KR100312643B1 - 액체순환식난방장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체순환식 난방장치에 관한 것으로서, 가열된 액체가 순환되어 난방을 이루는 액체순환식 난방장치에 있어서, 소정의 액체가 수용되어 있으며 상기 난방장치의 방열부재에 순환관이 매설되어 있고, 상기 순환관의 특정 부위에 설치되어 있으며 그 내부에 수용된 액체를 비등점 이상으로 가열시킬 수 있는 전기히터 등의 가열수단이 구비되며, 상기 순환관의 다른 특정부위와 연통되어 있으며 상기 가열수단의 작동에 의해 팽창된 액체의 압력을 완충시켜 주는 압력완충수단 및 상기 가열수단과 상기 압력완충수단 사이에 설치되며 상기 액체의 흐름을 일방향으로 유도하는 제 1 역류방지수단이 구비되어 이루어짐으로써 인체에 유익하며, 에너지 효율이 상승하는 등의 효과가 있다.

Description

액체순환식 난방장치

본 발명은 액체순환식 난방장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 난방장치를 이루는 방열부재 내의 순환관을 흐르는 유체를 전열에 의해 가열하고, 유체의 팽창력으로 자연 순환시킬 때 발생된 압력을 흡수할 수 있도록 하는 액체순환식 난방장치에 관한 것이다.

사람이 휴식을 취하거나 활동하기 위한 실내는 추위를 느끼지 않을 정도의 온도가 유지되어야 한다. 일반적으로 주거공간 또는 소정 공간을 갖는 실내에는 일정한 온도가 유지되도록 난방수단으로 보일러가 사용되고 있으며, 특히 주거공간 내의 방과 같은 협소한 공간에는 전기장판이 사용되어 방바닥을 따뜻하게 유지하여 사람이 취침 또는 활동을 위한 조건을 제공한다.

이러한 전기장판 등의 전기기기의 경우 전류가 흐르는 전열선에서는 전기장과 함께 전자파가 발생되고 있으며, 이러한 전자파는 대부분의 경우 허용치 이하이나, 수면등 장시간 사용할 경우 전자파의 지속적인 영향을 받음으로 인체에 유해하고, 정도가 심한 경우 인체에 큰 해를 끼치는 것으로 보고되고 있으며, 최소한 인체의 유해여부를 떠나 사용시 불쾌감을 유발한다.

종래의 다른 예로서 공개실용신안공보 제93-12950호에는 침대에 보일러가 내장되어 있는 예가 개시되어 있다. 매트리스의 하부에 방열판이 설치되고, 그 하부에 가열된 물이 온수난방 파이프를 순환하도록 이루어져서 침대를 구성하는 매트리스의 온도가 상승하여 보온되도록 이루어져 있다.

전술한 종래의 전기장판은 발열선에서 발생되는 전자파로 인해 직,간접적인 피해 또는 불편함이 있었고, 침대를 이루는 매트리스의 온도를 높이기 위해서는 별도의 가열수단 및 온수난방 파이프 등이 설치되어야 하므로 그에 따른 부피가 커졌으며, 통상적으로 온수를 강제로 순환시키기 위한 펌프가 구비되어야 하므로 이를 구현하기 위한 설치비용이 증가하는 등의 문제점이 있었다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 가열되어 비등된 유체가 기화에 의한 부피팽창으로 순환관의 일방향으로 유도되어 자연스럽게 흐르게 하고, 가열된 유체의 이상압력이 흡수되어 관이 파손되는 것을 방지하면서 유체의 순환이 원활하게 이루어지도록 하는 액체순환식 난방장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 넓은 면적을 난방함에 있어서도 비등된 유체의 순환이 원활히 이루어져서 균일한 난방이 이루어지도록 하는 액체순환식 난방장치를 제공하는 데 있다.

도1은 본 발명에 따른 액체순환식 난방장치의 일 실시예를 나타내는 투시도이다.

도2는 도1의 일부를 절개하고 가열박스의 내부구조를 보여주는 사시도이다.

도3은 도1의 가열부, 그리고 편조가 형성된 순환관을 보여주는 도면이다.

