KR200277755Y1 - 빙축열냉방시스템의축열구 - Google Patents

Abstract

본 고안은 급속한 결빙 및 해빙을 가능하게 하여 냉각효율을 좋게 하는 빙축열냉방시스템의 축열구에 관한 것으로서, 본 고안의 빙축열냉방시스템의 축열구는, 내부에 결빙액(1)을 수용하는 빙축열냉방시스템의 축열구에 있어서, 개략 전체적으로 구형상이고, 내부에 중공부가 형성되며, 상기 중공부에 결빙액(1)이 투입되도록 상방에 개구(10a)가 형성되는 몸체(10); 및 상기 개구(10a)를 밀봉하도록 상기 개구(10a)와 대응하는 형상으로 상기 개구(10a)에 삽입되는 꼭지(20);를 포함하여 이루어지고, 상기 꼭지(20)는, 일측단부에 외부로 노출되는 꼭지머리(22)가 형성되고, 타측단부에 관통홀이 형성되며, 상기 개구(10a)에 초음파용접되는 꼭지몸체(24); 및 일측단부가 상기 관통홀에 삽입되어 고정되고, 열전달이 용이하도록 타측단부가 상기 결빙액(1)에 노출되며, 얼음 결정의 핵 결성을 유도하도록 그 끝단이 뾰족한 형상의 금속핀(30);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하기 때문에 표면적을 최대한도로 확대하는 것이 가능하여 결빙시간을 단축하고, 열전도율이 높은 카본블랙, 메탈파이버, 메탈파우더 등을 첨가하여 몸체의 열전도도를 향상시키고, 금속핀이 얼음결정의 형성을 촉진시킴으로써 냉각속도 및 냉각효율을 향상시키게 하는 효과를 갖는다.

Description

빙축열냉방시스템의 축열구{Spherical container of ice storagy system}

본 고안은 빙축열냉방시스템의 축열구에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 급속한 결빙 및 해빙을 가능하게 하여 냉각효율을 좋게 하는 빙축열냉방시스템의 축열구에 관한 것이다.

일반적으로, 빙축열냉방시스템이란, 심야의 값싼 전기를 이용하여 낮시간 동안의 냉방을 가능하게 하는 냉방시스템의 일종으로서, 심야에 냉동기를 가동시켜서 얼음을 얼리고, 이를 보존하였다가 낮시간에 이 얼음을 이용하여 냉방을 하는 축열식 열교환시스템을 말한다.

따라서, 국가적으로는 전력수요의 격차를 줄일 수 있고, 개인적으로는 주간요금의 1/4 수준인 심야전력을 사용하기 때문에 냉방시스템의 운영비를 대폭 절감할 수 있는 것이다.

또한, 빙축열냉방시스템은 다른 냉방시스템에 비해 연속적으로 정격용량의 운전이 가능하여 시스템이 매우 안정적이고, 고효율이며, 얼음을 축열의 매개체로 사용하는 에너지절약형의 환경친화적인 냉방시스템이므로 최근 매우 각광받는 첨단의 냉방시스템이다.

이러한 빙축열냉방시스템의 원리는, 먼저 값싼 심야전력을 사용하여 심야시간대(22:00 ~ 08:00)에 냉동기를 가동하여 부동액을 냉각시키고, 이를 다수개의 축열구가 수용된 축열조에 통과시켜서 상기 축열구에 담긴 결빙액을 얼음 상태로 얼린다.

이어서, 상기 냉동기를 멈추고, 낮시간이 되면, 상기 축열조를 통과하면서상기 얼음 상태의 결빙액에 의해 차가워진 부동액의 냉기를 열교환기를 통해 물 또는 공기에 전달시켜서 건물을 냉방시킴으로써 주간의 최대부하시 냉방전력의 사용을 줄이거나 피할 수 있게 하는 것이다.

여기서, 종래의 빙축열냉방시스템의 축열구는 통상 구형상이고, 상기 결빙액의 결빙시 10% 정도의 부피팽창을 고려한 딤플이 형성되었다. 그러나, 이러한 딤플구조의 축열구에 수용된 결빙액은 그 중심부까지 결빙되는 데 소요되는 시간이 길고, 열전달면적이라 할 수 있는 부피에 대한 표면적의 비가 높지 않으므로 결빙효율이 떨어지는 등의 문제점이 있었다.

