KR101058434B1

KR101058434B1 - 스팀 팬 발열장치

Info

Publication number: KR101058434B1
Application number: KR1020090061950A
Authority: KR
Inventors: 이현상
Original assignee: 이현상
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2029-07-08
Also published as: KR20110004505A

Abstract

본 발명은 스팀 팬 발열장치에 관한 것으로, 장치의 몸체를 이루는 상자 형태의 케이스; 케이스의 내부에서 상부에 설치되고, 상 변화 물질을 수용하는 상 변화 물질 저장 탱크; 상 변화 물질 저장 탱크를 제외한 케이스의 나머지 내부 공간을 차지하고, 열원을 수용하는 열원 저장 탱크; 및 상 변화 물질 저장 탱크를 관통하여 설치되고, 일 단부는 열원 저장 탱크로 개방되며, 다른 단부는 케이스의 상단 외부로 개방되는 스팀 배출관을 구비하는 스팀 팬 발열장치를 제공한다.

발열장치, 상 변화 물질(PCM)

Description

스팀 팬 발열장치 {Steam pan heating device}

본 발명은 스팀 팬 발열장치에 관한 것으로, 특히 호텔, 레스토랑 등에서 음식을 일정한 온도로 지속적으로 유지시키는 스팀 팬 발열장치에 관한 것이다.

현재 호텔, 레스토랑 등에서 음식을 일정한 온도로 가열 또는 유지하기 위해, 전기, 가스, 알코올, 고체연료를 적용하고 있다.

대한민국 실용신안 등록 제82159호에는 생석회와 물과의 화학적 발열반응을 이용한 음식물 가온 용기용 발열체에 있어서, 물 침투용 소공이 다수 뚫린 알루미늄 호일제 생석회 주머니로 하여 생석회를 포장하고 이 생석회 주머니를 부적포낭에 수납 외포장하며, 물주머니에 개봉사를 매입한 것을 특징으로 하는 음식물 가온용기용 발열체가 개시되어 있다.

대한민국 특허 공개 제2002-30785호에는 a) 가요성 벽을 가지며, 미리 정한 양의 활성용액을 포함하는 제1컴파트먼트; 가요성 벽을 가지며, 미리 정한 양의 발열 조성물을 포함하는 제1컴파트먼트에 인접한 제2컴파트먼트; 및 제1컴파트먼트내의 활성용액이 제2컴파트먼트내의 발열 조성물과 접촉하여 열이 발생되도록 파괴될 수 있는, 제1컴파트먼트 및 제2컴파트먼트 사이에 형성되어 제1컴파트먼트 및 제2 컴파트먼트를 분리하는 깨지기 쉬운 봉인을 포함하는 발열기, 및 b) 활성화되었을 때 용기내의 제품으로 열을 전달하는 발열기에 부착되고 발열기와 열 접촉하는 제품 또는 제품 용기를 포함하는 제품을 가열하기 위한 자가-발열 패키지가 개시되어 있다.

대한민국 특허 등록 제804257호에는 탄산칼슘 15-25 중량부, 수산화칼슘 5-15 중량부, 중탄산나트륨 또는 탄산나트륨 10-20 중량부, 알루미늄 금속분말 40-50 중량부 및 수산화나트륨 3-7 중량부로 구성된 발열체 조성물 및 이를 이용한 식품 가열기구가 개시되어 있다.

그러나, 생석회 등의 발열 반응을 이용할 경우 발열시간이 짧기 때문에, 피발열체의 온도를 지속적으로 유지시키기가 어려운 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 자가 발열체 및 상 변화 물질을 이용하여 피발열체의 온도를 지속적으로 유지시킬 수 있는 스팀 팬 발열장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 온도 변화를 용이하게 확인할 수 있는 스팀 팬 발열장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 단열성이 우수한 스팀 팬 발열장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 장치의 몸체를 이루는 상자 형태의 케이스; 케이스의 내부에서 상부에 설치되고, 상 변화 물질을 수용하는 상 변화 물질 저장 탱크; 상 변화 물질 저장 탱크를 제외한 케이스의 나머지 내부 공간을 차지하고, 열원을 수용하는 열원 저장 탱크; 및 상 변화 물질 저장 탱크를 관통하여 설치되고, 일 단부는 열원 저장 탱크로 개방되며, 다른 단부는 케이스의 상단 외부로 개방되는 스팀 배출관을 구비하는 스팀 팬 발열장치를 제공한다.

