KR20130011155A

KR20130011155A - 시설물 과열 및 동결 방지장치

Info

Publication number: KR20130011155A
Application number: KR1020110072113A
Authority: KR
Inventors: 이상철
Original assignee: 아이스파이프 주식회사
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2013-01-30
Also published as: KR101233786B1

Abstract

시설물 과열 및 동결 방지장치가 개시된다. 시설물에 설치되어 있으며 시설물을 외부와 열교환시키는 열교환부 및 세관형으로 형성되어 작동유체가 주입되며 일측이 열교환부에 인접하게 배치되어 시설물과 열전달이 가능하고 타측은 지중에 매설된 세관형 히트파이프를 포함하고, 세관형 히트파이프는 시설물이 지중보다 가열되면 시설물의 열을 지중으로 이송하여 저장시키고 시설물이 지중보다 냉각되면 지중의 열을 시설물로 이송하는 것을 특징으로 하는 시설물 과열 및 동결 방지장치는, 부가적인 작동장치 없이도 세관형 히트파이프만을 사용하여 시설물의 과열 및 동결을 방지함으로써 불필요한 에너지 소모를 줄일 수 있으며 유지보수도 용이해질 수 있다.

Description

시설물 과열 및 동결 방지장치{Apparatus for overheating and freezing of facilities}

본 발명은 시설물 과열 및 동결 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 시설물은 적정한 온도 범위에서 유지되어야 그 기능을 제대로 발휘할 수 있다. 일부 시설물의 경우에는 적정한 온도 범위를 넘어서는 조건에 놓이게 되면 그 기능의 상실할 우려까지 있다.

특히, 통신 기지국과 같은 전자장비는, 자체에서 많은 열을 발생하여 과열될 우려가 높으며 혹서기에는 외부의 영향으로도 과열될 수도 있다. 또한, 혹한기에는 동결될 우려도 존재한다.

이러한 과열 또는 동결에 의한 전자장비의 손상을 방지하기 위하여, 대한민국 특허공보 10-2008-0105628에 나타난 바와 같이 시설물에 별도의 냉방장치 또는 가열장치를 설치하는 방법이 제안되었으나, 별도의 에너지를 소비하며 냉방장치 및 가열장치 자체도 고장의 우려가 있어서 유지보수가 어려워지는 문제가 있다.

또한, 종래의 장치는 과열 또는 동결에 대하여 한가지만을 목적할 뿐이어서, 과열과 동결을 함께 방지하기 위해서는 2가지의 별도 장치가 필요한 문제도 있다.

본 발명은 별도의 에너지를 소비하지 않고 유지보수도 간단한 시설물 과열 및 동결 방지장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 시설물에 설치되어 있으며, 상기 시설물을 외부와 열교환시키는 열교환부 및 세관형으로 형성되어 작동유체가 주입되며, 일측이 상기 열교환부에 인접하게 배치되어 상기 시설물과 열전달이 가능하고 타측은 지중에 매설된 세관형 히트파이프를 포함하고, 상기 세관형 히트파이프는, 상기 시설물이 상기 지중보다 가열되면 상기 시설물의 열을 상기 지중으로 이송하여 저장시키고, 상기 시설물이 상기 지중보다 냉각되면 상기 지중의 열을 상기 시설물로 이송하는 것을 특징으로 하는 시설물 과열 및 동결 방지장치가 제공된다.

상기 세관형 히트파이프는, 상기 열교환부와 상기 지중을 교대로 왕복하는 형태로 형성될 수 있다.

상기 열교환부는, 상기 시설물에 결합된 방열기를 포함할 수 있다.

상기 방열기는, 위크형 히트파이프를 포함하는 열전달 구조를 가질 수 있다.

상기 열교환부는, 상기 시설물의 케이스 또는 하우징을 포함할 수 있다.

상기 시설물은 전자장비를 포함할 수 있다.

상기 전자장비는, 통신 기지국, 변전기 및 조명등 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 부가적인 작동장치 없이도 세관형 히트파이프만을 사용하여 시설물의 과열 및 동결을 방지함으로써, 불필요한 에너지 소모를 줄일 수 있으며 유지보수도 용이해질 수 있다.

