KR101073625B1

KR101073625B1 - 개선된 열교환구조를 가지는 온수가열장치

Info

Publication number: KR101073625B1
Application number: KR1020090004760A
Authority: KR
Inventors: 임재오; 하용덕
Original assignee: (주)하이킹에너지
Priority date: 2009-01-20
Filing date: 2009-01-20
Publication date: 2011-10-14
Also published as: KR20100085467A

Abstract

히터본체 수납부 내측과 연통하는 다수의 제1통기 파이프(240)가 설치되어, 제1플랜지부(210)와, 제2플랜지부(220)와, 제2캐스킷(G2)과 그리고 히터본체 플랜지부(130)를 관통해 온수가열장치의 외부로 돌출하게 된다. 또한, 히터본체 수납부(200)의 바닥부에는 히터본체 수납부 내측과 연통하는 다수의 제2통기 파이프(240')가 연결되고, 상기 통기 파이프는 히터본체 수납부 바닥에서 히터본체 수납부 외부로 연장하여, 히터본체 수납부 외측을 따라서 직선으로 제1플랜지부(210)와, 제2플랜지부(220)와, 제2캐스킷(G2)과 그리고 히터본체 플랜지부(130)를 관통해 온수가열장치의 외부로 돌출하게 된다.

Description

개선된 열교환구조를 가지는 온수가열장치{Heater having improved heat-change structure}

본 발명은 축열식 전기보일러에 사용하는 온수가열장치에 관한 것으로서, 특히 전기로 가열되는 히터로부터의 열을 충분히 이용하여 높은 열교환율을 가지는 개선된 열교환구조를 가지는 온수가열장치에 관한 것이다.

통상적으로 물을 데우는 보일러는 석유나 가스를 사용하는 것들이 대부분이지만, 심야전기할인에 힘입어 전기보일러를 사용하여 난방이나 물을 데우는 경우가 점차로 늘고 있는 추세이다.

상기와 같은 전기보일러를 이용하여 물을 데우는 방식은 온수탱크에 전기발열체를 삽입하여 발열체로부터의 열을 이용하는 것이다.

이와 같은 발열방식에는 여러 가지가 있다. 먼저 전기발열체인 히터를 직접 물과 접촉하도록 하는 것과, 오일과 같은 비도전성 액체를 먼저 히터로 가열한 후 가열된 비도전성 액체로 물을 간접으로 가열하는 방식과, 그리고 히터를 물로부터 격리되게 설치한 후 히터 주변에 히터의 길이를 따라 물이 순환할 수 있는 파이프를 설치하여 대류현상으로 물을 가열하는 방식 등이 있다.

그러나, 전기발열체인 히터를 물과 직접 접촉하도록 하는 경우에, 히터 주변에 세라믹 재질 등의 재료를 덮어 사용하지만, 그러나 이 경우에는 반복적인 가열로 인해 세라믹 등이 파손되어 히터가 직접 물에 접촉하게 되어 장치 전체가 망가질 염려가 있어서 지금은 잘 사용하지 않는 방식이다.

오일과 같은 비도전도성 액체를 먼저 히터로 가열한 다음, 가열된 액체를 물과 열교환 방식으로 물을 가열하는 방식에 있어서, 히터로 비도전성 액체를 가열하는데 시간이 많이 걸리고 또한 가열된 액체로 물을 가열하는데 시간이 많이 걸려, 신속한 난방이나 온수공급이 어려워 대용량의 전기보일러에는 적합하지 않은 방식이다.

히터를 물로부터 격리시킨 다음 히터의 길이를 따라 물이 순환하는 파이프를 설치하여 대류현상으로 물을 가열하는 방식에 있어서, 히터를 이용하여 직접적으로 물을 가열하게 되어 빠른 난방 또는 온수공급이 가능해지지만, 히터의 길이를 따라 설치할 수 있는 파이프의 갯수가 한정되는 관계로 히터로부터의 열을 충분히 이용하지 못하는 단점이 있다.

