KR100994888B1 - 고온에 대한 내구력을 갖춘 보온용 피이 물탱크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온수 또는 냉수를 저장하여, 샤워 등의 온수 사용과 건물 및 냉 난방 하우스 등의 냉 난방을 하기 위한 것으로, 특히 약 80〔℃〕 온도에서 장기간 동안의 저장에도 저장 탱크 모양의 변형이 일어나지 않는 특성을 갖추어, 온도에 대한 내구력을 갖춘 보온용 물탱크에 관한 것으로서,

상기 보온용 물탱크는 한 개의 큰 물탱크 내에 크기는 약간 작고 같은 모양의 한 개의 물탱크를 내장시키고, 이와 같은 내장에 의해 발생하는 큰 물탱크 벽과 작은 물탱크 벽 사이의 공간을 이용하여, 온도에 대한 내구력 및 보온력 증진을 위한 방식이다.

상기 작은 물탱크 벽의 외 측면에는 접착제를 사용하여 얇은 철판을 접착시키고, 또한 물탱크 벽에 접착된 철판 위의 표면에 접착제를 바른 다음, 길이가 긴 베로 철판 위를 여러 겹 감아 온도에 대한 내구력을 한번 더 증진시키고, 그리고 작은 물탱크 바닥의 외 측면에는 철판과 고밀도 스티로폼을 차례로 접착시킨다.

상기와 같이 온도에 대한 내구력이 증진된 작은 물탱크는 윗부분이 잘린 후 일시적으로 윗부분이 제거된 상태에 있는 큰 물탱크 내에 넣어지며, 작은 물탱크가 넣어진 후에 큰 물탱크의 잘라진 윗부분은 원래의 위치로 맞추어진 후에 고정된다.

큰 물탱크와 내장된 작은 물탱크의 벽과 벽 사이의 공간은 우레탄 폼의 주입 또는 우레탄 스폰지 등으로 충전되어 단열 특성이 매우 증진되며, 필요한 개수의 유체 유입 및 유출 구를 갖추어 사용하게 된다.

이와 같은 새로운 방식에 의해 만들어지는 고온에 대한 내구력을 갖춘 보온용 PE(폴리에칠렌) 물탱크는 기존 제품과 비교하여 보온력 및 온도에 대한 내구력 등의 기능면에 있어서 우수하고, 제작비가 저렴하므로 널리 사용될 수 있는 특징을 갖추어, 태양에너지를 온수 사용 및 냉 난방 등에 사용하게 되므로, 유류 또는 전기에너지의 절약에 기여할 수 있고 그리고 매우 중요한 문제인 지구 온난화 문제의 해결에 일조할 것으로 판단된다.

온수 저장 탱크, 온수에 의한 난방, 냉수에 의한 냉방.

Description

고온에 대한 내구력을 갖춘 보온용 피이 물탱크 {Keeping warm PE water tank with durability to high temperature }

시중에서 또는 보온 물통을 만드는 회사에서 약 80〔℃〕 이상의 물을 장기간 보존하는 보온력 및 변형에 대한 내구력을 갖춘 1ton, 3ton, 20ton 등의 물탱크 제품을 구입하려 한다면, 제품의 성능과 가격에서 적절한 것을 찾기가 무척이나 어렵고, 또한 만족스럽지 않지만 비슷한 성능의 제품들은 매우 고가이다.

성능이 우수한 대용량 보온용 물탱크는 다양한 용도로 사용될 수 있고, 겨울에는 장기간 저장되는 온수를 이용하여, 필요시에 별도의 가열 없이도 매우 편리하게 샤워 등을 할 수 있으며, 난방에 유용하게 사용할 수 있는 장점이 있다..

특히 태양열 집열판에서 생산되는 온수를 장기간 저장할 수 있다면, 햇볕이 날 때 대용량으로 저장하고, 추울 때 난방용으로 사용하여 기름 없이도 난방이 가능하다.

또한 축열 용량이 작고, 쉽게 식을 수 있는 화목 보일러의 온수를 화력이 좋을 때 별도의 대용량 온수 탱크에 저장하여 난방에 사용한다면, 유류나 전기 등의 사용에 의한 난방 에너지를 월등히 줄일 수 있어서, 공해 물질 및 이산화탄소량을 감소시키는데 기여하므로, 지구의 환경 보존이 기여할 것으로 판단된다.

