KR102252532B1 - 보일러 장치 - Google Patents

Abstract

보일러 장치가 개시된다. 본 발명의 보일러 장치는, 내부에 온수가 저장되는 온수 저장 공간부가 마련된 본체와, 본체에 마련되어 온수를 온수 수요처로 순환시키는 온수 순환부와, 본체에 마련되어 온수 순환부를 순환하는 온수를 가열시키는 히터부와, 본체에 마련되어 히터부에서 발생되는 열을 온수 저장 공간부로 전달하는 열전달 매체부와, 본체에 마련되며 온수 저장 공간부에 저장된 온수에 의해 열을 축적하는 상변환 물질부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

보일러 장치{BOILER APPARATUS}

본 발명은, 보일러 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 상변환 물질과 열전달 물질을 이용한 보일러 장치에 관한 것이다.

현재 국내 가정에서 가장 널리 사용되는 난방시스템은 보일러에 의한 가열 방식으로, 실내의 바닥에 파이프를 깔고 보일러에 의해 가열된 물이 배열된 파이프를 순환하며 열이 공급되어 실내의 온도를 높이게 되는 원리이다.

전술한 보일러는 사용되는 에너지원이나 작동 방식에 따라 기름보일러, 가스보일러, 전기보일러 등으로 그 종류가 구분되고, 심각한 에너지난과 고유가 문제를 해결하기 위해 열효율을 최대한 높일 수 있는 에너지 절약형 보일러들이 꾸준히 개발되고 있다.

이러한 보일러 중에는 심야 시간대에 남아도는 전기를 이용하여 낮은 요금으로 보일러를 사용할 수 있도록 함으로써, 주간 시간대에 편중되어 있는 전력생산 설비의 효율성을 높이고 전력수요의 평준화를 목적으로 하는 심야 전기보일러가 있다.

심야전기보일러는 심야 시간대에 히터를 작동시켜 저장 탱크 내에 저수되어 있는 많은 양의 물을 가열하였다가 저장된 열을 주간 시간대에 사용하도록 구성되어, 고유가 시대의 기름보일러에 비해 난방비를 크게 줄이고 전기에너지 효율성을 높일 수 있다는 장점이 있다.

하지만 기존의 심야전기보일러는 물의 현열을 이용하는 수축열식 난방으로, 저장되는 물의 양에 따라 탱크의 규모가 대형화되고 그에 따른 설치비와 운전비가 증가하는 단점이 있어, 이를 보완하고자 상변화물질(PCM)을 매개체로 하여 부피가 축소되고 더욱 높은 열효율을 얻을 수 있는 잠열 축열식 보일러가 개발되고 있다.

잠열의 큰 열흡수/방출 효과를 이용하여 에너지를 저장하거나 온도를 일정하게 유지시키는 목적으로 사용되는 물질을 잠열 저장물질, 상전이 물질 또는 상변화물질(Phase Change Material, PCM)이라 한다. 전술한 잠열(latent heat)이란 어떤 물질이 상전이 될 때, 즉 고체에서 액체(또는 액체에서 고체), 액체에서 기체(또는 기체에서 액체)가 될 때 흡수하거나 방출하는 열을 의미하며, 상전이가 일어나지 않은 상태에서 온도 변화에 따라 흡수 또는 방출하는 열인 현열(sensible heat)보다 축열용량이 매우 크다는 특징이 있다.

상전이 온도 및 잠열량 등은 그 물질의 고유한 특성이어서, 물질마다 다르며 사용 목적에 따라 적당한 물질을 선택할 경우 일상 생활에 유용하게 쓰일 수 있다.

전술한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.

한국등록특허공보 제10-1109115호(송주만) 2012. 01. 17.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상변환 물질과 열전달 물질을 이용하여 열효율을 향상시킴과 아울러 가열된 에너지를 저장하여 사용할 수 있는 보일러 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 온수가 저장되는 온수 저장 공간부가 마련된 본체; 상기 본체에 마련되어 온수를 온수 수요처로 순환시키는 온수 순환부; 상기 본체에 마련되어 상기 온수 순환부를 순환하는 온수를 가열시키는 히터부; 상기 본체에 마련되어 상기 히터부에서 발생되는 열을 상기 온수 저장 공간부로 전달하는 열전달 매체부; 및 상기 본체에 마련되며 상기 온수 저장 공간부에 저장된 온수에 의해 열을 축적하는 상변환 물질부를 포함하는 보일러 장치가 제공될 수 있다.

