KR100827683B1 - 히트파이프를 이용한 냉난방장치 - Google Patents

히트파이프를 이용한 냉난방장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온수 또는 냉수가 순환되는 열원공급관을 복수 개로 분할 형성하고, 각 열원공급관에 히트파이프를 각각 연결하도록 이루어짐으로써, 용이하게 운반, 조립 및 분해할 수 있으며, 냉난방 면적에 따라 열원공급관 및 히트파이프 등의 갯수를 자유롭게 선정하여 시공할 수 있는 히트파이프를 이용한 냉난방장치를 제공하는 목적도 있다.
이를 위해 본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 냉난방장치는, 내부로 온수 또는 냉수가 흐르는 열원공급관, 열원공급관과 연결되는 적어도 하나 이상의 히트파이프를 포함하여 이루어진 구성에 있어서, 열원공급관은 복수 개로 분할 형성되어 연결관에 의해 착탈 가능하게 연결되며, 히트파이프는 분할된 열원공급관에 각각 착탈 가능하게 연결되는 것을 특징으로 한다.
열원공급관, 히트파이프, 연결관

Description

히트파이프를 이용한 냉난방장치{Cooling and heating apparatus using heat pipe}
도 1은 종래기술에 따른 히트파이프를 이용한 냉난방장치를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프를 이용한 냉난방장치의 설치상태를 나타낸 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 황토블록에 히트파이프가 삽입된 상태를 나타낸 단면도.
도 4는 열원공급관, 연결관 및 히트파이프의 연결상태를 나타낸 사시도.
도 5는 도 4의 분해사시도.
도 6은 열원공급관, 연결관 및 히트파이프의 연결상태를 나타낸 단면도.
도 7은 황토블록의 다른 실시형태를 나타낸 단면도.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
10 : 케이스 11 : 커버
20 : 온수보일러 21 ; 온수 공급관
22 : 환수관 23 : 열원공급관
24 : 히트파이프 25 : 보조파이프
26 : 연결관 27, 28 : 연결부재
30 : 황토블록
본 발명은 히트파이프를 이용한 냉난방장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온수 또는 냉수가 순환되는 열원공급관을 복수 개로 분할 형성하고, 각 열원공급관에 히트파이프를 각각 연결하도록 된 히트파이프를 이용한 냉난방장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이 히트파이프란 진공상태의 파이프 내부에 주입구를 통해 일정량의 작동유체(열전달매체)를 주입하고 봉인하여 제조되는 것으로, 파이프의 한쪽 끝에 열원장치가 설치되어 이로부터 열이 가해지면 작동유체가 증발하여 다른쪽 끝으로 이동하면서 열에너지를 방출하고, 열교환에 의해 다시 액체로 응축되어 원래 위치로 복귀되도록 한 것이다.
이러한 히트파이프는 빠른 시간에 온도를 균일하게 올리거나 낮출 수 있어 난방이나 침대 등에 유용하게 사용되고 있으며, 난방이나 침대에 사용되어 오던 히트파이프를 이용한 냉난방장치의 일 예가 도 1에 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 히트파이프를 이용한 냉난방장치는, 온수 또는 냉수가 흐르는 열원공급관(100)과, 일단이 열원공급관(100)을 관통한 후 열원공급관(100)에 용접되는 동파이프(110), 및 동파이프(110) 내에 삽입되는 히트파이프(120)로 구성된다.
이와 같이 구성된 히트파이프를 이용한 냉난방장치에 의하면, 열원공급관(100) 내를 흐르는 온수의 열이 동파이프(110)를 통해 히트파이프(120)의 일단으로 전달되고, 히트파이프(120) 내의 열매체가 일단에서 타단으로 이동하면서 히트파이프(120)의 외부와 열교환을 함으로써 난방 또는 냉방을 하게 된다.
그러나, 전술한 바와 같은 종래의 히트파이프 연결구조에 의하면, 조립과정에서 용접작업이 수행되어야 하므로 작업이 복잡해질 뿐만 아니라, 하나의 열원공급관에 복수 개의 동파이프가 일체로 용접되므로 전체적인 크기가 커서 운반도 용이하지 않다.
또한, 용접작업이 수행되므로 한번 조립하게 되면 분해도 어려울 뿐만 아니라, 열원공급관의 길이, 동파이프 및 히트파이프의 갯수 등이 냉난방하고자 하는 장소에 맞게 설정되기 때문에 냉난방 면적에 따라 변형이 어렵다.
