KR102485877B1 - 축열식 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축열식 냉각장치에 관한 것으로, 내부에 냉열을 축열하기 위한 중간냉매가 저장되는 제1 축열조; 상기 제1 축열조의 내부에 설치되고, 내부에 흐르는 냉매에 의해 상기 중간냉매를 냉각시키는 증발기; 및 상기 제1 축열조의 내부에 설치되고, 상기 중간냉매로부터 냉열을 흡수하여 내부에 흐르는 고온의 유체를 냉각시키는 제1 열교환기를 포함한다. 이러한 본 발명은 에너지 효율을 높이고 즉각적인 냉각효과를 발휘하며, 외부의 다른 냉각장치와의 연계를 통해 하나의 장치로 다수의 냉각장치를 가동할 수 있는 장점이 있다.

Description

축열식 냉각장치{Regenerative cooling device}

본 발명은 축열식 냉각장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 기체 또는 액체와 같은 유체를 냉각하는 장치에 관한 것으로 단열재로 밀폐된 축열조 내에서 증발기와 열교환기 사이에 중간냉매를 구비함으로써 압축기의 동작을 중단시킨 경우에도 중간냉매에 축열된 냉열을 통해 지속적으로 열교환기 내부를 흐르는 유체를 냉각시킬 수 있는 축열식 냉각장치에 관한 것이다.

여름에는 에어컨, 선풍기 등의 많은 냉각기기를 사용함으로 인해 전기사용량이 막대하다.

일반적으로 냉각장치는 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발의 과정을 거치게 하여 냉각효과를 발생시키는 것으로서, 가격이 비싸고 에너지가 많이 소모되며 설치가 번거롭고 운용시 소음이 발생되는 단점이 있다.

또한, 에어컨과 같은 종래의 냉각장치의 경우 고온의 열이 응축기에서 발생하여 외부로 방출되며, 이는 도심 열섬효과의 주요 원인으로 지적되고 있다.

한편, 일반적인 축열식 냉방장치는 심야전기를 이용하여 축냉을 하고 이를 활용하는 것이다. 그러나 이러한 종래의 축열식 냉방장치는 기기의 부피가 커지고 용량이 부족하여 실제로 냉기가 필요한 시점에서는 크게 효과적이지 못하다는 단점이 있다.

한국공개특허 제10-2002-0074554호(2002.10.04.)

상기한 문제를 해결하기 위해 본 발명은 에너지 효율을 높이고 즉각적인 냉각효과를 발휘하며, 소음이 적은 축열식 냉각장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 내부에 냉열을 축열하기 위한 중간냉매가 저장되는 제1 축열조; 상기 제1 축열조의 내부에 설치되고, 내부에 흐르는 냉매에 의해 상기 중간냉매를 냉각시키는 증발기; 및 상기 제1 축열조의 내부에 설치되고, 상기 중간냉매로부터 냉열을 흡수하여 내부에 흐르는 고온의 유체를 냉각시키는 제1 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 냉각장치를 제공한다.

이때, 상기 축열식 냉각장치는 상기 증발기에 연통되고 상기 증발기 내부를 흐르는 상기 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에 연통되는 응축기; 및 상기 응축기와 상기 증발기에 연통되는 팽창기를 더 포함하고, 상기 증발기 내부를 흐르는 상기 냉매는 상기 증발기, 상기 압축기, 상기 응축기 및 상기 팽창기를 순차적으로 순환하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 내부에 상기 응축기가 설치되고, 외부로부터 냉수가 유입되도록 구비되어 상기 냉수로 상기 응축기를 냉각시키는 수조를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 열교환기의 출구측에는 압력밸브에 연결되는 제1 유로가 형성되고, 상기 압력밸브는 상기 제1 열교환기로부터 상기 제1 유로를 통과하는 유체가 미리 정해진 압력을 초과할때 개방되도록 구비될 수 있다.

