KR20120055154A - Thermal energy storage and cooling system using high efficiency latent heat medium - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고효율 잠열체를 이용한 빙축열 냉방시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to an ice heat storage cooling system using a high efficiency latent heat body.
일반적으로 빙축열 냉방기술은 심야 시간대에 냉동기를 이용 빙축열 저장조에 있는 물을 냉각시켜 0℃ 이하에서 얼음을 만들고, 빙축열 저장조에 저장되어 있는 얼음을 통과하는 열전도유체를 열교환기 내 공기처리 코일로 순환시켜 실내온도를 냉각시키는 방식이다. 얼음이 물로 상 변화하며 녹을 때 빼앗기는 잠열을 이용하는 빙축열 냉방기술은 수십 년간 많이 사용되고 있는, 검증되고 상업적인 기술이다. 그럼에도, 이러한 빙축열 기술은 물을 잠열재로 사용하기 때문에 얼음 생산 과정에서 많은 전력을 소모하므로 경제적인 방법이라 하기 어렵다.In general, ice storage cooling technology uses a freezer during the late-night time to cool the water in the ice storage tank to make ice below 0 ℃, circulating the heat conducting fluid passing through the ice stored in the ice storage tank to the air treatment coil in the heat exchanger This is to cool the room temperature. Ice heat storage cooling technology, which uses latent heat that is taken away when ice phases into water and melts, is a proven and commercial technology that has been used for decades. Nevertheless, such ice heat storage technology consumes a lot of power in the ice production process because water is used as a latent heat material, so it is not an economical method.
빙축열 시스템은 축냉 과정인 제빙방법에 의해 크게 정적 방식과 동적 방식으로 분류한다. 정적 제빙은 제빙용 열교환기 표면이나 용기 내에 얼음을 생성시키는 방식으로 관외착빙(ice-on-coil)형, 캡슐(encapsulated ice)형 등이 있으며, 동적 제빙은 두께가 얇은 얼음이나 얼음입자를 연속적으로 제빙하고 이를 빙축열 저장조에 저장하는 방식으로 아이스슬러리(ice slurry)형, 아이스하베스트(ice-harvesting)형 등이 있다.Ice heat storage systems are classified into static and dynamic methods by the ice making method, which is a cold storage process. Static ice making produces ice in the ice making surface or in the vessel, such as ice-on-coil or encapsulated ice, and dynamic ice making continuously removes thin ice or ice particles. Ice ice storage and ice storage storage tank in the ice slurry storage (ice slurry) type, ice harvest (ice-harvesting) type and the like.
빙축열 시스템의 80% 이상이 정적 제빙 시스템을 사용되고 있으며, 관외착빙형은 물이 채워져 있는 축열조 내에 코일이 배치되어 있어, 축열 운전은 코일 내부로 저온의 열전도유체를 순환시키면 코일 외부에 얼음이 생성된다. 이 방식은 단순하며 널리 이용되고 있으나, 제빙이 진행됨에 따라 냉동기의 성능계수(COP)가 점차 감소하는 단점이 있으며, 두꺼운 얼음이 생성되어 방냉시 융해가 어려운 단점이 발생하기도 한다.More than 80% of the ice heat storage system uses a static ice making system, and in the external icing type, a coil is placed in a heat storage tank filled with water.In the heat storage operation, ice is generated outside the coil by circulating a low temperature heat conducting fluid inside the coil. . This method is simple and widely used, but as the ice making progresses, the chiller's coefficient of performance (COP) gradually decreases, and thick ice is generated, which causes difficulty in melting during cooling.
