KR20230139231A - 열 관리 기능을 갖는 전력 시스템용 외함 - Google Patents

열 관리 기능을 갖는 전력 시스템용 외함 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 태양에 따르면, 열 관리 기능을 갖는 전력 시스템용 외함으로서, 상기 외함의 일측에 형성되는 전면부 및 상기 외함의 타측에 형성되는 후면부, 상기 전면부에 포함되며 외부 공기를 흡입하는 공기 흡입부, 및 상기 후면부에 포함되며, 상기 외함 내 공기를 외부로 배출하는 송풍부를 포함하고, 상기 외부 공기는, 상기 전면부의 상기 공기 흡입부를 통해 상기 외함 내부로 유입되고, 상기 전면부와 상기 후면부 사이에 배치되는 적어도 하나의 발열 요소를 거쳐서 상기 전면부로부터 상기 후면부까지 전달되고, 상기 후면부의 상기 송풍부에 의하여 상기 외함의 외부로 배출되는 전력 시스템용 외함이 제공된다.

Description

열 관리 기능을 갖는 전력 시스템용 외함{CASE FOR ELECTRIC POWER SYSTEM WITH HEAT MANAGEMENT}
본 발명은 열 관리 기능을 갖는 전력 시스템용 외함에 관한 것이다.
전력 변환 시스템(PCS: Power Conversion System)과 같은 전력 시스템은 큰 전류와 전압을 다루고 있고 IGBT와 같은 발열 소자를 포함하고 있어서 적지 않은 열을 발생시킬 수밖에 없다. 이러한 열은 시스템의 효율을 떨어뜨리거나 고장을 발생시키는 원인이 되기 때문에, 전력 변환 시스템을 개발함에 있어서 열 관리 기술은 대단히 중요하다.
또한, 충전과 방전을 계속해서 반복하는 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)에 포함되는 전력 변환 시스템은 지속적으로 동작하게 되므로, 전력 변환 시스템의 열 관리는 에너지 저장 시스템 전체의 운영 효율에 영향을 미치게 된다. 즉, 전력 변환 시스템을 위한 열 관리 기술은 전력 변환 시스템과 연계된 다른 시스템에도 커다란 영향을 미친다고 할 수 있다.
특히, 실외 설치용 전력 변환 시스템에 필요한 열 관리 기술은 최근 성장 중인 신재생 에너지 분야와 연계된 에너지 저장 장치를 설계함에 있어 매우 중요한 기술분야라고 할 수 있다. 그리고, 실외 설치용 전력 변환 시스템에서는 열 관리 기술과 함께 실외 설치에 필수적으로 고려되어야 하는 다른 요소(방수, 방진 등)가 더 고려되어야 하므로, 기술 개발이 쉽지 않은 실정이다.
이에, 본 발명자(들)은 실외에 설치되는 전력 변환 시스템과 같은 전력 시스템용 외함에 적용될 수 있는 신규하고도 진보된 열 관리 기술을 제안하는 바이다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 외함의 일측에 형성되는 전면부 및 외함의 타측에 형성되는 후면부, 전면부에 포함되며 외부 공기를 흡입하는 공기 흡입부, 및 후면부에 포함되며, 외함 내 공기를 외부로 배출하는 송풍부를 포함하는 전력 시스템용 외함을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 열 관리 기능을 갖는 전력 시스템용 외함으로서, 상기 외함의 일측에 형성되는 전면부 및 상기 외함의 타측에 형성되는 후면부, 상기 전면부에 포함되며 외부 공기를 흡입하는 공기 흡입부, 및 상기 후면부에 포함되며, 상기 외함 내 공기를 외부로 배출하는 송풍부를 포함하고, 상기 외부 공기는, 상기 전면부의 상기 공기 흡입부를 통해 상기 외함 내부로 유입되고, 상기 전면부와 상기 후면부 사이에 배치되는 적어도 하나의 발열 요소를 거쳐서 상기 전면부로부터 상기 후면부까지 전달되고, 상기 후면부의 상기 송풍부에 의하여 상기 외함의 외부로 배출되는 전력 시스템용 외함이 제공된다.
이 외에도, 본 발명의 기술적 사상에 따라 다른 열 관리 기능을 갖는 전력 시스템용 외함이 더 제공될 수 있다.
본 발명에 의하면, 전면부의 공기 흡입부를 통해 흡입된 공기가 적어도 하나의 발열 요소가 배치된 공간을 지나면서 적어도 하나의 발열 요소에서 발생하는 열을 흡수하여 후면부의 송풍부를 통해 배출될 수 있으므로, 외함 내부에 존재하는 전력 변환 시스템의 온도가 높아지는 것을 방지하고 나아가 에너지 저장 시스템 전체의 효율을 높일 수 있게 되는 효과가 달성된다.
