KR102094664B1 - 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치 - Google Patents

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윤영직
임용훈
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한국에너지기술연구원
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Abstract

본 발명은 진동형 히트 파이프를 사용하는 고성능의 계간 빙축열 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치는 지중에 설치되며 얼음 생성을 위한 물이 저장되는 물 저장조;와 일측은 응축부이고 타측은 증발부인 폐루프의 구불구불한 형상을 갖는 금속튜브로 이루어진 진동형 히트 파이프;를 포함하되, 상기 금속튜브는 상기 증발부가 상기 물 저장조에 매설되도록 지표에 수직방향으로 설치되어, 상기 응축부는 지상의 외기에 노출되어 위치되고, 상기 증발부는 지중의 물에 잠기도록 위치되는 것을 특징으로 한다.

Description

진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치{Seasonal Ice Storage Device Using Oscillating Heat Pipe}
본 발명은 계간 빙축열 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진동형 히트 파이프를 사용하는 고성능의 계간 빙축열 장치에 관한 것이다.
지구 온난화 등의 영향으로 국내뿐만 아니라 전 세계적으로 냉방 수요가 급증하고 있으며, 이에 따른 하절기 전력피크 문제를 해결하기 위해 냉방 시스템의 효율 개선을 위한 다양한 기술개발이 이루어지고 있다.
전기 또는 열구동 방식의 기존 냉방 시스템은 많은 양의 화석 에너지를 소모하기 때문에 경제적, 환경적으로 한계가 있는 것에 반해, 계간 빙축열 장치는 냉방 열원으로 동절기에 차가운 외기로부터 생성되는 얼음을 사용하기 때문에 환경 친화적일 뿐만 아니라 운영비용을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
하지만, 종래의 계간 빙축열 장치는 기본적으로 냉동기(chiller)를 사용하고 있어 이를 작동시키기 위한 에너지가 필요하며 그 구성이 다소 복잡하고, 또한 생성된 얼음의 분리 효율이 낮아 빙축열 성능을 높이는데 한계가 있었다.
일본 공개특허공보 특개평5-66031호(1993.03.19. 공개) 대한민국 등록특허공보 제10-1650189호(2016.08.23. 공고)
Yan et al. A seasonal cold storage system based on separate type heat pipe for sustainable building cooling. Renewable Energy, 2016, no. 85, pp. 880-889.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기존 계간 빙축열 장치의 주요 구성 설비인 냉동기 대신 기포의 진동현상을 이용한 진동형 히트 파이프를 사용함으로써 장치의 구성을 간소화하고 얼음 생성을 위해 소요되는 에너지를 없애, 운영 효율 및 경제성 편익을 증진할 수 있도록 한 고성능 계간 빙축열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 기존 계간 빙축열 장치에 비해 얼음의 분리를 간단한 원리로 가능하게 함으로써 보다 우수한 빙축열 성능을 갖는 고성능 계간 빙축열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치는 지중에 설치되며 얼음 생성을 위한 물이 저장되는 물 저장조;와 일측은 응축부이고 타측은 증발부인 폐루프의 구불구불한 형상을 갖는 금속튜브로 이루어진 진동형 히트 파이프;를 포함하되, 상기 금속튜브는 상기 증발부가 상기 물 저장조에 매설되도록 지표에 수직방향으로 설치되어, 상기 응축부는 지상의 외기에 노출되어 위치되고, 상기 증발부는 지중의 물에 잠기도록 위치되는 것을 특징으로 한다.
상기 진동형 히트 파이프는 상기 응축부가 위치된 외기의 온도가 상기 증발부가 위치된 물의 온도보다 낮은 경우에만 상기 금속튜브 내부의 작동유체에 진동유동이 발생한다.
상기 진동형 히트 파이프는 효용수가 5 이하이다.
상기 작동유체는 R22이다.
상기 진동형 히트 파이프는 상기 진동유동에 의해 지중의 물 저장조로부터 열을 흡수하여 외기로 방출하면서 상기 증발부의 금속튜브 표면에 얼음을 생성한다.
