KR100344095B1 - 열 전도 매체 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열 초전도 매체 조성물에 관한 것으로, 물 100 중량부, K₂Cr₂O₇1 내지 20 중량부, K₂CrO₄0.1 내지 2 중량부 및 RuCl₃0.01 내지 0.2 중량부를 포함하는 본 발명의 열전도 매체 조성물은 잠열을 이용하므로 열의 전달이 매우 빨라 열에너지가 필요한 용도, 예를 들면 각종 난방 및 온실이나 비닐하우스의 온도 유지 등에 적은 비용으로 안전하고 효과적으로 사용될 수 있다.

Description

열 전도 매체 조성물{HEAT-TRANSFER MEDIA COMPOSITION}

본 발명은 열 전도 매체 조성물에 관한 것으로, 구체적으로는 열 에너지가 필요한 용도에 효과적으로 이용할 수 있는 열 초전도 매체 조성물에 관한 것이다.

최근 난방 등에 열 매체 방식의 보일러가 이용되고 있는데, 이 방식은 기존의 기름, 가스, 전기 보일러 등에서와 같은 직접 가열 방식에서 발생되는 가열시간에 따른 연료의 과다 소모, 폐열, 환경공해의 유발 등의 문제점을 개선하기 위해 제시된 방식이다. 열 매체 방식의 보일러의 개략도를 도 1에 나타내었다.

이 열 매체 방식의 보일러는, 보일러 본체 내부에 열교환 장치를 고정시키고 열전도성, 축열성, 열안정성 등이 우수한 열 매체를 장치의 배관 내에 넣은 후 진공 밀폐시킨 다음, 열 매체를 적은 비용의 1차 에너지원을 이용하여 발열시켜 그열을 물에 전달함으로써 공업용, 상업용, 가정용 등의 난방수, 온수, 스팀 등을 만들게 되는 장치이다.

이러한 열 매체로 프레온, 암모니아, 메탄올 등의 특수 유체, 또는 열매체유(thermia oil) 등이 개시된 바 있으나, 이들 매체는 매우 고가이거나 열 전도가 늦어 효율성이 낮고 열을 등온으로 멀리 전도할 수 없어 난방 연료의 비용이 과다해지는 단점이 있다 (한국 특허공개 공보 제99-74665호 참조).

따라서, 본 발명의 목적은 열 전도율이 보다 우수한 열전도 매체 조성물을 제공하는데 있다.

도 1은 열 매체 방식의 난방 보일러의 개략도이고,

도 2는 본 발명의 실시예에 사용된 열전도 시험 장치이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 물 100 중량부, K₂Cr₂O₇1 내지 20 중량부, K₂CrO₄0.1 내지 2 중량부 및 RuCl₃0.01 내지 0.2 중량부를 포함하는 열 전도 매체 조성물을 제공한다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 열전도 매체 조성물은 물에 K₂Cr₂O₇(중크롬산 칼륨, potassium dichromate), K₂CrO₄(크롬산 칼륨, potassium chromate) 및 RuCl₃(삼염화 루테늄)를 소정량 혼입시킨 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 특징적으로 사용된 K₂Cr₂O₇는 융점 398 ℃, 융해열 29.8 cal/g, 용해열 -62.5 cal/g인 수용성의 밝은 주황색 결정이며, K₂CrO₄는 융점 975 ℃인 수용성의 밝은 레몬색 결정이고, RuCl₃는 수용성의 진갈색 결정 형태로서, 시판되는 화합물들을 상업적으로 구입하여 사용할 수 있다.

본 발명의 조성물에서 K₂Cr₂O₇는 물 100 중량부 당 1 내지 20 중량부, K₂CrO₄는 0.1 내지 2 중량부 및 RuCl₃는 0.01 내지 0.2 중량부의 양으로 사용된다. 상기 첨가 성분들의 양이 너무 작으면 조성물의 잠열이 부족하여 매체의 온도 상승이 느리고, 너무 많은 양으로 사용되면 온도 상승 속도가 너무 빨라 온도의 제어가 어렵다는 문제점이 발생한다.

상기 구성 성분들을 명시된 양으로 혼합, 교반함으로써 본 발명에 따른 조성물을 간단히 수득할 수 있다.

본 발명의 조성물은 28 내지 250 ℃의 온도 범위에서 사용될 수 있다.

본 발명의 열전도 매체 조성물은 보일러 본체의 관(pipe) 속에 주입되어, 가열된 관으로부터 열을 흡수하여 증기로 변한 다음 역 방향으로 이동하여 다시 액체로 응결되면서 잠재된 열을 방출하는데 이러한 작동을 반복함으로써 많은 열량을 관 주변의 매질에 전달하게 된다.

본 발명의 열 전도 매체 조성물은 열을 등온으로 멀리, 약 100 m 까지 초전도할 수 있다는 큰 이점이 있어 에너지 절약 측면에서 기존의 열 매체에 비해 약70% 이상을 에너지를 절감할 수 있다. 본 발명의 조성물의 열 전달 속도는 기존의 금속 중에서 가장 좋다는 동관(銅管)의 약 2000 내지 3000 배에 달하며, 열을 가한 부위와 전도열의 측정 부위까지 배관의 전체 온도가 거의 일정한 등온 상태로 유지될 수 있다.

