KR100387321B1

KR100387321B1 - 가열및/또는냉각어큐뮬레이터-교환장치

Info

Publication number: KR100387321B1
Application number: KR1019970706923A
Authority: KR
Inventors: 쟝 빠뜨리; 끌로드 레블
Original assignee: 끌로드 레블; 쟝 빠뜨리
Priority date: 1995-03-21
Filing date: 1996-03-25
Publication date: 2003-08-21
Also published as: KR19980703519A; FR2732453B1; BR9607879A; CN1179824A; JP3714956B2; CN1127655C; AU5278496A; JPH11502604A; FR2732453A1; US5853045A; WO1996030710A1

Abstract

단단한 구형쉘이 높은 액체-고체 변환 잠열을 갖는 칼로리 및/또는 냉각 저장 약품과, 상이 변화되는 동안 저장 약품의 용적 변화를 흡수하기 위한 압축성 재료로 부분적으로 채워지고, 열교환 표면적을 증가시키기 위한 수단을 포함하는 필러 몸체(10) 타입의 교환/저장장치에 있어서,

상기 수단은 필러 몸체(10)의 쉘(12) 상에 있는 기립 형태부(18)로 구성되고 상기 몸체(10)에서, 기립 형태부는 모두 그 베이스(22)의 무게 중심과 필러 몸체의 중심(o)을 통과하는 대칭축을 구비하고, 상기 기립 형태부(18)의 베이스(22)는 모두 균등하고 동일하며 상기 기립 형태부는 쉘(12)의 전면에 걸쳐 균일하게 분포된 것을 특징으로 한다.

Description

가열 및/또는 냉각 어큐뮬레이터-교환 장치

상기와 같은 장치는 항상 가열 및/또는 냉각 어큐뮬레이터-교환기를 포함한다. 소위 필링 몸체 어큐뮬레이터-교환기라 불리우는 일부 어큐뮬레이터-교환기는 필링 몸체를 자체적으로 수용하는 저장 탱크로 구성되며, 상기 필링 몸체에서, 가열 및/ 냉각 장치는 오프피크(offpeak) 기간 동안 저장되어 필링 몸체 사이의 탱크를 통해 흐름으로써 열교환을 실행하는 액체 열전달 매개체(물, 글리콜 용액 등)를 사용하여 피크 기간 동안 재분포된다. 상기 어큐뮬레이터-교환기의 필링 몸체는 일반적으로 매우 구형의 쉘에 둘러싸이고 높은 액체-고체 변환 잠열을 갖는 재료를 포함하며, 상기와 같은 구형의 형상은 대칭 특성과, 저장 탱크에서의 실행의 용이성 및, 어큐뮬레이터-교환기가 제공하는 열전달을 수행하기 위한 열전달 매개체의 균일한 유동성으로 인하여 적합한 것으로 평가된다. 이와 같은 설비의 예로서는 미국특허 US-A-2,525,261호, 프랑스특허 FR-A-2,244,969호 또는 유럽특허 EP-A-076,884호에 기재되어 있다.

제한된 용적에서 다량의 가열 및/또는 냉각 온도를 저장하고 또한, 필링 몸체의 쉘에 수용된 높은 변환-잠재성-온도 재료의 액체-고체 상 변화로부터 초래되는 용적의 변화를 어떠한 손상없이 흡수할 수 있는 타입의 상기 어큐뮬레이터-교환기를 목적으로 고안된 많은 필링 몸체들이 공지되어 있다.

이것들은:

- 양호하게 저장 약품으로 완전히 채워진 필링 몸체들이며, 이 필링 몸체들은 미국특허 US-A-2,525,261호 또는 유럽특허 EP-A-0,277,847호에 공개된 것과 같이, 가요성(flexible) 구조를 갖는다;

- 양호하게 저장 약품으로 완전히 채워진 필링 몸체들이며, 이 필링 몸체들은 프랑스특허 FR-A-1,104,400호에 공개된 것들과 같이 탄력적인 구조를 갖는다;

- 부분적으로 저장 약품으로 채워진 필링 몸체들이며, 이 필링 몸체들은 독일특허 DE 30 05 450 A1 또는 유럽특허 EP-A-076,884호에 기재된 것들과 같이, 필링 몸체 안으로 도입되는 압축성 재료 또는 공기 포켓 및 변형 가능한 구조를 갖는다.