또한, 딤플구조로는 결빙시 부피팽창을 완충시키기 어려워서 500 cc 이상의 결빙액을 수용할 수 없었던 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 극복하기 위해 종래에는, 실용신안등록번호 제 104233호에서 제시된 바와 같이, 구형표면을 형성하고, 부동액이 결빙액의 중심부까지 가까이 접근하도록 양측면이 깊이 함몰된 함몰부가 형성되며, 상기 함몰부의 표면에 요철부가 형성된 "빙축열시스템의 결빙용기"가 제안되었다.

그러나, 이러한 종래의 빙축열시스템의 결빙용기(축열구)는 상기 요철부가 구형표면이 아닌 함몰부의 표면에만 형성되는 것으로서, 표면적 확대의 한계가 있고, 용기 내부에 구조적으로 결빙액의 결빙을 촉진시키는 어떠한 요소도 찾아볼 수 없으며, 통상적으로 사용되는 축열구의 재질인 폴리에틸렌계열만으로 제작되어 재질의 특성상 열전달이 잘 이루어지지 않는 등의 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 고안의 목적은, 결빙시간을 단축하고, 열전도율이 높은 카본블랙을 첨가하여 몸체의 열전도도를 향상시키고, 금속핀이 얼음결정의 형성을 촉진시킴으로써 냉각속도 및 냉각효율을 향상시키게 하는 빙축열냉방시스템의 축열구를 제공함에 있다.

도1은 본 고안의 바람직한 일 실시예에 따른 빙축열냉방시스템의 축열구를 나타내는 사시도이다.

도2는 도1의 평면도이다.

도3은 도1의 정면도이다.

도4는 도3의 단면도이다.

도5는 본 고안의 바람직한 다른 실시예에 따른 빙축열냉방시스템의 축열구를 나타내는 사시도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호설명〉

1: 결빙액 10: 몸체

10a: 개구 12: 함몰부

14: 주름 20, 40: 꼭지

22, 42: 꼭지머리 24, 44: 꼭지몸체

26, 46: 선단부 30, 50: 금속핀

52: 금속핀머리

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 빙축열냉방시스템의 축열구는, 내부에 결빙액을 수용하는 빙축열냉방시스템의 축열구에 있어서, 개략 전체적으로 구형상이고, 내부에 중공부가 형성되며, 상기 중공부에 결빙액이 투입되도록 상방에 개구가 형성되는 몸체; 및 상기 개구를 밀봉하도록 상기 개구와 대응하는 형상으로 상기 개구에 삽입되는 꼭지;를 포함하여 이루어지고, 상기 꼭지는, 일측단부에 외부로 노출되는 꼭지머리가 형성되고, 타측단부에 관통홀이 형성되며, 상기 개구에 초음파용접되는 꼭지몸체; 및 일측단부가 상기 관통홀에 삽입되어 고정되고, 열전달이 용이하도록 타측단부가 상기 결빙액에 노출되며, 얼음 결정의 핵 결성을 유도하도록 그 끝단이 뾰족한 형상의 금속핀;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 몸체 및 꼭지는, 합성수지류에 열전도성재질인 카본블랙(탄소가루), 메탈파이버 또는 메탈파우더 등을 첨가한 재질로 만들어지는 것이 가능하다.

이하, 본 고안의 바람직한 일 실시예에 따른 빙축열냉방시스템의 축열구를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 도1 내지 도4에 도시된 바와 같이, 본 고안의 빙축열냉방시스템의 축열구는, 내부에 결빙액(1)을 수용하도록 중공부가 형성된 구체의 몸체(10)와, 상기 몸체(10)에 형성된 개구(10a)를 막아 상기 중공부를 밀폐시키는 꼭지(20)를 구비하여 이루어진다.

여기서, 상기 몸체(10)는 구형표면을 갖고, 내부에 결빙액(1)으로 충만된 중공부가 형성되며, 상기 중공부에 결빙액(1)이 투입되도록 상방에 개구(10a)가 형성된다.

