KR100976246B1 - 보일러의 내부열을 이용한 온수공급장치가 구비된 저탕식 전기 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 난방 매질의 가열매체가 전기인 보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부의 상,하부에는 매질이 유출입되는 유입관과 배출부를 마련하고 일측에는 온수의 유출입을 위한 온수유입구와 온수배출구를 형성하며 내부에는 상기 매질을 저장하는 공간을 형성한 사방이 밀폐된 저탕실과; 상기 유입관의 일측과 연결되어 유입된 매질을 1차 가열하도록 내부에 구비한 1히터와, 가열된 매질의 일부를 저탕실에 배출 또는 저탕실의 매질이 유입되도록 하측에 형성되는 출입구를 포함하여 이루어진 1챔버와; 1관로에 의해 상기 1챔버와 연결되어 유입된 매질을 일시저장한 후 배출하며 일측은 일부의 매질이 저탕실에 공급되도록 1회전관을 형성한 1저장부와, 상기 1회전관을 저탕실 내로 돌출되게 하여 1저장부를 기밀하게 수용하고 내부에는 1저장부의 매질의 잠열이 지속되도록 열매체유를 구비한 1수용부로 이루어진 제1이중챔버와; 상기 1저장부의 매질을 배출하기 위해 1수용부를 관통하여 1저장부의 상측과 연결되는 다수개의 방열관과; 상기 다수개의 방열관의 일측과 연결되어 1저장부에서 배출된 매질을 2차 가열하는 2히터를 구비한 2챔버와; 2관로에 의해 상기 2챔버와 연결되어 유입된 매질을 일시저장한 후 배출하며 일측은 일부의 매질이 저탕실에 공급되도록 2회전관을 형성하고 다른 일측은 상기 배출부와 연결되어 매질을 배출하는 2저장부와, 상기 2회전관을 저탕실 내로 돌출되게 하여 2저장부를 기밀하게 수용하고 내부에는 2저장부의 매질의 잠열이 지속되도록 열매체유를 구비한 2수용부로 이루어진 제2이중챔버와; 상기 다수개의 방열관 중 하나 또는 둘 이상의 방열관을 둘러싸듯 감싸 돌아 배관되며 일측은 냉수가 유입되는 온수유입구와 연결되고, 타측은 온수가 배출되는 온수배출구와 연결되는 온수관;을 포함하며,

상기 저탕실의 상부측 외벽에는 온수챔버를 구비하되, 온수챔버는 온수챔버의 일측에 구비되는 안전변과, 온수챔버의 내부에 구비하되 온수챔버의 내벽과 간극을 두고 구비되는 온수탱크와, 상기 온수탱크의 일측과 온수챔버의 일측에 연결되는 두개의 메인온수관과, 일측은 온수탱크의 내부에 구비되고 타측은 저탕실의 상부에 구비되는 두개의 히트파이프와, 저탕실의 상측과 온수챔버의 하측을 연결하는 다수개의 상부관으로 구성되고,

상기 온수챔버의 상단은 저탕실의 상측과 연통되며 1히터 및 2히터에 의해 매질이 가열됨에 따라 저탕실의 압력이 상승할 경우 저탕실의 압력을 낮추기 위해 저탕실의 증기를 배출하는 오버라인을 구비하며,

상기 저탕실의 내부에는 수위센서와, 다수개의 온도센서를 구비하고, 이들의 신호를 기초로 매질의 유입량 조절 및 1,2히터의 기동을 제어하도록 상기 저탕실의 일측에 콘트롤 박스를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보일러의 내부열을 이용한 온수공급장치가 구비된 저탕식 전기 보일러에 관한 것이다.

저탕식, 보일러, 전기히터, 방열관, 난방

Description

보일러의 내부열을 이용한 온수공급장치가 구비된 저탕식 전기 보일러{Electric Boiler}

본 발명은 난방 매질의 가열매체가 전기인 보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부의 상,하부에는 매질이 유출입되는 유입관과 배출부를 마련하고 일측에는 온수의 유출입을 위한 온수유입구와 온수배출구를 형성하며 내부에는 상기 매질을 저장하는 공간을 형성한 사방이 밀폐된 저탕실과; 상기 유입관의 일측과 연결되어 유입된 매질을 1차 가열하도록 내부에 구비한 1히터와, 가열된 매질의 일부를 저탕실에 배출 또는 저탕실의 매질이 유입되도록 하측에 형성되는 출입구를 포함하여 이루어진 1챔버와; 1관로에 의해 상기 1챔버와 연결되어 유입된 매질을 일시저장한 후 배출하며 일측은 일부의 매질이 저탕실에 공급되도록 1회전관을 형성한 1저장부와, 상기 1회전관을 저탕실 내로 돌출되게 하여 1저장부를 기밀하게 수용하고 내부에는 1저장부의 매질의 잠열이 지속되도록 열매체유를 구비한 1수용부로 이루어진 제1이중챔버와; 상기 1저장부의 매질을 배출하기 위해 1수용부를 관통하여 1저장부의 상측과 연결되는 다수개의 방열관과; 상기 다수개의 방열관의 일측과 연결되어 1저장부에서 배출된 매질을 2차 가열하는 2히터를 구비한 2챔버와; 2관로에 의해 상기 2챔버와 연결되어 유입된 매질을 일시저장한 후 배출하며 일측은 일부의 매질이 저탕실에 공급되도록 2회전관을 형성하고 다른 일측은 상기 배출부와 연결되어 매질을 배출하는 2저장부와, 상기 2회전관을 저탕실 내로 돌출되게 하여 2저장부를 기밀하게 수용하고 내부에는 2저장부의 매질의 잠열이 지속되도록 열매체유를 구비한 2수용부로 이루어진 제2이중챔버와; 상기 다수개의 방열관 중 하나 또는 둘 이상의 방열관을 둘러싸듯 감싸 돌아 배관되며 일측은 냉수가 유입되는 온수유입구와 연결되고, 타측은 온수가 배출되는 온수배출구와 연결되는 온수관;을 포함하며,

