KR100749802B1 - 전기보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기보일러에 관한 것이다. 본 발명의 전기보일러는 열매체를 가열하는 발열장치와, 열매체의 열을 방출하는 방열장치와, 발열장치와 방열장치 간에 열매체를 순환시키는 펌프를 포함하는 전기보일러에 있어서, 발열장치는, 열매체를 도입하는 도입관과; 도입관에 병렬로 연결되며, 도입관의 열매체가 흐를 수 있는 내부통로를 각각 구비하는 복수의 가열튜브와; 각 가열튜브의 외면에 제공되며, 인가되는 전원에 의해 열에너지를 발생하여 가열튜브의 내부통로를 따라 흐르는 열매체를 가열하는 면상발열체와; 각 가열튜브의 내부통로로부터 배출되는 열매체를 수집하여 배출하는 수집관을 구비한다. 그리고 가열튜브의 내부통로 내에서의 열매체 정체시간을 연장시킬 수 있도록 수집관은 도입관보다 작은 직경을 갖는다. 이러한 본 발명에 의하면, 도입된 열매체를 병렬 배치된 가열튜브로 동시에 가열하는 구조이므로, 많은 량의 열매체를 가열할 수 있고, 따라서 한꺼번에 많은 량의 난방수를 얻을 수 있다는 장점이 있다. 또한, 열매체의 흐름을 방해하지 않는 한도 내에서 가열튜브내에서의 열매체 정체시간을 연장시킴으로써, 열매체의 가열효율을 최대한 증대시킬 수 있으며, 따라서 많은 량의 난방수를 적은 비용으로 효율 좋게 가열할 수 있는 저전력·고효율의 효과를 기대할 수 있다.

Description

전기보일러{ELECTRIC BOILER}

도 1은 본 발명에 따른 전기보일러의 구성을 나타낸 배관도이다.

♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 발열장치 20: 도입관

22: 분지관 30: 가열튜브

32: 입구 35: 출구

40: 면상발열체 42: 전극

50: 배출관 60: 수집관

70: 방열장치 72: 관로

80: 펌프 82: 콘트롤러

90: 온도센서

본 발명은 전기보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 많은 량의 난방수를 적은 비용으로 효율 좋게 가열할 수 있는 전기보일러에 관한 것이다.

보일러는 석유, 가스, 전기 등을 에너지원으로 열에너지를 발생시킨 다음, 발생된 열에너지로 물을 가열하여 난방수 또는 온수를 생성하는 장치이다. 이러한 보일러는 에너지원에 따라 기름보일러, 가스보일러, 전기보일러로 구분할 수 있다.

한편, 기름보일러와 가스보일러는, 화석 연료를 연소하는 방식이므로 연료의 저장, 공급, 연소, 배기 등에 많은 부품이 사용된다. 따라서, 구조가 복잡하고, 고가(高價)이며, 생산성이 크게 저하되는 단점이 있다. 또한, 열에너지의 손실이 크고, 시공성이 저하되며, 가스의 누출로 인한 가스 중독 및 폭발 사고의 우려도 있다.

전기보일러는, 전기를 에너지원으로 사용하기 때문에 연소방식 보일러에 비하여 설치와 가동이 간편한 장점이 있으나, 연료비보다 비싼 전기료 때문에 넓은 영역의 난방에는 부적합한 문제를 가지고 있다. 뿐만 아니라, 전기보일러는 열선의 단선으로 인해 고장이 쉽게 발생하고, 에너지 효율이 낮은 단점이 있다.

한편, 이러한 전기보일러의 가동비 절감을 위해, 전기료가 할인되는 심야 시간에 가동하여 90℃ 정도의 온수를 생성한 후 저장하고, 필요한 시간에 저장된 온수를 사용하는 심야축열식 전기보일러가 개발되어 있다. 그러나 심야축열식 전기보일러는 온수의 저장을 위한 탱크를 별도로 구비해야 하고, 구비된 탱크를 건물의 옥상, 지하실 등에 별도로 마련해야 하므로, 초기 시설비가 많이 소요되는 단점이 있다.

