KR20240065884A - Latent heat storage device and latent heat storage system - Google Patents
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Abstract
내부 공간을 포함하는 제1 구조체, 및 상기 내부 공간의 일부에 배치되고, 상변화 물질(phase change)로 채워진 복수의 제2 구조체들을 포함하고, 상기 제2 구조체는, 상기 내부 공간의 나머지 일부에 흐르는 작동 유체와 열 교환을 통하여, 잠열을 흡수하거나 또는 상기 잠열을 방출하는 잠열 저장 장치가 개시된다. 이 외에도 본 문서를 통해 파악되는 다양한 실시 예가 가능하다.A first structure including an interior space, and a plurality of second structures disposed in a portion of the interior space and filled with a phase change material, wherein the second structure is located in a remaining portion of the interior space. A latent heat storage device that absorbs or releases latent heat through heat exchange with a flowing working fluid is disclosed. In addition to this, various embodiments identified through this document are possible.
Description
본 문서에서 개시되는 실시 예들은 잠열 저장 장치 및 잠열 저장 시스템에 관한 것으로, 특히 상변화(phase change) 물질로 채워진 캔(can)을 포함하는 잠열 저장 장치 및 이를 이용한 잠열 저장 시스템에 관한 것이다.Embodiments disclosed in this document relate to a latent heat storage device and a latent heat storage system, and particularly to a latent heat storage device including a can filled with a phase change material and a latent heat storage system using the same.
태양열은 무한한 에너지원으로서, 화석 연료와 원자력 기반의 지속 불가능한 에너지 사용 과정에서 발생하는 문제들을 해결하고 환경적인 문제를 해소할 수 있는 신재생 에너지이다. 그러나 태양열은 간헐절이고 한정적이라는 한계점이 존재하므로, 이러한 태양열을 활용하기 위해 효율적인 에너지 저장 및 활용에 관한 기술 개발이 활발히 진행되고 있다. 그 중에서도 잠열을 이용한 열 에너지 저장 방법이 널리 사용되고 있다.Solar energy is an infinite energy source and a renewable energy that can solve problems arising from the use of unsustainable energy based on fossil fuels and nuclear energy and solve environmental problems. However, since solar power has limitations in that it is intermittent and limited, the development of technologies for efficient energy storage and utilization is actively underway to utilize solar power. Among them, thermal energy storage methods using latent heat are widely used.
잠열을 이용한 열에너지 저장 방법은 상변화 물질의 상변화 과정 동안에 필요한 잠열 에너지를 이용해 열을 저장 및 방출하는 방식이며, 축열조 형태 및 상변화 물질의 저장 형태에 따라, 쉘 앤 튜브(shell and tube) 타입 및 캡슐(capsule) 타입으로 구분된다. 쉘 앤 튜브 타입은 축열조 내에 상변화 물질이 들어있고, 열 교환을 위한 코일이 삽입되어 코일 내부에 열 교환 유체가 흐르며 열 교환하는 형태이다. 캡슐 타입은 상변화 물질을 캡슐이 감싸고, 외부에 열 교환 유체가 흐르며 열 교환하는 형태이다.Thermal energy storage method using latent heat is a method of storing and releasing heat using the latent heat energy required during the phase change process of the phase change material. Depending on the type of heat storage tank and the storage type of the phase change material, it is a shell and tube type. and capsule types. The shell and tube type contains a phase change material in a heat storage tank, and a coil for heat exchange is inserted to exchange heat with a heat exchange fluid flowing inside the coil. The capsule type is a type in which a phase change material is surrounded by a capsule and a heat exchange fluid flows on the outside to exchange heat.
캡슐 타입은 열 교환 면적을 넓혀 효과적인 열 교환이 가능한 상변화 물질 저장 형태이며, 쉘 앤 튜브 타입보다 데드존 발생 구간이 비교적 적어 대형 열 교환 탱크에 적합할 수 있다.The capsule type is a form of phase change material storage that allows effective heat exchange by expanding the heat exchange area, and has relatively fewer dead zones than the shell and tube type, making it suitable for large heat exchange tanks.
캡슐 타입의 상변화 물질 저장 형태를 설계할 경우, 쉘 앤 코어(shell and core)의 비율이 중요한 요소일 수 있다. 그러나, 종래의 캡슐 타입은 캡슐의 구조로 인하여 축열조(예: 탱크(tank))의 공간을 최대한 활용하는 데 한계점을 가질 수밖에 없었다. 더욱이, 종래의 캡슐 타입은 외부에 흐르는 열 교환 유체의 유량 증가에 따라 압력 강하로 인한 캡슐의 파손(예: 균열, 찌그러짐 등)이 발생될 수 있다.When designing a capsule-type phase change material storage form, the shell-to-core ratio can be an important factor. However, the conventional capsule type inevitably had limitations in utilizing the space of the heat storage tank (e.g., tank) to the maximum due to the structure of the capsule. Moreover, in the conventional capsule type, damage (e.g. cracks, dents, etc.) of the capsule may occur due to pressure drop as the flow rate of the heat exchange fluid flowing to the outside increases.
