KR20200025087A - 빙축열 냉각시스템의 축열조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축열조 내부에 부동액이 균등하게 흐를 수 있도록 디퓨저 및 격자가 설치된 빙축열 냉각시스템의 축열조에 관한 것으로서, 일측에 부동액이 주입될 수 있는 상부 디퓨저와, 타측에 상기 상부 디퓨저를 통하여 주입된 부동액이 상기 축열조의 외부로 배출되도록 하는 하부 디퓨저와, 상기 축열조의 내부에 축열구들을 투입한 후 밀폐토록 하는 뚜껑과, 상기 축열구들의 상단에 설치되는 격자를 포함하는, 빙축열 냉각시스템의 축열조에 있어서, 상기 격자는, 가로 및 세로방향으로 배열 형성되는 다수의 통공; 및 각각의 통공에 제공되는 부동액의 높이(수두)를 조절하기 위한 다수의 수두 조절수단을 포함하며, 상기 수두 조절수단은 서로 간에 높이차를 두고 형성되어 부동액이 유입되도록 허용하는 1개 이상의 측면 유입홀; 및 유입된 부동액의 배출을 위한 배출홀을 각각 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

빙축열 냉각시스템의 축열조{Ice storage tank of cooling thermal energy storagesystem}
본 발명은 빙축열 냉각시스템의 축열조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 축열조 내부에 부동액이 균등하게 흐를 수 있도록 디퓨저 및 격자가 설치된 빙축열 냉각시스템의 축열조에 관한 것이다.
일반적으로 빙축열 냉각시스템은 전기요금이 싼 심야전기로 야간에 저온냉동기를 가동시켜 냉열을 축열시킨 후 주간에 상기 저온냉동기의 가동을 정지시킨 상태에서도 그 축열된 냉열을 이용하여 냉방이 이루어질 수 있도록 된 공조기로 주로 대형건물에 설치 및 운용된다.
이러한 종래의 빙축열 냉각시스템의 축열조가 도 7에 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 종래의 빙축열 냉각시스템의 축열조(10)는 통상 단열처리된 건물 지하의 내벽(11)에 전체적으로 구형상의 외곽을 갖는 다수개의 축열구(12)를 충만하여 이루어지며, 내벽(11)의 상부 일측으로부터 부동액을 주입하기 위하여 노즐분사식이나 빗모양의 디퓨저로 이루어져 있는 상부 디퓨저(13)와, 내벽(11)의 하부 일측에서 상기 부동액을 배출하기 위한 하부 디퓨저(14)와, 상기 상부 디퓨저(13)의 하부에 설치되며 결빙이 완료된 축열구(12)들이 부력에 의해서 떠오르는 것을 방지하기 위하여 맨홀 등에 사용되는 철 재질의 격자(15)를 포함한다.
위와 같은 종래의 축열조(10)는 단지 상부 디퓨저(13)에 의해서 주입된 부동액이 격자(15)를 통해 하부로 자유낙하하는 구조를 가지므로 부동액이 축열조(10)의 일부분에만 치우쳐서 주입되게 되는 현상이 발생하게 된다(도 7의 A부분 참조).
부동액이 축열조(10)의 일부분에만 치우쳐서 주입되는 경우, 축열조(10) 내부의 축열구(12)에 대한 제빙 및 해빙시에, 저온의 부동액 또는 고온의 부동액이 일부의 축열구(12)들과만 열교환을 한 상태로 배출되게 되므로 제빙 및 해빙 작용이 축열조 전체로 확산되는 것을 방해하게 된다.
이러한 문제점을 감안하여, 특허문헌 1(등록특허 10-0453747)에서는 상부 디퓨저가 H자형을 이루어 분기하도록 구성하며 격자가 격자 위에 소정의 높이를 가지고 수두를 형성할 수 있도록 다수의 구멍들을 형성함으로써 부동액의 균일한 분배가 가능하도록 하고 있다.
