KR101537253B1 - 캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치 - Google Patents

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Abstract

캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치가 개시된다. 본 발명의 캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치는 케이스의 내부에 마련되는 송풍용 휀; 인가되는 전원에 의해 작동되어 발열되는 적어도 한 개 이상의 캡슐형 히터를 구비하고, 상기 송풍용 휀에 의해 이동하는 공기가 상기 캡슐형 히터와의 열교환으로 온풍이 발생되도록 상기 송풍용 휀과 소정의 간격을 유지하여 상기 송풍용 휀 또는 상기 케이스의 내부에 결합되는 히터 결합체; 및 난방용 유체가 내부를 순환하도록 구성되어 상기 캡슐형 히터에서 발생된 열에 의해 내부를 순환하는 난방용 유체가 가열되도록 상기 캡슐형 히터에 접하도록 배관되거나 상기 캡슐형 히터의 주변에 배관되는 온수 파이프를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 세라믹으로 구성된 캡슐형 히터를 이용하여 원적외선을 포함한 온풍을 발생시킬 수 있고, 이와 동시에 온수를 동시에 발생시킬 수 있는 캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치를 제공할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.

Description

캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치{APPARATUS FOR GENERATING HOT AIR AND HOT USING CAPSULE TYPE HATER}
본 발명은 캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 세라믹으로 구성된 캡슐형 히터를 이용하여 온풍과 온수를 동시에 발생시킬 수 있는 캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로 대부분의 난방장치는 발열체를 가열시키고 휀을 작동시켜 온풍을 발생되도록 구성되거나, 난방수가 열원을 주변을 순환하도록 하여 열교환이 이루어져 승온 된 후 난방공간으로 순환하도록 구성되어 있다.
그러나, 이러한 종래기술에 의한 난방장치는 온풍과 난방수를 동시에 발생시킬 수 없었기 때문에 온풍 발생용 난방장치와 난방수(일종의 온수 보일러)를 발생시키기 위한 장치가 각각 별도로 구비되어야 하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점은 온수 온풍을 동시에 발생시킬 수 있는 장치가 제시됨으로써 다소 해소될 수 있었다. 즉, 선행기술로서 대한민국등록특허 제10-1220115호(공고일 : 2013.01.11)에는 온수, 온풍 발생장치가 개시되어 있다. 선행기술에 의한 온수, 온풍 발생장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 케이스(800)의 내부에 유체가 유동되는 가열유닛(600)이 마련되고, 케이스(800)의 일측에 송풍휀이 마련됨으로써, 온수와 온풍을 동시에 발생시킬 수 있었다.
그러나, 이러한 구조의 온수,온풍 발생장치는, 발열수단의 구조가 복잡하게 구성됨으로써 제조비용이 상승하였고, 고장시 정비가 곤란한 문제점이 있었던 것이다.
대한민국등록특허 제10-1220115호(공고일 : 2013.01.11)
본 발명의 목적은, 세라믹으로 구성된 캡슐형 히터를 이용하여 원적외선을 포함한 온풍을 발생시킬 수 있고, 이와 동시에 온수(또는 난방수)를 동시에 발생시킬 수 있는 캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는, 캡슐형 히터를 이용하여 온수와 온풍을 동시에 발생시킬 수 있는 수단이 모듈화됨으로써, 다양한 제품 및 다양한 용도로 사용할 수 있도록 된 온수 및 온풍 발생장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 케이스의 내부에 마련되는 송풍용 휀; 인가되는 전원에 의해 작동되어 발열되는 적어도 한 개 이상의 캡슐형 히터를 구비하고, 상기 송풍용 휀에 의해 이동하는 공기가 상기 캡슐형 히터와의 열교환으로 온풍이 발생되도록 상기 송풍용 휀과 소정의 간격을 유지하여 상기 송풍용 휀 또는 상기 케이스의 내부에 결합되는 히터 결합체; 및 난방용 유체가 내부를 순환하도록 구성되어 상기 캡슐형 히터에서 발생된 열에 의해 내부를 순환하는 난방용 유체가 가열되도록 상기 캡슐형 히터에 접하도록 배관되거나 상기 캡슐형 히터의 주변에 배관되는 온수 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치에 의해 달성된다.
상기 케이스에는, 상기 송풍용 휀의 작동으로 발생된 온풍을 난방이 필요한 공간으로 토출하기 위한 온풍 안내부재가 마련될 수 있다.
상기 히터 결합체는, 중앙에 상기 캡슐형 히터가 설치되기 위한 설치공이 마련된 상부판과 하부판으로 구성되고, 상기 캡슐형 히터가 상기 설치공에 위치한 상태에서 상기 상,하부판이 결합될 수 있다.
상기 케이스에는, 상기 온수 파이프와 연결되는 온수탱크 및 난방용 유체를 강제 순환시키기 위한 순환펌프가 마련될 수 있다.
