WO2018212422A1 - 메탈 히터 시스템 - Google Patents

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WO2018212422A1
WO2018212422A1 PCT/KR2017/014448 KR2017014448W WO2018212422A1 WO 2018212422 A1 WO2018212422 A1 WO 2018212422A1 KR 2017014448 W KR2017014448 W KR 2017014448W WO 2018212422 A1 WO2018212422 A1 WO 2018212422A1
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metal heater
metal
heater system
temperature
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서상민
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서상민
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    • H05B2203/02—Heaters using heating elements having a positive temperature coefficient

Definitions

  • the present invention relates to a metal heater system. More specifically, a plurality of metal heaters are coupled to the lower surface of the pipe at regular intervals along the longitudinal direction of the pipe, so that the PTC heating element inside the metal heater conducts heat to a local portion of the pipe. As a result, convection occurs in the fluid inside the pipe due to heat conducted at the local site, and the entire pipe is maintained at a constant temperature, thereby effectively preventing freezing of the pipe in winter.
  • the heating wire In general, in the winter, the heating wire is wrapped around the pipe to generate heat to prevent freezing of the pipe.
  • the heating wire is continuously wound on the outside of the pipe in the longitudinal direction of the pipe or it is attached to the pipe using an auxiliary material.When the heating wire is heated, convection occurs mainly in the upper section of the pipe, and convection in the longitudinal direction is insignificant. There was a problem that can not prevent the whole freezing.
  • the heating wire when installed in the pipe, it is installed in the whole pipe by a straight line and rotation winding, it is fixed with a tape. In this case, there is a problem in that the energy efficiency that is conducted to the pipe due to the deflection of the hot wire consumes excessive energy and deteriorates the quality.
  • the present invention relates to a metal heater system, a plurality of metal heaters are coupled to the bottom surface of the pipe at regular intervals along the longitudinal direction of the pipe, it is a PTC heating element inside the metal heater to conduct heat to the local portion of the pipe It features. Due to this feature, convection occurs in the fluid inside the pipe and the pipe temperature is kept constant, so that the freezing of the winter pipe can be effectively prevented.
  • the metal heater system according to the present invention for preventing the freezing of the pipe is fixed to the pipe a plurality of metal heaters, metal heaters coupled to the bottom surface of the pipe at regular intervals along the longitudinal direction of the pipe. And a temperature sensor coupled to the pipe to measure the pipe temperature, a metal heater controller to control the operation of the metal heater, and a controller to control the metal heater controller, and conduct heat to a portion where the metal heater is coupled to the pipe. It is characterized in that convection in the pipe occurs.
  • the metal heater of the metal heater system includes an upper body extending in the longitudinal direction of the pipe, a lower body coupled to the lower surface of the pipe and a PTC heating element positioned between the upper body and the lower body,
  • the main body and the lower main body may be coupled and separated by a plurality of bolts which simultaneously pass through the upper main body and the lower main body in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the pipe.
  • the lower portion of the lower body of the metal heater system according to the invention is characterized in that the curved in response to the curvature of the pipe.
  • the lower portion of the upper body of the metal heater system according to the present invention is formed with a groove extending in the longitudinal direction of the pipe, the upper portion of the lower body is formed with a protrusion extending in the longitudinal direction of the pipe to be inserted into the groove, the upper surface of the protrusion It characterized in that the PTC heating element having the same width as the protrusion is coupled.
  • the metal heater system according to the present invention is characterized in that the space between the upper body and the PTC heating element is formed, the silicon is filled in the space.
  • the surface of the lower body of the metal heater system according to the invention is characterized in that the thermally conductive adhesive is applied.
  • the controller of the metal heater system compares the pipe temperature measured by the preset set temperature and the temperature sensor, and if the pipe temperature is less than the set temperature, it is characterized in that the operation command to the metal heater controller.
  • control unit of the metal heater system is characterized in that the metal heater is operated by the operation command, characterized in that the feedback (feedback) to give back the operation command when not in operation.
  • control unit of the metal heater system is connected to the communication unit, the communication unit is characterized in that for transmitting the pipe temperature stored in the storage unit to the server under the control of the control unit.
  • the server of the metal heater system receives a remote control signal from a computer or a smart device and transmits to the communication unit, the control unit is characterized in that for receiving the remote control signal from the communication unit.
  • the heating element of the metal heater system according to the present invention is a PTC heating element, the resistance increases during heating to limit the current to prevent the risk of fire, and the temperature is constant despite the fluctuation of the outside air temperature or the power supply voltage. It has the advantage of being maintained, so it is effective to prevent freezing.
  • the lower portion of the upper body of the metal heater system according to the present invention is formed with a groove extending in the longitudinal direction of the pipe
  • the upper portion of the lower body is formed with a protrusion extending in the longitudinal direction of the pipe to be inserted into the groove, the upper surface of the protrusion Due to the structure in which the PTC heating element having the same width as the protrusion is coupled, the upper body and the lower body are firmly coupled to increase the bonding force of the entire metal heater, the PTC heating element is protected from external impact, and the departure of the PTC heating element is prevented. There is an advantage that the life of the metal heater is increased.
  • the waterproof and dustproof effect can be generated to protect the PTC heating element, which has the advantage of increasing the life of the metal heater have.
  • controller of the metal heater system compares the set temperature with the current pipe temperature, when the pipe temperature is less than the set temperature, there is an advantage that the automation is performed by operating the metal heater.
  • FIG. 1 shows a metal heater system coupled to a pipe according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the A-A 'section cut in the longitudinal direction of the metal heater and the cross-sectional view of the B-B' section cut in the longitudinal direction of the metal heater in accordance with the present invention.
  • FIG. 3 relates to a top view and a cross-sectional view of the C-C 'section of a metal heater according to the invention.
  • Figure 4 shows the convection phenomenon in the pipe when the metal heater according to the invention is coupled to the pipe.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a metal heater system according to the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic block diagram illustrating a remote control flow through a server according to the present invention.
  • FIG. 7 is a flow chart illustrating the flow of a metal heater system according to the present invention.
  • metal heater system 110 ... metal heater
  • FIG. 1 is a view illustrating a metal heater system coupled to a pipe according to the present invention.
  • the components of the metal heater system according to the present invention will be described with reference to FIG. 1.
  • the metal heater system 100 includes a metal heater 110, a band T, a temperature sensor 120, a metal heater controller 130, and a controller 140.
  • the metal heater 110 is coupled to the pipe 10 serves as a heating element for generating heat.
  • FIGS. 2 and 3. 2 is a cross-sectional view of the AA ′ section cut in the longitudinal direction of the metal heater 110 and a cross-sectional view of the BB ′ section cut in the vertical direction of the metal heater 110 in a longitudinal direction
  • FIG. 3 is a metal heater ( Top view and cross-sectional view of the CC ′ section.
  • the metal heater 110 includes an upper body 111, a lower body 112, and a PTC heating element 113.
  • the upper body 111 extends in the longitudinal direction of the pipe 10.
  • it is coupled with the lower body 112 extending in the longitudinal direction of the pipe (10).
  • the lower body 112 is in close contact with the surface of the pipe 10 is coupled.
  • it is desirable to engage with the bottom surface of the tubing 10. This is for convection, which will be described later in detail in FIG. 4.
  • the PTC heating element 113 is positioned between the upper main body 111 and the lower main body 112.
  • PTC heating element 113 is preferably a panel shape extending in the longitudinal direction of the pipe (10).
  • PTC Platinum Temperature Coefficient
  • the resistance is increased during heat generation to limit the current, and the temperature is kept constant despite the fluctuation of the outside temperature or the power supply voltage, which is effective in preventing freezing. .
  • the current is blocked when reaching a certain temperature As a result, the risk of overheating is reduced and the risk of fire is also lowered.
