KR101125836B1 - 용융염을 이용한 난방장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열저장성능이 우수한 용융염(molten salt)을 열저장물질로 이용하여 용융염에 의하여 가열된 유체를 난방장소에 배설된 난방파이프로 공급하여 아파트, 주택, 상가건물 등 각종 건물에 난방을 행함으로써 에너지를 절약하고 지구온난화를 유발하는 이산화탄소의 배출을 최소화하는 용융염을 이용한 난방장치에 관한 것이다.
본 발명의 난방장치는 소정의 공간을 갖는 난방용기(10), 상기 난방용기(10) 내부에 넣어지는 매질, 상기 매질을 가열하는 가열장치, 상기 가열된 매질로부터 열을 전달받아 가열된 후 난방이 요구되는 장소로 이동하여 난방을 행하는 난방유체(40), 그리고 상기 난방용기(10)로 유입되는 난방유체(40)를 분배하는 유체분배부(51), 상기 난방용기(10)로부터 유출되는 난방유체(40)를 수집하는 유체수집부(52), 상기 유체분배부(51)와 유체수집부(52) 사이에 병렬로 연결되는 다수의 열전달파이프(53), 상기 매질의 열을 전달받아 가열되어 유체수집부(52)에서 유출된 난방유체(40)를 난방장소로 이동시키고 상기 유체분배부(51)로 복귀시키는 난방파이프(54)로 이루어진 파이프장치를 포함하여 이루어진 난방장치에 있어서, 상기 난방용기(10) 내부에 넣어지는 매질은 열저장 매개성질을 가지고 있는 용융염(20)이고, 상기 난방유체(40)인 공기가 저장되도록 공기의 순환이 이루어지는 난방파이프(54)의 배관 상에 축열탱크(60)가 설치되고, 상기 축열탱크(60)에서 유입되는 유체의 양을 조절하여 그 온도를 맞추기 위해서 온도센서(71)가 설치되어 있다.
용융염, 난방, 공기, 열저장, 전기히터

Description

용융염을 이용한 난방장치{HEATING SYSTEM OF USING MOLTEN SALT}
본 발명은 아파트 등 건물의 난방장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열저장성능이 우수한 용융염(molten salt)을 열저장물질로 이용하여 용융염에 의하여 가열된 유체를 난방장소에 배설된 난방파이프로 공급하여 아파트, 주택, 상가건물 등 각종 건물에 난방을 행함으로써 에너지를 절약하고 지구온난화를 유발하는 이산화탄소의 배출을 최소화하는 용융염을 이용한 난방장치에 관한 것이다.
통상적으로 난방을 함에 있어서 사용되는 에너지원은 석유, 가스, 연탄, 전기등을 이용한다. 그러나 석유, 가스, 연탄 등의 연료는 그 매장량이 한정되어 있어서 절약하면서 사용하여야 할 뿐만 아니라 연소과정에서 이산화탄소가 발생하여 지구온난화를 야기하므로 되도록 사용하지 말아야 할 연료이다.
전기는 그 자체는 이산화탄소를 발생하지 아니하나 발전비용이 많이 소요되고 또한 발전과정에서 많은 이산화탄소를 발생하여 전기 역시 절약하면서 사용하여야 할 에너지이다. 그리고 전기는 일단 발전하면 적절히 소비하지 않으면 그대로 낭비되어 버리고, 발전용량이 한정되어 있으므로 전력소비량이 많은 야간에는 절약하여야 한다.
이와 같이 에너지를 절약하고 이산화탄소의 배출을 최소화하여야 할 상황에서 아파트, 주택, 상가건물 등 각종건물에 난방을 행함에 있어서 연료 및 전기의 사용을 절약하여야 하는 노력은 절대적으로 필요한 실정이다.
종래의 난방장치는 주로 보일러에 물을 가열하고 이 가열한 물을 파이프를 통하여 난방이 필요한 장소로 보내어 난방을 행하고 물은 다시 보일러로 복귀하는 시스템으로 되어 있다.
