KR20110040799A - 길이방향으로 확장 가능한 단위발열관 및 상기 발열관을 이용한 광역난방장치 - Google Patents

Abstract

길이방향으로 확장 가능한 단위발열관 및 상기 발열관을 이용한 광역난방장치가 개시된다. 본 발명은 외부방열관의 내부공간에 길이가 조절된 전기 발열식 내부발열봉을 삽입하여 이루어진 단위 연결관 형태의 발열관과, 이들을 직렬 및 병렬 연결로 확장하여 구성한 열교환기 및 광역난방장치에 관한 것으로써, 핵심 기술요소인 단위발열관(30)은 양 끝단에 연결플랜지가 형성된 관 형태의 외부방열관(10)과 외부방열관 내부에 삽입되는 전열선 내장형 내부발열봉(20)와 전열선에 전력을 공급하는 전원선(25) 등으로 구성되고, 내부발열봉의 외주면에는 상기 외부방열관의 내주면 상에서 내부발열봉을 지지하면서 관의 길이방향으로 열교환유체의 유동이 가능하도록 형성된 복수의 내부방열지지핀이 형성되며 상기 외부방열관(10)의 내경은 상기 복수의 내부방열지지핀이 형성하는 내부발열봉의 외경보다 같거나 큰 것이 특징이다.
이와 같은 단위발열관은 내부발열봉의 외표면과 외부방열관의 내표면 사이의 공간을 지나는 공기가 빠르게 가열되면서 동시에 빠른 속도로 열풍관의 길이방향으로 전파될 수 있어 내부발열봉의 길이를 적절히 조절하는 것 만으로 매우 긴 열풍관로 전체에 걸쳐 거의 균일한 온도를 유지할 수 있다.
본 발명에 따른 열교환회로는 통상의 열풍관과 같은 빠른 방열능력과 적은 가열비용 그리고 통상의 전열선에 필적하는 균일한 온도유지능력을 모두 발휘할 수 있다. 따라서 비닐하우스나 대규모 홀과 같은 곳에서 적은 비용으로 설치가능하고 뛰어난 에너지효율과 운전효율로 넓은 지역을 빠르고 저렴하게 난방할 수 있다. 또한 본 발명은 대부분 수평식으로 설치되는 난방용 열교환관에 있어서 단순히 외부 열풍관에 다양한 길이의 내부 발열봉을 끼워놓는 방식으로 간단히 설치할 수 있으므로, 열교환회로 구간에서 구간별 발열량의 조절이 쉽고 광역 난방시 구역별 방열패턴을 다양하게 조절할 수 있는 장점이 있다.

Description

길이방향으로 확장 가능한 단위발열관 및 상기 발열관을 이용한 광역난방장치{Longitudinally expandable tubular heat transfer unit and the wide scale heater which is made of the unit}

본 발명은 외부방열관의 내부공간에 전기 발열식 내부발열봉을 삽입하여 이루어진 단위 연결관 형태의 발열관과, 상기 발열관들을 길이방향으로 다수 연결하여 구성한 열교환회로, 그리고 상기 열교환회로를 직렬 및 병렬 연결로 확장하여 구성한 열풍난방 방식의 광역난방장치에 관한 것이다.

금속관을 이용하여 열을 교환하거나 열을 전달(흡수 및 방출)하는 장치는 현대 산업분야 전반에 극히 유용하게 널리 이용되고 있다.

대표적인 열교환관으로는 가볍고 열 전도성이 뛰어나며 연성과 전성이 높아 가공성이 우수한 알루미늄관, 구리관 등이 있으며, 얇은 관의 내부로는 열매(열 유체)를 통과시키고 외주면에는 열교환 표면적을 늘리는 핀(fin)을 달아 사용하거나 또는 이중관, 병렬접합관 형태로 만들어서 가열유체와 피가열유체를 대향류 형태로 교류하는 구조로 만들어 사용되기도 한다.

공기를 이용하여 특정 사물이나 공간을 가열하거나 냉각하는 열교환장치는, 흡입한 주변 대기를 즉석에서 가열/냉각하여 열교환에 사용하고 이를 그대로 대기 중에 방출 또는 재흡입하여 반복 사용할 수 있으므로 열매체(열교환유체)의 순환경로 설계가 간단하고(개방형 회로도 가능) 열매체의 누출에 따른 위험이 없어 매우 널리 이용된다.

