KR20190057538A - 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동심이중관 형태를 갖는 흡착제 흡탈착 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치는 내관 및 상기 내관과 동심축을 이루는 외관으로 형성되는 동심이중관과; 상기 동심이중관에 배치되는 진동 히트 파이프;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치는 동심이중관을 이용함으로써 하나의 유로 방향을 갖는 매우 간단한 유로구조가 가능하고, 진동 히트 파이프를 사용함으로써 경량화가 가능하며, 구조가 간단하여 모듈화 및 스케일업(Scale Up)이 쉬운 유리한 효과를 갖는다.

Description

동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치{Concentric Tube Annulus Type Adsorption and Desorption Apparatus for Adsorbent}
본 발명은 흡착식 제습 설비에 사용되는 흡착제 흡탈착 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동심이중관 형태를 갖는 흡착제 흡탈착 장치에 관한 것이다.
흡착식 제습 설비는 흡착제의 흡탈착 프로세스를 이용하여 공기 중의 수분을 제거하는 설비로서, 흡착제의 흡탈착 프로세스를 위한 흡착제 흡탈착 장치를 구비한다.
흡착제 흡탈착 장치는 흡착제의 수분 흡착과정에서 생성되는 열을 저온의 작동유체로 전달하거나 흡착제의 수분 탈착과정에서 필요한 열을 고온의 작동유체로부터 전달받도록 하는 장치로서, 흡착제와 흡착제를 가열 또는 냉각하는 작동유체 간의 열교환 성능이 최대화되도록 설계되는 것이 중요하다.
종래 기술로는 아래 특허문헌 1에서와 같이 흡착제와 작동유체 간의 열교환 성능을 높이기 위해 히트 파이프를 적용하는 기술이 알려져 있으나, 그 구조가 매우 복잡하여 실제로 활용되기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 진동 히트 파이프가 적용된 동심이중관 형태의 간단한 구조를 갖는 흡착제 흡탈착 장치를 제공하는데 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치는 내관 및 상기 내관과 동심축을 이루는 외관으로 형성되는 동심이중관과; 상기 동심이중관에 배치되는 진동 히트 파이프;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 동심이중관은 상기 내관의 내부 공간 및, 상기 내관과 외관 사이에 형성되는 환형 공간을 가지며, 각 공간은 수분을 함유하고 있는 습공기 및 작동유체가 통과하는 유로를 형성한다.
바람직하게, 상기 내관의 내부 공간 또는 상기 환형 공간 중 어느 한 공간에는 흡착제가 충진되어 있다.
바람직하게, 상기 흡착제가 상기 내관의 내부 공간에 충진되는 구조인 경우에는 상기 내관의 내부 공간은 습공기가 통과하는 유로가 되고, 상기 환형 공간은 작동유체가 통과하는 유로가 된다.
바람직하게, 상기 흡착제가 상기 환형 공간에 충진되는 구조인 경우에는 상기 환형 공간은 습공기가 통과하는 유로가 되고, 상기 내관의 내부 공간은 작동유체가 통과하는 유로가 된다.
바람직하게, 상기 진동 히트 파이프는 증발부와 응축부가 각각 상기 내관의 내부 공간과 상기 환형 공간에 침투되어 위치되는 폐루프 형태로 상기 동심이중관에 배치된다.
본 발명의 제1 실시예에 따라, 상기 진동 히트 파이프는 상기 동심이중관의 중심축에 수직한 단면 상에서 상기 내관의 내부 공간과 상기 환형 공간을 순차적으로 반복하여 통과하도록 방사형으로 배치된 폐루프 형태를 갖는다.
바람직하게, 상기 진동 히트 파이프는 상기 동심이중관의 축방향을 따라 다수개가 배치된다.
바람직하게, 상기 동심이중관의 축방향을 따라 배치되는 각 진동 히트 파이프는 관경이나 침투 길이가 서로 다르게 설계될 수 있다.
바람직하게, 상기 진동 히트 파이프의 증발부와 응축부의 침투 길이는 그 비가 1:1로 서로 동일하게 설계된다.
본 발명의 제2 실시예에 따라, 상기 진동 히트 파이프는 상기 동심이중관의 동심축을 따르는 단면 상에서 상기 내관의 내부 공간과 상기 환형 공간을 순차적으로 반복하여 통과하면서 상기 동심이중관의 축방향으로 길게 배치된 폐루프 형태를 갖는다.
바람직하게, 상기 진동 히트 파이프는 상기 동심이중관의 원주 방향을 따라 다수개가 배치된다.
바람직하게, 상기 진동 히트 파이프의 증발부와 응축부의 침투 길이는 그 비가 1:1로 서로 동일하게 설계된다.
