KR100403155B1 - 히트파이프와 열전소자를 이용한 냉난방장치 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 열전소자가 갖는 고열 및 냉기를 히트파이프를 이용하여 열전달효율을 증가시켜 각 용도에 맞게 온수공급이 필요한 보일러로, 혹은 냉방장치로 혼용할 수 있는 열전소자와 히트파이프를 이용한 냉난방장치를 제공하는 데에 그 목적이 있고,

이러한 목적은 다수의 수평형 방열판에 수직방향으로 히트파이프를 연속입설하고 이 히트파이프의 상하단에 열전도체를 형성하며, 상기 히트파이프 정면에서 소정의 기류를 송풍해주는 송풍팬으로 이루어진 기류발생부; 상기 열전도체의 상,하부의 외측에 설치되는 챔버와, 이 챔버 사이에 연결되어 챔버내 부동액을 순환시키는 순환관 및 순환펌프로 이루어진 부동액 순환부: 상기 열전도체와 상기 챔버사이에 개재되어 소정의 전원작동으로 냉기 혹은 열을 가하는 수개의 열전소자를 포함하는 열전소자와 히트파이프를 이용한 냉난방장치를 제공한다.

이로써 열전소자와 히트파이프를 이용하여 난방장치와 냉방장치를 혼용할 수 있는 냉난방장치가 제공된다.

Description

히트파이프와 열전소자를 이용한 냉난방장치{Air conditioning and heating apparatus for use of heat pipe and thermo element}

본 발명은 히트파이프와 열전소자를 이용한 냉난방장치에 관한 것으로, 온수가 필요한 경우에는 열전소자들의 방열부측으로 부터 얻어지는 고열을 이용하여 물을 가열하여 온수를 얻도록 하고, 냉기가 필요한 경우에는 열전소자의 흡열부측에 연결된 히트파이프를 통하여 냉기를 발생하도록 하며, 온기를 필요로 하는 경우에는 열전소자의 발열부에 연결된 히트파이프를 통하여 온기도 얻을 수 있는 히트파이프와 열전소자를 이용한 냉난방장치에 관한 것이다.

열전소자는 전원을 인가함으로써 일면은 차가워지고 반대면은 뜨거워진다. 또한, 히트파이프는 관중심을 이동하는 매체가 관내벽을 타고 이동가능하도록 윅(wick)을 형성한 일종의 열전도수단이다. 이러한 구조의 히트파이프는 제한된 직경내의 내벽상에 윅을 형성함에 상당한 고급기술이 요구되어 고부가가치의 비행기,선박,우주선등에서만 적용이 이루어져 왔다.

열전소자를 이용한 온풍기 겸용의 에어컨이 등록제 204571호의 실용신안으로 알려져 있다. 이것은 다수의 열전소자 일면에 열전도 킷트를 장치하고 여기에 플로우팬을 설치하여 냉기를 배출하게 하고 동시에 열전소자 반대측에는 수냉킷트와 라디에이터를 설치한 구조의 에어컨이다.

이와같은 열전소자를 이용하되 양측의 온기와 냉기를 모두 이용하기 위한 초보적인 냉온풍공급장치가 등록제217056호로 알려져 있다. 이 장치는 냉기와 온풍을 동시에 공급하기는 하지만 전자회로기판의 고열을 식히거나 차가운 극한 지역에서 정상작동이 불가한 전자장비등에 온풍을 공급할 수 있도록 하고 나머지 사용하지 않는 온기와 냉기는 대기에 방출되도록 한 초보적인 온풍공급장치이다.

이 냉온풍장치의 경우는 단지 고열,고온의 상황에서 전자장비의 국부적 냉각이 필요한 경우 상온보다 찬공기를 공급하여 열을 식히기 위한 냉각구조를 가지며 반대측의 발열부는 대기중에 방출하여 식히는 것에 불과하고, 극한 추위에서는 방열공기로서 전자장비의 동결을 방지하는 정도의 온풍공급구조일 뿐이다.

보다 적극적으로 제안된 열전소자와 히트파이프를 이용한 냉각시스템이 특허공개제2000-54406호로 알려져 있다.

이 장치는 주로 냉각시스템의 가동시 발생되는 방열부의 열을 신속하게 열전소자 주변에서 이동하기 위하여 히트파이프를 사용할 뿐 이를 이용하여 동절기 온수공급장치로 활용하는 것은 아니다.

