KR200186703Y1 - 방전관 램프를 이용한 가열장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 비닐 하우스, 농수산물 창고 등 저비용으로 고효율의 난방이 필요한 곳의 난방에 적당한 방전관 램프를 이용한 난방장치에 관한 것이다.

본 고안은 양호한 온도구배 특성을 갖는 석영튜브 외장의 방전관 램프(10,10')와, 내부 공간(22,22')에 상기 방전관 램프(10,10')가 설치되어 상기 방전관 램프(10,10')로부터 방사된 광에너지를 열에너지로 변환하며, 흡기측 통기공(24)들과 배기측 통기공(26)들이 형성된 발열체(20)와, 상기 발열체(20)의 내부 공간(22)으로 공기를 송풍하기 위한 블로워(30)와, 공기의 흡기측 덕트(42) 및 배기측 덕트(44)와, 일부가 상기 발열체(20)의 내부 공간(22,22')에 배치되어 방전관 램프(10,10')로부터 방사된 광에너지를 열에너지로 변환하는 집열수단으로 제공되고 다른 일부가 상기 배기측 덕트(26) 내에 배치되어 상기 집열수단에서 변환된 열을 발산하는 발열수단으로 제공되는 온수관(50)으로 구성된다.

Description

방전관 램프를 이용한 가열장치{Heater using discharge lamp}

본 고안은 방전관 램프를 이용한 난방장치에 관련된 것으로서, 특히 비닐 하우스, 농수산물 창고 등 저비용으로 고효율의 난방이 필요한 곳의 난방에 적당한 방전관 램프를 이용한 난방장치에 관한 것이다.

일반적인 연소식 난방장치는 기름이나 가스 등의 연료가 연소될 때의 불꽃의 화력으로 물을 데우거나 발열체를 가열하여 이로부터 열풍을 공급받도록 하는 방식이다.

이러한 난방장치는 열풍에 의해 히터 불꽃이 소멸되므로 효율이 낮고, 연료 연소에 따른 환경오염 및 연료 에너지의 고갈을 초래할 뿐만 아니라, 사용시에 자주 연료를 보충해 주어야 하는 불편이 있다.

최근에는 전기 발열 방식의 전기식 난방장치도 많이 사용되고 있으나, 이는 히터선 또는 히터관 등의 발열체에 전류를 인가하여 전기에너지를 열에너지로 변환하는 것이기 때문에 넓은 난방 면적을 제공하기 어렵고 많은 전력량의 소모가 초래되는 문제점을 갖고 있다.

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 고안은 발광효율이 우수한 방전관 램프의 광 에너지를 이용하여 물을 데우거나 대기 난방을 행하도록 된 방전관 램프를 이용한 난방장치를 제공하려는데 목적을 두고 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따르면, 석영튜브 외장의 방전관 램프와, 내부 공간에 상기 방전관 램프가 설치되어 상기 방전관 램프로부터 방사된 광에너지를 열에너지로 변환하며, 흡기측 통기공과 배기측 통기공이 형성된 발열체와, 상기 발열체의 내부 공간으로 공기를 송풍하기 위한 블로워와, 상기 블로워로부터 압송되는 공기의 흡기측 덕트 및 가열된 공기의 배기측 덕트로 구성된 것을 특징으로 하는 방전관 램프를 이용한 난방장치가 제공된다.

상술한 본 고안의 구성에 있어서, 일부가 상기 발열체의 내부 공간에 배치되어 방전관 램프로부터 방사된 광에너지를 열에너지로 변환하는 집열수단으로 제공되고 다른 일부가 상기 덕트 내에 설치되어 상기 집열수단에서 변환된 열을 발산하는 발열수단으로 제공되는 온수관이 더 구비되게 구성할 수 있다.

또, 상기 방전관 램프는 고압수은 자외선 램프, 메탈 할라이드 자외선 램프, 갈륨 메탈 할라이드 자외선 램프 중의 하나가 적용됨이 바람직하다.

도 1 은 본 고안에 따른 난방장치의 구성 단면도

도 2 는 본 고안에 적용되는 방전관 램프의 구조도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10,10' - 방전관 램프 20 - 발열체

22,22' - 내부공간 24 - 흡기측 통기공

26 - 배기측 통기공 30 - 블로워

42 - 흡기측 덕트 44 - 배기측 덕트

50 - 온수관

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 고안에 따른 난방장치의 구성 단면도이고, 도 2 는 본 고안에 적용되는 방전관 램프의 구조도이다.

