KR20030069630A - 히트파이프 및 그 히트파이프를 이용한 온돌장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트파이프 및 그 히트파이프를 이용한 온돌장치에 관한 것이다.

양단이 폐쇄된 파이프구조물로 이루어져 그 내부공간을 진공화시킴과 아울러 그 외부에 열원과 접촉되는 히트파이프몸체와; 상기 히트파이프몸체의 내주면을 따라 배치된 위크와; 상기 히트파이프몸체의 내부 공간에 소정 비율로 수용시킨 작동유체 및; 상기 히트파이프몸체의 일측에 연결되어 응축된 작동유체를 열원과 연결된 히트파이프몸체 내부측으로 순환시키는 순환파이프를 포함하는 히트파이프를 구성하며/ 상기 히트파이프를 수평상태로 안착시키도록 그 상면에 다수의 파이프안착홈이 마련된 단열재의 패널과; 상기 히트파이프 복수개를 작동유체가 연통되어 흐르도록 연결하는 연결관과; 상기 연결관의 내부에 삽입 설치되어 그 내부로 가열된 순환수를 순환시키는 온수순환관과; 상기 온수순환관으로 공급되는 순환수를 가열 공급하는 가열순환수단을 포함하는 온돌장치를 구성한다.

상술한 바와 같이 구성함에 따라 히트파이프의 구조를 개선하여 작동유체 귀환능력 향상에 따른 히트파이프 성능을 월등히 향상시킬 수 있으며, 또한, 상술한 바와 같이 개선된 히트파이프를 채용하여 온돌장치를 구현함에 따라 히트파이프를 온돌 패널에 수평상태로 설치가 가능하게 되어 온돌 패널의 두께를 줄이고, 따라서, 에너지 소모율 감소에 따른 에너지 절감효과를 기대할 수 있게 된다.

Description

히트파이프 및 그 히트파이프를 이용한 온돌장치{HEAT PIPE AND FLOOR HEATER HAVING THE HEAT PIPE}

본 발명은 히트파이프 및 그 히트파이프를 이용한 온돌장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 작동유체의 순환을 돕도록 상기 작동유체 순환하는 순환파이프의 일측에 모세관을 추가로 구성하여 작동유체의 순환력을 증대시킨 히트프파이프 및 그 히트파이프를 이용한 온돌장치에 관한 것이다.

히트파이프(heat pipe)는 진공상태의 금속관 내에 비점이 낮고 증발잠열이 큰 작동유체를 주입하여 제작한 것으로 저압의 조건에서 작동유체가 쉽게 액체에서 증기로 상 변화한다는 특징을 이용하여 상변화시의 잠열로써 열을 전달하는 장치이다. 히트파이프는 작용온도범위가 -70℃에서 300℃의 범위에 속하는 것으로 일반 공조 및 냉난방, 전자기기의 냉각, 중온범위의 폐열회수, 태양열의 집열등에 효율적인 열전달 요소로 사용될 수 잇다. 히트파이프의 장점은 무엇보다도 별도의 동력원없이 구리의 최고 2천 배에 달하는 열전도 성능을 낼 수 있다는 것이다.

히트파이프의 작동원리는 다음과 같다. 히트파이프는 양단이 막힌 진공상태의 금속관 내부에 증발매체인 작동유체를 소량 봉입하여 이루어진다. 금속관의 한쪽끝은 가열부가 되고, 다른 쪽 끝은 방열부가 된다. 작동유체가 봉입된 상태에서 가열부에 열이 가해지면 작동유체는 증발하여 증기상태로 방열부로 전달된다. 열을 방출하면서 방열부에 도달한 증기는 다시 응측되어 원래의 액체가 되고, 이러한 순환이 반복된다. 이러한 작용으로 히트파이프전체에 걸쳐서 열이 같은 온도로 신속히 전도되는 초열전도특성이 일어난다.

상술한 내용에 있어 작동유체의 순환능력에 의해 그 성능이 좌우됨을 쉽게 알 수 있다.

종래에는 상술한 바와 같은 히트파이프를 채용하여 주택난방, 농사용 난방장치 등의 난방자재로 사용할 경우 상기 작동유체의 귀환을 돕기 위하여 패널을 경사지게 설치하여 열원로부터 멀리 위치하는 히트파이프의 단부측을 높게 설치하여 사용하고 있다.

