KR102077499B1

KR102077499B1 - 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치

Info

Publication number: KR102077499B1
Application number: KR1020190094710A
Authority: KR
Inventors: 홍종국
Original assignee: 홍종국
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2019-08-05
Publication date: 2020-04-07

Abstract

본 발명은 전면이 개방된 함체 형상으로, 내부가 구획되지 않고 하나의 공간으로 구성되는 온수 하우징(100); 상기 온수 하우징(100)의 전면을 커버하도록 결합되는 덮개부(200); 상기 온수 하우징(100)의 내부에 장착되는 열원으로서, 상기 온수 하우징(100)의 내부에 공급된 물을 제1 온도로 예열하는 예열히터(500); 상기 온수 하우징(100) 및 상기 덮개부(200)에 각각 장착되어 상기 예열히터(500)와 한 공간 내에 설치되는 열원으로서, 상기 제1 온도로 예열된 물을 더 뜨거운 제2 온도로 가열하는 주가열히터(600); 및 평상 시에는 상기 예열히터(500)의 전원은 인가하고 상기 주가열히터(600)의 전원은 차단하여 상기 온수 하우징(100)에 담긴 물을 상기 제1 온도로 유지하는 예열모드에 있다가, 사용자의 온수키 신호가 입력되면 상기 예열히터(500)의 전원은 차단하고 상기 주가열히터(600)의 전원을 인가하여 제1 온도의 물을 상기 제2 온도로 순간적으로 가열하는 순간가열모드로 전환하는 제어부(미도시);를 포함한다.

Description

예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치{Hybrid Flash Water Heater With Warm-up Heater}

본 발명은 순간 온수장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 히터가 선택적으로 구동되어 미리 예열된 물을 추가적으로 가열하는 방식으로, 80℃ 이상의 온수를 신속하게 공급할 수 있는 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치에 관한 것이다.

정수기 등에 사용되는 온수 공급 장치는 크게 물탱크 속에 히터를 설치하는 물탱크형과, 공급되는 물에 대하여 필요 시마다 히터를 이용하여 가열하는 순간 온수형으로 구분된다.

물탱크형 온수 공급 장치는 온수의 사용여부와 관계없이 물탱크 내의 물의 온도를 항상 설정온도로 유지하므로 대기전력의 낭비와 공간을 많이 차지하게 되어 가전 효율이 낮고 컴팩트한 외관을 형성하는 것이 곤란하다. 따라서, 최근에는 사용자의 온수 공급 요청에 따라, 순간적으로 물을 가열하여 온수를 공급하는 순간 온수 공급장치가 널리 사용되고 있다.

종래의 순간 온수 공급장치의 경우, 사용자가 온수를 취수하고자 할 때, 정수 탱크로부터 히터 탱크로 유입되는 물을 가열하여 사용자에게 제공함으로 인해, 출수되는 온수의 온도가 낮고, 사용자에게 온수를 공급하기까지의 시간이 많이 소요되며, 적정 수준의 출수 온도를 맞추기 위해서는 유량이 적어질 수밖에 없어, 대량의 온수가 필요한 경우 출수 시간이 길어지게 되는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-0409157호(2003년12월12일 등록 공고, 발명의 명칭 : 온수기 및 그의 제어방법)

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 80℃ 이상의 온수를 충분하고 신속하게 공급할 수 있는 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치를 제공하고자 한다.

기타, 본 발명의 다른 목적은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 본 발명의 상세한 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치는, 전면이 개방된 함체 형상으로, 내부가 구획되지 않고 하나의 공간으로 구성되는 온수 하우징(100); 상기 온수 하우징(100)의 전면을 커버하도록 결합되는 덮개부(200); 상기 온수 하우징(100)의 내부에 장착되는 열원으로서, 상기 온수 하우징(100)의 내부에 공급된 물을 제1 온도로 예열하는 예열히터(500); 상기 온수 하우징(100) 및 상기 덮개부(200)에 각각 장착되어 상기 예열히터(500)와 한 공간 내에 설치되는 열원으로서, 상기 제1 온도로 예열된 물을 더 뜨거운 제2 온도로 가열하는 주가열히터(600); 및 평상 시에는 상기 예열히터(500)의 전원은 인가하고 상기 주가열히터(600)의 전원은 차단하여 상기 온수 하우징(100)에 담긴 물을 상기 제1 온도로 유지하는 예열모드에 있다가, 사용자의 온수키 신호가 입력되면 상기 예열히터(500)의 전원은 차단하고 상기 주가열히터(600)의 전원을 인가하여 제1 온도의 물을 상기 제2 온도로 순간적으로 가열하는 순간가열모드로 전환하는 제어부(미도시);를 포함하고, 상기 예열히터(500)는, 상기 온수 하우징(100)의 내부를 따라 나선 형태로 결합된 파이프 내에 발열선이 설치되는 시즈히터이고, 상기 주가열히터(600)는, 상기 온수 하우징(100)과 상기 덮개부(200)에 각각 세라믹 가열판이 코팅되는 루테녹스 히터이며, 상기 제1 온도는, 50℃ ~ 75℃ 사이의 온도로 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치에 있어서, 상기 온수 하우징(100)과 상기 덮개부(200)는, 부재의 끝단을 둥글게 굽어진 형상으로 성형하는 커링 압착방식에 의해 상호 결합될 수 있다.