상기 캡슐형 히터는, 제1 몸체가 공기를 포함하는 열매체가 통과하도록 중공형으로 이루어져 제1 열교환 공간이 형성되고, 상기 제1 몸체의 내부 중앙에는 제1 결합부가 마련되되, 상기 제1 결합부는 다수개의 제1 연결부에 의해 상기 제1 몸체의 내주면과 일체화되고, 상기 제1 연결부에는 제1 히터 안착홈이 각각 형성된 제1 케이스; 제2 몸체가 공기를 포함하는 열매체가 통과하도록 중공형으로 이루어져 제2 열교환 공간이 형성되고, 상기 제2 몸체의 내부 중앙에는 제2 결합부가 마련되되, 상기 제2 결합부는 다수개의 제2 연결부들에 의해 상기 제2 몸체의 내주면과 일체화되고, 상기 제2 연결부들에는 제2 히터 안착홈이 각각 형성되어, 상기 제1 케이스와 대칭구조를 갖는 제2 케이스; 및 상기 제1,2 히터 안착홈에 안착되는 발열부와, 상기 발열부의 양 단부에 마련되는 전원 접속단으로 이루어지고, 상기 발열부가 제1,2 히터 안착홈에 안착된 상태에서 상기 제1,2 히터 안착홈이 마주보도록 상기 제1,2 케이스가 결합되어 상기 제1,2 케이스의 내부에 설치되는 히터부재를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 캡슐형 히터는, 제1 몸체가 공기를 포함하는 열매체가 통과하도록 중공형으로 이루어져 제1 열교환 공간이 형성되고, 상기 제1 몸체의 내부 중앙에는 제1 결합부가 마련되되, 상기 제1 결합부는 제1 연결부에 의해 상기 제1 몸체의 내주면과 일체화되는 제1 케이스; 제2 몸체가 공기를 포함하는 열매체가 통과하도록 중공형으로 이루어져 제2 열교환 공간이 형성되고, 상기 제2 몸체의 내부 중앙에는 제2 결합부가 마련되되, 상기 제2 결합부는 제2 연결부에 의해 상기 제2 몸체의 내주면과 일체화되고, 상기 제1 케이스와 대칭구조를 갖는 제2 케이스; 및 상기 제1 열교환 공간 및 제2 열교환 공간에 위치하는 발열부와, 상기 발열부의 양 단부에 마련되는 전원 접속단으로 이루어지고, 상기 발열부가 상기 제1 열교환 공간 및 제2 열교환 공간에 위치한 상태에서 상기 제1,2 케이스가 결합되어 상기 제1,2 케이스 사이에 상기 전원 접속단이 고정되면서 결합되는 히터부재를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1,2 케이스는 음이온 및 원적외선이 발생되도록 세라믹으로 이루어지되, 상기 세라믹은 94.5 중량% 이상의 Al2O3 및 SiO2와 CaO2의 혼합물을 포함하는 알루미나 세라믹 원료 100 중량부에 대하여, 인(P)을 포함하여 미량의 규소(Si), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 철(Fe), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 란탄(La), 세륨(Ce), 네오디뮴(Nd), 또는 토륨(Th)을 포함하는 천연인산광물 성분 1-3중량부를 혼합하여 금형으로 성형한 후, 가마에서 1500℃ - 1700℃ 온도로 구워 소결하여 형성될 수 있다.
상기 제1,2 케이스는, 서로 마주보도록 결합된 상태에서 상기 제1,2 결합부를 관통하는 볼트와 너트에 의해 결합될 수 있다.
상기 제1,2 몸체 한쪽에는, 상기 전원 접속단이 상기 제1,2 몸체 외부로 노출되도록 회피홈이 서로 마주보는 방향에 각각 형성될 수 있다.
상기 제1 케이스의 제1 열교환 공간의 입구 가장자리 또는 제2 케이스의 제2 열교환 공간의 입구 가장자리에는 유입되는 공기를 포함하는 열매체의 유입이 저항없이 이루어지도록 유입유도용 만곡부가 모따기 또는 모깍이되어 형성될 수 있다.
상기 제1,2 케이스는, 원형 또는 사각형을 포함하는 다각형으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 세라믹으로 구성된 캡슐형 히터를 이용하여 원적외선을 포함한 온풍을 발생시킬 수 있고, 이와 동시에 온수를 동시에 발생시킬 수 있는 캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치를 제공할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.
또한, 캡슐형 히터를 이용하여 온수와 온풍을 동시에 발생시킬 수 있는 수단이 모듈화됨으로써, 가정용 온수 온풍기, 농업용 온풍온수기, 건조기, 실내 난방 또는 작업현장 난방용 등 다양한 제품 및 다양한 용도로 사용할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 종래기술에 의한 온수, 온풍 발생장치를 도시한 개략적 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치가 결합되어 모듈화된 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치의 결합상태 단면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치가 가정용 온수 온풍기로 활용되는 상태를 도시한 개략적 단면도이다.
도 6은 도 2에 도시된 캡슐형 히터를 도시한 사시도이다.
도 7a,7b는 도 6의 A-A선 및 B-B선 단면도이다.
도 8은 도 2에 도시된 캡슐형 히터의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
첨부된 도면 중에서, 도 2는 본 발명에 따른 캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치를 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치가 결합되어 모듈화된 상태를 도시한 사시도이며, 도 4는 도 3에 도시된 캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치의 결합상태 단면도이고, 도 5는 도 2에 도시된 캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치가 가정용 온수 온풍기로 활용되는 상태를 도시한 개략적 단면도이다.