또한, 상기 몸체(10)는 전방과 후방에 서로 대향하는 2개의 함몰부(12)가 형성되는 것으로서, 상기 함몰부(12)는 상기 결빙액(1)이 얼어 부피가 팽창하면 양측면의 사이가 좁아지는 V자 형상의 홈이 형성되고, 상기 몸체(10)의 외부에 흐르는 부동액(브라인, Brine; 에틸렌글리콜과 물의 혼합액)이 상기 결빙액(1)의 중심부 근처까지 도달될 수 있도록 하는 역할을 한다.

여기서, 상기 몸체(10)의 함몰부(12)는 물론이고, 상기 몸체(10)의 구형표면에도 상기 몸체의 표면적을 넓게 하는 다수개의 주름(14)이 형성된다. 이러한 주름(14)은 그 단면이 부드러운 파형 곡선을 그리는 것이고, 주름(14)의 개수는 상기 몸체(10)의 제작비를 고려한 범위 내에서 표면적의 증가와 제작되는 몸체(10)의 재질 또는 두께에 따라 충분히 많을수록 바람직하고, 주름(14)의 골 역시 충분히 깊을수록 바람직하다.

이러한 주름(14)은 상기 몸체(10)의 구형표면의 외곽을 따라 나란히 겹쳐지도록 배열되고, 이외에 주름의 다양한 형태는 본 고안의 요지를 변경하지 않는 범위에서 당업자에 있어 수정 및 변경이 용이한 것이다.

여기서, 이러한 본 고안의 빙축열냉방시스템의 축열구는, 상기 몸체(10)에 반드시 함몰부(12)와 주름(14)이 형성되는 것은 아니고, 이러한 함몰부(12)와 주름(14)이 없이 전체적으로 구형상인 몸체가 적용되는 것도 가능하며, 상기 몸체(10)은 전체적으로 구형상 이외에도 원기둥형, 다각기둥형, 다면체형 등 다양한 형상으로 적용되는 것이 가능하다.

한편, 본 고안의 빙축열냉방시스템의 축열구는, 제작시 상기 개구(10a)를 통해 상기 몸체(10)의 중공부에 결빙액(1)을 충만히 채워지면 상기 개구(10a)를 밀봉하도록 상기 개구(10a)에 대응하는 형상의 꼭지(20)를 구비하여 이루어진다.

즉, 도4에 도시된 바와 같이, 상기 꼭지(20)는, 외주면이 상기 개구(10a)에 초음파용접되는 꼭지몸체(24)와, 상기 꼭지몸체(24)의 상면에 형성되고, 외부로 노출되는 상기 꼭지몸체(24)가 더 이상 개구에 삽입되지 않도록 플랜지형상의 꼭지머리(22)와, 상기 꼭지몸체(24)의 하면에 형성되고, 상기 개구(10a)를 통과하여 상기 결빙액(1)과 접하는 선단부(26)를 구비하여 이루어지는 것이다.

특히, 본 고안의 가장 큰 특징으로서, 상기 꼭지(20)는 금속핀(30)이 설치되는 것이다. 즉, 이러한 상기 금속핀(30)은, 상기 선단부(26)에 고정, 설치되고, 그 끝단이 상기 결빙액(1)에 노출되는 구조이다.

이러한, 상기 금속핀(30)은, 열전도성이 좋은 구리, 알루미늄 또는 이들의 조합으로 제조되는 합금 등을 그 재질로 한다.

즉, 상기 금속핀(30)은 상기 결빙액(1)이 최초 결빙되기 시작하는 얼음의 핵을 인위적으로 금속핀(30)의 끝단에서 발생되도록 하기 위한 것으로서, 핵의 결성이 끝단의 1지점에서 일어나도록 끝단이 날카롭게 제작되고, 이러한 끝단에 대향하는 타단은 상기 꼭지(20)의 선단에 억지끼워맞춤 또는 용접 및 플라스틱성형시의 삽입 등으로 고정된다.