통용되는 일반적인 빙축열 냉방시스템은 에어컨 시스템을 빙축열과 조합한 것으로 도 1과 같이 냉장기(chiller), 빙축열 저장조(thermal storage tank), 열교환기(heat exchanger), 펌프, 냉방용 공조장치(building air handling equipment)로 구성된다. 빙축 공정은 전력부하가 적은 시간대에 냉장기를 가동하여 저온의 글리콜 수용액을 빙축열 저장조 내부의 코일로 순환시켜 저장조 내 물의 열을 제거함으로써 빙축열 저장조 내부 코일 외부 표면에 물이 얼어붙게 한다. 냉방 공정 시 냉동시스템은 정지되고, 글리콜을 코일 내부로 순환시키거나, 빙축열 저장조 내의 물을 코일 주변을 회전시킴으로써 얼음에서 에너지를 추출한다. 이렇게 냉각된 글리콜이나 얼음물이 열교환기 1차 측을 통과하고 동시에 건물 냉방용 물은 냉각된 열교환기 2차 측을 순환하며 건물 냉방을 담당하는 공기 냉방장치에 공급된다.Commonly used ice storage cooling system is a combination of the air conditioning system and the ice storage heat as shown in Figure 1 chiller (chiller), thermal storage tank (heat storage tank), heat exchanger (heat exchanger), pump, air conditioning (building air handling) equipment). In the ice storage process, the refrigerator is operated at a time when the power load is low to circulate a low temperature aqueous glycol solution into a coil inside the ice storage tank to remove water from the storage tank, thereby freezing water on the outer surface of the coil inside the ice storage tank. During the cooling process, the refrigeration system is stopped and energy is extracted from the ice by circulating glycol into the coil or rotating water in the ice storage reservoir around the coil. The cooled glycol or ice water passes through the primary side of the heat exchanger, and at the same time, the building cooling water is circulated through the secondary side of the cooled heat exchanger, and is supplied to the air cooling unit responsible for cooling the building.
현재까지 대부분의 빙축열 기술은 잠열체로 물이라 불리는 경수(H2O)를 사용하여 0 ℃ 이하에서 얼음을 형성시킨 후, 얼음이 물로 상변화를 하는 잠열과 온도 차에 의한 헌열을 응용하는 상기에 설명한 빙축열 냉방공정이 사용된다. 빙축열 기술의 대표적인 공정을 제시한 미국 특허 제7,681,410호는 기체 액체 냉매 배관, 물을 저장하는 탱크, 탱크 속에 담긴 열교환기를 구성하고, 2 상인 액체와 기체 냉매를 전달함으로써 탱크 내의 물과 냉매 간의 열 전달을 유도하는 공정으로, 펌핑 냉각시스템과 정보장치 하우징으로 구성된 것이 특징이다. 빙축열 시스템을 국내 특허 출원 제2008-0105673호는 제빙 냉매의 상 변화가 일어나는 냉동부와 열전달 냉매가 외부 열교환기를 순환하는 냉방부로 구성하고 열전달 냉매의 액화반응이 냉동부가 냉방부로부터 열을 흡수하는 빙축열 저장조로 구성된 것을 특징으로 한다. 또한, 국내 특허 출원 제2008-0072410호는 빙축열 저장조를 분할하여 특정 시간대의 피크 전력 수요를 최소화한 빙축열 시스템을 특징으로 하고 있다.Until now, most ice storage technologies have used ice water (H 2 O) as a latent heat material to form ice at 0 ° C or lower, and then apply the heat of latent heat and the difference of temperature due to the difference in temperature. The ice storage cooling process described is used. U.S. Patent No. 7,681,410, which presents a representative process of ice heat storage technology, consists of a gas liquid refrigerant piping, a tank for storing water, and a heat exchanger in the tank, and transfers heat between water and refrigerant in the tank by transferring liquid and gas refrigerant in two phases. Induction process, characterized in that consisting of the pumping cooling system and the information device housing. Korean patent application No. 2008-0105673 consists of a freezing section where a phase change of an ice making refrigerant occurs and a cooling section in which a heat transfer refrigerant circulates in an external heat exchanger, and the liquefaction of the heat transfer refrigerant causes the freezing section to absorb heat from the cooling section It is characterized by consisting of a reservoir. In addition, the domestic patent application No. 2008-0072410 is characterized by the ice heat storage system by dividing the ice heat storage tank to minimize the peak power demand in a specific time period.