또한, 본 발명에 의하면, 외부 설치형 전력 시스템용 외함에게 요구되는 방수 및 방진 성능을 높게 유지하면서도, 외함 내부에서 발생하는 열을 효율적으로 배출시킬 수 있으므로, 외부 설치형 전력 시스템의 안전성 및 효율성을 모두 높일 수 있게 되는 효과가 달성된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 관리 기능을 갖는 전력 시스템용 외함의 전체 구성을 상세하게 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 흡입부의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍부의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 여러 바람직한 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
전력 시스템용 외함의 구성
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 관리 기능을 갖는 전력 시스템용 외함의 전체 구성을 상세하게 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열 관리 기능을 갖는 외함(100)은 전면부(110), 공기 흡입부(120), 후면부(130) 및 송풍부(140)를 포함할 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 전면부(110)는, 외함(100)의 일측에 형성될 수 있으며, 외부 공기가 외함(100) 내부로 유입될 수 있도록 하는 기능을 수행하는 공기 흡입부(120)를 포함할 수 있다.
구채적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전면부(110)는 외함(100)에게 요구되는 방수 또는 방진 규격에 대응하기 위하여 둘 이상의 도어를 포함하는 이중 구조로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전면부(110)는 외함(100)의 내부에서 적어도 하나의 발열 요소가 배치되는 위치에 대응하여 배치되는 필터부(111)를 포함할 수 있고, 공기 흡입부(120)는 적어도 하나의 발열 요소가 배치되는 위치에 대응하지 않게 배치될 수 있다.
예를 들면, 적어도 하나의 발열 요소가 외함(100)의 상부에 배치되는 경우에, 필터부(111)는 외함(100)의 상부에 대응되도록 전면부(110)의 상부에 배치될 수 있고, 공기 흡입부(120)는 외함(100)의 하부에 대응되도록 전면부(110)의 하부에 배치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 외함(100)에서는, 외부 공기가 외함(100)의 내부로 원활하게 유입될 수 있으면서도 물, 먼지 등 유해 물질은 외함(100)의 내부로(특히, 발열 요소가 존재하는 공간으로) 유입되지 않게 될 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터부(111)는 외부 공기와 함께 빗물, 먼지, 불순물 등 유해 물질이 유입되는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있고, 외함(100) 내부에 배치되는 전력 시스템(전력 변환 시스템 등)에서 요구되는 규격에 대응하기 위하여 설계될 수 있으며, 필요에 따라 교체될 수 있는 형태로 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 흡입부의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 공기 흡입부(120)는 물, 먼지 등 유해 물질이 외함(100)의 내부로 유입되는 것을 방지하기 위한 구성요소를 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 흡입부(120)는 전면부(110)의 하부에 형성되는 적어도 하나의 흡입구(121)를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 흡입구(121)을 통해 유입되는 공기가 지나는 통로(즉, 전면부(110)의 외측 도어 및 내측 도어 사이의 공간)에 해당하는 공기 전달 통로(122)를 포함할 수 있고, 공기 전달 통로(122)에 서로 엇갈리는 구조로 형성되는 둘 이상의 차단막(123)을 포함할 수 있다.
보다 더 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 차단막(123)은 외부 공기와 함께 물 또는 먼지가 상기 외함(100) 내부로 유입되는 것을 방해할 수 있는 방향으로 소정 각도 기울어지게 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 차단막(123)은 그 끝 부분이 아래를 바라보는 방향으로 소정 각도 기울어지게 형성될 수 있고, 사선형 또는 커브형으로 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차단막은 서로 소정 간격을 두고 형성될 수 있고, 차단막 사이의 설치 간격은 차단막의 길이, 흡입되는 공기의 압력 등에 기초하여 동적으로 설계될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전면부(110)의 구성이 반드시 앞서 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 얼마든지 변경될 수 있음을 밝혀 둔다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 후면부(130)는 외함(100)의 타측에 형성될 수 있으며, 외함(100) 내 공기를 외부로 배출할 수 있는 송풍부(140)를 포함할 수 있다.
구채적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 후면부(130)는 외함(100)에서 요구되는 방수 또는 방진 규격에 대응하기 위하여 둘 이상의 도어를 포함하는 이중 구조로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 송풍부(140)는 적어도 하나의 원심 송풍부를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 원심 송풍부는 후면부(130)까지 전달되는 공기를 후면부(130)의 하부 방향으로 배출시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 원심 송풍부는 적어도 하나의 발열 요소가 배치되는 위치에 대응하여 배치될 수 있고, 적어도 하나의 원심 송풍부에 의하여 배출되는 공기가 배출되는 배출구(144)는 적어도 하나의 발열 요소가 배치되는 위치에 대응하지 않게 배치될 수 있다.
