KR20180027182A - 흡착식 히트펌프의 열회수 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 흡착 온도에서 흡착물을 흡착하고, 재생 온도에서 흡착물을 탈착하는 흡착 베드와, 흡착 온도로부터 재생 온도의 온도 분포를 갖는 열저장 매체를 포함하는 열저장부와, 흡착 베드와 열저장부를 연결하여, 열전달 매체가 흡착 베드와 열저장부를 순환하는 통로를 제공하는 순환유로를 포함하고, 열저장부는, 흡착 베드로부터 열저장부로 유입되는 열전달 매체의 열에너지를 열저장부에 저장하는 열저장 모드와, 열저장부에 저장된 열에너지를 회수하여 흡착 베드에 전달하는 열회수 모드 중 하나의 모드를 수행하는 흡착식 히트펌프의 열회수 장치를 개시한다.

Description

흡착식 히트펌프의 열회수 장치{Heat recovery apparatus for adsorption heat pump}
본 발명의 실시예들은 흡착식 히트펌프의 열회수 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 흡착 베드의 재생에 소요되는 에너지를 저장 및 회수함으로써 냉방 효율을 높일 수 있는 흡착식 히트펌프의 열회수 장치에 관한 것이다.
흡착식 히트펌프는 1990년대 후반부터 현재에 이르기까지 약 20년 동안 연구 개발이 활발하게 진행되어 왔다. 흡착식 히트펌프는 태양열이나 폐열 등으로 구동될 수 있는 장점이 있는 반면, 흡착 베드의 재생에 소요되는 에너지가 많아 냉방 효율이 현저히 낮다는 문제점이 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 실시예들의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 실시예들의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명의 실시예들의 목적은 흡착 베드의 재생에 소요되는 에너지를 저장 및 회수함으로써 냉방 효율을 높일 수 있는 흡착식 히트펌프의 열회수 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예들의 다른 목적은 흡착 베드의 흡착 모드와 재생 모드를 동시에 수행할 수 있는 흡착식 히트펌프의 열회수 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예는 흡착 온도에서 흡착물을 흡착하고, 재생 온도에서 흡착물을 탈착하는 흡착 베드와, 흡착 온도로부터 재생 온도의 온도 분포를 갖는 열저장 매체를 포함하는 열저장부와, 흡착 베드와 열저장부를 연결하여, 열전달 매체가 흡착 베드와 열저장부를 순환하는 통로를 제공하는 순환유로를 포함하고, 열저장부는, 흡착 베드로부터 열저장부로 유입되는 열전달 매체의 열에너지를 열저장부에 저장하는 열저장 모드와, 열저장부에 저장된 열에너지를 회수하여 흡착 베드에 전달하는 열회수 모드 중 하나의 모드를 수행하는 흡착식 히트펌프의 열회수 장치를 개시한다.
본 실시예에 있어서, 열저장부에 포함되는 열저장 매체는 흡착 온도로부터 재생 온도 사이의 연속적인 온도 분포를 가질 수 있다.
본 실시예에 있어서, 열저장부는 복수개의 파티션을 구비할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 복수개의 파티션은 단열소재로 구성되는 격벽에 의해 서로 구분될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 열저장 매체는 흡착 온도로부터 재생 온도 사이에서 다단계의 온도분포를 갖고, 복수개의 파티션 각각에는 상이한 온도를 갖는 열저장 매체가 포함될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 열저장부와 순환유로는 서로에 대해 이동 가능하도록 결합될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 흡착 베드에서 열저장부로 유입되는 열전달 매체는 열저장부의 제1 위치로 유입되고, 열저장부에서 흡착 베드로 전달되는 열전달 매체는 열저장부의 제2 위치에서 유출되고, 흡착 베드에서 출발하여 열저장부를 거친 후 흡착 베드로 전달된 열전달 매체가 흡착 베드에서 다시 열저장부로 유입되는 경우, 열저장부와 순환유로가 서로에 대해 소정 거리 이동함에 따라, 열전달 매체는 열저장부의 제1 위치와 상이한 열저장부의 제3 위치로 유입될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 열저장 모드일 경우, 제1 위치의 열저장 매체의 제1 온도는 제2 위치의 열저장 매체의 제2 온도보다 높고, 열저장 매체의 제1 온도는 제3 위치의 열저장 매체의 제3 온도보다 높을 수 있다.
본 실시예에 있어서, 열회수 모드일 경우, 제1 위치의 열전달 매체의 제1 온도는 제2 위치의 열전달 매체의 제2 온도보다 낮고, 열전달 매체의 제1 온도는 제3 위치의 열전달 매체의 제3 온도보다 낮을 수 있다.
본 실시예에 있어서, 열저장 모드일 경우, 흡착 베드는 열저장부에서 유출되는 열전달 매체와 열교환하여 재생 온도에서 흡착 온도로 냉각될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 열회수 모드일 경우, 흡착 베드는 열저장부에서 유출되는 열전달 매체와 열교환하여 흡착 온도에서 재생 온도로 가열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 흡착 온도에서 흡착물을 흡착하고, 재생 온도에서 흡착물을 탈착하는 흡착 베드와, 흡착 온도로부터 재생 온도의 온도 분포를 갖는 열저장 매체를 포함하는 열저장부와, 흡착 베드와 열저장부를 연결하여, 열전달 매체가 흡착 베드와 열저장부를 순환하는 통로를 제공하는 순환유로를 포함하고, 흡착 베드는 제1 흡착 베드와 제2 흡착 베드를 포함하며, 열저장부는, 제1 흡착 베드로부터 열저장부로 유입되는 열전달 매체의 열에너지를 열저장부에 저장하는 열저장 모드와, 열저장부에 저장된 열에너지를 회수하여 제2 흡착 베드에 전달하는 열회수 모드를 동시에 수행하는 흡착식 히트펌프의 열회수 장치를 개시한다.
본 실시예에 있어서, 열저장부는 복수개의 파티션을 구비할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 복수개의 파티션은 단열소재로 구성되는 격벽에 의해 서로 구분될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 열저장 매체는 흡착 온도로부터 재생 온도의 사이에서 다단계의 온도분포를 갖고, 복수개의 파티션 각각에는 상이한 온도를 갖는 열저장 매체가 포함될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 열저장부와 순환유로는 서로에 대해 이동 가능하도록 결합될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 흡착 베드에서 열저장부로 유입되는 열전달 매체는 열저장부의 제1 위치로 유입되고, 열저장부에서 흡착 베드로 전달되는 열전달 매체는 열저장부의 제2 위치에서 유출되고, 흡착 베드에서 출발하여 열저장부를 거친 후 흡착 베드로 전달된 열전달 매체가 흡착 베드에서 다시 열저장부로 유입되는 경우, 열저장부와 순환유로가 서로에 대해 소정 거리 이동함에 따라, 열전달 매체는 열저장부의 제1 위치와 상이한 열저장부의 제3 위치로 유입될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 열저장 모드일 경우, 제1 위치의 열저장 매체의 제1 온도는 제2 위치의 열저장 매체의 제2 온도보다 높고, 열저장 매체의 제1 온도는 제3 위치의 열저장 매체의 제3 온도보다 높을 수 있다.
본 실시예에 있어서, 열회수 모드일 경우, 제1 위치의 열저장 매체의 제1 온도는 제2 위치의 열전달 매체의 제2 온도보다 낮고, 열전달 매체의 제1 온도는 제3 위치의 열전달 매체의 제3 온도보다 낮을 수 있다.
본 실시예에 있어서, 열저장 모드일 경우, 제1 흡착 베드는 열저장부에서 유출되는 열전달 매체와 열교환하여 재생 온도에서 흡착 온도로 냉각될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 열회수 모드일 경우, 제2 흡착 베드는 열저장부에서 유출되는 열전달 매체와 열교환하여 흡착 온도에서 재생 온도로 가열될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
상술한 바와 같은 실시예들에 관한 흡착식 히트펌프의 열회수 장치는, 흡착 온도에서 재생 온도의 온도 분포를 갖는 열저장 매체를 포함하는 열저장부와 흡착 베드를 연결하는 단순한 구성을 통해, 흡착 베드의 재생에 소요되는 에너지를 저장 및 회수함으로써 냉방 효율을 높일 수 있는 흡착식 히트펌프의 열회수 장치를 제공할 수 있다.
