KR100225276B1 - 열저장장치의 운전방법 및 그에 사용되는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체를 수용하는 용기를 갖는 냉각장치를 제공한다. 다수개의 분리된 튜브형 통로들은 액체내에 잠긴다. 헤더조립체는 제1구획실과 제2구획실을 갖추고 제공된다. 상기 제1구획실은 각각의 상기 분리된 튜브형 통로들의 일단부에 작동 가능하도록 연결되고, 상기 제2구획실은 각각의 상기 분리된 튜브형 통로의 타단부에 작동가능하도록 연결된다.

Description

열저장장치의 운전방법 및 그에 사용되는 장치

본 발명은 열 저장 및 유체냉각에 관한 것으로, 보다 상세히는 용기내에 저장된 유체속을 통과하는 다수개의 튜브형 통로상에 얼음을 형성하고, 저장하며, 이를 활용하는 개선된 방법 및 장치에 관한 것이다. 다르게는, 용기내의 유체를 관통하는 다수개의 상기 튜브형 통로를 통과하는 유체를 냉각시키기 위한 개선된 방법과 장치가 제공된다.

최대 에너지 소비가 아닌 기간(Off-Peak Energy) 동안 얼음을 형성하고, 작동유체를 더욱 냉각시키기 위한 냉각원으로서 얼음을 녹여 공급하는 얼음저장장치가 예를 들면, 미국 특허 제 4,831,831호에 알려져 있다. 상기와 같은 얼음저장장치의 한 가지 알려진 방식은 물과 같은 냉각가능한 저장유체내에서 잠긴 다수개의 평행한 튜브형 통로를 통하여 흐르는 냉매유체를 활용하는 것이다. 상기 다수개의 냉매채널(Channel)은 냉각유체를 받고, 배출시키는 유입 및 배출헤더사이에서 통상적으로 연결된다.

얼음생산 싸이클동안, 냉매유체, 통상 에틸렌 또는 프로필렌 글리콜 용액이 기계적인 냉동유니트로부터 유입헤더와 다수개의 튜브형 통로를 통하여 제공된다. 이러한 보조 냉동냉매(Sub-freezing refrigerant)의 흐름은 통상적으로 물인 유체로부터 각각의 통로주위에 얼음을 형성하도록 작용한다. 보충 냉각싸이클동안에는 상기 냉매유체가 공기조화 또는 냉각시스템내의 열교환기를 통과함으로써 통상적으로 가온된후 상기 다수개의 튜브형 통로를 통하여 순환된다. 이러한 냉매는 얼음으로 에워싸인 통로를 지나가게 됨으로써 차례로 보조 냉각(Sub-cooled)된다. 상기 냉매는 차례로 통로주위의 얼음을 냉각한다.

본 발명은 유체냉각구조에도 적용되며, 여기서는 냉각될 유체가 용기의 유체내에 잠겨진 다수개의 튜브형 통로를 통과한다. 상기 유체 자체는 냉각탑을 이용하여 냉각된다. 그리고, 다수개의 튜브형 통로를 통과하는 유체는 냉각된 유체와 간접 접촉하여 냉각된다. 상기 유체냉각구조에서 다수개의 튜브형 통로의 구성은 얼음저장 구조와 매우 유사하며, 단지 얼음저장 구조에서 대향류 흐름(Counter-current flow)을 갖추어 균일한 얼음형성이 튜브형 통로의 외측상에 형성되도록 하는 점이 바람직하다는 것이 다른 것이다. 유체냉각구조에서는, 인접한 튜브형 통로를 완전하게 평행으로 흐르도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 불필요한 헤더 및 유입배관 또는 매니폴드 공간 등을 제거하고 이러한 공간을 시스템의 냉각용량에 기여하는 튜브형 통로로서 대체하여 유체내에서 코일구조 및 튜브형 통로 또는 코일구조의 효율을 개선하는 것이 바람직하다.

따라서, 유체내에 잠긴 다수개의 통로를 활용하는 얼음저장 또는 유체냉각구조용 개선된 방법과 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 유체내에 잠긴 다수개의 통로를 갖는 빙축열(Ice trermal storage) 또는 유체냉각장치용의 보다 효과적인 헤더 및 매니폴드 구조를 제공하고자 하는 것이다.

제1도는 본 발명에 따른 열저장장치의 부분단면을 도시한 측면도.

제2도는 종래 기술에 따른 열저장장치의 부분단면을 도시한 측면도.

제3도는 본 발명에 따른 열저장장치의 사시도.

제4도는 튜브형 통로를 포위하는 용기(Vessel) 를 갖는 본 발명에 따른 전체 열저장장치를 도시한 측면도.

제5도는 본 발명에 따른 열저장장치의 측면도.

제6도는 본 발명에 따른 열저장장치의 헤더와 매니폴드연결구조를 도시한 상세측면도.

제7도는 본 발명에 따른 매니폴드와 헤더구조의 실시예를 도시한 부분단면 상세도.

