KR200218283Y1 - 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치에 관한 것으로서, 히트 파이프식 온돌용 난방장치의 주 히트 파이프에 보조 히트 파이프를 연통·설치하여 폐회로를 구성함으로써 열전달율을 향상시킴은 물론, 그로 인한 난방 효율을 보다 향상시킬 수 있도록 함에 그 목적이 있다. 이를 위해 구성되는 본 고안은 증기나 온수를 열원으로 하여 주택 및 사무실의 내부를 난방하기 위한 온돌용 히트 파이프식 난방용 방열장치에 있어서, 내부에 소정량의 열매체유가 장입되는 일정 길이의 파이프 형태로 이루어진 주 히트 파이프; 주 히트 파이프의 길이 방향 내부에 관통되게 설치되어 온수나 증기가 흐르는 통수관; 및 주 히트 파이프의 외주면 일측으로부터 타측으로 연통되게 적어도 하나 이상 설치되어 주 히트 파이프와 폐회로를 구성하는 한편, 그 내부에 열매체유가 장입되어 주 히트 파이프와의 폐회로 상태에서 진공 상태로 유지되는 보조 히트 파이프로 이루어진다.

Description

히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치{Loop type heating coil of heat pipe for hypocaust}

본 고안은 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치에 관한 것으로서, 특히 온돌용 난방장치의 주 히트 파이프에 보조 히트 파이프를 연통·설치하여 폐회로를 구성함으로써 난방 효율을 보다 향상시킬 수 있도록 한 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치에 관한 것이다.

일반적으로 히트 파이프라 함은 1960년 영구 원자력 연구소에서 최초로 개발한 것으로서, 파이프 내부에 열매체유를 극소량 체적에 따라 장입하고, 고진공과 동시에 완전 밀봉한 것이다. 히트 파이프를 수직으로 세우거나 경사를 유지하면 장입된 액체는 파이프 하부로 분포되고, 액체가 분포된 부위에 열원을 가하면 가해진 열온에 따라 히트 파이프 전체로 신속히 확산된다.

이와 같은 방열 파이프의 적용 이론을 간략히 설명하면, 진공 내에서는 열의 이동이 초속으로 같은 진공권으로 만들고, 무중력 상태에서는 비점을 가지고 있는 모든 물체는 비점이 달라지며(예를 들면, 대기권에서는 물이 100℃에서 끓으나 진공 내에서는 60℃이상이면 끓는다), 장입된 열매체유는 상승비점에 도달하면 체적이 증폭된다는 등의 화학적 이론을 토대로 개발된 파이프이다.

한편, 전술한 바와 같은 히트 파이프의 적용범위는 주택이나 온실 등의 방바닥이나 지상면에 설치되며, 히트 파이프를 통해 방열시켜 주택이나 온실을 난방하게 된다. 종래의 난방용 히트 파이프 및 시공에 따른 시공 상태를 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 종래 히트 파이프식 매설난방용 방열기의 한 예를 보인 사시도, 도 2 는 도 1 의 평면도, 도 3 은 도 2 의 A-A선 단면도이다.

도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이 종래 히트 파이프식 난방용 방열기(10)의 구성은 열원인 증기나 온수가 흐르는 통수관(20), 내부에는 소정량의 열매체유가 장입되어 일단이 통수관(20)의 길이 방향 일단에 설치되는 히트 파이프(30)로 이루어진다.

전술한 구성에서 통수관(20)은 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 히트 파이프(30)의 일단이 연결되는 다수의 주관(22)과 각각의 주관(22)을 연결하기 위한 연결관(24)으로 이루어진다. 이때, 다수의 주관(22)은 등간격으로 나란하게 배열되며, 연결관(24)은 나란하게 배열된 주관(22)과 주관(22)를 상·하를 반복하여 연결한다. 즉, 첫번째 주관(22)과 주관(22)의 상부를 연결했으면 다음의 주관(22)과 주관(22) 사이는 하부를 연결하는 방식으로 연결한다.

한편, 전술한 구성의 히트 파이프(30)는 일단의 통수관(20) 중심에 연결되고, 히트 파이프(30)의 내부는 진공 상태로 유지된다.

