KR20090006257A - 건축 내장 보드에 삽입 설치된 전기식 히트파이프 난방패널 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쾌적하면서도 경제적인 저온 복사 난방을 위하여 건축자재의 내장재인 석고,CRC 또는 MDF 보드의 한 면 또는 양면에 일체형 히트 파이프 히터를 내삽시킨 벽 또는 천정의 내장재 겸용 난방 시스템에 관한 것이다.

기존의 패널 히터 등은 별도의 패널에다 전열선 또는 전열 필름을 그대로 사용하여 전력 소모가 제곱 평방미터 당 170 ∼ 200 와트에 달하고, 이로 인한 과열의 우려 때문에 대부분 표면 온도를 60℃ ∼ 80℃로 제한하여, 운용 시, 전력 소모가 크고, 초기 가열 시, 전열면의 온도 분포가 일정하지 못하여, 최대의 복사열을 방사하지 못하는 등의 문제점을 안고 있음은 물론 건물 실내에서 별도의 공간을 차지하여 사용자가 실내에서의 활동에 지장을 초래하는 경우도 있었다.

이에 대해, 본 발명의 목적은 건물의 실내 공간을 별도로 차지하지 않으면서도 겨울 등의 난방 계절에 최적의 쾌적하면서도 경제적인 전력으로서 저온 복사 난방을 제공하는 데에 있다.

본 발명은 히트파이프 패널 내부를 가열부와 전열부로 구분하여 가열부에는 전기에 의해 가열되는 열원을 설치하고, 전열부는 이와 연통된 파이프나 또는 일정한 간격으로 격설된 열전달 통로를 구성하고, 그 내부에 열매체를 주입하고, 진공 밀폐한 히트파이프 패널을 건축 내장재에 삽입 설치한 건축 내장재 겸용 일체형 히트파이프 패널이다.

본 발명은 기존의 패널 히터가 별도의 실내 공간을 차지하고, 초기 가온 시, 균일한 온도분포를 이루지 못하여, 저온 복사의 방사 에너지의 효율을 극대화하지 못하였을 뿐만 아니라, 실내의 난방 온도를 유지하기 위하여, 전열면이 과열되어 이를 제어하느라 여분의 전력 소모를 자초하는 등의 문제점을 해결한 것으로 별도의 실내 공간을 차지하지 않고서도 히트파이프의 특성인 빠르면서도 균일한 열전달을 이용하여 저온복사의 방사 에너지 효과를 극대화 하였다.

따라서, 본 발명은 이러한 히트파이프의 원리를 활용함으로서 실내 난방에 필요로 하는 소요 열량에 평형을 이룬 열원과 빠른 열전달 및 균일한 온도 분포를 달성한 전열면을 갖게 함으로서 최대의 복사열을 방사하여 낮은 전력소모에도 불구하고 최적의 벽 또는 천정 쾌적 난방 효과를 갖는 건축 내장재 겸용 일체형 히트파이프 패널이다.

열평형, 복사, 히트파이프, 작동매체, 열원, 열통로, 가열부, 전열부

Description

건축 내장 보드에 삽입 설치된 전기식 히트파이프 난방 패널{Electric Heat Pipe Heating Panel embedded in Building Interior Boards}

도 1 은 본 발명의 복사면 히트파이프 패널이 내삽된 건축 내장재 외부 사시도

도 2 는 열원 내재 일체형 히트파이프의 단면도 및 격설 된 열 통로를 가진 히트파이프 패널이 내삽 된 건축 내장재의 단면도 및 부분 절개 사시도

도 3 은 본 발명의 가열부의 튜브와 다수 개의 연통된 전열 파이프로 구성된 일체형 히트파이프와 최적의 복사면을 갖는 또 다른, 실시 예의 단면도 및 절개 사시도

도 4 는 본 발명의 다른 실시 예로서 일체형 히트파이프에 있어서 열원이 내재된 가열부 파이프와 이와 연통된 다수개의 전열 파이프의 단면도 및 부분 절개 사시도

