KR101889099B1 - 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치 - Google Patents

초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치에 관한 것으로, 그 구성은 내부에 빈 공간을 가지되, 내부는 배터리가 내장되는 배터리 실과 PCS가 내장되는 PCS 실로 구획되는 본체;와, 상기 배터리 실과 PCS 실에 각각 설치되어 상기 배터리 실과 PCS 실 내부의 온도를 각각 제어하는 것으로, 상기 본체 내부에 위치되는 흡열기와 상기 본체 외부에 위치되는 방열기를 PCM이 순환하면서 상기 본체 내부의 열을 외부로 방출하는 제1방열수단;과, 상기 배터리 실과 PCS 실에 각각 설치되어 상기 배터리 실과 PCS 실 내부의 온도를 각각 제어하는 것으로, 외부의 공기를 흡입하여 상기 본체 내부의 열을 흡열하는 다수의 전열관과 열교환시킨 후에 외부로 방출하여 상기 본체 내부의 열을 외부로 방출하는 제2방열수단;과, 상기 배터리 실에 설치되는 것으로, 상기 배터리 실로 냉기를 공급하여 상기 배터리 실의 온도를 저하시키는 에어컨;과, 상기 배터리 실과 PCS 실의 온도를 기반으로 상기 제1방열수단과 제2방열수단 및 에어컨의 작동을 제어하여 상기 배터리 실과 PCS 실의 온도를 제어하는 컨트롤러;로 구성된 것을 특징으로 하는 것으로서,
PCM을 냉매로 하여 PCM의 상변화에 따른 잠열을 이용하는 제1방열수단을 통한 자연공조 방식으로 배터리 실과 PCS 실을 냉각하여 적정 온도로 유지함으로 종래의 에너지 저장장치에서 에어컨을 가동하기 위해 소요되는 비용을 절감할 수 있어 장치의 경제적인 운영을 유도할 수 있을 뿐만 아니라, 제1방열수단을 통해 배터리 실과 PCS 실이 적정 온도로 냉각이 곤란하면 제2방열수단의 도움을 받아 배터리 실과 PCS 실을 냉각하고, 배터리 실의 경우에는 제1,2방열수단을 통해 적정 온도로 냉각이 곤란하면 에어컨의 냉기를 통해 직접 냉각하는 방식을 단계적으로 적용하여 냉각함으로 배터리 실과 PCS 실의 효율적인 냉각을 유도할 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 배터리와 PCS가 내장되는 본체가 제1,2방열수단 및 에어컨을 통해 적정 온도로 유지되는 구조이므로, 어느 하나의 장치가 고장 나더라도 나머지 장치를 통해 본체 내부의 온도를 적합하게 유지할 수 있어 종래의 배전반에 대비하여 장치의 사용 안전성을 강화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 외부의 온도가 낮은 겨울철에는 제1방열수단의 PCM이 고체로 상변화되어 PCM의 순환이 정지되므로, 제1방열수단을 통한 외부와의 열교환이 자연스럽게 중단되어 외부의 냉기가 본체로 침투하는 것을 방지하여 본체 내부의 온도를 효과적으로 적정 온도로 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치{Energy Storage System of ultra low power natural ventilation system}
본 발명은 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PCM을 냉매로 하여 PCM의 상변화에 따른 잠열을 이용하는 제1방열수단을 통한 자연공조 방식으로 배터리 실과 PCS 실을 냉각하여 적정 온도로 유지함으로 종래에 에어컨을 가동하기 위해 소요되는 비용을 절감할 수 있어 장치의 경제적인 운영을 유도할 수 있을 뿐만 아니라, 제1방열수단을 통해 배터리 실과 PCS 실이 적정 온도로 냉각이 곤란하면 제2방열수단의 도움을 받아 배터리 실과 PCS 실을 냉각하고, 배터리 실의 경우에는 제1,2방열수단을 통해 적정 온도로 냉각이 곤란하면 하이브리드 에어컨의 냉기를 통해 직접 냉각하는 방식을 단계적으로 적용하여 냉각함으로 배터리 실과 PCS 실의 효율적인 냉각을 유도할 수 있는 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치에 관한 것이다.
일반적으로 학교나 빌딩, 아파트 단지, 또는 공장 등과 같은 집단 수요처에는 변전소로부터 공급되는 특고압의 전원을 배터리에 저장하고, 그 저장된 전원을 PCS(Power Control System)를 통해 수전하여 적정한 저전압의 상용 접압으로 변환하여 공급하는 배전반이 설치 사용된다.
