KR100347009B1 - 가교화된 고밀도 폴리에틸렌으로 제작된 잠열 축열재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전열유체가 유동하는 유로를 제공함과 동시에 축열조내에 최대한 충진될 수 있도록 구성함으로써, 단위용적당 축열량을 증가시키는 잠열 축열재를 제공하는 데 그 목적이 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 축열 시스템의 축열조내에 다수개 충진되어 잠열을 저장하는 축열재에 있어서, 다른 측면과의 밀착시에 완전 밀착될 수 있는 사각형의 단면을 갖도록 가교화된 고밀도 폴리에틸렌(Crosslinked High Density Polyethylene)을 이용하여 사각기둥을 형성하고, 사각기둥의 중앙에는 길이방향을 따라 열매체가 유동하도록 통로(11)를 형성하며, 사각기둥의 4개의 측면 중 마주보는 한 쌍의 측면에는 V형 돌출부와 그에 대응하는 V형 삽입홈이 길이방향을 따라 형성되며, 다수개의 사각기둥을 축열조(50)내에 충진시에 사각기둥의 측면끼리 완전 밀착됨에 따라 충진률이 증가되어 단위용적당 축열량을 증가시키는 잠열 축열재가 제공된다.

Description

가교화된 고밀도 폴리에틸렌으로 제작된 잠열 축열재{Latent Heat Regenerative Material produced by Crosslinked High Density Polythylene}

본 발명은 잠열 축열재에 관한 것이며, 특히, 집광형 태양열 시스템, 심야전력 이용시스템 및 각종 산업공정열 이용 시스템에 사용되는 가교화된 고밀도 폴리에틸렌(Crosslinked High Density Polythylene)으로 제작된 잠열 축열재에 관한 것이다.

에너지를 효율적으로 이용하기 위해서는 열에너지의 저장, 즉 축열 시스템이 중요한 데, 이런 축열 시스템은 열에너지를 저장하고 있는 시간이 길고 이 저장시간 동안 열손실이 적어야 할뿐만 아니라 저장 에너지당 부피가 작아야 한다.

이런 축열 시스템에는 여러 가지가 있는 데, 그 중에서 화학적 열에너지 저장방법은 화학반응시 일어나는 흡열, 방열과정의 형태로 열에너지를 저장 또는 추출하는 것으로서, 방열손실이 작고 장기간 저장이 가능하며 축열밀도가 크다는 장점이 있으나, 아직 기술적으로 해결해야 할 많은 문제가 있다는 큰 단점을 가지고 있다.

이에 반해, 잠열을 이용하는 축열 시스템은 물질의 상변화시 흡수 또는 방출되는 잠열을 이용하는 것으로서, 열에너지를 효율적으로 저장할 수 있는 매우 유망한 방법이다. 그러나, 이런 잠열 축열 시스템은 축열온도에 따라 잠열재의 선택이 이루어져야 하며, 열매체와 축열재가 다른 물질이기 때문에 열교환이 필요하여 열효율이 저하되고, 시간에 따른 과냉 및 과열현상이 발생하는 단점이 있다. 또한,잠열 축열재의 독성, 인화성 등 환경문제와 상변화에 따른 부피변화 및 부식성에 의한 용기선정의 어려움 등이 있다.

그래서, 대한민국 특허출원 제97-65089호에서는 상변화 물질로서 표면이 가교화되어 고체상이 용융되어 액상으로 변화되었을 때에도 투명한 겔(gel) 형태로 변화될 뿐 원래의 형상을 유지하는 독특한 특성을 갖는 가교화된 고밀도 폴리에틸렌으로 제작된 축열재 및 이것을 축열조에 내장하는 기술을 기재하고 있다. 그 기술내용을 도 1을 참조하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에 보이듯이, 대한민국 특허출원 제97-65089호의 축열재는 두께가 두꺼운 파이프 형태로 제작되는 데, 이 때 재질로는 가교화된 고밀도 폴리에틸렌이 사용되고, 크기로는 내경이 2~30mm, 두께가 2~30mm, 외경이 6~90mm 정도를 갖도록 제작된다. 이렇게 제작된 축열재는 다수개가 융착 결합되어 축열조내에 충진된다.

그러나, 대한민국 특허출원 제97-65089호의 축열재를 축열조내에 충진시킬 경우에는, 축열재가 파이프로 형성되어 있어 파이프와 파이프의 사이에 공간이 형성되어 그 공간을 축열공간으로 활용할 수 없기 때문에, 축열조의 충진량이 작아지는 단점이 있다. 또한, 축열재가 파이프 형상이기 때문에 액상으로 변화되었을 때에 축열재가 휘어질 가능성이나 운반 중 배열이 흩뜨려지는 등의 안정성에 다소간의 문제점이 있다.