＜ 도면의 주요부분에 대한 설명 ＞

10 : 히트파이프 내삽 건축 내장재 20 : 30 : 일체형 히트파이프

21 ; 31 : 전열부 내구면 형상의 복사면 24 ; 34 : 가열부 전기 열원

25 : 히트파이프 전열부 열통로 격벽 35 : 전열부 파이프

22 ; 32 : 전자 눈 36 : 히트파이프의 가열부 및 전열부 내의 윅

본 발명은 건축 내장 자재인 플라스터, 엠.디.에프 또는 석고 보드 등에 일체형 히트파이프를 삽입 설치함으로서, 벽이나 천정의 단열 및 내장재로서 시공을 하면 자연스럽게 실내 공간을 난방 할 수 있게 한 것으로서, 일체형 히트파이프를 보드 면에 삽입 설치하여 가열 시간의 단축 및 에너지 절약과 더불어 균일하면서도, 단 시간 내에 빠른 열전달을 구현할 수 있는 보드의 전열면을 형성하고, 이러한 전열면이 저온 복사에 의한 쾌적 난방에 필수적인 균일한 온도 분포, 최대의 복사 에너지 방사를 위한 형상을 이룬 것을 특징으로 하는 건축 내장재 보드에 삽입 설치된 전기식 히트파이프 난방 패널에 관한 것이다.

종래의 패널 히터 등은 별도의 패널에다 전열선 또는 전열 필름을 그대로 사용하여 전력 소모가 평방미터 당 170 ∼ 200 와트에 달하고, 이로 인한 과열의 우려 때문에 대부분 표면 온도를 60℃ ∼ 80℃로 제한하여, 운용 시, 전력 소모가 크고, 초기 가열 시, 전열면의 온도 분포가 일정하지 못하여, 최대의 복사열을 방사하지 못하는 등의 문제점을 안고 있음은 물론 건물 실내에서 별도의 공간을 차지하여 사용자가 실내에서의 활동에 지장을 초래하는 경우도 있었다.

또한, 기존의 패널 히터의 전열면은 평편한 면으로 동일한 온도에서 최대의 복사 방사율을 갖지 못하고 있다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해서 발명한 것으로, 본 발명의 목적은 난방 또는 보조 난방을 목적으로 하고 있는 기존의 전기 판넬이 가지고 있는 초기 가열이 지연되고, 가열 시 판넬 전열면의 온도가 균일하지 않아 복사 방사열의 에너지를 최대화 하지 못했던 문제점을 완전히 해소하고, 더욱, 기존의 전기 판넬들이 과열의 우려 때문에 전열면의 온도를 60 ∼ 80℃으로 제한하고 있어, 잦은 전원의 단락으로 전력소모가 큰 문제를 히트파이프 내에 열원을 내재시키고, 최종의 가열 면인 히트파이프 패널로 부터의 열복사 방사율을 최대화함으로서 열평형에 의한 열용량 설계를 가능하게 하여, 이를 최적의 난방 겸용 건축용 내장재로서의 역할을 담당하는 한 개의 일체형 히트파이프 시스템에서 이루어지도록 하였다.

본 발명의 다른 목적은, 저온 복사의 쾌적 난방를 위하여, 히트파이프 패널의 전열면을 최대의 열복사 방사율을 갖도록 하려는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 일체형 히트파이프 패널을 기존의 건축 내장재에 내삽시킴으로서 벽이나 천정에 내장재를 설치하면 자연스럽게 저온 복사의 쾌적 난방을 달성하려는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로써, 본 발명은 건축 내장재에 내삽된 히트파이프 패널의 가열부에 열원을 내재시켜 전력으로부터 전환되는 열을 손실 없이 패널의 전열부를 거쳐 전열 복사면으로 열전달 되도록 하고, 이러한 전열 복사면으로부터 최대의 복사열을 방사하는 전열면 형상을 갖도록 했음은 물론, 난방 시에 소요되는 열량과의 열평형에 의해 열원의 전력 용량을 결정하 도록 하였다.

또한, 본 발명은 건축 내장재에 내삽된 히트파이프의 패널에 일체형 히트파이프 기술을 적용하여 열원이 내재된 가열부로부터 전열부까지의 열전달을 진공 하에 격벽 사이 또는 연통 파이프 속에서 음속으로 열손실 없이 전열면에 까지 열이 전달 되도록 하였으며, 난방을 위한 전열면으로부터 실내로의 열전달은 주로 복사열의 방사율에 의존하므로 전열면의 형상을 최대의 열 복사량을 갖도록 설계 및 제작된 것이다.

