KR101863161B1 - 공기난방 및 온수 겸용 히터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 실내에 배치되고 일측으로 흡기구가 형성되고 타측으로 배기구가 형성되는 기통; 상기 기통 안에 배치되고 연료를 연소시켜 고온의 연소가스를 생성하는 버너; 실외에 배치되는 연료통으로부터 공급되는 상기 연료를 상기 버너로 전달하는 연료관; 상기 연소가스를 실외로 배출하는 가스배출관; 및 일측은 상기 버너에 접하고 타측은 상기 기통 내 공기와 접하는 복수의 열교환판 및 상기 복수의 열교환판을 관통하면서 상기 버너를 둘러싸도록 배치되는 온수배관을 포함하는 열교환기를 포함하는 공기난방 및 온수 겸용 히터를 제공한다.

Description

공기난방 및 온수 겸용 히터{HEATER FOR BOTH AIR HEATING AND HOT WATER SUPPLYING}
본 발명은 공기난방과 온수를 겸할 수 있는 히터에 관한 것이다.
최근 여가(레저)활동 증가로 인해 야외 캠핑을 즐기는 인구가 증가하면서 저온 환경 및 겨울철에 야외 난방에 대한 수요가 증가하고 있으나, 일반적인 연소 히터 사용에 따른 화재 및 질식 사고가 발생하고 있어 문제가 되고 있다.
일반적으로 사용되는 실내 공기난방용 히터는 실내에서 개방형 연소기에서 연료를 연소시키면서 발생하는 열 또는 화염으로부터 직접 공기와의 열전달을 통해 난방하는 형태이며, 연소 후 배기가스는 별도의 배기관이 없이 실내 공기와 혼합되고 있다.
이러한 개방형 연소기를 갖는 히터는 화염 노출에 의한 화재 위험, 실내 산소농도 감소에 따른 질식 위험, 유해배기가스의 실내 배출 및 직접적인 흡입에 의한 건강 위해 위험, 가스 연소기의 실화에 따른 가스 연료의 누출 및 흡입 등의 많은 문제점을 갖고 있기 때문에 밀폐된 실내 및 공간에서 사용하는데 많은 제약이 따른다.
한편, 연료 및 전기에 의한 온수를 이용하여 바닥 난방을 실시하는 경우도 있으나, 이러한 온수를 이용한 난방은 주거 공간에 주로 사용되고 있으며, 야외에서 여가활동용으로 사용하기에는 어려움이 있다.
이러한 배경에서 전술한 가스질식이나 화재의 위험없이 공기난방과 온수공급을 겸할 수 있는 히터의 개발이 요구되고 있다.
한편, 전기자동차 분야에서도 이러한 공기난방과 온수공급을 겸할 수 있는 히터의 개발이 요구되고 있다.
전기자동차의 약점은 1회충전주행거리가 내연기관 자동차에 비해 짧다는 것이다. 이는 탑재된 배터리 용량의 한계에 기인한다.
특히, 겨울 난방 시기에는 배터리 전력을 공기조화시스템과 공유해야 하기 때문에 주행에 사용되는 배터리의 용량이 더 적어지게 된다. 이에 따라, 이러한 시기의 1회충전주행거리는 더 짧아질 수 있다. 구체적으로, 겨울 난방 시기에, 외기온도 0도를 기준으로 공기조화시스템을 가동시키는 경우, 1회충전주행거리가 65% 수준까지 감소하는 것으로 알려져 있다.
또한, 배터리는 작동 온도에 따라 다른 용량을 가지는데, 겨울과 같이 주변 온도가 낮은 시기에는 배터리의 용량이 더 적어지게 되어, 1회충전주행거리가 더더욱 짧아지는 문제가 있다. 구체적으로, 외기온도 0도에서 배터리의 용량은 75% 수준으로 감소하며, -25도 조건에서는 배터리의 용량이 50%까지 감소할 수 있다.
한편, 종래 전기자동차에서는 난방을 위한 공기조화시스템에 PTC(Positive Temperature Coefficient)히터가 채용되었다. 그런데, 이러한 PTC히터는 5.6kW 정도의 많은 에너지를 소비하여 전술한 바와 같이 주행에 필요한 배터리의 용량을 크게 감소시키는 문제가 있었다. 또한, 이러한 PTC히터는 -10도와 같은 저온 환경에서 효율이 낮은 문제를 가지고 있었다.
이러한 배경에서, 전기자동차의 배터리를 사용하지 않고 실내 난방을 실시하며 배터리로 온수를 공급하여 배터리의 작동온도를 일정 온도 이상으로 유지시켜줄 수 있는 히터의 개발이 요구되고 있다.
