KR20180065363A - 난방 효율이 향상된 전기식 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고용량의 난방기와 저용량의 온수공급기를 구비하여, 난방을 위한 초기 구동 시, 난방기의 온수관 내에 존재하는 저온 난방수 대신에 온수공급기에 저장된 고온 난방수를 온수관에 유동시켜, 난방수의 가열을 위한 시간 단축 및 에너지 절감을 제공하고, 이를 통해 난방 효율을 향상시킨 전기식 보일러에 관한 것으로,
난방수가 유입되는 유입부와, 유입된 난방수가 가열되는 가열부와, 가열된 난방수가 유출되는 유출부와, 상기 유입부 및 유출부에 양단이 연결되고 난방대상을 지나도록 설치된 온수관을 포함하는 난방기, 그리고 난방수를 수용하여 가열 및 저장하는 온수공급기, 그리고 초기 구동 시, 상기 온수공급기에 저장된 난방수가 상기 난방기의 유입부로 유입되도록 하는 온수제어수단을 포함하여 이루어진다.

Description

난방 효율이 향상된 전기식 보일러{BOILER}

본 발명은 건물 실내 공간으로 대표되는 난방대상의 난방을 위한 전기식 보일러에 관한 것으로,

보다 상세하게는 고용량의 난방기와 저용량의 온수공급기를 구비하여, 난방을 위한 초기 구동 시, 난방기의 온수관 내에 존재하는 저온 난방수 대신에 온수공급기에 저장된 고온 난방수를 온수관에 유동시켜, 난방수의 가열을 위한 시간 단축 및 에너지 절감을 제공하고, 이를 통해 난방 효율을 향상시킨 전기식 보일러에 관한 것이다.

보일러는 난방대상을 지나도록 구비되는 온수관 내부를 흐르는 난방수를 가열하여 난방대상을 난방하는 장치이다.

이러한 보일러는 크게 가스식과 전기식으로 구비될 수 있는데, 둘의 차이점은 난방수를 가열하는 열원을 가스를 활용하느냐 또는 전기를 활용하느냐에 있다.

특히 보일러는 난방대상을 원하는 온도까지 난방하기 위해 난방수를 적정 온도까지 가열해야 하는데, 보일러가 자주 사용되는 겨울철과 같은 경우, 보일러가 가동되지 않는 동안에 온수관 내의 난방수가 식어서 차가워지기 때문에 적정 온도까지 가열하는데 많은 에너지(가스 또는 전기 등)를 소모하게 된다.

그 중에서도 전기식 보일러의 경우에는 난방수 가열을 위해 너무 많은 전기를 소모하게 되면, 누진제에 의해 전기료가 급등할 우려가 있고, 아울러 태양광을 활용하여 전기를 생산하는 방식인 경우 태양광 설비의 비용 증가 부담이 발생하게 된다.

또는 난방수를 사용하고자 할 때, 즉각적인 난방수 공급이 되지 않고 온수관 내의 차가운 물이 공급되기 때문에, 난방수가 공급되기까지의 시간을 기다려야 하는 불편함이 함께 존재했었다.

이를 위해 난방수 가열 효율을 향상시키는 것이 보일러 분야에 필수적인 기술 과제라고 할 수 있는데, 등록특허 제10-1214202호(2012년12월13일)[순간 가열형 전열 보일러](이하 종래기술)에는 난방수가 순환하는 열교환관에 외부에서 고온의 전열을 발산하여, 발산된 고온의 전열을 통해 열교환관을 순환하는 난방수가 신속하게 가열하여 배출되도록 하여, 가열 효율을 향상시킨 기술이 제시되어 있다.

그러나 종래기술을 포함한 종래의 기술들은 보조 가열수단을 통해 난방수에 대한 가열 효율을 높이고 있는 바, 차갑게 식은 난방수를 가열하기까지의 시간을 단축하는 것일 뿐, 근본적인 해결책을 제시하지 못하고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로,

고용량의 난방기와 난방수를 미리 가열하여 저장하고 있는 저용량의 온수공급기를 구비하여, 난방을 위한 초기 구동 시, 난방기의 온수관 내에 존재하는 저온 난방수 대신에 온수공급기에 저장된 고온 난방수를 온수관에 유동시켜, 난방수의 가열을 위한 시간 단축 및 에너지 절감을 제공하고, 이를 통해 난방 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

또한 온수제어수단에 타이머를 구비하여, 기 설정된 시간동안은 온수공급기를 통해 난방수를 공급하고, 설정된 시간 이후에는 온수공급기를 통한 난방수 공급을 중단하여 불필요한 전력 소모를 자제하고, 특히 이러한 제어를 관리자의 수동 조작에 의존하지 하지 않고, 자동으로 온수공급기가 난방기에 고온 난방수를 공급 및 차단할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