그러나, 상술한 바와 같이 사용하게 될 경우 상기 패널의 두께가 두꺼워지게 되어 에너지소비율이 높게되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 상술한 작동유체를 이동시키는 모세관의 구조를 개선하여 작동유체의 귀환력을 증대시켜 성능을 향상시키는 히트파이프를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기와 같이 개선된 히트파이프를 채용하여 온돌을구성함에 따라 온돌 패널의 두께 축소에 따른 에너지 절감효과를 갖는 히트파이프를 이용한 온돌장치를 제공하는 데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 양단이 폐쇄된 파이프구조물로 이루어져 그 내부공간을 진공화시킴과 아울러 그 외부에 열원과 접촉되는 히트파이프몸체와; 상기 히트파이프몸체의 내주면을 따라 배치된 위크와; 상기 히트파이프몸체의 내부 공간에 소정 비율로 수용시킨 작동유체 및; 상기 히트파이프몸체의 일측에 연결되어 냉각된 작동유체를 열원과 연결된 히트파이프몸체 내부측으로 순환시키는 순환파이프를 포함하는 히트파이프를 구성한다.

상기 순환파이프는 상기 히트파이프몸체와 일체로 형성된다.

상기 순환파이프가 마련된 히트파이프몸체는 적어도 두 개가 일체로 형성된 다.

상기 히트파이프몸체는 그 측단면 형상이 원형, 다각형, 타원형, 소정의 요철형상을 갖는 중공의 관 형태 중 어느 하나로 형성된다.

또한, 상술한 히트파이프를 적용시켜, 상기 히트파이프를 수평상태로 안착시키도록 그 상면에 다수의 파이프안착홈이 마련된 단열재의 패널과; 적어도 하나의 상기 히트파이프 작동유체가 연통되어 흐르도록 연결하는 연결관과; 상기 연결관의 내부에 삽입 설치되어 그 내부로 가열된 순환수를 순환시키는 온수순환관과; 상기 온수순환관으로 공급되는 순환수를 가열 공급하는 가열순환수단을 포함하는 온돌장치를 구성한다.

상기 패널은 복수개가 조립되어 설치가능하며, 그 일단 양측에는 따짐부가형성되어 상기 연결관 및 온수순환관의 증설을 위한 연결공간을 마련하도록 구성된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 히트파이프의 구조를 도시한 단면도,

도 2a 내지 도 2f는 상기 도 1의 히트파이프의 다양한 형태를 도시한 단면도들,

도 3은 상기 도 1의 히트파이프 복수개가 일체로 형성된 상태를 도시한 단면도,

도 4는 상기 도 1의 히트파이프를 이용하여 온돌을 구성한 상태를 도시한 사시도,

도 5는 상기 도 4의 A-A′를 따른 단면도,

도 6은 상기 도 4의 B-B′를 따른 단면도,

도 7은 상기 도 3의 히트파이프를 이용하여 온돌을 구성한 상태를 도시한 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 히트파이프110 : 열원

120(120a ~120f): 히팅파이프몸체130 : 윅

140 : 순환파이프200 : 온돌장치

210 : 연결관220 : 온수순환관

230 : 패널231 : 안착홈

233 : 따짐부240 : 가열순환수단

241 : 본체241a : 순환수배출구

241b : 순환수공급구241c : 리턴순환수유입구

243 : 순환펌프

이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 3을 참조로 하여 본 발명의 일 실시 예에 의한 히트파이프(100)의 구조에 대해서 자세히 설명한다.

상기 히트파이프(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 그 양단부가 진공상태로 밀폐됨과 아울러 일측단부에 열원(110)과 연결되는 히팅파이프몸체(120)와, 상기 히팅파이프몸체(120)의 내부에 소정의 비율로 수용된 작동유체(L)와, 상기 히팅파이프몸체(120)의 내벽에 설치된 윅(130 : WICK)과, 상기 히팅파이프몸체(120)의 양측에 연결된 순환파이프(140)로 구성된다.

상기 윅(130)은 상기 열원(110)으로부터 상기 히팅파이프몸체(120)의 일단이 가열되면 작동유체(L)가 증발하고, 증발된 작동유체(L)는 기체상태로 히팅파이프몸체(120)의 중공부분을 통해 가열되지 않은 다른 쪽 단부로 이동하면서 증발잠열을 히팅파이프몸체(120)의 외부 주위로 전달하여 응축되고, 응축된 유체가 상기 윅(130)을 통해 모세관현상에 의해 열원(110)이 설치된 히팅파이프몸체(120)의 단부측으로 귀환시키는 것으로 촘촘한 금속망사와 같은 형태로 된다.

또한, 상기 윅(130)은 상기 히트파이프의 내벽에 미세한 홈을 파서 형성시키거나, 상술한 바와 같은 미세한 홈을 갖는 별도의 부재를 채용한 형태로 된다.

다음, 상기 순환파이프(140)는 상술한 윅(130)과 동일한 모세관현상을 위한 것으로 그 직경이 미소한 크기 (예컨대, 내경이 1 ~ 2㎜)로 된 관으로 형성되며,응축된 작동유체(L)의 귀환능력을 증대시키게 된다.

