KR100754001B1 - 배관 직결식 전기보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배관 직결식 전기보일러에 관한 것이다. 본 발명의 배관 직결식 전기보일러는 난방영역의 바닥면에 지그재그형태로 배열되는 방열배관과; 방열배관 상에 직결되게 설치되며, 방열배관을 따라 흐르는 열매체가 통과할 수 있는 내부통로를 구비하는 가열튜브와; 각 가열튜브의 외면에 제공되며, 인가되는 전원에 의해 열에너지를 발생하여 가열튜브의 내부통로를 통과하는 열매체를 가열하는 면상발열체와; 방열배관의 열매체를 순환시키기 위한 열매체 순환수단을 구비한다. 이러한 본 발명에 의하면, 난방수를 가열하기 위한 가열장치를 방열배관에 직접 연결하는 구조이므로, 가열장치에서 가열된 난방수가 방열배관에 직접 도입되며, 따라서 가열장치에서 가열된 난방수가 열손실없이 방열배관에 도입되면서 난방효과를 극대화시킬 수 있다. 또한, 각 난방영역 별로 설치된 방열배관 마다 난방수 가열장치가 개별적으로 설치되므로, 필요한 난방영역만 선택적으로 난방할 수 있으며, 이에 따라 에너지 소비를 최소화시킬 수 있다.

Description

배관 직결식 전기보일러{ELECTRIC BOILER OF DIRECT CONNECTION TYPE}

도 1은 본 발명에 따른 배관 직결식 전기보일러의 구성을 나타낸 배관도,

도 2는 본 발명의 배관 직결식 전기보일러를 구성하는 가열장치를 상세하게 나타내는 도면,

도 3은 본 발명에 따른 배관 직결식 전기보일러의 다른 실시예를 나타내는 배관도이다.

♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 방열장치 12: 방열배관

20: 가열장치 22: 가열튜브

22a: 입구 22b: 내부통로

22c: 출구 24: 면상발열체

26: 전극 30: 펌프(Pump)

40: 제어수단 42: 온도센서

44: 콘트롤러(Controller) 50: 방열기

52: 체크밸브(Check Valve)

본 발명은 배관 직결식 전기보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 필요한 난방영역만 선택적으로 난방할 수 있고, 고온의 난방수를 열손실없이 방열배관에 직접 도입시켜서 사용할 수 있는 배관 직결식 전기보일러에 관한 것이다.

난방용 보일러는, 석유, 가스, 전기 등을 에너지원으로 열에너지를 발생시킨 다음, 발생된 열에너지로 열매체, 예를 들면 난방수, 브라인(Brine), 오일(이하, "난방수"를 예로 들어 설명함) 등을 가열하여 실내를 난방하는 장치이다.

이러한 난방용 보일러는, 난방수를 가열하는 가열장치와, 난방영역의 바닥면에 지그재그형으로 배열된 상태에서 난방수의 열을 방출하는 방열배관과, 방열배관과 가열장치 간의 난방수를 순환시키는 순환펌프로 구성된다.

한편, 가열장치는, 버너 또는 전기히터로 구성되며, 난방영역에서 이격된 곳의 난방실에 별도로 설치되는 것이 일반적이다. 그리고 이러한 가열장치는 연결관을 통해 방열배관과 연결된다.

그런데, 이러한 종래의 난방용 보일러는, 가열장치에서 가열된 고온의 난방수가 연결관을 통해 방열배관으로 도입되므로, 상기 고온의 난방수가 연결관을 따라 이동하는 과정에서 열손실되는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 많은 에너지가 소모된다는 문제점이 있다.

또한, 종래의 난방용 보일러는, 하나의 가열장치로 여러 곳의 난방영역을 난방하도록 구성되는데, 이때, 가열장치에서 가열된 난방수가 여러 곳의 난방영역을 차례로 순환하면서 각 난방영역을 난방하도록 구성되므로, 여러 곳의 난방영역 중, 어느 특정한 난방영역만 난방할 수 없다는 단점이 지적되고 있다.

