KR20170117031A - 잠열 저장기의 혼합용기와 그 작동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 잠열저장기(1)의 혼합용기(3)와 저빙고(2)를 작동시켜, 열저장유체(11)를 액상과 고상 사이로 변화시키며, 열저장유체가 액상일 때 열전달유체(5)와 혼합하여 열저장유체(11)와 열전달유체(5) 사이에 용융열을 전달해, 액체 열저장유체(11)는 열전달유체(5)에 용해되지 않도록 하고 액체 열저장유체(11)가 열전달유체(5)보다 높은 밀도를 갖게 하는 방법에 관한 것이다. 이 방법에서, 혼합용기 상부(7)의 열저장유체(11)를 가스공간(14)을 통해 열전달유체(5) 안으로 보내지고, 열전달유체(5) 내부에서의 열저장유체(11)의 흐름을 통해, 열저장유체(11)에서 열전달유체(5)로 열을 전달하며, 유동방향 변화를 통해 열저장유체(11)가 액체와 고체 형태로 농축되되고, 농축된 열저장유체(11)가 열전달유체(5)와 열저장유체(11) 사이에 있는 경계층(12)을 통과하며, 열저장유체(11)가 경계층(12) 밑에서 열저장유체의 두번째 유량(23) 형태로 저빙고(2)를 향해 배출된 다음, 저빙고(2)의 하부에서 열저장유체(11)의 저속수평으로 흘러, 밀도차에 의해 열저장유체(11)가 고체와 액체로 분리된다.

Description

잠열 저장기의 혼합용기와 그 작동 방법
본 발명은 저빙고에 연결된 잠열 저장기의 혼합용기와 그 작동방법에 관한 것으로, 열저장유체가 액상과 기상 사이에서 변하고, 액상에 있을 때는 열전달유체와 혼합되어 열저장유체와 열전달유체 사이에 용융열을 전달하며, 액체 열저장유체는 열전달유체에 용해되지 않고 액체 열저장유체의 밀도가 열전달유체보다 높고, 열저장유체에서 열전달유체로의 열전달 후에 열전달유체와 열저장유체가 다시 분리되는 특징을 갖는다.
혼합용기가 있거나 없는 잠열저장기가 DE4314509A1, DE2607168C3, USP4,111,260A, DE10 2013 208974A1, US 2012/168126A1에 소개되었다. 이런 장치의 기본 작동단계는, 열저장기에서 에너지를 배출하는 동안 응고되거나 고화된 열저장유체가 액체 열저장유체에서 완전히 분리되고, 2가지 유체 모두 열전달유체에서 완전히 분리되고 이는 열전달유체가 열저장유체의 응고점 이하의 온도까지 지속적으로 냉각되기 때문이지만, 고체 열저장유체를 완전히 제거하지 않을 경우 열전달유체를 냉각하는 외부 열교환기가 고체로 막히게 된다. 열저장유체의 고체와 액체로의 분리는 액체 열저장유체가 열전달유체와 지속적으로 접촉해야하기 때문에 아주 중요하고, 고체 열저장유체가 불필요하게 움직여 열전달유체와 다시 섞이면 이 과정을 방해하게 된다. 또, 이런 경우 등유나 옥탄과 같은 열전달유체는 물과 같은 열저장유체보다 훨씬 고가이므로, 열전달유체를 가능한한 적게 사용해야 하고, 열전달유체와 열저장유체가 혼합 형태로 존재하는 구역들도 가능한한 작아야 한다. DE4314509A1에서는, 이런 분리 문제가 아주 중요하다고 반복적으로 지적하고 있다. DE2607168C3에서도 열전달유체와 열저장유체의 분리가 가장 중요하다고 하고 있다. 이런 분리를 실제로 간단히 할 수 없으면, 전술한 특허의 어떤 방법들도 대규모로 실행할 수 없을 것이다. DE4314509A1도 열전달유체와 열저장유체의 분리를 코어레서(coalescer)로 구현하는 방법에 대해 설명하고 있다.
