KR20150029444A - 분산형 축열조 및 축열 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열원으로부터 공급된 열에너지를 효율적으로 활용할 수 있도록 하는 분산형 축열조 및 축열 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 분산형 축열 시스템은 수용가에서 열교환기로 열에너지 수송 매체가 유입되는 유입 배관과 상기 열교환기에서 상기 수용가로 열에너지 수송 매체가 공급되는 공급 배관 사이에 형성되는 분산형 축열 시스템에 있어서, 제1 유출입구를 통해 상기 유입 배관에 연결되고, 제2 유출입구를 통해 상기 공급 배관에 연결되는 분산형 축열조; 상기 제1 유출입구와 상기 유입 배관의 연결부에 배치되어, 상기 제1 유출입구와 상기 유입 배관 사이의 개폐를 제어하는 제1 유출입 밸브부; 상기 제2 유출입구와 상기 공급 배관의 연결부에 배치되어, 상기 제2 유출입구와 상기 공급 배관 사이의 개폐를 제어하는 제2 유출입 밸브부; 및 상기 제1 및 제2 유출입 밸브부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

분산형 축열조 및 축열 시스템{DISTRIBUTED HEAT STORAGE TANK AND HEAT STORAGE SYSTEM}

본 발명은 축열조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지역 난방 시스템의 수용가측에 설치되어, 열에너지의 저장이 가능한 분산형 축열조와 이를 포함하는 분산형 축열 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 지역 난방이란 열원에서 대규모로 열에너지를 생산하여 수용가로 공급하는 시스템을 의미한다.

구체적으로, 열원으로부터 공급된 열에너지 수송 매체가 각 단위 지역에 설치된 기계실에 공급되고, 단위 지역의 기계실에서는 열 교환기를 이용하여 열에너지 수송 매체로부터의 열에너지를 각 수용가로 공급한다.

이러한 지역 난방은 열원, 즉 대규모 열 생산 시설에서 열에너지를 생산하여 수용가로 공급하는 형태이기 때문에 경제적인 측면에서 비용이 저렴하다.

또한, 열병합 발전 등을 이용하여 다양한 에너지로부터 열에너지를 생산하기 때문에 중앙 난방이나 개별 난방에 비해 에너지 활용 및 절감 효과가 매우 뛰어난 장점이 있다.

아울러, 수용가별로 보일러가 별도로 설치될 필요가 없기 때문에 보일러의 유지 및 보수 등을 위한 부가적인 요소가 불필요하고, 보일러로 인한 사고 발생의 위험이 해소될 수 있다.

하지만, 지역 난방은 상술한 바와 같이 대규모의 중앙 집중형 열원으로부터 열에너지가 공급되기 때문에, 열에너지 수요 변동에 따른 공급측에서의 적정한 공급 설비 운영이 필요하다. 특히 수용가를 대상으로 안정적인 열 공급을 최우선적으로 고려해야 하므로, 열 피크 부하가 연중 매우 짧은 기간에만 발생함에도 불구하고, 이에 대응하기 위해 과도한 용량의 열원 설비를 갖추어 운영해야 하는 문제가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 일반적으로 지역 난방 시스템에서는 대형의 축열조를 설치함으로써, 피크 부하에 대응하기 위한 과도한 열원 설비 투자를 완화하는 방안을 적용하고는 있으나, 물을 저장매체로 이용함에 따른 낮은 열저장 밀도, 대형 축열조 부피에 따른 부지 확보 문제 등 부수적인 문제점이 발생하고 있다.

또한, 비상시, 예컨대 열원을 공급하는 배관망에 이상이 발생하는 경우 등에, 열에너지 공급 중단에 따른 소비자의 불편이 가중될 수 있어 이러한 문제를 해결할 수 있는 방안을 마련할 필요가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 지역 난방에 있어서 수용가에 효율적으로 열에너지를 제공할 수 있는 분산형 축열조 및 축열 시스템을 제공하는 데 있다.

특히, 기존의 지역 난방에서 적용하고 있는 중앙 집중형 축열조 대신 지역 난방을 공급받는 수용가측에 설치되는 분산형 축열조를 통해 기존 축열조 설치에 필요한 부지확보 문제를 해결하고자 한다.

또한, 수용가측에 설치되는 분산형 축열조를 통해 평상시 저장된 열에너지를 이용하여, 열원으로부터 열 공급이 중단되는 비상시에도 일정 기간 동안 열 공급이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.

아울러, 물의 현열을 이용한 기존의 열에너지 저장 방식 대신, 열 저장밀도가 높은 상변화 물질을 이용한 잠열 열저장 방식을 택함으로써, 저장공간을 최소화하고, 열 손실이 적은 보다 효율적인 열저장 수단을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 내부에 수용 공간을 포함하는 몸체; 상기 몸체에 형성되고, 상기 수용 공간을 외부로 노출시키는 적어도 하나의 유출입구; 상기 몸체의 수용 공간에 배치되고, 적어도 하나의 잠열부재를 포함하는 축열 구성을 포함하는 분산형 축열조를 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 내부에 수용 공간을 포함하는 몸체; 상기 몸체에 형성되고 상기 수용 공간을 외부로 노출시키는 적어도 두 개의 유출입구; 상기 몸체의 수용 공간에 배치되고, 적어도 하나의 잠열부재를 포함하는 축열 구성; 및 상기 유출입구 사이에 연결된 적어도 하나의 내부 배관을 포함하는 분산형 축열조를 제공할 수 있다.

