KR20210035291A

KR20210035291A - 내부 가열식 상 변화 물질을 갖는 열 배터리

Info

Publication number: KR20210035291A
Application number: KR1020217006103A
Authority: KR
Inventors: 앤드류 비쎌; 산톡 가타오라; 조나단 니콜손; 키에란 도크
Original assignee: 썬앰프 리미티드
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2019-07-29
Publication date: 2021-03-31
Also published as: GB201812303D0; SA521421099B1; MA53327A; WO2020021288A1; CL2021000210A1; JP2021532328A; PH12021550153A1; JP7477244B2; SG11202100480QA; US20210318028A1; EP3830489A1; AU2019308740A1; EP3830489B1; BR112021001424A2; CN112513533A; CA3107495A1; MX2021001038A

Abstract

가열되는 상 변화 물질(phase change material: PCM) 배터리 디자인이 본 명세서에 설명된다. 보다 구체적으로, PCM을 포함하는 다양한 열 배터리에 일체로 및/또는 내부에 위치된 가열 디바이스(예를 들어, 전기 가열 디바이스)가 설명된다. 특히, PCM 열 배터리로서, PCM을 수용할 수 있는 PCM 인클로저; 상기 인클로저 내에 위치된 PCM; 상기 PCM 열 배터리를 위한 전자 제어 시스템; 및 상기 PCM 열 배터리에 위치된 가열 디바이스를 포함하고; 상기 가열 디바이스는 상기 PCM을 가열 및/또는 충전할 수 있는, 상기 PCM 열 배터리가 설명된다.

Description

내부 가열식 상 변화 물질을 갖는 열 배터리

본 발명은 내부 가열식 상 변화 물질(phase change material: PCM)을 갖는 배터리 디자인에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 PCM을 포함하는 다양한 열 배터리(heat battery)에 일체로 및/또는 내부에 위치된 가열 디바이스(예를 들어, 전기 가열 디바이스)에 관한 것이다.

열을 전달 및/또는 저장하는 데 사용되는 PCM을 포함하는 열 배터리는 잘 알려져 있다. 그러나 기존의 PCM 배터리 기술에는 많은 문제가 있다.

PCM을 포함하는 표준 열 배터리에는 효율과 다수의 충전 열원을 연결하는 데 문제가 있다. 더욱이, PCM 열 배터리를 외부에 위치된 1차 열원으로 충전해야 하는 상황에서도 문제가 있다.

내부 가열 디바이스는 제어된 방식으로 PCM을 충전하는 데 사용되는 데, 이는 매우 복잡한 순환수식 회로(hydronic circuit)를 필요로 하기 때문에 종래 기술의 디바이스에서 추가 문제가 발견된다. 복잡한 순환수식 회로는 극히 신뢰성이 없고 또한 일상적으로 오작동하는 것으로 밝혀졌다. 복잡한 순환수식 회로는 또한 비용이 많이 들고 유지 관리하는 것이 어렵다.

본 발명의 적어도 하나의 양태의 목적은 전술한 문제들 중 적어도 하나의 이상을 제거 및/또는 완화시키는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 다수의 충전 열원에 연결할 수 있는 유연성을 포함하는 기술적 효율 및 장점을 제공하는 PCM을 포함하는 개선된 열 배터리를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 복잡한 순환수식 회로를 요구함이 없이 제어된 방식으로 외부에 위치된 1차 열원 및/또는 내부 가열 디바이스(들)에 의해 충전될 수 있는 능력을 포함하는 PCM을 포함하는 개선된 열 배터리를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 적어도 1개, 2개 또는 더 많은 수의 또는 복수의 일체로 및/또는 내부에 위치된 가열 디바이스, 예를 들어, 전기 가열 디바이스를 갖는 PCM 열 배터리가 제공된다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, PCM 열 배터리가 제공되고, 상기 PCM 열 배터리는,

PCM을 수용할 수 있는 PCM 인클로저;

상기 인클로저 내에 위치된 PCM;

상기 PCM 열 배터리를 제어하기 위한 전자 제어 시스템; 및

상기 PCM 열 배터리에 위치된 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스를 포함하고;

상기 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스는 상기 PCM을 가열 및/또는 충전할 수 있다.

본 발명은, 예를 들어, 상기 PCM 배터리 내에 일체로 및/또는 내부에 위치될 수 있는 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스를 갖는 PCM 열 배터리를 포함하는 열 배터리(들)에서 열 배터리 디자인을 개선하는 것에 관한 것이다.

상기 PCM 열 배터리는 열 배터리 배열에 복잡한 순환수식 회로 및 임의의 관련 부품 및 관련 비용에 대한 요구 조건을 극복하는 장점을 제공한다.

본 발명의 PCM 열 배터리는 개선된 기술적 효율성, 이점 및 특히 다수의 충전 열원에 연결할 수 있는 유연성을 제공하는 개선된 열 배터리 배열 및 디자인을 제공한다.

일반적으로, 상기 가열 디바이스는 상기 PCM 인클로저 내에 위치될 수 있다. 따라서 일부 실시예에서, 상기 가열 디바이스는 상기 PCM과 직접 접촉하고 상기 PCM에 침지될 수 있다.

상기 PCM 열 배터리는 적어도 1개, 2개, 3개, 4개, 5개 또는 6개의 가열 디바이스를 포함할 수 있다.

대안적으로, 상기 PCM 열 배터리는 적어도 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상, 5개 이상 또는 6개 이상의 가열 디바이스를 포함할 수 있다.

상기 PCM 열 배터리는 복수의 가열 디바이스를 포함할 수 있다.

상기 가열 디바이스는 상기 PCM 인클로저 내에, 이에 따라 상기 PCM 열 배터리 내에 일체로 및/또는 내부에 위치된 것으로 설명될 수 있다.

상기 가열 디바이스는 상기 PCM 인클로저 내에 여러 레벨(즉, 깊이 또는 높이)에 위치될 수 있다. 따라서 상기 가열 디바이스는 상기 PCM 인클로저 내 여러 수직 위치에 위치될 수 있다.

상기 PCM 열 배터리는 외부 1차 열원으로 충전될 수 있어, 복잡한 순환수식 회로를 가져야 하는 요건을 제거할 수 있다. 따라서 상기 PCM 열 배터리는 외부 1차 열원에 의해 및 또한 상기 PCM 인클로저 내에 위치된 가열 디바이스에 의해 모두 충전될 수 있다. 따라서 본 발명의 가열 디바이스는 상기 PCM 열 배터리의 2차 열원으로 간주될 수 있다. 이러한 배열에 의해 상기 PCM의 충전 상태 및/또는 온도를 매우 정밀하게 제어할 수 있다.

상기 PCM 열 배터리는 전체 상기 PCM 열 배터리를 위한 외부 케이싱을 포함할 수 있다.

상기 PCM 열 배터리의 외부 케이싱 내에는 단열 층이 있을 수 있다. 상기 단열 층은 상기 PCM 열 배터리의 열 효율을 높이고 상기 PCM 인클로저 내에 열을 유지할 수 있다.

상기 PCM 인클로저는 상기 외부 케이싱 및 상기 단열 층 내에 위치된 수용 용기일 수 있다. 상기 PCM 인클로저는 상기 PCM을 수용할 수 있다.

따라서, 상기 단열 층은 상기 PCM 인클로저 주위에 재킷 및 단열 층을 형성할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 PCM은 요구되는 특정 응용 및 에너지에 맞게 조정되고 변경될 수 있다. 따라서 임의의 적절한 유형의 PCM은 가정용 및 산업용으로 온수를 제공하고 에너지를 저장한 다음 이 에너지를 방출하는 것과 같은 다양한 응용 분야에서 사용될 수 있다.

상기 전자 제어 시스템은 상기 가열 디바이스를 통해 열과 같은 에너지를 인가함으로써 상기 PCM의 물리적 특성 및/또는 온도를 제어할 수 있다.

상기 가열 디바이스는 상기 PCM에 에너지 및/또는 열을 제공할 수 있는 임의의 적합한 요소일 수 있다. 예를 들어, 상기 가열 디바이스는 상기 PCM에 열 에너지를 인가하여 상기 PCM의 온도를 증가시키는 데 사용될 수 있는 전기 가열 요소일 수 있다.

따라서, 본 발명의 가열 디바이스는 일체로 및/또는 내부에 위치된 전기 가열 디바이스(들)일 수 있다. 따라서 상기 가열 디바이스는 일부 실시예에서 상기 PCM 물질과 직접 접촉할 수 있다.

따라서, 상기 PCM은 일부 실시예에서 직접 가열될 수 있는 데, 이는 상기 배터리의 회로에서 유체를 순환시키는 것이 충전 단계에 필수적인 것이 아니라 단지 열 배터리를 방전시키기 위해 존재하는 것임을 의미한다. 본 발명은 또한 복잡한 순환수식 회로의 필요성을 극복한다.

특정 실시예에서, 상기 PCM 열 배터리는 이중 포트 열 배터리일 수 있다.

상기 PCM 열 배터리는 또한 예를 들어 핀 달린 코어(finned core)를 갖는 열 교환기일 수 있는 열 교환기를 포함할 수 있다. 상기 열 교환기는 상기 PCM 인클로저 내에 위치될 수 있다.

본 발명의 전자 제어 시스템은 상기 PCM 열 배터리에 전기적 연결을 제공하는 데 사용되는 저전력 회로(low power circuit: LPC) 및 고전력 회로(high power circuit: HPC)를 포함할 수 있다.

상기 전자 제어 시스템은 또한 HPC 입구 및 HPC 출구를 포함할 수 있다. 또한 LPC 입구와 LPC 출구가 있을 수 있다. 상기 입구와 상기 출구는 상기 PCM 열 배터리의 상위, 즉 상부 표면에 위치될 수 있다.

또한 배터리 제어기가 있을 수 있다. 또한 배터리 충전 상태 신호와 배터리 충전 제어 신호가 있을 수 있다.

상기 PCM 배터리는 주 전력 공급원(mains power supply)으로부터 전력을 공급받을 수 있다.

상기 PCM 열 배터리는 또한 상기 PCM 및 상기 열 배터리의 다른 부분의 물리적 특성 및/또는 온도를 모니터링할 수 있는 적어도 하나의 또는 복수의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 과열 안전 차단 온도 조절기(S0)가 있을 수 있다. 더욱이, 온도 센서, 예를 들어, 온도 센서(S1, S2 및 S3)가 있을 수 있다. 센서, 예를 들어, 온도 센서는 전체 작동 매체에 걸쳐 온도를 얻기 위해 열 배터리 전체에 걸쳐 분산될 수 있다.

상기 센서는 상기 PCM 내 여러 수직 위치에 위치될 수 있다. 이를 통해 상기 PCM 인클로저 전체에 걸쳐 상기 PCM의 물리적 특성과 온도를 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 상기 PCM 인클로저의 상부 절반 및/또는 약 중간 및/또는 약 하단부 쪽에 위치된 센서(들)가 있을 수 있다.

임의의 특정 실시예에서, 상기 PCM 열 배터리는, 예를 들어, 백업 가열기 요소(back-up heater element), 예를 들어, 전기 가열기 요소의 형태의 본 발명의 가열 디바이스를 갖는 이중 포트 디자인일 수 있다. 적어도 하나의 또는 복수의 백업 가열기 요소가 있을 수 있다.

본 발명의 이중 포트 디자인은 비 음용수를 사용하여 열 배터리를 충전할 수 있다는 기술적 장점을 제공한다. 더욱이, 상기 배터리는 간단하고 저렴한 비인증 부품으로 충전될 수 있다. 그런 다음 음용수를 사용하여 열을 추출할 수 있다. 따라서 본 발명의 열 배터리는 이전의 복잡한 순환수식 시스템에 비해 훨씬 개선되었다.

특정 실시예에서, 상기 열 배터리는 예를 들어 상기 PCM 내에 위치된 대기 전기 가열기일 수 있는 단일 또는 복수의 가열 디바이스(들)를 포함할 수 있다. 상기 가열 디바이스는 상기 PCM 내에 위치될 수 있는 임의의 형태의 전기 가열 디바이스일 수 있다. 따라서 상기 가열 디바이스는 상기 PCM에 침지된 일체로 및/또는 내부에 위치된 전기 가열 디바이스인 것으로 설명될 수 있다. 본 발명은 상기 PCM 내에 위치된 적어도 1개의, 2개의 또는 복수의 가열 디바이스를 가질 수 있다는 것이 주목된다.

상기 PCM 인클로저 및 그리하여 상기 PCM 내 가열 디바이스의 위치가 중요한 것으로 발견된 것으로 밝혀졌다. 특정 실시예에서 상기 가열 디바이스, 예를 들어, 전기 가열기는 상기 PCM 인클로저의 상위 절반에 위치될 수 있다. 상위 절반이란 상기 PCM 인클로저의 수직 상위 절반을 의미한다. 상기 가열 디바이스는 상기 PCM에 침지될 수 있다.

상기 전자 제어 시스템은 배터리 제어기이거나 배터리 제어기를 포함할 수 있다. 상기 가열 디바이스(들)는 상기 배터리 제어기에 연결될 수 있다. 따라서 상기 가열 디바이스(들)는 요구될 때 완전히 제어 및/또는 스위칭온되거나 및/또는 스위칭오프될 수 있다. 또한, 상기 가열 디바이스에 의해 전달되는 전력 및/또는 가열의 양은 또한 변경, 즉 조정 및 변화될 수 있다. 따라서 전달되는 열 및 충전의 양은 센서의 측정값에 따라 및/또는 온수 공급과 같은 특정 응용 분야에 요구되는 전력에 따라 달라질 수 있다.

특정 실시예에서, 상기 가열 디바이스는 상기 PCM 인클로저의 상부 절반, 1/3 또는 상부 1/4에 위치될 수 있다. 상기 가열 디바이스의 위치는 바람직하게는 상기 PCM 인클로저의 상부 구획에 있을 수 있고, 이에 상기 가열 디바이스는 상기 PCM 인클로저의 상부 구획 및 상기 상부 구획에서 대응하는 PCM을 충전하는 데 사용될 수 있다. 이것은 상기 PCM 인클로저의 상위 부분에 있는 상기 PCM만을 가열하여 감소된 용량을 제공하지만, 이것은 사용자가 사용 가능한 출력에 접근하기에 적절한 열을 여전히 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 가열 디바이스는 완전히 조정 가능한 백업 가열 시스템으로서 기능할 수 있다.

본 발명의 PCM 배터리의 또 다른 장점은 상기 가열 디바이스를 통해 전기적 열을 입력한 후 열 교환기를 통해 즉시 열을 꺼낼 수 있는 것으로 밝혀졌다는 것이다. 이것의 장점은 순간 온수 가열기 시스템과 같이 종래 기술의 시스템에서 발견되는 것과 달리 전기 열 에너지를 저장할 필요가 없다는 것이다.

실시예에서, 상기 PCM 열 배터리는 상기 PCM 인클로저 내에서 서로 다른 높이에 위치된 여러 전기 가열 디바이스를 포함할 수 있다. 이렇게 하면 상기 PCM 물질을 가열하는 정도, 및 그리하여 에너지를 저장 및/또는 방출하는 정도를 선택할 수 있다는 장점이 있다. 전기 가열 디바이스를 서로 다른 높이에 배치하면 상이한 양(즉, 부피)의 PCM을 가열할 수 있다. 따라서, 본 발명의 백업 전기 가열기 요소 기능은 예를 들어 이중 포트 시스템과 같은 다양한 응용 분야에 맞게 고도로 조정될 수 있다.

