KR200370067Y1

KR200370067Y1 - 바닥 냉난방용 패널

Info

Publication number: KR200370067Y1
Application number: KR20-2004-0027826U
Authority: KR
Inventors: 이기우; 전원표; 박기호; 이계중; 이욱현
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2004-12-10

Abstract

본 고안은 루프형 세관 히트파이프를 이용하여 냉·온열을 효율적으로 전달하는 장치를 구성하여 바닥 냉난방용 패널에 적용한 것으로서, 냉·난방용 패널에 장착된 루프형 세관 히트파이프의 국소 지점에 위치한 흡열부에 냉·온수관이 지나며, 냉·온수관을 통해 전달된 냉·온열이 루프형 세관 히트파이프의 흡열부에 전달되고, 흡열부에 전달된 냉·온열은 연결 전열관을 통해 발열부로 매우 빠르고 효율적으로 전달되어 최종적으로 발열부에서 패널을 통해 방바닥으로 냉·온열을 방출하는 방식으로 되어 있어 여름철 및 겨울철의 냉난방을 달성하고자 하는 것이다.

Description

바닥 냉난방용 패널{Floor cooling and heating panel}

본 고안은 냉·온수를 이용한 바닥 냉·난방 패널에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 히트파이프를 바닥 냉·난방 패널에 적용하여 관수량을 대폭 감소시키며 냉·난방비를 크게 줄일 수 있고, 냉·난방용 바닥 전체의 온도의 치우침이 없게 하며, 시공의 편의성은 물론 재료비 및 운전비를 대폭 절감할 수 있는 바닥 냉·난방용 패널에 관한 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 루프형 히트파이프를 나타낸 개략도로서, 하나의 관내부에 모세관 구조물인 윅(15)을 통해 응축된 액을 증발부(10)로 환류시키고 증발부(10)에서 발생된 증기는 윅(15)을 제외한 다른 유로를 통해 응축부(40)로 이동하는 메카니즘으로 되어 있으며, 액유동은 응축부(40)에서 증발부(10) 길이방향 전체에 걸친 윅을 통하기 때문에 마찰손실이 상당하며, 액유동과 중기유동 대향류 형태로 흐르게 되어 일부 윅(15)의 경우 기액 마찰에 의한 압력손실이 발생된다.

루프형 세관 히트파이프는 증발부(10)로의 액 귀환 및 응축부(40)로의 증기이동이 하나의 세관을 따라 이루어지기 때문에 기존의 히트파이프에 비해 작은 유동 마찰 저항을 가질 수 이어 설계측면에서 유리하다.

또한 루프형 히트파이프에서의 윅(15)은 증발부(10)에 위치하기 때문에 구조적으로 히트 파이프 전체에서 차지하는 기존 히트파이프에 비해 작다.

종래의 주거용 주택 및 아파트 건축에서의 바닥 난방의 경우, 온돌용 온수 파이프인 동파이프 및 엑셀파이프 등을 난방 대상이 되는 바닥 전체에 등간격의 사행(蛇行, serpentine)형식으로 혹은 동심원 형식으로 반복적으로 설치되어 온수가상기 온돌용온수 파이프 내부를 흐르면서 방바닥으로 열을 전달하여 난방을 한다. 이러한 이유로, 바닥 면에서 난방열이 일정하게 방열되도록 하기위해서는 온수용 파이프가 난방 대상의 방마다 바닥 전체에 골고루 설치되도록 되어 있어 배관 길이가 자연히 길어지게 되며, 이렇게 길어진 배관 내에 온수가 가득 차서 흐르기 때문에 난방용 온수량이 증가하고 이러한 온수를 적정 난방온도로 가열하기 위해서는 상당한 양의 에너지를 소비하게 된다. 또한, 이러한 온돌용 온수 파이프를 설치한 시멘트 및 기타 마감재를 이용하여 일정 두께이상 시공하기 때문에 시멘트를 포함한 바닥 자체가 상당한 열용량을 가진 층을 구성되어 최초 난방 시에 적정온도에 도달하기 까지 많은 시간이 소요는 문제점이 대두된다. 또한, 문제 발생시에 시공된 바닥층을 다시 재시공해야 하는 유지 보수에 대한 불편한 점이 있다.

