KR101913516B1 - 마찰보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 마찰보일러는, 난방수를 수용하는 제1 탱크 및 상기 제1 탱크와 연결되어 상기 난방수가 유입되는 제2 탱크를 가지는 온수탱크, 상기 제2 탱크 내측에 위치하며 유입되는 상기 난방수를 가열하는 가열부와 상기 가열부와 연결된 모터를 포함하는 유체가열부 및 상기 제2 탱크에서 상기 제1 탱크로 상기 난방수를 이동시키는 제1 순환모터를 포함할 수 있다.

Description

마찰보일러{FRICTION BOILLER}

본 발명은 마찰보일러에 관한 것이다.

일반적으로, 건물 난방방법은 연료를 연소시켜 실내 공기를 직접 가열하는 직접 가열방법과 실외 보일러에서 가열되는 증기 또는 온수를 열교환파이프 내부로 순환시켜 실내를 난방 하는 열교환 난방방법으로 나눌 수 있다.

이중 열교환 난방방법은 통상 벽이나 바닥천장 속에 파이프를 넣고, 그 속에 온수 또는 열풍 등을 보내줌으로써 벽, 바닥 또는 천장의 표면온도를 높여 난방하는 복사난방 방법이다.

예를 들면, 보일러에 의해 가열된 온수는 온수순환펌프에 의해 사용처에 공급된다. 온수는 온수파이프를 거쳐 온수분배기에서 각 방으로 분기되고 각 방의 바닥에 매설된 온수코일을 통해 온수의 열기를 바닥 및 실내에 공급하게 된다.

온수는 각 방을 순환하는 과정에서 온도가 낮아지고 보일러에 의해 가열되어온도가 유지된다. 보일러는 등유 또는 경유와 같은 연료를 소모시켜 온수를 가열하는 것이 일반적이나, 등유 또는 경유의 경우에는 발열량이 정해져 있고 그 효율이 80% 정도의 수준이므로, 요구되는 난방 부하가 클수록 연료소비량이 큰 보일러를 선정하게 된다.

따라서, 규모가 큰 건물, 농업용 및 산업용과 같이 부하가 큰 곳에 이용되는 보일러의 경우, 연료소비량이 매우 많아 에너지 절약에 대한 대책이 요구된다.

상기와 같은 기술적 배경을 바탕으로 안출된 것으로, 본 발명은 에너지의 소비를 크게 줄일 수 있는 마찰보일러에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마찰보일러는, 난방수를 수용하는 제1 탱크 및 상기 제1 탱크와 연결되어 상기 난방수가 유입되는 제2 탱크를 가지는 온수탱크, 상기 제2 탱크 내측에 위치하며 유입되는 상기 난방수를 가열하는 가열부와 상기 가열부와 연결된 모터를 포함하는 유체가열부 및 상기 제2 탱크에서 상기 제1 탱크로 상기 난방수를 이동시키는 제1 순환모터를 포함할 수 있다.

상기 가열부는, 내부에 임펠러를 수용하며 상기 임펠러 주위로 형성된 충돌마찰부를 가지는 본체부 및 상기 본체부를 밀폐하는 커버를 포함할 수 있다.

상기 충돌마찰부는, 상기 본체부 테두리부의 내측면으로부터 돌출된 복수개의 제1 충돌부가 상기 임펠러 외주면을 따라 이격 배치되는 제1 충돌마찰부 및 상기 테두리부와 수직한 상기 본체부의 제2 면의 내측면에서 돌출되며 상기 제1 충돌부와 연결된 제2 충돌부를 가지고, 임펠러의 일측면과 마주보도록 형성되는 제2 충돌마찰부를 포함할 수 있다.

상기 커버는, 내측면에 상기 임펠러의 타측면과 마주보도록 형성되며 상기 제2 충돌마찰부를 따라 이뤄진 커버마찰부를 포함할 수 있다.

상기 제2 탱크 측면으로 연결되어, 상기 제2 탱크 내부의 상기 난방수를 상기 가열부로 과급시키는 제2 순환모터를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 탱크 및 상기 제2 탱크에 설치되는 온도센서를 포함하고, 상기 온도센서에 의해 측정된 상기 난방수의 온도에 따라 상기 모터, 상기 제1 순환모터 및 상기 제2 순환모터를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 제1 순환모터를 제어하기 위한 제1 제어온도 및 상기 제2 순환모터를 제어하기 위한 제2 제어온도 및 상기 모터를 제어하기 위한 제3 제어온도가 설정되고, 상기 제2 제어온도는 상기 제1 제어온도보다 작은 온도로 설정될 수 있다.

상기 제3 제어온도는, 상기 제1 제어온도보다 큰 온도로 설정될 수 있다.

상기 임펠러는, 상기 난방수를 회전시켜 회전력 및 원심력을 전달하는 제1 임펠러 및 상기 제1 임펠러와 동일한 샤프트에 연결되는 제2 임펠러를 포함할 수 있다.

상기 본체부는, 상기 제1 임펠러를 수용하는 제1 본체부 및 상기 제1 본체부의 일측으로 연결되고 상기 커버가 결합되어 밀폐되며, 제2 임펠러를 수용하는 제2 본체부를 포함할 수 있다.

