KR102446420B1

KR102446420B1 - 공냉 및 수냉 결합식 온라인 ups 시스템

Info

Publication number: KR102446420B1
Application number: KR1020197025887A
Authority: KR
Inventors: 훈트게버쓰 요아힘; 벤케 토마스; 위핑 노르베르트
Original assignee: 필러 그룹 게엠베하
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2022-09-22
Also published as: DK3590315T3; SG11201906983XA; AU2018226937A1; EP3590315B8; KR20190122697A; ES2883574T3; EP3590315A1; US20190379269A1; US11289992B2; WO2018158115A1; EP3367768A1; EP3590315B1

Abstract

본 발명에 있어서 UPS 시스템(1)의 다음 구성 요소들이 기계 캐비닛(16) 내에 배치된다: DC 전압 링크 회로(9)에 출력측이 연결된 AC/DC 컨버터(7)와; 전원 출력단(33) 및 필터 인덕터(34)를 갖고 DC 전압 링크 회로(9)에 입력측이 연결된 DC/AC 컨버터(8)와; DC 전압 링크 회로(9)에 전기적으로 연결되고 회전자에 플라이휠이 연결된 모터/발전기(10)와; 바이패스 스위치(12)가 배치된, DC/AC 컨버터(8) 및 AC/DC 컨버터(7)와의 직렬 연결을 위한 바이패스(11)와; 상기 AC/DC 컨버터(7), DC/AC 컨버터(8) 및 바이패스 스위치(12)에 대한 제어기(14)와; 공기 필터(26)를 통해 주위(25)로부터 공기를 흡입하고 상기 기계 캐비닛(16) 내의 공기를 열 교환기(27)를 통해 송풍하고 공기를 다시 배출하는 팬(24). 상기 열 교환기(27)는 냉각수 펌프(37)와, 출력단(33)용 히트 싱크(38)와, 모터/발전기(10)의 고정자(40)를 통해 연장된 고정자 채널(48)을 포함한 냉각수 채널(46)과 함께 냉각수 회로(35)에 배치된다.

Description

공냉 및 수냉 결합식 온라인 UPS 시스템

본 발명은 다음 구성요소가 기계 캐비닛에 배치된 UPS 시스템에 관한 것이다: (i) 제1의 전력 출력단을 갖는 DC 전압 링크 회로에 출력측이 연결된 AC/DC 컨버터와; (ii) 제2의 전력 출력단을 갖는 DC 전압 링크 회로에 입력측이 연결된 DC/AC 컨버터와; (iii) 제3의 전력 출력단을 갖는 DC 전압 링크 회로에 입력측이 연결된 양방향 DC/AC 컨버터와; (iv) 회전자에 플라이휠이 기계적으로 결합되고 양방향 DC/AC 변환기에 AC 측이 연결된 모터/발전기와; (v) 바이패스 스위치가 배치되고, 상기 AC/DC 컨버터와 DC/AC 컨버터의 직렬 연결에 대한 바이패스와; (vi) 상기 AC/DC 컨버터, DC/AC 컨버터, 모터/발전기 및 바이패스 스위치에 대한 제어기와; (vii) 상기 기계 캐비닛 내의 공기 필터에 의해 상기 기계 캐비닛의 주위로부터 공기를 흡입하고, 상기 기계 캐비닛 내의 공기를 열교환기를 통해 송풍하고, 상기 공기를 다시 상기 기계 캐비닛으로부터 송풍하는, 팬.

상기 AC/DC 컨버터와 DC/AC 컨버터의 직렬 연결로 인해, 이 UPS 시스템은 소위 온라인 UPS로서, 상기 DC/AC 컨버터의 출력측에 연결된 부하가 이러한 직렬 연결을 통해 메인 AC 전원으로부터 공급받을 수 있다. 이 경우, 상기 AC/DC 컨버터와 DC/AC 컨버터의 직렬 연결을 통해 상기 부하에 제공되는 AC 전류의 품질을 메인 AC 전원에 대해 향상시킬 수 있다. 그러나, AC 전력 출력의 품질이 이미 충분한 경우, 부하는 상기 AC/DC 컨버터 및 DC/AC 컨버터를 바이패스하여 상기 메인 AC 전원으로부터 직접 공급받을 수 있다. 상기 메인 AC 전원이 부분적으로 또는 완전히 고장난 경우, 부하는 플라이휠로부터 상기 모터/발전기, 양방향 DC/AC 컨버터 및 DC/AC 컨버터를 통해 공급받을 수 있다. 이를 위해 상기 플라이휠은 운동 에너지를 저장하도록 상기 AC/DC 컨버터, 양방향 DC/AC 컨버터 및 모터/발전기를 통해 미리 회전된다.

특히, 상기 UPS 시스템은 소형이면서 크기에 비해 높은 전력밀도를 가지며 상기 기계 캐비닛 UPS 시스템에 배치된다. 이러한 높은 전력 밀도로 인해 상기 UPS 시스템의 열 균형은 특별한 주의가 필요하다.