특정 실시예에서, 상기 PCM 열 배터리는 상기 PCM 인클로저의 상위 절반에 위치된 가열 디바이스, 및 상기 PCM 인클로저의 하위 절반에 위치된 가열 디바이스를 포함할 수 있다. 따라서 상기 PCM 열 배터리는 서로 다른 수직 위치에 2개의 가열 디바이스를 포함할 수 있다. 상위에 위치된 가열 디바이스는 백업 가열기로 기능할 수 있다. 따라서 1차 열원이 고장 나면 상기 가열 디바이스가 활성화될 수 있다.

대안적으로, 상기 PCM 인클로저의 약 3/4에 위치된 가열 디바이스, 및 상기 PCM 인클로저의 바닥 바로 위에 위치된 하위에 위치된 가열 디바이스가 있을 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 상기 가열 디바이스의 위치는 다양한 양의 PCM을 가열할 수 있도록 조정될 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 가열 디바이스는 임의의 적합한 형태의 전기 가열기/요소일 수 있다.

상기 PCM 인클로저의 바닥 쪽에 위치된 가열 디바이스는 배터리 내 실질적으로 모든 PCM 물질을 빠르게 충전할 수 있다.

상기 PCM 인클로저 내에 위치된 제2 가열 디바이스를 가지면 열 배터리 내 PCM을 보다 빨리 충전할 수 있다는 장점이 있다. 상기 PCM 인클로저의 바닥에 위치된 가열 디바이스는 열 배터리의 1차 열원으로 기능할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상이한 양의 에너지를 제공하기 위해 배터리 내 상이한 높이에 전기 가열 디바이스와 같은 복수의 일체로 및/또는 내부에 위치된 가열 디바이스를 가질 수 있다. 상이한 양과 부피의 PCM을 가열함으로써 상이한 양의 에너지를 저장 및/또는 분배할 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 PCM 열 배터리와 일체로 및/또는 내부에 있을 수 있고, 예를 들어 열 교환기 아래 PCM에 침수될 수 있는 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스(들)가 있을 수 있다. 열 배터리의 하단부 쪽에 위치된 PCM 인클로저는 또한 PCM 인클로저의 바닥으로부터 위로 연장되는 단차 특징부(step feature), 예를 들어, 2개의 단차 특징부를 포함할 수 있다.

단차 특징부는 예를 들어 가열기 요소 단자 및 안전 차단 특징부를 위한 효율적인 하우징을 제공할 수 있다. 또한 단차 특징부는 진공 단열 패널을 사용하여 PCM 열 배터리를 단열시킬 수 있게 한다.

이러한 단차 특징부(503a)는 또한 가열 디바이스(511) 위에 열 교환기(504)를 배치하고, 열 교환기(504) 아래에 PCM(505) 부피를 배치하는 것을 돕는다.

상기 가열 디바이스(들)는 상기 PCM 인클로저의 하단부 쪽에 위치된 전기 가열 디바이스일 수 있다. 상기 가열 디바이스는 예를 들어 관형 형태일 수 있고, 상기 열 배터리와 일체형일 수 있다. 상기 가열 디바이스(들)는 상기 열 교환기 아래에 위치될 수 있다. 따라서 상기 가열 디바이스(들)는 상기 PCM에 즉각적인 가열을 제공하는 데 사용될 수 있다.

상기 가열 디바이스(예를 들어, 관형 전기 가열기)는 예를 들어 벌크 헤드 연결(bulkhead connection)을 통해 열 배터리 케이스를 관통할 수 있다. 이러한 배열은 관형 세장형 가열 디바이스로부터 큰 표면적을 통해 PCM으로 열을 전달할 수 있다는 장점을 제공한다.

상기 가열 디바이스는 상기 PCM에 침수되고 완전히 침지될 수 있다. 따라서 상기 가열 디바이스는 PCM과 직접 접촉할 수 있다.

또한 상기 PCM 열 배터리 내에 위치되고 상기 PCM 인클로저 및 PCM 내부에 위치된 열 교환기가 있을 수 있다. 일반적으로, 상기 열 교환기는 열 효율을 향상시키기 위해 핀 달린 코어를 가질 수 있다. 상기 열 교환기는 제어 회로를 가질 수 있다.

PCM의 전도성 및 대류 흐름은 상기 열 교환기, 예를 들어, 핀 달린 코어를 가진 열 교환기로 열을 전달할 수 있다. 이것은 매우 에너지 효율적인 시스템인 것으로 밝혀졌다.

다른 실시예에서, 상기 PCM 열 배터리는 열 배터리 케이스에 실질적으로 수직으로 삽입될 수 있는, 예를 들어, 금속 막대와 같은 적어도 하나의 또는 복수의 열 전도체를 포함할 수 있다. 상기 열 전도체는 예를 들어 전도성 막대 또는 열 파이프일 수 있다. 상기 열 전도체는 상기 열 교환기에서 실질적으로 수직으로 위치될 수 있으며, 예를 들어, 상기 PCM의 상위 단부 영역과 같은 PCM의 일부로 연장될 수 있다. 상기 열 전도체는 상기 열 교환기 및/또는 PCM 전체에 걸쳐 열을 발산 및/또는 확산시키는 데 사용될 수 있다.

따라서 상기 열 전도체는 상기 PCM에 침지되거나 적어도 부분적으로 침지될 수 있다. 상기 열 전도체는 또한 열 교환기, 예를 들어, 핀이 달린 것일 수 있는 열 교환기 코어로 연장되거나 적어도 부분적으로 연장될 수 있다.

적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스는 열 교환기의 하단부 쪽에 위치될 수 있다. 상기 가열 디바이스는 상기 PCM 인클로저의 바닥 쪽에 그리고 바닥을 따라 실질적으로 수평으로 위치될 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 PCM 열 배터리는 상기 PCM 열 배터리 디자인에 통합될 수 있는 열판(thermal plate)(예를 들어, 금속 판과 같은 전도성 열판)을 포함할 수 있다. 상기 열판은 상기 열 교환기 코어(예를 들어, 열 교환기의 핀 달린 코어)로 연장되거나 또는 적어도 부분적으로 연장될 수 있다. 상기 열판은 상기 열 교환기 아래 또는 실질적으로 아래 상기 열 배터리의 가열 구역으로 연장될 수 있다.

예를 들어, 2개의, 3개의, 4개의 또는 복수의 열판이 있을 수 있다. 상기 열판은 상기 열 교환기에서 실질적으로 수직으로 위치될 수 있고, 선택적으로 상기 PCM(705)의 하단부 영역으로 그리고 상기 가열 디바이스를 관통해 연장될 수 있다. 상기 열 교환기를 통해 임의의 적절한 배향으로 배향될 수 있는 임의의 적절한 수의 열판이 있을 수 있다. 상기 열판은 열이 상향으로 전달되는 것을 돕고, 냉각이 상기 판을 따라 하향으로 전달되는 것을 돕기 위해 실질적으로 수직으로 들어갈 수 있는 것이 바람직하다는 것이 밝혀졌다.

상기 열판은 임의의 적절한 금속 및/또는 합금과 같은 전도성 열 물질로 형성될 수 있다. 상기 판은 열 전달을 돕기 위해 상대적으로 두꺼울 수 있다. 상기 열판은 상기 PCM 열 배터리에서 실질적으로 평면이고 실질적으로 수직으로 배향될 수 있다.

상기 열판은 약 0.1cm 내지 5cm 두께, 약 0.1cm 내지 2cm 두께 또는 약 0.1cm 내지 0.5cm 두께와 같이 상대적으로 두꺼울 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 PCM 열 배터리는 상기 열 교환기, 예를 들어, 열 교환기의 핀 달린 코어에 매립된, 예를 들어, 적어도 하나의 또는 복수의 실질적으로 L자형 전기 가열 디바이스와 같은 비평면 가열 디바이스를 포함할 수 있다.

비평면 가열 디바이스(예를 들어, 실질적으로 L자형 가열 디바이스)는 PCM을 통해 아래로 연장되는 실질적으로 수직으로 위치된 부분을 포함할 수 있다. 실질적으로 수직으로 위치된 부분(811a)으로부터 접선 방향으로 연장되는, 하나의 또는 복수의 (예를 들어, 3개의) 실질적으로 수평으로 위치된 부분이 있을 수 있다. 단일의 또는 복수의 실질적으로 수직으로 위치된 부분 및 실질적으로 수평으로 위치된 부분과 같은 임의의 수가 있을 수 있다.

하나의 실질적으로 수평으로 위치된 부분은 열 교환기 코어의 하위 1/4에서 연장될 수 있고, 제2 수평으로 위치된 부분은 열 교환기 코어의 실질적으로 중간 부분을 통해 연장될 수 있고, 제3 수평으로 위치된 부분은 열 교환기의 상위 1/4을 통해 연장될 수 있다. 상기 수평으로 위치된 부분들은 열 교환기 코어의 임의의 적절한 영역에 위치될 수 있다.

상기 실질적으로 수평으로 위치된 부분은 상기 열 교환기의 코어(예를 들어, 핀 튜브 열 교환기의 핀 달린 코어)에 매립되거나 적어도 부분적으로 매립될 수 있다. 상기 열 교환기는 바람직하게는 상기 PCM에 전부 또는 적어도 부분적으로 침수될 수 있다.

상기 가열 디바이스의 실질적으로 수평으로 위치된 부분들은 심지어 충전, 충전 시간, 부분적 인출 및 팽창 특성에 관해 더 나은 성능을 제공하기 위해 열 배터리의 바닥 면적 및 종횡비에 따라 열 교환기 코어(예를 들어, 핀 달린 코어) 내 특정 높이에 배치될 수 있다.

상기 가열 디바이스의 실질적으로 수평으로 위치된 부분들의 위치는 다음과 같은 문제를 줄이는 것으로 밝혀졌다:

a) 배터리 셀 케이스를 손상시킬 수 있는 과도한 국부 압력;

b) 안전 작동 한계를 초과하는 PCM의 급속한 과열

c) 수명 단축 또는 고장을 일으키는 가열 디바이스의 과열.

상기 PCM 열 배터리에서 열 교환기 핀과 같은 열 교환기 코어의 부분과 가열 요소 사이에 억지 끼워 맞춤을 갖는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 이것은 놀랍게도 향상된 충전 시간과 함께 증가된 열 전달 표면을 제공하는 것으로 밝혀졌다.

상기 실질적으로 수평인 부분들을 가진 'L'자형 가열 디바이스는 또한 다음과 같은 다수의 장점을 제공하는 것으로 밝혀졌다:

1) 상 변화(용융 및 동결) 동안 PCM의 팽창 완화;

2) PCM 열 배터리의 상부에서 열 배터리의 동작에 필요한 케이블의 간단한 종결.

다른 실시예에서, 상기 PCM 열 배터리는 열 교환기 코어에 매립될 수 있는, 금속 전도성 요소, 예를 들어, 구리 튜브와 같은 전도성 튜브를 선택적으로 포함할 수 있는 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스(예를 들어, 전기 가열식 관형 가열기)를 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스는 전기 가열 디바이스일 수 있다. 특히, 상기 가열 디바이스는 상기 PCM 인클로저와 상기 열 교환기 코어 사이의 열 배터리의 상위 부분에 위치될 수 있는 전기 가열 디바이스의 일부를 포함할 수 있다. 특히, 복수의 전기 가열 디바이스 중 적어도 하나는 상기 PCM 열 배터리의 매니폴드에 매립될 수 있다.

상기 가열 디바이스는 또한 회로, 예를 들어, 스킵된(skipped) 회로의 행(row)에 매립될 수 있다. 상기 회로는 상기 열 교환기 코어에 걸쳐 실질적으로 수평으로 연장될 수 있다.

상기 열 교환기 코어에 걸쳐 연장되는 임의의 수의 스킵된 회로 행이 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 열 교환기 코어에 걸쳐 실질적으로 수평으로 연장되는 제2 스킵된 회로 행이 있을 수 있다.

따라서, 상기 스킵된 회로 행은 상기 열 교환기에 매립될 수 있다. 예를 들어 열 교환을 위한 튜브일 수 있는 통로가 있을 수도 있다. 상기 통로(920)는 예를 들어 스킵된 회로 행일 수 있는 회로 주위로 연장될 수 있다. 상기 스킵된 회로 행 주위로 연장되는 가열 디바이스가 있을 수 있다. 따라서 전기 가열기는 열 교환기에 매립될 수 있고, 특히 열 교환기 코어를 통해 연장되는 통로(즉, 구리 또는 임의의 다른 적절한 전도성 물질로 만들어질 수 있는 튜브)에 매립될 수 있다. 상기 가열 디바이스는 상기 열 교환기 코어에 매립될 수 있으며, 바람직하게는 그리고 선택 사항으로 상기 PCM에 직접 매립되지 않을 수 있다. 상기 가열 디바이스를 매립하는 방식에는 여러 가지 옵션이 있다.

따라서 상기 가열 디바이스는 상기 열 교환기와 직접 접촉하여, 개선되고 일관된 열 전달을 달성할 수 있다. 추가적으로, 상기 가열 디바이스(예를 들어, 가열 요소)는 선택 사항으로 이 실시예에서 상기 PCM과 직접 접촉하지 않아서 상기 PCM과 호환될 필요가 없을 수 있다. 이로 인해 비용이 절감되고 신뢰성과 견고성이 향상된 가열기에 대한 옵션이 늘어난다. 상기 가열기 요소는 수리 요원을 상기 PCM에 노출시킴이 없이 수리 및 유지 보수를 위해 접근될 수 있다. 더 높은 전력 요소가 사용될 수 있으며, PCM 동작 조건은 가열기의 더 높은 전력 표면 부하로 인한 우려가 없다.

다른 실시예에서, 상기 PCM 열 배터리는 열을 효율적으로 전달 및/또는 확산시킬 수 있는 물질을 포함하는 하우징에 매립 및/또는 위치될 수 있는 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스를 포함할 수 있다. 따라서 상기 물질은 상기 가열 디바이스로부터 열 교환기 코어 및/또는 상 변화 물질로 열 전달을 향상시킬 수 있다.

이 실시예에서, 상기 가열 디바이스(예를 들어, 전기 가열 디바이스)는 상기 PCM 인클로저의 하단부 쪽에 그리고 상기 열 교환기 코어(예를 들어, 열 교환기의 핀 달린 코어) 밑에 위치될 수 있다. 제1 열 교환기 회로(열 교환기 회로 1) 및 제2 열 교환기 회로(열 교환기 회로 2)가 있을 수 있다.

상기 가열 디바이스는 또한 선택 사항으로 2개의 단차 특징부 사이에 위치될 수 있고, 일반적으로 이들 2개의 단차 특징부 사이에 연장될 수 있다. 상기 단차 특징부는 상기 PCM 인클로저의 일부일 수 있다.

상기 가열 디바이스는 열을 균일하게 전달 및/또는 확산시킬 수 있는 물질/유체로 채워질 수 있는 하우징 내에 수용될 수 있다. 예를 들어, 상기 물질/유체는 임의의 형태의 적합한 오일 및/또는 열 페이스트(thermal paste)일 수 있다.

일반적으로, 상기 가열 디바이스는, 예를 들어, 상기 하우징 내에 위치될 수 있고 열을 효율적으로 전달 및/또는 확산시킬 수 있는 물질로 둘러싸일 수 있는 관형 전기 가열 디바이스일 수 있다. 따라서 상기 하우징은 오일 및/또는 열 페이스트로 채워질 수 있다.

일부 실시예에서 상기 하우징에는 열 전달을 개선하기 위해 핀이 달릴 수 있고, 다른 실시예에서는 특정 열 및 에너지 요구 조건에 따라 핀이 달리지 않을 수 있다.