상기 응축부의 금속튜브에는 방열 핀이 구비된다.
상기 진동형 히트 파이프는 상기 증발부의 금속튜브 표면에 부착되어 생성되는 얼음을 분리하기 위한 히터를 상기 응축부에 구비한다.
상기 진동형 히트 파이프는 상기 히터가 상기 응축부를 이루는 다수의 역 U자형 금속튜브 상에서 동일한 일측에 국부적으로 배치되도록 설치되어, 상기 히터의 작동시 상기 금속튜브 내부의 작동유체가 일방향으로 순환유동하면서 상기 히터의 열을 상기 증발부로 전달한다.
상기 진동형 히트 파이프는 상기 증발부의 금속튜브 표면에 부착되어 생성되는 얼음을 원할하게 분리될 수 있도록 하는 분리 구조를 포함한다.
상기 분리 구조는 상기 증발부의 금속튜브 표면에 형성되는 다수의 미세 돌기를 포함한다.
상기 분리 구조는 상기 증발부의 금속튜브 표면에 형성되는 초발수 코팅을 포함한다.
상기 분리 구조는 상기 물 저장조에 매설된 금속튜브의 단부가 중력 반대방향을 향하도록 상기 단부로부터 일정 부분이 중력 반대방향으로 절곡되어 형성되는 상향 절곡부를 포함한다.
상기 물 저장조에 매설된 금속튜브 중 상기 상향 절곡부는 상기 증발부를 형성하며, 상기 상향 절곡부를 제외한 부분은 단열부를 형성한다.
한편, 본 발명에 따른 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치는 상기 분리된 얼음을 일정 온도로 유지 보관하는 보관 탱크를 더 포함한다.
상기 보관 탱크는 상기 물 저장조로부터 낙하하는 얼음을 보관할 수 있도록 상기 물 저장조를 감싸는 형태로 지중에 설치된다.
상기 물 저장조는 부력에 의해 수면 위로 부상되는 상기 분리된 얼음을 상기 물 저장조의 외측으로 이동시켜 상기 보관 탱크로 낙하시키기 위한 이송 장치를 구비한다.
상기 물 저장조에는 얼음 생성으로 감소된 물을 보충하기 위한 보충수 공급관이 구비된다.
상기 보관 탱크에는 낙하된 얼음을 균일하게 분포시키기 위한 수평화 장치가 구비된다.
상기 보관 탱크는 상기 물 저장조와 상기 보관 탱크의 바닥면을 연결하는 경사면을 구비한다.
상기 경사면에는 일부 얼음의 융해로 인해 발생하는 냉수를 상기 경사면의 하부로 통과시켜 저장할 수 있도록 하는 다수의 통공이 형성된다.
상기 보관 탱크의 바닥면에는 상기 냉수의 수위를 조절하여 얼음의 적층을 균일하게 하기 위한 수위조절 장치가 구비된다.
상기 수위조절 장치는 개방시 상기 냉수를 상기 보관 탱크의 외부로 배출하는 밸브일 수 있다.
본 발명에 따른 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치는, 종래의 계간 빙축열 장치에 비해 장치의 구성이 매우 간단하여 초기 투자비용이 적을 뿐만 아니라, 작동에 필요한 에너지가 매우 적기 때문에 높은 경제성을 가진다.
또한, 종래의 계간 빙축열 장치에 비해 간단한 원리로 얼음의 생성과 분리를 가능하게 함으로써 보다 우수한 빙축열 성능을 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치의 주요부를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에서 진동형 히트 파이프의 진동유동에 의한 열수송을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 3a 및 3b는 본 발명에서 히터에 의한 진동형 히트 파이프의 일방향 순환유동 생성을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 4 및 5는 본 발명에서 진동형 히트 파이프의 증발부에 부착되어 생성된 얼음의 원할한 분리를 위한 분리 구조를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 6 및 7은 본 발명에서 생성된 얼음을 균일하게 적층 보관하는 보관 탱크를 개념적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치의 주요부를 개념적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에서 진동형 히트 파이프의 진동유동에 의한 열수송을 개념적으로 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치는 지중(1)에 설치되며 얼음(2) 생성을 위한 물(3)이 저장되는 물 저장조(10)와, 일측은 응축부(210)이고 타측은 증발부(220)인 폐루프의 구불구불한(serpentine) 형상을 갖는 금속튜브(230)로 이루어진 진동형 히트 파이프(20)를 포함하여 구성된다.