제8도는 본 발명에 따른 매니폴드와 헤더구조의 또 다른 실시예를 도시한 부분단면 상세도.

제9도는 본 발명에 따른 매니폴드와 헤더구조의 또 다른 실시예를 도시한 부분단면 상세도.

제10도는 본 발명에 따른 매니폴드와 헤더구조의 또 다른 실시예를 도시한 부분단면 상세도.

제11도는 본 발명에 따른 매니폴드와 헤더구조의 또 다른 실시예를 도시한 부분단면 상세도.

제12도는 본 발명에 따른 매니폴드와 헤더구조의 또 다른 실시예를 도시한 부분단면 상세도.

제13도는 본 발명에 따른 매니폴드와 헤더구조의 또 다른 실시예를 도시한 부분단면 상세도.

제14도는 본 발명에 따른 매니폴드와 헤더구조의 또 다른 실시예를 도시한 부분단면 상세도.

제15도는 본 발명에 따른 매니폴드와 헤더구조의 또 다른 실시예를 도시한 부분단면 상세도.

제16도는 본 발명에 따른 매니폴드와 헤더구조의 또 다른 실시예를 도시한 부분단면 상세도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 냉각장치 12 : 헤더

18 : 내측 구획실 20 : 외측 구획실

22 : 베이스부 28, 30 : 튜브형 통로

42 : 상부 헤더 46 : 상부 유입구

48 : 하부 유입구 50 : 출구 매니폴드

66 : 분할기(divider) 70 : 하부외측 플레이트

본 발명은 개선된 얼음저장/보충냉각 또는 유체냉각방식과 개선된 헤더 및 매니폴드구조를 갖는 장치를 제공한다. 하나의 신장된 헤더는 내측 및 외측구획실(Compartment)을 갖추고 제공된다. 상기 내측 구획실은 다수개의 튜브형 통로의 각각의 단부에 작동가능하게 연결된다. 상기 외측 구획실은 다수개의 튜브형 통로의 각각의 타단부에 작동가능하도록 연결된다. 유입매니폴드는 헤더의 내측 또는 외측 구획실중의 어느 하나에 연결되어 다수개의 통로로 냉매액체를 공급한다. 외측 매니폴드는 나머지 내측 또는 외측 구획실에 연결되어 상기 다수개의 튜브형 통로를 통하여 흐르는 액체 냉매를 받는다.

헤더자체는 여러 가지 구조로 이루어질 수 있으며, 그러한 모든 구조의 공통적인 특징은 다수개의 튜브형 통로중의 각각의 일단부가 헤더의 하나의 구획실 또는 일부분에 연결되고, 다수개의 튜브형 통로의 각각의 타단부가 상기 헤더의 나머지 구획실 또는 나머지 부분에 연결되는 것이다. 따라서, 하나의 구획실로 유입되는 액체 냉매는 모든 튜브형 통로를 통하여 흐르고 헤더의 나머지 구획실 또는 나머지 부분으로 유입된다.

본 발명의 개선된 헤더, 튜브형 통로 및, 액체저장용기는 튜브형 통로를 통과하는 액체에 보충냉각을 제공하는 얼음저장구조나, 또는 튜브형 통로가 잠긴 용기자체내의 저장유체가 다수개의 튜브형 통로를 통하여 흐르는 유체에 냉각작용을 부여하는 유체냉각기로서 활용될 수 있다.

이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

제1도 및 제3도에는 본 발명에 따른 냉각장치가 참조부호 10으로 도시되어 있다.

냉각장치 10 자체는 용기내의 유체속에 잠겨 있는 것으로 이해되어야 하며, 그 상세 구조는 이후에 설명될 도면에 도시되어 있다.

냉각장치 10는 일단부에서 냉각장치 10의 상부를 가로질러 측방향으로 연장하는 신장된 구조로서 도시된 헤더 12를 포함한다. 헤더 12는 통상적으로 도금강재(Galvanized steel)로 이루어지지만, 스테인레스 스틸이나 플라스틱과 같은 적절한 다른 재료로서 구성될 수 있다. 헤더 12는 여러 가지 구조를 가질 수 있으며, 몇가지의 구조가 추후에 도면과 함께 설명될 것이다. 그러나, 일반적으로 헤더 12는 내측 구획실 18과 외측 구획실 20을 포함한다. 이러한 2개의 격실은 서로 밀봉처리되어 내측구획실내의 유체가 외측 구획실 20내로 접촉하거나 흐를 수 없으며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 헤더 12의 바람직한 일실시예에는, 베이스부 22가 90°의 각도로 절곡된 플레이트부분으로 제공된다. 베이스부 22는 내측 구획실 18와 외측 구획실 20 모두의 외벽을 형성한다. 내측 플레이트부 또는 분할기(Divider) 24는 또한 90°로 절곡된 신장된 플레이트부를 포함하며, 이는 그 모서리가 베이스부 22의 내측표면을 따라 용접됨으로써 통상적으로 부착된다. 따라서, 내측 구획실 18은 베이스부 22의 일부분과 헤더 12내의 내측 플레이트 24에 의해서 형성됨을 알수 있다. 단부 19와 21는 내측구획실 18과 외측 구획실 20의 측단부를 폐쇄시킨다. 외측 플레이트 26는 제1도 및 제3도에 도시된 실시예에 도시된 것과 같이 신장된 플레이트부로 이루어지고, 이는 내측플레이트 24와 베이스부 22사이의 연결점외측의 점들에서 베이스부 22의 내측표면을 따르는 용접에 의해서 통상적으로 모서리들이 연결되는 둥글게 말린 금속부로서 이루어진다.

