KR20060000470A - 진동형 히트파이프이용 냉난방 팬코일 유니트 - Google Patents

진동형 히트파이프이용 냉난방 팬코일 유니트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실내온도를 적절하게 유지하기 위한 냉난방기에 있어서, 열효율을 증가시킬수 있는 진동세관형 히트파이프를 이용한 유니트 냉난방기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 주어진 체적에 작동유체가 충진되며, 나머지 체적은 진공상태로 이루어진 진동세관형 히트파이프와, 상기 히트파이프의 일측에는 접촉되어 상호 열교환하도록 이루어진 열교환매체인 열원헤드로서 온열원이 접촉되도록 이루어진 온열원헤드와, 상기 히트파이프의 타측에는 상기 온열원에 대응되도록 이루어진 열원공급부로 이루어진 것을 특징으로 하는 진동형 히트파이프 이용 냉난방 팬코일 유니트에 관한 것이다.
기존의 알루미늄 압출형 라디에터에서는 모든 파이프내에 온수 또는 냉수가 순환하여 방열 및 냉방을 하는 장치로 구성되고, 기존의 단일관 히트파이프를 사용하는 경우에는 모세관윅이 없다면 난방 또는 냉방중 어느 하나만 가능하지만, 진동세관형 히트파이프를 적용하면 가열원 또는 냉방원이 하부 또는 측면에만 순환하고 이 곳에서 증발한 증기 또는 응축된 액체는 세관내에서 진동에 의해 방열 또는 냉방이 필요한 부분으로 이동하므로서 하나의 장치로 난방 또는 냉방이 이루어지는 것이다.
본 발명에 따른 시스템은 온수 또는 냉수와 접하는 하부 또는 측면에는 핀을 부착하지 않고, 실내의 공기가 유동하여 난방 또는 냉방이 이루어지는 부분에는 핀을 부착하여 장치를 고성능화하고 팬코일유니트내에 온수 또는 냉수량을 대폭 줄이 고 난방 또는 냉방이 하나의 장치에서 가능한 장점을 갖고 있으며, 폐루프 형태로 구성되며 이러한 루프형태의 시스템내부를 진공으로 하여 작동유체를 주입하면 온수 또는 냉수에 의해 방열 또는 흡열하여 난방 또는 냉방을 하고 작동유체는 진동에 의해 이동하는 시스템이다.
본 발명에 의하면, 열에너지를 방출 또는 흡입하여 실내온도를 상승 또는 냉각시키는 상부 또는 중앙에 위치하는 방열부 또는 흡열부에는 핀을 부착하여 고성능화하고, 온수 또는 냉수와 접하는 하부 또는 측면에는 헤더화하여 열을 흡입 또는 방출이 가능토록 하며, 하부 또는 측면에는 난방 또는 냉방에 따라 방열부가 될 수도 있고 흡열부가 되도록 하는 진동형 히트파이프이용 냉난방 팬코일 유니트에 관한 것이다.
진동세관, 히트파이프, 작동유체, 냉난방, 팬코일유니트

Description

진동형 히트파이프이용 냉난방 팬코일 유니트{Fan coil unit for cooling and heating with oscillating heat pipe}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 진동세관형 히트파이프를 이용한 유니트 냉난방기 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 진동세관형 히트파이프를 이용한 유니트 냉난방기 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 진동세관형 히트파이프를 이용한 유니트 냉난방기 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 진동세관형 히트파이프를 이용한 유니트 냉난방기 나타낸 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 진동형 히트파이프이용 냉난방 팬코일 유니트의 히트파이프 내의 평형상태를 나타낸 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 진동형 히트파이프이용 냉난방 팬코일 유니트의 히트파이프 내의 작동상태를 나타낸 개략도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 진동세관형 히트파이프 2 : 열전달 핀
3 : 작동유체주입관 4 : 제1열원헤드
5 : 열원 주입구 6 : 열원 토출구
7 : 열원공급부 8 : 가열 또는 냉각된 열원공급부
9 : 제2열원헤드
본 발명은 진동세관형 히트파이프를 이용한 팬코일 유니트 냉난방기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 사무실 냉난방용 팬코일 유니트 냉난방기를 진동세관형 히트파이프를 이용하여 가열원 또는 냉방원인 온수 또는 냉수의 순환량을 대폭 줄이기 위한 팬코일 유니트 냉난방기의 고성능화에 관한 것이다.
겨울철 또는 열름철에 사람이 주거하는 실내공간 또는 동.식물을 사육 및 재배하는 비닐 하우스의 내부온도를 조절하기 위해 냉난방기를 설치한다. 이러한 냉난방기 중에 하나인 유니트 냉난방기는 고온수 또는 냉수를 유니트 냉난방기의 내부로 통과시키면서 방열핀으로부터 열을 방출 또는 흡열시키는 냉난방기로서, 유니트 냉난방기를 통과하는 고온수 또는 냉수는 유니트 냉난방기의 내부 전체 체적을 채운 상태로 유동한다.