  • the PTC heating element 113 is connected to the electric wire 113a.
  • One end of the wire 113a is inserted into the metal heater 110 and connected to the PTC heating element 113 as shown in FIG. 2, and the other end of the wire 113a protrudes out of the metal heater 110 so that the metal heater controller ( 130).
  • the PTC heating element 113 is controlled by the metal heater controller 130.
  • the upper body 111 and the lower body 112 can be assembled and separated in a prefabricated manner.
  • the bolt 115 penetrates the upper body 111 and the lower body 112 simultaneously in the vertical direction of the pipe 10 (from the lower side to the upper side based on the cross-sectional view of FIG. 3).
  • the upper body 111 and the lower body 112 are preferably coupled to each other.
  • a plurality of bolts 115 may be formed to be coupled at regular intervals.
  • the bolt 115 is released by separating the upper body 111 and the lower body 112 by PTC heating element ( 113) is replaced, and a simple structure is formed by inserting a new PTC heating element 113 and tightening the bolt again. This increases the ease of replacement, unlike the prior art has the advantage that the replacement cost is reduced.
  • the bolt 115 it is assembled by the bolt 115, it can be fixed to a certain thickness by the tension of the bolt 115 at the time of assembly.
  • the area where the metal heater 110 contacts the pipe 10 is constant, and the amount of heat generated by the PTC heating element 113 to the pipe 10 is constant, so that the pipe temperature can be kept constant.
  • a lower portion of the lower main body 112 may be curved to have a radius of curvature of the pipe 10, corresponding to the curvature of the pipe 10. Referring to the cross-sectional view of FIG. 3, the lower body 112 is bent to fit the radius of curvature of the pipe 10. Due to this structure, the lower body 112 may be in close contact with the bottom surface of the pipe 10 as shown in FIG.
  • the lower body 112 When the lower body 112 is formed in a flat (flat) structure and is coupled to the bottom surface of the pipe 10, only the central portion of the lower body 112 abuts on the pipe 10, and the lower body along the longitudinal direction ( The side portion of 112 is not in contact with the pipe 10. As a result, the amount of heat transferred directly to the pipe 10 is reduced compared to the amount of heat generated from the PTC heating element 113, thereby reducing energy efficiency.
  • the lower main body 112 when the lower main body 112 is bent in correspondence with the curvature radius of the pipe 10 as in the present invention, the surface area of the lower main body 112 abuts against the pipe 10 is increased, and the amount of heat transferred to the pipe 10 is increased. There is an advantage that increases, thereby increasing the energy efficiency. In addition, there is an advantage that a phenomenon in which the energy efficiency conducted to the pipe 10 due to the deflection of the conventional heating wire is lowered does not occur.
  • the lower portion of the upper body 111 is preferably formed with a groove extending in the longitudinal direction of the pipe 10
  • the upper portion of the lower body 112 is preferably formed with a protrusion extending in the longitudinal direction of the pipe 10 to be inserted into the groove.
  • the PTC heating element 113 having the same width as the protrusion is coupled to the upper surface of the protrusion.
  • the upper body 111 in particular, the lower portion of the central portion (111a) of the upper body 111 is preferably a shape in which the ' ⁇ ' shape is rotated 180 degrees in the lower direction of the central portion (111a), the lower body 112
  • the upper portion of the central portion 1121a of the lower main body 112 is preferably in a ' ⁇ ' shape (see section BB 'in FIG. 2).
  • the space between the PTC heating element 113 and the groove of the upper body 111 is preferably formed.
  • a structure in which the lower main body 112 supports the PTC heating element 113 and the upper main body 111 surrounds the PTC heating element 113 is formed. Due to this structure, the upper main body 111 and the lower main body 112 are firmly coupled to increase the bonding force of the entire metal heater 110. In addition, the left and right sides of the PTC heating element 113 are supported by the upper main body 111, the lower part of the PTC heating element 113 is supported by the lower main body 112, and the upper portion of the PTC heating element 113 will be described later. 114 is supported, the PTC heating element 113 is not separated, there is an advantage that the bonding force is increased.
  • the silicon 114 may be filled in the space formed due to the above structure.
  • the silicon 114 is filled, the silicon 114 is wrapped around the PTC heating element 113 and the electric wire 113a connected to the PTC heating element 113 (see FIG. 2).
  • the space is filled with silicon 114 as in the present invention, it serves as a kind of protective film to provide waterproof and dustproof of the PTC heating element 113 and the wire 113a connected to the PTC heating element 113.
  • the manufacturing cost is low and there is an advantage that the economic efficiency is improved.
  • One end portion 1121c of the lower body 112 is preferably recessed in the lower direction of the vertical direction of the pipe 10 in the groove is formed.
  • the lower direction in the vertical direction of the pipe 10 is a direction from north to south with reference to FIG. 2.
  • one end 111c of the upper main body 112 may be protruded in the lower direction of the vertical direction of the longitudinal direction of the pipe 10 so as to be inserted into the groove.
  • one end of the metal heater 110 is in direct contact with one end 111c of the upper main body 111 and one end 1121c of the lower main body 112, so that the silicon 114 is the metal heater 110.
  • Preventing exposure to the outside has the advantage of increasing the life of the metal heater 110.
  • the other end 111b of the upper body 111 and the other end 1121b of the lower body 112 are preferably protruded to form a cylindrical housing shape when combined.
  • the other end 111b of the upper main body 111 and the other end 1121b of the lower main body 112 are places where the electric wire 113a enters.
  • a thermally conductive adhesive (not shown) is applied to the lower surface of the lower body 112.
  • the thermally conductive adhesive may increase the thermal conductivity by filling the air layer between the metal heater 110 and the pipe 10.
  • the metal type of the metal heater 110 and the pipe 10 is different, there is an advantage that can prevent the transition corrosion between dissimilar metals.
  • the upper body 111 and the lower body 112 is preferably made of aluminum.
  • the thermal conductivity is good, there is an advantage that can maintain a constant heat generation quality, there is an advantage that can maximize the heat radiation performance of the metal heater (110).
  • the aluminum 6061 series is preferable that the aluminum 6061 series. This is because the strength is excellent.
  • the band T fixes the metal heater 110 to the pipe 10.
  • the pipe 10 and the metal heater 110 may have a shape surrounding the outer surface thereof, and the lower main body 112 of the metal heater 110 may be in close contact with the bottom surface of the pipe 10. It is preferable that the band T presses the metal heater 110. Due to this structure, the metal heater 110 can be easily fixed to the pipe 10, there is an advantage that easy removal when replacing the metal heater 110.
  • the lower body 112 may be divided into a lower body main body 1121 and a connector 1122.
  • the connector 1122 is preferably a metal having excellent heat dissipation, and serves to amplify the heat dissipation of the metal heater 110.
  • the entire heating wire is coupled to the pipe 10 to increase the temperature of the pipe 10.
  • the metal heater 110 in the localized portion to generate convection can increase the temperature of the pipe (10). Therefore, unlike the prior art, the metal heater 110 may be installed only at a local part, not the entire pipe 10, and thus, economical efficiency may be improved.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a metal heater system according to the present invention.
  • the temperature sensor 120, the metal heater controller 130, the controller 140, and other components will be described with reference to FIG. 5.
  • the temperature sensor 120 is coupled to the pipe 10 (see FIG. 1), and may detect a pipe temperature, a temperature of water contained in the pipe 10, a temperature around the pipe, and the like.
  • the metal heater controller 130 controls the operation of the metal heater 110.
  • the metal heater controller 130 is controlled by the controller 140.
  • the controller 140 issues a command regarding the operation, the metal heater controller 130 may control the operation of the metal heater 110 based on this. Therefore, when the control unit 140 issues an operation command of the metal heater 110 to the metal heater control unit 130, the metal heater control unit 130 operates the metal heater 110 based on this, and the inside of the metal heater 110 is operated.
