KR101909574B1 - 열매체 전기보일러 기반의 난방장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열매체와 전기를 사용하는 보일러를 기반으로 하는 난방장치에 있어서: 열매체와 전열선(12)을 수용하는 난방관(10); 상기 난방관(10)의 대향하는 일측과 타측을 연통관(23)으로 연결하고, 양측의 온도 또는 압력 차이에 의해 유로를 개폐하는 완충수단(20); 및 상기 열매체와 전열선(12)의 작동 상태를 제어하는 제어수단(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 난방의 규모에 대응하여 열매체를 수용하는 배관경로가 길어지거나 복잡화되어도 국부적인 온도와 압력의 편차를 완화하여 작동신뢰성을 보장하고 내구성을 향상하는 효과가 있다.

Description

열매체 전기보일러 기반의 난방장치{Heating apparatus using heat medium electric boiler}

본 발명은 난방장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 열매체와 전기를 융합한 가열원을 난방 등의 용도로 적용하기 위한 열매체 전기보일러 기반의 난방장치에 관한 것이다.

열매체 전기보일러는 작은 전기로 높은 열을 낼 수 있는 열매체를 이용하여 난방, 온수, 온풍을 제공하는 방식으로서 냄새와 소음이 없는 전기보일러의 장점을 지니면서 경제성을 확보활 수 있기에 산업용은 물론 가정용 난방장치로 활용도가 증대될 것으로 기대된다. 다만, 열매체 전기보일러를 활용한 난방에서 고온의 작용에 의한 열매체의 산화(탄화), 유동압력 불균형에 의한 발열 집중 등의 현상을 방지하는 설계요소가 중요하다.

이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 하기의 한국 등록실용신안공보 제0442257호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제0884328호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.

선행문헌 1은 전열선을 난방관 내부에 내설하여 전원투입장치가 내장된 단부마감장치와 단부 밀폐장치를 난방관에 결착하고 첵크벨브와 공기배출밸브와 열매체주입밸브를 연결한 다음 압력흡수튜브와 압력이동관과 기포저장튜브를 결착하여 장치의 내부는 서로 연통되고 외부와는 폐쇄된 구조로 구성한다. 이에, 이상 과열로 인한 하자 예방 및 빠른 열전도에 의한 신속한 난방을 기대한다.

선행문헌 2는 3중피복관 내부에 설치되는 발열선; 열매체오일 내부에 일정한 밀도로 충진되는 미세발열체; 일측이 3중피복관의 양측 끝단에 연결되는 전선; 3중피복관의 내부 양측 끝단에 설치되는 오일흡착포; 온도조절컨트롤장치와 전기적으로 연결되는 온도감지센서; 등로 구성된다. 이에, 압력 조정을 위한 추가 장치를 배제하고 발열선의 과열과 단선을 방지하는 효과를 기대한다.

그러나, 상기한 선행문헌에 의하면 난방의 규모 증대에 대응하여 배관의 길이가 길어질수록 온도와 압력 편차로 유발되는 열매체 기능장애를 해소하기에 한계성을 드러낸다.

1. 한국 등록실용신안공보 제0442257호 "열매체와 전열선을 이용한 난방장치" (공개일자 : 2008.06.11.) 2. 한국 등록특허공보 제0884328호 "열매체오일과 미세발열체를 이용한 난방장치" (공개일자 : 2009.02.18.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 난방의 규모에 대응하여 열매체를 수용하는 배관의 경로가 길어지거나 복잡화어도 국부적인 온도와 압력의 편차를 완화하여 일정한 성능을 유지할 수 있는 열매체 전기보일러 기반의 난방장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 열매체와 전기를 사용하는 보일러를 기반으로 하는 난방장치에 있어서: 열매체와 전열선을 수용하는 난방관; 상기 난방관의 대향하는 일측과 타측을 연통관으로 연결하고, 양측의 온도 또는 압력 차이에 의해 유로를 개폐하는 완충수단; 및 상기 열매체와 전열선의 작동 상태를 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 난방관은 방열코일의 증설이 가능하도록 외부로 노출되는 포트를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 완충수단은 연통관의 내부에 형성되는 차단목, 차단목 상으로 이동 가능하게 설치되는 구체, 구체의 양측으로 연결되어 온도차에 의한 이동을 유발하는 바이메탈을 구비한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 완충수단은 연통관의 내부에 형성되는 차단목, 차단목 상으로 이동 가능하게 설치되는 구체, 구체의 양측으로 연결되어 압력차에 의한 이동을 유발하는 지지링을 구비한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 완충수단은 대향하는 양측의 난방관을 외부로 연결하는 전열대를 보조수단으로 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 변형예로서, 상기 보조수단은 전열대 상에 열에너지 저장을 위한 축열재를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 난방관에 복수로 설치되는 온도센서, 난방관에 복수로 설치되는 압력센서, 전열선에 설치되는 누전검출기의 신호에 대응하여 전열선에 인가되는 전원을 단속하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 난방의 규모에 대응하여 열매체를 수용하는 배관경로가 길어지거나 복잡화되어도 국부적인 온도와 압력의 편차를 완화하여 작동신뢰성을 보장하고 내구성을 향상하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장치를 전체적으로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 장치의 완충수단을 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 완충수단을 확대하여 나타내는 모식도
도 4는 본 발명에 따른 완충수단의 작동을 나타내는 모식도
도 5는 본 발명에 따른 장치의 보조수단을 나타내는 모식도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 열매체와 전기를 사용하는 보일러를 기반으로 하는 난방장치에 관하여 제안한다. 열매체는 물 이외의 일반적인 다환방향족류를 비롯한 다양한 열매유를 적용할 수 있다. 가정용 보일러와 난방장치를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 통상적으로 열매체 전기보일러는 펌프를 배제할 수 있지만 난방 용량이 증대하는 경우 펌프도 포함될 수 있다.

