KR20160131376A - Hot water boiler without power using vapor pressure - Google Patents
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Abstract
본 발명은 온수 보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전기히터에 의해 가열된 물에서 발생하는 증기의 압력을 이용하여 펌프 없이 무동력으로 온수를 순환시킬 수 있는 무동력 온수 보일러에 관한 것이다. 본 발명에 따른 증기압을 이용한 무동력 온수 보일러는 외부케이싱과; 상기 외부케이싱 내부에 구비되고, 외부로부터 공급된 냉수를 가열하여 증기와 온수를 형성하고, 형성된 증기의 압력에 의해 온수를 다시 외부로 배출하는 것으로, 상측에 냉수공급관이 구비되고 하측에 온수토출관이 형성된 가열챔버와; 상기 가열챔버의 내측 상부에 설치되되, 전원공급에 따라 발열되며 전방위로 열을 발산할 수 있도록 원통형으로 구성되어 수평 배치되는 전기히터와; 상기 가열챔버 내측에 구비되되, 상기 전기히터의 상측 냉수공급관의 직하부에 설치되어 외부로부터 공급되는 냉수와 접촉됨에 따라 전기히터로부터 전달받은 열로 증기를 형성하는 증발판을 포함한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hot water boiler, and more particularly, to a non-powered hot water boiler capable of circulating warm water without a pump by using a pressure of steam generated from water heated by an electric heater. The non-powered hot water boiler using the vapor pressure according to the present invention comprises an outer casing; The cold water supply pipe is provided on the upper side and the hot water discharge pipe is provided on the lower side. The hot water discharge pipe A heating chamber in which the heating chamber is formed; An electric heater installed on the inner side of the heating chamber and horizontally arranged in a cylindrical shape to generate heat in accordance with power supply and to radiate heat in all directions; And an evaporation plate provided inside the heating chamber and disposed under the upper side cold water supply pipe of the electric heater to form steam as heat transferred from the electric heater in contact with cold water supplied from the outside.
Description
본 발명은 온수 보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전기히터에 의해 가열된 물에서 발생하는 증기의 압력을 이용하여 펌프 없이 무동력으로 온수를 순환시킬 수 있는 무동력 온수 보일러에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hot water boiler, and more particularly, to a non-powered hot water boiler capable of circulating warm water without a pump by using a pressure of steam generated from water heated by an electric heater.
일반적으로 주택이나 산업 및 농업용 건물에는 겨울철 난방을 위한 난방장치가 구비된다. 이러한 난방장치들로는 보일러, 온풍기, 전기히터, 난로 등 다양한 종류가 사용되는데, 그 중에서도 특히, 온수 순환을 통하여 바닥이나 벽체를 가열하고 대류 현상을 통하여 실내 공기까지 데워줄 수 있는 보일러형 난방장치가 가장 선호되며, 주택의 경우 거의 대부분이 이러한 보일러 온수 순환 방식의 난방장치를 채택하고 있다.
Generally, houses, industrial and agricultural buildings are equipped with heating for winter heating. Such heating devices include a boiler, a hot air fan, an electric heater, a fireplace, etc. In particular, a boiler type heating device capable of heating the floor or wall through hot water circulation and warming indoor air through convection And most of the houses in this case are using the boiler hot water circulation type heating system.
보일러 온수 순환 방식 난방장치는 통상적으로 기름이나 가스 등의 열원에 의해 버너를 점화시키고, 점화된 버너의 화염을 이용하여 온수를 생성한 후 펌프를 구동하여 건물의 바닥에 매설된 온수순환배관을 통하여 온수를 순환시켜 난방을 수행하도록 구성된다. 그런데, 버너의 점화 및 온수 가열에 소요되는 기름이나 가스 가격이 매우 비싸고 열효율 또한 좋지 못하며, 온수 순환에 펌프를 구동해야 하므로 추가적인 전기 사용으로 겨울철 난방비가 많이 소요되는 단점이 존재한다.
The boiler hot water circulation system heating system usually burns the burner by the heat source such as oil or gas, generates the hot water by using the flame of the burned burner, drives the pump, and through the hot water circulation pipe embedded in the bottom of the building And is configured to circulate hot water to perform heating. However, the cost of oil or gas for burning the burner and heating the hot water is very high, the heat efficiency is not good, and the pump is driven in the hot water circulation.
이에, 겨울철 난방비를 줄일 수 있는 다양한 난방장치들이 제시되고 있는데, 특히, 대한민국 등록특허 제10-1110551호에는 전기히터에 의해 가열된 물에서 발생되는 증기압을 이용하여 펌프 없이 온수를 생성 및 순환시키는 무동력 온수 펌핑장치가 제시된다.
In particular, Korean Patent Registration No. 10-1110551 discloses a heating device for reducing the heating cost in the winter, and in particular, Korean Patent No. 10-1110551 discloses a heating device for generating electricity by using a vapor pressure generated from water heated by an electric heater, A hot water pumping device is presented.