대표적으로 열풍기, 냉풍기, 건조기, 항온제습기, 항온가습기 등이 있으며 이들 장치의 열교환 가능면적은 비록 좁다고는 할 수 없으나 결코 넓다고도 할 수 없다. 아래 소개한 선행기술문헌은 전형적인 이중관형 대향류 열교환구조를 적용한 실내/실외 공기 환기시스템에 관한 것이다.

한국공개특허 10-2010-0120467호 열교환용 관부재를 구비한 환기시스템.

통상적인 이중관형 대향류 열교환 방식과 길이방향으로 열전달 유체를 흘려가면서 열전달을 하는 대부분의 열교환 구조에서 실질적인 열전달 역할을 하는 열매체의 열전달 특성을 살펴보자. 우선, 관(튜브) 안팎으로 흐르는 열매체가 물이나 열매유(오일)같이 비열이 높은 유체일 경우에는 열교환관을 따라 먼 거리까지 이송하여도 온도가 별로 떨어지지 않아 넓은 지역에 균일하게 열전달이 가능하다. 다시 말해서 높은 비열의 열매체를 사용하였을 때에는 총 열교환면적(예컨대 관길이 또는 관 외주면 표면적)의 확대가 열교환기의 전체적 방열성능에 별다른 영향을 미치지 않는다. 그러나, 열매체로 공기와 같이 비열이 낮은 유체를 사용할 경우에는 알루미늄(또는 구리)관의 높은 열 전도성으로 인하여 이송거리가 증가함에 따라 급속도로 열을 빼앗겨 온도가 빠르게 떨어지기 마련이다. 따라서 공기를 이용한 열교환 방식, 즉 열풍가열이나 온풍난방 방식은 총 난방 면적이 늘어남에 따라 국부적으로는 높은 열교환 성능을 발휘할지 모르나 전체적으로 균일한 방열성능을 기대하기는 어려우며, 이는 나아가서 열교환회로의 크기 제한, 열교환장치의 열용량 제한으로 이어진다.

한편, 전형적인 열풍식 난방기를 채용한 비닐하우스나 온실의 난방 방식을 살펴보면, 외기를 포집하여 가열한 다음 비닐하우스의 한쪽 끝에서 반대쪽 끝으로 직접 열풍을 쏘아주거나 또는 열교환튜브(온풍덕트)를 통해 열풍을 비닐하우스의 반대쪽 끝까지 유동시키면서 덕트의 표면온도로부터 주위 공간을 난방하는 방식을 취하고 있다. 이는 매우 간단하고 설치비용과 에너지비용도 적게 드는 난방구조일 뿐 아니라 사고위험도도 낮고 작동신뢰성도 높은 장점이 있지만 앞서 설명한 바와 같이 가열유체와 피가열유체 모두를 공기로 선택한 것으로써, 비열이 낮은 열풍공기의 한계 때문에 열풍기의 출구단(비닐하우스의 한쪽 끝)에서는 높은 공기온도가 보장될지 몰라도 송풍경로가 길어지면서 열교환 면적의 끝(비닐하우스의 반대쪽 끝)까지 가기도 전에 빠르게 식어버리는 탓에 열풍기와 멀리 떨어진 구역은 난방이 제대로 되지 않고 농작물이 냉해를 입을 수 있다.

또한 이를 극복하기 위해 열풍의 송풍 강도를 세게 한다거나 열풍의 출구온도를 높이면 출구단에 위치한 농작물은 지나치게 뜨거워 지거나 고도로 건조되어 역시 피해를 입는다. 이러한 경향은 열풍의 속도를 증가시키거나 방열효율을 높여주는 방열핀을 다수 부착하여 활용한다 하여도 근본적으로 해결할 수 없는 것이다.

이처럼 공기를 열교환 매체로 이용하는 것은 열매체의 흡입과 배출, 그리고 가열과 이송 측면에서는 무척 편리하나 낮은 비열로 인해 빨리 식고 빨리 데워지므로 균일한 온도로 열을 전달할 수 있는 범위가 상당히 제한된다는 단점이 있다.