아울러 본 발명 고유의 독특한 온수제어수단(제1 및 제2밸브와 분기형 온수관)의 구성 및 구조를 제시하여 상기한 난방수 가열 시간 단축, 에너지 절감, 즉 난방 효율 향상 효과를 누구나 편리하고 용이하게 누릴 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 갖는 본 발명은

난방수가 유입되는 유입부와, 유입된 난방수가 가열되는 가열부와, 가열된 난방수가 유출되는 유출부와, 상기 유입부 및 유출부에 양단이 연결되고 난방대상을 지나도록 설치된 온수관을 포함하는 난방기, 그리고 난방수를 수용하여 가열 및 저장하는 온수공급기, 그리고 초기 구동 시, 상기 온수공급기에 저장된 난방수가 상기 난방기의 유입부로 유입되도록 하는 온수제어수단을 포함하여 이루어진다.

또한 상기 온수제어수단은 타이머를 포함하여, 상기 온수공급기가 기 설정된 시간동안까지만 저장된 난방수를 상기 난방기의 유입부로 보내는 것을 특징으로 한다.

나아가 상기 온수관은 어느 한 분기점에서 제1경로와 제2경로로 분기되고, 상기 온수공급기는 상기 제1경로에 연결된 입력부 및, 상기 제2경로에 연결된 출력부를 포함하고, 상기 온수제어수단은 상기 제1경로 상에 구비되는 제1밸브, 상기 제2경로 중 상기 분기점과 상기 출력부 사이에 구비된 제2밸브 및, 제어신호를 통해 상기 제1 및 제2밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 기 설정된 시간동안은 상기 제1밸브를 개방, 상기 제2밸브를 폐쇄하고, 이 후 상기 제1밸브를 폐쇄, 상기 제2밸브를 개방하는 것을 특징으로 한다.

나아가 DC신호용 전원으로부터 상기 제어신호를 생성하는 신호생성모듈을 더 포함하고, 상기 신호생성모듈은 DC 신호용 전원을 증폭하는 노이즈증폭부, 증폭된 신호용 전원에 포함된 노이즈를 검출하는 노이즈검출부, 검출된 노이즈를 제거하는 필터부, 노이즈 검출 시에만 필터부를 구동시키는 필터구동부, 노이즈가 제거된 신호용 전원으로부터 제어신호를 생성하는 신호생성부 및, 생성된 제어신호의 클린 여부를 확인하여 출력하는 신호출력부를 포함할 수 있음을 특징으로 한다.

상기 구성 및 특징으로 이루어진 본 발명은

고용량의 난방기와 난방수를 미리 가열하여 저장하고 있는 저용량의 온수공급기를 구비하여, 난방을 위한 초기 구동 시, 난방기의 온수관 내에 존재하는 저온 난방수 대신에 온수공급기에 저장된 고온 난방수를 온수관에 유동시켜, 난방수의 가열을 위한 시간 단축 및 에너지 절감을 제공하고, 이를 통해 난방 효율을 향상시킬 수 있고, 또한 온수제어수단에 타이머를 구비하여, 기 설정된 시간동안은 온수공급기를 통해 난방수를 공급하고, 설정된 시간 이후에는 온수공급기를 통한 난방수 공급을 중단하여 불필요한 전력 소모를 자제하고, 특히 이러한 제어를 관리자의 수동 조작에 의존하지 하지 않고, 자동으로 온수공급기가 난방기에 고온 난방수를 공급 및 차단할 수 있도록 하여, 보일러 운용 편의성을 제공할 수 있으며, 아울러 본 발명 고유의 독특한 온수제어수단(제1 및 제2밸브와 분기형 온수관)의 구성 및 구조를 제시하여 상기한 난방수 가열 시간 단축, 에너지 절감, 즉 난방 효율 향상 효과를 누구나 편리하고 용이하게 누릴 수 있도록 하는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 전체 구성도.
도 2는 본 발명의 일 구성인 온수제어수단의 구성에 관한 블록도.
도 3은 본 발명의 제2실시예.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

본 발명은 고용량의 난방기와 저용량의 온수공급기를 구비하여, 난방을 위한 초기 구동 시, 난방기의 온수관 내에 존재하는 저온 난방수 대신에 온수공급기에 저장된 고온 난방수를 온수관에 유동시켜, 난방수의 가열을 위한 시간 단축 및 에너지 절감을 제공하고, 이를 통해 난방 효율을 향상시킨 전기식 보일러에 관한 것이다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 난방 효율이 향상된 전기식 보일러(이하 본 장치(B))에 대해 상세하게 설명하기로 한다.

이하 실시자의 이해를 돕기 위해 본 장치(B)는 전기식 보일러로, 그 구동 전원은 태양광을 활용하는 것으로 특정하여 설명하기로 한다. 그러나 이러한 특정은 220V의 상용 전원의 사용하는 경우, 가스식 보일러로 구비하는 경우 등을 배제하려는 것은 아닌 바, 본 발명의 해석에 있어서 반드시 '태양광을 이용한 전기식 보일러'로 한정되어서는 안 될 것이다.