상기 커버는, 상기 난방수를 상기 제2 본체부로 유입하고 자동제어밸브가 연결된 흡입관 및 상기 제2 본체부로부터 토출되는 상기 난방수를 상기 제1 본체부로 공급하고 자동제어밸브가 연결되는 토출관을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마찰보일러는, 에너지 소비를 크게 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰보일러 사시도이다
도 2는 도 1에 나타낸 마찰보일러의 분리사시도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 마찰보일러의 단면도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 유체가열부의 분리사시도이다.
도 5는 도 3에 나타낸 가열부의 다른 실시예의 단면도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 가열부가 적용된 제1 실시에 따른 마찰보일러의 단면도이다.
도 7은 도 5에 나타낸 가열부가 적용된 제2 실시에 따른 마찰보일러의 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

또한, 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰보일러 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 마찰보일러의 분리사시도이다.

도 1 및 도 2를 참고하면 마찰보일러(100)는 온수탱크(10), 유체가열부(20) 및 제어부(30)를 포함할 수 있다. 온수탱크(10)는 제1 탱크(11)와 제2 탱크(12)를 포함할 수 있다.

온수탱크(10)는 상수(上水)를 유입하고 가열하여 고온의 난방수로 만들고 이를 저장할 수 있다. 제1 탱크(11)에는 난방수를 저장하고, 제2 탱크(12)는 난방수를 가열하여 난방수를 고온으로 상승시킬 수 있다.

제1 탱크(11)는 제2 탱크(12)와 연결된다. 제1 탱크(11)는 난방수관(111)과 시수관(112)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 난방수관(111)을 통해 난방수의 공급과 환수가 이뤄질 수 있다. 난방수관(111)은 공급관(111a)과 환수관(111b)을 포함할 수 있다. 난방수는 공급관(111a)을 통해 건물 내부에 설치된 팬코일유닛 또는 바닥난방코일에 공급되고, 환수관(111b)을 통해 제1 탱크(11)로 다시 환수될 수 있다. 건물 내부의 배관은 밀폐되어 있어 공급유량과 환수유량은 같을 수 있다. 다만, 팬코일유닛 또는 바닥난방코일의 저항과 손실을 고려하면 공급유량과 환수유량은 차이가 날 수 있다. 따라서, 공급유량을 보다 크게 하여 제1 탱크(11)에서 멀리 떨어진 곳까지 난방수를 공급할 수 있다. 이를 위해, 공급관(111a)과 환수관(111b)의 직경은 서로 다를 수 있다.

시수관(112)을 통해 온수가 형성될 수 있다. 시수관(112)은 환수관(112a)과 공급관(112a)을 포함할 수 있다. 환수관(112a)과 공급관(112a)은 제1 탱크(11) 내부에서 코일부(112c)로 서로 연결되어 있다. 예를 들면, 상수(上水)는 환수관(112a)을 통해 제1 탱크(11) 내부로 유입되며, 제1 탱크(11) 내부에 수용된 난방수와 열교환을 하고, 공급관(112a)을 통해 제1 탱크(11)로부터 유출될 수 있다. 온수는 화장실 또는 샤워실에서 사용자가 직접 몸에 사용하는 것으로, 난방을 위한 난방수에 비해 온도가 매우 낮다. 따라서, 난방수와의 열교환을 통해 온수를 생성할 수 있다.

제2 탱크(12)는 제1 탱크(11) 하부에 위치하고 제1 탱크(11)와 연결될 수 있다. 먼저, 제2 탱크(12)는 챔버(121)와 수용부(122)를 포함할 수 있다.

챔버(121)에서 유입된 난방수를 고온으로 상승시키게 된다. 즉, 난방수는 챔버(121)에서 고온으로 가열되어 제1 탱크(11)로 공급될 수 있다. 챔버(121)는 반원형으로 형성되고 챔버커버(215)와 연결될 수 있다.

챔버(121)는 챔버커버(215)에 의해 내부가 밀폐되며, 챔버(121) 내부에서 발생된 증기 또는 기포에 의해 내부 압력이 상승될 수 있다. 또한, 챔버(121) 내부 난방수의 열손실을 줄일 수 있다. 챔버(121) 내부 압력이 높아질수록 난방수의 증발을 방지하게 되어 난방수를 가열부(21)에 보다 안정적으로 공급할 수 있다.

챔버(121)의 부피는 제1 탱크(11)의 부피보다 작게 형성될 수 있다. 즉, 챔버(121)에서 소량의 난방수를 가열하고 제1 탱크(11)로 공급함으로써, 보다 빨리 제1 탱크에 고온의 난방수를 저장할 수 있다. 예를 들면, 챔버(121)의 부피는 제 1 탱크(11) 부피의 1/n로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 탱크(11)의 난방수를 n번에 걸쳐 챔버(121)로 보내 가열하고, 가열된 난방수를 제1 탱크(11)로 공급한다. 이 과정에서 제1 탱크로 공급된 고온의 난방수는 제1 탱크(11) 내부에서 유동치며 혼합되어 온도분포가 균일해지는 효과가 있으며, 혼합에 의해 상대적으로 온도가 상승한 난방수가 유입되어 설정된 온도로 보다 빨리 상승될 수 있다.

