KR102128482B1

KR102128482B1 - 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템

Info

Publication number: KR102128482B1
Application number: KR1020190112749A
Authority: KR
Inventors: 김민수
Original assignee: 주식회사 명보에너지
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2020-06-30
Also published as: CN112484142A

Abstract

본 발명의 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템은, 감지되는 외부 온도에 따라 히트펌프 보일러와 전극보일러를 작동시켜 난방수를 적절하게 가열하여 공급하는 보일링 시스템으로, 감지되는 외부 온도가 설정된 온도 이상이거나 공급되는 난방수의 온도가 목표 온도이상이면 히트펌프 보일러만 작동시켜 난방수를 가열하여 공급하고, 감지되는 외부 온도가 설정된 온도 이하이거나 공급되는 난방수의 온도가 목표 온도이하이면 히트펌프 보일러뿐만 아니라 전극보일러도 작동시켜 난방수를 가열하여 공급하고, 적용되는 전극보일러의 전극봉은 저 농도의 전해수 가열 효율을 높이기 위해 표면적 확장수단을 적용하여, 전해수와 접촉되는 전극봉의 표면적을 최대한 확장하는 발명에 관한 것이다.

Description

외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템{A feedback control boiler system that is sensing exterior temperature}

본 발명은 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게 본 발명은 감지되는 외부 온도에 따라 히트펌프 보일러와 전극보일러를 개별적으로 제어하여 난방수를 적절하게 가열하여 공급하는 보일링 시스템에 관한 발명이다.

즉, 본 발명은 감지되는 외부 온도가 설정된 온도 이상이거나 공급되는 난방수의 온도가 목표 온도이상이면 히트펌프 보일러만 작동시켜 난방수를 가열하여 공급하고, 감지되는 외부 온도가 설정된 온도 이하이거나 공급되는 난방수의 온도가 목표 온도이하이면 히트펌프 보일러뿐만 아니라 전극보일러도 작동시켜 난방수를 가열하여 공급하는 발명이다.

또한, 본 발명은 전해수 가열 효율을 높이기 위해 표면적 확장수단이 적용된 전극봉이 설치된 전극보일러를 사용하는 발명이다.

현대사회는 나날이 기술이 발달하면서 우리 생활도 편리하고 윤택해지고 있어 과거에 비교해서 삶의 질 향상에 초점을 둔 많은 생활기술들이 개발되어 발전되고 있는 추세이다.

또한, 현대사회는 각종 공해로 인한 환경문제도 직면하고 있기 때문에, 공해발생을 최소화하도록 하는 친환경 기술개발도 활발히 이루어지고 있다.

따라서 종래에는 석유, 석탄, 가스 등과 같은 화석연료를 사용하는 보일러가 많이 사용되고 있지만, 최근에는 연소 시에 유해가스가 발생되지 않는 전기보일러가 널리 보급되고 있는데, 전기보일러는 심야전기 또는 태양광 발전을 통해 경제적으로 전기에너지를 이용할 수 있어 환경보호 측면에서도 정책적으로 널리 권장하여 보급하고 있는 실정이다.

여기서, 전기보일러는 가열방식에 따라 간접가열방식과 직접가열방식으로 구분되며, 간접가열방식은 전기히터봉을 물탱크에 삽입하여 저항열에 의해 보일러의 순환수를 가열하는 방식으로 가격이 저렴하고 구성도 간단해서 그동안 많이 사용되어 왔다.

반면에 직접가열방식은 러시아의 갈란(GALAN)사가 개발한 전극보일러가 있으며, 상기 전극보일러는 전해수가 저장된 물탱크에 전극봉을 삽입하고 전해수의 이온화 원리를 이용하여 보일러 순환수로 사용할 전해수를 발열시키는 방식인데, 직접 가열 방식인 전기히터봉 방식에 비해 여러 가지 장점이 있어 최근에 각광받고 있는 전기보일러 방식이다.

하지만, 종래의 전극보일러는 전해수에 의해 발생되는 전극봉 표면 산화에 의해 슬러지가 발생하게 되고 시간이 흐르면 표면 산화에 의한 전극봉 파손과 슬러지로 인한 보일러 수조의 오염으로 전극봉을 교체하거나 보일러 수조 자체를 교체해야 하는 단점과 함께, 전해수 가열을 위해 공급하는 공급전력과 전해수 가열 진행속도를 정확하고 신속하게 제어하기 어려워 전극봉이 과열되는 현상과 이로 인한 전력낭비가 발생하는 단점이 존재하고 있다.

한편, 히트펌프 보일러는 히트펌프를 이용하여 증발부에서 외부 공기열을 흡수하고 압축기에서 열량을 더하여 고온고압의 냉매와 응축부에서 물과 열교환 후 온수를 공급하여 난방하는 보일러로서, 히트펌프 보일러의 장점은 환경오염이 없고 에너지 절감이 우수한데다 다른 냉난방기와의 조합이 우수하다는 장점이 있다.

히트펌프는 한가지의 냉매를 사용하고 1대의 압축기로 냉매를 압축하는 단단식 히트펌프와 두가지 냉매를 사용하고 2대의 압축기로 냉매를 재 압축하는 이원사이클식 히트펌프가 있다.