또한, 흡착 베드의 흡착 싸이클과 재생 싸이클을 동시에 수행할 수 있는 흡착식 히트펌프의 열회수 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 흡착식 히트펌프의 열회수 장치의 열저장 모드를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 흡착식 히트펌프의 열회수 장치의 열회수 모드를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 관한 흡착식 히트펌프의 열회수 장치의 작동 원리를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 4는 도 3의 흡착식 히트펌프의 열회수 장치를 포함하는 흡착식 히트펌프의 제1 작동예를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 5는 도 3의 흡착식 히트펌프의 열회수 장치를 포함하는 흡착식 히트펌프의 제2 작동예를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 6은 도 3의 흡착식 히트펌프의 열회수 장치를 포함하는 흡착식 히트펌프의 제3 작동예를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 7은 도 3의 흡착식 히트펌프의 열회수 장치를 포함하는 흡착식 히트펌프의 제4 작동예를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 흡착식 히트펌프의 열회수 장치의 열저장 모드를 개략적으로 나타내는 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 흡착식 히트펌프의 열회수 장치의 열회수 모드를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 관한 흡착식 히트펌프의 열회수 장치(100)의 열저장 모드를 설명하기 이전에, 먼저 도 1(a)를 참조하여 흡착식 히트펌프의 열회수 장치(100)의 기본적인 구조를 설명하기로 한다.
도 1(a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 관한 흡착식 히트펌프의 열회수 장치(100)는 흡착 베드(110)와, 열저장부(120)와, 순환유로(130)를 포함한다.
흡착 베드(110)는 수분을 흡수할 수 있는 흡습소재(미도시)를 포함한다. 예를 들어, 흡착 베드(110)의 흡습소재는 실리카 겔(silica gel)을 이용하거나, 고분자 재료로 제조된 다공성의 고분자 제습재료를 이용하여 제조될 수 있다. 고분자 제습재료는 실리카겔에 비하여 흡습성능이 4배 이상에 달하여 흡착 베드(10)의 무게를 4분의 1의 수준으로 줄일 수 있으며, 향균/항곰팡이 특성을 갖고 있어서 흡습 베드(110)의 구현에 적합한 소재이다.
상세히, 흡착 베드(110)는 흡착 온도(TA)에서 흡착물을 흡착하고, 재생 온도(TR)에서 흡착물을 탈착할 수 있다. 여기서, 흡착물로는 물 또는 메탄올이 사용될 수 있으나, 가격, 독성, 연소성, 증발잠열, 흡습소재에 대한 친화력 등을 고려하면 물이 가장 적합할 수 있다.
열저장부(120)는 흡착 온도(TA)로부터 재생 온도(TR)의 온도 분포를 갖는 열저장 매체를 포함할 수 있다. 열저장 매체로는 비열이 큰 물질을 사용하는 것이 바람직하므로, 물 또는 잠열축열재로 구성하는 것이 바람직하다.
일 예시로서, 열저장부(120)에 포함되는 열저장 매체는 흡착 온도(TA)로부터 재생 온도(TR) 사이의 연속적인 온도 분포를 가질 수 있다. 즉, 흡착 온도(TA)를 섭씨 30도로, 재생 온도(TR)를 섭씨 90도로 가정할 경우, 열저장 매체는 섭씨 30도에서 섭씨 90도 사이의 임의의 온도를 가질 수 있음을 의미한다. 상세히, 열저장 매체는 섭씨 30도에서 섭씨 90도까지의 선형적인 온도 분포를 가질 수도 있으나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않으며 열저장 매체는 섭씨 30도에서 섭씨 90도 사이에서 비선형적인 온도 분포를 가질 수도 있다.
다른 예시로서, 열저장부(120)는 복수개의 파티션(도 3의 PTn 및 PTn' 참조)(n은 1 내지 4)을 구비하고, 각각의 구분되는 파티션에 상이한 온도를 갖는 열저장 매체가 포함될 수도 있다. 이에 대해서는 도 3을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 단, 설명의 편의를 위해, 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 관한 흡착식 히트펌프의 열회수 장치(100)는 별도의 파티션이 없는 열저장부(120)를 포함하는 것으로 나타나 있으나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 즉, 도 1 및 도 2의 열저장부(120) 또한 도 3에 나타난 열저장부(220)와 같이 복수개의 파티션을 포함하도록 구성될 수도 있다.
순환유로(130)는 흡착 베드(110)와 열저장부(120)를 연결하여, 열전달 매체가 흡착 베드(110)와 열저장부(120)를 순환하는 통로를 제공한다. 즉, 열저장부(120)를 통과한 열전달 매체는 순환유로(130)를 따라 흡착 베드(110)로 전달될 수 있으며, 열전달 매체는 흡착 베드(110)를 지나 다시 열저장부(120)로 전달될 수 있다.
한편, 열저장부(120)와 순환유로(130)는 서로에 대해 이동 가능하도록 결합될 수 있다. 일 예시로서, 도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이 순환유로(130)는 소정의 위치에 고정되어 있는 상태에서, 열저장부(120)가 순환유로(130)에 대해 이동 가능하도록 서로 결합될 수 있다. 다른 예시로서, 도면에 나타나지는 않았으나, 열저장부(120)가 소정의 위치에 고정되어 있는 상태에서 순환유로(130)가 이동 가능하도록 서로 결합될 수도 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 순환유로(130)는 고정되어 있는 상태에서 열저장부(120)가 순환유로(130)에 대해 이동 가능하도록 결합된 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
다음으로, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 관한 흡착식 히트펌프의 열회수 장치(100)의 일 작동예를 설명하기로 한다.
상술한 바와 같이, 도 1은 흡착식 히트펌프의 열회수 장치(100)의 열저장 모드를 개략적으로 나타낸 개념도이다. 먼저 도 1(a)를 참조하면, 순환유로(130)는 열저장부(120)의 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2)에 결합될 수 있다. 여기서, 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2)는 열저장부(120)에 포함된 열저장 매체가 상대적으로 고온인 소정의 위치를 의미하며, 상세하게는 제1 위치(P1)는 흡착 베드(110)에서 열저장부(120) 측으로 열전달 매체가 유입되는 위치이며, 제2 위치(P2)는 열저장부(120)에서 흡착 베드(110) 측으로 열전달 매체가 유출되는 위치이다.
이하에서는, 편의상 열전달 매체와 열저장 매체의 온도차가 매우 작아 실질적으로 동일한 경우를 기준으로 설명한다. 실제의 경우에는 열전달 매체와 열저장 매체 사이의 열전달계수가 유한하기 때문에, 열저장 모드에서는 열전달 매체의 온도가 열저장 매체의 온도보다 약간 높을 수 있으며, 열회수 모드에서는 반대로 열전달 매체의 온도가 열저장 매체의 온도보다 약간 낮을 수 있다.
즉, 흡착 베드(110)에서 열저장부(120)로 유입되는 열전달 매체는 제1 위치(P1)로 유입될 수 있다. 이때, 흡착 베드(110)에서 열저장부(120)의 제1 위치(P1)로 유입되는 열전달 매체는 흡착 베드(110)의 온도인 재생 온도(TR)와 실질적으로 대응할 수 있다. 한편, 열저장부(120)의 제1 위치(P1)에 포함된 열저장 매체의 제1 온도(T1)는 재생 온도(TR)보다 낮게 형성될 수 있다. 따라서, 흡착 베드(110)로부터 열저장부(120)의 제1 위치(P1)로 유입되는 열전달 매체는 열저장부(120)에 포함된 열저장 매체에 열을 전달하고, 온도가 낮아진 상태로 제2 위치(P2)에서 유출될 수 있다. 즉, 제1 위치(P1)의 열전달 매체의 제1 온도(T1)는 제2 위치(P2)의 열전달 매체의 제2 온도(T2)보다 높게 형성될 수 있다.
열저장부(120)의 제2 위치(P2)에서 제2 온도(T2)를 갖고 유출된 열전달 매체는 흡착 베드(110)를 다시 통과하며 가열되며, 반대로 흡착 베드(110)는 흡착 베드(110)를 통과하는 열전달 매체에게 열을 전달하므로 이전보다 냉각될 수 있다.
