KR20090061256A - 전기 나트륨식 가열로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나트륨의 상 변화를 이용하여 열전달을 이룸으로써 안정적으로 순환 공기를 가열할 수 있도록 된 전기 나트륨식 가열로에 관한 것이다.

본 발명은, 히터 코일이 내측 하부에 위치되고 진공 상태로 유지되며, 내부에는 나트륨이 내장되고, 외측 상부에 방열 판이 위치되는 나트륨 로; 상기 나트륨 로를 에워싸도록 외측에 형성되고, 내부에는 상기 방열 판이 위치되는 열교환 통로가 구비된 케이싱; 및 상기 케이싱의 외측에서 상기 열교환 통로에 연결되어 상기 방열 판의 외측을 경유하여 순환 공기가 흐르도록 하는 순환공기 통로;를 포함하여, 상기 나트륨 로에 내장된 나트륨의 상 변화를 이용하여 상기 히터 코일의 열을 방열 판에 전달하고, 순환 공기의 가열을 이루는 전기 나트륨식 가열로를 제공한다.

본 발명에 의하면, 히터 코일로부터 나트륨이 진공상태에서 가열되고 기화되어 방열 판에서 열전달을 이룬 다음, 순환공기 통로에서 흐르는 공기로 열전달하고 액화되는 열전달 과정을 거쳐서 순환 공기를 가열하기 때문에 안정된 열전달을 이룰 수 있고, 안정된 가열을 이룰 수 있는 효과가 얻어진다.

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Description

전기 나트륨식 가열로{Electric Heater Using Natrium Therein}

본 발명은 나트륨을 열전달 매체로 이용하는 히터에 관한 것으로, 보다 상세히는 진공상태의 나트륨 로 내에서 나트륨을 가열시키고, 나트륨의 상 변화를 이용하여 열전달을 이룸으로써 안정적으로 순환 공기를 가열할 수 있도록 된 전기 나트륨식 가열로에 관한 것이다.

일반적으로 전기식 가열로는 일측에 히터 코일이 위치되고, 상기 히터 코일에 의해서 가열되는 방열 판을 갖추며, 상기 방열 판의 외측으로 순환 공기가 통과하여 원하는 지점으로 고온의 가열 공기를 제공하게 된다.

이와 같은 종래의 전기식 가열로는 히터 코일이 직접 방열 판에 위치되어야 하기 때문에 방열 코일의 구조가 커지고, 일부 구조에 있어서는 설계 구조상 직접적으로 히터 코일이 방열 판에 부착하지 못하는 제한적인 문제점이 있다.

따라서 히터 코일을 일측에 위치시키고, 열전달 유체를 통하여 히터의 열을 방열 판측으로 이동시켜서 방열 판에서 그 외측의 순환 공기를 가열시키는 구조도 제시되어 있으나, 이와 같은 종래의 구조는 열전달 매체의 상 변화 시, 그 체적이 온도 및 압력에 민감하게 반응하고, 체적 변화율이 커서 이들을 보완하기 위한 가열 장치의 크기와 두께가 커지고 열전달 효율이 저하하는 문제점이 있다.

특히 열전달 매체가 가열되는 경우, 그 체적 변화율이 커지면 열 전달 효율도 낮아지고, 열전달 작동의 안정성이 낮아진다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 전기식 히터 코일로부터 나트륨으로 이루어진 열전달 매체를 이용하여 방열 판을 가열시키고, 방열 판의 외측에서 순환 공기의 가열을 이루는 과정에서 히터 코일로부터 방열 판으로 안정적인 열전달을 이루어 순환 공기를 가열하고 효과적으로 사용처로 제공할 수 있도록 된 전기 나트륨식 가열로를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 히터 코일을 구비하여 순환 공기의 가열을 이루는 가열로에 있어서,

상기 히터 코일이 내측 하부에 위치되고 진공 상태로 유지되며, 내부에는 나트륨이 내장되고, 외측 상부에 방열 판이 위치되는 나트륨 로;