USP4,111,260A는 열전달유체와 열저장유체를 분리하는 방법을 전혀 소개하지 않으며, US2012/168126A도 이런 분리 문제를 언급하지 않고 열저장물질을 열저장용기 안에 가두는 구조를 갖지만, 한쪽 유체에서 다른쪽 유체나 고체로 열이 전달될 때 생기는 일반적인 문제점을 안고있다. DE 10 2013 208974A1은 열저장유체와 열전달유체의 분리에 대해 언급하고 있지 않다.
본 발명은 에너지전달중에 혼합용기를 통과하는 열전달유체와 열저장유체의 새로운 유로와 더불어 혼합용기의 형상을 이용하는 새로운 방법으로 코어레서 없이 종래의 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 액체 열저장유체와 열전달유체가 혼합된 뒤 열전달유체와 액체-고체 열저장유체를 완전히 분리하고 고체 열저장유체는 간단히 저장하며 액체 열저장유체는 고체 열저장유체의 추가 없이 순환하여 사용할 수 있도록, 잠열저장기의 혼합용기에서 열저장유체와 열전달유체를 혼합분리하는 구조를 기초로 한다.
본 발명에서는, 혼합을 위해, 순환계에서 열전달유체를 배출하고, 응고열을 흡수한 뒤 열전달유체를 순환계로 되돌린다. 여기서, 열전달유체는 고온측으로 항상 방열하는 열펌프에 의해 지속적으로 냉각되고 있는 액체 형태를 취한다.
열저장유체는 혼합을 위해 액적 형태로 분산된다. 액적 형태는 체적에 비해 표면적을 늘리므로, 액적의 평균 직경이 줄어들수록 열교환 표면적은 늘어난다.
열저장유체를 혼합용기 안에 두고, 혼합용기의 상단부는 열전달유체로 채우거나, 열전달유체가 지속적으로 혼합용기를 통과하도록 하며, 혼합용기의 하단부는 액체 열자장유체로 채우거나 열저장유체가 지속적으로 혼합용기를 통과하게 하며, 공기와 같은 얇은 가스층을 혼합용기 안으로 이어진 열저장유체의 출구와 열전달유체의 표면 사이의 벨 안에 캡처하여, 배출되는 열저장유체가 저온 열전달유체와 접촉하여 적하기의 출구에서 얼지 않도록 한다. 혼합용기의 상부에서 액체 열전달유체와 액체 열저장유체를 가능한한 최적으로 균일하게 혼합하여 2가지 유체 사이에 열전달을 일으키고 고체 열저장유체를 생성하며, 혼합용기의 형상과 혼합용기의 유로에 의해 열전달유체와 액체/고체 열저장유체 사이의 분리를 혼합용기의 하부에서 일어나게 한다. 고체나 액체 상태로 열전달유체보다 밀도가 높은 열저장유체가 열전달유체 밑으로 가라앉고, 액체 열저장유체와 고체 열저장유체가 열전달유체와 열저장유체 사이의 경계층에서 지속적으로 빠져나가며, 이때 액체와 고체 열저장유체들이 배출류측에서 경계층에서 빠져나간 다음 분리된 다음, 고체는 저빙고에 저장되고 액체는 다시 재순환된다.
종래에는, 주로 경계층에서 열전달유체와 고체-액체 열저장유체가 혼합되고더이상 분리되지 않아 고체가 혼합용기 내부에 계속 축적됨으로써, 공정을 정지시키거나 방해하곤 했다. 아주 느린 분리 때문에 대부분의 열전달유체가 경계층 부근에서 묶여 실제 공정인 혼합용기 내부의 열교환에 이용되지 못하는 문제를 피할 수 없었다. 본 발명은 이런 문제점들을 해결한다.