본 발명의 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치에 있어서, 상기 온수 하우징(100)의 상측에 결합되어 가열되지 않은 물을 상기 온수 하우징(100)의 내부로 공급하는 급수관(300); 및 상기 온수 하우징(100)의 하측에 결합되어 상기 제1 온도로 예열된 물 또는 상기 제2 온도로 가열된 물이 배출되는 배출관(400);을 더 포함하고, 상기 급수관(300)은, 상기 덮개부(200)를 관통하여 상기 온수 하우징(100)의 내부에 삽입되는 제1 급수구(301)와, 상기 급수구(301)의 단부에서 상기 온수 하우징(100)의 일측면을 향해 절곡연장되는 제2 급수구(302)를 구비하며, 상기 배출관(400)은, 상기 덮개부(200)를 관통하여 상기 온수 하우징(100)의 내부에 삽입되는 제1 배출구(401)와, 상기 제1 배출구(401)의 단부에서 상기 온수 하우징(100)의 타측면을 향해 절곡연장되는 제2 배출구(402)를 구비하며, 상기 제2 급수구(302)와 상기 제2 배출구(402)는, 상기 온수 하우징(100)의 내부에서 서로 대각선 방향으로 대응하여 배치되어, 상기 제2 급수구(302)에서 공급된 물이 상기 제2 배출구(402)를 향하여 대각선 방향으로 이동하여 배출되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치에 있어서, 상기 온수 하우징(100)의 후면에는, 상기 급수관(300)에서 공급되어 상기 배출관(400)를 향하여 대각선 방향으로 이동배출되는 물의 흐름이 보조적으로 안내되도록 다수의 제1 가이드리브(101)가 돌출형성되고, 상기 온수 하우징(100)의 후면와 마주보는 덮개부(200)의 내측면에는, 상기 다수의 제1 가이드리브(101)와 동일한 경로로 다수의 제2 가이드리브(201)가 돌출형성될 수 있다.

본 발명의 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치에 있어서, 상기 급수관(300)은, 1개의 입력포트와 2개의 출력포트로 구성되고 상기 제어부의 전기적 신호에 따라 입력포트와 출력포트 사이의 흐름방향을 선택적으로 전환하는 방향제어밸브(304)를 더 구비하고, 상기 제1 급수구(301)는, 상기 방향제어밸브(304)의 입력포트에 연결되고, 상기 제2 급수구(302)는, 상기 방향제어밸브(304)의 출력포트 중 하나에 연결되며, 상기 방향제어밸브(304)의 출력포트 중 나머지 하나에 연결되어, 상기 제1 급수구(301)를 통해 공급된 물(W)을 나노 크기의 버블(B)이 포함된 세정액(L)으로 변환하여 배출하는 제3 급수구(303)를 더 구비하며, 상기 제3 급수구(303)는, 제1 단면적을 가지며 출력포트와 연결되어 물(W)이 유입되는 제1 구간(S1)과, 상기 제1 구간(S1)과 연속되고 상기 제1 단면적보다 좁은 제2 단면적을 가지며 단계적으로 단면적이 확장되는 제2 구간(S2)과, 상기 제2 구간(S2)과 연속되고 상기 제1 단면적보다 넓은 제3 단면적을 갖으며 마이크로 크기의 버블(B1)이 발생되는 제3 구간(S3)과, 상기 제3 구간(S3)과 연속되고 상기 제2 단면적 및 상기 제3 단면적보다 좁은 제4 단면적을 가지며 갈수록 단면적이 좁아지는 제4 구간(S4)과, 상기 제4 구간(S4)과 연속되고 상기 제4 단면적보다는 넓고 상기 제3 단면적보다는 좁은 제5 단면적을 가지며 상기 마이크로 크기의 버블(B1)이 나노 크기의 버블(B2)로 변환되는 제5 구간(S5)으로 구성될 수 있다.

본 발명의 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치에 따르면, 온수 하우징의 내부로 공급된 물을 미리 일정온도로 예열하고, 사용자의 입력신호에 따라 선택적으로 물을 순간 가열함으로써, 80℃ 이상의 고온의 물을 연속적으로 공급할 수 있고, 온수를 공급하기까지 소요되는 초기 출수 시간이 그만큼 단축될 수 있으며, 충분한 유량으로 온수를 공급할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 물이 미리 예열된 상태이므로, 순간가열에 필요한 전력이 상대적으로 줄어들게 됨으로써, 높은 출력으로 인한 전력차단 문제를 해소할 수 있으며, 고온수 사용시에만 열을 가함으로써, 에너지 효율적인 측면에서도 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 온수 하우징의 내부가 구획되지 않고 하나의 공간으로 구성되는 무격벽 구조를 이룸으로써, 격벽 주변의 사각지대에서 발생되는 와류를 최소화하여 온수 하우징 내부에 스케일이 누적되는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 이는 온수 모듈의 장기내구성을 개선하여 사용 안정성을 향상시키게 된다.

