KR200375356Y1 - 히트 파이프 조립체와 이를 이용한 난방장치 - Google Patents

히트 파이프 조립체와 이를 이용한 난방장치 Download PDF

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Abstract

본 고안에 따르면, 난방장치에 설치되는 히트 파이프 조립체는 소정의 길이를 가지는 전열히터와, 상기 전열히터에 설치되는 열전달부재들에 의해 각각 지지되며 상기 전열히터로부터 발생되는 열에 의해 수열부가 가열되는 히트 파이프들을 구비하며, 상기 각 열전달부재는 상기 전열 히터를 감싸는 결합부와, 상기 결합부로부터 연장되어 히트 파이프의 단부와 전열히터가 근접되거나 접촉되도록 지지하는 히트 파이프 지지부를 구비한다.

Description

히트 파이프 조립체와 이를 이용한 난방장치{heat pipe unit and heating apparatus utilizing the same}
본 고안은 히트 파이프 조립체와 이를 이용한 난방장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 전열히터와 히트 파이프의 연결구조가 개선된 히트 파이프 조립체와 이를 이용한 난방용 패널에 관한 것이다.
통상적인 열전달 파이프 즉, 히트 파이프는 관상, 사행 또는 루프형(loop)의 세관내에 열교환매체가 액상과 증기포(蒸氣泡 ) 상태로 주입되어 각각 플러그(plug) 상태로 유지된 상태에서 열의 수열 및 방열에 의해 관내를 순환 또는 축방향으로 진동하면서 열(熱)을 전달하게 된다. 이러한 히트파이프는 밀폐용기, 외벽의 재료 및 작동유체의 종류, 모세관 구조물의 종류, 액체의 귀환방법, 내부의 기하학적 형태, 작동온도 등에 따라 다양하게 분류된다.
히트 파이프의 작동유체 순환은 수열부에 의해 열을 받아 작동유체가 증발함으로써 발열부로 이동되고, 이 발열부에서 증발잠열을 방출한 후 응축된다. 상기와 같이 열은 작동유체에 의해 잠열의 형태로 응축부로 이동되므로 대량의 수송이 가능하다. 또한 히트 파이프는 열 초전도체이므로 길이에 관계없이 히트 파이프 전체에 순간적으로 열전달이 이루어지고, 온도 분포가 거의 동일하며, 에너지 사용효율이 매우 우수하고, 빠른 열 전달로 열 응답이 좋아 체감 만족도가 좋은 장점이 있다.
이러한 히트 파이프는 상술한 바와 같은 장점으로 인하여 다양한 분야에서 적용되고 있다. 특히 각종 난방장치에 이용되는 히트 파이프는 사이폰 방식이나, 모세관 윅 방식이 이용되는데, 상기 히트 파이프를 난방장치에 적용하기 위해서는 상기 수열부를 가열하기 위한 별도의 가열수단이 필요하다.
이 가열수단은 통상적으로 전열히터나 온수가 이용되고 있는데, 그 일 예가 대한민국 등록 실용신안 제 0357842호에 개시되어 있다. 개시된 히트 파이프를 이용한 온수히트 패널은 온수관에 형성된 홀에 결합되는 인서트 핑거튜브와, 이 핑커튜브에 결합되는 히트 파이프를 구비한다.
등록 실용신안 제 272076호에는 히트 파이프 헤드구조가 개시되어 있다. 개시된 히트 파이프 헤드 구조는 유입 및 유출구를 가지며 히트 파이프가 삽입되는 내부 공간부를 구비하고, 이 내부 공간부에 상기 히트 파이프와 접촉되며 내부 공간부를 2분할 하는 분할리브(18)를 구비한다.
상기 히트 파이프의 수열부를 가열하기 위한 열교환 매체로서 물을 이용하는 경우 물을 별도로 가열하기 위한 보일러가 필요하게 되므로 상대적으로 설치에 따른 많은 제약을 받게 되며 누수의 위험성이 있다.