도 1은 저빙고(2)를 갖춘 잠열저장기(1)를 보여준다. 저빙고(2)는 예컨대 주위열을 흡수하려면 지면에 설치하고, 냉기를 저장했다가 냉각과정에 사용하려면 지면보다 위에 설치하는 저수조이다. 수평이거나 약간 기울어진 배관(4)을 통해 저빙고(2)에 혼합용기(3)가 연결된다. 배관(6)을 통해 혼합용기(3)의 상부(7)에 들어간 열전달유체(5)는 펌프(8)에 의해 혼합용기(3)를 나가지만, 필요하다면 유동방향이 반대로 될 수도 있다. 이 과정중에 열전달유체(5)가 열교환기(21)에서 계속 냉각된다. 혼합용기(3)의 상부(7)에 수직 파이프(15)가 이어졌다가 벤드(9) 부분에서 긴 경사로(10)에 이어진다. 벤드(9) 대신, 유체의 마찰손실에 긍정적인 영향을 주는 조치인 하나 이상의 엘보우들로 벤드(9)와 같은 방향변화를 줄 수도 있다. 혼합용기의 상부(7)를 나가는 유체와 열저장유체(11)의 방향이 경계층(12) 부근에서 이루는 각도(29)는 92°~178°이다. 열저장유체(11)는 배관(19)과 적하기(13)를 통해 혼합용기의 상부(7)로 들어가고, 열저장유체(11)가 저온 열전달유체(5)에 직접 닿지 않도록 벨(27) 밑의 가스공간(14) 안에 적하기(13)가 위치하여 열저장유체가 얼지 않도록 한다.
이런 구조를 도 4와 같이 구성할 수도 있다. 적하기(13)가 가스공간(14) 안에 위치하고, 가스공간은 충전배출 라인(32)으로 이루어져 크기를 조절할 수 있다. 혼합용기의 상부(7)를 다른 용기(31)로 치밀하게 완전히 둘러싸, 열전달유체(5)가 배관(6)을 통해 용기(31)로 먼저 들어간 다음 투과성 벽(33)을 통해 혼합용기의 상부(7)로 들어가도록 한다. 이런 투과성 벽은 플라스틱이나 금속으로 이루어지고 투과성이 아주 높으며, 열전달유체(5)를 균일하게 통과시키는 철망이나 다른 투과성 재료로 이루어질 수도 있다. 이런 구조에서는, 적하기(13) 밑에 형성되는 얼음이 외부에서 혼합용기의 상부(7)로 들어가는 열전달유체(5)에 의해 투과성 벽(33)에서 떨어지게 되어, 혼합용기의 상부(7)에 얼음이 쌓이는 것을 방지한다.
열저장유체(11)는 (흘러내리는) 열전달유체(5) 내부에서 혼합용기(3)를 통해 흘러내리고, 혼합용기(3)의 형상과 열저장유체(11)의 더 큰 밀도 때문에, 열저장유체(11)가 경사로(10)에서 농축되면서 경사로를 거쳐 경계층(12)으로 흘러간 다음, 액체와 고체 열저장유체(11)가 경계층(12) 높이의 경사로(10) 바닥, 즉 경계층(12)과 경사로(10)의 교차점 부근에서 나간다. 혼합용기(3)는 단면이 원형인 것이 좋지만, 경사로(10) 바닥에서 열전달유체(11)가 농축되기만 하면 직사각형이나 다른 단면 형태를 가져도 된다. 기본적으로, 파이프(15)가 경계층(12)보다 먼저 경사로(10)에 닿도록 해야 한다.
혼합용기(3)의 하부 수평부(20)는 단면이 원형이거나 직사각형 등이고, 경계층(12)의 위치에 의해, 충분한 열저장유체(11)가 우측에서 좌측으로 흐르는 한편, 아직 경계층(12) 영역에 존재할 열저장유체(11)의 고체성분을 출구(25)를 향해 좌측으로 운반한 다음 저빙고(2) 방향으로 이동시키기에 충분한 액체 열저장유체의 수평유량(23)이 생기는데(도 2 참조), 이때 경계층(12)의 밑에 액체 열저장유체의 수평유량(23)이 생기고 경계층의 상부에서 열전달유체(5)의 수평류(24)가 안으로 약간 들어간다. 혼합용기의 하부 수평부(20)에서, 배관(16)을 통해 우측에서 지속적으로 공급된 열저장유체(11)는 고체와 액체가 섞인채 경계층(12)을 나가 혼합용기(3)의 하부로 들어간 다음 배관(2)을 통해 저빙고(2)로 들어간다(도 2 참조). 열전달유체(11)가 난류때문에 펌프(8)를 향하지 않도록 혼합용기의 하부 수평부(20)의 열전달유체의 수평 유량(24)이 설정된다. 