한편, 난방하지 않는 난방영역(이하, "비난방영역"이라 칭함)을 밸브로 차단하여 필요한 영역만 난방할 수도 있지만, 이러한 경우, 일일이 비난방영역의 밸브를 닫아야 하는 번거로움이 있다. 또한, 필요한 난방영역만 난방하더라도 각 난방영역을 연결하는 연결파이프의 난방수를 모두 다 가열해야 하므로, 많은 에너지가 소모된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 각 난방영역을 개별적으로 난방할 수 있도록 구성함으로써, 필요한 난방영역만 선택적으로 난방할 수 있는 배관 직결식 전기보일러를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 필요한 난방영역만 난방할 수 있게 구성함으로써, 에너지 소비를 최소화시킬 수 있는 배관 직결식 전기보일러를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 가열장치에서 가열된 고온의 난방수가 열손실없이 방열배관에 직접 도입될 수 있게 구성함으로써, 에너지 효율을 극대화시킬 수 있는 배관 직결식 전기보일러를 제공하는 데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 난방영역의 바닥면에 지그재그형태로 배열되는 방열배관과; 상기 방열배관 상에 직결되게 설치되며, 상기 방열배관을 따라 흐르는 열매체가 통과할 수 있는 내부통로를 구비하는 가열튜브와; 상기 각 가열튜브의 외면에 제공되며, 인가되는 전원에 의해 열에너지를 발생하여 상기 가열튜브의 내부통로를 통과하는 열매체를 가열하는 면상발열체와; 상기 방열배관의 열매체를 순환시키기 위한 열매체 순환수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 열매체 순환수단은, 인가되는 전원에 의해 작동되어 상기 방열배관의 열매체를 강제 순환시키는 펌프인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 열매체 순환수단은, 상기 방열배관을 따라 흐르는 열매체 상호간에 온도차를 발생시켜 상호간의 온도차로 인한 대류현상으로 상기 열매체가 자연 순환될 수 있도록 상기 방열배관의 어느 특정부분의 열매체를 냉각시키는 방열기인 것을 특징으로 한다.

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

도 1은 본 발명에 따른 배관 직결식 전기보일러의 구성을 나타내는 도면이며, 도 2는 본 발명의 배관 직결식 전기보일러를 구성하는 가열장치를 상세하게 나타내는 도면이다.

먼저, 본 발명의 배관 직결식 전기보일러는 방열장치(10)를 갖는다. 방열장치(10)는 방열배관(12)을 갖춘 평판형 온수 순환 판넬로 구성되며, 난방영역(A)의 바닥면에 설치된다. 여기서, 방열배관(12)은 단일폐곡선형으로서, 판넬의 내부에 지그재그형태로 배열되며, 유연성을 갖는 소재, 예를 들어 합성수지, 합성고무를 소재로 구성된다. 물론, 방열배관(12)은 경우에 따라 금속성 소재로 구성될 수도 있다.

이러한 방열장치(10)는, 고온의 열에너지를 보유하고 있는 난방수를 난방영 역(A)에 순환시킴으로써, 난방수의 열에너지가 난방영역(A)으로 방출될 수 있게 하며, 따라서 상기 난방영역(A)을 따뜻하게 난방하는 역할을 한다.

한편, 본 발명에서는 방열장치(10)로서, 방열배관(12)을 갖춘 평판형 온수 순환 판넬로 구성하였지만, 경우에 따라 방열배관(12)만으로 직접 구성할 수도 있다.

다시, 도 1을 참조하면, 본 발명의 배관 직결식 전기보일러는, 방열장치(10)의 방열배관(12) 내부를 따라 흐르는 난방수를 가열하는 가열장치(20)를 구비한다.

가열장치(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 방열배관(12) 상에 설치되는 가열튜브(22)와, 가열튜브(22)의 외면에 설치되는 면상발열체(Plane heater:24)를 구비한다.

가열튜브(22)는 방열배관(12)의 어느 한쪽과 연통되는 입구(22a)와, 입구(22a)로 도입된 난방수를 이송하는 내부통로(22b)와, 내부통로(22b)를 통과한 난방수를 방열배관(12)의 다른 한쪽으로 배출시키는 출구(22c)를 갖는다.

이러한 가열튜브(22)는 방열배관(12) 상에 직결되므로, 상기 방열배관(12)을 따라 흐르는 난방수를 도입한 후, 내부통로(22b)를 따라 흐를 수 있게 한다. 여기서, 가열튜브(22)는 내열성 및 저팽창 특성을 갖는 소재, 예를 들어 석영관, 세라믹관으로 제조하는 것이 바람직하다.

한편, 면상발열체(24)는, 일종의 저항체로서 도전성 도료를 가열튜브(22)에 도포하여 박막으로 구성할 수 있으며, 그 표면에는 전원을 인가할 수 있는 복수의 전극(26)이 소정의 간격을 두고 부착되어 있다.

전극(26)은 가열튜브(30)의 둘레를 따라 환상을 이루도록 형성되어 있다. 전극(26)은 "은"을 소재로 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 면상발열체(24)는, 전극(26)에 인가된 전원에 의해 고온으로 발열하면서 가열튜브(22)를 가열하고, 가열튜브(22)를 가열함에 따라 가열튜브(22)의 내부통로(22b)를 따라 흐르는 난방수를 가열하여 고온의 난방수로 만들어준다.

다시, 도 1을 참조하면, 본 발명의 배관 직결식 전기보일러는, 방열배관(12)에 장착되는 펌프(30)와, 가열장치(20)와 펌프(30)의 작동을 제어하는 제어수단(40)을 구비한다.

