KR102251054B1 - Temperature and humidity management wall using phase change material - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체에 관한 것으로서, 외관을 형성하며 내부에 공간이 마련된 박스 형상의 케이스로 이루어진 벽체로서, 상기 케이스의 하부 공간에 설치되며 공기의 배출을 수행하기 위해 복수의 노즐을 가지는 공기배출부; 상기 공기배출부의 상부 공간에 설치되며 외부 열원에 의해 상변화하는 상변화 물질이 충전되고, 상기 공기배출부의 노즐로부터 배출되는 공기가 통과하는 축열조; 및 상기 축열조의 상부 공간에 설치되며 상변화 물질과 열교환하여 열을 축척하는 온열 공기로 저장되는 공기저장조;를 포함하는 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체를 제공한다.The present invention relates to a wall for controlling temperature and humidity using a phase change material, comprising a box-shaped case that forms an exterior and has a space therein, and is installed in a lower space of the case and a plurality of An air outlet having a nozzle; A heat storage tank installed in the upper space of the air discharge part, filled with a phase change material that changes phase by an external heat source, and through which air discharged from the nozzle of the air discharge part passes; And an air storage tank installed in the upper space of the heat storage tank and stored as warm air to accumulate heat by exchanging heat with the phase change material.

Description

상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체{TEMPERATURE AND HUMIDITY MANAGEMENT WALL USING PHASE CHANGE MATERIAL}Temperature and humidity control wall using phase change material {TEMPERATURE AND HUMIDITY MANAGEMENT WALL USING PHASE CHANGE MATERIAL}

본 발명은 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기포에 의한 상변화 물질(PCM)의 열 경계층 파괴로 인해 열 전달 성능을 향상시킬 수 있는 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체에 관한 것이다.The present invention relates to a temperature and humidity control wall using a phase change material, and more particularly, a temperature and humidity control wall using a phase change material capable of improving heat transfer performance due to the destruction of the thermal boundary layer of the phase change material (PCM) by air bubbles. It is about.

일반적으로, 열을 매체의 내부에너지로서 저장하는 것을 축열이라 하며, 이 축열은 크게 현열 축열과 잠열 축열로 나눌 수 있다.In general, storage of heat as internal energy of a medium is called heat storage, and this heat storage can be largely divided into sensible heat storage and latent heat storage.

이때, 현열 축열은 물질의 온도 상승을 이용하는 방식으로서 물이나 모래 또는 자갈 등에 축열하는 방식을 일컬으며, 잠열 축열은 특정 온도범위에서 큰 축열밀도를 가지는 상변화 물질(Phase Change Material; PCM)의 전이 및 융해열(잠열)을 이용하여 축열하는 방식을 일컫는다.At this time, sensible heat storage refers to a method of storing heat in water, sand, or gravel as a method of using the temperature increase of a material, and latent heat storage is a transition of a phase change material (PCM) having a large heat storage density in a specific temperature range. And it refers to a method of heat storage using the heat of fusion (latent heat).

최근에는 현열 축열방식에 비해 특정 온도범위에서의 축열량이 매우 큰 장점을 갖는 잠열 축열방식을 이용한 축열의 연구 및 제안이 이루어지고 있다.In recent years, research and proposals of heat storage using a latent heat storage method, which have an advantage of a very large amount of heat storage in a specific temperature range compared to the sensible heat storage method, have been made.

특히 상변화 물질(PCM)을 이용하는 잠열 축열방식은 상변화 물질(PCM)의 단위부피 및 단위 무게당 열에너지의 저장용량이 커서 현열 축열에 비해 부피나 무게를 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 온도성층 현상이 심하지 않아 급격한 온도변화 없이 사용온도에 알맞은 범위에서 거의 일정한 온도로 축열 및 방열을 수행할 수 있는 이점을 제공한다.In particular, the latent heat storage method using a phase change material (PCM) has a large storage capacity of heat energy per unit volume and unit weight of the phase change material (PCM), so it is possible to significantly reduce the volume and weight compared to sensible heat storage, as well as the thermal stratification phenomenon. As it is not severe, it provides the advantage of performing heat storage and heat dissipation at an almost constant temperature within a range suitable for use temperature without rapid temperature change.

잠열 축열에 사용되는 상변화 물질(PCM)은 잠열재, 축열재, 축냉재, 열조절성 물질로 정의할 수 있는데, 일정 온도에서 고체가 액체상태로, 또는 액체가 고체상태로 상이 변하는 상변화 과정(분자의 물리적인 배열이 변하는 물리적 변화과정)을 통하여 열에너지를 축적하거나 저장된 열에너지를 방출하는 것이다.The phase change material (PCM) used for latent heat storage can be defined as a latent heat material, a heat storage material, a heat storage material, and a heat-controlling material. A phase change in which the phase changes from a solid to a liquid state or from a liquid to a solid state at a certain temperature. It accumulates thermal energy or releases stored thermal energy through a process (a physical change process in which the physical arrangement of molecules changes).

