KR20030036314A - 자연냉기를 이용한 무동력 냉장, 냉동, 냉방 및 환기장치의 발명 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자연냉기를 있는 그대로 사용하거나, 또는 야간 복사나 잠열소모를 이용하여 냉각을 촉진시킨 후 냉기를 채집 저장하여 사용하거나, 겨울에 설빙을 축적하였다가 여름에 사용하는 발명으로, 냉각을 위한 시설이나 장치에 소요되는 경비를 현저하게 감소시키면서 냉각 용량도 늘인다. 이 시스템은 무동력 냉각을 실현하며, 냉장고, 에어컨 등 기존냉각장비에 부착하면 전력소모를 대폭 줄일 수 있고, 동계 설빙축적이 가능한 지역에서는 이 설비로 냉장용량을 거의 무한대로 늘일 수 있다. 이 설비는 환기를 겸한 가정용 및 산업용 냉방, 농수산물 보관용 냉장과 냉동용으로 사용할 수 있으며 농산물의 신선도가 유지되는 저장도 가능하게 한다.

Description

자연냉기를 이용한 무동력 냉장, 냉동, 냉방 및 환기 장치의 발명{Invention of the no-power refrigerating, icing, air conditioning and ventilating equipment using the naturally cooled air}

본 발명은 인간활동에 필요한 냉기를 인접환경의 자연 속에서 추출, 이동, 저장하여 사용하는 것이다. 세 가지로 구분된다. 첫째는 냉기를 생산하는 기술이다. 얼음이 녹거나 물이 증발할 때 열을 뺏어 가므로 이때 발생하는 냉기, 금속 물질이 청천 야간에 복사 냉각할 때 그 주변에서 생기는 냉기를 채집한다. 기온 일교차에 동반되는 야간 냉기를 채집한다. 또 겨울에 자연 발생하는 설빙을 냉원으로 축적한다. 둘째는 냉기를 필요한 곳으로 이동시키는 것이다. 냉기생산장치에서 채집한 냉기, 또는 자연적으로 발생한 냉기를 저장소로 옮긴다. 겨울철 실내는 상온이나 실외는 저온이기 때문에 실외 저온 공기를 실내로 이동한다. 셋째는 냉기를 저장하는 것이다. 야간 등 한랭한 시간에 생성된 냉기를 필요한 지역으로 미리 이동시켜 단열장치로 저장해 두고, 주변의 냉기가 사라진 시간에 이용하는 것이다. 겨울에 발생한 자연 냉원(설빙)을 단열 저장하여 여름에 이용한다. 종래의 냉각 기술은 전기에너지로 프레온 가스등 냉매의 압축 팽창을 강제로 유도하여 공기를 냉각시키는 방법이었다. 자연상태의 냉기를 이용하는 기술은 신라 때부터 사용된 석빙고가 있었으나 그 기술은 과학성이 약하고 노력이 많이 들어 현재 사용되지 않고 있다. 그 외 통풍에 의존하여 기온 상승을 막는 원시적 방법이 있다.

자연 속에 상존하는 냉기를 냉동, 냉장, 냉방에 이용한다. 겨울에는 외기는 낮으나 실내온도가 높아 실내에서는 다시 전기 에너지를 이용한 냉장고를 사용하는 데, 본 발명은 외기의 냉기를 끌어 들여 이용하기 때문에 전기에너지가 전혀 없이 냉각효과를 얻거나 전기 에너지 사용을 최소한으로 줄이거나 한다. 야간에는 주간보다 기온이 낮은 데 야간의 냉기를 실내로 끌어들여 단열 상태로 보관하여 주간에 이용한다. 끌어들이는 방법은 대류원리를 이용하는데 전혀 무동력으로 가능하고, 대류를 촉진하는 fan 정도를 부착할 수도 있다. 야간의 열전도체는 야간 복사냉각이 심해 주변 공기를 냉각시키는 효과를 가지는데 이 효과를 이용하여 냉기를 얻는다. 물이 증발하거나 얼음이 녹으면서 가져가는 잠열이 주변 공기의 냉각시키는 효과를 냉장 및 냉방에 이용한다. 실외 기온과 실내기온을 항상 자동 비교하여 필요한 냉기를 이동시키는 장치가 자동으로 작동되게 하여 냉방효과를 얻는다. 겨울에는 자연적으로 형성되는 설빙을 지형적 조건과 단열시스템을 이용하여 보관하였다가 여름에 냉원으로 사용하여 냉동, 냉장, 냉방에 이용한다.

자연에서 발생했거나 또는 자연의 힘으로 냉각이 촉진된 냉기는 F의 관과 E의 필터 및 온도감지기를 통해 들어오고, 가열되어 따뜻해진 공기는 A를 통해 배출되게 한다. 저장소 벽을 단열재로 처리하여 외부와의 열전도를 막아 놓으면 저장소 안에는 냉기가 유지된다. 밤에 유입된 냉기는 낮 동안 냉장 역할을 하며 다음날 밤에 다시 냉기를 자동으로 공급받는다. 여름날 야간, 외기가 실내보다 한랭할 때는 냉방 및 환기 역할도 자동으로 하고, 외기가 충분히 한랭한 겨울에는 냉동역할도 한다. 이를 냉장고 등에 연결하면 냉각에 소요되는 전력소모가 현격하게 준다.