상기 저탕실의 상부측 외벽에는 온수챔버를 구비하되, 온수챔버는 온수챔버의 일측에 구비되는 안전변과, 온수챔버의 내부에 구비하되 온수챔버의 내벽과 간극을 두고 구비되는 온수탱크와, 상기 온수탱크의 일측과 온수챔버의 일측에 연결되는 두개의 메인온수관과, 일측은 온수탱크의 내부에 구비되고 타측은 저탕실의 상부에 구비되는 두개의 히트파이프와, 저탕실의 상측과 온수챔버의 하측을 연결하는 다수개의 상부관으로 구성되고,

상기 온수챔버의 상단은 저탕실의 상측과 연통되며 1히터 및 2히터에 의해 매질이 가열됨에 따라 저탕실의 압력이 상승할 경우 저탕실의 압력을 낮추기 위해 저탕실의 증기를 배출하는 오버라인을 구비하며,

상기 저탕실의 내부에는 수위센서와, 다수개의 온도센서를 구비하고, 이들의 신호를 기초로 매질의 유입량 조절 및 1,2히터의 기동을 제어하도록 상기 저탕실의 일측에 콘트롤 박스를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보일러의 내부열을 이용한 온수공급장치가 구비된 저탕식 전기 보일러에 관한 것이다.

일반적으로 보일러는 석유, 가스 등의 연료 또는 전기를 에너지원으로 열에너지를 발생하고, 발생된 열에너지로 매질 즉, 물을 가열하여 난방수 또는 온수를 생성하는 장치이며, 이러한 보일러는 에너지원에 따라 기름보일러, 가스보일러, 전기보일러로 구분된다.

여기서 석유, 가스 등의 연료를 에너지원으로 사용하는 보일러는 연료를 연소하는 방식이므로 연료의 저장, 공급, 연소, 배기 등에 많은 부품이 사용되어 고가이고, 구조가 복잡하여 생산성이 크게 저하되는 단점이 있고, 연료의 연소에 필요한 공기의 공급과 배기가스의 누출로 인한 가스 중독 사고의 예방을 위해 통풍이 원활하면서도 난방 영역과 격리되어 있는 별도의 보일러실을 마련해야 하므로, 보일러와 난방 영역 사이에 설비되는 배관의 길이가 복잡하고 길어져 열에너지의 손실이 크고, 시공성이 저하되는 문제가 있다. 그리고 가스보일러의 경우, 가스의 누출로 인한 가스 중독 및 폭발 사고는 인명과 재산의 막대한 손실을 야기하므로 버너와 배관 등의 주기적인 점검이 요구되는 등 가동이 번거롭고 불편한 단점이 있다.

한편, 전기보일러는 전기를 에너지원으로 사용하기 때문에 연소방식 보일러에 비하여 설치와 가동이 간편하고 위생적이며,과열 등으로 인한 사고의 위험도 상대적으로 적어 점점 그 사용자가 증가하고 있는 추세이다.

이러한 전기보일러는 급수원으로부터 공급된 물을 저장하는 대용량의 저장탱크와 상기 저장탱크 내부에 저장, 순환되는 물을 전기에 의해 발열되는 전기히터로 직·간접적으로 가열하도록 되어 있고, 상기 저장탱크 내에서 가열된 물을 난방배관과 난방펌프 등으로 건물의 난방용수나 생활용 온수로 공급하여 사용된다.

즉, 전기보일러는 도 1에 도시된 바와 같이 급수관(5)을 통해 저수조(2)에 저수된 저온수를 저수조(2)의 하부에 설치된 전열히터(3)를 통해 고온으로 가열하여 배수관(4)으로 배출한다. 이때, 저수조(2)에 저수된 저온수는 전열히터(3)에 의해 서서히 가열되며, 온도차에 의해 저수조(2)의 내부를 순환하면서 전체적으로 가열된다. 즉, 저수조(2)에 저수된 물은 시간이 경과함에 따라 전체적으로 가열된다.

여기서, 급수관(5) 및 배수관(4)은 미도시된 순환식 난방배관에 연결된다. 따라서, 미도시된 난방배관은 배수관(4)으로 공급되는 고온의 온수를 이용하여 방바닥을 가열하거나, 미도시된 송풍팬을 통해 공장 또는 농가의 비닐하우스에 온기를 공급한다.

이러한 미도시된 난방배관은 양단부가 배수관(4) 및 급수관(5)에 제각기 연결되어 폐루프형태를 이룬다. 따라서, 난방배관은 배수관(4)을 통해 고온의 온수를 공급받아서 순환시킨 후, 순환되면서 냉각되는 온수를 급수관(5)으로 다시 공급한다.

즉, 난방배관은 난방에 이용되면서 저온수로 변환된 고온의 온수가 전열히터(3)에 의해 다시 가열되어 배수관(4)을 통해 재순환되도록, 난방에 이용된 온수를 급수관(5)으로 재공급한다.

이때, 난방배관에 의해 급수관(5)으로 재공급되는 온수는 난방시의 열교환에 의해 저온으로 변환되어 재공급된다. 즉, 급수관(5)은 저온의 저온수가 재공급된 다. 따라서, 전열히터(3)는 급수관(5)으로 재공급된 저온수를 다시 가열하여 저수조(2)의 배수관(4)으로 공급한다.