상기 열전달 매체부는, 상기 히터부의 히터 부재가 내부에 배치되며 열전달 물질이 내부에 저장되는 열매체 베이스 바디; 및 상기 본체의 내부에 마련되어 상기 열매체 베이스 바디와 연통되며 상기 열전달 물질이 내부에 저장되는 열매체 저장 바디를 포함할 수 있다.

상기 열전달 매체부는, 상기 열매체 베이스 바디와 상기 열매체 저장 바디를 연결하는 영역을 절개하여 마련되어 상기 열매체 베이스 바디와 상기 열매체 저장 바디 상호간에 상기 열전달 물질의 순환이 일어나도록 가이드하는 순환 가이드 공간부를 더 포함할 수 있다.

상기 열매체 저장 바디는 상기 열매체 베이스 바디에 복수로 마련되고, 복수로 마련되는 상기 열매체 저장 바디는 서로 이격 배치될 수 있다.

상기 상변환 물질부는, 상기 본체의 내부에 마련되며 상기 온수 저장 공간부에 저장된 온수에 의해 열을 축적하는 상변환 물질 바디; 및 상기 본체의 내부에 마련되어 상기 상변환 물질 바디를 지지하는 지지 바디를 포함할 수 있다.

상기 상변환 물질 바디와 상기 열전달 매체부의 열매체 저장 바디는 복수로 마련되고, 복수로 마련되는 상기 상변환 물질 바디의 사이에 복수로 마련되는 상기 열매체 저장 바디가 각각 배치될 수 있다.

상기 본체에는 단열 부재가 마련되고, 상기 열전달 물질은 옥수수 기름을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 히터부에서 발생되는 열에 의해 온수 수요처로 공급되는 온수를 가열함과 아울러 이 열을 열전달 매체부에 의해 본체에 저장된 온수로 전달하여 본체에 저장된 온수를 가열할 수 있으므로 열효율을 향상시킬 수 있다.

또한 상변환 물질부에 의해 본체에 저장된 온수의 열을 흡수한 후 히터부를 작동시키지 않고 온수를 가열할 수 있으므로 에너지 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 정면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 히터부와 열전달 매체부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 열전달 매체부의 개략적인 평면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 상변환 물질부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 복수의 상변환 물질 바디의 저면부가 한 쌍의 지지 바디에 의해 지지된 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 실시 예의 개략적인 작동도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 정면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 히터부와 열전달 매체부를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 열전달 매체부의 개략적인 평면도이고, 도 5는 도 2에 도시된 상변환 물질부를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 복수의 상변환 물질 바디의 저면부가 한 쌍의 지지 바디에 의해 지지된 것을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 7은 본 실시 예의 개략적인 작동도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 보일러 장치(1)는, 본체(100)와, 본체(100)에 마련되어 온수를 온수 수요처로 순환시키는 온수 순환부(200)와, 본체(100)에 마련되어 온수 순환부(200)를 순환하는 온수를 가열시키는 히터부(300)와, 본체(100)에 마련되어 히터부(300)에서 발생되는 열을 온수 저장 공간부(120)로 전달하는 열전달 매체부(400)와, 본체(100)에 마련되며 온수 저장 공간부(120)에 저장된 온수에 의해 열을 축적하는 상변환 물질부(500)를 구비한다.

본체(100)의 내벽과 외벽의 사이에는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 단열 부재(110)가 마련되어 본체(100)의 내부와 외기 사이를 단열시킬 수 있다. 본 실시 예에서 단열 부재(110)는 본체(100)의 바닥부와 측벽부와 천장부에 마련될 수 있다.

본 실시 예에서 본체(100)의 내부에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 온수 저장 공간부(120)가 마련될 수 있고, 온수 저장 공간부(120)에 저장된 온수는 열전달 매체부(400)를 통해 전달되는 열에 의해 가열될 수 있다. 본 실시 예에서 온수 저장 공간부(120)에 저장된 가열 온수는 상변환 물질부(500)에 축열된 후 히터부(300)의 작동과 관계없이 온수 저장 공간부(120)에 저장된 온수를 가열하는데 사용될 수 있다.

