KR20170029959A - 열매체유와 축열물질을 이용한 복합 온수 가열장치 - Google Patents

열매체유와 축열물질을 이용한 복합 온수 가열장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기보일러 등에 적용하여 사용할 수 있도록 가열수단으로 가열된 열매체유를 이용하여 온수와 열교환하는 축열물질을 가열하는 방식으로 온수 가열이 이루어지도록 함으로 해서 안정적으로 온수를 신속히 가열하여 유지비 절감을 기대할 수 있게 한 열매체유와 축열물질을 이용한 온수 가열장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 공급관과 배출관이 배관된 온수조의 내측으로 이격되도록 축열조를 설치하고, 축열조의 상단과 하단에는 각각 상부열매체조와 하부열매체조를 배치하고 축열조를 통과하는 복수의 열매체유열교환관으로 연결하여 가열수단인 전기히터로 가열되도록 하여 열매체유로 가열된 축열물질의 잠열에 의해 온수가 가열되도록 한 열매체유와 축열물질을 이용한 복합 온수 가열장치에 있어서;
상기 축열조에는 열매체유열교환관과 직각으로 복수의 온수열교환관을 배관하고; 상기 상부열매체조에는 온수조 외부에 마련되며 배출관이 배관된 배출온수조와 일단이 연결되도록 복수의 온수배출용 열교환관을 배관토록 한 것이다.

Description

열매체유와 축열물질을 이용한 복합 온수 가열장치{Combined hot water heating systems using thermal oil as heat accumulation substance }
본 발명은 전기보일러 등에 적용하여 사용할 수 있도록 가열수단으로 가열된 열매체유를 이용하여 온수와 열 교환하는 축열물질을 가열하는 방식으로 온수 가열이 이루어지도록 함으로 해서 안정적으로 온수를 신속히 가열하여 유지비 절감을 기대할 수 있게 한 열매체유와 축열물질을 이용한 온수 가열장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 가열된 온수가 열매체유에 의해 최종적으로 한번 더 가열된 상태로 배출되도록 함으로 해서 온수 공급 능력을 향상시키고 아울러 가열수단을 상향 분리형으로 구성하여 열매체유의 유출 없이 가열수단의 교체가 가능하도록 하여 유지 보수의 편리성도 함께 제공할 수 있는 열매체유와 축열물질을 이용한 복합 온수 가열장치를 제공코자 하는 것이다.
산업용 주택용 등으로 사용되고 있는 보일러의 경우 유류를 연료로 하는 기름보일러와 전기를 이용하는 전기보일러로 대분된다.
상기한 전기보일러는 단순히 심야시간대(오후 10시부터 익일 오전 8시까지)의 전기를 이용하여 저장탱크 내에 저수되어 있는 많은 양의 용수를 가열하였다가 주간 시간대에 저장된 열로 난방 등을 행할 수 있도록 구성되어 있는바, 그 규모가 대형화 될 수밖에 없고, 설치비 및 운전비도 증가할 수밖에 없으며, 특히 에너지원으로 사용되는 유류나 가스 등 부존자원이 없는 우리나라에서는 에너지 절약형 보일러의 개발이 절실하였다.
에너지를 획기적으로 절약할 수 있는 전기보일러를 제공하기 위해서는 많은 열을 효과적으로 저장할 수 있고, 저장된 열을 사용 시에 필요한 만큼의 열량을 발생하면서도 비축된 열의 소모가 가급적 적은 축열물질의 개발이 선행되어야 한다.
상기한 의도에 의해 저장성이 우수한 축열물질이 다양하게 개발된 바 있으며, 대표적으로는 이산화규소(SiO2)와 물을 주성분으로 하며, 이에 각종 무기물을 투입하여 제조한 것(특허등록 제0420008호(2004.03.02.))등을 들 수 있으며, 선행기술은 이산화규소(SiO2), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 칼륨(K), 나트륨(Na) 및 철(Fe) 등의 산화물과 물을 혼합하여 무기물 슬러리화 하고, 이를 보일러용 축열물질로 제공한 것이다.
