KR20040042359A - Heat pipe assembly - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 바닥 난방시스템과 태양열 집열시스템 등에 사용되는 히트파이프 조립체에 관한 것으로, 특히 진공상태가 되도록 양단이 밀폐되고 그 내부에 작동유가 저수된 히트파이프에 작동유를 가열하는 가열수단이 작동유에 잠기도록 관통 설치됨으로써, 작동유의 가열면적이 확장되어 작동유의 증발이 촉진됨에 따라 열효율을 증진시킬 수 있는 히트파이프 조립체에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pipe assembly for use in a floor heating system, solar heat collection system, and the like, in particular, so that the heating means for heating the working oil in the heat pipe sealed at both ends to be in a vacuum state and the working oil is stored therein so as to be submerged in the working oil. By penetrating through, the heating area of the working oil is extended to the heat pipe assembly that can promote the thermal efficiency as the evaporation of the working oil is promoted.
일반적으로 히트파이프는, 진공상태의 금속관 내에 비점이 낮고 증발 잠열이 큰 메탄올, 무수 에탄올이나, 정제수, 또는 프로파논 계열의 액체 등과 같은 작동유(열매체)를 주입하여 제작되는 것으로, 저압의 조건에서 작동유가 쉽게 액체에서 증기로 상변화한다는 특징을 이용하여 상변화시의 잠열로써 열을 전달하는 장치이다. 이러한 히트파이프는 일반공조, 냉난방, 전자기기의 냉각, 중온범위의 폐열회수 및 태양열의 집열 등에 효율적인 열전달 요소로 사용된다. 히트파이프의 장점은 무엇보다도 별도의 동력원없이 구리의 최고 수백배에 달하는 열전도 성능을 발휘할 수 있다는 것이다.In general, a heat pipe is manufactured by injecting a working oil (thermal medium) such as methanol, anhydrous ethanol, purified water, or a propane-based liquid, such as methanol having a low boiling point and a large latent heat of evaporation, into a vacuum metal tube. Is a device that transfers heat as latent heat at the time of phase change by using the feature that phase changes easily from liquid to vapor. The heat pipe is used as an efficient heat transfer element for general air conditioning, heating and cooling, cooling of electronic devices, waste heat recovery in the middle temperature range, and solar heat collection. The advantage of heatpipes is that they can deliver up to several hundred times the thermal conductivity of copper without a separate power source.
이와 같은 특징을 갖는 종래의 히트파이프가 도 1내지 도 3에 도시되어 있다.A conventional heat pipe having such a feature is shown in FIGS. 1 to 3.
도 1은 종래의 단관형 히트파이프를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 종래의 단관형 히트파이프(100)는 도시된 바와 같이, 금속관(101)의 양단을 금속마개(102)로 막고 그 접합면을 용접하여 밀폐하며, 금속마개(101)의 주입구(102a)를 통해 공기를 빼내 금속관(101)의 내부를 진공에 가까운 상태로 유지시킨 다음, 주입구(102a)를 통해 일정량의 작동유(110)를 주입한 후, 주입구(102a)를 용접함으로써, 제작된다.1 is a cross-sectional view schematically showing a conventional short tube heat pipe. As shown in the related art, the single pipe type heat pipe 100 closes both ends of the metal pipe 101 with the metal plug 102 and welds and seals the joint surface thereof, and through the injection hole 102a of the metal plug 101. Air is drawn out to maintain the inside of the metal tube 101 in a state close to vacuum, and then a certain amount of hydraulic oil 110 is injected through the inlet 102a, and then the inlet 102a is manufactured.
도 2는 종래의 단관형 히트파이프가 적용된 바닥 난방시스템을 개략적으로 나타낸 개략도이고, 도 3은 도 2의 A-A 선단면도이다. 종래의 히트파이프가 적용된 바닥 난방시스템은 도시된 바와 같이, 순환펌프(120)에 의해 온수가 순환되는 온수파이프(130) 상에 티형관(140)을 통해 히트파이프(100)의 일단이 접면되도록 설치됨으로써, 온수파이프(130)를 순환하는 온수의 열이 히트파이프(100)의 일단부를 통해 그 내부에 주입된 작동유(110)를 가열하게 되고, 작동유(110)가 증발할 때 발생되는 증발잠열이 히트파이프(100)를 통해 바닥의 콘크리트층이나 보온층에 전달되어 바닥 난방이 이루어진다.FIG. 2 is a schematic view schematically illustrating a floor heating system to which a conventional short tube heat pipe is applied, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. As shown in the conventional floor heating system to which the heat pipe is applied, one end of the heat pipe 100 is folded through the tee tube 140 on the hot water pipe 130 where the hot water is circulated by the circulation pump 120. By being installed, heat of hot water circulating in the hot water pipe 130 heats the hydraulic oil 110 injected therein through one end of the heat pipe 100, and latent heat of evaporation generated when the hydraulic oil 110 evaporates. The heat pipe 100 is transmitted to the concrete layer or the heat insulation layer of the floor is made of floor heating.
그러나, 상술한 바와 같이 이루어진 종래 단관형 히트파이프를 이용하여 난방할 경우, 히트파이프가 수평인 상태에서 온수파이프에 접면되므로 온수파이프와 히트파이프 내의 작동유가 갖는 열접촉 면적이 작아 온수파이프로부터 작동유로 전달되는 열량이 적게 되며, 그에 따라 전체 작동유를 가열하는데 시간이 소요되는 문제점이 있었다.However, in the case of heating by using the conventional single-tubular heat pipe made as described above, since the heat pipe is in contact with the hot water pipe in a horizontal state, the thermal contact area of the hot water pipe and the working oil in the heat pipe is small, and the hydraulic oil flows from the hot water pipe to the hydraulic oil. There is a problem that the amount of heat to be delivered is reduced, and accordingly, it takes time to heat the whole working oil.