그러나, 상부 디퓨저가 H자형을 이루어 분기하기 때문에, 여전히 축열조 전체를 커버하지 못하며, 즉 사구역이 존재하므로 부동액의 불균일한 분배가 이루어질 가능성이 여전히 존재한다.
또한, 격자에 형성한 다수의 구멍들에 의해서만 부동액의 수두 높이를 제어하기 때문에, 격자의 어느 일부 구역의 구멍들이 일시에 막히는 경우에는 부동액의 수두 높이의 자동 제어 메커니즘이 붕괴될 수 있는 확률이 높아지며, 따라서 부동액의 불균일한 분배가 이루어질 가능성이 여전히 존재한다.
특허문헌 1 : 등록특허 제10-0453747호(등록일 2004.10.12) 특허문헌 2 : 등록실용신안 제20-0294567호(등록일 2002.10.29)
본 발명의 목적은 축열조 내부에 균일한 부동액을 전달할 수 있도록 개선된 구조의 디퓨저 및 격자가 설치된 빙축열 냉각시스템의 축열조를 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 일측에 부동액이 주입될 수 있는 상부 디퓨저와, 타측에 상기 상부 디퓨저를 통하여 주입된 부동액이 상기 축열조의 외부로 배출되도록 하는 하부 디퓨저와, 상기 축열조의 내부에 축열구들을 투입한 후 밀폐토록 하는 뚜껑과, 상기 축열구들의 상단에 설치되는 격자를 포함하는, 빙축열 냉각시스템의 축열조에 있어서, 상기 격자는, 가로 및 세로방향으로 배열 형성되는 다수의 통공; 및 각각의 통공에 제공되는 부동액의 높이(수두)를 조절하기 위한 다수의 수두 조절수단을 포함하며, 상기 수두 조절수단은 서로 간에 높이차를 두고 형성되어 부동액이 유입되도록 허용하는 1개 이상의 측면 유입홀; 및 유입된 부동액의 배출을 위한 배출홀을 각각 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 디퓨저는 다수의 디퓨저 수단을 포함하는데, 상기 디퓨저 수단은 각각 원통형의 디퓨저 본체, 상기 디퓨저 본체의 상부에 구비되어 부동액을 디퓨저 본체 내부로 유입시키는 부동액 유입관, 및 상기 디퓨저 본체의 하부에 방사상으로 구비되어 디퓨저 본체를 통과한 부동액을 상기 격자 상에 균일하게 분출하는 다수의 분출관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 디퓨저 본체의 중앙부는 상기 부동액 유입관에 대해서 단차지게 함몰된 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 부동액 유입관의 일측에는 고압의 공기가 유입되는 고압 공기 유입관이 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 격자는 2층 구조의 상부층 및 하부층으로 이루어지고, 상기 상부층에는 다수의 부동액 분출부가 형성되며. 상기 하부층에는 상기 부동액 분출부의 하부에 확장 분출부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 부동액 분출부는 1개 이상의 분출구로 이루어지며, 상기 1개 이상의 분출구는 부동액이 방사상으로 확산되면서 분출될 수 있도록 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 부동액의 분출을 개시 또는 정지시키기 위해서 상기 부동액 분출부를 개폐하는 개폐부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 축열구는 축을 중심으로 수직방향으로 서로 대향되게 형성된 제1 홈 및 제2 홈을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 축열조 내부에 균일한 부동액을 전달할 수 있도록 상부 디퓨저 및 격자가 개선된 구조를 가지므로 부동액과 축열구 사이의 균일한 열교환을 보장함으로써 빙축열 냉각시스템의 효율을 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 빙축열 냉각시스템의 축열조를 나타내는 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 빙축열 냉각시스템의 축열조에 사용되는 격자의 단면이고,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 빙축열 냉각시스템의 축열조에 사용되는 격자의 단면도이고,
도 4는 도 3의 A 부분의 상세도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 빙축열 냉각시스템의 축열조에 사용되는 상부 디퓨저의 단면도 및 저면도이며,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 빙축열 냉각시스템의 축열조에 사용되는 축열구의 일례를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 발명의 범위를 한정하려고 의도된 것은 아니다.