이를 감안하여 최근에는, 면상발열체를 이용한 전기보일러가 제안되어 있다. 이 기술은 열매체, 예를 들어 물, 브라인(Brine), 오일 등이 통과할 수 있는 내부통로를 갖는 튜브와, 튜브의 외면에 도포되는 면상발열체 및 면상발열체에 전기를 인가하는 전극을 포함한다.

이러한 면상발열체 전기보일러는, 튜브의 내부통로에 열매체를 유입시킨 상태에서, 면상발열체에 전기를 인가한다. 그러면, 전기가 인가된 면상발열체는 고온의 열을 발생시키시고, 발생된 열은 튜브의 내부통로를 통과하는 열매체를 고온의 난방수로 가열하며, 가열된 난방수는 튜브의 배출구를 통해 배출된다.

그리고 이렇게 배출된 난방수는, 방열장치의 방열파이프를 통과하면서 고온의 열을 방출하고, 방출된 고온의 열은 난방 영역을 난방하게 된다. 한편, 난방을 마친 열매체는 펌프에 의해 다시 튜브로 순환되면서 가열되고, 가열된 열매체는 다시 방열장치로 순환된다.

이러한 면상발열체 전기보일러에 의하면, 낮은 소비전력으로도 고온의 열을 발생하는 면상발열체를 이용함으로써, 에너지 효율이 매우 높아 난방 비용을 최대한으로 줄일 수 있다. 또한, 구성이 매우 간단하므로 소형화 및 경량화가 가능할 뿐만 아니라 시공 비용도 매우 저렴하고, 보관성과 운반성도 매우 좋다.

그러나, 이러한 종래의 면상발열체 전기보일러는, 열매체가 통과하는 튜브가 대부분 직렬로 연결되어 있는 바, 많은 량의 난방수가 필요로 할 경우, 매우 불리하다는 단점이 있다.

또한, 직렬로 연결된 튜브는, 한 번 가열된 열매체를 반복적으로 여러 번 가열하는 구조이므로, 에너지 효율이 떨어지는 단점도 있다. 이같은 단점은 난방 비용을 상승시키는 원인이 된다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 열매체가 통과하는 튜브의 연결구조를 개선하여 많은 양의 난방수를 필요로 할 경우에도 효율적으로 가열할 수 있는 전기 보일러를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 가열 튜브의 내부통로 내에서의 열매체 정체시간을 연장시킴으로써, 에너지 효율을 향상시켜 난방비용을 절감할 수 있는 전기 보일러를 제공하는 데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 열매체를 가열하는 발열장치와, 상기 열매체의 열을 방출하는 방열장치와, 상기 발열장치와 상기 방열장치 간에 상기 열매체를 순환시키는 펌프를 포함하는 전기보일러에 있어서, 상기 발열장치는, 열매체를 도입하는 도입관과; 상기 도입관에 병렬로 연결되며, 상기 도입관의 열매체가 흐를 수 있는 내부통로를 각각 구비하는 복수의 가열튜브와; 상기 각 가열튜브의 외면에 제공되며, 인가되는 전원에 의해 열에너지를 발생하여 상기 가열튜브의 내부통로를 따라 흐르는 열매체를 가열하는 면상발열체와; 상기 각 가열튜브의 내부통로로부터 배출되는 열매체를 수집하여 배출하는 수집관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 가열튜브의 내부통로 내에서의 상기 열매체 정체시간을 연장시킬 수 있도록 상기 수집관은 상기 도입관보다 작은 직경을 갖는 것을 특징으로 한다. 그리고 상기 가열튜브가 상기 도입관에 짝수개로 병렬 연결되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 전기보일러에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기보일러의 구성을 나타내는 도면이다. 이에 따르 면, 본 발명의 전기보일러는 발열장치(10)를 구비한다.

발열장치(10)는 도입관(20)과, 도입관(20)으로부터 분지되는 복수의 분지관(22)들을 구비한다. 도입관(20)은 물, 브라인(Brine), 오일, 가스 등과 같은 열매체를 도입하기 위한 것으로, 많은 량의 열매체를 도입할 수 있도록 넓은 직경을 갖는다.

분지관(22)은 도입관(20)으로 도입된 열매체를 나눠서 이송하는 것으로, 후술하는 가열튜브(30)들 각각에 열매체를 고르게 분배하는 역할을 한다.

