KR102308569B1 - 스케일 프리 물 가열기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 스케일 프리 물 가열기는 난방이나 온수의 제공을 위한 물이 유동하게 마련되는 메인 유로, 상기 물을 가열하기 위한 열원부, 상기 물 중에 포함되어 스케일 발생을 초래하는 이온성 물질을 전기적인 힘에 기초해서 제거하는 필터부, 및 상기 필터부에 전압을 인가하기 위한 전원부를 포함한다.

Description

스케일 프리 물 가열기 {SCALE-FREE WATER HEATING DEVICE}
본 발명은, 스케일 프리 물 가열기에 관한 것이다.
보일러나 온수기 등의 물 가열기는 물을 공급받아 이를 가열함으로써 난방이나 온수를 제공할 수 있다. 그런데 물 가열기로 공급되는 수돗물 등의 물에는 보통 칼슘 이온이 포함되어 있다. 물 속의 칼슘 이온은 열에 의해 탄산 칼슘으로 석출될 수 있으며, 석출된 탄산 칼슘은 물 가열기의 파이프나 열교환기 등의 내벽에 고착될 수 있다. 이와 같은 고착으로 인해 파이프나 열교환기 등에는 균열(크랙)이 발생할 수 있는데, 이는 물 가열기에 있어 내구성의 악화나, 수명의 감소를 초래한다. 이와 같은 문제에 불구하고, 지금까지 위와 같은 스케일의 발생을 미연에 방지하는 기술이 개발되고 있지 않은 실정이다.
본 발명의 과제는, 스케일의 발생을 미연에 방지하여, 물 가열기의 내구성을 증대시키고 수명을 연장시킬 수 있도록 하는 것이다.
일 예에서 스케일 프리 물 가열기는 난방이나 온수의 제공을 위한 물이 유동하게 마련되는 메인 유로, 상기 물을 가열하기 위한 열원부, 상기 물 중에 포함되어 스케일 발생을 초래하는 이온성 물질을 전기적인 힘에 기초해서 제거하게 마련되는 필터부, 상기 메인 유로와 상기 필터부의 입구를 연통하는 제1 유로, 및 상기 제1 유로나 상기 메인 유로에 마련되고, 상기 물 중의 상기 이온성 물질의 양을 획득하기 위해 상기 제1 유로나 상기 메인 유로를 따라 유동하는 물의 TDS(총용존고형물)를 센싱하는 센싱부를 포함할 수 있다.
다른 예에서 상기 필터부는 전극을 통해 상기 물 중의 상기 이온성 물질을 제거하는 제거모드와, 상기 전극을 재생하는 재생모드 중의 어느 하나를 선택적으로 수행할 수 있다.
또 다른 예에서 상기 필터부는 상기 제거모드에서, 전기 탈이온 방식 중 축전식 탈이온 방식으로 이온성 물질을 제거할 수 있다.
또 다른 예에서 스케일 프리 물 가열기는 상기 메인 유로를 따라 유동하는 물의 유동방향을 기준으로 상기 제1 유로보다 하류 측에서 상기 메인 유로와 상기 필터부의 출구를 연통하는 제2 유로를 더 포함하고, 상기 물은 상기 제거모드 시에, 상기 제1 유로를 통해 상기 메인 유로에서 상기 필터부로 유입되고, 상기 필터부에 의한 이온성 물질의 제거 후에, 상기 제2 유로를 통해 상기 필터부에서 상기 메인 유로로 복귀될 수 있다.
또 다른 예에서 스케일 프리 물 가열기는 상기 필터부의 입구를 외부에 연통시키는 배수 유로를 더 포함하고, 상기 물은 상기 재생모드 시에, 상기 제2 유로를 통해 상기 메인 유로에서 상기 필터부로 유입되고, 상기 필터부의 전극에서 탈착된 이온성 물질과 함께 상기 배수 유로를 통해 상기 필터부에서 배수될 수 있다.
또 다른 예에서 스케일 프리 물 가열기는 상기 필터부의 출구를 외부에 연통시키는 배수 유로를 더 포함하고, 상기 물은 상기 재생모드 시에, 상기 제1 유로를 통해 상기 메인 유로에서 상기 필터부로 유입되고, 상기 필터부의 전극에서 탈착된 이온성 물질과 함께 상기 배수 유로를 통해 상기 필터부에서 배수될 수 있다.
또 다른 예에서 스케일 프리 물 가열기는 상기 메인 유로를 따라 유동하는 물 중의 적어도 일부를 상기 제1 유로로 우회시키도록 마련되는 제1 밸브부, 및 상기 제1 밸브부를 제어하게 마련되는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 유로를 따라 유동하거나, 또는 상기 제1 유로로 우회되기 전에 상기 메인 유로를 따라 유동하는 물 중의 이온성 물질의 양이 기설정된 목표량으로 감소될 때까지, 상기 재생모드 시를 제외하고, 상기 물의 우회가 계속되도록 상기 제1 밸브부를 제어할 수 있다.
또 다른 예에서 스케일 프리 물 가열기는 상기 제1 유로나, 상기 제1 유로와 상기 메인 유로의 연결 지점보다 상류 측의 메인 유로에 마련되고, 상기 물 중의 상기 이온성 물질의 양을 획득하기 위해 상기 제1 유로나 상기 메인 유로를 따라 유동하는 물의 TDS(총용존고형물)를 센싱하는 센싱부를 더 포함할 수 있다.
또 다른 예에서 스케일 프리 물 가열기는 상기 메인 유로를 따라 유동하는 물 중의 적어도 일부를 상기 제1 유로로 우회시키고, 상기 제1 유로로 우회시킨 물의 유량인 우회 유량을 조절하게 마련되는 제1 밸브부, 및 상기 제1 밸브부를 제어하게 마련되는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또 다른 예에서 상기 제어부는 상기 제1 밸브부에 대한 제어를 통해, 상기 우회 유량을 하기 식으로 정의되는 제거율에 기초해서 조절할 수 있다.
Figure 112020088451574-pat00001
(여기서, Ain은 상기 제1 유로를 따라 유동하는 물 중의 이온성 물질의 양이고, Aout은 상기 제2 유로를 따라 유동하는 물 중의 이온성 물질의 양임)
또 다른 예에서 상기 제어부는 상기 제거율을 높이기 위해, 상기 제1 밸브부를 제어하여 상기 우회 유량을 감소시키거나, 또는 상기 제거율을 낮추기 위해, 상기 제1 밸브부를 제어하여 상기 우회 유량을 증가시킬 수 있다.
또 다른 예에서 상기 제어부는 상기 제1 밸브부에 대한 제어를 통해, 상기 필터부에서 배출되어 상기 제2 유로를 따라 유동하는 물 중의 이온성 물질의 양인 잔존량에 기초해서 상기 우회 유량을 조절할 수 있다.
또 다른 예에서 상기 제어부는 상기 잔존량을 줄이기 위해, 상기 제1 밸브부를 제어하여 상기 우회 유량을 감소시키거나, 또는 상기 잔존량을 늘리기 위해, 상기 제1 밸브부를 제어하여 상기 우회 유량을 증가시킬 수 있다.
또 다른 예에서 스케일 프리 물 가열기는 상기 메인 유로 내의 물의 유동을 강제하기 위한 펌프를 더 포함하고, 상기 펌프는 상기 물의 유동방향을 기준으로 상기 제1 유로보다 상류 측에서, 상기 제1 유로에 인접하게, 상기 메인 유로에 마련될 수 있다.
또 다른 예에서 스케일 프리 물 가열기는 상기 메인 유로와 상기 필터부의 출구를 연통하는 제2 유로, 상기 메인 유로 내의 물의 유동을 강제하기 위한 펌프, 및 상기 메인 유로 내의 물을 가열하기 위한 열교환기를 더 포함하고, 상기 메인 유로를 따라 유동하는 물의 유동방향을 기준으로, 상기 열교환기는 상기 펌프의 하류 측에 위치하고, 상기 제1 유로는 상기 펌프의 하류 측이고 상기 열교환기의 상류 측인 위치에서 상기 메인 유로에 연통되고, 상기 제2 유로는 상기 열교환기의 하류 측이나 상기 펌프의 상류 측인 위치에서 상기 메인 유로에 연통될 수 있다.
또 다른 예에서 스케일 프리 물 가열기는 상기 열원부의 현열을 이용하여 상기 물을 가열하기 위한 현열 열교환기, 상기 열원부에서 발생되는 배기가스의 응축잠열을 이용하여 상기 물을 가열하기 위한 잠열 열교환기, 상기 잠열 열교환기에서 발생되는 응축수를 저장하기 위한 응축수 수집통, 및 상기 재생모드 시에 상기 필터부로 유입된 물을, 상기 필터부의 전극에서 탈착된 이온성 물질과 함께 배수하기 위한 배수 유로를 더 포함하고, 상기 배수 유로를 통해 배수되는 물 중의 적어도 일부는 상기 응축수 수집통으로 공급될 수 있다.
또 다른 예에서 스케일 프리 물 가열기는 상기 메인 유로와 상기 필터부의 출구를 연통하는 제2 유로, 및 상기 필터부로 외부에서 공급된 물을 공급하는 보충 유로를 더 포함하고, 상기 재생모드 시에 상기 필터부로 공급되는 물은, 상기 제1 유로나 상기 제2 유로를 통해 상기 메인 유로에서 공급되는 물이거나, 또는 상기 보충 유로를 통해 외부에서 공급되는 물일 수 있다.
또 다른 예에서 스케일 프리 물 가열기는 상기 메인 유로와 상기 필터부의 입구를 연통하는 제1 유로, 및 상기 메인 유로와 상기 필터부의 출구를 연통하는 제2 유로를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 전기적인 힘이나 전기 탈이온 방식에 기초해서 물(난방수) 중의 이온성 물질을 제거함으로써, 스케일 발생을 미연에 방지하여 물 가열기의 내구성을 증대시키고 수명을 연장시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 전기적인 힘이나 전기 탈이온 방식에 기초하는 필터부를 채용함에 따라 필터부의 물리적인 교체 없이 반영구적으로 필터부를 사용할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 필터부의 효과적인 제어를 통해 물(난방수) 중의 이온성 물질을 효율적으로 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 보일러를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다.
도 2는 CDI 방식에서 이온이 제거되는 원리를 설명하고 있는 개념도이다.
도 3은 CDI 방식에서 전극이 재생되는 원리를 설명하고 있는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 보일러를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 보일러를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 4에 따른 보일러를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 4에 따른 보일러의 제1 변형예를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 4에 따른 보일러의 제2 변형예를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 5에 따른 보일러를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다.
도 10은 본 발명의 실시예 5에 따른 보일러의 제1 변형예를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다.
도 11은 본 발명의 실시예 6에 따른 휴대용 이온 제거장치를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다.
도 12는 본 발명의 실시예 7에 따른 보일러를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다.
도 13은 본 발명의 실시예 7에 따른 보일러의 제1 변형예를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다.
도 14는 본 발명의 실시예 8에 따른 보일러를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해서 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해선 비록 다른 도면에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합", "연통" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 등이 될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 연결 등이 될 수 있다고 이해되어야 할 것이다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 보일러를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다. 본 실시예에 따른 보일러는 도 1에 도시되어 있듯이 보일러 케이스(110), 메인 유로(130), 열원부(150) 및 필터부(160)를 포함한다.
보일러 케이스(110)
보일러 케이스(110)는 후술할 메인 유로(130), 열원부(150), 필터부(160) 및 기타 구성들을 내부에 수용하기 위한 것이다. 보일러 케이스(110)는 일반적으로 속이 빈 직육면체의 형상으로 형성될 수 있으나, 보일러 케이스(110)의 형상이 이와 같은 형상으로 한정되는 것은 아니다. 후술할 물 가열기의 케이스도 기본적으로 보일러 케이스와 동일하다.
메인 유로(130)
메인 유로(130)는 보일러 케이스(110)의 내부에 마련되어, 물(난방수)이 보일러 케이스(110)의 내부에서 유동하기 위한 유로이다.
난방수는, 난방이 요구되는 난방 대상에 마련된 난방 유로(C)를 따라 유동하며 난방 대상에 난방을 제공한다. 난방의 제공 후에, 난방수는 난방 유로(C)에 연통된 메인 유로(130)를 통해 보일러로 복귀된다. 난방수는 메인 유로(130)를 따라 유동하는 중에 후술할 열원부(150)에 의해 가열된다. 난방 유로(C)와 메인 유로(130)는 직접 또는 간접적으로 서로 연통된다.
메인 유로(130)는 보일러 케이스(110)의 내부에서 난방수가 유동하는 모든 유로를 의미할 수 있다. 우선, 메인 유로(130)는 보일러 케이스(110)의 내부에 마련되는 파이프에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 메인 유로(130)는, 난방수의 부피 팽창을 수용하기 위한 팽창 탱크(S)와, 메인 유로 내의 난방수의 유동을 강제하기 위한 펌프(P)를 서로 연결하는 파이프에 의해 구현될 수 있다. 다음으로, 메인 유로(130)는 열교환기의 내부에 마련되는 유로에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어 메인 유로(130)는 잠열 열교환기(H1)와 현열 열교환기(H2)의 내부에 마련되는 유로에 의해 구현될 수 있다.
참고로, 펌프(P)는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 난방수의 유동방향을 기준으로 후술할 제2 유로(132)보다 하류 측에서, 메인 유로(130)에 마련될 수 있다. 또한 펌프(P)는 난방수의 유동방향을 기준으로 후술할 제1 유로(131)보다 상류 측에서, 메인 유로(130)에 마련될 수도 있고, 이때 제1 유로(131)에 인접하게 배치될 수 있다.
