KR20100128488A

KR20100128488A - 열매체 조성물

Info

Publication number: KR20100128488A
Application number: KR1020090046902A
Authority: KR
Inventors: 김정권
Original assignee: 김정권
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2010-12-08

Abstract

본 발명은 아세톤 35 ~ 85 중량%, 톨루엔 5 ~ 20 중량% 및 메탄올 1 ~ 40 중량%를 포함하는 난방관용 열매체 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 열매체 조성물은 외부의 열원이 80 ~ 100℃인 범위에서 7초/1.5m 이내의 열전달속도를 가지는 것을 특징으로 한다.

열매체, 난방관, 히트파이프

Description

열매체 조성물{HEATING MEDIUM COMPOSITION}

본 발명은 외부에서 열원이 가해지는 난방관에 사용되는 열매체 조성물에 관한 것이다.

종래의 난방 방식은 보일러 등에 의한 화석연료의 연소 에너지에 의하여 열매를 가온하는 방식으로서 보일러실에서 난방장소 까지 열의 이동을 위한 수많은 설비 시설과 팽창탱크 등의 안전설비 시설을 위한 보충수원의 확보나 배수시설비용이 추가 되었고 또, 건축법상 보일러실의 설치는 의무적이어서 건축공간을 필히 확보해야 함은 물론 화석 연료의 연소 시 굴뚝이나 장치로부터 유실되던 열손실에 따른 경제적 부담이나 대기 오염과 소음을 포함한 이차적 문제점 또한 적지 않았다.

근래에 와서는 히팅 코일이 내장되어 열매를 가열 하는 방식의 전기보일러 제품들이 개발되고 있으나, 규모가 대형이며, 제조과정이 복잡하고, 비용이 상승하는 것은 물론 복잡한 설비계통과 과도한 전력 소비로 인하여 현실적으로 상용되지 못하고 있다.

일반적으로, 히트 파이프는 열매체유를 순환시키지 않고 내부에 충진된 열매체의 운동에 의하여 열원을 전달하여서 열이 고루고 균일하며 효율적으로 전달될 수 있도록 하는 것이다. 히트 파이프는 온수순환에 이루어진 고전적인 난방시스템의 열전달 효율성과 열전달의 신속성을 해결할 수 있도록 한 것이다.

상기한 바와 같은 히트 파이프는 일 측 단에 열원을 가하게 되면 그 가해진 열원이 비등점이 낮아진 열매체의 분자운동에 의하여 전달되어 반대 측까지의 열전달이 신속하고 열원 측과 그 반대 측의 온도차가 거의 발생하지 않게 되는 것으로서, 바닥난방, 대류난방 등 다양한 곳에 사용되고 있는 것이다.

지금까지 개발된 열매체 중 물은 30 ~ 200℃의 비교적 넓은 작동온도 범위에서 사용되고 비용이 저렴한 장점은 있으나, 장기간 사용하는 경우 이 열매체가 사용되는 금속제 파이프를 부식시키고, 끓는점이 높아 열전달속도가 다른 열매체들에 비하여 비교적 느리기 때문에, 열효율이 낮은 단점이 있으며, 또한, 글리세린이나 수산화나트륨 수용액 등은 냉동작동으로 사용 범위가 넓지 못한 단점이 있고, 가장 널리 사용되었던 프레온계의 열매체는 작동온도가 -10~140℃로서 비교적 저온의 열전달매체에 적합하고 고온의 사용범위에는 적용 온도범위가 낮은 단점이 있으며, 인체에도 유해할 뿐만 아니라 오존층 파괴 및 지구온난화에 영향을 주는 환경문제 때문에 최근에는 그 사용을 금지 또는 엄격히 제한하고 있다.

또한, 히트 파이프의 재질에 따라 열전도율이 상이하므로 동일한 열전도도를 나타내기 위해서는 각 재질에 맞는 적절한 열매체 조성물의 개발이 필요한 실정이다.

