KR100456069B1 - 열매체유를 이용한 축열식 전기 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열매체유를 이용한 축열식 전기 보일러에 관한 것이며 전기히터를 이용하여 비열이 낮은 열매체유를 가열하여 축열하고 열교환 파이프를 수조에 나선형으로 설치 축열된 열매체유를 이송시켜 수조의 물을 가열하여 열교환하는 과정에서 우려되는 폭발의 위험과 열매체유조와 수조간을 단열하여 열손실을 해소하여 효율과 안전성을 높일 수 있도록 한 것이다.

이에 본 발명은 열매체유를 축열하는 전기보일러에서 열매체유조와 수조 사이에 단열재를 충진시키고 수조 외곽면은 보온 단열하며, 열매체유조에서 인출되는 열교환 파이프를 수조내로 유입시켜 나선형으로 설치하여 순환펌프로 이송되도록 연결하고, 또 다른 열매체유조에서 인출하는 열교환 파이프는 급탕용 탱크 또는 온풍기와 연결할 수 있도록 한 구성이다.

이와 같은 본 발명은 열매체유조와 수조간에는 단열재로 인하여 단열이 이루어지고 또 수조는 열매체유조에서 인출되는 열교환 파이프가 나선형으로 설치되어 수조를 가열하게 되므로 열손실과 폭발의 위험에서 해소되고, 또 수조는 급가열되지 않으므로 온수의 순환에 장애를 발생하지 않게 되므로 안전하고 편리하게 사용할 수 있는 유용한 발명이다.

Description

열매체유를 이용한 축열식 전기 보일러 { The electric boiler gathering heat style in using oil of heat's medium }

본 발명은 열매체유를 이용한 축열식 전기 보일러에 관한 것으로 전기 히터를 이용하여 비열이 낮은 열매체유를 가열시켜 축열하고,(축열된 열매체유를) 열교환 파이프를 수조에 나선형으로 내설하여 축열된 열매체유를 순환 펌프로 이송시켜 물과 열교환시켜 물을 가열하여 난방, 급탕, 온풍기등으로 이용하면서, 안전성과 효율성을 높이는 축열식 전기보일러에 관한 것이다.

심야 전기의 활용방식으로 축열시켰다가 이를 열교환하여 사용하는 전기 보일러는 유휴 전력의 효율적 사용과 고유가의 대안으로 연구되면서 여러가지의 방법으로 실용화되고 있고,

축열의 소재로는 액체(물 또는 열매체유), 고체(석재,금속)등이 주로 이용되고 있으며 이중 고체의 경우에는 산화와 부식이 빠르게 진행되고 축열과정에서 열손실이 많아 효율이 떨어져 널리 이용되지 못하고 주로 액체가 축열소재로 사용되고 있다.

동 액체의 축열 소재 중에서 물의 경우에는 비열(단위 중량의 물체 온도를 1℃만큼 올리는데 소요하는 열량)이 높고 축열효율이 떨어져 가열상태에서 보관되었다가 사용되므로 탱크의 용량이 대형화되는 폐단이 있고,

또 열매체유를 사용하는 경우에는 축열온도가 320 ℃에 이르는 고온이고 비열이 낮아 축열효율이 높아져 보일러의 본체가 작아지고 효율이 높은 잇점은 있으나 열매체유가 축열되면서 부피의 팽창과 축열된 열매체유를 이용하여 열교환이 이루어지는 과정에서 열의 손실이 많고 산화와 부식이 발생되면 폭발의 위험을 내재하고 있는 실정이다.

일예로 국내 등록 특허공보 특허등록번호 특0160589(등록일자 1998.08.19.) 열매체유를 이용한 축열식 전기 보일러의 경우,

① 열매체유 주위로 난방 또는 급탕관을 나선형으로 감아서 구성되고 열교환을 위하여 순환 펌프에서 이송되는 용수는 유속으로 인하여 원하는 온도의 온수를 얻는데 소요시간이 길고,

② 온수 사용의 중단시 관에 내장된 용수가 열매체유에 의해 계속 가열되어 관내의 압력상승과 수증기의 발생으로 난방관의 경우 온수 순환에 장애가 발생되면서 폭발의 위험을 내재하고 있고,

③ 열매체유 탱크에는 열매체유가 축열되면서 320℃에 이르게 되면 열매체유는 20% 상당의 부피가 팽창되면서 발생되는 팽창 공기는 고온이므로 이를 흡수하는 주름탱크는 고온을 소화하여 주는 소재가 없어 현실적으로 불가능하고,

④ 열매체유 탱크 외곽에 나선형태로 위치되는 난방 또는 급탕관으로 이용되는 열교환 파이프는 축열 탱크의 온도보다는 낮아 외곽의 공간으로 열손실이 발생되기 때문에 열교환의 효율이 떨어지는 폐단이 있고