필링 몸체를 어큐뮬레이터-교환기 내로 도입하기 위한 기술은 플라스틱 쉘을 제조하는 과정과 이 쉘을 액체 상태의 저장 재료로 채우는 과정, 및 그 때 상기 쉘을 밀봉 방식으로 폐쇄하는 과정으로 구성되며, 상기 기술은 공지되어 있다. 필링 몸체들의 모든 쉘은, 다른 재료(특히, 금속)의 제조 비용이 과도하게 비싸므로, 플라스틱 재료로서 제조된다. 다량의 필링 몸체가 필요하므로, 상기 쉘들은 압출-중공 성형 기술을 사용하여 높은 용적으로 제조되는데, 그 이유는 그와 같은 기술이 사출 성형 또는 사출 중공 성형과 같은 공지된 다른 기술보다 제조 비용이 저렴하기 때문이다. 압출-중공 성형 기술은 매우 넓게 사용되는 기술이며; 이 기술은 압축 공기를 송풍하여 연화 플라스틱의 압출 튜브를 몰드의 캐비티 안으로 투사하는 공정으로 구성되며, 몰드의 기하학적 형태는 몰드가 원하는 형상으로 얻어지는 몸체의 형태를 가진다. 몰드를 냉각시키는 동안, 몰드의 내벽 상에 설치된 플라스틱은 냉각되어 경화되고, 이 때 몰드는 개방되어 몰드된 몸체를 분리시킨다. 그러나, 본질적으로 간단한 이 기술은 상기 기술이 허용하는 형태를 선택하는데 있어서 상대적으로 한정되고 제한되는데; 그 이유는 한편으로, 몰드의 모든 부분들이 반드시 플라스틱 튜브로부터 직접 투시되어야 하며, 숨겨진 부분들은 송풍과정 동안 재료를 수용하지 못하는 위험성을 가지므로, 백-테이퍼들(back-tapers)이 구성요소들을 손상시키지 않고 몰드될 수 있도륵 최소화되어야 하기 때문이다.

어큐뮬레이터-교환기의 열역학 특성은 저장 재료 및 열전달 유체 사이에서 얻어진 열교환 용량에 의해 결정된다는 사실은 널리 공지되어 있으며; 어큐뮬레이터-교환기가 필링 몸체 타입일 때,

1 - 필링 몸체의 쉘이 더욱 얇을수록;

2 - 필링 몸체의 쉘의 표면적이 더욱 클수록;

3 - 쉘과 열전달 유체 사이의 열교환을 결정하는 대류 계수가 더욱 클수록; 그리고

4 - 필링 몸체의 쉘의 열전도 계수가 더욱 클수록,

열전달 유체와의 열교환 용량은 더욱 커진다는 사실이 공지되어 있다:

본 발명은 높은 액체-고체 변환 잠열을 갖는 저장 약품(storage agent), 특히 필링 몸체 타입(filling-body type)의 물을 수용하도록 설계된 가열 및/또는 냉각 어큐뮬레이터-교환 장치에 관한 것이다.

주어진 단계동안 변화 가능한 양을 가열하거나 냉각시키는 수단을 필요로 하는 설비가 공지되어 있으며, 이러한 설비는 가열 및/또는 냉각 작용을 일으키도록 설계된 설비의 동력을 크게 감소시키도록 설계되며, 이와 같은 설비의 예로서는 프랑스특허 FR-A-2,469,678호에 기재되어 있다.

도 1은 본 발명에 따른 필링 몸체의 상세한 실시예의 투시도.

도 2는 도 1에 도시된 필링 몸체의 직경 횡단면도.

도 3은 본 발명에 따른 어큐뮬레이터-교환기의 상세한 실시예를 도시한 수직 횡단면도.

도 4는 본 발명에 따른 어큐뮬레이터-교환기의 다른 실시예를 도시한 수직 횡단면도.

따라서, 본 발명의 목적은 필링 몸체 타입의 가열 및/또는 냉각 어큐뮬레이터-교환기를 생산하는 것이며, 이와 같은 필링 몸체는 높은 액체-고체 변환 잠열을 갖는 저장 약품을 수용하고, 상기 저장 약품은 최적의 기계적 특성과 열역학 특성을 결합하면서, 동시에 기술적 제조상의 제약 및 시장의 경제적 제약 등을 고려한다.

어큐뮬레이터-교환기의 열전달 유체와의 열교환 용량이 의존하는 다양한 팩터에 영향을 미치는 특성들은 아래와 같이 조사되었다.

1 - 어큐뮬레이터-교환기의 필링 몸체의 쉘 두께의 최적 조건.

