KR100792481B1 - 물을 직접가열하는 전기가열장치 및 이를 이용한 파이프형가열장치 - Google Patents

물을 직접가열하는 전기가열장치 및 이를 이용한 파이프형가열장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물을 직접가열하는 전기가열장치 및 이를 이용한 파이프형 가열장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 가열하고자 하는 물을 전기 저항체로 하여 교류전원을 물에 직접 공급함으로써, 히터봉를 구비하지 않고 물을 직접가열하는 전기가열장치 및 이를 이용한 파이프형 가열장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명은, 전기 전원 중에서 N상 전원이 공급되며, 중공 파이프형으로 형성되는 N상전극(110)과; 전기 전원 중에서 상전원이 공급되며, 상기 N상전극(110)의 내부에 설치되고, 외주연면에 간극지지봉홈(121)이 구비되고, 상기 N상전극(110)보다 짧으며 중공 파이프형으로 형성되는 상전극(120)과; 상기 N상전극(110) 내부에 상기 상전극(120)이 삽입될 때에 상기 간극지지봉홈(121)에 끼워지며, 상기 N상전극(110)과 상기 상전극(120) 사이에 일정한 간극을 형성되게 하는 절연재의 간극지지봉(130)과; 외부에서 전원을 공급받아 상기 N상전극(110)과 상기 상전극(120)에 전원선(141, 142)을 통하여 전원을 선택적으로 공급하는 전원공급부(150)를; 포함하여 구성된다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은, 유입되는 물을 고온으로 순간 가열하여 배출할 수 있고, 발열부의 부피가 작아서 설치 공간에 대한 제약이 없이 다양하게 활용될 수 있다. 또한, 타 가열장치가 갖고 있는 히터봉을 구비할 필요가 없고, 물에 열을 전달하기 위한 열전달매체가 필요 없으므로, 발열 효율이 매우 높다.
전기가열장치, 물, 상전극, N상전극

Description

물을 직접가열하는 전기가열장치 및 이를 이용한 파이프형 가열장치{Electric Heating Device for Direct Heating of Water And Heating Unit Using It}
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 전기가열장치의 구성을 도시한 단면 사시도.
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 전극의 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 결합된 전극의 종단면도.
도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 전기가열장치가 설치된 파이프형 가열장치 사시도.
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 전기가열장치의 구성을 도시한 단면 사시도.
도 6은 본 발명의 제 3실시예에 따른 전기가열장치 전극쌍의 종단면도.
도 7은 본 발명의 제 4실시예에 따른 전기가열장치의 구성과 전극쌍의 종단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 물유입 배관 2 : 물배출 배관
10 : 전기가열장치 보호관 20 : 물유입구
30 : 물배출구 40 : N상전극 지지부재
110 : N상전극 120 : 상전극
121 : 간극지지봉홈 130 : 간극지지봉
141 : 상전원선 142 : N상전원선
150 : 전원공급부 151 : 차단기
152 : 릴레이부 153 : N상감시부
160 : 전기가열장치 지지대 170 : 절연부재
본 발명은 물을 직접가열하는 전기가열장치 및 이를 이용한 파이프형 가열장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 가열하고자 하는 물을 전기 저항체로 하여 교류전원을 물에 직접 공급함으로써, 히터봉를 구비하지 않고 물을 직접 순간 가열하여 고온의 물을 공급할 수 있는 물을 직접가열하는 전기가열장치 및 이를 이용한 파이프형 가열장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기를 이용하여 저온의 물을 고온의 온수로 만드는 방법은, 전기가 흐름에 따라 줄열을 발산하는 히터봉를 직접 유체에 투입하거나, 상기 히터에 접하여 설치되는 배관에 물을 흘림으로서 이루어진다.
하지만, 상기의 방법은, 전류를 히터에 통전시켜 발생되는 열을 물에 전달하는 방식으로 이루어짐으로 고온의 온수를 얻기 위한 소요 시간이 길이지며, 상기 방법에 의한 가열장치는 설치 공간을 많이 차지하므로 실제 적용함에 있어 많은 애로사항이 발생하였다. 또한, 유체에 직접 투입된 히터봉에는 별도의 절연물질을 도포하거나, 중간 열 전달 매체를 이용해야만 하는 번거로움이 있었다.