단단식 히트펌프는 영상 7℃ 이상의 외부온도에서는 전기에너지 3~4배 (COP3~4) 발열 할 수 있다.

하지만, 히트펌프 보일러는 겨울철과 같이 외부 온도가 낮은 날에는 가열효율이 떨어진다는 단점이 있다.

이를 보완하기 위해 2가지 냉매를 사용하고 2대의 압축기로 냉매를 재 압축하는 이원 사이클식 히트펌프가 개발되었다.

하지만, 이원 사이클식 히트펌프 보일러는 외부 온도와 상관없이 2개의 압축기가 동시에 작동되어야 가동되는 시스템으로 단단식 히트펌프 대비 약2.5배의 전력을 소비하는 단점을 가지고 있다.

따라서 본 발명에서는 전극보일러와 단단식 히트펌프 보일러를 이용하여 히트펌프의 장점을 살리면서 단점도 개선하고 최고의 에너지 효율과 절약을 위해, 외부 온도에 따라 선택적으로 히트펌프 보일러 와 전극보일러의 작동을 제어하는 보일러 시스템을 개발하게 되었다.

다음은 이와 관련한 종래의 선행기술들이다.

1. 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0133073호 히트파이프보일러 및 난방제어 시스템과 순환펌프제어 컨트롤러 2. 대한민국 등록특허공보 제10-1321761호 히트 파이프 열교환기를 이용한 전기보일러 3. 대한민국 공개실용실안공보 제20-2014-0004245호 전기 전극봉 보일러

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로,

본 발명은 감지되는 외부 온도에 따라 히트펌프 보일러와 전극보일러를 개별적으로 제어하여 난방수를 적절하게 가열하여 공급하는 보일링 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 감지되는 외부 온도가 설정된 온도 이상이거나 공급되는 난방수의 온도가 목표 온도이상이면 히트펌프 보일러만 작동시켜 난방수를 가열하여 공급하고, 감지되는 외부 온도가 설정된 온도 이하이거나 공급되는 난방수의 온도가 목표 온도이하이면 히트펌프 보일러뿐만 아니라 전극보일러도 작동시켜 난방수를 가열하여 공급하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 표면적 확장수단이 적용된 전극봉이 설치된 전극보일러를 사용하여 전해수 가열 효율을 높이는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명인 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템은,

외부에서 공급된 물을 히트펌프를 이용하여 가열함으로 난방수를 생성하고, 생성된 난방수를 난방수공급관(200)으로 배출하는 히트펌프 보일러(100)와;

히트펌프 보일러(100)에서 배출된 난방수를 전극보일러부(400) 또는 난방수 사용처로 공급하는 난방수공급관(200)과;

외부 온도와 히트펌프 보일러(100)에서 배출되는 난방수 온도를 감지하고, 감지된 외부 온도와 히트펌프 보일러(100)에서 배출되는 난방수 온도에 따라 전극보일러부(400) 작동을 위한 보일러 제어신호를 전극보일러부(400)로 제공하는 컨트롤러부(300)와;

컨트롤러부(300)로부터 보일러 제어신호를 수신하면, 난방수공급관(200)으로부터 난방수를 유입 받고, 유입된 난방수를 목표 온도로 가열하여 난방수공급관(200)으로 배출하는 전극보일러부(400)와;

난방수공급관(200) 일측에 형성되며, 유입되는 난방수 유량에 따라 오픈되는 정도가 자동으로 조절되는 체크밸브(500)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템은, 감지되는 외부 온도에 따라 히트펌프 보일러와 전극보일러를 개별적으로 제어하여 난방수를 적절하게 가열하여 공급하는 보일링 시스템이기 때문에, 에너지를 효율적으로 절약하면서 난방효율도 높일 수 있어 친환경적인 난방시스템을 구축할 수 있게 한다.

또한, 본 발명은 감지되는 외부 온도가 설정된 온도 이상이거나 공급되는 난방수의 온도가 목표 온도이상이면 히트펌프 보일러만 작동시켜 난방수를 가열하여 공급하고, 감지되는 외부 온도가 설정된 온도 이하이거나 공급되는 난방수의 온도가 목표 온도 이하이면 히트펌프 보일러뿐만 아니라 전극보일러도 작동시켜 히트펌프에서 감소되는 발열량을 전극보일러(400)에서 발열 보충하여 난방수를 가열하여 공급하기 때문에, 외부 온도가 낮은 날 발열량이 떨어지는 다단사이클 히트펌프 보일러의 단점과 외부온도가 높을 때에도 2개의 압축기가 동시에 가동되어 약2.5배의 소비전력이 소비되는 이원 사이클 히트펌프 보일러의 단점을 개선함과 동시에, 전극보일러의 전극봉이 과열되는 현상과 이로 인한 전력낭비가 발생하는 단점을 히트펌프 보일러의 상시 작동을 통해 방지할 수 있어, 계절별, 날씨별 외부 온도에 따라 목표 온도 이상의 온도로 난방수가 가열되어 공급되는 현상을 방지하므로 에너지 절감효과를 크게 얻고 기기의 수명도 연장한다.

