KR101543013B1 - 이동형 열저장 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열공급처에서 생성되는 열을 저장한 후, 차량 등의 운송 수단을 통하여 직접 열수요처로 이동하여 열을 공급하는 이동형 열저장 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 열공급처에서 생산되는 열을 저장한 후 이동하여 저장된 열을 열수요처로 공급하는 이동형 열저장 장치에 있어서, 운송 수단; 및 상기 운송 수단에 의하여 이동하는 열저장 장치;를 포함하여 구성되되, 상기 열저장 장치는: 외부 케이싱; 상기 외부 케이싱 내부에 위치하는 내부 케이싱; 상기 외부 케이싱과 내부 케이싱 사이에 위치하는 단열재; 상기 내부 케이싱 내부에 위치하며, PCM이 위치하는 별도의 밀폐 공간과 상기 밀폐 공간과 접촉하는 유동 공간을 포함하는 PCM모듈; 상기 내부 케이싱 내부와 상기 유동 공간에 위치하는 열매유; 및 상기 열매유의 열을 외부로 배출하는 열교환기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이동형 열저장 장치{Movable thermal storage apparatus}

본 발명은 이동형 열저장 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 PCM을 이용한 이동형 열저장 장치에 관한 것이다.

산업체, 아파트, 호텔 등 높은 열 수요를 갖는 수요처에는 자체적으로 열의 생성을 위한 장치를 구비하여 필요한 열을 생성하는 경우도 있으나, 인근에 열병합발전소가 있는 경우, 열병합발전소에서 생성되는 열을 공급받아 수요처에 사용하는 경우도 있다.

특히 상기와 같이 열병합발전소에서 생성되는 열의 경우 자체적으로 생성하는 열에 비하여 경제적으로 유리한 장점이 있다.

열병합발전시스템은 전기를 생성한 후 발생되는 폐열을 이용하여 열이 필요한 수요처에 공급하는 시스템으로 높은 에너지 효율을 나타내는 시스템의 하나로, 등록특허 제149466호에 개시된 바와 같이, 발전 설비를 통하여 전기를 생산하고, 발전 설비를 통과한 폐열을 이용하여 난방을 수행하는 기본적인 구성을 가진다.

또한 대규모 열병합발전소의 경우에는 전력 생산과 더불어 폐열을 이용하여 난방용 온수를 생성한 후, 상기 온수를 배관을 통하여 각 수요처로 공급하는 형태로 구성된다. 이때 전력 생성을 위해서는 가스터빈을 사용하고, 특히 가스터빈 사용 시에는 높은 폐열이 생성되는 장점이 있어, 지역난방 시스템에 많이 적용되고 있다. 예를 들면, 등록특허 제254273에는 가스터빈을 이용한 열병합 시스템이 개시되어 있다. 상기 구성은 유입된 공기를 압축시키는 압축기와, 상기 압축기와 연결되어 유입된 고압의 공기를 저압의 공기로 변환시키며 그 압력차만큼을 일로 바꾸어주는 터빈과, 상기 터빈에 연결되어 연소기로 고온의 기체를 공급하는 열교환기와, 상기 열교환기와 터빈을 연결시키며 내부에 버어너가 장착되어 주입된 연료를 연소시켜 고온고압의 기체를 터빈에 공급하는 연소기와, 상기 열교환기와 연결되며 그 내부에 공급된 물을 가열시키는 스팀보일러와, 상기 터빈과 열교환기 사이에 설치되어 터빈을 통과한 공기량을 조절하며 상기 스팀보일러로 공급시키는 바이패스(by-pass) 조절밸브를 포함하여 된 것을 특징으로 한다. 이로써, 터빈에서 열교환기로 들어가는 배기가스의 양을 스팀보일러로 바이패스시킴으로써 스팀보일러에서 원하는 양의 스팀을 발생시키고, 일정한 발전량을 유지하기 위해 가스터빈엔진 연소기로 공급되는 연료량을 조절할 수 있다.