이와 같이, 상변화 물질(PCM)을 이용한 축열 제품은 농산물이나 수산물 또는 축산물의 생산/저장/유통 등의 식품산업분야를 비롯하여 건물이나 특정 공간의 냉난방을 위한 냉난방분야, 주방용품이나 의복 등의 생활산업분야, 세포조직 운반/보관이나 물리치료 등 의학산업분야, 자동차나 우주항공 또는 전기전자통신의 첨단산업분야 등 산업 전반에 걸쳐 사용 및 응용되고 있다.As such, heat storage products using a phase change material (PCM) include food industry fields such as production/storage/distribution of agricultural products, aquatic products, and livestock products, as well as cooling and heating fields for cooling and heating buildings or specific spaces, and life such as kitchen utensils and clothing. It is used and applied throughout the industry, such as the industrial field, the medical industry field such as cell tissue transport/storage or physical therapy, and the high-tech industry field of automobile, aerospace, or electric and electronic communication.

종래의 상변화 물질을 이용한 잠열축열장치는 그 용도에 따라 여러 형태로 구분되는데, 상변화 물질이 담긴 축열조에 열교환기를 설치하여 축열하는 축열식, 두 유체가 직접 접촉하는 직접 접촉식 등 여러 종류로 구분된다.The conventional latent heat storage device using a phase change material is divided into several types according to its purpose.It is divided into several types, such as a heat storage type that stores heat by installing a heat exchanger in a heat storage tank containing the phase change material, and a direct contact type in which two fluids are in direct contact. do.

특히, 건축물의 단열 효과를 높여 에너지를 절약할 뿐만 아니라 거주자를 위한 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위한 기술 중에서 단열재나 마감재로 사용하는 벽체에 상변화 물질(PCM:PHASE CHANGE MATERIAL)을 충전하고 열전달 유체를 통과시켜 열을 저장하는 장치이다. In particular, among the technologies for not only saving energy by increasing the insulation effect of buildings, but also creating a pleasant indoor environment for residents, a phase change material (PCM: PHASE CHANGE MATERIAL) is filled into the wall used as an insulation or finishing material, and a heat transfer fluid is added. It is a device that stores heat by passing it through.

이러한 방식의 잠열축열장치는, 축열조 내에 상변화 물질이 저장되고, 외부로부터 열매체가 작용할 수 있는 구조로, 열매체는 채널을 통해 축열조에 저장되어 있는 상변화 물질과 열교환하여 축열을 저장한다. In this type of latent heat storage device, a phase change material is stored in a heat storage tank and a heat medium can act from the outside. The heat medium heats up heat with the phase change material stored in the heat storage tank through a channel to store heat storage.

그런데, 이러한 상변화 물질이 액체에서 고체로 변화하기 시작하게 되고, 벽체에 고착되어 시간이 지날수록 두께가 성장하여 결정화가 되는 열 경계층(thermal boundary layer)을 형성하고, 이 열 경계층으로 인해 아직 액체 상태로 열을 내포하고 있는 상변화 물질과 물이 원활하게 열교환을 하지 못하도록 하는 열저항을 발생시키며 내벽과 상변화 물질 간의 온도차가 하락하여 열유속 또한 감소하게 된다.However, this phase change material begins to change from liquid to solid, and it is fixed to the wall, and the thickness grows over time to form a thermal boundary layer that becomes crystallized. A heat resistance is generated that prevents smooth heat exchange between the phase change material and water containing heat in the state, and the temperature difference between the inner wall and the phase change material decreases, thereby reducing the heat flux.

또한, 상변화 물질의 대부분은 낮은 열전도도를 갖기 때문에 결정화 현상에 따른 열저항은 상변화에 따른 열 방출을 하는데 많은 시간이 소요되게 하며 이는 결국 축방열 성능을 저하시켜 열 저장 효율 및 열 전달 성능을 떨어뜨려 벽체로서의 온도 및 습도 조절 성능을 정상적으로 발휘하는 데 문제점이 있었다.In addition, since most of the phase change materials have low thermal conductivity, the thermal resistance due to crystallization takes a lot of time to dissipate heat according to the phase change, which in turn degrades heat storage efficiency and heat transfer performance. There was a problem in properly exhibiting the temperature and humidity control performance as a wall by dropping it.

