KR100503206B1 - 벽걸이식 소음저감형 온풍장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저소음 열쾌적 근접난방이 가능한 히트파이프를 이용한 벽걸이식 온풍장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 히트파이프의 원리를 이용하여 열원으로부터 발생되는 열에너지를 빠른 시간에 다수의 응축부에 전달시키고, 응축부에 의해 가열된 공기를 시로코팬 또는 크로스플로우팬을 이용하여 외부로 방출하도록 하며, 소음을 최저화하고 일정한 온도를 갖는 공기를 지속적으로 공급할 수 있는 난방기기에 관한 것이다.

상기 본 발명의 온풍장치는, 온풍장치에 있어서, 물, 알콜 또는 물과 알콜의 혼합물 중 어느 하나를 작동유체로 사용하는 히트파이프와; 상기 히트파이프를 거쳐 흡입된 가열공기를 외부로 배출하는 흡입송풍수단과; 상기 히트파이프와 흡입송풍수단을 내장하며, 상기 내장된 히트파이프측으로 공기가 유입될 수 있게 외표면 일부에 형성된 공기유입구와, 상기 흡입송풍수단으로 흡입된 가열공기를 외부의 하측방향으로 토출하는 배출구가 형성된 케이스;를 포함하여 구성된다.

또한, 장치의 구동에 의한 소음을 최소화하였으며, 직접 인체에 닿아도 뜨겁지 않는 온도의 가열공기를 배출함으로써 신속히 실내나 인체에 온기를 전달할 수 있는 온풍장치의 제공이 가능하게 된 것이다.

Description

벽걸이식 소음저감형 온풍장치{WALL MOUNTED WARM AIR HEATER WITH REDUCED NOISE}

본 발명은 저소음 열쾌적 근접난방이 가능한 히트파이프를 이용한 벽걸이식 온풍장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 히트파이프의 원리를 이용하여 열원으로부터 발생되는 열에너지를 빠른 시간에 다수의 응축부에 전달시키고, 응축부에 의해 가열된 공기를 시로코팬 또는 크로스플로우팬으로 흡입해서 외부로 방출하도록 하며, 소음을 최저화하고 일정한 온도를 갖는 공기를 지속적으로 공급할 수 있는 난방기기에 관한 것이다.

일반적으로 소형 난방기용 전열소자로는, 열원을 직접 이용하는 방식과, 열매체를 이용하는 방식으로 구분할 수 있다.

열원을 직접 이용하는 방식으로는, 니크롬선 등을 이용한 대류 및 복사열을 이용하는 방식과 PTC소자를 이용한 대류형이 있고, 열매체를 이용하는 방식으로는 각종 오일을 이용하는 방열기 방식(자연대류형)이 이용되고 있다.

상기 열원을 직접 이용하는 방식은, 대부분 고온으로 인한 산화로 공기가 오염되는 문제점이 있으며, 복사열을 이용하는 경우에는 발생된 열의 활용은 우수하나 복사열의 특성상 복사에 노출되는 부위와 그렇지 않은 부위의 온도차로 인한 불쾌감이 유발되는 문제점이 있다.

최근 보급이 활발한 PTC소자를 이용한 난방기의 경우에는, 열원의 온도가 열선에 비하여 상대적으로 낮게 하여 온도차를 감소시키려 하고 있으나, 여전히 절대온도가 높아 강력한 강제송풍으로 인한 열원의 온도저감을 필요로 하는 문제점이 내재되어 있다.

또한, 열매체로 오일을 사용하는 방열기 방식은, 대부분 자연대류에 의존하는 형태로서 열매체인 오일이 차지하는 체적으로 인하여 방열기의 크기가 전반적으로 크고, 가열에 긴 시간을 필요로 한다. 또한 유효한 더운 공기는 대부분 수직 상향으로 대류되어 사용자는 제한된 열량만을 체감하게 된다.

한편, 히트파이프식 전열소자는, 열매체의 선정에 따라 작동온도 범위가 결정되며, 물 혹은 알코올을 사용할 경우 비교적 저온(섭씨100도 이내)에서 작동할 수 있다.

따라서, 이전의 전열소자들이 공통적으로 나타내는 필요이상의 고온발생 및 이로 인한 공기의 연소, 강한 강제송풍으로 인한 사용자의 불쾌감을 해소할 수 있으며, 기존의 오일라디에이터의 경우에 비해 사용되는 열매체의 양이 적으므로 정상상태까지 도달하는데 필요한 시간이 덜 소요된다.

