KR101301947B1 - 볼륨가변식 온수생성공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼륨가변식 온수생성공급장치에 관한 것으로서, 물저장부와, 상기 물저장부와 연결됨과 함께 내부에는 가열부가 구비되며, 가압력이 제공되면 수축되면서 상기 가열부에 의해 생성된 온수를 토출시킴과 함께 제공된 가압력이 해제되면 탄성 복원되면서 상기 물저장부로부터 물을 흡입하는 볼륨가변부와, 상기 물저장부와 볼륨가변부의 사이에 구비되어 상기 볼륨가변부가 수축되면 닫히고 탄성 복원시에 열리는 역류방지수단과, 구동모터와, 상기 구동모터의 작동에 의해 회전운동하는 회전부재와, 상기 회전부재의 회전운동에 연동하여 상기 볼륨가변부를 선택적으로 눌러 볼륨가변부가 수축되도록 가압력을 제공하는 가압부재로 이루어진 가압수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 수축 및 탄성복원이 가능한 볼륨가변부의 내부압력을 냉수흡입 및 온수토출의 동력원으로 이용하여 온수를 일정한 주기와 강한 펌핑력으로 공급하기 때문에 소음발생률과 고장률을 감소시키면서 안정적으로 온수를 공급할 수 있는 장점이 있다.

Description

볼륨가변식 온수생성공급장치 {Volume Changeable type Device to Supply Warm Water}

본 발명은 온수생성공급장치에 관한 것으로서, 특히 볼륨가변부의 수축 및 탄성 복원시 발생하는 내부 압력변화에 의해 온수를 공급함으로써 소음발생 및 고장률을 감소시키면서 우수한 펌핑력을 통해 안정적으로 온수를 공급할 수 있는 볼륨가변식 온수생성공급장치에 관한 것이다.

일반적으로 장판이나 매트 등의 제품을 난방하기 위해서 종래에는 전열선을 상기 제품에 매설하고 전력을 공급함으로써 전기저항에 의한 열을 발생시켜 난방하는 방식이 주를 이루었는데, 이러한 전기를 이용한 전기장판, 전기매트 등은 필연적으로 전자기파를 발생시켜 인체에 미치는 부작용이 매우 클 뿐만 아니라 전기를 직접 이용함으로써 과열 및 누전 등에 의한 화재의 위험도 존재하여 안전성에도 큰 문제점이 있었다.

이러한 종래의 전열식 난방에 대한 문제점의 인식을 통해 전열을 이용하는 대신 온수를 이용하여 난방하는 장치들이 개시되어 왔는데, 이러한 장치들은 크게 볼 때 수중펌프를 이용하여 가열된 온수를 공급하는 동력을 이용한 장치와, 온수의 생성과정에서 발생하는 증기압을 이용하여 온수를 공급하는 증기압을 이용한 무동력장치로 구별할 수 있다.

그런데, 순환펌프를 이용한 종래 온수공급장치들은 계속적인 순환펌프의 구동으로 인해 펌프모터의 소음이 크게 발생하며, 펌프의 임펠러와 동력전달축이 고온의 물속에 잠겨 연속적으로 작동되므로 고장률이 높고 수명이 짧아 잦은 유지보수를 해줘야 하는 문제점이 있었다.

다음으로, 등록특허 제10-0526791호, 특허등록 제10-0714511호 등에 개시되어 있는 증기압을 이용한 종래 무동력 온수공급장치들은 별도의 동력을 사용하지 않고 오로지 증기압만을 동력원으로 이용하므로 온수를 토출하는 펌핑력이 약할 수 밖에 없으며 그에 따라 온수공급대상이 되는 난방제품의 높이, 순환관의 길이나 직경 등 응용환경에 따라서는 온수의 공급 및 순환이 정상적으로 이루어지지 않게 되는 문제점이 있었다.

