KR102522078B1 - 발열 에너지 교환 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발열 에너지 교환 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 내부에 상변화물질(PCM)이 채워지는 축열용기; 상기 상변화물질과 열 교환이 이루어지도록 상기 축열용기 내부에 형성되는 용수 순환관; 및 상기 상변화물질에 물리적 자극을 가하여 결정화를 시작할 수 있도록 상기 축열용기의 일부에 형성되는 트리거 유니트;를 포함하는, 발열 에너지 교환 장치를 포함할 수 있다.

Description

발열 에너지 교환 장치{Heat energy exchange device}
본 발명은 발열 에너지 교환 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 상변화물질(PCM)의 특성을 이용한 발열에너지 교환 장치에 관한 것이다.
일반적으로 잠열(latent heat)이란 어떤 물질이 상전이 될 때, 즉 고체에서 액체(또는 액체에서 고체), 액체 에서 기체(또는 기체에서 액체)가 될 때 흡수하거나 방출하는 열을 의미하며, 상전이가 일어나지 않은 상태에서 온도 변화에 따라 흡수 또는 방출하는 열인 현열(sensible heat)보다 축열용량이 매우 크다는 특징이 있다.
예를 들어, 물의 경우 섭씨 0도 얼음(고체)에서 물(액체)로 바뀔 때 1g당 80cal(335J)의 열을 흡수하고, 이러한 열은 같은 양의 섭씨 0도의 물을 80도까지 올릴 때 필요한 열량과 같다.
이처럼, 잠열의 큰 열흡수/방출 효과를 이용하여 에너지를 저장하거나 온도를 일정하게 유지시키는 목적으로 사용되는 물질을 잠열 저장물질, 상전이 물질 또는 상변화물질(Phase Change Material, PCM)이라 한다.
예를 들어, 축열용기는 내부에 상변화물질이 채워진다. 축열용기 내부에 채워지는 상변화물질은 물과 비교하였을 때 4배의 열을 저장할 수 있는 것으로, 잠열 및 축열 효과가 우수하고 축열된 열을 서서히 방출하는 효과를 갖는 특성을 사용하여, 열매체가 축열용기 내의 상변화물질을 가열하여 축열 상태를 이루도록 하고, 열교환수 순환관 내부를 따라 순환하는 열교환수가 상변화물질로부터 방출되는 열을 통해 가열되어 난방 또는 온수로 사용되어 일상생활에 유용하게 쓰일 수 있다.
그러나 이러한 종래의 발열 에너지 교환 장치에는 축열용기 내의 상변화물질을 가열하여 축열 상태를 이루도록 하는 것으로, 축열용기 내에 상변화물질이 다량으로 축적되어 빠르게 상변화가 이루어질 수 없는 것으로 열교환수가 상변화물질로부터 방출되는 열과 지속적으로 접촉될 수 없고 체류시간을 증대시키기 위하여 열매체 순환관의 크기를 크게 하여 용기의 크기가 켜져야 하는 불편함이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 상변화물질의 응고발열을 컨트롤 하여, 응고발열 시작온도를 다변적으로 시험하고, 발열성능을 개선하는 발열 에너지 교환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 발열 에너지 교환 장치는, 내부에 상변화물질(PCM)이 채워지는 축열용기; 상기 상변화물질과 열 교환이 이루어지도록 상기 축열용기 내부에 형성되는 용수 순환관; 및 상기 상변화물질에 물리적 자극을 가하여 결정화를 시작할 수 있도록 상기 축열용기의 일부에 형성되는 적어도 하나의 트리거 유니트;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 트리거 유니트는, 상기 축열용기의 적어도 일측에 형성되며 상기 트리거 유니트의 내부가 상기 축열용기의 내부와 격리될 수 있도록 형성되는 트리거 몸체; 상기 트리거 몸체에 형성되는 트리거; 상기 트리거에 충돌하여 충격을 줄 수 있도록 이동이 가능하게 설치되는 금속봉; 및 상기 트리거를 고정할 수 있도록 상기 트리거를 둘러싸는 트리거 고정 커버;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 트리거 유니트는, 상기 트리거 몸체를 덮는 트리거 커버;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 트리거 유니트는, 상기 금속봉이 충돌거리를 유지할 수 있도록 상기 금속봉 일부에 설치되는 복원스프링; 및 상기 복원스프링이 상기 금속봉에 지지될 수 있도록 형성되는 플랜지;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 트리거 유니트를 제어하도록 상기 트리거 유니트에 연결되는 트리거 구동장치;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 트리거 유니트는 서로 이격 설치된 복수의 트리거 유니트들을 포함하고, 상기 트리거 구동장치는, 상기 복수의 트리거 유니트들 각각의 상기 금속봉을 연결하는 연결대; 및 상기 복수의 트리거 유니트들 각각의 