KR101789937B1 - 순간식 온수기용 열교환장치 - Google Patents

순간식 온수기용 열교환장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온수기에 사용되는 열교환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원통 형상의 하우징 내에서 독립적으로 분할 형성된 구획공간부 및 상기 구획공간부 내에 각각 발열 가능하게 구비되는 가열수단을 설치하여 배관 연결이 간편화되고, 가열수단이 하우징과 탈부착 가능하게 밀폐 결합함으로써, 유지보수의 효과가 탁월한 순간식 온수기용 열교환장치에 관한 것이다.

Description

순간식 온수기용 열교환장치{Heat exchanger for instantaneous hot water}
본 발명은 온수기에 사용되는 열교환장치에 관한 것이다.
일반적으로 열교환장치는 유체 또는 기체 등을 열전달력에 의해 원하는 온도로 가열하기 위한 장치를 의미하는 것으로 통상 보일러나 온수기 등에 사용되며, 크게 저탕식과 순간식의 구성으로 이루어진다.
특히, 순간식에 사용되는 열교환장치는 직수의 수압에 의해 이동하는 유체를 가열하여 설정온도의 온수를 획득할 수 있도록 하는 것이며, 이러한 순간식 열교환장치의 종래기술로는 대한민국공개특허 제10-2015-118681호(공개일:2015.10.23)인 다단으로 이루어진 열교환장치나 대한민국등록실용신안 제20-0352336호(공고일:2004.06.04)인 전열핀에 의한 열교환장치 등을 사용할 수 있으나 근래에는 도 1에 도시한 바와 같이, 하나의 직수배관(L1)에서 분할되게 다수의 열교환장치(10)와 연결하고, 각각의 열교환장치(10)에서 열교환이 이루어진 온수를 다수 하나의 출탕배관(L2)으로 연결하여 온수를 신속하게 배출하는 방식을 사용하고 있다.
그러나, 이러한 다수의 열교환장치가 구비된 온수기(보일러 포함)는 신속하게 온수를 생성하는 장점은 있으나 그 연결배관(L3)이 복잡한 것은 물론, 다수의 열교환장치를 구비함에 따라 본체가 커지는 문제점이 있었다.
또한 열교환장치에 사용되는 히터 등과 같은 가열수단(20)이 용접으로 내부에 결합되어 있어 어느 하나의 열교환장치에 이상 여부가 발생하면 일체로 교체하여야 하는 유지보수의 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로, 열교환장치의 신속한 열교환은 물론, 배관의 설치를 간소화하고, 가열수단의 교체가 용이한 열교환장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상술한 기술적 과제를 해결할 수 있도록 본 발명에 따른 순간식 온수기용 열교환장치는 탈부착 가능하게 결합하는 가열수단의 가열에 의해 생성된 온수를 외부로 배출하는 하우징부재 및 상기 하우징부재 내부에 상기 가열수단이 각각 배치되게 방사상으로 다수의 구획공간부를 형성하도록 설치되되 상기 구획공간부에 배치된 각각의 상기 가열수단은 동일 또는 비례제어에 의해 서로 다른 온도로 직수를 가열하여 온수를 생성하는 구획부재를 포함하되, 상기 구획부재는 수직방향으로 길이를 갖되 관 상/하부가 개방된 관 형상으로 이루어진 삽입관, 판 형상으로 이루어지되 상기 삽입관 상/하부에 수직으로 서로 마주보게 한 쌍으로 구비되어 상기 하우징부재에 결합하며 상기 하우징부재 내부를 저온수구역, 중온수구역, 고온수구역으로 분할형성하는 가로격판, 한 쌍의 상기 가로격판에 각각 천공형성되는 관통공, 한 쌍의 상기 가로격판 사이에 방사상으로 다수 설치되어 각각의 상기 구획공간부를 형성하는 수직격판을 포함한다.