본 발명은 역할에 따라 (가) 냉기생산 장치, (나) 냉기흡수 열기방출장치, (다) 냉기저장 장치, (라) 열 흐름 제어 장치로 나뉜다. 또 용도에 따라 a)무동력 저온창고용, b) 무동력 냉방용, c)동력 추가용, d) 대형창고용으로 나눈다. (가) 냉기 생산장치는 a), b), c), d)에 모두 적용되는 것으로 1) 도 1에 도 2, 3, 4 중의 하나를 선택적으로 부착한다. 2) 도 2는 야간에 청천에 노출된 복사냉각 촉진부 (구리, 은, 스텐레스 또는 그들의 합금으로 만든 열전도체)로 야간 복사냉각을 촉진시켜 냉각된 냉기를 이용한다. 3) 도 3은 이 복사냉각 촉진부에서 주간에는 음지가 되게 하거나 물 속에 잠기게 하여 태양열이 수분 증발로 흡수되게 한다. 4) 냉각 촉진부에 물기를 적시거나 얼음을 투입하여 냉각효과가 추가할 수 있다. 5) 냉기생산 장치 없이 야간에 저절로 생기는 자연 냉기를 그대로 저장하기도 한다. 대형 창고용 (도 5)은 냉기 생산의 근원이 1) 산악지방의 음지의 돌밭아래에 있는 동공들 속에 눈비가 얼어서 설빙이 저장된 것을 이용하거나 (예; 밀양의 얼음골), 물을 더 공급하여 설빙의 저장량을 늘려서 이용한다. 2) 설빙의 저장량을 늘리기 위해 동공을 더 크게도 늘리며 동공에서 발생하는 냉기의 유통로를 제어하는 구조를 미리 부착한다. 도 4의 K는 구멍이 뚫린 금속관이다. 겨울에 설빙과 함께 얼렸다가, 여름에 이 관을 자연적으로 또는 인공으로 가열되어 기류통로가 만들어져, 냉기가 도 5의 대형 저온창고로 가게 한다. 대형 저온 창고에서 배출된 온난 공기는 FA로 유입되어 K에서 다시 냉기를 얻어 F로 내려간다. 나) 냉기흡수 및 열기방출장치는 생산된 냉기를 필요한 곳으로 옮기고 불필요한 열기를 외부로 방출하는 배관장치이다. 1) 따뜻한 공기나 습한 공기는 가벼우므로 위로 올라가는 성질을 이용한다. 도 1, 3, 4, 5의 지붕을 C처럼 구성한다. 2) 두 개의 공기통로를 한 개는 냉각 촉진기와 연결하여 냉기 흡입구로, 다른 한 개는 온기배출구로 사용한다. 이때 유출구와 흡입구의 위치가 공기 유통의 성패를 좌우하므로 도 1과 같이 하면 유출도 빠르고 흡입도 순조롭다. 3) 대형창고용에서는 얼음창고 (도 4)와 저온창고 (도 5) 사이에 두 개의 공기통로를 만들고 냉기는 저온창고로, 온기는 얼음창고로 이동하게 하고, 얼음창고에서는 온기가 외기보다 따뜻하면 밖으로, 차면 머물게 한다. 4) 냉기통로를 단열하여 냉기를 오래 보존하는 방법도 선택적으로 이용한다. 이동된 냉기는 저온창고에 저장되어 저온 유지용으로 또는 실내 냉방 및 환기용으로 이용된다. 다) 냉기저장장치는 냉기 생산장치보다 항상 낮은 곳에 위치하여 생산된 냉기를 모아 이용하는 곳이다. a)는 아무 공간이나 단열장치만 추가하면 된다. b)에서는 냉방과 환기가 필요한 방으로 간단한 배관 또는 추가적인 대류촉진 시설 (fan, 온도 감지기)를 설치하는 것으로 족하다. c)에서는 냉장고의 냉동실과 냉장실, 그리고 에어컨이 연결된다. 외부의 냉기가 냉장고에 공급되므로 냉기를 생산하는 데 소모되는 전력이 큰 폭 줄어든다. 한대지방이나 온대지방의 겨울철에는 전력 소모가 거의 없을 정도로 줄어들 수 있다. 온대지방 여름철에도 야간에는 현저하게 전력 소모가 줄어든다. 열대지방에서도 밤낮의 기온 차가 크므로 야간 중에 전력소모가 크게 줄어든다. 냉기 저장장치의 개폐문을 도 1, 3의 B처럼, 항상 위쪽에 두어 냉기가 흘러 나가지 않게 한다. d)형은 태양이 잘 들지 않고 또 설빙을 여름까지 저장할 만한 공간을 가진 산악의 지형을 필요로 한다. 이 대형저온 창고는 도 5와 같이 출입구가 창고 보다 위쪽에 있어야 한다. 지하에 설치하면 더욱 좋다. 라) 열 흐름 제어장치는 필요한 냉기나 외기에 없을 때는 기류유통이 차단되었다가 필요냉기가 나타나면 자동으로 유통되게 한다. 온도감지에 따른 개폐식 공기회로를 구성한다. 차가운 공기가 항상 무거우므로 그 원리를 이용할 수 있고, 전기로 작동되는 냉각 속도를 촉진하기 위해 fan을 부착하여 공기 흐름을 촉진할 수도 있다. 도 2, 3, 4의 N에, 도 1과 5의 E에 각각 온도 센스를 부착하여 감지되는 온도에 따라 작동되게 한다. 공기 유통은 배관을 이용하며 외부온기가 실내로 전도되지 못하도록 실내로 연결되는 부위는 단열재 (폴리우래탄, 유리섬유, 세라믹 등)로 된 배관을 접속한다. 저온 창고의 전 벽면을 단열시켜 보관된 냉기가 외부 열기의 전도로 인하여 소모되는 것을 최대한 줄인다.

