KR100514947B1

KR100514947B1 - 빙축열장치의 결빙용기

Info

Publication number: KR100514947B1
Application number: KR10-2003-0023151A
Authority: KR
Inventors: 서종대
Original assignee: 서종대
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2003-04-09
Publication date: 2005-09-14
Also published as: KR20040087827A

Abstract

본 발명은, 빙축열장치의 결빙용기에 관한 것으로서, 중공의 충진부를 갖는 결빙용기에 있어서, 결빙용기와 일체하여 중심에서 십자 방향으로 4개소에 마련되어 브라인유동로를 형성하며, 제빙팽창과 해빙수축작용이 용이한 반경형의 굴곡부를 갖는 "U"자 형상의 개구홈과; 결빙용기와 일체하여 구성되며, 외표면을 따라 브라인유동 간격을 갖는 복수의 간격돌기와; 결빙용기와 일체하여 마련되며, 결빙액을 주입하는 개구부와; 개구부에 수용되어 결합되는 충전플럭과; 축열조내에 결빙용기의 고정을 용이하게 하는 고정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 빙축열장치의 결빙용기를 제공한다. 이에 의하여, 결빙용기의 제빙팽창과 해빙수축을 효율적으로 분배하여 피로의 감소와 파손을 억제하고, 전열면을 확대시키어 제빙 및 해빙효율을 향상시킬 수 있으며, 축열조내에 결빙용기의 고정이 용이하여 부력문제의 감소와, 유지보수비용을 저감할 수 있는 빙축열장치의 결빙용기가 제공된다.

Description

빙축열장치의 결빙용기{ICE CONTAINER FOR THERMAL STORAGE APPARATUS}

본 발명은, 빙축열장치의 결빙용기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 결빙용기와 일체하여 마련되어 브라인유동로를 형성하며, 결빙용기의 제빙팽창과 해빙수축을 효율적으로 분배하여 피로의 감소와 파손을 억제하고 전열면적을 확대시키는 개구홈과, 축열조내에 결빙용기의 고정을 용이하게 할 수 있는 고정 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 빙축열장치의 결빙용기에 관한 것이다.

빙축열장치는 저렴한 심야 잉여전력을 이용하여 빙축냉열을 저장하고 주간에 이 열을 냉방에 이용하는 것으로 주간의 냉방용 피크 전력소비를 심야전기로 대체하는 전력 수급의 평준화를 목적으로 한 시스템이다.

빙축열 냉방시스템 원리는 저온 냉동기를 제빙 열원으로 하여 물을 빙결점까지 냉각하면 물은 얼음이 되고 액체에서 고체로 상변환될 때 얼음 1kg에 대해 약 80kcal에 해당하는 응고잠열을 저장하게 된다. 이와는 반대로 얼음을 물로 해빙할 때는 약 80kcal의 융해잠열이 방출되며 빙축열 냉방시스템에서는 이 잠열을 이용하는 것이다.

일반적으로 빙축열장치는 코일의 외부에 제빙하는 관외착빙(ICE ON COIL TYPE) 방식과, 용기내 충전된 결빙액인 물 또는 상변화 물질(PHASE CHANGE MATERIAL)을 제빙 및 해빙하는 결빙용기(ICE CONTAINER TYPE) 방식과, 메탄올 또는 프로필렌그리콜 등의 첨가제를 혼합한 결빙액을 이용하여 형성된 얼음을 미세한 입자인 슬러리 형태로 제빙하는 슬러리(ICE SLURRY TYPE) 방식과, 내부에 냉매가 유동하는 제빙판 표면에 물을 분사하여 얼음을 착빙시킨 후 냉매가스를 역순환 시키어 제빙판에서 얼음조각 형태로 탈빙하는 방박리(ICE HARVEST TYPE) 방식으로 분류 된다.

여기서, 결빙용기 방식의 빙축열장치는 밀폐된 결빙용기내에 충전된 결빙 액을 제빙하고 해빙하는 반복적인 작용이 필수적이다. 참고로 0℃의 물을 얼음으로 상변화를 시키게 되면 약 9.07 %의 부피(열)팽창이 이루어진다.

따라서 밀폐된 결빙용기는 제빙의 부피팽창과 해빙의 수축작용에 따른 피로를 피할 수 없을 뿐만이 아니라 피로의 누적은 결국 결빙용기의 파손을 초래 시킨다.

