KR20030021274A - 순간 가열식 전기 보일러 - Google Patents

Abstract

목적 : 본 발명은 흐르는 물을 보다 효율적으로 가열시키는 순간 가열식 전기 보일러를 제공하는 데 그 목적이 있다.

구성 : 이 순간 가열식 전기 보일러는, 유입된 저온의 물이 고온의 물로 가열되어 나가는 순환 경로를 형성하며 그 상하측에 유입층(11)과 유출층(13)을 형성하는 내열성 절연재의 케이싱(1), 이 케이싱의 중심에 배치되어 물과 직접 접촉하여 가열층(15)을 형성하는 전열체(3), 이 전열체의 상, 하측에 가열층, 유입층 및 유출층의 간격보다 좁은 간격의 제1,2절연층(17,19)을 형성하는 지그재그 상태의 격벽(5,5)들로 구성되어 있다.

효과 : 이 순간 가열식 전기 보일러는 케이싱의 내부를 경유하는 물을 전열체에서 발산되는 열로 직접 가열시키고, 가열층에서 유속을 느리게 하고 제1,2절연층에서 유속을 빠르게 하여 전열체로부터의 열확산 및 열이동을 원활하게 하여 물의 가열 효율을 높이면서, 제1,2절연층에서 전열체의 누설 전류를 차단하여 전열체의 누설 전류에 보다 효과적으로 대응할 수 있다.

Description

순간 가열식 전기 보일러 {instantaneous hot water generator}

본 발명은 순간 가열식 전기 보일러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전열체를 물에 직접 접촉시키고 이 전열체를 경유하는 물의 유속을 제어하여 물을 보다 효율적으로 가열시키면서 전열체 전후를 경유하는 물의 경로를 길게 하여 전열체로부터 누설되는 전류를 차단시키는 순간 가열식 전기 보일러에 관한 것이다.

일반적으로 축열식 전기 보일러는 심야 시간동안 탱크 내부의 물을 전기 히터로 데우고 탱크와 외통 사이에 보온력이 뛰어난 경질 폴리우레탄 발포로 충진시켜 온수를 보온 저장하였다가 난방용으로 사용케 한다.

이 축열식 전기 보일러는 물이 통과하는 탱크 내에 히터를 설치하고 탱크 내에 유입된 물만을 가열하도록 구성되어 있으므로 탱크 내의 많은 물을 순간적으로 가열시키는 데 많은 전력이 소모되고, 또한 불균등한 열전달로 인하여 온수의 온도를 일정하게 유지시켜 주지는 못한다.

대한민국 등록실용신안 제 20-219768 호의 전기순간온수기용 가열기는 흐르는 물을 가열하여 전력 소모를 보다 줄이고, 전열체에서 물로 발산되는 열전달을 균등하게 하고 있다.

이 전기순간온수기용 가열기는 관로체에 설치된 격벽에 의하여 구획된 가열수로와 수로를 상호 연결하고, 이 가열 수로에 전열체를 설치하여 물을 직접 가열시켜 전력 소모를 절감시키고 있다.

그러나, 이 전기순간온수기용 가열기는 히팅 엘리먼트로만 이루어진 전열체가 물에 직접 접촉 가열하므로 금속 파이프 안에 마그네시아 충진물과 히팅 엘리먼트를 구비한 전열체를 탱크 내에 설치한 것보다 전력 소모를 줄이면서 물을 효율적으로 가열할 수 있고, 전열체를 가열 수로에 균일하게 설치하므로 물을 균일한 분포로 가열하기는 하지만, 반면에 전열체가 설치되는 가열 수로와 전열체가 없는 수로를 일정한 간격으로 형성하고 있으므로 일정한 온도에 도달한 물이 일정한 유속으로 불필요하게 순환하면서 계속 가열되어 일정한 온도에 도달한 물을 배출시키는것보다 효율을 떨어뜨리고 있다.

