KR101565330B1 - 탄소발열체를 이용한 이중관 구조의 관상 발열장치가 장착된 전기온수기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소발열체를 이용한 이중관 구조의 관상 발열장치가 장착된 전기온수기에 관한 것으로써, 본 발명은 외부케이싱(20)내에 배치되어 온수를 유입할 수 있는 온수유입공(33) 및 온수를 외부로 배출하여 공급할 수 있는 온수배출공(34)을 각각 구비함과 아울러 온수를 담수하여 가열할 수 있게 다수의 발열장치장착공(31)이 구비된 예열조(30)를 갖추고, 상기 예열조(30)의 발열장치장착공(31)에 삽입 장착되도록 내부에 탄소발열체(13)가 권선된 중심관체(12)가 내장 구비되고 양단에 압착부(11a)가 형성됨과 아울러 일측에 진공관으로 제조하기 위한 내부의 가스를 빼낼 수 있는 배기공(19)이 구비된 발열관체(11)로 이루어진 이중관 구조의 관상 발열장치(10)를 포함하며, 상기 발열관체(11)상의 배기공(19)은 압착부(11a)가 형성된 발열관체(11)의 일측 끝단쪽에 배치 형성되고, 상기 관상 발열장치(10)가 예열조(30)의 발열장치장착공(31)에 삽입 장착될 때, 상기 배기공(19)이 예열조(30) 외부로 노출된 상태로 관상 발열장치(10)와 발열장치장치공(31)사이가 부싱(32)을 통해서 완전히 밀봉되어 외부와 차폐되며, 상기 예열조(30) 내부에 배치된 발열관체(11)는 예열조(30) 내부에 담수된 난방수와 직접 접촉하여 열교환이 이루어지는 전기온수기를 제공한다.

Description

탄소발열체를 이용한 이중관 구조의 관상 발열장치가 장착된 전기온수기{Electricity water heater mounting tubular type heat unit using carbon heating element}

본 발명은 탄소발열체를 이용한 이중관 구조의 관상 발열장치가 장착된 전기 온수기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소발열체를 이용한 관상 발열장치(혹은, 히터)를 전기온수기에 장착 사용함에 있어서, 관상 발열장치의 발열관체(혹은, 석영튜브)를 진공 상태로 유지하기 위해 공기를 배출하는 배기공(혹은 배기관)의 위치를 발열관체의 일측 끝단쪽으로 최대 한 이동시켜 형성함으로써, 전기온수기의 예열조 내부에 관상 발열장치를 장착할 때, 관상 발열장치의 배기공 부위가 난방수와 직접 접촉하지 않도록 함에 따라 전기온수기의 예열조 구성을 간소화시킬 수 있을 뿐만 아니라 열효율을 크게 향상시킬 수 있도록 한 전기온수기에 관한 것이다.

일반적으로 온수기(혹은, 보일러)는 히팅장치가 내장되고, 이 히팅장치에 의해 온수(혹은 난방수)를 간접 또는 직접 가열되도록 하고 가열된 온수(혹은, 난방수)를 공급할 수 있는 장치이다.

이러한 온수기(혹은, 보일러)는 연소식과 전기식으로 분류되는데, 연소식의 경우에는 대부분 간접가열방식으로 열효율이 떨어지게 되며, 고유가 시대에 있어서 전기에 비해 난방비용이 많이 소요되고 대기오염을 일으키는 문제점이 있으므로 전기식 온수기(혹은, 보일러)가 선호되고 있는 실정이다.

한편, 최근 전기작동 방식의 탄소섬유가 발열체로 개발된 후에 온수기(혹은, 보일러)의 열원으로 채용되고 있다.

일예로써, 대한한국 등록특허공보 제0779726호(2007.11.27. 공고)에 의하면, 커버하우징, 이너하우징, 히터하우징, 탄소섬유 히터유닛, 열매체유, 수관을 포함하는 보일러에서, 상기 수관은 가열된 열매체유의 자연대류에 의해서 열을 전달받을 수 있도록 탄소섬유 히터유닛의 상측에 사각형 모양으로 감겨서 설치된 것을 특징으로 하는 구성이 제안되어 있다.

그러나, 상기한 전기 보일러는 수관 하부에 탄소섬유 히터가 배치되고 탄소섬유 히터유닛에서 발생한 열을 열매체유를 통하여 수관 내부의 물로 전달하기 때문에 초기 가동에 따른 시간소요가 길고 높은 열용량을 기대하기 곤란하다는 문제점이 있었다.

그리고, 또 다른 예로써, 대한민국 등록특허공보 제0711734호(2007.5.2. 공고)에 의하면, 아우터하우징, 이너하우징, 히터서포터, 탄소섬유 히터, 전원공급 라인을 지닌 전기 보일러에 있어서, 열매체유, 순환 파이프, 순환 펌프를 포함하므로써, 근본적으로 상기한 대한민국 등록특허 제0779726호에 개시된 전기 보일러와 원리상으로 유사하였다.

다만, 탄소섬유 히터가 순환 파이프의 중심에 배치되므로 다소의 용량 증가는 가능하지만, 간접가열 방식에 기인한 성능상의 한계를 벗어나지 못하는 폐단이 있었다.

한편, 상기와 같은 탄소섬유 히터 외에도 최근에 탄소발열체를 이용한 이중관 구조의 히터 혹은 관상 발열장치에 관한 기술이 연구 개발되어 개시되고 있다.