그러나, 히트파이프식 전열소자를 포함하는 대류형 난방기의 공통적인 문제점은 강제송풍을 하는 과정에서 공기의 흐름과 관련된 유동소음 혹은 모터로부터의 소음이 발생한다는 것으로, 이는 소음을 제한하거나 정숙을 요하는 연구실 및 사무실에서는 사용하지 못하는 결점이 된다.

즉, 대부분의 대류형 난방기들은 팬을 이용하여 유기된 빠른 속도의 공기가 전열면을 지나가도록 설계되어 있어, 빠른 속도의 공기가 장애물을 통과하면서 유동의 박리 등에 기인한 유동소음이 발생하게 된다.

특히 압력저항이 큰 PTC소자를 사용하는 경우, 팬의 용량을 강하게 하면 필요이상의 팬용량과 열풍이 사용자에게 감지되며, 팬의 용량을 약하게 하면 기류속도가 줄어들어 전열요소에 의하여 가열된 공기가 주위의 찬공기를 만나 곧 바로 수직상승기류화되는 단점이 있다.

이러한 히트파이프 전열소자를 적용한 일예로는 "난방용 히트파이프식 라디에이터"(출원번호20-1997-3060)가 있으며, 이를 적용하여 초기 개발제품의 경우 하나의 도관을 통한 방열방식을 취하고 있으나 내부 발열량에 비해 외부전열면으로의 열방출량이 제한되어 효과적인 열방출에 제한을 받음이 실험을 통하여 입증된 바 있다.

또한 히트파이프 외부에서 가열되는 방식일 경우(2001년 추정)에는, 전열소자 주위로의 원치않는 열전달을 막기 위한 별도의 열차단장치가 필요하며, 전열블럭 및 열차단장치를 별도로 구비해야 하므로 장치의 크기 및 무게가 증가하게 된다.

또한 기출원(출원번호10-1999-44517)된 다행·다열 배치형 히트파이프로 전열기를 구성하는 경우에는, 히트파이프를 전열기에 적용하므로써, 전열기에서 배출되는 공기의 온도를 낮출 수 있어 사람이 직접 쐬도 불쾌감을 느끼지 않도록하는 장점은 있다.

그러나, 송풍기에서 토출되는 공기가 전열관을 통과하여 외부로 방출하게 되는 종래의 구조를 그대로 채택하고 있어, 고압·고속의 공기가 전열관에 부딪치거나 가르면서 발생되는 소음과, 상기 가열된 공기를 멀리까지 토출하기 위하여 송풍기 용량을 증가시켜야 하는 문제점은 여전히 내재되어 있다.

이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

열원이 내재된 히트파이프를 사용하여 가열수단으로부터의 과도한 온도상승을 억제하고, 상기 가열수단에 공기를 불어서 배출하는 종래의 송풍방식과는 달리 가열수단에서 가열된 공기를 흡입하여 배출하는 송풍방식을 적용하였으며, 상기 가열된 공기의 흡입으로 모터 과열을 방지할 수 있는 구조의 송풍기를 장착한 온풍장치를 제공함에 목적이 있다.

이와 같은 목적을 갖는 본 발명의 소음저감형 온풍장치는,

온풍장치에 있어서, 물, 알콜 또는 물과 알콜의 혼합물 중 어느 하나를 작동유체로 사용하는 히트파이프와; 상기 히트파이프를 거쳐 흡입된 가열공기를 외부로 배출하는 흡입송풍수단과; 상기 히트파이프와 흡입송풍수단을 내장하며, 상기 내장된 히트파이프측으로 공기가 유입될 수 있게 외표면 일부에 형성된 공기유입구와, 상기 흡입송풍수단으로 흡입된 가열공기를 외부의 하측방향으로 토출하는 배출구가 형성된 케이스;를 포함하여 구성된다.

상기 "히트파이프"는, 관체로 그 형태를 다양하게 형성할 수 있고, 작동유체를 내포하고 있으며, 내설 또는 외설되는 열원으로부터 가열에너지를 공급받는다.

상기 "작동유체"는, 액체 물질로 열원으로부터 에너지를 전달받아 기화하며, 변형된 기체성분이 히트파이프의 전면(내부면)을 가격하여 기체가 갖는 내부에너지(잠열)를 히트파이프에 전달함으로써 히트파이프의 관체온도를 상승시킨다.