한편, 이러한 점을 감안하여 히트 파이프의 수열부를 가열하기 위해 전열히터를 이용한 예가 등록 실용신안 제 0306501호에 개시되어 있다. 개시된 히트 파이프 난방장치는 요홈이 형성된 열전도체가 장착된 히터와, 히트 글라스가 발라진 요홈에 히트 파이프가 삽입되고, 상기 열전도체가 장착된 히터에 부착된 전원 공급장치를 구비한다.
등록 실용신안 제 0265125호에는 히트 파이프를 이용한 난방장치가 개시되어 있다. 개시된 난방장치는 히트 파이프와, 상기 히트 파이프를 지지하는 다수의 요홈이 형성되며 상호 결합되는 열전도체 상판 및 열전도체 하판과, 상기 열전도체를 가열하는 히터를 구비한다.
상기와 같은 히트 파이프 난방장치는 열전도체가 히터를 감싸고 있으므로 열전도체의 축열 용량이 커지게 되고, 나아가서는 상기 히트 파이프에 열원을 제공하기 위하여 상기 히트 파이프의 수열부를 가열하는 시간이 상대적으로 길어지게 된다. 또한 상기 열전도체를 가열하여야 하므로 히터의 용량이 상대적으로 커지는 문제점이 있다.
본 고안은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전열히터로부터 히터 파이프의 수열부로 열을 전달하기 위한 구조가 간단하고 축열 용량을 상대적으로 줄여 가열시간을 단축시킬 수 있는 히트 파이프 조립체와 이를 이용한 난방장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 고안의 다른 목적은 히트 파이프와 전열히터 사이의 열전달율을 높여 상대적으로 전열히터의 용량을 줄일 수 있는 히트 파이프 조립체와 이를 이용한 난방장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 따른 히트 파이프 조립체는
소정의 길이를 가지는 전열히터와,
상기 전열히터에 설치되는 열전달부재들에 의해 각각 지지되며 상기 전열히터로부터 발생되는 열에 의해 수열부가 가열되는 히트 파이프들을 구비하며,
상기 각 열전달부재는 상기 전열 히터를 감싸는 결합부와, 상기 결합부로부터 연장되어 히트 파이프의 단부와 전열히터가 근접되거나 접촉되도록 지지하는 히트 파이프 지지부를 구비하여 된 것을 그 특징으로 한다.
본 고안에 있어서, 상기 열전달부재들의 사이에는 상기 전열히터를 감싸며 열전달부재와 결합되는 보조 열전달부재를 더 구비한다. 상기 열전달부재는 단일의 본체로 이루어질 수 있는데, 상기 결합부는 전열히터가 통과하는 제1관통공을 가지며, 상기 히트 파이프 지지부는 상기 제1관통공과 직교하는 방향으로 형성되어 상기 히트 파이프의 단부가 삽입되는 제2관통공을 가진다.
그리고 상기 전열히터와 열전달부재의 결합부 내주면 사이 및 히트 파이프 지지부와 히트 파이프의 외주면 사이에는 이들 사이의 열전달을 원활하게 하기 위한 열교환 매체가 충진된다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 따른 상기 히트 파이프 조립체를 이용한 난방장치는 소정의 길이를 가지는 전열히터와, 상기 전열히터에 소정의 가격으로 설치되는 것으로 상기 전열 히터를 감싸는 결합부와 상기 결합부로부터 연장되어 히트 파이프의 단부와 전열히터가 근접되거나 접촉되도록 지지하는 히트 파이프 지지부를 가진 열전달부재를 구비한 히트 파이프 조립체와;
상기 각 열전달부재들에 의해 지지된 히트 파이프들과 접속되는 방열부재와;
상기 방열부재와 대응되는 측에 설치되는 단열부재를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.
상기 단열부재와 방열부재의 사이에는 열을 반사하는 반사 단열판을 더 구비한다. 그리고 상기 전열히터는 관상히터로 이루어지며, 상기 방열부재는 열전달율이 상대적으로 높은 동, 알루미늄 판, 또는 히트 파이프를 연결하는 금속 스트립으로 이루어질 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 고안에 따른 히트 파이프 조립체를 이용한 난방장치의 일 실시예를 도 1 및 도 2에 나타내 보였다.
