KR20090130946A - 전기 나트륨 식 가열로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나트륨을 열전달 매체로 이용하는 전기 나트륨 식 가열로에 관한 것이다. 본 발명은, 상기 히팅 장치가 내측에 위치되고, 그 상부 측으로는 일정 공간이 내부에 형성되며, 그 일측으로는 가열 매체 입구와 가열 매체 출구가 형성되며 내 측면에는 단열재가 부착된 케이싱; 상기 케이싱의 내부에 종(縱)으로 배치되고, 히터 장치에 의해서 가열되며, 내부에는 진공 상태에서 나트륨이 내장되는 공간이 형성되는 나트륨 로; 및 상기 나트륨 로를 에워싸도록 외측에 형성되고, 내부에는 나선형 유로가 형성되며, 상기 나선형 유로의 상단은 연결관을 통하여 상기 가열 매체 입구에 연결되고, 상기 나선형 유로의 하단은 상기 가열 매체 출구에 연결되어 그 내부를 통과하는 가열 매체를 가열시키는 열교환기;를 포함하고 상기 히터 장치에 의하여 나트륨 로 내에서 나트륨의 상 변화를 일으켜서 상기 열교환기를 통과하는 가열 매체를 가열시키는 전기 나트륨 식 가열로를 제공한다. 본 발명에 의하면 나트륨의 상 변화시 발생하는 발열 현상을 이용하여 나트륨 로 주위의 열교환기를 통과하는 가열 매체를 가열하게 됨으로써, 가열 매체의 신속하고 효과적인 가열을 이룰 수 있고, 열 교환 효율이 크게 향상되는 효과가 얻어진다.

나트륨, 전기 나트륨 식 가열로, 히터 장치, 나트륨 로, 상 변화 잠열

Description

전기 나트륨 식 가열로{Electric Boiler Using Natrium Therein}

본 발명은 나트륨을 열전달 매체로 이용하는 가열로에 관한 것으로, 보다 상세히는 진공상태의 나트륨 로 내에서 나트륨을 가열시키고, 나트륨의 상(phase) 변화를 이용하여 가열 매체에 열전달을 이룸으로써 가열로의 열효율을 높일 수 있음은 물론, 신속하고 안정적으로 가열 매체를 가열할 수 있도록 된 전기 나트륨 식 가열로에 관한 것이다.

일반적으로 전기식 가열로는 일측에 히터 장치가 위치되고, 상기 히터 장치에 의해서 가열되는 방열판을 갖추며, 상기 방열판의 외측으로 순환 공기 또는 물의 가열 매체가 통과하여 원하는 온도로 가열 매체를 가열시키게 된다.

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

따라서 이와 같은 종래의 전기식 가열로는 히터 장치를 일측에 위치시키고, 열전달 유체를 통하여 가열로의 열을 방열 판측으로 이동시켜서 방열 판에서 그 외측의 가열 매체를 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 히터 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.

따라서 당 업계에서는 열전달 효율이 높고, 안정적으로 가열작동을 이룰 수 있는 가열로의 개발이 절실한 것이었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 나트륨의 상 변화시 발생하는 발열(發熱) 현상을 이용하여 나트륨 로 주위의 공기 또는 물과 같은 가열 매체의 가열을 이루도록 함으로써 가열 매체의 신속하고 효과적인 가열이 이루어지도록 한 전기 나트륨 식 가열로를 제공하는 데 있다.

그리고 본 발명은 다른 목적으로서 나트륨의 상 변화시 발생하는 발열 현상을 이용하여 가열 매체의 가열시, 가열 매체의 와류 현상을 일으켜서 보다 큰 면적에서 열전달이 이루어지도록 하고, 나트륨 로를 통과하는 가열 매체의 열교환 면적 을 크게 하여 열 효율을 크게 향상시킨 전기 나트륨 식 가열로를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 히터 장치를 내장하여 내부를 통과하여 흐르는 가열 매체를 가열하기 위한 가열로에 있어서, 상기 히터 장치가 내측에 위치되고, 그 상부 측으로는 일정 공간이 내부에 형성되며, 그 일측으로는 가열 매체 입구와 가열 매체 출구가 형성되며 내 측면에는 단열재가 부착된 케이싱; 상기 케이싱의 내부에 종(縱)으로 배치되고, 히터 장치에 의해서 가열되며, 내부에는 진공 상태에서 나트륨이 내장되는 공간이 형성되는 나트륨 로; 및 상기 나트륨 로를 에워싸도록 외측에 형성되고, 내부에는 나선형 유로가 형성되며, 상기 나선형 유로의 상단은 연결관을 통하여 상기 가열 매체 입구에 연결되고, 상기 나선형 유로의 하단은 상기 가열 매체 출구에 연결되어 그 내부를 통과하는 가열 매체를 가열시키는 열교환기;를 포함하고 상기 히터 장치에 의하여 나트륨 로 내에서 나트륨의 상 변화를 일으켜서 상기 열교환기를 통과하는 가열 매체를 가열시키는 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨 식 가열로를 제공한다.