본 발명은 상기와 같은 점들을 감안한 것으로서, 전열체를 물에 직접 접촉시키고 이 전열체를 경유하는 물의 유속을 제어하여 물을 보다 효율적으로 가열시키며, 전열체 전후를 경유하는 물의 경로를 길게 하여 전열체로부터 누설되는 전류를 효과적으로 차단하는 순간 가열식 전기 보일러를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이 순간 가열식 전기 보일러는, 유입구로 유입된 저온의 물이 고온의 물로 가열되어 유출구로 나가는 순환 경로를 형성하며 상기 유입구와 상기 유출구에 유입층과 유출층을 각각 형성하는 내열성 절연재의 케이싱,

이 절연재의 케이싱 중심에 배치되어 물과 직접 접촉하면서 가열층을 형성하는 전열체,

이 전열체의 상, 하측인 절연재의 케이싱 내측에 가열층의 간격과 유입층 및 유출층의 간격보다 좁은 간격의 제1,2절연층을 형성하도록 지그재그 상태로 배치되는 다수의 격벽을 포함하고 있다.

여기서, 케이싱은 유입층을 형성하는 제1케이싱, 제1절연층을 형성하는 제2케이싱, 가열층을 형성하는 제3케이싱, 제2절연층을 형성하는 제4케이싱, 그리고 유출층을 형성하는 제5케이싱으로 구획 형성되며, 상호 조립 가능하게 형성된다. 그리고 제1,2절연층의 제2,4케이싱은 동일한 구조로 형성되고, 유입층 및 유출층의 제1,5케이싱은 동일한 구조로 형성되어 상호간의 부품 호환성을 가지게 한다.

전열체는 제1,2절연층이 전열체의 누설 전류를 충분히 차단시킬 만한 길이를형성하는 경우에는 절연 코팅이 불필요하지만, 그 표면에 테프론이나 불소수지와 같은 합성수지의 코팅층을 형성할 수도 있다.

이와 같이 본 발명은 케이싱 내부를 경유하는 물에 전열체를 설치하여 전열체에서 발산되는 열로 직접 물을 가열시키고, 제1,2절연층의 간격을 가열층, 유입층 및 유출층의 간격보다 좁은 상태로 격벽을 배치하여 전열체가 위치하는 가열층에서 물의 유속을 느리게 하여 전열체로부터의 열확산 및 열이동을 원활하게 하므로 물을 보다 효율적을 가열시키고, 제1,2절연층의 경로를 길게 하여 전기 저항을 크게 하므로 전열체로부터 누설되는 전류를 더욱 줄여 줄 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 순간 가열식 전기 보일러의 종단면도.

도 2는 본 발명에 따른 순간 가열식 전기 보일러의 작동 상태도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 케이싱 3 : 전열체

5,5 : 격벽 7 : 유입구

9 : 유출구 11 : 유입층

13 : 유출층 15 : 가열층

17,19 : 제1,2절연층 39,39 : 전극

21,23,25,27,29 : 제1,2,3,4,5케이싱

본 발명의 이점과 장점은 이하의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명함으로서 보다 명확하게 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 순간 가열식 전기 보일러의 종단면도로서, 내열성 절연재로 이루어진 케이싱(1), 이 케이싱(1)을 경유하는 물을 가열시키는 전열체(3), 그리고 케이싱(1)의 내부에 다른 온도 분포 및 다른 유속 분포를 형성시키는 다수의 격벽(5,5)들로 구성되어 있다.

먼저, 케이싱(1)은 전열체(3)로부터의 누전에 보다 안전하도록 합성수지의 절연재로 형성됨이 바람직하며, 그 양측(도 1에서는 상, 하측)에는 저온의 물이 유입(a)되는 유입구(7)와 고온의 물이 유출(b)되는 유출구(9)를 구비하고 있다.

이 케이싱(1)은 가열시키기 위한 물을 내부에 충진한 상태로 있는 것이 아니라, 흐르는 물을 가열할 수 있도록 유입구(7)로 들어오는 저온의 물이 고온의 물로가열되어 유출구(9)로 나가는 순환 경로를 형성하고 있다.