또한, 본 발명은 온수 하우징과 덮개부가 커링 압착방식에 의해 상호 결합됨으로써, 기존의 용접방식에 의한 기밀처리에 따른 고온 열 부식 발생에 따른 스케일 발생 및 내구성 저하 문제를 해결할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 급수관과 배출관을 온수 하우징의 내벽을 향해 서로 반대 방향으로 배치함으로써, 스케일 발생을 최소화되고, 열원으로부터 열이 고르게 전달되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 급수관을 3방향으로 구성하고 여기에 방향제어밸브 및 나노 버블을 발생시키는 제3 급수구를 추가함으로써, 미네랄 성분의 박리를 촉진하여 스케일이 쌓이는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치의 사시도.
도 2는 도 1의 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치의 분해사시도.
도 3은 도 1의 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치에 포함된 온수 하우징과 덮개부의 결합 방법들을 나타낸 도면.
도 4는 도 1의 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치의 제어 흐름을 개략적으로 나타낸 순서도.
도 5는 도 1의 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치에 설정된 제1 온도의 수치한정 의의를 설명하기 위한 도면.
도 6은 도 1의 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치가 장착된 가정용 정수기를 나타낸 사시도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치의 정면도.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치의 분해사시도.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치에 포함된 급수관을 확대하여 나타낸 도면.
도 10은 도 9의 급수관에 구비된 제3 급수구의 단면도.

이하, 본 발명에 따른 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명과 관련하여 공지된 기술에 대한 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 공지된 기술에 대한 구체적인 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치의 분해사시도이며, 도 3은 도 1의 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치에 포함된 온수 하우징과 덮개부의 결합 방법들을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 1의 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치의 제어 흐름을 개략적으로 나타낸 순서도이며, 도 5는 도 1의 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치에 설정된 제1 온도의 수치한정 의의를 설명하기 위한 도면이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치(10)는 복수의 히터가 선택적으로 구동되어 미리 예열된 물을 추가적으로 가열하는 방식으로 80℃ 이상의 온수를 신속하게 공급하는 장치로서, 온수 하우징(100), 덮개부(200), 급수관(300), 배출관(400), 예열히터(500), 주가열히터(600) 및 제어부(미도시)를 포함하여 구성된다.

온수 하우징(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 전면이 개방된 사각함체 형상으로 제작된다. 온수 하우징(100)의 내부에는 물이 담기므로, 온수 하우징(100)은 열전달계수가 낮은 재질로 제작되거나 중간에 단열재가 개재되는 것이 바람직하다.

덮개부(200)는 개방된 온수 하우징(100)의 전면을 커버하도록 결합된다. 따라서, 온수 하우징(100)은 내부가 구획되지 않고 하나의 공간으로 구성된다. 이러한 무격벽 구조는 격벽 주변의 사각지대에서 발생되는 와류를 최소화함으로써, 온수 하우징 내부에 스케일이 누적되는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

덮개부(200)와 온수 하우징(100)의 결합은, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 레이저 용접만에 의할 수도 있다. 그러나 레이저 용접 방식은 고온가열 접합 시의 잔류응력으로 인한 고온 열 부식 발생에 취약하다는 단점이 있다.

따라서, 도 3의 (b)와 (c)에 도시된 바와 같이, 온수 하우징(100)과 덮개부(200)는, 부재의 끝단을 둥글게 굽어진 형상으로 성형하는 커링 압착방식에 의해 상호 결합되는 것이 바람직하다.

다만, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 기밀유지를 위해 개재되는 실리콘(s)을 덮개부(200)의 절곡단부 상에 위치시키고, 온수 하우징(100)의 끝단을 커링성형함으로써, 실리콘(s)이 식수와 직접 닿지 않는 구조로 제작하는 것이 더 바람직하다.

급수관(300)은 도 2에 도시된 바와 같이, 온수 하우징(100)의 상측에 결합되어 가열되지 않은 물을 온수 하우징(100)의 내부로 공급하는 관이다.

배출관(400)은 온수 하우징(100)의 하측에 결합되어 제1 온도로 예열된 물 또는 제2 온도로 가열된 물이 배출되는 관이다.

예열히터(500)는 온수 하우징(100)의 내부에 장착되는 열원으로서, 온수 하우징(100)의 내부에 공급된 물을 제1 온도로 예열하는 기능을 한다. 예열히터(500)는 온수 하우징(100)의 내부를 따라 나선 형태로 결합된 파이프 내에 발열선이 설치되는 시즈히터이다.

주가열히터(600)는 온수 하우징(100) 및 덮개부(200)에 각각 장착되는 열원으로서, 제1 온도로 예열된 물을 더 뜨거운 제2 온도로 가열하는 기능을 한다. 주가열히터(600)는 온수 하우징(100)와 덮개부(200)에 각각 세라믹 가열판이 코팅되는 루테녹스 히터이다.

