KR20200011301A - 전력저장장치의 냉각 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전력저장장치의 냉각 시스템은, 지하수를 공급받아 주변의 공기를 냉각하는 복수의 냉각모듈; 상기 지하수가 상기 냉각모듈의 내부에서 유동하도록, 상기 지하수를 압송하는 펌프; 및 상기 복수의 냉각모듈과 결합되어 상기 복수의 냉각모듈을 기 설정된 배열대로 배치하고, 전력저장장치의 천장과 인접한 영역에 고정되는 프레임을 포함하되, 상기 냉각모듈은, 상기 지하수가 내부에서 유동하면서 주변의 공기와 열교환 하도록 마련되는 관체형의 냉각관을 포함하고, 상기 복수의 냉각모듈 중 임의의 냉각모듈은, 인접한 냉각모듈들 중 적어도 하나와 연결되어 지하수가 유동한다.

Description

전력저장장치의 냉각 시스템{COOLING SYSTEM OF ENERGY STORAGE SYSTEM}

본 발명은 전력저장장치의 냉각 시스템에 관한 것이다.

전력저장장치(Energy Storage System) 자체의 발열 또는 외부로부터 전력저장장치로 제공되는 열이 배출되지 못하는 상황으로 인해, 전력저장장치 내부가 과도하게 가열될 수 있다. 전력저장장치가 과열되면, 전력저장장치가 정상적으로 작동할 수 없다.

전력저장장치가 과열되는 상황을 막기 위해, 전력저장장치에는 전력저장장치를 냉각시키는 장치가 제공된다. 이와 같은 냉각장치로는 공조기가 일반적으로 사용되었는데, 전력저장장치에 저장된 전력을 사용하거나 외부 전력원으로부터 전력을 전달받는 방식으로 동력을 제공받았다.

전력저장장치가 대형화됨에 따라 전력저장장치를 냉각시키는 냉각장치 역시 대형화되었다. 그러나 대용량의 냉각장치 사용시 사용되는 전력량과, 냉각장치로부터 발생하는 발열양이 매우 커져, 일정 크기 이상으로 전력저장장치의 크기를 키울 수 없도록 하는 한계가 되었다.

본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 대형 전력저장장치에 사용될 수 있는 냉각 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 전력저장장치의 냉각 시스템은, 지하수를 공급받아 주변의 공기를 냉각하는 복수의 냉각모듈; 상기 지하수가 상기 냉각모듈의 내부에서 유동하도록, 상기 지하수를 압송하는 펌프; 및 상기 복수의 냉각모듈과 결합되어 상기 복수의 냉각모듈을 기 설정된 배열대로 배치하고, 전력저장장치의 천장과 인접한 영역에 고정되는 프레임을 포함하되, 상기 냉각모듈은, 상기 지하수가 내부에서 유동하면서 주변의 공기와 열교환 하도록 마련되는 관체형의 냉각관을 포함하고, 상기 복수의 냉각모듈 중 임의의 냉각모듈은, 인접한 냉각모듈들 중 적어도 하나와 연결되어 지하수가 유동한다.

이에 따라, 별도의 공조시설 없이 지하수를 이용하여 전력저장장치를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 시스템의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각모듈이 포함하는 냉각관의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각모듈이 포함하는 냉각관의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각모듈이 포함하는 냉각관의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각모듈 중 냉각박스를 더 포함하는 냉각모듈의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각모듈 중 냉각박스를 더 포함하는 냉각모듈의 승강상황을 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 시스템의 정면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 시스템의 평면도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지(32)도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 시스템(1)의 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 시스템(1)은, 복수의 냉각모듈(20), 펌프(40) 및 프레임(30)을 포함한다. 냉각 시스템(1)은, 배터리(102)를 내장하고 있는 전력저장장치(100)에 설치된다.

전력저장장치(100)

전력저장장치(100)는 배터리(102)와, 배터리(102)를 내부에 수용하는 외함(101)으로 구성된다. 배터리(102)는 전력을 저장하는 장치로, 외함(101)의 내부에 배터리(102) 유닛이 적층되어 배터리(102)를 구성할 수 있다. 복수의 배터리(102) 유닛을 적층하여 배터리(102)를 형성함으로써, 다량의 전력을 하나의 전력저장장치(100)에 저장할 수 있다.

