KR101709927B1 - 온수 히터 - Google Patents

Abstract

온수 히터는 온수 탱크, 공공 용수 본관에 연결될 공급 파이프, 및 수도꼭지에 연결될 배출 파이프를 포함한다. 온수 탱크는 이 탱크의 내부를 둘러싸는 원통형 벽을 갖고, 이 원통형 벽은 온수 탱크 내부에 배치된 가열소자와 온도 제어 디바이스를 구비한다. 탱크의 원통형 벽은 압력하에 변형될 수 있으므로 탱크를 팽창 및 수축시킬 수 있게 하는 벨로우즈-형상을 갖는 부분을 포함한다. 탱크 벽의 벨로우즈-형상 부분은 압력하의 가스를 담고있는 가스 챔버에 의하여 둘러싸여 있고, 가스 챔버는 탱크의 팽창에 균형을 맞출 수 있다. 또한 본 발명은 온수를 공급하는 방법에 관한 것이다.

Description

온수 히터{Hot water heater}

본 발명은 적어도 하나의 온수 탱크, 공공 용수 본관(public water mains)에 연결될 공급 파이프 및 수도꼭지에 연결될 배출 파이프를 포함하고, 상기 온수 탱크는 적어도 이 탱크의 내부 부분을 둘러싸는 적어도 하나의 벽을 갖고, 온수 탱크 내부에 배치된 가열소자와 온도 제어 디바이스를 구비하는 온수 히터에 관한 것이다.

온수 히터들에서, 용수 본관으로부터의 물은 필요한 온도로 가열된다. 상기 가열의 결과로서, 물의 팽창이 발생하고, 이 팽창은 2 내지 5%에 달할 수 있다. 물의 이러한 팽창 체적은 어디든지 가야만 한다. 온수 히터의 타입에 따라서, 종래 기술은 이러한 관점에서 여러 가지 해결책들을 제공한다. 상압(pressureless)(대기압) 히터들과 압력 탱크들을 구비한 히터들 사이의 이러한 연결에는 차별이 있어야 한다. 팽창 문제를 해결하고자 시도할 때에는 국내 설치 규정을 고려할 필요가 있다.

대기압 온수 히터들은 보통 뜨거운 출구가 개방되도록 입구측에 밸브를 갖는다. 많은 경우에, 뜨거운 팽창수(expansion water)는 출구를 통해 누출되도록 허용되며, 이것은 단순하지만 상당히 명쾌한 해결책은 아니다. 물방울이 떨어지는 수도꼭지는 사용자를 성가시게 하고 물 및 (가열) 에너지의 낭비를 초래한다.

대기압 온수 히터들은 탱크가 통풍구를 구비하고 이 통풍구를 통해 수증기가 빠져나갈 수 있다는 단점을 갖는다. 그런 이유 때문에, 그러한 히터들은 80 ℃를 초과하는 온도에서 물을 저장하기에는 적절하지 못하다. 따라서 온수 히터들은 적절하게 환기되는 실내에 설치되어야 한다.

압력 탱크들이 본 발명에서와 같이 온수를 저장하기 위해 사용될 때 여러 가지 팽창 시스템들이 사용된다.

제1 시스템에서, 역지(non-return) 밸브, 오버플로우(overflow) 밸브 및 오버플로우 퍼넬(funnel)("입구 조합")이 사용된다. 오버플로우 밸브는 탱크 바로 직전에 냉수 공급 파이프내에 장착된다. 최대 물 공급 압력보다 높은 예정된 압력이 초과될 때, 상기 밸브가 열리고, 그 후 팽창수는 개방된 접속부와 퍼넬형 부재를 통해 배수되고, 상기 퍼넬형 부재는 대체로 배수 파이프로 개방되어 있다. 이러한 해결책은 다음의 단점들을 갖는다: 1) 배수구를 갖는 개방된 접속부는 예를 들어 부엌 캐비넷에서 배수 파이프내에 장애물이 있는 경우에 범람을 일으킬 수 있다. 2) 온수 온도에 따라 2 내지 5%의 물이 낭비된다. 3) 모든 가열 사이클 동안에, 필연적으로 탱크내의 압력이 최대 물 공급 압력보다 높이 상승한다. 4) 팽창수 배수구의 제공은 여분의 설치 노력을 포함하고 그리고 캐비넷 내에 이용가능한 공간을 잃어 버리게 한다.

