KR101346871B1 - Bldc 모터를 이용한 온수보일러 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 난방용 온수의 가열시간을 줄일 수 있고, 구조가 간단하고, 에너지를 절감할 수 있으며, 친환경 열에너지를 발생할 수 있고, 전기에너지를 열에너지로 변환할 수 있을 뿐만 아니라, 소음의 발생을 줄일 수 있는 BLDC 모터(Brushless Direct Current Motor)를 이용한 온수보일러를 제공하는데 있다.

Description

BLDC 모터를 이용한 온수보일러{HOT-WATER BOILER USING BLDC MOTOR}
본 발명은 BLDC 모터(Brushless Direct Current Motor)를 이용한 온수보일러에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 난방용 온수의 가열시간을 줄일 수 있고, 구조가 간단하고, 에너지를 절감할 수 있으며, 친환경 열에너지를 발생할 수 있고, 전기에너지를 열에너지로 변환할 수 있을 뿐만 아니라, 소음의 발생을 줄일 수 있는 BLDC 모터를 이용한 온수보일러에 관한 것이다.
종래로부터 널리 알려진 터보버너를 이용한 고효율 저공해 보일러로서는 등록특허공보 등록번호 제10-0397180호(공고일자 ; 2003년 09월 06일)에 개시되어 있다.
상기 등록특허공보 등록번호 제10-0397180호에 개시되어 있는 터보버너를 이용한 고효율 저공해 보일러는 버너로 연소실내에 배치된 피가열체를 가열시키기 위한 산업용 보일러에 있어서, 상기 버너에는 연소에 필요한 공기를 도입하기 위해 택일적으로 사용되는 송풍기 유입구와 압축공기 유입구를 갖고, 상기 연소실에 연통된 배기가스 통로측에 설치된 것으로, 상기 배기가스 통로로 배기되는 고온 연소가스의 유체 운동에너지를 받도록 원둘레상에 다수의 깃을 갖는 회전차와, 이 회전차를 회전 지지하고 회전차 내로 배기가스를 유도한 후 다수의 깃을 거치도록 한 후 대기로 배출시키는 케이싱을 갖는 회전식 터빈과; 상기 회전식 터빈의 회전차 축에 직결되어 연동 회전되는 회전차를 갖고, 상기 회전차를 수용 회전 지지함과 동시에 회전차에 원둘레로 배치된 다수의 깃에 의해 대기로부터 공기를 흡입하고, 상기 깃에 의해 생긴 원심력의 운동에너지를 갖는 흡입 공기를 상기 버너의 압축공기유입구로 유도하는 케이싱을 갖는 공기공급용 원심압축기; 및 상기 버너의 초기 기동시에만 필요한 공기를 상기 버너로 송풍하기 위해 상기 송풍기 유입구와 연결된 송풍기를 포함하고 있다.
그런데, 이와 같이 구성된 종래의 터보버너를 이용한 고효율 저공해 보일러는 터보버너 시스템을 적용하여 별도의 동력없이 대기압보다 높은 고압의 연소용 공기를 공급하고, 또 보일러 출구의 배기가스를 버너로 재순환시켜서 보일러의 콤팩트화 및 에너지 절감 그리고 질소산화물의 배출을 저감할 수는 있으나, 산업용 보일러는 고압의 스팀을 얻기 위한 설비로서, 버너로부터 공급되는 열량을 이용하여 물을 스팀으로 전환시킬 때, 보일러 연소실의 압력은 특정값 이상의 고압으로 대기압과 비슷하여 연소실은 버너로부터 공급되는 열량의 열전달을 위하여 어느 정도 이상의 크기를 가져야 한다는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 연소용 공기 압력을 높여야 정상적인 운전이 가능하다는 문제점이 있었다. 또한, 고압의 공기를 공급하기 위해서는 막대한 동력이 요구된다는 문제점이 있어서 최근에는 환경규제가 엄격하여지고 있으며 특히, 질소산화물(NOx)의 저감을 위하여 배기가스를 재순환시키기 위해서는 별도의 송풍기 및 배관 등이 필요할 뿐만 아니라, 설치비 및 운영비가 상승하여 실제 적용할 경우에는 여러 가지 문제점도 있었다.