상기 금속봉이 상기 트리거에 일시에 충돌할 수 있도록 상기 연결대에 연결되어 상기 연결대를 가동하는 가동모터;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 트리거 구동장치는, 상기 금속봉이 상기 트리거에 충돌할 수 있도록 상기 금속봉에 연결되는 실린더 장치; 및 상기 실린더 장치가 일시에 동작할 수 있도록 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 용수순환관은, 용수가 투입될 수 있도록 상기 축열용기의 일측에 형성되는 관입구부; 용수가 방출될 수 있도록 상기 축열용기의 타측에 형성되는 관출구부; 및 상기 상변화물질에서 발열되는 에너지를 전달할 수 있도록 상기 축열용기 내부에 형성되며, 양측 단부는 상기 관입구부와 상기 관출구부가 연결되는 내부순환관;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 내부순환관은, 상기 용수가 상기 축열용기의 내부에서 장시간 체류할 수 있도록 코일형 또는 지그재그형으로 형성되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 트리거 유니트는, 상기 상변화물질에 물리적 자극을 줄 수 있도록 상기 트리거 유니트 내부에서 형성되는 초음파 진동부;를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열교환장치 내부에 충전되는 상변화물질을 냉각수의 유동 및 열교환이 가능한 장치를 구비하여, 트리거링을 금속봉으로 자극시킴으로써 상변화물질이 응고되도록 하고 응고되는 상변화물질에서 방출되는 열을 유동하는 냉각수가 열을 흡수하게 된다. 열교환장치 내부의 발생되는 열이 냉각수를 통해 이동이 가능하여 열전도율이 우수하고 내부식성이 우수하고, 전열면적과 열전도율을 증대시켜 열효율을 향상시킬 수 있고, 상변화물질의 발열 특성을 실제 온도 변화로 확인하고, 정량적으로 열량을 계산하여, 과냉각이라는 불안정한 상태의 열적 특성을 확인할 수 있는 발열 에너지 교환 장치를 구현할 수 있다. 나아가, 트리거가 상변화물질과 접촉되지 않게 트리거 유니트를 구성함으로써 상변화 물질의 반복적인 상변화 동안에도 트리거의 안정성을 유지할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 에너지 교환 장치를 나타내는 내부평면도이다.
도 2는 도1의 발열 에너지 교환 장치를 나타내는 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 트리거 유니트를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 트리거 유니트를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트리거 유니트를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트리거 구동장치를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발열 에너지 교환 장치를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발열 에너지 교환 장치를 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발열 에너지 교환 장치를 나타내는 내부 평면도이다.
도 10은 도9의 발열 에너지 교환 장치를 나타내는 측단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정 하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 에너지 교환 장치(100)를 나타내는 내부평면도이고, 도 2는 도 1의 발열 에너지 교환 장치(100)를 나타내는 측단면도이다.
먼저 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 축열용기(10)와, 용수 순환관(20)과 트리거 유니트(30)를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 발열 에너지 교환 장치(100)는, 내부에 상변화물질(1)이 채워지는 축열용기(10)와, 상기 상변화물질(1)과 열 교환이 이루어지도록 상기 축열용기(10) 내부에 형성되는 용수 순환관(20) 및 상기 상변화물질(1)에 물리적 자극을 가하여 결정화를 시작할 수 있도록 상기 축열용기(10)의 일부에 형성되는 적어도 하나의 트리거 유니트(30)를 포함할 수 있다.
우선, 상기 상변화물질(Phase Change Material, PCM)은, 특정한 온도에서 온도의 변화 없이 고체에서 액체, 액체에서 기체로, 또는 그 반대 방향으로 상(狀,형태)이 변하면서 많은 열을 흡수 또는 방출할 수 있는 잠열재, 축열재 또는 열조절 기능을 하는 물질을 의미하는 것으로 자체적으로 주위의 열을 저장하였다가 필요할 때 방출할 수 있는 온도 조절 기능물질일 수 있다.