상술한 바와 같이, 흡착 베드(110)에서 출발하여 열저장부(120)를 거친 후 흡착 베드(110)로 전달된 열전달 매체가 흡착 베드(110)에서 다시 열저장부(120)로 유입되는 경우, 도 1(b)에 도시된 바와 같이 열저장부(120)가 순환유로(130)에 대해 상측으로 소정 거리 이동함에 따라, 열전달 매체는 도 1(a)에 도시된 제1 위치(P1)와 상이한 열저장부(120)의 제3 위치(P3)로 유입될 수 있다.
이때, 제3 위치(P3)로 유입되는 열전달 매체의 제3 온도(T3)는 이전 단계에서 흡착 베드(110)로부터 열저장부(120)의 제1 위치(P1)로 유입된 열전달 매체의 제1 온도(T1)보다 낮게 형성될 수 있다. 즉, 열전달 매체의 제1 온도(T1)는 제3 위치(P3)의 열전달 매체의 제3 온도(T3)보다 높게 형성될 수 있다.
한편, 흡착 베드(110)로부터 열저장부(120)의 제3 위치(P3)로 유입되는 열전달 매체는 도 1(a)에서 상술한 바와 같이 동일하게 열저장부(120)에 포함된 열저장 매체에 열을 전달하고, 온도가 낮아진 상태로 제4 위치(P4)에서 유출될 수 있다. 즉, 제3 위치(P3)의 열전달 매체의 제3 온도(T3)는 제4 위치(P4)의 열전달 매체의 제4 온도(T4)보다 높게 형성될 수 있다.
상술한 바와 같은 열저장 모드에서의 열전달 매체의 유동에 의해, 도 1(c)에 나타난 열저장부(120)의 제6 위치(P6)의 열전달 매체의 제6 온도(T6)가 흡착 온도(TA)에 도달함에 따라 흡착 베드(110)가 흡착 온도(TA)에 도달할 때까지 반복되어, 재생 온도(TR)와 흡착 온도(TA)의 차이에 해당하는 열에너지를 열저장부(120)에 저장시킬 수 있다.
다음으로, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 관한 흡착식 히트펌프의 열회수 장치(100)의 다른 작동예를 설명하기로 한다.
상술한 바와 같이, 도 2는 흡착식 히트펌프의 열회수 장치(100)의 열회수 모드를 개략적으로 나타낸 개념도이다. 도면에서 확인할 수 있듯이, 도 2에 도시된 열회수 모드에서 열전달 매체의 유동 방향은 도 1에 도시된 열저장 모드의 경우와 반대 방향이다.
먼저 도 2(a)를 참조하면, 순환유로(130)는 열저장부(120)의 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2)에 결합될 수 있다. 여기서, 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2)는 도 1의 제1 위치와 제2 위치와는 상이한 위치를 의미한다. 즉, 도 2(a)에 나타난 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2)는 열저장부(120)에 포함된 열저장 매체가 상대적으로 저온인 소정의 위치를 의미하며, 제1 위치(P1)는 흡착 베드(110)에서 열저장부(120) 측으로 열전달 매체가 유입되는 위치이며, 제2 위치(P2)는 열저장부(120)에서 흡착 베드(110) 측으로 열전달 매체가 유출되는 위치이다.
즉, 흡착 베드(110)에서 열저장부(120)로 유입되는 열전달 매체는 제1 위치(P1)로 유입될 수 있다. 이때, 흡착 베드(110)에서 열저장부(120)의 제1 위치(P1)로 유입되는 열전달 매체는 흡착 베드(110)의 온도인 흡착 온도(TA)와 실질적으로 대응할 수 있다. 한편, 열저장부(120)의 제1 위치(P1)에 포함된 열저장 매체의 제1 온도(T1)는 흡착 온도(TA)보다 높게 형성될 수 있다.
따라서, 흡착 베드(110)로부터 열저장부(120)의 제1 위치(P1)로 유입되는 열전달 매체는 열저장부(120)에 포함된 열저장 매체로부터 열을 회수하고, 온도가 높아진 상태로 제2 위치(P2)에서 유출될 수 있다. 즉, 제1 위치(P1)의 열전달 매체의 제1 온도(T1)는 제2 위치(P2)의 열전달 매체의 제2 온도(T2)보다 낮게 형성될 수 있다.
다음으로, 열저장부(120)의 제2 위치(P2)에서 제2 온도(T2)를 갖고 유출된 열전달 매체는 흡착 베드(110)를 다시 통과하며 냉각되며, 반대로 흡착 베드(110)는 흡착 베드(110)를 통과하는 열전달 매체로부터 열을 회수하므로 이전보다 가열될 수 있다.
상술한 바와 같이, 흡착 베드(110)에서 출발하여 열저장부(120)를 거친 후 흡착 베드(110)로 전달된 열전달 매체가 흡착 베드(110)에서 다시 열저장부(120)로 유입되는 경우, 도 2(b)에 도시된 바와 같이 열저장부(120)가 순환유로(130)에 대해 하측으로 소정 거리 이동함에 따라, 열전달 매체는 도 2(a)에 도시된 제1 위치(P1)와 상이한 열저장부(120)의 제3 위치(P3)로 유입될 수 있다.
이때, 제3 위치(P3)로 유입되는 열전달 매체의 제3 온도(T3)는 이전 단계에서 흡착 베드(110)로부터 열저장부(120)의 제1 위치(P1)로 유입된 열전달 매체의 제1 온도(T1)보다 높게 형성될 수 있다. 즉, 열전달 매체의 제1 온도(T1)는 제3 위치(P3)의 열전달 매체의 제3 온도(T3)보다 낮게 형성될 수 있다.
한편, 흡착 베드(110)로부터 열저장부(120)의 제3 위치(P3)로 유입되는 열전달 매체는 도 2(a)에서 상술한 바와 같이 동일하게 열저장부(120)에 포함된 열저장 매체로부터 열을 회수하고, 온도가 높아진 상태로 제4 위치(P4)에서 유출될 수 있다. 즉, 제3 위치(P3)의 열전달 매체의 제3 온도(T3)는 제4 위치(P4)의 열전달 매체의 제4 온도(T4)보다 낮게 형성될 수 있다.
상술한 바와 같은 열회수 모드에서의 열전달 매체의 유동에 의해, 도 2(c)에 나타난 열저장부(120)의 제6 위치(P6)의 열전달 매체의 제6 온도(T6)가 재생 온도(TR)에 도달함에 따라 흡착 베드(110)가 재생 온도(TR)에 도달할 때까지 반복되어, 재생 온도(TR)와 흡착 온도(TA)의 차이에 해당하는 열에너지를 회수하여 흡착 베드(110)를 재생시킬 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 나타난 제1 위치(P1) 내지 제6 위치(P6)는 설명의 편의를 위해 채택된 것으로, 실제 흡착식 히트펌프의 열회수 장치(100)는 제1 위치(P1) 내지 제6 위치(P6) 사이의 연속적인 복수개의 위치(Tn)(n은 1 이상의 자연수)에서 열저장부(120)와 순환유로(130)가 결합함에 따라, 연속적으로 흡착 베드(110)의 온도를 재생 온도(TR)에서 흡착 온도(TA)로 냉각시키고(열저장 모드), 또한 흡착 온도(TA)에서 재생 온도(TR)로 가열시키는(열회수 모드) 동작을 반복할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 관한 흡착식 히트펌프의 열회수 장치의 작동 원리를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 3을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 관한 흡착식 히트펌프의 열회수 장치(200)의 작동 원리를 설명하기 이전에, 먼저 도 3(a)를 참조하여 흡착식 히트펌프의 열회수 장치(200)의 기본적인 구조를 설명하기로 한다.
도 3(a)를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 관한 흡착식 히트펌프의 열회수 장치(200)는 제1 흡착 베드(210a) 및 제2 흡착 베드(210b)를 포함하는 흡착 베드(210)와, 열저장부(220)와, 제1 순환유로(230a) 및 제2 순환유로(230b)를 포함하는 순환유로(230)를 포함한다.