이 같은 단점을 극복하기 위해 쉽게 사용되는 방법 중 하나가 발열선을 이용한 전기 가열이다. 전열선은 연장길이에 상관없이 난방구역 전체에 걸쳐 균일한 온도로 방열될 수 있는 장점이 있다. 그러나 수십미터 이상의 큰 공간을 난방할 경우 전열선(발열선)을 전체 길이로 연장하여 통전시키는 것은 열풍기와는 비교할 수 없는 큰 에너지 비용이 들며, 또한 가느다란 전열선에서 방출되는 열은 주변으로 빠르게 확산되기 어려우므로 복사강도를 도와주는 별도의 반사갓 구성을 포함하여 난방공간 내부에서 추가적인 공기순환시스템을 가동하여야 할 필요가 있다. 즉 전열선에 전적으로 의존하는 것 또한 비용대비 효과 측면에서 뚜렷한 기술적 한계가 있는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 설명한 바와 같이 공기대류식 열교환구조와 전기발열식 열교환구조와 같이 서로 장단점이 뚜렷한 두 가지 열교환구조에 있어서 각 열교환구조의 단점은 보완하고 장점은 더욱 극대화시켜, 에너지손실을 극소화하면서도 더욱 뛰어난 발열 성능을 갖는 열교환 유니트로 설계하고 이를 단위발열관으로 만들어 자유롭게 확장 가능한 열교환회로로 구성함으로써 결과적으로 적은 에너지 비용으로 광역난방이 가능한 고효율의 난방장치를 구현하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다음과 같은 독특하고 고유한 기술적 사상을 도입하였다.

먼저, 공기덕트와 같이 열풍을 송출하는 열교환튜브는 열의 전달성은 떨어지나 열의 확산성능이 매우 뛰어나고, 전열선과 같이 전기를 이용한 발열체는 열의 확산성능은 떨어지나 열의 전달성은 매우 뛰어나다는 점에 착안하였다. 따라서 전열선을 내부발열봉으로 배치하고, 이를 수납하는 외부방열관으로써 공기가 통과하는 얇은 금속제 열교환관으로 상기 내부발열봉을 씌워서 단위발열관을 만들게 되면, 내부발열봉의 발열을 외부 열풍 관로상으로 유동하는 공기유동에 의해 극히 빠르게 관로의 길이방향으로 전송할 수 있다. 물론 이 과정에서 실질적인 발열관 역할을 하는 외부방열관은 뜨거운 공기의 풍부한 유량만큼 큰 직경으로 만들기가 무척 용이하므로 고속유동은 물론 넓은 표면적으로 인한 충분한 열의 방출은 이루어짐은 물론이다.

다음으로, 내장된 내부발열봉의 길이보다 이를 둘러싸는 외부방열관의 길이를 더 길게 하여, 내부공기가 일정온도로 가열된 다음에는 추가 가열 없이 그대로 열풍관을 따라 관로 길이방향으로 공기 유동하도록 하였다. 이때 내부발열봉의 길이 대비 외부방열관의 길이 비율은 꼭 일정할 필요는 없으며, 내부발열봉의 길이를 점점 짧아지게 설정하거나, 또는 짧아졌다가 다시 길어지게 설정하거나, 아니면 일부 구간에서는 아예 내부발열봉을 생략하고 외부방열관만 배치할 수도 있다. 이렇게 하여 외부방열관의 관로상으로 공기를 유동시키면 내부발열봉이 없어서 추가적인 가열이 되지 않는 구간에서, 일정거리 까지는 약간의 열풍온도 저하가 있겠지만 열풍의 유동속도를 감안하면 이는 미미한 정도이므로 결국 전열선의 길이를 줄임으로써 얻는 전기에너지 절감효과는 매우 크고, 열풍의 온도저하에 따른 관로 표면온도의 비 균일성은 매우 적어진다. 이렇게 형성된 단위발열관, 즉 단위 열교환 유니트를 길이방향으로 계속 연결하면 결국 매우 긴 거리에 걸쳐 꾸준히 일정한 온도를 유지하는 열풍관이 탄생하게 되며 이로써 낮은 비열의 기체 열교환관으로 높은 비열의 유체 열교환관에 필적하는 균일한 발열효과를 달성할 수 있는 것이다.

상술한 본 발명의 가열방식을 순수 전열선만을 이용한 가열방식과 열효율 측면에서 비교하여 보면, 전체 길이에 걸쳐 가열용 전열선과 열 확산용 내부공기 유동기를 설치한 것과 비교하여 에너지효율 측면에서는 약간 우수한 성능을 나타내며, 운전효율 측면에서는 극히 우수한 성능을 발휘한다.

