KR100458947B1 - 하이브리드 보일러의 열원 장치 - Google Patents

Abstract

유체 보일러(fluid boiler)의 가열 시스템은 하우징과 바닥판을 지닌 유체저장 탱크를 포함한다. 대체 에너지 소스로 동작되는 고전압 가열 엘리먼트 및 저전압 가열 엘리먼트가 유체저장 탱크에 부착된다. 연료 버너는 캐비티 내의 하우징에 탈착 가능하게 부착된다. 연료 버너는 가스 버너 또는 숯, 목재, 석탄을 연소하도록 고안되는 인출 가능한 트레이가 될 수 있다.

Description

하이브리드 보일러의 열원 장치 {Heating system for a hybrid boiler}

본 발명은 물 가열 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보일러 등 물 가열 시스템용 복수의 보조 열원에 관한 것이다.

종래에 있어 기존의 에너지 소스를 새로운 대체 에너지 소스와 결합하는 장치가 있다. 기존의 에너지 소스는 전력과 천연가스를 포함한다. 새로운 대체 에너지 소스는 풍력 및 태양 광 배터리(광기전력 셀; photovoltaic cell)를 포함한다. 수많은 종래의 장치는 1970년대 및 1980년대 들어 에너지의 고비용화, 에너지 자원의 고갈 방지, 환경의 질을 유지하려는 욕구에 자극되어 개발되었다.

태양의 복사 에너지를 이용하는 태양 에너지 장치는 기술상으로 잘 알려져 있다. 태양의 복사 에너지를 이용하는 공지의 방법은 태양 광 배터리를 사용하는 것이다. 셀은 태양의 복사 에너지를 흡수하여 태양 에너지를 전력으로 변환한다. 광 배터리에는 통상 12V 전기 시스템이 사용된다. 12V 전력은 저수탱크 내의 12V 가열장치를 구동한다.

풍력 및 태양 광 배터리와 같은 대체 에너지 소스는 기존의 전원이 차단될 때 백업 전원을 제공하는 경우가 있다. 이러한 대체 에너지 소스는 전기 또는 가스 가열장치를 보완함에 따라 제한되고 값비싼 형태의 에너지에 대한 수요를 감소한다. 불행히도 대체 에너지 소스는 일정한 상태로 유지되지 않고 국부적인 기상 조건에 따라 변동된다. 풍력은 바람의 세기에 따라 가변되기 쉽다. 태양력은 흐린 날에 감소되거나 이용이 불가능하다.

종래의 가스 및 전원일지라도 완전하게 신뢰할 수 없다. 특히, 인구증가와 새로운 발전소 개발의 제약을 지니고 있던 캘리포니아에서 전원 공급이 중단되는사태가 유발되었다. 피크 전원 수요의 과도한 비용과 높은 수요 기간 동안 추가적인 전원의 부재로 인해 전력기관에서는 순환정전(rolling blackout)을 감행할 수밖에 없다. 일정 지역에서 일정 기간 전원 공급이 중단될 때 순환정전이 발생한다. 순환정전은 일상 생활에 큰 혼란을 초래할 수 있다.

대양 에너지 장치의 다른 형태로 공기-공기 전열 모드나 공기-유체 전열 모드가 포함된다. 종래의 태양 에너지 컬렉터는 판유리를 사용하여 태양광의 복사 에너지를 흡수한다. 복사된 열 에너지는 판유리를 통해 폐회로 도관내의 흡열 매질에 전달된다. 흡열 매질은 통상 물 또는 높은 흡열 특성을 지닌 유체이다. 폐회로 도관은 "히터용수 저장탱크"를 통과하고, 열은 폐회로 도관으로부터 전달되어 건물에 순환되는 물을 예열시킨다. 폐회로 도관으로부터 태양열을 전달받아 저장탱크의 물을 충분한 고온으로 가열할 수 없어서, 종래의 가열장치로 물을 추가적으로 가열하게 된다.

많은 국가 및 미국의 오지에는 전원 서비스의 신뢰성이 확보되지 못한다. 대체 에너지 소스는 유용한 경우에만 활용된다. 전원이 부적절하고 신뢰도 낮은 곳에는 온탕을 위한 추가적인 에너지 소스가 필요하다. 유체 보일러 및 물 히터용 가열원이 활용되지만 복수의 가열원을 효과적으로 조합하는 시스템은 부재하다.

그러므로 종래의 에너지 소스의 고비용을 극복하기 위한 유체 보일러 및 물 히터용 가열 시스템이 필요하다. 게다가 연료원 중 하나가 수요자에 의해 통제되고 필요시 즉시 구할 수 있는 곳에 다중 가열 시스템이 필요하다. 가열 시스템은 상용 전원 및 국부적인 기상 조건에 따라 변화하는 대체 에너지 소스와 독립되는가열원을 사용해야 한다.

