KR100465410B1 - 루프 히트파이프 팬코일 유니트 난방기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실내온도를 적절하게 유지하기 위한 난방기에 있어서, 열효율을 높일 수 있는 루프 히트파이프를 이용한 유니트 난방기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에서는 가열이 가능한 루프 히트파이프 팬코일 유니트를 난방장치에 활용하는 것으로, 기존의 라디에터에서는 모든 파이프내에 온수가 순환하여 방열하는 장치로 구성되지만, 루프 히트파이프에서는 가열원에 의해 작동유체가 증발하는 증발부를 구성하는 하부에만 온수가 순환하고 증발부에서 증발한 증기는 증기연락관을 통해 다시 증발부로 귀환하므로서 작동이 계속 이루어지는 것이다.

이 시스템은 증발부와 방열부를 증기연락관과 액체연락관으로 연결한 루프 형태의 시스템으로 구성되며 이러한 루프형태의 시스템내부를 진공으로 하여 작동유체를 주입하면 고온의 온수, 전기 또는 열매체유로부터 증발부에서 열을 흡수하여 방열부로 작동유체가 자연순환에 의해 이동하여 열을 방열부에서 방출하는 시스템이다.

본 발명에 따르면, 열에너지를 방출하여 실내온도를 상승시키는 유니트 난방기에 있어서, 진공으로 된 상태로 내부에 유체를 수용하는 방열부, 즉 휜을 부착하여 고성능화한 방열부와 하부에 열을 가하는 가열용 열교환기, 증발부를 포함하며, 상기 두 증발부와 방열부를 두 개의 연락관으로 연결하여 루프로 구성하여 내부에 채워진 유체는 상기 가열수단에서 발생하는 열에 의해 기화하고 상기 히트파이프의상부에서 열을 방출하면서 액화하는 과정을 반복적으로 수행하는 루프 히트파이프를 이용한 유니트 난방기가 제공된다.

Description

루프 히트파이프 팬코일 유니트 난방기{Loop Heat Pipe Fan Coil Unit Radiator}

본 발명은 루프 히트파이프 팬코일 유니트 난방기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 사무실 난방용 팬코일 유니트 난방기를 루프 히트파이프를 이용하여 가열원인 온수의 순환량을 대폭 줄이거나, 전기 또는 열매체유의 가열원을 사용하여 팬코일 유니트 난방기의 고성능화에 관한 것이다.

겨울철에 사람이 주거하는 실내공간 또는 동.식물을 사육 및 재배하는 비닐 하우스의 내부온도를 조절하기 위해 난방기를 설치한다. 이러한 난방기 중에 하나인 유니트 난방기는 고온수를 유니트 난방기의 내부로 통과시키면서 방열휜으로부터 열을 방출시키는 난방기로서, 유니트 난방기를 통과하는 고온수는 유니트 난방기의 내부 전체 체적을 채운 상태로 유동한다. 따라서, 순환하는 고온수의 양이 많아지며 방열할 수 있을 정도의 고온수로 가열하기 위해서는 상당한 양의 열에너지가 필요하며 많은 시간이 소요된다. 또한, 유니트 난방기에서 전기가열에 의해 방열하고자 하는 경우에도 유니트 난방기의 내부에 채워진 많은 양의 열매체유를 가열하여야 하기 때문에 고온수와 마찬가지로 열매체유를 방열온도까지 상승시키기 위해서는 많은 에너지손실과 방열온도까지 도달하는 데 소요되는 시간이 길어지게 되는 단점이 있다.

또한, 기존의 단일관 히트파이프로 구성하는 히트파이프 이용 방열기에서는 각각의 히트파이프 요소의 증발부가 온수와 접촉하도록 하여야 하는 단점을 갖고 있다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 온수 또는 전기가열에 의해 증기를 발생시키는 가열부와 공기에 열을 방출하여 방열을 하는 냉각부로 구성되는 두 개의 열교환기를 증기 및 액체연락관으로 연결하여 루프형태를 이루는 히트파이프 방열기로 에너지 손실이 적으며, 방열온도까지 도달하는 시간을 짧게 할 수 있는 루프 히트파이프를 이용한 유니트 난방기를 제공하는 데 그 목적이 있다. 또한, 가열용 온수, 열매체유 또는 전기가열에서 기존의 히트파이프식에서는 다수의 단일관으로 증발부를 구성하므로 각각증발부를 가열원과 접촉시켜야 하는 단점을 갖고 있으나, 본 발명에서는 하나의 증발부로 구성하므로서 제작이 용이한 장점을 갖고 있다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 루프 히트파이프를 이용한 유니트 난방기를 나타낸 정면도

도 2 는 도 1에 도시된 히트파이프를 이용한 유니트 난방기의 측단면도

도 3 은 도 1에 도시된 루프 히트파이프를 이용한 유니트 난방기의 시스템도

도 4 는 본 발명의 도 1에 도시된 증발부의 상세도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) 증발부