도 3에 도시된 제1 흡착 베드(210a)와 제2 흡착 베드(210b)는 도 1 및 도 2에 도시된 흡착 베드(110)와 동일한 구성이며, 그 기능 또한 동일하므로 자세한 설명은 상술한 도 1과 도 2에 대한 설명에서 원용하기로 한다. 단, 제1 흡착 베드(210a)와 제2 흡착 베드(210b)는 열저장부(220)의 상이한 위치에 각각 동시에 결합되어, 도 1 및 도 2에 도시된 흡착식 히트펌프의 열회수 장치(100)의 열저장 모드와 열회수 모드를 동시에 수행하는 역할을 수행할 수 있다. 자세한 작동 원리에 대해서는 이하 열저장부(220)와, 제1 순환유로(230a) 및 제2 순환유로(230b)에 대해 설명한 이후에 상세하게 서술하기로 한다.
도 3(a)에 도시된 열저장부(220)는 흡착 온도(TA)로부터 재생 온도(TR)의 온도 분포를 갖는 열저장 매체를 포함할 수 있다. 일 예시로서, 열저장부(220)는 복수개의 파티션(PTn)(PTn')(n은 1 내지 4)을 구비하고, 복수개의 파티션(PTn)(PTn')(n은 1 내지 4)은 단열소재로 구성되는 격벽(221)에 의해 서로 구분될 수 있다.
이때, 열저장부(220)에 포함되는 열저장 매체는 흡착 온도(TA)로부터 재생 온도(TR)의 사이에서 다단계의 온도분포를 가질 수 있고, 복수개의 파티션(PTn)(PTn')(n은 1 내지 4) 각각에는 상이한 온도를 갖는 열저장 매체가 포함될 수 있다. 단, 복수개의 파티션(PTn)(PTn')(n은 1 내지 4) 중 n이 동일한 한 쌍의 파티션은 동일한 온도를 갖는 열저장 매체를 포함할 수 있다. 즉, PT1과 PT1'에 각각 포함된 열저장 매체의 온도는 서로 대응할 수 있으며, 이러한 특징은 PT2와 PT2', PT3과 PT3', 그리고 PT4와 PT4'에도 동일하게 적용될 수 있다.
일 예시로서, 도 3의 경우 총 8개의 파티션(PTn)(PTn')(n은 1 내지 4)으로 구분되어 있으므로, 제1 파티션(PT1)(PT1')에는 재생 온도(TR)인 섭씨 90도의 열저장 매체가 포함되고, 제2 파티션(PT2)(PT2')에는 섭씨 70도의 열전달 매체가, 제3 파티션(PT3)(PT3')에는 섭씨 50도의 열전달 매체가, 그리고 제4 파티션(PT4)(PT4')에는 흡착 온도(TA)인 섭씨 30도의 열전달 매체가 저장될 수 있다.
즉, 각각의 파티션(PTn)(PTn')(n은 1 내지 4)에는 흡착 온도(TA)와 재생 온도(TR)의 사이의 그 어떠한 온도를 갖는 열저장 매체가 포함될 수 있다. 이러한 특징은 파티션(PTn)(PTn')이 10개 이상일 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 열저장부(220)는 총 8개의 파티션(PTn)(PTn')(n은 1 내지 4)으로 구성되어, n이 다를 경우 각각의 파티션(PTn)(PTn')(n은 1 내지 4)에는 상이한 온도를 갖는 열저장 매체가 포함되는 경우를 중심으로 후술하기로 한다.
순환유로(230)는 흡착 베드(210)와 열저장부(220)를 연결하여, 열전달 매체가 흡착 베드(210)와 열저장부(220)를 순환하는 통로를 제공한다. 상세히, 순환유로(230)는 제1 흡착 베드(210a)와 열저장부(220)를 연결하는 제1 순환유로(230a)와, 제2 흡착 베드(210b)와 열저장부(220)를 연결하는 제2 순환유로(230b)를 포함할 수 있다. 즉, 열저장부(220)에 저장된 열에너지는 제1 순환유로(230a) 및 제2 순환유로(230b)를 따라 각각 제1 흡착 베드(210a)와 제2 흡착 베드(210b)로 전달될 수 있으며, 열전달 매체는 제1 흡착 베드(210a) 및 제2 흡착 베드(210b)를 지나 다시 열저장부(220)로 전달될 수 있다.
한편, 열저장부(220)와 순환유로(230)는 서로에 대해 이동 가능하도록 결합될 수 있다. 일 예시로서, 도 3에 나타난 바와 같이, 제1 순환유로(230a)와 제2 순환유로(230b)가 소정의 위치에 고정되어 있는 상태에서, 열저장부(220)가 제1 순환유로(230a) 및 제2 순환유로(230b)에 대해 이동 가능하도록 서로 결합될 수 있다.
상세히, 도 3에 나타난 바와 같이, 열저장부(220)는 회전축(O)을 중심으로 회전 구동하도록 설치될 수도 있다. 이러한 구조에 따라, 제1 순환유로(230a)와 제2 순환유로(230b)는 제1 파티션(PT1)(PT1'), 제2 파티션(PT2)(PT2'), 제3 파티션(PT3)(PT3') 및 제4 파티션(PT4)(PT4')과 연속적으로 결합될 수 있다. 도 3은 설명의 편의를 위해 제1 순환유로(230a)가 제1 파티션(PT1), 제2 파티션(PT2) 및 제4 파티션(PT4)에 연속적으로 결합되고, 제2 순환유로(230b)가 제1 파티션(PT1'), 제2 파티션(PT2') 및 제4 파티션(PT4')에 연속적으로 결합되는 모습을 나타내나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 즉, 도 3은 제1 순환유로(230a)와 제2 순환유로(230b)가 열저장부(220)의 회전 구동에 따라 각각의 파티션(PTn)(PTn')(n은 1 내지 4)에 순차적으로 결합하는 모습을 나타내는 것이며, 도면에 도시되지는 않았으나 제1 순환유로(230a)와 제2 순환유로(230b)는 열저장부(220)가 반시계 방향으로 회전함에 따라 각각의 파티션(PTn)(PTn')(n은 1 내지 4)에 순차적으로, 그리고 반복적으로 결합될 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 관한 흡착식 히트펌프의 열회수 장치(200)의 일 작동예를 설명하기로 한다.
상술한 바와 같이, 도 3은 열회수 모드와 열저장 모드를 동시에 수행하는 흡착식 히트펌프의 열회수 장치(200)를 도시한다. 먼저 도 3(a)를 참조하면, 제1 순환유로(230a)는 열저장부(220)의 제1 파티션(PT1)에 결합될 수 있다. 이와 동시에, 제2 순환유로(230b)는 열저장부(220)의 제4 파티션(PT4')에 결합될 수 있다. 이때, 제1 파티션(PT1)에 포함된 열저장 매체의 온도는 제4 파티션(PT4')에 포함된 열저장 매체의 온도보다 높게 형성될 수 있다.
상세히, 제1 순환유로(230a)는 열저장부(220)의 제1 파티션(PT1)의 제1 위치(P1a)와 제2 위치(P2a)에 결합될 수 있다. 여기서, 제1 위치(P1a)와 제2 위치(P2a)는 열저장부(220)에 포함된 열저장 매체가 상대적으로 고온인 제1 파티션(PT1) 중 소정의 위치를 의미하며, 상세하게는 제1 위치(P1a)는 제1 흡착 베드(210a)에서 열저장부(220) 측으로 열전달 매체가 유입되는 위치이며, 제2 위치(P2a)는 열저장부(220)에서 제1 흡착 베드(210a) 측으로 열전달 매체가 유출되는 위치이다.
즉, 제1 흡착 베드(210a)에서 열저장부(220)로 유입되는 열전달 매체는 제1 파티션(PT1)의 제1 위치(P1a)로 유입될 수 있다. 이때, 제1 흡착 베드(210a)에서 열저장부(220)의 제1 파티션(PT1)의 제1 위치(P1a)로 유입되는 열전달 매체는 제1 흡착 베드(210a)의 온도인 재생 온도(TR)와 실질적으로 대응할 수 있다. 한편, 열저장부(220)의 제1 파티션(PT1)의 제1 위치(P1a)에 포함된 열저장 매체의 제1 온도(T1a)는 재생 온도(TR)보다 낮게 형성될 수 있다.
