KR101314531B1 - 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 습기 또는 물기가 있는 곳에서도 사용할 수 있고 열을 간접적으로 발열파이프에 제공하는 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프를 개시(introduce)한다. 상기 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프는, 발열파이프 및 2개의 압력조절용 밸브를 포함한다. 상기 2개의 압력조절용 밸브는 상기 발열파이프의 양단에 각각 체결되어 한편으로는 상기 발열파이프의 내부를 밀봉하고 다른 한편으로는 상기 발열파이프 내부의 압력을 조절한다. 상기 발열파이프는, 발열파이프 바디, 상기 도전성 발열열선을 감싸며 상기 발열파이프의 중심부를 따라 형성된 열변환부재, 상기 열변환부재를 감싸며 상기 발열파이프의 중심부를 따라 형성된 적어도 하나의 공기층 형성부재 및 상기 적어도 하나의 공기층 형성부재와 상기 발열파이프의 간격 또는 각 공기층 형성부재 사이의 간격을 각각 유지하도록 하는 적어도 하나의 지지대를 포함한다.

Description

도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프 {Multiplex heating pipe using conductive heating wire}
본 발명은 발열파이프에 관한 것으로, 특히, 파이프에 열을 공급하는 열원으로 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프에 관한 것이다.
현재 나무, 석탄, 유류, 가스 및 전기 등을 이용한 온돌난방이 주로 사용된다. 특히 최근 보급되어 사용되는 전기를 이용한 온돌패널은, 금속 패널의 내부에 설치된 전열선으로부터 열을 공급받는데, 바닥은 뜨겁지만 실내 공간은 추워 실용적인 난방은 되지 못한다.
특히 금속선으로 이루어진 열선을 합성수지로 압출하거나 코팅하는 방식을 이용하여 제조된 전기온돌패널 또는 전기매트의 경우, 열선의 피복 두께에 따라 열 경화(열화현상) 현상으로 피복에 균열이 발생되거나 벗겨짐으로 인해 누전, 감전 및 합선으로 말미암은 화재의 위험이 높다는 단점이 있다.
종래의 열선 대부분은 코팅 및 압출방식으로 금속열선이 피복에 직접 열이 전달되는 방식인데, 합성수지로 감싼 피복열선은 발열선 내부의 열이 발생할 때 기체 팽창률은 더욱 커져서 고체의 100배, 액체의 10배 이상이 된다. 기체는 액체나 고체와는 달리 압력에 의해서 그 부피가 크게 변한다. 어느 기체나 일정한 값(1/273=0.0036)의 팽창계수를 가지는데, 미세공극에 남아 있는 기체에 열을 가하면 열팽창으로 합성수지가 늘어나 누설전기가 외부로 새어 나오게 되고, 발열선과 접착 부분 합성수지에 직접 열이 전달되어 피복 산화로 균열이 발생되어 수명이 짧다는 단점이 있다.
이러한 단점을 개선하기 위해 면상 발열체를 온돌패널에 적용하였지만, 면상 발열체는 습기에 취약하여 전기 안전사고에 대한 불안감이 증가한다는 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 습기 또는 물기가 있는 곳에서도 사용할 수 있고 열을 간접적으로 발열파이프에 제공하는 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프를 제공하는 것에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프는, 발열파이프 및 2개의 압력조절용 밸브를 포함한다. 상기 2개의 압력조절용 밸브는 상기 발열파이프의 양단에 각각 체결되어 한편으로는 상기 발열파이프의 내부를 밀봉하고 다른 한편으로는 상기 발열파이프 내부의 압력을 조절한다. 상기 발열파이프는, 발열파이프 바디, 상기 도전성 발열열선을 감싸며 상기 발열파이프의 중심부를 따라 형성된 열변환부재, 상기 열변환부재를 감싸며 상기 발열파이프의 중심부를 따라 형성된 적어도 하나의 공기층 형성부재 및 상기 적어도 하나의 공기층 형성부재와 상기 발열파이프의 간격 또는 각 공기층 형성부재 사이의 간격을 각각 유지하도록 하는 적어도 하나의 지지대를 포함한다.
본 발명에 따른 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프는, 습기 또는 물기가 있는 곳에서도 사용할 수 있고 열을 간접적으로 발열파이프에 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한 이중 또는 다중의 파이프구조이기 때문에 외부충격이나 직사광선 등으로 발생할 수 있는 파손으로부터 도전성 발열열선을 보호하기 용이하다는 장점이 있다.
