난방 시스템

난방 시스템 {Heating system}

본 고안은 열 초전도 분야에 관한 것으로, 특히, 초전도 히트파이프에 관한 것이다.

열 초전도 물질은 무색의 액화기체 물질로서, 진공에 의해 폐쇄된 밸브를 통과하여 일정한 비율을 관에 충전한 후에 이 관 내의 기체에 열을 가열하여서 팽창된 기체가 열을 전도하여서 초전도 히트파이프가 만들어진다. 초전도 히트파이프는 그 내부의 진공 품질에 의존하며 일정한 진공으로 폐쇄된 하우징 내에서 순환하는 상변화 및 열량을 전달하는 장치로서, 초전도 히트파이프의 열전도도는 일반 금속의 대략 500배이다.

난방 기술은 실내에 열을 공급하여 실내의 온도를 일정하게 유지하는 인공적인 수단을 사용하여 편리한 생활 조건 또는 작업 조건을 만들기 위한 것이다. 난방 시스템은 세 가지 주요 부분, 즉, 열원(열매체 준비), 열순환 계통(배관 망 또는 열매체 수송), 및 열발산 장치(열매체의 이용)로 구성되어 있다. 이 중에서 열발산 장치에 상기 초전도 히트파이프를 사용하여서 열의 양호한 방출을 이룰 수 있다.

종래 기술에 있어서 초전도 히트파이프를 사용하는 경우에는 용접에 의해 일단부를 밀봉시키고 타단부에는 기체 또는 액체 밸브를 설치함과 동시에 밀폐 캡을 씌우고 내부 공간에 초전도 액체 또는 기체를 주입하고 있다. 그러나 히트파이프의 일단이 용접 방식으로 밀봉되기 때문에 기체 또는 액체의 누설 발생이 쉬우며, 이에 난방 시스템의 사용 수명이 단축된다.

본 고안은 난방 시스템의 사용 수명을 연장할 수 있는 난방 시스템을 제공함을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 다음과 같은 기술적 해결 방법을 채용한다.

한 측면에 따르면, 열에너지를 방출하는 열원, 적어도 하나의 열발산 장치, 및 분배기를 포함하는 난방 시스템이 제공된다.

여기서 상기 분배기는 열원 및 열발산 장치에 연결되며, 열원에서 나오는 열에너지를 열발산 장치로 분배하며, 상기 각 열발산 장치는 적어도 하나의 초전도 히트파이프를 포함하는데, 각 초전도 히트파이프는 스테인레스 강관, 덮개, 금속 밸브, 캡을 포함한다. 상기 덮개는 상기 스테인레스 강관의 일단부에 설치되며, 이 덮개의 개방 단부에는 고무 링이 있어서, 이 고무 링의 압력에 의해서 상기 덮개 및 스테인레스 강관이 밀봉 연결되며, 상기 금속 밸브는 스테인레스 강관의 타 단부에 위치하되 스테인레스 강관 내에 배치되며, 상기 캡은 스테인레스 강관의 타 단부를 밀봉하도록 연결된다.

선택사항으로서, 상기 스테인레스 강관과 덮개는 동일한 스테인리스강 재료로 제작되며, 스테인리스강 재료의 니켈 함량은 9%와 같거나 이보다 크다.

선택사항으로서, 상기 덮개의 내경은 스테인레스 강관의 외경과 동일하다.

선택사항으로서, 상기 캡은 凹자형이며, 이 凹자형 캡의 돌출부 외경과 스테인레스 강관의 내경은 동일하며, 이 凹자형 캡의 돌출부 및 스테인레스 강관의 타단의 내벽은 용접 기술에 의해서 밀봉 연결된다.

선택사항으로서, 상기 열원은 태양에너지 집열 장치이다.

선택사항으로서, 상기 난방 시스템은 지능형 제어 장치를 추가로 포함하되, 이 지능형 제어 장치 및 상기 태양에너지 집열 장치는, 태양에너지 집열 장치를 제어하여서 제공되는 온수의 온도와 온수의 순환 및 가열 시간을 제어하기 위하여 서로 연결된다.

본 고안의 난방 시스템에서는, 초전도 히트파이프의 덮개가 가압 기술을 사용하여 스테인레스 강관의 일단에 설치 고정되기 때문에, 용접으로 제작된 스테인레스 강관의 단부 밀봉 구조에 비해서 더욱 견고해짐으로써 밀봉성이 증가하고 히트파이프의 누설이 감소함에 따라 난방 시스템의 수명이 연장된다. 또한, 열원으로서 태양에너지 집열 장치를 사용하는 경우에도, 초전도 히트파이프 내에서의 온수의 순환을 필요로 하지 않고 단지 열원과의 접촉만 필요하므로 태양에너지 집열관의 저수 요구량이 통상의 용수량의 1/15로의 감소가 가능해져서, 동일 면적의 태양에너지 집열 장치 대비, 원래의 10여 배의 열에너지 방출량을 얻을 수 있고 동시에 제조 비용이 줄어든다.