도 1에서는 배관(4)이 직각으로 내려간 다음 거의 직각으로 좌측을 향하지만, 0도 내지 80도의 각도로 아래를 향한 다음 거의 수평으로 좌측을 향할 수도 있다. 혼합용기(3)에 연결되는 구간에서의 배관(4)의 기능은 출구(25) 영역에 들어있던 열전달유체(5)가 다시 한번 위로 상승하도록 하는 외에, 고체와 액체의 열저장유체(11)를 전술한 것처럼 바닥에서 배출되도록 하는데 있으므로, 열전달유체(5)가 배관(4) 연결부 위에 있는 저빙고(2)에 들어가지 않도록 배관(4)의 수평부가 유동 방향으로 약간 기울어지게 하여, 저빙고(2)와 혼합용기(3)를 서로 원하는 간격만큼 떨어지게 한다. 고체와 액체 열저장유체(11)는 저빙고(2)에 들어간 뒤, 저빙고(2) 하부에서 밀도차로 인해 액체 열저장유체(11)에서 고체 열저저장유체(11)가 분리된 다음 저밀도로 인해 상승하면서 저빙고를 채우고, 액체 열저장유체(11)는 저빙고(2) 바닥에서 배출되며, 펌프(17)나 (열저장유체를 가열하거나 냉각하는) 열교환기(18)에 의해 액체 열저장유체는 배관(19)을 통해 적하기(13)로 그리고 배관(16)을 통해 혼합용기의 하부 수평부(20)쪽으로 순환한다. 저빙고(2) 내부에 물-얼음 혼합물이 존재하는데, 배출상태에서는 얼음량이 아주 많고 충전상태에서는 물만 들어있다. "충전상태"는 "배출상태"보다 에너지가 높은 상태를 말한다.
벤드(9)로 인한 혼합용기(3)에서의 방향변화 때문에, 도 2와 같이, 경사로(10) 영역에 열전달유체와 열저장유체의 재순환구역(22)이 생긴다. 이런 재순환구역(22) 때문에 열저장유체(11)가 혼합용기(3)의 하부에 더 오랜시간 머무르면서 열교환 시간을 늘인다.
또, 도 2에는 혼합용기(3)내 유동상태가 중간부, 하부 수평부(20) 및 배관으로의 연결부로 단순화되어 있다. 액체 열저장유체(11)는 혼합용기의 상부(7)에서 액적 형태로 떨어지면서 열전달유체(5)를 통과해 내려가 경사로(10)에 도달하거나, 벤드(9)나 혼합용기의 구성에 따라 재순환구역(22)에 들어갔다가 방열된 뒤 다른 액적들과 함께 결국 경사로(10)에 들어간 뒤 고체와 액체 상태로 출구(25) 영역에서 경계층(12)을 투과한다. 경계층의 투과를 통한 열저장유체(11)와 열전달유체(5)의 분리는 경사로(10)를 따라서의 열저장유체(11)의 수직 속도성분과, 열저장유체(11)를 열전달유체(5) 내부에서 하강시키는 열저장유체(11)의 고밀도에 의거해 이루어진다. 유동하는 열전달유체(5)가 밀도 때문에 경계층(12) 위에 남아 열저장유체(11)의 출구(25) 영역에서 옆으로 움직이면서 경계층(12) 바로 윗쪽으로 분기된다는 사실이 열전달유체(5)의 분리에 도움을 준다.
액체 열저장유체(11)의 수평유량(23)이 경계층 위치에 따라 조정되어 좌측으로 흘러 배관(16)을 통해 혼합용기의 하부 수평부(20)로 들어간 다음 출구(25)를 통해 열저장유체의 유동방향(26)으로 들어가기 때문에, 배관(4) 방향으로 경계층(12)으로부터 고체와 액체 열저장유체(11)가 제거되거나, (조절 가능한) 이런 유량(23)에 의해 열저장유체(11)의 고체성분들은 혼합용기의 하부 수평부(20)에서 나가는 열전달유체(5)의 입구쪽과 펌프(8)쪽으로 열전달유체(5)의 유량(24)과 함께 우측으로 흐르지 못하는데, 이는 유량(23)이 지속적으로 이런 고체성분들을 출구(25)를 향해 좌측으로 밀어주어 결국 배관(4)을 향해 열저장유체의 유동방향(26)으로 밀어주어 저빙고(2)쪽으로 보내기 때문이다. 경계층(12)에 위치하는 고체 열저장유체(11)가 수평 유량(24)은 적은 체적으로 존재하고 경계층 밑의 유량(23)은 더 많은 체적으로 존재하므로, 열저장유체의 유량(23)은 고체 열저장유체(11)를 출구(25) 방향으로 운반해 혼합용기(3)를 나가게 할만큼 충분히 강한 흐름을 갖는다.