또한 이하에서 '난방수'라 함은 난방대상(T)의 난방을 위해 사용되는 물을 총칭하는 것으로, 특정 온도 범위에 해당하는 물을 지칭하는 것은 아니며, 본 장치(B)의 비 구동 시에 방치되어 식은 물 역시 포함하는 개념으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 전체 구성도이고, 도 2는 본 장치(B)의 일 구성인 온수제어수단(3)의 대략적인 구성을 블록화하여 도시한 블록도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 장치(B)는 크게 난방기(1), 온수공급기(2) 및 온수제어수단(3)을 포함하여 이루어진다.

각 구성 별로 보다 구체적으로 설명하면, 먼저 난방기(1)는 난방대상(T)에 대한 난방을 위해 난방수를 제공하는 구성으로, 여기에서 난방대상(T)은 건물의 실내 공간, 주거지의 각 방, 라지에이터, 온열 벽체 등을 포함한다.

이러한 난방기(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 난방수가 유입되는 유입부(11), 유입된 난방수가 가열되는 가열부(12), 가열된 난방수가 유출되는 유출부(13), 유입부(11) 및 출력부(13)에 양단이 연결되고 난방대상(T)을 지나도록 설치된 온수관(14)을 포함하여 이루어진다.

상기 구성으로 이루어지는 본 발명의 난방기(1)는 유입부(11)를 통해 난방수를 유입하고, 가열부(12)를 통해 유입되는 난방수를 유출부(13)를 통해 온수관(14)을 따라 흐르도록 하여, 난방대상(T)을 난방 하는데, 난방기(1)에는 [유입부(11)-가열부(12)-유출부(13)-온수관(14)]의 경로를 따라 난방수를 순환시킬 수 있도록 순환펌프(또는 순환모터, 미도시)가 구비되는 것은 자명한 것이고, 이러한 구성들은 일반적인 전기식 보일러와 크게 다르지 않다.

다음으로, 온수공급기(2)는 난방수를 수용하여 가열 및 저장하는 구성으로, 난방수를 수용하고 수용된 난방수를 가열하여, 가열된 난방수를 항시 저장한다.

여기에서 온수공급기(2)에 수용된 난방수는 상기한 온수관(14)을 따라 흐르는 난방수일 수도 있고, 별도의 물 공급관을 통해 공급되는 난방수일 수도 있으나, 본 장치(B)의 복잡도를 해소하기 위해 온수관(14)의 일 측에 구비되어 온수관(14)을 따라 흐르는 난방수를 수용하는 것이 바람직하다.

이러한 온수공급기(2)는 난방기(1)에 비해 상대적으로 저용량으로 구비되는 것이 바람직한데, 용량이 클수록 수온 상승을 위한 가열 시간이 길어지기 때문에 에너지 효율 측면에서 온수공급기(2)는 저용량으로 구비되는 것이 바람직한 것이다.

도 1에서 확인 가능하듯이, 온수공급기(2) 역시 난방기(1)와 유사하게, 난방수가 유입되는 입력부(21), 난방수를 가열하고 가열된 난방수를 저장하는 저장부(22) 및 저장부(22)에 저장된 난방수를 유출하는 출력부(23)를 포함하여 이루어진다.

따라서 저장부(22)에는 가열수단이 구비되어 저장된 난방수를 적정 온도까지 가열하고, 이에 온수공급기(2)는 즉각적인 고온 난방수의 공급이 가능하도록 구성될 수 있다.

다음으로, 온수제어수단(3)은 본 장치(B)의 초기 구동 시, 온수공급기(2)에 저장된 난방수가 난방기(1)의 유입부(11)로 유입되도록 하는 구성이다.

이를 위해, 온수관(14)에 존재하던 저온 난방수는 온수공급기(2)의 입력부(21)를 통해 유입되고, 저장부(22)에 저장된 고온 난방수와 별도 저장되어 가열되며, 출력부(23)를 통해 유출되는 고온 난방수는 난방기(1)의 유입부(11)로 들어가, 온수관(14) 내의 난방수를 즉각적으로 고온 난방수로 대체해준다.

상기한 온수공급기(2)와 온수제어수단(3)을 통해 본 장치(B)는 난방을 위한 초기 구동 시, 난방기(1)의 온수관(14) 내에 존재하는 저온 난방수 대신에 온수공급기(2)에 저장된 고온 난방수를 온수관(14)에 유동시켜, 난방수의 가열을 위한 시간 단축 및 에너지 절감을 제공하고, 이를 통해 난방 효율을 향상시킨다.

특히 이러한 효과는 종래의 보일러가 사용하는 에너지 대비 가열 효율이 좋지 못하거나 또는 고용량으로 구성되는 이유에 의해. 가열 시간이 길다는 점을 고려할 때 효과적이다.

