KR102489883B1 - Phase Change Material Performance Test Facility - Google Patents

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KR102489883B1
KR102489883B1 KR1020210054192A KR20210054192A KR102489883B1 KR 102489883 B1 KR102489883 B1 KR 102489883B1 KR 1020210054192 A KR1020210054192 A KR 1020210054192A KR 20210054192 A KR20210054192 A KR 20210054192A KR 102489883 B1 KR102489883 B1 KR 102489883B1
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박성호
김관수
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Abstract

본 발명은 내부에 PCM을 충진할 수 있는 탱크와, 상기 탱크의 상부를 덮어서 폐쇄하는 커버와, 상기 커버에 결합되어 초저온 유체 유입 및 공기를 배출할 수 있는 제1 유입 배출구가 형성된 주배관과, 상기 주배관에 연결되어 형성되고, PCM과의 열교환을 수행하도록 균일 분배를 위해 형성된 전열부와, 상기 탱크의 하부에 연결 결합되어 초저온 유체 배출 및 공기를 유입할 수 있는 제2 유입 배출구가 형성된 연결부와, 상기 커버에는 PCM 충진을 위해 형성된 유입부와, 상기 탱크 하단에는 PCM 교체를 위해 형성된 배출라인과, 상기 탱크 내부의 온도를 측정할 수 있도록 형성된 온도센서와, 상기 탱크 하단부에 형성되며, 탱크 최하단 정수압을 활용한 수위 측정을 위한 압력계 및 상기 탱크의 상부에 설치되며 화염 발생 시 폭발 방지를 위한 역화방지장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질 성능 시험 설비를 제안한다.The present invention includes a tank capable of filling PCM therein, a cover that covers and closes the upper portion of the tank, and a main pipe having a first inlet and outlet coupled to the cover to introduce cryogenic fluid and discharge air, and the A heat transfer unit connected to the main pipe and formed for uniform distribution to perform heat exchange with the PCM, and a connection unit having a second inlet outlet connected to the lower part of the tank to discharge cryogenic fluid and introduce air, and The cover has an inlet formed for PCM filling, a discharge line formed for PCM replacement at the bottom of the tank, a temperature sensor formed to measure the temperature inside the tank, and a hydrostatic pressure formed at the bottom of the tank. We propose a phase change material performance test facility that includes a pressure gauge for measuring the level using a pressure gauge and a flashback prevention device installed on the top of the tank and preventing explosion in the event of a flame.

Description

상변화 물질 성능 시험 설비{Phase Change Material Performance Test Facility}Phase Change Material Performance Test Facility

본 발명은 초저온 에너지 잠열 저장을 위한 상변화 물질(PCM: Phase Change Material) 활용에 따른 상변화 물질 성능 시험 설비에 관한 것으로, 해당 설비는 초저온 에너지 활용 시스템에 구성되어, 탱크 내부 온도 및 압력 계측에 의한 PCM의 저장 및 배출, 충진 정도의 관찰, 물질 상의 판단, 온도차를 활용한 잠열 활용 성능 평가가 가능한 상변화 물질 성능 시험 설비에 관한 것이다.The present invention relates to a phase change material performance test facility according to the use of a phase change material (PCM) for storing latent heat of cryogenic energy. It relates to a phase change material performance test facility capable of storing and discharging PCM, observing the degree of filling, determining the material phase, and evaluating latent heat utilization performance using the temperature difference.

상변화 물질(PCM:Phase Change Material) 설비는 일반적으로 상변화 물질을 제조하거나 물 혹은 공기의 단열, 냉·난방장치의 성능 향상을 위한 목적으로 사용된다. Phase Change Material (PCM) facilities are generally used to manufacture phase change materials, to insulate water or air, and to improve the performance of air conditioning and heating devices.

예를들어, ESS(Energy Storage System,에너지저장장치), 중계기, 교통신호기, 분전반 등과 같은 기기는 다양한 전자 장비들을 함체에 수용하여 제작된다.For example, devices such as ESS (Energy Storage System), repeaters, traffic signals, distribution boards, etc. are manufactured by accommodating various electronic equipment in an enclosure.

한편, 전자 장비들을 동작하면서 열이 발생하는데 이 열은 함체 내부의 온도 상승을 유발하고 이 열에 의해 전자 장비의 수명이 단축되며 기능도 저하된다.On the other hand, heat is generated while operating electronic equipment, and this heat causes an increase in temperature inside the enclosure, which shortens the life of the electronic equipment and deteriorates its function.

온도 상승이 심할 경우 전자 장비들은 오작동이나 동작 불능 상태가 발생하며, 화재에 의해 소실되기도 한다.If the temperature rises severely, electronic equipment may malfunction or become inoperable, and may be destroyed by fire.