본 발명에 따른 발열장치의 열원으로는 산화칼슘, 알루미늄 분말 등을 물과 반응시켜 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 발열장치의 케이스의 표면에는 온도 변화를 용이하게 확인할 수 있도록 시온안료 스티커가 부착될 수 있다. 시온안료 스티커로는 온도가 변하면 색상이 변한 후 원래의 온도가 되면 원래의 색상으로 되돌아오는 가역형 시온안료 스티커를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 발열장치의 상 변화 물질 저장 탱크에는 상 변화 물질을 탱크에 넣을 수 있도록 상 변화 물질 충진구가 형성되고, 탱크 내에 있던 공기가 빠져나갈 수 있는 공기 배출구가 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 태양에 따르면, 발열장치의 케이스 상판 및 상 변화 물질 저장 탱크는 스테인리스 스틸로 이루어지고, 상판을 제외한 케이스는 플라스틱 사출품으로 이루어질 수 있다. 이 실시 태양에서 단열을 위해, 플라스틱 사출품의 외부 표면에는 에어로 젤이 코팅될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 태양에 따르면, 케이스는 이중 유리를 포함할 수 있다. 이 실시 태양에서 단열을 위해, 이중 유리의 사이 공간은 진공이고, 이중 유리의 내부는 도금 처리될 수 있다.

본 발명에 따른 발열장치의 케이스의 정면에는 열원을 공급하기 위한 도어가 설치될 수 있고, 케이스의 하부에는 열원 및 물을 배출하기 위한 배출구가 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 있는 스팀 팬 발열장치는 자가 발열체 및 상 변화 물질을 이용하여 피발열체의 온도를 지속적으로 유지시킬 수 있으며, 발열 매체가 짧은 시간 밖에 작동되지 않고 원하는 온도는 일정하여야 할 때 특히 유용하다. 또한, 케이스의 표면에 시온안료 스티커가 부착되어 온도 변화를 용이하게 확인할 수 있으며, 에어로 젤이 코팅된 플라스틱 사출품 또는 이중유리로 케이스를 제작하여 단열성을 대폭 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 스팀 팬 발열장치의 일부 분리 사시도이고, 도 2는 정면도이며, 도 3은 좌측면도이고, 도 4는 평면도이며, 도 5는 전면 도어 정면도이다.

본 발명에 따른 스팀 팬 발열장치는 케이스(10), 상 변화 물질 저장 탱크(20), 열원 저장 탱크(30), 스팀 배출관(40) 및 도어(50) 등으로 구성된다.

케이스(10)는 장치의 몸체를 이루는 상자 형태로 이루어진다. 케이스(10)의 상판(11)은 피발열체가 맞닿는 부위로서 열전도가 잘 이루어져야 하므로, 스테인리스 스틸 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

케이스(10) 외벽의 단열이 잘되어야 효과(발열체량이 적게 소요됨)가 안정적으로 나타난다. 이를 위해, 상판(11)을 제외한 케이스(10)는 단열성이 있는 비금속류, 예를 들어 플라스틱 사출품으로 이루어지는 것이 바람직하며, 이 경우 장치의 단열성능을 개선하기 위해 플라스틱 사출품의 외부 표면에는 에어로 젤이 페인트 형태로 코팅되는 것이 바람직하다.

