KR19980060589U - 모세관현상식 히트파이프를 이용한 난방장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 모세관현상식 히트파이프를 이용한 난방장치에 관한 것으로서, 히트파이프의 내벽에 망사를 부착하거나 홈을 파거나 홈을 파고 다시 망사를 부착하는 등 모세관현상유발장치를 한 다음 작동액체를 주입하고 진공으로 밀봉한 히트파이프를 가열관에 연결하여 가열관을 가열하면 히트파이프의 가열된 부위의 작동액체가 증발·이동하면서 난방효과를 일으키고 모세관현상에 의해 가열부위로 돌아옴으로써 계속적인 열수송에 의한 난방효과를 일으키는 장치이다.

Description

모세관현상식 히트파이프를 이용한 난방장치

제 1 도는 본 고안의 주요 구성부분인 히트파이프와 가열관의 결합상태를 보여주는 구조 전체의 개략도.

제 2 도는 히트파이프와 가열관의 결합부위 단면도.

제 3 도는 밀폐된 히트파이프의 종단면도.

제 4 도는 내벽에 얇은 금속망사를 부착한 히트파이프의 횡단면도.

제 5 도의 (A)는 내벽에 요철(凹凸)식 홈을 파 넣은 히트파이프의 횡단면도.

제 5 도의 (B)는 내벽에 톱니식 홈을 파 넣은 히트파이프의 횡단면도.

제 5 도의 (C)는 내벽에 홈을 파 넣은 후 다시 금속망사를 부착한 히트파이프의 횡단면도.

본 고안은 모세관현상식 히트파이프를 이용한 난방장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내벽에 촘촘하고 얇은 금속망사를 부착하거나 미세한 홈을 파거나 미세한 홈을 파고 다시 촘촘하고 얇은 금속망사를 부착한 파이프에 작동액체를 주입하고 그 파이프를 진공으로 밀폐하면 작동액체가 모세관현상으로 파이프의 내벽에 고루 분포하게 되고, 파이프의 일단을 외부 열원으로 가열하면 가열된 부위의 작동액체의 증발로 기체가 가열되지 않은 부위로 이동하여 증발잠열을 파이프의 주위에 전달하면서 응축을 일으키고, 응축된 액체가 모세관현상으로 금속망사 또는 홈을 타고 가열부위로 돌아와 다시 증발하는 식으로 계속적인 열수송을 일으키는 공지의 히트파이프의 특장 즉 대량의 잠열수송, 경량이며 간단한 구조, 급속한 기체유동으로 인한 뛰어난 열전도성 및 뛰어난 열효율, 그로 말미암은 균일한 온도분포, 규모나 형태의 무제한성 등을 난방에 응용하려는 난방구조에 관한 것이다.

종래의 온수순환식 난방장치는 U형으로 굴곡지게 배열한 동파이프를 통해 온수가 흐르면 그 열에 의해 난방이 되는 장치로서 다음과 같은 결점이 있다. 첫째, 난방통로가 길어 이 통로의 후반부에서 난방용 물의 온도가 저하되어 난방효과가 떨어지는 등 균일한 열전달이 불가능하다. 둘째, 난방통로가 길어 파이프의 소요량이 커 비용이 많이 든다. 셋째, 난방통로가 길어 많은 수의 파이프를 서로 연결해야 하므로 파이프 연결부가 증가되고 U형 굴곡부분이 많은 등 배관의 구조가 복잡하여 파손되기 쉽다. 넷째, 난방용 물에 의한 난방파이프의 부식가능성이 높아 난방파이프의 누수위험이 크고, 난방파이프의 강도가 저하되어 수압에 의한 난방파이프의 파열위험이 증가된다. 다섯째, 난방파이프 내면에 필연적으로 물로 인한 스케일이 축적되어 난방파이프의 열전도성이 현저히 떨어지게 된다.

