KR100421887B1 - 수소저장합금을 이용한 냉온장고 - Google Patents

수소저장합금을 이용한 냉온장고 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수소저장합금을 이용한 냉온장고에 관한 것으로서, 본 발명은 심온냉동실 및 냉동실과, 냉장실, 그리고 온장실을 갖는 본체와; 열교환이 이루어질 수 있도록 구획된 제1,제2,제3,제4열교환실과; 상기 심온냉동실 및 냉동실과 제1,제2열교환실 간에 냉기유동을 안내하는 냉동실냉기 안내수단과; 상기 냉장실과 제3,제4열교환실 간에 냉기유동을 안내하는 냉장실냉기 안내수단과; 상기 온장실과 제3,제4열교환실 간에 온기유동을 안내하는 온장실온기 안내수단과; 상기 각 열교환실 내부에 설치되며, 그 내부에 충전된 수소저장합금에 수소가 흡장 또는 탈장될 경우 흡열반응과 발열반응을 번갈아 일으키는 반응기와; 상기 각 반응기 사이에 수소의 이동이 가능하도록 연결된 수소이동관과; 상기 각 반응기 간에 수소의 이동이 가능하도록 압송력을 발생하는 펌핑수단과; 상기 수소이동관에 연결되어 제어부의 제어에 따라 수소의 이송 방향을 선택적으로 제어하는 밸브수단을 포함하여 구성된 수소저장합금을 이용한 냉온장고를 제공하여, 수소저장합금에 수소가 흡장 또는 탈장될 때 일어나는 흡열반응 또는 발열반응을 이용하여 심온냉동 및 냉동 기능과, 냉장 기능, 그리고 온장 기능을 동시에 수행할 수 있도록 한 것이다.

Description

수소저장합금을 이용한 냉온장고 {cooling and heating cabinet using hydrogen storage alloy}
본 발명은 냉온장고에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반응기 내측에 충전된 수소저장합금에 수소가 흡장되거나 탈장될 경우, 반응기에서 일어나는 흡열반응과 발열반응을 이용하여 냉동 및 심온냉동 기능과, 냉장 기능, 그리고 온장 기능을수행할 수 있도록 한 수소저장합금을 이용한 냉온장고에 관한 것이다.
일반적으로 식품을 소정기간 동안 냉동보관 또는 냉장보관 하기 위해서 냉장고가 이용되며, 근래에는 사용자의 다양한 요구에 의해 통상의 냉동실 온도(약-18℃) 보다 훨씬 낮은 온도(약-50℃) 상태를 유지할 수 있는 심온냉동실, 혹은 식품이나 약품 등을 사용 용도에 적합하게 온장 상태로 보관하기 위한 온장실을 갖춘 냉온장고가 개발되어 사용되고 있다.
이러한 냉온장고는 대부분 냉매를 이용한 냉동싸이클을 응용한 것으로서, 냉매가 압축기, 제1열교환기, 팽창밸브, 제2열교환기 등과 같은 여러 장치를 순차적으로 거치는 순환을 반복하면서 냉매의 상변화에 따라 각 열교환기에서 흡열반응 또는 발열반응을 일으키고 각 열교환기로부터 공기를 강제적으로 송풍시켜 열교환 시킴으로써 소정의 온도상태를 유지하고자 하는 대상 공간의 냉장 및 온장을 수행하도록 하고 있다.
전술한 바와 같은 냉매의 상변화에 따른 열이동을 이용한 일반적인 냉온장고는 프레온계 CFC(chlorofluorocarbon) 등과 같은 냉매를 사용하기 때문에 오존층 파괴 및 지구 온난화를 유발하는 등 환경 보호 측면에서 문제점을 안고 있을 뿐만 아니라, 이러한 냉매를 상변화시켜 흡열/발열 반응을 일으키기 위해서는 여러 가지 부속 장치들을 필요로 하기 때문에 구조가 복잡하다.
그리고, 이러한 냉매 사이클을 이용한 냉온장고는 가동 후 냉장실 및 온장실 내부의 온도가 원하는 기능을 만족할 수 있는 소정 온도까지 도달하는데 소요되는 시간이 길고, 냉매의 상변화를 위한 각 장치들의 작동시 냉매의 유동 및 상변화에따른 소음이 크게 발생하는 문제점이 있었다.
한편, 전술한 냉매 사이클을 이용하지 않고도 냉장 및 온장 기능을 동시에 수행할 수 있도록 전기적인 열 전자 작동에 의해 흡열반응과 발열반응을 동시에 일으킬 수 있는 열전 소자가 개발된 바 있다.
이러한 열전 소자를 이용한 냉온장고의 경우, 동작 개시 후 가열 및 냉각 속도가 신속하기 때문에 소용량의 신속한 냉각 또는 가열을 필요로 하는 국소 냉각장치 또는 발열장치에는 적용이 가능하지만 대용량 냉온장고에는 적용이 어려우며, 가격이 고가이기 때문에 크게 실용화하지 못하는 실정이다.