어큐뮬레이터-교환기의 필링 몸체들은 상이 변화되는 동안 높은 변환 잠열 재료의 열팽창으로 인한 내부 기계 응력을 극복하고 저장 탱크 내에서 느슨하게 적재되는 상태를 유지하기 위해 우수한 기계적 강도를 가져야 한다. 이와 같은 목적을 달성하기 위해, 필링 몸체에 충분한 기계적 강도를 제공할 목적으로 필링 몸체의 쉘벽의 두께를 충분히 증가시켜야 하며, 이것은 필링 몸체의 제조 비용이 상기 몸체들의 쉘을 제조하는데 사용된 플라스틱의 무게에 따라 증가하고 쉘의 두께가 증가할 때 열교환 용량이 감소한다는 사실을 무시하게 된다. 따라서, 필링 몸체의쉘을 생산하기 위한 경제적인 기술의 목적은 쉘이 쉘에 주어진 응력에 적합한 기계적 강도를 갖도록 보장할 수 있는 플라스틱의 최소 하중 및 두께를 사용하도록 구성된다. 이러한 이유로, 가장 일반적으로 사용된 상 변환 재료를 수용하는 필링 몸체의 쉘 형태는 구형이고, 이러한 구형의 형태는 응력, 특히, 상 변화 재료가 팽창하는 동안 진전되는 내부 반경 응력에 대해 우수한 저항성을 나타낸다. 이것은 쉘이 구형일 때 상 변화 재료의 팽창과 연관된 응력이 반경 방향 및 등방성이므로 쉘의 전면에 걸쳐 동일한(반경) 방향으로 균일하게 작용하기 때문이며, 쉘은 필링 몸체를 생산하는데 사용되는 플라스틱의 하중에 대한 최적값이 얻어지는 조건에 놓이며, 그 때 상기 최적값은 최소 두께의 쉘에 상응하기 때문에, 이 두께는 쉘의 전면에 걸쳐 일정하다.

필링 몸체 타입의 어큐뮬레이터-교환기의 필링 몸체를 생산하기 위해, 최소의 일정하고 균일한 두께를 갖는 간단한 구형 쉘을 생산하는 것에 대하여는 여기서 요구되지 않았다.

2 - 어큐뮬레이터-교환기의 필링 몸체 쉘의 표면적의 최적화.

구형 필링 몸체를 사용하는 필링 몸체 타입의 어큐뮬레이터-교환기의 저장 탱크의 필링 팩터는 어큐뮬레이터-교환기의 탱크에 설치된 필링 몸체의 직경과는 독립되지만, 필링 몸체가 감소할 때 열교환 표면적이 증가한다는 사실은 공지되어 있다. 따라서, 매우 작은 직경의 많은 필링 몸체를 사용하여 매우 높은 열교환 표면적을 얻는 것은 이론적으로 가능하다; 그러나, 이러한 해결책은 필링 몸체의 생산율에 직접 관련된 생산 비용이 필링 몸체의 직경이 감소할 때 열교환 표면적 보다 훨씬 빠르게 증가한다는 사실을 무시하기 때문에 채용될 수 없다.

따라서, 예를 들어:

1 KWh의 에너지는,

(a) 100mm의 직경과 0.62m²의 열교환 표면적을 가지고 단위 당 1 FF의 보조 비용 또는 저장된 20 FF/kWh 에 대해서 대규모의 용적으로 생산될 수 있는 20 구형 몸체들, 또는

(b) 50mm의 직경과 1.24m²의 열교환 표면적을 가지고 단위 보조 비용의 65%, 즉, 단위 당 0.65 FF 또는 104 FF/kWh 에서 대규모의 용적으로 생산될 수 있는 160 구형 몸체들,

로 채워진 17 리터의 용적을 갖는 주요 탱크로 구성되는 어큐뮬레이터-교환기에 저장될 수 있다.

이와 같은 실예는 어큐뮬레이터-교환기의 구형 필링 몸체의 열교환을 위한 표면적을 두배로 늘리기 위해 필링 몸체의 수를 8 만큼 생산 비용을 5 만큼 증가시키는 것이 필요하다는 사실을 명확히 나타낸다. 따라서, 필링 몸체를 제조하기 위한 최적의, 최소 직경이 있으며, 이 직경 밑으로 축소하는 것은 경제적으로 합당하지 않으며, 방편으로써 필링 몸체의 열교환 표면적을 증가시키는 것은 경제적으로 생각될 수 있는 상기 최소 직경과 같거나 큰 직경에 대해서만 해당된다.

외부 직경을 수정하지 않고 구형 필링 몸체의 표면적을 증가시키기 위한 공지된 방편은 미국특허 US-A-1,944,726호와, 독일특허 DE-A-2,003,392호와, 미국특허 US-A-2,525,261호 또는 유럽특히 EP-A-0,118,720호에 공개된 바와 같이, 그외 표면에 리세스, 홈 또는 노치를 새기는 과정으로 구성된다; 그러나 그와 같은 실예들은 다음과 같은 제조상의 문제점 때문에 실현되지 못했다;

- 매끄러운 구형과 비교하여 상기 1항에서 기술된 바와 같이, 반경 대칭의 부족으로 인하여 플라스틱 쉘 두께의 최적화의 불가능성;

- 숨겨진 부분으로 인하여 요구되는 형태의 블로우-몰딩의 불가능성.

- 새겨진 공동 형태부의 지나치게 높은 백-테이퍼로 인하여 요구되는 형태의 디몰딩의 불가능성.