또한 본 실시 예에서 본체(100)의 상측부에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 컨트롤 박스(130)가 마련되고, 이 컨트롤 박스(130)에는 본 실시 예의 제어에 필요한 각종 기능 예를 들어 온도 조절, 온도 표시 기능이 마련될 수 있다.

온수 순환부(200)는, 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, 열매체 베이스 바디(410)에 대부분의 구성이 배치되도록 마련되며 히터부(300)에 의해 가열된 온수를 온수 수요처로 순환시키는 역할을 한다.

본 실시 예에서 온수 순환부(200)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 열매체 베이스 바디(410)의 내부에 배치되는 순환 바디(210)와, 순환 바디(210)의 하측부에 연결되어 온수 수요처에서 사용된 온수를 순환 바디(210)로 공급시키는 입수관(220)과, 순환 바디(210)의 상측부에 연결되어 순환 바디(210)에서 가열된 온수를 온수 수요처로 공급시키는 출수관(230)을 포함한다.

온수 순환부(200)의 순환 바디(210)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 코일 형상을 가질 수 있고, 도 7에 도시된 바와 같이, 입수관(220)을 통해 온수 수요처로부터 순환 바디(210)의 내부로 유입되는 온수는 순환 바디(210)를 따라 회전되면서 히터부(300)에 의해 가열되고, 가열된 온수는 출수관(230)을 통해 온수 수요처로 공급될 수 있다.

본 실시 예에서 온수 순환부(200)는 온수 수요처로 또는 온수 수요처로부터의 온수 순환이 원활히 이루어지도록 순환 라인이나 본체(100)에 순환 모터를 마련할 수 있다.

히터부(300)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 열매체 베이스 바디(410)가 마련된 영역의 본체(100)에 마련되어 순환 바디(210)를 순환하는 온수를 가열하거나 열매체 베이스 바디(410)의 내부에 있는 열전달 물질을 가열하는 역할을 한다.

본 실시 예에서 히터부(300)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 열매체 베이스 바디(410)의 상부 영역의 본체(100)에 탈착 가능하게 볼트 결합되는 히터 고정부(310)와, 히터 고정부(310)에 일측부가 결합되며 하단부가 열매체 베이스 바디(410)의 바닥부에 근접되게 배치되어 순환 바디(210)를 순환하는 온수와 열매체 베이스 바디(410)에 있는 열전달 물질을 가열시키는 히터 부재(320)와, 히터 부재(320)와 연결되어 히터 부재(320)로 전기를 공급하는 히터 인입선(330)을 포함한다.

열전달 매체부(400)는, 히터부(300)에서 발생되는 열을 온수 저장 공간부(120)로 전달하여 온수 저장 공간부(120)에 저장된 온수를 가열하는 역할을 한다.

본 실시 예에서 열전달 매체부(400)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 히터 부재(320)가 내부에 배치되며 열전달 물질이 내부에 저장되는 열매체 베이스 바디(410)와, 본체(100)의 내부에 마련되어 열매체 베이스 바디(410)와 연통되며 열전달 물질이 내부에 저장되는 열매체 저장 바디(420)와, 열매체 베이스 바디(410)와 열매체 저장 바디(420)를 연결하는 영역을 절개하여 마련되어 열매체 베이스 바디(410)와 열매체 저장 바디(420) 상호간에 열전달 물질의 순환이 일어나도록 가이드하는 순환 가이드 공간부(430)를 포함한다.

열전달 매체부(400)의 열매체 베이스 바디(410)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 열매체 저장 바디(420)와만 연통되고, 온수 저장 공간부(120)와는 격리되어 있다. 따라서, 열매체 저장 바디(420)에 저장된 열전달 물질은 온수 저장 공간부(120)에 저장된 온수와는 서로 섞이지 않는다.

본 실시 예에서 열매체 베이스 바디(410)에 저장되어 열매체 저장 바디(420)로 순환되는 열전달 물질은 옥수수 기름을 포함할 수 있다. 본 실시 예에서 열전달 물질로 옥수수 기름을 사용하는 경우 옥수수 기름을 가열하는데 소요되는 시간은 물을 가열하는데 소요되는 시간에 비해 약 반정도 줄일 수 있고, 이로 인해 온수 저장 공간부(120)에 저장된 온수나 순환 바디(210)를 순환하는 온수를 가열하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있는 이점이 있다.