따라서 상기 가열 디바이스는 열을 균일하게 전달 및/또는 확산시킬 수 있는 열 물질로 채워질 수 있는 하우징에 매립될 수 있다. 상기 하우징은 바람직하게는 상기 PCM 인클로저와 일체형일 수 있다. 상기 가열 디바이스는 일반적으로 상기 PCM과 인터페이스하지 않는다.

상기 하우징은 평평한 것이거나 또는 선택 사항으로 표면적을 증가시켜 가열기로부터 열 물질로 그리고 하우징으로 이런 다음 PCM으로 열 전달을 증가시키기 위해 핀이 달린 것일 수 있으나, 중요한 것은 가열 디바이스의 표면 부하를 줄여 수리 간격이 감소된 견고한 디자인을 생성한다는 것이다. 이것은 상당한 기술적 장점이고 PCM 열 배터리의 수명을 증가시키는 것으로 밝혀졌다.

상기 하우징에 오일 배스(oil bath)를 이용한다는 것은 상기 가열 디바이스가 카트리지 가열기에서 요구되는 것과 같이 상기 하우징 내에 높은 공차 맞춤을 가질 필요가 없다는 것을 의미한다. 종종 상기 가열 디바이스와 하우징은 모두 바람직하게는 (억지 끼워 맞춤을 통해) 열 전달을 제공하기 위해 적절히 기계 가공/지정될 수 있고, 상기 가열 디바이스가 쉽게 제거될 수 있도록 테이퍼(taper)질 수 있다. 이것은 다시 본 디자인의 또 다른 장점이다.

상기 가열 디바이스와 하우징의 디자인은 수리 요원이 PCM에 노출됨이 없이 상기 가열 디바이스를 쉽게 제거하고 접근할 수 있다는 것을 의미한다. 오일과 같은, 소량의 열 물질은 수리 간격 동안 하우징의 오일 니플(oil nipple)을 통해 교체된다. 따라서 열 배터리는 매우 쉽게 수리될 수 있으며 이는 추가적인 기술적 장점이다.

상기 하우징의 핀은 표면적을 증가시켜 열 에너지를 전달 및/또는 확산시키기 위한 열 발산 영역으로서 기능하는 단순히 연장된 세장형 판일 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 PCM 열 배터리는 상기 PCM 인클로저 외부에 위치될 수 있는 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스를 포함할 수 있다. 나아가, 예를 들어, 외부 유도 가열기를 통해 내부에 흐름을 유도할 수 있는 전도성 블록이 있을 수 있다.

상기 가열 디바이스는 상기 PCM 인클로저의 하단부 쪽에 위치될 수 있고, 일반적으로 상기 열 교환기 코어(예를 들어, 열 교환기의 핀 달린 코어) 밑에 (즉, 실질적으로 아래에) 위치될 수 있다. 바람직하게는, 상기 가열 디바이스는 상기 PCM 인클로저의 외부 및 상기 PCM 인클로저의 바닥에 또는 바닥 쪽에 위치될 수 있다. 따라서 상기 가열 디바이스는 상기 PCM 인클로저의 바닥과 배터리 케이스의 바닥 사이에 위치될 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 가열 디바이스는 유도 가열기일 수 있다.

따라서 상기 가열 디바이스는 상기 열 교환기 코어와 상기 PCM의 외부에 위치된 것으로 설명될 수 있다. 상기 가열 디바이스는 여전히 상기 PCM 열 배터리의 내부에 있다.

상기 가열 디바이스의 위 또는 실질적으로 위에 그리고 상기 PCM 인클로저 내에는 상기 PCM 인클로저의 바닥을 따라 또는 실질적으로 바닥을 따라 연장될 수 있는 전도성 물질 층이 있을 수 있다. 상기 전도성 물질의 기능은 유도 가열기일 수 있는 가열 디바이스로부터 열을 유도적으로 전달하는 것일 수 있다. 따라서, 상기 전도성 물질은 열을 생성 및/또는 전달하기 위해 내부에 흐름을 유도할 수 있는 열 전도성 금속 및/또는 합금 블록의 형태일 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 PCM 열 배터리는 내부에 침지된 전도성 블록을 포함하는 적어도 하나의 또는 복수의 제거 가능한 카트리지 가열 디바이스를 포함할 수 있다.

상기 전도성 블록은 임의의 적합한 전도성 물질로 만들어질 수 있고, 상기 PCM 인클로저의 바닥을 따라 연장될 수 있고, 선택 사항으로 상기 열 교환기 코어와 상기 PCM 밑에 (즉, 아래에) 위치될 수 있다.

상기 전도성 블록은 상기 PCM 인클로저의 일측으로부터 타측으로 완전히 또는 실질적으로 또는 적어도 부분적으로 연장될 수 있다. 상기 전도성 블록은 임의의 적합한 금속 및/또는 합금과 같은 전도성 물질로 구성될 수 있다. 따라서 상기 전도성 블록은 상기 가열 디바이스가 위치될 수 있는 상기 PCM 인클로저의 바닥 내부로부터 열을 효율적으로 전달하도록 의도된다.

제거될 수 있는 적어도 하나의 또는 일련의 카트리지 가열 디바이스가 상기 전도성 블록 내에 매립되어 있을 수 있다. 상기 카트리지 가열 디바이스는 상기 블록을 따라 그리고 바람직하게는 상기 블록 내에서 실질적으로 수평으로 연장될 수 있다.

따라서 상기 카트리지 가열 디바이스는 상기 PCM 인클로저 내부에 위치될 수 있다. 따라서 상기 카트리지 가열 디바이스는 열을 효율적으로 전달할 수 있는 열 전도성 금속 및/또는 합금 블록을 포함할 수 있다.

따라서 상기 전도성 블록은 상기 PCM 인클로저의 바닥 및 내부에 매립된 열원으로 기능할 수 있다. 상기 전도성 블록은 일반적으로 매립된 카트리지 가열 디바이스에 비해 큰 표면적을 갖는다.

상기 카트리지 가열 디바이스의 기술적 장점은 상기 카트리지 가열 디바이스가 외부에서 접근될 수 있고 상기 PCM과 접촉하지 않기 때문에 쉽게 제거할 수 있다는 것이다.

바람직하게는, 상기 전도성 블록은 상기 PCM 인클로저의 바닥에 매립된 가열기 블록의 형태일 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 PCM 열 배터리는, 상기 PCM을 혼합하고 강제 대류를 통한 열 전달을 돕는 임펠러 교반기(agitator)를 추가적으로 포함할 수 있다. 따라서 상기 임펠러 교반기를 추가하면 다음과 같은 기술적 장점을 제공한다:

강제 대류를 통한 열 전달 지원

PCM과 그 구성 성분의 교반 및 혼합

따라서 또한, 상기 PCM 열 배터리는 회전 교반기와 같은 임의의 형태의 휘저어 섞는 디바이스일 수 있는 휘저어 섞는 기기(stirrer)를 포함할 수 있다. 상기 휘저어 섞는 기기는 예를 들어 상기 PCM 인클로저의 바닥 쪽에 위치될 수 있으며, 열 배터리의 효율성과 열 전달을 개선하기 위해 상기 PCM을 휘저어 섞는 데 사용될 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 PCM 열 배터리는 상기 PCM 인클로저 내부에서 실질적으로 수직으로 연장되는 가열 디바이스를 포함할 수 있다. 상기 가열 디바이스는 가열기 요소 네트워크의 형태일 수 있다.

상기 가열기 요소 네트워크 형태의 가열 디바이스는 격자형 패턴의 형태일 수 있다. 따라서 효율적인 열 전달을 제공하는 관형 구획이 내부에 있을 수 있는 격자 구획이 있을 수 있다. 상기 관형 구획은 예를 들어, 금속 튜브, 예를 들어, 구리 튜브일 수 있다.

상기 가열 디바이스는 또한 열 교환기에서 발견되는 일반적인 핀을 대체할 수 있는 확장 부재(예를 들어, 핀)를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 열 교환기에서 발견되는 표준 핀을 대체하는 구리 튜브와 같은 열 전달 튜브 상으로 슬라이딩될 수 있는 양의 온도 계수(positive temperature coefficient: PTC) 가열기가 사용될 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 PCM 열 배터리는 PCM의 순환을 돕기 위해 예를 들어 열 파이프 또는 전도성 막대의 형태로 실질적으로 수직으로 배향된 저전력 수직 가열기 형태의 가열 디바이스를 포함할 수 있다. 이것은 열 배터리 내 PCM 물질을 펌핑하는 작용을 생성하는 것으로 밝혀졌다.

이 배열은 다음과 같은 다수의 기술적 장점을 갖는 것으로 밝혀졌다:

1) 열 배터리의 베이스로부터 코어까지 열 전달을 증가시켜 충전 시간을 최적화하는 장점; 및

2) 용융된 PCM이 이동하는 경로를 생성하여 상 변화로 PCM이 팽창하는 것에 의해 야기된 압력 축적을 완화하는 장점.

상기 가열 디바이스는 상기 PCM 인클로저의 바닥 쪽에 위치될 수 있다. 상기 가열 디바이스는 상기 열 교환기의 실질적으로 바닥에 걸쳐 연장될 수 있다.

일반적으로, 복수의 실질적으로 수직으로 배향된 저전력 수직 가열기가 있을 수 있다. 상기 실질적으로 수직으로 배향된 가열기는 저전력 가열 디바이스 또는 대안적으로 가열 튜브의 형태일 수 있다. 임의의 적절한 수의 실질적으로 수직으로 배향된 가열기가 있을 수 있다.

상기 실질적으로 수직으로 배향된 가열기는 상기 PCM 인클로저의 상위 표면으로부터 상기 PCM을 통해 상기 열 교환기로 연장될 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 PCM 열 배터리는 루버 달린 핀(louvered fin)을 포함할 수 있다. 상기 루버 달린 핀은 열을 전달하는 데 사용될 수 있는 일련의 튜브(예를 들어, 구리 튜브)를 포함할 수 있다. 상기 튜브 내 및 튜브 주위로 PCM 물질이 흐를 수 있다. 상기 PCM 물질의 흐름은 상기 핀의 루버를 사용하여 지향될 수 있다. 따라서 상기 핀은, 완전히 평면이거나 각진 형태로 스위칭되어 상기 PCM 물질의 흐름을 지향시키는 데 사용될 수 있도록 사실상 완전히 개방될 수 있는 루버를 포함할 수 있다. 상기 루버 달린 핀 디자인은 전술한 실시예 및 열 배터리 중 임의의 것에 통합될 수 있다.

본 발명의 제3 양태에 따르면, PCM 열 배터리에 열 에너지를 인가하는 방법이 제공되고, 상기 방법은,

PCM을 수용할 수 있는 PCM 인클로저를 제공하는 단계;

상기 인클로저 내에 위치된 PCM을 제공하는 단계;

상기 PCM 열 배터리를 위한 전자 제어 시스템을 제공하는 단계; 및

상기 PCM 인클로저 내에 위치되고 상기 PCM에 침지된 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스를 제공하는 단계를 포함하고;

전술한 특징은 본 명세서에서 설명된 임의의 실시예와 임의의 조합으로 사용될 수 있다.

상기 방법은 제1 양태 및 제2 양태에서 설명된 임의의 특징을 사용할 수 있다.

본 발명의 실시예는 이제 다음의 도면을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 이중 포트 열 배터리 디자인의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 포트 열 배터리로서, 본 발명에 따른 전기 가열기에 의해 열 배터리를 충전하기 위한 순환수식 회로를 갖는 것을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열 배터리로서, 백업 전기 가열기 요소를 갖는 이중 포트가 있는 것을 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 배터리로서, 2개의 가열 디바이스를 갖는 전기 가열식 열 배터리를 갖는 이중 포트가 있는 것을 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 배터리로서, 열 교환기 아래의 PCM에 침수된 열 배터리와 일체형인 전기 가열기가 있는 것을 도시한다.
도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 배터리로서, 열 전도성 막대 또는 열 파이프와 같은 다수의 열 전도체가 열 배터리 케이스에 실질적으로 수직으로 삽입된 것을 도시한다.
도 6b는 도 6a에 도시된 열 전도체의 팽창된 단면도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 배터리로서, 전도성 판이 열 교환기 코어에 통합되고, 전도성 판이 열 교환기 아래의 열 배터리의 가열 구역으로 연장되는 것을 도시한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 열 배터리로서, 열 배터리가 열 교환기에 매립된 실질적으로 L자형 전기 가열 디바이스를 포함하는 것을 도시한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 열 배터리로서, 전도성 요소, 예를 들어, 구리 튜브와 같은 금속 튜브를 포함할 수 있는 가열 디바이스(예를 들어, 전기 가열식 관형 가열기)가 열 교환기 코어에 매립된 것을 도시한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 열 배터리로서, 스킵된 행을 열 교환기에 매립하기 위한 구성을 보여주는 것을 도시한다.
도 11a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 열 배터리로서, 효율적으로 열을 전달 및/또는 확산시킬 수 있는 물질을 포함하는 하우징에 매립 및/또는 위치되는 가열 디바이스가 있는 것을 도시한다.
도 11b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 열 배터리로서, 효율적으로 열을 전달 및/또는 확산시킬 수 있는 물질을 포함하는 하우징에 매립 및/또는 위치된 가열 디바이스가 있고, 하우징의 길이 아래로 연장되는 핀이 있는 것을 도시한다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 열 배터리로서, PCM 인클로저 외부에 위치된 가열 디바이스가 있고, 외부에 위치된 유도 가열기에 의해 가열이 제공되는 것을 도시한다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 열 배터리로서, 전도성 블록 내부에 위치된 적어도 하나의 또는 복수의 제거 가능한 카트리지 가열 디바이스가 있는 것을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 열 배터리로서, 전도성 블록 내부에 위치된 적어도 하나의 또는 복수의 제거 가능한 카트리지 가열 디바이스가 있고, 또한 PCM을 혼합하기 위한 휘저어 섞는 기기/교반기가 있는 것을 도시한다.
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 다른 실시예로서, PCM 인클로저 내부에 실질적으로 수직으로 연장되는 가열 디바이스 네트워크 형태의 가열 디바이스가 있는 열 배터리가 도시된 것을 도시한다.
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 다른 실시예로서, 실질적으로 수직으로 배향된 저전력 수직 가열기 형태의, 예를 들어, PCM의 순환을 돕기 위해 열 파이프 또는 전도성 막대의 형태의 가열 디바이스가 있는 열 배터리가 도시된 것을 도시한다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예로서, 본 발명에 따른 열 배터리에 사용될 수 있는 루버 달린 핀 디자인의 단면을 도시한다.

일반적으로 말하면, 본 발명은 예를 들어 내부에 위치될 수 있는 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스를 갖는 PCM 열 배터리를 포함하는 열 배터리(들)에서 열 배터리의 디자인을 개선하는 것에 관한 것이다.

본 발명의 가열 디바이스는 일체로 및/또는 내부에 위치된 전기 가열 디바이스(들)일 수 있다. 따라서 가열 디바이스는 일부 실시예에서 PCM 물질과 직접 접촉할 수 있다.

따라서 본 발명에서, PCM은 일부 실시예에서 직접 가열될 수 있는 데, 이는 배터리의 회로에서 유체를 순환시키는 것이 충전 단계에서 필수적인 것이 아니라 단지 열 배터리를 방전시키기 위해 존재하는 것임을 의미한다. 본 발명은 또한 복잡한 순환수식 회로의 필요성을 극복한다.

도 1은 일반적으로 100으로 지정된 종래 기술의 열 배터리 디자인을 도시한다. 도시된 열 배터리(100)는 이중 포트 열 배터리이다.

