KR100236659B1 - 가열을 위한 열전송 재료와 그것을 이용한 가열장치 - Google Patents

Abstract

가열을 위한 열전송재료와 이것을 이용한 가열 유닛과 가열장치에서, 상기 열전송재료는 기판(2), 제1층으로 전기 절연층(4), 제2층으로 완전 또는 부분적으로 제공된 전기적 전도층(5) 그리고 제3층으로 열전연층(6)으로 구성되고, 이들 모두는 기판(2)에 차례로 형성되어서, 가열된 물질을 절연할 수 있고 높은 열효율로 균일히 가열할 수 있고 빠른 열응답을 갖는 가열을 위한 열전송 재료가 얻어진다.

Description

가열을 위한 열전송 재료와 그것을 이용한 가열장치

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 다층 열 전송파이프의 전체 정면도.

제2도는 제1도에서 도시된 열전송 파이프의 부분 “A”의 확대된 단면도.

제3도는 본 발명의 제2실시예에 따른 가열유닛이 공급된 석영열 전송 파이프의 전체 정면도.

제4도는 본 발명의 제4실시예에 따른 보호충이 공급된 열전송 파이프의 부분확대 단면도.

제5도는 본 발명의 제5실시예에 다른 염화 비닐 파이프와 그것에 제공된 열전송 재료로 구성된 가열 유닛의 부분 단면도.

제6도는 본 발명의 제6실시예에 따른 그래디언트 구조를 가진 열전송 재료의 부분 확대 단면도.

제7도는 본 발명의 제8 실시예에 따른 연속 멀티파이프 증발기의 구저를 보여주는 다이어그램.

제8도는 본 발명의 제9 실시예에 따른 오토클레이브의 구저를 보여주는 다이어그램.

제9도는 본 발명의 제10실시예에 따른 증류기의 구조를 보여주는 다이어그램.

제10도는 본 발명의 제11실시예에 따른 초정수 생산 장치의 기본구조를 보여주는 다이어그램.

제11도는 제10도의 장치에 이용된 가열유닛이 제공된 열 교환기의 확대도.

제12도는 본 발명의 제12실시예에 따른 멀티그룹 일직선 열전송 파이프를 포함한 가열기를 나타내는 다이어그램.

제13도는 제12도에서 도시된 열전송 파이프의 단면도.

제14도는 제12도에서 도시된 가열기의 변형을 나타내는 다이어그램.

제15도는 제14도에서 도시된 열전송 박스의 단면도.

제16도는 제12도에서 도시된 가열기 조립체의 외형도.

제17도는 제12도에서 도시된 가열기의 가열 유닛과 전력 제어기사이의 접속을 보여주는 다이어그램.

제18도는 제17도에서 도시된 전력 제어기의 내부 접속을 보여주는 다이어그램.

제19도는 본 발명의 제13실시예에 따른 가열유닛이 공급된 전기 회로의 단면도.

제20도는 제19도의 전기로의 길이방향에 따른 열 분포를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 가열을 위한 열전송재료, 특히 금속 또는 비금속 기판에 공급된 복수의 얇은 충으로 이루어진 가열을 위한 열전송재료에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 가열유닛과 가열장치에 관한 것이고, 이둘은 같은 재료를 이용한다.

증기장치와 가열장치에서, 열에너지의 확실한 공급이 중요하다. 증기장치에서, 예를 들어, 석유, 연료유, 석탄 등을 태움으로서 발생된 수증기가 열에너지로 이용된다. 그러나, 이러한 장치는 NOx, SOx, CO₂등을 발생해서 환경오염을 야기한다. 또한 이러한 장치는 구조상 복잡해서 열량이 쉽게 조절될 수 없는 결점을 가진다. 그래서 복잡한 제어 시스템이 필요하게된다. 그래서 간단한 가열장치를 발달시켜야할 요구가 나온다.

한편, 깨끗한 열에너지는 전기적 가열방법에 의해 제공된다. 예를들어, 금속 파이프에 흐르는 유체는 시드형(sheathed)가열기 등을 이용한 저항 가열에 의해 전기적으로 가열된다. 이러한 방법은 간단해도, 쉽게 국부적 가열을 발생하는 단점이 있다. 즉, 금속 파이프에 시드 가열기의 양호한 접촉이 성취될 수 없기 때문에, 열전송은 높은 저항을 받게되는 문제점이 있다. 또한, 파이프에 흐르는 유체가 연료유등과 같은 전기적 절연 물질일 때, 금속파이프는 직접적으로 전기적으로 충전되어 유체는 표피 전류 효과(skin current effect)에 의해 가열된다. 비록 이러한 방법이 매우 효과적이어도, Na₂SO₄수용액 등과 같은 전기적 도체 물질의 유체에는 적용될 수 없는 결점이 있다.