도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치는, 케이스(90)의 내부에 마련되는 송풍용 휀(80)과, 인가되는 전원에 의해 작동되어 발열되는 적어도 한 개 이상의 캡슐형 히터(10)를 구비하고, 송풍용 휀(80)에 의해 이동하는 공기가 캡슐형 히터(10)와의 열교환으로 온풍이 발생되도록 송풍용 휀(80)과 소정의 간격을 유지하여 송풍용 휀(80) 또는 케이스(90)의 내부에 결합되는 히터 결합체(70)와, 난방용 유체가 내부를 순환하도록 구성되어 캡슐형 히터(10)에서 발생된 열에 의해 내부를 순환하는 난방용 유체가 가열되도록 캡슐형 히터(10)에 접하도록 배관되거나 캡슐형 히터(10)의 주변에 배관되는 온수 파이프(60)를 포함하여 구성된다.
이를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
송풍용 휀(80)은, 히터 결합체(70) 쪽으로 공기를 강제 이동시켜 이동하는 공기가 캡슐형 히터(10)와 접촉함으로써 열교환이 이루어지도록 하기 위한 것이다.
케이스(90)는, 송풍용 휀(80)과 히터 결합체(70)를 수용하기 위한 것으로, 송풍용 휀(80)과 캡슐형 히터(10)를 제어하기 위한 전원 제어장치가 마련될 수도 있고, 송풍용 휀(80)에 의해 발생된 온풍이 특정 방향으로 토출되도록 하기 위한 하우징(200)과 온풍 안내부재(82)가 결합될 수도 있다.
히터 결합체(70)는, 캡슐형 히터(10)가 결합되도록 형성된 것으로, 중앙에 설치공(72)이 형성되고, 이 설치공(72)에 캡슐형 히터(10)가 결합되는 것이다. 즉, 중앙에 캡슐형 히터(10)가 설치되기 위한 설치공(72)이 마련된 상부판(74)과 하부판(76)으로 구성되고, 캡슐형 히터(10)가 설치공(72)에 위치한 상태에서 상,하부판(74,76)이 결합된다. 이러한 히터 결합체(70)에 형성되는 설치공(72)은 모듈화된 온수 및 온풍 발생장치의 용도 등이나 제품의 구조에 의해 다양한 형상이나 배치구조 및 갯수가 결정될 수 있다. 즉, 캡슐형 히터(10)가 원통형일 경우에 설치공(72)은 원형으로 형성되고, 사각형일 경우에는 사각형으로 형성된다. 또한, 설치공(72)은 캡슐형 히터(10)의 수에 대응되는 수로 형성되는 것이 바람직하다.
상부판(74)과 하부판(76)의 서로 마주보는 면에는 캡슐형 히터(10)의 전원 접속단(44)이 수용되기 위한 접속단 안착홈(78)이 각각 형성된다. 따라서, 설치공(72)에 결합되는 캡슐형 히터(10)의 전원 접속단(44)은 접속단 안착홈(78)에 안정되게 위치하게 된다.
캡슐형 히터(10)는, 탄화규소를 주성분으로 하는 히터(40)와, 세라믹 재질로 이루어져 히터(40)를 감싸는 한 쌍의 제1,2 케이스(20,30)로 이루어진 것으로, 히터(40)에 전원이 인가되는 상태에서 공기를 포함한 열매체가 제1,2 케이스(20,30) 의 내부로 통과하면서 히터(40)와 제1,2 케이스(20,30)에 접촉되어 열교환이 이루어지도록 된 것이다.
이를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 6 내지 도 7b에 도시된 바와 같이, 캡슐형 히터장치(10)는, 서로 대칭형으로 형성된 제1 케이스(20)와 제2 케이스(30) 및 제1,2 케이스(20,30) 사이에 설치되는 히터(40)로 이루어진다.
제1 케이스(20)는, 공기를 포함하는 열매체가 통과하도록 중공형으로 이루어져 제1 열교환 공간(24)이 형성된 제1 몸체(22)와, 제1 몸체(22)의 내부 중앙에 마련되고 다수개의 제1 연결부(26A)에 의해 제1 몸체(22)와 연결되어 일체화되는 제1 결합부(26)를 포함한다. 이때 제1 연결부(26A)들에는 제1 히터 안착홈(26B)이 각각 형성된다.
이러한 제1 케이스(20)의 제1 몸체(22)는 원통형으로 이루어지고, 내부의 제1 열교환 공간(24)은 4개의 제1 연결부(26A)에 의해 구획된 구조를 갖는다.
제1 히터 안착홈(26B)은 제1,2 케이스(20,30)가 서로 마주보도록 결합될 때 히터(40)가 제1,2 케이스(20,30)의 결합에 간섭되지 않도록 회피되어 안착되기 위한 것이다.
그리고, 제1 몸체(22)의 한쪽에는, 히터(40)가 제1 히터 안착홈(26B)에 안착된 상태에서 양쪽의 전원 접속단(44)이 제1 몸체(22) 외부로 노출되기 위한 2개의 회피홈(28)이 각각 형성된다.
제2 케이스(30)는, 제1 케이스(20)와 대칭되는 구조를 갖는 것으로, 공기를 포함하는 열매체가 통과하도록 중공형으로 이루어져 제2 열교환 공간(34)이 형성된 제2 몸체(32)와, 제2 몸체(32)의 내부 중앙에 마련되고 다수개의 제2 연결부(36A)에 의해 제2 몸체(32)와 연결되어 일체화되는 제1 결합부(36)를 포함한다. 이때 제2 연결부(36A)들에는 제2 히터 안착홈(36B)이 각각 형성된다.
