KR101598419B1 - 난방기를 이용한 난방 방법 및 재사용이 가능한 난방기 - Google Patents

난방기를 이용한 난방 방법 및 재사용이 가능한 난방기 Download PDF

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Abstract

본 발명의 공기를 이용한 난방 방법은 물 또는 수증기와 접촉하여 수화반응을 일으키는 발열물질을 외부와 차단된 상태로 포함하는 반응부; 및 상기 반응부와 연결되어 상기 반응부로 물 또는 수증기를 포함하는 유체를 공급하는 공급부;를 포함하는 난방기를 이용하고, 상기 반응부 내로 유입되는 유체와 상기 발열물질이 접촉하여 수화 반응을 일으키고, 상기 수화반응에 의하여 상기 발열물질이 수화물로 변하는 과정에서 발생하는 수화열을 포함하는 난방열을 이용하여 반응부 내의 공기를 덥히며, 덥혀진 공기를 이용하여 난방기 외부로 열을 전달하는 난방단계를 포함한다. 또한, 본 발명의 공기 난방기는 물 또는 수증기와 접촉하여 수화반응을 일으키는 발열물질을 외부와 차단된 상태로 포함하는 반응부; 및 상기 반응부와 연결되어 상기 반응부로 물 또는 수증기를 포함하는 유체를 공급하는 공급부;를 포함한다. 상기 방법을 적용하면, 재사용이 가능한 공기 난방기를 이용하여 반영구적이고 친환경적인 난방이 가능해질 수 있다.

Description

난방기를 이용한 난방 방법 및 재사용이 가능한 난방기{HEATING METHOD USING AIR HEATING DEVICE AND AIR HEATING DEVICE HAVING REUSABLILITY}
본 발명은, 화석연료를 사용하지 않고 수화열 등을 이용하여 공기를 덥혀 제공하는 난방 방법과, 간단하고 방법으로 재사용이 가능한 공기 난방기에 대한 것이다. 상기 난방 방법은 화석연료를 직접 사용하지 않기 때문에 친환경적이며, 공기를 직접 덥히는 방식으로 난방이 이루어지기 때문에 효율적이고, 태양열 등을 이용하여 건조하여 보관 후에 재사용이 가능한 장점을 가진다.
실내 난방을 위해서는 난방용 배관설비와 방열기를 갖추고 공급되는 온수의 열량을 이용하거나 석탄, 석유, 가스 등의 화석연료의 연소열을 이용하거나 전열기구 등으로 전기를 이용하는 것이 대부분이다. 최근 유가가 지속적으로 폭등하고 있고, 앞으로도 유가 하락이 전망되지 않을뿐만 아니라, 한정된 자원을 이용하는 것으로, 이미 상당한 관심을 끌고 있는 환경문제와도 직결되는 부분이라 할 수 있다. 이와 관련하여 대체연료를 이용하는 기기 또는 고효율의 난방기기를 개발하는 것이 필요하다.
또한, 현재 소형의 보조 난방방식으로는 손난로, 핫팩 등이 사용되고 있지만 소용량이며 한번 사용 후 재생이 불가능한 제품이다. (철 분말, 활성탄, 염화나트륨 등의 혼합물을 사용한 제품) 일회용으로 쓰이고 폐기될 경우, 그 폐기물 처리도 문제가 되고, 비용적인 손실도 크며, 핫팩의 경우 재생이 가능한 방식이지만 액체상태로 되어있어 취급이 불편하고 저장, 이동시에 충격 등으로 인하여 반응이 원치 않는 시간에 일어나는 단점이 있다. 그리고 내용물의 응고열만을 이용하여 발열량이 작아 효율이 상당히 낮다는 단점이 있다.
나아가, 특정 화학반응을 이용하여 발열 시키는 경우에도, 발열량이 매우 커 400℃ 이상의 열을 발생시켜 난방으로의 이용이 부적합하고, 이러한 고온을 이용하기 위해 열전달 매체인 물이나 기타 열전도체를 사용하여 열 효율이 낮으며, 추가적인 장치 등이 필요하다는 단점이 있다.