한편, 최근에는 표면처리 기법이 눈에 띄게 발달되고, 여러 물질이 코팅, 열분무코팅, CVD 또는 물리증기(physical evaporation), 스퍼터링(suppering), 이온플레이팅(ion plating)등에 의해 기판 상에 얇은 필름으로 쉽게 형성될 수 있다.

필름두께는 이용된 방법 의 특성에 따라서 0.1㎛ 내지 3㎜의 범위내에서 변화될 수 있다. 다층 필름은 상기의 얇은 필름 기법의 이용으로 생산될 수 있다.

열 분무 코팅의 이용으로 전기적 저항 가열층으로 형성하기 위한 방법이 일본국 실용신안출원 공개공보 제120597/83호, 일본국 특허출원 공개공보제94394/84 그리고 일본국 특허출원공개공보 제154478/84호에서 공지되어 진다.

그러나, 얇은 필름이 열 분무 코팅에 의해 형성될 때, 필름두께의 최소 크기가 분무 입자의 크기에 의해 결정되기 때문에 필름 두께는 대개 50㎛이상으로 제한된다. 그래서, 이 방법은 특정의 적용으로 제한된다.

그러므로 본 발명의 목적은 종전 기술의 전기적 가열방법의 상기 문제를 해결하고 가열을 위한 열전송 물질과 가열유닛과 가열장치를 제공하는 것이며, 이 둘은 균일한 열을 공급할 수 있고 국부가열을 발생시킴 없이 열전송에 낮은 저항과 빠른 열 응답을 나타내는 물질을 이용한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 제1층으로 전기절연층을, 제2층으로 완전 도는 부분 전기 전도층을 그리고 제3층으로는 열 절연층으로 이루어진 가열을 위한 열전송 재료를 공급하고 이 세층은 차례로 기판 위에 형성된다.

금속 또는 비금속 기판이 상기 기판으로 이용되고, 플레이트, 파이프 등과 같은 모양을 가진 기판은 이용된 기판의 외부표면상에 층이 차례로 형성될 수 있는 한 이용될 수 있다. 전기 절연물질인 비금속 기판이 이용될 때, 기판은 또한 전기 절연층으로서의 제1층으로 작용할 수 있기 때문에 제1 층은 형성될 필요가 없다.

가열을 위한 열전송 재료에서, 전기 전도층은 기판과 제1 층 사이에 최초 코트(primary coat)로써 완전 도는 부분 공급되고, 전자기 보호(shield)층은 기판, 최초 코팅과 제3층 중 어느 하나 위에 완전 또는 부분 공급된다.

제2층으로서 전기전도층이 전기 전도재료와 전기 절연 재료를 포함한 혼합물로된 가열층이되고 전도층의 길이 방향으로 균일 가열을 성취하기 위해 전기 전도층이 대향측 종단부에서 길이 방향으로 변하는 두께를 갖는 것이 바람직하다. 0.1내지 99.9wt%의 범위 내에서 다른 혼합률로 각 인접층에 사용되는 물질의 혼합물로 각각 만들어진 그래디언트(gradient)코팅층은 층 사이에서 열응력을 덜기 위해 각 인접층 사이에 제공되는 것이 바람직하다. 상기 층 중에서, 층이 다공성 재료로 만들어질 대, 내열성 수지, 유리 또는 세라믹을 포함한 물질을 이용하여 밀봉 처리하여 절연저항을 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.

전기 충전 터미널이 본 발명의 열전송 재료에서 제2층으로서 전기 전도층에 고정되면, 가열유닛이 실현된다. 더욱, 충전되는 전기를 조절하는 열량조절 메카니즘이 가열 유닛에 제공되면, 가열유닛은 오토크레이브(autoclave), 증발기, 열교환기, 가열기 또는 정수-또는 초정수-생산장치와 같은 가열장치로서 형성될 수 있다.

본 발명의 각 층은 바람직하게는 얇은 필름 방법에 의해 형성된다. 이용될 수 있는 얇은 필름 방법의 예는 코팅방법, 연소 방법(aburning method), 열 분사 코팅방법, CVD와 증발방법, 플라즈마방법, 이온플레이팅등을 포함한다. 본 발명에서, 각 층은 약 0.1㎛ 내지 3㎜의 두께이고, 글래스(glass), 세라믹, 중합체 물질 등이 비금속 기판으로 이용될 수 있다.

