KR101670035B1

KR101670035B1 - 냉난방 잠열축열재 축열모듈 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101670035B1
Application number: KR1020160092410A
Authority: KR
Inventors: 이근휘; 이창경
Original assignee: 장한기술 주식회사
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2016-10-27
Also published as: CN107643013A

Abstract

본 발명의 축열모듈은 잠열축열재의 액체에서 고체로 응고되거나 고체에서 액체로 융해되는 과정에서 발생하는 잠열을 이용하여 축열/방열하는 시스템에 사용되는 축열조의 내부에 배치되고, 상기 잠열축열재가 내부에 충전되어 상기 잠열축열재가 축열하거나 방열할 때 상기 축열조의 내부에 같이 충전되어 있는 열매체와 열교환하며, 설치와 운반이 가능한 사이즈를 갖는 형태로 모듈화된 것으로, 밀폐되어 내부에 상기 잠열축열재가 충전되어 잠열과 현열을 축열하는 4개의 잠열축열팩을 병렬로 배치한 3조의 잠열축열팩조와, 상기 잠열축열팩조와 잠열축열팩조 사이에 설치되며 상기 잠열축열팩조와 잠열축열팩조 사이의 유로를 확보하여 열전달이 효율적으로 이루어질 수 있게 내부유로를 가지는 2개의 스페이서로 구성된 축열부와; 상기 축열부가 내부에 삽입되고, 상기 축열모듈의 비중이 상기 열매체의 비중보다 높아 상기 축열모듈 상기 열매체에서 뜨지 않도록 하중을 가해주는 역할과 상기 축열부의 길이 방향의 전후 외부를 감싸 상기 축열부를 고정시키는 케이싱 역할을 하며, 상기 열매체가 상기 축열부에 접촉하기 쉽게 하기 위해 와이어를 메쉬 형상으로 짜서 만들어진 메쉬케이싱부로 구성되며, 제조방법은 상기 잠열축열팩을 제조하는 잠열축열팩 제조공정과; 상기 스페이서를 제조하는 스페이서 제조공정과; 상기 메쉬케이싱부를 제조하는 메쉬케이싱부 제조공정과; 상기 잠열축열팩, 스페이서 및 메쉬케이싱부를 조립하는 조립공정으로 구성된다.
본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따르면 잠열축열재 모듈 도입을 통해 축열조 내 모든 잠열재에 균일하게 열전달이 가능하게 하고, 축열밀도를 높일 수 있으며, 시간의 경과와 상관없이 일정한 열전달 효율을 갖게 해 축열조 용량을 축소할 수 있고, 축열/방열율을 향상시켜 축열/방열 효율 개선이 되며, 축열시스템 활용성이 증대되는 효과가 있으며, 수축열조를 잠열축열조로 변경하기 쉽고 변경 시 2.8배의 축열을 더 할 수 있는 효과가 있다.

Description

냉난방 잠열축열재 축열모듈 및 그 제조방법{Heat Storage Module Using Phase Change Material and Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 고온 잠열축열재 혹은 저온 잠열축열재를 이용하여 액체에서 고체로 상변화에 따른 현열과 잠열을 이용하여 축열조 내에 축열 밀도를 높이는 냉난방 잠열축열재의 축열모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 잠열축열팩과 잠열축열팩과의 사이에 열전달이 잘 이루어지도록 내부 유로를 구성할 수 있게 하고 외부에서의 열전달도 잘되게 하며, 작업자가 작업을 용이하게 하기 위해 1명이 설치할 수 있는 무게이고, 상변화물질을 사용하는 냉난방 잠열재 축열모듈에 관한 것이다.

전력 수요관리 유형에는 여러 가지가 있지만, 크게 부하관리와 효율향상으로 나누어 볼 수 있다.

부하관리는 도 19와 같이 피크를 억제하고 심야수요를 증대 시킴으로써 최대부하와 최저부하간의 차이를 감소시켜 부하평준화를 도모하고 전력공급설비의 이용효율을 향상시킬 목적으로 시행된다.

여름철 냉방부하는 전력예비율을 낮추는 주된 요인으로 최대부하 이전(Peak Shifting)을 위해서 피크 시간대 냉방전력 수요를 심야 시간대로 이전 최대수요 감소와 심야부하를 증대시키는 효과가 기대 되는 기술이 축냉 기술이다.

물(H₂O)는 가장 보편적으로 사용되고 있는 축냉 물질이다. 물의 잠열(Latent Heat, 0℃ 얼음 1kg이 0℃ 물이 되기 위해 필요한 열량, 80kcal/kg)을 이용하는 빙축열 시스템과 물의 현열(Sensible Heat, 물 1kg을 1℃ 올리는데 필요한 열량 1kcal/kg) 즉, 물의 온도차 (일반적으로 10℃ 온도차를 이용 10kcal/kg)를 이용 축냉하는 수축열 시스템이 사용되고 있다.

빙축열 시스템은 잠열밀도(단위 체적 당 저장열량, kcal/m³)가 수축열 시스템 보다 크기 때문에 설치공간을 절약할 수 있다. 그러나 냉방을 위해서 공급되어야 할 냉수의 온도는 일반적으로 7℃ 이며, 빙축열 시스템은 공급온도보다 낮은 0℃의 얼음을 생성하여야 하기 때문에 -5 ℃이하의 저온열 매체(일반적으로 브라인이라 함)를 생산하는 냉동기가 설치 되어야 한다. 따라서 일반 상온 냉동기를 이용하여 냉수를 생산하는 수축열 시스템보다 낮은 운전효율(COP:Coefficient of Performance)을 갖게 된다.

상온(0℃ 이상)의 열매체로 상변화 잠열을 이용할 수 있는 상변화물질(PCM, Phase Change Material)은 부하관리 및 효율향상을 위한 대안으로 고려되고 있다. 상변화물질(PCM)은 크게 유기성 물질과 무기성 물질로 구분하고 있다.

종래의 상변화물질(PCM)을 이용한 잠열식 축냉시스템 기술은 도 20과 같이 상변화물질이 담긴 축냉조에 열교환기를 설치하여 축열하는 코일(Ice-on-coil) 방식과 도 21와 같이 잠열재를 일정용기에 담는 캡슐형(Capsule) 방식을 취하고 있다.

도 20의 코일 방식의 축열조는 축열조에 상변화물질을 저장하고 그 사이로 열매체가 흐를 수 있는 열배관이 설치된 구조이다. 열전달 유체는 열배관을 통하여 축열조에 저장되어있는 상변화물질과 열교환하여 냉열을 저장한다. 상변화물질의 열저장 성능은 열배관의 배열, 배관 재질, 배관 형상에 따라 열저장 효율이 달라지게 된다. 코일 방식의 축열조는 최적의 열매체 유로 형성과 축열 밀도를 높일 수 있는 기술이다.

그러나 코일 방식의 축열조는 열배관 외벽부터 상변화물질이 액체에서 고체로 변화기 시작하게 되며 이 결정화 현상으로 인하여 아직 액체상태로 열을 내포하고 있는 상변화물질과 열배관이 원할하게 열교환을 하지 못하도록하는 열저항을 발생하기 된다.

또한 유기물 상변화 물질의 대부분은 낮은 열전도도를 갖기 때문에 결정화 현상에 따른 열저항은 상변화에 따른 열저장을 하는데 많은 시간이 소요되게 되며 이는 결국 축열/방열율의 저하를 야기 시킨다. 결정화 현상에 따른 열저항을 줄이기 위해서는 열배관의 배열을 촘촘히 하여 해결할 수 있지만 가격이 비싸다.

도 21 캡슐형 방식의 축열조는 축열조 내에 열매체인 물과 캡슐화 또는 패킹(Packing) 처리된 상변화 물질이 공존하는 구조이다. 축열조 내캡슐 사이로 열매체가 흘러 상변화물질로 열을 전달하는 방식이다. 상변화물질의 캡슐및 패킹의 크기 및 표면적, 재질에 따라 열전달율이 달라지만 비교적 저렴하게 축열조 설치가 가능하다.

그러나 코일 방식과 같이 열매체의 흐름을 유도하는 유로 형상이 어렵기 때문에 균일한 열저장이 어렵다. 이는 캡슐의 과냉 현상을 발생하여 파손을 일으킨다.

대부분의 상변화물질과 캡슐 소재는 열매체보다 가볍기 때문에 밀도차로 인하여 상변화물질이 상부로 떠오르는 현상이 발생되어 캡슐의 파손이 이뤄진다는 단점이 있다.