이와 같이, 상변화(狀變化) 물질이 상변화시 동일한 온도를 유지하면서 흡수 또는 방출하는 열을 잠열이라고 하는데, 고체와 액체 간의 상변화와 관련된 열을 용융열이라고 한다. 상변화시 잠열은 에너지 저장에 중요한 역할을 하는데 현열에 비해 잠열은 상변화 온도에서 수십 배에서 수백 배의 에너지 저장 능력과 방출 능력을 가질 수 있다.
예를 들면, 상변화물질(1)은 외부 온도가 상승하면 고유의 용융점에 도달할 수 있다. 이때, 이 물질은 고체 상태에서 액체 상태로 상이 변하면서 용융엔탈피로 알려진 일정한 양의 열을 흡수 하며, 이 물질은 열이 투입 되었음에도 불구하고 일정한 온도로 머물게 된다. 반대로, 외부의 온도가 상변화물질 용융점이하로 내려가면 상변화물질은 액체 상태에서 고체 상태로 상이 변하면서 저장한 열을 방출할 수 있다.
상변화물질(1)은 크게 유기물질과 무기물질로 분류할 수 있으며 4천여종의 상변화물질로 분류되고 있지만 실질적으로 적용 가능한 물질은 200여종으로, 유기물질의 예로는 탄소와 수소로 이루어진 탄화수소계열의 테트라데칸, 옥타데칸, 노나데칸 등의 물질이 있으며, 무기물질의 예로는 6개의 물분자가 결합된 수화물형태의 염화칼슘 등을 포함할 수 있다.
상기 상변화물질(1)은 앞서 언급한 바와 같이 잠열 및 축열 효과가 우수하고 축열된 열을 서서히 방출하는 효과를 갖는 특성으로 이미 많은 분야에서 널리 상용화되어 있는 화합물이므로 본 발명에서는 그에 대한 상세한 구성 및 성분의 설명은 생략하도록 한다.
상기 축열용기(10)는, 내부에 상변화물질(1)이 채워지며 상기 상변화물질(1)과 열교환이 이루어 질 수 있는 용수 순환관(20)이 내부에 형성될 수 있다. 또한, 상기 상변화물질(1)에 물리적 자극을 가할 수 있는 트리거 유니트(30)가 상기 축열용기(10)의 내부와 격리되어 형성될 수 있다.
여기서, 상기 축열용기(10)는, 다각기둥, 원기둥 또는 위치나 형태에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다. 또한, 냉열 또는 온열을 저장하기 위한 탱크로서, 냉열 전용 또는 냉-온열 겸용을 모두 포함할 수 있으며, 상변화물질(1)의 잠열을 주로 이용하여 냉열 또는 온열을 저장하는 시스템인 잠열축열 시스템을 사용할 수 있다.
상기 축열용기(10)는, 상기 상변화물질(1)의 상변화(상전이)에 따라 발생되는 체적변화율을 고려하여 부피 팽창 및 팽창 압력에 용이하게 대처할 수 있는 밀폐된 관(또는 용기)로 구성될 수 있다.
이외에도 개시되지 않았지만, 물의 현열을 이용하여 냉열 또는 온열을 저장하는 시스템인 수축열, 물을 제빙해서 그 잠열을 주로 이용하여 냉열을 저장하는 시스템인 빙축열, 하나의 축열용기에 두 개 이상의 축열매체 또는 방법을 이용하여 냉열 또는 온열을 저장하였다가 방열하는 혼합축열 등의 축열 방법을 모두 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 잠열축열 시스템은, 전열관 외부의 잠열재를 응고시켜 냉열(또는 융해시켜 온열)을 저장하였다가 이를 녹이면서 방열하는 방식으로, 융해방식에 따라 내융형과 외융형으로 구분되는 관외착빙형, 캡슐 내부의 잠열재를 응고시켜 냉열(또는 융해시켜 온열)을 저장하였다가 이를 녹이면서 방열하는 방식인 캡슐형, Clathrate를 만들어 냉열(또는 온열)을 저장하였다가 이를 녹이면서 방열하는 방식인 포접화합물형을 포함할 수 있다.