도면을 참조하면, 난방장치(10)는 베이스 플레이트에 지지되는 단열부재(11)와, 상기 단열부재(11)에 설치되는 반사단열판(12) 및 반사 단열판(12) 상에 설치되는 히트 파이프 조립체(30)와, 상기 히트 파이프 조립체(30)상에 설치되는 방열판부재(14)를 구비한다.
상기 반사 단열판(12)은 상기 히트 파이프 조립체(30)의 하면으로부터 발생된 열이 단열재 측으로 전도되는 것을 방지하고, 복사열을 상기 방열판부재(14)측으로 반사시킬 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다. 상기 방열판부재(14)는 판상으로 형성된 것을 실시예로 설명하였으나 이에 한정되지 않고 히트파이프로부터 발생된 열을 히터 파이프들의 사이로 전달할 수 있는 것이면 어느 것이나 가능하다. 예컨데, 플레이트 바, 관상, 스트립상의 판재로 이루어질 수 있다.
상기 히트 파이프 조립체(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 전열히터(31)와, 이 전열히터(31)에 소정의 간격으로 설치되는 복수개의 열전달부재(40)들과, 상기 각 열전달부재(40)에 지지되어 상기 전열히터(31)로부터 발생된 열을 전달하는 히트 파이프(60)들을 구비한다.
이를 더욱 상세하게 설명하면, 상기 전열히터(31)는 튜브에 히터가 설치된 막대상의 전열히터를 사용함이 바람직한데, 이에 한정되지는 않는다.
상기 열전달부재(40)는 히트 파이프(60)를 지지함과 아울러 전열히터(31)로부터 발생된 열을 히트 파이프(60)의 수열부에 전달하는 것으로, 그 일 실시예를 도 2 내지 도 4에 나타내 보였다. 도면을 참조하면, 상기 열전달부재(40)는 상기 전열 히터(31)를 감싸는 결합부(41)와, 상기 결합부(41)로부터 연장되어 히트 파이프(60)의 단부와 전열히터가 근접되거나 접촉되도록 히트 파이프(60)을 지지하는 히트 파이프 지지부(42)를 구비한다. 상기 열전달부재(40)는 알루미늄, 동 등과 같이 열전달율이 상대적으로 좋은 재질로 이루어진 단일의 본체(43)에 전열히터(31)가 삽입되는 제1관통공(44)이 형성되어 결합부(41)를 형성할 수 있으며, 상기 본체(43)에 상기 제1관통공(44)과 직교하는 방향으로 히트 파이프(60)의 수열부를 지지하는 제2관통공(45)이 형성되어 히트 파이프 지지부(42)를 형성할 수 있다. 여기에서 상기 본체(43)는 상대적으로 축열용량이 크지 않도록 작게 형성함이 바람직하다.
한편, 도 5에는 본 고안에 따른 열전달부재(50)의 다른 실시예를 나타내 보였다. 도면을 참조하면, 열전달부재(50)는 소정두께의 알루미늄, 알루미늄합금, 동, 동합금으로 이루어진 판재가 프레스 성형되어 이루어진 것으로, 상기 전열히터(31)의 직경보다 상대적으로 큰 직경을 중앙부가 밴딩되어 이루어진 결합부(51)와, 상기 결합부(51)의 단부로부터 연장되어 반원형으로 밴딩되어 상기 히트 파이프(60)의 수열부를 감싸 지지하는 히트 파이프 지지부(52)(53)를 구비한다. 여기에서 상기 결합부(51)의 탄성력에 의해 히트 파이프 지지부(52)(53)를 상호 대응되는 방향으로 탄성바이어스 시켜 상기 히트 파이프(60)의 파지력을 높이는 것이 바람직한데, 이에 한정되지 않고 피트 파이프 지지부(52)(53)와 히트 파이프(60)를 결합하기 위해 도면에는 도시되어 있지 않으나 열전도성 본드, 클립 등과 같은 결합수단을 더 구비할 수 있다.