전술한 바와 같이 구성된 종래 히트 파이프식 난방용 방열기(10)는 통수관(20)의 내부를 흐르는 증기나 온수에 노출되는 히트 파이프(30)의 일단에 열원이 전달됨으로써 히트 파이프(30) 내부의 열매체유가 기화되어 주택이나 사무실의 바닥을 난방하게 된다.

그러나, 전술한 바와 같은 종래의 이트 파이프식 난방용 방열기는 도 3 에 도시된 바와 같이 통수관(20)의 주관(22) 일단에 히트 파이프(30)의 일부만이 연결되어 증기나 온수에 히트 파이프(30)의 일부만이 접하고 있기 때문에 열매체유에 전달되는 열원은 히트 파이프(30)의 일부에만 국한될 수 밖에 없다.

따라서, 증기나 온수의 열원에 의해 기화되는 열매체유는 높은 온도에서 기화될 수 밖에 없어 난방용 히트 파이프의 열효율이 저하되는 문제가 있다. 또한, 열전달율이 그만큼 저하되는 문제가 있다.

본 고안은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 히트 파이프식 온돌용 난방장치의 주 히트 파이프에 보조 히트 파이프를 연통·설치하여 폐회로를 구성함으로써 열전달율을 향상시킴은 물론, 그로 인한 난방 효율을 보다 향상시킬 수 있도록 한 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치를 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성은 다음과 같다. 즉, 본 고안은 증기나 온수를 열원으로 하여 주택 및 사무실의 내부를 난방하기 위한 온돌용 히트 파이프식 난방용 방열장치에 있어서, 내부에 소정량의 열매체유가 장입되는 일정 길이의 파이프 형태로 이루어진 주 히트 파이프; 주 히트 파이프의 길이 방향 내부에 관통되게 설치되어 온수나 증기가 흐르는 통수관; 및 주 히트 파이프의 외주면 일측으로부터 타측으로 연통되게 적어도 하나 이상 설치되어 주 히트 파이프와 폐회로를 구성하는 한편, 그 내부에 열매체유가 장입되어 주 히트 파이프와의 폐회로 상태에서 진공 상태로 유지되는 보조 히트 파이프로 이루어진다.

전술한 구성에서 통수관은 주 히트 파이프의 중심에 설치될 수 있다.

또한, 통수관은 주 히트 파이프의 중심에서 하부로 편심되게 설치될 수 있다.

전술한 보조 히트 파이프는 'U'와 같은 형태로 형성되어 주 히트 파이프와의 폐회로를 구성할 수 있다.

한편, 주 히트 파이프는 통수관의 외주에 적어도 1개 이상 설치될 수 있다.

도 1 은 종래 히트 파이프식 매설난방용 방열기의 한 예를 보인 사시도.

도 2 는 도 1 의 평면도.

도 3 은 도 2 의 A-A선 단면도.

도 4 는 본 고안에 따른 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치를 보인 평면도.

도 5 는 본 고안에 따른 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치의 단면 상세도.

도 6 은 도 4 의 B-B선의 바닥 설치 상태를 보인 단면도.

도 7 은 도 6 의 다른예를 보인 단면도.

도 8 은 본 고안에 따른 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치의 다른 실시예를 보인 평면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

100, 200, 300. 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치

110, 210, 310. 주 히트 파이프

120, 220, 320. 통수관

130, 230, 330. 보조 히트 파이프

140, 240. 열매체유

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 양호한 실시예에 따른 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치에 대해 상세히 설명한다.

도 4 는 본 고안에 따른 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치를 보인 평면도, 도 5 는 본 고안에 따른 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치의 단면 상세도, 도 6 은 도 4 의 B-B선의 바닥 설치 상태를 보인 단면도이다.