또한, 별도의 제어가 필요하지 않은 간단한 구성으로 과열 및 동결을 함께 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시설물 과열 및 동결 방지장치 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시설물 과열 및 동결 방지장치 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시설물 과열 및 동결 방지장치 나타낸 도면.

이하에서 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시설물 과열 및 동결 방지장치 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시설물 과열 및 동결 방지장치(100)는 열교환부(120) 및 세관형 히트파이프(130)를 포함하여, 별도의 제어장치 없이도 시설물(110)의 상태에 맞추어 지상의 시설물(110)에서 발생된 열을 지중(地中, 1) 즉, 땅 속으로 발산하거나 지중(1)의 열에너지를 시설물(110)로 전달하는 것을 특징으로 한다.

열교환부(120)는 시설물(110)에 설치되어 있으며, 시설물(110)을 외부와 열교환시키는 부분으로, 본 실시예의 열교환부(120)는 후술할 세관형 히트파이프(130)와의 열교환을 통하여 시설물(110)과 세관형 히트파이프(130)의 열전달을 가능하게 한다.

도 1에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 시설물(110)은 전자장비의 일종인 통신 기지국이고, 열교환부(120)는 통신 기지국과 결합된 방열핀을 구비한 방열기이다. 이 때, 방열기의 성능을 더욱 높이기 위하여 방열기는 위크형 히트파이프를 이용한 열전달 구조를 가질 수도 있다.

세관형 히트파이프(130)는 열교환부(120)로 전달된 열에너지를 지중(1)으로 이송하여 발산하거나 지중(1)에 저장된 열에너지를 다시 열교환부(120)로 전달하는 역할을 하는 부분이다. 이를 위해, 본 실시예의 세관형 히트파이프(130)의 일측은 열교환부(120)와 열전달이 가능하도록 열교환부(120)에 인접하게 배치되어 있으며, 타측은 지중(1)으로 연장되어 매설되어 있다.

또한, 본 실시예의 세관형 히트파이프(130)는 열손실을 최소화면서 대량의 열에너지를 신속하게 전달하도록 작동유체(133)가 주입된 히트파이프로 이루어진다. 대표적으로, 진동세관형 히트파이프(130)가 사용될 수 있다.

도 1에 나타난 바와 같이, 진동세관형 히트파이프(130)는 세관(132) 내부에 작동유체(133)와 기포(134)가 소정 비율로 주입된 후 세관(132) 내부가 외부로부터 밀폐되는 구조를 가진다. 이에 따라, 진동세관형 히트파이프(130)는 기포(134) 및 작동유체(133)의 부피팽창 및 응축에 의하여 열을 잠열 형태로 대량으로 수송하는 열전달 사이클을 가진다.

열전달 메카니즘을 살펴보면, 열을 흡수한 흡열부에서는 흡수된 열량만큼 핵비등(1Nucleate Boiling)이 일어나면서 흡열부에 위치된 기포(134)들이 부피 팽창을 하게 된다. 이때 세관(132)은 일정한 내부 체적을 유지하므로, 흡열부에 위치된 기포(134)들이 부피 팽창을 한 만큼 열을 발산하는 방열부에 위치된 기포(134)들은 수축하게 된다. 따라서 세관(132) 내의 압력 평형상태가 붕괴되면서, 세관(132) 내에서 작동유체(133) 및 기포(134)의 진동을 포함한 유동이 수반되고, 이에 따라 기포(134)의 체적 변화에 의한 온도의 승강에 의하여 잠열 수송이 이루어짐으로써 방열이 수행된다.

여기서, 진동세관형 히트파이프(130)는 열전도도가 높은 구리, 알루미늄 등의 금속 소재로 이루어진 세관을 포함할 수 있다. 이에 따라, 열을 빠른 속도로 전도 받음과 아울러 그 내부에 주입된 기포(134)의 체적변화를 빠르게 유발할 수 있다.

또한, 세관(132)으로 형성된 히트파이프는 부피 대비 넓은 열전달면적을 가질 수 있으므로, 대량의 열을 빠르게 흡수 또는 방출할 수 있다. 그리고, 열전달의 방향성에 대한 제약이 없어서 어떠한 방향으로든 열전달이 우수하며 배치가 자유로운 장점도 있다.

