KR101599976B1 - 냉온수를 이용한 냉난방 및 제습이 가능한 라디에이터 - Google Patents

Abstract

자연대류와 복사에 의해 건물을 난방하거나 냉방할 수 있는 냉온수를 이용한 냉난방 및 제습이 가능한 라디에이터이 개시된다. 이를 위하여 지면 방향에 설치되며, 외부로부터 유체를 공급받아 이동시키는 하부 탱크와, 상기 하부 탱크의 길이 방향을 따라 각각 상향으로 연통되도록 설치되어 하부 탱크를 통과한 유체를 천장 방향으로 이동시키는 복수개의 열교환관, 및 천장 방향에 설치되며, 각 열교환관에 연통되어 각 열교환관을 통과한 유체를 집수하는 상부 탱크를 포함하는 냉난방 및 제습이 가능한 라디에이터을 제공한다. 본 발명에 의하면, 자연대류 및 복사에 의해 건물 전체를 식히고 데우는데 있어 한 번 전체를 냉난방하면 적은 에너지로 냉난방 온도를 쾌적하게 유지할 수 있으며, 냉방운전 시에 냉방기능 뿐만 아니라 공기 중의 습기를 결로수로 제거하는 제습 기능도 제공한다.

Description

냉온수를 이용한 냉난방 및 제습이 가능한 라디에이터{RADIATOR HAVING COOLING, HEATING, DEHUMIDIFYING FUNCTION USING COOL AND HOT WATER}

본 발명은 냉온수를 이용한 냉난방 및 제습이 가능한 라디에이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자연대류와 복사에 의해 건물을 난방하거나 냉방할 수 있는 냉온수를 이용한 냉난방 및 제습이 가능한 라디에이터에 관한 것이다.

일반적으로 냉난방은 열을 이용해 일정한 공간의 온도를 쾌적한 체감온도로 유지하는 것이며, 이를 위해 온도, 습도 등을 인위적으로 조절하기도 한다.

따라서 온도를 인위적으로 조절하기 위해서는 크게 열을 발생시키는 과정, 발생된 열을 필요한 장소에 수송하는 과정, 그리고 운반된 열을 소비하는 과정으로 구분할 수 있다.

이러한 원리를 이용한 대부분의 냉난방장치는 라디에이터 등과 같은 냉난방 기기로 공급되는 온수 또는 냉수의 온도와 실내온도와의 온도차에 의해 열전달이 이루어지면서 쾌적한 실내온도가 유지되도록 구성된다.

특히, 복사형(자연대류) 라디에이터는 기계통풍력을 갖지 않고, 주위에 얇은 금속판으로 된 핀(fin)을 많이 붙인 도관(導管)과 주위 공기와의 온도차에 의한 자연대류, 도관과 주벽면의 온도차에 의한 복사열로 각각 실내공기, 주벽면의 온도를 낮추거나 높이는 기능을 제공한다. 이때, 냉수 및 온수는 핀의 내부를 통하여 냉각 및 가열한다.

이러한 복사형 라디에이터는 실내에 생기는 기류의 속도가 낮고, 강제 대류형에 비해 실내의 상하 온도차도 일반적으로 작으며, 쾌적성이 높다는 장점이 있다.

그러나 종래의 복사형 라디에이터는 냉온수의 배출구 측보다 냉온수의 유입구 측에 결로수가 많이 발생되기 때문에 길이 방향을 따라 어느 일측 주위가 결로수에 의한 오염이 발생되는 단점이 있다.

또한, 복사형 라디에이터는 열매체가 정체되어 있는 상태에서 가열되거나 냉각되므로, 열매체의 전체 온도분포를 일정하게 유지하는 것이 어려워 열손실이 많은 문제가 있었고, 열매체가 자연전도나 자연대류에 의해 이동됨에 따라, 가열에서 실제 난방이 이루어지는 데까지 오랜 시간이 소요되는 단점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-0823965호(2008.04.22 공고) 대한민국 공개특허 제10-2007-0119264호(2007.12.20 공개)

따라서, 본 발명의 목적은 건물의 실내 공간 중 사람이 활동하는 하부 공간에 열원을 제공함으로써 사용자의 체감 효율을 극대화시키며, 결로현상이 발생되는 영역을 제한하여 결로수에 의한 오염을 억지할 수 있는 냉난방 및 제습이 가능한 라디에이터를 제공하는데 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 지면 방향에 설치되며, 외부로부터 유체를 공급받아 이동시키는 하부 탱크와, 상기 하부 탱크의 길이 방향을 따라 각각 상향으로 연통되도록 설치되어 하부 탱크를 통과한 유체를 천장 방향으로 이동시키는 복수개의 열교환관, 및 천장 방향에 설치되며, 각 열교환관에 연통되어 각 열교환관을 통과한 유체를 집수하는 상부 탱크를 포함하는 냉난방 및 제습이 가능한 라디에이터를 제공한다.