이에 본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 온수 또는 냉수가 순환되는 열원공급관을 복수 개로 분할 형성하고, 각 열원공급관에 히트파이프를 각각 연결하도록 이루어짐으로써, 용이하게 운반, 조립 및 분해할 수 있는 히트파이프를 이용한 냉난방장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 냉난방 면적에 따라 열원공급관 및 히트파이프 등의 갯수를 자유롭게 선정하여 시공할 수 있는 히트파이프를 이용한 냉난방장치를 제공하는 목적도 있다.
아울러, 케이스 내에 황토블록을 설치하여 히트파이프로 황토블록을 가열하거나 냉각시켜 냉난방하도록 이루어짐으로써, 황토가 가지는 다양한 효능을 얻을 수 있는 히트파이프를 이용한 냉난방장치를 제공하는 목적도 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 냉난방장치는, 내부로 온수 또는 냉수가 흐르는 열원공급관, 열원공급관과 연결되는 적어도 하나 이상의 히트파이프를 포함하여 이루어진 구성에 있어서, 열원공급관은 복수 개로 분할 형성되어 연결관에 의해 착탈 가능하게 연결되며, 히트파이프는 분할된 열원공급관에 각각 착탈 가능하게 연결되는 것에 기술적 특징이 있다.
전술한 구성에 있어서, 히트파이프를 이용한 냉난방장치는, 내부에 열원공급관 및 히트파이프가 설치되는 케이스, 블록형태로 형성되어 케이스 내에 배열되는 적어도 하나 이상의 황토블록, 및 개방된 입구가 외부로 노출되도록 각 황토블록 내에 설치되어 히트파이프가 각각 탈거 가능하게 삽입되는 보조파이프를 더 포함하여 이루어진다.
전술한 구성에 있어서, 열원공급관은, 온수 또는 냉수의 소통통로가 되며 연결관이 양단부에 각각 연결되는 수직관부, 및 수직관부의 중심으로부터 일측으로 분기되어 히트파이프가 연결되는 분기부로 구성된다.
전술한 구성에 있어서, 히트파이프와 연결관을 열원공급관에 연결하는 연결부재는, 양단부에 나사부가 각각 형성되고 중심부에 머리부가 형성되며 나사부중 일측 나사부가 수직관부 또는 분기부에 연결되는 연결볼트, 개방된 일측이 연결볼 트의 나사부중 타측 나사부에 결합되며 폐쇄된 타단 중심에 연결관 또는 히트파이프가 관통되는 관통홀이 형성된 조임너트, 조임너트 내에 삽입되어 연결관 또는 히트파이프를 관통시킨 상태에서 조임너트를 조일 때 조임너트의 폐쇄된 타단에 의해 밀려 연결볼트의 타측 나사부와 연결관 또는 히트파이프 사이에 억지 끼움되는 링부재를 포함하여 이루어진다.
전술한 구성에 있어서, 황토블록의 소재는 황토분말, 맥반석분말, 솔잎추출액을 포함하여 이루어진다.
전술한 구성에 있어서, 황토블록의 소재는 숯에 황토를 코팅하여 이루어질 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 냉난방장치의 바람직한 실시예를 통하여 전술한 바와 같은 구성들의 특징과 그 작용을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 냉난방장치는, 내부에 공간이 형성된 케이스(10)와, 케이스(10) 내,외부에 설치되고 온수를 이용해 열을 방출하는 난방수단, 및 케이스(10) 내에 충진되어 난방수단에 의해 가열되는 황토가 포함된 황토블록(30)으로 구성된다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전술한 케이스(10)는 내부에 난방수단의 일부와 황토블록(30)이 설치될 수 있는 공간이 형성된 사각의 함체로써, 상부의 커 버(11)를 이용해 내부공간을 차폐하게 된다. 이 때, 커버(11)를 생략하고 황토블록(30)을 외부로 노출시켜 마감을 할 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전술한 난방수단은 케이스(10) 내,외부에 설치되어 황토블록(30)을 가열하는 것으로, 케이스(10)의 외부에 설치되는 소형의 온수보일러(20)와, 케이스(10) 내에 설치되고 온수 공급관(21) 및 환수관(22)을 통해 온수보일러(20)와 연결되어 온수가 순환되는 열원공급관(23), 열원공급관(23)에 연결되는 히트파이프(24), 및 황토블록(30) 내에 설치되는 보조파이프(25)를 포함하여 이루어진다.
열원공급관(23)은 도 4 내지 도 6에서처럼 복수 개로 분할 형성되어 연결관(26)에 의해 착탈 가능하게 연결된다. 열원공급관(23) 및 연결관(26)은 동뿐만 아니라 PB(폴리부타디엔)등 배관자재의 성형에 사용되는 다양한 소재로 성형할 수 있다.
