KR101798770B1 - 모세 유관을 이용한 열 저장장치 - Google Patents

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임재한
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Abstract

하우징(300)과 그 내측에 열 교환 모듈(100) 및 온수 모듈(200)을 포함하는 열 저장장치에 있어서, 상기 열 교환 모듈(100)은, 가열된 제 1 열 매체가 유입되는 제 1 공급관(110)과 유입된 제 1 열 매체가 배출되는 제 1 배출관(120)을 포함하며, 상기 제 1 공급관(110)과 상기 제 1 배출관(120)은 다수의 제 1 연결 배관(130)에 의해 연결되고, 상기 온수 모듈(200)은, 시수가 유입되는 제 2 공급관(210)과 유입된 시수가 배출되는 제 2 배출관(220)을 포함하며, 상기 제 2 공급관(210)과 상기 제 2 배출관(220)은 다수의 제 2 연결 배관(230)에 의해 연결되고, 상기 하우징(300)의 내측에서 상기 열 교환 모듈(100) 및 상기 온수 모듈(200)은 상호 교차하도록 나선형으로 말려서 이중나선을 형성하며, 상기 하우징(300)과 상기 가열 모듈(100) 및 상기 온수 모듈(200)의 사이에 형성되는 공간인 축열부(310)에 하나 이상의 캡슐화된 상변화물질(PCM: Phase Change Material)(311)이 삽입되고, 상기 제 1 열 매체와 상기 시수가 열 교환하는 열 저장장치를 제공한다.

Description

모세 유관을 이용한 열 저장장치{Thermal storage device using capillary tube}
본 발명은 모세 유관을 이용한 열 저장장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 열 저장장치 내에 모세 유관을 포함하는 열 교환 모듈과 온수 모듈이 위치하여, 컴팩트해진 열 저장장치로 인해 적은 설치공간에도 설치 가능하고, 열 효율이 우수한 열 저장장치에 관한 것이다.
난방 및 온수 공급 등을 목적으로 사용되고 있는 열 저장장치는 주로 연탄, 기름, 가스 및 전기 등의 연료에 의한 열원을 사용하는 형태로 개발되어 현재까지도 널리 사용되고 있다.
그러나 화석연료의 고갈이 심화되고, 대체 에너지 자원의 필요성이 높아지면서, 그 일환으로 대체 에너지에 의한 열원을 사용하는 열 저장장치가 개발되었다.
그 중 태양 에너지는 시간과 기후조건에 따라 취득할 수 있는 열 에너지가 시시각각 변화하기 때문에 태양 열에너지의 수요와 공급 사이에 발생하는 시간적 지연을 극복하여 열에너지를 효율적으로 사용하기 위해서는 열 저장장치의 통합 적용이 매우 중요하다. 즉, 태양열을 이용한 열 저장장치에서는 시시각각 변하는 태양열에너지를 집열하여 저장하였다가 유용한 형태의 열에너지로 균일하게 건물에 전달되어 급탕 또는 난방온수로 사용되어야 한다.
일반적으로 국내외 저온 태양열 시스템에서는 물을 열 저장매체로 이용하는데, 공기식 태양열 시스템의 경우는 자갈 등의 축열재를 이용하기도 한다. 또한 축열방법은 크게 현열축열과 잠열축열로 나눌 수 있는데, 현열축열은 물질의 온도상승을 이용하는 방법으로서 물, 모래, 자갈 등에 축열하는 일반적인 축열방법이고, 잠열축열은 특정 온도범위에서 큰 축열밀도를 가지는 상변화물질(PCM)의 융해열, 즉 잠열을 이용하여 축열하는 방법으로 특정 온도범위에서의 축열량이 현열축열에 비하여 매우 크다.
최근에는 열 저장장치의 설치공간을 줄이고, 열사용효율을 높이기 위해 잠열축열방식의 축열시스템을 통한 열에너지의 효율적인 저장, 활용 및 소형화에 관해 다양한 연구가 진행되고 있다. 잠열축열 방식의 경우 잠열을 이용한 열에너지 저장을 통해 설치공간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 잉여 열에너지를 회수하고, 에너지의 공급과 수요의 시간적 불일치 및 에너지 손실량을 감소하여 열사용효율을 높이는 등의 장점을 가지고 있다. 이에 최근에는 열 효율이 높은 잠열 축열 방식이 보다 널리 연구 개발되는 추세이다.