한편, 지역난방시스템에서는 열 생성처에서 수용처간에 열공급을 위한 배관이 설치된다. 상기 배관은 고온의 온수가 이동하는 역할을 하므로 열의 배출을 방지하는 단열 구성이 추가된다. 예를 들면, 등록특허 제1263331호에는 일정 곡률로 벤딩되어 지역난방 열배관과 양단이 연결되고, 내부에 중온수가 이동되는 내관과; 상기 내관의 직경보다 큰 직경으로 형성되어 내부에 공간부를 형성하고, 상기 내관이 내부에 삽입되는 외관과; 상기 내관과 외관 사이의 공간부에 충진되는 보온재; 및 상기 보온재와 혼합되어 상기 공간부에 충진되는 충진재로서 하이드로 클레이를 포함하는 열배관의 구성이 개시되어 있다.

또한, 등록특허 제1350941호에는 난방, 급탕용 배관을 통합 배관으로 설치하고, 상기 통합 배관과 회수 배관만을 설치하여 건축비, 설비 시공비, 설비 관리 및 유지 보수 비용 등이 상대적으로 절감되고, 급탕 열교환기를 거치며 급탕수를 가열하는 난방수를 그대로 메인 통합열교환기에 반환되지 않고 각 세대별 또는 각 층별에 설치된 온수분배기 혹은 직접 바닥코일로 순환시켜 난방수로 사용하여 공급되는 난방수의 사용 효율이 증가하며, 난방수가 메인 통합열교환기로 순환되는 과정에서 손실되는 열손실의 발생이 최소화되고, 메인 통합열교환기를 설치하여 항시 난방수를 공급하고, 각 세대별 또는 각 층별로 급탕 열교환기를 설치함으로써 계절에 관계없이 세대별 또는 층별로 난방, 냉방 및 급탕을 자유롭게 사용할 수 있어 사용자에게 편의를 제공할 수 있으며, 1개의 급탕공급관을 통해 사용수전에 냉수 및 온수가 공급됨으로써, 종래 2개의 공급관을 설치하여 시공하던 배관시스템에 비해 원가가 절감되고, 1개의 급탕공급관을 시공함에 따라 작업시간의 단축은 물론 작업성이 크게 향상될 수 있으며, 상기 메인 통합공급관과 메인 통합회수관이 내부에 보조관이 구비된 이중관으로 형성됨으로써, 동절기에는 외관과 내관에 난방수를 동시에 이송시키고, 하절기에는 내관에만 난방수를 이송시키는 동시에 외관은 공기층으로 형성되어 열손실을 줄이고 그로 인해 단열효과가 증대되는 이중 배관의 구성이 개시되어 있다.

상기한 바와 같이, 별도의 열병합발전소를 통하여 열 공급을 받기 위해서는 열병합발전소에 설치한 주배관과 연통하는 보조 배관을 설치한 후, 상기 보조 배관을 통하여 열을 공급받아야 한다.