대한민국 등록특허공보 제1470237호(2014.12.01)Republic of Korea Patent Publication No. 1470237 (2014.12.01)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 외부 열원인 태양의 복사열에 의해 상변화를 일으키는 상변화 물질을 이용한 벽체를 통해 실내의 공기 온도가 적정 온도를 유지하도록 하여 여름철 냉방 또는 겨울철 난방 에너지의 손실을 방지하고, 에너지 절감 효과를 극대화할 수 있는 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체를 제공하는 데 있다. Accordingly, the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to set the indoor air temperature through a wall using a phase change material causing a phase change by radiant heat from the sun, which is an external heat source. It is intended to provide a wall for controlling temperature and humidity using a phase change material capable of maximizing the energy saving effect and preventing the loss of cooling energy in summer or heating energy in winter by maintaining the temperature.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 외관을 형성하며 내부에 공간이 마련된 박스 형상의 케이스로 이루어진 벽체로서, 상기 케이스의 하부 공간에 설치되며 공기의 배출을 수행하기 위해 복수의 노즐을 가지는 공기배출부; 상기 공기배출부의 상부 공간에 설치되며 외부 열원에 의해 상변화하는 상변화 물질이 충전되고, 상기 공기배출부의 노즐로부터 배출되는 공기가 통과하는 축열조; 및 상기 축열조의 상부 공간에 설치되며 상변화 물질과 열교환하여 열을 축척하는 온열 공기로 저장되는 공기저장조;를 포함하는 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a wall made of a box-shaped case that forms an exterior and has a space therein, and is installed in the lower space of the case and has a plurality of nozzles to discharge air. Air outlet; A heat storage tank installed in the upper space of the air discharge part, filled with a phase change material that changes phase by an external heat source, and through which air discharged from the nozzle of the air discharge part passes; And an air storage tank installed in the upper space of the heat storage tank and stored as warm air to accumulate heat by exchanging heat with the phase change material.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 공기배출부는 물이 저장되는 저수조에 설치된다. According to an embodiment of the present invention, the air outlet is installed in a water storage tank in which water is stored.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 공기배출부의 노즐은 상기 저수조의 물 안에 잠긴 상태로 설치된다. According to an embodiment of the present invention, the nozzle of the air outlet is installed in a state submerged in the water of the storage tank.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 공기배출부에는 실내의 공기가 벽체 내로 공급되도록 하는 실내 급기관과, 실외의 공기가 벽체 내로 공급되도록 하는 실외 급기관이 연결된다. According to an embodiment of the present invention, an indoor supply pipe for supplying indoor air to the wall and an outdoor supply pipe for supplying outdoor air to the wall are connected to the air discharge unit.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 공기저장조에는 저장되는 온열 공기를 실내로 배출되도록 하는 실내 배기관과, 상기 온열 공기를 실외로 배출되도록 하는 실외 배기관이 연결된다. According to an embodiment of the present invention, the air storage tank is connected to an indoor exhaust pipe for discharging the stored heated air to the room and an outdoor exhaust pipe for discharging the heated air to the outside.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 외부 열원은 태양의 복사열이다. According to an embodiment of the present invention, the external heat source is radiant heat of the sun.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체에 의하면, 태양의 복사열에 의해 상변화를 일으키는 상변화 물질을 포함하는 벽체를 제조하여, 건축물에 적용함으로써 온도 및 습도 조절 성능을 정상적으로 발휘하여 쾌적한 실내 환경을 유지할 수 있으며, 여름철 냉방 또는 겨울철 난방 에너지의 손실을 방지하고, 에너지 절감 효과를 극대화할 수 있는 효과가 있다. According to the temperature and humidity control wall using the phase change material according to the present invention having the configuration as described above, a wall including a phase change material causing a phase change by the solar radiation is manufactured and applied to a building to control temperature and humidity. It is possible to maintain a pleasant indoor environment by exerting normally, preventing loss of cooling energy in summer or heating in winter, and maximizing energy saving effect.

도 1은 본 발명에 따른 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체의 열 경계층의 변화를 나타내는 도면이다.
도 3a는 본 발명에 따른 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체의 난방 모드를 나타내는 도면이다.
도 3b는 본 발명에 따른 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체의 난방 모드 시, 실내의 환기 과정을 나타내는 도면이다.
도 4a는 본 발명에 따른 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체의 냉방 모드를 나타내는 도면이다.
도 4b는 본 발명에 따른 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체의 냉방 모드 시, 실내의 환기 과정을 나타내는 도면이다. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a wall for controlling temperature and humidity using a phase change material according to the present invention.
2 is a view showing the change of the thermal boundary layer of the temperature-humidity control wall using the phase change material according to the present invention.
3A is a view showing a heating mode of a wall for controlling temperature and humidity using a phase change material according to the present invention.
3B is a diagram illustrating a ventilation process in a room in a heating mode of a wall for controlling temperature and humidity using a phase change material according to the present invention.
4A is a view showing a cooling mode of a wall for controlling temperature and humidity using a phase change material according to the present invention.
4B is a diagram illustrating a ventilation process in a room in a cooling mode of a wall for controlling temperature and humidity using a phase change material according to the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. The present invention will be described in detail in the text, since various modifications can be made and various forms can be obtained. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form of disclosure, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체의 구성을 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체의 열 경계층의 변화를 나타내는 도면이다.1 is a cross-sectional view showing a configuration of a wall for controlling temperature and humidity using a phase change material according to the present invention, and FIG. 2 is a view showing a change in a thermal boundary layer of a wall for controlling temperature and humidity using a phase change material according to the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체(100)는, 건축물의 외벽에 설치되는 건축자재로서, 내부에는 외부 열원인 태양의 복사열(H)에 의해 상 변화를 일으키는 상변화 물질(PCM)이 포함된다. As shown in Fig. 1, the temperature and humidity control wall 100 using a phase change material according to the present invention is a building material installed on the outer wall of a building, and the phase changes by radiant heat (H) from the sun, which is an external heat source. It includes a phase change material (PCM) that causes

이러한 벽체(100)는 외관을 형성하는 박스 형상의 케이스(101)로 이루어지며, 케이스(101)의 내부에는 소정의 공간이 마련된 형태로서, 전면이 대략 직사각형으로 형성되고 후방으로 소정의 두께를 가진 형상으로 마련된다. The wall 100 is made of a box-shaped case 101 forming an exterior, and a predetermined space is provided inside the case 101, and the front surface is formed in an approximately rectangular shape and has a predetermined thickness toward the rear. It is provided in a shape.