알루미나(alumina),산화지르코늄, 산화그롬, 산화티타늄, 실리카, 마그네시아, 탄화 텅스텐 등 중 하나, 그것들의 혼합물 또는 일반글래스 재료 또는 플라스틱 재료가 전기 절연 재료로 이용될 수 있다. 이용될 수 있는 전기 전도재료의 예는 구리, 알루미늄(aluminum), 니켈, 크롬 등과 같은 금속; 그것들의 금속혼합물; 규산화 몰리브템등과 같은 가열소자; 탄화실리콘, 산화주석 등과 같은 반도체, 전도코팅제(conductive coating agent)등을 포함한다. 이용될 수 있는 전자기보호 재료의 예는 실리콘 스틸(steel), 페라이트(ferrite), 아연, 퍼멀로이(permalloy)등과 같은 투과성재료를 포함한다. 이용될 수 있는 내열성 수지의 예는 페닐실리콘, 폴리아미드, 페놀수지, 우레탄수지, 거기에 등가인 수지 그리고 글래스 또는 세라믹 함유물질을 포함하고, 이 재료 모두는 밀봉처리를 받는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 전기 절연층, 전기전도층 같은 복수의 코팅층을 얇은 필름 방법에 m이해 양호한 접착으로 금속 파이프 같이 기판의 외부 표면에 형성되기 때문에, 층은 기본적으로 수 ㎜두께, 낮은 열 저항과 양호한 열 응답을 갖는다.

층의 전기전도물질로 만든 가열층에 m이해 만들어진 주울열의 열전송은 열전송 파이프의 내부와 외부 상에 존재하는 유체 사이의 필름열전송 계수의 역, 즉, 파이프의 양측의 표면 열 저항률에 의해 결정된다. 파이프의 유체 또는 액체가 난류(turbulent flow)일때, 내부의 표면 열 저항률은 수천 분의 1인 반면 외부의 그것은 수분의 1이어서, 양측 사이의 비율은 1/100 이상이다. 그래서, 열 전송은 대개 파이프 내부 유체쪽으로 일어나서, 본 발명의 대체로 약 99%의 열효율을 포함하는 기능을 갖는다.

파이프의 유체는 가스, 액체, 고체 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

덧붙여, 금속이 전기전도 물질로 이용되면, 그 물질은 극도로 낮은 저항률을 가진고 있어서, 많은 량의 전류가 낮은 전압에서 물질을 통해 흐른다. 전기 저항이 단면적에 반비례하기 때문에, 전류 값은 얇은 필름 방법에 의해 어떠한 원하는 값으로도 쉽게 조정될 수 있다. 더욱이, 면이 균일한 필름이 형성되기 때문에, 본 발명은 매우 정확하게 균일 온도를 얻는 이점을 가진다.

전기적 절연 재료가 전기 전도 금속층과 혼합될 때, 실제 저항의 증가를 야기하는 금속층의 단면 영역이 명백히 감소된다.

가열유닛이 전기로 충전될 때 기전력이 전자기 유도로 인해서 가열유닛 외부에서 발생되더라도, 이것은 열전연층 상에 아연층 등으로 전자기 보호 효과를 공급하음로써 방지될 수 있다.

다층 코팅이 물질 사이의 열팽창 계수의 차이를 가지기 때문에, 다층코팅이 열 싸이클에 의해 분리될 위험이 있다. 그러나, 인접층에 대해 다른 혼합률을 가진 재료의 혼합물이 그들 사이에 놓이면, 열응력을 감소시키는 기능이 얻어진다.

가열 유닛이 열 분무 코팅 방법에 의해 만들어질 때, 형성된 다층은 다공질이 되려는 경향이 있고, 층이 공기 중에서 특히 고습도에서 있게 되면, 층은 물을 흡수해서 만족스럽지 못한 절연을 나타낸다. 이러한 현상을 방지하기 위해, 열전송파이프는 어떠한 물도 흡수되지 않아서 절연이 유지될 수 있도록 수지 등을 이용하여 밀봉 처리된다. 이것은 또한 산화 방지 기능을 가진다.

제3층으로서의 열전열층이 얇은 필름 방법에 의해 세라믹, 글래스 또는 수지로 형성될 때, 층은 주로 전기 절연층으로서 기능한다. 전기절연 기능뿐만 아니라 충분한 열 절연 기능을 제3층에 주기 위해, 수 센티미터 두께의 글래스울 또는 석고로 층을 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명은 스팀을 사용하는 종전기술의 가열장치에서 제공된 연료유 탱크, 스팀발생기, 스탬 드레인 회복장치와 파이핑 등을 사용하지 않아도 된다. 본 발명은 상기 장치 대신에 오직 전원을 이용하여 가열장치를 간단히 하므로, 환경오염을 방지하는 기능을 가진다. 덧붙여, 본 발명의 가열장치는 일반적 전기 가열장치와 비교하여 에너지를 절약하는 기능을 가진다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특성, 그리고 이점은 본 발명의 바람직한 실시예가 설명으로 보여지는 첨부도면과 결합하여질 때 다음 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

본 발명이 특정 실시예에 관련하여 아래에 자세히 설명되더라도, 본 발명은 이들 실시예에 제한 되지만은 않는다.