상기 축열 구성은 상기 잠열부재를 상기 몸체 내부에 고정하는 고정부재를 더 포함할 수 있다.

상기 유출입구는 외부로부터 상기 몸체의 수용 공간 내부로 열에너지 수송 매체가 유입되는 유입구; 및 유입된 상기 열에너지 수송 매체가 외부로 유출되는 유출구를 포함할 수 있다.

상기 잠열부재는 유입된 상기 열에너지 수송 매체와 열교환을 수행할 수 있다.

상기 잠열부재는 상변화물질로 형성될 수 있다.

상기 상변화물질은 파라핀 왁스를 포함할 수 있다.

상기 고정부재는 상기 잠열부재를 주머니 형태로 감싸서 고정하는 망 부재일 수 있다.

상기 유출입구는 제1 및 제2 유출입구를 포함하고, 상기 내부 배관은 상기 제1 및 제2 유출입구 사이를 연결할 수 있다.

상기 제1 유출입구는 외부로부터 상기 몸체의 수용 공간 내부로 열에너지 수송 매체가 유입되는 제1 유입구, 및 유입된 상기 열에너지 수송 매체가 외부로 유출되는 제1 유출구를 포함하고, 상기 제2 유출입구는 외부로부터 상기 몸체의 수용 공간 내부로 열에너지 수송 매체가 유입되는 제2 유입구, 및 유입된 상기 열에너지 수송 매체가 외부로 유출되는 제2 유출구를 포함하며, 상기 내부 배관은 상기 제1 유입구와 상기 제2 유출구 사이를 연결하는 제1 내부 배관, 및 상기 제2 유입구와 상기 제1 유출구 사이를 연결하는 제2 내부 배관을 포함할 수 있다.

상기 분산형 축열조는 상기 몸체의 수용 공간에 충진된 축열매체를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 수용가에서 열교환기로 열에너지 수송 매체가 유입되는 유입 배관과 상기 열교환기에서 상기 수용가로 열에너지 수송 매체가 공급되는 공급 배관 사이에 형성되는 분산형 축열 시스템에 있어서, 제1 유출입구를 통해 상기 유입 배관에 연결되고, 제2 유출입구를 통해 상기 공급 배관에 연결되는 분산형 축열조; 상기 제1 유출입구와 상기 유입 배관의 연결부에 배치되어, 상기 제1 유출입구와 상기 유입 배관 사이의 개폐를 제어하는 제1 유출입 밸브부; 상기 제2 유출입구와 상기 공급 배관의 연결부에 배치되어, 상기 제2 유출입구와 상기 공급 배관 사이의 개폐를 제어하는 제2 유출입 밸브부; 및 상기 제1 및 제2 유출입 밸브부를 제어하는 제어부를 포함하는 분산형 축열 시스템을 제공할 수 있다.

상기 분산형 축열조는 상기 제1 및 제2 유출입구와 연결되고, 내부에 수용 공간을 포함하는 몸체; 및 상기 몸체의 수용 공간에 배치되고, 적어도 하나의 잠열부재를 포함하는 축열 구성을 포함할 수 있다.

상기 분산형 축열조는 상기 제1 및 제2 유출입구와 연결되고, 내부에 수용 공간을 포함하는 몸체; 상기 몸체의 수용 공간에 배치되고, 적어도 하나의 잠열부재를 포함하는 축열 구성; 및 상기 제1 유출입구와 상기 제2 유출입구 사이에 연결된 적어도 하나의 내부 배관을 포함할 수 있다.

상기 제1 유출입구는 상기 유입 배관으로부터 상기 몸체의 수용 공간 내부로 열에너지 수송 매체가 유입되는 제1 유입구; 및 유입된 상기 열에너지 수송 매체가 상기 유입 배관으로 유출되는 제1 유출구를 포함할 수 있다.

상기 제2 유출입구는 상기 공급 배관으로부터 상기 몸체의 수용 공간 내부로 열에너지 수송 매체가 유입되는 제2 유입구; 및 유입된 상기 열에너지 수송 매체가 상기 공급 배관으로 유출되는 제2 유출구를 포함할 수 있다.

상기 제1 유출입 밸브부는 상기 제1 유입구와 상기 유입 배관의 연결부에 배치되어, 상기 제1 유입구와 상기 유입 배관 사이의 개폐를 제어하는 제1 유입 밸브; 및 상기 제1 유출구와 상기 유입 배관의 연결부에 배치되어, 상기 제1 유출구와 상기 유입 배관 사이의 개폐를 제어하는 제1 유출 밸브를 포함할 수 있다.