파이프와 같은 금속부를 통상적으로 포함하는 유입매니폴드 14는 외측플레이트 26의 개구부주위에 유입매니폴드 14를 용접시킴으로써 외측 구획실 20에 작동가능하도록 연결된다. 출구 매니폴드 16는 내측 구획실 18에 그 자체가 작동가능하도록 연결되는 금속파이프로서 통상적으로 이루어진다. 이와 같은 작동가능한 연결구조는 출구 매니폴드 16를 외측플레이트 26내의 개구부를 통하여 연장시키고, 그러나 외측 구획실 20에는 작동가능하게 접촉시키지 않도록 함으로써 이루어진다. 출구 매니폴드 16는 내측플레이트 24내의 개구부주위에서 용접이나 그 밖의 수단으로서 내측 구획실 18에 작동가능하도록 연결된다. 그리고 출구매니폴드 16는 외측 플레이트 26내의 개구부주위에 용접이나 그 밖의 수단으로서 누설이 방지되도록 밀봉되어 있다.

튜브형 통로 28는 일단부에서 외측 구획실 20에 작동가능하도록 연결되고, 타단부에서 내측 구획실 18에 연결된다. 튜브형 통로 30는 그 일단부가 내측 구획실 18에 작동가능하도록 연결되고, 그 타단부는 외측구획실 20에 연결된다. 튜브형 통로 28와 30는 통상적으로 실린더형 금속튜브를 포함하고, 이는 조립작업후에 도금처리되는 철제로 이루어지지만, 이는 스테인레스 스틸이나 그 밖의 플라스틱과 같은 적절한 재료로 이루어질 수 있다. 그러나, 다른 형상의 통로들도 본 발명의 냉각장치내에서 동작가능한 것이다. 이러한 통로들은 육각형 튜브(hexagonal tube)와 같은 다른 단면구조의 금속 튜브를 포함할 수 있다. 튜브형 통로 28과 30의 단부들은 베이스부 22의 개구부주위를 용접처리함으로써 통상적으로 내측 및 외측 구획실에 동작가능하도록 연결된다. 냉매유체는 유입매니폴드 14로 들어가서 외측 구획실 20로 흐름을 알수 있다. 따라서, 이러한 냉매유체는 수평으로 위치된 튜브형통로 28의 상부를 통하여 외측으로, 튜브형 통로 30의 수직부를 통하여 하향으로 흐르게 된다. 이러한 냉매는 튜브형 통로 28과 30의 전체 길이를 통하여 흘러서 내측 구획실 18로 흐른다. 내측 구획실 18로 유입하면, 이러한 냉매유체는 출구 매니폴드 16를 외측으로 통과하게 된다. 이러한 공정(Process)은 동일효과를 얻기 위하여 반대로 이루어질 수 있고, 여기서 16는 유입 매니폴드가 되고, 14는 출구 매니폴드가 되며, 동일한 열전달 효과를 얻는다.

제2도상에서, 종래의 냉각장치가 참조부호 40으로 도시되어 있다. 상기 냉각장치 40는 상기에서 설명한 냉각장치 10와 유사하게, 용기내에 저장된 유체속에 잠긴 구조로서 이해되어야 한다. 냉각장치 40는 일반적으로 상부헤더 42와 하부헤더 43로 구성된다. 상부 헤더 42는 통상적으로 도금강재나 스테인레스강재, 플라스틱, 또는 동(copper)과 같은 비철금속으로 이루어지고, 냉각장치 40의 상부모서리를 가로 지르는 측방향으로 연장한다. 이와 유사하게, 하부헤더 43는 냉각장치 40의 하부모서리를 측방향으로 가로질러서 연장한다. 그리고, 용기내에는 상부유입구 46를 갖추고 하부유입구 48로 하향 연장하는 유입 매니폴드 44가 제공된다. 출구 매니폴드 50는 이와 유사하게 용기 속의 유체내에서 크게 위치되고, 상부출구 52와 하부출구 54를 포함한다. 유입 매니폴드 44와 출구 매니폴드 50는 전형적으로 도금 또는 스테인레스 강재 파이프 또는 플라스틱 또는 동과 같은 그 밖의 적절한 유체전도(fluid conducting)재료로서 이루어진다.

