KR100346016B1 - Heat accumulation type cooling and heating combined system - Google Patents

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Abstract

축열 보일러 및 축열 온풍기와 같은 축열식 난방용 전기 기기와 빙축열 시스템과 같은 축열식 냉방용 전기 기기 등을 하나의 기기에 장착하여 시스템화함으로써 기존의 기기에 비하여 다양한 용도와 작은 크기와 그리고 적은 비용이 드는 다목적의 잠열 축열재를 이용한 냉난방 겸용 시스템에 관한 것이다.Regenerative heating electric devices such as regenerative boilers and heat accumulators, and regenerative cooling electric devices such as ice storage systems are integrated into a single system, making them versatile, versatile and inexpensive. It relates to a cooling and heating system using a heat storage material.

Description

축열식 냉난방 겸용 시스템 {HEAT ACCUMULATION TYPE COOLING AND HEATING COMBINED SYSTEM}Regenerative Heating and Cooling System {HEAT ACCUMULATION TYPE COOLING AND HEATING COMBINED SYSTEM}

본 발명은 심야 전기를 이용하여 소규모 공장, 주택, 사무실, 음식점 등에서, 여름철에는 냉방기기로 사용할 수 있으며, 겨울철에는 난방용 팬히터로 쓸 수 있는 잠열 축열재를 이용한 축열식 냉난방 겸용 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a regenerative air-conditioning combined use system using latent heat storage materials that can be used as a cooling device in summer, in a small factory, house, office, restaurant, etc. by using midnight electricity, and in winter, as a fan heater for heating.

전기는 아직 전력 저장 시설이 실용화되어 있지 않아서 생산과 동시에 소비해야만 하기 때문에 전력 공급 시설은 항상 연중 최대 용량에 대응하는 용량을 확보하고 있어야 한다. 그런데, 실제 전력 사용량은 시간대 및 계절별로 극심한 차이를 보이고, 예를 들어, 심야 시간대에는 낮 시간대에 비해 전기 사용량이 상대적으로 적어서 그 만큼 전력 생산량을 감소시켜 전력을 공급하고 있는 실정이다. 따라서 심야 시간대의 잉여 전력을 적절한 방법으로 저장한 다음, 많은 전기가 필요한 낮 시간대에 사용하면, 전력 설비의 이용률이 높아지고 발전소의 운전 비용이 절감되어 발전소 추가 건설에 대응하는 효과를 거두게 되어, 결국 전기를 적은 비용으로 공급할 수 있다.Since electricity has not yet been put into practical use and must be consumed at the same time as it is produced, the power supply must always have a capacity corresponding to its maximum capacity throughout the year. By the way, the actual power consumption shows a drastic difference by time zone and season, for example, in the late-night time zone, the electricity consumption is relatively low compared to the day time, the situation is to reduce the power production by that much power supply. Therefore, when the surplus power in the late-night time zone is stored in an appropriate way and used during the daytime when a lot of electricity is required, the utilization rate of the power equipment is increased and the operating cost of the power plant is reduced, resulting in the response to the construction of additional power plants. Can be supplied at low cost.

전기 에너지를 저장하는 방법에는 기계적 저장, 열적 저장, 전자기적 저장 등 여러 가지 방법이 있을 수 있으나 저장 효율이나 기술적인 면을 고려할 때 열적 저장 방법이 가장 실용화될 가능성이 크다. 열 형태로 에너지를 저장하는 방법에는 에너지의 사용 용도에 따라 주거 냉난방용 등에 사용되는 100 ℃ 이하의 저온축열 방법과, 산업용 및 발전용 등에 사용되는 300 내지 900 ℃ 영역의 고온 축열 방법으로 대별될 수 있다. 저온 축열 방법에는 상 전이가 상온 이상에서 일어나게 하는 난방용 축열 방법과 상 전이가 상온 이하에서 일어나게 하는 냉방용 축열(축냉 또는 빙축열) 방법이 있다. 이때 사용되는 축열재는 축열 방법에 따라 현열 축열재와 잠열 축열재로 나눌 수 있다.There may be a variety of methods for storing electrical energy, such as mechanical storage, thermal storage, electromagnetic storage, but the thermal storage method is most likely to be practical in consideration of storage efficiency or technical aspects. The method of storing energy in the form of heat can be roughly classified into low-temperature heat storage methods of 100 ° C. or lower used for residential heating and cooling, and high-temperature heat storage methods of 300 to 900 ° C. used for industrial and power generation, depending on the use of energy. have. The low temperature heat storage method includes a heating heat storage method for causing a phase transition to occur at or above room temperature, and a cooling heat storage (apparent storage or ice heat storage) method for causing a phase transition to occur at or below room temperature. The heat storage material used may be divided into sensible heat storage material and latent heat storage material according to the heat storage method.

축열재의 현열을 이용하는 현열 축열법은 기술이 비교적 간단하여 용이하게 이용할 수 있으므로 현재 많이 이용되고 있으며 그 역사 또한 매우 깊다. 그러나, 이 방법은 축열 밀도가 작아 축열과 방열이 상당히 넓은 범위에서 일어나기 때문에 대규모의 에너지를 저장하기 위해서는 많은 양의 축열재가 필요하거나 열의 저장 온도가 높아야만 하는 단점이 있다.The sensible heat storage method using sensible heat of heat storage material is widely used because the technology is relatively simple and easy to use, and its history is also very deep. However, this method has a disadvantage in that a large amount of heat storage material is required to store a large amount of energy or a heat storage temperature must be high because heat storage density and heat storage are generated in a considerably wide range.

잠열을 이용한 축열 시스템은 현열을 이용한 축열 시스템보다 축열 용량이 커서 장치의 크기 및 설치비를 줄일 수 있으며, 거의 일정한 온도에서 축열과 방열을 할 수 있는 장점이 있다. 잠열을 이용한 축열 시스템은 1940년대부터 활발한 연구가 시작되었으며, 1970년대에는 두 차례의 에너지 위기를 거치면서 많은 연구가 이루어졌다.The heat storage system using latent heat has a larger heat storage capacity than the heat storage system using sensible heat, thereby reducing the size and installation cost of the device, and having heat storage and heat radiation at a substantially constant temperature. The latent heat storage system has been actively researched since the 1940's, and the 1970's has undergone two energy crises.