상기 제2 유출입 밸브부는 상기 제2 유입구와 상기 공급 배관의 연결부에 배치되어, 상기 제2 유입구와 상기 공급 배관 사이의 개폐를 제어하는 제2 유입 밸브; 및 상기 제2 유출구와 상기 공급 배관의 연결부에 배치되어, 상기 제2 유출구와 상기 공급 배관 사이의 개폐를 제어하는 제2 유출 밸브를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 지역 난방에 있어서 수용가측의 열교환기에 연결되는 분산형 축열 시스템을 구축함으로써, 기존의 중앙 집중형 열원으로부터 열에너지를 공급받을 수 없는 상황 또는 열원 공급 설비의 고장 등으로 인해 열에너지의 공급이 충분하지 않은 상황이라 하더라도, 분산형 축열 시스템을 통해 수용가로 열에너지를 공급할 수 있다.

아울러, 본 발명의 실시 예에 따르면, 수용가에서 사용할 수 있는 온도 범위의 열에너지를 저장하는 축열조를 수용가측에 분산하여 설치하기 때문에, 중앙 열원부지에 큰 공간이 필요하지 않으며, 열저장 밀도가 높은 저장물질을 이용하여 축열조를 구성하므로 동일한 저장 효과에 필요한 공간이 줄어들게 되어, 효율적인 축열 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축열 시스템의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 축열 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 축열조의 일 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 축열 구성의 일 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 축열조의 다른 실시 예를 나타내는 단면도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 축열 시스템을 이용한 열에너지 수송 매체의 흐름을 각 구동 모드별로 개략적으로 나타내는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

마찬가지로 층, 막, 영역, 판, 부 등의 구성요소가 다른 구성요소의 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소의 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 구성요소가 없는 것을 뜻한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정 일 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축열 시스템의 구성을 나타내는 블럭도이다.

본 발명의 축열 시스템은 열원(10)으로부터 열에너지를 공급받아 수용가(30)로 열에너지를 공급하기 위한 단위 지역의 기계실 등에 열교환기(20)와 함께 분산되어 설치될 수 있다. 즉, 본 명세서에서 단위 지역이란 열원으로부터 공급된 열에너지를 다른 시설로 공급하기 위한 매개 지역을 의미할 수 있다. 아울러 본 명세서에서는 단위 지역의 열교환기(20)를 통해 열에너지를 공급받는 수요처를 수용가(30)로 지칭하기로 한다.

도 1을 참조하면, 단위 지역의 열교환기(20)는 열원(10)과 연결되어, 열원(10)으로부터 열에너지를 공급받고, 이 열에너지를 연결된 수용가(30)로 공급할 수 있다.

구체적으로 열교환기(20)와 수용가(30)는 유입 배관(21) 및 공급 배관(22)을 통해 연결된다. 유입 배관(21)은 열에너지를 취득하고자 하는 열에너지 수송 매체가 수용가(30)로부터 열교환기(20) 측으로 유입되는 배관이고, 공급 배관(22)은 열교환기(20)를 통해 가열된, 즉 열에너지를 취득한 열에너지 수송 매체가 다시 수용가(30) 측으로 공급되는 배관이다.

즉, 수용가(30)로부터의 열에너지 수송 매체는 유입 배관(21)을 통해 열교환기(20)로 유입되고, 열교환기(20)에서 열에너지를 취득한 후, 공급 배관(22)을 통해 수용가(30) 측으로 공급될 수 있다.

본 발명에서 열에너지 수송 매체로는 액체 또는 스팀 등을 비롯한 일반적인 형태의 열에너지 수송 매체가 모두 적용될 수 있다.

본 발명의 축열 시스템은 유입 배관(21) 및 공급 배관(22) 사이에 마련될 수 있다.

상세히 하면, 본 발명의 축열 시스템은 축열조(100), 유출입 밸브부(210, 220), 및 제어부(300)를 포함할 수 있다.

축열조(100)는 기설정된 소정 온도 범위의 열에너지를 저장하기 위한 구성으로서, 내부에 마련된 축열 구성과 적어도 하나의 유출입구(110, 120)를 포함할 수 있다. 축열조(100)는 축열 구성을 통해 내부에 열에너지를 저장하며, 유출입구를 통해 내부에 저장된 열에너지를 외부로 공급할 수 있다. 이러한 축열조(100)의 축열 구성에 대해서는 추후 축열조(100)의 실시 예에 대한 설명을 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.

본 발명은 이러한 축열조(100)를 이용하여, 열원(10)으로부터 공급된 열에너지를 저장하였다가, 열원(10)에 이상이 발생하거나, 열에너지의 수요가 열원(10)의 최대 부하를 초과하여 열원(10)으로부터 열에너지를 공급받을 수 없는 경우, 축열조(100)에 저장된 열에너지를 활용하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 기본적인 축열 시스템의 개념을 기반으로, 도 1을 참조하여 다른 구성들에 대해 설명하도록 한다.

도 1의 실시 예에서 축열조(100)는 유입 배관(21)에 연결된 제1 유출입구(110)와, 공급 배관(22)에 연결된 제2 유출입구(120)를 포함한다.