이에, 본 발명은 상술한 바와 같이 파이프 즉, 난방관의 재질이 상이함에 따른 열전도율의 차이를 해소하기 위한 열매체 조성물을 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 외부에서 80 ~ 100℃인 범위의 열원을 가했을 때, 이 열원에 의해 기화되어 열원이 가해진 반대측까지 전달되는 속도가 7초/1.5m 이내인 열전달속도를 가지는 열매체 조성물을 제공하고자 한다.

본 발명은 열매체 조성물에 관한 것으로, 진공상태의 금속제 파이프 재질의 난방관에 액상으로 일정량 주입하여 사용되고, 난방관을 일정 온도 이상으로 가열하면 난방관 내에서 열을 흡수하여 기화되면서 발가스로 변환되어 진공상태의 기압을 고압으로 변환하여 빠른 속도로 파이프 전체에 퍼지게 됨으로써 열을 전도하게 되는 것이다.

구체적으로 본 발명의 열매체 조성물은 외부의 열원에 의해 발열되는 난방관에 사용되는 열매체 조성물로서, 아세톤 35 ~ 85 중량%, 톨루엔 5 ~ 20 중량% 및 메탄올 1 ~ 40 중량%를 포함하는 난방관용 열매체 조성물에 관한 것이다.

또한, 상기 열매체는 암모니아수를 5 ~ 15 중량% 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 열매체 조성물은 난방관 자체에 열원을 구비하지 않아도, 외부에서 간접적으로 전해지는 열원에 의해서 단시간 내에 원하는 열전달 속도를 나타내는 특징이 있다. 구체적으로 예를 들면, 난방관으로 사용되는 금속 재질 의 파이프 내에 니크롬선 또는 텅스텐 재질의 열선이 구비되어 열을 발생시키지 않고도, 외부에 간접적으로 전해지는 열원에 의해서 쉽게 발열이 될 수 있다.

본 발명의 열매체 조성물에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명에서 상기 아세톤은 기화열을 발생시키기 위하여 사용되는 것으로 끓는점이 56.3℃로 가열 시 기체로의 상변화가 빠르고 기화열의 전달을 통한 열전도 매체의 주된 역할을 하게 된다.

상기 톨루엔은 비극성용매로 다른 용매들과의 혼화성을 향상시키고, 기화 후 다른 용매들의 액화현상을 억제하여 기체의 유동을 원활하게 유지(잠열효과)하는 역할을 한다. 또한, 워킹현상(열전달 시 금속의 온도차에 의한 두드린 현상)을 줄여준다.

상기 메탄올은 끓는점이 64.7℃로 아세톤과 같이 기화열을 발생시키기 위하여 사용되는 것으로, 톨루엔의 잠열효과를 최대화하기 위하여 사용한다.

상기 암모니아수는 기체인 암모니아를 25 중량%로 물에 용해하여 시판되는 것을 사용할 수 있으며, 흡열반응의 특징을 갖고 있으나 열원이 가해지는 경우 역반응인 발열현상이 나타나며, 상온에서 기체상태로 존재하여 전도매체의 유동을 신속하게 하여 열 전도시간을 단축시키는 효과가 있다. 특히, 암모니아수는 난방관의 곡선 부분에서 기체의 유동이 원활하게 하는 역할을 한다.

본 발명의 상기 열매체 조성물은 난방관의 재질에 따라 그 혼합비율을 달리하여 사용하는 것이 바람직하며, 난방관의 열전도율을 고려하여 각 성분들의 특징이 조합되어 뛰어난 열전달속도를 나타내도록 하는데 특징이 있다.

구체적으로 아세톤 70 ~ 80 중량%, 톨루엔 10 ~ 20 중량%, 메탄올 1 ~ 10 중량%를 포함는 경우, 스테인레스(열전도율 240kcal/℃) 또는 동관(열전도율 320kcal/℃) 재질의 난방관에 사용되는 것이 바람직하다.

또한, 아세톤 50 ~ 60 중량%, 톨루엔 20 ~ 30 중량%, 암모니아수 5 ~ 15 중량%, 메탄올 1 ~ 10 중량%를 포함하는 경우, 철 재질(열전도율 62kcal/℃)의 난방관에 사용되는 것이 바람직하다.