도1은 본 발명에 따른 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프의 한쪽 단자의 사시도를 나타낸다.
도2는 본 발명에 따른 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프의 양단에 설치되는 압력조절용 밸브를 나타낸다.
도3는 안전밸브 캡이 제거된 압력조절용 밸브를 나타낸다.
도4는 본 발명에 따른 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프의 한쪽 단자의 정면 단면도를 나타낸다.
도5 및 도6은 본 발명에 따른 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프의 한쪽 단자의 상부의 다른 각도에서 바라본 단면도를 나타낸다.
도7은 압력조절용 밸브와 도전성 발열열선의 전기적 연결을 설명한다.
도8은 본 발명에 따른 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프의 일 단부의 사시도이다.
도9는 본 발명에 따른 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프의 전체 사시도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도1은 본 발명에 따른 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프의 한쪽 단자의 사시도를 나타낸다.
도2는 본 발명에 따른 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프의 양단에 설치되는 압력조절용 밸브를 나타낸다.
도3는 안전밸브 캡이 제거된 압력조절용 밸브를 나타낸다.
도1 내지 도3을 참조하면, 본 발명에 따른 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프는 크게 발열파이프(110) 및 압력조절용 밸브(120)로 구성된다.
발열파이프(110)는 열변환부재(미도시)에 의해 둘러싸인 도전성 발열열선(150)이 내장된다. 2개의 압력조절용 밸브(120)는 발열파이프(110)의 양단에 각각 체결되어 한편으로는 발열파이프(110)의 내부를 밀봉하고 다른 한편으로는 발열파이프(110) 내부의 압력을 조절한다.
도4는 본 발명에 따른 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프의 한쪽 단자의 정면 단면도를 나타낸다.
도5 및 도6은 본 발명에 따른 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프의 한쪽 단자의 상부의 다른 각도에서 바라본 단면도를 나타낸다.
도7은 압력조절용 밸브와 도전성 발열열선의 전기적 연결을 설명한다.
도8은 본 발명에 따른 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프의 일 단부의 사시도이다.
도9는 본 발명에 따른 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프의 전체 사시도이다.
도4 내지 도9를 참조하면, 압력조절용 밸브(120)는 삽입부(121) 및 바디(122)로 구성된다.
삽입부(121)는 발열파이프(110)에 삽입되며 내부가 비어있다. 바디(122)는 삽입부(121)가 형성된 면의 반대면에 형성되어 삽입부(121)가 발열파이프(110)에 삽입되었을 때 발열파이프(121)를 밀봉하며, 측면에 형성된 압력조절용 배기부(200) 및 삽입부(121)와 반대면에 형성된 전원공급용 홀(131)을 포함하며 내부가 비어있다.
여기서, 압력조절용 배기부(200)는, 바디(122)의 측면 내부에 형성된 제1배기홀(205), 바디(122)의 측면 외부에 형성되며 제1배기홀(205)보다 큰 직경으로 내부가 비어 있는 배기기둥(206), 배기기둥(206)의 내부에 제1배기홀(205)의 상부에 배치되는 압력추(204), 배기기둥(206)의 내부에 그리고 압력추(204)의 상부에 형성되는 스프링(203) 및 배기기둥(206)을 밀봉하며 제1배기홀(205), 압력추(204) 및 스프링(203)과 동일 선상에 형성된 제2배기홀(202)을 포함하는 안전밸브 캡(201)을 포함한다.
여기서 삽입부(121)의 외면 및 삽입부(121)가 삽입되는 발열파이프(110)의 내면에는 적어도 하나의 실리콘 링(210)이 고정되는 홈(211)이 각각 형성되어 있다. 도3에는 삽입부(121)에 형성된 홈(121)만 도시되어 있는데, 도4를 참조하면, 홈(211)은 발열파이프(110)에도 형성되어 있다는 것을 알 수 있다.
삽입부(121)가 삽입되는 발열파이프(110)의 외면에는 발열파이프(110)를 압력조절용 밸브(200)와 밀착시키는 고정밴드(140)가 포함된다.
배기기둥(206)의 외면 및 안전밸브 캡(201)의 내면에는 서로 체결되는 나사홈이 형성되어 있다.
전원공급 수단(130)은 전원공급용 홀(131)에 삽입되어 카본섬유(150)에 전기를 공급한다. 전도성 카본섬유(150)의 두 끝단에는 전원공급수단(130)과 각각 연결되는 전원연결수단(151)이 설치되어 있다. 도5의 중간의 원 내부에는 전원공급 수단(130)과 전원연결수단(151)이 서로 결합할 수 있도록 홀이 형성되어 있다.