열전달유체(5)와 열저장유체(11)가 혼합용기(3)를 반대방향으로 통과하므로, 열저장유체(11)는 혼합용기(3)를 통해 윗쪽에서 아랫쪽으로 전술한 방향을 유지한다. 이 과정에 대해 도 3을 참조해 설명한다.
혼합용기(3)의 중간부와 상부에서의 상반된 흐름을 통해, 열저장유체(11)와 열전달유체(5) 사이의 열교환이 개선되고, 혼합용기에서의 열전달유체(11)의 평균 잔류시간이 혼합용기(3)내에서의 열전달유체(5)의 유량과 적하기(13)에 의한 액적의 크기의 영향을 받는다. 열전달유체(5)는 펌프(8)에 의해 혼합용기의 하부 수평부(20)에 들어가지만, 열전달유체(11)는 배관(16)을 통해 이곳에 들어가고, 이런 유체들은 경사로(10)를 향해 좌측으로 흘러(열전달유체의 수평유량(24)이 도 1~2와는 반대로 흐름), 열전달유체(5)는 혼합용기(3)를 통해 비스듬하게 흘러올라가지면, 열저장유체의 유량(23)은 경계층(12)을 통해 경사로(10) 위에서 흘러내리는 열저장유체(11)와 혼합되어 유동방향(26)을 따라 혼합용기(3)에서 나가 배관(4)을 통해 저빙고(2) 방향으로 흐른다.
적하기(13)에서 떨어지는 열저장유체(11)의 액적들이 상승중인 열전달유체(5)의 내부에서 흘러내려 경사로(10)에 도달하도록, 또는 이런 액적들이 열전달유체(5)의 유량보다 커서 하단부에 도달하도록 열전달유체(5)의 유량을 설정해야한다. 즉, 열전달유체(5) 내부에서의 열저장유체(11) 액적들의 하강량이 반대방향으로 흐르는 열전달유체(5)의 유량보다 커야 한다. 물론, 혼합용기(3)의 형상의 영향도 있는데, 예컨대 혼합용기의 상부가 수직선에 대해 반시계방향으로 회전할 수 있다. 도 3의 재순환구역(22)은 혼합과 열전달을 높인다. 혼합용기(3)의 상부에서, 열전달유체(5)는 화살표(28) 방향으로 옆으로 흘러올라가 혼합용기 상단을 통해 혼합용기를 나간다. 혼합용기(3)의 단면 형상 때문에, 열전달유체(5)의 유속이 에서 혼합용기(3)의 상부(7)의 벨(27) 높이에서 너무 느려, 열저장유체(11)가 배관(6)을 통해 혼합용기(3)를 나가지 못하고 경사부(30) 위에서 농축되어 혼합용기의 상부(7)에서 흘러내린다.