다만, 첨부 도면에 도시된 케이스(101)의 형상은 예시적인 것이며, 케이스(101)는 외벽에 부착되어 단열재 또는 마감재로 사용할 수 있는 다양한 형상일 수 있다. However, the shape of the case 101 shown in the accompanying drawings is exemplary, and the case 101 may have various shapes that can be used as an insulation or finishing material by being attached to an outer wall.

케이스(101)의 하부 공간에는 일정 용량의 물이 저장되어 있는 저수조(110)가 설치된다.In the lower space of the case 101, a water storage tank 110 in which a certain amount of water is stored is installed.

저수조(110)의 내부에는 공기가 상방을 향해 배출되도록 하는 공기배출부(115)가 설치된다. 공기배출부(115)에는 복수의 노즐(116)이 구비되어 있는데, 저수조(110)의 물 위로 노출되지 않고 물 안에 잠긴 상태로 설치된다. 이는 상변화 물질이 고상으로 상변화할 경우, 고상의 상변화 물질이 공기배출부(115)의 노즐(116)을 막아 공기가 배출되지 않도록 하므로 이를 방지하기 위해 노즐(116)이 물 안에 잠긴 상태를 유지하는 것이 필요하다. An air discharge unit 115 is installed inside the water storage tank 110 so that air is discharged upward. The air outlet 115 is provided with a plurality of nozzles 116, which are installed in a state submerged in the water without being exposed to the water in the reservoir 110. This is because when the phase change material changes into a solid state, the solid phase change material blocks the nozzle 116 of the air discharge unit 115 so that air is not discharged, so that the nozzle 116 is submerged in water to prevent this. It is necessary to maintain.

여기서, 상기 공기배출부(115)와 연결되어 공기를 공급하는 급기관(200)은 실내 급기관(210)과 실외 급기관(220)으로 나눌 수 있는 데, 실내의 공기가 공기배출부(115)를 통해 벽체(100) 내로 공급되는 실내 급기관(210)과, 실외의 공기가 공기배출부(115)를 통해 벽체(100) 내로 공급되는 실외 급기관(220)으로 나눌 수 있다. Here, the air supply pipe 200 connected to the air discharge unit 115 to supply air can be divided into an indoor supply pipe 210 and an outdoor supply pipe 220, wherein indoor air is the air discharge unit 115 ) Through the indoor air supply pipe 210 supplied into the wall 100, and the outdoor air supply pipe 220 supplied into the wall 100 through the air outlet 115.

한편, 본 발명의 실시예에서는 고상의 상변화 물질로 인한 공기배출부(115)의 노즐 막힘을 방지하기 위해 물이 저장되는 저수조(110)를 적용하였으나, 반드시 이에 한정되지 않으며, 물 이외에 액상으로서 고밀도의 물질을 채택하여 사용할 수 있다. Meanwhile, in the embodiment of the present invention, the water storage tank 110 in which water is stored is applied to prevent clogging of the nozzle of the air discharge unit 115 due to the solid phase change material, but is not limited thereto, and it is a liquid phase other than water. It can be used by adopting high-density materials.

한편, 저수조(110)의 상부 공간에는 상변화 물질, 즉 축열재가 충전되어 상변화를 일으키는 축열조(120)가 구비된다.On the other hand, the upper space of the storage tank 110 is provided with a phase change material, that is, a heat storage tank 120 that causes a phase change by filling a heat storage material.

케이스(101) 내의 저수조(110)와 축열조(120)는 저장되는 물과 상변화 물질의 밀도 차이에 의해 그 위치가 결정되는 데, 저수조(110)의 물이 축열조(120)의 상변화 물질보다 상대적으로 높은 밀도를 가지므로 도시한 바와 같이, 저수조(110)는 케이스(101)의 하부 공간에 위치되고, 상변화 물질은 물보다 상대적으로 낮은 밀도이므로 축열조(120)는 저수조(110)의 상부 공간에 위치 가능하게 된다. The storage tank 110 and the heat storage tank 120 in the case 101 are positioned according to the difference in density between the stored water and the phase change material, and the water in the storage tank 110 is higher than the phase change material in the heat storage tank 120. Since it has a relatively high density, the storage tank 110 is located in the lower space of the case 101, and the phase change material has a relatively lower density than the water. It becomes possible to be located in space.

축열조(120) 내의 상변화 물질은 열을 흡수하면 고체에서 액체로 상변화되며, 열을 방출하면 액체에서 고체로 상변화된다. When the phase change material in the heat storage tank 120 absorbs heat, the phase changes from solid to liquid, and when heat is released, the phase change from liquid to solid.

따라서, 상변화 물질은 태양의 복사열(H)인 외부 열원에 의해 가열되는 데, 고체 상태의 상변화 물질이 계속해서 가열될 경우 상변화 온도에 도달하고, 이때부터 용융이 이루어지며 상변화가 종료될 때까지 잠열 형태로 축열조(120) 내에 열이 저장된다. 이때, 공기배출부(115)로부터 축열조(120) 내에 확산되는 공기에 의해 액상과 고상의 상변화 물질이 내부 대류가 발생하게 되면서 액상과 고상이 서로 교반되어 열 전달 성능을 저해하는 요소인 열 경계층을 파괴함에 따라 열 전달 성능을 향상시키게 된다(도 2 참조). Therefore, the phase change material is heated by an external heat source, which is the solar radiation (H), and if the phase change material in a solid state is continuously heated, it reaches the phase change temperature, and from this point, melting occurs and the phase change is terminated. Heat is stored in the heat storage tank 120 in the form of latent heat until the temperature is reached. At this time, the liquid phase and the solid phase are agitated with each other while the liquid phase and the solid phase are stirred by the air diffused into the heat storage tank 120 from the air discharge section 115 to generate internal convection, which is a thermal boundary layer, which is an element that hinders the heat transfer performance. As is destroyed, the heat transfer performance is improved (see FIG. 2).