제2 시스템에서, 역지 밸브 및 팽창 탱크는 냉각수 유입구 앞에 설치된다. 가열이 발생할 때, 팽창수는 팽창 탱크로 가는 길을 찾을 것이다. 이것은 다음의 결과들을 초래한다: 1) 가스와 물의 분리를 제공하는 멤브레인(membrane)(EPDM 또는 부틸 고무로 제조)은 완전히 기밀되지 않으며, 그 결과 탱크가 주기적으로 가압되어야 한다. 2) 상당히 큰 추가의 컴포넌트가 설치될 필요가 있고, 이것은 비용을 추가시키고 공간을 필요로 한다. 3) 팽창 탱크내에서 물의 통류(through-flow)가 보장되지 않고(하나의 공급 파이프), 이것은 어떤 상태하에서 세균 성장을 초래할 수 있다.

결과적으로, 이러한 해결책은 온수 응용분야에 무조건적으로 적용될 수는 없다. 이에 추가하여 서비스 양태는 주요한 단점을 구성한다.

제3 시스템에서, 내부 공기 챔버는 팽창수를 수집하기 위해 사용된다. 이 시스템에 따라서, 공기 체적은 팽창수를 외부로 배출하거나 수집할 수 있게 허용하는 단점들에 대한 해결책으로서 온수 탱크의 상단에서 포집된다. 출구 채널은, 탱크가 채워지고 있을 때 충분히 많은 공기 체적이 감소된 물 공급 압력으로 압축되도록 보일러내에서 멀리 아래로 연장된다. 물이 가열되고 있을 때, 팽창 탱크는 포집된 공기를 압축할 것이다. 그 결과, 공기압 - 따라서 탱크내의 압력 - 은 증가할 것이다. 압력은 가열되는 공기의 결과로서 더욱 증가할 것이다. 끝으로, 팽창 챔버내의 압력은 온수보다 높은 포화 수증기의 높은 압력의 결과로서 증가할 것이다. 이러한 세가지 요인들은 탱크의 초기 가열시에 압력들을 크게 증가시킬 수 있다. 최종 압력을 제한하는 유일한 방법은 비교적 큰 공기 공간을 사용하는 것이고, 따라서 물의 가열로 초래된 압축이 감소된다. 그러나, 큰 공기 챔버는 필요한 (냉각) 공기 압축을 달성하기 위해 보일러내로 더욱 연장되는 온수 출구를 가짐에 의하여서만 실현될 수 있다. 팽창 버퍼(buffer)를 발생시키기 위한 냉각 공기의 초기 압축의 필요성은 "기포" 팽창 시스템들의 주요한 문제이다. 그 결과 물이 가열될 때, 온수의 상당한 부분이 수도에서 이용될 수 없다. 75℃보다 높은 저장 온도에서, 이것은 중대한 단점이 될 것이다.

다른 문제는 가스(공기/수증기)와 물이 분리되지 않아서 공기량이 증가 또는 감소될 수 있다는 사실이다. 공기량의 증가는 결국에 수도꼭지가 개방될 때 공기를 배출시킬 수 있고, 한편 공기량의 감소는 가열이 발생할 때 보일러내에서 초과압력을 초래할 수 있다.

더구나, 내부 공기/증기 기포는 수증기 및 산소의 높은 온도와 변동치는 액체 레벨과의 조합으로 인한 부식 위험을 증가시킨다.

DE 8806097 UI호는 가정에 사용하기 위한 온수의 저장을 위한 온수 히터를 공개하고, 이 히터는 고무 또는 기타 탄성체의 멤브레인을 포함하고, 가스 챔버가 멤브레인과 탱크의 커버 또는 탱크 벽 사이에 형성되어 물이 가열될 때 물의 체적 증가를 감당한다.

DE 3040450 A1호는 상압 온수 탱크를 공개하며, 이 탱크 벽은 변형가능한 플리트들(pleats)을 구비할 수 있다. 상기 플리트들은 바이메탈 층들을 구비하고, 이 바이메탈 층들은 온도 변화의 경우에 플리트들의 변형을 활성적으로 초래하고, 이에 의해 탱크 체적의 변화를 가져온다. 다른 실시예에서, 탱크는 바이메탈 플리트들을 갖는 압축봉을 구비하고, 이 바이메탈 플리트들은 탱크가 온도 변화의 경우에 팽창 또는 수축할 수 있게 한다.

본 발명의 목적은 공지된 온수 히터들의 단점들을 가능한 많이 회피하고 그리고 양호하게는 설치하기가 용이하고 컴팩트한 구조를 갖는 새로운 온수 히터를 제공하는 것이다.