그러나, 이러한 일반적인 전기보일러는 도시된 바와 같이 저수조(2)에 저수된 저온수가 전열히터(3)에 의해 모두 가열되어야 배수관(4)을 통해 고온의 온수가 배출되므로, 고온의 온수를 제때에 즉시 사용할 수 없을 뿐만 아니라 저온수의 가열시간이 매우 과도하게 소요되는 문제가 있다.

특히, 일반적인 보일러는 대용량으로 제조될 경우, 대형 저수조(2)의 저온수가 약 1시간 정도 가열되어야 저온수가 난방에 적합한 온도로 가열된다. 따라서, 대용량의 일반적인 전기보일러는 고온의 온수를 즉시 사용할 수 없을 뿐만 아니라 적시에 계속해서 사용할 수 없으며, 약 1시간 정도의 가열시간이 소요되어야만 비로소 실질적인 난방을 실시할 수 있다.

또한, 대용량으로 제조된 일반적인 전기보일러는, 난방을 실시한 후 저수조(2)의 하부측 급수관(5)으로 재공급되는 저온수를 전열히터(3)가 가열하는 와중에 저수조(2)의 상부측 배수관(4)으로 저수조(2)의 온수가 배출되므로, 전열히터(3)를 쉬지않고 계속적으로 작동시켜야 하는 문제도 있다.

한편, 저수조(2)의 저온수가 전열히터(3)에 의해 가열되어 온수가 되더라도 저수조(2)의 외부 온도가 낮을 경우 저수조(2)의 온수는 열손실이 발생하여 열손실에 따른 열에너지를 전열히터(3)가 보충하여야 함으로 결국 난방효율이 떨어지는 문제점으로 작용한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 저탕실 내부에 별도의 듀얼 가열구간(1챔버, 2챔버)를 마련하여 매질을 급속 가열한 후 난방에 사용함으로써 초기 운전 이후 난방에 적용하기까지의 시간을 단축할 수 있는 보일러의 내부열을 이용한 온수공급장치가 구비된 저탕식 전기 보일러를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 열효율이 향상된 보일러의 내부열을 이용한 온수공급장치가 구비된 저탕식 전기 보일러를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 보일러의 상부에 온수용 챔버를 더 구비하여 보일러에서 발생된 열을 간접적으로 이용함으로써 온수의 원활한 공급 및 가동시 보일러 저탕실의 온도를 일정 유지함으로 에너지 절감효과를 갖게 되는 본 발명에 따른 보일러의 내부열을 이용한 온수공급장치가 구비된 저탕식 전기 보일러를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 난방 매질의 가열매체가 전기인 보일러에 있어서, 내부의 상,하부에는 매질이 유출입되는 유입관과 배출부를 마련하고 일측에는 온수의 유출입을 위한 온수유입구와 온수배출구를 형성하며 내부에는 상기 매질을 저장하는 공간을 형성한 사방이 밀폐된 저탕실과; 상기 유입관의 일측과 연결되 어 유입된 매질을 1차 가열하도록 내부에 구비한 1히터와, 가열된 매질의 일부를 저탕실에 배출 또는 저탕실의 매질이 유입되도록 하측에 형성되는 출입구를 포함하여 이루어진 1챔버와; 1관로에 의해 상기 1챔버와 연결되어 유입된 매질을 일시저장한 후 배출하며 일측은 일부의 매질이 저탕실에 공급되도록 1회전관을 형성한 1저장부와, 상기 1회전관을 저탕실 내로 돌출되게 하여 1저장부를 기밀하게 수용하고 내부에는 1저장부의 매질의 잠열이 지속되도록 열매체유를 구비한 1수용부로 이루어진 제1이중챔버와; 상기 1저장부의 매질을 배출하기 위해 1수용부를 관통하여 1저장부의 상측과 연결되는 다수개의 방열관과; 상기 다수개의 방열관의 일측과 연결되어 1저장부에서 배출된 매질을 2차 가열하는 2히터를 구비한 2챔버와; 2관로에 의해 상기 2챔버와 연결되어 유입된 매질을 일시저장한 후 배출하며 일측은 일부의 매질이 저탕실에 공급되도록 2회전관을 형성하고 다른 일측은 상기 배출부와 연결되어 매질을 배출하는 2저장부와, 상기 2회전관을 저탕실 내로 돌출되게 하여 2저장부를 기밀하게 수용하고 내부에는 2저장부의 매질의 잠열이 지속되도록 열매체유를 구비한 2수용부로 이루어진 제2이중챔버와; 상기 다수개의 방열관 중 하나 또는 둘 이상의 방열관을 둘러싸듯 감싸 돌아 배관되며 일측은 냉수가 유입되는 온수유입구와 연결되고, 타측은 온수가 배출되는 온수배출구와 연결되는 온수관;을 포함하며,

상기 저탕실의 상부측 외벽에는 온수챔버를 구비하되, 온수챔버는 온수챔버의 일측에 구비되는 안전변과, 온수챔버의 내부에 구비하되 온수챔버의 내벽과 간극을 두고 구비되는 온수탱크와, 상기 온수탱크의 일측과 온수챔버의 일측에 연결 되는 두개의 메인온수관과, 일측은 온수탱크의 내부에 구비되고 타측은 저탕실의 상부에 구비되는 두개의 히트파이프와, 저탕실의 상측과 온수챔버의 하측을 연결하는 다수개의 상부관으로 구성되고,

상기 온수챔버의 상단은 저탕실의 상측과 연통되며 1히터 및 2히터에 의해 매질이 가열됨에 따라 저탕실의 압력이 상승할 경우 저탕실의 압력을 낮추기 위해 저탕실의 증기를 배출하는 오버라인을 구비하며,

상기 저탕실의 내부에는 수위센서와, 다수개의 온도센서를 구비하고, 이들의 신호를 기초로 매질의 유입량 조절 및 1,2히터의 기동을 제어하도록 상기 저탕실의 일측에 콘트롤 박스를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보일러의 내부열을 이용한 온수공급장치가 구비된 저탕식 전기 보일러에 의해 달성된다.