따라서, 제1 흡착 베드(210a)로부터 열저장부(220)의 제1 파티션(PT1)의 제1 위치(P1a)로 유입되는 열전달 매체는 열저장부(220)의 제1 파티션(PT1)에 포함된 열저장 매체에 열을 전달하고, 온도가 낮아진 상태로 제1 파티션(PT1)의 제2 위치(P2a)에서 유출될 수 있다. 즉, 제1 파티션(PT1)의 제1 위치(P1a)의 열전달 매체의 제1 온도(T1a)는 제1 파티션(PT2)의 제2 위치(P2a)의 열전달 매체의 제2 온도(T2a)보다 높게 형성될 수 있다.
열저장부(220)의 제1 파티션(PT1)의 제2 위치(P2a)에서 제2 온도(T2a)를 갖고 유출된 열전달 매체는 제1 흡착 베드(210a)를 다시 통과하며 가열되며, 반대로 제1 흡착 베드(210a)는 제1 흡착 베드(210a)를 통과하는 열전달 매체에게 열을 전달하므로 이전보다 냉각될 수 있다.
제1 흡착 베드(210a)로부터 열저장부(220)의 제1 파티션(PT1)의 제1 위치(P1a)와 제2 위치(P2a)를 거쳐 다시 제1 흡착 베드(210a)로 열전달 매체가 이동하는 동안, 동시에 열전달 매체는 제2 순환유로(230b)를 통해 제2 흡착 베드(210b)와 열저장부(220)를 순환할 수 있다.
상세히, 제2 순환유로(230b)는 열저장부(220)의 제4 파티션(PT4')의 제1 위치(P1b)와 제2 위치(P2b)에 결합될 수 있다. 여기서, 제1 위치(P1b)와 제2 위치(P2b)는 열저장부(220)에 포함된 열저장 매체가 상대적으로 저온인 제4 파티션(PT4') 중 소정의 위치를 의미하며, 상세하게는 제1 위치(P1b)는 제2 흡착 베드(210b)에서 열저장부(220) 측으로 열전달 매체가 유입되는 위치이며, 제2 위치(P2b)는 열저장부(220)에서 제2 흡착 베드(210b) 측으로 열전달 매체가 유출되는 위치이다.
즉, 제2 흡착 베드(210a)에서 열저장부(220)로 유입되는 열전달 매체는 제4 파티션(PT4')의 제1 위치(P1b)로 유입될 수 있다. 이때, 제2 흡착 베드(210b)에서 열저장부(220)의 제4 파티션(PT4')의 제1 위치(P1b)로 유입되는 열전달 매체는 제2 흡착 베드(210b)의 온도인 흡착 온도(TA)와 실질적으로 대응할 수 있다. 한편, 열저장부(220)의 제4 파티션(PT4')의 제1 위치(P1b)에 포함된 열저장 매체의 제1 온도(T1b)는 흡착 온도(TA)보다 높게 형성될 수 있다.
따라서, 제2 흡착 베드(210b)로부터 열저장부(220)의 제4 파티션(PT4')의 제1 위치(P1b)로 유입되는 열전달 매체는 열저장부(220)의 제4 파티션(PT4')에 포함된 열저장 매체로부터 열을 회수하고, 온도가 높아진 상태로 제4 파티션(PT4')의 제2 위치(P2b)에서 유출될 수 있다. 즉, 제4 파티션(PT4')의 제1 위치(P1b)의 열전달 매체의 제1 온도(T1a)는 제4 파티션(PT4')의 제2 위치(P2b)의 열전달 매체의 제2 온도(T2a)보다 낮게 형성될 수 있다.
다음으로, 열저장부(220)의 제4 파티션(PT4')의 제2 위치(P2b)에서 제2 온도(T2b)를 갖고 유출된 열전달 매체는 제2 흡착 베드(210b)를 다시 통과하며 냉각되며, 반대로 제2 흡착 베드(210b)는 제2 흡착 베드(210b)를 통과하는 열전달 매체로부터 열을 회수하므로 이전보다 가열될 수 있다.
다음으로, 제1 흡착 베드(210a)에서 출발하여 열저장부(220)를 거친 후 제1 흡착 베드(210a)로 전달된 열전달 매체가 제1 흡착 베드(210a)에서 다시 열저장부(220)로 유입되는 경우, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 열저장부(220)가 회전축(O)을 중심으로 반시계 방향으로 회전함에 따라, 열전달 매체는 도 3(a)에 도시된 제1 파티션(PT1)의 제1 위치(P1a)와 상이한 열저장부(220)의 제2 파티션(PT2)의 제3 위치(P3a)로 유입될 수 있다.
이때, 제2 파티션(PT2)의 제3 위치(P3a)로 유입되는 열전달 매체의 제3 온도(T3a)는 이전 단계에서 제1 흡착 베드(210a)로부터 열저장부(220)의 제1 파티션(PT1)의 제1 위치(P1a)로 유입된 열전달 매체의 제1 온도(T1a)보다 낮게 형성될 수 있다. 즉, 제1 파티션(PT1)의 제1 위치(P1a)로 유입되는 열전달 매체의 제1 온도(T1a)는 제2 파티션(PT2)의 제3 위치(P3a)의 열전달 매체의 제3 온도(T3a)보다 높게 형성될 수 있다.
한편, 제1 흡착 베드(210a)로부터 열저장부(220)의 제2 파티션(PT2)의 제3 위치(P3a)로 유입되는 열전달 매체는 도 3(a)에서 상술한 바와 같이 동일하게 열저장부(220)에 포함된 열저장 매체에 열을 전달하고, 온도가 낮아진 상태로 제2 파티션(PT2)의 제4 위치(P4a)에서 유출될 수 있다. 즉, 제2 파티션(PT2)의 제3 위치(P3a)의 열전달 매체의 제3 온도(T3a)는 제2 파티션(PT2)의 제4 위치(P4a)의 열전달 매체의 제4 온도(T4a)보다 높게 형성될 수 있다.
한편, 제2 흡착 베드(210b)에서 출발하여 열저장부(220)를 거친 후 제2 흡착 베드(210b)로 전달된 열전달 매체가 제2 흡착 베드(210b)에서 다시 열저장부(220)로 유입되는 경우, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 열저장부(220)가 회전축(O)을 중심으로 반시계 방향으로 회전함에 따라, 열전달 매체는 도 3(a)에 도시된 제4 파티션(PT4')의 제1 위치(P1b)와 상이한 열저장부(220)의 제3 파티션(PT3')의 제3 위치(P3b)로 유입될 수 있다.
이때, 제3 파티션(PT3')의 제3 위치(P3b)로 유입되는 열전달 매체의 제3 온도(T3b)는 이전 단계에서 제2 흡착 베드(210a)로부터 열저장부(220)의 제4 파티션(PT4')의 제1 위치(P1b)로 유입된 열전달 매체의 제1 온도(T1b)보다 높게 형성될 수 있다. 즉, 제4 파티션(PT4')의 제1 위치(P1b)로 유입되는 열전달 매체의 제1 온도(T1b)는 제3 파티션(PT3')의 제3 위치(P3b)의 열전달 매체의 제3 온도(T3b)보다 낮게 형성될 수 있다.
한편, 제2 흡착 베드(210b)로부터 열저장부(220)의 제3 파티션(PT3')의 제3 위치(P3b)로 유입되는 열전달 매체는 도 3(a)에서 상술한 바와 같이 동일하게 열저장부(220)에 포함된 열저장 매체로부터 열을 회수하고, 온도가 높아진 상태로 제3 파티션(PT3')의 제4 위치(P4b)에서 유출될 수 있다. 즉, 제3 파티션(PT3')의 제3 위치(P3b)의 열전달 매체의 제3 온도(T3b)는 제3 파티션(PT3')의 제4 위치(P4b)의 열전달 매체의 제4 온도(T4b)보다 낮게 형성될 수 있다.
상술한 바와 같은 제1 흡착 베드(210a)에 의한 열저장 모드에서의 열전달 매체의 유동은, 도 3(c)에 나타난 열저장부(220)의 제4 파티션(PT4)의 제6 위치(P6a)의 열전달 매체의 제6 온도(T6a)가 흡착 온도(TA)에 도달함에 따라 제1 흡착 베드(210a)가 흡착 온도(TA)에 도달할 때까지 반복되어, 재생 온도(TR)와 흡착 온도(TA)의 차이에 해당하는 열에너지를 열저장부(220)에 저장시킬 수 있다.