전기 수요가 적은 시간대인 심야에 전기를 잠열 축열재에 열 형태로 저장하였다가 이를 전기 수요가 많은 낮 시간대에 난방용 열원으로 이용하기 위한 연구는 서구 선진국을 중심으로 수행되어 왔다. 이는, 전기와 같은 고급 에너지를 난방용으로 사용하는 데에 높은 생활 수준을 요구하기 때문이다. 따라서, 초기의 심야 전기를 이용한 축열 기기는 주로 팬히터의 형태로 개발되었다. 그러나, 팬히터에의한 난방은 국내 실정에 적합하지 않아, 국내에서는 주로 축열식 보일러에 대한 개발 연구가 많이 진행되었으며 유사한 개념으로 축열식 온수기, 현열을 이용한 축열식 구들형 난방 장치 등이 개발되었다.The study to store electricity in the latent heat storage material in the form of heat in the latent heat storage material during the night when the demand for electricity is low and to use it as a heat source for heating during the daytime when the demand for electricity is high has been conducted mainly in western developed countries. This is because high living standards are required to use high-grade energy such as electricity for heating. Therefore, early thermal electricity storage equipment was mainly developed in the form of a fan heater. However, the heating by the fan heater is not suitable for the domestic situation, and the development research on the regenerative boiler has been mainly conducted in Korea, and similarly, the regenerative water heater and the regenerative old-type heating device using sensible heat have been developed.

심야 전기를 이용하여 잠열 축열재에 냉열을 저장하였다가 이를 이용하여 낮 시간대에 냉방을 실시하려는 시도 역시 서구 선진국에서 연구가 시작되어, 물을 축열재로 하는 빙축열 시스템이 이미 실용화되었다. 국내에서도 외국에서 기술을 도입하여 빙축열 시스템을 생산하여 판매하고 있다. 그러나 빙축열 시스템은 앞서 언급한 바와 같이 물의 과냉각에 의하여 냉동기의 성능 계수가 낮아져 효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 최근 들어 캡슐 속에 물과 조핵제를 넣고 밀봉하는 방법으로 과냉각 문제를 해결하는 방법도 도입되었다. 그러나, 빙축열 시스템은 장치가 크고 복잡하여 초기 투자 비용이 높기 때문에 대형 빌딩 등 대규모 시설에만 적합한 것으로 아직 국내 보급은 미미한 실정이다.Attempts to store cold heat in latent heat storage materials using late-night electricity and to cool it during the daytime period have also been studied in Western developed countries, and ice storage systems using water as heat storage materials have already been put into practice. In Korea, the technology is introduced from foreign countries to produce and sell ice heat storage systems. However, the ice heat storage system has a problem in that the efficiency coefficient of the freezer is lowered due to subcooling of water, thereby decreasing efficiency. Recently, a method of solving the supercooling problem by introducing water and a nucleating agent in a capsule has been introduced. However, the ice storage system is only suitable for large-scale facilities such as large buildings because the equipment is large and complex, and the initial investment cost is high.

현재 국내에 보급된 심야 전기용 축열 기기는 크게 두 가지 형태로 구분된다. 첫째, 축열식 난방기, 축열식 보일러, 축열식 온풍기, 축열식 온수기 등은 30 내지 100 ℃ 사이의 열을 저장하여 이를 난방 혹은 급수로 이용하는 기기로서, 주로 소규모 주택용 등으로 개발되어 있다. 그러나, 이상과 같은 축열식 보일러 및 축열식 온풍기들은 아직 신뢰성이 낮고 가격이 높은 문제점 때문에 보급률이 낮다. 둘째, 0℃ 이하의 냉열을 저장하였다가 이를 여름철 냉방에 응용하도록 고안된 기기는, 대표적인 예로 빙축열 시스템을 들 수 있다. 빙축열 시스템은 대형 건물등 대규모 시설용으로 개발되어 현재 초기 보급 단계에 있다. 그러나, 빙축열 시스템은 장치가 크고 값이 비싸서 주택 등의 소규모 건물로는 부적합한 문제점이 있다.At present, the thermal electricity storage devices for midnight electricity distributed in Korea are classified into two types. First, a regenerative heater, a regenerative boiler, a regenerative hot air heater, a regenerative water heater, and the like are devices that store heat between 30 and 100 ° C. and use them as heating or water supply. However, the above-described regenerative boiler and regenerative hot air blower still have a low penetration rate due to low reliability and high price. Second, a device designed to store cold heat below 0 ° C. and to apply it to summer cooling is a representative example of an ice heat storage system. Ice heat storage systems have been developed for large facilities, such as large buildings, and are currently in the early stages of deployment. However, the ice storage system has a problem in that it is unsuitable for a small building such as a house because the device is large and expensive.

생활 수준 향상과 더불어 가정 및 소규모 공장, 사무실, 음식점 등에서 냉방 수요가 급격히 증가하고 있어, 낮 시간대의 전력 수요 또한 급격히 증가하고 있다. 그러나 발전소의 증설은 긴 시간과 많은 비용을 요구하므로 여름철 냉방 전력의 수요 관리가 어느 때 보다도 중요하다.In addition to improving living standards, the demand for cooling in homes, small factories, offices, restaurants, etc. is rapidly increasing, and the demand for electricity during the daytime period is also rapidly increasing. However, the expansion of power plants requires long time and high cost, so demand management of cooling power in summer is more important than ever.

본 발명의 목적은 심야 전기를 이용하여 소규모 공장, 주택, 사무실, 음식점 등에서 사용하기에 적합한 소형 저가의 잠열 축열재를 이용한 축열식 냉난방 겸용 시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a regenerative heating / cooling system using a small inexpensive latent heat storage material suitable for use in small-scale factories, homes, offices, restaurants, etc. using midnight electricity.