[실시예 1]

플라즈마 분무코팅방법에 의해 만들어진 본 발명의 제1실시예에 따른 열전송파이프는 제1과 제2도에서 도시된다. 제1도는 분무 코팅에 의해 형성된 몇 개의 코트를 갖는 다층 열 전송 파이프의 전체 정면도이고, 제2도는 제1도의 열전송파이프의 부분 “A”의 확대된 단면도이다.

이 실시예에서 100㎛ 두께인 NiAl 합금 최초 코트(3), 500㎛ 두게인 100% 알루미나 절연층(4) 그리고 800㎛ 두께인 NiCr 전기적 전도가 열층(5a)이 스테인레스 파이프(2a)를 축선으로 회전시키면서 일반적 플라즈마 분무 코팅 방법을 이용하여 34㎜ 직경과 2.8㎜ 두께인 스테인레스 파이프(2a)(SUS25A SCH10S)의 회부표면상에 1m길이 위에 차례로 형성되어 박판형 열전송 파이프를 만들어낸다. 동시에, 견본이 만들어지고 접착력(JIS표준)에 관하여 측정된다. 결과적으로, 평균값은 2.0㎏/㎜2이고 또한 이것은 낮은 정도의 열 저항을 나타낸다.

[실시예 2]

코팅과 연소(coating and burning)에 의해 만들어지는 본 발명의 제2실시예에 따른 열전송 파이프가 제3도에서 도시된다. 즉, 제3도는 전도성의 얇은 필름(5b)과 절연성의 얇은 필름(6b)이 부분적으로 석영 파이프(2b)에서 차례로 제공되는 열전송 파이프의 전체 정면도이고 전기적 충전 터미널(8)은 파이프에 고정된다.

명확히, 20㎜의 반경과 1.0㎜의 두께를 갖는 석영 파이프(2b)는 테이프로 덮여진 다음에 산화주석을 주로 포함한 전도성의 용액에 담겨진다. 10분 경과 후, 파이프는 용액에서 제거되고 나서 20분 동안 500℃에서 전기로에서 태워진다. 이러한 동작은 약 1㎛ 두께인 전도성의 코팅(5b)을 형성하기 위해 5번 반복된다. 그 다음에, 절연의 실리카(silica) 코트(6b)는 전기적 충전 터미널부를 제외하고 코팅 필름에 인가된다. 다음에 터미널(8)은 열전송 파이프를 형성하기 위해 전도성의 접착제에 의해 코팅(5b)에 고정된다. 실리카 코트(6b)와 터미널(8) 사이의 절연저항 값은 무한대이다.

[실시예 3]

0.5 내지 0.73㎏의 물이 실시예 1에서 만들어진 열전송 파이프에 넣어지고 각각 0.5㎜ 두께와 50㎜ 넓이인 구리 플레이트 터미널은 각각 파이프의 상측과 하측 종단에 고정되고 실시예 2에서 만들어진 열전송 파이프에도 동일하게 설치된다. 각 파이프에 100 내지 200W의 전력을 인가함으로서 수행된 배치(batch)가열 실험의 결과로, 수증기가 쉽게 양 열전송 파이프로부터 얻어질 수 있다. 국부 가열이 터미널부에서 발생하지 않고, 각 열전송 파이프의 NiCr 필름의 저항 값이 길이에 비례관계를 가지기 때문에, 각 파이프는 균일하게 가열된다. 덧붙여, 계단 응답 방식으로 열 응답 특성을 측정하기 위해 0.3㎜ 직경인 시드(sheathed) 열전쌍(thermocouple)을 SUS의 내부 두께 안에 넣었을 때, 얻어진 시정수는 측정시스템이 선형 시스템인 것을 가정하여 약 3초이다.

[실시예 4]

아연 이중전자기 보호 층(7)이 실시예 1에서 사용된 것 같은 방법에 의해 형성된 다층코트에 제공된다. 제4도는 부분적으로 확대된 단면도를 도시한다. 1.2V와 6A인 교류(AC) 전력을 파이프에 인가할 직경 0.5ψ와 100㎜인 구리선에서 발생된 유도 기전력은 동기검정기(synchroscope)를 이용하여 파이프의 외부 표면에서 5㎜ 거리에서 측정된다. 결과적으로 기전력은 전자기 보호층(7)의 존재로 인해 약 81%, 즉 0.16mVpp 내지 0.03mVpp로 줄어든다.

