Abstract
This study analyzed the effect on the cooling performance of the channel shape of a heat sink for an insulated gate bipolar transistor (IGBT). A serpentine channel was used for this analysis, and the parameter for the analysis was the number of curves. The analysis was conducted using computational fluid dynamics with the commercial software ANSYS fluent. One curve in the channel improved the heat dissipation performance of the heat sink by up to 8% compared to a straight-channel heat sink. However, two curves in the channel could not improve the heat discharge performance further. Instead, the two curves caused a higher pressure drop, which induces parasitic loss for the pumping of coolant. The pressure drop of the two-curve channel case was 2.48-2.55 times larger than that of a one-curve channel. This higher pressure drop decreased the heat discharge efficiency of the heat sink with two curves. The discharge heat per unit pressure drop was calculated, and the result of the straight heat sink was highest among the analyzed cases. This means that the heat discharge efficiency of the straight heat sink is the highest.
본 연구는 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈의 히트 싱크의 유로의 형상으로써 직선 유로, 한 번 꺾인 형태의 유로, 두 번 꺾인 형태의 유로를 적용하여, 유로의 형상에 따른 방열 성능을 분석하였다. 각 유로 형상에서 운전 조건에 대한 영향 또한 분석하기 위하여 냉각수의 유량과 공급 온도를 추가적으로 제어하며 분석을 진행하였다. 본 연구는 유동 해석을 통하여 이루어 졌으며, 상용 소프트웨어인 ANSYS Fluent를 사용하였다. 직선 유로보다 꺾인 형태를 갖는 유로의 방열량이 같은 운전 조건에서 최대 8.0 % 수준 개선되었으며, 개선 정도는 냉각수의 공급 온도와는 무관하였고, 냉각수의 유량이 많아질수록 개선 정도가 2.0 %에서 8.0 %까지 증가하였다. 그러나 두 번 꺾인 유로는 한 번 꺾인 유로와 비슷한 수준의 방열 성능을 보였고, 기생 손실에 영향을 주는 압력 강하량은 2.48~2.55배 수준으로 증가하는 결과를 보여, 방열 효율이 낮아지는 것을 확인 하였다. 이를 단위 압력 강하량 당 방열량으로 계산하여 비교하였으며, 직선 유로를 갖는 히트 싱크에서 그 값이 가장 높은 것을 확인하였다.