  • the PTC heating element 113 generates heat to prevent freezing.
  • the control unit 140 issues an operation stop command of the metal heater 110 to the metal heater control unit 130, the metal heater control unit 130 stops the operation of the metal heater 110 based on this, and the metal heater 110.
  • the PTC heating element 113 does not generate heat, so that the temperature of the pipe 10 may be kept constant.
  • the controller 140 may control the metal heater controller 130 to prevent freezing or freezing of the pipe 10. At this time, the controller 140 presets the set temperature, and when the current pipe temperature detected by the temperature sensor 120 is less than or equal to the set temperature, the operation command is given to the metal heater controller 140 to operate the metal heater 110. If the pipe temperature is greater than the set temperature, the operation of the metal heater 110 may be stopped by giving an operation stop command to the metal heater controller 140. Due to the above automatic control process, there is no need for the manager to constantly check the pipe temperature, which increases work efficiency, and has the advantage of preventing freezing or freezing through the temperature.
  • the set temperature may be a threshold temperature (0 degrees). This is because freezing of the pipe 10 may occur when the temperature is lower than the critical temperature. In this case, when there is a flow rate inside the pipe 10, the set temperature may be lower, and when there is no flow rate on the pipe 10, the set temperature may be higher.
  • the controller 140 performs a control operation for preventing freezing or freezing of the pipe 10, and then checks whether the control operation is normally performed. That is, the metal heater system 100 may check whether it is operating normally. Although the signal for operating the metal heater 110 is output, the normal control may not be performed due to the failure of the metal heater 110, and thus the piping temperature may be continuously below the critical point. This is because when the) additionally controls the operation of the metal heater 110, a situation may worsen. That is, by checking whether the metal heater system 100 is in a normal operating state, reliability may be improved.
  • the storage unit 150 stores the current pipe temperature detected by the temperature sensor 120 in real time.
  • the pipe temperature stored in the storage unit 150 is periodically transmitted to the server 210 in consideration of the communication load.
  • the transmission period of the information is adjusted according to the communication load.
  • the communication unit 160 transmits information (or data) stored in the storage unit 150 to the server 210 or receives a remote control signal from the server 210 under the control of the controller 140. )
  • the communication unit 160 is connected to the server 210 in a wired / wireless manner.
  • the communication unit 160 may communicate through serial communication including RS232 and RS485, Bluetooth, USB, USB, and Ethernet.
  • serial communication including RS232 and RS485, Bluetooth, USB, USB, and Ethernet.
  • various communication methods may be applied.
  • the operation of the metal heater 110 for the prevention of freezing or freezing may be performed automatically (automatic mode), or may be performed remotely by receiving a remote control signal from an administrator. Yes (manual mode).
  • a remote control signal from an administrator.
  • Yes manual mode
  • an alarm operation for notifying the manager of the state of the pipe 10 may be performed.
  • the present invention has the advantage that the automatic response can be automatically performed when freezing or freezing occurs in the pipe 10, as well as the operation for the freezing or freezing of the pipe 10.
  • the controller 140 compares the set temperature with the current pipe temperature to operate the metal heater 110.
  • the manager controls the controller 140 through a remote control, thereby controlling the operation of the metal heater 110.
  • the automatic mode and the manual mode are not shown, they may be changed by separate converters and may be arbitrarily set according to the administrator's convenience.
  • FIG. 6 is a block diagram that briefly illustrates a remote control flow through the server 210.
  • the passive mode and the components of the server 210 related thereto will be described in detail with reference to FIG. 6.
  • the controller 140 compares the set temperature with the current pipe temperature, and transmits an alarm signal to the server 210 through the communication unit 160 when the current pipe temperature is lower than or equal to the set temperature.
  • the server 210 immediately transmits the pipe temperature and the alarm signal to the computer 310 or the smart device 320, which is the terminal of the manager, so that the manager can recognize the current pipe 10 status.
  • the manager When the manager recognizes that the temperature of the pipe 10 is a temperature at which freezing or freezing of the pipe 10 is expected, the manager sends a remote control signal to the server 210 through the smart device 320 or the computer 310.
  • the server 210 receives a remote control signal from an administrator and transmits the signal to the metal heater system 100, and the metal heater system 100 operates the metal heater 110 according to the remote control signal to freeze the pipe 10. Freezing can be prevented.
  • the smart device 320 is a device that can be implemented to suit various functions but can change or expand a substantial portion of functions through an application (app).
  • the smart device 320 includes a smart phone, a smart device. Tablets, smart pads, smart TVs, smart keys, smart cards and the like.
  • data communication functions such as Internet access are integrated with existing mobile phone functions.
  • WEB PAGE the specified server or web page
  • the present invention utilizes the advantages of the smart device 320 as described above, and various data related to the maintenance of the metal heater system 100 using a specific smart device (or a smart device of a pre-registered administrator) registered in advance.
  • the software is connected to the stored server, and through the connected server to check the operating state of the metal heater system 100 and to perform the maintenance work easily and remotely anytime and anywhere. You can also search stored information.
  • the smart device 320 and the computer 310 may be referred to as a manager terminal.
  • the server 210 is a metal heater system through a computer having a pre-registered IP (Internet Protocol) address, a computer logged in using a pre-registered ID and password, or a computer connected using a pre-registered LAN card address.
  • IP Internet Protocol
  • Various data and software related to the maintenance of the 100 to be connected to the server is stored, the administrator checks the operating state of the metal heater system 100 through the connected server 210, anytime and anywhere easily remote In order to perform the maintenance work of the metal heater system (100).
  • the server 210 uses the mobile device management server (second server) 212 and the computer 310 to manage the connection to the metal heater system 100 using the smart device 320, the metal heater system 100 It may include a web management server (third server) 213 to manage access to. In addition, it may include a general server (first server) 211 that manages the server as a whole, and manages the database 220 in which various data and software related to the maintenance of the metal heater system 100 is stored. That is, it may include servers that perform separate functions.
  • the temperature sensor 120 detects a pipe temperature in the pipe 10 (S101).
  • the detected pipe temperature is stored in the storage unit 150 (S102), and the controller 140 compares the pipe temperature with a preset set temperature and the pipe temperature to determine whether the current pipe temperature is lower than or equal to the set temperature (S103). .
  • the manager is notified via the communication unit 160 and the server 210 (S104). At this time, the administrator can be notified of the automatic mode and the manual mode.
  • the metal heater 110 is operated to generate heat by the PTC heating element 113.
  • the metal heater 110 is operated without a separate remote control of the administrator, in the manual mode, the administrator sends a remote operation signal using the computer 310 or smart device 320.
  • the controller 140 determines whether the metal heater system 100 is normally operated (S106). This can prevent the occurrence of secondary safety accidents.
  • Embodiments according to the present invention described above can be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer components and recorded in a computer-readable recording medium.
  • the computer readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • Program instructions recorded on a computer readable recording medium may be specially designed and constructed for the present invention, or may be known and available to those skilled in the computer software arts.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, and magneto-optical media such as floptical disks. medium) and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
  • the hardware device may be modified with one or more software modules to perform the processing according to the present invention, and vice versa.
  • connection or connection members of the lines between the components shown in the drawings by way of example shows a functional connection and / or physical or circuit connections, in the actual device replaceable or additional various functional connections, physical It may be represented as a connection, or circuit connections.
  • such as "essential”, “important” may not be a necessary component for the application of the present invention.
  • the present invention relates to a metal heater system, a plurality of metal heaters are coupled to the bottom surface of the pipe at regular intervals along the longitudinal direction of the pipe, the PTC heating element inside the metal heater to conduct heat to the local portion of the pipe It is characterized by.
