KR101841851B1

KR101841851B1 - 온수가열장치 및 이를 이용한 전기 보일러

Info

Publication number: KR101841851B1
Application number: KR1020160167301A
Authority: KR
Inventors: 박정준
Original assignee: 박정준
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2018-03-23
Also published as: WO2017099512A1; KR20170069165A

Abstract

본 발명의 온수가열장치는 가열히터에서 발생하는 열원을 좁은 중심공간의 파이프로 집중시켜 물을 가열하는 방식으로 열에너지를 최대로 흡수시키기 위해서 물을 통과시키는 파이프와 가열히터를 나선형의 용수철 형태로 구현하여 작은 전기 소비량으로도 열량 효율을 최대로 높이는 효과가 있다.

Description

온수가열장치 및 이를 이용한 전기 보일러{Apparatus for Heating a Hot Water and Electric Boiler Using the Same}

본 발명은 온수가열장치에 관한 것으로서, 특히 가열히터에서 발생하는 열원을 좁은 중심공간의 파이프로 집중시켜 물을 가열하는 방식으로 열에너지를 최대로 흡수시키기 위해서 물을 통과시키는 파이프와 가열히터를 나선형의 용수 철 형태로 구현하는 온수가열장치 및 이를 이용한 전기 보일러에 관한 것이다.

기존의 화석연료는 단위당 난방비가 상승하여 수익성 악화 및 이산화탄소 발생으로 녹색 성장에 맞지 않는 시스템으로 평가되고 있다.

기존의 전기보일러와 같은 히트펌프 시스템은 전력 소비량이 많이 소요되는 장치로서 공기를 열원으로 하는 경우 실외 온도가 영하로 떨어지면 급격히 성능이 저하되어 추운 장소에 설치에 문제점을 가지고 있으며 지열이나 물을 이용하려면 초기 투자 비용이 상승하는 단점을 가지고 있는 등 그 활용에 한계가 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 가열히터에서 발생하는 열원을 좁은 중심공간의 파이프로 집중시켜 물을 가열하는 방식으로 열에너지를 최대로 흡수시키기 위해서 물을 통과시키는 파이프와 가열히터를 나선형의 용수철 형태로 구현하는 온수가열장치 및 이를 이용한 전기 보일러를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 온수가열장치는,
상하로 관통되어 상부면에 원형으로 형성된 상부파이프봇싱(107)이 결합되고 하부면에 원형으로 형성된 하부파이프봇싱(106)이 결합하여 내부의 일정 공간을 형 성하는 원통 형상의 외부보온파이프(105);
상기 외부보온파이프(105)의 내부에 삽입되도록 상기 외부보온파이프(105)보다 내경이 작고 상하로 관통된 원통 형상의 내부보온파이프(103);
상기 내부보온파이프(103)의 내부 중심부에 길이 방향으로 삽입되어 외부의 강제순환펌프에 의하여 유입된 물이 지그재그 형태로 순환되는 물의 이동경로가 다단으로 형성된 돌기형 가열온수파이프(120);
상기 내부보온파이프(103)의 내부에 삽입되고, 상기 돌기형 가열온수파이프(120)의 외주면을 코일 간의 일정한 이격 거리를 두고 나선형으로 감겨져 있는 용 수철 형태로 이루어지며, 일측에 형성된 히터전원단자(102a, 102b)에 전원이 인가 되면 열원과 복사열이 일정 온도의 열에너지로 방출되어 난방 열원을 제공하는 가열히터(102);
상기 외부보온파이프(105)와 상기 내부보온파이프(103)의 사이의 공간에 위 치하고 상기 내부보온파이프(103)의 외주면을 파이프 간의 일정한 이격 거리를 두 고 나선형으로 감겨져 있는 용수철 형태로 이루어지고, 일단이 상기 돌기형 가열온수파이프(120)의 일단과 연통되어 상기 돌기형 가열온수파이프(120)에서 유입된 물이 나 선형 배관을 따라 빠르게 회전하며, 타단이 물을 외부로 배출하기 위한 출수밸브 (109)와 결합되는 제2 가열온수파이프(104); 및
상기 상부파이프봇싱(107)의 상부를 폐쇄하고, 내부에 유입구(112)와 유출구(111)를 연통시키는 물이동통로(119)를 형성하고, 상기 상부파이프봇싱(107)의 제1 구멍(107b)을 통과하여 상기 유입구(112)에 삽입되어 연통되고, 상기 상부파이프봇싱(107)의 제2 구멍(107a)을 통과하여 상기 유출구(111)에 삽입되어 연통되고, 물이 상기 돌기형 가열온수파이프(120)의 제1 구멍(107b)으로부터 상기 유입구(112), 상기 물이동통로(119)를 거쳐 상기 유출구(111)와 상기 제2 가열온수파이프(104)의 제2 구멍(107a)으로 유입되고, 압력을 조절하는 압력밸브 유니트(110)를 포함하고,
상기 가열히터(102)와 상기 제2 가열온수파이프(104)는 나선형의 코일의 회전수가 열원에 비례하며, 코일의 배치가 비례하여 대응되도록 구성하고, 코일 간의 이격 간격이 파이프의 내경의 1/2 간격으로 형성하며,
상기 돌기형 가열온수파이프(120)는 일단이 외부의 강제순환펌프에 연결되어 물 이 유입되는 입수밸브(108)에 결합되는 직선으로 형성된 일정 길이의 제1 직선구간과 상기 제1 직선구간의 끝단에서 절곡되어 제1 곡선구간을 이루고 상기 제1 곡선 구간에서 직선으로 형성되고, 상기 제1 직선구간과 밀착되어 접촉된 일정 길이의 제2 직선구간과, 상기 제2 직선구간의 끝단 에서 절곡되어 제2 곡선구간을 이루며 상기 제2 곡선구간에서 직선으로 형성되고, 상기 제2 직선구간과 밀착되어 접촉되며, 상기 상부파이프봇싱(107)의 제1 구멍(107b)을 통과하여 상기 상부파이프봇싱(107)과 결합되어 압력밸브 유니트(110)의 유입구(112)에 삽입되는 일정 길이의 제3 직선구간으로 이루어지며 상기 제1 직선구간, 샹기 제2 직선구간이 밀착되어 접촉되며 상기 제2 직선구간과 상기 제3 직선구간이 밀착되어 접촉되는 지그재그 형태로 3단으로 구성하고,
상기 돌기형 가열온수파이프(120)는 내부 중심 방향을 향해 형성된 제1 곡면부(123)와 상기 가열히터(102)에 접촉하는 제2 곡면부(124)를 형성하며, 상기 제1 곡면부(123)와 상기 제2 곡면부(124)의 사이인 상기 돌기형 가열온수파이프(120)의 양측면에 길이 방향의 제1 돌기부(121)와 제2 돌기부(122)가 각각 형성되고,
상기 제1 돌기부(121)를 기준으로 상기 제1 돌기부(121)의 양측에 길이 방향의 제1 오목홈(121a, 121b)을 형성하며, 상기 제2 돌기부 (122)를 기준으로 상기 제2 돌기부(122)의 양측에 길이 방향의 제2 오목홈(122a, 122b)을 형성하고,
상기 제2 가열온수파이프(104)와 상기 외부보온파이프(105)의 사이의 공간에는 원통 형상의 보온시트(104a)를 끼워 결합되고,

