KR20060004149A - 히트 패널의 히트파이프 배치 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트패널의 히트파이프 배치 시스템에 관한 것으로 특히, 온수배관을 중심으로 히트파이프를 효과적으로 배치하여 히트 패널의 기울어짐이나 사행에 의해 온수의 흐름이 지연되거나 또는 히트파이프에서 액화된 작동액이 열 공급쪽으로 순환되지 않는 순환 장애 현상을 없애 주어 신뢰성이 높은 히트 패널을 구성하기 위한 히트 패널의 히트파이프 배치 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 히트패널의 히트파이프 배치 시스템는, 가온된 물이 유동하는 온수배관과, 상기 온수배관의 소정의 위치에 연결되어 저압의 조건에서 작동 유체를 액체에서 증기로 상변화키고, 그 상변화에 따른 잠열로 열을 표면층으로 전달하는 다수의 히트파이프로 이루어지는 히트패널의 히트파이프의 배치 시스템에 있어서, 상기 온수배관을 통해 히트파이프로 공급되는 작동액을 양 방향에서 흘려보내 작동액을 양 방향에서 공급하기 위하여 상기 히트파이프의 일단을 제1온수배관에 연결하고, 상기 히트파이프의 타단은 제2온수배관에 연결시켜 상기 제1온수배관, 제2온수배관을 통해 양 방향에서 작동액을 히트파이프에 공급하도록 구성한 것을 특징으로 한다.

히트패널,열공급관,히트파이프,온수배관 ,

Description

히트 패널의 히트파이프 배치 시스템{Arrangement System of heat pipes for heat panel}

도 1은 종래의 히트 패널 구조를 설명하기 위한 종래의 히트 패널 구성도

도 2는 종래의 히트 패널 구성의 다른 예를 보인 구성도

도 3은 종래의 히트파이트 결합 상태를 설명하기 위한 참고도

도 4는 종래의 히트파이프 결합 상태를 설명하기 위한 또 다른 참고도

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 히트패널의 히트파이프 배치 시스템의 전체 구조를 설명하기 위한 참고도

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 히트파이프의 배치 상태를 설명하기 위한 참고도

도 7은 도 6의 A-A'선 단면도

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 히트파이프의 배치 상태를 설명하기 위한 평면도

도 9는 도 8의 주요부분 단면도로서,

(a)는 A-A'선 단면도 (b)는 B-B'선 단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

30 : 히트패널 31 : 히트파이프

32 : 제1온수배관 33 : 제2온수배관

34 : 열교환기 35 : 모세관

36 : 단열재 37 : 방열판

38 : 전열판

본 발명은 히트패널의 히트파이프 배치 시스템에 관한 것으로 특히, 온수배관을 중심으로 히트파이프를 효과적으로 배치하여 히트 패널의 기울어짐이나 사행으로 온수의 흐름이 지연되거나 또는 히트파이프에서 액화된 작동액이 열 공급쪽으로 순환되지 않는 순환 장애 현상을 없애주어 신뢰성이 큰 히트 패널을 구성하기 위한 히트 패널의 히트파이프 배치 시스템에 관한 것이다.

사계절이 뚜렷한 우리나라는 온난방에 대한 독특한 온돌문화를 형성하여 왔으며, 침대가 있더라도 온돌 난방을 선호하는 것이 일반적이다.

온돌은 대개 보일러장치로 부터 가열된 온수를 순환펌프를 이용하여 온수배관을 순환시킴으로 열전달이 이루어지도록 하며, 근래에는 에너지 효율을 향상시키기 위하여 보일러의 온수배관에 열전도성이 뛰어난 히트파이프를 결합하는 기술이 다양하게 개발되는 추세에 있다.

히트파이프(heat pipe)는 열전달수단으로서 이미 전기, 전자 등의 산업분야및 농업분야 등에서 널리 응용되고 사용되고 있는 것으로서, 진공상태의 금속관 내에 비점이 낮고 증발 잠열이 큰 작동유체를 주입하여 제작한 것으로 저압의 조건에서 작동유체가 쉽게 액체에서 증기로 상변화하는 특징을 이용하여 상변화시의 잠열로써 열을 전달하는 장치이다.

히트파이프는 작용온도범위가 0℃에서 200℃의 범위에 속하는 것으로 일반 공조 및 냉난방, 전자기기의 냉각, 중온범위의 폐열회수, 태양열의 집열 등에 효율적인 열전달 요소로 사용되며, 그 장점은 무엇보다도 별도의 동력원 없이 구리의 최고 추천 배에 달하는 열전도 성능을 낼 수 있다는 것이다.