이것은 본 발명이 필링 몸체 타입의 어큐뮬레이터-교환기를 생산하려고 의도하는 이유와 같으며, 본 발명이 의도하는 필링 몸체 타입의 어큐뮬레이터-교환기는 단단한 구형쉘이 높은 액체-고체 변환 잠열을 갖는 가열 및/또는 냉각 저장 약품과, 상이 변화되는 동안 저장 약품의 용적 변화를 흡수하기 위한 압축성 재료로 부분적으로 채워지고, 열교환 표면적을 증가시키기 위한 수단을 포함하며, 상기 수단은 필링 몸체의 쉘 상에 내접하는 기립 형태부들(raised features)로 구성되고, 상기 몸체에서 기립 형태부들은 모두 그 베이스의 무게 중심과 필링 몸체의 중심을 통과하는 대칭축을 구비하며, 상기 기립 형태부들의 베이스는 모두 균등하고 동일하고, 상기 기립 형태부들은 쉘의 전면에 걸쳐 균일하게 분포되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 비제한적인 실시예에 따라, 상기 기립 형태부는 원통형과, 직각 프리즘과, 정피라미드와, 정절두 피라미드와, 원뿔과, 절두 원뿔 또는 구형 캡으로구성되며, 일반적으로 대칭축이 베이스 표면의 무게 중심을 통과하는 회전면은 또한 구형 필링 몸체의 중심을 통과하며, 상기 베이스들은 동일하고 쉘의 표면에 걸쳐 균일하게 분포된다.

상기 기립 형태부가 쉘의 표면적을 매우 현저하게 증가시킬 수 있고 동시에 플라스틱의 하중을 최적화할 수 있으므로, 간단한 구형과 동일한 구형 대칭이 얻어지기 때문에, 쉘 두께 및 최적의 쉘 직경의 구형 필러 몸체를 사용함으로써 필러 몸체 타입의 매우 양질의 어큐뮬레이터-교환기를 얻는데 있어서 본 발명에 관한 상기 특성은 필수적이고 결정적이라는 사실을 알 수 있다.

3 - 어큐뮬레이터-교환기와 열전달 유체의 필링 몸체의 쉘 사이에서 열교환에 기여하는 전달 계수의 진보.

필링 몸체 타입의 어큐뮬레이터-교환기는 매우 일반적인 범람형(flooded type)이며, 즉, 필링 몸체와 열교환을 실행하기 위해 사용되는 열전달 매개체는 액체(물, 글리콜 용액 또는 소금물)이고, 상기 매개체는 탱크에서 구속되지 않은 좌측 모든 공간을 채운다. 어큐뮬레이터-교환기의 필링 몸체가 구형일 때, 구형체 사이의 자유로운 좌측 공간은 저장 탱크의 전체 용적의 거의 40 %를 나타내기 때문에 매우 비중이 있으며, 구형체 사이의 열전달 매개체의 유속은 상응하여 매우 작기 때문에, 유동체는 층류이고 열전달 유체와 쉘 사이의 대류 계수는 최소이다.

따라서, 대류 계수를 증가시키기 위하여는 열전달 매개체의 속도가 증가하도록 및/또는 유동체가 교란되어서 앞의 층류가 난류가 되도록 구성할 필요가 있다.

한가지 해결책으로서, 열전달 매개체의 속도를 증가시키기 위해 탱크 내측에배플을 설치하도록 구성된 해결책은 공지되어 있으나, 실험 결과 이 기술은 제조 비용이 지나치게 비싸고 실행하기가 매우 어렵다는 것이 입증되었다.

따라서, 본 발명은 상기 기술된 바와 같이 필링 몸체 타입의 어큐뮬레이터-교환기의 생산을 제안하지만, 어류물레이터-교환기의 기립 형태부는 구형체를 둘러싸는 열전달 매개체가 저장 탱크 내의 구형체 위치가 기립 형태부 주위에서 회전하도록 실행하기 위해 파상배치 방식으로 더욱 분포된다. 열전달 매개체에 의해 추종되는 경로는 더욱 길어지고 기립 형태부에 의해 상기 경로에 부여되는 방향의 변환을 위해 필요한 동력압의 회복 및 손실이 결합된 더욱 빠른 속도는 대류 계수를 증가시키는 효과를 가지고 난류가 되는 유동체를 변경하는 효과를 가진다.