또한 상기 삽입관 하부에 설치되는 상기 가로격판에 형성된 상기 관통공은 상기 하우징부재 외부에서 진입하는 상기 가열수단이 상기 구획공간부 내부에 배치될 수 있도록 하며, 상기 삽입관 상부에 설치되는 상기 가로격판에 형성된 상기 관통공은 상기 구획공간부 내에서 생성된 온수가 상기 구획공간부 외부로 배출될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한 상기 하우징부재는 상부가 개방되되 내부에는 상기 구획부재가 설치되는 수용공간부가 형성된 하우징과, 상기 수용공간부와 연통되게 상기 하우징 외면에 설치되되 직수를 공급하는 연결구와, 상기 수용공간부와 연통되게 상기 하우징 하부에 설치되되 생성된 온수를 상기 하우징 외부로 배출하는 배출구와, 수직방향으로 길이를 갖는 관 형상으로 이루어져 상기 삽입관에 삽입설치되되 하부는 상기 배출구와 연결되며, 상부는 생성된 온수가 내부로 유입되어 상기 배출구를 통해 배출될 수 있게 방사상으로 다수의 유입구가 형성된 유입관 및 개방된 상기 하우징 상부를 폐쇄하여 상기 수용공간부를 밀폐시키는 덮개를 포함하되, 상기 덮개는 상기 유입관이 상기 수용공간부 내의 중심부에 위치할 수 있도록 상기 유입관 상부가 삽입설치될 수 있게 끼움공이 천공형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 종래와는 차별적으로 원통 형상의 하우징 내에서 독립적으로 분할 형성된 구획공간부 및 상기 구획공간부 내에 각각 발열 가능하게 구비되는 가열수단을 설치하여 배관 연결이 간편화되는 효과가 있다.
또한 종래와는 차별적으로 가열수단이 하우징과 탈부착 가능하게 밀폐 결합함으로써, 유지보수의 효과가 탁월한 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 온수기에 사용되는 열교환장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 순간식 온수기용 열교환장치를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 순간식 온수기용 열교환장치의 하우징부재를 나타낸 사시도.
도 4는 도 3에 대한 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 순간식 온수기용 열교환장치의 구획부재를 나타낸 사시도.
도 6은 도 5에 대한 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 순간식 온수기용 열교환장치의 작용관계도.
도 8은 본 발명에 따른 순간식 온수기용 열교환장치의 사용상태도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시에에 따른 순간식 온수기용 열교환장치(이하, 간략하게 '열교환장치'라 한다)에 대하여 상세히 설명한다. 설명에 앞서, 본 발명에 따른 열교환장치의 상세한 설명은 순간식 온수기를 일 예로 설명하고 있으나 이는 하나의 실시예에 불과하며, 난방 및 온수를 배출할 수 있는 보일러 등에도 사용가능하다는 점에 유의한다.
먼저, 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환장치(1)는 크게 하우징부재(100) 및 구획부재(200)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
좀 더 상세히 설명하면, 상기 하우징부재(100)는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 내부에 후술하는 구획부재(200)가 설치되되 외부에서 공급된 직수가 가열수단(20:도 1 참조)의 가열에 의해 온수를 생성할 수 있는 밀폐된 공간을 제공하며, 생성된 온수가 구획부재(200)로 유입되어 외부로 배출될 수 있도록 하기 위한 구성으로 하우징(110), 유입관(120) 및 덮개(130)의 구성을 포함한다.
여기서, 하우징(110)은 전체적으로 상부가 개방된 원통 형상을 갖도록 형성되며, 내부에는 구획부재(200) 전체가 삽입설치될 수 있게 소정지름을 갖는 수용공간부(115)가 형성된다.
하우징(110) 측면에는 수용공간부(115)와 연통되게 연결구(111)가 설치되되 연결구(111)는 외부에서 공급되는 직수 배관과 관 연결되어 수용공간부(115) 내부로 유입될 수 있도록 한다.
아울러 하우징(110) 하부에는 수용공간부(115) 내에서 생성된 온수가 유입관(120) 내부로 유입되어 외부로 배출될 수 있도록 상기 유입관(120)과 관 연결되는 배출구(113)가 형성되며, 배출구(113)를 중심으로 관통공(221')과 대향되게 방사상으로 삽입공(117)이 천공형성되어 가열수단(20)이 탈부착 가능하게 삽입설치된다.
이때, 가열수단(20)과 탈부착 가능하게 결합하는 삽입공(117)은 수용공간부(115)에 공급된 직수가 새어나오지 않도록 밀폐 결합하는 것이 바람직하다.
나아가 도시하지는 않았으나, 하우징(110) 하면에는 수용공간부(115)와 연통되게 개폐가능한 드레인밸브(미도시)가 구비되어 하우징(110)을 교체시에 상기 수용공간부(115) 내에 잔존하는 잔류수를 드레인밸브에 의해 배출한 이후, 교체할 수 있도록 하여 고온의 온수로 인한 안전사고를 방지한다.