또한, 도시하지 않았지만, 상기 축열용기에는 사용압력 이외의 이상 압력을 초과할 경우, 자동으로 압력이 조절(저하)되도록 축열용기 또는 배관에 안전장치를 포함할 수 있으며, 이외에도, 모니터링 시스템, 제어시스템, 온도 측정센서, 유량측정센서, 이상 감지센서 등을 더 포함할 수 있다.
또한, 도시하지 않았지만, 상기 축열용기(10)의 상부에는 개폐가 용이한 덮개를 설치하여 개별적으로 구비되는 용수순환관(20), 트리거 유니트(30)등의 내부에 설치되는 장치의 설치 및 교체를 용이하게 하도록 하며 외부로의 열손실을 최소화하기 위해 내벽에 단열재가 도포될 수 있다. 또한, 상기 단열재는 단열은 물론 상변화물질(PCM)이 내부에서 팽창할 때 내벽에 가해지는 충격을 완화할 수 있도록 발포단열재를 사용할 수 있다.
상기 용수 순환관(20)은, 용수가 투입될 수 있도록 상기 축열용기(10)의 일측에 형성되는 관입구부(21)와, 용수가 방출될 수 있도록 상기 축열용기(10)의 타측에 형성되는 관출구부(22) 및 상기 상변화물질(1)에서 발열되는 에너지를 전달할 수 있도록 상기 축열용기(10) 내부에 형성되며, 양측 단부는 상기 관입구부(21)와 상기 관출구부(22)가 연결되는 내부순환관(23)을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 관입구부(21) 및 관출구부(22)는, 난방배관에서 연결되는 것일 수 있으며, 관입구부(21)를 통해 상기 축열용기(10) 내부로 유입되는 용수가 상기 내부순환관(23)에 의해 가열되고, 설정된 온도까지 가열된 용수(난방수)가 상기 관출구부(22)를 통해 배출되어 난방관을 거쳐 순환하면서 난방지역을 경유할 수 있다.
상기 내부순환관(23)은, 열전도율이 높고 부식과 침식에 강한 내식성을 확보할 수 있는 스테인리스로 제작될 수 있으며, 상기 상변화물질(1)의 상변화(상전이)에 따라 발생되는 체적변화율을 고려하여 부피 팽창 및 팽창 압력에 용이하게 대처할 수 있는 밀폐된 관(또는 용기)로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 내부순환관(23)은, 상기 용수가 상기 축열용기(10)의 내부에서 장시간 체류할 수 있도록 코일형 또는 지그재그형으로 형성될 수 있다.
또한, 도시하지 않았지만, 상기 내부순환관(23)은, 코일형 또는 지그재그형 이외에도 파형의 주름관 형태를 갖도록 하되, 충전되는 상기 상변화물질(1)이 축열 효과를 갖는 상전이 상태에서 내부 압력을 진공으로 밀폐함으로써 상기 상변화물질(1)의 부피 팽창 및 압력에 대해 유연하고 신축성 있는 대처가 가능하도록 할 수도 있다.
또한, 상변화물질(1)을 이용하는 장치에 있어서, 그 에너지 효율을 높이기 위해서는 상기 상변화물질(1)과 축열용기 내부에 투입된 용수와의 접촉 전열면적을 최대로 하여 상호 열전도율이 높아질 수 있도록 구성됨이 중요하다.
따라서, 상기 내부순환관(23)은, 상기 관입구부(21)로 투입된 용수를 상기 축열용기(10) 내부에서 코일형 또는 지그재그 형태로 순환시킨 후 관출구부(22)로 배출되도록 하여 상기 상변화물질(1)로부터 방출되는 열과 지속적으로 접촉할 수 있도록 한 것으로 체류시간을 증대시키고 전열면적을 증대시켜 열효율을 극대화하는 효과를 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 트리거 유니트(30)를 나타내는 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 발열 에너지 교환 장치(100)의 트리거 유니트(30)는, 상기 축열용기(10)의 일측에 형성되며 상기 트리거 유니트(30)의 내부가 상기 축열용기(10)의 내부와 격리될 수 있도록 형성되는 트리거 몸체(31)와, 상기 트리거 몸체(31)에 형성되는 트리거(32)와, 상기 트리거(32)에 충돌하여 충격을 줄 수 있도록 이동이 가능하게 설치되는 금속봉(33)과 상기 트리거(32)를 고정할 수 있도록 상기 트리거(32)를 둘러싸는 트리거 고정 커버(34) 및 상기 트리거 몸체(31)를 덮는 트리거 커버(35)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 트리거 몸체(31)는, 상기 축열용기(10)에 형성될 수 있으나, 상기 트리거 유니트(30)의 내부가 상기 축열용기(10)의 내부와 다른 별도의 공간을 포함하도록 형성될 수 있다.