이때 보조 배관 역시 단열 구성을 포함해야 하므로, 가격적으로 고가이며, 도로를 따라 배관 설치 공사를 수행해야 하므로, 높은 건설비용이 요구되고, 특히 열병합발전소와 원거리에 수요처가 있는 경우에는 상기와 같은 열배관 설치 공사 비용의 증대로 인하여 실질적으로 지역난방을 사용할 수 없는 단점이 있으므로, 별도의 열배관 공사 없이 지역난방을 이용할 수 있는 새로운 방식이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 열공급처에서 생성되는 열을 저장한 후, 차량 등의 운송 수단을 통하여 직접 열수요처로 이동하여 열을 공급하는 이동형 열저장 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 열공급처에서 생산되는 열을 저장한 후 이동하여 저장된 열을 열수요처로 공급하는 이동형 열저장 장치에 있어서, 운송 수단; 및 상기 운송 수단에 의하여 이동하는 열저장 장치;를 포함하여 구성되되, 상기 열저장 장치는: 외부 케이싱; 상기 외부 케이싱 내부에 위치하는 내부 케이싱; 상기 외부 케이싱과 내부 케이싱 사이에 위치하는 단열재; 상기 내부 케이싱 내부에 위치하며, PCM이 위치하는 별도의 밀폐 공간과 상기 밀폐 공간과 접촉하는 유동 공간을 포함하는 PCM모듈; 상기 내부 케이싱 내부와 상기 유동 공간에 위치하는 열매유; 및 상기 열매유의 열을 외부로 배출하는 열교환기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 PCM모듈은 다수의 배관이 길이방향으로 서로 접촉하도록 배치되고, 상기 각 배관의 내부는 밀폐 공간으로 구성되고, 상기 배관과 배관 사이가 유동 공간인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 PCM모듈은 다수의 배관이 길이방향으로 서로 이격되어 배치되고, 상기 각 배관의 내부가 밀폐 공간이고, 상기 배관과 배관 사이가 유동 공간인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 PCM모듈은 삼각형, 사각형, 오각형 및 육각형 중 선택된 어느 하나의 단면 형태의 다수의 공간을 형성하는 격벽으로 구성되며, 상기 격벽에 의하여 형성된 공간은 밀폐 공간과 유동 공간이 반복적으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 PCM모듈은 삼각형, 사각형, 오각형 및 육각형 중 선택된 어느 하나의 단면 형태의 다수의 공간을 형성하는 격벽으로 구성되며, 상기 격벽에 의하여 형성된 공간이 밀폐 공간이고 상기 격벽에는 유동 공간이 형성되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 배관의 내면 또는 외면 또는 내외면에는 다수의 핀이 길이 방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 격벽은 밀폐 공간 또는 유동 공간 또는 밀폐 공간 및 유동 공간에 격벽의 길이 방향으로 형성되는 다수의 핀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 밀폐 공간으로 하나 이상의 이웃하는 밀폐 공간과 연통하기 위한 연통부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 유동 공간의 끝단에는 하나 이상의 이웃하는 유동 공간과 연통하기 위한 패스부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 밀폐 공간에 위치하는 PCM은 열전도 향상을 위하여 탄소나노입자를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 탄소나노입자는 CNT, xGNP 및 그라핀 중 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 탄소나노입자는 PCM 100중량부에 대하여 2 내지 10중량부인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 내부 케이스는 열매유가 배출되어 열교환기로 안내되는 내부 유출관과 상기 열교환기를 통과한 열매유를 다시 내부 케이스로 안내하는 내부 유입관을 더 포함하며, 상기 열교환기에는 외부 냉매가 유입되는 외부유입관과 열교환기를 통과한 냉매를 배출하는 외부유출관을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 외부유입관에는 열매유의 순환을 위한 순환펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 이동형 열저장 장치는 운송수단에 부착되는 형태로 열공급처에서 생성된 열을 열교환기를 통하여 PCM에 저장하여 열수요처로 이송하고 열수요처에서도 열교환기를 통하여 열을 공급하는 구성으로 이루어져, 열배관이 필요치 않아 어떠한 지역에서도 지역난방 또는 열병합발전소에서 생성되는 열을 공급할 수 있는 효과가 있다. 또한 열저장장치를 운송수단에서 분리하는 경우, PCM에 저장된 열이 소모될 때까지 열수요처에서 필요로 하는 열을 지속적으로 공급할 수 있는 효과가 있다. 더 나아가, 본 발명에 따른 열저장 장치는 PCM부를 전체 장치와 분리할 수 있으므로, 전체 장치의 유지보수가 편리한 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 이동형 열저장 장치의 구성도이며,
도 2는 도 1에 도시된 열저장 장치의 단면도이며,
도 3은 도 2에 도시된 PCM모듈의 단면도이며,
도 4는 도 2에 도시된 PCM모듈의 일 실시예이며,
도 5는 도 2에 도시된 PCM모듈의 다른 실시예이며,
도 6은 도 2에 도시된 PCM모듈의 또 다른 실시예이며,
도 7은 도 2에 도시된 PCM모듈의 또 다른 실시예이며,
도 8은 도 2에 도시된 PCM모듈의 또 다른 실시예이며,
도 9는 도 2에 도시된 PCM모듈의 연통구의 구성이며,
도 10은 도 2에 도시된 PCM모듈의 열교환 상태를 나타내는 설명도이며,
도 11은 도 2에 도시된 PCM모듈에 패스부를 추가한 구성도이다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 이동형 열저장 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 운송 수단(1)과 상기 운송 수단(1)에 의하여 이동하는 열저장 장치(100)를 포함하여 구성된다.