에어로 젤(aerogel)은 고체 상태의 물질로 젤에서 액체 대신 기체로 채워져 있는 형태이다. 결과적으로 초 저밀도와 같은 현저한 물성을 나타내며, 특히 단열 효과가 잘 알려져 있다. 에어로 젤은 다양한 물질로 만들 수 있으며, 예를 들어 실 리카, 알루미늄, 크로뮴, 주석, 탄소 등으로 만들 수 있다. 에어로 젤은 90 내지 99.8%가 공기로 이루어져 있고, 보통 밀도는 3 내지 150 mg/㎤이다. 에어로 젤은 구조적으로 매우 튼튼하여 자기 무게의 2,000배를 올려 놓을 수 있다. 이는 2 내지 5 nm 크기의 구형 입자들이 결합되어 나뭇가지 형태의 클러스터를 형성하는 미세구조에 기인한다. 이런 클러스터는 3차원적으로 프랙탈과 같은 그물망 모양으로 100 nm보다 작은 기공을 가진 다공성 구조를 형성한다. 기공의 평균 크기와 밀도는 제조 공정 중 조절될 수 있다. 에어로 젤은 현저한 단열 성능을 보이는데 이는 열 전달이 일어나는 세가지 방법인 대류, 전도, 복사를 무력화시키기 때문이다. 대류를 효과적으로 차단하는 이유는 공기가 기공을 통해 순환할 수 없기 때문이다. 실리카 에어로 젤이 전도를 효과적으로 차단하는 이유는 실리카가 열도가 잘 되지 않는 물질이기 때문이다. 탄소 에어로 젤이 복사를 효과적으로 차단하는 이유는 탄소가 열 전달이 일어나는 적외선 복사를 흡수해 버리기 때문이다. 가장 단열 성능이 좋은 에어로 젤은 탄소를 첨가한 실리카 에어로 젤이다.

또한, 케이스(10)는 이중 유리 단독으로 이루어지거나, 스테인리스 스틸 및/또는 플라스틱 사출품으로 이루어진 케이스(10)의 내부 및/또는 외부에 이중 유리를 포함할 수 있다. 이 경우 단열을 위해, 이중 유리의 사이 공간은 진공이고, 이중 유리의 내부는 도금 처리되는 것이 바람직하다. 이중유리 구조는 진공 보온 물통 원리와 유사한 것으로, 이중유리의 사이 공간에 있는 공기를 빼어 진공으로 하는 이유는 공기에 의한 열전도를 방지하기 위함이고, 이중유리의 내벽을 도금하는 이유는 방사에 의한 열전도를 방지하기 위함이다. 즉, 외계의 온도가 높을 때에는 외계로부터의 복사를 반사하여 이 열의 흡수를 감소시키고, 외계의 온도가 낮을 때에는 내용물에서의 복사를 반사하여 내부로 되돌려 보내 외부로 방사선의 형태로 방출되는 것을 방지한다. 이와 같이 이중유리 구조는 외계와의 열의 출입이 차단되어 있으므로 단열효과가 우수하다.

케이스(10)의 정면에는 도어(50)가 장착됨으로써, 열원을 열원 저장 탱크(30)에 공급할 수 있다. 도어(50)의 장착을 위해 케이스(10)의 정면 중간 부분은 개방되고, 이 개방부의 테두리에는 홈이 형성되며, 이 테두리 홈에는 나사, 볼트 등의 고정수단(52)이 삽입되는 고정구(12)가 상부에 2개, 하부에 2개가 각각 형성된다. 도어(50)에도 고정수단(52)의 삽입을 위한 4개의 고정구(51)가 형성된다.

도면에는 도시되어 있지 않지만, 다른 실시 태양에 따르면, 도어의 간편한 개폐를 위하여, 도어(50)의 일 측은 케이스(10)와 힌지 결합되고, 다른 일 측에는 푸쉬(push) 개폐 수단이 장착됨으로써, 이 수단이 장착된 도어 부위를 누르면 간편하게 개폐되는 통상적인 푸쉬 형태의 도어가 사용될 수 있다.

케이스(10) 하부의 4군데 모서리에는 받침대(13)가 설치되어 케이스(10)를 지지하며, 케이스(10)의 하부 중간에는 열원 및 물 등을 배출하기 위한 배출구(14)가 형성된다. 배출구(14)는 파이프와 연결되어 케이스(10) 전 후면으로 빼낼 수 있으며, 파이프에는 밸브를 장착하여 개폐시킬 수 있다.

케이스(10)의 표면에는 온도 변화를 용이하게 확인할 수 있도록 시온안료 스티커가 부착될 수 있다. 본 발명에서는 온도 변화만 확인하면 되므로, 반복적으로 사용할 수 있는 가역형 시온안료 스티커를 사용하는 것이 바람직하다.

