KR101729573B1

KR101729573B1 - 용융염볼을 이용한 축열장치

Info

Publication number: KR101729573B1
Application number: KR1020150177989A
Authority: KR
Inventors: 김동호; 윤석호; 김영; 송찬호; 김욱중; 이공훈; 허필우; 최준석
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2015-12-14
Filing date: 2015-12-14
Publication date: 2017-04-25

Abstract

본 발명은 용융염이 고화되어도 용융염이 채워진 축열조 등과 같은 용기 내부에 용융염이 부착되는 것을 방지하면서 용융염이 채워진 용기의 유지보수를 간편하게 할 수 있는 용융염볼과 이것을 이용한 축열장치에 관한 것이다.
이를 위해 용융염볼은 열원에 의해 가열되는 순환유체에 의해 가열되는 용융염; 및 내부에 상기 용융염이 충진되는 중공의 함체로 이루어지고, 상기 용융염보다 높은 응고점을 가지며, 상기 순환유체에 의해 가열되는 세라믹볼;을 포함하고, 상기 세라믹볼은, 상기 순환유체에 의해 가열되더라도 항상 고체 상태를 유지하며, 상기 용융염은, 응고점 이하의 온도로 내려가더라도 열을 방출한다.

Description

용융염볼을 이용한 축열장치{HEATING STORAGE DEVICE USING MOLTEN SALT BALL}

본 발명은 용융염볼과 이것을 이용한 축열장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 용융염이 고화되어도 용융염이 채워진 축열조 등과 같은 용기 내부에 용융염이 부착되는 것을 방지하면서 용융염이 채워진 용기의 유지보수를 간편하게 할 수 있는 용융염볼과 이것을 이용한 축열장치에 관한 것이다.

일반적으로, 보일러는 가스, 기름 등의 연료를 연소시켜 그 연소열로 물을 가열하거나 전기를 이용하여 물을 가열하여 온수로 만들어 난방을 하거나 욕실 등에 공급하는 장치이며, 그 종류로는 가스보일러, 기름보일러, 전기보일러 등이 있다. 최근에는, 고유가 시대에 열효율을 높이기 위해서 보일러와 집열기를 겸용으로 사용할 수 있는 난방장치가 널리 사용되고 있는 실정이다.

일예로, 선행기술문헌에 따른 난방장치는 난방용기(10) 내부에 용융염(20)을 채운 상태에서 상기 용융염(20)을 가열하고, 가열된 용융염(20)으로부터 열을 전달받은 난방유체(40)를 통해 난방이 이루어지도록 하고 있다. 여기서, 용융염은 고온(200~300도 또는 그 이상)에서 녹는 물질로써, 다양한 열전달매체로 이용된다.

하지만, 종래의 난방용기에는 용융염이 그대로 채워지기 때문에 용융염이 가열되지 않는 경우, 난방용기 내에서 고화되어 난방용기의 유지보수를 어렵게 할 수 있다. 이를 방지하기 위해, 별도의 가열장치로 용융염을 지속적으로 가열하여 난방용기 내에서 고화되지 않도록 하는데, 이때, 가열장치를 가동하기 위한 전력의 소모와 더불어 전기료 및 난방비가 상승되는 문제점을 내포하고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1125836호 (발명의 명칭 : 용융염을 이용한 난방장치, 2012. 03. 28. 공고)

본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 용융염이 고화되어도 용융염이 채워진 축열조 등과 같은 용기 내부에 용융염이 부착되는 것을 방지하면서 용융염이 채워진 용기의 유지보수를 간편하게 할 수 있는 용융염볼과 이것을 이용한 축열장치를 제공함에 있다.

삭제

본 발명에 따른 용융염볼을 이용한 축열장치는 열원에 의해 순환유체를 가열하는 집열부; 상기 집열부에서 가열된 상기 순환유체가 저장되고, 용융염볼이 채워지는 축열조; 가열된 상기 순환유체와 작동기를 동작시키는 작동유체 사이에서 열교환이 이루어지도록 상기 축열조에 저장된 상기 순환유체가 저장되는 열교환기; 상기 열교환기와 상기 집열부 사이에 배치되고, 상기 열교환기를 거친 상기 순환유체가 저장되는 방열조; 상기 집열부, 상기 축열조, 상기 열교환기 및 상기 방열조를 순차적으로 연결하여 상기 순환유체의 순환 경로를 형성하는 순환라인; 상기 순환유체의 순환 경로를 선택하되, 상기 집열부와 상기 축열조를 연결하는 상기 순환라인에 구비되는 제1전환밸브와, 상기 방열조와 상기 집열부를 연결하는 상기 순환라인 또는 상기 열교환기와 상기 방열조를 연결하는 상기 순환라인에 구비되는 제2전환밸브를 포함하는 전환밸브; 및 상기 순환유체가 이동되도록 상기 제1전환밸브와 상기 제2전환밸브를 연결하는 전환라인;을 포함하고, 상기 용융염볼은, 고체와 액체 상태 사이에서 상변화되면서 열원에 의해 가열되는 순환유체의 열을 축열하는 용융염; 및 내부에 상기 용융염이 충진되는 중공의 함체로 이루어지고, 상기 용융염보다 높은 응고점을 가지며, 상기 순환유체에 의해 가열되더라도 항상 고체 상태를 유지하고, 내주면과 외주면 중 적어도 어느 하나에는 요철이 돌출 형성되는 세라믹볼;을 포함하며, 상기 축열조는, 상기 순환유체가 유입되는 입구와 상기 순환유체가 배출되는 출구를 구비하고 상기 순환유체가 저장되는 보관함부와, 상기 보관함부에서 이격된 상태로 상기 보관함부를 감싸 지지하는 보호함부를 포함하고, 상기 보관함부와 상기 보호함부 사이에 형성되는 이격공간에는 상기 용융염볼이 채워진다.