  • convection occurs in the fluid inside the pipe due to heat conducted at the local site, and the entire pipe is maintained at a constant temperature, thereby effectively preventing freezing of the pipe in winter.

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Abstract

본 발명은 메탈 히터 시스템에 관한 것으로, 배관의 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 배관의 하단 표면에 결합되는 복수 개의 메탈 히터, 메탈 히터를 배관에 고정하는 밴드, 배관에 결합되어 배관 온도를 측정하는 온도 센서, 메탈 히터의 동작을 제어하는 메탈 히터 제어부, 메탈 히터 제어부를 제어하는 제어부를 포함하고, 메탈 히터가 배관과 결합되는 부위에 열을 전도하여 배관 내의 대류가 발생하는 것을 특징으로 한다. 이러한 특징으로 인해, 메탈 히터 내부의 PTC 발열체가 배관의 국소 부위에 열을 전도하고, 국소 부위에 전도된 열로 인해 배관 내부의 유체에 대류가 발생되어, 배관 전체가 일정한 온도로 유지되어 겨울철 배관의 동파를 효율적으로 방지할 수 있다.

Description

메탈 히터 시스템
본 발명은 메탈 히터 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 배관의 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 배관의 하단 표면에 복수 개의 메탈 히터가 결합되어, 메탈 히터 내부의 PTC 발열체가 배관의 국소 부위에 열을 전도하는 것을 특징으로 한다. 이로 인해, 국소 부위에 전도된 열로 인해 배관 내부의 유체에 대류가 발생되고, 배관 전체가 일정한 온도로 유지되어 겨울철 배관의 동파를 효율적으로 방지할 수 있다.
일반적으로 겨울철의 경우, 배관 주위에 열선을 감싸 열을 발생시켜 배관의 동파를 방지하였다. 배관 외부에 배관의 길이 방향으로 열선을 연속적으로 감거나 보조재를 사용하여 배관에 이를 부착하는데, 열선의 발열 시 열 대류가 배관 단면 상부로 주로 발생하고, 길이 방향으로 발생하는 대류가 미미하게 되어 배관 전체의 동파를 방지하지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 배관이 콘크리트에 매립되거나, 지중 매립된 부분이 긴 경우 열선을 설치하거나 교체가 곤란하게 된다. 이로 인해, 온도가 급격히 낮아질 경우, 유체의 점도가 높은 물질이나 상 변화가 일어나는 유체일 경우 배관의 사용이 불가능하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 기존의 설치되는 열선을 교체하기 위해서는, 배관 외부의 열선을 감싸고 있는 보온재와 열선을 제거하고, 열선을 재 시공하고 새로운 보온재를 감싸야 하는 문제점이 있었다.
또한, 열선을 포함하는 별도의 하우징을 배관에 결합하여 동파를 방지하였으나, 열선 또는 하우징 내부에 문제점이 발생하여 교체하여야 하는 경우, 하우징 전체를 교체하여야 하기 때문에 비용이 과다하게 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 열선을 배관에 시공할 때, 일직선 및 회전 감기로 배관 전체에 시공하고, 테이프로 이를 고정하게 된다. 이러한 경우, 열선의 처짐 현상으로 배관에 전도되는 에너지 효율이 낮아 과도한 에너지를 소비하고 품질 저하가 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 설치 후 유지 관리에 있어서, 시공부분이 배관 전체이므로 점검범위가 넓고, 열선이 보온재 내부에 설치되어 열선의 상태확인이 불가능한 문제점이 있었다.
또한, 열선 외피의 경화, 전단에 의한 누전 합선, 열선의 겹침시공에 의한 이상 과열 등으로 인해 화재가 발생하는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 새로운 형태의 배관 동파 방지 시스템의 발명이 필요한 실정이다.
본 발명은 메탈 히터 시스템에 관한 것으로, 배관의 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 배관의 하단 표면에 복수 개의 메탈 히터가 결합되어, 메탈 히터 내부의 PTC 발열체가 배관의 국소 부위에 열을 전도하는 것을 특징으로 한다. 이러한 특징으로 인해, 배관 내부의 유체에 대류가 발생되고 배관 온도가 일정하게 유지되어 겨울철 배관의 동파를 효율적으로 방지할 수 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 배관의 동파를 방지하기 위한 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템은 배관의 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 배관의 하단 표면에 결합되는 복수 개의 메탈 히터, 메탈 히터를 배관에 고정하는 밴드, 배관에 결합되어 배관 온도를 측정하는 온도 센서, 메탈 히터의 동작을 제어하는 메탈 히터 제어부, 메탈 히터 제어부를 제어하는 제어부를 포함하고, 메탈 히터가 배관과 결합되는 부위에 열을 전도하여 배관 내의 대류가 발생하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템의 메탈 히터는, 배관의 길이방향으로 연장 형성된 상부 본체, 배관의 하단 표면에 결합되는 하부 본체 및 상부 본체 및 하부 본체 사이에 위치되는 PTC 발열체를 포함하고, 상부 본체 및 하부 본체는, 배관의 길이방향의 수직되는 방향으로 상부 본체 및 하부 본체를 동시에 관통하는 복수 개의 볼트에 의해 결합 및 분리 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템의 하부 본체의 하부는 배관의 곡률에 대응하여 만곡된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템의 상부 본체의 하부에는 배관의 길이방향으로 홈이 연장 형성되고, 하부 본체의 상부에는 홈에 삽입 가능하도록 배관의 길이방향으로 돌출부가 연장 형성되고, 돌출부의 상면에는 돌출부와 동일한 폭을 지니는 PTC 발열체가 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템은 상부 본체 및 PTC 발열체 사이가 이격되어 공간이 형성되고, 공간에 실리콘이 충진되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템의 하부 본체의 표면에는 열전도성 접착제가 도포되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템의 제어부는 기 설정된 설정온도와 온도 센서로부터 측정된 배관 온도를 비교하여 배관 온도가 설정온도 이하이면, 메탈 히터 제어부에 동작 명령을 내리는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템의 제어부는 메탈 히터가 동작 명령에 의해 동작되는지를 확인하여, 미동작 시 동작 명령을 다시 내리는 피드백(feedback)을 하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 또한, 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템의 제어부는 통신부와 연결되고, 통신부는 제어부의 제어에 따라 저장부에 저장된 배관 온도를 서버로 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템의 서버는 컴퓨터 또는 스마트기기로부터 원격제어 신호를 수신하여 통신부에 전달하고, 제어부는 통신부로부터 원격제어 신호를 수신하는 것을 특징으로 한다.
종래의 경우, 배관이 콘크리트에 매립되거나, 지중에 매립된 부분이 긴 경우 배관에 열선을 설치하거나 교체를 하기 용이하지 않았으나, 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템에 의하면, 메탈 히터를 일정한 간격을 두고 설치하여 배관의 국소 부위에만 열을 가하면 되므로 설치 및 교체가 용이한 장점이 있다.
또한, 종래의 경우, 열선을 교체하기 위해서는 배관 외부 열선을 감싸고 있는 전체 보온재와 열선을 제거하였으나, 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템에 의하면, 교체가 필요한 부분만 보온재를 제거하고 메탈 히터를 교체하면 되므로, 작업 효율성 및 경제성이 향상되는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템의 발열체는 PTC 발열체이므로, 발열 시 저항이 증가하여 전류를 제한하여 화재의 위험을 방지할 수 있으며, 외기의 온도나 전원 전압의 변동에도 불구하고 온도가 일정하게 유지되는 장점이 있어 동파 방지에 효율적이다.
