KR101151016B1 - 축열매체유를 이용한 온풍발생장치 - Google Patents

축열매체유를 이용한 온풍발생장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 축열매체유를 이용한 온풍발생장치에 관한 것으로, 축열매체유를 저장하는 축열매체유 저장탱크(10); 상기 축열매체유 저장탱크(10)의 열매체유를 적시에 가열하여 축열시키는 전기히터 유닛(20); 공기 입구(32) 및 공기 출구(39)를 대향하게 구비하여 외부의 공기가 내부공간을 통과하고, 상기 내부공간 안에는 상기 축열매체유 저장탱크(10)에서 공급되는 축열매체를 통과시키면서 상기 내부공간 안을 통과하는 공기와 열교환하여 공기를 가열하는 다수의 열매체유 배관(31)으로 이루어진 적어도 하나의 열교환기(30); 및 상기 열교환기(30)의 공기 출구(39)측에 흡입구(41)를 연결하여 열교환기(30)에서 가열된 공기를 팬모터(M)의 구동에 의해 토출구(42)를 통하여 배출하는 블로워(40)를 포함하고, 상기 열교환기(30)에 유입되는 공기가 열교환기(30)의 열매체유 배관(31)을 를 통과한 상대적으로 저온의 축열매체의 폐열로 예열되도록, 열교환기(30)의 공기 입구(32)측에 배치된 열매체유 배관(31)에 축열매체유 배출관(60)이 연결되고, 축열매체유 저장탱크(10)의 고온의 축열매체유를 공급하는 공급관(50)은 열교환기(30)의 공기 출구(39)측에 인접한 열매체유 배관(31)에 연결된다.

Description

축열매체유를 이용한 온풍발생장치{ HOT AIR BLOWING APPARATUS USING THERMAL STORAGE OIL}
본 발명은 열매체유의 축열을 이용한 온풍발생장치에 관한 것으로, 특히 비열이 높은 열매체유를 축열탱크내에 저장해두고 전기히터로써 고온으로 가열하여 축열시킨 후 이 축열된 고온의 열매체유를 열교환기의 배관을 통과시키면서 핀코일(라디에이터)에서 공기와 열교환시켜 온풍을 발생시키는 온풍발생장치에 관한 것이다.
비닐하우스의 작물에 적정온도의 실내환경을 유지하고 비교적 넓은 실내의 난방을 위하여 온풍발생장치에서 발생시킨 온풍을 사용하고 있다. 이러한 온풍발생장치는 열원으로서 축열식 열매체유를 축열매체유 저장탱크에 저장하고 전기히터로 고온으로 가열하여 축열한 후, 축열된 열매체유를 열교환기의 배관을 통과시키면서 외주면에 구비된 복수개의 방열핀(라디에이터)을 통하여 공기와 접촉시켜 온풍을 발생시킨다.
이러한 온풍발생장치로서 본 출원인이 출원한 아래의 등록특허가 알려져 있다.
한국특허 등록 제10-0286057호 상기 종래의 축열식 온풍발생장치는 축열탱크에서 공급되는 상대적으로 고온의 열매체유가 열교환기의 공기 유입구측에서 초기에 공기와 열교환하고, 공기 배출구측으로 갈수록 상대적으로 온도가 강하된 상태로 공기와 열교환함으로써 열효율이 낮은 문제점이 있다. 그리고, 종래의 축열식 온풍발생장치는 그 난방하고자 하는 실내공간의 크기에 따라 열교환기를 정해진 용량별로 별도로 만들어야 하므로 온풍발생장치의 가변성이 낮은 단점이 있다.