상기 제1 오목홈(121a, 121b)과 상기 제2 오목홈(122a, 122b)은 상변화물질 또는 열전달유체가 충진되는 것을 특징으로 한다.

삭제

전술한 구성에 의하여, 본 발명은 가열히터에서 발생하는 열원을 좁은 중심공간의 파이프로 집중시켜 물을 가열하는 방식으로 물이 통과하는 노즐과 압력밸브를 병행시켜 작은 전기 소비량으로도 열량 효율을 최대로 높이는 효과가 있다.

본 발명은 적은 구성부품으로 컴팩트하게 구성되어 전기 소모량이 적으며 작은 공간에도 설치하여 공간 활용이 높은 효과가 있다.

본 발명은 열에너지를 최대로 흡수시키기 위해서 물을 통과시키는 파이프와 가열히터를 나선형의 용수철 형태로 구현하여 고효율의 가열장치를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온수가열장치를 길이 방향의 단면을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 온수가열장치의 일부 구성요소를 분리한 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 온수가열장치를 길이 방향을 기준으로 직각으로 교차한 단면을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온수가열장치를 길이 방향을 기준으로 직각으로 교차한 단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온수가열장치의 돌기형 가열온수파이 프를 나타낸 도면이다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명의 온수가열장치는 가열히터의 작은 전기를 이용하여 고효율의 가열장치를 제공하고 전열선에서 발생되는 열원을 무부하 상태에서 400도 내지 850도의 열원을 좁은 중심 공간으로 모아서 물을 가열하는 방식을 채택하며 스프링형 히터에서 발생되는 열에너지를 최대한 흡수하여 필요한 양의 온수를 얻는 방식의 시스템이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온수가열장치를 길이 방향의 단면을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 온수가열장치의 일부 구성요소를 분리한 모습을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 온수가열장치를 길이 방향을 기준으로 직각으로 교차한 단면을 나타낸 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 온수가열장치(100)는 제1 가열온수파이프 (101), 가열히터(102), 내부보온파이프(103), 제2 가열온수파이프(104) 및 외부보온파이프(105)를 포함한다.

