KR101445942B1 - 수냉형 냉각 시스템, 수냉형 냉각장치 및 그 제어방법 - Google Patents

수냉형 냉각 시스템, 수냉형 냉각장치 및 그 제어방법 Download PDF

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P5/00—Pumping cooling-air or liquid coolants
    • F01P5/02—Pumping cooling-air; Arrangements of cooling-air pumps, e.g. fans or blowers

Abstract

본 발명에 따른 수냉형 냉각 시스템은 냉각수에 의해 냉각되는 발열체; 및 냉매의 압축, 응축, 팽창, 및 증발 과정을 이용하여 상기 발열체에서 회수된 상기 냉각수를 간접적으로 냉각하는 제1 모드, 및 공냉팬을 이용하여 상기 냉각수를 직접 냉각하는 제2 모드로 동작하는 냉각장치를 포함하는 것을 특징으로 하고,
본 발명에 따르면, 발열체의 동작모드에 따라 냉각장치의 냉매를 압축하는 압축기를 사용하지 않고 공냉팬을 사용하여 냉각수를 직접 냉각할 수 있으므로 전력 소모를 효율적으로 관리할 수 있는 효과가 있다.

Description

수냉형 냉각 시스템, 수냉형 냉각장치 및 그 제어방법{System and Apparatus for water cooling and method for the same}
본 발명은 수냉형 냉각 시스템, 수냉형 냉각장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
대용량의 발열체를 공기를 통해 강제 공냉하는 냉각장치는 냉각효율이 낮고, 크기가 커 수냉형 냉각장치가 주로 사용된다. 수냉형 냉각장치는 냉매를 통해 냉각된 냉각수를 발열체에 순환시켜 발열체의 열을 냉각시킨다.
도 1은 종래기술에 따른 수냉형 냉각장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래기술에 따른 수냉형 냉각장치(10)는 압축기(20), 응축기(30), 팽창밸브(40), 증발기(50), 및 순환펌프(60)를 포함한다.
압축기(20)는 기체 상태의 냉매를 고압으로 압축한다. 압축기(20)에서 고압의 기체 상태로 압축된 냉매는 응축기(30)로 이동된다.
응축기(30)는 고압의 기체 상태인 냉매를 액체상태로 상변화시킨다. 이때, 냉매의 액화과정에서 열이 외부로 방출된다.
팽창밸브(40)는 액체상태의 냉매를 교축작용을 통하여 저온, 저압의 습포화증기 상태로 변화시킨다.
증발기(50)는 팽창밸브(40)에서 유입된 냉매를 기체 상태로 상변화시킨다. 이때, 기화과정에서 냉매는 증발기(50)에 있는 냉각수의 열을 흡수한다. 이에 따라 냉각수는 냉매에 열을 전달하고 저온으로 냉각된다.
순환펌프(60)는 저온으로 냉각된 냉각수를 발열체(70)에 주입시켜 냉각수가 발열체(70)의 열을 흡수할 수 있도록 하고, 고온의 냉각수가 증발기(50)로 다시 순환될 수 있도록 한다.
그런데, 압축기(20)가 냉매를 고압으로 압축하는 과정은 많은 에너지를 소모하므로 종래기술에 따른 수냉형 냉각장치는 공냉형 냉각장치에 비하여 많은 소비전력을 소모하는 문제가 있다.
한편, 근래 풍력 발전 및 태양에너지 발전과 같은 신재생 에너지원을 이용한 발전 시스템은 발전량이 일정하지 않은 특성이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 배터리 에너지 저장 시스템(Battery Energy Storage System, BESS)을 상기 발전 시스템에 연결하여 에너지 효율을 극대화 하고 계통을 안정화하는 기술이 등장하였다.
이러한 배터리 에너지 저장 시스템은 발전 시스템의 출력이 충분할 때 에너지를 저장하였다가 발전 시스템의 출력이 부족할 때 저장된 에너지를 출력함으로써 발전 시스템의 출력을 일정한 수준으로 유지시킨다.
그러나, 이와 같이 필요에 따라 에너지를 충전, 방전하는 시스템을 종래의 수냉형 냉각장치로 냉각하는 것은 항상 압축기를 사용해야 한다는 점에서 비효율적인 문제가 있다.
