KR100803282B1 - 온수 및 스팀을 이용한 난방장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 온수 및 스팀을 이용한 난방장치에 관한 것이다.
본 발명의 온수 및 스팀을 이용한 난방장치는 유입부와 배출부가 형성되며 난방에 사용되는 원수가 저장되는 원수탱크와, 상기 원수탱크의 배출부에 연결되며 상기 원수가 상기 원수탱크로 역류되는 것을 방지하기 위한 제 1 체크밸브와, 상기 제 1 체크밸브와 연결되며 상기 원수를 가열시킬 수 있는 히터와, 상기 히터와 상기 원수탱크의 유입부를 연결하는 난방파이프 및 상기 히터 및 상기 원수탱크의 유입부 사이에 설치되며, 상기 난방파이프를 순환하는 원수가 역류되는 것을 방지하기 위한 제 2 체크밸브로 이루어지는 난방장치에 있어서, 상기 히터는 내부가 관통되며, 일측에 상기 제 1 체크밸브가 연결되고 타측에 상기 난방파이프가 연결되는 관통부가 형성되며, 상기 제 1 체크밸브를 통하여 공급된 원수가 상기 관통부에서 온수 및 스팀으로 가열되어 상기 난방파이프로 공급되도록 직수식으로 형성되고, 상기 난방파이프의 일측에 결합되어 상기 난방파이프의 온도를 측정하는 온도센서와, 상기 온도센서에서 측정된 값에 따라 상기 히터의 작동을 제어하는 온도제어유닛 및 상기 원수탱크와 상기 제 1 및 제 2 체크밸브와 상기 히터를 수용하는 케이스를 더 포함하며, 상기 히터에서 발생되는 온수 및 스팀이 혼재되어 자동으로 순환되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 히터에서 원수를 공급받아 가열하고 발생되는 스팀의 팽창력에 의해 온수 및 스팀이 혼재된 상태로 난방파이프 내를 자동으로 순환시킬 수 있어 온수 및 스팀을 순환하기 위한 순환장치가 필요 없다.
온수 및 스팀, PTC, 온열매트, 난방, 직수식, 역류
Description
본 발명은 온수 및 스팀을 이용한 난방장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 히터에서 원수를 공급받아 가열하고 발생되는 스팀의 팽창력에 의해 온수 및 스팀이 혼재된 상태로 난방파이프 내를 자동으로 순환시킬 수 있는 온수 및 스팀을 이용한 난방장치에 관한 것이다.
일반적으로 온열매트 등에 사용되는 난방장치는 난방수를 저장하는 난방수탱크와 난방수를 가열하여 온수를 생성하는 히터와 온수를 순환시키는 순환펌프 및 온열매트에 배선되는 난방파이프로 이루어진다.
이러한 종래의 난방장치는 난방수탱크에 저장된 난방수를 히터에서 공급받아 가열하여 온수를 생성하면 이를 순환펌프가 작동되어 난방파이프 내로 순환시키는 구조를 갖는다.
하지만, 종래의 난방장치는 순환펌프를 사용하여 난방수를 순환시킴으로써, 순환펌프의 작동으로 인한 소음과 전자파가 발생되었고, 순환펌프의 고장으로 인한 난방장치 전체의 수명이 짧아지는 문제점이 있었다.
본 발명과 관련되는 선행기술로 특허 제 10-0312643 호 "액체순환식 난방장치" (공고일 : 2001년 12월 28일)"에 의하면, 난방장치를 이루는 방열부재 내의 순환관을 흐르는방열부재에 매설되는 순환관과, 상기 순환관에 연결되며 그 내부에 수용된 액체를 가열시키는 가열수단과, 상기 가열수단의 작동에 의해 팽창된 액체의 압력을 완충시켜 액체의 순환을 가능케 하는 압력완충수단과, 상기 가열수단과 상기 압력완충수단 사이에 설치되는 제 1 역류방지수단 및 상기 제 1 역류방지수단과 대향되게 설치되는 제 2 역류방지수단으로 이루어지며, 난방장치를 이루는 방열부재 내의 순환관을 흐르는 유체를 전열에 의해 가열하고, 유체의 팽창력으로 자연 순환시킬 때 발생된 압력을 흡수할 수 있도록 하는 기술이 공지되어 있다.
그러나, 상기 특허의 액체순환식 난방장치는 액체가 가열되어 발생되는 팽창력에 의해 순환시키므로 순환관 내부에는 상당히 높은 압력이 발생되므로, 이를 완충하기 위한 압력완충장치가 별도로 구비되어야 하는 문제점이 있었다.