또한, 본 발명에 적용되는 전극보일러의 전극봉은 저 농도의 전해수 가열 효율을 높이기 위해 표면적 확장수단을 적용하여 전해수와 접촉되는 전극봉의 표면적을 최대한 확장하므로, 히터봉 방식의 전기보일러보다 가열 효율을 증가시켜 전극보일러의 난방효과를 증가 시키고 전극봉 산화와 슬러지 발생을 최소화시킴과 동시에 전해수 가열 효율을 높임으로 전극봉의 사용수명을 연장시켜 전극봉 교체로 인한 유지비용도 절약할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명의 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템의 계통도
도 2는 본 발명의 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템의 구성 블록도
도 3은 본 발명의 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템의 제어 상태도 1
도 4는 본 발명의 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템의 제어상태도 2
도 5는 본 발명의 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템의 전극봉 사시도
도 6은 본 발명의 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템의 전극봉 결합도 1
도 7은 본 발명의 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템의 전극봉 결합도 2
도 8은 본 발명의 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템의 전극봉 조립도 1
도 9는 본 발명의 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템의 전극봉 조립도 2
도 10은 본 발명의 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템의 전극봉에 표면적 확장용 홈이 형성된 상태도
도 11은 본 발명의 본 발명의 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템의 전극봉의 사이즈 예시도

본 발명의 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 11을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템(이하 시스템)은, 감지되는 외부 온도에 따라 히트펌프 보일러와 전극보일러를 작동시켜 난방수를 적절하게 가열하여 공급하는 보일링 시스템으로서, 에너지를 효율적으로 절약하면서 난방효율도 높일 수 있어 친환경적인 난방시스템을 구축할 수 있게 한다.

즉, 본 발명의 시스템(1)은 감지되는 외부 온도가 설정된 온도 이상이거나 공급되는 난방수의 온도가 목표 온도이상이면 히트펌프 보일러만 작동시켜 난방수를 가열하여 공급하고, 감지되는 외부 온도가 설정된 온도 이하이거나 공급되는 난방수의 온도가 목표 온도이하이면 히트펌프 보일러뿐만 아니라 전극보일러도 작동시켜 난방수를 가열하여 공급하는 것이다.

즉, 본 발명은 외부 온도가 낮은 날에는 가열효율이 떨어지는 히트펌프 보일러의 단점을 전극보일러를 이용하여 개선함으로써, 계절별, 날씨별 외부 온도에 따라 목표 온도의 난방수를 공급할 수 있게 된다.

특히, 본 발명의 시스템(1)에 포함되는 히트펌프 보일러와 전극보일러는 화석연료를 사용하는 보일러와 달리 유해가스 발생이 없는 친환경 난방기기이기 때문에, 단독주택과 공동주택뿐만 아니라 호텔, 모텔, 기숙사와 같은 숙박시설에 적용하면 더욱더 효과적으로 에너지를 절감할 수 있기 때문에 산업상 이용가능성도 높다.

도 1, 2를 참조하면, 본 발명의 시스템(1)은 히트펌프 보일러(100), 난방수공급관(200), 컨트롤러부(300), 전극보일러부(400), 제어밸브(500)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 본 발명의 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템은,

도 1, 2를 참조하면, 상기 히트펌프 보일러(100)는 외부에서 공급된 물을 히트펌프를 이용하여 가열함으로 난방수를 생성하고, 생성된 난방수를 난방수공급관(200)으로 배출하는 구성으로서, 히트펌프를 이용하여 증발부에서 외부 공기열을 흡수한 다음 압축기에서 열량을 더하고 응축부에서 외부로부터 공급된 물에 열을 가하여 난방수를 얻는 보일러이다.

구체적으로, 상기 외부에서 물을 공급받을 수 있도록 히트펌프 보일러(100)의 전단에 입수관이 형성되며, 가열된 난방수를 난방수공급관(200)으로 배출할 수 있도록 히트펌프 보일러(100)의 후단에 출수관이 형성된다.

또한, 외부공기를 흡입할 수 있도록 공기 흡입관이 히트펌프 보일러(100)의 일측에 형성된다.

도 1을 참조하면, 상기 난방수공급관(200)은 히트펌프 보일러(100)에서 가열하여 배출시킨 난방수를 전극보일러(420) 또는 난방수 사용처로 공급하는 구성으로, 난방수공급관(200) 일측에는 체크밸브(500)가 형성 된다.

또한, 체크밸브(500) 전단부의 난방수공급관(200)에는 히트펌프 보일러(100)에서 배출된 난방수를 전극보일러(420)로 공급하는 바이패스관인 제1배관(410)이 연결되고, 체크밸브(500) 후단부의 난방수공급관(200)에는 전극보일러(420)에서 배출된 난방수를 난방수공급관(200)으로 공급하는 바이패스관인 제2배관(430)이 연결된다.

상기 컨트롤러부(300)는 외부 온도와 히트펌프 보일러(100)에서 배출되는 난방수 온도를 감지하고, 감지된 외부 온도와 히트펌프 보일러(100)에서 배출되는 난방수 온도에 따라 전극보일러부(400) 작동을 위한 보일러 제어신호를 상기 전극보일러부(400)로 제공하는 구성으로, 도 3에 도시된 바와 같이 제1온도센서(310), 제2온도센서(320), 전극보일러 컨트롤러(330)를 포함하여 구성된다.

