KR200311555Y1 - 전기온수기를 겸한 증류수제조기 - Google Patents

Abstract

이화학계통의 실험실에서는 기구의 세척이나 손을 씻기 위해 별도로 전기온수기를 설치해 많이 사용하고 있다.

또한 실험실에서는 증류수제조기도 많이 사용하는데 증류수를 제조하기위해 사용된 많은 양의 전기에너지와 냉각수는 양질의 온수로 다시 사용될 수 있음에도 불구하고 별쓰임새 없이 그냥 흘려 버려지고 있다.

증류수제조기의 구조가 배출냉각수를 온수로서 유용하게 활용할 수 있을 만큼 편리하게 되어있지 못하기 때문이다.

본 고안은 위의 증류수제조기의 구조를 개량하여 버려지는 뜨거운 냉각수를 이용해서 전기온수기의 기능을 가질 수 있도록 함으로서 한대의 장치로서 증류수제조기의 기능과 전기온수기의 기능을 동시에, 또는 각각의 기능으로 사용할 수 있도록 구성하여 사용의 편리함과 함께 물과 에너지를 절감토록 하였다.

Description

전기온수기를 겸한 증류수제조기 {Water distiller with hot water supplyer}

1) 기술분야

본 고안은 증류수제조기의 배출 냉각수를 이용하여 전기온수기의 기능을 갖게함으로서 1대의 장치로서 물과 에너지의 추가 없이 증류수제조기와 전기온수기의 기능을 동시에, 또는 각각으로 사용 할 수 있도록 한 장치에 관한 것이다.

2) 종래의 기술

(일반적인 전기온수기의 구성 및 동작원리)

일반적으로 저탕식 전기온수기는 다음과 같이 구성되어 있다.

도3에서 항상 물이 차 있는 온수탱크(32)안에 히터(30) 및 온도감지센서(31)가 장치되어 있고 수돗물 유입밸브(33)와 온수출구(34)로 구성되어 있다.

수도관에 연결된 유입밸브(33)를 열면 수돗물은 온수탱크로 들어가고 히터에의해 더워진 물은 유입수의 수압에 의해 출구(34)에 연결된 호스의 끝에 부착된 샤워기 까지 밀려나와 온수로서 사용된다.

또한 온수탱크내의 물은 히터와 서모스타터 등에 의해 일정한 온도로 유지되고 있다.

(일반적인 증류수제조기의 구성 및 동작원리)

일반적으로 증류수제조기는 대개 도4 와 같이 구성되어 있는데 크게 나누어 보일러, 수위유지장치, 응축기 및 전기장치 등으로 구성되어 있으며 각각의 구조와 기능은 다음과 같다.

보일러(41) --- 내부에 물을 끓이는 히터가 장치되어 있으며 여기에서 발생된 수증기는 응축기로 올라가도록 되어있다. 바닥에는 보일러의 물을 뺄 수 있도록 배출밸브(49)가 연결되어 있어 보일러내부의 세척 시에 사용된다.

수위유지장치(48) --- 보일러와 연결되어 있어 보일러와 같은 수위를 유지하고 있으며 냉각관을 거쳐 나온 냉각수는 이곳으로 들어와 보일러수로 공급되고 여분의 물은 배출관(46)을 통해 밖으로 배출됨으로서 보일러를 항상 일정한 수위로 유지시킨다. 또한 물 공급이 중단되거나 하여 수위가 낮아지면 내부에 장치된 플로팅스위치(47)가 OFF 됨으로서 히터의 전류공급을 차단하여 히터를 보호한다.

응축기(43) --- 보일러에서 나온 수증기를 증류수로 응축시키는 부분인데 냉각수가 흐르는 냉각관, 증류수가 받혀지는 부분 등이 통속에 둘러싸여 보일러 상부와 연결되어 있다.

전기장치 --- 기본적인 구성은 도2 와 같이 플로팅스위치의 ON-OFF에 따라 작동되는 릴레이에 의해 히터에 전기를 공급하도록 되어 있다.

동작원리

도4 에서 입력단자 L1, L2에 전원이 투입되고, 냉각수 유입구(45)에 냉각수가 흘러 들어가면 냉각수는 응축기 속의 냉각관을 거쳐 수위유지장치(48)에 들어간다.