상기 나트륨 로를 에워싸도록 외측에 형성되고, 내부에는 상기 방열 판이 위 치되는 열교환 통로가 구비된 케이싱; 및

상기 케이싱의 외측에서 상기 열교환 통로에 연결되어 상기 방열 판의 외측을 경유하여 순환 공기가 흐르도록 하는 순환공기 통로;를 포함하여, 상기 나트륨 로에 내장된 나트륨의 상 변화를 이용하여 상기 히터 코일의 열을 방열 판에 전달하고, 순환 공기의 가열을 이루는 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨식 가열로를 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 나트륨 로는 내측 상부에 방열 블록이 형성되고, 상기 방열 블록의 둘레에는 다수의 방열 판이 형성되며, 내부에는 상하방향으로 다수의 방열 구멍이 형성된 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨식 가열로를 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 나트륨 로는 그 상부측에 진공 투입구가 형성되고, 그 일측으로는 나트륨 투입구가 형성된 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨식 가열로를 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 순환공기 통로는 일측에 송풍기를 구비하고 상기 송풍기의 후방 측으로는 순환공기 통로의 일측에 절개 구멍을 형성하여 순환공기 통로 내의 일부 공기를 외부로 배출시킴으로써 송풍기의 배풍 부하를 줄이고, 흡입력을 높이는 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨식 가열로를 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 케이싱은 그 일측에 보조 송풍기가 위치되고, 타측에는 상기 열교환 통로의 후방 측 순환공기 통로에 연결되는 공기 보충 관을 구비하여 상기 순환공기 통로에 상기 케이싱 내부의 가열된 공기를 보충하는 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨식 가열로를 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 케이싱은 그 내측에 단열재 또는 단열 페인트로 이루어진 단열 수단이 장착되어 열손실을 최소화하는 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨식 가열로를 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 순환공기 통로는 열 전도성이 우수한 알루미늄 합금재료로 이루어지고, 외면에는 원적외선 방출도료가 도포되어 가열공기의 순환시 방열과 원적외선 방출을 동시에 이루는 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨식 가열로를 제공한다.

본 발명에 따른 전기 나트륨식 가열로에 의하면, 전기식 히터 코일로부터 나트륨으로 이루어진 열전달 매체를 이용하여 방열 판을 가열시키고, 방열 판의 외측에서 순환 공기의 가열을 이룬다. 이와 같은 과정에서 히터 코일로부터 나트륨이 진공상태에서 가열되고 기화되어 방열 판에서 열전달을 이룬 다음, 순환공기 통로에서 흐르는 공기로 열전달하고 액화된다. 이와 같은 열전달 과정을 거쳐서 순환 공기를 가열하기 때문에 안정된 열전달을 이룰 수 있고, 안정된 순환 공기의 가열을 이룰 수 있는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 전기 나트륨식 가열로(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 히터 코일(5)이 내측 하부에 위치된 나트륨 로(10)를 구비하는데, 상기 나트륨 로(10)는 진공 상태로 유지되고, 내부에는 나트륨이 내장되며, 외측 상부에 방열 판(15)이 위치되는 구조이다.

이와 같은 나트륨 로(10)는 도 2 및 도 3a)에 도시된 바와 같이, 내측 상부에 방열 블록(20)이 형성되고, 상기 방열 블록(20)의 둘레에는 다수의 방열 판(15)이 형성되는데, 상기 방열 블록(20)은 열전도 성이 우수한 알루미늄 합금재료로 이루어지며, 그 내부에는 상하방향으로 다수의 방열 구멍(22)이 형성된 구조이다. 따라서 이와 같은 방열 구멍(22)을 통하여 고온의 나트륨 기체와 액체들이 통과한다.

그리고 상기 나트륨 로(10)는 그 상부 측에 진공 투입구(26)가 형성되고, 이와 같은 진공 투입구(26)는 외부의 진공 펌프(미 도시)에 연결되어, 나트륨의 충전 후 나트륨 로(10)의 내부를 진공으로 형성한다. 그리고 상기 나트륨 로(10)는 그 일측으로는 나트륨 투입구(28)가 형성되며, 이를 통하여 내부에 나트륨이 충전되 고, 나트륨이 충전된 후에는 밀봉 처리된다.

또한 본 발명은 상기 나트륨 로(10)를 에워싸도록 외측에 형성되고, 내부에는 상기 방열 판(15)이 위치되는 열교환 통로(30)가 구비된 케이싱(35)을 구비하는데, 상기 케이싱(35)은 중공형의 구조를 구비한 것이고, 그 상부에는 양측으로 연결되는 순환공기 통로(40)를 구비한다. 그리고 상기 케이싱(35)은 그 내측에 단열재 또는 단열 페인트로 이루어진 단열 수단(42)이 장착되어 케이싱(35)의 외부로 열이 누출되어 손실되는 것을 최소화한다.

