KR102192008B1

KR102192008B1 - Ion electrode boiler of open type

Info

Publication number: KR102192008B1
Application number: KR1020200066773A
Authority: KR
Inventors: 박영찬; 이창섭; 현동해
Original assignee: 주식회사 액트; 박영찬
Priority date: 2020-06-03
Filing date: 2020-06-03
Publication date: 2020-12-16

Abstract

An open type ion electrode boiler is disclosed. The electrode boiler according to an aspect of the present invention includes: an electrode bar that is made of a metal material and is supplied with an alternating current; a housing that accommodates the electrode bar and is made of a metal material; and a coupling member that is coupled to an end of the housing and is directly coupled to a heat storage tank with a heating medium without the need for a separate loop or a heat exchanger for operation of the electrode boiler. The housing has a plurality of through paths to allow water to flow into the housing, and is directly inserted into the heat storage tank. The electrode bar has an electrode end that penetrates the coupling member and protrudes from the outside of the housing.

Description

ION ELECTRODE BOILER OF OPEN TYPE}

본 발명은 개방형 이온 전극보일러에 관한 것이다. The present invention relates to an open ion electrode boiler.

전기 에너지를 이용하여 가정이나 산업 현장에서 필요한 난방수 또는 온수를 생산하는 장치로서 종래에는 저항 발열체를 이용하였다. 저항 발열체는 전기 에너지를 저항에 의해서 열에너지로 변환시켜서 난방수 또는 온수를 생산하는 것으로, 구조가 간단하고 사용이 편리하기 때문에 널리 사용되고 있다. 그러나 저항 발열체는 그 표면이 주위 물의 온도에 비해서 고온으로 형성되고, 이로 인해서 스케일이 표면에 형성된다. 이와 같이 저항 발열체의 표면에 형성되는 스케일은 열전달 효율을 떨어뜨리는 문제점을 유발한다. As a device for producing heating water or hot water required in homes or industrial sites by using electric energy, a resistance heating element has been conventionally used. Resistance heating elements convert electric energy into thermal energy by resistance to produce heating water or hot water, and are widely used because of their simple structure and convenient use. However, in the resistance heating element, its surface is formed at a high temperature compared to the temperature of the surrounding water, and thus scale is formed on the surface. In this way, the scale formed on the surface of the resistance heating element causes a problem of deteriorating heat transfer efficiency.

상기와 같은 종래의 저항 발열체의 문제점을 해결하기 위한 기술 중의 하나가 전극보일러(electrode boiler)이다. 전극보일러는 금속 재질의 전극봉을 나트륨, 마그네슘 또는 칼륨 등과 같은 미량의 이온들이 용해되어 있는 전해액에 삽입하고, 전극봉에 교류전류를 공급하면 전극봉과 이온 사이에 인력과 척력이 작용해서 물분자와 마찰이 발생하고, 이와 같은 마찰에 의해서 물의 온도를 상승시킨다. 이와 같은 전극보일러는 물 자체의 온도를 올리는 방식이기 때문에 열전환 효율이 우수하고 표면에 생성되는 스케일이 상대적으로 적다는 장점을 갖는다. One of the techniques for solving the problems of the conventional resistance heating element as described above is an electrode boiler. In the electrode boiler, a metallic electrode is inserted into an electrolyte in which trace amounts of ions such as sodium, magnesium, or potassium are dissolved, and when an alternating current is supplied to the electrode, attraction and repulsion between the electrode and the ions act, causing friction with water molecules. Occurs, and increases the temperature of the water by such friction. Since such an electrode boiler is a method of raising the temperature of water itself, it has the advantage of excellent heat conversion efficiency and relatively little scale generated on the surface.

종래의 전극보일러는 대한민국 등록특허 제2045969호에 개시되어 있다. 상기 특허문헌에 개시된 전극보일러 시스템은, 전극보일러, 버퍼 탱크, 전해용액 보충탱크, 밸브, 열교환기, 펌프, 센서, 전원공급부 등을 포함한다. 이와 같은 종래의 전극보일러는 별도의 전해용액이 전극보일러를 순환하도록 제작되어 있고, 열교환기를 통해서 수요처(가정 또는 산업 현장)에 열을 공급하는 구조를 갖는다. 따라서 종래의 전극보일러는 난방수 또는 온수를 직접 가열하는 방식이 아니라 별도의 루프(배관)를 구비하고, 그 루프에 열교환기, 전극보일러, 펌프, 전해액 보충탱크 등을 구비해야 하기 때문에, 구조가 복잡하고 부피가 크며 열전달 효율이 떨어지는 문제점을 유발한다. A conventional electrode boiler is disclosed in Korean Patent Registration No. 2045969. The electrode boiler system disclosed in the patent document includes an electrode boiler, a buffer tank, an electrolyte solution supplement tank, a valve, a heat exchanger, a pump, a sensor, a power supply unit, and the like. Such a conventional electrode boiler is manufactured so that a separate electrolytic solution circulates through the electrode boiler, and has a structure to supply heat to a consumer (home or industrial site) through a heat exchanger. Therefore, the conventional electrode boiler is not a method of directly heating heating water or hot water, but a separate loop (pipe), and a heat exchanger, an electrode boiler, a pump, an electrolyte supplement tank, etc. must be provided in the loop. It is complex and bulky, and causes a problem in that heat transfer efficiency is poor.