또 국내공개특허공보 공개번호 특1999-0045902 난방용 보일러 및 온풍기의 경우에는

① 열매체유조 외곽으로 수조가 구성되고 열매체유조 하부에는 연소실이 위치되므로 열매체유조의 산화 또는 부식이 발생될 경우 열매체유의 인화점이 260℃인점을 고려할 때 320℃까지 축열된 열매체유가 연소실로 유출될 경우 인화로 인한 폭발의 위험성이 내재되는 폐단이 있고,

② 열매체유조와 수조간에는 단열이나 열의 차단기능이 없어 열매체유조에서 축열되면서 발생되는 열이 수조로 전달되어 온수가 계속 가열되어 압력이 상승되고 이로 인한 폭발의 위험과 축열의 효과가 떨어져 안전성과 경제성이 떨어지는 폐단이 있다.

이에 본 발명은 열매체유를 이용하는 축열식 전기 보일러에서 열매체유가 물과의 열교환 과정에서 우려되는 폭발의 위험과 열매체유조와 수조간을 단열하여 열손실을 해소하며 축열의 보존 효율과 안전성을 높이는데 목적을 두고 있다.

도1은 본 발명의 종단면도

도2는 도1의 A-A선 단면도

※ 도면의 주요부분에 대한 부호 설명

1 : 열매체유조 2 : 전기히터

3 : 수조 10 : 단열재

11 : 보온단열재 12 : 하부공간

13,13a : 순환펌프 14 : 열교환파이프

원통형의 열매체유조(1) 하방에는 전기히터(2)를 구성하고 그 외곽에는 수조(3)를 배치하여 구성되는 축열식 전기 보일러에 있어서, 열매체유조(1)와 수조(3) 사이에 단열재(10)를 충진시키고, 수조(3) 외곽으로는 보온 단열재(11)를 충진 구성하며, 열매체유조(1)의 하부공간(12)에는 순환펌프(13)를 수납시켜 열매체유조(1)의 열매체유를 순환펌프(13)를 통하여 수조(3) 내에 나선형으로 설치 구성한 열교환 파이프(14)와 연결하고 또 다른 순환펌프(13a)는 열매체유조(1)의 열매체유를 순환펌프(13a)를 통하여 급탕용 탱크 또는 온풍기등과 연결할 수 있도록 구성한 것이다.

도면에서 미설명된 부호 중

20은 난방용 온수 순환 펌프, 21은 난방용 온수의 고온감지센서,

22는 난방용온수의 저온감지센서, 23은 온수 출수관,

24는 온수 회수관, 25는 공기흡·배기관,

26은 전기히터 전원선, 27은 저온 열매체유 온도감지기,

27a : 고온 열배체유 온도감지기, 28은 열매체유 보충관,

29는 유량계, 30은 열매체유조의 팽창공기 흡·배기구,

31은 개폐문, 32는 열매체유 송수관,

33은 열매체유 회수관을 표시한 것이다

본 발명에서 사용되는 열매체유의 성능과 성상은 아래표와 같다.

※ 성능 (시중판매 s사 제품기준)

온도(℃)	점도(cst)	열전도도(Kcal/m hr℃)	비열(cal/g℃)	부피팽창	밀도(g/㎥)
25	100.94	0.117164	0.433	1.00	0.850
100	7.67	0.117972	0.481	1.05	0.810
150	3.30	0.120062	0.518	1.10	0.773
200	1.91	0.119183	0.550	1.13	0.756
250	1.31	0.119171	0.585	1.16	0.773
300	1.00	0.118437	0.619	1.19	0.715
320	0.92	0.118090	0.632	1.20	0.707

※ 성상

시험항목	시험방법	결과
비중	ASTMD 1298	0.8504
색상	ASTMD 1500	L0.5
동점도 @400℃	ASTMD 445	48.65
동점도 @100℃	ASTMD 445	7.67
점도지수	ASTMD 2270	124
인화점(coc℃)	ASTMD 92	260
유동점 ℃	ASTMD 97	-15.0
전산가(mg koh/g)	ASTMD 664	0.01
잔류탄소분 wt%	ASTMD 189	0.01
동판부식	ASTMD 130	1-a
Noack 증발잔량(wt% 250℃)	ASTMD 5800	3.5
증류성상	ASTMD 2887	-
초전유		382.5
10% off℃		434.5
50% off℃		476.0
90% off℃		521.5
정류점 ℃		543.5

이와 같은 열매체유를 본 발명의 전기 보일러의 열매체유조(1)에 80%가 되도록 장입하고 수조(3)에는 물을 장입시켜 사용하게 된다.

즉 유휴전력이 발생되는 야간(22:00 ~ 08:00)에 전원으로 전기히터(2)를 동작하게 되면 전기히터(2)의 열원에 의해 열매체유조(1)의 열매체유가 가열되어 축열이 이루어지게 되는데 이는 비열이 낮아 축열속도가 빠르게 된다.