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.
또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 빙축열 냉각시스템의 축열조를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 빙축열 냉각시스템의 축열조를 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 빙축열 냉각시스템의 축열조에 사용되는 격자의 단면이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 빙축열 냉각시스템의 축열조에 사용되는 격자의 단면도이고, 도 4는 도 3의 A 부분의 상세도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 빙축열 냉각시스템의 축열조에 사용되는 상부 디퓨저의 단면도 및 저면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 빙축열 냉각시스템의 축열조에 사용되는 축열구의 일례를 도시하는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 빙축열 냉각시스템의 축열조(100)는 통상 단열처리된 건물 지하의 내벽(101)에 전체적으로 구형상의 외곽을 갖는 다수개의 축열구(103)를 충만하여 이루어지며, 축열구(103)를 축열조(100)의 내부에 투입하기 위하여 축열조(100)의 상부에 설치된 뚜껑(105)과, 내벽(101)의 상부 일측으로부터 부동액을 주입하기 위한 상부 디퓨저(120)와, 내벽(101)의 하부 일측에서 상기 부동액을 배출하기 위한 하부 디퓨저(130)와, 상기 상부 디퓨저(120)의 하부에 설치되는 격자(140)를 포함한다. 여기서, 상부 디퓨저(120)는 다수의 디퓨저 수단(122)을 더 포함하고, 격자(140)는 다수의 수두 조절수단(150)들을 포함하고 있다(후술됨).
격자(140)는 축열조(100)의 상부면적을 덮을 수 있는 사각 판재로 이루어지며, 가로 및 세로방향으로 배열 형성되는 다수의 통공(141)이 천공되어 있다. 바람직하게, 격자(140)는 길이방향으로 긴 형태와 일정한 두께로 이루어진 PDF(Polyethylene Double Frame) 패널로 제작된다.
특히, 격자(140)는 상부 디퓨저(120)에서 주입되는 부동액이 축열조(100) 내부로 일시에 주입되는 것을 방지하는 역할을 하게 되는데, 이를 위해서 격자(140)에는 부동액의 높이(수두)를 조절하는 다수의 수두 조절수단(150)이 다수의 통공(141)에 제공된다.
상기 수두 조절수단(150)은 파이프 형상의 도관(152)으로서, 하부로부터 상부방향으로, 구체적으로는 격자(140)의 상면으로부터 상부방향으로 서로 간에 높이차를 두고 형성되어 부동액(107)이 유입되도록 허용하는 1개 이상의 측면 유입홀(154), 및 유입된 부동액(107)의 배출을 위한 배출홀(156)을 각각 포함하고 있다. 본 실시예에서는 측면 유입홀(154)이 각각 수평되게 8개로 형성되고 있으나. 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에서, 측면 유입홀(154)은 각각 지그재그 형태로 형성될 수도 있다(도시되지 않음).
바람직하게, 도면에 도시되지 않았으나, 다수의 수두 조절수단(150)은 통공(141)의 각 열 및 각 행 간에 하나 건너 하나씩 교대로 제공됨으로써 격자(140) 상부에 유량이 적을 때도 수위가 형성되도록 한다.
여기서, 다수의 통공(141)은 부동액이 통공을 통과하는 유속을 결정하고, 빙축열 냉각시스템의 설계시 확정이 된 펌프의 유량을 이용하여 이미 공지되어 있는 계산식에 의해 직경과 개수가 결정될 수 있으며, 이러한 직경에 따라 다수의 수두 조절수단(150)의 직경도 결정될 수 있을 것이다.
