KR101114863B1 - 열 흡수 구조를 갖는 발열파이프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발열 파이프에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 내부에 탄소히터 또는 근적외선히터를 내장하고, 상기 탄소히터 또는 근적외선히터로부터 발생되는 열을 흡수하여 외부로 발열시키는 열 흡수 구조를 갖는 발열 파이프에 관한 것이다.
본 발명에 따른 발열 파이프는 전원의 인가에 따라 발열되는 히터와; 상기 히터로부터 발생된 열을 전달하되, 양측이 개방되고 상기 히터의 외측 둘레를 둘러싸도록 구성된 내측파이프와; 상기 내측파이프의 내주면에 형성되어 히터로부터 발생되는 열을 흡수하는 흑채도료로 구성된 열흡수층과; 내측파이프의 외측에 삽입되고 히터로부터 발생되어 전달된 열을 외부로 방출시기는 외측파이프와; 상기 내측파이프와 외측파이프 사이에서 열을 전달하도록 충진되는 열전달매체를 포함한다.
발열 파이프, 흑채도료, 세라믹 분말

Description

열 흡수 구조를 갖는 발열파이프{HEATING PIPE HAVING HEAT ABSORBING STRUCTURE}
본 발명은 발열 파이프에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 내부에 탄소히터 또는 근적외선히터를 내장하고, 상기 탄소히터 또는 근적외선히터로부터 발생되는 열을 흡수하여 외부로 발열시키는 열 흡수 구조를 갖는 발열 파이프에 관한 것이다.
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종래 전기보일러나 열교환기에 사용되는 발열 파이프는 대체로 니크롬선 발열체를 스틸 재질의 파이프 내부에 내장한 구조로 형성된 것이 주를 이루었다. 그런데, 이러한 종래의 발열 파이프는 니크롬선 발열체로 스틸 파이프를 직접 가열함에 따라 주변온도가 매우 높아 스케일이 발생하고 니크롬선의 탄화로 녹이 발생하며, 스틸 파이프의 높은 열팽창으로 인하여 재질 변화가 이루어져 누수, 누전 등의 다양한 문제점이 발생하여, 이를 해결하기 위해 열교환기를 설치하여야 하는 불편함과 열전달을 한번 더 함으로 인해 열에너지의 손실이 발생하는 문제점이 있었다.
한편, 발열 파이프를 동파이프로 제작하는 경우에도, 히터 주변온도가 600도를 웃돌아 열전달계수가 큰 동파이프임에도 내부 석영관히터의 수명단축을 가져오며 동파이프의 내면의 높은 반사율로 인하여 열 흡수율이 낮아져 열효율이 좋아지지 않으며 높은 주변온도로 인하여 동파이프재질을 변화시켜 동파이프의 휨 현상을 가져와 석영관히터의 파손을 야기시켜 사용하는데 문제점이 발견되었다.
그리고, 발열 파이프를 스테인레스 파이프로 제작하는 경우에도, 스테인레스 파이프 재질의 특성상 낮은 전도율과 높은 반사율로 복사열과 빛에너지 흡수에 아주 비효율적인 상황이 야기되며 히터의 주변온도가 700도 이상의 고온이 발생하여 석영관히터의 수명을 급격히 떨어뜨려 석영관히터의 파손과 히터수명을 단축하는 문제점이 발견되었다.
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본 발명은 상기한 바와 같은 종래 발열 파이프의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 종래 발열 파이프에서 발생하는 누수, 누전, 스케일 및 녹 발생과 파이프의 변형 및 파손을 방지하여 히터의 사용 수명을 연장시킬 수 있으며, 복사열 흡수 구조를 통하여 열효율을 증대시켜 신속한 가열 및 높은 발열량을 보장할 수 있는 발열 파이프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
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상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발열 파이프는 전원의 인가에 따라 발열되는 히터와; 상기 히터로부터 발생된 열을 전달하되, 양측이 개방되고 상기 히터의 외측 둘레를 둘러싸도록 구성된 내측파이프와; 상기 내측파이프의 내주면에 형성되어 히터로부터 발생되는 열을 흡수하는 흑채도료로 구성된 열흡수층과; 내측파이프의 외측에 삽입되고 히터로부터 발생되어 전달된 열을 외부로 방출시기는 외측파이프와; 상기 내측파이프와 외측파이프 사이에서 열을 전달하도록 충진되는 열전달매체를 포함한다.
여기서, 상기 히터는 탄소히터 또는 근적외선히터인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 내측파이프는 세라믹 또는 스틸 파이프이고, 상기 외측파이프는 스텐레스스틸 또는 동 파이프인 것이 바람직하다.
또한, 상기 열전달매체는 세라믹 분말이며, 상기 세라믹 분말이 내측파이프와 외측파이프 양 말단부에서 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위하여, 상기 내측파이프와 외측파이프 사이 공간을 양측에서 밀봉하기 위한 오링을 더 포함한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 발열 파이프는 탄소히터 또는 근적외선히터를 사용하여 열효율을 높였을 뿐만 아니라, 히터로부터 직접 가열되는 내측파이프를 세라믹 또는 스틸 파이프로 구성하여 열에 의한 변형 및 파손을 최소화함으로써 누수, 누전, 스케일 및 녹 발생 문제를 해결함은 물론 히터의 수명 또한 연장시키며, 내측파이프 내주면에 열흡수층을 형성하여 히터에서 발생된 열이 효과적으로 내측파이프로 흡수된 후 세라믹 분말로 구성된 열전달매체에 의해 외측파이프로 전달되어 신속한 가열 및 높은 발열량을 보장할 수 있는 장점을 갖는다.
이하, 본 발명에 따른 열 흡수 구조를 갖는 발열 파이프의 구성 및 작용에 대하여 첨부된 도면과 바람직한 실시예를 참조로 상세히 설명한다.
도 1 에는 본 발명에 따른 발열 파이프의 횡단면도(위) 및 종단면도(아래)가 도시된다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 발열 파이프는 히터, 내측파이프, 열흡수층, 외측파이프 및 열전달매체를 포함한다.
상기 히터는 본 발명에 따른 발열 파이프의 열원으로서, 전원의 인가에 따라 발열되는 전기 히터이며, 특히, 니크롬선 보다 열효율이 우수한 탄소히터 또는 근적외선히터인 것이 바람직하다.
상기 내측파이프는 히터로부터 발생된 열을 전달하되, 양측이 개방되고 상기 히터의 외측 둘레를 둘러싸도록 구성된 원형 파이프로서, 히터의 직접적인 가열에도 열변형이 작은 세라믹 또는 스틸 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 열흡수층은 내측파이프의 내주면에 형성되어 히터로부터 발생되는 열을 흡수하는 층으로서, 내측파이프 내주면에 흑채도료를 도포 또는 코팅함에 의해 형성되며, 흑채 성분에 의해 히터로부터 발생되는 빛과 복사열을 흡수하여 내측파이프에 전달하는 역할을 수행한다.
상기 외측파이프는 내측파이프의 외측에 삽입되고 히터로부터 발생되어 전달된 열을 외부로 방출시기는 파이프로서, 보일러나 열교환기에서 물 또는 스팀 등 열매체와 직접 접촉되는 부분이므로 열전도율이 좋고 내식성이 우수한 스텐레스스틸 또는 동 파이프로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 내측파이프와 외측파이프 사이는 일정 간격 이격되어 있는 바, 이러한 내측파이프와 외측파이프 사이 공간에는 열전달매체가 충진된다. 여기서, 상기 열전달매체는 세라믹 분말인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 세라믹 분말이 내측파이프와 외측파이프 양 말단부에서 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위하여, 상기 내측파이프와 외측파이프 사이 공간을 양측에서 밀봉하기 위한 오링이 상기 내측파이프 외주면 양 말단부에 끼워진다.
이러한 구성을 통하여, 히터가 전원 인가에 따라 발열되면, 내측파이프 내주면에 형성된 열흡수층에서 히터로부터 발생된 빛이 흡수되어 열로 전환됨과 아울러 히터의 복사열이 흡수되고, 흡수된 열은 내측파이프로 전달된다. 이와 같이, 흑채도료에 의해 빛과 열이 효과적으로 흡수되므로 열전달 효율이 증대된다. 그 다음, 내측파이프로 전달된 열은 세라믹 분말로 구성된 열전달매체에 의해 외측파이프로 전달되고, 외측파이프에서 최종적으로 외부로 열을 방출하게 된다. 이때, 상기 내측파이프는 세라믹 또는 스틸 재질로 구성되므로 히터에 의해 직접 가열되어도 변형이나 파손이 일어나지 않으며, 외측파이프는 스텐레스스틸 또는 동 파이프로 구성되어 부식이 잘 일어나지 않고 열전달률이 우수하다.
지금까지, 본 고안의 실시예를 기준으로 상세히 설명하였으나, 본 고안의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 고안의 실시예와 실질적 균등범위까지 포함된다 할 것이다.
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도 1은 탄소히터 및 근적외선히터를 이용한 히터가열부의 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: 외측파이프
2: 열전달매체
2a: 오링
3: 내측파이프
3a: 열흡수층
4 : 히터
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Claims (4)