바람직하게는, 상기 나트륨 로는 그 내부 공간이 고리형의 원통형 공간으로 형성되고, 상기 원통형 공간의 둘레에는 다수의 상하 관통 관이 동축(同軸)을 유지하면서 길이 방향으로 배열 설치되어 가열 기체와의 전열 면적을 크게 확대시킨 것임을 특징으로 한다.

보다 바람직하게는, 상기 나트륨 로는 내부 공간이 원통형 공간으로 형성되고, 상기 원통형 공간의 내부에는 다수의 밀폐형 관들이 배치되며, 상기 밀폐형 관들을 통하여 가열 매체가 통과함으로써 나트륨 로의 작동 체적을 줄이고 가열 매체의 전열면적을 증대시킨 것임을 특징으로 한다.

가장 바람직하게는, 상기 나트륨 로는 내부에 원통형 공간을 형성한 구조이거나 또는 그 원통형 공간에 다수의 상하 관통 관이 동축을 유지하면서 길이 방향으로 배열 설치되어 가열 기체와의 전열 면적을 확대시킨 것임을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 열교환기는 그 내측에 상기 케이싱의 중앙에서 길이방향으로 상하로 연장된 중앙 관통 구를 포함하고, 상기 중앙 관통 구의 둘레에는 상기 나트륨 로가 끼워 고정되며, 상기 중앙 관통 구의 상단은 연결관을 통하여 상기 나선형 유로의 상단에 연결되고, 상기 중앙 관통 구의 하단은 가열 매체 입구에 연결된다.

바람직하게는, 상기 나트륨 로는 그 하단이 상기 히터 장치의 내측에서 가열되어 나트륨이 기화 상승되고, 상기 기화된 나트륨은 열교환기 측으로 발열하며, 나트륨 로의 상단에서 액화하여 하강하는 과정을 그 내부 공간에서 반복하는 것임을 특징으로 한다.

보다 바람직하게는, 상기 열교환기는 상기 나트륨 로의 전체 길이에 걸쳐서 나트륨 로의 외측에 끼워지는 중공 원통형의 구조로 이루어지고, 상기 나선형 유로 높이의 중앙 부에는 와류 형성 핀들이 상기 나선형 유로의 전체 길이를 따라서 돌출 형성된 것임을 특징으로 한다.

가장 바람직하게는, 상기 히터 장치는 케이싱의 내부에서 받침대상에 일정 높이로 형성되어 그 하부 측에 일정 크기의 유입 챔버를 형성하며, 상기 유입 챔버의 하부에는 나트륨 흡수용 모래가 포설되고, 그 일측으로는 가열 매체 입구가 연결된다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 가열 매체 입구와 가열 매체 출구는 가열 매체의 진행 방향에 따라서 가열 매체 입구는 가열 매체를 배출시키는 출구로 사용되고, 상기 가열 매체 출구는 가열 매체를 유입시키는 입구로 사용된다.

본 발명에 의하면 히터 장치로부터 나트륨 로에 담긴 나트륨을 가열하고, 나트륨의 상 변화시 발생하는 발열 현상을 이용하여 나트륨 로 주위의 열교환기를 통과하는 가열 매체의 가열을 이루도록 한다. 따라서 가열 매체의 신속하고 효과적인 가열이 이루어진다.

그리고 본 발명에 의하면 나트륨의 상 변화시 발생하는 발열 현상을 이용하여 가열 매체의 가열시, 가열 매체의 와류 현상을 일으켜서 보다 큰 면적에서 열전달이 이루어지도록 하고, 나트륨 로를 통과하는 가열 매체의 열교환 면적을 크게 하여 열 교환 효율이 크게 향상되는 효과가 얻어진다.