이러한 금속핀(30)의 설치는, 실험실에서 실험중 냉각된 물이 금속주위 및 온도측정을 위한 열전대 주위에서부터 얼기 시작하는 현상을 이용하는 것으로서, 상기 금속핀(30)의 뾰쭉한 끝부분은 얼음이 얼기 위한 최초의 얼음 결정(Seed)을 형성하는 역할을 하여 결빙액(1)을 신속히 얼리는 것이 가능하다.

이러한 금속핀(30)의 뾰쭉한 끝부분에서 얼음 결정의 핵이 형성되는 것은, 얼음 결정의 핵이 결빙액(1)이 불안전한 부분과 접하는 곳에서 쉽게 발생하는 현상을 이용하여 얼음 결정의 핵이 금속핀의 끝부분에서 시작되도록 유도하는 것이다.

따라서, 섭씨 0도의 물이 섭씨 0도 이하로 과냉각되었다가 과냉각의 해제와 함께 얼기시작하는 데 소요되는 불필요한 에너지를 최소한으로 축소시켜서 제빙효율을 높여 에너지절약을 이룰 수 있다.

한편, 이러한 금속핀의 설치에 대한 다른 실시예를 도5에 도시하였다. 즉, 도5에 도시된 바와 같이, 상기 꼭지(40)의 꼭지머리(42)와, 꼭지몸체(44) 및 선단부(46)를 관통하는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀에 상기 금속핀(50)이 밀착, 삽입되는 형상으로서, 상기 금속핀(50)은 상기 관통홀에 삽입되어 끝단이 상기 결빙액(1)에 노출되는 동시에 상기 금속핀(50)에는 둥글고 넓적한 금속핀머리(52)가 형성되어 몸체(10)의 외부로 노출된다.

따라서, 상기 금속핀머리(52)를 통해 몸체(10)의 외부를 흐르는 부동액의 냉기가 상기 금속핀(50)의 끝단에 전달되어 결빙액(1)의 결빙을 더욱 촉진시키는 것이 가능하다.

또한, 결빙액(1)의 누수를 막기 위해 상기 금속핀(50)과 상기 꼭지(40) 사이에 오링 등 패킹부재가 설치되는 것도 가능하다.

이외에도 보다 완전한 방수를 위해서는 상기 꼭지(40)가 상기 금속핀(50)을 완전히 둘러싸도록 플라스틱성형, 제작되는 것도 가능하다.

이와 같은 상기 금속핀(30)(50)은 상기 결빙액에 노출되는 상기 몸체의 어디에나 설치되는 것이 가능한 것으로서, 이러한 금속핀(30)(50)의 형태나 설치위치 및 재질에 대한 기술적 사상은 본 고안의 요지가 변경되지 않는 범위에서 해당분야에 종사하는 당업자에 있어서, 수정 및 변경이 용이한 것이다.

한편, 본 고안의 빙축열냉방시스템의 축열구는, 상기 몸체(10)의 열전달율을 높이기 위하여 상기 몸체(10) 및 꼭지(20)(40)를 일반적인 합성수지류(폴리에틸렌계열)에 카본블랙(탄소가루)을 첨가한 재질로 제작하는 것이다.

즉, 폴리에틸렌의 열전도율은 약 0.2 W/m.K 이나, 카본블랙의 열전도율은 약 1000 W/m.K 인 것으로서, 이와 같은 상기 축열구는 탄소가루의 첨가로 인하여 검은 색을 띠고, 미량의 첨가만으로도 열전도율은 최고, 수백 배에 이르도록 증가한다.

이는 주행시 마찰열로 인해 고온의 상태가 되는 자동차의 타이어에 카본블랙을 첨가하여 공기냉각 및 도로표면으로의 열전달이 확실히 이루어지도록 하는 원리와 같은 것이다.

또한, 열전도율이 높은 스텐레스 스틸이나, 구리, 알미늄 등의 메탈파이버나메탈파우더 등을 첨가하여 축열구의 열전도성을 향상시킬 수 있다.