이에 따라 본 문서에 개시되는 다양한 실시 예에서는, 축열조의 공간을 최대한 활용하고, 열 교환 유체의 유량 증가에 대응하여 캡슐의 파손을 방지하는 잠열 저장 장치 및 잠열 저장 시스템을 제공할 수 있다.Accordingly, various embodiments disclosed in this document can provide a latent heat storage device and a latent heat storage system that maximizes the space of the heat storage tank and prevents damage to the capsule in response to an increase in the flow rate of the heat exchange fluid.
일 실시 예에 따르면, 잠열 저장 장치는, 내부 공간을 포함하는 제1 구조체, 및 상기 내부 공간의 일부에 배치되고, 상변화(phase change) 물질로 채워진 복수의 제2 구조체들을 포함하고, 상기 제2 구조체는, 상기 내부 공간의 나머지 일부에 흐르는 작동 유체와 열 교환을 통하여, 잠열을 흡수하거나 또는 상기 잠열을 방출할 수 있다.According to one embodiment, the latent heat storage device includes a first structure including an internal space, and a plurality of second structures disposed in a portion of the internal space and filled with a phase change material, 2 The structure may absorb latent heat or release the latent heat through heat exchange with a working fluid flowing in the remaining part of the internal space.
일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 제2 구조체들은 지정된 개수에 따라 복수의 그룹들로 구분되고, 상기 복수의 그룹들 각각은 상기 내부 공간 내에서 지정된 방향으로 정렬될 수 있다.According to one embodiment, the plurality of second structures are divided into a plurality of groups according to a designated number, and each of the plurality of groups may be aligned in a designated direction within the internal space.
일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 제2 구조체들 각각은 알루미늄(aluminium) 또는 스테인리스 스틸(stainless steel) 재질일 수 있다.According to one embodiment, each of the plurality of second structures may be made of aluminum or stainless steel.
일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 제2 구조체들 각각은 원기둥 형상일 수 있다.According to one embodiment, each of the plurality of second structures may have a cylindrical shape.
일 실시 예에 따르면, 상기 상변화 물질은 테트라데칸(tetradecane), 옥타데칸(octadecane), 및 노나데칸(nonadecane) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the phase change material may include at least one of tetradecane, octadecane, and nonadecane.
일 실시 예에 따르면, 상기 상변화 물질은 상기 제2 구조체 내에 지정된 비율로 채워질 수 있다.According to one embodiment, the phase change material may be filled in the second structure at a specified ratio.
일 실시 예에 따르면, 상기 작동 유체는, 상기 제1 구조체의 외부로부터 상기 내부 공간으로 제1 경로를 통해 유입되고, 상기 내부 공간으로부터 상기 제1 구조체의 외부로 상기 제1 경로와 다른 제2 경로를 통해 배출될 수 있다.According to one embodiment, the working fluid flows from the outside of the first structure into the inner space through a first path, and flows from the inner space to the outside of the first structure through a second path different from the first path. It can be discharged through .
일 실시 예에 따르면, 잠열 저장 시스템은, 태양광을 흡수하여 열 에너지로 전환한 후, 상기 전환된 열 에너지를 작동 유체에 전달하는 집열기, 상기 열 에너지를 전달 받은 상기 작동 유체를 이송하는 펌프, 및 상기 펌프와 작동적으로 연결된 잠열 저장 장치를 포함하고, 상기 잠열 저장 장치는, 내부 공간을 포함하는 제1 구조체, 및 상기 내부 공간의 일부에 배치되고, 상변화(phase change) 물질로 채워진 복수의 제2 구조체들을 포함하고, 상기 제2 구조체는, 상기 내부 공간의 나머지 일부에 흐르는 상기 작동 유체와 열 교환을 통하여, 잠열을 흡수하거나 또는 상기 잠열을 방출할 수 있다.According to one embodiment, the latent heat storage system includes a collector that absorbs sunlight and converts it into heat energy, and then transfers the converted heat energy to a working fluid; a pump that transfers the working fluid that has received the heat energy; and a latent heat storage device operatively connected to the pump, the latent heat storage device comprising: a first structure comprising an interior space; and a plurality of structures disposed in a portion of the interior space and filled with a phase change material. of second structures, wherein the second structure may absorb latent heat or release the latent heat through heat exchange with the working fluid flowing in the remaining part of the internal space.
일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 제2 구조체들은 지정된 개수에 따라 복수의 그룹들로 구분되고, 상기 복수의 그룹들 각각은 상기 내부 공간 내에서 지정된 방향으로 정렬될 수 있다.According to one embodiment, the plurality of second structures are divided into a plurality of groups according to a designated number, and each of the plurality of groups may be aligned in a designated direction within the internal space.