여기서, 상변화 물질은 파라핀 왁스 계열의 유기화합물이 사용되는데, 이러한 파라핀 왁스 계열의 상변화 물질은 적합한 상변화 온도, 높은 잠열 밀도와 열전달율, 상평형 용이, 낮은 기체압력, 작은 부피팽창률, 고밀도, 과열 및 과냉각 현상이 없고 높은 결정 성장률, 화학적 안정성 등의 조건들을 확보하고 있다. Here, as the phase change material, a paraffin wax-based organic compound is used, and such a paraffin wax-based phase change material is a suitable phase change temperature, high latent heat density and heat transfer rate, easy phase equilibrium, low gas pressure, small volume expansion coefficient, high density, There is no overheating or supercooling phenomenon, and conditions such as high crystal growth rate and chemical stability are secured.

상기 조건들을 만족하며 단가가 낮은 파라핀 계의 상변화 물질은 현재 축열재로 사용되고 있으나 용융점 이상에서 파라핀이 유출하기 때문에 캡슐화를 시켜서 사용하고 있다. Paraffin-based phase change material that satisfies the above conditions and has a low unit cost is currently used as a heat storage material, but because paraffin flows out above the melting point, it is encapsulated and used.

이와 같이 본 발명에 따른 벽체(100)는 건축물의 외벽에 설치되어 외부 열원인 태양의 복사열(H)에 의해 상변화를 일으키면서 난방 열을 저장하는 저장매체로 사용하게 된다. As described above, the wall 100 according to the present invention is installed on the outer wall of a building and is used as a storage medium for storing heating heat while causing a phase change by the radiant heat (H) of the sun, which is an external heat source.

한편, 케이스(101) 내의 축열조(120)의 상부 공간에는 공기배출부(115)를 통해 토출된 공기가 축열조(120) 내에서 열을 축적한 상태의 온열 공기로 저장되는 공기저장조(130)가 구비된다. 이때, 상기 공기저장조(130)에 저장되는 온열 공기를 실내 및 실외로 배출할 수 있도록 실내 배기관(310) 및 실외 배기관(320)으로 이루어진 배기관(300)이 공기저장조(130)에 설치된다. On the other hand, in the upper space of the heat storage tank 120 in the case 101, an air storage tank 130 in which the air discharged through the air discharge unit 115 is stored as heated air in a state in which heat is accumulated in the heat storage tank 120 is provided. It is equipped. At this time, an exhaust pipe 300 including an indoor exhaust pipe 310 and an outdoor exhaust pipe 320 is installed in the air storage tank 130 so that the heated air stored in the air storage tank 130 can be discharged indoors and outdoors.

축열조(120)로부터 공기저장조(130)로 공급되는 온열 공기는 열에너지를 사용하는 다양한 사용처에 제공될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 겨울철 난방 시 난방용 에너지로 사용되거나 여름철 냉방 시 냉열 및 단열용 에너지로 사용될 수 있게 된다. The heated air supplied from the heat storage tank 120 to the air storage tank 130 may be provided to various uses using heat energy, and in the embodiment of the present invention, it is used as heating energy during winter heating or cooling heat and heat insulation energy during summer cooling. Can be used as.

도 3a는 본 발명에 따른 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체의 난방 모드를 나타내는 도면이고, 도 3b는 본 발명에 따른 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체의 난방 모드 시, 실내의 환기 과정을 나타내는 도면이다. 3A is a view showing a heating mode of a wall for controlling temperature and humidity using a phase change material according to the present invention, and FIG. 3B is a view showing a ventilation process in a room in the heating mode of a wall for controlling temperature and humidity using a phase change material according to the present invention. to be.

도 3a를 참조하면, 본 발명에 따른 벽체(100)가 난방 모드로 활용되는 경우에 대해 설명하기로 한다.Referring to FIG. 3A, a case in which the wall 100 according to the present invention is used in a heating mode will be described.

난방이 필요한 실내는 대기에 노출되지 않으며, 본 발명의 벽체(100)만이 외부의 벽면에 부착되어 노출된다. The room that needs heating is not exposed to the atmosphere, and only the wall 100 of the present invention is attached to and exposed to the external wall.

겨울철 실내의 난방 모드 시에 건축물 외벽에 설치된 벽체(100)의 축열조(120)가 태양의 복사에 의해 축열 과정을 거치게 된다. 즉, 외부 벽면의 벽체(100)에 조사되는 태양의 복사열(H)은 벽체(100)의 축열조(120) 내에 충전된 상변화 물질과 열교환하여 상변화 물질을 가열하게 되고, 상변화 물질은 그 열을 통해 축열 상태를 이루게 된다. During the indoor heating mode in winter, the heat storage tank 120 of the wall 100 installed on the outer wall of the building undergoes a heat storage process by the radiation of the sun. That is, the radiant heat (H) of the sun irradiated to the wall 100 of the outer wall heats the phase change material by heat exchange with the phase change material charged in the heat storage tank 120 of the wall 100, and the phase change material is The heat storage state is achieved through heat.