이러한 열원공급관(23)은 온수의 소통통로가 되며 연결관(26)이 양단부에 각각 연결되는 수직관부(23a), 및 수직관부(23a)의 중심으로부터 일측으로 분기되어 히트파이프(24)가 연결되는 분기부(23b)로 구성된다.
이 때, 수직관부(23a)의 양단부 내측과 분기부(23b)의 단부 내측에는 연결관(26) 및 히트파이프(24)를 연결해주는 연결부재(27)(28)가 각각 나사 결합된다.
히트파이프(24)는 열원공급관(23)의 분기부(23b)에 각각 연결되어 내부에 충진되어 있는 열매체가 열원공급관(23) 내를 흐르는 온수에 의해 가열되어 일단부로부터 타단부로 흐르면서 주위와 열교환을 하는 것으로, 동으로 제작된다.
즉, 히트파이프(24) 내의 열매체는 열원공급관(23)을 통해 흐르는 온수로부터 방출되는 열을 전달받아 기화된 후 히트파이프(24) 내를 흐르면서 주위로 열을 방출하여 황토블록(30)을 따뜻하게 데워주면서 다시 액화된다.
연결관(26) 및 히트파이프(24)를 열원공급관(23)의 수직관부(23a) 및 분기부(23b)에 각각 연결해주는 연결부재(27)(28)는, 양단부에 나사부(271a)(271b)(281a)(281b)가 각각 형성되고 중심부에 머리부(271c)(281c)가 형성되며 나사부(271a)(271b)(281a)(281b)중 일측 나사부(271a)(281a)가 수직관부(23a) 또는 분기부(23b)에 각각 연결되는 연결볼트(271)(281), 개방된 일측이 연결볼트(271)(281)의 나사부(271a)(271b)(281a)(281b)중 타측 나사부(271b)(281b)에 결합되며 폐쇄된 타단 중심에 연결관(26) 또는 히트파이프(24)가 관통되는 관통홀(272a)(282a)이 형성된 조임너트(272)(282), 및 조임너트(272)(282) 내에 삽입되어 연결관(26) 또는 히트파이프(24)를 관통시킨 상태에서 조임너트(272)(282)를 조일 때 조임너트(272)(282)의 폐쇄된 타단에 의해 밀려 연결볼트(271)(281)의 타측 나사부(271b)(281b)와 연결관(26) 또는 히트파이프(24) 사이에 억지 끼움되는 링부재(273)(283)로 구성된다.
이 때, 연결볼트(271)의 내측에는 연결관(26)이 더 이상 삽입되는 것을 방지하는 삽입방지턱(271d)이 형성되며, 히트파이프(24)는 그 일단이 수직관부(23a) 내로 삽입된 상태에서 연결되어야 수직관부(23a)를 흐르는 온수와 접촉되는 면적이 최대가 되어 효율적으로 열을 전달받게 된다.
한편, 보조파이프(25)는 황토블록(30) 내에 각각 설치되는 것으로, 성형시 황토블록(30) 내에 매립 설치되되 개방된 일단이 외부로 노출되도록 설치되어 그 내부로 히트파이프(24)가 탈거 가능하게 삽입된다.
이러한 보조파이프(25)는 히트파이프(24)가 황토블록(30)에 직접 접촉하는 것을 방지한다. 만일, 보조파이프(25)를 구비하지 않고 히트파이프(24)를 황토블록(30)의 홈에 직접 삽입하게 되면 황토블록(30)의 거친면에 의해 히트파이프(24)의 표면에 손상될 우려가 있을 뿐만 아니라, 황토블록(30) 성형시 히트파이프(24)를 삽입하기 위한 홈이 매끄럽게 성형되지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전술한 황토블록(30)은 케이스(10) 내에 배열되는 것으로, 열원공급관(23) 및 히트파이프(24)를 통해 방출되는 열에 의해 가열되어 케이스(10)를 따뜻하게 데워줌으로써 난방을 하게 된다.
이러한 황토블록(30)은 미리 제작된 후 운반하여 현장에서 간편하게 설치하게 되며, 난방면적에 따라 그 설치갯수를 늘이거나 줄이게 된다.
황토블록(30)의 소재로 황토분말을 비롯하여 맥반석분말, 그리고 솔잎추출액등을 혼합한 것을 사용할 수 있으며, 이 경우 원적외선 방사효과를 높일 수 있다. 황토블록(30)의 소재로는 전술한 성분들 외에도 세라믹, 옥, 게르마늄 등의 천연소재를 더 포함하는 것도 가능하다.