외부보온파이프(105)는 원통 형상으로 내부에 일정 공간을 형성하고, 상하로 관통되어 있고 금속 재질로 일정 두께를 가지고 원형으로 형성된 상부파이프봇싱(107)을 상부면에 결합되며 금속 재질로 일정 두께를 가지고 원형으로 형성된 하부파이프봇싱(106)이 하부면에 결합된다.

외부보온파이프(105)는 구리, 알루미늄, 스텐레스 등의 금속체로 보일러의 외형을 형성하고 공기 대류에 의한 열전달 및 물체와 접촉에 따른 열전이 현상의 열 손실을 차단하는 2중 단열 케이스이다.

하부파이프봇싱(106)은 일측에 입수밸브(108)가 결합되는 입수구멍 (106a)이 뚫려 있으며 타측에 출수밸브(109)가 결합되는 출수구멍(106b)이 뚫려 있다. 입수밸브(108)는 물이 전기순환펌프의 강제적 공급에 의해 순환되는 흡입구이고, 출수밸브(109)는 물이 80도 이상의 온수가 순환되어 배출되는 출수구이다.

상부파이프봇싱(107)은 압력밸브 유니트(110)의 유입구(112)가 결합되는 제1 구멍(107b)이 뚫려 있으며 압력밸브 유니트(110)의 유출구(111)가 결합되는 제2 구멍(107a)이 뚫려 있다.

압력밸브 유니트(110)는 내부에 유입구(112)와 유출구(111)를 연통시키는 물이동통로(119)를 형성하고, 물이 제1 가열온수파이프(101)의 일측 끝단으로부터 물이동통로(119)를 거쳐 유출구(111)와 제2 가열온수파이프(104)의 일단으로 유입된다.

압력밸브 유니트(110)는 온수가열장치(100)의 압력을 조절하고 상부 파이프봇싱(107)을 폐쇄하는 역할을 하고, 유입구(112)에서 연직 방향으로 돌출되는 압력조절볼트(114), 테프론리데나(113), 오링부재(115), 스프링(116), 압력핀 (117)이 결합되어 있으며, 압력핀(117)과 직각 방향으로 압력밸브 유니트(110)의 일측면으로부터 무드볼트(118)가 삽입되어 있다.

압력밸브 유니트(110)는 가열히터(102)에서 발생한 열원을 좁은 공간의 제1 가열온수파이프(101), 제2 가열온수파이프(104)를 통과하게 되므로 높은 압력을 조절하기 위한 기능을 한다.

제1 가열온수파이프(101)는 일측 끝단이 입수밸브(108)와 연통되어 있으며 타측 끝단이 상부파이프봇싱(107)의 제1 구멍(107b)을 통과하여 압력밸브 유니트(110)의 유입구(112)에 삽입되어 연통되어 있다.

제1 가열온수파이프(101)는 외부보온파이프(105)의 내부 중심부에 위치하여 입수밸브(108)와 연결되는 직선으로 형성된 일정 길이의 제1 직선구간(101a)과 제1 직선구간(101a)의 끝단에서 절곡되어 제1 곡선구간(101b)을 이루고 제1 곡선구간(101b)에서 직선으로 형성된 일정 길이의 제2 직선구간(101a)과, 제2 직선구간(101a)의 끝단에서 절곡되어 제2 곡선구간(101b)을 이루며 제2 곡선구간(101b)에서 직선으로 형성되어 상부파이프봇싱(107)의 제1 구멍(107b)을 통과하여 압력밸브 유니트(110)의 유입구(112)에 삽입되는 일정 길이의 제3 직선구간(101a)으로 이루어져 있다.

이와 같이 제1 가열온수파이프(101)는 지그재그 형태로 제1 직선구간, 제2 직선구간과 제3 직선구간이 서로 밀착되게 3단으로 구성되며 물이 이동하면서 약 400도 내지 850도까지 가열되는 열원이 히팅 파이프의 좁은 공간으로 물이 외부의 강제순환펌프에 의하여 순환된다.

제1 가열온수파이프(101)는 100도 이상의 끊는 소량의 물이 길이 250-300mm, 내경 4-5mm의 좁은 파이프 공간에서 순환되면서 압력과 열을 받아서 짧은 시간에 100도 이상의 물을 발생시킨다.