전술한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여, 환경 친화적인 에너지원을 사용하면서도 장치의 단순화 및 고효율화가 가능한 냉온장고의 개발이 지속적으로 요구되어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명은 수소저장합금에 수소가 흡장 또는 탈장될 때 일어나는 발열반응 또는 흡열반응을 이용하여 심온냉동 및 냉동 기능과, 냉장 기능, 그리고 온장 기능을 동시에 수행할 수 있도록 함으로써 환경 친화적인 에너지원을 사용하고, 장치의 단순화 및 고효율화가 가능한 수소저장합금을 이용한 냉온장고의 제공을 목적으로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 수소저장합금을 이용한 냉온장고의 냉기 및 온기 유동을 나타낸 종단면도,
도 3 및 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 수소저장합금을 이용한 냉온장고의 냉기 및 온기 유동을 나타낸 종단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10,20,30,40....반응기, 60....밸브수단,
70....펌핑수단, 100....본체,
110....심온냉동실, 120....냉동실,
130....냉장실, 140....온장실.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 냉기통공이 형성된 격벽에 의해 하나의 공간이 상하로 구획되어 서로 연통 가능하게 된 심온냉동실 및 냉동실과, 냉장실, 그리고 온장실이 각각 별도의 구획실을 이루도록 된 본체와; 상기 각 구획실 중 소정 구획실로부터 유입된 공기와 개별적으로 열교환이 이루어질 수 있도록 구획된 제1,제2,제3,제4열교환실과; 상기 심온냉동실 및 냉동실과 제1,제2열교환실 간에 냉기유동을 안내하는 냉동실냉기 안내수단과; 상기 냉장실과 제3,제4열교환실 간에 냉기유동을 안내하는 냉장실냉기 안내수단과; 상기 온장실과 제3,제4열교환실 간에 온기유동을 안내하는 온장실온기 안내수단과; 상기 각 열교환실 내부에 설치되며, 그 내부에는 각각 수소저장합금이 충전되어 수소저장합금에 수소가 흡장 또는 탈장될 경우 흡열반응과 발열반응을 번갈아 일으킴에 의해 각 열교환실로 유입된 공기를 냉각 또는 가열하는 반응기와; 상기 각 반응기 사이에 수소의 이동이 가능하도록 연결된 수소이동관과; 상기 수소이동관에 연결되어 각 반응기 간에 수소의 이동이 가능하도록 압송력을 발생하는 펌핑수단과; 상기 수소이동관에 연결되어 제어부의 제어에 따라 수소의 이송 방향을 선택적으로 제어하는 밸브수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉온장고가 제공된다.
이하, 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
이하, 후술되는 부분은 이해를 돕기 위하여 도면상 좌측을 냉온장고의 전방으로 하고, 도면상 우측을 냉온장고의 후방으로 하여 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 수소저장합금을 이용한 냉온장고의 냉기 및 온기 유동을 나타낸 종단면도이다.
본 발명의 제1실시예에 따르면, 상기 도면에 도시된 바와 같이, 심온냉동실(110) 및 냉동실(120), 냉장실(130), 온장실(140)이 각각 구획된 본체(100)와, 상기 본체(100)의 후방에 설치되는 제1,제2,제3,제4열교환실(210,220,230,240)과, 상기 심온냉동실(110) 및 냉동실(120)과 제1,제2열교환실(210,220) 간에 냉기유동을 안내하는 냉동실냉기 안내수단과, 상기 냉장실(130)과 제3,제4열교환실(230,240) 간에 냉기유동을 안내하는 냉장실냉기 안내수단과, 상기 온장실(140)과 제3,제4열교환실(230,240) 간에 온기유동을 안내하는 온장실온기 안내수단과, 상기 각 열교환실(210,220,230,240) 내부에 설치되는 반응기(10,20,30,40)와, 상기 각 반응기 사이에 수소의 이동이 가능하도록 연결된 수소이동관(50a,50b,50c,50d)과, 각 반응기 간에 수소의 이동이 가능하도록 압송력을 발생하는 펌핑수단(70)과, 제어부(미도시)의 제어에 따라 수소의 이송 방향을 제어하는 밸브수단(60)을 포함하여 구성된다.
상기 본 발명의 제1실시예에 따른 냉온장고를 구성하는 본체(100)의 내부에는 상측으로부터 각각 심온냉동실(110), 냉동실(120), 냉장실(130), 온장실(140)로 분리 구획된 다수개의 구획실이 형성되며, 상기 각 구획실(110,120,130,140)의 전방에는 도어(110a,130a,140a)가 각각 개폐 가능하게 설치된다.
그리고, 상기 심온냉동실(110)과 냉동실(120)은 격벽(115)에 의해 상하 두 개의 영역으로 구획되며, 상기 격벽(115)에는 심온냉동실(110)과 냉동실(120)을 상호 연통시키는 냉기통공(116)이 형성되어, 심온냉동실(110)과 냉동실(120) 간에 냉기의 이동이 가능하도록 된다.
