KR102404099B1 - Thermal control unit of multi-channel liquid drop cooling for electronic devices - Google Patents

Thermal control unit of multi-channel liquid drop cooling for electronic devices Download PDF

Info

Publication number
KR102404099B1
KR102404099B1 KR1020200048908A KR20200048908A KR102404099B1 KR 102404099 B1 KR102404099 B1 KR 102404099B1 KR 1020200048908 A KR1020200048908 A KR 1020200048908A KR 20200048908 A KR20200048908 A KR 20200048908A KR 102404099 B1 KR102404099 B1 KR 102404099B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
insulating fluid
heating element
cooling
unit
element module
Prior art date
Application number
KR1020200048908A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20210130542A (en
Inventor
신우중
권대성
김재환
Original Assignee
주식회사 스탠더드시험연구소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 스탠더드시험연구소 filed Critical 주식회사 스탠더드시험연구소
Priority to KR1020200048908A priority Critical patent/KR102404099B1/en
Publication of KR20210130542A publication Critical patent/KR20210130542A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102404099B1 publication Critical patent/KR102404099B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/627—Stationary installations, e.g. power plant buffering or backup power supplies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63—Control systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/66—Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/251—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for stationary devices, e.g. power plant buffering or backup power supplies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/258—Modular batteries; Casings provided with means for assembling
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20218—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant without phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20272—Accessories for moving fluid, for expanding fluid, for connecting fluid conduits, for distributing fluid, for removing gas or for preventing leakage, e.g. pumps, tanks or manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/10—Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

본 발명은 전기소자용 다중채널 낙수냉각방식의 열제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에너지 저장장치(ESS)의 배터리와 같은 전기소자 발열체를 적정한 온도 범위로 냉각시키기 위해 다양한 경로로 절연유체를 낙하시키는 방식의 열제어장치에 관한 것이다. 본 발명은, 에너지 저장장치의 배터리와 같은 고발열체를 사전에 냉각시킴으로써 화재 발생을 예방하도록 하는 효과를 갖는다. 또한, 본 발명은, 절연유체의 저장량 대비 유효흡입수두를 확보하여 필요 절연유체를 최소화 할 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 본 발명은, 절연유체를 낙수 상태로 발열체 모듈에 통과시킴으로써, 발열체 모듈의 중심부까지 절연유체가 균일하게 통과하도록 구성하여, 저전력으로도 높은 수준의 냉각성능을 달성할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.The present invention relates to a thermal control device of a multi-channel drip-water cooling method for an electric device, and more particularly, an insulating fluid through various routes to cool an electric element heating element such as a battery of an energy storage system (ESS) to an appropriate temperature range. It relates to a thermal control device of a dropping method. The present invention has the effect of preventing the occurrence of a fire by pre-cooling a high-heating element such as a battery of an energy storage device. In addition, the present invention has the effect of minimizing the required insulating fluid by securing an effective suction head compared to the storage amount of the insulating fluid. In addition, the present invention has the effect of allowing the insulating fluid to pass through the heating element module in a dripping state, so that the insulating fluid passes uniformly to the center of the heating element module, so that a high level of cooling performance can be achieved even with low power. .

Description

전기소자용 다중채널 낙수냉각방식의 열제어장치 {Thermal control unit of multi-channel liquid drop cooling for electronic devices}Thermal control unit of multi-channel liquid drop cooling for electronic devices

본 발명은 전기소자용 다중채널 낙수냉각방식의 열제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에너지 저장장치(ESS)의 배터리와 같은 전기소자 발열체를 적정한 온도 범위로 냉각시키기 위해 다양한 경로로 절연유체를 낙하시키는 방식의 열제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thermal control device of a multi-channel drip-water cooling method for an electric device, and more particularly, an insulating fluid through various routes to cool an electric element heating element such as a battery of an energy storage system (ESS) to an appropriate temperature range. It relates to a thermal control device of a dropping method.

지구 온난화 등 환경문제에 대한 대책으로 태양광, 풍력 등의 신재생 에너지로의 전환이 국가적 사업으로 추진되고 있어 에너지를 미리 저장했다가 필요한 시간대에 사용하는 에너지 저장장치(Energy Storage System, ESS)의 보급이 가파르게 증가되고 있다.As a countermeasure against environmental problems such as global warming, the conversion to new and renewable energy such as solar and wind power is being promoted as a national project. Dissemination is rapidly increasing.

이러한 ESS는 리튬이온 배터리(Li-ion Battery, LiB)와 같은 전력저장원, 전력제어장치(PCS, Power Conversion System), 에너지관리시스템(EMS, Energy Management System) 등으로 구성되는데, 이중 전력저장원인 리튬이온 배터리가 가장 발열 및 화재에 취약한 구성이다.This ESS is composed of a power storage source such as a lithium-ion battery (LiB), a power control device (PCS, Power Conversion System), and an energy management system (EMS), among which the power storage source is Lithium-ion batteries are the most vulnerable to heat and fire.

리튬이온 배터리는 1990년대 초 처음 상업화 된 이후, 높은 에너지 밀도, 낮은 메모리 효과, 낮은 에너지 손실율 등의 장점으로 인해 현재는 대표적인 2차 전지로 널리 사용되고 있다. 특히, 스마트폰, 태블릿, 노트북 등 휴대기기의 사용량이 증가하며, 고용량의 2차 전지를 요구함에 따라 리튬이온 배터리의 크기와 충전량도 이에 따라 증가하고 있다. 또한, 리튬이온 배터리 기술의 발전과 함께 과거 화석연료를 동력원으로 삼았던 자동차 등 전통적인 수요처가 전기자동차(EV) 및 ESS 등으로 기술이 대체되면서 리튬이온 배터리의 응용분야와 수요는 급격히 증가되는 추세이다.Lithium-ion batteries have been widely used as representative secondary batteries since they were first commercialized in the early 1990s due to their advantages such as high energy density, low memory effect, and low energy loss rate. In particular, as the usage of portable devices such as smartphones, tablets, and laptops increases, and as high-capacity secondary batteries are required, the size and charge amount of lithium-ion batteries are also increasing accordingly. In addition, along with the development of lithium-ion battery technology, the application fields and demand for lithium-ion batteries are rapidly increasing as traditional demand sources such as automobiles that used fossil fuels as power sources in the past are replaced by electric vehicles (EVs) and ESSs. .

리튬이온 배터리의 광범위한 사용과 대용량화는, 2006년 일본 S사의 노트북 배터리 발화사고 및 대규모 리콜 사태, 스마트폰 배터리 발화사고 등의 화재사고를 유발하게 되었는데, 그로 인해 리튬이온 배터리의 화재 위험성이 점차 알려지게 되었다. 최근 몇 년간 중국 배터리 제조 공장의 화재 및 미국 전기자동차용 배터리 공장의 화재로 공장이 전소하는 등 주요 배터리 제조 또는 취급업체들은 대부분 크고 작은 화재 사고로 큰 손실을 입었으며 이러한 ESS의 화재 발생 사례는 계속 증가하고 있는 실정이다.The widespread use and large-capacity of lithium-ion batteries caused fire accidents such as a laptop battery fire accident, a large-scale recall, and a smartphone battery fire accident in Japan in 2006. became In recent years, most major battery manufacturers or handling companies suffered large losses from fire accidents, such as large and small fire accidents, such as a fire at a battery manufacturing plant in China and a fire at a battery factory for electric vehicles in the United States. It is increasing.