참고로, 메인 유로(130)는 보일러 케이스(110)의 내부에 마련되기 때문에 메인 유로(130)의 가장 하류는 난방수가 보일러 케이스(110)에서 유출되기 직전의 위치(도 12의 o1 참고)를 의미하고, 가장 상류는 난방수가 보일러 케이스(110)로 유입된 직후(도 12의 i1 참고)의 위치를 의미한다.
열원부(150)
열원부(150)는 메인 유로(130)를 따라 유동하는 물(난방수)을 가열하기 위한 것으로서, 보일러 케이스(110)의 내부에 마련된다. 열원부(150)는 공기와 기체가스를 공급받아, 이들을 혼합시키며 연소시키는 통상의 버너일 수 있다.
열원부(150)는 생성시킨 화염을 통해 난방수를 가열할 수도 있고, 화염의 생성 중에 발생하는 배기가스를 통해 난방수를 가열할 수도 있다. 이와 같이 이중으로 열을 활용하는 보일러를 보통 콘덴싱 보일러라 한다. 콘덴싱 보일러는 열원부(150)의 현열을 이용하여 난방수를 가열하는 현열 열교환기(H2)와, 배기가스 중의 수증기의 응축잠열을 회수하여 난방수를 가열하는 잠열 열교환기(H1)를 포함할 수 있다.
필터부(160)
필터부(160)는 스케일의 발생을 방지하기 위해 물(난방수) 중의 이온성 물질을 전기적인 힘에 기초해서 또는 전기 탈이온 방식에 기초해서 제거한다. 이를 위해 필터부(160)는 메인 유로(130)에 연통되며, 메인 유로(130)로부터 난방수를 공급받고, 공급받은 난방수 중에서 이온성 물질을 제거한 후에 난방수를 다시 메인 유로(130)로 복귀시킨다. 참고로, 필터부는 도 4의 실시예나, 도 9, 10의 실시예와 같이, 메인 유로로 공급되기 위한 물, 예를 들어 보일러 케이스의 외부에서 메인 유로로 공급되기 위한 물을 메인 유로에 앞서 공급받을 수도 있다. 또한 도 12의 실시예와 같이, 필터부는 보일러 케이스의 외부에서 메인 유로에 직접 또는 간접적으로 연통되게 마련될 수도 있다.
전해질 중의 하전입자에 직류전압이 작용하면, 양의 하전입자는 음극으로 이동하고, 음의 하전입자는 양극으로 이동한다. 이를 전기영동(electrophoresis)이라 한다. 전기 탈이온 방식은 위와 같은 전기적인 힘(전기영동)의 원리를 바탕으로 전극이나 이온교환막 등을 통해서 물 속의 이온(이온성 물질)을 선택적으로 흡착하거나 이동시켜 제거하는 방식을 말한다.
물 속에는 보통 칼슘 이온(Ca2+)이 포함되어 있다. 물 속의 칼슘 이온은 열에 의해 탄산 칼슘(CaCO3)으로 석출될 수 있다(아래 식 참조). 석출된 탄산 칼슘은 파이프나 열교환기의 내벽에 고착될 수 있다. 탄산칼슘의 고착은 열의 불균일한 전달을 초래하여 국부적인 과열을 발생시킬 수 있고, 국부적인 과열은 열 응력으로 인해서 파이프나 열교환기에 균열(크랙)을 발생시킬 수 있다.
Figure 112020088451574-pat00002
본 실시예에 의하면, 전기 탈이온 방식의 필터부(160)를 통해 난방수 중의 이온성 물질인 칼슘 이온을 제거함으로써, 탄산 칼슘의 석출/고착, 즉 스케일의 발생을 미연에 방지하여, 결과적으로 스케일 프리 보일러(Scale-free boiler)를 구현할 수 있다.
본 실시예의 필터부(160)는 이온성 물질을 제거할 수 있으므로, 칼슘 이온뿐만 아니라, 마그네슘 이온과 같이, 스케일의 발생에 기여하는 다른 이온성 물질도 제거할 수 있다.
한편, 스케일의 발생에는 열이 크게 작용한다. 이에 따라 스케일은 주로 열교환기에서 발생한다. 이를 고려하여, 본 실시예의 필터부(160)는, 난방수의 유동방향을 기준으로 열교환기(H1)의 상류 측이나, 또는 팽창 탱크(S)의 상류 측에서 메인 유로(130)에 연통될 수 있다.
유로부
본 실시예의 보일러는 유로부를 더 포함할 수 있다.
유로부는 메인 유로를 따라 유동하는 물과, 보일러 케이스의 외부에서 공급되는 물 중의 적어도 어느 하나를 필터부로 안내하기 위한 것이다. 또한 유로부는 필터부에 의해 필터링된 물을 메인 유로로 안내하기 위한 것이다. 이를 위해 필터부는 전술한 제1 및 제2 유로(131, 132)나, 후술할 보충 유로(136)를 포함할 수 있다. 그리고 유로부는, 후술할 재생모드 시에 필터부로 유입된 물을, 필터부의 전극에서 탈착된 이온성 물질과 함께 배수하기 위한 배수 유로(134)를 더 포함할 수 있다.
CDI 방식의 필터부(160)
본 실시예의 필터부(160)는 전기 탈이온 방식 중 축전식 탈이온(CDI) 방식으로 이온성 물질을 제거할 수 있다.
전기 탈이온 방식에는, ED(Electrodialysis), EDI(Electro Deionization), CEDI(Continuous Electro Deionization), CDI(Capacitive Deionization) 등의 방식이 있다. ED 방식의 필터부는 전극과 이온교환막을 구비한다. 그리고 EDI 방식의 필터부는 전극, 이온교환막 및 이온교환수지를 구비한다. 이에 반해 CDI 방식의 필터부는 이온교환막과 이온교환수지를 모두 구비하지 않거나, 또는 이온교환수지를 구비하지 않는다.
CDI 방식의 필터부에 대해 보다 자세하게 살펴본다. CDI 방식은 전기적인 힘에 의해, 전극의 표면에서 이온(또는 이온성 물질)이 흡착되고 탈착되는 원리를 이용하여 이온을 제거하는 방식을 말한다. 이에 대해 도 2와 도 3을 참조하여 상술한다. 도 2는 CDI 방식에서 이온이 제거되는 원리를 설명하고 있는 개념도이고 도 3은 CDI 방식에서 전극이 재생되는 원리를 설명하고 있는 개념도이다.
전극에 전압이 인가된 상태에서, 이온을 포함한 원수가 전극의 사이를 통과하면, 도 2에서 도시하고 있는 바와 같이, 음이온은 양극으로 이동하게 되고, 양이온은 음극으로 이동하게 된다. 즉, 흡착이 일어나게 된다. 이와 같은 흡착으로 원수 중에서 이온이 제거될 수 있다. 이와 같이 이온(이온성 물질)을 제거하는 모드를 이하에서 제거모드라 한다.
그런데 전극의 흡착 용량은 제한적이다. 따라서 흡착이 계속되면 전극은 더 이상 이온을 흡착할 수 없는 상태에 이르게 된다. 이를 막기 위해, 도 3에서 도시하고 있는 바와 같이, 전극에 흡착된 이온을 탈착시켜 전극을 재생시킬 필요가 있다. 이를 위해 전극에 제거모드 때의 반대 전압을 인가하거나, 전압을 인가하지 않을 수 있다. 이와 같이 전극을 재생하는 모드를 이하에서 재생모드라 한다. 재생모드는 제거모드의 전이나 후에 수행될 수 있는데, 재생모드와 제거모드 사이의 시간 간격은 다양하게 설정될 수 있다. 위와 같은 재생모드는 본 실시예의 필터부의 반영구적인 사용을 가능하게 한다.
필터부(160)의 제어는 후술할 제어부에서 담당할 수 있다.
결국, CDI 방식의 필터부(160)는 제거모드와 재생모드 중의 어느 하나를 필요에 따라 선택적으로 수행하며, 난방수 중의 이온성 물질을 제거하기 위해 제거모드를 수행하고, 제거모드의 수행 전이나 후에 전극의 재생을 위해 재생모드를 수행한다. 필터부(160)는 어느 모드도 수행하지 않으면서 대기상태를 유지할 수도 있다. 대기상태에선 전극에 전압이 인가되지 않는다.
한편, CDI 방식의 필터부(160)는 전극에 인가되는 전압의 크기를 조절 하여, 제거될 이온성 물질의 종류를 선별할 수 있다. 예를 들어, 1가 이온의 경우에는 전극에 인가되는 전압의 크기가 증가할수록 필터부(160)에 의한 제거 비율도 증가한다. 이에 반해, 2가 이온의 경우에는 전압의 크기가 증가하더라도, 제거 비율이 크게 변하지 않는다. 이에 따라, 전극에 저전압(예를 들어, 100% 제거를 위한 운전조건 대비 약 20~50%의 전압)이 인가되면, 필터부(160)는 주로 2가 이온을 제거하게 된다. 보일러에 스케일 문제를 초래하는 것은 보통 칼슘 이온이나 마그네슘 이온 등의 2가 이온이다. 따라서 필터부(160)의 전극에 인가되는 전압을 저전압으로 조절하면, 주로 2가 이온을 제거할 수 있다.
위의 방식은 매우 에너지 효율적이다. 전극에 저전압을 인가하기 때문에 에너지 소모는 적은 대신, 스케일 문제를 주로 초래하는 2가 이온을 제거할 수 있기 때문이다.
CDI 방식의 필터부(160)와 메인 유로(130)의 연통 (제거모드)
필터부(160)는 제1 유로(131)와 제2 유로(132)를 통해서 메인 유로(130)에 연통될 수 있다. 즉, 본 실시예의 보일러는, 메인 유로(130)와 필터부(160)의 입구를 연통하는 제1 유로(131)와, 메인 유로(130)와 필터부(160)의 출구를 연통하는 제2 유로(132)를 더 포함할 수 있다. 제2 유로(132)는, 메인 유로(130)를 따라 유동하는 난방수의 유동방향을 기준으로 제1 유로(131)보다 하류 측에서 메인 유로(130)에 연통된다.
제거모드 시의 필터부(160)는 제1 유로(131)를 통해 메인 유로(130)에서 난방수를 공급받는다. 그리고 필터부(160)는 이온성 물질의 제거 후에, 제2 유로(132)를 통해 난방수를 메인 유로(130)로 배출시킨다. 이를 통해 난방수는 이온성 물질의 제거 후에 메인 유로(130)로 복귀할 수 있다.
본 실시예의 보일러는, 메인 유로(130) 중의 난방수를 필터부(160)로 공급하기 위해 제1 밸브부(180)를 더 포함할 수 있다. 제1 밸브부(180)는 메인 유로(130)를 따라 유동하는 난방수 중의 적어도 일부를 제1 유로(131)로 우회시킨다.
이를 위해서 제1 밸브부(180)는 메인 유로(130)와 제1 유로(131)의 연결 지점에 마련되는 삼방 밸브(181)를 포함할 수 있다. 삼방 밸브(181)는 메인 유로(130) 중의 난방수의 일부 또는 전부를 제1 유로(131)로 우회시킬 수 있다. 삼방 밸브(181)는 제1 유로(131)로 우회되는 난방수의 유량을 조절할 수도 있다.
또는 제1 밸브부(180)는 우회 유량의 조절을 위해 조절 밸브(182)를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제1 밸브부(180)는 삼방 밸브(181)를 통해 메인 유로(130) 중의 난방수의 전부를 제1 유로(131)로 우회시키고, 그런 다음 조절 밸브(182)를 통해, 필터부(160)로 유입될 난방수의 유량을 조절할 수 있다. 조절 밸브(182)는 유량을 조절하는 제어 밸브(control valve)일 수 있다. 참고로, 제1 유로(131)를 따라 유동하는 난방수의 유량은 유량센서(186)를 통해 획득될 수 있다.
또한 본 실시예의 보일러는 제2 밸브부(183)를 더 포함할 수 있는데, 제2 밸브부(183)는, 메인 유로(130)와 제2 유로(132)의 연결 지점보다 하류 측의 메인 유로(130)에 구비된다. 제2 밸브부(183)는 메인 유로(130)의 개폐를 조절하는 개폐 밸브로서, 솔레노이드 밸브일 수 있다.
CDI 방식의 필터부(160)와 메인 유로(130)의 연통 (재생모드)
필터부(160)는 배수 유로(134)를 통해 보일러 케이스(110)의 외부에 연통될 수 있다. 즉, 본 실시예의 보일러는, 필터부(160)의 입구를 보일러 케이스(110)의 외부에 연통시키는 배수 유로(134)를 더 포함할 수 있다. 또한 본 실시예의 보일러는, 배수 유로(134)에 마련되어, 배수 유로(134)의 개폐를 조절하는 배수 밸브(184)를 더 포함할 수 있다. 배수 밸브(184)는 솔레노이드 밸브일 수 있다.
재생모드 시의 필터부(160)는 제2 유로(132)를 통해 메인 유로(130)에서 난방수를 공급받는다. 필터부(160)의 전극에서 탈착된 이온성 물질은 난방수와 함께 배수 유로(134)를 통해 필터부(160)에서 배출된다. 이를 위해서 본 실시예의 보일러는 재생모드 시에 제2 밸브부(183)를 폐쇄하고, 배수 밸브(184)를 개방한다. 그리고 전술한 삼방 밸브(181)는 메인 유로(130) 중의 난방수 전부를, 메인 유로(130)와 제2 유로(132)의 연결 지점을 향해서 안내한다(도 1 중의 ② 방향 참조).