이 때, 상기 본체(100)는 그 내부에 단열 성능이 우수한 단열재(101)가 내설되어 각 구획실 간의 열이동 및 본체(100) 내부와 외부간에 열이동을 차단하는 역할을 수행하도록 구성된다.
상기 본 발명의 제1실시예에 따른 냉온장고를 구성하는 제1,제2,제3,제4열교환실(210,220,230,240)은 본체(100)의 후벽(109) 후방에 상측으로부터 하측으로 순차적으로 설치되며, 상기 각 열교환실(210,220,230,240)은 단열 성능이 우수한 단열벽(201)에 의해 각각 독립된 영역을 이루도록 구획되어, 상기 심온냉동실(110), 냉동실(120), 냉장실(130), 온장실(140) 중 소정 구획실로부터 유입된 공기와 개별적으로 열교환이 수행될 수 있도록 구성된다.
상기 본 발명의 제1실시예에 따른 냉온장고를 구성하는 반응기(10,20,30,40)는 각각 상기 제1,제2,제3,제4열교환실(210,220,230,240) 내측에 설치되며, 상기 각 반응기(10,20,30,40)의 내부에는 수소저장합금이 충전되어 각 수소저장합금에 수소가 흡장 또는 탈장될 경우 흡열반응과 발열반응을 교대로 수행하면서 각 열교환실(210,220,230,240) 내부 공기를 냉각시키거나 가열시키는 역할을 수행하도록 구성된다.
이 때, 상기 반응기(10,20) 내부에는 반응기(30,40) 내부에 충전되는 수소저장합금의 양 보다 더 많은 양의 수소저장합금을 충전시키거나 반응기(10,20)의 크기를 반응기(30,40) 보다 크게 제작함으로써, 반응기(10,20)가 반응기(30,40) 보다 더 큰 열교환 성능을 갖도록 하여, 냉장실(130)로 공급되는 냉기에 비해 심온냉동실(110) 및 냉동실(120)로 더욱 낮은 온도의 냉기를 공급할 수 있도록 구성된다.
상기 본 발명의 제1실시예에 따른 냉온장고를 구성하는 수소이동관(50a,50b,50c,50d) 중 수소이동관(50a)의 일단은 두 개의 수소 유로로 분기되어 반응기(10)와 반응기(30)에 각각 연결되고, 타단은 제어부(미도시)의 제어에 따라 수소의 이송방향을 선택적으로 제어할 수 있는 밸브수단(60)에 연결된다.
또한, 수소이동관(50b)의 일단은 두 개의 수소 유로로 분기되어 반응기(20)와 반응기(40)에 각각 연결되고, 타단은 상기 밸브수단(60)에 연결되어, 반응기(10,30)와 반응기(20,40) 간의 수소 이동 통로의 역할을 수행하도록 구성된다.
그리고, 상기 밸브수단(60)에는 수소이동관(50c,50d)에 의해 펌핑수단(70)이 연결되는데, 상기 펌핑수단(70)은 상기 수소이동관(50c,50d) 사이에 설치되어 수소를 강제 펌핑함에 따라 반응기(10,30)와 반응기(20,40) 사이에 수소를 압송하는 역할을 수행하도록 구성되며, 통상적인 컴프레셔(compressor) 등과 같은 압축기로서 구성될 수 있다.
상기 본 발명의 제1실시예에 따른 냉온장고를 구성하는 냉동실냉기 안내수단은, 제1열교환실(210)과 심온냉동실(110) 및 냉동실(120) 사이에 냉기의 공급 및 귀환이 가능하도록 하는 제1냉동실냉기 공급/귀환덕트(311,312,도1)와, 제2열교환실(220)과 심온냉동실(110) 및 냉동실(120) 간에 냉기의 공급 및 귀환이 가능하도록 하는 제2냉동실냉기 공급/귀환덕트(321,322,도2)와, 상기 각 공급덕트(311,321) 내측에 각각 설치되어 해당 열교환실(210,220) 내부 공기를 심온냉동실(110) 측으로 강제 토출시키는 송풍팬(311a,321a)으로 구성된다.
이 경우, 상기 제1냉동실냉기 공급덕트(311)는 후벽(109)을 통해 제1열교환실(210)과 심온냉동실(110)을 연통시키도록 형성되고, 제1냉동실냉기 귀환덕트(312)는 후벽(109)을 통해 냉동실(120)과 제1열교환실(210)을 연통시키는 유로를 형성하도록 구성된다.
또한, 상기 제2냉동실냉기 공급덕트(321)는 후벽(109)을 통해 제2열교환실(220)과 심온냉동실(110)을 연통시키도록 형성되고, 제2냉동실냉기 귀환덕트(322)는 후벽(109)을 통해 냉동실(120)과 제2열교환실(220)을 연통시키는 유로를 형성하도록 구성된다.