또한, 순간발생하는 증기압에 의해 작동되므로 역류방지밸브들의 작동소음이나 물공급 및 배출소음이 심하게 발생하는 문제점이 있었으며, 특히 증기압과 부압이 불규칙적으로 발생하기 때문에 이러한 밸브작동소음이나 물공급배출소음 또한 불규칙적으로 발생하여 소음을 제어하는 것이 거의 불가능한 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 수축 및 탄성복원이 가능한 볼륨가변부의 내부압력을 냉수흡입 및 온수토출의 동력원으로 이용하여 온수를 일정한 주기와 강한 펌핑력으로 공급함으로써 소음발생률과 고장률을 감소시키면서 안정적으로 온수를 공급할 수 있는 볼륨가변식 온수생성공급장치를 제공하는 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 해결수단으로서,
물저장부와, 상기 물저장부와 연결됨과 함께 내부에는 가열부가 구비되며, 가압력이 제공되면 수축되면서 상기 가열부에 의해 생성된 온수를 토출시킴과 함께 제공된 가압력이 해제되면 탄성 복원되면서 상기 물저장부로부터 물을 흡입하는 볼륨가변부와, 상기 물저장부와 볼륨가변부의 사이에 구비되어 상기 볼륨가변부가 수축되면 닫히고 탄성 복원시에 열리는 역류방지수단과, 구동모터와, 상기 구동모터의 작동에 의해 회전운동하는 회전부재와, 상기 회전부재의 회전운동에 연동하여 상기 볼륨가변부를 선택적으로 눌러 볼륨가변부가 수축되도록 가압력을 제공하는 가압부재로 이루어진 가압수단을 포함하는 볼륨가변식 온수생성공급장치가 개시된다.

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또한, 상기 가열부는 전원의 인가에 의해 발열하는 히터와, 상기 히터를 감싸는 방열판을 포함할 수 있다.

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본 발명에 따른 볼륨가변식 온수생성공급장치는,

수축과 탄성복원을 반복하는 볼륨가변부 내부의 압력을 통해 온수를 공급하므로 펌핑력이 매우 강하며, 그에 따라 난방제품의 높이, 순환관의 길이 등 다양한 응용환경에서도 안정적으로 온수를 공급할 수 있는 장점이 있다.

또한, 온수 배출시에만 가압수단에 동력이 요구되므로 에너지의 소모를 줄일 수 있는 장점이 있다.

또한, 가압수단이 물과 전혀 접촉하지 않고 외부에서 작동함과 함께 온수 배출시에만 구동되므로 고장률이 감소하고 수명이 연장되어 유지보수에 따른 불편함을 제거할 수 있음과 함께 발생하는 소음을 크게 저감시킬 수 있는 장점이 있다.

아울러, 상기한 바와 같이 구체적으로 명시한 효과 이외에 본 발명의 특징적인 구성으로부터 용이하게 도출되고 기대될 수 있는 특유한 효과 또한 본 발명의 효과에 포함될 수 있음을 첨언한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 개략적인 구성을 나타내는 도면,
도 2와 도 3은 탄성 복원 및 수축상태에 따른 볼륨가변부와 가압수단의 일 예를 나타내는 도면,
도 4와 도 5는 탄성 복원 및 수축상태에 따른 볼륨가변부와 가압수단의 다른 예를 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 온수생성공급장치의 설치를 예시한 도면,
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 개략적인 구성을 나타내는 도면,
도 8은 온수생성부의 내부를 위에서 바라본 도면,
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 온수생성공급장치의 설치를 예시한 도면이다.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 볼륨가변식 온수생성공급장치(이하, “온수생성공급장치”라 한다.)의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로서, 도면에서의 요소의 형상, 크기 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다.

또한, 실시예를 설명하는데 있어서 원칙적으로 관련된 공지의 기능이나 공지의 구성과 같이 이미 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 기술적 특징을 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명은 종래와 같이 수중에 설치된 순환펌프나 온수생성시 발생하는 증기압을 온수펌핑의 동력원으로 하지 않고, 수축 및 탄성복원에 의해 특정공간의 볼륨(Volume)이 가변될 때 특정공간 내부에서 발생하는 압력의 변화를 온수펌핑의 동력원으로 하는 점에 근본적인 기술적 특징을 가지고 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 온수생성공급장치(100)를 개략적으로 도시한 구성도로서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 온수생성공급장치(100)는 물저장부(10)와, 볼륨가변부(20)와, 가열부(30)와, 역류방지수단(40)과, 가압수단(50)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 물저장부(10)는 물을 저장하기 위한 공간을 제공한다.

상기 볼륨가변부(20)는 수축 및 탄성 복원이 가능하도록 형성되어 외력이 가해지면 수축되면서 내부 볼륨(Volume)이 작아지고(내부 압력이 증가되고), 외력이 제거되면 탄성적으로 복원되면서 내부 볼륨이 원상태로 복원되는 작용을 한다.

그리고 이러한 수축 및 탄성 복원을 통해 냉수흡입 및 온수토출의 작용을 하게 된다. 즉, 수축되었다가 탄성 복원될 때 내부가 감압되면서 상기 물저장부(10)로부터 냉수를 흡입하게 되고, 온수가 생성되면 수축되면서 내부 압력에 의해 생성된 온수를 토출시키는 작용을 하는 것이다.