예를 들어, 대한민국 등록실용신안공보 제0452815호(2011.3. 21. 공고) 및 대한민국 등록실용신안공보 제0311696호(2003.4.26. 공고)에는 탄소발열체를 이용한 이중관 구조의 히터 혹은 관상 발열장치에 관한 기술이 개시되어 있다.

여기서, 탄소발열체를 이용한 이중관 구조의 관상 발열장치는, 미세한 굵기의 탄소사 다발을 꼬아서 만든 탄소발열체를 진공관 내부에 내장시키고, 상기 탄소발열체를 전극과 연결시켜 탄소발열체가 전극을 통해 공급되는 전원에 의해 발열하도록 구성된 것이다.

그 일예로써, 등록실용신안공보 제0452815호에 개시된 탄소발열체를 이용한 관상 발열장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 외주면에 탄소사를 꼬아서 형성한 탄소발열체(120)를 나선형(혹은 코일식)으로 권선한 중심관체(110)를 발열관체(160) 내부에 내장하고, 전선(170)과 연결된 리드선(150)을 전극(120)과 플러그(130)를 이용하여 탄소발열체(140)와 연결하며, 상기 발열관체(160)의 양끝단부에 압착부(101)를 형성하면서 이 압착부(101) 내에서 리드선(150)과 전선(170)이 몰리브덴 금속으로 이루어지는 연결편(180)에 의해 서로 연결되도록 구성되어 있다.

그리고, 도 2에는 탄소발열체를 이용한 이중관 구조의 관상 발열장치를 보여주는 다른 실시예로써, 등록실용신안공보 제0311696호에 개시된 탄소발열체를 이용한 히터가 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 탄소발열체를 이용한 히터(300)는, 열을 발산하기 위한 발열부(310)와, 상기 발열부(310)에 전력을 공급하기 위한 전도부(320)와, 상기 발열부(310)를 수용하기 위한 수용부(330)로 구성이 되어 있고, 상기 발열부(310)는 수용부(330)내에 삽입되고, 상기 수용부(330)의 양단이 전도부(320)를 중간에 넣고 가열압착이 되어 형성되는 구성을 가지고 있다.

즉, 상기 수용부(330)는 발열부(310)을 수용하는 석영튜브(332)와, 상기 석영튜브(332) 내부 가스를 배출하여 진공으로 만들기 위한 배기관(333)과, 상기 석영튜브(332)의 양단은 내부를 진공으로 유지하기 위해 열압착되어 있는 압착부(331)로 구성되어 있다.

그리고, 상기 발열부(310)는 진공으로 유지되는 석영튜브 내에 탄소발열체(313)가 삽입되어 있는 구조를 가지고 있으며, 탄소발열체(313)의 양쪽 끝부분에는 동도금처리가 되어 있는 동도금부(312)와, 스테인레스 재질의 벤딩단자(311)가 각각 순차적으로 설치되어 있다.

이 외에도 대한민국 등록특허공보 제0919748호(2009.9.29. 공고) 및 대한민국 등록특허공보 제0921591호(2009.10.13. 공고) 등에는 탄소발열체를 이용한 관상 발열장치가 개시되어 있다.

이러한 탄소발열체를 이용한 이중관 구조의 관상 발열장치는, 발열효율이 높아서 전기보일러(일명, 탄소보일러)에 그 사용빈도가 점진적으로 높아지고 있는 추세이다.

예를 들어, 대한민국 등록특허공보 제1028214호(2011.4.11. 공고), 대한민국 등록특허공보 제1029476호(2011.4.18. 공고)에는 탄소발열체를 이용한 관상 발열장치(혹은 히터)가 장착된 보일러(일명 "탄소보일러" 혹은 "전기 보일러")에 관한 기술이 개시되어 있다.

상기와 같이 탄소발열체를 이용한 관상 발열장치가 장착된 보일러의 개략적인 구성을 살펴보면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 보일러의 외관을 형성하는 외부케이싱(100) 내에 원통형의 예열조(200)를 마련하고, 상기 예열조(200)상에 히터(300)를 삽입 장착할 수 있는 다수의 히터장착공(210)을 마련하고 있다.

이때, 상기 예열조(200)는 난방수가 담수되어 히터(300)에 의해 난방수가 직접 가열되는 부위이고, 상기 예열조(200)의 일측에는 난방수가 유입되는 난방수유입관(220)이 연결 구비됨과 아울러, 또 다른 일측에는 난방수를 외부로 배출할 수 있는 난방수배출관(230)이 연결 구비됨으로써, 도시되지 않은 순환펌프를 통해 난방수를 순환시킬 수 있도록 되어 있다.

그리고, 상기 예열조(200)의 히터장착공(210)에는 히터(300)를 삽입 장착한 후, 외부와 밀봉 형태로 차폐시키기 위해서 히터(300)의 양단을 부싱(212)으로 밀폐시키도록 되어 있다.

특히, 상기 히터장착공(210) 내에는 히터(300)의 외측면이 난방수와 직접적으로 접촉하지 못하도록 분리하기 위한 유리관(211)이 배치되어 있다.

즉, 상기 난방수가 담수된 예열조(200) 내에 히터(300)가 유리관(211)에 의해 보호된 체 이중 구조로 장착되어 있는 것이다.

이처럼, 상기 히터장착공(210) 내에 유리관(211)을 설치하는 이유는, 히터(300)를 구성하는 석영튜브(332, 도 2 참조)의 진공관 제조방식으로 인해 기인하고 있다.