1. 한국 등록특허공보 제 10-0888760 (등록일자 : 2009년 03월 09일) 잠열재를 이용한 열교환 모듈 2. 한국 등록특허공보 제 10-1230504 (등록일자 : 2013년 01월 31일) 금속-고분자 복합형 축냉모듈 3. 한국 등록특허공보 제 10-1153218 (등록일자 : 2012년 05월 30일) 모듈식 축열조를 이용한 빙축열 냉각 시스템 4. 한국 등록특허공보 1991-0002843 (공고번호 : 1991년 05월 06일) 잠열축열장치 5. 한국 등록특허공보 제 10-1429165 (등록일자 : 2014년 08월 05일) 축냉모듈을 이용한 브라인 냉각 열교환 시스템 6. 한국 등록특허공보 제 10-1429163 (등록일자 : 2014년 08월 05일) 조립이 용이한 퍼즐형 축냉모듈

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 내부에 유로가 형성되어 열매체와의 열교환이 원활한 축열부와, 열매체에서 뜨지 않도록 하중을 가해주며 외부를 감싸 상기 축열부를 고정시키는 케이싱 역할을 하고 상기 열매체가 상기 축열부에 접촉하기 쉽게 하기 위해 와이어를 메쉬 형상으로 짜서 만들어진 메쉬케이싱부로 구성되는 냉난방 잠열축열재 축열모듈 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 축열모듈은 잠열축열재의 액체에서 고체로 응고되거나 고체에서 액체로 융해되는 과정에서 발생하는 잠열을 이용하여 축열/방열하는 시스템에 사용되는 축열조의 내부에 배치되고, 상기 잠열축열재가 내부에 충전되어 상기 잠열축열재가 축열하거나 방열할 때 상기 축열조의 내부에 같이 충전되어 있는 열매체와 열교환하며, 설치와 운반이 가능한 사이즈를 갖는 형태로 모듈화된 것으로, 밀폐되어 내부에 상기 잠열축열재가 충전되어 잠열과 현열을 축열하는 4개의 잠열축열팩을 병렬로 배치한 3조의 잠열축열팩조와, 상기 잠열축열팩조와 잠열축열팩조 사이에 설치되며 상기 잠열축열팩조와 잠열축열팩조 사이의 유로를 확보하여 열전달이 효율적으로 이루어질 수 있게 내부유로를 가지는 2개의 스페이서로 구성된 축열부와; 상기 축열부가 내부에 삽입되고, 상기 축열모듈의 비중이 상기 열매체의 비중보다 높아 상기 축열모듈 상기 열매체에서 뜨지 않도록 하중을 가해주는 역할과 상기 축열부의 길이 방향의 전후 외부를 감싸 상기 축열부를 고정시키는 케이싱 역할을 하며, 상기 열매체가 상기 축열부에 접촉하기 쉽게 하기 위해 와이어를 메쉬 형상으로 짜서 만들어진 메쉬케이싱부로 구성된다.

상기 메쉬케이싱부는 ㄷ 형상으로 상기 축열부의 수직 일면과 상하부면을 감싸는 제1메쉬케이싱과; ㄷ 형상으로 상기 축열부의 수직 타면과 상하부면을 감싸며, ㄷ 형상의 수평부분이 상기 제1메쉬케이싱의 수평부분 위로 올라가는 제2메쉬케이싱으로 구성되며, 상기 제1메쉬케이싱과 제2메쉬케이싱은 상기 축열부를 삽입한 상태에서 PP밴딩기를 사용하여 PP 재질의 PP밴드로 결합된다.

상기 제1메쉬케이싱은 일정 높이를 갖는 제1수직와이어와, 상기 제1수직와이어의 상부에서 90도로 절곡되어 일정 길이를 갖는 제1상부와이어와, 상기 제1수직와이어의 하부에서 90도로 절곡되어 일정 길이를 같은 제1하부와이어로 이루어진 ㄷ 형상의 제1와이어가 일정 간격으로 다수개 병렬로 형성된 제1메인와이어부와; 상기 제1메인와이어부가 ㄷ 형상으로 형태를 이룰 수 있게 상기 제1메인와이어부의 내부에서 상기 제1와이어의 각각과 용접결합되는 제1보조와이어가 일정 간격으로 형성되는 제1보조와이어부로 구성된다.

상기 제2메쉬케이싱은 일정 높이를 갖는 제2수직와이어와, 상기 제2수직와이어의 상부에서 90도로 절곡되어 일정 길이를 갖는 제2상부와이어와, 상기 제2수직와이어의 하부에서 90도로 절곡되어 일정 길이를 갖는 제2하부와이어로 구성된 ㄷ 형상의 제2와이어가 일정 간격으로 다수 개 병렬로 형성된 제2메인와이어부와; 상기 제1메인와이어부가 ㄷ 형상으로 형태를 이룰 수 있게 상기 제1메인와이어부의 외부에서 상기 제2와이어의 각각과 용접결합되는 제2보조와이어가 일정 간격으로 형성되는 제2보조와이어부로 구성된다.

상기 잠열축열재는 잠열량을 이용할 수 있는 상변화 물질로써, 액체와 고체 간 상변화 과정 시 발생되는 융해열 또는 응고열을 시스템 부하에 맞게 축열 및 방열할 수 있어야 한다.

상기 잠열축열팩(111)은 LDPE(Low Density Polyethylene) 30~70 중량%와 PET(Polyethylene Phthalate) 30~70중량%의 조성물로 이루어진 2장의 시트를 좌우측부 및 하측부 일정 폭의 가장자리를 열융착으로 접합하고 액상의 상기 잠열축열재를 충액 후 공기제거 장치를 이용하여 공기를 제거하고, 나머지 상측부의 가장자리를 열융착하여 제작되고, 상기 잠열축열재가 충전되는 축열재충전부와; 상기 축열재충전부의 바깥쪽에 형성되어 열융착으로 접합된 부분으로 좌측접합부, 우측접합부, 하측접합부 및 상측접합부를 가지는 접합부로 이루어진다.

상기 잠열축열팩은 상기 잠열축열재와 열매체 간 열에너지 입출입이 가능하고 대류 열전달을 상승시키고 상기 잠열축열재 간의 전도에 의한 열전달은 감소시켜 상기 잠열축열재와 열매체 간 온도차가 크게 발생되지 않고 상변화가 이루어지게 일정 전열면적을 가지고, 상변화 시 발생되는 부피 변화율로 인하여 상기 잠열축열재 및 상기 잠열축열팩의 재료, 상기 축열조에 과압력이 발생되지 않아야 하고 파손이 없게 부피 팽창에 대응할 수 있어야 하며, 3 ~ 5℃ 사이로 과냉/과열 현상 없이 잠열축열재의 상변화가 이루어지도록 열저항이 적고, 상기 축열조 내에서 다른 물질과 화학적으로 반응하여 부식되거나 축열용량에 마이너스효과를 나타내지 않아야 하며, 환경 친화적이며 식물이나 동물 미생물에 대하여 악영향을 미치지 않아야 한다.

상기 스페이서는 0.2~0.5mm 두께의 아연도금 철판을 롤러로 눌러 골이 형성된 2개의 골플레이트로 구성되며, 상기 골플레이트와 골플레이트는 서로 대칭되게 접촉되고, 접촉부위는 스팟용접기로 스팟용접되어 일체가 되어 상기 열매체의 유로가 되는 상기 내부유로가 연이어 형성되고, 상기 골플레이트는 32mm의 골 피치와, 15mm의 골 높이를 가진다.

본 발명의 축열모듈의 제조방법은 상기 잠열축열팩을 제조하는 잠열축열팩 제조공정과; 상기 스페이서를 제조하는 스페이서 제조공정과; 상기 메쉬케이싱부를 제조하는 메쉬케이싱부 제조공정과; 상기 잠열축열팩, 스페이서 및 메쉬케이싱부를 조립하는 조립공정으로 구성된다.

상기 잠열축열팩 제조공정은 롤 형태의 원단필름을 패킹장치에 삽입 장착하는 원단필름 장착단계와; 상기 원단필름의 중앙을 절단하여 상기 잠열축열팩의 양면인 2장의 팩시트를 만드는 팩시트 제조단계와; 2장의 상기 팩시트를 겹쳐서 롤 형태의 히터로 상기 팩시트의 양측 좌우의 가장자리을 일정 폭만큼 열융착하여 상기 좌측접합부와 우측접합부를 형성시키는 좌우측접합부 형성단계와; 상기 팩시트의 하단의 가장자리를 일정 폭만큼 열융착하여 하측접합부를 형성시켜, 1면만 오픈된 포켓팩을 제조하는 포켓팩제조단계와; 상기 포켓팩에 일정량의 잠열축열재를 충전하는 축열재 충전단계와; 상기 잠열축열재가 충전된 상기 포켓팩에서 공기제거장치를 이용하여 공기를 제거하는 공기제거단계와; 상기 포켓팩의 상부의 가장자리를 일정 폭만큼 열융착하여 상기 상측접합부를 형성시키는 상측접합부 형성단계와; 상기 상측접합부의 말단을 절단하여 잠열축열팩을 완성시키는 잠열축열팩 완성단계 구성된다.