이러한 볼륨가변부(20)는 수축과 탄성 복원이 가능한 다양한 재질, 예컨대 고무와 같은 재질로 제조될 수 있으며, 원형, 타원형, 실린더형 등 다양한 형상으로 제조될 수 있다.

도 2와 도 3에는 실린더 형상을 갖는 볼륨가변부(20)의 탄성 복원상태 및 수축 상태가 각각 예시되어 있고, 도 4와 도 5에는 타원 형상을 갖는 볼륨가변부(20)의 탄성 복원상태 및 수축 상태가 각각 되어 있다.

여기서, 미 설명부호 21은 볼륨가변부(20) 내부로 물이 유입되는 유입구(21)이고, 22는 볼륨가변부(20)로부터 온수가 토출되는 유출구(22)이다.

상기 가열부(30)는 상기 볼륨가변부(20) 내부에 구비되며, 볼륨가변부(20) 내부에 열을 제공하여 온수를 생성시키는 기능을 수행한다.

상기 가열부(30)는 전원의 인가에 의해 발열하는 히터(31)와, 상기 히터(31)를 감싸는 방열판(32)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 역류방지수단(40)은 상기 물저장부(10)와 볼륨가변부(20)의 사이에 구비된다.

이러한 역류방지수단(40)은 볼륨가변부(20) 내부의 압력에 의해 개폐되면서 즉, 볼륨가변부(20)가 탄성 복원되면서 내부가 감압되면 열려서 냉수가 불륨가변부(20)로 공급되도록 함과 함께 볼륨가변부(20)가 수축되면서 압력이 높아지면 닫혀서 온수가 물저장부(10) 쪽으로 역류되는 것을 방지하는 기능을 수행한다. 이러한 역류방지수단(40)으로는 공지된 다양한 종류의 역류방지 기능을 갖는 밸브들이 채용될 수 있다.

상기 가압수단(50)은 상기 볼륨가변부(20)의 외부에서 가압력을 제공하여 볼륨가변부(20)가 수축과 탄성 복원을 반복할 수 있도록 하는 기능을 수행한다.

이러한 가압수단(50)을 구현한 구체적인 일 예가 도 2 내지 도 5에 도시되어 있는데, 도시된 것과 같이 가압수단(50)은 구동모터(51)와, 상기 구동모터(51)의 작동에 의해서 회전운동을 하게 되는 회전부재(52)와, 상기 회전부재(52)의 회전운동에 연동하면서 상기 볼륨가변부(20)를 선택적으로 눌러주는 가압부재(53)를 포함하는 구성을 통해 구현되는 것이 가능하다.

그리고 상기 가압부재(53)는 볼륨가변부(20)의 형상에 따라 도 2와 도 3에 도시된 것처럼 회전부재(52)의 회전운동에 따라 상하방향으로 승강하면서 볼륨가변부(20)를 눌러 가압하도록 구성할 수도 있고, 도 4와 도 5에 도시된 것처럼 일단이 특정위치에 힌지로 고정되어 회전부재(52)의 회전에 따라 힌지를 중심으로 하향 회전하면서 볼륨가변부(20)를 눌러 가압하도록 구성할 수도 있다.

이러한 구성을 통해, 도 2 및 도 4에 도시된 것처럼 가압부재(53)가 상사점에 있을 때에는 볼륨가변부(20)에 가압력을 제공하지 않게 되고(볼륨가변부(20)는 탄성적으로 복원됨.), 구동모터(51)의 구동에 따라 회전부재(52)가 회전되면 도 3 및 도 5에 도시된 것처럼 가압부재(53)가 하강 또는 하향 회전하면서 볼륨가변부(20)에 가압력을 제공하게 볼륨가변부(20)를 수축시키게 된다.

다만, 상기한 가압수단(50)의 구성은 설명의 편의를 위한 일 예시일 뿐이며, 상기와 같이 구동모터의 구동력을 이용하여 볼륨가변부(20)를 눌러주도록 구성하는 구성뿐만 아니라, 유압실린더, 공압실린더 등을 이용하여 볼륨가변부(20)를 눌러주도록 구성하는 등 특정물체에 외력을 가하거나 해제하는 공지의 다양한 기계요소들을 선택적으로 채용하여 구성하는 것이 가능하며, 이러한 가압수단(50)의 구체적인 구성은 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자가 설계변경의 범위내에서 다양하게 고려해 볼 수 있는 것임을 이해할 수 있을 것이다.

