KR100221761B1

KR100221761B1 - 전기 급탕기

Info

Publication number: KR100221761B1
Application number: KR1019970018070A
Authority: KR
Inventors: 클리멘티 김; 이세희
Original assignee: 정몽선; 현대시멘트주식회사
Priority date: 1997-05-10
Filing date: 1997-05-10
Publication date: 1999-09-15
Also published as: KR19980082956A

Abstract

본 발명은 가열요소가 설치된 용기내의 물 전체를 끓이지 않고 필요한 양의 물만을 끓이므로써 최소량의 전기에너지만을 사용하여 전기 에너지를 절약할 수 있고, 가열효과 계수가 높은 전기 급탕기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 전기 급탕기는 하부가 막혀있고 상부의 측면에 유입구(9)를 가지는 외부도관(8)을 가진다. 이 외부도관의 내부에 적당한 간격을 두고 중간도관(7)이 설치되어 있다. 이 중간도관(7)의 내부에 내부도관(3)이 설치되어 있으며, 중간도관(7)과 내부도관(3)은 그들의 하부에서 서로 연결되어 일체로 형성되어 있다. 내부도관(3)은 외부도관(8) 및 중간도관(7)의 높이 보다 높게 뻗어 나오며, 상부가 후크모양으로 형성되어 있다. 그리고 중간도관(7)과 내부도관(3)의 간격사이에 전기저항에 의해 발열되는 발열체(4)가 설치되어 있으며, 이 발열체(4)는 전기 도선(12)을 통하여 전류공급장치에 연결되어 있다.

Description

전기 급탕기

본 발명은 일상 생활상 필요한 여러 가지 조건하에서 물을 끓이기 위한 전기 급탕기에 관한 것이다. 상세하게는 내부도관과 중간도관의 간격에 설치된 발열체에 의해 내부도관내의 물만을 끓임으로써 최소량의 전기에너지의 사용으로 필요한 양의 물을 끓일 수 있는 전기 급탕기에 관한 것이다.

일반적으로 물을 끓이기 위한 전기 가열기는 가열기 내의 물 전체를 끓인다. 이러한 것으로는 작은 금속성 파이프 속에 설치된 가열용 나선을 이용하되 금속 파이프의 훼손을 막기위하여 금속파이프의 가장자리 부분을 파이렉스(pyrex) 모래, 석영 모래로 전기 절연 처리한 전기가열요소(Electric Heating Element) 장치가 있다. 보통의 경우 금속성 파이프는 스테인레스 스틸로 제작한다.

그러나 물을 끓이기 위한 종래의 전기가열요소(TEN)를 이용한 가열기는 가열요소가 설치된 용기 내의 물을 전체적으로 가열함으로써 필요량 이상의 물을 끓이게 되어 가열효과 계수가 낮다는 결점이 있다.

이에 본 발명자는 가열요소가 설치된 용기내의 물 전체를 끓이지 않고 필요량만을 끓이므로써 가열효과계수가 높은 전기 급탕기에 관하여 연구하여 왔다.

본 발명은 상기와 같이 종래의 가열기의 문제점을 개선하여 가열요소가 설치된 용기내의 물 전체를 끓이지 않고 필요량만을 끓이므로써 가열효과 계수가 높은 전기 급탕기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 필요한 양의 물만을 끓임으로써 최소량의 전기에너지만을 사용하여 전기 에너지를 절약할 수 있는 전기 급탕기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 전기 급탕기의 사용 상태를 나타내는 단면도

도 2는 본 발명의 전기 급탕기의 발열체의 모양을 나타내는 사시도

* 도면의 주요한 부분의 부호의 설명

1 : 전기 급탕기 용기 2 : 물

3 : 내부도관 4 : 발열체

5 : 망사형 전극 6 : 망사형 전극

7 : 중간도관 8 : 외부도관

9 : 측면 유입구 10 : 용기

11 : 마개 12 : 전기 도선

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전기 급탕기는 다음과 같이 구성된다.

본 발명의 전기 급탕기는 하부가 막혀있고 상부의 측면에 유입구(9)를 가지는 외부도관(8)을 가진다. 이 외부도관(8)의 내부에 적당한 간격을 두고 중간도관(7)이 설치되어 있다. 이 중간도관(7)의 내부에 내부도관(3)이 설치되며, 중간도관(7)과 내부도관(3)은 그들의 하부에서 서로 연결되어 일체로 형성되어 있다. 내부도관은 외부도관 및 중간도관의 높이 보다 높게 뻗어 나오며, 상부가 후크모양으로 형성되어 있다. 그리고 중간도관과 내부도관의 사이에 전기저항에 의해 발열되는 발열체(4)가 설치되어 있으며, 이 발열체는 전기 도선(12)을 통하여 전류공급장치에 연결되어 있다.