종래 기술(특히, WO-A-94 09331호와, FR-A-2,609,536호 및 EP-A-0,073,836호)에 따른 필링 몸체의 공동 형태부와 비교하여, 본 발명에 의해서 필링 몸체의 표면에 제공된 기립 형태부는 성질을 변경하여 대류 계수를 증가시키기 위해 유동체가 충분히 교란되도록 실행하기 때문에, 최적의 쉘 두께 및 직경의 구형 필링 몸체를 바탕으로 하는 필링 몸체 타입의 양질의 어큐뮬레이터-교환기를 얻기 위해서는 본 발명의 독특한 상기 특성이 필수적이고 결정적이라는 사실을 이해해야 한다. 이것은 종래 기술의 공동 형태부의 경우에 있어서, 대부분의 유체가 상기 공동 또는 디프레션을 관통하지 않고 이들 공동 또는 디프레션 상에 흐름으로써 대류 계수의 감소로 인하여 열교환을 손상시키면서, 특정양의 열전달 유체(글리콜 용액, 소금물 또는 공기)는 이 유체가 정체되는 필링 몸체의 표면의 공동부에 놓이기 때문이다. 다른 한편으로, 본 발명에 따른 필링 몸체의 표면이 기립 형태부를 구비할때, 열전달 유체는 이 기립 형태부와 영구적으로 부딪침으로써 구형 몸체 주위를 흐르기 때문에 기립 형태부를 무시할 수 없다.

따라서, 본 발명은 상기 기술된 바와 같이, 필링 몸체 타입의 어큐뮬레이터-교환기의 생산을 제안하지만, 이와 같은 교환기는 필링 몸체를 수용하고, 전체 크기에 걸쳐 동일한 횡단면을 갖는 탱크에는 액체성 열전달 매개체가 비어있다는 점에서 범람형이 아니다. 탱크의 정상부에 분무되고 중력 하에서 필링 몸체 사이 및 필링 몸체 상을 흐르는 액체 열절단 매개체(물, 글리콜 용액 또는 소금물)는 더욱 큰 속도를 가지며, 이와 같은 속도의 결과로 유체의 흐름은 더욱 난류로 흐르고 상응하여 더욱 높은 대류 계수가 발생한다. 본원의 서두에 기재된 특허에서 공개된 저장 약품의 상이 변화함으로써 발생하는 부분적인 또는 전체적인 용적 변화를 흡수하기 위해 필요한 유연성, 탄력성 또는 변형성이 손상되지 않고는 상기 용적 변화를 흡수할 수 없으며, 범람형 필링 몸체 타입인 어큐물레이터-교환기는 이 교환기를 둘러싸는 액체 열전달 매개체와는 별도로, 그 자체 하중 뿐만 아니라 상부층에서 필링 몸체의 하중까지 지지해야 하기 때문에, 이러한 범람형 필링 몸체 타입의 어큐뮬레이터-교환기로는 본 목적이 달성될 수 없음을 이해해야 한다.

한편, 상기 명시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기립 형태부로 구성되는 구형 필링 몸체의 쉘은 내부 및 외부 응력에 대한 기계적인 저항이 동일한 두께의 간단한 구형쉘의 기계적인 강도 보다 훨씬 우수한 벌집 형태의 구조와 동일한 방식으로 외부 및 내부 응력에 대해서 대처한다는 사실을 이해할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기 정의된 바와 같이, 복수의 필링 몸체를 수용하고 전체 크기에 걸쳐 동일한 횡단면을 나타내는 수직 탱크로 구성되며, 열전달 유체(물, 글리콜 용액 또는 소금물)는 중력하에서 필링 몸체 사이 및 필링 몸체 상에서 흐르는 열전달 유체가 상기 몸체 상으로 떨어지고 더욱더 몸체와 그 기립 형태부 사이에서 회전시킴으로써 열교환을 실행하도록, 상기 탱크의 정상부에 배치된 분무 붐(spray boom)에 의해서 상기 탱크로 전달되고, 열전달 매개체의 최소 레벨은 상기 탱크의 바닥부에서 유지되는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터-교환기에 관한 것이다.

본 발명의 다른 형태는 상기 정의된 바와 같이, 복수의 필링 몸체를 수용하고 전체 길이 또는 전체 폭에 걸쳐 동일한 횡단면을 흐르는 열전달 매개체의 유동을 나타내는 박스 타입 또는 탱크의 용기로 구성되고, 열전달 유체는 어큐뮬레이터 -교환기의 상류에 배치된 팬을 사용하여 상기 용기로 강제 송풍되는 공기인 것을 특징으로 하는 가열 및/또는 냉각 어큐뮬레이터-교환기에 관한 것이다.

필링 몸체들 사이에서 압축된 공기가 대류성 열교환을 증가시키고 주변층을 감소시키는 격한 난류를 일으키기 위해 그 표면 상에서 기립 형태부와 충돌하기 때문에, 양질의 어큐물레이터-교환기를 얻기 위해서, 기립 형태부를 갖는 상기 기술된 필링 몸체들이 어떻게 결정 요소가 되는지를 여기서도 알 수 있다. 상기와 동일한 방식으로, 상술된 종래 기술에서 요구 및 공개되었으며, 저장 약품의 상 변화로부터 발생하는 부분적인 또는 전체적인 용적 변화를 흡수하기 위해 필요한 유연성, 탄력성 또는 변형성이 손상되지 않고는 상기 용적 변화를 흡수할 수 없으며, 범람형 필링 몸체 타입의 어큐물레이터-교환기는 이 교환기를 둘러싸는 액체 열전달 매개체와는 별도로, 그 자체 하중 뿐만 아니라 상부층에서 필링 몸체의 하중까지 지지해야 하기 때문에, 이러한 범람형 필링 몸체 타입의 어큐뮬레이터-교환기로는 기계적인 관점에서 본 목적이 달성될 수 없음이 이해될 것이다.

