KR101493744B1

KR101493744B1 - 비데용 온수 생성 장치

Info

Publication number: KR101493744B1
Application number: KR20130079350A
Authority: KR
Inventors: 조재우
Original assignee: 삼명엔지니어링(주)
Priority date: 2013-07-07
Filing date: 2013-07-07
Publication date: 2015-02-16
Also published as: KR20150005851A

Abstract

본 발명은 고효율 비데용 온수 생성 장치에 관한 것으로, 상수관에 연결되어 세정수가 일정 수위로 충전된 후 상온 상태로 저장되는 수조와, 내부 용적이 상기 수조의 용적보다 적은 용적이고 내부에는 내부를 통과하는 세정수를 순간 가열할 수 있는 히터가 설치된 히팅챔버와, 상기 수조와 히팅챔버를 공간적으로 분리하고, 상기 히팅챔버 내의 세정수가 사용될 경우 사용된 양만큼의 세정수를 상기 수조로부터 히팅챔버에 유입되게 하는 세정수 채널이 형성된 격벽을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

비데용 온수 생성 장치{ELECTRIC BIDET BOILER UTILZING FINE CERAMIC HEATER}

본 발명은 비데용 온수 생성 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 1회 사용량의 세정수를 급속 가열하여 세정 노즐에 공급하는 고효율 비데용 온수 생성 장치에 관한 것이다.

비데는 좌변기에 설치하여 용변 후 항문 세척에 사용하거나, 여성의 국부 세정에 사용한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 비데는 수도관으로부터 투입 받은 세정수을 가열하여 저장하는 수조(21a)와, 수조의 세정수를 노즐(29)에 가압하여 공급하는 펌프(3)와, 노즐로 분사할 세정수 유량을 조절하거나 노즐(29)의 전진 및 후퇴 등을 제어하는 노즐구동부(33)와, 사용자가 비데를 조작하는 조작패널(31) 등을 포함한다.

일반적으로, 비데용 수조 내부에는 히터와 수위센서와 온도센서가 마련된다. 수조에 연결된 상수관(1a)에는 전자밸브가 마련되고, 수조에 일정한 수위의 물이 차면 전자밸브를 차단한다. 수조 내에 저장된 세정수는 히터에 의하여 설정 온도로 가열되어 유지되고, 사용자가 조작패널을 통하여 비데 또는 세정 동작을 선택할 경우, 세정수관(1b) 및 노즐(29)을 통해 사용자에게 공급된다. 비데의 사용 여부에 관련 없이 수조 내의 물의 온도를 항상 설정온도로 유지하고 있다가 사용자가 원할 때 온수를 공급하는 것이다. 그러나, 이러한 방식의 온수 공급은 세정수관(1b) 및 노즐(29)에 즉시 공급되지 않는 수조 내의 물까지 모두 일정 온도로 미리 가열하게 되므로 대기시에 전력 낭비가 크다는 단점이 있다. 그럼에도 이러한 방식이 주로 사용되는 이유는 수조 내의 물을 적절한 출수 온도에 맞게 미리 가열해서 저장해 놓을 수 있기 때문이다.

부피가 큰 수조 내의 물 전체를 가열하여 저장하여 두는 위 방식의 단점을 보완하기 위하여, 수조의 크기를 작게 하고, 수조 내에 파이프형 세라믹히터를 설치한 후, 파이프형 세라믹 히터 내에 상수관의 물을 직접 공급하면서 순간적으로 흐르는 물을 가열하여 노즐에 공급하는 방식이 한국 실용신안등록공보 등록번호 제20-0320628호에 개시되어 있다. 여기에서 사용되는 세라믹 히터는 절연성 알루미나 기판 위에 텅스텐(W)선 등 금속 발열선을 배치하고 전체를 알루미나로 피복시킨 발열체이다. 세라믹 히터는 1,000℃ 이상의 표면 온도로 발열하면, 내부 금속 발열선이 산화되어, 그 저항치가 변화되는 문제점이 있어서, 800℃ 이하의 용도로 사용되기 때문에 상수관에서 공급되는 세정수를 직접 유로 내에서 순간 가열하는 데 사용하기에는 부적합하다. 겨울철에 상수관을 통해서 유입되는 물의 온도가 4~5℃에 불과하기 때문에, 특히 겨울철에는 세정에 필요한 온도의 세정수를 공급하기 어려운 것이다.