일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 제2 구조체들 각각은 알루미늄(aluminium) 또는 스테인리스 스틸(stainless steel) 재질일 수 있다.According to one embodiment, each of the plurality of second structures may be made of aluminum or stainless steel.
일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 제2 구조체들 각각은 원기둥 형상일 수 있다.According to one embodiment, each of the plurality of second structures may have a cylindrical shape.
일 실시 예에 따르면, 상기 상변화 물질은 테트라데칸(tetradecane), 옥타데칸(octadecane), 및 노나데칸(nonadecane) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the phase change material may include at least one of tetradecane, octadecane, and nonadecane.
일 실시 예에 따르면, 상기 상변화 물질은 상기 제2 구조체 내에 지정된 비율로 채워질 수 있다.According to one embodiment, the phase change material may be filled in the second structure at a specified ratio.
일 실시 예에 따르면, 상기 작동 유체는, 상기 펌프로부터 상기 내부 공간으로 제1 경로를 통해 유입되고, 상기 내부 공간으로부터 상기 펌프로 상기 제1 경로와 다른 제2 경로를 통해 배출될 수 있다.According to one embodiment, the working fluid may be introduced from the pump into the internal space through a first path, and may be discharged from the internal space to the pump through a second path different from the first path.
본 문서에 개시되는 다양한 실시 예에 따른 잠열 저장 장치 및 잠열 저장 시스템은 축열조의 공간을 최대한 활용하고, 열 교환 유체의 유량 증가에 대응하여 캡슐의 파손을 방지하는 동시에 열 전달 효율을 증가시킬 수 있다.The latent heat storage device and latent heat storage system according to various embodiments disclosed in this document can maximize the space of the heat storage tank, prevent damage to the capsule in response to an increase in the flow rate of the heat exchange fluid, and increase heat transfer efficiency at the same time. .
이 외에도 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과가 제공될 수 있다.In addition, various effects that can be directly or indirectly identified through this document may be provided.
도 1은 일 실시 예에 따른 잠열 저장 장치의 사시도이다.
도 2a는 일 실시 예에 따른 잠열 저장 장치를 옆에서 바라본 도면이다.
도 2b는 일 실시 예에 따른 잠열 저장 장치를 위에서 바라본 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 잠열 저장 장치의 잠열 흡수 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 잠열 저장 장치의 잠열 방출 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 잠열 저장 장치 내 제1 구조체의 축열 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 잠열 저장 장치 내 제1 구조체의 방열 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 잠열 저장 시스템의 개략적인 구성요소들을 도시한 블록도이다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 대응되는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호가 부여될 수 있다.1 is a perspective view of a latent heat storage device according to an embodiment.
Figure 2a is a side view of a latent heat storage device according to an embodiment.
Figure 2b is a view from above of a latent heat storage device according to an embodiment.
Figure 3 is a diagram illustrating a latent heat absorption process of a latent heat storage device according to an embodiment.
Figure 4 is a diagram illustrating a latent heat release process of a latent heat storage device according to an embodiment.
Figure 5 is a graph showing the results of a heat storage experiment of the first structure in the latent heat storage device according to one embodiment.
Figure 6 is a graph showing the results of a heat dissipation test of the first structure in the latent heat storage device according to one embodiment.
Figure 7 is a block diagram schematically showing components of a latent heat storage system according to an embodiment.
In relation to the description of the drawings, identical or corresponding components may be assigned the same reference number.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 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. 이하에서 동일한 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms. These embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete, and those skilled in the art It is provided to fully inform the person of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Hereinafter, like reference numerals refer to like elements.