KR101160795B1 - 절전형 자동제어 전기온수기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하부에 원수유입구(110)와 상부에 온수유출구(120)가 형성된 온수탱크(100), 상기 온수탱크(100) 내부에 설치되는 복수의 전기히터(21, 22), 전기온수기의 작동을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 전기온수기에 있어서, 상기 온수탱크(100)는 내벽에 온도감지센서(10)가 부착되고, 상기 제어부는, 상기 온도감지센서(10)에 의해 측정된 온도를 표시하는 온도표시부(30), 상기 전기히터(21, 22)의 선택적 작동을 위한 온도를 설정하는 온도설정부(40), 상기 온도설정부(40)의 설정치에 따라 상기 전기히터(21, 22)를 선택적으로 가동시키는 전기히터 자동절환부(50)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 절전형 자동제어 전기온수기에 관한 기술이다.

Description

절전형 자동제어 전기온수기{Water heater with automatic controller}

본 발명은 전기온수기에 관한 것으로, 상세하게는 온수탱크 내부에 복수의 전기히터가 구비되고 이를 계절 및 온수사용량에 따라 선택적으로 가동시켜 온수 가열 전력을 절감하고, 제어부를 통해 전기온수기의 작동을 자동제어하며, 아울러 동절기 원수유입관의 동파를 예방할 수 있도록 한 절전형 자동제어 전기온수기에 관한 것이다.

일반적으로 사용되는 온수기는 연소열로 물을 가열하는 연소형 온수기와 전기히터로 물을 가열하는 전기온수기로 구분되고, 온수기에서 생성되는 온수는 난방배관을 순환하는 난방수로 사용되거나 일상 생활용 온수로 사용된다.

상기 전기온수기의 온수탱크 내부에는 전기히터가 설치되는데 상기 전기히터는 통상적으로 제어부의 전원조작에 의해 일괄적으로 온오프 작동되는데 그치고 있다. 따라서 하절기 또는 동절기 그리고 온수사용량의 변동이 일어나는 시간대에도 계속하여 전기히터가 전체적으로 가동됨으로써 불필요한 전력이 낭비되는 문제가 있으며, 온수탱크 내부에 물이 유입되지 않는 상황에서 전기히터를 지속적으로 작동시키게 되면 전기히터의 파열이 발생하는 문제가 발생한다.

아울러 동절기에는 온수탱크의 원수유입라인이 동파되는 경우가 빈발하는데, 종래에는 원수유입라인에 별도의 전기열선을 부설하거나 동파방지용 히터를 별도로 마련하여 배관 외벽에 부착하거나, 온수탱크 외측에 별도로 태양열에 의한 가온장치를 구비하여 집적된 태양열의 온기에 유입 원수를 순환되게 함으로써 동파를 방지하기도 하였다.

그러나 상기 기술들은 별도의 구성을 추가하거나 별도의 장치를 부설하여야 함에 따른 구조의 복잡성을 야기하고 운영상 전력소모 및 설치비용의 증가를 초래하는 문제를 안고 있다.

아래에서는 전기온수기 관련 선행기술을 살펴본다.

실용 제234400호(외장형 가열장치가 장착된 축열식 심야전기보일러)는 심야전력을 사용하는 축열식 심야전기보일러에 관한 것으로, 그에는 통상의 전기보일러에 외장형 가열장치를 추가로 장착하여, 초기 가동시에는 별도의 외장형 가열장치를 가동시켜 전원 인가와 함께 신속하게 난방 및 온수공급이 가능하도록 하고, 이어서 축열탱크 내부의 히터를 통해 축열탱크를 가열함으로써 난방 및 온수공급이 연속적으로 가능하도록 하는 기술이 제시되어 있다.

그런데 상기 기술은 축열탱크 내부의 히터 전체를 단순히 온오프 조작에 의해 가동시키고 또한 사용자가 필요하다고 생각하는 시점에 축열탱크 가열과 외장형 가열장치 작동을 수동으로 선택 조작하는데 국한되는 기술이며, 동절기 원수유입구의 동파방지를 위한 기술적 구성은 전혀 나타나 있지 않다.