구형의 압력추(204)의 직경은 제1배기홀(205) 및 제2배기홀(202)에 비해서 길고, 스프링(203)의 직경은 제2배기홀(202)의 직경에 비해서는 길고 압력추(204)의 직경에 비해서는 짧게 하는 것이 바람직하다.
발열파이프(110)의 내부의 압력이 증가할 경우 압력추(204)가 상부로 이동함으로써, 발열파이프(110) 내부의 높은 압력의 공기가 제1배기홀(205) 및 제2배기홀(202)을 거쳐 외부로 배출된다. 발열파이프(110) 내부의 압력이 스프링(203)의 탄성 범위 내라면 압력추(204)에 인가되는 스프링(203)의 탄성력에 의해 압력추(204)는 제1배기홀(205)이 개방되지 않도록 한다.
도전성 발열열선(150)은, 예를 들면, 레이온계(Rayon), 팬계(Poly acrylonitrile; PAN) 및 피치계(based carbon fibers) 중 하나로 이루어진 카본섬유로 구성하거나, 금속열선 또는 탄소분말을 함침한 전기전도성 열선을 합성수지로 코팅 또는 압출한 열선으로 구성한다.
도시된 도면에는 하나의 카본섬유를 사용하는 것으로 도시되어 있지만, 하나의 카본섬유를 사용하는 실시 예도 가능하며, 복수의 카본섬유를 묶어서 사용하거나, 이들을 꼰 상태로 사용할 수 있으며, 발열파이프(110)가 목표로 하는 열에너지양에 따라 공급되는 전력량 및 카본섬유의 가닥 수 등을 결정하면 된다.
전도성 카본섬유 및 열선이 발열파이프(110) 내면에 직접 접촉하는 경우, 열선으로부터 전달되는 직접 열에 의해 발열파이프(110)의 열경화로 인한 산화에 의해 발생하는 발열파이프(110)의 내구성의 손상을 방지하기 위하여 본 발명에서는 열선을 열변환부재로 감싸는 방식을 제안한다. 여기서 열변환부재는 합성수지, 일반섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유, 부직포 및 종이 중 하나를 사용할 것을 제안한다. 이렇게 함으로써 열에너지가 열선으로부터 직접 방열파이프(110)로 전달되는 것을 막고 열변환부재로부터 변환된 간접열이 방열파이프(110)로 전달 될 수 있다.
도1 내지 도 9에는 도시되어 있지 않지만, 발열파이프(110)의 표면에는 동, 아연, 알루미늄, 니켈, 은, 니크롬 및 카본과 같은 전기전도성 물질을 코팅하고, 코팅된 물질은 접지함으로써, 발열파이프로부터 발생하는 전기장 즉 전자파를 차단 또는 감쇄시키도록 한다.
특히 도8 및 도9를 참조하면, 발열파이프(110)는 발열파이프 바디(801), 도전성 발열열선(150)을 감싸며 발열파이프(110)의 중심부를 따라 형성된 열변환부재(803), 열변환부재(803)를 감싸며 발열파이프(110)의 중심부를 따라 형성된 공기층 형성부재(802) 및 공기층 형성환부재(802)와 발열파이프(801)의 간격을 유지하는 지지대(804)로 이루어진다.
열변환부재(802)가 도전성 발열열선(150)을 감싸고 있고, 열변환부재(803)와 발열파이프 바디(801) 사이에 공기층 형성부재(802)가 설치되어 있으므로, 도전성 발열열선(150)이 발열파이프 바디(801)에 직접 접촉하지 않게 되어 발열파이프(110)의 열경화를 방지할 수 있다.
또한 공기층 형성부재(802)와 발열파이프(801) 사이에 일정한 공간이 있으며, 이 공간에 가열된 공기가 보존될 수 있다.
도8 및 도9에는 발열파이프 바디(801)와 열변환부재(803) 사이에 하나의 공기층 형성부재(802)만 도시되어 있으나, 2개 이상의 공기층 형성부재를 포함하는 실시 예도 가능하다. 물론 공기층 형성부재를 지탱하는 지지대도 추가되어야 할 것이다.
도8 및 도9에 도시된 도전성 발열열선(150)의 종단은 전원연결수단(151)에 삽입되어 사용된다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.