또한, 제2 흡착 베드(210b)에 의한 열회수 모드에서의 열전달 매체의 유동은, 도 3(c)에 나타난 열저장부(220)의 제1 파티션(PT1')의 제6 위치(P6b)의 열전달 매체의 제6 온도(T6b)가 재생 온도(TR)에 도달함에 따라 제2 흡착 베드(210b)가 재생 온도(TR)에 도달할 때까지 반복되어, 재생 온도(TR)와 흡착 온도(TA)의 차이에 해당하는 열에너지를 회수하여 제2 흡착 베드(210b)를 재생시킬 수 있다.
따라서, 도 3에 나타난 바와 같이, 1개의 열저장부(220)에 2개의 흡착 베드(210a)(210b)를 결합하여 흡착식 히트펌프의 열회수 장치를 구성하면, 열저장부(220)에서 유출되는 열전달 매체와 흡착 베드(210a)(210b)가 서로 열교환함으로써, 제1 흡착 베드(210a)를 재생 온도(TR)에서 흡착 온도(TA)로 냉각하는 동시에, 제2 흡착 베드(210b)를 흡착 온도(TA)에서 재생 온도(TR)까지 가열하는 작동을 동시에 수행할 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예들에 관한 흡착식 히트펌프의 열회수 장치(100)(200)를 흡착식 히트펌프(300)에 설치하여, 공조공간에 냉방 및 난방을 효율적으로 제공하는 원리에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도 4는 도 3의 흡착식 히트펌프의 열회수 장치를 포함하는 흡착식 히트펌프의 제1 작동예를 개략적으로 나타내는 개념도이고, 도 5는 도 3의 흡착식 히트펌프의 열회수 장치를 포함하는 흡착식 히트펌프의 제2 작동예를 개략적으로 나타내는 개념도이며, 도 6은 도 3의 흡착식 히트펌프의 열회수 장치를 포함하는 흡착식 히트펌프의 제3 작동예를 개략적으로 나타내는 개념도이고, 도 7은 도 3의 흡착식 히트펌프의 열회수 장치를 포함하는 흡착식 히트펌프의 제4 작동예를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 4를 참조하여 도 3의 흡착식 히트펌프의 열회수 장치를 포함하는 흡착식 히트펌프의 제1 작동예를 설명하기 이전에, 이하에서 흡착식 히트펌프(300)의 기본적인 구성에 대해 간략하게 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 흡착식 히트펌프(300)는 제1 흡착 베드(310a), 제2 흡착 베드(310b), 열저장부(320), 응축기(340) 및 증발기(350)를 포함할 수 있다.
제1 흡착 베드(310a)와 제2 흡착 베드(310b)는 도 3을 참조하여 상술한 제1 흡착 베드(210a) 및 제2 흡착 베드(210b)와 동일한 구성이며, 그 기능 또한 동일하므로 자세한 설명은 상술한 도 3에 대한 설명에서 원용하기로 한다. 단, 제1 흡착 베드(310a)에는 내부에는 제1 유로(315a)가 설치되어 외부로부터 냉각수 또는 온수가 공급될 수 있다. 이와 마찬가지로, 제2 흡착 베드(310b)의 내부에도 제2 유로(315b)가 설치될 수 있으며, 외부에서 제2 흡착 베드(310b)의 내부로 제2 유로(315b)를 따라 냉각수 또는 온수가 공급될 수 있다. 만약, 제1 유로(315a)에 냉각수가 공급되는 경우에는 제2 유로(315b)에는 온수가 공급될 수 있으며, 반대로 제1 유로(315a)에 온수가 공급되는 경우에는 제2 유로(315b)에는 냉각수가 공급될 수 있다.
열저장부(320)는 도 3을 참조하여 상술한 열저장부(220)와 동일한 구성이며, 그 기능 또한 동일하므로 자세한 설명은 상술한 도 3에 대한 설명에서 원용하기로 한다. 한편, 설명의 편의를 위해 도 4 내지 7에 도시된 열저장부(320)에는 파티션(PTn)(PTn')(n은 1 내지 4)을 별도로 표시하지 않았음을 유의한다. 그럼에도 불구하고, 도 4에 도시된 열저장부(320)는 도 3에서 설명한 바와 같이, 제1 흡착 베드(310a) 또는 제2 흡착 베드(310b)가 열저장 모드에 돌입할 경우 제1 순환유로(330a) 또는 제2 순환유로(330b)를 통해 열저장부(320)의 고온부에 연결될 수 있으며, 반대로 제1 흡착 베드(310a) 또는 제2 흡착 베드(310b)가 열회수 모드에 돌입할 경우 경우 제1 순환유로(330a) 또는 제2 순환유로(330b)를 통해 열저장부(320)의 저온부에 연결될 수 있다.
제1 순환유로(330a)와 제2 순환유로(330b) 또한 도 3을 참조하여 상술한 제1 순환유로(230a)와 제2 순환유로(230b)와 동일한 구성이며, 그 기능 또한 동일하므로 자세한 설명은 상술한 도 3의 설명에서 원용하기로 한다. 단, 설명의 편의를 위해 제1 순환유로(330a)와 제2 순환유로(330b)는 각각 제1 유로(315a)와 제2 유로(315b)와 연결되어 제1 흡착 베드(310a)와 제2 흡착 베드(310b)의 내부로 연통되는 것으로 묘사되어 있으나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 순환유로(330a)와 제2 순환유로(330b)는 각각 제1 유로(315a)와 제2 유로(315b)와 분리된 상태로 제1 흡착 베드(310a)와 제2 흡착 베드(310b)에 설치될 수도 있다.
또한, 제1 순환유로(330a)와 제2 순환유로(330b)는 각각 제1 흡착 베드(310a)와 제2 흡착 베드(320a)에 대해 이동 가능하도록 결합될 수 있다. 이에 대해서도, 도 3에서 구체적으로 설명한 바가 있으므로, 여기서는 자세한 설명은 생략하기로 한다.
응축기(340)는 제1 흡착 베드(310a)와 제2 흡착 베드(310b)에 연결될 수 있다. 응축기(340)와 제1 흡착 베드(310a)의 사이에는 제1 밸브(V1)가 설치되고, 응축기(340)와 제2 흡착 베드(310b)의 사이에는 제3 밸브(V3)가 설치될 수 있다. 제1 밸브(V1)와 제3 밸브(V3)는 개폐 가능하도록 구성되어, 제1 흡착 베드(310a) 또는 제2 흡착 베드(310b)에서 탈착되는 흡착물을 응축기(340)의 내부로 유입시키거나 차단시킬 수 있다.
또한, 응축기(340)에는 냉각수관(345)이 설치될 수 있으며, 냉각수관(345)을 흐르는 냉각수는 제1 흡착 베드(310a) 또는 제2 흡착 베드(310b)에서 탈착된 흡착물이 응축기(340)에서 응축됨에 따라 그 응축열을 전달받을 수 있다. 응축기(340)에서 발생한 응착열은 공조 공간(미도시)에 난방을 공급하는데 사용될 수 있다.
증발기(350) 또한 제1 흡착 베드(310a)와 제2 흡착 베드(310b)에 연결될 수 있다. 증발기(350)와 제1 흡착 베드(310a)의 사이에는 제2 밸브(V2)가 설치되고, 증발기(350)와 제2 흡착 베드(310b)의 사이에는 제4 밸브(V4)가 설치될 수 있다. 제2 밸브(V2)와 제4 밸브(V4) 또한 개폐 가능하도록 구성되어, 증발기(350)에서 증발되는 흡착물을 제1 흡착 베드(310a) 또는 제2 흡착 베드(310b)의 내부로 유입시키거나 차단시킬 수 있다.
또한, 증발기(350)에는 냉수관(355)이 설치될 수 있으며, 냉수관(355)을 흐르는 냉수는 증발기(350)에서 흡착물이 증발하는 데 필요한 증발잠열을 제공할 수 있다. 증발기(350)에서 발생한 증발잠열은 공조 공간에 냉방을 공급하는데 사용될 수 있다.
