KR20090055082A - 히트파이프 유니트 및 이를 이용한 온돌용 난방장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트파이프 유니트 및 이를 이용한 온돌용 난방장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 히트파이프 유니트의 특징은, 합성수지재로 되며 열원인 증기 또는 온수가 흐르는 열원관(10)과, 상기 열원관의 외경보다 큰 내경을 가지고 상기 열원관의 외주연에 형성되고 소정의 위치에 노즐(22)이 형성되며 양끝단부가 폐쇄형성되는 전열 히트파이프(21)와, 일끝단이 상기 전열 히트파이프에 일체로 연통되게 형성되는 다수개의 수직 방열관(23)과, 양끝단이 폐쇄되고 상기 다수개의 수직 방열관의 다른 끝단이 일체로 연통되게 형성되는 수평 방열관(24)과, 상기 노즐을 통하여 상기 전열 히트파이프 내에 주입되어 진공 밀봉되는 열매체유로 되며, 상기 전열 히트파이프, 수직 방열관 및 수평 방열관은 상기 열원관과 동일한 합성수지재로 인써트 몰딩 기술에 의해 일관 성형작업으로 형성되는 점에 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 히트파이프 유니트는 제조비용의 절감은 물론 열전달 부재간의 변형 및 부식을 방지하고, 인써트 몰딩기술에 의한 일관 성형작업에 따라 생산성이 대폭 향상되고 생산원가를 크게 절감할 수 있는 것이다.

열원관, 히트파이프 유니트, 전열 히트파이프, 방열관.

Description

히트파이프 유니트 및 이를 이용한 온돌용 난방장치{HEAT PIPE UNIT AND HEATING SYSTEM FOR KOREAN HYPOCAUST USING THEREOF}

본 발명은 히트파이프 유니트 및 이를 이용한 온돌용 난방장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제조비용의 절감은 물론 열전달 부재간의 변형 및 부식을 방지하고, 인써트 몰딩기술에 의한 일관 성형작업에 따라 생산성이 대폭 향상되고 생산원가를 크게 절감할 수 있으며, 온돌용 난방장치로서의 시공이 매우 간편하고 신속하여 공기단축에 크게 기여할 수 있고 그에 따라 공사비용을 대폭 절감할 수 있으며, 따라서 아파트 건설과 같은 대단위 공사에 매우 적합한 히트파이프 유니트 및 이를 이용한 온돌용 난방장치에 관한 것이다.

일반적으로 히트파이프라 함은 1960년 영국 원자력 연구소에서 최초로 개발한 것으로서, 파이프 내부에 열매체유를 극소량 체적에 따라 주입하고, 고진공과 동시에 완전 밀봉한 것이다. 히트파이프를 수직으로 세우거나 경사를 유지하면 주입된 액체는 파이프 하부로 분포되고, 액체가 분포된 부위에 열원을 가하면 가해진 열온에 따라 히트파이프 전체로 신속히 확산된다.

이와 같은 방열파이프의 적용 이론을 간략히 설명하면, 진공 내에서는 열의 이동이 초속으로 같은 진공권으로 만들고,무중력 상태에서는 비점을 가지고 있는 모든 물체는 비점이 달라지며(예를 들면, 대기권에서는 물이 100℃에서 끓으나 진공 내에서는 60℃이상이면 끓는다), 주입된 열매체유는 상승비점에 도달하면 체적이 증폭된다는 등의 화학적 이론을 토대로 개발된 파이프이다.

한편, 전술한 바와 같은 히트파이프의 적용범위는 주택이나 온실 등의 방바닥이나 지상면에 설치되며, 히트파이프를 통해 방열시켜 주택이나 온실을 난방하게 된다. 종래의 난방용 히트파이프 및 시공에 따른 시공상태를 설명하면 다음과 같 다.

첨부된 도면의 도 1은 종래 히트파이프식 난방용 방열기의 한 예를 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 평면도이며, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 종래 히트파이프식 난방용 방열기(110)의 구성은 열원인 증기나 온수가 흐르는 통수관(120)과, 내부에는 소정량의 열매체유가 주입되어 일단이 통수관(120)의 길이 방향 일단에 설치되는 히트파이프(130)로 이루어진다.