히트파이프를 이용한 보일러로 등록제190443호의 보일러가 알려져 있다. 이것은 가열수단과 온수관사이에 소정의 단층구조를 가진 히트파이프를 연결내장시켜 가열수단의 열이 그대로 물에 전달되는 구조로 한 것으로 특히 온수챔버내에 히트파이프가 내장된 점에 특징이 있다. 그러나 가열수단은 통상의 연료를 태워서 가열된 물을 이용하는 것이지 열전소자를 적용한 것은 아니다.

온풍만을 공급함이 아니라 보다 적극적으로 동절기 온수를 제공하여 난방과 급탕용으로 활용가능하면서도 같은 장치를 하절기 냉방시스템에도 적용가능한 온수와 냉기의 공급이 동시에 이루어지도록 열전소자와 히트파이프를 이용한 냉온시스템이 필요로 되는 것이다.

특히, 상기 공지된 종래의 열전소자와 히트파이프를 이용한 온수 및 냉기의 공급장치에서 히트파이프와 열전소자와 방열용 수조등과 접촉시키기 위한 열전구조가 열저항없이 연결되고, 열전도가 용이해야 하며, 열전소자의 부착이 용이해야 하고, 밀링작업에 의하여 완전한 평면구조를 가져하는 등의 조건을 만족시키는 히트파이프 지지구조가 필요하였다.

동절기에는 온수를 이용한 난방시스템의 온수로 혹은 급탕에 필요한 온도의 온수공급에 적당한 고열의 온수제공이 가능함과 동시에 같은 장치로서 하절기 냉방에 필요한 냉기를 공급함에 적당한 냉각시스템이 함께 구현되는 온수 및 냉기공급이 가능한 보일러 및 냉각시스템을 제공하려는 것이 본 발명의 목적이다.

아울러 이와같은 온수공급과 냉기의 공급의 시스템 대신 온풍과 냉풍의 공급이 가능한 히트파이프와 열전소자를 이용한 냉난방장치를 제공하려는 데에도 그 목적이 있다.

본 발명은 열전소자의 고열 혹은 냉기를 전달함에 유리한 히트파이프를 가장 효과적으로 연결하기 위한 열전도수단을 제공하는 데에도 그 목적을 둔다.

본 발명은 열전소자의 특성을 이용하여 전적으로 발열부에서의 온도가 최대 80도까지 발열되어 온수사용이 가능하도록 하고, 동시에 흡열부(냉각부)측에서는 상온 20-30도 정도의 발열로서 특별한 고열이 발생되지 않도록 함이 가능하고, 흡열부를 통한 냉각온도가 최대 영하 40도까지 이르더라도 발열부가 상온에 유지함이 가능하도록 하는 온냉기능이 하나의 장치를 통하여 달성되는 온수와 냉기공급을 겸용할 수 있는 히트파이프와 열전소자를 이용한 냉난방장치를 제공함에 기술적 과제를 둔다.

도 1은 본 발명 히트파이프와 열전소자를 이용한 냉난방장치의 분해도이며,

도 2는 본 발명 히트파이프와 열전소자를 이용한 냉난방장치의 정면도이고,

도 3은 본 발명 히트파이프와 열전소자를 이용한 냉난방장치의 배면도이고,

도 4는 본 발명 히트파이프와 열전소자를 이용한 냉난방장치의 개략단면도이며,

도 5는 본 발명 히트파이프와 열전소자를 이용한 냉난방장치의 다른 실시예를 나타내는 정면도이며,

도 6a는 본 발명 냉난방장치의 봉형히트파이프와 열전도체의 결합구조를 나타내며,

도 6b는 본 발명 냉난방장치의 판형히트파이프와 열전도체의 결합구조를 나타내며,

도 6c는 본 발명 냉난방장치의 판형히트파이프와 열전도체의 결합구조를 나타낸다.