이러한 목적은 냉방용 잠열 축열재가 충전 밀봉된 냉방용 축열 용기 및 난방용 잠열 축열재가 충전 밀봉된 난방용 축열 용기와 브라인이 내부에 충전되고 브라인 출구 포트 및 브라인 복귀 포트와 냉매코일이 구비된 축열조와, 상기 냉매 코일과 연결되어 냉매 코일을 통해서 순환되는 냉매를 냉각시키는 냉각 수단과, 브라인 순환 펌프와, 브라인 가열 히터와, 브라인 순환 도관과, 바이패스 도관과, 열교환기와, 하나 이상의 제어 밸브와, 제어 수단으로써 구성되고, 상기 브라인 순환 도관은 축열조의 브라인 출구 포트와 순환 펌프의 입력측을 연결하는 제1 순환 도관과 축열조의 복귀 포트와 순환 펌프의 출력측을 연결하는 제2 순환 도관으로 구성되고, 상기 히터는 제2 순환 도관 상을 유동하는 브라인을 가열하도록 설치되고, 상기 바이패스 도관은 상기 제2 순환 도관 상의 브라인을 바이패스 유동 시키도록 제2 순환 도관 상에 양단부가 접속되고, 상기 열교환기는 상기 바이패스 도관 상에설치되며, 상기 제어 밸브들 중의 하나는 바이패스 도관 상에 설치되고, 상기 제어 수단은 전기 수요가 적은 시간대에 상기 순환 펌프와 히터와 냉각 수단을 선택적으로 가동시켜 축열조에 열 또는 냉열을 저장한 뒤 전기 수요가 많은 시간대에 축열조에 저장된 열 또는 냉열을 사용하여 난방 또는 냉방을 수행하도록 상기 냉각 수단, 히터, 순환 펌프, 열교환기 및 제어 밸브를 제어하는 냉난방 시스템을 제공함으로써 달성된다.The purpose of the present invention is to provide a cooling heat storage container filled with a cooling latent heat storage material and a heating heat storage container filled with a heating latent heat storage material and a brine filled therein, and a brine outlet port, a brine return port, and a refrigerant coil; Cooling means connected to the refrigerant coil to cool the refrigerant circulated through the refrigerant coil, a brine circulation pump, a brine heating heater, a brine circulation conduit, a bypass conduit, a heat exchanger, at least one control valve, and a control means. Wherein the brine circulation conduit comprises a first circulation conduit connecting the brine outlet port of the heat storage tank and an input side of the circulation pump and a second circulation conduit connecting the return port of the heat storage tank and the output side of the circulation pump, wherein the heater Installed to heat the brine flowing on the second circulation conduit, the bypass conduit being Both ends are connected on the second circulation conduit to bypass the brine on the second circulation conduit, the heat exchanger is installed on the bypass conduit, one of the control valves is installed on the bypass conduit The control means stores the heat or cold heat in the heat storage tank by selectively operating the circulation pump, the heater and the cooling means in a time when the electric demand is low, and then uses the heat or cold heat stored in the heat storage tank during the electric demand time. It is achieved by providing a cooling and heating system for controlling the cooling means, heater, circulation pump, heat exchanger and control valve to perform cooling.

도1은 본 발명에 의한 잠열 축열재를 이용한 축열식 냉난방 겸용 시스템의 전체 구성도.1 is an overall configuration diagram of a regenerative air-conditioning combined system using a latent heat storage material according to the present invention.

도2는 내부에 온수 코일 및 냉매 코일이 설치된 축열조의 단면도.2 is a cross-sectional view of a heat storage tank in which a hot water coil and a refrigerant coil are installed.

도3은 잠열재의 축열 용기의 형상을 도시한 도면.3 is a view showing the shape of a heat storage container of a latent heat material.

도4는 잠열 축열재를 이용한 축열식 냉난방 겸용 시스템의 자동 제어 장치의 회로도.4 is a circuit diagram of an automatic control device of a regenerative air-conditioning combined system using a latent heat storage material.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1 : 냉각 수단1: cooling means

2 : 축열조2: heat storage tank

3 : 브라인 순환 펌프3: brine circulation pump

4 : 브라인 가열 히터4: brine heating heater

5 : 열교환기5: heat exchanger

6, 7, 8 : 제어 밸브6, 7, 8: control valve

9 : 제어 수단10 : 온수 코일9 control means 10 hot water coil

11 : 냉매 코일11: refrigerant coil

12 : 브라인 복귀포트13 : 브라인 출구포트12: brine return port 13: brine exit port

본 발명에 의한 장치는 냉방 및 난방용 잠열 축열재를 이용하여, 여름철에는 심야 시간대에 0℃ 이하의 냉열을 저장하였다가 낮 시간대에 이를 이용하여 냉방을 실시하고, 겨울철에는 심야 시간대에 50 내지 100 ℃의 열을 저장하였다가 낮 시간대에 이를 이용하여 난방을 수행하는 시스템으로써, 본 발명의 요지는 첨부 도면을 참조하여 아래에서 상세히 설명된다.The device according to the present invention uses a latent heat storage material for cooling and heating, and stores cold heat of 0 ° C. or less in the midnight time zone during the summer season, and performs cooling using the daytime time, and in winter, 50 to 100 ° C. during the late night time zone. As a system for storing heat and performing heating using the same during the daytime, the gist of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