즉, 배터리 에너지 저장 시스템의 동작 중 비교적 정격 전력을 출력하는 모드에서는 종래 기술에 따른 냉각장치로도 효율적인 냉각이 가능할 수 있으나, 배터리 에너지 저장 시스템이 저전력을 출력하거나, 순간적인 피크전력을 출력하는 다이내믹 전력 모드에서 동작하는 경우 종래 기술에 따른 냉각장치는 매우 비효율적으로 동작하므로 문제된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다이내믹한 출력으로 동작하는 발열체에 대하여도 효율적인 냉각을 수행할 수 있는 수냉형 냉각장치 및 그 냉각방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 수냉형 냉각 시스템은 냉각수에 의해 냉각되는 발열체; 제어기의 제어신호에 따라 및 냉매의 압축, 응축, 팽창, 및 증발 과정을 이용하여 상기 발열체에서 회수된 상기 냉각수를 간접적으로 냉각하는 제1 모드, 및 공냉팬을 이용하여 상기 냉각수를 직접 냉각하는 제2 모드로 동작하는 냉각장치를 포함한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 수냉형 냉각장치는압축기 및 응축기를 통과하도록 설치되고 내부 유로를 통해 냉매를 순환시키는 제1 파이프; 상기 발열체 및 공냉팬을 통과하도록 설치되고 내부 유로를 통해 냉각수를 순환시키는 제2 파이프; 및 상기 압축기를 가동하여 상기 제1 파이트를 따라 유동하는 상기 냉매를 냉각하는 제1 모드 및 상기 공냉팬을 이용하여 상기 제2 파이프를 따라 유동하는 상기 냉각수를 냉각하는 제2 모드 중 어느 하나의 모드를 선택하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 수냉형 냉각장치의 제어방법은 증발기에서 발열체에 유입되는 냉각수의 온도를 측정하는 단계; 및 상기 발열체의 동작 모드에 따라, 압축기를 가동하여 제1 파이프를 따라 유동하는 냉매를 냉각하는 제1 모드 및 제1 공냉팬을 이용하여 제2 파이프를 따라 유동하는 냉각수를 냉각하는 제2 모드로 동작하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 발열체의 출력모드에 대응하여 냉각장치의 냉각 모드를 전환할 수 있는 바, 냉각에 따른 에너지 효율이 상승하여 냉각장치를 가동하는데 소요되는 소비 전력을 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 발열체의 출력모드에 따라 냉각장치의 냉매를 압축하는 압축기를 사용하지 않고 공냉팬을 사용하여 냉각수를 직접 냉각할 수 있으므로 전력 소모를 효율적으로 관리할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 수냉형 냉각장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 수냉형 냉각장치의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 수냉형 냉각장치의 응축기에 대한 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 수냉형 냉각장치의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 수냉형 냉각장치가 적용되는 시스템의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 수냉형 냉각장치의 제어방법을 나타내는 플로우차트이다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 수냉형 냉각장치의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 수냉형 냉각 시스템은 수냉형 냉각장치(100) 및 발열체(200)를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 수냉형 냉각장치(100)는 제1 파이프(110), 제2 파이프(120), 및 제어기(130)를 포함한다.
제1 파이프(110)는 압축기(140) 및 응축기(150)를 통과하도록 설치되고 내부 유로를 통해 냉매를 순환시킨다.
일 실시예에 있어서 제1 파이프(110)는 압축기(140), 응축기(150), 증발기(160), 및 팽창벨브(161)를 통과할 수 있다. 제1 파이프(110) 내부 유로를 따라 순환하는 냉매는 증발기(160)에서 기체 상태로 상변화된다. 이때, 기화과정에서 냉매는 증발기(160)에 있는 냉각수의 열을 흡수한다. 이에 따라 냉각수는 냉매에 열을 전달하여 저온으로 냉각된다.
압축기(140)는 기체 상태의 냉매를 고압으로 압축한다. 압축기(140)에서 고압의 기체 상태로 압축된 냉매는 응축기(150)로 이동된다. 이때, 압축기(140)에서 기체 상태의 냉매를 고압으로 압축하기 위해서 다량의 전력이 소모될 수 있다.