삭제

본 발명에 따른 용융염볼을 이용한 축열장치는 열원에 의해 순환유체를 가열하는 집열부; 가열된 상기 순환유체와 작동기를 동작시키는 작동유체 사이에서 열교환이 일어나도록 상기 집열부에서 가열된 상기 순환유체가 저장되고, 용융염볼이 채워지는 열교환기; 상기 열교환기와 상기 집열부 사이에 배치되고, 상기 열교환기를 거친 상기 순환유체가 저장되는 방열조; 및 상기 집열부, 상기 열교환기 및 상기 방열조를 순차적으로 연결하여 상기 순환유체의 순환 경로를 형성하는 순환라인;을 포함하고, 상기 용융염볼은, 고체와 액체 상태 사이에서 상변화되면서 열원에 의해 가열되는 순환유체의 열을 축열하는 용융염; 및 내부에 상기 용융염이 충진되는 중공의 함체로 이루어지고, 상기 용융염보다 높은 응고점을 가지며, 상기 순환유체에 의해 가열되더라도 항상 고체 상태를 유지하고, 내주면과 외주면 중 적어도 어느 하나에는 요철이 돌출 형성되는 세라믹볼;을 포함하며, 상기 열교환기는, 상기 순환유체가 유입되는 입구와 상기 순환유체가 배출되는 출구를 구비하고 상기 순환유체가 저장되는 보관함부와, 상기 보관함부에서 이격된 상태로 상기 보관함부를 감싸 지지하는 보호함부를 포함하고, 상기 보관함부와 상기 보호함부 사이에 형성되는 이격공간에는 상기 용융염볼이 채워진다.

삭제

본 발명에 따른 용융염볼과 이것을 이용한 축열장치에 따르면, 용융염이 고화되어도 용융염이 채워진 축열조 등과 같은 용기 내부에 용융염이 부착되는 것을 방지하면서 용융염이 채워진 용기의 유지보수를 간편하게 할 수 있다.

또한, 본 발명은 세라믹볼 내부에 용융염이 채워짐에 따라 용융염이 고화되어도 열팽창계수의 차이로 인한 세라믹볼의 파손을 방지하고, 세라믹볼을 매개로 집열부에서 가열된 순환유체와 용융염 사이의 열교환을 안정화시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 축열장치에서의 축열 성능을 향상시키고, 집열부에서 가열된 순환유체와 용융염볼 사이의 열교환을 용이하게 할 수 있다.

또한, 본 발명은 순환유체의 순환에 따라 손실되는 열을 억제 또는 방지하고, 용융염볼의 열을 작동기 측으로 전달하여 작동기의 동작 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 용융염이 고화되는 속도를 지연시키고, 열교환기의 열교환 성능을 향상시켜 작동기의 동작 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 집열부가 작동하지 않는 경우, 순환유체가 순환하는 전체 길이를 최소화시켜 순환유체의 열이 손실되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 축열장치에서 순환하는 열전달매체로써만 순환유체를 사용하고, 순환유체의 열이 용융염볼에 축열되도록 함으로써, 열전달 측면에서 비용 절감효과를 나타낸다.

또한, 본 발명은 용융염의 분해 온도 이상의 고온에서 용융염이 분해됨에 따라 발생하는 부산물들을 방지하고, 용융염에서 발생되는 분해가스가 외부로 배출되는 것을 방지하며, 축열장치가 파손되더라도 손실을 줄일 수 있고, 용융염볼의 재사용이 가능하다.

또한, 본 발명은 축열장치에서 용융염볼을 사용함에 따라 열용량이 증가되고, 용융염볼의 크기를 자유롭게 제작하여 순환유체와의 열교환 성능을 향상시킬 수 있으며, 축열장치에서 외벽을 거쳐 손실되는 열을 효과적으로 보존할 수 있다.