이와 같이 통상의 보일러는 물의 가열상태가 오래 유지되지 못하므로 하루 밤에도 몇 번이나 가열하여야 하는 등 에너지 소모가 많이 되어 난방비용이 상승된다. 특히 전기에너지를 사용하는 경우에는 야간에 가열작업을 하여야 하므로 전기료가 상승한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 쓰레기 소각할 때 발생하는 열과 같이 버려지는 에너지나 낭비되는 전기에너지를 사용하여 난방을 행할 수 있게 함으로써 에너지를 절약하고 그 만큼 이산화탄소의 방출을 줄여 환경을 보전하는데 기여하는 용융염을 이용한 난방장치를 제공하는 것을 그 목적으로 하고 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 난방장치는 소정의 공간을 갖는 난방용기, 상기 난방용기 내부에 넣어지는 매질, 상기 매질을 가열하는 가열장치, 상기 가열된 매질로부터 열을 전달받아 가열된 후 난방이 요구되는 장소로 이동하여 난방을 행하는 난방유체, 그리고 매질의 열을 난방유체로 전달하여 난방유체를 가열하고 또한 가열된 난방유체를 난방이 요구되는 장소로 이동시키는 파이프장치를 포함하여 이루어진 난방장치에 있어서, 상기 난방용기 내부에 넣어지는 매질은 열저장 매개성질을 가지고 있는 용융염이고 상기 난방유체는 공기이며, 상기 파이프장치는 난방유체를 순환시키는 난방파이프를 포함하며, 상기 난방파이프 상에는 가열된 공기를 저장하는 축열탱크와 공기의 유량을 조절하는 유량조절밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 난방장치는 또한 상기 가열장치는 난방용기 하부에 형성된 발열공간과 난방용기 상부에 형성된 배기공간, 상기 발열공간에 설치되어 있는 발열기, 그리고 상기 하부 발열공간과 상부 배기 공간 사이에 배치된 다수의 가열파이프로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 난방장치는 또한 상기 가열장치가 용융염이 넣어지는 난방용기 내부에 구성되어 직접 용융염을 가열하는 전기히터인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 난방장치는 또한 상기 파이프장치가 상기 난방용기로 유입되는 유체를 분배하는 유체분배부, 상기 난방용기로부터 유출되는 유체를 수집하는 유체수집부, 상기 유체분배부와 유체수집부 사이에 병렬로 연결되어 있는 다수의 연전달파이프, 그리고 상기 유체수집부에서 유출된 유체를 난방장소로 이동시키고 상기 유체분배부로 복귀시키는 난방파이프로 이루어진 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명의 난방장치는 열저장성능이 우수한 용융염을 폐기되거나 낭비되는 에너지로 용융염을 가열하고 이 가열된 용융염에 의하여 가열된 유체를 난방장소에 배설된 난방파이프로 공급하여 아파트, 주택, 상가건물 등 각종 건물에 난방을 행 할 수 있으므로 쓰레기를 소각할 때 사용하는 열을 이용하여 용융염을 가열하거나, 또는 전기를 많이 사용하지 않는 낮 동안에 전기를 이용하여 용융염을 가열할 수 있으므로 에너지를 효율적으로 사용할 수 있고 그에 따라 지구온난화를 유발하는 이산화탄소의 배출을 감소시키는 효과를 발휘한다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 일실시예의 용융염을 이용한 난방장치의 전체 구성도이고, 도 2는 도1의 난방장치 중 파이프장치의 부분 사시도이며, 도 3은 도 1의 본 발명에 따른 다른 실시예의 용융염을 이용한 난방장치의 보일러부분의 구성도이며, 도 4는 본 발명의 난방장치의 제어를 위한 주요 부품의 블록도이다.
본 발명은 용융염(molten salt)을 이용하는 난방장치인데, 용융염, 예를 들어 NaAlCl4 는 그 사용 분야가 다양하다. GB 2,046,506에 개시되어 있는 바와 같이, 용융염은 열 저장소에서 저장 매질로서 사용되거나, 용융 금속을 블랭켓팅(blanketing)하고 정제하기 위해 사용되거나, 고온 용융 물질의 전기코팅에 사용되거나, 1차 배터리에서 용융 전해질로서 사용된다. 그리고 겨울철에 휴대하고 다니는 소위 "손 난로"라 하는 것도 용융염을 이용한 것이다.