따라서, 순환하는 고온수 또는 냉수의 양이 많아지며 방열또는 흡열할 수 있을 정도의 고온수 또는 냉수로 가열 또는 냉각하기 위해서는 상당한 양의 열에너지 가 필요하며 많은 시간이 소요된다.
또한, 기존의 단일관 히트파이프로 구성하는 히트파이프 이용 방열기에서는 각각의 히트파이프 요소의 증발부가 온수와 접촉하도록 하여야 하고 히트파이프내에 모세관윅이 없는 경우에는 난방 또는 냉방중에 하나만 사용이 가능한 단점을 갖고 있다.
기존의 알루미늄 압출형 라디에터에서는 모든 파이프내에 온수 또는 냉수가 순환하여 방열 및 냉방을 하는 장치로 구성되고, 기존의 단일관 히트파이프를 사용하는 경우에는 모세관윅이 없다면 난방 또는 냉방중 어느 하나만 가능하지만, 진동세관형 히트파이프를 적용하면 가열원 또는 냉방원이 하부 또는 측면에만 순환하고 이 곳에서 증발한 증기 또는 응축된 액체는 세관내에서 진동에 의해 방열 또는 냉방이 필요한 부분으로 이동함으로서 하나의 장치로 난방 또는 냉방이 이루어지는 것이다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 세관으로 폐루프를 형성하고 온열 또는 냉열에 의해 액상플러그의 증발 또는 기상플러그의 응축으로 미소한 압력차가 발생하여 평형상태가 깨어지면서 축방향으로 이동하여 방열 또는 흡열하여 냉난방이 이루어진다. 온열이 접촉하는 증발부에서 발생하는 고온고압의 증기포가 냉열이 접촉하는 응축부에서 응축됨에 따라 증기포의 체적이 축소하여 액상의 작동액으로 순차적으로 이동하면서 작동 하게 된다. 이러한 작동원리에 의해 작동액 및 기체가 진동하면서 잠열에 의하여 열을 고속으로 이동시키고자 이루어진 진동형 히트파이프이용 냉난방 팬코일 유니트를 제공하는데 있는 것이다.
본 발명에 따른 진동형 히트파이프이용 냉난방 팬코일 유니트는 온수 또는 냉수와 접하는 하부 또는 측면에는 핀을 부착하지 않고, 실내의 공기가 유동하여 난방 또는 냉방이 이루어지는 부분에는 핀을 부착하여 장치를 고성능화하고 팬코일유니트내에 온수 또는 냉수량을 대폭 줄이고 난방 또는 냉방이 하나의 장치에서 가능한 장점을 갖고 있으며, 폐루프 형태로 구성되며 이러한 루프형태의 시스템내부를 진공으로 하여 작동유체를 주입하면 온수 또는 냉수에 의해 방열 또는 흡열하여 난방 또는 냉방을 하고 작동유체는 진동에 의해 이동하는 시스템이다.
본 발명에 의하면, 열에너지를 방출 또는 흡입하여 실내온도를 상승 또는 냉각시키는 상부 또는 중앙에 위치하는 방열부 또는 흡열부에는 핀을 부착하여 고성능화하고, 온수 또는 냉수와 접하는 하부 또는 측면에는 헤더화하여 열을 흡입 또는 방출이 가능토록 하며, 하부 또는 측면에는 난방 또는 냉방에 따라 방열부가 될 수도 있고 흡열부가 되도록 하는 진동형 히트파이프이용 냉난방 팬코일 유니트에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 진동형 히트파이프이용 냉난방 팬코일 유니트에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 진동세관형 히트파이프를 이용한 유니트 냉난방기 나타낸 개략도로서, 이를 상세히 설명하면, 주어진 체적에 작동유체가 충진되며, 나머지 체적은 진공상태로 이루어진 진동세관형 히트파이프(1)와,
상기 히트파이프(1)의 일측에 접촉되어 상기 히트파이프(1)내의 작동유체에 열을 공급하여, 상호 열교환이 이루어지도록 마련된 제1열원헤드(4)와, 상기 히트파이프(1)의 타측에 공급되되 상기 제1열원헤드(4)에 대응되도록 이루어진 열원공급부(7)로 이루어진 진동형 히트파이프 이용 냉난방 팬코일 유니트에 관한 것이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 진동세관형 히트파이프를 이용한 유니트 냉난방기 나타낸 개략도로서, 이를 설명하면, 상기 히트파이프(1)의 타측에 접촉되어 상기 히트파이프(1)내의 작동유체에 열을 공급하여, 상호 열교환이 이루어지도록 마련된 제2열원헤드(9)를 더 포함하는 것이다.