이러한 요구에 따라, 본 발명은 일측면에서, 야외 여가활동의 캠핑 및 소형 공간의 공기난방 및 온수공급 문제를 해결하기 위해 공기난방 및 온수공급을 겸할 수 있는 히터에 대한 기술을 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 전기자동차의 배터리를 사용하지 않고 실내 난방을 실시하며 배터리로 온수를 공급하여 배터리의 작동온도를 일정 온도 이상으로 유지시켜주는 히터에 대한 기술을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 여러가지 목적에서 공기난방과 온수공급을 겸할 수 있는 히터에 대한 기술을 제공한다.
구체적인 실시예로서, 본 발명은, 실내에 배치되고 일측으로 흡기구가 형성되고 타측으로 배기구가 형성되는 기통; 상기 기통 안에 배치되고 연료를 연소시켜 고온의 연소가스를 생성하는 버너; 실외에 배치되는 연료통으로부터 공급되는 상기 연료를 상기 버너로 전달하는 연료관; 상기 연소가스를 실외로 배출하는 가스배출관; 및 일측은 상기 버너에 접하고 타측은 상기 기통 내 공기와 접하는 복수의 열교환판 및 상기 복수의 열교환판을 관통하면서 상기 버너를 둘러싸도록 배치되는 온수배관을 포함하는 열교환기를 포함하는 공기난방 및 온수 겸용 히터를 제공한다.
다른 실시예로서, 본 발명은, 천막의 실내공기를 가열하고 온수를 공급하는 공기난방 및 온수 겸용 히터에 있어서, 상기 천막에 배치되고 일측으로 흡기구가 형성되고 타측으로 배기구가 형성되는 기통; 상기 기통 안에 배치되고 연료를 연소시켜 고온의 연소가스를 생성하는 버너; 상기 천막의 외부에 배치되는 연료통으로부터 공급되는 상기 연료를 상기 버너로 전달하는 연료관; 상기 연소가스를 상기 천막의 외부로 배출하는 가스배출관; 및 일측은 상기 버너에 접하고 타측은 상기 기통 내 공기와 접하는 복수의 열교환판 및 상기 복수의 열교환판을 관통하면서 상기 버너를 둘러싸도록 배치되는 온수배관을 포함하는 열교환기를 포함하고, 상기 온수배관과 연결되는 바닥난방배관 및 상기 바닥난방배관과 상기 온수배관으로 흐르는 온수를 순환시키는 온수펌프를 더 포함하는 공기난방 및 온수 겸용 히터를 제공한다.
또 다른 실시예로서, 본 발명은, 전기자동차의 실내공기를 가열하고 상기 전기자동차의 배터리시스템으로 온수를 공급하는 공기난방 및 온수 겸용 히터에 있어서, 일측으로 흡기구가 형성되고 타측으로 배기구가 형성되는 기통; 상기 기통 안에 배치되고 연료를 연소시켜 고온의 연소가스를 생성하는 버너; 연료통으로부터 공급되는 상기 연료를 상기 버너로 전달하는 연료관; 상기 연소가스를 상기 전기자동차의 외부로 배출하는 가스배출관; 및 일측은 상기 버너에 접하고 타측은 상기 기통 내 공기와 접하는 복수의 열교환판 및 상기 복수의 열교환판을 관통하면서 상기 버너를 둘러싸도록 배치되는 온수배관을 포함하는 열교환기를 포함하고, 상기 온수배관은 상기 배터리시스템으로 온수열을 공급함으로써 배터리가 일정 온도 이상에서 사용될 수 있도록 하는 공기난방 및 온수 겸용 히터를 제공한다.
이러한 실시예에 따르면, 야외 여가활동의 캠핑 및 소형 공간의 공기난방 및 온수공급 문제를 해결할 수 있다. 또한, 이러한 실시예에 따르면, 전기자동차의 배터리를 사용하지 않고 실내 난방을 실시하며 배터리로 온수를 공급하여 배터리의 작동온도를 일정 온도 이상으로 유지시킬 수 이다. 또한, 이러한 실시예에 따르면, 여러가지 목적에서 공기난방과 온수공급을 겸할 수 있는 히터를 제작할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 공기난방 및 온수 겸용 히터의 구성도이다.
도 2는 도 1의 A-B 구간을 절단한 열교환기의 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 히터의 제어장치들을 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 히터가 천막에 적용된 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 히터가 전기자동차에 적용된 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 공기난방 및 온수 겸용 히터의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 히터(100)는 기통(110), 버너(120), 연료관(132), 가스배출관(134), 열교환기(140) 등을 포함할 수 있다.
