KR20070083106A - 증기의 자연대류를 이용한 난방시스템 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증기의 자연대류를 이용한 난방장치 및 그 방법에 관한 것으로, 물을 가열하면 발생하는 수증기가 위쪽으로 상승하는 자연대류현상을 이용하여 별도의 물공급장치를 설치하지 않고도 자연적으로 물이 증발되고 냉각 순환되어 연속적으로 물이 공급 및 가열되도록 하였으며, 복잡한 제어장치 및 전기전자 장치를 설치하지 않고 간단한 측정센서 및 압력안전장치가 설치된 구조로서 수증기로부터 발산된 열에 의해 따뜻해진 바람을 송풍할 할 수 있도록 하는 난방장치 및 그 방법에 관한 것이다.

더욱 자세히는 물을 저장하는 물저장탱크와; 상기 물저장탱크 내부에 설치되어 저장된 물을 증발시키는 발열부와; 상기 발열부에 의해 증발된 수증기가 이동하는 수증기이동관 및 상기 수증기이동관 후부에 수증기를 냉각 및 따뜻한 바람을 송풍시키는 송풍팬이 설치된 라지에이터부로 구성되어 발열부에 의해 가열된 물에서 발생한 수증기가 자연대류에 의해 상승하면서 증기이동관을 지나게 되고, 상기 수증기는 액화(기체가 액체로 되는 현상)되면서 주위로 열을 발산하게 되고, 이때 주위의 온도가 따뜻해지면 이를 필요한 곳으로 송풍시킬 수 있는 난방장치 및 그 방법에 관한 것이다.

수증기, 대류, 송풍팬, 액화

Description

증기의 자연대류를 이용한 난방시스템 및 그 장치{The apparatus and the heating system using Natural convection of steam}

도 1은 종래의 난방장치의 간략한 구성을 나타내는 구성도

도 2는 본 발명의 개괄적인 방법을 나타내는 도면

도 3은 본 발명이 적용된 난방장치의 사시도

* 도면의 주요부분에 사용된 주요부호의 설명 *

10 : 수증기 20 : 송풍구

30 : 송풍팬 40 : 발열부

50 : 물저장탱크 60 : 수증기이동관

70 : 라지에이터부 80 : 물

90 : 제어수단 100 : 리턴파이프

본 발명은 난방장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물이 가열되면 발생하는 수증기가 자연대류에 의해 위쪽으로 상승하고, 상기 수증기가 냉각되면서 다시 물로 변화는 현상(액화)에 의해 주위로 온도를 발산시켜 주위의 온도가 따뜻하게 되고, 이러게 생성된 따뜻한 바람을 송풍할 수 있게 하는 난방방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적인 난방장치를 살펴보면, 도 1에서와 같이 난방장치의 전면부에 송풍구(21)가 형성되고, 상기 송풍구 후면부에 송풍팬(31)을 설치하고, 송풍구와 송풍팬 사이에 저항코일에 전류가 흘러서 발열되는 발열부(41)가 배치되어 형성된다. 이렇게 형성된 난방장치는 발열부가 주위의 온도를 상승시키고, 이렇게 따뜻해진 주위의 공기를 상기 송풍팬으로 불어서 필요한 곳으로 따뜻한 바람을 송풍하게 되는 것이 가장 일반적이다.

하지만, 상기와 같은 구성의 난방장치는 그 구성과 사용조작이 간단하기 때문에 개인방과 같은 작고 한정된 공간에서 사용하기에는 유용하지만 열원이 외부로 드러나 있어 위험이 높고, 사무실, 병원, 학원 등 일정한 크기 이상의 공간에 설치하여 사용할 경우에는 계속적인 발열부의 가동으로 많은 연료비가 소비될 뿐만 아니라 밀폐된 주위공간을 건조화 시키는 등 여러 가지 문제점이 발생하게 된다.