또한, 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템의 하부 본체의 하부는 배관의 곡률 반경에 대응하여 만곡되어 배관에 밀착되므로, 메탈 히터로부터 발생되는 발열량의 손실이 적게 되는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템의 상부 본체의 하부에는 배관의 길이방향으로 홈이 연장 형성되고, 하부 본체의 상부에는 홈에 삽입 가능하도록 배관의 길이방향으로 돌출부가 연장 형성되고, 돌출부의 상면에는 돌출부와 동일한 폭을 지니는 PTC 발열체가 결합되는 구조로 인해, 상부 본체와 하부 본체가 견고하게 결합되어 메탈 히터 전체의 결합력이 상승되고, PTC 발열체가 외부 충격으로부터 보호되며, PTC 발열체의 이탈이 방지되어 메탈 히터의 수명이 증대되는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템의 상부 본체 및 하부 본체의 이격된 공간에 충진되는 실리콘으로 인해, 방수, 방진 효과가 발생하여 PTC 발열체를 보호할 수 있으므로, 메탈 히터의 수명이 증대되는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템의 제어부가 설정 온도와 현재 배관 온도를 비교하여, 배관 온도가 설정 온도 이하인 경우, 메탈 히터를 작동시켜 자동화가 이루어지는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템이 배관에 결합되는 모습을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 메탈 히터의 길이방향으로 절단된 A-A' 섹션의 단면도 및 메탈 히터의 길이방향의 수직방향으로 절단된 B-B' 섹션의 단면도에 관한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 메탈 히터의 상면도 및 C-C' 섹션의 단면도에 관한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 메탈 히터가 배관에 결합되는 경우, 배관 내의 대류 현상을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템의 구성을 나타낸 블록도에 관한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 서버를 통한 원격제어 흐름을 간략하게 도시한 블록도에 관한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템의 흐름을 도시한 순서도에 관한 것이다.
<부호의 설명>
100...메탈 히터 시스템 110...메탈 히터
120...온도 센서 130...메탈 히터 제어부
140...제어부 150...저장부
160...통신부 210...서버
310...컴퓨터 320...스마트기기
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템이 배관에 결합되는 모습을 도시한 도면이다. 이하 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템의 구성요소를 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 메탈 히터 시스템(100)은, 메탈 히터(110), 밴드(T), 온도 센서(120), 메탈 히터 제어부(130), 제어부(140)를 포함한다.
메탈 히터(110)는 배관(10)에 결합되어 열을 발생시키는 발열체 역할을 한다. 메탈 히터(110)의 상세한 구조를 설명하기 위해 도 2 및 도 3을 참조하도록 한다. 도 2는 메탈 히터(110)의 길이방향으로 절단된 A-A' 섹션의 단면도 및 메탈 히터(110)의 길이방향의 수직방향으로 절단된 B-B' 섹션의 단면도를 도시한 것이며, 도 3은 메탈 히터(110)의 상면도 및 C-C' 섹션의 단면도에 관한 것이다.
메탈 히터(110)는 상부 본체(111), 하부 본체(112), PTC 발열체(113)를 포함한다. 상부 본체(111)는 배관(10)의 길이방향으로 연장 형성된다. 또한, 배관(10)의 길이방향으로 연장 형성된 하부 본체(112)와 결합된다. 하부 본체(112)는 배관(10)의 표면과 밀착되어 결합된다. 특히, 배관(10)의 하단 표면과 결합되는 것이 바람직하다. 이는 대류를 위함이며, 이는 도 4에서 상세히 후술하도록 한다.
상부 본체(111)와 하부 본체(112) 사이에는 PTC 발열체(113)가 위치된다. PTC 발열체(113)는 배관(10)의 길이방향으로 연장 형성된 판넬 형상인 것이 바람직하다. PTC(Positive Temperature Coefficient)란, 티탄산바륨계의 세라믹으로, 온도가 상승함에 따라 저항이 증가하는 특성을 지닌다. 낮은 온도에서는 비교적 작은 저항치가 형성되고, 일정 온도에 도달 시 저항이 증가하여 큰 증가폭을 나타낸다. 일상생활에서 헤어드라이기, 전기밥솥, 커피포트 등에 광범위하게 사용된다. 배관의 동파를 방지하기 위해서는, 유체의 온도가 일정해야 한다. 이에 본 발명에 따라 PTC 발열체(113)가 사용되면, 발열 시 저항이 증가하여 전류를 제한하고, 외기의 온도나 전원 전압의 변동에도 불구하고 온도가 일정하게 유지되는 장점이 있어 동파 방지에 효율적이다. 또한, 배관(10)의 경우 통상적으로 관리자의 눈이 가지 않는 곳에 있어 화재 위험을 체크하기 어려운 문제점이 있으나, 본 발명에 따라 PTC 발열체(113)를 사용하게 되면, 일정 온도 도달 시 전류가 차단되므로, 과열 위험이 감소되어 화재 위험성도 낮아지게 되는 장점이 있다.
PTC 발열체(113)는 전선(113a)으로 연결된다. 전선(113a)의 일단부는 도 2와 같이 메탈 히터(110) 내부에 삽입되어 PTC 발열체(113)와 연결되고, 전선(113a)의 타단부는 메탈 히터(110) 외부로 돌출되어 메탈 히터 제어부(130)에 연결된다. PTC 발열체(113)는 메탈 히터 제어부(130)에 의해 동작이 제어된다.
상부 본체(111)와 하부 본체(112)는 조립식으로 결합 및 분리가 가능한 것이 바람직하다. 도 3을 참조하면, 볼트(115)가 배관(10)의 길이방향의 수직되는 방향으로(도 3의 단면도 기준으로 하부에서 상부 방향으로) 상부 본체(111) 및 하부 본체(112)를 동시에 관통하여 상부 본체(111) 및 하부 본체(112)를 결합하여 지지하는 것이 바람직하다. 볼트(115)는 복수 개가 형성되어 일정한 간격을 두고 결합되는 것이 바람직하다.
종래의 경우에는, 열선의 수명이 다하여 이를 교체하기 위해서는 배관(1) 외부 열선을 감싸고 있는 보온재와 열선을 제거하고, 열선을 재 시공하고 다시 새로운 보온재를 감싸야 하는 문제점이 있었다. 그러나 본 발명에 따라 상부 본체(111) 및 하부 본체(112)가 볼트에 의해 결합 및 분리 가능한 구조라면, 볼트(115)를 풀어 상부 본체(111)와 하부 본체(112)를 분리하여 PTC 발열체(113)를 교체하고, 새로운 PTC 발열체(113)를 삽입하여 다시 볼트를 조여주면 되는 간단한 구조가 형성된다. 이로 인해 교체의 용이성이 증대되고, 종래와는 달리 교체 비용이 감소되는 장점이 있다.
또한, 볼트(115)에 의해 조립되므로, 조립 시 볼트(115)의 장력에 의하여 일정한 두께로 고정될 수 있다. 이로 인해, 메탈 히터(110)가 배관(10)과 맞닿는 면적이 일정하게 되고, PTC 발열체(113)가 배관(10)에 가하는 발열량이 일정하게 되어 배관 온도를 일정하게 유지할 수 있는 장점이 있다.
하부 본체(112)의 하부는 배관(10)의 곡률에 대응하여, 배관(10)의 곡률 반경으로 만곡된 것이 바람직하다. 도 3의 단면도를 참조하면, 하부 본체(112)는 배관(10)의 곡률반경에 맞춤식으로 만곡되어 있다. 이러한 구조로 인해, 하부 본체(112)가 배관(10)의 하단 표면에 도 1 과 같이 밀착될 수 있다.