도4는 도1의 압력완충장치의 작동상태를 나타내는 단면도이다.

도5는 압력완충장치를 이용하여 액체를 교체하기 위한 개략적인 구조를 나타내는 도면이다.

도6은 본 발명에 따른 액체순환식 난방장치의 다른 실시예를 나타내는 투시도이다.

도7은 본 발명에 따른 액체순환식 난방장치의 순환관이 이중관으로 된 것을 나타내는 도면이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10, 46, 70 : 난방장치 11, 48, 72 : 방열부재

12, 50, 52, 54, 84, 86, 88, 90 : 순환관

13, 56, 74 : 가열박스 14, 58, 76 : 가열부

16, 20, 60, 64, 78, 82 : 체크밸브(Check Valve)

18, 62, 80 : 압력완충장치 22 : 전원라인

24 : 히터(Heater) 26 : 연결구

28 : 지지구 30 : 탄성부재

32 : 도입구 34 : 배출구

36 : 팽창구 38 : 공기구멍

39 : 센서 42, 44 : 보충구

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액체순환식 난방장치는, 가열된 액체가 순환되어 난방을 이루는 액체순환식 난방장치에 있어서, 소정의 액체가 수용되어 있으며 상기 난방장치의 방열부재에 순환관이 매설되어 있고, 상기 순환관의 특정 부위에 설치되어 있으며 그 내부에 수용된 액체를 비등점 까지 가열시킬 수 있는 전기히터 등의 가열수단이 구비되며, 상기 순환관의 다른 특정부위와 연통되어 있으며, 상기 가열수단의 작동에 의해 팽창된 액체의 압력을 완충시켜 유체의 순환을 가능케하는 압력완충수단 및 상기 가열수단과 상기 압력완충수단 사이에 설치되며 상기 액체의 흐름을 일방향으로 유도하는 제 1 역류방지수단이 구비되어 이루어진다.

그리고, 상기 압력완충수단을 사이에 두고 상기 제 1 역류방지수단과 대향되게 설치되어 있으며 상기 제 1 역류방지수단에 의한 액체의 흐름방향과 동일방향으로 유도하는 제 2 역류방지수단을 더 구비됨이 바람직하며, 상기 순환관은 상기 가열수단으로부터 복수개의 분지순환관으로 분기된 후 상기 제 2 역류방지수단 전에 다시 하나로 결합되도록 구성될 수 있다. 또한 상기 순환관은 상기 가열수단으로부터 서로 다른 방향으로 분지된후 상기 제 2 역류방지수단으로 이르도록 구성된 이중관으로 이루어질 수 있다.

상기 압력완충수단은, 상기 액체가 흘러 들어오는 입구와 배출되는 출구 및 상기 액체의 팽창 및 수축에 의해 액체의 출입이 자재토록 형성된 팽창구가 구비된 연결부재와, 상기 연결부재의 팽창구를 커버링(Covering)하며 상기 순환관내의 압력에 따라 형상이 변형되면서 압력을 완충시키는 탄성부재 및 상기 탄성부재를 보호하는 지지프레임으로 이루어질 수 있다.

그리고, 순환관의 외주면에 유체의 압력으로부터 관을 보호하기 위한 편조를 형성시킴이 바람직하다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 액체순환식 난방장치의 일 실시예를 나타내는 투시도로서, 난방장치(10)는 방열부재(11) 내에 순환관(12)이 지그재그(Zigzag) 형태로 매설되어 있다. 순환관(12)의 일단은 가열박스(13) 내에 장착되어 있는 가열부(14)에 연결되어 있고, 다른 일단은 체크밸브(20)와 압력완충장치(18)와 체크밸브(16)에 순차적으로 연결되어 결국 가열부(14)에 연결되어 있다.

전술한 바와 같이 연결되어 이루어지는 본 발명에 따른 실시예는 도2 내지 도5를 참조하여 더욱 구체적으로 설명한다.