EP 1 226 643 B1호는 하우징과, 수요자에게 단기 예비 에너지를 제공하고 상기 하우징 내에 배치되는 플라이휠 에너지 저장장치와, 전원들(즉, 상기 하우징 내에 또한 배치되는 플라이휠 유닛, 주전원 전압공급장치 및 장기 비상 전력원) 중의 하나로부터 부하에 연속적으로 전력을 공급하는 UPS 전자유닛을 갖는 UPS 시스템을 개시한다. 상기 플라이휠 유닛 및 UPS 전자 유닛을 냉각하기위한 냉각 시스템은 냉각 공기를 상기 플라이휠 유닛과 UPS 전자 유닛을 통해 흐르게하는 강제 공기 대류 냉각 시스템을 포함한다. 구체적으로는, 상기 대류 냉각 시스템은 냉각 공기를 상기 플라이휠 유닛을 먼저 통과시키고나서 상기 UPS 전자 유닛을 통과시킨다. 또한, 상기 대류 냉각 시스템은 복수의 팬을 구비하며 각 팬은 댐핑 요소 상에 있고, 공기는 상기 팬에 의해 상기 하우징 외부로 다시 빨려나간다. 상기 댐핑 요소는 상기 하우징의 내부 및 외부 압력 간의 압력차에 따라 개폐되는 플랩을 갖는다. 상기 하우징은 상기 플라이휠 유닛이 장착되는 견고한 베이스와, 상기 플라이휠 유닛 및 UPS 전자 유닛에 대한 제어 전자장치를 지지하는, 상기 베이스상에 장착된 프레임을 포함한다. 상기 하우징의 베이스 및 프레임은 측면 패널 및 액세스 도어 패널뿐만 아니라 뚜껑(플랩이 제공되는)에 의해 함께 클래딩된다.

DE 198 52 125 C1호는 무정전 전원 공급 장치를 개시하며, 이 장치는 인터럽트를 브리지할 AC 전원과 AC를 공급할 하나 이상의 수요자 간에 스위칭된다. 상기 장치는 입력되는 교류를 위한 하나 이상의 정류기와, 전기 에너지의 중간저장을 위한 축전기와, 상기 축전기의 배터리 전압용의 하나 이상의 인버터와, 제어 전자장치를 포함한다. 상기 장치의 전기 보빈(특히, 코일 및 초크) 및 전자 반도체 장치는 전원 전류가 통과한다. 상기 권취 본체들은 제1냉각액으로 채워진 탱크 내에 배치된다. 제2냉각액용의 도관 시스템은 상기 제1냉각액과 상기 반도체 장치를 대면하는 열교환 표면들을 갖는다. 상기 제1냉각액에 대하여 압축성 가스체적을 갖는 압력보상수단이 제공된다. 상기 제2냉각액에 대하여 이의 열을 제거하도록 열교환기가 제공된다. 상기 공지된 무정전 전원 공급 장치에서는 먼지의 축적을 피하기 위하여 외부로부터 상기 장치를 통해 냉각 공기가 통과되지 않는다. 이는 모든 전자 전기 구성요소를 위한 밀폐된 하우징을 구비하며, 이로부터 또는 여기서 전원라인과 상기 제2냉각수용 라인들만이 이끌어내어진다. 상기 열교환기는 이 하우징 외부에 배치된다.

US 2010/0085708 A1호는 폐열을 발생하는 다양한 요소를 직접 냉각시키는 UPS 시스템을 개시한다. 상기 UPS 시스템의 폐열 발생 요소는 제어 캐비닛 내에 배치되며 정류기, 인버터, 스위치 및 하나 이상의 변압기를 포함한다. 상기 정류기, 인버터 및 스위치는 냉각액이 냉각 플레이트를 거쳐 흘러 냉각됨으로써 냉각된다. 상기 냉각액은 열교환기가 배치된 냉각수 회로에서 펌프에 의해 순환된다. 상기 열 교환기에서 상기 냉각수로부터의 폐열은 상기 변압기를 공냉시키는 공기로 방출된다. 에너지 저장 장치로서, 상기 공지된 UPS 시스템은 배터리를 사용한다. 비상 전원 공급 장치의 또 다른 가능성으로서 플라이휠이 제시된다.

WO 2007/065666 A2호는 액체 냉각기가 장착되는, 공랭식 냉각기를 갖는 UPS를 개시한다. 이 경우, 상기 액체 냉각기와 열 발생 전기 요소(특히 전력 반도체들) 간의 공기 냉각기가 열 발생 요소와 액체 냉각기 간의 열 브리지로서 배치된다. 상기 액체 냉각기는 상기 공기 냉각기로만 하는 것보다 상기 냉각장치의 냉각용량을 증가시키는데 사용된다.