한편, 상기 본 발명의 제1실시예에 따른 냉온장고를 구성하는 냉장실냉기 안내수단은, 제3열교환실(230)과 냉장실(130) 사이에 냉기의 공급 및 귀환이 가능하도록 하는 제1냉장실냉기 공급/귀환덕트(331,332,도1)와, 제4열교환실(240)과 냉장실(130) 간에 냉기의 공급 및 귀환이 가능하도록 하는 제2냉장실냉기 공급/귀환덕트(341,342,도2)와, 상기 각 공급덕트(331,341) 내측에 각각 설치되어 해당 열교환실(230,240) 내부 공기를 냉장실(130) 측으로 강제 토출시키는 송풍팬(331a,341a)으로 구성된다.
여기서, 상기 제1냉장실냉기 공급덕트(331)는 후벽(109)을 통해 제3열교환실(230)과 냉장실(130)을 연통시키도록 형성되고, 제1냉장실냉기 귀환덕트(332)는 후벽(109)을 통해 냉장실(130)과 제3열교환실(230)을 연통시키는 유로를 형성하도록 구성된다.
또한, 상기 제2냉장실냉기 공급덕트(341)는 후벽(109)을 통해 제4열교환실(240)과 냉장실(130)을 연통시키도록 형성되고, 제2냉장실냉기 귀환덕트(342)는 후벽(109)을 통해 냉장실(130)과 제4열교환실(240)을 연통시키는 유로를 형성하도록 구성된다.
한편, 상기 본 발명의 제1실시예에 따른 냉온장고를 구성하는 온장실온기 안내수단은, 제3열교환실(230)과 온장실(140) 사이에 온기의 공급 및 귀환이 가능하도록 하는 제1온장실온기 공급/귀환덕트(351,352,도2)와, 제4열교환실(240)과 온장실(140) 간에 온기의 공급 및 귀환이 가능하도록 하는 제2온장실온기 공급/귀환덕트(361,362,도1)와, 상기 각 공급덕트(351,361) 내측에 각각 설치되어 해당 열교환실(230,240) 내부 공기를 온장실(140) 측으로 강제 토출시키는 송풍팬(351a,361a)으로 구성된다.
여기서, 상기 제1온장실온기 공급덕트(351)는 후벽(109)을 통해 제3열교환실(230)과 온장실(140)을 연통시키도록 형성되고, 제1온장실온기 귀환덕트(352)는 후벽(109)을 통해 온장실(140)과 제3열교환실(230)을 연통시키는 유로를 형성하도록 구성된다.
또한, 상기 제2온장실온기 공급덕트(361)는 후벽(109)을 통해 제4열교환실(240)과 온장실(140)을 연통시키도록 형성되고, 제2온장실온기 귀환덕트(362)는 후벽(109)을 통해 온장실(140)과 제4열교환실(240)을 연통시키는 유로를 형성하도록 구성된다.
한편, 전술한 바에 따르면, 상기 각 송풍팬(311a,321a,331a,341a,351a,361a)은 상기 각 안내수단의 공급덕트(311,321,331,341,351,361) 상에만 설치하는 것으로 설명하였으나, 이에만 한정되는 것은 아니고, 상기 각 안내수단의 귀환덕트(312,322,332,342,352,362) 상에도 설치할 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 각 안내수단의 공급덕트와 귀환덕트 상에는 제어부(미도시)의 제어에 따라 상기 각 덕트의 개폐를 선택적으로 단속할 수 있도록 유로개폐수단(미도시)을 설치함이 바람직하다.
그 이유는, 각 열교환실(210,220,230,240)에 설치된 반응기(10,20,30,40)에서는 일정 시간을 주기로 하여 발열반응과 흡열반응이 교대로 일어나기 때문에, 냉동공간이나 냉장공간으로의 온기유입 및 온장공간으로의 냉기유입을 방지하기 위함이다.
한편, 제1열교환실(210)과 제2열교환실(220)의 후방 일측에는 그 내부에 설치된 반응기(10,20)가 발열반응을 일으킬 경우에만 작동하여 해당 열교환실의 내부 공기를 외부로 배출할 수 있도록 냉각용팬(215,225)을 설치함이 바람직하다.
왜냐하면, 상기 제1열교환실(210)과 제2열교환실(220)은 온장실(140)과 연결된 덕트수단이 없기 때문에, 그 내부의 반응기(10,20)가 발열반응을 일으킬 경우에는 해당 열교환실의 내부 온도가 매우 높은 상태로 되고, 이러한 열을 외부로 방출시키지 않을 경우에는 흡열반응을 일으키는 반응기 측의 효율이 저하되기 때문이다.
한편, 상기 제1열교환실(210)과 제2열교환실(220)에 전술한 냉각용팬(215,225)을 설치하지 않고, 상기 제1,제2열교환실(210,220)과온장실(140) 사이에 온기의 유동을 안내할 수 있는 별도의 덕트수단을 설치할 수도 있다.
전술한 구성으로 이루어진 본 발명의 제1실시예에 따른 수소저장합금을 이용한 냉온장고의 작동을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 사용자의 조작에 의해 냉온장고의 작동 신호가 입력되면, 제어부의 제어에 의해 펌핑수단(70)을 작동시켜 펌핑력을 발생시킴과 아울러, 제어부의 제어에 의해 밸브수단(60)의 유로를 절환시킴에 따라, 수소이동관(50a)에는 흡입력이 작용하고 수소이동관(50b)에는 압축력이 작용한다.