이러한 온도상승을 방지하기 위해 일반적으로 함체에는 온도 상승을 억제하기 위한 열교환기가 구비된다.In order to prevent such a temperature rise, a heat exchanger for suppressing the temperature rise is generally provided in the enclosure.

관련선행 문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2020-0059916호(2020.05.29.)가 공개되어 있다.As related prior literature, Korean Patent Publication No. 10-2020-0059916 (May 29, 2020) has been published.

선행문헌에서는 히트 파이프 및 상기 히트 파이프의 내부에 충전되는 열교환 유체를 포함하고, 상기 열교환 유체는 PCM(Phase Change Materials, 상변화 물질)과 냉매를 포함하며, 상기 PCM은 상기 히트 파이프의 열과 상기 냉매의 기화열을 동시에 흡수하여 열교환을 수행하는 공조용 열교환기를 개시하고 있다.The prior literature includes a heat pipe and a heat exchange fluid filled inside the heat pipe, the heat exchange fluid includes a phase change material (PCM) and a refrigerant, and the PCM includes heat of the heat pipe and the refrigerant. Disclosed is a heat exchanger for air conditioning that performs heat exchange by simultaneously absorbing heat of vaporization.

그러나 종래 기술은 초저온 환경에서의 활용, PCM 축열 성능 평가 및 다양한 PCM 성능을 실험하기 위한 계측 및 구조적 한계를 가진다는 문제점이 있다.However, the prior art has a problem in that it has measurement and structural limitations for use in a cryogenic environment, PCM heat storage performance evaluation, and various PCM performance experiments.

대한민국 공개특허 제10-2020-0059916호(2020.05.29.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0059916 (2020.05.29.)

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 초저온 에너지 활용 시스템에 구성되어 지지구조물 위에 탑재되며, 탱크 내부 온도 및 압력 계측에 의한 PCM의 저장 및 배출, 충진 정도의 관찰, 물질 상의 판단, 온도차를 활용한 잠열 활용 성능 평가가 가능한 상변화 물질 성능 시험 설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above conventional problems, and an object of the present invention is configured in a cryogenic energy utilization system and mounted on a support structure, and measures the storage, discharge, and filling of PCM by measuring the temperature and pressure inside the tank. An object of the present invention is to provide a phase change material performance test facility capable of evaluating latent heat utilization performance using observation, material phase determination, and temperature difference.

본 발명의 다른 목적은 단열 저장탱크, PCM 충진 배관, 배출 배관, 초저온 배관의 분리를 통해 유지보수 및 열교환부 개조가 용이하도록 설계 되었으며, 탱크 상단에는 화염사고 시 폭발을 방지하기 위한 역화방지장치가 설치되고, 밸브를 통해 초저온 유체의 유량제어가 가능하며, 탱크 내부는 초저온 유체와 PCM 간 열 교환을 위한 전열부로 구성되며 관형, 판형, 배관 내외부 휜이 장착된 배관, 이들의 조합된 구성을 포함하여 형상에 제한되지 않고 설치 환경에 따라 변경 될 수 있는 상변화 물질 성능시험 설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is designed to facilitate maintenance and remodeling of the heat exchange unit through the separation of the insulated storage tank, PCM filling piping, discharge piping, and cryogenic piping, and a flashback prevention device to prevent explosion in the event of a fire accident at the top of the tank It is installed, and it is possible to control the flow rate of the cryogenic fluid through the valve, and the inside of the tank consists of a heat exchanger for heat exchange between the cryogenic fluid and the PCM, and includes tubular, plate-type, piping equipped with internal and external fins, and combinations thereof Therefore, the purpose is to provide a phase change material performance test facility that can be changed according to the installation environment without being limited by the shape.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 상변화 물질 성능 시험 설비는, 내부에 PCM을 충진할 수 있는 탱크; 상기 탱크의 상부를 덮어서 폐쇄하는 커버; 상기 커버에 결합되어 초저온 유체 유입 및 공기를 배출할 수 있는 제1 유입 배출구가 형성된 주배관; 상기 주배관에 연결되어 형성되고, PCM과의 열교환을 수행하도록 균일 분배를 위해 형성된 전열부; 상기 탱크의 하부에 연결 결합되어 초저온 유체 배출 및 공기를 유입할 수 있는 제2 유입 배출구가 형성된 연결부; 상기 커버에는 PCM 충진을 위해 형성된 유입부; 상기 탱크 하단에는 PCM 교체를 위해 형성된 배출라인; 상기 탱크 내부의 온도를 측정할 수 있도록 형성된 온도센서; 상기 탱크 하단부에 형성되며, 탱크 최하단 정수압을 활용한 수위 측정을 위한 압력계; 및 상기 탱크의 상부에 설치되며 화염 발생 시 폭발 방지를 위한 역화방지장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the phase change material performance test facility of the present invention includes a tank capable of filling PCM therein; a cover covering and closing the upper portion of the tank; a main pipe coupled to the cover and having a first inlet and outlet through which cryogenic fluid is introduced and air is discharged; a heat transfer unit connected to the main pipe and formed for uniform distribution to perform heat exchange with the PCM; a connection part connected to the lower part of the tank and having a second inlet outlet through which cryogenic fluid is discharged and air is introduced; The cover has an inlet formed for filling PCM; A discharge line formed at the bottom of the tank for replacing the PCM; a temperature sensor formed to measure the temperature inside the tank; a pressure gauge formed at the bottom of the tank and measuring the water level using hydrostatic pressure at the bottom of the tank; And it is installed on the top of the tank and characterized in that it includes a flashback prevention device for preventing explosion in the event of a flame.