전술한 구성에서 통수관(120)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 히트파이프(130)의 일단이 연결되는 다수의 주관(122)과 각각의 주관(122)을 연결하기 위한 연결관(124)으로 이루어진다. 이때, 다수의 주관(122)은 등간격으로 나란하게 배열되며, 연결관(124)은 나란하게 배열된 주관(122)과 주관(122)를 상?하를 반복하여 연결한다. 즉, 첫번째 주관(122)과 주관(122)의 상부를 연결했으면 다음의 주관(122)과 주관(122) 사이는 하부를 연결하는 방식으로 연결한다.

한편, 전술한 구성의 히트파이프(130)는 일단의 통수관(120) 중심에 연결되고, 히트파이프(130)의 내부는 진공 상태로 유지된다.

전술한 바와 같이 구성된 종래 히트파이프식 난방용 방열기(110)는 통수관(120)의 내부를 흐르는 증기나 온수에 노출되는 히트파이프(130)의 일단에 열원이 전달됨으로써 히트파이프(130) 내부의 열매체유가 기화되어 주택이나 사무실의바닥을 난방하게 된다.

그러나, 전술한 바와 같은 종래의 히트파이프식 난방용 방열기는 도 3에 도 시된 바와 같이 통수관(120)의 주관(122) 일단에 히트파이프(130)의 일부만이 연결되어 증기나 온수에 히트파이프(130)의 일부만이 접하고 있기 때문에 열매체유에 전달되는 열원은 히트파이프(130)의 일부에만 국한될 수 밖에 없다.

따라서, 증기나 온수의 열원에 의해 기화되는 열매체유는 높은 온도에서 기화될 수 밖에 없어 난방용 히트파이프의 열효율이 저하되는 문제가 있다. 또한, 열전달율이 그만큼 저하되는 문제가 있다.

또한, 상기 히트파이프식 난방용 방열기는 금속재로 구성되어 있어, 그 구성을 갖추기위해서는 그 구성부를 이루는 각각의 구성부를 체결하거나 용접기로 용접하여 그 구성부를 이루므로 그 체결 및 용접시간이 오래걸리고 체결하는 작업자에게 불편한 문제점을 주어왔다.

또한, 상기 히트파이프식 난방용 방열기는 고가의 금속재로 그 구성부를 이루므로 오랜사용으로 인한 금속재가 부식되어 그 구성부를 교체해야하는 문제점이 있었다.

또한, 실용신안등록 제 20-0353343호에는 히트파이프를 내장한 조립식 난방장치가 개시되어 있다. 이 고안은 히트파이프를 조립형으로 형성하여 설치를 용이하게 하되 히트파이프의 우수한 열적응답성을 그대로 살릴 수 있으면서도 바닥 난방에 있어서 필연적으로 발생할 수밖에 없는 열손실을 최소화할 수 있는 조립식 난방장치를 제공하고자 한 것이다.

그러나, 상기한 조립식 난방장치는 장치 전체의 중량이 매우 무거워지고 그에 따라 이 난방장치가 시공된 바닥 전체의 중량 또한 매우 무거워지게 되므로 아파트 건축과 같은 대규모 공사에는 적합하지 않았다. 더군다나, 이 난방장치를 설치하는 경우 필연적으로 시멘트 등의 양성기간이 장시간 소요되어 시공기간이 길어지고 그에 따라 비용이 크게 증가하는 등의 문제점이 있었다.

또한, 등록특허 제 10-0632177호에는 히트파이프를 내장하는 방열부재를 이용한 건식 바닥 난방 시공방법이 개시되어 있다. 이 발명은 통상적인 습식 난방 시공법 및 전기패널을 이용한 난방법이 가지는 여러 문제점들, 즉 공사기간이 길고 숙련된 기능공이 현장에서 시공해야 함으로 인한 인건비 등의 비용증대와 온수관의 누수시 콘크리트 몰탈층을 파괴해야 수리가 가능한 점이나 전자파 발생 및 축열이 어려움으로 인한 과도한 전기사용 등의 문제점들을 해소할 수 있는 건식 바닥 난방 시공방법을 제공하고자 한 것이다.