도1은 본 발명의 전체 구성도이다. 도면 부호 2는 냉방용 잠열 축열재와 난방용 잠열 축열재가 각각 충전 밀봉된 (도시되지 않은) 축열 용기가 적층되어 있는 축열조(2)이다. 이 축열조(2) 내에는 (도2에 도시된 바와 같이) 냉매 코일(11)이 장착되어 있고, 브라인이 또한 충전되어 있다. 축열조(2)는 브라인을 통하여 열을 공급하거나 또는 공급받을 수 있도록 브라인을 외부로 순환시키기 위해 브라인 복귀 포트(12) 및 브라인 출구 포트(13)를 구비한다. 축열조의 브라인 출구 포트(13)에는 제1 순환 도관(14)을 통하여 브라인 순환 펌프(3)의 입력측이 연결되고, 브라인 순환 펌프(3)의 출력측은 제2 순환 도관(15)을 통하여 브라인 복귀 포트(12)와 연결된다. 제2 순환 도관(15) 상에는 브라인 가열 히터(4)가 장착되어 펌프에 의해 순환되는 브라인이 가열되어 열을 축열조 내의 축열 용기 내의 축열재에 공급한다. 제2 순환 도관(15) 상의 브라인이 바이패스 유동되도록 제2 순환 도관(15) 상에 양단부가 접속된 바이패스 도관(16)에는 열교환기(5)가 장착되어 축열조 내에 축적된 열을 방냉하는 기능을 한다. 본 실시예에서, 제어 밸브(6, 7, 8)는 바이패스 도관(16) 상에, 제1 순환 도관(14) 상에, 그리고 브라인 복귀 포트(12) 바로 전에 각각 장착되어 있다. 또한, 도면의 좌측에 도시된 바와 같이, 축열조(2) 내의 냉매 코일과 연결되어 냉매 코일을 통하여 순환되는 냉매를 냉각시킴으로써 축열조 내의 축열재에 냉열을 공급하는 냉각 수단(1)이 설치되어 있다. 이러한 냉각 수단은 통상의 압축기, 응축기 및 팽창 밸브로 구성되고, 이때 냉매 코일은 증발기로서 역할을 하게 된다. 또한, 냉각 수단(1), 순환 펌프(3), 히터(4), 열교환기(5) 및 제어 밸브(6, 7, 8)를 제어하기 위한 제어 수단(9)이 더 장착되어 있다.1 is an overall configuration diagram of the present invention. Reference numeral 2 denotes a heat storage tank 2 in which a heat storage container (not shown) in which a latent heat storage material for cooling and a latent heat storage material for heating are respectively filled and sealed. In this heat storage tank 2, a refrigerant coil 11 (as shown in Fig. 2) is mounted, and brine is also filled. The heat storage tank 2 has a brine return port 12 and a brine outlet port 13 for circulating the brine to the outside to supply or receive heat through the brine. The brine outlet port 13 of the heat storage tank is connected to the input side of the brine circulation pump 3 via the first circulation conduit 14, and the output side of the brine circulation pump 3 is returned to the brine via the second circulation conduit 15. Is connected to the port 12. A brine heating heater 4 is mounted on the second circulation conduit 15 so that the brine circulated by the pump is heated to supply heat to the heat storage material in the heat storage container in the heat storage tank. A heat exchanger 5 is mounted on the bypass conduit 16 having both ends connected to the second circulation conduit 15 so that the brine on the second circulation conduit 15 is bypassed to cool the heat accumulated in the heat storage tank. Function In this embodiment, the control valves 6, 7, 8 are respectively mounted on the bypass conduit 16, on the first circulation conduit 14, and just before the brine return port 12. In addition, as shown in the left side of the drawing, a cooling means 1 is provided for supplying cooling heat to the heat storage material in the heat storage tank by cooling the refrigerant circulated through the coolant coil connected to the coolant coil in the heat storage tank 2. This cooling means consists of a conventional compressor, a condenser and an expansion valve, wherein the refrigerant coil serves as an evaporator. Further, control means 9 for controlling the cooling means 1, the circulation pump 3, the heater 4, the heat exchanger 5 and the control valves 6, 7, 8 are further mounted.

하절기에 축냉 시스템은 심야 전기 시간대(예를 들어, 오후 10시부터 오전 8시까지)에 냉각 수단(1)를 가동시켜 냉매를 통하여 축열조(2) 내의 온도를 떨어뜨린다. 이때, 브라인 순환 펌프(3) 및 전자 밸브(7, 8)는 온(ON)시키고, 전자 밸브(6)는 오프(OFF)시켜서 브라인이 열교환기(5)를 거치지 않고 순환됨으로써 축열조 내의 잠열재의 온도를 원하는 온도(예를 들어, -5℃)까지 보다 효율적으로 떨어뜨린다. 반대로, 낮 시간대(예를 들어, 오전 8시부터 오후 10시까지)에는 냉각 수단(1)의 작동이 중지되고, 브라인 순환 펌프(3)와 전자 밸브(6, 7, 8)는 실내 온도에 따라서 온/오프를 반복하면서 열교환기(5)에 의해서 냉방을 실시한다.In the summer, the heat storage system operates the cooling means 1 during the late night electric time zone (for example, 10 pm to 8 am) to lower the temperature in the heat storage tank 2 through the refrigerant. At this time, the brine circulation pump 3 and the solenoid valves 7 and 8 are turned on and the solenoid valve 6 is turned off so that the brine is circulated without passing through the heat exchanger 5. The temperature is dropped more efficiently to the desired temperature (eg -5 ° C). On the contrary, during the day time period (for example, from 8 am to 10 pm), the cooling means 1 is stopped, and the brine circulation pump 3 and the solenoid valves 6, 7, 8 are kept at room temperature. Therefore, cooling is performed by the heat exchanger 5 while repeating ON / OFF.

기존의 빙축열 시스템은 심야 전기 시간대에, 타이머에 의해서 냉각 수단(1)을 작동시키는데, 이로 인해서 얼음이 완전히 결빙되어도 냉각 수단이 계속 작동되는 단점이 있다. 본 발명에 의한 냉난방 겸용 시스템에서는 (도시되지 않은) 온도 센서를 축열조(2) 내에 장착하여 축열조(2) 내의 온도를 감지하고 축열조(2)가 원하는 온도로 되도록 냉동기 및 브라인 순환 펌프(3)를 제어하기 때문에 원하는 온도 이하에서는 냉각 수단이 작동을 하지 않으므로 전기의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.Existing ice heat storage systems operate the cooling means 1 by a timer during the late night time period, which has the disadvantage that the cooling means continues to operate even when ice is completely frozen. In the combined cooling and heating system according to the present invention, a temperature sensor (not shown) is mounted in the heat storage tank 2 to sense the temperature in the heat storage tank 2 and the refrigerator and the brine circulation pump 3 are adjusted so that the heat storage tank 2 is at a desired temperature. Because of the control, since the cooling means does not operate below the desired temperature, the utilization efficiency of electricity can be improved.