도 4 내지 도 7에 도시된 흡착식 히트펌프(300)의 각 구성요소들과 그 연결 구조는 상기와 같으며, 이하 흡착식 히트펌프(300)의 작동예들에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 흡착식 히트펌프(300)의 제1 작동예를 도시하는 도면으로, 제1 흡착 베드(310a)가 흡착 모드로 작동하고, 제2 흡착 베드(310b)가 재생 모드로 작동하는 경우를 나타낸다. 이러한 경우, 제2 밸브(V2)와 제3 밸브(V3)가 개방되어 제1 흡착 베드(310a)와 증발기(350)를 연통시키며, 또한 제2 흡착 베드(310b)와 응축기(340)를 연통시킬 수 있다.
상세히, 증발기(350)에서 기화된 흡착물은 제2 밸브(V2)를 지나 제1 흡착 베드(310a)로 전달되어 흡습소재에 흡착될 수 있다. 이를 위해, 제1 흡착 베드(310a)에는 제1 유로(315a)를 통해 냉각수가 공급되며, 냉각수에 의해 제1 흡착 베드(310a)의 흡습소재는 흡착물의 흡착을 위해 필요한 흡착 온도(TA)를 유지할 수 있다.
한편, 제2 흡착 베드(310b)에서는 흡습소재가 가열됨에 따라 흡습소재의 재생(regeneration)이 수행되며, 이에 따라 흡습소재에서 탈착된 기체 상태(물일 경우 증기)의 흡착물이 제3 밸브(V3)를 지나 응축기(340)로 전달될 수 있다. 이를 위해, 제2 흡착 베드(310b)에는 제2 유로(315b)를 통해 온수가 공급되며, 온수에 의해 제2 흡착 베드(310b)의 흡습소재는 흡착물의 탈착을 위해 필요한 재생 온도(TR)를 유지할 수 있다.
한편, 상기와 같이 제1 흡착 베드(310a)가 흡착 모드로, 제2 흡착 베드(310b)가 재생 모드로 작동하는 경우, 제5 밸브(V5), 제6 밸브(V6), 제7 밸브(V7) 및 제 8 밸브(V8)는 폐쇄되어 열저장부(320)와 제1 흡착 베드(310a) 및 제2 흡착 베드(310b) 사이의 열전달 매체의 유동을 차단할 수 있다.
도 5는 흡착식 히트펌프(300)의 제2 작동예를 도시하는 도면으로, 제1 흡착 베드(310a)가 열회수 모드로 작동하고, 제2 흡착 베드(310b)가 열저장 모드로 작동하는 경우를 나타낸다. 도 5에 도시된 흡착식 히트펌프(300)의 제2 작동예는 제1 흡착 베드(310a)가 흡착 모드에서 재생 모드로, 제2 흡착 베드(310b)가 재생 모드에서 흡착 모드로 이동하기 위한 준비과정이다. 이러한 경우, 제5 밸브(V5), 제6 밸브(V6), 제7 밸브(V7) 및 제 8 밸브(V8)가 개방됨으로써, 열저장부(320)와 제1 흡착 베드(310a) 및 제2 흡착 베드(310b) 사이에서 열전달 매체를 순환시킬 수 있다.
즉, 제1 흡착 베드(310a)는 열전달 매체를 통해 열저장부(320)에 저장된 열에너지를 회수하여 흡착 온도(TA)에서 재생 온도(TR)로 가열될 수 있으며, 제2 흡착 베드(310b)는 열전달 매체를 통해 열저장부(320)에 열에너지를 저장하여 재생 온도(TR)에서 흡착 온도(TA)로 냉각 될 수 있다.
도 5에 나타난 제1 흡착 베드(310a)의 열회수 모드와, 제2 흡착 베드(310b)의 열저장 모드는 도 3을 참조하여 상술한 제1 흡착 베드(210a)와 제2 흡착 베드(210b) 및 열저장부(220)의 결합 구조 및 작동에 구체적으로 설명되어 있으므로, 여기서는 더 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 6은 흡착식 히트펌프(300)의 제3 작동예를 도시하는 도면으로, 제1 흡착 베드(310a)가 재생 모드로 작동하고, 제2 흡착 베드(310b)가 재생 모드로 작동하는 경우를 나타낸다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 흡착 베드(310a)가 열회수 모드를 거치면서 재생 온도(TR)로 가열됨에 따라 제1 흡착 베드(310a)는 재생 모드로 작동될 수 있으며, 한편 제2 흡착 베드(310b)는 열저장 모드를 거치면서 흡착 온도(TA)로 냉각됨에 따라 제2 흡착 베드(310b)는 흡착 모드로 작동될 수 있다. 이러한 경우, 제1 밸브(V1)와 제4 밸브(V4)가 개방되어 제1 흡착 베드(310a)와 응축기(340)를 연통시키며, 또한 제2 흡착 베드(310b)와 증발기(350)를 연통시킬 수 있다.
상세히, 증발기(350)에서 기화된 흡착물은 제4 밸브(V4)를 지나 제2 흡착 베드(310b)로 전달되어 흡습소재에 흡착될 수 있다. 이를 위해, 제2 흡착 베드(310b)에는 제2 유로(315b)를 통해 냉각수가 공급되며, 냉각수에 의해 제2 흡착 베드(310b)의 흡습소재는 흡착물의 흡착을 위해 필요한 흡착 온도(TA)를 유지할 수 있다.
한편, 제1 흡착 베드(310a)에서는 흡습소재가 가열됨에 따라 흡습소재의 재생(regeneration)이 수행되며, 이에 따라 흡습소재에서 탈착된 기체 상태(물일 경우 증기)의 흡착물이 제1 밸브(V1)를 지나 응축기(340)로 전달될 수 있다. 이를 위해, 제1 흡착 베드(310a)에는 제1 유로(315a)를 통해 온수가 공급되며, 온수에 의해 제2 흡착 베드(310b)의 흡습소재는 흡착물의 탈착을 위해 필요한 재생 온도(TR)를 유지할 수 있다.
한편, 상기와 같이 제1 흡착 베드(310a)가 재생 모드로, 제2 흡착 베드(310b)가 흡착 모드로 작동하는 경우, 제5 밸브(V5), 제6 밸브(V6), 제7 밸브(V7) 및 제 8 밸브(V8)는 폐쇄되어 열저장부(320)와 제1 흡착 베드(310a) 및 제2 흡착 베드(310b) 사이의 열전달 매체의 유동을 차단할 수 있다.
도 7은 흡착식 히트펌프(300)의 제4 작동예를 도시하는 도면으로, 제1 흡착 베드(310a)가 열저장 모드로 작동하고, 제2 흡착 베드(310b)가 열회수 모드로 작동하는 경우를 나타낸다. 도 7에 도시된 흡착식 히트펌프(300)의 제4 작동예는 제1 흡착 베드(310a)가 재생 모드에서 흡착 모드로, 제2 흡착 베드(310b)가 흡착 모드에서 재생 모드로 이동하기 위한 준비과정이다. 이러한 경우, 제5 밸브(V5), 제6 밸브(V6), 제7 밸브(V7) 및 제 8 밸브(V8)가 개방됨으로써, 열저장부(320)와 제1 흡착 베드(310a) 및 제2 흡착 베드(310b) 사이에서 열전달 매체를 순환시킬 수 있다.
즉, 제1 흡착 베드(310a)는 열전달 매체를 통해 열저장부(320)에 저장된 열에너지를 저장하여 재생 온도(TR)에서 흡착 온도(TA)로 냉각될 수 있으며, 제2 흡착 베드(310b)는 열전달 매체를 통해 열저장부(320)에 열에너지를 회수하여 흡착 온도(TA)에서 재생 온도(TR)로 가열될 수 있다.
도 7에 나타난 제1 흡착 베드(310a)의 열저장 모드와, 제2 흡착 베드(310b)의 열회수 모드는 도 3을 참조하여 상술한 제1 흡착 베드(210a)와 제2 흡착 베드(210b) 및 열저장부(220)의 결합 구조 및 작동에 구체적으로 설명되어 있으므로, 여기서는 더 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4 내지 도 7에 도시된 본 발명의 실시예들에 따른 흡착식 히트펌프(300)에 의하면, 제1 흡착 베드(310a) 또는 제2 흡착 베드(310b)의 재생에 소요되는 에너지를 열저장부(320)에 저장된 열에너지를 회수하는 방법을 통해 용이하게 조달할 수 있다. 특히, 열저장부(320)에 저장되는 에너지는 외부에서 별도로 공급되는 것이 아니라, 제1 흡착 베드(310a) 또는 제2 흡착 베드(310b)가 재생 온도(TR)에서 흡착 온도(TA)로 냉각되는 과정에서 손실되는 열에너지를 열저장부(320)에 저장하고, 이를 회수하여 다시 제1 흡착 베드(310a) 또는 제2 흡착 베드(310b)를 재생하는 데 사용할 수 있다.