기통(110)은 실내에 배치된다. 그리고, 기통(110)의 일측으로 흡기구(112)가 형성되고 타측으로 배기구(114)가 형성된다. 흡기구(112)와 배기구(114)는 서로 반대되는 방향에 위치할 수도 있으나 실시 형태에 따라서는 같은 방향 혹은 이와 다른 방향으로 배치될 수도 있다. 예를 들어, 흡기구(112)와 배기구(114)는 서로 직각되는 방향으로 배치될 수도 있다. 히터(100)가 배치되는 장소 혹은 장치의 공간적인 제약에 따라 흡기구(112)와 배기구(114)의 배치가 달라질 수도 있으나 유체의 흐름에 대한 설계에 따라 그 배치가 달라질 수도 있다. 예를 들어, 흡기구(112)로부터 배기구(114)로 흘러나가는 공기의 흐름을 제어하거나 공기의 흐름 속도를 제어하고자 하는 경우, 흡기구(112)와 배기구(114)의 배치 위치를 다르게 설계할 수 있다. 흡기구(112)와 배기구(114)가 서로 반대되는 방향으로 배치될 때, 공기의 흐름이 가장 원활하고 공기가 기통(110) 내에 체류하는 시간이 가장 짧을 수 있다.
흡기구(112)에는 흡기구팬(FAN, 116)이 배치될 수 있다. 흡기구팬(116)의 회전속도에 따라 기통(110)으로 공급되는 실내공기의 유량 혹은 유속이 다르게 제어될 수 있다.
배기구(114)에 배기구팬(FAN)이 배치될 수도 있다. 배기구팬(미도시)은 흡기구팬과 유사한 기능을 수행할 수 있다.
기통(110) 안에는 버너(120)가 배치될 수 있다.
버너(120)는 연료관(132)을 통해 공급되는 연료를 연소시켜 고온의 연소가스를 생성할 수 있다. 이때, 연료를 보관하는 연료통(미도시)은 실외에 위치할 수 있다. 그리고, 연료관(132)은 실외에 위치하는 연료통(미도시)으로부터 공급되는 연료를 버너(120)로 공급할 수 있다.
히터(100)에는 버너(120)로 실외공기를 공급하는 실외공기공급관(134)이 더 포함될 수 있다. 연료가 연소되기 위해서는 산소가 필요하게 되는데, 이러한 산소를 포함하는 공기는 실내에서 공급될 수도 있고 실외에서 공급될 수도 있다. 버너(120)로 실내공기가 공급되면, 버너(120)로 공급된 실내공기만큼 실외에서 실내로 공기가 재유입되어야 하는데, 이때, 실내의 밀폐정도에 따라 실외공기가 실내로 제대로 재유입되지 못하는 문제가 발생할 수도 있고, 또한, 실외공기는 실내보다 온도가 낮을 수 있기 때문에, 일 실시예에서는 실외공기공급관(134)을 통해 실외공기를 버너(120)로 공급하고 있다. 실시예에 따라서는 실내공기를 버너(120)로 공급할 수도 있다.
버너(120)에서 생성된 연소가스는 가스배출관(136)을 통해 실외로 배출된다. 히터(100)는 열교환기(140) 등을 이용하여 연소가스에서 열에너지를 뺏어오는데, 열에너지를 빼앗긴 연소가스는 이후 가스배출관(136)을 통해 실외로 배출된다. 연소가스가 실내에 머무르게 되면, 실내 산소농도 감소에 따른 질식 위험, 유해배기가스의 실내 배출 및 직접적인 흡입에 의한 건강 위해 위험이 생기게 되는데, 일 실시예와 같이 연소가스를 실외로 배출하게 되면, 이러한 위험이 제거되게 된다.
가스배출관(136)으로 배출되는 연소가스에도 일부의 열에너지가 남아 있을 수 있다. 열교환기(140)가 연소가스의 열에너지를 100% 공급받지 못하기 때문에 가스배출관(136)으로 배출되는 연소가스에도 일부의 열에너지가 남아 있을 수 있다. 가스배출관(136)에 남아 있는 열에너지는 연료를 가열하는데 사용될 수 있다. 연료관(132)의 일부가 가스배출관(136)에 접하도록 배치됨으로써 가스배출관(136)으로 배출되는 연소가스의 열에너지가 연료를 가열하는데 사용될 수 있다. 실외기온이 많이 낮은 경우, 연료의 온도가 낮아 연소의 효율이 떨어질 수 있는데, 이러한 실시예와 같이 연소가스의 잔여 열에너지에 의해 연료가 가열되는 경우, 연소 효율이 높아질 수 있다. 연료관(132)은 가스배출관(136)에 접하도록 배치될 수도 있고, 가스배출관(136)을 관통하도록 배치될 수도 있다.
연료로는 부탄 혹은 프로판과 같은 친환경연료가 사용될 수 있는데, 버너(120)는 이러한 연료를 연소시켜 이산화탄소 및 수증기 등을 생성할 수 있다. 이때, 이산화탄소 및 수증기를 포함하는 연소가스는 고온의 열에너지를 보유하고 있을 수 있다.
히터(100)는 이러한 고온의 연소가스에 포함된 열에너지를 공기난방과 온수공급에 사용할 수 있다.