상기 열저장 장치(100)는 상기 운송 수단(1) 상단에 장착되는 형태로도 구현될 수 있으며, 또한 운송 수단(1)에 연결되는 트레일러 형태로도 구현될 수 있다. 상기와 같이 열저장 장치(100)는 이송 시에는 상기 운송 수단(1)과 연결되어 이동하고, 열수요처에서는 열저장 장치(100)만 별도로 위치하여 열을 공급하도록 구성될 수 있다. 이때 열공급업체는 상기 열저장 장치(100)에서 축열된 열이 소모되기 전에 다른 열저장 장치(100)를 공급하고, 소모된 열저장 장치(100)는 운송 수단(1)에 의하여 회수하는 경우, 지속적으로 열수용처의 열을 공급할 수 있다.

상기 열저장 장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 외부 케이싱(10), 상기 외부 케이싱(10) 내부에 위치하는 단열재(11), 상기 단열재(11) 내부에 위치하는 내부 케이싱(20), 상기 내부 케이싱(20) 내부에 위치하는 PCM모듈(30), 상기 내부 케이싱(20) 외부에 위치하는 열교환기(80), 상기 열교환기(80)에 고온의 열매유를 안내하는 내부유출관(71), 상기 열교환기(80)를 통하여 온도가 변화된 열매유가 내부 케이싱(20)으로 안내되는 내부유입관(72), 상기 열매유를 순환시키는 순환펌프(73), 상기 열교환기(80)로 열수요처 또는 열공급처의 냉매가 유입되는 외부유입관(92), 상기 열교환기(80)를 통하여 온도가 상승 또는 하강한 냉매가 유출되는 외부유출관(91)을 포함하여 구성된다.

상기 외부 케이싱(10)은 가장 바깥에 위치하여 전체 장치의 외부 역할을 하는 것으로, 금속 또는 복합재료 등으로 구성되는 것이 바람직하며, 형상은 원통형 또는 육면체 형태로 구성되며, 단열재(11), 내부 케이싱(20), 열교환기(80)와 열매유 및 냉매 유출입을 위한 배관이 위치한다.

상기 단열재(11)는 내열성이 있으면서 단열성이 있는 어떠한 물질도 가능하나, 플라이에시 등 산업폐기물을 이용하여 구성할 수도 있다.

상기 내부 케이싱(20)은 상기 외부 케이싱(10) 내부에 위치하며, 상기 단열재(11)가 감싸는 형태로 구성된다.

상기 내부 케이싱(20)은 구조적 특성과 가공 특성이 우수한 금속제로 이루어지는 것이 적절하며, 특히 강철로 구성하는 것이 경제적인 측면에서 바람직하다. 그리고 상기 내부 케이싱(10)의 일측은 분해가 가능하도록 구성하여 내부에 안착되는 PCM모듈(30)의 탈착이 가능하도록 구성한다.