그러나, 상기 선행기술은 모두 잠열체로 물을 사용하고 있으며, 기존에 열역학적으로 알려진 빙축열 냉방기술의 연속선상에 있을 정도이다. 따라서, 종전의 잠열체인 물에서 탈피하여 빙냉 에너지인 전력량 소모를 최소화할 수 있는 새로운 잠열체 발명과 열교환기의 열전달 효율을 획기적으로 개선하여 에너지 효율을 높여, 이로 인해 경제성을 높일 수 있는 빙축열 냉방기술의 출현이 절실히 요구되고 있다. However, all of the prior art uses water as a latent heat body, and is on a continuous line of ice heat storage cooling technology known as thermodynamics. Therefore, the invention of the new latent heat medium, which can minimize the consumption of ice-cooled energy by escaping from the water, which is a latent heat medium, and dramatically improve the heat transfer efficiency of the heat exchanger, thereby increasing the energy efficiency, thereby increasing the economic efficiency. The emergence of is urgently needed.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 0 ℃ 이상에서 어는 잠열체를 발굴하여 냉동을 위한 소비전력량을 획기적으로 줄이고 빙축열 저장조 내의 열교환기의 열교환 능력을 향상시켜, 근본적으로 냉방시스템 운영비용을 최소화하는 빙축열 냉방 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention was devised to solve the above-mentioned problems, by discovering the latent heat element frozen at 0 ℃ or more significantly reduce the power consumption for refrigeration, improve the heat exchange capacity of the heat exchanger in the ice storage tank, fundamentally cooling It is an object of the present invention to provide an ice storage cooling system that minimizes the operating cost of the system.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 잠열체에 빙축열을 저장하는 빙축열 저장조; 냉매로 열전도유체를 냉각시키는 냉동부; 빙축열 저장조 내부를 열전도유체로 순환시켜 얼음을 생성시키는 제빙부; 및 얼음을 액화시키며 냉각된 열전도유체를 순환시켜 냉방하는 해빙부;를 포함하되, 상기 잠열체는 중수(D2O)인 빙축열 냉방시스템을 그 특징으로 한다.
In order to achieve the above object, the present invention provides an ice heat storage tank for storing ice heat storage in a latent heat body; A refrigerating unit for cooling the thermal conductive fluid with a refrigerant; An ice making unit circulating the ice storage tank with a heat conductive fluid to generate ice; And a thawing unit that liquefies ice and circulates and cools the cooled heat conductive fluid. The latent heat body is characterized in that an ice storage heat cooling system is heavy water (D 2 O).
본 발명에 따른 빙축열 냉방시스템은 잠열체로 중수를 사용하여 얼음점을 0 ℃에서 3.82 ℃로 상승시킴으로써 냉동에너지인 전력 소비를 33% 이상 줄이고, 빙냉 시간도 하루 기온이 낮은 새벽 시간대인 2시에서 6시를 선택하여 야간 평균 온도 보다 냉동기에 필요한 공기 온도 차를 줄임으로써 종래의 방식과 비교하여 제빙을 위한 온도 차가 작아져 추가적으로 전력소비를 줄일 수 있다. 또한, 빙축열 저장조 내 코일을 철 재질보다 4 ~ 5배 이상 열전도성이 높은 재질을 사용하여 빙축열 저장조 내 열전달 효율을 몇 배 높이고, 코일은 잠열체와 대향류 방향으로 조밀하게 배열하여, 열전달 효과를 높이는 동시에 빙축열 저장조 내에 균등한 온도분포를 조성하여 균일한 크기의 얼음을 제빙하고 해빙함으로써 빙축열 냉방시설의 효율과 비용을 획기적으로 개선할 수 있다.Ice heat storage cooling system according to the present invention reduces the power consumption of frozen energy by more than 33% by raising the ice point from 0 ℃ to 3.82 ℃ by using heavy water as a latent heat, ice cooling time is 2 o'clock to 6 o'clock in the morning when the day temperature is low By selecting to reduce the air temperature difference required for the freezer than the average temperature at night, the temperature difference for ice making is smaller than in the conventional method, further reducing power consumption. In addition, the heat transfer efficiency in the ice storage storage tank is several times higher by using the coils in the ice storage storage tank having four to five times higher thermal conductivity than the iron material, and the coils are densely arranged in the direction opposite to the latent heat body to achieve a heat transfer effect. At the same time, by forming an even temperature distribution in the ice storage tank, ice and ice of uniform size can be iced and thawed to improve the efficiency and cost of the ice storage cooling facility.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 빙축열 냉방시스템의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 빙축열 저장조의 코일 분포와 열전도유체 흐름과 분배를 보여주는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 빙축열 저장조 내부 열교환 코일의 배치를 보여주는 평면도이다.