리튬이온 배터리의 구성요소들을 살펴보면, 전해액이 약 11%, 분리막과 패키징 재료로 쓰이는 폴리에틸렌 등 고분자 재료가 약 10% 가까이 차지하고 있다. 전해액은 인화성 액체로 분류되는 위험물질로, 배터리가 착화할 경우 대부분의 발열량은 이러한 전해액과 폴리에틸렌 등의 플라스틱 성분이 주로 연소하면서 대부분 발생하며, 리튬이온 배터리의 충전율(State of Charge, SOC)이 높을수록, 즉 저장된 전기에너지의 양이 많을수록 발열량은 비례적으로 증가하게 된다. 또한, 리튬이온 배터리의 과열로 인해 발생되는 화재는, A, B, C, D급의 화재특성을 모두 갖고 있음을 알 수 있다. 분리막, 파우치 등의 플라스틱 재질이 연소하면서 보이는 A급 일반 가연물 화재의 특성이 있으며, 또한, 과거의 2차 전지와는 달리 전해액으로서 인화성 액체에 해당하는 유기용매가 들어 있으므로 B급 유류화재의 특성도 있다. 그리고 자체적으로 충전된 전기 에너지를 갖고 있어 점화원으로 작용할 수 있는 C급 전기화재로 분류할 수도 있으며, 금속화재인 D급 화재 특성도 있다. 따라서 ESS 화재는 A, B, C, D급의 특성을 모두 복합적으로 갖고 있어 화재 대응의 측면에서는 매우 어려운 문제가 있으며, 더욱이 리튬이온 배터리의 독특한 화재특성인 열폭주(thermal runaway)와 재발화(reignition) 현상도 고려해야 한다. 열폭주는 배터리 셀의 자기 발열로 인한 급격한 온도상승을 의미하며, 열폭주는 양극과 음극 사이의 고분자 분리막의 붕괴로부터 시작된다. 이러한 분리막으로 주로 사용되는 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 계열의 고분자는 녹는점이 125~160℃로서, 고온에서의 안정성이 취약하다. 분리막이 분해되면 양극과 음극이 직접 접촉되면서 내부에 충전된 에너지의 급격한 방출과 함께 유기 용매인 전해액이 열분해 되고, 이로 인해 인화성 가스가 발생한다. 가스 팽창으로 인해 압력이 일정 수준 이상으로 높아지면 배터리 셀 밖으로 인화성 가스와 전해액이 누출되면서 발화하게 된다. 열폭주의 원인으로는 기계적인 충격으로 인한 분리막의 천공, 과충전 및 과방전과 같은 전기적 요인, 제품 자체의 결함 등이 있으며, 또한 배터리와 무관한 외부 화재로 인한 착화도 가능하다. 또한, 재발화는 한번 배터리에서 화재가 시작되었다가 소화 활동에 의해 화염이 진압된 뒤에도 일정 시간 경과 후 다시 불꽃을 내면서 연소가 시작되는 현상이다. 다량의 배터리 셀이 집합된 형태에서 화재가 발생한 경우, 일단 초기 화염이 제거되었다 할지라도 최초 발화된 배터리와 인접한 다른 배터리 셀이 전도열 또는 복사열에 의해 열적 손상을 받아 자체적인 전기 에너지에 의해 열폭주가 시작되고 다시 발화하게 된다. Looking at the components of lithium-ion batteries, electrolytes account for about 11%, and polymer materials such as polyethylene used as separators and packaging materials account for about 10%. Electrolyte is a hazardous material classified as a flammable liquid, and when the battery ignites, most of the amount of heat generated is mainly generated by the combustion of the electrolyte and plastic components such as polyethylene. In other words, as the amount of stored electrical energy increases, the amount of heat generated increases proportionally. In addition, it can be seen that the fire caused by overheating of the lithium-ion battery has all the fire characteristics of A, B, C, and D classes. It has the characteristics of a Class A general combustible fire that can be seen when plastic materials such as separators and pouches are burned. Also, unlike the secondary batteries of the past, since the electrolyte contains an organic solvent that is a flammable liquid, the characteristics of a Class B oil fire are also have. In addition, it can be classified as a Class C electric fire that can act as an ignition source because it has its own charged electric energy, and it also has the characteristics of a Class D fire, which is a metal fire. Therefore, ESS fires have all of the characteristics of A, B, C, and D in a complex way, which is a very difficult problem in terms of fire response. reignition) should also be considered. Thermal runaway refers to a rapid temperature rise due to self-heating of a battery cell, and thermal runaway begins with the breakdown of the polymer separator between the anode and the cathode. Polyolefin-based polymers such as polyethylene or polypropylene, which are mainly used as such separators, have a melting point of 125 to 160° C., and thus have poor stability at high temperatures. When the separator is decomposed, the anode and the cathode come into direct contact, and the electrolyte solution, an organic solvent, is thermally decomposed along with the rapid release of the energy charged therein, thereby generating flammable gas. When the pressure rises above a certain level due to gas expansion, flammable gas and electrolyte leak out of the battery cell and ignite. Causes of thermal runaway include perforation of the separator due to mechanical shock, electrical factors such as overcharging and overdischarging, and defects in the product itself. Also, ignition due to an external fire unrelated to the battery is possible. In addition, re-ignition is a phenomenon in which a fire starts in the battery once, and after a certain period of time has elapsed after the flame is suppressed by fire extinguishing activity, it starts burning again with a flame. When a fire occurs in the form of a large number of battery cells assembled, even if the initial flame is removed, the battery cells adjacent to the first ignited battery are thermally damaged by conduction or radiant heat, and thermal runaway occurs due to their own electrical energy. starts and fires again.

이러한 리튬이온 배터리의 열폭주 및 재발화 특성 때문에 ESS 화재는 초기 진압에 실패하면 화재를 진압하는 것이 거의 불가능하게 된다. ESS는 최근까지도 물을 이용한 냉각을 통해 화재를 제어하게 되는 경우가 많은데, ESS 화재 발생 현장에서는 감전과 배터리 내 금속성 물질 및 가연성 가스 발생으로 인한 폭발적 연소를 우려가 있으며, 물로 인한 누수시 배터리 및 주변 장치에 치명적인 손상이 발생되는 문제도 있다.Due to the thermal runaway and re-ignition characteristics of these lithium-ion batteries, it becomes almost impossible to extinguish the fire if the initial fire suppression fails. Until recently, ESS often controls fires through cooling using water. At the site of an ESS fire, there is a risk of electric shock and explosive combustion due to the generation of metallic substances and combustible gas in the battery. There is also the problem of catastrophic damage to the device.

공개특허 제10-2010-0057691호의 '온도 조절식 배터리 장치 및 이를 위한 방법'에 따르면, 배터리를 절연 절연유체 내에 침지된 상태로 케이스 내에 구비하여 배터리의 온도를 조절할 수 있도록 시도하고 있으나, 고가의 절연유체를 가득 담아 사용하기 때문에, 고가의 절연유체가 다량으로 필요하여 높은 제조 비용이 발생되고, 시스템의 무게가 증가되고 관리가 어렵다는 문제점이 있었다. According to 'Temperature Controlled Battery Device and Method therefor' of Korean Patent Laid-Open No. 10-2010-0057691, an attempt is made to control the temperature of the battery by providing the battery in a case immersed in an insulating insulating fluid, but expensive Since the insulating fluid is filled and used, a large amount of expensive insulating fluid is required, resulting in high manufacturing cost, increased weight of the system, and difficulty in management.

한편, 반도체, 배터리 등으로 대표되는 전기소자의 발열(Heat generation)은 제품의 성능향상으로 인해 급격하게 증가되는 추세이다. 반도체의 경우, 미세공정 기술의 발전으로 칩셋의 크기가 작아짐에도 불구하고 성능이 향상되면서 전력소모는 오히려 증가하였다. 배터리 역시 에너지밀도의 증가로 인해 충, 방전율에 따른 발열수준이 크게 증가하였다.On the other hand, the heat generation of electric devices, such as semiconductors and batteries, is rapidly increasing due to the improvement of product performance. In the case of semiconductors, although the size of the chipset is reduced due to the development of microprocessing technology, the performance is improved and power consumption is rather increased. Also, due to the increase in energy density, the heat generation level according to the charge and discharge rate of the battery also increased significantly.

냉각제(Coolant)를 기준으로 전기소자에 적용되는 냉각기술을 분류하면 공기냉각(공랭식), 액체냉각(수냉식), 액침냉각(침지식) 등이 있다. 공기냉각(Air cooling)은 가장 대중적이며 손쉽게 냉각원(Cooling source)을 얻을 수 있지만 증가하는 전자소자의 발열수준을 원활하게 제어하는 데에는 냉각성능의 한계가 있다. 액체냉각(Liquid cooling)은 물(Water)이 가지는 높은 열전달특성을 활용하여 큰 발열을 효과적으로 제거할 수 있으나 누수가 발생할 경우 전기소자에 치명적인 손상이 발생한다. 또한, 액침냉각(Liquid immersion cooling)은 절연유체(Dielectric fluid) 속에 전기소자를 담그어 사용하는 기술로, 상술한 두 기술의 단점인 공기냉각의 낮은 냉각용량과 액체냉각의 위험성을 보완하는 좋은 기술이다. 하지만 액침냉각은 비싼 절연유체를 대용량으로 사용해야 하므로 현재는 고가의 제품(슈퍼컴퓨터, 데이터센터, 비트코인 채굴기 등)에만 적용되고 있다.If the cooling technology applied to electric devices is classified based on the coolant, there are air cooling (air cooling), liquid cooling (water cooling), and liquid immersion cooling (immersion type). Air cooling is the most popular and can easily obtain a cooling source, but there is a limit to cooling performance in smoothly controlling the increasing heat level of electronic devices. Liquid cooling can effectively remove large heat generation by utilizing the high heat transfer characteristics of water, but fatal damage to electric elements occurs when leakage occurs. In addition, liquid immersion cooling is a technology that uses electric devices by immersing them in dielectric fluid. . However, since immersion cooling requires the use of expensive insulating fluid in a large capacity, it is currently applied only to expensive products (supercomputers, data centers, bitcoin miners, etc.).

미국, 유럽, 일본, 중국 등의 주요 국가들은 액침냉각 기술의 개선을 위한 기술개발에 힘쓰고 있는 반면, 국내 반도체, 배터리 등 전기소자의 기술발전 속도와 비교해 냉각기술의 발전은 매우 더딘 상황이다. 미래에는 전기장치의 지능화로 인해 자동차, 휴대용 기기 등에 고사양의 컴퓨터가 탑재되어야 하며 배터리 용량이 대폭 증가할 것으로 예측되므로 동시에 배터리의 발열 문제도 심각해 지고 있는데, 낮은 비용으로 높은 성능을 발휘할 수 있는 획기적인 냉각기술의 개발이 필요하다.While major countries such as the United States, Europe, Japan, and China are making efforts to develop technologies to improve immersion cooling technology, the development of cooling technology is very slow compared to the technological development speed of electric devices such as domestic semiconductors and batteries. In the future, due to the intelligence of electric devices, high-spec computers must be installed in automobiles and portable devices, and the battery capacity is expected to increase significantly. technology development is required.

이에 구체적으로, ESS의 배터리 화재의 원천적인 예방을 위해, 배터리의 발열을 조기 냉각함으로써, 적정 온도 내에서 구동하면서 성능과 내구성을 확보할 수 있도록 하는 저비용의 ESS 온도제어 시스템을 안출 하기에 이르렀다.Specifically, for the fundamental prevention of ESS battery fire, a low-cost ESS temperature control system has been devised to ensure performance and durability while driving within an appropriate temperature by cooling the heat of the battery early.

공개특허 제10-2010-0057691 (2010.05.31. 공개)Patent Publication No. 10-2010-0057691 (published on May 31, 2010)

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 에너지 저장장치(ESS)와 같은 고발열 전기소자에서의 복합화재를 사전 예방하기 위해, 전기소자의 발열을 조기 냉각시켜 적정 온도 내에서 유지하도록 하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention for solving the above problems, in order to prevent a composite fire in a high-heating electrical device such as an energy storage device (ESS) in advance, to provide a system that cools the heat of the electrical device early and maintains it within an appropriate temperature aim to do

또한, 본 발명은, 절연유체의 저장량 대비 향상된 유효흡입수두를 확보하도록 순환 펌프의 배치 위치를 개선하여 절연유체의 필요양을 최소화 할 수 있는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a system capable of minimizing the required amount of insulating fluid by improving the arrangement position of the circulation pump to secure an improved effective suction head compared to the storage amount of the insulating fluid.