본 발명은 독립청구항 제1항의 전문에 대응하는 전술한 유형의 UPS 시스템을 그의 냉각 시스템과 관련하여 개선함으로써 열 균형에 문제가 없이 그의 전력 밀도를 증가시킬 수 있도록 함을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 독립 청구항 제1항의 특징을 갖는 UPS 시스템에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 UPS 시스템의 바람직한 실시태양들은 종속항에 정의된다.

본 발명의 UPS 시스템에서, 다음 구성 요소들은 기계 캐비닛 내에 배치된다: (i) 제1의 전력 출력단을 갖는 DC 전압 링크 회로에 출력측이 연결된 AC/DC 컨버터와; (ii) 제2의 전력 출력단을 갖는 DC 전압 링크 회로에 입력측이 연결된 DC/AC 컨버터와; (iii) 제3의 전력 출력단을 갖는 DC 전압 링크 회로에 입력측이 연결된 양방향 DC/AC 컨버터와; (iv) 회전자에 플라이휠이 기계적으로 결합되고 양방향 DC/AC 변환기에 AC 측이 연결된 모터/발전기와; (v) 바이패스 스위치가 배치되고, 상기 AC/DC 컨버터와 DC/AC 컨버터의 직렬 연결에 대한 바이패스와; (vi) 상기 AC/DC 컨버터, DC/AC 컨버터, 모터/발전기 및 바이패스 스위치에 대한 제어기와; (vii) 상기 기계 캐비닛 내의 공기 필터에 의해 상기 기계 캐비닛의 주위로부터 공기를 흡입하고, 상기 기계 캐비닛 내의 공기를 열교환기를 통해 송풍하고, 상기 공기를 다시 상기 기계 캐비닛으로부터 송풍하는, 팬. 본 발명에 따른 열 교환기는 상기 모터/발전기를 통한 냉각수 펌프, 냉각수 채널과 폐쇄된 냉각수 회로의 전력 출력단을 위한 방열판과 함께 배열되며, 상기 모터/발전기를 통한 냉각수 채널은 상기 모터/발전기의 고정자를 통과하는 고정자 채널을 포함한다.

본 발명에 따른 UPS 시스템은 기계 캐비닛 내에 배치된 구성 요소들의 기본 냉각과, 냉각수의 도움에 의한 중요 구성 요소들의 증가된 방열 둘 다를 위해 주위 공기의 열용량을 이용하는 하이브리드 냉각 시스템을 구비한다. 상기 냉각수는 열 교환기 내에서 냉각되며, 이를 통해 상기 기계 캐비닛 내로 흡입된 공기가 다시 상기 기계 캐비닛에서 배출되기 이전에 상기 기계 캐비닛 내에서 송풍된다. 상기 냉각수는 냉각수 회로를 통해 냉각수 펌프에 의해 순환되며, 열 교환기에 부가하여 상기 모터/발전기를 통과하는 냉각수 채널 및 전력 출력단을 위한 히트싱크가 배치된다. 따라서, 적어도 상기 모터/발전기 및 상기 컨버터의 전력 출력단은 상기 냉각수에 의해 냉각된다. 그러나, 이는 상기 기계 캐비닛 내에 있는 상기 UPS 시스템의 기타 구성 요소에 대해서도 냉각수 냉각이 제공됨을 배제하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 UPS 시스템의 제어기는 이를 통해 흐르는 전력이 작기 때문에 정기적으로 공기로 충분히 냉각된다. 또한, 주목할 것은, 상기 제어기는 상기 기계 캐비닛 내에서 오염이 발생할 경우 고장의 위험과 연관되는 더 큰 전압이 없다는 점이다. 본 발명에 따른 UPS 시스템에서 더 큰 전압이 발생하는 경우, 컨버터의 전원 출력단에서와 같이 냉각수 냉각이 사용된다. 또한, 공기필터는 이를 통하여 공기가 기계 캐비닛으로 흡입되며 상기 기계 캐비닛 내부의 오염을 방지한다.

본 발명에 따른 UPS 시스템에서 상기 냉각수 회로에 상기 모터/발전기의 통합은 특이한 것이다. 그러나, 이는 상기 모터/발전기의 회전자에 기계적으로 연결된 플라이휠에 저장된 운동 에너지에 대한 상기 UPS 시스템의 전력 밀도를 크게 증가시킬 수 있다. 상기 모터/발전기의 고정자를 통과하는 고정자 채널을 통해 흐르는 냉각수는 상기 고정자 자체뿐만 아니라 상기 모터/발전기의 회전자 베어링도 냉각시킨다.