시온 안료란 온도에 따라 색상이 변하는 안료이며, 분말 상태이다. 기준 온도에 도달함에 따라 색깔이 없어지기 시작했다가 기준 온도에 도달하면 투명하여 졌다가 다시 온도가 내려가면 원래의 색깔로 되돌아 가느냐 않느냐에 따라 가역성, 비(불)가역성으로 나뉘어지며,　현재 실용되고 있는 가역성 시온잉크는 금속 착염, 코레스텔릭 액정, 메타모 컬러 3종류이다. 일부에서는 온도 외에 특정 조건(예: 온도와 습도가 동시에 만족할 때)에 부합되어야 원래의 색으로 돌아오는 안료를 준가역성 안료로 분류하기도 한다. 가역성은 원래의 색상으로 되돌아와 반복 사용이 가능하며, 비가역성은 원래의 색상으로 되돌아가지 않는 1회성이다. 일반적으로 가역성 안료는 기준 온도 -15℃ 내지 70℃를 사용하여 컵, 온도계 등 팬시, 판촉물 등 일상용품 등에 사용되며, 비가역성 안료는 40℃ 내지 450℃를 사용하여 전기, 전자 등 주로 산업용에 응용된다. 시온 안료는 기본적으로　기준 온도 이하에서는 고유 색상(유색)을 갖고, 기준온도 이상에서는 투명하며,　역으로 투명에서 유색으로 변하는　안료는 없으며,　단지 기준 온도를 달리하여 그 효과를 보는 것이다. 예를 들어, 기준 온도가 20℃인 흑색 안료, 즉 20℃ 이상에서 투명으로 변하는 안료의 경우, 실온이 10℃인 환경에서는　흑색으로 보이다 20℃가 넘어가면 투명으로 바뀌며, 주변 온도가 30℃인 경우 실온에서는 투명하다가　20℃ 이하로 떨어지면 색상이 나타난다. 시온안료는 통상적으로 마이크로 캡슐 형태로 사용된다.

상 변화 물질 저장 탱크(20)는 케이스(10)의 내부에서 상부에 거의 전면에 걸쳐서 설치되고, 상 변화 물질을 수용한다. 상 변화 물질 저장 탱크(20)는 열전도가 잘 이루어져야 하므로, 스테인리스 스틸 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상 변화 물질 저장 탱크(20)의 정면에는 상 변화 물질을 탱크(20)에 넣을 수 있도록 상 변화 물질 충진구(21)가 형성되고, 탱크(20) 내에 있던 공기가 빠져나갈 수 있는 공기 배출구(22)가 형성된다. 충진구(21)를 통해 상 변화 물질을 탱크(20)에 주입하면, 탱크(20) 내에 있던 공기가 배출구(22)를 통해 빠져 나온다.

상 변화 물질(Phase Change Material: PCM)은 일정온도에서 고체-액체-기체, 기체-액체-고체로 상이 변하면서 잠열을 흡수 및 방출하는 물질로서, 저 융점(녹는점)을 지니고 있으며 열 저장능력이 높아서 열 저장매체로 사용된다. PCM은 녹는점과 어는점을 원하는 온도에 따라 조절할 수 있기 때문에 다양한 분야에 응용되고 있다. 또한 기존 제품에 비해 무게가 가볍고, 설치공간이 줄어드는 장점을 가지며 무 전원을 통한 비용절감 효과를 얻을 수 있다. 대체로 PCM으로 파라핀 계열의 물질을 사용하나, 이것은 낮은 밀도와 열전도도를 지니고 있으며, 가연성이고 비교적 비싸다는 단점을 가지고 있다. 이에 비해 PCM 물질 중 공융 혼합물(Eutectics)계는 원하는 온도에서 열을 발산하고 흡수할 수 있기 때문에 선호되는 물질이고, 상 변화가 일어날 때는 체적변화가 적으며, 일정 온도 유지가 가능하고 축열성능이 뛰어난 장점도 가지고 있다. 또한 파라핀 계열의 물질보다 사이클을 재현하는 능력이 30배나 더 높아서 이상적인 축열성능을 실현할 수 있다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 PCM을 태양에너지를 이용하여 냉 난방용으로 사용할 경우에는 상 변화 물질의 문제점인 상 분리, 과냉각 현상, 열전도 문제가 야기된다. 이러한 문제점의 해결안으로 PCM을 고분자 물질인 마이크로 캡슐로 만들어 열효율을 높이고 안정적인 사이클을 실현할 수 있다.