상기한 축열물질은 대한민국 등록실용신안(Y1)20-0316469호(2003.06.18.), 20-0428527호(2006.10.13.), 20-0442961호(2008.12.26.)의 축열물질을 이용한 전기보일러로 활용된바 있다.
그러나 상기한 전기보일러의 경우 대부분 온수 가열이 축열물질에 의해 이루어진 상태로 공급될 수 있도록 한 구성으로, 가열된 열매체유의 열에너지를 적극적으로 이용하는 데에는 한계가 있었다.
또한 전기히터가 매체조의 하단에 수평으로 설치되어 있어 전기히터 고정시 열매체유를 배출해야 하는 불편을 해소하기 위해 매체유와 전기히터를 격리형으로 구성하고 있으나, 이는 열매체유를 신속하게 가열하지 못하게 되어 열효율을 저하시키게 되는 문제점이 있었다.
한편 20-0428527호(2006.10.13.)에서는 전기히터를 수직형으로 설치하여 상기한 문제점들을 해결하고 있으나. 이의 경우 매체유가 가열되기 전 상태에서 대기에 전기히터의 일부가 노출되는 구성이므로 상기한 열효율 문제점을 완전히 해결하지 못하고 있는 것은 물론이고, 발열과정에서 노출 부분이 과열되어 전기히터의 수명을 단축시키데 되는 문제점을 유발시켜 잦은 전기히터 고장의 원인이 되었다.
KR 100420008 B1 2004.03.02. KR 200316469 Y1 2003.06.18. KR 200428527 Y1 2006.10.13. KR 200442961 Y1 2008.12.26.
이에 본 발명자는 종래 축열물질을 이용하는 전기보일러(온수 가열장치)에서의 문제점으로 대두되고 있는 열매체유의 에너지 활용성과 가열수단으로 사용하는 전기히터의 교체시 발생하는 문제점을 일소할 수 있도록 하면서도 대량의 온수 가열이 단시간에 이루어질 수 있도록 함에 본 발명의 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.
즉, 본 발명에서는 온수조 내측으로 축열물질이 내입되어 있는 축열조를 설치하고, 축열조의 상하측으로 상하부열매체조를 배치하여 축열조를 통과하는 열매체유열교환관으로 연결하여 축열물질을 가열토록 하되, 상부열매체조에는 온수조 외부에 위치하는 배출온수조와 연결되는 온수배출용 열교환관을 복수개 수평으로 배치하여 외부로 배출되는 온수가 최종 가열되도록 함으로 해서 온수의 가열 효율성을 극대화 시켰으며, 또한 상기 상하부열매체조를 연결하는 가열수단 설치용 열매체조를 마련하여 온수조의 상부에서 가열수단인 전기히터를 교환할 수 있도록 하여 유지 보수의 편리성을 제공할 수 있도록 하였다.
과제 해결 수단으로 본 발명에서는 첫째 공급관과 배출관이 배관된 온수조의 내측으로 이격되도록 축열조를 설치하고, 축열조의 상단과 하단에는 각각 상부열매체조와 하부열매체조를 배치하고 축열조를 통과하는 복수의 열매체유열교환관으로 연결하여 가열수단인 전기히터로 가열되도록 하여 열매체유로 가열된 축열물질의 잠열에 의해 온수가 가열되도록 한 열매체유와 축열물질을 이용한 복합 온수 가열장치에 있어서;
상기 축열조에는 열매체유열교환관과 직각으로 복수의 온수열교환관을 배관하고; 상기 상부열매체조에는 온수조 외부에 마련되며 배출관이 배관된 배출온수조와 일단이 연결되도록 복수의 온수배출용 열교환관을 배관토록 하였다.