[실시예 5]

제5도에 도시되듯이, 전도성의 코팅제는 브러시(brush)를 이용하여 24㎜의 내부 직경과 1.8㎜의 두께를 갖는 1m의 염화비닐 파이프(2d)의 외부 표면상에 코팅된 다음 건조된다. 이 과정은 3㎜의 두께인 가열층(5d)을 형성하도록 5번 반복되어 물질 혼합이 만들어진다. 전기적 충전 터미널(8)은 파이프의 상측과 하측 종단에 각각 고정되고, 3㎝ 두께의 열 전령 글래스울 물질(6d)이 가열층 위에 감겨져 열전송 파이프를 만든다. 제 5도는 이렇게 만들어진 전 열전송 파이프의 구조를 도시한다. 물은 파이프에 2.00㎥/h로 공급되고, 1.5㎾의 전력이 공급된다. 0.3㎜ 직경인 시드 열전쌍(10)을 이용함으로써 파이프의 입구와 출구 사이의 온도차의 측정 결과로, 온도 상승은 0.16℃이다. 열 입력과 출력에 기초해 연산된 열효율은 95%인 높은 값이다.

[실시예 6]

제6도에서 도시되듯이, 30㎛두께인 NiCrAIY 최초코트(3e), 300㎛ 두께인 100wt% 알루미나 절연층(4), 90:10wt%의 비율로 알루미나와 NiCr을 함유한 100㎛ 두께의 혼합물(4'), 10:90wt%의 비율로 알루미나 NiCr을 함유한 100㎛두께의 혼합물(5')그리고 100㎛두께인 100wt% NiCr층(5a)이 그래디언트 코팅층으로 구성된 열전송 파이프를 만들기위해 플라즈마 분무 코팅방법에 의해 실시예 1에서 이용된 것과 같은 스테일레스 파이프 구조의 단면도이다.

동시에, 길이가 15㎝이고 상기와 같은 구조인 견본이 만들어진다. 이 견본이 1시간 동안 500℃에서 머플(muffle) 화로에서 태워지고 나서 냉각되어지는 30회 열 싸이클 실험의 결과로, 분리 또는 홈의 발생이 시각적으로 관찰되지 않는다. 스테인레스 파이프와 파이프의 Nicr 상측 대부분의 층 사이의 전기 절연이 오옴미터를 이용하여 측정될 때, 약 8㏁인 절연이 일정하게 유지된다.

[실시예 7]

플라즈마 분무 코팅 얇은 필름 방법에 의해 만들어진 필름은 다공성이다. 이러한 필름을 가진 열전송 파이프, 예를 들어 실시예 1에서 만들어진 파이프는 오랜 시간동안, 특히 50 내지 100%의 고습도의 공기중에 있게되면, 절연저항은 약 4㏀으로 감소하고 불안정해진다. 파이프가 1시간동안 150℃에서 건조되면, 절연저항은 10㏁으로 회복된다. 이것은 주로 다공성 필름에 의해 공기중의 물의 흡수에 의해 야기된다.

반면에, 필름의 흡수공이 분무코팅 바로 직후 완전히 밀봉되도록 페닐실리콘수지가 필름에 코팅될 때, 절연 저항은 공기 중 습도에 의해 영향받지 않고 약 10㏁에서 유지될 수 있다.

밀봉 처리된 열전송 파이프가 50시간동안 300℃에서 머플화로에서 가열될 때에도, 절연저항은 약 ㏁으로 유지된다.

[실시예 8]

제7도는 본 발명의 열전송 파이프로 이루어진 연속적인 멀티파이프(multi-pipe) 증발기의 실시예의 구조를 나타내는 다이어그램이다.

제7도에서 도시된 증발장치는 열전송 파이프그풉(11), 열량을 조절하기 위한 전력 조절기(12), 수용액을 증발하기 위한 증발기(vaporbody)(13), 증기를 물로 응축하기 위한 응축기(14), 수용액을 순환하기 위한 순환펌프(15) 그리고 수용액을 공급하기 위한 공급유닛(16)으로 구성된다. 세 개의 열전송 파이프는 평행하게 공급되고 전기적은 0.1 내지 30㎾로 조절될 수 있다. 파이프의 흐름률(flow rate)은 0.05내지 5m/s의 범위 내에서 변화될 수 있다. 샘플 용액이 20℃와 28.5ℓ/h에서 공급되고, 장치가 열전송 파이프의 열플럭스가 4w/㎠, 파이프의 흐름률은 2.2m/s, 열교환기 성능(duty)이 1.7 × 10⁴㎉/h인 상태 하에서 동작될 때, 총 열효율은 95%가 성취도기고, 증류수는 탱크(17)에서 28ℓ/h로 얻어진다. 이 실시예에서 산업수가 수용액으로 이용된다.