상기 순환공기 통로(40)는 상기 케이싱(35)의 외측에서 열교환 통로(30)에 연결되어 상기 방열 판(15)의 외측을 경유하여 순환 공기가 흐르도록 하는 튜브의 구조를 갖는다. 상기 순환공기 통로(40)는 열 전도성이 우수한 알루미늄 합금재료로 이루어지고, 그 외면에는 원적외선 방출도료가 도포되어 고온의 가열공기의 순환시, 방열과 원적외선 방출을 동시에 이루는 것이다. 이와 같은 순환공기 통로(40)는 열교환 통로(30)의 양측에 연결된 것으로서, 상기 순환공기 통로(40)의 일측에는 송풍기(45)를 구비한다.

그리고 상기 송풍기(45)는 상기 순환공기 통로(40) 내의 공기를 흡인하여 열교환 통로(30)의 방열 판(15) 외측으로 흐르도록 하는 것으로서, 방열 판(15)을 통과한 고온의 공기는 순환공기 통로(40)를 통과하면서 냉각되고, 송풍기(45)를 통하여 재차 방열 판(15) 측으로 공급됨으로써 순환된다.

한편 이와 같은 순환공기 통로(40)는 송풍기(45)의 후방 측에서 그 일측에 절개 구멍(47)을 형성하여 순환공기 통로(40) 내의 공기 일부가 외부로 빠져나가도록 하는데, 이와 같은 절개 구멍(47)을 통한 공기 배출을 통하여 송풍기(45)의 배풍 부하를 줄이고, 그에 따른 송풍기(45) 전방 측으로부터의 흡입력을 높일 수 있게 된다.

이와 같이 절개 구멍(47)을 통하여 순환공기 통로(40)의 내부로부터 공기가 줄어들게 되면, 이와 같이 줄어든 공기를 보충하기 위한 보조 송풍기(50)가 구비되는데, 이와 같은 보조 송풍기(50)는 상기 케이싱(35)의 일측에 위치되고, 상기 케이싱(35)의 타측에는 공기 보충 관(55)이 위치되어 상기 열교환 통로(30)의 후방 측에서 순환공기 통로(40)에 연결되는 구조이다. 상기 공기 보충 관(55)은 케이싱(35)과 순환공기 통로(40)를 연결하는 것으로서, 보조 송풍기(50)를 통하여 케이싱(35)의 내측으로 유입되고, 나트륨 로(10)의 외부로 누출되는 열을 이용하여 가열된 공기의 일부를 순환공기 통로(40)의 내부로 공급함으로써 상기 절개 구멍(47)을 통하여 외부로 누출된 순환공기를 고온의 공기로서 보충한다.

미 설명 부호는 히터 코일(5)에 전원을 공급하는 플러그(70)이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 전기 나트륨식 가열로(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 나트륨 로(10)의 내부에는 나트륨 고체상의 나트륨이 나트륨 투입구(28)를 통하여 장입된 다음 폐쇄되고, 진공 투입구(26)를 통하여 진공 압이 부여되어 그 내부는 진공상태로 유지된다.

이와 같은 상태에서 도 3b)에 도시된 바와 같은, 나트륨 로(10) 하부 측의 히터 코일(5)에 전원이 공급되면, 히터 코일(5)은 나트륨을 가열하게 되는데, 상기 나트륨은 그 원자 특성상 용해점이 낮고 기화점이 높다. 또한 고체에서 액체, 액체에서 기체로 상 변화를 할 때, 체적이 급속히 증가하지 않고 안정적이므로 일반적인 고압 탱크처럼 가열하면 체적이 급변하는 것이 아니라 안정적이고, 이 상태에서 안정적으로 고열을 신속하게 전달하는 특징을 갖는다.

나트륨은 원자구조상 원자핵에 전자가 한 개를 갖는 불안정한 구조이며, 진공된 용기 안에서 열을 가하면 액체나 기체상태에서 발광과 발열을 한다. 따라서 본 발명은 이를 이용하여 발열된 나트륨 기체가 나트륨 로(10)의 상부에 있는 방열 블록(20)과 알루미늄 방열 판(15)으로 전달되고, 송풍기(45)에서 인입되는 공기가 이를 통과하면서 가열된다.