제1 가열온수파이프(101)의 주위는 스프링타입의 가열히터(102)가 밀착하여 감겨져 있다.

가열히터(102)는 금속 재질로 길이 방향으로 형성되고 코일 간의 일정한 이격 간격을 두고, 나선형으로 용수철 형태로 감겨져 있으며 제1 가열온수파 이프(101)의 주위를 밀착하여 감겨져 있다. 구체적인 예로 상기 이격 간격은 제1 가열온수파이프(101)의 입경의 1/2이상 일 수 있으며, 나선형으로 용수철 형태로 감길 때의 회전수는 약 30회전 내지 40회전 일 수 있다.

가열히터(102)의 일측 끝단과 타측 끝단에는 각각 히터전원단자(102a, 102b)가 형성되어 있다.

가열히터(102)와 제1 가열온수파이프(101)는 상하로 관통된 내부 보온 파이프 (103)의 내부에 삽입되어 있다.

즉, 내부보온파이프(103)는 상하로 관통된 원형 형태의 배관으로 외부보온파이프(105)보다 내경이 작고, 내부에 가열히터(102)와 제1 가열온수파이프(101)가 삽입되어 끼워진다.

제2 가열온수파이프(104)는 내부보온파이프(103)의 외주면을 파이프 간의 일정한 이격 간격을 두고 약 30회전 40회전(직선길이 4m내지 5m)의 동파이프를 나선형으로 감아서 용수철 형태로 이루어지고 내부에 물이 나선형 배관을 따라 이동된다.

제2 가열온수파이프(104)는 외부보온파이프(105)와 내부보온파이프(103)의 사이에 위치하고 가열히터(102)에서 발생되는 높은 전기열량을 받아서 1차 가열온수파이프를 통과하면서 데워진 온수를 2차적으로 가열시켜 최소의 소비전력으로 높은 온도의 온수를 발생시킨다.

제2 가열온수파이프(104)는 일측 끝단이 상부파이프봇싱(107)의 제2 구멍(107a)을 통과하여 압력밸브 유니트(110)의 유출구(111)에 삽입되어 연통되어 있으며, 타측 끝단이 하부파이프봇싱(106)의 출수구멍(106b)을 통과하여 출수밸브 (109)에 삽입되어 연통되어 있다.

가열히터(102)에 비례하여 제2 가열온수파이프(104)는 나선형의 코일의 회전 수(30회전 내지 40회전)를 구현하였고, 코일(동파이프) 간의 일정한 이격 간격을 두어(파이프의 내경의 1/2 간격) 가열히터(102)에서 발생되는 증폭된 복사열을 최대한 증가시키며, 코일 배치 위치를 가열히터(102)와 비례하여 대응되도록 구성하면 열효율을 더욱 높일 수 있다. 구체적인 예로 가열히터(102)와 제2 가열온수파이프(104)는 나선형의 코일의 회전 수가 같을 수 있다.

내부보온파이프(103)의 내부에는 가열히터(102)와 제1 가열온수파이프(101)가 없는 비어 있는 공간에 열전달유체 또는 상변화물질(미도시)을 충진시키고, 충진된 열전달유체 또는 상변화물질은 가열히터(102)에 의하여 발생된 열을 제1 가열온수파이프(101)로 방출하여 제1 가열온수파이프(101)의 내부를 통과하는 물의 온도를 순간적으로 높이고, 장시간 동안 잠재된 복사열로 전기 전원이 off 상태에서도 약 10분 내지 20분간 물이 순환된다.

외부보온파이프(105)와 내부보온파이프(103)의 사이의 공간에는 제2 가열온수파이프(104)가 비어있는 공간에 열전달유체 또는 상변화물질(미도시)을 충진시키고, 충진된 열전달유체 또는 상변화물질은 가열히터(102)에 의하여 발생된 열을 저장하여 잠열, 축열시키며, 제2 가열온수파이프(104)를 통과하는 물의 온도를 높이는 기능을 한다.

다른 실시예로 열전달유체는 금, 은, 구리, 아연, 알루미늄 등의 금속 나노 입자와 CNT, 흑연, Si 등의 무기 나노 입자가 침전되어 효율이 저하되지 않도록 입자를 분산시켜 복사 에너지로 발생된 열에너지를 주변으로 복사하여 열 전도의 효율을 증대시킬 수 있다.

상변화물질 및 열전달유체의 내부에는 금속 나노 입자 및 무기 나노 입자를 각각 또는 혼합하여 물리적, 화학적 방법을 이용하여 분산시킬 수 있다.

