KR20190081998A - 축열 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축열 시스템에 관한 것으로, 축열 부재에 히트 파이프를 관통 결합하고, 히트 파이프의 일단부에 접촉하도록 고온 작동 유체를 공급함으로써, 히트 파이프의 열전달 과정에서 축열 부재에 열이 전달되어 저장되고, 제 1 시간 동안에는 폐수로 버려지는 고온 작동 유체를 축열 하우징의 흡열 챔버에 공급하여 히트 파이프를 통해 축열 부재에 열을 저장하고, 제 2 시간 동안에는 별도의 저온 작동 유체를 방열 챔버에 공급하여 저온 작동 유체의 온도를 상승시켜 필요한 곳에 사용하도록 함으로써, 에너지 효율을 향상시킬 수 있으며, 히트 파이프의 외주면에 다수개의 환형 방열핀을 결합함으로써, 히트 파이프와 축열 부재의 열교환 성능을 향상시켜 축열 부재의 열 저장량을 증가시킬 수 있는 축열 시스템을 제공한다.

Description

축열 시스템{Heat Accumulation System}

본 발명은 축열 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 축열 부재에 히트 파이프를 관통 결합하고, 히트 파이프의 일단부에 접촉하도록 고온 작동 유체를 공급함으로써, 히트 파이프의 열전달 과정에서 축열 부재에 열이 전달되어 저장되고, 제 1 시간 동안에는 폐수로 버려지는 고온 작동 유체를 축열 하우징의 흡열 챔버에 공급하여 히트 파이프를 통해 축열 부재에 열을 저장하고, 제 2 시간 동안에는 별도의 저온 작동 유체를 방열 챔버에 공급하여 저온 작동 유체의 온도를 상승시켜 필요한 곳에 사용하도록 함으로써, 에너지 효율을 향상시킬 수 있으며, 히트 파이프의 외주면에 다수개의 환형 방열핀을 결합함으로써, 히트 파이프와 축열 부재의 열교환 성능을 향상시켜 축열 부재의 열 저장량을 증가시킬 수 있는 축열 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 축열 장치는 1차 열원(전기 보일러, 태양열, 태양광, 지열 등)에 의해 가열된 물을 저장 하였다가 온수나 난방 등에 사용하는 보조적 개념의 열원 공급 장치이다.

이러한 축열 장치에 열을 저장하기 위해 별도의 열원으로부터 열을 공급받아야 하는데, 발전소, 대형 플랜트 시설 등에서는 설비의 냉각용으로 사용되는 냉각수가 열교환 이후에 고열의 폐수로 배출되고 있다.

별도의 열원 공급 장치를 추가로 설치하지 않고, 이와 같이 낭비되는 고열의 폐수 등으로부터 열을 공급받아 축열 장치에 열을 저장하고, 저장된 열을 추후에 온수나 난방 등으로 활용할 수 있는 시스템이 에너지 효율 측면에서 매우 필요하다 할 것이다.