110: 발열파이프 120: 압력조절용 밸브
121: 삽입부 122: 바디
130: 전원공급수단 131: 전원공급용 홀
140: 고정밴드 150: 도전성 발열열선
151: 전원연결수단
200: 압력조절용 배기부 201: 안전밸브 캡
202: 제2배기홀 203: 스프링
204: 압력추 205: 제1배기홀
206: 배기기둥 210: 실리콘 링
211: 홀(실리콘 링 결합용)

Claims (11)

  1. 도전성 발열열선이 내장된 발열파이프; 및
    상기 발열파이프의 양단에 각각 체결되어 한편으로는 상기 발열파이프의 내부를 밀봉하고 다른 한편으로는 상기 발열파이프 내부의 압력을 조절하는 2개의 압력조절용 밸브;를 포함하며,
    상기 발열파이프는,
    발열파이프 바디;
    상기 도전성 발열열선을 감싸며 상기 발열파이프의 중심부를 따라 형성된 열변환부재;
    상기 열변환부재를 감싸며 상기 발열파이프의 중심부를 따라 형성된 적어도 하나의 공기층 형성부재; 및
    상기 적어도 하나의 공기층 형성부재와 상기 발열파이프의 간격 또는 각 공기층 형성부재 사이의 간격을 각각 유지하도록 하는 적어도 하나의 지지대;를 포함하며,
    상기 압력조절용 밸브 각각은,
    상기 발열파이프에 삽입되며 내부가 비어있는 삽입부; 및
    상기 삽입부가 형성된 면의 반대면에 형성되어 상기 삽입부가 상기 발열파이프에 삽입되었을 때 상기 발열파이프를 밀봉하며, 측면에 형성된 압력조절용 배기부 및 상기 삽입부와 반대면에 형성된 전원공급용 홀을 포함하며 내부가 비어있는 바디;를 포함하며,
    상기 압력조절용 배기부는,
    상기 바디의 측면 내부에 형성된 제1배기홀;
    상기 바디의 측면 외부에 형성되며 상기 제1배기홀보다 큰 직경으로 내부가 비어 있는 배기기둥;
    상기 배기기둥의 내부에 상기 제1배기홀의 상부에 배치되는 압력추;
    상기 배기기둥의 내부에 그리고 상기 압력추의 상부에 형성되는 스프링; 및
    상기 배기기둥을 밀봉하며 상기 제1배기홀, 상기 압력추 및 상기 스프링과 동일 직선상에 형성된 제2배기홀을 포함하는 안전밸브 캡;을
    포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 삽입부의 외면 및 상기 삽입부가 삽입되는 상기 발열파이프의 내면에는 적어도 하나의 실리콘 링이 고정되는 홈이 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 삽입부가 삽입되는 상기 발열파이프의 외면에는 상기 발열파이프를 상기 압력조절용 밸브와 밀착시키는 고정밴드가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배기기둥의 외면 및 상기 안전밸브 캡의 내면에는 서로 체결되는 나사홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전원공급용 홀을 경유하여 상기 도전성 발열열선에 전기를 공급하는 전원공급 수단이 더 포함되며,
    상기 도전성 발열열선의 두 끝단에는 상기 전원공급수단과 각각 연결되는 전원연결수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프.
  7. 제6항에 있어서,
    구형의 상기 압력추의 직경은 상기 제1배기홀 및 상기 제2배기홀에 비해서 길고,
    상기 스프링의 직경은 상기 제2배기홀의 직경에 비해서는 길고 상기 압력추의 직경에 비해서는 짧은 것을 특징으로 하는 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프.
  8. 제1항에 있어서, 상기 도전성 발열열선은,
    레이온계, 팬계 및 피치계 중 하나로 이루어진 카본섬유인 것을 특징으로 하는 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프.
  9. 제1항에 있어서, 상기 도전성 발열열선은,
    금속열선 또는 탄소분말을 함침한 전기전도성 열선을 합성수지로 코팅 또는 압출한 열선인 것을 특징으로 하는 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 열변환부재는,
    합성수지, 일반섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유, 부직포 및 종이 중 하나인 것을 특징으로 하는 도전성 발열열선을 이용하는 발열파이프.
  11. 제10항에 있어서,
    동, 아연, 알루미늄, 니켈, 은, 니크롬 및 카본과 같은 전기전도성 물질을 상기 발열파이프의 외면에 코팅하고,
    상기 코팅된 물질은 접지하는 것을 특징으로 하는 도전성 발열열선을 이용하는 다중 발열파이프.
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