이 물은 아랫부분의 연결관을 통하여 보일러로 들어가서 보일러의 수위를 수위유지장치의 수위와 같도록 높이게 된다.

수위가 일정수위에 이르면 플로팅스위치(47)의 뜨게는 떠올라 내부의 스위치를 ON 시키고, 넘치는 물은 냉각수 배출관(46)을 통하여 배수구로 빠져나감으로서 보일러의 수위는 냉각수가 흐르는 동안에는 항상 일정한 수위를 유지하게 된다.

한편, 플로팅스위치(47)가 ON 되면 릴레이가 ON되고 히터에 전류가 흘러 보일러의 물을 가열시켜 수증기를 만들어 낸다.

수증기는 응축기로 들어가서 냉각관의 표면에 응결되어 응축기의 바닥에 떨어지고 증류수배출관(42)을 통해 저장탱크로 흘러나가 저장되어 사용된다.

또한, 증류수 저장탱크에는 증류수의 수위를 감지하는 스위치 또는 센서 등이 있는 것도 있어 증류수가 탱크에 다 차게 되면 전기공급을 OFF 시켜 동작을 중지 시키기도 한다.

한편, 계속적인 증류수의 생산으로 인해 보일러에는 물 속에 녹아 있던 광물질 등이 농축되어 석출함으로서 장치의 정상적인 작동을 방해하기도 하는데 이 농축수를 빼내기 위해서 보일러의 아랫부분에 배출밸브(49)가 달려 있으며, 적당한 시기에 물을 빼내고 새물을 채우기도 한다.

또한 고급형 기기에서는 농축수를 빼내고 새물을 채우는 세척 작업을 일정 주기마다 자동적으로 시행되도록 한 것도 있다.

일반적인 증류수제조기의 문제점

일반적으로 이화학 실험실 등에서 사용하는 증류수제조기는 히터의 용량이 2~6㎾로, 냉각수로서 대부분 수돗물을 사용하는데 응축기의 냉각관을 통과한 냉각수는 히터에서 나온 열에너지의 대부분을 가져 온수로 바뀐 상태에서, 일부(10%미만)는 보일러로 들어가 증류수의 제조에 사용되지만 나머지는 그대로 하수구로 흘려보내는 방식으로 되어 있다.

이러한 증류수제조기가 양질의 온수를 배출함에도 배출 온수를 재활용하지 못하고 흘려 버리는 데에는 다음과 같은 몇 가지 이유가 있다.

① 온수(냉각수 배출)의 순간 배출유량이 적어 필요할 때 충분한 양을 사용할 수가 없다. 가장 많이 사용되는 3㎾히터 증류수제조기의 경우 시간당 증류수 생산량은 3.7L 정도이며 이 경우 냉각수의 적절한 배출유량은 30~40L/h 정도이다.

이것은 1분당 0.6L 내외로서 통에 받아두고 쓰지 않는 한 비이커 등의 실험기구 뿐만 아니라 손을 씻는 데에도 부족한 양이다.

물론 냉각수의 유입량을 더 많이 하면 되겠지만 대신, 배출수의 온도가 낮아지며, 가동 중에 항상 냉각수를 흘려야하는 증류수제조기의 특성상 물의 낭비가 많아진다.

온수를 받아두는 탱크를 별도로 연결하여 사용하면 되지만 이 경우, 종래의 증류수 제조기에서는 그 구조상 몇 가지 제약이나 불편한 점이 따른다.

온수탱크의 온수를 전기온수기처럼 쓰기 위해서는 수도꼭지나 샤워기를 연결하여 사용하면 편리한데 이렇게 하기 위해서는 탱크에 수도관의 압력이 직접 가해지도록 하거나, 탱크의 설치위치를 높이하여 연결된 수도꼭지나 샤워기에 적당한 수압이 가해져야 사용하기 좋게 된다.

그러나 종래의 증류수제조기는 냉각관을 거쳐나온 배출수가 수위유지장치(48)로 들어가서 일부는 보일러로 들어가 보일러수로 공급되고 나머지는 배출관(46)을 통해 자연적으로 흘러 배수되도록 되어 있기 때문에 배출수는 거의 수압을 가지지 못한다.

