하지만, 상술한 바와 같이 침대 등에 사용되는 보일러 매트는 실질적으로 겨울 한철에만 난방용으로 잠시 사용될 뿐, 아직까지 다른 계절에 적극 활용된 전례가 없었다.
한편으로, 침대에 사용하는 보일러 매트는 인체에 직접 접촉하는 것이기 때문에 전자파 차단을 반드시 고려해야 한다. 최근 열선 방식의 최대 단점인 전자파 발생을 방지하고자 온수 펌프를 이용한 보일러 매트도 많이 시판되고 있지만, 온수 방식은 펌프의 수명이 짧고 증발하는 수분량이 많기 때문에 주기적으로 물을 재공급해야 하는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술에서 착안한 것으로서, 본 발명의 목적은 겨울뿐만 아니라 여름에도 사용할 수 있는 사계절 냉난방 보일러를 제공하는 데 있으며, 나아가 인체에 유해한 전자파가 발생하지 않는 난방 보일러를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 사계절 냉난방 보일러는 물탱크와, 물탱크의 물을 공급받아 가열하여 스팀을 발생시키는 보일러와, 매트에 매입 설치되는 스팀관로와, 물탱크와 보일러와 스팀관로를 연결하는 스팀순환배관을 포함하는 난방유닛과; 물탱크와, 물탱크의 물을 공급받아 수온을 낮추기 위한 냉방기와, 매트에 매입 설치되는 냉수관로와, 물탱크와 보일러와 냉수관로를 연결하는 냉수순환배관을 포함하는 냉방유닛;을 포함한다.
또한 본 발명에 따른 사계절 냉난방 보일러의 물탱크는 공용 사용될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 사계절 냉난방 보일러의 스팀순환배관은 물탱크와 보일러를 연결하며 밸브를 구비하는 급수유로와, 보일러와 매트의 스팀관로를 연결하는 스팀공급유로와, 스팀관로와 물탱크를 연결하는 스팀배출유로를 포함하며, 상기 스팀공급유로의 내부는 스팀이 연통되고, 상기 스팀배출유로와 급수유로 내부는 물이 연통된다.
또한 본 발명에 따른 사계절 냉난방 보일러는 보일러의 정지 시 급수유로의 밸브를 개방하여 압력 변화에 따른 흡입력으로 물탱크의 물을 보일러로 공급한다.
또한 본 발명에 따른 사계절 냉난방 보일러의 스팀배출유로는 매트에 근접하게 온도센서를 구비하여, 온도센서에서 소정 온도 검출 시 보일러의 히터 동작을 정지시킨다.
또한 본 발명에 따른 사계절 냉난방 보일러의 매트는 하드베이스층과, 보온층과, 난방관로층과, 냉방관로층과, 쿠션층을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 물탱크와, 물탱크의 물을 공급받아 히터로 가열하여 스팀을 발생시키는 보일러와, 매트에 매입 설치되는 스팀관로와, 물탱크와 보일러와 스팀관로를 연결하는 스팀순환배관을 포함하고, 상기 스팀순환배관은 물탱크와 보일러를 연결하며 밸브를 구비하는 급수유로와, 보일러와 매트의 스팀관로를 연결하는 스팀공급유로와, 스팀관로와 물탱크를 연결하는 스팀배출유로를 포함하여, 보일러의 정지 시 급수유로의 밸브를 개방하여 압력 변화에 따른 흡입력으로 물탱크의 물을 보일러로 공급하는 난방 보일러가 제공된다.
또한 본 발명에 따른 사계절 냉난방 보일러의 스팀배출유로는 매트에 근접하게 온도센서를 구비하여, 상기 온도센서에서 소정 온도 검출 시 보일러의 히터 동작을 정지시키고 급수유로의 밸브를 개방한다.
또한 본 발명에 따른 사계절 냉난방 보일러는 몸체를 구비하며, 몸체의 측면에 복수의 스팀 구멍을 구비하여 스팀만 내부로 유입되도록 하는 기수분리기를 포함한다.
또한 본 발명에 따른 사계절 냉난방 보일러는 원통형의 몸체 내부에 연질의 락킹핀을 승강 가능하도록 구비하여 급수유로를 내부 압력차에 따라 개폐한다.
본 발명에 따른 사계절 냉난방 보일러는 난방유닛과 냉방유닛을 모두 구비하고 있기 때문에 계절에 따라 사용자가 선택적으로 사용할 수 있다.