바람직하게, 상기 동심이중관의 외관 표면은 단열된다.
또한, 본 발명에 따른 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치는 내관 및 상기 내관과 동심축을 이루는 외관으로 형성되는 동심이중관과; 증발부와 응축부가 각각 상기 내관의 내부 공간과 상기 내관과 외관 사이에 형성되는 환형 공간에 침투되어 위치되는 폐루프 형태로 상기 동심이중관에 배치되는 진동 히트 파이프;를 포함하며, 상기 진동 히트 파이프의 증발부와 응축부의 침투 길이는 그 비가 1:1로 서로 동일한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치는 동심이중관을 이용함으로써 하나의 유로 방향을 갖는 매우 간단한 유로구조가 가능하고, 진동 히트 파이프를 사용함으로써 경량화가 가능하며, 구조가 간단하여 모듈화 및 스케일업(Scale Up)이 쉬운 유리한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 폐루프 형태의 진동 히트 파이프가 배치된 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치를 도시한 단면도(a) 및 사시도(b)이다.
도 2는 본 발명에 따른 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치에서 흡착제의 충진 구조를 도시한 도면이다.
도 3 및 4는 본 발명에 따른 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치에서의 탈착 및 흡착 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 폐루프 형태의 진동 히트 파이프가 배치된 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치를 도시한 사시도이다.
아래에서는 본 발명에 따른 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 폐루프 형태의 진동 히트 파이프가 배치된 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치를 도시한 단면도(a) 및 사시도(b)이고, 도 2는 본 발명에 따른 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치에서 흡착제의 충진 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치는 내관(11) 및 상기 내관(11)과 동심축을 이루는 외관(12)으로 형성되는 동심이중관(1)과, 상기 동심이중관(1)에 배치되는 히트 파이프(2)를 포함하여 구성된다.
상기 내관(11)과 외관(12)으로 형성되는 동심이중관(1)은 내관(11)의 내부 공간(13)과 내관(11)과 외관(12) 사이의 환형 공간(14)을 가지는데, 각 공간은 수분을 함유하고 있는 습공기 및 작동유체가 통과하는 유로를 형성한다.
도 2를 참조하면, 흡착제(3)는 상기 내관(11)의 내부 공간(13)에 충진되거나 상기 환형 공간(14)에 충진될 수 있는데, 흡착제(3)가 상기 내관(11)의 내부 공간(13)에 충진되는 구조인 경우에는 상기 내관(11)의 내부 공간(13)은 습공기가 통과하는 유로가 되며, 상기 환형 공간(14)은 작동유체가 통과하는 유로가 된다(도 2의 (a) 참조). 이와 반대로 흡착제(3)가 상기 환형 공간(14)에 충진되는 구조인 경우에는 상기 환형 공간(14)이 습공기 통과 유로가 되며, 상기 내관(11)의 내부 공간(13)은 작동유체 통과 유로가 된다(도 2의 (b) 참조). 본 발명에 따른 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치는 위 두 구조 중 어느 것이라도 가능하나, 유체 제어 관점에서 볼 때 흡착제(3)가 상기 환형 공간(14)에 충진되는 구조가 보다 바람직하다.
히트 파이프(2)는 증발부(21)와 응축부(22)를 갖는 폐루프 형태의 진동 히트 파이프(Oscillating Heat Pipe; OHP)로 구성되며, 진동형 히트 파이프(2)의 증발부(21)와 응축부(22)가 각각 상기 내관(11)의 내부 공간(13)과 상기 환형 공간(14)에 침투되어 위치되도록 상기 동심이중관(1)에 배치된다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 진동 히트 파이프(2)는 동심이중관(1)의 중심축에 수직한 단면 상에서 상기 내관(11)의 내부 공간(13)과 상기 환형 공간(14)을 순차적으로 반복하여 통과하도록 방사형으로 배치된 폐루프 형태를 가지며, 동심이중관(1)의 축방향을 따라 다수개가 배치된다.
진동 히트 파이프(2)의 증발부(21)와 응축부(22)는 흡착 및 탈착과정에서 그 위치가 서로 바뀌기 때문에, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 진동 히트 파이프(2)의 증발부(21)와 응축부(22)의 침투(Penetration) 길이(La, Lb)는 그 비가 1:1로 서로 동일하게 설계되는 것이 바람직하다. 또한, 각 진동 히트 파이프(2)에 있어서 원주방향으로의 증발부(21) 및 응축부(22)의 개수(Nr)는 동심이중관(1)의 직경을 고려하여 적절히 설계될 수 있고, 동심이중관(1)의 축방향을 따라 배치되는 진동 히트 파이프(2)의 개수(Nl) 및 간격(Lc)은 동심이중관(1)의 길이를 고려하여 적절히 설계될 수 있다.