시즈히터는 나선 형태와 같이 다양한 형태로 가공하는데 제한이 없는 방식의 히터이기 때문에 예열히터(500)에 적용되었고, 루테녹스 히터는 면 대 면 방식으로 많은 열을 전달할 수 있기 때문에 주가열히터(600)에 적용되었다.

예열히터(500)는 물을 낮은 제1 온도로 예열할 수 있으면 충분하므로, 그 출력은 200W ~ 600W로 상대적으로 낮게 구성되는 것이 설비 절감 측면에서 바람직하고, 주가열히터(600)는 물을 높은 제2 온도로 가열해야 하므로, 그 출력은 1,500W ~ 2,500W로 상대적으로 높게 구성되는 것이 기능상 바람직하다.

여기서, 제2 온도는 98℃로 설정된다. 물은 알려진 바와 같이, 90℃부터 끓기 시작하는데, 목표온도인 제2 온도를 98℃보다 높게 설정할 경우, 수증기가 대량 발생함으로 인해, 수분 손실 및 내압 상승으로 인한 장치 고장이 초래될 수 있음으로, 이를 감안해야 한다.

예열온도인 제1 온도는 다양하게 설정될 수 있으나, 50℃ ~ 75℃ 사이의 온도로 설정되는 것이 바람직하다. 그 이유는 다음과 같다.

도 5에 도시된 바와 같이, 평균 실내온도 및 급수된 물의 온도는 20℃ 내외, 목표온도인 제2 온도가 98℃라고 가정 하에, 그래프 좌측의 제1 곡선(L1)은 제1 온도가 20℃에서 98℃로 높아짐에 따른 제2 온도로의 가열 소요시간을 나타낸 선도이고, 그래프 우측의 제2 곡선(L2)은 제1 온도가 20℃에서 98℃로 높아짐에 따른 제2 온도로의 소요 열량을 나타낸 선도이다.

두 곡선이 만나는 지점의 온도는 대략 50℃ ~ 75℃(계절별 실내온도 차이 반영)인데, 물의 예열온도인 제1 온도가 상기 하한치 온도보다 낮으면, 제2 온도로의 가열 소요시간이 길어지고, 제1 온도가 상기 상한치 온도보다 높으면, 제2 온도로의 소요 열량이 많아진다.

따라서, 제1 온도가 상기 수치범위 내에서 결정되는 열에너지 효율과 대기 시간 측면에서 바람직하다.

제어부(미도시)는 도 4에 도시된 바와 같이, 평상 시, 예열히터(500)의 전원은 인가하고 주가열히터(600)의 전원은 차단하여 온수 하우징(100)에 담긴 물을 제1 온도의 범위로 유지하는 예열모드에 있게 된다.

온도센서(70, 도 2 참조)를 통해 물 온도를 실시간으로 측정하면서, 물 온도가 50℃보다 낮으면, 예열히터(500)의 전원을 인가하여 물 온도를 높이고, 물 온도가 75℃보다 높으면, 예열히터(500)의 전원을 차단하여 물 온도를 유지하게 된다.

이 상태에서, 사용자의 온수키 신호가 입력되면 예열히터(500)의 전원은 차단하고 주가열히터(600)의 전원을 인가하여 제1 온도의 물을 제2 온도로 순간적으로 가열하는 순간가열모드로 전환한다.

물 온도가 98℃가 될 때까지, 주가열히터(600)의 전원을 인가하여 물을 신속하게 가열하고, 물 온도가 98℃에 도달하면, 주가열히터(600)의 전원을 차단하여 물 온도를 유지하게 된다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 온수 하우징(100)의 내부에 예열히터(500)를 추가하여 사전에 물의 온도를 제1 온도, 예를 들어 60℃를 유지하고, 사용자가 온수키 버튼을 누르면, 예열히터(500)의 작동은 중단되고 주가열히터(600)가 작동하면서 제2 온도, 예를 들어 80℃이상의 온도의 온수가 신속하게 출수될 수 있다.

사용자가 온수키 버튼을 누른 다음, 출수버튼을 누르면, 출수밸브가 개방되면서 80℃ ~ 98℃에 있는 고온의 물이 연속적으로 공급될 수 있다.

종래의 순간 온수 공급장치의 경우, 사용자가 온수를 취수하고자 할 때, 히터 탱크 내의 물과 온수 출수 유로의 물을 배수하고, 정수 탱크로부터 히터 탱크로 유입되는 물을 가열하여 사용자에게 제공함으로 인해, 출수되는 온수의 온도가 낮고, 사용자에게 온수를 공급하기까지의 시간이 많이 소요되며, 추출 유량이 상대적으로 떨어지는 문제점이 있었다.

즉, 이러한 종래의 미예열 순간온수 공급 방식은 그 특성상 예열되지 않은 물을 우선 배출시키는 첫번째 출수 동작을 필수적으로 수행해야 함으로 인해, 물 손실이 발생함은 물론, 물 배출에 따른 시간이 필요하고 그에 따라 온수 출수까지의 시간도 지연되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 미예열 순간온수 공급 방식은 히터 탱크 내부의 물을 단시간 내에 가열하게 위해 높은 출력이 발생하므로 사용환경에 따라 가정의 차단기가 작동하여 입력전원이 차단되는 문제점이 있었다.

