KR101008700B1 - 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 급수관 사이에 히팅수단을 구비한 열교환기를 다수개 연결 배관하여 펌프에 의해 공급되는 용수를 히팅수단으로 가온토록 한 것으로서, 단위 면적당 전열효율이 매우 우수하며, 별도의 물탱크가 필요 없어 전기보일러를 콤팩트하게 제작이 가능하여 공간점유률도 최소화 할 수 있는 등 다수의 효과를 갖는 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치를 제공코자 하는 것이다.

즉, 본 발명은 전기보일러(1)를 구성하는 케이싱(2) 내부에 횡방향 및 종방향으로 다수개의 열교환기(3)가 펌프(P)와 연결된 급수관(4)으로 배관 연결되며, 상기 열교환기(3)는 개방부를 갖는 하우징(3a) 내부에 다수의 원형봉(3b)이 형성되고, 상기 하우징(3a)에는 상호 반대방향으로 유입공(3c)과 유출공(3d)이 형성되며, 상기 하우징(3a) 개방부에는 히팅수단(5)을 고정한 것이다.

그리고 상기 히팅수단(5)은 하우징(3a) 내부를 통과하는 용수를 가온할 수 있도록 기판(5a) 상부에는 절연체(5b) 및 도체(5c), 그리고 상기 도체(5c) 사이에 다수개의 저항(5d)을 등간격으로 프린팅 한 후 보호막(5e)을 프린팅토록 하며, 상기 기판(5a)의 하부에는 테프론(5f)을 코팅한 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명은 보일러 내부에 설치된 물탱크를 제거함으로써 보일러 크기를 대폭 줄일 수 있으며, 그로 인해 좁은 공간에서도 보일러 설치가 용이하게 이루어질 수 있는 것이다. 그리고 본 발명에 사용되는 히팅수단은 기존 히터에서 발생되는 열선의 산화로 인한 단락 문제 등을 일소할 수 있어 수명이 반영구적이며, 히팅수단의 열전달 경로가 단순하고, 필요한 부분만을 가열함으로써 순간 가열능력을 높이는 효과가 있다. 또한 열교환기를 경유하는 용수가 와류하면서 오랫동안 체류토록 하고, 전열면적을 극대화하여 단위면적당 전열효율이 매우 높아 에너지 절감에도 크게 기여할 수 있는 것이다.

순간 가열식 전기보일러용 히팅장치, 열교환기, 히팅수단, 도체, 급수관

Description

순간 가열식 전기보일러용 히팅장치{Heating device for momentary heating type electric boiler}

본 발명은 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 급수관 사이에 히팅수단을 구비한 열교환기를 다수개 연결 배관하여 펌프에 의해 공급되는 용수를 히팅수단으로 가온토록 한 것으로서, 단위 면적당 전열효율이 매우 우수하며, 별도의 물탱크가 필요 없어 전기보일러를 콤팩트하게 제작이 가능하여 공간점유률도 최소화 할 수 있는 등 다수의 효과를 갖는 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치를 제공코자 하는 것이다.

종래의 전기보일러의 용수 가온방식은 주로 시즈히터, 석영관히터, 저온용발열히터를 사용한 제품들이 알려져 있다.

이러한 히터를 사용한 전기보일러는 급수관에서 유입되는 용수를 별도의 물탱크에 저장하고 히터로 일정온도를 유지하여 온도가 상승되면 순환 펌프를 이용하여 순환토록 한 방식이다.

이는 온수의 온도차이가 크고 물탱크 용적으로 인한 공간제약, 그리고 물탱크에 설치되는 각종 바이메탈, 온수히터, 써미스터 등과 같은 전장품에 의하여 구조가 복잡하고, 이로 인하여 보일러실 전체의 설치면적이 커질 수 밖에 없었던 것이다.

상기와 같은 문제점으로 인하여 근래에 들어서는 열선을 감거나 특별한 형태로 가공하여 만든 고전적인 방법의 히터에 의존하고 있으며 이러한 히터의 가장 일반적인 예로써 열선을 스테인레스 파이프에 넣은 후 열선과 스테인레스 파이프 사이에 일정 간격을 유지하여 특수한 물질로 채워 넣은 히터가 있다.

이러한 열선히터는 발열 시 공기와 직접 접촉되기 때문에 산화에 의한 여러 가지 문제에 노출되어 있고 열선을 지지하는 별도의 구조가 불가피 함으로써 발열체 고유 목적의 많은 비효율적인 요소들이 필요하여 제작이 어렵고 제품원가가 상승하는 등의 문제점이 있다.

또한, 물탱크 내부에 있는 물을 가온코자 할 시에는 물의 온도가 상승하기 전까지 정체되어 있으므로 온도를 올리기에는 상당한 시간이 필요하다.