도 1 의 도시와 같이, 본 고안은 양호한 온도구배 특성을 갖는 석영튜브 외장의 방전관 램프(10,10')와, 내부 공간(22,22')에 상기 방전관 램프(10,10')가 설치되어 상기 방전관 램프(10,10')로부터 방사된 광에너지를 열에너지로 변환하며, 흡기측 통기공(24)들과 배기측 통기공(26)들이 형성된 발열체(20)와, 상기 발열체(20)의 내부 공간(22)으로 공기를 송풍하기 위한 블로워(30)와, 공기의 흡기측 덕트(42) 및 배기측 덕트(44)와, 일부가 상기 발열체(20)의 내부 공간(22,22')에 배치되어 방전관 램프(10,10')로부터 방사된 광에너지를 열에너지로 변환하는 집열수단으로 제공되고 다른 일부가 상기 배기측 덕트(26) 내에 배치되어 상기 집열수단에서 변환된 열을 발산하는 발열수단으로 제공되는 온수관(50)으로 구성된다.

본 고안의 실시예에서는 상기 방전관 램프(10,10') 및 발열체 내부공간(22,22')이 2개로 구성되는 것으로 예시하였으나, 단일로 구성하거나 3개 이상으로 구성될 수 있다. 방전관 램프(10,10') 및 발열체 내부 공간(22,22')이 2개이므로 중간 격벽(27) 및 통기공(28)이 구비된다.

도면의 미설명 부호 92는 교류전원(AC)을 스위칭 제어하기 위한 콘트롤박스, 94는 안정기, 그리고 96은 콘덴서이다.

상기 방전관 램프(10,10')는 도 2 의 도시와 같이, 석영 재킷(18)으로 둘러 쌓이고, 직경 15∼35mm 정도의 석영관(12) 내부에 버퍼 가스, 수은, 메탈 할라이드 솔트(metal halide salt)등이 내포되며, 석영관(12) 내부 양측에 몰리브덴 리본(14)에 연결된 전극(16)이 각각 형성된다.

이러한 구성의 방전관 램프(10,10')는 양측 전극(16)들 간에 방전을 일으키면 석영관(12) 내의 수은 혹은 메탈 할라이드의 금속 원자가 여기 상태로 되었다가 기저 상태로 복귀되면서 전자기파를 방사한다. 방전관 램프(10,10')에서 방사하는 광의 파장은 전자가 여기되는 전자궤도의 에너지 준위에 따라서 달라진다.

상기 방전관 램프(10,10')는 고압수은 자외선 램프, 메탈 할라이드 자외선 램프, 갈륨 메탈 할라이드 자외선 램프 중의 하나를 사용할 수 있다.

상기 고압수은 자외선 램프는 방전 영역에 수은이 내포되어 있는 것으로, 이를 사용하면 수은에 의한 다양한 파장 광을 얻을 수 있다.

상기 메탈 할라이드 자외선 램프는 일반 메탈(Fe) 램프와, 갈륨(Ga) 램프를 포함하는 것이다.

상기 갈륨 메탈 할라이드 자외선 램프는 메탈 할라이드 솔트를 GaI3를 투입한 램프로서 반도체 공정의 포토 리소그래피 공정에 많이 사용되는 420nm 정도 파장의 보라색을 방사하는 것이다.

여기에서, 상기 고압수은 자외선 램프, 메탈 할라이드 자외선 램프, 갈륨 메탈 할라이드 자외선 램프는 공히 점등 초기에 300nm 이하의 단파장 광을 차단하는 오존 스펙트럼 트랩을 갖는 오존레스 자외선 램프가 적용될 수 있다. 상기 오존 스펙트럼 트랩은 석영관 내부에 필터물질을 도포하여 구현할 수 있다.

본 고안은 상술한 바와 같이 방전 효과에 의해 높은 발광효율을 나타내는 다양한 종류의 자외선 램프를 사용할 수 있으며, 특히 열 에너지로의 변환률이 큰 가시광선 파장 및 적외선 파장의 방사율이 높은 것을 사용하면 좋다.

상기 발열체는 열전도성이 양호한 금속, 예를 들어 알루미늄을 사용하는 것이 바람직하며, 그 표면에는 흡광률이 높은 색상으로 착색하거나 표면 산화막을 형성한 것, 또는 짙은 색상이 되도록 열처리한 것을 사용할 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 고안은 다음과 같이 작동하게 된다.