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

본 발명의 전기 나트륨 식 가열로(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 히터 장치(5)을 내장하여 내부를 통과하여 흐르는 가열 매체를 가열하되, 나트륨의 상(phase) 변화시 발열 현상을 이용하는 가열로가다. 즉, 히터 장치(5)는 나트륨을 가열하여 상변화가 일으나도록 가열하는 기능을 한다. 본 발명의 전기 나트륨 식 가열로(1)는 히터 장치(5)이 내측에 위치되는 케이싱(10)을 포함하며, 상기 케이싱(10)에 내장된 히터 장치(5)은 통상적인 전기 저항식 히터 코일로 구성할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 히터 장치(5)는 나트륨을 가열시켜 상변화시킬 수 있는 모든 가열 수단을 포함하는 광의의 개념으로 해석되어야 할 것이다.

그리고 상기 케이싱(10)은 상기 히터 장치(5)의 상부측에 일정 공간이 내부에 형성되며, 그 하부측에는 유입 챔버(7)가 형성되고, 그 일측에는 가열 매체 입구(12)가 형성되고, 상기 히터 장치(5)의 상부측으로 가열 매체 출구(15)가 형성된 구조이다. 상기 가열 매체 입구(12) 및 가열 매체 출구(15)를 통하여 흐르는 가열 매체는 공기 또는 물이다.

상기 케이싱(10)은 도 2에 도시된 바와 같이, 그 내측에 세라믹 파이버(ceramic fiber)로 이루어진 단열재(10a)가 부착되어 내부에서 발생된 열이 외부로 전달되는 것을 차단한다. 그리고 상기 히터 장치(5)에는 나트륨 로(30)의 하단 이 고정되며, 상기 나트륨 로(30)의 외측으로는 이중 관 형태로 열교환기(40)가 장착된다. 따라서 상기 나트륨 로(30)는 그 하단이 히터 장치(5)에 의해서 가열되며, 내부에는 진공 상태에서 나트륨(32)이 내장되는 고리형의 공간(35)이 형성되는 중공 원통형 구조로 이루어진다.

또한 상기 열교환기(40)는 그 내측에 상기 케이싱(10)의 중앙에서 길이방향으로 상하로 연장된 중앙 관통 구(41)를 포함하고, 상기 중앙 관통 구(41)의 둘레에는 상기 나트륨 로(30)가 끼워 고정된다. 또한 상기 중앙 관통 구(41)의 상단은 "∩"형의 연결관(43)을 통하여 상기 나선형 유로(42)의 상단에 연결되고, 상기 중앙 관통 구(41)의 하단은 상기 케이싱(10)의 유입 챔버(7)와 연결되어 가열 매체 입구(12)에 연결되는 구조이다.

이와 같은 나트륨 로(30)는 상기 열교환기(40)의 중앙 관통 구(41)에 중첩하여 2중으로 끼워지는 중공 원통형의 구조를 갖는 것으로서, 그 단면은 고리형의 공간(35)이 형성되고 진공상태로 형성되며, 그 내부에는 고체상의 나트륨(32)이 장입(裝入)된 구조이다.

그리고 이와 같은 나트륨 로(30)는 그 하단이 케이싱(10)의 내측에 고정된 받침대(17)상에 지지되는 상태로 히터 장치(5)의 내측에 위치되는데, 상기 히터 장치(5)의 발열작동에 의해서 가열되어 나트륨(32)이 기화되고, 이와 같이 기화된 나트륨(32)은 비중이 낮아져서 나트륨 로(30)의 내측 상단으로 상승하고, 그 상승하는 과정에서 발열하여 상단으로부터 하단으로 액화 하강하는 과정을 상기 고리형의 공간(35) 내에서 반복한다.

또한 상기 나트륨 로(30)를 에워싸도록 외측에 형성되는 열교환기(40)는 도 3에 도시된 바와 같이, 그 외면은 둥근 원통형의 구조를 이루고, 그 내부는 나선형 유로(42)가 형성되는데, 이와 같은 나선형 유로(42)는 이후에 설명되는 바와 같이, 상기 케이싱(10)에 장착되는 경우, 상기 가열 매체 입구(12)와 가열 매체 출구(15)를 이어주도록 연결된다. 그리고 상기 열교환기(40)는 나트륨 로(30)의 전체 길이에 걸쳐서 그 외측에 중첩하여 끼워지는 중공 원통형의 구조로 이루어진다.

