KR20000033239A

KR20000033239A - 상변화 축열시스템

Info

Publication number: KR20000033239A
Application number: KR1019980050012A
Authority: KR
Inventors: 장진택; 윤진하; 유영선; 강금춘; 김영중
Original assignee: 김강권; 대한민국(관리부서:농촌진흥청)
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2000-06-15
Also published as: KR100311095B1

Abstract

본 발명은 상변화 축열시스템에 관한 것으로, 상변화물질인 축열재(7)가 충전된 단열구조를 갖는 축열조(1)와; 열펌프와 같은 외부열원(6)과; 냉매관(4,5)에 의해 상기 축열조(1)와 상기 외부열원(6)에 각기 연통된 이중코일 구조로서, 상기 각 냉매관(4,5)에 충전된 냉매가 상호 열교환되어 각기 대응된 냉매관(4,5)을 순환하도록 제공된 열교환수단(6)과; 상기 축열조(1)에 충전된 상기 축열재(7)의 침전을 방지하기 위하여 상기 축열조(1)를 상하방향으로 다수 구획할 수 있도록 상기 축열조(1)에 내장된 축열재 침전방지수단(2)을 포함하여 구성함으로써, 시설원예 재배사에서 낮시간에 태양에너지를 축열재에 저장하여 야간에 이를 이용할 수 있도록 구성하는 경우에는 겨울철 기존의 난방기기를 이용하여 야간에 집중적으로 난방을 하거나 소형의 축열재 용기를 이용하던 종래의 구성에 비해 난방비 절감 효과가 매우 큰 특징이 있다.

Description

상변화 축열시스템

본 발명은 상변화 축열시스템에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 상변화물질인 축열재를 일체화된 대용량의 축열재 용기에 충전하는 경우에 야기되는 침전현상을 방지하여 원하는 축열 또는 방열성능을 구현할 수 있도록 한 축열시스템에 관한 것이다.

시설원예 재배사는 통상적으로, 태양광의 투과율이 양호한 유리가 벽체로 구성되어 있어, 주간에는 태양에너지와 별도의 난방시설을 부가적으로 가동하여도 원하는 온도를 유지하나, 야간에는 난방시설을 집중가동하여야 원하는 온도를 유지하기 때문에 원예재배농가의 난방비 부담은 경영비대비 매우 높은 것이 사실이다. 이에 따라, 시설원예 재배농가에서는 태양에너지를 축열하여 야간에 난방하고자 하는 방법이 제안되고 있는데, 그 일 예로 물, 토양 또는 잠열 축열재 등을 이용하여 주간에 태양에너지를 축열하는 다양한 기술이 제시되고 있다. 여기서, 물과 토양과 같은 축열재를 이용하는 축열시설은 설치비용이 낮은 반면, 축열성능이 매우 낮아 전술된 바와 같이 별도의 난방시설의 설치가 불가피하여, 이중설비 투자에 따른 비용부담이 가중되어 현재, 축열시설로서 채택되고 있지 않는 실정에 있다.

그리고, 현재 집중적으로 채택되고 있는 10수 탄산나트륨 혼합물과 같은 상변화물질의 잠열 축열재를 이용한 축열시스템은, 외부 열원에 의해 축열재가 상변화하면서 축열 또는 방열하는 구조로서 통상적으로 물이나 토양을 축열재로 사용하는 축열시스템에 비해 열용량이 매우 큰 특징이 있다. 그러나, 전술된 잠열 축열재는 충전되는 축열재 용기의 상하 폭이 넓으면 용기의 하부로 침전되어 원하는 축열/방열성능을 구현하지 못하기 때문에 통상적으로, 다수의 셀로 구성된 용기 내에 축열재를 충전할 수밖에 없는 작업상의 어려움이 있었다.