한편, 본 발명에 따른 기립 형태부로 구성되는 구형 필링 몸체의 쉘은 이 방식에서, 내부 및 외부 응력에 대한 기계적인 저항이 동일한 두께의 간단한 구형쉘의 기계적인 강도보다 훨씬 우수한 벌집 형태의 구조와 동일한 방식으로 외부 및 내부 응력에 대해서 대처한다는 사실을 이해할 수 있다.

부가로, 본 발명에서 저장소를 충전하고 제거하는 동안 모두 열전달 매개체로 사용될 수 있는 공기는, 냉각되는 공기의 습식 벌브(wet-bulb) 온도가 저장 온도 보다 항상 크게 되고, 공기에 포함된 수분이 필링 몸체 상에 응축하고, 이에 따라 대류 교환 계수를 증가시키기 때문에, 냉각 저장소로부터 제거하는 과정에서 양호하게 사용될 수 있다.

4 - 어큐뮬레이터-교환기의 필링 몸체 쉘의 열전도성 계수의 최적화.

플라스틱 필링 몸체의 열전도 계수는 특정 부가물 또는 합성물을 사용하여 개선될 수 있고; 상기 계수의 최적화는 최소 및 절약된 부가 비용으로 베이스 재료의 기계적인 특성을 상실함이 없이 최상의 열전도 계수를 갖는 합성물을 사용하는 것으로 구성된다.

비록, 이러한 구성은 본 발명의 범주 내에서 사용될 수 있지만, 본 발명의 일부를 구성하지 않는다.

본 발명의 다른 특성 및 장점들은 어떠한 제한적인 특성이 없는 실시예를 도시한 부가된 도면을 참고로 주어진 기술에서 표현될 것이다.

도 1 및 도 2에 있어서, 본 발명에 따른 가열 및/또는 냉각 어큐뮬레이터-교환기에 사용된 각각의 필링 몸체(10)는 그 표면이 비제한적인 실시예에서 절두 원뿔로 구성된 복수의 기립 형태부로 덮혀진 쉘(12)을 가지며, 상기 절두 원뿔들은 하기에 기술되는 바와 같이, 열-전달 매개체가 이 원뿔 주위에서 회전하도록 실행하기 위해, 각 필링 몸체(10)의 쉘(12)의 전면에 걸쳐 균일하게 분포되고 파상배치방식(staggered fashion)으로 배열된다.

각각의 필링 몸체(10)는 양호하게는 높은 열전도 계수를 갖는 플라스틱 재료로 제조되고 두께가 전면에 걸쳐 일정하며 단단하고 얇은 벽으로 된 쉘(12)을 가진다. 각각의 필링 몸체의 주변 면적에서, 상기 쉘은 양호하게는 원형의 개방부(16)를 가지며, 이 개방부(16)는 상기 변화되는 동안 저장 약품의 용적 변화를 흡수하기 위해, 몸체(10)의 내부 용적을 상 변화 재료(the change-of-phase material)로부분적으로 충전하고 로드(26) 또는 유사물을 사용하여 쉘 구형체(12)의 중심 "o"에 맞추어진 유연하면서 압축 가능한 팽창 몸체(24)를 삽입한 후에, 캡(14)에 의해서 밀봉된다.

상술된 바와 같이, 쉘(12)은 표면 상에서 절두 원뿔로 구성된 다수의 기립 형태부(18)를 가지며, 상기 원뿔의 대칭축(20)은 필링 몸체(10)의 중심 "o"을 통과하고 원뿔의 베이스(22)는 같은 표면적에서 모두 동일하다. 상기 기립 형태부(18)는 상술되고 도 1에서 명확히 도시된 바와 같이, 쉘(12)에 걸쳐 균일하게 분포되고 파상배치 방식으로 배열된다.

기립 형태부(18)의 베이스의 표면에 의하여 쉘(12)의 중심 "o"에서 범위가 정해지는 입체각(solid angles)(Ω)은 쉘(12)에 걸쳐 모두 동일하고 균일하게 분포된다.

절두 원뿔의 크기는 본원의 서두에 기재된 제조 구속력에 따라서, 압출 및 중공 성형 후에, 백 테이퍼를 몸체 직경의 거의 3%까지 제한하여 몸체가 디몰드(demould)되도록 실행하기 위해, 필링 몸체(10)의 정상부에서부터 필링 몸체의 디몰딩 평면을 구성하는 대칭 X-X' 평면까지 균일하게 감소된다. 일반적으로, 기립 형태부(18)는 이 형태부로부터 유래되는 전체 열교환 표면적이 동일한 직경을 갖는 매끄러운 구형체의 두배의 표면적과 동일하도록 상대적인 크기를 가짐으로써, 본 발명에 따라서 몸체의 수가 8 대 1의 비율로 제조되도록 감소시키고 5 대 1의 제조 비용으로 축소할 수 있다.

