KR100348457B1 - 난방장치나 물리치료기등에 사용되는 온수생산, 공급, - Google Patents

Abstract

본 발명은 온수담요, 침대커버, 장판, 이불, 물리치료기 등의 난방장치나 물리치료기에 더운물을 생산, 공급, 순환시키는 장치이다.

본 발명은 밀폐된 공간 즉 온수통에 잠입식 히터를 설치하여 전기로 물을 끓이며 물을 끓이는 중에 생성되는 증기압과 온수통 안의 기압 변화에 따라 열리고 닫히도록 발명된 공급밸브와 배출밸브에 의해 온수통 안에서 생산된 75-80℃의 알상생활에 쓰여지기에 알맞은 온도의 온수를 물펌프나 다른 수단을 사용하지 않고 높고 먼곳까지 계속적으로 공급순환시키는 장치이다

본 발명을 이용한 제품들은 열효율이 높고 구성이 간단하여 경제적일뿐 아니라 기존에 사용되고 있는 전열기구를 사용한 제품들과는 달리 인체에 해로운 전자파를 생활 공간에 직접 발산하지 않아 쾌적한 생활공간을 만들어 준다.

Description

난방장치나 물리치료기등에 사용되는 온수생산, 공급, 순환장치{Warm Water Generator for Heating System and Physical Therapy}

본 발명은 담요, 장판, 침대커버, 카펫트, 이불, 카싯트 등의 난방장치, 또는 물리 치료기로 사용되는 핫패드 등에 온수를 공급할 수 있는 온수공급장치에 관한 것이다.

종래의 전열기식 전기 담요나 핫패드는 국부 난방이나 보온의 한 방법으로 효과적이기는 하지만 사용 중에 인체에 전자기파를 발산하기 대문에 건강상 좋지 않고, 전기나 연료를 사용하는 보일러식 난방 방법은 열에너지의 소모가 높고, 설치비가 많이들어서 사용자에게 경제적인 부담을 주게 된다. 도한 물의 순환을 위해서 펌프를 사용하게 됨으로서 소음이 발생하고 동력의 소모도 증가하게 된다.본 발명은 기존의 난방이나 물리치료기로 사용되는 전기 담요나 핫 패드와 같은 국부적인 발열장치에 적용함에 있어서 종래의 전열기 대신 더운 물을 열의 근원으로 사용한다. 즉 적은 에너지로 소량의 물을 밀폐된 공간에 끓이는 동안에 생성되는 증기압에 의해 난방이나 핫패드에 사용하기에 알맞은 75-80℃의 온수를 순환펌프를 사용하지 않고 거리와 높이와 관계없이 계속적으로 더운물을 공급 순환케하는 장치이다.

본 발명은 종래 온수 공급 장치의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 첫째는 인체에 해로운 전자파를 전혀 발생시키지 않는 온수를 열원으로 사용하였으며, 둘째, 열효율을 높이기 위해 소량의 물을 잠입식 히터에 의해 끓이게 하였으며, 셋째, 장치를 간소화하고 제조 원가를 줄이기 위해 체크밸브를 사용하여 온수를 공급 및 순환되게 하였다. 즉 본 발명은 밀폐된 온수통에 잠입식 히터를 설치하고, 온수통에 물을 공급하기 위해서 물탱크와 온수통이 공급관으로 연결되고, 상기 온수통으로부터 온수가 배출되는 배출관은 열교환부와 연결되며, 상기 열교환부를 순환하고 돌아오는 물은 순환관을 통하여 물탱크로 다시 돌아 오게 되어 상기한 과정을 반복하는 사이클을 형성하면서, 물탱크와 온수통 사이에 형성되는 공급관은 물탱크로부터 온수통에 일방적으로 물을 공급하여 온수통에 있는 물이나 증기가 물탱크로 되돌아가지 못하게 하는 체크밸브를 설치하며, 또한 온수통에서 더워진 물이 응용하고자 하는 열교환부에 공급되는 배출관에는 열교환부로 공급된 온수가 다시 역류해서 온수통으로 되돌아가는 것을 막는 체크밸브를 형성하여 온수통에서 생성되는 증기압의 변화에 따라 체크밸브가 작동하여 펌프를 사용하지 않고 온수를 공급 순환 시킬 수 있게 하는 것이다.