본 발명의 외부도관(8)은 물과 직접 접촉하므로 물에 견딜 수 있는 재질이라면 어떤 것이라도 사용할 수 있으며, 측면에 형성된 유입구(9)는 물이 유입되는 구멍으로서 보통 원형으로 형성하는 것이 바람직하며, 물에 잠기는 부분중에서 상부에 형성하는 것이 바람직하다.

중간도관(7)은 전기저항에 의해 발열되는 발열체(4)와 직접 접촉하므로 내열성이 있는 전기절연체로 형성된다.

내부도관(3)은 물을 가열하는 발열체(4)와 접촉하여 물이 가열되는 부분으로서 전기가 흐르는 발열체(4)와 접촉하므로 내열성이 있는 전기절연체로 형성되어야 하며 열전도성이 좋은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 내부도관(3)은 외부도관(8)과 중간도관(7)의 높이로 제한된 영역 상부로 뻗어 나가며, 상부로 뻗은 부분은 후크모양으로 형성되어 가열된 물이 외부의 컵과 같은 용기에 떨어질 수 있도록 구성된다.

중간도관(7)과 내부도관(3)은 처음부터 일체로 형성하는 것이 바람직하며, 나중에 연결구조를 형성하여 사용할 수도 있다.

3개의 도관들(3,7,8)은 동축형 구조로 설치하는 것이 바람직하며, 원통형으로 구성하는 것이 바람직하다.

발열체(4)는 내부도관(3)과 중간도관(7)의 간격에 설치되어 있으며, 전류공급장치에 연결된 도선(12)과 연결되어 전류가 흐르는 도전체로서 열을 발생시키기에 적당한 전기저항을 가지는 것이어야 한다. 발열체(4)는 전도체의 역할과 열을 발생시켜 물을 가열시키는 기능을 가지므로 도관의 형태로 형성하되 하부의 일정부분에서 상부가 두 개의 분리된 기둥으로 구성되어 분리된 양 기둥에 전류공급장치에 연결되는 도선이 연결되어 전류가 공급되면 도선(12)을 따라 발열체(4)의 한 쪽 기둥을 통하여 흐른 전류가 발열체(4)의 하부에서 다른 쪽 기둥으로 흐르고 계속하여 다른 쪽 기둥에 연결된 도선(12)을 통하여 전류가 순환되도록 한다. 발열체의 모양은 중간도관과 내부도관의 모양에 따라 정해지며, 보통은 원통형 및 반원통형으로 만들어진다. 발열체는 전기가 흐를 수 있는 전도체로서 적당한 전기저항을 가지고 있어 전기에 의해 발열할 수 있는 재질을 사용해야 하며, 전기 전도성 발열 콘크리트, 니크롬 또는 동/니켈의 합금으로 제작된 나선들로 형성한다.

여기에서 "전기 전도성 발열 콘크리트"라 함은 본 출원인의 특허출원 제97-14654호 및 제97-14655호(출원일 1997년 4월 19일)에 기재된 바와 같은 것을 말한다. 즉, "전기 전도성 발열 콘크리트"는 광물접합 물질, 전기전도성 물질, 첨가물질, 보조물질로 구성된다. 광물접합 물질로는 시멘트, 물유리, 불화규산나트륨과 같은 것을 사용하고, 여기에 전기전도성 물질을 넣어 전기를 흐를 수 있게 하고, 크롬철광, 마그네슘 성분, 내화점토, 석영, 적벽돌, 황토, 플라이 애쉬, 제철슬라그, 연료류의 연소 잔류물 등의 여러 가지 골재용 보조물질과 미분쇄한 첨가물질을 넣어 전기전도성 발열 콘크리트를 만든다.

중간도관(7)과 접촉하는 발열체(4)의 표면에는 석면 섬유와 같은 열차단 물질을 사용하여 외부도관(8) 측 열의 흐름을 제한하여 열효율을 높일 수 있다.

또한, 발열체(4)의 분리된 2개의 기둥의 상측 내부 각각에 전기 도선(12)이 연결된 망사형 전극(5)을 삽입하고, 발열체(4)의 하부 즉, 분리된 2개의 기둥이 연결된 부분에는 망사형 전극(6)을 설치함으로써 전류의 흐름을 원활히 하는 것이 바람직하다.

그리고, 외부도관(8)과 중간도관(7)의 간격의 상부 및 중간도관(7)과 내부도관(3)의 간격의 상부에 마개(11)를 끼움으로써 외부도관에 중간도관 및 내부도관을 고정시킴과 더불어 외부로부터 물 등이 발열체(4)가 있는 공간으로 침입하는 위험을 방지하도록 한다. 마개(11)는 액체 비중 측정기구의 부력과 비슷한 수직의 자유 부력을 보장하는 높이에서 막도록 한다.