이러한 제2 케이스(30)의 제2 몸체(32)는 원통형으로 이루어지고, 내부의 제2 열교환 공간(34)은 4개의 제2 연결부(36A)에 의해 구획된 구조를 갖는다.
제2 히터 안착홈(36B)은 제1,2 케이스(20,30)가 서로 마주보도록 결합될 때 히터(40)가 제1,2 케이스(20,30)의 결합에 간섭되지 않도록 회피되어 안착되기 위한 것이다.
그리고, 제1 몸체(22)에 형성된 2개의 회피폼(28)에 대응되는 위치의 제2 몸체(32) 한쪽에는 히터(40)가 제2 히터 안착홈(36B)에 안착된 상태에서 양쪽의 전원 접속단(44)이 제2 몸체(32) 외부로 노출되기 위한 2개의 회피홈(38)이 제1 몸체(22)의 회피홈(28)에 대칭되는 형상으로 각각 형성된다.
이러한 제1,2 케이스(20,30)는, 제1,2 히터 안착홈(26B,36B) 사이에 히터(40)의 발열부(42)가 안착된 상태에서 서로 마주보도록 결합되는데, 볼트(50)와 너트에 의해 결합된다. 즉, 제1,2 결합부(26,36)에는 볼트(50)의 나사부가 관통하기 위한 관통공(29,39)이 각각 형성되고, 볼트(50)가 관통공(29,39)으로 삽입된 상태에서 나사부에 너트가 체결됨으로써 한쌍의 제1,2 케이스(20,30)가 결합되는 것이다.
제1,2 케이스(20,30)는, 음이온 및 원적외선이 발생되도록 세라믹으로 이루어지되, 세라믹은, 94.5 중량% 이상의 Al2O3 및 나머지 SiO2와 CaO2 혼합물을 포함하는 알루미나 세라믹 원료 100 중량부와 인(P)을 포함하여 미량의 규소(Si), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 철(Fe), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 란탄(La), 세륨(Ce), 네오디뮴(Nd), 또는 토륨(Th)을 포함하는 천연인산광물 성분 1-3중량부를 혼합하여 금형으로 성형한 후, 가마에서 1500℃ - 1700℃ 온도로 구워 소결하여 형성되는 것이다. 즉, 알루미나 세라믹 원료 100 중량부에 대하여 천연인산광물 성분 1-3중량부를 혼합하여 금형으로 성형한 후 고온에서 구워 소결하여 형성되는 것이다.
천연인산광물의 성분구성은 인(P)을 포함하여 미량의 규소(Si), 알루미늄(Al), 인(P), 칼슘(Ca), 철(Fe), 이트륨(yttrium;Y), 지르코늄(zirconium;Zr), 란탄(lanthanum;La), 세륨(cerium;Ce), 네오디뮴(neodymium;Nd) 또는 토륨(thorium;Th)으로 이루어져 있다.
이러한 천연인산광물은 혼합이 용이하도록 나노(nano) 크기의 미세한 입자파우더(powder) 형태로 제공된다.
이와 같은 천연인산광물을 세라믹 100중량부에 대하여 1중량부 미만으로 첨가되는 경우 요구물성의 저하를 초래하고, 3중량부를 초과하여 첨가하면 기대 물성과 비교하여 제작비용이 증가하므로, 세라믹 100중량부에 대하여 1-3 중량부 첨가하는 것이 바람직하다.
히터(40)는, 제1,2 케이스(20,30)의 형상과 같이 원형으로 성형되어 제1,2 히터 안착홈(26B,36B)에 안착되는 발열부(42)와, 발열부(42)의 양 단부에 마련되는 전원 접속단(44)으로 이루어진다. 이 히터(40)의 발열부(42)는 제1,2 케이스(20,30)의 형상과 같은 형상으로 형성된다. 즉, 제1,2 케이스(20,30)가 원형이므로 발열부(42)도 원형으로 성형되는 것이다. 이는 발열부(42)가 제1,2 히터 안착홈(26B,36B)에 간섭없이 안착되어 설치되기 위한 것이다.
이러한 히터(40)는, 순도 99% 이상의 탄화규소를 포함한 소재가 고온에서 소결되어 성형되어 얻어지는 것으로, 히터(40)를 탄화규소로 성형하는 것은, 탄화규소가 흑연보다 전기 저항이 더 커서, 동일 세기의 전류 인가시에도 흑연의 발열량보다 탄화규소의 발열양이 더 크고, 또한, 탄화규소는 고온강도, 내산화성 및 내부식성 등이 매우 우수한 소재이기 때문이다.
이러한 탄화규소 분말을 이용하여 히터(40)를 제조하는 한 예를 설명하기로 한다. 즉, 탄화규소 분말을 용매 중에 분산시켜 얻어지는 슬러리상의 혼합 분체를 얻고, 혼합 분체를 성형틀에 유입하여 건조시켜서 그린체(green body)를 얻은 후, 그린체를 진공 분위기하에서 550℃ 내지 650℃로 1차 가열 승온시키고, 질소 가스 분위기하에서 1500℃ 이상의 온도로 승온시킨 후, 질소 가스 분위기하의 온도 조건으로 유지하여 탄화규소 소결체를 얻을 수 있다. 물론, 탄화규소 분말을 금형으로 성형한 후 가마에서 1500℃ 이상의 고온으로 가열하여 원하는 형상으로 소결 성형할 수도 있는 것이다.