또한, 본 발명은 순환유체의 순환에 따라 용융염볼이 순환라인으로 이동되는 것을 방지하고, 순환라인에서 용융염볼에 의한 막힘을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융염볼을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 축열장치를 도시한 계통도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 축열장치에서 용융염볼의 제1충전상태를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 축열장치에서 용융염볼의 제2충전상태를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 축열장치에서 용융염볼의 제3충전상태를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 축열장치를 도시한 계통도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 축열장치에서 열교환기의 내부를 개략적으로 도시한 부분단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 용융염볼과 이것을 이용한 축열장치의 일 실시예를 설명한다. 이때, 본 발명은 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위해 생략될 수 있다.

지금부터는 본 발명의 일 실시예에 따른 용융염볼에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융염볼을 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용융염볼(10)은 용융염(11)과, 세라믹볼(12)을 포함한다.

상기 용융염(11)은 열원에 의해 가열되는 순환유체에 의해 가열된다. 상기 용융염(11)은 상온에서 고체이고, 고온인 200도 내지 300도 정도 또는 그 이상의 온도에서 녹으면서 액체 상태로 변하여 상기 순환유체의 열을 축열할 수 있다.

상기 세라믹볼(12)은 내부에 상기 용융염(11)이 충진되는 중공의 함체로 이루어진다. 상기 세라믹볼(12)은 구 형상을 나타낼 수 있다. 상기 세라믹볼(12)은 상기 용융염(11)보다 높은 응고점을 가지는 재질로 이루어진다. 상기 세라믹볼(12)은 열원에 의해 가열될 수 있는 최고 온도 이상에서도 고체 상태를 유지하는 것이 바람직하다.

상기 세라믹볼(12)은 상기 용융염(11)과 마찬가지로 상기 순환유체에 의해 가열된다.

이때, 상기 세라믹볼(12)은 상기 순환유체에 의해 가열되더라도 항상 고체 상태를 유지하고, 상기 용융염(11)이 고화되더라도 열팽창계수의 차이에 의해 변형 또는 파손되는 것을 방지할 수 있다. 그리고 상기 용융염(11)은 응고점 이하의 온도에서 고화되더라도 상기 순환유체 또는 후술하는 작동기(500)를 동작시키기 위한 작동유체와 안정적으로 열교환이 이루어질 수 있다.

이때, 상기 세라믹볼(12)의 내주면과 외주면 중 적어도 어느 하나에는 요철부(12a)가 돌출 형성된다. 그러면, 상기 세라믹볼(12)은 상기 용융염(11)과의 접촉면적 또는 상기 순환유체와의 접촉면적을 증가시키고, 열효율을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 용융염볼의 크기를 한정하는 것은 아니고, 육안 식별이 간단한 크기를 나타내도록 한다. 일예로, 상기 용융염볼의 직경은 운동에 사용되는 공의 직경 또는 놀이에 사용되는 구슬의 직경 또는 베어링에 사용되는 구슬의 직경 등 육안으로 식별이 간단한 크기를 나타낼 수 있다.

지금부터는 본 발명의 일 실시예에 따른 축열장치에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 축열장치를 도시한 계통도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 축열장치에서 용융염볼의 제1충전상태를 도시한 단면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 축열장치에서 용융염볼의 제2충전상태를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 축열장치에서 용융염볼의 제3충전상태를 도시한 단면도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 축열장치는 집열부(100)와, 축열조(200)와, 열교환기(300)와, 방열조(400)와, 순환라인(101)을 포함한다.

상기 집열부(100)는 열원에 의해 순환유체를 가열한다. 상기 집열부(100)는 내부에서 상기 순환유체가 순환하도록 중공의 판 형상 또는 중공의 관 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 열원은 별도의 전기에너지를 이용할 수 있지만, 본 발명의 일 실시예에서는 태양열을 이용하는 것으로 설명한다. 일반적으로, 상기 순환유체는 액체 상태이고, 열원에 의해 가열될 수 있는 최고 온도 이상에서도 액체 상태를 유지할 수 있다. 일예로, 상기 순환유체는 상기 세라믹볼(12)에 충진되는 상기 용융염(11)보다 낮은 녹는점을 갖는 용융염으로 이루어지고, 상온에서 고화되지 않으면서 후술하는 순환라인(101)을 따라 안정적으로 순환하도록 한다.

상기 축열조(200)는 상기 집열부(100)에서 가열된 상기 순환유체가 저장된다. 상기 축열조(200)에는 상기 집열부(100) 측의 순환라인(101)이 연결되어 상기 순환유체가 유입되는 입구과 후술하는 열교환기(300) 측의 순환라인(101)이 연결되어 상기 순환유체가 배출되는 출구가 구비된다.

마찬가지로, 후술하는 열교환기(300)와 후술하는 방열조(400)에도 각각 상기 순환유체가 유입되는 입구와 상기 순환유체가 배출되는 출구를 구비한다.