따라서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 수소는 반응기(10,30)로부터 방출되어 반응기(20,40)로 압송됨에 따라 반응기(10,30)에서는 흡열반응이 일어나고, 반응기(20,40)에서는 발열반응이 일어나게 된다.
이 경우, 제1열교환실(210)과 제3열교환실(230) 내부의 공기는 냉각되고, 제2열교환실(220)과 제4열교환실(240) 내부의 공기는 가열된다.
이어서, 제어부의 제어에 의해 제1냉동실냉기 공급덕트(311), 제1냉장실냉기 공급덕트(331), 제2온장실온기 공급덕트(361) 내측에 각각 설치된 송풍팬(311a,331a,361a)이 작동된다. 이 때, 제2냉동실냉기 공급/귀환덕트(321,322),제2냉장실냉기 공급/귀환덕트(341,342), 제1온장실온기 공급/귀환덕트(351,352) 상에 설치된 유로개폐수단은 제어부의 제어에 의해 덕트를 폐쇄하는 상태로 된다.
상기 송풍팬(311a)이 작동됨에 따라, 제1열교환실(210) 내부의 냉기는 제1냉동실냉기 공급덕트(311)를 통해 심온냉동실(110)로 공급됨에 따라 심온냉동실(110) 내부 공기를 냉각시키고, 심온냉동실(110) 내부에서 일차 열교환되어 다소 온도가 높아진 후 냉기통공(116)을 통해 냉동실(120)로 안내됨에 따라 냉동실(120) 내부 공기를 냉각시키고 나서, 제1냉동실냉기 귀환덕트(312)를 통해 다시 제1열교환실(210)로 귀환된 다음 재차 냉각되는 순환을 반복한다(도1).
그리고, 상기 송풍팬(331a)이 작동됨에 따라, 제3열교환실(230) 내부의 냉기는 제1냉장실냉기 공급덕트(331)를 통해 냉장실(130)로 공급되어 냉장실(130) 내부공기를 냉각시키고 나서, 제1냉장실냉기 귀환덕트(332)를 통해 제3열교환실(230)로 귀환된 다음 재차 냉각되는 순환을 반복한다(도1).
그리고, 상기 송풍팬(361a)이 작동됨에 따라, 제4열교환실(240) 내부의 온기는 제2온장실온기 공급덕트(361)를 통해 온장실(140)로 공급되어 온장실(140) 내부 공기를 고온화시키고 나서, 제2온장실온기 귀환덕트(362)를 통해 제4열교환실(240)로 귀환된 다음 재차 가열되는 순환을 반복한다(도1).
한편, 전술한 바와 같은 냉/온기 공급 및 귀환 동작을 반복하던 중, 소정 시간이 경과하여 반응기(10,30) 내측의 수소가 대부분 반응기(20,40) 내측으로 방출되어 각 반응기의 흡발열반응이 점차 둔화될 경우, 제어부의 제어에 의해 밸브수단(60)의 유로를 반대 방향으로 절환시킴에 의해 수소 이송방향을 반전시키게 된다.
이 경우, 수소이동관(50a)에는 압축력이 작용하고 수소이동관(50b)에는 흡입력이 작용한다.
따라서, 도 2에 화살표로 나타낸 바와 같이, 수소는 반응기(20,40)로부터 방출되어 반응기(10,30)로 압송됨에 따라 반응기(10,30)에서는 발열반응이 일어나고, 반응기(20,40)에서는 흡열반응이 일어나게 된다.
이 경우, 제1열교환실(210)과 제3열교환실(230) 내부의 공기는 가열되고, 제2열교환실(220)과 제4열교환실(240) 내부의 공기는 냉각된다.
이어서, 제어부의 제어에 의해 제2냉동실냉기 공급덕트(321), 제2냉장실냉기 공급덕트(341), 제1온장실온기 공급덕트(351) 내측에 각각 설치된 송풍팬(321a,341a,351a)이 작동된다. 이 때, 제1냉동실냉기 공급/귀환덕트(311,312),제1냉장실냉기 공급/귀환덕트(331,332), 제2온장실온기 공급/귀환덕트(361,362) 상에 설치된 유로개폐수단은 제어부의 제어에 의해 덕트를 폐쇄하는 상태로 된다.
상기 송풍팬(321a)이 작동됨에 따라, 제2열교환실(220) 내부의 냉기는 제2냉동실냉기 공급덕트(321)를 통해 심온냉동실(110)로 공급됨에 따라 심온냉동실(110) 내부 공기를 냉각시키고, 심온냉동실(110) 내부에서 일차 열교환되어 다소 온도가 높아진 후 냉기통공(116)을 통해 냉동실(120)로 안내됨에 따라 냉동실(120) 내부 공기를 냉각시키고 나서, 제2냉동실냉기 귀환덕트(322)를 통해 다시 제2열교환실(220)로 귀환된 다음 재차 냉각되는 순환을 반복한다(도2).