도 1에 도시된 바와 같이 열 배터리 케이스(101)가 있다. 열 배터리 케이스(101) 내에는 단열 물질(102)이 위치된다. 단열 물질(102) 내에는 열 배터리(100)의 PCM을 포함하는데 사용되는 PCM 인클로저(103)가 위치된다. 단열 물질(102)은 PCM 인클로저(103) 주위에 재킷 및 단열 층을 형성한다.

또한 도 1에 도시된 바와 같이 열 배터리(100)에 전기적 연결을 제공하는 데 사용되는 저전력 회로(LPC)(104) 및 고전력 회로(HPC)(105)가 있다.

열 배터리(100)의 상부에는 또한 HPC 입구(106) 및 HPC 출구(107)가 도시되어 있다. 또한 LPC 입구(108) 및 LPC 출구(109)가 도시되어 있다.

도 1은 또한 배터리 제어기(110), 주 전력 공급원(CC)(111), 배터리 충전 상태 신호(112) 및 배터리 충전 제어 신호(113)가 있는 것을 도시한다.

또한 열 배터리(100)에는 과열 안전 차단 온도 조정기(S0) 및 온도 센서(S1, S2 및 S3)가 있다.

열 배터리(100)를 '가열/충전'할 필요가 있는 경우, 작동 유체(물)가 열 교환기의 파이프를 통해 순환하며, 작동 유체로부터 PCM 인클로저(103) 내에 위치된 PCM으로 열 에너지를 전달한다. 이것은 펌프, 온도 센서 및 흐름 센서 등이 있는 보조 순환수식 조립체/회로를 필요로 한다. 이것은 종래 기술에서 사용된 기술적 해결책이며 많은 단점을 야기한다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하고 이러한 복잡한 순환수식 회로의 필요성을 극복한다.

따라서, 이 기술 분야에서 개선된 기술적 효율성, 이점 및 특히 다수의 충전 열원을 연결할 수 있는 유연성을 제공하는 개선된 열 배터리 배열 및 디자인을 제공하는 것이 요구된다. 이것은 복잡한 순환수식 회로의 요구 없이 제어된 방식으로 외부 1차 열원 및/또는 내부 가열 디바이스(들)로 여전히 충전될 수 있는 능력을 포함한다. 복잡한 순환수식 회로가 있는 기술의 디자인은 도 2에 개략적으로 도시되어 있다.

도 2는 다른 열 배터리(200) 디자인이다. 도 1에 도시된 열 배터리(100)와 유사하게, 열 배터리 케이스(201), 단열재(202), PCM 인클로저(203), 저전력 회로(LPC)(204), 고전력 회로(HPC)(205), HPC 입구(206), HPC 출구(207), LPC 입구(208), 및 LPC 출구(209), 배터리 제어기(210), 주 전력 공급원(CC)(211), 배터리 충전 상태 신호(212) 및 배터리 충전 제어 신호(213)가 있다.

도 2에 도시된 배터리(200)는 또한 배터리(200)의 상부에 위치된 전기 가열기(214)를 포함한다. 또한 펌프(215), 팽창 방출 밸브(ERV)(216), 팽창 용기(217) 및 시스템 충진 배열체(218)가 있다. 따라서 열 배터리(200)는 순환수식 루프(250)를 포함한다.

따라서 도 2에 도시된 배터리(200)는 이중 포트 열 배터리 순환수식 전기 가열 배열체이다.

위에서 언급되고 도 2에 도시된 독립적인 순환수식 회로는 단일 또는 다수의 (이중) 순환수식 회로를 갖는 배터리에 적합하다. 열 배터리 충전 회로가 음용수용으로 디자인된 상태에서 이 순환수식 회로와 이 회로의 구성 요소는 비용과 복잡성을 추가하는 물 규제에 대한 인증을 받아야 한다.

이러한 유형의 순환수식 회로 및 임의의 관련 구성 요소 및 관련 설비 비용/운영 비용을 생략하기 위해, PCM을 포함하는 다양한 열 배터리를 위해 본 명세서에 제시된, 일체로 및/또는 내부에 위치된 가열 디바이스(예를 들어, 전기 가열 디바이스)가 있다.

따라서, PCM을 직접 가열한다는 것은 순환수식 회로에서 유체를 순환시키는 것이 충전 단계에서 필수적인 것이 아니라 단지 열 배터리를 방전시키기 위해 필요한 것임을 의미한다. PCM을 직접 가열하는 것은 다수의 기술적 장점을 제공하고, 순환수식 시스템의 다수의 알려진 문제를 극복한다.

1. 스케일링 문제 - 종래 기술의 열 배터리에서 가열기 요소의 스케일링은 열 고장을 야기할 수 있음이 밝혀졌다.

2. 종래 기술에서 가열기의 제어 디자인은 문제 시 되는 것으로 밝혀진 반면, 본 발명에서 가열기는, 제어될 수 있고 특정 요구 조건의 범위에 대해 임의의 맞춤형 형태로 만들어질 수 있는 PCM에 노출된다.

3. 가열기가 작동 유체의 흐름에 있는 종래 기술의 디자인은 시스템 압력 강하를 추가하는 것으로 밝혀졌다. 또한 이것은 충전 유량(flow rate)에 영향을 미쳐 충전 유량을 방해할 수 있다.

4. 본 발명은 종래 기술의 디자인에서 사용되는 물보다 더 높은 끓는 온도를 갖는 PCM을 사용한다.

도 2에 도시된 열 배터리(200)는 도 1에 도시된 열 배터리(100)에서 한 단계 앞으로 나아간 것이다. 따라서 열 배터리(200)는 다른 회로를 충전하고/하거나 다른 회로를 방전시킬 수 있는 능력이 있는 것으로 인해 이전의 단일 포트 디자인에서 한 단계 더 나아간 것이다. 이것은 매우 유연한 해결책을 제공한다.

이중 포트 열 배터리 디자인은 (간단하고 저렴하고 비인증 부품을 사용하여) 비 음용수를 사용하여 열 배터리를 충전한 다음 추가 구성 요소 없이 음용수를 사용하여 열을 추출하는 능력을 제공한다.

'이중 포트 열 배터리'의 각 포트는 적절한 크기로 설정될 수 있다. 예를 들어, 열 배터리는 50% - 50% 또는 70% - 30%로 분할할 수 있고, 이에 충전보다 방전에 더 큰 비율을 할당할 수 있다.

이에 의해 장시간에 걸쳐 천천히 충전할 수 있지만 높은 전력과 높은 유량으로 방전할 수 있다.

본 발명은 도 1 및 도 2에 도시된 열 배터리에 비해 추가적인 개선을 제공한다.

도 3은 본 발명에 따른 열 배터리(300)를 도시한다. 열 배터리(300)는 백업 가열기 요소, 예를 들어, 전기 가열기 요소를 갖는 이중 포트 디자인이다. 적어도 하나의 또는 복수의 백업 가열기 요소가 있을 수 있다. 이에 대해서는 아래에서 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 이중 포트 디자인은 비 음용수를 사용하여 열 배터리를 충전할 수 있다는 기술적 장점을 제공한다. 더욱이, 배터리는 간단하고 저렴한 비인증 부품으로 충전될 수 있다. 그런 다음 음용수를 사용하여 열을 추출할 수 있다. 따라서 본 발명의 열 배터리는 이전의 복잡한 순환수식 시스템에 비해 훨씬 개선되었다.

열 배터리(300)는 모든 열 배터리(300) 구성 요소를 위한 인클로저로서 작용하는 열 배터리 케이스(301)를 포함한다. 열 배터리 케이스(301) 내에는 단열 층(302)이 위치된다. 단열 층(302)은 열 배터리(300)의 효율을 향상시키는 단열재 역할을 한다. 단열 층(302)은 단열 재킷을 형성한다. 단열 층(302)은 임의의 적절한 단열 물질로 만들어질 수 있다.

단열 층(302) 내에는 PCM 인클로저(303)가 위치된다. PCM 인클로저(303) 내에는 PCM이 있다. 사용되는 특정 PCM은 요구되는 특정 목적에 맞게 조정 및 맞춤화될 수 있다. 따라서, 본 발명의 열 배터리(300)는 다양한 응용에 맞게 고도로 조정되고 수정될 수 있다.

도 3은 또한 열 배터리(300)가 저전력 회로(LPC)(304) 및 고전력 회로(HPC)(305)를 포함하는 것을 도시한다.

열 배터리(300)의 상위 표면에는 도 3에 도시된 바와 같이 HPC 입구(306) 및 LPC 출구(307)가 있다.

열 배터리(300)의 상위 표면에는 또한 LPC 입구(308) 및 LPC 출구(309)가 있다.

도 3은 또한 주 전력 공급원(CC)(311)에 연결된 배터리 제어기(310)가 있음을 도시한다. 또한 배터리 충전 상태 신호(312) 및 배터리 충전 제어 신호(313)가 있다.

또한 과열 안전 차단 온도 조정기(S0) 및 온도 센서(S1, S2, S3)가 도시되어 있다. 적어도 하나의 온도 센서 또는 복수의 온도 센서가 있을 수 있다. 온도 센서는 전체 작동 매체에 걸쳐 온도를 얻기 위해 열 배터리에 걸쳐 분산될 수 있다.

열 배터리(300)는 또한 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 PCM 내에 위치된 대기 전기 가열기일 수 있는 가열 디바이스(314)를 포함한다. 이 특징은 도 1 및 도 2에 도시된 열 배터리와 상당한 차이에 관한 것이다. 가열 디바이스(314)는 PCM 내에 위치될 수 있는 임의의 형태의 전기 가열 디바이스일 수 있다. 따라서 가열 디바이스(314)는 PCM에 침지된 일체로 및/또는 내부에 위치된 전기 가열 디바이스인 것으로 설명될 수 있다. 본 발명은 PCM 내에 위치된 적어도 1개의, 2개의 또는 복수의 가열 디바이스를 가질 수 있다는 것이 주목된다.

PCM 인클로저(303) 및 그리하여 PCM 내 가열 디바이스(314)의 위치가 중요한 것으로 발견된 것으로 밝혀졌다.

열 배터리(300)는 또한 가열 디바이스(314)를 위한 전력 공급원(315)을 포함한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 전기 가열기(314)는 PCM 인클로저(303)의 상위 절반에 위치된다. 상위 절반이란 PCM 인클로저(303)의 수직 상위 절반을 의미한다. 전기 가열기(314)는 또한 PCM 물질 내에 침지될 수 있다.

가열 디바이스(314)는 배터리 제어기(310)에 연결된다. 따라서 가열 디바이스(314)는 요구 시 완전히 제어되거나 및/또는 스위칭온되거나 및/또는 스위칭오프될 수 있다. 추가로, 가열 디바이스(314)에 의해 전달되는 전력 및/또는 가열의 양은 또한 변경 및 변화될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 가열 디바이스(314)는 PCM 인클로저(303)의 상부 절반, 1/3 또는 상부 1/4에 위치된다. 가열 디바이스(314)의 위치는 바람직하게는 PCM 인클로저(313)의 상위 구획에 위치되고, 이에 가열 디바이스(314)는 PCM 인클로저(303)의 상부 구획 및 이 상부 구획에서 대응하는 PCM을 충전하는 데 사용될 수 있다. 이것은 PCM 인클로저(303)의 상위 구획에 있는 PCM만을 가열하여 감소된 용량만을 제공하지만, 이것은 사용자가 사용 가능한 출력에 접근하기에 적절한 열을 여전히 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 가열 디바이스(314)는 완전히 조정 가능한 백업 가열 시스템으로서 기능할 수 있다.

열 배터리(300)에 도시된 시스템의 또 다른 장점은 가열 디바이스(314)를 통해 전기적 열을 입력한 다음 열 교환기를 통해 즉시 열을 꺼낼 수 있는 것으로 밝혀졌다는 것이다. 이것의 장점은 순간 온수 가열기 시스템과 같이 종래 기술의 시스템에서 발견되는 것과 달리 전기 열 에너지를 저장할 필요가 없다는 것이다.

도 3에는 도시되지는 않았지만, 열 배터리(300)는 PCM 인클로저(303) 내의 상이한 높이에 위치된 여러 전기 가열 디바이스를 포함할 수 있다. 이렇게 하는 장점은 PCM 물질을 가열하는 정도 및 에너지를 저장 및/또는 방출하는 정도를 선택할 수 있다는 것이다. 전기 가열 디바이스를 상이한 높이에 배치하면 상이한 양(즉, 부피)의 PCM을 가열할 수 있다. 따라서, 본 발명의 백업 전기 가열기 요소 기능은 예를 들어 이중 포트 시스템과 같은 다양한 응용 분야에 맞게 고도로 조정될 수 있다.

도 4에 도시된 열 배터리(400)는 도 3에 도시된 열 배터리(300)와 매우 유사하다. 그 차이점은 도 4의 열 배터리(400)가 2개의 가열 디바이스, 즉 가열 디바이스(414)와 가열 디바이스(416)를 갖는다는 것이다.

열 배터리(400)는 열 배터리 케이스(401); 단열 층(402); PCM 인클로저(403); 저전력 회로(LPC)(404); 고전력 회로(HPC)(405); HPC 입구(406); HPC 출구(407); LPC 출구(408); LPC 입구(409); 배터리 제어기(410); 주 전력 공급원(CC)(411); 배터리 충전 상태 신호(412); 배터리 충전 제어 신호(413); 상위에 위치된 전기 가열기(414); 전기 가열기를 위한 전력 공급원(415); 및 하위에 위치된 전기 가열기(416)를 포함한다.

또한 과열 안전 차단 온도 조정기(S0) 및 온도 센서(S1, S2, S3)가 도시되어 있다.

따라서 배터리(400)는 PCM 인클로저(403)의 상위 절반에 위치된 제1 가열 디바이스(414), 및 PCM 인클로저(403)의 하위 절반에 위치된 제2 가열 디바이스(416)를 포함한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 가열 디바이스(414)는 PCM 인클로저(414)의 약 3/4에 위치되고, 하위에 위치된 가열 디바이스(416)는 PCM 인클로저(403)의 바닥 바로 위에 위치된다. 언급된 바와 같이, 가열 디바이스의 위치는 상이한 양의 PCM이 가열될 수 있도록 조정될 수 있다. 전술한 바와 같이, 가열 디바이스는 임의의 적합한 형태의 전기 가열기/요소일 수 있다.

상위에 위치된 가열 디바이스(414)는 도 3에 설명된 백업 가열기로서 기능할 수 있다. 따라서 가열 디바이스(414)는 1차 열원이 고장 나면 활성화될 수 있다.

하위에 위치된 가열 디바이스(416)는 1차 가열 시스템을 따라 사용될 수 있다. 가열 디바이스(416)가 PCM 인클로저(403)의 바닥 쪽에 위치되는 것으로 인해 배터리(400)에서 실질적으로 모든 PCM 물질을 빠르게 충전할 수 있다.

제2 가열 디바이스(416)를 가지면 열 배터리(400) 내의 PCM을 보다 빨리 충전할 수 있다는 장점이 있다. PCM 인클로저(403)의 바닥에 위치된 가열 디바이스(416)는 열 배터리(400)의 1차 열원으로서 기능할 수 있다.

따라서, 도 4에 도시된 실시예에 더하여, 본 발명은 상이한 양의 에너지를 제공하기 위해 배터리의 상이한 높이에 전기 가열 디바이스와 같은 복수의 일체로 및/또는 내부에 배치된 가열 디바이스를 제공할 수 있다. 상이한 양 및 부피의 PCM을 가열함으로써 상이한 양의 에너지를 저장 및/또는 분배할 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 실시예에서, 이것은 복잡한 순환수식 회로를 가질 필요를 제거하는 것을 포함하여, 열 배터리를 여전히 외부 1차 열원으로 충전할 수 있는 능력을 포함하는 수많은 기술적 이점을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 이것은 또한 제어된 방식으로 외부 소스 및 적어도 하나의 또는 복수의 내부 가열 디바이스에 의해 열 배터리를 충전하는 능력을 제공한다. 적어도 하나의 또는 복수의 내부 가열 디바이스는 상이한 양의 PCM을 가열하고 이에 따라 상이한 양의 에너지를 저장 및/또는 방출하는 능력을 제공하는 다양한 수직 위치에 위치될 수 있다.