여기서, 상기 축열조(200)의 출구에는 상기 순환유체만 통과하는 여과부(201)가 구비될 수 있다. 상기 여과부(201)는 상기 축열조(200)의 입구에도 구비될 수 있다. 특히, 상기 축열조(200)의 내부에 상기 용융염볼(10)이 채워짐에 따라 상기 여과부(201)는 상기 순환유체만 통과되도록 하여 상기 용융염볼(10)이 상기 출구에서 배출되는 것을 방지할 수 있다.

도시되지 않았지만, 후술하는 열교환기(300) 또는 후술하는 방열조(400)의 내부에 상기 용융염볼(10)이 채워지는 경우, 후술하는 열교환기(300)의 출구 또는 후술하는 방열조(400)의 출구에도 상기 여과부(201)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 여과부(201)는 후술하는 열교환기(300)의 입구 또는 후술하는 방열조(400)의 입구에도 구비될 수 있다.

일예로, 상기 축열조(200)는 도 3에 도시된 바와 같이 단일벽 구조를 갖는 중공의 함체를 나타내고, 상기 축열조(200)의 내부에 상기 용융염볼(10)을 채울 수 있다. 상기 축열조(200)는 상기 입구와 상기 출구가 구비되고, 상기 순환유체가 저장되는 보관함부(210)로 이루어질 수 있다. 그러면, 상기 용융염볼(10)과 상기 순환유체 사이의 열교환을 통해 상기 용융염볼(10)을 가열하게 된다. 상기 축열조(200)는 단일벽 구조 또는 이중벽 구조를 갖는 중공의 함체일 수 있다.

도시되지 않았지만, 후술하는 열교환기(300) 또는 후술하는 방열조(400) 역시 상기 입구와 상기 출구가 구비된 중공의 함체를 나타내고, 후술하는 열교환기(300)의 내부 또는 후술하는 방열조(400)의 내부에 상기 용융염볼(10)을 채울 수 있다.

다른 예로, 상기 축열조(200)는 도 4에 도시된 바와 같이 이중벽 구조를 갖는 중공의 함체를 나타내고, 이중벽 사이에 상기 용융염볼(10)을 채울 수 있다.

좀더 자세하게, 이때, 상기 축열조(200)는 상기 입구와 상기 출구가 구비되고 상기 순환유체가 저장되는 보관함부(210)와, 상기 보관함부(210)에서 이격된 상태로 상기 보관함부(210)를 감싸 지지하는 보호함부(220)를 포함한다. 여기서, 상기 보관함부(210)에는 상기 용융염볼(10)이 채워질 수 있다. 그리고, 상기 보관함부(210)와 상기 보호함부(220) 사이에는 이격공간(230)이 형성된다. 상기 이격공간(230)에는 상기 용융염볼(10)이 충전되어 상기 축열조(200)에서 상기 보관함부(210)와 상기 보호함부(220)를 거쳐 손실되는 열을 효과적으로 보존할 수 있다. 또한, 가열된 상기 용융염볼(10)은 상기 보관함부(210)를 가열하는 역할을 하므로, 상기 순환유체가 용융염인 경우, 상기 순환유체의 온도가 내려가더라도 상기 보관함부(210)의 내부에서 용융염이 고화되는 것을 방지할 수 있다.

도시되지 않았지만, 후술하는 열교환기(300) 또는 후술하는 방열조(400) 역시 이중벽 구조를 나타낼 수 있고, 이중벽 사이에 상기 용융염볼(10)을 채울 수 있다.

또 다른 예로, 상기 축열조(200)는 도 5에 도시된 바와 같이 이중벽 구조를 갖는 중공의 함체를 나타내고, 상기 축열조(200)의 내부와 이중벽 사이에 모두 상기 용융염볼(10)을 채울 수 있다.

도시되지 않았지만, 후술하는 열교환기(300) 또는 후술하는 방열조(400) 역시 이중벽 구조를 나타낼 수 있고, 후술하는 열교환기(300)의 내부와 이중벽 사이에 모두 상기 용융염볼(10)을 채우거나, 후술하는 방열조(400)의 내부와 이중벽 사이에 모두 상기 용융염볼(10)을 채울 수 있다.

상기 열교환기(300)는 상기 축열조(200)에 저장된 상기 순환유체가 저장된다. 상기 열교환기(300)에서는 상기 순환유체와 후술하는 작동기(500)를 동작시키는 작동유체 사이에서 열교환이 이루어지도록 한다. 여기서, 상기 열교환기(300) 내부에는 상술한 용융염볼(10)을 채워 상기 순환유체와 상기 작동유체 사이의 열교환 성능을 향상시킬 수 있다.

상기 방열조(400)는 상기 열교환기(300)를 거친 상기 순환유체가 저장된다. 상기 방열조(400)는 상기 열교환기(300)와 상기 집열부(100) 사이에 구비되어 상기 집열부(100)에 공급되는 상기 순환유체의 버퍼 공간을 형성할 수 있다. 상기 방열조(400)의 내부에도 상술한 용융염볼(10)이 채워짐으로써, 상기 순환라인에 잔류하는 열의 손실을 방지하고, 상기 집열부(100)에서 상기 순환유체의 가열 속도를 향상시킬 수 있다.