따라서, 작동유체의 성분에 따라 히트파이프의 발열온도가 변화되는 것으로, 본 발명에서는 온도의 제한을 위해 물, 알콜 또는 물과 알콜의 혼합물을 작동유체로 사용하여 히트파이프가 60 ~ 100°의 발열온도를 발하도록 하였다.

상기 "흡입송풍수단"은, 가열된 공기를 외부로 배출하는 수단을 말하며, 대표적인 일예로는 시로코팬과 크로스플로우팬등이 있다.

상기 온풍장치는 외부의 공기가 공기유입구를 통해 케이스 내부로 유입되며, 상기 공기는 공기유입구에 근접하여 설치된 히트파이프의 열로 가열되며, 흡입송풍수단에 의해 외부로 토출된다. 상기 과정의 공기유속은 흡입송풍수단의 운전조건에 의해 결정된다.

또한, 상기 흡입송풍수단으로 사용되는 시로코팬은 흡입된 가열공기로 인한 모터의 파손을 방지하기 위해 상기 모터를 내재하는 차단막이 시로코팬의 공기흡입방향으로 설치될 수 있다.

상기 시로코팬은 장치의 부피를 줄이기 위해 모터가 시로코팬의 내부로 삽설된다. 따라서, 가열공기가 시로코팬으로 흡입되면서 시로코팬의 축에 결합된 모터에 영향을 미치게 되는데 이를 방지하기 위해 차단막이 설치된다.

상기 차단막은 모터와 가열공기의 흡입방향 사이에 설치되어 시로코팬과 동일한 축으로 회전하는 것으로, 가열공기와 모터의 접촉을 차단하는 형태라면 모두 가능하지만, 가열공기의 흡입에 있어서 마찰을 최소화하고, 회전에 의한 소음을 최대한 줄일 수 있는 반구의 형태로 형성함이 바람직하다.

또한, 상기 히트파이프는, 작동유체의 유동이 가능하도록, 하나의 증발부에 다수의 응축부가 연통되어 있다.

상기 "증발부"는 열원에 의해 에너지를 공급받아 작동유체가 기화되는 작용이 일어나는 부분을 말하며, 상기 "응축부"는 상기 기화된 수증기가 내열을 소진하여 다시 액화되는 작용이 일어나는 부분을 말한다.

상기 히트파이프는 하나의 증발부와 이에 연통되는 다수의 응축부로 구성될 수 있으나, 다수의 증발부와 상기 증발부에 각각 연통되어 있는 다수의 응축부로 구성될 수도 있다.

또한, 상기 다수의 응축부는 상기 증발부의 길이방향으로 소정 간격을 두고 다수 개가 일렬로 설치될수 있다.

상기 길이방향으로 설치되는 것은 히트파이프의 설치부피를 줄이기 위한 것이며, 공기가열 표면적을 증대시키기 위해 동일한 방향으로 설치되는 응축부를 다수개로 나뉘어 형성할 수 있다.

또한, 상기 응축부 또는 증발부에 방열판을 추가로 장착하여 가열표면적을 증가시킬 수 있으며, 이러한 방열판의 형태를 환, 띠 또는 판형태등으로 다양하게 사용될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 소음저감형 온풍장치 일예의 작용을 나타낸 상태도이다.

본 발명의 온풍장치(10)는 케이스(미도시)내에 히트파이프(20)와, 흡입송풍수단(30)을 포함하여 구성되며, 상기 흡입송풍수단(30)로는 시로코팬을 사용한 것을 도시하였다.

상기 히트파이프(20)는 열원을 내장하고 있는 관체인 증발부(21)와, 상기 증발부(21)와 연통되어 상기 증발부의 외주면으로부터 일방향으로 다수개가 형성되어 있는 응축부(22)로 구성된다.

그리고, 증발부(21)에는 작동유체(24)인 물, 알콜 또는 물과 알콜의 혼합물이 소량 내포되어 있으며, 상기 응축부(22)에는 열을 방출하기 용이한 표면적을 증가시키기 위해 다수개의 방열판(23)이 부착되어 있다.

또한, 상기 흡입송풍수단(30)은 회전축(33)으로부터 외측으로 일정거리 이격 설치되며 만곡 형상인 다수개의 가이드익(31)과, 상기 회전축상에 결합되어 상기 가이드익(31)을 회전시키는 반구형태의 차단막(32)과, 상기 차단막(32)의 내측에 설치되어 상기 차단막을 회전시키는 모터(50)로 구성된다.

이와같이 구성되는 온풍장치(10)는 열원으로의 전원공급과 흡입송풍수단(시로코팬) 모터(50)의 전원공급이 동시에 이루어진다.