이러한 배전반은 무부하 손실 또는 부하 손실에 의한 발열, 콘덴서 등 전하 축적에 의한 발열, 전기 기기 동작 시 고유 저항에 의한 발열 등으로 인해 배전반 내부는 고온으로 상승된다.
상기와 같이 배전반 내부의 온도가 상승되면 배전반 내부의 전자기기를 손상시킬 수 있고, 나아가 화재 발생까지 이어질 수 있으므로 통상적으로 배전반에는 배전반의 과열이 방지되도록 에어컨이 설치된다.
하지만, 종래에 에어컨을 통해 배전반 내부를 냉각하는 경우에는 에어컨 가동에 너무 많은 전력이 소모되어 배전반을 유지하는데 비용이 많이 소요되는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 에어컨이 고장났을 경우 배전반을 냉각할 별도의 수단이 없어 배전반의 사용 안전성이 낮다는 문제점이 있었다.
또한, 태양광 에너지 저장장치 역시 에어컨을 사용하고 겨울철에는 히터를 사용함으로 종래에는 에너지 저장장치의 냉각 및 적정 온도로 유지하기 위해 많은 전력이 필요할 뿐만 아니라, 빈번한 장치의 고장으로 인한 A/S 증가 추세로 인해 장치의 유지 관리가 곤란하다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 PCM을 냉매로 하여 PCM의 상변화에 따른 잠열을 이용하는 제1방열수단을 통한 자연공조 방식으로 배터리 실과 PCS 실을 냉각하여 적정 온도로 유지함으로 종래에 에어컨을 가동하기 위해 소요되는 비용을 절감할 수 있어 장치의 경제적인 운영을 유도할 수 있을 뿐만 아니라, 제1방열수단을 통해 배터리 실과 PCS 실이 적정 온도로 냉각이 곤란하면 제2방열수단의 도움을 받아 배터리 실과 PCS 실을 냉각하고, 배터리 실의 경우에는 제1,2방열수단을 통해 적정 온도로 냉각이 곤란하면 에어컨의 냉기를 통해 직접 냉각하는 방식을 단계적으로 적용하여 냉각함으로 배터리 실과 PCS 실의 효율적인 냉각을 유도할 수 있는 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치를 제공함에 있다.
더욱이, 배터리와 PCS가 내장되는 본체가 제1,2방열수단 및 에어컨을 통해 적정 온도로 유지되는 구조이므로, 어느 하나의 장치가 고장 나더라도 나머지 장치를 통해 본체 내부의 온도를 적합하게 유지할 수 있어 종래의 배전반에 대비하여 장치의 사용 안전성을 강화할 수 있는 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치를 제공함에 있다.
또한, 외부의 온도가 낮은 겨울철에는 제1방열수단의 PCM이 고체로 상변화되어 PCM의 순환이 정지되므로, 제1방열수단을 통한 외부와의 열교환이 자연스럽게 중단되어 외부의 냉기가 본체로 침투하는 것을 방지하여 본체 내부의 온도를 효과적으로 적정 온도로 유지할 수 있는 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치은 내부에 빈 공간을 가지되, 내부는 배터리가 내장되는 배터리 실과 PCS가 내장되는 PCS 실로 구획되는 본체;와, 상기 배터리 실과 PCS 실에 각각 설치되어 상기 배터리 실과 PCS 실 내부의 온도를 각각 제어하는 것으로, 상기 본체 내부에 위치되는 흡열기와 상기 본체 외부에 위치되는 방열기를 PCM이 순환하면서 상기 본체 내부의 열을 외부로 방출하는 제1방열수단;과, 상기 배터리 실과 PCS 실에 각각 설치되어 상기 배터리 실과 PCS 실 내부의 온도를 각각 제어하는 것으로, 외부의 공기를 흡입하여 상기 본체 내부의 열을 흡열하는 다수의 전열관과 열교환시킨 후에 외부로 방출하여 상기 본체 내부의 열을 외부로 방출하는 제2방열수단;과, 상기 배터리 실에 설치되는 것으로, 상기 배터리 실로 냉기를 공급하여 상기 배터리 실의 온도를 저하시키는 에어컨;과, 상기 배터리 실과 PCS 실의 온도를 기반으로 상기 제1방열수단과 제2방열수단 및 에어컨의 작동을 제어하여 상기 배터리 실과 PCS 실의 온도를 제어하는 컨트롤러;를 포함하여 구성되되,