이를 온수로서 저장탱크에 보내기 위해서는 수위유지장치의 배출관(46) 위치가 온수저장탱크의 사용수위보다 어느 정도 이상 높아야 배출수가 저장탱크로 원활히 흘러갈 수 있게되고, 종래의 증류수제조기로 이렇게 하기 위해서는 증류수제조기 본체의 설치 위치를 통상적인 위치에서 1m이상 높이 설치해야 하는 불편이 따른다.

② 전기온수기로도 사용할 수 있도록 온수저장탱크를 설치한다면, 탱크에 온수가 다 찼을 경우 그것을 감지하여 더 이상의 급수 및 가열기능을 자동 중지시킬 수 있는 장치도 있어야 한다.

③ 전기온수기로 사용시, 생산되는 증류수가 저장탱크를 다 채워 더이상 필요 없을 경우, 온수기로서의 기능에는 관계없이 증류수의 생산기능을 자동 중지시킬 수 있는 장치가 있어야 한다.

위와 같이 종래의 증류수제조기에서는 배출되는 냉각수가 수증기를 냉각시킨 용도 외에는 사용되지 않은 깨끗한 수돗물이며 충분히 뜨거운 온수로서 재활용될 수 있는데도 사용하기에 불편한 구조로 되어있는 관계로 그냥 버려지고 있다.

본 출원인은 이와 같은 배출냉각수를 재활용하기 위해 증류수제조기 구조의 일부를 바꾸고 기능을 추가하여 새로운 구조로 고안함으로서 증류수제조기가 증류수제조 뿐만 아니라 전기온수기로도 편리하게 사용할 수 있도록 하여 소비되는 물과 에너지를 절약하고자 하였다.

도1 - 본 고안의 전체 단면도

도2 - 본 고안의 전기회로도

도3 - 저탕식 전기온수기의 단면도

도4 - 종래의 일반적인 증류수제조기의 구조 및 전기회로도

도1 및 도2 의 부호설명

1: 증류수탱크, 2: 플로팅스위치, 3: 온수출구, 4:온수탱크, 5:플로팅스위치 6: 잉여온수배출구, 7: 냉각수 유량조절밸브, 8: 냉각수용 솔레노이드밸브 9: 연결관, 10: 보충수용 솔레노이드밸브, 11: 플로팅스위치, 12: 수위검지관, 13: 배출수용 밸브, 14: 히터, 15: 보일러, 16: 수증기통로관, 17: 증류수배출관, 18: 냉각관, 19: 응축기, h: 증류수탱크의 최고 사용수위, W: 수증기통로관(16)의 응축기바닥위 돌출부.

도3 및 도4 의 부호설명

30: 히터, 31: 온도감지센서, 32: 온수탱크, 33: 수돗물 유입밸브, 34: 온수배출구, 40: 히터, 41: 보일러, 42: 증류수배출관, 43: 응축기, 44: 냉각관, 45: 냉각수 유입구, 46: 냉각수배출관, 47: 플로팅스위치, 48: 수위유지장치, 49: 보일러수 배출밸브

-. 도1에서 저장탱크의 플로팅스위치 (2) 및 (5) --- 저장탱크의 물이 일정수위 미만이면 뜨게는 내려와 있어 플로팅스위치의 접점은 ON 되고, 일정수위 이상이면 뜨게가 떠올라 접점이 OFF 되도록 되어있다.

-. 수위검지관(12) 및 플로팅스위치(11) --- 수위검지관(12)은 안쪽 일정높이에 플로팅 스위치(11)가 장치되어 있고 아래의 연결된 관을 통하여 보일러 내의 수위 저하를 감지하도록 되어 있다.

보일러수가 일정수위 미만이면 플로팅스위치의 뜨게는 내려와 있어 스위치(11)의 접점이 OFF 되고 일정수위 이상이면 뜨게는 떠올라 접점은 ON 되도록 되어 있다.

-. 보일러(15)에는 히터(14)와 솔레노이드밸브(10) 및 온수탱크와의 연결관(9)이 장착되어있어 솔레노이드밸브(10)의 개폐에 의해 보일러수를 공급하도록 되어있다.

또한 보일러의 상부에는 수증기통로관(16)이 응축기(19)의 바닥위로 약간 돌출 되어 연결되어 있어 보일러에서 발생된 수증기는 이 통로관을 따라 응축기로 올라가서 냉각수가 흐르는 냉각관(18)의 표면에서 응축되어 응축기의 바닥으로 떨어진다.