다시 말해, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 석영튜브(332, 혹은 석영관)로 이루어진 이중관 구조의 히터(300, 혹은, 관상 발열장치)를 제조할 때, 석영튜브(332)의 내부를 진공으로 유지하기 위해서 석영튜브(332)의 내부 가스(즉, 공기)를 외부로 빼내기 위한 배기관(333, 일명, 업계에서는 진공관의 "배꼽"이라고 표현한다.)이 마련되는 바, 상기 배기관(333)이 석영튜브(332)의 중앙쪽에 위치하는 것이 일반적이었다.

이로 인해서 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 히터(300)를 예열조(200)의 히터장착공(210) 내에 그대로 끼워서 장착할 경우에는 히터(300)와 난방수가 직접적으로 접촉하게 되고, 이와 같은 상태에서 히터(300)에 전원이 연결되어 히터(300)의 발열부(310)에서 고온이 발생하여 난방수를 가열하게 되고, 이러한 고온의 난방수가 히터(300)의 외관쪽 수용부(330)인 석영튜브(332)에 직접 접촉한 상태로 열교환이 이루어질 때 난방수와 직접적으로 접촉하고 있는 배기관(333)쪽으로 열변형이 집중되면서 석영튜브(332)가 파손될 우려가 높아지는 문제점이 있었다.

즉, 상기 석영튜브(332)의 배기관(333)이 난방수와 직접 접촉하는 경우, 배기관(333)이 위치한 석영튜브(332) 부분이 열변형에 취약한 관계로, 석영튜브(332)의 배기관(333)과 난방수가 직접적으로 접촉하지 못하도록 히터장착공(210) 내에 히터(300)를 수용하는 유리관(211)을 배치하여 히터(300)를 보호하도록 하고 있는 것이다.

그런데, 상기와 같이 히터장착공(210) 내에 유리관(211)을 장착하고, 그 내부에 히터(300)를 수용하는 경우에 히터(300)를 열변형으로부터 보호하여 히터(300)의 내구성을 크게 향상시킬 수 있는 장점을 가지고 있으나, 그 역기능으로 열교환 효율이 떨어진다는 단점이 있었다.

즉, 히터(300)와 난방수가 직접 접촉하여 열교환하는 것이 구조적으로 가장 열교환 효율이 높은데, 유리관(211)이 히터(300)와 난방수가 접촉하는 것을 차단하고 있기 때문에, 구조적으로 히터(300)에서 발생한 열이 유리관(211) 내부의 공간을 거쳐 난방수로 전달되는 관계로, 히터(300)와 난방수가 직접 접촉할 때에 비해서 상대적으로 자연스럽게 열교환 효율이 떨어지게 되는 것이다.

그리고, 종래 상기와 같이 히터장착공(210) 내에 별도의 유리관(211)을 설치하고 있는 관계로, 보일러를 제조하는 경제적인 측면에서 살펴볼 때 유리관(211)의 장착 조립에 따른 공정수 증가는 물론, 부품비 자체가 상승하게 되어 제조 비용에 따른 원가가 상승하는 단점이 있었고, 보일러를 취급 및 관리하는 데 있어서도 유리관(211)이 파손되지 않도록 신경써야 하는 불편함이 상존하였다.

대한민국 등록특허공보 제0711734호(2007.5.2. 공고, 명칭: 탄소섬유 히터를 이용한 전기 보일러) 대한한국 등록특허공보 제0779726호(2007.11.27. 공고, 명칭: 탄소섬유 히터 전기 보일러) 대한민국 등록특허공보 제1028214호(2011.4.11. 공고, 명칭: 탄소히터를 구비한 보일러) 대한민국 등록특허공보 제1029476호(2011.4.18. 공고, 명칭: 탄소섬유 튜브히터를 이용한 온수보일러장치) 대한민국 등록실용신안공보 제0311696호(2003.4.26.공고, 명칭: 탄소 발열체를 이용한 히터) 대한민국 등록특허공보 제0919748호(2009.9.29.공고, 명칭: 탄소발열체를 이용한 관상 발열장치) 대한민국 등록특허공보 제0921591호(2009.10.13. 공고, 명칭: 탄소사 히터램프의 탄소사와 전극을 연결하는 연결장치) 대한민국 등록실용신안공보 제0452815호(2011.3. 21. 공고, 명칭: 탄소발열체를 이용한 관상 발열장치의 전극 구조)

이에 본 발명은 상기와 같이 탄소보일러의 예열조 상의 히터 장착공내에 유리관을 설치하여 히터를 구성하는 석영튜브의 배기관과 난방수가 직접적으로 접촉하지 못하도록 하고 있는 종래 탄소보일러의 문제점을 보완 개선하기 위해 연구 개발된 것으로써, 본 발명의 목적은 탄소발열체를 이용한 관상 발열장치(혹은, 히터)를 전기 온수기에 장착 사용함에 있어서, 관상 발열장치의 발열관체(혹은, 석영튜브)를 진공 상태로 유지하기 위해 공기를 배출하는 배기공(혹은 배기관)의 위치를 발열관체의 일측 끝단쪽으로 최대한 이동시켜 형성함으로써, 전기온수기의 예열조 내부에 관상 발열장치를 장착할 때, 관상 발열장치의 배기공 부위가 온수와 직접 접촉하지 않도록 함에 따라 전기온수기의 예열조 구성을 간소화시킬 수 있을 뿐만 아니라 열효율을 크게 향상시킬 수 있도록 한 탄소발열체를 이용한 이중관 구조의 관상 발열장치가 장착된 전기온수기를 제공하는 데 있다.