이러한 열전도 특성을 갖는 히트파이프의 일단부를 온수배관에 접속시켜 온돌기능을 하개 하는 히트패널이 개발되어 사용되고 있다.

종래 기술의 히트패널은 도 1과 같이, 히트 패널(100)의 패널(170)가온수단으로서 온수배관(110)에 홀을 형성하고 히트파이프(120)를 삽입하여 용접하는 방식과, 오링을 끼워 강제 압입하는 방식 또는 도 2와 같이, 티이 이음관(140)을 이용하여 체결하는 등 온수에 히트파이프(120)가 직접 노출 접촉되도록 하는 방식 등이 있었다.

또한, 도 3 및 도 4와 같이, 종래의 난방용 히트패널(10)은, 열절단 매체인 온수가 유동되는 온수배관(11)과 상기 온수배관(11)의 일단부가 결합되는 다수의 히트파이프(20)로 이루어지는 가온수단이 히트 패널에 내설되는 온수 히트패널에 있어서, 온수배관(11)에 형성된 홀(12)에 누수를 차단하기 위해 인서트 결합되는 핑거튜브(13)와, 상기 핑거튜브(13)에 삽입 결합되는 히트파이프(20)로 이루어지는 가온수단을 포함하여 구성 함으로서, 온수배관(11)에 핑거튜브(13)를 브레이징(14) 결합으로 접합하여 온수배관을 100%밀봉한 위에 히트파이프(20)를 결합시킴으로서 온수배관(11)의 누수 발생이 차단되는 일정 단위면적의 패널로 구성되어 온돌난방 시공시 건식 공법에 의해 간편하게 이루어져 시공성을 향상시키고 누수 안전에 대한 신뢰성을 확보하고 난방 시공의 수명을 향상시키도록 되어 있었다.

히트패널을 구성하기 위한 이같은 히트파이프의 배열 기술은 주로 온수배관과 히트파이프의 효과적인 결합에 있었다. 즉, 온수배관과 히트파이프가 연결되는 부분을 통해 열이 외부로 빼았기고 또한 온수배관에 접촉하는 히트파이프의 접촉면이 온수배관과 히트파이프의 접촉면적으로 결정되어 접촉면적이 한정되어 충분한 열전도도를 유지할 수 없거나, 외부측 온도에 의한 열손실량도 커서 효과적인 열관리에 미흡한 문제점과, 온수배관과 히트파이프의 결합시 브레이징 접합이나 그 밖의 접합에 있어서 작은 접합 면적으로 히트파이프의 이탈 등의 문제점이 나타났고, 시공성도 불량할 뿐만아니라, 접합면의 훼손 등에 의한 누수 안전에 대한 신뢰성을 확보하기 위한 기술들이다.

그러나, 히트패널을 구성하기 위한 히트파이프의 배열은 한쪽에 있는 온수배관을 중심으로 이루어 지는데, 온수배관을 중심으로 한쪽에만 히트파이프를 배열하면 히트 패널의 기울어짐이나 사행으로 온수의 흐름이 지연되고, 또한 히트파이프에서 액화된 작동액이 열 공급쪽으로 순환되지 않는 순환 장애 현상이 나타날 수 있다.

즉, 히트파이프는 진공상태에서 저온에서도 작동액이 기화하여 열을 빠른 시간에 전달하고 열을 빼앗긴 작동액은 다시 액체로 변하여 열공급 쪽으로 흘러와 다시 열을 공급받아 기화되는 기능을 하는데, 히트 패널 자체가 기울러져 있으면, 이같은 작동액의 순환 장애가 나타난다.

이는, 히트 패널을 바닥면에 설치할 때 바닥면 고르기의 평탄도가 일정치 않거나 기울기가 있을 경우 히트파이프를 통한 작동액의 순환 장애를 일으켜 열 전달에 차질이 생겨 난방성능에 영향을 미치는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 온수배관을 중심으로 히트파이프를 효과적으로 배치하여 히트 패널의 기울어짐이나 사행으로 히트파이프를 따라 흐르는 작동액의 흐름 지연 또는 히트파이프에서 액화된 작동액이 열 공급쪽으로 순환되지 않는 순환 장애 현상을 없애주어 신뢰성이 큰 히트 패널을 구성하기 위한 히트 패널의 히트파이프 배치 시스템를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 히트패널의 히트파이프 배치 시스템는,

가온된 물이 유동하는 온수배관과, 상기 온수배관의 소정의 위치에 연결되어 저압의 조건에서 작동 유체를 액체에서 증기로 상변화키고, 그 상변화에 따른 잠열로 열을 표면층으로 전달하는 다수의 히트파이프로 이루어지는 히트패널의 히트파이프의 배치 시스템에 있어서,