따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 농도가 조절된 전해액을 포함하는 별도의 루프와 장치를 구비할 필요가 없고 축열조에 직접 삽입해서 동작하므로 개방형이라 칭하고, 이와 같은 개방형 전극보일러를 제공하고자 한다. Therefore, the present invention is derived to solve the above-described problem, and since there is no need to provide a separate loop and device including an electrolyte with a controlled concentration, it is called an open type because it operates by inserting it directly into the heat storage tank, and such an open electrode boiler Want to provide.

본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.Other objects of the present invention will become more apparent through the examples described below.

본 발명의 일 측면에 따른 전극보일러는, 가열 매체를 저장하는 축열조 내부에 직접 결합되고, 전극보일러 작동을 위한 별도의 루프나 열교환기를 사용하지 않는 전극보일러로서, 금속 재질에 의해서 형성되고 교류전류가 공급되는 전극봉과, 전극봉이 그 내부에 수용되고 금속 재질에 의해서 형성되는 하우징과, 하우징의 단부에 구비되고 축열조에 결합하는 결합부재를 포함하고, 하우징은 그 내부로 물이 유입되어 가열 속도를 상승할 수 있도록 다수의 관통로가 형성되고, 하우징은 축열조 내부에 직접 삽입되며, 전극봉은 결합부재를 관통해서 하우징의 외부로 돌출되는 전극단부를 구비할 수 있다. An electrode boiler according to an aspect of the present invention is an electrode boiler that is directly coupled to the inside of a heat storage tank storing a heating medium and does not use a separate loop or heat exchanger for operating the electrode boiler, and is formed of a metal material and has an alternating current. It includes a supplied electrode, a housing in which the electrode is accommodated and formed of a metal material, and a coupling member provided at the end of the housing and coupled to the heat storage tank, and the housing increases the heating rate by introducing water into the housing. A plurality of through paths are formed so as to be able to be performed, the housing is directly inserted into the heat storage tank, and the electrode rod may have an electrode end protruding to the outside of the housing through the coupling member.

본 발명에 따른 전극보일러는 다음과 같은 실시예들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 입력 교류전류가 단상인 경우 전극봉은 하우징의 내부 중심을 기준으로 상호 180도 간격으로 두 개가 위치할 수 있다.The electrode boiler according to the present invention may have one or more of the following embodiments. For example, when the input AC current is single-phase, two electrode rods may be positioned at an interval of 180 degrees from the inner center of the housing.

입력 교류전류가 삼상인 경우, 전극봉은 하우징 내부에 세 개가 위치하고, 세 개의 전극봉은 하우징의 내부 중심을 기준으로 120도 간격으로 배치될 수 있다. When the input AC current is three-phase, three electrode rods may be positioned inside the housing, and the three electrode rods may be disposed at intervals of 120 degrees with respect to the inner center of the housing.

관통로는 전극봉의 위치에 대응해서 입력 교류전류가 단상인 경우 하우징의 둘레 중 2개의 부분에 형성되고, 입력 교류전류가 삼상인 경우 하우징의 둘레 중 3개의 부분에 형성될 수 있다. The through-path may be formed in two parts of the circumference of the housing when the input AC current is a single phase corresponding to the position of the electrode rod, and may be formed in three parts of the circumference of the housing when the input AC current is three phase.

하우징에서 관통로를 제외한 순표면적이 전극봉의 표면적에 비해서 크게 형성될 수 있다. The net surface area of the housing excluding the through path may be larger than the surface area of the electrode.

세 개의 전극봉 중에서 두 개는 동일한 높이에 위치하고 나머지 하나는 다른 전극봉에 비해서 높게 위치하며, 전극봉 중에서 가장 높게 위치하는 하나의 전극봉에 대응하는 관통로는, 다른 두 개의 전극봉에 대응하는 관통로에 비해서 크게 형성될 수 있다. Two of the three electrodes are at the same height and the other is higher than the other, and the through-path corresponding to one electrode, which is the highest among the electrodes, is larger than the through-path corresponding to the other two electrodes. Can be formed.

전극단부에는 결합부재의 재질이 도체인 경우 절연재가 결합될 수 있다. An insulating material may be coupled to the electrode end when the material of the coupling member is a conductor.

전극봉에 교류전류를 공급하기 위한 전원공급기를 추가로 포함하고, 전원공급기는 전극단부에 연결될 수 있다. It further includes a power supply for supplying an AC current to the electrode, the power supply may be connected to the electrode end.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명은 아래의 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다. According to the problem solving means of the present invention as described above, various effects including the following can be expected. However, the present invention is not established only when all of the following effects are exhibited.

본 발명에 따른 전극보일러는 전해액 농도 조절이 불필요하며 별도의 전해액 순환 루프 및 열교환기가 불필요하므로 장치가 간단하고 제작 비용을 줄일 수 있으며 유지 및 보수가 편리하다는 장점을 갖는다. The electrode boiler according to the present invention has advantages in that it is not necessary to control an electrolyte concentration and that a separate electrolyte circulation loop and a heat exchanger are not required, so that an apparatus is simple, manufacturing cost can be reduced, and maintenance and repair are convenient.

본 발명에 따른 전극보일러는 축열조에 삽입되어 온수나 난방수를 직접 생산할 수 있기 때문에 열 효율이 우수하다는 장점을 갖는다. The electrode boiler according to the present invention has the advantage of excellent thermal efficiency because it is inserted into a heat storage tank and can directly produce hot water or heating water.