한편, 본 발명에 있어서, 상기 배출부는 저탕실의 상부 일측에 형성되는 배출구와, 일측은 2저장부와 연결되고 타측은 상기 배출구와 수평으로 일정간격 이격된 위치에 배치되는 배출관으로 구성하거나, 저탕실의 상부에 구비되어 일단이 저탕실 내의 하방향을 향하도록 배치한 1배관과, 일단은 2저장부와 연결되고 타단은 상기 1배관과 수직으로 일정간격 이격된 위치에 배치되는 2배관으로 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 1배관의 지름은 2배관의 지름보다 크게 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 보일러의 내부열을 이용한 온수공급장치가 구비된 저탕식 전 기 보일러에 의하면, 저탕실 내부의 1챔버 및 2챔버의 구성으로 순간난방에 필요한 충분한 온수를 신속히 공급할 수 있으면서도 1챔버 및 2챔버의 저탕실배출구로 인해 저탕실의 물이 서서히 증가되어 저탕실의 물이 난방에 필요한 온도에 다다르면 1챔버의 1히터 또는 2챔버의 2히터만을 단독으로 운전하는 것과, 저탕실의 물이 1챔버와 2챔버의 단열 효과로 작용하여 결국 에너지를 절감하는 효과가 발생한다.

또한, 2개의 이중챔버에 구비된 열매체유(물보다 빠른 비등점을 갖는 물질)로 인해 1챔버 및 2챔버로부터 가열된 매질의 잠열을 지속시키고, 이중챔버와 맞닿는 저탕실의 매질의 온도를 서서히 증가시키므로 결국 저탕실의 매질이 전체적으로 난방에 필요한 온도에 다다르는 시점을 단축함으로써 이 또한 에너지 절감에 기여한다.

또한, 보일러의 상부에 온수용 챔버가 더 구비되어 있어 보일러에서 발생된 열을 간접적으로 이용하여 온수의 원활한 공급 및 에너지 절감효과를 갖게 된다. 즉, 온수용 챔버는 간접열 방식이라 별도의 열원(예컨대, 히터 등)을 요구하지 않고 온수를 사용치 않을 경우에는 온수용 챔버에 있는 고온수가 하부로 이동되어 보일러 난방 중 보일러 저탕실 온도를 올리는데 도움을 주기 때문에 결국 소비전력을 보일러의 소비전력을 줄일 수 있다.

또한, 보일러 난방 운전시 저탕실의 고온수가 온도챔버에 급속히 전달되는 구조가 아닌 서서히 열을 전달하는 구조이기 때문에 보일러의 난방운전시 온도챔버의 영향을 거의 받지 않고 열을 효율적으로 이용할 수 있는 특징이 있다.

이하, 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부도면들과 관련하여 상세히 설명한다.

본 발명은 난방 매질의 가열매체가 전기인 보일러에 관한 것으로, 매질은 물 또는 열매체유일 수 있으며, 본 발명의 구성은 크게 저탕실(10)과, 1히터(21)를 구비한 1챔버(20)와, 제1이중챔버와, 방열관(61,62)과, 2히터(31)를 구비한 2챔버(30)와, 제2이중챔버와, 온수관(70)과, 온수챔버(100)와, 수위센서(S1)와, 다수개의 온도센서(S2,S3,S4) 및 콘트롤 박스(50)로 구성된다.

저탕실(10)은 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이 사방이 밀폐된 구조로, 원통의 형상이거나, 사각의 형상으로 구성될 수 있으며, 하부에는 매질(이하, 물)이 유입되는 유입관(11)을 구비하고, 상부에는 물이 배출되도록 배출부(12)를 마련하며, 일측에는 온수의 유출입을 위한 온수유입구(13)와 온수배출구(14)를 형성한다.

또한, 저탕실(10)의 내부에는 1히터(21)를 구비한 1챔버(20), 방열관(61,62), 2히터(31)를 구비한 2챔버(30), 제1,2이중챔버, 온수관(70), 수위센서(S1), 다수개의 온도센서(S2,S3,S4)가 구비되고, 저탕실(10)의 상측에는 1히터(21) 및 2히터(31)에 의해 물이 가열됨에 따라 저탕실(10)의 압력이 상승할 경우 압력을 낮추기 위해 저탕실(10)의 증기가 배출되도록 구비된 오버라인(91)과 연통된다.

또한, 저탕실(10)의 상부측 외벽에는 온수챔버(100)를 구비하되, 온수챔버(100)는 온수챔버(100)의 일측에 구비되는 안전변(150)과, 온수챔버(100)의 내부 에 구비하되 온수챔버(100)의 내벽과 간극을 두고 구비되는 온수탱크(120)와, 상기 온수탱크(120)의 일측과 온수챔버(100)의 일측에 연결되는 두개의 메인온수관(121,122)과, 일측은 온수탱크(120)의 내부에 구비되고 타측은 저탕실(10)의 상부에 구비되는 두개의 히트파이프(141,142)와, 저탕실(10)의 상측과 온수챔버(100)의 하측을 연결하는 다수개의 상부관(160)으로 구성된다.