상기 나트륨 로(10)의 내부에 담긴 나트륨은 90℃에서 고체가 용해되고, 883℃에서 기화된다. 그리고 나트륨 로(10)가 진공상태로 유지되면, 그 액화점 및 기화점이 더 낮아지게 되며, 히터 코일(5)을 통하여 1000℃의 열을 가하게 되면, 고체상태의 나트륨이 나트륨 로(10)의 내부에서 급속히 액화 및 기화하게 된다.

이와 같이 나트륨이 기화되는 경우, 도 3a)에 도시된 바와 같은 방열 블록(20)의 방열 구멍(22)들을 통해서 상하로 순환되고, 상부의 방열 블록(20)을 통한 방열 판(15) 및 나트륨 로(10)의 외벽에서 열전달을 한 후, 내부의 나트륨은 열 을 빼앗긴 다음 기체 상태로부터 액체상태로 변화하여 중력에 의하여 방열 구멍(22) 및 나트륨 로(10)의 내벽을 따라 액체상태로 흘러내린다.

그리고 이와 같이 나트륨을 가열한 상태로부터 히터 코일(5)의 전력 공급을 중단하고, 냉각시키면 나트륨은 가루형태로 바닥 혹은 벽면에 가라앉게 된다.

한편 상기와 같이 나트륨을 가열하여 나트륨 로(10)의 상부 측 방열 판(15)이 가열되고, 송풍기(45)가 작동되면 순환공기 통로(40)의 내부에서는 공기가 순환되어 방열 판(15) 측으로 공급된다. 이와 같은 경우, 상기 순환공기 통로(40)는 밀폐된 공간으로서 내부의 공기를 잘 순환시키지 못한다. 즉, 순환공기 통로(40)에 인입 공기와 토출 공기가 있어야 공기의 순환이 잘 이루어지기 때문에, 송풍기(45) 후방 측에 마련된 순환공기 통로(40)에 절개 구멍(47)이 형성되어 순환공기의 일부가 외부로 배출되고, 이와 같은 소실 공기는 케이싱(35)에 마련된 보조 송풍기(50)를 통하여 순환공기 통로(40)의 내부로 보급된다.

상기 보조 송풍기(50)는 외부의 공기를 흡입하여 나트륨 로(10)의 외부로 전달된 열을 스파이럴(spiral) 형태로 감싸면서 가열시킨 다음, 케이싱(35)으로부터 공기 보충 관(55)을 통하여 순환공기 통로(40)에 제공한다. 이 과정에서 외부로부터 보조 송풍기(50)를 통하여 공기가 흡입되고, 나트륨 로(10)와 케이싱(35) 사이의 열을 이용하여 가열되며, 공기 보충관(55)을 통하여 순환공기 통로(40)의 내부로 제공됨으로써 상기 절개 구멍(47)을 통하여 배출된 공기만큼 보조 송풍기(50)를 통하여 보급되도록 하여 전체적으로 순환공기 통로(40) 내의 공기 흐름을 안정화하고, 송풍기(45)에 부하를 최소화할 수 있다.

한편 상기 순환공기 통로(40)는 나트륨 로(10)에서 발생된 열을 이용하여 방열 판(15)이 가열되고, 송풍기(45)에서 흡입된 공기가 방열 판(15)을 통하여 열전달을 받아 순환공기 통로(40)를 통하여 다시 순환하게 되는데 순환공기 통로(40)를 알루미늄 합금으로 만들어 순환하는 고온 공기가 순환공기 통로(40) 자체를 통해 열을 외부로 열전달을 하고, 순환공기 통로(40)의 외면에 도포된 원적외선 도료가 가열되어 원적외선을 하부로 방사하는 것이다.

이와 같이 본 발명의 전기 나트륨식 가열로(1)는, 예를 들면 층고가 높은 공장, 성당, 비닐하우스, 체육관 등의 천정 부근에 설치되어 실내온도를 높일 수 있다. 또는 본 발명의 전기 나트륨식 가열로(1)는 보일러로도 제품개발이 가능한 것임은 물론이다.