먼저 도2를 참조하면, 본 발명에 따른 난방장치(10)의 일부를 절개하고, 가열부(14), 체크밸브(16, 20) 및 압력완충장치(18) 등이 가열박스(13) 내에 장착된 모습을 보여주는 사시도로서, 방열부재(11) 내에 순환관(12)이 매설되어 있고, 가열된 액체가 공급되도록 순환관(12)에 가열부(14)가 연결되어 있으며, 체크밸브(16), 압력완충장치(18) 및 체크밸브(20) 등이 연결되어 설치됨을 볼 수 있다.

전원라인(22)을 통해 전원이 가열부(14)에 공급되면서 발열이 이루어져서 온도가 상승하여 체적이 10㎤ 정도로 작은 크기의 가열부(14)에 충만되어 있는 액체가 가열되어 비등하는 경우, 이때 갑작스런 부피의 팽창으로 순환관(12)으로 액체가 몰려 나가게 된다. 즉, 가열된 액체는 가열부(14)의 압력이 체크밸브(16) 전단의 압력보다 높아서 체크밸브(16) 쪽으로 흐르지 못하고, 순환관(12)을 통해 방열부재(11) 안으로 압력차이로, 즉 가압부(14)와 압력완충장치(18) 간의 압력차이에 의해 흐르게 된다.

본 발명의 실시예에 의하면, 내경이 4㎜ 크기의 폴리에틸렌(Polyethylene) 호스(Hose)의 순환관(12)으로 가열되어 비등된 액체가 1회에 몰려 나가는 양은 약 20㎖ 정도의 양으로 1분 동안 배출되는 양은 약 100㎖ 정도의 양이 배출되어 순환된다.

순환관(12)을 흘러서 감온된 액체는 체크밸브(20)를 통해 압력완충장치(18)로 모이고, 압력완충장치(18)는 액체의 순환을 가능케 할 뿐만 아니라 순환관(12)내에 지나친 압력을 완화시키는 역할을 하게 된다. 또한 가열된 액체의 순환이 한 방향으로만 이루어지도록 가열부(14)의 가장 근접된 위치에 체크밸브(16)가 설치되며, 압력완충장치(18)의 작동으로 액체가 역류되는 것을 방지하기 위해 체크밸브(20)를 더 설치한다.

본 발명의 가열부(14)의 내부를 개략적으로 나타내는 도3에서와 같이 체크밸브(16)를 통해 액체가 가열부(14)로 유입되면, 가열부(14) 내에 설치되어서 전원이 공급되는 히터(24)에 의해 액체가 가열되어서 비등하게 되고, 이로 인해 부피가 팽창하면서 전단의 액체는 순환관(12)을 따라 흐르게 된다. 가열된 액체가 흐르면서 방열부재(11)의 온도를 상승시키며, 이때 기화된 증기는 다시 응축된다. 압력완충장치(18)로 유입된 액체는 체크밸브(20)에 의해 역류되지 않으며, 압력완충장치(18)의 압력을 완화하기 위해 액체는 다시 가열부(14)로 들어가게 된다. 이것이 액체순환의 한 주기이며, 이러한 순환이 반복되어서 방열부재(11)의 온도가 상승함으로써 난방이 가능케 된다. 또한 가열부(14)에 의해 가열이 이루어지면 액체의 온도는 끓는 점에 이르게 되는데, 이때 순환관(12)에 작용하는 압력이 내압(耐壓) 이상 작용하여 순환관(12)이 파열되는 것을 방지하기 위해 편조(編造)를 순환관(12)을 둘러싸면서 일체로 형성할 수 있다. 이와 같이 가열부(14)로부터 액체가 배출되어 순환되는 인접부위에 편조(25)가 형성된 순환관(12)이 설치되어 온도 및 압력에 대해 안정적이어서 사용자로 하여금 안전을 보장하는 이점이 있다.

도4에 도시된 바와 같이 체크밸브(16, 20) 사이에 설치되는 압력완충장치(18)의 구체적인 구성은 연결구(26)와 지지구(28)가 결합되어 있고, 연결구(26)에 순환관(12)이 연결되어 있다. 연결구(26)는 액체가 들어오는 도입구(32)와 배출되는 배출구(34)가 형성되어 있으며, 지지구(28) 안으로 액체가 자유롭게 출입되도록 팽창구(36)가 형성되어 있다. 연결구(26)와 지지구(28)가 결합되는 부위에는 압력발생시 탄력적으로 수축 및 이완되는 탄성부재(30)가 삽입되어서 압력변화에 따라 그 형상이 변형되어 팽창에 의해 유입되는 액체를 수용하고, 다시 압력이 하강하면서 가열부(14)로 액체가 공급된다.