제2 탱크(12)는 제1 탱크(11)와 연결관을 통해 연결될 수 있다. 연결관(43)은 자동제어밸브(AV)를 포함할 수 있다. 연결관(43)은 챔버(121) 측면에서 제1 탱크(11) 측면으로 연결될 수 있다. 다른 예로, 연결관(43)은 챔버커버(215)와 제1 탱크(11) 하부에 연결될 수 있다. 이 경우, 연결관(43)이 온수탱크(10) 외부로 노출되지 않아 외부의 충격에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 마찰보일러(100)의 전체적인 미관을 향상시킬 수 있다. 자동제어밸브(AV)는 제어부(30)와 연결될 수 있다. 자동제어밸브(AV)는 제어부(30)에 의해 제어될 수 있다. 이를 통해, 제1 탱크(11)에서 챔버(121)로 유입시키는 난방수의 양을 조절할 수 있다.

제2 탱크(12) 일측으로 유체가열부(20)가 연결된다. 유체가열부(20)는 제2 탱크(12) 내부로 삽입되어 일부가 제2 탱크(12) 외부로 노출될 수 있다.

유체가열부(20)는 가열부(21)와 모터(25)를 포함할 수 있다. 가열부(21)는 제2 탱크(12) 챔버(121) 내부에 위치할 수 있다. 모터(25)는 제2 탱크(12)에 형성된 수용부(122)에 안착될 수 있다. 가열부(21)는 모터(25)와 연결된다.

가열부(21)는 챔버(121) 내부의 난방수를 흡입하는 흡입관(P1)과 난방수를 토출하는 토출관(P2)을 포함한다. 흡입관(P1)에는 체크밸브(CV)가 연결될 수 있다. 모터(25)의 작동에 의해 가열부(21) 내부에서 난방수가 고속으로 회전하면서 가열부(21) 표면 온도는 고온으로 상승될 수 있다. 이를 통해, 난방수는 가열부(21) 표면과 열교환함에 따라 가열부(21)는 난방수에 의해 냉각되는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 가열부의 내구성은 향상되고 난방수 가열 성능은 크게 향상될 수 있다.

제1 순환펌프(41)는 제1 탱크(11)와 제2 탱크(12)를 연결할 수 있다. 제1 순환펌프(41)는 제어부(30)와 연결되어 제어부(30)에 의해 작동이 제어될 수 있다. 제1 순환펌프(41)는 챔버(121)에서 고온으로 상승된 난방수를 제1 탱크(11)로 공급하게 된다. 예를 들면, 제1 순환펌프(41)는 챔버(121) 내부 난방수 온도가 일정온도를 초과하게 되면, 제어부(30)에 의해 제어되어 챔버(121) 내부의 난방수를 제1 탱크(11)로 공급할 수 있다.

제2 순환펌프(42)는 제2 탱크(12) 측면으로 연결될 수 있다. 제2 순환펌프(42)는 챔버와 가열부(21)를 연결할 수 있다. 즉, 제2 순환펌프(42)는 챔버(121) 내부의 난방수를 가열부(21)로 공급할 수 있다. 예를 들면, 제2 순환펌프(42)는 챔버(121) 내부 난방수 온도가 일정온도를 초과하게 되면, 제어부(30)에 의해 제어되어 챔버(121) 내부의 난방수를 가열부(21)로 공급할 수 있다. 이에 따라, 가열부(21)에 난방수를 과급시킬 수 있으며, 가열부(21)의 마찰 가열 효율은 향상될 수 있다. 따라서, 난방수는 보다 빨리 고온으로 상승할 수 있다.

제어부(30)는 제1 탱크(11) 및 제2 탱크(12) 내부에 설치되는 온도센서(31)를 포함할 수 있다. 온도센서(31)는 제1 탱크(11)에 설치되는 제1 온도센서(31a) 및 제2 탱크에 설치되는 제2 온도센서(31b)를 포함할 수 있다. 제어부(30)는 제1 온도센서(31a) 및 제2 온도센서(31b)로부터 제1 탱크(11) 및 제2 탱크(12) 내부 난방수 온도를 측정하여 모터(25), 제1 순환펌프(41) 및 제2 순환펌프(42)를 제어할 수 있다.

제어부(30)는 제1 온도센서(31a)로부터 측정된 온도가 제3 제어온도를 초과하게 될 경우 모터(25)의 작동을 정지시킬 수 있다. 즉, 제3 제어온도는 안전을 위해 제1 탱크(11)에 수용하는 난방수의 최고온도로 설정될 수 있다. 따라서, 제3 제어온도를 초과하게 될 경우에는 모터(25)의 작동을 정지시켜 난방수의 온도가 높아지는 것을 방지할 수 있다.