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.Although first, second, etc. are used to describe various elements, elements and/or sections, it is understood that these elements, elements and/or sections are not limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one element, component or section from other elements, elements or sections. Accordingly, it goes without saying that the first element, first element, or first section mentioned below may also be a second element, second element, or second section within the technical spirit of the present invention.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 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 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terms used in this specification are for describing embodiments and are not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, “comprises” and/or “made of” refers to a referenced component, step, operation and/or element of one or more other components, steps, operations and/or elements. Does not exclude presence or addition.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used with meanings that can be commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Additionally, terms defined in commonly used dictionaries are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly specifically defined.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 일 실시 예에 따른 잠열 저장 장치의 사시도이다. 도 2a는 일 실시 예에 따른 잠열 저장 장치를 옆에서 바라본 도면이다. 도 2b는 일 실시 예에 따른 잠열 저장 장치를 위에서 바라본 도면이다.1 is a perspective view of a latent heat storage device according to an embodiment. Figure 2a is a side view of a latent heat storage device according to an embodiment. Figure 2b is a view from above of a latent heat storage device according to an embodiment.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 일 실시 예에 따른 잠열 저장 장치(100)는 상변화 물질 및 작동 유체(F) 사이의 열 교환을 통하 축열 또는 방열 동작을 수행할 수 있다. 이를 위해 잠열 저장 장치(100)는 제1 구조체(210) 및 복수의 제2 구조체들(220)을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1, 2A, and 2B, the latent
일 실시 예에 따르면, 제1 구조체(210)는 내부 공간을 포함하는 원기둥 형상일 수 있다. 예를 들어, 제1 구조체(210)는 제1 방향(예: +z축 방향)으로 1,400mm 길이를 갖고, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향(예: +y축 방향)으로 600mm 길이를 가질 수 있다. 일 실시 예에서, 제1 구조체(210)는 탱크(tank) 형상의 축열조일 수 있다. 일 실시 예에서, 제1 구조체(210)의 내부 공간에는 복수의 제2 구조체들(220) 및 작동 유체(F)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 구조체(210)의 내부 공간 중 일부에는 복수의 제2 구조체들(220)이 지정된 배열에 따라 정렬되고, 상기 내부 공간 중 나머지 일부에는 상기 복수의 제2 구조체들(220)의 표면과 접촉하는 작동 유체(F)로 가득 채워질 수 있다. 일 실시 예에서, 제1 구조체(210)의 외부는 단열재(예: 50mm 두께의 글라스 울 보온재)로 둘러싸임으로써, 제1 구조체(210) 내부의 열 손실을 감소시킬 수 있다.According to one embodiment, the
일 실시 예에 따르면, 복수의 제2 구조체들(220) 각각은 원기둥 형상일 수 있다. 예를 들어, 복수의 제2 구조체들(220) 각각은 제1 방향으로 168mm 길이를 갖고, 제2 방향으로 66mm 길이를 갖는 원통형 캔(can) 구조일 수 있다. 일 실시 예에서, 복수의 제2 구조체들(220) 각각은 상기 구조에 의하여 제1 구조체(210)의 형상에 대응됨으로써, 제1 구조체(210)의 내부에 최대 용량으로 적재될 수 있다. 일 실시 예에서, 복수의 제2 구조체들(220) 각각은 지정된 강성을 갖는 알루미늄(aluminium) 또는 스테인리스 스틸(stainless steel) 재질일 수 있다. 이러한 재질은 작동 유체(F)의 유량 증가에 대응하여 캡슐의 파손을 방지하도록 할 수 있다.According to one embodiment, each of the plurality of
일 실시 예에 따르면, 복수의 제2 구조체들(220)은 제1 구조체(210)의 내부 공간 내에서 지정된 배열에 따라 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제2 구조체들(220) 중 일부를 포함하는 제1 그룹(220a)은 제1 구조체(210)의 내부 공간의 제1 평면(예: -x축 및 -y축 사이의 평면) 상 한 지점에서 제1 방향으로 정렬되고, 상기 복수의 구조체들(220) 중 다른 일부를 포함하는 제2 그룹(220b)은 상기 제1 구조체(210)의 내부 공간의 제2 평면(예: -x축 및 +y축 사이의 평면) 상 한 지점에서 제1 방향으로 정렬될 수 있다. 이러한 배열 구조에 따르면, 복수의 제2 구조체들(220)은 구분된 그룹들에 따라 각각의 평면 상 서로 다른 지점들 각각에서 적층될 수 있다. 또한, 제1 구조체(210)의 내부 공간에서, 복수의 제2 구조체들(220) 사이사이에는 작동 유체(F)가 흐를 수 있다.According to one embodiment, the plurality of
일 실시 예에 따르면, 복수의 제2 구조체들(220) 각각에는 상변화 물질이 지정된 비율(예: 99%)로 채워질 수 있다. 예를 들어, 복수의 제2 구조체들(220) 각각에는 테트라데칸(tetradecane), 옥타데칸(octadecane), 및 노나데칸(nonadecane) 중 적어도 하나가 채워질 수 있다. 여기서, 상변화 물질은 작동 유체(F)와 열 교환을 통하여 잠열을 흡수하거나 또는 상기 잠열을 방출할 수 있다.According to one embodiment, each of the plurality of
도 3은 일 실시 예에 따른 잠열 저장 장치의 잠열 흡수 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.Figure 3 is a diagram illustrating a latent heat absorption process of a latent heat storage device according to an embodiment.