이 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의한 온수 히터는, 탱크의 벽은 적어도 압력하에 변형될 수 있으므로 탱크를 팽창 및 수축시킬 수 있게 하는 벽부분을 포함하고, 상기 탱크 벽의 변형 가능한 부분은 압력하의 가스를 담고 있는 가스 챔버에 작동가능하게 연결되고 양호하게는 이 가스 챔버에 의해 둘러싸여 있고, 상기 가스 챔버는 탱크의 팽창에 균형을 맞출 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 온수 히터의 사용은 공기-증기 기포 팽창 챔버의 문제점들을 상당한 정도까지 해결하는데, 왜냐하면 고정된 가스 챔버와 협동하는 탱크를 사용하기 때문이다. 이것은 다음의 장점들을 갖는다:

1) 탱크가 물로 완전히 채워질 수 있기 때문에, 탱크의 전체 체적이 사용될 수 있다.

2) 수증기로 인한 압력 증가가 없다.

3) 가스가 별개의 가스 챔버내에 포집되고 따라서 물로부터 분리되기 때문에, 가스량이 일정하다.

가스 챔버가 피스톤 등과 같은 것을 경유하여 탱크 벽의 변형 가능한 부분에 연결될 수 있지만, 이러한 변형 가능한 부분이 가스 챔버에 의해 직접 둘러싸이는 것이 유익한데, 왜냐하면 이것이 단순하고 더욱 컴팩트한 구조를 초래하기 때문이다.

변형 가능한 부분이 변형 가능한 플리트들 또는 (지그재그) 폴드들(folds)을 포함하면 유익한데, 왜냐하면 이것은 이 경우에 온수 히터의 작동 압력들에서 변형할 수 있지만 스트레치될 수 없는(non-stretchable) 재료를 사용할 수 있기 때문이다.

상기 탱크는 양호하게는 길이방향 축을 갖는 원통형 원주 벽과 2개의 단부벽을 포함하고, 상기 탱크의 원주 벽은 상기 단부벽들 중 적어도 하나의 근처에서 변형 가능한 부분을 포함하고, 상기 변형 가능한 부분에서 플리트들 또는 폴드들은 상기 탱크가 길이방향 축의 방향으로 팽창 및 수축할 수 있도록 벨로우즈(bellows) 또는 아코디언(accordion)을 형성하고, 상기 원주 벽의 벨로우즈 부분 및 인접한 단부벽은 가스 챔버에 의하여 둘러싸이고, 또는 상기 측벽들 중 적어도 하나는 상기 변형 가능한 부분을 구비하고 그리고 상기 가스 챔버에 의하여 둘러싸인다.

이러한 방법으로 용이하게 변형 가능한 벨로우즈 부분이 형성되고, 이 부분이 필요로 하는 스트레치 가능한 재료를 사용하지 않고 비교적 큰 체적 변화와 함께 용이하게 제어가능한 팽창 및 수축을 허용한다.

따라서, 벽의 변형 가능한 부분 및 양호하게는 전체 벽은 금속, 특히 스테인레스강으로 제조될 수 있고, 이는 원피스로 제조될 수 있고, 약 0.6 mm 이하, 양호하게는 약 0.4 mm 의 벽 두께를 가질 수 있다.

탱크 벽의 변형 가능한 부분은 탱크의 최대 팽창이 상기 탱크의 비팽창 체적의 최대 약 10%, 양호하게는 최대 5%가 되도록 설계되는 것이 바람직하다. 대부분의 경우에 이것은 탱크 내에서 가열되는 물의 팽창을 감당하기에 충분하다.

탱크는 양호하게는 탱크 벽의 변형 가능한 부분의 적어도 수축 운동을 제한하기 위한 정지부를 구비하고, 상기 정지부는 가스 챔버 벽의 내측면에, 특히 상기 가스 챔버의 원주 벽에 배치될 수 있고, 상기 벨로우즈 부분의 적어도 하나의 플리트와 결합할 수 있다.

이러한 방법으로 탱크의 최소 체적이 달성되고, 이로부터 물의 팽창을 통해 탱크의 팽창이 예측가능한 방법으로 발생할 수 있다.

무부하(unloaded) 상태에서, 벨로우즈 부분은 사용시의 벨로우즈 부분의 극단적 길이들(extreme lengths) 사이의 범위에 있는 길이, 양호하게는 상기 극단적 길이들 사이의 대략 중간 길이를 가질 수 있다.