특허 제392200호(열교환식 전기온수기)는 온수를 장시간 사용하더라도 출수되는 온수의 온도가 일정하게 유지되도록 하는 기술로서, 그에는 축열조 하부에 장착된 히터에 의해 원수가 가열되면서, 축열조에 내장된 열교환라인의 분기구를 통해 배출되는 저온의 온수와, 열교환라인의 유출구를 통해 배출되는 고온의 온수가 믹싱밸브에서 혼합되어 배출되도록 하는 구성이 제시되어 있다.

상기 기술은 축열조 내부의 열교환라인을 분할 구성함으로써 부분적으로 가열된 저온의 온수와 완전히 가열된 고온의 온수가 혼합 배출되도록 하는 데 그치고, 그에 사용전력의 절감이나 전기온수기의 자동제어 및 동절기 원수유입관 동파방지에 관한 구성은 개시되어 있지 않다.

공개특허 1999-15(심야전기를 이용한 전기온수기)는 충분한 양의 온수를 사용할 수 있고 일정한 출수 온도를 유지하며 온수 보온효과를 가지는 전기온수기에 관한 것으로, 그에는 가스보일러와 전기온수기 구성이 개시되어 있는 한편 상기 전기온수기 내부에 과압이 발생할 경우 압력을 조절하는 안전밸브가 설치되어 있다.

그런데 상기 기술의 전기온수기는, 가스보일러에서 전기온수기로 공급되는 온수의 압력이 적정 압력 이상일 때 안전밸브가 작동하여 별도의 배수관을 통해 고압의 온수를 외부로 배출하는데, 이는 에너지를 들여 생산한 온수를 과압해소를 위해 외부로 배출해야 함에 따른 에너지 낭비가 필연적으로 지적될 수 밖에 없는 기술이다.

공개실용 1998-65743호(온수순환식 난방시스템의 동파방지장치)는 온수보일러와 태양열 온수기를 각각 마련함으로써, 태양열 온수기에 의해 급수관을 해빙하거나 결빙을 방지하는 기술이다.

위 기술은 태양열 온수기를 별도로 마련해야 하고 그에 급수관을 연결시키는 배관 및 관련 밸브 구성이 추가로 구비되어야 함으로써, 구조가 복잡해지고 관련 구성의 작동을 위한 전력소모 및 설치비용의 증가를 초래하는 기술이다.

그 밖에 특허공고 제1995-12779호(가스보일러 및 순간온수기의 동파방지장치)는 동파방지용 히터를 배관의 외벽에 부착시켜 소정의 온도센서를 통해 외기의 온도를 검출하고 외기온도가 0도C 근방이 되면 자동적으로 히터가 구동되어 배관 내부의 물이 동결되는 현상을 방지하는 기술을 제시하고 있다.

그러나 위 기술은 배관 외벽에 별도로 동파방지용 히터를 구비해야 할 뿐만 아니라 히터구동을 위한 전력이 추가로 필요하게 되는 것이라서 구조가 복잡하고 운용비용 및 설치비용이 증가되는 문제점을 피할 수 없다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로,

온수탱크 내부에 구비된 복수의 전기히터를 계절 및 온수사용량에 따라 선택적으로 가동시켜 온수 가열 전력을 절감하는데 목적이 있다.

또한 상기 전기히터의 작동을 자동제어하는 자동제어 전기온수기를 제공함에 또다른 목적이 있다.

아울러 온수탱크에 물이 유입되지 않을 때는 온수탱크가 가열되지 않도록 함으로써 전기히터의 파열을 방지하도록 하는 목적을 가진다.

