열전소자를 이용한 난방장치 {Thermoelectric Element used for Heating apparatus}
도 1은 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 난방장치를 나타내는 사시도. 도 2는 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 난방장치를 나타내는 구성도. 도 3은 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 난방장치의 주요부분을 나타내는 사시도. *도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* 100 : 난방장치 110 : 외부열교환부 111 : 외부열교환몸체 112 : 외기순환부 113 : 외부열전소자 114 : 열교환실 115 : 순환관 116 : 순환펌프 120 : 외부흡열부 121 : 외부흡열판 122 : 외부흡열구 123 : 외부흡열유로 130 : 열교환보일러 131 : 보일러몸체 132 : 제어부 133 : 조작반 134 : 온도표시부 135 : 순환공급실 136 : 보일러열전소자 137 : 가열실 140 : 공급흡열부 141 : 공급흡열판 142 : 공급흡열구 143 : 공급흡열유로 150 : 가열방열부 151 : 가열방열판 152 : 가열방열구 153 : 가열방열유로 160 : 순환난방부 161 : 순환공급관 162 : 난방배관 163 : 보온재 164 : 난방방열판 165 : 순환배출관 166 : 난방순환펌프 167 : 보충수공급부 168 : 공기배출구
본 발명은 열전소자를 이용한 난방장치에 관한 것이다. 일반적으로, 난방장치(煖房裝置, heating apparatus)는 난방에 사용하는 장치로, 연료를 직접 연소시키는 소규모의 난로, 벽난로 등, 증기난방, 온수난방, 온풍난방, 공기조화, 복사난방(輻射煖房), 태양열 이용 등의 방법으로 분류할 수 있는데, 실내의 공기 전체를 고르게 난방하기 위해서는 대류열이 많은 형식의 기구가 좋다. 이러한, 난방장치는 크게 분류하면 소규모의 난로, 벽난로 등의 연료를 직접 연소시켜서 난방을 하는 방식과, 증기난방, 온수난방 등과 같이 방열기(放熱器)를 실내에 두고, 그 속에 실외의 보일러에서 만든 증기, 온수를 통해서 난방하는 방식, 온풍난방, 공기조화열(熱) 등과 같이, 가스, 증기, 온수, 전열(電熱) 등으로써 온도를 높게 한 공기를 실내에 보내는 난방하는 방식, 복사난방(輻射煖房)과 같이 벽, 바닥, 천장 속에 파이프를 넣고, 그 속에 온수, 열풍 등을 보내줌으로써 벽, 바닥, 천장의 표면온도를 높여서 난방하는 방식 및 태양열 이용 등의 여러 방법이 있다. 상기와 같은, 난방장치는 가열방식에 따라 화석연료와 가스를 이용하여 직접열을 발생하거나, 가열된 열로 증기를 발생시켜 난방을 실시하게 되면 고갈되는 자원을 이용함으로써, 난방에 따른 가격이 지속적으로 상승되고, 연소에 따른 유해가스가 발생하여 환경을 오염시키는 문제점이 있었다. 이에, 전기를 이용한 전열이나 태양열을 이용한 태양열 난방장치가 개발되었으나, 전기를 발생시키는 발전기도 지속적으로 전기사용에 따른 요금이 발생하여 비용이 증대하고, 태양열은 태양에서 발생되는 열에너지로 난방을 실시하는 것으로, 태양 조사량이 일정시간 이상 나와야 함에 따라 날씨에 영향을 많이 받고, 태양열을 축적시키는 기술의 미비한 상태로 열효율에 비교하여 시설비가 많이 소요되는 문제점이 있었다. 이와 같은, 문제점으로 온도차의 대한 에너지를 이용하여 환경오염이 없고 시설이 간소하면서 유지비용이 감소되는 난방방식의 필요성이 증대되고 있는 실정 이다. 