도 4 내지 도 6 에 도시된 바와 같이 본 고안에 따른 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치(100)는 내부에 소정량의 열매체유(140)가 장입되는 일정 길이의 파이프 형태로 이루어진 주 히트 파이프(110), 주 히트 파이프(110)의 길이 방향 내부에 관통되게 설치되어 온수나 증기가 흐르는 통수관(120) 및 주 히트 파이프(110)의 외주면 일측으로부터 타측으로 연통되게 적어도 하나 이상 설치되어 주 히트 파이프(110)와 폐회로를 구성하는 한편 그 내부에 열매체유(140)가 장입되어 주 히트 파이프(110)와의 폐회로 상태에서 진공 상태로 유지되는 보조 히트 파이프(130)로 이루어진다.

더욱 상세하게는, 작은 직경으로 형성된 일정 길이의 통수관(120)을 큰 직경으로 형성된 주 히트 파이프(110)의 길이 방향 내부에 삽입 설치하고, 주 히트 파이프(110)의 외주면 일측에 수직 방향의 보조 히트 파이프(130)를 설치하여 주 히트 파이프(110)와 보조 히트 파이프(130)가 하나의 폐회로로 구성될 수 있도록 한 것이다. 이때, 폐회로를 구성하는 주 히트 파이프(110)와 보조 히트 파이프(130)의 내부에는 소정량의 열매체유(140)가 장입되어 진공 상태로 유지되는 구조이다.

즉, 본 고안에 따른 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치(100)의 구조는 도 5 및 도 6 에 도시된 바와 같이 먼저, 주 히트 파이프(110)의 길이 방향 내부에 통수관(120)이 설치된 이중관 구조로 이루어지고, 주 히트 파이프(110)의 외주면에 수직 방향으로 보조 히트 파이프(130)가 설치되어 주 히트 파이프(110)와 보조 히트 파이프(130)가 하나의 폐회로로 구성되는 구조로 이루어진 것이다.

전술한 바와 같이 구성된 본 고안의 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치(100)를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 주 히트 파이프(110)는 통수관(120)의 열원을 통해 방열하여 바닥을 난방시키기 위한 것으로, 앞서 설명한 바와 같이 통수관(120)의 외주에 설치되어 통수관(120)과 이중관 구조로 형성된 것이다.

한편, 통수관(120)은 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치(100)의 열원으로써 증기나 온수가 흐르는 관으로, 이 통수관(120)은 주 히트 파이프(110)의 길이 방향 내부에 설치된다. 이때, 통수관(120)은 도 6 에서와 같이 주 히트 파이프(110)의 중심에 설치될 수도 있고, 후술할 도 7 에 도시된 바와 같이 주 히트 파이프(110)의 중심에서 하부로 편심되게 설치될 수도 있다. 또한, 통수관(120)은 직선으로 형성된 파이프 형태이다.

그리고, 보조 히트 파이프(130)는 주 히트 파이프(110)와 마찬 가지로 통수관(120)의 열원을 통해 방열하여 바닥을 난방시키기 위한 것으로, 이 보조 히트 파이프(130)는 주 히트 파이프(110)의 외주면 일측으로부터 타측으로 연통되게 설치되어 주 히트 파이프(110)와 폐회로로 구성된다. 즉, 보조 히트 파이프(130)는 'U'와 같은 형태로 형성되어 각각의 끝단이 주 히트 파이프(110)의 외주면에 수직하게 연결되어 주 히트 파이프(110)와 내통된다. 이때, 보조 히트 파이프(130)는 그 크기(길이)를 바닥의 면적에 알맞도록 다양하게 할 수 있다.

전술한 바와 같은 구조로 이루어진 보조 히트 파이프(130)는 주 히트 파이프(110)와 폐쇄된 내부공간을 이루게 된다. 즉, 주 히트 파이프(110)와 보조 히트 파이프(130)는 폐회로를 구성하게 된다.

한편, 전술한 바와 같이 구성된 폐회로 구조의 주 히트 파이프(110)와 보조 히트 파이프(130)의 내부공간에는 소정량의 열매체유(140)가 장입되어 진공 상태로 유지된다.

전술한 바와 같은 구성의 본 고안에 따른 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치(100)에서 주 히트 파이프는 도 4 에 도시된 바와 같이 하나의 통수관(120)에 기다란 하나의 주 히트 파이프(110)가 설치될 수 있고, 후술할 도 8 에 도시된 바와 같이 하나의 통수관(320)에 짧은 길이의 주 히트 파이프(310)를 다수개 설치할 수도 있다.