상기 스페이서 제조공정은 0.2~0.5mm 두께의 아연도금될 롤 형태의 철판을 볼록금형과 오목금형 형성된 롤러로 골 형상이 형성된 골플레이트를 제조하는 골플레이트 제조단계와; 2장의 상기 골플레이트를 서로 대칭되게 접촉시켜 스팟용접기로 스팟 용접하여 중앙부에 상기 내부유로를 형성시키는 내부유로 형성단계로 구성된다.

상기 메쉬케이싱부 제조공정은 제1메쉬케이싱 제조공정과 제2메쉬케이싱 제조공정으로 구성된다.

상기 제1메쉬케이싱 제조공정은 직경 4mm의 와이어를 504mm 길이의 상기 제1와이어와, 804mm 길이의 상기 제1보조와이어로 절단하여 재단하는 와이어 재단단계와; 상기 제1와이어를 일정 간격으로 배치한 후 상기 제1보조와이어를 위에 배치하여 메쉬 형태를 만드는 와이어 배치단계와; 자동용접기로 상기 제1와이어와 제1보조와이어가 서로 만나는 부분을 자동용접기로 용접하여 접합시켜 평면의 메쉬 형태인 평메쉬로 만드는 와이어 접합단계와; 상기 평메쉬를 상기 제1보조와이어가 내부로 들어가도록 상부와 하부일 일정길이를 90도로 절곡하는 평메쉬 제1절곡단계로 구성된다.

상기 제2메쉬케이싱 제조공정은 직경 4mm의 와이어를 504mm 길이의 상기 제2와이어와, 804mm 길이의 상기 제2보조와이어로 절단하여 재단하는 와이어 재단단계와; 상기 제2와이어를 일정 간격으로 배치한 후 상기 제2보조와이어를 위에 배치하여 메쉬 형태를 만드는 와이어 배치단계와; 자동용접기로 상기 제2와이어와 제2보조와이어가 서로 만나는 부분을 자동용접기로 용접하여 접합시켜 평면의 메쉬 형태인 평메쉬로 만드는 와이어 접합단계와; 상기 평메쉬를 상기 제2보조와이어가 외부로 노출되도록 상부와 하부일 일정길이를 90도로 절곡하는 평메쉬 제2절곡단계로 구성된다.

상기 조립공정은 상기 제1메쉬케이싱을 상기 제1상부와이어와 제1하부와이어의 말단이 상부를 볼 수 있도록 작업대에 올려놓는 제1메쉬케이싱 배열단계와; 상기 제1메쉬케이싱 내부에 상기 잠열축열팩을 각각의 상기 축열재충전부가 서로 접하도록 나란히 4개를 병렬로 배치하고 각각의 상기 하측접합부와 상측접합부는 접어서 각각의 상기 축열재충전부 아래에 위치하도록 하여 첫번째 잠열축열팩조를 배치하는 제1 잠열축열팩조 배치단계와; 상기 제1 잠열축열팩조 위에 상기 스페이서를 적층하는 제1 스페이서 적층단계와; 상기 제1 스페이서 위에 상기 잠열축열팩을 각각의 상기 축열재충전부가 서로 접하도록 나란히 4개를 병렬로 배치하고 각각의 상기 하측접합부와 상측접합부는 접어서 각각의 상기 축열재충전부 아래에 위치하도록 하여 2번째 잠열축열팩조를 배치하는 제2 잠열축열팩조 배치단계와; 상기 제2 잠열축열팩조 위에 상기 스페이서를 적층하는 제2 스페이서 적층단계와; 상기 제2 스페이서 위에 상기 잠열축열팩을 각각의 상기 축열재충전부가 서로 접하도록 나란히 4개를 병렬로 배치하고 각각의 상기 하측접합부와 상측접합부는 접어서 각각의 상기 축열재충전부 아래에 위치하도록 하여 세번째 잠열축열팩조를 배치하는 제3 잠열축열팩조 배치단계와; 상기 제1메쉬케이싱와 제3 잠열축열팩조 위에 상기 제2메쉬케이싱을 덮어 축열부의 적층을 완료하는 제2메쉬케이싱 설치단계와; PP 밴딩기를 사용하여 내부에 축열부가 설치된 상기 메쉬케이싱부를 PP밴드로 좌우 2개소 밴딩하여 상기 축열부와 메쉬케이싱부를 일체화시키는 밴딩단계로 구성된다.

상술한 축열모듈 및 그 제조방법으로 본 발명의 해결하고자 하는 과제를 해결할 수 있다.

본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따르면 잠열축열재 모듈 도입을 통해 축열조 내 모든 잠열재에 균일하게 열전달이 가능하게 하고, 축열밀도를 높일 수 있으며, 시간의 경과와 상관없이 일정한 열전달 효율을 갖게 해 축열조 용량을 축소할 수 있고, 축열/방열율을 향상시켜 축열/방열 효율 개선이 되며, 축열시스템 활용성이 증대되는 효과가 있으며, 수축열조를 잠열축열조로 변경하기 쉽고 변경 시 2.8배의 축열을 더 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 축열모듈 전체 사시도
도 2는 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 축열모듈 전체 분해도
도 3은 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈를 축열조에 충전한 예시도
도 4는 축열조에 본 발명의 축열모듈을 충전한 냉난방 시스템 예시도
도 5는 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 잠열축열팩조 사시도
도 6은 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 잠열축열팩조 개략도
도 7은 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 잠열축열팩 사시도
도 8은 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 잠열축열팩 평면도
도 9는 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 스페이서 사시도
도 10은 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 스페이서 개략도
도 11은 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 골플레이트 사시도 개략도 및 부분 확대도
도 12는 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 메쉬케이싱부 조립사시도 및 분해사시도
도 13은 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 제1메쉬케이싱 사시도
도 14는 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 제1메쉬케이싱 개략도
도 15는 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 제2메쉬케이싱 사시도
도 16은 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 제2메쉬케이싱 개략도
도 17은 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈의 제조방법 순서도
도 18은 잠열축열팩 제조공정 중 중간공정에서 생기는 팩시트 및 포켓팩 개략도
도 19 피크전력 억제 및 심야수요 증대를 도시
도 20은 종래의 코일 방식의 축열조
도 21은 종래의 캡슐형 방식의 축열조

먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "냉난방 잠열축열재 축열모듈 및 그 제조방법"을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 본 발명에 따른 "냉난방 잠열축열재 축열모듈 및 그 제조방법"에 관한 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

다음의 실시 예는 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 축열모듈 전체 사시도이며, 도 2는 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 축열모듈 전체 분해도이고, 도 3은 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈를 축열조에 충전한 예시도이며, 도 4는 축열조에 본 발명의 축열모듈을 충전한 냉난방 시스템 예시도이고, 도 5는 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 잠열축열팩조 사시도이며, 도 6은 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 잠열축열팩조 개략도이고, 도 7은 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 잠열축열팩 사시도이며, 도 8은 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 잠열축열팩 평면도이고, 도 9는 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 스페이서 사시도이며, 도 10은 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 스페이서 개략도이고, 도 11은 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 골플레이트 사시도 개략도 및 부분 확대도이며, 도 12는 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 메쉬케이싱부 조립사시도 및 분해사시도이고, 도 13은 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 제1메쉬케이싱 사시도이며, 도 14는 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 제1메쉬케이싱 개략도이고, 도 15는 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 제2메쉬케이싱 사시도이며, 도 16은 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈에 따른 제2메쉬케이싱 개략도이고, 도 17은 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈의 제조방법 순서도이며, 도 18은 잠열축열팩 제조공정 중 중간공정에서 생기는 팩시트 및 포켓팩 개략도이고, 도 19 피크전력 억제 및 심야수요 증대를 도시이며, 도 20은 종래의 코일 방식의 축열조이고, 도 21은 종래의 캡슐형 방식의 축열조이다.