본 발명은 약 80〔℃〕의 물을 물탱크에 저장함에 있어서, 온도에 대한 내구력 및 보온력을 갖춘 약 1ton에서 30ton 사이의 보온용 물탱크에 관한 것으로,

기존에 생산되고 있는 약 30ton 이하의 일체 성형 공법으로 제작된 PE(포리에칠렌) 물탱크를 사용하여 보온력 및 온도에 대한 내구력을 증가시켜서, 널리 보급될 수 있는 새로운 방식의 보온 물통 제작 방법에 관한 것이다.

태양열 집열판의 온수 탱크 그리고 화목 보일러 등의 온수통의 용량은 일반적으로 저장되는 열용량 계산에 따르겠지만, 집열판의 증설이나 햇볕 좋을 때의 넉넉한 온수의 장기간 보관 그리고 식어가는 화목 보일러를 생각하면, 장기간 보존할 수 있는 대용량의 온수 탱크가 필요하다.

수ton에서 몇 백ton에 이르는 대용량 물탱크는 주로 조립형으로 대부분 산업용으로 사용되고 있으며, 우레탄을 보온재로 내재한 내열성 FRP 또는 고밀도 PE 등이 사용되고 있으나, 고온을 장시간 유지할 수 있는 재료의 사용으로 상당히 고가로서 범용적으로 사용되기는 부적절하다고 볼 수 있다.

심야 전기용 큰 물통은 35〔Kw〕에 약 2.7ton의 온수 용량을 사용하고 있고, 태양열에서는 가로 1〔m〕 세로 2〔m〕의 집열판 10장 설치에 약 1ton 정도의 온수 탱크를 사용하고 있다.

일반적으로 이들 심야전기나 화목 보일러 등에 사용되고 있는 몇 톤 이하의 보온 물통 제작 재료로서 우레탄을 보온재로 사용하고 그리고 물 저장에 녹이 색기 지 않게 표면 처리된 5〔㎜〕 정도의 철판 또는 스텐인리스 등의 사용으로 매우 무거운 단점을 갖추고 있고, 용량에 비하여 가격 또한 만만치가 않으며, 이러한 제작 방법으로는 더 큰 용량의 보온용 물탱크를 만든다는 것은 실용성이 결여될 수 있다.

기존에 많이 사용되고 있는 물탱크 재료인 PE (폴리에칠렌)는 내열 온도가 80〔℃〕, 변형 온도가 85〔℃〕로서 -40〔℃〕에서 100〔℃〕까지 사용할 수 있으나, 실제 사용에 있어서는 60〔℃〕가 넘으면 변형되는 것으로 알려져 있고, FRP 보온용 물탱크도 같은 문제점을 갖추고 있는 것으로 알려져 있다.

본 발명은 종래 사용되고 있는 보온용 물탱크의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 약 1ton에서 30ton 정도까지 기존 제품으로 출하되고 있는 일체 성형 공법으로 제작되고 있는 PE (폴리에칠렌) 물탱크를 사용하여, 단열 특성 및 온도에 대한 내구력을 매우 향상시키고, 가격 면에서 범용적으로 사용될 수 있는 새로운 보온용 물탱크의 개발에 있다.

이와 같은 새로운 방식에 의해 만들어진 고온에 대한 내구력을 갖춘 보온용 PE 물탱크는 기존의 보온용 물탱크 제품과 비교하여 가격 대비 보온 및 온도에 대한 내구력 등의 기능면에서 우수한 특징을 갖추어, 온수 및 냉 난방 등에 널리 사용할 수 있게 되므로 유류 또는 전기에너지의 절약에 기여할 것으로 판단된다.

우리의 생활에서 온수는 겨울과 봄 가을 그리고 여름에도 필요하며, 주거지 및 원예용 하우스 등의 난방에 그리고 샤워 등의 다양한 곳에 아주 편리하게 사용되고 있다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 80〔℃〕 이상의 물을 장기간 보존하는 물탱크의 단열성을 증진시키고, 특히 80〔℃〕 이상 보존 온도에서 물탱크의 변형이 발생하지 않아서 난방에 사용할 수 있는 약 1ton에서 30ton 정도까지의 보온용 물탱크 개발에 있다.