그 결과 보통 사용 중에 벨로우즈 부분이 받게 되는 부하는 작을 것이며, 이는 벨로우즈 부분이 무부하 상태에서 차지하는 위치로부터 멀리 이동하지 않으며 그리고 고정된 상태에서는 조금도 무겁게 부하를 받지 않기 때문이다.

가스 챔버의 체적은 비팽창 상태에서 상기 탱크의 체적의 약 10 내지 50%, 양호하게는 10 내지 25%가 될 수 있다. 이러한 비교적 작은 체적의 결과, 온수 히터의 전체 체적은 가스 챔버에 의하여 작은 정도로만 증가된다.

본 발명에 의한 온수 히터의 양호한 실시예에서, 가열소자 및 온도 제어 디바이스는 물을 고압(super-atmospheric pressure) 상태하에서 100 ℃ 이상의 온도로 가열하도록 설계된다.

따라서 온수 히터는 끓는 물을 직접 공급하기에 적절하다.

또한 본 발명은 공공 용수 본관에 연결되는 공급 파이프 및 수도꼭지에 연결되는 배출 파이프를 구비하는 적어도 하나의 팽창가능한 탱크를 포함하는 온수 히터를 사용하여 온수를 공급하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하여, 상기 방법은,

1) 비팽창된 탱크가 냉수로 완전히 채워질 때까지 상기 용수 본관으로부터 상기 탱크로 물을 공급하는 단계;

2) 상기 탱크내의 물을 양호하게는 100 ℃ 이상의 온도로 가열하며, 물의 체적을 증가시키고 그리고 상기 탱크를 팽창시키는 단계;

3) 수도꼭지에 의하여 물의 양을 연속적으로 사용하며 그 결과 가스 압력이 상기 탱크를 압축하여 다시 상기 탱크의 수축 상태가 되게 하는 단계; 및

4) 다시 상기 탱크 내의 물을 재보급 및 가열하여, 사용되었던 물의 양에 의존하는 정도까지 상기 탱크를 팽창시키게 하는 단계를 포함한다.

이제 본 발명은 본 발명에 의한 온수 히터의 실시예들을 보여주는 도면들을 참고하여 더욱 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 온수 히터의 실례의 개략도.
도 2는 도 1의 온수 히터의 가능한 실시예의 단면도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 온수 히터의 다른 실례로서 탱크의 변형 가능한 벽 부분이 2가지 다른 팽창 상태를 보여주는 개략적 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 온수 히터의 탱크의 변형 가능한 벽 부분의 다른 실례의 개략 단면도.

도 1은 온수 히터의 가능한 실시예를 개략적으로 도시한다. 히터는 온수 탱크(1), 공공 용수 본관(M)에 연결될 수 있는 공급 파이프(2) 뿐만 아니라 수도꼭지(T)에 연결될 수 있는 배출 파이프(3)를 포함한다. 공급 파이프(2)는 물이 용수 본관(M)으로부터 공급될 때 탱크(1)내에서 압력을 제어하기 위한 역지밸브/감압 밸브(4, 5)를 구비한다. 온수 히터는 또한 가열소자(6)를 구비한다.

온수 히터의 탱크(1)는 원주 벽(11), 상단벽(12) 및 하단벽(13)을 갖는다. 이 실시예에서, 원주 벽(11)의 부분(14), 이 경우에 하부 부분은, 탱크(1)내의 압력 하에서 탄성 변형을 할 수 있고 따라서 탱크(1)가 팽창 및 수축할 수 있도록 형성된다. 이 실시예에서, 상기 부분(14)은 변형 가능한 파형 또는 플리트들로 구성되며, 즉 벨로우즈-형상이다. 이 실시예에서 벨로우즈-형상 부분(14)은 변형되지 않은 상태에서 원주 벽(11)의 길이의 절반보다 약간 작게 차지하고(예로서 약 30% 내지 40-50%), 그리고 벨로우즈-형상 부분은 탱크에서 물의 5 - 10%의 체적 증가를 감당할 수 있도록 설계된다. 벨로우즈-형상 부분은 가열소자의 일부 주위를 연장하고, 탱크(1)의 일체형 부분을 형성한다. 탱크(1)의 벨로우즈-형상 부분의 수축 및 가능한 팽창은 정지부(15)에 의해 제한될 수 있고, 이 정지부는 플리트들 중 적어도 하나, 이 경우에 벨로우즈-형상 부분(14)의 최하부 플리트(14')와 결합하고, 상기 최하부 플리트는 벨로우즈-형상 부분(14)의 수축시에 정지부(15)에 접촉할 것이다.

