KR20160146142A - 온수매트 - Google Patents

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KR20160146142A
KR20160146142A KR1020150082851A KR20150082851A KR20160146142A KR 20160146142 A KR20160146142 A KR 20160146142A KR 1020150082851 A KR1020150082851 A KR 1020150082851A KR 20150082851 A KR20150082851 A KR 20150082851A KR 20160146142 A KR20160146142 A KR 20160146142A
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circulation
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heater
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Abstract

본 발명은 저전력 전기히터 및 무전력 펌프를 이용한 온수매트에 관한 것이다.
일 예로, 사용자가 깔거나 덮을 수 있는 매트; 상기 매트의 내부와 외부에 설치되어 온수를 순환시키기 위한 순환관;상기 순환관의 말단에 있는 순환관 유입구와 순환관 배출구가 연결되어 있으며 온수를 저장하고 있는 온수탱크; 상기 순환관의 온수를 가열하는 가열히터; 및 상기 순환관 중간에 연결되어 온수를 순환시키기 위한 순환펌프를 포함하고, 상기 순환펌프는 전력을 공급받지 아니한 온수매트가 개시된다.

Description

온수매트{Hot water mat}
본 발명은 저전력 전기히터 및 무전력 펌프를 이용한 온수매트에 관한 것이다.
종래의 온수매트는 온수를 가열하여 순환하는 방식의 온수공급장치를 구비하는데, 상기 온수공급장치는 온수탱크에 저장된 물을 가열장치로 가열하고, 순환펌프 등을 이용하여 온수매트 내부에 지그재그형상으로 설치된 온수호스를 통해 순환공급한다.
상기 온수가 순환하기 위해서는 상기 온수의 온도와 압력을 일정 레벨 이상으로 유지시켜주어야 한다. 그래서, 이를 위해 충분한 발열량을 낼 수 있는 고전력 전기히터를 사용하거나, 전력을 필요로 하는 순환펌프를 설치하여 온수를 순환공급하였다.
그런데, 상기 전기히터와 상기 순환펌프의 경우 설정온도 이상으로 가열된 물을 순환시키는데 상당한 전기가 소모되고, 소음이 큰 문제가 있다.
본 발명은 저전력 전기히터 및 무전력 펌프를 이용한 온수매트에 관한 것이다.
본 발명의 온수매트는 사용자가 깔거나 덮을 수 있는 매트; 상기 매트의 내부와 외부에 설치되어 온수를 순환시키기 위한 순환관; 상기 순환관의 말단에 있는 순환관 유입구와 순환관 배출구가 연결되어 있으며 온수를 저장하고 있는 온수탱크; 상기 순환관의 온수를 가열하는 가열히터; 및 상기 순환관 중간에 연결되어 온수를 순환시키기 위한 순환펌프를 포함하고, 상기 순환펌프는 전력을 공급받지 아니할 수 있다.
여기서 상기 가열히터는 상기 순환관의 결합부의 외주면에 설치된 순환관 하우징; 상기 순환관 하우징과 면접촉하여 설치되어 있는 히터 하우징; 및 상기 히터 하우징(520)의 내부에 설치된 전기히터를 포함할 수 있다.
그리고 상기 히터 하우징은 상기 순환관 하우징의 외주면의 둘레길이의 1/3 ~ 2/3와 면접촉할 수 있다.
또한, 상기 순환관의 재질은 동으로 이루어지며, 상기 온수순환관의 직경이 0.1 ~ 0.3mm 이하일 수 있다.
또한, 상기 가열히터가 3 ~ 60V/30 ~ 300W의 카트리지 히터일 수 있다.
또한, 상기 순환관의 유입구가 있는 상기 순환관의 말단부에 역류하는 것을 방지하여 온수가 일방향으로 순환하도록 하는 밸브를 포함할 수 있다.