즉, 본 발명의 목적은 종래 전기온수기에서 예열조 상에 관상 발열장치를 보호하기 위해 유리관을 사용하던 것을 개선하여 유리관을 제거하고, 관상 발열장치와 온수가 직접적으로 접촉하더라도 관상 발열장치의 발열관체 상에 열변형에 취약한 배기공이 온수와 접촉하지 않는 배치구조를 제공함으로써, 유리관 제거에 따른 전기온수기의 제조 원가를 절감함과 아울러 조립 공정수를 크게 개선할 수 있고, 온수기의 취급 및 관리가 용이하도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 외부케이싱내에 배치되어 온수를 유입할 수 있는 온수유입공 및 온수를 외부로 배출하여 순환시킬 수 있는 온수배출공을 각각 구비함과 아울러 온수를 담수하여 가열할 수 있게 다수의 발열장치장착공이 구비된 예열조를 갖추고, 상기 예열조의 발열장치장착공에 삽입 장착되도록 내부에 탄소발열체가 권선된 중심관체가 내장 구비되고 외주면 상에 진공관으로 제조하기 위한 내부의 가스를 빼낼 수 있는 배기공이 구비된 발열관체로 이루어진 이중관 구조의 관상 발열장치를 포함하는 전기온수기에 있어서, 상기 발열관체상의 배기공은 발열관체의 외주면 일측 끝단쪽에 배치 형성되고, 상기 관상 발열장치가 예열조의 발열장치장착공에 삽입 장착될 때, 상기 배기공이 온수와 직접적인 접촉이 일어나지 않도록 예열조 외부로 노출된 상태로 관상 발열장치와 발열장치장치공 사이가 부싱을 통해서 완전히 밀봉되어 외부와 차폐되며, 상기 예열조 내부에 배치된 발열관체는 예열조 내부에 담수된 온수와 직접 접촉하여 열교환이 이루어지는 탄소발열체를 이용한 이중관 구조의 관상 발열장치가 장착된 전기온수기를 제공함에 그 특징을 갖는다.

여기서, 본 발명에 따르면, 상기 관상 발열장치는, 일단에 중심관체에 끼워져 결합되는 끼움돌부가 돌출 형성되고 이 끼움돌부 반대편 중심에 내부 길이방향으로 관통 형성된 나사홈을 갖는 전극과, 이 전극의 나사홈에 나사 결합되는 나사결합부를 가지며 이 나사결합부의 중심을 관통하여 형성된 리드선삽입공을 갖는 플러그를 갖추고, 상기 플러그의 리드선삽입공에 전선과 연결된 리드선의 일측 단부를 삽입하여 리드선의 절곡부와 전극 내부에 끼워진 탄소발열체를 접촉시켜 전원을 연결하는 구성을 포함하게 되고, 상기 전극의 외주면에는 탄소발열체의 일측 단부를 끼워서 고정할 수 있도록 전극의 나사홈에 직교되게 전극 내부를 관통하는 복수의 통공이 서로 십자형으로 교차되는 구조로 형성되어 이 복수의 통공을 통해서 탄소발열체의 일측 단부가 십자형으로 교차되게 전극 내부에 끼워져 고정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 탄소발열체를 이용한 이중관 구조의 관상 발열장치를 전기온수기에 장착 사용함에 있어서, 관상 발열장치의 발열관체를 진공 상태로 유지하기 위해 내부 가스(즉, 공기)를 배출하는 배기공의 위치를 발열관체의 일측 끝단쪽으로 최대한 이동시켜 형성하고, 전기온수기의 예열조 내부에 관상 발열장치를 장착할 때, 관상 발열장치의 발열관체에 형성된 배기공 부위가 온수와 직접 접촉하지 않도록 예열조 외부에 노출되게 장착함으로써, 전기온수기의 예열조에서 관상 발열장치를 장착할 수 있는 구성을 간소화시킬 수 있을 뿐만 아니라 열효율을 크게 향상시킬 수 있는 전기온수기를 제공하는 효과가 있다.