이 실시예에서, 환형 (이 경우에) 정지부(15)는 원주 벽(16)내에 형성되고, 상기 원주 벽은 단부벽(17)과 함께 가스 챔버(18), 특히 공기 챔버를 구속하고, 상기 챔버는 벨로우즈-형상 부분(14)과 탱크(1)의 하단벽(13)을 둘러싼다. 가스 챔버(18)의 원주 벽(16)은 벨로우즈-형상 부분(14)보다 바로 위의 장소에서 예를 들어 용접에 의하여 탱크(1)의 원주 벽(11)에 고정된다. 이러한 방법으로 가스 챔버 벽(16, 17)은 탱크(1)와 함께 고정 유닛을 형성하고, 이는 사용시에 실제적으로 변형될 수 없고, 벨로우즈-형상 부분(14)은 가스 챔버 벽(16, 17)에 대하여 이동할 수 있다. 그 결과, 가스 챔버(18)의 체적은 벨로우즈-형상 부분(14)의 수축 또는 팽창시에 증가하거나 감소되고, 가스 챔버(14)는 온수 탱크(1)를 위한 가스 스프링으로서 기능할 수 있는데, 왜냐하면 가스 챔버(18)내의 압력이 탱크(1)의 하단벽(13)에 힘을 가하며 따라서 벨로우즈-형상 부분(14)을 수축 상태로 편향하기 때문이다. 탱크(1)의 벨로우즈-형상 부분(14)의 수축 또는 팽창의 정도는 한편으로 탱크(1)내의 물의 압력[그리고 중량(weight)]과 다른 한편으로 가스 챔버(18)내의 압력 및 벨로우즈-형상 부분의 강도 사이의 균형에 의존할 것이다. 이런 관점에서 벨로우즈-형상 부분(14)의 스프링 상수가 비교적 작은 것이 유리한데, 왜냐하면 더욱 유연한 벨로우즈가 더욱 강한 벨로우즈보다 탱크내의 최대 압력을 더 작게 만들기 때문이다. 가스 챔버의 체적은 예를 들어 비팽창 상태에서 탱크(1)의 체적의 약 10 내지 50%, 양호하게는 10 내지 25%가 될 수 있다.

벨로우즈-형상 부분(14) 및 양호하게는 탱크(1)의 전체 원주 벽(11)은 스테인레스강의 원피스로 형성될 수 있고, 이는 약 0.6 mm 이하, 양호하게는 0.4 mm 의 벽 두께를 가질 수 있다. 탱크의 원주 벽은 예를 들어 하이드로포밍(hydroforming)에 의해 만들어질 수 있다. 스테인레스강의 선택은 특히 물을 마시기 위해 온수 히터를 사용하기에 매우 적절하게 만드는 이러한 금속의 위생적 성질에 의해 결정된다. 벨로우즈-형상 부분(14)은 무부하 상태에서의 그 길이가 사용시의 벨로우즈 부분(14)의 극단적 길이들 사이, 양호하게는 상기 극단적 길이들 사이의 대략 중간의 범위에 속하도록 설계되는 것이 바람직하다. 이것은, 벨로우즈 부분(14)의 최하부 플리트(14')가 정지부(15)에 접하고 그리고 탱크(1)내의 압력이 (실제적으로) 영(zero)이 되면, 벨로우즈 부분(14)이 가스 챔버(18)내의 압력에 의하여 스프링 압력에 대항하여 압축될 것이라는 것을 의미한다. 물의 가열에 의하여 초래된 벨로우즈 부분(14)의 팽창시에, 따라서 탱크 내부의 압력의 증가시에, 벨로우즈 부분(14)은 초기에 완화되고 다음에 무부하 지점을 통과한 후에 스프링 압력에 대항하여 팽창될 것이다.

도 1에 도시된 온수 히터의 작동은 다음과 같다.

온수 히터가 사용될 때, 탱크(1)는 용수 본관으로부터 오는 물로 완전히 채워지며, 이 지점에서 탱크(1)내의 물과 가스 챔버(18)내의 공기는 차갑게 될 것이며, 보통 10 내지 20℃의 온도를 갖는다. 이렇게 낮은 온도의 결과로서, 가스 챔버(18)내의 공기에 의하여 탱크(1)의 하단벽(13)에 가해진 힘은 정상적인 사용 상태에서보다 약 25% 작게 되며, 여기서 물과 공기의 온도는 약 110℃가 될 것이다. 다음에 벨로우즈-형상 부분(14)은 최하부 플리트가 정지부(15)에 닿게 되는 위치에 있게 되고 따라서 탱크(1)의 체적이 최소로 된다. 그 결과, 벨로우즈-형상 부분(14) 및 따라서 탱크(1)의 최대 팽창이 가능하게 된다. 가스 챔버(18)내의 압력은 탱크(1)내의 압력뿐만 아니라 약간 압축된 벨로우즈-형상 부분(14)의 압력에 대항한다.