본 고안의 실시예 또는 종래 기술의 해법을 더욱 명확하게 설명하기 위해 첨부한 도면에 대해서 간단하게 설명한다. 이하에서 설명하는 내용 및 도면의 내용은 본 고안의 하나의 실시예에 불과하며, 본 기술 분야에서 숙련된 기술자(이하, 당업자)는 이하의 도면을 통해서 용이하게 창조적인 작업을 할 수 있고 본 도면에 기초하여 다른 도면들도 도출할 수 있을 것이다.
도 1은 본 고안의 난방 시스템의 개략도.
도 2는 본 고안의 초전도 히트파이프의 정면도.
도 3은 본 고안의 금속 밸브의 정면도
도 4는 본 고안의 금속 밸브의 좌측면도.
도 5는 본 고안의 초전도 히트파이프의 개략 구조도.
도 6은 본 고안의 캡의 개략 구조도.
도 7은 본 고안의 다른 실시예의 초전도 히트파이프의 구조도.
도 8은 본 고안의 다른 실시예의 난방 시스템의 개략도.

이하, 첨부 도면과 함께 본 고안의 실시예의 기술적 해결수단에 대해서 명확하고 완전하게 설명한다. 설명하는 실시예들은 본 고안의 실시 형태의 전부는 아니며 단지 그 일부만을 나타내는 것이다. 본 고안의 실시예에 기초하여, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자는 그 밖의 다른 실시예들을 용이하게 얻을 수 있을 것이며, 이들도 또한 본 고안의 보호 범위 내에 든다.

본 고안은 도 1에 도시된 난방 시스템(1)을 제공한다. 이 난방 시스템(1)은 열에너지를 방출하는 열원(11)과, 적어도 하나의 열발산 장치(13)와, 분배기(12)를 포함한다.

상기 열원(11)은, 선택사항으로서 예컨대 태양에너지 집열 장치로 구현할 수 있는데, 태양에너지 집열 장치로써 태양 에너지를 열에너지로 변환할 수 있고, 이로써 녹색의 무공해의 양질 열원을 이용할 수 있게 된다.

분배기(12)는 열원(11) 및 열발산 장치(13)에 연결되어, 열원(11)에서 나오는 열에너지를 열발산 장치(13)로 분배하기 위하여 사용된다.

각 열발산 장치(13)는 적어도 하나의 초전도 히트파이프(10)를 포함하는데, 초전도 히트파이프(10)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 스테인레스 강관(101), 덮개(102), 금속 밸브(103), 캡(104)을 포함한다.

스테인레스 강관(101)의 관경, 즉, 내경은 상황에 따라 설정할 수 있고, 스테인레스 강관(101)의 벽 두께는 0.8mm 이상일 수 있다.

덮개(102)는 상기 스테인레스 강관(101)의 일단부 a에 설치되며, 덮개(102)의 개방 단부에는 고무 링(1021)이 있어서, 이 고무 링(1021)의 압력에 의해서 덮개(102) 및 스테인레스 강관(101)이 밀봉 연결된다. 즉, 고무 링(1021)과 스테인레스 강관(101)은 억지 끼움 방식을 이용하는데, 그 가압 방향은 도 2에서 X로 나타낸 것과 같이, 스테인레스 강관(101)의 관벽 면에 수직으로 향한다.

금속 밸브(103)는 스테인레스 강관(101)의 타 단부 b에 위치하며, 스테인레스 강관(101) 내에 배치된다. 도 3에 도시한 금속 밸브(103)의 정면 및 도 4의 좌측면을 보면, 금속 밸브(103)는 통 형상의 금속 구조체이며, 그 통상 구조의 외측 표면에는 환형의 요홈이 형성되어 있고 여기에 고무 패드(1031)가 설치되어 있다. 고무 패드(1031)의 두께와 요홈의 깊이는 동일하며, 이 통 구조체의 외경은 스테인레스 강관의 내경과 동일하다. 스테인리스 강관의 내벽과 금속 밸브는 가압 기술(억지 끼움) 방식을 통해 밀착되어서 밀봉 작용을 한다. 금속 밸브는 액체 또는 기체용 밀봉 밸브에 속하는 구리 밸브일 수 있으며, 그 구체적인 구성은 현존 기술을 참조하면 되므로 여기서는 더 이상 상세히 설명하지 않는다.