외함(101)은 직육면체의 형상으로 형성될 수 있고, 내부에 배터리(102)를 수용한다. 외함(101)은 지면(G)에 안착될 수 있다. 도 1은 외함(101)의 내부를 표현하기 위해, 외함(101)의 일 측면인 외함(101)의 입구가 개방된 것으로 도시되었으나, 일반적으로 전력저장장치(100)가 작동할 때, 외함(101)의 입구는 폐쇄된다. 외함(101)이 전력저장장치(100)의 외관을 형성하므로, 외함(101)의 입구가 전력저장장치(100)의 입구가 된다. 외함(101)의 내부에 배치되는 배터리(102)는, 직육면체 형태로 형성될 수 있으나 그 형상이 이에 제한되지는 않는다.

전력저장장치(100)는 이외에 외함(101) 내부에 배터리(102)를 제어하는 제어장치(미도시)와, 외부로부터 저장을 위한 전력을 송전받거나, 전력을 외부로 내보내는 배선(미도시)을 더 포함할 수 있다.

펌프(40)

전력저장장치(100)의 외함(101)의 천장(1011)과 인접한 영역에 설치된 냉각 시스템(1)에는, 지하수가 공급된다. 배터리(102)의 발열에 의해 가열된 공기가 대류에 의해 상승할 것이므로, 천장(1011)에 냉각 시스템(1)을 배치하는 것이다. 따라서 지하수가 저장된 영역(W)과 냉각 시스템(1)을 연결해서 지하수를 냉각 시스템(1)에 공급하는 지하수 유입관(103)과, 지하수를 냉각 시스템(1)으로부터 배출하는 지하수 배출관(104)이 전력저장장치(100)의 외함(101)을 관통하여 배치될 수 있다. 이러한 지하수 유입관(103) 또는 지하수 배출관(104)에, 펌프(40)가 배치될 수 있고, 냉각모듈(20)의 사이에 펌프(40)가 배치될 수도 있다. 펌프(40)는 지하수가 냉각모듈(20)의 내부에서 유동하도록, 지하수를 가압해 압송하는 역할을 한다. 따라서 펌프(40)가 가압하는 방향을 따라, 지하수가 냉각모듈(20)에서 유동한다.

지하수 배출관(104)은 냉각 시스템(1)의 내부에서 유동하는 지하수를 지하수가 저장된 영역(W)으로 다시 배출할 수도 있고, 별도의 영역으로 배출할 수도 있다.

펌프(40)가 작동하기 위해서는 전력이 필요하다. 따라서 펌프(40)에는 전력저장장치(100)의 배터리(102)가 연결될 수도 있고, 별도로 전력을 생산 가능한 발전부(미도시)가 연결될 수도 있다. 발전부로, 태양광 발전 셀이 사용될 수도 있으나, 발전부의 종류는 이에 제한되지 않는다.

프레임(30)

프레임(30)은 본 발명의 냉각 시스템(1)의 뼈대가 되는 구성요소이다. 프레임(30)은 복수의 냉각모듈(20)과 결합되어 복수의 냉각모듈(20)을 기 설정된 배열대로 배치한다. 프레임(30)은 각 냉각모듈(20)과 각각 연결될 수도 있고, 임의의 개수의 냉각모듈(20)을 하나의 군으로 묶은 뒤 일 냉각모듈(20)에 연결됨으로써 냉각모듈(20)들을 고정시킬 수도 있다. 따라서 프레임(30)은 수평방향으로 연장된 주 프레임(31)과, 주 프레임(31)으로부터 기 설정된 배열대로 분지되어 각 냉각모듈(20)과 연결되는 가지(32)를 포함할 수 있다.

프레임(30)은 전력저장장치(100)의 천장(1011)과 인접한 영역에 고정된다. 본 발명의 일 실시예에서, 프레임(30)은 수평한 방향 중 제1 기준방향(D1)으로 연장되되 전력저장장치(100)의 외함의 측벽(1012) 중 천장(1011)과 인접한 영역에 양단이 결합되어 고정되는 것으로 표현되었다. 그러나 프레임(30)은 수직한 방향으로 연장된 고정용 가지(32)에 의해 외함(101)의 천장(1011)과 직접적으로 연결될 수도 있으며, 그 고정 형태는 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 명세서에서, 중력이 작용하는 연직방향과 수직한, 수평방향에서의 임의의 두 방향을 각각 제1 기준방향(D1)과 제2 기준방향(D2)으로 지칭한다. 제1 기준방향(D1)과 제2 기준방향(D2)은 서로 수직하다.

프레임(30)은 복수개로 설치되어, 제2 기준방향(D2)을 따라 이격되어 배치될 수 있다. 그러나 복수의 프레임(30)은 제2 기준방향(D2)을 따라 연장되되 제1 기준방향(D1)을 따라 이격되어 배치될 수도 있으며, 그물망과 같은 형태로 형성될 수도 있다.