상기 모터/발전기를 통한 냉각수 채널은 상기 모터/발전기의 하우징을 통과하는 하우징 채널을 더 포함하는 것이 바람직하다. 만일 상기 모터/발전기의 고정자와 하우징 모두가 냉각수에 의해 냉각되는 경우, 상기 모터/발전기의 상호 회전하는 회전자의 간접 냉각도 달성된다. 이는 상기 모터/발전기의 하우징이 회전자뿐만 아니라 이에 기계적으로 결합된 플라이휠을 둘러쌀 경우 특히 그렇다.

본 발명에 따른 UPS 시스템의 경우, 특히 상기 플라이휠이 상기 모터/발전기의 회전자를 둘러싸는 모터/발전기의 컴팩트한 디자인이 바람직하다. 다시 말해서, 본 발명에 따른 UPS 시스템에 있어서, 상기 모터/발전기의 회전자의 질량은 상기 회전자에 기계적으로 결합된 플라이휠에 효과적일 정도로 증가하고, 그의 회전운동으로, UPS 시스템에 부하의 비상 공급을 위해 상당한 운동 에너지가 저장될 수 있다. 본 발명에 따른 UPS 시스템의 본 실시양태에서, 상기 모터/발전기의 회전자에 결합되는 플라이휠은 상기 회전자로부터 쉽게 결합이 해제되거나 분리될 수 없지만, 이와 함께 폐쇄된 조립체를 형성한다.

본 발명에 따른 UPS 시스템의 모터/발전기에 있어서, 상기 고정자 채널은 상기 하우징 채널과 병렬로 연결될 수 있다. 그러나, 많은 경우에서, 상기 고정자 채널이 상기 하우징 채널과 직렬로 연결된 경우에는 냉각수 채널을 통한 강제 스트림에 유리하다. 상기 고정자는 상기 하우징 채널의 하류에 배치될 수 있다.

전력 출력단용 히트 싱크는 원칙적으로 상기 냉각수 채널과 직렬로 연결될 수도 있으며, 상기 히트 싱크는 상기 냉각수 채널의 하류에 배치될 수 있다. 그러나, 상기 냉각수 회로의 밸브를 사용하여 현재 요구 사항에 따라 상기 모터/발전기 및 출력단의 냉각수 냉각을 조정할 수 있도록 상기 히트 싱크를 상기 냉각수 채널과 병렬로 연결하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명에 따른 UPS 시스템에 있어서, 필터 인덕터를 위한 냉각수 냉각도 가능하며, 필터 인덕터는 DC/AC 컨버터 출력측뿐만 아니라 AC/DC 컨버터 입력측의 정규 부분이므로 상기 냉각 회로에 통합되어 상기 기계 캐비닛 내에 배치된다. 상기 필터 인덕터는 온도의 특정 증가에 대해 쉽게 대처할 수 있으므로, 전력 출력단용 히트 싱크의 하류에 냉각수 냉각을 배치하는 것이 유리할 수 있다.

상기 냉각수 회로에서, 상기 냉각수를 위한 팽창 탱크가 추가로 배치되는 것이 바람직하다. 이는 선택적으로 압축성 가스 체적을 포함할 수 있다. 상기 냉각수는 기본적으로 기체 또는 증기일 수 있다. 그러나, 바람직하게는 냉각 유체이다.

공기 냉각과 관련하여, 본 발명에 따른 UPS 시스템의 상기 팬, 공기 필터 및 기타 공기 안내 장치는 공기가 팬에 들어갈 때만 결합되는, 기계 캐비닛을 통과한 서로 평행한 다수의 공기 서브 스트림이 서로 평행하게 유도하도록 배치됨이 바람직하다. 상기 기계 캐비닛을 통과하는 이들 공기 스트림 중의 하나는 상기 모터/발전기 주위를 통과하여 냉각수로 냉각하는 것에 추가하여 냉각할 수 있다. 다른 서브 스트림은 상기 DC/AC 컨버터 및/또는 AC/DC 컨버터의 필터 인덕터를 통과하여 단독으로 또는 부가의 냉각수 냉각과 함께 냉각시킬 수 있다. 또한, 공기의 다른 서브 스트림은 바이패스의 바이패스 스위치 주위를 통과하여 이를 냉각시킬 수 있다. 상기 UPS 시스템의 제어기는 또 다른 공기의 서브 스트림에 의해 냉각될 수 있다. 그러나, 종종 대류 냉각으로도 충분하므로, 상기 제어기 영역에서는 공기의 강제 순환이 생략될 수 있다.