본 발명은 이와 같은 용융염(molten salt)의 여러 성질 중에서 열저장 매개성질을 이용하는 것으로서, 열저장을 최소 12시간을 지속할 수 있다는 점을 이용한 것이다.
도1에 도시된 바와 같이 본 발명의 난방장치는 크게 보일러 부분(B)과 난방배관부분(P)으로 구성되어 있으며, 소정의 공간을 갖는 난방용기(10), 상기 난방용기(10) 내부에 넣어진 용융염(20), 상기 용융염을 가열하는 가열장치, 상기 가열된 용융염(20)으로부터 열을 전달받아 가열된 후 난방이 요구되는 장소로 이동하여 난방을 행하는 난방유체(40), 그리고 용융염(20)의 열을 전달하여 상기 난방유체(40)를 가열하고 상기 가열된 난방유체(40)를 난방이 요구되는 장소로 이동시키는 파이프 장치(50)로 구성되어 있다.
난방용기(10)는 높은 온도에 견딜 수 있는 재질로 되어 있는 용기(11)와 그 용기(11)를 감싸는 단열재로(12)로 이루어져 있다. 난방용기(10)에는 용융염(20)을 집어넣는 주입구와 빼내는 배출구를 형성할 수 있다.
일실시예의 가열장치는 도 1에 도시된 바와 같이 난방용기(10) 하부에 형성된 발열공간(31)과 난방용기(10) 상부에 형성된 배기공간(32), 상기 발열공간(31)에 설치되어 있는 발열기(33), 그리고 상기 하부 발열공간(31)과 상부 배기 공간(32) 사이에 배치된 다수의 가열파이프(34)로 구성되어 있다. 그리고 배기공간(32)에는 배기관(35)이 구성되어 있다.
발열기(33)는 가스, 경유, 연탄 등 여러 종류의 연료를 이용할 수 있다. 특히 쓰레기 소각장에서 쓰레기를 소각시킬 때 발생하는 열을 이용하면 매우 유용하다.
다른 실시예의 가열장치는 도 3에 도시된 바와 같이 용융염(20)이 넣어지는 난방용기(10) 내부에 구성되어 직접 용융염(20)을 가열하는 전기히터(36)이다. 이 실시예의 경우는 전기사용량이 많지 않은 낮 시간 동안에 용융염(20)을 가열하고 이 저장 열을 이용하여 난방을 필요로 하는 밤 시간동안에 난방을 행하는 경우에 유용하다.
파이프장치는 상기 난방용기(10)로 유입되는 난방유체(40)를 분배하는 유체분배부(51), 상기 난방용기(10)로부터 유출되는 난방유체(40)를 수집하는 유체수집부(52), 상기 유체분배부(51)와 유체수집부(52) 사이에 병렬로 연결되어 있는 다수의 열전달파이프(53), 그리고 상기 유체수집부(52)에서 유출된 유체를 난방장소로 이동시키고 상기 유체분배부(51)로 복귀시키는 난방파이프(54)로 이루어져 있다.
유체분배부(51)는 유체를 효율적으로 가열하기 위하여 열과 접촉하는 유체의 표면적을 넓히기 위하여 작은 지름의 여러 열전달파이프(53)로 난방유체(40)를 분배하고, 유체수집부(52)는 상기 여러 열전달파이프(53)로부터 유출되는 난방유체(40)를 한곳으로 수집한다. 열전달파이프(53)는 용융염(20)으로부터 열을 받아 난방유체(40)로 전달하므로 열전달율이 양호한 것을 이용한다.
유체분배부(51)에는 외기를 공급하기 위한 파이프가 연결되어 있는데 그 파이프에는 파이프장치 내부의 공기가 대기압이하로 떨어지지 않도록 하기 위한 체크밸브(57)가 구성되어 있다. 이 체크밸브(57)에 의하여 파이프장치 내부에 부족한 공기가 보충된다.