본 실시예의 경우에는, 제거모드 시와 재생모드 시에 있어 난방수의 유동방향이 필터부(160)를 기준으로 서로 반대이다. 난방수 중의 이온성 물질은 제거모드 시에 필터부(160)의 입구 측에서 상대적으로 많이 흡착된다. 따라서 재생모드 시에 난방수가 반대방향으로 유동하면 입구 측에 흡착된 이온성 물질의 제거에 효과적이다.
또한, 난방수의 유동방향이 제거모드 시와 재생모드 시에 있어 서로 반대이면, 난방수 중의 탈착된 이온성 물질이 메인 유로(130)로 유입되는 것이 방지될 수 있다. 재생모드의 종료 후에는 필터부(160)와 삼방 밸브(181) 사이의 제1 유로(131)에 난방수가 잔존한다. 여기에는 탈착된 이온성 물질이 포함되어 있을 수 있다. 그런데 위의 난방수는, 다음 번의 제거모드가 수행될 때, 필터부(160)를 다시 통과하게 되며, 이와 같은 과정 중에 이온성 물질이 제거될 수 있다.
한편, 재생모드에서는 메인 유로 중의 난방수가 필터부(160)를 거쳐, 배수 유로(134)를 통해 배수된다. 이에 의해 메인 유로 중의 난방수, 또는 팽창 탱크(S) 중의 난방수가 감소될 수 있기 때문에, 이에 대한 보충을 위해 공급 유로(135)를 통해 난방수가 추가 공급될 수 있다. 보일러의 경우에는 일반적으로, 팽창 탱크(S)의 수위를 일정하게 유지하게 위해서, 팽창 탱크(S)에 공급 유로(135)가 연결되어 있다. 본 명세서의 다른 실시예의 경우에도 난방수의 보충을 위해 공급 유로(135)를 활용할 수 있다.
CDI 방식의 필터부(160)의 기본 제어
본 실시예의 보일러는 전술한 밸브들을 제어하기 위해 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 제어부는 제거모드 시와 재생모드 시에 밸브들을 다음과 같이 제어할 수 있다. 참고로, 아래의 ① 방향은 도 1에서 삼방 밸브(181)를 기준으로 좌측 방향을 나타내고, 아래의 ② 방향은 삼방 밸브(181)를 기준으로 상측 방향을 나타낸다.
구분 밸브(181) 밸브(183) 밸브(184) 펌프(P)
제거모드 ① 방향으로 개방 개방 폐쇄 작동
재생모드 1 ② 방향으로 개방 폐쇄 개방 작동
재생모드 2 ② 방향으로 개방 개방 개방 미작동
위에 의할 경우, 제거모드 시에 난방수는 메인 유로(130)에서 제1 유로(131)를 통해 필터부(160)로 유입되고, 이온성 물질의 제거 후에 제2 유로(132)를 통해 메인 유로(130)로 복귀된다. 또한 재생모드 1 시에 난방수는 메인 유로(130)에서 제2 유로(132)를 통해 필터부(160)로 유입되고, 탈착된 이온성 물질과 함께 배수 유로(134)를 통해 배수된다. 이때 난방수는 펌프(P)에 의해 유동한다. 재생모드 2는, 펌프(P)의 미작동 시에 팽창 탱크(S)에서 중력에 의해 낙하되는 난방수의 유동에 의해 재생이 수행되는 모드이다. 펌프(P)의 작동을 중단하고 밸브(183)와 밸브(184)를 개방하면, 팽창 탱크(S)에서 중력에 의해 낙하하는 난방수에 의해, 재생모드를 수행하기 위한 유동이 발생할 수 있다. 즉, 팽창 탱크(S)에서 중력에 의해 낙하하는 난방수가 제2 유로(132)를 통해 필터부(160)로 유입될 수 있다. 이와 같은 제어는 후술할 실시예들에도 적용될 수 있다.
그런데 밸브(184)는 재생모드 중에 개방과 폐쇄를 반복할 수 있다. 전극에 흡착된 이온성 물질의 탈착에는 난방수의 정체가 보다 유리한데, 난방수의 정체 상태를 일시적으로 형성하기 위해, 밸브(184)는 재생모드 중에 배수 유로(134)를 폐쇄할 수 있다. 이와 같은 제어는, 배수되어 버려지는 난방수의 유량을 감소시킬 수도 있다. 이와 같은 제어는 후술할 실시예들에도 적용될 수 있다.
참고로, 위와 같은 개방/폐쇄의 반복을 통한 재생의 경우에는, 펌프(P)가 난방수의 유동방향을 기준으로 제1 유로(131)보다 상류 측에서, 제1 유로(131)에 인접하게, 메인 유로(130)에 마련되는 것이 더 효과적일 수 있다. 이는 후술할 실시예들에서도 동일하다.
CDI 방식의 필터부(160)의 구체적인 제어 (제거모드)
본 실시예의 제어부는, 제1 유로(131)를 따라 유동하거나, 또는 제1 유로(131)로 유입되기 전(예를 들어, 도 1 중의 P1 지점)에 메인 유로(130)를 따라 유동하는 난방수 중의 이온성 물질의 양이 기설정된 목표량으로 감소될 때까지 재생모드 시를 제외하고, 난방수의 우회가 계속되도록 제1 밸브부(180)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 목표량은 후술할 TDS를 기준으로 정해질 수 있으며, 구체적으로 150 PPM이나 그 이하일 수 있다.
제거모드 시에 난방수가 메인 유로(130)에서 우회되어 필터부(160)로 공급됨에 따라, 메인 유로(130)를 따라 유동하는 난방수 중의 이온성 물질의 양은 점차 감소할 것이다. 이때, 제1 유로(131)를 따라 유동하는 난방수나, 제1 유로(131)로 유입되기 전에 메인 유로(130)를 따라 유동하는 난방수는, 필터부(160)로 유입되기 전이기 때문에, 이온성 물질을 가장 많이 함유하고 있을 것이다. 이에 따라, 제어부가 위와 같이 제1 밸브부(180)를 제어하면, 메인 유로(130)를 따라 유동하는 난방수의 전부가 대체로 목표량 이하의 이온성 물질을 함유하게 할 수 있다.
다만, 위와 같은 우회 중에 전극의 재생이 필요하면, 제어부는 위와 같은 제어를 중단하고, 재생모드에 요구되는 후술할 제어를 수행한다. 재생모드가 종료되면 제어부는 다시 위와 같은 제어를 속행한다.
한편, 보일러의 경우 난방수가 재공급될 때까지 기존 난방수가 계속 순환하기 때문에, 난방수의 재공급 전까지는 위와 같은 필터링이 스케일의 발생을 반영구적으로 방지할 수 있다. 그런데 이미 발생된 스케일은 제거하기 어렵다. 이에 따라 위와 같은 제어는, 메인 유로(130)로 난방수가 최초로 공급되거나, 또는 최초 공급 후에 추가로 공급될 때마다, 수행되는 것이 바람직하다. 그리고 난방수가 새로 공급되면 초기에 탄산 칼슘의 석출/고착이 주로 발생하기 때문에, 난방수를 새로 공급하는 중에, 또는 공급 직후에 위와 같은 제어가 수행되는 것이 바람직하다.
참고로, 제거모드 시에 메인 유로(130)에서 필터부(160)로 우회되는 난방수의 유량은 필터부(160)의 용량에 기초해서 결정될 수 있다. 예를 들어, 필터부(160)의 용량이 충분히 크다면, 메인 유로(130) 중의 난방수의 전부를 필터부(160)로 우회시킬 수도 있고, 필터부(160)의 용량이 크지 않다면, 필터부(160)의 용량을 고려하여, 메인 유로(130) 중의 난방수의 일부만 필터부(160)로 우회시킬 수도 있다. 다만, 후자의 경우에는 난방수 중의 이온성 물질의 양을 목표량으로 만드는 데에 시간이 더 소요될 뿐이다.
한편, 메인 유로(130)에서 제1 유로(131)로 우회되는 난방수의 유량인 우회 유량은 아래와 같이 조절될 수도 있다.
첫째로, 우회 유량은 하기 식으로 정의되는 제거율에 기초해서 조절될 수 있다. 아래에서 Ain은 제1 유로(131)를 따라 유동하는 난방수 중의 이온성 물질의 양이고, Aout은 제2 유로(132)를 따라 유동하는 난방수 중의 이온성 물질의 양이다.
Figure 112020088451574-pat00003
Ain과 Aout을 획득하기 위해 제1 유로(131)와 제2 유로(132)에 각각 후술할 TDS 센서가 설치될 수 있다. 또는, 난방수가 메인 유로(130)와 난방 유로(C)를 순환하는 중에 (난방수의 추가 공급이 없는 이상) 이온성 물질이 난방수에 추가될 가능성은 희박하고, 난방수가 메인 유로(130)와 난방 유로(C)를 1 순환하는 데에 소요되는 시간은 대체로 일정하기 때문에, 제1 유로(131)에 설치된 TDS 센서(191)에서 먼저 TDS 값을 획득하여 이를 기초로 Ain을 획득하고, 소정 시간, 예를 들어 난방수가 1 순환하는 데에 소요되는 시간의 경과 후에 동일 TDS 센서(191)에서 다시 TDS 값을 획득하여 이를 기초로 Aout을 획득할 수도 있다.
필터부(160)의 제거 용량은 보통 고정되어 있다. 따라서 필터부(160)로 공급되는 난방수의 유량이 많아지면, 어느 유량 이후에는 필터부(160)에 의한 이온성 물질의 제거율이 감소한다. 이와 같이 우회 유량은 제거율에 영향을 미친다. 즉 우회 유량의 감소는 제거율의 증가를 가져오고, 우회 유량의 증가는 제거율의 감소를 가져온다.
제거율의 조절은 필터부(160)의 용량과 관계가 있다. 예를 들어, 필터부(160)의 크기를 줄여, 필터부(160)의 용량을 감소시키는 대신, 필터부(160)로 우회되는 난방수의 유량을 줄이면, 작은 크기의 필터부(160)로도 충분히 난방수 중의 이온성 물질을 제거할 수 있다.
다만, 우회 유량의 감소로 인해서 난방수의 우회 시간은 다소 증가될 수 있는데, 보일러에서는 동일 난방수가 유로를 따라 계속 순환하기 때문에, 즉 이온성 물질의 추가 유입이 없기 때문에, 시간의 증가가 본 실시예에 의한 스케일 발생의 방지에 크게 악영향을 미치지는 않는다.
또는, 제거율의 조절은 원수의 수질과 관계가 있다. 예를 들어, 최초 공급된 원수나 추가 공급된 원수에 이온성 물질이 다량 포함되어 있을 경우, 제어부는 제1 밸브부(180)에 대한 제어를 통해 우회 유량을 감소시킬 수 있다.
한편, 우회 유량의 조절은 제어부에 의한 제1 밸브부(180)의 제어를 통해 수행될 수 있다. 이는 이하의 우회 유량의 조절의 경우에도 동일하다.
둘째로, 우회 유량은 필터부(160)에서 배출되어 제2 유로(132)를 따라 유동하는 난방수 중의 이온성 물질의 양인 잔존량에 기초해서 조절될 수 있다. 잔존량의 획득을 위해 제2 유로(132)에 TDS 센서를 설치할 수 있다. 또는 제1 유로(131)에 설치된 TDS 센서(191)에서 먼저 TDS 값을 획득하고, 소정 시간의 경과 후에 동일 TDS 센서(191)에서 다시 TDS 값을 획득하여 이를 기초로 잔존량을 획득할 수도 있다.
필터부(160)의 제거 용량은 보통 고정되어 있다. 따라서 필터부(160)로 공급되는 난방수의 유량이 많아지면 잔존량, 즉 제거되지 않은 이온성 물질의 양은 증가한다. 이와 같이 우회 유량은 잔존량에 영향을 미친다. 즉, 우회 유량의 증가는 잔존량의 증가를 가져오고, 또한 우회 유량의 감소는 잔존량의 감소를 가져온다.
잔존량의 조절도 제거율의 조절과 동일하게 필터부(160)의 용량이나 원수의 수질과 관계될 수 있다.
센싱부(191)
본 실시예의 보일러는 난방수 중의 이온성 물질의 양을 획득하기 위해, 난방수의 TDS(총용존고형물)를 센싱하는 센싱부, 예를 들어 TDS 센서(191)를 더 포함할 수 있다. 용액 중의 용해성 물질의 양은 용액의 전기 전도도에 영향을 미치는데 TDS 센서(191)는 용액의 전기 전도도를 측정하여, 용액의 TDS를 추정하는 장치이다.
난방수 중의 이온성 물질의 양을 직접 획득하는 것은 쉽지 않다. 그런데 용액의 TDS와 용액 중의 이온성 물질의 양은 상관관계가 있다. 따라서 본 실시예의 보일러는 TDS 센서(191)를 통해 획득한 난방수의 TDS에 기초해서, 난방수 중의 이온성 물질의 양을 추정하는 방식을 채택할 수 있다.
센싱부(191)는 제1 유로(131)에 마련되어, 제1 유로(131)를 따라 유동하는 난방수의 TDS를 센싱할 수 있다. 또한 센싱부 또는 TDS 센서는 메인 유로(130), 예를 들어 P1 지점에 마련될 수도 있다. 또한 센싱부는 후술할 도 5에 도시되어 있듯이, 제1 유로와 메인 유로의 연결 지점보다 상류 측의 메인 유로에 마련될 수도 있다. 본 명세서 중에서 이온성 물질의 양은 위와 같이 TDS에 기초해서 획득될 수 있다.
참고로, TDS 센서에서 측정된 측정값은 저장될 수 있다. 이를 통해 최초 공급된 원수나, 추가 공급된 원수의 수질을 지속적으로 모니터링할 수 있다.
스케일 발생의 방지방법
앞의 내용들은 다음과 같이 스케일 발생의 방지방법으로 구현될 수 있다.