또한, 상기 방법은 히터에서 전기로 발생하는 열을 물로 전달하는 과정에서 외부로 원하지 않는 열의 유출이 발생하여 장치의 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 히터와 같은 발열체를 구비하지 않으면서도 순간적인 고온의 온수를 얻게 하는 물을 직접가열하는 전기가열장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 협소한 공간에도 용이하게 적용될 수 있는 물을 직접가열하는 전기가열장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 열손실을 최소화하여 가열장치의 효율을 극대화하는 물을 직접가열하는 전기가열장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 흐르는 물을 순간 가열하고, 협소한 공간에도 용이하게 설치되는 파이프형 가열장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 전기가열장치는, 전기 전원 중에서 N상 전원이 공급되고, 중공 파이프형으로 형성되는 N상전극(110)과; 전기 전원 중에서 상전원이 공급되고, 상기 N상전극(110)의 내부에 설치되고, 외주연면에 간극지지봉홈(121)이 구비되고, 상기 N상전극(110)보다 짧게 형성되는 상전극(120)과; 상기 N상전극(110) 내부에 상기 상전극(120)이 삽입될 때에 상기 간극지지봉홈(121)에 끼워지고, 상기 N상전극(110)과 상기 상전극(120) 사이에 일정한 간극(d)을 형성되게 하는 절연재의 간극지지봉(130)과; 외부에서 전원을 공급받아 상기 N상전극(110)과 상기 상전극(120)에 전원선(141, 142)을 통하여 전원을 선택적으로 공급하는 전원공급부(150)를; 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 간극지지봉홈(121)은, 상기 간극지지봉(130)이 상전극(120)의 외부면을 따라 움직이는 것을 방지한다.
상기 N상전극(110)과 상전극(120)은, 백금 또는 스테인레스 재질로 이루어지는 것이 바람직하고, 종단면은 원형 또는 다각형으로 될 수 있다. 또한, 상기 상전극(120)은 판형으로도 될 수 있다.
상기 N상전극(110) 내부에 다수개의 상전극(120)이 구비되어, N상전극(110)을 공통으로 하여 전원공급부(150)에서 각각의 상전극(120)에 선택적으로 전원을 공급하므로서, 물이 순간 가열되는 온도를 조절할 수 있다. 이와 같은 방법에서는, 다수의 상전극(120)에 개별 상전원선(141)을 통하여 전기가 공급되야 한다.
상기 상전극(120)의 길이는, 상기 N상전극(110)의 양쪽 끝단에서 안쪽으로 소정의 길이만큼 들어갈 수 있도록 상기 N상전극(110)보다 짧게 형성된다. 따라서, 상기 상전극(120)에 비해서 상기 N상전극(110)이 양 끝단으로 돌출되는 형상을 이룬다. 상기 상전극(120)이 상기와 같이 설치되는 이유는, 상기 상전극(120)에 투입된 상 전기가 물을 통하여 상기 N상전극(110)으로 흐를 때에 상기 N상전극(120)의 외부를 통하여 흐르는 전기를 최소화하기 위함이다.
또한, 상기 상전극(120)은, 상기 N상전극(110)의 내부면에 소정의 간격이 이격되게 설치되고, 상기 간격은 상기 간극지지봉홈(121)에 끼어지는 간극지지봉(130)에 의해 일정하게 유지된다. 상기 간격에 따라 물에 의한 전기 저항의 크기가 변함으로, 그에 대응하여 발열되는 열량도 변하게 된다. 따라서, 사용되는 용도에 따라 상기 간격이 다르게 설정되는 것이 바람직하다.