열전달유체는 금, 은, 구리, 아연, 알루미늄 등의 금속 나노 입자와 CNT, 흑연, Si 등의 무기 나노 입자가 침전되어 효율이 저하되지 않도록 입자를 분산시켜 복사 에너지로 발생된 열에너지를 주변으로 복사하여 열 전도 효율을 증대 시킬 수 있다.

상변화물질은 어떤 물질이 고체에서 액체 상태, 액체에서 고체 상태, 액체에서 기체 상태 등 하나의 상태에서 다른 상태로 변하는 일종의 물리적 변환 과정을 통하여 열을 축적하거나 저장한 열을 방출하는 물질이다.

상변화물질은 입상형 분말 또는 액상 형태의 마이크로캡슐 타입으로 구성되고 열 전달 및 열 확산을 위해 금속 나노 입자, 무기물 또는 무기 나노 입자 를 첨가 및 분산하여 빠른 직간접 열전달 및 열에너지를 잠열, 축열한다.

상변화물질은 온도 대역별로 고온 상변화물질과 저온 상변화물질로 나누어지며, 열에너지를 저장, 발산하는 기능을 가진 화학적인 물질로서 잠열재, 축열재로 기능한다.

상변화물질은 저온용으로 -20도 - +10도 이내의 잠열, 축열 기능을 가지고, 목표 온도 내에서 열에너지를 잠열(저장)하여 외부의 도움없이 저장된 열 에너지를 일정시간 동안 목표 온도를 구현하도록 방출한다.

외부보온파이프(105)와 내부보온파이프(103)의 사이의 공간에 충진된 상변화물질 또는 열전달유체는 내부보온파이프(103)에 의해 간접 열전달을 받아 열에너지의 저장을 촉진시키고 신속하게 목표 온도로 변환하면서 열에너지를 저장 및 방출하는 기능을 수행한다.

본 발명은 가열히터(102)에서 발생하는 열원을 좁은 중심공간의 제1 가열온수파이프(101)로 집중시켜 물을 가열하는 방식으로 열에너지를 최대로 흡수 시키기 위해서 물을 통과시키는 제2 가열온수파이프(104)와 가열히터(102)를 나선형의 용수철 형태로 구현하여 열량의 효율을 최대로 높이는 장점이 있다.

본 발명의 온수가열장치(100)를 이용하여 물을 가열하여 온수를 생성하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 히터전원단자(102a, 102b)의 전기를 인가하여 가열히터(102)에 전기를 인가한다.

가열히터(102)는 400 내지 850도의 열에너지를 발생하여 제1 가열온수파이프(101)로 열을 집중시킨다.

온수가열장치(100)는 외부의 전기순환펌프와 연결된 입수밸브(108)를 통해 물이 유입되고 유입된 물이 입수밸브(108)와 연통된 제1 가열온수파이프(101)로 공급된다.

제1 가열온수파이프(101)로 유입된 물은 지그재그 형태의 제1 직선 구간, 제1 곡선구간, 제2 직선구간, 제2 곡선구간, 제3 직선구간을 통과하는 동안 가열히터(102)로부터 발생된 열에너지를 흡수하게 된다.

다시 말해, 가열히터(102)의 열에너지는 제1 가열온수파이프(101)의 내부로 열에너지를 집중시켜 소량의 물이 통과하면서 짧은 시간에 100도 이상으로 온도가 올라간다.

제1 가열온수파이프(101)의 제3 직선구간은 압력밸브 유니트(110)의 유입구(112)에 삽입되어 있다. 따라서, 제3 직선구간을 통과하는 물은 압력밸브 유니트(110)의 유입구(112)를 통해 물이동통로(119)를 거쳐 압력밸브 유니트(110)의 유출구(111)를 통해 제2 가열온수파이프(104)의 일단으로 유입된다.

제2 가열온수파이프(104)는 가열히터(102)의 열에너지를 직접 또는 열전달유체, 상변화물질을 통해 간접적으로 제공받고 있는 상태이다.

제2 가열온수파이프(104)의 일단으로 유입된 물은 나선형 배관을 따라 빠르게 회전하면서 지속적인 열 증폭 및 분산이 파이프 내부에서 이루어져 기설 정된 목표 온도로 순간 전환되어 출수밸브(109)를 통해 배출된다.

직관형 일반 배관에 비해 5배 이상으로 증가하여 상온의 물을 신속하게 목표 온도로 구현한다(열 증폭, 온도 변화).