도 1과 도 2에 도시되어 있는 것 같이 본 발명의 축열모듈(A)은 잠열축열재의 액체에서 고체로 응고되거나 고체에서 액체로 융해되는 과정에서 발생하는 잠열을 이용하여 축열/방열하는 시스템에 사용되는 축열조(B)의 내부에 배치되고, 상기 잠열축열재가 내부에 충전되어 상기 잠열축열재가 축열하거나 방열할 때 상기 축열조(B)의 내부에 같이 충전되어 있는 열매체(C)와 열교환하며, 설치와 운반이 가능한 사이즈를 갖는 형태로 모듈화된 것이다.

상기 축열모듈(A)은 밀폐되어 내부에 상기 잠열축열재가 충전되어 잠열과 현열을 축열하는 4개의 잠열축열팩(111)을 병렬로 배치한 3조의 잠열축열팩조(11)와, 상기 잠열축열팩조(11)와 잠열축열팩조(11) 사이에 설치되며 상기 잠열축열팩조(11)와 잠열축열팩조(11) 사이의 유로를 확보하여 열전달이 효율적으로 이루어질 수 있게 내부유로(122)를 가지는 2개의 스페이서(12)로 구성된 축열부(1)와; 상기 축열부(1)가 내부에 삽입되고, 상기 축열모듈(A)의 비중이 상기 열매체(C)의 비중보다 높아 상기 축열모듈(A)이 상기 열매체(C)에서 뜨지 않도록 하중을 가해주는 역할과 상기 축열부(1)의 길이 방향의 전후 외부를 감싸 상기 축열부(1)를 고정시키는 케이싱 역할을 하며, 상기 열매체(C)가 상기 축열부(1)에 접촉하기 쉽게 하기 위해 와이어를 메쉬 형상으로 짜서 만들어진 메쉬케이싱부(2)로 구성된다.

상기 메쉬케이싱부(2)는 ㄷ 형상으로 상기 축열부(1)의 수직 일면과 상하부면을 감싸는 제1메쉬케이싱(21)과; ㄷ 형상으로 상기 축열부(1)의 수직 타면과 상하부면을 감싸며, ㄷ 형상의 수평부분이 상기 제1메쉬케이싱(21)의 수평부분 위로 올라가는 제2메쉬케이싱(22)으로 구성된다.

상기 제1메쉬케이싱(21)과 제2메쉬케이싱(22)은 상기 축열부(1)를 삽입한 상태에서 PP밴딩기를 사용하여 PP 재질의 PP밴드(23)로 2개소에 묶어 일체가 되게 한다.

상기 축열모듈(A)이 냉방용으로 사용될 때는 가로 800mm * 세로 150mm * 높이 260mm의 크기이며, 12개의 잠열축열팩(111)이 각 조당 4개씩 상기 잠열축열팩(111)이 설치되는 3조의 잠열축열팩조(11)으로 나누어 설치되고, 무게는 17kg, 총 잠열량은 3027 kJ/모듈 이다.

상기 축열모듈(A)이 난방용으로 사용될 때는 가로 800mm * 세로 150mm * 높이 260mm의 크기이며, 12개의 잠열축열팩(111)이 각 조당 4개씩 상기 잠열축열팩(111)이 설치되는 3조의 잠열축열팩조(11)으로 나누어 설치되고, 무게는 17kg, 총 잠열량은 2362 kJ/모듈 이다.

도 3은 본 발명의 냉난방 잠열축열재 축열모듈(A)를 상기 축열조(B)에 충전한 예시도로서, 기존의 수축열조를 잠열축열조로 변경하기 쉽고 변경 시 2.8배의 축열을 더 할 수 있는 효과가 있다.

상기 축열모듈(A)의 적층은 상기 메쉬케이싱부(2)의 무게 때문에 상기 열매체(C) 보다 비중이 높아 상기 열매체(C)에 뜨지 않고 간격없이 쌓을 수 있다.

상기 축열조(B)에는 순환되는 냉온수가 인입인출 시 열교환을 원활하게 하기 위하여 디퓨져(B1)이 설치되고, 상기 축열모듈(A)를 맨 아래 설치 시에는 하부의 상기 디퓨져(B1)이 손상을 입지 않도록 바닥 상부에 상기 디퓨져(B1)보다 약간 높은 곳에 디퓨져 보호대(B2)가 설치된다.

도 4는 축열조에 본 발명의 축열모듈을 충전한 냉난방 시스템 예시도로서, 냉열을 저장하는 축냉 시와 냉열을 방출하는 방냉 시의 각부분의 밸브 온오프 상태는 축냉일 때 1, 2, 7, 5번 밸브를 열고, 3, 4, 6번 밸브는 닫으며, 전축열의 방냉할 때는 3, 4, 6번 밸브를 열고 1, 2, 5, 7번 밸브는 닫고, 부분축열의 방냉일 때는 3, 4, 6, 7번 밸브는 열고 1, 2, 5번 밸브는 닫는다.

온열을 저장하는 축열 시와 온열을 방출하는 방열 시의 각부분의 밸브 온오프 상태는 축열일 때 3, 3, 7, 5번 밸브를 열고 1, 2, 6번 밸브는 닫으며, 전축열의 방열할 때는 1, 2, 6번 밸브를 열고 3, 4, 5, 7번 밸브는 닫고, 부분축열의 방열일 때는 1, 2, 6, 7번 밸브는 열고 3, 4, 5번 밸브는 닫는다.

도 5와 도 6에 도시되어 있는 것 같이 상기 잠열축열팩조(11)는 밀폐되어 내부에 상기 잠열축열재가 충전되어 잠열과 현열을 축열하는 4개의 잠열축열팩(111)을 병렬로 배치한 것이다.

상기 잠열축열팩(111)은 상기 잠열축열재가 충전되는 축열재충전부(1111)와; 상기 축열재충전부(1111)의 바깥쪽에 형성되어 열융착으로 접합된 부분으로, 좌측접합부(11121), 우측접합부(11122), 하측접합부(11123) 및 상측접합부(11124)를 가지는 접합부(1112)로 이루어진다.

상기 잠열축열팩조(11)는 상기 잠열축열팩(111)를 병렬로 설치시 맨 좌측의 좌측접합부(11121)와 맨 우측의 우측접합부(11122)를 제외한 상기 접합부(1112)의 부분은 상기 열매체(C)가 유로를 막는 것을 방지하기 위하여, 상기 축열재충전부(1111) 측으로 접거나 겹쳐서 상기 잠열축열팩(111)을 설치하므로 도 5와 도 6에는 좌측접합부(11121)와 맨 우측의 우측접합부(11122)를 제외한 상기 접합부(1112)의 부분은 보이지 않게 된다.

도 7과 도 8에 도시되어 있는 것 같이 상기 잠열축열팩(111)은 밀폐되어 내부에 상기 잠열축열재가 충전되어 잠열과 현열을 축열하는 역할을 하며, LDPE(Low Density Polyethylene) 30~70 중량%와 PET(Polyethylene Phthalate) 30~70중량%의 조성물로 이루어진 2장의 시트를 좌우측부 및 하측부 일정 폭의 가장자리를 열융착으로 접합하고 액상의 상기 잠열축열재를 충액 후 공기제거 장치를 이용하여 공기를 제거하고, 나머지 상측부의 가장자리를 열융착하여 제작되고, 상기 잠열축열재가 충전되는 축열재충전부(1111)와; 상기 축열재충전부(1111)의 바깥쪽에 형성되어 열융착으로 접합된 부분으로, 좌측접합부(11121), 우측접합부(11122), 하측접합부(11123) 및 상측접합부(11124)를 가지는 접합부(1112)로 이루어진다.

도시한 것 같이 상기 좌측접합부(11121), 우측접합부(11122), 하측접합부(11123) 및 상측접합부(11124)의 접합 폭은 30mm이고, 상기 축열재충전부(1111)의 크기는 260mm * 210mm 이다.

상기 잠열축열재는 잠열량을 이용할 수 있는 j11 또는 w01의 상변화 물질로써, 액체와 고체 간 상변화 과정 시 발생되는 융해열 또는 응고열을 시스템 부하에 맞게 축열 및 방열할 수 있어야 하며, 냉방시스템에 사용하는 냉방잠열축열재와 난방시스템에 사용하는 난방잠열축열재의 2가지 종류가 있다.

상기 잠열축열재는 상변화 온도가 5.9℃이고, 잠열량이 54.8 kcal/kg이며, 유기성 물질인 n-Paraffin 계열 테트라데칸(Tetradecane, C₁₄H₃₀)을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 잠열축열팩(111)은 냉방잠열축열재가 충전될 때는 252.3kJ의 잠열량을 가지고, 난방잠열축열재가 충전될 때는 196.9kJ의 잠열량을 가진다.