이러한 단점을 보완하고자 히트파이프를 이용한 바닥 난방용 패널에 대한 기술들이 소개되어 있다. 온수 온돌용 패널의 핵심이 되는 히트파이프의 가장 일반적인 것으로 서, 종래의 열사이폰 형식의 단일 관 히트파이프를 병렬형태로 여러 겹 나열한 뒤 히트파이프의 가장자리에 온수가 지나가는 온수재킷 혹은 헤더를 구성하여 바닥에 경사되게 설치하는 예가 있으나, 이 경우 시공 바닥 층의 두께가 상대적으로 두꺼워 지고 시공 시 경사각이 낮아질 경우 히트파이프의 성능저하로 인해 난방성능이 떨어지는 단점이 있다. 이에 경사각을 주지 않고 수평하게 시공하기 위해 내부에 열전달 성능을 향상시키는 구조물(윅,Wick)을 삽입한 단일 관 히트파이프를 병렬로 여러 개의 관군으로 구성한 후 상기한 헤더를 부착하여 방열패널에 접합 후 단열한 경우가 있다. 상기한 이 두 가지 예에서 볼 수 있듯이 개별 단일관 히트파이프를 제작하고 병렬로 나열한 뒤 파이프군 각각의 가장 자리에 헤더를 부착하여 온수가 흐르도록 하는 방식은 동일하다.

최근에 소개된 진동 세관형 히트파이프를 이용한 온수온돌패널의 경우 난방용 온수량을 대폭 줄이고 시공의 편이성을 높이며, 단위 패널의 제작비용을 절감하도록 한 예가 될 있다.

상기한 종래의 히트파이프를 이용한 경우와 진동 세관형 히트파이프를 이용한 경우 모두 히트파이프로의 열전달 용이하게 하기 위해서 온수가 하나의 패널 내에 설치된 히트파이프의 전체를 가로지르는 헤더 혹은 많은 수의 개별 히트파이프가 병렬로 연결되도록 설치된 헤더를 지난 흐르도록 되어 있기 때문에 기존의 온돌용 온수 파이프인 동파이프 혹은 엑셀 파이프에 비해서는 온수량이 많이 줄지만, 히트파이프의 성능향상을 통한 난방성능을 향상시키고, 보일러의 효율 등을 더욱 향상시키기 위해서는 관련 기술에 대한 연구개발이 필요하다. 또한, 특별한 경우, 여름철 주거용 공간의 냉방을 복사형태의 바닥 냉방 형식으로 전환할 경우, 기존의 바닥패널을 그대로 이용하여 사용가능하며, 적정 온도 유지를 통한 쾌적한 주거환경을 만들 필요가 있다.

본 고안은 전술한 바와 같이 종래의 온수온돌용 난방방식의 단점을 극복하고 기존의 히트파이프형 온수온돌 패널의 성능을 더욱 향상시키는 방식을 제공한다.

본 고안에 따른 루프형 세관 히트파이프가 냉·난방 패널의 전체 면적에 걸쳐 도 4에 보는바와 같이 상기 패널의 한 쪽 면의 끝단 혹은 모서리 부분에 냉 ·온수관이 지나도록 되어있으며, 이러한 냉·온수관은 반드시 루프형 세관 히트파이프의 증발부를 지나도록 되어 있다.

도 1은 종래기술에 따른 루프형 히트파이프를 나타낸 개략도.

도 2는 본 고안에 따른 루프형 세관 히트파이프를 나타낸 개략도,

도 3은 본 고안에 따른 냉·온수 이용 냉·난방 패널를 나타낸 개략도.

도 4a는 본 고안의 제1실시예를 나타낸 개략도.

도 4b는 본 고안의 제2실시예를 나타낸 개략도.

도 4c는 본 고안의 제3실시예를 나타낸 개략도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 증발부 15: 윅

16 : 보상챔버 19: 기체통과통로

20 : 증기관 30 : 액관

40 : 응축부 50 : 알루미늄 방열패널

60 : 단열재 70 : 냉·온수관

이를 실현하기 위한 본 발명의 구성으로서, 도 2는 본 발명의 루형 세관 히트파이프의 구성을 나타낸 개략도이며, 이를 자세히 설명하면, 루프형 세관 히트파이프의 주요구성은 응축부(40)와 증발부(10)에서 생성된 각각의 기체와 액체는 기존의 히트파이프와는 달리 같은 방향으로 흐른다.