본 발명의 목적은 저렴한 대체 에너지 소스로 상용 전원 소스를 보완하는 유체 가열 시스템을 제공한다.

본 발명의 또 다른 목적은 연료 소스 중 하나를 사용자가 통제 가능하고 필요시 즉시 구할 수 있는 가열 시스템을 제공한다.

유체 보일러용 가열 시스템은 캐비티(cavity)를 형성하도록 하우징과 바닥판(floor plate)을 구비하는 유체 저장 탱크를 포함한다. 중공은 유체를 보유하는 용기(vessel) 하부에 위치한다. 캐비티는 바닥판 아래 하우징의 저면부에 형성된다.

고전압 가열 엘리먼트(high voltage heating element)는 상용 전원 소스로부터 전원을 제공하고, 저전압 가열 엘리먼트(low voltage heating element)는 대체 에너지 소스로부터 전력을 얻는다. 광 기전력 소스(photovoltaic source) 및 풍력 발전기 소스는 유용한 대체 에너지 소스이다. 제3의 열원은 캐비티 내에서 하우징에 탈착 가능하게 부착되는 연료 버너로부터 유용하다. 연료 버너는 가스 버너 또는 인출 가능한 트레이가 사용될 수 있다. 인출 가능한 트레이는 숯, 목재 또는 석탄을 포함한 다양한 연료를 담는다.

다른 실시예는 이중 소스 연료 버너를 제공한다. 연료 버너에 의한 물의 가열을 위해 인출 가능한 트레이 또는 가스 버너의 연료가 공급된다. 가스 버너는용기의 바닥 가까이 가열 위치로부터 이동 가능하고, 열원으로서 연료가 구비된 트레이로 교체할 수 있다.

종래의 무수한 급탕 가열 시스템 설계가 이용 가능하다. 종래의 설계는 저장 탱크와 가열 엘리먼트를 포함한다. 종래의 상용 전원을 위한 가열 엘리먼트는 110V 또는 220V 전원에서 작동하는 장치를 포함한다. 110/220V, 50㎐는 미국 외의 대부분 국가에서 상용화되고 있다. 대신, 60㎐의 120V 또는 240V 전원으로 작동되는 가열 엘리먼트는 미국 내에서 사용될 수 있다.

제2 열원을 공급받는 저전압 가열 엘리먼트는 유체의 보충적인 가열 기능을 제공한다. 상용 전원에서 전원이 공급되지 않으면 제2 열원 또는 연료 버너가 유체 가열의 대체적인 소스를 제공한다.

본 발명이 간략하게 요약되었으나 다음의 도면, 상세한 설명 및 첨부된 청구범위로부터 본 발명의 명확한 이해가 가능하다.

도 1은 연료 버너로 가스 버너를 구비하는 본 발명의 정면도,

도 2는 연료 버너로 인출 가능한 트레이를 구비하는 본 발명의 정면도,

도 3은 가스 버너와 인출 가능한 트레이를 모두 지닌 이중 소스 연료 버너를 구비하는 본 발명의 정면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

10: 유체 보일러 12: 유체저장 탱크

14: 하우징 16: 바닥판

18: 캐비티 20: 용기

22: 저면부 24: 고전압 가열 엘리먼트

26: 저전압 가열 엘리먼트 28: 연료 버너

30: 가스 버너 32: 트레이

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 유체 보일러(10)용 가열 시스템은 하우징(14)과 바닥판(16)을 지닌 유체저장 탱크(12)를 포함한다. 하우징(14)과 바닥판(16)은 캐비티(18)를 형성한다. 바닥판(16)은 용기(20)의 바닥면에 위치한다. 용기(20)에는 유체 또는 물이 담긴다. 캐비티(18)는 바닥판(16) 아래, 하우징(14)의저면부(22) 부근에 형성된다.

고전압 가열 엘리먼트(24) 및 저전압 가열 엘리먼트(26)는 유체저장 탱크(12)에 부착된다. 연료 버너(28)는 캐비티(18) 내의 하우징(14)에 탈착 가능하게 부착된다. 도 1은 가스 버너(30)를 사용하는 연료 버너(28)를 나타낸다. 가스 버너(30)는 천연 가스 또는 액화 석유 가스로 작동된다. 도 2는 숯, 목재 또는 석탄을 연소하도록 고안된 인출 가능한 트레이(32)를 사용하는 연료 버너(28)가 도시된다.

고전압 가열 엘리먼트(24)는 80V 또는 그 이상에서 작동한다. 미국에서 120/240V는 상용 전원이다. 다른 많은 국가에서 110/220V 전원이 사용된다.

저전압 가열 엘리먼트(26)는 80V 이하에서 작동한다. 저전압 가열 엘리먼트(26)는 12V 전원에서 작동될 수 있다. 저전압 가열 엘리먼트(26)는 대체 에너지 소스로부터 동력을 얻는다. 광 기전력 소스 및 풍력 발전기 소스는 활용 가능한 대체 에너지 소스이다.

