KR101445349B1 - 히트파이프 적용형 축열시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 히트파이프 적용형 축열시스템은 저온지역의 냉열을 축열시킨 축냉물질에 의해 냉각되는 브라인이 배관을 통해 고온지역으로 이동하여 고온지역에 설치된 응축기를 통과하면서 응축수가 발생되도록 함으로써 응축수에 의해 고온지역의 건조화가 방지되도록 한다.
본 발명에 따른 히트파이프 적용형 축열시스템은 설정된 저온지역에 외부 노출이 가능하게 설치되되, 설정온도 이하의 온도조건 하에 있는 지온지역 외부로 일단부가 노출되는 냉동용 히트파이프 장치와; 설정된 저온지역에 외부로부터 단열되게 설치되고, 단열된 내부공간에 축냉물질과 냉동용 히트파이프 장치의 타단부가 수용되며, 냉동용 히트파이프 장치에 의해 냉각되는 축냉물질을 보관하게 되는 축냉조와; 축냉조의 단열된 내부공간에 배치되고, 축냉물질에 의해 냉각되는 응축용 열교환기와; 설정된 고온지역의 외부에 노출되게 설치되고, 외부 공기를 응축시켜 발생된 응축수를 고온지역으로 공급하게 되는 응축기와; 응축용 열교환기와 응축기에 양단부가 연결되어 응축용 교환기로부터 생성되는 저온 브라인를 응축기로 전달하게 되는 저온 브라인 유동배관과; 응축기와 응축용 열교환기에 양단부가 연결되어 응축기로부터 생성되는 고온 브라인를 응축용 열교환기로 전달하게 되는 고온 브라인 유동배관을 포함하는 구성으로 이루어진다.

Description

히트파이프 적용형 축열시스템{Heat storage system by heat pipe}

본 발명은 히트파이프 적용형 축열시스템에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 저온지역의 냉열을 축열시킨 축냉물질에 의해 냉각되는 브라인이 배관을 통해 고온지역으로 이동하여 고온지역에 설치된 응축기를 통과하면서 응축수가 발생되도록 함으로써 응축수에 의해 고온지역의 건조화가 방지되도록 하는 히트파이프 적용형 축열시스템에 관한 것이다.

지리적 위치나 기후적 조건에 따라, 각 지역별로 기온 분포는 서로 상이하게 나타나는데, 고온 분포를 보이는 지역이 늘어가면서 현재 전 지구적으로 사막화가 심각하게 확대되고 있는 추세이다. 이와 같이 사막화는 물공급의 부족에 따른 해당 지역의 건조화로 야기되는 경우가 많은데, 이에 따라 사막화가 진행되고 있는 지역으로 물을 공급하여 건조화를 억제시킬 필요가 있었다.

그러나, 현재까지는 사막화가 진행되고 있는 지역으로 물을 공급하기 위하여 전기에너지를 이용한 각종 열시스템이 적용되는 것이어서 에너지 소모가 상당히 높은 문제점이 있었다. 이에 따라, 에너지 소모를 최소화하면서 고온지역의 건조화를 방지할 수 있는 기술의 개발이 요구되는 실정이었다.