예를 들면, 적어도 하나의 발열 요소가 외함(100)의 상부에 배치되는 경우에, 적어도 하나의 원심 송풍부(141, 142)는 외함(100)의 상부에 대응되도록 후면부(130)의 상부에 배치될 수 있고, 배출구(144)는 외함(100)의 상부에 대응되지 않도록 후면부(130)의 하부에 배치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 외함(100)에서는, 공기가 외함(100)의 외부로 원활하게 배출될 수 있으면서도 그 배출구(144)를 통하여 물, 먼지 등 유해 물질이 외함(100)의 내부로(특히, 발열 요소가 존재하는 공간으로) 유입되지 않게 될 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍부의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 송풍부(140)는 제1 원심 송풍부(141) 및 제2 원심 송풍부(142)를 포함할 수 있고, 제1 원심 송풍부(141)가 배치된 제1 공간(145)과 제2 원심 송풍부(142)가 배치된 제2 공간(146)을 구분시키는 격벽(143)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 본 발명을 일 실시예에 따르면, 제1 원심 송풍부(141) 및 제2 원심 송풍부(142)는 상하 방향을 배치될 수 있고, 이에 따라 제1 공간(145) 및 제2 공간(146)도 상하 방향으로 형성될 수 있지만, 제1 원심 송풍부(141)에 의하여 제1 공간(145)을 통해 배출되는 공기와 제2 원심 송풍부(142)에 의하여 제2 공간(146)을 통해 배출되는 공기는 모두 격벽(143)에 의하여 서로 격리된 상태로 후면부(130)의 하부 방향으로 배출될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍부(140)에 의하면, 배출구(144)가 존재하는 후면부(130)의 하부 방향으로 공기의 흐름이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 격벽(143)은 제1 공간(145)에서 발생하는 공기 흐름과 제2 공간(146)에서 발생하는 공기 흐름 사이의 간섭 또는 방해를 줄이는 역할을 수행할 수 있고, 예를 들면, S자형 격벽, C자형 격벽, 지그재그형 격벽 등을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 격벽(143)의 구성이 반드시 위의 열거된 구성에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 다른 구성으로 다양하게 구현될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 후면부(130)의 구성이 반드시 위의 열거된 구성에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 다른 구성으로 다양하게 구현될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전면부(110) 및 후면부(130) 사이에 적어도 하나의 발열 요소(150)가 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 발열 요소에는 인버터를 구성하는 구성요소나 IGBT와 같은 발열 소자가 포함될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 전력 시스템 내에 배치되어 열을 발생시키는 모든 종류의 구성요소를 포함하는 개념일 수 있다.
예를 들면, 적어도 하나의 발열 요소(150)는 제조사에 의해 설계된 구조에 따라 배치되는 것이 일반적이며, 단일 집적화 구조로 배치되거나 모듈형 적층 구조로 배치될 수 있다. 또한, 예를 들면, 외함(100) 내에는 전력 변환 시스템의 구성요소로서 적어도 하나의 모듈형 인버터가 배치될 수도 있는데, 이러한 경우에 적어도 하나의 모듈형 인버터는 서로 간에 병렬 연결 방식으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 외부 공기는 전면부(110)의 공기 흡입부(120)를 통해 외함(100)의 내부로 유입될 수 있고, 이렇게 유입된 공기는 전면부(110)와 후면부(130) 사이에 배치되는 적어도 하나의 발열 요소(150)를 거쳐서 전면부(110)로부터 후면부(130)까지 전달될 수 있고, 적어도 하나의 발열 요소(150)로부터 발생하는 열에 의하여 뜨거워진 공기는 후면부(130)의 송풍부(140)에 의하여 외함(100)의 외부로 배출될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열 관리 제어부(미도시됨)는 외함(100) 내부에 설치된 온도 센서에 의하여 감지되는 온도에 기초하여 적어도 하나의 원심 송풍부(141, 142)의 동작 속도를 제어할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 외함(100) 내부에 배치되는 전력 시스템에 포함되는 적어도 하나의 발열 요소(150) 근처에 온도 센서(미도시됨)가 배치될 수 있다.
예를 들면, 전력 시스템(전력 변환 시스템 등)의 과도한 작동으로 인해 적어도 하나의 발열 요소(150) 주변의 온도가 상승하는 것에 대응하여 열 관리 제어부는 적어도 하나의 원심 송풍부(141, 142)의 동작 속도를 높일 수 있고, 이에 따라 외함(100) 내부의 온도가 낮아질 수 있다.