또한, 본 발명은, 절연유체를 낙수 상태로 발열체 모듈을 통과시켜 발열체 모듈의 중심부까지 절연유체가 균일하게 통과하도록 구성하여, 저전력으로도 높은 수준의 냉각성능을 달성할 수 있도록 하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention provides a system that allows the insulating fluid to pass through the heating element module in a dripping state so that the insulating fluid passes uniformly to the center of the heating element module, thereby achieving a high level of cooling performance even with low power. aim to

또한, 본 발명은, 절연유체의 이동경로를 균일화하거나, 분산시키거나, 특정 구역에 집중시킬 수 있도록 자유롭게 조절할 수 있어, 다양한 발열체 모듈의 종류, 전체 발열량, 배치 위치 등에 따라 자유롭게 대응시킬 수 있는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention is a system that can freely adjust the movement path of the insulating fluid to be uniform, dispersed, or concentrated in a specific area, so that it can be freely matched according to the type of various heating element modules, the total amount of heat generated, the arrangement position, etc. is intended to provide

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention may be understood by the following description, and will be more clearly understood by an embodiment of the present invention. In addition, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present invention can be realized by means and combinations thereof indicated in the claims.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 내부에 하나 이상의 발열체 모듈(120)을 수납하고 절연유체를 수용할 수 있는 저장 케이스(110); 복수의 발열체(121)가 적층되는 발열체 모듈(120); 상기 발열체 모듈(120) 배치 위치의 일측에 구비되어 절연유체를 순환시키는 순환 펌프(130); 상기 순환 펌프(130)와 연결되어 상기 순환 펌프(130) 작동시 유입되는 절연유체를 냉각하여 배출하는 냉각부(150); 상기 발열체 모듈(120)의 상측에 구비되고, 상기 냉각부(150)로부터 배출된 절연유체를 수용하며, 상기 발열체 모듈(120)의 상방으로, 수용된 절연유체를 낙하시키는 낙하분배부(180); 상기 발열체 모듈(120)과 접촉되며 낙하한 절연유체의 온도를 감지하는 온도 감지부(170); 및 상기 온도 감지부(170)로부터 입력되는 온도 감지 신호에 따라, 상기 순환 펌프(130) 또는 상기 냉각부(150)의 동작을 제어하는 제어부(160);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기소자용 다중채널 낙수냉각방식의 열제어장치를 제공한다.The configuration of the present invention for achieving the above object includes a storage case 110 for accommodating one or more heating element modules 120 therein and for accommodating an insulating fluid; a heating element module 120 on which a plurality of heating elements 121 are stacked; a circulation pump 130 provided at one side of the heating element module 120 arrangement position to circulate the insulating fluid; a cooling unit 150 connected to the circulation pump 130 to cool and discharge the insulating fluid introduced when the circulation pump 130 operates; a drop distribution unit 180 provided on the upper side of the heating element module 120, accommodating the insulating fluid discharged from the cooling unit 150, and dropping the received insulating fluid above the heating element module 120; a temperature sensing unit 170 that is in contact with the heating element module 120 and senses the temperature of the dropped insulating fluid; and a control unit 160 for controlling the operation of the circulation pump 130 or the cooling unit 150 according to a temperature sensing signal input from the temperature sensing unit 170; A multi-channel drip-water cooling type thermal control device for devices is provided.

상기 저장 케이스(110)는, 상기 순환 펌프(130)의 하면이 상기 발열체 모듈(120)의 설치 위치 하면보다 더 하측에 위치될 수 있도록, 하방으로 내입된 흡입수두홈(111)을 형성하고, 상기 순환 펌프(130)는 상기 흡입수두홈(111)에 배치되는 것을 특징으로 한다.The storage case 110 forms a suction head groove 111 that is inserted downward so that the lower surface of the circulation pump 130 can be located further lower than the lower surface of the installation location of the heating element module 120, The circulation pump 130 is characterized in that it is disposed in the suction head groove (111).

상기 낙하분배부(180)는, 상기 냉각부(150)를 거쳐 배출되는 절연유체를 수용하는 저장부(181); 및 상기 저장부(181)에 수용되는 절연유체가 상기 발열체 모듈(120) 상부의 다중 경로로 낙하될 수 있도록 형성된 다수의 낙수공(182);을 포함한다.The drop distribution unit 180 includes a storage unit 181 for accommodating the insulating fluid discharged through the cooling unit 150; and a plurality of falling water holes 182 formed so that the insulating fluid accommodated in the storage unit 181 can fall through the multi-path on the top of the heating element module 120 .

상기 발열체 모듈(120)은, 다수의 발열체(121)가 높이 방향으로 적층 배치되는 것을 특징으로 한다.The heating element module 120 is characterized in that a plurality of heating elements 121 are stacked in a height direction.

상기 온도 감지부(170)는, 적층된 발열체(121)의 최하단에 배치되거나, 또는 적층된 발열체(121)들 중 선택된 발열체들의 상하 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.The temperature sensing unit 170 is disposed at the lowermost end of the stacked heating elements 121 or disposed between the top and bottom of the selected heating elements among the stacked heating elements 121 .

상기 낙하분배부(180)는, 일정 면적을 갖도록 형성되고, 상기 저장부(181)의 상기 낙수공(182)의 상면을 덮음으로써 일부 위치의 낙수공(182)을 막을 수 있도록 하는 경로조절 패널(185);을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The drop distribution unit 180 is formed to have a predetermined area, and covers the upper surface of the falling water hole 182 of the storage unit 181 to block the falling water hole 182 at some positions. (185); characterized in that it further comprises.

또는 경로조절 패널은 상기 낙수공 중 일부 낙수공으로 유체 경로가 유도되거나 분산되도록 하는 것을 특징으로 한다.Alternatively, the path control panel is characterized in that the fluid path is induced or distributed to some of the falling water holes.

상기 순환 펌프(130)와 연결되어 상기 순환 펌프(130)의 작동에 따라 절연유체가 상기 냉각부(150)로 공급되도록 하는 순환관(151); 상기 순환관(151)을 거쳐 공급되는 절연유체를 상기 제어부(160)의 제어에 따라 냉각시키는 냉각부(150); 상기 냉각부(150)를 거친 절연유체를 상기 낙하분배부(180)로 유도하는 유도관(153);을 포함하는 것을 특징으로 한다.a circulation pipe 151 connected to the circulation pump 130 so that an insulating fluid is supplied to the cooling unit 150 according to the operation of the circulation pump 130; a cooling unit 150 for cooling the insulating fluid supplied through the circulation pipe 151 under the control of the control unit 160; and an induction pipe (153) for guiding the insulating fluid passing through the cooling unit (150) to the drop distribution unit (180).

본 발명은, 에너지 저장장치의 배터리와 같은 고발열체를 사전에 냉각시킴으로써 화재 발생을 예방하도록 하는 효과를 갖는다.The present invention has the effect of preventing the occurrence of a fire by pre-cooling a high-heating element such as a battery of an energy storage device.

또한, 본 발명은, 절연유체의 저장량 대비 유효흡입수두를 확보하여 필요 절연유체를 최소화 할 수 있는 효과를 갖는다.In addition, the present invention has the effect of minimizing the required insulating fluid by securing an effective suction head compared to the storage amount of the insulating fluid.

또한, 본 발명은, 절연유체를 낙수 상태로 발열체 모듈에 통과시킴으로써, 발열체 모듈의 중심부까지 절연유체가 균일하게 통과하도록 구성하여, 저전력으로도 높은 수준의 냉각성능을 달성할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.In addition, the present invention has the effect of allowing the insulating fluid to pass through the heating element module in a dripping state, so that the insulating fluid passes uniformly to the center of the heating element module, so that a high level of cooling performance can be achieved even with low power. .

또한, 본 발명은, 절연유체의 이동경로를 균일하게 하거나, 분산시키거나, 특정 구역에 집중시킬 수 있도록 자유롭게 조절할 수 있어, 다양한 발열체 모듈의 종류, 전체 발열량, 배치 위치 등에 따라 자유롭게 대응시킬 수 있는 효과를 갖는다.In addition, the present invention can freely adjust the movement path of the insulating fluid to be uniform, dispersed, or concentrated in a specific area, so that it can be freely matched according to the type of various heating element modules, the total amount of heat generated, the arrangement position, etc. have an effect

도 1은 본 발명의 전기소자용 다중채널 낙수냉각방식의 열제어장치의 외관을 나타내는 도면이다.
도 2는 전기소자용 다중채널 낙수냉각방식의 열제어장치를 설명하기 위한 내부 단면을 나타내는 도면이다.
도 3은 열제어장치의 측방 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 흡입수두홈의 유무에 따른 순환 펌프 배치 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 전기소자용 다중채널 낙수냉각방식의 열제어장치 구조를 설명하기 위한 내부 도면이다.
도 6은 발열체 모듈과 온도 감지부의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 낙하분배부의 경로조절 패널을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 낙하분배부의 경로조절 패널의 다양한 설치예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 전기소자용 다중채널 낙수냉각방식의 열제어장치를 통해 발열체 모듈을 냉각하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view showing an external appearance of a thermal control device of a multi-channel drip-water cooling method for an electric device according to the present invention.
2 is a view showing an internal cross-section for explaining a thermal control device of a multi-channel drip-water cooling method for an electric device.
3 is a view showing a lateral cross-section of the thermal control device.
4 is a view for explaining the arrangement position of the circulation pump according to the presence or absence of the suction head groove.
5 is an internal view for explaining the structure of a thermal control device of a multi-channel drip-water cooling method for an electric device.
6 is a view for explaining the arrangement of the heating element module and the temperature sensing unit.
7 is a view for explaining a path control panel of the drop distribution unit.
8 is a view for explaining various installation examples of the path control panel of the drop distribution unit.
9 is a view for explaining a process of cooling the heating element module through the thermal control device of the multi-channel drip-water cooling method for an electric device of the present invention.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.The above-described objects, features, and advantages will become more apparent through the following detailed description in relation to the accompanying drawings, whereby those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in the description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated. In addition, terms such as "...unit" described in the specification mean a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software.