또한, 아세톤 35 ~ 50 중량%, 톨루엔 5 ~ 15 중량%, 암모니아수 5 ~ 15 중량%, 메탄올 20 ~ 40 중량%를 포함하는 경우, 주철 재질(열전도율 45kcal/℃)의 난방관에 사용되는 것이 바람직하다.

본 발명의 열매체 조성물은 난방관의 체적당(1㎥) 2 ~ 3㎖를 주입하는 것이 바람직하며, 상기 열매체 조성물은 외부의 열원이 80 ~ 100℃인 범위에서 7초/1.5m 이내, 구체적으로는 4 ~ 7초/1.5m의 열전달속도를 나타내어 열전달율이 매우 높다.

본 발명에 따른 열매체 조성물을 사용하는 경우, 난방관 자체에 별도의 열원을 구비할 필요가 없어 제조단가 낮아지고, 공정이 단순해지며, 난방관의 재질에 따라 함량비를 조절하여 사용함으로써 매우 빠른 열전달속도를 나타내므로 효과적이다.

이하는 본 발명의 구체적인 설명을 위하여 일예를 들어 설명하는 바, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

아세톤 60 중량%, 톨루엔 25 중량%, 25% 암모니아수 10 중량%, 메탄올 5 중량%를 혼합하여 철을 재질로 하는 난방관용 열매체 조성물을 제조하였다.

열전달 변화의 실험은 철 재질의 직경 24㎜, 길이 1.5m 관에 열매체 조성물을 체적(1㎥) 당 2.256㎖를 주입하고 양끝단을 밀봉하여 진공상태로 유지한 후, 열매체가 한쪽 끝단에 모이도록 파이프를 약간 경사지게 설치하고, 열매체가 있는 파이프의 한쪽 끝단을 80℃ 온도의 온수로 가열하여 다른 쪽 끝단에서의 열전달온도, 열전달율 및 도달시간을 측정하였고, 그 결과를 다음의 표1에 나타내었다.

표1에서와 같이 실시예1에 의해 조성된 열매체 조성물은, 끓는점이 64℃로서 난방용으로 사용하기에 적합하였으며, 가열온도에 따른 반대쪽에서의 열전달율이 93％이고, 도달시간은 5초로서 매우 빨라 열효율이 우수한 것으로 나타났다.

[실시예 2]

아세톤 80 중량%, 톨루엔 15 중량%, 메탄올 5 중량%를 혼합하여 스테인레스를 재질로 하는 난방관용 열매체 조성물을 제조하였다.

열전달 변화의 실험은 스테인레스 재질의 직경 24㎜, 길이 1.5m 관에 열매체 조성물을 체적(1㎥) 당 2.256㎖를 주입하고 양끝단을 밀봉하여 진공상태로 유지한 후, 열매체가 한쪽 끝단에 모이도록 파이프를 약간 경사지게 설치하고, 열매체가 있는 파이프의 한쪽 끝단을 80℃ 온도의 온수로 가열하여 다른 쪽 끝단에서의 열전 달온도, 열전달율 및 도달시간을 측정하였고, 그 결과를 다음의 표1에 나타내었다.

표1에서와 같이 실시예2에 의해 조성된 열매체 조성물은, 끓는점이 60℃로서 난방용으로 사용하기에 적합하였으며, 가열온도에 따른 반대쪽에서의 열전달율이 95％이고, 도달시간은 4.5초로서 매우 빨라 열효율이 우수한 것으로 나타났다.

[실시예 3]

아세톤 70 중량%, 톨루엔 25 중량%, 메탄올 5 중량%를 혼합하여 동관을 재질로 하는 난방관용 열매체 조성물을 제조하였다.

열전달 변화의 실험은 동관 재질의 직경 24㎜, 길이 1.5m 관에 열매체 조성물을 체적(1㎥) 당 2.256㎖를 주입하고 양끝단을 밀봉하여 진공상태로 유지한 후, 열매체가 한쪽 끝단에 모이도록 파이프를 약간 경사지게 설치하고, 열매체가 있는 파이프의 한쪽 끝단을 80℃ 온도의 온수로 가열하여 다른 쪽 끝단에서의 열전달온도, 열전달율 및 도달시간을 측정하였고, 그 결과를 다음의 표1에 나타내었다.