제1 유출입구(110)와 유입 배관(21)의 연결부에는 제1 유출입 밸브부(210)가 배치되고, 제2 유출입구(120)와 공급 배관(22)의 연결부에는 제2 유출입 밸브부(220)가 배치될 수 있다.

제1 유출입구(110)는 제1 유출입 밸브부(210)를 통해 유입 배관(21)과의 개폐가 제어되고, 제2 유출입구(120)는 제2 유출입 밸브부(220)를 통해 공급 배관(22)과의 개폐가 제어될 수 있다.

도 1의 실시 예에서, 제1 유출입구(110) 및 제2 유출입구(120)는 각각 유입구(111, 121) 및 유출구(112, 122)를 포함한다. 즉, 제1 유출입구(110)는 제1 유입구(111) 및 제1 유출구(112)를 포함할 수 있고, 제2 유출입구(120)는 제2 유입구(121) 및 제2 유출구(122)를 포함할 수 있다.

아울러, 제1 유출입 밸브부(210)는 제1 유입 밸브(211) 및 제1 유출 밸브(212)를 포함할 수 있고, 제2 유출입 밸브부(220)는 제2 유입 밸브(221) 및 제2 유출 밸브(222)를 포함할 수 있다.

제1 유입구(111)는 제1 유입구(111)와 유입 배관(21)의 연결부에 배치된 제1 유입 밸브(211)를 통해 유입 배관(21)과의 개폐가 제어되고, 제1 유출구(112)는 제1 유출구(112)와 유입 배관(21)의 연결부에 배치된 제1 유출 밸브(212)를 통해 유입 배관(21) 과의 개폐가 제어될 수 있다. 마찬가지로, 제2 유입구(121)는 제2 유입구(121)와 공급 배관(22)의 연결부에 배치된 제2 유입 밸브(221)를 통해 공급 배관(22)과의 개폐가 제어되고, 제2 유출구(122)는 제2 유출구(122)와 공급 배관(22)의 연결부에 배치된 제2 유출 밸브(222)를 통해 공급 배관(22)과의 개폐가 제어될 수 있다.

이와 같은 구조를 통해, 수용가(30) 또는 열교환기(20)로부터 유입되는 열에너지 수송 매체는 축열조(100) 내부로의 유입이 제어될 수 있다.

이를 위하여, 일 실시 예에서 각 밸브(211, 212, 221, 222)는 3방(3-way) 밸브일 수 있다.

제어부(300)는 구동 모드에 따라 유출입 밸브부(200)를 제어할 수 있다. 이러한 구동 모드는 제어부(300) 내에 프로그래밍되거나, 운전자에 의해 입력되어 설정될 수 있다. 본 발명에서 구현되는 구동 모드에 대해서는 추후 실시 예에 대한 설명을 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.

한편, 도 1의 실시 예에서는 축열조(100)와 제어부(300)가 별도로 마련된 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 실시 예에 불과하며, 축열조(100)와 제어부(300)는 일체형으로 형성될 수도 있다.

도 1의 실시 예에서는 제1 유출입구(110)와 제2 유출입구(120)가 각각 한 쌍의 유입구(111, 121)와 유출구(112, 122)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 다른 실시 예에서 제1 유출입구(110)와 제2 유출입구(120)는 각각 단일관으로 형성될 수도 있다.

도 2는 제1 유출입구(110)와 제2 유출입구(120)가 단일관으로 형성된 실시 예를 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 제1 유출입구(110)는 제1 유출입 밸브부(210)를 통해 유입 배관(21)과의 개폐가 제어되고, 제2 유출입구(120)는 제2 유출입 밸브부(220)를 통해 공급 배관(22)과의 개폐가 제어될 수 있다.

이에 따라, 제1 유출입구(110)는 수용가(30)로부터 유입되는 열에너지 수송 매체가 축열조(100)로 유입되거나, 축열조(100)의 열에너지 수송 매체가 열교환기(20)로 유입되는 경로로 사용될 수 있다. 마찬가지로, 제2 유출입구(120)는 열교환기(20)로부터 공급되는 열에너지 수송 매체가 축열조(100)로 유입되거나, 축열조(100)의 열에너지 수송 매체가 수용가(30)로 공급되는 경로로 사용될 수 있다.

즉, 도 2의 실시 예에서 제1 유출입구(110)는 도 1에서 제1 유입구(111)와 제1 유출구(112)의 기능이 하나의 관으로 통합된 기능을 수행하고, 제2 유출입구(120)는 도 1에서 제2 유입구(121)와 제2 유출구(122)의 기능이 하나의 관으로 통합된 기능을 수행하는 것이다.

도 3은 축열조(100)의 일 실시 예를 나타내는 도면으로서, 도 1에 도시된 축열조(100)의 사시도이다.

도 3을 참조하면, 일 실시 예의 축열조(100)는 몸체(101) 및 적어도 하나의 유출입구(110, 120)를 포함할 수 있다. 몸체(101)는 내부에 수용 공간을 형성하고, 내부의 수용 공간은 유출입구(110, 120)를 통해 외부로 노출될 수 있다. 이러한 유출입구(110, 120)를 통해, 유입 배관(21) 또는 공급 배관(22)의 열에너지 수송 매체는 몸체(101) 내부의 수용 공간으로 유입될 수 있다.