그러나, 상기한 건식 바닥 난방 시공방법은 히트파이프를 내장하는 방열부재를 제조함에 있어 복잡한 공정을 필요로 할 뿐만 아니라 바닥 난방을 시공함에 있어서도 다수의 각종 부재들이 필요하고 이들을 시공하는 공정 역시 복잡한 것이어 서 실제 시공상에 많은 제한이 따르는 문제점이 있다.

또한, 실용신안등록 제 20-0231711호에는 전기식 히트파이프 열교환기가 개시되어 있다. 이 전기식 히트파이프 열교환기는 저온영역에서부터 고온영역에 이르기까지 넓은 온도 범위에서 다양한 활용이 가능하도록 발명된 것이나, 제작상의 어려움이 크고 호환성이 떨어질 뿐만 아니라 이중관식 구조로 인하여 제조비용이 증가하는 등의 문제점이 있었다.

이를 개선하기 위하여 실용신안등록 제 20-0387377호에는 히트파이프 열교환기의 전열관 구조가 개시되어 있다. 이 고안은 열전달을 행하는 전열관을 이중관식이 아닌 방열부와 열원부로 구획되는 일체형 구조로 압출 성형하여 내구성과 작업성을 향상시키고 제조비용을 절감시킬 수 있는 히트파이프 열 교환기의 전열관 구조를 제공하고자 한 것이다.

그러나, 이 전열관 구조는 알루미늄과 같이 성형성이 좋은 금속재를 압출성형하여 제조함으로써 매우 높은 원가 상승 압박을 받게 된다. 나아가서 전기기구 등의 수명이 짧으므로 바닥 난방용으로는 여러 가지 문제점을 안고 있다. 더욱이, 주방이나 목욕탕에서 다량으로 필요한 온수급수 내지는 온수급탕을 할 수 없게 되어 추가적인 급수급탕시설이 필요하게 되는 문제점이 있다. 또한, 바닥 난방 시공시 시멘트 몰탈 등의 마감재를 사용하게 되어 A/S. 가 어렵게 되는 등의 문제점도 있는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 본 발명은, 종래의 금속재의 히트파이프를 제조할 때의 용접작업을 배제함으로써 제조비용의 절감은 물론 열전달 부재간의 변형 및 부식을 방지하고, 인써트 몰딩기술에 의한 일관 성형작업에 따라 생산성이 대폭 향상되고 생산원가를 크게 절감할 수 있으며, 온돌용 난방장치로서의 시공이 매우 간편하고 신속하여 공기단축에 크게 기여할 수 있고 그에 따라 공사비용을 대폭 절감할 수 있으며, 따라서 아파트 건설과 같은 대단위 공사에 매우 적합한 히트파이프 유니트 및 이를 이용한 온돌용 난방장치를 제공하고자 하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 히트파이프 유니트의 특징은, 합성수지재로 되며 열원인 증기 또는 온수가 흐르는 열원관과, 상기 열원관의 외경보다 큰 내경을 가지고 상기 열원관의 외주연에 형성되고 소정의 위치에 노즐이 형성되며 양끝단부가 폐쇄 형성되는 전열 히트파이프와, 일끝단이 상기 전열 히트파이프에 일체로 연통되게 형성되는 다수개의 수직 방열관과, 양끝단이 폐쇄되고 상기 다수개의 수직 방열관의 다른 끝단이 일체로 연통되게 형성되는 수평 방열관과, 상기 노즐을 통하여 상기 전열 히트파이프 내에 주입되어 진공 밀봉되는 열매체유로 되며, 상기 전열 히트파이프, 수직 방열관 및 수평 방열관은 상기 열원관과 동일한 합성수지재로 인써트 몰딩 기술에 의해 일관 성형작업으로 형성되는 점에 있다.

또한 본 발명에 따른 히트파이프 유니트의 다른 특징은, 상기 열원관은 합성수지재로 되며, 상기 전열 히트파이프, 수직 방열관 및 수평 방열관은 금속재로 되는 점에 있다.