먼저, 흡기구(112)를 통해 기통(110) 내로 유입되는 실내공기는 버너(120)의 외측면과 접촉하면서 연소가스에 포함된 열에너지 중 일부를 전달받을 수 있다. 이러한 실시예에서 버너(120)의 케이스는 열전도성이 높은 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 버너(120)의 케이스는 금속성의 물질로 구성되어 있을 수 있다.
한편, 히터(100)는 연소가스에 포함된 열에너지를 효율적으로 공기난방과 온수공급에 사용하기 위해 열교환기(140)를 포함할 수 있다.
열교환기(140)는 기통(110)으로 공급되는 공기를 가열하는 열교환판(142)을 포함할 수 있다. 열교환판(142)의 일측은 버너(120)와 접하고 있고, 타측은 기통(110) 내 공기와 접할 수 있다. 이러한 구조에 따라, 버너(120) 측에 접한 부분은 고온이 되고 기통(110) 내 공기와 접하는 부분은 저온이 된다. 고온에서 저온으로 열에너지가 전달되는 원리에 따라, 연소가스에 의한 열에너지가 기통(110) 내 공기로 이동하게 된다.
열교환기(140)는 원수배관(144)을 통해 공급되는 원수(原水)를 가열하는 온수배관(146)을 포함할 수 있다. 온수배관(146)은 버너(120)를 둘러싸고 있는데, 버너(120)와의 접촉면을 통해 연소가스의 열에너지를 원수로 전달하게 된다. 가열된 온수는 온수공급배관(148)을 통해 사용자에게 직접 전달되거나 바닥난방장치에 사용될 수 있다.
도 2를 더 참조하여, 열교환기(140)의 구조를 좀더 상세히 설명한다.
도 2는 도 1의 A-B 구간을 절단한 열교환기의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 열교환기(140)는 복수의 열교환판(142) 및 온수배관(146)을 포함한다. 여기서, 열교환판(142)은 연소가스와 실내공기 사이의 열교환을 지원하고, 온수배관(146)은 연소가스와 원수 사이의 열교환을 지원한다. 연소가스가 실내공기 및 원수보다 상대적으로 고온이기 때문에, 실질적으로, 열교환판(142)은 연소가스의 열에너지를 실내공기로 전달하는 기능을 수행하고, 온수배관(146)은 연소가스의 열에너지를 원수로 전달하는 기능을 수행한다.
열교환기(140)의 형상을 살펴보면, 열교환판(142)은 버너(120)의 길이방향과 나란하게 배치될 수 있다. 이러한 형상에 따라, 버너(120)의 길이방향으로 흐르는 연소가스의 열에너지가 열교환판(142)으로 좀더 효율적으로 전달될 수 있다.
복수의 열교환판(142)은 서로 간격을 두고 버너(120)를 둘러싸는 방향으로 배치될 수 있다. 열교환판(142)의 전체 표면적이 넓을수록 열교환판(142)으로의 열교환이 용이해질 수 있는데, 이를 위해, 열교환기(140)는 넓은 면적을 가지는 복수의 열교환판(142)을 서로 간격을 두면서 배치시킬 수 있다.
연소가스의 열에너지가 공간적으로 균일하게 퍼져나갈 수 있도록 열교환판(142)이 일정한 간격으로 배치될 수 있으나, 가스배출관(136) 등의 배치에 따라 일부에서의 간격은 일정하지 않을 수 있다.
열교환판(142)은 열전도성이 높은 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 열교환판(142)은 알루미늄 등의 금속성 물질로 구성될 수 있다.
온수배관(146)은 버너(120)를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이때, 온수배관(146)은 버너(120)의 연소가스와 일정한 접촉면을 가질 수 있도록 버너(120)의 외측면과 접해 있거나 온수배관(146)의 일부분이 버너(120)의 외측면을 구성할 수 있다.
온수배관(146)은 연소가스와의 좀더 많은 접촉면을 만들기 위해 버너(120)의 둘레를 2회 이상 감싸도록 배치될 수 있다. 이때, 온수배관(146)은 열교환판(142)을 관통하면서 배치될 수 있다.
온수배관(146)은 일정한 간격을 가지고 버너(120)를 감싸도록 배치될 수 있다. 이때, 온수배관(146)이 배치되지 않는 부분에서 열교환판(142)이 버너(120)와 접하도록 배치될 수 있다. 다시 말해, 온수배관(146)과 열교환판(142)의 일측은 버너(120)와 접하게 되는데, 온수배관(146)이 일정한 간격으로 버너(120)에 접하면서 배치되고 그 사이에서 열교환판(142)이 버너(120)에 접하면서 배치될 수 있다.
한편, 연소가스에서 전달할 수 있는 열에너지의 총량은 연소되는 연료량에 따라 일정 한도로 정해지기 때문에, 온수배관(146)으로 많은 열에너지가 공급되면 실내공기로는 상대적으로 적은 열에너지가 공급될 수 있다. 반대로, 실내공기로 많은 열에너지가 공급되면 온수배관(146)으로는 상대적으로 적은 열에너지가 공급될 수 있다.