탱크(1)내의 물이 가열요소(6)에 의하여 가열될 때, 물이 팽창하여 체적이 증가되며 벨로우즈-형상 부분(14)이 팽창된다. 그 결과, 탱크(1)의 하단벽(13)은 아래로 이동되고, 가스 챔버(18) 내부의 압력이 그 체적 감소와 가스 챔버(18)내의 공기의 온도 증가 때문에 증가될 것이다. 탱크(1)의 하단벽(13)은 힘 균형을 유지하기 위해 그 위치의 조정을 유지할 것이다. 실제로, 벨로우즈 부분(14)은 제2 플리트가 정상적인 사용상태에서 정지부(15)에 접촉하도록 많이 팽창하지 않을 것이다. 결국, 탱크(1)가 더 이상 팽창할 수 없는 상황에서 한편으로 탱크(1) 내부의 물이 실제로 팽창하는 반면에 탱크(1) 내부의 압력은 상당히 높은 레벨에 도달할 수 있고, 이러한 상황은 당연히 회피되어야 한다.

탱크(1)내의 물의 체적은 탱크가 냉각수로 완전히 채워진 후가 가장 클 것이며, 그 후에 상기 냉각수가 가열되는데, 왜냐하면 그때 평균 시작 온도와 종료 온도 사이의 차이가 가장 크기 때문이다.

온수 히터가 사용되도록 배치된 후에 먼저 수도꼭지(T)가 개방되면, 팽창 체적(31 탱크의 경우에 이것은 통상 약 125 ml이 될 것임)이 수도꼭지(T)를 통해 흐르고 벨로우즈-형상 부분이 그 최상단 위치{여기서 벨로우즈 부분이 정지부(15)에 접촉한다}로 복귀되었을 때, 수압은 감소된 용수 본관 압력의 부근에 있는 압력까지 떨어진다. 수도꼭지(T)를 폐쇄한 후에, 탱크(1)의 하단벽(13)에 가해진 하향력은 감압 밸브의 작용의 결과로서 약간 증가하며, 그러나 이러한 상황에서도 벨로우즈-형상 부분은 정지부(15)에 접촉한 채로 유지되는데, 왜냐하면 가스 챔버(18)내의 가열된 공기 압력이 상당히 높아서 냉각 상태에서보다 약 25 내지 30% 높다.

새로 공급된 냉각수는 이제 가열소자(6)에 의해 가열될 것이다. 수도꼭지(T)를 통해 배출된 온수량(및 따라서 공급되는 냉각수의 양)에 의존하여, 탱크(1)내의 물은 상기 가열의 결과로서 더 크게 또는 더 작게 팽창될 것이지만, 상기 팽창의 정도는 항상 전체 탱크가 냉각수로 채워지는 경우보다 더 작다는 것이 사리에 맞다. 결과적으로, 벨로우즈-형상 부분(14)의 팽창은 최대보다 낮게 유지될 것이다. 이러한 사이클은 물이 탱크(1)로부터 흘러나오고 탱크 내에 물이 재보급될 때마다 스스로 반복할 것이다.