한편, 보편적으로 사용되고 있는, 대류현상으로 물을 가열하는 방식을 이용하는 전기보일러는, 물을 순환시키기 위한 다수의 순환파이프를 용접 등의 방식으로 설치해야 하고, 가열체인 히터를 전기보일러에 고정함에 있어서도 다수의 단계를 통해 용접 또는 나사조립을 이용하여야만 하여, 전기보일러의 제작에 다소의 어려움이 있었다.

따라서, 본 출원인은 특허출원 제10-2008-70045호와 제10-2008-68278호를 통 해 상기 문제점들을 해결하기 위한 해결책을 제안하였다. 상기 특허출원 제70045호에서는 히터의 코일을 세라믹 등을 코팅하여 히터의 열효율을 높였고, 상기 특허출원 제68278호에서는 열교환 파이프를 나선형으로 제작하여 히터를 둘러싸도록 하여 열효율을 높였다. 그러나, 상기와 같이 히터의 열효율을 높인 전기보일러뿐만 아니라 기존의 전기보일러의 히터에서 발생하는 열이 열교환 파이프를 통해 충분히 활용하지 못하고 낭비가 된다는 것을 발견하였다.

따라서, 히터에서 발생하는 열 중에서 열교환 파이프를 통해 열교환 되지 않고 남는 열을 활용할 수 있는 구조를 구성하여 전기보일러의 열효율을 한층 더 향상시키는 것이 바람직할 것이다.

본 발명의 목적은 히터에서 발생하는 열을 충분히 활용하여 높은 열효율을 가지며 또한 제작이 용이한, 개선된 열교환구조를 가지는 온수가열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 개선된 열교환구조를 가지는 히터본체와, 히터본체 수납부로 구성되고; 상기 히터본체는 코일형 히터와, 코일형 히터를 지지하는 원통형의 히터 지지부와, 히터본체를 히터본체 수납부에 고정하기 위한 히터본체 플랜지부로 구성되고; 상기 히터본체 수납부에는 전기 보일러의 온수통에 형성된 히터본체 수납부 설치용 플랜지에 결합을 위한 제1플랜지부와, 히터본체 플랜지부와 결합을 위한 제2플랜지부가 구성되고 그 내부에 상기 히터본체를 수납하며 또한 수납된 히터본체와 수납부 벽체 간에 히터본체의 길이방향과 평행하게 설치된 다수의 물 순환파이프가 설치된다.

상기 제1플랜지부는 제1캐스킷을 사이에 두고 상기 히터본체 수납부 설치용 플랜지에 나사로 결합되고, 제2플래지부 역시 제2캐스킷을 사이에 두고 히터본체 플랜지부와 나사로 결합된다.

상기 물 순환파이프 근처의 히터본체 수납부 상측에는 히터본체 수납부 내측과 연통하는 다수의 제1통기 파이프가 설치되어 제1플랜지부와, 제2플랜지부와, 제2캐스킷과 그리고 히터본체 플랜지부를 관통해 온수가열장치의 외부로 돌출하게 되고, 히터본체 수납부의 바닥부에는 히터본체 수납부 내측과 연통하는 다수의 제2통기 파이프가 연결되어 히터본체 수납부 바닥에서부터 히터본체 수납부 외부로 연장해 히터본체 수납부 외측을 따라서 직선으로 제1플랜지부와, 제2플랜지부와, 제2캐스킷과 그리고 히터본체 플랜지부를 관통해 온수가열장치의 외부로 돌출하게 된다.

상기 본 발명에 따른 온수가열장치에 있어서, 히터본체 수납부에는 히터본체의 히터로부터 발생하는 열을 축적하여, 전기보일러의 히트가 오프된 후에 축적된 열을 서서히 방출하여 전기보일러 급수통의 가열된 물이 급격히 식는 것을 방지해주는, 세라믹볼을 수용하는 세라믹볼 수용부가 형성된다.