상기 전원공급부(150)는, 과전류 보호를 위한 안전차단장치와, 상기 전극(110, 120)에 제어신호에 따라 선택적으로 전기를 공급하게 하는 릴레이와, 상기 릴레이를 제어하는 조절부를 포함하여 구성될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 참조번호는, 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 참조번호를 사용하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생 략한다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 전기가열장치의 구성을 도시한 단면 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 전극쌍(110, 120)의 분해 사시도이고, 도 3은, 상기 도 1과 도 2에서 도시한 전극쌍(110, 120)의 결합 종단면도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1실시예에 따른 전기가열장치는, 전기 전원 중에서 N상 전원이 공급되며, 중공 원형 파이프로 형성되는 N상전극(110)과; 전기 전원 중에서 상전원이 공급되며, 상기 N상전극(110)의 내부에 설치되고, 원형 파이프의 외주연면에 호를 그리며 형성되는 간극지지봉홈(121)이 구비되고, 상기 N상전극(110)보다 소정의 길이(L)만큼 짧으며 중공 원형 파이프로 형성되는 상전극(120)과; 상기 N상전극(110) 내부에 상기 상전극(120)이 삽입될 때에 상기 간극지지봉홈(121)에 끼워지며, 상기 N상전극(110)과 상기 상전극(120) 사이에 일정한 간극(d)을 형성되게 하는 절연재의 간극지지봉(130)과; 외부에서 공급되는 전기를, 안전차단장치인 차단기(151)를 통과시키고, N상전원선(N)을 구별하는 N상감시부(153)에 의해 동작하는 릴레이부(152)를 통과시켜, 상기 N상전극(110)과 상기 상전극(120)에 전원선(141, 142)을 통하여 전원을 선택적으로 공급하는 전원공급부(150)를; 포함하여 구성된다.
도 1에서, 외부 전원 공급선은 상전원(R)과 중성선인 N상전원(N)으로 구별되며, 대지 접지단(G)이 별도로 구비된다. 또한, 사용자의 부주의로 인한 오결선으로 상기 상전원(R)과 N상전원(N)이 바뀌게 되면 상기 N상감시부(153)에 의해 상기 릴 레이부(152)가 오픈(OPEN)되어 전원공급이 차단된다. N상감시부(153)의 내부 구성은 종래기술에 의하여 구현될 수 있으므로, 그에 대한 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 4개의 간극지지봉홈(121)에 간극지지봉(130)이 각각 끼워진 상전극(120)이 N상전극(110) 안으로 삽입되어 전극쌍(110, 120)이 형성된다. 상기 전극쌍(110, 120)이 물속에 투입되고 전원공급부(150) 및 전원선(141, 142)을 통하여 전기가 상기 전극쌍(110, 120)에 투입되면, 투입된 전기는 상기 전극쌍(110, 120) 사이의 간극(d)에 채워진 물을 저항체로 하여 직접 가열하게 된다.
도 4는 도 1의 구성으로 이루어진 전기가열장치가 설치된 파이프형 가열장치의 사시도이다. 도 4에 따른 발열부는, 외부 물이 발열부로 유입되는 물유입 배관(1)과, 유입된 물이 배출되는 물배출 배관(2)과, 본 발명에 의한 전기가열장치와, 유입된 물을 가열시키는 전기가열장치의 전극쌍(110, 120)이 삽입 설치되는 전기가열장치 보호관(10)과, 상기 배관(1, 2)과 상기 전기가열장치 보호관(10)을 연결하는 도전성 물유입구(20) 및 물배출구(30)와, N상전극(110)을 상기 전기가열장치 보호관(10)에 지지시키는 절연체의 N상전극 지지부재(40)를 포함하여 구성된다.
도 4에서, 하부에 설치된 물유입 배관(1)을 통하여 유입된 물은, 전도성의 물유입구(20)를 통하고, 전극쌍(110, 120) 사이의 간극(d)과 상전극(120)의 내부와 N상전극(110)의 외부를 통하고, 물배출구(30)를 통하여 물배출 배관(2)으로 흐른다. 특히, 상기 전극쌍(110, 120) 사이의 간극(d)을 통하여 흐르는 물은 통전되는 전기에 의해 순간 고온으로 가열되고, 상전극(120)의 내부와 N상전극(110)의 외부 로 통하여 흐르는 물은 상기 간극(d)에서 발생한 열이 상기 전극(110, 120)을 통해 전달됨으로서 가열된다.
바람직하게, 상기 도전성 물유입구(20) 및 물배출구(30)는 전원공급부(150)의 대지 접지단(G)에 연결되어, 누전에 대비한 접지시공이 이루어진다.