또한, 상기 제1 열교환기의 출구측에는 물통에 연결되는 제2 유로가 형성되고, 상기 물통은 상기 제1 열교환기에서 발생된 습기가 유입되도록 구비되며, 상기 물통에 유입된 수분은 상기 압축기의 열에 의해 증발되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압력밸브의 후단에는 상기 압력밸브를 통과한 유체의 습기를 포집하는 제습기가 구비되고, 상기 제습기에 의해 포집된 습기는 상기 물통으로 유입되도록 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 축열조에 연통되고, 상기 중간냉매가 내부에 저장되는 제2 축열조; 상기 제2 축열조에 설치되어 상기 제1 축열조와 상기 제2 축열조 사이에서 상기 중간냉매를 순환시키는 순환펌프; 및 상기 제2 축열조의 내부에 설치되고, 상기 중간냉매로부터 냉열을 흡수하여 내부에 흐르는 고온의 유체를 냉각시키는 제2 열교환기를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 축열조의 내부에 설치되고, 상기 중간냉매로부터 냉열을 흡수하여 내부에 흐르는 고온의 유체를 냉각시키는 제3 열교환기를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 에너지 효율을 높이고 즉각적인 냉각효과를 발휘하며, 소음이 적다는 효과가 있다.

또한, 외부의 다른 냉각장치와의 연계를 통해 하나의 장치로 다수의 냉각장치를 가동할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 축열식 냉각장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 축열식 냉각장치에 복수의 축열조가 설치된 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 축열식 냉각장치의 축열조 내에 복수의 열교환기가 설치된 것을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 축열식 냉각장치의 개략도이다.

이하, 도 1을 참고하여 본 발명에 따른 축열식 냉각장치(10)를 설명한다.

본 발명에 따른 축열식 냉각장치(10)는 내부에 냉열을 축열하기 위한 중간냉매(102)가 저장되는 제1 축열조(100)와, 제1 축열조(100)의 내부에 설치되고 내부에 흐르는 냉매에 의해 중간냉매(102)를 냉각시키는 증발기(110), 및 제1 축열조(100)의 내부에 설치되고 중간냉매(102)로부터 냉열을 흡수하여 내부에 흐르는 고온의 유체를 냉각시키는 제1 열교환기(120)를 포함한다.

여기서, 제1 축열조(100)는 외부가 단열재로 처리되어 밀폐되며, 내부에 중간냉매(102)를 수용하기 위한 공간이 형성된다.

또한, 중간냉매(102)는 물로 이루어질 수 있으나, 물 외에도 냉열 에너지를 저장할 수 있는 유체라면 어떤 것으로 이루어져도 무방하다.

증발기(110)는 압축기(160)에 연결되며, 압축기(160)에 의해 증발기(110) 내부를 흐르는 냉매가 압축된다. 압축기(160)의 후단에는 응축기(130)가 연통되고, 응축기(130)와 증발기(110) 사이에는 팽창기(150)가 연통되도록 구비된다.

상기와 같은 구성에 의해 증발기(110) 내부를 흐르는 냉매는 증발기(110), 압축기(160), 응축기(130), 팽창기(150)를 거쳐 다시 증발기(110)로 유입되면서 순차적으로 순환하도록 구비된다.

이때, 응축기(130)는 외부로부터 냉수가 유입되도록 구비되는 수조(140) 내부에 설치될 수 있다. 구체적으로 수조(140)는 외부가 단열재로 처리되어 밀폐된 내부공간을 구비하며, 응축기(130)는 유입된 냉수에 의해 냉각되고 응축기(130)로부터 열을 흡수한 물은 다시 수조(140) 외부로 배출된다.

다른 예로 응축기(130)는 수시로 물의 순환이 발생되는 저수통(미도시)에 설치될 수 있다. 예를 들어 응축기(130)를 양변기의 저수통에 설치하여 양변기로 유입된 물을 응축기(130)를 냉각시키는 냉각수로 활용할 수도 있다.

한편, 냉각대상인 고온의 유체는 가압펌프(180)에 의해 압력과 온도가 상승되어 제1 열교환기(120)로 유입된다. 이렇게 함으로써 유체와 제1 열교환기(120) 간의 온도차를 높여 냉각효율을 극대화할 수 있게 된다.