냉각모듈(20)

냉각모듈(20)은 지하수를 공급받아, 배터리(102)의 발열에 의해 가열된 주변의 공기가 공급받은 지하수와 서로 열교환하도록 해서 주변의 공기를 냉각하는 구성요소로, 복수로 구성된다. 복수의 냉각모듈(20)이 프레임(30)에 결합되어 기 설정된 배열에 따라 배치됨으로써 냉각 시스템(1)의 배치가 완료된다. 냉각 시스템(1)을 구성하는 복수의 냉각모듈(20) 중 일 냉각모듈(20)에 지하수 유입관(103)이 연결되어 펌프(40)의 가압에 의해 지하수를 공급하고, 다른 냉각모듈(20)에 지하수 배출관(104)이 연결되어 지하수를 배출함으로써 냉각 시스템(1)이 작동한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각모듈(20)이 포함하는 냉각관(21)의 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각모듈(20)이 포함하는 냉각관(21)의 측면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각모듈(20)이 포함하는 냉각관(21)의 정면도이다.

냉각모듈(20)은 냉각관(21)을 포함할 수 있다. 냉각관(21)은 지하수가 내부에서 유동하면서 주변의 공기와 열교환 하도록 관체형으로 마련되고, 구불구불한 형태로 형성되어 넓은 표면적에서 지하수와 주변 공기의 열교환이 이루어지도록 형성될 수 있다.

냉각관(21)은, 제1 기준방향(D1)을 따라 이격되어 배치되는 복수의 단위 냉각체(211)를 포함할 수 있다. 따라서 도시된 바와 같이 단위 냉각체(211)가 10개 형성되어 서로 소정의 간격마다 배치됨으로써 전체 냉각관(21)을 구성할 수 있으나, 그 개수는 이에 제한되지 않는다.

단위 냉각체(211)가 복수로 구성되므로, 냉각관(21)은 중간관(212)을 포함할 수 있다. 중간관(212)은 인접한 단위 냉각체(211) 사이에 위치하여, 인접한 각 단위 냉각체(211)들을 서로 이어주는 역할을 한다. 중간관(212)은 도시된 바와 같이 각 단위 냉각체(211) 사이에서 제2 방향을 따라 연장되는 중간부와, 중간부의 양단으로부터 각 단위 냉각체(211)로 제1 방향을 따라 연장되어 연결되는 단부를 가질 수 있다. 그러나 중간관(212)은 대각선 방향으로 연장되어 인접한 단위 냉각체(211)들을 바로 연통할 수도 있으며, 그 형상은 이에 제한되지 않는다.

단위 냉각체(211)는, 단위체가 복수개 연속적으로 연결되어 형성된 또 다른 집합체로 볼 수도 있다. 본 발명에서는 일단이 말굽 모양으로 구부러진 지팡이 형상의 단위체를 1개 배치한 후, 배열된 방향을 뒤집은 다른 단위체를 배치된 단위체에 연결하는 방식을 반복적으로 수행하여, 단위 냉각체(211)를 형성할 수 있다. 이러한 단위체는 직선부(2111)와 절곡부(2112)를 포함할 수 있다.

직선부(2111)는 연직방향을 따라 연장되고, 제2 기준방향(D2)을 따라 인접한 다른 직선부(2111)와 서로 이격되어 나열될 수 있다. 직선부(2111)가 연직방향으로 형성됨에 따라, 냉각관(21)의 내부를 유동하는 냉각수가 지나치게 빠르게 냉각관(21)을 통과하지 않을 수 있다. 단위체가 복수로 배치되어 단위 냉각체(211)를 구성하고, 단위 냉각체(211)가 다시 복수로 구성되므로, 직선부(2111)는 복수로 구성된다.

절곡부(2112)는 말굽 또는 'U'자 형으로 형성되어, 인접한 직선부(2111)들의 양단 중 어느 일단을 서로 연통하는 구성요소이다. 따라서 하나의 직선부(2111)와 하나의 절곡부(2112)가 결합되어 단위체를 형성하고, 이러한 단위체가 모여서 단위 냉각체(211)를 형성한다. 이러한 직선부(2111)와 절곡부(2112)의 내부로 지하수가 흐르면서, 주변 공기와 열교환 한다.

절곡부(2112)는 인접한 직선부(2111)들의 양단 중 어느 일단을 서로 연통한다. 즉 복수의 직선부(2111)가 나열되어 있을 때, 서로 인접한 직선부(2111)의 어느 한 방향에 위치한 단부를 서로 연통하여, 지하수가 인접한 직선부(2111)로 유동할 수 있도록 절곡부(2112)가 배치된다.