미국 특허공개공보 2012/0251394 A1
본 발명은, 화석연료를 사용하지 않고 수화열, 응축열 등을 이용하여 친환경적으로 공기를 덥혀서 난방하는 방법 및 이를 위한 공기 난방기를 제공하고자 한다. 발열물질과 공기가 직접 접촉하여 발열물질에 의하여 발생한 열로 공기가 직접 덥혀지고, 이 공기를 난방에 직접 이용하기 때문에 열 전달 효율이 높고, 반응이 완료된 발열물질은 폐열이나 태양열을 이용하여 재생하고 장기간 보관이 가능하여 재활용이 가능한 난방 방법과 이에 이용되는 난방기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기를 이용한 난방 방법은, 물 또는 수증기와 접촉하여 수화반응을 일으키는 발열물질을 외부와 차단된 상태로 포함하는 반응부; 및 상기 반응부와 연결되어 상기 반응부로 물 또는 수증기를 포함하는 유체를 공급하는 공급부;를 포함하는 난방기를 이용하고, 상기 반응부 내로 유입되는 유체와 상기 발열물질이 접촉하여 수화 반응을 일으키고, 상기 수화반응에 의하여 상기 발열물질이 수화물로 변하는 과정에서 발생하는 수화열을 포함하는 난방열을 이용하여 반응부 내의 공기를 덥히며, 덥혀진 공기를 이용하여 난방기 외부로 열을 전달하는 난방단계를 포함한다.
상기 반응부 내로 유입되는 유체는 수증기를 포함하는 공기 또는 액적 형태의 분사된 물을 포함하는 공기인 것일 수 있다.
상기 발열물질은 염화마그네슘(MgCl2), 염화칼슘(CaCl2), 제올라이트(zeolite), 실리카겔(silicagel), 황산마그네슘(MgSO4), 황산알루미늄(Al2(SO4)3) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 난방열에 의하여 덥혀진 공기의 온도는 30 내지 90℃의 범위인 것일 수있다.
상기 난방기의 반응부는 서로 분리되어 외부와 차단된 2 이상의 서브반응부들을 포함하고, 상기 서브반응부들의 내부에는 각각 발열물질을 포함하며, 상기 공급부는 상기 서브반응부들에 연결되어 각각의 서브반응부들에 유체를 공급하는 서브공급부들을 포함할 수 있다.
상기 2 이상의 서브반응부들에는 동시에 또는 순차로 유체를 공급하여 난방기의 발열온도와 온도유지시간을 조절하는 조절단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 난방기는 상기 반응부와 연결된 배출부를 더 포함할 수 있고, 상기 배출부는 상기 반응부 내부에서 상기 난방열에 의하여 덥혀진 온공기가 배출되는 것일 수 있다.
상기 공기를 이용한 난방 방법은, 상기 난방단계 이후에 건조단계 및 보관단계를 더 포함할 수 있고, 상기 건조단계는 상기 발열물질의 수화물을 건조하여 발열물질로 재생하는 단계일 수 있으며, 상기 보관단계는 상기 재생된 발열물질이 반응부 외부의 공기와 차단된 상태로 방치되는 단계일 수 있고, 상기 보관단계를 거친 난방기는 상기 난방단계에 의하여 난방기 외부로 열을 전달하는 방식으로 재사용되는 것일 수 있다.
상기 건조단계에서의 상기 발열물질의 수화물의 건조는 상기 수화물이 외부와 차단되지 않은 상태로 상기 반응부를 150 ℃ 이하의 건조온도에 방치하여 열을 공급하는 것일 수 있고, 상기 열 공급은 태양열 또는 폐열에 의한 것일 수 있다.
상기 유체는 수증기를 포함할 수 있고, 상기 난방단계에서 수증기는 물로 응축된 후에 상기 발열물질과 수화반응을 일으키고, 상기 난방열은 상기 수증기의 응축열을 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 반응부 내로 유입되는 유체가 수증기를 포함하는 공기인 경우에 상기 공기는 수증기가 60 중량% 이상 포함되어 있는 것일 수 있다.
상기 반응부의 외면을 이루는 소재, 또는 상기 서브반응부들의 격벽 또는 외면을 이루는 소재는 유연성(flexible) 소재인 것일 수 있다.
상기 공기를 이용한 난방 방법은 상기 난방단계 이전 또는 난방단계의 실시와 동시에 습공기생성단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 습공기생성단계는 물을 수증기로 증발시키고, 상기 수증기를 상기 공급부를 통하여 상기 반응부에 전달하는 단계인 것일 수 있다.