캡(104)은 스테인레스 강관(101)의 타 단부 b를 밀봉한다.

이와 같이, 본 고안의 초전도 히트파이프의 덮개는 가압 기술을 사용하여 스테인레스 강관의 일단에 설치 고정되기 때문에, 용접으로 제작된 스테인레스 강관의 단부 밀봉 구조에 비해서 더욱 견고해짐으로써 밀봉성이 증가하고 히트파이프의 누설이 감소함에 따라 난방 시스템의 수명이 연장된다.

종래 기술에서, 초전도 히트파이프의 누설로 인해, 열원으로서 태양에너지 집열 장치를 사용하는 경우에는, 태양에너지 집열 장치의 저수량이 매우 많이 요구되고 상대적으로 큰 태양 축열조가 필요하게 되어서 태양에너지 집열 장치의 용적이 커지고 제작 비용이 높아진다.

본 고안의 실시예에서는, 열원으로서 태양에너지 집열 장치를 사용하는 경우에도, 초전도 히트파이프 내에서의 온수의 순환을 필요로 하지 않고 단지 열원과의 접촉만 필요하므로 태양에너지 집열관의 저수 요구량이 통상의 용수량의 1/15로의 감소가 가능해져서, 동일 면적의 태양에너지 집열 장치 대비, 원래의 10여 배의 열에너지 방출량을 얻을 수 있고 동시에 제조 비용이 줄어든다.

상기 스테인레스 강관(101), 덮개(102), 캡(104)은 동일한 스테인리스강 재료를 사용할 수 있고, 스테인리스강 재료의 니켈 함량은 9% 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 스테인리스강 재료는 내고온, 내부식, 산화 방지 효과를 얻을 수 있는 304 스테인레스강일 수 있다.

특히, 상기 덮개(102)는 통 형상의 구조이며, 이 통 구조의 개방단이 스테인레스 강관 위에 씌워지도록 연결되고, 이어서 통 구조의 개방단 주위의 고무 링에 의해 가압되는 압력을 통해서 덮개와 스테인레스 강관이 연결된다. 이 통 구조의 내경은 스테인레스 강관(101)의 외경과 같거나 큰데, 바람직하게는 도 5에 나타낸 것과 같이, 덮개(102)의 내경 P와 스테인레스 강관(101)의 외경 R은 동일할 수 있다. 이로써 덮개(102) 및 스테인레스 강관(10)의 연결이 양호해지고, 간극의 발생이 방지되며, 액체 또는 기체의 누설이 감소될 수 있다.

또한, 캡(104)은 도 2에서와 같이 스테인레스 강관(101)의 타단 b를 덮는 데 사용되는 것이며, 이 캡(104)에는 나사산이 형성되고 이에 상응하는 스테인레스 강관(101)에도 나사산이 형성되어서, 강관의 타단부와 결합되도록 한다. 도 6에서 보듯이, 캡(104)은 통형 구조이며, 그 축방향 단부면에는 凹자형 홈이 형성되어 있다. 이 통 구조의 막힌 쪽 단부 m이 스테인레스 강관(101)의 타단 b의 내측에 삽입되며, 이에, 이 통 구조의 개방단 n도 스테인레스 강관(101)의 타단 b의 내측에 있게 된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 캡의 외경 h와 스테인레스 강관의 내경 r은 동일하며, 이 凹자형 캡과 스테인레스 강관의 타단 b의 내벽은 용접 기술에 의해서 밀봉 연결된다. 이 용접 기술에는 통상, TIG 용접을 사용할 수 있다. 이와 같이 하여, 凹자형 캡이 스테인레스 강관 내에 삽입되므로, 스테인레스 강관의 밀봉성이 보장된다.

인간에 의한 또는 기계에 의한 오차의 존재 때문에, 덮개(102)의 내경 및 스테인레스 강관(101)의 외경의 치수는 미크론 급의 공차가 있을 수 있고, 캡(104)의 외경과 스테인레스 강관(101)의 내경에도 미크론 급의 공차가 있을 수 있는바, 본 고안의 분야에서의 당업자는 본 고안의 범위 내에서 변형 또는 교체하는 것이 가능하며, 이러한 것도 모두 본 고안의 범위 내에 포함되어야 한다. 특히, 본 실시예에서의 고무 링 및 고무 패드는 모두, 효과적인 밀봉을 보장하기 위해서, 내고압, 내고온, 내부식성의 고무 재료로 만든다.