한국등록특허 제10-0809476호에는 급수관과 노즐 사이에 순간온수모듈을 구비하고, 급수관에서 유입되는 세정액의 통수를 감지할 수 있는 통수감지기를 마련하여, 통수감지기가 급수관에서 유입되는 세정액의 통수를 감지할 때만 순간온수모듈의 히터를 가동하는 비데용 순간온수제어모듈 제어방법이 개시되어 있다. 그러나, 겨울철에 상수관을 통해서 유입되는 물의 온도가 4~5℃에 불과하기 때문에, 특히 겨울철에는 세정에 필요한 온도의 세정수를 공급하기 어렵다는 점에서 한국 실용신안등록공보 등록번호 제20-0320628호와 차이가 없다.

일정한 속도로 흐르는 물을 직접 필요한 온도로 가열하기 위해서는, 히터의 순간 발열량이 매우 많이야 하고, 히터의 순간 발열량이 충분하려면 히터의 발열체 표면 온도 1500℃ 내외에 이를 정도로 커야 한다. 따라서, 위 세라믹 히터의 발열체 뿐만 아니라, 일반적으로 알려져 있는 금속발열체(니크롬선, 철 크롬선, 칸탈선(Fe-Cr-Al)), 탄화규소발열체, 규화몰리브덴 발열체는 발열체의 표면적을 넓게 하는 경우에도 이러한 용도로 사용하기 부적합하다. 이들 발열체들은 고온 산화 및 열화를 막기 위해 스테인레스 관에 삽입하고, 산화마그네슘 등의 절연성 분말로 그 주위를 충진하여 사용하는 것이 일반적인데, 내열온도도 스텐레스 파이프에 따라 결정되어 최고 표면 온도는 800℃정도에 불과하기 때문이다. 특히, 고온용 발열체로 알려진 탄화규소 발열체는 800℃부터 1000℃에서 그 저항의 온도 특성이 급격히 마이너스의 온도계수로 변화하는 단점이 있기 때문에 비데 등의 작은 규모에는 활용이 쉽지 않다.

본 발명은 상술한 비데용 온수 생성 장치의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 제1과제는 충분한 양의 세정수를 실내 온도로 저장하고 있다가 비데 사용시에만 순간 가열하여 노즐에 공급할 수 있는 고효율 비데용 온수 생성 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 제2과제는 비데의 초기 가동시 짧은 시간 내에 세정에 필요한 적정온도(30~40℃)로 세정수를 가열할 수 있는 고효율 비데용 온수 생성 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 제3과제는 금속발열체, 탄화규소발열체 또는 세라믹 히터와 비교하여 투입전력 대비 높은 온도의 온수를 생성할 수 있는 고효율 비데용 온수 생성 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 제4과제는 비데 사용 후 비데 펌프의 가동을 중지한 상태에서도 중력에 의하여 수조로부터 히팅챔버에 물을 충전할 수 있는 구조의 고효율 비데용 온수 생성 장치를 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 제1과제는 비데용 온수 생성 장치를, 상수관에 연결되어 세정수가 일정 수위로 충전된 후 상온 상태로 저장되는 수조와, 내부 용적이 상기 수조의 용적보다 적은 용적이고 내부에는 내부를 통과하는 세정수를 순간 가열할 수 있는 히터가 설치된 히팅챔버와, 상기 수조와 히팅챔버를 공간적으로 분리하고, 상기 히팅챔버 내의 세정수가 사용될 경우 사용된 양만큼의 세정수를 상기 수조로부터 히팅챔버에 유입되게 하는 세정수 채널이 형성된 격벽을 포함하여 구성함으로써 해결할 수 있다.

상술한 본 발명의 제2과제 및 제3과제는 상기 세정수를 순간 가열하는 히터의 발열체로, 탄화규소분말 60 ~ 94.9 중량%, 토르말린분말 5 ~ 39.9 중량%를 포함하여 소성한 파인세라믹 발열체를 사용함으로써 해결할 수 있다.

상술한 본 발명의 제2과제 및 제3과제는 상기 히터의 발열체에 산화알루미늄분말 또는 산화마그네슘분말 가운데서 선택한 적어도 1종의 열전도물질을 0. 1 ~ 10중량% 더 포함시킴으로써 더 효과적으로 해결할 수 있다.

상술한 본 발명의 제4과제는, 상기 수조를 상기 히팅챔버보다 상부에 배치하여, 상기 히팅챔버의 세정수가 배출될 때 수조내의 세정수가 중력에 의하여 히팅챔버에 충전되게 함으로써 해결할 수 있다.