상기와 같은 요구에 의한 새로운 방식의 열전소자를 이용한 냉난방이 대두된바, 열전현상(Thermoelectric Effect)은 두개의 서로 다른 금속도선의 양끝을 연결하여 폐회로를 구성하고 양단에 온도차가 주면 두 접점사이에 전위차가 발생한다. 이를 열전현상(Thermo-electric Effect)이라 부르고 이 때 발생한 전위차를 열기전력이라고 한다. 이러한, 열전현상은 양단간의 온도차를 이용하여 기전력을 얻어내는 제베크 효과, 기전력으로 냉각과 가열을 하는 펠티에효과, 도체의 선상의 온도차에 의해 기전력이 발생하는 톰슨효과로 나눌수 있다. 상기 제베크효과(Seebeck Effect)는 서로 다른 2개의 전도물질로 이루어진 한 회로에서 그 2개의 전도물질 간의 접촉점들에 다른 온도를 가해주면 전류 또는 전압이 발생하는 것. 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 이동하는 열흐름이 전류를 발생시킨다. 또한, 펠티에 효과(Peltier Effect)는 다른 도체로 이루어진 회로를 통해 직류전류를 흐르게 하면, 전류의 방향에 따라 서로 다른 도체 사이의 접합의 한쪽은 가열되는 반면, 또다른 한쪽은 냉각되는 현상이다 아울러, 톰슨 효과(Thomson effect)는 고른 성질의 금속선에 온도 기울기가 있을 때, 그것에 전류가 흐르면 열이 흡수되거나 방출되는 현상. 전류를 고온부에서 저온부로 흐르게 하면 철에서는 열을 흡수하고 구리에서는 열을 방출한다. 상기와 같은, 열전현상을 이용한 열전소자(熱電素子, thermoelectric element)는 열과 전기의 상호작용으로 나타나는 각종 효과를 이용한 소자의 총칭이다. 회로의 안정화와 열, 전력, 빛 검출 등에 사용하는 서미스터, 온도를 측정할 때 사용하는 제베크효과를 이용한 소자, 냉동기나 항온조 제작에 사용되는 펠티에소자등이 있다. 이런, 열전소자는 크게 전기저항의 온도 변화를 이용한 소자인 서미스터, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제베크효과를 이용한 소자, 전류에 의해 열의 흡수(또는 발생)가 생기는 현상인 펠티에효과를 이용한 소자인 펠티에소자 등이 있다. 상기의 펠티에효과는 2종류의 금속 끝을 접속시켜, 여기에 전류를 흘려보내면, 전류 방향에 따라 한쪽 단자는 흡열하고, 다른 쪽 단자는 발열을 일으키는 현상이다. 2종류의 금속 대신 전기전도 방식이 다른 비스무트(Bi) , 텔루르(Te) 등 반도체를 사용하면, 효율성 높은 흡열 , 발열 작용을 하는 펠티에소자를 얻을 수 있다. 이것은 전류 방향에 따라 흡열 , 발열의 전환이 가능하고, 전류량에 따라 흡열 , 발열량이 조절되므로, 용량이 적은 냉동기나, 상온 부근의 정밀한 항온조(恒溫槽) 제작에 응용한다. 상기와 같은 열전소자는 온도차로 인한 기전력을 발생하고 기전력에 의해 열을 흡수하거나 방열하는 것으로, 설치형태에 따라 냉방 및 온방 기를 제조할 수 있다. 이와 같은, 열전소자를 이용한 냉방기는 종래에 많이 개발되어 사용되고 있으나, 온도차를 이용한 난방장치는 발열부분과 흡열부분의 온도차와 이로 발생되는 발열량이 화력과 같이 집중적이지 못하고 분산됨에 따라 난방장치로 개발하는데 어려움이 있었다. 따라서, 열전소자를 이용한 난방장치를 개발하여 환경오염을 최소화 하면서 온도차로 인한 에너지 발생으로 유지보수에 따른 비용을 축소하고, 수명을 증대시키는 난방장치에 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
이와 같은, 필요성에 의해 안출된 본 발명의 주목적은 난방장치의 외부와 내부에 열전소자를 이용한 열교환부에서 이차로 열을 흡열시켜 난방장치에 순환되는 난방수를 고열로 가열함으로써, 온도차를 이용하여 열을 발생시키는 열전소자를 이용함에 따라 가열로 인한 환경오염을 감소시키고, 시설과 공정을 축소하여 수명을 증대시키는데 있다.