본 발명에 따른 전극보일러는 축열조에 직접 삽입되므로 설치가 용이하고 유지 보수가 편리하다는 장점을 갖는다. Since the electrode boiler according to the present invention is directly inserted into the heat storage tank, it has the advantage of easy installation and convenient maintenance.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극보일러를 예시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극보일러가 축열조에 직접 삽입된 상태를 예시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극보일러를 예시하는 도면이다.
도 4는 도 3에 예시된 전극보일러의 하우징을 예시하는 단면도 및 정면도이다.
도 5는 전극봉이 두 개인 경우 전극보일러를 예시하는 도면이다.
도 6은 전극봉이 세 개인 경우 전극보일러를 예시하는 도면이다.
도 7은 전극봉이 세 개인 경우 전극보일러의 내부 구조를 예시하는 도면이다.
도 8은 전극봉 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극보일러가 축열조에 수직으로 결합된 상태를 예시하는 도면이다.
도 10은 전극보일러의 결합부재로서 플러그가 결합된 상태를 예시하는 도면이다. 1 is a diagram illustrating an electrode boiler according to a first embodiment of the present invention.
2 is a view illustrating a state in which an electrode boiler according to the first embodiment of the present invention is directly inserted into a heat storage tank.
3 is a diagram illustrating an electrode boiler according to a first embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view and a front view illustrating a housing of the electrode boiler illustrated in FIG. 3.
5 is a diagram illustrating an electrode boiler when there are two electrodes.
6 is a diagram illustrating an electrode boiler when there are three electrodes.
7 is a diagram illustrating an internal structure of an electrode boiler when there are three electrodes.
8 is a diagram illustrating an electrode rod.
9 is a diagram illustrating a state in which the electrode boiler according to the first embodiment of the present invention is vertically coupled to the heat storage tank.
10 is a diagram illustrating a state in which a plug is coupled as a coupling member of an electrode boiler.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In the present invention, various transformations may be applied and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in the description with reference to the accompanying drawings, identical or corresponding components are assigned the same reference numerals and overlapped with them. Description will be omitted.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극보일러(100)를 예시하는 도면이고, 도 2는 도 1에 예시된 전극보일러(100)가 축열조(170)에 직접 삽입된 상태를 예시하는 도면이다. 그리고 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극보일러(100)의 전극봉(110) 및 하우징(140)을 예시하는 도면이고, 도 4는 하우징(140)을 예시하는 도면이다. 그리고 도 5는 전극봉(110)이 두 개인 경우 전극보일러(105)를 예시하는 도면이고, 도 6은 전극봉(110)이 세 개인 경우 전극보일러(100)를 예시하는 도면이다. 또한, 도 7은 전극봉(110)이 3개인 경우 전극보일러(110)의 내부 구조를 예시하는 도면이고, 도 8은 전극보일러(100)의 전극봉(110)을 예시하는 도면이다. 1 is a diagram illustrating an electrode boiler 100 according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which the electrode boiler 100 illustrated in FIG. 1 is directly inserted into the heat storage tank 170 to be. And FIG. 3 is a diagram illustrating the electrode 110 and the housing 140 of the electrode boiler 100 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram illustrating the housing 140. And FIG. 5 is a diagram illustrating the electrode boiler 105 when there are two electrode rods 110, and FIG. 6 is a diagram illustrating the electrode boiler 100 when there are three electrode rods 110. In addition, FIG. 7 is a diagram illustrating the internal structure of the electrode boiler 110 when there are three electrode rods 110, and FIG. 8 is a diagram illustrating the electrode rod 110 of the electrode boiler 100.

도 1 내지 도 8을 참고하면, 본 발명의 실시예들에 따른 전극보일러(100, 105)는 외체를 형성하는 하우징(140)과, 하우징(140)의 내부에 삽입되는 전극봉(110)을 포함한다. 하우징(140)의 내부에는 두 개의 전극봉(110)이 삽입되거나(도면부호 105 참조) 또는 세 개의 전극이 삽입될 수 있다(도면부호 100 참조). 1 to 8, the electrode boilers 100 and 105 according to embodiments of the present invention include a housing 140 forming an outer body and an electrode rod 110 inserted into the housing 140. do. In the interior of the housing 140, two electrode rods 110 may be inserted (see reference numeral 105) or three electrodes may be inserted (see reference numeral 100).

본 실시예에 따른 전극보일러(100, 105)는 가열하고자 하는 물이 포함된 축열조(170)에 삽입되어 물과 접촉해서 직접 가열하는 것을 특징으로 하는데, 이는 전해액을 가열해서 물을 간접적으로 가열하는 대한민국 등록특허 제2045969호와는 다른 구성에 해당한다. The electrode boilers 100 and 105 according to the present embodiment are inserted into a heat storage tank 170 containing water to be heated and are directly heated by contacting water, which indirectly heats water by heating an electrolyte. It corresponds to a different configuration from the Republic of Korea Patent Registration No. 2045969.

본 실시예에 따른 전극보일러(100, 105)는 전극봉(110), 하우징(140) 및 전원공급기(160)를 포함한다. The electrode boilers 100 and 105 according to the present embodiment include an electrode 110, a housing 140, and a power supply 160.

전극봉(110)은 SUS를 포함하는 강철, 황동, 텅스텐, 티타늄 또는 니켈 등과 같은 금속 재질에 의해서 형성되고 원형의 횡단면을 구비하는 봉 형상을 가질 수 있다. 그리고 두 개 또는 세 개의 전극봉(110)은 모두 동일한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 그리고 전극봉(110)의 일단에는 다른 부분에 비해서 감소된 직경을 갖는 전극단부(114)가 형성된다. 그리고 전극단부(114)에서 끝부분에는 나사산(116)이 형성될 수 있다. The electrode 110 may be formed of a metal material such as steel including SUS, brass, tungsten, titanium, or nickel, and may have a rod shape having a circular cross-section. In addition, two or three electrode rods 110 may all have the same shape and size. Further, at one end of the electrode 110, an electrode end 114 having a reduced diameter compared to other portions is formed. In addition, a thread 116 may be formed at the end of the electrode end 114.