상기 전원의 공급으로 열원에서 열이 발생되어 작동유체가 에너지를 공급받아 기화되며, 기화된 기체는 히트파이프(20)의 내부공간을 가격함으로써 내열을 히트파이프에 전달하게된고 다시 액화되어 증발부(21)로 회수된다.

따라서, 히트파이프(20)의 온도가 상승하게되고 가열된 히트파이프(20)는 주위의 공기에 열에너지를 전달하여 주위의 공기를 가열하게 된다.

또한, 상기 전원을 공급받은 모터(50)의 회전으로 이와 결합되어있는 시로코팬(흡입송풍수단, 30)이 회전하게 된다. 상기 시로코팬(30)이 회전함에따라 히트파이프(20)의 가열공기가 시로코팬의 축부분으로 흡입되어 시로코팬(30)의 가이드익(31) 사이를 통과하여 외측으로 배출하게된다.

이때 차단막(32)은 가열공기가 모터(50)에 접촉되는 것을 방지하며, 반구의 형태를 하고 있어서 흡입시 마찰을 적게함은 물론이고, 시로코팬의 가이드익(31)으로 원활히 흡입될수 있도록 하는 가이드 역할도 한다.

이와같은 시로코팬(30)은 배출구보다는 넓은 지역에서 흡입이 이루어짐으로, 흡입되는 부분에서는 공기유동이 서서히 일어나, 공기유동에 의한 히트파이프(20)와의 마찰음발생이 월등히 감소시키며, 배출되는 가열공기는 별도의 장애물없이 방출하게 됨으로 같은 용량의 송풍수단을 장착함에 있어서 먼 곳까지 가열공기를 전달할 수 있다.

또한, 상기 시로코팬(30)은 내부에서 흡입된 가열공기를 외부로 배출하게 된다. 도 2를 참조해 보면 시로코팬의 외부에는 유도관(60)이 설치되어 있어서, 시로코팬을 통과한 가열공기를 일정한 방향으로 토출하게 하는 유도 역할을 한다.

도시된 바와같이 시로코팬(30)과 유도관(60) 사이의 거리를 표시하는 t1과 t2 는 일정하지 않고 t1보다는 t2의 두께가 더 크다. 이는 시로코팬(30)에서 방출되는 가열공기가 유도관(60)을 통해 배출되는 과정에서 유속이 일정하게 유지하도록 하기 위한것이다. 즉, 유도관(60)을 나선형으로 형성함으로써 가열공기가 시로코팬(30)을 빠져나와 외부로 배출되는 순간까지 일정속도로 이동하게 하여 속도 및 압력의 변화로 에너지의 손실을 최대한 줄이기 위한 구조이다.

도 3은 종래의 온풍장치의 작용 상태를 도시한 것으로, 가열수단(71)과 송풍수단(70)이 구비되어 있는 것은 본 발명의 온풍장치와 동일한 구조이다.

상기 온풍장치는 송풍수단(70)이 외부의 공기를 흡입하여 가열수단(71)으로 방출하여 다시 외부로 배출하는 방식으로, 송풍수단(70)에서 방출되는 강한 압력의 공기가 가열수단(71)에 부딪치면서 마찰음이 발생하게 된다.

즉, 소음이 크게 발생되는 것으로, 이러한 소음을 줄이기위해 송풍수단(70)의 용량을 낮추면 배출되는 가열공기의 압력이 낮아져서 배출과 동시에 상부로 올라가게 되어 온풍장치로써의 기능이 저하되는 문제점이 발생되며, 송풍수단(70)의 용량을 높이면 송풍수단(70)에서 배출되는 공기의 압력이 상승하게 됨에 따라 마찰소음이 더욱 커지게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예의 온풍장치를 도시한 단면도이며, 도 5는 다른 실시예를 도시한 평면도이다.

도시된 바와같이 흡입송풍수단(30)으로 크로스플로우팬을 사용한 것으로, 전체적인 구조는 에어컨의 구조와 유사하며, 주로 벽걸이용으로 사용하는 것이다.

상기 온풍장치도 상술한 온풍장치와 동일하게 가열공기를 흡입하여 배출하는 방식을 사용하고 있다. 다만, 상술한 방법의 직접적인 흡입방식이 아닌 팬의 회전으로 가열공기를 일방향으로 이동시키는 것이다.