제어부(30)는 제2 온도센서(31b)로부터 제2 탱크(12) 내부 난방수 온도를 측정하여 제1 제어온도를 초과하게 되면 제1 순환펌프(41)를 작동시킬 수 있다. 예를 들면, 난방수 온도가 제1 제어온도를 초과하면 제1 순환펌프(41)를 작동시켜 제2 탱크(12) 내부의 난방수를 제1 탱크(11)로 이동시킨다. 따라서, 난방수는 제1 순환펌프(41)에 의해 제1 탱크(11)로 공급되어 제1 탱크(11) 내부에서 보다 빠르게 혼합될 수 있다. 제1 탱크(11)의 난방수가 유입됨에 따라 제1 탱크(11) 내부 난방수는 연결관(43)을 통해 유출될 수 있다.

제어부(30)는 제2 온도센서(31b)로부터 제2 탱크(12) 내부 난방수 온도를 측정하여 제2 제어온도를 초과하게 되면 제2 순환펌프(42)를 작동하도록 제어할 수 있다. 예를 들면, 난방수 온도가 제2 제어온도를 초과하면 제2 순환펌프(42)를 작동시켜 제2 탱크(12) 내부 난방수를 가열부(21)로 공급시킬 수 있다. 이에 따라, 난방수는 제2 순환펌프(42)에 의해 가열부(21)로 과급되어 마찰 가열 효율을 상승시킬 수 있다.

연결관(43)의 자동제어밸브(AV)는 제어부(30)에 의해 제1 순환펌프(41)의 작동과 동시에 오픈되고, 제1 순환펌프(41)가 정지될 경우 자동제어밸브(AV)는 닫히도록 제어될 수 있다. 즉, 제1 순환펌프(41)를 통해 제1 탱크(11)로 공급되는 유량만큼 제1 탱크(11)에서 챔버(121)로 난방수가 유출될 수 있다. 온도가 상대적으로 낮은 난방수는 제1 탱크(11) 하면에 위치하게 된다. 따라서, 온도가 낮은 난방수는 자동제어밸브(AV)의 작동에 의해 제2 탱크(12) 챔버(121)로 유입되고 온도가 상승된 난방수는 제1 탱크(11)의 상면에 위치하게 된다. 이에 따라, 제2 탱크(12)의 챔버(121)로 온도가 낮은 난방수가 보다 원활하게 유입될 수 있다.

도 3은 도 1에 나타낸 마찰보일러의 단면도이다.

도 3을 참고하면, 난방수는 제1 순환펌프(41)와 연결관(43)을 통해 제1 탱크(11)와 제2 탱크(12)를 순환할 수 있다. 제2 순환펌프(42)를 통해 챔버(121)의 난방수는 가열부(21)로 과급될 수 있다.

제1 순환펌프(41)의 작동으로 난방수는 제2 탱크(12) 챔버(121)에서 제1 탱크(11) 상단으로 이동되어 제1 탱크(11) 내부로 유입될 수 있다. 예를 들면, 제1 순환펌프(41)의 흡입관(P1)은 제2 탱크(12)의 챔버(121)에 연결되고, 제1 순환펌프(41)의 토출관(P2)은 제1 탱크(11) 상단에 연결된다.

제1 탱크(11) 상단에서 유입되는 고온의 난방수는 제1 탱크(11) 내부로 떨어져 혼합되고, 이에 따라, 제1 탱크(11) 내부의 전체적인 온도가 상승될 수 있다. 제1 순환펌프(41)는 제어부(30)에 의해 제어되며, 온도센서(31)에 의해 측정된 제1 제어온도에 따라 작동이 제어된다. 즉, 챔버(121) 내부 난방수의 온도가 제1 제어온도를 초과할 경우 작동하게 된다. 예를 들면, 제1 제어온도를 70℃로 설정할 경우, 챔버(121) 내부 난방수 온도가 70℃를 초과하게 되면, 제1 순환펌프(41)가 작동될 수 있다. 제1 제어온도는 사용자가 요구하는 난방부하에 따라 설정될 수 있으며, 고정된 온도는 아니다.

다른 예로, 제어부(30)는 챔버(121) 내부의 압력을 측정하여 제1 순환펌프(41)를 제어할 수 있다. 고온으로 상승된 난방수 표면에서 발생되는 증기와 난방수의 혼합 및 마찰로 인해 발생되는 기포에 의해 챔버(121) 내부 압력은 변화될 수 있다. 이에 따라, 챔버(121) 내부의 압력변화를 측정하여 제어부(30)는 제1 순환펌프(41)의 작동을 제어할 수 있다.

연결관(43)은 제1 순환펌프(41)와 동시에 제어될 수 있다. 예를 들면, 제어부(30)에 의해 제1 순환펌프(41)가 제어될 때, 연결관(43)의 자동제어밸브(AV)도 동시에 제어될 수 있다. 제1 순환펌프(41)에 의해 챔버(121)의 난방수가 제1 탱크(11)로 이동할 때, 동시에 연결관(43)을 통해 제1 탱크(11)부터 난방수가 챔버(121)로 유입된다. 즉, 연결관(43)의 자동제어밸브(AV)도 제1 제어온도에 따라 개폐되도록 제어된다. 따라서, 난방수는 보다 빠르게 제1 탱크(11)와 제2 탱크(12)를 순환할 수 있다.