몸체(101) 내부의 수용 공간에는 도 4에 도시된 바와 같은 축열 구성이 배치된다.

도 4는 축열 구성의 일 실시 예로서, 도 4를 참조하면 축열 구성은 적어도 하나의 잠열부재(102) 및 고정부재(103)를 포함할 수 있다.

잠열부재(102)는 열에너지를 저장할 수 있는 부재로서, 일 실시 예에서 잠열부재(102)는 상변화물질(Phase Change Materials, PCM)로 형성될 수 있으며, 그 형태로는 도 4에 도시된 바와 같은 볼(ball) 형태나 캡슐(capsule) 형태 등 다양한 형태가 가능하다. 상변화물질로는 파라핀 왁스(paraffin wax) 등이 사용될 수 있다.

잠열부재(102)는 수용가(30)에서 일반적으로 사용되는 온수의 온도, 예컨대 40℃ 내지 50℃ 온도 범위의 열에너지를 저장할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다. 하지만, 온도 범위는 이에 한정되지 않으며, 수용가(30)에서 사용할 수 있는 온도 범위로 설정될 수 있다.

이러한 잠열부재(102)는 축열조(100)의 몸체(101) 내부로 유입되는 열에너지 수송 매체와 열교환함으로써, 열에너지 수송 매체로부터 열에너지를 흡수하여 저장하거나, 저장된 열에너지를 열에너지 수송 매체로 제공할 수 있다.

고정부재(103)는 잠열부재(102)를 몸체(101) 내부에 고정하기 위한 부재로서, 도 4에 도시된 바와 같이 고정부재(103)는 잠열부재(102)를 주머니 형태로 감싸서 고정하는 망(mesh) 부재일 수 있다. 이러한 고정부재(103)는 잠열부재(102)가 설정된 위치에 고정될 수 있도록 한다. 몸체(101) 내부로 열에너지 수송 매체가 유입되는 경우, 매체의 밀도차 또는 온수의 부력 등으로 인해 잠열부재(102)의 위치가 설정 위치에서 벗어날 수 있다. 이 경우, 축열조(100)의 온도 제어가 어려운 문제점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시 예에서는 잠열부재(102)를 고정부재(103)를 통해 고정할 수 있다.

고정부재(103)로는 도 4에 도시된 바와 같은 망 부재 외에도, 잠열부재(102)의 위치를 고정시킬 수 있다면 다양한 형태의 부재가 사용될 수 있다. 이러한 고정부재(103)는 몸체(101)에 직접적으로 부착되거나 매립될 수도 있고, 고정부재(103)를 몸체(101)의 내벽에 고정시킬 수 있도록 별도의 부착부재를 더 포함할 수도 있다. 도 4의 실시 예에는 망 형태의 고정부재(103)를 고정시키기 위하여 고리 형태의 부착부재(104)가 도시되어 있으나, 부착부재(104)의 구비 여부 및 형태는 도 4의 실시 예에 한정되지 않는다.

한편, 도 3의 실시 예에서는 몸체(101)가 육면체 형태로 도시되어 있으나, 이는 일 실시 예에 불과하며 몸체(101)가 내부에 수용 공간을 형성할 수 있다면 몸체(101)는 어떠한 형태든지 무방하다.

도 5는 축열조(100)의 다른 실시 예를 나타내는 단면도이다.

도 5의 실시 예에서 축열조(100)는 도 4를 통해 설명한 몸체(101), 잠열부재(102), 및 고정부재(103) 등의 구성과 적어도 하나의 유출입구(110, 120)를 모두 포함하되, 몸체(101)의 수용 공간 내에서 유출입구 사이에 연결된 적어도 하나의 내부 배관을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 유출입구가 도 5에 도시된 바와 같이 유입구와 유출구가 분리된 경우, 제1 유입구(111)와 제2 유출구(122)를 연결하도록 제1 내부 배관(105)이 배치되고, 제1 유출구(112)와 제2 유입구(121)를 연결하도록 제2 내부 배관(106)이 배치될 수 있다.

이러한 구조를 통해, 열에너지 수송 매체는 제1 유입구(111)로 유입된 후 제1 내부 배관(105)를 거쳐 제2 유출구(122)로 유출되거나, 제2 유입구(121)로 유입된 후 제2 내부 배관(106)를 거쳐 제1 유출구(112)로 유출될 수 있다.

도 5의 실시 예에서는 내부 배관(105, 106)의 연결 구조를 나타내기 위하여 내부 배관(105, 106)의 형태를 간략하게 도시하였으나, 내부 배관(105, 106)은 필요에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다. 일 실시 예에서 내부 배관(105, 106)은 코일 형태로 형성될 수도 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에서는 도 5에 도시된 바와 같이 축열조(100)의 수용 공간에는 축열매체(107)가 충진될 수 있다. 즉, 도 5의 실시 예에서 축열매체(107)는 축열조(100)의 몸체(101)와 내부 배관(105, 106) 및 축열 구성(102, 103) 사이에 충진될 수 있다. 한편, 도시되지는 않았으나, 도 4의 실시 예에서 축열매체(107)는 축열조(100)의 몸체(101)와 축열 구성(102, 103) 사이에 충진될 수 있다.

