KR19980076659A - 조립식 온수겸용 잠열축열식 온돌시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열을 저장할 수 있는 능력이 우수한 재료인 PCM(Phase Change Material)을 이용하여 열을 저장하여 전기공급이 차단된 낮시간에 방열운전을 하는 축열식 온돌시스템으로서 조립식으로 구성한 것과 온수생산을 겸할 수 있도록 된 것을 특징으로 한 온돌 시스템이다.

심야전력을 열원으로 사용하므로서 심야시간(22 : 00~08 : 00)에 전력이 투입되면 열을 발생하는 발열층과 열을 저장할 수 있는 축열층, 열손실을 차단하는 단열층, 열의 방열을 일정하게하는 보온층으로 구별된다. 그러나 위 발명에서는 단열층, 발열층, 축열층, 보온층을 조립식으로 구성하였으며, 발열층에서 면상발열체로 구성하여 열이 축열층에 고루 공급되도록 하였으며, 축열층을 조립식으로 구성하는데 따른 구조강도를 프레임 및 용기구조를 통해서 해결하였다. 또한 축열층 공간활용을 극대화하기 위해 프레임 및 용기구조를 통해서 해결하였다. 또한 축열층 공간활용을 극대화하기 위해 프레임 중심부에 온수생산을 위한 열교환 온수 파이프를 세트화 하므로서 온수를 동시에 해결할 수 있다.

또한 발열층 구성이 어려운 장소에서는 프레임 중심부에 발열체를 둘 수 있도록 한 것을 특징으로 한 조립식 잠열축열식 온돌시스템이다.

Description

조립식 온수겸용 잠열축열식 온돌시스템

제 1 도 : 조립식 온수겸용 잠열축열식 온돌시스템 단면도

제 2 도 : 제 4 도의 B-B' 단면도

제 2-1 도 : 제 2 도의 확대도

제 3 도 : PCM용기 고정프레임 평면도 및 A-A' 단면도

제 4 도 : PCM용기 고정프레임 내부에 온수관의 배관 상태도

제 5 도 : 조립식 잠열축열식 온돌시스템 단면도

제 6 도 : PCM용기 고정프레임 내부에 발열체의 배관 상태도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

(1) 단열층(2) 보조단열층

(3) 면상발열층(4) PCM용기 고정프레임

(5-P) 온수생산을 위한 열교환 파이프

(5-H) 발열체(시즈히타 또는 MI케이블)

(6) PCM용기 하부 금속판(7) PCM용기 상부 금속판

(8) 2중 피복 충진된 PCM용기(9) 보조보온층

(10) 마감층(11) 콘크리트

(12) 외벽

본 발명은 심야전력을 이용한 난방방법으로서 심야시간에 값싼 전기를 이용 축열하여 전력이 단절된 낮시간에 방열하여 난방하도록 한 전기축열식 온수기겸용 조립식 온돌시스템에 관한 것이다.

기존 난방방법은 난방을 필요로 하는 방 혹은 실의 외부에 보일러 또는 유사한 열원에서 열을 발생시켜 물, 수증기, 혹은 공기를 열전달 매체로 하여 관 또는 닥트를 통하여 열에너지를 운반하여 극부에서 방열하는 방법이다. 그러므로 열원 및 열운반경로 등에서 막대한 열손실이 있고, 부대시설이 복잡하고 자재의 종류 및 양이 많이 소요되고 자원, 노력 및 공사비등을 낭비하게 되므로 시설 투자비가 많이 들고 투자에 비하여 수명이 비교적 짧고, 보수 유지비가 많이 소요된다.

특히 현존의 온수순환 배관식 난방은 공사의 복잡성, 누수 및 열효율, 짧은 수명등으로 쾌적한 난방생활 환경을 이루지 못하고 있다. 또한 현재 심야전력을 이용한 온돌방식으로는 축열재를 자갈(자연석 또는 파쇄석)을 사용하는 현열축열식 전기온돌로서, 동절기 난방에 필요한 열량을 온돌에 축열시키기 위해 축열층의 자갈 두께를 9~15cm정도 확보해야 한다. 이로써 온돌 구조층의 두께가 18~25cm 정도로 두꺼워지고 축열온도는 70~80℃ 범위까지 가열되어야 하기 때문에 아래와 같은 여러가지 문제점들이 현열 축열식 심야전기온돌의 문제점으로 작용하고 있다.

현열 축열식 온돌시스템의 두께가 18~25cm 로 두껍기 때문에 건축물의 층고 높이를 상대적으로 약 10cm정도 높여야 하므로 고층건물의 경우에는 건축물의 높이에 영향을 주며, 현열축열층(자갈)의 두께가 9~15cm 로 난방면적 전체에 균일하게 깔리기 때문에 건축물의 구조하중이 난방면적 1평당 500~700kg 증가하게 되므로 설계시 건축물의 부하중량을 고려하여 안전하게 설계하여야 한다. 현열축열식 전기온돌은 시공후 자갈층에 함유되어 있는 수분이 제거되기까지 많은 기간이 소요되므로, 시공후 초기에 가열건조 시켜야 하는 어려움이 있고 가열시 발생되는 수분이 벽면 또는 장판 아랫면에 응축되어 방바닥과 장판이 분리되는 시공상의 어려움이 있다.