PCM은 상변화 과정에서 나타나는 조성 농도 및 결정 형성시의 상태변환을 근거로 공융 혼합물 계열과 포정(peritectic) 계열로 나눌 수 있다. PCM의 또 다른 분류 방법으로는 구성 물질에 따라 유기물과 무기물 또는 이들 물질의 혼합형태로 나눌 수 있다.

표 1과 표 2는 유기물 베이스의 PCM들을 나열한 것이다. 유기물 PCM의 특징은 대체적으로 밀도가 낮고 잠열량이 작은 반면, 무기물 PCM에 비하여 부식성이 작고 부피팽창이 작다는 장점을 갖고 있다. 표 1은 n-파라핀 계열의 물성치이고, 표 2는 일반 유기물의 물성치이다. 이 밖에도 다양한 알코올, 페놀, 알데히드, 케톤, 에테르 계열과 유기물 혼합에 의한 공융 물질도 상당수 존재한다.

물질명	융점(Tm) [℃]	융해열(ΔH) [kJ/㎏]	열전도율(λ) [W/(mK)] 고체(액체)	밀도(ρ) [×10³kg/㎥] 고체(액체)	비열(C) [kJ/㎏K)] 고체(액체)	온도전도율(α) [㎟/S] 고체(액체)
C₃₀H₆₂	65.4	251		0.78~0.81
C₂₈H₅₈	61.4	164		0.81(0.78)
C₂₇H₅₆	59.5	159		(0.78)
C₂₆H₅₄	56.3	162		0.80(0.78)
C₂₄H₅₀	50.6	162	0.37	0.80(0.78)	1.8(2.3)	0.27
C₂₂H₄₆	44.0	157		0.79
C₂₁H₄₄	40.5	161		0.79
C₂₀H₄₂	36.4	247	0.34(0.15)	0.83(0.78)	1.9(2.3)	0.22(0.084)
C₁₉H₄₀	32.1	171		0.78
C₁₈H₃₈	28.2	243	(0.15)	0.85(0.78)	1.8(2.3)	(0.087)
C₁₆H₃₄	18.2	229	(0.16)	0.83(0.78)	1.8(2.2)	(0.093)
C₁₄H₃₀	5.9	229	(0.14)	0.81(0.77)	1.8(2.1)	(0.087)
C₁₂H₂₆	-9.6	210			1.8(2.1)

물질명	융점(Tm) [℃]	융해열(ΔH) [kJ/㎏]	열전도율(λ) [W/(mK)] 고체(액체)	밀도(ρ) [×10³kg/㎥] 고체(액체)	비열(C) [kJ/㎏K)] 고체(액체)
펜타에리트리톨	188	285	0.221[470K]		2.77[480K]
폴리에틸렌	120∼140		0.46∼0.53	0.940∼0.970	1.89
아세트아미드	82.3	214	(0.25)	1.16(1.00)
프로필아미드	81.3	168		1.0(0.93)
나프탈렌	78.2	148	0.35(0.13)	1.03(0.97)	1.4(1.6)
스테아린산	71	203	0.33(0.16)	0.94	2.0(2.3)
폴리글리콜E6000	66	190	0.36	1.20(1.08)
왁스(시판상품)	64	174	0.35(0.17)	0.88	(2.1)
3-헵타데카논	48	218
시안 아미드	44.0	208.41	0.33(0.21)	1.28	1.6(2.1)
d-유산	26	184
글리세롤	18.2	200.62
아세트산	16.6	192.09		(0.15)
에틸렌디아민	11.1	375.77	(0.17)
폴리글리콜E400	8.3	276.35