도 1을 참조하면, 상기 금속튜브(230)는 상기 증발부(220)가 상기 물 저장조(10)에 매설되도록 지표(4)에 수직방향으로 설치되어, 상기 응축부(210)는 지상(5)의 외기에 노출되어 위치되고, 상기 증발부(220)는 지중(1)의 물(3)에 잠기도록 위치된다.
상기 금속튜브(230)의 내부는 R22와 같은 저온에서 끓는점(boiling point)을 갖는 작동유체로 채워져, 지중(1)과 지상(5)의 온도차에 의해 발생하는 작동유체의 고속 진동유동에 의해 별도의 구동 동력 없이도 열(Q)을 수송할 수 있게 된다.
본 발명자들은 실험을 통해 진동형 히트 파이프의 효용수(응축부 또는 증발부의 금속튜브 턴수)가 5 이하인 경우(도 1에 도시된 진동형 히트 파이프(20)의 효용수는 5임), 흡열부가 방열부의 아래에 위치하여 중력(g)의 반대방향으로 열(Q)을 수송하게 되는 경우에만 진동형 히트 파이프가 작동하게 되며, 흡열부가 방열부의 위에 위치하여 중력(g) 방향으로 열(Q)을 수송하게 되는 조건에서는 작동하지 않는 특성을 발견하였다(Youn et al. Fabrication and evaluation of a silicon-based micro pulsating heat spreader. Sensors and Actuators A, 2012, no. 174, pp. 189-197 참조).
이에 따라, 본 발명에서 사용되는 진동형 히트 파이프(20)의 효용수는 5 이하인 것을 특징으로 하며, 도 2를 참조하면, 방열부인 상기 응축부(210)가 위치된 외기의 온도가 흡열부인 상기 증발부(220)가 위치된 물(3)의 온도보다 낮은 동절기에만 상기 금속튜브(230) 내부의 작동유체에 기포(6)에 의한 진동유동이 발생하게 된다.
상기 진동유동에 의해 진동형 히트 파이프(20)는 물 저장조(10) 내에 위치한 증발부(220)를 통해 물(3)로부터 열(Q)을 흡수하여, 지상(5)에 위치하는 응축부(210)를 통해 상기 흡수한 열(Q)을 차가운 외기로 방출하게 되고(중력의 반대방향으로 열 수송), 이때 상기 증발부(220)의 금속튜브(230) 표면에 얼음(2)을 생성하게 된다.
하절기에는 지상(5)의 외기 온도가 지중(1)의 물(3) 온도보다 높기 때문에 흡열부가 방열부의 위에 위치하여 중력(g) 방향으로 열(Q)을 수송하게 되는 조건에 해당하게 되어 진동형 히트 파이프(20)는 작동하지 않게 되며, 이에 따라 동절기에 생성된 얼음에 열(Q)이 전달되어 융해되는 것을 방지하게 된다.