제2 순환펌프(42)는 제2 탱크(12) 측면에 위치하여 챔버(121)에 수용된 난방수를 챔버(121) 내부에서 순환시킬 수 있다. 제2 순환펌프(42)는 챔버(121) 내부 난방수의 온도가 제2 제어온도를 초과할 경우 작동되도록 제어될 수 있다.

제2 순환펌프(42)의 작동으로 난방수는 가열부(21)로 과급될 수 있다. 제2 순환펌프(42)의 토출관(P2)은 가열부(21)의 흡입관(P1)에 연결될 수 있다. 예를 들면, 가열부(21) 흡입관(P1)은 체크밸브(CV)가 연결되며, 제2 순환펌프(42)의 토출관(P2)과 연결될 수 있다. 이에 따라, 제2 순환펌프(42)에 의해 난방수가 강제 공급될 경우, 난방수가 흡입관(P1)을 역류하여 외부로 토출되는 것을 방지할 수 있다.

난방수는 제2 순환펌프(42)에 의해 가열부(21)로 강제 공급되어 가열부(21) 내부의 압력을 높여, 난방수에서 발생되는 증기 또는 기포를 보다 빨리 가열부(21) 외부로 배출시킬 수 있다. 즉, 제2 순환펌프(42)는 난방수 온도 증가에 따라 발생된 증기량이 많아지고 난방수 내부의 기포가 많이 발생되더라도, 난방수 양의 감소없이 가열부(21)로 공급할 수 있다. 이에 따라, 가열부(21)에서 발생되는 캐비테이션 현상을 보다 효율적으로 완화시키고, 가열부(21)의 내구성을 크게 향상시킬 수 있다. 동시에 가열부(21)의 가열 효율이 향상될 수 있다.

제어부(30)에 설정된 제1 제어온도와 제2 제어온도는 서로 다른 온도로 설정될 수 있다. 예를 들면, 제2 제어온도는 제1 제어온도보다 낮을 수 있다. 따라서, 제2 순환펌프(42)는 제1 순환펌프(41) 보다 먼저 작동될 수 있다. 따라서, 제2 순환펌프(42)를 작동시켜 제1 제어온도에 이를 때까지 챔버 내부의 난방수는 가열부(21)로 강제 공급될 수 있다. 난방수가 제1 제어온도에 도달될 경우, 제1 순환펌프(41)에 의해 챔버(121) 내부의 난방수는 제1 탱크(11)로 이동되고, 제1 탱크(11) 내부의 난방수가 유입되므로 유입된 난방수 온도에 의해 제2 순환펌프(42)의 작동이 제어된다.

제1 탱크(11)는 시수관(112)이 연결되고 시수관(112)은 제1 탱크(11) 내측으로 감겨질 수 있다. 화장실 또는 샤워실에서 사용하는 온수는 난방수의 온도에 비해 매우 낮다. 예를 들면, 난방수의 온도는 약 70 ~ 90℃일 수 있으나, 온수는 약 40℃일 수 있다. 따라서, 화장실에서 사용하는 온수를 난방수를 빼서 사용하지 않고 난방수와 시수를 열교환을 하여 사용하게 된다.

시수는 제1 탱크(11) 내부로 공급될 수 있다. 제1 탱크(11) 내부는 최소 70℃를 유지하고 있으므로, 시수는 최대 70℃로 온도가 상승하여 제1 탱크(11)로부터 유출될 수 있다. 시수관(112)은 제1 탱크(11) 내측으로 이어지고 코일 형태로 감겨져 있다.

시수관(112)은 시수가 유입될 수 있는 환수관(112a)과 시수가 유출되는 공급관(112a)을 포함할 수 있다. 즉, 환수관(112a)과 공급관(112a)은 제1 탱크(11) 내부에서 코일과 같은 형상으로 연결되어 있다. 따라서, 환수관(112a)을 통해 유입되는 시수는 제1 탱크(11) 내부에서 난방수와 열교환을 하고 공급관(112a)을 통해 유출된다.

도 4는 도 2에 나타낸 유체가열부의 분리사시도이다.

도 4를 참조하면, 유체가열부(20)는 가열부(21)와 모터(25)를 포함할 수 있다.

모터(25)는 가열부(21)와 연결될 수 있다. 모터(25)는 제어부(30)와 연결되어 제어부(30)에 의해 작동이 제어될 수 있다. 예를 들면, 제1 탱크(11)의 내부온도가 제어부(30)에 설정된 온도를 초과할 경우, 모터(25)의 작동은 정지될 수 있다. 모터(25)는 가열부(21)의 임펠러(26)와 연결되며, 임펠러(26)를 고속으로 회전시킬 수 있다. 예를 들면, 3600rpm 으로 회전하는 모터(25)의 경우, 임펠러(26)를 분당 3600회전 시킬 수 있다. 가열부(21) 내부에 위치하는 임펠러(26)는 가열부(21)에 유입된 난방수를 임펠러(26)를 통해 회전시켜 회전력과 원심력을 난방수에 전달하게 된다. 임펠러(26)의 고속 회전에 의해 회전력과 원심력이 전달된 난방수는 가열부(21) 내측면에 매우 강하게 충돌하게 되며, 이 과정에서 난방수의 온도는 상승하게 된다.