1 is a schematic diagram of an ice heat storage cooling system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a side view showing the coil distribution, heat conduction fluid flow and distribution of the ice storage tank according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a plan view showing the arrangement of the heat exchange coil in the ice storage tank according to an embodiment of the present invention.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 잠열체에 빙축열을 저장하는 빙축열 저장조; 냉매로 열전도유체를 냉각시키는 냉동부; 빙축열 저장조 내부를 열전도유체로 순환시켜 얼음을 생성시키는 제빙부; 및 얼음을 액화시키며 냉각된 열전도유체를 순환시켜 냉방하는 해빙부;를 포함하되, 상기 잠열체는 중수(D2O)인 빙축열 냉방시스템에 관한 것이다.The present invention provides an ice storage tank for storing ice storage heat in a latent heat body; A refrigerating unit for cooling the thermal conductive fluid with a refrigerant; An ice making unit circulating the ice storage tank with a heat conductive fluid to generate ice; And a thawing unit that liquefies ice and circulates and cools the cooled heat conducting fluid. The latent heat generating body relates to an ice heat storage cooling system, which is heavy water (D 2 O).
본 발명에서, 상기 잠열체는 냉동온도가 3.8℃ 내지 0.1℃의 범위에서 고체화하여 얼음을 생성하는 중수를 사용하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the latent heat body is characterized in that the use of heavy water to produce ice by solidifying the freezing temperature in the range of 3.8 ℃ to 0.1 ℃.
상기 빙축열조는 중수를 잠열체로 사용하여 영상의 온도에서 고체와 액체로 중수의 상 변화가 가역적으로 이루어지는 반응기 역할을 한다.The ice storage tank serves as a reactor in which heavy water is used as a latent heat body, and the phase change of the heavy water into a solid and a liquid is reversibly at the temperature of the image.
상기 열전도유체는 영상의 온도에서 열전달유체로 경수인 물만을 사용하거나, 저온부에 유익한 글리콜, 고온부에 유익한 중수, 또는 이들 3가지 성분 중 2가지 성분 이상의 혼합액을 사용하는 것이 보다 바람직하다.It is more preferable that the heat conductive fluid uses only water which is hard water as the heat transfer fluid at the temperature of the image, glycol which is beneficial for the low temperature portion, heavy water which is beneficial for the high temperature portion, or a mixed solution of two or more of these three components.
상기 제빙부와 해빙부는 서로 다른 시간대에 운전하고, 열전달유체의 회로는 3방향 밸브로 상대회로를 차단하여, 제빙부나 해빙부가 서로 격리되어 단독 회로만을 순환한다.The ice making unit and the thawing unit operate at different time periods, and the circuit of the heat transfer fluid cuts off the counter circuit with a three-way valve, so that the ice making unit and the thawing unit are isolated from each other and circulate only the single circuit.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and should be construed in accordance with the technical meanings and concepts of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 빙축열 냉방시스템을 도시한 모식도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 냉방시스템은 빙축열 저장조, 냉동부, 제빙부, 해빙부를 포함하여 구성하고 있다.1 is a schematic diagram showing an ice heat storage cooling system according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 1, the cooling system according to the present invention comprises an ice heat storage tank, a freezing unit, an ice making unit, a thawing unit.
본 발명에서, 냉동부는 냉각기, 공기압축기, 냉동기, 팽창밸브를 포함하며, 전기를 이용하여 열전도유체를 냉각시켜 제빙부로 보내는 역할을 담당한다. 이때, 사용되는 냉매는 기화와 액화를 꾸준히 반복해야 하기 때문에 냉매의 끓는점이 편리한 온도가 되어야 한다. 따라서, 냉매의 끓는점은 낮아야 하지만, 너무 낮아서도 안되며, 오존을 파괴하는 물질이 되어서도 안 된다. 상기 냉매는 구체적으로 비할로겐화 탄화수소인 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등 외에도, 암모니아, 이산화황, 이산화탄소 등을 사용할 수 있다.In the present invention, the refrigeration unit includes a cooler, an air compressor, a freezer, an expansion valve, and serves to cool the heat conducting fluid by using electricity to send it to the ice making unit. At this time, since the refrigerant used must be steadily repeated vaporization and liquefaction, the boiling point of the refrigerant should be a convenient temperature. Thus, the boiling point of the refrigerant should be low, but not too low, nor should it be a substance that destroys ozone. Specifically, the refrigerant may be ammonia, sulfur dioxide, carbon dioxide, or the like, in addition to methane, ethane, propane, butane, and the like, which are non-halogenated hydrocarbons.