전극단부(114)는 비전도성의 절연재(120)에 삽입되는데, 이로 인해 다수의 전극봉(110)이 상호 절연된 상태에서 일정한 간격을 유지하게 된다. 그리고 나사산(116)에는 교류전원의 R(A), S(B), T(C) 중 하나가 연결된다. 전극단부(114)에서 나사산(116)은 하우징(140)의 외부로 돌출되고 축열조(170)의 외부로도 돌출된다. The electrode end portion 114 is inserted into the non-conductive insulating material 120, thereby maintaining a constant interval while the plurality of electrode rods 110 are insulated from each other. In addition, one of R(A), S(B), and T(C) of AC power is connected to the thread 116. The thread 116 at the electrode end 114 protrudes to the outside of the housing 140 and also protrudes to the outside of the heat storage tank 170.

두 개의 전극봉(110)을 구비하는 전극보일러(105)는, 두 개의 전극봉(110)이 하우징(140)의 중심(146)에서 각각 동일한 간격을 갖고 180도 각도로 배치될 수 있다(도 5 참조). 이때, 전극보일러(105)는 단상의 교류전류를 이용할 수 있고, 두 개의 전극봉(110) 중 하나에는 중성선이 연결되고 다른 하나에는 단상(R(A), S(B), T(C) 중 하나)이 연결될 수 있다. In the electrode boiler 105 having two electrode rods 110, the two electrode rods 110 may be disposed at an angle of 180 degrees with the same distance from the center 146 of the housing 140 (see FIG. 5 ). ). At this time, the electrode boiler 105 may use a single-phase AC current, and one of the two electrode rods 110 is connected with a neutral wire, and the other is one of the single phases (R(A), S(B), T(C)). One) can be connected.

세 개의 전극봉(110)을 구비하는 전극보일러(100)는, 세 개의 전극봉(110)이 하우징(140)의 단면 중심에서 각각 동일한 간격을 갖고 역정삼각 형상으로 120도의 간격을 갖고 배치될 수 있다(도 6 참조). 이때, 전극보일러(105)는 3상의 교류전류를 이용할 수 있고, 세 개의 전극봉(110)에는 교류전원의 R(A), S(B), T(C)가 각각 하나씩 연결된다. In the electrode boiler 100 having three electrode rods 110, the three electrode rods 110 may be disposed at the same distance from the center of the cross-section of the housing 140 and have an inverted triangular shape with a distance of 120 degrees ( 6). At this time, the electrode boiler 105 may use a three-phase AC current, and each of the three electrode rods 110 is connected to each of the R(A), S(B), and T(C) AC power sources.

하우징(140)의 내부에서 전극봉(110)의 위치는 전기장이 형성되는 거리이므로 일정 거리 이상이 되면 물에 포함되어 있는 이온(양전하, 음전하)들이 교류전류의 흐름에 따른 전자들과의 인력과 척력이 감소되고, 이로 인해 물분자와의 운동 마찰력이 감소해서 축열조(170) 내부 물의 온도 상승 속도가 감소한다. 따라서 두 개 또는 세 개의 전극봉(110)이 설치되는 경우 다수의 전극봉(110)과 하우징(140) 내주면 사이의 간격을 상호 동일하게 유지할 수 있다. Since the position of the electrode 110 within the housing 140 is the distance at which the electric field is formed, ions (positive charge, negative charge) contained in water are attracted and repulsive with electrons according to the flow of AC current when the distance is greater than a certain distance. This decreases, and as a result, the kinetic friction force with water molecules decreases, so that the rate of temperature increase of the water inside the heat storage tank 170 decreases. Therefore, when two or three electrode rods 110 are installed, the spacing between the plurality of electrode rods 110 and the inner circumferential surface of the housing 140 may be equally maintained.

세 개의 전극봉(110)을 구비하는 전극보일러(100)는 도 6과 같이 한 개의 전극봉(110)이 하부에 위치하고 두 개의 전극봉(110)은 상대적으로 상부에 위치하도록 배치할 수 있다. 그리고 이와 같은 전극봉(110)의 배치 구조를 갖는 전극보일러(100)는 축열조(170)의 내부에 수평으로 삽입될 수 있다. 이는, 축열조(170) 내부의 대류 현상(하부에서 상부 방향)에 의해서 물이 전극보일러(100)과 접촉면을 확대하기 위한 것으로, 이로 인해 전극보일러(100)의 가열 속도를 향상할 수 있게 된다. The electrode boiler 100 having the three electrode rods 110 may be arranged such that one electrode 110 is positioned at the lower side and two electrode rods 110 are positioned relatively at the upper portion, as shown in FIG. 6. In addition, the electrode boiler 100 having such an arrangement structure of the electrode 110 may be horizontally inserted into the heat storage tank 170. This is to expand the contact surface of water with the electrode boiler 100 due to the convection phenomenon (from the bottom to the top) inside the heat storage tank 170, and thereby, the heating speed of the electrode boiler 100 can be improved.

두 개의 전극봉(110)을 구비하는 전극보일러(105)는 도 5와 같이 전극봉(110)들이 상호 수평으로 배치되도록 축열조(170)의 내부에 삽입될 수 있다. The electrode boiler 105 including the two electrode rods 110 may be inserted into the heat storage tank 170 so that the electrode rods 110 are disposed horizontally to each other as shown in FIG. 5.