상기 제1온도센서(310)는 외부 온도를 감지하는 구성으로서, 외부 온도를 감지할 수 있는 위치에 설치되며, 상기 제2온도센서(320)는 히트펌프 보일러(100)에서 배출되는 난방수 온도를 체크하기 위한 구성으로서, 히트펌프 보일러(100)의 난방수 배출측에 형성된다.

상기 전극보일러 컨트롤러(330)는 전극보일러부(400)의 작동을 제어하는 구성으로서, 상기 제1온도센서(310)가 감지한 외부 온도가 설정된 온도(예: 7℃) 미만이거나 제2온도센서(320)가 감지한 난방수 온도가 목표 온도(예: 60℃) 미만이면, 전극보일러부(400)가 작동하도록 하는 보일러 제어신호를 전극보일러부(400)로 제공한다.

구체적으로, 상기 제1온도센서(310)가 감지한 외부 온도가 설정된 온도(예: 7℃) 미만이거나 제2온도센서(320)가 감지한 난방수 온도가 목표 온도(예: 60℃) 미만이면, 도 4에 도시된 바와 같이 순환펌프(411)를 동작 시키는 보일러 제어신호를 순환펌프(411)로 제공하여 순환펌프(411)를 동작 시키고, 전극보일러(420)를 동작 시키는 보일러 제어신호를 전극보일러(420)로 제공하여 전극보일러(420)를 동작 시키며, 제어밸브(431)를 동작 시키는 보일러 제어신호를 제어밸브(431)로 제공한다.

도 3, 4를 참조하면, 상기 전극보일러부(400)는 컨트롤러부(300)로부터 보일러 제어신호를 수신하면, 난방수공급관(200)으로부터 난방수를 유입 받고, 유입된 난방수를 설정 온도로 가열하여 난방수공급관(200)으로 배출하는 구성으로서, 제1배관(410), 순환펌프(411), 전극보일러(420), 제2배관(430), 제어밸브(431)를 포함하여 구성된다.

본 발명의 설명에서 사용되는 용어 중, 목표 온도는 난방수 사용처에서 필요로 하는 온도를 의미하고, 설정 온도는 전극보일러부(400)가 유입된 난방수를 가열하는 온도를 의미한다.

예를 들어, 난방수 사용처에서 필요로 하는 목표 온도가 60℃ 인 상황에서, 외부 온도가 설정된 온도(예: 7℃) 이하 이거나 히트펌프 보일러(100)의 내부 문제로 인해 히트펌프 보일러(100)가 배출하는 난방수 온도는 목표 온도인 60℃ 미만(예: 55℃)이 된다.

이 경우, 전극보일러부(400)가 동작하게 되는데, 전극보일러부(400)는 체크밸브(500) 전단에서 유입 받은 난방수(예: 55℃)를 설정 온도(예: 65℃)로 가열하게 된다.

이후, 설정 온도(예: 65℃)로 가열된 난방수가 도 4에 도시된 바와 같이 체크밸브(500) 후단에서 체크밸브(500)를 통과한 난방수(예: 55℃)와 합쳐져 목표 온도(예: 60℃)의 난방수로 되어 난방수 사용처로 공급되는 것이다.

상기 제1배관(410)은 도 3, 4에 도시된 바와 같이, 전단이 체크밸브(500)의 전단부 난방수공급관(200)에 연결되고 후단은 전극보일러(420)에 연결되어, 순환펌프(411)가 동작하면, 난방수공급관(200)으로부터 난방수를 유입 받아 전극보일러(420)로 공급하는 관로이다.

상기 순환펌프(411)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1배관(410)상 일측에 형성되어, 상기 컨트롤러부(300)의 전극보일러 컨트롤러(330)로부터 보일러 제어신호가 제공되면 동작한다.

즉, 컨트롤러부(300)의 전극보일러 컨트롤러(330)로부터 순환펌프(411)의 작동 제어신호인 보일러 제어신호가 제공되면, 상기 순환펌프(411)는 동작하고, 이로 인해 난방수공급관(200)에 흐르는 난방수 중 일부(예: 전제 난방수의 20~30% 정도)가 제1배관(410)으로 유입되어 전극보일러(420)로 제공된다.

상기 제2배관(430)은 도 3, 4에 도시된 바와 같이, 전단이 전극보일러(420)에 연결되고 후단은 체크밸브(500)의 후단부 난방수공급관(200)에 연결되어, 전극보일러(420)에서 배출된 설정 온도로 가열된 난방수를 난방수공급관(200)으로 공급하는 관로이다.

상기 제어밸브(431)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제2배관(430)상 일측에 형성되어, 상기 컨트롤러부(300)의 전극보일러 컨트롤러(330)로부터 보일러 제어신호가 제공되면 동작하여 오픈된다.(보일러 제어신호가 제공되기 전인 동작 전에는 닫힘 상태를 유지한다)

즉, 컨트롤러부(300)의 전극보일러 컨트롤러(330)로부터 제어밸브(431)의 작동 제어신호인 보일러 제어신호가 제공되면, 제어밸브(431)는 동작하여 오픈되고, 이로 인해 전극보일러(420)에서 배출된 설정 온도로 가열된 난방수가 난방수공급관(200)으로 공급되도록 한다.