본 실시예는 히트파이프(20)와 크로스플로우팬(30, 흡입송풍수단)과, 케이스(40)로 구성된다.

상기 히트파이프(20)는 증발부(21)와 응축부(22)로 구성되고, 상술된 바와같이 응축부(22)에 다수의 방열판(23)이 설치될 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 히트파이프(20)를 복수개로 형성할 수도 있다.

상기 크로스플로우팬(30)이 작동하게 되면, 케이스(40)의 공기유입구(41)로부터 유입된 공기는 히트파이프(20)를 거치면서 열에너지를 공급받으며, 크로스플로우팬(30)의 날개(34)회전에 의해 케이스(40)의 하부에 형성되어 있는 배출구(42)를 통해서 외부로 방출된다.

상기 크로스플로우팬(30)을 구동하는 모터는 공기 유동방향의 측면에 설치됨으로 가열공기로부터 모터를 보호하는 차단막을 설치하지 않아도 된다.

또한, 가열공기의 배출구(42)를 하향(바닥면의 방향)으로 설치하는 것은, 실내의 상층과 하층의 온도차를 줄임으로써 실내 쾌적환경을 형성하기 위한것이다.

상기 흡입송풍수단인 크로스플로우팬으로부터 배출되는 가열공기는 그 과정에서 마찰요인이 없으므로 실바닥까지 도달할 수 있게 되는데, 이는 소음이 적게 발생되면서 강한 송풍이 실의 바닥까지 전달되어 바닥의 온도를 상승 시킬 수 있다.

한편, 상기 히트파이프의 작동원리는 공지되어있는 기술임으로 상세한 서술을 생략하였다. 또한, 상기 서술한 예는 본 발명을 설명하고자하는 예일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 전문가가 본 상세한 설명을 참조하여 부분변경 사용한 것도 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연한 것이다.

이와같이 본 발명의 소음저감형 온풍장치는,

작동소음의 주 원인인 송풍수단과 가열수단의 마찰음을 저감시키기 위해, 공기흐름이 송풍수단에서 가열수단으로의 방식과는 다르게 가열수단에서 송풍수단으로 이동되는 방식을 적용한 것이다.

또한, 송풍수단을 구동하기 위한 모터의 과열을 방지하기 위해 차단막을 형성하여 가열공기와 모터의 직접적인 접촉을 방지하였으며, 가열수단에서 발생되는 온도를 일정수준 이하(실내쾌적온도 수준)로 저하시키기 위해 히트파이프를 적용한 것이다.

따라서, 장치의 구동에 의한 소음을 최소화하였으며, 가열공기가 바닥까지 도달하는 하향송풍방식으로 실의 상하층 온도차를 줄임으로써 쾌적온도를 유지시키도록 하는 온풍장치의 제공이 가능하게 된 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 온풍장치의 일예를 도시한 작용상태도.

도 2는 본 발명에 따른 온풍장치의 일예인 시로코팬을 도시한 평면도.

도 3은 종래 온풍장치의 작용상태도.

도 4는 본 발명에 따른 온풍장치의 다른 실시예를 도시한 단면도.

도 5는 도 4의 주요부를 도시한 평면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 온풍장치 20 : 히트파이프

30 : 흡입송풍수단 40 : 케이스

50 : 모터 60 : 유도관

21 : 증발부 22 : 응축부

23 : 방열판 24 : 작동유체

31 : 가이드익 32 : 차단막

33 : 회전축 34 : 날개

41 : 공기유입구 42 : 배출구

70 : 종래의 송풍수단 71 :종래의 가열수단

A : 공기

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 온풍장치에 있어서,

   물, 알콜 또는 물과 알콜의 혼합물 중 어느 하나를 작동유체로 사용하며, 상기 작동유체의 유동이 가능하도록 하나의 증발부에 다수의 응축부가 연통된 히트파이프와;

   상기 히트파이프를 거쳐 흡입된 가열공기를 외부로 배출하는 흡입송풍수단과;

   상기 히트파이프와 흡입송풍수단을 내장하며, 상기 내장된 히트파이프측으로 공기가 유입될 수 있게 외표면 일부에 형성된 공기유입구와, 상기 흡입송풍수단으로 흡입된 가열공기를 외부로 토출하는 배출구가 형성된 케이스;를 포함하는 벽걸이식 소음저감형 온풍장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 다수의 응축부는

   상기 증발부의 길이방향으로 소정 간격을 두고 다수 개가 일렬로 설치된 것을 특징으로 하는 벽걸이식 소음저감형 온풍장치.