상기 잠열축열팩(111)은 상기 잠열축열재와 열매체(C) 간 열에너지 입출입이 가능하고 대류 열전달을 상승시키고 상기 잠열축열재 간의 전도에 의한 열전달은 감소시켜 상기 잠열축열재와 열매체(C) 간 온도차가 크게 발생되지 않고 상변화가 이루어지게 일정 전열면적을 가지고, 상변화 시 발생되는 부피 변화율로 인하여 상기 잠열축열재 및 상기 잠열축열팩(111)의 재료, 상기 축열조(B)에 과압력이 발생되지 않아야 하고 파손이 없게 부피 팽창에 대응할 수 있어야 하며, 3 ~ 6℃ 사이로 과냉/과열 현상 없이 잠열축열재의 상변화가 이루어지도록 열저항이 적고, 상기 축열조(B) 내에서 다른 물질과 화학적으로 반응하여 부식되거나 축열용량에 마이너스효과를 나타내지 않아야 하며, 환경 친화적이며 식물이나 동물 미생물에 대하여 악영향을 미치지 않아야 한다.

도 9와 도 10에 도시되어 있는 것 같이 상기 스페이서(12)는 상기 잠열축열팩조(11)와 잠열축열팩조(11) 사이에 설치되며 상기 잠열축열팩조(11)와 잠열축열팩조(11) 사이의 유로를 확보하여 열전달이 효율적으로 이루어질 수 있게 내부유로(122)를 가지며 2개로 구성된다.

상기 스페이서(12)는 0.2~0.5mm 두께의 아연도금 철판을 롤러로 눌러 골(1211)이 형성된 도 11과 같이 2개의 골플레이트(121)로 구성된다.

상기 골플레이트(121)와 골플레이트(121)는 서로 대칭되게 접촉되고, 접촉부위는 스팟용접기로 스팟용접되어 일체가 되어 상기 열매체(C)의 유로가 되는 상기 열매체(C)가 내부에 채워져 열매체의 유로가 되는 상기 내부유로(122)가 연이어 형성된다.

도 11에서와 같이 상기 골플레이트(121)는 0.2~0.5mm 두께의 아연도금 철판을 롤러로 눌러 골(1211)이 형성되며, 32mm의 골 피치와, 15mm의 골 높이를 가진다. 상기 골플레이트(121) 제조의 바람직한 두께는 0.25mm 로, 제조 및 열전달이 좋다.

도 12에 도시되어 있는 것 같이 상기 메쉬케이싱부(2)는 상기 축열부(1)가 내부에 삽입되고, 상기 축열모듈(A)의 비중이 상기 열매체(C)의 비중보다 높아 상기 축열모듈(A)이 상기 열매체(C)에서 뜨지 않도록 하중을 가해주는 역할과 상기 축열부(1)의 길이 방향의 전후 외부를 감싸 상기 축열부(1)를 고정시키는 케이싱 역할을 하며, 상기 열매체(C)가 상기 축열부(1)에 접촉하기 쉽게 하기 위해 와이어를 메쉬 형상으로 짜서 만들어진다.

상기 제1메쉬케이싱(21)과 제2메쉬케이싱(22)은 상기 축열부(1)를 삽입한 상태에서 PP밴딩기를 사용하여 PP 재질의 PP밴드(23)로 결합된다.

상기 메쉬케이싱부(2)는 비중이 낮은 상기 잠열축열팩조(11)를 고정시켜주는 역할을 주로 한다.

상기 메쉬케이싱부(2)는 모듈 적층시 기존 수축열조 높이를 고려하여 약 6미터 쌓았을 때 축열모듈(A) 한 개가 버터야 하는 무게가 약 370 kg이다.

상기 축열조(B)에 삽입 전에 상기 축열모듈(A)을 적층 시는 상기 잠열축열팩(111)의 부력으로 인한 상기 축열모듈(A)의 무게는 적으나 물 없이 적층 시에는 가장 아래에 있는 상기 축열모듈(A)이 모든 하중을 버텨야한다. 하지만 물이 들어갔을 때는 상기 잠열축열팩(111)의 비중이 낮음으로 상기 축열모듈(A)은 비중이 높아야 한다. 개발된 상기 메쉬케이싱부(2)는 아연도금 와이어 메쉬 형상으로 적층 시 하중을 버티는 형상이 되며 상기 잠열축열재의 비중을 고려하여 와이어 무게를 계산하여 제작해야 하며, 본 발명에서의 와이어의 직경은 4mm 인 것이 바람직하다.

도 13과 도 14에 도시되어 있는 것 같이 상기 제1메쉬케이싱(21)는 ㄷ 형상으로 상기 축열부(1)의 수직 일면과 상하부면을 감싸는 역할을 한다.

상기 제1메쉬케이싱(21)은 일정 높이를 갖는 제1수직와이어(21111)와, 상기 제1수직와이어(21111)의 상부에서 90도로 절곡되어 일정 길이를 갖는 제1상부와이어(21112)와, 상기 제1수직와이어(21111)의 하부에서 90도로 절곡되어 일정 길이를 같은 제1하부와이어(21113)로 이루어진 ㄷ 형상의 제1와이어(2111)가 일정 간격으로 다수 개 병렬로 형성된 제1메인와이어부(211)와; 상기 제1메인와이어부(211)가 ㄷ 형상으로 형태를 이룰 수 있게 상기 제1메인와이어부(211)의 내부에서 상기 제1와이어(2111)의 각각과 용접결합되는 제1보조와이어(2121)가 일정 간격으로 다수 개 직렬로 형성되는 제1보조와이어부(212)로 구성된다.

상기 제1메쉬케이싱(21)은 직경 4mm의 와이어를 504mm 길이의 상기 제1와이어(2111)와, 804mm 길이의 상기 제1보조와이어(2121)로 절단하여 제작한다.

상기 제1수직와이어(21111)의 길이는 와이어 외경에서 외경까지가 248mm이고 상부의 제1보조와이어(2121)와 하부의 제1보조와이어(2121) 사이의 길이는 232mm 이며, 상기 제1상부와이어(21112)의 길이는 136mm이며, 상기 제1하부와이어(21113)의 길이는 136mm인 것이 바람직하다.

상기 제1와이어(2111)의 간격은 50mm인 것이 바람직하며, 상기 제1보조와이어(2121)의 간격은 상기 제1상부와이어(21112) 말단에서 25mm, 50mm, 100mm, 25mm, 25mm, 50mm, 25mm, 25mm, 100mm, 50mm, 25mm로 총 12개의 제1보조와이어(2121)가 설치되는 것이 바람직하다.

도 15와 도 16에 도시되어 있는 것 같이 상기 제2메쉬케이싱(22)은 ㄷ 형상으로 상기 축열부(1)의 수직 타면과 상하부면을 감싸며, ㄷ 형상의 수평부분이 상기 제1메쉬케이싱(21)의 수평부분 위로 올라가며, 일정 높이를 갖는 제2수직와이어(22111)와, 상기 제2수직와이어(22111)의 상부에서 90도로 절곡되어 일정 길이를 갖는 제2상부와이어(22112)와, 상기 제2수직와이어(22111)의 하부에서 90도로 절곡되어 일정 길이를 갖는 제2하부와이어(22113)로 구성된 ㄷ 형상의 제2와이어(2211)가 일정 간격으로 다수 개 병렬로 형성된 제2메인와이어부(221)와; 상기 제2메인와이어부(221)가 ㄷ 형상으로 형태를 이룰 수 있게 상기 제2메인와이어부(221)의 외부에서 상기 제2와이어(2211)의 각각과 용접결합되는 제2보조와이어(2221)가 일정 간격으로 다수 개 직렬로 형성된다.

상기 제2메쉬케이싱(22)은 직경 4mm의 와이어를 504mm 길이의 상기 제2와이어(2211)와, 804mm 길이의 상기 제2보조와이어(2221)로 절단하여 제작한다.

상기 제2수직와이어(22111)의 길이는 와이어 외경 하부에서 외경 하부까지가 250mm이고 상부의 제2보조와이어(2221)와 하부의 제2보조와이어(2221) 사이의 길이는 258mm 이며, 상기 제2상부와이어(22112)의 길이는 131mm이며, 상기 제2하부와이어(22113)의 길이는 131mm이다.

상기 제2와이어(2211)의 간격은 50mm인 것이 바람직하며, 상기 제1보조와이어(2221)의 간격은 상기 제2상부와이어(22112) 말단에서 25mm, 50mm, 100mm, 25mm, 25mm, 50mm, 25mm, 25mm, 100mm, 50mm, 25mm로 총 12개의 제2보조와이어(2221)가 설치되는 것이 바람직하다.