상기 전극보일러(420)는 컨트롤러부(300)의 전극보일러 컨트롤러(340)로부터 보일러 제어신호가 제공되면 작동하고, 작동 시 제1배관(410)으로부터 제공된 난방수를 설정 온도로 가열하여 제2배관(430)으로 배출하는 보일러로서, 전극봉(10)을 포함하여 구성된다.

전극보일러(420)를 좀 더 구체적으로 설명하면, 도 8에 도시된 바와 같이, 보일러 수조(421), 수조덮개(422), 체결부재(423), 복수의 전극봉(10)을 포함하여 구성된다.

상기 보일러 수조(421)는 전해수가 저장되는 공간을 제공하고, 수조덮개(422)는 보일러 수조(421)를 덮는 덮개이자 복수의 전극봉(10)이 보일러 수조(421) 내에 삽입 설치되도록 하는 체결부재(423)가 형성되는 구성이다.

즉, 수조덮개(422)가 보일러 수조(421)의 상측에 결합되고, 체결부재(423)를 이용하여 복수의 전극봉(10)이 보일러 수조(421) 내에 삽입 설치 되도록 한다.

상기 전극보일러(420)는 전해수가 저장된 보일러 수조(421)에 전극봉(10)을 삽입하여 전극봉에 흐르는 전기(교류)에 의해 전해수가 이온화 되는 과정에서 전해수가 발열하는 방식의 보일러인데, 종래에 많이 사용된 전기 히터봉 방식의 보일러는 열손실이 많이 발생하는데 비해 전극보일러 방식은 열손실이 거의 없고 전력소모량도 적어 경제적이다.

또한, 상기 전극보일러(420)는 화석연료를 사용하는 기름보일러에 비해 연소와 폭발과정이 없어 진동과 소음 발생이 없고, Co, Co2, NOx와 같은 유해물질도 발생시키지 않아 최근에 친환경 보일러로서 각광받고 있는 보일러이다.

따라서 상기 전극보일러(420)는 전극봉(10)에 의한 전해수의 이온화 효율을 높이기 위해, 도 8과 같이, 적어도 1개 이상의 전극봉(10)이 보일러 수조(421) 내부에 설치된다.

즉, 상기 전극봉(10)의 고정 나사부(111)가 수조덮개(422)에 설치된 체결부재(423)와 결합함으로 전극봉(10)의 일측이 수조덮개(422)에 고정 설치됨으로 도 9와 같이, 전해수가 저장된 보일러 수조(421)에 전극봉(10)이 삽입 상태로 설치된다.

이때, 보일로 수조(421) 내부에 설치된 전극봉(10)에 전기가 인가되면, 상기 보일러 수조(421) 내부에 저장된 전해수의 이온화가 촉진되고, 이온화 과정에서 이온들 사이에서 발생하는 마찰열에 의해 전해수가 가열되고, 가열된 전해수를 난방수로 공급하게 되는 것이다.

도 5, 6을 참조하면, 본 발명의 전극보일러(420)에 포함되는 전극봉(10)은 보일러 수조(421)에 저장된 전해수를 이온화시키기 위한 구성으로, 전극봉 본체(11), 표면적 확장수단(12)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 전극봉 본체(11)는 원통 형상으로 형성되어, 전해수가 담긴 보일러 수조 내부에 설치되고, 전해수와 접촉되는 외주면에 흐르는 전기에 의해 전해수의 이온화를 촉진 시킨다.

특히, 상기 전극봉 본체(11)는 원통 형상으로 형성되고 전해수가 담긴 보일러 수조(421) 내부에 삽입 설치된 다음, 전해수와 접촉되는 외주면에 흐르는 전기(교류 전류)에 의해 전해수의 이온화를 촉진시킴으로 이온화 과정에서 발생하는 마찰열에 의해 전해수가 가열되도록 하는 전해수 이온화 촉진 수단이다.

이온화에 의해 전해수가 가열되는 원리는 아래와 같다.

상기 전극봉 본체(11)에 전기가 인가되면, 전해수(예: 소금물)가 이온화되면서 양극(+)이온(예: Na 이온)과 음극(-)이온(예: Cl 이온)으로 분리되고, 상기 이온들이 1초당 60회로 극성이 변화(전극봉에 흐르는 전기는 상용 교류 전류이기 때문에 초당 60회의 극성이 반전되기 때문임)되면서 발생하는 이온들 상호간의 인력과 반발력에 의해 마찰열이 발생하여 전해수가 가열되는 것이다.

이때, 상기 전극봉 본체(11)의 일측에는 도 8와 같이 고정 나사부(111)가 형성되고, 고정 나사부(111)가 수조덮개(422)에 형성된 체결부재(423)에 의해 보일러의 수조덮개(422)에 결합 고정되어 전극봉 본체(11)가 보일러 수조(421) 내부에 삽입 설치된다.