도 1을 참조하면, 본 발명에서 사용되는 진동형 히트 파이프(20)는 외기 중에 위치하는 상기 응축부(210)의 금속튜브(230)에 방열 면적을 키우기 위한 방열 핀(240)이 설치될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치는 상기 증발부(220)에서 생성되는 얼음(2)이 상기 증발부(220)의 금속튜브(230) 표면에 부착됨으로 인해 발생하게 되는 열 저항으로 인한 증발부(220)의 성능 저하를 방지하기 위해, 동절기 얼음(2) 생성 중 상기 얼음(2)을 상기 증발부(220)의 금속튜브(230) 표면에서 분리할 수 있도록 주기적으로 또는 필요시 작동하는 히터(250)를 상기 응축부(210)에 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 3a 및 3b는 본 발명에서 히터에 의한 진동형 히트 파이프의 일방향 순환유동 생성을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 3a을 참조하면, 상기 히터(250)는 상기 응축부(210)를 이루는 다수의 역 U자형 금속튜브(230) 상에서 동일한 일측에 국부적으로 배치되는 비대칭 국부 히터(asymmetric localized heater) 형태로 설치된다.
이에 따라, 상기 히터(250)의 작동시 상기 금속튜브(230) 내부의 작동유체에는 진동유동이 아닌 일방향 순환유동이 발생하게 되며, 상기 히터(250)의 열(Q')이 상기 증발부(220)로 전달될 수 있게 된다. 즉, 상기 히터(250)의 작동시 상기 응축부(210)와 증발부(220)는 각각 증발부와 응축부로 그 기능이 일시적으로 바뀌어 작동되게 된다.
반면, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 히터(250)를 상기 응축부(210)를 이루는 다수의 역 U자형 금속튜브(230) 상에 균일(uniform)하게 배치하게 되면, 앞서 설명한 하절기의 경우처럼 흡열부가 방열부의 위에 위치하여 중력(g) 방향으로 열(Q)을 수송하게 되는 조건에 해당하게 되어 상기 증발부(220)로 상기 히터(250)의 열을 전달할 수 없게 된다.
따라서, 본 발명은 상기 응축부(210)를 이루는 다수의 역 U자형 금속튜브(230) 상에서 동일한 일측에 국부적으로 배치되는 히터(250)를 구비함으로써 상기 증발부(220)의 금속튜브(230) 표면을 가열할 수 있게 되고, 이로 인해 얼음(2)의 부착 부분을 부분 융해하여 상기 얼음(2)이 상기 증발부(220)의 금속튜브(230) 표면에서 분리되도록 한다.
본 발명에 따른 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치는 증발부에 열 저항으로 작용하는 얼음을 효과적으로 제거함으로써 얼음의 효과적이고 지속적인 생산이 가능하도록 하며, 또한 진동형 히트 파이프의 이상유동 열전달 메커니즘에 기반하여 작동되므로 얼음의 생성 및 제거에 따른 변환 응답속도가 매우 빠른 장점을 갖는다.
한편, 본 발명에 따른 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치는 상기 증발부(220)의 금속튜브(230) 표면에 부착되어 생성되는 얼음(2)을 원할하게 분리될 수 있도록 하는 분리 구조를 포함할 수 있다.
도 4 및 5는 본 발명에서 진동형 히트 파이프의 증발부에 부착되어 생성된 얼음의 원할한 분리를 위한 분리 구조를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따라 상기 분리 구조는 상기 증발부(220)의 금속튜브(230) 표면에 형성되는 다수의 미세 돌기(231)로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 분리 구조는 상기 증발부(220)의 금속튜브(230) 표면에 형성되는 초발수 코팅(미도시)을 포함할 수도 있다.
초발수 코팅(super hydrophobic coating)은 나노 입자(particle)의 부착을 통해 나노 스케일에서의 금속튜브(230) 표면에서 형성되는 액체 상태의 물(상기 히터(250)을 통한 얼음(2)의 일부 융해시 발생)이 접촉할 때 에어 포켓(air pocket)을 형성하여, 기 형성된 얼음(2)의 부력에 의한 상승력과 반대로 작용하는 얼음(2)의 접촉 마찰력을 줄임으로써 얼음(2)이 금속튜브(230)로부터 원할하게 분리, 상승될 수 있도록 한다.