이에 반해, 본 발명은 온수 하우징의 내부로 공급된 물을 미리 일정온도로 예열하고, 사용자의 입력신호에 따라 선택적으로 물을 순간 가열함으로써, 80℃ 이상의 고온의 물을 연속적으로 공급할 수 있고, 온수를 공급하기까지 소요되는 시간이 그만큼 단축될 수 있으며, 충분한 유량으로 온수를 공급할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1에서 미설명된 도면부호 50은 온수 하우징(100)을 고정하기 위해 장착되는 브라켓이고, 도면부호 60은 물의 온도제어를 위해 온수 하우징(100)의 일면에 설치되는 바이메탈이며, 도면부호 70은 온수 하우징(100)의 내부에 담긴 물의 온도를 실시간으로 측정할 수 있는 온도센서이다.

지금부터는 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치가 장착된 가정용 정수기에 대해 설명한다. 도 6은 도 1의 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치가 장착된 가정용 정수기를 나타낸 사시도이다.

도 1과 도 6을 참조하면, 하이브리드 순간 온수장치(10)는 정수기 본체(3)에 장착된다.

정수기 본체(3)에는 컵이 놓여지는 받침대 상에 일정높이로 설치되는 출수관(4)과, 별도의 냉각장치에 의해 냉각된 물을 출수관(4)으로 전달하는 제1 연결관(P1)과, 가열되지 않은 물을 출수관(4)으로 직접 전달하는 제2 연결관(P2)과, 배출관(400)과 출수관(4)을 연결하는 제3 연결관(P3)이 구비된다.

또한, 정수기 본체(3)에는 제1 연결관(P1)을 전기적 신호에 따라 개폐하는 제1 솔밸브(S1), 상기 제2 연결관(P2)을 전기적 신호에 따라 개폐하는 제2 솔밸브(S2) 및 제3 연결관(P3)을 전기적 신호에 따라 개폐하는 제3 솔밸브(S3)가 더 구비되고, 정수기 본체(3)의 상부에는 제어부에 각각 독립적인 신호를 출력하는 냉수버튼(B1), 온수버튼(B2, 온수키라고 할 수 있음), 중수버튼(B3) 및 직수버튼(B4)이 각각 구비된다.

제어부는 냉수버튼(B1), 온수버튼(B2), 중수버튼(B3) 및 직수버튼(B4) 중 어느 하나의 버튼신호에 따라, 제1 솔밸브(S1), 제2 솔밸브(S2) 및 제3 솔밸브(S3)를 선택적으로 제어하게 된다.

예를 들어, 냉수버튼(B1)에서 제1 신호가 입력되면, 제어부는 예열모드를 유지한 상태로 제1 솔밸브(S1)만 개방되도록 제어한다. 출수관(4)으로 차가운 냉수가 나오게 된다.

온수버튼(B2)에서 제2 신호가 입력되면, 제어부는 순간가열모드로 전환한 다음 물이 80 ~ 98℃ 정도까지 가열되면, 제3 솔밸브(S3)만 개방되도록 제어한다. 출수관(4)으로 뜨거운 온수가 나오게 된다.

중수버튼(B3)에서 제3 신호가 입력되면, 제어부는 예열모드를 유지한 상태로 제3 솔밸브(S3)만 개방되도록 제어한다. 50℃ ~ 75℃로 예열된 따뜻한 물이 나오게 된다.

직수버튼(B4)에서 제4 신호가 입력되면, 제어부는 예열모드를 유지한 상태로 제2 솔밸브(S2)만 개방되도록 제어한다. 예열/가열되지 않은 상온의 물이 나오게 된다.

이처럼, 본 발명은 4가지 온도 중 사용자가 원하는 온도의 물을 선택적으로 공급할 수 있는 부가적인 효과가 있으며, 특히, 50℃ ~ 75℃는 아기분유를 타는데 적합한 온도로서, 기존의 분유포트 기능과 정수기 기능이 하나로 합쳐지는 특유의 효과를 얻을 수 있다.

지금부터는 본 발명의 제2 실시예에 따른 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치에 대해 설명한다. 앞 실시예와 중복되는 구성은 동일한 도면부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치의 정면도이다.

도 7을 참조하면, 본 실시예에서 급수관(300)은 덮개부(200)를 관통하여 온수 하우징(100)의 내부에 삽입되는 제1 급수구(301)와, 급수구(301)의 단부에서 온수 하우징(100)의 일측면을 향해 절곡연장되는 제2 급수구(302)를 구비한다. 상기 제2 급수구(302)의 방향은 상기 온수 하우징(100)의 상부 측벽을 향하여 배치되어 제1 급수구로부터 유입된 물이 일단 상부 측벽을 향하여 충돌한 후에 분산되어 이동하도록 구성된다.