또한, 내압을 견디기 위해 중량의 순환관이 사용되어야 하므로 난방장치가 전체적으로 중량화 되는 문제점이 있었으며, 내압에 의한 순환관의 폭발을 방지하기 위해 순환관의 외부를 편조(編造)로 감싸야 하므로 제작비용의 상승과 열전달 효율의 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 안출되는 것으로, 본 발명의 목적은 히터에서 원수를 공급받아 가열하고 발생되는 스팀의 팽창력에 의해 온수 및 스팀이 혼재된 상태로 난방파이프 내를 자동으로 순환시킬 수 있는 온수 및 스팀을 이용한 난방장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 온수 및 스팀의 순환에 따른 소음과 전자파의 발생이 없는 온수 및 스팀을 이용한 난방장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 온수 및 스팀을 이용한 난방장치는 유입부와 배출부가 형성되며 난방에 사용되는 원수가 저장되는 원수탱크와, 상기 원수탱크의 배출부에 연결되며 상기 원수가 상기 원수탱크로 역류되는 것을 방지하기 위한 제 1 체크밸브와, 상기 제 1 체크밸브와 연결되며 상기 원수를 가열시킬 수 있는 히터와, 상기 히터와 상기 원수탱크의 유입부를 연결하는 난방파이프 및 상기 히터 및 상기 원수탱크의 유입부 사이에 설치되며, 상기 난방파이프를 순환하는 원수가 역류되는 것을 방지하기 위한 제 2 체크밸브로 이루어지는 통상의 난방장치에 있어서, 상기 히터는 내부가 관통되며, 일측에 상기 제 1 체크밸브가 연결되고 타측에 상기 난방파이프가 연결되는 관통부가 형성되며, 상기 제 1 체크밸브를 통하여 공급된 원수가 상기 관통부에서 온수 및 스팀으로 가열되어 상기 난 방파이프로 공급되도록 직수식으로 형성되고, 상기 난방파이프의 일측에 결합되어 상기 난방파이프의 온도를 측정하는 온도센서와, 상기 온도센서에서 측정된 값에 따라 상기 히터의 작동을 제어하는 온도제어유닛 및 상기 원수탱크와 상기 제 1 및 제 2 체크밸브와 상기 히터를 수용하는 케이스를 더 포함하여 구성되며, 상기 히터에서 발생되는 온수 및 스팀이 혼재되어 자동으로 순환되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 히터는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 온도제어유닛은 외부의 전원을 입력받는 전원입력부와, 상기 온도센서와 연결되어 상기 온도센서에서 측정된 값을 입력받는 신호입력부와, 상기 온도센서에서 측정된 온도 값을 표시하는 온도표시부와, 난방온도를 설정하는 온도설정부와, 상기 히터에 전원을 공급하는 전원출력부 및 상기 신호입력부로 입력되는 온도 값과 상기 온도설정부에 설정된 온도 값을 비교하여 상기 전원출력부를 통해 상기 히터로 전원이 공급되는 것을 제어하는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 케이스의 내부에 상기 원수탱크와 제 1 및 제 2 체크밸브와 히터가 수용되고 빈 공간에는 축열물질로 채워질 수 있으며, 이러한 축열물질은 황토세라믹 또는 게르마늄 중 어느 하나일 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 히터에서 원수를 공급받아 가열하고 발생되는 스팀의 팽창력에 의해 온수 및 스팀이 혼재된 상태로 난방파이프 내를 자동으로 순환시킬 수 있어 온수 및 스팀을 순환하기 위한 순환장치가 필요 없다는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 온수 및 스팀을 순환에 따른 소음과 전자파의 발생되지 않으며, 난방파이프 내의 압력이 발생되지 않으므로 경량으로 제작이 가능하며 내압에 의한 파손 및 폭발의 위험이 없다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 난방장치의 구성을 도시한 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 히터의 작동상태를 설명하기 위한 부분확대도이며, 도 3은 본 발명에 따른 온도제어장치의 구성을 도시한 블록도이고, 도 4는 본 발명에 따른 난방장치의 적용예를 도시한 평면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 난방장치의 다른 적용예를 도시한 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 온수 및 스팀을 이용한 난방장치(100)는 난방에 사용되는 원수가 저장되며 원수가 출입되는 유입구(12)와 유출구(11)를 갖는 원수탱크(10)와, 유출구(11)와 연결되는 제 1 체크밸브(20)와, 원수를 가열하여 온수 및 스팀을 발생시키는 히터(30)와, 히터(30) 및 원수탱크(10)를 연결하는 난방파이프(40)와, 히터(30) 및 원수탱크(10) 사이에 설치되는 제 2 체크밸브(21)와, 상기의 구성들을 수용하는 케이스(70)와, 난방파이프(40)의 온도를 측 정하는 온도센서(50) 및 히터(30)의 작동을 제어하는 온도제어장치(60)로 이루어진다.