상기 반응부 내로 유입되는 유체는 수증기를 포함할 수 있고, 상기 수증기는 진공펌프를 이용하여 물로부터 형성되고 상기 진공펌프와 연결된 상기 공급부를 통하여 상기 반응부에 전달되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 공기 난방기는, 물 또는 수증기와 접촉하여 수화반응을 일으키는 발열물질을 외부와 차단된 상태로 포함하는 반응부; 및 상기 반응부와 연결되어 상기 반응부로 물 또는 수증기를 포함하는 유체를 공급하는 공급부;를 포함한다.
상기 반응부 내로 유입되는 유체는 수증기를 포함하는 공기 또는 액적 형태의 분사된 물을 포함하는 공기일 수 있으며, 상기 발열물질은 염화마그네슘(MgCl2), 염화칼슘(CaCl2), 제올라이트(zeolite), 실리카겔(silicagel), 황산마그네슘(MgSO4), 황산알루미늄(Al2(SO4)3) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 반응부 내로 유입되는 유체가 수증기를 포함하는 공기인 경우에 상기 공기는 수증기가 60 중량% 이상 포함되어 있는 것일 수 있다.
상기 난방기의 반응부는 서로 분리되어 외부와 차단된 2 이상의 서브반응부들을 포함하고, 상기 서브반응부들의 내부에는 각각 발열물질을 포함할 수 있으며,상기 공급부는 상기 서브반응부들에 연결되어 각각의 서브반응부들에 유체를 공급하는 서브공급부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 난방기는 상기 반응부와 연결되고, 상기 반응부 내부에서 상기 난방열에 의하여 덥혀진 온공기가 배출되는 배출부를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 반응부의 외면을 이루는 소재, 또는 상기 서브반응부들 사이의 격벽 또는 상기 서브반응부들의 외면을 이루는 소재는 유연성 소재인 것일 수 있다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기를 이용한 난방 방법은, 물 또는 수증기와 접촉하여 수화반응을 일으키는 발열물질을 외부와 차단된 상태로 포함하는 반응부; 및 상기 반응부와 연결되어 상기 반응부로 물 또는 수증기를 포함하는 유체를 공급하는 공급부;를 포함하는 난방기를 이용하고, 상기 반응부 내로 유입되는 유체와 상기 발열물질이 접촉하여 수화 반응을 일으키고, 상기 수화반응에 의하여 상기 발열물질이 수화물로 변하는 과정에서 발생하는 수화열을 포함하는 난방열을 이용하여 반응부 내의 공기를 덥히며, 덥혀진 공기를 이용하여 난방기 외부로 열을 전달하는 난방단계를 포함한다.
상기 발열물질은 수분과 함께 수화반응을 일으킬 수 있는 물질이면 되는데, 예를 들면, 염화마그네슘(MgCl2), 염화칼슘(CaCl2), 제올라이트(zeolite), 실리카겔(silicagel), 황산마그네슘(MgSO4), 황산알루미늄(Al2(SO4)3) 또는 이들의 조합이 적용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 염화마그네슘을 예로써 수화반응에 대하여 설명하면, 화학반응식은 다음 반응식 1과 같다.
[반응식 1]
MgCl2 + 6H2O -> MgCl2·6H2O + Q (수화열)
상기 반응은 수화반응으로서 열을 방출시키는 발열반응인데, 상기 반응식 1에서 염화마그네슘이 수화물로 변화하는 과정은 2수화물이 되었다가, 4수화물, 6수화물 식으로 순차적으로 변화할 수 있고, 한번의 과정으로 6수화물로 변화할 수도 있다. 이 때 염화마그네슘은 수화물로 변화하면서 열을 방출하는데, 2수화물이 4수화물로 변화할 때에도 열은 방출되고, 4수화물이 6수화물로 변화할 때에도 열은 방출된다. 이 때에 방출되는 열을 수화열이라 하며, 난방열에 포함된다.
상기 반응부 내로 유입되는 유체는, 수증기를 포함하는 공기 또는 액적 형태의 분사된 물을 포함하는 공기일 수 있다.
상기 발열물질을 수분과 반응시키기 위해 수분의 공급원으로서 액적 형태의 분사된 물을 포함하는 것일 수 있는데, 이처럼 액적으로 분사된 물은 발열물질과의 접촉면적을 극대화시켜 반응속도를 증가시킬 수 있고, 발열물질의 전체 면적에 걸쳐 균일한 반응을 유도할 수 있기 때문에, 일부 발열물질이 수화물로 변화되지 않은 채로 난방의 일 순환이 종료되는 비효율성을 제거할 수 있다.
