KR20160113190A

KR20160113190A - 상-변화 물질을 포함하는 캡슐을 위한 흡수체

Info

Publication number: KR20160113190A
Application number: KR1020167022942A
Authority: KR
Inventors: 장 파트리
Original assignee: 크리오젤
Priority date: 2014-01-29
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2016-09-28
Also published as: FR3016957A1; FR3016957B1; JP2017504781A; CN106164615B; WO2015113837A1; EP3099993A1; US20170003084A1; BR112016017618B1; KR101870337B1; CN106164615A; EP3099993B1; ES2673858T3; BR112016017618A2; US10718573B2; MY186660A; JP6294498B2

Abstract

본 발명은 상-변화 물질를 포함하도록 의도된 냉장 장치를 위한 캡슐(10)용 종장형 흡수체(1)에 관한 것으로서, 상기 종장형 흡수체는 대기압의 기체로 충전된 유연성 케이싱(2)을 포함하고, 상기 케이싱(2)은 전체적으로 원통형이면서 반구형 단부로 끝나는 원형 단면을 가진 메인 섹션을 구비한다. 또한 본 발명은 이와 같은 흡수체를 구비한 캡슐에 관한 것이기도 하다.

Description

상-변화 물질을 포함하는 캡슐을 위한 흡수체{ABSORPTION BODY FOR A CAPSULE CONTAINING A PHASE-CHANGE MATERIAL}

본 발명은 상-변화 물질(phase-change material; PCM), 구체적으로는 염수화물(hydrated salts)의 공융 혼합물(utectics) 또는 물과 같은 융화(fusion)/고화(solidification)의 높은 잠열(latent heat)을 가진 에너지 저장제(energy-storage agent)를 포함하는 캡슐용 흡수체(충전체(filler body)라고 호칭하기도 함), 그리고 그러한 흡수체를 구비한 캡슐에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 캡슐을 패키징(packaging)하는 방안에 관한 것이다.

내부에서 열전달 유체(예를 들어, 글리콜 워터(glycol water))가 상-변화 물질로 충전된 캡슐들 간으로 순환하도록 강제되고, (스틸(steel) 또는 콘크리트로 만들어진) 탱크(tank) 안에 저장되었다가 냉각될 구역(zone)으로 보내지는 폐쇄 회로를 포함하는 냉장 설비(refrigeration installation)가 공지되어 있다 ("캡슐화된 PCM(encapsulated PCM)"이라 호칭되는 기술). 상기 캡슐들의 벽이 더 얇을 수록 캡슐들로부터 열전달 유체로의 열전달 계수가 더 우수하게 된다. "저장-차징(store-charging)" 단계로 호칭되는 단계 동안, 냉각용 압축기에 의하여 냉각되는 열전달 유체는 상기 캡슐들 안에 포함된 상-변화 물질의 상태가 변화하는 온도보다 낮은 온도에서 상기 탱크를 통해 순환하는데, 이것은 상기 캡슐들 안에 포함된 상-변화 물질을 고화시키는 작용을 하여 소정량의 냉장 에너지(refrigeration energy)를 저장하는 효과가 있다. "저장-디스차징(store discharging)" 단계로 호칭되는 단계 동안에 상기 열전달 유체는 탱크를 통해 순환하고, 고화된 PCM(solidified PCM)으로 충전된 캡슐들과 접촉하는 때에 저장된 냉장 에너지를 받아 냉각될 구역으로 전달한다. 이와 같은 순환으로 인하여 상기 캡슐들 안의 상-변화 물질이 점진적으로 녹게 되는데, 이것은 곧 상기 상-변화 물질이 주기적으로 고체 상태로 복귀되어야 함을 의미한다 (저장-차징 단계 동안에 수행됨).

특히 물과 같은 어떤 상-변화 물질은 액체 상태에서보다 고체 상태에서 더 큰 체적을 점유하므로, 캡슐이 손상되지 않고서 그와 같은 체적 증가를 흡수할 수 있도록 하는 것이 중요하다. 하나의 즉각적인 해결안은 상기 캡슐을 상-변화 물질로 충전함에 있어서 부분적으로 충전하는 것인데, 이 때 나머지 체적은 공기에 의하여 점유되며 상-변화 물질이 고화됨에 따라서 점진적으로 점유될 수 있는 여유 공간을 형성한다. 이 때 캡슐 내부의 압력이 증가하는 점은 감수해야 한다. 이와 같은 해결안은 구현이 간편한 반면에, 상기 캡슐의 얇은 벽이 약한 강도 구역에서 늘어남을 유발한다는 단점과, 열전달 유체의 압력 작용 하에서 상기 케이싱의 강도가 낮은 구역에 접시 형상이 형성되면서 캡슐의 케이싱이 변형된다는 단점을 갖는다.