평면(플랫)구조로 하부 본체(112)가 형성되어 배관(10)의 하단 표면에 결합되면, 하부 본체(112)의 중심부분만 배관(10)에 맞닿게 되고, 길이방향에 따른 하부 본체(112)의 측면 부분은 배관(10)과 맞닿지 않게 된다. 이로 인해, PTC 발열체(113)로부터 발생되는 발열량에 비해, 직접 배관(10)에 전달되는 열량이 감소되어 에너지 효율이 감소되는 문제점이 있다. 그러나, 본 발명과 같이 하부 본체(112)가 배관(10)의 곡률반경에 대응하여 만곡되면, 하부 본체(112)가 배관(10)에 맞닿는 표면적이 증대되어 배관(10)에 전달되는 열량이 증가하고, 이로 인해 에너지 효율이 증대되는 장점이 있다. 또한, 종래의 열선의 처짐 현상으로 인한 배관(10)에 전도되는 에너지 효율이 낮아지는 현상이 발생되지 않는 장점이 있다.
상부 본체(111)의 하부에는 배관(10)의 길이방향으로 홈이 연장 형성되고, 하부 본체(112)의 상부에는 홈에 삽입 가능하도록 배관(10)의 길이방향으로 돌출부가 연장 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 돌출부의 상면에는 돌출부와 동일한 폭을 지니는 PTC 발열체(113)가 결합되는 것이 바람직하다.
따라서, 상부 본체(111), 특히 상부 본체(111)의 중심부(111a)의 하부는 '凹' 형상이 중심부(111a)의 하부 방향으로 180도 회전된 형상인 것이 바람직하며, 하부 본체(112), 특히, 하부 본체(112)의 중심부(1121a)의 상부는 '凸' 형상인 것이 바람직하다(도 2의 B-B' 섹션 단면도 참조). 또한, PTC 발열체(113)와 상부 본체(111)의 홈 사이에는 이격되어 공간이 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 하부 본체(112)가 PTC 발열체(113)를 밑에서 지지하고, 상부 본체(111)가 PTC 발열체(113)를 감싸는 구조가 형성된다. 이러한 구조로 인해, 상부 본체(111)와 하부 본체(112)가 견고하게 결합되어 메탈 히터(110) 전체의 결합력이 상승된다. 또한, PTC 발열체(113)의 좌, 우측은 상부 본체(111)가 지지하고, PTC 발열체(113)의 하부는 하부 본체(112)가 지지하고, PTC 발열체(113)의 상부는 후술하겠지만 실리콘(114)이 지지하고 있어, PTC 발열체(113)가 이탈되지 않아, 결합력이 상승되는 장점이 있다.
또한, 위와 같은 구조로 인해 형성된 이격된 공간에는 실리콘(114)이 충진될 수 있다. 실리콘(114)에 의해 충진이 되면, PTC 발열체(113) 및 PTC 발열체(113)와 연결된 전선(113a)을 실리콘(114)이 감싸는 형상이 된다(도 2 참조). PTC 발열체(113) 및 PTC 발열체(113)와 연결된 전선(113a)의 경우, 외부의 충격 및 습진 등에 노출되면 수명이 축소되는 문제점이 있다. 그러나, 본 발명과 같이 이격된 공간에 실리콘(114)으로 충진을 하게 되면, 일종의 방어막 역할을 수행하여 PTC 발열체(113) 및 PTC 발열체(113)와 연결된 전선(113a)의 방수 및 방진을 제공하며, 메탈 히터 시스템(100) 전체의 수명을 증대시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 실리콘(114)의 경우, 제조 원가가 저렴하여 경제성이 향상되는 장점이 있다.
하부 본체(112)의 일단부(1121c)는 배관(10)의 길이방향의 수직되는 방향의 하부 방향으로 함몰되어 홈이 형성된 것이 바람직하다. 여기서 배관(10)의 길이방향의 수직되는 방향의 하부 방향이라 함은, 도 2를 기준으로 북쪽에서 남쪽방향이다. 또한, 홈에 삽입될 수 있도록, 상부 본체(112)의 일단부(111c)는 배관(10)의 길이방향의 수직되는 방향의 하부 방향으로 돌출되는 것이 바람직하다.
이로 인해, 메탈 히터(110)의 일단부는 상부 본체(111)의 일단부(111c)와 하부 본체(112)의 일단부(1121c)가 직접 맞닿게 되므로, 실리콘(114)이 메탈 히터(110) 외부에 노출되는 것을 방지하여 메탈 히터(110)의 수명을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
상부 본체(111)의 타단부(111b) 및 하부 본체(112)의 타단부(1121b)는 결합 시 원통형 하우징 형상을 형성하여 돌출되는 것이 바람직하다. 상부 본체(111)의 타단부(111b) 및 하부 본체(112)의 타단부(1121b)는 전선(113a)의 인입하는 곳이다. 밴드(T)가 전선(113a)의 인입하는 곳에 피팅되어 메탈 히터(110)와 배관(10)을 고정하게 될 때, 원통 형상으로 인해, 밴드(T)가 감기는 메탈 히터(110)에 감기는 형상이 되고, 메탈 히터(110)의 결합력을 증대시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 이러한 특징으로 인해, 밴드(T)의 결합 위치가 다양해질 수 있는 장점이 있다.
하부 본체(112)의 하부 표면에는 열전도성 접착제(미도시)가 도포되는 것이 바람직하다. 메탈 히터(110)를 배관(10)에 밀착시킬 때, 메탈 히터(110)와 배관(10) 사이가 완벽하게 밀착이 안될 수 있다. 이때, 열전도성 접착제는 메탈 히터(110)와 배관(10) 사이에 있는 공기층을 충진하여 열전도성을 증대시킬 수 있다. 또한, 메탈 히터(110)와 배관(10)의 금속 종류가 상이하므로, 이종 금속 간 전이 부식을 방지할 수 있는 장점이 있다.
상부 본체(111) 및 하부 본체(112)는 알루미늄 재질인 것이 바람직하다. 알루미늄의 경우, 열전도가 좋고 일정한 발열 품질을 유지할 수 있는 장점이 있어, 메탈 히터(110)의 방열 성능을 극대화할 수 있는 장점이 있다. 일 예로, 알루미늄 6061계열인 것이 바람직하다. 강도가 우수하기 때문이다.
밴드(T)는 메탈 히터(110)를 배관(10)에 고정한다. 도 1과 같이, 배관(10) 및 메탈 히터(110)의 외면을 따라서 둘러 싸는 형상인 것이 바람직하며, 메탈 히터(110)의 하부 본체(112)가 배관(10)의 하단 표면에 밀착되도록, 밴드(T)가 메탈 히터(110)를 가압하는 것이 바람직하다. 이러한 구조로 인해, 메탈 히터(110)를 배관(10)에 손쉽게 고정할 수 있으며, 메탈 히터(110)의 교체 시 탈거가 용이한 장점이 있다.
하부 본체(112)는 하부 본체 메인바디(1121) 및 커넥터(1122)로 구분될 수 있다. 커넥터(1122)는 방열성이 우수한 금속인 것이 바람직하며, 메탈 히터(110)의 방열성을 증폭시키는 역할을 하게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 메탈 히터(110)가 배관(10)에 결합되는 경우, 배관(10) 내의 대류 현상을 도시한 것이다.
본 발명에 따른 메탈 히터(110)가 배관(10)의 하단 표면에 결합되면, 메탈 히터(110)의 열이 배관(10)의 하단 표면에 전도된다. 이로 인해, 배관(10)의 하단 국소 부위에 가열이 되므로, 가열된 배관(10) 부근의 유체는 가벼워져 배관(10)의 상단으로 올라가고, 기존에 배관(10)의 상단에 위치되던 유체는 배관(10)의 하단으로 내려오게 된다(도 4의 화살표는 유체의 흐름). 이는 대류 현상으로, 대류 현상으로 인해 배관(10)내의 유체의 전체 온도가 상승하게 된다.
종래의 경우, 열선 전체를 배관(10)에 결합하여 배관(10)의 온도를 상승시켰다. 그러나 본 발명의 경우, 국소 부위에 메탈 히터(110)를 설치하여 대류를 발생시켜 배관(10)의 온도를 상승시킬 수 있다. 따라서, 종래와는 달리 배관(10) 전체가 아닌, 국소 부위에만 메탈 히터(110)를 설치하면 되므로 경제성이 향상되는 장점이 있다.