도 1은 본 발명의 전기소자용 다중채널 낙수냉각방식의 열제어장치의 외관을 나타내는 도면이고, 도 2는 전기소자용 다중채널 낙수냉각방식의 열제어장치를 설명하기 위한 내부 단면을 나타내는 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 전기소자용 다중채널 낙수냉각방식의 열제어장치(100)는, 저장 케이스(110), 발열체 모듈(120), 순환 펌프(130), 냉각부(150), 제어부(160), 온도 감지부(170), 낙하분배부(180) 및 덮개(190)를 포함한다.1 is a view showing the exterior of a thermal control device of the multi-channel dripping cooling method for an electric device according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing an internal cross-section for explaining the thermal control device of the multi-channel dripping cooling method for an electric device. . 1 and 2, the thermal control device 100 of a multi-channel drip-water cooling method for an electric device includes a storage case 110, a heating element module 120, a circulation pump 130, a cooling unit 150, It includes a control unit 160 , a temperature sensing unit 170 , a drop distribution unit 180 , and a cover 190 .

저장 케이스(110)는 상부가 개방 가능한 케이스 형태로 형성되며, 내측에 하나 이상의 발열체 모듈(120)이 구비되며, 발열체(121)가 바닥으로부터 높이 방향으로 수평 적층배치되고, 바닥면에는 일정 수위만큼 절연유체가 모일 수 있도록 수용한다.The storage case 110 is formed in the form of a case in which an upper part can be opened, one or more heating element modules 120 are provided inside, the heating elements 121 are horizontally stacked in a height direction from the floor, and on the bottom surface by a certain water level Accommodate the insulating fluid so that it can collect.

여기서 절연유체(Dielectric fluid)는 상전이 비전도성 유체를 말하며 이와 같은 절연유체는 HFE(Hydrofluoroether), FK(Fluoroketone), PFC(Perfluorocarbon) 등의 합성탄화수소 종류를 포함하는 비전도성의 액상물질이 해당된다. 이러한 절연유체를 저장 케이스(110) 바닥에 배치된 발열체 모듈(120)의 하단부분이 일정 수위만큼 잠길 수 있게 준비하는 것이 바람직하며, 절연유체가 발열체 모듈(120)의 전부 또는 상당 부분을 덮을 정도가 되지 않아도 족하다.Here, the dielectric fluid refers to a phase-transition non-conductive fluid, and the insulating fluid is a non-conductive liquid material containing synthetic hydrocarbons such as HFE (Hydrofluoroether), FK (Fluoroketone), and PFC (Perfluorocarbon). It is preferable to prepare such an insulating fluid so that the lower end of the heating element module 120 disposed on the bottom of the storage case 110 can be submerged by a certain water level, and the insulating fluid covers all or a significant portion of the heating element module 120 . It is enough not to be

발열체 모듈(120)은 발열체(121)가 다수의 열과 층으로 적층되어 구성된다. 발열체(121)는 수평으로 다층 배치되는 것이 바람직하다. 발열체 모듈(120)은 저장 케이스(110) 바닥 상에 배치된다.The heating element module 120 is configured by stacking the heating element 121 in a plurality of rows and layers. The heating element 121 is preferably arranged in multiple layers horizontally. The heating element module 120 is disposed on the bottom of the storage case 110 .

이러한 발열체 모듈(120)은 발열체(121)인 배터리로 구성되는 배터리 모듈 또는 배터리 팩일 수 있으며, 발열체(121)는 원통형 배터리(Cylindrical Cell), 각형 배터리(Prismatic Cell), 파우치형 배터리(Pouch Cell) 등의 다양한 형태의 배터리를 포함할 수 있다. 즉, 발열체 모듈(120)은 ESS 시스템에 사용되는 배터리 모듈일 수 있으며, 배터리 모듈 외에도 서버(server) 또는 데이터 센터 중 어느 하나로 구성되거나, 그 외에도 다양한 전자장치(PC 등), 전기소자(콘덴서 등) 등이 될 수도 있다. 발열체 모듈(120)은 방수 기능이 완비된 외부 케이스를 구비한다.The heating element module 120 may be a battery module or a battery pack composed of a battery that is the heating element 121 , and the heating element 121 is a cylindrical battery, a prismatic cell, or a pouch type battery. It may include various types of batteries such as That is, the heating element module 120 may be a battery module used in the ESS system, and in addition to the battery module, it may be configured as either a server or a data center, or in addition to various electronic devices (PCs, etc.), electric devices (condensers, etc.). ), and so on. The heating element module 120 includes an outer case with a waterproof function.

덮개(190)는 저장 케이스(110)의 상부에 개방된 공간에 탈부착 가능하게 배치되며, 덮개(190)와 저장 케이스(110)를 원터치 형태로 잠그거나 잠금을 해제하는 다수개의 잠금장치(191)가 구비될 수 있다. 덮개(190)는 다수의 잠금장치(191)를 이용하여 저장 케이스(110)에 견고하게 고정될 수 있으며, 발열체 모듈(120)의 고장시나 구성 교체, 수리시에 덮개(190)를 용이하게 개방하여 손쉽게 내부 접근이 가능하게 되는 효과가 있다.The cover 190 is detachably disposed in the open space on the upper portion of the storage case 110, and a plurality of locking devices 191 for locking or unlocking the cover 190 and the storage case 110 in a one-touch form. may be provided. The cover 190 may be securely fixed to the storage case 110 by using a plurality of locking devices 191 , and the cover 190 can be easily opened when the heating element module 120 breaks down or when a component is replaced or repaired. This has the effect of allowing easy access to the inside.

덮개(190)의 상부 또는 그 근방에 배치될 수 있는 냉각부(150)는 냉각 모듈(152)을 포함하며, 냉각 모듈(152)은 순환관(151) 및 유도관(153)과 연결된다. 순환관(151)은 순환 펌프(130) 일측에 연결되고, 순환 펌프(130) 작동시 공급되는 절연유체를 덮개(190) 상부에 배치된 냉각 모듈(152)의 냉각 챔버(1521)로 공급하도록 연결되어 있다. The cooling unit 150 that may be disposed on or near the cover 190 includes a cooling module 152 , and the cooling module 152 is connected to the circulation pipe 151 and the guide pipe 153 . The circulation pipe 151 is connected to one side of the circulation pump 130 and supplies the insulating fluid supplied when the circulation pump 130 is operated to the cooling chamber 1521 of the cooling module 152 disposed on the cover 190 . connected.

냉각 모듈(152)은 유체를 냉각시키기 위한 다양한 구성을 적용할 수 있는데, 도면의 실시예는 냉각 챔버(1521) 및 냉각팬(1522)을 포함한다. 냉각 모듈(152)은 라디에이터(Radiator)나 열교환기 등 다양한 방식의 유체 냉각수단을 다양하게 활용할 수 있다. 중앙에는 상부 일측에 순환관(151)과 연결되고, 하부 일측에 유도관(153)과 연결되어 있는 냉각 챔버(1521)가 마련되고, 냉각 챔버(1521) 양측에는 다수개의 냉각팬(1522)이 마련되어 있다. 냉각 모듈(152)을 통과하는 절연유체는 냉각팬(1522) 등의 동작에 의해 열교환 및 냉각되어, 유도관(153)으로 배출된다. 유도관(153)을 통해 절연유체는 덮개(190)의 하부에 배치된 낙하분배부(180)로 배출된다.The cooling module 152 may apply various configurations for cooling the fluid, and the embodiment of the drawing includes a cooling chamber 1521 and a cooling fan 1522 . The cooling module 152 may utilize various types of fluid cooling means such as a radiator or a heat exchanger. A cooling chamber 1521 connected to the circulation pipe 151 on one side of the upper side and connected to the guide pipe 153 on the lower side is provided in the center, and a plurality of cooling fans 1522 are provided on both sides of the cooling chamber 1521. is provided. The insulating fluid passing through the cooling module 152 is heat-exchanged and cooled by the operation of the cooling fan 1522 , and is discharged to the guide pipe 153 . Through the guide pipe 153 , the insulating fluid is discharged to the drop distribution unit 180 disposed under the cover 190 .

온도 감지부(170)는 발열체 모듈(120)의 직하방이나, 발열체 모듈(120) 내의 발열체(121)들 사이사이에 배치되는 것이 바람직하다.The temperature sensing unit 170 is preferably disposed directly below the heating element module 120 or between the heating elements 121 in the heating element module 120 .

순환 펌프(130)는 절연유체를 냉각부(150)의 냉각 모듈(152)로 순환시키는 펌프(Pump)로, 저장 케이스(110) 바닥에 배치된 발열체 모듈(120)의 일 측방에 위치되는데, 특별히 저장 케이스(110) 바닥 일측에 형성된 흡입수두홈(111) 내에, 상대적으로 낮은 위치에 배치되는 것이 바람직하다. The circulation pump 130 is a pump that circulates the insulating fluid to the cooling module 152 of the cooling unit 150, and is located on one side of the heating element module 120 disposed on the bottom of the storage case 110, In particular, in the suction head groove 111 formed on one side of the bottom of the storage case 110, it is preferably arranged at a relatively low position.

순환 펌프(130)는 절연유체에 잠기도록 배치되며, 작동시 일측에 마련된 흡입구(131)를 통해 절연유체를 흡입하고, 타측에 마련된 배출구(132)와 연결된 순환관(151)을 통해 절연유체를 냉각 모듈(152)로 공급한다.The circulation pump 130 is disposed to be immersed in the insulating fluid, and during operation sucks the insulating fluid through the suction port 131 provided on one side, and the insulating fluid through the circulation pipe 151 connected to the outlet 132 provided on the other side. It is supplied to the cooling module 152 .

도 3은 열제어장치의 측방 단면을 나타내는 도면이고, 도 4는 흡입수두홈의 유무에 따른 순환 펌프 배치 위치를 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 흡입수두홈(111)은 저장 케이스(110) 바닥 일측 하측으로 오목하게 형성된다. 즉, 발열체 모듈(120)의 하측 바닥면보다 더 낮은 위치의 흡입수두홈(111)이 마련되도록 하며, 이 내부로 순환 펌프(130)를 수용한다.3 is a view showing a lateral cross-section of the thermal control device, and FIG. 4 is a view for explaining the arrangement position of the circulation pump according to the presence or absence of the suction head groove. Referring to FIG. 3 , the suction head groove 111 is concavely formed on one side of the bottom of the storage case 110 . That is, the suction head groove 111 at a lower position than the lower bottom surface of the heating element module 120 is provided, and the circulation pump 130 is accommodated therein.