상기 순환라인(101)은 상기 집열부(100)와 상기 축열조(200)와 상기 열교환기(300)와 상기 방열조(400)를 순차적으로 연결한다. 이에 따라, 상기 순환라인(101)은 상기 방열조(400)와 상기 집열부(100)를 연결하여 상기 순환유체가 안정적으로 순환할 수 있도록 한다.

결국, 상기 축열조(200)와 상기 열교환기(300)와 상기 방열조(400) 중 적어도 상기 축열조(200)에는 상술한 용융염볼(10)을 채워 가열된 상기 순환유체에서 열의 손실을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 축열장치는 전환밸브(105)와, 전환라인(103)을 더 포함할 수 있다. 상기 전환밸브(105)와 상기 전환라인(103)이 부가됨에 따라 상기 집열부(100)에서 상기 순환유체를 가열하지 않는 경우, 상기 순환유체가 순환되는 전체 길이를 단축시켜 상기 순환유체에 잔류하는 열의 손실을 방지할 수 있다.

상기 전환밸브(105)는 상기 집열부(100)가 동작되지 않는 경우, 상기 순환유체의 순환 경로를 선택하는 것으로, 제1전환밸브(105a)와, 제2전환밸브(105b)로 구분할 수 있다.

상기 제1전환밸브(105a)는 상기 집열부(100)와 상기 축열조(200)를 연결하는 상기 순환라인(101)에 구비된다. 상기 제2전환밸브(105b)는 상기 방열조(400)와 상기 집열부(100)를 연결하는 상기 순환라인(101)에 구비된다. 또한, 상기 제2전환밸브(105b)는 상기 열교환기(300)와 상기 방열조(400)를 연결하는 상기 순환라인(101)에 구비될 수 있다.

상기 전환라인(103)은 상기 순환유체가 이동되도록 상기 제1전환밸브(105a)와 상기 제2전환밸브(105b)를 연결한다. 첫째, 상기 집열부(100)가 동작되지 않는 경우, 상기 순환유체는 상기 전환라인(103)을 통해 상기 축열조(200)와 상기 열교환기(300)와 상기 방열조(400)만을 차례로 이동하면서 순환할 수 있다. 둘째, 상기 집열부(100)가 동작되지 않는 경우, 상기 순환유체는 상기 축열조(200)와 상기 열교환기(300)만을 차례로 이동하면서 순환할 수 있다.

여기서, 상기 집열부(100)가 동작되지 않는 경우, 상기 순환유체의 순환 이동을 위해 별도의 구동수단(미도시)이 구비될 수 있다. 별도의 구동수단(미도시)은 상기 순환라인(101)과 상기 전환라인(103) 중 적어도 어느 하나에 구비될 수 있다.

그리고, 상기 작동유체는 상기 열교환기(300)를 거치면서 가열되고, 가열된 상기 작동유체는 상기 작동기(500)를 동작시킨다. 상기 작동유체는 상온에서 액체 상태이고, 후술하는 작동라인(102)을 따라 안정적으로 순환하도록 하고, 상온에서 고화되지 않는다.

일예로, 상기 작동기(500)는 발전을 위한 터빈으로 구성되어 가열된 상기 작동유체에 의해 동작되도록 한다. 이때, 상기 작동유체는 상온에서 액체이고, 상기 열교환기(300)를 통과함에 따라 기화되고, 기체 상태로 상기 작동기(500)에 공급되어 상기 작동기(500)를 동작시킬 수 있다. 일예로, 상기 작동유체는 물로 이루어질 수 있다.

다른 예로, 상기 작동기(500)는 난방을 위한 난방배관으로 구성되어 가열된 상기 작동유체에 의해 난방을 실시할 수 있다. 또 따른 예로, 상기 작동기(500)는 온수를 위한 온수공급부로 구성되어 상기 작동유체에 의해 온수를 공급할 수 있다. 이때, 상기 작동유체는 상온에서 액체이고, 상기 열교환기(300)를 통과하여도 액체 상태를 유지하면서 상기 작동기(500)에 공급될 수 있다.

상기 작동기(500)를 거친 상기 작동유체는 응축기(600)로 이동되어 응축된다. 그리고 상기 응축기(600)를 거친 상기 작동유체는 다시 상기 열교환기(300)를 거치면서 가열되고, 상술한 작동유체의 순환을 반복할 수 있다.

여기서, 상기 열교환기(300)와 상기 작동기(500)와 상기 응축기(600)는 작동라인(102)에 의해 순차적으로 연결된다. 상기 작동라인(102)은 상기 작동유체의 이동 경로를 형성하는 것으로, 상기 작동유체가 안정적으로 순환할 수 있도록 한다.