그리고 별도의 히터 장치를 통해 배관 외벽을 가열하거나, 배관 가열을 위한 전선을 부설하지 않고도 동절기 원수유입관의 동파를 예방할 수 있도록 함으로써 구조가 단순하고 설치비용이 저렴한 동파방지 전기온수기를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기온수기는,

하부에 원수유입구와 상부에 온수유출구가 형성된 온수탱크, 온수탱크 내부에 설치되는 복수의 전기히터, 전기온수기의 작동을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 전기온수기에 있어서, 상기 온수탱크는 내벽에는 온도감지센서가 부착되고, 상기 제어부는 상기 온도감지센서에 의해 측정된 온도를 표시하는 온도표시부, 상기 전기히터의 선택적 작동을 위한 온도를 설정하는 온도설정부, 상기 온도설정부의 설정치에 따라 상기 전기히터를 선택적으로 가동시키는 전기히터 자동절환부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 원수유입구에는 유속감지센서가 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 전기온수기에 채택되는 제어부에는 상기 유속감지센서의 감지 유속에 따라 상기 전기히터의 작동을 제어하는 자동전원부가 더 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 온수탱크 상부 외측에는 온수탱크로부터 인출되고 중간에 안전밸브가 설치된 측부관이 구비되며, 상기 측부관은 원수유입구의 전방에 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명은,

온수탱크 내부에 구비된 복수의 전기히터를 계절 및 온수사용량에 따라 선택적으로 가동시킬 수 있으므로 온수 가열 전력을 절감하는 효과를 가진다.

또한 상기 전기히터의 절환 작동을 자동제어함으로써 출탕되는 온수 온도를 원하는 온도로 연속적으로 유지하여 안정적으로 공급할 수 있는 효과를 가진다.

아울러 온수탱크에 물이 유입되지 않을 때는 전기히터의 운전을 중지시킴으로써 온수배관 후 시운전시 또는 동파 발생시, 단수시, 또는 사용자의 조작미숙으로 인한 전기히터의 파열을 방지하는 효과를 가진다.

그리고 별도의 히터 장치를 통해 배관 외벽을 가열하거나, 배관 가열을 위한 전선을 부설하지 않고도 동절기 원수유입관의 동파를 예방할 수 있도록 함으로써 전기온수기의 구조가 단순하고 설치비용이 저렴해지는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 전기온수기
도 2는 본 발명 전기온수기의 제어부 구성블럭도

상기와 같은 효과를 기대할 수 있는 본 발명의 구성을 첨부도면 1, 2에 의거하여 보다 구체적으로 설명하고자 한다.

본 발명은, 하부에 원수유입구(110)와 상부에 온수유출구(120)가 형성된 온수탱크(100), 온수탱크(100) 내부에 설치되는 복수의 전기히터(21, 22), 전기온수기의 작동을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 전기온수기에 관한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이 상기 온수탱크(100)는 하부에 원수유입구(110)가 마련되고 상부에 온수유출구(120)가 마련된다. 이는 차가운 원수가 가열되면서 상부로 이동하는 특성을 이용한 것으로 온수탱크(100) 상부측에 온수유출구(120)를 형성해두면 온수탱크(100) 내부에서 원수가 가열되면서 자연스럽게 상부로 이동하므로 별도의 동력이 필요없이 층류의 가열 온수를 배출시킬 수 있기 때문이다. 온수탱크(100)는 스테인리스 재질의 원통형 탱크가 주로 사용되나, 그에 한정되지 않고 필요에 따라 FRP 재질의 탱크를 사용할 경우에는 제조원가를 인하시킬 수 있는 이점이 있다. 물론 상기 온수탱크(100) 하부에는 드레인관(미도시)이 취부되어 내부 점검 및 청소를 수행할 수 있도록 되어 있다.

상기 온수탱크(100) 내벽에는 온도감지센서(10)가 부착되어 온수탱크 내부의 온수 온도를 측정한다. 상기 온도감지센서(10)는 온수탱크(100) 내벽의 중앙 지점 또는 상부측에 설치할 수도 있으나 가급적 상부 중부 그리고 하부측에 부착하여 위치별 온수 온도를 각각 측정하는 것이 좋다. 왜냐하면 온수탱크(100) 내부 전체의 원수 가열상태를 파악하게 되면 후술하는 전기히터의 선택적 가동시점과 절환시점을 정확하게 제어할 수 있고 그 결과 불필요한 전력소모를 감소시킬 수 있기 때문이다.