둘째 상기 상부열매체조와 하부열매체조의 일측으로는 축열조 측방에 위치하도록 가열수단 설치용 열매체조를 더 형성하고; 상기 가열수단 설치용 열매체조에는 온수조의 상부에서 수직으로 결합되도록 가열수단을 설치하며; 상기 상부열매체조와 하부 열매체조의에는 중도에 순환펌프가 설치된 리턴관을 배관하여 상부열매체조에서 하부열매체조로 열매체유를 강제 순환시키도록 하였다.
셋째 상기 가열수단 설치용 열매체조에 내입된 가열수단의 히터봉은 열매체유가 비가열 상태에서 열매체유에 침지되지 않는 비가열부와 열매체유에 침지되는 가열부가 구비되도록 구성하였다.
본 발명에서 제공하는 열매체유와 축열물질을 이용한 복합 온수 가열장치를 사용할 경우 외부로 배출되는 온수가 상부열매체조에 수평으로 형성되어있는 온수배출용 열교환관을 경유하여 배출되므로 배출되는 온수의 온도를 상승시킬 수 있으므로 안정된 온수 공급이 가능하게 되는 것이다.
또한 본 발명을 사용할 경우 가열수단으로 수직으로 설치되므로 열매체유의 유실 없이 가열수단의 교체가 가능한 것은 물론이고, 가열수단이 가열부와 비가열부로 구획 구성되고, 순환펌프에 의해 열매체유가 순환되므로 열효율을 극대화 할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명에서 제공하는 열매체유와 축열물질을 이용한 복합 온수 가열장치의 바람직한 일 실시례를 보인 정단면도
도 2는 도 1의 측단면도
도 3은 도 1의 평단면도
도 4는 본 발명에 적용되는 가열수단의 바람직한 일례를 보인 정면도
이하 본 발명에서 제공하는 열매체유와 축열물질을 이용한 복합 온수 가열장치의 실시례를 첨부 도면에 의거하여 설명한다.
도 1은 본 발명에서 제공하는 열매체유와 축열물질을 이용한 복합 온수 가열장치의 바람직한 일 실시례를 보인 정단면도를 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 측단면도를 도시한 것이며, 도 3은 도 1의 평단면도, 도 4은 본 발명에 적용되는 가열수단의 바람직한 일례를 보인 정면도를 도시한 것이다.
본 발명에서 제공하는 열매체유(A)와 축열물질(B)을 이용한 복합 온수 가열장치(1)는 크게 온수조(2)와, 축열조(3)와, 상하부열매체조(4)(5)로 대분된다.
상기 온수조(2)는 외부에 보온재가 씌워질 수 있음은 당연하며, 사각통 또는 원형통의 외형을 가지며, 온수조(2)의 하측으로는 공급간(21)이 배관되고, 온수조(2)의 상측으로는 배출관(22)이 배관되어 공급간(21)으로 공급된 온수가 충분히 가열된 상태에서 배출관(22)으로 배출된다.
상기 온수조(2)의 내부에는 내벽과 이격 상태로 위치되어 온수에 의해 감싸진 상태를 유지할 수 있도록 축열조(3)와, 상하부열매체조(4)(5)를 설치한다.
축열조(3)와, 상하부열매체조(4)(5)의 바람직한 설치 예로는 온수조(2)의 바닥에 하부열매체조(5)를 안치되고, 하부열매체조(5)의 상측으로는 내부에 축열물질(B)이 채워진 축열조(3)가 배치하고, 축열조(3)의 상측으로 상부열매체조(4)를 배치하며, 하부열매체조(5)와 상부열매체조(4)는 축열조(3)를 통과하는 복수의 열매체유열교환관(6)으로 연결하여 가열된 열매체유(A)가 축열물질(B)과 열 교환이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 상부열매체조(4)에는 온수조(2) 외부에 위치하는 팽창탱크(7)와 연결되며, 팽창탱크(7)에는 에어밴트(8)가 형성되어 상하부열매체조(4)(5) 내부의 열매체유(A)가 가열되어 팽창할 때 공기를 외부로 배출하여 폭발의 위험이 없도록 하며, 또한 가열수단(9)으로 전기히터를 설치하여 열매체유(A)를 160~180도의 온도로 가열토록 한다. 이때 열매체유(A)는 상하부열매체조(4)(5)의 전체 체적의 3/4가량 채워 사용하면 된다.