동절기에 사용하는 심야 전기용 축열 보일러, 축열 온풍기, 축열 온수기는 냉난방 겸용 시스템의 구성 중의 하나인 브라인 가열 히터(4)를 사용하면 하나의 시스템으로 동시에 해결할 수 있다. 축열조(2)에 축열을 위하여 브라인 가열 히터(4)를 심야 전기 시간대(예를 들어, 오후 10시부터 오전 8시까지)에 가동시키는 동시에 브라인 순환 펌프(3) 및 전자 밸브(7, 8)는 온시키고, 전자 밸브(6)는 오프시켜서 브라인 가열 히터(4)에 의해 가열된 브라인은 제2 순환 도관(15)을 통하여 축열조(2) 내의 잠열재 온도를 원하는 온도(예를 들어, 약 90 ℃)까지 올린다. 낮 시간대(예를 들어, 오전 8시부터 오후 10시까지)에는 히터(4)의 작동은 중지되고 브라인 순환 펌프(3)와 전자 밸브(6, 7, 8)는 실내 온도에 따라서 온/오프를 반복하면서 열교환기(5)를 통하여 축열조(2)에 저장된 열을 열교환기(5)을 통하여 방출시킴으로써 난방을 수행한다.The late night electric heat regenerative boiler, heat accumulator, and heat accumulator water heater used in winter can be solved simultaneously with one system by using the brine heating heater 4 which is one of the constitution of a cooling and heating system. The brine heating heater 4 is operated during the late night electric time zone (for example, from 10 pm to 8 am) for heat storage in the heat storage tank 2, while the brine circulation pump 3 and the solenoid valves 7 and 8 are operated. Is turned on, and the solenoid valve 6 is turned off so that the brine heated by the brine heating heater 4 sets the temperature of the latent heat material in the heat storage tank 2 through the second circulation conduit 15 to a desired temperature (eg, about Up to 90 ° C). During the daytime period (for example, from 8 am to 10 pm), the heater 4 is deactivated and the brine circulation pump 3 and the solenoid valves 6, 7, 8 are turned on or off depending on the room temperature. While repeating the heating by discharging the heat stored in the heat storage tank (2) through the heat exchanger (5) through the heat exchanger (5).

도2는 내부에 온수 코일(10) 및 냉매 코일(11)이 설치된 축열조(2)의 단면도이다. 축열조(2) 내부에 도2와 같이 냉매 코일(11)을 직접 장착하여 축냉시 냉매 코일(11)과 축열조(2) 내의 브라인이 직접 접촉하게 함으로써 열교환이 쉽게 일어나게 되어 냉열의 손실을 저감시켜 축냉 효율을 증가시키도록 하였다. 이와 같은 냉매 코일(11)은 축열조(2)의 하단부에 설치하였다. 난방용 축열을 위한 온수 코일(10)은 도2에 도시된 바와 같이, 축열조(2)의 상단, 즉 냉매 코일(11)보다 상부에 설치하였다. 이는 축열조(2) 내의 대류에 의해 브라인의 온도가 축열조(2) 하부에서는 낮고 축열조(2) 상부에서는 높다는 사실을 이용한 것이다. 이 온수 코일(10)의 일단은 상수도와 같은 외부 급수원에 연결되고 타단은 외부의 온수 공급원에 연결된다. 따라서, 외부 급수원에서 공급된 물은 온수 코일(10)을 거치면서 가열되어 온수 공급원으로 온수를 공급함으로써, 손쉽게 온수를 사용할 수 있다. 기존의 축열식 보일러의 경우, 축열 보일러를 설치할 때 온수를 사용할 수 없어 온수기를 따로 설치해야 하는 문제점이 있었으나, 본 발명에 의한 축열 시스템에서는 축열식 난방기와 축열식 온수기를 동시에 사용하도록 함으로써 축열 온수기의 설치 비용 및 설치 공간을 줄일 수 있다.2 is a cross-sectional view of the heat storage tank 2 in which the hot water coil 10 and the refrigerant coil 11 are installed. As shown in FIG. 2, the refrigerant coil 11 is directly mounted inside the heat storage tank 2 so that the refrigerant coil 11 and the brine in the heat storage tank 2 are directly contacted during heat storage, so that heat exchange occurs easily, thereby reducing the loss of cold heat. The efficiency was increased. Such a refrigerant coil 11 was provided in the lower end part of the heat storage tank 2. As shown in FIG. As shown in FIG. 2, the hot water coil 10 for heating heat storage is installed at an upper end of the heat storage tank 2, that is, above the refrigerant coil 11. This uses the fact that the temperature of the brine is low in the heat storage tank 2 and high in the heat storage tank 2 by convection in the heat storage tank 2. One end of the hot water coil 10 is connected to an external water supply such as tap water and the other end is connected to an external hot water supply source. Therefore, the water supplied from the external water source is heated while passing through the hot water coil 10 to supply hot water to the hot water supply source, so that hot water can be easily used. In the case of the existing regenerative boiler, there was a problem in that the hot water cannot be installed separately when the regenerative boiler is installed, but in the regenerative system according to the present invention, the regenerative heater and the regenerative water heater are used at the same time. The installation space can be reduced.

도3은 잠열재의 축열 용기 모양을 나타내는 단면도이다. 용기 내부에 냉방용 혹은 난방용 잠열재를 채우고 밀봉하여 잠열재가 용기 밖으로 흘러나오지 못하도록 하였다. 잠열재와 브라인 사이의 열교환을 원활하게 하기 위하여 용기를 도면과 같이 주름지게 함으로써 열전달 면적을 넓혔다. 또한, 축열조(2)에 장착이 용이하도록 하기 위하여 도3에 도시된 바와 같이, 축열 용기의 하부 바닥에는 홈을 형성하고 축열 용기의 상부에는 상기 홈에 대응하는 돌출부를 갖도록 제작하여 적층이 용이하게 하였다. 이와 같이 축열 용기를 제작할 경우, 축열조(2) 용적 중 약70% 정도를 축열 용기로 채울 수 있기 때문에 단위 용적당의 축열 용량이 매우 큰 장점이 있다.3 is a cross-sectional view showing the shape of a heat storage container of a latent heat material. The latent heat for cooling or heating was filled and sealed inside the container to prevent the latent heat from flowing out of the container. In order to facilitate heat exchange between the latent heat material and the brine, the heat transfer area was expanded by corrugating the container as shown in the drawing. In addition, as shown in Figure 3 in order to facilitate mounting in the heat storage tank (2), by forming a groove on the bottom bottom of the heat storage container and having a protrusion corresponding to the groove on the top of the heat storage container to facilitate lamination. It was. When the heat storage container is manufactured as described above, since about 70% of the heat storage tank 2 can be filled with the heat storage container, the heat storage capacity per unit volume is very large.