도 7은 본 발명 히트파이프와 열전소자를 이용한 보일러와 냉방장치의 개략사시도,

도 8은 본 발명 히트파이프와 열전소자를 이용한 보일러와 냉방장치의 케이싱을 열은 상태의 내부개략 사시도,

도 9는 본 발명 히트파이프와 열전소자를 이용한 보일러와 냉방장치의 단면도,

도 10a는 본 발명 보일러와 냉방장치의 판형히트파이프와 열전소자의 결합구조를 나타내는 분해도이고, 도 10b는 본 발명 보일러와 냉방장치의 연속하는 판형히트파이프와 열전소자의 결합구조를 나타내는 분해도이다.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100,101,102:냉난방장치본체...........................104:조작패널

110:상부수조.........................................112:급수구

114:연결관...........................................116:연결구

120:상부케이싱.......................................122:볼트공

124:측벽.............................................130:열전소자

140:열전도체.........................................142:고정공

150:히트파이프.......................................152:판형히트파이프

154:방열부재.........................................160:열전도체

162:고정공...........................................164:삽지홈

170:열전소자.........................................180:하부수조

182:연결구...........................................184:순환펌프

190:하부케이싱

200:보일러...........................................202:열전도체

210:케이싱...........................................212:급수구

214:연결관...........................................220:히트파이프

230:방열핀...........................................240:챔버

300:냉각부...........................................302:열전도체

310:케이싱...........................................312:흡기구

314:배기구...........................................320:히트파이프

330:냉각핀...........................................340:챔버

350:송풍팬...........................................360:방열수조

362:급수관...........................................364:배수관

400:열전소자

상기한 본 발명의 목적은 열전소자와 히트파이프를 이용한 냉난방장치에 있어서,다수의 수평형 방열판에 수직방향으로 히트파이프를 연속입설하고 이 히트파이프의 상하단에 열전도체를 형성하며, 상기 히트파이프 정면에서 소정의 기류를 송풍해주는 송풍팬으로 이루어진 기류발생부;상기 열전도체의 상,하부의 외측에 설치되는 챔버와, 이 챔버 사이에 연결되어 챔버내 부동액을 순환시키는 순환관 및순환펌프로 이루어진 부동액 순환부:상기 열전도체와 상기 챔버사이에 개재되어 소정의 전원작동으로 냉기 혹은 열을 가하는 수개의 열전소자를 포함하는 냉난방장치로서 달성된다.

본 발명은 상기 기류발생부위에 소정구조의 물이 충진되는 밀폐공간을 형성한 수조를 형성하고, 이 수조내에는 다수의 수평형 방열판에 수직방향으로 히트파이프를 연속입설한 상하단에 열전도체를 형성하여 수조내에 물을 공급함으로써 물이 가열되는 보일러부를 더 포함하여 온수의 공급이 가능하다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거 상세하게 설명한다.

첨부 도면중 도 1은 본 발명 히트파이프와 열전소자를 이용한 냉난방장치의 분해도이고, 도 2는 본 발명 히트파이프와 열전소자를 이용한 냉난방장치의 정면도이고, 도 3은 본 발명 히트파이프와 열전소자를 이용한 냉난방장치의 배면도이고, 도 4는 본 발명 히트파이프와 열전소자를 이용한 냉난방장치의 개략단면도이다.

이 도면에 따르는 본 발명 냉난방장치(100)의 냉각수순환구조는 상부수조(110)와 하부수조(180)사이에 소정의 순환관을 각 연결구(116)(182)에 연결함으로써 이루어진다. 상부수조(110)의 아래에는 케이싱(120)을 위치시키고 그 아래에 열전소자(130)가 위치한다. 케이싱(120)은 측벽(124)을 형성하여 후에 외부케이싱에 조립된다.

열전소자(130)의 아래는 열전도성이 좋은 열전도체(140)를 설치하며, 여기에 히트파이프(150)를 고정시킨다. 열전도체(140)는 고정공(142)을 형성하여 상기 케이싱(120)을 볼팅함에 의하여 고정된다. 히트파이프(150)는 사이사이에 평행하게방열부재(152)를 다층 형성한다. 히트파이프(150)는 후술하는 바와같이 판형히트파이프(152)로도 실시가능하다.

한편, 하부케이싱(190)에는 하부수조(180)가 위치하며, 그 위에 열전소자(170)를 위치시켜, 발열부측이 열전도체(160)에 접촉하게 한다. 열전도체(160)는 상술한 히트파이프(150)의 하방단부에 연결된 상태에서 열전소자(170)과 대응한다.