또한, 상기 순환펌프는 상기 순환관 중간에 설치되어 가열된 온수를 공급받아 저장하였다가, 가압되어 수축하여 상기 저장된 온수를 배출하는 온수저장부; 및상기 온수저장부에 설치되어 상기 온수저장부를 가압하여 배출하는 가압부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 온수저장부는 상기 순환관에 연결되고, 상기 가열된 온수가 유입되는 저장관 유입구; 상기 저장관 유입구에서 유입된 상기 유입된 온수를 저장하고, 상기 가압부에 의해 가압되는 저장관; 상기 순환관에 연결되고, 상기 가압부에 의해 가압되어 상기 저장된 온수가 유출되는 저장관 유출구를 포함할 수 있다.
또한, 상기 가압부는 상기 온수저장부를 관통하여 설치된 스프링; 및 상기 순환관이 관통하고, 상기 저장관의 양면에 설치된 영구자석을 포함할 수 있다.
또한, 상기 온수저장부의 재질이 실리콘일 수 있다.
본 발명에 의한 온수매트는 저전력 전기히터를 이용하면서도 온수의 온도와 압력을 일정 레벨 이상으로 유지시킬 수 있다.
또한, 용수철과 영구자석을 이용한 무전력 펌프를 구비하여, 가열된 온수만으로 부족할 수 있는 압력을 일정 레벨 이상으로 유지시킬 수 있다.
따라서, 저전력으로 온수의 적정한 온도와 압력을 일정레벨 이상으로 유지하여 온수매트에 온수를 순환시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온수매트을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가열히터를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가열히터를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 순환펌프를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 순환펌프를 도시한 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 순환펌프의 작동과정을 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온수매트을 도시한 단면도이다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 온수매트는 매트(100), 순환관(200), 밸브(300), 온수탱크(400), 가열히터(500), 순환펌프(600)를 포함할 수 있다.
상기 매트(100)는 사용자가 깔거나 덮을 수 있다.
상기 순환관(200)은 양끝에 순환할 온수가 유입될 수 있는 순환관 유입구(210)와 순환된 온수가 배출될 수 있는 순환관 배출구(220)가 있고, 상기 유입구(210)와 상기 순환관 배출구(220)는 상기 온수탱크(400)에 연결되어 온수를 공급받을 수 있다. 또한 상기 순환관(200)의 일부는 상기 매트의 내부에 설치될 수 있다. 그리고 일방향으로 순환하는 온수는 상기 순환관 유입구(210)로 유입되어 그 일부가 매트의 내부에 설치되어 있는 상기 순환관(200)을 순환하여 상기 순환관 배출구(220)로 배출된다.
한편 상기 순환관(200)은 동관(bronze valve)일 수 있다. 또한 상기 순환관(200)의 직경은 0.1mm보다 작으면 온수의 분출거리가 길어지지만 가공성이 떨어지고, 0.3mm보다 크면 가공성은 좋지만 분출거리가 떨어지므로 가열에 의한 순환과 상기 순환펌프(600)에 의한 순환이 원활하지 못하다. 따라서 상기 순환관(200)의 직경은 0.1 ~ 0.3mm이면 가공성도 좋고 순환도 원활하게 된다.
상기 밸브(300)는 상기 순한관 유입구(210)가 있는 상기 순환관(200)의 말단부에만 설치되거나, 상기 순환관 유입구(210) 및 상기 순환관 배출구(220)이 있는 상기 순환관(200)의 말단부 전부에 설치될 수 있다. 온수는 상기 순환관 유입구(210)로 유입되어 상기 순환관 배출구(220)로 배출되는 방향으로 순환하는데, 상기 밸브(300)는 온수가 순환하는 과정에서 상기 순환관 유입구(210)로 배출되거나 상기 순환관 배출구(220)로 유입되는 것을 방지한다.