표1에서와 같이 실시예3에 의해 조성된 열매체 조성물은, 끓는점이 60℃로서 난방용으로 사용하기에 적합하였으며, 가열온도에 따른 반대쪽에서의 열전달율이 97％이고, 도달시간은 4초로서 매우 빨라 열효율이 우수한 것으로 나타났다.

[실시예 4]

아세톤 45 중량%, 톨루엔 10 중량%, 암모니아수 10 중량%, 메탄올 35 중량%를 혼합하여 주철관을 재질로 하는 난방관용 열매체 조성물을 제조하였다.

열전달 변화의 실험은 주철관 재질의 직경 24㎜, 길이 1.5m 관에 열매체 조성물을 체적(1㎥) 당 2.256㎖를 주입하고 양끝단을 밀봉하여 진공상태로 유지한 후, 열매체가 한쪽 끝단에 모이도록 파이프를 약간 경사지게 설치하고, 열매체가 있는 파이프의 한쪽 끝단을 80℃ 온도의 온수로 가열하여 다른 쪽 끝단에서의 열전달온도, 열전달율 및 도달시간을 측정하였고, 그 결과를 다음의 표1에 나타내었다.

표1에서와 같이 실시예4에 의해 조성된 열매체 조성물은, 끓는점이 68℃로서 난방용으로 사용하기에 적합하였으며, 가열온도에 따른 반대쪽에서의 열전달율이 93％이고, 도달시간은 7초로서 매우 빨라 열효율이 우수한 것으로 나타났다.

[표 1]

상기 표1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 열매체 조성물은 가정용 또는 산업용의 열교환기, 온풍기 보일러 내부장치, 건조기 및 발열기 등의 열매체로서 매우 적합하며, 상기 80℃ 내에서의 열전달속도가 4 ~ 7 초 정도로 매우 빨라 열효율이 높게 됨으로서 실용성 및 경제성면에서 우수한 것을 알 수 있었다.

Claims

외부의 열원에 의해 발열되는 난방관에 사용되는 열매체 조성물로서, 아세톤 35 ~ 85 중량%, 톨루엔 5 ~ 20 중량% 및 메탄올 1 ~ 40 중량%를 포함하는 난방관용 열매체 조성물.
제 1항에 있어서,

상기 열매체는 암모니아수를 5 ~ 15 중량% 더 포함하는 난방관용 열매체 조성물.
제 1항에 있어서,

아세톤 70 ~ 80 중량%, 톨루엔 10 ~ 20 중량%, 메탄올 1 ~ 10 중량%를 포함하며, 스테인레스 또는 동관 재질의 난방관에 사용되는 것을 특징으로 하는 난방관용 열매체 조성물.
제 2항에 있어서,

아세톤 50 ~ 60 중량%, 톨루엔 20 ~ 30 중량%, 암모니아수 5 ~ 15 중량%, 메탄올 1 ~ 10 중량%를 포함하며, 철 재질의 난방관에 사용되는 것을 특징으로 하는 난방관용 열매체 조성물.
제 2항에 있어서,

아세톤 35 ~ 50 중량%, 톨루엔 5 ~ 15 중량%, 암모니아수 5 ~ 15 중량%, 메탄올 20 ~ 40 중량%를 포함하며, 주철 재질의 난방관에 사용되는 것을 특징으로 하는 난방관용 열매체 조성물.
제 1항 내지 제 5항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,

상기 열매체 조성물은 난방관의 체적당(1㎥) 2 ~ 3㎖를 주입하는 것을 특징으로 하는 난방관용 열매체 조성물.
제 6항에 있어서,

상기 열매체 조성물은 외부의 열원이 80 ~ 100℃인 범위에서 7초/1.5m 이내의 열전달속도를 가지는 것을 특징으로 하는 열매체 조성물.