이와 같은 보온용 물탱크는 대용량의 태양열 집열판에서 생산되는 온수를 장기간 보존하여 사용할 수 있고, 화목 보일러 등의 화력이 일시적으로 집중되는 또는 버려지는 폐열을 저장하여 사용할 수 있는 여건을 제공하여 화석 에너지의 절감에 크게 기여할 것이다.

본 발명의 보온용 물탱크는 한 개의 큰 물탱크 내에 크기는 약간 작고 같은 모양의 한 개의 물탱크를 내장시켜서 발생하는 공간을 이용하여 온도에 대한 내구력 및 보온력을 해결하고자 한다.

본 발명은 같은 모양의 크고 그리고 작은 두 개의 물탱크를 사용하여, 큰 물탱크 내에 작은 물탱크를 내장시켰을 때 발생하는, 큰 물탱크와 작은 물탱크 사이 의 공간을 이용하여 내열성 내구성을 높이고, 같은 탱크 용량에 비교하여 널리 보급될 수 있는 특성을 갖춘 보온 물탱크 개발에 있다.

큰 물탱크 내에 내장되는 작은 물탱크 벽의 외 측면에는 얇은 철판을 접착시키고, 철판 위의 표면에 접착제를 바른 다음 길이가 긴 베를 여러 겹 감아 온도에 대한 내구력을 증가시키며, 바닥의 외 측면에도 철판을 붙이고 그리고 철판 위에 고 밀도 스티로폼을 부착시킨다.

큰 물탱크 내에 작은 물탱크를 내장시키게 되면, 큰 물탱크 벽과 작은 물탱크 벽의 사이에 공간이 발생하게 되는데, 이 공간에는 포리 우레탄 폼의 주입 또는 우레탄 스폰지 등의 단열재를 충전시킨다.

물탱크 벽과 벽 사이의 간격은 대략 10 〔㎝〕간격을 선택하며, 필요에 따라 가감할 수 있고, 보온 물탱크가 완성되면 적절한 개수의 물의 유입구와 유 출구를 생성시켜 사용하게 된다.

내장시키는 방법으로는 큰 물탱크의 윗부분을 자르고, 작은 물탱크를 넣은 다음, 잘라진 큰 물탱크의 윗부분을 다시 원래의 위치로 복귀시킨 후에 고정한다. 그리고 작은 물탱크의 입구가 작은 경우에는 작은 물탱크의 윗부분도 잘라서 작업을 수행하게 된다.

나중의 보수를 생각해서 작은 물탱크 윗부분의 잘라진 선의 아래쪽에만 포리 우레탄 폼을 충전시키고, 작은 물탱크의 잘라진 선의 윗부분에서 큰 물탱크의 입구까지는 우레탄 스폰지로 충전시킨다.

우리나라 1[m]×2[m] 넓이의 지표면에 받는 하루 동안의 년 평균 열에너지는 6000[㎉] 로, 전기량으로 환산하면 약 7[㎾h] 정도 되며, 1[ton]의 물을 약 6[℃] 정도 올릴 수 있다.

우리나라 태양열 집열판의 표준 크기 규격인 1[m]×2[m] 를 15개 시설을 하게 되면, 하루 동안 1[ton]의 물을 90[℃] 올릴 수 있으며, 전기량으로는 약 100[㎾h]이고, 보일러에서 기름 1[ℓ]에 약 9000[㎉] 열을 이용할 수 있다면 10[ℓ]의 기름에 해당하며, 이는 주거지 25평을 난방할 수 있는 기름량이다.

이와 같이 지표면에 도달하는 무한한 태양의 열 에너지를 온수로 만든 다음, 단열이 잘되고 그리고 변형이 없는 온수 탱크에 대용량으로 저장해서 백만 가구가 난방에 사용한다면, 하루에 천만 리터의 기름을 절약할 수 있고, 100일 동안 사용한다면, 십억 리터를 절감하는 효과를 가져 올 수 있다.