이와 같은 저탕실(10)은 일정한 양의 물을 저수하는 한편, 하부측에 구비된 유입관(11)은 순환펌프(미도시)에 의해 물이 공급되는 파이프로써, 일단은 저탕실(10)의 하부 일측을 관통하고, 일측은 상기 1챔버(20)의 하측과 연결되며, 타단은 저탕실(10)의 물이 유출입되도록 개방되어 구성된다.

배출부(12)는 도 2에 도시한 바와 같이 일단은 저탕실(10)의 상부 일측을 관통하고, 타단은 제2이중챔버에 연결한 파이프 형태이거나, 도 3에 도시한 바와 같이 저탕실(10)의 상부 일측에 형성되는 배출구(12a)와, 일측은 2저장부(45)와 연결되고 타측은 상기 배출구(12a)와 수평으로 일정간격(L1) 이격된 위치에 배치되는 배출관(12b)으로 구성하거나, 도 4에 도시한 바와 같이 저탕실(10)의 상부에 구비되어 일단이 저탕실(10) 내의 하방향을 향하도록 배치한 1배관(12c)과, 일단은 2저장부(45)와 연결되고 타단은 상기 1배관(12c)과 수직으로 일정간격(L2) 이격된 위치에 배치되는 2배관(12d)으로 구성될 수 있다. 여기서, 일정간격(L1,L2)이란 저탕실(10)의 용량 및 순환펌프의 용량에 따라 달라질 수 있지만, 본 발명의 저탕실(10) 용량을 200ℓ라 하면 상기 일정간격(L1,L2)은 1cm로서 이로 인해 제2이중챔버로부터 배출되는 가열된 물은 거의 대부분(대략 90%)이 배출부(12)를 통해 난방 관(미도시)에 배출되고, 나머지(대략 10%)는 저탕실(10)에 저수된 물이 배출부(12)를 통해 난방관에 배출된다. 따라서, 1히터(21) 및 2히터(31)에 의해 순간가열된 물을 배출부(12)를 통해 난방관에 직접 공급하여 일어날 수 있는 단점(예컨대, 배출부(12)의 수명 저하)을 해소되고, 저탕실(10)의 물이 난방에 필요한 온도에 미칠때 저탕실(10)의 물도 함께 이용함으로 1히터(21), 또는 2히터(31)만을 단독으로 운영하거나 하는 조작이 가능하여 에너지 절감효과에 기여한다.

한편, 이와 같은 배출부(12)의 구조에 있어서, 상기 1배관(12c)과 2배관(12d)의 구조는 1배관(12c)의 지름을 2배관(12d)의 지름보다 크게 형성하는 것이 바람직한데 이는 상기 개시한 효과 및 온수는 상승하고 냉수는 하강하며 전체적으로 균일한 온도를 맞춰가는 현상인 대류현상을 일정부분 활용하는 효과를 얻기 위함이다.

1챔버(20)는 저탕실(10) 내부의 하부에 구비되어 일측은 유입관(11)의 일측과 연결되고, 내부는 유입관(11)으로부터 유입된 물을 1차 가열하는 1히터(21)가 구비된다. 또한, 1히터(21)에 의해 가열된 물의 일부를 저탕실(10)에 공급하거나 저탕실(10)에 수용된 물을 공급받기 위해 1챔버(20)의 하부 일측은 출입구(22)가 형성된다.

상기 1히터(21)는 도 2 내지 4에 도시한 바와 같이 유입된 물을 가열하는 부위는 1챔버(20)의 내부에 구성되고, 전원이 공급되는 부위는 1챔버(20) 및 저탕실(10)을 관통하여 저탕실(10)의 외측에 위치된다.

제1이중챔버는 1관로(81)에 의해 상기 1챔버(20)와 연결되어 유입된 매질을 일시저장한 후 배출하며 일측은 일부의 매질이 저탕실(10)에 공급되도록 1회전관(41)을 형성한 1저장부(42)와, 상기 1회전관(41)을 저탕실(10) 내로 돌출되게 하여 1저장부(42)를 기밀하게 수용하고 내부에는 1저장부(42)의 매질의 잠열이 지속되도록 열매체유(물 보다 비등점이 높은 물질)를 구비한 1수용부(43)로 구성된다. 여기서 1회전관(41)은 1챔버(20)의 1히터(21)에 의해 가열된 물의 일부를 저탕실(10)에 공급하기 위해 구비되는 것으로 가열된 물을 저탕실(10)에 공급하되 되도록 적은 양의 물을 토출하도록 물의 이동로를 간섭하기 위한 돼지꼬리 형태의 형상으로 형성하여 저탕실(10) 내로 토출되는 물의 양을 제한한다. 한편, 이와 같은 1회전관(41)의 출구측의 지름을 작게 하여 물의 이동을 더욱 제한할 수 있다.

방열관(61,62)은 일측이 제1이중챔버의 1수용부(43)를 관통하여 1저장부(42)의 상측과 연결되고, 타측은 2챔버(30)의 하측을 연결한다. 따라서, 방열관(61,62)은 1챔버(20)로부터 1차 가열된 물을 2챔버(30)에 도달하도록 하며, 도달하는 과정에서 1차 가열된 물의 열량 중 일부를 저탕실(10)에 방열하여 저탕실(10)의 저수된 물의 온도를 상승시키고, 다른 한편으로는 다수개의 방열관(61,62) 중 하나 또는 둘 이상의 방열관을 둘러싸듯 감싸 돌아 배관되며 일측은 냉수가 유입되는 온수유입구(13)와 연결되고, 타측은 온수가 배출되는 온수배출구(14)와 연결되는 온수관(70)에 열을 전도한다.