도 17에 도시되어 있는 것 같이 본 발명의 축열모듈(A)의 제조방법은 상기 잠열축열팩(111)을 제조하는 잠열축열팩 제조공정과; 상기 스페이서(12)를 제조하는 스페이서 제조공정과; 상기 메쉬케이싱부(2)를 제조하는 메쉬케이싱부 제조공정과; 상기 잠열축열팩(111), 스페이서(12) 및 메쉬케이싱부(2)를 조립하는 조립공정으로 구성된다.

상기 축열모듈(A)는 상술한 것과 동일하므로 제조방법에서는 상술한 것을 준용한다.

상기 잠열축열팩 제조공정은 롤 형태의 원단필름을 패킹장치에 삽입 장착하는 원단필름 장착단계와; 상기 원단필름의 중앙을 절단하여 상기 잠열축열팩(111)의 양면인 2장의 팩시트(1113)를 도 18의 상부 도면과 같이 만드는 팩시트 제조단계와; 2장의 상기 팩시트(1113)를 겹쳐서 롤 형태의 히터로 상기 팩시트(1113)의 양측 좌우의 가장자리을 일정 폭만큼 열융착하여 상기 좌측접합부(11121)와 우측접합부(11122)를 형성시키는 좌우측접합부 형성단계와; 상기 팩시트(1113)의 하단의 가장자리를 일정 폭만큼 열융착하여 하측접합부(11123)를 형성시켜, 도 18의 하부도면과 같이 1면만 오픈된 포켓팩(1114)을 제조하는 포켓팩제조단계와; 상기 포켓팩(1114)에 일정량의 잠열축열재를 충전하는 축열재 충전단계와; 상기 잠열축열재가 충전된 상기 포켓팩(1114)에서 공기제거장치를 이용하여 공기를 제거하는 공기제거단계와; 상기 포켓팩(1114)의 상부의 가장자리를 일정 폭만큼 열융착하여 상기 상측접합부(11124)를 형성시키는 상측접합부 형성단계와; 상기 상측접합부(11124)의 말단을 절단하여 잠열축열팩(111)을 완성시키는 잠열축열팩 완성단계 구성된다.

상기 원단필름은 LDPE(Low Density Polyethylene) 30~70 중량%와 PET(Polyethylene Phthalate) 30~70중량%의 조성물로 이루어지며, 두께는 0.12mm이고, 상기 팩시트(1113)의 중량은 약 20g이다.

부언해서 설명하면, 상기 잠열축열팩은 기본적으로 플라스틱 필름 재질이 사용되며, 열융착하여 패킹 되어지며, 상기 잠열축열재는 일반적으로 고체상태와 액체상태로 패킹(Packing)되어 질 수 있으나, 하지만 고체상태로 패킹할 경우 팩(Pack)에 공기(Air) 유입이 상대적으로 많아지고, 팩 내부에 유입된 공기(Air)는 열저항 요소가 될 수 있기 때문에 축열밀도를 저하시킬 수 있어 본 제조방법에서는 상대적으로 가공방법이 쉽고 에어 유입이 적은 액체 상태로 패킹한다.

현재 식품가공 및 포장기계분야에서 Polymer Packing 방법이 가장 많이 적용되어지고 있으며, 팩의 제작은 롤 필름(Roll film)을 공급 후 액상을 충액하면서 4면을 융착하는 방법과 3면이 융착되어진 파우치 팩(Pouch pack)을 공급 후 액체 또는 고체를 충액 후 상부 1면만을 융착하여 패킹하는 방법이 가장 일반적이며, 본 발명에서는 3면이 융착되어진 포켓팩(1114)에 액체를 충전한 후 공기를 제거하고 나머지 1면을 열융착하는 방법을 사용한다.

상기 잠열축열재는 잠열량을 이용할 수 있는 상변화 물질로써, 액체와 고체 간 상변화 과정 시 발생되는 융해열 또는 응고열을 시스템 부하에 맞게 축열 및 방열할 수 있어야 하며, 냉방시스템에 사용하는 냉방잠열축열재와 난방시스템에 사용하는 난방잠열축열재의 2가지 종류가 있다.

상기 축열재 충전단계는 냉방잠열축열재를 충전하는 경우와 난방잠열축열재를 충전하는 2가지 경우가 있다.

상기 냉방잠열축열재를 충전하는 경우에는 상술한 상기 잠열축열팩 제조공정을 따르면 된다.

상기 난방잠열축열재를 충전하는 경우는 난방잠열축열재의 경우 상온에서 고체로 존재하기 때문에 고체 잠열재를 녹여서 상기 포켓팩(1141)에 담기게 된다.

고체로 패킹될 경우 상기 난방잠열축열재 사이사이 공기층이 생겨 공기가 많이 유입되기 때문이다.

상기 난방잠열축열재를 녹이는데 있어서는 3중 탱크가 사용되며, 상기 3중 탱크는 외부벽, 내부단열재 탱크 벽 및 열매체 탱크 벽을 갖는다.

이를 난방잠열축열재 중탕탱크라 하며 상기 난방잠열축열재가 열전도도가 좋지 않기때문에 내부 교반장치를 설치해야 하며, 난방잠열축열재 중탕탱크는 내부 온도센서를 설치하여 일정 온도를 유지하도록 한다.

상기 스페이서 제조공정은 0.2~0.5mm 두께의 아연도금될 롤 형태의 철판을 볼록금형과 오목금형 형성된 롤러로 골 형상이 형성된 골플레이트(121)를 제조하는 골플레이트 제조단계와; 2장의 상기 골플레이트(121)를 서로 대칭되게 접촉시켜 스팟용접기로 스팟 용접하여 중앙부에 상기 내부유로(122)를 형성시키는 내부유로 형성단계로 구성된다.

부언해서 설명하면, 상기 골플레이트(121)는 아연도금철판 0.2~0.5mm의 롤 평판으로 구매하여 골을 낼수 있는 롤링 형상으로 생산하며 생산된 골 형상의 상기 골플레이트(121)은 폭 800mm 길이 235mm이고 골 높이 15mm 골 너비32mm로 제작된다.

상기 골플레이트(121) 제조의 바람직한 두께는 0.25mm 로, 제조 및 열전달이 좋다.

제작된 골 형상의 상기 골플레이트(121)는 스팟용접기로 서로 반대 방향으로 대칭되어 상기 내부유로(122)가 형성될 수 있게 용접하여 생산한다.

상기 메쉬케이싱부 제조공정은 상기 제1메쉬케이싱(21)를 제조하는 제1메쉬케이싱 제조공정과; 상기 제2메쉬케이싱(22)를 제조하는 제2메쉬케이싱 제조공정으로 구성된다.

상기 제1메쉬케이싱 제조공정은 직경 4mm의 와이어를 504mm 길이의 상기 제1와이어(2111)와, 804mm 길이의 상기 제1보조와이어(2121)로 절단하여 재단하는 와이어 재단단계와; 상기 제1와이어(2111)를 일정 간격으로 배치한 후 상기 제1보조와이어(2121)를 위에 배치하여 메쉬 형태를 만드는 와이어 배치단계와; 자동용접기로 상기 제1와이어(2111)와 제1보조와이어(2121)가 서로 만나는 부분을 자동용접기로 용접하여 접합시켜 평면의 메쉬 형태인 평메쉬로 만드는 와이어 접합단계와; 상기 평메쉬를 상기 제1보조와이어(2121)가 내부로 들어가도록 상부와 하부일 일정길이를 90도로 절곡하는 평메쉬 제1절곡단계로 구성된다.

상기 제2메쉬케이싱 제조공정은 직경 4mm의 와이어를 504mm 길이의 상기 제2와이어(2211)와, 804mm 길이의 상기 제2보조와이어(2221)로 절단하여 재단하는 와이어 재단단계와; 상기 제2와이어(2211)를 일정 간격으로 배치한 후 상기 제2보조와이어(2221)를 위에 배치하여 메쉬 형태를 만드는 와이어 배치단계와; 자동용접기로 상기 제2와이어(2211)와 제2보조와이어(2221)가 서로 만나는 부분을 자동용접기로 용접하여 접합시켜 평면의 메쉬 형태인 평메쉬로 만드는 와이어 접합단계와; 상기 평메쉬를 상기 제2보조와이어(2221)가 외부로 노출되도록 상부와 하부일 일정길이를 90도로 절곡하는 평메쉬 제2절곡단계로 구성된다.