상기 온수배관을 통해 히트파이프로 공급되는 작동액을 양 방향에서 흘려보내 작동액을 양 방향에서 공급하기 위하여 상기 히트파이프의 일단을 제1온수배관에 연결하고, 상기 히트파이프의 타단은 제2온수배관에 연결시켜 상기 제1, 제2온수배관을 통해 양 방향에서 작동액을 히트파이프에 공급하도록 구성한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 히트패널의 히트파이프 배치 시스템의 전체 구조를 설명하기 위한 참고도 이다. 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 히트파이프의 배치 상태를 설명하기 위한 참고도 이다. 도 7은 도 6의 A부 상세도이다. 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 히트파이프의 배치 상태를 설명하기 위한 평면도이고, 도 9는 도 8의 주요부분 단면도로서, (a)는 A-A'선 단면도 (b)는 B-B'선 단면도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 히트 패널의 히트파이프 배치 시스템의 예는 도 5 내지 도 9와 같다.

본 발명에 따른 히트패널(30)의 히트파이프 배치 시스템는, 가온된 물이 유동하는 제1, 제2온수배관(32)(33)과, 상기 제1, 제2온수배관(32)(33)의 소정의 위치에 연결되어 저압의 조건에서 작동 유체를 액체에서 증기로 상변화키고, 그 상변화에 따른 잠열로 열을 표면층으로 전달하는 다수의 히트파이프(31)로 이루어진다.

구체적으로는, 도 6과 같이, 제1, 제2온수배관(32)(33)을 통해 히트파이프(31)로 공급되는 작동액을 양 방향에서 흘려보내 작동액을 양 방향에서 공급하기 위하여 상기 히트파이프(31)의 일단을 제1온수배관(32)에 연결하고, 상기 히트파이프(31)의 타단은 제2온수배관(33)에 연결시켜 상기 제1, 제2온수배관(32)(33)을 통해 양 방향에서 작동액을 히트파이프(31)에 공급하도록 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 히트파이프(31)의 양단이 제1, 제2온수배관(32)(33)을 감쌓도록 연결한 것을 특징으로 한다.

이에 대한 상세 구조는, 도 7 내지 도 9에 나타나 있는데, 도 7은 도 6의 A-A'선 단면도로서, 제1, 제2온수배관(32)(33)을 감쌓고 있는 외부측은 열교환기(34)가 되고 연속적으로 나머지 부분은 히트파이프(31)를 형성하며, 히트파이프(31)의 내경을 따라 형성된 벽면은 모세관(35)이 된다.

도 8은 히트 패널(30)에 히트파이프(31)를 배열한 것을 나타낸 평면도이다. 도 9의 (a)는 도 8의 A-A'선 단면도로서, 단열재(36)를 따라 히트파이프(31)가 설치되어 상층부가 방열판(37)이 되고, 모세관(35)이 있는 히트파이프(31)의 외부는 전열판(38)으로 감쌓져 있는 구조이다. 도 9의 (b)는 도 8의 B-B'선 단면도로서, 단열재(36)의 상층부가 방열판(37)을 이루고, 제1온수배관(32)이 지나는 외부표면은 열교환기(34)가 되며, 방열판(37)과 열교환기(34)는 전열판(38)으로 연결된 구조로서, 여기서 제1, 제2온수배관(32)(33)을 감쌓아 구성하는 히트파이프(31)의 양단은 양방향 대칭구조이다.

이와 같은 본 발명에 따른 히트패널의 히트파이프 배치 시스템는, 진공상태에서 저온에서도 작동액이 기화하여 열을 빠른 시간에 전달하고 열을 빼앗긴 작동액은 다시 액체로 변하여 열공급쪽으로 흘러와 다시 열을 공급받아 기화하는 일반적인 히트파이프 구조가 적용된다.

히트파이프에서 작동액의 순환이 이루어지지 않으면 열전달에 치명적인 문제가 발생한다. 히트파이프에서 순환 장애는 한번은 기화되어 유동되는데 액화된 작동액이 열공급 쪽으로 이동하지 못해 연속적인 열전달을 불가능하게 한다.

통상적으로 히트파이프가 경사지게 기울어져 있다면 액상의 작동액의 유동에 도움을 줄 수 있기 때문에 실제로 히트 패널의 히트파이프 시공 기준에는 히트파이프를 경사지게 시공하는 경우도 있다. 그러나 이러한 작동액의 유동을 위해 히트파이프를 적당한 기울기로 시공하기가 어려우며 열손실이 더 커질 수 있어 권장되는 시공형태로 자리잡지 못했으며, 대부분 수평순환 형태로 시공된다.