(2) 방열부 증기측 헤더

(3) 방열부의 파이프

(4) 방열부의 휜

(5) 방열부 액체측 헤더

(6) 고온수관

(7) 증발부의 휜

(8) 증기연락관

(9) 액체연락관

(10) 팬

(11) 난방기의 케이스

(12) 방열부

(13) 고온수

(14) 작동유체

(15) 바퀴

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 열에너지를 방출하여 실내온도를 상승시키는 유니트 난방기에 있어서, 상부의 실내가열을 위한 방열부와 전기 또는 온수 등의 열에 의해 작동유체가 증발하는 증발부를 포함하며, 상기 두 열교환기의 내부에 채워진 작동유체는 상기 가열수단에서 발생하는 열에 의해 기화하고 상부에서 열을 방출하면서 액화하는 과정을 반복적으로 수행하는 히트 파이프를 이용한 유니트 난방기가 제공된다. 즉, 본 발명은 열에너지를 방출하여 실내온도를 상승시키도록 작동유체가 수용된 히트파이프로 이루어진 증발부와, 이 히트파이프에 열원을 공급 또는 가열하는 수단과, 증발부와 연결되어 주위 공기와 방열하여 열교환하는 방열부와, 상기 구성을 수용하는 케이스와, 방열된 공기를 외부로 배출하는 팬을 포함하여 구성되는 난방기에 있어서, 진공된 상태로 내부에 작동유체를 수용하고, 이를 가열하는 표면에 다수의 휜이 형성된 하나의 가열수단이 관통되어 열교환되는 하나의 증발부와; 상기 증발부 일측 상부쪽에서 연결되어 상승하는 증기유동이 통과하는 증기연락관과; 이 증기연락관의 상부와 연결되어 다수의 방열부 파이프 일측과 결합되는 방열부 증기측 헤더와; 증발부로부터 공급되는 증기가 다수개의 파이프를 통과하면서 방열을 하는 다수의 휜과 파이프가 결합 구성된 방열부와; 상기 다수의 방열부 파이프 타측과 결합되는 방열부 액체측 헤더와; 일측은 상기 방열부 액체측 헤더의 하부와 연결되고 타측은 증발부 타측 하부쪽과 연결되어 하강하는 액체유동이 통과하는 액체연락관으로 구성되어 폐루프를 이루는 구성을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 복수의 방열부 및 증발부와 상기 가열수단을 수용하는 케이스와, 상부에서 방출하는 열을 상기 케이스의 외부로 배출하도록 공기를 이동시키는 팬을 포함한다.

또한, 본 발명의 상기 가열수단은 고온수 또는 전기이다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 케이스의 내부 하면에는 상기 고온수가 유동하는 고온수유동관이 설치되고, 고온수유동관은 상기 증발부인 히트파이프의 내부를 관통하여 고정된다.

또한, 본 발명의 상기 가열수단은 상기 히트파이프의 둘레에 위치하는 전기히터 또는 고온수이다.

아래에서, 본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 유니트 난방기의 양호한 실시예들을 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

히트파이프(Heat Pipe)는 파이프 내부를 진공으로 한 상태에서 물 또는 알코올 등의 액체를 넣고 하부를 가열하면 액체가 증기로 되어 밀도차에 의해 증기연락관을 통해 상부로 흐르고, 그 곳에서 방열되어 액체로 응축되면 액체연락관을 통해 중력에 의해 액체가 증발부로 되돌아온다. 이 작용의 반복으로 열에너지가 증발부에서 방열부로 전달된다. 이런 히트파이프는 약간의 온도차를 이용하는 난방이나 냉방, 냉각기 등의 용도에 사용된다.

이와 같은 히트파이프를 부위별로 구분하면, 열이 가해지는 부분을 증발부라 정의하고, 히트파이프의 내부에 채워진 액체가 증발되어 다시 액화되는 부분을 방열부라 정의한다.

(실시예)

도면에서,

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 루프 히트파이프를 이용한 유니트 난방기를 나타낸 정면도이고,

도 2는 도 1에 도시된 히트파이프를 이용한 유니트 난방기의 측단면도이며,

도 3은 도 1에 도시된 루프 히트파이프를 이용한 유니트 난방기의 시스템도이고,

도 4는 증발부의 상세도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 파이프(3)로 구성된 방열부(12)와 증발부(1)는 그 케이스(11)의 내부에 팬(10)과 함께 설치되고, 케이스(11)의 증발부 내부에는 고온수관(6)이 위치하며 이런 고온수관(6)을 통해 고온수(13)가 유동한다. 이런 고온수관(6)은 증발부(1)내를 유동하면서 작동유체(14)를 증발시켜 증기를 발생시키고 증기는 증기연락관(8)을 통해 방열부 증기헤더(2)를 통해 방열부(12)로 유입되며, 방열부(12)에 유입된 증기는 방열부(12)를 통과하는 공기 또는 물 등에 의해 응축되어 방열부 액체헤더(5)로 흘려 액체연락관(9)를 통해 중력에 의해 증발부(1)로 되돌아오면서 계속 작동을 하게 되는 것이다.