이와 반대로, 배출관(400)은 덮개부(200)를 관통하여 온수 하우징(100)의 내부에 삽입되는 제1 배출구(401)와, 제1 배출구(401)의 단부에서 온수 하우징(100)의 타측면을 향해 절곡연장되는 제2 배출구(402)를 구비한다. 상기 제2 배출구(402)는 상기 제2 급수구(302)와 반대 방향의 하부 측벽을 향하여 배치되어, 상부 측벽에서 충돌하여 분산된 물을 대각선 방향에서 받아들이도록 구성된다.

이와 같이 제2 급수구(302)와 제2 배출구(402)는, 온수 하우징(100)의 내부에서 서로 대각선 방향으로 대응하여 배치되어, 제2 급수구(302)에서 공급된 물이 제2 배출구(402)를 향하여 대각선 방향으로 이동하여 배출되도록 하기 위해 구성된 것이다.

다시 말해서, 최초에 제2 급수구(302)에서 급수된 물이 온수 하우징(100)의 내벽으로 향하여 진행하여 내벽에 부딪쳐 분산되면서 온수 하우징(100)의 중심부로 이동하고, 중심영역으로 이동한 물은 반대측에 배치된 제2 배출구(402)로 유입되도록 하여 물이 온수 하우징(100) 내부의 구석구석 모든 영역에서 고른 흐름으로 배분되어 흐를 수 있도록 함으로써, 스케일 발생을 최소화할 수 있고, 열원으로부터 열을 고르체 전달받을 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 온수 하우징(100)의 내부에는 예열히터, 급수관(300)과 배출관(400)이 설치되어 물의 흐름에 장애가 되고 물의 흐름이 원활하지 않은 공간에 스케일이 누적될 가능성이 높은데, 본 발명에서와 같이 제2 급수구(302)에서 측벽으로의 충돌 방식의 물의 공급과 측벽으로 이동이 유도된 물을 제2 배출구(402)를 통하여 배출되도록 하여 온수 하우징(100)의 내부에 설치되는 구조물들에 의하여 물이 정체되는 것을 최소화함으로써 스케일의 누적을 최소화할 수 있게 된다.

더불어, 본 실시예는 주가열히터(600)의 위치는 정면에서 보았을 때, 제2 배출구(402)와 인접한 온수 하우징(100)의 우측 하반부에 치우치게 결합되는데, 제2 배출구(402) 주변에 열을 더 집중적으로 전달함으로써, 배출되는 물의 온도를 원하는 온도로 정확하게 배출시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이러한 배치는 예열히터에도 적용되어 예열히터의 나선 꼬임부가 배출구 측으로 다소 이동되어 설치되도록 경향을 둠으로써 출수동작시 주변(물의 급수부 측)보다 더 높은 온도로 예열된 물이 주가열히터의 동작에 의하여 급속 가열되어 배출구를 통하여 배출될 수 있도록 구성된다.

즉, 본 발명의 일 실시예에서 상기 예열히터(500)는 상기 제2 급수구(302)와 상기 제2 배출구(402) 사이에서 상기 제2 배출구(402) 측에 가깝게 설치되고, 상기 주가열히터(600)는 상기 예열히터(600)가 존재하는 영역을 전면적으로 커버하도록 배치됨으로써 출수되는 물의 온도가 원하는 온도로 순간적으로 변환될 수 있도록 구성된다.

지금부터는 본 발명의 제3 실시예에 따른 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치에 대해 설명한다. 앞 실시예와 중복되는 구성은 동일한 도면부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치의 분해사시도이다.

도 8을 참조하면, 본 실시예에서 온수 하우징(100)의 후면에는, 급수관(300)에서 공급되어 배출관(400)를 향하여 대각선 방향으로 이동배출되는 물의 흐름이 보조적으로 안내되도록 다수의 제1 가이드리브(101)가 돌출형성된다.

이에 대응하여, 온수 하우징(100)의 후면와 마주보는 덮개부(200)의 내측면에는, 다수의 제1 가이드리브(101)와 동일한 경로로 다수의 제2 가이드리브(201)가 돌출형성된다.

이는 온수 하우징(100)에 공급되어 대각선 방향으로 흐르는 물이 제1 가이드리브(101)와 제2 가이드리브(201)를 따라 주가열히터가 부착된 온수 하우징(100)의 우측 하반부 측으로 신속하고 안정적으로 흐르도록 하기 위함이다. 이러한 대각선 방향의 물의 흐름을 유도하기 위한 수단으로 가이드리브 대신에 예열히터의 형상 및 배치를 고려할 수도 있다. 즉, 예열히터인 시즈히터의 타원형의 나선 꼬임부를 대각선 방향으로 배치하면 히터의 형상 및 배치에 의하여 물의 흐름이 대각선 방향을 따르도록 유도할 수도 있을 것이다(도 7(b) 참조).

지금부터는 본 발명의 제4 실시예에 따른 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치에 대해 설명한다. 앞 실시예와 중복되는 구성은 동일한 도면부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다.

도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치에 포함된 급수관을 확대하여 나타낸 도면이고, 도 10은 도 9의 급수관에 구비된 제3 급수구의 단면도이다.

