KR100980804B1 - Heating device using radiation and outdoor heating apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 난방장치에 관한 것으로, 그 목적은 야외행사시 넓은 공간에 열이 전달되도록 복사율이 높은 반사장치를 이용한 이동식 난방장치를 제공함에 있다.The present invention relates to a heating apparatus, and an object thereof is to provide a portable heating apparatus using a reflector having a high emissivity so that heat is transmitted to a wide space during an outdoor event.
상기 목적달성을 위한 본 발명은 본 발명은 야외에서 사용되는 난방장치로서, 거치대를 구비하는 이동이 가능한 구조물; 및 상기 거치대 상단에 설치되고 복사열을 발생하는 가열기구를 구비하는 가열장치를 포함하며; 상기 가열기구는 열을 발생시키는 적어도 하나의 발열기를 구비하는 발열부와, 발열부의 열을 복사시키는 반사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 난방장치에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.The present invention for achieving the above object is a heating device used outdoors, a movable structure having a cradle; And a heating device installed at the top of the holder and having a heating mechanism for generating radiant heat; The heating mechanism includes a heating unit having at least one heat generating unit for generating heat, and a heating unit comprising a reflecting unit for radiating heat of the heating unit.
야외난방, 난방장치, 발열기, 구형 반사판, 근적외선 할로겐 램프, 복사난방. Outdoor heating, heating, heat generators, spherical reflectors, near-infrared halogen lamps, radiant heating.
Description
본 발명은 난방장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 야외행사시 넓은 공간에 열이 전달되도록 복사율이 높은 반사장치를 이용한 이동식 난방장치를 제공함에 있다.The present invention relates to a heating apparatus, and more particularly, to a mobile heating apparatus using a reflector having a high emissivity so that heat is transmitted to a wide space during an outdoor event.
겨울철에 입학식이나 졸업식 등의 야외행사가 있을 경우 야외에서의 활동성 증대를 위한 야외난방이 요구된다.If there is an outdoor event such as an entrance ceremony or graduation ceremony in winter, outdoor heating is required to increase the activity outdoors.
일반적으로 실내 난방에서는 300~400℃의 발열장 온도를 가지는 가스히터나 500~600℃의 발열장 온도를 가지는 원적외선 히터가 이용되고 있다. 그러나, 이러한 히터는 대류와 복사가열 방식을 함께 사용하므로 열손실이 큰 편이고, 실외에서는 바람 등의 영향으로 인한 공기 유동으로 가열기능이 현저히 떨어진다. 이에 따라, 난방효과에 비해 에너지 소비가 크다. 또한, 이러한 방식을 이용한 야외난방장치의 경우 행사장의 전체적인 난방이 가능한 것이 아니고, 난방장치 주변의 국지적인 난방만이 가능하다.In general, a gas heater having a heating field temperature of 300 to 400 ° C. or a far infrared heater having a heating field temperature of 500 to 600 ° C. is used in indoor heating. However, since the heater uses convection and radiant heating together, the heat loss tends to be large, and the heating function is considerably deteriorated due to the air flow due to the influence of wind. Accordingly, the energy consumption is larger than the heating effect. In addition, in the case of the outdoor heating device using this method, the entire heating area of the venue is not possible, but only local heating around the heating device is possible.
반면, 복사 열전달은 적외선에 의해 직접 열을 전달하므로 바람이 심하게 부는 계절의 야외 난방장치에 적합하다.Radiant heat transfer, on the other hand, transfers heat directly by infrared radiation, making it suitable for outdoor heating in heavily windy seasons.