한편, 상기 PCM모듈(30)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 내부 케이싱(20)에 착탈 가능하게 내부에 위치하며, 내부에는 PCM이 위치하는 밀폐 공간(A)과 상기 밀폐 공간에 위치하는 PCM과 열교환하는 열매유가 유동하는 유동 공간(B)으로 구분하여 구성되며, 다양한 형태로 구성 가능하다. 이때 상기 유동 공간은 상기 내부 케이싱(20)의 내부 공간과 연통하므로, 상기 유동 공간에 위치하는 열매유는 상기 밀폐 공간과 열교환하면서 상기 내부유출관(71) 및 내부유입관(72)을 따라 순환펌프(73)에 의하여 순환한다. 물론 상기 열교환기(80)를 통하여 열수요처 또는 열공급처의 냉매와도 열교환한다.

먼저 상기 PCM모듈(30)은 도 4에 도시된 바와 같이, 원형 단면의 배관(31)을 밀폐 공간(A)으로 구성하고, 배관(31)과 배관(31) 사이의 공간을 유동 공간(B)으로 구성할 수 있으며, 상기 배관(31)은 서로 접촉하는 형태로 배치된다. 이때, 상기 배관(31) 내부에 PCM이 위치하고, 각 배관(31)은 밀폐형으로 구성된다. 따라서, 열매유는 상기 유동 공간(B)를 통하여 인근의 4개의 배관(31)에 열교환을 수행한다.

필요한 경우, 상기 배관(31)은 도 5에 도시된 바와 같이, 서로 이격되어 배치되도록 구성할 수 있다. 이때 유동 공간(B)은 서로 연통하여 단일 공간으로 형성되고, 열매유는 배관(31) 원주 방향으로 모두 접촉하므로, 전열면적을 높이는 효과가 있다. 배관(31)이 이격된 구조는 PCM대비 열매유의 체적비가 상대적으로 높아 적은 열량을 저장하는 용도로서 적합하고, 반대로 상기 배관(31)이 접촉하는 구조는 PCM대비 열매유의 체적비가 낮아 상대적으로 많은 열량을 저장하는 용도로 적합하다. 도 5에는 각각 이격 위치가 다른 배관(31)의 배치도가 2개 도시되어 있으며, 배관(31) 이격 거리는 상기 도면에 도시된 바와 같이, 적절히 선택하여 구성한다.

상기 배관(31)의 외면, 내면 또는 내외면 모두에는 필요한 경우 열전달 면적을 증가시키기 위하여 다수의 핀이 배관(31)길이 방향으로 형성될 수 있다.

한편, 상기 PCM모듈(30)은 도 6에 도시된 바와 같이, 사각형 단면의 격벽(32)으로 구성할 수 있으며, 각 격벽(32)에 의하여 형성되는 사각공간(33)은 PCM이 위치하는 밀폐 공간(A), 상기 밀폐 공간(A) 인근에는 유동 공간(B)으로 구성하는 경우, 유동 공간(B)는 인근에 위치하는 4개의 밀폐 공간(A)과 접촉하므로, 높은 열전달 특성을 기대할 수 있다. 물론 상기 밀폐 공간(A)에 해당하는 사각공간(33)은 내부에 PCM의 주입한 후 밀폐하도록 구성한다.

상기 사각형 단면의 격벽(32)은 제작이 편리한 장점이 있으며, 단위 밀폐 공간(A)이 밀폐되어 PCM을 보유하므로, 다른 종류의 PCM을 사용할 수 있는 장점이 있으며, 하나의 열에 특정 PCM을 주입하고, 다른 열에는 다른 PCM을 주입하는 것과 같이, PCM모듈(30)을 존으로 구분하여 관리할 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기 격벽(32)의 모양을 도 7에 도시된 바와 같이, 육각형으로 구성하는 경우 육각공간(34)을 형성하는 허니콤 형태로 구성할 수 있다.