상기 순환파이프(140)는 도 1에서 그 양단이 히팅파이프몸체(120)와 연결되고, 그 사이가 히팅파이프몸체(120)와 떨어진 형태로 도시되어 있으나, 그에 한정된 것은 아니며, 상기 히팅파이프몸체(120)와 일체로 형성되도록 할 수 있다.

또한, 상기 히팅파이프몸체(120)의 형상은 도 1에 도시된 바와 같은 원형관에 국한되지 않고, 도 2a 내지 도 2f에 도시된 바와 같이 원형, 타원형, 다각형(예컨대, 삼각, 사각, 오각... 및 마름모, 사다리꼴등)과, 다양한 형태의 요철을 갖는 중공의 관 형태를 취할 수 있다.(도 2a 내지 도 2f에서 각 히팅파이프몸체에 대한 부호를 120a~120f로 명기하고, 윅의 부호를 130a~130f로 명기하였다.)

상기 순환파이프(140)의 형상 또한, 상기 히팅파이프몸체(120)와 같이 다양한 형태로 변형하여 사용한 것이다.

또한, 상술한 히팅파이프(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 적어도 2개가 일체로 형성되어 그 배관 및 조립과정을 보다 쉽게 할 수 있는 구조를 구현시킬 수 있다.(도면에서 부호 100′로 명기함)

그에 대한 자세한 설명은 도 7을 참조로 하여 후술한다.

다음, 도 4 내지 도 6을 참조로 하여 상술한 히트파이프(100)를 적용하여 온돌장치(200)를 구성한 것에 대해서 자세히 설명한다.

상기 도면에 도시된 바와 같이 상기 도 1에 도시된 히팅파이프(100) 다수개가 연결관(210)을 매개로 연결되고, 상기 연결관(210)의 내부에는 열원의 역할을 수행하는 가열된 순환수가 순환되도록 온수순환관(220)이 삽입 설치된다.

상기 연결관(210) 및 히팅파이프(100)는 일체로 형성되거나 또는 도면에 도시된 바와 같이 별도의 부재를 용접 등에 의해 결합시키는 구조로 가능할 것이다.

상기 다수의 히팅파이프(100)는 단열재로 이루어지는 패널(220)의 상면에 수평상태로 안착되게 된다.

상기 패널(230)의 상면에는 물론 상기 히팅파이프(100) 및 연결관(210)이 안착되도록 다수의 파이프안착홈(231)이 마련된다.

또한, 상기 온수순환관(220)은 가열순환수단(240)에 의해 연결되어 가열된 순환수가 계속적으로 공급되도록 구성된다.

상기 가열순환수단(240)은 도 4에 도시된 바와 같이 순환수배출구(241a) 및 순환수공급구(241b), 리턴순환수유입구(241c)가 마련된 본체(241)로 이루어지고, 상기 본체(241)의 내부에는 상기 순환수공급구(241b)로부터 공급되는 순환수를 소정의 온도로 가열시키는 히터(미도시)가 마련된다.

상기 순환수배출구(241a)에는 순환펌프(243)가 설치되어 그 순환펌프(243)의 펌핑력에 의해 온수순환관(220)으로 온수가 공급될 수 있도록 한다.

또한, 상기 패널(230)은 복수개가 조립되어 온돌 면적에 대응하여 사용할 수 있는 것으로서, 상기 연결관(210)이 위치하는 단부의 양끝에 따짐부(233)가 마련되고, 그 따짐부(233)를 통하여 도 4에 도시된 바와 같이 점선표시된 연결파이프(251)를 통해 쉽게 연결관(210) 및 온수순환관(220)을 증설할 수 있도록 구성된다.

상기 연결관(210) 및 온수순환관(220)의 연결부는 도시된 바와 같이 용접처리 된 용접부(W)에 의해 기밀성이 유지되도록 결합시키거나 기타 실링부재(미도시)를 사용하여 결합시킨 것이다.

도 7은 상술한 바 있듯이 히팅파이프(100) 복수개가 일체로 형성된 것을 패널(230)에 배관시킨 상태를 도시한 도면으로서, 상술한 바와 같이 구성함에 따라 시공상의 이점을 갖게 된다. 즉, 배관작업을 보다 효과적으로 할 수 있게 되어 작업의 효율성을 향상시키게 되는 것이다.

다음은 상술한 바와 같은 온돌장치의 동작원리에 대해서 설명한다.

먼저, 순환수공급구(241b)로부터 소정량의 순환수가 공급되면, 가열순환수단(240)의 히터가 상기 순환수를 소정의 온도로 가열한다.