또한, 난방 시스템(1)의 각 장치는 통상 배관으로 연결되며, 배관 내에는 열 매체가 충전된다. 선택사항으로서, 이 열매체로는 물을 사용할 수 있는데, 이렇게 열매체를 사용하는 경우 그리고 상기 열원으로서 태양에너지 집열 장치(110)를 사용하는 경우에는, 도 8에서와 같이 상기 난방 시스템(1)은 지능형 제어 장치(14)를 포함할 수 있는데, 이 제어 장치(14) 및 태양에너지 집열 장치(110)는 태양에너지 집열 장치(110)를 제어하여서, 제공되는 온수의 온도와 온수의 순환 및 가열 시간을 제어하기 위하여 서로 연결된다.

태양에너지 집열 장치 장치(110)에서 출력되는 열에너지의 온도를 제어하기위하여, 급수 장치(15)와 분배기(12)는 연결되며, 태양에너지 집열 장치(110)는, 지능형 제어 장치(14)의 제어 하에 물을 특정 온도로 가열하고 이는 분배기(12)로 제공된다. 분배기(12)는 구체적인 상황에 따라 특정 온도의 물을 급수 장치(15)와 열발산 장치(13) 중 적어도 하나에 분배한다. 급수 장치(15)와 열발산 장치(13) 내의 수온이 소정의 온도 임계값 아래로 내려가면, 이 임계값보다 내려간 냉수를 분배기(12)로 되돌려 보내고, 태양에너지 집열 장치(110)는 재차 가열을 진행한다. 이로써 하나의 열순환 사이클이 완료된다. 선택사항으로서, 상기 급수 장치(15)는 여기서 나오는 온수를 이용하는 입욕 설비일 수 있으며, 그릇이나 야채를 ?는 온수가 직접 나오는 주방 설비로도 가능하다. 상기 열발산 장치(13)는 초전도 히트파이프로 구성된 난방기 또는 초전도 히트파이프로 구성된 바닥일 수 있다. 실제 응용에 있어서, 상기 지능형 제어 장치(14)는 독립적으로 설치될 수도 있고 태양에너지 집열 장치(110)에 직접 설치될 수도 있다, 지능형 제어 장치(14)는, 수동으로 설정된 온도 조절 조건에 따라 태양에너지 집열 장치(110)에서 출력되는 열에너지의 온도를 조정할 수 있도 있고, 주위 환경 조건에 따라 태양에너지 집열 장치(110)에서 출력되는 열에너지의 온도를 실시간으로 조정할 수도 있는 등, 본 실시예는 제한적이지 않다. 상기 분배기(12)는, 급수 장치(15) 및 열발산 장치(13)의 수량, 용수 요구량에 따라 온수 분배를 동적으로 조정할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 급수 장치(15)를 사용하지는 않지만 일정한 실내 온도를 유지할 필요가 있을 때에는 급수 장치(15)가 온수를 출수하는 것을 정지시키고, 열발산 장치(13)로 하여금 온수를 사용하여 실내 온도를 유지하게끔 열을 방출하도록 할 수 있다.

특히, 태양에너지가 충분하지 않은 경우에도 계속해서 유효한 난방을 하도록 보장해준다. 본 난방 시스템은 다른 보조 에너지원, 가령, 전기, 가스연료, 또는 기름연료 등과 같이, 태양에너지가 부족시에도 열매체의 가열을 진행하여 열에너지를 제공할 수 있다.

본 고안에 따른 난방 시스템은, 스테인리스 강관의 일단부에 덮개를 강제 압입 방식으로 설치함으로써, 종래의 용접 기술에 의한 스테인레스 밀봉 구조와 비교하여 밀봉이 더욱 강화되어 밀봉성의 향상되고, 초전도 히트파이프의 누설이 감소되어서 난방 시스템의 수명이 연장된다. 또한, 지능형 제어 장치의 증설로써 인력 낭비가 줄어들며, 시스템의 지능형 제어의 정도가 높아진다. 이상에서 본 고안의 구체적인 실시 방식을 설명하였지만, 본 고안의 보호 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 당 분야에서의 당업자는 본 고안의 기술적 범위 내에서 변형 및 교체를 용이하게 생각할 수 있는바, 이러한 변형 및 교체 사항도 또한 본 고안의 보호 범위에 포함되는 것이다. 따라서 본 고안의 보호 범위는 아래에 기재된 청구범위에 기재된 범위로 설정된다.

난방 시스템(1), 초전도 히트파이프(10), 열원(11), 열발산 장치(13), 분배기(12), 지능형 제어 장치(14), 급수 장치(15), 스테인레스 강관(101), 덮개(102), 금속 밸브(103), 캡(104), 태양에너지 집열 장치(110), 고무 패드(1031)