이러한 축열매체(107)는 잠열부재(102)에 저장된 열에너지가 직접적으로 열에너지 수송 매체에 전달되거나, 열에너지 수송 매체의 열에너지가 직접적으로 잠열부재(102)에 전달되도록 하는 것이 아니라, 내부 배관(105, 106)으로 유입된 열에너지 수송 매체와 잠열부재(102)가 축열매체(107)를 통해 간접적으로 열에너지를 전달할 수 있도록 한다. 축열매체(107)는 열에너지 수송 매체와 동일한 물질로 형성되거나 별도의 축열성 물질로 형성될 수 있으며, 사용 가능한 축열성 물질은 일반적인 축열 물질을 포함하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

즉, 도 4의 실시 예에서는 축열조(100) 몸체(101) 내부의 수용 공간으로 열에너지 수송 매체가 직접 유입되어 잠열부재(102)와 직접적인 열교환을 실시하였으나, 도 5의 실시 예에서는 축열조(100)의 몸체(101) 내부에 형성된 내부 배관(105, 106)으로 유입되어 축열매체(107)를 통해 간접적인 열교환을 실시하는 것이다.

도 5의 실시 예에 따르면, 열에너지 수송 매체가 직접적으로 잠열부재(102)에 접촉함으로써 잠열부재(102)가 변형되거나, 열에너지 수송 매체의 흐름으로 인해 온도 교란이 발생하는 문제 등의 가능성을 해소할 수 있는 장점이 있다.

도 5의 실시 예에서, 내부 배관(105, 106)은 열교환이 용이하도록 열전도성 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 축열 시스템을 이용한 열에너지 수송 매체의 흐름을 각 구동 모드별로 개략적으로 나타내는 도면으로서, 구체적으로 도 1에 도시된 바와 같은 열교환기(20)와 수용가(30) 사이를 왕복하는 열에너지 수송 매체의 흐름을 나타내는 실시 예이다. 도 6 내지 도 9를 통해 설명되는 구동 모드는 도 1을 기반으로 하나, 도 2에 도시된 바와 같이 유출입구(110, 120)가 단일관으로 형성된 실시 예에도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다.

먼저, 도 6은 일반적인 열 전달 모드를 나타내는 도면으로, 유입 배관(21)을 통해 수용가(30)로부터 유입되는 열에너지 수송 매체가 열교환기(20)로부터 열에너지를 획득한 후 다시 수용가(30)로 공급되는 경우를 나타낸다. 즉, 제어부(300)는 수용가(30)에서 유입되는 열에너지 수송 매체가 축열조(100)를 경유하지 않고 바로 열교환기(20) 측으로 유입되고, 열교환기(20)로부터 공급되는 열에너지 수송 매체가 축열조(100)를 경유하지 않고 바로 수용가(30) 측으로 공급될 수 있도록 유출입 밸브부(210, 220)를 제어한다. 일 실시 예에서 수용가(30)에서 유입되는 20℃의 열에너지 수송 매체는 열교환기(20)를 통해 50℃로 가열된 후 수용가(30)로 공급될 수 있다.

도 7은 축열조(100)에 열에너지를 저장하는 축열 모드를 나타내는 도면으로, 열교환기(20)로부터의 열에너지를 축열조(100)에 저장하는 경우를 나타낸다. 구체적으로, 열원(10) 측의 열에너지 공급 능력이 과잉이거나 충분한 상태일 때, 열교환기(20)를 작동하여 열원(10)의 열에너지를 축열조(100)에 저장하는 경우이다. 이때, 제어부(300)는 열교환기(20)로부터 공급되는 열에너지 수송 매체가 축열조(100)로 유입되어 축열조(100) 내 잠열부재(102)와의 열교환을 통해 열에너지를 전달한 후, 다시 열교환기(20)로 회수될 수 있도록 유출입 밸브부(210, 220)를 제어한다. 일 실시 예에서 잠열부재(102)의 상변화 온도가 45℃인 경우, 열교환기(20)를 통해 45℃를 상회하는 온도(예컨대 60℃)로 가열되어 축열조(100)로 유입된 열에너지 수송 매체는 축열조(100) 내부에 열에너지를 전달하고, 45℃로 냉각된 후 열교환기(20)로 다시 회수될 수 있다. 냉각 상태로 회수된 열에너지 수송 매체는 열교환기(20)를 통해 재가열되어 다시 축열조(100)로 유입될 수 있다.