상기 컨트롤러는 상기 배터리 실이 적정 온도 23 내지 28℃가 유지되도록 제어하고, 상기 PCS 실이 적정 온도 45 내지 55℃가 유지되도록 각각 제어하되,
상기 배터리 실과 PCS 실은 상기 제1방열수단을 통해 자연적으로 내부 온도가 제어되며, 상기 제1방열수단을 통해 상기 배터리 실과 PCS 실의 적정 온도로 유지 제어가 곤란하면 상기 컨트롤러는 상기 제2방열수단을 작동시켜 상기 배터리 실과 PCS 실의 온도가 적정 온도로 유지되도록 제어하며,
상기 제1,2방열수단을 통해 상기 배터리 실의 적정 온도로 유지 제어가 곤란하면 상기 컨트롤러는 상기 배터리 실에 설치된 상기 제2방열수단의 작동을 중지시킨 후, 상기 에어컨을 작동시켜 상기 배터리 실의 온도가 적정 온도로 유지되도록 제어하되,
외부의 온도가 23℃ 미만으로 형성되면 상기 배터리 실에 설치되는 상기 제1방열수단의 PCM은 고체로 상변화되어 상기 흡열기와 방열기의 순환이 정지되게 하여 자연스럽게 외부와의 열교환을 중단시켜 외부의 냉기가 상기 배터리 실로 침투하는 것을 방지하여 상기 배터리 실 내부의 온도를 용이하게 적정 온도로 유지할 수 있도록 하며,
상기 제1방열수단의 흡열기와 방열기는 연결관을 통해 서로 연통되도록 연결되어 상기 흡열기와 방열기 내부의 PCM이 순환되도록 하며,
상기 흡열기와 방열기는 내부로 PCM이 유입되는 하나 이상의 유입구가 형성되는 제1순환관과, 상기 제1순환관과 이격 위치되며, 내부로 유입된 PCM이 유출되는 하나 이상의 유출구가 형성되는 제2순환관과, 상기 제1순환관과 제2순환관 사이에 위치되어 상기 제1순환관으로 유입되는 PCM을 상기 제2순환관으로 안내하되, 내측에는 PCM의 열을 전도 받아 주변으로 전도하거나 주변의 열을 전도 받아 PCM으로 전도하는 하나 이상의 열전도 파이프를 포함하는 다수의 전도관으로 구성되되,
상기 순환관의 유입구와 유출구는 상기 연결관과 연결되며,
상기 전도관은 볼트와 너트의 결합을 통해 상기 순환관과 인접하는 다른 전도관과 간편히 연결 조립되어 상기 흡열기와 방열기에 요구되는 열교환 성능에 따라 상기 전도관의 개수를 다양하게 조절 사용할 수 있도록 하며,
상기 제2방열수단은 상기 본체 내부에 설치되는 것으로, 측면에는 상기 본체를 관통하여 외부와 연통되는 입구와 출구가 형성되는 케이스와, 상기 케이스 내부에 형성되어 상기 입구를 통해 외부의 공기를 흡입하고, 그 흡입된 공기는 상기 출구로 배출되게 하는 팬과, 상기 케이스의 입구와 출구에 각각 회동 가능하게 결합되는 것으로, 상기 입구와 출구를 폐쇄하되, 상기 팬의 작동으로 외부의 공기가 흡입되는 흡입력 및 유입된 공기가 배출되는 배출력에 의해 회동하여 상기 입구와 출구를 개방하고, 흡입력 및 배출력이 해제되면 회동 복귀하여 상기 입구와 출구를 폐쇄하는 개폐판과, 상기 케이스의 입구와 출구 사이에 위치되어 상기 본체 내부의 열을 흡수하는 다수의 전열관을 포함하여 구성되되, 상기 제2방열수단은 상기 본체 내부의 상기 배터리 실과 PCS 실에 각각 하나 이상 설치되는 것을 특징으로 한다.