본 발명에 의하면 자연대류 및 복사에 의해 건물 전체를 식히고 데우는데 있어 한 번 전체를 냉난방하면 적은 에너지로 냉난방 온도를 쾌적하게 유지할 수 있으므로 24시간 365일 쾌적한 에너지 절약을 유지할 수 있다.

특히, 본 발명은 냉방운전 시에 냉방기능 뿐만 아니라 공기 중의 습기를 결로수로 제거하여 제습 기능도 제공한다. 그리고 결로수는 라디에이터 상부보다는 하부에 발생이 집중되어 설계되어 결로수 흐름으로 인한 주변 오염이 최소화된다.

또한, 본 발명은 여름 15~20℃, 겨울 30~40℃의 물을 이용하여 냉난방 가능하다. 이와 같이, 차거나 뜨겁지 않은 온화한 온도를 유지하기 때문에 자연스러운 차가움과 따뜻함을 사용자에게 제공할 수 있으며, 건물 내 공간의 사용에 따라 냉난방 온도를 조절할 수 있다.

아울러, 본 발명은 실내에 생기는 기류의 속도가 낮고 복사 및 자연대류로 효율적으로 냉난방이 가능하기 때문에 장기 체류하는 공간, 조용히 생각하는 공간, 드래프트를 유발하는 바람을 최소화해야 하는 업무시설, 교육/연구시설, 방송시설, 의료시설, 산업시설 등에 적합하다.

나아가, 본 발명은 직접발열이 아닌 열교환방식에 의하여 냉난방이 선택적으로 이루어지며, 전열을 직접 공기 중에 방출하는 종래 기술의 직접발열에 비하여 쾌적한 환경을 조성할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 라디에이터의 일 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 라디에이터의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 라디에이터의 물 흐름 방향을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 열교환관의 종축 단면을 나타내는 단면도이다.
도 5는 냉수가 통과하는 라디에이터의 온도분포를 나타내는 개략도이다.
도 6은 온수가 통과하는 라디에이터의 온도분포를 나타내는 개략도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들에 의한 냉온수를 이용한 냉난방 및 제습이 가능한 라디에이터(이하, '라디에이터'라고 약칭함)을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 라디에이터는 외부로부터 유체를 공급받아 이동시키는 하부 탱크와, 상기 하부 탱크에 길이 방향을 따라 일단이 각각 상향으로 연통되도록 설치되는 복수개의 열교환관과, 상기 일단에 대응되는 각 열교환관의 타단이 연통되는 상부 탱크를 포함한다.

이하, 도면을 참조하여 각 구성요소별로 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 라디에이터의 일 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 라디에이터는 하부 탱크(10)를 포함한다.

상기 하부 탱크(10)는 건물 내부의 지면 방향에 설치되는 것으로, 외부로부터 유체를 공급받아 이동시킬 수 있도록 길이 방향을 따라 내부에 유체의 이동유로가 형성된다.

상기 하부 탱크(10)는 일정한 저장용량을 가지는 탱크 형태일 수도 있고, 또는 유체가 이동하는 배관 형태일 수도 있다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 하부 탱크(10)는 히트펌프로부터 순환배관을 통해 라디에이터로 유입된 유체가 지면 방향을 따라 이동할 수 있도록 지면에 수평 방향으로 설치될 수 있다.

이러한 유체로는 주로 물을 사용될 수 있으며, 용도 및 사용온도에 따라 잠축열재 매체가 첨가될 수 있다. 여기서, 잠축열재는 제어하는 온도범위에서 열전달 효율을 높이기 위한 촉진제로 사용된다.

도 2는 본 발명에 따른 라디에이터의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 라디에이터는 하부 단열부재(50)을 더 포함할 수 있다.

상기 하부 단열부재(50)은 하부 탱크(10)를 통과하는 유체의 냉기가 인접한 벽이나 바닥에 전열되어 벽이나 바닥의 표면에 결로수가 생성되는 것을 방지하도록 하부 탱크(10)에 구비되는 것으로, 하부 탱크(10)를 감싸는 외형을 갖도록 형성될 수 있다.