도 4의 구체적인 실시예로서, 단면 안지름이 14mm이고 길이가 130mm인 N상전극(110)과, 간극(d)이 1~2mm가 되도록 단면 바깥지름이 12~13mm이고 길이가 50~60mm인 상전극(120)으로 구성된 전극쌍(110, 120)을 이용한 실시예에서는 누전에 대한 위험이 없었고, 전기가열장치 보호관(10) 내부로 흐르는 물을 효과적으로 순간 가열시키는 결과를 얻었다.
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 전기가열장치의 구성을 도시한 단면 사시도이다. 도 2에 따른 본 발명은, 하나의 N상전극(110) 내부에 두개의 상전극(120-1, 120-2)이 삽입되고, 상전원선(141-1, 141-2)도 개별로 전원공급부(150)에 연결되어 이루어진다. 또한, 상기 릴레이부(152)는 상기 상전극(120-1, 120-2)에 대응하는 두개의 릴레이를 포함하고, N상감시부(153)는 상기 릴레이를 개별 제어하는 기능을 더 포함하여 이루어진다. 상기와 같은 제 2실시예에 따른 전기가열장치는 가열되는 물의 온도를 선택적으로 조절할 수 있는 장점을 갖는다.
도 6은 본 발명의 제 3실시예에 따른 전기가열장치 전극쌍의 종단면도이다. 도 6은 도 4에서와 같은 발열부에 본 발명에 의한 전극쌍(110, 120)을 병렬로 3개 를 배치한 종단면도로서, 각 N상전극(110)은 외주연에 절연부재(170)를 더 포함하여 구성된다. 각 N상전극(110)은 공통으로 중성선인 N상전원(N) 쪽에 연결되고, 각 상전극(120)은 도 5에서와 같이 릴레이부(152)의 내부에 구비된 3개의 릴레이에 개별 연결된다. 삼상전원으로 공급될 경우에는 1개의 릴레이에 R, S, T상 전원이 연결되어, 전극쌍(110, 120)들은 Y결선을 이룬다.
도 7은 본 발명의 제 4실시예에 따른 전기가열장치의 구성과 전극쌍의 종단면도이다. 도 7을 참조하면,
본 발명의 제 4실시예에 따른 전기가열장치는, 전기 전원 중에서 N상 전원이 공급되며, 중공 원형 파이프로 형성되는 N상전극(110)과; 전기 전원 중에서 상전원(R, S, T상)이 공급되며, 상기 N상전극(110)의 내부에 설치되고, 상기 N상전극(110)보다 짧으며 판형으로 형성되는 상전극(120-R, 120-S, 120-T)과; 상기 N상전극(110) 내부에 상기 상전극(120-R, 120-S, 120-T)이 삽입될 때에 상간격(D)가 유지되도록 고정하고, 상기 N상전극(110)의 내부면에 접하는 외각고정재(131)와; 상기 N상전극(110) 내부에 상기 상전극(120-R, 120-S, 120-T)이 삽입될 때에 상간격(D)가 유지되도록 고정하고, 상기 상전극(120-R, 120-S, 120-T)이 상기 N상전극(110)의 중심에 위치하는 중심고정재(132)와; 외부에서 공급되는 전기를, 안전차단장치인 차단기(151)를 통과시키고, N상전원선(N)을 구별하는 N상감시부(153)에 의해 동작하는 릴레이부(152)를 통과시켜, 상기 N상전극(110)과 상기 상전극(120-R, 120-S, 120-T)에 전원선(R, S, T상 전선)을 통하여 전원을 선택적으로 공급하는 전원공급부(150)를; 포함하여 구성된다.
상기 상전극(120-R, 120-S, 120-T)은 각각 두개씩 서로 다른 상(R, S, T)끼리 간격(D)을 두고 고정되어, 외부에서 △결선으로 이루어진다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명은, 히터와 같은 발열체를 구비하지 않으면서도 순간적인 고온의 온수를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 구조가 간단하면서도 작게 제작될 수 있으므로 협소한 공간에도 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은 물을 가열하기 위한 중간 열전달 매체가 필요 없으므로 그 효율이 매우 높다.