이에 본 발명은 열교환기에서 공기와 열매체유의 열교환효율을 높일 수 있고, 열교환기의 용량을 간단히 가변시켜 온풍발생장치의 용량별 가변성을 증대시킨 축열식 온풍발생장치를 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 축열매체를 이용한 온풍발생장치는, 축열매체유를 저장하는 축열매체유 저장탱크; 상기 축열매체유 저장탱크의 열매체유를 적시에 가열하여 축열시키는 전기히터 유닛; 공기 입구 및 공기 출구를 대향하게 구비하여 외부의 공기가 내부공간을 통과하고, 상기 내부공간 안에는 상기 축열매체유 저장탱크에서 공급되는 축열매체를 통과시키면서 방열 핀 플레이트를 통하여 상기 내부공간 안을 통과하는 공기와 열교환하여 공기를 가열하는 다수의 열매체유 배관으로 이루어진 적어도 하나의 열교환기; 및 상기 열교환기의 공기 출구측에 흡입구를 연결하여 열교환기에서 가열된 공기를 팬모터의 구동에 의해 토출구를 통하여 배출하는 블로워를 포함하고,
상기 열교환기에 유입되는 공기가 열교환기의 열매체유 배관을 통과하여 저장탱크로 향하는 상대적으로 저온의 축열매체의 열로 예열되도록, 열교환기의 공기 입구측에 배치된 열매체유 배관에 축열매체유 배출관이 연결되고, 축열매체유 저장탱크의 고온의 축열매체유를 공급하는 공급관은 열교환기의 공기 출구측에 인접한 열매체유 배관에 연결된 구성으로 된다.
상기 열교환기는 공기의 흐름방향을 따라 일렬로 순차적으로 연결되는 복수개의 열교환기 유닛로 이루어지고,
각 열교환기 유닛은, 상하방향으로 일정한 간격을 두고 다수의 열로 배치되어 복수개의 방열핀 플레이트들을 관통하게 설치된 복수의 축열매체유 배관들을 포함하고, 각 열의 축열매체유 배관은 공기 흐름방향을 가로지르는 방향으로 배치되되 양측 끝단이 전방/후방 측벽에 의해 지지되며, 상기 복수 열의 축열매체유 배관들은 공기 유입측 공급 매니폴더관에 연결되고, 공기 유출구측 배출 매니폴더관에서 서로 연통되며, 제1 열교환기 유닛의 배출 매니폴더관은 인접하는 제2 열교환기 유닛의 공급 매니폴더관과 제1연결관으로 연결되고, 제2 열교환기 유닛의 배출 매니폴더관은 인접하는 제3 열교환기 유닛의 공급 매니폴더관과 제2연결관으로 연결된다.
본 발명은, 상기 축열매체유 저장탱크의 팽창공기를 배출유도하는 팽창공기 유도관과, 상기 팽창공기 유도관에 연결되어 팽창공기에 의한 상기 축열매체유 저장탱크의 내부압력을 축압하는 어큐물레이터를 더 구비한다. 상기 팽창공기 유도관은 일부 구간에서 환형으로 구부림변형된 환형의 기액분리부를 구비한다.
상기 어큐물레이터에 연결된 벨로우즈통을 더 구비한다.
상기 전기히터 유닛은 축열매체유 저장탱크의 공간 하부 영역의 열매체유를 가열하도록, 상면에서 케이스 바닥 부근까지 연장된 히터 몸체의 하부 선단에서 축열매체유 저장탱크의 바닥면과 평행하게 연장되는 복수의 가열부를 포함하고, 가열부는 축열매체유 저장탱크의 바닥에서 위쪽으로 일정한 간격을 두고 평행하게 복수개가 배치된다.
본 발명은 다음과 같은 장점을 가진다.
축열매체유 저장탱크의 내부공간이 밀폐되어 있으므로 내부공간에 저장된 축열매체유가 외부공기와의 접촉이 차단되어 변질되지 않고, 고온의 축열매체유에서 기체 상태로 발생하는 유해성분이 외부로 배출되지 않으므로 대기오염을 방지할 수 있다.
