로써, 전기소자(2)의 삽입이 용이할 뿐만 아니라, 냉각유로부(100) 및 전기소자(2) 사이의 압착력을 높여 냉각 성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
또 다른 실시 예로, 연결플레이트(200)는 일부 영역이 절곡된 형태로 형성될 수 있다.
좀 더 구체적으로, 연결플레이트(200)는 도 14에 도시된 바와 같이 어느 한 영역이 절곡되어 'U'자 형태로 형성될 수도 있고, 두 영역이 절곡되어 'N'자 형태로 형성될 수도 있으며, 이 외에도 절곡 횟수 및 형태를 얼마든지 다양하게 변경실시가 가능하다.
도 14에 도시된 것처럼, 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 연결플레이트(200)의 어느 한 영역만 절곡될 경우, 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 냉각유로부(100)가 2열로 배치되되, 최상측 또는 최하측에 위치한 2열의 냉각유로부(100) 사이에 상기 연결 플레이트(200)가 연결될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기소자 냉각용 열교환기(1)는 유입부(410), 유출부(420) 및 연결블록(300)의 위치를 다양하게 변경시켜 냉각유체의 유로를 다양하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 냉각유로부(100)의 열수도 변경실시가 가능하다.
또한, 본 발명은 냉각이 필요한 전기소자(2) 개수가 많아지면 적층되는 냉각유로부(100)의 단수를 증가시키면 되므로, 다수의 전기소자(2) 냉각에 용이하며, 적용 범위를 확장시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1: 전기소자 냉각용 열교환기 2: 전기소자
100: 냉각유로부
110: 제1열 120: 제2열
130: 열확산부 131: 증발부
200: 연결플레이트
210: 상부플레이트 211: 상부플레이트관통홀
220: 하부플레이트 221: 하부플레이트관통홀
230: 브릿지
300: 연결블록
310: 상부연결블록 320: 하부연결블록
330: 연통홀 340: 실링부재
410: 유입부 420: 유출부

Claims (16)

  1. 튜브 형태로 내부에 냉각유체가 유동되도록 수평 방향으로 연장 형성되며, 수직 방향으로 다단 적층되는 냉각유로부(100);
    상기 냉각유로부(100) 사이에 개재되는 적어도 하나 이상의 전기소자(2);
    상기 전기소자(2)의 상측면과 상기 냉각유로부(100) 사이에 면접촉되도록 적층되어 상기 전기소자(2)의 열을 확산시키는 열확산부(130);
    상기 냉각유로부(100)의 길이방향으로 양단 일정 영역에 결합되어, 상기 냉각유로부(100)와 연통되는 냉각유체 유동 공간 형성하는 연결플레이트(200);
    최상측 또는 최하측에 위치한 연결플레이트(200) 중 어느 하나에 연결되어 냉각유체가 유입되는 유입부(410), 및 나머지 연결플레이트(200) 중 어느 하나에 연결되어 냉각유체가 배출되는 유출부(420); 및
    상기 유입부(410) 및 유출부(420)와 연통되며, 다수개 적층되는 상기 연결플레이트(200) 사이에 연결되어 적층 방향으로 연결 유로를 형성하는 연결블록(300) 을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열확산부(130)는 히트파이프로서,
    내부에 공간이 형성된 평판형의 진공 챔버로,
    내부에 주입된 작동유체가 하측면에서 면접촉된 전기소자(2)의 발열원으로부터 흡수한 열에 의해 상변화하여 순환하는 과정을 통해, 열의 확산 및 냉각이 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 열확산부(130)는
    상기 전기소자(2)의 발열원이 위치한 지점에 작동유체를 가열하는 증발부가 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 열확산부(130)는
    상기 냉각유로부(100)에 대응되는 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 열확산부(130)는
    상기 전기소자(2)와 대응되는 크기로 형성되며, 상기 전기소자(2)의 수와 동일하게 대응되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  6. 튜브 형태로 내부에 냉각유체가 유동되도록 수평 방향으로 연장 형성되며, 수직 방향으로 다단 적층되는 냉각유로부(100);
    상기 냉각유로부(100) 사이에 개재되는 적어도 하나 이상의 전기소자(2);
    상기 전기소자(2)의 상측면과 상기 냉각유로부(100) 사이에 면접촉되도록 적층되어 상기 전기소자(2)의 열을 확산시키는 열확산부(130)를 포함하고,
    상기 열확산부(130)는,
    진동형 히트파이프(Oscillating Heat Pipe, OHP 또는 Pulsating Heat Pipe, PHP)로 이루어지며,
    상기 열확산부(130)는,
    내부에 작동유체가 충전되고, 상기 작동유체가 순환될 수 있도록 루프 형상을 갖는 다수의 밀폐관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  7. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는
    상기 전기소자(2)의 하측면과 상기 냉각유로부(100) 사이에 상기 열확산부(130)가 더 배치되는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  8. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는
    최하측에 배치되는 상기 냉각유로부(100) 하측면에 상기 열확산부(130)가 더 배치되며, 상기 열확산부(130)의 하측면에 추가 냉각이 필요한 부품(500)이 면접촉하여 배치되는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  9. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 열확산부(130)는
    상기 냉각유로부(100)의 높이보다 낮게 형성되는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  10. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 열확산부(130)는
    상기 냉각유로부(100)와 일체로 브레이징 결합되는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  11. 삭제
  12. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 냉각유로부(100)는
    길이 방향 양측 단부가 개방된 튜브 타입인 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 연결플레이트(200)는
    상기 냉각유로부(100) 양단의 상측면에 일정 영역이 겹쳐지게 결합되는 상부플레이트(210);
    상기 냉각유로부(100) 양단의 하측면에 일정 영역이 겹쳐지게 결합되는 하부플레이트(220); 및
    상기 유입부(410), 유출부(420) 및 연결블록(300) 중 어느 하나와 연결된 측면에 위치한 상부플레이트(210) 또는 하부플레이트(220)의 일정 영역이 관통 형성된 상부플레이트관통홀(211) 및 하부플레이트관통홀(221);을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 연결블록(300)은
    상기 하부플레이트(220)의 하측면에 접하며, 상기 하부플레이트관통홀(221)과 연통되는 연통홀(330)이 형성된 상부연결블록(310);
    상기 상부플레이트(210)의 상측면에 접하며 상기 상부연결블록(310)과 결합되고, 상기 상부플레이트관통홀(211)과 연통되는 연통홀(330)이 형성된 하부연결블록(320); 및
    상기 상부연결블록(310) 및 하부연결블록(320)이 결합되는 영역에 장착되어 냉각유체 누설을 방지하는 실링부재(340);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  15. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는
    상기 연결플레이트(200)가, 어느 한 영역이 절곡되어 'U'자 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 전기소자 냉각용 열교환기(1)는
    상기 냉각유로부(100)가 2열로 배치되며,
    최상측 또는 최하측에 위치한 2열의 냉각유로부(100) 사이에 상기 연결플레이트(200)가 연결되는 것을 특징으로 하는 전기소자 냉각용 열교환기.
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