유입관(120)은 수직방향으로 길이를 갖되 상/하부가 개방된 관 형상으로 이루어져 있으며, 수용공간부(115) 내에 설치된 구획부재(200)의 삽입관(210)에 길이방향으로 관통삽입되어 설치될 수 있도록 한다.(도 7 참조)
이때, 유입관(120)은 도시한 바와 같이, 하부는 배출구(113)와 관 연결되되 상부에는 생성된 고온의 온수만이 유입관(120) 내부로 유입되어 배출구(113)를 통해 하우징(110) 외부로 배출될 수 있도록 방사상으로 다수의 유입구(121)가 형성되는 것이 바람직하다.
아울러 유입구(121)를 통해 배출구(113)로 안내될 수 있도록 유입관(120) 내부를 이동하는 온수는 가열수단(20)의 가열에 의해 열기가 전도된 삽입관(210) 내부를 가로질러 이동하는 배치형태를 취하고 있어 배출구(113)를 통해 배출되기 이전까지 온수의 온도를 유지할 수 있는 장점이 있다.(도 7 참조)
나아가 유입관(120) 상부는 덮개(130)에 형성된 끼움공(131)에 삽입고정되므로 수용공간부(115)의 정해진 위치에 안정적인 설치가 가능하게 된다.
덮개(130)는 전체적으로 소정지름을 갖는 판 형상을 갖도록 형성되되 하우징(110)의 개방된 상부에 설치되어 수용공간부(115)가 밀폐될 수 있도록 폐쇄한다.
이때, 덮개(130)는 가열수단(20)의 가열에 의해 온수를 생성시, 그 팽창압력에 덮개(130)의 파손, 형상변화(부풀어지는 현상)의 감쇄 및 증기가 수집될 수 있게 상방으로 굴곡진 호(弧) 형상을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
아울러 덮개(130) 상부에는 수용공간부(115) 내부온도를 측정하여 과열현상을 방지할 수 있게 온수의 온도를 측정하는 과열센서(133)가 설치될 수 있으며, 상기 과열센서(133)는 필요에 따라 각각의 구획공간부(240)에서 가로격판(220)의 관통공(221)을 통해 배출되는 온수의 온도를 측정하여 각각의 구획공간부(240)에서 배출되는 온수의 온도를 컨트롤러(60)가 비례제어 하도록 한다.
예컨대 사용자가 고온이나 저온의 온수를 컨트롤러(60)에 요청하면 컨트롤러(60)는 공급되는 직수의 수압이나 유입량 등을 판단하여 각각의 구획공간부(240)에 배치된 가열수단(20)을 전부 또는 일부만 비례제어 하여 동작시킴으로써, 요청한 온도에 부합하는 온수를 배출하도록 하는 것이다.
즉, 비례제어를 위한 센서는 온도센서(70) 및 유량센서(50)에서 컨트롤러(60)에 보내온 급수량을 종합 측정하여 온수 온도를 설정한다.
이때, 각각의 구획공간부(240)에 배치되는 가열수단(20)은 적어도 3개 이상의 봉 형상을 갖는 전기식 히터를 사용할 수 있으며, 3개의 히터 중 어느 하나는 독립적으로 가열 가능하도록 컨트롤러(60)와 전기적으로 연결되되 나머지 2개는 다른 가열수단(20)과 병렬로 연결되어 가열할 수 있도록 설치되어 사용자가 원하는 온도의 온수가 배출될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
나아가 본 발명에서의 가열수단(20)은 봉 형상의 히터를 예시로 설명되어 있으나 이는 하나의 실시예에 불과하며, 필요에 따라 가열온도가 조절가능한 가스버너 등이 사용될 수 있음은 자명하다.
그리고, 상기 구획부재(200)는 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 수용공간부(115) 내부에 복수의 구획공간부(240)를 갖도록 설치하며, 각각의 구획공간부(240) 내에 배치된 가열수단(20)에 의해 동일 또는 서로 다른 온도의 온수를 생성하기 위한 구성으로 삽입관(210), 가로격판(220,220') 및 수직격판(230)을 포함한다.
여기서 삽입관(210)은 상/하부가 개방된 원통의 관 형상을 갖도록 형성된다.
삽입관(210) 내부에는 유입관(120) 상부가 덮개(130)와 결합할 수 있도록 관통삽입되며, 구획공간부(240) 내에 수용된 물은 가열수단(20)에 의해 충분히 가열되어 관통공(221)을 통해 가로격판(220) 상부로 이동할 수 있게 상기 가로격판(220')와 하우징(110)은 코킹(w1:caulking) 방식으로 결합한다.(도 7 참조)
가로격판(220,220')은 전체적으로 소정지름을 갖는 원판 형상을 갖도록 삽입관(210) 상/하부에 한 쌍이 서로 마주보게 삽입고정되며, 각각의 가로격판(220,220')에는 관통공(221,221')이 천공형성된다.