또한, 제1 흡착 베드(310a)와 제2 흡착 베드(310b)를 구비함에 따라 흡착 모드와 재생 모드를 동시에 수행할 수 있으며, 이에 따라 제1 흡착 베드(310a) 또는 제2 흡착 베드(310b)에 연결된 응축기(340)와 증발기(350)의 작동 대기시간을 현저히 줄일 수 있어 공조 공간에 냉난방을 용이하게 공급할 수 있다.
상술한 실시예들에 대한 구성과 효과에 대한 설명은 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 흡착식 히트펌프의 열회수 장치
110: 흡착 베드
120: 열저장부
130: 순환유로
300: 흡착식 히트펌프
340: 응축기
350: 증발기

Claims (23)

  1. 흡착 온도에서 흡착물을 흡착하고, 재생 온도에서 흡착물을 탈착하는 흡착 베드;
    상기 흡착 온도로부터 상기 재생 온도의 온도 분포를 갖는 열저장 매체를 포함하는 열저장부; 및
    상기 흡착 베드와 상기 열저장부를 연결하여, 열전달 매체가 상기 흡착 베드와 상기 열저장부를 순환하는 통로를 제공하는 순환유로;를 포함하고,
    상기 열저장부는,
    상기 흡착 베드로부터 상기 열저장부로 유입되는 상기 열전달 매체의 열에너지를 상기 열저장부에 저장하는 열저장 모드와,
    상기 열저장부에 저장된 상기 열에너지를 회수하여 상기 흡착 베드에 전달하는 열회수 모드 중 하나의 모드를 수행하는, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 열저장 매체는 물 및 잠열축열재 중 하나 이상을 포함하는, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 열저장부에 포함되는 상기 열저장 매체는 상기 흡착 온도로부터 상기 재생 온도 사이의 연속적인 온도 분포를 갖는, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 열저장부는 복수개의 파티션을 구비하는, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 복수개의 파티션은 단열소재로 구성되는 격벽에 의해 서로 구분되는, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 열저장 매체는 상기 흡착 온도로부터 상기 재생 온도 사이에서 다단계의 온도분포를 갖고,
    상기 복수개의 파티션 각각에는 상이한 온도를 갖는 상기 열저장 매체가 포함되는, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 열저장부와 상기 순환유로는 서로에 대해 이동 가능하도록 결합되는, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 흡착 베드에서 상기 열저장부로 유입되는 상기 열전달 매체는 상기 열저장부의 제1 위치로 유입되고,
    상기 열저장부에서 상기 흡착 베드로 전달되는 상기 열전달 매체는 상기 열저장부의 제2 위치에서 유출되고,
    상기 흡착 베드에서 출발하여 상기 열저장부를 거친 후 상기 흡착 베드로 전달된 상기 열전달 매체가 상기 흡착 베드에서 다시 상기 열저장부로 유입되는 경우, 상기 열저장부와 상기 순환유로가 서로에 대해 소정 거리 이동함에 따라, 상기 열전달 매체는 상기 열저장부의 상기 제1 위치와 상이한 상기 열저장부의 제3 위치로 유입되는, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 열저장 모드일 경우,
    상기 제1 위치의 상기 열전달 매체의 제1 온도는 상기 제2 위치의 상기 열전달 매체의 제2 온도보다 높고,
    상기 열전달 매체의 상기 제1 온도는 상기 제3 위치의 상기 열전달 매체의 제3 온도보다 높은, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 열회수 모드일 경우,
    상기 제1 위치의 상기 열전달 매체의 제1 온도는 상기 제2 위치의 상기 열전달 매체의 제2 온도보다 낮고,
    상기 열전달 매체의 상기 제1 온도는 상기 제3 위치의 상기 열전달 매체의 제3 온도보다 낮은, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 열저장 모드일 경우,
    상기 흡착 베드는 상기 열저장부에서 유출되는 상기 열전달 매체와 열교환하여 상기 재생 온도에서 상기 흡착 온도로 냉각되는, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 열회수 모드일 경우,
    상기 흡착 베드는 상기 열저장부에서 유출되는 상기 열전달 매체와 열교환하여 상기 흡착 온도에서 상기 재생 온도로 가열되는, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
  13. 흡착 온도에서 흡착물을 흡착하고, 재생 온도에서 흡착물을 탈착하는 흡착 베드;
    상기 흡착 온도로부터 상기 재생 온도의 온도 분포를 갖는 열저장 매체를 포함하는 열저장부; 및
    상기 흡착 베드와 상기 열저장부를 연결하여, 열전달 매체가 상기 흡착 베드와 상기 열저장부를 순환하는 통로를 제공하는 순환유로;를 포함하고,
    상기 흡착 베드는 제1 흡착 베드와 제2 흡착 베드를 포함하며,
    상기 열저장부는,
    상기 제1 흡착 베드로부터 상기 열저장부로 유입되는 상기 열전달 매체의 열에너지를 상기 열저장부에 저장하는 열저장 모드와,
    상기 열저장부에 저장된 상기 열에너지를 회수하여 상기 제2 흡착 베드에 전달하는 열회수 모드를 동시에 수행하는, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 열전달 매체는 물 및 잠열축열재 중 하나 이상을 포함하는, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 열저장부는 복수개의 파티션을 구비하는, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 복수개의 파티션은 단열소재로 구성되는 격벽에 의해 서로 구분되는, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 열저장 매체는 상기 흡착 온도로부터 상기 재생 온도의 사이에서 다단계의 온도분포를 갖고,
    상기 복수개의 파티션 각각에는 상이한 온도를 갖는 상기 열저장 매체가 포함되는, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
  18. 제13 항에 있어서,
    상기 열저장부와 상기 순환유로는 서로에 대해 이동 가능하도록 결합되는, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 흡착 베드에서 상기 열저장부로 유입되는 상기 열전달 매체는 상기 열저장부의 제1 위치로 유입되고,
    상기 열저장부에서 상기 흡착 베드로 전달되는 상기 열전달 매체는 상기 열저장부의 제2 위치에서 유출되고,
    상기 흡착 베드에서 출발하여 상기 열저장부를 거친 후 상기 흡착 베드로 전달된 상기 열전달 매체가 상기 흡착 베드에서 다시 상기 열저장부로 유입되는 경우, 상기 열저장부와 상기 순환유로가 서로에 대해 소정 거리 이동함에 따라, 상기 열전달 매체는 상기 열저장부의 상기 제1 위치와 상이한 상기 열저장부의 제3 위치로 유입되는, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 열저장 모드일 경우,
    상기 제1 위치의 상기 열전달 매체의 제1 온도는 상기 제2 위치의 상기 열전달 매체의 제2 온도보다 높고,
    상기 열전달 매체의 상기 제1 온도는 상기 제3 위치의 상기 열전달 매체의 제3 온도보다 높은, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
  21. 제19 항에 있어서,
    상기 열회수 모드일 경우,
    상기 제1 위치의 상기 열전달 매체의 제1 온도는 상기 제2 위치의 상기 열전달 매체의 제2 온도보다 낮고,
    상기 열전달 매체의 상기 제1 온도는 상기 제3 위치의 상기 열전달 매체의 제3 온도보다 낮은, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
  22. 제13 항에 있어서,
    상기 열저장 모드일 경우,
    상기 제1 흡착 베드는 상기 열저장부에서 유출되는 상기 열전달 매체와 열교환하여 상기 재생 온도에서 상기 흡착 온도로 냉각되는, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
  23. 제13 항에 있어서,
    상기 열회수 모드일 경우,
    상기 제2 흡착 베드는 상기 열저장부에서 유출되는 상기 열전달 매체와 열교환하여 상기 흡착 온도에서 상기 재생 온도로 가열되는, 흡착식 히트펌프의 열회수 장치.
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