수냉식 쿨러 및 이를 구비한 인버터

일반적으로 자동차용 엔진으로 널리 사용되는 가솔린 기관을 비롯한 내연기관은 연료를 실린더 내에서 연소시켜 발생되는 열에너지를 동력으로 이용한다. 이러한 내연기관은 연소 후에 배출되는 배기가스 중에는 연소에 의한 질소산화물과 불완전연소로 인한 일산화탄소 및 탄화수소와 같은 유해한 성분이 함유되어 있어 대기를 오염시킨다. 이와 같은 환경오염 문제 및 화석연료의 고갈로 인해 세계 여러 나라에서는 태양열이나 전기와 같은 대체에너지를 이용한 자동차용 엔진에 대한 연구가 더욱 활발하게 진행되고 있다. 이러한 대체에너지를 이용한 자동차용 엔진 중에서 가장 실용화 가능성이 높은 것이 전기에너지를 이용하여 차량을 구동하는 방식인 전기 자동차(electric vehicle)용 엔진이다. 전기 자동차용 엔진은 가솔린기관의 휘발유 대신에, 축전지에서 공급되는 전기에 의해 모터를 회전시키고, 이때 발생되는 모터의 회전력을 감속기에 의해 감속시킨 다음, 차동장치를 통해 좌·우측 구동륜으로 전달하여 차량의 주행을 가능케 하는 구조를 가진다. 전기 자동차는 에너지원에 해당하는 축전지로부터 공급되는 전기에 의해 구동계를 구성하는 구동모터가 구동하여 바퀴에 동력을 전달하는 원리로 되어 있다. 구동모터와 이를 제어해 주는 인버터로 구성되는 상기 구동계는 구조적 특성 및 작동 특성으로 인하여 구동 과정에서 고열을 수반하기 때문에 이러한 고열을 제거하기 위한 방안으로 냉각시스템을 운용하고 있다. 즉, 구동계를 냉각하기 위한 시스템은 라디에이터 → 냉각펌프 → 인버터 → 구동모터 → 라디에이터 순서로 냉각수가 순환된다. 상기 구동계를 구성하는 구동모터는 내구성이 강해 열에 어느 정도 견딜 수 있도록 설계되어 있다. 하지만, 많은 전자칩들로 구성되어 있는 인버터는 열에 매우 민감하여 제대로 냉각이 이루어지지 못했을 경우에 인버터의 작동이나 제어에 악영향을 미칠 뿐만 아니라, 소자를 접합하고 있는 납땜이 녹아 회로의 접속 불량을 야기시키는 문제가 발생한다. 그리고 상기 인버터의 본체 내부에 설치되는 회로보드는 통상 파워모듈, 제어보드, 전원보드 및 구동보드로 구성되며, 특히 복수의 전력스위칭소자로 이루어진 파워모듈에서 대부분의 발열이 일어난다. 따라서, 종래에는 인버터의 본체를 구성하며 그 상면에 파워모듈이 결합되는 쿨러의 저면에 냉각수 유로가 형성되고 그 냉각수 유로에 냉각수를 흘려보내 상기 파워모듈을 냉각시키는 수냉식 쿨러가 알려져 있다. 상기 수냉식 쿨러의 냉각수 유로는 냉각수가 가급적 장시간, 넓게 접촉될 수 있도록 지그재그 모양으로 형성되어 있다. 그리고 냉각수 유로의 형상은 인버터 본체 내에 설치되는 파워모듈의 위치에 따라 다르며, 상기 파워모듈을 구성하는 전력스위칭소자의 갯수나 그 위치에 따라서도 달라진다. 그리고 상기 냉각수 유로에는 냉각수와의 접촉면적을 넓히기 위해 냉각핀이 형성된다. 이 냉각핀은 파워모듈의 발열량에 따라 발열량이 많은 부분에서 핀의 피치를 좁게, 발열량이 작은 부분에는 핀의 피치를 넓게 형성하고 있다. 도 1은 종래 수냉식 쿨러에서 냉각수 유로를 보인 평면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 종래 수냉식 쿨러(1)의 냉각수 유로는 단일 직선 유로를 형성하는 제1 유로부(11)와, 그 제1 유로부(11)에 연결되고 단일 곡선 유로를 형성하는 제2 유로부(12)와, 그 제2 유로부(12)에 연결되고 직선 유로를 형성하며 복수 개의 냉각핀(15)에 의해 복수 유로(chanel)를 형성하는 제3 유로부(13)로 이루어져 있다. 상기 제1 유로부(11)는 한 개가 형성되고, 상기 제2 유로부(12)와 제3 유로부(13)는 번갈아 복수 개씩 형성되어 있다. 그리고 상기 제1 유로부(11)는 수냉식 쿨러(1)의 입구(2)에 연결되고, 상기 제3 유로부, 즉 마지막 제3 유로부(13)는 수냉식 쿨러(1)의 출구(3)에 연결되어 있다. 상기와 같은 종래 수냉식 쿨러(1)는 입구(2)를 통해 유입되는 냉각수가 제1 유로부(11)와 제2 유로부(12)를 거쳐 제3 유로부(13)로 진입한다. 이 제3 유로부(13)로 진입하는 냉각수는 그 제3 유로부(13)가 복수 개의 냉각핀(15)에 의해 복수 개의 유로로 나뉘어짐에 따라 분배되어 제3 유로부(13)를 통과하게 된다. 이 과정에서 냉각수는 냉각핀(15)과 접촉되면서 상기 파워모듈과 같이 발열량이 많은 부품을 신속하게 냉각시키게 된다. 그리고 상기 냉각수는 이어지는 제2 유로부(12)와 제3 유로부(13)를 번갈아 통과한 후 출구(3)를 통해 배출되는 일련의 과정을 반복하게 되는 것이었다.