그리고, 발열장치(10)는 분지관(22) 각각에 연결되는 가열튜브(30)들을 구비한다. 가열튜브(30)는 분지관(22)과 연결되는 입구(32)와, 입구(32)로 도입된 열매체를 이송하는 내부통로(도시하지 않음)와, 내부통로를 통과한 열매체를 배출시키기 위한 출구(35)를 갖는다.

이러한 가열튜브(30)는 도입관(20)과 연결되어 있되, 서로에 대해 병렬로 연결되는 구조이므로, 한꺼번에 많은 량의 열매체를 통과시킬 수 있는 특징을 갖는다. 여기서, 가열튜브(30)는 내열성 및 저팽창 특성을 갖는 소재, 예를 들어 석영관, 세라믹관으로 제조하는 것이 바람직하다.

한편, 가열튜브(30)의 외면에는 면상발열체(Plane heater:40)가 제공된다. 면상발열체(40)는 일종의 저항체로서 도전성 도료를 가열튜브(30)에 도포하여 박막으로 구성할 수 있다.

그리고 면상발열체(40)의 표면에는 전원을 인가할 수 있는 복수의 전극(42)이 소정의 간격을 두고 부착되어 있다. 전극(42)은 가열튜브(30)의 둘레를 따라 환 상을 이루도록 형성되어 있다. 전극(42)은 "은"을 소재로 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 면상발열체(40)는, 전극(42)에 인가된 전원에 의해 고온으로 발열하면서 가열튜브(30)를 가열하고, 가열튜브(30)를 가열함에 따라 가열튜브(30)의 내부통로를 따라 흐르는 열매체를 가열하여 고온의 난방수로 만들어준다.

다시, 도 1을 참조하면, 발열장치(10)는 각 가열튜브(30)의 출구(35)와 연결되는 배출관(50)들과, 각각의 배출관(50)으로부터 배출되는 열매체를 수집하는 수집관(60)을 구비한다.

배출관(50)은 각 가열튜브(30)를 통과한 고온의 열매체를 배출하기 위한 관이며, 수집관(60)은 각각의 배출관(50)으로부터 배출되는 고온의 열매체를 한꺼번에 수집하여 배출하기 위한 관이다.

한편, 수집관(60)은 도입관(20)보다 작은 직경을 갖는다. 이는 수집관(60)의 직경(ℓ)을 도입관(20)의 직경(Ｌ)보다 작게 구성함으로써, 열매체의 흐름을 정체시키기 위함이며, 이는 가열튜브(30) 내부통로내에서의 열매체 정체시간을 연장시켜 내부통로의 내부를 따라 흐르는 열매체를 높은 온도로 효율좋게 가열하기 위함이다.

이와 같은 구성의 발열장치(10)에 의하면, 도입된 열매체를 병렬 배치된 가열튜브(30)로 동시에 가열하는 구조이므로, 많은 량의 열매체를 가열할 수 있고, 따라서 한꺼번에 많은 량의 난방수를 얻을 수 있다는 장점이 있다.

또한, 열매체의 흐름을 방해하지 않는 한도 내에서 가열튜브(30)내에서의 열 매체 정체시간을 연장시킴으로써, 열매체의 가열효율을 최대한 증대시킬 수 있으며, 따라서 많은 량의 난방수를 적은 비용으로 효율 좋게 가열할 수 있는 저전력·고효율의 효과를 기대할 수 있다.

한편, 본 발명의 발열장치(10)는, 도 1에서와 같이 2개의 가열튜브(30)들이 병렬로 연결되는 것으로 도시되어 있지만, 경우에 따라 그 이상의 개수로 병렬 연결될 수 있다. 바람직하기로는 짝수개의 가열튜브(30)들이 병렬로 연결되는 것이 좋다.

다시, 도 1을 참조하면, 본 발명의 전기보일러는, 발열장치(10)와 연결되는 방열장치(70)를 갖는다. 방열장치(70)는 관로(Pipe line:72)를 통해 발열장치(10)와 연결되며, 발열장치(10)에 의해 가열된 열매체를 난방 영역으로 순환시킨다.