상부헤더 42와 특히 관련하여, 이러한 헤더는 출구 구획실 56과 유입 구획실 58을 포함한 것으로 보여진다. 이러한 2개의 구획실은 베이스부 64로서 형성되며, 본 실시예에서는 도금 또는 스테인레스 강재등과 같은 금속으로 이루어진 일반적으로 평편한 측방으로 연장하는 플레이트를 포함하는 것으로 보여진다. 측방향으로 연장하는 베이스부 64는 T-형 구조를 일반적으로 형성하도록 베이스부 64의 일부에 용접되거나 이와 유사하게 연결되는 일반적으로 평편하고 측방향으로 연장하는 내측 플레이트 또는 분할기 66의 일측모서리를 수용하여 부착하는 것이다. 상부 외측 플레이트 68는 일측 모서리가 베이스부 64에 연결되도록 형성된 그리고, 타측모서리가 내측 플레이트 66와 베이스부 64의 연결부로부터 수직으로 이격된 일정지점에서 내측 플레이트 66에 연결되도록 형성된 측방향으로 연장하는 금속구조물로서 도시되어 있다. 상기 베이스부 66의 일부와 내측 플레이트 66에 결합된 상부 외측플레이트 68의 구조는 상부헤더 배출 구획실 56를 포함한다. 이와 유사하게, 상부헤더의 하부 외측플레이트 70는 일측 모서리를 따라서, 베이스부 64에 연결되고, 다른 모서리를 따라서 내측 플레이트 66에 연결되는 측방향으로 연장형성된 금속 플레이트로서 도시되어 있다. 이러한 연결구조는 전형적으로 용접 또는 그 밖의 적절한 수단으로 이루어진다. 하부외측 플레이트 70의 구조는 베이스부 64의 일부분과 내측 플레이트 66와 함께 상부헤더 유입 구획실 58을 형성하도록 도시되어 있다.

상부 유입구 46는 유입 매니폴드 44로부터 연장하고, 상부헤더의 하부 외측 플레이트 70내의 개구부를 통하여 유입 구획실 58에 작동 가능하게 연결된다. 상부 유입구 46를 상부헤더의 하부외측 플레이트 70에 결합시키는 것은 용접 등의 수단으로서 이루어진다. 이와 유사하게, 출구 매니폴드 50로부터의 출구부 52는 상부헤더의 출구 구획실 56에 작동가능하도록 연결된다. 상부 출구 52는 용접등으로 상부 외측 플레이트 68내의 개구부위로 결합된다.

튜브형 통로 72는 일부분 64으로부터 연장하고, 상부헤더의 출구 구획실 56에 작동가능하도록 연결된다. 튜브형 통로 72는 통상적으로 스테인레스 강재 또는 그 밖의 적절한 재료로 이루어진 실린더형 튜브형 구조로 이루어진 것으로 이해되어야만 한다. 그러나, 튜브형 통로 72는 육각형 구조와 같은 다른 단면형상을 취할 수 있음도 이해되어야 한다. 이와 유사하게 튜브형 통로 74는 베이스부 64내의 개구부에 걸쳐서 용접 또는 그 밖의 적절한 수단으로서 상부헤더의 유입 구획실 58에 작동가능하도록 연결되는 것이다. 상기 튜브형 통로 72와 관련한 설명과, 여러 가지 가능한 형상 및, 구성재료들은 상기 튜브형 통로 74에도 적용되는 것이다.

하부헤더 43에 관련하여, 이는 유입 구획실 60과 출구 구획실 62을 포함한다. 유입 매니폴드 44로부터 연장하는 하부 유입구 48는 하부헤더의 출구 구획실 62에 작동 가능하도록 연결된다.

하부헤더 43 그 자체는 상부헤더 42와 동일한 방식으로 제작된다. 이러한 구조는 간단하게는, 하부헤더 베이스부 76를 포함하고, 이는 통상적으로 도금 또는 스테인레스 강재 또는 이와 유사한 재료로 구성되는 측방향으로 연장되는 플레이트부로 이루어진다. 내측 플레이트 또는 분할기 78는 일측 모서리가 베이스부 76의 일부에 연결되어 T-형 구조물을 형성하는 측방향으로 연장하는 플레이트 구조물로서 도시되어 있다. 이러한 연결구조는 용접으로 이루어진다. 상부외측 플레이트 80는 일측모서리가 베이스부 76에 연결되고, 타측 모서리부가 내측 플레이트 78에 연결되는 절곡된 또는 성형된 금속부재로 도시되어 있다. 따라서, 이와 같은 하부헤더의 유입 구획실 60은 베이스부 76의 일부분, 내측 플레이트 78 및 상부외측 플레이트 80로 형성된 것으로 도시되어 있다. 하부 유입구 48는 상부외측 플레이트 80내의 개구부위를 걸쳐서 연결되어 유입 구획실 60에 작동가능하도록 결합되어 있다. 하부 구획실 62은 일측모서리를 따라서 베이스부 76의 일부에 연결되고, 타측 모서리를 따라서 내측 플레이트 78에 연결되는 절곡된 또는 성형된 금속부재인 하부외측 플레이트 82에 의해서 유사한 방식으로 형성되도록 도시되어 있다. 이러한 연결구조는 용접이나 그 밖의 적절한 수단으로 이루어진다. 하부 출구 54는 하부헤더의 출구 구획실 62에 하부외측 플레이트 82의 개구부에 걸쳐서 용접이나 그 밖의 적절한 수단으로서 작동가능하게 연결된다.