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 냉동용 히트파이프 장치, 축냉조, 응축용 열교환기, 응축기, 저온 브라인 유동배관, 고온 브라인 유동배관을 통해 저온지역의 냉열이 고온지역으로 전달되면서 고온지역에 설치된 응축기로부터 응축수가 발생되는 시스템 구성을 제공함으로써 고온지역으로 응축수가 공급되면서 고온지역의 건조화가 방지되는 한편, 에너지 소비 절감도 도모되는 새로운 형태의 히트파이프 적용형 축열시스템를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 설정된 저온지역에 외부 노출이 가능하게 설치되되, 설정온도 이하의 온도조건 하에 있는 상기 지온지역 외부로 일단부가 노출되는 냉동용 히트파이프 장치와; 설정된 저온지역에 외부로부터 단열되게 설치되고, 단열된 내부공간에 축냉물질과 상기 냉동용 히트파이프 장치의 타단부가 수용되며, 상기 냉동용 히트파이프 장치에 의해 냉각되는 상기 축냉물질을 보관하게 되는 축냉조와; 상기 축냉조의 단열된 내부공간에 배치되고, 상기 축냉물질에 의해 냉각되는 응축용 열교환기와; 설정된 고온지역의 외부에 노출되게 설치되고, 외부 공기를 응축시켜 발생된 응축수를 상기 고온지역으로 공급하게 되는 응축기와; 상기 응축용 열교환기와 응축기에 양단부가 연결되어 상기 응축용 교환기로부터 생성되는 저온 브라인를 상기 응축기로 전달하게 되는 저온 브라인 유동배관과; 상기 응축기와 응축용 열교환기에 양단부가 연결되어 상기 응축기로부터 생성되는 고온 브라인를 상기 응축용 열교환기로 전달하게 되는 고온 브라인 유동배관을 포함하여, 설정된 저온지역과 고온지역과 열교환으로 발생되는 응축수에 의해 상기 고온지역의 건조화가 방지되도록 하는 히트파이프 적용형 축열시스템을 제공한다.

이와 같은 본 발명에 따른 히트파이프 적용형 축열시스템에서 상기 저온 브라인 유동배관 상에 브라인 펌프가 설치되어 상기 응축기로 저온 브라인이 급속 공급될 수 있도록 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 히트파이프 적용형 축열시스템에서 상기 응축기는 상기 고온지역의 지표면으로부터 설정높이만큼 이격되게 설치되되, 상기 응축기 하측에 설치되어 응축수를 수용하게 되는 응축수 수조와; 상기 응축수 수조에 연결되어 응축수를 설정지점으로 급수하게 되는 급수장치를 더 포함한다.

이와 같은 본 발명에 따른 히트파이프 적용형 축열시스템에서 상기 응축용 열교환기에 연결되는 상기 저온 브라인 유동배관 상에 설치되되 상기 축냉조 내부에 배치되는 제1개폐밸브와; 상기 응축용 열교환기에 연결되는 상기 고온 브라인 유동배관 상에 설치되되 상기 축냉조 내부에 배치되는 제2개폐밸브 및; 상기 제1개폐밸브와 제2개폐밸브의 개폐동작을 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

이와 같은 본 발명에 따른 히트파이프 적용형 축열시스템에서 상기 축냉조는 설정된 저온지역의 지하에 설치되되, 상기 축냉조 외부로 노출된 상기 냉동용 히트파이프 장치를 단열시키기 위한 단열커버와; 상기 단열커버의 개폐동작을 제어하기 위한 단열커버 제어기를 포함하여, 상기 지온지역 외부가 설정온도 이하의 온도조건 하에 있을 시 상기 단열커버 제어기에 의해 상기 단열커버가 개방되면서 상기 냉동용 히트파이프 장치 일단부가 상기 지온지역 외부로 노출되도록 하며, 상기 지온지역 외부가 설정온도 이상의 온도조건 하에 있을 시 상기 단열커버 제어기에 의해 상기 단열커버가 폐쇄되면서 상기 축냉조 외부로 노출된 상기 냉동용 히트파이프 장치가 단열되도록 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 히트파이프 적용형 축열시스템에서 냉동용 히트파이프 장치는 진동 세관형 히트파이프를 포함한다.

본 발명은 냉동용 히트파이프 장치, 축냉조, 응축용 열교환기, 응축기, 저온 브라인 유동배관, 고온 브라인 유동배관 등으로 축열시스템을 구성하여 저온지역의 냉열을 축열시킨 축냉물질에 의해 냉각되는 브라인이 배관을 통해 고온지역으로 이동하여 고온지역에 설치된 응축기를 통과하면서 응축수가 발생되도록 함으로써 응축수에 의해 고온지역의 건조화가 방지되는 한편, 에너지 소비 절감도 도모되는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 히트파이프 적용형 축열시스템의 구성을 보여주기 위한 도면;
도 2와 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 히트파이프 적용형 축열시스템의 구성을 보여주기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 3에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 축열 시스템, 히트파이프, 축냉조, 축냉물질, 열교환기, 응축기, 브라인, 브라인 브라인 펌프 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.