상기 트리거 몸체(31)는, 상기 상변화물질(1)의 상변화(상전이)에 따라 발생되는 체적변화율을 고려하여 부피 팽창 및 팽창 압력에 용이하게 대처할 수 있는 밀폐된 관(또는 용기)로 구성될 수 있다.
상기 트리거 몸체(31)는, 상기 축열용기(10)로부터 분리 및 조립이 용이하도록 볼트, 리벳 등의 장치를 사용하여 결합할 수 있다.
또한, 상기 금속봉(33)은, 상기 트리거 유니트(30)의 중심에 형성되며 상기 트리거(32)에 충돌하여 충격을 줄 수 있도록 상기 트리거(32)로부터 일정거리 이격되어 형성될 수 있다.
상기 금속봉(33)은, 상기 트리거 유니트(30)의 내부에 형성된 상기 상변화물질(1)과는 다른 공간에 형성되어 상기 상변화물질(1)이 결정화가 진행되더라도 상기 금속봉(33)은 구속되지 않고 자유로울 수 있다.
상기 금속봉(33)은, 상기 트리거(32)에 충격을 줄 수 있는 형태의 봉형상의 금속재질이나, 다각기둥 형상으로 상기 트리거(32)에 충격을 줄 수 있는 형태를 포함할 수 있다.
이어서, 상기 트리거(32)는, 상기 트리거 유니트(30)의 상기 금속봉(33)과 상기 축열용기(10)의 내부에 형성된 상기 상변화물질(1) 사이에 형성될 수 있으며, 상기 금속봉(33)에서 받은 충격을 상기 상변화물질(1)에 전달하여 상기 상변화물질(1)이 결정화를 시작할 수 있도록 물리적 자극을 주는 시발점일 수 있다.
그리하여, 상기 트리거(32)를 상기 금속봉(33)으로 자극시킴으로써 상기 상변화물질(1)이 응고되도록 하고 응고되는 상기 상변화물질(1)에서 방출되는 열을 유동하는 냉각수가 흡열 시 발생하는 냉각수의 온도변화를 신속 정확하게 측정할 수 있다.
상기 트리거(32)는, 원형의 금속판 형태로 상기 트리거 유니트(30)의 하부에 형성되는 것이 상변화물질(1)의 균일한 결정화를 도모할 수 있으나, 이외에도, 상기 금속봉(33)과 충돌할 수 있는 트리거 유니트(30)의 측면에 형성될 수 있으며 삼각형, 사각형 또는 다각형의 금속판 형태일 수 있다.
상기 트리거(32)는 상기 트리거 유니트(30)의 내부에 형성된 상기 상변화물질(1)과 접촉하지 않도록 상기 트리거 고정 커버(34)를 포함할 수 있다. 그리하여, 상기 트리거 유니트(30)의 내부에 형성된 상기 상변화물질(1)과는 다른 공간에 형성되어 상기 상변화물질(1)이 결정화가 진행되더라도 상기 트리거(32)는 구속되지 않고 자유로울 수 있다. 이와 같이, 트리거(32)가 상변화물질과 접촉되지 않게 트리거 유니트(30)를 구성함으로써 상변화 물질의 반복적인 상변화 동안에도 트리거(32)의 안정성을 유지할 수 있게 된다.
한편, 트리거 고정 커버(34)는 트리거(32)를 상변화물질(1)과 접촉되지 않도록 할 뿐만 아니라, 트리거(32)에 의해서 생성된 물리적 자극을 상변화물질(1)로 전달할 수 있어야 한다. 예를 들어, 트리거 고정 커버(34)는 트리거(32)와 서로 접촉되도록 배치될 수 있고, 트리거(32)에 의해서 발생된 물리적 자극을 전달하는 매체역할을 할 수 있다. 예를 들어, 트리거(32)가 진동되면 트리거 고정 커버(34)가 같이 진동되어 이러한 진동을 상변화물질(1)에 전달할 수 있다.