원수탱크(10)는 난방에 사용되는 원수가 일정수위 저장되는 것으로 상기 원수가 입출되는 유입구(12)와 유출구(11)가 형성된다. 또한, 원수를 주입하기 위한 주입구가 형성될 수 있다. 이때, 유출구(11)는 유입구(12) 보다 낮게 설치될 수 있으며, 원수탱크(10)의 내부에는 원수가 대략 3분의 1정도 채워지는 것이 바람직하다.
제 1 체크밸브(20)는 원수탱크(10)에서 유출되는 원수가 역류되는 것을 방지하기 위한 것으로, 원수탱크(10)의 유출구(11)와 연결된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 히터(30)는 제 1 체크밸브(20)를 통하여 원수를 공급받아 가열하기 위한 것으로, 장방형으로 형성된 몸체의 중심부를 길이방향으로 관통한 관통부(31)가 형성된다.
이때, 관통부(31)의 일측에는 제 1 체크밸브(20)가 연결되고 타측에는 하기의 난방파이프(40)가 연결되며, 제 1 체크밸브(20)를 통하여 공급된 원수를 관통부(31) 내에서 가열하여 온수 및 스팀이 발생시키고, 발생된 스팀의 팽창력에 의해 온수 및 스팀이 혼재된 상태로 난방파이프(40)로 공급되도록 한다. 따라서, 히터(30)는 원수를 공급받고 가열하여 배출하는 일련의 과정이 직수식으로 이루어진다.
이러한 히터(30)는 전기코일이나 세라믹 히터와 같은 통상의 가열수단이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터가 사 용될 수 있다. 이와 같이, 세라믹 히터의 일종인 PTC 히터가 사용됨으로써, 인체에 유해한 전자파가 전혀 발생되지 않는다.
여기서, PTC란 티탄산바륨(BaTiO3)과 미량(대략적으로 0.1~1.5%)의 1가인 칼륨 또는 3가의 토륨, 이트륨 등의 산화물을 혼합하여 소결한 것으로, 낮은 온도에서는 비교적 작은 저항 값을 갖는데 어떠한 소정의 온도에 도달되면 급격히 저항이 증가되어 발열을 멈추게 되어 특정온도 이상으로의 상승이 이루어지지 않는 소자이다. 따라서, 히터의 과열을 방지하기 위해 부가적인 장치를 구비하지 않아도 되므로, 제작이 용이하고 비용을 절감할 수 있다.
케이스(70)는 상기한 본 발명의 구성들을 수용하기 위한 것으로 내부에 수용공간을 갖는 함체로서, 각 구성들이 배치되고 남은 공간에는 축열물질(미도시)이 채워질 수 있다. 이때, 축열물질은 황토세라믹 또는 게르마늄 중 어느 하나일 수 있으며, 이와 같은 축열물질로 케이스(70) 내부를 채우게 되면, 온수의 열이 외부로 방출되는 것을 방지하는 동시에 인체에 유익한 원적외선이 발생되는 효과가 있다.
난방파이프(40)는 히터(30)와 원수탱크(10)의 유입구(12)를 연결하며 온돌매트나 온열장판, 방석 또는 의자 등을 가열하기 위해 배선된다. 난방파이프(40)의 재질로는 예를 들어, P.E, 동, 스테인리스, 실리콘 또는 테프론이 사용될 수 있다.
제 2 체크밸브(21)는 난방파이프(40)를 순환하는 원수가 역류되는 것을 방지하기 위한 것으로 히터(30) 및 원수탱크(10)의 유입구(12) 사이에 설치될 수 있으며, 원수탱크(10)의 유입구(12)에 근접하여 설치되는 것이 바람직하다.