상기 온수탱크(400)는 상기 순환관(200)에 공급되는 온수를 저장할 수 있는 공간이 있다. 상기 온수탱크(400)에는 상기 순환관(200)의 상기 순환관 유입구(210)와 순환관 배출구(220)가 연결되어 온수를 공급할 수 있다. 상기 온수탱크(400)에 저장된 온수는 상기 순환관 유입구(210)로 공급되고, 상기 순환관(200)을 순환하여 상기 순환관 배출구(200)로 배출되어 상기 온수탱크(300)에 다시 저장된다.
상기 가열히터(500)는 상기 순환관(200)의 온수를 가열할 수 있는 수단으로서, 가열된 온수는 물의 밀도차에 의하여 자연순환하게 된다.
본 발명의 일 실시예로서 상기 가열히터(500)는 온수가 순환하는 방향을 기준으로 상기 순환관 유입구(210)가 있는 상기 순환관(200) 말단에 설치된 상기 밸브(300) 다음에 위치할 수 있으며, 상기 순환관(200) 외주면에 설치될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가열히터(500)를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가열히터를 도시한 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 가열히터(500)는 순환관 하우징(510), 히터 하우징(520) 및 전기히터(530)를 포함할 수 있다. 상기 순환관 하우징(510)은 상기 순환관(200)의 결합부(200a)의 외주면에 설치되어 있다. 상기 히터 하우징(520)은 내부에 상기 전기히터(530)를 구비하고, 순환관 하우징(510)과 접촉하여 결합될 수 있다. 또한 상기 순환관 하우징(510)은 상기 히터 하우징(520)과의 접촉면적을 극대화 하기 위하여 상기 히터 하우징(520)을 감싸는 형태로 굴곡져 면접촉하는 구조를 이룰 수 있다. 상기 순환관 하우징(510)과 히터 하우징(520)의 결합은 상기 접촉면에 대한 용접함으로 이루어질 수 있다.
상기 순환관 하우징(510)과 상기 히터 하우징(520)의 접촉면에 대하여, 상기 히터 하우징(520)과 면접촉되는 상기 순환관 하우징(510)의 외주면의 길이가 상기 순환관 하우징(510)의 외주면 길이의 1/3보다 작으면 온수의 온도와 압력이 떨어져서 순환이 원활하지 않을 수 있다. 또한, 상기 히터 하우징(520)과 면접촉되는 상기 순환관 하우징(510)의 외주면의 길이가 상기 순환관 하우징(510)의 외주면 길이의 2/3보다 크면 가공성이 떨어진다. 따라서, 순환관 하우징(510) 외주면의 둘레길이의 1/3 ~ 2/3가 상기 히터 하우징(520)과 면접촉되었을 때 순환하기 적절한 온도와 압력을 유지하면서, 가공성을 높일 수 있다.
또한, 상기 전기히터(530)는 저전력 3 ~ 60V/30 ~ 300W의 카트리지 히터로 이루어질 수 있으며, 상기 카트리지 히터의 지름은 3 ~ 8mm일 수 있다.
한편, 상기 전기히터(530)에 전원이 인가되어 발열이 되면, 상기 전기히터(530)로부터 방출되는 열이 히터 하우징(520)과 순환관 하우징(510)을 통하여 상기 순환관(200)의 상기 결합부(200a)에 전달되어 온수를 가열하게 된다. 그래서 상기 가열된 온수는 물의 밀도차에 의하여 자연순환하게 된다.
상기 순환펌프(600)는 온수저장부(610) 및 가압부(620)를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 순환펌프를 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 순환펌프를 도시한 단면도이다. 도 4 및 도 5를 참고하면, 상기 온수저장부(610)는 온수가 순환하는 방향을 기준으로 상기 가열히터(500)의 다음에 위치할 수 있으며, 상기 온수순환관(200) 중간에 설치될 수 있다.
상기 온수저장부(610)는 저장관 유입구(611), 저장관(612) 및 저장관 배출구(613)을 포함할 수 있다. 상기 저장관 유입구(611)와 상기 저장관 배출구(613)는 상기 순환관(200)에 연결된다. 또한 상기 저장관(612)은 상기 저장관 유입구(611)을 통해 유입된 상기 가열된 온수가 저장될 수 있는 공간을 구비할 수 있다.