또한, 상기 트리거 커버(35)는, 상기 축열용기(10)와 조립될 수 있도록 형성될 수 있으며, 상기 트리거 몸체(31)를 보호하고, 상기 금속봉(33)을 고정하도록 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 트리거 유니트(30-1)를 나타내는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트리거 유니트(30-2)를 나타내는 단면도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 발열 에너지 교환 장치(110)의 트리거 유니트(30-1)는, 상기 금속봉(33)이 충돌거리를 유지할 수 있도록 상기 금속봉(33) 일부에 설치되는 복원스프링(36) 및 상기 복원스프링(36)이 상기 금속봉(33)에 지지될 수 있도록 형성되는 플랜지(37)를 더 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 트리거 유닛(30-1)의 상기 금속봉(33)이 상기 트리거(32)에 충돌 후 제자리로 돌아오기 위한 장치를 포함할 수 있다. 상기 금속봉(33)에 상기 플랜지(37)가 형성되어, 상기 트리거 커버(35)와 상기 플랜지(37) 사이에 복원 스프링(36)을 형성하여 상기 금속봉(33)이 상기 트리거(33)와 충돌 후 제자리로 복원할 수 있으며, 이로 인하여 상기 트리거(33)에 단일 충격을 가할 수 있을 뿐만 아니라, 중복 충격을 가하여 상기 상변화물질(1)이 결정화를 더욱 촉진시키는 효과를 가질 수 있다.
또한, 상기 트리거 유닛(30-2)의 상기 금속봉(33)의 하부에 상기 플랜지(37)가 형성되어, 상기 트리거 고정 커버(34)와 상기 플랜지(37) 사이에 복원 스프링(36)을 형성하여 상기 금속봉(33)이 상기 트리거(33)와 충돌 후 제자리로 복원할 수 있으며, 이로 인하여 상기 트리거(33)에 단일 충격을 가할 수 있을 뿐만 아니라, 중복 충격을 가하여 상기 상변화물질(1)이 결정화를 더욱 촉진 시키는 효과를 가질 수 있다.
한편, 도시하지 않았지만, 상기 금속봉(33)을 복원시키기 위하여, 탄성체, 자석체 등의 장치를 사용할 수 있다.
그리하여, 이러한 상기 트리거 유니트(30)는, 도면에 반드시 국한되지 않고, 각종 트리거 유니트(30, 30-1, 30-2)에 다양한 형태로 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트리거 구동장치(40)를 나타내는 단면도이고, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발열 에너지 교환 장치(120)를 나타내는 사시도이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발열 에너지 교환 장치(130)를 나타내는 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 발열 에너지 교환 장치(110)는, 상기 트리거 유니트(30)를 제어하도록 상기 트리거 유니트(30)에 연결되는 트리거 구동장치(40)를 더 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 트리거 구동장치(40)는, 상기 금속봉(33)에 연결되어 상기 금속봉(33)이 상기 트리거(32)에 충돌할 수 있도록 조작이 가능한 구동장치일 수 있다.
상기 트리거 구동장치(40)는, 모터, 실린더 등의 구동 장치일 수 있으며, 이러한 트리거 구동장치(40)를 형성하여 상기 금속봉(33)이 상기 트리거(32)에 자동 또는 반자동, 충돌 횟수, 충돌 시간 등을 조절하는 제어가 가능할 수 있다.
또한, 상기 트리거 구동장치(40)가 형성된 상기 트리거 유니트(30)는, 상기 축열용기(10)의 일측에 설치될 수 있으며, 복수개의 트리거 유니트(30)가 상기 축열용기(10)에 일정한 간격을 가지고 설치될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 트리거 유니트들(30)이 제공되고, 발열 에너지 교환 장치(120)의 트리거 구동장치(40)는, 복수의 트리거 유니트들(30) 각각의 상기 금속봉(33)을 연결하는 연결대(41)와, 복수의 트리거 유니트들(30) 각각의 상기 금속봉(33)이 상기 트리거(32)에 일시에 충돌할 수 있도록 상기 연결대(41)에 연결되어 상기 연결대(41)를 가동하는 가동모터(42)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 발열 에너지 교환 장치(120)는 복수개의 트리거 유니트(30)를 포함하여, 복수개의 상기 트리거 유니트(30)를 연결하기 위하여 상기 연결대(41)를 포함할 수 있다.