튜브형 통로 72는 베이스부 76의 개구부에 걸쳐서 용접이나 그 밖의 적절한 수단에 의해서 유입 구획실 60에 작동가능하게 연결됨을 알수 있다. 이와 유사하게 튜브형 통로 74는 베이스부 76의 개구부에 걸쳐서 용접이나 적절한 수단을 통해서 출구 구획실 62에 작동가능하게 연결됨을 알수 있다.

따라서, 이러한 종래의 냉각장치에서는, 냉매액체가 상부유입 구획실 58로 유입하고, 하부 유입구 48로 하향하여 흐르며, 따라서 하부헤더의 유입 구획실 60로 흐른다. 이러한 냉매액체는 튜브형 통로 72와 74 모두를 통하여 흐르고, 상부헤더의 출구 구획실 56와 하부헤더의 출구 구획실 62을 통하여 배출된다. 하부헤더의 출구 구획실 62을 빠져 나가면서, 냉매액체는 하부출구 54를 통하여 흐르고 출구 매니폴드 50를 통하여 상승됨을 알수 있다.

냉각장치 40가 잠겨지는 액체를 담는 용기내의 공간은 냉각장치 10내에서 사용되는 효과에 이르지 못하는 것으로 도시되어 있다. 이러한 이유는 유입 매니폴드 44와 출구 매니폴드 50 모두가 하향으로 관통하여 하부 유입구 48와 하부 배출구 54로 연장하는 부분(Sections)을 갖는 것이다.

본 발명에서 냉각장치 10에는, 이러한 공간이 튜브형 통로 28와 30의 수직부분으로서 활용되도록 도시되어 있다. 이러한 구조는 튜브형 통로 28와 30를 통하여 흐르는 냉매의 보다 효율적인 사용을 제공한다.

제4도 내지 제6도에 관련하여, 본 발명의 냉각장치 10는 액체저장용기 90내에 설치된 것으로 도시되어 있다. 액체 92는 용기 90내에 담겨지고, 냉각장치 10의 상부위로 전형적으로 연장한다. 튜브형 통로 28와 30의 수직부분은 이러한 부분이 통상적으로 액체 90내에 완전하게 잠기기 때문에 냉각장치 10의 전체 냉각성능에 기여함을 알수 있다. 냉각장치가 튜브형 통로 28와 30상에 얼음이 형성되는 얼음저장구조로 사용되거나, 또는 냉각장치 10가 냉각되어야 할 액체가 튜브형 통로 28와 30를 통하여 흐르는 유체 냉각기로서 사용되는 경우에도, 2개의 단일 매니폴드가 냉각장치의 일단부에서 공간을 점유하는 종래의 구조에 반하여, 튜브형 통로 28와 30의 수직부에 의해서 부가적인 성능향상이 이루어짐을 쉽게 알수 있다.

종래의 냉각장치 40에 비하여 냉각장치 10의 부가적인 이익은 본 발명의 냉각장치 10내에서 제거되는 하부 매니폴드의 조립과 관련된 부가적인 시간, 노력 및, 비용의 절감인 것이다. 냉각장치 10의 부가적인 냉각성능이 하부 매니폴드와 관계된 조립구성부품의 제거에 기인하여 보다 저렴한 비용으로 얻어지는 경우, 본 발명의 냉각장치 10로부터 냉각 유니트의 저장 냉각성능당 전체 비용(통상적으로 톤-시간으로 측정됨)은 종래기술의 냉각장치 40의 것보다 낮다. 1 톤-시간(Ton-hour)은 1시간주기에 걸쳐서 제공된 1냉각톤이다.

제7내지 제11도에 관련하여, 본 발명의 개선된 헤더의 다른 실시예가 도시되어 있다. 제7도에는, 헤더 110가 내측 구획실 118과 외측 구획실 120을 갖추고 있다. 상기 구조물의 재료는 제1도에 관련하여 상기에서 설명한 것의 재료와 동일하다. 이러한 재료의 상세한 설명은 생략하기로 한다. 베이스부 112가 90°의 각도로 절곡되어 측방향으로 연장하는 금속플레이트를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 내측 분할기 114는 내측으로 연장하는 금속 플레이트가 일측 모서리는 베이스부 112의 일측면에 접하고, 다른 모서리는 베이스부 112의 다른 측면에 접함으로써 내부 구획실 118을 형성하도록 도시되어 있다. 상기 내측 분할기 114와 베이스부 112사이의 연결부는 전형적으로 용접부이다. 외측 플레이트 116는 일측 모서리가 베이스부 112의 어느 하나의 다리에 접하여 외측 구획실 120을 형성하도록 구성된 측방향으로 연장하는 금속 플레이트로 도시되어 있다. 출구 매니폴드는 내부 구획실 118에 작동가능하도록 연결되고, 유입 매니폴드 124는 상기 설명한 것과 동일한 방식으로 외측 구획실 120에 작동가능하도록 장착된다. 이와 유사하게 튜브형 통로 126는 내측 구획실 118에 작동가능하게 연결되고, 튜브형 통로 128는 제1도에 관련하여 상기에서 설명한 것과 동일한 방식으로 외측 구획실 120에 작동가능하게 연결된다.

