A heating pipe assembly and heating device using the same

히팅파이프조립체 및 이를 이용한 난방장치{A heating pipe assembly and heating device using the same}

본 발명은 축열물질을 내장한 히팅파이프조립체 및 이를 이용한 난방장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 종래 액체유와 고체의 축열물질들 각각을 사용한 것과는 달리 액체와 고체 축열물질을 적절한 중량 비율로 혼합한 축열물질을 히팅파이프 내부에 충전하여 사용함에 따라 축열 기능과 열 전도성이 매우 높고 원적외선 및 음이온이 방사되며, 열매체가 삽입되므로 인해 파이프 내부의 온도 전달이 동일하므로 전기절감 효과가 높고 열 방출기능이 높으므로 식물성장 촉진 및 항균 작용이 뛰어난 히팅파이프조립체 및 이를 이용한 난방장치에 관한 것이다.

일반적으로 난방장치는 기름 또는 가스를 연소하는 보일러와 전기를 이용한 전기보일러가 있는데, 기름 또는 가스 등과 같은 보일러는 난방비가 많이 드는 단점이 있어 최근에는 전기를 이용한 보일러를 주로 사용하고 있는데 이러한 전기를 이용한 보일러는 단시간에 가열됨과 동시에 장시간 열을 축적하는 축열물질을 이용한 전기보일러가 특허문헌 1에 개시되어 있다. 즉, 보일러는 부피가 커서 별도의 설치될 공간이 구비되어야 하므로 설치장소가 제한적일 뿐만 아니라 공간활용을 극대화하기 어려운 단점이 있고 밀도가 높은 물이 가열되므로 인하여 가열시간이 많이 소요될 뿐만 아니라, 가열된 물이 순환되므로 인하여 열 손실이 발생하는 단점이 있어서 단시간에 가열됨과 동시에 장시간 열을 축적하는 소금이 주성분인 축열물질을 이용하여 난방을 함으로써 에너지를 절감할 수 있는 축열물질을 이용한 전기보일러가 도면1에 나타나 있는데, 전기 보일러의 축열물질로 소금물과 수산화나트륨, 초산 등을 사용하고 있다. 여기서 소금물은 원적외선을 다량으로 방출하므로 찜질의 효과가 있고. 수산화나트륨은 소금을 고체에서 액체로 용해시켜 소금이 굳는 것을 방지하고, 초산은 소금물이 빨리 가열 되게하는 촉매의 역활을 하는데 이러한 축열물질을 PP-C(PolyPropropylen-Copolymer)재 또는 PP-E(PolyPhenylene-Ether)재의 파이프(130)의 내부에 충전하고, 컨트롤박스(110)에는 외부의 전원을 전선(120)으로 전달하는 전원공급선(113)이 접속되며, 컨트롤박스(110)에 일측이 접속된 전선(120)은 한쌍으로 마련되는데, 어느 하나의 전선(121) 및 다른 하나의 전선(123)의 타단부는 각각 파이프(130)의 일단부 및 타단부의 내측에 각각 위치된다. 그리하여, 어느 하나의 전선(121) 및 다른 하나의 전선(123)은 타단부는 파이프(30)에 내장된 열선(140)과 접속된다. 열선(140)은 전선(120)으로부터 전류를 공급받아 가열되면서, 상기 축열물질을 가열한다. 그리고, 파이프(130)와 소정 거리 이격되게 온도감지기(150)가 설치되는데, 온도감지기(150)에서 감지된 파이프(130)의 온도는 동선(151)을 통하여 컨트롤박스(110)로 전달된다. 그러면, 컨트롤박스(110)는 설정된 온도와 감지된 온도를 비교하여 열선(140)으로 공급되는 전원을 차단할 것인가? 아닌가?를 결정한다. 즉, 열선(140)에 의하여 가열되는 상기 축열물질의 가열여부를 결정한다. 그리고 파이프(130)의 내부에는 소금(NaCl) 60±1중량％와, 물(H 2O) 19±1중량％, 수산화나트륨(NaOH) 20±1중량％ 및 초산(C 2H4O 2)1±0.1중량％로 구성된 상기 축열물질이 저장된다. 상기 축열물질은 외부의 전원이 열선(140)으로 공급되면 가열되어 난방용 열을 공급한다. 즉, 특허문헌 1은 난방을 위한 축열물질을 액체로 사용한 경우에 관한 것인데, 이러한 액체 물질의 축열물질들은 축열액을 완전밀봉하기 위한 고가의 밀봉구조, 축열액의 열선내부로의 침투에 의한 쇼트 발생, 축열매체의 동파 및 과잉가열에 의하여 히팅파이프가 녹는 경우에 난방작용의 중단과 같은 문제점들있고, 이러한 문제점들을 극복하기 위해 광물분말 축열매체를 구비한 히팅파이프조립체 및 이를 이용한 전기보일러 장치가 도면2에 나타나 있는데, 히팅파이프조립체(10)는 관상체의 히팅파이프(11)와, 상기 히팅파이프(11)의 양 단부에 결합된 한쌍의 캡(12, 13)과, 상기 히팅파이프(11)의 내부에 충전되는 축열재료(14)와, 상기 히팅파이프(11)의 내부로 연장되어 상기 축열재료(14)를 가열하도록 외부전원과 연결되는 열선(15)으로 이루어져 있고, 상기 2개의 캡(12, 13)은 히팅파이프(11)의 양단부에 결합되어 축열재료(14)의 누출을 방지하는 기능을 수행하는 바, 히팅파이프(11)와 동일한 재질 또는 고무 등의 재질로 제작되며 축열재료(14)가 액체 형태가 아닌 분말 고체 형태로 이루어져 있으므로, 종래의 축열액을 밀봉하기 위한 캡 구조에서 요구되는 것과 같은 완전한 밀봉성은 필요하지 않고, 축열재료 분말이 히팅파이프의 외부로 빠져나오지 않을 정도의 밀봉구조이면 충분하고, 상기 열선(15)은 니크롬선이나 동선과 같은 동체의 표면에 실리콘 코팅 등의 보호피막으로 절연처리를 하고 있으며, 열선(15)은 그 중간부분(15a)이 접철된 구조의 광물분말 축열매체를 내장한 히팅파이프조립체 및 이를 이용한 전기보일러 장치가 개시되어 있다.