히터(100)는 이러한 원리에 따라, 기통(110)으로 공급되는 공기량을 제어하거나 온수배관(146)으로 공급되는 수량을 제어하여 공기난방 및 온수공급에서의 열에너지 사용량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 히터(100)가 기통(110)으로 공급되는 공기량을 증가시키면, 열교환기(140)에서 열교환판(142)으로 보다 많은 열에너지가 공급되기 때문에 공기난방에 사용되는 열에너지량이 증가하고 온수공급에 사용되는 열에너지량이 감소하게 된다. 다른 예로, 히터(100)가 온수배관(146)으로 공급되는 수량을 증가시키면, 열교환기(140)에서 온수배관(146)으로 보다 많은 열에너지가 공급되기 때문에 온수공급에 사용되는 열에너지량이 증가하고 공기난방에 사용되는 열에너지량이 감소하게 된다.
물론, 연료의 연소량을 증가시키면, 전체 열에너지량을 증가시켜 공기난방 및 온수공급에서의 열에너지량을 모두 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 히터(100)는 버너(120)로 공급되는 연료량을 증가시키거나 가스배출관(136)으로 배출되는 연소가스의 유량을 증가시켜 연료의 연소량을 증가시키고 이를 통해 전체 열에너지량을 증가시킬 수 있다.
히터(100)는 제어기를 더 포함하고 있으면서 이러한 열에너지 제어를 수행할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 히터의 제어장치들을 나타내는 도면이다.
히터는 히터의 제반 기능을 제어하기 위한 제어기(310)를 포함할 수 있다.
제어기(310)는 흡기구팬(116)을 제어할 수 있다. 흡기구팬(116)은 기통으로 공급되는 실내공기의 유량을 제어할 수 있는데, 제어기(310)는 이러한 흡기구팬(116)을 제어함으로써 기통으로 공급되는 실내공기의 유량을 조절할 수 있다.
제어기(310)는 공기난방을 증가시키기 위해 흡기구팬(116)을 제어하여 기통으로 공급되는 실내공기의 유량을 증가시킬 수 있다. 반대로, 제어기(310)는 온수공급을 증가시키기 위해 흡기구팬(116)을 제어하여 기통으로 공급되는 실내공기의 유량을 감소시킬 수 있다.
제어기(310)는 연료조절기(320) 혹은 연소가스배출조절기(330)를 제어하여 버너에서 생성되는 전체 열에너지량을 조절할 수 있다.
연료조절기(320)는 연료통으로부터 버너로 공급되는 연료의 양을 제어하는 장치이다. 제어기(310)는 연료조절기(320)를 제어하여 버너에서 연소되는 연료의 양을 조절할 수 있다.
연소가스배출조절기(330)는 가스배출관에 배치되는 장치로서, 가스배출관을 통해 배출되는 연소가스의 유량을 제어한다. 제어기(310)는 연소가스배출조절(330)를 제어하여 버너에서의 연소에너지량을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기(310)는 연소가스배출조절기(330)에 대한 제어를 통해 가스배출관을 통해 배출되는 연소가스의 유량을 증가시킬 수 있는데, 이 경우, 버너에서의 연소에너지량이 증가할 수 있다.
제어기(310)는 히팅수조절기(340)를 제어하여 온수공급에 사용되는 에너지량을 조절할 수 있다. 히팅수조절기(340)는 온수배관으로 공급되는 원수의 양을 조절하는 펌프이거나 온수배관에서 공급하는 온수의 양을 조절하는 펌프 혹은 밸브일 수 있다.
제어기(310)는 이러한 히팅수조절기(340)에 대한 제어를 통해 온수배관으로 공급되는 수량을 제어하고 이를 통해 공기난방과 온수공급 각각에서 사용되는 열에너지량의 배분을 제어할 수 있다.
히터 혹은 그 주변에는 다양한 센서가 배치될 수 있다. 그리고, 제어기(310)는 이러한 센서들과의 신호 교환을 통해, 히터에 대한 제어를 좀더 정밀하게 수행할 수 있다.
히터에는 실내온도센서(350), 히팅수온도센서(360), 가스누출센서(370) 등이 포함될 수 있다.
제어기(310)는 실내온도센서(350)에서 전달되는 신호에 따라 실내공기 온도가 일정한 범위 내에서 유지되도록 흡기구팬(116), 연료조절기(320), 연소가스배출조절기(330) 등을 제어할 수 있다.
제어기(310)는 히팅수온도센서(360)에서 전달되는 신호에 따라 온수공급량이 일정한 범위 내에서 유지되도록 연료조절기(320), 연소가스배출조절기(330), 히팅수조절기(340) 등을 제어할 수 있다.
기통에는 가스누출센서(370)가 더 설치될 수 있는데, 제어기(310)는 가스누출센서(370)의 신호에 따라 버너로 공급되는 연료를 차단할 수 있다.