상기 제1메쉬케이싱 제조공정과 상기 제2메쉬케이싱 제조공정은 와이어 접합단계까지는 동일하고, 절곡공정에서 차이점이 있으며, 상기 제1메쉬케이싱 제조공정에서는 상기 평메쉬를 상기 제1보조와이어(2121)가 내부로 들어가도록 상부와 하부일 일정길이를 90도로 절곡하고, 상기 제2메쉬케이싱 제조공정에서는 외부로 노출되도록 상부와 하부일 일정길이를 90도로 절곡하는 것이 다르다.

상기 조립공정은 상기 제1메쉬케이싱(21)을 상기 제1상부와이어(21112)와 제1하부와이어(21113)의 말단이 상부를 볼 수 있도록 작업대에 올려놓는 제1메쉬케이싱 배열단계와; 상기 제1메쉬케이싱(21) 내부에 상기 잠열축열팩(111)을 각각의 상기 축열재충전부(1111)가 서로 접하도록 나란히 4개를 병렬로 배치하고 각각의 상기 하측접합부(11123)와 상측접합부(11124)는 접어서 각각의 상기 축열재충전부(1111) 아래에 위치하도록 하여 첫번째 잠열축열팩조를 배치하는 제1 잠열축열팩조 배치단계와; 상기 제1 잠열축열팩조 위에 상기 스페이서(12)를 적층하는 제1 스페이서 적층단계와; 상기 제1 스페이서 위에 상기 잠열축열팩(111)을 각각의 상기 축열재충전부(1111)가 서로 접하도록 나란히 4개를 병렬로 배치하고 각각의 상기 하측접합부(11123)와 상측접합부(11124)는 접어서 각각의 상기 축열재충전부(1111) 아래에 위치하도록 하여 2번째 잠열축열팩조를 배치하는 제2 잠열축열팩조 배치단계와; 상기 제2 잠열축열팩조 위에 상기 스페이서(12)를 적층하는 제2 스페이서 적층단계와; 상기 제2 스페이서 위에 상기 잠열축열팩(111)을 각각의 상기 축열재충전부(1111)가 서로 접하도록 나란히 4개를 병렬로 배치하고 각각의 상기 하측접합부(11123)와 상측접합부(11124)는 접어서 각각의 상기 축열재충전부(1111) 아래에 위치하도록 하여 세번째 잠열축열팩조를 배치하는 제3 잠열축열팩조 배치단계와; 상기 제1메쉬케이싱(21)과 제3 잠열축열팩조 위에 상기 제2메쉬케이싱(22)을 덮어 상기 축열부(1)의 적층을 완료하는 제2메쉬케이싱 설치단계와; PP 밴딩기를 사용하여 내부에 상기 축열부(1)가 설치된 상기 메쉬케이싱부(2)를 PP밴드(23)로 좌우 2개소 밴딩하여 상기 축열부(1)와 메쉬케이싱부(2)를 일체화시키는 밴딩단계로 구성된다.

상기 조립공정을 간력하게 설명하면, 상기 제1메쉬케이싱(21)을 바닥에 놓은 후 상기 잠열축열팩(111)을 나란히 4개 놓은 후 상기 스페이서(12)를 놓고, 다시 상기 잠열축열팩(111)을 나란히 4개 놓은 후 상기 스페이서(12)를 놓으며, 상기 스페이서(12)를 다시 놓고, 마지막으로 상기 잠열축열팩(111)을 나란히 4개 놓은 후 마지막으로 상기 제2메쉬케이싱(22)을 올려 놓은 후 PP 밴딩기를 사용하여 양쪽 2개소를 밴딩한다.

A : 축열모듈 B : 축열조
B1 : 디퓨져 B2 : 디퓨져 보호대
C : 열매체
1 : 축열부
11 : 잠열축열팩조 111 : 잠열축열팩
1111 : 축열재충전부 1112 : 접합부
11121 : 좌측접합부 11122 : 우측접합부
11123 : 하측접합부 11124 : 상측접합부
1113 : 팩시트 1114 : 포켓팩
12 : 스페이서 121 : 골플레이트
1211 : 골 1212 : 스팟용접부
122 : 내부유로
2 : 메쉬케이싱부
21 : 제1메쉬케이싱 211 : 제1메인와어어부
2111 : 제1와이어 21111 : 제1수직와이어
21112 : 제1상부와이어 21113 : 제1하부아이어
212 : 제1보조와이어부 2121 : 제1보조와이어
22 : 제2메쉬케이싱 221 : 제2메인와어어부
2211 : 제2와이어 22111 : 제2수직와이어
22112 : 제2상부와이어 22113 : 제2하부와이어
222 : 제2보조와이어부 2221 : 제2보조와이어
23 : PP밴드