즉, 본 발명에 따른 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치는 상기 증발부(220)의 금속튜브(230) 표면에 다수의 미세 돌기(231) 또는 초발수 코팅을 형성함으로써 얼음(2)이 원할하게 분리될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 상기 분리 구조는 상기 물 저장조(10)에 매설된 금속튜브(230)의 단부가 중력(g) 반대방향을 향하도록 상기 단부로부터 일정 부분이 중력(g) 반대방향으로 절곡되어 형성되는 상향 절곡부(232)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 물 저장조(10)에 매설된 금속튜브(230) 중 상기 상향 절곡부(232)는 상기 증발부(220)를 형성하며, 상기 상향 절곡부(232)를 제외한 부분은 단열부(260)를 형성하게 된다.
본 발명에 따른 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치는 상기 분리 구조로서 상기 미세 돌기(231), 초발수 코팅 및 상향 절곡부(232) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 모두 포함할 수도 있다.
도 6 및 7은 본 발명에서 생성된 얼음을 균일하게 적층 보관하는 보관 탱크를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치는 상기 분리된 얼음(2)을 일정 온도로 유지 보관하는 보관 탱크(30)를 더 포함한다.
상기 보관 탱크(30)는 상기 물 저장조(10)로부터 낙하하는 얼음(2)을 보관할 수 있도록 상기 물 저장조(10)를 감싸는 형태로 지중(1)에 설치된다.
상기 물 저장조(10)는 부력에 의해 수면 위로 부상되어 누적되는 상기 분리된 얼음(2)을 상기 물 저장조(10)의 외측으로 이동시켜 상기 보관 탱크(30)로 낙하시키기 위한 이송 장치(미도시)를 구비할 수 있으며, 상기 이송 장치는 공지의 기계적 스크레이핑 장치 등으로 구성될 수 있다.
상기 물 저장조(10)에는 얼음(2) 생성으로 감소된 물(3)을 보충하기 위한 보충수 공급관(11)이 구비되며, 상기 보관 탱크(30)에는 낙하된 얼음(2)을 균일하게 분포시키기 위한 수평화 장치(40)가 구비될 수 있다.
도 6에서 수평화 장치(40)는 일 실시예로 수평 방향으로 신축 작동하는 푸시 플레이트 형태로 도시되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 공지의 다양한 기계적 장치가 이용될 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 보관 탱크(30)는 상기 물 저장조(10)와 상기 보관 탱크(30)의 바닥면을 연결하는 경사면(31)을 구비하고, 상기 경사면(31)에 의해 상기 물 저장조(10)에서 낙하하는 얼음(2)이 상기 보관 탱크(30)의 바닥면으로 효과적으로 적층될 수 있도록 유도한다.
상기 경사면(31)에는 일부 얼음(2)의 융해로 인해 발생하는 냉수(7)를 상기 경사면(31)의 하부로 통과시켜 저장할 수 있도록 하는 다수의 통공(미도시)이 형성되며, 상기 보관 탱크(30)의 바닥면에는 상기 냉수(7)의 수위를 조절하여 얼음(2)의 적층을 균일하게 하기 위한 수위조절 장치(32)가 구비된다.
상기 수위조절 장치(32)는 개방시 상기 냉수(7)를 상기 보관 탱크(30)의 외부로 배출하는 밸브 형태로 형성될 수 있으며, 이를 통해 냉수(7)의 수위를 조절함으로써 얼음(2)의 적층 구조를 개선하여 신규로 생성되는 얼음(2)의 저장성을 향상시키고 얼음(2)의 저장 기간을 연장시킬 수 있도록 한다.
이상과 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치는, 종래의 계간 빙축열 장치와 비교하였을 때 장치의 구성이 매우 간단하여 초기 투자비용이 적을 뿐만 아니라, 작동에 필요한 에너지가 매우 적기 때문에 높은 경제성을 가진다.
또한, 본 발명에 따른 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치는 종래의 계간 빙축열 장치에 비해 간단한 원리로 얼음의 생성과 분리를 가능하게 함으로써 보다 우수한 빙축열 성능을 가진다.