본 실시 예에서 열매체 베이스 바디(410)의 중앙부에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 히터 부재 장착홀(411)이 마련될 수 있고, 이 히터 부재 장착홀(411)을 통해 히터 부재(320)는 열매체 베이스 바디(410)의 내부로 인입 또는 인출될 수 있다.

또한 본 실시 예에서 열매체 베이스 바디(410)의 하측부는, 도 1에 도시된 바와 같이, 본체(100)의 바닥부에 마련되는 지지 브래킷에 결합되어 지지 브래킷에 지지될 수 있다.

열전달 매체부(400)의 열매체 저장 바디(420)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 열매체 베이스 바디(410)에 연결되도록 복수가 이격 마련될 수 있다.

본 실시 예에서 열매체 저장 바디(420)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 순환 가이드 공간부(430)에 의해 열매체 베이스 바디(410)와의 사이에 공간이 발생되고, 열매체 베이스 바디(410)와 열매체 저장 바디(420)에 저장된 연전달 물질은 서로 순환될 수 있다. 즉 차가운 물질은 가라않고 뜨거운 물질은 상승되는 대류의 원리를 이용하여 열매체 베이스 바디(410)와 열매체 저장 바디(420)에 저장된 열전달 물질은 도 3에 도시된 화살표 방향으로 순환될 수 있다. 특히 본 실시 예에서 열매체 저장 바디(420)에 저장된 열전달 물질은, 도 3에 도시된 바와 같이, 코일 형상의 순환 바디(210)를 타고 상승되므로 순환이 원활히 이루어질 수 있다.

또한 본 실시 예에서 열전달 매체는 옥수수유(옥수수 기름)를 사용할 수 있다.

그리고 본 실시 예에서 복수의 열매체 저장 바디(420)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 상변환 물질 바디(510)의 사이에 배치될 수 있다. 즉 한 쌍의 상변환 물질 바디(510)의 사이에 하나의 열매체 저장 바디(420)가 배치될 수 있다.

상변환 물질부(500)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 히터부(300)와 이격되도록 온수 저장 공간부(120)에 마련되며 온수 저장 공간부(120)에 저장된 온수에 의해 열을 축적하여 온수 저장부에 저장된 온수를 가열하는데 사용될 수 있다.

본 실시 예에서 상변환 물질부(500)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 본체(100)의 내부에 마련되며 온수 저장 공간부(120)에 저장된 온수에 의해 열을 축적하는 상변환 물질 바디(510)와, 본체(100)의 내부에 마련되어 상변환 물질 바디(510)를 지지하는 복수의 지지 바디(520)와, 복수의 지지 바디(520)에 결합되어 상변환 물질 바디(510)를 지지하는 복수의 지지대(530)를 포함한다.

상변환 물질부(500)의 상변환 물질 바디(510)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 온수 저장 공간부(120)에 복수개가 서로 이격 마련될 수 있고, 복수로 마련되는 상변환 물질 바디(510)의 사이에 복수로 마련되는 열매체 저장 바디(420)가 각각 배치될 수 있다.

본 실시 예에서 상변환 물질 바디(510)의 내부에는 공지된 상변환 물질이 마련될 수 있다.

상변환 물질부(500)의 지지 바디(520)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 상변환 물질 바디(510)의 상단부와 하단부를 각각 지지하도록 복수로 마련될 수 있다.

본 실시 예에서 지지 바디(520)에는 복수의 상변환 물질 바디(510)의 상단부와 하단부가 각각 삽입되도록 복수의 지지홈(521)이 마련될 수 있다.

또한 본 실시 예에서 복수의 지지 바디(520)는 본체(100)의 내부에 볼트 또는 용접 결합될 수 있다.

상변환 물질부(500)의 복수의 지지대(530)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 그 상단부와 하단부가 지지 바디(520)에 탈착 가능하도록 각각 볼트 결합될 수 있다.