한편, 복사 열전달을 최대화하기 위해서는 반사판의 최적설계가 매우 중요하다.On the other hand, the optimum design of the reflector is very important to maximize the radiant heat transfer.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 야외 행사시 넓은 공간에 열이 효율적으로 전달되도록 복사율이 높은 반사장치를 이용한 난방장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, an object of the present invention is to provide a heating apparatus using a reflector having a high emissivity so that heat is efficiently transmitted to a large space during an outdoor event.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 야외에서 사용되는 난방장치로서, 거치대를 구비하는 이동이 가능한 구조물; 및 상기 거치대 상단에 설치되고 복사열을 발생하는 가열기구를 구비하는 가열장치를 포함하며; 상기 가열기구는 열을 발생시키는 적어도 하나의 발열기를 구비하는 발열부와, 발열부의 열을 복사시키는 반사부를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the present invention provides a heating device that is used outdoors, a movable structure having a cradle; And a heating device installed at the top of the holder and having a heating mechanism for generating radiant heat; The heating mechanism may include a heat generating unit including at least one heat generating unit for generating heat, and a reflecting unit radiating heat of the heat generating unit.
또, 상기 반사부는 구형 반사판 또는 다각 반사판으로 이루어질 수 있다.In addition, the reflector may be formed of a spherical reflector or a polygonal reflector.
또한, 상기 구형 반사판은 a/R이 0.52 내지 0.53의 범위의 값을 갖을 수 있다. 이때, a는 구형 반사판과 발열기 사이의 거리, R은 구형 반사판의 구에 대한 반경.In addition, the spherical reflector plate may have a value of a / R in a range of 0.52 to 0.53. Where a is the distance between the spherical reflector and the heater, and R is the radius of the sphere of the spherical reflector.
또, 상기 구형 반사판은 적어도 두 개의 발열기를 구비하며, 발열기의 개수에 따라 c/R이 0.04 내지 0.23의 범위의 값을 갖을 수 있다. 이때, c는 각 발열기 사이의 거리.The spherical reflector may include at least two heat generators, and c / R may have a value ranging from 0.04 to 0.23 depending on the number of heat generators. Where c is the distance between each heater.
또한, 상기 다각 반사판은 높이와 너비의 비가 1.5, 반사판의 각도가 30도를 가지는 사각 반사판일 수 있다.In addition, the polygonal reflector may be a rectangular reflector having a height and width ratio of 1.5 and an angle of 30 degrees of the reflector.
또, 상기 발열부는 1800℃~2500℃의 표면온도를 갖을 수 있다.In addition, the heat generating unit may have a surface temperature of 1800 ℃ ~ 2500 ℃.
또, 상기 발열기는 고 발열량을 발생시키는 근적외선 할로겐 램프 또는 세라믹 히터일 수 있다.In addition, the heat generator may be a near-infrared halogen lamp or a ceramic heater to generate a high heat generation amount.
또한, 가열장치에 전력을 공급하는 전력공급기를 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include a power supply for supplying power to the heating device.
또, 상기 전력공급기는 발전기 또는 변압기 또는 충전지일 수 있다.In addition, the power supply may be a generator or a transformer or a rechargeable battery.
반면, 복사를 이용한 발열기구로서, 적외선을 발생하는 두 개 이상의 발열기; 및 상기 발열기에서 발생된 적외선을 반사시키는 구형 반사판을 포함하며, 상기 구형 반사판은, a/R이 0.52 내지 0.53의 범위의 값을 갖는 발열기구를 포함할 수 있다.On the other hand, as a heat generator using radiation, two or more heat generators for generating infrared rays; And a spherical reflector reflecting infrared rays generated by the heat generator, wherein the spherical reflector may include a heat generator having a / R in a range of 0.52 to 0.53.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 야외 난방용 발열기구는 열전달이 복사의 형태로 이루어져 실외에서의 바람 등의 영향을 받지 않는다. 따라서, 야외에서 보다 효율적인 난방효과를 줄 수 있다. 또, 반사판의 최적설계로 높은 에너지 효율로 난방효과를 줄 수 있다.As described above, the heat generating device for outdoor heating according to the present invention is heat-transmitted in the form of radiation and is not affected by the wind or the like outdoors. Therefore, more efficient heating effect can be provided outdoors. In addition, the optimum design of the reflector can provide a heating effect with high energy efficiency.