본 발명에 따른, 개선된 열교환구조를 가지는 온수가열장치에서, 히터본체 수납부 내측과 연통하는 다수의 제1통기 파이프와 제2통기 파이프를 형성하고, 제1통기 파이프를 통해 공기를 공급하고 또한 히터본체 내측에서 고온으로 데워진 공기를 제2통기 파이프를 통해 온수가열장치 외부로 배출시킴으로써, 히터본체 수납부가 설치되는 전기보일러 온수통의 열교환용 물과 접촉하는 제2통기 파이프를 통해 열교환이 이루어져 궁극적으로 온수가열장치의 열교환 효율을 향상시키는 효과가 있게 된다..

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 개선된 열교환구조를 가지는 축열식 전기보일러에 사용하는 온수가열장치에서 사용되는 온수가열장치의 개략적인 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 개선된 열교환구조를 가지는 축열식 전기보일러에 사용하는 온수가열장치를 설치하였을 때의 단면을 보여주는 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 개선된 열교환구조를 가지는 축열식 전기보일러에 사용하는 온수가열장치의 개략적인 분해사시도이고, 도 4는 도 3에 따른 개선된 열교환구조를 가지는 축열식 전기보일러에 사용하는 온수가열장치를 설치하였을 때의 단면을 보여주는 단면도이다.

도 1과 도 2를 참조하여 보면, 본 발명에 따른, 개선된 열교환구조와 발열구조를 가지는 축열식 전기보일러에 사용하는 온수가열장치에서 사용되는 온수가열장치(1000)는 히터본체(100)와, 전기보일러에서 상기 히터본체를 수밀되게 수납하는 히터본체 수납부(200)로 구성된다.

상기 히터본체는(100)는 코일형 히터(110)와, 코일형 히터를 지지하는 원통형의 히터 지지부(120)와, 히터본체를 히터본체 수납부(200)에 고정하기 위한 히터본체 플랜지부(130)로 구성된다. 상기 코일형 히터가 감겨져 있는 히터 지지부(120)는 히터본체 플랜지부(130)와는 연결봉(140)을 통해 결합되고, 히터본체 플랜지부의 상부에는 코일형 히터에 전원 공급을 위한 전원공급단자(150)가 설치된다. 상기 전원공급단자들을 히터에 연결시켜 주는 도선(151)들은, 히터에 의해 많은 열을 받아 파손될 염려가 있기 때문에, 필요에 따라 도선들을 스테인레스 파이프로 대용하고, 그 주위에 애자를 설치하여 도선들이 열에 의해 녹아 파손되는 것을 방지하게 된다.

상기 히터본체 수납부는 전기 보일러의 온수통에 형성된 히터본체 수납부 설치용 플랜지(300)에 결합을 위한 제1플랜부지(210)와, 히터본체 플랜지부(130)와 결합을 위한 제2플랜지부(220)가 구성되고, 또한 히터본체 수납부(200)는 그 내부에 상기 히터본체를 수납하고 또한 수납된 히터본체와 수납부 벽체 간에 히터본체의 길이방향과 평행하게 설치된 다수의 물 순환파이프(230)가 설치된다.

상기 제1플랜지부(210)는 제1캐스킷(G1)을 사이에 두고 상기 히터본체 수납부 설치용 플랜지(300)에 나사로 결합되고, 제2플래지부(220) 역시 제2캐스킷(G2)을 사이에 두고 히터본체 플랜지부(130)와 나사로 결합된다.

상기 물 순환파이프(230)는 히터본체로부터 아주 가깝게 균일한 간격으로 설치되기 때문에, 물 순환파이프를 통해 순환하는 전기보일러 또는 온수통의 물이 효율적으로 가열될 수 있게 된다.