이때 상기 밀폐 공간(A) 역시 인근에 유동 공간(B)가 위치하도록 배치하는 경우, 하나의 유동 공간(B)는 4개의 밀폐 공간(A)과 접촉하고, 2개의 유동 공간(B)과 접촉하므로, PCM에 의한 열전달과 더불어 열매유끼리도 일부 접촉하므로, 열매유의 균등한 온도분포를 얻을 수 있는 장점이 있으며, 허니콤 자체의 우수한 강성적 특성에 의하여 구조적으로 강인한 장점이 있다.

또한 필요한 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 유동 공간(B)을 각 격벽(32)에 구성하고, 나머지 육각공간(34) 또는 사각공간(33)은 PCM이 위치하도록 구성할 수도 있다. 상기와 같은 방식은 제작이 다소 복잡한 단점이 있으나, 전체 체적에서 PCM이 차지하는 체적 비율이 최대로 구현되어 많은 열저장 능력을 갖는 장점이 있다. 상기와 같은 방식은 상기 배관(31) 형태의 PCM모듈(30) 구조에도 적용할 수 있다.

상기 격벽(32)에는 필요한 경우, 열전달 면적을 증가시키기 위하여 다수의 핀이 격벽의 길이방향으로 형성될 수 있다. 이때 핀은 밀폐 공간(A) 내부, 유동 공간(B) 내부 또는 양자 모두 형성되도록 구성할 수 있다.

그리고 상기 배관(31)과 격벽(32) 중 밀폐 공간(A)은 도 9에 도시된 바와 같이 서로 연통하는 연통부(39)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 연통부(39)는 다른 밀폐 공간(A)을 연통하여 구성할 수도 있으나, 구분된 존(구역)별로 서로 연통하도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 연통부(39)는 일측에서 PCM을 주입하는 경우, 연통된 모든 밀폐 공간(A)에 PCM이 담겨지고, 또한 PCM이 배출되므로, 유지 보수의 편리성을 제공하는 장점이 있다. 물론 존 별로 연통되는 경우에는 존 별로 PCM의 주입과 배출을 진행할 수 있다.

상기 격벽(32)에 의하여 형성되는 공간(33, 34)은 사각형 및 육각형에 대하여 설명하였으나, 다른 형태의 모양, 예를 들면, 삼각형, 오각형 또는 각 형태의 조합 등도 적용 가능하며, 이때도 밀폐 공간(A)과 유동 공간(B)을 적절히 선택하여 구현한다.

한편, 유동 공간(B)은 열매유가 PCM과 열교환을 위하여 유동하는 공간으로 PCM모듈(30)의 일측면으로 열매유가 유입한 후, PCM모듈(30) 타측면으로 유출하면서 열교환이 이루어진다.

모든 유동 공간(B)이 PCM모듈(30) 측면에 개방되어 있는 경우, 도 10에 도시된 바와 같이, 동시에 유동 공간(B)으로 열매유가 유동하므로, 일부 온도차가 발생할 수 있다. 따라서, PCM모듈(30)의 유동 공간(B)을 몇 개의 그룹으로 분류하고, 서로 반복적으로 연통하는 패스부(36)을 구성하는 경우 도 11과 같이 열매유가 더욱더 많은 수의 밀폐 공간(B)과 열교환할 수 있는 장점을 제공한다. 이때 모든 개별 유동 공간(B)을 패스부(36)로 연결하는 경우 구조적으로 복잡하므로, 다수의 존별로 연통하도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 PCM모듈(30)은 수평형으로 배치되는 구성에 대하여 설명하였으나, 필요한 경우에는 수직으로 배치하고, 열매유가 PCM모듈(30) 하단으로 유입된 후 수직방향으로 이동하도록 구성할 수도 있다. 상기의 경우 고온의 열매유가 PCM모듈(30) 하단에서 상단으로 이동하므로, 이러한 자연대류를 이용하는 경우, 별도의 순환펌프(73) 없이 외부로 열교환하여 열을 배출할 수도 있다.