잠열 축열 방식의 열 저장장치는 잉여 열 에너지를 회수하고, 에너지의 공급과 수요의 시간적 불일치 및 에너지 손실량을 감소시킴으로써, 현열 축열 방식의 열 저장장치보다 상대적으로 높은 열 효율을 갖게 된다는 장점이 있다.
그러나 잠열 축열 방식의 태양열 시스템에 구비되는 열 저장장치의 경우, 열 매체와 축열재의 열 교환이 필요하기에, 높은 열 효율을 이루기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
한편, 잠열 축열 방식의 태양열 시스템에 구비되는 열 저장장치는 시간에 따른 축열 및 방열 성능을 효과적으로 설계하는 것이 필요하고, 과냉 또는 과열의 문제, 별도의 설치공간이 필요하다는 단점이 있다.
KR　1999-0012206　A KR　1994-0007501　A KR　1443533　B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것이다.
본 발명은, 잠열 축열 방식의 문제점을 해소한 열 효율이 좋은 열 저장장치를 제공하고자 한다.
예를 들어, 날씨와 시간에 따라 발생할 수 있는 과냉 현상 및 과열 문제를 해결한 열 저장장치를 제공하고자 한다.
또한, 적은 공간에도 설치될 수 있는 열 저장장치를 제공하고자 한다.
또한, 유입되는 열 매체에 따라 열의 저장용량 및 효율을 조절할 수 있는 열 저장장치를 제공하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 하우징(300)과 그 내측에 열 교환 모듈(100) 및 온수 모듈(200)을 포함하는 열 저장장치에 있어서, 상기 열 교환 모듈(100)은, 가열된 제 1 열 매체가 유입되는 제 1 공급관(110)과 유입된 제 1 열 매체가 배출되는 제 1 배출관(120)을 포함하며, 상기 제 1 공급관(110)과 상기 제 1 배출관(120)은 다수의 제 1 연결 배관(130)에 의해 연결되고, 상기 온수 모듈(200)은, 시수가 유입되는 제 2 공급관(210)과 유입된 시수가 배출되는 제 2 배출관(220)을 포함하며, 상기 제 2 공급관(210)과 상기 제 2 배출관(220)은 다수의 제 2 연결 배관(230)에 의해 연결되고, 상기 하우징(300)의 내측에서 상기 열 교환 모듈(100) 및 상기 온수 모듈(200)은 상호 교차하도록 나선형으로 말려서 이중나선을 형성하며, 상기 하우징(300)과 상기 가열 모듈(100) 및 상기 온수 모듈(200)의 사이에 형성되는 공간인 축열부(310)에 하나 이상의 캡슐화된 상변화물질(PCM: Phase Change Material)(311)이 삽입되고, 상기 제 1 열 매체와 상기 시수가 열 교환하는 열 저장장치를 제공한다.
또한, 상기 제 1 연결 배관(130) 및 상기 제 2 연결 배관(230)은 모세 유관인 것이 바람직하다.
또한, 상기 캡슐화된 상변화물질(311)은 파이프에 의해 캡슐화 된 것이 바람직하다.
또한, 상기 캡슐화된 상변화물질(311)이 삽입된 상기 축열부(310)에 축열재가 충진되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가열된 제 1 열 매체는 태양열 집열기(400)에 의해 가열된 제 2 열 매체와 열 교환기(450)에서 열 교환 됨으로써 가열된 것이 바람직하다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예로, 상기 제 1 공급관(110)은, 상기 제 1 공급관(110)의 상부에서 수평으로 연장되는 채널 밸브(115); 일측이 상기 제 1 공급관(110)의 일 지점에 연결되고, 타측이 상기 채널 밸브(115)와 연결되는 제 1 라인(111); 및 일측이 상기 제 1 라인(111)의 일 지점에 연결되고, 타측이 상기 채널 밸브(115)와 연결되는 제 2 라인(112)을 포함하여, 상기 채널 밸브(115)의 제어에 따라 상기 제 1 열 매체가 상기 제 1 공급관(110), 상기 제 1 라인(111) 또는 상기 제 2 라인(112)에 공급되고, 상기 제 2 라인(112)의 길이 보다 상기 제 1 라인(111)의 길이가 길고, 상기 제 1 라인(111)의 길이 보다 상기 제 1 공급관(110)의 길이가 긴 열 저장장치를 제공한다.