스케일 발생의 방지방법은, 보일러 케이스(110)와, 메인 유로(130)와, 메인 유로(130)를 따라 유동하는 물을 가열하기 위한 열원부(150)를 포함하는 보일러에서 스케일 발생을 방지하기 위한 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로 위의 방지방법은, 제거단계와 종료단계를 포함한다. 제거단계는, 메인 유로(130)를 따라 유동하는 물이나, 메인 유로(130)로 공급되기 위한 물 중에 포함되어 스케일 발생을 초래하는 이온성 물질을 전기적인 힘에 기초해서 제거하는 단계이다. 그리고 종료단계는 제거단계를 종료시키는 단계이다.
예를 들어, 제거단계는 이온성 물질을 제거하는 필터부의 전극에 대해서 전압을 인가하는 단계일 수 있고, 종료단계는 전극에 대한 전압의 인가를 중단하는 단계일 수 있다. 또는 제거단계는 이온성 물질의 제거를 위해서 메인 유로(130) 중의 물을 필터부로 우회시키는 단계일 수 있고, 종료단계는 위와 같은 우회를 중단하는 단계일 수 있다.
위의 방지방법은, 전극을 통해서 물 중의 이온성 물질을 제거하는 필터부에 의해서 제거단계가 수행되는 경우, 전극을 재생하는 재생단계를 더 포함할 수 있다. 재생단계는 전술한 재생모드에 대응될 수 있다.
위의 종료단계는, 메인 유로(130)를 따라 유동하는 물 중의 이온성 물질의 양이 제거단계에 의해, 기설정된 목표량으로 감소되면, 제거단계를 종료시키는 단계일 수 있다. 이는 필터부(160)의 제어와 관련하여 앞서 설명한 내용에 대응될 수 있다.
한편, 제거단계의 수행 중이더라도 필터부의 전극에 대한 재생이 요구되면 제거단계는 일시적으로 중단될 수 있고, 제거단계의 중단 중에 재생단계가 수행될 수 있다. 재생단계의 종료 후 제거단계의 속행이 필요하면, 예를 들어 메인 유로를 따라 유동하는 물 중의 이온성 물질의 양이 기설정된 목표량으로 감소되기 전이라면, 제거단계는 속행될 수 있다.
위의 방지방법은, 제거단계 시에 제1 유로(131)를 통해 메인 유로(130)에서 필터부(160)로 우회되는 물의 유량인 우회 유량을 결정하는 결정단계를 더 포함할 수 있다. 결정단계는 전술한 제거율이나 잔존량에 기초해서 우회 유량을 결정할 수 있다.
위의 방지방법은 물 가열기에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다. 그리고 제거단계는 전기 탈이온 방식에 기초해서 물 중의 이온성 물질을 제거할 수 있다.
실시예 2
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 보일러를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다. 본 실시예에 따른 보일러는 전술한 실시예 1에 따른 보일러와 필터부의 구성과 제어에 있어 기본적인 차이가 있다. 참고로, 전술한 구성과 동일한 또는 상당한 구성에 대해서는 동일한 또는 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예의 제1 밸브부(180')는 개폐 밸브(181')와 조절 밸브(182')를 포함하고, 제2 밸브부(183')는 개폐 밸브를 포함한다. 개폐 밸브는 솔레노이드 밸브일 수 있다.
개폐 밸브(181')는 제1 유로(131)에 마련되어 제1 유로(131)의 개폐를 조절한다. 조절 밸브(182')는 제1 유로(131)를 따라 유동하는 난방수의 유동방향을 기준으로 개폐 밸브(181')보다 하류 측에서 제1 유로(131)에 마련되고, 제1 유로(131)를 따라 유동하는 난방수의 유량을 조절한다. 제1 밸브부(180')는, 개폐 밸브(181')를 통해 제1 유로(131)를 개방하고, 조절 밸브(182')를 통해, 제1 유로(131)를 따라 유동하는 난방수의 유량을 조절하여, 메인 유로(130)에서 필터부(160)로 우회되는 난방수의 유량을 조절할 수 있다.
한편, 스케일의 발생은 보일러에 국한되는 문제는 아니다. 칼슘 이온을 함유하는 원수를 공급받아 이를 가열하는 물 가열기에 있어서는 언제라도 스케일이 발생할 수 있다. 이에 따라 본 실시예의 필터부(이온 제거유닛)는, 난방을 제공하기 위한 보일러나, 온수를 제공하기 위한 온수기(별도의 온수탱크를 구비하지 않는 직수식의 온수기나, 별도의 온수탱크를 구비하는 탱크식의 온수기), 또는 온수기 겸용 보일러 등의 물 가열기에 적용되어, 메인 유로를 따라 유동하며 열원에 의해 가열되는 물 중의 이온성 물질을, 전기 탈이온 방식으로 제거할 수 있다.
예를 들어, 도 4에서 직수가 공급되어 가열되기 위한 유로도 메인 유로(130')에 해당할 수 있으며, 메인 유로(130')와 필터부(160)를 2개의 유로(직수 공급유로와 직수 회수유로)에 의해 연통시켜, 직수 중의 이온성 물질을 필터부(160)에 의해 제거할 수 있다. 도 4의 실시예의 경우에는, 난방수의 가열을 위한 메인 유로(130)와, 직수의 가열을 위한 메인 유로(130')가 하나의 필터부(160)에 연통되어 있다.
참고로, 직수는 난방수의 일부와 열교환기(H3)에서 열교환을 하여 가열될 수 있다. 그리고 온수기에 있어 탄산 칼슘의 고착에는 물 중의 칼슘 이온의 농도 및 사용 온도와 함께, 사용 물량이 영향을 미친다. 이와 같은 특징으로 인해 온수기의 경우에는 사용 물량의 증가에 따라, 고착 발생의 확률이 증가하는 특성을 보인다.
한편, 본 명세서 중의 다른 실시예들도 물 가열기에 적용될 수 있다. 그리고 이온 제거유닛에도 전술한 필터부의 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
그런데, 본 실시예의 보일러는 전술한 밸브들을 제어하기 위해 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 제어에 대한 구체적인 내용은 다음과 같다.
첫째로, 제어부는 제거모드 시와 재생모드 시에 밸브들을 다음과 같이 제어할 수 있다. 이하의 밸브(187)와 밸브(188)는 직수 라인과 필터부(160)를 연통하는 2개의 유로에 각각 구비되어, 각 유로의 개폐를 조절하는 개폐 밸브들이다. 본 실시예에 있어 난방수의 유동은 이하의 제어에 의해, 실시예 1에 있어 난방수의 유동과 실질적으로 동일해진다. (우회 유량에는 차이가 있을 수 있다.)
구분 밸브(181') 밸브(183') 밸브(184) 밸브(187) 밸브(188) 펌프(P)
제거모드 개방 개방 폐쇄 폐쇄 폐쇄 작동
재생모드 폐쇄 개방 개방 폐쇄 폐쇄 작동
둘째로, 제어부는 제거모드 시와 재생모드 시에 밸브들을 다음과 같이 제어할 수 있다. 이하의 제어는 직수를 이용하여 메인 유로(130)에 난방수를 새로 또는 추가 공급할 때에 유용하다. 즉, 직수 라인을 통해 공급되는 직수를 필터부(160)를 거쳐서 메인 유로(130)로 공급함으로써, 이온성 물질이 제거된 원수를 메인 유로(130)에 공급할 수 있다. 이때 펌프는 작동되지 않더라도 직수의 공급 수압에 의해 물이 유동할 수 있다. 그리고 이하의 제어는, 재생모드 중에 직수를 이용하기 때문에, 즉 재생모드 중에 메인 유로(130) 내의 물을 이용하지 않기 때문에, 재생모드 후에 메인 유로나 팽창 탱크로 물을 보충할 필요가 없다.
구분 밸브(181') 밸브(183') 밸브(184) 밸브(187) 밸브(188) 펌프(P)
제거모드 폐쇄 개방 폐쇄 개방 폐쇄 미작동
재생모드 폐쇄 폐쇄 개방 폐쇄 개방 미작동
참고로, 메인 유로(130')와 필터부(160)를 연통하는 2개의 유로, 또는 이들 유로와 메인 유로(130')의 연결 지점에는 삼방 밸브와 같은 밸브가 추가 구비될 수 있다. 그리고 메인 유로(130')와 필터부(160)를 연통하는 2개의 유로는, 보일러 케이스의 외부에서 공급된 물을 필터부(160)로 안내하기 위한 유로이기 때문에 후술할 보충 유로에 해당할 수 있다.셋째로, 제어부는 제거모드 시와 재생모드 시에 밸브들을 다음과 같이 제어할 수 있다. 이하의 제어는 직수 중의 이온성 물질을 제거할 때에 유용하다. 이하의 제어의 경우 메인 유로(130) 중의 난방수에 대해서는 필터링이 진행되지 않는다. 참고로, 메인 유로(130')와 필터부(160)를 연통하는 2개의 유로, 또는 이들 유로와 메인 유로(130')의 연결 지점에는 삼방 밸브와 같은 밸브가 추가 구비될 수 있다.
구분 밸브(181') 밸브(183') 밸브(184) 밸브(187) 밸브(188) 펌프(P)
제거모드 폐쇄 폐쇄 폐쇄 개방 개방 미작동
재생모드 폐쇄 폐쇄 개방 폐쇄 개방 미작동
한편, 밸브(187)는 도 1의 밸브(181)와 같이 연결 지점에 마련되는 삼방 밸브로 대체될 수 있고, 밸브(188)는 도 1의 밸브(183)와 같이 연결 지점의 하류 측에 마련되는 밸브로 대체될 수 있다.
실시예 3
도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 보일러를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다. 본 실시예에 따른 보일러는 전술한 실시예 1에 따른 보일러와 필터부의 구성과 제어에 있어 기본적인 차이가 있다. 참고로, 전술한 구성과 동일한 또는 상당한 구성에 대해서는 동일한 또는 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예의 보일러는, 메인 유로(130)와 필터부(160)의 입구를 연통하는 제1 유로(231), 메인 유로(130)를 따라 유동하는 난방수의 유동방향을 기준으로 제1 유로(231)보다 하류 측에서 메인 유로(130)와 필터부(160)의 출구를 연통하는 제2 유로(232), 및 필터부(160)의 출구에 연통되어 필터부(160)를 거친 난방수를 배수하기 위한 배수 유로(234)를 포함한다.
또한, 본 실시예의 보일러는, 제1 유로(231)에 마련되어 제1 유로(231)의 개폐를 조절하는 제1 밸브(281)와, 제2 유로(232)와 배수 유로(234)의 분기 지점에 마련되는 삼방 밸브인 제2 밸브(283)를 더 포함한다. 제1 밸브(281)는 솔레노이드 밸브일 수 있다.
본 실시예의 보일러는 전술한 밸브들을 제어하기 위해 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 제어부는 제거모드 시와 재생모드 시에 밸브들을 다음과 같이 제어할 수 있다.
구분 밸브(281) 밸브(283) 펌프(P)
제거모드 개방 메인 유로 측으로 개방 작동
재생모드 개방 배수 유로 측으로 개방 작동
위에 의할 경우, 제거모드 시에 난방수는 메인 유로(130)에서 제1 유로(231)를 통해 필터부(160)로 유입되고, 이온성 물질의 제거 후에 제2 유로(232)를 통해 메인 유로(130)로 복귀된다. 또한 재생모드 시에 난방수는 메인 유로(130)에서 제1 유로(131)를 통해 필터부(160)로 유입되고, 탈착된 이온성 물질과 함께 배수 유로(234)를 통해 배수된다. 본 실시예의 경우에는, 제거모드 시와 재생모드 시에 있어 난방수의 유동방향이 서로 같다. 이와 같은 경우에는, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 필터부(160)에 연결되는 유로의 구조를 매우 단순화시킬 수 있다.
본 실시예의 재생모드의 경우에는, 펌프(P)의 작동으로 유동이 발생할 수도 있고, 펌프(P)의 미작동 중에 팽창 탱크(S)에서 중력에 의해 낙하하는 난방수에 의해서 유동이 발생할 수도 있다. 참고로, 밀폐식의 팽창 탱크가 적용되어 있는 보일러의 경우에는, 펌프(P)의 미작동 중에 배수 유로 측의 밸브를 개방하면, 유로 내의 압력(잔압)에 의해서 유동이 발생할 수도 있다.
한편, 전극에 흡착된 이온성 물질의 탈착에는 난방수의 정체가 보다 유리하다. 본 실시예의 보일러의 경우, 재생모드 시에, 필터부 내에 난방수의 정체를 일시적으로 형성하기 위해 '밸브(281)의 개방과, 밸브(283)의 배수 유로 측으로의 개방' 및 '밸브(281)의 폐쇄와, 밸브(283)의 메인 유로 측으로의 개방'이 교대로 반복 수행될 수 있다. 전자의 제어 중에는 메인 유로(130)의 난방수가 필터부(160)를 거쳐서 배수 유로(234)를 따라 배수될 것이다. 전자의 제어 후에 후자의 제어가 수행되면, 밸브(281)에 의한 유로(231)의 폐쇄에 의해, 필터부(160) 중의 난방수가 메인 유로 측으로 배수되지 않고, 정체될 수 있다. 이에 의해 난방수의 정체가 일시적으로 형성될 수 있다. 추가로, 후자의 제어 중에 펌프(P)의 작동이 중단되면, 난방수의 정체가 보다 효과적으로 형성될 수 있다.
참고로, 본 실시예의 보일러는 제어부에 의한 펌프(P)의 제어를 통해 필터부(160)로 공급되는 난방수의 유량을 조절할 수 있다.