바람직하게는, 상기 온도센서는, 상기 PCM 탱크 내부에 탱크의 높이 방향으로 복수개 형성되며; 상기 주배관에 형성된 제1 온도 압력계와 제2 온도 압력계를 통해 잠열 활용 성능 분석이 가능한 것을 특징으로 한다.Preferably, the temperature sensor is formed in plurality in the height direction of the tank inside the PCM tank; Characterized in that latent heat utilization performance analysis is possible through the first temperature pressure gauge and the second temperature pressure gauge formed in the main pipe.

더욱 바람직하게는, 상기 유입부는, 증발을 방지하기 위한 블라인드 플랜지(blind flange)가 구비되는 것을 특징으로 한다.More preferably, the inlet is characterized in that a blind flange for preventing evaporation is provided.

또한 바람직하게는, 상기 전열부는 탱크 상단으로부터 탱크 높이의 1/3 내지 1/4 정도 이격되어 위치하도록 배치하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the heat transfer part is disposed to be spaced apart from the top of the tank by about 1/3 to 1/4 of the height of the tank.

또한 바람직하게는, 상기 전열부는, 상기 주배관과 연결되어 복수개로 나눠져 분지배관 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the heat transfer unit is connected to the main pipe and is divided into a plurality of parts to form a branch pipe.

또한 바람직하게는, 상기 전열부는 복수개로 나눠진 분지배관 중 어느 하나에 연결되어 가이드부가 형성되며, 상기 탱크 중심부와 가이드부에 서모커플이 배치되어 탱크 중심 및 반지름 방향의 온도 변화를 계측하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the heat transfer unit is connected to any one of a plurality of branch pipes to form a guide unit, and a thermocouple is disposed in the center of the tank and the guide unit to measure the temperature change in the center of the tank and in the radial direction. do.

또한 바람직하게는, 상기 가이드부는 열전도가 낮고 내화학성, 비팽윤을 가지는 유리재질 혹은 테프론(PTFE) 계열 소재로 구성되는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the guide portion is characterized in that it is composed of a glass material or a Teflon (PTFE)-based material having low thermal conductivity, chemical resistance, and non-swelling.

본 발명에 따르면, 초저온 에너지 활용 시스템에 구성되어 지지구조물 위에 탑재되며, 탱크 내부 온도 및 압력 계측에 의한 PCM의 저장 및 배출, 충진 정도의 관찰, 물질 상의 판단, 온도차를 활용한 잠열 활용 성능 평가가 가능하고, 단열 저장탱크, PCM 충진 배관, 배출 배관, 초저온 배관의 분리를 통해 유지보수 및 열교환부 개조가 용이한 효과를 가진다.According to the present invention, it is configured in a cryogenic energy utilization system and mounted on a support structure, and storage and discharge of PCM by measuring the temperature and pressure inside the tank, observation of the filling degree, determination of the material phase, evaluation of latent heat utilization performance using the temperature difference It is possible, and through the separation of the insulated storage tank, PCM filling piping, discharge piping, and cryogenic piping, maintenance and remodeling of the heat exchange unit have an effect that is easy.

또한, 역화방지장치를 통해 화염사고 시 폭발을 방지할 수 있으며, 밸브를 통해 초저온 유체의 유량제어가 가능하며, 탱크 내부는 초저온 유체와 PCM 간 열 교환을 위한 전열부로 구성되며 관형, 판형, 배관 내외부 휜이 장착된 배관, 이들의 조합된 구성을 포함하여 형상에 제한되지 않고 설치 환경에 따라 변경될 수 있는 효과를 가진다.In addition, it is possible to prevent explosion in the event of a flame accident through a flashback prevention device, and it is possible to control the flow rate of cryogenic fluid through a valve. It has an effect that can be changed according to the installation environment without being limited to the shape including a pipe equipped with internal and external fins and a combination thereof.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 물질 성능 시험 설비의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 물질 성능 시험 설비의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
1 is a diagram showing the configuration of a phase change material performance test facility according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a detailed configuration of a phase change material performance test facility according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.The advantages and features of the present invention, and how to achieve them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments in conjunction with the accompanying drawings.