보다 구체적으로, 하부 단열부재(50)은 하부 탱크(10)에 충분한 단열기능을 부여할 수 있도록 블록구조로 형성될 수 있다. 이때, 하부 단열부재(50)으로는 열전도율이 작고 내열성이 부여된 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하며, 예를 들면 플라스틱 발포체 등을 사용할 수 있다.

필요에 따라, 상기 하부 단열부재(50)에는 결로수 배출수단(미도시)과 결로수 배출유로가 구비될 수 있다. 이때, 하부 단열부재(50)은 도 2에 도시된 바와 같이 결로수 배출유로(52)가 구비될 공간을 제공할 수 있도록 하부 탱크(10)에 연통된 복수개의 열교환관(20)의 하단을 감싸도록 형성될 수 있다.

보다 구체적으로, 결로수 배출수단은 복수개의 열교환관(20)으로부터 생성된 결로수를 제거하기 위한 것으로, 결로수 배출수단으로는 결로수를 수용할 수 있는 구조의 용기를 사용하거나 집수된 결로수를 건물의 배수구로 이동시키는 튜브를 사용할 수 있다.

또한, 결로수 배출유로(52)는 열교환관(20)의 표면에 생성되어 열교환관(20)의 하부로 흐르는 결로수를 결로수 배출수단으로 이동시키기 위해 이동통로를 제공하는 것으로, 복수개의 열교환관(20)에 접촉되는 하부 단열부재(50)의 상부에 하부 단열부재(50)의 길이방향을 따라 기울어진 형태로 형성된다. 이때, 결로수 배출유로(52)는 결로수 배출수단에 연결된 일단이 상기 일단에 대응되는 타단보다 낮은 위치에 배치되도록 형성된다. 이는, 결로수 배출유로(52)로 진입한 결로수를 중력에 의해 자연스럽게 결로수 배출수단으로 이동시키기 위함이다.

도 3은 본 발명에 따른 라디에이터의 물 흐름 방향을 설명하기 위한 개략도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 라디에이터는 복수개의 열교환관(20)을 포함한다.

상기 복수개의 열교환관(20)은 건물 내부의 공기와 하부 탱크(10)를 통과한 유체의 열교환이 발생될 수 있는 공간을 제공하는 것으로, 하부 탱크(10)로부터 보내지는 냉수나 온수 등의 유체는 열교환관(20)으로 유입되어 흐르면서 열교환관(20)을 통해 건물 내부의 공기와 열교환을 한다.

또한, 복수개의 열교환관(20)은 냉방운전 시에 결로수가 라디에이터의 상부보다는 하부에 발생시키게 하여 결로수 흐름으로 인한 주변 오염을 방지될 수 있도록 도 3과 같이 하부 탱크(10)를 통과한 유체를 상향, 즉 천장 방향으로 이동시키며, 이를 위해 하부 탱크(10)의 길이 방향을 따라 각각 상향에 연통되도록 설치된다.

이러한 복수개의 열교환관(20)은 하부 탱크(10)를 통과한 유체를 건물 내부의 천장 방향으로 이동시킬 수 있다면 어떠한 형태로 하부 탱크(10)에 설치되어도 무방하지만, 열교환관(20)의 표면에 형성된 결로수의 자유낙하를 억지하기 위해 지면과 수직방향으로 설치되는 것이 바람직하다.

예를 들면, 복수개의 열교환관(20)은 지면과 수평방향으로 설치된 하부 탱크(10)의 상부에 구비되되, 하부 탱크(10)에 수직방향으로 설치된다. 이는, 복수개의 열교환관(20)이 하부 탱크(10)에 사선으로 설치되면, 열교환관(20)의 표면에 발생된 결로수가 바닥으로 자유낙하되어 주위를 오염시키는 문제가 발생될 수 있기 때문이다.

또한, 열교환관(20)으로는 원기둥형, 사각기둥형, 삼각기둥형 등의 외형을 갖는 배관이 사용될 수 있다. 이때, 배관은 내부를 통과하는 유체와 건물 내부에 존재하는 공기 사이의 열교환이 원활히 진행되며, 유체에 의한 부식이 억제될 수 있도록 알루미늄, 스테인레스, PVC 등으로 구성될 수 있다.

아울러, 열교환관(20)으로는 최소한의 유량으로 최대한의 공기접촉면을 만들어 열교환 효율을 향상시킬 수 있도록 내관과 외관으로 구성된 이중관 구조의 배관이 사용될 수 있다. 이때, 열교환관(20)의 내관과 외관 사이에는 유체가 흐르고, 내관이 건물 내부의 공기와 접촉될 수 있도록 열교환관(20)은 횡축 단면이 일측이 개방된 고리형 구조로 형성될 수 있다. 다시 말해, 열교환관(20)은 도 4에 도시된 바와 같이 횡축 단면이 "C"자형 구조를 갖도록 형성된다.