상기 냉각수 회로의 열 교환기는 특히 상기 팬의 하류에 배치되어 상기 기계 캐비닛을 통과하여 합쳐진 공기 서브 스트림 내에 배치될 수 있다. 상기 열 교환기에서, 공기와 냉각수 간의 직접적인 열 교환이 일어날 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 UPS 시스템은 일반적으로 상기 냉각수 회로에서 안내된 냉각수의 온도를 열 교환기를 통해 송풍된 공기의 온도보다 낮추기위해 예컨대 순환 공정에서 기화되고 다시 응축될 수 있는 제2의 냉각제를 사용하지 않아도 된다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 UPS 시스템의 상기 기계 캐비닛은 나란히 배열된 2개의 서브 캐비닛을 포함하며, 이는 상기 UPS 시스템을 위한 별도의 이송 유닛을 형성한다. 이 경우, 상기 기계 캐비닛의 격벽은 상기 서브 캐비닛들의 서로 겹치는 벽에 의해 형성될 수 있고, 이는 상기 서브 캐비닛들을 서로에 대해 한정하지만 정렬된 통기구들이 제공된다. 이들 통기구는 상기 서브 캐비닛들의 이송을 위해 폐쇄될 수 있다.

구체적으로, 한 서브 캐비닛이 상기 모터/발전기, 팬, 열 교환기 및 냉각수 펌프(즉, 가동 부분이 있는 UPS 시스템의 모든 구성 요소)를 수용하는 반면, 다른 서브 캐비넷에는 상기 출력단, DC/AC 컨버터 및/또는 AC/DC 컨버터의 필터 인덕터, 바이패스 스위치 및 제어기가 수용된다.

본 발명의 유리한 구성들은 특허청구범위, 발명의 상세한 설명 및 도면으로부터 명백해질 것이다. 본 명세서에 언급된 특징들 및 이들 조합의 이점은 단지 예시적인 것이며, 본 발명에 따른 실시양태들에 의해 달성되어야할 이점없이 대안적으로 또는 누적하여 적용될 수 있다. 이에 따라, 최초 출원 명세서 및 특허의 개시와 관련하여, 첨부된 특허청구범위의 대상을 변경하지 않으면서, 추가의 특징들, 특히 도시된 기하학적 구조와 여러 구성 요소의 상대적인 치수와 이들의 상대적인 배치 및 동작적인 연결이 도면에서 발견될 수 있다. 본 발명의 여러 실시양태의 특징들 또는 여러 특허청구항의 특징들의 조합은 또한 특허청구범위의 선택된 관계를 벗어날 수 있고 이에 의해 촉진된다. 이는 별도의 도면에 도시되거나 그의 기술로 언급되는 특징들에도 적용된다. 이들 특징은 또한 여러 청구항들의 특징들과 결합될 수 있다. 마찬가지로, 특허청구범위에서 본 발명의 추가 실시태양들에 대한 특징은 생략될 수 있다.

특허청구범위 및 명세서에 언급된 특징은 부사인 "적어도"의 명시적 사용을 요구하지 않으면서, 해당 개수 또는 해당 개수보다 더 많은 개수가 존재한다는 관점에서 이해되어야 한다. 따라서, 예를 들어 열 교환기를 언급하면, 이는 정확히 하나의 열 교환기, 2개의 열 교환기 또는 이보다 더 많은 열 교환기가 존재하는 것으로 이해되어야 한다. 특허청구범위에 인용된 특징은 다른 특징에 의해 보충될 수 있거나 특정 물건에 의해 나타나는 유일한 특징일 수 있다.

특허청구범위에 포함된 도면부호는 특허청구범위에 의해 보호되는 대상의 범위를 제한하지 않는다. 이는 특허청구범위를 이해하기 쉽게 하기위한 것일 뿐이다.

이하에서 본 발명은 도면에 도시된 바람직한 실시양태를 참조하며 더 설명되고 기술될 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 UPS 시스템의 냉각 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1에 따른 본 발명에 의한 UPS 시스템의 전기 전자 구조의 개략도이다.
도 3은 도 1에 따른 본 발명에 의한 UPS 시스템의 모터/발전기의 평면도이다.
도 4는 도 3에 따른 상기 모터/발전기를 도시하는 것으로 도 3에 도시된 절단선 A-A에 따른 단면도이다.

