KR200190443Y1 - 히트파이프 타입 보일러 - Google Patents

Abstract

본 고안은 이중구조의 히트파이프가 적용된 히트파이프 타입 보일러에 관한 것으로서, 본 고안에 따른 히트파이프 타입 보일러는 가열장치(40)와, 상기 가열장치(40)에 의해 가열됨으로써 난방수의 가열순환 작용을 수행하는 난방수 순환파이프(50)와, 상기 가열장치(40)에 그 일단이 가열되고, 타단이 상기 난방수 순환파이프(50)에 접속됨으로써 가열장치(40)에서 발생된 열을 난방수 순환파이프(50)의 일단으로 전달하는 히트파이프(60)를 포함하며; 상기 히트파이프(60)가 밀폐된 구조의 내부관(62)과, 상기 내부관(62) 내에서 반복적인 증발 응축작용을 통해 내부관(62)의 가열단에 가해지는 열을 잠열화하여 방열단으로 전달하는 작동유체(64)와, 상기 내부관(62) 내에서 모세관 작용을 통해 작동유체(64)를 순환시키는 유체이동수단(66)과, 상기 내부관(62)의 방열단측 외면을 감싸는 외부관(68)과, 상기 외부관(68) 내에 충진되어 내부관(62)의 외부로 발산되는 열을 흡수함으로써 작동유체(64)의 급속한 상변화를 방지하는 잠열유지액(70)으로 이루어짐을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 고안에 따른 히트파이프 타입의 보일러에 의하면 히트파이프의 구조상 작동유체가 급격히 응축되는 현상이 방지되어 상대적으로 열전달 시간이 연장됨으로써 보다 효율적인 난방작용을 이룰 수 있게 된다.

Description

히트파이프 타입 보일러{A boiler with the form of heat pipe}

본 고안은 보일러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이중구조의 히트파이프가 적용된 히트파이프 타입 보일러에 관한 것이다.

일반적으로, 보일러는 냉수를 가열하여 온수로 만드는 장치로서, 난방설비 등에 적용되며, 가열 방식에 따라 여러 가지로 분류된다. 이중에서 히트파이프 타입 보일러는 물 등의 연절달 매질이 열원에 의해 직접 가열되지 않고, 히트파이프를 통해 간접 가열되도록 하는 것으로서, 도 1에 나타난 것과 같이 전기발열체 등의 가열장치(10)와, 상기 가열장치(10)에 그 일단이 가열되도록 장착된 히트파이프(20)와, 상기 히트파이프(20)의 타단에 연결된 난방수 순환파이프(30)를 주구성요소로 하여 이루어져있다.

여기서, 히트파이프(20)는 밀폐된 구조의 금속재 진공관(22)과, 상기 진공관 (22)내에 주입된 작동유체(24)와, 진공관(22) 내에 구비된 유체이동수단(26)을 포함하여 이루어지는데, 상기 작동유체(24)는 진공관(22) 내에서 증발 및 응축을 반복하면서 진공관(22)내에서 열을 전달하는 직접적인 작용을 하는 것으로, 대개 증류수, 메탄올, 소듐 등이 사용되며, 히트파이프(20)의 사용목적에 따라 결정된다. 그리고, 상기 유체이동수단(26)은 진공관(22)의 일단(가열단)에서 가열 증발되어 기화된 다음, 다시 타단(방열단)에서 액화된 작동유체(24)를 되돌리기 위한 것으로써 모세관 현상을 이용해 액체를 이동시키는 스크린메쉬 등으로 구성되어 있다.

이러한 히트파이프(20)에 의하면, 가열장치(10)에 의해 진공관(22)의 일단(가열단)이 가열될 경우, 진공관(22) 내의 낮은 압력상태에서 작동유체(24)가 쉽게증발하게 되고, 증발 기화된 작동유체(24)가 진공관(22)의 타단(방열단)으로 이동하면서 증발 잠열을 밀폐된 진공관(22) 주위에 전달하고 응축되며, 응축된 작동유체(24)가 다시 유체이동수단(26)에 의해 가열단으로 이동하는, 순환작용으로 열이 전달된다. 이 같은 히트파이프(20)의 이른바 초열전도 작용에 의하면 가열단과 방열단이 거의 동시에 같은 온도로 가열되며, 열손실이 거의 없기 때문에 매우 효과적으로 열을 전달할 수 있게 된다.