절곡부(2112)도 복수로 구성될 수 있다. 복수의 절곡부(2112)는 인접한 직선부(2111)의 사이에서, 각 인접한 직선부(2111)의 양단 중 어느 일단에 배치되고, 인접한 직선부(2111)들의 일단들을 잇는다. 복수의 직선부(2111)와 복수의 절곡부(2112)가 단위 냉각체(211)를 구성하므로, 직선부(2111)의 일단에 연결된 절곡부(2112)와 타단에 연결된 절곡부(2112)는 서로 반대방향을 향하고, 연직방향을 기준으로 서로 반대되는 위치에 배치될 수 있다. 따라서 복수의 직선부(2111)와 복수의 절곡부(2112)가 서로 연결됨으로써 구성하는 냉각관(21)은 도시된 바와 같이 구불구불한 형태를 가져, 지하수가 최대한 긴 경로를 통해 배터리(102)와 인접한 영역을 지나감으로써 열교환이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.

상술한 바와 같이 연직방향 및 제2 방향과 나란한 평면상에 형성되는 복수의 단위 냉각체(211)를 제1 방향으로 배열하고 연속적으로 연결함으로써, 냉각모듈(20)은 직사각형의 공간을 차지하는 냉각관(21)을 가질 수 있다. 그러나 단위 냉각체(211)가 형성된 방향과, 배열된 방향은 예시적인 것으로, 변형이 가능하다.

이러한 냉각관(21)의 영역 중 제1 방향을 따라 양단에, 지하수가 유입될 수 있는 입구(22)와, 지하수가 냉각관(21)을 통과하여 배출될 수 있는 출구(23)가 배치된다. 입구(22)로 유입된 지하수가 주변 공기와 열교환하여 냉각 작용을 한 뒤, 온도가 상승한 지하수를 출구(23)로 내보낼 수 있다.

냉각관(21)의 일부분은, 프레임(30)의 가지(32)와 결합되어 프레임(30)에 고정될 수 있다. 프레임(30)의 가지(32)와 나사와 같은 체결구를 이용해 냉각관(21)이 결합될 수 있으며, 냉각관(21)이 걸릴 수 있는 거치대를 프레임(30)의 가지(32)가 포함하여 냉각관(21)이 프레임(30)에 고정될 수도 있으나 그 고정 방법은 이에 제한되지 않는다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각모듈(20) 중 냉각박스(25)를 더 포함하는 냉각모듈(20)의 사시도이다.

복수의 냉각모듈(20) 중 적어도 하나의 냉각모듈(20)은, 냉각박스(25)를 더 포함할 수 있다. 냉각박스(25)는 내부에 냉각재(251)와 냉각관(21)을 같이 수용하는 상자형의 구성요소이다. 냉각재(251)는 냉각관(21)의 내부에서 흐르는 지하수와 열교환하여, 지하수를 냉각하거나 가열할 수 있다. 냉각재(251)는 동시에 냉각박스(25) 외부에서 흐르는 주변 공기를 냉각할 수 있다.

도 8에서 설명할 전체 냉각 시스템(1)은 복수의 냉각모듈(20)을 포함하는데, 만일 모든 냉각모듈(20)의 냉각관(21)이 도 2에 표현된 것과 같이 노출되어 있다면, 긴 전체 유로를 지하수가 지나가면서 배터리(102) 및 주변 공기와 열교환 하던 중 지하수가 더 이상 주변 공기를 냉각할 수 없는 온도까지 가열될 수 있다. 따라서 전체 냉각 시스템(1)에 형성된 유로의 일정 지점에 냉각재(251)를 내장한 냉각박스(25)를 배치함으로써, 지하수가 냉각재(251)에 의해 다시 냉각되어 계속 흐르며 주변 공기와 열교환 할 수 있도록 한다.

냉각재(251)는, 주간에는 지하수를 냉각하고, 야간에는 지하수에 의해 냉각되는 상변화물질(Phase Change Material)일 수 있다. 따라서 주간에는 고체상태로 존재하는 상변화물질이 주변 공기에 의해서 가열된 지하수를 유입받아, 고체에서 액체로 상변화하며 지하수의 열을 빼앗는 방식으로 냉각하여 다음 냉각모듈(20)로 전달할 수 있다. 야간에는 액체상태의 상변화물질이, 유입되는 지하수에, 액체로부터 고체로 상변화하면서 발생하는 잠열을 전달하여 냉각되고, 지하수를 가열해 다음 냉각모듈(20)로 전달할 수 있다. 야간에는 배터리(102)의 발열에도 불구하고 전력저장장치(100)의 외함(101)을 둘러싼 환경의 변화로 인해 지하수에 의한 냉각이 최대로 이루어지지 않아도 되기 때문에, 이와 같은 동작이 가능하다.

