KR200447865Y1 - 히트 파이프 - Google Patents

Abstract

본 고안은 히트 파이프에 관한 것이다. 보다 상세하게는 폐회로를 구성하여 열을 자연순환시키면서 외부와 열교환이 이루어지도록 함으로써, 열원의 이동을 위한 별도의 동력이 불필요하여 설비를 간소화하고 수명을 연장할 수 있으며, 파이프 내부의 불순물 문제가 발생하지 않고, 히트 파이프의 배치 각도가 자유로워 다양한 용도로 광범위하게 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 전기히터를 이용한 직접 가열방식을 통해 설비를 간소화하고 열손실을 최소화할 수 있는 히트 파이프에 관한 것이다.

히트 파이프, 냉매회수, 자연순환, 전기히터

Description

히트 파이프{Pipe for heating}

본 고안은 히트 파이프에 관한 것이다. 보다 상세하게는 폐회로를 구성하여 열을 자연순환시키면서 외부와 열교환이 이루어지도록 함으로써, 열원의 이동을 위한 별도의 동력이 불필요하여 설비를 간소화하고 수명을 연장할 수 있으며, 파이프 내부의 불순물 문제가 발생하지 않고, 히트 파이프의 배치 각도가 자유로워 다양한 용도로 광범위하게 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 전기히터를 이용한 직접 가열방식을 통해 설비를 간소화하고 열손실을 최소화할 수 있는 히트 파이프에 관한 것이다.

일반적으로 히트 파이프는 1960년 영국 원자력 연구소에서 최초로 개발한 것으로, 파이프 내부에 열매체유를 극소량 체적에 따라 주입하고 밀봉한 것을 말한다. 히트 파이프를 수직으로 세우면 주입된 액체는 파이프 하부로 분포되고, 액체가 분포된 부위에 열원을 가하면 히트파이프 전체로 확산된다.

이러한 히트 파이프는 주택이나 온실 등의 방바닥이나 지상면에 설치되며, 히트파이프를 통해 방열시켜 주택이나 온실을 난방하게 된다.

일반적인 히트 파이프는 보일러에 의해 가열된 고온의 물을 내부로 유동시킴 으로써 외부로 열을 방출하게 된다. 그러나, 이러한 경우 물을 히트 파이프의 열매체를 가열하기 위해 순환시키려면 펌프가 필요하므로, 설비가 거대해지고 복잡해지는 문제점이 있다. 또한, 펌프는 장기간 사용시 자주 고장을 일으키게 되어 수리 또는 교체를 해야 하며, 펌프의 수리 또는 교체 기간 동안 난방을 수행할 수 없는 문제점이 있다.

더욱이, 고온의 물이 장기간 파이프 내부를 순환하게 되면 스케일, 물때를 비롯한 여러 가지 불순물들이 파이프 내부에 축적되어 흐름을 방해하게 되므로 성능이 저하되는 문제점이 있다.

한편, 일반적인 히트 파이프의 경우 냉매의 가열과 이동을 위해 지면에 대해 수직의 방향으로 설치되며, 어느 정도 기울기를 주더라도 비스듬한 방향으로 배치되는 정도이다. 따라서, 수평 방향으로 설치할 수 없게 되므로 방바닥에 설치되면 온도의 편차가 발생하는 문제점이 있다.

또한, 일반적인 히트 파이프는 보일러를 통해 물을 가열하고 가열된 물을 이용하여 냉매를 가열하는 간접적인 방식을 사용하므로 설비가 복잡해지고 열손실이 커지는 문제점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 열원을 이동시키기 위한 동력장치 등이 불필요하고, 불순물이 발생하지 않으며, 수명이 반영구적이고, 배치 각도가 자유로운 히트 파이프를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 고안은 간접 가열 방식 대신 직접 냉매를 가열하므로 설비가 더욱 간단해지고 열손실을 최소화할 수 있는 히트 파이프를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 고안의 일 측면에 따른 히트 파이프는 하부에서 가열된 냉매가 상부 방향으로 이동하면서 외부로 열을 방출하는 메인관; 상기 메인관으로부터 이동되는 냉매를 회수하여 상기 메인관으로 공급되도록 하는 회수관; 및 상기 메인관과 상기 회수관의 양측 단부를 서로 연결하여 전체적으로 폐회로를 구성함으로써 상기 냉매가 자연순환될 수 있도록 하는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인관은 상기 회수관보다 내경이 큰 것이 바람직하다.

또한, 상기 회수관의 하단은 상기 메인관 방향으로 휘어진 구조를 가질 수 있다.

또한, 상기 회수관의 하단은 상기 냉매에 잠겨있을 수 있다.