가열부(21)는 본체부(211)와 커버(215) 및 임펠러(26)로 이뤄질 수 있다. 임펠러(26)는 본체부(211)에 삽입되어 수용될 수 있다. 본체부(211)는 임펠러(26) 주위로 배치된 충돌마찰부(22)를 포함할 수 있다. 충돌마찰부(22)는 임펠러(26) 외주면에 위치하는 제1 충돌마찰부(221)와 임펠러(26) 일측면에 위치하는 제2 충돌마찰부(222)를 포함할 수 있다.

제1 충돌마찰부(221)는 본체부(211) 테두리부(211a)의 내측면으로부터 돌출되는 복수개의 제1 충돌부(221a)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 본체부(211)는 커버(214)와 일정거리를 유지하고, 본체부(211)의 외주면을 따라 커버(214)를 향해 형성된 테두리부(211a)가 형성된다. 본체부(211) 테두리부(211a) 내측면은 임펠러(26)의 외주면과 마주보게 되며, 테두리부(211a)에는 임펠러(26)의 외주면과의 사이에 위치하게 되는 제1 충돌부(221a)가 형성된다. 제1 충돌부(221a)는 사각형, 원형 등으로 형성될 수 있으며, 형상에 제한이 있는 것은 아니다.

제2 충돌마찰부(222)는 테두리부(211a)와 수직한 본체부면(211b)에 형성된다. 제2 충돌마찰부(222)는, 제1 충돌부(221a)와 연결되는 제2 충돌부(222a)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 충돌부(221a)와 인접한 제1 충돌부(221a) 사이로 배치되는 제3 충돌부(222b)를 포함할 수 있다. 제2 충돌마찰부(222)는 임펠러의 일측면과 마주보는 방향으로 형성된다. 이에 따라, 제1 충돌마찰부(221)에 충돌되어 흩어진 난방수는 제2 충돌마찰부(222)에 의해 재차 충돌되어 마찰 및 압축될 수 있다. 따라서, 난방수는 보다 빠르게 온도가 상승될 수 있다.

커버(215)는 본체부(211)와 결합하여 본체부(211) 내부 공간을 밀폐시킬 수 있다. 커버(215) 내측면에는 커버마찰부(223)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 커버(215)는 임펠러(26)와 마주하는 면에 본체부(211)의 제2 충돌마찰부(222)와 동일하게 형성되는 커버마찰부(223)를 포함할 수 있다. 즉, 제1 충돌마찰부(221)에 충돌되어 흩어진 난방수는 제2 충돌마찰부(222) 및 커버마찰부(223)에 의해 재차 충돌되어 마찰 및 압축될 수 있으며, 이에 따라, 난방수는 보다 빠르게 온도가 상승될 수 있다.

임펠러(26)의 회전에 의해 난방수가 고속으로 가열부(21) 내부에서 회전하게 되며, 제1 충돌마찰부(221)와 충돌하게 된다. 특히, 제2 순환펌프(42)에 의해 가열부(21) 내부로 난방수가 고압으로 공급되므로 난방수는 가열부(21) 내부에서 매우 큰 압력을 받게 된다. 이를 통해, 보다 효과적으로 난방수의 온도를 상승시킬 수 있다.

특히, 임펠러(26)의 양측면에 위치하는 제2 충돌마찰부(222) 및 커버마찰부(223)에 의해 난방수는 보다 효과적으로 온도가 상승될 수 있다. 즉, 임펠러(26)의 회전에 따른 회전력과 원심력이 전달된 난방수는 제1 충돌마찰부(221)에서 충돌하면서 상대적으로 원심력이 작은 임펠러(26)의 상면 또는 하면으로 이동하여 임펠러(26)를 따라 회전하여 토출된다. 이때, 임펠러(26)의 상면 또는 하면에 형성된 제2 충돌마찰부(222) 및 커버마찰부(223)에 의해 난방수를 보다 효과적으로 충돌시키고, 가압시켜 가열부(21) 외부로 토출시킬 수 있다. 결국, 임펠러(26) 외주면과 임펠러(26) 상하면에 형성된 제1 충돌마찰부(221), 제2 충돌마찰부(222) 및 커버마찰부(223)를 통해 난방수는 가압되고 온도가 상승하여 배출될 수 있다.

도 5는 도 3에 나타낸 가열부의 다른 실시예의 단면도이고, 도 6은 도 5에 나타낸 가열부가 적용된 제1 실시에 따른 마찰보일러의 단면도이고, 도 7은 도 5에 나타낸 가열부가 적용된 제2 실시에 따른 마찰보일러의 단면도이다.

도 5 내지 도 7을 참고하면, 가열부(21)는 제1 임펠러(261) 및 제2 임펠러(262)를 수용할 수 있다.