그리고, 보조 히트 파이프는 도 4 에서와 같이 하나의 통수관(120)에 기다란 하나의 주 히트 파이프(110)를 설치할 때는 하나의 주 히트 파이프(110)에 다수개의 보조 히트 파이프(130)를 설치할 수 있으며, 후술할 도 8 에서와 같이 하나의 통수관(320)에 짧은 길이의 주 히트 파이프(310)를 다수개 설치할 때는 각각의 주 히트 파이프(310)에 하나씩의 보조 히트 파이프(330)를 설치할 수 있다.

전술한 바와 같은 구조의 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치(100)는 통수관(120)의 길이를 짧게 할 수 있어 시공시 그 비용을 절감시킬 수 있으며, 종래의 히트 파이프식 난방장치에 비해 시공을 보다 용이하게 할 수 있다.

전술한 폐회로 구조의 주 히트 파이프(110)와 보조 히트 파이프(130)를 진공 상태로 유지하기 위한 방법으로는 먼저, 주 히트 파이프(110)의 외주면에 보조 히트 파이프(130)를 용접을 통해 연결한 후, 주 히트 파이프(110)의 내부에 통수관(120)을 삽입하여 통수관(120)의 외주면에 주 히트 파이프(110)의 양단부를 용접을 통해 고정시킨다. 이와 같은 상태에서 보조 히트 파이프(130)에 노즐(도시하지 않음)을 형성하고, 이 노즐을 통해 주 히트 파이프(110)와 보조 히트 파이프(130)의 폐회로 공간 내부에 소정량의 열매체유(140)를 장입 한 후, 주 히트 파이프(110) 부분의 열매체유(140)를 적정온도로 가열하여 주 히트 파이프(110)와 보조 히트 파이프(130)의 폐회로 공간 내부의 공기를 완전히 제거한다. 한편, 주 히트 파이프(110)와 보조 히트 파이프(130)의 폐회로 공간 내부의 공기가 완전히 제거되면 노즐 부분을 용접으로 밀봉하여 주 히트 파이프(110)와 보조 히트 파이프(130)의 폐회로 공간이 진공 상태로 유지될 수 있도록 한다.

전술한 폐회로 구조의 주 히트 파이프(110)와 보조 히트 파이프(130)를 진공 상태로 유지하기 위한 다른 방법으로는 주 히트 파이프(110)의 외주면에 보조 히트 파이프(130)를 용접을 통해 연결한 후, 주 히트 파이프(110)의 내부에 통수관(120)을 삽입하여 통수관(120)의 외주면에 주 히트 파이프(110)의 양단부를 용접을 통해 고정시키고, 이와 같은 상태에서 보조 히트 파이프(130)에 노즐(도시하지 않음)을 형성한 후, 진공펌프(도시하지 않음)를 통해 주 히트 파이프(110)와 보조 히트 파이프(130)의 폐회로 공간을 진공으로 만들어 노즐을 봉입하고 노즐 부분을 용접 밀봉하여 진공이 유지될 수 있도록 한다.

전술한 바와 같이 구성된 본 고안의 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치(100)를 주택이나 사무실의 바닥에 시공하게 되면, 도 6 에 도시된 바와 같이 보조 히트 파이프(130)가 수평선에 대해 경사지게 시공된다. 이는 통수관(120)의 열원에 의해 기화된 열매체유(140)가 방열에 따라 온도가 낮아져 다시 액화되면 액화된 열매체유(140)가 자중에 의해 주 히트 파이프(110) 방향으로 흐를 수 있도록 하기 위한 것이다.

전술한 바와 같이 시공된 본 고안의 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치(100)에서 열매체유(140)는 주 히트 파이프(110) 방향에 많이 분포된다. 따라서, 통수관(120)과 열매체유(140)의 접촉면적이 그만큼 넓게 된다.