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이상에서와 같이 본 발명에 따른 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치에 의하면, PCM을 냉매로 하여 PCM의 상변화에 따른 잠열을 이용하는 제1방열수단을 통한 자연공조 방식으로 배터리 실과 PCS 실을 냉각하여 적정 온도로 유지함으로 종래에 에어컨을 가동하기 위해 소요되는 비용을 절감할 수 있어 장치의 경제적인 운영을 유도할 수 있을 뿐만 아니라, 제1방열수단을 통해 배터리 실과 PCS 실이 적정 온도로 냉각이 곤란하면 제2방열수단의 도움을 받아 배터리 실과 PCS 실을 냉각하고, 배터리 실의 경우에는 제1,2방열수단을 통해 적정 온도로 냉각이 곤란하면 에어컨의 냉기를 통해 직접 냉각하는 방식을 단계적으로 적용하여 냉각함으로 배터리 실과 PCS 실의 효율적인 냉각을 유도할 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 배터리와 PCS가 내장되는 본체가 제1,2방열수단 및 에어컨을 통해 적정 온도로 유지되는 구조이므로, 어느 하나의 장치가 고장 나더라도 나머지 장치를 통해 본체 내부의 온도를 적합하게 유지할 수 있어 종래의 배전반에 대비하여 장치의 사용 안전성을 강화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 외부의 온도가 낮은 겨울철에는 제1방열수단의 PCM이 고체로 상변화되어 PCM의 순환이 정지되므로, 제1방열수단을 통한 외부와의 열교환이 자연스럽게 중단되어 외부의 냉기가 본체로 침투하는 것을 방지하여 본체 내부의 온도를 효과적으로 적정 온도로 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치의 정 단면도
도 2는 도 1에 도시된 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치의 좌측 단면도
도 3은 도 1에 도시된 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치의 우측 단면도
도 4는 도 1에 도시된 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치의 제1방열수단을 도시한 도면
도 5는 도 1에 도시된 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치의 사용상태도
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치를 도시한 것으로, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치의 정 단면도를, 도 2는 도 1에 도시된 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치의 좌측 단면도를, 도 3은 도 1에 도시된 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치의 우측 단면도를, 도 4는 도 1에 도시된 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치의 제1방열수단을 도시한 도면을, 도 5는 도 1에 도시된 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치의 사용상태도를 각각 나타낸 것이다.
상기 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치(100)은 본체(10)와, 제1방열수단(20)과, 제2방열수단(30)과, 에어컨(40)과, 컨트롤러(50)를 포함하고 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 본체(10)는 내부에 밀폐된 빈 공간을 가지되, 배터리(1)가 내장되는 배터리 실(11)과 PCS(2:Power Control System)가 내장되는 PCS 실(12)로 구획되도록 한다.
여기서, 상기 본체(10)의 내부를 배터리 실(11)과 PCS 실(12)로 구획하는 이유는 상기 배터리 실(11)의 적정 온도와 상기 PCS 실(12)의 적정 온도가 상이함으로 인해 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 온도를 개별적으로 관리 제어하기 위함이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1방열수단(20)은 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)에 각각 설치되어 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12) 내부의 온도를 각각 제어하는 것으로, 상기 본체(10) 내부에 위치되는 흡열기(21)와 상기 본체(10) 외부에 위치되는 방열기(22)를 PCM(Phase Change Meaterail)이 순환하면서 상기 본체(10) 내부의 열을 외부로 방출하도록 한다.
여기서, 상기 제1방열수단(20)의 구조를 구체적으로 살펴보면 상기 흡열기(21)와 방열기(22)는 연결관(23)을 통해 서로 연통되도록 연결되어 상기 흡열기(21)와 방열기(22) 내부의 PCM이 순환되도록 하며,
상기 흡열기(21)와 방열기(22)는 내부로 PCM이 유입되는 하나 이상의 유입구(a1)가 형성되는 제1순환관(a)과, 상기 제1순환관(a)과 이격 위치되며, 내부로 유입된 PCM이 유출되는 하나 이상의 유출구(b1)가 형성되는 제2순환관(b)과, 상기 제1순환관(a)과 제2순환관(b) 사이에 위치되어 상기 제1순환관(a)으로 유입되는 PCM을 상기 제2순환관(b)으로 안내하되, 내측에는 PCM의 열을 전도 받아 주변으로 전도하거나 주변의 열을 전도 받아 PCM으로 전도하는 하나 이상의 열전도 파이프(c1)를 포함하는 다수의 전도관(c)으로 구성되되,
상기 순환관(a,b)의 유입구(a1)와 유출구(b1)는 상기 연결관(23)과 연결되며,
상기 전도관(c)은 볼트(3)와 너트(4)의 결합을 통해 상기 순환관(a,b)과 인접하는 다른 전도관(c)과 간편히 연결 조립되어 상기 흡열기(21)와 방열기(22)에 요구되는 열교환 성능에 따라 상기 전도관(c)의 개수를 다양하게 조절 사용할 수 있도록 한다.