지금부터는 본 발명의 다른 실시예에 따른 축열장치에 대하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 축열장치를 도시한 계통도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 축열장치에서 열교환기의 내부를 개략적으로 도시한 부분단면도이다.

도 6과 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 축열장치는 집열부(100)와, 열교환기(300)와, 방열조(400)와, 순환라인(101)을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 축열장치는 본 발명의 일 실시예에 따른 축열장치에서 상기 축열조(200)가 생략되면서 상기 열교환기(300)에 상술한 용융염볼(10)이 채워진다.

좀더 자세하게, 상기 집열부(100)는 열원에 의해 순환유체를 가열한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 집열부(100)는 본 발명의 일 실시예에 따른 집열부(100)와 동일한 구성으로, 이에 대한 설명은 생략한다.

상기 열교환기(300)는 상기 집열부(100)에 의해 가열된 상기 순환유체가 저장된다. 상기 열교환기(300)에서는 상기 순환유체와 후술하는 작동기(500)를 동작시키는 작동유체 사이에서 열교환이 이루어지도록 한다. 여기서, 상기 열교환기(300) 내부에는 상술한 용융염볼(10)을 채워 상기 순환유체와 상기 작동유체 사이의 열교환 성능을 향상시킬 수 있다.

여기서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 축열장치 또한 작동기(500)에 공급되는 상기 작동유체를 가열하기 위한 것이므로, 도 7에 도시된 바와 같이 중공의 함체 형태를 이루는 상기 열교환기(300)에 상기 순환유체가 저장 이동되도록 한다. 그리고 상기 응축기(600)에 연결된 상기 작동라인(102)은 상기 열교환기(300)의 일측에서 작은 직경의 배관으로 하나 이상이 분기되어 상기 열교환기(300)를 관통한다. 그리고, 작은 직경으로 분기된 배관은 상기 열교환기(300)의 타측에서 돌출되어 상기 작동기(500)에 연결된 상기 작동라인(102)에 연결된다. 그러면, 상기 응축기(600)에서 배출되는 상기 작동유체는 작은 직경의 배관을 통과하면서 상기 열교환기(300)에서 가열되고, 가열된 상기 작동유체는 상기 작동기(500)에 공급된다.

상기 열교환기(300)에는 상기 집열부(100) 측의 순환라인(101)이 연결되어 상기 순환유체가 유입되는 입구과 후술하는 방열조(400) 측의 순환라인(101)이 연결되어 상기 순환유체가 배출되는 출구가 구비된다.

마찬가지로, 후술하는 방열조(400)에도 상기 순환유체가 유입되는 입구와 상기 순환유체가 배출되는 출구를 구비한다.

여기서, 상기 열교환기(300)의 출구에는 상기 순환유체만 통과하는 여과부(201)가 구비될 수 있다. 상기 여과부(201)는 상기 축열조(200)의 입구에도 구비될 수 있다. 특히, 상기 축열조(200)의 내부에 상기 용융염볼(10)이 채워짐에 따라 상기 여과부(201)는 상기 순환유체만 통과되도록 하여 상기 용융염볼(10)이 상기 출구에서 배출되는 것을 방지할 수 있다.

도시되지 않았지만, 후술하는 방열조(400)의 출구에도 상기 여과부(201)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 여과부(201)는 후술하는 방열조(400)의 입구에도 구비될 수 있다.

일예로, 상기 열교환기(300)는 상기 입구와 상기 출구가 구비된 중공의 함체를 나타내고, 상기 열교환기(300)의 내부에 상기 용융염볼(10)을 채울 수 있다. 그러면, 상기 용융염볼(10)과 상기 순환유체 사이의 열교환을 통해 상기 용융염볼(10)을 가열하게 된다. 상기 열교환기(300)는 단일벽 구조 또는 이중벽 구조를 갖는 중공의 함체일 수 있다.

도시되지 않았지만, 후술하는 방열조(400) 역시 상기 입구와 상기 출구가 구비된 중공의 함체를 나타내고, 후술하는 방열조(400)의 내부에 상기 용융염볼(10)을 채울 수 있다.

다른 예로, 상기 열교환기(300)는 이중벽 구조를 갖는 중공의 함체를 나타내고, 이중벽 사이에 상기 용융염볼(10)을 채울 수 있다. 이에 따라, 가열된 상기 용융염볼(10)은 상기 보관함부(210)를 가열하는 역할을 하므로, 상기 순환유체가 용융염인 경우, 상기 순환유체의 온도가 내려가더라도 상기 보관함부(210)의 내부에서 용융염이 고화되는 것을 방지할 수 있다.

도시되지 않았지만, 후술하는 방열조(400) 역시 이중벽 구조를 나타낼 수 있고, 이중벽 사이에 상기 용융염볼(10)을 채울 수 있다.