또한 본 장치(B)가 태양광을 이용한 전기식 보일러일 때 큰 효과를 발휘하는데, 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 설비는 일반 상용전기의 주된 생산 방식인 화력발전이나 원자력발전 등에 비해 설비 투자를 위한 비용이 높기 때문에, 투자 대비 수익을 극대화하기 위해서도 난방수 가열을 위해 사용되는 전기를 절약할 필요성이 있다.

아울러 상용 전기를 사용하는 경우에도, 본 장치(B)가 가정용으로 사용되는 경우, 너무 많은 전기를 사용하게 되면 누진제에 의해 전기료가 급등할 수 있으므로, 역시 가열 시간 단축을 통한 전기 에너지 절약을 필요로 하기 때문에, 그 효과가 보다 극대화될 수 있다.

이하 첨부된 도 1 및 도 2를 참고하여, 본 장치(B)에 대한 보다 구체적인 특징과 추가적인 특징들에 대해 설명하기로 한다.

본 발명의 추가적인 특징으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 장치(B)는 온수제어수단(3)이 타이머(33)를 포함하여, 온수공급기(2)가 기 설정된 시간동안까지만 저장된 난방수를 난방기(1)의 유입부(11)로 보내는 것을 특징으로 한다.

이를 위해 온수제어수단(3)은 온수공급기(2)의 각 구성을 제어하는 제어부(34)를 더 포함하는 것이 바람직하며, 타이머(33)를 통해 온수공급기(2)의 난방수 공급 시간을 측정하고, 제어부(34)가 기 설정된 시간동안까지만 저장된 고온 난방수를 난방기(1)의 유입부(11)로 보내게 된다.

여기에서 제어부(34)는 상기한 온수공급기(2)의 동작 제어를 수행할 수 있도록 중앙처리장치(CPU, MCU 등)를 구비하여야 한다.

상기 특징으로 인해 본 발명은 관리자의 수동 조작을 필요로 하지 않고, 자동으로 온수공급기(2)가 난방기(1)에 고온 난방수를 공급하여, 보일러 운용의 편의성을 제공하는 효과를 갖는다.

상기한 본 장치(B)의 구체적인 실시(제1실시예)를 살펴보면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 난방기(1)의 온수관(14)은 어느 한 분기점(140)에서 제1경로(141)와 제2경로(142)로 분기된다.

또한 상기한 온수공급기(2)의 입력부(21)는 제1경로(141)에, 상기한 온수공급기(2)의 출력부(23)는 제2경로(142)에 연결된다. 다시 말해 온수공급기(2)는 제1경로(141)에 연결된 입력부(21) 및, 제2경로(142)에 연결된 출력부(23)를 포함한다.

아울러 온수제어수단(3)은 제1경로(141) 상에 구비되는 제1밸브(31), 제2경로(142) 중 분기점(140)과 출력부(23) 사이에 구비된 제2밸브(32) 및, 제어신호를 통해 제1 및 제2밸브(31)(32)의 개폐를 제어하는 제어부(34)를 포함한다.

이에 본 장치(B)는 제어부(34)가 기 설정된 시간동안은 제1밸브(31)를 개방, 제2밸브(32)를 폐쇄하고, 이 후 제1밸브(31)를 폐쇄, 제2밸브(32)를 개방하는 것을 특징으로 한다.

이러한 제1실시예에 관한 동작 과정에 대해 설명하면,

본 장치(B)의 초기 구동 시, 제어부(34)는 타이머(33)를 통해 기 설정된 시간동안 제1밸브(31)를 개방하고 제2밸브(32)를 폐쇄한다. 이에 따라 기 설정된 시간동안 온수관(14)에 존재하는 저온 난방수는 제1경로(141)를 따라 입력부(21)를 통해 온수공급기(2)로 유입되고, 유입된 저온 난방수는 저장부(22)에 저장된 고온 난방수와 별도 저장되어 가열 및 관리된다. 그리고 저장부(22)에 저장되어 있던 고온 난방수는 출력부(23)를 통해 유출되어 난방기(1)의 유입부(11)로 유입된다. 이에 난방기(1)는 가열부(12)를 통한 가열 없이 또는 고온 난방수를 적정 온도로 높이기 위한 약간의 가열을 진행한 후 유출부(13)를 통해 고온 난방수를 유출하게 된다. 따라서 온수관(14)에는 난방기(1)의 가열부(12)를 통한 가열 시간을 기다리지 않아도 고온 난방수가 흐르게 되어 즉각적인 난방이 가능하고, 나아가 난방수의 가열을 위한 가열부(12)의 가동을 최소화할 수 있다.