그리고 상기 축열조(3)에는 온수조(2) 외부에 위치하도록 압력배출관(31)을 설치하고, 압력배출관(31)에는 축열조(3) 내부의 가열에 의해 압력이 상승할 때 자동으로 개방되는 안전밸브(32)를 설치하여 축열조(3)의 폭발위험을 해소할 수 있도록 한다. 한편 본 발명에서 사용하는 축열물질(B)은 축열물질(B)은 종래 기술에서 언급한 특허등록 제0420008호(2004.03.02.)의 것을 사용하였는바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략토록 한다.
상기와 같은 구성의 경우 종래 기술들에서 이미 사용하고 있는 공지된 기술이다.
본 발명은 상기와 같이 구성되는 열매체유(A)와 축열물질(B)을 이용한 복합 온수 가열장치(1)에 있어서, 상기 축열조(3)에는 열매체유열교환관(6)과 직각으로 복수의 온수열교환관(10)을 배관하여 온수가 축열조(3) 내의 축열물질(B)과 접촉되는 단열면적을 넓혀 온수의 가열성을 높일 수 있게 한다.
상기 상부열매체조(4)에는 온수조(2) 외부에 마련되며 배출관(22)이 배관된 배출온수조(11)와 일단이 연결되도록 복수의 온수배출용 열교환관(12)을 배관한다.
상기와 같이 온수배출용 열교환관(12)을 설치하는 경우 배출관(22)으로 배출되는 온수를 팽창탱크(7)로 이동하여 대기와 열교환하는 열매체유(A)에 의해 최종적으로 한번 더 가열하게 되는 효과를 제공하게 된다. 즉, 열매체유(A)를 가열하게 되면 상부열매체조(4)에 연결되어 있는 팽창탱크(7)로 일부가 이동하게 되는데, 본 발명에서는 상부열매체조(4)에 수평으로 설치되어 있은 온수배출용 열교환관(12)을 통해서 배출관(22)으로 배출되는 온수를 가열하므로 팽창탱크(7)를 통해서 대기로 버려지는 열손실을 최소화할 수 있게 되는 것이다.
그리고 본 발명에서는 가열수단(9)인 전기히터의 교환성을 개선한 것으로, 상부열매체조(4)와 하부열매체조(5)의 일측으로는 축열조(3) 내부 측방에 위치하도록 가열수단 설치용 열매체조(13)를 더 형성한다.
상기 가열수단 설치용 열매체조(13)에는 온수조(2)의 상부에서 수직으로 결합되도록 가열수단(9)을 설치하며, 상기 상부열매체조(4)와 하부열매체조(5)에는 중도에 순환펌프(14)가 설치된 리턴관(15)을 배관하여 상부열매체조(4)에서 하부열매체조(5)로 열매체유(A)를 강제 순환시키도록 구성한다.
이와 같은 가열수단(9)의 구성은 종래 열매체조 하단에 가열수단(9)을 설치하는 경우 열매체유(A)의 유출로 인해 가열수단(9)의 교체에 어려움이 있었으나, 본 발명과 같이 구성하는 경우 가열수단(9)을 분리하더라도 열매체유(A)의 유실 없이 가열수단(9)의 교체가 가능하게 되는 것이다.
또한 순환펌프(14)가 구비되어 있어 열매체유(A)가 상부열매체조(4)에서 하부열매체조(5)로 강제 순환되므로 가열수단(9)에 의해 가열된 열매체유(A)가 축열조(3)를 통과하는 복수의 열매체유열교환관(6)으로 신속히 이동되어 열교환이 이루어질 수 있게 한다.