도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 잠열 저장 장치(100)는 작동 유체(F)의 흐름에 따라 잠열을 흡수하는 제1 순환 동작(300a) 및 이와 관련된 제1 상변화 그래프(300b)를 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 3, the latent
제1 순환 동작(300a) 및 이와 관련된 제1 상변화 그래프(300b)를 참조하면, 제1 구조체(210)의 내부에는 잠열 저장 장치의 외부(예: 펌프)로부터 제1 경로(R1)를 통해 제1 온도의 작동 유체(F)가 유입될 수 있다. 상기 제1 경로(R1)는 제1 구조체(210)의 일측에 연결된 배관으로부터 제1 구조체(210)의 내부 공간을 향하는 경로일 수 있다. 제1 경로(R1)를 통해 제1 구조체(210)의 내부로 유입된 제1 온도의 작동 유체(F)는 제1 구조체(210)의 내부로 순환되며 복수의 제2 구조체들(220) 표면에 접촉될 수 있다. 상기 접촉되는 과정(예: 열 교환 과정) 동안에, 복수의 제2 구조체들(220) 각각의 내부에 채워진 상변화 물질들은 제1 구간(S1)에 해당하는 제1 상태(예: 고체 상태)에서 제2 구간(S2)에 해당하는 제2 상태(예: 상변화 상태)를 거쳐 제3 구간(S3)에 해당하는 제3 상태(예: 액체 상태)로 변화되며 잠열을 흡수할 수 있다. 상기 접촉되는 과정 이후, 제1 경로(R1)를 통해 제1 구조체(210)의 내부로 유입된 제1 온도의 작동 유체(F)는 제2 온도(예: 제1 온도보다 낮은 온도)를 가진 상태에서 제2 경로(R2)로 배출될 수 있다. 제2 경로(R2)는 제1 구조체(210)의 내부 공간으로부터 제1 구조체(210)의 타측에 연결된 다른 배관으로 향하는 경로일 수 있다.Referring to the first circulation operation 300a and the first
상술한 제1 순환 동작(300a)에 의하여, 잠열 저장 장치(100)는 열 에너지를 저장하는 축열 기능을 수행할 수 있다.By the above-described first circulation operation 300a, the latent
도 4는 일 실시 예에 따른 잠열 저장 장치의 잠열 방출 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.Figure 4 is a diagram illustrating a latent heat release process of a latent heat storage device according to an embodiment.
도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 잠열 저장 장치(100)는 작동 유체(F)의 흐름에 따라 잠열을 방출하는 제2 순환 동작(400a) 및 이와 관련된 제2 상변화 그래프(400b)를 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 4, the latent
제2 순환 동작(400a) 및 이와 관련된 제2 상변화 그래프(400b)를 참조하면, 제1 구조체(210)의 내부에는 잠열 저장 장치의 외부(예: 펌프)로부터 제3 경로(R3)를 통해 제3 온도의 작동 유체(F)가 유입될 수 있다. 상기 제3 경로(R3)는 제1 구조체(210)의 타측에 연결된 배관으로부터 제1 구조체(210)의 내부 공간을 향하는 경로일 수 있다. 제3 경로(R3)를 통해 제1 구조체(210)의 내부로 유입된 제3 온도의 작동 유체(F)는 제1 구조체(210)의 내부로 순환되며 복수의 제2 구조체들(220) 표면에 접촉될 수 있다. 상기 접촉되는 과정(예: 열 교환 과정) 동안에, 복수의 제2 구조체들(220) 각각의 내부에 채워진 상변화 물질들은 제1 구간(S1)에 해당하는 제1 상태(예: 액체 상태)에서 제2 구간(S2)에 해당하는 제2 상태(예: 상변화 상태)를 거쳐 제3 구간(S3)에 해당하는 제3 상태(예: 고체 상태)로 변화되며 잠열을 방출할 수 있다. 상기 접촉되는 과정 이후, 제3 경로(R3)를 통해 제1 구조체(210)의 내부로 유입된 제3 온도의 작동 유체(F)는 제3 온도(예: 제1 온도보다 높은 온도)를 가진 상태에서 제4 경로(R4)로 배출될 수 있다. 제2 경로(R2)는 제1 구조체(210)의 내부 공간으로부터 제1 구조체(210)의 일측에 연결된 다른 배관으로 향하는 경로일 수 있다.Referring to the second circulation operation 400a and the second
상술한 제2 순환 동작(400a)에 의하여, 잠열 저장 장치(100)는 열 에너지를 내보내는 방열 기능을 수행할 수 있다.By the above-described second circulation operation 400a, the latent
도 5는 일 실시 예에 따른 잠열 저장 장치 내 제1 구조체의 축열 실험 결과를 도시한 그래프이다.Figure 5 is a graph showing the results of a heat storage experiment of the first structure in the latent heat storage device according to one embodiment.