실내의 내기가 실내 급기관(210)을 통해 벽체(100)의 공기배출부(115)를 거쳐 축열조(120)로 흐르게 되고, 축열조(120)에 저장된 상변화 물질로의 방열 작용에 의해 열 에너지를 부여받은 공기는 실내 배기관(310)을 통해 실내로 토출되어 난방을 수행하게 된다.Indoor air flows to the heat storage tank 120 through the air outlet 115 of the wall 100 through the indoor air supply pipe 210, and heat energy by the heat dissipation action to the phase change material stored in the heat storage tank 120 The air given is discharged into the room through the indoor exhaust pipe 310 to perform heating.

이와 같이 실내의 내기를 벽체(100)에 급기시키게 되면, 내부의 따뜻한 공기가 이미 태양의 복사열(H)에 의해 축열되어 있는 축열조(120)를 경유하면서 열교환이 이루어져 실내의 난방 열로 활용됨에 따라 실내 내부를 순환하는 과정을 거치게 된다. When the indoor air is supplied to the wall 100 in this way, heat exchange is performed while the internal warm air passes through the heat storage tank 120, which is already heated by the sun's radiant heat (H), and is used as indoor heating heat. It goes through the process of circulating inside.

도 3b는 본 발명에 따른 실내의 난방 모드 시에 실내의 환기 과정을 나타내는 것으로, 겨울철과 같이 실외의 외기가 난방 중인 실내의 내기보다 온도가 낮은 경우 실내의 환기를 위해, 환기수단을 작동시켜 실외의 차가운 외기가 실외 급기관(220)을 통해 벽체(100)의 공기배출부(115)를 거쳐 축열조(120) 내로 흐르게 될 경우, 태양의 복사열(H)에 의해 가열된 축열조(120)에 저장된 상변화 물질의 방열 작용에 의해 열 에너지를 부여받은 공기는 실내 배기관(310)을 통해 실내로 토출되어 난방을 수행하는 동시에 실내에 구비된 창문이나 도어와 같은 환기수단을 통해 실내로 유입된 공기를 환기시키게 된다. Figure 3b shows the indoor ventilation process in the indoor heating mode according to the present invention. When the cold outside air flows into the heat storage tank 120 through the air outlet 115 of the wall 100 through the outdoor supply pipe 220, the heat storage tank 120 heated by the solar radiant heat (H) is stored. The air given heat energy by the heat dissipation action of the phase change material is discharged into the room through the indoor exhaust pipe 310 to perform heating and at the same time, the air introduced into the room through ventilation means such as a window or door provided in the room. Ventilate.

이와 같이 실외의 외기를 벽체(100)에 급기시키게 되면, 외부의 차가운 공기가 축열조(120)를 경유하면서 열교환이 이루어져 축열조(120)의 온도는 하강하게 되면서 방열되므로, 실내 배기관(310)을 통해 실내로 공급되는 공기의 온도는 상승하여 실내의 난방 열로 활용된다. When the outdoor air is supplied to the wall 100 as described above, heat exchange is performed while the external cold air passes through the heat storage tank 120 and the temperature of the heat storage tank 120 decreases and heat dissipation. The temperature of the air supplied to the room rises and is used as heating heat in the room.

따라서, 겨울철에는 전술한 실내 공기의 내부 순환 과정 및 환기 과정의 반복을 통해 벽체(100)를 거쳐 실내로 토출되는 공기는 항상 외기 온도보다 높은 온도의 공기가 유입되어 실내의 난방 열로 활용하게 되고, 벽체(100)의 단열 효과에 의해 겨울철 난방 에너지의 손실을 방지하고, 난방 에너지 절감 효과를 극대화할 수 있게 된다. Therefore, in winter, air discharged to the room through the wall 100 through the repetition of the above-described internal circulation process and ventilation process always flows in air with a temperature higher than the outside temperature and is used as indoor heating heat, The heat insulation effect of the wall 100 prevents loss of heating energy in winter and maximizes the heating energy saving effect.

도 4a는 본 발명에 따른 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체(100)의 냉방 모드를 나타내는 도면이고, 도 4b는 본 발명에 따른 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체(100)의 냉방 모드 시, 실내의 환기 과정을 나타내는 도면이다. 4A is a view showing a cooling mode of the temperature-humidity control wall 100 using a phase change material according to the present invention, and FIG. 4B is a room in the cooling mode of the temperature-humidity control wall 100 using a phase change material according to the present invention. It is a diagram showing the ventilation process of.

도 4a를 참조하면, 본 발명에 따른 벽체(100)가 냉방 모드로 활용되는 경우에 대해 설명하기로 한다.Referring to FIG. 4A, a case where the wall 100 according to the present invention is used in a cooling mode will be described.

냉방이 필요한 실내는 대기에 노출되지 않고 본 발명의 벽체(100)만이 외부에 부착된 상태로 노출되며 별도의 냉방장치, 예컨대 에어컨 등에 의해 실내의 냉방이 이루어진다. The room requiring cooling is not exposed to the atmosphere, and only the wall 100 of the present invention is exposed while being attached to the outside, and the room is cooled by a separate air conditioner such as an air conditioner.