본 발명의 높은 운전효율을 구체적으로 설명하기 위하여 예를 들어 본 발명의 단위발열관과 발열관로 열풍이송용 송풍기를 설치한 장치를 난방기A라 하고, 전체 길이에 전열선을 설치하고 전열선 접촉공기 대류용 송풍기를 설치한 것을 난방기B라 하여 동일한 에너지를 공급한 상태에서 양자의 운전패턴과 발열효과를 비교하여 보자.

전열동력이 적고 송풍동력이 큰 난방기A의 경우, 전열선의 온도를 급격히 높여도 송풍량이 커서 전 난방구역의 난방온도가 즉각적으로 높아진다. 난방기B와 비교하면 전열선에 의해 가열되지 않아도 온도가 거의 떨어지지 않는 구간이 많이 존재하므로 열풍이 접촉하는 외부 발열관의 면적을 키울 수 있고 방열핀 등을 이용하여 높은 방열효율을 낼 수 있기 때문이다.

반면 전열동력이 크고 송풍동력이 적은 B의 경우, A와 같은 에너지 비용으로 운전되려면 전열선의 온도를 천천히 변화시켜야 하며, 전열선의 온도변화 속도에 발맞추어 좀 더 많은 송풍동력을 소모하여야 한다. 이는 B의 발열면적이 A보다 적은 탓에 열의 확산이 늦기 때문이다.

양자의 운전패턴을 감안한 에너지 효율에서는 더 큰 차이가 벌어진다. 우선 상기의 운전비교패턴은 24시간 연속운전일 때이다. 즉 열평형이 크게 깨어지지 않은 상황에서의 연속적이고 느린 온도변화를 가정한 운전일 때를 가정한 것이다. 그러나 태양열의 도움을 받는 비닐하우스에서와 같이 낮과 밤 또는 비오는 날과 맑은 날에 따라 적어도 하루 한번 이상 운전과 정지를 반복해야 할 때를 가정해보자. 초기 가열시 전열선의 온도를 낮게 하면 주위 공기가 적정온도까지 이르는데 매우 많은 시간이 걸리므로 B타입의 난방기라 하더라도 운전초기에는 전열선의 온도를 낮게 할 수 없다. 이는 급작스런 추위로 냉해방지를 위한 급속운전을 한다거나, 난방기를 자주 껐다 켜야 하는 상황에서는 더욱 큰 차이가 벌어진다. A경우와 같은 본 발명의 열교환회로는 송풍기의 동력을 올리면서 전열선의 온도를 급속으로 높여도 에너지 소모량과 비례한, 극히 빠른 속도로 열이 전파될 수 있으나, B와 같은 경우에는 초기 에너지 소모량만 급증하게 되고, 열의 전파는 늦다.

이러한 개념을 더욱 확장하여 단위발열관을 연결한 열교환회로 구성 시, 일부 구간에서는 내부발열봉을 아예 생략해 버리는 단위발열관 개념을 도입하여 보자. 이때는 운용의 편의성이 단순 열풍관 방식과 거의 다를 것이 없으며 열풍의 유량과 속도를 자유롭게 조절하여 극히 넓은 지역을 유연하게 커버할 수 있다. 그러나 통상의 전열선 방식은 전열선 구간을 끊었다 이어 붙이는 것이 오히려 더 비경제적일 수 있으므로 난방면적이 증가할수록 설치비용 대비 운전효과의 차이는 점점 벌어지게 된다.

설명한 바와 같이 본 발명은 통상적인 단순 열풍관식 난방과 단순 전열식 난방의 장점만을 취한 혼합 가열방식으로써, 열풍관의 빠른 방열능력과 적은 가열비용 그리고 전열선의 균일한 온도유지능력을 모두 발휘할 수 있다. 따라서 비닐하우스나 온실 난방과 같이 적은 설치비용으로 넓은 지역을 빠르고 저렴하게 난방하여야 할 필요가 있을 때 높은 에너지 효율과 지극히 뛰어난 운전효율이 발생된다.