순환 펌프(130)에는 흡입구(131)와 배출구(132)가 있으며, 흡입구(131)에서 절연유체를 인입받아, 펌핑 작용을 통해 가압하여 배출구(132)를 통해 순환관(151)으로 배출시킨다. 이 때 흡입구(131)의 중심에서 절연유체의 수위 까지의 높이차가 유효흡입수두(b1)인데, 유효흡입수두(b1)를 만족하여야 순환 펌프가 기포 생성 없이 적절하게 동작할 수 있게 되므로, 유효흡입수두(b1)가 만족되도록 절연유체를 채워야 한다. 즉 순환 펌프(130)가 높은 위치에 있게 되면 흡입구(131)의 위치도 높아지며 그에 따라 유효흡입수두(b1)를 만족시키기 위한 절연유체의 수위도 높아지게 된다. 반대로 순환 펌프(130)의 위치가 낮아지면 낮아질수록 유효흡입수두(b1)를 만족시키기 위한 절연유체의 수위도 낮아지게 된다.The circulation pump 130 has an inlet 131 and an outlet 132 , and receives the insulating fluid from the inlet 131 , pressurizes it through a pumping action, and discharges it to the circulation pipe 151 through the outlet 132 . At this time, the difference in height from the center of the suction port 131 to the level of the insulating fluid is the effective suction head (b1). Insulation fluid must be filled so that the head (b1) is satisfied. That is, when the circulation pump 130 is at a high position, the position of the suction port 131 also increases, and accordingly, the level of the insulating fluid to satisfy the effective suction head b1 also increases. Conversely, as the position of the circulation pump 130 decreases, the level of the insulating fluid for satisfying the effective suction head b1 also decreases.

본 발명에서는 고가의 절연유체의 사용량을 최소화하기 위하여, 순환 펌프(130)를 다른 구성들에 비해 낮은 위치, 즉 하방 내입된 흡입수두홈(111) 내에 배치 시킴으로써, 유효흡입수두(b1)를 만족하는 절연유체의 수위가 최대로 낮게 형성되도록 한다.In the present invention, in order to minimize the amount of expensive insulating fluid used, the effective suction head (b1) is satisfied by disposing the circulation pump 130 in a lower position than other components, that is, in the suction head groove 111 that is internally introduced downward. Make sure that the level of the insulating fluid is formed as low as possible.

도 4를 참조하면, (a)와 같은 위치보다, (b)와 같이 순환 펌프(130)를 바닥면보다 낮은 흡입수두홈(111) 내에 위치시키게 되면, 절연유체의 수위와 흡입구(131) 사이의 수두는 a1에서 a2로 증가하게 된다. 이러한 현상으로 인해 절연유체의 수위를 좀더 줄여 절연유체의 사용량을 절감하거나, 또는 보다 높은 수두를 활용할 수 있게 됨으로써 순환 펌프(130)의 용량이나 출력 등 선택의 폭이 넓어지게 되는 효과가 있게 된다. 즉, 수두가 a2와 같이 더 커지게 되면, 순환 펌프(130)의 작동시 캐비테이션(Cavitation)의 발생을 최소화하며 절연유체를 냉각부(150)의 냉각 모듈(152)로 원활히 공급할 수 있다. 절연유체를 가득 담거나 상당량 수용하지 않고, 최소량만을 사용하더라도 냉각부(150)에서 냉각하여 지속적으로 재사용 낙수가 가능하게 된다. 그러므로 고가의 절연유체를 저장 케이스(110)에 가득 침지하지 않고, 최소량만을 이용하여 발열체 모듈(120)의 발열을 제어할 수 있도록 하는 효과가 있는 것이다. Referring to FIG. 4, when the circulation pump 130 is positioned in the suction head groove 111 lower than the floor surface as shown in (b) rather than the position as in (a), the distance between the water level of the insulating fluid and the suction port 131 is Chicken head increases from a1 to a2. Due to this phenomenon, it is possible to further reduce the water level of the insulating fluid to reduce the usage of the insulating fluid, or to use a higher water head, thereby expanding the range of options such as the capacity and output of the circulation pump 130 . That is, when the head becomes larger like a2 , the occurrence of cavitation during operation of the circulation pump 130 is minimized and the insulating fluid can be smoothly supplied to the cooling module 152 of the cooling unit 150 . Even if the insulating fluid is not filled or accommodated in a significant amount, and only a minimum amount is used, it is cooled in the cooling unit 150 to enable continuous reuse of dripping water. Therefore, there is an effect of controlling the heat generation of the heating element module 120 by using only a minimum amount without immersing the expensive insulating fluid in the storage case 110 .

도 5는 전기소자용 다중채널 낙수냉각방식의 열제어장치 구조를 설명하기 위한 내부 도면이다. 도 5를 참조하면, 냉각 챔버(1521)는 내부에 다수개의 방열핀이 수평방향으로 구비되어 있으며, 순환관(151)을 통해 유입되는 절연유체는 다수개의 방열핀을 거쳐 하부 일측에 마련된 유도관(153)으로 이동된다.5 is an internal view for explaining the structure of a thermal control device of a multi-channel drip-water cooling method for an electric device. Referring to FIG. 5 , the cooling chamber 1521 has a plurality of heat dissipation fins provided therein in the horizontal direction, and the insulating fluid flowing in through the circulation pipe 151 passes through the plurality of heat dissipation fins and an induction pipe 153 provided on one lower side. ) is moved to

냉각팬(1522)은 순환 펌프(130)가 작동할 경우 제어부(160)의 제어에 의해 작동한다. 이때 냉각 챔버(1521) 상부 일측 순환관(151)을 통해 공급되는 절연유체가 다수개의 방열핀에서 열교환되어 냉각되고, 함께 작동하는 냉각팬(1522)의 바람에 의해 냉각되면서, 하부 일측에 연결된 유도관(153)으로 배출되게 된다. 이때 냉각 챔버(1521) 내부의 뜨거운 공기는 냉각팬(1522)에 의해 외부로 배출된다. 냉각 모듈(152)은 라디에이터(Radiator), 열교환기 외에도, 열전반도체 등을 이용한 자유로운 냉각 수단을 이용하여 구성할 수도 있을 것이다.The cooling fan 1522 operates under the control of the control unit 160 when the circulation pump 130 operates. At this time, the insulating fluid supplied through the upper one side circulation pipe 151 of the cooling chamber 1521 is heat-exchanged by a plurality of heat dissipation fins to be cooled, and cooled by the wind of the cooling fan 1522 operating together, an induction pipe connected to the lower one side (153) will be discharged. At this time, the hot air inside the cooling chamber 1521 is discharged to the outside by the cooling fan 1522 . The cooling module 152 may be configured using a free cooling means using a thermoelectric semiconductor in addition to a radiator and a heat exchanger.

유도관(153)은 냉각 챔버(1521) 하부 일측에 마련되어 냉각 챔버(1521) 내에서 냉각된 절연유체를 덮개(190) 하측에 배치되는 낙하분배부(180)로 배출하도록 마련된다.The guide pipe 153 is provided on one side of the lower side of the cooling chamber 1521 to discharge the insulating fluid cooled in the cooling chamber 1521 to the drop distribution unit 180 disposed under the cover 190 .

제어부(160)는 저장 케이스(110) 외측에 구비되거나, 수동조작도 가능한 제어판, ESS 시스템 전체를 제어하는 제어부스 등으로 별도 구비될 수도 있으며, 다수의 ESS 시스템이 마련되는 구조물 내부에 구비되거나, 별도의 관제센터, 서버, PC 등의 다양한 조합으로 구성될 수도 있다.The control unit 160 may be provided outside the storage case 110, or may be separately provided as a control panel capable of manual operation, a control unit for controlling the entire ESS system, etc., and may be provided inside a structure in which a plurality of ESS systems are provided, It may be composed of various combinations of separate control centers, servers, and PCs.

제어부(160)는 절연유체의 온도가 상승할 경우, 다수개의 온도 감지부(170)에서 감지된 온도 감지 신호를 수신하여, 절연유체의 온도가 기 설정된 허용 온도 범위를 벗어나는지 허용 온도 범위 내에 있는지 또는 온도 편차가 정상범위를 벗어나는지를 판단한다.When the temperature of the insulating fluid rises, the control unit 160 receives the temperature sensing signals sensed by the plurality of temperature sensing units 170 to determine whether the temperature of the insulating fluid is outside the preset allowable temperature range or within the allowable temperature range. Or, it is determined whether the temperature deviation is out of the normal range.

제어부(160)는 순환 펌프(130)를 정기적으로 구동시키도록 하는 것이 바람직하며, 이 과정에서 측정된 절연유체의 온도가 기 설정된 허용 온도 범위를 벗어나거나 또는 온도 편차가 정상범위를 벗어날 경우, 제어부(160)는 절연유체의 순환시 냉각 모듈(152)이 냉각 기능도 동시에 구동되도록 한다. 즉, 냉각팬을 동작시키는 등 강제 냉각 동작이 수행되도록 하는 것이 바람직하다.It is preferable that the control unit 160 drives the circulation pump 130 regularly, and when the temperature of the insulating fluid measured in this process is outside the preset allowable temperature range or the temperature deviation is outside the normal range, the control unit 160 Reference numeral 160 causes the cooling module 152 to simultaneously drive the cooling function when the insulating fluid is circulated. That is, it is preferable to perform a forced cooling operation, such as operating a cooling fan.

또한 제어부(160)는 절연유체의 온도가 기 설정된 허용 온도 범위이거나 또는 온도 편차가 정상범위 내에 들어올 경우 순환 펌프(130)에 따른 정기적 순환 동작은 하되, 냉각 모듈(152)의 동작은 유보할 수도 있다. 또는 순환 펌프(130)의 순환 동작 자체도 일시적으로 중단하는 제어도 할 수 있을 것이다.In addition, when the temperature of the insulating fluid is within the preset allowable temperature range or the temperature deviation is within the normal range, the control unit 160 performs a regular circulation operation according to the circulation pump 130, but the operation of the cooling module 152 may be withheld. have. Alternatively, the circulation operation itself of the circulation pump 130 may also be controlled to temporarily stop.