또한, 상기 채널 밸브(115)는 상기 제 1 공급관(110)으로 유입된 상기 제 1 열 매체를 바이패스시키며, 상기 제 1 공급관(110)으로 유입된 상기 제 1 열 매체는 상기 제 1 라인(111) 또는 상기 제 2 라인(112)으로 바이패스되거나, 바이패스되지 않고 상기 제 1 공급관(110)의 하부로 유동되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 채널 밸브(115)의 제어에 따라, 상기 제 1 열 매체에 의해 상기 열 저장장치에 축열되는 면적이 상이해지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 공급관(110)으로 유입된 상기 제 1 열 매체가, 바이패스되지 않는 경우보다, 상기 제 1 라인(111)으로 바이패스 되는 경우에 상기 열 저장장치에 축열되는 면적이 크고, 상기 제 1 라인(111)으로 바이패스 되는 경우보다, 상기 제 2 라인(112)으로 바이패스 되는 경우에 상기 열 저장장치에 축열되는 면적이 큰 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 공급관(110)으로 유입된 상기 제 1 열 매체가, 상기 제 1 공급관(110)의 하부로 유동되는 경우, 상기 제 1 공급관(110)의 상기 일 지점부터 그 하부에 연결된 상기 제 1 연결배관(130)에 상기 제 1 열 매체가 공급되고, 상기 제 1 라인(111)으로 바이패스 되는 경우, 상기 제 1 라인(111)의 상기 일 지점부터 그 하부 및 상기 제 1 공급관(110)의 상기 일 지점부터 그 하부에 연결되는 상기 제 1 연결배관(130)에 상기 제 1 열 매체가 공급되며, 상기 제 2 라인(112)으로 바이패스 되는 경우, 상기 제 2 라인(112), 상기 제 1 라인(111)의 상기 일 지점부터 그 하부 및 상기 제 1 공급관(110)의 상기 일 지점부터 그 하부에 연결되는 상기 제 1 연결배관(130)에 상기 제 1 열 매체가 공급되는 것이 바람직하다.
본 발명 따른 모세 유관을 사용하는 열 저장장치는 우수한 구조로 인해 높은 열 효율을 갖는다.
그 구조로 인해, 날씨와 시간에 의해 발생할 수 있는 과냉 현상 및 과열 현상을 해소되어 안정적인 난방을 제공할 수 있게 된다.
또한, 열 저장장치가 모듈 형식으로 구성되기 때문에, 적은 공간에도 설치 가능하여, 공간활용도가 우수하다.
또한, 유입되는 열 매체에 포함된 열원의 특성에 따라 열 저장용량 및 효율을 조절할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 열 교환 모듈이 도시된다.
도 2는, 본 발명에 따른 온수 모듈이 도시된다.
도 3은, 본 발명에 따른 열 저장장치의 개략도가 도시된다.
도 4는, 본 발명에 따른 열 저장장치의 바람직한 예가 도시된다.
도 5는, 본 발명에 따른 열 저장장치가 적용된 태양열 시스템의 개략도가 도시된다.
도 6은, 본 발명에 따른 열 저장장치의 제 2 실시예에 따른 열 교환 모듈의 사시도이다.
도 7은, 본 발명에 따른 열 저장장치의 제 2 실시예가 도시된다.
도 8은, 본 발명에 따른 열 저장장치의 제 2 실시예의 관련도가 도시된다.
본 발명에서 "태양열 집열기(400)"는 태양열을 집열하기 위한 기기로, 온수 코일이 포함된 태양열 집열기라면 모두 해당될 수 있다.
또한, 본 발명의 "태양열 집열기(400)"는 사용자의 설계에 따라 공기열원, 지열원, 수열원 등 다양한 열원을 집열할 수 있는 집열기로 대체될 수 있다.