하우징(140)은 중공의 원기둥 형상을 갖고 그 내부에는 전극봉(110)이 삽입되는데, 이로 인해 전극보일러(100, 105)의 외체를 형성한다. 그리고 하우징(140)은 도 1에 예시된 바와 같이 축열조(170)에 직접 삽입되어 축열조(170)의 내부에 위치한다. 하우징(140)은 금속 재질(예를 들면, SUS 등)에 의해서 형성될 수 있다. The housing 140 has a hollow cylindrical shape and an electrode rod 110 is inserted therein, thereby forming the outer bodies of the electrode boilers 100 and 105. In addition, the housing 140 is directly inserted into the heat storage tank 170 and is positioned inside the heat storage tank 170 as illustrated in FIG. 1. The housing 140 may be formed of a metal material (eg, SUS, etc.).

금속 재질에 의해서 형성되는 하우징(140)에 의해서, 하우징(140)과 전극봉(110) 사이에 물에 녹아 있는 전하(이온)의 흐름이 유발되고, 전하의 흐름으로 인해 물분자와의 마찰력이 발생한다. 이로 인해 본 실시예에 따른 전극보일러(100, 105)는 전극봉(110)만 구비되어 있는 종래의 전극보일러에 비해서 물의 가열 속도를 높일 수 있다. By the housing 140 formed of a metal material, the flow of electric charges (ions) dissolved in water between the housing 140 and the electrode 110 is induced, and friction with water molecules is generated due to the flow of electric charges. do. For this reason, the electrode boilers 100 and 105 according to the present embodiment can increase the heating rate of water compared to the conventional electrode boiler having only the electrode 110.

하우징(140)의 외주면에는 다수 개의 관통로(142, 144)가 형성된다. 관통로(142, 144)는 하우징(140)의 길이 방향으로 형성되는 것으로 슬롯(slot) 형상을 갖는다. 그리고 관통로(142, 144)를 통해서 축열조(170) 내부의 물이 하우징(140)의 내부로 유입되고 하우징(140) 내부에서 가열된 물이 하우징(140) 외부로 유출될 수 있다. A plurality of through passages 142 and 144 are formed on the outer circumferential surface of the housing 140. The through passages 142 and 144 are formed in the longitudinal direction of the housing 140 and have a slot shape. In addition, water inside the heat storage tank 170 may flow into the housing 140 through the through passages 142 and 144, and water heated in the housing 140 may flow out of the housing 140.

이와 같이, 하우징(140)에 다수 개의 관통로(142, 144)를 형성함으로써, 하우징(140) 외부의 물이 내부로 유입되어 가열된 후 하우징(140)의 외부로 배출될 수 있다. 이와 같은 축열조(170) 내부의 물의 순환은 물의 대류 작용에 의해서 이루어질 수 있고, 축열조(170) 내부에 별도의 순환 펌프(도시하지 않음)에 의해서 이루어질 수도 있다. In this way, by forming a plurality of through passages 142 and 144 in the housing 140, water outside the housing 140 may be introduced into the interior, heated, and then discharged to the exterior of the housing 140. The circulation of water in the heat storage tank 170 may be performed by a convection action of water, or a separate circulation pump (not shown) inside the heat storage tank 170 may be used.

관통로(142, 144)는 전극봉(110)의 배치 위치에 대응해서 형성될 수 있다. 도 4를 참고하면, 세 개의 전극봉(110)을 갖는 전극보일러(100)의 경우, 관통로(142, 144)는 하우징(140)의 둘레에 세 개의 부분에 길이 방향으로 형성될 수 있다. 그리고 두 개의 전극봉(110)에 대응해서 형성되는 관통로(142)는 상호 180도 간격을 갖고 형성될 수 있다. The through paths 142 and 144 may be formed corresponding to the arrangement position of the electrode 110. Referring to FIG. 4, in the case of the electrode boiler 100 having three electrode rods 110, through paths 142 and 144 may be formed in three portions around the housing 140 in the longitudinal direction. In addition, the through paths 142 formed corresponding to the two electrode rods 110 may be formed with an interval of 180 degrees from each other.

각 전극봉(110)에 대응하는 관통로(142, 144)들의 크기 및 형상을 모두 동일하게 제작할 수 있지만, 도 4와 같이 관통로(142, 144)들의 크기 및 형상을 전극봉(110)의 배치 위치에 따라서 변경할 수 있다. 즉, 세 개의 전극봉(110)을 갖는 전극보일러(100)의 경우, 도 6과 같이 두 개의 전극봉(110)을 상호 동일한 높이를 갖도록 수평으로 배치하고, 나머지 하나의 전극봉(110)을 다른 전극봉(110)들에 비해서 낮게 배치할 수 있다. 이때, 하부에 위치하는 한 개의 전극봉(110)에 대응하는 관통로(142)는, 상부에 위치하는 두 개의 전극봉(110)에 대응하는 관통로(144)에 비해서 상대적으로 작게 형성할 수 있다. The size and shape of the through paths 142 and 144 corresponding to each electrode 110 can be made the same, but the size and shape of the through paths 142 and 144 as shown in FIG. It can be changed according to. That is, in the case of the electrode boiler 100 having three electrode rods 110, the two electrode rods 110 are horizontally disposed to have the same height as shown in FIG. 6, and the other electrode 110 is placed in the other electrode ( 110) can be placed lower than. In this case, the through-path 142 corresponding to the one electrode rod 110 positioned at the bottom may be formed relatively smaller than the through-path 144 corresponding to the two electrode rods 110 positioned at the upper portion.