상기 실시예들에 있어서, 상기 전열히터(31)와 열전달부재(40)의 결합부(41)(51)의 내주면 및 히트 파이프(60)의 수열부 외주면과 상기 히트 파이프 지지부(42)(52,53)의 내주면 사이에는 상기 전열히터(31)로부터 발생된 열을 히터 파이프(60)의 수열부 측에 용이하게 전달 될 수 있도록 열전달 매체(70)가 충진된다. 이 열전달매체(70)는 프리트 글라스 등과 같은 고체 충진재로 이루어질 수 있다.
그리고 전열히터(31)에 삽입된 열전달부재(40)들의 사이에는 상기 전열히터를 감싸 보호하며 상기 전열히터(31)로부터 발생된 열을 상기 열전달부재(40)(50)로 전달하는 보조 열전달부재(35)를 구비한다. 이 보조 열전달부재(35)는 관상으로 이루어져 상기 각 열전달부재(40)(50)들의 사이의 전열히터(31)에 끼워지도록 함이 바람직하다. 상기 보조 열전달부재(35)는 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고, 전열히터를 감싸 외부로 노출되지 않도록 함과 아울러 이로부터 발생된 열을 상기 열전달부재 측으로 전달할 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다.
한편, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상기 전열히터(31)에 지지되는 열전달부재(40)는 히트 파이프(60)가 전열히터(31)의 양측에 위치될 수 있도록 히트 파이프 지지부가 교호적으로 위치되도록 설치될 수 있으며, 도 7에 도시된 바와 같이 열전달 부재(40)의 히터 지지부 상호간에 소정의 각도를 이루도록 지지될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 고안에 따른 히트 파이프 조립체와 이를 이용한 난방장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
본 고안에 따른 히트 파이프 조립체(30)를 장착된 난방장치(10)는 상기 전열히터(31)에 소정의 전압이 공급됨에 됨에 따라 전열히터(31)가 발열하게 되고, 이 때에 발생된 열은 히터 파이프(60)를 지지하는 열전달부재(40)를 가열하게 된다. 이 과정에서 상기 열전달부재(40)의 결합부(41)는 전열히터(31)를 감싸 있고, 이들 사이에 열전달매체(70)가 충진되어 있으므로 열전달율을 높일 수 있다. 특히 상기 열전달부재(40)는 전열히터(31)를 따라 연속되지 않고 불연속적으로 형성되어 있고, 이들의 사이에 전열히터(31)를 감싸는 보조 연전달부재(35)가 설치되어 있으므로 열전달부재(40),(50)의 가열시간을 단축시킬 수 있다. 그리고 상기와 같이 전열히터(31)로부터 열전달부재(40)의 결합부로 전달된 열은 이로부터 연장되는 히트 파이프 지지부(42),(52,53)와 히트 파이프(60)의 수열부로 전달된다.
이와 같이 전달된 열에 의해 상기 히트 파이프(60)의 수열부 내에 충진된 작동유체를 가열하게 되고, 이 작동유체의 단열팽창 또는 증발 및 응축 작용으로 열을 전달하게 된다.
상기와 같이 히트 파이프(60)를 통하여 전달된 열은 이와 접촉된 방열판부재(14)로 전달됨으로써 설정된 영역을 난방할 수 있게 된다. 이 과정에서 상기 방열판부재(14)와 대응되는 측에 설치된 반사 단열판(13)은 복사열을 상기 방열판부재(14) 측으로 반사시킨다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 히트 파이프 조립체와 이를 이용한 난방장치는 다음과 같은 작용효과를 가진다.
첫째; 전열히터로부터 발생된 열을 히트 파이프에 전달하며 이를 지지하는 열전달부재들을 히트 파이프 마다 개별적으로 설치함으로써 열전달부재의 축열용량을 줄일 수 있으며, 나아가서는 히트 파이프의 가열에 따른 시간을 단축할 수 있다.
둘째; 히트 파이프에 지지된 열전달부재를 적은 열량을 가열할 수 있으므로 전열히터의 용량을 상대적으로 줄일 수 있다.
셋째; 열전달부재들의 사이에 상대적으로 작은 열용량을 가지는 보조 열전달부재를 설치함으로써 전열히터로부터 발생된 열의 손실을 줄일 수 있다.