제2 가열온수파이프(104)는 나선형 유로로 인하여 물 흐름이 공간적, 시간적으로 불규칙하게 유속이 빠른 상태로 운동하게 되어 난류를 발생하고 물의 회전 운동에 의하여 소용돌이 형태의 와류가 복합적으로 발생하여 파이프 내부의 전열 성능을 향상시킨다.

온수가열장치(100)는 물을 목표 온도로 변환되고 히터전원단자 (102a, 102b)를 차단시킨 후 상변화물질 또는 열전달유체를 이용하여 가열히터 (102)의 무전원 상태에서 목표 온도의 지속적으로 공급받을 수 있다.

이와 같이 온수가열장치(100)는 제1 가열온수파이프(101), 제2 가열온수파이프(104), 상변화물질 또는 열전달유체를 통해 난방 열원이 증폭 및 분산되어 있는 상태이다.

제1 가열온수파이프(101), 제2 가열온수파이프(104)는 외부에서 물이 유입되어 통과하는 동안 가열히터(102), 상변화물질 또는 열전달유체에 의해 직접 및 간접적으로 열을 전달받는다. 이로 인하여 제1 가열온수파이프(101), 제2 가열온수파이프(104)를 통과하는 물은 순간적으로 기설정된 목표 온도로 순간 변환하여 배출된다.

본 발명의 온수가열장치(100)는 전기를 이용하여 유입되는 물을 가열하는 전기보일러에 적용될 수 있다.

전기 보일러는 본 발명과 같이 지그재그 형태로 제1 가열온수 파이프 (101)를 구성하지 않고 일직선 형태의 파이프로 구성하는 경우, 파이프의 두께를 본 발명의 제1 가열온수파이프(101)보다 3배로 구성해야 하며, 일직선 형태의 파이프보다 30% 효율이 상승되는 효과가 있다. 또한 전기 보일러는 난방면적에 따라서 온수가열장치(100)를 병렬로 수개(구체적인 예로 4 내지 7개)를 병행하여 필요한 면적의 난방을 할 수 있으며, 물을 분산하는 장치인 분배기에 의하여 소량의 물이 병렬로 연결된 각각의 온수가열장치(100)를 통하여 순환하기 때문에 전기 소모량이 현저히 적게 소모되게 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온수가열장치를 길이 방향을 기준으로 직각으로 교차한 단면을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온수가열장치의 돌기형 가열온수파이프를 나타낸 도면이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 온수가열장치(100)는 스테인레스 파이프(130), 돌기형 가열온수파이프(120), 가열히터(102), 내부보온파이프(103), 제 2 가열온수파이프(104) 및 외부보온파이프(105)를 포함한다.

전술한 도 1 내지 도 3의 온수가열장치(100)의 구성요소와 중복되는 구성요소의 설명을 생략하고 차이점을 중심으로 설명한다.

내부보온파이프(103)는 내부 중심부에 길이 방향의 원통 형상의 스테인레스 파이프(130)가 삽입된다. 스테인레스 파이프(130)는 외주면에 위치하여 지그재그 형태로 제1 직선구간, 제2 직선구간과 제3 직선구간이 서로 밀착되게 3단으로 구성된 돌기형 가열온수파이프(120)를 형성하며 물이 이동하면서 약 850도까지 가열되는 히팅 동파이프의 좁은 공간으로 물이 외부의 강제순환펌프에 의하여 순환된다. 상기 내부보온파이프(103)는 내부에 열전달유체 또는 상변화물질이 충진될 수 있다. 이 경우 온수가열장치의 운전시 흔들림과 소음의 발생을 최소화하고 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

돌기형 가열온수파이프(120)는 전술한 제1 가열온수파이프(101)의 역할을 담당하며 지그재그 형태의 3단으로 형성되는 부분이 동일하며, 파이프의 길이 방향으로 외주면을 따라 일정 깊이로 파져 있는 일정 길이의 오목홈(121a, 121b, 122a, 122b)과 돌출 형성된 일정 길이의 돌기부(121, 122)가 하나 이상이 각각 형성되는 점이 차이가 있다.