난방파이프(54)의 배관 상에는 도 1에 도시된 바와 같이 여러 부품이 설치되 어 있다. 우선 보일러부분(B)을 빠져나온 난방유체(40)는 축열탱크(60)에 저장된다. 축열탱크(60)는 보온이 잘 되어 있고 유체의 압력을 흡수할 수 있도록, 예를 들어 내부에 피스톤(61)과 탄성스프링(62)이 구성되어 있다. 그리고 유체는 유량조절밸브(81)에 의하여 공급되는 유량을 조절하거나 차단한다. 온도/압력 조절탱크(70)는 공급되는 유체의 온도를 조절하고 압력을 조절하는 역할을 한다. 난방장소로 공급되는 난방유체(40)의 온도가, 예를 들어 30℃ 라면 축열탱크(60)에서 유입되는 유체의 양을 조절하여 그 온도를 맞춘다. 이를 위하여 온도/압력조절탱크(70)에는 온도센서(71)가 설치되어 있다. 또한 온도/압력조절탱크(70)에는 압력센서(72)와 압력조절밸브(73)가 설치되어 있어서 탱크내의 압력을 조절한다. 압력이 소정이상일 경우에는 압력조절밸브(73)를 개방하여 공기를 배출하고, 공기가 부족하여 공기압력이 대기압 이하, 부압(負壓)일 경우에도 압력조절밸브(73)를 개방하여 공기를 유입시킨다. 펌프(83)는 유체를 난방장소로 압송하는 역할을 한다.
삼방밸브(82)는 축열탱크(60) 내부의 온도가 일정이하, 예를 들어 30℃ 이하일 경우에 난방장소에서 복귀되는 난방유체(40)를 유체분배부(51)로 복귀시키고, 내부의 온도가 일정이상, 예를 들어 31℃ 이상일 경우에 난방장소에서 복귀되는 난방유체(40)를 온도/압력조절탱크(70)로 보내어 뜨거운 유체와 혼합되어 순환되도록 하는 역할을 한다.
난방유체(40)는 공기 또는 물을 이용할 수 있으나, 공기를 이용하는 것이 고온고압의 기체를 얻을 수 있으므로 유용하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 난방장치는 다음과 같이 작용한다.
먼저 가열장치를 작동시켜 용융염(20)을 가열한다. 도 1에 도시된 바와 같이 가열장치가 쓰레기 소각열, 연료 등을 이용하는 발열기(33)를 이용하는 경우에는 열기가 용융염(20)의 하부를 가열할 뿐만 아니라 열기가 가열파이프(34)를 통과하여 상부로 이동하므로 용융염(20)의 내부도 가열하여 적은 열량으로 용융염(20)을 효율적으로 가열한다. 용융염(20)은 대략 800℃ 정도이면 녹는다.
가열장치로서 도 3에 도시된 바와 같이 전기히터(36)를 사용하는 경우에는 히터선의 전기열에 의하여 용융염(20)을 가열한다.
전술한 바와 같이 용융염(20)은 우수한 에너지저장성능을 가지고 있으므로 공기를 최소 30℃이상 가온시킬 수 있는 열을 12시간 이상 갖는다. 본 발명은 이 열을 이용하여 난방을 행한다. 여기서는 난방유체(40)가 공기의 경우에 대하여 설명한다.
용융염(20)과 접촉하고 있는 열전달파이프(53)에 있는 공기는 온도가 올라가면서 팽창하여 축열탱크(60) 내부에 충만하게 되고 압력도 올라간다. 이 상태에서 유량조절밸브(81)를 개방하여 온도/압력조절탱크(70)에 뜨거운 공기를 공급하고 삼방밸브(82)로부터 유입되는 공기와 혼합하여 일정온도, 예를 들어 30℃로 조절한다. 이 가온된 공기는 펌프(83)에 의하여 난방장소의 난방파이프(54)로 공급되어 난방을 행한다. 축열탱크(60) 내의 유체 온도가 일정이상, 예를 들어 31℃일 경우에는 이와 같은 작용을 유지한다. 축열탱크(60) 내부의 온도는 용융염(20)의 온도가 떨어짐에 따라 점점 떨어지므로 온도/압력조절탱크(70)로 공급되는 유체의 양은 점점 증가한다. 그리고 열전달파이프(53) 내부의 압력이 일정이상, 예를 들어 대기압 이하로 떨어질 경우에는 체크밸브(57)가 개방되어 공기가 보충된다.