도 1은 본 발명 실시예의 장치도

도 2는 본 발명에 적용되는 공급밸브의 단면도

도 3은 본 발명에 적용되는 또다른 공급밸브의 단면도

도 4는 본 발명에 적용되는 배출밸브의 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 물탱크 2: 온수통 3 : 열교환부

4 : 공급관 6 : 배출관

7 : 순환관 8,180a : 공급밸브 H : 히터

13 : 온도조절기 14 : 안전스위치 15,150a : 온도감지기

16 : 누전차단기

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 물탱크와 온수통이 공급관으로 연결되고, 상기 온수통에서 배출되는 온수가 열교환부를 통하여 상기 물탱크로 순환하는 사이클을 형성하는 온수 공급 장치를 형성함에 있어서, 온수통에 히터를 구비하고, 물탱크와 온수통을 연결하는 공급관에는 체크밸브로 되는 공급밸브를 설치하며, 상기 온수통으로부터 열교환부로 배출되는 배출관에는 또하나의 체크밸브로 되는 배출밸브를 설치하여, 온수통의 압력이 일정 이상이 되면 공급관의 공급밸브는 닫히면서 배출관의 배출밸브는 열리게 되고, 온수통의 압력이 일정 이하가 되면 공급관의 공급밸브가 열리면서 배출관의 배출밸브는 닫히게 되어 온수를 공급하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 장치를 처음 사용하기 위하여 온수통에 물을 공급할 때에는 밀폐된 온수통 안에 있는 공기를 제거하여야 온수통에 물이 가득 채워지게 된다. 이러한 과정은 온수 공급 장치를 사용하기 위한 초기화 과정에 해당하는 것으로, 예를 들어 온수통에 공기 배출구를 만들어서 온수통에 물을 채운 후 마개를 이용하여 공기 배출구를 폐쇄시킴으로서 가능하게 된다.