본 실시 예에서 지지대(530)는 상변환 물질 바디(510)의 양측에 마련되어 상변환 물질 바디(510)를 지지할 수 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시예는 히터부에서 발생되는 열에 의해 온수 수요처로 공급되는 온수를 가열함과 아울러 이 열을 열전달 매체부에 의해 본체에 저장된 온수로 전달하여 본체에 저장된 온수를 가열할 수 있으므로 열효율을 향상시킬 수 있다.

또한 상변환 물질부에 의해 본체에 저장된 온수의 열을 흡수한 후 히터부를 작동시키지 않고 온수를 가열할 수 있으므로 에너지 효율을 높일 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 : 보일러 장치
100 : 본체 110 : 단열 부재
120 : 온수 저장 공간부 130 : 컨트롤 박스
200 : 온수 순환부 210 : 순환 바디
220 : 입수관 230 : 출수관
300 : 히터부 310 : 히터 고정부
320 : 히터 부재 330 : 히터 인입선
400 : 열전달 매체부 410 : 열매체 베이스 바디
411 : 히터 부재 장착홀 420 : 열매체 저장 바디
430 : 순환 가이드 공간부 500 : 상변환 물질부
510 : 상변환 물질 바디 520 : 지지 바디
521 : 지지홈 530 : 지지대

Claims (7)

1. 내부에 온수가 저장되는 온수 저장 공간부가 마련된 본체;
   상기 본체에 마련되어 온수를 온수 수요처로 순환시키는 온수 순환부;
   상기 본체에 마련되어 상기 온수 순환부를 순환하는 온수를 가열시키는 히터부;
   상기 본체에 마련되어 상기 히터부에서 발생되는 열을 상기 온수 저장 공간부로 전달하는 열전달 매체부; 및
   상기 본체에 마련되며 상기 온수 저장 공간부에 저장된 온수에 의해 열을 축적하는 상변환 물질부를 포함하고,
   상기 열전달 매체부는, 상기 히터부의 히터 부재가 내부에 배치되며 열전달 물질이 내부에 저장되는 열매체 베이스 바디; 및 상기 본체의 내부에 마련되어 상기 열매체 베이스 바디와 연통되며 상기 열전달 물질이 내부에 저장되는 열매체 저장 바디를 포함하고,
   상기 열전달 매체부는, 상기 열매체 베이스 바디와 상기 열매체 저장 바디를 연결하는 영역을 절개하여 마련되어 상기 열매체 베이스 바디와 상기 열매체 저장 바디 상호간에 상기 열전달 물질의 순환이 일어나도록 가이드하는 순환 가이드 공간부를 더 포함하고,
   상기 열매체 저장 바디는 상기 열매체 베이스 바디에 복수로 마련되고, 복수로 마련되는 상기 열매체 저장 바디는 서로 이격 배치되고,
   상기 상변환 물질부는, 상기 본체의 내부에 마련되며 상기 온수 저장 공간부에 저장된 온수에 의해 열을 축적하는 상변환 물질 바디; 및 상기 본체의 내부에 마련되어 상기 상변환 물질 바디를 지지하는 지지 바디를 포함하고,
   상기 상변환 물질 바디와 상기 열전달 매체부의 열매체 저장 바디는 복수로 마련되고, 복수로 마련되는 상기 상변환 물질 바디의 사이에 복수로 마련되는 상기 열매체 저장 바디가 각각 배치되고,
   상기 본체에는 단열 부재가 마련되고, 상기 열전달 물질은 옥수수 기름을 포함하고,
   상기 온수 순환부는 상기 열매체 베이스 바디의 내부에 배치되는 순환 바디, 상기 순환 바디의 하측부에 연결되어 온수 수요처에서 사용된 온수를 상기 순환 바디로 공급시키는 입수관 및 상기 순환 바디의 상측부에 연결되어 상기 순환 바디에서 가열된 온수를 온수 수요처로 공급시키는 출수관을 포함하고,
   상기 순환 바디는 코일 형상을 가져 상기 입수관을 통해 온수 수요처로부터 상기 순환 바디의 내부로 유입되는 온수는 상기 순환 바디를 따라 회전되면서 상기 히터부에 의해 가열되고, 가열된 온수는 상기 출수관을 통해 온수 수요처로 공급되는 보일러 장치.
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