돌기형 가열온수파이프(120)는 입수밸브(108)와 연결되는 직선으로 형성된 일정 길이의 제1 직선구간과 제1 직선구간의 끝단에서 절곡되어 제1 곡선구간을 이루고 제1 곡선구간에서 직선으로 형성된 일정 길이의 제2 직선구간과, 제2 직선구간의 끝단에서 절곡되어 제2 곡선구간을 이루며 제2 곡선구간에서 직선으로 형성되어 상부파이프봇싱(107)의 제1 구멍(107b)을 통과하여 압력밸브 유니트(110)의 유입구(112)에 삽입되는 일정 길이의 제3 직선구간으로 이루어져 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 돌기형 가열온수파이프(120)는 물이 이동하도록 내부 공간부가 제1 직선구간, 제2 직선구간, 제3 직선구간, 제1 곡선구간 및 제2 곡선구간을 형성된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 길이 방향의 돌기형 가열온수파이프(120)는 스테인레스파이프(130)에 접촉하는 제1 곡면부(123)와 가열히터(102)에 접촉하는 제2 곡면부(124)를 형성하며, 제1 곡면부(123)와 제2 곡면부(124)의 사이인 돌기형 가열온수파이프(120)의 양측면에 길이 방향의 제1 돌기부(121)와 제2 돌기부(122)가 각각 형성된다.

돌기형 가열온수파이프(120)는 제1 돌기부(121)를 기준으로 제1 돌기부(121)의 양측에 길이 방향의 제1 오목홈(121a, 121b)을 형성하며, 제2 돌기부(122)를 기준으로 제2 돌기부(122)의 양측에 길이 방향의 제2 오목홈(122a, 122b)을 형성한다.

제2 가열온수파이프(104)와 외부보온파이프(105)의 사이의 공간에는 원통 형상의 보온시트(104a)를 끼워 결합된다.

돌기형 가열온수파이프(120)는 전술한 제1 가열온수파이프(101)에 비하여 길이 방향의 제1 오목홈(121a, 121b)과 제2 오목홈(122a, 122b)으로 인하여 가열히터(102)의 열이 접촉하는 면적이 넓어지게 된다.

돌기형 가열온수파이프(120)는 넓어진 열면적으로 인하여 가열히터 (102)에 의하여 발생된 열을 더욱 빠르게 침투시켜 열 전도의 효율을 극대화시킬 수 있다.

제1 오목홈(121a, 121b)과 제2 오목홈(122a, 122b)은 상변화물질 또는 열전달유체가 충진되며, 충진된 상변화물질 또는 열전달유체가 가열히터(102)에 의하여 발생된 열을 저장하여 잠열, 축열시켜 돌기형 가열온수파이프(120)를 통과하는 물의 온도를 더욱 높이게 된다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가 라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 온수가열장치 101: 제1 가열온수파이프
102: 가열히터 102a, 102b: 히터전원단자
103: 내부보온파이프 104: 제2 가열온수파이프
105: 외부보온파이프 106: 하부파이프봇싱
107: 상부파이프봇싱 108: 입수밸브
109: 출수밸브 110: 압력밸브 유니트
120: 돌기형 가열온수파이프 121: 제1 돌기부
121a, 121b: 제1 오목홈 122: 제2 돌기부
122a, 122b: 제2 오목홈 123: 제1 곡면부
124: 제2 곡면부 130: 스테인레스 파이프