본 발명의 제어부는 온수탱크(100) 외벽에 설치하거나 또는 별도의 판넬을 형성하여 사용자의 편의에 따라 손쉽게 조작할 수 있는 곳에 설치한다. 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제어부는 온도표시부(30), 온도설정부(40), 전기히터 자동절환부(50)로 이루어진다.

상기 온수탱크(100) 내벽에 복수의 온도감지센서(10)가 부착된 경우에는 측정된 각각의 온도를 제어부의 온도표시부(30)에서 이를 평균하여 온수탱크(100)의 내부 온도를 산정 표시한다.

상기 온도설정부(40)는 사용자가 희망하는 온수 온도를 설정할 수 있도록 하기 위해 마련된 구성이며, 상기 전기히터 자동절환부(50)는 설정 온도에 따라 복수의 전기히터(21, 22)가 자동으로 선택적 또는 전체적인 가동이 되거나 중지가 이루어질 수 있도록 하는 구성이다.

본 발명에 사용되는 전기히터는 히터와 원수가 직접 접촉하는 방식이 사용되거나 히터가 소정의 튜브 속에 내장된 상태로 원수와 접촉하는 방식이 사용될 수 있으며, 도 1에서는 2개의 전기히터(21, 22)를 도시하였으나 온수탱크(100)의 용량이나 순간 가열필요성 등에 따라 그 이상의 히터가 사용될 수도 있다. 상기 전기히터(21, 22)는 그 작동여부가 제어부 판넬에 표시되어 사용자가 작동상태를 용이하게 파악할 수 있도록 하는 것이 좋으며, 상기 온도설정부(40) 및 전기히터 자동절환부(50)의 전기적 회로는 통상적인 회로 소자를 이용한 구성이므로 그 설명은 생략한다.

위와 같은 구성을 통해 사용자가 희망온도를 예를 들어 50도C로 설정하면, 온수탱크(100) 내부에 채워져 있는 원수 온도를 감안하여 복수의 전기히터(21, 22)의 선택적 가동 또는 전체적 가동이 자동으로 이루어지고, 희망온도에 도달하게 될 경우에도 역시 전기히터(21, 22)의 선택적 가동중지 또는 전체적 가동중지가 자동으로 이루어질 수 있다.

본 발명은 위와 같은 선택적 전체적 가동이나 중지를 통해 전기히터(21, 22)가 가동될 수 있음으로써 사용자의 요청에 정확히 부응하여 희망온도의 온수를 생산할 수 있는 한편 그에 소요되는 전력을 절감할 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 원수유입구(110)에는 유속감지센서(112)가 설치된다. 통상의 전기온수기는 유입관(111)을 통해 수돗물이 자동으로 유입되도록 되어 있다. 그러나 전기온수기 배관 공사 후 시운전시 또는 동파가 발생하여 원수가 유입되지 못할 경우 또는 수돗물 공급중단이나 메인밸브의 잠금 상태를 알지 못한 상태에서 사용자가 전기온수기를 가동시키는 경우에는 온수탱크(100) 내부에 원수가 채워지지 않은 상태에서 전기히터(21, 22)가 가동되게 되어 과열에 의해 전기히터(21, 22)가 파열되는 경우가 자주 발생한다.

따라서 본 발명은 상기 원수유입구(110)에 상기 유속감지센서(112)를 설치하여, 유입관(111)을 통해 원수가 유입되지 않은 상황에서는 제어부에서 이를 감지하고 이어서 자동전원부(60)가 자동으로 전기히터(21, 22)의 가동을 중지시킬 수 있도록 한다. 이와 같은 전기적 회로 역시 통상의 전기적 소자를 이용하여 구성할 수 있는 것이므로 그 설명은 생략한다.