이와 같은 상태에서 축열탱크(60) 내부의 공기온도가 일정이하 예를 들어, 30℃ 이하로 떨어지는 경우에는 삼방밸브(82)를 제어하여 난방장소의 공기가 유체분배부(51)로 흐르도록 한다. 난방장소에서 복귀되는 공기가 직접 열전달파이프(53)로 흘러 가온된 후 다시 공급된다.
축열탱크(60)의 고온고압의 난방유체의 일부는 온수생산 등 다른 용도로도 사용할 수 있다.
본 발명은 쓰레기 소각할 때 발생하는 열과 같이 폐기되는 열을 이용하거나 전력소비가 적은 시간대에 낭비되는 전력을 이용하는 경우에 특히 유용하다. 폐기되는 열을 이용하는 실시예는 아파트 단지, 공장 등 집단거주지역의 난방에 적합하고 낭비되는 전력을 이용하는 경우에는 개인주거지의 난방에 적합하다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 일실시예의 용융염을 이용한 난방장치의 전체 구성도,
도 2는 도1의 난방장치 중 파이프장치의 부분 사시도,
도 3은 도 1의 본 발명에 따른 다른 실시예의 용융염을 이용한 난방장치의 보일러부분의 구성도,
도 4는 본 발명의 난방장치의 제어를 위한 주요 부품의 블록도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
B: 보일러 부분 P: 난방배관 부분
10: 난방용기 11: 용기
12: 단열재 20: 용융염
31:발열공간 32: 배기공간
33: 발열기 34: 가열파이프
35: 배기관 36: 전기히터
40: 난방유체
51: 유체분배부 52: 유체수집부
53: 열전달파이프 54: 난방파이프
56, 57: 체크밸브 60: 축열탱크
61: 피스톤 62: 스프링
70: 온도/압력조절탱크 71: 온도센서
72: 압력센서 73: 압력조절밸브
81: 유량조절밸브 82: 삼방밸브
83: 펌프

Claims (5)

  1. 소정의 공간을 갖는 난방용기(10), 상기 난방용기(10) 내부에 넣어지는 매질, 상기 매질을 가열하는 가열장치, 상기 가열된 매질로부터 열을 전달받아 가열된 후 난방이 요구되는 장소로 이동하여 난방을 행하는 난방유체(40), 그리고 매질의 열을 난방유체(40)로 전달하여 난방유체(40)를 가열하고 또한 가열된 난방유체(40)를 난방이 요구되는 장소로 이동시키는 파이프장치를 포함하여 이루어진 난방장치에 있어서,
    상기 난방용기(10) 내부에 넣어지는 매질은 열저장 매개성질을 가지고 있는 용융염(20)이고 상기 난방유체(40)는 공기이며, 상기 파이프장치는 난방유체를 순환시키는 난방파이프(54)를 포함하며, 상기 난방파이프(54) 상에는 가열된 공기를 저장하는 축열탱크(60)와 공기의 유량을 조절하는 유량조절밸브(81)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 용융염을 이용한 난방장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가열장치는 난방용기(10) 하부에 형성된 발열공간(31)과 난방용기(10) 상부에 형성된 배기공간(32), 상기 발열공간(31)에 설치되어 있는 발열기(33), 그리고 상기 하부 발열공간(31)과 상부 배기 공간(32) 사이에 배치된 다수의 가열파이프(34)로 구성된 것을 특징으로 하는 용융염을 이용한 난방장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가열장치는 용융염(20)이 넣어지는 난방용기(10) 내부에 구성되어 직접 용융염(20)을 가열하는 전기히터(36)인 것을 특징으로 하는 용융염을 이용한 난방장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 파이프장치는 상기 난방용기(10)로 유입되는 난방유체(40)를 분배하는 유체분배부(51), 상기 난방용기(10)로부터 유출되는 난방유체(40)를 수집하는 유체수집부(52), 그리고 상기 유체분배부(51)와 유체수집부(52) 사이에 병렬로 연결되어 있는 다수의 열전달파이프(53)를 포함하고, 상기 난방파이프(54)는 상기 유체수집부(52)에서 유출된 유체를 난방장소로 이동시키고 상기 유체분배부(51)로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 용융염을 이용한 난방장치.
  5. 삭제
KR1020090082182A 2009-09-01 2009-09-01 용융염을 이용한 난방장치 KR101125836B1 (ko)

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