이에 본 발명에 따른 수증기의 자연대류를 이용한 난방장치 및 그 방법은 수증기의 자연대류와 수증기의 액화 시 주위로의 열을 발산하여 주위의 온도를 상승시키는 열교환작용을 이용하기 위해 물을 저장하는 물저장탱크와; 상기 물저장탱크 내부에 설치되어 저장된 물을 증발시키는 발열부와; 상기 발열부에 의해 증발된 수증기가 이동하는 수증기이동관 및 상기 수증기이동관 후부에 수증기를 냉각 및 따뜻한 바람을 송풍시키는 송풍팬이 설치된 라지에이터부로 구성되는 간단한 구조를 이루어 물저장탱크 내에서 발열부에 의해 가열된 물이 밀폐된 공간에서 유지되어 오랫동안 발열을 유지할 수 있게 됨으로 장시간 작동 시에도 통상적으로 대기 중에 직접적으로 노출되어 온풍 작용을 하는 난방시스템으로 이루어진 난방장치에 비해 장시간 사용 시 연료효율이 높고, 직접적인 노출이 없으므로 화상 및 화재 등의 위험발생률도 낮은 난방장치 및 그 방법을 제공한다.

도 1은 종래의 난방장치의 간략한 구성을 나타내는 구성도이고, 도 2은 본 발명의 기본적인 난방시스템을 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명이 적용된 난방장치의 사시도로,

이하, 상기 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 증기의 자연대류를 이용한 난방장치 및 그 방법의 구성 및 그 작용을 더욱 자세히 설명 하면 다음과 같다.

도 2에서 도시된바와 같이 본 발명은 발열부(40)에 의해 가열된 물(80)이 수증기(10)로 변하면서 자연적으로 위쪽으로 상승하는 자연대류현상및 수증기가 액화되면서 주위로 열을 발산하는 열교환작용을 이용한 것이다. 즉 가열된 물이 수증기로 변하면 위쪽으로 상승하게 되고, 이때 상측에 형성되어 있는 수증기이동관(60)을 수증기가 이동하면서 액화되어 열교환에 의해 수증기이동관 주위 온도를 상승시키게 되고, 따라서 온도가 상승하게 되면 송풍팬(30) 이용하여 필요한 곳으로 따뜻한 공기를 송풍함으로 난방작용을 하게 되는 난방장치 및 그 방법으로서 도 2, 3에서와 같이, 이는 본체 전면부에 송풍구(20)가 형성되고, 상기 송풍구(20) 후면부에 후술할 발열부(40)에 의해 발생된 수증기(10)가 이동하는 수증기이동관과(60); 따뜻한 공기를 필요한 곳으로 송풍 및 상기 수증기이동관(60)을 지나는 수증기를 냉각시키는 송풍팬(30)이 설치된 구조로 이루어져 있다. 또한 송풍팬에 의해 냉각된 수증기는 다시 물로 환원되게 되는데 이렇게 환원된 물을 다시 물저장탱크(50)로 이동시키는 리턴파이프(100)가 형성되어 이루어진다.

상기 물저장탱크(50)는 일정량 이상의 물(80)이 상시 채워져 있으며, 그 내부에는 물(80)을 가열하는 발열부(40)가 설치되어 있다. 그리고 상기 발열부의 구조는 저항코일로 형성되어 전류가 공급되면 발열하면서 채워진 물을 가열하여 수증기를 발생시키는 것이 일반적인 구조이나, 이는 필요에 따라 열원을 가스나 기름 등 다양한 것으로도 이용하는 가능하다.

또한 상기 물저장탱크(50) 내부 몸체 일측 일정한 높이에 물수위와 물온도를 측정할 수 있는 통상적인 측정센서(51)와 상기 측정세서 상측으로 물보충 주입구(54)가 형성된다. 이는 장시간 사용 시 물수위가 낮아져 물수위 측정센서보다 낮아지게 되면 이를 측정하여 자동으로 부족분의 물을 물보충 주입구(54)를 통해 보충할 수 있게 된다.