본 발명의 전기 급탕기의 작동원리를 도면을 참고하여 설명하면 아래와 같다.

도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 전기 급탕기에서 물(2)이 담긴 용기(1)에 외부도관(8)의 상부 측면에 형성되어 있는 측면 유입구(9)가 잠기도록 설치하면 외부도관(8)과 중간도관(7)의 사이 공간을 통하여 내부도관(3)의 공간으로 물이 흘러 들어가 내부도관(3)이 물로 채워진다. 그리고 전류공급장치로부터 전류를 공급하면 전기 도선(12)을 통하여 전류가 발열체(4)에 공급되어 발열체(4)의 발열에 의한 물의 가열이 일어난다. 내부도관(3)안의 공간은 제한되어 있어 물의 가열이 더욱 격심하게 일어나 비등점에 도달하는 시간이 더욱 빠르게 되고, 가열된 물은 비중의 감소와 수증기의 형성으로 인해 위로 상승하게 되며(기압 흡양 효과) 끓는 물은 내부도관(3)의 상부 즉 후크모양의 내부도관을 지나 끓는 물을 받기 위해 놓은 컵과 같은 용기(10)에 쏟아진다. 중간도관(7)과 외부도관(8) 사이에 위치해 있는 물은 가열로 인해 비중이 감소함에도 불구하고 상부로 올라가지 않는데 이는 내부도관(3)안의 물이 비중의 감소와 수증기 형성으로 인하여 상승하는 효과가 크므로 내부도관(3)안이 진공상태가 되어 중간도관(7)과 외부도관(8) 사이의 공간으로부터 물을 내부도관(3) 안으로 흡입하기 때문이다.

구체적인 전기 급탕기의 제작에 있어서 내부도관(3)을 따라 끓여진 물의 흐름을 안정적으로 유지해야 하는 과제를 쉽게 해결하기 위하여 열이 외부도관(8)측으로 흐르는 것을 제한하기 위한 구조가 취해지는 것이 바람직한 데 상기에서 언급한 바와 같이 중간도관(7)과 접촉하는 발열체(4)의 표면을 석면 섬유와 같은 열차단 물질로 차단함으로써 열이 외부도관측으로 흐르는 것을 제한할 수 있다.

도관들의 구체적인 크기는 중간도관(7) 주위의 가열된 물의 차단효과, 제작에 사용된 재료들, 가열기의 설계 가용 용량 등에 대한 최적화 과제와 직결되는 것이다.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

실시예

도 1에 도시한 바와 같이 내열성 전기 절연체로 된 중간도관(7)의 내부에 2 내지 4mm의 간격을 두고 내부도관(3)을 중간도관(7)과 일체로 형성한다. 즉, 내부도관(3)과 중간도관(7)이 하부에서 아래로 볼록한 모양으로 서로 연결되도록 한다. 내부도관(3)은 중간도관과 마찬가지로 내열성 전기절연체로 구성되며, 또한 내부도관(3)은 외부도관(8)과 중간도관(7)이 제한하는 높이이상의 상부로 뻗어 있으며, 내부도관(3)의 상부는 후크모양으로 형성되도록 한다. 그리고 중간도관(7)과 내부도관(3)의 간격 사이의 하부 공간에 망사형 전극(6)이 설치된 원통형 발열체 도관을 설치한다. 그런 다음에 망사형 전극(6)이 설치된 원통형 발열체 도관에 의지한 2개의 기둥형태로 된, 일시적인 버팀장치를 중간도관과 내부도관에 접하면서 대향하여 횡압력을 가하여 위치시킨다. 그리고 상기 기둥형태의 일시적인 버팀장치가 있는 공간을 제외하고 상기의 두 도관(3,7) 간격 사이의 공간에 발열체(4) 혼합물을 타설한다. 여기에서 발열체 혼합물로는 전기전도성 발열 콘크리트 혼합물을 사용하며, 미세분말 흑연 80중량%와 미세분말 내화점토 20중량%로 구성된 건조재료를 이 건조재료 중량당 30 내지 50%의 양으로 가성소다와 인산 혼합물(Na₂O:P₂O₅=1:1) 용액(비중 1.5g/cm³)에 혼합하여 발열체 혼합물을 형성한다. 타설된 발열체(4) 혼합물의 내부에 전기 도선(12)이 연결된 2개의 망사형 전극들(5)을 각각 설치한다.