여기서, PCM은 일정 온도에서 고체에서 액체로, 또는 액체에서 고체로 상이 바뀌면서 잠열을 흡수하거나 방출하는 물질로서, 상이 쉽게 변하며 일정한 녹는점을 가지고 있고 열 저장능력이 높아 열 저장매체로 사용된다.
본 발명의 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치(100)에서는 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 적정 온도가 서로 상이함으로, 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)에 각각 설치되는 상기 제1방열수단(20)에 충진되는 PCM은 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 적정 온도에 적합한 녹는점을 갖는 PCM이 충진됨은 물론이다.
한편, 상기 제1방열수단(20)을 통해 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 온도를 제어하는 방법을 살펴보면, 도 5a에 도시된 바와 같이 상기 제1방열수단(20)의 PCM은 상기 흡열기(21)를 유통하면서 상기 본체(10) 내부(배터리 실과 PCS 실)에서 발생되는 열을 흡수하여 상기 방열기(22)로 유입되고, 그 유입된 PCM은 상기 방열기(22)를 유통하면서 주변과 열교환하여 열을 방열한 후, 다시 상기 흡열기(21)로 유입되는데, 이렇게 PCM이 상기 흡열기(21)와 방열기(22)를 연속 순환하면서 열교환하는 방식으로 상기 본체(10) 내부의 배터리 실(11)과 PCS 실(12)에서 발생되는 열을 외부로 방출하여 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 과열을 방지하게 된다.
여기서, 상기 제1방열수단(20)의 구체적인 작용 및 원리는 본 출원인 선 개발한 대한민국 특허등록번호 제415492호(PCM을 이용한 공조시스템)와 동일함으로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 흡열기(21)와 방열기(22)는 제1순환관(a)과 제2순환관(b)에 볼트(3)와 너트(4)를 통한 간편한 조립을 통해 상기 전도관(c) 개수를 임의로 설정할 수 있으므로, 본 발명의 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치(100)에 설치되는 배터리의 용량이나 주변의 여건(온도, 일조시간 등) 등을 고려하여 상기 흡열기(21)와 방열기(22)의 열교환 성능을 자유롭게 설정할 수 있어 주변 상황을 고려한 장치의 편리한 설치 및 효율적인 운영 관리를 유도할 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2방열수단(30)은 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)에 각각 설치되어 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12) 내부의 온도를 각각 제어하는 것으로, 외부의 공기를 흡입하여 상기 본체(10) 내부의 열을 흡열하는 다수의 전열관(33:heat pipe)과 열교환시킨 후에 외부로 방출하여 상기 본체(10) 내부의 열을 외부로 방출하도록 한다.
여기서, 상기 제2방열수단(30)의 구조를 구체적으로 살펴보면 상기 제2방열수단(30)은 상기 본체(10) 내부에 설치되는 것으로, 측면에는 상기 본체(10)를 관통하여 외부와 연통되는 입구(31a)와 출구(31b)가 형성되는 케이스(31)와, 상기 케이스(31) 내부에 형성되어 상기 입구(31a)를 통해 외부의 공기를 흡입하고, 그 흡입된 공기는 상기 출구(31b)로 배출되게 하는 팬(32)과, 상기 케이스(31)의 입구(31a)와 출구(31b)에 각각 회동 가능하게 결합되는 것으로, 상기 입구(31a)와 출구(31b)를 폐쇄하되, 상기 팬(32)의 작동으로 외부의 공기가 흡입되는 흡입력 및 유입된 공기가 배출되는 배출력에 의해 회동하여 상기 입구(31a)와 출구(31b)를 개방하고, 흡입력 및 배출력이 해제되면 회동 복귀하여 상기 입구(31a)와 출구(31b)를 폐쇄하는 개폐판(33)과, 상기 케이스(31)의 입구(31a)와 출구(31b) 사이에 위치되어 상기 본체(10) 내부의 열을 흡수하는 다수의 전열관(34)을 포함하여 구성되되, 상기 제2방열수단(30)은 상기 본체(10) 내부의 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)에 각각 하나 이상 설치되도록 한다.
여기서, 상기 제2방열수단(30)은 상기 제1방열수단(20)을 통해 상기 본체(10) 내부의 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 온도를 적정 온도로 유지가 곤란한 경우에 상기 컨트롤러(50)의 제어를 통해 작동하는 것으로,
상기 제2방열수단(30)이 작동되면, 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 팬(32)의 흡입력으로 외부의 공기를 상기 입구(31a)를 통해 흡입하고, 그 흡입된 공기는 상기 출구(31b)를 통해 배출되는 과정에서 상기 전열관(34)을 통과하면서 상기 전열관(34)과 열교환하여 배출되므로 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 온도가 적정 온도로 저하된다.