도 9를 참조하면, 본 실시예에서 급수관(300)에는 1개의 입력포트와 2개의 출력포트로 구성되고 제어부의 전기적 신호에 따라 입력포트와 출력포트 사이의 흐름방향을 선택적으로 전환하는 방향제어밸브(304)가 더 구비된다.

제1 급수구(301)는 방향제어밸브(304)의 입력포트에 연결되고, 제2 급수구(302)는 방향제어밸브(304)의 출력포트 중 하나에 연결된다.

제3 급수구(303)가 추가적으로 구비되는데, 제3 급수구(303)는 방향제어밸브(304)의 출력포트 중 나머지 하나에 연결되어, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 급수구(301)를 통해 공급된 물(W)을 나노 크기의 버블(B)이 포함된 세정액(L)으로 변환하여 배출한다.

제3 급수구(303)는 제1 단면적을 가지며 출력포트와 연결되어 물(W)이 유입되는 제1 구간(S1)과, 제1 구간(S1)과 연속되고 제1 단면적보다 좁은 제2 단면적을 가지며 단계적으로 단면적이 확장되는 제2 구간(S2)과, 제2 구간(S2)과 연속되고 제1 단면적보다 넓은 제3 단면적을 갖으며 마이크로 크기의 버블(B1)이 발생되는 제3 구간(S3)과, 제3 구간(S3)과 연속되고 제2 단면적 및 제3 단면적보다 좁은 제4 단면적을 가지며 갈수록 단면적이 좁아지는 제4 구간(S4)과, 제4 구간(S4)과 연속되고 제4 단면적보다는 넓고 제3 단면적보다는 좁은 제5 단면적을 가지며 마이크로 크기의 버블(B1)이 나노 크기의 버블(B2)로 변환되는 제5 구간(S5)으로 구성된다.

이와 같은 제3 급수구(303) 구조는 별도의 미세공기 주입없이 물 속에 녹았있는 공기에 2번의 수격작용(급확대 - 급축소 2번 반복)을 가하여 나노 크기의 버블을 발생시키는 구조로서, 제5 구간(S5)에서 생성되는 나노 크기의 버블(B2)은, 온수 하우징(100) 내부를 흐르면서 물에 포함되어 스케일 발생을 유발하는 미네랄 성분이 온수 하우징(100) 내에서 박리되는 것을 촉진한다.

전하를 띄는 미네랄 성분은 온수 하우징(100) 내에 부착되어 있는데, 무수히 많은 나노 크기의 버블(B2)이 미네랄 성분에 흡착된 후, 자체의 부력 및 유동성에 의해 온수 하우징(100)으로부터 분리됨으로써, 미네랄 성분이 온수 하우징(100) 내에서 박리되는 것을 촉진하는 것이며, 이를 통해 온수장치에 스케일이 쌓이는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

이를 위해, 하이브리드 순간 온수장치가 장착된 가정용 정수기에 세척 버튼(미도시)이 더 추가될 수 있다. 방향제어밸브(304)의 입력포트가 제1 급수구(301)에 연결되어 있는 상태에서 세척 버튼을 누르면, 방향제어밸브(304)의 방향이 전환되면서, 방향제어밸브(304)의 입력포트가 제2 급수구(302)로 연결됨으로써, 나노 크기의 버블(B2)이 포함된 물이 온수 하우징(100) 내에 공급될 수 있는 상태가 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 온수 하우징의 내부로 공급된 물을 미리 일정온도로 예열하고, 사용자의 입력신호에 따라 선택적으로 물을 순간 가열함으로써, 80℃ 이상의 고온의 물을 연속적으로 공급할 수 있고, 온수를 공급하기까지 소요되는 시간이 그만큼 단축될 수 있으며, 충분한 유량으로 온수를 공급할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 온수 하우징의 내부가 구획되지 않고 하나의 공간으로 구성되는 무격벽 구조를 이룸으로써, 격벽 주변의 사각지대에서 발생되는 와류를 최소화하여 온수 하우징 내부에 스케일이 누적되는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 온수 하우징과 덮개부가 커링 압착방식에 의해 상호 결합됨으로써, 고온 열 부식 발생에 따른 스케일 발생 및 내구성 저하 문제를 해결할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