본 발명의 전기 시스템으로는 온도조절기에 의하여 전기량을 조절하고, 안전장치로는 안전스위치와 전원차단기 및 누전차단기가 설치된다.본 발명은 우선 물탱크로부터 공급관을 통하여 온수통에 물이 공급되고, 히터에 위해 물이 가열되면 온수통 안에 점차 높은 압력이 형성된다.히터는 온수통 속에 내장되어 있어서 히터에서 발생하는 열은 모두 온수통 속의 물을 가열하는데 사용된다.공급밸브는 평상시에는 공급관 속에 있는 물의 부력에 의하여 닫혀있다가 온수통의 수압 및 증기압이 높아질수록 밀려 올라오면서 더욱 닫혀지고, 온수통의 압력이 낮거나 물이 없을 때에는 중력에 의해서 열려서 물탱크로부터 온수통으로 물이 공급되게 한다. 즉 유체의 흐름이 물탱크에서 온수통으로 흐르게 하고 역방향의 흐름은 차단시킨다.배출밸브는 온수통 안에 형성된 증기압이 일정 이상이 되면 열리고 일정 이하가 되면 닫혀지게 되어 배출된 온수 및 증기가 역류하는 것을 방지한다.이렇게 발생된 증기압은 체크밸브로 되는 공급밸브와 배출밸브에 의하여 물탱크 쪽으로는 역류할 수 없고, 배출관을 통하여 열교환부로 배출된다. 즉, 온수통의 압력이 상승하면서 공급밸브는 닫히고, 배출밸브는 열리게 된다.이때, 온수통 안의 물이 거의 배출되어 계속적인 증기압을 만들지 못하여 온수통의 온도가 일정 이상 상승하면 온수통 외부에 부착된 온도감지기에 의해 전원이 끊어지게 된다.이렇게 전원이 끊어졌을 때에는 온수통 안에 수증기만 남아있는 상태이기 때문에 히터로부터 열전달이 느려져서 온수통의 온도는 짧은 시간내에 떨어져서 물탱크로부터 약간의 냉수가 온수통으로 공급되어 온수통의 온도가 급격하게 하강하면서 물탱크의 물이 빠른 속도로 온수통에 공급되고, 온도감지기는 온수통의 온도가 떨어진 것을 감지하여 다시 히터에 전원을 공급한다. 이때 증기에 의해 온수통 안에 증기압을 형성하는데 사용된 물의 양은 아주 적기 때문에 적은 공간을 제외하고는 온수통의 대부분은 찬물로 채워진다.온수통에 형성된 증기압에 의해 배출되는 온수의 온도는 약 80℃이다. 또한 증기압에 의해 온수통의 온수가 모두 배출될 때 온수통의 외부 온도는 약 90±5℃이며, 온도감지기가 작동하여 전원을 차단하는 온도 범위는 약 90℃이다. 따라서 물탱크로부터 물이 공급되지 않거나 다른 이유에 의하여 온수통이 과열되면 전원이 차단되어 화재 위험을 방지할 수 있고, 또한 합선이나 누수에 의해 과부하가 걸리면 누전차단기가 작동하게 된다.온수통에서 배출되는 온수는 장판, 담요, 침대 등의 열교환부로 공급되어 필요한 장소에 열을 제공한 다음 순환관을 통해서 물탱크롤 공급되어 재순환하는 사이클을 형성하게 된다. 이러한 순환 사이클은 전적으로 온수통에 구비되는 히터에 의하여 발생하는 압력과, 이러한 압력에 대응할 수 있도록 온수통의 공급관과 배출관에 체크 밸브의 구조로 설치되는 공급밸브 및 배출밸브의 작용에 의하여 수행된다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 설명한다.도면에서 참조되는 바와 같이 본 발명은 물탱크(1), 온수통(2) 및 열교환부(3)로 구성된다.물탱크(1)와 온수통(2)은 공급관(4)으로 연결되고, 온수통(2)과 열교환부(3)는 배출관(6)으로 연결되며, 열교환부(3)와 물탱크(1)는 순환관(7)으로 연결된다.물탱크(1)는 상부에 순환관(7)이 접속되고, 하부에는 공급관(4)이 접속된다.온수통(2)은 수리 및 보수 작업을 고려하여 한쪽 단부에 패킹을 구비하는 캡(8)이 개폐 가능하게 형성되어 밀폐되며, 최초에 주입되는 물이 채워지는 동안에 공기가 자유롭게 배출될 수 있도록 상부에 공기배출구(9)가 형성되며, 상기 공기배출구(9)에는 물이 채워진 다음, 본 장치를 가동시키기 위하여 마개(10)로 개폐된다. 또한, 온수통(2)은 공급관(4)과 연결되어 물탱크(1)의 물이 유입될 수 있게 되며, 한쪽편으로는 가열된 온수가 배출되는 배출관(6)이 형성되며, 내부에는 물을 가열할 수 있도록 히터(H)가 설치되어 있다.히터(H)는 온수통(2)의 캡(8)에 나사(11)로 고정되면서 전원코드(12)(12a)를 통해 공급되는 전기량이 온도조절기(13)로 조절된다.하나의 전원코드(12)는 온수통(2)에 부착되는 안전스위치(14)와 2개의 바이메탈식 온도감지기(15)(15a)를 거쳐서 히터(H)의 한쪽 리드선에 연결되며, 다른 하나의 전원 코드(12a)는 별도의 누전차단기(16)를 통해서 히터(H)의 다른 리드선에 연결된다.안전스위치(14)는 온수통(2)이 넘어지거나 불안전한 상태로 놓여질 때를 감안하여 온수통(2)에 부착된다.온도감지기(15)(15a)는 온수통(2)의 온도가 일정 이상 상승하는 것을 감지하여 전원을 자동적으로 차단시켜주며, 각각 직렬로 형성함으로서 두개 중에서 어느 하나에 이상이 발생하여도 다른 하나가 작동하여 전원을 차단한다.누전차단기(16)는 누수로 인한 감전사고를 예방한다.공급관(4)과 배출관(6)에는 각각 공급밸브(18)(180)와 배출밸브(19)가 형성된다.상기 두개의 공급밸브(18)(180)는 어느 하나의 밸브가 파손되거나 이물질에 의하여 작동 불가능한 상태가 되었을 때 다른 하나의 공급밸브가 보조하여 정상적인 순환 사이클을 가능하게 한다.공급밸브(18)는 도 2에서 보는 바와 같이 밸브 케이스(20)의 상부에 물이 유입되는 입구(21)가 형성되고, 내부공간에 밸브(22)가 놓여지는데, 내부공간의 상단에는 물의 흐름을 차단할 수 있도록 밸브(22)가 접촉하는 링(23)이 형성되고, 하단부에는 입구(21)를 통해 유입된 물이 배출될 수 있도록 절개홈(24)이 형성되며, 밸브(22)의 이탈을 방지하는 스프링(25)이 형성되어 있다. 이러한 공급밸브(18)는 밸브 케이스 외부에 형성된 나사(26)가 공급관(4)에 체결되어 밸브(22)가 중력과 온수통(2)에서 생성되는 기압차에 의해 상하 운동을 하면서 공급관(4)의 유로를 개폐시킨다. 즉 온수통(2)의 압력이 낮을 때에는 열려서 물탱크(1)로부터 온수통(2)으로 물이 공급되고, 히터(H)가 가열되어 압력이 상승하면 상승되는 압력에 의하여 밸브(22)가 상슨하여 링(23)에 말착됨으로서 물 공급이 중단되고 온수통(2)은 온수를 생산함과 동시에 일정 이상의 압력에 도달하게 된다.