실시예 4
도 6은 본 발명의 실시예 4에 따른 보일러를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다. 본 실시예에 따른 보일러는 전술한 실시예 3에 따른 보일러와 필터부의 구성과 제어에 있어 기본적인 차이가 있다. 참고로, 전술한 구성과 동일한 또는 상당한 구성에 대해서는 동일한 또는 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예의 보일러는, 메인 유로(130)와 필터부(160)의 입구를 연통하는 제1 유로(231), 메인 유로(130)를 따라 유동하는 난방수의 유동방향을 기준으로 제1 유로(231)보다 하류 측에서 메인 유로(130)와 필터부(160)의 출구를 연통하는 제2 유로(232), 및 필터부(160)의 출구에 연통되어 필터부(160)를 거친 난방수를 배수하기 위한 배수 유로(234)를 포함한다.
또한, 본 실시예의 보일러는, 제2 유로(232)에 마련되어 제2 유로(232)의 개폐를 조절하는 제2 밸브(283')와, 배수 유로(234)에 마련되어 배수 유로(234)의 개폐를 조절하는 배수 밸브(284)를 더 포함한다.
본 실시예의 보일러는 전술한 밸브들을 제어하기 위해 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 제어부는 제거모드 시와 재생모드 시에 밸브들을 다음과 같이 제어할 수 있다. 본 실시예에 있어 난방수의 유동은 이하의 제어에 의해, 실시예 3에 있어 난방수의 유동과 실질적으로 동일해진다.
구분 밸브(283') 밸브(284) 펌프(P)
제거모드 개방 폐쇄 작동
재생모드 폐쇄 개방 작동
한편, 전극에 흡착된 이온성 물질의 탈착에는 난방수의 정체가 보다 유리하다. 본 실시예의 보일러의 경우, 재생모드 시에, 필터부 내에 난방수의 정체를 일시적으로 형성하기 위해 '밸브(283')의 폐쇄와 밸브(284)의 개방' 및 '밸브(283')의 폐쇄와 밸브(284)의 폐쇄'가 교대로 반복 수행될 수 있다. 전자의 제어 중에는 메인 유로(130)의 난방수가 필터부(160)를 거쳐서 배수 유로(234)를 따라 배수될 것이다. 전자의 제어 후에 후자의 제어가 수행되면, 필터부(160) 중의 난방수가 정체될 수 있다. 이에 의해 난방수의 정체가 일시적으로 형성될 수 있다. 한편, 실시예 4에 따른 보일러는 도 7과 같이 변형될 수 있다. 도 7은 본 발명의 실시예 4에 따른 보일러의 제1 변형예를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다.
본 변형예의 보일러는, 메인 유로(130)와 필터부(160)의 입구를 연통하는 제1 유로(231')와, 메인 유로(130)와 필터부(160)의 출구를 연통하는 제2 유로(232')를 포함하되, 메인 유로(130)를 따라 유동하는 난방수의 유동방향을 기준으로, 제1 유로(231')는 펌프(P)의 하류 측에서 메인 유로(130)에 연통되고, 제2 유로(232')는 펌프(P)의 상류 측에서 메인 유로(130)에 연통된다.
유체가 순환하는 폐쇄 루프에서 유체의 압력이 가장 높은 곳은 유체를 압송하는 펌프의 출구이고, 유체의 압력이 가장 낮은 곳은 펌프의 입구일 수 있다. 본 변형예의 보일러는 위와 같은 압력 관계에 기초해서, 제1 유로(231')와 제2 유로(232') 사이의 압력 차이를 크게 함으로써, 메인 유로(130) 중의 난방수가 원활하게 필터부(160)로 유입되게 한다.
또한 본 변형예의 보일러에서, 메인 유로(130)를 따라 유동하는 난방수의 유동방향을 기준으로, 제1 유로는 펌프(P)와 열교환기(H1, H2)의 사이(즉, 펌프의 하류 측이고 동시에 열교환기의 상류 측인 위치)에서 메인 유로(130)에 연통될 수 있고, 제2 유로는 열교환기(H1, H2)의 하류 측에서 메인 유로(130)에 연통될 수 있다. 위의 예는, 난방수의 압력은 난방수가 열교환기를 통과하는 중에 감소될 수 있다는 점을 고려한 것이다.
참고로, 메인 유로(130) 중의 물이 원활히 필터부(160)로 안내되기 위해서는 제1 유로(231') 측의 압력보다 제2 유로(232') 측의 압력이 낮은 것이 바람직할 수 있다. 그런데 이와 같은 압력 관계가 만족되지 않더라도, 메인 유로(130) 중의 물은 제1 유로(231')를 통해 조금씩 필터부(160)로 우회될 수 있다. 물은 계속 순환하므로 위와 같이 적은 양이 필터부(160)로 공급되더라도 물 중의 이온성 물질을 필요 정도까지 낮출 수 있다. 이는 다른 실시예들이나 변형예들에서도 동일하다.
그리고 도 7에는 팽창 탱크(S)의 하류 측에 펌프(P)가 마련된 예가 도시되어 있다. 이에 따라 제1 유로(231')는 펌프(P)의 하류 측에서 메인 유로(130)에 연통되고, 제2 유로(232')는 팽창 탱크(S)의 상류 측에서 메인 유로(130)에 연통된다.
또한, 실시예 4에 따른 보일러는 도 8과 같이 변형될 수 있다. 도 8은 본 발명의 실시예 4에 따른 보일러의 제2 변형예를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다.
본 변형예의 보일러는 잠열 열교환기(H1)와 현열 열교환기(H2)를 포함할 수 있는데, 잠열 열교환기(H1)는 배기가스의 응축 중에 발생되는 응축잠열을 이용하는 열교환기이다. 이에 따라 잠열 열교환기(H1)에서는 배기가스의 응축으로 인한 응축수가 발생한다. 응축수의 제거를 위해서, 응축수가 수집되는 응축수 받이(A)와, 응축수가 일시적으로 저장되는 응축수 수집통(B)이 구비될 수 있다. 그런데 응축수는 보통 강산성을 띠기 때문에, 보일러에서 배출되기 전에 응축수에 대한 중화처리가 필요할 수 있다. 이를 위해 응축수 수집통(B)에 탄산칼슘(CaCO3)이 저장되어 있을 수 있다. 탄산칼슘은 중화처리에 따라 점차 소모되기 때문에 탄산칼슘의 주기적인 보충이 일반적으로 필요하다. 참고로, 응축수 수집통(B)과 팽창 탱크(S)는 일체로 마련될 수도 있다. 예를 들어, 단일 탱크의 어느 일부에선 난방수의 부피 팽창을 수용하고, 단일 탱크의 다른 일부에선 응축수를 수집할 수 있다.
본 변형예의 보일러는 재생모드 시에 배수 유로(234)를 따라서 배수되는 난방수의 전부 또는 일부를 분기 유로(234')를 통해서 응축수 수집통(B)으로 공급한다. 재생모드 시에 배수되는 난방수에는 고농도의 칼슘 이온이나 마그네슘 이온이 포함되어 있다. 따라서 위와 같은 난방수는 탄산칼슘의 역할을 대체할 수 있기 때문에, 난방수를 응축수 수집통(B)으로 공급하는 것은 중화처리에 소비되는 탄산칼슘의 공급을 줄이거나 없앨 수 있다.
참고로, 분기 유로(234')나, 분기 유로(234')와 배수 유로(234)의 연결 지점 등에는 위와 같은 난방수의 공급을 위해 밸브가 추가 구비될 수 있다. 배수되는 난방수의 전부가 응축수 수집통으로 공급되는 경우, 배수 유로(234)와 분기 유로(234')는 하나의 유로로 형성되어, 배수 유로(234)가 직접 응측수 수집통(B)에 연결되는 형태를 취할 수도 있다.
제1 변형예나 제2 변형예의 내용은 전술한 실시예나 후술할 실시예에 적용될 수도 있다.
실시예 5
도 9는 본 발명의 실시예 5에 따른 보일러를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다. 본 실시예에 따른 보일러는 전술한 실시예 4에 따른 보일러와 필터부의 구성과 제어에 있어 기본적인 차이가 있다. 참고로, 전술한 구성과 동일한 또는 상당한 구성에 대해서는 동일한 또는 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예의 보일러는, 제1 유로(231), 제2 유로(232), 및 배수 유로(234)에 더해서, 제1 유로(231)와 공급 유로(135)를 연통하는 보충 유로(136)를 포함한다. 또한 본 실시예의 보일러는, 제2 밸브(283')와, 배수 밸브(284)에 더해, 제1 유로(231)와 보충 유로(136)의 연결 지점에 마련되는 삼방 밸브(281')를 더 포함한다. 그리고 본 실시예의 보일러는 공급 유로(135)와 보충 유로(136)의 연결 지점에 삼방 밸브(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
본 실시예의 보일러는 전술한 밸브들을 제어하기 위해 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 제어부는 제거모드 시와 재생모드 시에 밸브들을 다음과 같이 제어할 수 있다. 본 실시예의 보일러는 아래의 제어를 통해, 재생모드 시에 메인 유로(130)의 중의 난방수를 활용할 수도 있고, 보일러의 외부에서 공급되는 원수(직수)를 활용할 수도 있다.
구분 밸브(281') 밸브(283') 밸브(284) 펌프(P)
제거모드
1		 메인 유로(130)와 필터부(160)가 연통되게 개방 개방 폐쇄 작동
재생모드
1		 메인 유로(130)와 필터부(160)가 연통되게 개방 폐쇄 개방 작동
제거모드
2		 보충 유로(136)와 필터부(160)가 연통되게 개방 개방 폐쇄 작동/미작동
재생모드
2		 보충 유로(136)와 필터부(160)가 연통되게 개방 폐쇄 개방 작동/미작동
본 실시예의 제거모드 1과 재생모드 1에 있어 난방수의 유동은 위의 제어에 의해, 실시예 4의 제거모드와 재생모드에 있어 난방수의 유동과 실질적으로 동일해진다.본 실시예의 제거모드 2는, 공급 유로(135) 중의 원수(직수)를 우회시킨 후, 원수에서 이온성 물질을 제거하고, 이를 메인 유로(130)로 공급하는 모드이다. 제거모드 2는 메인 유로(130)에 원수를 추가 공급할 때에 유용하게 활용될 수 있다.
본 실시예의 재생모드 2는, 공급 유로(135) 중의 원수를 우회시켜 이를 재생모드에 활용하는 모드이다. 재생모드 2는 재생모드를 위해 메인 유로(130) 중의 난방수를 이용하고 배수할 필요가 없기 때문에, 재생모드의 완료 후에 난방수의 보충이 불필요하다.
참고로, 제거모드 2와 재생모드 2는 공급 유로(135)로 공급되는 원수의 수압을 활용할 수 있기 때문에, 펌프(P)의 미작동 중에도 활용이 가능하다. 그리고 공급 유로(135)로 공급되는 원수는, 온수의 공급을 위해 보일러의 외부에서 공급되는 물(예를 들어, 수돗물)일 수 있다. 또한 도 9에는 보충 유로(136)가 공급 유로(135)에서 분기되는 것으로 예시되고 있으나, 보충 유로(136)는 공급 유로(135)와 별도로 구비되어 원수(직수)를 바로 공급받을 수도 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 본 실시예의 보일러는, 메인 유로(130)를 따라 유동하는 물과, 보일러 케이스의 외부에서 공급되는 물 중의 적어도 어느 하나를 유로부(136, 231)를 통해 필터부(160)로 안내할 수 있다.
특히, 본 실시예의 보일러는 제거모드 시에, 메인 유로(130)를 따라 유동하는 물과, 보일러 케이스의 외부에서 공급되는 물 중의 어느 하나를, 유로부(136, 231) 또는 유로부(136, 231)와 밸브(281')를 통해, 선택적으로 필터부(160)로 안내할 수 있다. 이는 물의 보충 필요성에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어 메인 유로(130)나 팽창 탱크(S)로 물을 보충할 필요가 있다면, 보일러 케이스의 외부에서 공급된 물을 보충 유로(136)를 통해 필터부(160)로 안내하는 것이 바람직할 수 있다. 이와 같은 경우, 필터부(160)에 의해 필터링된 물이 메인 유로로 공급되기 때문에, 스케일의 발생을 예방할 수 있다. 물의 보충이 불필요하다면 메인 유로(130) 내의 물을 필터부(160)로 공급하는 것이 효율적일 것이다.
또한, 본 실시예의 보일러는 재생모드 시에, 메인 유로(130)를 따라 유동하는 물과, 보일러 케이스의 외부에서 공급되는 물 중의 어느 하나를, 유로부(136, 231) 또는 유로부(136, 231)와 밸브(281')를 통해, 선택적으로 필터부(160)로 안내할 수 있다. 재생모드 중에 외부의 물(예를 들어, 직수)을 이용하면, 재생모드 중에 메인 유로(130) 내의 물을 이용하지 않게 되기 때문에, 재생모드 후에 메인 유로나 팽창 탱크로 물을 보충할 필요가 없다.
본 실시예의 보일러에서, 제거모드 시에 메인 유로 내의 물을 제1 유로를 통해 필터부로 공급한다면, 필터부(160)의 제어와 관련하여 실시예 1의 보일러에서 설명한 내용이 적용될 수 있다. 예를 들어, 제어부는, 제1 유로(231)를 따라 유동하거나, 또는 제1 유로로 안내되기 전에 메인 유로(130)를 따라 유동하는 물 중의 이온성 물질의 양이 기설정된 목표량으로 감소될 때까지, 메인 유로(130)에서 필터부(160)로 물의 안내가 계속되도록 밸브(281')를 제어할 수 있다. 다만, 재생모드 시에 다른 유로(예를 들어, 보충 유로)에서 필터부(160)로 물이 안내돼야 한다면, 위의 제어는 일시적으로 중단될 수 있다.