생산품의 품질은 더욱 향상되고, 모든 다른 품질이 동일하면, 기립임프레션(impression)(18)에 의해 발생된 표면적이 더욱 크게 증가하게 된다.

도 3은 상기 도 1 및 도 2를 참고로 기술된 필링 몸체를 사용하는 가열 및/냉각 어큐뮬레이터-교환기를 도해적으로 도시한다.

본 상세한 실시예에서, 어떤 제한적인 특징없이 본 교환기는 전체 크기에 걸쳐 동일한 횡단면을 갖는 수직 탱크(28)의 형태이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 탱크(28)는 비제한적인 상세한 실시예에서 실린더이고, 그 상부에서, 액체 열 전달 매개체를 분무하기 위한 붐(30)을 가지며, 이 붐은 파이프(32)로부터 공급된다. 상기 탱크는 주어진 침수 타입이 아니고 액체 열전달 매개체가 수용되는 필링 몸체(10) 사이에서 중력으로 흐르고, 붐(30) 수단에 의해 탱크의 정상부에서 분무되는 액체 열전달 매개체로 완전히 채워지지 않는다. 따라서, 열전달 매개체는 본 발명에 따른 필링 몸체에 제공된 기립 형태부와 후자 사이의 회전(slaloming) 및 중력하의 캐스캐이드(cascading)에 의해서 필링 몸체(10)에 열교환작용을 수행함으로써, 상기 기술된 바와 같이 상당히 열교환작용을 개선한다. 본 발명에 따른 열교환 매개체의 최소 레벨(36)은 중력 작용으로 흐르는 이 열전달 매개체의 관성을 보상하기 위해 탱크의 바닥부에서 유지되고, 그에 의해서 상기 열전달 매채체를 순환시키기 위해 펌프가 꽉 채워지지 않는 상태로 되는 것을 회피한다. 필링 몸체(10)를 열교환시킨 후, 열전달 매개체는 탱크(28)로부터 이동되고 파이프(34)를 경유하여 활용 순환된다.

도 4는 도 1 및 도 2를 참고로 기술된 필링 몸체를 사용하는 가열 및/또는 냉각 어큐뮬레이터-교환기의 비제한적인 다른 실시예를 도시한다.

본 상세한 실시예에서, 어큐뮬레이터-교환기는 전체 길이에 걸쳐 동일한 횡단면을 갖는 평행한 에피페달 박스(epipedal box)(40)의 형태이고, 도 4에 도시된 바와 같이, 이 박스는 본 발명에 따른 구형 필링 몸체(10)를 수용하는 구획부의 각각의 단부에서 오픈워크 벽(openwork wall)(41)(예를 들어, 격자, 메쉬, 관통 금속판 또는 어떤 유사한 수단의 형태로 제조된)을 구비한다. 상기 오픈워크 벽(41)은 팬(42)에 의해서 송풍된 공기가 자유롭게 통과하도록 허용하면서, 필링 몸체(10)가 본 목적으로 제공된 어큐뮬레이터-교환기의 구획부 내에 수용되도록 실행한다. 상기 박스(40)는 침수 타입이 아니고, 어떠한 액체 열전달 매개체(물, 글리콜 용액 또는 바닷물)로부터 독립되도록 형성되며, 본 상세한 실시예에서 사용된 열전달 매개체는 팬(42)에 의해서 어큐뮬레이터-교환기를 통해 송풍된 공기이다.

상술된 교환기가 냉각 어큐뮬레이터-교환기라고 가정하면, 저장부를 채우는 상과 저장부로부터 이동하는 상은 하기 방식으로 실행된다:

- 저장부를 채우는 단계 동안, 냉동 장치(도시되지 않은)에 의해 공급된 냉동 배터리(43)를 통해 냉각된 공기는 팬(42)으로 흡입되고, 그 때, 저장 박스를 통해 송풍된다; 차가운 공기는 필링 몸체(10)와 접촉할 때 냉동 에너지를 전달하면서 가열된다. 따라서, 가열된 공기는 덕트(45)를 통해서 냉각 배터리(43)의 상류부로 재이송되어서 새로운 사이클이 다시 시작된다;

- 저장부로부터 이동하는 단계 동안, 냉각 배터리(43)를 공급하는 냉동 장치는 작동하지 않으며, 냉각될 (뜨겁고 젖은) 공기는 팬(42)에 의해서 흡입되어 필링 몸체(10)를 수용하는 박스(40)를 통해서 상기 팬에 의해 송풍된다. 뜨거운 공기가차가운 필링 몸체와 접촉할 때 뜨거운 에너지가 전달되고, 공기는 그 습구(wet-bulb) 온도에 도달하고, 그 때, 필링 몸체 상에서 압축되어 대류 계수를 상응하도록 개선시킨다. 압축수는 도 4에 도시된 바와 같이, 박스 (40)의 하부에 제공된 사이펀(44)으로 이동되고, 그에 따라서 냉각된 공기는 환기 덕트(45)를 경유하여 공급되도록 시스템에 이용 가능하게 된다.