도 5의 그래프(500)를 참조하면, 일 실시 예에 따른 잠열 저장 장치(100)는 서로 다른 온도 각각의 구간에서 서로 다른 상변화 완료 시간을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 잠열 저장 장치(100)는 내부 공간에 흐르는 작동 유체(F)의 온도가 제1 온도(예: 80℃)인 경우, 제1 시간(예: 약 70분)이 경과하였을 때 제2 구조체(220) 내부 상변화 물질의 상변화가 완료되도록 할 수 있다. 다른 예로서, 잠열 저장 장치(100)는 내부 공간에 흐르는 작동 유체(F)의 온도가 제1 온도보다 낮은 제2 온도(예: 70℃)인 경우, 제1 시간보다 긴 제2 시간(예: 약 150분)이 경과하였을 때 제2 구조체(220) 내부 상변화 물질의 상변화가 완료되도록 할 수 있다. 또 다른 예로서, 잠열 저장 장치(100)는 내부 공간에 흐르는 작동 유체(F)의 온도가 제2 온도보다 낮은 제3 온도(예: 60℃)인 경우, 제2 시간보다 긴 제3 시간(예: 약 280분)이 경과하였을 때 제2 구조체(220) 내부 상변화 물질의 상변화가 완료되도록 할 수 있다. 이러한 실험 결과를 통해, 잠열 저장 장치(100)의 축열 효과를 확인할 수 있다.Referring to the graph 500 of FIG. 5, the latent
도 6은 일 실시 예에 따른 잠열 저장 장치 내 제1 구조체의 방열 실험 결과를 도시한 그래프이다.Figure 6 is a graph showing the results of a heat dissipation test of the first structure in the latent heat storage device according to one embodiment.
도 6의 그래프(600)를 참조하면, 일 실시 예에 따른 잠열 저장 장치(100)는 지정된 온도에서 상변화 완료 시간을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 잠열 저장 장치(100)는 내부 공간에 흐르는 작동 유체(F)의 온도가 지정된 온도(예: 5℃)를 유지하는 경우, 일정 시간(예: 약 150분)이 경과하였을 때 제2 구조체(220) 내부 상변화 물질의 상변화가 완료되도록 할 수 있다. 이러한 실험 결과를 통해, 잠열 저장 장치(100)의 방열 효과를 확인할 수 있다.Referring to the graph 600 of FIG. 6, the latent
도 7은 일 실시 예에 따른 잠열 저장 시스템의 개략적인 구성요소들을 도시한 블록도이다.Figure 7 is a block diagram schematically showing components of a latent heat storage system according to an embodiment.
도 7을 참조하면, 일 실시 예에 따른 잠열 저장 시스템(700)은 상변화 물질 및 작동 유체(F) 사이의 열 교환을 통하 축열 또는 방열 동작을 수행할 수 있다. 이를 위해 잠열 저장 시스템(700)은 집열기(710), 펌프(720), 및 잠열 저장 장치(730)를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에서, 잠열 저장 시스템(700)은 상술한 구성요소들 중 적어도 하나를 생략하거나 또는 다른 적어도 하나의 구성요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 잠열 저장 시스템(700)은 잠열 저장 장치(730)와 펌프(720)를 연결하는 배관 등을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the latent heat storage system 700 according to an embodiment may perform a heat storage or heat dissipation operation through heat exchange between the phase change material and the working fluid (F). To this end, the latent heat storage system 700 may include a collector 710, a pump 720, and a latent heat storage device 730. In various embodiments, the latent heat storage system 700 may omit at least one of the above-described components or may further include at least one other component. For example, the latent heat storage system 700 may further include a pipe connecting the latent heat storage device 730 and the pump 720.
일 실시 예에 따르면, 집열기(710)는 태양광을 흡수하여 열 에너지로 전환한 이후, 상기 전환된 열 에너지를 작동 유체(F)에 전달할 수 있다. 집열기(710)는 예컨대 태양열 집열기일 수 있다.According to one embodiment, the collector 710 may absorb sunlight, convert it into heat energy, and then transfer the converted heat energy to the working fluid (F). The collector 710 may be, for example, a solar thermal collector.
일 실시 예에 따르면, 펌프(720)는 집열기(710)에 의하여 열 에너지를 전달 받은 작동 유체(F)를 잠열 저장 장치(730)로 순환시킬 수 있다. 예를 들어, 펌프(720)는 열 에너지를 전달 받은 작동 유체(F)를 압력작용을 이용하여 잠열 저장 장치(730)의 내부 공간으로 순환시킬 수 있다.According to one embodiment, the pump 720 may circulate the working fluid F, which has received heat energy by the collector 710, to the latent heat storage device 730. For example, the pump 720 may circulate the working fluid F that has received heat energy into the internal space of the latent heat storage device 730 using pressure.