한편, 실시예 5에 따른 보일러는 도 10과 같이 변형될 수 있다. 도 10은 본 발명의 실시예 5에 따른 보일러의 제1 변형예를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다.
본 변형예의 보일러는, 메인 유로(130)와 필터부(160)의 입구를 연통하는 제1 유로(231'')와, 메인 유로(130)와 필터부(160)의 출구를 연통하는 제2 유로(232'')를 포함하되, 이들 유로들이 메인 유로(130)에 병합되어 있다. 즉, 메인 유로(130) 중의 어느 일부, 예를 들어 제1 삼방 밸브(281'')와 필터부(160) 사이의 메인 유로는 제1 유로(231'')의 역할을, 다른 어느 일부, 예를 들어 필터부(160)와 제2 삼방 밸브(282'') 사이의 메인 유로는 제2 유로(232'')의 역할을 수행하고 있다.
또한 본 변형예의 보일러는, 제1 유로(231'')와 보충 유로(136)의 연결 지점에 마련되는 제1 삼방 밸브(281''), 및 제2 유로(232'')와 배수 유로(234'')의 연결 지점에 마련되는 제2 삼방 밸브(281'')를 포함한다. 이들 밸브들을 아래와 같이 제어하여 실시예 5의 보일러와 동일하게 물의 유동을 형성할 수 있다.
구분 밸브(281'') 밸브(282'') 펌프(P)
제거
모드
1		 밸브(281'') 상류의 메인 유로(130)와 필터부(160)가
연통되게 개방		 밸브(282'') 하류의 메인
유로(130)와 필터부(160)가
연통되게 개방		 작동
재생
모드
1		 밸브(281'') 상류의 메인
유로(130)와 필터부(160)가
연통되게 개방		 drain 측으로 연통되게 개방 작동
제거
모드
2		 보충 유로(136)와 필터부(160)가
연통되게 개방		 밸브(282'') 하류의 메인
유로(130)와 필터부(160)가
연통되게 개방		 작동/
미작동
재생
모드
2		 보충 유로(136)와 필터부(160)가
연통되게 개방		 drain 측으로 연통되게 개방 작동/
미작동
실시예 6
도 11은 본 발명의 실시예 6에 따른 휴대용 이온 제거장치를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다. 본 실시예에 따른 휴대용 이온 제거장치는 보일러의 내부에 마련되는 것이 아니라, 보일러나 온수기 등의 물 가열기와는 독립되게 휴대용으로 마련되는 것이라는 점에 기본적인 특징이 있다.
본 실시예에 따른 휴대용 이온 제거장치는, 도 11에 도시되어 있듯이 필터부(360), 케이스(310), 제1 내지 제4 유로(331~334) 및 삼방 밸브(381)를 포함한다.
필터부(360)는 난방이나 온수를 제공하기 위한 물 가열기의 메인 유로나 메인 유로에 연통된 난방 유로로 공급되는 물 중의 이온성 물질을 전기 탈이온 방식으로 제거하되, 물 가열기와는 독립되게 마련된다. 본 실시예의 필터부(360)는 물 가열기와는 독립되게 마련된다는 점을 제외하면 기본적으로 전술한 실시예들의 필터부(160)와 동일하며, 동일 제어가 적용될 수 있다.
케이스(310)는 필터부(360)를 내부에 수용하기 위한 것으로서, 휴대 가능하게 마련된다.
제1 유로(331)는 필터부(360)의 입구로 물(원수)을 공급하기 위한 유로로서 수도꼭지와 같은 원수 공급원에 직접 또는 간접적으로 연통된다. 제1 유로(331)는 원수 공급원에 연통되는 부분에서 후술할 삼방 밸브(381)까지의 부분(331a)과, 삼방 밸브(381)에서 필터부(360)까지의 부분(331b)을 포함한다.
제2 유로(332)는 필터부(360)의 출구와 메인 유로 또는 난방 유로를 직접 또는 간접적으로 연통하기 위한 유로이다. 예를 들어, 보일러의 메인 유로나 난방 유로에는 유로 중의 난방수를 배출하거나, 또는 유로로 난방수를 새로 공급하기 위한 출입구(도 1의 135나 196 참조)가 구비되는데, 이와 같은 출입구에 제2 유로(332)가 연통될 수 있다.
제3 유로(333)는 제1 유로(331)와 필터부(360)의 출구를 연통하는 유로인데 제1 유로(331)와 제3 유로(333)의 연결 지점에는 삼방 밸브(381)가 마련된다. 원수는 삼방 밸브(381)의 작동에 따라 필터부(360)의 입구로 공급되거나, 또는 필터부(360)의 출구로 공급된다.
제4 유로(334)는 필터부(360)의 입구를 케이스(310)의 외부와 연통시키는 유로로서, 탈착된 이온성 물질과 함께 난방수를 배수하기 위한 유로이다.
필터부(360)는, 전기 탈이온 방식 중 축전식 탈이온 방식으로, 전극을 통해 물 중의 이온성 물질을 제거하는 제거모드와, 제거모드의 전이나 후에 전극을 재생하는 재생모드 중의 어느 하나를 필요에 따라 선택적으로 수행할 수 있다.
제거모드 시에는, 제1 유로(331)를 통해 필터부(360)로 공급된 물(원수)이 이온성 물질의 제거 후에, 제2 유로(332)를 통해 메인 유로나 난방 유로로 공급된다. 이를 위해 삼방 밸브(381)는 원수 공급원으로부터 공급되는 물을 필터부(360)의 입구로 안내하고, 제2 유로(332) 중의 밸브(385)는 제2 유로(332)를 개방하고, 제4 유로(334) 중의 밸브(384)는 제4 유로(334)를 폐쇄한다.
재생모드 시에는, 원수 공급원으로부터 제1 유로(331)로 공급된 물이 삼방 밸브(381)에 의해 제3 유로(333)를 거쳐 필터부(360)로 공급된 후에, 제4 유로(334)를 통해 케이스(310)의 외부로 배출된다. 이를 위해 삼방 밸브(381)는 원수 공급원으로부터 공급되는 물을 제3 유로(333)로 안내하고, 제2 유로(332) 중의 밸브(385)는 제2 유로(332)를 폐쇄하고, 제4 유로(334) 중의 밸브(384)는 제4 유로(334)를 개방한다.
본 실시예의 휴대용 이온 제거장치는, 난방이나 온수 등에 사용되는 물 중의 이온성 물질을 제거하는 장치가 설치되어 있지 않은, 기존의 물 가열기에 사용되어 물 중의 이온성 물질을 제거할 수 있다.
예를 들어, 보일러에 원수(난방수)를 최초로 공급하거나, 최초 공급 후에 추가로 공급할 때, 제1 유로(331)를 원수 공급원에 연결하고, 제2 유로(332)를 전술한 출입구에 연결하고, 원수 공급원에 의한 원수의 공급을 개시하면, 필터부(360)에 의해 이온성 물질이 제거된 원수가 보일러로 공급될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 휴대용 이온 제거장치는 전술한 밸브들을 제어하기 위한 제어부를 더 포함할 수 있다.
제어부는, 밸브들의 제어뿐만 아니라, 제1 유로(331) 중에 설치되는 TDS 센서(391)를 통해 원수 중의 이온성 물질의 양을 추정하고, 이에 기초해서 재생모드의 실행시점을 결정할 수 있고, 재생모드의 실행시점으로 판단되면 자동으로 삼방 밸브(381)를 작동시켜 재생모드를 실행시킬 수 있다. 또는 미리 입력된 조건의 성취 시 등에 제어부는 자동으로 재생모드를 실행시킬 수 있다.
본 실시예의 휴대용 이온 제거장치는, 메인 유로나 난방 유로로 물을 압송하기 위해, 펌프(미도시)를 더 구비할 수도 있고, 또는 메인 유로 중의 펌프(P)를 제어부를 통해 제어할 수도 있다.
참고로, 도 11 중의 미설명 부호인 382는 필터부의 입구로 공급되는 물의 유량을 조절하는 제어 밸브이고, 미설명 부호인 386은 제1 유로(331b)의 유량을 센싱하는 센서이고, 미설명 부호인 V는 물의 역류를 방지하기 위한 체크 밸브이다.
앞의 내용은 스케일 발생의 방지방법으로 구현될 수 있다. 스케일 발생의 방지방법은 설치단계와 공급단계를 포함한다.
설치단계는 물 가열기의 메인 유로나, 메인 유로에 연통되어 난방을 제공하는 난방 유로에 연통되게 이온 제거장치를 설치하는 단계이다. 예를 들어, 설치단계는, 도 11의 휴대용 이온 제거장치를 설치하는 단계로서, 휴대용 이온 제거장치의 제2 유로(332)를 메인 유로나 난방 유로에, 직접 또는 간접적으로 연통시키는 단계일 수 있다. 여기서 물 가열기는, 케이스와, 케이스의 내부에 마련되는 메인 유로와, 메인 유로를 따라 유동하는 물을 가열하기 위한 열원부를 포함한다.
공급단계는 이온 제거장치로 공급된 물에서 이온성 물질을 제거한 후에 물을 메인 유로나 난방 유로로 공급하는 단계이다. 예를 들어, 공급단계는, 도 11의 휴대용 이온 제거장치에 의해 이온성 물질이 제거된 물을 메인 유로나 난방 유로로 공급하는 단계로서, 휴대용 이온 제거장치의 제1 유로(331)를 통해 필터부(360)로 물(원수)을 공급하는 단계일 수 있다. 필터부(360)로 공급된 물은 필터부(360)에 의한 필터링 후에 제2 유로(332)를 통해 메인 유로나 난방 유로로 공급된다.
위의 방지방법은, 이온성 물질의 제거가 전극을 구비하는 필터부에 의해 수행되는 경우, 전극을 재생하는 재생단계를 더 포함할 수 있다. 공급단계 중에 전극의 재생이 요구되면 공급단계가 중단되고 재생단계가 수행될 수 있고, 재생단계가 종료되면 공급단계가 속행될 수 있다.
실시예 7
도 12는 본 발명의 실시예 7에 따른 보일러를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다. 본 실시예에 따른 보일러는 이온성 물질을 제거하는 필터부(460)가 보일러 케이스(110)의 외부에 마련된다는 점에 기본적인 특징이 있다.
본 실시예에 따른 보일러는 도 12에서 도시하고 있듯이, 보일러 케이스(110), 메인 유로(130), 열원부(150) 및 필터모듈(400)을 포함한다. 이하에선 이들 중 필터모듈(400)을 중심으로 살펴본다.
필터모듈(400)은 내부에 필터부(460)를 구비한다. 본 실시예의 필터부(460)는 전술한 실시예들이나 변형예들의 필터부와 동일할 수 있다. 필터부(460)는 순환 유로(F)에 연통되어, 순환 유로(F)에서 물을 공급받고, 필터링된 물을 순환 유로(F)로 공급한다 순환 유로(F)는 물이 순환하게 되는 유로로서 메인 유로(130)와 난방 유로(C)를 포함하며, 후술할 바와 같이 다른 유로들을 더 포함할 수 있다.
필터모듈(400)은 보일러 케이스(110)의 외부에 마련된다. 이에 따라 기존 보일러를 크게 변경하지 않더라도, 기존 보일러에 본 실시예의 필터모듈(400)을 설치할 수 있으며, 이와 같은 설치에 의해서, 스케일의 발생을 방지하는 기능을 기존 보일러에 부여할 수 있다. 예를 들어, 도 12에 도시되어 있듯이, 후술할 제1 내부 유로(441)가 메인 유로(130)의 출구(o1)와 난방 유로(C)의 입구(i2)에 각각 연통되게, 그리고 후술할 제2 내부 유로(442)가 메인 유로(130)의 입구(i1)와 난방 유로(C)의 출구(o2)에 각각 연통되게, 필터모듈(400)을 기존 보일러의 케이스에 설치하면, 기존 보일러가 스케일의 발생을 미연에 방지할 수 있게 된다. 참고로 위의 연통은 직접적인 연통과 간접적인 연통을 모두 포함한다. 예를 들어, 도 12에 도시되어 있듯이 제1 내부 유로(441)는 제1 연결 유로(E1)를 통해 난방 유로(C)의 입구(i2)에 연통될 수 있고, 제2 내부 유로(442)는 제2 연결 유로(E2)를 통해 난방 유로(C)의 출구(o2)에 연통될 수 있다.
필터모듈(400)은 독자적으로 동작하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 필터모듈(400)은 보일러 케이스(110)의 내부에 구비되는 부품들과는 구별되도록 전원을 별도로 공급받을 수 있고, 독자적인 제어부(필터 제어부)를 구비할 수 있다. 필터모듈(400)이 독자적으로 동작하게 되면, 기존 보일러에 필터모듈(400)을 설치하는 것이 용이해진다.
필터모듈(400)에 대해 보다 구체적으로 살펴본다.
필터모듈(400)은, 필터부(460)에 더해, 필터 케이스(410), 제1 내부 유로(441) 및 제2 내부 유로(442)를 포함할 수 있다.
필터 케이스(410)
필터 케이스(410)는 필터부(460), 제1 내부 유로(441), 제2 내부 유로(442) 및 기타 구성들을 내부에 수용하기 위한 것이다. 필터 케이스(410)는 속이 빈 직육면체의 형상으로 형성될 수 있으나, 필터 케이스(410)의 형상이 이와 같은 형상으로 한정되는 것은 아니다.