따라서, 본 출원인은 전기 가열 디바이스 또는 복수의 전기 가열 디바이스와 같은 일체로 및/또는 내부에 위치된 가열 디바이스가 다수의 뚜렷한 기술적 장점을 제공하는 열 배터리 디자인을 개발했다.

통합된 및/또는 내부에 위치된 전기 가열 디바이스 또는 복수의 통합된 가열 디바이스를 갖는 본 발명의 열 배터리는 다음과 같은 장점을 제공한다:

a) 열 배터리는 여전히 외부 1차 열원(예를 들어, 보일러)에 의해 충전될 수 있으며, 본 명세서에서 전기 가열기는 1차 열원이 고장 난 경우 백업 (2차) 열원 역할을 한다.

b) 두 번째로 도 4에 도시된 바와 같이 통합된 전기 가열기는 주/1차 열원으로 작동하고, 배터리를 직접 가열하여서, 이에 따라 복잡한 순환수식 회로에 대한 요구 조건을 생략할 수 있다.

c) 또한 열 배터리는, 예를 들어, 전기 요소를 통한 태양광 발전(solar PV) 및 순환수식 회로를 통한 보일러에 의한 탑업 가열(top-up heating)에 의해, 제어된 방식으로 외부 열원과 내부 가열 디바이스 모두에 의해 충전될 수 있다.

d) 가열 디바이스는 PCM, 즉 일정한 알려진 파라미터를 갖는 환경에 의해 둘러싸인다. 온수 실린더에서는 가열 디바이스는 음용수에 의해 둘러싸여서 가열 요소에 석회질이 쌓여 열점(hot spot)을 유발하고 결국 가열 디바이스가 고장 나게 한다. 본 발명에서와 같이 가열 디바이스가 PCM 내에 위치되면 이러한 문제가 발생하지 않아서 가열 디바이스의 수명이 길어진다.

e) 물 실린더와 달리 바닥에 가열 디바이스가 있는 본 발명의 열 배터리는 여러 레벨로 충전될 수 있다. 예를 들어, 가열 디바이스는 PCM의 50%가 용융될 때까지만 스위칭온될 수 있고, 이와 같은 방식으로 스위칭온될 수 있다. 따라서 서로 다른 높이에 다수의 요소를 사용함이 없이 충전 상태를 제어할 수 있다.

아래에 상세히 설명되고 도 5 내지 도 15에 개략적으로 도시된 바와 같이 여러 변형예/반복예를 디자인하고 평가하였다. 각 도면은 장치의 구성 요소에 대해 약간 다른 구성을 가지며 다양한 기술적 이점을 제공한다. 이에 대해서는 아래에서 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 열 배터리(500)로서, 예를 들어 열 교환기 아래의 PCM에 침수된 열 배터리와 일체로 및/또는 내부에 있는 전기 가열기와 같은 가열 디바이스가 있는 것을 도시한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 열 배터리 케이스(501) 내부에 단열 층(502)이 위치된 열 배터리 케이스(501)가 있다. 단열 층(502) 내부에 PCM 인클로저(503)가 위치된다. 단열 층(502)은 PCM(505)을 수용하는 PCM 인클로저(503) 주위에 재킷을 형성한다.

또한 열 교환기(504) 및 열 교환기 코어(520)가 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 열 배터리(500)의 하단부 쪽에 위치된 PCM 인클로저(503)는 PCM 인클로저(503)의 바닥으로부터 위로 연장되는 2개의 단차 특징부(503a)를 갖는다.

도 5는 또한 열 효율을 향상시키기 위해 핀 달린 코어를 가질 수 있는 열 교환기(504)가 있는 것을 도시한다. 열 교환기 회로(504a) 및 열 교환기 회로(504b)도 도시되어 있다.

PCM 인클로저(503) 내부에 PCM(505)이 위치된다.

PCM 인클로저(503)의 상부측에는 입구(506)(예를 들어, 입구 회로 1), 출구(507)(예를 들어, 회로 1), 입구(508)(예를 들어, 회로 2) 및 출구(509)(예를 들어, 회로 2)가 있다.

또한 센서(510)가 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 바람직하게는 3개의 센서(510)가 있다. 제1 센서는 PCM 인클로저(503)의 상위 단부 쪽에 위치되고, 제2 센서는 PCM 인클로저(503)의 대략 중간에 위치되고, 다른 센서는 PCM 인클로저(503)의 하단부 쪽에 위치된다. 따라서 PCM 인클로저(503)의 서로 다른 수직 위치에 위치된 복수의 다른 센서(510)가 있을 수 있다. 이에 의해 PCM의 온도와 같은 물리적 파라미터를 PCM 물질의 전체 몸체에 걸쳐 다양한 높이에서 측정 및/또는 기록할 수 있다.

중요한 것은, 도 5는 또한 PCM 인클로저(503)의 하단부 쪽에 위치된 전기 가열 디바이스와 같은 가열 디바이스(511)가 있는 것을 도시한다는 것이다. 가열 디바이스(511)는 관형 형태일 수 있으며 열 배터리(500)와 일체형일 수 있다.

가열 디바이스(511)는 열 교환기(504) 아래에 위치된다.

또한 열 교환기 회로(504a)(열 교환기 회로 1) 및 열 교환기 회로(504b)(열 교환기 회로 2)가 있다.

따라서 가열 디바이스(511)는 PCM(505)에 즉각적인 가열을 제공하기 위해 사용될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 가열 디바이스(511)(예를 들어, 관형 전기 가열기)는 예를 들어 벌크 헤드 연결을 통해 열 배터리 케이스(501)를 관통할 수 있다.

더욱이, 가열 디바이스(511)는 PCM(505)에 침수되고 완전히 침지된다. 따라서 가열 디바이스(511)는 PCM(505)과 직접 접촉한다.

도 5는 가열 디바이스(511)로부터 넓은 표면적을 통해 PCM(505)으로 열이 전달된다는 기술적 장점을 제공한다. PCM(505)의 전도 및 대류 흐름은 열을 열 교환기(504), 예를 들어, 핀 달린 코어가 있는 열 교환기로 전달한다. 이것은 매우 에너지 효율적인 시스템인 것으로 밝혀졌다.

단차 특징부(503a)는 PCM 인클로저(503)의 일부이고, 예를 들어, PCM 인클로저(503)의 양측에 있다. 따라서 2개의 단차 특징부(503a) 또는 임의의 적절한 개수가 있을 수 있다.

단차 특징부(503a)는 예를 들어 가열기 요소 단자 및 안전 차단 특징부를 위한 효율적인 하우징을 제공한다. 단차 특징부(503a)에 의해 또한 진공 단열 패널을 사용하여 열 배터리(500)를 단열시킬 수 있다.

이러한 단차 특징부(503a)는 또한 가열 디바이스(511) 위에 열 교환기(504)를 배치하고 열 교환기(504) 아래에 PCM(505) 부피를 배치하는 것을 돕는다.

본 발명자들은 또한 본 발명에 따라 다음과 같은 양태를 발견하였다. 열 배터리가 (즉, 방전 모드에서) 저온일 때 PCM은 고체 상태이고 열 전도율이 낮은 것으로 밝혀졌다. 이 상태에서 가열 디바이스가 스위칭온되면, 가열 디바이스는 그 주변의 PCM을 용융시켜 (즉, 고체 PCM으로 둘러싸인 팽창하는 액체 풀(pool)을 형성하여) 다음을 생성할 수 있다:

a) 배터리 셀 케이스를 손상시킬 수 있는 과도한 국부 압력;

b) 안전 작동 한계를 초과하는 PCM의 급속한 과열; 및

c) 수명 단축 또는 고장을 야기하는 가열 디바이스의 과열.

이러한 문제를 극복하기 위해 2개의 주요 방법을 조사하고 전개하였다:

a) PCM/열 교환기 코어의 열 전달 특성을 일치시키기 위해 전력 입력을 줄이고, 즉, 열 전달 프로세스를 늦춘다. 이 옵션은 배터리 충전 시간이 허용되지 않았기 때문에 더 이상 추구되지 않았다;

b) 아래 도 5a에 도시된 바와 같이 수직으로 삽입된 다수의 금속 막대는 PCM 부피가 팽창하여 상부 팽창 공간 쪽으로 유출되는 경로를 생성하여 국부적으로 압력이 형성되는 것을 방지하고, 또한 가열 디바이스와 열 교환기/PCM 코어 사이에 대류 열 전달을 증가시켰다. 이 방법은 최적화되어 최대 전력 열 전달을 가능하게 하였다;

c) 위와 같이 금속 막대를 사용하는 대신, 도 5b에 도시된 바와 같이 열 교환기 아래에 있는 열 배터리의 가열 영역으로 연장되는 얇은 판을 열 교환기 디자인의 핀 달린 코어 내에 통합한다;

d) 루버 달린 핀을 사용하여 핀들 사이에 PCM을 전달하여 대류를 통한 열 전달을 돕고 PCM 팽창을 위한 더 많은 채널을 허용한다.

도 6a는, 예를 들어, 금속 막대와 같은 다수의 열 전도체가 열 배터리 케이스에 실질적으로 수직으로 삽입된 상태의 열 배터리(600)를 도시한다. 이에 대해서는 아래에 설명한다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 열 배터리 케이스(601) 및 이 열 배터리 케이스(601) 내부에 위치된 단열 층(602)을 갖는 열 배터리(600)가 있다. 또한 PCM 인클로저(603)가 있다.

도 6a는 또한 예를 들어 열 교환기의 핀 달린 코어일 수 있는 열 교환기(604)가 있는 것을 도시한다. 열 교환기는 코어(620)를 갖는다. 도 6a는 또한 열 교환기 회로(604a)(열 교환기 회로 1) 및 열 교환기 회로(604b)(열 교환기 회로 2)가 있는 것을 도시한다.

PCM 인클로저(603) 내에는 PCM(605)이 위치된다.

PCM 인클로저(603)의 상부측에는 입구(606)(예를 들어, 입구 회로 1), 출구(607)(예를 들어, 회로 1), 입구(608)(예를 들어, 회로 2) 및 출구(609)(예를 들어, 회로 2)가 있다.

또한 센서(610)가 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이 바람직하게는 3개의 센서(610)가 있다. 제1 센서는 PCM 인클로저(603)의 상위 단부 쪽에 위치되고, 다른 센서는 PCM 인클로저(603)의 대략 중간에 위치되며, 다른 센서는 PCM 인클로저(603)의 하단부 쪽에 위치된다.

도 6a는 또한 열 교환기(604)의 하단부 쪽에 위치된 가열 디바이스(611)가 있는 것을 도시한다. 가열 디바이스(611)는 PCM 인클로저(603)의 바닥 쪽에 그리고 그 바닥을 따라 실질적으로 수평으로 위치될 수 있다.

도 6a는 예를 들어 전도성 막대 또는 열 파이프와 같은 4개의 가열 전도체(612)가 있는 것을 추가로 도시한다. 가열 전도체(612)는 열 교환기(604)에서 실질적으로 수직으로 위치되고, 열 교환기 코어(620)로부터 PCM(605)의 상위 단부 영역으로 연장된다.

도 6b는 도 6a에 도시된 가열 전도성 막대 또는 열 파이프(612)의 단면도이다. 도 6b는 열이 열 전도성 막대 또는 열 파이프를 따라 위로 이동하고, 냉각이 열 전도성 막대 또는 열 파이프를 따라 아래로 이동하는 것을 도시한다.

도 7은, 상기 도 6a 및 도 6b에서와 같은 금속 막대를 사용하는 대신, 열 교환기 코어(예를 들어, 열 교환기의 핀 달린 코어) 내에 열판(예를 들어, 금속판과 같은 전도성 열판)을 통합하는 것과 관련된 실시예의 열 배터리(700)에 관한 것이다. 판은 열 교환기 아래에 있는 열 배터리의 가열 영역으로 연장된다.

도 7에 도시된 열 배터리(700)에는 열 배터리 케이스(701), 단열 층(702) 및 PCM 인클로저(703)가 있다. 또한 도 7에 도시된 바와 같이, 열 교환기(704), 및 바람직하게는 열 교환기의 핀 달린 코어일 수 있는 열 교환기 코어(720)가 있다.

도 7은 또한 열 교환기 회로(704a)(열 교환기 회로 1) 및 열 교환기 회로(704b)(열 교환기 회로 2)가 있는 것을 도시한다.

PCM 인클로저(703) 내에 PCM(705)이 위치된다. 열 배터리 케이스(701)의 상위 표면에는 입구(706)(예를 들어, 입구 회로 1), 출구(707)(예를 들어, 회로 1), 입구(708)(예를 들어, 회로 2) 및 출구(709)(예를 들어, 회로 2)가 위치된다.

또한 센서(710)가 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 바람직하게는 3개의 센서(710)가 있다. 제1 센서는 PCM 인클로저(703)의 상위 단부 쪽에 위치되고, 다른 센서는 PCM 인클로저(703)의 대략 중간에 위치되며, 다른 센서는 PCM 인클로저(703)의 하단부 쪽에 위치된다.

도 7은 또한 열 교환기(704)의 하단부 아래에 위치된 가열 디바이스(711)가 있는 것을 도시한다. 따라서 가열 디바이스(711)는 PCM(705)에 완전히 침지된다.

도 7은 예를 들어 4개의 판(712)이 있는 것을 추가로 도시한다. 판은 열 교환기(704)에서 실질적으로 수직으로 위치되며, 선택 사항으로 PCM(705)의 하단부 영역으로 그리고 가열 디바이스(711)를 관통해 연장된다. 열 교환기(704)를 통해 임의의 적절한 배향으로 배향될 수 있는 임의의 적절한 수의 판이 있을 수 있다. 판(712)은 열이 상향으로 전달되는 것을 돕고, 냉각이 판(712)을 따라 하향으로 전달되는 것을 돕기 위해 실질적으로 수직으로 들어가는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다.

판(712)은 임의의 적절한 금속 및/또는 합금과 같은 전도성 열 물질로 형성될 수 있다. 판(712)은 열 전달을 돕기 위해 상대적으로 두꺼울 수 있다. 판(712)은 실질적으로 평면이고, 열 배터리(700)에서 실질적으로 수직으로 배향될 수 있다.

판(712)은 약 0.1cm 내지 5cm 두께, 약 0.1cm 내지 2cm 두께 또는 약 0.1cm 내지 0.5cm 두께와 같이 상대적으로 두꺼울 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 다른 열 배터리(800)에 관한 것이다. 열 배터리(800)는 열 교환기, 예를 들어, 열 교환기의 핀 달린 코어에 매립된 실질적으로 L자형 전기 가열 디바이스를 포함한다. 이에 대해서는 아래에서 설명한다.

도 8에는 열 배터리 외부 케이스(801), 단열 층(802) 및 PCM 인클로저(803)를 포함하는 열 배터리(800)가 있다. 또한 열 교환기(804) 및 열 교환기 코어(820)(예를 들어, 열 교환기의 핀 달린 코어)가 있다. 열 교환기 회로(804a)(열 교환기 회로 1) 및 열 교환기 회로(804b)(열 교환기 회로 2)가 있다.

도 8은 또한 PCM 인클로저(803) 내에 위치된 PCM(805)이 있는 것을 도시한다.