또한 밸브 케이스(20)가 공급관(4)에 고정되는 외주면에는 패킹링(27)을 형성하여 수밀성을 향상시킨다.

물탱크(1)에 근접한 공급관(4)에 설치되는 또하나의 공급밸브(18)는 도 3에서 보는 바와 같이 밸브 케이스(30)와 밸브막 케이스(31) 사이에 고정되는 밸브막(32)으로 구성된다.밸브 케이스(30)의 외주면에는 공급관(4)에 고정되기 위한 나사(31)와 수밀성을 향상시키기 위한 패킹링(32)이 형성되고, 내주면의 상부에는 밸브막(33)을 고정하기 위한 요입홈(34)이 형성되어 있다.밸브막 케이스(35)는 상광하협한 형상의 경사면(36)에 물공급구(37)가 형성되고, 상부 외주면에는 밸브 케이스(30)의 요입홈(34)에 삽입되는 돌기(38)가 형성되어 있다.

밸브막(33)은 열에 잘 견디고 신축이 자유로은 재질, 예를 들면 실리콘과 같은 재질로 만들어져서 밸브 케이스(30)의 요입홈(34)에 밸브막 케이스(35)의 돌기(38)가 결합될 때에 그 사이에 삽입되어 고정된다.이러한 밸브막(33)의 하단부는 스프링(39)에 감싸여져서 밸브막 케이스(35)의 경사면(36)에 접촉할 수 있게 되어 물의 중력과 압력 변화에 의해서 상하로 움직일때 밸브의 개폐 작동이 이루어지게 된다.

이러한 개폐 작동은 평상시에는 밸브막(33)의 하단부와 밸브막 케이스(35)의 경사면(36)이 느슨하게 접촉하고 있어서 물탱크(1)의 물이 중력에 의하여 온수통(2)에 자연스럽게 공급되고, 온수통(2)으로부터 밀려오는 압이 물의 중력보다 클 경우에는 밸브막(33)의 아래쪽이 위로 밀려 스프링(39)이 형성된 부위가 밸브막케이스(35)의 경사면(36)에 밀착되어 닫히게 된다. 특히 밑에서 미는 압이 크면 클수록 탄력성이 있는 밸브막(33)은 밸브막 케이스(35)의 아래쪽 경사면(36)은 물론이고 공급구(37)가 형성된 부위까지 밀착되어 온수통(2)에서 올라오는 증기나 물을 더욱 완전하게 차단한다. 또한 온수통(2)의 압력이 일정 이하로 낮아지면 밸브막(33)이 밸브막 케이스(35)의 경서면(36)과 분리되어 온수통(2)에 물을 공급한다.

상기 공급밸브(180)는 부드러운 밸브막을 사용함으로서 약간의 불순물이 물속에 있다 할지라도 밸브의 기능을 잃지 않는 것이다. 따라서 공급밸브(18)가 불순물 등에 의해 밸브의 역할을 충실하게 하지 못할 경우를 대비해서 보충 밸브로 사용된다.

배출밸브(19)는 도 4에서 보는 바와 같이 밸브케이스(50), 밸브(51)와 밸브스템(52), 그리고 밸브(51)에 씌워지는 밸브커버(53), 그리고 평상시에 밸브(51)가 닫혀지게 가압하는 압축 스프링(54)와 밸브스템(52) 끝에서 스프링(54)을 고정하는 너트(55)로 구성되어 평상시에는 스프링(54)에 의해서 닫혀 있다가 온수통(2)의 압력이 증가하면 증가된 압력에 의해서 스프링(54)의 탄성을 이기고 밸브(51)를 열어서 온수가 배출관(4)을 통해 원하는 응용부분이 되는 열교환부(3)에 공급한다. 이러한 배출밸브(19)는 온수통(2)의 압력이 일정 이하일 때에는 스프링(54)에 의해서 닫혀 있게 되어 이미 배출된 물이 역류할 수 없게 되며, 온수통(2)의 압력이 일정 이상일 때에 온수통(1)에서 생산된 더운물이 배출관(6)을 통해서 열교환부(3)쪽으로만 배출되게 한다.

상기 밸브커버(52)는 부드럽고 열에 잘 견디는 실리콘이 섞인 고무 재료로 만들어 진다.