또한, 종래에는 가교화된 고밀도 폴리에틸렌을 원형바 형태로 제작한 축열재를 축열조에 충진하여 사용하기도 하였다. 그러나, 원형바 축열재를 축열조에 충진하여 사용할 경우에는 액상으로 변화되었을 때에 축열재의 표면과 표면이 서로융착되어 열매체가 유동하는 유로확보가 어렵다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열매체가 유동하는 유로를 제공함과 동시에 축열조내에 최대한 충진될 수 있도록 구성함으로써, 단위용적당 축열량을 증가시키는 잠열 축열재를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 잠열 축열재가 충진된 축열조의 개략도이고,

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잠열 축열재의 사시도이고,

도 3a 내지 도 3d는 도 2a 및 도 2b에 도시된 잠열 축열재의 배치관계를 도시한 평면도이고,

도 4는 도 3d와 같은 형태로 잠열 축열재가 축열조에 충진된 상태를 도시한 도면이고,

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잠열 축열재의 사시도이고,

도 6a 내지 도 6c는 도 5a 및 도 5b에 도시된 잠열 축열재의 배치관계를 도시한 평면도이며,

도 7은 도 6b와 같은 형태로 잠열 축열재가 축열조에 충진된 상태를 도시한 도면.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

10, 20, 30, 40 : 잠열 축열재 11, 21 : 원형 통로

22, 42 : 돌출부 23, 43 : 삽입홈

31, 41 : 반원형 통로 50, 60 : 축열조

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 축열 시스템의 축열조내에 다수개 충진되어 잠열을 저장하는 축열재에 있어서, 다른 측면과의 밀착시에 완전 밀착될 수 있는 사각형의 단면을 갖도록 가교화된 고밀도 폴리에틸렌을 이용하여 사각기둥을 형성하고, 상기 사각기둥의 중앙에는 길이방향을 따라 열매체가 유동하도록 통로를 형성하며, 다수개의 상기 사각기둥을 상기 축열조내에 충진시에 상기 사각기둥의 측면끼리 완전 밀착됨에 따라 충진률이 증가되어 단위용적당 축열량을 증가시키는 잠열 축열재가 제공된다.

또한, 위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 축열 시스템의 축열조내에 다수개 충진되어 잠열을 저장하는 축열재에 있어서, 다른 측면과의 밀착시에 완전 밀착될 수 있는 사각형의 단면을 갖도록 가교화된 고밀도 폴리에틸렌을 이용하여 사각기둥을 형성하고, 상기 사각기둥의 4개의 측면 중 마주보는 한 쌍의 측면에는 열매체가 유동될 수 있는 개방된 통로를 길이방향을 따라 각각 형성하며, 다수개의 상기 사각기둥을 상기 축열조내에 충진시에 상기 사각기둥의 측면끼리 완전 밀착되어, 개방된 한 쌍의 통로가 1개의 폐쇄된 통로를 형성함과 동시에 충진률을 증가시켜 단위용적당 축열량을 증가시키는 잠열 축열재가 제공된다.

아래에서, 본 발명에 따른 가교화된 고밀도 폴리에틸렌으로 제작된 잠열 축열재의 양호한 실시예들을 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

<제1 실시예>

도면에서, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잠열 축열재의 사시도이고, 도 3a 내지 도 3d는 도 2a 및 도 2b에 도시된 잠열 축열재의 배치관계를 도시한 평면도이며, 도 4는 도 3d와 같은 형태로 잠열 축열재가 축열조에 충진된 상태를 도시한 도면이다.

도 2a에 보이듯이, 본 발명의 잠열 축열재(10)는 상변화 물질로서 표면이 가교화되어 고체상이 용융되어 액상으로 변화되었을 때에도 투명한 겔(gel) 형태로 변화될 뿐 원래의 형상을 유지하는 독특한 특성을 갖는 가교화된 고밀도폴리에틸렌으로 제작된다.

이 때, 잠열 축열재(10)는 사각기둥으로 형성되며, 그 중앙에는 열매체가 유동하는 통로(11)가 형성된다. 이 때, 통로(11)는 사각기둥의 가로 및 세로의 크기에 따라 그 크기가 결정된다. 왜냐하면, 이런 형상의 잠열 축열재(10)가 액체상태로 상변화시에 휘어지지 않을 정도로 통로(11)의 크기를 형성해야 하기 때문이다. 이 때, 통로(11)는 단면이 원형인 것이 바람직하다.