한편, 케이스(11)의 내부 하부에는 팬(10)이 설치되며, 케이스(11) 내부의 공기는 팬(10)의 구동에 따라 방열부의 휜(4)을 거쳐 케이스(11)의 외부로 배출된다. 또한, 가열원을 전기로 하는 경우에는 케이스(11)의 저면에는 이동이 편리하도록 다수 개의 이동바퀴(15)가 설치된다.

이상과 같이 구성된 루프 히트파이프를 이용한 유니트 난방기의 작동에 대하여 상세히 설명하겠다.

유입관인 고온수관(6)을 통해 가열된 고온수(13)가 증발부(1)로 유입되고, 증발부의 휜(7)의 주위에 있는 작동유체(14)를 증발시키고 고온수관(6)을 따라 배출된다. 이때, 고온수관(6)을 따라 유동하는 고온수(13)는 증발부의 휜(7)과 접하게 되면서 열교환이 이루어진다. 고온수(13)의 열에너지는 증발부의 휜(7)을 통해 증발부(1)의 내부에 채워진 액체를 증발시킨다. 이 때, 루프 히트파이프의 내부는 진공으로 된 상태이므로, 표준상태에서의 액체의 기화점보다 낮은 온도에서도 증발이 이루어진다. 앞에서 설명한 바와 같이, 루프 히트파이프의 증발부는 고온수(13)와 접하는 고온수관(6)으로 된다. 이렇게 발생한 증기는 증기연락관(8)을 따라 방열부의 증기헤더(2)로 이동하게 되고, 증기는 증기헤더(2)를 통해 방열부의 파이프(3)로 흐르면서 공기 또는 물에 방열하면서 응축하게 된다. 이동하는 도중에 열에너지를 방출하면서 액체상태로 액화한다. 이 때, 열에너지는 방열부의 휜(4)을 통해 대기중으로 열에너지를 방출한다. 이 때, 표면적이 넓은 방열 휜(4)을 통해 열에너지는 대기중으로 효과적으로 방출된다. 한편, 응축된 액체는 방열부의 액체헤더(5)로 모여 액체연락관(9)을 통해 하단부의 증발부(1)로 이동하여 다시 가열된다. 이와 같은 순환을 계속적으로 반복하면서 루프 히트파이프에서는 열을 방출한다. 따라서, 루프 히트파이프 유니트 난방기에서 배출되는 열에너지를 포함한 공기 즉, 열풍에 의해 실내온도는 상승한다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 루프 히트파이프를 이용한 유니트 난방기는 적은 양의 순환수를 가열하여 난방할 수 있으므로, 열에너지 효율이 높다는 장점이 있다. 그리고 단일관의 히트파이프로 구성되는 유니트 난방기에서는 다수의 히트파이프 요소에서 증발부가 각각 존재하므로 온수에 의한 가열, 또는 전기에 의한 가열에서 히트파이프 요소 각각의 증발부를 제공하기 위해 증발부가 커지는 단점을 갖고 있지만, 본 발명에서는 온수 또는 전기 가열을 위한 증발부가 하나로 구성되므로 소형화 및 제작이 용이한 장점을 갖고 있다.

또한, 고온수가 공급되지 않는 조건에서도 전기 히터를 이용하여 난방할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 히트파이프를 이용한 유니트 난방기에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (6)

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2. 열에너지를 방출하여 실내온도를 상승시키도록 작동유체가 수용된 히트파이프로 이루어진 증발부와, 이 히트파이프에 열원을 공급 또는 가열하는 수단과, 증발부와 연결되어 주위 공기와 방열하여 열교환하는 방열부와, 상기 구성을 수용하는 케이스와, 방열된 공기를 외부로 배출하는 팬을 포함하여 구성되는 난방기에 있어서,

   진공된 상태로 내부에 작동유체를 수용하고, 이를 가열하는 표면에 다수의 휜이 형성된 하나의 가열수단이 관통되어 열교환되는 하나의 증발부와;

   상기 증발부 일측 상부쪽에서 연결되어 상승하는 증기유동이 통과하는 증기연락관과;

   이 증기연락관의 상부와 연결되어 다수의 방열부 파이프 일측과 결합되는 방열부 증기측 헤더와;

   증발부로부터 공급되는 증기가 다수개의 파이프를 통과하면서 방열을 하는 다수의 휜과 파이프가 결합 구성된 방열부와;

   상기 다수의 방열부 파이프 타측과 결합되는 방열부 액체측 헤더와;

   일측은 상기 방열부 액체측 헤더의 하부와 연결되고 타측은 증발부 타측 하부쪽과 연결되어 하강하는 액체유동이 통과하는 액체연락관으로 구성되어 폐루프를 이루는 것을 특징으로 하는 루프 히트파이프 팬코일 유니트 난방기.
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