아울러, 작동유의 증발시 발생되는 증기는 작동유의 표면과 온수파이프 사이의 공간에서 존재하는 중력차에 의해 이동되는 바, 히트파이프가 수평인 상태에서는 작동유의 표면과 온수파이프 사이의 중력차가 미세하여 작동유의 증발시 발생되는 증기가 히트파이프의 타단부로 원활하게 이송되지 못하기 때문에 히트파이프를 통한 외부로의 열전달이 고르지 못한 문제점도 있었다.In addition, the vapor generated during the evaporation of the hydraulic oil is moved by the gravity difference existing in the space between the surface of the hydraulic oil and the hot water pipe, the gravity difference between the surface of the hydraulic oil and the hot water pipe is fine when the heat pipe is horizontal, the hydraulic oil There was also a problem that heat transfer to the outside through the heat pipe is uneven because steam generated during evaporation of the heat pipe cannot be smoothly transferred to the other end of the heat pipe.
이에, 상기와 같이 수평으로 설치되는 단관형 히트파이프의 문제점을 해소하기 위한 개선된 히트파이프의 실시예가 도 4에 도시되어 있다.Thus, an embodiment of the improved heat pipe for solving the problem of the single-pipe heat pipe installed horizontally as described above is shown in FIG.
개선된 종래의 단관형 히트파이프(100)는 도 4에 도시된 바와 같이, 그 타단부가 받침대(150)로 받쳐져 경사지게 위치됨으로써, 온수파이프(130)와 티형관(140)을 통해 접면되는 그 일단부에 작동유(110)가 집중됨에 따라 작동유(110)의 열접촉면적이 확장되어 작동유(110) 전체가 가열되는 시간이 단축될 뿐만 아니라, 그 일단부와 타단부 사이에 중력차가 발생되므로 작동유(110) 증발시 발생되는 증기가 빠른 속도로 타단부로 이송하게 되며. 그에 따라 히트파이프(100)전체를 통한 외부로의 열전달이 원활하게 이루어진다.As shown in FIG. 4, the improved conventional single tube heat pipe 100 is inclinedly positioned by being supported by the pedestal 150 to be in contact with the hot water pipe 130 and the tee tube 140. As the hydraulic oil 110 is concentrated at one end thereof, the thermal contact area of the hydraulic oil 110 is extended, and the time for heating the entire hydraulic oil 110 is shortened, and a gravity difference is generated between the one end and the other end. The steam generated when the working oil 110 is evaporated is transferred to the other end at a high speed. Accordingly, the heat transfer to the outside through the entire heat pipe 100 is made smoothly.
그러나, 상술한 바와 같이 단관형 히트파이프를 경사지게 설치할 경우에는, 바닥을 이루는 콘크리트층이나 보온층의 두께가 두꺼워져야 하며, 그에 따라 설치자재와 비용이 추가로 소요되는 문제점이 있었다.However, when the inlet tube heat pipe is inclined as described above, the thickness of the concrete layer or the insulation layer forming the floor should be thick, and thus there is a problem in that additional installation materials and costs are required.
한편, 종래의 태양열 집열시스템이 도 5에 도시되어 있다. 종래의 태양열 집열시스템은 도시된 바와 같이, 이중관으로 구성된 열교환기(160)와, 태양열 집열판(180)과, 난방배관(220)을 포함하여 이루어진다.Meanwhile, a conventional solar heat collecting system is shown in FIG. 5. As shown in the related art, the solar heat collecting system includes a heat exchanger 160 having a double pipe, a solar heat collecting plate 180, and a heating pipe 220.
열교환기(160)의 이중관중 작동유(170)가 저수된 외관(161)의 입구측과 출구측은 태양열 집열판(180)에 내장된 열전달파이프(190)의 입구측과 출구측에 각각 연통되며, 열전달파이프(190)를 순환하는 작동유(170)는 태양열에 의해 가열된 후 순환펌프(200)에 의해 외관(161)으로 순환된다.The inlet side and the outlet side of the exterior 161 in which the double-duty working oil 170 of the heat exchanger 160 is stored are in communication with the inlet side and the outlet side of the heat transfer pipe 190 embedded in the solar heat collecting plate 180, respectively. The working oil 170 circulating the pipe 190 is heated by solar heat and then circulated to the exterior 161 by the circulation pump 200.
열교환기(160)의 이중관중 내관(162)의 입구측은 냉수공급원(210)과 연통되고 출구측은 바닥 난방을 위해 바닥에 배열된 난방배관(220)의 입구측에 연통된다. 따라서, 내관(162)의 물(230)은 외관(161)의 작동유(170)가 갖는 열로 인해 온도가 상승된 상태에서 순환펌프(240)에 의해 바닥의 난방배관(220)을 순환하면서 바닥의 콘크리트층이나 보온층에 열을 전달한다. 난방배관(220)을 순환하는 온수의 일부는 주방이나 욕실 등에서 생활용수로 사용된다.The inlet side of the inner tube 162 of the double tube of the heat exchanger 160 is in communication with the cold water supply 210 and the outlet side is in communication with the inlet side of the heating pipe 220 arranged on the floor for floor heating. Accordingly, the water 230 of the inner pipe 162 is circulated by the circulation pipe 240 by the circulation pump 240 while the temperature is raised due to the heat of the working oil 170 of the outer shell 161. Transfer heat to concrete or heat insulation layer. Some of the hot water circulating the heating pipe 220 is used as living water in the kitchen or bathroom.
한편, 내관(162)에는 전기히터(250)가 설치됨으로써, 태양이 비치지 않는 저녁이나 흐린날에는 전기히터(250)로 내관(162)에 저수된 물을 가열한 후 이를 순환펌프(240)로 순환시켜 난방을 하게 된다.On the other hand, the inner tube 162 is installed by the electric heater 250, in the evening or cloudy day when the sun is not heated the water stored in the inner tube 162 with the electric heater 250 and then to the circulation pump 240 It is circulated and heated.