그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.However, the present invention is not limited by the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the person who has the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우, 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.In addition, when it is determined that related known technologies may obscure the gist of the present invention in describing the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

먼저, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 물질 성능 시험 설비의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 물질 성능 시험 설비의 세부 구성을 나타내는 도면이다.First, FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a phase change material performance test facility according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the detailed configuration of a phase change material performance test facility according to an embodiment of the present invention. .

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 상변화 물질 성능 시험 설비는, PCM(Phase Change Material, 30)을 내부에 충진할 수 있도록 구비되는 탱크(20)와 탱크의 상부에 결합하여 탱크를 밀폐하는 커버(cover, 21)와, 일측이 커버(21)와 결합되어 돌출 형성되며 타측이 탱크 하단부에 위치하는 주배관(23)이 연결되어 초저온 유체가 유입 및 배출이 가능하며, 공기의 배출 및 유입이 가능하도록 한다.1 and 2, the phase change material performance test facility according to the present invention combines a tank 20 provided to fill the inside of a phase change material (PCM) 30 and an upper portion of the tank. A cover 21 for sealing the cover 21 and a main pipe 23, one side of which is protruded by being combined with the cover 21 and the other side located at the lower end of the tank, are connected so that cryogenic fluid can be introduced and discharged, and air can be discharged. and enable inflow.

이때, 주배관(23)의 일측에 형성된 제1 유입 배출구(1)는 초저온 유체가 유입되거나 공기가 배출 가능하도록 형성되며, 타측에는 주배관(23)과 연결되어 탱크 외부에 위치하는 연결부(24)가 형성될 수 있으며, 연결부(24)에는 초저온 유체가 배출되거나 공기가 유입 가능하도록 제2 유입 배출구(7)가 형성될 수 있다.At this time, the first inlet/outlet 1 formed on one side of the main pipe 23 is formed so that cryogenic fluid can flow in or air can be discharged, and the other side has a connection part 24 connected to the main pipe 23 and located outside the tank. A second inlet outlet 7 may be formed in the connection part 24 to allow cryogenic fluid to be discharged or air to be introduced.

또한, 탱크는 단열 저장탱크로 탱크의 외벽은 단열재(층)로 구성될 수 있다.In addition, the tank is an insulated storage tank, and the outer wall of the tank may be composed of an insulator (layer).

또한, 탱크의 상부로 돌출 형성된 주배관(23)과 탱크 하측에 주배관과 연결 형성된 연결부(24)에는 각각 밸브(미도시)가 구비되어 밸브를 통해 초저온 유체의 유량제어가 가능한 것을 나타낸다.In addition, valves (not shown) are provided in the main pipe 23 protruding from the top of the tank and the connection part 24 connected to the main pipe at the bottom of the tank, indicating that the flow rate of the cryogenic fluid can be controlled through the valve.

또한, 커버(21)에는 PCM 충진을 위한 PCM 유입부(2)가 구비될 수 있으며, 유입부(2) PCM의 증발을 방지하 기 위해 블라인드 플랜지(blind flange)가 설치될 수 있다.In addition, the cover 21 may be provided with a PCM inlet 2 for PCM filling, and a blind flange may be installed in the inlet 2 to prevent evaporation of PCM.

또한, 탱크 상단에는 화염사고 시 폭발을 방지하기 위한 역화방지장치(3)가 설치될 수 있다. In addition, a flashback prevention device 3 may be installed at the top of the tank to prevent explosion in the event of a fire accident.

또한, 탱크에는 육안 관찰을 가능하게 하는 사이트 글라스(sight glass, 미도시)를 설치할 수 있으며, 카메라 또는 센서 류가 삽입될 수 있도록 플랜지(미도시)가 적절한 위치에 구비될 수 있다.In addition, a sight glass (not shown) capable of visual observation may be installed in the tank, and a flange (not shown) may be provided at an appropriate position so that a camera or sensor may be inserted.

이것에 의해 PCM의 상태를 육안으로 관찰할 수 있으며, 카메라 또는 센서 류를 통해 시험 환경 또는 조건에 따라 사용자가 선택하여 추가적인 측정 데이터를 수집할 수 있다.By this, the state of the PCM can be observed with the naked eye, and additional measurement data can be collected by selecting the user according to the test environment or conditions through cameras or sensors.