그리고, 도 2a에 도시된 바와 같이 본 발명의 잠열 축열재(10)를 사각기둥, 즉 4개의 측면이 평평한 평면을 갖도록 형성한 것은, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 다수개의 잠열 축열재(10)를 배열할 경우 측면과 측면이 완전 밀착될 수 있도록 하기 위해서다. 이 때, 다수의 잠열 축열재(10)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 격자형 배열 또는 엇갈린 격자형 배열을 갖는다. 즉, 이런 배열형태로 축열조내에 충진시킬 경우, 잠열 축열재(10)의 충진률이 높아지고, 이로 인해 축열조의 단위용적당 축열량을 증가시킬 수 있다.

그리고, 도 2b에 도시된 바와 같은 본 발명의 잠열 축열재(20)는 도 2a에 도시된 바와 같이 중앙에 통로(21)가 형성된 사각기둥의 4개의 측면 중 마주보는 2개의 측면에 돌출부(22)와 삽입홈(23)을 각각 형성하여 제조한다. 이 때, 돌출부(22)와 삽입홈(23)은 서로 대응하는 위치에 형성되는 데, 이것들을 서로 결합시킬 경우 정확히 맞물릴 수 있도록 각각 형성된다. 이런 돌출부(22)와 삽입홈(23)은 측면의 중앙에서 그 길이방향을 따라 연속적으로 형성된다. 이런 돌출부(22)와 삽입홈(23)은 서로 정확하게 맞물릴 수 있는 형태이면 어떤것이나 가능하지만, V형 돌출부와 V형 삽입홈인 것이 바람직하다.

이런 형상을 갖는 다수의 잠열 축열재(20)는 도 3c 및 도 3d에 도시된 바와 같이 돌출부(22)가 삽입홈(23)에 정확히 맞물리면서 격자형 배열 또는 엇갈린 격자형 배열을 갖는다. 이렇게 돌출부(22)가 삽입홈(23)에 정확히 맞물림으로써, 다수의 잠열 축열재(20)가 흩뜨려지지 않고 안정적으로 배열된다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이 잠열 축열재(10, 20)의 측면들이 서로 완전 밀착된 배열형태로 축열조내에 충진시킬 수 있어 잠열 축열재(10, 20)의 충진률이 높아지고, 이로 인해 축열조의 단위용적당 축열량을 증가시킬 수 있다.

이런 잠열 축열재(10, 20)는 이것을 수용할 수 있는 내부공간을 갖는 몸체(51)와, 열매체가 유입되고 배출되는 유입구(52) 및 배출구(53)가 형성된 어떤 형태의 축열조(50)에나 충진될 수 있다.

<제2 실시예>

도면에서, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잠열 축열재의 사시도이고, 도 6a 내지 도 6c는 도 5a 및 도 5b에 도시된 잠열 축열재의 배치관계를 도시한 평면도이며, 도 7은 도 6b와 같은 형태로 잠열 축열재가 축열조에 충진된 상태를 도시한 도면이다.

도 5a에 보이듯이, 본 발명의 잠열 축열재(30)는 상변화 물질로서 표면이 가교화되어 고체상이 용융되어 액상으로 변화되었을 때에도 투명한 겔(gel) 형태로 변화될 뿐 원래의 형상을 유지하는 독특한 특성을 갖는 가교화된 고밀도 폴리에틸렌으로 제작된다.

이 때, 잠열 축열재(30)는 사각기둥으로 형성되며, 사각기둥의 4개의 측면 중 마주보는 2개의 측면에는 개방된 반원형상, 즉 단면이 반원형인 통로(31)가 형성된다. 이런 통로(31)는 서로 대응하는 위치, 즉 측면의 중앙에서 그 길이방향을 따라 연속적으로 형성된다. 이런 통로(31)가 형성된 측면을 서로 밀착시킬 경우 폐쇄되는 1개의 원형 통로를 형성하면서 측면들끼리 완전 밀착된다. 이렇게 형성되는 원형 통로는 열매체가 유동하는 유로 역할을 한다.

이렇게 형성된 다수의 잠열 축열재(30)는 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 반원형상의 통로(31)가 형성된 측면이 완전 밀착되어 1개의 원형 통로를 형성하면서 격자형 배열 또는 엇갈린 격자형 배열을 갖는다. 즉, 이런 배열형태로 축열조내에 충진시킬 경우, 잠열 축열재(30)의 충진률이 높아지고, 이로 인해 축열조의 단위용적당 축열량을 증가시킬 수 있다.