여러 측면에서, 도 1~2에 도시된 UPS 시스템(1)은 부하(2)에 전력의 무정전 공급을 위해 사용된다. 이 경우, 상기 UPS 시스템(1)은 부하(2)와 메인 AC 전원(3)(예컨대, 공공의 교류 전력망(4)) 간에 연결된다(도 2). 입력(5)과 출력(6) 간에, 상기 UPS 시스템(1)은 AC/DC 컨버터(7) 및 DC/AC 컨버터(8)의 직렬 회로를 가지며, 또한 모터/발전기(10)는 양방향 DC/AC 컨버터(51)를 통해 DC전압 중간 회로(9)에 연결된다. 모터/발전기(10)의 회전자에 플라이휠이 기계적으로 결합되되, 이는 상기 모터/발전기(10)의 회전의 작동 중에 세팅된다. 상기 회전하는 플라이휠 내 저장된 전기 에너지는 메인 AC 전원(3)이 고장났을 경우 발전기로서 가동하는 모터/발전기(10) 및 DC/AC 컨버터(8)를 통해 사용되어 부하(2)에 전력을 공급할 수 있다. 상기 AC/DC 컨버터(7)와 DC/AC 컨버터(8)의 직렬 연결과 상기 모터/발전기(10)의 사용으로 인하여, 메인 AC 전원(3)이 고장나지않더라도 메인 AC 전원(3)으로부터의 전류 품질이 개선될 수 있고 부하(2)의 전력 공급이 안정화될 수 있다. 또한, 상기 UPS 시스템(1)은 바이패스 스위치(12)를 갖는 바이패스(11)를 포함하며, 이는 DC/AC 컨버터(8)와 AC/DC 컨버터(7)의 직렬 회로와 병렬로 제공되며 메인 AC 전원(3)에서 부하(2)에 직접 공급할 수 있다. 상기 DC/AC 컨버터(8)에 의해 출력(6)에 인가된 전압을 안정화시키면서의 메인 AC 전원(3)으로부터 부하(2)로의 기본 공급은 바이패스(11)의 부가 인덕턴스(13)에 의해 가능해진다. 상기 AC/DC 컨버터(7), DC/AC 컨버터(8), 바이패스 스위치(12) 및 모터/발전기(10)에 대하여, 상기 UPS 시스템(1)의 제어기(14)가 제공된다. 상기 제어기(14)는 또한 상기 UPS 시스템(1)의 냉각 시스템(15)을 제어한다. 상기 UPS 시스템(1)의 모든 구성 요소(7~15)는 기계 캐비닛(16) 내에 배치된다.

도 1을 참조하면, 이러한 기계 캐비닛(16)은 나란히 배열된 2개의 서브 캐비닛(17, 18)을 포함하고, 상기 기계 캐비닛(16)의 격벽(19)은 정렬된 통기구(22, 23)가 제공된 상기 서브 캐비닛(17, 18)의 2개 중첩벽(20, 21)에 의해 형성된다. 상기 서브 캐비닛(17)에서는 상기 UPS 시스템(1)의 모든 요소가 가동 부품으로 배치되는 반면, 상기 서브 캐비넷(18)은 순수한 전기 전자 요소를 수용한다. 상기 서브 캐비닛(17) 내의 냉각 시스템(15)의 팬(24)은 상기 기계 캐비닛(16)의 서브 캐비넷(17, 18) 하부 영역에서의 공기 필터(26)를 통해 주위(25)로부터 공기를 흡입한다. 팬(24)은 열교환기(27)를 통해 공기를 송풍한 후 이를 다시 상기 기계 캐비닛(16)에서 배출한다. 이 경우, 상기 공기 필터(26), 팬(24) 및 기타 도시되지 않은 공기 덕트 수단은, 공기의 복수의 서브 스트림(28~31)이 공기가 팬(24)에 유입될 때 모든 서브 스트림(28~31)이 일체화될 때까지 상기 기계 캐비닛(16)을 통과하고 일체화된 메인 스트림(32)이 열교환기(27)를 통과하여 상기 기계 캐비닛(16) 밖으로 빠져 나오도록, 설계되고 배치된다. 한 서브 스트림(28)은 모터/발전기(10)를 통해 흐른다. 한 서브 스트림(29)은 AC/DC 컨버터(7), DC/AC 컨버터(8) 및 양방향 DC/AC 컨버터(51)의 전력 출력단(33)을 통해 흐른다. 한 서브 스트림(30)은 AC/DC 컨버터(7) 및 DC/AC 컨버터(8)의 필터 인덕터(34)를 통과하고, 한 서브 스트림(31)은 바이패스(11)를 통과한다. 제어기(14)는 상기 기계 캐비넷 (16)을 통해 이들 또는 다른 공기의 서브 스트림에 의해 오버 플로우될 수 있거나 또는 이들 서브 스트림 외부에 배치되어 전적으로 대류에 의해 냉각될 수 있다. 상기 모터/발전기(10)와 DC/AC 컨버터(8)의 전력 출력단(33)을 위하여 부가의 냉각수 회로(35)가 제공되며, 이에 열교환기(27), 팽창 탱크(36), 냉각수 펌프(37), 모터/발전기(10)를 통한 냉각수 채널, 및 전력 출력단(33)을 위한 히트 싱크(38)가 배치된다. 여기서, 여기서 상기 모터/발전기(10)를 통과하는 상기 냉각수 채널은 히트 싱크(38)와 병렬로 연결된다. 상기 냉각수 회로(35)에 의해 상기 UPS 시스템(1)의 구성요소들은 선택적으로 냉각수로 추가로 냉각되는데, 이들은 UPS 시스템 (1)의 높은 전력 밀도에서 가장 과열되기 쉽다. 상기 냉각 시스템(15)을 제어하기 위하여, 상기 제어기(14)는 상기 팬(24)과 냉각수 펌프(37) 및 밸브(50)에 작용하여 상기 히트 싱크(38)를 통한 흐름에 대해 모터/발전기(10)를 통한 상기 냉각수 채널의 상대적 흐름을 결정한다. 상기 밸브는 상기 제어기(14)에 의해 제어될 필요는 없지만, 상기 모터/발전기(10) 및 히트 싱크(38)를 통한 냉각수 채널을 통한 상대적 흐름을 결정하도록 한 번만 설정될 수도 있다.