넷째; 전열히터로부터 히트 파이프, 방열판 부재로 열전달되는 시간을 줄일 수 있으며, 나아가서는 초기 난방부하를 줄일 수 있다.
본 고안은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예컨데, 상기 열전달부재에는 개별적으로 코일 히터가 설치될 수 있다. 이러한 히트 파이프 조립체와, 이를 이용한 난방장치는 침대, 돌침대, 온돌방 등에 다양하게 적용할 수 있다.
도 1은 본 고안에 따른 히트 파이프 조립체를 이용한 난방장치의 일부절제 단면도,
도 2는 보 고안에 따른 히트 파이프 조립체를 발췌하여 도시한 분리 사시도,
도 3은 열전달부재에 의해 전열히터와 히트 파이프가 열결된 상태를 나타내 보인 일부절제 사시도,
도 4는 열전달부재에 의해 전열히터와 히트 파이프가 열결된 상태를 나타내 보인 단면도,
도 5는 열전달부재의 다른 실시예를 나타내 보인 사시도,
도 6 및 도 7은 본 고안에 따른 히트 파이프 조립체의 다른 실시예를 나타내 보인 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10; 난방장치.
30; 히트 파이프 조립체
40,50; 열전달부재
60; 히트 파이프

Claims (8)

  1. 소정의 길이를 가지는 전열히터와,
    상기 전열히터에 설치되는 열전달부재들에 의해 각각 지지되며 상기 전열히터로부터 발생되는 열에 의해 수열부가 가열되는 히트 파이프들을 구비하며,
    상기 각 열전달부재는 상기 전열 히터를 감싸는 결합부와, 상기 결합부로부터 연장되어 히트 파이프의 단부와 전열히터가 근접되거나 접촉되도록 지지하는 히트 파이프 지지부를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 히트 파이프 조립체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열전달부재들의 사이에는 상기 전열히터를 감싸는 보조 열전달부재를 더 구비하여 된 것을 특징으로 하는 히트 파이프 조립체.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 열전달부재는 동 또는 알루미늄으로 이루어진 단일의 본체로 이루어지며, 상기 결합부는 본체에 형성되어 전열히터가 통과하는 제1관통공을 가지며, 상기 히트 파이프 지지부는 상기 본체에 제1관통공과 직교하는 방향으로 형성되어 상기 히트파이프의 단부가 삽입되는 제2관통공을 가진 것을 특징으로 하는 히트 파이프 조립체.
  4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전열히터와 열전달부재의 결합부 내주면 사이 및 파이프 지지부와 히트 파이프의 외주면 사이에는 이들 사이의 열전달을 원활하게 하기 위한 충진된 열교환 매체를 더 구비하여 된 것을 특징으로 하는 히트 파이프 조립체.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 열전달부재의 히트 파이프 지지부가 전열히터를 중심으로 교호적으로 설치되어 히트파이프가 상기 전열히터의 양측으로 배열된 것을 특징으로 하는 히트 파이프 조립체.
  6. 소정의 길이를 가지는 전열히터와, 상기 전열히터에 소정의 가격으로 설치되는 것으로 상기 전열 히터를 감싸는 결합부와 상기 결합부로부터 연장되어 히트 파이프의 단부와 전열히터가 근접되거나 접촉되도록 지지하는 히트 파이프 지지부를 가진 열전달부재를 구비한 히트 파이프 조립체와;
    상기 각 열전달부재들에 의해 지지된 히트 파이프들과 접속되는 방열부재와;
    상기 방열부재와 대응되는 측에 설치되는 단열부재를 포함하여 된 것을 그 특징으로 하는 히트 파이프를 이용한 난방장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 단열부재와 방열부재의 사이에는 열을 반사하는 반사 단열판을 더 구비하여 된 것을 특징으로 하는 히트 파이프를 이용한 난방장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 방열부재는 열전달율이 상대적으로 높은 동, 알루미늄판, 또는 히트 파이프를 연결하는 금속 스트립으로 이루어진 것을 특징으로 하는 히트 파이프를 이용한 난방장치.
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