이때, 상기 입구(31a)와 출구(31b) 상에 형성되는 상기 개폐판(33)은 상기 팬(32)의 작동으로 발생되는 공기의 흡입력 및 배출력에 의해 회동되어 자연스럽게 상기 입구(31a)와 출구(31b)가 개방되어 상기와 같이 외부의 공기가 입구(31a)를 통해 유입된 후에 상기 출구(31b)를 통해 배출되도록 함은 물론이다.
한편, 상기 전열관(34)은 신속하게 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 열을 흡수 전도할 수 있도록 내부에 순환되지 않는 PCM이 충진될 수 있다.
또한, 상기 배터리 실(11)에 설치되는 상기 제2방열수단(30)은 상기 에어컨(40)과 함께 하나의 프레임에 일체로 조립되어 장치의 용이한 제작 및 관리를 유도할 수 있음은 물론이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 에어컨(40)은 상기 배터리 실(11)에 설치되는 것으로, 상기 배터리 실(11)로 냉기를 공급하여 상기 배터리 실(11)의 온도를 저하시키도록 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 컨트롤러(50)는 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 온도를 기반으로 상기 제1방열수단(20)과 제2방열수단(30) 및 에어컨(40)의 작동을 제어하여 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 온도를 제어하도록 한다.
즉, 상기 컨트롤러(50)는 상기 배터리 실(11)이 적정 온도 23 내지 28℃가 유지되도록 제어하고, 상기 PCS 실(12)이 적정 온도 45 내지 55℃가 유지되도록 각각 제어하되,
도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)은 상기 제1방열수단(20)을 통해 자연적으로 내부 온도가 제어되며, 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 제1방열수단(20)을 통해 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 적정 온도로 유지 제어가 곤란하면 상기 컨트롤러(50)는 상기 제2방열수단(30)을 작동시켜 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 온도가 적정 온도로 유지되도록 제어하며,
도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 제1,2방열수단(20,30)을 통해 상기 배터리 실(11)의 적정 온도로 유지 제어가 곤란하면 상기 컨트롤러(50)는 상기 배터리 실(11)에 설치된 상기 제2방열수단(30)의 작동을 중지시킨 후, 상기 에어컨(40)을 작동시켜 상기 배터리 실(11)의 온도가 적정 온도로 유지되도록 제어한다.
한편, 외부의 온도가 23℃ 미만으로 형성되는 겨울철에는 상기 배터리 실(11)에 설치되는 상기 제1방열수단(20)의 PCM은 고체로 상변화되어 상기 흡열기(21)와 방열기(22)의 순환이 정지되게 하여 자연스럽게 외부와의 열교환을 중단시켜 외부의 냉기가 상기 배터리 실(11)로 침투하는 것을 방지하여 상기 배터리 실(11) 내부의 온도를 효과적으로 적정 온도로 유지할 수 있음은 물론이다.
이때, 상기 제2방열수단(30)과 에어컨(40)은 상기 컨트롤러(50)의 제어를 통해 작동이 중지되어 불필요하게 에너지가 낭비되는 것을 방지함은 물론이며, 상기 제1방열수단(20)에 내장되는 PCM은 어느점이 23℃ 미만의 물질을 사용하여 외부의 온도가 23℃ 미만으로 형성되면 용이하게 고체로 상변화되도록 유도함은 당연하다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치(100)은 다음과 같이 본체(10)의 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 온도를 제어한다.
먼저, 본 발명의 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치(100)이 작동되면, 도 5a에 도시된 바와 같이 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 내부 온도가 상승하게 되는데, 이때 PCM을 이용하는 제1방열수단(20)을 통한 자연공조 방식으로 배터리 실(11)과 PCS 실(12)이 적정 온도가 유지되도록 한다.
그러다가 상기 제1방열수단(20)을 통한 자연공조 방식으로 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 열을 외부로 방출함에도 불구하고 온도가 상승하면, 도 5b에 도시된 바와 같이 제2방열수단(30)을 작동시켜 상기 제1방열수단(20)과 함께 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 열을 외부로 방출하여 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)이 적정 온도로 유지되도록 한다.
여기서, 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 적정 유지 온도가 상이함으로 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 내부의 온도에 따라 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)에 각각 설치되는 상기 제2방열수단(30)이 각각 또는 함께 작동될 수 있음은 물론이다.