본 고안의 다른 측면에 따른 히트 파이프는 냉매를 가열하기 위한 전기히터 가 배치되어 있는 가열관; 상기 가열관으로부터 가열된 냉매가 이동하면서 외부로 열을 방출할 수 있도록 입구가 상기 가열관의 상부에 연결되고, 열을 방출한 냉매가 상기 가열관으로 회수될 수 있도록 출구가 상기 가열관의 하부에 연결되는 방열 회수관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 방열 회수관은 복수개가 나란히 배치될 수 있다.

또한, 상기 전기히터는 상기 각 방열 회수관의 입구와 출구에 모두 대응될 수 있는 길이로 구비될 수 있다.

본 고안에 의하면 폐회로를 구성하여 냉매를 자연순환시키면서 외부와 열교환이 이루어지도록 함으로써, 열원의 이동을 위한 별도의 동력이 불필요하여 설비를 간소화하고 수명을 연장할 수 있으며, 파이프 내부의 불순물 문제가 발생하지 않는 효과가 있다.

또한, 본 고안에 의하면 히트 파이프의 배치 각도가 자유로워 다양한 용도로 광범위하게 활용될 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 고안에 의하면 전기히터를 이용한 직접 가열방식을 통해 설비를 간소화하고 열손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

본 고안은 히트 파이프가 안고 있는 문제점 중 하나인 사용 각도 문제를 해결할 수 있다. 일반적인 히트 파이프는 냉매 회수를 위해 응축부 가공이나 응축부 내부에 모세관 등을 삽입하여 냉매회수를 하고 있다. 따라서, 빠른 유속으로 열전 달을 해야 하는 기체 냉매에 마찰이 주어지고, 일정 압력 이상에서는 마찰에 의해 유속이 느려져 열전달 또한 느려지는 현상이 발생하게 된다. 따라서, 일반적인 히트 파이프는 이를 극복하기 위해 보다 높은 가열을 필요로 하게 된다. 그러나, 본 고안에서는 순환방식의 냉매 회수를 채택함으로써 낮은 온도, 압력 차에서도 냉매 회수가 빠르고 열이동 속도 또한 빨라질 수 있도록 하였다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 고안을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 고안의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 고안의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 히트 파이프의 사시도이고, 도 2는 도 1의 수직 단면도이다.

본 고안의 일 실시예에 따른 히트 파이프는 메인관(10), 회수관(20), 연결부(30, 40)를 포함하여 이루어진다. 연결부(30, 40)는 상부 연결부(30)와 하부 연결부(40)를 포함한다.

메인관(10)은 하부에서 가열된 냉매가 상부 방향으로 이동하면서 외부로 열을 방출하는 부분이다. 메인관(10)의 하부에는 액체 냉매가 일정 수위로 들어 있 다.

보다 구체적으로, 액체 냉매는 메인관(10)의 하부와 회수관(20)의 하부를 연결하는 하부 연결부(40)에 위치하고 있다가, 하부 연결부(40)가 온수 등에 의해 가열되면 기화되면서 큰 압력으로 팽창하여 메인관(10)의 상부로 이송된다. 따라서, 메인관(10) 내부에는 팽창하여 입자가 미세한 저밀도의 냉매가 대부분을 이루게 된다.

회수관(20)은 메인관(10)으로부터 이동되는 냉매를 회수하여 메인관(10)으로 재공급될 수 있도록 한다. 회수관(20)의 상부와 하부는 연결부(30, 40)를 통해 메인관(10)과 연결된다.

이때, 회수관(20)은 메인관(10)보다 작은 내경으로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 하부 연결부(40)에서 가열되어 기화된 고압의 냉매가 대부분 메인관(10)으로 주입되도록 하기 위함이다. 회수관(20)은 메인관(10)에 비해 훨씬 작은 내경을 가지고 있으며, 회수관(20)의 하단은 냉매에 잠겨 있으므로 기화된 고압의 냉매가 거의 주입되지 않는 구조를 취하고 있다.

또한, 회수관(20)의 하단은 메인관(10) 방향으로 휘어져 있어, 회수된 냉매가 신속하게 메인관(10) 방향으로 이송될 수 있도록 한다. 또한, 메인관(10)의 상단이 회수관(20)의 상단으로 이어지는 천이부(15)는 비스듬한 형상으로 형성됨으로써, 메인관(10)으로부터 회수관(20)으로 냉매가 원활하게 이동할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

연결부(30, 40)는 메인관(10)과 회수관(20)의 양측 단부를 서로 연결하여 전 체적으로 폐회로를 구성하도록 한다. 연결부(30, 40)에 의해 냉매가 자연순환될 수 있게 된다.

본 고안의 일 실시예에 따른 히트 파이프의 작용에 대해 설명한다.