상술한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 히팅챔버의 용적을 사용자가 평균적으로 1회 사용할 수 있는 크기로 형성하고 수조와 히팅챔버에 상온으로 저장된 물 가운데, 히팅챔버에 저장된 물만 즉시가열 공급하고 히팅챔버 내의 물이 소진될 경우 즉시 수조로부터 보충하게 되므로, 사용 대기 중에 비데의 히터에 의한 전력 손실을 막을 수 있고, 비데 사용시에도 상수관에서 세척수를 직접 공급 받아 가열하는 경우 보다 적은 열량으로 빠르게 적정 온도의 온수를 생성하여 노즐에 공급할 수 있는 효과가 있다. 또한, 발열체의 탄화규소에 분산된 토르말린의 열전 효과로 인하여 발열체가 저항값이 큰 저항체로 작용하므로, 발열체에 전력을 투입할 매우 빠르게 1,100℃ ~ 1,3000℃ 전후까지 상승하고, 이렇게 발생된 열은 축열기능이 뛰어나고 열을 받으면 원적외선을 방출하는 토르말린에 작용하여 발열체 표면온도를 순간적으로 1,500℃ 내외에 이르게 하므로, 비데용 온수 생성 장치의 초기 가동시 짧은 시간 내에 세정에 필요한 적정온도(30~40℃)로 세정수를 가열할 수 있고, 저항열 뿐만 아니라 토르말린에서 방출된 원적외선으로 인하여 금속발열체, 탄화규소발열체 또는 세라믹 히터와 비교하여 투입전력 대비 170% 내외의 전력 효율을 얻을 수 있으므로 적은 소비 전력으로 비데를 사용할 수 있다. 뿐만 아니라, 수조과 히팅챔버를 연결하는 보충수 채널을 통해, 히팅챔버내의 세정수가 소진되었을 때 수조의 수조의 상온 저장수가 자연스럽게 유입되므로, 물보충을 위하여 별도의 장치를 마련할 필요가 없고, 비데용 온수 생성 장치를 매우 컴팩트하게 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 온수 생성 장치가 설치된 비데의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고효율 비데용 온수 생성 장치의 측단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 고효율 비데용 온수 생성 장치의 정단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고효율 비데용 온수 생성 장치의 정단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 고효율 비데용 온수 생성 장치의 정단면도이다.
도 6은 도 1 내지 도 4에 도시된 히터의 사시도이다.
도 7은 도 5의 A-A'절단선에 대한 확대단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1에 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 온수 공급 장치에는 비데가 설치된 좌변기에 사람이 착석한 것을 감지할 수 있는 적외선 센서(29)를 구비할 수 있다. 적외선 센서(29)를 구비할 경우, 사용자가 조작 패널에서 비데기능 사용이나 세정기능 사용을 선택하기 전에 사용자가 비데에 착석하는 시점부터 미리 히팅챔버 내의 세정수를 가열할 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 히터의 발열체는 히팅챔버 내에 용적을, 1인이 1회에 사용하는 세척수 양에 맞게 형성한다면, 적외선 센서(29) 없이 사용자가 조작 패널에서 비데기능 사용이나 세정기능 사용을 선택할 때 히터를 가동하여도 무방하다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 수조(21a)에는 상수도 물을 수조에 유입하는 상수관(1a)과, 노즐(29)에 온수를 공급하는 온수관(1b)이 연결된다. 본 발명에 따른 히팅챔버(5)는 수조(21a) 및 온수관(1b) 사이에 배치되어, 세정수 유로의 일부를 이룬다. 온수관(1b)에는 온수를 가압하여 노즐(29)에 공급하는 펌프(3)가 마련된다. 상기 수조(21a) 내에는 수위센서(35)가 마련되어 상수관(1a)을 통해 세정수가 일정 수위로 충전된 후 저장된다. 상기 히팅챔버(5)는 내부 용적이 상기 수조의 용적보다 적은 용적이고 내부에는 내부를 통과하는 세정수를 순간 가열할 수 있는 히터(7)가 설치된다. 상술한 바와 같이, 상기 히팅챔버(5) 용적은 1인이 1회에 사용하는 세척수 양을 수용할 수 있는 부피이거나 그보다 약간 큰 부피이다. 상기 수조(21a)와 히팅챔버(5)는 격벽(25a)에 의하여 공간적으로 분리된다. 상기 격벽(25a)은 상기 히팅챔버(5) 내의 세정수가 사용될 경우 사용된 양만큼의 세정수를 상기 수조로부터 히팅챔버에 유입되게 하는 세정수 채널(23)이 형성된다. 이렇게 함으로써, 수조는 항상 상온의 세정수를 저장하여 보유하고 있고, 히터(7)는 히팅챔버(5) 내에 채워진 세정수만 가열하여 공급하게 된다.