펌프(30)는 난방수를 순환시키기 위한 수단으로서, 인가되는 전원에 의해 작동되면서 방열배관(12)의 난방수를 펌핑하며, 난방수를 펌핑함으로써 상기 난방수를 방열배관(12)을 따라 강제 순환시킨다.

제어수단(40)은, 방열배관(12)을 따라 흐르는 난방수의 온도를 감지하는 온도센서(42)와, 온도센서(42)에서 감지된 난방수의 온도에 따라 가열장치(20)와 펌프(30)를 제어하는 콘트롤러(44)로 구성된다.

특히, 콘트롤러(44)는, 온도센서(42)로부터 입력된 난방수의 온도와 미리 설정된 "설정온도"를 비교하여 난방수의 온도가 더 낮으면, 가열장치(20)의 전극(26)에 전원을 인가하여 상기 가열장치(20)를 작동시키고, 온도센서(42)로부터 입력된 난방수의 온도와 미리 설정된 "설정온도"를 비교하여 난방수의 온도가 더 크면, 가열장치(20)의 전극(26)에 인가된 전원을 차단하여 상기 가열장치(20)의 작동을 정지시킨다.

따라서, 상기 콘트롤러(44)는 사용자에 의해 미리 설정된 "설정온도"에 맞춰 상기 가열장치(20)를 제어하며, 이에 따라 방열배관(12)을 따라 흐르는 난방수가 설정온도를 유지하면서 상기 난방영역(A)을 일정한 온도로 난방할 수 있게 한다.

한편, 콘트롤러(44)는 사용자가 설정온도를 조작하기 위한 다수의 버튼(도시하지 않음) 및, 설정된 시간에 따라 가열장치를 제어하기 위한 타이머(도시하지 않음) 등을 구비하고 있다.

다음으로, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작동예를 도 1을 참조하여 설명한다. 먼저, 콘트롤러(44)의 버튼을 이용하여 설정온도를 미리 설정한다. 그러면, 온도센서(42)에서 현재의 난방수 온도를 감지한 다음, 감지된 난방수 온도를 콘트롤러(44)에 입력시킨다.

이때, 감지된 난방수 온도가 설정온도 이하이면, 상기 콘트롤러(44)는 가열장치(20)의 면상발열체(24)에 전원을 인가한다. 그러면, 면상발열체(24)는 고온으로 발열하면서 가열튜브(22)를 가열하며, 가열된 가열튜브(22)는 내부통로(22b)를 따라 흐르는 난방수를 가열하여 고온의 난방수로 만들어준다.

한편, 가열튜브(22)에서 가열된 고온의 난방수는, 펌프(30)에 의해 방열배관(12)을 따라 순환하고, 방열배관(12)을 따라 순환되는 고온의 난방수는 고온의 열을 방출하면서 난방영역(A)을 난방한다.

그리고, 온도센서(42)에서 감지된 난방수 온도가 설정온도 이상이면, 상기 콘트롤러(44)는 가열장치(20)에 인가된 전원을 차단한다. 그러면, 가열장치(20)는 난방수 가열 작용을 중단하고, 난방수 가열 작용을 중단함에 따라 상기 난방수는 설정온도 이상으로 과열되지 않는다. 따라서 상기 난방영역(A)은 항상 일정한 온도를 유지할 수 있게 된다.

이와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 난방수를 가열하기 위한 가열장치(20)를 방열배관(12)에 직접 연결하는 구조이므로, 가열장치(20)에서 가열된 난방수가 방열배관(12)에 직접 도입된다. 따라서, 가열장치(20)에서 가열된 난방수가 열손실없이 방열배관(12)에 도입되면서 난방효과를 극대화시킬 수 있다.

또한, 각 난방영역(A) 별로 설치된 방열배관(12) 마다 난방수 가열장치(20)가 개별적으로 설치되는 구조이므로, 각 난방영역(A) 별로 난방할 수 있다. 따라서, 필요한 난방영역만 선택적으로 난방할 수 있으며, 이에 따라, 에너지 소비를 최소화시킬 수 있다.

다음으로, 도 3에는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 도면이 도시되어 있다. 다른 실시예의 배관 직결식 전기보일러는, 방열배관(12) 내의 난방수를 순환시키기 수단으로서, 방열배관(12)을 따라 흐르는 난방수를 냉각시키는 방열기(50)를 구비한다.

방열기(50)는, 난방수가 통과할 수 있는 다수의 튜브(도시하지 않음)를 구비하는 것으로, 가열장치(20)의 상류측 부근에 설치되며, 난방영역(A)의 공기중으로 노출되는 구성을 갖는다. 난방영역(A)의 공기중으로 노출되는 방열기(50)는, 난방수의 열을 난방영역(A)의 공기중으로 방열한다.