본 발명에서 제빙부는 에너지 저장장소로 사용되는데, 냉동기, 열전도유체 펌프, 3 방향 밸브, 빙축열 저장조를 포함한다. 상기 열전도유체는 경수, 글리콜 및 중수로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다. 상기 열전도유체는 냉동기 내부에서 냉각되어, 이와 연결된 시스템 튜브, 빙축열 저장조 내부 열교환기의 내부와 냉동기를 순환하며, 빙축열 저장조 내부에 얼음을 생성시켜 에너지를 축적한다. In the present invention, the ice making unit is used as an energy storage site, and includes a refrigerator, a heat-conductive fluid pump, a three-way valve, and an ice storage tank. The thermally conductive fluid is preferably at least one selected from the group consisting of hard water, glycol and heavy water, but is not limited thereto. The heat-conducting fluid is cooled in the freezer, circulates inside the heat exchanger in the system tube and the ice storage tank connected thereto, and accumulates energy by generating ice in the ice storage tank.
본 발명에서, 해빙부는 건물 내 냉방을 담당하는 역할을 하며, 열교환기인 에어컨, 열전도유체 펌프, 3 방향 밸브, 빙축열 저장조를 포함한다. 제빙부와 해빙부의 운전은 동일한 열전도유체를 사용하나, 운전 시간대를 다르게 하며, 3 방향 밸브를 사용하여 열전도유체가 제빙부와 해빙부의 회로로 구분되어 순환하게 한다. 제빙부는 심야대(오전 2시부터 오전 6시까지)에 운전하여, 외부 온도 차의 감소와 저렴한 심야 전력비로 인한 열효율 향상과 동력비를 감소시키는 효과가 크다. 국내에선 빙축열 저장조를 통과한 열전도유체는 냉방용 공조장치(에어컨)에 통상 6 내지 9 ℃로 공급되고 10 내지 15 ℃로 배출된다. 이때, 건물 내부 온도에 따라 에어컨에서 배출되는 공기 온도가 변하므로, 실내 온도가 23 내지 33 ℃인 경우 에어컨에서 배출되는 공기 온도는 12 내지 28 ℃로 냉각 가능하다. 국내법을 적용받지 않을 경우, 에어컨에 공급되는 열전도유체의 입출구 온도는 6 ℃에서 16 ℃까지 온도 차를 확대 적용할 수 있다.In the present invention, the thaw portion plays a role in cooling the building, and includes a heat exchanger, an air conditioner, a heat conductive fluid pump, a three-way valve, ice storage tank. The operation of the ice making unit and the thawing unit uses the same heat conducting fluid, but the operation time is different, and the 3-way valve is used to cause the heat conducting fluid to be divided into circuits of the ice making unit and the ice making unit. The ice making unit operates in the late night zone (from 2 am to 6 am), which greatly improves thermal efficiency and reduces power costs due to the reduction of the external temperature difference and the low cost of the late night power. In Korea, the heat-conducting fluid that has passed through the ice storage tank is usually supplied to an air conditioner (air conditioner) for cooling at 6 to 9 ° C and discharged at 10 to 15 ° C. In this case, since the air temperature discharged from the air conditioner changes according to the internal temperature of the building, when the room temperature is 23 to 33 ° C., the air temperature discharged from the air conditioner may be cooled to 12 to 28 ° C. If the domestic law is not applied, the temperature difference between the inlet and outlet of the heat-conducting fluid supplied to the air conditioner can be extended from 6 ° C to 16 ° C.