이때, 삽입관(210) 상부에 설치된 가로격판(220)의 관통공(221)은 구획공간부(240) 내에서 가열수단(20)의 가열에 의해 생성된 온수가 배출되어 유입구(121)를 통해 유입관(120) 내부로 유입할 수 있도록 하며, 상기 삽입관(210) 하부에 설치된 가로격판(220')의 관통공(221')은 연결구(111)를 통해 공급되는 직수가 수용공간부(115)를 거쳐 상기 구획공간부(240) 내부로 유입되어 가열수단(20)에 의해 가열될 수 있도록 함과 동시에 삽입공(117)을 통해 하우징(110) 외부에서 관통삽입되는 가열수단(20)이 관통하여 구획공간부(240) 내에 배치될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
아울러 가로격판(220,220')에 형성된 관통공(221,221')은 구획공간부(240)와 수직방향으로 대향되는 위치에 각각 형성될 수 있도록 하여 가열수단(20)의 삽입은 물론, 가열된 온수가 용이하게 유입관(120)에 유입될 수 있도록 한다.
나아가 한 쌍의 가로격판(220,220')에 의해 수용공간부(115)는 하우징(110) 하부에서부터 저온수구역(Z1), 중온수구역(Z2) 및 고온수구역(Z3)을 갖도록 분할 형성된다.
수직격판(230)은 전체적으로 판 형상을 갖도록 형성되되 일측은 삽입관(210) 외면과 이어지도록 적어도 둘 이상 방사상으로 돌출형성되어 타측이 하우징(110) 내면과 접하도록 설치되며, 상면은 삽입관(210) 상부에 구비된 가로격판(220) 하면과 접하고, 하면은 상기 삽입관(210) 하부에 구비된 가로격판(220') 상면과 접하도록 설치된다.
이때, 한 쌍의 가로격판(220,220') 및 하우징(110) 내면과 접하는 수직격판(230)의 접하는 부분은 코킹(w2)방식 등으로 고정되어 수직격판(230)에 의해 독립된 구획공간부(240)가 형성될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.(도 6 참조)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 열교환장치의 작용관계에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환장치(1)는 컨트롤러(60)에 의해 제어되되 건물의 벽면에 설치가능하도록 본체(30) 내부에 고정구비된다.
아울러 연결구(111)는 직수배관(L1)과 관 연결되도록 설치되며, 배출구(113)는 출탕배관(L2)과 관 연결되어 생성된 온수가 본체(30) 외부로 배출될 수 있도록 설치된다.
이때, 직수배관(L1)은 컨트롤러(60)에 제어가능한 유량조절밸브(40) 및 유량센서(50)가 설치되어 하우징(110) 내부로 유입되는 직수의 공급량 조절은 물론, 직수의 흐름을 감지하여 가열수단(20)의 동작 여부를 컨트롤러(60)에 의해 제어하며, 출탕배관(L2)에는 배출되는 온수의 온도를 측정하는 온도센서(70)가 구비되는 것이 바람직하다.
하여, 도 8에 도시한 바와 같이, 연결구(111)를 통해 하우징(110) 내부로 유입된 직수는 저온수구역(Z1)에서 가열수단(20)에 의해 1차 가열되어 저온수를 생성하며, 저온수는 관통공(221')을 통해 중온수구역(Z2)으로 그 수압에 의해 이동 및 2차 가열되어 중온수를 생성하게 된다.
이때, 중온수구역(Z2)에서 생성된 중온수는 비례제어를 통해 각각의 구획공간부(240) 내에서 가열수단(20)에 의해 서로 다른 온도로 가열되거나 같은 온도를 갖도록 가열되는 것이 바람직하다.
계속하여, 중온수구역(Z2)에서 생성된 중온수는 또 다른 관통공(221)을 통해 고온수구역(Z3)으로 이동 및 합쳐짐과 동시에 가열수단(20)의 지속적인 3차 가열로 고온수를 생성하게 된다.
고온수구역(Z3)에서 생성된 고온수는 유입구(121)를 통해 유입관(120) 내부로 유입되며, 유입관(120) 내부로 유입된 고온수는 삽입관(210)을 통해 전도되는 전도열에 의해 그 본연의 온도를 유지할 수 있게 배출구(113) 방향으로 이동하여 출탕배관(L2)을 통해 사용자에게 공급된다.