다른 예를 들면, (1) 외함(100)의 내부 온도가 소정의 최소 온도 이하로 내려가는 것에 대응하여 적어도 하나의 원심 송풍부(141, 142)의 동작 모드가 일반 동작 모드로 설정될 수 있고, (2) 외함(100)의 내부 온도가 소정의 최소 온도와 소정의 최대 온도 사이에서 유지되는 것에 대응하여 적어도 하나의 원심 송풍부(141, 142)의 동작 모드가 가변 동작 모드(즉, 온도에 따라 동작 속도가 소정 비율로 변하는 모드)로 설정될 수 있고, (3) 외함(100)의 내부 온도가 소정의 최대 온도 이상으로 올라가는 것에 대응하여 적어도 하나의 원심 송풍부(141, 142)의 동작 모드가 최대 동작 모드로 설정될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 열 관리 제어부의 제어 방식이 반드시 위의 열거된 방식에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 다른 방식으로 다양하게 구현될 수 있다.
한편, 이상에서, 외함(100) 내부에 배치되는 전력 시스템이 전력 변환 시스템인 실시예에 대하여 주로 설명되었지만, 본 발명이 반드시 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 얼마든지 변경될 수 있음을 밝혀 둔다. 예를 들면, 본 발명에 따른 외함(100) 내부에는 전력 변환 시스템(PCS)만이 아니라 배터리, 송전/배전 장비, 각종 변환 장비 등 다양한 기기 또는 설비가 배치될 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항과 한정된 실시예 및 도면에 의하여 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정과 변경을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 외함
110: 전면부
111: 필터부
120: 공기 흡입부
121: 흡입구
122: 공기 전달 통로
123: 차단막
130: 후면부
140: 송풍부
141: 제1 원심 송풍부
142: 제2 원심 송풍부
143: 격벽
144: 배출구
145: 제1 공간
146: 제2 공간
150: 발열 요소

Claims (7)

  1. 열 관리 기능을 갖는 전력 시스템용 외함으로서,
    상기 외함의 일측에 형성되는 전면부 및 상기 외함의 타측에 형성되는 후면부,
    상기 전면부에 포함되며 외부 공기를 흡입하는 공기 흡입부, 및
    상기 후면부에 포함되며, 상기 외함 내 공기를 외부로 배출하는 송풍부를 포함하고,
    상기 외부 공기는, 상기 전면부의 상기 공기 흡입부를 통해 상기 외함 내부로 유입되고, 상기 전면부와 상기 후면부 사이에 배치되는 적어도 하나의 발열 요소를 거쳐서 상기 전면부로부터 상기 후면부까지 전달되고, 상기 후면부의 상기 송풍부에 의하여 상기 외함의 외부로 배출되는
    전력 시스템용 외함.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기 흡입부는, 상기 전면부의 하부에 형성되는 적어도 하나의 흡입구, 상기 흡입구를 통해 유입되는 공기가 지나는 통로인 공기 전달 통로 및 상기 공기 전달 통로의 내벽에 서로 엇갈리는 구조로 형성되는 둘 이상의 차단막을 포함하는
    전력 시스템용 외함.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 차단막은, 상기 외부 공기와 함께 물 또는 먼지가 상기 외함 내부로 유입되는 것을 방해하는 방향으로 소정 각도 기울어지게 형성되는
    전력 시스템용 외함.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송풍부는, 적어도 하나의 원심 송풍부를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 원심 송풍부는 상기 후면부까지 전달되는 공기를 상기 후면부의 하부 방향으로 배출시키는
    전력 시스템용 외함.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 송풍부는, 제1 원심 송풍부 및 제2 원심 송풍부를 포함하고,
    상기 송풍부는, 상기 제1 원심 송풍부가 배치된 제1 공간과 상기 제2 원심 송풍부가 배치된 제2 공간을 구분시키는 격벽을 포함하는
    전력 시스템용 외함.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 원심 송풍부 및 상기 제2 원심 송풍부는 상하 방향을 배치되고,
    상기 제1 공간을 통해 배출되는 공기와 상기 제2 공간을 통해 배출되는 공기는 상기 격벽에 의하여 격리된 상태로 상기 후면부의 하부 방향으로 배출되는
    전력 시스템용 외함.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 원심 송풍부는, 상기 외함 내부에 설치된 온도 센서에 의하여 감지되는 온도에 기초하여 동작 속도가 제어되는
    전력 시스템용 외함.
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