PCM 인클로저(803)의 상부측에는 입구(806)(예를 들어, 입구 회로 1), 출구(807)(예를 들어, 회로 1), 입구(808)(예를 들어, 회로 2) 및 출구(809)(예를 들어, 회로 2)가 있다.

또한 센서(810)가 있다. 도 8에 도시된 바와 같이 바람직하게는 3개의 센서(810)가 있다. 제1 센서는 PCM 인클로저(803)의 상위 단부 쪽에 위치되고, 다른 센서는 PCM 인클로저(803)의 대략 중간에 위치되며, 다른 센서는 PCM 인클로저(803) 및 PCM(805)의 하단부 쪽에 위치된다.

도 8에 도시된 바와 같이, L자형 전기 가열 디바이스(811)는 PCM(805)을 통해 아래로 연장되는, 실질적으로 수직으로 위치된 부분(811a)을 포함한다. 실질적으로 수직으로 위치된 부분(811a)으로부터 접선 방향으로 연장되는, 3개의 실질적으로 수평으로 위치된 부분(811b, 811c 및 811d)이 있다. 단일 또는 복수의 실질적으로 수직으로 위치된 부분 및 실질적으로 수평으로 위치된 부분과 같은 임의의 수가 있을 수 있다.

하나의 실질적으로 수평으로 위치된 부분(811b)은 열 교환기 코어(820)의 하위 1/4에서 연장될 수 있고, 수평으로 위치된 부분(811c)은 열 교환기 코어(820)의 실질적으로 중간 부분을 통해 연장될 수 있으며, 제3 수평으로 위치된 부분(811d)은 열 교환기(804)의 상위 1/4을 통해 연장될 수 있다. 수평으로 위치된 부분은 열 교환기 코어(820)의 임의의 적절한 영역에 위치될 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 열 배터리(800)에서 가열 디바이스(811) 및 특히 실질적으로 수평으로 위치된 부분(811b, 811c, 811d)은 열 교환기(814)의 코어(예를 들어, 핀 튜브 열 교환기의 핀 달린 코어)에 매립된다. 가열 디바이스(811)는 바람직하게는 적어도 부분적으로 PCM(805)에 침수된다.

열 배터리(800)에서 열 교환기 핀과 같은 열 교환기 코어(820)의 일부와 가열 요소(811) 사이에 억지 끼워 맞춤을 갖는 것이 바람직하다는 것을 발견하였다. 이것은 놀랍게도 향상된 충전 시간에 증가된 열 전달 표면을 제공하는 것으로 밝혀졌다.

실질적으로 수평인 부분을 갖는 'L'자형 가열 디바이스는 또한 다음과 같은 다수의 장점을 제공하는 것으로 밝혀졌다:

1) 상 변화(용융 및 동결) 동안 PCM(805)의 팽창 완화; 및

2) 열 배터리의 상부에서 열 배터리의 동작에 필요한 케이블의 간단한 종결.

도 8에 도시된 바와 같이, 가열 디바이스(811)의 실질적으로 수평으로 위치된 부분(811b, 811c, 811d)은 심지어 충전, 충전 시간, 부분적 인출 및 팽창 특성과 관련하여 더 나은 성능을 제공하기 위해 열 배터리의 바닥 면적 및 종횡비에 따라 열 교환기 코어(804)(예를 들어, 핀 달린 코어) 내에 특정 높이에 배치된다.

가열 디바이스(811)의 실질적으로 수평으로 위치된 부분(811b, 811c, 811d)의 위치는 다음 문제를 줄이는 것으로 밝혀졌다:

d) 배터리 셀 케이스를 손상시킬 수 있는 과도한 국부 압력;

e) 안전 작동 한계를 초과하는 PCM의 급속한 과열; 및

f) 수명 단축 또는 고장을 야기하는 가열 디바이스의 과열.

도 8에 도시된 열 배터리(800)는 저장된 열을 사용하는 것과 동시에 가정용 온수 공급을 순간 가열하기 위한 가열 디바이스 전력을 제공하는 하이브리드 온수 가열기에 대한 이상적인 실시예인 것으로 밝혀졌다.

도 9는 금속 전도성 요소, 예를 들어, 구리 튜브와 같은 전도성 튜브를 포함할 수 있는 가열 디바이스(예를 들어, 전기적으로 가열된 관형 가열기)가 열 교환기 코어에 매립된 상태의 열 배터리(900)를 도시한다.

도 9에 도시된 열 배터리(900)에는 열 배터리 케이스(901), 단열 층(902), 및 PCM(905)을 수용하는 PCM 인클로저(903)가 있다. 또한 열 교환기(904) 및 열 교환기 코어(920)가 있다.

PCM 인클로저(903)의 상부측에는 입구(906)(예를 들어, 입구 회로 1), 출구(907)(예를 들어, 회로 1), 입구(908)(예를 들어, 회로 2) 및 출구(909)(예를 들어, 회로 2)가 있다.

또한 센서(910)가 있다. 도 9에 도시된 바와 같이 바람직하게는 3개의 센서(910)가 있다. 제1 센서는 PCM 인클로저(903)의 상위 단부 쪽에 위치되고, 다른 센서는 PCM 인클로저(903)의 대략 중간에 위치되며, 다른 센서는 PCM 인클로저(903)의 하단부 쪽에 위치된다.

도 9에서, 열 배터리(900)는 전기 가열 디바이스와 같은 가열 디바이스(911)를 포함한다. 특히, 가열 디바이스(911)는 PCM 인클로저(903)와 열 교환기 코어(920) 사이의 열 배터리(900)의 상위 부분에 위치된 전기 가열 디바이스(911a)를 포함한다. 특히, 전기 가열 디바이스(911a)는 열 배터리(900)의 매니폴드 내에 매립될 수 있다.

도 9는 또한 열 교환기 코어(920)의 통로(915)에 매립된 전기 가열 디바이스(911b, 911c)가 있는 것을 도시한다. 통로(915)는 열 교환기 코어(920)에 걸쳐 실질적으로 수평으로 연장되어 'U'자형으로 굴곡될 수 있다.

도 9는 또한 열 교환기 코어(920)에 걸쳐 실질적으로 수평으로 연장되는 제2 가열 디바이스(911c)가 있는 것을 도시한다.

도 10은 통로(915)에 위치된 가열 디바이스(911b)를 보여주는 도면이다. 도 10에는 PCM 인클로저(903) 및 PCM(905)이 도시되어 있다. PCM 인클로저(903) 및 PCM(905) 내에 위치되는 열 교환기(904)가 있다. 열 교환기(904)는 핀 달린 코어 열 교환기일 수 있다.

도 10은 예를 들어 열 교환기(904)용 튜브인 통로(922)가 있는 것을 도시한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 통로(922)는 통로(915) 주위로 연장되어 '스킵된' 배열을 제공할 수 있다.

따라서 도 10은 열 교환기, 및 특히 열 교환기 코어를 통해 연장되는 통로(즉, 구리 또는 임의의 다른 적절한 전도성 물질로 만들어질 수 있는 튜브)에 매립된 전기 가열기가 있는 일 실시예에 관한 것이다.

도 9 및 도 10에 도시된 실시예에서, 가열 디바이스(911b, 911c)는 열 교환기 코어(904)에 매립되고 바람직하게는 그리고 선택 사항으로 PCM(905)에 직접 매립되지 않는다. 가열 디바이스(911b, 911c)를 매립하는 방식에는 여러 가지 옵션이 있다. 가열 디바이스(911b, 911c)는 다음과 같은 다수의 방식으로 매립될 수 있다:

도 9의 실시예에 도시된 바와 같이, 가열 디바이스(911b, 911c) 및 통로(922)는 작동 유체, 즉 PCM(905)으로부터 연장되는 입구를 제공할 수 있다. 가열 디바이스(911b, 911c)는 열 교환기의 핀 달린 코어를 통해 공급되는 더 작은 모세관에 연결되는 입구에 큰 직경 매니폴드에 매립될 수 있다. 이는 가열 디바이스(911b, 911c)가 작동 유체 내에 있어서 배터리 전체에 걸쳐 충전이 이루어짐을 의미한다. 가열 디바이스(911b, 911c)의 동작은 보조 플랜트 장비에 연결되고, 열 배터리 제어기에 의해 관리된다.

도 10은 열 교환기의 핀 달린 코어(도 10)와 같은 열 교환기의 회로(915)(예를 들어, 스킵된 행 튜브) 및 일부가 매립된 위치를 도시한다. 열 교환기의 핀 달린 코어의 행을 스킵하면, 핀 달린 블록 전체에 걸쳐 다양한 위치에서 여러 가열기로 '스킵된 튜브'를 채울 수 있다. 이것의 장점은 스킵된 행이 핀 달린 블록으로 팽창되어, 튜브로부터 핀으로 우수한 열 전달을 제공한다는 것이다.

도 9 및 도 10에 도시된 두 변형예에서 가열 디바이스는 열 교환기와 직접 접촉하여, 개선되고 일관된 열 전달을 달성한다. 추가적으로, 요소는 PCM과 직접 접촉하지 않아서 PCM과 호환될 필요가 없다. 이로 인해 비용이 절감되고 신뢰성과 견고성이 향상된 가열기에 대한 옵션이 늘어난다. 가열기 요소는 수리 요원을 PCM에 노출시킴이 없이 수리 및 유지 보수를 위해 접근될 수 있다. 더 높은 전력 요소가 사용될 수 있으며, PCM 동작 조건은 가열기의 더 높은 전력 표면 부하로 인한 우려가 없다.

도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 다른 열 배터리를 도시한다. 열 배터리에는 효율적으로 열을 전달 및/또는 확산시킬 수 있는 물질을 포함하는 하우징에 매립 및/또는 위치되는 가열 디바이스가 있다. 따라서 물질은 가열 디바이스로부터 열 교환기 코어 및/또는 상 변화 물질로의 열 전달을 향상시킨다. 이에 대해서는 아래에서 보다 상세히 설명한다.

도 11a에 도시된 바와 같이, 열 배터리 케이스(1001) 및 이 열 배터리 케이스(1001) 내부에 위치된 단열 층(1002)을 갖는 열 배터리(1000)가 있다. 또한 PCM 인클로저(1003) 및 PCM(1005)이 있다. 또한 열 교환기(1004) 및 열 교환기 코어(1020)가 있다.

도 11a에는 PCM 인클로저(1003)의 상부측에 입구(1006)(예를 들어, 입구 회로 1), 출구(1007)(예를 들어, 회로 1), 입구(1008)(예를 들어, 회로 2) 및 출구(1009)(예를 들어, 회로 2)가 위치된다.

또한 센서(1010)가 있다. 도 11a에 도시된 바와 같이 바람직하게는 3개의 센서(810)가 있다. 제1 센서는 PCM 인클로저(1003)의 상위 단부 쪽에 위치되고, 다른 센서는 PCM 인클로저(1003)의 대략 중간에 위치되며, 다른 센서는 PCM 인클로저(1003)의 하단부 쪽에 위치된다.

도 11a에 도시된 바와 같이, PCM 인클로저(1003)의 하단부 쪽에 그리고 열 교환기 코어(1020)(예를 들어, 열 교환기의 핀 달린 코어) 밑에 위치된 가열 디바이스(1011)(예를 들어, 전기 가열 디바이스)가 위치된다. 열 교환기 회로(1004a)(열 교환기 회로 1) 및 열 교환기 회로(1004b)(열 교환기 회로 2)가 있다.

가열 디바이스(1011)는 2개의 단차 특징부(1003a, 1003b) 사이에 위치되고, 이들 2개의 단차 특징부(1003a, 1003b) 사이에 연장된다. 이 단차 특징부(1003a, 1003b)는 PCM 인클로저(1003)의 일부이다.

가열 디바이스는 열을 균일하게 전달 및/또는 확산시킬 수 있는 물질/유체로 채워질 수 있는 하우징(1030) 내에 수용된다. 예를 들어, 물질/유체는 임의의 형태의 적합한 오일 및/또는 열 페이스트일 수 있다.

도 11a에서, 가열 디바이스(1011)는, 예를 들어, 하우징(1030) 내에 위치될 수 있고 열을 효율적으로 전달 및/또는 확산시킬 수 있는 물질에 의해 둘러싸일 수 있는 관형 전기 가열 디바이스일 수 있다. 따라서 하우징(1030)은 오일 및/또는 열 페이스트로 채워질 수 있다. 도 11b에서 발견된 실시예에 비해, 하우징(1030)은 핀이 달린 것이 아니다.

따라서, 도 11a에 도시된 배열에서, 가열 디바이스(1011)는 열을 균일하게 전달 및/또는 확산시킬 수 있는 열 물질로 채워진 하우징(1030) 내에 매립된다. 하우징(1030)은 바람직하게 PCM 인클로저(1003)와 일체형이다. 가열 디바이스(1011)는 PCM(1005)과 인터페이스하지 않는다.

상기 하우징(1030)은 평평한 것이거나 또는 선택 사항으로 표면적을 증가시켜 가열기로부터 열 물질로 그리고 하우징으로 이런 다음 PCM(1005)으로 열 전달을 증가시키기 위해 핀이 달린 것일 수 있으나, 중요한 것은 가열 디바이스(1011)의 표면 부하를 감소시켜 수리 간격이 감소된 견고한 디자인을 생성한다는 것이다. 이것은 상당한 기술적 장점이며 열 배터리(1000)의 수명을 증가시키는 것으로 밝혀졌다.

하우징(1030)에 오일 배스를 이용한다는 것은 가열 디바이스(1011)가 카트리지 가열기에서 요구되는 바와 같이 하우징(1030) 내에 높은 공차 맞춤을 가질 필요가 없다는 것을 의미한다. 종종 가열 디바이스(1011)와 하우징(1030)은 모두 바람직하게는 (억지 끼워 맞춤을 통해) 열 전달을 제공하기 위해 적절히 기계 가공/지정될 수 있고, 가열 디바이스(1011)가 쉽게 제거될 수 있도록 테이퍼질 수 있다. 이것은 다시 본 디자인의 또 다른 장점이다.

도 11a에서 발견되는 가열 디바이스(1011)와 하우징(1030)의 디자인은 수리 요원이 PCM(1005)에 노출됨이 없이 가열 디바이스(1011)를 쉽게 제거하고 접근할 수 있다는 것을 의미한다. 오일과 같은, 소량의 열 물질은 수리 간격 동안 하우징의 오일 니플을 통해 교체된다. 따라서 열 배터리(1000)는 매우 쉽게 수리될 수 있으며 이는 추가적인 기술적인 장점이다.

도 11b는 하우징(1050)이 도 11a에서 발견된 것과 유사하지만, 이 실시예에서는 하우징(1050)의 길이 아래로 연장되는 다양한 핀(1052)이 있는 대안적인 실시예를 나타낸다. 핀(1052)은 표면적을 증가시켜 열 에너지를 전달 및/또는 확산시키는 열 발산 영역으로서 기능하는 단순히 연장된 세장형 판이다. 하우징(1050)의 내부 길이 내로 연장되고 적어도 일부 또는 실질적으로 전체 내부 길이를 따라 연장되는 가열 디바이스(1054)가 있다.

도 12는 본 발명에 따른 다른 열 배터리(1100)를 나타낸다. 이 변형예에서 가열 디바이스는 PCM 인클로저 외부에 위치된다. 내부에는 전도성 블록이 있으며, 외부 유도 가열기를 통해 흐름이 유도된다. 이에 대해서는 아래에서 보다 상세히 설명한다.

도 12는 열 배터리 케이스(1101) 및 이 열 배터리 케이스(1101) 내부에 위치된 단열 층(1102)을 포함하는 열 배터리(1100)가 있는 것을 도시한다. 또한 PCM 인클로저(1103) 및 PCM(1105)이 있다. 또한 열 교환기(1104) 및 열 교환기 코어(1120)가 또한 있다.