응축기(150)는 고압의 기체 상태인 냉매를 액체상태로 상변화시킨다. 이때, 냉매의 액화과정에서 열이 냉매 외부로 방출된다. 응축기(150)는 공냉팬을 사용하여 외부 공기를 순환시켜 외부 공기가 냉매에서 방출된 열을 흡수하여 응축기(150) 외부로 유출될 수 있도록 한다.
팽창밸브는 액체상태의 냉매를 교축작용을 통하여 저온, 저압의 습포화증기 상태로 변화시킨다.
제2 파이프(120)는 냉각시키고자 하는 발열체(200) 및 제1 공냉팬(151)을 통과하도록 설치되고 내부 유로를 통해 냉각수를 순환시킨다.
일 실시예에 있어서, 제2 파이프(120)는 발열체(200), 제1 공냉팬(151), 응축기(150), 및 증발기(160)를 통과할 수 있다. 제2 파이프(120) 내부 유로를 따라 순환하는 냉각수는 발열체(200)의 열을 흡수하여 제1 공냉팬(151), 응축기(150), 및 증발기(160)를 통과하여 순환한다.
이때, 냉각수는 응축기(150)를 통과하는 과정에 제1 공냉팬(151)에서 유입되는 외부공기에 열을 전달하여 냉각될 수 있다.
발열체(200)의 발열이 심하지 않은 경우 냉각수는 에너지 소모가 적은 제1 공냉팬(151)에 의해 유입되는 외부공기를 통해 냉각되고, 발열체(200)의 발열이 심한 경우 냉각수는 에너지 소모가 많은 압축기(140)에 의해 냉각되는 냉매에 열을 전달하여 냉각될 수 있다.
즉, 냉각수는 발열체(200)의 동작 모드에 따라 냉각되는 방법을 변경하여 효율적으로 냉각될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제2 파이프(120)는 응축기(150)를 통과하여 설치되고, 제2 파이프(120)를 따라 유동하는 냉각수는 응축기(150)에 포함된 제1 공냉팬(151)에 의해 냉각될 수 있다. 응축기(150)는 냉매에서 방출되는 열을 외부로 내보내기 위해서 제1 공냉팬(151)을 포함하는데, 제2 파이프(120)는 응축기(150)의 제1 공냉팬(151)을 통과하도록 설치될 수 있다.
이 경우, 제2 파이프(120)를 냉각시키기 위한 별도의 제1 공냉팬(151)을 설치할 필요가 없어 수냉형 냉각장치(100)의 부피를 줄이고, 냉각장치를 단순하게 설계할 수 있는 효과가 있다.
또한, 제2 파이프(120)는 발열체(200)에 공급되는 방향으로 제1 온도계와 제1 압력계가 형성될 수 있고, 발열체(200)에서 출력되는 방향으로 제2 온도계가 형성될 수 있다. 제1 온도계 및 제1 압력계는 발열체(200)에 인가되는 냉각수의 온도 및 압력을 측정하고, 제2 온도계는 발열체(200)에서 출력되는 냉각수의 온도를 측정할 수 있다.
제어기(130)는 압축기(140)를 가동하여 제1 파이프(110)를 따라 유동하는 냉매를 냉각하는 제1 모드 및 제1 공냉팬(151)을 이용하여 제2 파이프(120)를 따라 유동하는 냉각수를 냉각하는 제2 모드 중 적어도 하나로 동작한다.
제어기(130)는 발열체(200)로 인가되는 냉각수의 온도가 사전에 설정된 제한 온도를 초과하는 경우 상기 제2 모드를 상기 제1 모드로 변경할 수 있다. 제2 모드는 냉각수를 제1 공냉팬(151)을 사용하여 냉각하므로 소비 전력은 적으나 냉각효율은 높지 않다. 따라서, 제어기(130)는 발열체(200)에 인가되는 냉각수의 온도가 제한 온도를 초과하는 상황이 발생하면 냉매를 이용하여 냉각수를 냉각시키는 제1 모드로 전환된다.
일 실시예에 있어서, 제어기(130)는 발열체(200)가 정격전력 모드로 동작하는 경우, 및 상기 발열체(200)가 부하 평준화(load leveling) 모드로 동작하는 경우 중 적어도 하나의 경우에 상기 제1 모드로 동작한다.