일반적으로 루프형 히트파이프는 구조적 특성상 작은 마찰 손실에 기인한 종래의 히트파이프에 비해 열전송 능력이 뛰어나며, 열원이 증발부(10)에 공급되면, 가열면에서 윅쪽으로 전도에 의해 열이 전달되고 액체가 포화온도에 도달하여 증발을 위한 핵생성에 필요한 온도가 될 때까지 윅(15)의 온도는 상승한다. 윅(15)과 가열면사이에서 포화온도에 도달하는 계면에서 증기가 발생한다.

발생된 증기는 증기배출통로를 지나 증기관(20)을 통해 응축부(40)로 공급되어 응축된다. 이와 동시에 윅(15)에서의 모세관력 생성으로 응축부에서 응축된 액체를 보상챔버(16)로 공급하도록 하여 연속적인 작동을 하게 된다.

상기 증발부(10)에서 증발된 기체는 내측에 마련된 윅(15)을 통하여 증발된 기체가 흐르게 되며, 증기관(20)을 통과하여 응축부(40)로 이동하게 되며, 상기 응축부(40)에서 응축되어 액상으로 변한 액체는 액관(30)을 지나서 보상챔버(16)로 저장된다. 상기 보상챔버(16)에 저장된 액체는 증발부(10)로 이동하게 되면서 외부의 열원에 의하여 증발되어 윅(15)을 지나서 증기관(20)을 지나서 응축부(40)로복귀하는 것이다.

상기 증발부(10)의 윅(15)은 증발부(10)의 길이 방향으로 완전히 충진될 수 있으며, 다른 실시예로서 기체의 원활한 유동을 위하여 상기 증발부(10)의 내측에 윅(15)이 길이방향으로 장착되되, 상기 윅(15)의 내부에 윅(15)이 형성되지 않은 기체통과통로(19)가 이루어지도록 한다.

도 4a는 본 고안의 제1실시예를 나타낸 개략도로서, 증발부(10)가 알루미늄 방열패널(50)의 단측의 중앙부에 설치되되, 상기 증발부(10)에 온수가 지나면서 증발부(10)의 작동유체를 증발시키며, 증발된 작동유체는 온돌에 위치하는 응축부(40)로 유동하면서 온돌부의 온도를 증가 시키거나 감소시키며, 다시 증발부(10)로 복귀되는 것이다.

이때에 증발부(10)의 일측에는 보상챔버(16)가 장착되어 부족한 작동유체를 충진하거나, 증발되는 작동유체의 량을 조절하는 것이다.

도 4b는 본 고안의 제2실시예를 나타낸 개략도로서, 증발부(10)가 알루미늄 방열패널(50)의 장측의 중앙부에 설치되어 온돌의 온도를 일정하게 증가시키거나 감소시키는 것이다.

도 4c는 본 고안의 제3실시예를 나타낸 개략도로서, 증발부(10)가 알루미늄 방열패널(50)의 모서리부에 설치되어 온돌의 온도를 일정하게 증사시키거나, 감소시키는 것이다.

이와 같이 구성되는 본 고안의 바닥 냉·난방용 패널은 수평을 유지하면서도 냉·난방용 패널에 장착된 루프형 세관 히트파이프의 국소 지점에 위치한 흡열부에 냉·온수관이 지나며, 냉·온수관을 통해 전달된 냉·온열이 루프형 세관 히트파이프의 증발부에 전달되고, 흡열부에 전달된 냉·온열은 연결 전열관을 통해 발열부로 매우 빠르고 효율적으로 전달되어 최종적으로 응축부에서 패널을 통해 방바닥으로 냉·온열을 방출하는 방식으로 되어 있어 여름철 및 겨울철의 냉·난방을 달성하고자 하는 것이다.

이러한 수평형 구성으로 인하여 중력의 영향을 받지 않고도 작동유체의 순환이 가능하며, 이러한 작동원리에 의하여 바닥 패널의 두께가 얇아 질수 있어서 원가절감 및 시공에 매우 유리한 이점을 제공하는 것이다.