또 다른 예로, 상기 열교환기(300)는 이중벽 구조를 갖는 중공의 함체를 나타내고, 상기 열교환기(300)의 내부와 이중벽 사이에 모두 상기 용융염볼(10)을 채울 수 있다.

도시되지 않았지만, 후술하는 방열조(400) 역시 이중벽 구조를 나타낼 수 있고, 후술하는 방열조(400)의 내부와 이중벽 사이에 모두 상기 용융염볼(10)을 채울 수 있다.

상기 방열조(400)는 상기 열교환기(300)를 거친 상기 순환유체가 저장된다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열조(400)는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열조(400)와 동일한 구성으로 이에 대한 설명은 생략한다.

상기 순환라인(101)은 상기 집열부(100)와 상기 열교환기(300)와 상기 방열조(400)를 순차적으로 연결한다. 이에 따라, 상기 순환라인(101)은 상기 방열조(400)와 상기 집열부(100)를 연결하여 상기 순환유체가 안정적으로 순환할 수 있다.

결국, 상기 열교환기(300)와 상기 방열조(400) 중 적어도 상기 열교환기(300)에는 상술한 용융염볼(10)을 채워 가열된 상기 순환유체에서 열의 손실을 방지할 수 있다.

여기서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 축열장치는 차단밸브(106)를 더 포함할 수 있다. 상기 차단밸브(106)는 상기 열교환기(300) 양측에 각각 구비되어 상기 순환유체의 순환 경로를 선택한다. 상기 차단밸브(106)가 부가됨에 따라 상기 집열부(100)가 동작되지 않는 경우, 가열된 상기 순환유체가 상기 열교환기(300)에 머물도록 하여 상기 순환유체에 잔류하는 열의 손실을 방지할 수 있다.

도시되지 않았지만, 본 발명의 다른 실시예에 따른 축열장치는 본 발명의 일 실시예에 따른 축열장치와 마찬가지로 상기 전환밸브(105)와, 상기 전환라인(103)을 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 전환밸브(105)는 상기 집열부(100)가 동작되지 않는 경우, 상기 순환유체의 순환 경로를 선택하는 것으로, 제1전환밸브(105a)와, 제2전환밸브(105b)로 구분할 수 있다.

그러면, 상기 제1전환밸브(105a)는 상기 집열부(100)와 상기 열교환기(300)를 연결하는 상기 순환라인(101)에 구비된다. 상기 제2전환밸브(105b)는 상기 방열조(400)와 상기 집열부(100)를 연결하는 상기 순환라인(101)에 구비된다. 또한, 상기 제2전환밸브(105b)는 상기 열교환기(300)와 상기 방열조(400)를 연결하는 상기 순환라인(101)에 구비될 수 있다.

상술한 용융염볼과 이것을 이용한 축열장치에 따르면, 상기 용융염(11)이 고화되어도 상기 용융염(11)이 채워진 상기 축열조(200) 등과 같은 용기 내부에 상기 용융염(11)이 부착되는 것을 방지하면서 상기 용융염(11)이 채워진 용기의 유지보수를 간편하게 할 수 있다. 또한, 상기 세라믹볼(12) 내부에 상기 용융염(11)이 채워짐에 따라 상기 용융염(11)이 고화되어도 열팽창계수의 차이로 인한 상기 세라믹볼(12)의 파손을 방지하고, 상기 세라믹볼(12)을 매개로 상기 집열부(100)에서 가열된 상기 순환유체와 상기 용융염(11) 사이의 열교환을 안정화시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 축열장치에서의 축열 성능을 향상시키고, 상기 집열부(100)에서 가열된 상기 순환유체와 상기 용융염볼(10) 사이의 열교환을 용이하게 할 수 있다. 또한, 상기 순환유체의 순환에 따라 손실되는 열을 억제 또는 방지하고, 상기 용융염볼(10)의 열을 상기 작동기(500) 측으로 전달하여 상기 작동기(500)의 동작 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 용융염(11)이 고화되는 속도를 지연시키고, 상기 열교환기(300)의 열교환 성능을 향상시켜 상기 작동기(500)의 동작 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 집열부(100)가 작동하지 않는 경우, 상기 순환유체가 순환하는 전체 길이를 최소화시켜 상기 순환유체의 열이 손실되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 축열장치에서 순환하는 열전달매체로써만 상기 순환유체를 사용하고, 상기 순환유체의 열이 상기 용융염볼(10)에 축열되도록 함으로써, 열전달 측면에서 비용 절감효과를 나타낸다.

또한, 용융염의 분해 온도 이상의 고온에서 상기 용융염(11)이 분해됨에 따라 발생하는 부산물들을 방지하고, 용융염에서 발생되는 분해가스가 외부로 배출되는 것을 방지하며, 축열장치가 파손되더라도 손실을 줄일 수 있고, 상기 용융염볼(10)의 재사용이 가능하다.