전술하듯이 이루어지는 압력완충장치(18)의 탄성부재(30)는 주름이 형성되어 있어서 형상변형이 자재한 주름관이 사용될 수 있고, 실리콘 재질의 러버(Rubber) 등이 사용될 수 있다. 그리고 지지구(28)에는 탄성부재(30)의 수축 또는 이완동작이 원활히 이루어지도록 공기구멍(38)이 형성되는 것이 바람직하다.

팽창구(36)로 유입된 액체에 의해 탄성부재(30)가 확장되고, 지지구(28)의 중공에 있던 공기가 공기구멍(38)을 통해 외부로 배기된다. 순환관(12)의 압력이 하강하면 탄성부재(30) 내에 유입된 액체가 배출되면서 수축하여 초기 상태를 유지하게 된다. 그런데 탄성부재(30)의 팽창정도가 소정 시간동안 지속적으로 특정 범위의 높이까지 팽창될 경우 팽창되는 높이를 감지하는 센서(39)의 동작으로 히터(24)의 동작을 일시 차단할 수 있도록 구성되어 있다.

그리고, 순환관(12)을 흐르는 액체를 교환할 필요가 있을 경우 도5에 제시된 바와 같이 연결구(26)에 액체보충을 위해 보충구(42, 44)를 형성하여 액체를 보충할 수 있다. 보충구(42)를 통해 공급된 보충용 액체는 체크밸브(16)를 통해 순환관(12)을 순환한 후 체크밸브(20)로 유입되어 결국 보충구(44)를 통해 흐름으로써 액체보충 및 교환이 이루어진다.

또한, 도6은 본 발명에 따른 액체순환식 난방장치의 다른 실시예로서 방열부재(48)의 면적이 넓은 경우의 난방을 위한 예가 도시되어 있다. 방열부재(41) 내에 순환관(50, 52, 54)이 매설되어 있고, 가열박스(56) 내에는 가열부(58), 체크밸브(60), 압력완충장치(62), 체크밸브(64)가 설치되어 있고, 가열부(58)에서 분기되어 서로 다른 순환관(50, 52)이 반대방향으로 지그재그 형태로 배치되어 있으며, 이들 각각의 순환관(50, 52)은 방열부재(48) 전면을 순환한 후에는 하나의 순환관(54)으로 통합되어 결국 가열부(58)로 연결되도록 이루어진다.

본 발명의 더욱 바람직한 액체순환식 난방장치의 실시예로서 도7에 도시되어 있는 바와 같이 방열부재(72) 내에 액체가 양방향으로 순환되도록 이중 순환관(84, 86, 88, 90)이 형성되어 이루어지는 난방장치(70)의 예가 도시되어 있다. 가열부(76)에서 가열되어 비등된 액체는 순환관(84)을 통해 시계방향으로 흐르고, 순환관(86)을 통해 반시계방향으로 흐르게 된다. 상기와 같이 양방향으로 흐르는 액체는 방열부재(72) 내부를 흐르면서 난방이 이루어지도록 하고, 체크밸브(82)를 통해 결국 가열부(76)로 다시 유입됨으로써 한 주기의 순환이 이루어진다. 이렇듯 양방향으로 액체가 순환됨으로써 방열부재(72) 전체의 온도가 균일하게 유지될 수 있어서 사용자로 하여금 더욱 편안한 휴식을 취하게 할 수 있다.

본 발명에 의한 액체는 통상적으로 널리 사용되는 물이 사용될 수 있으며, 특히 비등온도를 낮추기 위해 물과 알콜 등을 혼합한 혼합물 등이 적용될 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 의한 액체순환식 난방장치를 구성함에 있어서 방열부재의 온도가 특정온도로 유지될 수 있도록 가열부에서 배출되는 액체의 온도를 측정하여 특정온도를 초과하면 히터에 공급되는 전원을 차단하고, 소정 시간이 경과한 후 다시 동작되도록 그 구성을 자유롭게 할 수 있으며, 소정 시간을 주기로 전원의 공급을 단속하여 일정 온도로 유지되도록 구성할 수 있다.