또, 전기히터의 가열부를 상하 다단으로 복수조 배열함으로써, 축열매체유 저장탱크의 열매체유가 대류현상에 의해 바닥에서 상부까지 골고루 신속하게 가열되어 축열매체유 저장탱크의 축열매체를 신속하고 균일하게 목표온도까지 가열할 수 있다.
어큐물레이터-팽창공기 유도관-벨로우즈통의 구조에 의해 축열매체유 저장탱크의 내부 압력이 일정한 수준이상을 초과하지 않도록 유지되고, 뿐만아니라 축열매체유 저장탱크에서 배출되는 배출공기가 외부로 배출되지 않게 차단하여 축열매체유의 유해 가스성분의 대기방출에 의한 환경오염을 방지할 수도 있다. 그리고 축열매체유 저장탱크 내부로 외부공기의 유입을 차단함으로써 축열매체유의 산화에 의한 변질을 방지하고 배관등의 부속품의 부식을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 온풍발생장치의 전체 구성을 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 온풍발생장치의 개략적인 평단면도이다.
도 3은 본 발명의 온풍발생장치의 열교환기 구조를 도시한 배면 사시도이다.
도 4는 본 발명의 온풍발생장치의 전기히터 유닛이 축열매체유 저장탱크에 설치된 상태의 측단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 온풍발생장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 온풍발생장치는, 축열된 열매체유를 저장하는 축열매체유 저장탱크(10); 축열매체유 저장탱크(10)의 열매체유를 일정한 온도로 가열하여 축열시키는 하나 이상의 전기히터 유닛(20); 축열매체유 저장탱크(10)의 축열매체를 축열매체유 배관(31)을 통과시키면서, 유입공기와 열교환하여 유입공기를 가열하는 적어도 하나 이상의 열교환기 유닛(30A,30B, 30C)으로 이루어진 열교환기(30); 외부의 공기가 열교환기(30)의 축열매체유 배관(31)의 외측면과 접촉하면서 통과하도록 열교환기(30)의 내부공간안으로 외부 공기를 흡입하여 토출구(42)를 통하여 가열된 온풍을 배출하는 블로워(40)를 포함하는 구성으로 된다. 도면부호 M은 블로워 모터이고, 도면부호 'P'는 축열매체를 축열매체유 저장탱크(10)에서 열교환기(30)의 축열매체유 배관(31)을 거쳐 축열매체유 저장탱크(10)로 순환시키는 순환펌프를 지칭한다.
축열매체유 저장탱크(10)
상기 축열매체유 저장탱크(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 사방이 측벽으로 둘러쌓여 밀폐된 내부공간을 구비하여 열매체유를 저장한다. 상기 축열매체유 저장탱크(10)는 내부공간이 밀폐되어 있으므로 내부공간에 저장된 축열매체유가 외부공기와의 접촉이 차단되어 변질되지 않고, 이에 따라 축열매체유의 배관, 저장탱크의 산화에 의한 부식을 방지하여 장비 수명을 연장할 수 있으며, 후술하는 바와 같이 고온의 축열매체유에서 기체 상태로 발생하는 유해성분이 외부로 배출되지 않으므로 대기오염을 방지할 수 있다.
전기히터 유닛(20)
축열매체유 저장탱크(10)에는 복수의 전기히터 유닛(20)이 설치된다.각 전기히터 유닛(20)은 도 4에 도시된 바와 같이 전원입력단자(21)가 축열매체유 저장탱크(10)의 케이스 상면으로 노출되어 전원공급선(L)에 연결되고, 축열매체유 저장탱크(10)의 공간 하부 영역의 열매체유를 가열하도록, 상면에서 케이스 바닥 부근까지 연장된 히터 몸체(22)의 하부 선단에서 축열매체유 저장탱크(10)의 바닥면과 평행하게 연장되는 복수의 가열부(23)를 포함하고, 가열부(23)는 축열매체유 저장탱크(10)의 바닥에서 위쪽으로 일정한 간격을 두고 평행하게 복수개가 배치된다. 이와 같이, 가열부(23)를 상하 다단으로 복수조 배열함으로써, 축열매체유 저장탱크(10)의 열매체유가 대류현상에 의해 바닥에서 상부까지 골고루 가열되게 된다. 그 결과 축열매체유 저장탱크(10)의 축열매체를 신속하고 균일하게 목표온도까지 가열할 수 있다.