필요에 따라, 열교환관(20)에는 유체와 건물 내부의 공기의 열교환 효율을 개선시키기 위해 공기와 열교환관(20) 표면의 접촉면을 증가시키는 열교환관(20) 전열판이 더 구비될 수 있다.

이러한 열교환관(20) 전열판은 열교환관(20)에 확장된 전열면을 제공할 수 있는 형태로 제공하는 것이 바람직하며, 예를 들면 달팽이각형, 원형 핀 등의 형태로 형성될 수 있다.

이와 같이, 복수개의 열교환관(20)은 온수와 냉수 모두 아래에서 상향으로 물 흐름을 유도하며, 결로수가 열교환관(20)의 상부가 아닌 열교환관(20)의 하부에 주로 맺히도록 한다. 이는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 냉난방 모두 사람이 위치하는 건물의 하부에 복사열을 주어 천장 쪽의 에너지를 절약하고, 결로수에 의한 벽면이나 바닥면의 오염을 최소화시키기 위함이다.

다시 말해, 열교환관(20)을 통과하는 냉수는 도 5에 도시된 바와 같이 열교환관(20)의 하부에서 최저 온도를 가지며, 열교환관(20)의 상부에서 최고 온도를 갖게 된다.

이와 반대로, 열교환관(20)을 통과하는 온수는 도 6에 도시된 바와 같이 열교환관(20)의 하부에서 최고 온도를 가지며, 열교환관(20)의 상부에서 최저 온도를 갖게 된다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 라디에이터는 상부 탱크(30)를 포함한다.

상기 상부 탱크(30)는 건물 내부의 천장 방향에 설치되어 각 열교환관(20)을 통과하는 유체를 집수하는 것으로, 각 열교환관(20)으로부터 유체를 공급받아 이동시킬 수 있도록 길이 방향을 따라 내부에 유체의 이동유로가 형성된다.

상기 상부 탱크(30)는 일정한 저장용량을 가지는 탱크 형태일 수도 있고, 또는 유체가 이동하는 배관 형태일 수도 있다.

이러한 상부 탱크(30)는 하부 탱크(10)와 마주보는 하면에 각 열교환관(20)이 연통된다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 상부 탱크(30)는 열교환관(20)으로부터 배출된 유체가 지면과 수평하게 이동할 수 있도록 하부 탱크(10)와 수평하게 설치될 수 있다.

상기 상부 탱크(30)는 결로수에 의한 부식을 방지할 수 있도록 알루미늄, 스테인레스, 세라믹 등으로 구성될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 라디에이터는 상부 단열부재(60)를 더 포함할 수 있다.

상기 상부 단열부재(60)는 상부 탱크(30)를 통과하는 유체의 냉기가 벽면이나 천장에 전열되어 벽면이나 천장의 표면에 결로수가 생성되는 것을 방지하도록 상부 탱크(30)에 구비되는 것으로, 상부 탱크(30)를 감싸는 외형을 갖도록 형성될 수 있다.

이러한 상부 단열부재(60)로는 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 등과 같은 금속 소재의 방열패널 표면을 아크(Arc)로 산화시킨 단열막이 사용되거나, 방열패널 표면에 세라믹, 유리, 도자기 등이 코팅된 단열막이 사용되거나, 또는 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 등과 같은 금속 소재의 방열패널에 폴리이미드(Polyimide), 폴리아미드(Polyamide), 테프론(Teflon), PET 등의 폴리머 계열 물질을 코팅시킨 단열막을 사용할 수 있다.

필요에 따라, 열교환관(20)의 길이에 따라 상부 탱크(30)에 간단한 단열조치가 요구되는 경우에는 상부 단열부재(60)로 단열테이프 등을 사용할 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 라디에이터는 수배관(40)을 더 포함할 수 있다.

상기 수배관(40)은 상부 탱크(30)에 집수된 유체가 히트펌프에 연결된 순환배관으로 이동되도록 상부 탱크(30)와 순환배관 사이에 이동경로를 제공하는 것으로, 상부 탱크(30)와 순환배관 사이에 구비된다.