본 발명의 히트파이프 적용형 축열시스템(100)은 저온지역의 냉열을 축냉하고, 고온지역으로 냉열을 전달하여 응축수를 생성시킴으로써 고온지역의 건조화를 방지하는 시스템으로서, 이를 위한 본 발명의 실시예에 따른 히트파이프 적용형 축열시스템(100)은 냉동용 히트파이프 장치(10), 축냉조(20), 응축용 열교환기(30), 응축기(40), 저온 브라인 유동배관(50), 고온 브라인 유동배관(51), 브라인 펌프(52), 응축수 수조(60), 급수장치(70), 제1개폐밸브(31), 제2개폐밸브(32), 단열커버(12), 단열커버 제어기(13), 컨트롤러(90)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

냉동용 히트파이프 장치(10)는 설정된 저온지역에 외부 노출이 가능하게 설치되는데, 설정온도 이하의 온도조건 하에 있는 지온지역 외부로 일단부가 노출된다. 냉동용 히트파이프 장치(10)의 타단부는 축냉조(20) 내부에 배치된다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 냉동용 히트파이프 장치(10)는 진동 세관형 히트파이프(oscillating capillary tube heat pipe)(11)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

축냉조(20)는 설정된 저온지역에 외부로부터 단열되게 설치된다. 축냉조(20)는 단열된 내부공간를 갖는데, 축냉조(20)의 내부공간에는 축냉물질과 냉동용 히트파이프 장치(10)의 타단부가 수용된다. 축냉물질은 냉동용 히트파이프 장치(10)에 의해 냉각되어 밀폐된 축냉조(20) 내부공간에 보관되는데, 이를 통해 저온지역의 냉열이 축냉물질을 통해 축냉되게 된다. 축냉물질로는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)이 사용될 수 있다. 이와 같은 축냉조(20)는 설정된 저온지역의 지하에 설치되는데, 축냉물질을 수용하는 내부공간(211)을 갖는 축냉탱크(21)와, 축냉탱크(21)를 단열시키기 위한 단열재(22)를 포함하는 구성으로 이루어진다. 여기서 단열재(22)는 제1단열층(221)과 제2단열층(222)의 이중 단열 구조로 이루어져 단열 효율이 증대되도록 한다. 제1단열층(221)과 제2단열층(222)에 사용되는 단열소재로는 아이소핑크, 단열 실리콘 등이 선택될 수 있다.

응축용 열교환기(30)는 축냉조(20)의 단열된 내부공간(211)에 배치되는 것으로, 축냉물질에 의해 냉각된다.

응축기(40)는 설정된 고온지역의 외부에 노출되게 설치되는 것으로, 외부 공기를 응축시켜 응축수를 발생시키게 된다. 이와 같이 발생된 응축수는 고온지역으로 공급되어 고온지역의 건조화를 방지시키게 된다. 한편, 응축기(40)는 고온지역의 지표면으로부터 설정높이만큼 이격되게 설치된다. 여기서, 응축기(40)로부터 이격된 위치에 송풍팬(80)이 설치되어 응축기(40) 방향으로 공기를 강제 대류시킴으로써 응축수의 생성량을 증대시키게 된다.

저온 브라인 유동배관(50)은 저온지역의 축냉조(20)에 설치된 응축용 열교환기(30)와 고온지역에 설치된 응축기(40)에 양단부가 연결되어 응축용 열교환기(30)로부터 생성되는 저온 브라인을 응축기(40)로 전달하게 된다.

고온 브라인 유동배관(51)은 응축기(40)와 응축용 열교환기(30)에 양단부가 연결되어 응축기(40)로부터 생성되는 고온 브라인를 응축용 열교환기(30)로 전달하게 된다.