그러나, 이러한 고체상태의 광물분말만의 축열물질은 원적외선 방사 효과는 뛰어날지는 몰라도 축열 기능 저하 및 파이프 내부에서 열 전달이 불균일해 지는 등의 문제점이 있고, 액체 상태의 축열물질만을 사용함에 따른 축열액을 완전밀봉하기 위한 고가의 밀봉구조, 축열액의 열선내부로의 침투에 의한 쇼트 발생, 축열매체의 동파 및 과잉가열에 의하여 히팅파이프가 녹는 경우에 난방작용의 중단 등의 문제점 등이 있다.

특허문헌 1 : 국내등록실용 제 20-0250625(등록일자, 2001. 10. 04)

특허문헌 2 : 국내공개특허 제 10-2005-0082108(공개일자, 2005. 08. 22)

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 축열물질로서 종래의 액체 형태의 축열물질이나 광물분말 형태만의 축열물질 대신에 고체와 액체를 일정 중량 비율로 혼합한 축열물질을 사용함으로써 축열 성능 향상으로 인한 전기 에너지 절감 효과 및 열 전도성과 원적외선 방사효과가 뛰어난 축열물질을 내장한 히팅파이프조립체 및 이를 이용한 난방장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 히팅파이프조립체는 지름 3～50mm의 히팅파이프와 상기 히팅파이프 양 단부에 결합된 한 쌍의 실리콘 고무의 밀봉캡과 상기 히팅파이프 내부에 충전되는 축열물질과 상기 히팅파이프 내부에서 상기 축열물질을 가열하도록 외부전원과 연결되는 열선을 내장한 히팅파이프조립체에 있어서, 상기 축열물질은 원적외선이 방사되는 천연물질인 맥반석, 일라이트, 토르말린, 탄소나노분말, 에어로졸 등을 포함한 각종 광물분말을 파라핀, 그래파이트(탄소), 실리콘 액상, 일라이트 액상, 열매체유(보일러 사용), 알코올, 증류수 등의 액상과 일정 중량 비율로 혼합하여 제조된 것을 특징으로 하며, 상기 히팅파이프는 엑셀, 동파이프, 스탠파이프, 에어호스, 고무호스, 수로용 파이프, 우래탄 호스, 실리콘 호스 중 어느 하나의 파이프로 이루어진 것을 특징으로 하는 히팅파이프조립체와, 상기 축열물질은 원적외선이 방사되는 천연물질인 각종 광물분말을 15～70%, 액상을 30～85%의 중량 비율로 혼합하여 제조된 것을 특징으로 하는 히팅파이프조립체와 이들 히팅파이프조립체를 이용한 난방장치를 그 해결수단으로 한다

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 히팅파이프조립체는 축열물질로서 종래의 액체 형태의 축열물질이나 광물분말 형태의 축열물질 대신에 고체와 액체를 일정 중량 비율로 혼합한 축열물질을 사용함으로써 축열 성능 및 열전도성 향상으로 인한 전기 에너지 절감 효과 및 식물성장이나 항균 효과가 있다.