수두 조절수단(150)은 도관(152)의 총 높이가 33 내지 34㎜, 바람직하게 33.5㎜이 되도록 형성될 수 있다. 이때, 도관(152)은 통공(141)에 결합시 격자(140)의 상부면으로부터 최소 높이 "h(3 내지 6㎜)" 만큼의 여유 부분을 가지도록 결합된다. 이것은 격자(140)의 아래로 연장되는 도관(152)의 길이를 조절할 수 있도록 하기 위한 것이다. 다시 말해서, 필요에 따라 도관(152)의 격자(140) 하부로의 연장길이를 조절하는 방식으로 축열구(103)와의 거리를 조절하여 보다 균등한 부동액의 분배를 가능하게 한다.
도 3 및 4를 참조하면, 다른 실시예에 따른 격자(140)는 2층 구조의 상부층(140a) 및 하부층(140b)으로 이루어지고, 상기 상부층(140a)에는 다수의 부동액 분출부(143)가 형성되며. 상기 하부층(140b)에는 상기 부동액 분출부(143)의 하부에 확장 분출부(145)가 형성됨을 특징으로 한다. 여기서 부동액 분출부(143)는 앞서 설명한 실시예에서의 통공(141)의 각 열 및 각 행과 일치하는 위치에 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 부동액 분출부(143)는 1개 이상의 분출구(143a)로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 1개 이상의 분출구(143a)는 부동액(107)이 방사상으로 확산되면서 분출될 수 있도록 경사지게 형성될 수 있다. 이를 위해서, 확장 분출부(145)의 폭은 부동액 분출부(143)의 폭보다 크게 형성된다.
격자(140)의 상부에는 부동액(107)의 분출을 개시 또는 정지시키기 위해서 상기 부동액 분출부(143)를 개폐하는 개폐부(160)를 더 포함할 수 있다. 개폐부(160)는 격자(140)의 상부에서, 구체적으로는 상부 디퓨저(120)와 격자(140) 사이에서 상하방향으로 이동되도록 구비되는 스톱퍼일 수 있다.
도 5를 참조하면, 상부 디퓨저(120)는 축열조(100)의 상부면 전체에 걸쳐 균등하게 부동액이 주입되도록 하기 위해 다수의 디퓨저 수단(150)을 포함하고 있다.
상기 디퓨저 수단(150)은 각각 원통형의 디퓨저 본체(122'), 상기 디퓨저 본체(122')의 상부에 구비되어 부동액을 디퓨저 본체 내부로 유입시키는 부동액 유입관(122a), 및 상기 디퓨저 본체(122')의 하부에 방사상으로 구비되어 디퓨저 본체를 통과한 부동액을 상기 격자(140) 상에 균일하게 분출하는 다수의 분출관(122e)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 디퓨저 본체(122')의 중앙부(122d)는 가장자리(122c)로부터 상기 부동액 유입관(122a)에 대해서 단차지게 함몰된 형상을 가지도록 형성된다. 이때, 부동액 유입관(122a)을 통과한 부동액이 다수의 분출관(122e)에 대해 균일한 속도 분포를 이루도록 부동액 유입관(122a)으로부터 각각의 분출관(122e)으로 분기시키는 다수의 유로(122f)가 디퓨저 본체(122') 내에 추가로 형성될 수 있다.
아울러, 상기 부동액 유입관(122a)의 일측에는 고압의 공기가 유입되는 고압 공기 유입관(123)이 연결될 수 있다. 이는 고속으로 유동하는 고압의 공기에 의해 부동액의 분출이 용이해지도록 하며, 부동액 유입관(122a), 분출관(122e) 및 유로(122f)가 불순물 등에 의해 막히는 문제점을 미연에 방지하는 부수적인 효과를 제공할 수 있다.
하부 디퓨저(130)는 내벽(101)의 하부 일측에서 마련되어 상부에서 자유낙하 형식으로 균등하게 흘러오는 부동액을 균일하게 배출시키는 것이다. 이러한 하부 디퓨저(130)는 수개로 구비되어 일정한 간격으로 배열될 수 있다.
도 6을 참조하면, 축열구(103)는 캡슐형 축열매개체로서 축열조(100)에 대량으로 수용되는 구조를 갖는다.