한편, 제1 케이스(20)나 제2 케이스(30) 중에서 선택된 케이스의 어느 하나의 케이스는 유입되는 공기를 포함하는 열매체의 유입을 원활하게 하기 위한 유입유도수단이 마련될 수 있다. 이러한 유입유도수단은, 본 실시예에서 제1 케이스(20)에 형성된 것을 기준으로 설명한다. 즉, 제1 열교환 공간(24)의 입구에 해당하는 제1 몸체(22)의 입구 가장자리가 모따기 또는 모깍이되어 유입유도용 만곡부(25)가 형성된 것이다. 이와 같이, 제1 열교환 공간(24)의 입구에 유입유도용 만곡부(25)가 형성됨으로써, 제1 열교환 공간(24)으로 유입되는 공기나 열매체의 유입이 저항없이 원활하게 이루어질 수 있게 된다.
한편, 캡슐형 히터(10)는, 도 1 및 도 8에 도시된 바와 같이 사각형으로 구성될 수 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 원형으로 형성될 수 있다. 또한, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 제1 연결부(26A) 및 제2 연결부(36A)가 여러개가 아닌 1개로 구성될 수도 있다.
즉, 다른 실시예에 따른 캡슐형 히터(10)는, 제1 몸체(22)가 공기를 포함하는 열매체가 통과하도록 중공형으로 이루어져 제1 열교환 공간(24)이 형성되고, 제1 몸체(22)의 내부 중앙에는 제1 결합부(26)가 마련되되, 제1 결합부(26)는 1개의 제1 연결부(26A)에 의해 제1 몸체(22)의 내주면과 일체화되는 제1 케이스(20)와, 제2 몸체(32)가 공기를 포함하는 열매체가 통과하도록 중공형으로 이루어져 제2 열교환 공간(34)이 형성되고, 제2 몸체(32)의 내부 중앙에는 제2 결합부(36)가 마련되되, 제2 결합부(36)는 1개의 제2 연결부(도 2 내지 도 4에 도시되지 않았으나 제1 연결부와 대칭되는 구조임.)에 의해 제2 몸체(32)의 내주면과 일체화되고, 제1 케이스(20)와 대칭구조를 갖는 제2 케이스(30)와, 제1 열교환 공간(24) 및 제2 열교환 공간(34)에 위치하는 발열부(42)와, 발열부(42)의 양 단부에 마련되는 전원 접속단(44)으로 이루어지고, 발열부(42)가 제1 열교환 공간(24) 및 제2 열교환 공간(34)에 위치한 상태에서 제1,2 케이스(20,30)가 결합되어 제1,2 케이스(20,30) 사이에 전원 접속단(44)이 고정되면서 결합되는 히터부재(40)를 포함하여 구성되는 것이다.
이때, 제1,2 결합부(26,36)의 중앙에는 온수 파이프(60)가 배관될 수 있다.
이러한 캡슐형 히터(10)는, 1 내지 8개로 구성될 수 있으나 이에 국한되는 것은 아니고, 용도에 따라 다수개로 구성될 수 있고, 다수개인 경우에 각 캡슐형 히터(10)를 직렬 또는 병렬로 결선할 수 있고, 직렬과 병렬을 배합하여 결선할 수도 있다. 이러한 결선 구조에 따라 캡슐형 히터(10)들의 발열량이 달라질 수 있다. 따라서, 각 캡슐형 히터(10)되어 히터 결합체(70)에 구비들의 결선은 캡슐형 히터(10)의 갯수 및 다양한 여건에 따라 변화시킨다.
온수 파이프(60)는, 캡슐형 히터(10)가 인가되는 전원에 의해 발열됨에 따라 캡슐형 히터(10)에 의해 순환되는 난방수가 가열되도록 캡슐형 히터(10)에 접촉하도록 배관되거나 캡슐형 히터(10)에 근접하도록 배관되는 것이다. 즉, 난방용 유체(난방수)가 내부를 순환하도록 구성되어 캡슐형 히터(10)에서 발생된 열에 의해 내부를 순환하는 난방용 유체가 가열되도록 캡슐형 히터(10)에 접하도록 배관되거나 캡슐형 히터(10)의 주변에 배관되는 것이다.
이러한 온수 파이프(60)는, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 각 캡슐형 히터(10)의 중앙을 관통하여 배관된다.
그리고, 케이스(90)의 내부 또는 케이스(90)의 외부에는 온수 파이프(60)와 연결되는 온수탱크(62) 및 난방용 유체(난방수)를 강제 순환시키기 위한 순환펌프(64)가 마련된다.
온수탱크(62)는, 온수 파이프(60)를 순환하는 난방수가 임시로 저장되기 위한 것으로, 온수 파이프(60)와 연통되도록 설치된다.
순환펌프(64)는, 온수탱크(62)에 저장된 난방수를 강제로 온수 파이프(60)로 순환시키고, 난방공간에 배관된 파이프로 난방수를 순환시키는 역할을 하기 위한 것이다.
한편, 온수탱크(62)와 순환펌프(64)는 케이스(90)에 결합된다. 따라서 송풍용 휀(80)과 캡슐형 히터(10), 온수 파이프(60), 온수탱크(62) 및 순환펌프(64)는 케이스(90)에 의해 일체화되어 모듈화될 수 있는 것이다.