또한, 본 발명에 따른 야외 난방장치는 차량 등으로 이루어진 이동식 구조물을 이용하여 여러 야외 행사장으로의 이동할 수 있으므로 활용성이 다양하다.In addition, the outdoor heating device according to the present invention can be moved to various outdoor event venues by using a mobile structure made of a vehicle or the like, and thus has various applications.
또한, 가열장치 대신 조명장치로서 사용한다면 야간 활동시 넓은 범위에 조명효과를 줄 수 있다.In addition, if used as a lighting device instead of a heating device can give a wide range of lighting effects during night activities.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 예시도이고, 도 2 는 본 발명에 따른 가열장치의 예시도이다.1 is an exemplary view according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 2 is an exemplary view of a heating apparatus according to the present invention.
도 1 및 도 2 를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 난방장치는 구조물(1)과, 가열장치(2)를 포함한다.1 and 2, a heating apparatus according to a preferred embodiment of the present invention includes a structure 1 and a
구조물(1)은 전력공급기(11)와 거치장치(12)를 구비하는 이동이 가능한 장치로 이루어진다. 구조물(1)은 장비를 탑재하여 이동시킬 수 있는 구동물로서, 차량이나 또는 이동식 크레인인 것이 바람직하다.The structure 1 consists of a movable device having a
전력공급기(11)는 가열장치(2)에 전력을 공급하는 수단으로서, 발전기 또는 충전지 또는 변압기 등의 출력수단을 사용하는 것이 바람직하다.The
거치장치(12)는 복사열을 넓은 장소(3)에 조사시킬 수 있도록 가열장치(2)를 높은위치에 위치시키기 위한 것으로 일정한 무게를 지지할 수 있는 탑 형태 이루어지는 것이 바람직하다.
가열장치(2)는 하나 이상의 가열기구(20)를 구비하며, 각 가열기구(20)는 하나 이상의 발열기(211)로 이루어진 발열부(21)와 발열부(21)의 열을 복사시키는 반사부(22)를 포함한다.The
발열부(21)는 복사를 위주로 사용하기 위한 전열기로서 야외에서 열전달이 효과적으로 이루어지도록 1800℃~2500℃의 표면온도가 발생되는 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 발열램프나 세라믹 히터처럼 발열장의 표면온도가 상당히 높은 경우 대부분의 열이 적외선 형태로 전달되므로, 발열부(21)로 사용하기 적합하다.The
발열기(211)는 예를 들어, 고 발열량을 발생시키는 근적외선 할로겐 램프인 것이 바람직하다. 근적외선 할로겐 램프는 표면온도가 2000℃ 내외의 표면온도와 2000Ｗ 내외의 발열량을 가지며, 대부분의 열이 적외선 형태로 이루어지는 것이 특징이다.The
반사부(22)는 구형 반사판 또는 다각 반사판으로 형성할 수 있다. 구형 반사판은 오목한 구면으로 이루어진다. 다각 반사판은 다수를 배열해야하는 공간적 효율을 고려할 때 사각 반사판을 사용하는 것이 바람직하나 그 형상에 한정하는 것은 아니다. 구형 반사판은 근적외선 할로겐 램프를 사용하고, 사각 반사판은 세라믹 히터를 사용하는 것이 바람직하다.The
이하에서는 본 발명에 따른 반사부(22)의 최적설계를 위한 해석방법을 설명한다.Hereinafter, an analysis method for optimal design of the
해석을 수행함에 있어, 적외선으로 이루어지는 복사열전달을 가시광선으로 상사시켜 반사판의 성능을 평가하였다.In performing the analysis, the radiation plate heat transfer made of infrared rays was similar to visible light to evaluate the performance of the reflector.