본 발명에 따른 조성물은 특히 동, 스테인레스 스틸 등과 같은 관에 주입되어 주택, 아파트의 난방용 보일러, 온실 및 비닐 하우스의 난방용 보일러 등에 유용하게 사용될 수 있다. 높은 열효율을 위해서는 본 발명에 따른 조성물의 관 내 주입량은 관 용적의 5 내지 10% 범위로 한다.

본 발명의 조성물을 주입하여 사용시 관 내부는 진공으로 유지되어야 하며 반드시 전량 회수 순환될 수 있도록 설계되어야 하며, 관은 매체의 원활한 순환을 위해 최소한 5° 이상 기울여져야 한다.

상기 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 열 초전도 매체 조성물은 열 전달 효율이 매우 높아 가열 에너지를 절약할 수 있고 대기 공해의 발생이 없으며, 안전하고, 매우 경제적일 뿐만 아니라 시설을 반영구적으로 사용할 수 있다.

이하 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명하나, 이들 실시예가 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

실시예

물 100 중량부에 K₂Cr₂O₇2 중량부, K₂CrO₄0.1 중량부 및 RuCl₃0.01 중량부를 첨가하고 혼합교반하여 진갈색 수용액 형태의 본 발명에 따른 열전도 매체 조성물을 제조하였다.

일반 SUS 관(직경 38φ, 두께 2T, 길이 1500 L, 단위: mm)에 80% 염산 용액을 넣어 관 내부의 불순물을 깨끗하게 제거한 다음, 수돗물로 수세하고, 다시 증류수를 흘려 관 내부를 중성으로 유지시켰다. 이어서, 상기 SUS 관의 양 말단을 밀봉한 후 한 쪽에 직경 3 mm의 구멍을 뚫어 상기에서 제조한 열 초전도 매체 용액(이하, 초도액이라 함)을 주입하였다. 이때 주입되는 초도액의 양은 310 ml로 하고, 관 내부는 진공 상태로 유지하였다.

상기와 같이 준비된 관을 도 2에서와 같이 장착, LPG 가스 버너로 중간불로 하여 관 하부를 가열하여 관 길이방향으로 중간의 특정 위치에서의 온도 변화를 측정하였다. 이때 가열부분은 발열부분 보다 10 °정도의 기울기를 갖고, 발열 온도는 초도액의 한계 온도 보다 약 10% 정도 낮게 책정하였다. 상기 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 1

상기 실시예에서, 관 내부에 주입하는 액을 본 발명에 따른 초도액 대신에 기존의 열 매체유 (thermia oil, ISO.VG-32, 한국 쉘 석유(주))로 대체하여 사용한 것을 제외하고는 동일 과정을 반복하여 온도 변화를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 2

상기 실시예에서, 관 내부에 아무런 용액을 주입하지 않는 것을 제외하고는 동일 과정을 반복하여 온도 변화를 측정하였으며, 그 결과를 역시 하기 표 1에 나타내었다.

	실시예	비교예 1	비교예 2
초기온도(℃)	16	17	18
2분 후	180	17	18
5분 후	250 (가열을 중단함)	17.5	18.5
10분 후	-	18	19.5
30분 후	-	20 (가열을 중단함)	23 (가열을 중단함)

상기 표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 초도체 조성물은 가열을 개시한 지 2 분만에 기존의 초도체와는 비교가 안될 정도로 높은 온도로 상승되었으며, 5 분 후에 250 ℃까지 상승되었다. 이에 반해 종래 기술에 따른 열매체유는 30분이 지날 때까지도 약 20 ℃ 정도 밖에 유지되지 못하였다. 이로부터, 본 발명에 따른 초도체 조성물의 열전도 효율이 탁월함을 알 수 있다.

본 발명에 따르는 열 전도 매체 조성물은 열효율이 매우 우수하므로 열 에너지가 필요한 용도, 예를 들면 가정용, 상업용, 공업용 난방이나 비닐하우스 및 온실 내의 온도 유지 등에 유용하게 이용될 수 있다.

Claims (4)

1. 물 100 중량부, K₂Cr₂O₇1 내지 20 중량부, K₂CrO₄0.1 내지 2 중량부 및 RuCl₃0.01 내지 0.2 중량부를 포함하는 열 전도 매체 조성물.
2. 제 1 항에 있어서,

   28 내지 250 ℃ 범위의 온도에서 사용되는 것을 특징으로 하는 조성물.
3. 제 1 항에 있어서,

   열 매체 방식의 보일러에 사용되는 것을 특징으로 하는 조성물.
4. 제 3 항에 있어서,

   보일러 관 내 주입량이 관 내부 용적의 5 내지 10% 범위인 것을 특징으로 하는 조성물.