또한 상기 물저장탱크 상측에는 물저장탱크 내부에서 발생하는 수증기의 압력을 측정하는 압력센서(52)를 물저장탱의 일측에 구성하고, 이에 따른 공기압조절기(53)를 설치하여 과도한 압력이 발생하면 상기 수증기의 일부를 인위적으로 배출할 수 있도록 하여 사고를 사전에 예방할 수 있게 하고, 균열등의 미세 결함을 사전에 인지 할 수 있도록 도와준다.

상기 수증기이동관(60)은 라이에이터부(70) 내부에 설치되며, 상기 수증기(10)가 최대한 오래 머물 수 있게 도 2, 3에서와 같이 “ S "자 형상으로 다단을 이루며 배치되어, 상기 수증기이동관 입구(102)에는 물저장탱크(50)의 내부와 연결되며, 출구(101)에는 공기압조절기(53)가 설치되며, 수증기이동관(60)을 지나면서 액화된 물을 다시 물저장탱크(50)로 리턴시키는 리턴파이프(100)와 연결되며 송풍구(20)와 송풍팬(30) 사이에 설치되어 형성된다.

따라서 물저장탱크 내부에서 상승하는 수증기는 수증기이동관 입구(102)를 통과하여 수증기이동관을 따라 이동하면서, 주위로 열을 방출한 후 다시 물로 액화 되어 출구(101)를 지나 리터파이프(100)를 통해 다시 물저장탱크로 들어가게 된다.

상기 송풍팬(30)은 따뜻한 바람을 필요한 곳으로 송풍하는 작용 및 전측에 설치되어 있는 수증기이동관(60)을 통과하는 수증기를 냉각시키기 위해 수증기이동관(60) 후부면에 설치되어 통상의 제어수단과 같은 스위치에 의해 작동되거나 바람의 세기가 조절될 수 있으며, 상기 스위치는 통상의 난방장치 본체이 적절한 부위에 배치된다.

또한 본 발명에 따른 수증기의 자연대류를 이용한 난방장치 및 그 방법은 수증기에서 액화된 물이 자동으로 리턴파이프(100)를 통해 물저장탱크(50)로 이동될 수 있게 하기 위해서 도 2, 3에서처럼 수증기이동관이 형성되어 있는 라지에이터부(70)가 물저장탱크(50)보다 상측에 위치하도록 설치됨이 특징이다.

따라서, 상기와 같이 구성된 수증기의 자연대류를 이용한 난방장치 및 그 방법의 작용을 살펴보면, 도 2, 3에서와 같이 일측에 형성시된 제어수단(90)을 통해 상기 난방장치를 작동시키면, 물저장탱크(50) 내부에 설치된 발열부(40)에 의해 물이 가열되면서 수증기(10)가 발생하게 된다. 따라서 이렇게 발생된 수증기(10)는 자연대류현상에 의해 위쪽으로 상승하게 되고, 상측에 연결된 수증기이동관(60)을 따라서 이동하게 된다. 이렇게 수증기이동관(60)을 따라서 이동하는 수증기(10)는 주위로 열을 발산하여 주위의 온도를 따뜻하게 하는 동시에 물로 액화된다. 또한 이를 상기와 같은 주위로의 열발산 및 수증기에서 물로의 액화작용을 더욱 빠르게 하기 위해 송풍팬(30)을 설치하여 상기 수증기이동관(60) 내부에서 이동하는 수증기를 식혀주고, 또한 원하는 곳으로 따뜻한 바람을 송풍하게 된다. 이렇게 수증기(10)기 액화되어 형성된 물은 다시 출구를 지나 아래쪽으로 흘러가면서 리턴파이프(100)를 통하여 다시 물저장탱크(50)로 들어가고, 이는 다시 발열부(40)에 의해 가열되어 수증기로 되면서 수증기이동관으로 따라 이동하면서 주위로 열을 발산하는 등 계속적인 순환 작용을 하게 되어 난방역할을 수행하게 되어 별도의 냉각장치 및 강제 순환장치가 원천적으로 필요치 아니한 것이다. 또한 작동 과정상에서 발생할 수 있는 기내 압력 및 물의 부족현상 등은 앞서 언급한 압력센서(52) 및 공기압조절기(53)와 수고(水高) 측정센서(51)와 물보충 주입구(54)를 이용하여 간단히 조절 할 수 있는 것이다.