그리고, 상기 송풍팬(341a)이 작동됨에 따라, 제3열교환실(230) 내부의 냉기는 제2냉장실냉기 공급덕트(341)를 통해 냉장실(130)로 공급되어 냉장실(130) 내부공기를 냉각시키고 나서, 제2냉장실냉기 귀환덕트(342)를 통해 제3열교환실(230)로귀환된 다음 재차 냉각되는 순환을 반복한다(도2).
그리고, 상기 송풍팬(351a)이 작동됨에 따라, 제3열교환실(230) 내부의 온기는 제1온장실온기 공급덕트(351)를 통해 온장실(140)로 공급되어 온장실(140) 내부 공기를 고온화시키고 나서, 제1온장실온기 귀환덕트(352)를 통해 제3열교환실(230)로 귀환된 다음 재차 가열되는 순환을 반복한다(도2).
전술한 바와 같이, 각 반응기 간에 수소 이동이 종료되면 제어부의 제어에 따라 수소의 이동방향을 일정 주기마다 반전시킴에 따라 각 반응기에서는 흡열반응과 발열반응이 번갈아 가면서 지속적으로 일어나게 되며, 또한 각 반응기의 흡열 또는 발열 상태에 따라 송풍팬 및 유로개폐수단의 작동을 제어함에 의해 해당 구획실 내측에서는 지속적으로 냉동 및 냉장 기능과 온장 기능이 수행될 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 각 열교환실(210,220,230,240)과 각 구획실(110,120,130,140) 간에 냉기와 온기의 공급 및 귀환을 반복함에 의해 해당 구획실의 내부온도가 설정온도에 도달할 경우, 해당 구획실로 냉기 또는 온기가 공급/귀환되는 덕트 상에 설치된 유로개폐수단을 폐쇄하도록 제어부에 의해 제어함으로써, 소정 온도 상태로 각 구획실의 온도를 유지할 수 있게 된다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제2시시예에 따른 수소저장합금을 이용한 냉온장고의 냉기 및 온기 유동을 나타낸 종단면도이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 냉온장고는, 절연재(501)에 의해 냉장실(510) 및 온장실(520)로 각각 구획된 본체(500)와, 상기 본체(500)의 후방에 설치되는 제1,제2열교환실(610,620)과, 상기 냉장실(510)과 제1,제2열교환실(610,620) 간에냉기유동을 안내하는 냉장실냉기 안내수단과, 상기 온장실(520)과 제1,제2열교환실(610,620) 간에 온기유동을 안내하는 온장실온기 안내수단과, 상기 각 열교환실(610,620) 내부에 설치되는 반응기(615,625)와, 상기 각 반응기 사이에 수소의 이동이 가능하도록 연결된 수소이동관(50a,50b,50c,50d)과, 각 반응기 간에 수소의 이동이 가능하도록 압송력을 발생하는 펌핑수단(70)과, 제어부(미도시)의 제어에 따라 수소의 이송 방향을 제어하는 밸브수단(60)을 포함하여 구성된다.
본 발명의 제2실시예에 따르면, 상기 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 냉온장고의 외형을 이루는 본체(500)를 냉장실(510)과 온장실(520)로 분리 구획하고, 그 전면에는 개폐 가능한 도어(510a,520a)를 각각 설치한 것이다.
또한, 본체(500)의 후방 일측에는 제1열교환실(610)과 제2열교환실(620)을 별도로 분리 구획시킴과 아울러 상기 제1,제2열교환실(610,620) 내측에는 각각 반응기(615,625)를 설치하고, 냉장실냉기 안내수단과 온장실온기 안내수단에 의해 냉장실(510)과 온장실(520)에 각각 냉기와 온기를 공급하여 다시 귀환시킬 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 냉온장고의 냉장실냉기 안내수단과 온장실온기 안내수단의 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 본 발명의 제2실시예에 따른 냉온장고를 구성하는 냉장실냉기 안내수단은, 제1열교환실(610) 내측 반응기(615)와 열교환되어 냉각된 공기와 냉장실(510) 사이에 냉기의 공급 및 귀환이 가능하도록 하는 제1냉장실냉기 공급/귀환덕트(711,712,도3)와, 제2열교환실(620) 내측 반응기(625)와 열교환되어냉각된 공기와 냉장실(510) 사이에 냉기의 공급 및 귀환이 가능하도록 하는 제2냉장실냉기 공급/귀환덕트(741,742,도4)와, 상기 각 공급덕트(711,741) 내측에 각각 설치되어 해당 열교환실(610,620) 내부 공기를 냉장실(510) 측으로 강제 토출시키는 송풍팬(711a,741a)으로 구성된다.