그리고, 도 5b에 도시된 바와 같은 본 발명의 잠열 축열재(40)는 도 5a에 도시된 바와 같이 반원형상의 통로(41)가 형성된 사각기둥의 마주보는 다른 2개의 측면에 돌출부(42)와 삽입홈(43)을 각각 형성하여 제조한다. 이 때, 돌출부(42)와 삽입홈(43)은 서로 대응하는 위치에 형성되는 데, 이것들을 서로 결합시킬 경우 정확히 맞물릴 수 있도록 각각 형성된다. 이런 돌출부(42)와 삽입홈(43)은 측면의 중앙에서 그 길이방향을 따라 연속적으로 형성된다. 이런 돌출부(42)와 삽입홈(43)은 서로 정확하게 맞물릴 수 있는 형태이면 어떤것이나 가능하지만, V형 돌출부와 V형 삽입홈인 것이 바람직하다.

이런 형상을 갖는 다수의 잠열 축열재(40)는 도 6c에 도시된 바와 같이 돌출부(42)가 삽입홈(43)에 정확히 맞물리고, 반원형상의 통로(31)가 형성된 측면이 서로 밀착되어 1개의 원형 통로를 형성하면서 격자형 배열을 갖는다. 이렇게 돌출부(42)가 삽입홈(43)에 정확히 맞물림으로써, 다수의 잠열 축열재(40)가 흩뜨려지지 않고 안정적으로 배열된다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이 잠열 축열재(30, 40)의 측면들이 서로 완전 밀착된 배열형태로 축열조내에 충진될 수 있어 잠열 축열재(30, 40)의 충진률이 높아지고, 이로 인해 축열조의 단위용적당 축열량을 증가시킬 수 있다.

이런 잠열 축열재(30, 40)는 이것을 수용할 수 있는 내부공간을 갖는몸체(61)와, 열매체가 유입되고 배출되는 유입구(62) 및 배출구(63)가 형성된 어떤 형태의 축열조(60)에나 충진될 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 가교화된 고밀도 폴리에틸렌으로 제작된 잠열 축열재는 열매체가 유동하는 유로를 제공함과 동시에 축열조내에 최대한 충진될 수 있는 사각기둥 형상으로 구성되어 있어, 축열조내에 충진시에 단위용적당 축열량을 증가시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 잠열 축열재에는 서로 정확하게 맞물릴 수 있는 돌출부와 삽입홈이 형성되어 있어, 배열이 흩뜨려지지 않은 상태에서 축열조내에 안정적으로 배열된다.

이상에서 본 발명의 가교화된 고밀도 폴리에틸렌으로 제작된 잠열 축열재에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (6)

1. 축열 시스템의 축열조내에 다수개 충진되어 잠열을 저장하는 축열재에 있어서,

   다른 측면과의 밀착시에 완전 밀착될 수 있는 사각형의 단면을 갖도록 가교화된 고밀도 폴리에틸렌(Crosslinked High Density Polyethylene)을 이용하여 사각기둥을 형성하고, 상기 사각기둥의 중앙에는 길이방향을 따라 열매체가 유동하도록 통로를 형성하며,

   다수개의 상기 사각기둥을 상기 축열조내에 충진시에 상기 사각기둥의 측면끼리 완전 밀착됨에 따라 충진률이 증가되어 단위용적당 축열량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 잠열 축열재.
2. 제1항에 있어서, 상기 사각기둥의 4개의 측면 중 마주보는 한 쌍의 측면에는 돌출부와 그에 대응하는 삽입홈이 길이방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 잠열 축열재.
3. 축열 시스템의 축열조내에 다수개 충진되어 잠열을 저장하는 축열재에 있어서,

   다른 측면과의 밀착시에 완전 밀착될 수 있는 사각형의 단면을 갖도록 가교화된 고밀도 폴리에틸렌(Crosslinked High Density Polyethylene)을 이용하여 사각기둥을 형성하고, 상기 사각기둥의 4개의 측면 중 마주보는 한 쌍의 측면에는 열매체가 유동될 수 있는 개방된 통로를 길이방향을 따라 각각 형성하며,

   다수개의 상기 사각기둥을 상기 축열조내에 충진시에 상기 사각기둥의 측면끼리 완전 밀착되어, 개방된 한 쌍의 통로가 1개의 폐쇄된 통로를 형성함과 동시에 충진률을 증가시켜 단위용적당 축열량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 잠열 축열재.
4. 제3항에 있어서, 상기 사각기둥의 마주보는 다른 쌍의 측면에는 돌출부와 그에 대응하는 삽입홈이 길이방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 잠열 축열재.
5. 제3항에 있어서, 상기 개방된 통로의 단면은 반원 형상인 것을 특징으로 하는 잠열 축열재.
6. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 돌출부와 삽입홈은 V형 돌출부와 V형 삽입홈인 것을 특징으로 하는 잠열 축열재.