도 1 에는 상기 등록특허에 따른 종래 온수 펌핑장치의 구성이 도시된다. 도 1 (a)는 상기 온수 펌핑장치의 사시도이고, 도 1의 (b)는 상기 온수 펌핑장치의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 온수 펌핑장치는 역류방지용 체크밸브(4)가 설치된 공급관(3)을 통해 냉수를 공급받음과 함께 온수를 생성하여 배출관(5)을 통해 생성된 온수를 무동력으로 배출시키는 무동력 온수 펌핑 장치(1)로서, 전원의 인가에 의해 발열 작동하는 전기히터(40); 상기 전기히터(40)가 내부에 수용 장착되고, 상기 공급관(3)이 상단부 일측에 연결되며, 내주면과 상기 전기히터(40)와의 사이에 소정 크기의 증기생성공간부(12)를 가지는 상부실린더(10); 및 상기 상부실린더(10)의 하측에서 연결통로(30)에 의해 상단부가 상기 상부실린더(10)의 하단부에 연통되며, 상기 배출관(5)이 하단부 일측에 연결되는 하부실린더(20);를 포함하여, 상기 전기히터(40)의 발열 작동에 따라 상기 상부실린더(10)의 증기생성공간부(12)에서 생성되는 증기압에 의해 상기 하부실린더(20)에서 생성되는 온수가 자동으로 배출되는 것을 특징으로 한다.
1 shows a configuration of a conventional hot water pumping apparatus according to the patent. FIG. 1 (a) is a perspective view of the hot water pumping device, and FIG. 1 (b) is a sectional view of the hot water pumping device. As shown in the drawing, the conventional hot water pumping device receives cold water through the supply pipe 3 provided with the check valve 4 for preventing the backflow, generates hot water, and discharges hot water generated through the discharge pipe 5 by non- A nonmoving hot water pumping device (1) comprising: an electric heater (40) generating heat by application of power; Wherein the
이러한 구성에 따르면, 가열된 물의 증기압을 이용하여 무동력으로 온수를 순환시킬 수 있다는 장점은 존재하나, 공급관(3)을 통해 유입되는 냉수가 전기히터(40) 주변에 체류하는 시간이 극히 짧아 증기의 생성량이 적고, 냉수가 전기히터(40) 표면에 직접적으로 접촉되고 반복적으로 공급되므로 전기히터(40) 자체가 식어버리기 때문에 증기 및 온수 형성이 잘 이루어지지 않는 단점이 존재한다. 또한, 온수는 하부실린더(20)에 저장되어 전기히터(40)에 의해 간접가열됨에 따라 형성되는 것으로 되어 있는데, 전기히터(40)가 상부실린더(10) 몸체와 하부실린더(20) 몸체에 의해 가려져 있고 중앙의 좁은 연결통로(30)에 의해서만 연통되므로 열전달이 효과적이 못하여 온수 생성이 더디고, 설령 상부실린더(10)와 하부실린더(20)를 금속재질로 구성하여 전기히터(40)로부터의 열전도 방식으로 물을 가열한다고 하더라도 상부실린더(10) 및 하부실린더(20)에서의 열손실이 크고 외부에 열이 그대로 전달되므로 사용자가 화상 위험이 존재한다. 또한, 상기 등록특허는 주로 온수매트에의 적용을 위한 구성으로서 증기압이 작아 온수순환배관이 길어 큰 순환압력이 필요한 일반 가정이나 산업 및 농업용 건물에서 난방 수단으로서는 부적합하다는 문제점이 존재한다. According to this configuration, there is an advantage that the hot water can be circulated by using the steam pressure of the heated water without power. However, since the time for the cold water flowing through the supply pipe 3 to stay around the
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 온수 순환 보일러의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 열효율이 낮고 연료비가 높은 기름 또는 가스의 사용을 배제하고 전기히터를 사용함으로써 난방비를 줄이고, 증기압을 이용하여 무동력으로 온수를 순환시키되, 증기 생성량이 많고 온수 생성 시간이 짧고, 대용량 건물 난방 수단으로 사용가능한 온수 보일러를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the problems of the conventional hot water circulation boiler as described above, and it is an object of the present invention to reduce heating cost by using an electric heater without using oil or gas having a low thermal efficiency and high fuel cost, It is an object of the present invention to provide a hot water boiler that circulates hot water, has a large amount of steam, has a short hot water generation time, and can be used as a large-scale building heating means.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 증기압을 이용한 무동력 온수 보일러는 외부케이싱과; 상기 외부케이싱 내부에 구비되고, 외부로부터 공급된 냉수를 가열하여 증기와 온수를 형성하고, 형성된 증기의 압력에 의해 온수를 다시 외부로 배출하는 것으로, 상측에 냉수공급관이 구비되고 하측에 온수토출관이 형성된 가열챔버와; 상기 가열챔버의 내측 상부에 설치되되, 전원공급에 따라 발열되며 전방위로 열을 발산할 수 있도록 원통형으로 구성되어 수평 배치되는 전기히터와; 상기 가열챔버 내측에 구비되되, 상기 전기히터의 상측 냉수공급관의 직하부에 설치되어 외부로부터 공급되는 냉수와 접촉됨에 따라 전기히터로부터 전달받은 열로 증기를 형성하는 증발판을 포함한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a non-powered hot water boiler using vapor pressure, comprising: an outer casing; The cold water supply pipe is provided on the upper side and the hot water discharge pipe is provided on the lower side. The hot water discharge pipe A heating chamber in which the heating chamber is formed; An electric heater installed on the inner side of the heating chamber and horizontally arranged in a cylindrical shape to generate heat in accordance with power supply and to radiate heat in all directions; And an evaporation plate provided inside the heating chamber and disposed under the upper side cold water supply pipe of the electric heater to form steam as heat transferred from the electric heater in contact with cold water supplied from the outside.