따라서, 본 고안의 빙축열냉방시스템의 축열구는, 도4에 도시된 바와 같이, 심야에 냉각기의 가동으로 차가워진 부동액이 상기 몸체(10)의 외부에 접촉되어 흐르게 되면, 상기 몸체(10)에 수용된 결빙액(1)이 냉각되면서, 빙점에 도달하게 된다. 이때, 상기 몸체(10) 및 꼭지(20)의 재질이 카본블랙, 메탈파이버, 메탈파우더 등을 함유하고 있으므로 상기 부동액의 냉기가 신속하게 상기 결빙액(1)에 전달되고, 상기 몸체(10)에 형성된 주름(14)은 상기 부동액의 흐름에 대한 저항을 줄이는 동시에 열전달이 일어나는 표면적을 증대시켜서 더욱 신속한 결빙액(1)의 결빙을 돕게 된다.

또한, 상기 결빙액(1)이 빙점에 도달되었다 하더라도 최초의 얼음 결정이 형성되기까지는 상기 결빙액(1)이 과냉각되게 되는 데, 이때 본 고안의 축열구는 이러한 상기 결빙액(1)의 과냉각을 방지하기 위하여 상기 얼음 결정의 생성을 촉진시키는 금속핀(30)을 설치함으로써 상기 금속핀(30)의 끝단에서 최초의 얼음 결정이 형성되도록 한다.

이어서, 상기 결빙액(1)이 전부 얼게 되어 낮시간 동안에 필요한 냉기를 상기 축열구에 저장할 수 있는 것이다.

이와 같은 본 고안의 축열구는 낮시간 동안 상기 결빙액(1)의 해빙시에도 마찬가지로 뛰어난 열전달효과를 발휘하는 것으로서, 이러한 본 고안의 빙축열시스템의 축열구는 가능한 한 최대의 표면적 확대가 가능하고, 결빙액의 결빙 또는 해빙시 구형표면에서 발생하는 표면적의 신장 및 수축에 대한 몸체의 피로도를 최대한으로 줄일 수 있으므로 몸체(10)의 크기를 증대시킬 수 있으며, 용기 내부에 금속핀을 설치하여 결빙액의 결빙을 촉진시키고, 열전달율이 높은 카본블랙, 메탈파이버, 메탈파우더 등을 상기 몸체(10) 및 꼭지(20)의 재질에 첨가하여 열전달을 매우 높게 하는 이점이 있다.

이상에서와 같이 본 고안의 빙축열냉방시스템의 축열구에 의하면, 결빙시간을 단축하고, 열전도율이 높은 카본블랙을 첨가하여 몸체의 열전도도를 향상시키고, 금속핀이 얼음결정의 형성을 촉진시킴으로써 냉각속도 및 냉각효율을 향상시키게 하는 효과를 갖는 것이다.

Claims (2)

1. 내부에 결빙액(1)을 수용하는 빙축열냉방시스템의 축열구에 있어서,

   개략 전체적으로 구형상이고, 내부에 중공부가 형성되며, 상기 중공부에 결빙액(1)이 투입되도록 상방에 개구(10a)가 형성되는 몸체(10); 및

   상기 개구(10a)를 밀봉하도록 상기 개구(10a)와 대응하는 형상으로 상기 개구(10a)에 삽입되는 꼭지(20);를 포함하여 이루어지고,

   상기 꼭지(20)는,

   일측단부에 외부로 노출되는 꼭지머리(22)가 형성되고, 타측단부에 관통홀이 형성되며, 상기 개구(10a)에 초음파용접되는 꼭지몸체(24); 및

   일측단부가 상기 관통홀에 삽입되어 고정되고, 열전달이 용이하도록 타측단부가 상기 결빙액(1)에 노출되며, 얼음 결정(seed)의 핵 결성을 유도하도록 그 끝단이 뾰족한 형상의 금속핀(30);

   을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 빙축열냉방시스템의 축열구.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 몸체(10) 및 꼭지(20)는, 열전도가 용이하도록 합성수리류에 열전도율이 높은 카본블랙(탄소가루), 메탈파이어, 메탈파우더 또는 이들의 혼합물들로 이루어지는 그룹들 중에 어느 하나를 선택하여 첨가한 재질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 상기 빙축열냉방시스템의 축열구.