열교환기(30)
열교환기(30)는 도 1에 도시된 바와 같이, 복수 개의 열교환기 유닛(30A,30B,30C)들이 공기 유동방향을 따라 연속되게 일렬로 결합되어 하나의 열교환기(30)를 구성하도록 되어 있다. 이러한 열교환기 유닛들의 개수는 온풍발생장치의 축열매체유 저장탱크(10)의 축열용량에 대응하여 증감시킬 수 있다. 이하에서는 하나의 실시예로서 열교환기(30)가 3개의 열교환기 유닛(30A,30B,30C)들로 구성된 것에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 연결된 제1 내지 제3 열교환기 유닛(30A,30B,30C)들의 각 축열매체유 배관(31A,31B,31C)은 순차적으로 연통된다.
축열매체유 저장탱크(10)에서 배출되는, 상대적으로 고온의 축열매체유가 열교환기(30)의 공기 출구(39)측에 위치한 제3 열교환기 유닛(30C)의 축열매체유 배관(31C)에서 공급되게 축열매체유 공급관(50)은 제3 열교환기 유닛(30C)의 공급 매니폴더관(33C)에 연결된다.
그리고 열교환기(30)의 내부에서 공기와 열교환을 거친 후, 다시 축열매체유 탱크(10)로 복귀하는 상대적으로 저온의 축열매체유의 폐열을 흡기의 예열에 사용하도록, 열교환기(30)의 공기 입구(32)측 제1 열교환기 유닛(30A)의 배출 매니폴더관(34A)에서 순환펌프(P)에 의해 배출관(60)을 따라 축열매체유 저장탱크(10)안으로 복귀한다. 즉, 본 발명은 열교환기(30)의 공기 입구(32)를 통하여 유입되는 흡기가 축열매체유의 폐열에 의해 예열된 후 상대적으로 고온인 공기 출구(39)측 축열매체유에 의해 가열됨으로써 열교환기의 열효율을 높인 것에 주요한 특징이 있다.
상기 열교환기 유닛(30A,30B,30C)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 상하방향으로 일정한 간격(d)을 두고 다수의 열로 배치된 복수의 축열매체유 배관(31A,31B,31C)들을 포함한다. 각 열의 축열매체유 배관(31A,31B,31C)은 공기 흐름방향을 가로지르는 방향으로 배치되어 양측 끝단이 전방/후방 측벽(35,36)에 의해 지지된다. 그리고 각 열의 축열매체유 배관(31A,31B,31C)은 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 연속배치된 복수개의 방열핀 플레이트(38)을 차례로 관통하게 설치되어 배관 내부를 유동하는 고온의 축열매체유의 열이 이 방열핀 플레이트(38)를 통하여 방열됨으로써 주위를 통과하는 공기와 접촉하여 열교환이 이루어지게 된다. 또, 복수 열의 축열매체유 배관(31A,31B,31C)들은 공기 유입측 공급 매니폴더관(33A,33B,33C)에 연결되고, 공기 유출구측 배출 매니폴더관(34A,34B,34C)에서 서로 연통된다. 그리고 제1 열교환기 유닛(30A)의 공급 매니폴더관(33A)은 인접하는 제2 열교환기 유닛(30B)의 배출 매니폴더관(34B)와 제1연결관(37-1)으로 연결되고, 제2 열교환기 유닛(30B)의 공급 매니폴더관(33B)은 인접하는 제3 열교환기 유닛(30C)의 배출 매니폴더관(34C)와 제2연결관(37-2)으로 연결된다.