냉방장치에 의한 여름철 실내의 냉방 모드 시에 건축물 외벽에 설치된 벽체(100)의 축열조(120)가 태양의 복사에 의해 축열 과정을 거치게 된다. The heat storage tank 120 of the wall 100 installed on the outer wall of a building is subjected to a heat storage process by the sun's radiation in the cooling mode indoors in summer by the air conditioner.

태양의 복사열(H)은 벽체(100)의 축열조(120) 내에 충전된 상변화 물질과 열교환하여 상변화 물질을 가열하게 되고, 상변화 물질은 그 열을 통해 축열 상태를 이루게 된다. The solar radiation H is heat-exchanged with the phase change material filled in the heat storage tank 120 of the wall 100 to heat the phase change material, and the phase change material forms a heat storage state through the heat.

실외의 외기가 축열조(120)의 내부 온도보다 낮은 온도로 실외 급기관(220)을 통해 벽체(100)의 공기배출부(115)를 거쳐 축열조(120) 내로 흐르게 될 경우, 태양의 복사열(H)에 의해 가열된 축열조(120)에 저장된 상변화 물질의 방열 작용에 의해 열 에너지를 부여받은 공기는 실외 배기관(320)을 통해 실외로 배출된다. When the outdoor air flows into the heat storage tank 120 through the air outlet 115 of the wall 100 through the outdoor air supply pipe 220 at a temperature lower than the internal temperature of the heat storage tank 120, the radiant heat of the sun (H The air that has been given thermal energy by the heat dissipation action of the phase change material stored in the heat storage tank 120 heated by) is discharged to the outside through the outdoor exhaust pipe 320.

이와 같이 실외의 외기를 벽체(100)에 급기시키게 되면, 축열조(120)보다 낮은 실외의 공기가 이미 태양의 복사열(H)에 의해 축열되어 있는 축열조(120)를 경유하면서 열교환이 이루어져 실외로 배출될 경우 축열조(120)에 저장된 상변화 물질의 온도는 하강하면서 방열 작용을 일으키게 되므로 벽체(100)의 냉열로 단열 성능을 발휘하게 된다.When the outdoor air is supplied to the wall 100 in this way, the outdoor air lower than the heat storage tank 120 passes through the heat storage tank 120, which is already heated by the solar radiant heat (H), while heat exchange is performed and discharged to the outside. If so, the temperature of the phase change material stored in the heat storage tank 120 decreases, causing a heat dissipation effect, so that the heat insulation performance of the wall 100 is exerted.

따라서, 실내의 공기는 벽체(100)의 단열 효과로 인해 차가운 온도를 유지하게 된다. Accordingly, indoor air maintains a cool temperature due to the heat insulation effect of the wall 100.

도 4b는 본 발명에 따른 실내의 냉방 모드 시에 실내의 환기 과정을 나타내는 것으로, 여름철과 같이 실외의 외기가 냉방장치에 의해 냉방 중인 실내의 내기보다 온도가 높은 경우 실내의 환기를 위해, 환기수단을 작동시켜 실내의 차가운 내기가 실내 급기관(210)을 통해 벽체(100)의 공기배출부(115)를 거쳐 축열조(120) 내로 흐르게 될 경우, 축열조(120)에 저장된 상변화 물질의 방열 작용에 의해 열 에너지를 부여받은 공기는 실외 배기관(320)을 통해 실외로 배출되어 실내의 공기를 환기시키게 된다. Figure 4b shows the indoor ventilation process in the indoor cooling mode according to the present invention. When the outdoor outdoor air is higher than that of the indoor air being cooled by the air conditioner, such as in summer, for ventilation of the room, ventilation means When the cold inside air flows into the heat storage tank 120 through the air outlet 115 of the wall 100 through the indoor air supply pipe 210, the heat dissipation of the phase change material stored in the heat storage tank 120 The air, which has been given thermal energy, is discharged to the outside through the outdoor exhaust pipe 320 to ventilate the indoor air.

이와 같이 벽체(100)를 통해 실내의 내기를 배출시키게 되면, 실내의 차가운 공기가 축열조(120)를 경유하면서 열교환이 이루어져 축열조(120)는 일정한 온도 범위 내에서 온도가 하강하게 되어 축냉되므로 실외 배기관(320)을 통해 실외로 배출되는 공기의 온도는 상승된 채 배출되므로 벽체(100)의 냉열로 인해 단열 성능이 발휘되어 실내의 공기는 차가운 온도를 유지하게 되는 것이다. When the indoor air is discharged through the wall 100 in this way, heat exchange is performed while the indoor cold air passes through the heat storage tank 120, so that the heat storage tank 120 decreases in temperature within a certain temperature range, so that the outdoor exhaust pipe Since the temperature of the air discharged to the outside through 320 is discharged with an elevated temperature, heat insulation performance is exhibited due to the cold heat of the wall 100, so that the indoor air maintains a cool temperature.

따라서, 여름철에는 냉방장치의 작동 시에, 전술한 실내 공기의 내부 순환 과정 및 환기 과정의 반복을 통해 실내의 차가운 냉기가 벽체(100)의 냉열로 인하여 항상 외기 온도보다 낮은 온도를 유지할 수 있게 된다. Therefore, in the summer, when the air conditioner is operated, the cold air inside the room can always be maintained at a temperature lower than the outside air temperature due to the cooling heat of the wall 100 through the repetition of the above-described internal circulation process and ventilation process of the indoor air. .