[실시예 9]

제8도는 본 발명의 가열을 인가하는 오토클레이브의 구조를 나타내는 다이어그램이다.

제8도에서 인용번호(21)는 오토클레이브 몸체; 인용번호(22)는 가열유닛; 인용번호(23)는 열절연층; 인용번호(24)는 교반기(agitator); 인용번호(25)는 압력계; 인용번호(26)은 안전밸브; 그리고 인용번호(27)는 온도계를 나타낸다. 가열유닛(22)은 0.05㎜ 최초코트층(NiAl), 0.03㎜인 절연층(Al₂O₃)과 0.25㎜인 가열층(NiAl)으로 구성되고, 이들 모두는 유닛몸체 상에 제공된다.

상기와 같이 구성된 오토클레이브는 가열층을 전기적 충전함으로서만 가열된다. 가열원이 유닛몸체와 일체로 제공되기 때문에, 전체 장치는 소형으로 만들어진다. 덧붙여, 열효율은 100%에 가깝고, 열신회뢰도와 온도 조절가능성은 매우 향상된다. 온도는 온도계를 이용하여 가열 유닛으로부터의 출력을 조절함으로서(또는 가열유닛에의 전류 값을 조절함으로써)조절된다.

이러한 구조는 오토클레이브와는 다른 교반형 증발기 등에도 적용 될 수 있다.

[실시예 10]

제9도는 본 발명의 가열 유닛이 적용된 정수 생산장치의 증류기의 개략적인 단면도이다.

제9도에서, 스테인레스 증류기(31)는 실시예 9의 오토클레이브의 것과 같은 얇은 필름 가열유닛(32), 물 공급 입구(35) 그리고 증기 또는 증류된 물 출구 노즐(36)로 구성된다. 물 없이 가열하는 것을 방지하기 위한 온도조절기(thermoswitch)(33)와 레벨 게이지(34)가 안정을 위해 또한 제공될 수 있다. 레벨 게이지는 플로우트(float)스위치로 구성되거나 전기 용량형이거나 또는 온도가 갑자기 변하는 위치에서 직접 레벨이 결정되도록 필름의 외부 표면의 온도가 검출되어지는 형일 수 있다. 레벨 게리지에 의한 레벨 조절은 연속적인 도는 단속적인 물 공급에 연결된다.

원한다면, 얇은 필름 가열 유닛은 물 공급라인에 제공될 수 있다.

본 실시에의 증류기는 양호한 신뢰도를 나타내고 그 곳을 통해서 흐르는 열 파이프를 가지고 있지 않아 간단한 구조와 우수한 안정이 성취된다. 증류기의 몸체에 대한 물질은 금속이나 글래스일 수 있고, 석영은 글래스 물질로서 오히려 더 낳다.

상기의 것과 같은 구조는 액체를 간단히 가열하기 위한 워터배드(water bath)에 적용될 수 있다.

[실시예 11]

본 발명의 가열유닛이 초정 고온수 생산장치에 적용되는 실시예가 아래에 설명된다. 제10도는 초정 고온수 생산 장치의 구조를 나타내는 다이어그램이고, 제11도는 그 장치에서 사용된 열교환기의 단면도이다.

제10도에서, 인용번호(41)는 예열(preheat) 교환기; 인용번호(42)는 열교환기; 인용번호(43)는 한외(限外)여과기(ultrafilter); 인용번호(44)는 초정고온수의 사용점; 인용번호(45)는 초정수 공급파이프; 인용번호(46)는 방류파이프; 인용번호(48)는 전원을 나타낸다. 열교환기(42)는 제11도에서 도시되듯이 공급파이프에 제공된 본 발명의 가열유닛(47)을 포함한다. 가열유닛(47)은 열교환기(42)의 공급파이피가 금속으로 만들어질 때 실시에 8의 것과 같고, 1㎛의 산화주석 필름은 열교환기(42)의 공급파이프가 석영글래스로 만들어질 때 가열유닛으로서 적절히 이용된다. 열교환기의 공급 파이프에 때한 물질로서 티타늄(Ti), 스테인레스 스틸 또는 석영 글래스가 바람직하지만, 테플론(teflon)등과 같은 열저항 프라스틱도 이용될 수 있다.