이와 같은 변형이 반복되면 상기 케이싱이 약화되는 경향을 유발하며, 케이싱은 궁극적으로 파손될 수 있다.

문헌 FR2609536 에는 상-변화 물질로 완전히 충전된 캡슐이 개시되어 있는데, 이것은 상-변화 물질이 고화됨에 따라서 상-변화 물질에 의해 뒤로 밀림으로써 캡슐의 내부 체적 증가를 허용할 수 있는 중공 접시 형상(hollow dished shape)을 갖는 유연성 케이싱을 포함한다. 앞의 경우와 같이, 이와 같은 케이싱의 변형이 반복되면 궁극적으로 케이싱이 약화되는 경향이 있다.

문헌 FR2732453 에는 캡슐의 내부 체적의 일부분을 점유하며 캡슐의 중앙에 유지되는 구형 흡수체를 포함하는, 얇고 견고한 케이싱을 구비한 캡슐이 개시되어 있다. 흡수체 자체의 체적에 의하여 감소되는 상기 캡슐의 내부 체적은 상-변화 물질에 의하여 완전히 충전된다. 상기 흡수체는 압축가능한 것이므로, 상-변화 물질이 고화됨에 따라서 압축될 수 있고, 이로써 상기 상-변화 물질의 체적 증가를 흡수할 수 있다. 상기 캡슐의 구형 형상과 관련된 팽창체(expansion body)의 구형 형상은, 상-변화 물질이 유동(flowing)없이 캡슐의 주변으로부터 중앙을 향하는 방향으로 고화됨을 유발하여, 심각한 내부 응력 발생을 방지한다. 그러나, 이와 같은 흡수체를 캡슐의 중앙에 설치하고 유지시키는 것이 까다롭다.

본 발명의 일 목적은, 구형 케이싱의 캡슐과 조합되어 용이하게 사용될 수 있는, 사용이 간편하고 단순한 형상을 갖는 흡수체를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 기체가 충전된 유연성 케이싱을 포함하는 종장형 흡수체가 제공되는바, 상기 유연성 케이싱은 전체적으로 원통형 형상이면서 반구형 단부들로 끝나는 원형 단면을 가진 메인 섹션을 구비한다. 상기 흡수체의 길이가 구형 캡슐의 내부 직경과 실질적으로 같도록 함으로서, 상기 흡수체 차체가 자연스럽게 캡슐 안에서 쐐기 작용을 하게 되어 캡슐의 직경축을 따라서 뻗게 되며, 이로써 상기 캡슐의 내부 체적을 회전대칭 형태로 유지하게 된다. 고화 단계 동안에는 상-변화 물질이 캡슐의 케이싱 가까이에서 고화를 시작하고, 이로 인하여 상기 흡수체의 단부들이 갇혀 움직이지 못하게 되어서, 흡수체가 캡슐 안에서 움직임이 방지됨으로써 상-변화 물질의 고화를 방해하는 움직임이 방지된다. 고화가 점진적으로 진행됨에 따라서 상기 흡수체는 점진적으로 압축되고, 이로써 상-변화 물질의 체적 증가를 흡수하는 체적이 제공된다.

또한, 본 발명의 종장형 흡수체를 구비한, 전체적으로 구체 형상의 케이싱의 캡슐이 제공되는바, 상기 캡슐의 케이싱은 본 발명의 흡수체의 길이와 실질적으로 같은 내부 직경을 가지며, 종장형 흡수체의 직경보다 약간 더 큰 직경을 가진 원형 형상의 충전용 개구를 포함한다. 이로 인하여 상기 흡수체가 상기 캡슐 내부에 매우 용이하게 배치될 수 있게 된다.

상기 캡슐의 케이싱은 매끄럽거나, 또는 상기 캡슐과 접촉하게 되는 열전달 유체와 상-변화 물질 간의 열교환을 촉진하는 오목부들을 구비할 수 있다. 또한, "전체적으로 구체 형상의 케이싱"이라는 표현은, 전체적으로는 구형이되 반드시 구체인 것은 아닌 형상을 가진 케이싱을 포괄한다. 구체적으로, 케이싱은 속이 빈 형상을 가질 수 있다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 상기 캡슐를 패키징하는 방법은:

캡슐의 개구를 통해서 종장형 흡수체를 캡슐 안으로 도입시키는 단계;

상기 캡슐의 개구를 벗어나도록 흡수체를 회전시키는 단계;

상기 개구를 통해서 상기 캡슐을 상-변화 물질로 충전시키는 단계;

상기 캡슐의 개구를 플러그로 막는 단계;를 포함한다.