즉, 본 발명에 따르면, 종래 온수기에서 예열조상에 관상 발열장치를 보호하기 위해 유리관을 사용하던 것을 개선하여 유리관을 제거하고, 관상 발열장치와 온수가 직접적으로 접촉하더라도 관상 발열장치의 발열관체 상에 열변형에 취약한 배기공이 난방수와 접촉하지 않은 배치구조를 제공함으로써, 유리관 제거에 따른 전기온수기의 제조 원가를 절감함과 아울러, 보일러 제조 시 조립 공정수를 크게 개선할 수 있고, 보일러의 취급 및 관리가 용이하게 이루어질 수 있는 장점을 갖게 되는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 등록실용신안공보 제0452815호에 개시된 탄소발열체를 이용한 관상 발열장치의 구성을 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 종래 기술에 따른 등록실용신안공보 제0311696호에 개시된 탄소발열체를 이용한 히터의 구성을 개략적으로 도시한 사시도.
도 3은 종래 기술에 따른 도 2에 도시된 탄소발열체를 이용한 히터가 적용되는 탄소보일러를 개략적으로 보여주는 정면도.
도 4는 종래 기술에 따른 도 3에 도시된 탄소보일러에 탄소발열체를 이용한 히터가 장착되는 상태를 개략적으로 보여주는 내부 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 탄소발열체를 이용한 관상 발열장치의 구성을 보여주는 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 도 5에 도시된 탄소발열체를 이용한 관상 발열장치가 전기온수기에 장착되는 상태를 개략적으로 보여주는 내부 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 도 5에 도시된 관상 발열장치의 주요부를 나타낸 분리 사시도.
도 8은 본 발명에 적용되는 관상 발열장치의 전극과 플러그의 구성을 보여주는 분해 사시도.
도 9는 본 발명에 적용되는 관상 발열장치의 탄소발열체와 리드선을 연결하는 전극과 플러그의 구성을 보여주는 결합 단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명을 설명함에 있어서 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니될 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 탄소발열체를 이용한 관상 발열장치의 구성을 보여주는 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 도 5에 도시된 탄소발열체를 이용한 관상 발열장치가 전기온수기에 장착되는 상태를 개략적으로 보여주는 내부 단면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 탄소발열체를 이용한 관상 발열장치(10)가 장착되는 전기온수기는, 종래 기술을 설명하고 있는 도 3 및 도 4에서 살펴본 바와 마찬가지로, 전기온수기의 외관을 형성하는 외부케이싱(20)과, 상기 외부케이싱(20) 내에 배치되어 온수를 담수할 수 있는 예열조(30)와, 상기 예열조(30)에 담수된 온수를 가열하기 위해 예열조(30) 상에 관통되게 장착되어 예열조(30) 내부에 배치되는 다수의 관상 발열장치(10)를 갖추고 있다.

이때, 상기 예열조(30)상에는 다수의 관상 발열장치(10)를 일정한 배치 간격을 두고 정렬 배치할 수 있는 다수의 발열장치장착공(31)이 나란하게 양측으로 대향되게 마련되어 있고, 상기 발열장치장착공(31)에는 관상 발열장치(10)를 삽입 장착한 후에 외부와 밀봉 형태로 차폐시키기 위해서 관상 발열장치(10)의 양단을 부싱(32)으로 밀폐시키도록 되어 있다.

여기서, 본 발명에 따른 전기온수기는, 도 6에 구체적으로 도시되어 있지 않지만, 통상의 온수기 및 전기보일러 등에서 갖추어야 할 온수(혹은, 난방수)를 가열하여 순환 공급하기 위한 기본적인 구성을 갖추고 있다.

즉, 온수를 담수하여 가열할 수 있는 예열조(30)에는 온수를 유입할 수 있는 온수유입공(33)과, 온수를 외부로 배출하여 공급할 수 있는 온수배출공(34)을 각각 구비하고 있다.

물론, 도 6에 구체적으로 도시되어 있지 않지만, 상기 온수유입공(33)에는 온수를 유입할 수 있는 파이프인 온수유입관이 연결되고, 온수배출공(34)에는 온수를 배출하여 순환시킬 수 있는 파이프인 온수배출관이 연결되며, 상기 온수배출관에는 온수를 공급시키기 위한 공급펌프가 배치됨은 당연하다.

그리고, 이 외에도 전기온수기에는 예열조(30) 내의 온수 온도를 제어하기 위한 온도센서, 전기온수기의 운전 조건 및 운전 상태를 감지 및 제어할 수 있는 제어판넬, 온수를 공급하기 위한 급수탱크 등과 같이 온수기에서 갖추어야 할 기본적을 구성을 갖추고 있음은 당연하다.

상기와 같이 통상의 온수기가 갖추어야 할 기본적인 구성을 갖춘 전기온수기에 있어서, 본 발명은 관상 발열장치(10)를 예열조(30)에 장착하고자 할 때, 종래 알려진 전기온수기에 비해서 부품의 간소화 및 열교환 효율을 높일 수 있는 방안을 강구하고자 연구 개발된 것이다.

이를 위해, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 예열조(30)에 장착되는 관상 발열장치(10)의 발열관체(11)를 진공관 형태로 제조하는 과정에서 배기공(19)의 배치 위치를 종래와 다르게 제조한 것에 그 특징을 두고 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 전기온수기에 장착되는 탄소발열체를 이용한 관상 발열장치(10)는, 종래 기술을 설명하고 있는 도 1에 도시된 등록실용신안공보 제0452815호에 개시된 탄소발열체를 이용한 관상 발열장치의 구성과 기본적으로 동일하다.

따라서, 본 발명에 따른 관상 발열장치와 관련된 구성을 이해함에 있어서, 발열관체를 진공관으로 제조하는 과정에서 변경 설계된 배기공(19)의 배치 위치를 제외하고 구체적으로 도시되지 않은 부분은, 등록실용신안공보 제0452815호에 개시된 탄소발열체를 이용한 관상 발열장치에 구체적으로 도시된 구성을 통해서 충분히 이해할 수 있는 관계로, 본 발명에서는 각 구성요소가 결합된 상태를 보여주고 있을 뿐 각 구성요소의 분리된 구체적인 형상을 도시 생략하고 있음을 밝힌다.

즉, 본 발명에 적용되는 관상 발열장치(10)는, 외주면에 탄소사를 꼬아서 형성한 탄소발열체(13)를 나선형(혹은, 코일식)으로 권선한 중심관체(12)를 발열관체(11)내부에 내장하고, 전선(17)과 연결된 리드선(16)을 전극(14)과 플러그(15)를 이용하여 탄소발열체(13)와 연결하며, 상기 발열관체(11)의 양끝단부에 압착부(11a)를 형성하면서 이 압착부(11a)내에서 리드선(16)과 전선(17)이 몰리브덴 금속으로 이루어지는 연결편(18)에 의해 서로 연결되도록 구성되어 있다.