축열조(170) 내부의 물은 상대적으로 큰 크고 하부에 위치하는 관통로(144)들을 통해서 하우징(140)의 내부로 유입되어 가열된 후 상대적으로 작은 크기를 갖고 상부에 위치하는 두 개 세트의 관통로(142)를 통해서 배출될 수 있다. The water inside the heat storage tank 170 is relatively large and flows into the housing 140 through the through passages 144 located at the bottom, and is heated, and then passes through two sets of relatively small sizes and located at the top. It may be discharged through the furnace 142.

. 이와 같이, 관통로(142, 144)의 크기를 전극봉(110)의 배치에 따라서 변경함으로써 전극보일러(100)에 대한 물의 순환을 원활하게 할 수 있다. 하우징(140) 입출구의 관통로(142, 144) 크기를 달리하는 이유는 유체역학적 측면에서 강제 대류 또는 자연대류에서 질량보존의 법칙을 충족하기 위함이며, 열역학적 측면에서 유체 정체 시 국부적 아냉각 비등을 방지하기 위함이다. 그리고 열전달 측면에서 전극봉(110)과 전극봉(110) 사이에서 발생된 에너지(Heat Flux)를 균형 있게 유지 방출하기 위함이다.. In this way, by changing the size of the through paths 142 and 144 according to the arrangement of the electrode 110, the circulation of water to the electrode boiler 100 can be facilitated. The reason for varying the size of the through passages 142 and 144 at the inlet and outlet of the housing 140 is to satisfy the law of mass conservation in forced convection or natural convection in terms of hydrodynamics, and local subcooling boiling in case of fluid stagnation in terms of thermodynamics. This is to prevent. In addition, in terms of heat transfer, it is to maintain and release energy (Heat Flux) generated between the electrode 110 and the electrode 110 in a balanced manner.

전극봉(110)이 세 개인 경우, 관통로(144)의 크기는 다른 관통로(142)에 비해서 두 배의 면적을 갖도록 형성될 수 있다. When there are three electrode rods 110, the size of the through path 144 may be formed to have an area twice that of the other through paths 142.

중성선을 하우징(140)에 연결할 경우, 하우징(140)의 외주면에 형성되는 관통로(142, 144)의 전제 면적은 전극봉(110)들의 전체 표면적과 관련성을 갖는데, 예를 들면 모든 관통로(142, 144)들을 제외한 하우징(140)의 순표면적이 전극봉(110)들의 전체 표면적에 비해서 작지 않게 형성할 수 있다. 구체적으로는, 순표면적과 전극봉(110)들의 전체 표면적의 비율이 1.1~1이 되도록 형성할 수 있다. 이는, 전극보일러의 가열용량과 관련성이 있으며, 하우징(140)의 순표면적이 전극봉(110)들의 표면적에 비해 작은 경우, 전극봉(110)의 표면적을 크게 하더라도 가열 용량이 증가하지 않기 때문이다. When the neutral wire is connected to the housing 140, the total area of the through paths 142 and 144 formed on the outer circumferential surface of the housing 140 is related to the total surface area of the electrode rods 110, for example, all through paths 142 The net surface area of the housing 140 excluding the, 144 may be formed not to be small compared to the total surface area of the electrode rods 110. Specifically, the ratio of the net surface area and the total surface area of the electrode electrodes 110 may be formed to be 1.1 to 1. This is because the heating capacity is related to the heating capacity of the electrode boiler, and when the net surface area of the housing 140 is smaller than the surface area of the electrode electrodes 110, the heating capacity does not increase even if the surface area of the electrode 110 is increased.

하우징(140)의 일단부는 폐쇄되어 있고 타단부는 전극봉(110)이 삽입될 수 있도록 개방되어 있다. 또한, 하우징(140)의 타단부에는 결합부재에 해당하는 플랜지(130)가 결합된다. 플랜지(130)는 사각 형상을 가질 수 있고, 플러그 타입은 원형 형상을 가질 수 있다. 전극보일러(100, 105)는 하우징(140)이 도 1 및 도 2와 같이 축열조(170)의 내부에 직접 삽입되고, 플랜지(130)가 축열조(170)의 외부로 노출되어 나사(도시하지 않음) 등에 의해서 체결된다. 그리고 전극봉(110)은 플랜지(130)를 관통해서 축열조(170)의 외부로 돌출된다. One end of the housing 140 is closed and the other end is open so that the electrode 110 can be inserted. In addition, a flange 130 corresponding to a coupling member is coupled to the other end of the housing 140. The flange 130 may have a square shape, and the plug type may have a circular shape. In the electrode boilers 100 and 105, the housing 140 is directly inserted into the heat storage tank 170 as shown in Figs. 1 and 2, and the flange 130 is exposed to the outside of the heat storage tank 170, and screws (not shown) ), etc. Further, the electrode rod 110 passes through the flange 130 and protrudes to the outside of the heat storage tank 170.

하우징(140)은 관통로(142, 144)를 제외하면 밀폐된 구조를 갖기 때문에, 그 내부에서 물이 일정 시간 머무르게 된다. 이로 인해, 하우징(140)의 내부에서 이온 움직임의 활성도가 상승하고 결과적으로 소요 전류가 상승해서 신속한 물 온도 상승이 가능하게 된다. Since the housing 140 has a closed structure except for the through passages 142 and 144, water stays therein for a certain period of time. Accordingly, the activity of the ion movement in the housing 140 increases, and as a result, the required current increases, thereby enabling a rapid increase in water temperature.