소정의 온도로 가열된 순환수는 순환펌프(243)에 의해 펌핑되어 온수순환관(220)으로 공급되어 다시 리턴순환수유입구(241c)를 통해 가열순환수단(240)의 본체(241)로 유입되는 동작을 반복적으로 행하게 된다.

한편, 상술한 바와 같이 온수순환관(220)을 통해 소정의 온도로 가열된 순환수가 순환함에 따라 연결관(210)에 수용된 작동유체(L)가 가열되어 각 히트파이프(100)의 히팅파이프몸체(120)를 통해 작동유체(L)가 증발하고, 증발된 작동유체(L)는 기체상태로 히팅파이프몸체(120)의 중공부분을 통해 가열되지 않은 다른 쪽 단부로 이동하면서 증발잠열을 히팅파이프몸체(120)의 외부 주위로 전달하여 응축되고, 응축된 유체가 상기 윅(130) 및 순환파이프(140)를 통해 모세관현상에 의해 연결관(210)이 설치된 히팅파이프몸체(120)의 단부측으로 귀환하는 동작을 연속적으로 행하게 된다.

이때, 상술한 순환파이프(140)는 응축된 작동유체(L)의 귀한 능력을 월등히 향상시키게 되어 히트파이프(100)를 패널(230)에 수평상태로 배설 가능함에 따라 패널(230)의 두께를 줄일 수 있게 된다.

따라서, 저용량의 온수를 공급하면서도 높은 열효율을 얻을 수 있게 되어 가열순환수단(240)의 에너지절감효과가 있으며, 상기 가열순환수단(240)의 소형화에 따른 실내설치가 가능한 이점을 갖게 된다.

또한, 상기 가열순환수단(240)을 높은 위치에 설치가 가능함에 따라 수압에 의해서 온수배관에 에어가 생기는 것을 해소시켜 순환수가 원활하게 순환될 수 있도록 한다.

상술한 내용에 있어, 히트파이프(100)의 열원을 순환하는 온수에 한정하여 설명하였으나 그에 한정된 것은 아니며 전기적으로 발열하는 히터수단을 사용해도 무방하다.

상술한 바와 같이 본 발명은 히트파이프의 구조를 개선하여 작동유체 귀환능력 향상에 따른 히트파이프 성능을 월등히 향상시킬 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 개선된 히트파이프를 채용하여 온돌장치를 구현함에 따라 히트파이프를 온돌 패널에 수평상태로 설치가 가능하게 되어 온돌 패널의 두께를 줄이고, 따라서, 에너지 소모율 감소에 따른 에너지 절감효과를 기대할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (6)

1. 양단이 폐쇄된 파이프구조물로 이루어져 그 내부공간을 진공화시킴과 아울러 그 외부에 열원과 접촉되는 히트파이프몸체;

   상기 히트파이프몸체의 내주면을 따라 배치된 위크;

   상기 히트파이프몸체의 내부 공간에 소정 비율로 수용시킨 작동유체 및;

   상기 히트파이프몸체의 일측에 연결되어 응축된 작동유체를 열원과 연결된 히트파이프몸체 내부측으로 순환시키는 순환파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트파이프.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 순환파이프는 상기 히트파이프몸체와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 히트파이프.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 순환파이프가 마련된 히트파이프몸체는 적어도 두 개가 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 히트파이프.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 히트파이프몸체는 그 횡단면형상이 원형, 다각형, 타원형, 소정의 요철형상을 갖는 중공의 관 형태 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 히트파이프.
5. 양단이 폐쇄된 파이프구조물로 이루어져 그 내부공간을 진공화시킴과 아울러 그 외부에 열원과 접촉되는 히트파이프몸체;

   상기 히트파이프몸체의 내주면을 따라 배치된 위크;

   상기 히트파이프몸체의 내부 공간에 소정 비율로 수용시킨 작동유체;

   히트파이프몸체의 일측에 연결되어 된 작동유체를 열원과 연결된 히트파이프몸체 내부측으로 순환시키는 순환파이프로 구성된 히트파이프;

   상기 히트파이프를 수평상태로 안착시키도록 그 상면에 다수의 파이프안착홈이 마련된 단열재의 패널;

   상기 히트파이프 복수개를 작동유체가 연통되어 흐르도록 연결하는 연결관;

   상기 연결관의 내부에 삽입 설치되어 그 내부로 가열된 순환수를 순환시키는 온수순환관 및;

   상기 온수순환관으로 공급되는 순환수를 가열 공급하는 가열순환수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 온돌장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 패널은 복수개가 조립되어 설치가능하며, 그 일단 양측에는 따짐부가 형성되어 상기 연결관 및 온수순환관의 증설을 위한 연결공간을 마련하도록 된 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 온돌장치.