표 3은 무기물 PCM 중 태양열 축열 또는 자연 공조(Passive Cooling) 시스템 분야에 주로 사용되고 있는 수화물 계통의 PCM들을 나열한 것이다. 무기물 PCM의 특징은 대체적으로 밀도가 높고 잠열량이 큰 반면, 유기물 PCM에 비하여 부식성이 강하고 부피팽창이 크다는 단점을 갖고 있다. 표 3에 나타낸 수화물계 PCM은 대부분 포정 계열에 속하므로 상분리 현상이 동반되고 있다는 사실을 염두에 두어야 하며, 값이 저렴하고 잠열량이 크다는 장점이 있으나, 대부분 화학공정상 부산물로 산출되므로 물질에 따라서는 구입하기 어려운 경우도 있다.　이 밖에도 무기물 혼합에 의한 공융 PCM이나, 저온 PCM에 자주 활용되는 수용액 형태(앞에서 예를 든 NaCl-H₂O계)로 PCM을 형성하는 물질도 상당 수 존재한다.

물질명	융점(Tm) [℃]	융해열(ΔH) [kJ/㎏]	열전도율(λ) [W/(mK)] 고체(액체)	밀도(ρ) [×10³kg/㎥] 고체(액체)	비열(C) [kJ/㎏K)] 고체(액체)	온도전도율(α) [㎟/S] 고체(액체)
MgCl₂ㆍ6H₂O	116∼118	172	2.1(1.08)	1.57(1.50)	2.1(2.8)	0.64(0.26)
Al₂(SO₄)₃ㆍ10H₂O	112	182
NH₄Al(SO₄)₂ㆍ12H₂O	93.5	269		1.64	1.8(3.1)
KAl(SO₄)₂ㆍ12H₂O	92.5	238		1.76(1.68)
Mg(SO₃)₂ㆍ6H₂O	89	160	1.6	1.64
SrBr₂ㆍ6H₂O	89			2.39	1.6(2.8)
Sr(OH)₂ㆍ8H₂O	88	343	1.8(0.862)	1.90	1.8	0.53
Ba(OH)₂ㆍ8H₂O	78	266	1.3(0.657)	2.18	1.5(2.0)	0.40
Al(NO₃)₂ㆍ9H₂O	73.5	155
Fe(NO₃)₂ㆍ6H₂O	60.5			1.62
NaCH₂S₂O₂ㆍ5H₂O	58	264		1.48
Ni(NO₃)₂ㆍ6H₂O	56.7			2.05	1.6
Na₂S₂O₂ㆍ5H₂O	48	197	1.2(0.598)	1.73(1.67)	1.5(2.0)	0.46(0.15)
ZnSO₄ㆍ7H₂O	38.9				1.3
CaBr₂ㆍ6H₂O	38.2	115		2.30
Zn(NO₃)₂ㆍ6H₂O	36	147	1.0(0.477)	1.92(1.83)	1.6(2.1)	0.33(0.12)
Na₂HPO₄ㆍ12H₂O	35	281	0.514(0.476)	1.52(1.44)	1.7(1.9)	0.20(0.17)
Na₂CO₃ㆍ10H₂O	32.5∼34.5	247		1.44	1.9
Na₂SO₄ㆍ10H₂O	32.4	251	(0.490)	1.46(1.33)	1.9(2.9)	(0.13)
LiNO₂ㆍ3H₂O	30	255	1.6	1.55(1.45)	2.1	0.49
CaCl₂ㆍ6H₂O	29.9	192	1.1(0.540)	1.71(1.62)	1.5(2.1)	1.43(0.16)
CaCO₂ㆍ10H₂O
FeBr₃ㆍ6H₂O	27

상업적으로 시판되는 PCM의 예는 다음과 같다.

Climsel C7(Climator AB, Skovde, Sweden)은 작동 범위 0 내지 15℃, 상 변화 온도 7℃, 최대 온도 40℃, 보관 온도 용량(0 내지 30℃) 45 Wh/kg, 용해 잠열 15 Wh/kg, 비열 약 1 Wh/kg/℃, 열전도도 0.5 내지 0.7 W/m/℃를 갖는다.