한편, 상기 물 순환파이프(230) 근처의 히터본체 수납부(200) 상측에는 히터본체 수납부 내측과 연통하는 다수의 제1통기 파이프(240)가 설치되어, 제1플랜지부(210)와, 제2플랜지부(220)와, 제2캐스킷(G2)과 그리고 히터본체 플랜지부(130)를 관통해 온수가열장치의 외부로 돌출하게 된다. 또한, 히터본체 수납부(200)의 바닥부에는 히터본체 수납부 내측과 연통하는 다수의 제2통기 파이프(240')가 연결되고, 상기 통기 파이프는 히터본체 수납부 바닥에서 히터본체 수납부 외부로 연장하여, 히터본체 수납부 외측을 따라서 직선으로 제1플랜지부(210)와, 제2플랜지부(220)와, 제2캐스킷(G2)과 그리고 히터본체 플랜지부(130)를 관통해 온수가열장치의 외부로 돌출하게 된다. 따라서, 상기 제2통기 파이프는 전기보일러 온수통 속에 있는 열교환용 물을 지나가게 된다.

온수가열장치의 외부로 돌출한 다수의 제1 및 제2통기 파이프(240 및 240'), 즉 히터본체 플랜지부(130) 외측으로 돌출되는 제1 및 제2통기 파이프들 중에서 제1통기 파이프(240)들은 하나의 파이프(미도시)에 연결한 후에 미도시한 송풍장치에 연결하고, 제2통기 파이프들 역시 하나의 배기 파이프에 연결한다.

한편, 히터본체 수납부의 바닥부의 중앙부분에는 세라믹볼 수용부(230)가 설치되어 그 내부에 세라믹볼(231)이 수납되어, 전기보일러 가동중에 히터에서 나오는 열을 세라믹볼이 받아들여, 히터가 꺼진 후에도 서서히 열을 방출하여 온수탱크의 온수가 빨리 식는 것을 방지하게 되어 열효율을 극대화할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 온수가열장치의 설치와 동작을 다시 한번 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저 전기보일러의 온수통에 히터본체 수납부(200)를 설치한 다음에, 히터본체 수납부에 히터본체(100)를 설치한다. 설치가 완료되면 전원공급단자(150)를 통해 코일형 히터(110)에 전원을 공급하면 코일형 히터가 발열하게 되어, 히터본체 수납부 내측을 고온으로 가열하게 된다. 그러면, 히터본체와 히터본체 수납부 벽체 간에 히터본체의 길이방향과 평행하게 설치된 물 순환파이프(230)를 지나가는 물이 히터본체 수납부 내측의 고온에 의해 데워지게 된다. 이와 과정을 거쳐, 전기보일러 온수통의 물은 대류현상을 통해 서서히 데워지게 된다. 이때, 히터본체에 의해 가열된 히터본체 수납부 내측의 온도가 일정 이상의 온도 이상에서는 물 순환파이프에 의해 충분히 열교환에 사용되지 못하게 된다. 따라서, 상기 송풍장치에 연결된 파이프에 연결된 제1통기 파이프(240)에 송풍장치를 이용해 공기를 공급하게 되면, 공급된 공기가 히터본체 수납부 내측으로 유입되어 상기 고온에 의해 고온으로 데워지고, 고온으로 데워진 공기는 제2통기 파이프(240')를 통해서 히터본체 플랜지(130) 외측의 배기파이프를 통해 배기되게 된다. 이때, 제2통기 파이프(240')가 전기보일러의 온수통의 물을 지나가기 때문에 열교환에 의해 온수통의 물을 데우게 된다. 따라서, 히터본체의 가열에 의한 히터본체 수납부 내측의 고온을, 온수통의 물을 데우는데 보다 효율적으로 사용하게 되어 온수가열장치의 열효율이 향상되게 된다.

도 3과 4는 본 발명의 제2실시예를 도시한 도면으로써, 도 1과 도 2에 도시된 제1실시예의 구성과 거의 대부분 동일하고, 다만 제2통기 파이프(240')의 구성만이 상이하다. 따라서, 도 3과 4에서 도 1과 도 2와 공통되는 부분의 도면부호를 생략하고, 발명의 설명을 위해 필요한 부분만 도면부호를 병기하도록 한다.

도 3과 4를 참조하여 보면, 본 발명의 제2실시예에서, 제1통기 파이프(240)의 구성은 제1실시예와 동일하고, 제2통기 파이프(240'')의 형상만이 제1실시예의 제2통기 파이프(240')와 상이하다.