반사판의 성능을 결정하는 주요 변수는 다음과 같다. 사각 반사판의 경우 도 3에 도시된 바와 같이, 높이와 너비의 비인 h/w 와 반사판의 각도 α로 설정한다. 구형 반사판의 경우는 도 4에 도시된 바와 같이, 반사판의 구에 대한 반경 R과 반사판으로부터 광원까지의 거리 a, 그리고 각 광원 사이의 거리 c로 설정한다. The main variables that determine the performance of the reflector are as follows. For a
반사판 전면의 전체 반구면상의 조도를 면적 적분하고 이것을 가지고 반구면 상의 일부 목적면 상의 조도 면적 적분치를 나누면 목적면으로의 복사열전달 효율을 구할 수 있다. 이 값을 극대화하는 반사판이 최적면이 된다.By integrating the area roughness on the entire hemispherical surface in front of the reflector and dividing the area roughness area on some of the target surfaces on the hemispherical surface, the radiative heat transfer efficiency to the target surface can be obtained. The reflector that maximizes this value is the best surface.
다양한 변수들을 갖는 여러 반사판에 대해 해석을 수행하였는데 그 규격은 표 1과 같다.Analysis was performed on several reflectors with various variables, the specifications of which are shown in Table 1.
해석적 결과를 얻기 위해 사각 반사판의 경우는 OpticsLab522 라는 상용프로그램을 이용하였고 구형 반사판의 경우는 렌즈이론 및 형상계수의 개념을 적용하였다.
In order to obtain analytical results, a commercial program called OpticsLab522 was used for the rectangular reflector and the concept of lens theory and shape factor was applied for the old reflector.
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OpticsLab522 는 광선추적프로그램으로서 광원에서 조사된 총 빛의 양과 특정위치로 조사된 빛의 양의 비를 구할 수 있다.OpticsLab522 is a ray tracing program that can calculate the ratio of the total amount of light emitted from a light source to the amount of light emitted at a specific location.
도 5 및 도 6 은 구형 반사판의 근사해석을 위한 개념을 도시하고 있다. 열원과 피 가열면 사이의 형상계수는 반사판을 바라보고 있는 후방 절반면과, 그 반대편인 피 가열면을 직접 바라보고 있는 전방 절반면으로 나누어 생각하고 각각의 형상계수를 구한다. 그리고 이 두 값의 평균을 내는 방법에 의해 총괄 형상계수 즉, 효율을 구할 수 있다.5 and 6 illustrate a concept for approximate analysis of the spherical reflector. The shape coefficient between the heat source and the surface to be heated is divided into a rear half face looking at the reflecting plate and the front half face looking directly at the opposite heat face, and each shape coefficient is obtained. The overall shape coefficient, or efficiency, can be obtained by averaging these two values.
도 5에서 도시된 바와 같이, 광원이 피 가열면을 바로 바라보고 있는 전방 절반면의 경우는 다음 (1)식과 같이 형상계수를 구할 수 있다.As shown in FIG. 5, in the case of the front half surface where the light source directly faces the surface to be heated, a shape coefficient may be obtained as in the following Equation (1).
여기서 F는 형상계수, A는 피 가열면의 면적, l은 광원으로부터 피 가열면까지의 거리를 나타낸다.Where F is the shape coefficient, A is the area of the surface to be heated, and l is the distance from the light source to the surface to be heated.
도 6에서 도시된 바와 같이, 광원이 반사판을 바라보고 있는 후방 절반면의 경우는 반사판의 반사에 의해 반사판에서 b만큼 떨어진 거리에 그 상이 맺히므로 상이 맺히는 지점에서 피 가열면를 바라보고 있는 전방 절반면으로 생각할 수 있다. 따라서 식(2)에서의 l 대신 (l-b+a)를 대입함으로써 다음 (2)식과 같이 그 형상 계수를 구할 수 있다.As shown in FIG. 6, in the case of the rear half surface where the light source faces the reflecting plate, the image is formed at a distance b away from the reflecting plate by the reflection of the reflecting plate. You can think of it as Therefore, by substituting (l-b + a) instead of l in the formula (2), the shape coefficient can be obtained as in the following formula (2).