본 발명은 위와 같은 유속감지센서(112)의 유입관(111) 유속감지와 자동전원부(60)의 전기히터(21, 22) 전원 자동오프 기능을 통하여 온수탱크(100) 내에 설치된 전기히터(21, 22)의 파열을 방지할 수 있고 그 결과 전기온수기의 내구성이 높아지고 유지 보수작업의 필요성을 줄일 수 있게 되는 이점이 있다.

한편 온수탱크가 가열되면 내부에 수용된 물의 팽창으로 수위가 오르거나 수증기가 발생하여 온수탱크 내부의 압력이 상승하는데, 온수탱크가 과압을 지탱하지 못할 경우에는 온수탱크가 파손될 수 있다. 따라서 본 발명은 온수탱크(100) 일측, 바람직하기로는 온수유출구(120)의 상부측으로부터 안전밸브(121)가 구비된 측부관(122, bypass관)을 인출시켜 온수탱크(100) 내부의 과압을 해소하는데 이때 상기 측부관(122)을 통해 배출되는 물질은 가열된 물 또는 수증기이다.

지금까지의 전기온수기는 위와 같은 가열 온수와 수증기를 단순히 외부로 배출만 시켰다. 그러나 위와 같은 가열 온수와 수증기는 전기히터의 가열에 의해 생성된 물질로서 이를 단순히 외부로 배출하는 것은 에너지 낭비와 다름없다. 본 발명은 온수탱크(100)로부터 측부관(122)을 인출하여 온수탱크(100) 내부의 과압을 해소할 뿐만 아니라 상기 측부관(122)을 원수유입구(110) 전방에 연결하도록 되어 있다.

따라서 측부관(122)을 통해 배출되는 고온의 온수와 수증기를 이용하여, 원수가 유입되는 유입관(111)을 데울 수 있게 된다. 그로 인해 원수의 유입온도를 높일 수 있어 온수탱크(100)의 가열 전력을 절감할 수 있다. 특히 동절기에는 상기 측부관(122)을 통해 배출되는 고온의 온수나 수증기가 유입관(111)을 데워 유입관(111)의 동파를 방지할 수 있게 되고, 종래 유입관에 전열선을 부설하거나 유입관 벽체에 별도의 히터장치를 부착하여 동파를 방지하던 전기온수기에 비해 동파방지를 위한 구성을 현저히 단순화시키고 소요전력 및 설치비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 권리는 적시된 실시예에 한하지 않고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 변형된 실시예가 있을 수 있다고 본다.

10 온도감지센서
21, 22 전기히터
30 온도표시부 40 온도설정부 50 전기히터 자동절환부
60 자동전원부
100 온수탱크 110 원수유입구 120 온수유출구
112 유속감지센서 121 안전밸브 122 측부관

Claims (5)

1. 하부에 원수유입구(110)와 상부에 온수유출구(120)가 형성된 온수탱크(100), 상기 온수탱크(100) 내부에 설치되는 복수의 전기히터(21, 22), 전기온수기의 작동을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 전기온수기에 있어서,
   상기 온수탱크(100)는 내벽의 상부, 중부, 하부에 온도감지센서(10)가 각각 부착되고,
   상기 제어부는,
   상기 온도감지센서(10)에 의해 측정된 온도를 표시하는 온도표시부(30),
   상기 전기히터(21, 22)의 선택적 작동을 위한 온도를 설정하는 온도설정부(40),
   상기 온도설정부(40)의 설정치에 따라 상기 전기히터(21, 22)를 선택적으로 가동시키는 전기히터 자동절환부(50)를 포함하여 이루어지며,
   상기 온수탱크(100) 상부 외측에는 온수탱크(100)로부터 인출되고 중간에 안전밸브(121)가 설치된 측부관(122)이 구비되고,
   상기 측부관(122)은 원수유입구(110)의 전방에 연결되며,
   상기 원수유입구(110)에는 유속감지센서(112)가 설치되는 한편
   상기 제어부에는, 상기 유속감지센서(112)의 감지 유속에 따라 상기 전기히터(21, 22)의 작동을 제어하는 자동전원부(60)가 더 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 절전형 자동제어 전기온수기.
   
   
   
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