이와 같이 본 발명은 전기식 히터 코일(5)로부터 나트륨으로 이루어진 열전달 매체를 이용하여 방열 판(15)을 가열시키고, 방열 판(15)의 외측에서 순환 공기의 가열을 이루는 과정에서 나트륨이 진공상태에서 가열되고 기화되어 방열 판(15)에서 열전달을 이룬 다음, 액화되어 순환하는 과정을 통하여 순환 공기를 가열하기 때문에 안정된 열전달을 이룰 수 있고, 그에 따른 가열로(1)의 안정된 작동이 이루 어지는 것이다.

본 발명은 상기에서 도면을 참조하여 특정 실시 예에 관련하여 상세히 설명하였지만 본 발명은 이와 같은 특정 구조에 한정되는 것은 아니다. 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술 사상 및 권리범위를 벗어나지 않고서도 본 발명의 실시 예를 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이다. 그렇지만 그와 같은 단순한 실시 예의 수정 또는 설계변형 구조들은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속하게 됨을 미리 밝혀 두고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기 나트륨식 가열로를 전체적으로 도시한 구성도;

도 2는 본 발명에 따른 전기 나트륨식 가열로에 구비된 나트륨 로를 일부 절개하여 도시한 단면도;

도 3은 본 발명에 따른 전기 나트륨식 가열로에 구비된 나트륨 로의 단면도로서, a)도는 도 2의 A-A 단면, b)도는 도 2의 B-B 단면이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1..... 본 발명에 따른 전기 나트륨식 가열로

5..... 히터 코일 10.... 나트륨 로

15.... 방열 판 20.... 방열 블록

22.... 방열 구멍 26.... 진공 투입구

28.... 나트륨 투입구 30.... 열교환 통로

35.... 케이싱 40.... 순환공기 통로

42.... 단열 수단 45.... 송풍기

47.... 절개 구멍 50.... 보조 송풍기

55.... 공기 보충 관 70.... 플러그

Claims (7)

1. 히터 코일을 구비하여 순환 공기의 가열을 이루는 가열로에 있어서,

   상기 히터 코일이 내측 하부에 위치되고 진공 상태로 유지되며, 내부에는 나트륨이 내장되고, 외측 상부에 방열 판이 위치되는 나트륨 로;

   상기 나트륨 로를 에워싸도록 외측에 형성되고, 내부에는 상기 방열 판이 위치되는 열교환 통로가 구비된 케이싱; 및

   상기 케이싱의 외측에서 상기 열교환 통로에 연결되어 상기 방열 판의 외측을 경유하여 순환 공기가 흐르도록 하는 순환공기 통로;를 포함하여, 상기 나트륨 로에 내장된 나트륨의 상 변화를 이용하여 상기 히터 코일의 열을 방열 판에 전달하고, 순환 공기의 가열을 이루는 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨식 가열로.
2. 제1항에 있어서, 상기 나트륨 로는 내측 상부에 방열 블록이 형성되고, 상기 방열 블록의 둘레에는 다수의 방열 판이 형성되며, 내부에는 상하방향으로 다수의 방열 구멍이 형성된 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨식 가열로.
3. 제2항에 있어서, 상기 나트륨 로는 그 상부측에 진공 투입구가 형성되고, 그 일측으로는 나트륨 투입구가 형성된 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨식 가열로.
4. 제1항에 있어서, 상기 순환공기 통로는 일측에 송풍기를 구비하고 상기 송풍기의 후방 측으로는 순환공기 통로의 일측에 절개 구멍을 형성하여 순환공기 통로 내의 일부 공기를 외부로 배출시킴으로써 송풍기의 배풍 부하를 줄이고, 흡입력을 높이는 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨식 가열로.
5. 제1항에 있어서, 상기 케이싱은 그 일측에 보조 송풍기가 위치되고, 타측에는 상기 열교환 통로의 후방 측 순환공기 통로에 연결되는 공기 보충 관을 구비하여 상기 순환공기 통로에 상기 케이싱 내부의 가열된 공기를 보충하는 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨식 가열로.
6. 제5항에 있어서, 상기 케이싱은 그 내측에 단열재 또는 단열 페인트로 이루어진 단열 수단이 장착되어 열손실을 최소화하는 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨식 가열로.
7. 제4항에 있어서, 상기 순환공기 통로는 열 전도성이 우수한 알루미늄 합금재 료로 이루어지고, 외면에는 원적외선 방출도료가 도포되어 가열공기의 순환시 방열과 원적외선 방출을 동시에 이루는 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨식 가열로.

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