이와 같은 본 발명은 물탱크(1)의 위치를 온수통(2)의 위치보다 높거나 같은 위치에 놓고 온수통(2)의 마개(10)을 열은 후 물탱크(1)에 물을 넣으면 중력에 의해 물이 공급밸브(18)(180)을 통해 온수통(2)에 공급된다. 이때 물탱크(1)의 크기가 온수통(2)보다 약 3배 정도 크게 만들어지며 물을 물탱크(1)의 2/3지점까지 붓는다. 온수통(2)에 적정한 양의 물이 충진되면 마개(10)을 닫은 후 히터(H)에 전원을 인가하여 온수통(2)안에 있는 물은 가열시킨다. 온수통(2)의 물이 가열되어 일정 이상의 압력이 되면 공급밸브(8)(180)는 닫히고, 배출밸브(19)는 열려져서 온수통(2) 안의 물이 100℃ 가 되기 전에 약 75-85℃ 사이의 더운물이 배출밸브(19)를 통해 열교환부(3)로 공급된다.

히터의 용량과 온수통의 크기를 잘 조화를 시키면 온수통(2) 안의 온수가 모두 배출된 후에 히터(2)가 계속 켜져있어도 수증기가 더 이상 생성되지 않고, 히터에서 발생하는 열이 기체 상태에서는 잘 전달되지 않기 때문에 오히려 온수통 안의 기압은 점차적으로 떨어지게 되며, 기압이 낮아짐으로 인해 공급밸브(8)(180)는 자연히 열려져서 물을 재공급하게 된다. 이렇게 차가운 물이 온수통(2)에 공급되면서 처음 공급되는 약간의 물은 온수통(2)안을 순식간에 저기압 상태로 만들어서 공급밸브(18)(180)는 완전히 열리게 되며 물은 온수통(2)에 가득 채워질 때까지 공급된다.

온수통(2)과 히터(H)의 크기와 용량에 따라 순환되는 물의 양과 순환 주기는 달라지며 순환하고 돌아오는 물은 순환관(7)을 통해 물탱크(1)에 돌아온다.

상기한 바와 같이 본 발명은 정상적인 운전 상태일때는 상황에 따라 밸브들이 자동적으로 기압차에 의해 개폐되어 물이 공급, 배출되도록 발명되었으며, 안전장치로 2개의 바이메탈식 전원 차단기(15)(15a)를 사용하여 어느 하나의 전원차단기가 고장 등의 이유로 작동할 수 없게 되어도 다른 하나가 전원을 차단시킬 수 있게 한다. 또한 사용중 온수통(2)이 넘어지거나 불안전한 상태로 놓여질때를 감안하여 안전스위치(14)를 장착하고, 누수로 인한 감전사고를 막기위해서 누전시 전원을 차단케하는 누전 차단기(16)를 장착했다.

본 발명은 소량의 물을 밀폐된 공간의 온수통에 내설되는 히터에 의해 물을 끓이게 함으로서 열효율을 향상시키고, 체크밸브를 이용하여 물을 끓일 때 생성되는 증기압이 증감함에 따라 냉수와 온수가 공급되는 온도 차이를 이용하여 순환 사이클이 가능하게 하여 간단한 설비로 온수를 공급할 수 있는 것으로 튜브 형태로 되는 것을 포함하여 온수 담요, 카펫드, 침대커버, 카싯트 등의 생활 용품은 물론이고 물리 치료기에 활용할 수도 있는 것이다.

Claims (3)

1. 물탱크(1)와 히터(H)를 구비하는 온수통(2)이 체크밸브로 되는 공급밸브(18)를 구비하는 공급관(4)으로 연결되고, 상기 온수통(2)과 열교환부(3)가 체크밸브로 되는 배출밸브(19)를 구비하는 배출관(6)으로 연결되며, 상기 물탱크(1)와 열교환부(3)가 순환관(7)으로 연결되어 순환 사이클을 형성하는 온수공급장치를 형성함에 있어서,

   공급관(4)의 공급밸브(18)는 밸브케이스(20)내부에서 자유롭게 놓여지는 밸브(22)가 중력과 온수통(2)에서 생성되는 증기압에 의하여 상하로 이동하면서 입구(21)를 개폐하고, 배출관(6)의 배출밸브(19)는 밸브(51)가 스프링(54)에 의하여 평상시에 닫혀져 있다가 압력에 의하여 개폐되게 구성하여, 온수통(2)의 압력이 일정 이상이 되면 공급밸브(18)는 닫히면서 배출밸브(19)는 열리게 되고, 온수통(2)의 압력이 일정 이하가 되면 공급밸브(18)가 열리면서 배출밸브(19)는 닫히게 되어 온수를 자연 순환시키는 것을 특징으로 하는 난방장치나 물리치료기 등에 사용되는 온수 생산 공급 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 공급관에 두개의 공급밸브가 직렬로 설치되는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
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