또한, 탱크(20) 내부에는 초저온 유체와 PCM 간 열교환을 위한 전열부(13)로 구성되며, 전열부(13) 주밸브와 연결되어 균일 분배 목적을 가지는 분지배관 구조로 형성될 수 있다.In addition, the inside of the tank 20 is composed of a heat transfer unit 13 for heat exchange between the cryogenic fluid and the PCM, and the heat transfer unit 13 is connected to the main valve to form a branch pipe structure having the purpose of uniform distribution.

또한, 전열부(13)는 관형, 판형, 배관 내외부 휜(fin)이 장착된 배관, 이들의 조합된 구성을 포함하여 형상에 제한되지 않고 변경하여 구성할 수 있다.In addition, the heat transfer unit 13 may be configured by changing without being limited in shape, including a tubular shape, a plate shape, a pipe equipped with internal and external fins, and a combination thereof.

탱크의 탱크 하단부(5)는 플랜지 형태로 형성될 수 있으며 탱크 하단부(5)에 연결되어 형성된 PCM 배출라인(6)과 연결부(24)는 분리 가능한 구조로 탱크와 분리 결합이 가능하여 유지 보수가 용이하도록 형성될 수 있다.The lower part of the tank (5) of the tank may be formed in the form of a flange, and the PCM discharge line (6) and the connection part (24) formed by being connected to the lower part of the tank (5) have a detachable structure and can be separated and combined with the tank, thereby facilitating maintenance. can be easily formed.

또한, 탱크 하부에는 하단부로 갈수록 좁아지는 테이퍼(taper) 형상을 가질 수 있다.In addition, the lower part of the tank may have a tapered shape that becomes narrower toward the lower end.

이것에 의해 PCM 배출 시 탱크 하단부(5)에 PCM이 자연스럽게 모아질 수 있으며, 탱크 하단부(5)에 연결되어 구비된 PCM 배출라인(6)을 통해 PCM이 용이하게 배출될 수 있다.Accordingly, when PCM is discharged, the PCM can be naturally collected in the lower part of the tank (5), and the PCM can be easily discharged through the PCM discharge line (6) connected to the lower part (5) of the tank.

또한, 탱크 내부에는 PCM의 상전이(phase change)시 열역학적 거동을 적절하게 모니터링 할 수 있도록 PCM 탱크 내부에 멀티 레벨(muli-level), 멀티 포인트(multi-point) 열전대가 구축될 수 있으며, 계측 불확도를 저감할 수 있도록 복수개의 온도 계측 지점으로 구성될 수 있다.In addition, a multi-level, multi-point thermocouple can be built inside the PCM tank to properly monitor the thermodynamic behavior during the phase change of the PCM, and the measurement uncertainty It can be composed of a plurality of temperature measurement points to reduce.

즉, PCM 상태 감시를 위한 탱크 내부 높이 방향에 일정간격으로 복수개의 PCM 상태 온도센서(Thermocouple, 4)가 구비될 수 있다.That is, a plurality of PCM state temperature sensors (Thermocouples, 4) may be provided at regular intervals in the height direction inside the tank for monitoring the PCM state.

또한, PCM 탱크 최하단 정수압을 활용한 수위 측정을 위한 압력계(8)가 구비될 수 있다.In addition, a pressure gauge 8 for measuring the water level using the hydrostatic pressure at the bottom of the PCM tank may be provided.

또한, 탱크 내에 위치하는 전열부(13)를 사이에 두고 초저온 유체 입구측의 주배관(23)에 제2 온도 압력계(11)가 구비될 수 있으며, 초저온 유체 배출측의 주배관(23)에 제1 온도 압력계(9)가 구비될 수 있다.In addition, a second temperature pressure gauge 11 may be provided in the main pipe 23 at the inlet side of the cryogenic fluid with the heat transfer unit 13 located in the tank therebetween, and the first pressure gauge 11 may be provided in the main pipe 23 at the outlet side of the cryogenic fluid. A temperature pressure gauge 9 may be provided.

제1 온도 압력계(9)와 제2 온도 압력계(11)를 통해 초저온 유체의 유입 및 배출 시 온도차 계산을 통한 잠열 활용 성능 분석이 가능하다.Through the first temperature pressure gauge 9 and the second temperature pressure gauge 11, it is possible to analyze the latent heat utilization performance through the calculation of the temperature difference when the cryogenic fluid is introduced and discharged.

또한, 탱크 외벽의 열손실 측정을 위한 탱크 외벽에 제1 온도 센서(10)가 구비될 수 있으며, 단열재(층) 표면 온도차 계측이 가능하다.In addition, the first temperature sensor 10 may be provided on the outer wall of the tank for measuring heat loss of the outer wall of the tank, and it is possible to measure the temperature difference between the surface of the insulator (layer).