또한 이와 같은 나선형 유로(42)에는 도 3b)에 도시된 바와 같이, 와류형성 핀(45)이 형성되는데, 이와 같은 와류형성 핀(45)은 그 나선형 유로(42)를 통과하는 공기 또는 물과 같은 가열 매체에 교란(turbulence)을 부여하여 와류상태로 유로를 따라서 흐르도록 한다. 이와 같은 와류형성 핀(45)은 상기 나선형 유로(42)의 상하 중간 높이에서 그 유로(42)의 내 측벽을 따라서 돌출형성된 구조로 이루어진다. 이와 같은 구조를 통하여 상기 나선형 유로(42)를 통과하는 가열 매체의 흐름에는 와류형성 핀(45)으로 인한 교란이 일어나고 와류 흐름이 이루어지게 된다.

그리고 상기 열교환기(40)는 그 나선형 유로(42)의 상단 포트(42a)는 "∩"형의 연결관(43)과 중앙 관통 구(41)를 통하여 상기 가열 매체 입구(12)에 연결되고, 나선형 유로(42)의 하단 포트(42b)는 케이싱(10)에 마련된 가열 매체 출구(15)에 연결되어 서로 연통되는 구조이다. 이와 같은 열교환기(40)는 그 하부 면이 상기 케이싱(10)의 내측으로 돌출한 받침 턱(19)에 지지되어 케이싱(10) 내에서 일정 높이로 지지되는 데 상기 받침 턱(19)의 위치는 상기 히터 장치(5)의 직 상부 위치이다.

또한 본 발명은 상기 히터 장치(5)의 하부 측으로 유입 챔버(7)를 형성하는데, 상기 유입 챔버(7)의 하부에는 모래(7a)가 포설되어 있다. 이와 같은 모래(7a)는 나트륨 로(30)에서 누출되는 나트륨을 흡수할 수 있는데, 상기 나트륨 로(30)는 진공으로 유지되는 금속재료라서 나트륨의 누출은 대부분 차단되지만, 만일 나트륨 로(30)로부터 외부로 나트륨이 유출된다면 상기 모래(7a)층에 흡수 처리된다.

이와 같이 상기 케이싱(10)에 히터 장치(5)이 위치되고, 그 내측에는 나트륨 로(30)의 하단이 끼워지며, 상기 나트륨 로(30)의 외측으로 열교환기(40)가 배치되어 각각 고정되면, 상기 가열 매체 입구(12)는 유입 챔버(7)를 통하여 중앙 관통 구(41)에 연결되고, 상기 중앙 관통 구(41)의 상단에서 "∩"형의 연결관(43)을 통하여 열교환기(40)의 나선형 유로(42)의 측방 상단 포트(42a)에 연결된다. 또한 상기 열교환기(40)의 나선형 유로(42)의 측방 하부 포트(42b)는 케이싱(10)의 가열 매체 출구(15) 측에 연결되어 전체적으로 가열 매체는 가열 매체 입구(12)와 가열 매체 출구(15)를 통하여 흐르도록 연결된 구조이다.

상기와 같이 가열 매체 입구(12)와 가열 매체 출구(15)는 케이싱(10)의 내부 에서 열교환기(40)를 통하여 상호 연통되는 것으로서 내부를 통과하는 가열 매체의 흐름 방향에 따라서 상호 그 역할이 다르게 될 수 있다. 즉 가열 매체의 흐름 방향에 따라서 상기 가열 매체 입구(12)는 가열 매체 출구(15)가 될 수 있고, 상기 가열 매체 출구(15)는 가열 매체 입구(12)의 역할을 할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 나트륨 로(30)는 다양한 구조로 구성될 수 있는데, 도 4a)에 도시된 바와 같이, 상기 나트륨 로(30)의 구조가 고리형 공간(35)을 내측에 형성한 중공 원통형의 구조로 이루어질 수 있고, 다르게는 도 4b)에 도시된 바와 같이, 상기 나트륨 로(30')는 그 내부 공간이 고리형 공간(35')으로 형성되며, 상기 고리형 공간(35')의 둘레에는 다수의 소 직경의 상하 관통 관(36')들이 동축(同軸)을 유지하면서 원주방향의 등 간격으로 배치되어 가열 기체와의 전열 면적을 크게 확대시킨 구조로 이루어질 수 있다.