이때, 부하 평준화 모드는 전력 소모가 적은 시간대의 전력을 저장하여 전력 소모가 많은 시간대에 저장된 전력을 출력하여 평균 전력 소모를 평준화하는 모드를 말한다.
예를 들어, 부하 평준화 모드는 전력 소모가 적은 심야 시간대에 전력을 저장하였다가 전력 소모가 큰 낮 시간대에 저장된 전력을 출력하는 모드일 수 있다.
또한, 제어기(130)는 발열체(200)가 전력 평활화(power smoothing) 모드로 동작하는 경우, 및 상기 발열체(200)가 피크 쉐이빙(peak shaving) 모드로 동작하는 경우 중 적어도 하나의 경우에 상기 제2 모드로 동작한다.
이때, 전력 평활화 모드는 단위 시간 당 전력 소모의 변화량이 사전에 설정된 기준치 이상 변화하는 경우 평균 전력 소모를 평활화하는 모드이고, 피크 쉐이빙 모드는 전력 소모가 서지에 의해 변화하는 경우 평균 전력 소모를 평활화하는 모드를 말한다.
예를 들어, 전력 평활화 모드는 풍력발전과 같이 바람의 양에 따라 발전량이 변화하는 경우와 같이 단위 시간당 전력 발생량의 변동이 큰 경우에 이를 평활화하는 모드일 수 있다.
또한, 피크 쉐이빙 모드는 순간적인 서지 발생으로 인해 출력이 짧은 시간에 급격하게 상승한 경우에 이를 평활화 하는 모드일 수 있다.
제어기(130)는 발열체(200)가 정격전력 모드 및 부하 평준화 모드와 같이 일정한 시간 이상 균일한 출력을 발생시키는 모드로 동작하는 경우, 발열체(200)에서 발생되는 발열량도 균일할 것이 예측되므로, 압축기(140)를 통해 냉매를 냉각시키는 제1 모드로 동작한다.
그러나, 제어기(130)는 발열체(200)가 전력 평활화 및 피크 쉐이빙과 같이 단위 시간당 출력이 불규칙하고 다이내믹하게 변화하는 모드로 동작하는 경우, 발열체(200)에서 발생되는 발열량이 많지 않으므로, 공냉팬을 통해 직접 냉각수를 냉각시키는 제2 모드로 동작한다.
본 발명에 따른 수냉형 냉각장치(100)는 응축기(150)를 더 포함할 수 있다. 응축기(150)는 고압의 기체 상태인 냉매를 액체상태로 상변화시킨다.
이때, 일 실시예에 있어서 응축기(150)는 제1 파이프(110)가 통과하는 제1 영역 및 제2 파이프(120)가 통과하는 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역 및 제2 영역은 분리되어 형성된다.
제1 영역 및 제2 영역이 분리되어 형성됨으로서 제1 파이프(110)에서 발생되는 열과 제2 파이프(120)에서 발생되는 열은 상호 간에 전달되지 않고 외부공기에 흡수되어 응축기(150) 외부로 방출될 수 있다.
즉, 제1 파이프(110)에서 발생된 열이 제2 파이프(120)에 흡수되거나 제2 파이프(120)에서 발생된 열이 제1 파이프(110)에 흡수되지 않고 각각 외부공기에 전달되어 응축기(150) 외부로 방출될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 수냉형 냉각장치의 응축기에 대한 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3에서 알 수 있듯이, 일 실시예에 있어서 응축기(150)는 제1 공냉팬(151), 제1 측면(155), 제2 측면(156), 제3 측면(157), 및 제4 측면(158)을 포함한다.
상세하게 도시하진 않았지만, 제1 공냉팬(151)은 제1 측면(155) 내지 제4 측면(158)에서 외부 공기를 흡입하여 제1 공냉팬(151) 상측으로 외부 공기를 배출한다.
일 실시예에 있어서, 제1 측면(155) 및 제2 측면(156)은 제1 파이프(110)가 통과하는 영역인 제1 영역일 수 있고, 제3 측면(157) 및 제4 측면(158)은 제2 파이프(120)가 통과하는 영역인 제2 영역일 수 있다.