따라서, 상술한 바와 같이 종래기술에 따른 히트파이프 타입 보일러에 의하면, 열전달 효율이 높은 히트파이프(20)를 통해 난방수를 가열하기 때문에, 난방수 순환파이프(30)를 직접 가열하여 차가운 난방수를 데우는 직접 가열식 보일러에 비해 난방수 순환파이프(30)의 배관설비가 감소되는 등의 구조적인 간결성과 함께 히트파이프(20)의 높은 열전달특성을 이용한 에너지 절약효과를 얻을 수 있게 된다.

그러나, 이와 같이 난방수 순환파이프(30)가 히트파이프(20)의 진공관(22) 일단(방열단)을 직접 감싸는 구조로 이루어진 종래의 히트파이프 타입 보일러에 있어서는, 진공관(22) 내에서 발생하는 작동유체(24)의 상변화(응축)를 통해 열을 전달하는 히트파이프(20)의 작동특성상 방열단이 차가운 난방수와 접하여 작동유체(24)가 급격히 응축됨으로써 상대적으로 열전달 시간이 짧아지기 때문에 열전달 효율이 저하된다는 문제점이 있다.

본 고안은 상기한 종래 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 진공관과 난방수 사이의 잠열유지액을 통해 작동유체가 급격히 응축되는 현상을 방지함으로써 열전달 효율을 높일 수 있는 히트파이프 타입 보일러의 제공을 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 히트파이프 타입 보일러의 구조를 나타낸 개략적인 단면도이다.

도 2는 본 고안의 실시예에 적용되는 히트파이프 및 난방수 순환파이프의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.

도 4는 본 고안의 실시예에 적용되는 난방수 순환파이프의 변형된 구조를 나타낸 단면도이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

40: 가열장치 42: 세라믹 발열체

44: 전극 46: 열전달 매체

50: 난방수 순환파이프 60: 히트파이프

62: 내부관 64: 작동유체

66: 유체이동수단 68: 외부관

70: 잠열유지액

상기 목적을 달성하기 위하여 제공되는 히트파이프 타입 보일러는 가열장치와, 상기 가열장치에 의해 가열됨으로써 난방수의 가열순환 작용을 수행하는 난방수 순환파이프와, 상기 가열장치에 그 일단이 가열되고, 타단이 상기 난방수 순환파이프에 접속됨으로써 가열장치에서 발생된 열을 난방수 순환파이프의 일단으로 전달하는 히트파이프를 포함하여 구성되며; 상기 히트파이프가 밀폐된 구조의 내부관과, 상기 내부관 내에서 반복적인 증발 응축작용을 통해 내부관의 가열단에 가해지는 열을 잠열화하여 방열단으로 전달하는 작동유체와, 상기 내부관 내에서 모세관 작용을 통해 작동유체를 순환시키는 유체이동수단과, 상기 내부관의 방열단측 외면을 감싸는 외부관과, 상기 외부관 내에 충진되어 내부관의 외부로 발산되는 열을 흡수함으로써 작동유체의 급속한 상변화를 방지하는 잠열유지액으로 이루어짐을 특징으로 한다.

여기서, 상기 난방수 순환파이프는 그 일단이 히트파이프의 외부관을 감싸는 구조로 이루어지거나, 그 일부가 히트파이프의 외부관 내로 인입되어 내부관을 중심으로 나선형의 난방수 순환로를 형성하는 구조로 이루어진다.

이하, 본 고안의 실시예를 첨부된 도 2부터 도 4까지를 참조로 하여 상세하게 설명하며, 종래구성과 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하고 동일부호를 부여하기로 한다.

우선, 본 고안의 실시예에 따른 히트파이프 타입 보일러는 도 2에 나타난 것과 같이 가열장치(40)와, 난방수의 순환을 위한 난방수 순환파이프(50) 및, 상기 가열장치(40)로부터 난방수 순환파이프(50) 측으로 열을 전달하는 이른바 이중구조의 히트파이프(60)로 이루어지는데, 상기 이중구조의 히트파이프(60)는 밀폐된 구조의 내부관(62)과, 상기 내부관(62) 내에서 반복적인 증발 응축작용을 통해 내부관(62)의 가열단에 가해지는 열을 잠열화하여 방열단으로 전달하는 작동유체(64)와, 상기 내부관(64) 내에서 모세관 작용을 통해 작동유체를 순환시키는 스크린메쉬 등의 유체이동수단(66)과, 상기 내부관(62)의 방열단측 외면을 감싸는 외부관(68)과, 상기 외부관(68) 내에 충진되어 내부관(62)의 외부로 발산되는 열을 흡수함으로써 작동유체(64)의 급속한 상변화를 방지하는 잠열유지액(70)으로 이루어진다.