이와 같은, 목적을 달성하고자 안출된 본 발명의 열전소자를 이용한 난방장치는 외부에 외기가 공급되어 순환되는 외기순환부를 일측에 형성한 외부열교환몸체의 타측으로 외기의 온도차로 열을 발생하는 외부열전소자를 구비한 열교환실을 형성하고, 열교환실의 내측으로 난방수가 가열 순환되는 순환관에 일측으로 순환펌프를 형성한 외부열교환부와, 상기 외부열교환부의 열교환실에 내부로 외부열전소자의 타측에 외부흡열판에 결합되어 흡열된 열기를 순환관으로 공급하도록 복수로 굴곡되어 유체의 접촉면적을 확대한 외부흡열유로가 구비된 외부흡열구를 일측으로 형성한 외부흡열부와, 상기 외부열교환부의 순환관과 연결되어 일차로 가열된 난방수가 순환공급되는 순환공급실을 보일러몸체의 일측에 형성하고, 보일러몸체의 중앙으로 순환공급실의 온도차로 가열하는 보일러열전소자를 형성하며, 보일러몸체의 타측으로 보일러열전소자의 발열로 가열되는 가열실을 형성한 열교환보일러와, 상기 열교환보일러의 순환공급실 내측으로 순환관에서 공급되는 난방수가 복수로 굴곡되어 접촉면적을 확대한 공급흡열유로가 구비된 공급흡열구를 통과하면서 내부의 열기를 공급흡열판 측으로 공급하는 공급흡열부와, 상기 열교환보일러의 가열실 내측으로 공급흡열부에서 발생된 열기를 보일러열전소자에서 흡열하여 가열방열판에 복수로 굴곡되어 접촉면적을 확대한 가열방열유로 측으로 난방수가 통과되어 가열하는 가열방열구를 형성한 가열방열부와, 상기 열교환보일러의 가열실의 일측으로 가열된 난방수를 순환공급관으로 보온재가 구비된 실내의 난방배관으로 공급하도록 연결형성하고, 난방배관의 상부에 난방수의 열을 방열시키는 난방방열판을 형성하며, 난방배관의 타측으로 순환된 난방수를 난방순환펌프의 압력으로 순환배출관을 통하여 가열실의 타측으로 공급하여 순환되도록 형성한 순환난방부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 열교환보일러는 보일러몸체의 상부에 조작반의 조작으로 온도표시부로 온도를 표시하면서 제어하는 제어부를 형성하여 온도를 표시하면서 조작반에 의해 설정된 온도로 제어하도록 구성하는 것을 특징으로 한다. 아울러, 상기 순환난방부는 순환배출관에 공기배출구가 구비된 보충수공급부 를 형성하고, 보충수공급부의 타측으로 보일러몸체의 가열실 내측에 공급하도록 형성하여 순환배출관의 내부에 공기를 배출하면서 가열실 내부에 보충수를 공급하도록 구성하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 구성된 본 발명의 열전소자를 이용한 난방장치에 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 살펴보면 다음과 같다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않기 위하여 생략한다. 도 1은 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 난방장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 난방장치를 나타내는 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 난방장치의 주요부분을 나타내는 사시도이다. 