상기와 같이 본 발명은 열평형에 의한 전력 용량을 채용함으로서 과열의 우려가 없을 뿐만 아니라, 히트파이프의 원리에 의한 빠른 열전달과 균일한 온도 분포를 달성하여, 최대의 열복사율을 갖는 최적의 전열면에 의한 저온 복사 난방으로서 거주자에게 쾌적한 난방을 제공함은 물론 해당 히트파이프 패널을 건축 내장재에 내삽시킴으로서 별도의 공간을 차지하지 않고서도 자연스럽게 벽 또는 천정으로 부터의 난방 기능을 갖도록 하였다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에는 기존의 건축 내장재 10에 내삽 된 일체형 히트파이프 패널 20의 그림를 보여 주고 있다. 도 1 에서와 같이 히트파이프 패널 20은 건축 내장재 10의 시공 여유를 제외한 일면 또는 양면으로 전열 복사 면을 실내 측으로 향하게 하였으며, 복사열의 방사율을 최대화하기 위해 다수의 내구면 형상 21로 이루어져 있으며, 패널 하측으로, 평행하게 내장재 10으로부터 전자 아이 22를 동일 면 상에서 외측으로 보여 지게 하였으며, 동일 선상의 내장재 10의 측면으로 전원과의 접촉을 위한 전원 단자 23가 구비되어 있다. 따라서, 본 발명의 일체형 히트파이프 패널 20이 내삽 되어 있는 건축 내장재 10은 종래의 방법과 동일하게 벽이나 천정에 시공하면 자연스럽게 저온 복사 난방이 되도록 한 것이다. 또한, 내장재 10의 시공 설치 후, 전원 단자 23 에 전원을 연결하고, 원거리 제어기에 의해 전자눈 22를 통해 히트파이프 패널 20을 가동 시키면, 수분 후에 다수의 내구면 형상 21로 이루어진 전열 복사면을 통해 복사열이 방사되는 기능을 갖고 있다. 여기서, 기존의 건축 내장재 10은 석고 보드, CRC 보드 또는 MDF 보드 등으로 해당 보드의 두께는 통상적으로 10 ∼ 15 ㎜ 인 점을 감안하여 히트파이프 패널 20의 깊이는 5 ㎜ 내외로 하였다.

도 2 는 본 발명의 한 실시 예의 절개 사시도와 단면도(A-A)로서 일체형 히트파이프 패널 20의 내부 구조를 보여주고 있다. 해당 히트파이프 패널 20은 도 1에서 언급한 바와 같이, 기존의 건축 내장재 10이 시공 설치 된 후, 전원 단자 23을 통해 전원이 연결된 상태에서, 외부에서 원거리 제어기에서 스위치를 작동시키면 전자 아이 22가 이를 감지하여 통전되면, 단위 면적 당 100 Watt/m² 이하의 동력을 지닌 전열선 24가 가열되어, 진공 밀폐 되어 있는 히트파이프 패널 내의 작동 유체가 증기 상으로 전환되면서 다수개의 격벽 25로 격설 된 열통로를 통하여 음속의 열전달이 이루어져서, 내장재 10에 내삽 되어 있는 히트파이프 패널 20의 외 전면 상에 균일한 온도 분포로 가열되어, 다수의 내구면 형상 21로부터 저온의 복사 열을 방사하도록 되어 있다. 도 2 의 단면도 A-A는 기존의 건축 내장재 10의 단면에 내삽되어 있는 히트파이프 패널 20 전열부의 열통로를 이루고 있는 격벽 25와 가열부의 전열선 24와 최대의 복사열의 방사율을 지향하는 다수의 내구면 형상 21의 단면을 보여 주고 있다. 또한, 히트파이프 패널 20의 내부 구조를 자세히 보면, 전원 외부 입력 단자 23와 콘넥터 27을 거쳐 가열부의 전열선 24와 열통로를 형성하고 있는 격벽 25로 구성되어 있으며, 열매체의 양은 전열선 24가 잠기는 정도(단면도 A-A 참조)로 하여, 진공 밀폐 시켰으며, 히트파이프의 빠른 열전달을 위해 히트파이프 패널 20의 격벽 25의 간격을 층류에 음속으로 열전달 될 수 있도록 설계 하였다.