2챔버(30)는 상기 다수개의 방열관(61,62)의 일측과 연결되어 1저장부(42)에서 배출된 매질을 2차 가열하는 2히터(31)가 구비된다. 2히터(31)는 1히터(21)를 통해 개시한 바와 같이 유입된 물을 가열하는 부위는 2챔버(30)의 내부에 구성되 고, 전원이 공급되는 부위는 2챔버(30) 및 저탕실(10)을 관통하여 저탕실(10)의 외측에 위치된다.

제2이중챔버는 2관로(82)에 의해 상기 2챔버(20)와 연결되어 유입된 매질을 일시저장한 후 배출하며 일측은 일부의 매질이 저탕실(10)에 공급되도록 2회전관(44)을 형성하고 다른 일측은 상기 배출부(12)와 연결되어 매질을 배출하는 2저장부(45)와, 상기 2회전관(44)을 저탕실(10) 내로 돌출되게 하여 2저장부(45)를 기밀하게 수용하고 내부에는 2저장부(45)의 매질의 잠열이 지속되도록 열매체유를 구비한 2수용부(46)로 구성된다. 여기서, 2회전관(44)은 1회전관(41)과 동일한 구성이다.

한편, 제1이중챔버와 제2이중챔버의 1수용부(43)와 2수용부(46)에 구비된 열매체유는 미리 구비될 수도 있겠으나, 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이 일측은 저탕실(10)의 상부 일측을 관통하고 타측은 2수용부(46)의 상측과 연결되는 열매체유 주입구(92)와, 2수용부(46)의 하부와 1수용부(43)의 상부와 연결되는 열매체유 이동관(93)과, 일측은 저탕실(10)의 하부 일측을 관통하고 타측은 1수용부(43)의 하측과 연결되는 열매체유 토출구(94)를 마련하여 열매체유 토출구(94)는 닫은 상태에서 열매체유 주입구(92)를 통해 열매체유를 주입하여 2수용부(46)와 1수용부(43)에 열매체유가 충진되도록 구성될 수도 있다. 따라서, 필요에 따라 열매체유의 교체가 이루어질 수 있다.

수위센서(S1)는 저탕실(10)의 수위를 조절하기 위해 구비되는 것으로, 수위가 부족할 때는 유입관(11)을 통해 물이 더 공급될 수 있도록 하고, 저탕실(10)의 수위가 적정 수준이면 물의 추가 공급 없이 순환되는 온수와 저탕실(10)에 저수된 물로만 사용하도록 조절하기 위해 구비된다.

온도센서(S2,S3,S4)는 저탕실(10)의 내부를 상,중,하로 구분하여 구분된 부위에 온도센서를 각각 구비하고 각 구역별 온도를 측정하는 구성이고, 콘트롤 박스(50)는 수위센서(S1)와 다수개의 온도센서(S2,S3,S4)의 신호를 기초로 물의 유입량 조절 및 1,2히터(21,31)의 기동을 제어하도록 상기 저탕실(10)의 일측에 구비된다.

온수챔버(100)는 안전변(150)과, 온수탱크(120)와, 두개의 메인온수관(121,122)과, 히트파이프(141,42)와, 다수개의 상부관(160)을 포함하는 구성으로, 다수개의 상부관(160)은 저탕실(10)의 매질을 온수챔버(100) 내로 유입하기 위한 구성이고, 안전변(150)은 온수챔버(100) 내의 압력이 상승될 경우 온수챔버(100)의 적정 압력을 유지하기 위해 구비되는 구성이다.

온수탱크(120)는 히트파이프(141,142)를 이용하여 내부에 수용된 저온수가 가열되면 이를 온수로 사용하기 위해 구비되는 것으로, 일측에는 온수챔버(100)의 일측과 연결되는 두개의 메인온수관(121,122)이 구비되어 온수의 유출입이 가능하도록 하고, 외벽은 온수챔버(100)의 내벽과 간극을 둔다. 즉, 온수챔버(100) 내로 유입된 매질이 가열되면 이를 단열효과 및 2중 가열수단으로 이용하는 것이다.

한편, 히트파이프(141,142)는 통상적인 것으로 원리는 저탕실(10)에 위치된 히트파이프(141,142) 부위의 휘발성 액체가 저탕실(10)이 고온이되면 열을 갖고 증발하여 온수탱크(120)에 이동되고, 상대적으로 온도가 낮은 온수탱크(120)에 의해 열이 방출되면 다시 액체가 되어 중력에 의해 다시 하강하는 것이 반복적으로 수행되는 것이다. 따라서, 히트파이프(141,142)의 배치는 도 2 내지 도 4와 같이 배치할 수 있다.

그리고, 본 발명에서는 상기 온수탱크(120)를 도 7과 같이 두개로 분할하여 구비할 수 있는데 이는 오버라인(91)의 용이한 설치를 위한 것이다. 즉, 도 7과 같이 온수챔버(100) 내의 좌측에는 제1온수탱크(131)를 구비하고, 우측에는 제2온수탱크(132)를 구비하며 이 둘을 연통시키기 위해 제1온수탱크(131)와 제2온수탱크(132)의 사이에는 연통부(133)를 구비하여 연통부(133)로 인한 온수챔버(100)의 공간 확보로 오버라인(91)의 용이한 설치가 가능해진다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 보일러의 내부열을 이용한 온수공급장치가 구비된 저탕식 전기 보일러의 동작관계를 설명한다.

저탕실(10)과 온수챔버(100)는 유입관(11)과, 1챔버(20)의 출입구(22), 제1,2이중챔버의 회전관(41,44)을 통해 물을 공급받아 일정량의 물을 충진한다.