또한, 결빙용기의 셀(SHELL)을 열전도부로 하여 결빙용기의 외표면을 유동하는 브라인과 열교환을 이루어야 하는 특성으로 결빙용기는 크기와 셀의 두께, 열전도성의 재료선택에 제한적이며, 제빙 팽창과 해빙수축을 완충하기 위한 목적으로 형성되는 결빙용기내의 공기층도 제빙과 해빙효율에 상관되고 부력문제를 유발시킴으로 공기층의 확대도 제한을 받는다.

단순한 제조공정으로 제조되는 결빙용기는 규격품으로 대량생산과 수급이 용이하고 경량제품으로서 작업성이 간편하며, 어떠한 축열조 구조조건에도 설치가 가능하고, 저렴한 초기투자비 등 다른 빙축열 방식의 비해 장점이 있다. 반면에 결빙용기의 심각한 단점은 결빙용기의 파손이며, 대량의 결빙용기와 브라인으로 채워진 축열조 내에서 파손된 결빙용기를 골나내고 교체하는 것은 매우난해하다. 결빙용기의 파손원인인 제빙팽창 및 해빙수축의 피로를 해결하려는 방법으로서, 결빙용기에 팽창과 수축을 흡수하는 파형 함몰부, 굴곡부 형성, 등의 새로운 제품 들이 개발되어 시장에 공급되어 왔지만, 필수적인 제빙 팽창과 해빙 수축 작용에 의해 결빙용기의 파손문제는 여전히 발생됨으로 인해 많은 장점이 있음에도 불구하고 제품의 안정성 문제로 수요회피현상이 심화되고 있다.

도 10은 종래의 결빙용기에 대한 개략적인 단면도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 결빙용기(100)는, 결빙액(113)이 충전되는 충전부(미도시)와, 결빙액의 제빙팽창과 해빙수축에 신축작용하여 용기의 빙결파손을 저감시키는 다수의 팽창팀플(112)과, 결빙액을 주입하고 폐쇄하는 플럭(미도시)이 마련된다. 또한, 전술한 결빙용기(100)와는 달리 공기층이 마련된 결빙용기(미도시)는 제빙팽창을 공기층의 압축작용에 의해 수용한다.

이로써, 냉동기(미도시)로부터 제빙을 위하여 공급되는 브라인(BRINE)이 축열조(미도시)를 통해 계속적으로 재순환하면서 결빙용기(100)내에 결빙액을 제빙하게 되고 결빙액이 얼음으로 상변화됨으로서 발생되는 제빙팽창은 결빙용기(100)에 구성된 다수의 팽창딤플(112)의 팽창작용에 의해 수용된다. 또한, 공기층이 마련된 결빙용기(미도시)는 공기층의 압축작용에 의해 팽창압력을 수용한다.

그리고 냉방을 위해 해빙시 열교환기(미도시)로부터 열을 흡수한 브라인이 축열조(미도시)내를 유동하면서 결빙용기내의 얼음을 결빙액으로 상변화시키고, 융해열을 흡수한 브라인은 열교환기(미도시)로 계속적으로 재순환하면서 해빙과 빙축방열과정이 이루어지며, 해빙에 의해 팽창딤플(112)은 수축되어 원상복원 된다.

종래의 공기층이 마련된 결빙용기(미도시)는 통상 약 97 %의 결빙액과 3 %의 공기층으로 충전되는 구조로서, 결빙용기(미도시)는 공기층의 부력 효과로 인해 브라인으로 채워진 축열조(미도시)의 수면상으로 부상하게 되므로 강제 침강을 위한 수중격자(미도시) 또는 결빙용기(미도시)의 고정간막이(미도시) 등을 이용하여 결빙용기(100)를 축열조(미도시) 수면내로 강제 침강시키는 침강장치가 필요하며, 결빙용기(미도시)내에 공기층(미도시)은 제빙에 따른 팽창을 완충하는 효과를 갖고 있는 반면에 결빙용기(100)내에 공기막이 형성되어 열전도 사각영역과 부력을 발생시키는 문제점이 있다.