또한, 탱크 상단의 열손실 감시를 위한 탱크 커버(21)에 제2 온도 센서(12)가 구비될 수 있으며, 단열재 표면 온도차 계측이 가능하다.In addition, a second temperature sensor 12 may be provided on the tank cover 21 for monitoring heat loss at the top of the tank, and a temperature difference between the surface of the insulator may be measured.

또한, 탱크 커버(21)에는 서모커플(Thermocouple, 15) 다발이 통과할 수 있는 통과홀(14)이 형성되고, 통과홀(14)을 통해 서모커플(15) 다발이 통과 될 수 있으며, 탱크 중심 및 반지름 방향의 온도변화를 계측할 수 있도록 서모커플(15)가 배치될 수 있다.In addition, a passage hole 14 through which a bundle of thermocouples 15 can pass is formed in the tank cover 21, and a bundle of thermocouples 15 can pass through the passage hole 14, and a tank A thermocouple 15 may be arranged to measure temperature changes in the central and radial directions.

이것에 의해 PCM의 응결 및 용해상태를 판단할 수 있는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the solidification and dissolution state of the PCM can be determined by this.

따라서, 본 발명에 따르면, 탱크(20) 내부에 PCM(30)을 충진하고, 주배관(23)의 제1 유입 배출구(1)를 통해 초저온 유체를 유입시키면, 주배관(23)과 연결되어 형성된 전열부(13)에 초저온 유체가 이동하며, 전열부(13) 하측에 연결 형성된 주배관(23)으로 이동되며, 주배관(23)과 연결 형성된 연결부(24)로 이동되고, 연결부(24)에 형성된 제2 유입 배출구(7)로 초저온 유체가 배출 될 수 있다.Therefore, according to the present invention, when the tank 20 is filled with the PCM 30 and the cryogenic fluid is introduced through the first inlet outlet 1 of the main pipe 23, the heat transfer formed by being connected to the main pipe 23 The cryogenic fluid moves in the unit 13, moves to the main pipe 23 connected to the lower side of the heat transfer unit 13, and moves to the connection part 24 formed connected to the main pipe 23, and is formed in the connection part 24. 2 Cryogenic fluid can be discharged through the inlet outlet (7).

이때 초저온 유체의 이동에 따라 PCM 간 열 교환을 수행하는 것을 특징으로 한다.At this time, it is characterized in that heat exchange is performed between the PCMs according to the movement of the cryogenic fluid.

또한, 열 교환을 수행하는 PCM의 세부적인 상태를 측정하기 위해 탱크 내부 높이 방향에 복수개 설치된 PCM 상태 온도센서를 통해 PCM의 위치별 온도를 비교하여 PCM의 상태를 확인할 수 있다.In addition, in order to measure the detailed state of the PCM performing heat exchange, the state of the PCM can be checked by comparing the temperature of each position of the PCM through a plurality of PCM state temperature sensors installed in the height direction inside the tank.

또한, 탱크 하단부(5)에는 압력계(8)가 구비되어 PCM 탱크 최하단의 정수압을 활용한 수위를 측정할 수 있다.In addition, a pressure gauge 8 is provided at the lower end of the tank 5 so that the water level can be measured using the hydrostatic pressure at the bottom of the PCM tank.

또한, 제1 온도 압력계(9)와 제2 온도 압력계(11)를 통해 초저온 유체의 유입 및 배출 시 온도차 계산을 통하여 잠열 활용 성능 분석이 가능하며, 제1 온도 센서(10)와 제2 온도 센서(12)를 통해 단열재 표면 온도차 계측이 가능한 것을 특징으로 한다.In addition, it is possible to analyze the latent heat utilization performance through the calculation of the temperature difference when the cryogenic fluid is introduced and discharged through the first temperature pressure gauge 9 and the second temperature pressure gauge 11, and the first temperature sensor 10 and the second temperature sensor It is characterized in that it is possible to measure the temperature difference on the surface of the insulator through (12).

도 2에 도시된 바와 같이, 탱크 중심부와 초저온 유체와 PCM 간 열 교환을 위한 전열부는 복수개로 나누어진 분지배관 형태로 형성될 수 있으며, 복수개로 형성된 분지배관 중 어느 하나에 연결되어 가이드부(16)가 형성될 수 있으며, 서모커플(15)는 탱크 중심부와 가이드부(16)에 배치될 수 있다.As shown in FIG. 2, the heat transfer unit for heat exchange between the center of the tank, the cryogenic fluid and the PCM may be formed in the form of a plurality of branch pipes, and is connected to any one of the plurality of branch pipes to form a guide unit (16). ) may be formed, and the thermocouple 15 may be disposed at the center of the tank and the guide portion 16.