또한, 상기 유체는 수증기를 포함하는 공기일 수도 있다. 상기 수증기는 상기 난방단계에서 물로 응축된 후에 상기 발열물질과 수화반응을 일으키며, 수증기가 물로 응축되면서 방출되는 응축열은 상기 난방열에 추가적으로 더 포함될 수 있다. 이에 따라, 상기 난방열에는 수화반응에 의한 수화열과 함께 수증기의 응축에 의한 응축열이 포함되어 난방효율을 더욱 극대화 시킬 수 있다.
이와 같이 수증기가 수분의 공급원이 되어 난방효율을 더 극대화 시키기 위해서 상기 공기에 포함되는 수증기의 양은 전체 공기 대비 60 중량%, 즉 상대습도가 약 60% 이상일 수 있고, 70% 이상이면 더 바람직할 수 있다.
상기 공기를 이용한 난방 방법은, 상기 난방단계 이전 또는 난방단계의 실시와 동시에 습공기생성단계를 더 포함할 수 있다. 상기 습공기생성단계는 물을 수증기로 증발시키고, 상기 수증기를 상기 공급부를 통하여 상기 반응부에 전달하는 단계일 수 있다. 상기 습공기생성단계는 상기 반응부에 유입되는 유체의 상대습도가 60% 미만일 경우 발열물질에 수분의 공급을 원활히 하기 위한 것으로, 습도가 충분치 못한 공기에 수분을 공급하는 역할을 한다. 이러한 습공기생성단계를 더 추가함으로써, 상기 공기를 이용한 난방 방법에 있어서 주위 공기의 습도에 대한 의존성을 보다 낮출 수 있어 상기 난방 방법에 이용되는 난방기의 성능을 보장할 수 있는 수단이 될 수 있다.
상기 습공기생성단계에서 물을 수증기로 증발시키는 방법으로는 다양한 방식이 사용될 수 있는데, 예를 들면 진공 증발방식, 가열에 의한 증발방식 등이 있을 수 있고, 도 2에 도시된 바와 같이 진공에 의한 증발방식이 본 발명에서는 적절할 수 있다. 즉, 진공펌프를 이용하여 압력 강하를 통해 물을 수증기로 증발시키고, 이렇게 생성된 수증기는 상기 진공펌프와 연결된 유체가 공급되는 상기 공급부를 통하여 상기 반응부로 전달되는 것일 수 있다.
상기 난방열에 의하여 덥혀지는 공기의 온도는 30 내지 90℃, 바람직하게는 30 내지 60℃, 30 내지 55℃일 수 있고, 더 바람직하게는 40 내지 50℃일 수 있다. 이는 수화반응에 의한 수화열과 수증기의 응축에 의한 응축열을 포함하는 열에 의해 덥혀진 것으로, 발열물질의 양과 수분의 양에 따라 발생되는 수화열의 양이 변화할 수 있다. 이와 같은 온도로 승온된 공기는 난방에 즉시 이용하기에 적절하여, 고온일 경우에 필요한 축열장치 등의 추가 장치가 필요 없고, 직접 공기를 덥히기 때문에 추가의 열전달 매체가 필요하지 않아 열손실이 최소화되므로, 축열장치에 저장시 손실되는 열 및 열전달 매체에 의해 손실되는 열이 없어 에너지 손실이 적고, 효율이 뛰어나다.
상기 공기를 이용한 난방 방법에 있어서, 이 난방 방법에 이용되는 난방기의 반응부는, 서로 분리되어 외부와 차단된 2 이상의 서브반응부들을 포함할 수 있고, 상기 서브반응부들의 내부에는 각각 발열물질을 포함할 수 있으며, 이 난방 방법에 이용되는 난방기의 공급부는, 상기 서브반응부들에 연결되어 각각의 서브반응부들에 유체를 공급하는 서브공급부를 포함하고, 상기 2 이상의 서브반응부들에는 동시에 또는 순차로 유체를 공급하여 난방기의 발열온도와 온도유지시간을 조절하는 조절단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 난방기를 스케일-업하거나, 보다 효율적으로 사용하기 위해 반응부를 여러 섹터로 나누어 수화반응을 조절할 수 있는 것으로, 수화반응을 조절하여 발열온도를 높이거나 낮출 수 있고, 여러 서브반응부들 중에서 한 서브반응부씩 수화반응을 유도하여 오랜 시간 동안 난방을 유지시킬 수도 있다.