도 2는 도 1의 온수 히터의 실제적인 실시예를 도시하며, 전자식 온도 제어 디바이스(8)를 갖는 온도 센서(7)가 제공되며, 이에 의하여 탱크(1)내의 물의 온도는 자동온도조절장치(thermostatically)로 제어된다. 탱크(1)의 상단벽(12)은 볼트와 같은 체결구에 의하여 탱크의 플랜지에 체결되는 커버에 의하여 형성된다. 커버가 제거될 때, 온도 센서(7), 가열소자(6) 및 이에 부착된 공급 및 배출 파이프들(3, 4)도 역시 탱크로부터 제거된다. 또한 도면은 가스 챔버(18)의 원주 벽(16)이 탱크(1)의 원주벽의 상단부에 매끄럽게 접촉하며, 따라서 탱크(1)의 매끄러운 외측면이 얻어진다. 이것은 진공 절연체를 갖는 탱크를 구성할 수 있게 하며, 이는 미국 특허 제6,612,268 B1호에 공개되어 있으며, 그 내용은 본원에 참고로 합체되어 있다. 간략함을 위해 탱크(1)의 절연은 절연재료(19)의 형태로 도시되어 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 온수 히터의 다른 실시예, 특히 탱크(1)의 벽의 변형 가능한 부분을 매우 개략적으로 도시한다. 도 3 및 도 4는 탱크(1)의 원주 벽(11), 탱크(1)의 하단벽(13), 그리고 가스 챔버(18)의 원주 벽(16) 및 하단벽(17)을 도시한다. 이 경우에 환형 크로스 벌크헤드(cross bulkhead)(20)가 탱크(1)내에 장착되고, 이 벌크헤드에 변형 가능한 벽 부분(14)이 부착되고, 상기 벽 부분은 이 경우에 아코디언 형상이다. 압축된 상태에서, 아코디언 형상 벽 부분(14)은 정지부로서 기능하는 크로스 벌크헤드(20)에 접촉한다. 상기 아코디언 형상 벽 부분(14)은 또한 금속, 특히 스테인레스강으로 제조될 수 있고, 이는 용이하게 성형되어 용접될 수 있고 또한 큰 내식성을 갖는다. 아코디언의 세그먼트들은 2 × 0.25 mm 크기를 갖는 세그먼트들로 제조될 수 있고, 이는 필요한 압력 저항(예로서 내부와 외부 사이에 약 3바의 압력차)을 제공한다. 가열 챔버(18)의 체적은 약 450 ml가 될 수 있고, 이 경우에 변형 가능한 부분(14)은 3 L의 용량을 갖는 탱크를 사용할 때 150 ml의 팽창 체적을 제공할 수 있다(도 3에 도시된 위치와 도 4에 도시된 위치 사이의 차이).

도 5는 변형 가능한 벽 부분의 다른 실시예를 매우 개략적으로 도시하고, 여기서 이 경우에 탱크(1)의 하단벽(13)은 변형 가능한 벽 부분(22)을 갖는다. 이 실시예에서, 변형 가능한 벽 부분(22)은 캔의 하단에서 볼 수 있는 것과 같이 원형 플리트들(23)을 가지며, 그러나 이 경우에 플리트들은 탱크(1)가 팽창 및 수축할 수 있도록 더욱 많이 만들어진다. 도 5는 변형 가능한 부분(22)의 변형 상태가 다른 2가지 다른 위치에 있는 하단벽(13)을 도시하며, 이 부분은 원통형 탱크의 중심축에 평행한 방향으로 이동된다. 적어도 하단벽의 중심은 가스 챔버에 작동상으로 연결되어야 한다. 이 경우에 전체 하단 벽은 가스 챔버에 의하여 둘러싸인다.

상술한 바와 같이 본 발명은 그 단순성 및 컴팩트함이 우수한 온수 히터를 제공한다는 것이 명백하다. 더구나, 팽창수의 손실이 없으므로 온수 히터는 사용상 경제적이다. 온수 히터의 정상 작동 및 그 효율은 본 발명에 의한 양태들에 의해 악영향을 받지 않으며, 또한 위생 수준이 그대로 보장된다. 본 발명에 의한 양태들은 특히 끓는 물을 공급하는 기구, 예를 들어 싱크대 아래의 부엌 캐비넷에 기구가 배치되는 경우에 매우 양호하게 구현될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시되고 위에서 설명한 바와 같은 실시예들로 제한되지 않으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 변경될 수 있다.

스트레치될 수 없는 재료 및 원통형 탱크의 경우에, 팽창은 주요 부분을 위해 탱크의 중심축에 평행한 방향으로 발생하며, 따라서 (전체적으로 또는 그 중심부) 이동되는 각자의 단부벽은 가스 챔버에 작동상으로 연결되거나 또는 가스 챔버에 의하여 둘러싸인다. 상술한 바와 같이, 변형 가능한 부분은, 스프링 상수 및 따라서 필요한 변형력이 비교적 작게 그리고 결과적으로 수압에 대한 균형력이 주로 가스 압력에 의하여 발생하도록 하는 그러한 형상 및 구조로 된다.

수도꼭지(T)에서 또는 그 전에, 또는 다른 배수 포인트에서, 온수 히터로부터의 온수는 냉각수와 혼합될 수 있고, 따라서 어떤 필요한 온도의 물이 온수 히터로부터 얻어질 수 있다.