본 발명의 특징은 빙축열 저장조 내에서 얼음으로 제빙되는 물질이 현재까지 유일하게 사용되고 있는 물인 경수(H2O)가 아니라, 최초로 중수(D2O)를 잠열체로 사용함으로써, 얼음을 0℃ 이하가 아닌 3.8℃ 이하에서 얼음을 생성시켜 종래의 방식 보다 30% 이상 냉방시스템의 주동력원인 냉동 소비전력를 줄인 것이다. 경수의 얼음점과 용해잠열은 0.0 ℃, 1,436 cal/mol인 반면, 중수의 얼음점과 용해잠열은 3.82 ℃, 1,515 cal/mol로서, 중수가 경수 보다 얼음과 물 간의 상 변화 과정에서 훨씬 유리한 물리적 특성을 갖고 있다.A feature of the present invention is that the material which is iced in the ice storage tank is not the hard water (H 2 O), which is the only water used up to now, but the first time the heavy water (D 2 O) is used as a latent heat body, the ice is reduced to 0 ° C or less. In other words, by producing ice at 3.8 ° C or lower, the power consumption of refrigeration, which is the main power source of the cooling system, is reduced by 30% or more. The freezing point and latent heat of hard water are 0.0 ℃ and 1,436 cal / mol, while the freezing point and latent heat of heavy water are 3.82 ℃ and 1,515 cal / mol, and heavy water has much more favorable physical properties in the process of phase change between ice and water than hard water. Have
도 2는 본 발명의 핵심부인 빙축열 저장조의 외부와 내부의 측면도로서 열 전달이 일어나는 열교환용 코일 분포와 열전도유체의 분배 및 흐름을 개략적으로 보여준다. 종전의 방식들은 열전도유체가 한 개의 입구로 진입하여 한 개의 출구로 배출되는 단순한 순환방식이 사용되었으나, 열전도유체가 긴 코일을 통과하는 동안 입구와 출구쪽 온도 기울기가 커져 빙축열 저장조 내에 고른 얼음 형성이 불가능한 단점이 발생한다. 이러한 온도 차를 줄여 저장조 내에 고른 온도 분포를 유지하기 위해, 상기 코일은 입구와 출구를 1개 이상(바람직하게는 1개 내지 7개, 보다 바람직하게는 1개 내지 5개)내의 관으로 분류시켜, 저장조 높이에 관계 없이 고른 온도 분포를 유지함으로써 저장조 내에 같은 크기와 강도의 얼음을 생성시킨다.Figure 2 is a side view of the outside and inside of the ice storage tank, which is the core of the present invention schematically shows the distribution of the coils for heat exchange and the distribution and flow of heat conducting fluid in which heat transfer takes place. Previous methods used a simple circulation method in which thermal fluid flowed into one inlet and discharged out of one outlet.However, the temperature gradient on the inlet and outlet flows through the long coil, which leads to even ice formation in the ice storage tank. An impossible disadvantage arises. In order to reduce this temperature difference and maintain an even temperature distribution in the reservoir, the coil may be categorized into tubes in one or more (preferably one to seven, more preferably one to five) inlets and outlets. However, maintaining an even temperature distribution regardless of reservoir height creates ice of equal size and strength in the reservoir.
도 3은 빙축열 저장조의 내부 열교환용 코일의 배치도를 설명하는 평면도이다. 제빙 및 해빙 시 열전달 효율을 높이기 위해 코일을 사용하여 등간격으로 조밀하게 나선형으로 배치함으로써 고른 온도분포를 형성하고 일정한 크기의 얼음 형성과 고른 해빙이 가능하다. 또한, 코일의 열전도도를 높이기 위해 철 계통의 재질에서 탈피하여, 열전도도가 철 보다 여러 배 높은 알루미늄이나, 알루미늄 보다 열전도도가 2배 이상인 구리를 사용하여 열전도도를 통한 열전달 효율을 현저히 향상된다. 상기 빙축열 저장조 내부의 열교환용 코일은 알루미늄, 구리, 철 등의 무기재료 및 플라스틱 등의 유기 재료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 재질인 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다. 상기 코일은 1/8 인치 내지 1/2 인치의 튜브 크기를 갖는 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다. 잠열체를 사이에 두고 코일 내 열전도유체 흐름 방향이 서로 교차하는 대향류형이 바람직하다. 그리고 잠열체의 제빙율은 부피 팽창으로 뒤틀림 등의 변형 현상과 전력 소모를 줄이기 위해 95% 이하(바람직하게는 50 내지 95%, 보다 바람직하게는 70 내지 95%)로 제한하여, 전력 소모를 줄이는 동시에, 잠열체 상태 변화에 따른 부피 팽창으로 인한 기계적 스트레스를 완화시켜 장치 수명을 연장하는 효과도 갖는다.3 is a plan view illustrating a layout view of an internal heat exchange coil of an ice storage tank. In order to improve the heat transfer efficiency during de-icing and thawing, the coils are arranged in a tight spiral space at equal intervals to form an even temperature distribution, and to form ice of even size and even to thaw. In addition, in order to increase the thermal conductivity of the coil, it is removed from the iron-based material, and the heat transfer efficiency through the thermal conductivity is remarkably improved by using aluminum having several times higher thermal conductivity than iron or copper having twice or more thermal conductivity than aluminum. . The heat exchange coil in the ice storage tank is preferably at least one material selected from the group consisting of inorganic materials such as aluminum, copper, iron, and organic materials such as plastic, but is not limited thereto. Preferably, the coil has a tube size of 1/8 inch to 1/2 inch, but is not limited thereto. It is preferable that the counter-flow type in which the heat conduction fluid flow directions in the coil cross each other with the latent heat body interposed therebetween. In addition, the ice making rate of the latent heat body is limited to 95% or less (preferably 50 to 95%, more preferably 70 to 95%) to reduce deformation and power consumption such as warpage due to volume expansion, thereby reducing power consumption. At the same time, it has the effect of relieving mechanical stress due to volume expansion due to the change in latent heat state, thereby extending the life of the device.