[실시예 12]

본 실시예는 가정용 가스 순간 온수 가열기 또는 가스 배드(gas bath)에 이용되는 약 10㎾로 전기적 부하를 가지는 가열기와 관계된다.

제12도는 멀티그룹(multi-group) 직선 파이프의 형태로 금속 또는 글래스 열전송 파이프를 구비한 가열기의 구조를 나타내는 다이어그램이고, 제13도는 제12도에서 도시된 금속 또는 글래스 열전송파이프의 단면도이다. 각 열전송 파이프는 분무코팅에 의해 전도층으로 형성된 0.1㎜의 NiCr 가열층을 가진다. 제13도는 또한 열정송파이프(51)와 전극(54)사이의 배치관계를 보여준다. 제14도는 제12도의 변형인데 여기에서 가열유닛(51')(0.005㎜ 두께의 최초코트(NiCrALY)), 0.2㎜ 두께의 절연층(Al₂O₃)그리고 0.10㎜ 두께의 전도층(NiCr)이 구비된)은 사각의 단면을 가진 편평한 금속 열전송 박스(50)위에 열분무 코팅에 의해 형성된다. 제15도는 제14도에서 도시된 가열유닛(51')과 열전송 박스(50)의 단면도이다. 제16도는 제12도에서 도시된 가열기의 조립체의 외형을 나타태는 개략도이고, 제17도는 가열유닛과 전력 조작기 사이의 접속을 보여주는 도면이고, 제18도는 전력 조절기의 내부접속을 보여주는 도면이다.

가열기의 동작은 제12도와 관련하여 설명된다. 가열기는 열전송 파이프(51), 급수분배파이프(52), 급탕수집(hot-water supply collecting)파이프(53), 전극(54), 급수파이프(55), 급탕파이프(56), 온수공급을 개방하고 폐쇄하기 위한 솔로네이드밸브(57) 그리고 공급되는 온수량을 조절하기 위한 조절밸브(58)로 구성된다. 제17도에서 도시되듯이, 전기회로는 전기공급을 위한 단일위상 두 와이어(single phase two-wire)시스템, 단일위상 세 와이어 시스템 또는 세 위상 세와이어 시스템이고 접지 전극(60)을 구비한다. 전력은 제17도의 인용번호(61)에 의해 나타내진 전원 제어기에 의해 제어되고, 전원제어기(61)의 전기 회로는 제18도에서 도시된다. 전원제어기(61)에서, 전력이 일반적으로 일정하다라도, TRIAC(65)가 순간 물 가열기에서와 같이 전력을 제어하기 위해 제공된다. 단락 차단기(64)는 회로에 제공된다. 물공급은 물공급밸브(58)를 조절함으로써 조절된다.

제14도는 열전송 파이프가 열정송유닛(51')같은 플레이트에 의해 대치되는 적은 전력의 예를 보여준다. 열전송 유닛은 기본적으로 제12도에서 도시된 열전송 파이프와 같고 공간을 줄이는데 효과적이다.

보여진 실시예에서, 가스 가열기는 전기 가열기로 교환되므로, 가스가열에서 전기 가열로 바뀜으로 인해 불편함이 야기되지 않도록 동작 메카니즘은 가스가열의 경우에서와 같이 만들어진다.

도시된 실시예는 연소실이 없는 것이 특징이어서, 가스 가열과 비교해서 장치 크기를 줄이는 효과가 있는데, 이 효과는 크기가 커짐에 따라 두드러진다. 본 실시예는 약 100%의 열전송 효율과 TRIAC을 이용하지 않는 경우 100%의 역률(power factor)을 보여준다. 본 실시예는 산소결핍, 산화가스, 가스누출 등에 관한 가스 가열의 안전문제중 어떤 것도 가지고 있지 않아, 그들은 깨끗하고 안전하며 설치의 제한이 없어 여러분야에서 이용될 수 있다.

[실시예 13]

제19도는 본 발명의 가열유닛을 인가한 전기화로의 구조를 보여주는 도면이고 제20도는 온도분포를 보여주는 그래프이다. 가열유닛은 금속파이프(2a)와 0.05㎜인 최초코트(3)(NiAl), 전표면에 형성된 0.2㎜의 절연층(4)(Al₂O₃), 양단으로부터 20㎝의 길이인 부분에 0.1㎜두께로 형성되고 60㎝의 길이인 중심부상에 0.3㎜ 두께로 이루어진 가열층(5a)(NiCr)으로 이루어진다. 금속 파이프(2a)는 제1도에서 도시된 스테인레스 파이프이다. 열플럭스는 양단부와 중심부에 각각 0.3w/㎠와 0.2w/㎠로 조절된다. 파이프 안에서(공기의 경우), 중심부의 길이방향 온도 분포는 종래의 열전송 파이프와 비교하여 균일하다.