제어기(310)는 히터에 포함되지 않은 다른 장치 혹은 센서들과의 통신을 통해 히터를 제어할 수 있다.
예를 들어, 실내에는 화재감지센서(380)가 위치하고 제어기(310)는 화재감지센서(380)로부터 무선신호를 수신하고 무선신호에 따라 실내에 화재가 발생한 것을 감지하면 버너로 공급되는 연료를 차단할 수 있다.
제어기(310)는 디스플레이장치를 포함하는 통신단말(390)-예를 들어, 스마트폰-과 무선신호를 통해 통신하고, 각종 정보를 교환할 수 있다.
예를 들어, 제어기(310)는 히터의 제반상태를 통신단말(390)로 전송하고, 통신단말(390)은 이러한 히터의 제반상태를 디스플레이장치에 표시할 수 있다. 또한, 통신단말(390)은 사용자 입력수단-예를 들어, 터치패널-을 포함하고 있으면서 사용자로부터 조작신호를 입력받고 이러한 조작신호를 제어기(310)로 전송해 줄 수 있다. 그리고, 제어기(310)는 이러한 조작신호에 따라 히터를 제어할 수 있다.
통신단말(390)에는 온도센서 등의 각종 센서가 포함되어 있을 수 있다. 통신단말(390)은 내장된 온도센서에서 계측한 온도를 제어기(310)로 전송하고 제어기(310)는 이러한 계측 온도가 일정한 범위 내로 유지되도록 히터를 제어할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 일 실시예에 따른 히터는 여러가지 분야에 사용될 수 있다. 아래에서는 그 적용의 예로서, 히터가 천막의 실내공기를 가열하고 온수를 공급하는 실시예와 전기자동차의 실내공기를 가열하고 전기자동차의 배터리시스템으로 온수를 공급하는 실시예에 대해 설명한다.
도 4는 일 실시예에 따른 히터가 천막에 적용된 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
히터(410)는 기통(도 1의 110 참조), 버너(도 1의 120 참조), 연료관(도 1의 132 참조), 가스배출관(430), 열교환기(도 1의 140 참조) 등을 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 히터(410)는 천막(490)에 적용되어 천막(490)의 실내공기를 가열하고 천막(490) 사용자에게 온수를 공급하거나 천막(490)의 바닥난방배관(440)으로 온수를 공급할 수 있다.
히터(410)는 기통(도 1의 110 참조)이 천막(490) 내에 배치되고, 연료통(420)은 천막(490)의 외부에 배치된다. 그리고, 버너(도 1의 120 참조)에서 생성된 연소가스는 기통(도 1의 110 참조)으로부터 천막(490)의 외부로 연장된 가스배출관(430)을 통해 천막(490) 외부로 배출된다. 이러한 구조에 따라, 히터(410)는 천막(490) 실내공기를 가열하면서도 질식이나 유해가스흡입 등의 문제를 일으키지 않게 된다.
히터(410)에 포함된 열교환기(도 1의 140 참조)의 온수배관(도 1의 146 참조)은 천막(490) 내에 설치되는 바닥난방배관(440)과 연결될 수 있다. 그리고, 히터(410)는 온수펌프(미도시)를 더 포함하고 있으면서, 바닥난방배관(440)과 온수배관(도 1의 146 참조)으로 흐르는 온수를 순환시킬 수 있다. 이러한 구조에 따라, 히터(410)는 실내공기난방과 바닥난방을 동시에 수행할 수 있다.
히터(410)는 온수펌프(미도시)를 제어하는 제어기(도 3의 310 참조)를 더 포함할 수 있다. 제어기(도 3의 310 참조)는 온수펌프(미도시)를 통해 열교환기(도 1의 140 참조)에서 온수배관(도 1의 146 참조)으로 유입되는 에너지량을 조절할 수 있다.
또한, 제어기(도 3의 310 참조)는 디스플레이장치 및 온도센서를 포함하는 통신단말과 무선신호를 통해 통신하고, 통신단말에서 계측한 온도가 일정한 범위 내로 유지되도록 온수펌프(미도시)를 제어하거나 버너(도 1의 120 참조)로 공급되는 연료량을 제어할 수 있다.
또한, 제어기(도 3의 310 참조)는 디스플레이장치 및 온도센서를 포함하는 통신단말과 무선신호를 통해 통신하고, 통신단말에서 계측한 온도가 일정한 범위 내로 유지되도록 기통(도 1의 110 참조)으로 공급되는 공기량을 제어하거나 가스배출관(430)을 통해 배출되는 연소가스의 유량을 제어할 수 있다.
또한, 제어기(도 3의 310 참조)는 화재감지센서로부터 무선신호를 수신하고 무선신호에 따라 천막(490)에 화재가 발생한 것을 감지하면 버너(도 1의 120 참조)로 공급되는 연료를 차단할 수 있다.