본 발명에 따르면 난방관(10)이 열매체와 전열선(12)을 수용하는 구조를 지닌다. 도 1에서 난방관(10)은 "ㄷ"자형 경로의 내부에 사행형 경로를 혼합한 형태를 좌우 대칭적으로 배치한 상태를 예시한다. 난방관(10)은 유연성, 내열성, 내화학성을 지닌 수지재를 사용할 수 있다. 전열선(12)은 난방관(10)의 전체적인 경로에 걸쳐 중심선 상으로 배치된다. 이와 같은 난방관(10)은 통상 몰탈을 이용하여 바닥에 매립되지만 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 변형예로서, 상기 난방관(10)은 방열코일(17)의 증설이 가능하도록 외부로 노출되는 포트(15)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 포트(15)는 도관과 밸브를 포함하여 구성되므로 필요한 시점에 난방관(10)에 방열코일(17)을 설치 또는 해체하기 용이하다. 방열코일(17)은 바닥이 아닌 실외로 노출되며, 별도의 온수배관이나 송풍팬과 연계될 수 있다. 이외에 방열코일(17)을 통하여 열매체를 점검, 보충, 교체하는 구성을 부가하기 용이하다.

또, 본 발명에 따르면 완충수단(20)이 상기 난방관(10)의 대향하는 일측과 타측을 연통관(23)으로 연결하고, 양측의 온도 또는 압력 차이에 의해 유로를 개폐하는 구조이다. 도 1에서 완충수단(20)이 3개소에 설치된 상태를 예시하지만 난방 규모에 따른 증설이 가능하다. 도 2를 참조하면 일측 난방관(10)과 타측 난방관(10)이 이음관(21)을 개재하여 연통관(23)으로 연결된다. 완충수단(20)은 양측 난방관(10)의 온도차 또는 압력차에 반응하여 후술하는 제어수단(50)과 무관하게 연통관(23)의 유로를 개폐한다. 즉, 완충수단(20)은 전기적 연결이 배제되는 구조로 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 완충수단(20)은 연통관(23)의 내부에 형성되는 차단목(25), 차단목(25) 상으로 이동 가능하게 설치되는 구체(35), 구체(35)의 양측으로 연결되어 온도차에 의한 이동을 유발하는 바이메탈(33)을 구비한다. 도 3을 참조하면, 차단목(25)은 연통관(23)의 내부에 유로 단면적이 급격하게 축소되도록 형성되고, 구체(35)는 차단목(25)의 일측과 타측으로 이동하면 유로를 개폐하도록 설치된다. 도 3에서 바이메탈(33)은 구체(35)의 일측에서 일측 지지링(37)에 연결되고 구체(35)의 타측에서 타측 지지링(37)에 연결된 상태로 예시한다. 이 경우 지지링(37)은 다수의 통공을 지니고 이동되지 않도록 고정한다. 도 3에서 각 부분의 치수는 예시적인 것으로서 바이메탈(33)은 충분한 길이로 연장한다.

이에, 도 4(a)처럼 일측 난방관(10)과 타측 난방관(10)의 온도차가 설정치 이상으로 되면 바이메탈(33)의 길이 차이에 의하여 구체(35)가 이동하면서 차단목(25)의 유로가 개방되어 충격을 완화한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 완충수단(20)은 연통관(23)의 내부에 형성되는 차단목(25), 차단목(25) 상으로 이동 가능하게 설치되는 구체(35), 구체(35)의 양측으로 연결되어 압력차에 의한 이동을 유발하는 지지링(37)을 구비한다. 차단목(25)과 구체(35)는 전술한 바와 동일하게 구성하지만, 지지링(37)은 안내홈(27) 상에서 설정된 거리로 이동 가능하게 구성한다. 지지링(37)에는 열매체 이동을 위한 통공이 형성된다.

이에, 도 4(b)처럼 일측 난방관(10)과 타측 난방관(10)의 압력차가 설정치 이상으로 되면 지지링(37)의 위치가 변동되면서 구체(35)의 이동을 유발하므로 차단목(25)의 유로가 개방되어 충격을 완화한다.

이때, 도 4(a)의 구성과 도 4(b)의 구성은 별도로 적용되는 것으로 예시하만 동시에 적용할 수도 있다.