  1. 전원의 인가에 따라 발열되는 히터와;
    상기 히터로부터 발생된 열을 전달하되, 양측이 개방되고 상기 히터의 외측 둘레를 둘러싸도록 구성된 내측파이프와;
    상기 내측파이프의 내주면에 형성되어 히터로부터 발생되는 열을 흡수하는 흑채도료로 구성된 열흡수층과;
    내측파이프의 외측에 삽입되고 히터로부터 발생되어 전달된 열을 외부로 방출시기는 외측파이프와;
    상기 내측파이프와 외측파이프 사이에서 열을 전달하도록 충진되는 열전달매체를 포함하되,
    상기 열전달매체는 세라믹 분말이며, 상기 세라믹 분말이 내측파이프와 외측파이프 양 말단부에서 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위하여, 상기 내측파이프와 외측파이프 사이 공간을 양측에서 밀봉하기 위한 오링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열 흡수 구조를 갖는 발열 파이프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 탄소히터 또는 근적외선히터인 것을 특징으로 하는 열 흡수구조를 갖는 발열 파이프.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측파이프는 세라믹 또는 스틸 파이프이고, 상기 외측파이프는 스텐레스스틸 또는 동 파이프인 것을 특징으로 하는 열 흡수 구조를 갖는 발열 파이프.
  4. 삭제
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