또한, 제빙팽창과 해빙수축작용을 팽창딤플(112)의 신축운동으로 흡수하지만 통상 고밀도 폴리에틸렌(HIGH DENSITY POLYETHYLENE)으로 제조되는 결빙용기(100)에 지속적으로 피로를 가중시키어 결빙용기(100)가 파손되는 경우가 적지 않고, 결빙용기(100)가 파손될 경우 축열조(미도시)내를 유동하는 브라인과 냉동기(미도시) 및 빙축부하에 악영향을 주는 것은 물론 유지보수비용의 손실이 따를 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 결빙용기의 제빙팽창과 해빙수축을 효율적으로 분배하여 피로의 감소와 파손을 억제할 수 있는 빙축열장치의 결빙용기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 결빙용기의 열전도 표면을 확대시키어 제빙 및 해빙효율을 향상할 수 있는 빙축열장치의 결빙용기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 결빙용기를 축열조의 수면내로 고정시킬 수 있는 수단을 갖는 빙축열장치의 결빙용기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 중공의 충진부를 갖는 결빙용기에 있어서, 상기 결빙용기내에 형성되며, 결빙액이 충진되는 중공의 충진부와; 상기 결빙용기와 일체하여 중심에서 십자 방향으로 4개소에 마련되어 브라인유동로를 형성하며, 제빙팽창과 해빙수축작용이 용이한 반경형의 굴곡부를 갖는 "U"자 형상의 개구홈과; 상기 결빙용기와 일체하여 구성되며, 외표면을 따라 브라인유동 간격을 갖는 복수의 간격돌기와; 상기 결빙용기와 일체하여 마련되며, 결빙액을 주입하는 개구부와; 상기 개구부에 수용되어 결합되는 충전플럭과; 축열조내에 결빙용기의 고정을 용이하게 하는 고정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 빙축열장치의 결빙용기를 제공한다.

여기서, 상기 결빙용기는, 충진부가 형성된 다각통형, 다면체통형, 원통형 및 타원형 등의 형상으로도 적용할 수 있다.

그리고, 상기 결빙용기는, 결빙용기들 표면사이에 브라인의 유동을 안내하는 간격을 유지하며 결빙용기와 일체하여 형성되는 다수의 간격돌기를 더 포함하여 구성 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 결빙용기는, 고정수단으로서, 스텐레스 와이어(WIRE), 벤드(BAND) 및 고정부재 등을 이용하여 축열조의 수면내로 적재할 수 있으며 충전플럭 또는 결빙용기와 일체하여 형성되는 걸이공을 더 포함하여 구성 하는 것이 바람직하다.

상기 충전플럭은, 개구부를 통해 결빙용기에 결빙액을 주입하고 개구부를 폐쇄할 수 있는 구조를 갖는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 충전플럭은, 충전후 플럭과 개구부를 초음파로 밀봉유착하여 폐쇄하는 것이 바람직하나, 나사식 및 압입플럭식 등의 다른 결합방식도 적용할 수 있다.

그리고 상기 결빙용기는 고밀도 폴리에틸렌 등의 합성수지로 제조하는 것이 바람직 하지만 알루미늄합금 또는 스테인레스 등의 내부식성과 열전도성이 높은 비 철금속(NONFERROUS METAL)재로도 제조할 수 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대한 일실시 예를 설명하기로 한다.

삭제

도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 결빙용기의 개략적인 종단면도이고, 도 2는 도 1의 개략적인 정면도이며, 도 3은 도1의 개략적인 평면도이고, 도 4는 도 1의 적재상태를 예시한 개략적인 종 단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 결빙용기(10)는, 공기층(17)과 결빙액(30)으로 충전된 다각통형상의 구조로서, 결빙용기(10)와 일체하여 상하와 좌우측에 상호 대칭하여 구성되며, 결빙용기(10)의 외표면에서 중심방향으로 신축이 용이하고 보다 피로를 감소시킬 수 있는 반경형의 굴곡부(11)가 연장되고, 브라인이 유동하는 브라인유동로(13, 13a)를 가지며 제빙팽창과 해빙수축작용을 하는 개구홈(12, 12a)이 마련되어 있다.

여기서, 상기 결빙용기(10)의 장변측에 형성되는 개구홈(12a)은 결빙 용기(10)중앙의 개구홈(12, 12a)사이에 형성된 지지영역(미도시)을 구성하기 위하여 단변측에 형성되는 개구홈(12)보다 낮은 깊이로 마련된다.

그리고 상기 개구홈(12, 12a)은 결빙용기를 절개한 '∪' 자 형태로서 브라인의 원활한 유동과 결빙팽창 및 해빙수축이 용이한 구조와 간격을 갖는다.

한편, 상기 결빙용기(10)의 상부와 하부면에는 적재의 안정을 위한 거의 'L' 자 형상인 제1간격돌기(20, 20a) 및 제3간격돌기(22, 22a)와 'T'자 형상인 제2 간격돌기(21, 21a)가 상호 대칭하여 구성되고, 상부면에 구성되는 제1 간격돌기(20), 제2간격돌기(21) 및 제3간격돌기(22)의 내부에는 공기층(17)이 마련되어 있다.