응축기의 바닥에는 증류수배출관(17)이 저장탱크(1)와 경사지게 연결 되어있어 바닥에 떨어진 증류수가 저장탱크로 자연적으로 흘러 나갈 수 있도록 되어있다.

-. 보일러 하단의 밸브(13)는 보일러 안을 세척할 때 물을 배출시키는 밸브이다.

-. 응축기(19)내부의 냉각관(18)은 냉각수의 유량을 적절히 조절할 수 있는 조절밸브(7) 및 냉각수의 유입을 ON-OFF 시킬 수 있는 솔레노이드밸브(8)를 통하여 냉각수가 흘러들어 열 교환이 된 후 연결관(9)으로 나가도록 되어있다.

-. 증류수탱크(1)는 아랫부분에 물 꼭지가 달려있어 필요시 증류수를 빼 쓸 수 있도록 되어 있으며 윗 부분에는 증류수가 일정높이로 찬 것을 감지하는 플로팅스위치(2)가 장치되어 있다.

-. 증류수탱크의 설치높이는 탱크의 최고 사용수위(h)가 응축기 바닥위 돌출부(W) 끝단까지의 높이와 같도록 함으로서, 증류수가 이 높이까지 찬 상태에서는 더 이상 응축기에서 저장탱크(1)로 흘러들 수 없고 바닥 안쪽의 수증기통로관 돌출부(W)를 넘쳐 다시 보일러로 흘러들도록 하였다.

-. 저장탱크의 플로팅스위치(2)의 위치는 증류수 수위가 저장탱크의 최고 사용수위(h)에 이르렀을 때 플로팅스위치의 뜨게가 충분히 뜰 수 있는 높이로 구성되어 있다.

-. 온수탱크(4)는 탱크로 들어오는 온수가 상수도 수압과 같은 수압을 가지므로서 증류수제조기 본체의 위치에 관계없이 실내의 충분히 높은 위치에 설치할 수 있으며, 냉각관(18)에서 뜨거워진 냉각수는 연결관(9)을 통해 온수 저장탱크로 들어가도록 되어있다.

온수탱크의 한쪽에는 온수출구(3)가 나와있어 호스를 연결하여 냉온수 혼합밸브 및 샤워기 등을 연결하여 사용할 수가 있다.

또 탱크의 맨 위에는 잉여온수 배출구(6)가 장치되어 호스로서 싱크대 배수구로 연결 되어있다.

또한 탱크의 윗부분에는 플로팅스위치(5)가 장치되어 탱크에 온수가 다 찼을 경우 이를 감지할 수 있게 되어있다.

(실시 예의 설명)

본 고안품의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도1 및 도2 에서 보일러에 물이 없거나 수위가 낮으면 수위검지관의 플로팅스위치(11)는 OFF 되어있고 릴레이의 접점도 nc쪽으로 되어있다.

증류수탱크(1) 및 온수탱크(4)에 물이 없거나 수위가 낮으면 플로팅스위치(2) 및 (5)의 뜨게는 내려와 있어 접점은 ON 되어있다.

이제 기능선택스위치(S)를 온수쪽으로 선택하고 L1, L2에 전원(AC 220V)을 투입하면 히터(14)에는 전류가 흐르지 않고 냉각수용 솔레노이드밸브(8) 및 보충수용 솔레노이드밸브(10)에는 전류가 흘러 ON 된다.

한쪽이 상수도관에 연결된 유량조절밸브(7)에서 적절한 유량으로 조절된 냉각수는 수돗물과 같은 압력으로 냉각수용 솔레노이드밸브(8) 및 냉각관(18)을 나와연결관(9)을 거쳐 보일러 및 온수탱크(4)로 들어간다.

한편, 솔레노이드밸브(10)를 통과한 물은 보일러의 수위를 높이고 수위가 일정수위에 이르면 플로팅스위치(11)의 뜨게를 위로 올려 스위치 접점을 ON 시킨다.