본 발명의 대안적인 실시예에 따르면, 상기 종장형 흡수체는 종장형 흡수체 안에 포함된 기체의 압력을 측정하기에 적합한 압력 센서를 구비한다.

본 발명은 하기 첨부된 도면들을 참조로 하는 아래의 상세한 설명으로부터 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 종장형 흡수체의 사시도이고;
도 2a 내지 도 2c 는 도 1 의 흡수체를 구비한, 본 발명에 따른 캡슐을 패키징하는 다양한 단계들을 도시하는 개략도들이며;
도 3 은 도 2a 내지 도 2c 의 캡슐의 사시도로서, 여기에는 상기 캡슐의 상-변화 물질이 캡슐의 벽과 접촉시에 고화되는 단계의 모습이 도시되어 있고;
도 4 는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 흡수체의 사시도가 도시되어 있고;
도 5a 내지 도 5c 는 도 4 의 흡수체를 구비한 본 발명에 따른 캡슐을 패키징하는 다양한 단계들을 도시하는 개략도들이다.

도 1 에는 본 발명에 따른 흡수체(1)가 도시되어 있는바, 상기 흡수체(1)는 유연성 재료로 만들어진 케이싱(2)을 포함한다. 상기 케이싱(2)은 종장형 형상을 가지는바, 반구형 단부(4)들로 끝나는 원형 단면의 원통형 메인 섹션(3)을 구비한다. 상기 케이싱(2)은 유체 불투과성의 것으로서, 예를 들어 대기압의 공기와 같은 기체를 포함한다. 케이싱(2)의 재료는, 흡수체(1)의 내부와 외부 간에 삼투 전달(osmotic transfer)을 방지하는 한편, 조임(pinch)에 대한 우수한 저항성을 갖는 것으로서 선택된다. 예를 들면, 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate; EVA) 기반의 재료를 사용하는 것이 가능하다. 이와 같은 흡수체는 블로우-몰딩(blow-molding) 또는 다른 임의의 적합한 방법에 의하여 제작될 수 있다.

위와 같은 흡수체는 도 2a 내지 도 2c 에 도시된 방식으로 사용된다.

도 2a 에 도시된 제1 단계에서, 흡수체(1)는 흡수체(1)의 메인 섹션(3)의 직경보다 약간 더 큰 직경을 갖는 개구(11)를 통하여 캡슐(10) 안으로 도입된다. 여기에서, 케이싱(12)의 외부 벽에는 오목부들이 포함되지만, 케이싱(12)이 전체적으로 구체의 형상을 갖기만 한다면 케이싱(12)의 형상은 생각해볼 수 있는 임의의 형상을 가질 수 있다.

다음으로 도 2b 에서는, 흡수체(1)가 캡슐(10) 안에 회전되어서 개구(11)가 열리게 되고, 이로써 액체 상태에 있는 상-변화 물질(작은 점으로 도시됨)을 부음 주둥이(pouring spout; 13)를 이용해서 캡슐(10)에 충전시킴이 용이하게 된다. 흡수체(1)는 캡슐(10)의 내부 직경과 실질적으로 같은 길이를 가지며, 따라서 자연히 흡수체(1)가 캡슐(10)의 직경축을 따라 뻗어 있게 된다는 점에 유의한다.

마지막으로, 도 2c 에 도시된 바와 같이, 캡슐(10)은 플러그(14)에 의해서 폐쇄된다. 이와 같이 패키징된 캡슐은 다른 캡슐들과 함께 냉장 설비의 탱크 안을 채울 준비가 된 것이다.

도 3 에는 상-변화 물질이 고화됨에 따라서 흡수체(1)가 압축되는 방식이 도시되어 있다. 고화는 케이싱(12)과의 접촉시에 시작되고(고화된 부분은 보다 밀집된 점들로 표시되어 있음), 흡수체(1)의 단부들을 가둔다. 상-변화 물질의 체적이 점진적으로 증가함에 따라서 흡수체(1)의 메인 섹션이 압축된다. 그에 따라서 상기 흡수체 내부의 내부 압력이 증가한다. 역으로, 상-변화 물질이 녹음에 따라서 흡수체가 상-변화 물질에 대해 압력을 가하며, 상-변화 물질이 충분히 녹은 때에는 흡수체가 잔여 결정들(residual crystals)의 파괴에 기여함으로써 액체/고체 전환을 위한 표면적을 증가시킨다.