국내등록특허 제10-1445349호

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 축열 부재에 히트 파이프를 관통 결합하고, 히트 파이프의 일단부에 접촉하도록 고온 작동 유체를 공급함으로써, 히트 파이프의 열전달 과정에서 축열 부재에 열이 전달되어 저장되고, 저장된 열을 추후 사용할 수 있도록 하는 축열 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 제 1 시간 동안에는 폐수로 버려지는 고온 작동 유체를 축열 하우징의 흡열 챔버에 공급하여 히트 파이프를 통해 축열 부재에 열을 저장하고, 제 2 시간 동안에는 별도의 저온 작동 유체를 방열 챔버에 공급하여 저온 작동 유체의 온도를 상승시켜 필요한 곳에 사용하도록 함으로써, 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 축열 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 히트 파이프의 외주면에 다수개의 환형 방열핀을 결합함으로써, 히트 파이프와 축열 부재의 열교환 성능을 향상시켜 축열 부재의 열 저장량을 증가시킬 수 있는 축열 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은, 내부 공간이 밀폐되도록 형성되며, 내부 공간의 상층부는 저온 작동 유체에 의해 열을 방출할 수 있도록 방열 챔버가 형성되고, 하층부는 고온 작동 유체로부터 열을 흡수할 수 있도록 흡열 챔버가 형성되며, 상기 방열 챔버와 흡열 챔버 사이 공간에는 열을 저장할 수 있도록 축열 챔버가 형성되는 축열 하우징; 상기 흡열 챔버에서 흡수된 열이 전달되어 저장되도록 상기 축열 챔버에 충진되는 축열 부재; 및 일단부가 상기 흡열 챔버에 위치한 상태에서 상기 축열 챔버를 관통하여 타단부가 상기 방열 챔버에 위치하도록 상기 축열 하우징의 내부 공간을 상하 방향으로 횡단하는 형태로 길게 배치되는 다수개의 히트 파이프를 포함하고, 상기 축열 하우징의 하층부에는 외부로부터 고온 작동 유체가 상기 흡열 챔버를 통과하도록 고온 유체 유입구 및 고온 유체 배출구가 형성되고, 상기 축열 하우징의 상층부에는 외부로부터 저온 작동 유체가 상기 방열 챔버를 통과하도록 저온 유체 유입구 및 저온 유체 배출구가 형성되며, 상기 흡열 챔버에 위치한 상기 히트 파이프의 일단부에 상기 고온 작동 유체로부터 열이 흡수되어 타단부로 전달되는 과정에서 상기 축열 부재에 열이 전달되어 저장되는 것을 특징으로 하는 축열 시스템을 제공한다.

이때, 별도의 제 1 시간 동안에는 고온 작동 유체가 상기 흡열 챔버를 통과하도록 고온 작동 유체가 공급되고, 상기 제 1 시간과 겹치지 않은 별도의 제 2 시간 동안에는 저온 작동 유체가 상기 방열 챔버를 통과하도록 저온 작동 유체가 공급될 수 있다.

또한, 상기 히트 파이프의 외주면에는 외주면을 감싸며 외측 방향으로 돌출되는 평판형 링 형상을 갖는 환형 방열핀이 상하 방향으로 이격되게 다수개 결합될 수 있다.

본 발명에 의하면, 축열 부재에 히트 파이프를 관통 결합하고, 히트 파이프의 일단부에 접촉하도록 고온 작동 유체를 공급함으로써, 히트 파이프의 열전달 과정에서 축열 부재에 열이 전달되어 저장되고, 저장된 열을 추후 사용할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 제 1 시간 동안에는 폐수로 버려지는 고온 작동 유체를 축열 하우징의 흡열 챔버에 공급하여 히트 파이프를 통해 축열 부재에 열을 저장하고, 제 2 시간 동안에는 별도의 저온 작동 유체를 방열 챔버에 공급하여 저온 작동 유체의 온도를 상승시켜 필요한 곳에 사용하도록 함으로써, 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 히트 파이프의 외주면에 다수개의 환형 방열핀을 결합함으로써, 히트 파이프와 축열 부재의 열교환 성능을 향상시켜 축열 부재의 열 저장량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축열 시스템의 내부 구조를 개념적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 축열 시스템의 히트 파이프 배치 구조를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 축열 시스템의 사용 상태를 개념적으로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축열 시스템의 내부 구조를 개념적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 축열 시스템의 히트 파이프 배치 구조를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 축열 시스템의 사용 상태를 개념적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 축열 시스템은 히트 파이프를 이용하여 폐열을 회수하여 저장하고 추후에 사용할 수 있도록 하는 시스템으로서, 축열 하우징(100)과, 축열 부재(200)와, 히트 파이프(300)를 포함하여 구성된다.

축열 하우징(100)은 직육면체 형상으로 내부 공간이 밀폐되도록 형성되며, 내부 공간의 상층부는 저온 작동 유체에 의해 열을 방출할 수 있도록 방열 챔버(110)가 형성되고, 하층부는 고온 작동 유체로부터 열을 흡수할 수 있도록 흡열 챔버(130)가 형성되며, 방열 챔버(110)와 흡열 챔버(130) 사이 공간에는 열을 저장할 수 있도록 축열 챔버(120)가 형성된다.