다수의 셀로 구성된 축열재 용기에 축열재를 충전하기 위해서는, 별도로 제작된 선반과 같은 지그를 이용하여야 하는 작업상의 어려움이 있는 한편, 충전에 따른 소요시간이 길고 셀에 공기가 충전되어 있어 완벽한 축열재의 충전을 기할 수 없는 단점이 있다. 결과적으로, 이러한 축열재와 축열재 용기의 특성에 의해 원하는 축열/방열 효율을 구현할 수 없는 문제점이 상존하고 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창출된 것으로서, 그 목적은 축열/방열 효율을 개선할 수 있는 상변화 축열시스템을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 상변화물질인 축열재를 축열재 용기에 충전시 축열재의 침전을 방지하여 원하는 축열/방열 효율을 유지할 수 있는 상변화 축열시스템을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 상변화 축열시스템의 구성을 나타내는 개략도.

도 2는 냉매관과 냉매관 지지대의 결합관계를 나타내는 단면도.

도 3은 도 2의 분해 사시도.

≪도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명≫

1 : 축열조 2 : 축열재 침전방지수단

3 : 열교환수단 4,5 : 냉매관

6 : 외부열원 7 : 축열재

10,11,12,13 : 냉매관 지지대

B : 간막 CS : 축열조 케이싱

P : 펌프 W : 칸막이

이러한 본 발명의 목적은, 상변화물질인 축열재가 충전된 단열구조를 갖는 축열조와; 열펌프와 같은 외부열원과; 냉매관에 의해 상기 축열조와 상기 외부열원에 각기 연통된 이중코일 구조로서, 상기 각 냉매관에 충전된 냉매가 상호 열교환되어 각기 대응된 냉매관을 순환하도록 제공된 열교환수단과; 상기 축열조에 충전된 상기 축열재의 침전을 방지하기 위하여 상기 축열조를 상하방향으로 다수 구획할 수 있도록 상기 축열조에 내장된 축열재 침전방지수단을 포함하여 구성된 상변화 축열시스템에 의해서 달성될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

1은 본 발명의 상변화 축열시스템의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 상변화 축열시스템은 이중 코일구조를 갖는 열교환수단(3)을 각기 외부열원(6)과 축열조(1)를 연통시켜, 외부열원(6)으로부터 제공된 열기를 열교환수단(3)에 의해 열교환하여 축열조(1)에 충전된 축열재(7)를 축열하고, 이와는 반대로 축열재(7)로부터 방열된 열기를 열교환수단(3)에 의해 열교환하여 외부열원(6)으로 제공하도록 구성되어 있다.

본 발명에 적용된 열교환수단(6)은 전술된 바와 같이 이중코일 구조로서, 구리재질의 제1냉매관(4)은 내측코일과, 제2냉매관(5)은 외측코일과 각기 연통되어 있어, 각기 배관(4,5)을 통해 순환되는 냉매가 서로 교환되지 않도록 구성되어 있다. 그리고, 제1냉매관(4)과 연통된 열교환수단(6)의 코일은 제2냉매관(5)과 연통된 열교환수단(6)의 코일 내부에 내장되어 있다. 여기서, 본 발명의 제1냉매관(4)과 제2냉매관(5)을 순환하는 냉매는 일반적인 물이 사용된다. 이는 종래 축열조를 순환하는 냉매로 이용되던 공기에 비해 열교환 밀도가 매우 높아져 동일면적당 열교환 성능이 크게 개선됨을 나타내고 있는 것이다.

그리고, 제1냉매관(4)에 충전된 냉매는 통상, 펌프(4)에 의해 가압되어 열교환수단(6)과 축열조(1)의 폐쇄회로를 순환하게 된다. 본 발명에 적용된 열펌프를 포함하는 외부열원(6)은 축열과정시 고온수를 제공하여 열교환을 통해 제1냉매관(4)의 냉매를 가열시켜 축열재(7)를 축열하고, 이와는 반대로 방열과정시 축열재(7)로부터 방열된 열기에 의해 가열된 냉매를 열교환시켜 제2냉매관(5)의 냉매가 가열됨으로써 별도의 다른 장소를 난방할 수 있도록 구성되어 있다.