상기 본 발명의 제2실시예에 따른 냉온장고를 구성하는 온장실온기 안내수단은, 제2열교환실(620) 내측 반응기(625)와 열교환되어 가열된 공기와 온장실(520) 사이에 온기의 공급 및 귀환이 가능하도록 하는 제1온장실온기 공급/귀환덕트(721,722,도3)와, 제1열교환실(610) 내측 반응기(615)와 열교환되어 가열된 공기와 온장실(520) 사이에 온기의 공급 및 귀환이 가능하도록 하는 제2온장실온기 공급/귀환덕트(731,732,도4)와, 상기 각 공급덕트(721,731) 내측에 각각 설치되어 해당 열교환실(610,620) 내부 공기를 온장실(520) 측으로 강제 토출시키는 송풍팬(721a,731a)으로 구성된다.
또한, 상기 각 공급덕트(711,721,731,741) 및 귀환덕트(712,722,732,742) 상에는 제어부의 제어에 따라 각 덕트의 개폐를 선택적으로 단속할 수 있는 유로개폐수단(미도시)을 설치하여, 제1실시예에서 설명한 바와 마찬가지로 냉장공간으로의 온기유입이나 온장공간으로의 냉기유입을 방지하도록 함이 바람직하다.
전술한 구성으로 이루어진 본 발명의 제2실시예에 따른 냉온장고의 작동은 앞서 설명한 본 발명의 제1실시예에 따른 냉온장고의 작동 설명으로 이해 가능하므로 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여구성한 것으로서 단순히 전술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 수소저장합금과 수소와의 반응에 의한 발열 및 흡열반응을 이용하여 냉동 및 냉장 기능과 온장 기능을 수행함으로써 지구온난화 및 오존층 파괴 등과 같은 환경오염을 유발시키는 일반 냉매를 사용하지 않게 되어 환경 친화적인 청정 에너지원의 효율적 이용이 가능하게 된다.
둘째, 수소저장합금에 수소가 흡장되거나 수소저장합금으로부터 수소가 탈장될 때 발생하는 발열량 및 흡열량이 크고 또한 반응속도가 빠르기 때문에, 일반 냉매 사이클 또는 열전소자를 이용한 종래의 일반적인 냉온장고에 비해 냉장 및 온장 속도가 빠르다.
셋째, 냉매 사이클을 이용한 냉온장고와 같이 구조가 복잡하지 않으며, 시스템의 부피를 줄일 수 있다.
넷째, 일반 냉매를 사용하는 냉온장고의 경우 시스템 작동시 냉매의 유동 및 상변화에 따른 소음이 있지만, 본 발명에 따른 냉온장고에 의하면 수소의 이동시에 소음이 거의 발생하지 않아 정숙운전이 요구되는 공간에서의 사용이 가능하다.

Claims (12)

  1. 냉기통공이 형성된 격벽에 의해 하나의 공간이 상하로 구획되어 서로 연통 가능하게 된 심온냉동실 및 냉동실과, 냉장실, 그리고 온장실이 각각 별도의 구획실을 이루도록 된 본체와;
    상기 각 구획실 중 소정 구획실로부터 유입된 공기와 개별적으로 열교환이 이루어질 수 있도록 구획된 제1,제2,제3,제4열교환실과;
    상기 심온냉동실 및 냉동실과 제1,제2열교환실 간에 냉기유동을 안내하는 냉동실냉기 안내수단과;
    상기 냉장실과 제3,제4열교환실 간에 냉기유동을 안내하는 냉장실냉기 안내수단과;
    상기 온장실과 제3,제4열교환실 간에 온기유동을 안내하는 온장실온기 안내수단과;
    상기 각 열교환실 내부에 설치되며, 그 내부에는 각각 수소저장합금이 충전되어 수소저장합금에 수소가 흡장 또는 탈장될 경우 흡열반응과 발열반응을 번갈아 일으킴에 의해 각 열교환실로 유입된 공기를 냉각 또는 가열하는 반응기와;
    상기 각 반응기 사이에 수소의 이동이 가능하도록 연결된 수소이동관과;
    상기 수소이동관에 연결되어 각 반응기 간에 수소의 이동이 가능하도록 압송력을 발생하는 펌핑수단과;
    상기 수소이동관에 연결되어 제어부의 제어에 따라 수소의 이송 방향을 선택적으로 제어하는 밸브수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉온장고.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 냉동실냉기 안내수단은,
    제1열교환실 내측 반응기와 열교환되어 냉각된 공기를 심온냉동실로 안내하는 제1냉동실냉기 공급덕트 및 냉동실 내측의 공기를 제1열교환실로 안내하는 제1냉동실냉기 귀환덕트와,
    제2열교환실 내측 반응기와 열교환되어 냉각된 공기를 심온냉동실로 안내하는 제2냉동실냉기 공급덕트 및 냉동실 내측의 공기를 제2열교환실로 안내하는 제2냉동실냉기 귀환덕트와,
    상기 각 공급덕트 또는 귀환덕트 중 적어도 어느 일측 덕트 상에 설치되어 송풍력을 발생시키는 송풍팬을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉온장고.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 냉장실냉기 안내수단은,
    제3열교환실 내측 반응기와 열교환되어 냉각된 공기를 냉장실로 안내하는 제1냉장실냉기 공급덕트 및 냉장실 내측의 공기를 제3열교환실로 안내하는 제1냉장실냉기 귀환덕트와,
    제4열교환실 내측 반응기와 열교환되어 냉각된 공기를 냉장실로 안내하는 제2냉장실냉기 공급덕트 및 냉장실 내측의 공기를 제4열교환실로 안내하는 제2냉장실냉기 귀환덕트와,
    상기 각 공급덕트 또는 귀환덕트 중 적어도 어느 일측 덕트 상에 설치되어 송풍력을 발생시키는 송풍팬을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉온장고.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 온장실온기 안내수단은,
    제3열교환실 내측 반응기와 열교환되어 가열된 공기를 온장실로 안내하는 제1온장실온기 공급덕트 및 온장실 내측의 공기를 제3열교환실로 안내하는 제1온장실온기 귀환덕트와,
    제4열교환실 내측 반응기와 열교환되어 가열된 공기를 온장실로 안내하는 제2온장실온기 공급덕트 및 온장실 내측의 공기를 제4열교환실로 안내하는 제2온장실온기 귀환덕트와,
    상기 각 공급덕트 또는 귀환덕트 중 적어도 어느 일측 덕트 상에 설치되어 송풍력을 발생시키는 송풍팬을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉온장고.