이 후, 기 설정된 시간이 지나면, 제어부(34)는 제2밸브(32)를 개방하고 제1밸브(31)를 폐쇄한다. 이에 따라 온수관(14)을 흐르는 난방수는 더 이상 온수공급기(2)로 유입되지 않고 제2경로(142)를 따라 난방기(1)의 유입부(11)로 유입되어 일반적인 전기식 보일러의 구동 과정을 따르게 된다. 이 때 온수공급기(2)의 출력부(23) 역시 함께 폐쇄되어 저장부(22) 내의 고온 난방수가 더 이상 유출되지 않고 난방수의 가열 및 저장이 이루어지게 된다.

상기 제1실시예에서, 기 설정된 시간이 지나고 나면, 온수관(14) 내의 난방수는 난방기(1)의 가열부(12)에 의해 계속하여 온도가 유지되기 때문에 더 이상 온수공급기(2)로부터 고온 난방수를 공급받지 않는 것이 바람직하다.

이러한 제1실시예는 상기한 바와 같이, 난방수 가열 시간 단축, 에너지 절감, 즉 난방 효율 향상 효과를 제공한다.

한편, 본 발명에서, 온수제어수단(3)의 제어부(34)는 제어신호를 통해 온수제어수단(3)의 각 구성(제1밸브(31), 제2밸브(32), 타이머(33) 등등)의 동작을 제어한다. 이러한 제어신호에는 고주파에 의한 영향, 전원부의 강한 전계장에 의한 간섭, 외부 환경(온도, 습도, 먼지 등)에 의한 영향 등, 각종 외부요인에 의해 노이즈가 유입될 가능성이 있다.

제어신호에 유입된 노이즈는 제어신호의 전압 레벨을 급증 또는 급감시켜 각 구성의 불안정한 동작을 야기하고, 나아가 오작동 및 고장의 원인이 될 수 있다.

본 발명은 이를 해결하기 위해, 도 2에서 확인 가능한 바와 같이, 노이즈의 유입 가능성을 원천 배제한 클린 상태의 제어신호를 생성하는 신호생성모듈(100)을 구비하여, 제어신호에 유입될 노이즈를 사전에 검출 및 제거하고, 이를 통해 안정된 동작 제어가 가능하도록 하였다.

본 발명의 신호생성모듈(100)은 여러 단계를 거쳐 노이즈를 검출 및 제거하며, 최종적으로 제어신호 출력에 앞서 제어신호의 노이즈 포함 여부를 재 검출하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도 3을 참고하여 본 발명의 일 실시예(제2실시예)에 따른 신호생성모듈(100)에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다.

(설명의 편의를 위해 이하에서 소자 단위의 명명은 구분하지 않았다. 따라서 각 소자가 포함되는 해당 회로를 통해 유추하거나 또는 도면참조부호를 통해 구분지어 해석하는 것이 바람직하다.)

도 3에 도시된 바와 같이, 신호생성모듈(100)은 DC 신호용 전원을 증폭하는 노이즈증폭부(110), 증폭된 신호용 전원에 포함된 노이즈를 검출하는 노이즈검출부(120), 검출된 노이즈를 제거하는 필터부(130), 노이즈 검출 시에만 필터부를 구동시키는 필터구동부(140), 노이즈가 제거된 신호용 전원으로부터 제어신호를 생성하는 신호생성부(150) 및, 생성된 제어신호를 안정화하여 출력하는 신호출력부(160)를 포함하여 이루어진다.

이러한 신호생성모듈(100)은 노이즈증폭부(110)에서 DC 신호용 전원을 증폭함으로써 이에 포함된 노이즈 역시 증폭시켜 검출이 용이하도록 하고, 노이즈검출부(120)에서 증폭된 신호용 전원에 포함된 노이즈를 검출하며, 필터부(130)에서 검출된 노이즈를 제거하되, 필터구동부(140)를 통해 노이즈 검출 시에만 노이즈 제거 과정을 수행하도록 하여 불필요한 전력 소모 및 동작 과부하를 방지하고, 신호생성부(150)에서 노이즈가 제거된 신호용 전원으로부터 클린한 제어신호를 생성하며, 이를 신호출력부(160)에서 클린 여부를 확인하여 출력한다.

이하 도 3을 참고하여 신호생성모듈(100)의 각 부 구성에 대한 보다 상세한 설명 및 동작 과정에 대한 설명, 그리고 그에 따른 효과에 대한 설명을 진행하기로 한다.

노이즈증폭부(110)는 신호용 전원을 1차 증폭하는 제1증폭회로(111) 및, 2차 증폭하는 제2증폭회로(112)를 포함하여 이루어진다.

제1증폭회로(111)와 제2증폭회로(112)는 동일 구조로 이루어지고, 각각 앰프(A101)(A102), 앰프(A101)(A102)의 (+)단에 연결된 분배저항(R101)(R102)(R103)(R104) 및 캐패시터(C101)(C102), 앰프(A101)(A102)의 출력단과 (-)단 사이에 상호 병렬로 연결된 피드백 저항(R105)(R106) 및 캐패시터(C105)(C106)를 포함한다.