그리고 저탕실(10)의 물이 저온인 상태에서 본 발명과 같은 다중 순간가열 저탕식 보일러(이하, 보일러)를 기동하면 유입관(11)을 통해 유입된 물은 1챔버(20)의 1히터(21)로 1차 가열되고 순환펌프(미도시)에 의해 1챔버(20)에서 가열된 물의 대부분은 1관로(81)를 통해 제1이중챔버의 1저장부(42)에 공급되고, 일부분은 1챔버(20)의 출입구(22)를 통해 저탕실(10) 및 온수챔버(100)에 공급된다. 다음 가열된 물은 제1이중챔버의 1수용부(43)에 수용된 열매체유의 온도를 상승시키 며, 대부분의 물은 방열관(61,62)을 통해 2챔버(30)에 공급되고, 일부의 물은 1회전관(41)을 통해 저탕실(10) 및 온수챔버(100)에 공급되어 저탕실(10) 및 온수챔버(100)의 물의 온도를 상승시킨다.

다음 제1이중챔버 및 방열관(61,62)을 통해 손실된 열을 보충하기 위하여 2챔버(30)의 2히터는 공급된 물을 2차 가열하고, 2관로(82)를 통해 제2이중챔버의 2저장부(45)에 공급한다. 2저장부(45)에 공급된 2차 가열된 물은 2수용부(46)에 수용된 열매체유의 온도를 상승시키고, 일부의 물은 2회전관(44)을 통해 저탕실(10)에 공급하고, 대부분의 물은 배출부(12)를 통해 난방배관(미도시)에 배출된다.

한편, 이와 같은 과정이 반복되면 1챔버(20)의 출입구(22)와 제1,2이중챔버의 1회전관(41)과 2회전관(44) 및 제1,2이중챔버의 열매체유의 지속적 온도상승으로 저탕실(10)의 온도가 상승하고, 이에 따라 도 5 및 도 6에 도시한 배출부(12)의 기능이 부가되어 에너지 효율이 향상되는 효과가 발생한다.

즉, 어느 정도의 시간이 경과하면 저탕실(10)의 온도가 상승되어 결국 1챔버(20)의 1히터(21) 또는 2챔버(30)의 2히터(31)만을 단독으로 구동하더라도 난방에 필요한 온수는 지속적으로 공급할 수 있게 되며 이에 따라 에너지 절감효과가 발생한다. 이를 위해 저탕실(10)의 내부는 다수개의 온도센서(S2,S3,S4)가 구비되는데 저탕실(10) 상측의 온도를 센싱하는 온도센서(S2)가 저탕실(10) 상측의 온도가 90℃인 것을 센싱하면 이러한 신호를 콘트롤 박스(50)에 송신하고, 콘트롤 박스(50)를 통해 저탕실(10) 상측에 위치한 2히터(31)의 기동을 중지하고, 저탕실(10) 하부에 위치한 1히터(21)만을 기동하도록 콘트롤 한다. 반대로 저탕실(10) 하측의 온도를 센싱하는 온도센서(S4)가 저탕실(10) 하측의 온도가 90℃인 것을 센싱하면 이러한 신호를 콘트롤 박스(50)에 송신하여, 저탕실(10) 하측에 위치한 1히터(21)의 기동을 중지하고, 저탕실(10) 상부에 위치한 2히터(31)만을 기동하도록 콘트롤 한다. 한편, 저탕실(10) 내부의 온도가 지속적으로 상승하여 압력이 상승한 경우 저탕실(10)의 압력을 낮추도록 저탕실(10)에서 발생된 증기는 오버라인(91)을 통해 배출되며, 이에 따라 부족해진 수위는 수위센서(S1)가 체크하여 콘트롤 박스(50)를 통해 물이 공급되도록 하여 유입관(11)과, 출입구(22), 1,2회전관(41,44)을 통해 충진한다.

또한, 상기와 같이 저탕실(10)의 물이 고온으로 유지되면 히트파이프(141,142)를 통해 온수탱크(120)의 물이 간접적으로 가열되어 온수를 이용할 수 있게 된다. 한편, 본 발명은 온수가 공급되는 부위가 온수챔버(100)에도 구비되고, 저탕실(10)에도 구비되는데 저탕실(10)에 구비된 구성은 보조로 사용하고, 온수챔버(100)에 구비된 구성은 메인으로 사용하여 저탕실(10)의 열에너지의 효율적인 사용을 이룰 수 있다.

이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 종래의 전기보일러를 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 보일러의 내부열을 이용한 온수공급장치가 구비된 저탕식 전기 보일러의 일예를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에 따른 보일러의 내부열을 이용한 온수공급장치가 구비된 저탕식 전기 보일러의 다른 예를 나타낸 도면,

도 4는 본 발명에 따른 보일러의 내부열을 이용한 온수공급장치가 구비된 저탕식 전기 보일러의 또 다른 예를 나타낸 도면,

도 5는 본 발명에 따른 보일러의 내부열을 이용한 온수공급장치가 구비된 저탕식 전기 보일러의 배출부의 구조에 대한 일예를 나타낸 도면,

도 6은 본 발명에 따른 보일러의 내부열을 이용한 온수공급장치가 구비된 저탕식 전기 보일러의 배출부의 구조에 대한 다른 예를 나타낸 도면,

도 7은 본 발명에 따른 보일러의 내부열을 이용한 온수공급장치가 구비된 저탕식 전기 보일러의 또 다른 예를 나타낸 도면.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10: 저탕실 11: 유입관