여기서, 상기 가열챔버의 상부는 사각 함체 형상으로 구성되고, 하부는 저장된 온수가 비교적 높은 압력으로 토출될 수 있도록 하방으로 갈수록 좁아지게 테이퍼진 형태로 구성된 것을 특징으로 한다.
Here, the upper part of the heating chamber is formed in a rectangular housing shape, and the lower part is formed in a tapered shape so that stored hot water can be discharged at a relatively high pressure downwardly.
그리고, 상기 증발판은 전기히터를 상측에서 원호 형상으로 감싸도록 구성되고 전기히터의 상측 외주면에 지지편에 의해 지지되며 상기 지지편은 전기히터에 고정 결합되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 증발판은 가로 방향으로 다수의 골이 형성된 주름판 형태로 구성된이 바람직하다.
Preferably, the evaporation plate is configured to surround the electric heater in an arc shape from above, and is supported by a support piece on the upper circumferential surface of the electric heater, and the support piece is fixedly coupled to the electric heater. In addition, it is preferable that the evaporation plate is formed in the form of a corrugated plate having a plurality of corrugations in the transverse direction.
또한, 토출되는 온수의 압력을 증가시키기 위한 증압수단을 더 포함하되 상기 증압수단은, 내열성 고무로 구성되고 내부에 질소의 주입 및 배출에 의해 팽창 및 수축되어 가열챔버 하부에 일시 저장된 온수의 토출 압력을 높여주는 브래더와; 상기 브래더에 질소를 공급 및 회수하기 위한 것으로 질소공급관과 질소회수관을 포함하는 질소탱크와; 상기 질소회수관에 설치되는 흡입펌프를 포함하고; 상기 질소공급관과 질소회수관은 삼방밸브의 서로 다른 포트에 연결되고, 상기 삼방밸브의 나머지 또 다른 포트는 브래더에 연결된 질소유출관과 연결되며, 상기 온수토출관에는 압력센서가 구비된다.The booster system further includes a booster for increasing the pressure of hot water discharged from the boiler. The booster booster is composed of a heat-resistant rubber, which is expanded and contracted by injecting and discharging nitrogen therein, A blade for increasing a discharge pressure; A nitrogen tank for supplying and recovering nitrogen to the blade, the nitrogen tank including a nitrogen supply pipe and a nitrogen recovery pipe; And a suction pump installed in the nitrogen recovery pipe; The nitrogen supply pipe and the nitrogen recovery pipe are connected to different ports of the three-way valve, the other port of the three-way valve is connected to the nitrogen outflow pipe connected to the blade, and the hot water discharge pipe is provided with a pressure sensor.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 전기히터를 사용하여, 열효율이 낮고 연료비가 높은 기름 또는 가스의 사용을 배제함으로써 난방비를 줄이고, 증기압을 이용하여 무동력으로 온수를 순환킴으로서 추가적으로 에너지 소모를 줄일 수 있으며, 증기 생성량이 많아 온수 순환압력이 증대되고 온수 생성 시간이 짧다. 그리고, 추가적인 증압수단을 구비하여 대용량 건물 난방 수단으로도 활용할 수 있다는 장점을 갖는다. As described above, according to the present invention, by using an electric heater, it is possible to reduce the heating cost by eliminating the use of oil or gas having a low thermal efficiency and high fuel cost and circulate the hot water by using the steam pressure, And the hot water circulation pressure is increased and the hot water generation time is short. In addition, it has an advantage that it can be utilized as a large-scale building heating means with an additional booster pressure stage.
도 1 은 종래 온수 순환 펌핑 장치의 사시도 및 단면도,
도 2 는 본 발명에 따른 무동력 온수 보일러의 부분 절개 사시도,
도 3 은 본 발명에 따른 무동력 온수 보일러에 채용된 전기히터의 사시도,
도 4 는 본 발명에 따른 무동력 온수 보일러의 전체 작동을 설명하기 위한 시스템 개략도이다. 1 is a perspective view and a cross-sectional view of a conventional hot water circulation pumping device,
FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of a non-powered hot water boiler according to the present invention,
3 is a perspective view of an electric heater employed in a non-powered hot water boiler according to the present invention,
4 is a system schematic diagram for explaining the overall operation of the non-powered hot water boiler according to the present invention.