또한, 상기 배관(31) 및 격벽(32)의 경우에는 열전도성이 우수한 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들면 동 또는 동합금으로 구성할 수 있으며, 강도 특성을 향상시키기 위해서는 베이스 금속에 CNT, xGNP, 그라핀 등의 열전도성이 높은 탄소나노입자를 추가하여 구성할 수 있다. 이때 탄소나노입자는 베이스 금속 100중량부에 대하여 2중량부 내지 10중량부의 비율로 추가하는 것이 바람직하다.

이때 탄소나노입자가 2중량부 미만인 경우에는 열전달율 상승 효과가 미미하고, 10중량부를 초과하는 경우에는 가격적으로 불리한 단점이 있다.

또한 상기 배관(31) 및 격벽(32)은 탄소나노입자를 코팅하여 열전도성을 향상시키는 방법으로도 구현될 수 있다.

그리고 PCM(phase-change material)은 높은 열저장특성은 있으나, 열전달율이 낮은 단점이 있다. 따라서 본 발명에 따른 PCM은 밀폐 공간(A)에 밀폐된 상태에 있으므로, 내부 열전달율 향상을 위하여 탄소나노입자를 추가하여 구성하는 것이 바람직하다.

이때 탄소나노입자는 상기한 바와 같이 CNT, xGNP 및 그라핀 중 선택된 어느하나 이상으로 구성하고, 상기 탄소나노입자는 PCM 100중량부에 대하여 2중량부 내지 10중량부의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다. 역시 탄소나노입자가 2중량부 미만인 경우에는 열전달율 상승 효과가 미미하고, 10중량부를 초과하는 경우에는 가격적으로 불리한 단점이 있다.

그리고 상기 PCM은 사용되는 온도 특성에 따라 적절히 선택하여 사용하는 것이 바람직하나, 제조 공정에서는 높은 온도의 열을 요구하는 경우가 많으므로, 고온에 적합한 PCM을 선정하고, 호텔이나 병원 등에서는 온수를 요구하는 경우가 많으므로, 온수 온도에 적합한 PCM을 사용하는 것이 바람직하다.

또한 열매유는 고온 온도 특성이 우수한 오일로 구성하는 것이 바람직하나, 특정 특성으로 제한되지는 않는다.

또한 상기 PCM모듈(30)에는 밀폐 공간에는 PCM의 온도를 측정할 수 있는 온도센서를 부착하여 온도를 감지할 수 있도록 구현할 수도 있다.

본 발명에 따른 열저장 장치(100)의 열저장 방법은 먼저 열공급처에서 생산되는 고온의 냉매를 상기 외부유입관(92)에 연결하고, 외부유출관(91)에는 사용된 냉매의 열수요처를 다시 공급하기 위한 배관을 연결한다. 이후 상기 열수요처에서 생성된 고온의 냉매를 순화시킨다. 이때 상기 순환펌프(73)를 가동하여 열매유가 상기 열교환기(80)를 순환하면서, 상기 냉매에 의하여 가열된다. 따라서 상기 열매유가 순환함에 따라 상기 PCM모듈(30)의 온도는 상승하게 되며, 이후 온도의 상승이 중지되는 경우, 상기 냉매를 분리하면, 열 저장이 완료된다.

열사용처에서 열저장장치(100)의 사용 방법은 역시 상기와 동일한 방식으로 열사용처의 냉매를 상기 외부유입관(92) 및 외부유출관(91)으로 순환시키고, 동시에 상기 순환펌프(73)를 가동하는 경우 PCM모듈(30)의 PCM에 저장된 열이 상기 냉매로 이동하여 열의 공급이 완료된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

1: 운송 수단 10: 외부 케이싱
11: 단열재 20: 내부 케이싱
30: PCM모듈 31: 배관
32: 격벽 33: 사각공간
34: 육각공간 36: 패스부
39: 연통부 71: 내부 유출관
72: 내부 유입관 73: 순환펌프
80: 열교환기 91: 외부유출관
92: 외부유입관 100: 열저장 장치