12: 배출부 13: 온수유입구

14: 온수배출구 20: 1챔버

21: 1히터 22: 출입구

30: 2챔버 31: 2히터

41: 1회전관 42: 1저장부

43: 1수용부 44: 2회전관

45: 2저장부 46: 2수용부

50: 콘트롤 박스 61,62: 방열관

70: 온수관 81: 1관로

82: 2관로 91: 오버라인

S1: 수위센서 S2,S3,S4: 온도센서

100: 온수챔버 120: 온수탱크

121,122: 메인온수관 141,142: 히트파이프

150: 안전변 160: 상부관

Claims (3)

1. 난방 매질의 가열매체가 전기인 보일러에 있어서,

   내부의 상,하부에는 매질이 유출입되는 유입관(11)과 배출부(12)를 마련하고 일측에는 온수의 유출입을 위한 온수유입구(13)와 온수배출구(14)를 형성하며 내부에는 상기 매질을 저장하는 공간을 형성한 사방이 밀폐된 저탕실(10)과;

   상기 유입관(11)의 일측과 연결되어 유입된 매질을 1차 가열하도록 내부에 구비한 1히터(21)와, 가열된 매질의 일부를 저탕실(10)에 배출 또는 저탕실(10)의 매질이 유입되도록 하측에 형성되는 출입구(22)를 포함하여 이루어진 1챔버(20)와;

   1관로(81)에 의해 상기 1챔버(20)와 연결되어 유입된 매질을 일시저장한 후 배출하며 일측은 일부의 매질이 저탕실(10)에 공급되도록 1회전관(41)을 형성한 1저장부(42)와, 상기 1회전관(41)을 저탕실(10) 내로 돌출되게 하여 1저장부(42)를 기밀하게 수용하고 내부에는 1저장부(42)의 매질의 잠열이 지속되도록 열매체유를 구비한 1수용부(43)로 이루어진 제1이중챔버와;

   상기 1저장부(42)의 매질을 배출하기 위해 1수용부(43)를 관통하여 1저장부(42)의 상측과 연결되는 다수개의 방열관(61,62)과;

   상기 다수개의 방열관(61,62)의 일측과 연결되어 1저장부(42)에서 배출된 매질을 2차 가열하는 2히터(31)를 구비한 2챔버(30)와;

   상기 2챔버(30)와 2관로(82)가 연결되어 유입된 매질을 일시저장한 후 배출하며 일측은 일부의 매질이 저탕실(10)에 공급되도록 2회전관(44)을 형성하고 다른 일측은 상기 배출부(12)와 연결되어 매질을 배출하는 2저장부(45)와, 상기 2회전관(44)을 저탕실(10) 내로 돌출되게 하여 2저장부(45)를 기밀하게 수용하고 내부에는 2저장부(45)의 매질의 잠열이 지속되도록 열매체유를 구비한 2수용부(46)로 이루어진 제2이중챔버와;

   상기 다수개의 방열관(61,62) 중 하나 또는 둘 이상의 방열관을 둘러싸듯 감싸 돌아 배관되며 일측은 냉수가 유입되는 온수유입구(13)와 연결되고, 타측은 온수가 배출되는 온수배출구(14)와 연결되는 온수관(70);을 포함하며,

   상기 저탕실(10)의 상부측 외벽에는 온수챔버(100)를 구비하되, 온수챔버(100)는 온수챔버(100)의 일측에 구비되는 안전변(150)과, 온수챔버(100)의 내부에 구비하되 온수챔버(100)의 내벽과 간극을 두고 구비되는 온수탱크(120)와, 상기 온수탱크(120)의 일측과 온수챔버(100)의 일측에 연결되는 두개의 메인온수관(121,122)과, 일측은 온수탱크(120)의 내부에 구비되고 타측은 저탕실(10)의 상부에 구비되는 히트파이프(141,142)와, 저탕실(10)의 상측과 온수챔버(100)의 하측을 연결하는 다수개의 상부관(160)으로 구성되고,

   상기 온수챔버(100)의 상단은 저탕실(10)의 상측과 연통되며 1히터(21) 및 2히터(31)에 의해 매질이 가열됨에 따라 저탕실(10)의 압력이 상승할 경우 저탕실(10)의 압력을 낮추기 위해 저탕실(10)의 증기를 배출하는 오버라인(91)을 구비하며,

   상기 저탕실(10)의 내부에는 수위센서(S1)와, 다수개의 온도센서(S2,S3,S4)를 구비하고, 이들의 신호를 기초로 매질의 유입량 조절 및 1,2히터(21,31)의 기동을 제어하도록 상기 저탕실(10)의 일측에 콘트롤 박스(50)를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보일러의 내부열을 이용한 온수공급장치가 구비된 저탕식 전기 보일러.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 배출부(12)는 저탕실(10)의 상부 일측에 형성되는 배출구(12a)와, 일측은 2저장부(45)와 연결되고 타측은 상기 배출구(12a)와 수평으로 일정간격(L1) 이격된 위치에 배치되는 배출관(12b)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 보일러의 내부열을 이용한 온수공급장치가 구비된 저탕식 전기 보일러.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 배출부(12)는 저탕실(10)의 상부에 구비되어 일단이 저탕실(10) 내의 하방향을 향하도록 배치한 1배관(12c)과, 일단은 2저장부(45)와 연결되고 타단은 상기 1배관(12c)과 수직으로 일정간격(L2) 이격된 위치에 배치되는 2배관(12d)으로 구성하되,

   상기 1배관(12c)의 지름은 2배관(12d)의 지름보다 크게 형성하는 것을 특징으로 하는 보일러의 내부열을 이용한 온수공급장치가 구비된 저탕식 전기 보일러.

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