제1실시예에서는, 제2통기 파이프(240')를 직선 형태로 구성하였지만, 제2실시예서는 제2통기 파이프(240'')를 나선형으로 구성한다. 이는, 제2통기 파이프(240'')을 지나가는 고온의 공기가 전기보일러 온수통의 물과 충분하게 열교환이 이루어질 수 있도록 하기 위해서이다. 즉, 고온의 공기가 지나가는 경로를 길게함으로써 충분한 열교환이 이루어지도록 하기 위한 것이다.

따라서, 제2실시예에서는, 제1실시예 보다 더 열효율이 상승될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 개선된 열교환구조를 가지는 온수가열장치의 개략적인 분해 사시도.

도 2는 도 1에 따른 개선된 열교환구조를 가지는 온수가열장치를 설치하였을 때의 단면을 보여주는 단면도.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 개선된 열교환구조를 가지는 온수가열장치의 개략적인 분해사시도.

도 4는 도 3에 따른 개선된 열교환구조를 가지는 온수가열장치를 설치하였을 때의 단면을 보여주는 단면도.

Claims

히터본체(100)와, 히터본체 수납부(200)로 구성되고; 상기 히터본체는 코일형 히터(110)와, 코일형 히터를 지지하는 원통형의 히터 지지부(120)와, 히터본체를 히터본체 수납부에 고정하기 위한 히터본체 플랜지부(130)로 구성되고; 상기 히터본체 수납부에는 전기 보일러의 온수통에 형성된 히터본체 수납부 설치용 플랜지(300)에 결합을 위한 제1플랜지부(210)와, 히터본체 플랜지부(130)와 결합을 위한 제2플랜지부(220)가 구성되고 그 내부에 상기 히터본체를 수납하며 또한 수납된 히터본체와 수납부 벽체 간에 히터본체의 길이방향과 평행하게 설치된 다수의 물 순환파이프(230)가 설치되고; 상기 제1플랜지부는 제1캐스킷(G1)을 사이에 두고 상기 히터본체 수납부 설치용 플랜지에 나사로 결합되고, 제2플래지부 역시 제2캐스킷(G2)을 사이에 두고 히터본체 플랜지부와 나사로 결합되는 개선된 열교환구조를 가지는 온수가열장치에 있어서,

물 순환파이프에 인접한 히터본체 수납부 상측에는 히터본체 수납부 내측과 연통하는 다수의 제1통기 파이프(240)가 설치되어 제1플랜지부와, 제2플랜지부와, 제2캐스킷과 그리고 히터본체 플랜지부를 관통해 온수가열장치의 외부로 돌출하고, 히터본체 수납부의 바닥부에는 히터본체 수납부 내측과 연통하는 다수의 제2통기 파이프(240')가 연결되어 히터본체 수납부 바닥에서부터 히터본체 수납부 외부로 연장해 온수통의 물과 접촉하면서 히터본체 수납부 외측을 따라서 직선으로 제1플랜지부와, 제2플랜지부와, 제2캐스킷과 그리고 히터본체 플랜지부를 관통해 온수가열장치의 외부로 돌출하도록 구성되고,

상기 제1통기 파이프들은 하나의 파이프에 연결된 후에 송풍장치에 연결되고, 상기 제2통기 파이프들은 하나의 배기 파이프에 연결되며,

상기 송풍장치에 의해 상기 제1통기 파이프를 통해 히터본체 수납부 유입된 공기는 고온으로 데워진 후 제2통기 파이프를 통해 배기 파이프로 배기되고, 제2통기 파이프를 통해 흘러가는 고온으로 데워진 공기에 의해 제2통기 파이프와 접촉하는 온수통의 물이 데워지는 것을 특징으로 하는 개선된 열교환구조를 가지는 온수가열장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 제2통기 파이프를 나선형으로 형성하여 고온으로 데워진 공기가 지나가는 경로를 연장시키는 것을 특징으로 하는 개선된 열교환구조를 가지는 온수가열장치.