상기 반응부의 외면을 이루는 소재, 또는 상기 서브반응부들의 격벽 또는 외면을 이루는 소재는 유연성(flexible) 소재인 것일 수 있다. 이러한 반응부 등의 소재는 난방기의 용도에 따라 선택적으로 적용시킬 수 있는데, 온열매트와 핫팩의 경우에는 유연성 있는 소재를 사용하는 것이 바람직할 수 있고, 공간을 난방하여 공기를 덥히는 난방기로 사용시에는 보관, 이동, 관리 등의 측면에 있어서 단단한 소재를 사용하는 것이 바람직할 수도 있다.
상기 난방 방법에 이용되는 난방기는 상기 반응부와 연결된 배출부를 더 포함할 수 있고, 상기 배출부는 상기 반응부 내부에서 상기 난방열에 의하여 덥혀진 온공기가 배출되는 것일 수 있다. 상기 난방기의 배출부는 난방기의 용도에 따라 선택적으로 포함될 수도 있고, 포함되지 않을 수도 있다. 즉, 핫팩이나 온열매트와 같은 용도로 사용시에는 부피팽창을 고려하여 적절한 크기로 반응부를 제조하고, 배출부를 제거하여 내부 빈 공간을 더운 공기로 채워 사용하는 것일 수 있고, 공간을 난방하여 공기를 덥히는 난방기로 사용시에는 덥혀진 공기가 즉시 외부로 배출될 수 있도록 배출부를 포함하여 사용하는 것일 수 있다. 또한, 상기 난방기에 반응부 또는 공급부가 2 이상의 서브반응부 또는 서브공급부들을 포함하는 난방기인 경우에는 배출부 역시도 각각에 상응하도록 서브배출부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 공기를 이용한 난방 방법은, 상기 난방단계 이후에 건조단계 및 보관단계를 더 포함할 수 있다. 상기 건조단계는 상기 발열물질의 수화물을 건조하여 발열물질로 재생하는 단계로서, 수화물이 건조되는 반응은 하기 반응식 2의 반응으로, 상기 반응식 1에서 나타내고 있는 수화반응의 역반응이다.
[반응식 2]
MgCl2·6H2O -> MgCl2 + 6H2O
상기 반응식 2에서와 같이 건조되는 반응 역시도 6수화물이 한번에 염화마그네슘으로 건조될 수 있고, 2수화물 또는 4수화물까지만 건조될 수도 있으며, 발열물질로는 염화마그네슘으로 완전히 건조되지 않고 2수화물 또는 4수화물까지만 건조되더라도 사용이 가능할 수 있다. 즉, 발열물질로 사용 가능한 것은 염화마그네슘, 염화마그네슘 2수화물, 염화마그네슘 4수화물 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 건조단계에서 발열물질의 수화물의 건조는 흡열반응이기 때문에 상기 수화물이 외부와 차단되지 않은 상태로, 즉 외부에 노출된 상태로 반응부를 150 ℃ 이하, 바람직하게는 130℃ 이하의 건조온도에 방치하여 열을 공급하는 것일 수 있다. 이러한 열 공급은 태양열 또는 폐열에 의한 것일 수 있고, 폐열은 예를 들면, 건조공정에서 배출되는 공기의 열, 주물공정에서 배출되는 고온의 배기가스에 포함된 열, 공정에서 사용하고 남아 외부로 배출되는 수증기의 열 등이 있을 수 있고 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 태양열의 공급은, 예를 들면 진공식 태양열 집열기를 적용한 것과 같은 방식으로 이루어지는 것일 수 있으며, 이에 제한사항은 없다.
상기 보관단계는 상기 재생된 발열물질이 반응부 외부의 공기와 차단된 상태로 방치되는 단계일 수 있다. 이는 외부의 공기에 포함된 미량의 수증기와의 반응을 차단하기 위함으로, 상기 발열물질이 외부와 차단된 상태라면 자체적으로는 반응이 일어나지 않기 때문에 장기간 보관하더라도 문제가 생기지 않는다. 따라서, 난방을 위해 겨울철 사용한 발열물질을 난방기를 사용하지 않는 여름철에 태양열 등을 통해 건조시킨 후 다시 겨울철에 이용하는 것도 가능할 수 있다.