본 발명은 상기한 바와 같은 기존의 전기보일러가 안고 있는 제반 문제점을 일소할 수 있는 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치를 제공코자 하는 것으로서,

특히 본 발명은 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치를 제공하되, 물탱크가 없어 설치가 용이하며, 심플하여 취급이 쉽고 물탱크 제작에 따른 비용을 절감할 수 있는 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적으로는 상기에서 설명하는 코일식 히터가 산화에 의해 절단되는 문제 등을 해결할 수 있는 히팅수단을 제공하여 반영구적으로 사용할 수 있는 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치를 제공코자 한다.

본 발명의 또 다른 목적으로는 히터의 크기 및 두께를 최적화하여 전기 사용량을 최소화함은 물론 열효율이 높은 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치를 제공함에 발명의 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.

이에 본 발명에서는 상기한 바와 같은 기술적 과제를 해결할 수 있는 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치를 제공코자 하는 것으로서,

본 발명은 특히 전기보일러 케이싱 내부에 횡방향 및 종방향으로 다수개의 열교환기가 펌프와 연결된 급수관으로 배관 연결토록 하며, 상기 열교환기를 구성하는 하우징 내부에 다수의 원형봉을 형성하여 용수의 와류 및 전열면적의 극대화를 꾀할 수 있도록 하며, 하우징 개방부에 히팅수단을 설치하되, 상기 히팅수단은 하우징 내부를 통과하는 용수를 가온할 수 있도록 기판에 절연체 및 도체를 인쇄하고, 상기 도체 사이에 다수개의 저항을 인쇄토록하며, 기판 상하로 보호막 및 테프론 코팅을 행한 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치를 제공한다.

본 발명의 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치는 보일러 내부에 설치된 물탱크를 제거함으로써 보일러 크기를 대폭 줄일 수 있으며, 그로 인해 좁은 공간에서도 보일러 설치가 용이하게 이루어질 수 있는 것이다.

그리고 본 발명에 사용되는 히팅수단은 기존 히터에서 발생되는 열선의 산화로 인한 단락 문제 등을 일소할 수 있어 수명이 반영구적이며, 히팅수단의 열전달 경로가 단순하고, 필요한 부분만을 가열함으로써 순간 가열능력을 높이는 효과가 있다.

또한 열교환기를 경유하는 용수가 와류하면서 오랫동안 체류토록 하고, 전열면적을 극대화하여 단위면적당 전열효율이 매우 높아 에너지 절감에도 크게 기여할 수 있는 등 다수의 효과를 제공받을 수 있는 것이다.

본 발명에서 제공하는 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치는 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 도 1내지 도 4에서 보는 바와 같이 전기보일러(1)를 구성하는 케이싱(2) 내부에 다수개의 열교환기(3)를 횡방향 및 종방향으로 다수개 급수관(4)과 연통되도록 지그재그 상으로 연결 배관하여 펌프(P)와 연결토록 한다. 도시한 도 1에서는 횡방향으로 열교환기(3)를 5개 설치하고, 종방향으로 총 10단으로 설치하여 50개의 열교환기(3)를 하나의 전기보일러(1)에 설치한 경우를 예시하고 있으나, 이는 전기보일러(1)의 용량 등에 따라 가변할 수 있음은 물론이다.

상기 열교환기(3)는 알루미늄(Al)과 같은 열전도성이 우수한 재질로 하우징(3a)을 제작토록 하며, 상부가 개방된 내부에 다수의 원형봉(3b)을 형성하여 하우징(3a)의 일측 유입공(3c)으로 유입된 용수가 원형봉(3b) 사이를 경유하면서 와류를 일으키면서 오랫동안 하우징(3a) 내부에서 머물렀다가 타측 유출공(3d)으로 유출되도록 구성한다.

그리고 열교환기(3)의 하우징(3a) 개방부에는 히팅수단(5)을 결합볼트(6) 등을 사용하여 고정시키도록 한다.

상기 히팅수단(5)은 하우징(3a) 내부를 통과하는 용수를 가온할 수 있도록 스틸(steel), 세라믹(ceramic) 등의 다양한 재질로 제작된 기판(5a) 상부에 실크스크린 인쇄기법을 적용하여 절연체(5b) 및 도체(5c), 그리고 상기 도체(5c) 사이에 다수개의 저항(5d)을 등간격으로 프린팅 한 후 보호막(5e)을 프린팅토록 하며, 기판(5a)의 하부에는 테프론(5f)을 코팅한 것이다.