또한, 황토블록(30)의 소재로 숯에 황토를 코팅한 것을 사용할 수도 있으며, 이 경우 황토블록의 무게를 가볍게 하고 숯과 황토가 가지는 효능을 얻을 수 있다. 그리고, 스티로폼 알갱이에 황토를 코팅한 것으로 황토블록을 제작하여 황토블록의 무게를 가볍게 할 수도 있다.
한편, 황토블록(30) 내에 설치되는 보조파이프(25)는 황토블록(30)의 하측으로 치우쳐 설치된다.
또한, 황토블록(30)중 보조파이프(25)의 하측에 위치되는 부분은 난방에 별다른 영향을 주지 않기 때문에 성형과정에서 황토성분 대신 도 7에서와 같이 스티로폼등 경량의 소재(31)를 접착하여 황토블록(30) 전체의 무게를 줄이는 것도 가능하다.
한편, 열원공급관(23)중 양쪽 가장자리에 위치되는 것에는 온수 공급관(21) 및 환수관(22)이 각각 연결된다.
이하에서는, 전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 냉난방장치의 작용을 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 황토블록(30)은 미리 일정한 크기로 제작된 후 설치장소 운반되며, 열원공급관(23) 및 히트파이프(24)는 각각 분리된 상태에서 연결관(26) 및 연결부재(27)(28)와 함께 설치장소로 운반된다.
본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 냉난방장치를 설치하기 위해서는, 먼저 황토블록(30)에 설치된 보조파이프(25)에 히트파이프(24)를 각각 삽입한 상태에서 황토블록(30)들을 케이스(10) 내에 나란히 설치한다. 이 때, 열원공급관(23) 및 연결관(26) 등이 위치되는 케이스(10)의 내측 일부는 열원공급관(23), 연결관(26) 및 히트파이프(24) 등의 연결상태가 불량하거나 파손 또는 노후시 이들을 교체 및 수리하기 위해 비워두게 된다.
황토블록(30)의 설치 후에는 케이스(10)의 빈 공간에서 열원공급관(23)들을 연결관(26)으로 연결하게 되고, 각 열원공급관(23)에 히트파이프(24)의 일단을 각각 연결하게 된다.
연결관(26)을 열원공급관(23)에 연결하기 위해서는, 연결부재(27)의 연결볼트(271) 양단부에 형성된 일측 나사부(271a)를 열원공급관(23)의 수직관부(23a) 양단에 각각 나사 결합한 후, 연결관(26)의 양단부에 조임너트(272)를 끼우고, 연결관(26)에 링부재(273)를 끼우고 이 링부재(273)를 조임너트(272) 내로 밀어 넣은 다음, 조임너트(272)를 연결볼트(271)의 타측 나사부(271b)에 견고히 결합한다.
이처럼 조임너트(272)를 연결볼트(271)의 타측 나사부(271b)에 견고히 결합하게 되면, 링부재(273)가 조임너트(272)의 폐쇄된 타단에 의해 밀려 연결볼트(271)의 타측 나사부(271b)와 연결관(26) 사이에 억지 끼움됨으로써, 연결관(26)의 이탈이 방지된다.
이 때, 연결관(26)의 양단부는 연결볼트(271)의 내측에 형성된 삽입방지턱(271c)까지 삽입해야 한다.
히트파이프(24)를 연결하기 위한 연결부재(28)는 연결관(26)을 연결하기 위한 연결부재(27)와 동일한 구성으로 되어 있으므로 그 조립과정 또한 동일한다. 따라서 그 조립과정은 생략하기로 한다. 다만 히트파이프(24)는 열원공급관(23)의 수직관부(23a) 내부까지 삽입되도록 연결하여야 열원공급관(23)을 흐르는 온수로부터 히트파이프(24)로 열이 효율적으로 전달될 수 있다.
한편, 양쪽 가장자리에 위치되는 열원공급관(23)의 수직관부(23a) 일단에는 연결관(26) 대신 온수 공급관(21) 및 환수관(22)이 각각 연결된다.
전술한 과정을 통해 열원공급관(23) 및 히트파이프(24) 등의 조립이 완료됨으로써, 본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 냉난방장치의 설치가 모두 완료된다.
이와 같이 본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 냉난방장치를 설치하는 과정에서 난방하고자 하는 면적에 맞게 열원공급관(23), 연결관(26), 히트파이프(24) 및 황토블록(30)의 갯수를 선정하여 시공하게 된다.
본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 냉난방장치의 설치가 완료된 후 난방을 위해 온수보일러(20)를 작동시키면, 온수보일러(20)에서 따뜻하게 데워진 온수가 온수 공급관(21)을 통해 열원공급관(23)으로 공급되고, 열원공급관(23)을 흐르는 온수의 열이 히트파이프(24)에 각각 전달된다.