본 발명에서 "난방 시설(500)"는 열 저장장치에서 배출되는 온수가 사용되는 시설이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 모세 유관을 이용한 열 저장장치를 상세히 설명한다. 여기에서, 본 발명을 이루는 구성요소들은 필요에 따라 일체형으로 사용되거나 각각 분리되어 사용될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용 가능하다. 본 발명의 형태 및 구성요소의 개수에 있어서도 다양한 변형이 가능하다.
본 발명에 따른 열 저장장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.
본 명세서에서 일 실시예에 해당되는 구성요소들을 모두 포함하거나, 이외의 특징들을 구비하는 다른 형태의 열 저장장치도 용이하게 도출 가능할 것임이 이해되어야 한다.
열 저장장치의 제 1 실시예
도 1 내지 도 5를 참조하여 제 1 실시예에 따른 열 저장장치를 설명한다.
본 발명에 따른 태양열 시스템용 축열조는 열 교환 모듈(100), 온수 모듈(200) 및 하우징(300)을 포함한다.
도 1을 참조하여 열 교환 모듈(100)을 상세히 설명한다.
열 교환 모듈(100)은 후술할 온수 모듈(200)의 시수와 열 교환할 수 있는 제 1 열 매체가 수용되어 유동하는 모듈로, 제 1 공급관(110), 제 1 배출관(120) 및 제 1 연결배관(130)을 포함한다.
제 1 공급관(110)을 통해 열 교환기(450)에 의해 가열된 제 1 열 매체가 열 교환 모듈(100)로 유입된다.
제 1 배출관(120)을 통해 제 1 공급관(110)에 의해 유입된 제 1 열 매체가, 열 교환 모듈(100)의 외부로 배출되어 열 교환기(450)로 재공급된다.
제 1 연결 배관(130)은 다수 개로 구성되어, 제 1 공급관(110)과 제 1 배출관(120)을 연결한다.
또한, 제 1 연결 배관(130)은 모세 유관으로 형성되며, 제 1 지지부재(131)를 포함한다.
제 1 연결 배관(130)은 모세 유관으로 형성되어 열 교환 모듈(100)이 모세유관 매트를 이루게 되며, 종래의 열 교환 모듈에 비해 약 15% 정도의 추가적인 공간확보가 가능하다. 또한, 모세유관 매트는 내구성이 탁월하기 때문에 최소의 비용으로 관리 및 보수가 가능하다.
제 1 지지 부재(131)는 미세한 모세 유관의 엉킴을 방지하고 지지하기 위한 구성이다.
이러한 구조로서, 열 교환기(450)에 의해 가열된 제 1 열 매체가 열 교환 모듈(100)의 제 1 공급관(110)으로 유입되고, 유입된 제 1 열 매체가 다수의 제 1 연결 배관(130)으로 이송되고, 다수의 제 1 연결 배관(130)을 통과한 제 1 열 매체는 제 1 배출관(120)으로 배출된다.
도 2를 더 참조하여 온수 모듈(200)을 상세히 설명한다.
온수 모듈(200)은 열 교환 모듈(100)의 제 1 열 매체의 열을 전달받아 가열될 수 있는 시수가 수용되어 유동하는 모듈로, 제 2 공급관(210), 제 2 배출관(220) 및 제 2 연결 배관(230)을 포함한다.
제 2 공급관(210)을 통해 외부의 시수가 온수 모듈(200)로 유입된다.
제 2 배출관(220)을 통해 제 2 공급관(210)에 의해 유입된 시수가 제 1 열 매체와 열 교환되어 가열된 후 온수 모듈(200) 외부로 배출된다. 온수 모듈(200)의 외부로 배출된 온수는 난방 시설(500) 또는 온수 사용처로 공급된다.
제 2 연결 배관(230)은 다수 개로 구성되어, 제 2 공급관(210)과 제 2 배출관(220)을 연결한다.
또한, 제 2 연결 배관(230)은 모세 유관으로 형성되며, 제 2 지지부재(231)를 포함한다.
제 2 지지 부재(231)는 미세한 모세 유관의 엉킴을 방지하고 지지하기 위한 구성이다.
제 2 연결 배관(230) 내를 시수가 통과할 때, 시수는 열 교환 모듈(100)의 제 1 열 매체와 열 교환하며 가열된다.