이하에서는 본 발명에 따른 캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치가 모듈화되어 온수와 온풍을 동시에 발생시키도록 된 한 예를 기준으로 작동을 설명하기로 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 송풍용 휀(80)과 캡슐형 히터(10), 온수 파이프(60), 온수탱크(62) 및 순환펌프(64)가 케이스(90)에 의해 일체화되어 모듈화된 상태에서, 케이스(90)의 상부에 하우징(200)이 결합되고, 하우징(200)에는 난방공간(도시되지 않음)에 배관된 파이프(도시되지 않음)가 연결되기 위한 커플링이 각각 마련되고, 제어부 즉, 온수 및 온풍 발생장치를 제어하기 위한 제어용 버튼(스위치) 등이 구비됨은 당연하다.
이러한 상태에서, 송풍용 휀(80)에 전원이 인가되고, 캡슐형 히터(10)에 전원이 인가되며, 순환펌프(64)에 전원이 인가되면, 송풍용 휀(80)이 작동하여 외부 공기가 캡슐형 히터(10)를 통과하도록 강제 순환시키게 되고, 캡슐형 히터(10)는 발열된다.
이와 같이 송풍용 휀(80) 작동으로 공기가 제1,2 열교환 공간(24.34)을 통과할 때, 공기는 히터(40)의 발열부(42)에 접촉되고, 발열부(42)에 의해 가열된 제1,2 연결부(26A,36A), 그리고 제1,2 결합부(26,36), 제1,2 몸체(22,32)에 공기가 접촉되어 열교한이 이루어지므로, 제1,2 케이스(20,30)를 통과한 공기는 승온된 상태가 된다.
이러한 과정으로 외부 공기가 제1,2 열교환 공간(24,34)으로만 통과하게 되므로, 히터(40) 뿐만 아니라, 히터(40)에 의해 가열된 제1,2 케이스(20,30)가 내측 구조물(몸체, 결합부 및 연결부 등)과의 열교환이 이루어지게 되므로 열교환 효율이 높아지게 된다.
즉, 공기가 제1,2 케이스(20,30) 내부로만 통과하면서 히터(40)와 제1,2 케이스(20,30)에 접촉되면서 열교환이 이루어지게 되므로, 열손실없이 열교환(열방출)이 이루어질 수 있는 것이다.
또한, 세라믹재질로 이루어진 제1,2 케이스(20,30)가 가열부(42)에 의해 가열되므로, 아래 실험예에서 확인되는 바와 같이 원적외선 및 음이온이 발생하게 되어 제1,2 케이스(20,30)를 통과하여 승온된 공기는 인체에 유익한 원적외선은 물론 음이온까지 함유하게 된다. 물론, 원적외선이 공기를 따라 방출되지는 않지만, 제1,2 케이스(20,30)에 근접한 위치에서는 원적외선을 조사받을 수 있는 것이다.
이와 동시에 순환펌프(64)에 의해 온수탱크(62) 내에 구비된 난방수가 온수 파이프(60)를 순환하게 된다. 이와 같이 난방수가 온수 파이프(60)를 순환할 때 캡슐형 히터(10)에 의해 가열된다.
이와 같이, 외부 공기가 송풍용 휀(80)에 의해 내부로 유입된 후 캡슐형 히터(10)를 통과하게 되므로 온풍이 발생되어 하우징(200)에 안내되고 온풍 안내부재(82)를 통하여 외부로 토출됨과 동시에, 캡슐형 히터(10)에 의해 가열된 온수가 순환펌프(64)에 의해 난방공간에 배관된 파이프로 순환할 수 있게 된다. 즉, 본 발명에 따른 온수 및 온풍 발생장치에 의해 온수(또는 난방수)와 난방을 위한 온풍이 동시에 발생될 수 있는 것이다.
한편, 캡슐형 히터(10)에서는, 전술한 바와 같이 발열시 원적외선과 음이온이 방출된다. 따라서 온풍에 의해 난방되는 공간에 음이온과 원적외선을 방사할 수 있게 된다.
본 실시예에서는 캡슐형 히터(10)만 적용되는 것을 기준으로 설명하였으나 이에 국한되는 것은 아니고, 다양한 구조의 히터가 사용될 수 있음은 당연하다.
[케이스의 제조 예]
케이스를 제조하기 위해서 950g의 Al2O3, 20g의 SiO2, 30g의 CaO2를 포함하는 알루미나 세라믹 원료 1000g과 천연인산광물 성분 20g을 혼합하여 케이스를 금형으로 성형한 후, 가마에서 1600℃ 온도로 구워 소결함으로써 알루미나 세라믹 케이스를 제조하였다.
위에서 언급한 제조 예에 따라 제조된 케이스의 물리적 기계적 특성은 아래 표 1과 같다.