  5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 덕트 상에는 유로의 개폐를 선택적으로 단속할 수 있도록 유로개폐수단이 추가로 구비됨을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉온장고.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 유로개폐수단은 해당 구획실로의 냉기 또는 온기의 공급 및 귀환이 이루어지는 경우에만 해당 유로를 개방하도록 제어부의 제어에 의해 제어됨을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉온장고.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 각 열교환실은 단열 성능이 우수한 단열벽에 의해 분리 구획됨을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉온장고.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1,제2열교환실의 일측에는 그 내부에 설치된 반응기가 발열반응을 일으킬 경우 내부 공기를 외부로 배출하는 냉각용팬이 각각 설치됨을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉온장고.
  9. 냉장실 및 온장실이 각각 별도의 구획실을 이루도록 된 본체와;
    상기 각 구획실 중 소정 구획실로부터 유입된 공기와 개별적으로 열교환이 이루어질 수 있도록 구획된 제1,제2열교환실과;
    상기 냉장실과 제1,제2열교환실 간에 냉기유동을 안내하는 냉장실냉기 안내수단과;
    상기 온장실과 제1,제2열교환실 간에 온기유동을 안내하는 온장실온기 안내수단과;
    상기 제1,제2열교환실 내부에 설치되며, 그 내부에는 각각 수소저장합금이 충전되어 수소저장합금에 수소가 흡장 또는 탈장될 경우 흡열반응과 발열반응을 번갈아 일으킴에 의해 제1,제2열교환실로 유입된 공기를 냉각 또는 가열하는 한 쌍의 반응기와;
    상기 각 반응기 사이에 수소의 이동이 가능하도록 연결된 수소이동관과;
    상기 수소이동관에 연결되어 각 반응기 간에 수소의 이동이 가능하도록 압송력을 발생하는 펌핑수단과;
    상기 수소이동관에 연결되어 제어부의 제어에 따라 수소의 이송 방향을 선택적으로 제어하는 밸브수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉온장고.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 냉장실냉기 안내수단은,
    제1열교환실 내측에 설치된 반응기와 열교환되어 냉각된 공기를 냉장실로 안내하는 제1냉장실냉기 공급덕트 및 냉장실 내측의 공기를 제1열교환실로 안내하는 제1냉장실냉기 귀환덕트와,
    제2열교환실 내측에 설치된 반응기와 열교환되어 냉각된 공기를 냉장실로 안내하는 제2냉장실냉기 공급덕트 및 냉장실 내측의 공기를 제2열교환실로 안내하는 제2냉장실냉기 귀환덕트와,
    상기 각 공급덕트 또는 귀환덕트 중 적어도 어느 일측 덕트 상에 설치되어 송풍력을 발생시키는 송풍팬을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉온장고.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 온장실온기 안내수단은,
    제1열교환실 내측에 설치된 반응기와 열교환되어 가열된 공기를 온장실로 안내하는 제1온장실온기 공급덕트 및 온장실 내측의 공기를 제1열교환실로 안내하는 제1온장실온기 귀환덕트와,
    제2열교환실 내측에 설치된 반응기와 열교환되어 가열된 공기를 온장실로 안내하는 제2온장실온기 공급덕트 및 온장실 내측의 공기를 제2열교환실로 안내하는 제2온장실온기 귀환덕트와,
    상기 각 공급덕트 또는 귀환덕트 중 적어도 어느 일측 덕트 상에 설치되어 송풍력을 발생시키는 송풍팬을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉온장고.
  12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 각 덕트 상에는 유로의 개폐를 선택적으로 단속할 수 있도록 유로개폐수단이 추가로 구비됨을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉온장고.
KR10-2001-0075329A 2001-11-30 2001-11-30 수소저장합금을 이용한 냉온장고 KR100421887B1 (ko)

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