이러한 구조로서, 외부에서 공급된 시수가 온수 모듈(200)의 제 2 공급관(210)으로 유입되고, 유입된 시수가 다수의 제 2 연결 배관(230)으로 이송되고, 다수의 제 2 연결 배관(230)을 통과하며 열 교환되어 가열된 시수(온수)는 제 2 배출관(220)으로 배출된다.
도 3 내지 도 4를 더 참조하여 본 발명에 따른 열 저장장치의 결합에 대하여 상세히 설명한다.
열 교환 모듈(100) 및 온수 모듈(200)의 제 1 연결 배관(130) 및 제 2 연결 배관(230)이 모세 유관으로 형성되어 있기에, 전체적으로 플렉시블하다.
이에 따라, 열 교환 모듈(100) 및 온수 모듈(200)이 상호 교차하도록 나선형으로 말려서 이중나선으로 형성된 후 하우징(300)에 내장된다. 하우징(300)은 단열재로 형성되어 보온한다.
축열부(310)는 열 교환 모듈(100), 온수 모듈(200) 및 하우징(300)의 결합구조에 의해 형성되는 공간으로, 하나 이상의 캡슐화된 상변화물질(PCM)(311)이 삽입된다.
캡슐화된 상변화물질(311)은 바람직하게는 파이프에 의해 캡슐화될 수 있으며, 이외에도 상변화물질을 수용할 수 있는 구성이라면 이를 이용하여 캡슐화하여도 무방하다.
축열부(310)에 삽입되는 하나 이상의 캡슐화된 상변화물질(311)은 높은 잠열 밀도와 열 전달률의 열적 특성을 가지는 물질이라면 종류는 크게 한정되지 않으나, 바람직하게는 상변화온도가 65℃인 물질일 수 있다. 이는, 태양열 집열기(400)에 의해 공급될 수 있는 열 매체 온도가 60~70℃이기 때문이다.
또한, 축열부(310)에 캡슐화된 상변화물질(311)이 삽입된 후의 공간에 축열재가 충진 된다.
축열부(310)에 사용되는 축열재는 자갈 및 모래일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 5를 더 참조하여, 본 발명의 열 저장장치가 적용된 태양열 시스템의 동작에 대하여 주간과 야간의 경우로 구분하여 설명한다.
먼저, 열 교환기(450)는 태양열 집열기(400)에 의해 가열된 고온의 제 2 열 매체와 열 교환 모듈(100)에서 공급된 제 1 열 매체를 수용하여, 제 2 열 매체와 제 1 열 매체 각각을 열 교환 시킨다.
열 교환기(450)에 수용된 제 2 열 매체와의 열 교환에 의해 제 1 열 매체가 가열되며, 가열된 제 1 열 매체는 열 교환 모듈(100)로 재공급된다.
주간의 경우, 태양열 집열기(400)에서 가열된 제 2 열 매체가 열 교환기(450)로 공급된다.
열 교환기(450)로 공급된 제 2 열 매체는 열 교환 모듈(100)에서 공급된 제 1 열 매체와 열 교환한 후 태양열 집열기(400)로 재공급된다.
열 교환 모듈(100)에서의 열 교환으로 인해 가열된 제 1 열 매체는 제 1 공급관(110)을 통해 열 교환 모듈(100)로 공급되고, 공급된 제 1 열 매체는 다수의 제 1 연결 배관(130)으로 분배된다.
제 1 열 매체가 제 1 연결 배관(130)을 통과할 때, 제 1 열 매체의 열 에너지가 축열부(310)에 위치한 캡슐화된 상변화물질(311)에 축열되는 동시에, 다른 일부의 열 에너지는 온수 모듈(200)의 시수와 열 교환한다.
제 1 연결 배관(130)을 통과한 제 1 열 매체는 제 1 배출관(120)을 통해 열 교환기(450)로 재공급된다.
달리 표현하면, 외부에서 공급된 시수가 제 2 공급관(210)을 통해 온수 모듈(200)로 공급되고, 공급된 시수는 제 2 연결 배관(230)으로 분배된다.