그러나, 상술한 바와 같이 구성된 종래 태양열 집열시스템의 경우, 열교환기가 이중관 형태로 마련되어야 하고 작동유의 순환과 물의 순환을 위해 각각의 펌프가 마련되어야 하므로 구조가 복잡해지고 많은 비용이 소모되는 문제점이 있었다.However, in the conventional solar heat collecting system configured as described above, since the heat exchanger should be provided in the form of a double tube and each pump should be provided for the circulation of the working oil and the circulation of the water, there is a problem in that the structure is complicated and expensive.
이에, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 작동유가 주입된 히트파이프 내에 작동유에 잠기도록 가열수단을 설치함으로써, 작동유의 가열면적을 확장하여 작동유의 증발을 촉진시킴에 따라 히트파이프를 통한 외부로의 열전달효율을 증진시킬 수 있는 히트파이프 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems, by installing a heating means to be immersed in the working oil in the heat pipe injected with the operating oil, thereby expanding the heating area of the working oil to promote the evaporation of the working oil Accordingly, an object of the present invention is to provide a heat pipe assembly capable of improving heat transfer efficiency to the outside through the heat pipe.
또한, 본 발명은 가열수단이 설치된 히트파이프에 외부로부터 냉수가 유입되어 이송되는 이송파이프를 추가로 관통 설치함으로써, 작동유의 증발시 발생되는 증발잠열로 이송파이프를 가열하여 온수를 생성할 수 있는 히트파이프 조립체를 제공하는 목적도 있다.In addition, the present invention is installed through the transfer pipe through which the cold water is introduced from the outside to the heat pipe provided with the heating means is further penetrated, the heat to heat the transfer pipe by the latent heat of evaporation generated during the evaporation of the working oil to generate hot water It is also an object to provide a pipe assembly.
뿐만 아니라, 본 발명은 태양열 집열시스템에서 태양열 집열판 내에 가열수단과 이송파이프가 동시에 관통 설치된 히트파이프를 내장함으로써, 태양이 비치는 날에는 태양열로 작동유를 가열하여 이 때 발생되는 증발잠열로 이송파이프를 가열함에 따라 온수를 생성하여 바닥 난방을 할 수 있고, 태양이 비치지 않는 밤이나 흐린 날씨에는 가열수단으로 작동유를 가열하여 온수를 생성한 후 이를 순환시켜 바닥 난방을 할 수 있는 히트파이프 조립체를 제공하는 목적도 있다.In addition, the present invention in the solar heat collector system by heating the heat pipe and the heating pipe is installed at the same time through the heat collecting plate at the same time, by heating the working oil with solar heat on the day when the sun shines heat the transfer pipe by the latent heat generated at this time The purpose of the present invention is to provide a heat pipe assembly capable of heating the floor by generating hot water, and heating the working oil with a heating means at night or in cloudy weather to generate hot water and then circulating it to perform floor heating. There is also.
아울러, 본 발명은 히트파이프 내주연에 길이방향으로 다수의 그루브를 형성함으로써, 작동유 증발시 발생되는 증기의 접촉면적을 확장하여 증기의 응축속도를 촉진시킬 수 있는 히트파이프 조립체를 제공하는 목적도 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a heat pipe assembly capable of promoting the condensation rate of the steam by forming a plurality of grooves in the longitudinal direction on the inner circumference of the heat pipe, thereby expanding the contact area of the steam generated when the working oil evaporates. .
도 1은 종래의 단관형 히트파이프를 개략적으로 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view schematically showing a conventional single tube heat pipe.
도 2는 종래의 단관형 히트파이프가 적용된 바닥 난방시스템을 개략적으로 나타낸 개략도.Figure 2 is a schematic diagram showing a floor heating system to which a conventional short pipe heat pipe is applied.
도 3은 도 2의 A-A 선단면도.3 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
도 4는 종래 단관형 히트파이프의 다른 실시 형태를 나타낸 단면도.Figure 4 is a cross-sectional view showing another embodiment of a conventional single tube heat pipe.
도 5는 종래 태양열 집열시스템을 개략적으로 나타낸 개략도.5 is a schematic view showing a conventional solar heat collecting system.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프 조립체를 나타낸 사시도.6 is a perspective view showing a heat pipe assembly according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프 조립체의 분해사시도.Figure 7 is an exploded perspective view of the heat pipe assembly according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프 조립체의 내부구조를 나타낸 단면도.Figure 8 is a cross-sectional view showing the internal structure of the heat pipe assembly according to an embodiment of the present invention.
도 9은 도 8의 B-B 선단면도.9 is a cross-sectional view taken along line B-B in FIG. 8;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프 조립체가 적용된 바닥 난방시스템을 개략적으로 나타낸 개략도.10 is a schematic diagram of a floor heating system to which a heat pipe assembly according to an embodiment of the present invention is applied.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트파이프 조립체의 내부구조를 나타낸 단면도.11 is a cross-sectional view showing the internal structure of a heat pipe assembly according to another embodiment of the present invention.
도 12는 도 11의 C-C 선단면도.12 is a cross-sectional view taken along line C-C of FIG.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트파이프 조립체가 태양열 집열판에 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 개략도.13 is a schematic view showing a state in which a heat pipe assembly according to another embodiment of the present invention is installed on a solar heat collecting plate.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트파이프 조립체가 적용된 태양열 집열시스템을 개략적으로 나타낸 개략도.14 is a schematic view showing a solar heat collecting system to which a heat pipe assembly according to another embodiment of the present invention is applied.