Claims (14)

1. 열공급처에서 생산되는 열을 저장한 후 이동하여 저장된 열을 열수요처로 공급하는 이동형 열저장 장치에 있어서,
   운송 수단; 및
   상기 운송 수단에 의하여 이동하는 열저장 장치;를 포함하여 구성되되,
   상기 열저장 장치는:
   외부 케이싱;
   상기 외부 케이싱 내부에 위치하는 내부 케이싱;
   상기 외부 케이싱과 내부 케이싱 사이에 위치하는 단열재;
   상기 내부 케이싱 내부에 위치하며, PCM이 위치하는 별도의 밀폐 공간과 상기 밀폐 공간과 접촉하는 유동 공간을 포함하는 PCM모듈;
   상기 내부 케이싱 내부와 상기 유동 공간에 위치하는 열매유; 및
   상기 열매유의 열을 외부로 배출하는 열교환기;를 포함하되,
   상기 밀폐 공간은 하나 이상의 이웃하는 밀폐 공간과 연통하기 위한 연통부를 더 포함하며,
   상기 내부 케이스는 열매유가 배출되어 열교환기로 안내되는 내부 유출관과 상기 열교환기를 통과한 열매유를 다시 내부 케이스로 안내하는 내부 유입관을 더 포함하며, 상기 열교환기에는 외부 냉매가 유입되는 외부유입관과 열교환기를 통과한 냉매를 배출하는 외부유출관을 더 포함하며,
   상기 외부유입관에는 열매유의 순환을 위한 순환펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 열저장 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 PCM모듈은 다수의 배관이 길이방향으로 서로 접촉하도록 배치되고, 상기 각 배관의 내부는 밀폐 공간으로 구성되고, 상기 배관과 배관 사이가 유동 공간인 것을 특징으로 하는 이동형 열저장 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 PCM모듈은 다수의 배관이 길이방향으로 서로 이격되어 배치되고, 상기 각 배관의 내부가 밀폐 공간이고, 상기 배관과 배관 사이가 유동 공간인 것을 특징으로 하는 이동형 열저장 장치.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 PCM모듈은 삼각형, 사각형, 오각형 및 육각형 중 선택된 어느 하나의 단면 형태의 다수의 공간을 형성하는 격벽으로 구성되며, 상기 격벽에 의하여 형성된 공간은 밀폐 공간과 유동 공간이 반복적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 이동형 열저장 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 PCM모듈은 삼각형, 사각형, 오각형 및 육각형 중 선택된 어느 하나의 단면 형태의 다수의 공간을 형성하는 격벽으로 구성되며, 상기 격벽에 의하여 형성된 공간이 밀폐 공간이고 상기 격벽에는 유동 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 이동형 열저장 장치.
   
6. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 배관의 내면 또는 외면 또는 내외면에는 다수의 핀이 길이 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이동형 열저장 장치.
   
7. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서, 상기 격벽은 밀폐 공간 또는 유동 공간 또는 밀폐 공간 및 유동 공간에 격벽의 길이 방향으로 형성되는 다수의 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 열저장 장치.
   
8. 삭제
9. 청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동 공간의 끝단에는 하나 이상의 이웃하는 유동 공간과 연통하기 위한 패스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 열저장 장치.
   
10. 청구항 1에 있어서, 상기 밀폐 공간에 위치하는 PCM은 열전도 향상을 위하여 탄소나노입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 열저장 장치.
    
11. 청구항 10에 있어서, 상기 탄소나노입자는 CNT, xGNP 및 그라핀 중 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이동형 열저장 장치.
    
12. 청구항 11에 있어서, 상기 탄소나노입자는 PCM 100중량부에 대하여 2 내지 10중량부인 것을 특징으로 하는 이동형 열저장 장치.
    
13. 삭제
14. 삭제

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