진동 히트 파이프는 기존의 윅(Wick) 구조를 갖는 일반적인 히트 파이프에 비해 중력의 영향이 적으며, 다양한 형상으로의 성형이 자유로운 이점이 있어, 본 발명에 따른 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치에 매우 적합하며, 본 발명은 이와 같은 진동 히트 파이프의 적용으로 흡착제와 작동유체 간에 다량의 열을 빠르고 균일하게 전달할 수 있어 고성능의 흡탈착 성능을 발휘할 수 있다.
도 3 및 4는 본 발명에 따른 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치에서의 탈착 및 흡착 과정을 도시한 도면이다.
도 3 및 4에 도시된 실시예는 흡착제(3)가 동심이중관 내관(11)의 내부 공간(13)에 충진된 구조를 가지나(도 2의 (a) 참조), 흡착제(3)가 동심이중관(1)의 환형 공간(14)에 충진되어 있는 구조(도 2의 (b) 참조)에 대해서도 마찬가지이다.
탈착 과정이 도시된 도 3을 참조하면, 동심이중관(1)의 내관 내부 공간(13)에 충진된 흡착제(3)에는 수분이 흡착되어 있으며, 고온의 작동유체(고온수)가 동심이중관(1)의 환형 공간(14)을 따라 이동하면서 진동 히트 파이프(2)를 통해 상기 흡착제(3)에 흡착된 수분의 탈착에 필요한 열을 공급한다. 이때, 동심이중관(1)의 외관 표면(15)은 단열되어 작동유체의 열이 외부로 손실되지 않도록 한다.
탈착 과정에서 진동 히트 파이프(2)는 상기 내관(11)의 내부 공간(13)에 위치한 부분이 응축부(22)가 되고, 상기 환형 공간(14)에 위치한 부분이 증발부(21)가 되어, 고온의 작동유체와 접한 증발부(21)로부터 흡착제(3)와 접한 응축부(22)로 열전달이 이루어지도록 한다.
탈착 과정에서 탈착된 수분은 상기 내관(11)을 통해 배출되며, 상기 환형 공간(14)을 통해 공급된 고온의 작동유체는 흡착제(3)에 열을 공급한 후 강온된 상태에서 상기 환형 공간(14)을 통해 배출된다.
흡착 과정이 도시된 도 4를 참조하면, 상기 내관(11)의 내부 공간(13)으로 습공기가 흐르며 흡착제(3)에 수분이 흡착되고, 저온의 작동유체(시수)가 동심이중관(1)의 환형 공간(14)을 따라 이동하면서 진동 히트 파이프(2)를 통해 상기 흡착제(3)에서 발생하는 흡착열을 회수한다.
흡착 과정에서 진동 히트 파이프(2)는 상기 내관(11)의 내부 공간(13)에 위치한 부분이 증발부(21)가 되고, 상기 환형 공간(14)에 위치한 부분이 응축부(22)가 되어, 흡착제(3)와 접한 증발부(21)로부터 저온의 작동유체와 접한 응축부(22)로 열전달이 이루어지도록 한다.
흡착 과정에서 수분이 제거된 공기는 상기 내관(11)을 통해 배출되며, 상기 환형 공간(14)을 통해 공급된 저온의 작동유체는 흡착제(3)로부터 흡착열을 회수하여 승온된 상태에서 상기 환형 공간(14)을 통해 배출된다. 이때 생산되는 온수는 다양한 용도로 재사용이 가능하다.
한편, 도 1, 3 및 4에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치에서의 진동 히트 파이프(2)에 대해 동심이중관(1)의 축방향을 따라 모두 동일한 크기로 도시하였으나, 탈착 과정에서 작동유체의 온도는 동심이중관(1)의 축방향을 따라 점차 감소하므로, 축방향을 따라 보다 저온에서도 효과적으로 작동할 수 있도록 각 진동 히트 파이프(2)의 관경이나 침투 길이(La, Lb) 등을 최적화하여 다르게 설계할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 폐루프 형태의 진동 히트 파이프가 배치된 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치를 도시한 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 폐루프 형태의 진동 히트 파이프(2')는 동심이중관(1)의 동심축을 따르는 단면 상에서 상기 내관(11)의 내부 공간(13)과 상기 환형 공간(14)을 순차적으로 반복하여 통과하면서 축방향으로 길게 배치된 폐루프 형태를 가지며, 동심이중관(1)의 원주 방향을 따라 다수개가 배치된다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 폐루프 형태의 진동 히트 파이프(2')는 제1 실시예에 따른 폐루프 형태의 진동 히트 파이프(2)와 비교해 동심이중관(1)의 축방향에 따른 작동유체의 온도 차이로 인해 다소 불안정한 작동특성을 가질 수 있으나, 보다 단순한 형상으로 인해 보다 쉽게 제작할 수 있는 이점이 있다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치에 의하면, 동심이중관을 이용함으로써 하나의 유로 방향을 갖는 매우 간단한 유로구조가 가능하게 되고, 진동 히트 파이프를 사용함으로써 경량화가 가능하며, 구조가 간단하여 모듈화 및 스케일업이 쉬운 장점을 갖는다.