상기 공기를 이용한 난방 방법은, 이러한 보관단계를 거친 후에, 다시 난방단계로 되돌아가 발열물질의 수화반응을 일으키고, 배출부를 통해 난방기 외부로 열을 전달하는 방식 또는 반응부 내에 덥혀진 공기를 품은 채로 난방에 이용하는 방식으로 재사용되는 것일 수 있다. 이러한 난방, 건조 및 보관의 순환 방식을 통해서 상기 난방 방법을 반영구적으로 적용시킬 수 있기 때문에, 에너지를 크게 절감할 수 있고, 화석연료를 이용하지 않고 발열물질과 물만을 이용하여 환경오염문제 및 자원부족문제에도 적극적으로 대처할 수 있는 난방 방법이라 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 공기 난방기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 물 또는 수증기와 접촉하여 수화반응을 일으키는 발열물질을 외부와 차단된 상태로 포함하는 반응부; 및 상기 반응부와 연결되어 상기 반응부로 물 또는 수증기를 포함하는 유체를 공급하는 공급부;를 포함한다.
또한, 상기 난방기의 반응부는 도 3에 도시된 바와 같이, 서로 분리되어 외부와 차단된 2 이상의 서브반응부들을 포함하고, 상기 서브반응부들의 내부에는 각각 발열물질을 포함하며, 상기 공급부는 상기 서브반응부들에 연결되어 각각의 서브반응부들에 유체를 공급하는 서브공급부를 포함하고, 상기 2 이상의 서브반응부들에는 동시에 또는 순차로 유체를 공급하여 난방기의 발열온도와 온도유지시간을 조절하는 조절단계를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 난방기 내 반응부가 2 이상의 서브반응부들을 포함하고 있으므로, 발열물질이 수화반응을 일으키는 반응부가 여러 개가 되어 일정 공간의 온도를 빠르게 올리거나, 오랜 시간 동안 난방을 유지하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 반응부의 외면을 이루는 소재, 또는 상기 서브반응부들의 격벽 또는 외면을 이루는 소재는 유연성(flexible) 소재인 것일 수 있다. 이러한 반응부 등의 소재는 난방기의 용도에 따라 선택적으로 적용시킬 수 있는데, 온열매트와 핫팩의 경우에는 유연성 있는 소재를 사용하는 것이 바람직할 수 있고, 공간을 난방하여 공기를 덥히는 난방기로 사용시에는 보관, 이동, 관리 등의 측면에 있어서 단단한 소재를 사용하는 것이 바람직할 수도 있다.
상기 난방기는 상기 반응부와 연결된 배출부를 더 포함할 수 있고, 상기 배출부는 상기 반응부 내부에서 상기 난방열에 의하여 덥혀진 온공기가 배출되는 것일 수 있다. 상기 난방기의 배출부는 난방기의 용도에 따라 선택적으로 포함될 수도 있고, 포함되지 않을 수도 있다. 즉, 핫팩이나 온열매트와 같은 용도로 사용시에는 부피팽창을 고려하여 적절한 크기로 반응부를 제조하고, 배출부를 제거하여 내부 빈 공간을 더운 공기로 채워 사용하는 것일 수 있고, 공간을 난방하여 공기를 덥히는 난방기로 사용시에는 덥혀진 공기가 즉시 외부로 배출될 수 있도록 배출부를 포함하여 사용하는 것일 수 있다. 또한, 상기 난방기에 반응부 또는 공급부가 2 이상의 서브반응부 또는 서브공급부들을 포함하는 난방기인 경우에는 배출부 역시도 각각에 상응하도록 서브배출부를 포함하는 것일 수 있다.
수화반응, 발열물질, 유체 및 반응부에서 이루어지는 난방-건조-보관-난방의 재사용 사이클에 관한 설명은 상기 공기를 이용한 난방방법의 설명과 중복되므로 기재를 생략한다.