이를 통해, 상기 전극봉 본체(11)는 전해수가 저장된 보일러 수조(421) 내부에서 일정한 깊이를 유지한 상태로 설치되도록 하여, 인가된 전기가 흐르는 전극봉 본체(11)가 보일러 수조(421)에 직접 접촉되지 않도록 한다.

이렇게 설치된 전극봉 본체(11)에 전기가 흐르게 되면 상술한 바와 같이 전기에 의해 보일러 수조(421) 내부에 담긴 전해수가 이온화 되는 것이다.

도 5를 참조하면, 상기 표면적 확장수단(12)은 전극봉 본체(11)에 전기적으로 연결되어 전기가 흐를 수 있는 전극봉 본체(11)의 표면적을 확장 시킨다.

이때, 상기 표면적 확장수단(12)은, 도 6과 같이, 스프링 형태로 형성되어 전극봉 본체(11)의 외주면에 끼움 방식으로 결합되고, 양 측단이 각각 전극봉 본체(11) 상측과 하측 부분에서 전기적으로 연결된다.

특히, 상기 표면적 확장수단(12)에 의해 전해수와 접촉되는 면적이 증가해 종래에 사용되는 원통형 전극봉 보다 전해수 이온화 효율을 증가시킬 수 있고, 종래 의 전해수보다 농도가 낮은 저 농도 전해수를 사용할 수 있고, 전극봉 산화의 원인인 전해질의 농도가 낮기 때문에 전해질에 의한 전극봉 산화를 저감 시킬 수 있게 된다.

따라서 상술한 효과를 위한 상기 스프링 형태의 표면적 확장수단(12)은 전극봉 본체(11)의 외주면에 끼움 결합된 후 전극봉 본체(11)에 전기적으로 연결되기 때문에 전기가 흐를 수 있는 전극봉(10)의 표면적이 스프링 형태의 표면적 확장수단(12)의 표면적만큼 확장되는 것이다.

이때, 상기 전극봉 본체(11)의 외주면에 끼움 결합되는 표면적 확장수단(12)은 전극봉 본체(11)와 전기적으로 연결되는 부분 이외에는 전극봉 본체(11)와 이격 되도록 전극봉 본체(11)의 외주면에 끼움 결합된다.

특히, 스프링 형태의 표면적 확장수단(12)의 양 측단이 각각 전극봉 본체(11) 상측과 하측 부분에서 전기적으로 연결되는데, 전기적 연결은 용접이나 납땜방식 등이 사용될 수 있다.

이때, 상기 전극봉 본체(11)와 표면적 확장수단(12)에 적용되는 재질은 전기 전도성이 우수하면서 전해수에 의한 부식과 산화작용에 대해 내식성이 우수한 금속재질이 적용되어야 하기 때문에 스테인레스 재질을 적용하는 것이 바람직하다.

표면적 확장을 위해 전극봉 본체(11) 외주면에 끼움 결합되는 상기 표면적 확장수단(12)은 전극봉 본체(11)와 마찬가지로 전해수 이온화 촉진 수단으로 작용한다.

즉, 전극봉 본체(11)에 전기적으로 연결된 표면적 확장수단(12)의 표면에도 전기가 흐르고 표면적 확장수단(12) 표면 역시 전해수와 접촉되기 때문에 표면적 확장수단(12)의 외주면에 흐르는 전기(교류 전류)에 의해 전해수의 이온화를 촉진시키는 것이다.

결론적으로, 스프링 형태의 표면적 확장수단(12)이 적용된 본 발명의 전극봉(10)은 종래의 원통형 전극봉보다 전해수와의 접촉 면적이 커져 그 만큼 전해수 이온화 효율이 높아지는 것이다.

한편, 전극봉(10)의 표면적을 확장시킨다는 것은 전극봉(10)의 사이즈를 증가시킴을 의미한다. 즉, 원통형 전극봉 본체(11)에 스프링 형태의 표면적 확장수단(12)을 끼움 결합 시킨 전극봉(10)은 원통형 전극봉 본체(11)만으로 구성된 전극봉(10) 보다 직경 사이즈가 커짐을 의미한다.

그러나 도 8, 9와 같이, 보일러 수조(421) 내부에 설치되는 전극봉(10)은 적어도 1개 이상이 설치되는 것으로, 전극봉의 표면적 확장을 위해 전극봉의 사이즈를 무작정 증가 시킬 수 없다.

만약, 전극봉(10)의 사이즈를 크게 증가시키면 보일러 수조(421) 내부에 설치되는 사이즈가 증가된 다른 전극봉(10)과의 거리가 가까워져 전해수의 이온화 효율이 떨어지는 문제와 전극봉 산화 정도가 심해지는 문제뿐만 아니라 일정한 사이즈를 갖는 보일러 수조(421) 내부에 사이즈가 증가된 다수의 원통형 전극봉(10) 설치에 구조적 문제가 발생하기 때문이다.

따라서 상기 전극봉(원통형 전극봉 본체(11)+표면적확장수단(12))의 사이즈(직경)는 무작정 증가 시킬 수 없고, 16mm~21mm의 값인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 전극봉(원통형 전극봉 본체(11)+표면적확장수단(12))의 사이즈(직경)를 16mm~21mm의 값으로 제한하는 이유는 전극봉 사이즈 증가에 따른 상술한 이온화 문제, 전극봉 산화 문제, 설치 공간적 문제를 해결하기 위함이다.