먼저, 하부 연결부(40)가 온수 등에 의해 가열되면 하부 연결부(40)에 들어 있는 액체 냉매가 가열되면서 기화되어 큰 압력의 기체 냉매로 팽창한다. 고압의 기체 냉매는 대부분 메인관(10)을 따라 이동하면서 외부와 열교환을 수행하여 외부로 열을 방출한다. 이 과정에서 일부의 기체 냉매는 액화되어 다시 메인관(10)의 하부로 회수된다.

외부와 열교환을 수행한 기체 냉매와 소량의 액체 냉매는 메인관(10)의 하부로부터 계속하여 이동하는 고압의 기체 냉매에 의해 상부 연결부(30)로 이동하고, 이어서 회수관(20)으로 이동한다. 이 과정에서 대부분의 기체 냉매는 응축되어 액체 냉매로 상변화하게 된다. 여기서 발생된 응축열이 회수관(20) 외부로 방출되면서 열교환이 수행되기도 한다.

회수관(20)을 통해 회수된 액체 냉매는 다시 하부 연결부(40)로 모여서 재가열됨으로써, 냉매의 순환 사이클이 구성된다.

이와 같이 본 고안에 따른 히트 파이프는 내부에 주입된 냉매가 상변화하면서 자연순환되므로, 냉매(열원)을 이동시키기 위한 별도의 동력장치(예컨대, 펌프) 등이 불필요하다. 따라서, 설비가 간단하고, 펌프의 수명 문제 등이 발생하지 않으므로 반영구적으로 사용할 수 있다. 또한, 내부에 물을 순환시키는 히트 파이프의 경우와 같이 파이프 내부에 스케일이나 물때가 생길 염려가 없다.

더욱이, 상기 히트 파이프는 하부 연결부(40)의 냉매가 가열되기만 하면 내부에서 냉매가 자연순환되므로, 메인관(10)과 회수관(20)이 반드시 수직으로 배치될 필요가 없다. 따라서, 상기 히트 파이프는 비스듬한 각도를 이룰 수도 있고 수평으로 배치될 수도 있으므로, 온열매트, 황토침대용 온수매트 등 다양한 용도로 폭넓게 활용될 수 있다.

도 3은 본 고안의 다른 실시예에 따른 히트 파이프의 개념도이다. 도 3의 실시예는 도 2의 실시예와 같이 별도의 연결부(30, 40) 대신 메인관(10a)과 회수관(20a)의 연결부분이 연결부(30a, 40a) 역할을 수행하는 점 이외에는 도 2의 실시예와 유사하므로, 차이점을 중심으로 설명한다.

본 고안의 다른 실시예에 따른 히트 파이프는 메인관(10a)과 회수관(20a)이 직접 연결되어 연결부(30a, 40a)를 이루고 있다. 이때, 회수관(20a)의 상단부는 대략 U자형으로 휘어져서 메인관(10a)의 상단부에 연결되어 상부 연결부(30a)를 이룬다. 따라서, 열교환을 수행한 후의 기체 냉매와 일부 응축된 액체 냉매가 회수관(20a)으로 이동하게 된다.

또한, 회수관(20a)의 하단부는 메인관(10a)의 측면 방향으로 휘어져, 메인관(10a)의 측면 하부에 연결된다. 따라서, 응축된 액체 냉매와 일부 기체 냉매가 메인관(10a)의 하부로 유입될 수 있도록 한다. 이 경우에도 하부 연결부(40a)에 존재하는 냉매의 수위는 회수관(20a)의 하단부보다 높으므로, 가열된 냉매가 회수관(20a)의 하단부를 통해 역류하는 현상을 방지하게 된다.

도 4는 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 히트 파이프의 개념도이다. 도 4의 실시예는 온수 등을 이용하여 냉매를 간접적으로 가열하는 대신, 가열관 내부에 배치된 전기히터를 이용하여 냉매를 직접 가열한다는 점 이외에는 도 2의 실시예와 유사하므로, 차이점을 중심으로 설명한다.

본 고안의 또 다른 실시예에 따른 히트 파이프는 가열관(110), 전기히터(120), 방열 회수관(130)을 포함하여 이루어진다.

가열관(110)은 내부에 액체 냉매를 포함하고 있으며, 액체 냉매를 가열하여 기화시키기 위한 전기히터(110)가 배치되어 있다. 가열관(110)의 일측 단부는 전기히터(120)가 인입되어 외부로부터 폐쇄되며, 타측 단부도 마찬가지로 폐쇄되어 있다.