도 1 내지 도 3에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 열전소자를 이용한 난방장치(100)는 외부의 열을 흡입하여 일차로 가열하도록 외부열전소자(113)가 형성된 외부열교환부(110)와, 상기 외부열교환부(110)의 일측으로 외부열전소자(113)에 발생되는 열을 흡열하도록 형성한 외부흡열부(120)와, 상기 외부열교환부(110)에서 가열된 난방수를 이차로 열흡입하여 재가열하도록 보일러열전소자(113)를 형성한 열교환보일러(130)와, 상기 열교환보일러(130)의 일측으로 외부열교환부(110)에서 공급된 난방수에 열을 흡열시키도록 형성한 공급흡열부(140)와, 상기 열교환보일 러(130)의 타측으로 보일러열전소자(113)에서 흡수한 열을 가열하도록 방열하는 가열방열부(150)와, 상기 열교환보일러(130)에서 가열된 난방수를 난방배관(162)으로 순환 공급하여 난방하는 순환난방부(160)를 포함하여 구성한다. 상기 외부열교환부(110)는 외부에 외기가 공급되어 순환되는 외기순환부(112)를 일측에 형성한 외부열교환몸체(111)의 타측으로 외기의 온도차로 열을 발생하는 외부열전소자(113)를 구비한 열교환실(114)을 형성하고, 열교환실(114)의 내측으로 난방수가 가열 순환되는 순환관(115)에 일측으로 순환펌프(116)를 형성하도록 구성한다. 상기 외부흡열부(120)는 외부열교환부(110)의 열교환실(114)에 내부로 외부열전소자(113)의 타측에 외부흡열판(121)에 결합되어 흡열된 열기를 순환관(115)으로 공급하도록 복수로 굴곡되어 유체의 접촉면적을 확대한 외부흡열유로(123)가 구비된 외부흡열구(122)를 일측으로 형성하도록 구성한다. 상기 열교환보일러(130)는 외부열교환부(110)의 순환관(115)과 연결되어 일차로 가열된 난방수가 순환공급되는 순환공급실(135)을 보일러몸체(131)의 일측에 형성하고, 보일러몸체의 중앙으로 순환공급실(135)의 온도차로 가열하는 보일러열전소자(113)를 형성하며, 보일러몸체(131)의 타측으로 보일러열전소자(113)의 발열로 가열되는 가열실(137)을 형성하도록 구성한다. 여기서, 열교환보일러(130)는 보일러몸체(131)의 상부에 조작반(133)의 조작으로 온도표시부(134)로 온도를 표시하면서 제어하는 제어부(132)를 형성하여 온도를 표시하면서 조작반(133)에 의해 설정된 온도로 제어하도록 구성하는 것이 바람 직하다. 상기 공급흡열부(140)는 열교환보일러(130)의 순환공급실(135) 내측으로 순환관(115)에서 공급되는 난방수가 복수로 굴곡되어 접촉면적을 확대한 공급흡열유로(143)가 구비된 공급흡열구(142)를 통과하면서 내부의 열기를 공급흡열판(141) 측으로 공급하도록 구성한다. 상기 가열방열부(150)열교환보일러(130)의 가열실(137) 내측으로 공급흡열부(140)에서 발생된 열기를 보일러열전소자(113)에서 흡열하여 가열방열판(151)에 복수로 굴곡되어 접촉면적을 확대한 가열방열유로(153) 측으로 난방수가 통과되어 가열하는 가열방열구(152)를 형성하도록 구성한다. 상기 순환난방부(160)는 열교환보일러(130)의 가열실(137)의 일측으로 가열된 난방수를 순환공급관(161)으로 보온재(163)가 구비된 실내의 난방배관(162)으로 공급하도록 연결형성하고, 난방배관(162)의 상부에 난방수의 열을 방열시키는 난방방열판(164)을 형성하며, 난방배관(162)의 타측으로 순환된 난방수를 난방순환펌프(166)의 압력으로 순환배출관(165)을 통하여 가열실(137)의 타측으로 공급하여 순환되도록 형성하도록 구성한다. 