물론, 본 발명은 본원에서 기술되고 및/또는 도시된 상세한 실시예에 국한되지 않으며 모든 변형을 포함한다.

Claims

단단한 구형쉘이 물, 염수화물 또는 파라핀과 같이 높은 액체-고체 변환 잠열을 갖는 가열 또는 냉각 저장 약품과, 상이 변화되는 동안 저장 약품의 용적 변화를 흡수하기 위한 압축성 재료로 부분적으로 채워지고, 열교환 표면적을 증가시키기 위한 수단을 포함하는 필링 몸체(10) 타입의 어큐뮬레이터-교환장치에 있어서,

상기 열교환 표면적을 증가시키기 위한 수단은 필링 몸체(10)의 쉘(12) 상에 내접하는 기립 형태부들(18)로 구성되고, 상기 몸체(10)의 기립 형태부들은 모두 그 베이스(22)의 무게 중심과 필링 몸체의 중심(o)을 통과하는 대칭축(20)을 구비하고,

상기 기립 형태부(18)의 베이스(22)는 모두 균등하고 동일하며, 상기 기립 형태부는 쉘(12)의 전면에 걸쳐 균일하게 분포된 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터-교환장치.
제 1 항에 있어서, 상기 필링 몸체(10)의 쉘(12) 상에 내접하는 기립 형태부들(18)은 파상배치 방식(Staggered fashion)으로 분포되는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터-교환장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 필링 몸체(10)의 쉘(12)상에 내접하는기립 형태부들(18)은 상기 몸체에서 모두 그 베이스의 무게 중심과 필링 몸체의 중심을 통과하는 대칭축을 구비하는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터-교환장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 필링 몸체(10)의 쉘(12)상에 내접하는 기립 형태부들(18)에 있어서, 대칭축이 베이스 표면의 무게 중심을 통과하는 회전면은 또한 구형 필링 몸체의 중심을 통과하는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터-교환장치.
제 3항에 있어서, 상기 기립 형태부는 원통형과, 직각 프리즘과, 정피라미드와, 정절두 피라미드와, 원뿔과, 절두 원뿔 또는 구형 캡 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터-교환장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 기립 형태부(18)의 높이는 필링 몸체(10)의 상부에서 상기 필링 몸체의 디몰딩면인 대칭면(X-X')으로 균일하게 하향 감소되는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터-교환장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 기립 형태부들(18)은 상기 기립 형태부들로부터 발생하는 전체 열교환 표면적이 동일한 직경을 갖는 매끄러운 구형체의 적어도 두배의 표면적이 되도록 상대적인 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터-교환장치.
제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 상기 어큐뮬레이터-교환장치는 복수의 필링 몸체를 수용하고 전체 높이에 걸쳐 동일한 횡단면을 나타내는 수직 탱크(20)로 구성되며,

액체성 열전달 유체는 중력하에서 필링 몸체 사이 및 필링 몸체 상에서 흐르는 열전달 유체가 상기 몸체 상으로 떨어지고 또한 몸체와 그 기립 형태부 사이에서 회전시킴으로써 열교환을 실행하도록, 상기 텡크의 정상부에 배치된 분무 붐에 의해서 상기 탱크로 전달되고, 열전달 매개체의 최소 레벨(36)이 상기 탱크의 바닥부에서 유지되는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터-교환장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 어큐뮬레이터-교환장치는 상기 복수의 필링 몸체(10)를 수용하고 전체 길이에 걸쳐 동일한 횡단면을 나타내는 평형 육면체 박스 타입 또는 실린더형 탱크의 용기(40)로 구성되고,

열전달 유체는, 팬에 의해 흡입되어 상기 필링 몸체(10) 사이 및 몸체 상으로 송풍되는 공기를 상기 몸체 상으로 떨어뜨리고 몸체와 그 기립 형태부 사이에서 회전시킴으로써 열교환을 실행하도록, 상기 용기의 입구에 배치된 팬(42)에 의해 상기 용기 안으로 강제 송풍되는 공기이고, 저장장치를 통해서 송풍된 공기가 자유롭게 통과하도록 인가하면서, 공기를 상기 필링 몸체 내에 저장하기 위해 상기 용기에 오픈워크 벽(41)이 제공되고, 응축물용 출구(44)가 상기 용기의 하부에 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 어큐물레이터-교환장치.