도 12에서, PCM 인클로저(1103)의 상부측에는 입구(1106)(예를 들어, 입구 회로 1), 출구(1107)(예를 들어, 회로 1), 입구(1108)(예를 들어, 회로 2) 및 출구(1109)(예를 들어, 회로 2)가 있다.

또한 센서(1110)가 있다. 도 12에 도시된 바와 같이 바람직하게는 3개의 센서(1110)가 있다. 제1 센서는 PCM 인클로저(1103)의 상위 단부 쪽에 위치되고, 다른 센서는 PCM 인클로저(1103)의 대략 중간에 위치되며, 다른 센서는 PCM 인클로저(1103)의 하단부 쪽에 위치된다.

열 교환기 회로(1104a)(열 교환기 회로 1) 및 열 교환기 회로(1104b)(열 교환기 회로 2)가 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, PCM 인클로저(1003)의 하단부 쪽에 그리고 열 교환기 코어(1104)(예를 들어, 열 교환기의 핀 달린 코어) 밑에 위치된 가열 디바이스(1111)가 있다. 특히, 도 12에 도시된 열 배터리(1100)에서 가열 디바이스(1111)는 PCM 인클로저(1103)의 외부에 및 PCM 인클로저(1103)의 바닥에 위치된다. 따라서 가열 디바이스(1111)는 PCM 인클로저(1103)의 바닥과 배터리 케이스(1101)의 바닥 사이에 위치된다. 특정 실시예에서, 가열 디바이스(1111)는 유도 가열기이다.

따라서 가열 디바이스(1111)는 열 교환기 코어(1104) 및 PCM(1105)으로부터 외부에 위치되는 것으로 설명될 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 가열 디바이스(1111) 위에 또는 실질적으로 위에 그리고 PCM 인클로저(1103) 내에는 PCM 인클로저(1103)의 바닥을 따라 또는 실질적으로 바닥을 따라 연장되는 전도성 물질(1112) 층이 있다. 전도성 물질(1112)의 기능은 유도 가열기일 수 있는 가열 디바이스(1111)로부터 열을 유도 방식으로 전달하는 것이다. 따라서, 전도성 물질(1112)은 열을 생성 및/또는 전달하기 위해 내부에 흐름을 유도할 수 있는 열 전도성 금속 및/또는 합금 블록의 형태일 수 있다.

도 13은 본 발명에 따른 다른 열 배터리(1200)를 나타낸다. 이 실시예에서, 열 배터리(1200)에는 내부에 침지된 전도성 블록을 포함하는 적어도 하나의 또는 복수의 제거 가능한 카트리지 가열 디바이스가 있다. 이에 대해서는 아래에서 보다 상세히 설명한다.

열 배터리(1200)에는 열 배터리 케이스(1201) 및 이 열 배터리 케이스(1201) 내부에 위치된 단열 층(1202)이 있다. 또한 PCM 인클로저(1203) 및 PCM(1205)이 있다. 또한 열 교환기(1204)와 열 교환기 코어(1220)가 있다.

도 13에서, PCM 인클로저(1203)의 상부측에는 입구(1206)(예를 들어, 입구 회로 1), 출구(1207)(예를 들어, 회로 1), 입구(1208)(예를 들어, 회로 2) 및 출구(1209)(예를 들어, 회로 2)가 있다.

또한 센서(1210)가 있다. 도 13에 도시된 바와 같이 바람직하게는 3개의 센서(1210)가 있다. 제1 센서는 PCM 인클로저(1203)의 상위 단부 쪽에 위치되고, 다른 센서는 PCM 인클로저(1203)의 대략 중간에 위치되며, 다른 센서는 PCM 인클로저(1203)의 하단부 쪽에 위치된다.

열 교환기 회로(1204a)(열 교환기 회로 1) 및 열 교환기 회로(1204b)(열 교환기 회로 2)가 있다.

도 13에 도시된 바와 같이, PCM 인클로저(1203)의 바닥을 따라 연장되고, 열 교환기 코어(1220) 및 PCM(1205) 밑에 위치되는 물질의 블록(1212)이 있다. 블록(1212)은 PCM 인클로저(1203)의 일측으로부터 타측으로 완전히 또는 실질적으로 또는 적어도 부분적으로 연장될 수 있다. 블록(1212)은 임의의 적절한 금속 및/또는 합금과 같은 전도성 물질로 구성된다. 따라서 블록(1212)은 가열 디바이스가 위치되는 PCM 인클로저(1203)의 바닥 내부로부터 효율적으로 열을 전달하도록 의도된다.

제거될 수 있는 적어도 하나의 또는 일련의 카트리지 가열 디바이스(1211)가 블록(1212) 내부에 매립되어 있다. 도 13에는 3개의 카트리지 가열 디바이스(1211)가 도시되어 있지만 임의의 적절한 수가 있을 수 있다. 카트리지 가열 디바이스(1211)는 블록(1212)을 따라 실질적으로 수평으로 연장된다.

따라서 카트리지 가열 디바이스(1211)는 PCM 인클로저(1203) 내부에 위치된다. 따라서 카트리지 가열 디바이스(1213)는 열을 효율적으로 전달할 수 있는 열 전도성 금속 및/또는 합금 블록을 포함할 수 있다.

따라서 도 13에 도시된 실시예에서, PCM 인클로저(1213)의 바닥 및 내부에 매립된 열원으로서 기능하는 블록(1212)이 있다. 블록(1212)은 매립된 카트리지 가열 디바이스(1213)에 비해 큰 표면적을 갖는다.

카트리지 가열 디바이스(1211)의 기술적 장점은 이 가열 디바이스가 PCM(1205)과 접촉하지 않기 때문에 외부에서 접근 가능해서 쉽게 제거될 수 있다는 것이다. 따라서 도 13에 도시된 실시예 및 열 배터리(1200)는 매우 쉽게 수리될 수 있다.

이 변형예는 PCM 인클로저의 바닥에 매립된 가열기 블록을 사용한다. 이 블록은 매립된 카트리지 가열기에 비해 큰 표면적을 갖는다. 가열기는 외부에서 접근하여 제거될 수 있고 PCM과 접촉하지 않는다.

도 14는 본 발명에 따른 다른 열 배터리(1300)를 나타낸다. 이 실시예에서, 열 배터리(1300)에는 내부에 침지된 전도성 블록, 및 또한 PCM(1315)을 혼합하고 강제 대류를 통한 열 전달을 돕는 임펠러 교반기를 포함하는 적어도 하나의 또는 복수의 제거 가능한 카트리지 가열 디바이스가 있다. 따라서 임펠러 교반기를 추가하면 다음과 같은 기술적 장점을 제공한다:

강제 대류를 통한 열 전달 지원

PCM(1305) 및 그 구성 성분의 교반 및 혼합

도 14에 도시된 배터리(1300)는 아래에서 보다 상세히 설명된다.

배터리(1300)는 열 배터리 케이스(1301) 및 이 열 배터리 케이스(1301) 내부에 위치된 단열 층(1302)을 포함한다. 또한 PCM 인클로저(1303) 및 PCM(1305)이 있다. 또한 열 교환기(1304) 및 열 교환기 코어(1320)가 있다.

도 14에서, PCM 인클로저(1303)의 상부측에는 입구(1306)(예를 들어, 입구 회로 1), 출구(1307)(예를 들어, 회로 1), 입구(1308)(예를 들어, 회로 2) 및 출구(1309)(예를 들어, 회로 2)가 있다.

또한 센서(1310)가 있다. 도 14에 도시된 바와 같이 바람직하게는 3개의 센서(1310)가 있다. 제1 센서는 PCM 인클로저(1303)의 상위 단부 쪽에 위치되고, 다른 센서는 PCM 인클로저(1303)의 대략 중간에 위치되며, 다른 센서는 PCM 인클로저(1303)의 하단부 쪽에 위치된다.

열 교환기 회로(1304a)(열 교환기 회로 1) 및 열 교환기 회로(1304b)(열 교환기 회로 2)가 있다.

도 14에 도시된 바와 같이, PCM 인클로저(1303)의 하부를 따라 연장되고, 열 교환기 코어(1320) 및 PCM(1305) 밑에 위치되는 물질의 블록(1312)이 있다. 블록(1312)은 PCM 인클로저(1303)의 일측으로부터 타측으로 완전히 또는 실질적으로 또는 적어도 부분적으로 연장될 수 있다. 블록(1312)은 임의의 적절한 금속 및/또는 합금과 같은 전도성 물질로 구성된다. 따라서 블록(1312)은 PCM 인클로저(1303)의 하부 내부로부터 열을 효율적으로 전달하도록 의도된다.

제거될 수 있는 적어도 하나의 또는 일련의 카트리지 가열 디바이스(1311)가 블록(1312) 내부에 매립되어 있다. 도 14에는 3개의 카트리지 가열 디바이스(1311)가 도시되어 있지만 임의의 적절한 수가 있을 수 있다.

따라서 카트리지 가열 디바이스(1311)는 PCM 인클로저(1303) 내부에 위치된다. 따라서 카트리지 가열 디바이스(1311)는 열을 효율적으로 전달할 수 있는 열 전도성 금속 및/또는 합금 블록을 포함할 수 있다.

따라서 도 14에 도시된 실시예에서, PCM 인클로저(1303)의 하부 및 내부에 매립된 열원으로서 기능하는 블록(1312)이 있다. 블록(1312)은 매립된 카트리지 가열 디바이스(1311)에 비해 큰 표면적을 갖는다.

또한, 열 배터리(1300)는 회전 교반기와 같은 임의의 형태의 휘저어 섞는 디바이스일 수 있는 휘저어 섞는 기기(1315)를 포함한다. 휘저어 섞는 기기(1315)는 예를 들어 PCM 인클로저(1303)의 하부 쪽에 위치될 수 있고, 열 배터리(1300)의 효율 및 열 전달을 개선하기 위해 PCM(1305)을 휘저어 섞는 데 사용될 수 있다.

도 15a는 본 발명의 다른 실시예로서, 열 배터리(1400)가 도시된 것을 나타낸다. 열 배터리(1400)에는 PCM 인클로저 내부에서 실질적으로 수직으로 연장되는 가열 디바이스가 있다. 가열 디바이스는 가열기 요소 네트워크의 형태일 수 있다. 이에 대해서는 아래에서 보다 상세히 설명한다.

배터리(1400)는 열 배터리 케이스(1401) 및 이 열 배터리 케이스(1401) 내부에 위치된 단열 층(1402)을 포함한다. 또한 PCM 인클로저(1403) 및 PCM(1405)이 있다. 또한 열 교환기(1404) 및 열 교환기 코어(1420)가 있다.

도 15a에서, PCM 인클로저(1403)의 상부측에는 입구(1406)(예를 들어, 입구 회로 1), 출구(1407)(예를 들어, 회로 1), 입구(1408)(예를 들어, 회로 2) 및 출구(1409)(예를 들어, 회로 2)가 있다.

또한 센서(1410)가 있다. 도 15a에 도시된 바와 같이 바람직하게는 3개의 센서(1410)가 있다. 제1 센서는 PCM 인클로저(1403)의 상위 단부 쪽에 위치되고, 다른 센서는 PCM 인클로저(1403)의 대략 중간에 위치되며, 다른 센서는 PCM 인클로저(1403)의 하단부 쪽에 위치된다.

도 15a에 도시된 바와 같이, PCM 인클로저(1403) 내에서 실질적으로 수직으로 연장되는 일련의 가열 디바이스(1411)가 있다. 단일 가열 디바이스 또는 복수의 가열 디바이스와 같은 임의의 수의 가열 디바이스(1411)가 있을 수 있다. 단지 특정 실시예인 도 15a에 도시된 실시예는 PCM 인클로저(1403) 내에서 실질적으로 수직으로 위치된 6개의 가열 디바이스(1411)를 도시한다.

도 15b는 가열 디바이스(1411)의 팽창된 단면도이다. 도 15b는 가열 디바이스(1411)가 격자형 패턴의 가열 디바이스 네트워크(1420)를 포함하는 것을 도시한다. 격자 구획 내에는 효율적인 열 전달을 제공하는 관형 구획(1422)이 있다. 관형 구획(1422)은 구리 튜브일 수 있다. 가열 디바이스(1411)는 핀(1430) 형태이다.

도 15a 및 도 15b에 도시된 배열에서 그리고 열 교환기(1404)의 제조 동안 일반 핀은 '가열 핀' 즉, 가열 디바이스(1411)로 대체된다. 가열 디바이스(1411)의 위치는, 예를 들어, 열 배터리(1400)의 종횡비 및 높이에 의해 결정되고, 사용되는 가열 디바이스(1411)는 요구되는 열 에너지에 따라 원하는 전력 입력을 제공하도록 선택될 수 있다. 가열 디바이스(1411) 형태의 가열 핀은 특정 실시예에서 열 교환기(1404)의 일체형 부분이어서 제거될 수 없을 수 있다. 그러나, 열 배터리의 견고성을 보장하기 위해 여분을 위해 필요한 것보다 더 많은 수의 여분의 가열 핀, 즉 가열 디바이스(1411)를 배치하는 것도 가능하다.

이 디자인의 높은 가열 표면적으로 인해 각각의 가열 핀(즉, 가열 디바이스(1411))의 전력 밀도는 매우 낮아서 시스템의 견고성과 수명을 향상시킬 것이다.

가열 핀의 상부로부터 하부로 도 15b에 도시된 바와 같은 가열기 요소 네트워크의 밀도는 또한 응용에 맞게 충전 및 방전 능력을 최적화하도록 변경될 수 있다.

따라서, 도 15a 및 도 15b에 도시된 열 배터리(1400)에서, 가열 디바이스(1411)는 열 교환기에서 발견되는 일반적인 핀을 대체하는 데 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 열 교환기에서 발견되는 표준 핀을 대체하는 구리 튜브와 같은 열 전달 튜브 상으로 슬라이딩될 수 있는 양의 온도 계수(PTC) 가열기가 사용될 수 있다.

도 16a는 본 발명의 다른 실시예로서, 열 배터리(1500)가 도시된 것을 나타낸다. 열 배터리(1500)에 도시된 실시예에서, 예를 들어, PCM의 순환을 돕기 위해 열 파이프 또는 전도성 막대 형태의 실질적으로 수직으로 배향된 저전력 수직 가열기 형태의 가열 디바이스가 있다. 이것은 열 배터리 내 PCM 물질을 펌핑하는 작용을 생성하는 것으로 밝혀졌다.

도 15a에 도시된 배열은 다음과 같은 다수의 기술적 장점을 갖는 것으로 밝혀졌다:

1) 열 배터리의 베이스로부터 코어까지 열 전달을 증가시켜 충전 시간을 최적화시키는 장점; 및

2) 용융된 PCM이 이동하는 경로를 생성하여 상 변화로 PCM이 팽창하는 것에 의해 야기되는 압력 축적을 완화하는 장점.

열 배터리(1500)에는 열 배터리 케이스(1501) 및 이 열 배터리 케이스(1501) 내부에 위치된 단열 층(1502)이 있다. 또한 PCM 인클로저(1503) 및 PCM(1505)이 있다. 또한 열 교환기(1504) 및 열 교환기 코어(1520)가 있다.

도 16a에서 PCM 인클로저(1503)의 상부측에는 입구(1506)(예를 들어, 입구 회로 1), 출구(1507)(예를 들어, 회로 1), 입구(1508)(예를 들어, 회로 2) 및 출구(1509)(예를 들어, 회로 2)가 위치된다.