또한 본 발명은 대부분 수평식으로 설치되는 난방용 열교환관에 있어서 외부 열풍관에 다양한 길이의 내부 발열봉 을 간단히 끼워놓는 방식으로 간단히 설치할 수 있으므로, 열교환회로 구간에서 구간별 발열량의 조절이 쉽고 광역 난방시 구역별 방열패턴을 다양하게 조절할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명 단위발열관의 외형 사시도와 투시도
도 2는 본 발명 단위발열관의 분해 사시도
도 3은 본 발명 단위발열관 각 부분의 정면도와 측면도
도 4는 본 발명 단위발열관의 3면도
도 5는 본 발명 단위발열관의 정면도. (내부발열봉 삽입 안착상태)
도 6a,b는 본 발명 단위발열관이 길이방향으로 확장된 상태를 나타낸 사시도와 측면도
도 7은 단위발열관을 연결하여 순환회로를 구성한 본 발명 열교환회로의 투시도
도 8은 단위발열관을 연결하여 순환회로를 구성한 본 발명 열교환회로의 정면도와 평면도
도 9는 열교환회로를 비닐하우스에 설치한 본 발명 광역난방장치의 사시도
도 10은 열교환회로를 비닐하우스에 설치한 본 발명 광역난방장치의 정면도와 측면도

상술한 본 발명의 과제 해결수단을 기술적으로 뒷받침하기 위하여 도면에 포함된 본 발명의 일 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

다만 아래의 특정 실시예에서 특정 전문용어를 포함한 구성요소들과 이들의 결합구조가 본 발명에 포괄적으로 내재된 기술적 사상을 제한하는 것은 아니다.

도 1~5는 본 발명 단위발명관 1개를 구체적으로 도시한 것이다. 도 1은 조립 완료된 상태이므로 양 끝단에 길이방향 확장용 연결플랜지(12)가 형성된 관 형태의 외부방열관(10)만이 보여진다. 도 2, 3은 분해도와 투시도를 나타내고 있으므로 외부방열관 내부에 삽입된 내부발열봉(20)의 구조와 결합상태를 자세히 알 수 있다.

본 출원서 도면에 도시된 모든 단위발열관은 이해의 편의를 돕기 위해서 길이가 실제보다 왜곡된 짧은 형태로 그려져 있다. 실제로는 매우 가늘고 긴 알루미늄 튜브가 전형적인 형상으로 쓰이며, 그 형상은 외부방열관의 길이가 1~5m, 튜브지름 10~100mm, 방열핀 폭 10~50mm 정도이며, 내부발열봉은 그보다 가늘고, 아래에 설명하겠지만 봉길이 치수는 외부 발열관의 관길이와 비교하여 0.1배~0.95배 범위의 길이로 다양하게 설정될 수 있다.

내부발열봉(20)은 가운데에 전열선(22)이 내장되며, 전열선을 둘러싸는 순서대로 열매체(23), 절연체(24)가 배치되고 외피에 금속관이 씌워지는 구조이다. 전열선의 발열은 열매체로 확장되며, 절연체에 의해 전기가 차단된 상태로 외피의 금속관과 내부방열지지핀(21)에까지 열이 전달된다. 전열선의 양단에는 전원선(25)이 연결되어 외부방열관(10) 바깥의 전력공급선(43)으로 이어진다. 도면상의 실시예에서는 전원선 한쪽 끝이 제1단자부(14), 다른쪽 끝이 내부방열지지핀(21)에 연결되어 있다 따라서 전류는 제1단자부에서 전원선-전열선-전원선을 내부방열지지핀-외부방열관표면-연결플랜지(12)를 거쳐 제2단자부(15)로 흐른다.

내부발열봉(20)은 상기 외부방열관(10)과 동등하거나 짧은 길이로 형성되어 외부방열관 내부에 삽입되고 있는데, 이때 별도로 고정하지 않고 단지 외부방열관 내부로 삽입하여 그대로 얹어놓는 것 만으로도 충분히 설치 가능하다. 왜냐하면 대부분의 열교환관은 수평식으로 설치되기 때문이다. 물론 약간의 기울기가 있다 하여도 내부발열봉에 연결되고 상기 전열선에 전력을 공급하는 전원선(25)이 외부방열관(10)의 제1단자부에 연결되므로 내부발열봉은 외부방열관의 내주면 상에서 충분히 안정적으로 안착되어 발열기능을 수행할 수 있으며 내부방열지지핀(21)의 사이로 공기 등 열매 유동체가 접촉하여 흐르게 되므로 열교환 면적이 극대화된다.