< 도면의 주요 참조부호에 대한 설명><Description of Main Reference Codes in Drawings>
10, 10´: 히트파이프 조립체 11 : 히트파이프10, 10 ': heat pipe assembly 11: heat pipe
12 : 작동유 13 : 가열파이프12: working oil 13: heating pipe
14 : 이송파이프 15 : 지지판14 transfer pipe 15 support plate
16 : 밀봉마개 17 : 밀봉나사16: sealing stopper 17: sealing screw
18 : 캡 19 : 전기히터18: cap 19: electric heater
본 발명에 따른 히트파이프 조립체는, 양단이 밀폐되고 내부에 진공상태를 유지하는 히트파이프에 작동유를 주입하고, 작동유를 가열할 때 발생되는 증발잠열을 히트파이프를 통해 외부로 방열하는 히트파이프 조립체에 있어서, 작동유에 잠기도록 히트파이프에 관통 설치되어 작동유를 가열하는 가열수단을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The heat pipe assembly according to the present invention includes a heat pipe assembly for injecting hydraulic oil into a heat pipe whose both ends are sealed and maintaining a vacuum therein, and radiating latent heat of evaporation generated when the hydraulic oil is heated to the outside through the heat pipe. In this case, it is characterized in that it further comprises a heating means installed through the heat pipe to be immersed in the working oil to heat the working oil.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가열수단은, 작동유에 잠기도록 히트파이프에 관통 설치되고 외부의 온수공급원으로부터 공급되는 온수를 통과시키면서 온수의 열로 작동유를 가열하는 가열파이프인 것을 특징으로 한다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the heating means is characterized in that the heating pipe is installed through the heat pipe so as to be immersed in the working oil and heating the working oil by the heat of the hot water while passing the hot water supplied from an external hot water supply source.
또 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프 조립체는, 작동유의 표면과 히트파이프 사이에 위치되도록 히트파이프에 관통 설치되어 외부로부터 공급되는 유체를 통과시키면서 작동유 증발시 생성되는 증기의 증발잠열을 받아 유체를 가열하는 이송파이프를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the heat pipe assembly according to an embodiment of the present invention is installed through the heat pipe so as to be positioned between the surface of the working oil and the heat pipe, and passes through the fluid supplied from the outside while receiving the latent heat of vapor generated during the evaporation of the working oil fluid Characterized in that it further comprises a conveying pipe for heating the.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 가열수단은, 작동유에 잠기도록 히트파이프에 관통 설치되고 외부로부터 인가되는 전원에 의해 발열되어 작동유를 가열하는 전기히터인 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the heating means is characterized in that the electric heater is installed through the heat pipe so as to be immersed in the working oil and is heated by a power applied from the outside to heat the working oil.
이하, 본 발명에 따른 히트파이프 조립체의 바람직한 실시예들을 통하여 상술한 바와 같은 구성들의 특징과 그 작용을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the features and the operation of the above-described configuration through the preferred embodiments of the heat pipe assembly according to the present invention will be described in more detail.
첨부된 도면의 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프 조립체를 나타낸 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프 조립체의 분해사시도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프 조립체의 내부구조를 나타낸 단면도이고, 도 9은 도 8의 B-B 선단면도이다.Figure 6 of the accompanying drawings is a perspective view showing a heat pipe assembly according to an embodiment of the present invention, Figure 7 is an exploded perspective view of a heat pipe assembly according to an embodiment of the present invention, Figure 8 is an embodiment of the present invention 9 is a cross-sectional view illustrating an internal structure of a heat pipe assembly according to an example, and FIG. 9 is a sectional view taken along line BB of FIG. 8.
도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프 조립체(10)는, 양단이 밀폐되고 내부에 작동유(12)가 주입된 히트파이프(11)와, 작동유(12)에 잠기도록 히트파이프(11)에 관통 설치되어 외부에서 공급되는 온수를 통과시키면서 온수의 열로 작동유(12)를 가열하는 가열수단으로서의 가열파이프(13)와, 작동유(12)의 표면과 히트파이프(11) 사이의 공간에 위치되도록 히트파이프(11)에 관통 설치되는 이송파이프(14)를 포함하여 이루어진다.As shown in the heat pipe assembly 10 according to an embodiment of the present invention, both ends of the heat pipe 11 is sealed and the hydraulic oil 12 is injected therein, and the heat pipe to be immersed in the hydraulic oil 12 ( And a heating pipe 13 as a heating means for heating the hydraulic oil 12 by the heat of the hot water while passing through hot water supplied from the outside and supplied from the outside, and in the space between the surface of the hydraulic oil 12 and the heat pipe 11. It comprises a conveying pipe 14 installed through the heat pipe 11 to be positioned.
상기 히트파이프(11)에는 가열파이프(13)와 이송파이프(14)를 이격되게 관통시키고 가장자리에 작동유(12)가 유동되는 유동홈(15a)이 형성되어 가열파이프(13)와 이송파이프(14)를 지지하는 지지판(15)이 억지 끼움된다.The heat pipe 11 is formed with a flow groove 15a through which the heating pipe 13 and the conveying pipe 14 are spaced apart from each other, and the working oil 12 flows at an edge thereof to form the heating pipe 13 and the conveying pipe 14. The support plate 15 for supporting) is forcibly fitted.
그리고, 히트파이프(11)의 양단부에는 가열파이프(13)와 이송파이프(14)의 양단부를 각각 관통시키면서 히트파이프(11)의 양단을 밀폐하는 밀봉마개(16)가 각각 억지 끼움된다. 각 밀봉마개(16)의 중심부에는 히트파이프(11) 내의 공기를 외부로 빼내어 진공상태로 만들고 그 내부에 작동유(12)를 주입하기 위한 미세통공(16a)이 각각 형성된다. 이 미세통공(16a)은 작동유(12) 주입후 금속 재질의 밀봉나사(17)로 밀봉된다. 이 때, 각 밀봉마개(16)는 내열성과 신축성을 갖는 실리콘 등으로 제작되므로, 작동유(12)가 가열되어 고온상태가 되더라도 변형이 일어나지 않으며, 아울러 히트파이프(11) 및 가열파이프(13), 이송파이프(14)와의 틈새를 없애주므로 작동유(12)의 외부 유출이 방지된다.Then, both ends of the heat pipe 11 are respectively fitted with sealing plugs 16 for sealing both ends of the heat pipe 11 while penetrating both ends of the heating pipe 13 and the conveying pipe 14, respectively. At the center of each sealing stopper 16, the micro-holes 16a are formed to draw out the air in the heat pipe 11 to the outside to make a vacuum and inject the hydraulic oil 12 therein. The micro-pores 16a are sealed with a metal sealing screw 17 after the hydraulic oil 12 is injected. At this time, since each sealing stopper 16 is made of silicon having heat resistance and elasticity, deformation does not occur even when the working oil 12 is heated to a high temperature state, and the heat pipe 11 and the heating pipe 13, Since the gap with the conveying pipe 14 is eliminated, the outflow of the hydraulic oil 12 is prevented.