따라서, 제1 측면(155) 및 제2 측면(156)을 통과하여 응축기(150) 내부로 유입된 외부공기는 냉매에서 방출하는 열을 흡수하여 제1 공냉팬을 통해 응축기(150) 외부로 방출될 수 있고, 제3 측면(157) 및 제4 측면(158)을 통과하여 응축기(150) 내부로 유입된 외부공기는 냉각수에서 방출하는 열을 흡수하여 제1 공냉팬(151)을 통해 응축기(150) 외부로 방출될 수 있다.
다만, 제1 영역 및 제2 영역이 반드시 상술한 바와 같이 배치되어야 하는 것은 아니며, 제1 영역과 제2 영역이 분리되어 형성됨으로서 제1 파이프(110) 및 제2 파이프(120)에서 방출된 열이 서로 어느 한 쪽으로 흡수되지 않도록 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 수냉형 냉각장치의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 수냉형 냉각장치(100)는 제1 파이프(110), 제2 파이프(120), 제어기(130), 공냉기(170), 제1 공냉팬(151), 및 제2 공냉팬(171)을 포함한다. 이하 중복을 피하기 위해 도 2에서 설명된 내용과 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
제2 파이프(120)는 냉각시키고자 하는 발열체(200) 및 제2 공냉팬(171)을 통과하도록 설치되고 내부 유로를 통해 냉각수를 순환시킨다.
일 실시예에 있어서, 제2 파이프(120)는 발열체(200), 공냉기(170), 제2 공냉팬(171), 및 증발기(160)를 통과할 수 있다. 제2 파이프(120) 내부 유로를 따라 순환하는 냉각수는 발열체(200)의 열을 흡수하여 발열체(200), 공냉기(170), 제2 공냉팬(171), 및 증발기(160)를 통과하여 순환한다.
이때, 냉각수는 제2 공냉팬(171)을 포함하는 공냉기(170)를 통과하는 과정에 제2 공냉팬(171)에서 유입되는 외부공기에 열을 전달하여 냉각될 수 있다.
발열체(200)의 발열이 심하지 않은 경우 냉각수는 에너지 소모가 적은 제2 공냉팬(171)에 의해 유입되는 외부공기를 통해 냉각되고, 발열체(200)의 발열이 심한 경우 냉각수는 에너지 소모가 많은 압축기(140)에 의해 냉각되는 냉매에 열을 전달하여 냉각될 수 있다.
즉, 냉각수는 발열체(200)의 동작 모드에 따라 냉각되는 방법을 변경하여 효율적으로 냉각될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 수냉형 냉각장치가 적용되는 시스템의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5에서 알 수 있듯이, 일 실시예에 있어서 발열체(200)는 수냉형 인버터일 수 있다. 또한, 수냉형 인버터는 베터리 에너지 저장 시스템(Battery Energy Storage System, BESS)에 사용되는 인버터일 수 있다.
계통에 베터리 에너지 저장 시스템이 연결된 경우, 베터리 에너지 저장 시스템은 앞서 설명한 부하 평준화(load leveling) 모드, 전력 평활화(power smoothing) 모드, 및 피크 쉐이빙(peak shaving) 모드로 동작할 수 있다.
예를 들어, 수냉형 인버터가 심야 전력을 저장하였다가 낮 시간대에 전력을 출력하는 부하 평준화 모드로 동작하는 경우 본 발명에 따른 수냉형 냉각장치(100)는 제1 모드로 동작할 수 있다. 또한, 수냉형 인버터가 전력 평활화 모드 및 피크 쉐이빙 모드로 동작하는 경우 본 발명에 따른 수냉형 냉각장치(100)는 제2 모드로 동작할 수 있다.
<수냉형 냉각장치의 제어방법>
도 6은 본 발명에 따른 수냉형 냉각장치의 제어방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 6에서 알 수 있듯이, 우선 증발기에서 발열체에 유입되는 냉각수의 온도(T(k-1))를 측정한다(S1000). 제2 파이프는 발열체를 통과하여 형성되고, 제2 파이프의 내부 유로를 통하여 냉각수가 순환한다. 냉각수의 온도는 제2 파이프에 설치된 제1 온도계를 통해 측정될 수 있다.