이하, 본 발명에 따른 무동력 온수 보일러의 구성 및 작용에 대하여 첨부된 도면 및 바람직한 실시예를 참조로 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, the construction and operation of the non-powered hot water boiler according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and preferred embodiments.
도 2 내 도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무동력 온수 보일러는 외부케이싱(10), 가열챔버(20), 전기히터(30), 증발판(40) 및 증압수단(50)을 포함한다.
4, the non-powered hot water boiler according to the present invention includes an
외부케이싱(10)은 본 발명의 후술하는 모든 구성요소들을 외부에서 둘러싸는 함체로서, 대체로 금속 또는 합성수지 재질로 구성되되, 도 4 에 도시된 바와 같이, 내벽에는 열손실을 줄이기 위한 단열재(12) 및 소음을 줄이기 위한 흡차음재(14) 등이 배치되는 것이 바람직하다. 외부케이싱(10)의 형상에는 특별한 제한이 없으며, 대체로 전면에서 도어를 개방하도록 구성된 사각 함체 형태로 구성되는 것이 바람직하다.
As shown in FIG. 4, the
가열챔버(20)는 외부로부터 공급된 냉수를 가열하여 증기와 온수를 형성하고, 형성된 증기의 압력에 의해 온수를 다시 외부로 배출하는 부분이다. 이를 위해, 상기 가열챔버(20)의 상측에는 냉수공급관(21)이 구비되고, 하측에는 온수토출관(24)이 형성된다. 가열챔버(20)는 내부에 후술하는 전기히터(30)와 증발판(40), 그리고 내부 하측에 온수가 일시 저장될 수 있도록 내부에 소정의 수용공간이 형성되며, 도 2 에 도시된 바와 같이, 상부는 사각 함체 형상으로 구성되고, 하부는 저장된 온수가 비교적 높은 압력으로 토출될 수 있도록 하방으로 갈수록 좁아지게 테이퍼진 형태로 구성되는 것이 바람직하다.
The
한편, 상기 가열챔버(20)의 내부는 전체가 단일 공간을 갖도록 구성될 수도 있으나, 전기히터(30)가 설치되는 상부측과 온수가 저장되는 하부측 사이를 구분하기 위한 격판이 추가로 구비될 수도 있다. 이 경우, 가열챔버(20)의 상부측에서 하부측으로 증기 및 온수가 이동될 수 있도록 상기 격판에는 다수의 통공이 형성되는 것이 바람직하다.
The inside of the
전기히터(30)는 전원공급에 따라 발열되는 통상적인 히터로서, 가열챔버(20)의 내측 상부에 설치되되, 전방위로 열을 발산할 수 있도록 대체로 원통형으로 구성되어 수평 배치되는 것이 바람직하고, 전원공급선의 연결을 위한 일측 단자부(32)는 가열챔버(20)의 외측에 노출되는 것이 바람직하다. 즉, 가열챔버(20)의 일측에는 관통공(미도시)이 형성되어 전기히터(30)의 몸체를 관통공을 통하여 가열챔버(20) 외측으로부터 내측으로 삽입하고, 단자부(32)는 도 3에 도시된 바와 같이 단차를 상기 관통공에 걸려 결합되도록 구성되는 것이 바람직하다. 단차진 단자부(32)는 관통공에 나사결합 방식으로 결합될 수도 있고, 억지끼움 방식으로 결합될 수도 있다. 그리고, 상기 단자부(32)와 관통공 사이에는 기밀성 유지를 위해 패킹(34)이 게재되는 것이 바람직하다.
The
증발판(40)은 외부로부터 공급되는 냉수와 접촉되어 전기히터(30)로부터 전달받은 열로 증기를 형성하는 부분으로, 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 전기히터(30)의 상측 냉수공급관(21)의 직하부에 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 증발부는 냉수와의 접촉 면적을 늘려 증기 발생량을 증가시키고, 도 1 에 도시된 바와 같은 종래 무동력 보일러에서 전기히터(30) 자체가 냉수와 직접 접촉됨에 따라 열원인 전기히터(30)의 온도가 지속적으로 하강하여 가열이 효과적으로 이루어지지 못하는 것을 방지하기 위한 것이다. 즉, 상기 증발판(40)은 전기히터(30)의 상측에 구비되어 냉수공급관(21)을 통해 공급되는 냉수와 최초 직접 접촉됨에 따라 증기를 발생시키고, 대체로 원호 형상으로 전기히터(30)를 감싸도록 넓은 판형태로 구성되어 냉수와의 접촉 면적이 증가하여 증기 발생량이 증가되며, 냉수가 전기히터(30) 몸체와는 직접적으로 접촉하지 않도록 막아줌으로써 전기히터(30)의 냉각을 방지하여 효과적인 가열이 가능하도록 한다.
