Design and Operational characteristics of a Heat Pipe Heat Sink for Cooling of Power Semiconductors

전력변환 반도체용 히트파이프식 냉각기의 설계와 작동특성

  • 강환국 ((주)대홍기업 기술연구소 소장) ;
  • 김철수 ((주)대홍기업 기술연구소 소장)
  • Published : 2001.12.01

Abstract

A heat pipe heat sink device which is to evacuate maximum heat of about 1800W from a powersemiconductor was designed and manufactured One set of cooling device os composed of an Aluminum block (130${\times}$160${\times}$35mm) 4 PFC heat pipes $(d_0 22.23mm)$ and 126 Aluminium fins (250${\times}$58${\times}$0.8mm) Experimental data obtained at a power of 1~2kW revealed that the total thermal resistance of the device varied 0.02~0.018$^{\circ}C$/W along with increasing air velocity from 2m/s to 3 m/s. The result represented a good satisfaction of requirement condition to maintain temperature rise of semiconductor lowe that $40^{\circ}C$ at 1800W and air velocity of 3 m/s Some important resistance such as convective resistances at both fins and heat pipes showed good agreement between mathematical predictions and measurement data.

최대 1800W의 열부하를 발생하는 전력반도체를 냉각하는 히트파이프 히트싱크를 설계하고 제작하였다. 히으파이프 냉각장치는 4개의 외경 22.23mm 인 FC-72 히트파이프, 알루미늄 블록 (130${\times}$160${\times}$35mm) 및 126개의 알루미늄핀 (250${\times}$58${\times}$0.8mm)으로 구성되어 있다. 성능 실험결과 총열저항은 1~2kW의 열부하일때 2~3m/s의 풍속에 풍속의 증가에 따라 0.02~0.018$^{\circ}C$/W 를 나타냈다. 이 결과는 3 m/s의 풍속에서 1800W의 열부하가 주어질 때 $40^{\circ}C$미만의 온도상승을 나타내는 것으로 설계 목표를 잘 만족하였다. 이 외로 대류 및 히트파이프의 열저항의 실험값은 몇가지 상관식에 의한 예측값과 비교적 잘 일치하였다.

Keywords

References

  1. 전력전자학회지 논문지 v.4 no.3 HVDC시스템의 수냉식 냉각 시스템 김찬기
  2. Furukava Review no.12 Power Semiconductor Device Cooling System Using Electrically Insulated Heat Pipe [POWERKICKER-E] for Rolling Stock Murase, T.;Sasaki, C.;Matsumoto, K.;Kimura, Y.;Kotani, M.;Sotani, J.