도 3 은 본 발명의 다른 실시예로서 히트파이프 패널 30은 별도로 다수의 내구면 형상 31을 갖고 있는 전열 패널 32에 히트파이프의 전열부를 이루고 있는 다수의 파이프를 고정할 수 있도록 내구면 형상의 복사면 31을 갖고 있는 전면부 31A와 안내 홈 31B을 병설(절단면 B-B 참조)하였으며, 이 다수의 파이프 35와 연통된 전열선 34이 내재된 가열부 튜브와 일체를 이루고 있는 히트파이프에 대한 자세한 설명은 도 4에서 하기로 한다. 이와 같이, 열원인 히트파이프와 복사 전열면을 별도로 제작함으로서 다양한 형상의 복사 전열면을 알미늄 압출 등으로 제작할 수 있어, 제품의 모양이 다양해지며, 히트파이프의 고장 시, 그 교체가 용이하다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예인 도 3에서의 복사 전열면과 별도로 구성된 열원으로서의 일체형 히트 파이프 30A 로, 가열부로서의 튜브 38에 전열선 34를 내재시키고, 이 가열부 튜브 38과 연통된 전열부로서의 다수의 파이프 35로 구성된 일체형 히트파이프 30A에 적정량의 작동 매체를 주입하여 진공 밀폐시킨 것으로, 튜브 38와 파이프 35 내부에 윅 36을 설치함으로서 열매체의 순환과 전면에서의 증기의 발생으로 인한 열전달의 효과를 향상시켰으며, 전원 단자 33으로부터 콘넥터 37를 통하여 통전이 되며는 단면도 C-C 에서와 같이 전열선 34를 잠기게 하고 있는 열매체가 순간적으로 증기 상으로 변하여 열통로인 전열부의 다수의 파이프 35을 통하여 복사 전열면으로 열이 전달된다. 여기서의 튜브 38과 다수의 파이프 35 내면에 걸쳐 병설된 윅 36는 본 발명의 히트파이프 패널이 내삽 된 건축 내장재 10가 어떠한 각도로 시공 설치되어도 일체형 히트파이프 30A 내에서의 모세관력에 의한 열매체의 순환을 원활하게해주는 효과를 가지고 있다.

보다 상세하게 설명하면, 기존의 패널 히터의 경우에는 별도로 건축물의 실내를 주 또는 보조 복사열 난방구로서의 역할을 위해 전열판 후면에 전열선이나 전열 필름 또는 온수관을 부착하고, 그 배면에 단열재 등으로 구성된 것들로서, 복사열로서의 난방을 위해 균일한 표면온도를 유지하고자 높은 동력이나 열량의 필요성 때문에 가열 시, 과열의 우려가 있어 복사 전열면의 온도를 60 ∼ 80 ℃로 제어하고 있어 초기 가열 시의 불균일한 온도 분포와 과열의 방지를 위한 빈번한 전원의 단락으로 동력의 소모가 크게 될 뿐만 아니라 난방의 주요 열전달로서의 열복사의 효과가 떨어지는 등의 문제점과 별도의 공간을 차지해야 한다는 부담이 있었다. 본 발명은 이러한 문제점과 부담을 깨끗이 해소한 것으로서, 기존의 건축 내장재인 석고 보드 등의 일면 또는 양면에 슬림 일체형의 히트파이프 패널을 내삽시킨 것으로서, 난방 소요에 대한 복사열량으로부터 복사 전열면 21 또는 31, 전열부로서 복사 전열면 포함 히트파이프 시스템 20, 그리고 가열부 튜브 38 및 전열부 다수의 파이프 35 으로 구성된 일체형 히트파이프 30A 내의 전열선 24 및 34 의 열용량을 히트파이프의 원리인 음속의 열전달로서 열평형에 의한 설계로 제작하였기 때문에 적은 동력 소요 (100 W/m² 이하)로서 최적의 복사 전열면을 통한 방사율로서 쾌적한 저온복사 난방을 구현한 것이다.

이와 같이 본 발명은 기존의 건축 내장재에 일체형 히트파이프 시스템을 내삽하여 적은 전력 소요로서 빠른 열전달로 최대의 복사열의 방사효과를 지향하면서도, 기존의 건축 내장재의 시공 방법대로 설치할 수 있어, 건축의 신축 및 개축 시에 본 발명과 같은 건축재 내장 보드에 삽입 설치된 일체형 히트파이프 패널의 보드를 설치함으로서 자연스럽게 난방의 소요를 해결 할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 도 2 에서와 같이 복사 전열면과 일체로 된 히트 파이프 패널을 스텐판으로 제작하여 사용할 수 도 있고, 도 3 에서와 같이 별도의 복사 전열판은 알미늄 압출재를 사용하고, 열원으로서의 전열 히트파이프는 동 튜브 및 파이프로 제작하여 사용할 수 있는 두 가지의 실시 예를 보여주고 있으나 히트파이프의 원리를 이용한 열평형에 의한 열용량의 결정과 최대의 복사열의 방사 효과를 갖도록 하는 다른 실시 예를 고안 할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 벽이나 천정의 건축용 내장재인 석고 보드 등에 일체형 히트파이프 패널을 내삽시킴으로서 별도의 난방 설비나 공간을 필요로 하지 않으므로 건물의 건축 또는 개축하는 과정만으로 난방의 과제가 해소되므로 그에 따른 환경 및 경제적인 효과는 막대하다고 하겠다.