냉각박스(25)에 수용된 냉각관(21)의 입구(22)는 냉각박스(25)의 측벽에 개설된 입구(22)용 개구를 통해 이전 냉각모듈(20)과 연결되어 지하수를 전달받을 수 있고, 냉각관(21)의 출구(23)는 냉각박스(25)의 측벽에 개설된 출구(23)용 개구를 통해 다음 냉각모듈(20)과 연결되어 지하수를 전달할 수 있다.

또한 냉각박스(25)에 냉각관(21)이 수용되되 본래 자리에서 이탈되지 않고 고정되기 위해, 냉각박스(25)는 냉각박스(25)의 내측면에 결합되는 지지대(26)를 더 포함할 수 있다. 지지대(26)는 각 단위 냉각체(211)의 절곡부(2112)의 연직하측에서 인접한 두 직선부(2111)의 사이를 가로지르도록 연장 및 배치되어, 절곡부(2112)에 걸릴 수 있다. 지지대(26)는 복수로 구성될 수 있고, 도시된 것과 같이 제1 기준방향(D1)을 따라 연장되되, 각각 제2 기준방향(D2)을 따라 이격되어 배치될 수 있으나, 그 연장되는 방향과 배치되는 방향은 이에 제한되지 않는다.

냉각박스(25)는 도시되지 않았으나 프레임(30)과 직접 결합될 수도 있고, 냉각관(21)과 내측면이 결합됨으로써, 프레임(30)에 결합된 냉각관(21)에 의해 프레임(30)에 고정될 수도 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각모듈 중 냉각박스(27)를 더 포함하는 냉각모듈의 승강상황을 나타낸 사시도이다.

도 6의 본 발명의 다른 실시예에서는, 냉각박스(27)에 수용되는 냉각재가 얼음(미도시)일 수 있다. 따라서 얼음이 녹아 물이 되면서 지하수로부터 열을 빼앗아 지하수를 냉각해 배출할 수 있다.

그러나 얼음이 전부 물이 된 이후 다시 얼음이 되기 위해서는 매우 낮은 온도조건이 필요하고, 흐르는 지하수와의 간접적인 열교환을 통해서는 빙결이 일어날 수 없다. 따라서 물을 얼음으로 교체해 줄 필요가 있다.

이러한 물의 교체를 위해, 다른 실시예에 따른 냉각박스(27)는, 길이가 가변적인 승강부재(28)를 통해 프레임(30)과 연결되어, 연직방향을 따라 승강할 수 있다. 이 때 냉각관(21)은 프레임(30)에 고정된 상태를 유지하고, 냉각박스(27)만이 승강할 수 있다.

승강부재(28)는 냉각박스(27)의 측면에 결합되되, 연직방향으로의 길이가 변화할 수 있다. 도면에서 도시된 것과 달리 도르래를 이용하는 승강부재(28) 역시 사용이 가능하며, 승강부재(28)로 사용될 수 있는 부재는 이에 제한되지 않는다.

다른 실시예에 따른 승강부재(28)가 연장될 때, 지그재그 형태로 서로 힌지결합되어 있는 링크들의 끼인각의 크기가 줄어드는 방향으로 각 링크가 회동한다. 따라서 압축되어 있던 링크들이 연직 방향과 나란한 방향에 가까워지도록 배열된다. 따라서 승강부재(28)의 상단에 연결된 주 프레임(31)과, 승강부재(28)의 하단에 연결된 냉각박스(27)의 연직방향에서의 거리가 멀어진다. 주 프레임(31)이 전력저장장치(100)의 천장(1011)과 인접한 영역에 고정되어 있으므로, 냉각박스(27)가 연직하방으로 이동하는, 하강 형태가 된다. 냉각박스(27)를 상승시키는 방법은 그 반대가 된다.

이러한 승강부재(28)는 복수개 배치되어 냉각박스(27)를 보다 안전하게 지지할 수 있으며, 전동장치에 의해서 작동할 수도 있다.