상기 연결대(41)는, 각각의 상기 트리거 유니트(30)의 상기 금속봉(33)에 연결된 플레이트 형태의 금속 패널일 수 있으며 각각의 상기 금속봉(33)을 연결할 수 있는 연결봉, 연결관, 연결망, 연결덕트 등의 다양한 형상의 연결부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 가동모터(42)는, 상기 연결대(41)에 연결되어 상기 연결대(41)를 상하운동 또는 좌우운동을 하는 동력원일 수 있으며, 도시하지 않았지만, 상기 가동모터(42)는, 상기 금속봉(33)에 각각 연결된 복수개의 가동모터(42)를 형성하여, 각각의 상기 가동모터(42)가 제어부에 연결되어 제어되는 동력원일 수 있다.
그리하여, 각각의 상기 금속봉(33)이 상기 트리거(33)에 일시적으로 충격을 주어 복수개로 형성되는 상기 트리거 유니트(30)를 동시에 자극시킴으로써 상기 상변화물질(1)이 더욱 신속히 균일하게 응고되는 효과를 가질 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 발열 에너지 교환 장치(130)의 트리거 구동장치(40-1)는, 상기 금속봉(33)이 상기 트리거(32)에 충돌할 수 있도록 상기 금속봉(33)에 연결되는 실린더 장치(43) 및 상기 실리더 장치(43)가 일시에 동작할 수 있도록 제어하는 제어부(44)를 포함할 수 있다.
상기 발열 에너지 교환 장치(130)는 복수개의 상기 트리거 유니트(30)에 형성되는 상기 실린더 장치(43)를 포함할 수 있다. 상기 실린더 장치(43)는, 각각의 상기 금속봉(33)에 연결되어 각각 제어가 가능하며, 상기 축열용기(10)에 형성된 상기 제어부(44)를 통하여 각각의 상기 실린더 장치(43)의 제어가 가능할 수 있다.
그리하여, 상기 실린더 장치(43)에 연결된 각각의 상기 금속봉(33)이 상기 트리거(33)에 일시적으로 충격을 주어 복수개로 형성되는 상기 트리거 유니트(30)를 동시에 자극시킴으로써 상기 상변화물질(1)이 더욱 신속히 균일하게 응고되는 효과를 가질 수 있으며, 상기 제어부(44)를 통하여, 상기 트리거(33)에 단일 충격을 가할 수 있을 뿐만 아니라, 중복 충격을 가하여 상기 상변화물질(1)이 결정화를 더욱 촉진시키는 효과를 가질 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발열 에너지 교환 장치(140)를 나타내는 내부 평면도이고, 도 10은 도9의 발열 에너지 교환 장치(140)를 나타내는 측단면도이다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 발열 에너지 교환 장치(150)의 상기 트리거 유니트(30)는, 상기 상변화물질(1)에 물리적 자극, 예컨대 초음파 자극을 줄 수 있도록 상기 트리거 유니트(30) 내부에서 형성되는 초음파 진동부(50)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 트리거 유니트(30)의 내부에는 상기 초음파 진동부(50)를 형성할 수 있으며, 상기 초음파 진동부(50)는, 상기 축열용기(10)의 내부에 형성되어 초음파를 발생시켜, 상기 상변화물질(1)에 진동으로 인하여 결정화가 진행될 수 있도록 할 수 있다.
상기 초음파는 매개체(혹은 매질)를 관통시키거나 반향파(反向波,Reflection signature)의 측정 또는 집중된 에너지를 공급할 수 있어, 상기 트리거 유니트(30)를 통과하여 상기 상변화물질(1)에 도달하여 상기 금속봉(33)으로 상기 트리거(32)에 충격을 주는 효과와 비슷한 효과를 가질 수 있다.