이러한 실시예에 따르면, 히터(410)가 화재위험성, 질식위험성, 유해가스노출위험성을 낮추면서도 공기난방과 온수공급을 동시에 수행할 수 있게 된다.
도 5는 일 실시예에 따른 히터가 전기자동차에 적용된 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
히터(510)는 기통(도 1의 110 참조), 버너(도 1의 120 참조), 연료관(도 1의 132 참조), 가스배출관(도 1의 136 참조), 열교환기(도 1의 140 참조) 등을 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 히터(510)는 전기자동차(590)의 실내공기를 가열하고 전기자동차(590)의 배터리시스템(520)으로 온수를 공급할 수 있다.
열교환기(도 1의 140)에 포함된 온수배관(도 1의 146 참조)은 배터리시스템(520)의 온도유지장치(미도시)와 연결될 수 있는데, 온수배관(도 1의 146 참조)은 이러한 온도유지장치(미도시)로 온수열을 공급함으로써 배터리가 일정 온도 이상에서 사용될 수 있도록 한다.
히터(510)는 전기자동차(590)의 전장(530)과 통신하는 제어기(도 3의 310 참조)를 더 포함할 수 있다. 제어기(도 3의 310 참조)는 배터리의 온도가 일정 온도 이하가 될 때만, 배터리시스템(520)으로 온수열을 공급할 수 있는데, 이에 따라, 제어기(도 3의 310 참조)는 배터리 온도가 일정 온도 이상으로 유지되면 온수배관(도 1의 146 참조)으로 흐르는 온수의 유량을 0으로 맞추거나 일정값 이하로 제어하여 온수공급에 소요되는 에너지량을 줄일 수 있다.
전기자동차(590)에는 배터리에서 공급하는 전력으로 작동되는 전기히터(미도시)가 더 구비되어 있을 수 있다. 이때, 전기히터(미도시)는 배터리의 전력을 사용하기 때문에, 배터리의 SoC(State-of-Charge)가 일정값 이하로 내려갈 때, 전기자동차(590)의 주행에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해, 전기자동차(590)는 배터리의 SoC가 일정값 이하이면 전기히터(미도시)가 작동되지 않도록 제어할 수 있다. 이때, 제어기(도 3의 310 참조)는 전장(530)과의 통신을 통해 전기히터(미도시)가 작동되지 않는 것을 파악하고 히터(510)의 공기난방 출력을 증가시킬 수 있다.
이러한 실시예에 따르면, 히터는 전기자동차의 배터리 사용을 줄여 전기자동차의 주행거리를 증가시킬 수 있고, 또한, 겨출철에도 배터리의 작동온도를 일정 이상으로 유지시켜 배터리 성능을 향상시킬 수 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (19)

  1. 실내에 배치되고 일측으로 흡기구가 형성되고 타측으로 배기구가 형성되는 기통;
    상기 기통 안에 배치되고 연료를 연소시켜 고온의 연소가스를 생성하는 버너;
    실외에 배치되는 연료통으로부터 공급되는 상기 연료를 상기 버너로 전달하는 연료관;
    상기 연소가스를 실외로 배출하는 가스배출관; 및
    일측은 상기 버너에 접하고 타측은 상기 기통 내 공기와 접하는 복수의 열교환판 및 상기 복수의 열교환판을 관통하면서 상기 버너를 둘러싸도록 배치되는 온수배관을 포함하는 열교환기를 포함하고,
    상기 온수배관은 상기 버너의 둘레를 2회 이상 감싸도록 배치되고,
    상기 온수배관은 일정한 간격을 가지고 상기 버너를 감싸고 상기 온수배관이 배치되지 않는 부분에서 상기 열교환판이 상기 버너와 접하도록 배치되는 공기난방 및 온수 겸용 히터.
  2. 제1항에 있어서,
    실외공기를 상기 버너로 공급하는 실외공기공급관을 더 포함하는 공기난방 및 온수 겸용 히터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기통의 흡기구에는 실내공기를 상기 기통으로 공급하는 흡기구팬이 더 배치되는 공기난방 및 온수 겸용 히터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열교환판은 상기 버너의 길이방향과 나란하게 배치되며, 상기 복수의 열교환판이 서로 간격을 두고 상기 버너를 둘러싸는 방향으로 배치되는 공기난방 및 온수 겸용 히터.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연료관의 일부는 상기 가스배출관과 접하도록 배치되거나 상기 가스배출관을 관통하도록 배치되는 공기난방 및 온수 겸용 히터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가스배출관에는 연소가스의 유량을 조절하는 연소가스배출조절기가 더 배치되고 상기 연소가스배출조절기에 따라 상기 버너에서의 연소에너지량이 제어되는 공기난방 및 온수 겸용 히터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 연료는 부탄 혹은 프로판인 공기난방 및 온수 겸용 히터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기통으로 공급되는 공기량을 제어하거나 상기 온수배관으로 공급되는 수량을 제어하는 제어기를 더 포함하는 공기난방 및 온수 겸용 히터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기통에는 가스누출센서가 더 설치되고
    상기 제어기는 상기 가스누출센서의 신호에 따라 상기 버너로 공급되는 연료를 차단하는 공기난방 및 온수 겸용 히터.