한편, 구체(35)는 이동의 원활성을 위해 경량이면서 내열성, 내약품성, 내마모성을 지닌 소재를 사용하는 것이 좋다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 완충수단(20)은 대향하는 양측의 난방관(10)을 외부로 연결하는 전열대(42)를 보조수단(40)으로 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 5에서 완충수단(20)에 인접하여 양측 난방관(10)을 보조수단(40)을 연결한 상태를 예시한다. 전열대(42)는 연전도율이 높은 금속재질을 사용하고 양측 난방관(10)에 각각의 밴드(48)로 결합한다. 이와 같이 하면 대향하는 난방관(10)의 온도차가 지속적으로 진행되는 현상을 완화하여 완충수단(20)의 부담은 물론 시스템 전체의 온도/압력 충격을 완화할 수 있다.

본 발명의 또 다른 변형예로서, 상기 보조수단(40)은 전열대(42) 상에 열에너지 저장을 위한 축열재(45)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 5에서 축열재(45)가 전열대(42)의 일부에 수용되도록 설치된 상태를 예시한다. 축열재(45)는 우수한 열전도도와 내열성을 지닌 알루미나(Al₂O₃)가 선호되지만 상변화 물질(PCM, Phase Change Materials)을 비롯한 여타 물질의 혼합 적용도 가능하다. 어느 경우에나 전열대(42)와 축열재(45)는 난방관(10)의 온도편차를 축소한다.

또, 본 발명에 따르면 제어수단(50)이 상기 열매체와 전열선(12)의 작동 상태를 제어하는 구조이다. 제어수단(50)은 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 탑재한 제어기(52)를 사용한다. 제어기(52)는 사용자가 설정하는 온도의 난방을 위해 전열선(12)에 대한 전원 단속을 상시적으로 수행하지만, 열매체의 온도나 압력이 비정상적이거나 전원에 장애가 발생한 경우 가동을 중단하여 장치를 보호하고 사고를 방지한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(50)은 난방관(10)에 복수로 설치되는 온도센서(54), 난방관(10)에 복수로 설치되는 압력센서(56), 전열선(12)에 설치되는 누전검출기(58)의 신호에 대응하여 전열선(12)에 인가되는 전원을 단속하는 것을 특징으로 한다. 온도센서(54)와 압력센서(56)는 난방관(10)의 배관 상에서 이격된 2지점 이상에 설치한다. 누전검출기(58)는 제어기(52)에서 전원을 단속하는 부분에 설치한다. 전열선(12)의 피복 불량, 노후화 등으로 누전이 발생하면 열매체의 물성이 열화되면서 작동신뢰성이 저하된다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 난방관 12: 전열선
15: 포트 17: 방열코일
20: 완충수단 21: 이음관
23: 연통관 25: 차단목
27: 안내홈 33: 바이메탈
35: 구체 37: 지지링
40: 보조수단 42: 전열대
45: 축열재 48: 밴드
50: 제어수단 52: 제어기
54: 온도센서 56: 압력센서
58: 누전검출기

Claims (7)

1. 열매체와 전기를 사용하는 보일러를 기반으로 하는 난방장치에 있어서:
   열매체와 전열선(12)을 수용하는 난방관(10);
   상기 난방관(10)의 대향하는 일측과 타측을 연통관(23)으로 연결하고, 양측의 온도 또는 압력 차이에 의해 유로를 개폐하는 완충수단(20); 및
   상기 열매체와 전열선(12)의 작동 상태를 제어하는 제어수단(50);을 포함하여 이루어지되,
   상기 난방관(10)은 외부로 노출되는 포트(15)를 통하여 증설 가능하게 연결되는 방열코일(17)을 구비하고,
   상기 완충수단(20)은 연통관(23)의 내부에 유로 단면적이 급격하게 축소되도록 형성되는 차단목(25), 차단목(25) 상으로 이동 가능하게 설치되는 구체(35), 구체(35)의 양측으로 연결되어 온도차에 의한 이동을 유발하는 바이메탈(33)을 구비하며,
   상기 완충수단(20)은 연통관(23)의 내부에 유로 단면적이 급격하게 축소되도록 형성되는 차단목(25), 차단목(25) 상으로 이동 가능하게 설치되는 구체(35), 구체(35)의 양측으로 연결되어 압력차에 의한 이동을 유발하는 지지링(37)을 구비하고,
   상기 완충수단(20)은 대향하는 양측의 난방관(10)을 외부로 연결하도록 연통관(23)에 인접하게 배치되는 전열대(42)를 보조수단(40)으로 구비하며,
   상기 보조수단(40)은 전열대(42) 상에 열에너지 저장을 위한 축열재(45)를 더 구비하고,
   상기 제어수단(50)은 난방관(10)에 복수로 설치되는 온도센서(54), 난방관(10)에 복수로 설치되는 압력센서(56), 전열선(12)에 설치되는 누전검출기(58)의 신호에 대응하여 전열선(12)에 인가되는 전원을 단속하는 것을 특징으로 하는 열매체 전기보일러 기반의 난방장치.
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