또한, 메탈 히터(110)에 문제가 발생하였을 경우, 종래와는 달리 국부적으로 보온재(11)를 제거하고, 해당 부분의 메탈 히터(110)만 교체하면 되므로, 유지, 보수의 편의성이 증대되는 장점이 있다.
도 5는 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템의 구성을 나타낸 블록도에 관한 것이다. 이하 도 5를 참조하여, 온도 센서(120), 메탈 히터 제어부(130), 제어부(140) 및 기타 구성요소에 관하여 설명하도록 한다.
온도 센서(120)는 배관(10)에 결합되며(도 1 참조), 배관 온도, 배관(10) 내에 들어있는 물의 온도, 배관 주변의 온도 등을 검출할 수 있다.
메탈 히터 제어부(130)는 메탈 히터(110)의 동작을 제어한다. 또한, 메탈 히터 제어부(130)는 제어부(140)에 의해 제어된다. 제어부(140)가 동작에 관한 명령을 내리면, 메탈 히터 제어부(130)는 이를 토대로 메탈 히터(110)의 동작을 제어할 수 있다. 따라서, 제어부(140)가 메탈 히터 제어부(130)에 메탈 히터(110)의 작동 명령을 내리면, 메탈 히터 제어부(130)는 이를 토대로 메탈 히터(110)를 작동시키고, 메탈 히터(110) 내부의 PTC 발열체(113)가 열을 발생시켜 동파를 방지할 수 있게 된다. 또한, 제어부(140)가 메탈 히터 제어부(130)에 메탈 히터(110)의 작동 중지 명령을 내리면, 메탈 히터 제어부(130)는 이를 토대로 메탈 히터(110)의 작동을 중지 시키고, 메탈 히터(110) 내부의 PTC 발열체(113)가 열을 발생시키지 않아, 배관(10)의 온도가 일정하게 유지될 수 있다.
제어부(140)는 메탈 히터 제어부(130)를 제어하여 배관(10)의 동결이나 동파를 예방할 수 있다. 이때, 제어부(140)에는 설정 온도를 기 설정하여, 온도 센서(120)로부터 검출한 현재 배관 온도가 설정 온도 이하인 경우, 메탈 히터 제어부(140)에 작동 명령을 내려 메탈 히터(110)를 작동시킬 수 있고, 배관 온도가 설정 온도 초과인 경우, 메탈 히터 제어부(140)에 작동 중지 명령을 내려 메탈 히터(110)의 작동을 중지시킬 수 있다. 위와 같은 자동 제어 프로세스로 인해, 관리자가 지속적으로 배관 온도를 체크할 필요가 없어 작업 효율성이 증대되며, 온도를 통해 면밀하게 동결이나 동파를 방지할 수 있는 장점이 있다.
일 예로, 설정 온도는 임계온도(0도)일 수 있다. 임계온도 이하인 경우 배관(10)의 동파가 발생할 수 있기 때문이다. 이때, 배관(10) 내부에 유속이 있을 경우에는 설정온도가 더 낮아질 수 있고, 배관(10)에 유속이 없을 경우에는 설정온도가 더 높아질 수 있다.
제어부(140)는 배관(10)의 동결이나 동파를 예방하기 위한 제어 동작을 수행한 후, 그 제어 동작이 정상적으로 수행되었는지를 확인한다. 즉, 메탈 히터 시스템(100)이 정상적으로 동작하는지 피드백(feedback)하여 체크할 수 있다. 메탈 히터(110)를 작동하는 신호를 출력하였으나, 메탈 히터(110)의 고장으로 정상적인 제어가 수행되지 않을 수 있으며, 그에 따라 배관온도가 계속 임계점 이하가 될 수 있는데, 만약 그러한 상황에서 제어부(140)가 추가적으로 메탈 히터(110)의 작동을 제어할 경우, 오히려 상황이 악화되는 경우가 발생할 수 있기 때문이다. 즉, 메탈 히터 시스템(100)이 정상동작 상태인지를 확인하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
저장부(150)는 온도 센서(120)로부터 검출된 현재 배관 온도를 실시간으로 저장한다. 저장부(150)에 저장된 배관 온도는 통신 부하를 고려하여 주기적으로 서버(210)에 전송된다. 통신 부하에 따라 정보들의 전송 주기는 조절된다.
통신부(160)는 제어부(140)의 제어에 따라 저장부(150)에 저장된 정보들(또는 데이터들)을 서버(210)로 전송하거나, 서버(210)로부터 원격제어 신호를 수신하여 제어부(140)로 출력한다. 통신부(160)는 유/무선 방식으로 서버(210)와 연결된다.
일 예로, 통신부(160)는 RS232, RS485를 포함하는 시리얼 통신, 블루투스, 유에스비(USB), 이더넷(ETHERNET) 등을 통해서 통신이 가능하다. 그 이외에도 다양한 통신 방식을 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 메탈 히트 시스템(100)에서 동결이나 동파의 예방을 위한 메탈 히터(110)의 작동은 자동으로 수행될 수도 있고(자동 모드), 관리자로부터 원격제어 신호를 수신하여 원격으로 수행될 수 있다(수동 모드). 하지만, 자동 제어나 수동으로 원격제어를 수행하는 모든 경우에 배관(10)의 상태를 관리자에 통보하는 알람 동작을 수행할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 배관(10)의 동결이나 동파의 예방을 위한 동작뿐만 아니라, 배관(10)에 동결이나 동파가 발생하는 경우에 자동으로 빠른 대응을 수행할 수 있는 장점이 있다.
여기서 자동 모드라 함은, 전술 하였지만, 제어부(140)가 설정 온도와 현재 배관 온도를 비교하여 메탈 히터(110)의 작동을
제어하는 것이고, 수동 모드는 관리자가 제어부(140)를 원격제어를 통해 제어하고, 이로 인해 메탈 히터(110)의 동작을 제어하는 것을 말한다. 자동 모드와 수동 모드는 미도시 하였지만, 별도의 컨버터로 인해 변경될 수 있고, 관리자의 편의에 따라 임의적으로 설정할 수 있다.
도 6은 서버(210)를 통한 원격제어 흐름을 간략하게 도시한 블록도에 관한 것이다. 이하 도 6을 참조하여 수동 모드 및 이와 관련된 서버(210)의 구성요소를 상세히 설명하도록 한다.
수동 모드인 경우, 제어부(140)는 설정 온도와 현재 배관 온도를 비교하여, 현재 배관 온도가 설정 온도 이하인 경우, 알람 신호를 통신부(160)를 통해서 서버(210)로 전송한다. 서버(210)는 배관 온도 및 알람 신호를 곧바로 관리자의 단말인 컴퓨터(310)나 스마트기기(320)에 전송하여 관리자가 현재 배관(10)의 상태를 인지할 수 있도록 한다.
관리자는 배관(10)의 온도가 배관(10)의 동결이나 동파가 예상되는 온도라고 인지하면, 스마트기기(320) 또는 컴퓨터(310)를 통해 원격제어 신호를 서버(210)에 발송한다. 서버(210)는 관리자로부터 원격제어 신호를 수신하여 메탈 히터 시스템(100)으로 전송하고, 메탈 히터 시스템(100)은 원격제어 신호에 따라 메탈 히터(110)를 작동하여 배관(10)의 동결이나 동파를 예방할 수 있다.
스마트기기(320)는 다양한 기능에 적합하도록 구현 가능하되 응용 프로그램(앱)을 통해 상당 부분의 기능을 변경하거나 확장할 수 있는 장치를 의미하는 것으로, 예컨대 상기 스마트기기(320)에는 스마트폰, 스마트 태블릿, 스마트 패드, 스마트TV, 스마트키, 스마트카드 등을 포함한다.