시수는 제 2 연결 배관(230)을 통과하며 열 교환 모듈(100)의 제 1 열 매체와의 열 교환에 의해 가열되고, 가열된 시수(온수)는 제 2 배출관(220)을 통해 배출되어 난방 시설(500) 또는 온수 사용처로 공급된다.
야간 또는 태양열이 충분하지 않은 경우(예를 들어, 흐린 날씨), 태양열 집열기(400)를 통해 열 매체가 가열될 수 없다.
이 경우, 제 2 공급관(210)을 통해 온수 모듈(200)로 공급된 시수는 제 2 연결 배관(230)으로 분배되어 통과할 때, 축열부(310)에 위치한 캡슐화된 상변화물질(311)의 잠열 에너지로 인하여 열 교환하여 가열된다. 가열된 시수(온수)는 다시 제 2 배출관(220)을 통해 배출되어 난방 시설(500) 또는 온수 사용처로 재공급된다.
열 저장장치의 제 2 실시예
도 6 및 도 7을 더 참조하여 제 2 실시예에 따른 열 저장장치를 설명한다.
제 2 실시예의 경우, 열 교환 모듈(100)만 상이하므로, 열 교환 모듈(100)을 중심으로 설명한다.
즉, 제 1 실시예의 경우, 열 교환 모듈(100)과 온수 모듈(200)의 구성이 동일하나, 제 2 실시예의 경우, 열 교환 모듈(100)의 구성이 온수 모듈(200)의 구성과 상이하다.
제 2 실시예에 따른 열 교환 모듈(100)은 제 1 라인(111), 제 2 라인(112) 및 채널 밸브(115)를 더 포함한다.
채널 밸브(115)는 제 1 공급관(110)으로 공급된 제 1 열 매체의 채널을 조절할 수 있는 밸브로, 제 1 열 매체를 공급받는 제 1 공급관(110)의 상부에서 수평으로 연장되어 위치한다.
채널 밸브(115)는 제 1 공급관(110)으로 유입된 제 1 열 매체를 제 1 라인(111) 또는 제 2 라인(112)으로 바이패스 시킨다.
제 1 공급관(110)으로 유입된 제 1 열 매체가 바이패스되지 않을 경우, 유입된 제 1 열 매체는 제 1 공급관(110)의 내측에서 유동된다.
제 1 라인(111)은 일측이 제 1 공급관(110)의 일 지점과 연결되고, 타측이 채널 밸브(115)와 연결되며, 채널 밸브(115)의 조작에 의해 유입된 제 1 열 매체를 이동시킬 수 있다.
제 2 라인(112)은 일측이 제 1 라인(111)의 일 지점과 연결되고, 타측이 채널 밸브(115)와 연결되며, 채널 밸브(115)의 조작에 의해 유입된 제 1 열 매체를 이동시킬 수 있다.
이러한 구조로 인해, 제 2 라인(112)의 길이보다 제 1 라인(111)의 길이가 길어야 하고, 제 1 라인(111)의 길이보다 제 1 공급관(110)의 길이가 길어야 한다.
설명하자면, 제 1 공급관(110)의 상부로 공급된 제 1 열 매체가 채널 밸브(115)의 제어에 의해 제 1 공급관(110) 내에서 유동되거나, 제 1 라인(111) 또는 제 2 라인(112)에 바이패스되어 공급된다.
도 8을 더 참조하여, 제 2 실시예에 따른 열 저장장치의 저장용량을 설명한다.
채널 밸브(115)의 제어에 따라, 제 1 열 매체에 의해 열 저장장치에 축열되는 면적이 상이해진다.
제 1 공급관(110)으로 유입된 제 1 열 매체가 바이패스되지 않는 경우보다, 제 1 라인(111)으로 바이패스 되는 경우에 열 저장장치에 축열되는 면적이 크다.
또한, 제 1 공급관(110)으로 유입된 제 1 열 매체가 제 1 라인(111)으로 바이패스 되는 경우보다, 제 2 라인(112)으로 바이패스 되는 경우에 열 저장장치에 축열되는 면적이 크다.
열 교환 모듈(100)의 제 1 공급관(110)으로 유입된 제 1 열 매체의 유동에 대하여 상세히 설명한다.
제 1 공급관(110)으로 유입된 제 1 열 매체가 바이패스되지 않는 경우, 제 1 공급관(110)의 일 지점부터 그 하부에 연결된 제 1 연결배관(130)에 제 1 열 매체가 공급된다.