Climsel C24는 작동 범위 15 내지 45℃, 상 변화 온도 24℃, 최대 온도 60℃, 보관 온도 용량(15 내지 45℃) 60 Wh/kg, 용해 잠열 30 Wh/kg, 비열 약 1 Wh/kg/℃, 비중 1.48, 열전도도 0.5 내지 0.7 W/m/℃를 갖는다.

Climsel C32는 작동 범위 20 내지 50℃, 상 변화 온도 32℃, 최대 온도 60℃, 보관 온도 용량(20 내지 50℃) 84 Wh/kg, 용해 잠열 54 Wh/kg, 비열 약 1 Wh/kg/℃, 비중 1.45, 열전도도 0.5 내지 0.7 W/m/℃를 갖는다.

Climsel C48는 작동 범위 35 내지 65℃, 상 변화 온도 48℃, 최대 온도 80℃, 보관 온도 용량(35 내지 65℃) 93 Wh/kg, 용해 잠열 63 Wh/kg, 비열 약 1 Wh/kg/℃, 비중 1.36, 열전도도 0.5 내지 0.7 W/m/℃를 갖는다.

Climsel C58는 작동 범위 45 내지 75℃, 상 변화 온도 58℃, 최대 온도 80℃, 보관 온도 용량(45 내지 75℃) 101 Wh/kg, 용해 잠열 71 Wh/kg, 비열 약 1 Wh/kg/℃, 비중 1.46, 열전도도 0.6 내지 0.7 W/m/℃를 갖는다.

바람직하게는, 본 발명에서는 80℃ 정도로 음식을 가열 및 유지시키는 것을 목표로 하며, 이에 적합한 PCM은 상업적으로 시판되는 Rubitherm RT 82(Rubitherm Technologies GmbH, Germany)이다. Rubitherm RT 82는 녹는 범위 77 내지 85℃(통상 82℃), 동결 범위 85 내지 77℃(통상 83℃)이고, 열 저장 용량(온도 범위 75 내지 95℃) 176 kJ/kg, 고체 밀도(70℃) 0.95 kg/L, 액체 밀도(90℃) 0.77 kg/L, 열전도도 0.2 W/mK, 동점도(100℃) 45.45 ㎟/s, 인화점 270℃를 갖고, 대부분의 물질에 대하여 화학적으로 불활성이다.

열원 저장 탱크(30)는 상 변화 물질 저장 탱크(20)를 제외한 케이스(10)의 나머지 내부 공간을 차지하고, 열원을 수용한다. 열원 저장 탱크(30)의 외벽은 케이스(10)를 이루며, 상술한 바와 같이 플라스틱 사출품 및/또는 이중유리로 구성될 수 있다.

열원으로는 산화칼슘, 알루미늄 분말 등을 물과 반응시켜 사용할 수 있으며, 이들 원료간의 반응은 다음 식과 같다.

CaO + H₂O = Ca(OH)₂ + 15.2 kcal (제1단계반응)

2Al + 3Ca(OH)₂ = 3CaOㆍAl₂O₃ + 3H₂↑ + 150 kcal (제2단계반응)

먼저 제1단계 반응에서는 고체의 산화칼슘과 액체의 물이 반응하여 수용액 상태에서 수산화칼슘이 생성된다. 제2단계 반응에서는 수용액 상태에서 수산화칼슘과 고체의 알루미늄과 반응한다. 단, 제1단계 반응 및 제2단계 반응은 동일하게 연속으로 일어난다(열량 3,800 cal/g). 발열체 20 g과 물 60 mL를 반응시킬 경우 최고 80.93℃까지 상승하며, 발열체 30 g과 물 90 mL를 반응시킬 경우 최고 99.21℃까지 상승한다. 산화칼슘과 알루미늄 분말은 공기 중 수분과 반응할 수 있으므로 별도로 진공 포장한다.

스팀 배출관(40)은 상 변화 물질 저장 탱크(20)를 관통하여 설치되고, 스틸, 스테인리스 스틸 등으로 이루어진다. 스팀 배출관(40)의 일 단부는, 즉 열원 저장 탱크측 개방구(41)는 열원 저장 탱크(30)로 개방되며, 다른 단부는, 즉 외부측 개방구(42)는 케이스(10)의 상단 외부로 개방된다. 열원 저장 탱크(30)에서 발생되는 스팀은 열원 저장 탱크측 개방구(41)로 유입되어 외부측 개방구(42)로 배출된다.