한편, 본 발명은 상기 가열부(30)와 가압수단(50)의 온/오프 작동을 제어하기 위한 작동제어부를 더 포함할 수 있으며, 이러한 작동제어부는 마이크로 프로세서를 포함하는 전자회로로 구현될 수 있다.

그리고 상기 작동제어부의 제어를 위하여 본 발명에 따른 온수생성공급장치(100)에는 다양한 센서들이 구비될 수 있다.

이러한 센서들로는 볼륨가변부(20) 내부의 물의 수위를 감지하기 위한 수위센서와, 방열판(32)의 온도를 감지하기 위한 방열판온도센서와, 볼륨가변부(20) 내부의 물의 온도를 감지하기 위한 물온도센서를 포함할 수 있으며, 또한 안전기능을 위해 볼륨가변부(20)의 압력을 감지하는 압력센서를 포함할 수도 있다.

이러한 센서들의 감지신호에 따라 작동제어부는 미리 설정된 설정값들과 비교하여 상기 가열부(30)의 온/오프를 제어하고 또한 가압수단(50)의 작동을 제어하도록 할 수 있으며, 이러한 센싱을 통한 제어기술은 주지된 것인 바, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 상기한 설명으로부터 용이하게 구현할 수 있을 것이다.

도 6은 상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 온수생성공급장치(100)의 설치를 예시한 예시도로서, 도시된 것처럼 볼륨가변부(20)가 온수공급관(300)을 통해 온수매트, 온수장판, 온돌방 등 온수공급 대상이 되는 다양한 난방제품(400)과 연결 설치되고, 물저장부(10)는 상기 난방제품(400)과 회수관(500)을 통해 연결됨으로써 물의 순환이 이루어지도록 설치가 될 수 있다.

또한, 온수생성공급장치(100)의 작동을 살펴보면, 먼저, 물저장부(10)에 물이 채워진 상태에서 볼륨가변부(20) 내부의 수위센서에 의해 물이 없음이 감지되고, 작동제어부의 제어에 의해 가압수단(50)이 작동되어 볼륨가변부(20)를 가압시키게 된다.

그러면, 볼륨가변부(20)가 수축되면서 내부에 있는 공기가 배출된 후, 다시 탄성 복원될 때 내부가 감압되면서 물저장부(10)로부터 볼륨가변부(20) 내부로 냉수가 흡입된다.

이렇게 냉수가 볼륨가변부(20) 내부로 공급되면 수위센서와 온도센서의 감지신호에 따라 작동제어부는 가열부(30)의 히터(31)를 온시켜 가열을 시작하게 한다.

그리고 가열부(30)의 가열에 따라 볼륨가변부(20)에 채워진 물의 온도가 상승하게 되어 설정온도에 도달되면 가압수단(50)을 작동시켜 볼륨가변부(20)를 수축시킴으로써 볼륨가변부(20) 내부의 온수가 토출되도록 한다. 이 때, 볼륨가변부(20)가 수축되면서 내부 압력이 높아지면 온수는 역류방지수단(40)에 의해 물저장부(10)쪽으로의 역류가 차단되고 그에 따라 일방향으로만 토출이 이루어지게 된다.

그리고 이렇게 볼륨가변부(20)로부터 온수가 토출된 후에는 볼륨가변부(20)가 탄성 복원되면서 내부가 감압됨에 따라 물저장부(10)로부터 다시 볼륨가변부(20) 내부로 냉수가 유입되며, 상술한 온수생성 및 온수토출 작동이 반복된다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 온수생성공급장치(200)의 개략적인 구성을 나타내는 도면으로서, 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 온수생성공급장치(200)는 전술한 제1 실시예와 동일하되, 가열부(30)가 볼륨가변부(20) 내부에 구비되지 않고 별도의 온수생성부(60)에 구비되는 구성상 특징을 갖는다.

따라서, 이하에서는 전술한 제1 실시예와 다른 구성부분을 위주로 상세하게 설명하기로 하며, 전술한 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하기로 하며 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 온수생성공급장치(200)는 전술한 것처럼 물저장부(10)와 볼륨가변부(20) 사이에 별도로 온수의 생성공간을 제공하는 온수생성부(60)를 더 포함하며, 가열부(30)는 볼륨가변부(20)의 내부가 아닌 온수생성부(60)의 내부에 구비가 된다.

따라서, 가열부(30)의 가열에 의해 온수생성부(60)에서 온수가 생성이 되며, 볼륨가변부(20)는 수축과 탄성 복원을 반복하면서 온수생성부(60)에서 생성된 온수를 흡입하여 토출하는 작용만을 하게 되는 차이점이 있다.