제 1 공급관(110)으로 유입된 제 1 열 매체가 제 1 라인(111)으로 바이패스 되는 경우, 제 1 라인(111)의 일 지점부터 그 하부 및 제 1 공급관(110)의 일 지점부터 그 하부에 연결되는 제 1 연결배관(130)에 제 1 열 매체가 공급된다.
제 1 공급관(110)으로 유입된 제 1 열 매체가 제 2 라인(112)으로 바이패스 되는 경우, 제 2 라인(112), 제 1 라인(111)의 일 지점부터 그 하부 및 제 1 공급관(110)의 일 지점부터 그 하부에 연결되는 제 1 연결배관(130)에 제 1 열 매체가 공급된다.
바람직한 예로, 제 1 공급관(110)으로 유입된 제 1 열 매체가 체크 밸브(115)에 의해 바이패스되지 않고 그 내부에서 유동되는 경우, 도 8의 (a)와 같이 열 저장장치의 약 1/3 부분(제 1 공급관(110)의 일 지점부터 하부)에만 축열된다.
즉, 제 1 열 매체에 의해 공급될 수 있는 열 에너지의 양이 적은 경우, 고온의 잠열을 축적하기 원하면 채널 밸브(115)의 제어를 통해, 바이패스되지 않도록 하여, 제 1 공급관(110)의 내측으로 제 1 열 매체를 유동시킨다.
제 1 공급관(110)으로 유입된 제 1 열 매체가 체크 밸브(115)에 의해 제 1 라인(111)으로 바이패스 될 경우, 도 8의 (b)와 같이 열 저장장치의 2/3 부분(제 1 라인(111)의 일 지점부터 하부)에만 축열된다.
즉, 제 1 열 매체에 의해 공급될 수 있는 열 에너지의 양이 일반적인 경우, 고온의 잠열을 축적하기 원하면 채널 밸브(115)의 제어를 통해, 제 1 열 매체를 제 2 라인(112)으로 바이패스 시켜 제 2 라인(112) 내측으로 제 1 열 매체를 유동시킨다.
제 1 공급관(110)으로 유입된 제 1 열 매체가 체크 밸브(115)에 의해 제 2 라인(112)으로 바이패스 될 경우, 도 8의 (c)와 같이 열 저장장치의 전체 부분에 축열된다.
즉, 제 1 열 매체에 의해 공급될 수 있는 열 에너지의 양이 충분한 경우, 채널 밸브(115)의 제어를 통해, 제 1 열 매체를 제 2 라인(112)으로 바이패스 시켜 제 2 라인(112) 내측으로 제 1 열 매체를 유동시킨다.
결론적으로, 제 2 실시예에 따른 열 저장장치의 채널 밸브(115)를 제어하여 열 저장장치에 저장되는 열의 용량 및 품질을 조절할 수 있다.
이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100: 열 교환 모듈
110: 제 1 공급관
111: 제 1 라인
112: 제 2 라인
115: 채널 밸브
120: 제 1 배출관
130: 제 1 연결 배관
131: 제 1 지지부재
200: 온수 모듈
210: 제 2 공급관
220: 제 2 배출관
230: 제 2 연결 배관
231: 제 2 지지부재
300: 하우징
310: 축열부
311: 상변화물질(PCM)
400: 태양열 집열기
450: 열 교환기
500: 난방 시설

Claims (10)

  1. 하우징(300)과 그 내측에 열 교환 모듈(100) 및 온수 모듈(200)을 포함하는 열 저장장치에 있어서,
    상기 열 교환 모듈(100)은,
    가열된 제 1 열 매체가 유입되는 제 1 공급관(110)과 유입된 제 1 열 매체가 배출되는 제 1 배출관(120)을 포함하며,
    상기 제 1 공급관(110)과 상기 제 1 배출관(120)은 다수의 제 1 연결 배관(130)에 의해 연결되고,
    상기 온수 모듈(200)은,
    시수가 유입되는 제 2 공급관(210)과 유입된 시수가 배출되는 제 2 배출관(220)을 포함하며,
    상기 제 2 공급관(210)과 상기 제 2 배출관(220)은 다수의 제 2 연결 배관(230)에 의해 연결되고,
    상기 하우징(300)의 내측에서 상기 열 교환 모듈(100) 및 상기 온수 모듈(200)은 상호 교차하도록 나선형으로 말려서 이중나선을 형성하며,
    상기 하우징(300)과 상기 열교환 모듈(100) 및 상기 온수 모듈(200)의 사이에 형성되는 공간인 축열부(310)에 하나 이상의 캡슐화된 상변화물질(PCM: Phase Change Material)(311)이 삽입되고, 상기 제 1 열 매체와 상기 시수가 열 교환하고,