또는 다르게는 상기 나트륨 로(30")는 도 4c)에 도시된 바와 같이, 그 내부에 원통형 공간(35")이 형성되고, 상기 원통형 공간(35")의 내부에는 다수의 밀폐형 관(37")들이 고정 배치되며, 상기 밀폐형 관(37")들의 주위로 가열 매체가 통과함으로써 나트륨 로(30")의 작동 체적을 줄이고, 가열 매체의 전열면적을 증대시킨 구조일 수 있다. 본 발명은 이와 같은 구조들을 통하여 보다 효과적으로 가열 매체를 신속하게 가열할 수 있는 것이다.

또한, 다른 실시예에 의하면, 상기 나트륨 로(30"')는 도 4d)에 도시된 바와 같이, 원통형 공간만으로 형성할 수 있고, 도 4e)에 도시된 바와 같이, 원통형 공 간(35"")에 다수의 상하 관통 관(36"")들이 동축을 유지하면서 길이 방향으로 배치되어 작동 체적을 줄임과 동시에 전열 면적을 확대시킨 구조로 이루어질 수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 전기 나트륨 식 가열로(1)는 통상의 난방용 가열로(1) 또는 농업용 가열로(1)로 사용가능한데, 이는 도 5에 도시된 바와 같이 나트륨 로(30)의 내부에 고체상의 나트륨(32)이 장입된 다음, 진공상태로 유지되고 가열 매체 입구(12)로는 공기 또는 물로 이루어진 가열 매체가 유입하며, 유입 챔버(7)와 중앙 관통 구(41) 및 "∩"형의 연결관(43)과 열교환기(40)의 나선형 유로(42)를 통과하여 하부 측으로 와류 상태로 흐른 다음, 가열 매체 출구(15)로 배출된다.

이와 같은 과정에서 나트륨 로(30)의 하부 측 히터 장치(5)에 전원이 공급되면, 히터 장치(5)은 나트륨(32)을 가열하게 되는데, 상기 나트륨(32)은 그 원자 특성상 용해 점이 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 안정적이어서 고열을 신속하게 전달하는 특징을 갖는다. 또한 나트륨(32)은 원자구조상 원자핵에 전자가 한 개를 갖는 불안정한 구조이며, 진공 용기 안에서 열을 가하면 액체나 기체상태에서 발광과 발열을 한다. 따라서 본 발명은 이를 이용하여 발열된 나트륨 기체가 그 외측에 끼워진 열교환기(40)와 그 내측에 위치된 중앙 관통 구(41) 측으로 발열하게 되고, 이를 통 과하는 가열 매체에 열 전달한다.

이와 같은 열전달 과정에서 상기 나트륨 로(30)의 내부에 담긴 나트륨(32)은 90℃에서 고체가 용해되고, 883℃에서 기화된다. 그리고 나트륨 로(30)가 진공상태로 유지되면, 그 액화점 및 기화점이 더 낮아지게 되며, 히터 장치(5)을 통하여 1000℃의 열을 가하게 되면, 고체상태의 나트륨(32)이 나트륨 로(30)의 내부에서 급속히 액화 및 기화하게 된다.

이와 같이 나트륨(32)이 기화되는 경우, 나트륨(32)은 열교환기(40)의 중앙 관통 구(41)와 나선형 유로(42) 측으로 열을 빼앗긴 다음, 기체 상태로부터 액체상태로 변화하여 중력에 의하여 나트륨 로(30)의 내벽을 따라 액체상태로 흘러내린다. 그리고 상기 나트륨 로(30)의 하부에서 다시 가열되어 기화하고, 상승된 다음 액화되는 과정을 반복하면서 발열하여 열교환기(40)의 중앙 관통 구(41)와 나선형 유로(42)를 통과하는 공기를 가열시킨다.

또한 이와 같은 과정에서 상기 가열 매체는 가열 매체 입구(12)로부터 중앙 관통 구(41)를 통해 상향이동하는 과정에서 1차 가열되고, 나선형 유로(42)를 와류상태로 하향 통과하는 과정에서 가열 매체는 2차 가열된 상태로 가열 매체 출구(15)를 통하여 배출된다.