한편, 상기 저장관(612)의 직경은 상기 가열된 온수가 저장될 수 있어야 하기 때문에 상기 순환관(200)보다 두꺼울 수 있다. 또한 상기 온수저장부(610)의 재질은 펌핑작용을 위하여 팽창 및 수축이 가능해야 하기 때문에 실리콘일 수 있다.
상기 가압부(620)는 스프링(621) 및 영구자석(622)를 포함할 수 있다. 상기 스프링(621)은 상기 온수저장부(610)를 관통하여 설치될 수 있고, 상기 저장관 유입구(611)와 저장관 배출구(613)의 모양과 유사한 코일스프링일 수 있다. 그리고 상기 스프링(621)은 압축된 상태로 설치될 수 있으며 상기 스프링(621)의 말단부가 상기 온수저장부(610) 또는 상기 순환관(200)에 고정될 수 있다. 또한 상기 영구자석(622)은 상기 순환관(200)이 관통하고 상기 저장관(612)의 양면에 위치할 수 있으며, 상기 순환관(200)이 관통할 수 있는 홀이 형성되고 상기 저장관(612)의 양면의 모양과 유사한 원형일 수 있다. 그리고 상기 저장관(612)의 양면에 설치된 자석은 서로 극성이 반대일 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 순환펌프의 작동과정을 도시한 단면도이고, 도 6a 및 도 6b를 참고하여 순환펌프의 작동과정을 살펴본다.
상기 가열히터(500)에서 가열된 온수가 자연순환하여 상기 순환펌프(600)으로 이동한다. 상기 가열된 온수는 상기 저장관 유입구(611)로 유입되고, 상기 유입된 온수는 상기 저장관(612)에 저장된다.
Figure pat00001
온도(℃) 밀도(g/mL) 온도(℃) 밀도(g/mL)
0 0.99987 45 0.99025
3.98 1.00000 50 0.98807
5 0.99999 55 0.98573
10 0.99973 60 0.98324
15 0.99913 65 0.98052
18 0.99862 70 0.97781
20 0.99823 75 0.97489
25 0.99707 80 0.97183
30 0.99567 85 0.96865
35 0.99406 90 0.96534
38 0.99299 95 0.96192
40 0.99224 100 0.95838
Figure pat00002
온도(℃) 증기압 (mmHg) 온도(℃) 증기압(mmHg)
0 4.579 49 88.02
5 6.545 50 92.51
10 9.209 55 118.04
15 12.788 60 149.38
18 15.477 65 187.54
20 17.535 70 233.7
25 23.756 80 355.1
30 31.824 85 433.6
35 42.175 90 525.76
40 55.324 95 633.9
45 71.88 99 733.24
상기 수학식 1과 상기 표 1은 밀도와 부피와의 관계를 나타내고, 상기 저장된 온수는 가열되었음으로 온도가 증가하여 부피가 증가하므로 밀도가 감소한다. 또한 상기 수학식 2와 상기 표 2는 온도와 증기압의 관계를 나타내고, 상기 저장된 온수는 가열되었음으로 온도가 증가하여 증기압의 증가하므로 포화증기가 생겨난다. 따라서 상기 온수저장부(610)는 팽창하게 된다.