제1증폭회로(111) 및 제2증폭회로(112)의 동작 및 효과를 제1증폭회로(111)를 예로 들어 설명하면, 앰프(A101)는 분배저항(R101)(R102)과 피드백저항(R106), 그리고 접지 저항에 의해 비반전 증폭기로 동작하여 신호용 전원의 전압 레벨을 증폭시킴에 따라 노이즈 역시 함께 증폭시켜 노이즈의 검출이 용이하도록 한다. 이때 피드백 캐패시터(C105)는 앰프(A101)의 발진을 방지한다.

제2증폭회로(112)에서도 동일한 과정을 거쳐 신호용 전원의 증폭이 이루어진다.

또한 노이즈증폭부(110)는 제1증폭회로(111)의 앰프 출력단과 제2증폭회로(112)의 앰프 (+)단은 서로 연결되는 것을 특징으로 하며, 이를 통해 신호용 전원이 제1증폭회로(111)에서 1차로 증폭되고, 그 출력이 제2증폭회로(112)로 전송되어 2차 증폭됨에 따라 신호용 전원을 2중으로 보다 현저하게 증폭시켜 노이즈 검출이 용이하게 이루어지도록 한다.

다음으로, 노이즈검출부(120)는 비교기(121), 이 비교기(121)의 (-)단에 연결된 인가회로(122), 비교기(121)의 (+)단에 연결된 기준회로(123)를 포함하여 이루어진다.

보다 구체적으로, 인가회로(122)는 상호 직렬 배치된 직류성분 제거용 저항(R201) 및 캐패시터(C201)와 노이즈확인용 저항(R202)을 포함한다.

또한 기준회로(123)는 상호 병렬 배치되어 노이즈 판단을 위한 기준전압을 제공하는 바이어스 저항들(R203)(R204)(R205)을 포함한다.

상기 구성 및 특징으로 이루어진 노이즈검출부(120)의 동작 및 효과에 대해 설명하면, 인가회로(122)는 노이즈증폭부(110)에서 증폭된 신호용 전원을 저항(R201) 및 캐패시터(C201)를 통해 직류성분을 제거하고 노이즈 성분만 남긴다. 이 후 노이즈 성분을 저항(R202)에 인가한다.

이 후 기준회로는 바이어스 저항들(R203)(R204)(R205)에 의해 기준전압을 생성하고, 비교기(121)가 기준전압과 저항(R202)에 인가된 노이즈 전압을 비교함으로써 노이즈 발생 여부를 검출하고, 노이즈 검출 시 필터구동부(140)에 구동신호를 전송하여 필터부(130)를 구동함으로써 신호용 전원에 포함된 노이즈를 제거하고, 노이즈 미 검출 시 필터구동부(140)에 비구동신호를 전송하거나 또는 신호를 전송하지 않아 필터부(130)를 구동시키지 않고, 신호용 전원이 바로 신호생성부로 전달되도록 한다.(비구동신호를 전송하거나 신호를 전송하지 않는 실시의 선택은 필터구동부(140)의 사양에 따라 달라질 수 있을 것이다.)

(필터구동부(140)의 구체적인 회로 구성은 이미 널리 공지된 사항인 바, 그 상세한 설명은 생략하여도 통상의 기술자의 실시에 무리가 없을 것이다.)

추가적으로, 도 3에 도시된 바와 같이 노이즈검출부(120)는 릴레이로 전송하는 신호를 지연시키는 딜레이회로(124)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

딜레이회로(124)는 상호 병렬 배치되는 역방향 다이오드(D201) 및 저항(R206)과, 이에 병렬 연결된 캐패시터(C202)를 포함하여 이루어진다.

이러한 딜레이회로(124)의 구비를 통해 필터구동부(140)의 수명을 연장할 수 있는데, 일반적으로 노이즈는 연속적, 주기적으로 발생하지 않고 간헐적으로 발생하기 때문에 필터구동부(140)가 구동 및 비구동을 반복하면서 수명 저하가 발생하게 되므로, 딜레이회로(124)를 구비하여 필터구동부(140)의 작동 후 일정 시간 경과 전까지는 계속하여 필터구동부(140)를 구동하도록 하여 수명을 연장시키는 것이 바람직하다.

다음으로, 필터부(130)는 각각의 출력단과 입력단이 순차적으로 연결된 제1 내지 제3필터링회로(131)(132)(133)를 포함하여 이루어진다.

제1필터링회로(131)는 서로의 에미터와 컬렉터가 연결되어 있는 npn타입 제1 및 제2트랜지스터(Q301)(Q302)를 포함하되, 제1 및 제2트랜지스터(Q301)(Q302)의 베이스에는 각각 상호 병렬 배치된 스위칭다이오드(D301)(D302) 및 캐패시터(C301)(C302)가 연결되고, 제1트랜지스터(Q301)의 베이스와 제2트랜지스터(Q302)의 베이스 사이에는 상호 병렬 배치된 두 개의 캐패시터(C303)(C304)와, 캐패시터(C304)와 직렬을 이루는 두 저항(R303)(R304)이 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한 제2필터링회로(132)는 제1필터링회로(131)와 동일 구조를 갖는다.