상기와 같이 종래기술에서 탈피하여 개발된 본 발명은, 열전달 효율과 운전비용을 획기적으로 개선하여, 종래기술의 한계를 극복하고 획기적으로 성능 향상을 달성함으로써 훨씬 작은 규모로도 필요한 냉방용량을 충족시킬 수 있는 구조적, 물리적 장점을 갖고 있다.
The present invention developed from the prior art as described above, to significantly improve the heat transfer efficiency and operating cost, to overcome the limitations of the prior art and to achieve the performance improvement significantly to meet the required cooling capacity even on a smaller scale It has structural and physical advantages.
중수를 잠열체로 사용한 본 발명의 냉방시스템은 기존 경수를 잠열체로 사용한 냉방시스템에 비해 시스템 성능계수(COP)가 2.2배 월등한 효과를 나타내며, 이는 400톤 규모의 냉방시스템을 건물 1동에 적용 시 연간 1.5 내지 2억원 정도의 원감 절감 효과를 가질 수 있음을 의미한다.
The cooling system of the present invention using heavy water as a latent heat medium has a 2.2 times higher system performance coefficient (COP) compared to the conventional cooling system using hard water as a latent heat medium, which is applied when a 400 ton cooling system is applied to a building. This means that the company will have an annual savings of W1.5-2bn.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정하지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형 실시가 가능하다. 또한, 첨부한 도면으로부터 용이하게 유추할 수 있는 사항은 상세한 설명에 기재되어 있지 않더라도 본 발명의 내용에 포함되는 것으로 보아야 할 것이며, 다양한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 아니될 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the present invention is not limited to the specific embodiments of the present invention without departing from the spirit of the present invention as claimed in the claims. Various modifications are possible by those skilled in the art. In addition, matters that can be easily inferred from the accompanying drawings are to be regarded as included in the contents of the present invention even if they are not described in the detailed description, and various modifications may be separately understood from the technical spirit or the prospect of the present invention. It will not be.
Claims (18)
냉매로 열전도유체를 냉각시키는 냉동부;
빙축열 저장조 내부를 열전도유체로 순환시켜 얼음을 생성시키는 제빙부; 및
얼음을 액화시키며 냉각된 열전도유체를 순환시켜 냉방하는 해빙부;
를 포함하되, 상기 잠열체는 중수(D2O)인 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방시스템.
An ice storage tank for storing ice storage heat in a latent heat body;
A refrigerating unit for cooling the thermal conductive fluid with a refrigerant;
An ice making unit circulating the ice storage tank with a heat conductive fluid to generate ice; And
A thawing unit for liquefying ice and circulating and cooling the cooled thermal conductive fluid;
Including, the latent heat body is ice heat storage cooling system, characterized in that heavy water (D 2 O).
상기 빙축열 저장조 내부의 열교환용 코일은 입구와 출구를 1개 이상의 관으로 분류시켜 열전도유체를 순환시키는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방시스템.
The method of claim 1,
The heat storage coil in the ice heat storage tank is characterized in that the inlet and outlet is classified into one or more pipes for circulating the heat conduction fluid.
상기 코일은 알루미늄, 구리, 철 및 플라스틱으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 재질인 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방시스템.
The method of claim 2,
The coil is an ice heat storage cooling system, characterized in that at least one material selected from the group consisting of aluminum, copper, iron and plastic.