이러한 구조에 의해, 축열매체유 공급관(50)을 통하여 공급되는 고온의 축열매체유는 각 열교환기 유닛에서는 복수 열의 열매체유 배관을 동시에 통과하고, 제1 열교환기 유닛, 제2열교환기 유닛, 제3열교환기 유닛을 순차적으로 거치면서 공기와 열교환하게 된다.
한편, 본 발명의 축열매체유 저장탱크(10)는 전기히터 유닛(20)에 의해 가열된 축열매체유의 고온의 열에 의해 축열매체유 저장탱크(10)의 축열매체유의 상측 공간의 공기가 팽창하면서 축열매체유 저장탱크(10)의 내부압력을 상승시킨다. 또한 축열매체유 저장탱크(10) 내부의 축열매체유는 전기히터 유닛(20)에 의해 고온으로 가열되어 일부 기체상태의 유증(油烝)이 발생한다.
이러한 축열매체유 저장탱크(10)의 내부압력 상승을 수용하여 축열매체유 저장탱크(10)내의 압력을 일정 압력이하로 유지하고 열매체유의 유증을 수용하는 어큐물레이터(15)가 축열매체유 저장탱크(10)의 외부에 설치된다. 어큐물레이터(15)는 축열매체유 저장탱크(10)의 외측으로 노출되는 팽창공기 유도관(12)을 통하여 축열매체유 저장탱크(10)의 내부 상측 공간(13)과 연통된다.
그리고 팽창공기 유도관(12)은 일부 구간에서 환형으로 구부림변형되어 이루어진 환형의 기액분리부(12a)를 구비한다. 축열매체유의 고온의 열에 의해 가열팽창한, 축열매체유 저장탱크(10)의 열매체유 상층의 공기는 축열매체유에서 발생한 유증과 함께 팽창공기 유도관(12)을 통하여 어큐물레이터(15)쪽으로 배출되고, 상기 팽창공기에 혼입된 축열매체유의 유증은 기액분리부(12a)에서 외부 공기와 접촉하면서 액화되어 다시 축열매체유 저장탱크(10)의 내부로 복귀되고 기체상태의 팽창공기만 어큐물레이터(15)로 배출되게 된다.
또한 어큐물레이터(15)에는 팽창/수축가능한 벨로우즈통(16)이 연결된다. 이 벨로우즈통(16)은 축열매체유 저장탱크(10)에서 배출되는 고압의 배출공기가 유입될 때에는 팽창하면서 배출공기의 압력를 수용하였다가, 배출공기가 어큐물레이터(15) 내부로 유입된 후 외부공기에 의해 냉각되어 압력이 낮아진 때에는 원래의 상태로 수축하면서 배출 공기를 다시 팽창공기 유도관(12)을 통하여 축열매체유 저장탱크(10)안으로 복귀시킨다.
이러한 어큐물레이터(15)-팽창공기 유도관(12)-벨로우즈통(16)의 구조에 의해 축열매체유 저장탱크(10)의 내부 압력은 일정한 수준이상을 초과하지 않도록 유지된다. 뿐만아니라 축열매체유 저장탱크(10)에서 배출되는 배출공기가 외부로 배출되지 않으므로 배출공기의 대기 방출에 의한 환경오염을 방지할 수도 있다.
열교환기의 공기 입구를 통하여 유입되는 흡기가 축열매체유의 폐열에 의해 예열된 후 상대적으로 고온인 공기 출구측 축열매체유에 의해 가열됨으로써 열교환기의 열효율을 높일 수 있다.