또한, 축열장치에서 상기 용융염볼(10)을 사용함에 따라 열용량이 증가되고, 상기 용융염볼(10)의 크기를 자유롭게 제작하여 상기 순환유체와의 열교환 성능을 향상시킬 수 있으며, 축열장치에서 외벽을 거쳐 손실되는 열을 효과적으로 보존할 수 있다.

또한, 상기 순환유체의 순환에 따라 상기 용융염볼(10)이 상기 순환라인(101)으로 이동되는 것을 방지하고, 상기 순환라인(101)에서 상기 용융염볼(10)에 의한 막힘을 방지할 수 있다.

상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.

10: 용융염볼 11: 용융염 12: 세라믹볼
12a: 요철부 101: 순환라인 102: 작동라인
103: 전환라인 105: 전환밸브 105a: 제1전환밸브
105b: 제2전환밸브 106: 차단밸브 100: 집열부
200: 축열조 201: 여과부 210: 보관함부
220: 보호함부 230: 이격공간 300: 열교환기
400: 방열조 500: 작동기 600: 응축기

Claims

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열원에 의해 순환유체를 가열하는 집열부;
상기 집열부에서 가열된 상기 순환유체가 저장되고, 용융염볼이 채워지는 축열조;
가열된 상기 순환유체와 작동기를 동작시키는 작동유체 사이에서 열교환이 이루어지도록 상기 축열조에 저장된 상기 순환유체가 저장되는 열교환기;
상기 열교환기와 상기 집열부 사이에 배치되고, 상기 열교환기를 거친 상기 순환유체가 저장되는 방열조;
상기 집열부, 상기 축열조, 상기 열교환기 및 상기 방열조를 순차적으로 연결하여 상기 순환유체의 순환 경로를 형성하는 순환라인;
상기 순환유체의 순환 경로를 선택하되, 상기 집열부와 상기 축열조를 연결하는 상기 순환라인에 구비되는 제1전환밸브와, 상기 방열조와 상기 집열부를 연결하는 상기 순환라인 또는 상기 열교환기와 상기 방열조를 연결하는 상기 순환라인에 구비되는 제2전환밸브를 포함하는 전환밸브; 및
상기 순환유체가 이동되도록 상기 제1전환밸브와 상기 제2전환밸브를 연결하는 전환라인;을 포함하고,
상기 용융염볼은,
고체와 액체 상태 사이에서 상변화되면서 열원에 의해 가열되는 순환유체의 열을 축열하는 용융염; 및
내부에 상기 용융염이 충진되는 중공의 함체로 이루어지고, 상기 용융염보다 높은 응고점을 가지며, 상기 순환유체에 의해 가열되더라도 항상 고체 상태를 유지하고, 내주면과 외주면 중 적어도 어느 하나에는 요철이 돌출 형성되는 세라믹볼;을 포함하며,
상기 축열조는, 상기 순환유체가 유입되는 입구와 상기 순환유체가 배출되는 출구를 구비하고 상기 순환유체가 저장되는 보관함부와, 상기 보관함부에서 이격된 상태로 상기 보관함부를 감싸 지지하는 보호함부를 포함하고,
상기 보관함부와 상기 보호함부 사이에 형성되는 이격공간에는 상기 용융염볼이 채워지는 것을 특징으로 하는 용융염볼을 이용한 축열장치.
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열원에 의해 순환유체를 가열하는 집열부;
가열된 상기 순환유체와 작동기를 동작시키는 작동유체 사이에서 열교환이 일어나도록 상기 집열부에서 가열된 상기 순환유체가 저장되고, 용융염볼이 채워지는 열교환기;
상기 열교환기와 상기 집열부 사이에 배치되고, 상기 열교환기를 거친 상기 순환유체가 저장되는 방열조; 및
상기 집열부, 상기 열교환기 및 상기 방열조를 순차적으로 연결하여 상기 순환유체의 순환 경로를 형성하는 순환라인;을 포함하고,
상기 용융염볼은,
고체와 액체 상태 사이에서 상변화되면서 열원에 의해 가열되는 순환유체의 열을 축열하는 용융염; 및
내부에 상기 용융염이 충진되는 중공의 함체로 이루어지고, 상기 용융염보다 높은 응고점을 가지며, 상기 순환유체에 의해 가열되더라도 항상 고체 상태를 유지하고, 내주면과 외주면 중 적어도 어느 하나에는 요철이 돌출 형성되는 세라믹볼;을 포함하며,
상기 열교환기는, 상기 순환유체가 유입되는 입구와 상기 순환유체가 배출되는 출구를 구비하고 상기 순환유체가 저장되는 보관함부와, 상기 보관함부에서 이격된 상태로 상기 보관함부를 감싸 지지하는 보호함부를 포함하고,
상기 보관함부와 상기 보호함부 사이에 형성되는 이격공간에는 상기 용융염볼이 채워지는 것을 특징으로 하는 용융염볼을 이용한 축열장치.
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