이와같은 냉기발생구조는 상부 케이싱(120)의 볼트공(122)을 통하여 열전도체(140)의 고정공(142)에 고정되고, 하부 케이싱(190)에서도 같은 구조로 열전도체(170)를 고정한 뒤 각각의 급수구(112),연결관(114)에 물을 급수시키고 순환펌프로써 순환시킴으로써 냉각중 상부 열전소자의 발열부 열을 식히게 된다.

이때 히트파이프(150)와 방열부재(152)에는 송풍팬(350)이 설치되어 히트파이프(150)와 방열부재(154)를 통한 냉기를 소정의 방향으로 송풍시켜 냉기를 공급하게 된다.

본 발명은 상,하에 대응하는 열전소자(130)(170)중 상부 열전소자(130)의 전원을 제거 한뒤 하부의 열전소자(170)에 전원을 공급함으로써 난방기로 사용가능하다.

첨부 도면중 도 5는 본 발명 히트파이프와 열전소자를 이용한 냉난방장치의 다른 실시예를 나타내는 정면도이다. 이 도면에 따르는 본 발명 난방장치(104)는 상부수조(110)와 하부수조(180)사이에 소정의 순환관을 각 연결구(116)(182)에 연결한 뒤 열전도성이 좋은 열전도체(140)를 설치하며, 여기에 히트파이프(150)를 고정시킨다. 히트파이프(150)는 사이사이에 평행하게 방열부재(152)를 다층 형성한다.

한편, 하부케이싱(190)에는 하부수조(180)가 위치하며, 그 위에 열전소자(170)를 위치시켜, 발열부측이 열전도체(160)에 접촉하게 한다. 열전도체(160)는 상술한 히트파이프(150)의 하방단부에 연결된 상태에서 열전소자(170)와 대응접촉한다.

이와같은 발열구조는 상,하수조(110)(180)의 급수구(112),연결관(114)에 물을 급수시키고 순환펌프로써 순환시킴으로써 발열중의 열전소자의 냉기를 제거한다.

이때 히트파이프(150)와 방열부재(152)에는 송풍팬(350)이 설치되어 히트파이프(150)와 방열부재(152)를 통한 기류를 소정의 방향으로 송풍시켜 온기를 공급하게 된다.

첨부 도면중 도 7은 본 발명 히트파이프와 열전소자를 이용한 보일러와 냉방장치의 개략사시도, 도 8은 본 발명 히트파이프와 열전소자를 이용한 보일러와 냉방장치의 케이싱을 열은 상태의 내부개략 사시도,도 9는 본 발명 히트파이프와 열전소자를 이용한 보일러와 냉방장치의 단면도이다.

이 도면에 따르는 본 발명 온수공급 및 냉기공급구조는 크게 보일러부(200)와, 냉각부(300) 및 전원의 인가로서 일측은 발열하는 면이, 타측은 냉각면이 위치하는 수개의 열전소자(400)로 이루어진다.

상기 보일러부(200)는 열전소자(400)의 발열면에 열전도체(202)가 형성되어있다. 이 열전도체(202)는 히트파이프(220)상단에도 형성되어 있으며, 히트파이프(220)들이 수직으로 매설되어 있다. 이 히트파이프(220)에는 관주면을 따라 다수의 방열핀(230)들이 형성되어 있다. 이와같은 히트파이프(220)가 설치된 공간은 단열재로 이루어진 케이싱(210)으로 밀폐되어 소정의 수조형 챔버(240)를 형성하며 열교환이 이루어진다. 보일러부(200)에는 공급수의 수온을 검출하는 수온센서등이 설치되어 열전소자(400)의 발열을 제어할 수 있다.

상기 냉각부(300)는 상기 열전소자(400)에 열전도체(302)사이에 냉각핀(330)이 다수형성된 히트파이프(320)를 수개 설치하여서 된다. 역시 냉각부(300)에도 케이싱(310)이 형성되나 밀폐되지 않고 일측은 흡입구(312)를,타측은 배기구(314)를 각각 형성하며, 히트파이프(320)를 향하여 불어주기 위한 송풍팬(350)이 구비된다.

한편, 동절기에는 냉각부(300) 하단의 하부 열도체(302)에는 그 아래쪽으로 수조(360)를 형성하여 열전소자(400)의 냉기를 제거하기 위하여 가열온수를 이용한다. 즉 수조(360)양측에는 급수관(362), 배수관(364)을 각각 설치하여 주방용수등으로 사용한다.