    상기 제 1 공급관(110)은,
    상기 제 1 공급관(110)의 상부에서 수평으로 연장되는 채널 밸브(115);
    일측이 상기 제 1 공급관(110)의 일 지점에 연결되고, 타측이 상기 채널 밸브(115)와 연결되는 제 1 라인(111); 및
    일측이 상기 제 1 라인(111)의 일 지점에 연결되고, 타측이 상기 채널 밸브(115)와 연결되는 제 2 라인(112);을 포함하여,
    상기 채널 밸브(115)의 제어에 따라 상기 제 1 열 매체가 상기 제 1 공급관(110), 상기 제 1 라인(111) 또는 상기 제 2 라인(112)에 유입되고,
    상기 제 2 라인(112)의 길이 보다 상기 제 1 라인(111)의 길이가 길고, 상기 제 1 라인의 길이 보다 상기 제 1 공급관(110)의 길이가 긴,
    열 저장장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 연결 배관(130) 및 상기 제 2 연결 배관(230)은 모세 유관인,
    열 저장장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡슐화된 상변화물질(311)은 파이프에 의해 캡슐화 된 것인,
    열 저장장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡슐화된 상변화물질(311)이 삽입된 상기 축열부(310)에 축열재가 충진되는,
    열 저장장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열된 제 1 열 매체는 태양열 집열기(400)에 의해 가열된 제 2 열 매체와 열 교환기(450)에서 열 교환 됨으로써 가열된 것인,
    열 저장장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널 밸브(115)는 상기 제 1 공급관(110)으로 유입된 상기 제 1 열 매체를 바이패스시키며,
    상기 제 1 공급관(110)으로 유입된 상기 제 1 열 매체는 상기 제 1 라인(111) 또는 상기 제 2 라인(112)으로 바이패스되거나, 바이패스되지 않고 제 1 공급관(110)의 내부에서 유동되는,
    열 저장장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 채널 밸브(115)의 제어에 따라, 상기 제 1 열 매체에 의해 상기 열 저장장치에 축열되는 면적이 상이해지는,
    열 저장장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 공급관(110)으로 유입된 상기 제 1 열 매체가,
    바이패스되지 않는 경우보다, 상기 제 1 라인(111)으로 바이패스 되는 경우에 상기 열 저장장치에 축열되는 면적이 크고,
    상기 제 1 라인(111)으로 바이패스 되는 경우보다, 상기 제 2 라인(112)으로 바이패스 되는 경우에 상기 열 저장장치에 축열되는 면적이 큰,
    열 저장장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 공급관(110)으로 유입된 상기 제 1 열 매체가,
    상기 제 1 공급관(110)의 하부로 유동되는 경우, 상기 제 1 공급관(110)의 상기 일 지점부터 그 하부에 연결된 상기 제 1 연결배관(130)에 상기 제 1 열 매체가 공급되고,
    상기 제 1 라인(111)으로 바이패스 되는 경우, 상기 제 1 라인(111)의 상기 일 지점부터 그 하부 및 상기 제 1 공급관(110)의 상기 일 지점부터 그 하부에 연결되는 상기 제 1 연결배관(130)에 상기 제 1 열 매체가 공급되며,
    상기 제 2 라인(112)으로 바이패스 되는 경우, 상기 제 2 라인(112), 상기 제 1 라인(111)의 상기 일 지점부터 그 하부 및 상기 제 1 공급관(110)의 상기 일 지점부터 그 하부에 연결되는 상기 제 1 연결배관(130)에 상기 제 1 열 매체가 공급되는,
    열 저장장치.
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