본 명세서와 첨부된 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 쉽게 설명하기 위한 목적으로 사용된 것일 뿐, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
1: 동심이중관 2, 2': 히트 파이프
3: 흡착제 11: 내관
12: 외관 13: 내관의 내부 공간
14: 환형 공간 15: 외관 표면
21: 증발부 22: 응축부
La, Lb: 증발부 및 응축부의 침투 길이
Nr: 증발부 및 응축부의 개수
Nl: 진동 히트 파이프의 개수
Lc: 진동 히트 파이프 간의 간격

Claims (15)

  1. 내관 및 상기 내관과 동심축을 이루는 외관으로 형성되는 동심이중관과;
    상기 동심이중관에 배치되는 진동 히트 파이프;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 동심이중관은 상기 내관의 내부 공간 및, 상기 내관과 외관 사이에 형성되는 환형 공간을 가지며, 각 공간은 수분을 함유하고 있는 습공기 및 작동유체가 통과하는 유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 내관의 내부 공간 또는 상기 환형 공간 중 어느 한 공간에는 흡착제가 충진되어 있는 것을 특징으로 하는 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 흡착제가 상기 내관의 내부 공간에 충진되는 구조인 경우에는 상기 내관의 내부 공간은 습공기가 통과하는 유로가 되고, 상기 환형 공간은 작동유체가 통과하는 유로가 되는 것을 특징으로 하는 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 흡착제가 상기 환형 공간에 충진되는 구조인 경우에는 상기 환형 공간은 습공기가 통과하는 유로가 되고, 상기 내관의 내부 공간은 작동유체가 통과하는 유로가 되는 것을 특징으로 하는 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 진동 히트 파이프는 증발부와 응축부가 각각 상기 내관의 내부 공간과 상기 환형 공간에 침투되어 위치되는 폐루프 형태로 상기 동심이중관에 배치되는 것을 특징으로 하는 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치.
  7. 청구상 6에 있어서,
    상기 진동 히트 파이프는 상기 동심이중관의 중심축에 수직한 단면 상에서 상기 내관의 내부 공간과 상기 환형 공간을 순차적으로 반복하여 통과하도록 방사형으로 배치된 폐루프 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 진동 히트 파이프는 상기 동심이중관의 축방향을 따라 다수개가 배치되는 것을 특징으로 하는 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 동심이중관의 축방향을 따라 배치되는 각 진동 히트 파이프는 관경이나 침투 길이가 서로 다르게 설계될 수 있는 것을 특징으로 하는 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치.
  10. 청구항 7 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 히트 파이프의 증발부와 응축부의 침투 길이는 그 비가 1:1로 서로 동일하게 설계되는 것을 특징으로 하는 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치.
  11. 청구상 6에 있어서,
    상기 진동 히트 파이프는 상기 동심이중관의 동심축을 따르는 단면 상에서 상기 내관의 내부 공간과 상기 환형 공간을 순차적으로 반복하여 통과하면서 상기 동심이중관의 축방향으로 길게 배치된 폐루프 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 진동 히트 파이프는 상기 동심이중관의 원주 방향을 따라 다수개가 배치되는 것을 특징으로 하는 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치.
  13. 청구항 11 또는 12에 있어서,
    상기 진동 히트 파이프의 증발부와 응축부의 침투 길이는 그 비가 1:1로 서로 동일하게 설계되는 것을 특징으로 하는 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 동심이중관의 외관 표면은 단열되어 있는 것을 특징으로 하는 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치.
  15. 내관 및 상기 내관과 동심축을 이루는 외관으로 형성되는 동심이중관과;
    증발부와 응축부가 각각 상기 내관의 내부 공간과 상기 내관과 외관 사이에 형성되는 환형 공간에 침투되어 위치되는 폐루프 형태로 상기 동심이중관에 배치되는 진동 히트 파이프;를 포함하며,
    상기 진동 히트 파이프의 증발부와 응축부의 침투 길이는 그 비가 1:1로 서로 동일한 것을 특징으로 하는 동심이중관형 흡착제 흡탈착 장치.
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