일 실시 예에 따르면, 잠열 저장 장치(730)는 제1 구조체(210) 및 복수의 제2 구조체들(220)을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the latent heat storage device 730 may include a
일 실시 예에 따르면, 제1 구조체(210)는 내부 공간을 포함하는 원기둥 형상일 수 있다. 예를 들어, 제1 구조체(210)는 제1 방향(예: +z축 방향)으로 1,400mm 길이를 갖고, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향(예: +y축 방향)으로 600mm 길이를 가질 수 있다. 일 실시 예에서, 제1 구조체(210)는 탱크(tank) 형상의 축열조일 수 있다. 일 실시 예에서, 제1 구조체(210)의 내부 공간에는 복수의 제2 구조체들(220) 및 작동 유체(F)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 구조체(210)의 내부 공간 중 일부에는 복수의 제2 구조체들(220)이 지정된 배열에 따라 정렬되고, 상기 내부 공간 중 나머지 일부에는 상기 복수의 제2 구조체들(220)의 표면과 접촉하는 작동 유체(F)로 가득 채워질 수 있다. 일 실시 예에서, 제1 구조체(210)의 외부는 단열재(예: 50mm 두께의 글라스 울 보온재)로 둘러싸임으로써, 제1 구조체(210) 내부의 열 손실을 감소시킬 수 있다.According to one embodiment, the
일 실시 예에 따르면, 복수의 제2 구조체들(220) 각각은 원기둥 형상일 수 있다. 예를 들어, 복수의 제2 구조체들(220) 각각은 제1 방향으로 168mm 길이를 갖고, 제2 방향으로 66mm 길이를 갖는 원통형 캔(can) 구조일 수 있다. 일 실시 예에서, 복수의 제2 구조체들(220) 각각은 상기 구조에 의하여 제1 구조체(210)의 형상에 대응됨으로써, 제1 구조체(210)의 내부에 최대 용량으로 적재될 수 있다. 일 실시 예에서, 복수의 제2 구조체들(220) 각각은 지정된 강성을 갖는 알루미늄(aluminium) 또는 스테인리스 스틸(stainless steel) 재질일 수 있다.According to one embodiment, each of the plurality of
일 실시 예에 따르면, 복수의 제2 구조체들(220)은 제1 구조체(210)의 내부 공간 내에서 지정된 배열에 따라 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제2 구조체들(220) 중 일부를 포함하는 제1 그룹(220a)은 제1 구조체(210)의 내부 공간의 제1 평면(예: -x축 및 -y축 사이의 평면) 상 한 지점에서 제1 방향으로 정렬되고, 상기 복수의 구조체들(220) 중 다른 일부를 포함하는 제2 그룹(220b)은 상기 제1 구조체(210)의 내부 공간의 제2 평면(예: -x축 및 +y축 사이의 평면) 상 한 지점에서 제1 방향으로 정렬될 수 있다. 이러한 배열 구조에 따르면, 복수의 제2 구조체들(220)은 구분된 그룹들에 따라 각각의 평면 상 서로 다른 지점들 각각에서 적층될 수 있다. 또한, 제1 구조체(210)의 내부 공간에서, 복수의 제2 구조체들(220) 사이사이에는 작동 유체(F)가 흐를 수 있다.According to one embodiment, the plurality of
일 실시 예에 따르면, 복수의 제2 구조체들(220) 각각에는 상변화 물질이 지정된 비율(예: 99%)로 채워질 수 있다. 예를 들어, 복수의 제2 구조체들(220) 각각에는 테트라데칸(tetradecane), 옥타데칸(octadecane), 및 노나데칸(nonadecane) 중 적어도 하나가 채워질 수 있다. 여기서, 상변화 물질은 작동 유체(F)와 열 교환을 통하여 잠열을 흡수하거나 또는 상기 잠열을 방출할 수 있다.According to one embodiment, each of the plurality of
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 대응되는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호가 부여될 수 있다.In relation to the description of the drawings, identical or corresponding components may be assigned the same reference number.
이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 다양한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the present invention is described with reference to the illustrated embodiments, but these are merely illustrative examples, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can make various modifications without departing from the gist and scope of the present invention. It will be apparent that various other variations, modifications and equivalent embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached claims.
100: 잠열 저장 장치
210: 제1 구조체
220: 제2 구조체
F: 작동 유체
700: 잠열 저장 시스템
710: 집열기
720: 펌프
730: 잠열 저장 장치100: Latent heat storage device
210: first structure
220: second structure
F: Working fluid
700: Latent heat storage system
710: collector
720: pump
730: Latent heat storage device
Claims (14)
내부 공간을 포함하는 제1 구조체; 및
상기 내부 공간의 일부에 배치되고, 상변화(phase change) 물질로 채워진 복수의 제2 구조체들을 포함하고,
상기 제2 구조체는, 상기 내부 공간의 나머지 일부에 흐르는 작동 유체와 열 교환을 통하여, 잠열을 흡수하거나 또는 상기 잠열을 방출하는, 잠열 저장 장치.In the latent heat storage device,
A first structure including an interior space; and
a plurality of second structures disposed in a portion of the internal space and filled with a phase change material;
The second structure is a latent heat storage device that absorbs latent heat or releases the latent heat through heat exchange with a working fluid flowing in the remaining part of the internal space.
상기 복수의 제2 구조체들은 지정된 개수에 따라 복수의 그룹들로 구분되고,
상기 복수의 그룹들 각각은 상기 내부 공간 내에서 지정된 방향으로 정렬되는, 잠열 저장 장치.In claim 1,
The plurality of second structures are divided into a plurality of groups according to a designated number,
A latent heat storage device, wherein each of the plurality of groups is aligned in a designated direction within the internal space.