그리하여, 상기 축열용기(10)의 내부에 형성된 상기 상변화물질(1)을 동시에 자극시키거나 넓은 범위에서 진동으로써 상기 상변화물질(1)이 더욱 신속히 균일하게 응고되는 효과를 가질 수 있으며, 전열면적과 열전도율을 증대시켜 열효율을 향상시킬 수 있으며, 상변화물질이 넓은 범위에서 동시에 발열을 일으킬 수 있으며, 열교환수가 상변화물질로부터 방출되는 열과 지속적으로 접촉될 수 있는 효과를 가진다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1 : 상변화물질(PCM)
10 : 축열용기
20 : 용수 순환관
21 : 관입구부
22 : 관출구부
23 : 내부순환관
30 : 트리거 유니트
31 : 트리거 몸체
32 : 트리거
33 : 금속봉
34 : 고정 커버
35 : 트리거 커버
36 : 복원스프링
37 : 플랜지
40 : 트리거 구동장치
41 : 연결대
42 : 가동모터
43 : 실린더 장치
44 : 제어부
50 : 초음파 진동부
100 : 발열 에너지 교환 장치

Claims (10)

  1. 내부에 상변화물질(PCM)이 채워지는 축열용기;
    상기 상변화물질과 열 교환이 이루어지도록 상기 축열용기 내부에 형성되는 용수 순환관; 및
    상기 상변화물질에 물리적 자극을 가하여 결정화를 시작할 수 있도록 상기 축열용기의 일부에 형성되는 적어도 하나의 트리거 유니트;
    를 포함하고,
    상기 트리거 유니트는,
    상기 축열용기의 적어도 일측에 형성되며 상기 트리거 유니트의 내부가 상기 축열용기의 내부와 격리될 수 있도록 형성되는 트리거 몸체;
    상기 트리거 몸체에 형성되는 트리거;
    상기 트리거에 충돌하여 충격을 줄 수 있도록 이동이 가능하게 설치되는 금속봉; 및
    상기 트리거를 고정할 수 있도록 상기 트리거를 둘러싸는 트리거 고정 커버;
    를 포함하고,
    상기 금속봉은,
    상기 트리거에 충돌하여 충격을 줄 수 있도록 상기 트리거로부터 일정거리 이격되어 형성되고,
    상기 트리거 유니트는,
    상기 금속봉이 충돌거리를 유지할 수 있도록 상기 금속봉 일부에 설치되는 복원스프링; 및
    상기 복원스프링이 상기 금속봉에 지지될 수 있도록 형성되는 플랜지;
    를 더 포함하는, 발열 에너지 교환 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 트리거 유니트는,
    상기 트리거 몸체를 덮는 트리거 커버;
    를 더 포함하는, 발열 에너지 교환 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 트리거 유니트를 제어하도록 상기 트리거 유니트에 연결되는 트리거 구동장치;
    를 더 포함하는, 발열 에너지 교환 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 트리거 유니트는 서로 이격 설치된 복수의 트리거 유니트들을 포함하고,
    상기 트리거 구동장치는,
    상기 복수의 트리거 유니트들 각각의 상기 금속봉을 연결하는 연결대; 및
    상기 복수의 트리거 유니트들 각각의 상기 금속봉이 상기 트리거에 일시에 충돌할 수 있도록 상기 연결대에 연결되어 상기 연결대를 가동하는 가동모터;
    를 포함하는, 발열 에너지 교환 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 트리거 구동장치는,
    상기 금속봉이 상기 트리거에 충돌할 수 있도록 상기 금속봉에 연결되는 실린더 장치; 및
    상기 실린더 장치가 일시에 동작할 수 있도록 제어하는 제어부;
    를 포함하는, 발열 에너지 교환 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 용수순환관은,
    용수가 투입될 수 있도록 상기 축열용기의 일측에 형성되는 관입구부;
    용수가 방출될 수 있도록 상기 축열용기의 타측에 형성되는 관출구부; 및
    상기 상변화물질에서 발열되는 에너지를 전달할 수 있도록 상기 축열용기 내부에 형성되며, 양측 단부는 상기 관입구부와 상기 관출구부가 연결되는 내부순환관;
    을 포함하는, 발열 에너지 교환 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 내부순환관은,
    상기 용수가 상기 축열용기의 내부에서 장시간 체류할 수 있도록 코일형 또는 지그재그형으로 형성되는 것인, 발열 에너지 교환 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 트리거 유니트는,
    상기 상변화물질에 초음파 자극을 줄 수 있도록 상기 트리거 유니트 내부에서 형성되는 초음파 진동부;
    를 포함하는, 발열 에너지 교환 장치.
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