축열 부재(200)는 흡열 챔버(130)에서 흡수된 열이 전달되어 저장되도록 축열 챔버(120)에 충전된다. 축열 부재(200)는 소금류 등 일반적으로 열을 저장하는 물질로 적용될 수 있다.

히트 파이프(300)는 일단부가 흡열 챔버(130)에 위치한 상태에서 축열 챔버(120)를 관통하여 타단부가 방열 챔버(110)에 위치하도록 축열 하우징(100)의 내부 공간을 상하 방향으로 횡단하는 형태로 길게 배치된다.

히트파이프(300)는 일반적인 히트 파이프가 적용될 수 있다. 일반적인 히트 파이프는 자기증발, 온도차 등의 열적(熱的) 불균형으로 인하여 형성되는 유체의 밀도차 및 모세관 압력에 의해 유체 유동이 이루어지는 열전달 장치를 말한다.

이러한 히트파이프는 내부에 물(증류수) 또는 알콜 등의 작동 유체를 넣고 진공상태로 밀봉 처리한 중공관(310)으로서, 응축부와, 증발부 및 이들을 연결하는 단열부로 구분되며, 증발부 쪽으로 열이 공급되면 작동유체가 기체로 증발하여 단열부를 통해 응축부 쪽으로 이동하게 되고, 그 지점에서 액체로 응축되면서 열을 방출한 후 모세관 현상에 의해 다시 증발부로 순환하며 열을 전달하게 된다.

히트파이프의 내벽에는 작동 유체에 대한 모세관 압력을 촉진시킬 수 있도록 윅(Wick)(320)이 설치되어 있다. 윅은 밀폐관 내의 작동 유체를 응축부로부터 증발부로 원활히 이동시킬 수 있도록 모세관 현상을 유발하기 위한 수단으로 작용한다.

따라서, 히트 파이프(300)는 증발부가 흡열 챔버(130)에 위치하고 응축부가 방열 챔버(110)에 위치하도록 배치된다.

한편, 축열 하우징(100)의 하층부에는 외부로부터 고온 작동 유체가 흡열 챔버(130)를 통과하도록 고온 유체 유입구(131) 및 고온 유체 배출구(132)가 형성되고, 축열 하우징(100)의 상층부에는 외부로부터 저온 작동 유체가 방열 챔버(110)를 통과하도록 저온 유체 유입구(111) 및 저온 유체 배출구(112)가 형성된다.

고온 유체 유입구(131)와 저온 유체 유입구(111)는 축열 하우징(100)의 서로 반대 측면에 형성될 수 있다.

이러한 구조에 따라 흡열 챔버(130)에 위치한 히트 파이프(300)의 일단부에 고온 작동 유체로부터 열이 흡수되어 타단부로 전달되는 과정에서 축열 부재(200)에 열이 전달되어 저장된다.

즉, 축열 하우징(100)의 흡열 챔버(130)에 고온 작동 유체가 흘러가고, 이 과정에서 히트 파이프(300)의 증발부에 열이 전달되며, 히트 파이프(300)는 증발부를 통해 열을 흡수하여 상단의 응축부로 열을 전달하게 되는데, 이 과정에서 히트 파이프(300)가 축열 부재(200)를 관통하게 되므로, 축열 부재(200)에 열이 전달되어 저장된다. 이러한 열 저장 과정은 흡열 챔버(130)에 고온 작동 유체가 흘러가는 동안 계속해서 일어난다.

이와 같이 축열 부재(200)에 저장된 열은 추후 난방 등의 용도로 사용될 수 있다.

즉, 별도의 제 1 시간 동안에는 고온 작동 유체가 흡열 챔버(130)를 통과하도록 고온 작동 유체가 공급되고, 제 1 시간과 겹치지 않은 별도의 제 2 시간 동안에는 저온 작동 유체가 방열 챔버(110)를 통과하도록 저온 작동 유체가 공급된다.

저온 작동 유체는 난방 등에 사용되는 작동 유체로서, 이를 이용하여 난방 시스템 등을 운영할 수 있다. 고온 작동 유체는 발전소나 플랜트 등에서 폐수로 배출되는 고열의 폐수로 적용될 수 있다.