본 발명은 제1,제2온수배관(32)(33)을 포함한 히트파이프(31)가 단일의 관 형태, 즉 히트파이프가 되므로 구조적으로, 온수배관과 히트파이프가 별도로 분리된 종전 히트 패널의 히트파이프와는 구조적으로 상이하고, 열을 공급해 주는 방법이 2중관의 형태를 가질 수 있으므로 물재킷을 통해 고온의 물을 흘려보내 히트파이프속에 열을 공급 해 줄 수 있다.

한편, 히트파이프로 유동되는 작동액의 수평순환을 위해서는 수평도가 중요한 관리항목이다. 수평순환에서, 수평상태에서도 장애가 발생하는 것을 감안할 때, 수평도가 맞지 않으면 순환장애는 반드시 발생되는 것으로 볼 수 있다.

본 발명은 제1온수배관(32)과 제2온수배관(33)을 각각 히트파이프(31)의 단부에 둠으로서 수평도에 관계 없이 상시적으로 히트파이프 작동액의 유동을 가능하게 한다. 즉, 수평도가 기울어져 그 방향이 히트파이프로부터 멀어지는 방향인 경우 작동액이 온수배관측과 반대쪽으로 흘러서 상대편 지역에 몰려 그쪽에서 기화되어 열을 교환하지 못하고 더 이상 열전달을 할 수 없게 되지만, 본 발명은 제1온수배관(32)측에 낮은 위치에 있는 경우 히트파이프(31)를 따라 흐르는 작동액의 유동은 제1온수배관(32)측에 집중되는 동시에 반대쪽이 되는 제2온수배관(33)측에서도 열교환이 되어 정상적인 작동액의 순환이 이루어져 순환 장애가 발생되지 않는다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 히트 패널 구성도로서, 히트파이프(31)의 양 방향에 제1, 제2온수배관(32)(33)이 위치하고, 이는 도 9와 같이 히트파이프(31)의 양단이 제1, 제2온수배관(32)(33)을 감쌓아지도록 구성하여 표면에 방열판(37)을 형성하는 형태로 히트 패널을 구성할 수 있게 된다. 이와 같은 히트 패널을 포함한 히트파이프의 배치 시스템는, 히트파이프(31)를 따라 흐르는 작동액의 유동이 수평도나 기울기에 관계없이 순환장애가 일어나지 않도록 하게 함으로서 히트 패널에 적용되는 경우 난방 불능이나 에너지 손실을 최소화 시킬 수 있게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 히트패널의 히트파이프 배치 시스템는, 온수배관을 중심으로 히트파이프를 효과적으로 배치하여 히트 패널의 기울어짐이나 사행에 의해 히트파이프를 따라 흐르는 작동액의 흐름 지연 또는 히트파 이프에서 액화된 작동액이 열 공급쪽으로 순환되지 않는 순환 장애 현상을 없애주어 신뢰성이 높은 히트 패널을 구성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 가온된 물이 유동하는 온수배관과, 상기 온수배관의 소정의 위치에 연결되어 저압의 조건에서 작동 유체를 액체에서 증기로 상변화키고, 그 상변화에 따른 잠열로 열을 표면층으로 전달하는 다수의 히트파이프로 이루어지는 히트패널의 히트파이프의 배치 시스템에 있어서,

   상기 온수배관을 통해 히트파이프로 공급되는 작동액을 양 방향에서 흘려보내 작동액을 양 방향에서 공급하기 위하여 상기 히트파이프의 일단을 제1온수배관에 연결하고, 상기 히트파이프의 타단은 제2온수배관에 연결시켜 상기 제1, 제2온수배관을 통해 양 방향에서 작동액을 히트파이프에 공급하도록 구성한 것을 특징으로 하는 히트 패널의 히트파이프 배치 시스템.
2. 제 1 항에 잇어서,

   상기 히트파이프의 양단이 각각 제1, 제2온수배관을 감쌓도록 연결한 것을 특징으로 하는 히트 패널의 히트파이프 배치 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제1, 제2온수배관을 감쌓고 있는 히트파이프의 외부측은 열교환기가 되고 연속적으로 나머지 부분은 히트파이프를 형성하는 것을 특징으로 하는 히트 패널의 히트파이프 배치 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 히트파이프의 상층부는 방열판을 이루고, 상기 제1온수배관이 지나는 외부표면은 열교환기가 되며, 상기 방열판과 열교환기는 전열판으로 연결된 것을 특징으로 하는 히트 패널의 히트파이프 배치 시스템.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 제1, 제2온수배관을 감쌓아 구성하는 히트파이프의 양단은 양방향 대칭구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트 패널의 히트파이프 배치 시스템.

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