필터 케이스(410)는 보일러 케이스(110)의 외부에 마련되어, 보일러 케이스(110)에 연결된다. 이와 같은 연결을 위해서 보일러 케이스(110)와 필터 케이스(410)의 사이에는 연결 바(G)가 구비될 수 있다. 또는 필터 케이스(410)는 보일러 케이스(110)에 직접적으로 연결되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 요구되는 유로의 연통만 배관을 통해 구현되게 필터 케이스가 구비될 수도 있다.
제1 및 제2 내부 유로(441, 442)
제1 내부 유로(441)와 제2 내부 유로(442)는 필터 케이스(410)의 내부에 마련되어 순환 유로(F) 중의 일부를 구성한다. 예를 들어, 물은 도 12에 도시되어 있듯이 메인 유로(130), 제1 내부 유로(441), 난방 유로(C), 제2 내부 유로(442)를 따라 순환한다. 즉, 순환 유로(F)는 메인 유로(130), 난방 유로(C), 제1 및 제2 내부 유로(441, 442)를 포함하여 하나의 폐유로를 형성할 수 있다. 순환 유로(F)는 제1 및 제2 연결 유로(E1, E2)를 더 포함할 수도 있다. 필터부(460)는 순환 유로(F) 중의 물에서 이온성 물질을 제거하기 위해 순환 유로(F)에 연통되고, 이와 같은 연통은 제1 및 제2 내부 유로(441, 442)를 통해서 달성될 수 있다. 즉, 본 실시예에서 필터부(460)는, 제1 내부 유로(441) 측에서 물을 공급받고, 필터링된 물을 제2 내부 유로(442) 측으로 배출하게 된다.
위와 같이 순환 유로(F)를 구성하기 위해, 제1 내부 유로(441)는 일단에서 메인 유로(130)의 입구(i1) 및 출구(o1) 중의 어느 하나와 연통되고, 제2 내부 유로(442)는 일단에서 메인 유로(130)의 입구(i1) 및 출구(o1) 중의 다른 하나와 연통된다. 예를 들어, 도 12에 도시되어 있듯이 제1 내부 유로(441)는 일단에서 메인 유로(130)의 출구(o1)와 연통되고, 제2 내부 유로(442)는 일단에서 메인 유로(130)의 입구(i1)와 연통될 수 있다.
그리고 제1 내부 유로(441)는 타단에서 난방 유로(C)의 입구(i2) 및 출구(o2) 중의 어느 하나와 연통되고, 제2 내부 유로(442)는 난방 유로(C)의 입구(i2) 및 출구(o2) 중의 다른 하나에 연통된다. 예를 들어, 도 12에 도시되어 있듯이 제1 내부 유로(441)는 타단에서 난방 유로(C)의 입구(i2)와 연통되고, 제2 내부 유로(442)는 타단에서 난방 유로(C)의 출구(o2)와 연통될 수 있다. 위의 연통들은 추가적인 유로를 통해 간접적으로 구현될 수도 있다.
한편, 필터모듈(400)은, 제1 내부 유로(441)와 필터부(460)의 입구를 연통하기 위한 제1 우회 유로(431)와, 제2 내부 유로(442)와 필터부(460)의 출구를 연통하기 위한 제2 우회 유로(432)를 더 포함할 수 있다. 순환 유로(F)를 유동하는 물은, 필터부(460)의 제거모드 시에, 제1 우회 유로(431)를 통해 제1 내부 유로(441)에서 필터부(460)로 안내되고, 필터부(460)에 의한 이온성 물질의 제거 후에 제2 우회 유로(432)를 통해 필터부(460)에서 제2 내부 유로(442)로 안내될 수 있다.
필터모듈(400)은, 필터부(460)의 출구를 필터 케이스(410)의 외부에 연통시키는 배출 유로(434)를 더 포함할 수 있다. 재생모드 시에, 물은 제1 우회 유로(431)를 통해 제1 내부 유로(441)에서 필터부(460)로 안내되고, 필터부(460)의 전극에서 탈착된 이온성 물질과 함께 배출 유로(434)를 통해 필터모듈(400)에서 배출될 수 있다.
이때 배출 유로(434)는 응축수 유로(D)를 통한 물의 배출을 위해, 응축수 유로(D)에 연결될 수 있다. 응축수 유로(D)는 응축수 수집통(B)에 저장된 응축수를 배출하기 위한 유로이다. 위와 같이 구성하면 하나의 유로를 통해 응축수와 재생수(재생모드 시에 필터부에서 배출되는 물)를 배출할 수 있기 때문에, 보일러를 전체적으로 심플하게 만들 수 있다. 그리고 배출 유로(434)는, 응축수 유로(D)에 분리 가능하게, 그리고 수밀하게 연결될 수 있다. 이를 위해 배출 유로(434)와 응축수 유로(D)의 연결은 원터치 피팅의 체크 밸브 타입으로 구현될 수 있다. 위와 같이 구성하면 배출 유로(434)를 필요에 따라 응축수 유로(D)에 연결할 수도, 연결하지 않을 수도 있다. 그리고 배출 유로(434)가 응축수 유로(D)에서 분리되더라도, 응축수 유로는 배출 유로(434)와의 연결 지점을 수밀하게 유지할 수 있다.
밸브
필터모듈(400)은 제1 필터 밸브부(484)와 제1 필터 밸브부(484)를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
제1 필터 밸브부(484)는 제1 내부 유로(441)를 따라서 유동하는 물 중의 적어도 일부를 제1 우회 유로(431)로 우회시키기 위한 밸브이다. 즉, 제1 필터 밸브부(484)는 필터부(460)의 제거모드 시나 재생모드 시에, 제어부에 의한 제어에 따라 제1 내부 유로(441) 중의 물을 필터부(460)로 안내하기 위한 밸브이다.
본 실시예에서 제1 필터 밸브부(484)는 제2 우회 유로(432)에 마련되는 개폐 밸브(484)를 포함한다. 개폐 밸브(484)에 의한 제2 우회 유로(432)의 개폐에 따라, 제1 내부 유로(441) 중의 물이 제1 우회 유로(431)를 통해 필터부(460)로 안내되거나 안내되지 않을 수 있다. 제1 필터 밸브부는 개폐 밸브(484) 대신, 제1 내부 유로(441)와 제1 우회 유로(431)의 연결 지점에 마련되는 삼방밸브(미도시)를 포함할 수도 있다. 제1 필터 밸브부는 삼방밸브를 통해 제1 내부 유로(441)를 따라 유동하는 물 중의 적어도 일부를 필터부(460) 측으로 안내시킬 수도 있다.
참고로, 제1 내부 유로(441) 중의 물이 원활하게 필터부(460)로 안내되기 위해서는 제1 우회 유로(431) 측의 압력보다 제2 우회 유로(432) 측의 압력이 낮은 것이 바람직할 수 있다. 그런데 이와 같은 압력 관계가 만족되지 않더라도 제1 내부 유로(441) 중의 물은 조금씩 필터부(460)로 우회될 수 있다. 본 실시예에서 물은 순환 유로(F)를 따라 계속 순환하므로, 위와 같이 적은 양이 필터부(460)로 공급되더라도 물 중의 이온성 물질을 필요 정도까지 낮출 수 있다.
한편, 제어부는 순환 유로(F)를 따라 유동하는 물 중의 이온성 물질의 양이 기설정된 제1 기준량으로 확인되면, 물의 우회가 시작되도록 제1 필터 밸브부(484)를 제어할 수 있다. 예를 들어, TDS 센서(491)에서 획득된 물의 TDS가 기설정된 제1 기준 TDS로 확인되면, 제어부는 개폐 밸브(484)를 제어하여 제1 내부 유로(441) 중의 물이 필터부(460)로 유입되게 할 수 있다. 이와 같은 우회가 시작되면 물의 TDS가 점차 낮아질 것이다. 그리고 제어부는, 순환 유로(F)를 따라 유동하는 물 중의 이온성 물질의 양이 기설정된 제2 기준량으로 감소될 때까지 위와 같은 물의 우회가 계속되도록 개폐 밸브(484)를 제어할 수 있다. 위와 같은 제어를 통해 본 실시예의 보일러는, 물 중의 이온성 물질의 양을, 요구되는 낮은 수준으로 계속 유지할 수 있다.
필터모듈(400)은 배출 유로(434)를 개폐하는 개폐 밸브(483)를 더 포함할 수 있다. 필터모듈(400)은 재생수의 배출이 요구되면, 제어부에 의한 제어를 통해 개폐 밸브(483)를 개방할 수 있다. 예를 들어, 제거모드 중 재생모드가 요구되면 개폐 밸브(484)를 폐쇄하고 개폐 밸브(483)를 개방하여 재생수를 외부로 배출시킬 수 있다.
참고로, 개폐 밸브(484)와 개폐 밸브(484)는 제2 우회 유로(432)와 배출 유로(434)의 연결 지점에 마련되는 삼방밸브로 대체될 수 있다.
센싱부
본 실시예의 필터모듈(400)은, 물 중의 이온성 물질의 양을 획득하기 위해 물의 TDS(총용존고형물)를 센싱하는 센싱부(491)를 더 포함할 수 있다. 센싱부는 제1 및 제2 내부 유로(441, 442) 중의 어느 하나에 마련되어, 자신이 설치된 내부 유로를 따라 유동하는 물의 TDS를 센싱한다.
본 실시예의 센싱부는 도 12에 도시되어 있듯이 제2 내부 유로(442)에 마련되는 TDS 센서(491)를 포함한다. TDS 센서(491)가 이와 같이 설치되면, 보일러로 환수되는 물의 TDS에 따라 제거모드의 작동시점을 결정할 수 있게 된다. 또한 TDS 센서(491)가 필터 케이스(410)의 내부에 마련되기 때문에, 필터부(460)의 작동 여부를 필터모듈(400)에서 자체적으로 결정할 수 있게 된다.
변형예
한편, 실시예 7에 따른 보일러는 도 13과 같이 변형될 수 있다. 도 13은 본 발명의 실시예 7에 따른 보일러의 제1 변형예를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다. 본 변형예의 보일러는 필터모듈의 유로에 있어 실시예 7의 보일러와 기본적인 차이가 있다.
본 변형예에 있어 필터모듈(400')은, 실시예 7의 제1 및 제2 내부 유로(441, 442)와 제1 및 제2 우회 유로(431, 432) 대신, 제1 연결 유로(E1')와 필터부(460)의 입구를 연통하는 제1 내부 유로(441'), 및 제2 연결 유로(E2')와 필터부(460)의 출구를 연통되는 제2 내부 유로(442')를 포함한다.
여기서, 제1 연결 유로(E1')는 메인 유로(130)의 입구(i1) 및 출구(o1) 중의 어느 하나와, 난방 유로(C)의 입구(i2) 및 출구(o2) 중의 어느 하나를 연결하는 유로이고, 제2 연결 유로(E2')는 메인 유로(130)의 입구(i1) 및 출구(o1) 중의 다른 하나와 난방 유로(C)의 입구(i2) 및 출구(o2) 중의 다른 하나를 연결하는 유로이다. 예를 들어, 도 12에 도시되어 있듯이 제1 연결 유로(E1')는 메인 유로(130)의 출구(o1)와 난방 유로(C)의 입구(i2)를 연통하는 유로이고, 제2 연결 유로(E2')는 메인 유로(130)의 입구(i1)와 난방 유로(C)의 출구(o2)를 연통하는 유로이다.
위의 연결이나 연통은 간접적으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 제1 내부 유로(441')가 필터 케이스(410)의 외부로 연장되어 제1 연결 유로(E1')에 연결될 수도 있고, 제1 내부 유로(441')와 제1 연결 유로(E1')의 사이에 추가적인 유로가 구비될 수도 있다.
본 실시예에서 물은 메인 유로(130), 제1 연결 유로(E1'), 난방 유로(C) 및 제2 연결 유로(E2')를 통해, 즉 순환 유로(F')를 통해 순환할 수 있다. 순환 중에 필터링이 요구되면 순환 유로(F') 중의 물이 필터부(460)로 공급될 수 있다. 예를 들어, 제거모드의 수행이 요구되면, 제어부가 개폐 밸브(484)를 개방시켜, 메인 유로(130)의 출구(o1)에서 배출되는 물 중의 적어도 일부가 필터부(460)로 공급되게 할 수 있다. 제거모드의 수행 중에 재생모드의 수행이 요구되면, 제어부는 개폐 밸브(484)는 폐쇄하고 개폐 밸브(483)는 개방시켜, 재생수가 필터모듈(400)의 외부로 배출되게 할 수 있다.
참고로, 개폐 밸브(484)와 개폐 밸브(483) 대신에, 본 변형예의 보일러는 제1 연결 유로(E1')에서 제1 내부 유로(441') 측으로 분기되는 지점에 마련되는 삼방밸브를 포함할 수도 있고, 제2 내부 유로(442')와 배출 유로(434')의 연결 지점에 마련되는 삼방밸브를 포함할 수도 있다. 그리고 본 변형예의 보일러는 제1 내부 유로(441')에 TDS 센서(491')를 구비할 수도 있다.
한편, 실시예 7에 따른 필터모듈(400)이나 실시예 7의 변형예에 따른 필터모듈(400')은 보일러뿐만 아니라, 온수기 등의 물 가열기에도 적용될 수 있다.
실시예 8
도 14는 본 발명의 실시예 8에 따른 보일러를 개념적으로 도시하고 있는 개념도이다.
본 실시예에 따른 보일러는 도 14에서 도시하고 있듯이, 보일러 케이스(110), 메인 유로(130, 130'), 열원부(150) 및 센싱부(191, 191')를 포함한다. 이하에선 이들 중 센싱부(191)를 중심으로 살펴본다.