즉, 가열부 등에 온도센서를 설치하여 히터의 동작을 단속하거나, 바이메탈(Bimetal), PTC(Positive Temperature Coefficient Resister) 서미스터(Thermister) 등을 적용하여 온도제어기를 구성할 수 있으며, 히터의 발열량 조절 및 과열을 방지할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 특정온도 이상에서는 저항이 급격히 증가하여 발열이 멈추게 되어 특정온도 이상으로의 상승이 이루어지지 않는 소자로서 PTC 정온발열소자가 사용됨으로써 부가적인 과열방지수단을 구비하지 않으므로 제작이 용이하며, 비용을 절감할 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예에 의하면, 난방장치를 이루는 방열부재 내에 가열된 액체가 흐르는 관이 삽입되어서 난방 및 보온효과를 충분히 얻을 수 있고, 액체를 순환시키기 위해 별도의 강제순환수단이 없어도 원활한 순환이 이루어지므로 제작비용이 절약되고, 온도설정이 이루어질 수 있어서 사용자의 필요에 따라 온도범위를 조절할 수 있으며, 특히 전자파가 발생되지 않는 액체의 순환에 의해 난방이 이루어져서 인체에 유익한 이점이 있다. 그리고, 본 발명에 따른 난방장치는 일반 가정에서 휴식 또는 취침시에 사용될 수 있고, 병원등에서 물리치료를 위해 적정온도를 설정하여 찜질용 등 다용도로 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 가열된 액체가 순환되는 방식을 적용하여 난방장치를 구현함으로써 전자파의 영향을 받지 않으며, 액체가 순환되면서 난방이 이루어짐으로써 인체에 유익하며, 전력소모량이 감소하는 등의 효과가 있다. 그리고, 온도설정이 자유로워서 사용자의 상태 및 편의에 따라 온도조절이 이루어져서 더욱 편하게 휴식을 취할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (4)

1. 가열된 액체가 순환되어 난방을 이루는 액체순환식 난방장치에 있어서,

   소정의 액체가 수용되어 있으며, 상기 난방장치의 방열부재에 매설되어 있는 순환관;

   상기 순환관의 특정 부위에 설치되어 있으며, 그 내부에 수용된 액체를 비등점 이상으로 가열시킬 수 있는 가열수단;

   상기 순환관의 다른 특정부위와 연통되어 있으며, 상기 가열수단의 작동에 의해 팽창된 액체의 압력을 완충시켜 액체의 순환을 가능케 하는 압력완충수단;

   상기 가열수단과 상기 압력완충수단 사이에 설치되며, 상기 액체의 흐름을 일방향으로 유도하는 제 1 역류방지수단; 및

   상기 압력완충수단을 사이에 두고 상기 제 1 역류방지수단과 대향되게 설치되어 있으며, 상기 제 1 역류방지수단에 의한 액체의 흐름방향과 동일방향으로 유도하는 제 2 역류방지수단;

   을 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 액체순환식 난방장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 압력완충수단은,

   상기 액체가 흘러 들어오는 입구와 배출되는 출구 및 상기 액체의 팽창 및 수축에 의해 액체의 출입이 자재토록 형성된 팽창구가 구비된 연결부재;

   상기 연결부재의 팽창구를 커버링하며 상기 순환관내의 압력에 따라 형상변형이 되면서 압력을 완충시키는 탄성부재; 및

   상기 탄성부재를 보호하는 지지프레임;

   을 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 상기 액체순환식 난방장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 순환관은,

   상기 가열수단으로부터 복수개의 분지순환관으로 분기된 후 상기 제 2 역류방지수단 전에 다시 하나로 결합되도록 구성된 것을 특징으로 하는 상기 액체순환식 난방장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 순환관은,

   상기 가열수단으로부터 서로 다른 방향으로 분지된후 상기 제 2 역류방지수단으로 이르도록 구성된 이중관임을 특징으로 하는 상기 액체순환식 난방장치.