이 순환 경로는 전열체(3)와 격벽(5,5)의 위치에 따라 각각 다른 온도 분포 및 다른 유속 분포를 가지는 여러 층들을 형성하게 된다. 즉, 케이싱(1)은 그 하부인 유입구(7) 측에는 유입층(11)을, 상부인 유출구(9) 측에는 유출층(13)을, 전열체(3)가 위치하는 중부에는 가열층(15)을, 유입층(11)과 가열층(15) 사이에는 제1절연층(17)을, 그리고 유출층(13)과 가열층(15) 사이에는 제2절연층(19)을 각각 형성하고 있다.

유입층(11)과 유출층(13)은 제1,2절연층(17,19)에 비하여 상대적으로 넓은 간격(도 1에서 상하 간격, 이하 생략)으로 형성되므로 유입 및 유출되는 물의 유속은 느리게 하여 관수 용량을 크게 하고 기포의 배출을 용이하게 한다.

가열층(15)은 그 양단에 형성된 제1,2절연층(17,19)에 비하여 상대적으로 넓은 간격으로 형성되어 유속을 느리게 하므로 전열체(3)에서 발산되어 물로 전달되는 열확산 및 열이동을 원활하게 한다.

그리고, 제1,2절연층(17,19)은 상기한 유입층(11), 유출층(13), 그리고 가열층(15)에 비하여 상대적으로 간격을 좁게 형성하여 물의 유속을 상대적으로 빠르게 하므로 저온의 물이 신속하게 가열층(15)으로 유입되고 이 가열층(15)에서 일정한 온도로 가열된 고온의 물이 더 이상 가열되지 않고 신속하게 유출층(13)으로 빠져나가게 한다. 물의 이러한 흐름은 종래기술에서 일정한 온도로 가열된 물을 계속 순환 및 가열시키는 것에 비하여 효율적인 가열을 가능케 한다.

이와 같은 유입층(11), 제1절연층(17), 가열층(15), 제2절연층(19), 그리고유출층(13)을 하측에서 상측으로 가면서 순차적으로 형성하고 있는 케이싱(1)은 상하 대칭 구조를 이루고 있다. 따라서 케이싱(1)은 유입층(11)과 유출층(13)을 호환 적용하고, 제1,2절연층(17,19)을 호환 적용할 수 있도록 분해 조립 가능한, 제1,2,3,4,5케이싱(21,23,25,27,29)으로 구성되어 있다.

이 제1케이싱(21)은 유입층(11)을 형성하고, 제2케이싱(23)은 제1절연층(17)을 형성하며, 제3케이싱(25)은 가열층(15)을 형성하고, 제4케이싱(27)은 제2절연층 (19)을 형성하며, 제5케이싱(29)은 유출층(13)을 형성하고 있다. 이 제1,2,3,4,5케이싱(21,23,25,27,29)은 상호 억지 끼움으로 결합되어 케이싱(1) 전체를 형성하게 된다. 이 제1,2,3,4,5케이싱(21,23,25,27,29)의 결합 구조는, 통상적인 실링 구조가 적용 가능하므로 이에 대한 설명을 생략한다.

제3케이싱(25)의 가열층(15)에는 전열체(3)다 설치되어 있다. 여기서는 전열체(3)가 2층 구조로 설치된 것을 예시하고 있다. 이 전열체(3)는 물의 가열 효율을 높이기 위하여 절연재로 코팅되지 않은 상태로 물에 직접 접촉하도록 설치되어 있다.

이 전열체(3)는 누전에 보다 효과적으로 대응할 수 있도록 그 표면에 테프론이나 불소수지와 같은 합성수지의 코팅층을 형성할 수도 있다. 절연질이 코팅되지 않은 전열체(3)에 220V 80~90A의 전류를 인가하면 누설 전류가 0.768mA이나, 그 표면에 합성수지를 증착 코팅한 전열체(3)의 경우에는 누설 전류가 0.12mA로 더 낮아지는 것을 알 수 있다. 어느 경우이든 인체에 안전한 범위 내이다.