이와같이 이루어진 본 발명 히트파이프와 열전소자를 이용한 냉난방장치.은 겨울철,늦가을,초봄등 온수를 사용하는 경우의 난방수 사용시에 사용하고 하절기에는 냉방장치로 다시 사용되는 것이다.

먼저 온수를 사용하는 경우에는 열전소자(400)에 전원을 인가하여 소정온도로 열을 발열시켜 열전도체(202)에 매설된 히트파이프(220)의 일단을 가열시킨다. 히트파이프(220)의 가열로 방열핀(230)이 뜨거워지면서 채워진 물과의 열교환이 이루어진다. 가열된 온수는 배수관(214)을 통하여 배수된다. 온수의 순환시스템은 기존의 온수보일러 시스템과 같은 구조이므로 본 발명에서는 이에 대한 구체적인 작동구조의 설명을 생략한다.

열전소자 하방은 히트파이프(320)와 냉각핀(330)에 불어넣어지는 공기를 통하여 대기중에 방출하게 되어 공냉이 이루어진다.

하절기 냉방용으로 냉각시스템을 사용할 경우에는 마찬가지로 열전소자(400)에 전원을 인가시켜 발열과 동시에 냉각이 이루어지게 한다.

즉, 하부 냉각부(300)의 작동은 열전소자(400)의 하방에 열전도체 사이에 두고,냉각핀(330)을 구비한 히트파이프(320)가 수직설치되어 있으므로 불어오는 송풍팬(350)의 기류로서 냉각공기가 배기구를 통하여 배기된다.

이때 반대측의 발열은 보일러측 히트파이프(220) 혹은 수조(360)내 물로서 수냉시킨다. 수냉용으로 사용된 물은 급탕용 혹은 외부수조등을 통하여 순환 혹은 배수된다.

도 10a는 본 발명 보일러와 냉방장치의 판형히트파이프와 열전소자의 결합구조를 나타내는 분해도이고, 도 10b는 본 발명 보일러와 냉방장치의 연속하는 판형히트파이프와 열전소자의 결합구조를 나타내는 분해도이다.

상기 도면에서 본 발명은 판형의 히트파이프(152)가 제공된다. 판형의 히트파이프는 연속하여 연결된 형태로 혹은 수직방향으로 연결되어 끊어진 형태로 실시될 수 있다.

이와같이 본 발명은 열전소자를 가동함으로써 발열부에서의 온도가 최대 80도까지 발열되게 한 뒤 열교환된 온수를 제공하며, 이때 냉각부(흡열부)측에서는 상온 20-30도 정도의 냉각온도를 유지하여 동절기 온수사용에 무리가 없게 된다.

또한, 냉각부를 통한 냉각은 보일러부와 달리 소정위치에 배치된 수개 열전소자를 작동시켜 최대 영하 40도까지 이르게 하며 이때 발열부는 보일러부 혹은 하부의 수조를 통하여 냉각이 이루어지게 되는 것이다.

이와같이 본 발명은 하나의 상,하 적당한 거리와 갯수로 이루어진 열전소자를 이용하여 상부 열전소자만으로는 보일러의 온수사용이 가능하게 하고,상,하 열전소자배치구조로는 하절기 냉각기능을 달성하도록 하여 각각의 계절에 맞게 보일러와 냉각기를 겸용할 수 있게 되는 효과를 갖는다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 다수의 수평형 방열판에 수직방향으로 히트파이프를 연속입설하고 이 히트파이프의 상하단에 소정의 전원작동으로 냉기 혹은 열을 가하는 수개의 열전소자를 형성하며, 상기 히트파이프 정면에서 소정의 기류를 송풍해주도록 송풍팬을 설치하며, 상기 열전소자의 상,하부에 소정구조의 물이 충진되는 밀폐공간을 형성한 수조를 형성하여 수조내에 물을 공급함으로써 물이 가열되게 하여 온수를 이용할 수 있도록 하는 열전소자와 히트파이프를 이용한 냉난방장치에 있어서,

   상기 히트파이프 양단의 열전소자들 사이에 열전도체를 각각 일체로 형성하여 히트파이프를 통하여 냉기를 얻음과 동시에 온수가 공급가능하게 한 것을 특징으로 하는 열전소자와 히트파이프를 이용한 냉난방장치.