요약하여, 본 발명은 다음의 특징을 가진다;

(1) 열전송 재료의 다층 필름은 얇은 필름 방법으로 형성되고, 층 사이의 접착력이 증진되어 열저항은 감소하고 열응답은 증가한다.

(2) 가열층은 전기 절연층에 의해 가열되어지는 유체와 전기적으로 절연되기 때문에, 가열재료는 전기 전도체와 비전도체 물질의 유체양쪽 모두에 적용 가능하다.

(3) 열절연층에 전자기 보호층을 제공함으로써, 가열재료 외부의 기전력은 매우 감소된다.

(4) 수지 등을 이용하여 열전송 재료를 밀봉 처리함으로써, 물질이 오랜 시간동안 공기 중에 있더라도 높은 절연 저항이 유지될 수 있다. 절연저항은 밀봉처리를 한 후 약 300℃나 그 이하에서 일정하게 유지됨이 확인된다.

(5) 가열특성과 열 전열 특성을 증진함으로써, 높은 가열 효율이 성취된다. 특히, 열전송 재료가 열전송 파이프로서 구성되고 파이프의 유체가 난류를 형성할 때, 필름 열 전송 계수의 증가는 열전송 파이프의 다층 필름에서 발생된 주울 열을 유체족으로만 전송하는 효과를 야기하여, 약 95%의 열효율을 성취한다.

(6) 그래디언트 필름층의 형성은 열응력을 줄여서 내구성을 증진시킨다.

(7) 두꺼운 글래스울 등에 의해 열절연층을 형성함으로써, 저렴하고 안전한 가열재료가 제공될 수 있다.

(8) 가열 장치의 열전송 파이프는 또는 열전송 플레이트의 이용은 장치가 간단해지게 해서 에너지 절약이 된다.

(9) 열전송 재료로 이루어진 가열장치는 환경오염을 방지하는 효과를 가진다.

Claims (11)

1. 기판과; 상기 기판의 외부표면 위에 제1층으로서 제공되는 전기 전열층; 상기 제1 전기전열층을 최소한 부분적으로 커버하는 제2층으로서의 전기전도층; 및 상기 제2 전기전도층 위에 제공되는 제3층으로서의 열 절연층을 포함하여 이루어지는 가열을 위한 열전송재료에 있어서, 상기 열전송재료는 파이프 안으로 흐르는 유체를 가열하기 위한 열전송 파이프로 구성되고, 상기 기판은 상기 파이프의 가장 안쪽의 층을 형성하며, 상기 열전송재료의 제2층으로서의 상기 전기전도층에 전기충전단자가 제공되고, 상기 층 각각은 0.1㎛ 내지 3㎜의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 가열을 위한 열전송재료.
2. 제1항에 있어서, 상기 기판은 금속 또는 비금속 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 가열을 위한 열전송재료.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판 및 상기 제1층의 사이에 최초 코트로서 전체 또는 부분적으로 제공되는 전기적 전도층을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 가열을 위한 열전송재료.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 최초코트, 및 상기 제3층 중의 어느 하나에 전체 또는 부분적으로 제공되는 전자기 보호층을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 가열을 위한 열정송재료.
5. 제1항에 있어서, 상기 제2층으로서의 전기적 전도층은 전기적 전도재료 및 전기적 절연재료의 혼합물로 만들어지는 가열층인 것을 특징으로 하는 가열을 위한 열전송재료.
6. 제1항에 있어서, 상기 제2층으로서의 전기적 전도층은 상기 기판의 대향 단부에서 상기 기판의 길이 방향으로 변화하는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 가열을 위한 열전송재료.
7. 제1항에 있어서, 0.1 내지 99.9wt%의 상이한 혼합률로 인접층의 재료를 함유한 혼합물로 각각 만들어진 그래디어트 코팅층이 상기 인접층 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 가열을 위한 열전송재료.
8. 제1항에 있어서, 상기 층은 내열성 수지 또는 세라믹 접착제를 이용하여 밀봉 처리되는 다공성 재료층을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열을 위한 열전송재료.
9. 제3항에 있어서, 상기 기판, 상기 최초코트, 및 상기 제3층 중의 어느 하나에 전체 또는 부분적으로 제공되는 전자기 보호층을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 가열을 위한 열전송재료.
10. 제1항에 따른 가열을 위한 열전송재료와 가열유닛에 충전되는 전기용량을 조절하는 열량조절장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 가열장치는 열교환기, 온수기, 정수 또는 초정수 발생장치인 것을 특징으로 하는 가열장치.