도 8은 축열조(100)의 열에너지를 공급하는 방열 모드를 나타내는 도면으로, 축열조(100) 내 열에너지를 수용가(30) 측으로 공급하는 경우를 나타낸다. 구체적으로, 열에너지의 수요가 열원(10)의 최대 부하를 초과하는 등 열원(10)으로부터 열에너지를 공급받을 수 없는 상태이거나, 축열조(100)의 열에너지를 활용하고자 하는 경우이다. 이때, 제어부(300)는 수용가(30)로부터 회수되는 열에너지 수송 매체가 축열조(100)로 유입되어 잠열부재(102)에 저장된 열에너지를 획득하여 가열된 후, 다시 수용가(30)로 공급될 수 있도록 유출입 밸브부(210, 220)를 제어한다. 일 실시 예에서 수용가(30)로부터 유입된 20℃의 열에너지 수송 매체는 축열조(100) 내에서 45℃로 가열되어 수용가(30)로 공급될 수 있다. 한편, 축열조(100) 내에 저장된 열에너지가 소진되고 열원(10)으로부터의 열에너지 공급이 가능한 경우에는, 도 8에 도시된 바와 같은 축열조(100)의 방열 모드가 종료되고, 열원(10) 및 열교환기(20)를 통해 열에너지가 공급되는 일반 모드로 전환될 수 있다.

도 9는 축열조(100)에 열에너지를 저장하되, 수용가(30) 측에 설치된 별도의 열원 장치를 통해 축열조(100)에 열에너지가 저장되는 경우를 나타낸다. 수용가(30)에는 지역 난방 등의 열원(10)과는 별도로, 보일러 또는 열병합 발전 장치 등의 열원 장치가 설치될 수 있다. 이러한 열원 장치를 통해 생성된 열에너지가 사용되고 난 후에도 잉여 열에너지가 존재하는 경우, 잉여 열에너지를 축열조(100)에 저장하여 다시 활용할 수 있도록 한다. 이를 위하여, 제어부(300)는 수용가(30)로부터의 열에너지 수송 매체가 축열조(100)로 유입되어 축열조(100) 내 잠열부재(102)와의 열교환을 통해 열에너지를 전달한 후, 다시 수용가(30)로 회수되도록 유출입 밸브부(210, 220)를 제어한다. 일 실시 예에서 수용가(30)로부터 유입된 60℃의 열에너지 수송 매체는 축열조(100) 내부에 열에너지를 전달하고, 45℃로 냉각된 후 수용가(30)로 회수될 수 있다.

종래에는 수용가로부터의 열에너지 수송 매체는 그 온도를 고려하지 않고 무조건 열교환기 측으로 유입시킴으로써, 열에너지 수송 매체의 온도가 높은 경우, 해당 열에너지가 사용되지 않고 낭비되는 단점이 있다. 하지만, 본 발명에서는 상기와 같이 잉여 열에너지가 발생하는 경우, 축열조(100)에 저장하여 활용함으로써 열에너지의 낭비를 방지할 수 있다.

도 9와 같은 방식으로 저장된 열에너지는 도 8과 마찬가지의 방식으로 사용될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 열원 20 : 열교환기
21 : 유입 배관 22 : 공급 배관
30 : 수용가 100 : 축열조
101 : 몸체 102 : 잠열부재
103 : 고정부재 104 : 부착부재
105, 106 : 내부 배관 107 : 축열매체
110, 120 : 유출입구 111, 121 : 유입구
112, 122 : 유출구 210, 220 : 유출입 밸브부
211, 221 : 유입 밸브 212, 222 : 유출 밸브
300 : 제어부

Claims (21)

1. 내부에 수용 공간을 포함하는 몸체;
   상기 몸체에 형성되고, 상기 수용 공간을 외부로 노출시키는 적어도 하나의 유출입구;
   상기 몸체의 수용 공간에 배치되고, 적어도 하나의 잠열부재를 포함하는 축열 구성
   을 포함하는 분산형 축열조.
   
2. 내부에 수용 공간을 포함하는 몸체;
   상기 몸체에 형성되고 상기 수용 공간을 외부로 노출시키는 적어도 두 개의 유출입구;
   상기 몸체의 수용 공간에 배치되고, 적어도 하나의 잠열부재를 포함하는 축열 구성; 및
   상기 유출입구 사이에 연결된 적어도 하나의 내부 배관
   을 포함하는 분산형 축열조.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 축열 구성은 상기 잠열부재를 상기 몸체 내부에 고정하는 고정부재를 더 포함하는 분산형 축열조.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 유출입구는,
   외부로부터 상기 몸체의 수용 공간 내부로 열에너지 수송 매체가 유입되는 유입구; 및
   유입된 상기 열에너지 수송 매체가 외부로 유출되는 유출구
   를 포함하는 분산형 축열조.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 잠열부재는 유입된 상기 열에너지 수송 매체와 열교환을 수행하는 분산형 축열조.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 잠열부재는 상변화물질로 형성되는 분산형 축열조.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 상변화물질은 파라핀 왁스를 포함하는 분산형 축열조.
   
8. 제3항에 있어서,
   상기 고정부재는 상기 잠열부재를 주머니 형태로 감싸서 고정하는 망 부재인 분산형 축열조.
   