상기 복수의 제2 구조체들 각각은 알루미늄(aluminium) 또는 스테인리스 스틸(stainless steel) 재질인, 잠열 저장 장치.In claim 1,
A latent heat storage device, wherein each of the plurality of second structures is made of aluminum or stainless steel.
상기 복수의 제2 구조체들 각각은 원기둥 형상인, 잠열 저장 장치.In claim 1,
A latent heat storage device, wherein each of the plurality of second structures has a cylindrical shape.
상기 상변화 물질은 테트라데칸(tetradecane), 옥타데칸(octadecane), 및 노나데칸(nonadecane) 중 적어도 하나를 포함하는, 잠열 저장 장치.In claim 1,
The phase change material includes at least one of tetradecane, octadecane, and nonadecane.
상기 상변화 물질은 상기 제2 구조체 내에 지정된 비율로 채워지는, 잠열 저장 장치.In claim 1,
The phase change material is filled in the second structure in a specified ratio.
상기 작동 유체는, 상기 제1 구조체의 외부로부터 상기 내부 공간으로 제1 경로를 통해 유입되고, 상기 내부 공간으로부터 상기 제1 구조체의 외부로 상기 제1 경로와 다른 제2 경로를 통해 배출되는, 잠열 저장 장치.In claim 1,
The working fluid is latent heat, which flows into the interior space from the outside of the first structure through a first path and is discharged from the interior space to the outside of the first structure through a second path different from the first path. storage device.
태양광을 흡수하여 열 에너지로 전환한 후, 상기 전환된 열 에너지를 작동 유체에 전달하는 집열기;
상기 열 에너지를 전달 받은 상기 작동 유체를 이송하는 펌프; 및
상기 펌프와 작동적으로 연결된 잠열 저장 장치를 포함하고,
상기 잠열 저장 장치는,
내부 공간을 포함하는 제1 구조체; 및
상기 내부 공간의 일부에 배치되고, 상변화(phase change) 물질로 채워진 복수의 제2 구조체들을 포함하고,
상기 제2 구조체는, 상기 내부 공간의 나머지 일부에 흐르는 상기 작동 유체와 열 교환을 통하여, 잠열을 흡수하거나 또는 상기 잠열을 방출하는, 잠열 저장 시스템.In the latent heat storage system,
A collector that absorbs sunlight, converts it into heat energy, and then transfers the converted heat energy to a working fluid;
a pump that transfers the working fluid that has received the heat energy; and
a latent heat storage device operatively connected to the pump,
The latent heat storage device,
A first structure including an interior space; and
A plurality of second structures disposed in a portion of the internal space and filled with a phase change material,
The second structure absorbs latent heat or releases latent heat through heat exchange with the working fluid flowing in the remaining part of the internal space.
상기 복수의 제2 구조체들은 지정된 개수에 따라 복수의 그룹들로 구분되고,
상기 복수의 그룹들 각각은 상기 내부 공간 내에서 지정된 방향으로 정렬되는, 잠열 저장 시스템.In claim 8,
The plurality of second structures are divided into a plurality of groups according to a designated number,
A latent heat storage system, wherein each of the plurality of groups is aligned in a designated direction within the internal space.
상기 복수의 제2 구조체들 각각은 알루미늄(aluminium) 또는 스테인리스 스틸(stainless steel) 재질인, 잠열 저장 시스템.In claim 8,
A latent heat storage system, wherein each of the plurality of second structures is made of aluminum or stainless steel.
상기 복수의 제2 구조체들 각각은 원기둥 형상인, 잠열 저장 시스템.In claim 8,
A latent heat storage system, wherein each of the plurality of second structures has a cylindrical shape.
상기 상변화 물질은 테트라데칸(tetradecane), 옥타데칸(octadecane), 및 노나데칸(nonadecane) 중 적어도 하나를 포함하는, 잠열 저장 시스템.In claim 8,
The phase change material includes at least one of tetradecane, octadecane, and nonadecane.
상기 상변화 물질은 상기 제2 구조체 내에 지정된 비율로 채워지는, 잠열 저장 시스템.In claim 8,
The latent heat storage system of claim 1, wherein the phase change material is filled in the second structure in a specified ratio.
상기 작동 유체는, 상기 펌프로부터 상기 내부 공간으로 제1 경로를 통해 유입되고, 상기 내부 공간으로부터 상기 펌프로 상기 제1 경로와 다른 제2 경로를 통해 배출되는, 잠열 저장 시스템.
In claim 8,
The working fluid is introduced from the pump into the internal space through a first path, and is discharged from the internal space to the pump through a second path different from the first path.
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KR1020220147142A KR20240065884A (en) | 2022-11-07 | 2022-11-07 | Latent heat storage device and latent heat storage system |
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