이상과 같이 구성된 본 발명은 외부에 직접적으로 노출되어 따뜻한 바람을 송풍을 하는 통상적인 난방장치에 비해 물탱크 내부의 밀폐된 공간에서 가열된 물은 외부로의 열방출을 최대한 억제할 수 있어, 열효율을 극대화함으로 장시간동안 사용하여도 열효율적인 면에서 우수할 뿐만 아니라 수증기-물-수증기로 계속적으로 순환하여 변화됨으로 계속적인 물 공급 없이도 자연대류에 의해 공급됨으로 물공급을 위한 추가적인 물공급장치를 필요치 않으며, 물수위 및 압력측정센서와 압력조절장치의 간단한 설치만으로도 제어가 가능함으로 높은 제작비가 필요치 않는 등 그 효과가 아주 다대한 발명이라 하겠다.

Claims (5)

1. 물을 저장하는 물저장탱크(50)와; 전원이 인가되도록 구성하고 상기 물저장탱크 내부에 설치되어 저장된 물을 증발시키는 발열부(40)와; 상기 발열부에 의해 발생된 수증기(10)가 이동하는 수증기이동관(60) 및 상기 수증기이동관 후부면에 상기 수증기이동관을 지나는 수증기를 냉각시키는 송풍팬(30)으로 구성된 라지에이터부(70)와; 상기 송풍팬(30)에 의해 냉각된 수증기가 물이 다시 물저장탱크(50)로 이동시키는 리턴파이프(100)로 형성된 것을 포함하는 증기의 자연대류를 이용한 난방장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 수증기이동관(60)은 수증기(10)가 최대한 오래 머물 수 있게 “ S "자 형상으로 배치되어, 입구(102)에는 물저장탱크(50)의 내부와 연결되며, 출구(101)에는 리턴파이프(100)와 연결되어 송풍구(20)와 송풍팬(30) 사이에 설치되는 것을 포함하는 증기의 자연대류를 이용한 난방장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 수증기이동관(60) 및 송풍팬(30)으로 구성된 라지에이터부(70)는 물저 장탱크(50) 상측에 위치하여 수증기에서 액화된 물이 자동적으로 리턴파이프(100)를 통하여 아래로 내려가도록 구성한 것을 포함하는 증기의 자연대류를 이용한 난방장치
4. 제 1항에 있어서,

   물저장탱크(50)의 일측으로 압력센서(52) 및 물보충 주입구(54)가 구성되고 수고(水高) 측정센서(51)를 구성하여 본체내부의 상태파악 및 물 공급이 인위적으로 이루어 질수 있도록 하고, 라이에이터부(70) 및 리턴파이프(101)의 사이 일측으로 공기압조절기(53)를 구성한 것을 포함하는 증기의 자연대류를 이용한 난방장치.
5. 물저장탱크(50)의 물(80)을 발열부(40)로 가열시켜 수증기(10)를 발생시키면, 상기 수증기는 수증기이동관(60) 따라 이동하는 중에 외부로 열을 방출시켜 주위를 따뜻하게 하고, 이렇게 따뜻한 바람을 필요한 곳으로 송풍팬(30) 송풍하고, 상기 수증기 이동관에서 수증기에서 액화된 물을 자동적으로 리턴파이프(100)를 통하여 아래로 내려가도록 구성하여, 상기 수증기이동관(60)의 하부에 구성된 물저장탱크(50)로 다시 보내어 연속적으로 물-수증기-물로서 순환되도록 하여 별도의 강제순환 장치 없이 난방가능토록 하는 것을 포함하는 증기의 자연대류를 이용한 난방방법

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