물리적 기계적 특성 처리 및 검사 정밀도
구분 단위 95% 알루미나
기공도(porosity) % 0
밀도(density) gm/cm >3.65
경도(hardness) HRA 82
굴곡강도(flexural strength) MPa ≥270
압축강도(compressive strength) MPa 1330
인장강도(tensile strength)25℃ MPa 105
선형 열팽창 계수(linear coefficient of thermal expansion) mm/℃
25℃ - 300℃		 <6.2×10-6
유전율(dielectric constant at 25→C) 1 MH 20℃ ≤9
유전상수(dielectric strength) KV/mm ≥20
열전도성(thermal conductivity at 25→C) W/m.K 18
안전한 사용 온도(safe use temperature ℃ 1450
체적저항(volume resistance) Ω㎠ / ㎝(25℃) ≥1014
흡수율(water absorption) % 0
[실험 예]
음이온(원적외선 방출량) 측정기를 이용하여 전술한 본 발명의 케이스 제조 예에 따라 제조된 케이스를 갖는 캡슐형 히터장치로부터 방출되는 음이온을 측정하였다.
측정기 : COM-31010PRO(일본국 COM SYSTEM.INC 제조)를 이용하였다.
측정방법 : 접촉식
단위 : ㎤/cc
오차범위 50 - 90 ㎤/cc
음이온 방사량
측정횟수 본 발명품 비교 제품
1회 1874 ㎤/cc 380 ㎤/cc
2회 1802 ㎤/cc 483 ㎤/cc
3회 1868 ㎤/cc 409 ㎤/cc
평균 음이온 방사량
제품 평균 음이온(원적외선) 방사량
본 발명품 1848 ㎤/cc
비교 제품 424 ㎤/cc
* 비교 제품
. 제조사 : (주) 미얼스(중국)
. 제품명 : 셀리스톤
전술한 실험예에서와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 케이스에 따르면, 타사의 비교 제품들에 비하여 음이온이 월등하게 다량으로 방사되는 것을 알 수 있다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10 : 캡슐형 히터 20 : 제1 케이스
22 : 제1 몸체 24 : 제1 열교환 공간
25 : 유입유도용 만곡부
26 : 제1 결합부 26A : 제1 연결부
26B : 제1 히터 안착홈 28,38 : 회피홈
29,39 : 관통공 30 : 제2 케이스
32 : 제2 몸체 34 : 제2 열교환 공간
36 : 제2 결합부 36A : 제2 연결부
36B : 제2 히터 안착홈
40 : 히터 42 : 발열부
44 : 전원 접속단 50 : 볼트
60 : 온수 파이프 62 : 온수탱크
64 : 순환펌프 70 : 히터 결합체
72 : 설치공 74 : 상부판
76 : 하부판 78 : 접속단 안착홈
80 : 송풍용 휀 82 : 온풍 안내부재
90 : 케이스
200 : 하우징

Claims (11)

  1. 케이스의 내부에 마련되는 송풍용 휀; 인가되는 전원에 의해 작동되어 발열되는 적어도 한 개 이상의 캡슐형 히터를 구비하고, 상기 송풍용 휀에 의해 이동하는 공기가 상기 캡슐형 히터와의 열교환으로 온풍이 발생되도록 상기 송풍용 휀과 소정의 간격을 유지하여 상기 송풍용 휀 또는 상기 케이스의 내부에 결합되는 히터 결합체; 및 난방용 유체가 내부를 순환하도록 구성되어 상기 캡슐형 히터에서 발생된 열에 의해 내부를 순환하는 난방용 유체가 가열되도록 상기 캡슐형 히터에 접하게 배관되거나 상기 캡슐형 히터의 주변에 배관되는 온수 파이프를 포함하여 구성되고,
    상기 히터 결합체는,
    중앙에 상기 캡슐형 히터가 설치되기 위한 적어도 하나 이상의 설치공이 마련된 상부판과 하부판으로 구성되고, 상기 캡슐형 히터가 상기 설치공에 위치한 상태에서 상기 상,하부판이 결합되며.
    상기 캡슐형 히터는,
    제1 몸체가 공기를 포함하는 열매체가 통과하도록 중공형으로 이루어져 제1 열교환 공간이 형성되고, 상기 제1 몸체의 내부 중앙에는 제1 결합부가 마련되되, 상기 제1 결합부는 다수개의 제1 연결부에 의해 상기 제1 몸체의 내주면과 일체화되고, 상기 제1 연결부에는 제1 히터 안착홈이 각각 형성된 제1 케이스;
    제2 몸체가 공기를 포함하는 열매체가 통과하도록 중공형으로 이루어져 제2 열교환 공간이 형성되고, 상기 제2 몸체의 내부 중앙에는 제2 결합부가 마련되되, 상기 제2 결합부는 다수개의 제2 연결부들에 의해 상기 제2 몸체의 내주면과 일체화되고, 상기 제2 연결부들에는 제2 히터 안착홈이 각각 형성되어, 상기 제1 케이스와 대칭구조를 갖는 제2 케이스; 및
    상기 제1,2 히터 안착홈에 안착되는 발열부와, 상기 발열부의 양 단부에 마련되는 전원 접속단으로 이루어지고, 상기 발열부가 제1,2 히터 안착홈에 안착된 상태에서 상기 제1,2 히터 안착홈이 마주보도록 상기 제1,2 케이스가 결합되어 상기 제1,2 케이스의 내부에 설치되는 히터부재를 포함하여 구성되고,
    상기 제1,2 케이스는 음이온 및 원적외선이 발생되도록 세라믹으로 이루어지되,
    상기 세라믹은 94.5 중량% 이상의 Al2O3 및 SiO2와 CaO2의 혼합물을 포함하는 알루미나 세라믹 원료 100 중량부에 대하여, 인(P)을 포함하여 미량의 규소(Si), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 철(Fe), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 란탄(La), 세륨(Ce), 네오디뮴(Nd), 또는 토륨(Th)을 포함하는 천연인산광물 성분 1-3중량부를 혼합하여 금형으로 성형한 후, 가마에서 1500℃ - 1700℃ 온도로 구워 소결하여 형성되는 것을 특징으로 하는,
    캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 케이스에는,
    상기 송풍용 휀의 작동으로 발생된 온풍을 난방이 필요한 공간으로 토출하기 위한 온풍 안내부재가 마련되는 것을 특징으로 하는,
    캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 케이스에는,
    상기 온수 파이프와 연결되는 온수탱크 및 난방용 유체를 강제 순환시키기 위한 순환펌프가 마련되는 것을 특징으로 하는,
    캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치.