100 : 온수 하우징
200 : 덮개부
300 : 급수관
400 : 배출관
500 : 예열히터
600 : 주가열히터

Claims

전면이 개방된 함체 형상으로, 내부가 구획되지 않고 하나의 공간으로 구성되는 온수 하우징(100);
상기 온수 하우징(100)의 전면을 커버하도록 결합되는 덮개부(200);
상기 온수 하우징(100)의 내부에 나선 형태로 설치되는 시즈히터로서, 상기 온수 하우징(100)의 내부에 공급된 물을 제1 온도로 예열하는 예열히터(500);
상기 온수 하우징(100) 및 상기 덮개부(200)의 표면에 각각 세라믹 가열판이 코팅되는 루테녹스 히터로서, 상기 제1 온도로 예열된 물을 더 뜨거운 제2 온도로 가열하는 주가열히터(600); 및
평상 시에는 상기 예열히터(500)의 전원은 인가하고 상기 주가열히터(600)의 전원은 차단하여 상기 온수 하우징(100)에 담긴 물을 상기 제1 온도로 유지하는 예열모드에 있다가, 사용자의 온수키 신호가 입력되면 상기 예열히터(500)의 전원은 차단하고 상기 주가열히터(600)의 전원을 인가하여 제1 온도의 물을 상기 제2 온도로 순간적으로 가열하는 순간가열모드로 전환하는 제어부(미도시);를 포함하고,
상기 온수 하우징(100)의 상측에 결합되어 가열되지 않은 물을 상기 온수 하우징(100)의 내부로 공급하는 급수관(300); 및
상기 온수 하우징(100)의 하측에 결합되어 상기 제1 온도로 예열된 물 또는 상기 제2 온도로 가열된 물이 배출되는 배출관(400);을 더 포함하고,
상기 급수관(300)은, 상기 덮개부(200)를 관통하여 상기 온수 하우징(100)의 내부에 삽입되는 제1 급수구(301)와, 상기 급수구(301)의 단부에서 상기 온수 하우징(100)의 일측면을 향해 절곡연장되는 제2 급수구(302)를 구비하며,
상기 배출관(400)은, 상기 덮개부(200)를 관통하여 상기 온수 하우징(100)의 내부에 삽입되는 제1 배출구(401)와, 상기 제1 배출구(401)의 단부에서 상기 온수 하우징(100)의 타측면을 향해 절곡연장되는 제2 배출구(402)를 구비하며,
상기 제2 급수구(302)의 방향은 상기 온수 하우징(100)의 상부 측벽을 향하여 배치되고, 상기 제2 배출구(402)는 상기 제2 급수구(302)와 반대 방향의 하부 측벽을 향하여 배치되고,
상기 예열히터(500)는 상기 제2 급수구(302)와 상기 제2 배출구(402) 사이에서 상기 제2 배출구(402) 측에 가깝게 설치되고, 상기 주가열히터(600)는 상기 예열히터(500)가 존재하는 영역을 커버하도록 배치되고,
상기 급수관(300)은, 1개의 입력포트와 2개의 출력포트로 구성되고 상기 제어부의 전기적 신호에 따라 입력포트와 출력포트 사이의 흐름방향을 선택적으로 전환하는 방향제어밸브(304)가 더 구비되고,
상기 제1 급수구(301)는, 상기 방향제어밸브(304)의 입력포트에 연결되고, 상기 제2 급수구(302)는, 상기 방향제어밸브(304)의 출력포트 중 하나에 연결되며,
상기 방향제어밸브(304)의 출력포트 중 나머지 하나에 연결되어, 상기 제1 급수구(301)를 통해 공급된 물(W)을 나노 크기의 버블(B)이 포함된 세정액(L)으로 변환하여 배출하는 제3 급수구(303)를 더 구비하며,
상기 제3 급수구(303)는, 제1 단면적을 가지며 출력포트와 연결되어 물(W)이 유입되는 제1 구간(S1)과, 상기 제1 구간(S1)과 연속되고 상기 제1 단면적보다 좁은 제2 단면적을 가지며 단계적으로 단면적이 확장되는 제2 구간(S2)과, 상기 제2 구간(S2)과 연속되고 상기 제1 단면적보다 넓은 제3 단면적을 갖으며 마이크로 크기의 버블(B1)이 발생되는 제3 구간(S3)과, 상기 제3 구간(S3)과 연속되고 상기 제2 단면적 및 상기 제3 단면적보다 좁은 제4 단면적을 가지며 갈수록 단면적이 좁아지는 제4 구간(S4)과, 상기 제4 구간(S4)과 연속되고 상기 제4 단면적보다는 넓고 상기 제3 단면적보다는 좁은 제5 단면적을 가지며 상기 마이크로 크기의 버블(B1)이 나노 크기의 버블(B2)로 변환되는 제5 구간(S5)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치.
제1항에 있어서,
상기 온수 하우징(100)과 상기 덮개부(200)는, 부재의 끝단을 둥글게 굽어진 형상으로 성형하는 커링 압착방식에 의해 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치.
제1항에 있어서,
상기 온수 하우징(100)의 후면에는, 상기 급수관(300)에서 공급되어 상기 배출관(400)를 향하여 대각선 방향으로 이동배출되는 물의 흐름이 보조적으로 안내되도록 다수의 제1 가이드리브(101)가 돌출형성되고,
상기 온수 하우징(100)의 후면와 마주보는 덮개부(200)의 내측면에는, 상기 다수의 제1 가이드리브(101)와 동일한 경로로 다수의 제2 가이드리브(201)가 돌출형성되고,
상기 예열히터의 나선 꼬임부가 대각선 방향으로 배향되어 대각선 방향의 물의 흐름을 더 강화하도록 구성된 것을 특징으로 하는 예열히터를 포함하는 하이브리드 순간 온수장치.
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