한편, 진동세관형 히트파이프(130)의 연통구조는 개루프(open loop)와 폐루프(close loop) 모두 가능하다. 또한, 진동세관형 히트파이프(130)가 복수 일 때, 진동세관형 히트파이프(130)의 전부 또는 일부는 이웃하는 진동세관형 히트파이프(130)와 연통될 수 있다. 이에 따라, 복수의 진동세관형 히트파이프(130)는 설계상 필요에 따라 전체적으로 개루프 또는 폐루프 형상을 가질 수도 있다.

도 1에 나타난 바와 같이, 본 실시예에서는 폐루프 구조를 가지는 복수의 세관형 히트파이프(130)가 연속적으로 배치되어 있다. 또한, 각 세관형 히트파이프(130)는 열교환부(120)와 지중(1)을 교대로 왕복하는 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에서 세관형 히트파이프(130)의 일부분(130a)은 방열기에 결합되고, 다른 부분(130b)은 지중에 매설된다.

이에 따라, 시설물(110)인 통신 기지국에서 높은 열이 발생되거나 외부로부터 통신 기지국에 높은 열이 전달되면(즉, 시설물(110)이 지중(1)보다 가열되면), 세관형 히트파이프(130) 중 방열기에 결합된 부분(130a)이 흡열부가 되고 지중(1)에 매설된 부분(130b)이 방열부가 되어서 지중(1)으로 통신 기지국의 열을 빠르고 전달하여 발산할 수 있다.

특히, 땅 속은 외부의 온도 변화(특히, 계절적 온도변화 등)에도 일정한 수준의 온도를 유지하고 있으므로, 통신 기지국이 자체적으로 열을 발생할 때뿐만 아니라 외부의 기온이 상승하여 가열될 때에도 땅 속 온도가 이보다 낮은 특성을 이용하여 통신 기지국의 과열을 효과적으로 방지할 수 있다.

더불어, 겨울에는(즉, 시설물(110)이 지중(1)보다 냉각되면) 세관형 히트파이프(130)가 지중(1)의 열에너지를 통신 기지국으로 방출하여 동결을 방지할 수 있다. 이 때에는, 세관형 히트파이프(130) 중 방열기에 결합된 부분(130a)이 방열부가 되고 지중(1)에 매설된 부분(130b)이 흡열부가 된다. 여기서, 세관형 히트파이프(130)는 상술한 바와 같이 신속한 열전달로 인하여 높은 열전달 효율을 가지므로, 열전달 과정에서 주변으로 손실되는 열을 최소화하여 시설물(110)로 전달되는 지열의 에너지 효율을 높일 수 있다. 또한, 세관형 히트파이프(130)는 방향성에 무관하여 성능이 유지되므로 설치의 자유도가 높은 특징도 있다.

정리하면, 본 실시예의 시설물 과열 및 동결 방지장치(100)는 양방향으로 열전달 성능이 우수한 세관형 히트파이프(130)를 이용하여 지중(1)의 열에너지(온열 및 냉열)를 필요할 때 이용하여 시설물(110)의 과열 및 동결을 방지할 수 있다. 특히, 열에너지의 전달이 자연법칙인 열평형 성질을 이용한 것이므로, 펌프 등의 부가적인 작동장치를 필요로 하지 않는다. 이에 따라, 별도의 제어가 필요 없으며, 장치의 설치 및 유지보수를 용이하게 된다.

한편, 본 실시예에서는 통신 기지국을 실시예로 설명하였으나, 본 발명에 따른 시설물 과열 및 동결 방지장치는 적정한 온도조건이 필요한 다양한 전자장비에 적용이 가능하다. 예를 들면, 변전기와 조명등에도 적용이 가능하다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시설물 과열 및 동결 방지장치 나타낸 도면이다.

본 실시예에 따른 시설물 과열 및 동결 방지장치(200)는, 시설물(210)이 조명탑인 점과 시설물의 케이스 또는 하우징이 열교환부가 된다는 점에서 상술한 실시예와 차이가 있다. 따라서, 세관형 히트파이프(230)에 대한 기본적 구조 및 기능은 거의 유사하므로 이에 대한 구체적 설명은 생략한다.

도 2에 나타난 바와 같이, 본 실시예에서 시설물은 다수의 조명(212)을 구비한 조명탑으로서 조명에서 발생되는 열은 조명탑의 기둥(214)을 통하여 외부로 전달되는 구조를 가지고 있다. 즉, 조명탑의 하우징인 기둥이 열교환부 역할을 수행한다.