다음, 발열체의 동작 모드에 따라 수냉형 냉각장치를, 압축기를 가동하여 제1 파이프를 따라 유동하는 냉매를 냉각하는 제1 모드 및 제1 공냉팬을 이용하여 제2 파이프를 따라 유동하는 냉각수를 냉각하는 제2 모드 중 적어도 하나로 동작시킨다(S1100).
일 실시예에 있어서, 발열체가 심야 전력을 저장하였다가 낮 시간대에 전력을 출력하는 부하 평준화 모드로 동작하는 경우 본 발명에 따른 수냉형 냉각장치는 제1 모드로 동작할 수 있다.
또한, 발열체가 전력 평활화 모드 및 피크 쉐이빙 모드로 동작하는 경우 본 발명에 따른 수냉형 냉각장치는 제2 모드로 동작할 수 있다.
이때, 전력 평활화 모드는 단위 시간 당 전력 소모의 변화량이 사전에 설정된 기준치 이상 변화하는 경우 평균 전력 소모를 평활화하는 모드이고, 피크 쉐이빙 모드는 전력 소모가 서지에 의해 변화하는 경우 평균 전력 소모를 평활화하는 모드를 말한다.
예를 들어, 전력 평활화 모드는 풍력발전과 같이 바람의 양에 따라 발전량이 변화하는 경우와 같이 단위 시간당 전력 발생량의 변동이 큰 경우에 이를 평활화하는 모드일 수 있다.
또한, 피크 쉐이빙 모드는 순간적인 서지 발생으로 인해 출력이 짧은 시간에 급격하게 상승한 경우에 이를 평활화 하는 모드일 수 있다.
다음, 수냉형 냉각장치가 제2 모드로 동작하는 경우(S1200), 발열체에 인가되는 냉각수의 온도(T(k))를 모니터링 한다 (S1300).
다음, 상기 냉각수의 온도(T(k))가 미리 설정한 제한온도 보다 높은지를 판단한다.
이때, 미리 설정한 제한온도는 제어하고자 하는 냉각수의 목표 온도에서 용인할 수 있는 온도를 더한 값으로 허용할 수 있는 냉각수 온도의 최고치를 의미할 수 있다.
다음, 상기 냉각수의 온도(T(k))가 미리 설정한 제한온도 보다 높은 경우, 수냉형 냉각장치를 제2 모드에서 제1 모드로 변경한다.
제1 모드에선 압축기가 가동하여 냉매를 이용하여 냉각수를 냉각시키므로, 제2 모드 보다 냉각성능이 향상될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 수냉형 냉각장치 110: 제1 파이프
120: 제2 파이프 130: 제어기
140: 압축기 150: 응축기
151: 제1 공냉팬 160: 증발기
170: 공냉기 171: 제2 공냉팬
200: 발열체

Claims (13)

  1. 냉각수에 의해 냉각되는 발열체; 및
    제어기의 제어신호에 따라 냉매의 압축, 응축, 팽창, 및 증발 과정을 이용하여 상기 발열체에서 회수된 상기 냉각수를 간접적으로 냉각하는 제1 모드 또는 공냉팬을 이용하여 상기 냉각수를 직접 냉각하는 제2 모드로 동작하는 냉각장치를 포함하고,
    상기 제어기는, 상기 발열체의 출력에 따라 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 수냉형 냉각 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각수의 온도가 사전에 설정된 제한 온도를 초과하는 경우 상기 제2 모드를 상기 제1 모드로 변경하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉형 냉각 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각장치는 상기 발열체가 일정한 출력을 발생시키는 정격전력 모드로 동작하거나 상기 발열체가 부하 평준화(load leveling) 모드로 동작하는 경우 상기 제1 모드로 동작하고,
    상기 부하 평준화 모드는 전력 소모가 적은 시간대의 전력을 저장하여 전력 소모가 많은 시간대에 저장된 전력을 출력하여 평균 전력 소모를 평준화하는 모드인 것을 특징으로 하는 수냉형 냉각 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉각장치는 상기 발열체가 전력 평활화(power smoothing) 모드로 동작하거나 상기 발열체가 피크 쉐이빙(peak shaving) 모드로 동작하는 경우 상기 제2 모드로 동작하고,
    상기 전력 평활화 모드는 단위 시간 당 전력 소모의 변화량이 사전에 설정된 기준치 이상 변화하는 경우 평균 전력 소모를 평활화하는 모드이고, 상기 피크 쉐이빙 모드는 전력 소모가 서지에 의해 변화하는 경우 평균 전력 소모를 평활화하는 모드인 것을 특징으로 하는 수냉형 냉각 시스템.