2 and 3, the
이를 위해, 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 증발판(40)은 전기히터(30)의 상측 외주면에 지지편(42)에 의해 지지되고, 상기 지지편(42)은 전기히터(30)에 용접 등에 의해 고정 결합되는 것이 바람직하다. 상기 증발판(40)은 전기히터(30)를 상측에서 감싸도록 대체로 원호 형상으로 구성되는 것이 바람직하나, 냉수와의 접촉 면적을 더욱 늘리고, 냉수의 체류시간을 늘리기 위해, 도 3 에 도시된 바와 같이, 주름판 형태로 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 증발판(40)에는 가로 방향으로 다수의 골(44)이 형성되어 상부에서 공급되는 냉수가 최상층 골(44)에 유입되어 해당 골(44)을 채운뒤 넘쳐서 그 하층 골(44)들로 차례로 흘러가게 되며, 이 과정에서 상기 증발판(40) 표면에 얇은 수막이 형성되고, 이러한 얇은 수막에서 증발이 보다 쉽게 이루어져 다량의 증기가 발생될 수 있다. 또한, 각 골(44)들에 냉수가 일시 저장됨으로써 체류시간이 길어지므로 증기 발생율이 증가될 수 있다. 상기 증발판(40)에서 흘러 넘친 물은 하부로 낙하하여 가열챔버(20)의 하부측에 일시 저장된다.
3, the
상기 증발판(40)은 냉수를 가열하여 증기를 형성하기 위한 것이므로 발열작용을 수행해야 한다. 이에, 상기 증발판(40)은 열전도체로 구성되어 전기히터(30)로부터 발생된 열을 전달받아 발열되도록 구성될 수도 있고, 전원 연결을 통하여 자체 발열되도록 구성될 수도 있다.
Since the
상기 증발판(40)은 전기히터(30)의 길이방향을 따라 수평으로 길게 연장 형성되므로, 냉수를 상기 증발판(40) 전체에 걸쳐 고르게 공급을 해야만 많은 양의 증기를 형성할 수 있다. 이에, 도 2 에 도시된 바와 같이, 상기 가열챔버(20) 내부의 증발판(40) 상측에는 냉수공급관(21)으로부터 공급받은 냉수를 증발판(40)의 길이에 걸쳐 고르게 분배하기 위한 냉수분배관(22)이 추가로 구비되는 것이 바람직하다. 상기 냉수분배관(22)은 증발판(40)의 상측에 길이방향을 따라 수평으로 길게 연장 배치되고, 하측에는 증발판(40) 표면으로 물을 배출하기 위한 다수개의 노즐(23)이 배치되는 것이 바람직하다. 상기 냉수분배관(22)은 증발판(40)의 최상단에만 냉수를 공급하도록 할 수도 있고, 각 노즐(23)의 각도를 달리하여 증발판(40) 전체에 걸쳐 고르게 동시 분사되도록 구성할 수도 있다.
Since the
한편, 상기 가열챔버(20)의 하부에는 이미 언급한 바와 같이 증발판(40)으로부터 흘러넘친 물이 낙하하여 일시 저장되는데, 이렇게 일시 저장된 물은 증발판(40)에서 이미 어느 정도 가열된 상태이긴 하나 비교적 온도가 낮은 상태로서, 상기 전기히터(30)에 의해 재가열된다. 즉, 가열챔버(20)의 하부에 일시 저장된 물은 전기히터(30)의 하부에서 발산되는 열을 전달받아 가열됨으로써 고온의 온수로 변환된다. 도 1 에 도시된 바와 같은 종래의 보일러의 경우 전기히터(30) 전체가 냉수에 둘러싸이게 되고 하부실린더가 전기히터(30)와 비교적 멀리 떨어져 있으며 연결통로가 좁아 전기히터(30)의 열이 하부실린더 내부의 물에까지 전달이 잘 안되는 문제가 있으나, 본 발명에 따른 보일러의 경우, 전기히터(30)의 하부는 냉수와의 접촉이 없어(또는 접촉이 최소화되어) 온도 하강 없이 지속적인 가열이 가능할 뿐만 아니라 저장된 물과의 거리도 비교적 짧아 높은 온도의 온수 생성이 가능하다. 또한, 도 4 에 도시된 바와 같이, 전기히터(30)의 하부를 가열챔버(20) 하부에 일시 저장된 물에 잠기도록 하부를 길게 연장 형성하면 전도에 의해 물을 직접 가열하여 고온의 온수를 생성할 수 있게 된다. 이때, 상기 가열챔버(20)에 격판을 설치하는 경우에는 격판 중앙에 전기히터(30)의 하부가 통과될 수 있도록 관통공을 추가로 형성하는 것이 바람직하다.