한편 본 발명에서 제공하는 가열수단(9)의 경우 도 4에 도시된 바와 같이 구성하여 열 허실이 없도록 하고 있다. 즉, 본 발명에서의 가열수단(9)은 본체(9a)의 하측으로 히터봉(9b)을 결합하되, 상기 히터봉(9b)은 본체(9a)쪽의 비가열부(9c)와, 하측의 가열부(9d)로 구획 구성되도록 한다.
이러한 히터봉(9b)의 구성은 가열수단 설치용 열매체조(13)에 내입된 상태에서 열매체유(A)가 비가열 상태에서 가열부(9d)만 열매체유(A)에 침지되는 구성이므로, 히터봉(9b)에 전원이 인가되어 발열될 때 열매체유(A)에 침지 상태로 있는 가열부(9d)만 가열되고, 대기 중에 노출되어 있는 비가열부(9c)는 발열되지 않게 되므로 히터봉(9b)에 의해 발생되는 열이 종래 수평형 구성에서와 같이 열매체유(A)에 전달되어 열매체유(A) 가열에 따른 열 손실을 예방할 수 있으면서도 본체(9a)와 결합된 부분이 열 손상되는 등의 문제점을 해결할 수 있게 되는 것이다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시례에 관해 설명하고 있으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 보호 범위는 설명된 실시례에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1:복합 온수 가열장치 2:온수조
21:공급관 22:배출관
3:축열조 31:압력배출관
32:안전밸브 4:상부열매체조
5:하부열매체조 6:열매체유열교환관
7:팽창탱크 8:에어밴트
9:가열수단 9a:본체
9b:히터봉 9c:비가열부
9d:가열부 10:온수열교환관
11:배출온수조 12:온수배출용 열교환관
13:가열수단 설치용 열매체조 14:순환펌프
15:리턴관 A:열매체유
B:축열물질

Claims (3)

  1. 공급관(21)과 배출관(22)이 배관된 온수조(2)의 내측으로 이격되도록 축열조(3)를 설치하고, 축열조(3)의 상단과 하단에는 각각 상부열매체조(4)와 하부열매체조(5)를 배치하고 축열조(3)를 통과하는 복수의 열매체유열교환관(6)으로 연결하여 가열수단(9)인 전기히터로 가열되도록 하여 열매체유(A)로 가열된 축열물질(B)의 잠열에 의해 온수가 가열되도록 한 열매체유(A)와 축열물질(B)을 이용한 복합 온수 가열장치(1)에 있어서;
    상기 축열조(3)에는 열매체유열교환관(6)과 직각으로 복수의 온수열교환관(10)을 배관하고;
    상기 상부열매체조(4)에는 온수조(2) 외부에 마련되며 배출관(22)이 배관된 배출온수조(11)와 일단이 연결되도록 복수의 온수배출용 열교환관(12)을 배관토록 한 것을 특징으로 하는 열매체유와 축열물질을 이용한 복합 온수 가열장치.
  2. 청구항 1에 있어서;
    상기 상부열매체조(4)와 하부 열매체조의 일측으로는 축열조(3) 측방에 위치하도록 가열수단 설치용 열매체조(13)를 더 형성하고;
    상기 가열수단 설치용 열매체조(13)에는 온수조(2)의 상부에서 수직으로 결합되도록 가열수단(9)을 설치하며;
    상기 상부열매체조(4)와 하부 열매체조의에는 중도에 순환펌프(14)가 설치된 리턴관(15)을 배관하여 상부열매체조(4)에서 하부열매체조(5)로 열매체유(A)를 강제 순환시키도록 한 것을 특징으로 하는 열매체유와 축열물질을 이용한 복합 온수 가열장치.
  3. 청구항 1에 있어서;
    상기 가열수단 설치용 열매체조(13)에 내입된 가열수단(9)의 히터봉(9b)은 열매체유(A)가 비가열 상태에서 열매체유(A)에 침지되지 않는 비가열부(9c)와 열매체유(A)에 침지되는 가열부(9d)가 구비되도록 구성한 것을 특징으로 하는 열매체유와 축열물질을 이용한 복합 온수 가열장치.
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