이와 같이 시공된 상태에서 통수관(120)을 통해 온수나 증기가 유입되어 흐르게 되면, 통수관(120)과 접하고 있는 열매체유(140)의 온도가 상승하게 되어 끓게 되고 이에 다라 기화된다. 기화된 열매체유(140)는 주 히트 파이프(110)와 보조 히트 파이프(130)의 폐회로 공간 내부 전체로 확산되어 방열을 통해 바닥을 난방하게 된다.

도 7 은 도 6 의 다른예를 보인 단면도이다.

도 7 은 열전달율을 더욱 향상시켜 난방 효율을 극대화시키기 위한 구조로, 도 7 에 도시된 바와 같이 통수관(220)을 주 히트 파이프(210)의 중심에서 하부측으로 편심되게 설치하여 통수관(120)과 열매체유(240)의 접촉면적을 더 크게 할 수도 있다. 이처럼 통수관(220)을 주 히트 파이프(210)의 중심에서 하부측으로 편심되게 설치하여 통수관(220)과 열매체유(240)의 접촉면적을 더 크게 함으로써 적은 열원으로도 열매체유(240)의 기화를 촉진시킬 수 있어 전체적인 난방 효율면에서 향상되는 효과를 기대할 수 있다.

도 8 은 본 고안에 따른 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치의 다른 실시예를 보인 평면도이다.

도 8 은 앞서 설명한 바와 같이 하나의 통수관(320)에 짧은 길이의 주 히트 파이프(310)를 다수개 설치한 것으로, 이러한 구조의 난방장치(300)는 바닥 시공의 편리성을 제공한다.

한편, 전술한 바와 같이 구성된 본 고안의 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치(100, 200, 300)에서 주 히트 파이프(110, 210, 310), 통수관(120, 220, 320) 및 보조 히트 파이프(130, 230, 330)는 그 내구성 및 성능 향상을 위하여 스텐레스 파이프 혹은 동 파이프를 사용한다.

이상에서와 같이 본 고안에 따른 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치는 통수관(120, 220, 320)의 길이가 짧아 순환 수량이 적고, 또한 통수관(120, 220, 320)이 직선으로 형성되어 저항이 적으로므로 순환속도가 빨라 난방 효율을 향상시킬 수 있다. 이로 인하여 난방 비용을 절감할 수 있다.

본 고안은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 고안의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.

이상에서와 같이 본 고안에 따르면 히트 파이프식 온돌용 난방장치의 주 히트 파이프에 보조 히트 파이프를 연통·설치하여 폐회로를 구성함으로써 열전달율을 향상시킬 수 있는 효과가 발휘된다. 즉, 통수관의 길이가 짧아 순환 수량이 적고, 또한 통수관이 직선으로 형성되어 저항이 적으로므로 순환속도가 빨라 난방 효율을 향상시킬 수 있다는 것이다.

또한, 본 고안의 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치는 열전달율의 향상을 통해 난방 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 발휘된다.

전술한 효과 이외에도 본 고안의 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치는 시공비용을 절감시할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 증기나 온수를 열원으로 하여 주택 및 사무실의 내부를 난방하기 위한 온돌용 히트 파이프식 난방용 방열장치에 있어서,

   내부에 소정량의 열매체유가 장입되는 일정 길이의 파이프 형태로 이루어진 주 히트 파이프;

   상기 주 히트 파이프의 길이 방향 내부에 관통되게 설치되어 온수나 증기가 흐르는 통수관; 및

   상기 주 히트 파이프의 외주면 일측으로부터 타측으로 연통되게 적어도 하나 이상 설치되어 상기 주 히트 파이프와 폐회로를 구성하는 한편, 그 내부에 열매체유가 장입되어 상기 주 히트 파이프와의 폐회로 상태에서 진공 상태로 유지되는 보조 히트 파이프로 이루어진 것을 특징으로 하는 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 통수관은 상기 주 히트 파이프의 중심에 설치된 것을 특징으로 하는 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 통수관은 상기 주 히트 파이프의 중심에서 하부로 편심되게 설치된 것을 특징으로 하는 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 히트 파이프는 'U'와 같은 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 주 히트 파이프는 상기 통수관의 외주에 적어도 1개 이상 설치된 것을 특징으로 하는 히트 파이프를 이용한 온돌용 폐회로 난방장치.