위와 같은 종래의 온수순환식 난방장치의 결함을 제거하기 위하여 최근 소위 히트파이프 원리를 이용한 난방이라는 것이 개발되어 보급되고 있으나, 이는 작동액체가 주입된 밀폐파이프를 경사시켜 중력에 의해 작동액체가 모인 부위를 외부열원으로 가열하면 그 작동액체가 증발하여 증기가 발생하고, 이 증기는 증발잠열을 파이프 주위에 전달하면서 응축을 일으키며, 이와 같이 응축된 액체는 기울어진 파이프 아래쪽 부위로 중력에 의해 다시 내려오고, 내려온 응축액체는 열원에 의해 증발하는 시스템에 의해 계속적인 열수송을 일으키는 방식으로서, 진정한 의미의 히트파이프식 난방이라 할 수 없고 써머싸이폰(Thermosyphon)식 난방일 따름이다. 이 방식을 이용한 난방장치는 중력을 이용해 작동액체를 회수해야 하므로 방바닥 온돌에 응용하는 경우 파이프의 경사를 유지해야 하는 데서 다음과 같은 결점이 있다. 첫째, 경사를 유지해야 하므로 시공상 어려움이 있다. 둘째, 경사로 말미암아 온돌의 두께가 두꺼워진다. 셋째, 작동액체가 기울어진 파이프의 밑부분에 일정량 이상 고여야 하므로 작동액체의 소요량이 커 비용이 많이 든다. 넷째, 작동액체가 고여 있는 부위의 아래쪽 방향에서만 가열이 가능하므로 열효율이 현저히 낮다. 다섯째, 방열부위 파이프의 길이에 한계가 있어 대형 난방시 가열관이 여러개 필요하게 되므로 설치비용이 높아진다.

본 고안의 목적은 내벽에 촘촘하고 얇은 금속망사를 부착하거나 미세한 홈을 파거나 미세한 홈을 판 다음 다시 촘촘하고 얇은 금속망사를 부착한 파이프에 작동액체를 봉입한 다음 그 일단을 가열관에 꽂아 가열관을 가열하면 상기한 바와 같은 히트파이프의 원리에 의하여 히트파이프 내외로 즉시 열이 전달·방사되는 난방장치를 제공하는 것이다.

본 고안은 상기 온수순환식 난방장치와 써머싸이폰식 난방장치의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서 다음과 같은 특징이 있다. 첫째, 히트파이프 속에 물이 흐르지 않으므로 히트파이프의 부식·파손·누수의 위험이 없고, 히트파이프내에 스케일 축적에 의한 열전도저하, 파열 등의 폐해가 없다. 둘재, 히트파이프의 굴곡과 이음새 및 경사가 불필요하므로 구조와 시공이 간단하여 비용이 저렴하고 히트파이프의 파손·누수의 위험이 없다. 셋째, 급속한 열전도성 때문에 아파트 같은 대형건물에 응용하는 경우에도 층별 온도차이가 없다. 넷째, 히트파이프 속에 물이 흐르지 않아 관수량이 현저히 적고 따라서 보일러의 용량이 현저히 작아 에너지 절약의 효과가 크다. 다섯째, 구조가 간단하고 규모의 제한이 없어 방의 크기와 모양에 관계없이 방바닥이 수직·수평·경사·직선형·원형의 어느 형태로든 시공이 간단·가능하여 온돌, 벽난방, 공간난방의 어느 것으로도 사용할 수 있다. 즉 용도와 규모에 제한이 없으므로 체육관과 같은 광활한 공간의 난방에도 쉽게 응용할 수 있다. 여섯째, 온돌에 응용하는 경우 히트파이프의 경사유지가 불필요하므로 시공이 쉽고 온돌이 두께가 얇아진다. 일곱째, 작동액체가 히트파이프 안에 고여야 하는 것이 아니고 내벽에 묻어 있는 정도면 족하므로 작동액체의 양이 적어 비용이 적게 든다. 여덟째, 작동액체가 중력에 의해 고여야 하는 게 아니고 파이프 내벽에 고루 분포하게 되므로 히트파이프의 위, 아래, 옆 어느 곳에서든 전면 가열이 가능해 열효율이 극대에 이른다. 아홉째, 히트파이프의 길이에 관계없이 고른 방열이 가능하여 원칙적으로 가열관이 하나면 족하고 따라서 비용이 저렴하다.

고안의 구성을 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1도는 가열관에 히트파이프를 결합한 모습을 보여주는 본 고안의 구조 전체에 관한 예시도로서, 오른쪽에 상하로 놓인 가열관(1)에 히트파이프(2)들이 가열관과 수직으로 결합되어 나란히 경사져 놓여 있는 모습을 예시하고 있다. 정방형으로 된 방의 경우 방바닥과 벽이 만나는 부위에 가열관을 묻고 그 가열관에 히트파이프들을 제 1도에서 보는 바와 같이 결합하여 방바닥을 묻으면 온돌난방장치가 될 것이고, 벽속에 묻어 세우면 벽난방장치가 될 것이다. 고층건물의 경우 가열관을 고층빌딩의 벽속에 세워 묻는 등으로 설치하고 그 가열관에 히트파이프를 수평으로 꽂아 방바닥에 묻어 온돌을 형성할 수 도 있고, 벽속에 관통시켜 벽난방을 형성할 수도 있다.