Claims (10)

  1. 잠열저장기(1)의 혼합용기(3)와 저빙고(2)를 작동시켜, 열저장유체(11)를 액상과 고상 사이로 변화시키며, 열저장유체가 액상일 때 열전달유체(5)와 혼합하여 열저장유체(11)와 열전달유체(5) 사이에 용융열을 전달해, 액체 열저장유체(11)는 열전달유체(5)에 용해되지 않도록 하고 액체 열저장유체(11)가 열전달유체(5)보다 높은 밀도를 갖게 하는 방법에 있어서:
    a) 혼합용기 상부(7)의 열저장유체(11)를 가스공간(14)을 통해 열전달유체(5) 안으로 보내는 단계;
    b) 열전달유체(5) 내부에서의 열저장유체(11)의 흐름을 통해, 열저장유체(11)에서 열전달유체(5)로 열을 전달하는 단계;
    c) 유동방향 변화를 통해 열저장유체(11)가 액체와 고체 형태로 농축되는 단계;
    d) 농축된 열저장유체(11)가 열전달유체(5)와 열저장유체(11) 사이에 있는 경계층(12)을 통과하는 단계;
    e) 열저장유체(11)가 경계층(12) 밑에서 열저장유체의 두번째 유량(23) 형태로 저빙고(2)를 향해 배출되는 단계; 및
    f) 저빙고(2)의 하부에서 열저장유체(11)의 저속수평으로 흘러, 밀도차에 의해 열저장유체(11)가 고체와 액체로 분리되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 혼합용기 상부(7)의 열저장유체(11)가 벨(27) 내부의 가스공간(14)을 통해 벨(27) 둘레로 흐르는 열전달유체(5) 안으로 적하기(13)에 의해 액적 형태로 들어가, 벨(27) 내부의 가스공간(14)의 크기가 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 혼합용기 상부(7)의 열저장유체(11)가 적하기(3)에 의해 액적 형태로 가스공간(14)을 통해 열전달유체(5) 안으로 들어가고, 열전달유체(5)가 혼합용기 상부(7)를 밀착하여 둘러싸는 용기(31) 안으로 배관(6)을 통해 들어간 다음 이 용기의 액체 투과성 벽(33)을 통해 혼합용기의 상부(7)로 들어가며, 가스공간(14)에 충전배출 라인(32)이 있고, 이런 충전배출 라인에 의해 혼합용기 상부(7) 안의 가스공간(14)의 크기가 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 혼합용기의 상부(7)와 파이프(15)를 통해 수직으로 흘러내리는 열저장유체(11)가 마찬가지로 아래로 흐르는 열전달유체(5)와 혼합되면서 열저장유체에서 열전달유체로 열전달이 일어나며, 그 결과 열저장유체(11)가 부분적으로 고체상태로 천이되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 혼홉용기(3)의 하부에서 벤드(9)에서의 방향변화에 의해 열저장유체(11)가 수직선에 대해 92°~178°의 각도(29)를 이루는 경사로(10)에서 액체와 고체 형태로 농축되어, 열전달유체(5)보다 높은 밀도로 인해 경사로(10)를 타고내리며, 벤드(9)에서의 방향변화에 의해 열전달유체(5)와 열저장유체(11)가 수직선에 대해 92°~178°각도로 흐르는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서, 부분적으로 액체와 고체 상태인 열저장유체(11)가 경계층(12) 밑에 생긴 열저장유체의 유량(23)에 경계층을 통해 유입되고, 경계층을 통과한 열저장유체(11)가 상기 유량(23)에 의해 출구(25) 영역을 통해 혼합용기(3)를 나가 저빙고(2)를 향해 배출되며, 열전달유체(5)의 일부는 열저장유체(11)보다 낮은 밀도로 인해 경계층(12)까지 상승한 다음 수평 유량(24)의 형태로 혼합용기의 하부 수평부(20)를 나가고, 배관(16)을 통해 들어온 열전달유체의 유량(23)은 지속적으로 혼합용기의 하부 수평부(20)에 지속적으로 들어가며, 위에서 내려오는 열전달유체(5)가 낮은 밀도 때문에 경계층(12)을 통과하지 못하고 출구(25) 영역의 분리구역에서 우측으로 흘러, 열전달유체(5)와 열저장유체(11)의 분리가 촉진되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 저빙고(2)의 바닥보다 약간 높은 위치에서 열저장유체(11)가 저속으로 수평으로 흐르면서 밀도차에 의해 액체와 고체로 분리되고, 고체는 저밀도로 인해 저빙고 안에서 상승하여 저장되고, 액체는 펌프(17)에 의해 저빙고(2)의 바닥으로부터 재순환과정으로 들어가는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 열전달유체(5)가 펌프(8)에 의해 혼합용기의 하부 수평부(20)로 들어가 경계층(12) 위에서 경계층 밑을 흐르는 열저장유체(11)와 나란하게 반대로 흐른 다음, 혼합용기의 상부(7)에서 배관(6)을 통해 혼합용기를 나가며, 혼합용기(3)를 통과하는 열전달유체(5)의 유량이 낮아 열저장유체(11) 전체가 혼합용기를 통해 아래로 하강해 경사로(10) 위에 모였다가 경계층(12)을 통과한 다음 배관(4)을 통해 혼합용기(3)를 나가는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 또는 제8항에 있어서, 열전달유체(5)와 열저장유체(11) 둘다 순환할 수 있는 재순환구역(22)이 한군데 이상 경계층(12) 위에 형성되도록 양쪽 유체의 유동경로가 구성되어, 열전달유체(5)내에 열저장유체(11)가 머무르는 시간을 늘려, 열저장유체(11)에서 열전달유체(5)로의 열전달을 개선하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 밀도가 다르고 서로 용해되지 않는 2가지 액체로서 열전달유체와 열저장유체를 혼합하고 분리하며 혼합용기(3)와 저빙고(2)를 갖춘 장치에 있어서:
    a) 혼합용기의 상부에 위치한 열전달유체(5) 위에 형성된 가스공간(14)을 통해 열전달유체(11)내에 액적들을 떨어뜨리도록 혼합용기의 상부 안에 열전달유체(5)와 접촉하지 않도록 위치하는 적하기(13);
    b) 벤드나 하나 이상의 엘보우에 의해 방향변화를 하도록 수직선에 대해 92°~178°의 각도를 이루는 경사로(10)에 연결되는 수직방향의 파이프(15); 및
    c) 펌프(8)에 의해 열전달유체(5)를 채우거나 비우고 배관(16)을 통해 열저장유체(11)로 채워지는 혼합용기의 하부 수평부(20)를 형성하고 경사로(10)를 갖춘 파이프에 옆에서 연결되는 연결 용기를 갖춘 수평 파이프;를 포함하고,
    펌프(8)와 배관(16)의 영역에 있는 혼합용기의 하부 수평부의 단면적이 확대되어 열전달유체(5)가 경계층(12) 위에서 저속으로 흐르며 열저장유체(11)도 경계층(12) 밑에서 저속으로 흐르며, 혼합용기의 상부(7)에 벨(27)이 있고, 혼합용기(3)가 아랫쪽으로 기울어지거나 수평이거나 윗쪽으로 기울어진 배관(4)을 통해 저빙고(2)에 연결되며, 혼합용기의 상부(7)를 다른 용기(31)로 완전히 둘러싸고, 열전달유체(5)가 배관(6)을 통해 상기 용기(31)에 먼저 들어갔다가 투과성 벽(33)을 통해 이 용기(31)에서 혼합용기의 상부(7)로 들어가고, 유체가 혼합용기(3)를 통과할 때 혼합용기(3)내에 재순환구역이 형성되어 혼합용기에 열저장유체(11)가 더 오랜시간 잔류되고 결국 혼합용기(3)를 먼저 채운 열전달유체(5)내에 더 오랜시간 잔류하도록 하여 열저장유체(11)에서 열전달유체(5)로의 열전달이 더 잘 일어날 수 있도록 혼합용기(3)가 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200040345A (ko) 2018-10-08 2020-04-20 한국표준과학연구원 휴대형 피부분석 장치 및 피부 분석 방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018000896A1 (de) 2018-02-05 2019-08-08 Optimize Gmbh Wärmegewinnung aus Umgebungsluft über einen regelbaren Rieselkörperkondensator zur Regeneration eines Eisspeichers oder anderer niedrigtemperaturiger Speicher

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2101953A (en) * 1935-09-21 1937-12-14 Oman Erik Method and apparatus for producing cold
US2631835A (en) * 1948-04-26 1953-03-17 Phillips Petroleum Co Apparatus for heating gases
FR2279052A1 (fr) * 1974-03-01 1976-02-13 Commissariat Energie Atomique Procede d'accumulation thermique et accumulateur thermique a chaleur latente de fusion et a contact direct
US4099557A (en) * 1975-02-21 1978-07-11 Commissariat A L'energie Atomique Method of heat accumulation and a thermal accumulator for the application of said method
DE2607168C3 (de) 1976-02-21 1981-04-09 Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V., 5300 Bonn Vorrichtung zum Austauschen von Wärme
DE2826404C2 (de) * 1978-06-16 1982-10-28 Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V., 5300 Bonn Verfahren und Vorrichtung zur Wärmeentnahme aus einem Latentwärmespeicher
NL7905277A (nl) * 1979-07-05 1981-01-07 Doomernik Bv Accumulator om warmte of koude op te slaan.