제1 열교환기(120)를 통과하여 냉각된 유체는 제1 열교환기(120)의 출구측에 연통되어 압력밸브(190)에 연결되는 제1 유로(192)로 배출된다.

압력밸브(190)는 제1 열교환기(120)로부터 제1 유로(192)를 통과하는 유체가 미리 정해진 압력을 초과할 때 개방되도록 구비된다. 이렇게 함으로써 제1 열교환기(120) 내부의 압력을 높여 유체와 제1 열교환기(120) 간의 온도차를 크게 하고, 유체가 제1 열교환기(120) 내부에 머무는 시간을 증가시켜 냉각효율을 높일 수 있게 된다.

압력밸브(190)의 후단에는 압력밸브(190)를 통과한 유체의 습기를 포집하는 제습기(200)가 구비되고, 제습기(200)에 의해 포집된 습기는 압축기(160)에 인접하여 설치되는 물통(210)으로 유입된다.

이러한 과정을 통해 제1 열교환기(120)에서 발생된 습기는 물통(210)에 모이게 되고, 물통(210)에 유입된 수분은 압축기(160)의 열에 의해 증발된 후 수조(140)로 유입되어 배출된다.

이때, 압축기(160)의 후단에는 가습기(170)를 구비할 수 있으며, 압축기(160)에 의해 증발된 습기가 가습기(170)를 통해 배출되도록 하여 낮은 습도를 높일 수 있다.

한편, 제1 열교환기(120)의 출구측에는 물통(210)에 연결되는 제2 유로(212)가 더 형성될 수 있고, 제1 열교환기(120)에서 발생된 습기가 압력밸브(190)를 거치지 않고 바로 물통(210)으로 유입되도록 하는 것이 가능하다.

도 2는 본 발명에 따른 축열식 냉각장치에 복수의 축열조가 설치된 상태를 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이 제1 축열조(100)에는 제2 축열조(220)가 연결될 수 있으며, 제2 축열조(220)는 다른 냉방장치에 연결되어 냉각기능을 수행하도록 구비된다.

구체적으로 제2 축열조(220)는 제1 축열조(100)에 연통되도록 설치되고, 내부에는 중간냉매(102)가 저장된다.

또한, 제2 축열조(220)에는 제1 축열조(100)와 제2 축열조(220) 사이에서 중간냉매(102)를 순환시키는 순환펌프(240)가 구비되며, 순환펌프(240)에 의해 중간냉매(102)가 제1 축열조(100)와 제2 축열조(220)를 순환하면서 제1 축열조(100)의 냉열을 제2 축열조(220)로 전달한다.

이러한 제2 축열조(220)의 내부에는 제2 열교환기(230)가 설치된다. 제2 열교환기(230)는 중간냉매(102)로부터 냉열을 흡수하여 내부에 흐르는 고온의 유체를 냉각시킨후 저온 상태로 배출함으로써 이에 연결된 다른 냉방장치를 냉각시킬 수 있게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 축열식 냉각장치의 축열조 내에 복수의 열교환기가 설치된 것을 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이 제1 축열조(100) 내부에는 또 다른 열교환기로서 제3 열교환기(250)가 추가적으로 설치될 수 있다.

제3 열교환기(250)는 중간냉매(102)로부터 냉열을 흡수하여 내부에 흐르는 고온의 유체를 냉각시키는 역할을 하고, 제3 열교환기(250)를 통해 냉각된 유체는 제3 열교환기(250)와 별도의 다른 외부 냉각기(300) 사이를 순환하면서 외부 냉각기(300)에서 목적하는 대상을 냉각시킨다.

예를 들어 외부 냉각기(300)는 정수기와 같은 장치일 수 있으며, 외부 냉각기(300)에는 순환펌프(310)를 구비하여 제3 열교환기(250)의 유체를 순환시킬 수 있다. 이때, 제3 열교환기(250)에서 냉각된 유체가 흐르는 유로측에는 순환펌프(310)에 연동되는 온도센서(320)가 구비될 수 있다.