제 1 시간은 예를 들면, 해가 떠 있는 낮시간 동안일 수 있고, 제 2 시간은 해가 저문 밤 시간 동안 일 수 있다.

한편, 히트 파이프(300)의 외주면에는 외주면을 감싸며 외측 방향으로 돌출되는 평판형 링 형상을 갖는 환형 방열핀(400)이 상하 방향으로 이격되게 다수개 결합될 수 있다.

이러한 환형 방열핀(400)을 통해 고온 작동 유체 및 저온 작동 유체와의 접촉 면적이 증가하므로, 히트 파이프(300)와 고온 작동 유체 및 저온 작동 유체의 열교환, 히트 파이프(300)와 축열 부재(200)와의 열교환이 더욱 잘 일어난다.

도 3에는 이러한 축열 시스템을 이용한 시스템의 동작 상태를 도시한 것으로, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 제 1 시간에는 고온 작동 유체가 흡열 챔버(130)를 통과하도록 공급되고, 이 과정에서 히트 파이프(300)에 열이 전달되고, 히트 파이프(300)에 의해 축열 부재(200)에 열이 전달되어 저장된다. 이후, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 제 2 시간에는 저온 작동 유체가 방열 챔버(110)를 통과하도록 공급되고, 이 과정에서 축열 부재(200)에 저장된 열이 저온 작동 유체에 전달되고, 저온 작동 유체는 축열 부재(200)로부터 열을 전달받아 온도가 증가한 상태로 필요한 곳에 공급될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 축열 하우징
110: 방열 챔버
120: 축열 챔버
130: 흡열 챔버
200: 축열 부재
300: 히트 파이프
400: 환형 방열핀

Claims (3)

1. 내부 공간이 밀폐되도록 형성되며, 내부 공간의 상층부는 저온 작동 유체에 의해 열을 방출할 수 있도록 방열 챔버가 형성되고, 하층부는 고온 작동 유체로부터 열을 흡수할 수 있도록 흡열 챔버가 형성되며, 상기 방열 챔버와 흡열 챔버 사이 공간에는 열을 저장할 수 있도록 축열 챔버가 형성되는 축열 하우징;
   상기 흡열 챔버에서 흡수된 열이 전달되어 저장되도록 상기 축열 챔버에 충진되는 축열 부재; 및
   일단부가 상기 흡열 챔버에 위치한 상태에서 상기 축열 챔버를 관통하여 타단부가 상기 방열 챔버에 위치하도록 상기 축열 하우징의 내부 공간을 상하 방향으로 횡단하는 형태로 길게 배치되는 다수개의 히트 파이프
   를 포함하고, 상기 축열 하우징의 하층부에는 외부로부터 고온 작동 유체가 상기 흡열 챔버를 통과하도록 고온 유체 유입구 및 고온 유체 배출구가 형성되고, 상기 축열 하우징의 상층부에는 외부로부터 저온 작동 유체가 상기 방열 챔버를 통과하도록 저온 유체 유입구 및 저온 유체 배출구가 형성되며,
   상기 흡열 챔버에 위치한 상기 히트 파이프의 일단부에 상기 고온 작동 유체로부터 열이 흡수되어 타단부로 전달되는 과정에서 상기 축열 부재에 열이 전달되어 저장되는 것을 특징으로 하는 축열 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   별도의 제 1 시간 동안에는 고온 작동 유체가 상기 흡열 챔버를 통과하도록 고온 작동 유체가 공급되고,
   상기 제 1 시간과 겹치지 않은 별도의 제 2 시간 동안에는 저온 작동 유체가 상기 방열 챔버를 통과하도록 저온 작동 유체가 공급되는 것을 특징으로 하는 축열 시스템.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 히트 파이프의 외주면에는 외주면을 감싸며 외측 방향으로 돌출되는 평판형 링 형상을 갖는 환형 방열핀이 상하 방향으로 이격되게 다수개 결합되는 것을 특징으로 하는 축열 시스템.
   
   

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