특히 자갈의 비열은 약 0.2[kcal/kg℃]이하로 낮기 때문에 필요한 축열량을 확보하기 위해서는 축열층의 온도를 높여야 하며, 난방에 필요한 열량이 방출되면 축열층의 온도가 낮아지는데 이 온도 변화폭이 40~45℃로 크기 때문에 일정한 실내 온도를 유지하기가 어려우며, 심야전기가 OFF된후 약 2시간 후인 오전 10시경에는 방바닥의 온도가 1일중 가장 높고 햇볕의 영향으로 실내온도가 높이 상승되며, 오후 8시~10시 사이에는 실내온도가 낮아지기 때문에 균일한 상태의 쾌적한 시내온도 유지가 어렵다.

이러한 문제점을 보완한 새로운 온돌시스템으로 PCM(Phase Change Material)을 축열재로 사용하는 잠열축열식 온돌시스템에서 PCM은 잠열과 비열이 크기 때문에 적은 량으로 많은 열량을 저장할 수 있어 현열축열식 온돌에서는 문제점을 해결할 수 있는 장점이 있다.

이러한 장점때문에 PCM을 이용한 축열이용기술을 개발하여 간헐적으로 PCM축열식 전기온돌을 보급하려고 시도하였으나, PCM용기의 구조가 취약하며, 전기 온돌 발열선의 내구성 부족 등으로 제품의 실용화에 성공하지 못하였다.

본 발명은 상기 문제점을 해결한 PCM포장 방법 및 조립식으로 설치가 간편한 조립식 온돌시스템과 온돌시스템에서 온수까지 해결할 수 있는 발명을 첨부도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 중 제 1 도 내지 제 4 도에 있어서 온수기겸용 온돌시스템은 콘크리트 바닥(11)과 외벽(12)에 단열층(1) 및 보조단열층(2)을 형성하고, 보조단열층(2) 상부에 면상발열층(3)을 두며 면상발열층 상부에 PCM용기 고정프레임(4)을 설치하고, PCM용기 고정프레임(4) 사이사이에 PCM이 충진된 용기(8)를 설치하며 PCM이 충진된 용기(8) 상부에 보조보온층(9)을 설치하고, 보조보온층(9) 상부를 마감층(10)으로 하여 구성된 조립식 온돌시스템으로 PCM용기 고정프레임(4) 몸체 중심부에 열교환온수파이프(5)를 설치하여 온수까지도 해결할 수 있는 온수겸용 조립식 온돌시스템으로서 작동상태를 첨부된 도면에 의거 설명하면, 심야전기가 투입되어 면상발열층(3)에 전기가 공급되면서 온수순환펌프(5P-4)의 작동으로 PCM용기 고정프레임(4) 몸체 중심부에 부착된 열교환파이프에 열이 전달되므로서 열교환파이프(5)안의 물이 가열되어 온수가 온수보온통(5P-3)에 저장되며 동시에 PCM이 충진된 용기(8)에 열에너지가 전달되어 PCM에 열이 전달되므로서 고체상태 PCM이 액체 상태로 상변화되면서 잠열 및 현열을 보유하게 되므로서 전기가 차단되면 축열된 열에너지를 방열이 원활하도록 발명된 온수겸용 조립식 온돌시스템이다.

본 발명은 PCM포장 용기재질로 적합한 HDPE를 브로워몰딩 공정과 동시에 PCM액을 주입하고 동시에 실링을 하는 첨단기술을 적용하여 제작된 HDPE로 포장된 PCM을 다시 열전도도가 우수한 금속재질로 재포장하여 영구밀폐할 수 있도록 하였으며, PCM용기 고정프레임(4)에 충진된 PCM용기(8)를 간편하게 설치할 수 있도록 하였으며, 또한 축열공간 활용을 극대화하며 동시에 기존 시스템에서 전혀 해결할 수 없는 온수를 해결하기 위해 PCM용기 고정프레임(4) 중심부에 온수관을 세트화하므로서 온수를 해결할 수 있다.

본 발명은 구조가 간단하고 구조강도가 우수하며 열손실이 없으며, 고층 건물 적용에 적합하도록 경량화된 시스템으로서 건축비를 절감할 수 있다.

Claims (4)

1. 제 1 도와 같이 콘크리트 바닥(11)과 단열층(1), 그리고 면상발열층과 축열층, 보온층, 마감층으로 구성된 조립식 온수겸용 잠열축열식 온돌시스템에서 면상 발열층(3) 상부에 PCM용기 고정을 위한 프레임 중심부에 온수관이 내장된 프레임(4)을 구성하고, 사이사이에 PCM이 충진된 용기(8)를 놓을 수 있도록 조립식으로 구성된 것을 특징으로 하는 조립식 잠열축열식 온수겸용 온돌시스템.
2. 1항에 있어서 PCM이 충진된 용기(8)의 구성을 HDPE로 포장된 용기를 금속 하부판이 HDPE로 포장된 용기두께 이상으로 가공된 금속하부판(6)에 HDPE로 포장된 PCM을 넣고 금속상부판(7)으로 밀폐포장한 것을 특징으로 구성된 2중구조 PCM포장용기.
3. 1항에 있어서 단열층(1) 상부에 축열층인 PCM용기 고정프레임(4)과 PCM이 충진된 용기(8)를 두고 상부에 면상발열층(3)을 구성한 것을 특징으로 하는 조립식 잠열축열식 온수겸용 온돌시스템.
4. 제 5 도와 같이 콘크리트 바닥(11)과 단열층(1), 그리고 축열층에 발열체를 동시에 매설한 것과, 보온층 마감층으로 구성된 조립식 잠열축열식 온돌시스템에서 단열층(1) 상부에 용기고정을 위한 프레임 중심부에 발열체(시즈히타)를 내장한 프레임(4)를 구성하고, 사이사이에 PCM이 충진된 용기(8)를 놓을 수 있도록 조립식으로 구성된 것을 특징으로 하는 조립식 잠열축열식 온돌시스템.