여기서, 상기 발열관체(11)는 투명하면서도 내열성이 우수한 통상의 석영 또는 강화유리 등으로 이루어지는 것이 바람직하며, 양측의 단부는 고온으로 가압 성형하여서 된 압착부(11a)로 밀폐된다.

이때, 상기 발열관체(11)는 진공관으로 제조되는 것이 바람직한 바, 상기 압착부(11a)는 발열관체(11) 내부의 공기를 강제 배출시키는 일반적인 진공화 공정을 통해 진공상태로 유지하기 위해 열압착되는 부위로, 이는 일반적인 진공화 공정에서 사용하는 보편적인 기술인 것으로써, 이렇게 석영관과 같은 재질을 이용하여 발열관체(11)를 진공관으로 제조하는 것은 공지의 기술인 관계로, 여기서는 그 구체적인 제조방법에 대한 설명은 생략하기로 한다.

다만, 본 발명에 따르면, 상기 발열관체(11)를 진공관으로 제조하는 과정에서 발열관체(11) 내부의 가스(즉, 공기)를 외부로 빼내어 진공화시키기 위한 배기공(19)의 위치(참고, 종래에는 도 2에 도시된 것처럼 석영튜브(332)의 중앙에 위치하던 것)를 변경하여, 도 5에 도시된 바와 같이 발열관체(11)의 압착부(11a)가 위치한 일측 끝단쪽으로 최대한 치우게 배치하고 있는 데 그 구조적 특징 및 제조적 특징을 가지고 있다.

이와 같이 본 발명에 따라 배기공(19)을 발열관체(11)의 일측 끝단쪽으로 이동시켜 위치를 변경하여 제조하는 것은, 본 출원인이 종래 기술의 문제점으로 언급한 온수기의 예열조에서 유리관을 제거하고, 관상 발열장치와 난방수를 직접 접촉할 수 있도록 구현하기 위한 일환이다.

한편, 상기 발열관체(11)의 내부에 내장되는 중심관체(12)는 석영관이나 강화유리관과 같은 내열성이 우수한 재질로 제조되며, 상기 중심관체(12)는 탄소발열체(13)를 나선형(혹은 코일식)으로 감아서 탄소발열체(13)를 지지 고정하는 역할과 동시에 탄소발열체(13)의 길이 및 발열면적을 확장시켜 주는 역할을 수행하게 된다.

상기 탄소발열체(13)는, 외부로부터 공급되는 전기에너지에 의해 열에너지를 발생시키는 것으로, 상기 발열관체(11)의 내부 중심에 길이방향으로 설치되며, 양측 단부에 전극(14)이 결합된다.

이러한 탄소발열체(13)는 미세한 굵기의 탄소사 다발을 꼬아서 만든 것이며, 이러한 탄소발열체(13)는 이미 널리 사용되고 있다. 즉, 상기 탄소발열체(13)는 2개 이상의 탄소섬유 원사와 불연소재사를 원통형 혹은 선상으로 구성시킨 탄소합사로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 탄소합사는 편조 또는 직조에 의해 제조된다.

도 7에 구체적으로 도시된 바와 같이, 상기 전극(14)은 중심관체(12)의 양측단에 각각 끼워져 결합되는 것으로써, 상기 전극(14)은 발열관체(11)의 내부에 미끄럼 접촉하면서 삽입되도록 원기둥으로 형성되고, 일단에 중심관체(12)에 끼워져 결합되는 끼움돌부(14a)가 돌출 형성된 구조를 가지고 있다.

그리고, 상기 전극(14)의 일측면 중심에는 축방향으로 나사홈(14b)이 일정한 깊이로 형성되고, 상기 나사홈(14b)은 내측에서 탄소발열체(13)의 일측 단부를 끼워서 고정할 수 있는 통공(14c,14d)과 직각으로 교차하면서 연결되는 구조를 갖추고 있다.

즉, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 전극(14)의 모서리부 일측에 형성된 요홈(14e)이 사선방향으로 연장되어 축방향의 나사홈(14b)과 교차하는 통공(14c)이 전극(14)의 외주면에 대해 관통 형성되어 있고, 상기 통공(14c)과 십자형으로 교차되면서 통공(14d)이 축방향의 나사홈(14b)과 직각으로 교차하는 구조로 전극(14)의 외주면에 대해 관통 형성되어 있다.

이때, 상기 통공(14c)의 일측은 전극(14)의 모서리부 일측에서 사선방향으로 형성된 요홈(14e)과 연결되고, 타측은 십자형으로 배치된 통공(14d)의 일측과 전극(14)의 외주면에 요홈 형태로 형성된 가이드홈(14f)에 의해 연결 형성되어 있다.

상기 가이드홈(14f)은 탄소발열체(13)의 단부를 통공(14c,14d)을 통해서 십자형으로 전극(14)에 감아서 조립할 때, 전극(14)의 외주면에 요홈 형태로 형성된 가이드홈(14f)을 따라 탄소발열체(13)가 매립되는 형태로 감길 수 있도록 안내하는 역할을 수행하게 된다.