아울러 제3필터링회로(133)는 상호 병렬 배치된 두 개의 캐패시터(C305)(C306)와, 캐패시터(C306)와 직렬로 연결된 두 저항(R305)(R306)을 포함하되, 제2필터링회로(132)와 제3필터링회로(133) 사이에는 역류 방지용 다이오드(D303)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 구성 및 특징으로 이루어진 필터부(130)를 통해, 3단에 걸쳐 노이즈를 제거할 수 있어 종래의 노이즈필터에 비해 노이즈 제거 효과가 우수하고, 노이즈의 제거 후 직류에 가까운 일정한 파형을 갖는 신호용 전원을 출력할 수 있기 때문에 추가적인 정류나 직류화 과정을 거치지 않아도 되는 장점이 있다.

다음으로, 신호생성부(150)는 제어신호 생성을 위한 전압 강하를 제공하는 복수의 다이오드(D501)(D502), 이에 직렬 연결된 필터링용 인덕터(L501) 및, 다이오드들(D501)(D502)과 인덕터(L501)에 병렬 연결된 필터링용 캐패시터들(C501)(C02)(C503)(C504)을 포함하여 이루어진다.

상기한 전압 강하용 다이오드(D501)(D502)는 도 3에서는 2개 구비한 것을 도시하였지만, 복수로만 구비하면 되고, 필요한 전압 강하 정도에 따라 2개 이상 구비할 수 있다.

신호생성부(150)의 동작 및 특징에 대해 설명하면, 노이즈가 제거된 신호용 전원이 전압 강하용 다이오드(D501)(D502)를 통과하면서 제어신호에 알맞은 전압 레벨로 변환되고, 변환 과정에서 유입 또는 생성되는 잡음에 대해서는 필터링용 인덕터(L501)와 필터링용 캐패시터들(C501)(C02)(C503)(C504)에 의해 제거되어, 클린한 제어신호를 생성하여 신호출력부(160)로 전송한다.

다음으로, 신호출력부(160)는 제어신호의 출력을 제어하는 출력제어소자(161), 이 출력제어소자(161)에 연결되어 제어신호에 포함된 잡음을 제거하는 안정화회로(162), 출력제어소자(161)에 연결되어 제어신호의 상태를 감지하고 출력제어소자(161)로 피드백하는 감지회로(163) 및, 출력제어소자(161)에 전원을 공급하는 전원공급회로(164)를 포함하여 이루어진다.

각 회로 별로 동작 및 특징을 살펴보면, 먼저 안정화회로(162)는 직렬 연결된 저항(R601) 및 다이오드(D601)와, 이에 병렬 연결된 캐패시터(C601)를 포함한다.

이러한 안정화회로(162)는 전달된 제어신호를 저항(R601) 및 다이오드(D601)를 통해 캐패시터(C601)에 저장함으로써 신호 유입에 대한 완충을 제공하여 제어신호의 끊김을 억제하고, 출력제어소자(161)의 과부하를 방지한다.

다음 감지회로(163)는 전압 변환용 저항(R602)과 저항(R603) 및 필터링용 캐패시터(C602)(C603)를 포함한다.

이러한 감지회로(163)는 제어신호의 전류를 저항(R602)을 통해 전압으로 변환하고, 저항(R603)에 인가되며, 캐패시터(C602)(C603)를 통해 필터링되어 출력제어소자(161)로 전달한다. 이 후 출력제어소자(161)는 감지회로(163)를 통해 최종적으로 출력될 제어신호의 노이즈 포함 여부를 확인하여 제어신호를 출력하거나 또는 제어신호의 재 필터링을 명령하게 된다.

다음 전원공급회로(164)는 전압 변환용 저항(R604)(R605), 이에 병렬 연결된 충전용 캐패시터(C604)(C605)(C606) 및, 이에 직렬 연결된 방전 방지용 다이오드(D604)를 포함하여 이루어진다.

출력제어소자(161)는 제어신호의 출력 상태를 최종적으로 점검하고 출력하기 위한 소자로 항시 구동되는 것이 바람직한데, 이에 제품 전체에 공급되는 전원은 물론 비상상황을 대비한 추가적인 전원 공급 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 이를 위해 전원공급회로(164)가 신호용 전원을 적절하게 처리하여 출력제어소자(161)의 구동을 위한 전원을 별도로 공급하게끔 구비되는 것이다.