축열조(1)는 도 1에 나타나 있는 바와 같이 단열구조를 갖는 축열조 케이싱(CS)과, 제1냉매관(4)을 지지하되 반복적인 상변화에 따른 축열재(7)의 침전을 방지하도록 축열조 케이싱(CS)에 내장된 축열재 침전방지수단(2)을 포함하여 구성된다. 축열조 케이싱(CS)은 축열재(7)의 축열 또는 방열시 외부와 단열하기 위하여 금속재질의 케이싱 몸체부(9a) 내부에 단열재(9b)가 개재되어 구성된다. 여기서, 축열조 케이싱(CS)은 본 실시예에 한정되지 않고 다양하게 변형실시될 수 있으며 축열재(7)를 투입하고 드레인시키는 각 개구부는 생략되어 있다.

도 2 및 도 3을 참조하여 축열재 침전방지수단(2)을 설명하면, 축열재 침전방지수단(2)은 전술된 바와 같이 축열재(7)가 반복적인 상변화에 따라 침전되는 현상을 방지하기 위하여 축열조(1)를 상하방향으로 다수 구획할 수 있도록 축열조 케이싱(CS)에 내장되어 있다. 부식에 강한 플라스틱 또는 비철금속으로 제작되어 있다. 여기서, 축열재(7)는 축열/방열성능이 양호한 10수 탄산나트륨 혼합물 또는 10수 황산나트륨 혼합물이 이용되는데, 통상적으로 축열조(1)의 상하 폭이 넓으면 상변화과정에서 침전되어 축열/방열성능이 저하되는 것으로 확인되고 있다. 축열조(1)에 내장되는 제1냉매관(4)은 일정간격마다 반복되게 수평절곡, 소위 좌우방향으로 지그재그 형상으로 절곡된 후 수직으로 절곡되어 동일한 방법으로 복수회 수평절곡된 형상을 갖는다.

축열재 침전방지수단(2)은 축열재(7)가 침전되지 않도록 다수의 냉매관 지지대(10-13)가 상하로 적층되어 용접 등과 같은 기계적 방법에 의해 일체화되어 구성되며, 각각의 냉매관 지지대(10-13)에는 수직으로 형성된 간막(B)이 수평으로 일정한 간격마다 복수 조로 형성되어 있고, 이러한 간막(B)에는 전술된 제1냉매관(4)의 이격된 피치에 대응하여 요홈(h)이 형성되어 있다. 여기서, 상하 양단에 대향되게 제공된 냉매관 지지대(10,11)는 각기 마주보는 면만이 개방되도록 형성되어 구리재질의 제1냉매관(4)의 총중량을 견고하게 지지할 수 있도록 되어 있으며, 그 사이에 제공된 냉매관 지지대(12,13)는 하판만이 형성되어 있다. 따라서, 축열재(7)가 축열조 케이싱(CS)의 상부로부터 주입되면, 축열재(7)는 축열조 케이싱(CS)과 냉매관 지지대(10)의 사이를 통해 유입되어 신속하게 축열조(1)의 하부로부터 상부로 충전된다.

그리고, 하판만이 형성된 개방된 냉매관 지지대(12,13)의 형상은 최하단에 배치된 냉매관 지지대(12,13)의 간막(B)과 동일하게 간막(B)이 형성되어 있기 때문에 도 2에 나타나 있는 바와 같이, 최상층 냉매관 지지대(10)와 인접된 냉매관 지지대(12) 사이에는 칸막이(W)가 설치됨으로써 인접된 요홈(h)이 연결되는 것이 차단되어 있다.

본 발명의 축열재 침전방지수단(2)의 제작방법을 간단하게 설명하면, 우선 전술된 냉매관 지지대(10-13)를 준비한 다음, 최하층 냉매관 지지대(11)의 요홈(h)을 따라 구리재질의 제1냉매관(4)을 수직반복적으로 절곡한다. 그런 다음, 하판만이 형성된 냉매관 지지대(13)를 최하층 냉매관 지지대(11)에 용접하고 전술된 방법과 동일하게 제1냉매관(4)을 지그재그식으로 반복절곡한다. 여기서, 하판만이 형성된 냉매관 지지대(13,12)의 용접과 제1냉매관(4)의 절곡횟수는 축열조(1)의 크기에 따라 복수회 진행된다. 그런 다음, 칸막이(W)를 하판만이 형성된 최상층의 냉매관 지지대(12)에 용접한 후 제1냉매관(4)을 절곡한 후 최상층 냉매관 지지대(10)를 장착하고 용접을 하면 제작이 완료된다. 여기서, 본 발명의 축열재 침전방지수단(2)의 제작방법은 전술된 경우에 한정되지 않고 다양한 방법에 의해 제작될 수 있다.