  5. 삭제
  6. 케이스의 내부에 마련되는 송풍용 휀; 인가되는 전원에 의해 작동되어 발열되는 적어도 한 개 이상의 캡슐형 히터를 구비하고, 상기 송풍용 휀에 의해 이동하는 공기가 상기 캡슐형 히터와의 열교환으로 온풍이 발생되도록 상기 송풍용 휀과 소정의 간격을 유지하여 상기 송풍용 휀 또는 상기 케이스의 내부에 결합되는 히터 결합체; 및 난방용 유체가 내부를 순환하도록 구성되어 상기 캡슐형 히터에서 발생된 열에 의해 내부를 순환하는 난방용 유체가 가열되도록 상기 캡슐형 히터에 접하게 배관되거나 상기 캡슐형 히터의 주변에 배관되는 온수 파이프를 포함하여 구성되고,
    상기 케이스에는,
    상기 송풍용 휀의 작동으로 발생된 온풍을 난방이 필요한 공간으로 토출하기 위한 온풍 안내부재가 마련되고, 상기 온수 파이프와 연결되는 온수탱크 및 난방용 유체를 강제 순환시키기 위한 순환펌프가 마련되며,
    상기 히터 결합체는,
    중앙에 상기 캡슐형 히터가 설치되기 위한 적어도 하나 이상의 설치공이 마련된 상부판과 하부판으로 구성되고, 상기 캡슐형 히터가 상기 설치공에 위치한 상태에서 상기 상,하부판이 결합되며.
    상기 캡슐형 히터는,
    제1 몸체가 공기를 포함하는 열매체가 통과하도록 중공형으로 이루어져 제1 열교환 공간이 형성되고, 상기 제1 몸체의 내부 중앙에는 제1 결합부가 마련되되, 상기 제1 결합부는 제1 연결부에 의해 상기 제1 몸체의 내주면과 일체화되는 제1 케이스;
    제2 몸체가 공기를 포함하는 열매체가 통과하도록 중공형으로 이루어져 제2 열교환 공간이 형성되고, 상기 제2 몸체의 내부 중앙에는 제2 결합부가 마련되되, 상기 제2 결합부는 제2 연결부에 의해 상기 제2 몸체의 내주면과 일체화되고, 상기 제1 케이스와 대칭구조를 갖는 제2 케이스; 및
    상기 제1 열교환 공간 및 제2 열교환 공간에 위치하는 발열부와, 상기 발열부의 양 단부에 마련되는 전원 접속단으로 이루어지고, 상기 발열부가 상기 제1 열교환 공간 및 제2 열교환 공간에 위치한 상태에서 상기 제1,2 케이스가 결합되어 상기 제1,2 케이스 사이에 상기 전원 접속단이 고정되면서 결합되는 히터부재를 포함하여 구성되고,
    상기 제1,2 케이스는 음이온 및 원적외선이 발생되도록 세라믹으로 이루어지되,
    상기 세라믹은 94.5 중량% 이상의 Al2O3 및 SiO2와 CaO2의 혼합물을 포함하는 알루미나 세라믹 원료 100 중량부에 대하여, 인(P)을 포함하여 미량의 규소(Si), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 철(Fe), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 란탄(La), 세륨(Ce), 네오디뮴(Nd), 또는 토륨(Th)을 포함하는 천연인산광물 성분 1-3중량부를 혼합하여 금형으로 성형한 후, 가마에서 1500℃ - 1700℃ 온도로 구워 소결하여 형성되는 것을 특징으로 하는,
    캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치.
  7. 삭제
  8. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제1,2 케이스는,
    서로 마주보도록 결합된 상태에서 상기 제1,2 결합부를 관통하는 볼트와 너트에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는,
    캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치.
  9. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제1,2 몸체 한쪽에는,
    상기 전원 접속단이 상기 제1,2 몸체 외부로 노출되도록 회피홈이 서로 마주보는 방향에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는,
    캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치.
  10. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제1 케이스의 제1 열교환 공간의 입구 가장자리 또는 제2 케이스의 제2 열교환 공간의 입구 가장자리에는 유입되는 공기를 포함하는 열매체의 유입이 저항없이 이루어지도록 유입유도용 만곡부가 모따기 또는 모깍이되어 형성되는 것을 특징으로 하는,
    캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치.
  11. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제1,2 케이스는,
    원형 또는 사각형을 포함하는 다각형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    캡슐형 히터를 이용한 온수 및 온풍 발생장치.
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