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잠열축열재의 액체에서 고체로 응고되거나 고체에서 액체로 융해되는 과정에서 발생하는 잠열을 이용하여 축열/방열하는 시스템에 사용되는 축열조(B)의 내부에 배치되고, 상기 잠열축열재가 내부에 충전되어 상기 잠열축열재가 축열하거나 방열할 때 상기 축열조(B)의 내부에 같이 충전되어 있는 열매체(C)와 열교환하는 모듈화된 축열모듈(A)의 제조방법에 있어서,
상기 축열모듈(A)은 밀폐되어 내부에 상기 잠열축열재가 충전되어 잠열과 현열을 축열하는 4개의 잠열축열팩(111)을 병렬로 배치한 3조의 잠열축열팩조(11)와, 상기 잠열축열팩조(11)와 잠열축열팩조(11) 사이에 설치되며 상기 잠열축열팩조(11)와 잠열축열팩조(11) 사이의 유로를 확보하여 열전달이 효율적으로 이루어질 수 있게 내부유로(122)를 가지는 2개의 스페이서(12)로 구성된 축열부(1)와;
상기 축열부(1)가 내부에 삽입되고, 상기 축열모듈(A)의 비중이 상기 열매체(C)의 비중보다 높아 상기 축열모듈(A)이 상기 열매체(C)에서 뜨지 않도록 하중을 가해주는 역할과 상기 축열부(1)의 길이 방향의 전후 외부를 감싸 상기 축열부(1)를 고정시키는 케이싱 역할을 하며, 상기 열매체(C)가 상기 축열부(1)에 접촉하기 쉽게 하기 위해 와이어를 메쉬 형상으로 짜서 만들어진 메쉬케이싱부(2)로 구성되며,
상기 메쉬케이싱부(2)는 ㄷ 형상으로 상기 축열부(1)의 수직 일면과 상하부면을 감싸는 제1메쉬케이싱(21)과;
ㄷ 형상으로 상기 축열부(1)의 수직 타면과 상하부면을 감싸며, ㄷ 형상의 수평부분이 상기 제1메쉬케이싱(21)의 수평부분 위로 올라가는 제2메쉬케이싱(22)으로 구성되며,
상기 제1메쉬케이싱(21)과 제2메쉬케이싱(22)은 상기 축열부(1)를 삽입한 상태에서 PP밴딩기를 사용하여 PP 재질의 PP밴드(23)로 결합되고,
상기 제1메쉬케이싱(21)은 일정 높이를 갖는 제1수직와이어(21111)와, 상기 제1수직와이어(21111)의 상부에서 90도로 절곡되어 일정 길이를 갖는 제1상부와이어(21112)와, 상기 제1수직와이어(21111)의 하부에서 90도로 절곡되어 일정 길이를 같은 제1하부와이어(21113)로 이루어진 ㄷ 형상의 제1와이어(2111)가 일정 간격으로 다수 개 병렬로 형성된 제1메인와이어부(211)와;
상기 제1메인와이어부(211)가 ㄷ 형상으로 형태를 이룰 수 있게 상기 제1메인와이어부(211)의 내부에서 상기 제1와이어(2111)의 각각과 용접결합되는 제1보조와이어(2121)가 일정 간격으로 다수 개 직렬로 형성되는 제1보조와이어부(212)로 구성되며,
상기 제2메쉬케이싱(22)은 일정 높이를 갖는 제2수직와이어(22111)와, 상기 제2수직와이어(22111)의 상부에서 90도로 절곡되어 일정 길이를 갖는 제2상부와이어(22112)와, 상기 제2수직와이어(22111)의 하부에서 90도로 절곡되어 일정 길이를 갖는 제2하부와이어(22113)로 구성된 ㄷ 형상의 제2와이어(2211)가 일정 간격으로 다수 개 병렬로 형성된 제2메인와이어부(221)와;
상기 제2메인와이어부(221)가 ㄷ 형상으로 형태를 이룰 수 있게 상기 제2메인와이어부(221)의 외부에서 상기 제2와이어(2211)의 각각과 용접결합되는 제2보조와이어(2221)가 일정 간격으로 다수 개 직렬로 형성되는 제2보조와이어부(222)로 구성되고,
상기 잠열축열재는 잠열량을 이용할 수 있는 상변화 물질로써, 액체와 고체 간 상변화 과정 시 발생되는 융해열 또는 응고열을 시스템 부하에 맞게 축열 및 방열할 수 있어야 하며,
상기 잠열축열팩(111)은 LDPE(Low Density Polyethylene) 30~70 중량%와 PET(Polyethylene Phthalate) 30~70중량%의 조성물로 이루어진 2장의 시트를 좌우측부 및 하측부 일정 폭의 가장자리를 열융착으로 접합하고 액상의 상기 잠열축열재를 충액 후 공기제거 장치를 이용하여 공기를 제거하고, 나머지 상측부의 가장자리를 열융착하여 제작되며, 상기 잠열축열재가 충전되는 축열재충전부(1111)와; 상기 축열재충전부(1111)의 바깥쪽에 형성되어 열융착으로 접합된 부분으로, 좌측접합부(11121), 우측접합부(11122), 하측접합부(11123) 및 상측접합부(11124)를 가지는 접합부(1112)로 이루어지고,
상기 스페이서(12)는 0.2~0.5mm 두께의 아연도금 철판을 롤러로 눌러 골(1211)이 형성된 2개의 골플레이트(121)로 구성되며,
상기 골플레이트(121)와 골플레이트(121)는 서로 대칭되게 접촉되고, 접촉부위는 스팟용접기로 스팟용접되어 일체가 되어 상기 열매체(C)의 유로가 되는 상기 내부유로(122)가 연이어 형성되고,
상기 골플레이트(121)는 32mm의 골 피치와, 15mm의 골 높이를 가지며,
상기 제조방법은 상기 잠열축열팩(111)을 제조하는 잠열축열팩 제조공정과;
상기 스페이서(12)를 제조하는 스페이서 제조공정과;
상기 메쉬케이싱부(2)를 제조하는 메쉬케이싱부 제조공정과;
상기 잠열축열팩(111), 스페이서(12) 및 메쉬케이싱부(2)를 조립하는 조립공정으로 구성되고,
상기 잠열축열팩 제조공정은 롤 형태의 원단필름을 패킹장치에 삽입 장착하는 원단필름 장착단계와;
상기 원단필름의 중앙을 절단하여 상기 잠열축열팩(111)의 양면인 2장의 팩시트(1113)를 만드는 팩시트 제조단계와;
2장의 상기 팩시트(1113)를 겹쳐서 롤 형태의 히터로 상기 팩시트(1113)의 양측 좌우의 가장자리을 일정 폭만큼 열융착하여 상기 좌측접합부(11121)와 우측접합부(11122)를 형성시키는 좌우측접합부 형성단계와;
상기 팩시트(1113)의 하단의 가장자리를 일정 폭만큼 열융착하여 하측접합부(11123)를 형성시켜, 1면만 오픈된 포켓팩(1114)을 제조하는 포켓팩제조단계와;
상기 포켓팩(1114)에 일정량의 잠열축열재를 충전하는 축열재 충전단계와;
상기 잠열축열재가 충전된 상기 포켓팩(1114)에서 공기제거장치를 이용하여 공기를 제거하는 공기제거단계와;
상기 포켓팩(1114)의 상부의 가장자리를 일정 폭만큼 열융착하여 상기 상측접합부(11124)를 형성시키는 상측접합부 형성단계와;
상기 상측접합부(11124)의 말단을 절단하여 잠열축열팩(111)을 완성시키는 잠열축열팩 완성단계 구성되며,
상기 스페이서 제조공정은 0.2~0.5mm 두께의 아연도금될 롤 형태의 철판을 볼록금형과 오목금형 형성된 롤러로 골 형상이 형성된 골플레이트(121)를 제조하는 골플레이트 제조단계와;
2장의 상기 골플레이트(121)를 서로 대칭되게 접촉시켜 스팟용접기로 스팟 용접하여 중앙부에 상기 내부유로(122)를 형성시키는 내부유로 형성단계로 구성되고,
상기 메쉬케이싱부 제조공정은 상기 제1메쉬케이싱(21)를 제조하는 제1메쉬케이싱 제조공정과;
상기 제2메쉬케이싱(22)를 제조하는 제2메쉬케이싱 제조공정으로 구성되며,
상기 조립공정은 상기 제1메쉬케이싱(21)을 상기 제1상부와이어(21112)와 제1하부와이어(21113)의 말단이 상부를 볼 수 있도록 작업대에 올려놓는 제1메쉬케이싱 배열단계와;
상기 제1메쉬케이싱(21) 내부에 상기 잠열축열팩(111)을 각각의 상기 축열재충전부(1111)가 서로 접하도록 나란히 4개를 병렬로 배치하고 각각의 상기 하측접합부(11123)와 상측접합부(11124)는 접어서 각각의 상기 축열재충전부(1111) 아래에 위치하도록 하여 첫번째 잠열축열팩조를 배치하는 제1 잠열축열팩조 배치단계와;
상기 제1 잠열축열팩조 위에 상기 스페이서(12)를 적층하는 제1 스페이서 적층단계와;
상기 제1 스페이서 위에 상기 잠열축열팩(111)을 각각의 상기 축열재충전부(1111)가 서로 접하도록 나란히 4개를 병렬로 배치하고 각각의 상기 하측접합부(11123)와 상측접합부(11124)는 접어서 각각의 상기 축열재충전부(1111) 아래에 위치하도록 하여 2번째 잠열축열팩조를 배치하는 제2 잠열축열팩조 배치단계와;
상기 제2 잠열축열팩조 위에 상기 스페이서(12)를 적층하는 제2 스페이서 적층단계와;
상기 제2 스페이서 위에 상기 잠열축열팩(111)을 각각의 상기 축열재충전부(1111)가 서로 접하도록 나란히 4개를 병렬로 배치하고 각각의 상기 하측접합부(11123)와 상측접합부(11124)는 접어서 각각의 상기 축열재충전부(1111) 아래에 위치하도록 하여 세번째 잠열축열팩조를 배치하는 제3 잠열축열팩조 배치단계와;
상기 제1메쉬케이싱(21)과 제3 잠열축열팩조 위에 상기 제2메쉬케이싱(22)을 덮어 상기 축열부(1)의 적층을 완료하는 제2메쉬케이싱 설치단계와;
PP 밴딩기를 사용하여 내부에 상기 축열부(1)가 설치된 상기 메쉬케이싱부(2)를 PP밴드(23)로 좌우 2개소 밴딩하여 상기 축열부(1)와 메쉬케이싱부(2)를 일체화시키는 밴딩단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉난방 잠열축열재 축열모듈의 제조방법
제 6항에 있어서,
상기 제1메쉬케이싱 제조공정은 직경 4mm의 와이어를 504mm 길이의 상기 제1와이어(2111)와, 804mm 길이의 상기 제1보조와이어(2121)로 절단하여 재단하는 와이어 재단단계와;
상기 제1와이어(2111)를 일정 간격으로 배치한 후 상기 제1보조와이어(2121)를 위에 배치하여 메쉬 형태를 만드는 와이어 배치단계와;
자동용접기로 상기 제1와이어(2111)와 제1보조와이어(2121)가 서로 만나는 부분을 자동용접기로 용접하여 접합시켜 평면의 메쉬 형태인 평메쉬로 만드는 와이어 접합단계와;
상기 평메쉬를 상기 제1보조와이어(2121)가 내부로 들어가도록 상부와 하부일 일정길이를 90도로 절곡하는 평메쉬 제1절곡단계로 구성되며,
상기 제2메쉬케이싱 제조공정은 직경 4mm의 와이어를 504mm 길이의 상기 제2와이어(2211)와, 804mm 길이의 상기 제2보조와이어(2221)로 절단하여 재단하는 와이어 재단단계와;
상기 제2와이어(2211)를 일정 간격으로 배치한 후 상기 제2보조와이어(2221)를 위에 배치하여 메쉬 형태를 만드는 와이어 배치단계와;
자동용접기로 상기 제2와이어(2211)와 제2보조와이어(2221)가 서로 만나는 부분을 자동용접기로 용접하여 접합시켜 평면의 메쉬 형태인 평메쉬로 만드는 와이어 접합단계와;
상기 평메쉬를 상기 제2보조와이어(2221)가 외부로 노출되도록 상부와 하부일 일정길이를 90도로 절곡하는 평메쉬 제2절곡단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉난방 잠열축열재 축열모듈의 제조방법