제8도와 관련하여, 제7도에 도시된 것과 유사한 헤더구조를 설명한다. 유일한 차이점은 내측 분할기 134가 둥글게 말린 구조의 측방향으로 연장하는 플레이트이고, 그 단부는 제7도에 도시된 것과 동일한 방식으로 베이스부 112에 연결된다. 또한, 외측 플레이트 132는 측방향으로 연장하는 플레이트이고, 통상적으로 금속이며, 그 단부가 베이스부 112에 연결된 둥글게 말린 구조를 갖는다. 제7도에 관련하여 상기에서 설명한 방식과 동일하게, 내측 분할기 134와 외측 플레이트 132가 제공되어 베이스부 112와 내측 분할기 134사이에서 내부 구획실 118이 형성된다. 상기 유입 및 출구 매니폴드와 튜브형 통로들의 나머지 연결구조는 제7도에 관련하여 설명한 것과 유사하다.

제9도에서, 헤더 140는 제7도와 제8도에 도시된 헤더와 유사하다. 헤더 140는 베이스 플레이트 112에 유사한 연결구조를 갖추고, 제8도에 도시된 것과 동일한 둥글게 말린 금속플레이트인 외측플레이트 132를 포함하는 것이다. 내부 분할기 114는 제7도에 도시된 것과 유사하며, 절곡된 또는 성형된 형상을 갖는 측방향으로 연장하는 플레이트를 포함한다. 내측 구획실 118과 120는 제7도 및 제8도에 도시된 것과 유사하며, 유입 및 배출 매니폴드와 튜브형 통로의 연결구조를 이루는 것이다.

제10도에는, 헤더 150가 도시되어 있다. 상기 헤더 150는 제7도 내지 제9도에 도시된 헤더와 유사하다. 그러나, 상기 헤더는 제8도에 도시되고 설명된 것과 유사하다. 외측 플레이트 116는 제7도에 도시되고 설명된 것과 유사하다. 매니폴드 등과 튜브형 통로들의 그밖의 연결구조는 제7도 내지 제9도에서 설명한 것과 유사하다.

제11도에서, 헤더 160가 본 발명의 다른 실시예로서 도시되어 있다. 상기 헤더는 신장된 실린더형 외측 포위체 164를 포함한다. 내측 분할기 162는 일측모서리가 외측 포위체 164의 내표면을 따라서 연결되고, 타측단부가 외측 포위체 164의 다른 표면에 따라서 연결되며 90°로 신장되고 성형된 금속구조물로서 도시되어 있다. 따라서, 내측 구획실 166은 외측 포위체 164의 일부분과 내측 분할기 162사이에 형성되며, 구획실 168은 내측 분할기 162의 다른 측면과 외측 포위체 164사이에 형성된다. 상기 매니폴드 122와 124 및, 튜브형 통로 126와 128의 연결구조는 제7도 및 제10도에 설명된 구조와 유사하다.

제12도에서, 헤더 170는 본 발명의 다른 실시예로서 도시되어 있다. 상기 헤더 170는 냉각조립체의 하부모서리에 위치됨을 알수 있다. 이러한 실시예의 구조는 제11도에 도시된 것과 매우 유사하며, 외측 포위체 174내의 내측 분리기 172는 제11도에서 설명한 것과 유사한 방식으로 내측 구획실 176과 외측 구획실 178을 형성한다. 튜브형 통로 180과 182는 내측 및 외측 구획실 176 및 178에 각각 작동가능하도록 연결된다. 출구 및 유입 매니폴드 184 및 186는 제11도에서 보다 상세히 설명된 것과 유사한 방식으로 각각 내측 및 외측 구획실 176과 178에 작동가능하도록 연결된다.

제13도에서, 본 발명의 다른 실시예로서 헤더 190가 도시되어 있다. 이러한 헤더는 제12도에 도시된 실시예에서와 같이 냉각장치의 하부모서리에 위치된다.