도 3은 상기 UPS 시스템(1)의 모터/발전기(10)의 평면도를 도시하고, 도 4는 도 3의 절단선 A-A를 따른 수직 단면도를 도시한다. 상기 모터/발전기(10)는 하우징(39)을 갖고, 그 중간에는 고정자(40)가 배치된다. 상기 고정자(40) 주위에 회 전자(42)가 피봇 베어링(43, 44)에서 수직 회전축(41)을 중심으로 회전 가능하게 장착된다. 상기 회전자(42)는 플라이휠(45)에 기계적으로 결합되고, 상기 플라이휠(45)은 회전자(42), 회전축(41)과 함께 회전한다. 상기 모터/발전기(10)가 모터로서 작동하는 동안, 상기 플라이휠(45)은 상기 회전축(41)을 중심으로 회전하도록 되어 상기 플라이휠(45)에 운동 에너지를 저장한다. 이러한 운동 에너지는 상기 모터/발전기(10)가 발전기로서 작동될 때, 전기 에너지로 다시 변환될 수 있다. 상기 모터/발전기(10)를 통과하는 상기 냉각수 회로(35)의 냉각수 채널(46)은, 상기 하우징(39)을 통하고 고정자(40)를 통해 고정자 채널(48)뿐만 아니라 하우징(39)을 냉각시키기위한 하우징 채널(47)을 포함한다. 또한, 도 4는 상기 모터/발전기(10)가 상기 기계 캐비닛(16)의 서브 캐비닛(17)에 장착되는 하부 지지부(49)를 도시한다.

1: UPS
2: 부하
3: 메인 AC 전원
4: 공공 전력망
5: 입력
6: 출력
7: AC/DC 컨버터
8: DC/AC 컨버터
9: DC전압 중간 회로
10: 모터/발전기
11: 바이패스
12: 바이패스 스위치
13: 인덕턴스
14: 제어기
15: 냉각 시스템
16: 기계 캐비닛
17: 서브 캐비닛
18: 서브 캐비닛
19: 격벽
20: 벽
21: 벽
22: 통기구
23: 통기구
24: 팬
25: 주위
26: 공기 필터
27: 열교환기
28: 서브 스트림
29: 서브 스트림
30: 서브 스트림
31: 서브 스트림
32: 메인 스트림
33: 출력단
34: 필터 인덕터
35: 냉각수 회로
36: 팽창 탱크
37: 냉각수 펌프
38: 히트 싱크
39: 하우징
40: 고정자
41: 회전축
42: 회전자
43: 피봇
44: 피봇
45: 플라이휠
46: 냉각수 채널
47: 하우징 채널
48: 고정자 채널
49: 하부 지지부
50: 밸브
51: 양방향 DC/AC 컨버터