Claims

상하로 관통되어 상부면에 원형으로 형성된 상부파이프봇싱(107)이 결합되고 하부면에 원형으로 형성된 하부파이프봇싱(106)이 결합하여 내부의 일정 공간을 형 성하는 원통 형상의 외부보온파이프(105);
상기 외부보온파이프(105)의 내부에 삽입되도록 상기 외부보온파이프(105)보다 내경이 작고 상하로 관통된 원통 형상의 내부보온파이프(103);
상기 내부보온파이프(103)의 내부 중심부에 길이 방향으로 삽입되어 외부의 강제순환펌프에 의하여 유입된 물이 지그재그 형태로 순환되는 물의 이동경로가 다단으로 형성된 돌기형 가열온수파이프(120);
상기 내부보온파이프(103)의 내부에 삽입되고, 상기 돌기형 가열온수파이프(120)의 외주면을 코일 간의 일정한 이격 거리를 두고 나선형으로 감겨져 있는 용 수철 형태로 이루어지며, 일측에 형성된 히터전원단자(102a, 102b)에 전원이 인가 되면 열원과 복사열이 일정 온도의 열에너지로 방출되어 난방 열원을 제공하는 가열히터(102);
상기 외부보온파이프(105)와 상기 내부보온파이프(103)의 사이의 공간에 위 치하고 상기 내부보온파이프(103)의 외주면을 파이프 간의 일정한 이격 거리를 두 고 나선형으로 감겨져 있는 용수철 형태로 이루어지고, 일단이 상기 돌기형 가열온수파이프(120)의 일단과 연통되어 상기 돌기형 가열온수파이프(120)에서 유입된 물이 나 선형 배관을 따라 빠르게 회전하며, 타단이 물을 외부로 배출하기 위한 출수밸브 (109)와 결합되는 제2 가열온수파이프(104); 및
상기 상부파이프봇싱(107)의 상부를 폐쇄하고, 내부에 유입구(112)와 유출구(111)를 연통시키는 물이동통로(119)를 형성하고, 상기 상부파이프봇싱(107)의 제1 구멍(107b)을 통과하여 상기 유입구(112)에 삽입되어 연통되고, 상기 상부파이프봇싱(107)의 제2 구멍(107a)을 통과하여 상기 유출구(111)에 삽입되어 연통되고, 물이 상기 돌기형 가열온수파이프(120)의 제1 구멍(107b)으로부터 상기 유입구(112), 상기 물이동통로(119)를 거쳐 상기 유출구(111)와 상기 제2 가열온수파이프(104)의 제2 구멍(107a)으로 유입되고, 압력을 조절하는 압력밸브 유니트(110)를 포함하고,
상기 가열히터(102)와 상기 제2 가열온수파이프(104)는 나선형의 코일의 회전수가 열원에 비례하며, 코일의 배치가 비례하여 대응되도록 구성하고, 코일 간의 이격 간격이 파이프의 내경의 1/2 간격으로 형성하며,
상기 돌기형 가열온수파이프(120)는 일단이 외부의 강제순환펌프에 연결되어 물 이 유입되는 입수밸브(108)에 결합되는 직선으로 형성된 일정 길이의 제1 직선구간과 상기 제1 직선구간의 끝단에서 절곡되어 제1 곡선구간을 이루고 상기 제1 곡선 구간에서 직선으로 형성되고, 상기 제1 직선구간과 밀착되어 접촉된 일정 길이의 제2 직선구간과, 상기 제2 직선구간의 끝단 에서 절곡되어 제2 곡선구간을 이루며 상기 제2 곡선구간에서 직선으로 형성되고, 상기 제2 직선구간과 밀착되어 접촉되며, 상기 상부파이프봇싱(107)의 제1 구멍(107b)을 통과하여 상기 상부파이프봇싱(107)과 결합되어 압력밸브 유니트(110)의 유입구(112)에 삽입되는 일정 길이의 제3 직선구간으로 이루어지며 상기 제1 직선구간, 샹기 제2 직선구간이 밀착되어 접촉되며 상기 제2 직선구간과 상기 제3 직선구간이 밀착되어 접촉되는 지그재그 형태로 3단으로 구성하고,
상기 돌기형 가열온수파이프(120)는 내부 중심 방향을 향해 형성된 제1 곡면부(123)와 상기 가열히터(102)에 접촉하는 제2 곡면부(124)를 형성하며, 상기 제1 곡면부(123)와 상기 제2 곡면부(124)의 사이인 상기 돌기형 가열온수파이프(120)의 양측면에 길이 방향의 제1 돌기부(121)와 제2 돌기부(122)가 각각 형성되고,
상기 제1 돌기부(121)를 기준으로 상기 제1 돌기부(121)의 양측에 길이 방향의 제1 오목홈(121a, 121b)을 형성하며, 상기 제2 돌기부 (122)를 기준으로 상기 제2 돌기부(122)의 양측에 길이 방향의 제2 오목홈(122a, 122b)을 형성하고,
상기 제2 가열온수파이프(104)와 상기 외부보온파이프(105)의 사이의 공간에는 원통 형상의 보온시트(104a)를 끼워 결합되고,
상기 제1 오목홈(121a, 121b)과 상기 제2 오목홈(122a, 122b)은 상변화물질 또는 열전달유체가 충진되는 것을 특징으로 하는 온수가열장치.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 내부보온파이프(103)의 내부에는 상기 가열히터(102)와 상기 돌기형 가열온수파이프(120)가 없는 비어 있는 공간에 열전달유체 또는 상변화물질을 충진시키고, 상기 외부보온파이프(105)와 상기 내부보온파이프(103)의 사이의 공간에는 상기 제2 가열온수파이프(104)가 없는 비어 있는 공간에 열전달유체 또는 상변화물질을 충진시켜 상기 가열히터(102)의 열에너지를 전달 하거나 저장 및 발산하는 것을 특징으로 하는 온수가열장치.
제1항 또는 제5항으로 이루어진 장치로 구성되어 상기 히터 전원단자(102a, 102b)에 전기를 인가하면 상기 가열히터(102)의 열원이 방출되어 유입되는 물을 가열하는 것을 특징으로 하는 전기 보일러.