상기 실시예의 헤더 190는 제7도에서 헤더 110와 관련하여 설명한 것과 매우 유사하다. 따라서, 이에 대한 설명은 간략하게 이루어질 것이다. 베이스부 192가 신장되어 성형된 금속 구조물로서 도시되어 있다. 내측 분할기 194는 그 모서리들이 베이스부 192의 내표면을 따라서 연결되어 내측 구획실 198을 형성하는 성형된 금속 부재이다. 외측 플레이트 196는 그 모서리들이 내측 분할기 194와 결합된 표면으로부터 외측으로 향한 베이스부 192의 부분들에 결합되도록 형성되는 신장된 금속구조물이다. 외측구조물 200은 내측 분할기 194와 외측 플레이트 196사이에 형성된다. 외측 매니폴드 202는 내측 구획실 198에 작동가능하게 연결되고, 유입구 204는 내측 분할기 194와 외측 플레이트 196내의 개구부위에 걸쳐서 이러한 파이프들을 용접함으로써 외측 구획실 200에 작동가능하도록 연결된다. 이와 유사하게 튜브형 통로 206들은 내측 구획실 198에 작동가능하게 연결되고, 튜브형 통로 208는 외측 구획실 200에 작동가능하게 연결된다.

제14도에서, 헤더 214가 본 발명의 변형실시예로서 도시되어 있다. 헤더 214는 제13도와 관련하여 상기에서 설명한 헤더 190와 매우 유사하며, 이러한 유사부분의 상세설명은 여기서 생략하기로 한다. 출구매니폴드 212는 내측 구획실 216에 수평 방향으로 작동가능하도록 장착되고, 유입 매니폴드 210는 외측 구획실 218에 작동 가능하도록 연결됨을 알수 있다.

제15도에서, 헤더 220는 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있다. 상기 헤더 220는 냉각장치의 상부모서리에 위치되어 있다. 본 실시예는 상기 냉각장치의 사용을 유체냉각기로서 기대하고 있다. 따라서, 내측 구획실 222은 평행으로 유지되는 튜브형 통로 226와 228에 작동가능하도록 장착된다. 외측 구획실 224는 튜브형 통로 226와 228의 타단부에 작동가능하도록 장착된다. 유입 헤더는 내측 구획실 222에 작동가능하도록 연결되고, 출측 헤더 234는 외측 구획실 224에 작동가능하도록 장착된다. 냉각될 유체가 유입헤더를 통하여 내측 구획실 222로 유입하여 평행으로 유지되는 튜브형 통로 226와 228을 통과하여 흐른다. 이러한 통로들은 전체 냉각장치들을 통하여 연장하고, 상기에서 설명한 바와 같이 냉각장치의 용기내에서 유체와 접촉함으로써 냉각된다. 상기 튜브형 226와 228의 수직부분을 통과하는 경우, 상기 냉각된 유체는 외측 구획실 224로 유입하여 출측 헤더 234를 통하여 배출된다.

제16도에서, 헤더 240가 본 발명의 변형실시예로서 도시되어 있다. 상기 헤더 240는 냉각장치의 하부모서리에 위치됨을 알수 있다. 이러한 구조는 제 15도의 실시예와 유사하며, 본 발명의 냉각장치는 유체냉각기로서 작동되도록 설계되어 있다. 따라서, 내측 구획실 242은 냉각될 유체를 평행으로 받는 튜브형 통로 250와 252에 작동가능하도록 연결된다. 냉각후 이러한 유체들은 수직으로 연장하는 튜브형 통로를 통하여 배출되어 출구 구획실 244로 유입한다. 냉각될 유체는 유입헤더 246를 통하여 내측 구획실 242로 들어가고, 외측 구획실 244에 연결되는 출측헤더 248를 통하여 배출한다.

본 발명은 불필요한 헤더 및 유입배관 또는 매니폴드 공간 등을 제거하고 이러한 공간을 시스템의 냉각용량에 기여하는 튜브형 통로로서 대체하여 유체내에서 코일 구조및 튜브형 통로 효율을 개선하는 것이다.

Claims (15)