이러한 방열기(50)는, 방열배관(12)을 따라 흐르는 어느 특정 부분의 난방수를 냉각시켜 준다. 특히, 가열장치(20)의 상류측(도면상의 아랫부분)으로 흐르는 난방수를 냉각시켜 준다. 따라서, 가열장치(20)의 상류측으로 흐르는 난방수의 온도와 밀도를 낮추어 주고, 가열장치(20)의 상류측으로 흐르는 난방수의 온도와 밀도를 낮추어 줌으로써, 가열장치(20)의 상류측으로 흐르는 난방수와 하류측으로 흐르는 난방수 간에 밀도차를 발생시킨다. 가열장치(20)를 전후로 한 이러한 온도 및 밀도의 차이는 난방수가 방열배관(12)내에서 원활하게 유동하는데 도움을 준다.
한편, 가열장치(20)의 입구에는 체크밸브(52)가 설치된다. 상기 체크밸브(52)는, 방열기(50)를 통과한 난방수가 가열장치(20)의 하류측(도면상의 윗부분)으로만 흐르게 하고, 가열장치(20)의 가열튜브(22)로 도입된 난방수가 가열장치(20)의 상류측(도면상의 아랫부분)으로 흐르는 것을 차단한다.
상기 가열장치(20)의 가열튜브(22)내로 도입된 난방수는 면상발열체(24)에 의해 가열되어 온도와 압력이 상승하게 된다. 이렇게 온도와 압력이 상승된 가열튜브(22)내의 난방수에는, 그 상승된 압력으로 인하여 가열튜브(22)의 밖으로 빠져 나가려는 힘이 작용하게 되는 데, 체크밸브(52)에 의해 가열튜브(22)의 상류측으로는 난방수가 흐르지 못하므로, 난방수는 가열튜브(22)의 하류측으로만 흐르게 된다.

상기 가열튜브(22)내의 난방수가 그 하류측으로만 유동함에 따라, 방열기(50)를 통과한 난방수는 체크밸브(52)를 통과하여 상기 가열튜브(22)내로 새로이 유입되게 된다. 따라서, 방열배관(12)내에서 난방수는, 도 3에 도시된 화살표 방향으로만 유동하게 되는 것이다.

이러한 다른 실시예에 의하면, 체크밸브(52) 및 방열기(50)를 구비하여 난방수를 순환시키는 구조이므로, 상기 일실시예와 같이 난방수의 강제순환을 위한 펌프(30)를 구비하지 않아도 된다. 따라서, 에너지 소모를 최대한으로 줄일 수 있으며, 이에 따라 저전력·고효율의 효과를 기대할 수 있다.

한편, 본 발명의 상세한 설명 및 도면에서는, 본 발명의 배관 직결식 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 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이 해되어야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 배관 직결식 전기보일러에 의하면, 난방수를 가열하기 위한 가열장치를 방열배관에 직접 연결하는 구조이므로, 가열장치에서 가열된 난방수가 방열배관에 직접 도입되며, 따라서 가열장치에서 가열된 난방수가 열손실없이 방열배관에 도입되면서 난방효과를 극대화시킬 수 있다.

또한, 각 난방영역 별로 설치된 방열배관 마다 난방수 가열장치가 개별적으로 설치되므로, 각 난방영역 별로 개별 난방할 수 있으며, 따라서, 필요한 난방영역만 선택적으로 난방할 수 있으며, 이에 따라 에너지 소비를 최소화시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 난방영역의 바닥면에 지그재그형태로 배열되는 방열배관(12)과;

   상기 방열배관(12)상에 직결되게 설치되며, 상기 방열배관(12)을 따라 흐르는 열매체가 통과할 수 있는 내부통로(22b)를 구비하는 가열튜브(22)와;

   상기 가열튜브(22)의 외면에 제공되며, 인가되는 전원에 의해 열에너지를 발생하여 상기 가열튜브(22)의 내부통로를 통과하는 열매체를 가열하는 면상발열체(24)와;

   상기 가열튜브(22)의 입구에 설치되어 열매체를 한쪽으로만 흐르도록 하는 체크밸브(52)와;

   상기 방열배관(12)을 따라 흐르는 열매체 상호간에 온도차를 발생시키도록, 상기 방열배관의 특정부분에 설치되어 열매체를 냉각시키는 방열기(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 직결식 전기보일러.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 방열기(50)는, 가열장치(20)의 상류측 열매체를 냉각시킬 수 있도록 상기 가열장치(20)의 상류측에 설치되는 것을 특징으로 하는 배관 직결식 전기보일러.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서,

   상기 방열기(50)는, 상기 열매체의 열을 난방영역의 공기중으로 방열할 수 있도록 상기 난방영역의 공기중으로 노출되는 것을 특징으로 하는 배관 직결식 전기보일러.

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