Claims

기계 캐비닛(16) 내에 배치되고, 제1의 전력 출력단(33)을 갖고 DC 전압 링크 회로(9)에 출력측이 연결된, AC/DC 컨버터(7)와;
상기 기계 캐비닛(16) 내에 배치되고, 제2의 전력 출력단(33)을 갖고 DC 전압 링크 회로(9)에 입력측이 연결된, DC/AC 컨버터(8)와;
상기 기계 캐비닛(16) 내에 배치되고, 제3의 전력 출력단(33)을 갖고 DC 전압 링크 회로(9)에 연결된, 양방향 DC/AC 컨버터(51)와;
상기 기계 캐비닛(16) 내에 배치되고, 바이패스 스위치(12)를 포함하며 상기 AC/DC 컨버터(7)와 DC/AC 컨버터(8)의 직렬 연결에 대한 바이패스(11)와;
상기 기계 캐비닛(16) 내에 배치되고, 상기 AC/DC 컨버터(7), DC/AC 컨버터(8) 및 바이패스 스위치(12)에 대한 제어기(14)와;
상기 기계 캐비닛(16) 내에 배치되고, 상기 기계 캐비닛(16) 내의 공기 필터(26)를 통해 상기 기계 캐비닛(16)의 주위(25)로부터 공기를 흡입하고, 상기 기계 캐비닛(16) 내의 공기를 열교환기(27)를 통해 송풍하며, 상기 공기를 다시 상기 기계 캐비닛(16)으로부터 송풍하는, 팬(24)과;
상기 기계 캐비닛(16) 내에 배치되고, 상기 열교환기(27)가 냉각수 펌프(37) 및 상기 제1 내지 제3의 전력 출력단(33)을 위한 히트 싱크(38)와 함께 배치된, 냉각수 회로(35)를
포함하는 UPS 시스템(1)에 있어서,
플라이휠(45)이 기계적으로 결합된 회전자(42)를 갖고, AC 측에서 상기 양방향 DC/AC 컨버터(51)에 연결된, 모터/발전기(10)와;
상기 냉각수 회로(35)에서 상기 모터/발전기(10)를 통하도록 배치되고, 상기 모터/발전기(10)의 고정자(40)를 통과하는 고정자 채널(48)을 포함하는, 냉각수 채널(46)을
더 포함하는 것을 특징으로 하는 UPS 시스템.
제1항에 있어서,
상기 냉각수 채널(46)은 상기 모터/발전기(10)의 하우징(39)을 통과하는 하우징 채널(47)을 포함하는 것을 특징으로 하는 UPS 시스템.
제2항에 있어서,
상기 하우징(39)은 상기 회전자(42) 및 상기 회전자(42)에 연결된 플라이휠(45)을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 UPS 시스템.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 고정자 채널(48)은 상기 하우징 채널(47)과 병렬 또는 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 UPS 시스템.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 고정자 채널(48)은 상기 하우징 채널(47)과 직렬로 연결되고, 상기 고정자 채널(48)은 상기 하우징 채널(47)의 하류측에 배치된 것을 특징으로 하는 UPS 시스템.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 플라이휠(45)은 상기 모터/발전기(10)의 회전자(42)를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 UPS 시스템.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 히트 싱크(38)가 냉각수 채널(46)과 병렬 또는 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 UPS 시스템.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각수 회로(35)에는 상기 AC/DC 컨버터(7) 및 DC/AC 컨버터(8) 중의 하나 이상의 필터 인덕터(34)를 위한 냉각수 냉각장치가 배치된 것을 특징으로 하는 UPS 시스템.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각수 회로(35)에는 압축성 가스 체적을 포함하는 팽창 탱크(36)가 배치된 것을 특징으로 하는 UPS 시스템.
제1항에 있어서,
상기 팬(24), 공기 필터(26) 및 추가의 공기 안내 수단이 상기 모터/발전기(10) 주위의 상기 기계 캐비닛(16)을 통해 공기의 제1 서브 스트림(28)을 안내하도록 배치 및 구성된 것을 특징으로 하는 UPS 시스템.
제1항에 있어서,
상기 팬(24), 공기 필터(26) 및 추가의 공기 안내 수단이 상기 AC/DC 컨버터(7) 및 DC/AC 컨버터(8) 중 하나 이상의 필터 인덕터(34) 주위의 상기 기계 캐비닛(16)을 통해 공기의 제2 서브 스트림(30)을 안내하도록 배치 및 구성된 것을 특징으로 하는 UPS 시스템.
제1항에 있어서,
상기 팬(24), 공기 필터(26) 및 추가의 공기 안내 수단이 상기 바이패스 스위치(12) 주위의 상기 기계 캐비닛(16)을 통해 공기의 제3 서브 스트림(31)을 안내하도록 배치 및 구성된 것을 특징으로 하는 UPS 시스템.
제10항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 팬(24) 및 추가의 공기 안내 수단이 공기가 유입될 때 서브 스트림(28, 29, 30, 31) 모두를 병합하도록 배치 및 구성된 것을 특징으로 하는 UPS 시스템.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 기계 캐비닛(16)은 나란히 배치된 2개의 서브 캐비닛(17, 18)을 갖되, 상기 기계 캐비닛(16)의 격벽(19)이, 정렬된 통기구(22, 23)를 갖는 상기 서브 캐비닛(17, 18)의 2개의 중첩벽(20, 21)으로 형성된 것을 특징으로 하는 UPS 시스템.
제14항에 있어서,
하나의 서브 캐비넷(17)이 상기 모터/발전기(10)와, 상기 팬(24)과, 상기 열교환기(27)와, 상기 냉각수 펌프(37)를 둘러싸고,
다른 서브 캐비넷(18)이 상기 전력 출력단(33)과, 상기 AC/DC 컨버터(7) 및 DC/AC 컨버터(8) 중 하나 이상의 필터 인덕터(34)와, 상기 바이패스 스위치(12)와, 상기 제어기(14)를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 UPS 시스템.
제7항에 있어서,
상기 히트 싱크(38)가 냉각수 채널(46)과 직렬로 연결되고, 상기 히트 싱크(38)는 상기 냉각수 채널(46)의 하류측에 배치된 것을 특징으로 하는 UPS 시스템.
제8항에 있어서,
상기 냉각수 냉각장치는 상기 히트 싱크(38)의 하류측에 배치된 것을 특징으로 하는 UPS 시스템.
제13항에 있어서,
상기 열교환기(27)는 상기 팬(24)의 하류측에 배치된 것을 특징으로 하는 UPS 시스템.