도 2 및 도 3에 있어서, 축열조(1)에 비하여 확대되어 도시된 냉매관 지지대(10-13)와 제1냉매관(4)은 본 발명의 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것이고, 실제적으로는 냉매관 지지대(10-13)에 형성된 간막(B)은 축열재(7)가 침전되지 않는 정도의 높이를 갖으면서 보다 촘촘하게 형성되어 있으며 그에 따라 제1냉매관(4)의 두께나 절곡량이 결정된다.

본 발명은 전술된 실시예에 한정되어 설명되었지만, 이에 한정되지 않고 축열재 침전방지수단(2)은 제1냉매관(4)과의 결합관계를 고려하여 축열재(7)의 침전을 방지할 수 있는 다른 형상으로 제작가능하다. 여기서, 제1냉매관(4)을 축열조(1)에 수직으로 절곡되는 경우에는 그에 대응하여 냉매관 지지대(10-13)를 변형하여 제작하면 된다.

즉, 본 발명의 기술적 사상은 축열재 침전방지수단(2)의 형상이나 제작방법에 있는 것이 아니라, 축열재(7)의 침전을 근본적으로 해결함과 아울러, 축열재(7)의 공급이 용이하며 일체화된 대용량의 축열조(1) 제작이 가능하여 축열/방열성능을 개선할 수 있는 상변화 축열시스템을 구현하는데 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 구조에 의하면, 시설원예 재배사에서 낮시간에 태양에너지를 축열재에 저장하여 야간에 이를 이용할 수 있도록 구성하는 경우에는 겨울철 기존의 난방기기를 이용하여 야간에 집중적으로 난방을 하거나 소형의 축열재 용기를 이용하던 종래의 구성에 비해 난방비 절감 효과가 매우 크며 축열/방열성능이 개선된 특징이 있다. 또한, 본 발명의 구성은 대용량의 축열조를 제작할 수 있어 대규모 시설원예 재배사의 다양한 난방수요를 충족할 수 있는 것으로 기대된다.

Claims

상변화물질인 축열재(7)가 충전된 단열구조를 갖는 축열조(1)와;

열펌프와 같은 외부열원(6)과;

냉매관(4,5)에 의해 상기 축열조(1)와 상기 외부열원(6)에 각기 연통된 이중코일 구조로서, 상기 각 냉매관(4,5)에 충전된 냉매가 상호 열교환되어 각기 대응된 냉매관(4,5)을 순환하도록 제공된 열교환수단(6)과;

상기 축열조(1)에 충전된 상기 축열재(7)의 침전을 방지하기 위하여 상기 축열조(1)를 상하방향으로 다수 구획할 수 있도록 상기 축열조(1)에 내장된 축열재 침전방지수단(2)을 포함하여 구성된 상변화 축열시스템.
제1항에 있어서, 상기 축열재(7)는 축열 및 방열성능이 양호한 10수 탄산나트륨 혼합물 및 10수 황산나트륨 혼합물에서 임의로 선택된 혼합물인 것을 특징으로 하는 상변화 축열시스템.
제1항에 있어서, 상기 구리재질의 냉매관(4,5)에 충전된 냉매는 물인 것을 특징으로 하는 상변화 축열시스템.
제1항에 있어서, 상기 축열재 침전방지수단(2)은 상기 축열재(7)가 침전되지 않을 정도의 일정한 상하 간격마다 간막(B)이 수직으로 형성된 다수의 냉매관 지지대(10-13)가 용접 등과 같은 기계적 방법에 의해 일체화되어 구성되어 있되, 상기 간막(B)에는 상기 냉매관(4)이 절곡되어 배치되도록 그에 대응되는 위치에 요홈(h)이 형성된 것을 특징으로 하는 상변화 축열시스템.
제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 냉매관 지지대(10-13)는 부식에 강한 플라스틱 및 비철금속으로부터 임의로 선택된 일종인 것을 특징으로 하는 상변화 축열시스템.