온도센서(50)는 난방파이프(40)의 일측에 결합되어 난방파이프(40)의 온도를 측정한다. 이때, 온도센서(50)는 제 2 체크밸브(21)와 근접하여 설치되는 것이 바람직하며, 측정된 온도 값은 전기적으로 연결되는 하기의 온도제어장치(60)로 전달한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 온도제어장치(60)는 외부의 전원을 입력받는 전원입력부(61)와, 온도센서(50)와 연결되어 온도센서에서 측정된 값을 입력받는 신호입력부(62)와, 온도센서(50)에서 측정된 값을 표시하는 온도표시부(63)와, 난방온도를 설정하는 온도설정부(64)와, 히터에 전원을 공급하는 전원출력부(65) 및 신호입력부(62)로 입력되는 온도 값과 온도설정부(64)에 설정된 온도 값을 비교하여 전원출력부(65)를 통해 히터(30)로 전원이 공급되는 것을 제어하는 제어부(66)로 이루어질 수 있다. 이때, 전원출력부(65)는 외부의 전원을 PTC에 공급될 수 있도록 직류로 변환하여 공급할 수 있다.
도 3에서 설명되지 않은 부호 '68'은 외부의 전원이 온도제어장치(60)로 연결 또는 차단하기 위한 전원스위치이다.
도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 난방장치(100)는 온열매트(80) 또는 온열장판(81) 등에 적용될 수 있다.
도 4와 같이, 온열매트(80)에 적용되는 경우에는 난방파이프(40)가 온열매트(80)의 내부 전면에 걸쳐 지그재그 형태로 배치되고, 원수탱크와 체크밸브, 히터 및 제 2 체크밸브가 수용되는 케이스(70)가 온열매트(80)의 프레임 내측에 설치되 며, 온도제어장치(60)는 사람의 머리가 누여지는 쪽의 외측으로 설치될 수 있다.
이러한 케이스(70) 및 온도제어장치(60)는 도시되진 않았지만 사람의 발이 놓여지는 온열매트(80)의 하부에 설치되는 것도 가능하다.
한편, 도 5와 같이, 온열장판(81)에 적용되는 경우에는 난방파이프(40)가 온열장판(81)의 내부 전면에 걸쳐 지그재그 형태로 배치되고, 케이스(70) 및 온도제어장치(60)는 온열장판(81)의 외측에 설치될 수 있다. 이때, 케이스(70)는 온열장판(81)의 일측에 결합될 수 있으며, 온도제어장치(60)는 케이스(70)의 일측에 결합될 수 있다.
설명되지 않은 예로서 본 발명의 난방장치는 온열침대나 흙침대, 방석 또는 의자 등과 난방이 필요한 곳이 적용될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 온수 및 스팀을 이용한 난방장치의 작동을 설명한다.
본 발명에 따른 난방장치(100)의 작동은 먼저, 전원스위치(68)를 오픈시켜 외부전원을 온도제어장치(60)의 전원입력부(61)로 연결한다. 제어부(66)에서 온도설정부(64)에 설정된 온도 값과 신호입력부(62)를 통하여 입력되는 온도센서(50)에서 측정된 온도 값을 입력받아 비교하고, 온도설정부(64)에 설정된 온도 값이 클 경우 전원출력부(65)에서 히터(30)에 전원을 공급하도록 한다. 이때, 온도설정부(64)에 설정된 온도는 온도표시부(63)를 통하여 표시된다.
상기와 같이 히터(30)에 전원이 공급되면, 히터(30)의 관통부(31) 내에 있던 원수가 가열되어 온수가 생성되고, 이와 함께 일정량의 스팀이 생성된다.
관통부(31) 내에서 생성된 온수 및 스팀은 스팀의 팽창력에 의해 온수 및 스팀이 혼재된 상태로 난방파이프(40)로 밀려들어간다. 이때, 온수 및 스팀이 원수탱크(10)로 역류되는 것은 제 1 체크밸브(20)에 의해 차단된다. 이에 따라, 온수 및 스팀은 난방파이프(40) 내로만 진행된다.
난방파이프(40) 내부를 순환하는 온수 및 스팀은 제 2 체크밸브(21)를 거처 유입구(12)를 통하여 원수탱크(10)로 유입된다. 이때, 스팀은 난방파이프(40)를 순환하면서 원래의 열을 잃고 액화된 상태로 원수탱크(10)로 유입된다. 또한, 유입구(12)로 유입되는 원수는 제 2 체크밸브(21)에 의해 난방파이프(40)로 역류되는 것이 방지된다.
이렇게 가열된 온수 및 스팀이 난방파이프(40)로 밀려들어가면 원수탱크(10)에 저장된 원수가 제 1 체크밸브(20)를 통하여 히터(30)의 관통부(31)로 공급된다. 이에 따라, 원수탱크(10)와 제 1 체크밸브(20), 히터(30), 난방파이프(40) 및 제 2 체크밸브(50)가 폐루프를 이루면서 순환이 지속적으로 이루어지게 된다.