또한, 난방유닛의 경우 보일러 내부의 히터를 가동함으로써 발생하는 팽창력을 이용하여 스팀을 순환시키고, 히터를 정지함으로써 발생하는 보일러 내의 흡입력에 따라 밸브를 개방하여 부족한 물을 공급할 수 있기 때문에 종래 히터가 장착된 보일러 챔버에 물을 공급하기 위한 펌프가 불필요하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 사계절 냉난방 보일러를 침대에 설치한 형태를 도시 한 사시도이며, 도 2는 난방일 때의 도면이며, 도 3은 냉방일 때의 도면이다.
도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 냉난방 매트는 물탱크(110,210)와, 난방유닛(100)과 냉방유닛(200)을 구비한다. 여기서, 난방유닛(100)과 냉방유닛(200)은 하나의 물탱크(110)와 밸브(미도시)를 사용하여 선택적으로 사용되거나 또는 각각 별도로 구비할 수 있다. 물탱크와 냉난방유닛(100,200)은 침대의 각진 코너를 통해 배관함으로써 문을 열고 닫을 때 지장이 없도록 한다.
물탱크(110)는 도 2에 도시한 바와 같이, 외부탱크(112)와 휴대용 내부탱크(114)로 이루어진다. 휴대용 내부탱크(114)는 외부탱크(112)로부터 착탈 가능하게 설치되며, 실질적으로 외부에서 물을 공급하는 수단이다. 휴대용 내부탱크(114)는 물을 가득 채운 후 외부탱크(112)에 거꾸로 끼워 넣어 방식으로 조립된다. 휴대용 내부탱크(114)는 외부탱크(112)의 바닥에 마련되는 삼각형의 핀(111)에 의해 뚜껑(116)에 마련된 작은 버튼이 밀어 올려지면서 물이 나오며, 외부탱크(112)가 소정 수위에 도달하면 정지된다. 외부탱크(112)와 휴대용 내부탱크(114)에 모두 물이 없으면 수위감지센서(118)가 작동하여 물부족 시 보일러가 동작하지 못하도록 한다.
난방유닛(100)은 물탱크(110)의 물을 공급받아 가열함으로써 스팀을 발생시키는 보일러(120)와, 보일러(120)에서 생성된 스팀이 순환되는 스팀순환배관(140)을 구비한다. 스팀순환배관(140)은 물탱크(110)와 보일러(120)를 연결하는 급수유로(142)와, 보일러(120)와 스팀관로(130)를 연결하는 스팀공급유로(144)와, 스팀관로(130)와 물탱크(110)를 연결하는 스팀배출유로(148)를 포함한다. 급수유로(142) 에는 체크밸브(141)가 마련되어 있다. 각 유로(142,144,148)들은 모두 열전도성이 우수한 동과 같은 금속을 이용하여 전체가 폐쇄 순환 구조를 갖는다.
보일러(120)는 내부에 물을 저장하기 위한 공간을 구비하며, 이 공간에는 물을 가열하기 위한 히터(122)가 바닥에 설치되어 있다. 히터(122)에 의해 가열된 물은 스팀으로 변환되며, 스팀은 기수분리기(123)를 통과하면서 물과 분리되어 스팀공급유로(144) 및 스팀관로(130)로 공급된다. 기수분리기(123)는 도 2에 확대 도시한 바와 같이 원통형의 몸체(123a)를 가지며, 측면에 0.8mm 정도의 구멍(123b) 3개를 구비하여 스팀만이 내부로 유입되도록 한다. 또한, 기수분리기(123)는 보일러(120)에 나사 결합될 수 있도록 나선부(123c)를 구비하며, 3mm 정도의 스팀공급유로(144)와 연통된다.
또 보일러(120)에는 내부 압력을 감지하기 위한 압력센서(124)와, 수위를 감지하기 위한 수위감지센서(126)가 마련된다. 압력센서(124)는 최초 동작전에 뚜껑을 열어 물을 주입하고, 가압력 스위치가 설치되어 가압이 걸릴 경우 운전이 안 되도록 하며, 스위감지센서(126)는 최초 운전 전에 수위를 확인할 수 있도록 한다.