여기서, 순환난방부(160)는 순환배출관(165)에 공기배출구(168)가 구비된 보충수공급부(167)를 형성하고, 보충수공급부(167)의 타측으로 보일러몸체(131)의 가열실(137) 내측에 공급하도록 형성하여 순환배출관(165)의 내부에 공기를 배출하면서 가열실(137) 내부에 보충수를 공급하도록 구성하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 구성된 본 발명의 열전소자를 이용한 난방장치에 작용을 살펴보 면 다음과 같다. 먼저, 열교환보일러(130)의 보일러몸체(131) 상부에 형성된 조작반(133)을 조작하면 제어부(132)의 작동으로 온도표시부로 내부 온도를 표시하면서, 외부열교환부(110)의 외부열교환몸체(111) 일측에 형성된 외기순환부(112)에서 순환되는 외기의 열기를 외부열전소자(113)에서 흡열하여 외부흡열판(121) 측으로 전달시키면 외부흡열판(121)에 외부흡열유로(123)가 구비된 외부흡열구(122) 측으로 전달된다. 이렇게, 외부흡열구(122) 측으로 전달된 열을 복수의 굴곡형태로 형성된 외부흡열유로(123)에서 가열되면서 열교환실(114)의 내측으로 인입된 순환관(115)을 가열하고, 일차로 가열된 순환관(115) 내부에 난방수를 난방순환펌프(166)로 열교환보일러(130)의 순환공급실(135) 내측으로 순환공급한다. 상기와 같이, 순환공급실(135)에 일차로 가열된 난방수를 순환공급실(135) 내측에 형성된 복수의 굴곡형태로 형성된 공급흡열유로(143)를 통과하면서 공급흡열구(142)가 구비된 공급흡열판(141)의 난방수의 열기로 일차로 가열되고, 가열된 열기를 보일러몸체(131)의 중앙에 형성된 보일러열전소자(113)를 통하여 흡수하여 보일러몸체(131)의 타측으로 형성된 가열실(137) 측으로 방열시켜 가열실(137) 내부에 난방수를 가열시킨다. 이때, 가열실(137)의 내부에는 가열방열판(151)의 타측으로 복수의 굴곡형태로 가열방열유로(153)를 구비한 가열방열구(152)를 형성하여 가열실(137) 내부의 난방수가 접촉면적을 확대된 가열방열유로(153)를 통과하면서 보일러열전소자(113)에서 방열되는 열로 가열시켜 가열효율을 증대시키도록 한다. 이렇게, 가열실(137) 내부의 난방수를 가열한 상태에서 가열실(137)의 일측으로 순환공급관(161)을 통하여 실내를 난방하도록 배관된 난방배관(162) 측으로 공급시키고, 난방배관(162)을 보온재(163)가 충진되어 상부에 난방방열판(164)이 구비된 실내로 공급하여 난방을 실시하고, 난방을 마친 난방수를 난방순환펌프(166)의 구동으로 순환배출관(165)을 통하여 보일러몸체(131)의 가열실(137)의 타측으로 공급하여 가열순환하면서 난방을 실시한다. 이때, 순환난방부(160)는 순환배출관(165)에 공기배출구(168)가 구비된 보충수공급부(167)를 형성하고, 보충수공급부(167)의 타측으로 보일러몸체(131)의 가열실(137) 내측에 공급하도록 형성하여 순환배출관(165)의 내부에 공기를 배출하면서 가열실(137) 내부에 보충수를 공급한다. 따라서, 외부열교환부(110)와 열교환보일러(130)의 외부열전소자(113)와 보일러열전소자(113)를 통하여 이차로 온도 차로 인한 기전력으로 흡수한 열을 방열시켜 고온으로 가열함으로써, 열효율을 증대시키고, 난방 순환하는 순환난방부(160)에 보온재(163)와 난방방열판(164)을 형성하여 실내의 열효율을 증대시킨다.