도 1은 종래의 축열물질을 이용한 전기보일러
도 2는 종래의 광물분말 축열매체를 내장한 히팅파이프조립체의 일 실시예
도 3은 본 발명의 광물분말 축열매체를 내장한 히팅파이프조립체의 일 실시예

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 의한 히팅파이프조립체를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 히팅파이프조립체를 보인 도면으로서, 본 실시예의 히팅파이프조립체는 지름 3～50mm의 히팅파이프(11′)와 상기 히팅파이프 양 단부에 결합된 한 쌍의 실리콘 고무의 밀봉캡(12′, 13′)과 상기 히팅파이프 내부에 충전되는 축열물질(14′)과 상기 히팅파이프 내부에서 상기 축열물질을 가열하도록 외부전원과 연결되는 열선(15′)을 구비하고, 접속부(18′)를 통해 전선(16′)과 연결되어 외부 전원을 공급받는데, 여기서 축열물질로 맥반석, 일라이트, 토르말린, 탄소나노분말, 에어로졸 등을 포함한 원적외선이 방사되는 천연물질인 각종 광물분말을 파라핀, 그래파이트(탄소), 실리콘 액상, 일라이트 액상, 열매체유(보일러 사용), 알코올, 증류수 등의 액상과 일정 중량 비율로 혼합하여 제조한 축열물질을 외부 전원과 연결되어 전기를 공급받게 되면 열을 발생시키는 열선과 히팅파이프 사이에 내장함으로써 열선에서 열이 발생시에는 열을 축적하고 있다가 외부 전원이 끊기게 되면 축열물질 내부에서 축열된 열을 히팅파이프 외부로 발산하게 되어 지속적인 열을 낼 수 있게 되고, 히팅파이프 양단에 실리콘 고무로 된 밀봉캡을 형성함으로써 축열물질이 외부로 새는 것을 방지할 수 있게 된다. 그리고 최적의 축열 및 원적외선, 음이온 방사를 위한 축열물질 구성으로는 각종 광물분말을 15～70%로 하고 액상을 30～85%로 혼합하여 제조하게 되면 전도성이 뛰어나고 절연이 되며, 원 적외선, 음이온을 방출시키고 팽창하면 많은 열을 발생시키며 지속적인 온도 유지(보존)로 전력 소모를 절반으로 줄일 수 있으며, 일정한 온도 유지를 할 수 있다. 즉, 광물분말을 15% 이하로 하게 되면 원적외선 및 음이온 방출 효과가 떨어지고 70%를 초과하게 되면 액체 함량이 작아져 축열 기능이 떨어지게 된다. 따라서, 광물분말을 최소한 15%이상 최대 70%이하로 조절하는 것이 바람직하다. 그리고 액체를 30% 이하로 하게 되면 축열 기능이 떨어지고 85%를 초과하게 되면 축열 기능은 상승되나 원적외선 및 음이온 방출 기능이 떨어지게 되어 30～85%로 조절하는 것이 가장 바람직한 것이다. 그리고 상기와 같은 히팅파이프의 열선은 니크롬선이나 탄소 발열체를 사용하고 그 표면에 이중 및 삼중의 절연피막 처리를 하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 열선을 100m 발열선으로 제작시 열선에 흐르는 전류가 4.7A 최고점을 갖은 후 점점 내려가서 3.8A까지 내려가고 온도 센서를 사용한 온도조절기를 사용하면 일정한 온도유지와 ON, OFF 상태시 발생되는 전기 절감 효과가 뛰어나다. 최고온도 0～200℃에서 온도조절시 열을 증폭시키면서 온도 유지를 오래한다. 또한, 타 난방에 1/3전기소모 밖에 되지 않아 전기 절감 효과가 뛰어나다. 그리고 전자파를 차단할 수 있는 촉매제를 사용하여 파이프 내부의 액체와 혼합하여 삽입하게 되면 전자파가 차폐되며, 이러한 히팅파이프조립체를 축산하우스나 비닐하우스에 난방장치로 사용할 경우 각종 광물분말에 의하여 원적외선, 음이온이 대량 방출되어 식물성장에 최적의 조건을 주며, 건축난방자재, 매트리스, 침대, 방바닥 등의 난방장치로 사용할 경우에도 유동파라핀 등과 같은 액상으로 인해 축열효과가 나타나고 이로 인해 전기 에너지 소비를 크게 줄일 수 있다. 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 됨을 부언한다.

18,18′: 접속부 15,15′: 열선
10,10′: 히팅파이프조립체 11,11′: 히팅파이프
14,14′: 축열재료 12,13,12′,13′ : 밀봉캡
16,16′ : 전선 17 : 접속단자
20 : 접속유닛 110 : 컨트롤박스
120 : 전선 130 : 파이프
140 : 열선 150 : 온도감지기
160 : 밀봉관