따라서, 이 코팅층은 제1,2절연층(17,19)에 의한 누설 전류 차단에 추가되는것으로서 반드시 필요한 것은 아니다. 절연체(3)가 물에 직접 접촉함에도 불구하고 절연체의 누설 전류를 차단할 수 있도록 제1,2절연층(17,19)은 다수의 격벽(5)이 지그재그 상태로 설치됨에 따라 가열층(15)이나 유입층(11) 및 유출층(13)보다 좁은 간격으로 긴 경로를 형성하고 있다. 이 제1,2절연층(17,19)의 좁고 긴 경로는 유속을 빠르게 하여 가열층(15)에서의 열손실이 일어나는 것을 저감시켜 줄뿐만 아니라, 이 경로에 충진된 물에 의한 전기적 저항을 보다 크게 하므로 전열체(3)에서의 누설되는 전류에 보다 완벽하게 대비하고 있다.

전열체(3)의 누설 전류에 대한 대비가 무엇보다 중요하므로 본 실시 예에서는 전열체(3) 자체 또는 합성수지를 코팅한 전열체(3)를 물에 직접 접속시켜 가열하므로 이에 더하여 케이싱(1)을 내열성 절연재인 합성수지재로 형성하고 있고, 제1,2절연층(17,19)의 경로를 길게 하여 전기 저항을 크게 하고 있다.

그리고, 유출구(9)에는 펌프(31)가 구비되어 필요한 곳으로 고온의 물을 공급 및 순환시킨다. 유출층(13)에는 오버 라인(33)이 보충수 탱크(35)와 연결되어 케이싱(1)의 내부에서 발생된 기포를 배출시킨다. 이 보충수 탱크(35)는 밸브(37)를 개재하여 수원(水原, c)에 연결되어 있다.

또, 전열체(3)에 전류를 공급하는 전극(39,39)을 자동제어하기 위하여 물 흐름을 감지하는 감지 스위치(미도시)를 케이싱(1) 내부에 설치하고, 이 감지 스위치와 전극(39,39) 및 펌프(31)를 제어부(미도시)에 연결할 수도 있다. 이러한 구성은 자동제어 보일러에 사용되는 것을 적용할 수 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

이와 같이 구성되는 순간 가열식 전기 보일러는 도 2에 도시된 바와 같은 순환 경로를 형성하면서 저온의 물을 고온의 물로 가열시키게 된다.

이를 구체적으로 설명하면, 펌프(31)의 구동으로 유입구(7)를 통하여 저온의 물이 유입(a)되면, 이 저온의 물은 유입층(11)에 충진된 후 다수의 격벽(5,5)으로 형성된 제1절연층(17)으로 진행하게 된다. 이와 동시에 감지 스위치가 물 흐름을 감지하여 전극(39,39)을 통하여 전열체(3)에 전류를 인가시키게 된다.

이 제1절연층(17)으로 진행하는 저온의 물은 좁고 길게 형성된 제1절연층(17)에서 빠른 유속을 가지게 된다(도면에서는 화살표 개수의 다소(多少)로 유속이 빠르고 느린 것을 도시하고 있다). 이 제1절연층(17)의 좁고 긴 경로에 충진된 저온의 물은 전열체(3)에서 누설되는 전류에 강한 저항으로 작용하여 전열체(3)로부터 누설되는 전류가 케이싱(1)의 밖으로 누설되는 것을 차단시킨다.

이 제1절연층(17)을 경유한 저온의 물은 제1절연층(17)보다 상대적으로 넓은 간격으로 형성된 가열층(15)으로 유입되면서 유속이 떨어진다. 제1절연층(17)의 유속에 비하여 상대적으로 느린 유속을 가지는 저온의 물은 전열체(3)에 직접 접촉되면서 전열체(3)으로부터 발산되는 열을 충분히 받아 열확산 및 열이동되면서 고온의 물로 가열된다.