상기와 같이 구성될 수 있는 본 발명의 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치는 전기보일러(1)의 제어반에서 가동 스위치를 ON하면, 펌프(P) 및 히팅수단(3)이 가동되어 용수를 급수관(4)을 통해 다수개의 열교환기(3)로 급수하게 되고, 열교환기(3)를 경유하는 용수는 히팅수단(5)에 의해 순간적으로 가온되는 것으로서, 본 발명의 작용을 이하에 보다 상세히 설명키로 한다.

펌프(P)와 급수관(4)을 통해 열교환기(3)의 유입공(3c)으로 유입된 용수는 하우징(3a) 내부에 형성된 다수개의 원형봉(3b)에 의해 와류를 일으키면서 유출공(3d)으로 서서히 유출된다.

그로 인해 하우징(3a) 내부로 유입된 용수는 하우징(3a) 내부에서 통과하는 체류시간이 길어져 히팅수단(5)에서 발열되는 열원을 전열받는 시간이 길어지게 되며, 다수개의 원형봉(3b)은 히팅수단(5)에서 발열되는 열원과 접촉하는 원형봉(3b)의 상단부에 전열면적(3b-1)도 최대화시켜 용수를 가열하는 전열효과가 극대화될 수 있는 것이다.

상기 히팅수단(5)은 전원이 도체(5c)에 인가되면 다수개의 저항(5d)에서 열이 발생하여 기판(5a)을 통해 하우징(3a) 내부의 용수에 전열을 행하게 되며, 도체(5c) 및 저항(5d) 등이 보호막(5e)에 의해 공기와 접촉하지 못하므로 산화로 인한 제반 문제점도 일소할 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명자가 본 발명에 의한 전기보일러를 제작, 가동시켜 시험한 결과 용수가 열교환기(3) 하나를 통과 시 마다 용수(열교환기 하나당 용수량은 ±300㎖)의 온도는 약 0.8℃ 상승하였으며, 열교환기(3)를 50개 연결, 설치하여 용수를 가온하게 되면 분당 30리터의 용수를 Δ40±5℃로 가온할 수 있었으며, 이는 기존 전기보일러에 비해 약 50% 정도 열효율이 우수한 것으로 확인되었다.

이와 같이 본 발명의 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치는 용수를 다수개의 열교환기(3)를 순차적으로 와류를 일으키면서 통과토록 하여 체류시간을 길게 가져갈 수 있고 최대의 전열면적을 확보한 상태에서 열교환기(3)에 설치된 히팅수단(5)이 직접 용수를 가온토록 함으로써 열손실이 없고 열효율이 매우 우수한 것이 다.

또한 상기 히팅수단(5)은 제작 시 소성온도가 850° 이므로 850°가 되기 전에는 산화가 되지 않아 그 수명이 반영구적이다.

본 발명의 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치는 관련산업계에서 접목하여 고효율의 전기보일러를 제작, 보급이 가능한 것이다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치를 보인 정면 구성도

도 2는 본 발명에서 제공하는 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치에 있어서, 히팅수단을 발췌한 평면도

도 3은 본 발명에서 제공하는 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치에 있어서, 히팅수단을 발췌한 분해 사시도

도 4는 본 발명에서 제공하는 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치에 있어서, 히팅수단과 열교환기의 결합상태를 발췌한 단면도

■ 도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명 ■

1: 전기보일러 2: 케이싱

3: 열교환기 3a: 하우징

3b: 원형봉 3c: 유입공

3d: 유출공 4: 급수관

5: 히팅수단 5a: 기판

5b: 절연체 5c: 도체

5d: 저항 5e: 보호막

5f: 테프론 6: 결합볼트

P: 펌프

Claims (2)

1. 전기보일러(1)를 구성하는 케이싱(2) 내부에 횡방향 및 종방향으로 다수개의 열교환기(3)가 펌프(P)와 연결된 급수관(4)으로 배관 연결되며,

   상기 열교환기(3)는 개방부를 갖는 하우징(3a) 내부에 다수의 원형봉(3b)이 형성되고,

   상기 하우징(3a)에는 상호 반대방향으로 유입공(3c)과 유출공(3d)이 형성되며,

   상기 하우징(3a) 개방부에는 원형봉(3b)의 상단부를 전열면적(3b-1)과 접촉하는 히팅수단(5)을 고정한 것을 특징으로 하는 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 히팅수단(5)은 하우징(3a) 내부를 통과하는 용수를 가온할 수 있도록 기판(5a) 상부에는 절연체(5b) 및 도체(5c), 그리고 상기 도체(5c) 사이에 다수개의 저항(5d)을 등간격으로 프린팅 한 후 보호막(5e)을 프린팅토록 하며,

   상기 기판(5a)의 하부에는 테프론(5f)을 코팅한 것을 특징으로 하는 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치.

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