내부발열봉(20)의 외주면에 형성된 복수의 내부방열지지핀(21= Inner radiating and supporting fin)은 상기 외부방열관(10)의 내주면 상에서 내부발열봉을 지지하면서 외부방열관의 길이방향으로 열교환유체의 유동이 가능하도록 유동공간을 형성하는 역할을 하는데 도면에서와 같이 외부방열관(10)의 내경은 상기 복수의 내부방열지지핀(21)이 형성하는 상기 내부발열봉(20)의 외경보다 같거나 커서 내부발열봉이 외부방열관 속에 놓이고 나면 양자의 중심선은 일치하지는 않게 된다.(투시도 및 실제사용상태의 단면도 참조) 그러나 내부발열봉의 4개 방열지지핀(핀 개수는 특별히 제한이 없다) 사이로 열매체가 통과하는 데에는 전혀 지장이 없다. 따라서 극히 미미한 유동손실만 있을 뿐 외부방열관의 관로를 지나는 열매체는 내부발열봉에 의해 관로내 전진을 거듭하면서도 온도가 하강하지 않고 오히려 더 가열될 수 있는 것이다.

다시 말해서 내부발열봉의 외표면과 외부방열관의 내표면 사이의 공간을 지나는 공기가 빠르게 가열되면서 동시에 빠른 속도로 열풍관의 길이방향으로 전파될 수 있어 내부발열봉의 길이를 적절히 조절하는 것 만으로 매우 긴 열풍관로 전체에 걸쳐 거의 균일한 온도를 유지할 수 있다는 것을 의미하고 전열선의 고비용 균일가열과, 열풍관의 저비용 비균일가열의 중간적인 메커니즘을 띠게 되는 것이다.

물론 전열선이 상대적으로 가늘고 열풍관의 관로직경이 상대적으로 크다면 양자의 가열/냉각 응답성 차이가 커지는데 본 발명에 따른 단위발열관은 전열선의 낮은 가열응답성을, 열풍관과 유사한 높은 응답성으로 바꿔주는 향상된 기능도 발휘하게 된다.

여기서 편의상 공기를 열매 유동체로 가정하여 설명하였으나 본 발명은 반드시 공기에만 한정되지 않고 관로저항이 비교적 적은 저속유동에서 열매유 또는 물도 충분히 가능하다. 물은 거의 식지 않으며, 또한 관로저항도 공기보다 매우 큰 편이어서 본 발명을 적용하기에는 비효율적인 듯 보여지나 이 또한 내부발열봉이 십수m ~ 수십m 마다 간헐적으로 배치되고, 외부방열관의 길이가 수백m에 이른다면 충분히 본 발명을 적용해야만 할 기술적 필요성이 있는 것이다. 다만 이 때에는 내부발열봉에 전기를 공급하는 과정에서 물에 의해 누전이 되지 않도록 절연에 보다 신경을 쓸 필요가 있다.

도 3~6을 참고하여 본 발명의 주요 구성이 되는 전원공급 및 전기절연 구조를 살펴본다.

외부방열관(10)의 일단(한쪽 끝)에는 내부발열봉(20)를 통전시키는 제1단자부(14)가 형성되며, 상기 제1단자부는 인접한 상기 외부방열관과 전기적으로 절연되도록 만든다. 제1단자부를 통해 입력된 전원은 내부발열봉의 전열선(22)을 가열시키고 나서 제2단자부로 출력되는데, 이때 내부발열봉(20)을 통전시키는 제2단자부(15)의 위치는 외부방열관(10)의 타단 또는 외주면상의 특정지점일 수 있다. 이는 다시 말해서 제2단자부의 위치는 상기 외부방열관의 길이방향으로 변동될 수 있거나 혹은 제2단자부(15)가 상기 제1단자부(14)를 제외한 상기 외부방열관(10)의 외표면 전체일 수도 있다는 것을 말하며 극단적으로 제1단자부의 바로 옆에 간단히 전력공급선(43)을 갖다 대어서 쉽게 통전시킬 수 있다는 것을 의미한다. 이는 도 6b에서와 같이 전선접속부가 간단해지는 효과가 있어 단위발열관을 장거리에 걸쳐 확장시킬 때 전선작업량이 줄어드는 장점이 있다.