그리고 나무 보일러, 연탄 보일러 등의 일시적으로 화력을 많이 내는 또는 버려지는 폐열 등을 대용량의 온수 탱크에 저장하여 사용할 수 있다.

또한 여름철 지열 교환에 의해 계속해서 저장되고 있는 15[℃] 보온용 물 탱크의 물을 지속적으로 사용할 수 있다면, 더 차갑게 하지 않아도 냉매의 역할을 충분하게 할 수 있으므로, 전기 모터 압축 또는 가스 엔진에 의한 냉방의 에너지를 절약할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 의한 고온에 대한 내구력을 갖춘 보온용 PE 물탱크는 자연 에너지를 이용하여 냉난방 및 온수를 편리하게 사용할 수 있다.

더불어 태양열 집열판은 효율이 비교적 낮은 태양 광전지와 비교하여 효율이 매우 높으므로, 즉 상용화된 광 발전시스템의 광전변환 효율을 10[％] 라 한다면, 1[m]×1[m] 에 0.1[㎾] 가 정격용량이므로, 태양열과 비교하기 위한 1[m]×2[m]의 정격용량은 0.2[㎾] 이다.

햇볕이 지상을 비추고 있는 시간은 년 평균 하루 3.84 시간이므로, 년 평균으로 하루 발전량은 1[m]×2[m]에서 1[㎾h] 가 안 되므로, 열을 축열 함에 있어서 손실이 매우 적다고 가정하면, 태양 광 발전 시스템은 전기량으로 계산한 태양열 집 열 장치 7[㎾h] 와 비교하여 효율이 20[％] 이하이다.

따라서 현재 상황에서는 저렴한 태양열 집 열 장치에 대용량 보온용 물탱크를 사용한다면, 태양 광 발전 시스템보다 5배 이상의 효율을 가지므로, 화석 연료 절감과 온난화 방지에 크게 기여할 것으로 판단된다.

본 발명은 온수 또는 냉수를 저장하여, 온수의 사용과 냉난방을 실시하기 위한 것으로, 특히 80[℃] 이상의 온도에서 장기간 동안 저장에도 변형에 대한 내구력이 우수하고, 단열 특성 또한 우수한 보온용 PE(포리에칠렌) 물탱크의 제작 방법에 관한 것으로서,

상기 보온용 물탱크는 약 1ton에서 30ton 정도까지 제품으로 출하되고 있는 일체 성형 공법으로 제작되고 있는 PE (폴리에칠렌) 물탱크 두 개를 이용하여, 한 개의 큰 물탱크 내에 크기는 약간 작지만 한 개의 작은 물탱크를 내장시켜서, 큰 물탱크의 벽과 작은 물탱크의 벽 사이에서 발생하는 공간을 이용하여 온도에 대한 내구력 및 단열 특성을 증진시킨다.

작은 물탱크 벽의 외 측면에 100〔℃〕 이상에서 사용할 수 있는 접착제에 의해서 얇은 철판을 접착시키고, 접착된 철판 위에 접착제를 바른 다음 길이가 긴 베를 여러 겹 감아 온도에 대한 내구력을 증가시키며, 바닥의 외 측면에는 철판 및 고 밀도 스티로폼을 순서대로 접착시킨다.

상기와 같이 온도에 대한 내구력을 증가 된 작은 물탱크는 윗부분이 잘라지고 제거된 상태에 있는 큰 물탱크 내에 넣어 지며, 작은 물탱크가 내장된 다음에 큰 물탱크의 잘라진 윗부분은 원래의 위치로 결합시키고, 큰 물탱크 벽과 작은 물탱크 벽 사이에서 발생하는 공간은 포리 우레탄 폼 또는 포리 우레탄 스폰지 등의 단열재를 충전시킨 다음, 필요한 물의 유입 및 유 출구를 만든다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용은 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따르는 고온에 대한 내구력을 갖춘 보온용 PE 물탱크의 사시 도이다.

도 1의 사시 도에 나타낸 바와 같이 고온에 대한 내구력을 갖춘 보온용 PE 물탱크(1)의 주요부는 외피를 구성하는 큰 물탱크(2), 큰 물탱크(2) 내에 내장되어 있고 그리고 물과 직접 접촉되는 작은 물탱크(3), 큰 물탱크 벽(11)과 작은 물탱크 벽(7)의 사이의 철판(8) 및 철판을 감사는 베(9) 그리고 포리 우레탄(10) 등의 단열 및 온도에 대한 내구력을 증강시키는 층으로 구성된다.