광학에서의 렌즈이론에 의하여 광원과 반사판 사이의 거리인 a와 초점거리인 f, 그리고 반사판으로부터 상이 맺히는 거리인 b와의 관계식은 다음 (3)식과 같다.By theory lens in the optical distance of a focal length of f, and the temperature may cause problems with the relational expression differs from the distance of b from the reflector between the light source and the reflection plate is equal to the following expression (3).
식(3)에서 초점거리 f = R/2이 되고, 여기서 R은 구면 반사판의 반경을 나타낸다. 식(2)에 식(3)를 b에 관해 정리하여 대입하면 반사판을 바라보고 있는 후방 절반면의 형상계수를 구할 수 있다. 이 후방 절반면의 경우는 반사판에 의해 반사가 되므로 반사판이 가지는 광학적 물성치인 반사율에 의해 초기 광원의 방출 조도보다 더 약해지게 된다. 따라서, 식(2)에 반사판의 반사율을 곱하여 최종적으로 형상계수를 구한다. 이렇게 구해진 피 가열면을 바로 바라보고 있는 반구부분의 형상계수와 반사판을 바라보고 있는 반구부분의 형상계수를 평균을 취함으로써 다음 (4)식과 같이 구형 반사판의 총괄 형상계수, 즉 효율을 구할 수 있다.In equation (3), the focal length f = R / 2 , where R represents the radius of the spherical reflector. By substituting equation (3) into b in equation (2), the shape factor of the rear half face facing the reflector can be obtained. Since the rear half surface is reflected by the reflector, the reflectance, which is an optical property of the reflector, becomes weaker than the emission intensity of the initial light source. Therefore, the shape coefficient is finally obtained by multiplying the reflectance of the reflector by equation (2). By averaging the shape coefficients of the hemispherical part directly looking at the surface to be heated and the shape coefficients of the hemisphere looking at the reflecting plate, the overall shape coefficient of the spherical reflecting plate, that is, the efficiency can be obtained as shown in Equation (4). .
여기서 a는 각 램프사이의 거리인 c에 따라 조절되며 
각각의 다른 주요변수를 가지는 여섯가지 경우에 대한 사각 반사판의 해석효 율과 식(4)을 이용하여 구형 반사판의 해석효율을 표 2에 나타내었다.Table 2 shows the analysis efficiency of the rectangular reflector using equation (4) and the analysis efficiency of the rectangular reflector for six cases with different main variables.
위의 결과를 통하여 사각 반사판의 경우 대략 50% 내외의 효율을 가짐을 알 수 있다. 또한 h/w가 같을 경우 a가 15°일 때보다 30°일 때 더욱 큰 효율을 얻을 수 있으며, a가 같을 경우 h/w가 커질수록 효율이 커지는 경향이 있음을 알 수 있다. (오차 범위가 넓은 Case 1과 같은 경우는 무시하였다.)From the above results, it can be seen that the rectangular reflector has an efficiency of about 50%. Further, when h / w is the same, a greater efficiency can be obtained when a is 30 ° than when a is 15 °, and when a is the same, the efficiency tends to increase as h / w increases. (The case of case 1 with wide error range is ignored.)
구형 반사판의 경우는 40% 가량의 효율을 보인다. 다만, 이는 한 가지 형상에 대하여 얻은 결과이므로 일반화하기는 어렵다. 위의 식(4)를 살펴보면, R, a, 그리고 c의 어느 한 변수에 변화에 따라 경향이 바뀌는 것이 아니라 주요변수들의 특정한 조합에 의해 최대 효율을 가지게 됨을 알 수 있다. The spherical reflector has an efficiency of about 40%. However, this is a result obtained for one shape, so it is difficult to generalize it. Looking at Equation (4) above, it can be seen that the maximum efficiency is obtained by the specific combination of the main variables, rather than the change in the trend of any one of R , a , and c variables.