  12. 천막의 실내공기를 가열하고 온수를 공급하는 공기난방 및 온수 겸용 히터에 있어서,
    상기 천막에 배치되고 일측으로 흡기구가 형성되고 타측으로 배기구가 형성되는 기통;
    상기 기통 안에 배치되고 연료를 연소시켜 고온의 연소가스를 생성하는 버너;
    상기 천막의 외부에 배치되는 연료통으로부터 공급되는 상기 연료를 상기 버너로 전달하는 연료관;
    상기 연소가스를 상기 천막의 외부로 배출하는 가스배출관; 및
    일측은 상기 버너에 접하고 타측은 상기 기통 내 공기와 접하는 복수의 열교환판 및 상기 복수의 열교환판을 관통하면서 상기 버너를 둘러싸도록 배치되는 온수배관을 포함하는 열교환기를 포함하고,
    상기 온수배관과 연결되는 바닥난방배관 및 상기 바닥난방배관과 상기 온수배관으로 흐르는 온수를 순환시키는 온수펌프를 더 포함하고,
    상기 온수배관은 상기 버너의 둘레를 2회 이상 감싸도록 배치되고,
    상기 온수배관은 일정한 간격을 가지고 상기 버너를 감싸고 상기 온수배관이 배치되지 않는 부분에서 상기 열교환판이 상기 버너와 접하도록 배치되는 공기난방 및 온수 겸용 히터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 온수펌프를 제어하는 제어기를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 온수펌프를 통해 상기 열교환기에서 상기 온수배관으로 유입되는 에너지량을 조절하는 공기난방 및 온수 겸용 히터.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어기는,
    디스플레이장치 및 온도센서를 포함하는 통신단말과 무선신호를 통해 통신하고, 상기 통신단말에서 계측한 온도가 일정한 범위 내로 유지되도록 상기 온수펌프를 제어하거나 상기 버너로 공급되는 연료량을 제어하는 공기난방 및 온수 겸용 히터.
  15. 제12항에 있어서,
    디스플레이장치 및 온도센서를 포함하는 통신단말과 무선신호를 통해 통신하고, 상기 통신단말에서 계측한 온도가 일정한 범위 내로 유지되도록 상기 기통으로 공급되는 공기량을 제어하거나 상기 가스배출관을 통해 배출되는 연소가스의 유량을 제어하는 제어기를 더 포함하는 공기난방 및 온수 겸용 히터.
  16. 제12항에 있어서,
    화재감지센서로부터 무선신호를 수신하고 상기 무선신호에 따라 상기 천막에 화재가 발생한 것을 감지하면 상기 버너로 공급되는 연료를 차단하는 제어기를 더 포함하는 공기난방 및 온수 겸용 히터.
  17. 전기자동차의 실내공기를 가열하고 상기 전기자동차의 배터리시스템으로 온수를 공급하는 공기난방 및 온수 겸용 히터에 있어서,
    일측으로 흡기구가 형성되고 타측으로 배기구가 형성되는 기통;
    상기 기통 안에 배치되고 연료를 연소시켜 고온의 연소가스를 생성하는 버너;
    연료통으로부터 공급되는 상기 연료를 상기 버너로 전달하는 연료관;
    상기 연소가스를 상기 전기자동차의 외부로 배출하는 가스배출관; 및
    일측은 상기 버너에 접하고 타측은 상기 기통 내 공기와 접하는 복수의 열교환판 및 상기 복수의 열교환판을 관통하면서 상기 버너를 둘러싸도록 배치되는 온수배관을 포함하는 열교환기를 포함하고,
    상기 온수배관은 상기 버너의 둘레를 2회 이상 감싸도록 배치되고,
    상기 온수배관은 일정한 간격을 가지고 상기 버너를 감싸고 상기 온수배관이 배치되지 않는 부분에서 상기 열교환판이 상기 버너와 접하도록 배치되고,
    상기 온수배관은 상기 배터리시스템으로 온수열을 공급함으로써 배터리가 일정 온도 이상에서 사용될 수 있도록 하는 공기난방 및 온수 겸용 히터.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전기자동차의 전장과 통신하는 제어기를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 배터리의 온도가 일정 온도 이상으로 유지되면 상기 온수배관으로 흐르는 온수의 유량을 일정 값 이하로 제어시키는 공기난방 및 온수 겸용 히터.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 전기자동차에는 전기히터가 더 구비되고,
    상기 배터리의 SoC(State-of-Charge)가 일정 값 이하이면 상기 전기히터가 작동되지 않도록 제어되는 공기난방 및 온수 겸용 히터.
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