냉각박스(27)가 승강 가능하도록 배치됨에 따라, 냉각박스(27)를 하강시켜 작업자가 지면(G)에서도 냉각박스(27)에 수용된 물을 버리고, 얼음을 채워 넣을 수 있다. 따라서 작업자가 용이하게 냉각재의 교환이 가능하다. 이러한 승강작용이 가능하도록, 냉각박스(27)의 상면은 냉각관(21)과 충돌하지 않도록 개방된 상방 개구(271)를 구비한다. 또한 냉각박스(27)의 측면에는 냉각관(21)의 입구(22)와 출구(23)가 승강 상황에서도 충돌하지 않도록, 연직방향으로 연장되되 외측으로 개방되어 형성된 입출구 슬릿(272)이 형성된다. 따라서 승강상황에서도 냉각관(21)은 상방 개구(271)를 통해 냉각박스(27)로부터 이탈하거나 수용될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 시스템(1)의 정면도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 시스템(1)의 평면도이다.

냉각 시스템(1)을 형성하는 복수의 냉각모듈(20) 중 임의의 냉각모듈(20)은, 인접한 냉각모듈(20)들 중 적어도 하나와 연결되어 지하수가 유동하도록 형성된다. 즉 냉각 시스템(1)을 형성하는 일 냉각모듈(20)은 인접한 적어도 하나의 냉각모듈(20)과 연결되어, 전체 유로를 형성한다.

이러한 전체 냉각 시스템(1)을 형성하기 위해, 지하수가 서로 인접한 냉각모듈(20)들 간에 유동하도록, 서로 인접한 냉각모듈(20)들을 연결하는 가요성의 연결관(24)이 더 배치될 수 있다. 연결관(24)은 인접한 일 냉각모듈(20)의 출구(23)와 타 냉각모듈(20)의 입구(22)를 연통함으로써, 일 냉각모듈(20)로부터 타 냉각모듈(20)로 지하수가 흐르도록 한다. 또한 연결관(24)이 가요성을 가지는 소재로 형성되어, 개별 냉각모듈(20)에 충격이 가해진다 해도 전체 냉각 시스템(1)에 최소한의 영향만이 가해질 수 있다.

냉각 시스템(1)을 구성하는 복수의 냉각모듈(20)은, 제1 기준방향(D1)을 따라 이격됨과 동시에 제2 기준방향(D2)을 따라 이격되어, 제1 기준방향(D1)과 제2 기준방향(D2)을 각각 가로방향과 세로방향으로 가지(32)는 격자의 격자점에 하나씩 배치될 수 있다. 따라서 도 8과 같이 냉각모듈(20)들이 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시에에서는 도면과 같이 6행(row)과 8열(column)을 가지(32)는 격자의 격자점마다 냉각모듈(20)이 하나씩 배치되는 배열을 가지(32)는 냉각 시스템(1)을 도시하였으나, 그 배열의 형태는 이에 제한되지 않는다. 복수의 냉각모듈(20) 중 제1 기준방향(D1)을 따라 연장된 동일한 직선상에 위치하는 냉각모듈(20)들은 동일한 행에 위치하는 것이고, 제2 기준방향(D2)을 따라 연장된 동일한 직선상에 위치하는 냉각모듈(20)들은 동일한 열에 위치한 상태이다.

동일한 행에 위치하는 냉각모듈(20)들은, 제1 기준방향(D1)을 따라 인접한 냉각모듈(20)과 서로 연결될 수 있다. 임의의 행의 양단에 위치한 2개의 냉각모듈(20)들은, 제2 기준방향(D2)을 따라 인접한 냉각모듈(20) 중 하나와 연결될 수 있다. 지하수가 임의의 행에서 제1 기준방향(D1)의 일측을 향해 유동한 뒤, 제2 기준방향(D2)을 따라 인접한 행으로 이동한 후 상기 일측의 반대측으로 유동할 수 있다. 이와 같이 각 냉각모듈(20)들이 연결되어 전체 유로를 형성한다. 따라서 도 8에서 파선으로 도시한 것과 같이 지그재그형태로 외함(101)의 천장(1011)과 인접한 영역을 지나가는 유로가 형성된다. 구체적으로, 도면상의 우측 상단에서 지하수 유입관(103)과 펌프(40)에 의해 연결된 냉각모듈(20)로 지하수가 유입되고, 제1 기준방향(D1)을 따라 좌측으로 이동한 뒤, 아래 냉각모듈(20)로 이동하고, 다시 우측으로 지하수가 이동한 뒤 아래 냉각모듈(20)로 이동하는 과정을 반복한다. 최종적으로 우측 하단에 위치한 냉각모듈(20)에서 냉각수 배출관을 통해 주변 공기의 냉각을 끝낸 지하수를 배출한다. 이와 같이 유로를 형성해서, 최대한 고르게 전력저장장치(100)의 내부공간을 지하수가 냉각하고 배출될 수 있도록 한다.