상기 코일은 1/8 인치 내지 1/2 인치의 튜브 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방시스템.
The method of claim 2,
And the coil has a tube size of 1/8 inch to 1/2 inch.
상기 빙축열 저장조에서 제빙율이 95% 이하를 유지하는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방시스템.
The method of claim 1,
Ice heat storage cooling system, characterized in that the ice making rate in the ice heat storage tank maintains less than 95%.
상기 냉매는 비할로겐화 탄화수소, 암모니아, 이산화황 및 이산화탄소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방시스템.
The method of claim 1,
The refrigerant is ice heat storage cooling system, characterized in that at least one selected from the group consisting of non-halogenated hydrocarbons, ammonia, sulfur dioxide and carbon dioxide.
상기 열전도유체는 경수, 글리콜 및 중수로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방시스템.
The method of claim 1,
The heat conductive fluid is ice storage heat cooling system, characterized in that at least one selected from the group consisting of hard water, glycol and heavy water.
상기 열전도유체는 잠열체와 대향류 방향으로 흐르는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방시스템.
The method of claim 1,
The heat-conducting fluid flows in the ice heat storage cooling system, characterized in that flow in the direction opposite to the latent heat body.
상기 냉동부는 냉각기, 공기압축기, 냉동기 및 팽창밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방시스템.
The method of claim 1,
The refrigeration unit ice storage heat cooling system, characterized in that it comprises a cooler, an air compressor, a freezer and an expansion valve.
상기 제빙부는 냉동기, 열전도유체 펌프, 3 방향 밸브 및 빙축열 저장조를 포함하는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방시스템.
The method of claim 1,
The ice making unit comprises a refrigerator, a heat-conductive fluid pump, a three-way valve and an ice heat storage tank.
상기 해빙부는 에어컨, 열전도유체 펌프, 3 방향 밸브 및 빙축열 저장조를 포함하는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방시스템.
The method of claim 1,
The ice storage unit is an ice heat storage cooling system, characterized in that it comprises an air conditioner, a heat conductive fluid pump, a three-way valve and ice storage tank.
상기 제빙부와 해빙부를 순환하는 열전도유체는 동일한 열전달매체를 사용하는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방시스템.
The method of claim 1,
The heat accumulating fluid circulating in the ice making unit and the thawing unit uses the same heat transfer medium.
상기 제빙부와 해빙부는 서로 다른 시간대에 운전하고, 열전달유체의 회로는 3방향 밸브로 상대 회로를 차단하여, 제빙부나 해빙부가 서로 격리되어 단독 회로만을 순환하는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방시스템.
The method of claim 1,
The ice-making unit and the ice-melting unit operate in different time zones, and the circuit of the heat transfer fluid blocks the relative circuit by a three-way valve, so that the ice-making unit or the ice-melting unit is isolated from each other and circulates only a single circuit.
상기 제빙부는 오전 2시에서 오전 6시 시간대에서 운전하는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방시스템.
The method of claim 1,
The ice making unit ice heat storage cooling system, characterized in that for operating in the time zone of 2 am to 6 am.
상기 해빙부에서 열전도유체의 입구 온도가 6℃ 내지 9℃인 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방시스템.
The method of claim 1,
Ice storage heat-cooling system, characterized in that the inlet temperature of the heat conducting fluid in the sea ice portion is 6 ℃ to 9 ℃.
상기 해빙부에서 열전도유체의 출구 온도가 10℃ 내지 16℃인 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방시스템.
The method of claim 1,
Ice storage heat-cooling system, characterized in that the outlet temperature of the heat conducting fluid in the sea ice portion is 10 ℃ to 16 ℃.
상기 해빙부에서 공기의 입구 온도는 23℃ 내지 33℃인 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방시스템.
The method of claim 1,
Ice storage heat cooling system, characterized in that the inlet temperature of the air in the sea ice portion 23 ℃ to 33 ℃.
상기 해빙부에서 공기의 출구 온도는 12℃ 내지 28℃인 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방시스템.The method of claim 1,
Ice storage heat cooling system, characterized in that the outlet temperature of the air in the thaw portion is 12 ℃ to 28 ℃.
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|---|---|---|---|---|
| CN106594929A (en) * | 2016-12-19 | 2017-04-26 | 深圳市奥宇节能技术股份有限公司 | Ice storage central air-conditioning system and optimal control method |
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