상기 수조(21a)과 히팅챔버(5) 하우징은 별도로 성형하여 서로 부착할 수 있지만, 수조와 상기 히팅챔버(5)를 단일 몸체 내에서 격벽(25a)을 사이에 두고 형성할 수 있다. 상기 수조(21a)는 상기 히팅챔버(5)보다 상부에 배치하여, 상기 히팅챔버(5)의 세정수가 배출될 때 수조(21a)내의 세정수가 중력에 의하여 히팅챔버(5)에 충전되게 하는 것이 바람직하다. 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 수조(21a, 21b)와 히팅챔버(5)의 상관(相關) 위치는 다양하게 설정할 수 있다.

본 발명의 특징 중 하나는 상기 세정수를 순간 가열하는 히터(7)의 구성에 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 히터는 내부의 발열체(11)와 발열체(11) 상하 표면에 형성된 도체 전극(13a, 13b)과 상기 발열체(11) 및 전극(13a, 13b)을 감싸는 세라믹 재질의 절연 외피(15)로 구성된다. 절연 외피(15)의 재질은 알루미나(산화알루미늄)가 바람직하다. 본 발명은 짧은 시간에 발열체가 고온에 도달하여 대용량의 열량을 방출하기 위하여, 상기 발열체(11)를 탄화규소분말 60 ~ 94.9 중량%, 토르말린분말 5 ~ 39.9 중량%를 포함하여 소성한 파인세라믹으로 성형한다. 여기에는 산화알루미늄분말 또는 산화마그네슘분말 가운데서 선택한 적어도 1종의 열전도물질을 0. 1 ~ 10중량% 더 포함할 수 있다. 더 바람직하게는 탄수규소분말 75% ~ 85 %, 토르말린분말 10 ~ 20%, 산화알루미늄 1% ~ 5%, 산화마그네슘 1% ~ 5%의 혼합비로 소성한다. 일 실시 예로서, 발열체(11)의 조성은 80 중량%의 탄화규소, 10 중량%의 토르말린, 5 중량%의 산화알루미늄, 5 중량%의 산화마그네슘으로 제조할 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 히터(7)의 발열체는 탄화 규소를 주성분으로 하며, 토르말린, 산화알루미늄 및 산화마그네슘을 혼합하여 성형한다. 상기 발열체(11)의 주성분인 탄화 규소는 전력을 투입하면 저항열에 의하여 발열하는 물질로서, 75 중량% 미만의 조성으로 제조된 발열체으로는 충분한 발열효과를 얻기 어렵다. 탄화 규소가 95 중량%를 초과할 경우에는 강도가 취약해질 뿐만 아니라 부온도계수(NTC) 범위에서 전류 제어가 어려워진다. 뿐만 아니라, 발열체(11)의 다른 필수 구성요소인 토르말린의 특성을 살릴 수 없게 된다. 발열체으로서의 효과를 충분히 가지려면 히팅챔버(5)에서 수초 내지 수십초 내에 표면온도가 1,500℃ 정도로 도달하여야 하는데, 이는 90% 이상의 순도를 가지는 탄화규소가 75 중량% 이상을 함유하는 것만으로는 달성할 수 없다. 따라서, 본 발명은 토르말린을 포함하여, 고온 발열이 가능하게 한다. 토르말린분말을 가열하면, 가열하면 양끝이 양 ·음으로 대전하는데, 이러한 성질을 역이용하여 토르말린분말에 전위를 가하면 축열 기능을 하게 된다. 뿐만 아니라 토르말린은 열을 가하면, 다량의 원적외선을 방사한다. 원적외선은 복사열로서 중간 열전달매체 없이 물에 도달하여 방열하므로 열효율이 높고 공명현상에 의한 분자운동의 촉진으로 복사에너지가 쉽게 물에 흡수되어 가열시간이 단축되며 열 손실이 적다. 토르말린의 이와 같은 작용으로, 탄화 규소와 토르말린의 혼합물 발열체는 탄화규소만의 발열체보다 더 빠른 시간에 더 높은 표면 온도에 도달한다.

상술한 발열체는 다음과 같은 제조 공정으로 제조될 수 있다.