동일한 행에 위치한 냉각모듈(20)의 개수가, 동일한 열에 위치한 냉각모듈(20)의 개수보다 많도록 전체 냉각 시스템(1)의 냉각모듈(20) 배열이 형성될 수 있다. 따라서 지하수가 유동하는 방향이 꺾이는 횟수를 최소화 하여, 펌프(40)의 과부하가 일어나는 것을 막을 수 있다.

본 발명의 일 실시예의 변형예에서는, 연직방향에 수직한 평면을 기준으로, 복수의 냉각모듈(20) 중 단위면적당 중심에 배치된 냉각모듈(20)의 개수가, 단위면적당 가장자리에 배치된 냉각모듈(20)의 개수보다 많도록 배열이 형성될 수 있다. 따라서 배터리(102)가 모여있는 중심 영역에서 발생하는 발열에 의해서 가열된 주변 공기를, 밀집하여 모여있는 냉각모듈(20)들이 보다 잘 냉각할 수 있다.

냉각박스(25)를 더 포함하는 냉각모듈(20)은, 복수로 구성될 수 있다. 이러한 냉각박스(25)를 더 포함하는 냉각모듈(20)은, 소정의 간격을 두고 서로 배치될 수 있다.

같은 행에 위치하는 냉각박스(25)를 더 포함하는 냉각모듈(20)들은, 제1 기준방향(D1)을 따라 서로 소정의 간격만큼 이격되어 배치될 수 있다. 따라서 도면에서 드러나는 임의의 일 냉각모듈(M1)이, 같은 행에 위치하는 다른 냉각모듈(M2)과 4개의 냉각모듈(20)을 사이에 두고 배치되며, 나머지 냉각박스(25)를 더 포함하는 냉각모듈(20)들도 마찬가지이다.

냉각박스(25)를 더 포함하는 복수의 냉각모듈(20) 중 같은 열에 배치되는 냉각모듈(20)들의 사이에는, 냉각박스(25)를 더 포함하지 않는 적어도 하나의 냉각모듈(20)이 배치될 수 있다. 따라서 도시된 것과 같이 일 냉각모듈(M3)이, 같은 열에 배치되는 다른 냉각모듈(M4)과 하나의 냉각모듈(20)을 사이에 두고 배치되어 있음을 알 수 있다.

이러한 식으로 냉각박스(25)를 더 포함하는 복수의 냉각모듈(20)이 배치됨에 따라, 냉각박스(25)를 더 포함하는 냉각모듈(20)이 유로상에서 연속되게 배치되지 않을 수 있다.

또한 복수의 냉각모듈(20)들을 일정한 배열로 배치한 복수의 냉각모듈 군(C1, C2)이 형성되어, 이를 반복적으로 배치해 냉각 시스템(1)을 구성할 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 2가지(32) 종류의 냉각모듈 군(C1, C2)을 도시하였다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지(32)다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 냉각 시스템 20 : 냉각모듈
21 : 냉각관 22 : 입구
23 : 출구 24 : 연결관
25, 27 : 냉각박스 26 : 지지대
28 : 승강부재 30 : 프레임
31 : 주 프레임 32 : 가지
40 : 펌프 100 : 전력저장장치
101 : 외함 102 : 배터리
103 : 지하수 유입관 104 : 지하수 배출관
211 : 단위 냉각체 212 : 중간관
251 : 냉각재 271 : 상방 개구
272 : 입출구 슬릿 1011 : 천장
1012 : 외함의 측벽 2111 : 직선부
2112 : 절곡부 C1, C2 : 냉각모듈 군
D1 : 제1 기준방향 D2 : 제2 기준방향
G : 지면 W : 지하수가 저장된 영역

Claims (11)