센싱부(191, 191')는 메인 유로(130, 130')를 따라 유동하는 물이나, 메인 유로(130, 130')로 공급되기 위한 물 중에 포함된 이온성 물질의 양을 획득한다. 이를 위해서 센싱부(191, 191')는 물의 TDS를 센싱하는 TDS 센서를 포함할 수 있다. 실시예 1의 센싱부에 대한 설명은 본 실시예의 센싱부에도 동일하게 적용될 수 있다.
TDS 센서(191)는 메인 유로(130)에 설치되어 메인 유로(130)를 따라 유동하는 물의 TDS를 센싱할 수 있다. 또는 TDS 센서(191')는 온수 생성을 위한 메인 유로(130')에 설치되어 메인 유로(130')를 따라 유동하는 물의 TDS를 센싱할 수 있다. 또는 TDS 센서(191)는 공급 유로(135)에 설치되거나, 후술할 바와 같이 팽창 탱크(S)의 내부에 설치되어, 메인 유로(130)로 공급되기 위한 물의 TDS를 센싱할 수 있다.
한편, 보일러는 열원부(150)의 현열을 이용하거나, 열원부(150)에서 발생되는 배기가스의 응축잠열을 이용하여 물을 가열하는 열교환기(H1, H2)를 더 포함한다. 스케일의 발생은 주로 열교환기에서 문제된다. 이에 따라 열교환기로 유입되는 물의 TDS를 파악하기 위해, TDS 센서(191)는, 도 14에 도시되어 있듯이 메인 유로(130)를 따라 유동하는 물의 유동방향을 기준으로, 열교환기(H1, H2)의 상류 측에서 메인 유로(130)에 설치될 수 있다.
또는, 보일러로 유입되는 물의 TDS를 파악하기 위해, TDS 센서는 메인 유로(130)의 입구(도 13의 i1 참고)에 근접하게 메인 유로(130)에 설치될 수도 있다.
또는, TDS 센서는 팽창 탱크(S)의 내부에 마련될 수 있다. 메인 유로(130)와 비교할 때, 팽창 탱크(S)의 내부에선 상대적으로 물의 유속이 낮을 수 있다. 이에 따라 팽창 탱크(S)의 내부에서 물에 잠기도록 TDS 센서(191)가 마련되면, 높은 유속으로 인해서 물의 TDS 측정에서 오차가 발생할 확률을 낮출 수 있다. 팽창 탱크(S)는 앞의 실시예에서 설명한 바와 같이, 온도 상승으로 인해서 발생하는 물의 부피 팽창을 수용하기 위해 보일러 케이스(110)의 내부에 구비되는 탱크이다.
본 실시예의 보일러는 센싱부(191, 191')를 구비하기 때문에, 메인 유로(130, 130')를 따라 유동하는 물이나, 메인 유로(130, 130')로 공급되기 위한 물 중에 포함된 이온성 물질의 양을 획득할 수 있다.
이온성 물질의 양은 스케일의 발생으로 인해서 보일러에 문제가 발생할 가능성을 나타내는 지표가 될 수 있다. 예를 들어, 물 중에 이온성 물질이 많이 포함되어 있다면, 칼슘 이온 등으로 인한 스케일이 발생할 가능성이 높기 때문에 이로 인해 보일러에 문제가 발생할 가능성도 높을 것이다. 따라서 본 실시예의 보일러와 같이 이온성 물질의 양을 획득한다면, 스케일의 발생으로 인해 보일러에 문제가 발생할 것을 사전에 파악할 수 있게 된다. 이는, 보일러의 내구성이 악화되거나 수명이 감소되기 전에, 보일러에 필요 조치를 적절하게 취할 수 있게 하고, 또한 보일러에 고장이 발생한 이후에는 고장의 발생 원인이 보일러로 공급된 물의 수질 때문인지, 아니면 다른 이유 때문인지를 파악할 수 있게 한다.
한편, 본 실시예의 보일러는 TDS 센서(191)에서 획득한 물의 TDS에 기초해서 보일러의 예상수명을 판단하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 물의 TDS에 따른 보일러의 예상수명은 실험적인 방법 등을 통해서 미리 파악될 수 있다. 예를 들어, 실제로 문제가 발생한 보일러에 고착되어 있는 스케일의 총량에 대한 정보를 획득하고, 보일러에 공급되는 물의 TDS에 따라 보일러에 고착되는 운전시간당 스케일의 양에 대한 정보를 실험적으로 획득하여, 물의 TDS에 따른 보일러의 예상수명을 미리 파악할 수 있다.
이와 같이 파악된 테이블에 기초해서, 제어부는 물의 TDS에 따라 보일러의 잔존수명을 예측할 수 있다. 예를 들어, 설계 시에 고려된 범위에서 설정된 표준 TDS 이하의 물이 계속 공급된다면, 보일러는 정해진 수명만큼 사용될 수 있을 것이다. 그러나 보일러에 공급되는 물의 TDS가 표준 TDS보다 높다면, 스케일의 발생으로 인해 보일러의 수명이 감소할 가능성이 높기 때문에, 보일러는 정해진 수명보다 짧게 사용되게 될 것이다. 제어부는 테이블 등에 기초해서 위와 같이 예상수명을 판단할 수 있다.
제어부는, 메인 유로(130)나 난방 유로(C)에 물이 새로 공급될 때, 예를 들어 메인 유로(130)에 물(난방수)이 최초로 공급되거나, 최초 공급 후에 추가로 공급될 때, 예상수명을 판단할 수 있다. 물이 새로 공급되면 초기에 탄산 칼슘의 석출/고착이 주로 발생하기 때문이다.
또한 제어부는, 메인 유로(130)나 난방 유로(C)에 대한 세척 시에 세척의 종료 여부를 판단할 수도 있다. 예를 들어, 메인 유로(130)나 난방 유로에 대한 세척 시에, 세척에 사용된 물질로 인해 TDS는 변화된다. 이와 같은 변화는 TDS 센서(191)를 통해 획득될 수 있다. 제어부는 TDS의 변화 중에, TDS 센서(191)에서 획득한 TDS가 소정의 기준 TDS에 도달하면 세척이 완료되었다고 판단할 수 있다. 예를 들어, 보일러에 공급되는 물(수돗물)의 일반적인 TDS가 150ppm일 때, 세척을 위해 소정 물질(예를 들어, 인산염 계열이나 킬레이트제 약품)이 투여되면, TDS는 500~600ppm까지 높아질 수 있다. 그런데 세척(플러싱) 중에 물이 계속 배수되면, TDS는 다시 150ppm으로 낮아질 수 있고, 이와 같이 낮아졌을 때, 예를 들어 일반적인 물의 TDS까지 낮아졌을 때, 제어부는 세척이 완료되어 소정 물질이 모두 제거되었다고 판단할 수 있다. 세척이 완료되었다고 판단되면 후술할 표시부를 통해 세척의 완료를 표시할 수 있다.
참고로, 제어부는 TDS 센서(191)에서 복수 회에 걸쳐 획득한 TDS 값들을 전달받아 이들의 평균값으로 물의 TDS를 판단할 수 있다. 예를 들어, 정해진 시간 간격으로 2회나 3회에 걸쳐 TDS 센서(191)에서 획득한 TDS 값들의 평균값으로 제어부는 물의 TDS를 판단할 수 있다. 이는 물의 TDS를 잘못 획득할 가능성을 낮추게 된다.
한편, 본 실시예의 보일러는 TDS 센서(191)에서 획득한 물의 TDS와, 제어부에서 판단한 예상수명을 표시하는 표시부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이를 통해서 사용자는 용이하게 관련 정보를 파악할 수 있게 된다. 표시부는 통상의 디스플레이 수단일 수 있다.
또한, 본 실시예의 보일러는 TDS 센서(191)에서 획득한 물의 TDS가 소정의 허용 TDS 이상이면 시각적 또는 청각적 알림을 발생시키는 알림부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이 보일러에 공급되는 물의 TDS가 소정의 표준 TDS 이상이면, 보일러의 내구성이나 수명에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서 물의 TDS가 소정의 허용 TDS 이상이기 때문에 문제가 발생할 가능성이 높아졌다는 점을, 알림부를 통해 사용자에게 알림으로써, 고장의 발생 전에 사용자가 적절한 조치를 취하게 할 수 있다.
위와 같은 알림은 라이트의 점등이나 소리의 발생 등과 같이 시각적 또는 청각적으로 이루어질 수 있다. 또는 전술한 표시부에 경고 메시지가 표시될 수 있다. 전술한 제어부는, TDS 센서(191)에서 획득한 물의 TDS가 소정의 허용 TDS 이상인지를 판단할 수 있다. 참고로, 허용 TDS는 대략 200ppm일 수 있다.
한편, 본 실시예의 보일러는 TDS 센서(191)에서 획득한 물의 TDS를 저장하는 저장부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이를 통해, 사용자나 점검자는 보일러로 공급된 물의 TDS 이력을 언제라도 확인할 수 있게 된다.
저장부는, 물의 TDS에 더해, 물의 온도와, 보일러의 사용시간을 더 저장할 수 있다. 이를 위해, 본 실시예의 보일러는 메인 유로(130)를 따라 유동하는 물의 온도를 획득하는 온도센서를 더 포함할 수 있다. 보일러의 사용시간은 사용자가 보일러의 작동을 시작시킨 시간부터 종료시킨 시간까지로 파악될 수 있다. 본 실시예의 센싱부(191)가 온수기에 적용된다면, 저장부는 온수로서 사용된 물의 사용량도 저장할 수 있다.
물의 TDS, 물의 온도, 보일러의 사용시간, 물의 사용량 등은 스케일의 발생에 영향을 미치는 요소들이다. 따라서 위와 같은 요소들이 저장되어 있으면 고장의 발생을 예측하거나, 고장의 원인을 파악하는 데에 도움이 된다. 또한 제어부는 위와 같은 요소들에 기초해서 보일러의 사용패턴을 판단할 수도 있다.
보일러의 사용패턴을 판단하는 것은 고장의 발생을 예측하거나, 또는 고장의 원인을 파악하는 데에 매우 유용하다. 예를 들어, 어떤 TDS의 물이 몇 도에서 얼마 동안 사용되었더니, 물의 온도가 이전보다 늦게 올라간다거나, 또는 온수로서 배출되는 물의 양이 감소하였다면, 그 시점에 고장(예를 들어, 크랙이 생겨 누수가 발생하는 고장)이 발생했다고 판단할 수 있다. 또는 위와 같은 고장이 발생하기 전에, 보일러에서 어떤 사용패턴이 나타난다는 것을 미리 파악하여, 그와 같은 사용패턴이 나타날 때 고장이 곧 발생할 수 있다고 예측할 수도 있다.
실시예 8을 통해 설명한 내용은 전술한 실시예들이나 변형예들에 적용될 수 있다. 그리고 실시예 8을 통해 설명한 내용은 보일러뿐만 아니라 온수기 등의 물 가열기에도 적용될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 보일러 케이스
130, 130': 메인 유로
131: 제1 유로
132: 제2 유로
134: 배수 유로
135: 공급 유로
150: 열원부
160: 필터부
180: 제1 밸브부
181: 삼방 밸브
181': 개폐 밸브
182: 조절 밸브
183: 제2 밸브부(개폐 밸브)
184: 배수 밸브
191, 191': 센싱부(TDS 센서)

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  9. 난방이나 온수의 제공을 위한 물이 유동하게 마련되는 메인 유로;
    상기 물을 가열하기 위한 열원부;
    상기 물 중에 포함되어 스케일 발생을 초래하는 이온성 물질을 전기적인 힘에 기초해서 제거하게 마련되되, 전극을 통해 상기 물 중의 상기 이온성 물질을 제거하는 제거모드와, 상기 전극을 재생하는 재생모드 중의 어느 하나를 선택적으로 수행하게 마련되는 필터부;
    상기 메인 유로와 상기 필터부의 입구를 연통하는 제1 유로;
    상기 메인 유로를 따라 유동하는 물의 유동방향을 기준으로 상기 제1 유로보다 하류 측에서 상기 메인 유로와 상기 필터부의 출구를 연통하는 제2 유로;
    상기 메인 유로를 따라 유동하는 물 중의 적어도 일부를 상기 제1 유로로 우회시키고, 상기 제1 유로로 우회시킨 물의 유량인 우회 유량을 조절하게 마련되는 제1 밸브부; 및
    상기 제1 밸브부를 제어하게 마련되는 제어부를 포함하는, 스케일 프리 물 가열기.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1 밸브부에 대한 제어를 통해, 상기 우회 유량을 하기 식 1로 정의되는 제거율에 기초해서 조절하는, 스케일 프리 물 가열기.
    [식 1]
    Figure 112020088451574-pat00004

    (여기서, Ain은 상기 제1 유로를 따라 유동하는 물 중의 이온성 물질의 양이고, Aout은 상기 제2 유로를 따라 유동하는 물 중의 이온성 물질의 양임)
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제거율을 높이기 위해, 상기 제1 밸브부를 제어하여 상기 우회 유량을 감소시키거나, 또는 상기 제거율을 낮추기 위해, 상기 제1 밸브부를 제어하여 상기 우회 유량을 증가시키는, 스케일 프리 물 가열기.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1 밸브부에 대한 제어를 통해, 상기 필터부에서 배출되어 상기 제2 유로를 따라 유동하는 물 중의 이온성 물질의 양인 잔존량에 기초해서 상기 우회 유량을 조절하는, 스케일 프리 물 가열기.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 잔존량을 줄이기 위해, 상기 제1 밸브부를 제어하여 상기 우회 유량을 감소시키거나, 또는 상기 잔존량을 늘리기 위해, 상기 제1 밸브부를 제어하여 상기 우회 유량을 증가시키는, 스케일 프리 물 가열기.
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