도 7을 참고하면, 플랜지(130)의 중앙에는 절연재(120)가 삽입되고, 절연재(120)에는 다수 개의 전극봉(110)이 관통한다. 절연재(120)는 다수 개의 전극봉(110) 사이를 절연하고 일정한 간격을 유지하도록 한다. 그리고 플랜지(130)나 플러그 형상의 재질이 비전도체일 경우 전극봉(110)에 절연재(120)가 삽입되지 않을 수 있다. Referring to FIG. 7, an insulating material 120 is inserted in the center of the flange 130, and a plurality of electrode rods 110 pass through the insulating material 120. The insulating material 120 insulates between the plurality of electrode rods 110 and maintains a constant interval. In addition, when the flange 130 or the plug-shaped material is a non-conductive material, the insulating material 120 may not be inserted into the electrode 110.

전극봉(110)의 길이 방향에는 다수 개의 고정부재(124, 126)가 결합될 수 있다. 고정부재(124, 126)에는 전극봉(110)이 관통 삽입된다. 그리고 고정부재(124, 126)는 일정한 두께를 갖고 플라스틱과 같은 비도전성 재질에 의해서 형성될 수 있다. 고정부재(124, 126)는 전극봉(110)의 처짐이나 비틀림에 의한 단락을 방지하는 역할을 한다. 특히, 전극봉(110)의 단부에 결합된 고정부재(126)는 하우징(140)과 연결될 수 있는데, 이로 인해 전극봉(110)이 하우징(140)에 안정적으로 결합될 수 있다. A plurality of fixing members 124 and 126 may be coupled to the length direction of the electrode rod 110. The electrode rod 110 is inserted through the fixing members 124 and 126. In addition, the fixing members 124 and 126 may have a certain thickness and may be formed of a non-conductive material such as plastic. The fixing members 124 and 126 serve to prevent short circuit due to sagging or twisting of the electrode rod 110. In particular, the fixing member 126 coupled to the end of the electrode 110 may be connected to the housing 140, whereby the electrode 110 may be stably coupled to the housing 140.

본 실시예에 따른 전극보일러(100, 105)는 전원공급기(160)를 포함할 수 있다. 전원공급기(160)는 전극봉(110)에 교류 100~480V, 50~60Hz의 단상 또는 3상 전원을 공급할 수 있다. 또한, 전원공급기(160)와 전극봉(110)의 배선은 허용 전류량을 만족한다면 특별히 제한되지 않는다. The electrode boilers 100 and 105 according to the present embodiment may include a power supply 160. The power supply 160 may supply single-phase or three-phase power of 100 to 480 V AC and 50 to 60 Hz to the electrode 110. In addition, wiring between the power supply 160 and the electrode 110 is not particularly limited as long as the allowable current amount is satisfied.

축열조(170)는 물을 저장하는 내부공간을 구비하고 그 측면에 하나 또는 다수 개의 전극보일러(100, 105)가 삽입된다. 전극보일러(100, 105)는 축열조(170)의 하부 측면에 결합될 수 있고, 특히 도 2와 같이 하부의 입수관(172) 및 출수관(174) 사이에 위치할 수 있다. 입수관(172)을 통해서 물이 입수되어 전극보일러(100, 105)에 의해서 가열된 후 출수관(174)을 통해서 외부로 배출될 수 있다. The heat storage tank 170 has an inner space for storing water, and one or a plurality of electrode boilers 100 and 105 are inserted at the side thereof. The electrode boilers 100 and 105 may be coupled to the lower side of the heat storage tank 170, and may be located between the inlet pipe 172 and the water outlet pipe 174 in the lower portion as shown in FIG. 2 in particular. Water may be received through the inlet pipe 172, heated by the electrode boilers 100 and 105, and then discharged to the outside through the outlet pipe 174.

축열조(170) 내부에 공급되는 물은 NaCl과 같은 별도의 전해질이 첨가되지 않은 일반적인 물에 해당할 수 있다. 즉, 축열조(170) 내부에는 일반 수돗물이나 지하수가 저장될 수 있다. Water supplied into the heat storage tank 170 may correspond to general water to which a separate electrolyte such as NaCl is not added. That is, general tap water or groundwater may be stored in the heat storage tank 170.

일반 수돗물의 경우 통상의 전기전도도는 160μS/cm 내외 정도이나 지하수의 경우 전기전도도가 지역에 따라 다소 편차를 가지고 있는 것이 실정이다. 이 경우에는 일반 수돗물 기준의 전극봉 설계에서 전기전도도가 낮은 경우 전극봉(110)의 길이를 확장하고, 전기전도도가 높은 경우 일정 길이를 짧게 하거나 또는 전극봉(110)이 물과 접하지 않도록 전극봉(110) 길이 방향으로 일부분에 대해 열수축 튜브나 수밀폐장치(도 9 참조)로 막음으로써 전극보일러를 설계용량 목표치에 도달할 수 있다. In the case of general tap water, the electrical conductivity is about 160 μS/cm, but in the case of groundwater, the electrical conductivity varies slightly depending on the region. In this case, in the electrode design based on general tap water, if the electrical conductivity is low, the length of the electrode 110 is extended, and if the electrical conductivity is high, the length of the electrode 110 is shortened or the electrode 110 does not come into contact with water. The electrode boiler can reach the design capacity target value by blocking a part in the longitudinal direction with a heat-shrink tube or a water sealing device (see FIG. 9).