본 발명의 공기를 이용한 난방 방법은 실온 정도의 습한 공기와 발열물질의 수화반응을 통해 열을 발생시키는 방법으로서, 간단한 방법으로 공간의 난방이 가능하며, 공기와 발열물질이 직접 접촉하고, 열전달 매체가 필요하지 않아 열 전달 효과가 극대화되어 열 효율이 뛰어나고, 화석연료나 전기를 사용하지 않으면서도 발열물질을 폐열이나 태양열로 재생할 수 있기 때문에 반영구적이고 친환경적인 난방 방법이다. 또한, 상기 난방 방법에 이용되는 난방기에 반응부, 공급부 및 배출부 각각에 서브반응부, 서브공급부 및 서브배출부를 포함시키면 열 발생의 용량을 증가시킬 수 있고, 난방 유지시간을 증가시킬 수 있다는 장점이 있으며, 상기 난방기의 반응부의 소재를 유동적으로 선택하여 다용도 난방에 이용할 수 있다는 장점도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 난방기를 설명하는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 난방기와 연결 가능한 진공펌프의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 난방기가 그 내부에 서브반응부를 포함한 예를 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1의 난방 방법을 실시한 경우에 얻어진 난방용 더운 공기의 시간에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
실시예 1: 발열물질로 MgCl 2 를 적용한 난방
발열물질 시료로 MgCl2·2H2O 100 g을 반응부에 투입하였다. 여기에 온도가 약 27℃이고, 수증기를 약 70%로 포함하는 공기를 공급부를 통하여 투입해주면서, 상기 발열물질의 수화반응을 유도하였다. 상기 수화반응에 제공된 물은 약 70 g이었다. 상기 수화반응이 진행됨에 따라서, 상기 반응부 내부의 온도는 약 6 ℃ 상승하였고, 그 온도가 약 1 시간 이상 지속된다는 것을 확인하였다.
상기 실시예 1에서 반응부 내의 수증기를 포함하는 공기를 제공한 시점으로부터 반응부 내의 공기의 온도가 상승하고 그 온도가 유지되는 것을 측정하여 시간에 따른 온도의 그래프로 도 4에 나타냈다. 도 4를 참조하면, 수증기를 포함하는 공기를 제공하고 10분 이내에 반응부 내의 온도가 약 6 ℃ 이상 상승하였고, 이렇게 상승된 온도가 약 60분 정도 유지됨을 확인할 수 있었다.
실시예 2: 사용된 난방기의 재생 및 재사용 실험
상기 실시예 1에서 사용된 난방기를 이용해 발열물질을 재생하고 재사용하는 것을 실험하였다.
실시예 1에서 반응이 완료된 발열물질 MgCl2의 수화물을 반응부에 둔 상태로 반응부를 반응부 외부와 공기와 접할 수 있도록 유지하면서 반응부를 가열하였다. 상기 반응부의 가열은 120 내지 130 ℃에서 이루어졌으며, 재생이 완료된 후에는 외부와 차단되도록 밀봉하여 보관하였다.
밀봉된 상태로 발열물질이 보관된 반응부에 공급부를 이용하여 수증기를 약 70 % 포함하는 약 27 ℃의 공기를 공급하였고, 상기 실시예 1과 유사하게 반응부에서 발열되었다. 이를 통하여, 상기 난방기는 사용 후 재생 과정을 거쳐서 재사용이 가능하다는 점을 확인하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 열 발생 장치 20: 습공기생성부
101: 공급부 201: 진공 펌프
102: 배출부 202: 수조
103: 반응부 203: 습공기배출수단

Claims (17)

  1. 물과 접촉하여 수화반응을 일으키는 발열물질을 외부와 차단된 상태로 포함하는 반응부; 및 상기 반응부와 연결되어 상기 반응부로 수증기를 포함하는 유체를 공급하는 공급부;를 포함하는 난방기를 이용하고,
    상기 반응부 내로 유입되는 유체와 상기 발열물질이 접촉하여 수화 반응을 일으키고, 상기 수화반응에 의하여 상기 발열물질이 수화물로 변하는 과정에서 발생하는 수화열을 포함하는 난방열을 이용하여 반응부 내의 공기를 덥히며, 덥혀진 공기를 이용하여 난방기 외부로 열을 전달하는 난방단계를 포함하며,
    상기 반응부 내로 유입되는 유체는 수증기를 포함하는 공기이며, 난방단계에서 수증기는 물로 응축된 후에 상기 발열물질과 수화반응을 일으키고, 상기 난방열은 상기 수증기의 응축열을 더 포함하는 것인 공기를 이용한 직접 열이용식 난방 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발열물질은 염화마그네슘(MgCl2), 염화칼슘(CaCl2), 제올라이트(zeolite), 실리카겔(silicagel), 황산마그네슘(MgSO4), 황산알루미늄(Al2(SO4)3) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것인, 공기를 이용한 직접 열이용식 난방 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 난방열에 의하여 덥혀진 공기의 온도는 30 내지 90℃의 범위인 것인, 공기를 이용한 직접 열이용식 난방 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 난방기의 반응부는 서로 분리되어 외부와 차단된 2 이상의 서브반응부들을 포함하고, 상기 서브반응부들의 내부에는 각각 발열물질을 포함하며, 상기 공급부는 상기 서브반응부들에 연결되어 각각의 서브반응부들에 유체를 공급하는 서브공급부들을 포함하고,