1. 지하수를 공급받아 주변의 공기를 냉각하는 복수의 냉각모듈;
   상기 지하수가 상기 냉각모듈의 내부에서 유동하도록, 상기 지하수를 압송하는 펌프; 및
   상기 복수의 냉각모듈과 결합되어 상기 복수의 냉각모듈을 기 설정된 배열대로 배치하고, 전력저장장치의 천장과 인접한 영역에 고정되는 프레임을 포함하되,
   상기 냉각모듈은, 상기 지하수가 내부에서 유동하면서 주변의 공기와 열교환 하도록 마련되는 관체형의 냉각관을 포함하고,
   상기 복수의 냉각모듈 중 임의의 냉각모듈은, 인접한 냉각모듈들 중 적어도 하나와 연결되어 지하수가 유동하는, 냉각 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉각관은, 연직방향에 수직한 일 방향인 제1 기준방향을 따라 이격되어 배치되는 복수의 단위 냉각체를 포함하고,
   상기 단위 냉각체는,
   상기 연직방향을 따라 연장되고, 상기 연직방향과 상기 제1 기준방향에 수직한 제2 기준방향을 따라 각각 서로 이격되어 나열된 복수의 직선부; 및
   'U'자 형으로 형성되어, 인접한 직선부들의 양단 중 어느 일단을 서로 연통하는 복수의 절곡부를 포함하는, 냉각 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 냉각모듈은, 연직방향에 수직한 일 방향인 제1 기준방향을 따라 이격됨과 동시에 상기 연직방향과 상기 제1 기준방향에 수직한 제2 기준방향을 따라 이격되어, 상기 제1 기준방향과 상기 제2 기준방향을 각각 가로방향과 세로방향으로 가지는 격자의 격자점에 하나씩 배치되는, 냉각 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 복수의 냉각모듈 중 상기 제1 기준방향을 따라 연장된 동일한 직선상에 위치하는 냉각모듈들을 동일한 행에 위치한다고 하고, 상기 제2 기준방향을 따라 연장된 동일한 직선상에 위치하는 냉각모듈들을 동일한 열에 위치한다고 하면,
   상기 동일한 행에 위치하는 냉각모듈들은, 상기 제1 기준방향을 따라 인접한 냉각모듈과 서로 연결되고,
   임의의 행의 양단에 위치한 2개의 냉각모듈들은, 상기 제2 방향을 따라 인접한 냉각모듈 중 하나와 연결되어, 상기 지하수가 상기 임의의 행에서 상기 제1 기준방향의 일측을 향해 유동한 뒤, 상기 제2 기준방향을 따라 인접한 행으로 이동한 후 상기 일측의 반대측으로 유동하는 유로를 형성하고,
   상기 동일한 행에 위치한 냉각모듈의 개수가, 상기 동일한 열에 위치한 냉각모듈의 개수보다 많은, 냉각 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   연직방향에 수직한 평면을 기준으로, 상기 복수의 냉각모듈 중 단위면적당 중심에 배치된 냉각모듈의 개수가, 단위면적당 가장자리에 배치된 냉각모듈의 개수보다 많은, 냉각 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 냉각모듈 중 적어도 하나의 냉각모듈은, 상기 냉각관과 상기 냉각관의 내부에서 흐르는 지하수와 열교환하는 냉각재를 내부에 같이 수용하는 냉각박스를 더 포함하는, 냉각 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 복수의 냉각모듈은, 연직방향에 수직한 일 방향인 제1 기준방향 및 상기 연직방향과 상기 제1 기준방향에 수직한 제2 기준방향을 따라 이격되어, 상기 제1 기준방향과 상기 제2 기준방향을 각각 가로방향과 세로방향으로 가지는 격자의 격자점에 하나씩 배치되고,
   상기 냉각박스를 더 포함하는 냉각모듈은, 복수로 구성되고,
   상기 제1 기준방향을 따라 연장된 동일한 직선상에 위치하는 상기 냉각박스를 더 포함하는 냉각모듈들은, 상기 제1 기준방향을 따라 서로 소정의 간격만큼 이격되어 배치되는, 냉각 시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 냉각박스를 더 포함하는 복수의 냉각모듈 중 상기 제2 기준방향을 따라 연장된 동일한 직선상에 위치하는 냉각모듈들의 사이에는, 상기 냉각박스를 더 포함하지 않는 적어도 하나의 냉각모듈이 배치되는, 냉각 시스템.
9. 제6항에 있어서,
   상기 냉각재는, 주간에는 상기 지하수를 냉각하고, 야간에는 상기 지하수에 의해 냉각되는 상변화물질인, 냉각 시스템.
10. 제6항에 있어서,
    상기 냉각재는, 얼음이고,
    상기 냉각박스는, 길이가 가변적인 승강부재를 통해 상기 프레임과 연결되어, 연직방향을 따라 승강할 수 있는, 냉각 시스템.
11. 제1항에 있어서,
    상기 지하수가 상기 복수의 냉각모듈 중 서로 인접한 냉각모듈들 간에 유동하도록, 상기 서로 인접한 냉각모듈들을 연결하는 가요성의 연결관을 더 포함하는, 냉각 시스템.

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