따라서 본 발명의 난방장치(100)는 별도의 순환장치가 없어도 온수의 순환이 가능하므로 순환장치의 작동으로 인한 소음이 발생되지 않고, 전자파도 발생되지 않으며, 순환펌프의 고장 및 수명한계에 대한 걱정도 없다.
한편, 원수탱크(10)와 제 1 및 제 2 체크밸브(20)와 히터(30)가 수용되고 남은 케이스(70)의 내부에는 황토세라믹이나 게르마늄과 같이 원적외선을 발생할 수 있는 축열물질로 채워져 있어 히터(30) 등에서 발생되는 열을 보온할 수 있고, 축열물질에서 발생되는 원적외선으로 인체에 이로운 영향을 줄 수 있다.
본 발명은 상기 설명한 실시예에만 한정되지 않고, 본 발명은 발명의 기술사상으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다른 형태로 실시될 수 있다. 특허청구범위와 균등한 기술 범위내에서 이루어지는 모든 설계 변경은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 간주된다.
도 1은 본 발명에 따른 난방장치의 구성을 도시한 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 히터의 작동상태를 설명하기 위한 부분확대도.
도 3은 본 발명에 따른 온도제어장치의 구성을 도시한 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 난방장치의 적용예를 도시한 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 난방장치의 다른 적용예를 도시한 평면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 몸체 20 : 분리기
21 : 측벽 22 : 수평부
23 : 관통홀 24 : 경사부
27 : 유입관 28 : 유출관
30 : 협잡물 이송관 31,71 : 이송스크류
33,73 : 구동수단 36,76 : 수거함
40 : 미세 협잡물 침전조 41 : 침전조 몸체
50 : 경사침전기 51 : 지지체
53 : 경사판 60 : 웨어
61 : 배수관 70 : 미세 협잡물 이송관
100 : 월류수 처리장치
Claims (5)
- 유입부와 배출부가 형성되며 난방에 사용되는 원수가 저장되는 원수탱크와, 상기 원수탱크의 배출부에 연결되며 상기 원수가 상기 원수탱크로 역류되는 것을 방지하기 위한 제 1 체크밸브와, 상기 제 1 체크밸브와 연결되며 상기 원수를 가열시킬 수 있는 히터와, 상기 히터와 상기 원수탱크의 유입부를 연결하는 난방파이프 및 상기 히터 및 상기 원수탱크의 유입부 사이에 설치되며, 상기 난방파이프를 순환하는 원수가 역류되는 것을 방지하기 위한 제 2 체크밸브로 이루어지는 통상의 난방장치에 있어서,상기 히터는 내부가 관통되며, 일측에 상기 제 1 체크밸브가 연결되고 타측에 상기 난방파이프가 연결되는 관통부가 형성되며, 상기 제 1 체크밸브를 통하여 공급된 원수가 상기 관통부에서 온수 및 스팀으로 가열되어 상기 난방파이프로 공급되도록 직수식으로 형성되고,상기 난방파이프의 일측에 결합되어 상기 난방파이프의 온도를 측정하는 온도센서와,상기 온도센서에서 측정된 값에 따라 상기 히터의 작동을 제어하는 온도제어유닛 및상기 원수탱크와 상기 제 1 및 제 2 체크밸브와 상기 히터를 수용하는 케이스를 더 포함하여 구성되고,상기 히터에서 발생되는 온수 및 스팀이 혼재되어 자동으로 순환되는 것을 특징으로 하는 온수 및 스팀을 이용한 난방장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 히터는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터인 것을 특징으로 하는 온수 및 스팀을 이용한 난방장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 온도제어유닛은 외부의 전원을 입력받는 전원입력부와,상기 온도센서와 연결되어 상기 온도센서에서 측정된 값을 입력받는 신호입력부와,상기 온도센서에서 측정된 온도 값을 표시하는 온도표시부와,난방온도를 설정하는 온도설정부와,상기 히터에 전원을 공급하는 전원출력부 및상기 신호입력부로 입력되는 온도 값과 상기 온도설정부에 설정된 온도 값을 비교하여 상기 전원출력부를 통해 상기 히터로 전원이 공급되는 것을 제어하는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 온수 및 스팀을 이용한 난방장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 케이스의 내부에 상기 원수탱크와 제 1 및 제 2 체 크밸브와 히터가 수용되고 빈 공간에는 축열물질로 채우는 것을 특징으로 하는 온수 및 스팀을 이용한 난방장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 축열물질은 황토세라믹 또는 게르마늄 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 온수 및 스팀을 이용한 난방장치.
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