또한, 축열 용기의 재질은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 등과 같은 폴리에틸렌류, 폴리프로필렌, PVC, 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 또는 이들 중 2개 이상의 혼합물로 제작되어 부식이 발생하지 않으며, 큰 온도 변화에도 그 특성 변화가 없어, 이로 인한 열전달 효율의 변화가 없어 장기간 높은 효율을 유지하고, 교체 혹은 축열 용기의 파손 위험이 없다.In addition, the heat storage container is made of polyethylene, such as high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), linear low density polyethylene (LLDPE), polypropylene, PVC, or polyethylene terephthalate (PET), or a mixture of two or more thereof. No corrosion occurs, and there is no change in its characteristics even with a large temperature change, so there is no change in heat transfer efficiency, thereby maintaining high efficiency for a long time and there is no risk of replacing or damaging the heat storage container.

도4는 냉난방 겸용 시스템의 자동 제어 장치의 회로도이다. 이 제어 장치는 난방 축열시 히터(4)를 가동시키는 한편, 축열조(2)에 있는 난방용 잠열재의 온도를 측정하고 측정된 온도를 바탕으로 실내 온도 조절기(17)를 이용하여 히터(4), 펌프(3), 전자 밸브(6, 7, 8)를 제어하여 잠열재의 온도를 조절함으로써 축열량을 조절할 수 있도록 제작된다. 축열된 열을 이용하여 난방을 수행할 때 히터(4)는 가동이 중지되고 실내 온도 조절기(17)에 의해서 펌프(3)와 전자 밸브(6, 7, 8)를 제어함으로써 실내 온도를 원하는 온도로 유지할 수 있도록 제작된다.4 is a circuit diagram of an automatic control device of a combined heating and cooling system. The control device operates the heater 4 at the time of heat storage, while measuring the temperature of the latent heating material in the heat storage tank 2 and using the room temperature controller 17 based on the measured temperature, the heater 4 and the pump. (3), by controlling the solenoid valves (6, 7, 8) to adjust the temperature of the latent heat material is produced to adjust the heat storage amount. When heating is performed using the regenerated heat, the heater 4 is shut down and the room temperature is adjusted to the desired temperature by controlling the pump 3 and the solenoid valves 6, 7, 8 by the room temperature controller 17. It is built to keep up with.

다음은 본 발명의 잠열재를 이용한 축열식 냉난방 겸용 시스템에 의한 일 실시예를 설명한다.Next will be described an embodiment by the heat storage heating and cooling system using the latent heat of the present invention.

주거 및 사무실용으로 구성된 42평 규모의 건물을 냉난방하기 위하여 난방용 및 냉방용 잠열 축열재를 각각 축열 용기에 충전한 후 밀봉하였다. 난방용 및 냉방용 잠열 축열재가 충전된 축열 용기들을 축열조(2) 내에 적층하였다. 이때 축열 재는 다수개의 축열 용기에 충전되며, 축열재가 충전된 한 개 축열 용기의 무게는 약 1.2 내지 1.5 ㎏이다. 이때 충전된 난방용 축열재는 약 308 ㎏, 냉방용 축열재는 약 330 ㎏이다.In order to heat and cool a 42-pyeong building composed of residential and office buildings, the heat storage and cooling latent heat storage materials were filled in a heat storage container and sealed. The heat storage containers filled with the latent heat storage material for heating and cooling were stacked in the heat storage tank 2. In this case, the heat storage material is filled in the plurality of heat storage containers, and the weight of one heat storage container filled with the heat storage material is about 1.2 to 1.5 kg. At this time, the charged heat storage material is about 308 kg, the cooling heat storage material is about 330 kg.

난방용 잠열 축열재로는 염화칼슘(CaCl2·6H2O), 망초(Na2SO4·10H2O), 초산나트륨(CH3COONa·3H20), 수화 제2 인산나트륨(Na2HPO4·12H2O) 등과 같은 무기 수화물에 과냉각을 방지하기 위한 조핵제와 무수염의 침강을 방지하는 증점제 등을 첨가하여 사용된다. 예를 들어, 이러한 난방용 잠열 축열재는 한국과학기술연구원의 대한민국 특허 제150063호 "난방 및 냉방용 잠열 축열재"에 개시된 바와 같이, 이미 가교 반응이 완료되어 다량의 수분을 흡수할 수 있는 고흡수성 고분자를 조핵제와 함께 망초에 직접 혼합시킨다. 이러한 난방용 잠열 축열재에 냉열이 가해지면 이는 냉방용 현열 축열재로서 작용하게 된다.As a latent heat storage material for heating, calcium chloride (CaCl 2 · 6H 2 O), manganese (Na 2 SO 4 · 10H 2 O), sodium acetate (CH 3 COONa · 3H 2 0), hydrated dibasic sodium phosphate (Na 2 HPO 4 To the inorganic hydrate such as 12H 2 O), a nucleating agent for preventing subcooling and a thickening agent for preventing sedimentation of anhydrous salt are used. For example, such a latent heat storage material for heating is a superabsorbent polymer capable of absorbing a large amount of water by completing a crosslinking reaction, as disclosed in Korean Patent No. 150063, "Latent Heat Storage Material for Heating and Cooling," of the Korea Institute of Science and Technology. Is mixed directly with the nucleus to the forget-me-not. When cold heat is applied to the latent heat storage material for heating, it acts as an sensible heat storage material for cooling.