이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 열교환장치(1)는 종래와는 차별적으로 원통 형상의 하우징(110) 내에서 독립적으로 분할 형성된 구획공간부(240) 및 상기 구획공간부(240) 내에 각각 발열 가능하게 구비되는 가열수단(20)을 설치하여 온수기 본체(30) 내에서의 배관 연결이 간편화되는 효과가 있다.
또한 종래와는 차별적으로 가열수단(20)이 하우징(110)과 탈부착 가능하게 밀폐 결합함으로써, 유지보수의 효과가 탁월한 효과를 갖는다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
1: 본 발명에 따른 순간식 온수기용 열교환장치
100: 하우징부재 110: 하우징
111: 연결구 113: 배출구
115: 수용공간부 117: 삽입공
120: 유입관 121: 유입구
130: 덮개 131: 끼움공
133: 과열센서 200: 구획부재
210: 삽입관 220,220': 가로격판
221,221': 관통공 230: 수직격판
240: 구획공간부 Z1: 저온수구역
Z2: 중온수구역 Z3: 고온수구역

Claims (3)

  1. 탈부착 가능하게 결합하는 가열수단(20)의 가열에 의해 생성된 온수를 외부로 배출하는 하우징부재(100); 및
    상기 하우징부재(100) 내부에 상기 가열수단(20)이 각각 배치되게 방사상으로 다수의 구획공간부(240)를 형성하도록 설치되되 상기 구획공간부(240)에 배치된 각각의 상기 가열수단(20)은 동일 또는 비례제어에 의해 서로 다른 온도로 직수를 가열하여 온수를 생성하는 구획부재(200);를 포함하고,
    상기 구획부재(200)는 수직방향으로 길이를 갖되 관 상/하부가 개방된 관 형상으로 이루어진 삽입관(210), 판 형상으로 이루어지되 상기 삽입관(210) 상/하부에 수직으로 서로 마주보게 한 쌍으로 구비되어 상기 하우징부재(100)에 결합하며 상기 하우징부재(100) 내부를 저온수구역(Z1), 중온수구역(Z2), 고온수구역(Z3)으로 분할형성하는 가로격판(220,220'), 한 쌍의 상기 가로격판(220,220')에 각각 천공형성되는 관통공(221,221'), 한 쌍의 상기 가로격판(220,220') 사이에 방사상으로 다수 설치되어 각각의 상기 구획공간부(240)를 형성하는 수직격판(230)을 포함하되,
    상기 하우징부재(100)는
    상부가 개방되되 내부에는 상기 구획부재(200)가 설치되는 수용공간부(115)가 형성된 하우징(110);
    상기 수용공간부(115)와 연통되게 상기 하우징(110) 외면에 설치되되 직수를 공급하는 연결구(111);
    상기 수용공간부(115)와 연통되게 상기 하우징(110) 하부에 설치되되 생성된 온수를 상기 하우징(110) 외부로 배출하는 배출구(113);
    수직방향으로 길이를 갖는 관 형상으로 이루어져 상기 삽입관(210)에 삽입설치되되 하부는 상기 배출구(113)와 연결되며, 상부는 생성된 온수가 내부로 유입되어 상기 배출구(113)를 통해 배출될 수 있게 방사상으로 다수의 유입구(121)가 형성된 유입관(120); 및
    개방된 상기 하우징(110) 상부를 폐쇄하여 상기 수용공간부(115)를 밀폐시키는 덮개(130);를 포함하며,
    상기 덮개(130)는
    상기 유입관(120)이 상기 수용공간부(115) 내의 중심부에 위치할 수 있도록 상기 유입관(120) 상부가 삽입설치될 수 있게 끼움공(131);이 천공형성된 것을 특징으로 하는 순간식 온수기용 열교환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 삽입관(210) 하부에 설치되는 상기 가로격판(220')에 형성된 상기 관통공(221')은 상기 하우징부재(100) 외부에서 진입하는 상기 가열수단(20)이 상기 구획공간부(240) 내부에 배치될 수 있도록 하며, 상기 삽입관(210) 상부에 설치되는 상기 가로격판(220)에 형성된 상기 관통공(221)은 상기 구획공간부(240) 내에서 생성된 온수가 상기 구획공간부(240) 외부로 배출될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 순간식 온수기용 열교환장치.
  3. 삭제
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