또한, 히트파이프(11)의 양단부에는 각 밀봉마개(16)의 외부 이탈을 방지하는 캡(18)이 각각 결합되는데, 각 캡(18)은 히트파이프(11)의 양단부에 각 밀봉마개(16)의 바깥쪽에 위치되도록 각각 끼워진 후 리벳 결합을 통해 히트파이프(11)에 견고하게 결합된다.In addition, both ends of the heat pipe 11 are coupled to the cap 18 to prevent the outer separation of each sealing stopper 16, respectively, each cap 18 is each sealing stopper 16 at both ends of the heat pipe (11) After being fitted so as to be positioned on the outside of the) is firmly coupled to the heat pipe 11 through rivet coupling.
한편, 히트파이프(11)의 내주연에는 도 9에 도시된 바와 같이, 작동유(12) 증발시 발생되는 증기의 접촉면적을 확장하여 증기의 응축속도를 촉진시키는 다수의 그루브(Groove, 11a)가 길이방향으로 형성된다.On the other hand, as shown in Figure 9, the inner circumference of the heat pipe 11, a plurality of grooves (Groove, 11a) for expanding the contact area of the steam generated when the working oil 12 evaporates to promote the condensation rate of the steam It is formed in the longitudinal direction.
상기 가열파이프(13)는 보일러 등과 같은 외부의 온수공급원(20)과 연통되어 온수공급원(20)으로부터 공급되는 온수를 통과시키면서 그 열로 히트파이프(11) 내의 작동유(12)를 가열하도록 이루어진다. 이 때, 가열파이프(13)는 수평상태로 놓여지는 히트파이프(11)를 관통하여 작동유(12)에 잠기도록 설치되므로 작동유(12)의 가열면적이 확장되어 작동유(12)의 증발이 촉진된다.The heating pipe 13 communicates with an external hot water supply source 20 such as a boiler to pass the hot water supplied from the hot water supply source 20 to heat the working oil 12 in the heat pipe 11 with the heat. At this time, since the heating pipe 13 is installed so as to penetrate the heat pipe 11 placed in a horizontal state so as to be immersed in the hydraulic oil 12, the heating area of the hydraulic oil 12 is expanded to promote the evaporation of the hydraulic oil 12. .
상기 이송파이프(14)는 작동유(12)의 표면과 히트파이프(11) 사이의 공간에 위치되도록 히트파이프(11)에 관통설치되는 것으로, 외부의 냉수공급원(30)으로부터 공급되는 냉수를 통과시키면서 작동유(12) 증발시 발생되는 증기의 증발잠열을 받아 냉수를 온수로 변환시켜 배출한다.The conveying pipe 14 is installed through the heat pipe 11 so as to be located in the space between the surface of the working oil 12 and the heat pipe 11, while passing the cold water supplied from the external cold water supply source 30 The working oil 12 receives latent evaporation of steam generated during evaporation, converts the cold water into hot water, and discharges it.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프 조립체의 적용예를 도 10을 참조로 설명한다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기가적용된 바닥 난방시스템을 개략적으로 나타낸 개략도이다.An application example of a heat pipe assembly according to an embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to FIG. 10. 10 is a schematic diagram schematically showing a floor heating system to which a heat exchanger is applied according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프 조립체가 적용된 바닥 난방시스템은, 바닥에 배열되는 복수 개의 히트파이프 조립체(10)와, 히트파이프 조립체(10)의 가열파이프(13)에 온수를 공급하는 온수공급원(20), 및 히트파이프(11) 조립체(10)의 이송파이프(14)에 냉수를 공급하는 냉수공급원(30)을 포함하여 이루어진다.In the floor heating system to which the heat pipe assembly according to an embodiment of the present invention is applied, a plurality of heat pipe assemblies 10 arranged on the floor and hot water supplying hot water to the heating pipe 13 of the heat pipe assembly 10 are provided. And a cold water supply source 30 for supplying cold water to the feed pipe 14 of the heat pipe 11 assembly 10.
이 때, 바닥에 배열되는 각 히트파이프 조립체(10)의 각 가열파이프(13) 및 각 이송파이프(14)는 서로 연통되며, 바닥의 일 가장자리에 위치되는 가열파이프(13)의 입구측은 온수공급원(20)에 연통되어 순환펌프(21)의 펌핑에 의해 온수를 공급받고, 또 바닥의 반대쪽 가장자리에 위치되는 가열파이프(13)의 출구측은 온수공급원(20)의 탱크(22)에 연통되어 각 가열파이프(13)를 순환하면서 냉각된 물을 탱크(22)로 토출하게 된다.At this time, each heating pipe 13 and each conveying pipe 14 of each heat pipe assembly 10 arranged on the bottom is in communication with each other, the inlet side of the heating pipe 13 located at one edge of the bottom is a hot water supply source Hot water is supplied by pumping of the circulation pump 21 and the outlet side of the heating pipe 13 located at the opposite edge of the bottom is in communication with the tank 22 of the hot water supply source 20. The cooled water is discharged to the tank 22 while circulating the heating pipe 13.
그리고, 바닥의 일 가장자리에 위치되는 이송파이프(14)의 입구측은 냉수공급원(30)과 연통되어 순환펌프(31)의 펌핑에 의해 냉수를 공급받고, 다른 이송파이프(14)의 출구측은 주방이나 욕실등의 수도꼭지 및 샤워기 등과 연결되어 각 이송파이프(14)를 순환하면서 생성되는 온수를 토출하게 된다.And, the inlet side of the conveying pipe 14 located at one edge of the bottom is in communication with the cold water supply source 30 receives the cold water by the pumping of the circulation pump 31, the outlet side of the other conveying pipe 14 is a kitchen or It is connected to a faucet, a shower, and the like, such as a bathroom to discharge the hot water generated while circulating each transfer pipe (14).