1. 냉장고보다 훨씬 저렴한 가격에 훨씬 큰 용량의 저온 창고를 각 가정 또는 기업체에 공급할 수 있다. 공기유통이 이루어지는 저온창고이므로 농수산물이 더욱 신선하게 보관될 수 있어 가정용이나 매점용으로 이용 가치가 있다. 2. 여름철 야간에 신선하고 냉각된 외기로 침실을 환기하여 냉방비를 줄이고 건강을 도운다. 3. 가정용 냉장고의 사용전력을 획기적으로 줄인다. 한대지방이나 온대의 겨울철에 가정용 냉장고 가동에 필요한 전력을 대폭 절약한다. 온대지방 여름에도, 열대 지방에도 밤낮의 기온차이가 크기 때문에 전력사용이 많이 감소한다. 4. 면 또는 군 단위의 행정단위별로 사용할 수 있는 대형 저온창고가 설립되고 싼 값에 운영되어 농수산물 저장경비가 삭감되므로 유통구조에 큰 이익을 줄 수 있다. 5. 얼음굴 등 천연 기념물의 보수 보완에 이용되어 영구보존과 관광진흥의 가치를 가진다.

Claims (6)

1. 자연 발생한 냉기를 실내로 배관을 통해 이동 (자유대류를 이용한 이동과 fan을 이용한 강제 이동)
2. 자연 발생한 냉기를 실내에 저장하거나 이용.

   무동력 저온 창고에 이용하거나, 냉장고 등 냉각기에 이용하거나, 환기 냉방 등에 이용.
3. 자연냉기의 생산: 1) 복사냉각을 이용한 냉각 촉진과 냉기 채집.(음지에 복사냉각이 심한 금속표면으로 설치하고 하늘 향해 열린 공간을 이용).

   2) 냉기생산소와 배관에 얼음이나 물을 추가하여 냉각 촉진후 냉기 채집.

   거나 저장물을 투입하는 개폐문 장치(도3의 J가 얼음).

   3) 도 3의 표면에 낮에 물이 흐르게 하여 증발 촉진.

   4) 도 3의 J에 얼음이 얼게 하여 다음 녹을 때 발생하는 냉기를 이용.
4. 냉기흡입 열기방출장치 (도 1)의 A, C, D, E).

   1) A는 역U형 또는 그보다 더 곡선으로.

   2) 천정면의 경사가 C로 수렴되는 구조.

   3) D는 저온창고의 중간 또는 하층부분 벽에 설치.

   4) E에 유입공기의 정화필터 및 열전도를 차단하는 단열튜브 (세라믹, 또는 폴리우래탄), 그리고 온도감지 및 유통제어기 설치 (도 2, 3, 4의 N에서, 유입공기의 온도에 따라 유입량 조절되게 함)
5. 1) 냉기와 함께 흘러내리는 물 제거장치 (도 2, 3, 4,의 H, 스프링을 이용한 개폐기로 여기 물이 일정량 이상 고이면 자동으로 열려서 물이 버려지게 함).
6. 1) 겨울에 형성된 자연설빙을 저장하여 단열 보관한 후 춘하추계에 냉원으로 사용. 저장고를 이용한 단열 보관과 지형지세를 이용한 단열 보관 포함.

   2) 위 1항의 시설방법. (도 4의 지붕을 경사지게 하고 지붕 및 벽면을 전부 단열되게 하며 지붕을 겨울철에는 열어 눈비 또는 기타 물이 흘러 들어가서 얼어붙게 하고 여름에는 닫아서 단열되게 함).

   3) 위 1항의 지붕에 여름에는 내부에서 생성되는 열기가 즉시 빠져나가게 공기흐름 유도 (도 5의 A).

   3) 위 1항의 시설의 냉온기 유통배관의 개폐구조 (도 4의 K 처럼, 주변에 공기흐름용 구멍이 뚫린 금속관).