Claims (8)

  1. 물을 전기 저항체로 하여 직접 가열하는 전기가열장치에 있어서,
    전기 전원 중에서 N상 전원이 공급되며, 중공 파이프형으로 형성되는 N상전극(110)과;
    전기 전원 중에서 상전원이 공급되며, 상기 N상전극(110)의 내부에 설치되는 상전극(120)과;
    상기 N상전극(110)과 상기 상전극(120) 사이에 일정한 간극을 형성되도록 삽입되는 절연재의 간극지지봉(130)과;
    외부에서 전원을 공급받아 상기 N상전극(110)과 상기 상전극(120)에 전원선(141, 142)을 통하여 전원을 선택적으로 공급하는 전원공급부(150)를; 포함하여 구성되는 물을 직접가열하는 전기가열장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상전극(120)은,
    상기 N상전극(110)의 양쪽 끝단에서 안쪽으로 상기 N상전극(110)보다 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 물을 직접가열하는 전기가열장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 상전극(120)은,
    상기 간극지지봉(130)이 움직이는 것을 방지하기 위해, 외주연면에 호를 그리며 안으로 파인 다수개의 간극지지봉홈(121)이 구비됨을 특징으로 하는 물을 직접가열하는 전기가열장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 전원공급부(150)는, 과전류를 보호를 위한 안전차단장치와, 상기 전극(110, 120)에 제어신호에 따라 선택적으로 공급하게 하는 릴레이와, 상기 릴레이를 제어하는 조절부를 포함하여 구성되는 물을 직접가열하는 전기가열장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 N상전극(110)은,
    다수개의 상기 상전극(120)을 내부에 포함하고,
    상기 상전극(120)은 상기 전원공급부(150)에 의해 개별 제어됨을 특징으로 하는 물을 직접가열하는 전기가열장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 N상전극(110)과 상전극(120)으로 이루어지는 전극쌍(110, 120)은,
    물을 가열하기 위한 발열부에 다수개로 설치되고,
    전원공급부(150)에 의해 개별 제어되는 것을 특징으로 하는 물을 직접가열하는 전기가열장치.
  7. 물을 전기 저항체로 하여 직접 가열하는 전기가열장치에 있어서,
    전기 전원 중에서 N상 전원이 공급되며, 중공 원형 파이프로 형성되는 N상전극(110)과;
    전기 전원 중에서 상전원(R, S, T상)이 공급되며, 상기 N상전극(110)의 내부에 설치되고, 상기 N상전극(110)보다 짧으며 판형으로 형성되는 상전극(120-R, 120-S, 120-T)과;
    상기 N상전극(110) 내부에 상기 상전극(120-R, 120-S, 120-T)이 삽입될 때에 상간격(D)가 유지되도록 고정하고, 상기 N상전극(110)의 내부면에 접하는 외각고정재(131)와;
    상기 N상전극(110) 내부에 상기 상전극(120-R, 120-S, 120-T)이 삽입될 때에 상간격(D)가 유지되도록 고정하고, 상기 상전극(120-R, 120-S, 120-T)이 상기 N상전극(110)의 중심에 위치하는 중심고정재(132)와;
    외부에서 공급되는 전기를, 안전차단장치인 차단기(151)를 통과시키고, N상 전원선(N)을 구별하는 N상감시부(153)에 의해 동작하는 릴레이부(152)를 통과시켜, 상기 N상전극(110)과 상기 상전극(120-R, 120-S, 120-T)에 전원선(R, S, T상 전선)을 통하여 전원을 선택적으로 공급하는 전원공급부(150)를; 포함하여 구성되는 물을 직접가열하는 전기가열장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기가열장치에 외부로부터 물을 유입시키는 물유입 배관(1);과
    상기 전기가열장치로부터 가열된 물을 외부로 배출하는 물배출 배관(2);과
    상전극과 N상전극을 내부에 포함하며, 절연재로 이루어지는 전기가열장치 보호관(10);과
    상기 물유입 배관(1)과 상기 전기가열장치 보호관(10)을 연결하는 도전성 물유입구(20);와
    상기 물배출 배관(2)과 상기 전기가열장치 보호관(10)을 연결하는 도전성 물배출구(30);와
    상기 N상전극을 상기 전기가열장치 보호관(10)에 지지시키는 절연체의 N상전극 지지부재(40);를 포함하여 구성되고,
    상기 도전성 물유입구(20) 및 도전성 물배출구(30)는 대지 접지단(G)에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기가열장치를 이용한 파이프형 가열장치.
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