On the other hand, in the lower portion of the
상기 가열챔버(20)의 하부 온수토출관(24)에는 자동밸브(25)가 구비된다. 상기 자동밸브(25)는 가열챔버(20) 내에서 생성된 온수를 외부로 토출시키는 온수토출관(24)을 개폐하기 위한 것으로, 일정한 시간 주기로 개방되거나, 난방에 필요한 양 만큼의 온수가 생성되었음을 온수의 수위를 측정하여 감지함으로서 개방되거나, 가열챔버(20) 내부의 증기압을 측정하여 미리 설정된 압력에 도달하는 경우 개방하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 가열챔버(20)에는 레벨센서 또는 압력센서가 구비되는 것이 바람직하고, 상기 자동밸브(25)는 상기 센서들의 신호 감지에 의해 자동으로 개폐될 수 있는 전동밸브나 솔레노이드 밸브 등으로 구성되는 것이 바람직하다. 그리고, 가열챔버(20)에는 내부 압력이 일정 압력 이상으로 상승하는 경우 폭발을 방지하기 위해 증기를 외부로 방출하는 안전밸브가 구비되는 것이 바람직하다.
The hot water discharge pipe (24) of the heating chamber (20) is provided with an automatic valve (25). The
한편, 본 발명에 따른 무동력 온수 보일러는 본래 증기압만으로 온수를 토출할 수 있도록 구성된 것이나, 대형 주택이나 건물, 공장, 축사 등에서는 난방 면적이 넓어짐에 따라 배관도 길어지게 되어 난방수의 순환 압력이 부족한 경우가 생길 수도 있는바, 이러한 경우를 대비하여 다소간 동력소비가 요구되기는 하나 별도의 증압수단(50)이 추가되는 것이 바람직하다. 상기 증압수단(50)은 토출되는 온수의 압력을 증가시키기 위한 것으로, 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 브래더(51)와 질소탱크(52) 및 흡입펌프(57)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
In the meantime, the non-powered hot water boiler according to the present invention is configured to discharge hot water only by its own vapor pressure. However, in a large house, a building, a factory, a house or the like, the pipe becomes longer as the heating area becomes wider, In this case, it is desirable that a separate booster tank 50 is added, though power consumption is somewhat required. As shown in Figs. 3 and 4, the booster 50 includes a
브래더(51)는 내열성 고무재질로 구성된 일종의 주머니와 같은 것으로, 내부에 질소나 산소 등 기체의 주입 및 배출에 의해 팽창 및 수축되어 가열챔버(20) 하부에 일시 저장된 온수의 토출 압력을 높여주는 역할을 한다.
The
질소탱크(52)는 상기 브래더(51)에 질소를 공급 및 회수하기 위한 것으로, 질소공급관(55)과 질소회수관(56)을 포함한다. 상기 질소공급관(55)과 질소회수관(56)은 삼방밸브(54)(3-way valve)의 서로 다른 포트에 연결되고, 상기 삼방밸브(54)의 나머지 또 다른 포트는 브래더(51)에 연결된 질소유출관이 연결된다. 그리고, 상기 온수토출관(24)에는 압력센서가 구비되고, 상기 질소회수관(56)에는 소형 흡입펌프(57)가 설치된다.
The
최초 질소탱크(52)에는 질소가 고압으로 충진되어 있다가, 온수토출관(24)에 설치된 압력센서에 의해 온수 토출 압력이 낮은 것으로 감지되는 경우, 삼방밸브(54)의 질소공급관(55)측 포트 및 질소유출입관(53)측 포트가 개방되어 질소공급관(55)과 질소유출입관(53) 사이의 유로가 연통되어 브래더(51) 내부로 질소가 유입된다. 이에 따라, 브래더(51)가 팽창되면서 온수를 밀어주어 온수 토출압력이 상승하게 된다. 온수가 다 토출된 후에는 삼방밸브(54)의 질소공급관(55)측 포트가 폐쇄되고 질소회수관(56)측 포트가 개방되어 질소유출입관(53)과 질소회수관(56) 사이의 유로가 연통되며, 이와 동시에 흡입펌프(57)가 가동되어 브래더(51) 내부에 있던 질소가 다시 질소탱크(52)로 회수된다. 이러한 작동의 반복에 의해 일정 주기로 온수 토출시 승압 작용이 수행된다.
When nitrogen is filled at a high pressure in the
도 4 에는 상술한 바와 같은 무동력 온수 보일러의 개략적인 전체 시스템도가 도시된다. 이하, 도 4를 참조로 본 발명에 따른 무동력 온수 보일러의 작동관계에 대하여 설명한다.
FIG. 4 shows a schematic overall system diagram of a non-powered hot water boiler as described above. Hereinafter, the operation of the non-powered hot water boiler according to the present invention will be described with reference to FIG.
도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무동력 온수
보일러는 가열챔버(20)의 상부측에 연결된 냉수공급관(21)을 통해 물탱크(60)와 연결되고, 가열챔버(20)의 하부측에 연결된 온수토출관(24)은 주택이나 상업적 건물, 농업 축사 등 난방을 필요로 하는 난방부하(100)에 설치된 순환배관(70)과 연결되고, 상기 순환배관(70)은 다시 상기 물탱크(60)에 연결된다. 여기서, 상기 냉수공급관(21)에는 역류를 방지하기 위한 체크밸브가 설치되는데, 상기 체크밸브는 가열챔버(20) 내부에 증기가 발생하면 닫히고, 그 외에는 공급되는 물의 압력에 의해 개방된다.