온도에 대한 내구력을 높이기 위해서 작은 물탱크 벽(7)의 외 측면에는 100〔℃〕 이상에서 사용할 수 있는 접착제를 사용하여 얇은 철판(8)을 접착시키며, 이때 철판(8)의 두께는 온도에 대한 내구력 및 물의 유입(15) 유출(16)의 배관의 편의성 및 내구력 증가 정도를 생각하여 사용한다.

또한 철판(8) 위에 접착제를 바른 다음, 100[℃] 이상에서 변형이 생기지 않는 길이가 긴 베(9)를 여러 번 감아서 온도에 대한 내구력을 한층 높이고, 그리고 작은 물탱크 바닥(12)의 외 측면에도 철판(13)을 부착시키며, 부착된 철판(13)의 외측면 위에 고밀도 스티로폼(14)을 접착시킨다.

온도에 대한 내구력 작업이 끝난 작은 물탱크(3)는 큰 물탱크의 윗부분이 절단(22) 되고, 절단된 윗부분(27)이 제거된 상태에서 큰 물탱크(2) 내에 넣어지게 되는데, 특히 작은 물탱크의 윗 뚜껑(5)이 작을 경우에는 물의 유출입을 위한 자재 배관의 편의성을 위해서 작은 물탱크의 윗부분을 절단(23)하고 그리고 절단된 윗부분이 제거된 상태에서 온도에 대한 내구력 작업이 진행되고, 또한 작은 물탱크의 절단된 윗부분이 제거된 상태에서 큰 물탱크 내에 넣어진다.

이와 같이 큰 물탱크(2) 내에 작은 물탱크(3)가 내장되면, 큰 물탱크의 벽(11)과 작은 물탱크의 벽(7) 사이에는 어느 정도 일정한 공간이 발생하는데, 이 벽(11)과 벽 (7)사이에서 발생하는 일정 공간의 단열 특성을 증진시키기 위해서 작은 물탱크 윗부분 절단된 선(23)의 높이까지 포리 우레탄 폼(10) 등의 단열재를 충전시킨다.

큰 물탱크의 절단(22)된 윗부분과 작은 물탱크의 절단(23)된 윗부분이 없는 상태에서 물의 유입과 유출을 위한 배관 작업을 실시하게 된다.

배관 작업이 끝나면 큰 물탱크의 절단(22)된 윗부분(27)과 작은 물탱크의 절단(23)된 윗부분은 다시 원래의 상태로 덮여지고 고정되며, 나중에 보수를 생각하여, 작은 물탱크의 절단(23)된 부분에서 큰 물탱크의 뚜껑(4)까지의 물탱크 벽과 벽 사이의 공간(6)은 포리 우레탄 스폰지 등의 쉽게 제거될 수 있는 재료를 사용하여 충전시킨다.

보온용 물탱크(1)의 온수 및 냉수의 유입과 유출에 있어서, 물의 가열을 위한 유 출구(16)에서는 탱크 물이 나가며, 나간 물은 태양열 집열판을 순환하여 온도가 상승한 다음에 온수 유 입구(15)로 들어온다.

난방을 위한 유 출구(18)에서는 온수가 나가서, 주거지 등의 난방을 수행한 다음, 유입구(17)를 통하여 탱크 내로 들어오게 된다.

만약에 경우에 주거지 난방을 위해서 유 출구(18)에서 나가는 온수의 온도가 너무 낮을 경우, 즉 겨울에 축열 에너지가 부족한 경우를 생각하여 유 출구(18)와 주거지 발열체 사이에 나무 보일러 및 기름 보일러 등의 보조 열 공급기를 설치할 수 있도록 설계할 수도 있다.

샤워 등의 깨끗한 물을 사용할 때는 탱크 내로 냉수 유입구(19)를 통하여 유입된 다음, 열 교환기(26)를 거처 가온이 된 다음, 온수 유 출구(20)에서 유출된 온수를 사용하여 샤워 등을 할 수 있다.