온도 감지부(170)는 절연유체의 온도를 감지하는 센서로, 열전대(thermocouple)를 사용하며, 그 외에도 다양한 온도감지 수단, 센서를 채택할 수 있을 것이다. 온도 감지부(170)는 발열체 모듈(120)의 직하방에 하나씩 배치되는 것이 바람직하며, 하나의 열전대가 그 상측에 적층된 8층의 발열체(121)로부터 낙하하는 절연유체의 온도를 측정하게 되므로, 최소한의 열전대로 다수의 발열체 온도를 감지할 수 있게 되는 효과가 있다.The temperature sensing unit 170 is a sensor that detects the temperature of the insulating fluid, and uses a thermocouple. In addition, various temperature sensing means and sensors may be employed. It is preferable that the temperature sensing unit 170 is disposed one at a time directly below the heating element module 120, and one thermocouple measures the temperature of the insulating fluid falling from the eight-layer heating element 121 stacked on the upper side thereof. , there is an effect of being able to sense the temperature of a plurality of heating elements with a minimum of thermocouples.

도 6은 발열체 모듈과 온도 감지부의 배치를 설명하기 위한 도면이다. 도 6을 참조하면, 온도 감지부(170)는 발열체 모듈(120) 하측에 발열체(121)에 인접하게 다수 배치되는데, (a)와 같이 적층된 발열체(121)의 각 열의 하단에 각각 배치되거나, (b)와 같이 최하단의 발열체(121)와 그 상부에 배치된 발열체(121) 사이의 열마다 배치되도록 구성할 수도 있다. 이는 절연유체의 수위에 따라, 낙하되어 수위를 형성하며 순환전 수위를 형성하는 절연유체보다 상측에 온도 감지부(170)가 위치되도록 적절히 선택할 수 있다. 최소 수용되는 절연유체의 수위가 낮다면 (a)와 같이 온도 감지부(170)도 최하단에 배치하고, 수위가 높아지게 된다면 (b)와 같이 온도 감지부(170)를 다소 상측의 적층 발열체(121)들 사이에 배치시킨다. 즉, 온도 감지부(170)는 이미 낙하된 절연유체의 온도를 측정하기 보다는, 발열체(121)와 접촉되어 낙하되고 있는 절연유체의 온도를 측정할 수 있도록 하여, 보다 민감하고 신속한 온도 측정이 가능하도록 한다.6 is a view for explaining the arrangement of the heating element module and the temperature sensing unit. Referring to FIG. 6 , a plurality of temperature sensing units 170 are disposed adjacent to the heating element 121 on the lower side of the heating element module 120 , respectively, disposed at the lower end of each row of the stacked heating element 121 as shown in (a) or , (b), it may be configured to be arranged in each row between the lowermost heating element 121 and the heating element 121 disposed above it. This may be appropriately selected so that the temperature sensing unit 170 is positioned above the insulating fluid that falls and forms the water level before circulation, depending on the level of the insulating fluid. If the water level of the minimum acceptable insulating fluid is low, the temperature sensing unit 170 is also placed at the bottom as shown in (a), and if the water level is high, the temperature sensing unit 170 is placed on the upper side of the stacked heating element 121 somewhat as shown in (b). ) are placed between them. That is, the temperature sensing unit 170 allows to measure the temperature of the insulating fluid falling in contact with the heating element 121, rather than measuring the temperature of the insulating fluid that has already fallen, so that more sensitive and rapid temperature measurement is possible. to do it

기존의 ESS 시스템은 전체 발열량을 모니터링 하기 위해 각각의 배터리 셀마다 다수개의 열전대를 배치했어야 했는데, 본 발명은 적층된 발열체(121)의 각 열의 하단 또는 각 열에서 발열체 사이에 열전대를 배치하므로, 1개의 열전대에서 상측에 적층된 7~8개의 다수 발열체(121)의 온도를 동시에 감지할 수 있게 되어, 온도 모니터링을 위해 필요한 열전대의 수가 1/7 ~ 1/8로 최소화되는 효과가 있다.The existing ESS system had to arrange a plurality of thermocouples for each battery cell in order to monitor the total amount of heat generated, but in the present invention, thermocouples are disposed at the bottom of each row of the stacked heating elements 121 or between the heating elements in each row, Since the temperature of 7 to 8 multiple heating elements 121 stacked on the upper side of the thermocouples can be simultaneously sensed, the number of thermocouples required for temperature monitoring is minimized to 1/7 to 1/8.

도 7은 낙하분배부의 경로조절 패널을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 낙하분배부의 경로조절 패널의 다양한 설치예를 설명하기 위한 도면이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 낙하분배부(180)는, 저장부(181), 낙수공(182)을 포함한다. 낙하분배부(180)는 덮개(190) 하단에 배치되는데, 유도관(153) 일측과 인접하도록 배치되며, 볼트 등에 의해 탈부착이 가능하도록 고정 배치되는 것이 바람직하다.7 is a view for explaining the path control panel of the drop distribution unit, Figure 8 is a view for explaining various installation examples of the path control panel of the drop distribution unit. 7 and 8 , the drop distribution unit 180 includes a storage unit 181 and a falling water hole 182 . The drop distribution unit 180 is disposed at the lower end of the cover 190 , is disposed adjacent to one side of the guide tube 153 , and is preferably fixedly disposed so as to be detachably attached by a bolt or the like.

낙하분배부(180)는 발열체 모듈(120)의 상부에 대응되도록 넓게 형성되는 것이 바람직하며, 유도관(153)을 통해 배출되는 절연유체를 수용하는 저장부(181)가 형성된 저장조이다. 저장부(181)는 유도관(153)을 통해 배출되는 절연유체를 수용할 수 있는 정도의 깊이와 너비로 형성되며, 수용되는 절연유체가 발열체 모듈(120)의 상부의 다중채널로 낙수되도록 하는 다수개의 낙수공(182)이 형성되어 있다. 낙하분배부(180)를 다중채널플레이트부로 지칭할 수도 있다.The drop distribution unit 180 is preferably formed wide to correspond to the upper portion of the heating element module 120 , and is a storage tank in which a storage unit 181 for accommodating the insulating fluid discharged through the guide pipe 153 is formed. The storage unit 181 is formed to have a depth and width sufficient to accommodate the insulating fluid discharged through the guide pipe 153 , and to allow the received insulating fluid to drip into the multi-channel at the top of the heating element module 120 . A plurality of falling water holes 182 are formed. The drop distribution unit 180 may be referred to as a multi-channel plate unit.

여기서 다수개의 낙수공(182)은 다양한 크기 및 형태로 자유롭게 구성할 수 있으며, 다수개의 낙수공(182)을 통해 발열체 모듈(120) 상부로 절연유체를 균일하게 또는 의도한 대로, 낙수할 수 있는 것이다. Here, the plurality of falling water holes 182 can be freely configured in various sizes and shapes, and the insulating fluid can be uniformly or intended to drip down the heating element module 120 through the plurality of falling water holes 182 . will be.

즉 절연유체를 발열체 모듈(120)에 접촉시킬 때에, 분무(Spray) 방식이 아닌 낙수(Liquid drop) 방식을 사용하게 되면, 보다 낮은 전력으로 절연유체를 발열체 모듈(120) 중심부까지 균일하게 유입이 가능하게 되고, 보다 높은 냉각성능을 달성할 수 있게 된다.That is, when the insulating fluid is brought into contact with the heating element module 120, if the liquid drop method is used instead of the spray method, the insulating fluid is uniformly introduced to the center of the heating element module 120 with lower power. This makes it possible to achieve higher cooling performance.

낙하분배부(180)는, 경로조절 패널(185)을 선택적으로 탈부착 가능하게 배치하여 사용하거나, 저장부(181) 상부에 낙하분배부(180)와 일체로 형성하여 사용하거나, 또는 저장부(181) 면의 상측에 단순 배치시킬 수도 있다.The drop distribution unit 180 is used by selectively disposing and detaching the path control panel 185, or integrally formed with the drop distribution unit 180 on the upper portion of the storage unit 181, or the storage unit ( 181) It can also be simply arranged on the upper side of the surface.

경로조절 패널(185)은 일정 두께와 면적을 갖도록 형성되는데, 유도관(153)을 통해 배출되는 절연유체의 이동 경로를 조절할 수 있는 두께와 면적으로 형성되며, 유도관(153)을 통해 배출되는 절연유체를 저장부(181) 전체 공간으로 균일하게 이동시키거나, 특정 구역에 집중시키도록 구분하는 역할을 하는 격자형 또는 평행형 구조일 수 있다. 또는 철망 형태이거나, 가로세로 벽체형이거나, 일부는 관통되고 일부는 막혀져 있는 패널 형태일 수도 있으며, 낙하되는 유체를 관통시키는 동시에 일부 경로는 막거나 유도하는 다양한 형태로 구성될 수 있다.The path control panel 185 is formed to have a certain thickness and area, is formed to have a thickness and an area that can control the movement path of the insulating fluid discharged through the guide pipe 153 , and is discharged through the guide pipe 153 . The insulating fluid may be uniformly moved to the entire space of the storage unit 181 or may have a grid-type or parallel-type structure that serves to divide the insulating fluid to be concentrated in a specific area. Alternatively, it may be in the form of a wire mesh, a horizontal wall, or a panel in which some are penetrated and some are blocked.

즉 경로조절 패널(185)은 발열체 모듈(120)의 종류(배터리, 서버, 데이터 센터, 전자장치 등), 전체 발열량, 적층 형태, 저장 케이스(110) 내부의 배치 위치, 배치 방향, 다양한 조건 등에 따라 다양한 형상을 사용하거나, 다양한 위치에 배치시킬 수 있다. 절연유체의 낙수가 균일하게 분산되어야 할 경우 또는 일측 끝부분으로 집중되어야 할 경우 등에는 도 7의 (a), (b) 와 같이 조절할 수 있을 것이다. That is, the path control panel 185 includes the type of the heating element module 120 (battery, server, data center, electronic device, etc.), the total amount of heat, the stacked form, the arrangement position inside the storage case 110, the arrangement direction, various conditions, etc. Depending on the shape, it can be used in various shapes or arranged in various positions. When the dripping water of the insulating fluid is to be uniformly distributed or to be concentrated to one end, it can be adjusted as shown in (a) and (b) of FIG. 7 .