가열부(21)는 제1 임펠러(261) 및 제2 임펠러(262)를 수용하는 본체부(211)와 본체부(211)와 연결되어 본체부(211)를 밀폐하는 커버(215)를 포함할 수 있다. 본체부(211)는 제1 임펠러(261)가 수용되는 제1 본체부(212)와 제2 임펠러(262)가 수용되는 제2 본체부(213)를 포함할 수 있다. 제1 본체부(212) 및 제2 본체부(213)에는 충돌마찰부(22)가 형성될 수 있다.

제1 임펠러(261)와 제2 임펠러(262)는 모터(25)의 샤프트(25a)에 연결된다. 이에 따라, 제1 임펠러(261)와 제2 임펠러(262)는 모터(25)에 의해 동시에 회전하게 된다.

제1 본체부(212)와 제2 본체부(213) 사이에는 격벽(214)이 형성될 수 있다. 제1 본체부(212)에 유체 흡입관(P1) 및 토출관(P2)이 형성될 수 있다. 제2 본체부(213)에는 커버(215)가 연결되어 밀폐될 수 있다. 예를 들면, 난방수는 제1 본체부(212)로 유입되어 온도가 상승되며, 본체부(211) 외부로 토출될 수 있다. 제1 본체부(212)와 제2 본체부(213)는 격벽(214)에 의해 분리되어, 제1 본체부(212)에 유입된 난방수가 제2 본체부(213)로 유입되지 않을 수 있다. 이에 따라, 제2 본체부(213) 내부에는 밀폐되어 진공상태로 유지될 수 있다.

커버(215)는 제2 본체부(213)에 결합된다. 커버(215)에는 흡입관(P1)과 토출관(P2)이 연결된다. 흡입관(P1)과 토출관(P2)에는 자동제어밸브(AV)가 연결될 수 있다. 따라서, 난방수는 유량 및 시기가 조절되어 제2 본체부(213)로 유입시킬 수 있다. 예를 들면, 제2 본체부(213)에 수용된 제2 임펠러(262)에 의해 난방수는 회전력 및 원심력이 전달될 수 있다. 제2 본체부(213)에 유입된 난방수는 토출관(P2)을 통해 토출될 수 있다. 토출관(P2)에 연결된 자동제어밸브(AV)에 의해 제1 본체부로 이동하는 난방수량을 조절할 수 있다. 보다 구체적으로, 자동제어밸브(AV)는 볼밸브일 수 있다. 자동제어밸브(AV)는 제어부(30)에 연결되며 제어부(30)에 의해 볼밸브의 개도율이 조절될 수 있다. 따라서, 제2 탱크(12) 내부 온도에 따라 제2 본체부(213)에서 제1 본체부(212)로 공급되는 난방수량에 대한 제어가 가능하다. 결국, 자동제어밸브(AV)는 제2 본체부(213)에서 적절한 난방수의 회전력과 원심력을 가하고 이를 제1 본체부(212)에 공급하여 보다 효율적으로 난방수를 가열할 수 있도록 제어할 수 있다.

제2 본체부(213)에 난방수를 유입시켜 제2 임펠러(262)로 가압/승온 시켜 제1 본체부(212)에 공급시킬 수 있다. 즉, 토출관(P2)은 제1 본체부(212)의 흡입관(P1)과 연결될 수 있다. 제1 본체부(212)의 흡입관(P1)은 토출관(P2)과 연결되어 제2 본체부(213) 내부에서 가열되고, 가압된 난방수가 제1 본체부(212) 내부로 유입될 수 있다. 이 경우, 난방수는 제2 본체부(213)에서 예열 되고, 고압으로 가압되어 제1 본체부(212)로 과급될 수 있다. 난방수의 과급으로 인해, 캐비테이션 현상을 보다 용이하게 방지할 수 있고, 제1 본체부(212)의 마찰 효율을 향상시킬 수 있다.

제2 순환펌프(42)의 토출관(P2)과 토출관(P2)은 제1 본체부(212)의 흡입관(P1)에 연결될 수 있다. 제2 순환펌프(42)의 토출관(P2)과 토출관(P2) 및 제1 본체부(212)의 흡입관(P1)에는 각각 체크밸브(CV)를 포함할 수 있다. 이를 통해, 제2 순환펌프(42) 및 토출관(P2)으로부터 공급되는 난방수가 제1 본체부(212)로 공급할 수 있다. 이를 통해, 난방수의 온도가 높아지면 높아질수록 가열부(21)로 유입되는 난방수량이 작아지는 문제를 해결할 수 있다. 따라서, 캐비테이션 현상이 완화되어 가열부(21)의 내구성이 크게 향상되고, 가열부(21)의 마찰 효율이 향상되어 난방수의 가열이 매우 빨라질 수 있다.