한편 상기 가열 매체 입구(12)와 가열 매체 출구(15)의 역할이 바뀌어서 가열 매체 출구(15) 측으로 가열 매체가 진입하고, 가열 매체 입구(12) 측으로 가열 매체가 배출될 수 있다. 이와 같은 경우, 상기 가열 매체 출구(15)를 통하여 나선형 유로(42) 측으로 가열 매체는 와류상태로 상승하면서 1차 가열되고, 중앙 관통 구(41)로부터 하향이동하는 과정에서 2차 가열된 상태로 가열 매체 입구(12)를 통하여 배출된다.

그리고 본 발명은 상기와 같이 나트륨의 발열 현상을 이용하여 가열 매체를 가열한 상태로부터 작동을 정지시켜 히터 장치(5)의 전력 공급을 중단하고, 냉각시키면 나트륨(32)은 가루형태의 고체 분말로 나트륨 로(30)의 바닥 혹은 벽면에 가라앉게 되고, 다시 가열 작동을 통하여 재차 액화 및 기화된다.

상기와 같은 발열 작동을 하는 나트륨 로(30")가 도 4b)에 도시된 바와 같이, 그 내부 공간이 고리형 공간(35')과 그 둘레에 다수의 소 직경의 상하 관통 구멍(36")들이 동축(同軸)을 유지하면서 원주방향의 등 간격으로 배치된 구조에서는 더욱더 전열 면적이 확대되어 효과적으로 가열 매체 온도를 높일 수 있다. 뿐만 아니라 상기 나트륨 로(30")가 도 4c)에 도시된 바와 같이, 원통형 공간(35")의 내부에 다수의 밀폐형 관(37")들을 고정하고, 상기 밀폐형 관(37")들을 통하여 가열 매체를 통과시켜 나트륨 로(30")의 작동 체적을 줄이며, 가열 매체의 전열면적을 증대시키는 경우에도 더욱더 가열 매체를 신속하게 가열할 수 있는 것이다.

상기와 같이 본 발명에 의하면 히터 장치(5)로부터 나트륨 로(30)에 담긴 나트륨(32)을 가열하고, 나트륨(32)의 상 변화시 발생하는 발열 현상을 이용하여 나트륨 로(30) 주위의 열교환기(40)를 통과하는 가열 매체를 효과적으로 가열하게 된 다. 따라서 가열 매체의 온도가 급속하게 가온되고, 가열로(1)의 전체 열효율을 크게 향상시키는 우수한 효과가 얻어진다.

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. 예를 들면 나트륨 로의 형태가 고리형의 공간을 내부에 형성한 원통형 구조이지만 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 다른 단면을 갖는 형태로 이루어질 수 있다. 뿐만 아니라 열교환기의 내부 유로도 나선형 유로의 구조를 갖지만 그 단면을 다르게 변형시킬 수도 있을 것이다. 그렇지만 그와 같은 단순한 실시 예의 수정 또는 설계변형 구조들은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속하게 됨을미리 밝혀 두고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기 나트륨 식 가열로의 외관을 도시한 사시도;

도 2는 본 발명에 따른 전기 나트륨 식 가열로를 도시한 분해 조립도;

도 3은 본 발명에 따른 전기 나트륨 식 가열로에 구비된 열교환기의 상세도로서, a)도는 외관 사시도, b)도는 단면도;

도 4는 본 발명에 따른 전기 나트륨 식 가열로에 구비된 다양한 나트륨 로의 상세도로서, a) 고리형 공간을 내부에 구비한 구조, b)도는 고리형 공간의 둘레에 다수의 상하 관통 관을 구비한 구조, c)도는 원통형 공간에 다수의 밀폐형 관을 고정한 구조, d)도는 원통형 공간을 내부에 구비한 구조, e)도는 원통형 공간의 다수의 상하 관통 관을 구비한 구조;

도 5는 본 발명에 따른 전기 나트륨 식 가열로의 가열 매체 흐름을 도시한 설명도;

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1...... 본 발명의 전기 나트륨 식 가열로

5...... 히팅 장치(히터 코일) 7...... 유입 챔버

7a..... 모래 10...... 케이싱

10a.... 단열재 12..... 가열 매체 입구

15..... 가열 매체 출구 19..... 폐 회로 튜브

30,30',30"..... 나트륨 로 32..... 나트륨

35,35',35"..... 고리형의 공간 40..... 열교환기

41..... 중앙 관통 구 42..... 나선형 유로

43..... "∩"형의 연결관 45..... 와류형성 핀

60..... 케이싱 커버

Claims (9)