상기의 발열체(4) 혼합물의 응고과정이 끝나면 상기의 두 도관들(3,7) 간격 사이에 형성된 발열체의 측면 표면과 망사형 전극(6)에 의지한 일시적인 버팀장치를 제거하여 반원통형 발열체사이에 발열체(4)를 분리시키는 공간을 형성시킨다. 즉, 도2에 도시한 바와 같이 상기 두 도관(3,7) 간격 사이의 공간에 형성되는 발열체(4)는 하부에 원통형의 망사형 전극(6)이 설치된 원통형 발열체 도관과 연결되어 반원통형의 분리된 두 기둥으로 형성되고, 반원통형의 서로 분리된 2개의 발열체(4) 상부의 내부에는 전기 도선(12)이 연결된 망사형 전극들(5)이 설치된다. 망사형 전극들(5)에 연결된 전기 도선(12)은 전류공급장치에 연결된다. 상기 일시적인 버팀장치가 차지한 공간 즉, 두개의 반원통형 발열체를 분리시키는 공간은 설계 가용치의 15 내지 25%의 전기 전압을 단권 변압기를 통하여 가함으로써 응고 과정의 가속을 시도할 때 수증기의 제거를 위해 우선 이용되고, 그리고나서는 반원통형의 두 개의 발열체를 분리시켜 전기 절연의 본래의 기능을 수행하게 된다.

이렇게 만들어진, 내부도관(3), 중간도관(7), 발열체(4), 망사형 전극(6) 및 망사형 전극(5)으로 구성된 물 가열용 가열요소를 외부도관(8) 안에 2 내지 4mm의 간격을 두고 설치한다. 여기에서 외부도관(8)은 하부가 아래로 볼록하게 막혀있고 상부 측면의 적당한 곳에 형성된 측면 유입구(9)를 가진다. 상기의 3개의 도관들(3,7,8)은 동축을 가지는 구조로 원통형으로 구성한다. 그리고 외부도관(8)과 중간도관(7)의 간격의 상부 및 중간도관(7)과 내부도관(3)의 간격의 상부에 원통형 마개(11)를 끼움으로써 외부도관(8)에 중간도관(7) 및 내부도관(3)을 고정시킴과 더불어 외부로부터 물 등이 발열체가 있는 공간으로 침입하는 위험을 방지하도록 한다. 원통형 마개(11)의 높이는 이상적인 기준으로 액체 비중 측정기구의 부력과 비슷한 수직의 자유 부력을 보장하는 높이로 한다.

상기에서 살펴본 바와 같이 종래의 전기 가열기는 가열요소가 설치된 용기내의 물을 전체적으로 가열함으로써 필요량 이상의 물을 끓이게 되어 가열효과 계수가 낮고 전기에너지의 소비가 많은 데 반하여, 본 발명의 전기 급탕기는 내부도관(3)과 중간도관(7)의 사이에 설치된 발열체(4)에 의하여 전기 공급에 의해 물을 가열할 때 내부도관의 물만을 효율적으로 가열함으로써 가열효과가 높고, 도관들 자체의 가열에 소비되는 에너지 손실을 제외한다면 필요한 양의 물만을 가열하는 데 전기 에너지가 사용되므로 전기 에너지를 절약하는 잇점을 제공한다.

Claims

하부가 막히고 상부 측면에 유입구(9)를 가지는 외부도관(8), 이 외부도관(8) 내부에 적당한 간격을 두고 설치된 전기절연체로 된 중간도관(7), 이 중간도관(7)의 내부로 일정한 간격을 두고 중간도관(7)과 하부에서 연결되며 중간도관의 높이보다 높게 뻗은 상부가 후크모양으로 형성되고 전기절연체로 된 내부도관(3), 중간도관(7)과 내부도관(3)의 간격사이에 설치되고 전류공급장치에 연결되는 전기 도선(12)이 연결되어 전기저항에 의해 발열되는 발열체(4) 그리고 상기 내부도관(3), 중간도관(7)과 발열체(4)로 구성된 발열요소를 외부도관(8)에 고정 보강시키는 마개(11)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 급탕기
제1항에 있어서, 발열체(4)의 상부와 하부에 각각 전극이 형성된 것을 특징으로 하는 전기 급탕기
제2항에 있어서, 발열체(4)의 상부와 하부에 각각 형성된 전극이 망사형 전극(5)와 망사형 전극(6)인 것을 특징으로 하는 전기 급탕기
제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 발열체(4)가 전기 전도성 발열 콘크리트, 니크롬 및 동/니켈의 합금 중에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 전기 급탕기
제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 외부도관(8) 하부의 모양이 아래쪽으로 볼록하며, 내부도관(3)과 중간도관(7)의 연결모양이 아래쪽으로 볼록한 것을 특징으로 하는 전기 급탕기
제4항에 있어서, 외부도관(8) 하부의 모양이 아래쪽으로 볼록하며, 내부도관(3)과 중간도관(7)의 연결모양이 아래쪽으로 볼록한 것을 특징으로 하는 전기 급탕기
제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서, 중간도관(7)과 접촉하는 발열체(4)상에 발열체(4)에서 발열되는 열이 외부도관(8)측으로 흐르는 것을 제한할 수 있는 열차단물질을 부착한 것을 특징으로 하는 전기 급탕기