용기(20)에 물을 담도록 고안되는 경우 유체저장 탱크(12)는 저수 탱크로 될 수 있다. 물은 증기 가열 시스템에서 가장 흔하게 사용되는 유체이고, 목욕과 수세를 통한 개인 소비용으로 이용된다. 도시에는 없으나, 공간 공기를 가열하기 위한 라디에이터를 사용하는 폐회로 가열 시스템에서 물 이외의 유체가 사용될 수도 있다.

도 3은 캐비티(18) 내의 하우징(14)에 이중 소스 연료 버너(28)가 탈착 가능하게 부착되는 유체 보일러(10)용 가열 시스템의 실시예가 도시된다. 연료버너(28)는 인출 가능한 트레이(32) 및 인출 가능한 가스 버너(30)를 모두 구비한다. 연료 버너(28)는 바닥판(16)에 근접하여 가열 작동을 위한 상층부(34)와, 작동 정지를 위한 하층부(36)를 구비한다. 가스 버너(30)는 상층부(34)와 하층부(36) 사이에서 이동 가능하다. 가스 버너(30)가 하층부(36)에 위치할 때 트레이(32)는 가스 버너(30)의 상측으로 상층부(34)에 위치할 수 있다. 가스 버너(30)는 플렉시블 공급관(38)을 포함한다. 공급관(38)의 유연성에 의해 상층부(34) 및 하층부(36) 사이에서 가스 버너(30)의 이동이 원활하다.

도시에는 없으나, 가스 버너(30)는 자동 차단 메커니즘을 포함한다. 가스 버너(30)가 하층부(36)에 위치할 때, 가스 동력 소스는 자동 차단 메커니즘에 의해 차단된다. 이에 의해 한층 강화된 안전성을 제공하여, 가스가 부적절하게 유입되어 트레이(32)에 있는 연소 연료에 의해 발화되는 것이 방지된다. 상층부(34)는 인출 선반(도시 생략)을 포함할 수 있다. 인출 선반은 트레이(32)를 수용하여 연료 장입시 트레이(32)에 대한 접근성을 향상한다.

도 1을 참조하면, 유체 보일러(10)의 가열 시스템은 온수 아웃렛(40), 냉수 아웃렛(42), 통기 파이프(44), 서모스탯(46), 애노드(48), 딥 튜브(50), 온도 압력 릴리프 밸브(52) 및 드레인 밸브(54)를 포함한다. 본 발명의 장치를 용이하게 이동하도록 바퀴(56)가 제공된다.

부식방지(sacrificial) 애노드(48)는 탱크의 부식을 방지하는 금속 봉재이다. 애노드(48)는 통상 마그네슘 또는 알루미늄으로 성형된다. 전기분해(electrolysis)에 의해 스틸 탱크 대신 애노드가 소진된다. 일단 소진된애노드(48)는 다른 것으로 교체 가능하다.

비록 본 발명은 바람직한 실시예에 관하여 상세하게 설명되었으나, 다른 변형예도 가능하다. 그러므로 첨부된 청구범위는 여기에 포함된 바람직한 실시예의 설명에 국한되지 않는다.

이상의 구성 및 작용에 따르면 본 발명은 에너지 소모율을 개선하여 경제성을 도모하고 공해를 유발하는 연료에 대한 의존도를 낮추어 환경오염이 방지되는 효과가 있다.

Claims (11)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 유체 보일러의 가열 시스템에 있어서:

   하우징과 바닥판을 구비하고, 하우징과 바닥판에 의해 캐비티를 형성하는 유체저장 탱크와;

   유체저장 탱크에 부착되는 고전압 가열 엘리먼트와;

   유체저장 탱크에 부착되는 저전압 가열 엘리먼트; 및

   캐비티 내에서 하우징에 탈착 가능하게 부착되고, 인출 가능한 트레이 및 인출 가능한 가스 버너를 구비하는 연료 버너를 포함하여 이루어지며,

   상기 연료 버너는 바닥판(16)에 근접하여 가열 작동을 위한 상층부와, 작동 정지를 위한 하층부를 구비하고, 상층부와 하층부 사이에서 이동 가능하고, 가스 가열 엘리먼트가 하층부에 위치할 때 트레이가 가스 버너의 상측으로 상층부에 위치할 수 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 보일러의 열원 장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 가스 버너는 플렉시블 공급관을 더 구비하여, 공급관의 유연성에 의해 상층부 및 하층부 사이에서 가스 버너의 이동이 원활한 것을 특징으로 하는 하이브리드 보일러의 열원 장치.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 유체저장 탱크는 저수 탱크인 것을 특징으로 하는 하이브리드 보일러의 열원 장치.