이러한 방열장치(70)는, 지그재그형태로 배열되는 방열파이프로 구성될 수 있다. 방열파이프는 유연성을 갖는 소재, 예를 들어 합성수지, 합성고무를 소재로 제작할 수 있으며, 경우에 따라 금속성 소재로 구성할 수도 있다.

이러한 방열장치(70)는, 고온의 열에너지를 보유하고 있는 열매체를 난방 영역에 순환시킴으로써, 열매체의 열에너지가 난방 영역으로 방출될 수 있게 하며, 따라서 상기 난방 영역이 따뜻하게 난방될 수 있게 한다.

그리고 본 발명의 전기보일러는, 관로(72)에 장착되어 열매체를 순환시키는 펌프(80)와, 발열장치(10)와 펌프(80)의 작동을 제어하는 콘트롤러(82)를 구비한다.

펌프(80)는 발열장치(10)로부터 배출되는 열매체를 방열장치(70)로 펌핑하여 순환시킨다. 콘트롤러(82)는 사용자가 조작할 수 있는 다수의 버튼(도시하지 않음), 타이머(도시하지 않음) 등을 구비하며, 버튼의 조작에 의하여 설정되는 발열장치(10)의 발열온도를 제어할 수 있도록 전극(42)에 인가되는 전원을 제어한다. 그리고 펌프(80)의 작동도 제어한다.

그리고 본 발명의 전기보일러는, 과열방지장치도 구비하고 있다. 과열방지장치는 발열장치(10)로부터 배출되는 열매체의 온도를 감지하는 온도센서(90)와, 온도센서(90)로부터 입력된 열매체의 온도와 미리 설정된 "설정온도"를 비교하여 열매체의 온도가 더 크면 전극(42)에 인가되는 전원을 차단하는 상기 콘트롤러(82)로 구성된다.

이러한 과열방지장치는, 열매체가 미리 설정된 온도 이상으로 상승되는 것을 원천적으로 방지함으로써, 각종 장치들과 전기보일러를 보호하는 역할을 한다.

이 밖에도, 본 발명은 누전차단장치(도시하지 않음)도 갖추고 있다. 누전차단장치는 장치로 인가되는 전원의 누전시, 전원을 차단하여 장치들을 보호하고 사용자를 보호한다.

한편, 본 발명의 상세한 설명 및 도면에서는, 본 발명의 전기보일러를 실내의 난방 용도로 사용하는 것으로 설명되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 도로, 교량, 공항의 활주로 등에 사용하여 도로, 교량, 활주로의 표면이 결빙되는 것을 방지하는 용도로도 사용할 수도 있다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술 적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 전기보일러에 의하면, 도입된 열매체를 병렬 배치된 가열튜브로 동시에 가열하는 구조이므로, 많은 량의 열매체를 가열할 수 있고, 따라서 한꺼번에 많은 량의 난방수를 얻을 수 있다는 장점이 있다. 또한, 열매체의 흐름을 방해하지 않는 한도 내에서 가열튜브내에서의 열매체 정체시간을 연장시킴으로써, 열매체의 가열효율을 최대한 증대시킬 수 있으며, 따라서 많은 량의 난방수를 적은 비용으로 효율 좋게 가열할 수 있는 저전력·고효율의 효과를 기대할 수 있다.

Claims (3)

1. 열매체를 도입하는 도입관과, 상기 도입관에 짝수개로 병렬 연결되며 열매체가 흐를 수 있는 내부통로를 각각 구비하는 복수의 가열튜브와, 상기 각 가열튜브의 외면에 제공되며 인가되는 전원에 의해 열에너지를 발생하여 상기 가열튜브의 내부통로를 따라 흐르는 열매체를 가열하는 면상발열체와, 상기 각 가열튜브의 내부통로로부터 배출되는 열매체를 수집하여 배출하는 수집관으로 이루어진 발열장치와;

   상기 열매체의 열을 방출하는 방열장치와;

   상기 발열장치와 상기 방열장치 간에 상기 열매체를 순환시키는 펌프를 포함하는 전기보일러에 있어서,

   상기 가열튜브의 내부통로 내에서의 상기 열매체 정체시간을 연장시킬 수 있도록 상기 수집관은 상기 도입관보다 작은 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 보일러.
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