이상, 본 발명에 따른 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였으나, 본 명세서와 첨부된 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 쉽게 설명하기 위한 목적으로 사용된 것일 뿐, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니며, 따라서 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
1: 지중 2: 얼음
3: 물 4: 지표
5: 지상 6: 기포
7: 냉수 10: 물 저장조
11: 보충수 공급관 20: 진동형 히트 파이프
30: 보관 탱크 31: 경사면
32: 수위조절 장치 40: 수평화 장치
210: 응축부 220: 증발부
230: 금속튜브 231: 미세 돌기
232: 상향 절곡부 240: 방열 핀
250: 히터 260: 단열부
Q, Q': 열 g: 중력

Claims (22)

  1. 지중에 설치되며 얼음 생성을 위한 물이 저장되는 물 저장조;와
    일측은 응축부이고 타측은 증발부인 폐루프의 구불구불한 형상을 갖는 금속튜브로 이루어진 진동형 히트 파이프;를 포함하되,
    상기 금속튜브는 상기 증발부가 상기 물 저장조에 매설되도록 지표에 수직방향으로 설치되어, 상기 응축부는 지상의 외기에 노출되어 위치되고, 상기 증발부는 지중의 물에 잠기도록 위치되며,
    상기 진동형 히트 파이프는,
    상기 증발부의 금속튜브 표면에 부착되어 생성되는 얼음을 분리하기 위한 히터를 상기 응축부에 구비하고,
    상기 히터가 상기 응축부를 이루는 다수의 역 U자형 금속튜브 상에서 동일한 일측에 국부적으로 배치되도록 설치되어, 상기 히터의 작동시 상기 금속튜브 내부의 작동유체가 일방향으로 순환유동하면서 상기 히터의 열을 상기 증발부로 전달하는 것을 특징으로 하는 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 진동형 히트 파이프는,
    상기 응축부가 위치된 외기의 온도가 상기 증발부가 위치된 물의 온도보다 낮은 경우에만 상기 금속튜브 내부의 작동유체에 진동유동이 발생하는 것을 특징으로 하는 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치.
  3. ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 2에 있어서,
    상기 진동형 히트 파이프는 효용수가 5 이하인 것을 특징으로 하는 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치.
  4. ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 2에 있어서,
    상기 작동유체는 R22인 것을 특징으로 하는 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 진동형 히트 파이프는,
    상기 진동유동에 의해 지중의 물 저장조로부터 열을 흡수하여 외기로 방출하면서 상기 증발부의 금속튜브 표면에 얼음을 생성하는 것을 특징으로 하는 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 응축부의 금속튜브에는 방열 핀이 구비되는 것을 특징으로 하는 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 진동형 히트 파이프는,
    상기 증발부의 금속튜브 표면에 부착되어 생성되는 얼음을 원할하게 분리될 수 있도록 하는 분리 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 분리 구조는 상기 증발부의 금속튜브 표면에 형성되는 다수의 미세 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 분리 구조는 상기 증발부의 금속튜브 표면에 형성되는 초발수 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 분리 구조는 상기 물 저장조에 매설된 금속튜브의 단부가 중력 반대방향을 향하도록 상기 단부로부터 일정 부분이 중력 반대방향으로 절곡되어 형성되는 상향 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치.
  13. ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 12에 있어서,
    상기 물 저장조에 매설된 금속튜브 중 상기 상향 절곡부는 상기 증발부를 형성하며, 상기 상향 절곡부를 제외한 부분은 단열부를 형성하는 것을 특징으로 하는 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치.
  14. 청구항 9 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리된 얼음을 일정 온도로 유지 보관하는 보관 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치.
  15. ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 14에 있어서,
    상기 보관 탱크는 상기 물 저장조로부터 낙하하는 얼음을 보관할 수 있도록 상기 물 저장조를 감싸는 형태로 지중에 설치되는 것을 특징으로 하는 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치.