따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 난방용 온수의 가열시간을 줄일 수 있으며, 구조가 간단한 BLDC 모터를 이용한 온수보일러를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 에너지를 절감할 수 있는 BLDC 모터를 이용한 온수보일러를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 친환경 열에너지를 발생할 수 있는 BLDC 모터를 이용한 온수보일러를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기에너지를 열에너지로 변환할 수 있는 BLDC 모터를 이용한 온수보일러를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 소음의 발생을 줄일 수 있는 BLDC 모터를 이용한 온수보일러를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 BLDC 모터(Brushless Direct Current Motor)를 이용한 온수보일러는 직류 전원을 받아서 구동되는 BLDC 모터와; 상기 BLDC 모터의 축에 커플러를 개재하여 결합되며, 상기 BLDC 모터의 구동력을 받아 회전되는 샤프트와; 상기 샤프트의 양단을 회전가능하게 지지하는 한쌍의 베어링과; 상기 샤프트의 회전에 따라 회전되면서 도입되는 물을 가열하여 제1 내지 제3 가열온수 배출통로를 통해서 각각 배출하도록 열을 발생하는 제1 내지 제3 열발생 팬이 각각 내설된 제1 내지 제3 열교환실과; 상기 제3 열교환실에서 가열된 온수를 상기 제3 가열온수 배출통로 및 메인 가열온수 배출배관을 통해 받아서 순환수 도입구를 통해 도입된 물을 따뜻하게 열교환한 온수를 온수배출구 및 온수 배출배관을 통해 배출하는 열교환기와; 상기 열교환기의 온수 배출구에서 배출되는 온수를 온수 배출배관을 통해 받아 물주입구를 통해 주입되어 저장된 물을 따뜻하게 열교환한 난방수를 난방수 출구를 통해 난방배관에 배출하여 실내를 난방하는 열교환탱크와; 상기 열교환탱크 내에 배설되어 상기 열교환기의 온수 배출구에서 배출되는 온수를 온수 배출배관을 통해 받아 물도입구를 통해 도입된 물을 열교환한 샤워 및 세면용 급탕을 급탕출구를 통해 욕실에 배출하는 열교환배관과; 상기 열교환탱크 내에 저장된 물과 상기 열교환배관 내를 흐르는 물을 따뜻하게 열교환함에 따라 온도가 떨어진 물을 배출배관을 통해 상기 열교환기 내로 배출시키도록 배출배관에 접속되어 펌핑하는 펌프와; 상기 제3 열교환실에서 가열된 물을 다시 가열하기 위하여 상기 제1 열교환실로 피드백시키도록 피드백 배관에 설치되어 가열된 물의 피드백되는 양을 조절하는 댐퍼와; 상기 열교환탱크 내의 압력이 미리 설정된 압력보다 높거나 또는 상기 열교환탱크 내의 온도가 미리 설정된 온도보다 높을 경우에 상기 열교환탱크 내의 압력 또는 온도를 낮추도록 상기 열교환탱크 내의 내의 증기를 외부로 배출하는 안전밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 BLDC 모터(Brushless Direct Current Motor)를 이용한 온수보일러에 의하면, 난방용 온수의 가열시간을 줄일 수 있으며, 구조가 간단하며, 에너지를 절감할 수 있고, 친환경 열에너지를 발생할 수 있고, 전기에너지를 열에너지로 변환할 수 있으며, 난방용 온수의 가열시간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 소음의 발생을 줄일 수 있다는 등의 여러 가지 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 BLDC 모터를 이용한 온수보일러를 개략적으로 도시한 구조도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 BLDC 모터(Brushless Direct