이와 같이 일측의 통공(14c)의 타측과 십자형의 배치된 통공(14d)의 일측 사이에 전극(14) 외주면을 따라 요홈 형태로 형성된 가이드홈(14f)을 구비함으로써, 탄소발열체(13)를 권선하는 과정에서 탄소발열체(13)가 전극(14)의 외주면에서 많이 돌출되지 않고 전극(14)의 외주면과 거의 일치됨에 따라 전극(14)을 발열관체(100) 내부에 삽입할 때, 탄소발열체(140)로 인해 삽입 이동이 제한되지 않고 발열관체(11)의 내부에 미끄럼 접촉상태로 용이하게 삽입될 수 있도록 하는 역할을 하게 되는 것이다.

그리고, 본 발명에 적용되는 전극(14)의 외주연에 형성된 요홈(14e)는 중심관체(12)에 나선형으로 권선된 탄소발열체(13)가 급격하게 꺽이지 않으면서 통공(14c)에 자연스럽게 끼워지도록 안내하는 역할을 하게 된다.

이와 같이, 상기 탄소발열체(13)를 십자형 구조의 통공(14c,14d)을 통해 전극(14)에 대해서 십자형으로 감아서 고정될 수 있도록 함에 따라 탄소발열체(13)의 단부가 전극(14) 내부에서 쉽게 이탈하지 않게 됨과 아울러, 탄소발열체(13)가 전극(14) 내부에서 십자형으로 교차하는 관계로, 리드선(16)의 절곡부(16a)와 접촉하는 면적을 직선형에 비해서 상대적으로 넓혀 줄 수 있는 장점을 갖게 되는 것이다.

이때, 상기 전극(14)은 탄소, 몰리브덴, 텡스텐과 같은 도전성을 가지면서 내열성이 우수하여 고열은 견딜 수 있는 소재를 사용하여 제조하는 것이 좋으며, 바람직하게는 탄소 소재를 사용하여 제조하는 것이 바람직하다.

상기 플러그(15)는 전극(14)의 나사홈(14b)에 나사 결합되는 나사결합부(15a)가 일측에 돌출 형성되고, 리드선(16)의 끝단이 삽입될 수 있도록 리드선삽입공(15b)이 플러그(15)의 중심부를 관통하는 구조로 형성되어 있다.

상기 플러그(15)의 나사결합부(15b)는 플러그 일측에 단을 두고 직경이 축소된 구조를 가지고 있는 관계로, 상기 나사결합부(15b)가 전극(14)의 나사홈(14b)에 조립되면서 통공(14c,14d)에 삽입된 탄소발열체(13)를 가압하여 나사홈(14b)의 내측면과 밀착시키면서 전기적으로 이어지도록 연결하는 역할을 하게 된다.

즉, 상기 리드선(16)의 끝부분이 리드선삽입공(15b)에 삽입된 상태로 플러그(15)를 전극(14)의 나사홈(14b)에 결합함으로써, 상기 통공(14c,14d)에 끼워진 탄소발열체(13)와 리드선(16)이 전기적으로 연결되는 것이다.

이때, 상기 플러그(14)는 탄소, 몰리브덴, 텅스텐 중 어느 하나의 소재로 형성할 수 있으며, 금속재질로 제조하여 도전성을 가지면서도 내열성을 갖도록 하여 고열에 견딜 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 리드선(16)은 플러그(15)의 리드선삽입공(15b)을 관통하여 나사결합부(15a)의 전면으로 노출되고, 리드선(16)의 단부가 절곡된 상태로 절곡부(16a)를이루어 탄소발열체(13)와 접촉하며, 중간부에 밴딩부(16b)가 형성된 구성을 가지고 있다.

그리고, 상기 리드선(16)은 외측 단부가 연결편(18)를 통해 외부의 전선(17)과 연결되며, 상기 연결편(18)은 전기 전도성이 우수하면서 발열관체(11 즉, 석영관)의 압착부(11a)와 밀착력이 우수한 몰리브덴(Mo) 포일(foil)로 구성되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 진공 상태의 발열관체(11)의 압착부(11a)에 몰리브덴 재질의 연결편(18)을 사용하는 것은 전원을 연결하는 분야에서 일반적인 공지의 기술로써, 상기 발열관체(11)의 외측 단부에 형성된 압착부(11a)에 의해 흔들리지 않도록 안정적으로 고정된다.

여기서, 상기 리드선(16)은 중간부에 형성된 밴딩부(16b)는 탄성적으로 신축 복원됨에 따라 탄소발열체(13)의 고온 발열에 따른 열변형의 완충작용을 하게 된다.

상기 밴딩부(16b)는 'V'자 내지는 'W'자, 지그재그, 코일 등의 형상으로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라 상기와 같은 구성을 가지고 있는 관상 발열장치(10)를 예열조(30)에 조립 장착하여 전기온수기를 구성하는 과정을 간단하게 살펴보면 다음과 같다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 양단에 압착부(11a)를 갖추고 이 압축부(11a) 일측 부근에 배기공(19)이 구비된 발열관체(11)로 이루어진 이중관 구조의 관상 발열장치(10)를 예열조(30)의 발열장치장착공(31)에 끼워서 장착하게 되는바, 발열관체(11)의 양단 압착부(11a)와 배기공(19)이 예열조(30) 외부로 각각 노출되도록 관상 발열장치(10)가 발열장치장치공(31)을 통해 예열조(30)내부로 수평하게 끼움 삽입되어 장착되고, 이 상태에서 관상 발열장치(10)의 양단 노출 부위에는 부싱(32)이 끼워짐으로써, 상기 관상 발열장치(10)와 발열장치장치공(31)사이가 부싱(32)을 통해서 완전히 밀봉되어 외부와 차폐되는 구조로 장착되게 된다.