이에 따라, 세관형 히트파이프의 일부분(230a)은 열교환부인 기둥(214)에 결합되고, 다른 부분(230b)은 지중에 매설되는 구조를 가지게 된다. 따라서, 상술한 열전달 기능을 통하여 시설물인 조명탑의 과열 및 동결을 방지할 수 있다.

한편, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시설물 과열 및 동결 방지장치 나타낸 도면이다.

본 실시예에 따른 시설물 과열 및 동결 방지장치(300)는, 시설물(310)에 별도의 열교환장치를 설치되고 이러한 열교환장치가 열교환부(320)가 된다는 점에서 상술한 실시예와 차이가 있다. 따라서, 조명(312), 기둥(314) 및 세관형 히트파이프(320)에 대한 기본적 구조 및 기능은 거의 유사하므로 이에 대한 구체적 설명은 생략한다.

종래의 시설물(310)은 자체적으로 공냉식 또는 수냉식의 열교환장치를 가진 경우가 있다. 본 실시예의 시설물 과열 및 동결 방지장치(300)는 기존에 시설물에 설치된 열교환장치를 활용함으로써, 종래의 시설물에도 시설물 과열 및 동결 방지장치(300)를 용이하게 설치할 수 있는 장점이 있다.

도 3에 나타난 바와 같이, 본 실시예에서 조명탑은 별도의 수냉식 열교환장치를 구비하고 있다. 이에 따라, 본 실시예의 세관형 히트파이프(330)는 열교환부(320)인 수냉식 열교환장치와 열전달이 가능하게 구성된다. 구체적으로, 수냉식 열교환장치와 연결된 수관(水管, 325)이 세관형 히트파이프(330)의 일부분(330a)와 인접하여 배치되어 열교환을 수행한다. 그리고, 세관형 히트파이프(330)의 다른 부분(330b)는 지중으로 매설되어 지중과 열교환을 수행한다.

한편, 본 발명에 따른 상술한 실시예들은 전자장비와 같은 시설물에 대한 과열 및 동결 방지장치를 설명하였으나 시설물은 전자장비에 한정되지는 않는다. 기능을 수행하는데 있어서 적정한 온도 범위가 필요한 다양한 건축물과 구조체 등도 본 발명의 시설물의 범위에 속하게 된다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

1: 지중
100, 200, 300: 시설물 과열 및 동결 방지장치
110, 210, 310: 시설물
120, 320: 열교환부
130, 230, 330: 세관형 히트파이프

Claims

시설물에 설치되어 있으며, 상기 시설물을 외부와 열교환시키는 열교환부; 및
세관형으로 형성되어 작동유체가 주입되며, 일측이 상기 열교환부에 인접하게 배치되어 상기 시설물과 열전달이 가능하고 타측은 지중에 매설된 세관형 히트파이프를 포함하고,
상기 세관형 히트파이프는, 상기 시설물이 상기 지중보다 가열되면 상기 시설물의 열을 상기 지중으로 이송하여 저장시키고, 상기 시설물이 상기 지중보다 냉각되면 상기 지중의 열을 상기 시설물로 이송하는 것을 특징으로 하는 시설물 과열 및 동결 방지장치.
제1항에 있어서,
상기 세관형 히트파이프는, 상기 열교환부와 상기 지중을 교대로 왕복하는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 시설물 과열 및 동결 방지장치.
제1항에 있어서,
상기 열교환부는, 상기 시설물에 결합된 방열기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시설물 과열 및 동결 방지장치.
제3항에 있어서,
상기 방열기는, 위크형 히트파이프를 포함하는 열전달 구조를 가진 것을 특징으로 하는 시설물 과열 및 동결 방지장치.
제1항에 있어서,
상기 열교환부는, 상기 시설물의 케이스 또는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 시설물 과열 및 동결 방지장치.
제1항에 있어서,
상기 시설물은 전자장비를 포함하는 것을 특징으로 하는 시설물 과열 및 동결 방지장치.
제6항에 있어서,
상기 전자장비는,
통신 기지국, 변전기 및 조명등 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 시설물 과열 및 동결 방지장치.