이와 같이, 구성된 본 발명의 열전소자를 이용한 난방장치는 난방장치의 외부와 내부에 열전소자를 이용한 열교환부에서 이차로 열을 흡열시켜 난방장치에 순환되는 난방수를 고열로 가열함으로써, 온도차를 이용하여 열을 발생시키는 열전소 자를 이용함에 따라 가열로 인한 환경오염을 감소시키고, 시설과 공정을 축소하여 수명을 증대시키는 효과를 제공한다. 또한, 본 발명의 열전소자를 이용한 난방장치는 외부 측으로 외부열전소자를 통하여 외기와 실내의 온도차를 이용하여 열을 흡열시켜 순환펌프의 압력으로 순환관 내부의 난방수를 가열시키고, 가열된 난방수를 열교환보일러의 순환공급실에 공급하여 열교환보일러에 중앙에 형성된 열교환열전소자로 일차로 가열된 난방수의 열기를 흡열하여 가열실의 난방수를 가열한 상태로 난방배관 측으로 순환시키면서 난방을 실시함에 따라 열전소자를 이용하여 이차로 가열시켜 난방수를 공급하여 열효율을 증대시키는 효과를 제공한다. 그리고, 본 발명의 열전소자를 이용한 난방장치는 외부 측으로 외부열전소자로 외기의 열기를 흡입하여 가열하는 외부흡열부 측으로 복수의 굴곡형태의 외부흡열유로를 형성하여 순환관의 외측의 공기를 가열함으로써, 열교환실의 내부 공기를 가열된 외부흡열유로에 접촉되면서 내부에 구비된 순환관을 가열함으로써, 외부열전소자로 흡열된 열기를 접촉면적이 확대시켜 순환관을 일차로 가열시켜 외부에서 열을 교환하여 열효율을 증대시키는 효과를 제공한다. 또한, 본 발명의 열전소자를 이용한 난방장치는 순환펌프의 작동으로 열교환보일러의 순환공급실 측으로 공급된 난방수가 공급흡열판에 일측으로 공급흡열구에 복수의 굴곡형태로 형성된 공급흡열유로를 통과하면서 보일러열전소자에서 온도차로 효율적으로 흡열되어 고열을 발생하도록 함으로써, 접촉면적을 확대시켜 흡열효율을 증대시키는 효과를 제공한다. 그리고, 본 발명의 열전소자를 이용한 난방장치는 보일러열전소자의 타측으로 공급흡열부로 흡열된 온도차를 이용하여 가열하도록 가열실 내부에 가열방열판 타측으로 복수의 굴곡형태의 가열방열유로가 구비된 가열방열구를 형성하여 복수의 굴곡형태의 유로를 통과하면서 보일러열전소자에서 발생된 열을 흡수하여 난방배관으로 공급함으로써, 난방에 따른 가열효율을 증대시키는 효과를 제공한다. 또한, 본 발명의 열전소자를 이용한 난방장치는 열교환보일러의 보일러몸체 상부에 조작반의 조작으로 온도표시부로 온도를 표시하면서 제어하는 제어부를 형성하여 온도를 표시하면서 조작반에 의해 설정된 온도로 제어하도록 구성하여 조작의 편의성을 향상시키는 효과를 제공한다. 그리고, 본 발명의 열전소자를 이용한 난방장치는 가열실에서 가열된 난방수를 순환공급관을 통하여 난방배관으로 공급한 상태에서 바닥 부분에 보온재를 형성하고 보온재의 상부에 난방방열판을 형성하여 난방에 따른 열효율을 향상시키는 효과를 제공한다. 아울러, 본 발명의 열전소자를 이용한 난방장치는 순환난방부는 순환배출관에 공기배출구가 구비된 보충수공급부를 형성하고, 보충수공급부의 타측으로 보일러몸체의 가열실 내측에 공급하도록 형성하여 순환배출관의 내부에 공기를 배출하면서 가열실 내부에 보충수를 공급하도록 구성함으로써, 보충수를 효율적으로 공급하면서 보일러 내부에 공기를 제거하여 열효율을 향상시키는 효과를 제공한다. 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변 형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다. |