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 15에 있어서,
    상기 물 저장조는 부력에 의해 수면 위로 부상되는 상기 분리된 얼음을 상기 물 저장조의 외측으로 이동시켜 상기 보관 탱크로 낙하시키기 위한 이송 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 물 저장조에는 얼음 생성으로 감소된 물을 보충하기 위한 보충수 공급관이 구비되는 것을 특징으로 하는 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 보관 탱크에는 낙하된 얼음을 균일하게 분포시키기 위한 수평화 장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치.
  19. 청구항 14에 있어서,
    상기 보관 탱크는 상기 물 저장조와 상기 보관 탱크의 바닥면을 연결하는 경사면을 구비하는 것을 특징으로 하는 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 경사면에는 일부 얼음의 융해로 인해 발생하는 냉수를 상기 경사면의 하부로 통과시켜 저장할 수 있도록 하는 다수의 통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 보관 탱크의 바닥면에는 상기 냉수의 수위를 조절하여 얼음의 적층을 균일하게 하기 위한 수위조절 장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치.
  22. ◈청구항 22은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 21에 있어서,
    상기 수위조절 장치는 개방시 상기 냉수를 상기 보관 탱크의 외부로 배출하는 밸브인 것을 특징으로 하는 진동형 히트 파이프를 이용한 계간 빙축열 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230100269A (ko) * 2021-12-28 2023-07-05 숙명여자대학교산학협력단 결빙 방지형 냉수 생성장치

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0566031A (ja) 1991-03-14 1993-03-19 Misawa Homes Co Ltd 氷蓄熱槽及び氷蓄熱槽による蓄氷方法
JPH06159874A (ja) * 1992-11-25 1994-06-07 Suga Kogyo Kk ヒートパイプ利用製氷装置及び該装置を用いた製氷方法
JPH06347144A (ja) * 1993-06-10 1994-12-20 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 調整槽使用による種晶氷供給及び放熱運転方法
JPH08338674A (ja) * 1995-06-12 1996-12-24 Toshiba Corp 氷蓄熱装置およびその運転方法
JPH102644A (ja) * 1996-06-12 1998-01-06 Toshiba Corp 氷蓄熱装置
JP2012177530A (ja) * 2011-02-28 2012-09-13 Fujikura Ltd データセンタの補助用冷却装置
JP2014102031A (ja) * 2012-11-20 2014-06-05 Taiyo Denshi Kk 蓄冷装置
KR101650189B1 (ko) 2015-11-25 2016-08-23 주식회사 에너지뱅크 얼음 탈빙구조를 갖는 빙축열 시스템

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0566031A (ja) 1991-03-14 1993-03-19 Misawa Homes Co Ltd 氷蓄熱槽及び氷蓄熱槽による蓄氷方法
JPH06159874A (ja) * 1992-11-25 1994-06-07 Suga Kogyo Kk ヒートパイプ利用製氷装置及び該装置を用いた製氷方法
JPH06347144A (ja) * 1993-06-10 1994-12-20 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 調整槽使用による種晶氷供給及び放熱運転方法
JPH08338674A (ja) * 1995-06-12 1996-12-24 Toshiba Corp 氷蓄熱装置およびその運転方法
JPH102644A (ja) * 1996-06-12 1998-01-06 Toshiba Corp 氷蓄熱装置
JP2012177530A (ja) * 2011-02-28 2012-09-13 Fujikura Ltd データセンタの補助用冷却装置
JP2014102031A (ja) * 2012-11-20 2014-06-05 Taiyo Denshi Kk 蓄冷装置
KR101650189B1 (ko) 2015-11-25 2016-08-23 주식회사 에너지뱅크 얼음 탈빙구조를 갖는 빙축열 시스템

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Yan et al. A seasonal cold storage system based on separate type heat pipe for sustainable building cooling. Renewable Energy, 2016, no. 85, pp. 880-889.

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230100269A (ko) * 2021-12-28 2023-07-05 숙명여자대학교산학협력단 결빙 방지형 냉수 생성장치
KR102581027B1 (ko) * 2021-12-28 2023-09-21 숙명여자대학교산학협력단 결빙 방지형 냉수 생성장치

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