Claims

바닥 냉·난방용 패널에 있어서,

작동유체의 유체량을 보상하는 보상챔버(16)가 증발부(10)와 일체로 형성되며, 상기 증발부(10)의 내측에 윅(15)이 길이방향으로 장착되며, 상기 증발부(10)의 일측에 증기관(20)이 연결되며, 상기 증기관(20)은 단열재(60)가 내장된 알루미늄 방열패널(50)내부에 장착되어 열을 상기 방열패널(50)로 전달하며, 내부의 작동유체를 응축시키는 응축부(40)로 기체의 유동을 유도하며, 상기 응축부(40)에서 응축된 액상이 보상챔버(16)가 마련된 증발부(10)로 복귀하도록 안내하기 위한 액관(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 냉난방용 패널.
바닥 냉난방용 패널에 있어서,

작동유체의 유체량을 보상하는 보상챔버(16)가 증발부(10)와 일체로 형성되며, 상기 증발부(10)의 내측에 윅(15)이 길이방향으로 장착되며, 상기 증발부(10)의 일측에 증기관(20)이 연결되며, 상기 증기관(20)은 단열재(60)가 내장된 알루미늄 방열패널(50)내부에 장착되어 열을 상기 방열패널(50)로 전달하며, 내부의 작동유체를 응축시키는 응축부(40)로 기체의 유동을 유도하며, 상기 응축부(40)에서 응축된 액상이 보상챔버(16)가 마련된 증발부(10)로 복귀하도록 안내하기 위한 액관(30)을 포함하며,

상기 증발부(10)가 상기 알루미늄 방열 패널(50)의 단측의 일측에 설치되며,열원을 제공하는 냉온수관(70)이 상기 알루미늄 방열패널(50)의 내부로 설치되며, 상기 증발부(10)에 열원을 제공하는 것을 특징으로 하는 바닥 냉난방용 패널.
바닥 냉난방용 패널에 있어서,

작동유체의 유체량을 보상하는 보상챔버(16)가 증발부(10)와 일체로 형성되며, 상기 증발부(10)의 내측에 윅(15)이 길이방향으로 장착되며, 상기 증발부(10)의 일측에 증기관(20)이 연결되며, 상기 증기관(20)은 단열재(60)가 내장된 알루미늄 방열패널(50)내부에 장착되어 열을 상기 방열패널(50)로 전달하며, 내부의 작동유체를 응축시키는 응축부(40)로 기체의 유동을 유도하며, 상기 응축부(40)에서 응축된 액상이 보상챔버(16)가 마련된 증발부(10)로 복귀하도록 안내하기 위한 액관(30)을 포함하며,

상기 증발부(10)가 상기 알루미늄 방열 패널(50)의 장측의 일측에 설치되며, 열원을 제공하는 냉온수관(70)이 상기 알루미늄 방열패널(50)의 내부로 설치되며, 상기 증발부(10)에 열원을 제공하는 것을 특징으로 하는 바닥 냉난방용 패널.
바닥 냉난방용 패널에 있어서,

작동유체의 유체량을 보상하는 보상챔버(16)가 증발부(10)와 일체로 형성되며, 상기 증발부(10)의 내측에 윅(15)이 길이방향으로 장착되며, 상기 증발부(10)의 일측에 증기관(20)이 연결되며, 상기 증기관(20)은 단열재(60)가 내장된 알루미늄 방열패널(50)내부에 장착되어 열을 상기 방열패널(50)로 전달하며, 내부의 작동유체를 응축시키는 응축부(40)로 기체의 유동을 유도하며, 상기 응축부(40)에서 응축된 액상이 보상챔버(16)가 마련된 증발부(10)로 복귀하도록 안내하기 위한 액관(30)을 포함하며,

상기 증발부(10)가 상기 알루미늄 방열 패널(50)의 모서리 부에 설치되며, 열원을 제공한 냉온수관(70)이 상기 알루미늄 방열패널(50)의 내부로 설치되며, 상기 증발부(10)에 열원을 제공하는 것을 특징으로 하는 바닥 냉난방용 패널.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 증기관(20)이 단열재(60)가 내장된 알루미늄 방열패널(50)내부에 장착되되, 상기 알루미늄 방열패널(50) 내부에 지그재그형상으로 배치되어 상기 알루미늄 방열패널(50)의 내부에 걸쳐 균일하도록 이루어 진 것을 특징으로 하는 바닥 냉난방용 패널.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 증발부(10)의 내측에 윅(15)이 길이방향으로 장착되되, 상기 윅(15)의 내부에 윅(15)이 형성되지 않은 기체통과통로(19)가 이루어 진 것을 특징으로 하는 바닥 냉난방용 패널.