Current Motor)를 이용한 온수보일러에 관하여 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 BLDC 모터를 이용한 온수보일러는 직류 전원을 받아서 구동되는 BLDC 모터(10)와; 상기 BLDC 모터(10)의 축(10a)에 커플러(15)를 개재하여 결합되며, 상기 BLDC 모터(10)의 구동력을 받아 회전되는 샤프트(30)와; 상기 샤프트(30)의 양단을 회전가능하게 지지하는 한쌍의 베어링(40)과; 상기 샤프트(30)의 회전에 따라 회전되면서 도입되는 물(또는 공기를 제외한 유체)을 가열하여 제1 내지 제3 가열온수 배출통로(50a,51a,52a)를 통해서 각각 배출하도록 열을 발생하는 제1 내지 제3 열발생 팬(50b,51b,52b)이 각각 내설된 제1 내지 제3 열교환실(50,51,52)과; 상기 제3 열교환실(52)에서 가열된 가열온수를 상기 제3 가열온수 배출통로(52a) 및 메인 가열온수 배출배관(53a)을 통해 받아서 가열하도록 물주입구(70a)를 통해 도입된 물을 따뜻하게 열교환한 온수(또는 급탕)를 난방수 출구(70b)를 통해 도시하지 않은 난방배관에 배출하여 실내를 난방하는 열교환탱크(70)와; 상기 열교환탱크(70) 내에 배설되어 상기 제3 열교환실(52)에서 가열된 가열온수를 상기 제3 가열온수 배출통로(52a) 및 메인 가열온수 배출배관(53a)을 통해 받아서 물도입구(70c)를 통해 도입된 물을 열교환한 샤워 및 세면용 급탕을 급탕출구(70d)를 통해 욕실에 배출하는 열교환배관(80)과; 상기 열교환탱크(70) 내에 저장된 물과 상기 열교환배관(80) 내를 흐르는 물을 따뜻하게 열교환함에 따라 온도가 떨어진 순환수를 제1 순환수 배출배관(72) 및 제2 순환수 배출배관(65a)을 통해 제1 열교환실(50) 내로 배출시키도록 제1 순환수 배출배관(72)과 제2 순환수 배출배관(65a) 사이에 접속되어 펌핑하는 펌프(90)와; 상기 펌프(90)의 펌핑에 따라 상기 제2 순환수 배출배관(65a) 내를 흐르는 온도가 떨어진 순환수와 상기 제3 열교환실(52)에서 가열된 온수를 다시 가열하기 위하여 상기 제1 열교환실(50)로 피드백시키도록 피드백 배관(53b)에 설치되어 가열된 온수의 피드백되는 양을 조절하는 댐퍼(100)와; 상기 열교환탱크(70) 내의 압력이 미리 설정된 압력보다 높거나 또는 상기 열교환탱크(70) 내의 온도가 미리 설정된 온도보다 높을 경우에 상기 열교환탱크(70) 내의 압력 또는 온도를 낮추도록 상기 열교환탱크(70) 내의 내의 증기를 외부로 배출하는 안전밸브(110);를 포함하고 있다.
도면에 있어서 미설명부호 55는 상기 제1 내지 제3 열교환실(50,51,52)을 기밀하게 유지하는 메커니컬 실(mechanical seals)이고, 75는 상기 열교환탱크(70) 내의 온도를 온도검출센서(도시하지 않음)에 의해 검출하여 온도를 표시하는 온도계이고, 76은 열교환탱크(70) 내의 압력을 압력검출센서(도시하지 않음)에 의해 검출하여 압력을 표시하는 압력계이다.
다음에, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 BLDC 모터를 이용한 온수보일러의 작용에 대하여 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 도시하지 않은 전원 스위치를 스위칭 온하여 DC 모터(10)에 직류전원을 인가하면 BLDC 모터(10)가 회전함에 따라 BLDC 모터(10)의 축(10a)에 커플러(15)를 개재하여 샤프트(30)가 설치되어 있음과 동시에, 상기 샤프트(30)의 양단이 한쌍의 베어링(40)에 의해 회전가능하게 지지되어 있으므로, 상기 샤프트(30)가 회전한다.
상기 샤프트(30)가 회전하면, 상기 샤프트(30)에 설치된 제1 내지 제3 열발생 팬(50b,51b,52b)이 회전되면서 열이 발생하여 제1 내지 제3 열교환실(50,51,52) 내의 물을 가열한다.