또한. 난방시에 상기 열원헤드(4)는 온열원을 공급하여, 상기 히트파이프(1)내의 작동유체를 가열하도록하여 상기 히트파이프(1)의 타측에 공급되되 상기 제1열원헤드(4) 대응하도록 이루어진 열원공급부(7)로 공급되는 공기 또는 물을 가열시키도록 하는 것이다.
더 나아가, 냉방시에 상기 열원헤드(4)는 냉열원으로 공급하여, 상기 열원 공급부(7)로 공급되는 공기 또는 물을 냉각시키도록 하는 것이다.
본 발명에 따른 진동형 히트파이프 이용 냉난방 팬코일 유니트에서는 상기 제1열원헤드(4)와 제2열원헤드(9)로 공급되는 열량이 동일하도록 하며, 그 중간에 공급되는 열원공급부(7)로부터 공급되는 공기 또는 물을 가열 또는 냉각시키도록 하는 것이다.
다른 실시예로서, 제1열원헤드(4)와 제2열원헤드(9)로 공급되는 열량이 상대적으로 다르도록 마련하여, 그 중간에 공급되는 열원공급부(7)로부터 공급되는 공기 또는 물을 가열 또는 냉각시키도록 하는 것이다.
상기 열원공급부(7)는 공급원으로서, 공기를 공급하여 공급된 공기와 상기 히트파이프(1)내의 작동유체와의 열교환에 의하여 가열되거나 냉각되는 것이다.
이때에, 제1열원헤드(4) 및 제2열원헤드(9)로서 온열원헤드인 경우에는 상기 히트파이프(1)내의 작동유체가 가열되어 공급공기는 상대적으로 가열된 공기로서 토출되는 것이다.
또한, 제1열원헤드(4) 및 제2열원헤드(9)로서 냉열원헤드인 경우에는 상기 히트파이프(1)내의 작동유체가 냉각되어 공급공기는 이와 열교환되어 냉각된 공기로서 토출되는 것이다.
더 나아가, 상기 히트파이프(1)의 외측에는 열전달 핀이 부착되어 공급된 공기와의 열교환 효율을 증가시키는 것이다.
상기 히트파이프(1)의 일측에는 히트파이프내의 작동유체의 조입을 위하여 작동유체 주입관(3)이 장착되며, 상기 열원헤드의 일측에는 열원주입구(5)가 장착되고, 타측에는 열원토출구(6)가 마련되어 계속적으로 일정한 열원을 열원헤드에 공급하여 공급공기와의 일정한 열교환이 이루어지도록 하는것이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 진동세관형 히트파이프를 이용한 유니트 냉난방기 나타낸 개략도로서, 이를 설명하면, 진동세관형 히트파이프를 수직으 로 배치한 것을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 진동세관형 히트파이프를 이용한 유니트 냉난방기 나타낸 개략도로서, 제2열원헤드(9)를 더 포함하는 진동세관형 히트파이프를 이용한 유니트 냉난방기에 관한 것이다.
이는 도 1 및 도 2에서 나타난 수평형 냉난방기의 다른 실시예로서, 본 발명은 필요에 의하여 수평, 수직 또는 경사진 형태등 설치위치에 관계없이 원활한 작동상태를 발생할 수 있는 것이다.
이에 대하여 도 5 및 도 6에서 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 진동형 히트파이프이용 냉난방 팬코일 유니트의 히트파이프 내의 평형상태를 나타낸 개략도이며, 도 6은 본 발명에 따른 진동형 히트파이프이용 냉난방 팬코일 유니트의 히트파이프 내의 작동상태를 나타낸 개략도로서, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
진동세관형 히트파이프의 작동원리는 세관으로 폐루프를 형성하고 온열 또는 냉열에 의해 액상플러그의 증발 또는 기상플러그의 응축으로 미소한 압력차가 발생하여 평형상태가 깨어지면서 축방향으로 이동하여 방열 또는 흡열하여 냉난방이 이루어진다. 온열이 접촉하는 증발부에서 발생하는 고온고압의 증기포가 냉열이 접촉하는 응축부에서 응축됨에 따라 증기포의 체적이 축소하여 액상의 작동액으로 순차적으로 이동하면서 작동하게 된다.
이러한 작동원리에 의해 작동액 및 기체가 진동하면서 잠열에 의하여 열을 고속으로 이동시키는 것이다.