즉, 전극봉(원통형 전극봉 본체(11)+표면적확장수단(12))의 사이즈(직경)를 16mm~21mm의 값으로 제한하되 이러한 상태에서 전극봉의 표면적을 최대화 시키는 것이 필요하다.

전극봉의 사이즈(직경)를 16mm~21mm의 값으로 하되, 이러한 상태에서 전극봉의 표면적을 최대화시키기 위해서, 본 발명은 원통형 전극봉 본체(11) 외주면에 스프링 형태의 표면적확장수단(12)을 끼움 결합시키는 것이다.

예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 원통형 전극봉 본체(11)의 직경을 14mm로 하고, 직경이 14mm 인 원통형 전극봉 본체(11) 외주면에 직경이 3mm인 스프링 형태의 표면적확장수단(12)을 이격 거리 0.5mm로 하여 끼움 결합시켜 전극봉(원통형 전극봉 본체(11)+표면적확장수단(12)) 전체의 직경을 21mm의 값이 되도록 한다.

물론 도 11에 도시된 그림은 본 발명을 구성하는 원통형 전극봉 본체(11)와 스프링 형태의 표면적확장수단(12)의 결합 예시일 뿐, 전극봉(원통형 전극봉 본체(11)+표면적확장수단(12))의 사이즈(직경)를 16mm~21mm의 값으로 하는 제한조건에서 다양한 실시예가 존재할 수 있음은 당연하다.

한편, 상기 스프링 형태의 표면적 확장수단(12)은 전해수와의 접촉 면적을 증가시켜 이온화 효율을 더 증가시킬 수 있도록 스프링 형태의 표면에는, 도 10과 같이, 복수의 표면적 확장용 홈(121)이 더 형성된다.

이때, 상기 표면적 확장용 홈(121)은 확장용 홈(121)이 형성되지 않은 스프링 형태의 표면적 확장수단(12) 보다 전해수와 더욱 넓은 면적으로 표면적 확장수단(12)이 접촉할 수 있도록 하기 때문에 그 만큼 전해수 이온화 효율을 향상 시킬 수 있고 이로 인해 전해수의 가열 효율도 향상시킬 수 있게 한다.

도 6을 참조하면, 상기 스프링 형태의 표면적 확장수단(12)과 전극봉 본체(11)가 전기적으로 연결되는 부분(도 6의 전기적 접점 부분)에는 보호캡(13)이 더 설치 형성된다.

여기서, 상기 보호캡(13)은 절연 성질과 열 수축성 성질을 갖는 소재가 적용된 일종의 절연성 열수축 튜브로서, 도 7과 같이, 스프링 형태의 표면적 확장수단(12)과 전극봉 본체(11)가 전기적으로 연결되는 부분(도 6의 전기적 접점 부분)에 끼워진 후 가열되어 열 수축한다.

즉, 상기 보호캡(13)은 스프링 형태의 표면적 확장수단(12)과 전극봉 본체(11)가 전기적으로 연결되는 부분(도 6의 전기적 접점 부분)에 끼워진 후 가열되어 열 수축됨으로 보호캡(13)은 스프링 형태의 표면적 확장수단(12)과 전극봉 본체(11)가 전기적으로 연결되는 부분(도 6의 전기적 접점 부분)이 외부로 노출되지 않도록 도 7의 우측 그림과 같이 스프링 형태의 표면적 확장수단(12)과 전극봉 본체(11)에 밀착 결합되는 것이다.

이때, 상기와 같이 열 수축성 보호캡(13)을 이용해 스프링 형태의 표면적 확장수단(12)과 전극봉 본체(11)가 전기적으로 연결되는 부분(도 6의 전기적 접점 부분)이 외부로 노출되지 않도록 하는 이유는 전기가 흐르게 되면 전극봉 본체(11)와 표면적 확장수단(12)이 전기적으로 연결되는 부분에서 스파크가 발생할 수 있고, 이로 인해 과열이나 전해수의 이온화 방해라는 악 영향이 발생하는 것을 사전에 차단하기 위함이다.

도 1, 3을 참조하면, 상기 체크밸브(500)는 난방수공급관(200)의 일측에 형성되어, 체크밸브(500)로 유입되는 난방수 유량에 따라 오픈되는 정도가 자동으로 조절되는 밸브로서, 유입되는 난방수 양에 따라 자동으로 개폐정도가 조절되도록 하는 스프링 판이 내부에 형성되어 있다.

구체적으로, 상기 체크밸브(500)는 도 3에 도시된 바와 같이 전극보일러부(400)가 동작하지 않는 상태에서는 100% 오픈된 상태를 유지한다.

즉, 전극보일러부(400)측으로 난방수가 유입되지 않으면 히트펌프 보일러(100)에서 배출된 난방수 모두가 체크밸브(500)를 통해 난방수 사용처로 공급되도록 내부에 설치된 스프링 판이 100% 오픈되는 것이다.