브라인 펌프(52)는 저온 브라인 유동배관(50) 상에 설치되어 응축기(40)로 저온 브라인이 급속 공급될 수 있도록 한다. 이는 저온 브라인이 저온 브라인 유동배관(50)을 이동하면서 방열되는 것을 최소화시킨다.

응축수 수조(60)는 응축기(40) 하측에 설치되어 응축수를 수용하게 된다.

급수장치(70)는 응축수 수조(60)에 연결되어 응축수를 설정지점으로 급수하게 된다. 이와 같은 급수장치(70)는 고온지역의 플랜트로 물을 공급할 수 있는데, 이를 위하여 급수장치(70)는 개폐밸브(71)와 급수관(72)으로 이루어질 수 있다.

제1개폐밸브(31)는 응축용 열교환기(30)에 연결되는 저온 브라인 유동배관(50) 상에 설치되는 것이고, 제2개폐밸브(32)는 응축용 열교환기(30)에 연결되는 고온 브라인 유동배관(51) 상에 설치되는 것으로, 이와 같은 제1개폐밸브(31)와 제2개폐밸브(32)는 모두 축냉조(20) 내부에 배치된다. 이는 축냉조(20) 외부의 저온 브라인 유동배관(50)이나 고온 브라인 유동배관(51)으로 불필요하게 저온 브라인이 유입되는 것을 방지하기 위함이다.

단열커버(12)는 축냉조(20) 외부로 노출된 냉동용 히트파이프 장치(10)를 단열시키기 위한 것으로, 냉동용 히트파이프 장치(10)의 외부를 감싸게 된다. 이와 같은 단열커버(12)는 개폐되는 구조로 이루어져 냉동용 히트파이프 장치(10)가 외부로 노출되도록 하거나, 냉동용 히트파이프 장치(10)가 외부로부터 단열되도록 한다.

단열커버 제어기(13)는 단열커버(12)의 개폐동작을 제어하기 위한 것으로, 이와 같은 단열커버 제어기(13)는 지온지역 외부가 설정온도 이하의 온도조건 하에 있을 시 단열커버(12)를 개방시켜 냉동용 히트파이프 장치(10) 일단부가 지온지역 외부로 노출되도록 하고, 지온지역 외부가 설정온도 이상의 온도조건 하에 있을 시 단열커버(12)를 폐쇄시켜 축냉조(20) 외부로 노출된 냉동용 히트파이프 장치(10)가 단열되도록 한다. 이는 축냉조(20)의 축냉물질에 축냉된 냉열이 외부로 노출된 냉동용 히트파이프 장치(10)의 일단부를 통해 다시 방출되는 것을 방지하기 위함이다.

컨트롤러(90)는 제1개폐밸브(31)와 제2개폐밸브(32)의 개폐동작, 브라인 펌프(52)의 구동, 단열커버 제어기(13)의 제어동작 등을 제어하게 된다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 히트파이프 적용형 축열시스템(100)은 저온지역의 외부에 설치되어 온도정보를 검출하는 온도센서(91)를 구비하는데, 컨트롤러(90)는 온도센서(91)로부터 전달되는 온도정보에 맞추어 제1개폐밸브(31)와 제2개폐밸브(32)의 개폐동작, 브라인 펌프(52)의 구동, 단열커버 제어기(13)의 제어동작 등을 제어하게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 히트파이프 적용형 축열시스템(100)은 냉동용 히트파이프 장치(10), 축냉조(20), 응축용 열교환기(30), 응축기(40), 저온 브라인 유동배관(50), 고온 브라인 유동배관(51)을 통해 저온지역의 냉열이 고온지역으로 전달되면서 고온지역에 설치된 응축기(40)로부터 응축수가 발생되는 시스템 구성임에 따라, 고온지역으로 응축수가 공급되면서 고온지역의 건조화가 방지되는 한편, 에너지 소비 절감도 도모되는 특징을 갖게 된다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 히트파이프 적용형 축열시스템을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