우선, 탄화규소, 토르말린, 산화알루미늄 및 산화마그네슘을 앞서 언급한 바 있는 비율로 혼합한 후 물 또는 무기 접착제와 함께 고르게 반죽을 한다. 반죽 된 재료를 성형하여 발열체을 제작하게 되는데, 이때 그 형상은 막대형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 반죽된 재료를 성형함에 있어서는 프레스 가공으로 그 형상을 제작하게 된다. 성형된 발열체는 약 24시간 동안 30~35℃의 온도에서 숙성한 후, 13,000 ~ 14,000℃의 온도에서 소성하게 된다. 이때 이들 발열체 구성요소를 히터 발열부의 절외외피(15)로 기능하는 알루미나 성형체 내에 전극(13a, 13b) 소재와 함께 충전하여 소결할 수 있다. 일 예로, 1차의 소성 공정에서는 500℃ 이하의 온도에서 진행한 후 24시간 이내에 1350℃까지 온도를 상승시키면서 2차 소성 공정을 실시하\할 수 있다. 소성 온도가 1350℃에 이르면 2시간 가량 일정한 온도를 유지한 후, 24시간 동안 완만하게 온도를 낮추어 소성 공정을 완료하게 된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 이러한 공정을 통해 완성된 발열부(9)의 전극(13a, 13b)에는 인출선(19a, 19b)을 연결하고, 원형 홀더 또는 판형 홀더에 고정하여 비데용 온수 생성 장치에 사용한다.

탄화규소의 비저항은 0.05 ~ 0.5Ω㎝로 매우 낮지만, 탄화규소에 분산된 토르말린의 열전 효과로 인하여 발열체(11)가 저항값이 큰 저항체로 작용하므로, 발열체(11)에 전력을 투입할 매우 빠르게 1,100℃ ~ 1,3000℃ 전후까지 상승하고, 이렇게 발생된 열은 축열기능이 뛰어나고 열을 받으면 원적외선을 방출하는 토르말린에 작용하여 발열체 표면온도를 순간적으로 1,500℃ 내외에 이르게 한다. 따라서, 본 발명에 따른 발열체(11)를 이용하면, 노즐에 공급되는 세정수를 히팅챔버(5)에서 세정에 필요한 적정온도(30~40℃)로 순간 가열하여 공급할 수 있고, 비데용 온수 생성 장치의 초기 가동시 짧은 시간 내에 세정에 필요한 적정온도(30~40℃)로 세정수를 가열할 수 있을 뿐만 아니라, 저항열 뿐만 아니라 토르말린에서 방출된 원적외선으로 인하여 금속발열체, 탄화규소발열체 또는 세라믹 히터와 비교하여 투입전력 대비 170% 내외의 전력 효율을 얻을 수 있다.

1a, 1b : 수관 3 : 펌프
5 : 히팅챔버 7 : 히터
9 : 발열부 11 : 발열체
13a, 13b : 전극 15 : 절연외피
17 : 지지부 19a, 19b :인출선
21a, 21b : 수조 23 : 보충수 채널
25a, 25b, 25c : 격벽 27 : 통공
29 : 노즐 31 : 조작패널
33 : 노즐구동부 35 : 수위센서
37 : 세정수 39 : 적외선 센서

Claims

상수관에 연결되어 세정수가 일정 수위로 충전된 후 상온 상태로 저장되는 수조와, 내부 용적이 상기 수조의 용적보다 적은 용적이고 내부에는 내부를 통과하는 세정수를 순간 가열할 수 있는 히터가 설치된 히팅챔버와, 상기 수조와 히팅챔버를 공간적으로 분리하고, 상기 히팅챔버 내의 세정수가 사용될 경우 사용된 양만큼의 세정수를 상기 수조로부터 히팅챔버에 유입되게 하는 세정수 채널이 형성된 격벽을 포함하고,
상기 세정수를 순간 가열하는 히터의 발열체는, 탄화규소분말 60 ~ 94.9 중량%과, 토르말린분말 5 ~ 39.9 중량%를 포함하여 소성한 파인세라믹 발열체인 것을 특징으로 하는 고효율 비데용 온수 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 수조와 상기 히팅챔버를 단일 몸체 내에서 격벽을 사이에 두고 형성한 것을 특징으로 하는 고효율 비데용 온수 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 히터의 발열체는 산화알루미늄분말 또는 산화마그네슘분말 가운데서 선택한 적어도 1종의 열전도물질을 0. 1 ~ 10중량% 더 포함하여 소성한 것을 특징으로 하는 고효율 비데용 온수 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 수조는 상기 히팅챔버보다 상부에 배치하여, 상기 히팅챔버의 세정수가 배출될 때 수조내의 세정수가 중력에 의하여 히팅챔버에 충전되게 한 것을 특징으로 하는 고효율 비데용 온수 생성 장치.