그리고 상기 결빙용기(10)와 일체하여 양측부에는 거의 직사각형상의 제4간격돌기(25, 25a)와 제5간격돌기(26, 26a)가 상호 대칭하여 구성되고, 결빙용기(10)의 전면과 후면에는 거의 직사각형 형상의 제6간격돌기(27, 27a)와 제7간격돌기(28, 28a)가 상호 대칭하여 결빙용기(10)와 일체하여 마련되어 있다.

여기서, 상기 공기층(17)은 제1간격돌기 (20), 제2간격돌기(21) 및 제3간격돌기(22)의 내부에 형성하는 것으로 한정하지 않으며 결빙용기(10)의 설치각도에 따라 공기층(17)은 다른 간격돌기에 형성될 수 있다.

또한, 상기 결빙용기(10)에 구성된 제2간격돌기(21)와 제3간격돌기(22)의 사이에는 결빙액을 주입하고 폐쇄하는 개구부(미도시)와 충전플럭(15)이 마련되어 있다.

도 4에서 도시된 바와 같이, 결빙용기(10)는, 브라인을 축열조(50)내로 유입시키는 브라인유입구(51)와 브라인을 열교환기(미도시)와 냉동기(미도시)로 순환시키는 브라인배출구(52)를 갖는 축열조(50)의 브라인(40) 수면내에 수용적재되어 있다.

그리고 축열조(50)내에 적재된 다수의 결빙용기(10)는 개구홈(12, 12a)과 묶음벤드(60)를 이용하거나, 결빙용기(10)에 형성된 걸이공(18a)과 묶음벤드(60) 또는 와이어(미도시)를 이용하여, 적재가 용이한 수량으로 번들(BUNDLE)되어 있고, 번들된 결빙용기(10)의 상부에는 축열조(50) 내측벽에 고정된 고정부재(65)와 그물형태의 침강벤드(61)를 이용하여 브라인(40)의 수면내로 번들된 결빙용기(10)를 고정시키고 있다.

이러한 구성에 의하여, 제빙을 위해 냉동기(미도시)로부터 브라인 유입구(51)를 통해 축열조(50)로 유입된 브라인(40)은 축열조(50)내에 수용된 결빙용기(10)의 표면과 개구홈(12, 12a)의 브라인유동로(13, 13a)를 계속적으로 유동하면서 결빙용기(10) 내의 결빙액을 제빙시키고, 제빙팽창에 의해 공기층(17)내에 수용된 공기는 압축되며, 개구홈(12, 12b)도 대칭한 격벽(미도시)의 중심방향으로 수축하게 된다.

그리고 해빙수축 작용에 의해 공기층(17)과 개구홈(12, 12a)은 원상으로 복원된다.

이로써, 결빙용기(10)는, 신축이 용이하고 보다 피로를 감소시킬 수 있는 반경형의 굴곡부(11)를 갖는 개구홈(12, 12a)을 통해 제빙팽창과 해빙수축을 효율적으로 분배하여 피로의 감소와 파손을 억제할 수 있다.

그리고 결빙용기(10)의 중심방향으로 연장된 개구홈(12, 12a)의 확장된 전열면과, 공기층(17)을 다수의 간격돌기내에 마련하여 결빙용기(10)내의 공기막 면적을 감소시킴으로서 결빙용기(10)의 열전도 표면이 확대되고 제빙 및 해빙효율을 향상할 수 있다.

또한, 결빙용기(10)의 고정수단으로서, 결빙용기(10)의 개구홈(12, 12a)과 묶음벤드(60)를 이용하거나, 결빙용기(10)에 형성된 걸이공(18a)과 묶음벤드(60) 또는 와이어(미도시)를 이용하여, 축열조(50)내에 적재와 브라인(40)유동이 용이한 방법으로 번들하고, 그물형태의 침강벤드(61)와 고정부재(65)를 이용하여 축열조(50)내를 유동하는 브라인(40)의 수면내로 적재할 수 있으므로 설치 및 유지보수가 간편하고 비용을 절감할 수 있으며, 축열조(50)내에서 결빙용기(10)의 부상 및 편향에 따른 열교환효율저하 등 제반문제를 방지할 수 있다.

그리고 구조상 약 500 cc 정도의 결빙액이 충전되는 종래의 결빙용기(100)에 비해 본 발명의 결빙용기(10)는 대용량의 규격으로 제조가 용이하고, 체계적인 설치와 보다 강화된 내구성 및 효용성을 갖는 결빙용기(10)를 제공할 수 있다.