    상기 2 이상의 서브반응부들에는 동시에 또는 순차로 유체를 공급하여 난방기의 발열온도와 온도유지시간을 조절하는 조절단계를 더 포함하는 것인, 공기를 이용한 직접 열이용식 난방 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 난방기는 상기 반응부와 연결된 배출부를 더 포함하고,
    상기 배출부는 상기 반응부 내부에서 상기 난방열에 의하여 덥혀진 온공기가 배출되는 것인, 공기를 이용한 직접 열이용식 난방 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 공기를 이용한 난방 방법은, 상기 난방단계 이후에 건조단계 및 보관단계를 더 포함하고,
    상기 건조단계는 상기 발열물질의 수화물을 건조하여 발열물질로 재생하는 단계이며,
    상기 보관단계는 상기 재생된 발열물질이 반응부 외부의 공기와 차단된 상태로 방치되는 단계이고,
    상기 보관단계를 거친 난방기는 상기 난방단계에 의하여 난방기 외부로 열을 전달하는 방식으로 재사용되는 것인, 공기를 이용한 직접 열이용식 난방 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 건조단계에서의 상기 발열물질의 수화물의 건조는 상기 수화물이 외부와 차단되지 않은 상태로 상기 반응부를 150 ℃ 이하의 건조온도에 방치하여 열을 공급하는 것이고,
    상기 열 공급은 태양열 또는 폐열에 의한 것인, 공기를 이용한 직접 열이용식 난방 방법.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반응부 내로 유입되는 공기는 수증기가 60 중량% 이상 포함되어 있는 것인, 공기를 이용한 직접 열이용식 난방 방법.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 반응부의 외면을 이루는 소재, 또는 상기 서브반응부들의 격벽 또는 외면을 이루는 소재는 유연성(flexible) 소재인 것인, 공기를 이용한 직접 열이용식 난방 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 공기를 이용한 난방 방법은 상기 난방단계 이전 또는 난방단계의 실시와 동시에 습공기생성단계를 더 포함하며,
    상기 습공기생성단계는 물을 수증기로 증발시키고, 상기 수증기를 상기 공급부를 통하여 상기 반응부에 전달하는 단계인 것인, 공기를 이용한 직접 열이용식 난방 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 수증기는 진공펌프를 이용하여 물로부터 형성되고 상기 진공펌프와 연결된 상기 공급부를 통하여 상기 반응부에 전달되는 것인, 공기를 이용한 직접 열이용식 난방 방법.
  13. 물과 접촉하여 수화반응을 일으키는 발열물질을 외부와 차단된 상태로 포함하는 반응부; 및 상기 반응부와 연결되어 상기 반응부로 수증기를 포함하는 유체를 공급하는 공급부;를 포함하고
    상기 반응부 내로 유입되는 유체는 수증기를 포함하는 공기이며,
    상기 발열물질은 염화마그네슘(MgCl2), 염화칼슘(CaCl2), 제올라이트(zeolite), 실리카겔(silicagel), 황산마그네슘(MgSO4), 황산알루미늄(Al2(SO4)3) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것인, 직접 열이용식 공기 난방기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 반응부 내로 유입되는 공기는 수증기가 60 중량% 이상 포함되어 있는 것인, 직접 열이용식 공기 난방기.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 난방기의 반응부는 서로 분리되어 외부와 차단된 2 이상의 서브반응부들을 포함하고, 상기 서브반응부들의 내부에는 각각 발열물질을 포함하며,
    상기 공급부는 상기 서브반응부들에 연결되어 각각의 서브반응부들에 유체를 공급하는 서브공급부를 포함하는 것인, 직접 열이용식 공기 난방기.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 난방기는 상기 반응부와 연결되고, 상기 반응부 내부에서 수증기의 응축열 및 수화반응에 의한 수화열을 포함하는 난방열에 의하여 덥혀진 온공기가 배출되는 배출부를 더 포함하는 것인, 직접 열이용식 공기 난방기.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 반응부의 외면을 이루는 소재, 또는 상기 서브반응부들 사이의 격벽 또는 상기 서브반응부들의 외면을 이루는 소재는 유연성 소재인 것인, 직접 열이용식 공기 난방기.
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