Claims (18)

1. 적어도 하나의 온수 압력 탱크, 압력하의 물을 유입시켜서(admitting mains water) 상기 물을 적어도 80 ℃ 의 온도로 가열하여 저장하기 위해 공공 용수 본관에 연결되는 공급 파이프, 및 음료수 수도꼭지에 연결되는 배출 파이프를 포함하는 온수 히터로서,
   상기 온수 압력 탱크는 적어도 하나의 벽을 갖고, 상기 벽은 전체적으로 내식성 금속으로 제조되고 중심축 둘레에 형성된 적어도 하나의 원통형 벽을 포함하고, 상기 원통형 벽은 상기 온수 압력 탱크의 내부의 적어도 일부분을 둘러싸고, 상기 온수 압력 탱크 내부에 배치된 가열소자와 온도 제어 디바이스를 구비하고,
   상기 온수 압력 탱크는 상기 온수 압력 탱크내의 물의 압력하에서 상기 중심축과 평행한 방향으로 변형할 수 있도록 변형가능한 부분을 포함하여, 상기 온수 압력 탱크를 팽창 및 수축하게 할 수 있고, 상기 온수 압력 탱크의 변형가능한 부분은 압력하의 가스를 수용하는 가스 챔버에 인접하고 상기 가스 챔버는 상기 온수 압력 탱크의 팽창과 균형을 이룰 수 있는, 상기 온수 히터에 있어서,
   상기 변형가능한 부분은, 변형가능한 플리트들 또는 폴드들이 제공되는 상기 온수 압력 탱크의 단부 근처의 벽 부분을 포함하는 상기 온수 압력 탱크의 금속 원통형 벽에 제공되고, 상기 원통형 벽의 변형가능한 부분과 상기 온수 압력 탱크의 인접한 단부 벽은 상기 가스 챔버에 의해 작동가능하게 둘러싸여지는 것을 특징으로 하는, 온수 히터.
2. 제 1 항에 있어서,
   적어도 상기 변형가능한 부분 및 상기 단부 벽은 금속으로 제조되는, 온수 히터.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 가스 챔버는 상기 온수 압력 탱크와 가스 챔버 벽 사이에 형성되고, 상기 가스 챔버 벽은 적어도 상기 가스 챔버의 단부 벽과 상기 변형가능한 부분을 둘러싸는 상기 가스 챔버의 원주 벽을 포함하는, 온수 히터.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 가스 챔버의 원주 벽은 상기 가스 챔버의 단부 벽에서 멀리 떨어진 벽의 단부에서, 상기 변형가능한 부분에 인접하게, 상기 온수 압력 탱크의 원통형 벽에 부착되는, 온수 히터.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 변형가능한 부분은 상기 온수 압력 탱크의 최대 팽창이 상기 온수 압력 탱크의 비팽창 체적의 최대 10%가 되도록 설계되는, 온수 히터.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 온수 압력 탱크는 적어도 상기 원통형 벽의 변형가능한 부분의 수축 운동을 제한하기 위한 정지부를 구비하는, 온수 히터.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 정지부는 상기 가스 챔버의 원주 벽의 내측면에 배치되고, 상기 변형가능한 부분의 적어도 하나의 플리트 또는 폴드와 결합되는, 온수 히터.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 공급 파이프는 상기 온수 압력 탱크 내의 압력을 제어하기 위한 감압 밸브를 구비하는, 온수 히터.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 변형가능한 부분은, 무부하 상태(unloaded condition)에서, 상기 변형가능한 부분의 사용시의 극단적 길이들 사이의 중간에 놓이는 길이를 갖는, 온수 히터.
10. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 변형가능한 부분은 비팽창 상태에서 상기 온수 압력 탱크의 원통형 벽의 전체 길이의 30 내지 50%를 차지하는, 온수 히터.
11. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 가스 챔버의 체적은 비팽창 상태에서 상기 온수 압력 탱크의 체적의 10 내지 50%인, 온수 히터.
12. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열소자 및 상기 온도 제어 디바이스는 물을 고압(super-atmospheric pressure) 상태하에서 100 ℃ 초과의 온도로 가열하도록 설계되는, 온수 히터.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 변형가능한 부분에 인접한 상기 온수 압력 탱크의 단부 벽은 상기 온수 압력 탱크의 하단벽을 형성하는, 온수 히터.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열소자는 상기 변형가능한 부분에 의하여 둘러싸이는 상기 온수 압력 탱크의 부분내로 연장하는, 온수 히터.
15. 제 2 항에 있어서, 상기 금속은 최대 0.6mm의 벽 두께를 가지는 스테인레스강인, 온수 히터
16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 원통형 벽 및 단부 벽은 일체형인, 온수 히터.
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