4, the non-powered hot water boiler according to the present invention is connected to the
최초, 물탱크(60)를 통하여 공급되는 냉수는 냉수공급관(21)을 통하여 가열챔버(20) 내부로 유입된다. 언급한 바와 같이, 상기 냉수공급관(21)에는 냉수분배관(22)이 구비되어 증발판(40)의 길이 방향에 걸쳐 고르게 냉수가 공급된다. 냉수분배관(22)으로부터 분배된 냉수는 증발판(40)과 접촉하면서 증기를 생성한다. 증발판(40)에는 이미 언급한 바와 같이 다수의 골(44)이 형성되어 냉수가 각 골(44)을 통과하면서 증발판(40) 표면에 수막을 형성하고 각 골(44)들에 의해 체류시간이 연장됨에 따라 다량의 증기가 생성된다. 상기 증발판(40)으로부터 흘러넘친 물은 가열챔버(20)의 하부측으로 낙하하여 일시 저장된다. 저장된 물은 다시 전기히터(30)에 의해 고온으로 가열되어 온수가 형성된다.
First, the cold water supplied through the
이와 같이, 가열챔버(20) 내 상부측에서는 증기가 지속적으로 발생되고 하부측에서는 온수가 생성되는데, 가열챔버(20)가 밀폐된 상태이므로 증기압에 의해 가열챔버(20) 내부의 압력이 매우 높아지게 된다. 이때, 가열챔버(20) 하측의 온수토출관(24)에 구비된 자동밸브(25)를 열어주면 온수의 중력 및 가열챔버(20) 상부측의 높은 증기압에 의해 온수가 온수토출관(24)을 통하여 고압으로 토출되어 난방부하(100)에 설치된 순환배관(70)을 따라 순환하여 난방을 수행하게 된다. 이때, 온수의 토출 압력이 순환에 필요한 압력에 미치는 경우에는 질소탱크(52)로부터 브래더(51)에 질소를 충진하여 팽창시킴으로써 토출 압력을 증가시킬 수 있다.
In this way, steam is continuously generated on the upper side in the
이렇게 난방부하(100)를 순환하고 돌아온 물은 냉각되어 물탱크(60)로 환수되어 저장되며, 저장된 물은 다시 냉수공급관(21)을 통해 가열챔버(20)로 유입되어 위에서 설명한 사이클을 반복하게 된다.
The water circulating in the heating load 100 is cooled and stored in the
한편, 이러한 무동력 온수 보일러의 모든 작동은 제어부(200)에 의해 제어되는 바, 전기히터(30)를 가열하기 위한 전원 및 각종 센서와 밸브의 작동 전원, 그리고 보조적인 승압수단의 흡입펌프(57) 구동 전원 등은 옥외 소형 풍력발전기(400)와 태양광발전기(500)를 통해 생성된 전기를 ESS(300;Energy Storage System; 에너지저장장치)에 저장 후 사용함으로써 화석에너지를 이용하여 생산한 전기의 소비량을 줄여 환경오염 방지에도 기여할 수 있다.
All operations of the non-powered hot water boiler are controlled by the
10 : 외부케이싱
12 : 단열재
14 : 흡차음재
20 : 가열챔버
21 : 냉수공급관
22 : 냉수분배관
23 : 노즐
24 : 온수토출관
25 : 자동밸브
30 : 전기히터
32 : 단자부
34 : 패킹
40 : 증발판
42 : 지지편
44 : 골
50 : 증압수단
51 : 브래더
52 : 질소탱크
53 : 질소유출입관
54 : 삼방밸브
55 : 질소공급관
56 : 질소회수관
57 : 흡입펌프
60 : 물탱크
70 : 순환배관
100 : 난방부하
200 : 제어부
300 : ESS
400 : 풍력발전기
500 : 태양광발전기10: outer casing 12: insulation
14: Sound absorbing material 20: Heating chamber
21: cold water supply pipe 22: cold water distribution pipe
23: nozzle 24: hot water discharge pipe
25: automatic valve 30: electric heater
32: terminal portion 34: packing
40: evaporation plate 42: support piece
44: goal 50:
51: blade 52: nitrogen tank
53: Nitrogen effluent inlet 54: Three-way valve
55: Nitrogen feed pipe 56: Nitrogen feed pipe
57: Suction pump 60: Water tank
70: Circulation piping 100: Heating load
200: control unit 300: ESS
400: Wind generator 500: Solar generator
Claims (5)
상기 외부케이싱(10) 내부에 구비되고, 외부로부터 공급된 냉수를 가열하여 증기와 온수를 형성하고, 형성된 증기의 압력에 의해 온수를 다시 외부로 배출하는 것으로, 상측에 냉수공급관(21)이 구비되고 하측에 온수토출관(24)이 형성된 가열챔버(20)와;
상기 가열챔버(20)의 내측 상부에 설치되되, 전원공급에 따라 발열되며 전방위로 열을 발산할 수 있도록 원통형으로 구성되어 수평 배치되는 전기히터(30)와;
상기 가열챔버(20) 내측에 구비되되, 상기 전기히터(30)의 상측 냉수공급관(21)의 직하부에 설치되어 외부로부터 공급되는 냉수와 접촉됨에 따라 전기히터(30)로부터 전달받은 열로 증기를 형성하는 증발판(40)을 포함하는 증기압을 이용한 무동력 온수 보일러.An outer casing (10);
The hot water supplied from the outside is heated to form steam and hot water, and the hot water is discharged to the outside by the pressure of the formed steam. A cold water supply pipe (21) is provided on the upper side A heating chamber 20 having a hot water discharge pipe 24 formed on the lower side thereof;
An electric heater 30 installed in the upper part of the inside of the heating chamber 20 and horizontally arranged in a cylindrical shape to generate heat in accordance with power supply and radiate heat in all directions;
And is installed inside the heating chamber 20 and is installed directly below the upper cold water supply pipe 21 of the electric heater 30 and contacts the cold water supplied from the outside, (40) for generating steam.