히트파이프(24)에 온수의 열이 전달되면 그 내부에 충진되어 있던 액상의 열매체가 기화된 후 흐르면서 히트파이프(24) 및 보조파이프(25)를 통해 황토블록(30)으로 열을 전달하고, 열매체는 다시 액화된다. 이러한 과정이 진행되면서 황토블록(30)은 따뜻하게 데워진다.
한편, 열원공급관(23)들을 흐르면서 냉각된 물은 환수관(22)을 통해 온수보일러(20)로 환수된 후 다시 데워져 열원공급관(23)으로 공급된다.
이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히트파이프를 이용한 냉난방장치를 첨부된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 발명은 본 명세서에 상세히 설명된 실시예와 도면에 한정되지 아니하며, 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
예컨대, 본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 냉난방장치는, 침대에 설치하여 사용할 수도 있으나, 바닥이나 벽에 설치하여 사용하는 것도 가능하다. 또한 본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 냉난방장치는 온수뿐만 아니라 냉수를 이용해 냉방하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 냉난방장치는, 열원공급관의 양쪽에 분기부를 형성하여 히트파이프가 양쪽 분기부를 통해 열원공급관을 관통하도록 구성할 수도 있다. 즉, 열원공급관을 케이스의 중심측에 위치시키고 그 양쪽으로 황토블록을 각각 배열하며, 히트파이프가 열원공급관을 관통한 상태에서 그 양단이 열원공급관의 양쪽에 배열된 황토블록의 보조파이프에 각각 삽입되도록 구성할 수도 있으며, 이러한 실시예 역시 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 보아야 한다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명 히트파이프를 이용한 냉난방장치에 따르면, 온수 또는 냉수가 순환되는 열원공급관을 복수 개로 분할하여 연결관으로 각각 착탈 가능하게 연결하고, 각 열원공급관에 히트파이프를 각각 착탈 가능하게 연결하도록 이루어짐으로써, 용이하게 운반, 조립 및 분해할 수 있어 시공비용과 운반비용 등을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 연결상태가 불량하거나 파손 또는 노후시 해당 부품만 용이하게 교체할 수 있다.
또한, 냉난방 면적에 따라 열원공급관, 연결관, 히트파이프 및 황토블록 등 의 갯수를 자유롭게 선정하여 시공하도록 이루어짐으로써, 냉난방 면적에 제한을 받지 않고 현장 여건에 따라 자유롭게 시공할 수 있다.
아울러, 케이스 내에 황토블록들을 배열하여 이를 히트파이프로 가열하거나 냉각시켜 냉난방하도록 이루어짐으로써, 전자파가 발생하지 않기 때문에 전자파로 인한 위험이 없으며, 케이스 위에서 수면이나 휴식을 취할 때 수맥파 차단이나 원적외선 방사 등 황토가 가지는 다양한 효능을 얻을 수 있다.
뿐만 아니라, 케이스 내에 충진되는 황토충진물을 황토블록의 형태로 제작함으로써, 대량생산이 가능하고, 현장 시공시 별도의 양생과정을 거치지 않기 때문에 냉난방장치의 시공시간이 단축되며, 운반도 용이하다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 내부로 온수 또는 냉수가 흐르는 열원공급관(23), 상기 열원공급관(23)과 연결되는 하나 이상의 히트파이프(24)를 포함하고, 상기 열원공급관(23)은 복수 개로 분할 형성되어 연결관(26)에 의해 착탈 가능하게 연결되며, 상기 히트파이프(24)는 분할된 상기 열원공급관(23)에 각각 착탈 가능하게 연결되는 히트파이프를 이용한 냉난방장치에 있어서,
    내부에 상기 열원공급관(23) 및 히트파이프(24)가 설치되는 케이스(10)와, 블록형태로 형성되어 상기 케이스(10) 내에 배열되는 하나 이상의 황토블록(30) 및, 개방된 입구가 외부로 노출되도록 상기 각 황토블록(30) 내에 설치되어 상기 히트파이프(24)가 각각 탈거 가능하게 삽입되는 보조파이프(25)를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 냉난방장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 황토블록(30)의 소재는 황토분말, 맥반석분말, 솔잎추출액을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 냉난방장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 황토블록(30)의 소재는 숯에 황토를 코팅하여 이루어진 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 냉난방장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 황토블록(30)의 소재는 스티로폼 알갱이에 황토를 코팅하여 이루어진 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 냉난방장치.
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