축열조(170)의 내부에는 온도계(176)가 구비되어 물의 온도를 측정한다. 전극보일러(100, 105)가 별도의 제어장치를 구비하는 경우, 제어장치는 물의 온도가 설정치에 도달하지 않은 경우 전극보일러(100, 105)에 전류를 계속 공급하고 설정치에 도달한 경우 전류 공급을 중단할 수 있다. 그리고 온도계(176)는 입수관(172) 및 출수관(174) 또는 축열조(170)의 상단 및 하단에 각각 결합할 수도 있다. A thermometer 176 is provided inside the heat storage tank 170 to measure the temperature of water. When the electrode boilers 100 and 105 are provided with a separate control device, the control device continues to supply current to the electrode boilers 100 and 105 when the water temperature does not reach the set value, and stops supplying the current when the set value is reached. You can stop. And the thermometer 176 may be coupled to the upper and lower ends of the intake pipe 172 and the outlet pipe 174 or the heat storage tank 170, respectively.

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극보일러가 축열조(170)에 수직으로 결합된 상태를 예시하는 도면이다.9 is a diagram illustrating a state in which the electrode boiler according to the first embodiment of the present invention is vertically coupled to the heat storage tank 170.

도 9를 참고하면, 전극보일러는 축열조(170)의 상부에 수직으로 결합될 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 전극보일러(100)는 축열조(170)에 대해 수직 및/또는 수평 등 다양한 각도 및 방법에 의해서 직접 결합할 수 있다. Referring to FIG. 9, the electrode boiler may be vertically coupled to an upper portion of the heat storage tank 170. As such, the electrode boiler 100 according to the present embodiment may be directly coupled to the heat storage tank 170 by various angles and methods such as vertical and/or horizontal.

도 10은 전극보일러의 결합부재로서 플러그(128)가 결합된 상태를 예시하는 도면이다. 10 is a diagram illustrating a state in which the plug 128 is coupled as a coupling member of the electrode boiler.

도 10을 참고하면, 세 개의 전극봉(110)의 단부에는 축열조(170)에 대한 결합부재로서 플러그(128)가 구비될 수 있다. 플러그(128)는 원기둥 또는 중공의 원기둥 형상을 갖고 그 내부에 전극봉(110)의 단부가 고정적으로 결합된다. 그리고 플러그(128)가 금속 등과 같이 도전성 재질에 의해서 형성되는 경우, 전극봉(110)들은 절연재(120)에 삽입되어 이격될 수 있다. 또한, 전극봉(110)의 길이 방향 중앙 또는 단부에는 고정부재(124)가 결합될 수도 있다. Referring to FIG. 10, a plug 128 may be provided as a coupling member for the heat storage tank 170 at ends of the three electrode rods 110. The plug 128 has a cylindrical or hollow cylindrical shape, and the end of the electrode 110 is fixedly coupled therein. In addition, when the plug 128 is formed of a conductive material such as metal, the electrode rods 110 may be inserted into the insulating material 120 and spaced apart. Further, the fixing member 124 may be coupled to the center or end of the electrode 110 in the longitudinal direction.

상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to one embodiment of the present invention, those of ordinary skill in the relevant technical field can variously modify the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. It will be appreciated that it can be modified and changed.

100, 105: 전극보일러
110: 전극봉
114: 전극단부
120: 절연재
122: 삽입홀
130: 플랜지
140: 하우징
142, 144: 관통로
150: 전원공급기
170: 축열조100, 105: electrode boiler
110: electrode
114: electrode end
120: insulation material
122: insertion hole
130: flange
140: housing
142, 144: through passage
150: power supply
170: heat storage tank

Claims

As an electrode boiler that is directly coupled to the inside of the heat storage tank that stores the heating medium and does not use a separate loop or heat exchanger for the operation of the electrode boiler,
A plurality of electrodes formed of a metal material and supplied with an alternating current;
A housing in which the electrode rod is accommodated and formed of a metal material, and one end thereof is closed; And
And a coupling member provided at the other end of the housing and coupled to the heat storage tank,
The housing has a plurality of through paths formed so that water can flow into the housing to increase the heating rate, and the housing is directly inserted into the heat storage tank,
The electrode rod has an electrode end protruding to the outside of the housing through the coupling member,
Maintaining the same distance between the plurality of electrodes and the inner peripheral surface of the housing,
The net surface area of the housing excluding the plurality of through paths is formed not smaller than the total surface area of the plurality of electrode rods.
Electrode boiler.

The method of claim 1,
When the input AC current is a single phase, two electrode rods are positioned at an interval of 180 degrees with respect to the inner center of the housing.

The method of claim 1,
When the input AC current is three phase, three electrodes are located inside the housing,
The electrode boiler, characterized in that the three electrode rods are disposed at intervals of 120 degrees with respect to the inner center of the housing.

The method of claim 3,
The through path is an electrode boiler, characterized in that formed in three portions of the circumference of the housing corresponding to the position of the electrode.

The method of claim 2,
The through path is an electrode boiler, characterized in that formed in two portions of the circumference of the housing corresponding to the position of the electrode.

The method of claim 4,
Two of the three electrodes are positioned at the same height and the other is positioned higher than the other electrodes,
The electrode boiler, wherein the through-path corresponding to one of the electrode rods positioned highest among the electrode rods is formed larger than the through-path corresponding to the other two electrode rods.

The method of claim 1,
The electrode boiler, characterized in that the insulating material is coupled to the electrode end when the material of the coupling member is a conductor.