상기 가열챔버(20)의 상부는 사각 함체 형상으로 구성되고, 하부는 저장된 온수가 비교적 높은 압력으로 토출될 수 있도록 하방으로 갈수록 좁아지게 테이퍼진 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 증기압을 이용한 무동력 온수 보일러.The method according to claim 1,
Wherein the upper part of the heating chamber (20) is formed in a rectangular housing shape, and the lower part is tapered so as to become narrower downward so that stored hot water can be discharged at a comparatively high pressure.
상기 증발판(40)은 전기히터(30)를 상측에서 원호 형상으로 감싸도록 구성되되, 전기히터(30)의 상측 외주면에 지지편(42)에 의해 지지되고, 상기 지지편(42)은 전기히터(30)에 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 증기압을 이용한 무동력 온수 보일러.The method according to claim 1,
The evaporation plate 40 is configured to surround the electric heater 30 in an arc shape from above and is supported by a support piece 42 on the upper outer peripheral surface of the electric heater 30, And the heater (30) is fixedly coupled to the heater (30).
상기 증발판(40)은 가로 방향으로 다수의 골(44)이 형성된 주름판 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 증기압을 이용한 무동력 온수 보일러. The method of claim 3,
Wherein the evaporation plate (40) is in the form of a corrugated plate in which a plurality of troughs (44) are formed in a transverse direction.
토출되는 온수의 압력을 증가시키기 위한 증압수단(50)을 더 포함하되 상기 증압수단(50)은,
내열성 고무로 구성되고 내부에 질소의 주입 및 배출에 의해 팽창 및 수축되어 가열챔버(20) 하부에 일시 저장된 온수의 토출 압력을 높여주는 브래더(51)와;
상기 브래더(51)에 질소를 공급 및 회수하기 위한 것으로 질소공급관(55)과 질소회수관(56)을 포함하는 질소탱크(52)와;
상기 질소회수관(56)에 설치되는 흡입펌프(57)를 포함하고;
상기 질소공급관(55)과 질소회수관(56)은 삼방밸브(54)의 서로 다른 포트에 연결되고, 상기 삼방밸브(54)의 나머지 또 다른 포트는 브래더(51)에 연결된 질소유출관과 연결되며, 상기 온수토출관(24)에는 압력센서가 구비된 것을 특징으로 하는 증기압을 이용한 무동력 온수 보일러. The method according to claim 1,
(50) for increasing the pressure of the hot water to be discharged, wherein the booster pressure stage (50)
A blade 51 made of heat-resistant rubber and expanded and contracted by injection and discharge of nitrogen therein to increase the discharge pressure of the hot water temporarily stored in the lower portion of the heating chamber 20;
A nitrogen tank 52 for supplying and recovering nitrogen to the blade 51, the nitrogen tank 52 including a nitrogen supply pipe 55 and a nitrogen recovery pipe 56;
And a suction pump (57) installed in the nitrogen recovery pipe (56);
The nitrogen supply pipe 55 and the nitrogen recovery pipe 56 are connected to different ports of the three-way valve 54 and the other port of the three-way valve 54 is connected to the nitrogen outflow pipe connected to the blade 51 , And the hot water discharge pipe (24) is provided with a pressure sensor.
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KR1020150063633A KR20160131376A (en) | 2015-05-07 | 2015-05-07 | Hot water boiler without power using vapor pressure |
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CN111412645A (en) * | 2020-04-22 | 2020-07-14 | 江苏华牌节能科技有限公司 | Instant water boiler |
KR102378597B1 (en) | 2021-01-15 | 2022-03-25 | 문제춘 | Boiler |
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- 2015-05-07 KR KR1020150063633A patent/KR20160131376A/en not_active Abandoned
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