또 보일러(120) 내부로 연결되는 급수유로(142)의 끝단에는 압력구(128)가 마련된다. 압력구(128)는 원통형의 몸체 내부에 실리콘과 같은 연질의 락킹핀(129)을 구비하여 급수유로(142)를 내부 압력차에 따라 개폐한다. 락킹핀(129)은 몸체에 승강 가능하게 마련되며, 몸체의 상면 및 급수유로(142)를 밀폐하기 위한 첨부(129a) 및 플랜지부(129b)를 상부에, 락킹핀(129)의 승강 운동을 가이드하기 위한 로드부(129c)를 하부에 구비한다.
스팀관로(130)는 사용자 신체가 직접 접촉되는 매트(10) 속에 설치되는 것으로, 매트(10) 전체를 골고루 통과하도록 사형(蛇形)으로 배치되며, 각 라인 사이의 간격은 동일하게 마련된다. 스팀관로(130)는 직경 3mm의 미세동관을 사용하기 때문에, 도면에는 표시되지 않았지만, 동관이 매설된 매트 배관층의 하부에는 하드 재질의 베이스층이 마련되며, 상부에는 반대로 쿠션을 형성하는 보호층이 마련될 수 있다. 매트(10)에 대한 상세 설명은 후술한다.
스팀관로(130)는 스팀배출유로(148)를 통해 물탱크(110)로 연결된다. 스팀배출유로(148)에는 온도센서(149)가 매트(10)에 가깝게 마련되어 있어서, 사용자가 설정한 온도 또는 특정온도에 도달 시 히터(122)에 공급되는 전원을 차단하는 기능을 한다. 스팀배출유로(148)에는 액체(물)만 통과한다. 이것은 설정 온도 또는 특정온도에 도달하지 못한 스팀은 액체로 상이 변화게 되며, 온도를 초과하게 되면 히터(122)가 정지하므로 스팀의 온도가 떨어져 액체로 상이 변화하기 때문이다. 스팀배출유로(148) 내의 액체는 지속적으로 공급되는 스팀에 의해 밀려 물탱크(110)로 회수된다.
그러면, 상기와 같은 구성을 갖는 난방유닛(100)의 동작을 살펴보기로 한다.
사용자가 보일러 작동 스위치를 켜면, 히터(122)가 동작하면서 체크밸브(141)가 닫히고 물이 끓으면서 팽창하기 시작하며, 압력구(128)가 완전히 닫히면서 스팀이 발생한다. 스팀은 기수분리기(123)의 0.8mm 3개 구멍을 통과하면서 강한 스팀이 되며, 3mm 정도의 스팀공급관로(144)에서 합류되어 매트(10)로 들어간다. 매트(10)는 처음에는 온기가 없으므로 뜨거운 수증기가 찬 물체에 부딪히면 그 물 체에 열기는 흡수되고 나머지는 식어서 냉수가 되며, 매트(10)에 배관된 스팀관로(130)를 통하여 물탱크(110)로 들어가면서 계속해서 스팀이 배관된 부분 주위를 천천히 열을 가하면서 최종적으로 매트 전체에 열을 가하게 된다. 온도센서(149)에 약 120℃ 정도의 고열이 전달되면, 센서가 동작하여 히터(122)가 일시 정지되며, 이와 동시에 체크밸브(141)가 열리고 보일러(120) 내에 압력차에 의한 흡입력이 생겨 압력구(128)가 자동으로 열리면서 보일러(120)에 소모된 물량만큼 30~40초 내에 찬물 물탱크(110)로부터 공급 저장된다. 그렇지만, 매트(10)의 설정온도센서(12)에 설정온도가 도달하지 않으면 온도센서(149)가 다시 동작하면서 상술한 바와 같이 계속 동작한다. 2번째부터는 매트(10)에 열이 가해 있으므로 스팀관로(130)를 통해 2~3분 내에 온도센서(149)에 도착하여 정지되며, 설정온도에 도달하지 않으면 같은 방법으로 계속 동작한다. 설정온도가 되면 매트 설정온도센서(12)가 동작하여 운전을 정지시키고 대기한다. 사용 중에는 같은 방법으로 반복해서 동작한다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 사계절 보일러의 난방유닛(100)은 전체적으로 밀폐 순환 구조를 가지기 때문에 물의 손실이 거의 발생하지 않으며, 또한 매트(10) 크기 정도만 소정 온도로 데우는 정도에 불과하기 때문에 보일러(120)에서 발생하는 압력으로 충분히 물탱크(110)로부터 보일러(120)로 펌프 없이 물을 공급할 수 있다. 또한, 스팀을 난방으로 사용하기 때문에 인체에 유해한 전자파가 발생하지 않는다.