플로팅스위치(11)가 ON 됨에 따라 릴레이 coil에 전류가 흘러 접점은 no 쪽으로 바뀌고 보충수용 솔레노이드밸브(10)는 OFF 되면서 보일러의 보충수 공급이 중지되고, 히터(14) 쪽으로는 전류가 흐르기 시작해 보일러의 물이 가열되기 시작한다.

보일러의 물이 끓으면 수증기는 통로관(16)을 지나 응축기(19)로 들어가서 냉각관(18)의 표면에서 응축되어 응축기의 바닥에 떨어지고 증류수 배출관(17)으로 흘러나와 증류수탱크(1)로 들어가 저장된다.

수증기가 냉각관(18)의 표면에서 응축되면서 냉각수와 열교환이 됨에 따라,뜨거워진 냉각수는 연결관(9)을 거쳐 온수탱크(4)로 들어가 온수로서 저장된다.

보일러의 물이 계속 끓어 수위가 낮아지면 플로팅스위치(11)의 뜨게가 내려와 접점이 OFF 되고 릴레이도 OFF 되어 히터(14)는 전류가 흐르지 않게 되고 보충수용 솔레노이드밸브(10)가 ON 되면서 다시 보일러로 물이 흘러들어 보일러의 수위는 다시 높아지기 시작한다.

수위가 일정수위에 이르면 보충수공급은 중지되고 히터는 다시 가열되어 물을 끓인다.

위와 같이 물이 끓어 증류수와 온수가 생산되고 줄어든 보일러수가 보충되고 하는 과정이 반복되어 온수탱크에 온수가 일정수위에 이르게되면, 플로팅스위치(5)의 뜨게가 떠올라 접점을 OFF 시킨다.

플로팅스위치(5)의 접점이 OFF 되면 냉각수용 솔레노이드밸브(8), 보충수용 솔레노이드밸브(10), 릴레이, 히터 등이 OFF 되어 증류수 및 온수의 생산은 중지된다.

기능선택스위치 S 가 증류수기 기능으로 선택되어 있었다면 온수탱크의 플로팅스위치(5)가 OFF 됨에 관계없이 증류수탱크의 플로팅스위치(2)가 OFF 될 때까지 냉각수 공급 및 히터의 가열은 반복되어 증류수는 계속 생산되고, 연결관(9)을 통해 배출되는 온수는 탱크를 가득 채운 상태에서 탱크 윗부분의 잉여온수 배출구(6)를 통해 잉여온수로서 싱크대 배수구로 흘러 나가게 된다.

증류수의 수위가 높아져 탱크내 일정수위에 이르면 플로팅스위치(2)의 뜨게를 밀어 올려 스위치를 OFF 시키게 된다.

이때 기능선택스위치가 증류수기 기능으로 선택된 경우에는 앞에서 설명한 바와 같이 냉각수공급과 보일러의 보충수공급 및 보일러수의 가열은 중지되지만, 기능선택 스위치가 온수기 기능으로 선택되어 있고 온수탱크에 아직 온수가 다 채워지지 않아 플로팅스위치(5)가 ON 상태이면 비록 증류수탱크는 다 찼다하더라도 증류수는 계속 생산되어진다.

냉각관에서 응축되어 응축기의 바닥에 떨어지는 증류수는 증류수배출관(17)을 통하여 증류수탱크로 들어가는데, 탱크의 수위가 응축기의 바닥보다 높아지면 증류수는 응축기의 바닥에도 고이기 시작하고, 탱크의 최고사용수위(h)에 이르면 응축기바닥 안쪽의 수증기통로관 돌출부(W)를 넘쳐 수증기통로관(16)을 통해 다시 보일러 속으로 들어 가게된다.

이때는 물론 증류수탱크(1)는 입구로 물이 넘치지 않는 높이에 설치되어 있어야 한다.

이 경우 냉각수의 공급 및 보일러 히터는 계속 작동되어 냉각수를 가열하고 온수를 생산하지만, 동시에 생산되는 증류수는 다시 보일러로 들어가 보충수로 환원됨으로서 보일러의 수위는 줄어들지 않고 보충수용 솔레노이드밸브(10)를 통한 보충수공급도 없어지게 된다.

이때는 보일러 내부에서 물은 계속 끓더라도, 수증기로 나가 줄어드는 만큼의 물이 증류수의 유입으로 보충되므로 보일러 내부에는 더 이상의 스케일 생성도 없게된다.