  5. 압축기 및 응축기를 통과하도록 설치되고 내부 유로를 통해 냉매를 순환시키는 제1 파이프;
    발열체 및 공냉팬을 통과하도록 설치되고 내부 유로를 통해 냉각수를 순환시키는 제2 파이프; 및
    상기 압축기를 가동하여 상기 제1 파이프를 따라 유동하는 상기 냉매를 냉각하는 제1 모드 또는 상기 공냉팬을 이용하여 상기 제2 파이프를 따라 유동하는 상기 냉각수를 냉각하는 제2 모드 중 어느 하나의 모드를 선택하는 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는, 상기 발열체의 출력에 따라 상기 제1 모드 또는 제2 모드 중 어느 하나의 모드를 선택하기 위한 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 수냉형 냉각장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 응축기는 상기 제1 파이프가 통과하는 제1 영역 및 상기 제2 파이프가 통과하는 제2 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역 및 제2 영역은 분리되어 형성되는 것을 특징으로 하는 수냉형 냉각장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2 파이프는 상기 응축기를 통과하여 설치되고, 상기 제2 파이프를 따라 유동하는 상기 냉각수는 상기 응축기에 포함된 제1 공냉팬에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 수냉형 냉각장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2 파이프는 공냉기를 통과하여 설치되고, 상기 제2 파이프를 따라 유동하는 상기 냉각수는 상기 공냉기에 포함된 제2 공냉팬에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 수냉형 냉각장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발열체는 베터리 에너지 저장 시스템(Battery Energy Storage System, BESS)에 사용되는 인버터인 것을 특징으로 하는 수냉형 냉각 시스템.
  10. 증발기에서 발열체에 유입되는 냉각수의 온도를 측정하는 단계; 및
    상기 발열체의 동작 모드에 따라, 압축기를 가동하여 제1 파이프를 따라 유동하는 냉매를 냉각하는 제1 모드 또는 제1 공냉팬을 이용하여 제2 파이프를 따라 유동하는 냉각수를 냉각하는 제2 모드로 수냉형 냉각장치를 동작시키는 단계를 포함하고,
    상기 수냉형 냉각장치는, 상기 냉각수의 온도 및 상기 발열체의 출력 중 적어도 하나에 따라 생성되는 제어신호에 따라 상기 제1 모드 또는 제2 모드 중 어느 하나의 모드로 동작되는 것을 특징으로 하는 수냉형 냉각장치 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수냉형 냉각장치는, 상기 발열체가 일정한 출력을 발생시키는 정격전력 모드로 동작하거나 상기 발열체가 부하 평준화(load leveling) 모드로 동작하는 경우 상기 제1 모드로 동작하고,
    상기 부하 평준화 모드는 전력 소모가 적은 시간대의 전력을 저장하여 전력 소모가 많은 시간대에 저장된 전력을 출력하여 평균 전력 소모를 평준화하는 모드인 것을 특징으로 하는 수냉형 냉각장치 제어방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 수냉형 냉각장치는, 상기 발열체가 전력 평활화(power smoothing) 모드로 동작하거나 및 상기 발열체가 피크 쉐이빙(peak shaving) 모드로 동작하는 경우 상기 제2 모드로 동작하고,
    상기 전력 평활화 모드는 단위 시간 당 전력 소모의 변화량이 사전에 설정된 기준치 이상 변화하는 경우 평균 전력 소모를 평활화하는 모드이고, 상기 피크 쉐이빙 모드는 전력 소모가 서지에 의해 변화하는 경우 평균 전력 소모를 평활화하는 모드인 것을 특징으로 하는 수냉형 냉각장치 제어방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제2 모드로 동작 중 상기 냉각수의 온도가 사전에 설정된 제한온도 이하로 제어되지 않는 경우 상기 제2 모드를 제1 모드로 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉형 냉각장치 제어방법.
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