냉방용 잠열 축열재로는 상기와 같은 무기 수화물 대신에 열용량이 크고 저가이며 안정성이 높은 물을 많이 사용한다. 그러나, 물을 냉방용 잠열 축열재로 사용할 경우 무기 수화물에서 발생하는 상 분리 현상은 없으나, 대신 과냉각 문제가 역시 발생된다. 물을 냉방용 잠열 축열재로 사용할 경우, 이와 같은 과냉각 현상을 억제하지 않으면 냉동기의 성능 계수(coefficient of performance, COP)가 낮아져서 보다 많은 전력 소모가 요구되는 단점을 가지게 된다. 물 역시 무기 수화물과 동일한 방법으로 과냉각을 억제하는데, 한국과학기술연구원의 대한민국 특허제70181호 "냉축열용 잠열 축열재"에서는 물에 고흡수성 고분자 물질을 일정량 첨가시켜 과냉각을 억제시키는 기술을 개시하고 있다. 이러한 냉방용 잠열 축열재가 난방용으로 사용되면, 즉 냉방용 잠열 축열재에 열이 축적되면 이는 난방용 현열 축열재로서 작용하게 된다.As the latent heat storage material for cooling, water having a large heat capacity, a low cost, and high stability is used instead of the inorganic hydrate as described above. However, when water is used as a latent heat storage material for cooling, there is no phase separation phenomenon occurring in the inorganic hydrate, but instead, a supercooling problem occurs. When water is used as a latent heat storage material for cooling, if the supercooling phenomenon is not suppressed, a coefficient of performance (COP) of the refrigerator is lowered, which leads to a disadvantage in that more power consumption is required. Water also suppresses supercooling in the same way as inorganic hydrates. Korean Patent Institute No. 70181, "Latent Heat Storage Material for Cold Storage" discloses a technique for suppressing supercooling by adding a certain amount of superabsorbent polymer material to water. have. When such a latent heat storage material for cooling is used for heating, that is, when heat is accumulated in the latent heat storage material for cooling, it acts as a sensible heat storage material for heating.

상기와 같은 구성에 의해 제작된 냉난방 시스템으로부터 얻은 시험결과는 하기와 같다.The test results obtained from the cooling and heating system manufactured by the above configuration are as follows.

동절기에, 심야 전기 사용 가능 시간대에, 예를 들어 오후 10시부터 오전 8시까지 10시간 동안 전기를 흘려 축열조(2)의 온도를 80℃까지 상승시킴으로써 축열조(2)에 난방용 열을 축열시켰다. 다음날 오전 8시부터 실내에 장치된 팬코일 유닛(열교환기; 5)을 작동시켜 실내 온도를 25℃로 유지시키도록 하였다. 그 결과, 오전 8시에 시작하여 저녁 10시까지 실내 온도는 23 내지 25 ℃를 유지하였다. 이때, 실외 온도는 오전 시간대에 -5 ℃에서 낮 시간대에는 최고 10 ℃까지 상승한 후 다시 영하로 하강하였다. 한편 실내에 설치된 온수관에서 낮 시간대에 평균 50 ℃ 이상의 온수가 사용 가능하였다.During the winter, the heat for heating was accumulated in the heat storage tank 2 by allowing electricity to flow for 10 hours, for example, from 10 pm to 8 am, to raise the temperature of the heat storage tank 2 to 80 ° C. The next day, starting at 8 am, a fan coil unit (heat exchanger) 5 installed in the room was operated to maintain the room temperature at 25 ° C. As a result, the room temperature was maintained at 23 to 25 ° C. starting from 8 am to 10 pm. At this time, the outdoor temperature rose from -5 ℃ in the morning time zone to a maximum of 10 ℃ during the day time, and then dropped to zero again. On the other hand, in the hot water pipe installed indoors, hot water of 50 ° C or more was available during the daytime.

하절기에, 심야 전기 사용 가능 시간대에, 예로써 오후 10시부터 냉동기를 작동시켜 다음날 오전 8시까지 축열조(2)의 온도를 -5 ℃까지 하강시켜 축냉하였다. 다음날 오전 8시부터 팬코일 유닛(5)을 작동시켜 실내 온도를 평균 25 ℃로 유지시키도록 조절하였다. 그 결과, 온도계를 사용하여 측정한 실내 온도는 평균 25 내지 26 ℃를 유지하였다. 이때, 실외 온도는 아침에 약 27 ℃에서 낮에는 최고 33 ℃까지 상승하였다.In the summer, during the late night electricity use time, for example, the refrigerator was operated from 10 pm to 8 pm the next day, and the temperature of the heat storage tank 2 was lowered to -5 deg. From 8 am the next day, the fan coil unit 5 was operated to maintain an average temperature of 25 ° C. As a result, the room temperature measured using the thermometer maintained 25-26 degreeC on average. At this time, the outdoor temperature rose from about 27 ° C. in the morning up to 33 ° C. during the day.

본 발명에 의하여 제작된 잠열재를 이용한 축열식 냉난방 겸용 시스템을 사용할 경우, 기기 하나에서 필요에 따라 냉방 또는 난방을 실시할 수 있다. 또한, 기존의 난방 및 냉방 두 가지 기기를 합한 것에 비하여 부피 및 무게가 작고 값이 저렴하여, 장치의 크기가 소형화되며, 설치 비용 또한 대폭 절감될 수 있다. 고도화된 온도 조절기를 사용하여 축열량 및 축냉량을 조절할 수 있어 사용자가 원하는 만큼 축열 및 축냉을 함으로써 전기 소비 또한 최소화할 수 있다. 또한, 실내에서 원터치에 의하여 실내 온도를 조절할 수 있는 편의성이 있다.When using a regenerative air-conditioning combined system using a latent heat produced according to the present invention, one device can be cooled or heated as needed. In addition, the volume and weight are small and inexpensive, compared to the conventional combination of the two heating and cooling equipment, the size of the device can be miniaturized, and the installation cost can be significantly reduced. With the use of advanced thermostats, the amount of heat storage and heat storage can be adjusted, minimizing electricity consumption by heat storage and heat storage as desired by the user. In addition, there is a convenience that can control the room temperature by one touch in the room.

더욱이, 본 발명에 의하여 제작된 냉난방용 축열기는 그 크기를 소형에서부터 대형까지 다양하게 제작할 수 있기 때문에 소규모 공장 등 기존의 심야 전기용 축열 기기를 사용할 수 없었던 수요자 층에게도 축열 기기를 제공할 수 있는 장점이 있다.In addition, the heat storage heating and cooling device manufactured according to the present invention can be produced in a variety of sizes from small to large, so that it is possible to provide the heat storage device to the consumer layer that could not use the existing late-night heat storage device such as a small factory. There is an advantage.