이때, 상기 발열관체(11)의 일측 끝단쪽에 위치한 배기공(19)은 부싱(32)의 외측으로 노출되는 배치구조를 갖게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 관상 발열장치(10)를 삽입 장착하는 예열조(30) 상의 발열장치장착공(31)내에는 종래와 같은 유리관(211)이 장착되지 않고, 관상 발열장치(10)의 발열관체(11)가 예열조(30) 내부에서 온수와 직접 접촉하도록 되어 있다.

이와 같이 발열관체(11)와 온수가 직접 접촉하더라도 발열관체(11)의 매끈하고 균일한 면을 가지고 있는 관계로, 온수와 접촉하는 발열관체(11)의 모든 부위에서 균일한 열변형이 일어나 열변형에 취약한 부위가 발생하지 않게 되는바, 종래 기술에서 설명한 바와 같이 히터(300)의 배기관(333)과 온수와 직접 접촉할 경우에 배기관(333) 부위에 열변형에 의한 취약한 부위가 형성될 수 있는 구조를 원천적으로 차단할 수 있고, 결과적으로 종래와 같이 히터(300)를 보호하기 위한 유리관(211)을 장착할 필요성이 없게 되는 것이다.

또한, 상기 관상 발열장치(10)의 발열관체(11)와 온수가 직접 접촉한 상태로 열교환이 이루어지기 때문에 종래 유리관(211)을 통해 온수와 간접적으로 접촉하여 열교환이 이루어질 때에 비해서 상대적으로 열교환 효율을 크게 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다.

특히, 본 발명에 따르면, 발열장치장착공(31)에 종래와 같이 별도의 유리관(211)을 장착하지 않아도 되기 때문에 유리관(211) 제거에 따른 전기온수기의 제조 원가를 절감함과 아울러 조립 공정수를 크게 개선할 수 있고, 전기온수기의 취급 및 관리가 용이하다는 장점을 갖게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수가 있고, 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수가 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

따라서, 상기 기재 내용은 하기의 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

10 : 관상 발열장치 11 : 발열관체
12 : 중심관체 13 : 탄소발열체
14 : 전극 15 : 플러그
16 : 리드선 17 : 전선
18 : 연결편 19 : 배기공
20 : 외부케이싱 30 : 예열조
31 : 발열장치장착공 32 : 부싱
33 : 온수유입공 34 : 온수배출공

Claims (2)

1. 외부케이싱(20)내에 배치되어 온수를 유입할 수 있는 온수유입공(33) 및 온수를 외부로 배출하여 공급할 수 있는 온수배출공(34)을 각각 구비함과 아울러 온수를 담수하여 가열할 수 있게 다수의 발열장치장착공(31)이 구비된 예열조(30)를 갖추고, 상기 예열조(30)의 발열장치장착공(31)에 삽입 장착되도록 내부에 탄소발열체(13)가 권선된 중심관체(12)가 내장 구비되고 외주면 상에 진공관으로 제조하기 위한 내부의 가스를 빼낼 수 있는 배기공(19)이 구비된 발열관체(11)로 이루어진 이중관 구조의 관상 발열장치(10)를 포함하는 전기온수기에 있어서,
   상기 발열관체(11)상의 배기공(19)은 발열관체(11)의 외주면 일측 끝단쪽에 배치 형성되고, 상기 관상 발열장치(10)가 예열조(30)의 발열장치장착공(31)에 삽입 장착될 때, 상기 배기공(19)이 온수와 직접적인 접촉이 일어나지 않도록 예열조(30) 외부로 노출된 상태로 관상 발열장치(10)와 발열장치장치공(31) 사이가 부싱(32)을 통해서 완전히 밀봉되어 외부와 차폐되며, 상기 예열조(30) 내부에 배치된 발열관체(11)는 예열조(30) 내부에 담수된 온수와 직접 접촉하여 열교환이 이루어지고,
   상기 관상 발열장치(10)는, 일단에 중심관체(12)에 끼워져 결합되는 끼움돌부(14a)가 돌출 형성되고 이 끼움돌부(14a) 반대편 중심에 내부 길이방향으로 관통 형성된 나사홈(14b)을 갖는 전극(14)과, 이 전극(14)의 나사홈(14b)에 나사 결합되는 나사결합부(15a)를 가지며 이 나사결합부(15a)의 중심을 관통하여 형성된 리드선삽입공(15b)을 갖는 플러그(15)를 갖추고, 상기 플러그(15)의 리드선삽입공(15b)에 전선(17)과 연결된 리드선(16)의 일측 단부를 삽입하여 리드선(16)의 절곡부(16a)와 전극(14) 내부에 끼워진 탄소발열체(13)를 접촉시켜 전원을 연결하는 구성을 포함하게 되며,
   상기 전극(14)의 외주면에는 탄소발열체(13)의 일측 단부를 끼워서 고정할 수 있도록 전극(14)의 나사홈(14b)에 직교되게 전극(14) 내부를 관통하는 복수의 통공(14c, 14d)이 서로 십자형으로 교차되는 구조로 형성되어 이 복수의 통공(14c, 14d)을 통해서 탄소발열체(13)의 일측 단부가 십자형으로 교차되게 전극(14) 내부에 끼워져 고정되는 것을 특징으로 하는 탄소발열체를 이용한 이중관 구조의 관상 발열장치가 장착된 전기온수기.
   
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