이 가열층(15)을 경유한 고온의 물은 좁고 길게 형성된 제2절연층(19)에서 빠른 유속을 가지게 된다. 이 제2절연층(19)의 좁고 긴 경로에 충진된 고온의 물은 전열체(3)에서 누설되는 전류에 강한 저항으로 작용하여 전열체(3)로부터 누설되는 전류가 케이싱(1) 밖으로 누설되는 것을 차단시킨다. 즉, 제1,2절연층(17,19)은 전열체(3)에서 누설되는 전류에 대하여 케이싱(1) 밖에서 사람이 감전되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 제2절연층(19)을 경유한 고온의 물은 제2절연층(19)보다 상대적으로 넓은 간격으로 형성된 유출층(13)으로 유입되면서 유속이 떨어진다. 제2절연층(19)의 유속에 비하여 상대적으로 느린 유속을 가지는 고온의 물은 유출구(9)를 통하여 배출된다.

이와 같이, 저온의 물은 유입구(7), 유입층(11), 제1절연층(17), 전열체(3)의 가열층(15), 제2절연층(19), 유출층(13), 그리고 유출구(9)를 경유하면서 고온의 물로 가열되어 배출된다.

이러한 과정에서 발생되는 기포는 고온의 물이 유출구(19)로 배출되면서 유출층(13)에 연결된 오버 라인(33)을 통하여 보충수 탱크(35)로 공급된다. 유출구(19)의 넓은 간격은 이러한 기포의 배출을 더욱 원활하게 한다.

이와 같이 본 발명은 절연재의 케이싱 내부를 경유하는 물에 전열체를 설치하여 전열체에서 발산되는 열로 직접 물을 가열시키고, 제1,2절연층의 간격을 가열층, 유입층 및 유출층의 간격보다 좁은 상태로 격벽을 배치하여 전열체가 위치하는 가열층에서 물의 유속을 느리게 하므로, 가열 수로를 일정한 간격으로 형성하여 물을 일정한 유속으로 흐르게 하면서 일정 온도에 이른 고온의 물을 계속 가열하게 되는 종래기술과 달리, 전열체로부터의 열확산 및 열이동을 원활하게 하고 일정 온도로 가열된 온수를 더 이상 가열하지 않고 배출되게 하여 전력 소모를 줄이면서가열 효율을 더욱 향상시키며, 제1,2절연층의 경로를 길게 하여 전기 저항을 크게 하므로 전열체로부터 누설되는 전류를 차단시켜 전열체의 누설 전류에 대하여 보다 완벽하게 대응할 수 있다.

Claims (3)

1. 유입구로 유입된 저온의 물이 고온의 물로 가열되어 유출구로 나가는 순환 경로를 형성하며 상기 유입구와 상기 유출구에 유입층과 유출층을 각각 형성하는 내열성 절연재의 케이싱,

   상기 절연재의 케이싱 중심에 배치되어 상기 물과 직접 접촉하면서 가열층을 형성하는 전열체,

   상기 전열체의 상, 하측인 상기 절연재의 케이싱 내측에 상기 가열층의 간격과 상기 유입층 및 상기 유출층의 간격보다 좁은 간격의 제1,2절연층을 형성하도록 지그재그 상태로 배치되는 다수의 격벽을 포함하는 순간 가열식 전기 보일러.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 케이싱은 상기 유입층을 형성하는 제1케이싱, 상기 제1절연층을 형성하는 제2케이싱, 상기 가열층을 형성하는 제3케이싱, 상기 제2절연층을 형성하는 제4케이싱, 그리고 상기 유출층을 형성하는 제5케이싱을 상호 조립 가능한 구조로 형성함을 특징으로 하는 순간 가열식 전기 보일러.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전열체는 그 표면에 형성된 합성수지 코팅층을 포함하는 순간 가열식 전기 보일러.