이와 같이 열매체유조(1)의 축열온도를 320℃에 설정하게 되면 열매체유가 320℃에 이르게 되면 전기히터(2)는 off되고 체적은 20%가 팽창되며 팽창으로 인하여 열매체유조(1)내의 공기는 열매체유조(1)의 팽창공기 흡·배기구(30)로 배출된다.

또 열매체유조(1)에 축열된 열매체유를 이용하여 수조(3)를 가열시켜 난방에 사용하고자 할때에는 열매체유조(1)에 연결된 열매체유의 순환펌프(13)를 가동시키게 되면 열매체유조(1)의 열매체유가 순환펌프(13)를 통하여 수조(3)의 나선형으로 설치된 열교환 파이프(14)에서 열이 발산되어 수조(3)의 물을 가열하게 된다.

이와 같이 가열된 수조(3)의 온수는 난방용 온수순환펌프(20)를 통한 온수출수관(23)을 통하여 난방관을 거쳐 다시 온수 회수관(24)으로 회수가 이루어지는 과정으로 온수난방이 이루어지고, 또 열매체유조(1)에 축열된 열매체유를 이용 급탕탱크의 물을 가열하거나 또는 온풍기에 연결하여 난방하는 경우에는 온수난방과 같은 방법으로 연결하거나 통상의 방법으로 연결하여 사용하게 된다.

특히 본 발명은 열매체유조(1)와 수조(3) 사이에 단열재(10)를 충진하게 되므로서 열매체유조(1)의 열매체유가 전기히터(2)에 의해 가열되어 축열되면서 열매체유조(1)의 열이 수조(3)로 전달되거나 발산되지 않게 되므로 축열된 열매체유의 보존기간이 증대되고, 또 열매체유조(1)에서 인출되는 나선형의 열교환 파이프(14)가 수조(1)에 내장된 상태에서 열교환이 이루어지게 되므로 열교환시 열의 손실이없어 효율이 증대되며, 또 산화와 부식이 발생되어 수조(3) 내의 열교환 파이프(14)가 누유 되더라도 수조(3)의 물의 온도가 급상승되지 아니하고 인화요인이 없어 폭발의 위험을 해소하게 된다.

보다 구체적으로는 열매체유는 축열온도가 320℃에 이르는 반면 인화점이 260℃이므로 열매체유조(1)에 열교환 파이프(14)가 내장될 경우 열교환 파이프(14)가 산화와 부식이 발생되어 물이 누수되면 물이 급가열 팽창되어 열매체유조(1)가 폭발하게 되는 위험성이 있으나 본 발명은 열매체유조(1)에서 이송되는 열매체유는 나선형의 열교환 파이프(14)가 수조(3)에 내장된 상태에서 열교환이 이루어지게 되므로 수조(3)의 물량이 많아 급가열이 되지 않게 되므로 안전하게 되는 것이다.

또 본 발명은 난방 완료 후 또는 난방을 하지 않을 때에는 열매체유의 이송이 중단되므로 수조(3)가 급가열 되지 않아 온수의 순환에 장애 요인이 되는 압력상승등의 요인이 해소되므로 편리하게 사용할 수 있게 된다.

따라서 이상과 같은 본 발명은 열매체유를 이용하는 축열식 전기 보일러에서 열매체유와 물과의 열교환 과정에 우려되는 폭발의 위험과 열손실을 해소하여 안전하고 편리하게 사용할 수 있게 되는 매우 유용한 발명이다

Claims (2)

1. 원통형의 열매체유조(1) 하방에는 전기히터(2)를 구성하고 그 외곽에는 수조(3)를 배치하여 구성되는 축열식 전기 보일러에 있어서, 열매체유조(1)와 수조(3) 사이에 단열재(10)를 충진시키고, 수조(3) 외곽으로는 보온 단열재(11)를 충진 구성하며, 열매체유조(1)의 하부공간(12)에는 순환펌프(13)를 수납시켜 열매체유조(1)의 열매체유를 순환펌프(13)를 통하여 수조(3) 내에 나선형으로 설치 구성한 열교환 파이프(14)와 연결하고, 하부공간(12)의 또 다른 순환펌프(13a)는 열매체유조(1)의 열매체유를 순환펌프(13a)를 통하여 급탕용 탱크 또는 온풍기등과 연결할 수 있도록 구성함을 특징으로 한 열매체유를 이용한 축열식 전기 보일러
2. 제 1항에 있어서,

   수조(3)에 나선형으로 열교환 파이프(14)를 설치하고 열매체유(1)의 열매체유관을 순환펌프(13)로 연결하여 열교환이 이루어지게 구성함을 특징으로 한 열매체유를 이용한 축열식 전기 보일러