도 3은 본 발명에 따른 사계절 보일러의 냉방유닛을 도시한 도면이며, 도 4 는 냉방유닛의 냉방기를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 냉방유닛(200)은 물탱크(210)와, 저장된 물의 온도를 낮추기 위한 냉방 보일러(이하 냉방기라 함)(220)와, 냉수를 냉방유닛(200) 전체로 순환시키기 위한 급수유로(242)와 냉수공급유로(244)와 냉수배출유로(248)를 포함하는 냉수순환배관(240)을 포함한다.
물탱크(210)는 수위센서(212)를 내부에 구비하며, 뚜껑(214)의 착탈을 통해 외부에서 물을 공급할 수 있다. 물탱크(210)는 상술한 바와 같이 난방유닛(110)의 물탱크(110)를 활용할 수 있음은 물론이다.
냉방기(220)는 모터(221)를 이용하여 쿨링팬(222)을 돌려 바람을 일으키며, 모터(221)의 동력을 전원전달부재(223)를 이용하여 순환펌프(224)로 전달하여 물을 순환시킨다. 쿨링팬(222)에서 생성된 바람은 최대 표면적을 가지도록 사형 또는 나선형으로 권취 설치된 10mm 정도의 배관(225)을 스치면서, 배관(225) 내의 물을 냉각시킨다.
냉방기(220)의 몸체는 직경이 200mm 정도로 각종 기구 부착 및 보드 역할을 하며, 쿨링팬(222)에서 바람을 받아 화살표 방향과 같이 통과시킨다.
냉방기(220)의 하측에는 냉각기 몸체를 고정시키며 침대 아래 오픈된 바깥쪽으로 바람을 불어낼 수 있도록 레그(227)가 마련된다. 매트(10)에는 온도측정 센서(14)가 마련되어 설정온도에서 동작한다.
상기와 같이 구성된 냉방유닛(200)은 순환펌프(224)를 이용하여 냉방기(220)에서 차게 식혀진 냉수를 매트(10)의 냉수관로(230)를 포함하는 냉수순환배관(242,244,248) 전체로 순환시킨다. 냉수관로(230)의 직경은 10mm 정도로 3mm 정 도의 스팀관로(130)보다 직경이 굵으며, 순환하는 냉수의 온도는 5 ~ 15℃ 정도로, 체온보다 낮은 온도이다.
한편, 도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사계절 보일러의 냉난방 매트를 도시한 분해 사시도와 측단면도이다. 본 실시예는 물을 가열하여 스팀을 생성한 후 이를 매트(10)의 스팀관로(130)로 보내거나 냉수를 냉수관로(230)에 보내는 것은 일 실시예와 동일하지만, 스팀관로(130) 및 냉수관로(230)에서 발생되는 열기 및 냉기를 활용하는 것이 상기 일 실시예와 다르다.
즉, 본 실시예의 매트(300)는 도 5와 같이 베니합판 등으로 이루어지는 하드베이스층(310)을 하부에 설치하여 위에 실리는 모든 중량을 지지할 수 있도록 하며, 그 위에 보온층(320)과, 난방관로층(330)과, 냉방관로층(340)을 설치하여 열기와 냉기가 보존 및 보호될 수 있도록 하고, 그 위에 쿠션층(350)을 형성하며, 전체층(310 ~ 350)을 커버로 패키징한다. 이 경우 매트의 두께는 약 80mm 정도이다.
쿠션층(350)은 도 6에 도시한 바와 같이 공기주입구(351)를 타이어 튜브(352)와 같은 모양으로 만들며, 얇은 카페트(353) 위에 더 이상 팽창하지 않는 헝겊(354)을 튜브(352)의 배치 방향과 나란하게 교호 상태로 배치하고 봉재하여 마련한 공간에 튜브(352)를 고정 설치한다. 따라서, 튜브(352)에 공기를 주입하면 도면과 같은 형태가 갖추어지면서 튜브 공기 압력에 따라 쿠션을 조절할 수 있게 되며, 난방관로층(330) 또는 냉방관로층(340)에서 올라오는 냉온은 튜브(352)에 주입해 있는 공기에 흡수되면서 설정온도를 얻을 수 있게 된다.
이상, 상기 실시예들에서는 사계절 보일러가 침대에 설치되는 것을 일례로 예시했지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 거실 바닥 등에도 설치될 수 있음은 물론이다. 또한, 냉방유닛이 전혀 불필요한 경우 이를 보일러에 설치하지 않고 사용할 수도 있다.