그리고, 이와 같은 이중구조의 히트파이프(40)와 접속되는 난방수 순환파이프(50)는 그 일단이 히트파이프(60)의 외부관(68)의 둘레를 완전히 감싸는 구조의 외장형으로 이루어지거나(도 3 참조), 도 4에 나타난 것과 같이 그 일부가 히트파이프(60)의 외부관(68) 내로 인입되어 내부관(62)을 중심으로 나선형의 난방수 순환로를 형성하는 구조의 내장형으로 이루어진다.

한편, 본 고안의 실시예에 적용되는 가열장치(40)는 전력비용의 감소를 위해 세라믹 발열체를 이용한 전기가열방식으로 구성됨이 바람직한데, 이러한 세라믹 발열체 방식의 가열장치는 세라믹 재질의 발열체(42)와, 상기 세라믹 발열체(42)에 접속되어 전원을 공급함으로써 상기 발열체(42)가 전기저항에 의해 발열되도록 하는 전극(44)과, 상기 발열체(42) 일측에 구비되어 히트파이프(60)의 내부관(62) 일측으로 발열체(42)에서 발생한 열을 전달하는 열전달 매체(46)로 구성된다.(도 2 참조)

상술한 바와 같이 구성된 본 고안의 실시예에 따르면, 히트파이프(60)의 구조적인 특성상 내부관(62)의 방열단에서 발산되는 열이 외부관(68) 내의 잠열유지액(70)을 통해 우선적으로 흡수되므로, 상대적으로 기체상태의 작동유체(64)로부터의 열량발산 속도가 감소되고, 결과적으로 작동유체(64)의 상변화(응축)현상이 서서히 진행되기 때문에, 작동유체(64)로부터 발산된 열이 잠열유지액(70)을 통해 서서히 고르게 확산된 상태에서 난방수 순환파이프(50)에 전달된다. 그러므로, 열전달 시간이 연장되어 보다 효율적인 열전달 작용이 수행된다.

또한, 본 실시예에서, 난방수 순환파이프(50)가 내장형으로 이루어진 경우에는 잠열유지액(70)과 접하는 부위가 외부로 노출되지 않기 때문에 불필요한 열방출 현상이 발생하지 않는 등 더욱 효율적인 열전달작용이 수행된다.

더불어, 본 고안의 실시예에 따르면 전술한 바와 같은 세라믹 발열체 방식의 가열장치(40)를 통해 적은 전원공급량으로도 히트파이프(60)를 높은 온도로 가열할 수 있게 된다.

본 고안에 따른 히트파이프 타입의 보일러에 의하면 히트파이프의 구조상 작동유체가 급격히 응축되는 현상이 방지되어 상대적으로 열전달 시간이 연장됨으로써 보다 효율적인 난방작용을 이룰 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 가열장치와,

   상기 가열장치에 의해 가열됨으로써 난방수의 가열순환 작용을 수행하는 난방수 순환파이프와,

   상기 가열장치에 그 일단이 가열되고, 타단이 상기 난방수 순환파이프에 접속됨으로써 가열장치에서 발생된 열을 난방수 순환파이프의 일단으로 전달하는 히트파이프를 포함하는 히트파이프 타입 보일러에 있어서; 상기 히트파이프는

   밀폐된 구조의 내부관과,

   상기 내부관 내에서 반복적인 증발 응축작용을 통해 내부관의 가열단에 가해지는 열을 잠열화하여 방열단으로 전달하는 작동유체와,

   상기 내부관 내에서 모세관 작용을 통해 작동유체를 순환시키는 유체이동수단과,

   상기 내부관의 방열단측 외면을 감싸는 외부관과,

   상기 외부관 내에 충진되어 내부관의 외부로 발산되는 열을 흡수함으로써 작동유체의 급속한 상변화를 방지하는 잠열유지액으로 이루어짐을 특징으로 하는 히트파이프 타입 보일러.
2. 제1항에 있어서, 상기 난방수 순환파이프는

   그 일단이 히트파이프의 외부관을 감싸는 구조로, 상기 히트파이프와 접속된 것을 특징으로 하는 히트파이프 타입 보일러.
3. 제1항에 있어서, 상기 난방수 순환파이프는

   그 일부가 히트파이프의 외부관 내로 인입되어 내부관을 중심으로 나선형의 난방수 순환로를 형성하는 구조로, 상기 히트파이프와 접속된 것을 특징으로 하는 히트파이프 타입 보일러.