반면, 전극보일러부(400)가 동작하는 상태(제1온도센서(310)가 감지한 외부 온도가 설정된 온도(예: 5℃) 미만이거나 제2온도센서(320)가 감지한 난방수 온도가 목표 온도 미만인 상태)에서는 100% 미만으로 오픈된 상태가 된다.

즉, 전극보일러부(400)가 동작함으로 인해, 히트펌프 보일러(100)에서 배출되어 난방수공급관(200)에 흐르던 난방수중 일부(예: 전제 난방수의 20~30% 정도)가 전극보일러부(400)측으로 유입되면, 전극보일러부(400)측으로 유입되지 않은 나머지 난방수가 체크밸브(500)를 통해 난방수 사용처로 공급되도록 내부에 설치된 스프링 판이 유입 유량에 맞게 100% 미만으로 오픈되는 것이다. 도 4에는 80%로 오픈되는 것으로 예시되어 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

1 : 시스템
10 : 전극봉
100 : 히트펌프 보일러
200 : 난방수공급관
300 : 컨트롤러부
400 : 전극보일러부
500 : 체크밸브

Claims

히트펌프 보일러와 전극보일러를 이용한 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템에 있어서,
외부에서 공급된 물을 히트펌프를 이용하여 가열함으로 난방수를 생성하고, 생성된 난방수를 난방수공급관(200)으로 배출하는 히트펌프 보일러(100)와;
히트펌프 보일러(100)에서 배출된 난방수를 전극보일러부(400) 또는 난방수 사용처로 공급하는 난방수공급관(200)과;
외부 온도와 히트펌프 보일러(100)에서 배출되는 난방수 온도를 감지하고, 감지된 외부 온도와 히트펌프 보일러(100)에서 배출되는 난방수 온도에 따라 전극보일러부(400) 작동을 위한 보일러 제어신호를 전극보일러부(400)로 제공하는 컨트롤러부(300)와;
컨트롤러부(300)로부터 보일러 제어신호를 수신하면, 난방수공급관(200)으로부터 난방수를 유입 받고, 유입된 난방수를 설정 온도로 가열하여 난방수공급관(200)으로 배출하는 전극보일러부(400)와;
난방수공급관(200) 일측에 형성되며, 유입되는 난방수 유량에 따라 오픈되는 정도가 자동으로 조절되는 체크밸브(500)를 포함하고,

상기 전극보일러부(400)는,
컨트롤러부(300)로부터 보일러 제어신호가 제공되면 동작하고, 동작 시 제1배관(410)으로부터 제공된 난방수를 설정 온도로 가열하여 제2배관(430)으로 배출하는 전극보일러(420)를 포함하고,

상기 전극보일러(420)는 보일러 수조에 저장된 전해수를 이온화시키기 위한 전극봉(10)을 포함하고,
상기 전극봉(10)은,
전해수가 담긴 보일러 수조 내부에 설치되고, 전해수와 접촉되는 외주면에 흐르는 전기에 의해 전해수의 이온화를 촉진 시키는 원통 형상의 전극봉 본체(11)와;
상기 전극봉 본체(11)에 전기적으로 연결되어 전기가 흐를 수 있는 표면적을 확장 시키는 스프링 형태의 표면적 확장수단(12)과,
상기 스프링 형태의 표면적 확장수단(12)과 전극봉 본체(11)가 전기적으로 연결되는 부분에 형성되는 보호캡(13)을 포함하고,
상기 보호캡(13)은 절연 성질과 열 수축성 성질을 갖는 소재인 것을 특징으로 하는 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 컨트롤러부(300)는,
외부 온도를 감지하는 제1온도센서(310)와,
히트펌프 보일러(100)에서 배출되는 난방수 온도를 체크하기 위해, 히트펌프 보일러(100)의 난방수 배출측에 형성되는 제2온도센서(320)와,
제1온도센서(310)가 감지한 외부 온도가 설정된 온도 미만이거나 제2온도센서(320)가 감지한 난방수 온도가 목표 온도 미만이면 전극보일러부(400)가 작동하도록 하는 보일러 제어신호를 전극보일러부(400)로 제공하는 전극보일러 컨트롤러(330)를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 제1배관(410)은,
컨트롤러부(300)로부터 보일러 제어신호가 제공되면 동작하는 순환펌프(411)가 일측에 형성되고, 순환펌프(411) 동작 시, 체크밸브(500) 전단의 난방수공급관(200)으로부터 난방수를 유입 받아 전극보일러(420)로 제공하고,
상기 제2배관(430)은,
컨트롤러부(300)로부터 보일러 제어신호가 제공되면 오픈되는 제어밸브(431)가 일측에 형성되고, 전극보일러(420)에서 배출된 설정 온도로 가열된 난방수를 체크밸브(500) 후단의 난방수공급관(200)으로 공급하는 것을 특징으로 하는 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 스프링 형태의 표면적 확장수단(12)은,
전극봉 본체(11)의 외주면에 끼움 방식으로 결합되고, 양 측단이 각각 전극봉 본체(11) 상측과 하측 부분에서 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 스프링 형태의 표면적 확장수단(12)은,
전해수에 접촉되는 표면적을 추가로 확장시키도록 스프링 형태의 표면에 복수의 표면적 확장용 홈(121)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 외부 온도 감응 방식의 보일링 시스템.
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