1. 히터 장치를 내장하여 내부를 통과하여 흐르는 가열 매체를 가열하기 위한 가열로에 있어서,

   상기 히터 장치가 내측에 위치되고, 그 상부 측으로는 일정 공간이 내부에 형성되며, 그 일측으로는 가열 매체 입구와 가열 매체 출구가 형성되며 내 측면에 는 단열재가 부착된 케이싱;

   상기 케이싱의 내부에 종(縱)으로 배치되고, 히터 장치에 의해서 가열되며, 내부에는 진공 상태에서 나트륨이 내장되는 공간이 형성되는 나트륨 로; 및

   상기 나트륨 로를 에워싸도록 외측에 형성되고, 내부에는 나선형 유로가 형성되며, 상기 나선형 유로의 상단은 연결관을 통하여 상기 가열 매체 입구에 연결되고, 상기 나선형 유로의 하단은 상기 가열 매체 출구에 연결되어 그 내부를 통과하는 가열 매체를 가열시키는 열교환기;를 포함하고 상기 히터 장치에 의하여 나트륨 로 내에서 나트륨의 상 변화를 일으켜서 상기 열교환기를 통과하는 가열 매체를 가열시키는 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨 식 가열로.
2. 제1항에 있어서, 상기 나트륨 로는 그 내부 공간이 고리형의 원통형 공간으로 형성되고, 상기 원통형 공간의 둘레에는 다수의 상하 관통 관이 동축(同軸)을 유지하면서 길이 방향으로 배열 설치되어 가열 기체와의 전열 면적을 크게 확대시킨 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨 식 가열로.
3. 제1항에 있어서, 상기 나트륨 로는 내부 공간이 원통형 공간으로 형성되고, 상기 원통형 공간의 내부에는 다수의 밀폐형 관들이 배치되며, 상기 밀폐형 관들을 통하여 가열 매체가 통과함으로써 나트륨 로의 작동 체적을 줄이고 가열 매체의 전 열면적을 증대시킨 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨 식 가열로.
4. 제1항에 있어서, 상기 나트륨 로는 내부에 원통형 공간을 형성한 구조이거나 또는 그 원통형 공간에 다수의 상하 관통 관이 동축을 유지하면서 길이 방향으로 배열 설치되어 가열 기체와의 전열 면적을 확대시킨 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨 식 가열로.
5. 제1항에 있어서, 상기 열교환기는 그 내측에 상기 케이싱의 중앙에서 길이방향으로 상하로 연장된 중앙 관통 구를 포함하고, 상기 중앙 관통 구의 둘레에는 상기 나트륨 로가 끼워 고정되며, 상기 중앙 관통 구의 상단은 연결관을 통하여 상기 나선형 유로의 상단에 연결되고, 상기 중앙 관통 구의 하단은 가열 매체 입구에 연결된 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨 식 가열로.
6. 제1항에 있어서, 상기 나트륨 로는 그 하단이 상기 히터 장치의 내측에서 가열되어 나트륨이 기화 상승되고, 상기 기화된 나트륨은 열교환기 측으로 발열하며, 나트륨 로의 상단에서 액화하여 하강하는 과정을 그 내부 공간에서 반복하는 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨 식 가열로.
7. 제5항에 있어서, 상기 열교환기는 상기 나트륨 로의 전체 길이에 걸쳐서 나트륨 로의 외측에 끼워지는 중공 원통형의 구조로 이루어지고, 상기 나선형 유로 높이의 중앙 부에는 와류 형성 핀들이 상기 나선형 유로의 전체 길이를 따라서 돌출 형성된 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨 식 가열로.
8. 제1항에 있어서, 상기 히터 장치는 케이싱의 내부에서 받침대상에 일정 높이로 형성되어 그 하부 측에 일정 크기의 유입 챔버를 형성하며, 상기 유입 챔버의 하부에는 나트륨 흡수용 모래가 포설되고, 그 일측으로는 가열 매체 입구가 연결된 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨 식 가열로.
9. 제1항에 있어서, 상기 가열 매체 입구와 가열 매체 출구는 가열 매체의 진행 방향에 따라서 가열 매체 입구는 가열 매체를 배출시키는 출구로 사용되고, 상기 가열 매체 출구는 가열 매체를 유입시키는 입구로 사용되는 것임을 특징으로 하는 전기 나트륨 식 가열로.

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