여기서 전열부(13)의 분지배관은 복수개 형성될 수 있으며, 각각의 분지배관은 상호 동일 간격으로 이격되어 초저온 유체가 균일 분배되어 열 교환 할 수 있도록 형성될 수 있다.Here, a plurality of branch pipes of the heat transfer unit 13 may be formed, and each branch pipe may be spaced apart from each other at equal intervals so that the cryogenic fluid may be uniformly distributed and heat exchanged.

본 발명에서는 8개의 분지배관(13a 내지 13h)을 형성하는 것을 개시하고 있지만 이에 한정되는 것은 아니고, 4개 내지 12개 등 환경에 따라 분지배관의 수는 변경될 수 있음은 물론이다.Although the present invention discloses forming eight branch pipes 13a to 13h, it is not limited thereto, and the number of branch pipes can be changed depending on the environment, such as 4 to 12, of course.

가이드부(16)는 PCM의 응결 및 용해상태 판단, 열전도가 낮고 내화학성, 비팽윤을 가지는 유리재질 혹은 테프론(PTFE) 계열 소재로 구성되는 가이드 구조로 형성되는 것이 바람직하다.The guide part 16 is preferably formed of a guide structure composed of a glass material or a Teflon (PTFE)-based material having low thermal conductivity, chemical resistance, and non-swelling, determining the condensation and dissolution state of PCM.

따라서, 초저온 유체 배관(전열부) 내 입,출구 온도 및 차압 계측을 위한 계측기를 설치하여 온도차에 따른 열전달 성능을 모니터링 할 수 있으며, 주 전열관은 목적에 따라 교체가 용이하도록 상하부 플랜지를 활용해 연결하되, 전열부는 PCM의 응결 시 수축에 의한 빈 공간이 발생 되므로, 이를 고려하여 상단으로부터 탱크 높이의 약 1/3 내지 1/4 정도로 이격되도록 내려 위치하도록 배치한다.Therefore, it is possible to monitor the heat transfer performance according to the temperature difference by installing an instrument for measuring the inlet and outlet temperature and differential pressure in the cryogenic fluid pipe (heat transfer part), and the main heat transfer pipe is connected using upper and lower flanges to facilitate replacement according to the purpose. However, since an empty space is generated due to contraction during condensation of the PCM, the heat transfer unit is placed down so as to be spaced apart from the top by about 1/3 to 1/4 of the tank height in consideration of this.

초저온 유체 유량제어를 위한 밸브(미도시), 역화방지장치(3), PCM의 원활한 충진 및 배출 위한 입, 출구(2, 6)가 존재하며, 탱크 상부 커버(21) 구조는 탈거가 가능하도록 하여 아세톤, 계면활성제 등을 활용한 세척이 용이하도록 체결될 수 있다.There are a valve (not shown) for controlling the flow rate of cryogenic fluid, a flashback prevention device (3), inlets and outlets (2, 6) for smooth filling and discharging of PCM, and the structure of the upper cover (21) of the tank is detachable. Thus, it can be fastened to facilitate cleaning using acetone, surfactant, and the like.

따라서 본 발명에 따르면, 잠열 저장성능 실험을 포함, 다양한 조성의 초저온 PCM에 대한 열역학적 특성을 실험 할 수 있으며, 전열부 최적 설계에 활용 가능 할 뿐만 아니라 장치로부터 획득된 데이터는 수치해석 모델 개발 및 검증에 활용이 가능한 효과를 가진다.Therefore, according to the present invention, it is possible to test the thermodynamic properties of cryogenic PCMs of various compositions, including latent heat storage performance tests, and can be used for optimal design of the heat transfer part, and the data obtained from the device can be used to develop and verify numerical analysis models. has an effect that can be used for

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.It is obvious to those skilled in the art that the present invention is not limited to the above embodiments and can be variously modified or modified without departing from the technical gist of the present invention. it did

1: 제1 유입 배출구 2: PCM 유입부
3: 역화방지장치 4: PCM 상태 온도센서
5: 탱크 하단부 6: PCM 배출 라인
7: 제2 유입 배출구 8: 압력계
9: 제1 온도 및 압력계 10: 제1 온도 센서
11: 제2 온도 압력계 12: 제2 온도 센서
13: 전열부 14: 통과홀
15: 서모커플(Thermocouple) 16: 가이드부
20: 탱크 21: 커버(cover)
22: 탱크 하부 23: 주배관
24: 연결부 30: PCM(Phase Change Material)
1: first inlet outlet 2: PCM inlet
3: flashback arrestor 4: PCM status temperature sensor
5: tank bottom 6: PCM discharge line
7: second inlet outlet 8: pressure gauge
9: first temperature and pressure gauge 10: first temperature sensor
11: second temperature pressure gauge 12: second temperature sensor
13: heat transfer part 14: through hole
15: Thermocouple 16: Guide unit
20: tank 21: cover
22: lower tank 23: main pipe
24: connection part 30: PCM (Phase Change Material)