한편 상기 외부방열관(10)의 외주면에는 길이방향 또는 반경방향으로 외부방열핀(11= Outer radiating fin)이 추가 형성되는데, 이하에 설명할 열교환회로(40)에서 단위발열관을 지지하는 지지대 구조물에 안착되며 외부방열관의 외주면 표면 넓이와 함께 전열선의 열을 빠르게 방열시키는 주요한 역할을 한다.

도 6b는 상술한 단위 발열관을 연속하여 6개 결합한 것이며 도 7~8은 상기 단위 발열관 결합체를 이용하여 하나의 개방회로 또는 폐쇄순환회로로 구성한 것 열교환회로(40)를 나타낸 것이다.

도 7~10상에서 물론 위에서 설명한 것처럼, 상기 다수 개의 단위발열관(30) 각각에 내장된 내부발열봉(20)의 길이는 상기 열교환회로(40)의 시점에서 종점에 이르는 경로 상에서 각각 다르게 설정될 수 있다. 도시된 단위발열관들은 모두 같은 형상으로 20개 직렬연결, 3줄 병렬연결되어 있지만 이는 단지 도면제도의 편의를 위해서일 뿐 실제로는 내부발열봉은 송풍장치(41)의 공기배출구 근처에서 가장 길게, 송풍장치로 재 흡입되는 공기흡입구 근처에서 가장 짧게 설정되는 것이 바람직할 것이다. 이렇게 되면. 예컨대 열풍공급의 시작점에서는 공기온도가 차가운 상태이므로 매우 길게(외부방열관 길이에 근접하도록) 삽입된 내부발열봉에 의해 충분히 초기 가열되고, 단위발열관을 거듭 지나면서 공기가 점점 가열되면 내부발열봉에 의한 가열 필요성은 점점 줄어들게 되므로 내부발열봉 길이를 점점 짧게하여 삽입할 수 있게(또는 아예 생략할 수 있게) 된다. 이렇게 되면 단순한 온오프 방식 전원공급장치(42)를 채택한다 하여도 거의 전 구역에서 균일한 온도로 단위발열관이 발열하게 되며 드넓은 비닐하우스에서 열풍기 근처에 위치한 농작물이 말라 죽거나, 열풍기 반대쪽 멀리 위치한 농작물이 냉해를 입는 등의 피해는 없어지는 것이다. 물론 전열선에 투입되는 전력을 좀더 절감하길 원하거나 또는 국부적으로 온도를 낮출 필요가 있는 일부 구역에서는 내부발열봉을 띄엄띄엄 배치하거나 아예 생략하고 외부방열관만 배치하여 저온의 열풍만 통과하는 방식으로도 구성할 수 있음은 물론이다.

도 9~10은 상술한 열교환회로(40)와 상기 내부발열봉(20)에 전력을 공급하는 전원공급장치(42) 및 상기 외부방열관(10) 내부로 열교환유체를 공급하는 유량공급장치(41)를 포함하여 구성된 광역난방장치를 도시한 것인데 길이가 수십 미터 이상인 비닐하우스를 대상으로 하고 있다. 열교환회로(40)는 복수 개로 병렬 배열되어 각각 하나의 개방회로 또는 폐쇄순환회로로 구성되고, 송풍기 역할을 하는 유량공급장치(41)는 각 열교환회로의 종점에서 토출된 공기를 흡입하여 다시 각 열교환회로의 시점에 재공급하며 이러한 원리는 전원공급장치(42)에서도 마찬가지이다.(도면에서 전력공급선은 생략된 상태이다) 물론 이때에도 상기 전원공급장치(42) 또는 상기 유량공급장치(41)는 상기 열교환회로(40) 들에 개별적 또는 통합적으로 전력 및 유량을 각각 공급하도록 설계될 수 있으며 도 9의 실시예에 의하면 3개의 열교환 회로에 의해 3단계 강도로 난방강도를 조절할 수 있다. 물론 어느 경우에도 복잡한 전력제어 없이 전체 비닐하우스 공간이 균일난방 됨은 물론이다.

이상 본 발명이 구체화된 실시예를 도면과 함께 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시예에만 국한되지 않는다.