제 2도는 히트파이프와 가열관이 결합된 부위의 단면도로서, 히트파이프(2)의 일단부(2a)가 가열관(1) 속으로 깊숙히 들어가 있음을 보여준다. 이 경우 히트파이프와 가열관은 가열관에 용접으로 부착한 조임나사장치(3)로써 견고히 결합함이 바람직하다.

제 3도는 밀폐된 히트파이프의 종단면도로서 밀폐된 파이프(2) 내벽에 금속망사를 부착하거나 미세한 홈을 파거나 미세한 홈을 파고 다시 금속망사를 부착한 부분(4)이 있음을 보여준다.

제 4도는 내벽에 얇은 금속망사(4)를 부착한 히트파이프(2)의 횡단면도로서 제 3도의 엑스선 표시부위(4)의 횡단면을 예시한다.

제 5도의 (A)는 제 4도의 금속망사를 부착하는 대신 히트파이프(2)의 내벽에 요철식 홈(5)을 파넣은 히트파이프의 횡단면도, 제 5도의 (B)는 내벽에 요철식 홈(5)대신 톱니식 홈(5a)을 파넣은 히트파이프의 횡단면도, 제 5도의 (C)는 내벽에 요철식 홈(5)을 파넣은 후 다시 금속망사(4)를 부착한 히트파이프의 횡단면도로서, 이들은 제 4도와 마찬가지로 제 3도의 엑스선 표시부위(4)의 횡단면을 각각 예시한다.

본 고안에 사용되는 히트파이프는 모세관현상을 일으킬 수 있는 특수장치 즉 예컨대 제 3도에서 보는 바와 같이 금속망사를 히트파이프 내벽에 설치하고 히트파이프 내에 작동액체를 주입하고 히츠파이프를 진공으로 밀봉한 것으로서 이를 제 2도에서 보는 바와 같이 가열관에 장착함으로서 본 고안은 완성된다. 위와 같이 모세관현상을 일으킬 수 있는 특수장치로서는 제 4도에서 보는 바와 같이 망사장치 말고도 제 5도의 (A), (B), (C)들에서 보는 바의 요철식 홈 장치(A), 톱니식 홈 장치(B), 망사와 홈을 겸용한 장치(C)를 예로 들 수 있으나, 이에 국한하는 것은 아니다.

이제 본 고안의 작용·효과를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 2도에서 보는 바와 같이 가열관(1)에 온수를 통과시키면 가열관에 묻힌 히트파이프(2) 일단부(2a)가 열을 받아 이 단부부분(2a) 내벽에 분포해 있던 작동액체가 증발하여 제 3도에서 보는 바와 같이 화살표(왼쪽 방향으로 진행방향이 표시된 것) 방향으로 잠열을 띤 기체가 순식간에 이동하면서 가열관 바깥쪽의 히트파이프(2) 전체에 잠열을 전달·방사시키면서 히트파이프의 내벽에 응축된 작동액체는 모세관현상에 의하여 다시 가열관(1)에 묻힌 히트파이프(2) 일단부(2a)로 이동하고(제 3도의 엑스선 표시부위(4)의 화살표 방향) 이것이 또 가열관(1)의 온수에 의해 가열되면서 증발·이동하여 잠열을 계속적으로 전달·방사함으로써 계속적인 열수송이 난방목적으로 이루어진다.

상기와 같이 구성되어 작용하는 본 고안의 모세관현상식 히트파이프를 이용한 난방장치는 히트파이프 내에 주입된 작동액체를 증발시켰다가 환원시킴에 있어서 종래의 히트파이프를 기울여 장치함으로써 중력에 의해 작동액체를 환원시키는 방식을 사용하지 않고 히트파이프 내에 부착한 금속망사 또는 히트파이프 내벽에 여러 형태의 홈을 형성시켜 모세관현상을 이용함으로써 상기한 바의 특징을 발휘하는 유용한 고안이다.

Claims (2)

1. (a) 양단부가 폐쇄되어 진공이 형성되고, (열전달)작동액체가 내부에 주입되고, 모세관현상을 유발하기 위해 금속망사가 내부에 부착되거나 홈이 형성된 히트파이프(2)

   (b) 상기 히트파이프에 열을 공급하기 위한 가열관(1)과;

   (c) 상기 히트파이프를 가열관에 연결하기 위해 상기 가열관에 일측이 용접된 조임나사장치(3)로 구성된 것을 특징으로 하는 모세관현상식 히트파이프를 이용한 난방장치
2. 제 1 항에 있어서 상기 히트파이프(2)는 일단부가 가열관(1)내로 돌입된 것을 특징으로 하는 모세관현상식 히트파이프를 이용한 난방장치