또한, 본 발명은 건축 내장재에 내삽 된 일체형 히트파이프 패널이 전기로 가동되므로 여기에 원격제어 보드를 첨가함으로서 난방의 필요 시, 하시라도 어디에서나 작동을 유도할 수 있도록 하였다.

또한, 본 발명은 열원이 내재된 일체형 히트파이프가 건축내장재에 내삽되어 있어, 중량도 내장재와 크게 다르지 않고, 시공 방법도 기존의 건축 내장재와 동일하며, 일단 벽이나 천정에 설치 후 별도의 관리가 필요 없으며, 건축 내장재의 수명과 다르지 않아 주택은 물론이고 초고층 빌딩을 비롯한 각종 건물에 중량 및 경제적인 부담을 줄여 주는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 히트파이프와 열복사 원리를 적용하여, 빠른 열전달 및 최대의 열복사 방사율을 갖는 전열 형상 면으로서 최적의 열평형에 의한 열용량으로 열원이 결정되므로 최소의 전력 소모와 쾌적의 저온 복사 난방을 달성할 수 있도록 하였다.

또한, 본 발명은 부수적으로 넓은 전열면에 사진이나 그림을 실크 인쇄 할 수도 있어 실내 장식의 효과도 가질 수 있도록 하였다.

궁극적으로는 모든 건축물의 난방을 별도의 설비나 공간 그리고 관리 및 유지에 대한 부담 없이 최적의 쾌적한 저온 복사 난방을 향유할 수 있도록 하였다.

Claims (6)

1. 도 2 와 3 에서와 같이 전기식 열원 24 또는 34 와 열 통로로서 격벽 25 또는 연통 파이프 35 으로 구성되고, 진공 밀폐 시킨 일체형 히트파이프 패널 20 또는 30 에 최적의 복사 방사율을 갖도록 내구면 형상의 전열면 21 또는 31을 구비한 건축 내장 보드에 삽입 설치된 전기식 히트파이프 난방 패널
2. 제 1 항에 있어서, 도 2 와 3 에서와 같은 히트파이프 패널 20 또는 30 에 있어서, 실내와의 열평형 설계에 따라 단위 면적 당 100 와트 (Watt/m²) 이하의 열원을 갖는 건축 내장 보드에 삽입 설치된 전기식 히트파이프 난방 패널
3. 제 1 항의 전기식 열원 24 의 열통로서의 격벽 25을 빠른 열전달을 도모하고자 층류의 저 음속 조건으로 설계된 간격을 갖는 건축 내장 보드에 삽입 설치된 전기식 히트파이프 난방 패널
4. 제 1 항의 전기식 열원 34의 열 통로로서 연통 파이프 35와 가열부의 열원 34 내재 튜브 38 내부에 열매체의 원활한 순환을 위하여 설치 된 윅 36을 가진 건축 내장 보드에 삽입 설치된 전기식 히트파이프 난방 패널
5. 제 3 항과 4 항의 일체형 히트파이프 패널의 열원 22와 32에 있어서, 외부 동력과의 연결을 위한 건축 내장재 측면에 돌설된 전원 단자 23 와 33 를 갖고, 본 발명의 작동을 원거리에서 조정할 수 있도록 원거리 제어 회로 및 전자 눈 22 와 32 을 구비한 건축 내장 보드에 삽입 설치된 전기식 히트파이프 난방 패널
6. 제 4 항에 있어서, 가열부 38과 전열부 연통 파이프 35으로 열전달을 하고, 열복사용 내구면 형상의 전열면 31으로 이루어진 별도의 압출재 복사 전열구 31A 및 31B로 구성된 건축 내장 보드에 삽입 설치된 전기식 히트파이프 난방 패널

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