따라서, 온수공급원(20)으로부터 가열파이프(13)에 온수가 공급되면, 온수의 열로 히트파이프(11) 내에 저수된 작동유(12)가 가열되면서 증발하게 되고, 작동유(12) 증발시 생성되는 증기의 증발잠열은 히트파이프(11)를 통해 바닥의 콘크리트층이나 보온층으로 전달되어 바닥을 난방하게 되며, 증발잠열중 일부는 히트파이프(11)를 관통하는 이송파이프(14)에 전달되어 이송파이프(14) 내를 흐르는 냉수를 가열하여 온수로 변환시킨다.Therefore, when hot water is supplied from the hot water supply source 20 to the heating pipe 13, the working oil 12 stored in the heat pipe 11 is evaporated while being heated by the heat of the hot water, and vapor generated when the working oil 12 is evaporated. The latent heat of evaporation is transferred to the concrete layer or the thermal insulation layer of the floor through the heat pipe 11 to heat the floor, and part of the latent heat of evaporation is transferred to the conveying pipe 14 passing through the heat pipe 11 and conveying pipe (14) The cold water flowing inside is heated to convert it into hot water.
첨부된 도면의 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트파이프 조립체의 내부구조를 나타낸 단면도이고, 도 12는 도 11의 C-C 선단면도이다. 도 6내지 도 10과 동일한 참조부호는 동일 기능을 갖는 동일부재이다.11 is a cross-sectional view showing the internal structure of the heat pipe assembly according to another embodiment of the present invention, Figure 12 is a cross-sectional view C-C of FIG. 6 to 10, the same reference numerals are the same members having the same function.
도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트파이프 조립체(10´)는, 가열수단으로 본 발명의 일 실시예에 따른 가열파이프(13) 대신 전기히터(19)를 구비한다.As shown, the heat pipe assembly 10 'according to another embodiment of the present invention includes an electric heater 19 instead of the heating pipe 13 according to one embodiment of the present invention as a heating means.
상기 전기히터(19)는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열파이프(13)와 마찬가지로 작동유(12)에 잠기도록 히트파이프(11)에 관통설치되므로, 작동유(12)의 가열면적이 확장하여 작동유(12)의 증발을 촉진시키게 된다.The electric heater 19 is installed through the heat pipe 11 so as to be immersed in the hydraulic oil 12, like the heating pipe 13 according to an embodiment of the present invention, the heating area of the hydraulic oil 12 is extended to the hydraulic oil It will promote the evaporation of (12).
이처럼 전기히터(19)가 구비된 히트파이프 조립체(10´)는 바닥에 배열되어 바닥 난방에 이용될 수도 있지만 태양열을 집열시스템에 주로 사용된다. 히트파이프 조립체(10´)가 태양열 집열시스템에 이용될 경우에는 히트파이프(11)의 외주연에 흑색의 도료가 도포되어 피막층(11b)이 형성되므로 태양열의 흡수가 촉진된다.As such, the heat pipe assembly 10 ′ provided with the electric heater 19 may be arranged on the floor and used for floor heating, but solar heat is mainly used in the heat collecting system. When the heat pipe assembly 10 'is used in a solar heat collecting system, black paint is applied to the outer periphery of the heat pipe 11 to form a coating layer 11b, thereby facilitating absorption of solar heat.
상기와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트파이프 조립체의 적용예를 도 13과 도 14를 참조로 설명한다. 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트파이프 조립체가 태양열 집열판에 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 개략도이고, 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트파이프 조립체가 적용된 태양열 집열시스템을 개략적으로 나타낸 개략도이다. 도 6내지 도 12와 동일한 참조부호는동일기능을 갖는 동일부재이다.Application examples of the heat pipe assembly according to another embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to FIGS. 13 and 14. FIG. 13 is a schematic view showing a state in which a heat pipe assembly according to another embodiment of the present invention is installed in a solar heat collecting plate, and FIG. 14 schematically shows a solar heat collecting system to which a heat pipe assembly according to another embodiment of the present invention is applied. Schematic diagram. 6 to 12, the same reference numerals are the same members having the same function.
본 발명의 다른 실시예에 따른 히트파이프 조립체가 적용된 태양열 집열시스템은, 건물의 외부에 태양열을 집열하기 위한 태양열 집열판(40)과, 태양열 집열판(40) 내에 배열되는 복수 개의 히트파이프 조립체(10)와, 바닥에 배열되는 난방배관(50)을 포함하여 이루어진다.The solar heat collecting system to which the heat pipe assembly according to another embodiment of the present invention is applied includes a solar heat collecting plate 40 for collecting solar heat on the outside of a building, and a plurality of heat pipe assemblies 10 arranged in the solar heat collecting plate 40. And, it comprises a heating pipe 50 arranged on the floor.
이 때, 태양열 집열판(40)에 배열되는 각 히트파이프 조립체(10)의 각 이송파이프(14)는 서로 연통되며, 태양열 집열판(40)의 일 가장자리에 위치되는 이송파이프(14)의 입구측은 냉수공급원(60)과 연결되고, 태양열 집열판(40)의 반대쪽 가장자리에 위치되는 이송파이프(14)의 출구측은 바닥의 난방배관(50)과 연결되어 각 이송파이프(14)를 순환하면서 생성되는 온수가 난방배관(50)으로 토출된다.At this time, the transfer pipes 14 of each heat pipe assembly 10 arranged on the solar heat collecting plate 40 communicate with each other, and the inlet side of the transfer pipe 14 located at one edge of the solar heat collecting plate 40 is cold water. The outlet side of the transfer pipe 14, which is connected to the supply source 60 and located at the opposite edge of the solar heat collecting plate 40, is connected to the heating pipe 50 at the bottom to circulate each transfer pipe 14. It is discharged to the heating pipe (50).