또한 도 8의 (a), (b)와 같이 경로조절 패널(185)을 수직 또는 수평형으로 단순하게 구성할 수도 있으며, (c)와 같이 크게 구획하거나, 또는 (d)와 같이 일부의 낙수공(182)을 차단하며 배치되도록 구성할 수도 있을 것이다.In addition, as shown in (a), (b) of FIG. 8, the path control panel 185 may be simply configured in a vertical or horizontal type, and may be divided large as shown in (c), or some falling water as shown in (d). Blocking the ball 182 may be configured to be placed.

도 9는 본 발명의 전기소자용 다중채널 낙수냉각방식의 열제어장치를 통해 발열체 모듈을 냉각하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 전기소자용 다중채널 낙수냉각방식의 열제어장치를 통해 발열체 모듈을 냉각하는 과정을 설명하기로 한다. 도 9를 참조하면, 제어부(160)는 순환 펌프(130)를 연속적, 간헐적 또는 정기적으로 가동하여 절연유체를 순환시키며 발열체(121) 측으로 낙하시킨다. 보통 상태에서는 절연유체를 강제 냉각하지 않고, 단순히 순환 펌프(130)에 의한 순환 낙하만으로 자연 순환 냉각을 하게 될 것이다.9 is a view for explaining a process of cooling the heating element module through the thermal control device of the multi-channel drip-water cooling method for an electric device of the present invention. Referring to FIG. 9 , a process of cooling the heating element module through the thermal control device of the multi-channel drip-water cooling method for an electric device according to the present invention will be described. Referring to FIG. 9 , the control unit 160 continuously, intermittently or regularly operates the circulation pump 130 to circulate the insulating fluid and to drop it toward the heating element 121 . In a normal state, without forcibly cooling the insulating fluid, natural circulation cooling will be performed simply by circulating drop by the circulation pump 130 .

적층된 발열체(121)의 하부에 있는 온도 감지부(170)는 절연유체의 온도를 감지하고, 절연유체의 온도가 허용 온도 범위를 초과하게 되면 제어부(160)는 수신된 온도 감지 신호에 따라 냉각 모듈(152)을 동작시켜, 순환되는 절연유체의 냉각을 시도하게 된다.The temperature sensing unit 170 under the stacked heating element 121 detects the temperature of the insulating fluid, and when the temperature of the insulating fluid exceeds the allowable temperature range, the control unit 160 cools according to the received temperature sensing signal. By operating the module 152, an attempt is made to cool the circulating insulating fluid.

즉, 제어부(160)는 순환중인 절연유체의 온도를 떨어뜨리기 위해, 냉각 모듈(152)의 냉각팬(1522)을 작동 시킨다. 순환 펌프(130)는 저장 케이스(110) 하측에 잠겨있는 고온의 절연유체를 펌핑하고, 펌핑된 절연유체는 일측에 연결된 순환관(151)을 거쳐 냉각 모듈(152)의 냉각 챔버(1521)로 공급되어, 강제로 냉각되는 과정을 거치게 된다.That is, the controller 160 operates the cooling fan 1522 of the cooling module 152 to drop the temperature of the circulating insulating fluid. The circulation pump 130 pumps the high-temperature insulating fluid immersed in the lower side of the storage case 110, and the pumped insulating fluid passes through the circulation pipe 151 connected to one side to the cooling chamber 1521 of the cooling module 152. It is supplied and subjected to a forced cooling process.

순환관(151)을 거쳐 냉각 챔버(1521) 내부로 공급되는 절연유체는 냉각 챔버(1521) 내부에 마련된 다수개의 방열핀과의 열교환을 거치고 하부 일측에 마련된 유도관(153)으로 이동하는데, 이때 절연유체는 제어부(160)의 제어에 의해 작동하는 냉각팬(1522)의 바람에 의해 냉각되고, 냉각 챔버(1521) 내부의 뜨거운 공기는 외부로 배출된다.The insulating fluid supplied into the cooling chamber 1521 through the circulation pipe 151 undergoes heat exchange with a plurality of heat dissipation fins provided in the cooling chamber 1521 and moves to the induction pipe 153 provided on the lower side, at this time The fluid is cooled by the wind of the cooling fan 1522 operating under the control of the controller 160 , and the hot air inside the cooling chamber 1521 is discharged to the outside.

이어서 냉각 챔버(1521)를 거쳐 냉각된 절연유체는 냉각 챔버(1521) 하부 일측에 연결된 유도관(153)으로 배출된다. 그 다음 냉각된 절연유체는 유도관(153)을 거쳐 덮개(190) 하측에 배치되는 낙하분배부(180)로 배출되고, 배출되는 냉각된 절연유체는 낙하분배부(180)의 저장부(181)에 수용되는데, 저장부(181)에 추가 배치된 경로조절 패널(185)의 형태에 따라 전체 공간으로 균일하게 이동되거나, 특정 구역에 집중되도록 유도된다.Then, the insulating fluid cooled through the cooling chamber 1521 is discharged to the induction pipe 153 connected to the lower side of the cooling chamber 1521 . Then, the cooled insulating fluid is discharged to the drop distribution unit 180 disposed under the cover 190 through the guide pipe 153 , and the discharged cooled insulating fluid is stored in the storage unit 181 of the drop distribution unit 180 . ), which is uniformly moved to the entire space or guided to be concentrated in a specific area according to the shape of the path control panel 185 additionally disposed in the storage unit 181 .

보통은 경로조절 패널(185)을 조절하여 절연유체가 발열체 모듈(120) 상부로 균일하게 다중채널로 낙수되게 구성하는 것이 바람직하나, 특정 경우(발열체 모듈 종류, 배치위치, 전체 발열량 등)에 따라서는 (a) 또는 (b)와 같이 발열체 모듈(120) 일부분만 절연유체가 낙수되게(A) 유도 하거나, 특정 부분은 낙수되지 않도록(B) 경로조절 패널(185)을 조절하여 절연유체의 낙수 경로를 조절할 수 있다.In general, it is preferable to adjust the path control panel 185 so that the insulating fluid drips uniformly to the upper part of the heating element module 120 in multiple channels, but in specific cases (type of heating element module, arrangement location, total amount of heat, etc.) As shown in (a) or (b), only a part of the heating element module 120 induces the insulating fluid to drip (A), or (B) adjusts the path control panel 185 so that a specific part does not drip out of the insulating fluid. You can control the path.

이어서 저장부(181)에 수용되는 냉각된 절연유체는 다수개의 낙수공(182)을 통해 발열체 모듈(120)의 상부로 다중채널로 낙하된다. 이렇게 낙수공(182)을 통해 낙수되는 냉각된 절연유체는 낙수 상태로 발열체 모듈(120) 발열체(121)의 전체면을 모두 균일하게 통과하여 발열체 모듈(120)을 냉각시키면서 저장 케이스(110) 하단부 바닥에 수용된다.Then, the cooled insulating fluid accommodated in the storage unit 181 is dropped to the upper portion of the heating element module 120 through a plurality of dripping holes 182 in multiple channels. In this way, the cooled insulating fluid dripping through the water dripping hole 182 uniformly passes through the entire surface of the heating element module 120 and the heating element 121 in a dripping state to cool the heating element module 120 while the storage case 110 lower end. accommodated on the floor.

제어부(160)는 냉각 모듈(152)을 동작시켜 절연유체의 온도가 기 설정된 허용 온도 범위 내로 들어오도록 또는 온도 편차가 정상범위에 들어오도록 냉각시키는데, 절연유체의 온도가 기 설정된 허용 온도 범위이거나 또는 온도 편차가 정상범위에 들어올 경우 냉각 모듈(152)을 정지시킬 수 있다.The control unit 160 operates the cooling module 152 to cool the insulating fluid so that the temperature of the insulating fluid comes within the preset allowable temperature range or the temperature deviation falls within the normal range, and the temperature of the insulating fluid is within the preset allowable temperature range, or When the temperature deviation falls within the normal range, the cooling module 152 may be stopped.

이후 일정시간이 흐른 후, 절연유체의 온도가 다시 기 설정된 허용 온도 범위 이상 상승하거나 또는 온도 편차가 정상범위를 벗어나면 냉각 동작을 다시 시작하여 절연유체의 온도를 낮추는 과정을 반복한다.After a certain time has elapsed, if the temperature of the insulating fluid rises above the preset allowable temperature range or the temperature deviation is outside the normal range, the cooling operation is restarted and the process of lowering the temperature of the insulating fluid is repeated.

따라서 발열체 모듈(120)의 온도가 허용온도 범위내에서 항시 유지될 수 있도록 제어하여, 배터리 온도 상승에 따른 ESS 복합화재를 원천적으로 차단할 수 있게 된다.Therefore, by controlling the temperature of the heating element module 120 to be always maintained within the allowable temperature range, it is possible to fundamentally block the ESS composite fire caused by the increase in battery temperature.

본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 또한, 본 명세서의 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서의 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.While this specification contains many features, such features should not be construed as limiting the scope of the invention or the claims. Also, features described in individual embodiments herein may be implemented in combination in a single embodiment. Conversely, various features described in a single embodiment herein may be implemented in various embodiments individually, or may be implemented in appropriate combination.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.The present invention described above, for those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, various substitutions, modifications and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It is not limited by the drawings.