본 발명의 전술한 제1 실시 예에서는 결빙용기의 상하와 좌우측에 상호 대칭('+'자 형태)하여 4개의 개구홈을 구성하는 것을 대표적인 실시 예로 상술하였으나, 결빙용기의 구조와 브라인 유동로의 변경에 따라 개구홈의 수와 위치는 변경할 수 있다.

그리고 본 발명의 전술한 실시 예에서는 결빙용기의 평면과 개구홈의 입구가 거의 직각구조로 형성된 것을 도시하였으나, 경사각 또는 일정한 곡률을 갖는 굴곡형태로도 적용할 수 있음은 물론이다.

또한, 본 발명의 전술한 실시 예에서는 간격돌기의 단면형상이 거의'ㄷ'자인 것으로 도시하였으나, 반경형 등으로도 적용할 수 있고, 간격돌기의 구성위치와 수 그리고 형상은 제한을 받지 않는다.

삭제

본 발명의 전술한 실시 예에서는 충진부가 형성된 다각통형상의 결빙용기에 대해 대표적인 실시 예로 상술하였으나, 다면체통형, 원통형 등의 다른 형상으로도 적용할 수 있다.

삭제

그리고 발명의 전술한 실시 예에서는 상호 대칭하여 거의 '+' 자 형태로 4개의 개구홈을 구성하는 것을 대표적인 실시 예로 상술하였으나, 결빙용기의 구조와 브라인 유동로의 변경에 따라 개구홈의 수와 위치는 변경할 수 있다.

삭제

또한, 본 발명의 전술한 실시 예들에서는 개구홈에 형성되는 굴곡부는 반경형상인 것에 대해 상술하였으나, 다른 형상으로도 적용할 수 있다.

본 발명의 전술한 실시 예들에서는 충전후 충전플럭과 개구부를 초음파로 밀봉 융착하여 폐쇄하는 것에 대해 상술하였으나, 나사식 및 압입플럭식 등의 다른 결합방식도 적용할 수 있다.

그리고 본 발명의 전술한 실시 예들에서는 그물형태의 침강벤드에 대해 상술하였으나, 평바 등의 다른 형태의 침강벤드로도 적용할 수 있다.

삭제

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 결빙용기의 제빙팽창과 해빙수축을 효율적으로 분배하여 피로의 감소와 파손을 억제하고, 전열면을 확대 시키어 제빙 및 해빙효율을 향상시킬 수 있으며, 축열조내에 결빙용기의 고정이 용이하여 부력문제의 감소와, 유지보수비용을 저감할 수 있는 빙축열장치의 결빙용기가 제공한다.

도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 결빙용기의 개략적인 종단면도,

도 2는 도 1의 개략적인 정면도,

도 3은 도 1의 개략적인 평면도,

도 4는 도 1의 적재상태를 예시한 개략적인 종단면도,

삭제

도 10은 종래의 결빙용기에 대한 개략적인 단면도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호설명〉

10, 100 : 결빙용기 11 : 굴곡부

12, 12a : 개구홈 13, 13a : 브라인유동로

15 : 충전플럭 16 : 개구부

17 : 공기층 18a : 걸이공

20, 20a : 제1간격돌기 21, 21a :제2간격돌기

22, 22a : 제3간격돌기 25, 25a : 제4간격돌기

26, 26a : 제5간격돌기 27, 27a : 제6간격돌기

28, 28a : 제7간격돌기 30, 113 : 결빙액

40 : 브라인 50 : 축열조

51 : 브라인유입구 52 : 브라인배출구

60 : 묶음벤드 61 : 침강벤드

65 : 고정부재 112: 팽창딤플

삭제

Claims

빙축열장치의 결빙용기에 있어서,

상기 결빙용기와 일체하여 중심에서 십자 방향으로 4개소에 마련되어 브라인유동로를 형성하며, 제빙팽창과 해빙수축작용이 용이한 반경형의 굴곡부를 갖는 "U"자 형상의 개구홈과;

상기 결빙용기와 일체하여 구성되며, 외표면을 따라 브라인유동 간격을 갖는 복수의 간격돌기와;

상기 결빙용기와 일체하여 마련되며, 결빙액을 주입하는 개구부와;

상기 개구부에 수용되어 결합되는 충전플럭을 포함하는 것을 특징으로 하는 빙축열장치의 결빙용기.
삭제
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제1항에 있어서,

상기 결빙용기에는, 결빙용기를 고정하는 걸이공을 더 포함하여 형성하는 것을 특징으로 하는 빙축열장치의 결빙용기.
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