다시 말해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 명세서 및 도면이 내포하고 있는 기술적 사상을 활용하여 필요에 따라 본 발명의 명세서 및 도면에 미처 포함되지 않은 단순 변경 및 간단 확장 사례를 구현할 수도 있으나, 이 또한 이하의 청구범위로 표현되는 본 발명 기술적 사상의 범위에 자명하게 포함된다.

본 발명은 농업용 난방장치 등 저가의 광역난방장치에 최적하나, 필요에 따라 그 규모에 관계없이 산업용 열교환장치나 주거용 난방장치로 응용될 수 있으며 특히 물을 구하기 어려운 지역에서의 난방이나, 조립 후 철거가 필요한 대형 가건물, 홀 중간으로 방열관 관통이 필요한 보관창고의 난방 등에 매우 요긴하게 적용될 수 있다.

10: 외부방열관
11: 외부방열핀
12: 연결플랜지
13: 연결볼트
14: 제1단자부
15: 제2단자부
20: 내부발열봉
21: 내부방열지지핀
22: 전열선
23: 열매체
24: 절연체
25: 전원선
30: 단위발열관
40: 열교환회로
41: 송풍장치(열매체 유동장치)
42: 전원공급장치
43: 전력공급선

Claims (9)

1. 양 끝단에 연결플랜지(12)가 형성된 관 형태의 외부방열관(10)과;
   전열선(22)이 내장되며, 상기 외부방열관과 동등하거나 짧은 길이로 형성되어 상기 외부방열관 내부에 삽입되는 내부발열봉(20)과;
   상기 내부발열봉에 연결되고 상기 전열선에 전력을 공급하는 전원선(25);을 포함하여 구성되고,
   상기 내부발열봉의 외주면에는 상기 외부방열관의 내주면 상에서 상기 내부발열봉을 지지하면서 상기 외부방열관의 길이방향으로 열교환유체의 유동이 가능하도록 형성된 복수의 내부방열지지핀(21)이 형성되고;
   상기 외부방열관(10)의 내경은 상기 복수의 내부방열지지핀(21)이 형성하는 상기 내부발열봉(20)의 외경보다 같거나 큰 것;을 특징으로 하는 단위발열관(30).
2. 제1항에 있어서,
   상기 외부방열관(10)의 일단에는 상기 내부발열봉(20)를 통전시키는 제1단자부(14)가 형성되며,
   상기 제1단자부는 인접한 상기 외부방열관과 전기 절연되는 것을 특징으로 하는 단위발열관(30).
3. 제2항에 있어서,
   상기 외부방열관(10)의 타단 또는 외주면에는 상기 내부발열봉(20)을 통전시키는 제2단자부(15)가 형성되며,
   상기 제2단자부의 위치는 상기 외부방열관의 길이방향으로 변동될 수 있는 것을 특징으로 하는 단위발열관(30).
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2단자부(15)는 상기 제1단자부(14)를 제외한 상기 외부방열관(10)의 외표면 전체인 것을 특징으로 하는 단위발열관(30).
5. 제4항에 있어서,
   상기 외부방열관(10)의 외주면에는 길이방향 또는 반경방향으로 외부방열핀(11)이 추가 형성되는 것을 특징으로 하는 단위발열관(30).
6. 제1항에 기재된 단위발열관(30)을 길이 방향으로 다수 개 연속 결합하여 하나의 개방회로 또는 폐쇄순환회로로 구성한 것을 특징으로 하는 열교환회로(40).
7. 제6항에 있어서, 상기 열교환회로(40)의 시점에서 종점에 이르는 경로 상에서 상기 다수 개의 단위발열관(30) 각각에 내장된 내부발열봉(20)의 길이는 각각 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 열교환회로(40).
8. 제6항에 기재된 열교환회로(40)와;
   상기 내부발열봉(20)에 전력을 공급하는 전원공급장치(42); 및
   상기 외부방열관(10) 내부로 열교환유체를 공급하는 유량공급장치(41);를 포함하여 구성되는 광역난방장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 열교환회로(40)는 복수 개로 병렬 배열되어 각각 하나의 개방회로 또는 폐쇄순환회로로 구성되고,
   상기 전원공급장치(42) 또는 상기 유량공급장치(41)는 상기 열교환회로(40) 들에 개별적 또는 통합적으로 전력 및 유량을 각각 공급하는 것을 특징으로 하는 광역난방장치.

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