표 3에는 구형 반사판에서 여러 설계인자를 바꾸어 가며 계산한 결과가 나타나 있다.Table 3 shows the results obtained by varying the design factors of the spherical reflector.
여기서, a는 구형 반사판과 근적외선 할로겐 램프 사이의 거리이고, c는 각 램프 사이의 거리이며, R은 구형 반사판의 구에 대한 반경을 나타낸다.Where a is the distance between the spherical reflector and the near infrared halogen lamp, c is the distance between each lamp, and R represents the radius of the sphere of the spherical reflector.
표 3으로부터 알 수 있듯이 구형 반사판의 경우 a/R이 0.52 ~ 0.53 일 때 최대 효율을 가짐을 알 수 있다. 최대효율을 갖기 위한 램프 사이의 간격은 램프 개수에 따라 달라진다.As can be seen from Table 3, the spherical reflector has the maximum efficiency when a / R is 0.52 to 0.53. The spacing between lamps for maximum efficiency depends on the number of lamps.
위에서 여러 가지 경우의 반사판을 비교한 결과 가장 큰 효율을 가지는 반사판은 높이와 너비의 비가 1.5이고, 반사판의 각도가 30°인 사각 반사판(Case 6)임을 알 수 있다. 이 사각 반사판의 성능은 최적화한 구형 반사판보다 우수하다. 하지만 반사판이 차지하는 자체부피와 각 반사판에 설치할 수 있는 열원에서 방출하는 열량의 크기를 고려한다면 사각 반사판보다 구형 반사판을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. As a result of comparing the reflecting plates of the various cases above, it can be seen that the reflecting plate having the greatest efficiency is a square reflecting plate (Case 6) having a height and width ratio of 1.5 and an angle of the reflecting plate 30 °. The rectangular reflector performs better than the optimized spherical reflector. However, it may be preferable to use a spherical reflector rather than a rectangular reflector considering the volume of the reflector and the amount of heat emitted from the heat source installed in each reflector.
이상과 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시 예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 된다. 따라서 상기에서 설명한 것 외에도 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람은 본 발명의 실시 예에 대한 설명만으로도 쉽게 상기 실시 예와 동일 범주 내의 다른 형태의 본 발명을 실시할 수 있거나, 본 발명과 균등한 영역의 발명을 실시할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Shall not be construed as being understood. Therefore, a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains may easily implement other forms of the present invention within the same scope as the above-described embodiments, or the present invention only by the description of the embodiments of the present invention. It will be possible to practice the invention in the same and equal range.
도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 예시도,1 is an exemplary view according to a preferred embodiment of the present invention,
도 2 는 본 발명에 따른 가열장치의 예시도,2 is an exemplary view of a heating apparatus according to the present invention,
도 3 은 본 발명의 일실험예의 사각 반사판의 개략도,3 is a schematic view of a rectangular reflector of an experimental example of the present invention;
도 4 는 본 발명의 일실험예의 구형 반사판의 개략도,4 is a schematic view of a spherical reflector of an experimental example of the present invention;
도 5 는 형상계수를 구하기 위한 전방을 향한 구형 반사판의 계락도,5 is an exploded view of a forward-facing spherical reflector for obtaining a shape factor;
도 6 은 형상계수를 구하기 위한 후방을 향한 구형 반사판의 계략도.6 is a schematic view of a rearward facing spherical reflector for obtaining a shape factor;
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1 : 구조물1: Structure
11 : 전력공급기11: power supply
12 : 거치장치12: mounting device
2 : 가열장치2: heating device
20 : 가열기구20: heating mechanism
21 : 발열부21: heating part
211 : 발열기211: heater
22 : 반사부22: reflector
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