도 5는 진동형 히트 파이프의 평형상태의 모습으로 세관내의 작동유체는 표면장력에 의해 히트파이프의 세관내에 플러그(plug)형상의 액상부분과 진공상태로 유지상태에서 작동유체는 증기포로 된 기상부분이 형성되어 포화증기압에서 평형상태를 유지한다.
정지상태에서 일측부를 가열(난방) 또는 냉각(냉각)하고 타측부를 난방 또는 냉방을 목적으로 공기를 유동시키면 기포가 발생하면서 체적팽창 또는 수축에 의하여 도 6과 같이 평형상태가 붕괴되어 기상 플럭그(vapor plug) 또는 액상 플러그(liquid plug)가 이동하면서 난방 또는 냉방이 이루어지게 된다.
이상에서와 같이 본 발명은, 진동세관형 히트파이프의 원리를 냉난방용 팬코일유니트에 응용하는 것으로 진동형 히트파이프(Oscillating Heat Pipe)는 세관내를 진공으로 하고 작동유체를 주입하여 작동유체의 증발 및 응축에 의해 잠열의 형태로 열을 대량 수송하는 열전달장치로서 도 5와 같이 증발부와 응축부의 설치방향에 상관없이 일반적인 히트파이프내 설치된 윅(wick)이 필요하지 않아 증발부가 상부에 위치하는 경우의 윅식 히트파이프보다 제작이 용이하고 증발부가 항시 하부에 위치하여야 하는 써모싸이폰식보다 설치 및 용도가 광범위한 장점을 갖고 있다.
또한, 증발부와 응축부를 멀리 위치시킬 수 있고, 물 또는 공기를 열원으로 하여도 전열면적의 확대가 용이하여 장치의 고성능화가 가능한 장치이다. 또한 전열면확대에 박판의 알루미늄 핀사용이 가능하므로 경량화 및 구조가 간단한 특징을 가지고 있다.
특히, 냉난방용 팬코일유니트로 사용하는 경우에는 온수 또는 냉수가 하부 또는 양측의 증발부(난방시) 또는 응축부(냉방시)로만 이동하여 냉방 또는 난방이 가능하므로 냉난방용 온수 또는 냉수의 순환유량이 대폭 줄어들어 에너지절감과 냉난방이 신속하게 이루어지는 것이다.

Claims (11)

  1. 주어진 체적에 작동유체가 충진되며, 나머지 체적은 진공상태로 이루어진 진동세관형 히트파이프(1)와,
    상기 히트파이프(1)의 일측에 접촉되어 상기 히트파이프(1)내의 작동유체에 열을 공급하여, 상호 열교환이 이루어지도록 마련된 제1열원헤드(4)와,
    상기 히트파이프(1)의 타측에 공급되되 상기 제1열원헤드(4)에 대응되도록 이루어진 열원공급부(7)로 이루어진 것을 특징으로 하는 진동형 히트파이프 이용 냉난방 팬코일 유니트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히트파이프(1)의 타측에 접촉되어 상기 히트파이프(1)내의 작동유체에 열을 공급하여, 상호 열교환이 이루어지도록 마련된 제2열원헤드(9)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동형 히트파이프 이용 냉난방 팬코일 유니트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1열원헤드(4) 및 제2열원헤드(9)는 온열원인 것을 특징으로 하는 진동형 히트파이프 이용 냉난방 팬코일 유니트.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1열원헤드(4) 및 제2열원헤드(9)는 냉열원인 것을 특징으로 하는 진동형 히트파이프 이용 냉난방 팬코일 유니트.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제1열원헤드(4)와 제2열원헤드(9)로 공급되는 열량이 동일한 것을 특징으로 하는 진동형 히트파이프 이용 냉난방 팬코일 유니트.
  6. 상기 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제1열원헤드(4)와 제2열원헤드(9)로 공급되는 열량이 상대적으로 다르도록 이루어진 것을 특징으로 하는 진동형 히트파이프 이용 냉난방 팬코일 유니트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열원공급부(7)는 공급공기인 것을 특징으로 하는 진동형 히트파이프 이용 냉난방 팬코일 유니트.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 히트파이프(1)의 외측에는 열전달 핀이 부착된 것을 특징으로 하는 진동형 히트파이프 이용 냉난방 팬코일 유니트.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 히트파이프(1)의 일측에 작동유체 주입관(3)이 장착된 것을 특징으로 하는 진동형 히트파이프 이용 냉난방 팬코일 유니트.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 열원헤드의 일측에는 열원주입구(5)가 장착되고, 타측에는 열원토출구(6)가 마련된 것을 특징으로 하는 진동형 히트파이프 이용 냉난방 팬코일 유니트.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 히트파이프(1)는 수평, 수직 또는 경사지도록 설치된 중에서 어느 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 진동형 히트파이프 이용 냉난방 팬코일 유니트.
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