본 발명에 따른 스팀 팬 발열장치의 사용 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 유지시키고자 하는 온도에 적합한 PCM을 선택한 후, 도어(50)를 열고 PCM 충진구(21)를 통해 PCM을 PCM 저장 탱크(20)로 투입한다. PCM 충진구(21)를 통해 PCM을 주입하면, 탱크(20) 내에 있던 공기가 배출구(22)를 통해 빠져 나온다. PCM 주입이 완료되면, 충진구(21)와 배출구(22)를 밀봉한다.

다음, 열원 저장 탱크(30)에 물을 먼저 넣고 열원을 투입한 후 도어(50)를 닫는다. 발열 반응이 개시되면, 스팀은 스팀 배출관(40)을 통해 외부로 배출된다. 반응 열은 상부의 PCM에 축적되므로, 열원의 발열 반응이 완료되더라도 PCM에 축적된 열로 피발열체를 지속적으로 가열시켜 음식의 온도를 유지시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스팀 팬 발열장치의 일부 분리 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 스팀 팬 발열장치의 정면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 스팀 팬 발열장치의 좌측면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 스팀 팬 발열장치의 평면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 스팀 팬 발열장치의 전면 도어 정면도이다.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10: 케이스

11: 케이스 상판

12: 고정구

13: 받침대

14: 배출구

20: 상 변화 물질 저장 탱크

21: 상 변화 물질 충진구

22: 공기 배출구

30: 열원 저장 탱크

40: 스팀 배출관

41: 열원 저장 탱크측 개방구

42: 외부측 개방구

50: 도어

51: 고정구

52: 고정수단

Claims

장치의 몸체를 이루는 상자 형태의 케이스;

케이스의 내부에서 상부에 설치되고, 상 변화 물질을 수용하는 상 변화 물질 저장 탱크;

상 변화 물질 저장 탱크를 제외한 케이스의 나머지 내부 공간을 차지하고, 열원을 수용하는 열원 저장 탱크; 및

상 변화 물질 저장 탱크를 관통하여 설치되고, 일 단부는 열원 저장 탱크로 개방되며, 다른 단부는 케이스의 상단 외부로 개방되는 스팀 배출관을 구비하는 스팀 팬 발열장치.
제1항에 있어서, 열원으로 산화칼슘, 알루미늄 분말 또는 이들의 혼합물을 물과 반응시켜 사용하는 것을 특징으로 하는 스팀 팬 발열장치.
제1항에 있어서, 케이스의 표면에 시온안료 스티커가 부착된 것을 특징으로 하는 스팀 팬 발열장치.
제3항에 있어서, 시온안료 스티커가 가역형 시온안료 스티커인 것을 특징으로 하는 스팀 팬 발열장치.
제1항에 있어서, 상 변화 물질 저장 탱크에 상 변화 물질 충진구 및 공기 배출구가 형성된 것을 특징으로 하는 스팀 팬 발열장치.
제1항에 있어서, 케이스의 상판 및 상 변화 물질 저장 탱크가 스테인리스 스틸로 이루어진 것을 특징으로 하는 스팀 팬 발열장치.
제6항에 있어서, 상판을 제외한 케이스가 플라스틱 사출품으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스팀 팬 발열장치.
제7항에 있어서, 플라스틱 사출품의 외부 표면에 에어로 젤이 코팅된 것을 특징으로 하는 스팀 팬 발열장치.
제1항에 있어서, 케이스가 이중 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 스팀 팬 발열장치.
제9항에 있어서, 이중 유리의 사이 공간이 진공인 것을 특징으로 하는 스팀 팬 발열장치.
제9항에 있어서, 이중 유리의 내부가 도금 처리된 것을 특징으로 하는 스팀 팬 발열장치.
제1항에 있어서, 케이스의 정면에 도어가 설치된 것을 특징으로 하는 스팀 팬 발열장치.
제1항에 있어서, 케이스의 하부에 배출구가 설치된 것을 특징으로 하는 스팀 팬 발열장치.