도 4 에 도시된 본 발명의 대안적인 실시예에 따르면, 흡수체(101)는 이전 실시예의 경우와 같이 종장형 형상의 케이싱을 포함한다. 다만, 흡수체(101)의 내부 압력을 측정하기 위하여 단부들 중 하나(114)가 개방되어서 압력 센서(115)를 수용할 수 있는데, 그 압력 센서는 예를 들어 원격으로 교신가능한 RFID 유형의 센서이다. 이 예에서, 상기 센서는 실제로 플러그(114)에 의하여 지탱되도록 구성될 수 있고, 상기 흡수체는 상기 플러그에 고정됨으로써 쉽게 취급될 수 있는 유닛 조립체를 형성한다.

이와 같은 흡수체는 도 5a 내지 도 5c 에 도시된 방식으로 사용된다.

도 5a 에 도시된 바와 같이, 먼저 캡슐(10)이 액체 상태의 상-변화 물질에 의하여 모두 충전된다.

그 다음에는 도 5b 에 도시된 바와 같이, 흡수체(101), 플러그(114), 및 센서(115)로 이루어진 조립체가 캡슐에 끼워지고, 이로써 소정량의 상-변화 물질이 넘쳐서 쟁반(116)에 수집된다. 도 5c 에는 패키징이 완료되어 사용 준비가 된 캡슐이 도시되어 있다.

통상적으로 130mm의 내부 직경을 가진 캡슐에 있어서는, 35mm의 메인 섹션 직경에 대해 130mm의 길이를 가진 흡수체가 제공될 것이다.

통상적으로, 흡수체의 메인 섹션의 직경은, 캡슐 안에 포함된 상-변화 물질이 완전히 고화된 때에 흡수체 내부의 압력이 3bar 이하가 되도록 선택될 것이다.

본 발명은 지금까지 설명된 바에 의하여 제한되는 것이 아니며, 그 반대로 하기의 청구범위에서 정의되는 범위 내에 속하는 임의의 대안적인 형태도 포괄한다.

Claims

상-변화 물질을 포함하도록 의도된 냉장 설비 캡슐(refrigeration installation capsule)을 위한 종장형 흡수체(oblong absorption body)로서,
상기 종장형 흡수체는 기체가 충전된 유연성 케이싱(flexible casing)(2; 102)을 포함하고, 상기 유연성 케이싱은 전체적으로 원통형 형상을 가지되 반구형 단부(hemispherical end)로 끝나는 원형 단면을 가진 메인 섹션(main section)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 종장형 흡수체.
제1항에 있어서,
상기 케이싱은 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate) 기반의 재료로 제작된, 종장형 흡수체.
앞선 청구항들 중 어느 한 항에 따른 종장형 흡수체(101)를 포함하는 조립체로서,
상기 종장형 흡수체의 단부들 중 하나를 통하여 상기 흡수체의 내부 압력을 측정할 수 있는 압력 센서(115)를 구비한, 조립체.
제3항에 있어서,
상기 조립체는 캡슐 폐쇄 플러그(capsule closure plug)(114)를 구비하고, 상기 조립체가 상기 캡슐 폐쇄 플러그 안으로 도입되는, 조립체.
제1항에 따른 종장형 흡수체(1; 101)를 포함하는, 전체적으로 구체 형상의 케이싱(12)을 포함하는 냉장 설비용 캡슐로서,
상기 흡수체는 상-변화 물질로 충전된 캡슐의 케이싱의 내부 직경과 실질적으로 같은 길이를 갖는, 캡슐.
제5항에 있어서,
상기 캡슐은 상기 흡수체의 메인 섹션의 직경보다 약간 더 큰 직경을 가진 개구(opening)를 포함하는, 캡슐.
제5항 또는 제6항의 캡슐을 포함하는, 냉장 설비.
제1항에 따른 종장형 흡수체를 캡슐의 개구를 통하여 캡슐 안으로 도입시키는 단계;
상기 캡슐의 개구로부터 벗어나도록 상기 흡수체를 회전시키는 단계;
상기 개구를 통해서 상기 캡슐을 상-변화 물질로 충전시키는 단계;
캡슐의 개구를 플러그로 막는 단계;를 포함하는, 캡슐의 패키징 방법.
캡슐의 개구를 통해서 캡슐을 상-변화 물질로 충전시키는 단계;
제1항에 따른 종장형 흡수체(101)를 포함하는 조립체를 캡슐 안으로 도입시키는 단계로서, 상기 종장형 흡수체에는 종장형 흡수체의 내부 압력을 측정할 수 있는 압력 센서(115)가 종장형 흡수체(101)의 단부들 중 하나를 통하여 구비되고, 이들 모두가 플러그(114)에 고정된 채로 상기 캡슐의 개구가 상기 플러그에 의하여 막히는, 단계;를 포함하는, 캡슐의 패키징 방법.