이러한 전원공급회로(164)는 전압 변환용 저항(R604)(R605)을 통해 노이즈가 제거된 신호용 전원을 캐패시터(C604)(C605)(C606)에 저장함으로써 비상 상황 발생 시에도 출력제어소자(161)로 전원이 공급될 수 있도록 하고, 이 때 다이오드(D604)를 통해 캐패시터(C604)(C605)(C606)에 충전된 전원이 방전되지 않도록 하고, 비상 상황 발생 시에는 출력제어소자(161)로 전원이 공급되도록 한다.

이상의 설명에서 각 회로를 구성하는 부가적인 소자에 대한 설명은 생략하였으나, 이는 통상의 기술자의 실시에 따라 설계 변경 가능한 것이다.

또한 이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명한 본 발명(전기식 보일러)은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

B: 본 장치(전기식 보일러)
1: 난방기 11: 유입부
12: 가열부 13: 유출부
14: 온수관 140: 분기점
141: 제1경로 142: 제2경로
2: 온수공급기 21: 입력부
23: 출력부
3: 온수제어수단 31: 제1밸브
32: 제2밸브 33: 타이머
34: 제어부
100: 신호생성모듈

Claims (4)

1. 난방수가 유입되는 유입부와, 유입된 난방수가 가열되는 가열부와, 가열된 난방수가 유출되는 유출부와, 상기 유입부 및 유출부에 양단이 연결되고 난방대상을 지나도록 설치된 온수관을 포함하는 난방기;
   난방수를 수용하여 가열 및 저장하는 온수공급기; 및
   초기 구동 시, 상기 온수공급기에 저장된 난방수가 상기 난방기의 유입부로 유입되도록 하는 온수제어수단;
   을 포함하여 이루어진 전기식 보일러.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 온수제어수단은 타이머를 포함하여,
   상기 온수공급기가 기 설정된 시간동안까지만 저장된 난방수를 상기 난방기의 유입부로 보내는 것을 특징으로 하는 전기식 보일러.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 온수관은 어느 한 분기점에서 제1경로와 제2경로로 분기되고,
   상기 온수공급기는 상기 제1경로에 연결된 입력부 및, 상기 제2경로에 연결된 출력부를 포함하고,
   상기 온수제어수단은 상기 제1경로 상에 구비되는 제1밸브, 상기 제2경로 중 상기 분기점과 상기 출력부 사이에 구비된 제2밸브 및, 제어신호를 통해 상기 제1 및 제2밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는 기 설정된 시간동안은 상기 제1밸브를 개방, 상기 제2밸브를 폐쇄하고, 이 후 상기 제1밸브를 폐쇄, 상기 제2밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 전기식 보일러.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   DC신호용 전원으로부터 상기 제어신호를 생성하는 신호생성모듈;을 더 포함하고,
   상기 신호생성모듈은 DC 신호용 전원을 증폭하는 노이즈증폭부, 증폭된 신호용 전원에 포함된 노이즈를 검출하는 노이즈검출부, 검출된 노이즈를 제거하는 필터부, 노이즈 검출 시에만 필터부를 구동시키는 필터구동부, 노이즈가 제거된 신호용 전원으로부터 제어신호를 생성하는 신호생성부 및, 생성된 제어신호의 클린 여부를 확인하여 출력하는 신호출력부를 포함하되,
   상기 필터부는 각각의 출력단과 입력단이 순차적으로 연결된 제1 내지 제3필터링회로를 포함하되, 상기 제1필터링회로는 서로의 에미터와 컬렉터가 연결되어 있는 npn타입 제1 및 제2트랜지스터(Q301)(Q302)를 포함하되, 상기 제1 및 제2트랜지스터(Q301)(Q302)의 베이스에는 각각 상호 병렬 배치된 스위칭다이오드(D301)(D302) 및 캐패시터(C301)(C302)가 연결되고, 상기 제1트랜지스터(Q301)의 베이스와 상기 제2트랜지스터(Q302)의 베이스 사이에는 상호 병렬 배치된 두 개의 캐패시터(C303)(C304)와, 캐패시터(C304)와 직렬을 이루는 두 저항(R303)(R304)이 연결되고,
   상기 제2필터링회로는 상기 제1필터링회로와 동일 구조를 갖고,
   상기 제3필터링회로는 상호 병렬 배치된 두 개의 캐패시터(C305)(C306)와, 캐패시터(C306)와 직렬로 연결된 두 저항(R305)(R306)을 포함하되, 상기 제2필터링회로(132)와 상기 제3필터링회로(133) 사이에는 역류 방지용 다이오드(D303)가 구비되고,
   상기 신호생성부는 제어신호 생성을 위한 전압 강하를 제공하는 복수의 다이오드(D501)(D502), 이에 직렬 연결된 필터링용 인덕터(L501) 및, 다이오드들(D501)(D502)과 인덕터(L501)에 병렬 연결된 필터링용 캐패시터들(C501)(C502)(C503)(C504)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기식 보일러.

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