Claims (7)

내부에 PCM을 충진할 수 있는 탱크;
상기 탱크의 상부를 덮어서 폐쇄하는 커버;
상기 커버에 결합되어 초저온 유체 유입 및 공기를 배출할 수 있는 제1 유입 배출구가 형성된 주배관;
상기 주배관에 연결되어 형성되고, 상기 주배관의 제1 유입 배출구를 통해 유입되는 초저온 유체와 PCM 간의 열교환을 수행하도록 균일 분배를 위해 형성된 전열부;
상기 탱크의 하부에 연결 결합되어 초저온 유체 배출 및 공기를 유입할 수 있는 제2 유입 배출구가 형성된 연결부;
상기 커버에는 PCM 충진을 위해 형성된 유입부;
상기 탱크 하단에는 PCM 교체를 위해 형성된 배출라인;
상기 탱크 내부의 온도를 측정할 수 있도록 형성된 온도센서;
상기 탱크 하단부에 형성되며, 탱크 최하단 정수압을 활용한 수위 측정을 위한 압력계; 및
상기 탱크의 상부에 설치되며 화염 발생 시 폭발 방지를 위한 역화방지장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질 성능 시험 설비.
A tank capable of filling PCM therein;
a cover covering and closing the upper portion of the tank;
a main pipe coupled to the cover and having a first inlet and outlet through which cryogenic fluid is introduced and air is discharged;
a heat transfer unit connected to the main pipe and formed for uniform distribution to perform heat exchange between the cryogenic fluid introduced through the first inlet and outlet of the main pipe and the PCM;
a connection part connected to the lower part of the tank and having a second inlet outlet through which cryogenic fluid is discharged and air is introduced;
The cover has an inlet formed for filling PCM;
A discharge line formed at the bottom of the tank for replacing the PCM;
a temperature sensor formed to measure the temperature inside the tank;
a pressure gauge formed at the bottom of the tank and measuring the water level using hydrostatic pressure at the bottom of the tank; and
Phase change material performance test facility, characterized in that it is installed on the top of the tank and includes a flashback prevention device for preventing explosion in the event of a flame.
청구항 1에 있어서,
상기 온도센서는, 상기 PCM 탱크 내부에 탱크의 높이 방향으로 복수개 형성되며;
상기 주배관에 형성된 제1 온도 압력계와 제2 온도 압력계를 통해 잠열 활용 성능 분석이 가능한 것을 특징으로 하는 상변화 물질 성능 시험 설비.
The method of claim 1,
The temperature sensor is formed in plurality in the height direction of the tank inside the PCM tank;
A phase change material performance test facility, characterized in that latent heat utilization performance analysis is possible through the first temperature pressure gauge and the second temperature pressure gauge formed in the main pipe.
청구항 1에 있어서,
상기 유입부는,
증발을 방지하기 위한 블라인드 플랜지(blind flange)가 구비되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질 성능 시험 설비.
The method of claim 1,
The inlet,
A phase change material performance test facility, characterized in that a blind flange for preventing evaporation is provided.
청구항 1에 있어서,
상기 전열부는 탱크 상단으로부터 탱크 높이의 1/3 내지 1/4 정도 이격되어 위치하도록 배치하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질 성능 시험 설비.
The method of claim 1,
Phase change material performance test facility, characterized in that the heat transfer unit is disposed so as to be spaced apart from the top of the tank by about 1/3 to 1/4 of the tank height.
청구항 1에 있어서,
상기 전열부는,
상기 주배관과 연결되어 복수개로 나눠져 분지배관 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질 성능 시험 설비.
The method of claim 1,
The heat transfer part,
A phase change material performance test facility, characterized in that it is connected to the main pipe and divided into a plurality of branch pipes.
청구항 5에 있어서,
상기 전열부는 복수개로 나눠진 분지배관 중 어느 하나에 연결되어 가이드부가 형성되며,
상기 탱크 중심부와 가이드부에 서모커플이 배치되어 탱크 중심 및 반지름 방향의 온도 변화를 계측하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질 성능 시험 설비.
The method of claim 5,
The heat transfer unit is connected to any one of the plurality of branch pipes to form a guide unit,
A phase change material performance test facility, characterized in that a thermocouple is disposed in the center of the tank and the guide to measure the temperature change in the center of the tank and in the radial direction.
청구항 6에 있어서,
상기 가이드부는 열전도가 낮고 내화학성, 비팽윤을 가지는 유리재질 혹은 테프론(PTFE) 계열 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질 성능 시험 설비.


The method of claim 6,
The guide part is a phase change material performance test facility, characterized in that composed of a glass material or Teflon (PTFE)-based material having low thermal conductivity, chemical resistance, and non-swelling.


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