9. 제2항에 있어서,
   상기 유출입구는 제1 및 제2 유출입구를 포함하고,
   상기 내부 배관은 상기 제1 및 제2 유출입구 사이를 연결하는 분산형 축열조.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 유출입구는 외부로부터 상기 몸체의 수용 공간 내부로 열에너지 수송 매체가 유입되는 제1 유입구, 및 유입된 상기 열에너지 수송 매체가 외부로 유출되는 제1 유출구를 포함하고,
    상기 제2 유출입구는 외부로부터 상기 몸체의 수용 공간 내부로 열에너지 수송 매체가 유입되는 제2 유입구, 및 유입된 상기 열에너지 수송 매체가 외부로 유출되는 제2 유출구를 포함하며,
    상기 내부 배관은 상기 제1 유입구와 상기 제2 유출구 사이를 연결하는 제1 내부 배관, 및 상기 제2 유입구와 상기 제1 유출구 사이를 연결하는 제2 내부 배관을 포함하는 분산형 축열조.
    
11. 제2항에 있어서,
    상기 몸체의 수용 공간에 충진된 축열매체를 더 포함하는 분산형 축열조.
    
12. 수용가에서 열교환기로 열에너지 수송 매체가 유입되는 유입 배관과 상기 열교환기에서 상기 수용가로 열에너지 수송 매체가 공급되는 공급 배관 사이에 형성되는 분산형 축열 시스템에 있어서,
    제1 유출입구를 통해 상기 유입 배관에 연결되고, 제2 유출입구를 통해 상기 공급 배관에 연결되는 분산형 축열조;
    상기 제1 유출입구와 상기 유입 배관의 연결부에 배치되어, 상기 제1 유출입구와 상기 유입 배관 사이의 개폐를 제어하는 제1 유출입 밸브부;
    상기 제2 유출입구와 상기 공급 배관의 연결부에 배치되어, 상기 제2 유출입구와 상기 공급 배관 사이의 개폐를 제어하는 제2 유출입 밸브부; 및
    상기 제1 및 제2 유출입 밸브부를 제어하는 제어부
    를 포함하는 분산형 축열 시스템.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 분산형 축열조는,
    상기 제1 및 제2 유출입구와 연결되고, 내부에 수용 공간을 포함하는 몸체; 및
    상기 몸체의 수용 공간에 배치되고, 적어도 하나의 잠열부재를 포함하는 축열 구성
    을 포함하는 분산형 축열 시스템.
    
14. 제12항에 있어서,
    상기 분산형 축열조는,
    상기 제1 및 제2 유출입구와 연결되고, 내부에 수용 공간을 포함하는 몸체;
    상기 몸체의 수용 공간에 배치되고, 적어도 하나의 잠열부재를 포함하는 축열 구성; 및
    상기 제1 유출입구와 상기 제2 유출입구 사이에 연결된 적어도 하나의 내부 배관
    을 포함하는 분산형 축열 시스템.
    
15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 제1 유출입구는,
    상기 유입 배관으로부터 상기 몸체의 수용 공간 내부로 열에너지 수송 매체가 유입되는 제1 유입구; 및
    유입된 상기 열에너지 수송 매체가 상기 유입 배관으로 유출되는 제1 유출구
    를 포함하는 분산형 축열 시스템.
    
16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 유출입구는,
    상기 공급 배관으로부터 상기 몸체의 수용 공간 내부로 열에너지 수송 매체가 유입되는 제2 유입구; 및
    유입된 상기 열에너지 수송 매체가 상기 공급 배관으로 유출되는 제2 유출구
    를 포함하는 분산형 축열 시스템.
    
17. 제15항에 있어서,
    상기 제1 유출입 밸브부는,
    상기 제1 유입구와 상기 유입 배관의 연결부에 배치되어, 상기 제1 유입구와 상기 유입 배관 사이의 개폐를 제어하는 제1 유입 밸브; 및
    상기 제1 유출구와 상기 유입 배관의 연결부에 배치되어, 상기 제1 유출구와 상기 유입 배관 사이의 개폐를 제어하는 제1 유출 밸브
    를 포함하는 분산형 축열 시스템.
    
18. 제16항에 있어서,
    상기 제2 유출입 밸브부는,
    상기 제2 유입구와 상기 공급 배관의 연결부에 배치되어, 상기 제2 유입구와 상기 공급 배관 사이의 개폐를 제어하는 제2 유입 밸브; 및
    상기 제2 유출구와 상기 공급 배관의 연결부에 배치되어, 상기 제2 유출구와 상기 공급 배관 사이의 개폐를 제어하는 제2 유출 밸브
    를 포함하는 분산형 축열 시스템.
    
19. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 잠열부재는 상변화물질로 형성되는 분산형 축열 시스템.
    
20. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 고정부재는 상기 잠열부재를 주머니 형태로 감싸서 고정하는 망 부재인 분산형 축열 시스템.
    
21. 제16항에 있어서,
    상기 내부 배관은,
    상기 제1 유입구와 상기 제2 유출구 사이를 연결하는 제1 내부 배관; 및
    상기 제2 유입구와 상기 제1 유출구 사이를 연결하는 제2 내부 배관
    을 포함하는 분산형 축열 시스템.

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