본 고안의 난방장치는 상술한 방전관 램프(10.10')의 발광과 블로워(30)의 가동에 의해 이루어진다.

전기- 광 변환효율이 높은 방전관 램프(10,10')가 발광하면 램프에서 방사된 광 에너지는 발열체(20)로 흡수되어 열 에너지로 변환된다. 블로워(30)의 송풍에 의해 흡기측 덕트를(42) 경유한 후 흡기측 통기공(24)을 통해 발열체(20)의 내부 공간(22,22')으로 유입된 대기는 발열체 내부 공간(22,22')의 복사열에 의해 가열된 후 배기측 통기공(26)을 통해 배기측 덕트(44)로 송풍된다. 이어, 출구(44A)측으로 송풍되는 중 서서히 냉각된 공기는 배기측 덕트(44) 내의 온수관(50)의 발열측에서 발산되는 열에 의해 가열된 후 출구(44A)로 배출된다.

이와 같이 본 고안에 의한 난방장치는 '전기 에너지⇒광 에너지⇒열 에너지' 로의 변환 효율이 높고, 발열체의 복사열 및 온수관의 발열측 복사열의 2중 가열식으로 난방 송풍을 행하는 것이므로, 높은 난방 효율을 얻을 수 있다.

특히, 본 고안에 의한 난방장치는 열원으로 램프 광을 이용하는 것이므로 기존 연료연소 방식의 난방기와 같이 송풍에 의한 불꽃 소화가 없어 에너지 효율이 감소되는 것을 방지할 수 있다.

이하, 에너지 효율의 개선을 입증하기 위해 본 고안의 출원인이 행한 다수회 반복된 실험조건과 그 결과를 예시한다.

일정시간 동안 점등된 방전관 램프(10)의 표면 온도는 700∼800℃ 정도까지 발열되게 하고, 램프 광을 흡수한 발열체(20)의 발열 온도는 500℃ 정도까지 상승되게 하였다. 이를 위해 5KW 규격의 방전관 램프(10,10')를 사용하고, 발열체(20)는 알루미늄제로서 방전관 램프(10,10')와 발열체(20) 내벽 간 거리가 100mm 정도로 되는 내부 공간(22,22')의 크기로 제작하였다.

이러한 사양으로 제작된 난방장치에서는 가동 후 대략 1시간 정도부터 온도 상승특성이 평탄해져 최대 발열효율을 나타내기 시작한다.

본 고안의 출원인은 상술한 난방장치와, 기존의 연료연소식 난방장치를 작동시켜, 일정시간동안 동일 난방효율을 얻는데 소비된 에너지 비용을 비교해 본 결과, 연료연소식 난방장치의 석유요금 대비 전기요금의 비용이 10% 정도로서 크게 절감됨을 확인할 수 있었다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안의 난방장치는 고효율의 방전관 램프에서 방사된 300nm 파장대 이상의 광 에너지를 열 에너지로 변환하여 난방을 행하는 장치이므로, 기존 송풍 난방의 문제점으로 제시되던 불꽃소화를 해결할 수 있고, 따라서 에너지 변환효율도 높아 넓은 난방 면적을 저 비용으로 난방할 수 있도록 하는 이점이 있는 것이다.

Claims (4)

1. 석영튜브 외장의 방전관 램프와, 내부 공간에 상기 방전관 램프가 설치되어 상기 방전관 램프로부터 방사된 광에너지를 열에너지로 변환하며, 흡기측 통기공과 배기측 통기공이 형성된 발열체로 구성된 것을 특징으로 하는 방전관 램프를 이용한 난방장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 발열체의 내부 공간에 배치되는 일부가 방전관 램프로부터 방사된 광에너지를 열에너지로 변환하는 집열수단으로 제공되고 다른 일부가 대기순환통로에 배치되어 상기 집열수단에서 변환된 열을 발산하는 발열수단으로 제공되는 온수관이 더 구비된 것을 특징으로 하는 방전관 램프를 이용한 난방장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 방전관 램프는 고압수은 자외선 램프, 메탈 할라이드 자외선 램프, 갈륨 메탈 할라이드 자외선 램프 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방전관 램프를 이용한 난방장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 고압수은 자외선 램프, 메탈 할라이드 자외선 램프, 갈륨 메탈 할라이드 자외선 램프 중의 어느 하나는 300nm 이하의 단파장 광을 차단하는 오존 스펙트럼 트랩을 갖는 오존레스 자외선 램프인 것을 특징으로 하는 방전관 램프를 이용한 난방장치.