또한 본 발명에 따른 온돌용 난방장치의 특징은, 보일러 및 온수파이프를 가지는 통상의 온돌용 난방장치에 있어서, 다수개의 상기 히트파이프 유니트와, 상기 히트파이프 유니트와 상기 온수파이프를 연결구성하는 다수개의 연결구(41)를 포함하여 되는 점에 있다.

또한 본 발명에 따른 난방용 방열기의 특징은, 보일러 및 온수파이프에 연결 설치되는 통상의 난방용 방열기에 있어서, 상기 히트파이프 유니트와, 상기 히트파이프 유니트의 외주연에 부착 설치되는 방열판을 포함하여 되는 점에 있다.

본 발명에 따른 히트파이프 유니트는 합성수지재로 되며 열원인 증기 또는 온수가 흐르는 열원관과, 상기 열원관의 외경보다 큰 내경을 가지고 상기 열원관의 외주연에 형성되고 소정의 위치에 노즐이 형성되며 양끝단부가 폐쇄 형성되는 전열 히트파이프와, 일끝단이 상기 전열 히트파이프에 일체로 연통되게 형성되는 다수개의 수직 방열관과, 양끝단이 폐쇄되고 상기 다수개의 수직 방열관의 다른 끝단이 일체로 연통되게 형성되는 수평 방열관과, 상기 노즐을 통하여 상기 전열 히트파이프 내에 주입되어 진공 밀봉되는 열매체유로 되며, 상기 전열 히트파이프, 수직 방열관 및 수평 방열관은 상기 열원관과 동일한 합성수지재로 인써트 몰딩 기술에 의 해 일관 성형작업으로 형성되었으므로, 제조비용의 절감은 물론 열전달 부재간의 변형 및 부식을 방지하고, 인써트 몰딩기술에 의한 일관 성형작업에 따라 생산성이 대폭 향상되고 생산원가를 크게 절감할 수 있는 것이다.

더욱이, 최근들어 가파르게 상승하고 있는 철강류 및 비철금속 등 금속원자재의 가격파동을 극복해낼 수 있는 유용한 효과가 있는 것이다.

또한, 온돌용 난방장치로서의 시공이 매우 간편하고 신속하여 공기단축에 크게 기여할 수 있고 그에 따라 공사비용을 대폭 절감할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 온돌용 난방장치는 온수의 순환 사이클이 짧기 때문에 작은 모터 용량의 난방용 보일러로도 충분한 난방효과를 가지는 것이다.

또한, 아파트 건설과 같은 대단위 공사에 매우 적합할 뿐 아니라 최근 들어 시행되고 있는 아파트의 분양가 상한제에 따른 원가절감 대책으로도 매우 유용한 발명인 것이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 히트파이식 난방용 방열기의 한 예를 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 평면도이고, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 분리사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 개략단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 사용상태도이고, 도 7은 본 발명에 따른 다른 실시예도이다.

본 발명에 따른 히트파이프 유니트 및 이를 이용한 온돌용 난방장치를 도 4 내지 도 7에 도시된 것을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

히트파이프 유니트(20)는 열원관(10)과, 전열 히트파이프(21)와, 다수개의 수직 방열관(23)과 수평 방열관(24) 및 열매체유로 구성된다.

상기 열원관(10)은 합성수지재로 되고 열원인 증기 또는 온수가 흐르도록 구성된다.

상기 전열 히트파이프(21)는 상기 열원관(10)의 외경보다 큰 내경을 가지고 상기 열원관(10)의 외주연에 형성되고 소정의 위치에 노즐(22)이 형성되며 양끝단부가 폐쇄형성되어 구성된다.

상기 수직 방열관(23)은 일끝단이 상기 전열 히트파이프(21)에 일체로 연통되게 형성되고 다수개로 구성된다.

상기 수평 방열관(24)은 양끝단이 폐쇄되고 다수개의 상기 수직 방열관(23)의 다른 끝단이 일체로 연통되게 형성되어 구성된다.

한편, 상기와 같이 구성되는 히트파이프 유니트(20)는 블로워기를 이용하여 열원관(10)을 금형에 끼워넣고 인써트 몰딩 기술에 의해 일괄 성형작업으로 형성되며, 재질은 상기 열원관(10)과 동일한 합성수지재로 형성된다. 바람직하기로는, 이 합성수지재는 PVC이다.