10 : 냉동용 히트파이프 장치 11 : 진동 세관형 히트파이프
12 : 단열커버 13 : 단열커버 제어기
20 : 축냉조 21 : 축냉탱크
211 : 내부공간 22 : 단열재
221 : 제1단열층 222 : 제2단열층
30 : 응축용 열교환기 31 : 제1개폐밸브
32 : 제2개폐밸브 40 : 응축기
50 : 저온 브라인 유동배관 51 : 고온 브라인 유동배관
52 : 브라인 펌프 60 : 응축수 수조
70 : 급수장치 71 : 개폐밸브
72 : 급수관 80 : 송풍팬
90 : 컨트롤러 91 : 온도센서
100 : 히트파이프 적용형 축열시스템

Claims (6)

1. 설정된 저온지역에 외부 노출이 가능하게 설치되되, 설정온도 이하의 온도조건 하에 있는 상기 저온지역 외부로 일단부가 노출되는 냉동용 히트파이프 장치와;
   설정된 저온지역에 외부로부터 단열되게 설치되고, 단열된 내부공간에 축냉물질과 상기 냉동용 히트파이프 장치의 타단부가 수용되며, 상기 냉동용 히트파이프 장치에 의해 냉각되는 상기 축냉물질을 보관하게 되는 축냉조와;
   상기 축냉조의 단열된 내부공간에 배치되고, 상기 축냉물질에 의해 냉각되는 응축용 열교환기와;
   설정된 고온지역의 외부에 노출되게 설치되고, 외부 공기를 응축시켜 발생된 응축수를 상기 고온지역으로 공급하게 되는 응축기와;
   상기 응축용 열교환기와 응축기에 양단부가 연결되어 상기 응축용 교환기로부터 생성되는 저온 브라인를 상기 응축기로 전달하게 되는 저온 브라인 유동배관과;
   상기 응축기와 응축용 열교환기에 양단부가 연결되어 상기 응축기로부터 생성되는 고온 브라인를 상기 응축용 열교환기로 전달하게 되는 고온 브라인 유동배관을 포함하여,
   설정된 저온지역과 고온지역과 열교환으로 발생되는 응축수에 의해 상기 고온지역의 건조화가 방지되도록 하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 적용형 축열시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 저온 브라인 유동배관 상에 브라인 펌프가 설치되어 상기 응축기로 저온 브라인이 급속 공급될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 적용형 축열시스템.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 응축기는 상기 고온지역의 지표면으로부터 설정높이만큼 이격되게 설치되되,
   상기 응축기 하측에 설치되어 응축수를 수용하게 되는 응축수 수조와;
   상기 응축수 수조에 연결되어 응축수를 설정지점으로 급수하게 되는 급수장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 적용형 축열시스템.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 응축용 열교환기에 연결되는 상기 저온 브라인 유동배관 상에 설치되되 상기 축냉조 내부에 배치되는 제1개폐밸브와;
   상기 응축용 열교환기에 연결되는 상기 고온 브라인 유동배관 상에 설치되되 상기 축냉조 내부에 배치되는 제2개폐밸브 및;
   상기 제1개폐밸브와 제2개폐밸브의 개폐동작을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 적용형 축열시스템.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 축냉조는 설정된 저온지역의 지하에 설치되되,
   상기 축냉조 외부로 노출된 상기 냉동용 히트파이프 장치를 단열시키기 위한 단열커버와;
   상기 단열커버의 개폐동작을 제어하기 위한 단열커버 제어기를 포함하여,
   상기 저온지역 외부가 설정온도 이하의 온도조건 하에 있을 시 상기 단열커버 제어기에 의해 상기 단열커버가 개방되면서 상기 냉동용 히트파이프 장치 일단부가 상기 지온지역 외부로 노출되도록 하며, 상기 지온지역 외부가 설정온도 이상의 온도조건 하에 있을 시 상기 단열커버 제어기에 의해 상기 단열커버가 폐쇄되면서 상기 축냉조 외부로 노출된 상기 냉동용 히트파이프 장치가 단열되도록 하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 적용형 축열시스템.
6. 제 1항에 있어서,
   냉동용 히트파이프 장치는 진동 세관형 히트파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 적용형 축열시스템.

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