1. 용기내의 수용된 저장액체내에 잠긴 하나 또는 그 이상의 튜브형 통로들을 통하여 찬냉매유체를 통과시키는 단계와, 그에 따라서 상기 튜브형 통로주위에 결빙된 저장액체외피를 형성하는 단계들을 포함하고, 저장싸이클동안 액체가 결빙되어 저장되는 열저장장치를 운전하는 방법에 있어서, 상기 단계들은 찬 냉매가 튜브형 통로로 제공되고, 상기 튜브형 통로로부터 내측 구획실과 외측 구획실을 갖는 신장된 구조물을 구비한 헤더조립체를 통하여 배출되는 단계와, 상기 내측 구획실이 튜브형 통로들의 각각의 일단부와 첫번째의 외측흐름메니폴드에 작동가능하도록 연결되고, 상기 외측 구획실이 상기 튜브형통로들의 각각의 타단과 두번째의 외측흐름메니폴드에 작동가능하도록 연결되어 상기 찬 냉매가 외측 흐름메니폴드중의 어느 하나를 통하여 상기 내측 또는외측구획실중의 어느 하나로 유입되고, 상기 각각의 튜브형 통로들을 통하여 내측 또는 외측구획실중의 나머지 것으로 흐르며, 그리고 상기 외측 흐름메니폴드의 나머지 것을 통하여 흐르도록 하는 단계들을 포함함을 특징으로 하는 열저장장치의 운전방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 찬 냉매는 상기 두번째 외측흐름메니폴드를 통하여 외측구획실로 유입하고, 각각의 튜브형 통로들을 통하여 상기 내측구획실로 흐르며, 상기 첫번째 외측흐름메니폴드를 통하여 배출되도록 하는 것임을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 헤더조립체의 내측구획실은 내측벽부와 외측벽부를 포함하고, 상기 외측벽부는 상기 외측 구획실의 일부를 형성하는 것임을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 내측구획실에 작동가능하도록 연결된 첫번째 외측흐름메니폴드는 외측구획실을 통과하는 것임을 특징으로 하는 방법.
5. 저장유체내에 잠긴 하나 또는 그 이상의 튜브형 통로를 통하여 찬 냉매를 통과시키고, 상기 튜브형 통로들 주위에 결빙된 저장액체외피를 형성함으로써 저장싸이클동안 액체가 결빙되고 저장되는 열저장장치에 있어서, 상기 저장액체와 튜브형 통로들을 수행하는 용기, 상기 찬 냉매를 튜브형 통로로 제공하고 상기 튜브형 통로로부터 찬냉매를 인출시키기 위한 헤더조립체를 포함하고, 상기 헤더조립체는 내측구획실과 외측구획실을 갖는 신장된 구조물을 포함하며, 상기 내측구획실은 각각의 상기 튜브형 통로들의 일단부와 첫번째 외측흐름메니폴드에 작동가능하도록 연결되고, 상기 외측구획실은 각각의 상기 튜브형 통로들의 타단과 두번째의 외측흐름메니폴드에 연결되며, 상기 연결구조는 찬냉매가 상기 외측흐름메니폴드를 통하여 내측 또는 외측구획실 중의 어느 하나로 유입하도록 하고, 각각의 상기 튜브형 통로들을 통하여 상기 내측 또는 외측구획실중의 나머지 것으로 흐르도록 하며, 상기 외측흐름메니폴드의 나머지 것을 통하여 배출되도록 하여줌을 특징으로 하는 열저장장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 헤더조립체의 내측구획실은 내측벽부와 외측벽부를 포함하고, 상기 외측벽부는 외측구획실의 일부를 형성함을 특징으로 하는 열저장장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 내측구획실에 작동가능하도록 연결된 첫번째 외측흐름메니폴드는 외측구획실을 통과함을 특징으로 하는 열저장장치.
8. 제5항에 있어서, 상기 헤더조립체는 제1신장된 플레이트를 갖는 베이스부를 포함하고, 상기 제1의 신장된 플레이트는 180°보다 적은 각도에서 위치되는 2개의 다리부를 갖추며, 제2의 신장된 플레이트를 갖는 내측부를 포함하고, 상기 제2신장된 플레이트는 2개의 대향한 평행 모서리를 따라서 상기 제1신장된 플레이트의 내측면에 결합되어 상기 내측구획실을 형성하며, 제3의 신장된 플레이트를 갖는 외측부를 포함하고, 상기 제3의 신장된 플레이트는 2개의 대향한 평행모서리들을 따라서 상기 제2의 신장된 플레이트의 연결부로부터 외측의 상기 제1의 신장된 플레이트의 내표면에 결합되어 상기 외측구획실을 형성함을 특징으로 하는 열저장장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 제1의 신장된 플레이트의 2개의 다리부는 대략 90°의 각도에서 위치됨을 특징으로 하는 열저장장치.
10. 제8항에 있어서, 상기 제2의 신장된 플레이트는 대략 90°의 각도에서 위치된 2개의 다리부를 갖춤을 특징으로 하는 열저장장치.
11. 제8항에 있어서, 상기 제2의 신장된 플레이트는 만곡된 형상으로 이루어짐을 특징으로 하는 열저장장치.
12. 제8항에 있어서, 상기 제3의 신장된 플레이트는 대략 90°의 각도로 위치된 2개의 다리부를 갖춤을 특징으로 하는 열저장장치.
13. 제8항에 있어서, 상기 제3의 신장된 플레이트는 만곡된 형상임을 특징으로 하는 열저장장치.
14. 제5항에 있어서, 상기 헤더 조립체는 튜브형 구조물과, 상기 튜브형 구조물내에서 상기 튜브형 구조물을 내측구획실과 외측구획실로 분할하는 제1의 신장된 플레이트를 포함함을 특징으로 하는 열저장장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 제1의 신장된 플레이트는 2개의 대향한 평행모서리를 갖추고, 상기 모서리들은 튜브형 구조물의 내표면에 결합되어 상기 내측구획실과 외측구획실들을 형성함을 특징으로 하는 열저장장치.