또한, 상기 열매체유는 상기 노즐(22)을 통해 상기 히트파이프 유니트(20)내로 주입되어 상기 열원관(10)에 흐르는 열원에 의해 가열되어 기화되면서 상기 히트파이프 유니트(20)를 가열시키도록 구성된다.

상기 열매체유는 아세톤, 증류수, 메탄올, 에탄올, 공용혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것이 사용되며, 열매체유가 차지하는 부피%가 높으면 진공 상태의 비율은 낮아진다. 즉, 열매체유와 진공상태의 비율은 서로 반비례하는 것이다.

상기와 같은 히트파이프 유니트를 이용한 온돌용 난방장치는 히트파이프 유니트(20)와, 연결구(41), 온수파이프(200) 및 보일러(B)로 구성된다.

도 6은 본 발명에 따른 사용상태도로서, 열매체유가 충진된 상기 히트파이프 유니트(20)의 상기 열원관(10)과, 온돌(100)상에 설치된 온수 파이프(200)를 연결구(41)로 서로 연결되게 하고, 상기 히트파이프 유니트(20)와 상기 히트파이프 유니트(20)는 상기 히트파이프 유니트(20)의 양측에 돌출된 상기 열원관(10)에 연결구(41)를 사용하여 상기 열원관(10)들을 서로 연결하여 온돌(100)바닥면에 다수개 설치함으로써 온돌용 난방장치로 사용하는 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 상기 히트파이프 유니트(20)의 외주연에 방열판(50)을 더 부착하여 수직으로 기립 설치되도록 함으로써 난방용으로 사용할 수 있는 방열기를 나타낸 것이다.

한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형이 될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

도 1은 종래 히트파이프식 난방용 방열기의 한 예를 보인 사시도.

도 2는 도 1의 평면도.

도 3은 도 2의 A-A선 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 분리사시도.

도 5는 본 발명에 따른 개략단면도.

도 6은 본 발명에 따른 사용상태도.

도 7은 본 발명에 따른 다른 실시예도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 열원관 20: 히트파이프 유니트

21: 전열 히트파이프 22: 노즐

23: 수직 방열관 24: 수평 방열관

41: 연결구 50: 방열판

100: 온돌 200: 온수 파이프

B: 보일러

Claims (4)

1. 합성수지재로 되며 열원인 증기 또는 온수가 흐르는 열원관(10)과,

   상기 열원관의 외경보다 큰 내경을 가지고 상기 열원관의 외주연에 형성되고 소정의 위치에 노즐(22)이 형성되며 양끝단부가 폐쇄 형성되는 전열 히트파이프(21)와,

   일끝단이 상기 전열 히트파이프에 일체로 연통되게 형성되는 다수개의 수직 방열관(23)과,

   양끝단이 폐쇄되고 상기 다수개의 수직 방열관의 다른 끝단이 일체로 연통되게 형성되는 수평 방열관(24)과,

   상기 노즐을 통하여 상기 전열 히트파이프 내에 주입되어 진공 밀봉되는 열매체유로 되며,

   상기 전열 히트파이프, 수직 방열관 및 수평 방열관은 상기 열원관과 동일한 합성수지재로 인써트 몰딩 기술에 의해 일관 성형작업으로 형성되는 히트파이프 유니트(20).
2. 제 1항에 있어서,

   상기 열원관은 합성수지재로 되며, 상기 전열 히트파이프, 수직 방열관 및 수평 방열관은 금속재로 되는 히트파이프 유니트.
3. 보일러(B) 및 온수파이프(200)를 가지는 통상의 온돌용 난방장치에 있어서,

   제 1항에 따른 다수개의 히트파이프 유니트(20)와,

   상기 히트파이프 유니트와 상기 온수파이프를 연결 구성하는 다수개의 연결구(41)를 포함하여 되는 온돌용 난방장치.
4. 보일러(B) 및 온수파이프(200)에 연결 설치되는 통상의 난방용 방열기에 있어서,

   제 1항에 따른 히트파이프 유니트(20)와,

   상기 히트파이프 유니트의 외주연에 부착 설치되는 방열판(50)을 포함하여 되는 난방용 방열기.

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