FR2462683A1 (fr) * 1979-08-02 1981-02-13 Commissariat Energie Atomique Procede d'accumulation thermique et accumulateur thermique a chaleur latente de fusion et a contact direct
FR2497333A1 (fr) * 1980-12-30 1982-07-02 Commissariat Energie Atomique Procede et dispositif d'echange de chaleur par contact direct
US4535837A (en) * 1983-03-02 1985-08-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Latent heat storage device
JPS60126530A (ja) * 1983-12-08 1985-07-06 Hitachi Zosen C B I Kk 冷却方法及び装置
EP0255527A1 (fr) * 1986-01-18 1988-02-10 Coldeco S.A. Procede pour generer du froid et pour l'utiliser, et dispositif pour la mise en uvre de ce procede
CA1323202C (en) * 1986-05-16 1993-10-19 Toshiyuki Hino Ice storage refrigerating apparatus of direct contact type
US4753080A (en) * 1986-07-07 1988-06-28 Uhr Corporation Cold storage method and apparatus
DE4314509A1 (de) 1991-09-19 1994-11-10 Robert William Gundlach Verfahren und Mittel zur Produktion der verbesserten Wärmepumpe
US5207075A (en) * 1991-09-19 1993-05-04 Gundlach Robert W Method and means for producing improved heat pump system
GB9212444D0 (en) * 1992-06-11 1992-07-22 Electricity Ass Tech Cold storage apparatus
US5507858A (en) * 1994-09-26 1996-04-16 Ohio University Liquid/gas separator and slug flow eliminator and process for use
CN1058783C (zh) * 1995-07-12 2000-11-22 中国科学院广州能源研究所 直接接触气体水合蓄冷槽及蓄冷空调系统
DE19839867C2 (de) * 1998-09-02 2002-09-26 Franz Hegele Verfahren zur Eiserzeugung mit einer Wärmepumpe, insbesondere zur Gebäudeklimatisierung und Kühlung von Lebensmitteln
DE19944189C1 (de) * 1999-09-15 2001-04-05 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung zur Trennung von Gas und Flüssigkeit aus einem in einer Leitung strömenden Gas/Flüssigkeitsgemisch und Verfahren zur Trennung desselben
US6901769B2 (en) * 2001-06-21 2005-06-07 Ralf Blackstone Air cooling device
US20090044932A1 (en) * 2001-06-21 2009-02-19 Blackstone Ralf W Air cooling device
US7266966B2 (en) * 2003-02-27 2007-09-11 Ralf Warren Blackstone Air cooling device
GB2385120B (en) * 2002-02-09 2004-05-19 Thermetica Ltd Thermal storage apparatus
US6681593B1 (en) * 2003-05-28 2004-01-27 Robert W. Gundlach Thermal energy storage system
CN1712829A (zh) * 2005-08-02 2005-12-28 朱上翔 一种动态冰蓄冷方法及设备
DE102009011521A1 (de) * 2009-03-06 2010-09-16 Wolfgang Folger Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Eisperlen aus einem wässrigen Gemisch
CN102803870B (zh) * 2009-06-29 2014-10-01 卓缤科技有限公司 提供额外最高点以支持致冷剂液体供给系统的装置和方法
SE535370C2 (sv) * 2009-08-03 2012-07-10 Skanska Sverige Ab Anordning och metod för lagring av termisk energi
JP5133321B2 (ja) * 2009-10-13 2013-01-30 株式会社神戸製鋼所 蓄熱装置
DE102013208974A1 (de) * 2013-05-15 2014-11-20 Siemens Aktiengesellschaft Thermischer Energiespeicher
US10330393B2 (en) * 2014-02-26 2019-06-25 Uchicago Argonne, Llc Modular latent heat thermal energy storage systems
WO2017100768A1 (en) * 2015-12-12 2017-06-15 Micro-Utilities, Inc. Passive energy storage systems and related methods

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200040345A (ko) 2018-10-08 2020-04-20 한국표준과학연구원 휴대형 피부분석 장치 및 피부 분석 방법

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Publication number Publication date
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