그리고, 모든 히트파이프 또는 어느 하나의 히트파이프에는 가열수단으로서의 전기히터(19)가 설치된다.And all the heat pipes or any one heat pipe are provided with the electric heater 19 as a heating means.
따라서, 햇빛이 비치는 날에는 각 히트파이프(11)가 태양열 집열판(40)을 통해 유입되는 태양의 열을 받게 되고, 그 열이 히트파이프(11) 내의 작동유(12)를 가열시키게 되며, 작동유(12)가 가열되면서 생성되는 증기의 증발잠열로 이송파이프(14)를 통과하는 물이 가열되어 온수가 생성된다. 이와 같이 생성된 온수는 순환펌프(61)의 펌핑에 의해 난방배관(50)을 순환하면서 바닥을 난방하는데 주로 사용되며, 일부는 생활용수로 사용된다.Therefore, on the day when the sunlight shines, each heat pipe 11 receives heat from the sun flowing through the solar heat collecting plate 40, and the heat heats the hydraulic oil 12 in the heat pipe 11. The water passing through the transfer pipe 14 is heated by the latent heat of evaporation of steam generated by 12) to generate hot water. The hot water generated as described above is mainly used to heat the floor while circulating the heating pipe 50 by pumping the circulation pump 61, and part of the hot water is used as living water.
한편, 햇빛이 비치지 않는 밤이나 흐린 날에는 태양열을 얻을 수 없기 때문에 전기히터(19)를 작동하여 작동유(12)를 가열하게 되고, 이 때 발생되는 증기의증발잠열로 이송파이프(14)를 가열하여 온수를 생성하게 된다.On the other hand, at night or on a cloudy day without sunlight, solar heat cannot be obtained, thereby operating the electric heater 19 to heat the working oil 12, and heating the transfer pipe 14 by the latent heat of vapor generated at this time. To generate hot water.
이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 히트파이프 조립체를 첨부된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 발명은 명세서에 상세히 설명된 실시예와 도면에 한정되지 아니하며, 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 예컨대, 상술한 히트파이프 및 가열파이프, 이송파이프는 원형관 형태뿐만 아니라 사각관 또는 사다리꼴관 등 다양한 형태로 형성될 수도 있으며, 이러한 실시예 역시 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 보아야 한다.As described above with reference to the accompanying drawings, the heat pipe assembly according to the preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the embodiments and drawings described in detail in the specification, it is various within the technical scope of the invention Modifications can be made. For example, the above-described heat pipe, heating pipe, transfer pipe may be formed in various forms such as square tube or trapezoidal tube as well as circular tube form, and this embodiment should be considered to be included in the scope of the present invention.
참고로, 본 출원인이 실험을 통해 얻은 폴리에틸렌 파이프에 온수를 직접 공급하여 바닥을 난방하는 온수 직접 난방시스템(H1)과, 단관형 히트파이프를 이용한 난방시스템(H2), 및 본 발명에 따른 히트파이프 조립체를 이용한 난방시스템(H3)의 열효율을 살펴보기로 한다.For reference, the present inventors directly supply hot water to the polyethylene pipe obtained through the experiment, the hot water direct heating system (H1) for heating the floor, the heating system (H2) using a single tube type heat pipe, and the heat pipe according to the present invention. The thermal efficiency of the heating system (H3) using the assembly will be described.
먼저, 각 시스템에 사용되는 파이프의 조건을 살펴보면 다음과 같다.First, the conditions of pipes used in each system are as follows.
H1 : 폴리에틸렌 파이프(외경-19㎜, 내경-16㎜)H1: polyethylene pipe (outer diameter-19 mm, inner diameter-16 mm)
H2 : 동(銅)단관형 파이프(외경-16㎜, 내경-15.4㎜)H2: Copper short pipe type pipe (outer diameter-16mm, inner diameter-15.4mm)
H3 : 알루미늄 히트파이프(외경-50㎜, 내경-47㎜), 알루미늄 가열파이프(외경-10㎜, 내경-8㎜)H3: aluminum heat pipe (outer diameter-50 mm, inner diameter-47 mm), aluminum heating pipe (outer diameter-10 mm, inner diameter-8 mm)
콘크리트층 두께 - 20㎜Concrete layer thickness-20 mm
(1)열전도시간 :아래에 도시된 그래프-1에서 보는 바와 같이 각 시스템의 파이프를 통과하는 동일 조건의 온수 순환시 콘크리트층의 표면온도가 40℃에 도달하기 위해서는, H1의 경우 60분이 소요되었고, H2의 경우 30분이 소요되었으며, H3의 경우 18분이 소요되었다. 즉, 난방시간은 H3가 가장 빠름을 알 수 있다.(1) Heat conduction time: As shown in the graph-1 shown below, it took 60 minutes for H1 to reach the surface temperature of the concrete layer at 40 ℃ during hot water circulation under the same conditions through the pipe of each system. , H2 took 30 minutes and H3 took 18 minutes. That is, it can be seen that the heating time is the fastest H3.
그래프-1 Graph-1
(2)온수의 발열량 :표-1에서는 1시간 동안 각 시스템에서의 온수 순환시 온수의 온도변화와 그에 따른 온수의 발열량을 나타내었다.(2) Calorific value of hot water: Table-1 shows the temperature change of hot water and the calorific value of hot water during hot water circulation in each system for 1 hour.
표-1TABLE-1
온수의 발열량을 계산하는 공식은,The formula for calculating the calorific value of hot water,
온수의 발열량(Q) = mc(Tw2-Tw1)Calorific value of hot water (Q) = mc (Tw 2 -Tw 1 )
(Q:온수의 발열량(W), m:온수의 유량(㎏/sec), c:비열(물의 경우 4.18J/g℃), Tw2:출구측 물의 온도,Tw1:입구측 물의 온도)(Q: calorific value of hot water (W), m: flow rate of hot water (kg / sec), c: specific heat (4.18 J / g ° C for water), Tw 2 : temperature of outlet side water, Tw 1 : temperature of inlet side water)
표1에 나타난 바와 같이, 온수를 1시간 순환시킬 경우 H2는 H1에 비해 49% 정도의 열을 더 방출하며, H3는 H2에 비해 166% 정도의 열을 더 방출함을 알 수 있다.As shown in Table 1, when the hot water is circulated for 1 hour, H2 emits about 49% more heat than H1, and H3 emits about 166% more heat than H2.