온도센서(320)는 냉각된 유체의 온도를 측정하여 측정된 데이터를 순환펌프(310)로 전송하고, 순환펌프(310)는 냉각된 유체가 미리 정해진 온도보다 높은 경우일 때 작동하여 냉각대상 유체를 다시 제3 열교환기(250)로 순환시킴으로써 냉각대상 유체가 미리 정해진 온도까지 냉각된 후에 배출될 수 있도록 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 축열식 냉각장치(10)는 에너지 효율을 높이고, 냉각된 중간냉매(102)의 냉열을 통해 즉각적인 냉각효과를 발휘하며 소음이 적다는 효과가 있다. 또한, 외부의 다른 냉각장치와의 연계를 통해 본 발명의 축열식 냉각장치(10) 하나로 다수의 냉각장치를 가동할 수 있어 매우 유용하다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 축열식 냉각장치
100: 제1 축열조 102: 중간냉매
110: 증발기 120: 제1 열교환기
130: 응축기 140: 수조
150: 팽창기 160: 압축기
170: 가습기 180: 가압펌프
190: 압력밸브 192: 제1 유로
200: 제습기 210: 물통
212: 제2 유로 220: 제2 축열조
230: 제2 열교환기 240: 순환펌프
250: 제3 열교환기 300: 외부 냉각기
310: 순환펌프 320: 온도센서

Claims (8)

1. 내부에 냉열을 축열하기 위한 중간냉매가 저장되는 제1 축열조;
   상기 제1 축열조의 내부에 설치되고, 내부에 흐르는 냉매에 의해 상기 중간냉매를 냉각시키는 증발기; 및
   상기 제1 축열조의 내부에 설치되고, 상기 중간냉매로부터 냉열을 흡수하여 내부에 흐르는 고온의 유체를 냉각시키는 제1 열교환기를 포함하되,
   상기 제1 축열조에 연통되고, 상기 중간냉매가 내부에 저장되는 제2 축열조;
   상기 제2 축열조에 설치되어 상기 제1 축열조와 상기 제2 축열조 사이에서 상기 중간냉매를 순환시키는 순환펌프; 및
   상기 제2 축열조의 내부에 설치되고, 상기 중간냉매로부터 냉열을 흡수하여 내부에 흐르는 고온의 유체를 냉각시키는 제2 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 냉각장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 증발기에 연통되고 상기 증발기 내부를 흐르는 상기 냉매를 압축하는 압축기;
   상기 압축기에 연통되는 응축기; 및
   상기 응축기와 상기 증발기에 연통되는 팽창기를 더 포함하고,
   상기 증발기 내부를 흐르는 상기 냉매는 상기 증발기, 상기 압축기, 상기 응축기 및 상기 팽창기를 순차적으로 순환하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 축열식 냉각장치.
3. 제2항에 있어서,
   내부에 상기 응축기가 설치되고, 외부로부터 냉수가 유입되도록 구비되어 상기 냉수로 상기 응축기를 냉각시키는 수조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 냉각장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 열교환기의 출구측에는 압력밸브에 연결되는 제1 유로가 형성되고,
   상기 압력밸브는 상기 제1 열교환기로부터 상기 제1 유로를 통과하는 유체가 미리 정해진 압력을 초과할때 개방되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 축열식 냉각장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 열교환기의 출구측에는 물통에 연결되는 제2 유로가 형성되고,
   상기 물통은 상기 제1 열교환기에서 발생된 습기가 유입되도록 구비되며,
   상기 물통에 유입된 수분은 상기 압축기의 열에 의해 증발되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 축열식 냉각장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 압력밸브의 후단에는 상기 압력밸브를 통과한 유체의 습기를 포집하는 제습기가 구비되고,
   상기 제습기에 의해 포집된 습기는 상기 물통으로 유입되도록 구비된 것을 특징으로 하는 축열식 냉각장치.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1 축열조의 내부에 설치되고, 상기 중간냉매로부터 냉열을 흡수하여 내부에 흐르는 고온의 유체를 냉각시키는 제3 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 냉각장치.
   
   
   
   
   

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