이때, 전기히터(110)는 가열관(110)의 내부에 길이 방향으로 배치되어 있으며, 냉매 가열을 효율적으로 수행하기 위해 복수개가 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 전기히터(110)는 가열관(110) 전체를 골고루 가열함으로써, 복수개의 방열 회수관(130)으로부터 방출되는 열의 편차가 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해 전기히터(110)는 각 방열 회수관(130)의 입구(132)와 출구(134)를 모두 커버할 수 있는 충분한 길이로 형성된다. 즉, 전기히터(110)는 전체 방열 회수관(130)의 입구(132)와 출구(134)에 모두 대응될 수 있는 길이로 구비된다.

방열 회수관(130)은 가열관(110)으로부터 가열된 냉매가 이동하면서 외부로 열을 방출할 수 있도록 입구(132)가 가열관(110)의 상부에 연결된다. 또한, 방열 회수관(130)은 열을 방출한 냉매가 가열관(110)으로 회수될 수 있도록 출구(134)가 가열관의 하부에 연결된다. 방열 회수관(130)은 열방출 효율을 증가시키기 위해 복 수개가 나란히 배치되는 것이 바람직하며, 긴 고리 형상으로 형성될 수 있다.

본 고안의 또 다른 실시예에 따른 히트 파이프의 작용에 대해 설명한다.

전기히터(120)가 작동하면 가열관(110) 내부의 액체 냉매가 가열되면서 기화되어 고압의 기체 냉매가 생성된다. 이러한 고압의 기체 냉매는 압력에 의해 방열 회수관(130)의 입구(132)로 주입되어 이동하면서 열을 방출함으로써 주위와 열교환을 수행한다. 이때, 다량의 열을 방출하고 응축되어 방열 회수관(130) 전체를 순환하지 못하고 가열관(110)으로 떨어지는 액체 냉매도 일부 발생할 수 있다.

대부분의 기체 냉매는 방열 회수관(130) 전체를 순환하면서 외부와 열교환을 수행하여 열을 방출한 후, 응축되어 액체 냉매로 상변화한다. 이 과정에서 응축열이 방출됨으로써 주위에 추가적으로 열을 공급할 수도 있다. 기체 냉매의 응축이 보다 진행되어 냉매가 고밀도가 되면 입자가 성장하고 방열 회수관(130)의 출구(134)를 통해 다시 가열관(110) 내부로 회수된다. 회수된 액체 냉매는 재가열되어 냉매의 순환 사이클이 구성된다.

이와 같이 본 고안의 다른 실시예에 따른 히트 파이프 또한, 냉매의 자연순환이 이루어지므로 냉매를 순환시키기 위한 펌프 등이 불필요한 장점이 있다. 또한, 스케일 또는 물때를 제거할 필요가 없으며 수명이 반영구적이다. 마찬가지로, 히트 파이프의 배치 각도도 자유롭다.

추가적으로, 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 히트 파이프는 보일러를 통해 물을 가열하고 가열된 물을 이용하여 냉매를 가열하는 간접적인 방식 대신, 전기히터를 사용하여 직접 냉매를 가열하므로 설비가 더욱 간단해지고 열손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

이상의 설명은 본 고안의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 고안의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 고안에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 고안의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 고안의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 고안의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 고안의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 고안은 난방용 히터, 난방 매트, 황토방 등 난방 사업 분야와 냉각 사업 에도 사용이 가능하므로 광범위하게 활용될 수 있다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 히트 파이프의 사시도,

도 2는 도 1의 수직 단면도,

도 3은 본 고안의 다른 실시예에 따른 히트 파이프의 개념도,

도 4는 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 히트 파이프의 개념도이다.

<본 고안의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10, 10a - 메인관 20, 20a - 회수관

30, 30a, 40, 40a - 연결부 110 - 가열관

120 - 전기히터 130 - 방열 회수관

Claims (7)

1. 하부에서 가열된 냉매가 상부 방향으로 이동하면서 외부로 열을 방출하는 메인관;

   상기 메인관으로부터 이동되는 냉매를 회수하여 상기 메인관으로 공급되도록 하며, 하단이 상기 메인관 방향으로 휘어진 회수관;

   상기 메인관과 상기 회수관의 양측 단부를 서로 연결하여 전체적으로 폐회로를 구성함으로써 상기 냉매가 자연순환될 수 있도록 하는 연결부; 및

   상기 메인관의 상단이 상기 회수관의 상단으로 이어지도록 하되 기울기를 갖도록 비스듬하게 구비되어, 상기 메인관의 상단으로 갈수록 상기 메인관의 내경이 커지도록 하는 천이부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 파이프.
2. 제1항에 있어서,

   상기 메인관은 상기 회수관보다 내경이 큰 것을 특징으로 하는 히트 파이프.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 회수관의 하단은 상기 냉매에 잠겨있는 것을 특징으로 하는 히트 파이프.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제

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