한편, 상기 PCS 실(12)은 적정 유지 온도가 45 내지 55℃이므로 여름에도 외부 온도가 40℃를 넘지 않는 기온 특성상 상기 제2방열수단(30)을 통해 용이하게 적정 온도로 유지할 수 있으나,
상기 배터리 실(11)의 경우에는 적정 유지 온도가 23 내지 28℃이므로 외부의 온도가 다소 높은 경우에는 상기 제2방열수단(30)의 작동으로 상기 배터리 실(11)의 온도를 적합하게 유지하기 곤란한 경우가 발생할 수 있으며, 이러한 경우에는 도 5c에 도시된 바와 같이 상기 에어컨(40)을 가동하여 상기 배터리 실(11) 내부로 직접 냉기를 공급하여 적정 온도를 유지하도록 한다.
이때, 상기 에어컨(40)의 가동으로 인한 냉기의 손실을 방지하기 위해 상기 배터리 실(11)에 설치되는 상기 제2방열수단(30)의 작동은 정지됨은 물론이다.
상기와 같은 구성요소로 이루어지는 본 발명의 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치(100)은 PCM을 냉매로 하여 PCM의 상변화에 따른 잠열을 이용하는 상기 제1방열수단(20)을 통한 자연공조 방식으로 배터리 실(11)과 PCS 실(12)을 냉각하여 적정 온도로 유지함으로 종래의 배전반에서 에어컨을 가동하기 위해 소요되는 비용을 절감할 수 있어 장치의 경제적인 운영을 유도할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 제1방열수단(20)을 통해 배터리 실(11)과 PCS 실(12)이 적정 온도로 냉각이 곤란하면 상기 제2방열수단(30)의 도움을 받아 배터리 실(11)과 PCS 실(12)을 냉각하고, 배터리 실(11)의 경우에는 상기 제1,2방열수단(20,30)을 통해 적정 온도로 냉각이 곤란하면 상기 에어컨(40)의 냉기를 통해 직접 냉각하는 방식을 단계적으로 적용하여 냉각함으로 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 효율적인 냉각을 유도할 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 상기 배터리(1)와 PCS(2)가 내장되는 상기 본체(10)가 제1,2방열수단(20,30) 및 에어컨(40)을 통해 적정 온도로 유지되는 구조이므로, 어느 하나의 장치가 고장 나더라도 나머지 장치를 통해 상기 본체(10) 내부의 온도를 적합하게 유지할 수 있어 종래의 배전반에 대비하여 장치의 사용 안전성을 강화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것으로 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 사상을 해치지 않는 범위 내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명에서 권리를 청구하는 범위는 상세한 설명의 범위 내로 정해지는 것이 아니라 후술되는 청구범위와 이의 기술적 사상에 의해 한정될 것이다.
1. 배터리 2. PCS
3. 볼트 4. 너트
a. 제1순환관 a1. 유입구
b. 제2순환관 b2. 유출구
c. 전도관 c1. 열전도 파이프
10. 본체 11. 배터리 실
12. PCS 실 20. 제1방열수단
21. 흡열기 22. 방열기
23. 연결관 30. 제2방열수단
31. 케이스 31a. 입구
31b. 출구 32. 팬
33. 전열관
100. 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치

Claims (3)

  1. 내부에 빈 공간을 가지되, 내부는 배터리(1)가 내장되는 배터리 실(11)과 PCS(2:Power Control System)가 내장되는 PCS 실(12)로 구획되는 본체(10);
    상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)에 각각 설치되어 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12) 내부의 온도를 각각 제어하는 것으로, 상기 본체(10) 내부에 위치되는 흡열기(21)와 상기 본체(10) 외부에 위치되는 방열기(22)를 PCM(Phase Change Meaterail)이 순환하면서 상기 본체(10) 내부의 열을 외부로 방출하는 제1방열수단(20);
    상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)에 각각 설치되어 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12) 내부의 온도를 각각 제어하는 것으로, 외부의 공기를 흡입하여 상기 본체(10) 내부의 열을 흡열하는 다수의 전열관(33:heat pipe)과 열교환시킨 후에 외부로 방출하여 상기 본체(10) 내부의 열을 외부로 방출하는 제2방열수단(30);