또한 센서(1510)가 있다. 도 16a에 도시된 바와 같이 바람직하게는 3개의 센서(1510)가 있다. 제1 센서는 PCM 인클로저(1503)의 상위 단부 쪽에 위치되고, 다른 센서는 PCM 인클로저(1503)의 대략 중간에 위치되며, 다른 센서는 PCM 인클로저(1503)의 하단부 쪽에 위치된다.

열 교환기 회로(1504a)(열 교환기 회로 1) 및 열 교환기 회로(1504b)(열 교환기 회로 2)가 있다.

도 16a에 도시된 바와 같이 PCM 인클로저(1503)의 하부 쪽에 위치된 가열 디바이스(1511)가 있다. 가열 디바이스(1511)는 열 교환기(1504)의 실질적으로 하부에 걸쳐 연장된다.

도 16a는 또한 복수의 실질적으로 수직으로 배향된 저전력 수직 가열기(1512)가 있는 것을 도시한다. 수직 가열기(1512)는 저전력 가열 디바이스 또는 대안적으로 가열 튜브의 형태일 수 있다. 임의의 적절한 수의 수직 가열기(1512)가 있을 수 있다.

열 배터리(1500)에 도시된 실시예에서, PCM 인클로저(1503)의 상위 표면으로부터 PCM(1505)을 통해 열 교환기(1504)로 연장되는 4개의 실질적으로 수직으로 배향된 가열기(1512)가 있다.

도 16b는 사용될 수 있는 상이한 유형의 수직 가열기의 팽창된 단면도를 도시한다. 도 16b의 좌측에는 저전력 가열 디바이스(1530)가 있다. 도 16b의 우측에는 가열 튜브(1540)가 도시된다. 도 16b는 열이 수직 가열기에서 위로 이동하고 냉각이 수직 가열기를 통해 아래로 흐르는 것을 보여준다.

도 17은 본 발명에 따라 일반적으로 1600으로 지정된 루버 달린 핀 디자인의 단면을 나타낸다. 루버 달린 핀 디자인(1600)은 열을 전달하는 데 사용될 수 있는 일련의 튜브(1601)(예를 들어, 구리 튜브)를 포함한다. 튜브(1601) 내 및 주위로 PCM 물질이 흐른다. PCM 물질의 흐름은 참조 번호 1603으로 표시된다. 도 17에 도시된 바와 같이, PCM 물질의 흐름은 핀(1602)의 루버(1602a)를 사용하여 지향될 수 있다. 따라서 핀(1602)은, 완전히 평면이거나 각진 형태로 스위칭되어 PCM 물질의 흐름을 지향시키는 데 사용될 수 있도록 사실상 완전히 개방될 수 있는 루버를 포함한다. 루버 달린 핀 디자인(600)은 전술한 실시예와 열 배터리 중 임의의 것에 통합될 수 있다.

본 발명의 특정 실시예가 위에서 설명되었지만, 설명된 실시예로부터 벗어난 사항도 여전히 본 발명의 범위 내에 속할 수 있는 것으로 이해된다. 예를 들어, 임의의 적절한 유형의 인클로저가 열 배터리에 사용될 수 있다. 추가적으로, 임의의 형태의 적합한 PCM 물질 및 전자 제어 메커니즘이 사용될 수 있다. 더욱이, 가열 디바이스는 전기 가열 형태 또는 본 발명의 범위 내에서 예상되는 임의의 다른 형태의 가열 시스템과 같은 임의의 적합한 형태일 수 있다. 더욱이, 본 명세서에 설명된 열 배터리에는 임의의 형태의 열 교환기가 사용될 수 있다.

Claims

PCM 열 배터리(heat battery)로서,
PCM을 수용할 수 있는 PCM 인클로저;
상기 PCM 인클로저 내에 위치된 PCM;
상기 PCM 열 배터리를 제어하기 위한 전자 제어 시스템; 및
상기 PCM 열 배터리에 위치된 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스를 포함하고;
상기 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스는 상기 PCM을 가열 및/또는 충전할 수 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항에 있어서,
적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스(예를 들어, 전기 가열 요소)가 상기 PCM 배터리 내에 일체로 및/또는 내부에 위치된 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스는 상기 PCM 인클로저 내에 위치되고 상기 PCM과 직접 접촉하며 상기 PCM 내에 침지되는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개 또는 복수의 가열 디바이스가 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 PCM 인클로저 내의 서로 다른 수직 레벨에 위치된 가열 디바이스가 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 PCM 열 배터리는 외부 1차 열원으로 충전되고, 상기 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스는 상기 PCM의 충전 및/또는 온도를 매우 정밀하게 제어할 수 있는 2차 열원인 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 PCM 열 배터리 전체를 위한 외부 케이싱이 있고, 상기 PCM 인클로저 주위로 연장되는 단열 층이 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자 제어 시스템은 상기 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스를 통해 열과 같은 에너지를 인가함으로써 상기 PCM의 물리적 특성 및/또는 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 PCM 열 배터리는 이중 포트 열 배터리인 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 PCM 열 배터리는 핀을 선택적으로 포함할 수 있는 열 교환기를 포함하고, 상기 열 교환기는 상기 PCM 인클로저 내에 위치된 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자 제어 시스템은 상기 PCM 열 배터리를 위한 전기적 연결을 제공하는 데 사용되는 저전력 회로(LPC) 및 고전력 회로(HPC)를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자 제어 시스템은 HPC 입구 및 HPC 출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
배터리 충전 상태 신호 및 배터리 충전 제어 신호와 함께 배터리 제어기가 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 PCM 및/또는 상기 열 배터리의 다른 부분의 물리적 특성 및/또는 온도를 모니터링할 수 있는 적어도 하나의 또는 복수의 센서가 상기 PCM 인클로저 내에 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
전체 작동 매체 및 상기 PCM 및/또는 열 교환기에 걸쳐 온도를 얻기 위해 상기 열 배터리의 서로 다른 수직 위치에 걸쳐 분포된 과열 안전 차단 온도 조절기(S0) 및 복수의 온도 센서가 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 PCM 열 배터리는 백업 가열기 요소(back-up heater element), 예를 들어, 전기 가열기 요소의 형태인 상기 가열 디바이스를 갖는 이중 포트 디자인인 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 디바이스는 상기 PCM 인클로저의 상부 절반에 위치되고 상기 PCM에 침지되는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자 제어 시스템은 요구될 때 상기 가열 디바이스를 완전히 제어 및/또는 스위칭온 및/또는 스위칭오프시킬 수 있는 배터리 제어기를 포함하고, 상기 가열 디바이스에 의해 전달되는 전력 및/또는 가열의 양은 또한 상기 PCM 인클로저 및 PCM 내에 위치된 센서의 측정값에 따라 제어(즉, 조정 및 변경)되는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 PCM 인클로저 및/또는 상기 PCM 내의 상이한 높이에 위치된 복수의 전기 가열 디바이스가 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 PCM 인클로저의 상부 절반에 위치된 제1 가열 디바이스 및 상기 PCM 인클로저의 하부 절반에 위치된 제2 가열 디바이스가 있고, 상기 제1 및 제2 가열 디바이스는 모두 PCM에 침지된 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 PCM 열 배터리와 일체로 및/또는 내부에 있고 열 교환기 아래의 PCM에 침수된 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스가 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열 배터리의 하단부 쪽에 위치된 상기 PCM 인클로저는 상기 PCM 인클로저의 하부로부터 위로 연장되는 단차 특징부를 포함하고, 상기 단차 특징부는 가열기 요소 단자 및 선택적으로 안전 차단 특징부를 위해 하우징을 제공하는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 디바이스는 상기 PCM 인클로저의 하단부 쪽에 일체로 위치되고, 상기 가열 디바이스는 관형이고 열 교환기 아래에 위치된 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 디바이스는, 상기 PCM에 침지되고 상기 가열 디바이스의 벌크 헤드 연결 링에 통합되어 넓은 표면적을 통해 상기 PCM에 열을 전달하고 상기 PCM에 즉각적인 가열을 제공하는 관형 세장형 가열 디바이스인 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 PCM 열 배터리 내에 위치되고 상기 PCM 인클로저 및 PCM 내부에 위치된 열 교환기가 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열 배터리 및 열 교환기에 실질적으로 수직으로 삽입되고 상기 PCM으로 연장되어 상기 PCM의 적어도 일부에 침지되는 적어도 하나의 또는 복수의 열 전도체(예를 들어, 금속 막대 또는 열 파이프)가 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
열 교환기의 상기 하단부 쪽에 배치된 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스가 있고, 상기 가열 디바이스는 상기 PCM 인클로저의 하부 쪽에 그리고 하부를 따라 실질적으로 수평으로 위치되는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
실질적으로 수직으로 배향되고 열 교환기 코어(예를 들어, 열 교환기의 핀 달린 코어) 내로 또는 적어도 부분적으로 연장되고, 열 교환기 아래 또는 실질적으로 아래 상기 열 배터리의 가열 영역으로 연장되는 열판(예를 들어, 금속판과 같은 전도성 열판)이 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
열 교환기 코어에 매립된 적어도 하나의 또는 복수의 비평면 가열 디바이스(예를 들어, 실질적으로 L자형 전기 가열 디바이스)가 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제29항에 있어서,
상기 비평면 가열 디바이스(예를 들어, 실질적으로 L자형 가열 디바이스)는 상기 PCM을 통해 아래로 연장되는 실질적으로 수직으로 위치된 부분을 포함하고, 상기 실질적으로 수직으로 위치된 부분으로부터 실질적으로 접선 방향으로 연장되는, 적어도 하나의 또는 복수의 실질적으로 수평으로 위치된 부분이 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제30항에 있어서,
제1 실질적으로 수평으로 위치된 부분은 상기 열 교환기 코어의 하위 1/4을 따라 연장되고, 제2 수평으로 위치된 부분은 상기 열 교환기 코어의 실질적으로 중간 부분을 통해 연장되고, 제3 수평으로 위치된 부분은 상기 열 교환기 코어의 상위 1/4을 통해 연장되는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제30항 또는 제31항에 있어서,
상기 실질적으로 수평으로 위치된 부분은 열 교환기의 코어(예를 들어, 핀 튜브 열 교환기의 핀 달린 코어)에 매립되거나 적어도 부분적으로 매립된 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
열 교환기 코어에 매립된, 전도성 요소, 예를 들어, 구리 튜브와 같은 전도성 튜브를 포함하는 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스(예를 들어, 전기 가열 관형 가열기)가 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제33항에 있어서,
상기 적어도 하나의 또는 복수의 전기 가열 디바이스는 상기 PCM 열 배터리의 매니폴드에 매립되는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제33항에 있어서,
상기 가열 디바이스는 상기 열 교환기 코어에 걸쳐 실질적으로 수평으로 연장되는 회로에 매립되는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제35항에 있어서,
상기 회로는 열 교환기에 매립되는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제35항 또는 제36항에 있어서,
상기 회로 주위로 연장되는 통로가 있고, 상기 회로 주위로 연장되는 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스가 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
열을 효율적으로 전달 및/또는 확산시킬 수 있는 물질을 포함하는 하우징에 매립 및/또는 위치된 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스가 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제38항에 있어서,
상기 하우징 내의 물질은 오일 및/또는 열 페이스트인 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제38항 또는 제39항에 있어서,
상기 하우징은 상기 PCM 인클로저와 일체형이고, 상기 가열 디바이스는 상기 PCM과 직접 인터페이스하지 않는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제38항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 디바이스는 오일 및/또는 열 페이스트로 채워진 하우징에 매립된 관형 전기 가열기인 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 PCM 인클로저의 외부에 및 상기 PCM 열 배터리를 위한 외부 케이싱 내부에 위치된 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스가 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제42항에 있어서,
상기 PCM 인클로저 내부에 위치된 전도성 블록이 있고, 상기 전도성 블록은 상기 PCM 인클로저의 실질적으로 아래 및 외부에 위치된 유도 가열기를 통해 내부에 흐름을 유도할 수 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제42항 또는 제43항에 있어서,
상기 가열 디바이스는 상기 PCM 인클로저의 하단부 쪽에 위치되고 일반적으로 상기 열 교환기 코어(예를 들어, 열 교환기의 핀 달린 코어) 밑에 (즉, 실질적으로 아래에) 위치된 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제42항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전도성 블록 형태의 상기 가열 디바이스는 상기 PCM 인클로저 외부에 위치된 유도 가열기에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제45항에 있어서,
상기 전도성 블록은 상기 유도 가열기 위에 또는 실질적으로 위에 내측에 및 상기 PCM 인클로저 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 또는 여러 개의 제거 가능한 카트리지 가열기를 통해 가열되는 상기 열 배터리와 일체형인 내부에 침지된 전도성 블록이 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제47항에 있어서,
내부에 침지된 전도성 블록 내에 위치된 적어도 하나의 또는 복수의 제거 가능한 카트리지 가열 디바이스가 있고, 상기 전도성 블록은 상기 PCM 인클로저 내에 있고 열 교환기 아래에 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제47항 또는 제48항에 있어서,
상기 전도성 블록은, 상기 PCM 인클로저의 하부를 따라 연장되고 열 교환기 코어 및 상기 PCM 밑에 (즉, 아래에) 위치되는 열 전도성 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제47항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 카트리지 가열기는 상기 PCM 인클로저 내부에 위치되고, 열을 효율적으로 전달할 수 있는 열 전도성 금속 및/또는 합금 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 PCM을 혼합하고 강제 대류를 통한 열 전달을 돕는 임펠러 교반기가 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 디바이스는 가열기 요소 네트워크의 형태인 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제52항에 있어서,
상기 가열기 요소 네트워크는 효율적인 열 전달을 제공하는 전도성 관형 구획이 내부에 있는 격자 구획을 포함하는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 디바이스는 열을 발산 및/또는 전달하는 것을 돕는 확장 부재(예를 들어, 핀)를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 디바이스는 열 전달 튜브 상으로 슬라이딩되는 양의 온도 계수(PTC) 가열기를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 디바이스는 열 교환기의 실질적으로 하부에 걸쳐 연장되는, 실질적으로 수평으로 배향된 저전력 수직 가열기의 형태인 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 디바이스는 실질적으로 수직으로 배향된 저전력 수직 가열기의 형태인 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제57항에 있어서,
상기 실질적으로 수직으로 배향된 저전력 수직 가열기는, PCM의 순환을 돕고 상기 열 배터리 내 상기 PCM 물질에 대해 펌핑 작용을 생성하는 열 파이프 또는 전도성 막대인 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제57항 또는 제58항에 있어서,
상기 실질적으로 수직으로 배향된 가열기는 상기 PCM 인클로저의 상부 표면으로부터 상기 PCM을 통해 열 교환기로 연장되는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제1항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서,
열 배터리는 루버 달린 핀(louvred fin)을 포함하는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
제60항에 있어서,
상기 루버 달린 핀은 열을 전달하는 데 사용되는 일련의 튜브(예를 들어, 구리 튜브)를 포함하고, 상기 튜브 내 및 주위에 PCM 물질이 흐르며 상기 핀의 루버를 사용하여 지향될 수 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리.
PCM 열 배터리에 열 에너지를 인가하는 방법으로서,
PCM을 수용할 수 있는 PCM 인클로저를 제공하는 단계;
상기 인클로저 내에 위치된 PCM을 제공하는 단계;
상기 PCM 열 배터리를 위한 전자 제어 시스템을 제공하는 단계; 및
상기 PCM 인클로저 내에 위치되고 상기 PCM에 침지된 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스를 제공하는 단계를 포함하고;
상기 적어도 하나의 또는 복수의 가열 디바이스는 상기 PCM을 가열 및/또는 충전할 수 있는 것을 특징으로 하는 PCM 열 배터리에 열 에너지를 인가하는 방법.