전술한, 하부 탱크(10)나 상부 탱크(30) 또는 건물 벽면에는 전원공급 및 각종 장치의 작동 모드 즉, 유체의 온도를 조절하거나 상기 히터의 작동시간 조절 및 시간 설정 등 라디에이터의 작동상태를 제어하는 제어부(미도시)가 설치될 수 있다.

이러한 제어부는 하부 탱크(10)에 설치할 수 있을 뿐만 아니라 상기 하부 탱크(10)가 아닌 라디에이터의 다른 부분에도 설치 가능한데, 이는 상기 라디에이터의 작동상태를 제어함은 물론 제어부의 본래 기능을 유지하면서도 설치가 용이한 곳이라면 어디에 설치하여도 무방하다.

한편, 본 발명에 따른 라디에이터는 순환배관을 통해 히트펌프(미도시)에 연결되며, 상기 순환배관에는 유체 흡입기(미도시)가 구비된다.

상기 히트펌프는 순환배관을 통해 상부 탱크(30)로부터 온도가 낮아진 유체나 온도가 높아진 유체가 유입되면, 상기 유체를 일정온도까지 가열 또는 냉각한 후 순환배관을 통해 하부 탱크(10)로 공급하는 역할을 수행한다.

보다 구체적으로, 히트펌프는 순환배관에 의해 상부 탱크(30)와 하부 탱크(10)에 연결되어 유체가 수용되는 물탱크를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 라디에이터를 통과한 물 등의 유체가 다시 라디에이터에 투입되기 위하여 상기 유체를 가열하거나, 냉각할 필요가 있다. 이를 위하여 상기 라디에이터를 통과한 물은 다시 라디에이터에 투입되기 전에 물탱크에 저장되며, 상기 히트펌프를 이용하여 상기 물탱크에 저장된 물에서 열을 빼앗거나, 물에 열을 공급하게 된다.

즉, 물탱크 내에서 가열되거나 냉각된 유체는 순환배관을 통해 하부 탱크(10)로 이동되며, 상부 탱크(30)로부터 유출된 유체는 순환배관을 통해 물탱크로 유입된다.

필요에 따라, 물탱크에는 물 등의 유체 온도를 감지하여 제어부로 전송하는 수온감지센서가 구비될 수 있다. 이러한 수온감지센서는 물탱크 내 유체의 온도정보를 제어부에 제공하여 제어부로 하여금 히터와 송풍기의 작동을 조절하여 유체의 온도를 목적한 온도로 조절할 수 있게 한다.

한편, 유체 흡입기는 라디에이터 내부의 유체가 순차적으로 하부 탱크(10), 열교환관(20), 상부 탱크(30)로 이동할 수 있도록 물 등의 유체를 빨아들이는 역할 즉, 유체를 흡입하는 힘을 제공하는 것으로, 이러한 목적을 달성하기 위하여 펌프 등으로 구현할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 하부 탱크 20 : 열교환관
30 : 상부 탱크 40 : 수배관
50 : 하부 단열부재 52 : 결로수 배출유로
60 : 상부 단열부재

Claims (6)

1. 지면 방향에 설치되며, 외부로부터 유체를 공급받아 이동시키는 하부 탱크;
   상기 하부 탱크의 길이 방향을 따라 각각 상향으로 연통되도록 설치되어 하부 탱크를 통과한 유체를 천장 방향으로 이동시키고, 내관과 외관으로 구성된 이중관 구조이며, 내관과 외관 사이에 유체가 흐르고 내관이 공기와 접촉될 수 있도록 횡축 단면의 일측이 개방된 고리형 구조로 형성된 복수개의 열교환관;
   천장 방향에 설치되며, 각 열교환관에 연통되어 각 열교환관을 통과한 유체를 집수하는 상부 탱크; 및
   상기 하부 탱크를 외부로부터 단열시키도록 하부 탱크에 구비되고, 상기 하부 탱크에 연통된 복수개의 열교환관의 하단을 감싸도록 형성되며, 복수개의 열교환관에 접촉되는 상부에 하부 단열부재의 길이방향을 따라 기울어진 결로수 배출유로가 구비되는 하부 단열부재를 포함하는 냉난방 및 제습이 가능한 라디에이터.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 상부 탱크를 외부로부터 단열시키도록 상부 탱크에 구비되는 상부 단열부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 및 제습이 가능한 라디에이터.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 상부 탱크에 연결되어 상부 탱크에 집수된 유체가 히트펌프에 연결된 순환배관으로 이동되도록 상부 탱크와 순환배관 사이에 이동경로를 제공하는 수배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 및 제습이 가능한 라디에이터.
6. 삭제

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