이 상태는 온수탱크의 수위가 점점 높아져 플로팅스위치(5)의 뜨게를 밀어올려 접점을 OFF 시킬 때까지 계속된다.

플로팅스위치(5)의 접점이 OFF 되면, 수위가 내려와 접점이 다시 ON 될 때까지 냉각수와 보충수의 공급 및 히터의 가열도 중지된다.

또한 저장탱크에 물이 다차서 선택된 기능이 자동 정지되어 있더라도 온수 또는 증류수를 사용하여 저장탱크의 수위가 줄어들면 탱크의 플로팅스위치의 뜨게는 다시 내려가고 그에 따라 냉각수공급 및 가열은 다시 시작되어 줄어든 탱크의 수위가 회복 될 때까지 계속된다.

상술한 바와 같이 본 고안품은 증류수제조기에서 배출되어 버려지는 뜨거운 냉각수를 전기온수기의 온수로서 사용할 수 있게 구성함으로서, 한 대의 장치로서 증류수제조기와 전기온수기의 기능을 동시에 갖게하는 편리함과 함께 자원 및 에너지를 절감하는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 물을 끓이는 히터와 보일러, 보일러에 물이 없거나 줄어들면 그것을 검지하는 수위검지용 플로팅스위치, 냉각수를 개폐하는 솔레노이드밸브, 냉가수의 유량을 조절하는 밸브, 보일러의 보충수를 개폐하는 솔레노이드밸브, 수증기를 응축시키는 냉각관 및 응축기, 수위검지용 플로팅스위치가 있는 온수탱크와 증류수탱크, 증류수제조기 또는 전기온수기의 기능으로 선택할 수 있는 스위치, 히터 및 솔레노이드밸브 등에 전기를 공급하는 전기회로 등으로 구성하는 것을 특징으로 하는 전기온수기 겸 증류수제조기로서

   증류수제조시 배출되는 뜨거운 냉각수를 상수도압력으로 바로 온수탱크로 보내어 저장하고, 보일러의 수위 저하시 플로팅스위치가 검지하여 솔레노이드 밸브를 구동하여 보일러에 물을 보충하고, 기능선택스위치가 증류수기로 설정 되어있을 경우, 온수탱크의 수위와 상관없이 증류수탱크의 수위가 일정수위에 도달하거나 미달함에 따라 솔레노이드밸브 및 히터의 전원이 제어되도록 하여 냉각수의 공급과 보일러수의 가열이 제어 되도록 하고,

   기능선택스위치가 전기온수기로 설정 되어있을 경우, 증류수탱크의 수위와 상관없이 온수탱크의 수위가 일정수위에 도달하거나 미달함에 따라 솔레노이드밸브 및 히터의 전원이 제어되도록 하여 냉각수의 공급과 보일러수의 가열이 제어되도록 하는 한편, 동시에 만들어지는 증류수가 탱크의 최고사용수위까지 찬 경우 이후 생산되는 증류수는 보일러 안으로 흘러들게 하여 보일러수로 환원되는 것을 특징으로하는 전기온수기를 겸한 증류수제조기.
2. 청구항 1에서 보일러의 물이 없거나 줄어들면 그것을 감지하는 스위치장치에 의해 솔레노이드밸브를 구동시키는 방식으로 보일러의 물을 일정한 수위까지 보충해 주는 것을 특징으로 하는 전기온수기를 겸한 증류수제조기
3. 청구항 1에서 증류수제조기의 가동시 배출되는 뜨거운 냉각수를 상수도 압력으로 탱크로 보내고 저장하여 온수로 사용하는 것을 특징으로 하는 전기온수기를 겸한 증류수제조기
4. 청구항 1에서 본 장치가 전기온수기의 기능으로 선택되어 사용될 때 부수적으로 얻어지는 증류수가 저장탱크의 최고사용수위까지 찬 경우, 그 이후 만들어지는 증류수는 보일러 안으로 흘러 들어가게 하여 보일러의 보충수로 환원되는 것을 특징으로 하는 전기온수기를 겸한 증류수제조기
5. 청구항 1에서 전기온수기의 기능 또는 증류수제조기의 기능으로 선택 사용할수 있는 스위치장치를 한 것을 특징으로 하는 전기온수기를 겸한 증류수제조기.