다시 말하면, 상기 샤프트(30)에 설치된 제1 열발생 팬(50b)이 회전되면서 제1 열교환실(50) 내의 물을 1차 가열하여 제1 가열온수 배출통로(50a)를 통해 1차 가열된 온수가 제2 열교환실(51)에 배출되며, 상기 제2 열교환실(51)의 제2 열발생 팬(51b)이 회전될 때에 발생되는 열에 의해 상기 제2 열교환실(51) 내의 물이 다시 2차로 더욱 뜨겁게 가열되어 제2 가열온수 배출통로(51a)를 통해 2차 가열된 온수가 제3 열교환실(52)에 배출된다.
상기 제3 열교환실(52)에 배출된 2차 가열된 온수는 상기 제3 열교환실(52)의 제3 열발생 팬(52b)이 회전되면서 발생되는 열에 의해 상기 제3 열교환실(52) 내의 온수가 다시 3차로 더욱 뜨겁게 가열되어 제3 가열온수 배출통로(52a)를 통해 3차 가열된 온수가 메인 가열온수 배출배관(53a)를 통해서 열교환탱크(70) 내로 도입된다.
상기 열교환탱크(70) 내로 도입된 온수는 상기 열교환탱크(70)의 물주입구(70a)를 통해 상기 열교환탱크(70) 내로 주입된 물을 따뜻하게 열교환하여 상기 열교환탱크(70)에 형성된 난방수 출구(70b)를 통해 도시하지 않은 난방배관에 배출하여 실내를 난방한다.
이와 동시에, 상기 열교환탱크(70) 내로 도입된 온수는 상기 열교환탱크(70) 내에 배설된 열교환배관(80)의 물도입구(70c)를 통해 도입되는 물을 뜨겁게 열교환한 샤워 및 세면용 급탕을 급탕출구(70d)를 통해 욕실에 배출한다.
또한, 상기 열교환탱크(70) 내로 도입된 온수가 상기 열교환탱크(70)의 물주입구(70a)를 통해 상기 열교환탱크(70) 내로 주입된 물을 따뜻하게 열교환하여 온도가 떨어진 물과 상기 열교환탱크(70) 내에 배설된 열교환배관(80)의 물도입구(70c)를 통해 도입되는 물을 뜨겁게 열교환함에 따라 온도가 떨어진 물은 제1 배출배관(72) 및 제2 순환수 배출배관(65a) 사이에 설치된 펌프(90)의 펌핑에 의해 피드백 배관(53b)을 통해 도입되는 가열된 물과 함께 혼합되어 제1 열교환실(50) 내로 도입되어 앞에서 설명한 바와 같이 다시 따뜻하게 열교환된다.
한편, 상기 제3 열교환실(52)에서 가열된 온수는 제3 가열온수 배출통로(52a)를 통해 배출되어 메인 가열온수 배출배관(53a)으로부터 분기된 피드백 배관(53b)에 설치된 댐퍼(100)의 개방 정도에 따라 피드백되는 양을 조절할 수 있다.
다시 말하면, 상기 댐퍼(100)를 넓게 개방하면, 상기 피드백 배관(53b)을 통해서 상기 제3 열교환실(52)에서 가열된 온수의 양을 더 많이 피드백시켜서 상기 열교환탱크(70)에서 배출되는 온도가 떨어진 물과 함께 상기 제1 열교환실(50)에 도입되어 다시 앞에서 설명한 바와 같이 가열되므로, 더 온도를 높게 가열할 수 있다.
그리고, 상기 댐퍼(100)를 좁게 개방하면, 상기 피드백 배관(53b)을 통해서 상기 제3 열교환실(52)에서 가열된 온수의 양을 적게 피드백시키므로 상기 댐퍼(100)를 넓게 개방시켰을 경우 보다 온수의 가열 온도를 낮게 가열시키는 것은 물론이다.
따라서, 본 발명은 난방용 온수의 가열시간을 줄일 수 있고, 구조가 간단하고, 에너지를 절감할 수 있으며, 친환경 열에너지를 발생할 수 있고, 전기에너지를 열에너지로 변환할 수 있을 뿐만 아니라, 소음의 발생을 줄일 수 있다.