다른 예로, 제2 순환펌프(42)의 토출관(P2)은 흡입관(P1)에 연결될 수 있다. 즉, 제2 순환펌프(42)에 의해 난방수를 제2 본체부(213)에 과급시키고, 이를 제2 임펠러(262)에 의해 보다 크게 가압 및 승온 시켜 흡입관(P1)에 공급시킬 수 있다. 이를 통해, 제1 본체부(212)로 난방수를 과급시킬 뿐 아니라, 제2 본체부(213)에서 난방수를 예열하는 효과를 얻을 수 있다. 예를 들면, 제2 임펠러(262)의 직경은 제1 임펠러(261)의 직경보다 작을 수 있다. 이 경우, 제2 임펠러(262)의 회전에 의해 발생되는 원심력의 크기는 다소 작을 수 있어, 제2 순환펌프(42)에 의해 난방수를 과급시켜 원심력의 크기가 작아 발생되는 마찰 효율 및 가열량을 보상할 수 있다. 제2 임펠러(262)의 직경을 제1 임펠러(261) 보다 작게 형성함으로써, 모터(25)의 부하를 줄일 수 있다. 따라서, 모터(25)의 부하를 줄이면서도 난방수를 예열하고 가압시킬 수 있어, 난방수가 보다 빠르게 온도가 상승되는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

100: 마찰보일러 10: 온수탱크
11: 제1 탱크 111: 난방수관
111a, 112a: 공급관 111b, 112b: 환수관
112: 시수관 112c: 코일부
12: 제2 탱크 121: 챔버
121a: 챔버커버 122: 수용부
20: 유체가열부
21: 가열부 211: 본체부
211a: 테두리부 211b: 본체부면
212: 제1 본체부 213: 제2 본체부
214: 격벽 215: 커버
22: 충돌마찰부 221: 제1 충돌마찰부
221a: 제1 충돌부 222: 제2 충돌마찰부
222a: 제2 충돌부 222b: 제3 충돌부
223: 커버마찰부 25: 모터
25a: 샤프트
26: 임펠러 261: 제1 임펠러
262: 제2 임펠러 30: 제어부
31: 온도센서 31a: 제1 온도센서
31b: 제2 온도센서 41: 제1 순환모터
42: 제2 순환모터 43: 연결관
AV: 자동밸브 CV: 체크밸브
P1: 흡입관 P2: 토출관

Claims (11)

1. 난방수를 수용하는 제1 탱크 및 상기 제1 탱크와 연결되어 상기 난방수가 유입되는 제2 탱크를 가지는 온수탱크;
   상기 제2 탱크 내측에 위치하며 유입되는 상기 난방수를 가열하는 가열부와 상기 가열부와 연결된 모터를 포함하는 유체가열부; 및
   상기 제2 탱크에서 상기 제1 탱크로 상기 난방수를 이동시키는 제1 순환모터를 포함하되,
   상기 가열부는,
   내부에 임펠러를 수용하며 상기 임펠러 주위로 형성된 충돌마찰부를 가지는 본체부; 및 상기 본체부를 밀폐하는 커버를 포함하며,
   상기 충돌마찰부는,
   상기 본체부 테두리부의 내측면으로부터 돌출된 복수개의 제1 충돌부가 상기 임펠러 외주면을 따라 이격 배치되는 제1 충돌마찰부; 및
   상기 테두리부와 수직한 상기 본체부의 제2 면의 내측면에서 돌출되며 상기 제1 충돌부와 연결된 제2 충돌부 및 제1 충돌부 사이로 배치되는 제3 충돌부를 가지고, 임펠러의 일측면과 마주보도록 형성되는 제2 충돌마찰부를 포함하는 마찰보일러.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 커버는,
   내측면에 상기 임펠러의 타측면과 마주보도록 형성되며 상기 제2 충돌마찰부를 따라 이뤄진 커버마찰부를 포함하는 마찰보일러.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2 탱크 측면으로 연결되어, 상기 제2 탱크 내부의 상기 난방수를 상기 가열부로 과급시키는 제2 순환모터를 더 포함하는 마찰보일러.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제1 탱크 및 상기 제2 탱크에 설치되는 온도센서를 포함하고, 상기 온도센서에 의해 측정된 상기 난방수의 온도에 따라 상기 모터, 상기 제1 순환모터 및 상기 제2 순환모터를 제어하는 제어부를 더 포함하는 마찰보일러.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 제1 순환모터를 제어하기 위한 제1 제어온도 및 상기 제2 순환모터를 제어하기 위한 제2 제어온도 및 상기 모터를 제어하기 위한 제3 제어온도가 설정되고, 상기 제2 제어온도는 상기 제1 제어온도보다 작은 온도로 설정되는 마찰보일러.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제3 제어온도는,
   상기 제1 제어온도보다 큰 온도로 설정되는 마찰보일러.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 임펠러는,
   상기 난방수를 회전시켜 회전력 및 원심력을 전달하는 제1 임펠러; 및
   상기 제1 임펠러와 동일한 샤프트에 연결되는 제2 임펠러를 포함하는 마찰보일러.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 본체부는,
    상기 제1 임펠러를 수용하는 제1 본체부; 및
    상기 제1 본체부의 일측으로 연결되고 상기 커버가 결합되어 밀폐되며, 제2 임펠러를 수용하는 제2 본체부를 포함하는 마찰보일러.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 커버는,
    상기 난방수를 상기 제2 본체부로 유입하고 자동제어밸브가 연결된 흡입관; 및
    상기 제2 본체부로부터 토출되는 상기 난방수를 상기 제1 본체부로 공급하고 자동제어밸브가 연결되는 토출관을 포함하는 마찰보일러.

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