보온용 물탱크(1)는 일정 수위(24)를 유지하여, 탱크 내에 물(25)을 담고 있으며, 물(25)이 부족할 경우에는 보 충수 유입구(21)를 통하여 물이 유입된다.

본 발명은 상기와 같은 특징들을 갖추어 구성되는 고온에 대한 내구력을 갖춘 보온용 PE 물탱크이다.

본 발명의 변형 범위는 본 발명의 특징부를 포함하는 당해 기술 분야에 숙련된 통상 지식을 가진자들의 범위 내에 있으며, 그러한 변형들은 본 발명의 청구항 범위 내에 있는 것으로 간주한다.

도 1은 본 발명에 따르는 고온에 대한 내구력을 갖춘 보온용 PE 물탱크의 사시 도이다.

도 2는 도 1의 A와 B 사이의 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1. 보온용 PE 물탱크.

2. 큰 물탱크.

3. 작은 물탱크.

4. 큰 물탱크의 뚜껑.

5. 작은 물탱크의 뚜껑.

6. 큰 물탱크와 작은 물탱크 사이의 공간.

7. 작은 물탱크의 벽.

8. 작은 물탱크 벽의 외 측면에 붙은 철판.

9. 여러 번 감은 베.

10. 충전된 포리 우레탄 또는 포리 우레탄 스폰지 등의 단열층.

11. 큰 물탱크의 벽.

12. 작은 물탱크의 바닥면.

13. 작은 물탱크 바닥면의 외 측면에 붙은 철판.

14. 바닥면에 붙은 철판의 외 측면에 붙은 고밀도 스티로폼.

15. 태양열 집열판에 의해 가열된 온수 유입구.

16. 태양열 집열판에 의해 가열될 물의 유 출구.

17. 주거지 난방을 끝낸 물의 유입구.

18. 주거지 난방을 위한 물의 유 출구.

19. 샤워용 냉수 유입구.

20. 샤워용 온수 유 출구.

21. 보충 수의 유입구.

22. 큰 물탱크의 윗부분을 절단했다가 다시 붙여서 고정한 선.

23. 작은 물탱크의 윗부분을 절단했다가 다시 붙여서 고정한 선.

24. 물이 담겨있는 높이.

25. 물.

26. 열 교환기.

27. 큰 물탱크의 절단된 윗부분.

Claims (2)

1. 온수 사용 그리고 냉난방을 위한 물의 유입 및 유 출구를 갖추고 있고, 약 80[℃]의 물을 장기간 저장하기 위한 보온용 물탱크에 관한 것으로서,

   상기 보온용 물탱크는 한 개의 큰 물탱크 내에, 크기는 약간 작지만 같은 모양의 한 개의 작은 물탱크를 내장시켜서,

   큰 물탱크 벽의 내 측면과 작은 물탱크 벽의 외 측면 사이 그리고 큰 물탱크의 바닥면과 작은 물탱크의 바닥면 사이의 일정 공간을 고온에 대한 내구력 및 보온력 증진을 위해 사용하는바,

   상기 작은 물탱크 벽의 외 측면에는 접착제를 사용하여 잘 휘어지는 철판을 접착시키고, 또한 철판 위에 접착제를 바른 다음, 길이가 긴 베로 철판 위를 여러 번 감아서 온도에 대한 내구력을 증진시키며, 작은 물탱크 바닥의 외 측면에도 철판을 접착시키고 그리고 철판 위에 고 밀도의 스티로폼을 접착시키며,

   큰 물탱크 내에 철판 및 베로 감아진 작은 물탱크를 내장시켰을 때, 큰 물탱크 벽의 내 측면과 작은 물탱크 벽의 외 측면 사이에서 발생하는 공간에 포리 우레탄 폼의 주입 또는 포리 우레탄 스폰지 등의 단열재를 충전시키는 것을 특징으로 하는 고온에 대한 내구력을 갖춘 보온용 PE 물탱크.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 보온용 PE 물탱크의 형태는 원통형 또는 사각박스형 등의 다양한 모양 을 특징으로 하는 고온에 대한 내구력을 갖춘 보온용 PE 물탱크.

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