상기 설명에 있어서, 특정 실시예를 들어서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 본 발명의 개념을 이탈하지 않는 범위내에서 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 여러가지로 설계변경할 수 있음은 물론이고, 이와 같이 설계변경하는 것도 본 발명의 청구범위에 포함되는 것은 물론이다.
10:BLDC 모터 15:커플러
30:샤프트 40:베어링
50:제1 열교환실 50a:제1 가열온수 배출통로
50b:제1 열발생 팬 51:제2 열교환실
51a:제2 가열온수 배출통로 51b:제1 열발생 팬
52:제3 열교환실 52a:제3 가열온수 배출통로
52b:제3 열발생 팬 53a:메인 가열온수 배출배관
53b:피드백 배관 55:메커니컬 실
65a:순환수 배출배관 75:온도계
76:압력계 65a:제2 순환수 배출배관
70:열교환탱크 70a:물주입구
70b:난방수 출구 70c:물도입구
70d:급탕출구 72:제1 순환수 배출배관
80:열교환배관 90:펌프
100:댐퍼 110:안전밸브

Claims (2)

  1. 직류 전원을 받아서 구동되는 BLDC 모터(10)와;
    상기 BLDC 모터(10)의 축(10a)에 커플러(15)를 개재하여 결합되며, 상기 BLDC 모터(10)의 구동력을 받아 회전되는 샤프트(30)와;
    상기 샤프트(30)의 양단을 회전가능하게 지지하는 한쌍의 베어링(40)과;
    상기 샤프트(30)의 회전에 따라 회전되면서 도입되는 물을 가열하여 제1 내지 제3 가열온수 배출통로(50a,51a,52a)를 통해서 각각 배출하도록 열을 발생하는 제1 내지 제3 열발생 팬(50b,51b,52b)이 각각 내설된 제1 내지 제3 열교환실(50,51,52)과;
    상기 제3 열교환실(52)에서 가열된 가열온수를 상기 제3 가열온수 배출통로(52a) 및 메인 가열온수 배출배관(53a)을 통해 받아서 물주입구(70a)를 통해 도입된 물을 따뜻하게 열교환한 온수를 난방수 출구(70b)를 통해 난방배관에 배출하여 실내를 난방하는 열교환탱크(70)와;
    상기 열교환탱크(70) 내에 배설되어 상기 제3 열교환실(52)에서 가열된 가열온수를 상기 제3 가열온수 배출통로(52a) 및 메인 가열온수 배출배관(53a)을 통해 받아서 물도입구(70c)를 통해 도입된 물을 열교환한 샤워 및 세면용 급탕을 급탕출구(70d)를 통해 욕실에 배출하는 열교환배관(80)과;
    상기 열교환탱크(70) 내에 저장된 물과 상기 열교환배관(80) 내를 흐르는 물을 따뜻하게 열교환함에 따라 온도가 떨어진 순환수를 제1 순환수 배출배관(72) 및 제2 순환수 배출배관(65a)을 통해 제1 열교환실(50) 내로 배출시키도록 제1 순환수 배출배관(72)과 제2 순환수 배출배관(65a) 사이에 접속되어 펌핑하는 펌프(90)와;
    상기 펌프(90)의 펌핑에 따라 상기 제2 순환수 배출배관(65a) 내를 흐르는 온도가 떨어진 순환수와 상기 제3 열교환실(52)에서 가열된 온수를 다시 가열하기 위하여 상기 제1 열교환실(50)로 피드백시키도록 피드백 배관(53b)에 설치되어 가열된 온수의 피드백되는 양을 조절하는 댐퍼(100);를 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터를 이용한 온수보일러.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열교환탱크(70) 내의 압력이 미리 설정된 압력보다 높거나 또는 상기 열교환탱크(70) 내의 온도가 미리 설정된 온도보다 높을 경우에 상기 열교환탱크(70) 내의 압력 또는 온도를 낮추도록 상기 열교환탱크(70) 내의 내의 증기를 외부로 배출하는 안전밸브(110);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터를 이용한 온수보일러.
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