특히, 스마트폰의 경우에는 기존의 휴대폰 기능에 인터넷 접속과 같은 데이터 통신기능을 통합시킨 것이다. 즉, 고정 IP를 사용해야 하는 유선 인터넷망이나 접속 비밀번호를 사용해야 하는 와이파이(WiFi)에 접속하지 않더라도 스마트기기 자체적으로 이동통신망을 통해 언제 어디서든지 인터넷에 접속할 수 있으며, 지정된 서버나 웹페이지(WEB PAGE)에 곧바로 접속할 수 있는 장점이 있다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 스마트기기(320)의 장점을 이용하여, 미리 등록된 특정 스마트기기(또는 미리 등록된 관리자의 스마트기기)를 이용하여 메탈 히터 시스템(100)의 유지보수에 관련된 각종 데이터와 소프트웨어가 저장된 서버에 접속하고, 접속된 서버를 통해 메탈 히터 시스템(100)의 동작 상태를 확인하고 언제 어디서든 간편하게 원격으로 유지보수 작업을 수행할 수 있도록 한다. 또한 저장된 정보를 검색할 수도 있다.
스마트기기(320) 및 컴퓨터(310)를 관리자 단말이라고 할 수 있다. 이때, 서버(210)는 미리 등록된 IP(Internet Protocol) 주소를 갖는 컴퓨터, 또는 미리 등록된 아이디와 비밀번호를 이용해 로그인된 컴퓨터, 또는 미리 등록된 랜카드의 주소를 이용해 접속된 컴퓨터를 통해서 메탈 히터 시스템(100)의 유지보수에 관련된 각종 데이터와 소프트웨어가 저장된 서버에 접속할 수 있도록 하고, 관리자는 상기 접속된 서버(210)를 통해 메탈 히터 시스템(100)의 동작 상태를 확인하고, 언제 어디서든 간편하게 원격으로 메탈 히터 시스템(100)의 유지보수 작업을 수행할 수 있도록 한다.
이때, 서버(210)는 스마트기기(320)를 이용해 메탈 히터 시스템(100)에 접속할 수 있도록 관리하는 모바일 관리서버(제2 서버)(212)와 컴퓨터(310)를 이용해 메탈 히터 시스템(100)에 접속할 수 있도록 관리하는 웹 관리서버(제3 서버)(213)를 포함할 수 있다. 또한 서버들을 전체적으로 관리하고, 메탈 히터 시스템(100)의 유지보수에 관련된 각종 데이터와 소프트웨어가 저장된 데이터베이스(220)를 관리하는 종합서버(제1 서버)(211)를 포함할 수 있다. 즉, 별도의 기능을 수행하는 서버들을 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 메탈 히터 시스템(100)의 흐름에 관한 순서도이다. 먼저 온도 센서(120)가 배관(10) 내의 배관 온도를 감지한다(S101). 감지된 배관 온도는 저장부(150)에 저장되며(S102), 제어부(140)는 배관 온도와 기 설정된 설정 온도와 배관 온도를 비교하여, 현재 배관 온도가 설정 온도 이하인지를 판단한다(S103).
배관 온도가 설정 온도 이하이면, 배관(10)의 동결이나 동파가 발생할 수 있으므로, 관리자에게 통신부(160) 및 서버(210)를 거쳐 알린다(S104). 이때, 자동 모드와 수동모드 구분 없이 관리자에게 알릴 수 있다.
이후, 메탈 히터(110)가 작동되어 PTC 발열체(113)에 의해 열이 발생한다. 자동 모드일 경우, 별도의 관리자의 원격제어 없이 메탈 히터(110)가 작동되며, 수동 모드일 경우, 관리자가 컴퓨터(310) 또는 스마트기기(320)를 이용하여 원격으로 작동 신호를 발송한다.
메탈 히터(110)가 작동되면, 제어부(140)는 메탈 히터 시스템(100)이 정상적으로 작동되는지 판단한다(S106). 이로 인해, 2차적인 안전사고의 발생을 방지할 수 있다.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시예는 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위하여 하나 이상의 소프트웨어 모듈로 변경될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
또한, 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
본 발명은 메탈 히터 시스템에 관한 발명으로, 배관의 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 배관의 하단 표면에 복수 개의 메탈 히터가 결합되어, 메탈 히터 내부의 PTC 발열체가 배관의 국소 부위에 열을 전도하는 것을 특징으로 한다. 이로 인해, 국소 부위에 전도된 열로 인해 배관 내부의 유체에 대류가 발생되고, 배관 전체가 일정한 온도로 유지되어 겨울철 배관의 동파를 효율적으로 방지할 수 있다.

Claims (10)

  1. 배관의 동파를 방지하기 위한 메탈 히터 시스템에 있어서,
    상기 배관의 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 상기 배관의 하단 표면에 결합되는 복수 개의 메탈 히터;
    상기 메탈 히터를 상기 배관에 고정하는 밴드;
    상기 배관에 결합되어 배관 온도를 측정하는 온도 센서;
    상기 메탈 히터의 동작을 제어하는 메탈 히터 제어부;
    상기 메탈 히터 제어부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 메탈 히터가 상기 배관과 결합되는 부위에 열을 전도하여 상기 배관 내의 대류가 발생하는 것을 특징으로 하는
    메탈 히터 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메탈 히터는,
    상기 배관의 길이방향으로 연장 형성된 상부 본체;
    상기 배관의 하단 표면에 결합되는 하부 본체; 및
    상기 상부 본체 및 상기 하부 본체 사이에 위치되는 PTC 발열체;를 포함하고,
    상기 상부 본체 및 상기 하부 본체는, 상기 배관의 길이방향의 수직되는 방향으로 상기 상부 본체 및 상기 하부 본체를 동시에 관통하는 복수 개의 볼트에 의해 결합 및 분리 가능한 것을 특징으로 하는
    메탈 히터 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하부 본체의 하부는 상기 배관의 곡률에 대응하여 만곡된 것을 특징으로 하는
    메탈 히터 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상부 본체의 하부에는 상기 배관의 길이방향으로 홈이 연장 형성되고, 상기 하부 본체의 상부에는 상기 홈에 삽입 가능하도록 상기 배관의 길이방향으로 돌출부가 연장 형성되고,
    상기 돌출부의 상면에는 상기 돌출부와 동일한 폭을 지니는 상기 PTC 발열체가 결합되는 것을 특징으로 하는
    메탈 히터 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상부 본체 및 상기 PTC 발열체 사이가 이격되어 공간이 형성되고,
    상기 공간에 실리콘이 충진되는 것을 특징으로 하는
    메탈 히터 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하부 본체의 표면에는 열전도성 접착제가 도포되는 것을 특징으로 하는
    메탈 히터 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    기 설정된 설정온도와 상기 온도 센서로부터 측정된 상기 배관 온도를 비교하여 상기 배관 온도가 상기 설정온도 이하이면, 상기 메탈 히터 제어부에 동작 명령을 내리는 것을 특징으로 하는
    메탈 히터 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 메탈 히터가 상기 동작 명령에 의해 동작되는지를 확인하여, 미동작 시 상기 동작 명령을 다시 내리는 피드백(feedback)을 하는 것을 특징으로 하는
    메탈 히터 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는 통신부와 연결되고,
    상기 통신부는 상기 제어부의 제어에 따라 저장부에 저장된 상기 배관 온도를 서버로 전송하는 것을 특징으로 하는
    메탈 히터 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 서버는,
    컴퓨터 또는 스마트기기로부터 원격제어 신호를 수신하여 상기 통신부에 전달하고,
    상기 제어부는 상기 통신부로부터 상기 원격제어 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는
    메탈 히터 시스템.
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