이와 같은 값싸고 성능이 우수한 심야 전기용 기기를 공급함으로써 심야 전기 사용을 증가시켜 에너지 절약을 촉진할 수 있는 계기를 제공할 수 있다. 더불어 운전비용이 저렴하고 사용하기 편리한 냉난방 기기를 공급할 수 있다.By supplying these inexpensive, high performance midnight electrical devices, it is possible to provide an instrument that can promote energy savings by increasing the use of midnight electricity. In addition, it is possible to supply air-conditioning equipment which is inexpensive and easy to use.

Claims (7)

난방용 잠열 축열재가 충전 밀봉된 난방용 축열 용기, 냉방용 잠열 축열재가 충전 밀봉되어 있는 냉방용 축열 용기 그리고 브라인이 그 내부에 충전되어 있고, 브라인 출구 포트, 브라인 복귀 포트 그리고 냉매코일을 구비하는 축열조,A heat storage container filled with a heat-sealing heat storage material filled with heating, a cooling heat storage container filled with a heat-sealing heat storage material and a brine filled therein, and a heat storage tank having a brine outlet port, a brine return port and a refrigerant coil, 상기 냉매 코일과 연결되어 냉매 코일을 통해서 순환되는 냉매를 냉각시키는 냉각 수단,Cooling means connected to the refrigerant coil to cool the refrigerant circulated through the refrigerant coil; 상기 브라인 출구 포트와 상기 브라인 복귀 포트를 외부에서 연결하는 브라인 순환 도관,A brine circulation conduit connecting the brine outlet port and the brine return port from the outside; 상기 브라인 순환 도관 상에 설치된 브라인 순환 펌프,A brine circulation pump installed on the brine circulation conduit, 상기 브라인 순환 도관 상을 유동하는 브라인을 가열하기 위한 브라인 가열 히터,A brine heating heater for heating the brine flowing on the brine circulation conduit, 상기 브라인 순환 도관 내로 유동하는 브라인을 바이패스 유동시키는 바이패스 도관,A bypass conduit for bypassing the brine flowing into the brine circulation conduit, 상기 브라인 순환 도관과 상기 바이패스 도관에 각각 설치되는 다수의 제어 밸브,A plurality of control valves respectively installed in the brine circulation conduit and the bypass conduit, 상기 바이패스 도관 상에 설치되는 열교환기, 그리고A heat exchanger installed on the bypass conduit, and 냉방모드에서는 냉열을 상기 난방용 축열 용기 및 상기 냉방용 축열 용기에 축적시키기 위해 상기 냉각 수단을 작동시키고, 상기 냉열 축적이 완료되면 상기 축열조 내의 상기 브라인이 상기 브라인 출구포트로부터 상기 바이패스 도관을 거쳐 상기 브라인 복귀포트로 유동하도록 상기 제어밸브를 제어하고, 난방모드에서는 온열을 상기 난방용 축열 용기 및 상기 냉방용 축열 용기에 축적시키기 위해 상기 히터를 작동시키고, 상기 온열 축적이 완료되면 상기 축열조 내의 상기 브라인이 상기 브라인 출구포트로부터 상기 순환 도관을 거쳐 상기 브라인 복귀포트로 유동하도록 상기 제어밸브를 제어하는 제어수단을In the cooling mode, the cooling means is operated to accumulate cooling heat in the heating heat storage container and the cooling heat storage container, and when the accumulation of the cooling heat is completed, the brine in the heat storage tank passes through the bypass conduit from the brine outlet port. The control valve is controlled to flow to the brine return port, and in the heating mode, the heater is operated to accumulate heat in the heating heat storage container and the cooling heat storage container, and when the heat accumulation is completed, the brine in the heat storage tank Control means for controlling the control valve to flow from the brine outlet port to the brine return port via the circulation conduit; 포함하는 냉난방 겸용 시스템.Combined heating and cooling system. 제1항에 있어서, 상기 축열조는 그 내부에 장착된 온도 센서를 더 포함하며, 상기 제어수단은 상기 온도 센서로부터의 온도 신호에 따라 냉각 수단 또는 히터를 제어하는 것을 특징으로 하는 냉난방 겸용 시스템.The system of claim 1, wherein the heat storage tank further includes a temperature sensor mounted therein, and the control means controls a cooling means or a heater according to a temperature signal from the temperature sensor. 제1항에 있어서, 상기 축열조 내에는 일단이 외부 급수원에 연결되고 타단이 외부의 온수 공급원에 연결된 온수 코일이 설치된 것을 특징으로 하는 냉난방 겸용 시스템.The combined heating and cooling system according to claim 1, wherein one end of the heat storage tank is connected to an external water supply source and another end of the heat storage tank is connected to an external hot water supply source. 제3항에 있어서, 상기 온수 코일은 축열조 내의 상부에 위치된 것을 특징으로 하는 냉난방 겸용 시스템.The combined heating and cooling system according to claim 3, wherein the hot water coil is located above the heat storage tank. 제1항에 있어서, 상기 축열 용기들이 상호 적층 가능하도록 그 하부 바닥에는 홈이 구비되고 상부에는 상기 홈에 대응하는 돌출부가 구비된 것을 특징으로 하는 냉난방 겸용 시스템.The system of claim 1, wherein a groove is provided at a lower bottom thereof, and a protrusion corresponding to the groove is provided at an upper thereof so that the heat storage containers can be stacked on each other. 제1항에 있어서, 상기 축열 용기는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PVC, 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 또는 이들 중 2개 이상의 혼합물로 제조된 것을 특징으로 하는 냉난방 겸용 시스템.The system of claim 1, wherein the heat storage container is made of polyethylene, polypropylene, PVC, or polyethylene terephthalate (PET), or a mixture of two or more thereof. 제1항에 있어서, 상기 축열 용기의 외부 표면에 다수의 주름이 형성된 것을 특징으로 하는 냉난방 겸용 시스템.The system of claim 1, wherein a plurality of wrinkles are formed on an outer surface of the heat storage container.
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