100: 열제어장치
110 : 저장 케이스 111 : 흡입수두홈
120: 발열체 모듈 121 : 발열체
130 : 순환 펌프 140 : 덮개
150 : 냉각부 151 : 순환관
153 : 유도관 160 : 제어부
170 : 온도 감지부 180 : 낙하분배부
181 : 저장부 182 : 낙수공
185 : 경로조절 패널100: thermal control device
110: storage case 111: suction head groove
120: heating element module 121: heating element
130: circulation pump 140: cover
150: cooling unit 151: circulation pipe
153: guide tube 160: control unit
170: temperature sensing unit 180: drop distribution unit
181: storage unit 182: dripping hole
185: path control panel

Claims (7)

내부에 하나 이상의 발열체 모듈을 수납하고 절연유체를 수용할 수 있는 저장 케이스;
복수의 발열체가 적층되는 발열체 모듈;
상기 발열체 모듈 배치 위치의 일측에 구비되어 절연유체를 순환시키는 순환 펌프;
상기 순환 펌프와 연결되어 상기 순환 펌프의 작동시 유입되는 절연유체를 냉각하여 배출하는 냉각부;
상기 발열체 모듈의 상측에 구비되고, 상기 냉각부로부터 배출된 절연유체를 수용하며, 상기 발열체 모듈의 상방으로, 수용된 절연유체를 낙하시키는 낙하분배부;
상기 발열체 모듈과 접촉되며 낙하한 절연유체의 온도를 감지하는 온도 감지부; 및
상기 온도 감지부로부터 입력되는 온도 감지 신호에 따라, 상기 순환 펌프 또는 상기 냉각부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 저장 케이스는,
상기 순환 펌프의 하면이 상기 발열체 모듈의 설치 위치 하면보다 더 하측에 위치될 수 있도록, 하방으로 내입된 흡입수두홈을 형성하고,
상기 순환 펌프는 상기 흡입수두홈에 배치되고,
상기 발열체 모듈은 상기 저장 케이스의 바닥 상에 배치되고,
상기 흡입수두홈은 상기 저장 케이스의 바닥 일측에 오목하게 형성되고,
상기 순환 펌프는 절연유체에 잠기도록 상기 흡입수두홈에 배치되고,
상기 순환 펌프는 일측에 마련된 흡입구를 통해 절연유체를 흡입하고, 타측에 마련된 배출구를 통해 절연유체를 상기 냉각부로 공급하는 것을 특징으로 하는 전기소자용 다중채널 낙수냉각방식의 열제어장치.
a storage case accommodating one or more heating element modules therein and accommodating an insulating fluid;
a heating element module in which a plurality of heating elements are stacked;
a circulation pump provided at one side of the heating element module arrangement position to circulate the insulating fluid;
a cooling unit connected to the circulation pump to cool and discharge the insulating fluid introduced when the circulation pump is operated;
a drop distribution unit provided above the heating element module, receiving the insulating fluid discharged from the cooling unit, and dropping the received insulating fluid above the heating element module;
a temperature sensing unit contacting the heating element module and sensing the temperature of the dropped insulating fluid; and
A control unit for controlling an operation of the circulation pump or the cooling unit according to a temperature sensing signal input from the temperature sensing unit;
The storage case is
A suction head groove is formed downward so that the lower surface of the circulation pump can be located further lower than the lower surface of the installation location of the heating element module,
The circulation pump is disposed in the suction head groove,
The heating element module is disposed on the bottom of the storage case,
The suction head groove is formed concavely on one side of the bottom of the storage case,
The circulation pump is disposed in the suction head groove to be immersed in the insulating fluid,
The circulation pump sucks the insulating fluid through an inlet provided on one side, and supplies the insulating fluid to the cooling unit through an outlet provided on the other side.
 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 낙하분배부는,
상기 냉각부를 거쳐 배출되는 절연유체를 수용하는 저장부; 및
상기 저장부에 수용되는 절연유체가 상기 발열체 모듈 상부의 다중 경로로 낙하될 수 있도록 형성된 다수의 낙수공;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기소자용 다중채널 낙수냉각방식의 열제어장치.
According to claim 1, wherein the drop distribution unit,
a storage unit for accommodating the insulating fluid discharged through the cooling unit; and
and a plurality of falling water holes formed so that the insulating fluid accommodated in the storage unit can fall through the multi-path on the top of the heating element module.
 제1항에 있어서, 상기 발열체 모듈은,
다수의 발열체가 높이 방향으로 적층 배치되는 것을 특징으로 하는 전기소자용 다중채널 낙수냉각방식의 열제어장치.
According to claim 1, wherein the heating element module,
A multi-channel drip-water cooling system thermal control device for an electric device, characterized in that a plurality of heating elements are stacked in a height direction.
 제4항에 있어서, 상기 온도 감지부는,
적층된 발열체의 최하단에 배치되거나, 또는 적층된 발열체들 중 선택된 발열체들의 상하 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기소자용 다중채널 낙수냉각방식의 열제어장치.
The method of claim 4, wherein the temperature sensing unit,
A thermal control device of a multi-channel drip water cooling method for an electric device, characterized in that it is disposed at the bottom of the stacked heating elements or between the top and bottom of selected heating elements among the stacked heating elements.
 제3항에 있어서, 상기 낙하분배부는,
일정 면적을 갖도록 형성되고, 상기 저장부의 상기 낙수공의 상면을 덮음으로써 일부 위치의 낙수공을 막거나, 상기 낙수공 중 일부 낙수공으로 유체 경로가 유도되거나 분산되도록 하는 경로조절 패널;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기소자용 다중채널 낙수냉각방식의 열제어장치.
According to claim 3, The drop distribution unit,
A path control panel that is formed to have a certain area and covers the upper surface of the falling water hole of the storage unit to block the falling water hole at some positions, or to guide or disperse the fluid path to some of the falling water holes. A multi-channel drip-water cooling type thermal control device for electric devices, characterized in that.
 제1항에 있어서,
상기 순환 펌프와 연결되어 상기 순환 펌프의 작동에 따라 절연유체가 상기 냉각부로 공급되도록 하는 순환관;
상기 순환관을 거쳐 공급되는 절연유체를 상기 제어부의 제어에 따라 냉각시키는 냉각부;
상기 냉각부를 거친 절연유체를 상기 낙하분배부로 유도하는 유도관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기소자용 다중채널 낙수냉각방식의 열제어장치.The method of claim 1,
a circulation pipe connected to the circulation pump so that the insulating fluid is supplied to the cooling unit according to the operation of the circulation pump;
a cooling unit for cooling the insulating fluid supplied through the circulation pipe under the control of the control unit;
and an induction pipe for guiding the insulating fluid passing through the cooling unit to the drop distribution unit.
KR1020200048908A 2020-04-22 2020-04-22 Thermal control unit of multi-channel liquid drop cooling for electronic devices KR102404099B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200048908A KR102404099B1 (en) 2020-04-22 2020-04-22 Thermal control unit of multi-channel liquid drop cooling for electronic devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200048908A KR102404099B1 (en) 2020-04-22 2020-04-22 Thermal control unit of multi-channel liquid drop cooling for electronic devices

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210130542A KR20210130542A (en) 2021-11-01
KR102404099B1 true KR102404099B1 (en) 2022-06-02

Family

ID=78519323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200048908A KR102404099B1 (en) 2020-04-22 2020-04-22 Thermal control unit of multi-channel liquid drop cooling for electronic devices

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102404099B1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3135166A1 (en) * 2022-04-29 2023-11-03 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives COMBINED COOLING SYSTEM FOR ELECTRONICS AND ENERGY STORAGE DEVICE
WO2024080413A1 (en) * 2022-10-14 2024-04-18 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비 Cooling system of fuel cell construction equipment
CN116387676A (en) * 2023-02-21 2023-07-04 安徽明德源能科技有限责任公司 Battery pack

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003346922A (en) * 2002-05-28 2003-12-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Temperature adjusting device and method for power storage device, and power storage device
KR102009221B1 (en) * 2019-01-25 2019-08-09 한국기계연구원 Apparatus for cooling battery and method of cooling battery
KR102031645B1 (en) 2019-06-02 2019-10-14 주식회사 스탠더드시험연구소 Immersion Type Heat Control Device for Fire Protection of Energy Storage System and Operating Method thereof

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007045183A1 (en) 2007-09-21 2009-04-02 Robert Bosch Gmbh Temperierte battery device and method for this purpose
KR101097225B1 (en) * 2009-12-23 2011-12-21 에스비리모티브 주식회사 Battery pack
KR101593762B1 (en) * 2013-12-31 2016-02-12 주식회사 포스코아이씨티 Battery Conditioning System

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003346922A (en) * 2002-05-28 2003-12-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Temperature adjusting device and method for power storage device, and power storage device
KR102009221B1 (en) * 2019-01-25 2019-08-09 한국기계연구원 Apparatus for cooling battery and method of cooling battery
KR102031645B1 (en) 2019-06-02 2019-10-14 주식회사 스탠더드시험연구소 Immersion Type Heat Control Device for Fire Protection of Energy Storage System and Operating Method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210130542A (en) 2021-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102404099B1 (en) Thermal control unit of multi-channel liquid drop cooling for electronic devices
KR102422278B1 (en) battery system
EP3306737B1 (en) Battery pack and battery pack system
EP3607611B1 (en) Cooling system and method
KR102514682B1 (en) Thermal control method of battery cells with improved efficiency and safety
EP2997623B1 (en) Active thermal management and thermal runaway prevention for high energy density lithium ion battery packs
US20200058967A1 (en) Cooling system and method
KR102137977B1 (en) Fire Spread Prevention Structure of Energy Storage System for Photovoltaic Power Generation Facilities
KR102172449B1 (en) Fire diffusion prevention apparatus for battery system using latent heat of phase change material, and battery system including the same
CN107851861B (en) Battery pack
CN109904556B (en) Energy storage battery based on novel heat radiation structure
CN219513197U (en) Battery pack, energy storage device and new energy equipment
CN111682281B (en) Cylindrical lithium battery monomer and group battery based on heat pipe cooling
US11171383B1 (en) Battery module
KR102406230B1 (en) Control method of cooling and fire extinguishing system of ESS with enhanced safety
KR102552454B1 (en) System for preventing fire in energy storage system
CN105449311A (en) Liquid heat exchange battery module structure
CN102790246A (en) Copper foam material device for adjusting thermal balance of battery pack
KR100950045B1 (en) Meddle or Large-sized Battery System of Excellent Stability
KR101303010B1 (en) Explosion Proof Rack
CN107240734A (en) It is a kind of can Double-direction Temperature control on-vehicle battery system
KR102308160B1 (en) A battery pack
KR102659406B1 (en) Energy storage system for computer room with battery module fire extinguishing capability
KR20210009626A (en) Battery rack and energy storage system comprising the same
CN212209692U (en) Device for cooling and insulating lithium battery

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)