즉, 전술한 제1 실시예에서는 볼륨가변부(20) 내부에서 온수생성과 온수펌핑 작용이 모두 이루어짐에 반해서 제2 실시예에서는 온수생성은 온수생성부(60)에서 이루어지고 볼륨가변부(20)는 생성된 온수를 펌핑하는 작용만을 하는 차이점이 있는 것이다.

이렇게 온수생성이 별도의 온수생성부(60)에서 이루어지고 온수펌핑이 볼륨가변부(20)에서 이루어지도록 하는 구성은 상대적으로 많은 양의 온수를 계속적으로 공급하거나 또는 큰 용량의 히터를 통해 순간적으로 많은 양의 온수를 생성해야 하는 경우에 응용이 될 수 있을 것이다.

한편, 상기 온수생성부(60)의 내부에는 상기 물저장부(10)로부터 유입되는 냉수와 상기 가열부(30)에 의해 생성되는 온수를 분리시키는 분리벽(61)이 마련될 수 있다.

도 8은 온수생성부(60) 내부를 예시한 평면도로서 이러한 분리벽(61)은 냉수가 유입되는 부분과 가열부(30)에 의해 가열되는 부분을 완전히 차단하는 것이 아니라 도시된 것처럼 끝단에 소정 크기의 개방구(62)를 가져 냉수와 온수가 쉽게 혼합되는 것만을 방지하게 된다.

이는 볼륨가변부(20)에서 온수를 토출한 후 새롭게 물저장부(20)로부터 냉수가 온수생성부(60)에 공급될 때 냉수가 유입되는 공간을 최소화하여 필요한 양의 냉수만이 유입되도록 하고, 유입된 냉수가 온수생성부(60) 내부에 남아있는 온수와 쉽게 혼합되지 않도록 함으로써 온수생성 효율을 보다 높이기 위한 것이다.

도 9는 상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 제2 실시예에 따른 온수생성공급장치(200)의 설치를 예시한 예시도로서, 상기 제1 실시예와 동일하게 물의 순환이 이루어지록 설치될 수 있다.

또한, 상기 제2 실시예에 따른 온수생성공급장치(200)의 작동에 대해 간단하게 살펴보면, 물저장부(10)로부터 온수생성부(60)에 냉수가 공급되면 수위센서가 이를 감지하고 작동제어부는 가열부(30)를 온 작동시킨다.

그리고 가열부(30)의 가열에 따라 온수생성부(60) 내부의 물의 온도가 상승하게 되어 설정온도에 도달되면 온도센서의 감지신호에 따라 가압수단(50)을 작동시켜 볼륨가변부(20)가 상기 온수생성부(60)에서 생성된 온수를 흡입하여 토출시키게 된다.

그리고 이렇게 온수가 토출된 후에는 물저장부(10)로부터 온수생성부(60)로 냉수가 재공급되면서 상술한 온수생성 및 온수토출 작동이 반복적으로 이루어지게 된다.

이상으로 본 발명을 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것이라 할 것이다.

첨부된 도면의 주요부위에 대한 부호를 설명하면 다음과 같다.
10: 물저장부
20: 볼륨가변부
30: 가열부
40: 역류방지수단
50: 가압수단

Claims (5)

1. 물저장부(10);
   상기 물저장부(10)와 연결됨과 함께 내부에는 가열부(30)가 구비되며, 가압력이 제공되면 수축되면서 상기 가열부(30)에 의해 생성된 온수를 토출시킴과 함께 제공된 가압력이 해제되면 탄성 복원되면서 상기 물저장부(10)로부터 물을 흡입하는 볼륨가변부(20);
   상기 물저장부(10)와 볼륨가변부(20)의 사이에 구비되어 상기 볼륨가변부(20)가 수축되면 닫히고 탄성 복원시에 열리는 역류방지수단(40);
   구동모터(51)와, 상기 구동모터(51)의 작동에 의해 회전운동하는 회전부재(52)와, 상기 회전부재(52)의 회전운동에 연동하여 상기 볼륨가변부(20)를 선택적으로 눌러 볼륨가변부(20)가 수축되도록 가압력을 제공하는 가압부재(53)로 이루어진 가압수단(50);을 포함하는 볼륨가변식 온수생성공급장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 가열부(30)는,
   전원의 인가에 의해 발열하는 히터(31); 및
   상기 히터(31)를 감싸는 방열판(32);을 포함하는 것을 특징으로 하는 볼륨가변식 온수생성공급장치.
   
   
   
5. 삭제

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