    상기 배터리 실(11)에 설치되는 것으로, 상기 배터리 실(11)로 냉기를 공급하여 상기 배터리 실(11)의 온도를 저하시키는 에어컨(40); 및
    상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 온도를 기반으로 상기 제1방열수단(20)과 제2방열수단(30) 및 에어컨(40)의 작동을 제어하여 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 온도를 제어하는 컨트롤러(50);를 포함하여 구성되되,
    상기 컨트롤러(50)는 상기 배터리 실(11)이 적정 온도 23 내지 28℃가 유지되도록 제어하고, 상기 PCS 실(12)이 적정 온도 45 내지 55℃가 유지되도록 각각 제어하되,
    상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)은 상기 제1방열수단(20)을 통해 자연적으로 내부 온도가 제어되며, 상기 제1방열수단(20)을 통해 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 적정 온도로 유지 제어가 곤란하면 상기 컨트롤러(50)는 상기 제2방열수단(30)을 작동시켜 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)의 온도가 적정 온도로 유지되도록 제어하며,
    상기 제1,2방열수단(20,30)을 통해 상기 배터리 실(11)의 적정 온도로 유지 제어가 곤란하면 상기 컨트롤러(50)는 상기 배터리 실(11)에 설치된 상기 제2방열수단(30)의 작동을 중지시킨 후, 상기 에어컨(40)을 작동시켜 상기 배터리 실(11)의 온도가 적정 온도로 유지되도록 제어하되,
    외부의 온도가 23℃ 미만으로 형성되면 상기 배터리 실(11)에 설치되는 상기 제1방열수단(20)의 PCM은 고체로 상변화되어 상기 흡열기(21)와 방열기(22)의 순환이 정지되게 하여 자연스럽게 외부와의 열교환을 중단시켜 외부의 냉기가 상기 배터리 실(11)로 침투하는 것을 방지하여 상기 배터리 실(11) 내부의 온도를 효과적으로 적정 온도로 유지할 수 있도록 하며,
    상기 제1방열수단(20)의 흡열기(21)와 방열기(22)는 연결관(23)을 통해 서로 연통되도록 연결되어 상기 흡열기(21)와 방열기(22) 내부의 PCM이 순환되도록 하며,
    상기 흡열기(21)와 방열기(22)는 내부로 PCM이 유입되는 하나 이상의 유입구(a1)가 형성되는 제1순환관(a)과, 상기 제1순환관(a)과 이격 위치되며, 내부로 유입된 PCM이 유출되는 하나 이상의 유출구(b1)가 형성되는 제2순환관(b)과, 상기 제1순환관(a)과 제2순환관(b) 사이에 위치되어 상기 제1순환관(a)으로 유입되는 PCM을 상기 제2순환관(b)으로 안내하되, 내측에는 PCM의 열을 전도 받아 주변으로 전도하거나 주변의 열을 전도 받아 PCM으로 전도하는 하나 이상의 열전도 파이프(c1)를 포함하는 다수의 전도관(c)으로 구성되되,
    상기 순환관(a,b)의 유입구(a1)와 유출구(b1)는 상기 연결관(23)과 연결되며, 상기 전도관(c)은 볼트(3)와 너트(4)의 결합을 통해 상기 순환관(a,b)과 인접하는 다른 전도관(c)과 간편히 연결 조립되어 상기 흡열기(21)와 방열기(22)에 요구되는 열교환 성능에 따라 상기 전도관(c)의 개수를 다양하게 조절 사용할 수 있도록 하며,
    상기 제2방열수단(30)은 상기 본체(10) 내부에 설치되는 것으로, 측면에는 상기 본체(10)를 관통하여 외부와 연통되는 입구(31a)와 출구(31b)가 형성되는 케이스(31)와, 상기 케이스(31) 내부에 형성되어 상기 입구(31a)를 통해 외부의 공기를 흡입하고, 그 흡입된 공기는 상기 출구(31b)로 배출되게 하는 팬(32)과, 상기 케이스(31)의 입구(31a)와 출구(31b)에 각각 회동 가능하게 결합되는 것으로, 상기 입구(31a)와 출구(31b)를 폐쇄하되, 상기 팬(32)의 작동으로 외부의 공기가 흡입되는 흡입력 및 유입된 공기가 배출되는 배출력에 의해 회동하여 상기 입구(31a)와 출구(31b)를 개방하고, 흡입력 및 배출력이 해제되면 회동 복귀하여 상기 입구(31a)와 출구(31b)를 폐쇄하는 개폐판(33)과, 상기 케이스(31)의 입구(31a)와 출구(31b) 사이에 위치되어 상기 본체(10) 내부의 열을 흡수하는 다수의 전열관(34)을 포함하여 구성되되,
    상기 제2방열수단(30)은 상기 본체(10) 내부의 상기 배터리 실(11)과 PCS 실(12)에 각각 하나 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치.
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