위와 같이 냉방이 필요한 여름철에는, 벽체(100)의 축열조(120)에서의 방열 작용에 의해 벽체(100)의 냉열에 의한 단열 효과로 여름철 냉방 에너지의 손실을 방지하고, 냉방 에너지 절감 효과를 극대화할 수 있다. In the summer when cooling is required as above, the heat dissipation effect in the heat storage tank 120 of the wall 100 prevents the loss of cooling energy in the summer due to the heat insulation effect by the cooling and heat of the wall 100, and maximizes the cooling energy saving effect. I can.

본 발명에 따른 벽체를 활용하여 겨울철 난방과 여름철 냉방을 수행하게 되는데, 여기서의 난방이나 냉방이 이루어지는 시간은 축열조(120)의 상변화 물질에 대한 공기 주입을 통해 열전달 성능을 향상시킴으로써 조절이 가능하다. 즉, 축열조(120) 내에 공기가 주입될 경우 상변화 물질의 내부 교반으로 열 에너지가 불필요한 손실이 발생되지 않도록 유지되므로 난방, 냉방 및 단열 시간을 더 연장할 수 있다.Heating in winter and cooling in summer are performed using the wall according to the present invention, and the time at which heating or cooling is performed can be adjusted by improving heat transfer performance through air injection into the phase change material of the heat storage tank 120. . That is, when air is injected into the heat storage tank 120, heat energy is maintained so that unnecessary loss of heat energy is not generated due to internal agitation of the phase change material, and thus heating, cooling, and heat insulation time can be further extended.

축열조(120) 내에서 획득되는 태양의 복사열이 충분하지 않거나 거의 없는 경우에는 보조 열원을 사용하여 축열조(120)의 축열 기능이 수행될 수도 있다. When the solar radiant heat acquired in the heat storage tank 120 is insufficient or hardly present, the heat storage function of the heat storage tank 120 may be performed using an auxiliary heat source.

상술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it is possible to easily transform it into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and are not limiting. The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.

100 : 벽체 110 : 저수조
115 : 공기배출부 116 : 노즐
120 : 축열조 130 : 공기저장조
200 : 급기관 210 : 실내 급기관
220 : 실외 급기관 300 : 배기관
310 : 실내 배기관 320 : 실외 배기관100: wall 110: water storage tank
115: air outlet 116: nozzle
120: heat storage tank 130: air storage tank
200: supply pipe 210: indoor supply pipe
220: outdoor supply pipe 300: exhaust pipe
310: indoor exhaust pipe 320: outdoor exhaust pipe

Claims (6)

외관을 형성하며 내부에 공간이 마련된 박스 형상의 케이스로 이루어진 벽체로서,
상기 케이스의 하부 공간에 설치되며 공기의 배출을 수행하기 위해 복수의 노즐을 가지는 공기배출부;
상기 공기배출부의 상부 공간에 설치되며 외부 열원에 의해 상변화하는 상변화 물질이 충전되고, 상기 공기배출부의 노즐로부터 배출되는 공기가 통과하는 축열조; 및
상기 축열조의 상부 공간에 설치되며 상변화 물질과 열교환하여 열을 축척하는 온열 공기로 저장되는 공기저장조;를 포함하며,
상기 공기배출부는 물이 저장되는 저수조에 설치되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체.
It is a wall made of a box-shaped case that forms the exterior and has a space inside,
An air discharge unit installed in the lower space of the case and having a plurality of nozzles to discharge air;
A heat storage tank installed in the upper space of the air discharge part, filled with a phase change material that changes phase by an external heat source, and through which air discharged from the nozzle of the air discharge part passes; And
Includes; an air storage tank installed in the upper space of the heat storage tank and stored as warm air to accumulate heat by exchanging heat with a phase change material,
The air discharge unit is a wall for controlling temperature and humidity using a phase change material, characterized in that it is installed in a water storage tank in which water is stored.
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 공기배출부의 노즐은 상기 저수조의 물 안에 잠긴 상태로 설치되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체.
The method of claim 1,
The temperature and humidity control wall using a phase change material, characterized in that the nozzle of the air outlet is installed in a state submerged in the water of the storage tank.
 제1항에 있어서,
상기 공기배출부에는 실내의 공기가 벽체 내로 공급되도록 하는 실내 급기관과, 실외의 공기가 벽체 내로 공급되도록 하는 실외 급기관이 연결된 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체.
The method of claim 1,
An indoor air supply pipe for supplying indoor air to the wall and an outdoor supply pipe for supplying outdoor air into the wall are connected to the air discharge unit.
 제1항에 있어서,
상기 공기저장조에는 저장되는 온열 공기를 실내로 배출되도록 하는 실내 배기관과, 상기 온열 공기를 실외로 배출되도록 하는 실외 배기관이 연결된 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체.
The method of claim 1,
An indoor exhaust pipe for discharging the stored heated air to the room and an outdoor exhaust pipe for discharging the heated air to the outside are connected to the air storage tank.
 제1항에 있어서,
상기 외부 열원은 태양의 복사열인 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 온습도 조절 벽체.
The method of claim 1,
The external heat source is a temperature and humidity control wall using a phase change material, characterized in that the solar radiation.
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