바람직하게, 축열구(103)는 축을 중심으로 수직방향으로 서로 대향되게 형성된 제1 홈(103a) 및 제2 홈(103b)을 가질 수 있으며, 평면에서 볼 때, 장구 형상으로 이루어질 수 있다. 이러한 축열구(103)의 경우, 함몰 구조의 영향으로 인해 축열구 가운데 부분에서도 빠른 해빙과정을 보이면서 과냉 구역이 전혀 존재하지 않으며, 상부 및 하부의 온도차가 크지 않으므로 열교환 특성이 우수하다.
따라서, 축열구(103)의 표면에 축을 중심으로 수직방향으로 서로 대향되게 형성된 제1 홈(103a) 및 제2 홈(103b)이 형성되는 경우, 각각의 축열구(103)와 축열구(103) 사이로 부동액이 원활히 통과할 수 있는 공간이 확보되면서 이 공간을 통해 부동액이 균일하게 확산되도록 하며, 따라서 부동액의 균일한 분배 뿐만 아니라 우수한 열교환이 이루어지도록 한다.
상기와 같은 구성을 포함하는 본 발명의 빙축열 냉각시스템은 이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예가 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 축열조 101 : 내벽
103 : 축열구 120 : 상부 디퓨저
122 : 디퓨저 수단 130 : 하부 디퓨저
140 : 격자 141 : 통공
150 : 수두 조절수단

Claims (8)

  1. 일측에 부동액이 주입될 수 있는 상부 디퓨저와, 타측에 상기 상부 디퓨저를 통하여 주입된 부동액이 상기 축열조의 외부로 배출되도록 하는 하부 디퓨저와, 상기 축열조의 내부에 축열구들을 투입한 후 밀폐토록 하는 뚜껑과, 상기 축열구들의 상단에 설치되는 격자를 포함하는, 빙축열 냉각시스템의 축열조에 있어서,
    상기 격자는,
    가로 및 세로방향으로 배열 형성되는 다수의 통공; 및
    각각의 통공에 제공되는 부동액의 높이(수두)를 조절하기 위한 다수의 수두 조절수단을 포함하며,
    상기 수두 조절수단은 서로 간에 높이차를 두고 형성되어 부동액이 유입되도록 허용하는 1개 이상의 측면 유입홀; 및 유입된 부동액의 배출을 위한 배출홀을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉각시스템의 축열조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 디퓨저는 다수의 디퓨저 수단을 포함하는데, 상기 디퓨저 수단은 각각 원통형의 디퓨저 본체, 상기 디퓨저 본체의 상부에 구비되어 부동액을 디퓨저 본체 내부로 유입시키는 부동액 유입관, 및 상기 디퓨저 본체의 하부에 방사상으로 구비되어 디퓨저 본체를 통과한 부동액을 상기 격자 상에 균일하게 분출하는 다수의 분출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉각시스템의 축열조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 디퓨저 본체의 중앙부는 상기 부동액 유입관에 대해서 단차지게 함몰된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉각시스템의 축열조.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 부동액 유입관의 일측에는 고압의 공기가 유입되는 고압 공기 유입관이 연결되는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉각시스템의 축열조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 격자는 2층 구조의 상부층 및 하부층으로 이루어지고,
    상기 상부층에는 다수의 부동액 분출부가 형성되며.
    상기 하부층에는 상기 부동액 분출부의 하부에 확장 분출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉각시스템의 축열조.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 부동액 분출부는 1개 이상의 분출구로 이루어지며,
    상기 1개 이상의 분출구는 부동액이 방사상으로 확산되면서 분출될 수 있도록 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉각시스템의 축열조.
  7. 제5항에 있어서,
    부동액의 분출을 개시 또는 정지시키기 위해서 상기 부동액 분출부를 개폐하는 개폐부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉각시스템의 축열조.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 축열구는 축을 중심으로 수직방향으로 서로 대향되게 형성된 제1 홈 및 제2 홈을 가지는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉각시스템의 축열조.
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