상기 스프링(621)이 코일스프링일 경우 코일피치(coil pitch)가 0 이상이라면, 상기 저장관(612)의 패창 전 상기 영구자석(622)에 의하여 압축될 수 있다. 그리고 상기 저장관(612)이 팽창면 상기 스프링(621)의 길이가 늘어나고, 상기 늘어난 길이에 비례한 크기의 복귀 탄성력이 상기 팽창된 저장관(612)에 전달된다. 상기 저장관(612)의 양면에 각각 위치한 상기 영구자석(622)은 서로 다른 극성을 띄어, 상기 저장관(612)의 팽창여부와 관계없이 인력을 상기 저장관(612)에 전달한다. 따라서 밀도가 낮고 포화증기를 포함하고 있는 온수를 저장하고 있는 상기 저장관(612)은 저장된 일정 부피만큼 팽창하게 된 상기 스프링(621)의 복귀 탄성력과 상기 영구자석(622)의 인력으로 팽창하기 전 상태로 수축될 수 있다.
상기 저장관(612)이 수축되면, 상기 저장된 온수는 상기 저장관 유출구(613)로 유출된다.
따라서, 상기 순환펌프(600)는 무전력으로 펌프동작을 하여 온수를 상기 순환관(200)의 일방향으로 순환시킬 수 있다.
본 발명을 이용하면 저전력 가열히터(500)를 이용하면서도 온수의 온도와 압력을 일정 레벨 이상으로 유지시키고 무전력 순환펌프(600)를 구비하여 부족할 수 있는 압력을 일정 레벨 이상으로 유지시킬 수 있다.
따라서, 저전력으로 온수의 적정한 온도와 압력을 일정레벨 이상으로 유지하여 온수매트에 온수를 순환시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 온수매트를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100 ; 매트
200 ; 순환관
300 ; 밸브
400 ; 온수탱크
500 ; 가열히터
600 ; 순환펌프

Claims (10)

  1. 사용자가 깔거나 덮을 수 있는 매트;
    상기 매트의 내부와 외부에 설치되어 온수를 순환시키기 위한 순환관;
    상기 순환관의 말단에 있는 순환관 유입구와 순환관 배출구가 연결되어 있으며 온수를 저장하고 있는 온수탱크;
    상기 순환관의 온수를 가열하는 가열히터; 및
    상기 순환관 중간에 연결되어 온수를 순환시키기 위한 순환펌프를 포함하고, 상기 순환펌프는 전력을 공급받지 아니한 온수매트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열히터는 상기 순환관의 결합부의 외주면에 설치된 순환관 하우징;
    상기 순환관 하우징과 면접촉하여 설치되어 있는 히터 하우징; 및
    상기 히터 하우징의 내부에 설치된 전기히터를 포함하는 온수매트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 히터하우징이 상기 순환관 하우징의 외주면의 둘레길이의 1/3 ~ 2/3와 면접촉하는 온수매트
  4. 제1항에 있어서,
    상기 순환관의 재질은 동으로 이루어지며, 상기 온수순환관의 직경이 0.1 ~ 0.3mm 인 온수매트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가열히터가 3 ~60V/30 ~ 300W의 카트리지 히터인 온수매트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 순환관의 유입구가 있는 상기 순환관의 말단부에 역류하는 것을 방지하여 온수가 일방향으로 순환하도록 하는 밸브를 포함하는 온수매트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 순환펌프는 상기 순환관 중간에 설치되어 가열된 온수를 공급받아 저장하였다가, 가압되어 수축하여 상기 저장된 온수를 배출하는 온수저장부; 및
    상기 온수저장부에 설치되어 상기 온수저장부를 가압하여 배출하는 가압부를 포함하는 온수매트.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 온수저장부는 상기 순환관에 연결되고, 상기 가열된 온수가 유입되는 저장관 유입구;
    상기 저장관 유입구에서 유입된 상기 유입된 온수를 저장하고, 상기 가압부에 의해 가압되는 저장관;
    상기 순환관에 연결되고, 상기 가압부에 의해 가압되어 상기 저장된 온수가 유출되는 저장관 유출구를 포함하는 온수매트.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가압부는 상기 온수저장부를 관통하여 설치된 스프링; 및
    상기 순환관이 관통하고, 상기 저장관의 양면에 설치된 영구자석을 포함하는 온수매트.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 온수저장부의 재질이 실리콘인 온수매트.
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