(3)콘크리트층의 발열량: 표-2는 1시간 동안 각 시스템에서의 온수 순환시 콘크리트층 표면에서의 발열량을 나타낸 것이다.(3) Calorific value of the concrete layer : Table-2 shows the calorific value of the concrete layer surface during hot water circulation in each system for 1 hour.
표-2TABLE-2
콘크리트의 발열량을 계산하는 공식은,The formula for calculating the calorific value of concrete is
콘크리트의 발열량(W/㎡)= 보정계수(C)×온수의 발열량(W)×콘크리트면적(㎡)Calorific value of concrete (W / ㎡) = correction coefficient (C) x calorific value of warm water (W) x concrete area (㎡)
여기서, C=32.0n/{(Tw2+Tw1)/2-Ta)Where C = 32.0 n / ((Tw 2 + Tw 1) / 2-Ta)
(n=1.0, Tw2: 출구측 물의 온도,Tw1 : 입구측 물의 온도,Ta : 주변공기온도)(n = 1.0, Tw2: Temperature of outlet water, TwOne : Inlet water temperature, Ta: Ambient air temperature)
표 2에 도시된 바와 같이, 1시간 동안 온수를 순환시킬 때 콘크리층의 표면에서 발열되는 발열량을 비교해보면, H2의 경우 H1에 비해 39% 정도의 열을 더 방출하고, H3의 경우 H2에 비해 191% 정도의 열을 더 방출함을 알 수 있다.As shown in Table 2, when comparing the amount of heat generated from the surface of the concrete layer when circulating hot water for 1 hour, H2 emits about 39% more heat than H1, and H3 compares with H2. It can be seen that it emits about 191% more heat.
(4)결론: 보일러를 주기적으로 가동함으로써 장시간 온수를 순환시켜 난방을 할 경우에는, H2는 H1에 비해 35∼50% 정도의 열효율을 더 얻을 수 있었으며, H3는 H2에 비해 15∼35% 정도의 열 효율을 더 얻을 수 있었다.(이 때, 장시간 온수 순환시 콘크리트층이 일정량의 열을 보유하므로, 장시간 온수 순환시 각 시스템의 발열량 차는 표2에서 보여주는 콘크리트층의 발열량 차에 비해 적게 나타났다.)(4) Conclusion : In the case of heating by circulating hot water for a long time by periodically operating the boiler, H2 was able to get 35-50% more thermal efficiency than H1, and H3 was 15-35% more than H2. (The concrete layer retains a certain amount of heat during the hot water circulation for a long time, so the calorific value difference of each system during the long time hot water circulation is less than that of the concrete layer shown in Table 2). )
이상에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명 히트파이프 조립체에 따르면, 작동유가 주입된 히트파이프 내에 작동유에 잠기도록 가열수단을 설치함으로써, 작동유의 가열면적을 확장하여 작동유의 증발을 촉진시킴에 따라 히트파이프를 통한 외부로의 열전달효율을 증진시켜 효율적인 바닥난방을 수행할 수 있다.According to the heat pipe assembly of the present invention as described in detail above, by installing a heating means to be immersed in the hydraulic oil in the heat pipe in which the hydraulic oil is injected, by expanding the heating area of the hydraulic oil to facilitate the evaporation of the hydraulic oil through the heat pipe Efficient floor heating can be performed by improving heat transfer efficiency to the outside.
또한, 본 발명에 따르면 가열수단이 설치된 히트파이프에 외부로부터 냉수가 유입되어 이송되는 이송파이프를 추가로 관통 설치함으로써, 작동유의 증발시 발생되는 증발잠열로 이송파이프를 가열하여 온수를 생성하고 이를 바닥난방 및 생활용수로 활용함에 따라 에너지 효율을 증진시킬 수 있다.In addition, according to the present invention by additionally installing a conveying pipe through which the cold water flows from the outside into the heat pipe provided with the heating means, heating the conveying pipe by the latent heat of evaporation generated during the evaporation of the working oil to generate hot water and the bottom Energy efficiency can be improved by using for heating and domestic water.
뿐만 아니라, 태양열 집열시스템에서 태양열 집열판 내에 전기히터와 이송파이프를 구비한 히트파이프를 내장함으로써, 태양이 비치는 날에는 태양열을 흡수하여 작동유를 가열하고, 이 때 발생되는 증발잠열로 이송파이프를 가열할 때 생성되는 온수로 바닥난방과 생활용수를 얻을 수 있으며, 태양이 비치지 않는 밤이나 흐린 날씨에는 전기히터로 작동유를 가열하고, 이 때 발생되는 증발잠열로 온수를 생성하여 바닥 난방과 생활용수를 얻을 수 있다. 따라서, 열교환을 위한 별도의 열교환기가 필요치 않으며 이송파이프와 난방배관으로 물을 순환시키기 위해 하나의 순환펌프만이 구비됨에 따라, 종래 태양열 집열시스템에 비해 구조가 간단하며, 그에 따라 비용 절감의 효과를 얻을 수 있다.In addition, in the solar heat collecting system, a heat pipe including an electric heater and a transfer pipe is built into the solar heat collecting plate so that the working oil is absorbed by the solar heat on the day when the sun shines, and the transfer pipe is heated by the latent heat of evaporation generated at this time. You can get floor heating and living water with hot water generated at the time.In the night or cloudy weather when the sun is not shining, you can heat the working oil with an electric heater, and generate hot water with the latent heat of evaporation. Can be. Therefore, a separate heat exchanger is not required for heat exchange, and since only one circulation pump is provided to circulate water to the transfer pipe and the heating pipe, the structure is simpler than the conventional solar heat collecting system, thereby reducing the cost. You can get it.
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