10: 축열매체유 저장탱크 12: 팽창공기 유도관
12a: 환형 기액분리부 15: 어큐물레이터
16: 벨로우즈통 20: 전기히터 유닛
30A, 30B, 30C: 열교환기 유닛 31: 열매체유 배관
32: 공기 입구 39: 공기 출구
35, 36: 측벽 33A,33B,33C: 공급 매니폴더관
34A,34B,34C:배출 매니폴더관 37-1, 37-2: 제1 연결관, 제2연결관
40: 블로워 50: 공급관
60: 배출관

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  2. 축열매체유를 저장하는 축열매체유 저장탱크(10); 상기 축열매체유 저장탱크(10)의 열매체유를 적시에 가열하여 축열시키는 전기히터 유닛(20); 공기 입구(32) 및 공기 출구(39)를 대향하게 구비하여 외부의 공기가 내부공간을 통과하고, 상기 내부공간 안에는 상기 축열매체유 저장탱크(10)에서 공급되는 축열매체를 순차적으로 연결된 축열매체유 배관(31A,31B,31C)을 통과시키면서 상기 내부공간 안을 통과하는 공기와 열교환하여 공기를 가열하는 다수의 열교환기 유닛(30A,20B,30C)이 직렬로 연결된 열교환기(30); 및 상기 열교환기(30)의 공기 출구(39)측에 흡입구(41)를 연결하여 열교환기(30)에서 가열된 공기를 팬모터(M)의 구동에 의해 토출구(42)를 통하여 배출하는 블로워(40)를 포함한 축열매체유를 이용한 온풍발생장치에 있어서,
    상기 각 열교환기 유닛(30A,30B,30C)은 상하방향으로 일정한 간격(d)을 두고 다수의 열로 배치된 복수의 축열매체유 배관(31A,31B,31C)들을 포함하고, 각 열의 축열매체유 배관(31A,31B,31C)은 공기 흐름방향을 가로지르는 방향으로 배치되고 배관 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 연속배치된 방열핀 플레이트(38)을 관통하여 전방/후방 측벽(35,36)에서 양측 끝단이 지지되며,
    상기 복수 열의 축열매체유 배관(31A,31B,31C)들은 입구측이 상기 후방 측벽(36)의 외측면에 상하방향으로 마련된 공급 매니폴더관(33A,33B,33C)에 연결되어 서로 연통되고, 출구측은 상기 후방 측벽(36)의 외측면에 상하방향으로 마련된 배출 매니폴더관(34A,34B,34C)에서 연결되어 서로 연통되며,
    제1 열교환기 유닛(30A)의 공급 매니폴더관(33A)과, 인접하는 제2 열교환기 유닛(30B)의 배출 매니폴더관(34B)은 상기 후방 측벽(36)의 외측에서 제1연결관(37-1)으로 연결되고, 제2 열교환기 유닛(30B)의 공급 매니폴더관(33B)과 인접한 제3 열교환기 유닛(30C)의 배출 매니폴더관(34C)은 상기 후방 측벽(36)의 외측에서 제2연결관(37-2)으로 연결되며,
    상기 축열매체유 저장탱크(10)에서 축열된 고온의 열매체유를 공급하는 공급관(50)은 축열매체유 배관내 축열매체의 온도가 상대적으로 가장 낮은, 제3열교환기 유닛(30C)측의 공급 매니폴더관(33C)에 연결되고, 배출관(60)은 외기가 유입되는 입구측 제1 열교환기 유닛(30A)의 배출 매니폴더관(34A)에 연결되며, 상기 배출관(60)에는 열매체유를 순환시키는 순환펌프(P)가 연결된 것을 특징으로 하는 축열매체유를 이용한 온풍발생장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 축열매체유 저장탱크(10)의 팽창공기를 배출유도하고, 일부 구간에서 환형으로 구부림변형된 환형의 기액분리부(12a)를 구비하여 팽창공기에 함유된 액상의 유분을 분리하는 팽창공기 유도관(12)과, 상기 팽창공기 유도관(12)에 연결되어 팽창공기에 의한 상기 축열매체유 저장탱크(10)의 내부압력을 축압하기 위하여 어큐물레이터(15)와, 상기 어큐물레이터(15)에 연통된 벨로우즈통(16)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 축열매체유를 이용한 온풍발생장치.
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