KR20190024094A

KR20190024094A - 하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러

Info

Publication number: KR20190024094A
Application number: KR1020170110710A
Authority: KR
Inventors: 윤한무
Original assignee: 주식회사 삼국
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2019-03-08

Abstract

본 발명에 따르면, 수밀한 내부공간이 형성되어 주입된 용수를 저장하는 수조(110); 매트본체(10)에 마련된 순환관(11)의 유입측에 연결되어 용수를 공급하는 급수관(121) 및, 상기 순환관(11)의 배출측에 연결되어 용수를 회수하는 회수관(122)을 포함하는 관로부(120); 상기 매트본체(10)에 공급되는 용수를 가열하여 설정된 가열온도로 상승시키며 내부압력차에 따른 무동력 순환수류를 생성하는 히터부; 및 상기 수조(110)의 내부에 일측이 관통삽입된 흡열히트싱크(141)와, 상기 흡열히트싱크(141)의 타측에 흡열측이 장착되는 열전소자(142) 및, 상기 수조(110)의 외부에 배치되고 상기 열전소자(142)의 발열측에 장착되는 발열히트싱크(143)를 포함하며, 인가되는 구동전원에 의해 상기 열전소자(142)가 구동하면서 상기 수조(110)에 저장된 용수의 열을 흡수하여 설정된 냉각온도로 하강시키는 냉각모듈(140);을 포함하는 하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러가 개시된다.

Description

하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러{HYBRID FUSION ENERGY ENERGY- SAVING TYPE COLD AND HOT WATER BOILER}

본 발명은 하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가열된 용수나 냉각된 용수를 매트본체에 각각 공급하여 사용자의 선택에 따라 난방기능과 냉방기능을 동시에 구현할 수 있으며, 냉각효율 및 가열효율을 증대시켜 냉,난방의 온도 조절범위를 대폭 확대한 하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러에 관한 것이다.

일반적으로 온수매트는 전기매트와 달리 전자파에 의한 인체의 피해가 없고 전기료를 절감할 수 있어 가정에서 널리 이용되고 있다. 이러한 온수매트는 순환관이 배치된 매트본체와 주입된 온수를 가열하여 상기 순환관에 주입하고 냉각된 온수를 회수하여 재가열 순환하는 온수보일러로 구성되었다.

상기 온수보일러의 경우 모터펌프가 내장되어 임펠러 회전에 따라 온수를 순환시키는 동력 순환방식(강제순환 방식)과 히터 가열에 따른 수조 내부의 압력차를 이용하여 온수를 순환시키는 무동력 순환방식(자연 순환방식)이 주로 사용되고 있다.

그러나, 상기 동력 순환방식의 경우 온수 순환을 위해 모터펌프를 지속적으로 구동시켜야 하기 때문에 전력소모가 크고 모터회전에 따른 구동소음이 발생하는 문제점이 있었으며, 상기 무동력 순환방식의 경우 전력소모가 상대적으로 낮고 소음이 상대적으로 적으나 온수순환 압력이 낮아 초기 구동시 설정온도까지 매트본체를 가열하는데 소요되는 시간이 길어지는 문제점이 있었다.

한편, 온수공급에 따른 난방기능 이외에 냉방기능을 매트에 구현하고자 열전소자를 보일러에 장착하여 용수를 냉각하고 이를 매트에 공급하는 냉온수보일러가 개시된 바 있다.

그러나, 종래의 냉온수보일러는 열전소자가 수조와 구분되는 별도의 챔버 내에 배치되어 이송되는 용수를 냉각하거나 가열하여 수조에 공급하는 구조로 이루어졌는데, 이로 인해 열변화효율이 낮아 설정온도까지 용수를 냉각시키거나 가열하는데 오래 걸릴 뿐만 아니라 열전소자로는 통상 최저 18도씨에서 최고 52도씨까지만 설정이 가능하여 온도를 올릴 수 있는 한계가 존재하였다.

한편, 온수매트 사용간에 매트본체가 접어지면서 내부의 순환관이 꺽이거나 순환관의 일부가 외압에 의해 눌리는 경우 관로 내부의 압력이 급격하게 상승하면서 관로가 파열되거나 체결부위에 누수가 발생하는 문제점이 있었다.

등록특허공보 제10-1308877호(2013.09.10), 물매트용 사계절 냉온수 보일러

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 가열된 용수나 냉각된 용수를 매트본체에 각각 공급하여 사용자의 선택에 따라 난방기능과 냉방기능을 제공할 수 있으며, 열전소자에 의해 용수를 설정 냉각온도로 신속하게 냉각시킬 수 있는 구조로 이루어져 냉각효율을 극대화하고 가열효율을 증대시켜 냉,난방의 온도 조절범위를 대폭 확대한 하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 모터펌프의 임펠러가 회전하면 발생되는 소음을 억제시킬 수 있는 구조로 이루어지고 냉각팬의 구동을 최소화할 수 있는 동작방식으로 구동시킴으로써 구동소음에 의한 불편함을 해결할 수 있는 하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러를 제공하는 것에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러는, 수밀한 내부공간이 형성되어 주입된 용수를 저장하는 수조(110); 매트본체(10)에 마련된 순환관(11)의 유입측에 연결되어 용수를 공급하는 급수관(121) 및, 상기 순환관(11)의 배출측에 연결되어 용수를 회수하는 회수관(122)을 포함하는 관로부(120); 상기 매트본체(10)에 공급되는 용수를 가열하여 설정된 가열온도로 상승시키며 내부압력차에 따른 무동력 순환수류를 생성하는 히터부; 및 상기 수조(110)의 내부에 일측이 관통삽입된 흡열히트싱크(141)와, 상기 흡열히트싱크(141)의 타측에 흡열측이 장착되는 열전소자(142) 및, 상기 수조(110)의 외부에 배치되고 상기 열전소자(142)의 발열측에 장착되는 발열히트싱크(143)를 포함하며, 인가되는 구동전원에 의해 상기 열전소자(142)가 구동하면서 상기 수조(110)에 저장된 용수의 열을 흡수하여 설정된 냉각온도로 하강시키는 냉각모듈(140);을 포함한다.

여기서, 상기 수조(110) 내부에 저장된 용수의 온도를 측정하는 온도센서(150); 및 난방구동시에는 상기 히터부가 동작되고 냉방구동시에는 상기 열전소자(142)가 동작되도록 제어하는 제어모듈(160);을 더 포함하고, 상기 냉각모듈(140)은 발열히트싱크(143)에 장착되며 상기 제어모듈(160)의 제어신호에 따라 회전동작하며 발열히트싱크(143)의 발열된 열을 흡입하여 외부로 배출하는 냉각팬(144)을 더 포함하며, 상기 제어모듈(160)은 온도센서(150)의 온도감지신호에 따라 현재 온도값을 산출하며 산출된 온도측정값이 설정된 팬동작 온도범위에 포함되면 상기 냉각팬(144)이 동작하도록 구동제어할 수 있다.

또한, 상기 냉각모듈(140)은, 상기 흡열히트싱크(141)와 열전소자(142) 사이에 배치되되, 열전도성 재질이면서 절연성 재질로 성형되어 상기 흡열히트싱크로부터 흡수한 열을 열전소자(142)의 흡열측으로 전달하고 상기 열전소자(142)와 흡열히트싱크(141)를 전기적으로 이격시키는 절연방열판(145)을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 절연방열판(145)은 마이크로캡슐(146)이 혼합된 수지로 사출성형되되, 상기 마이크로캡슐(146)은 그라파이트 입자로 이루어진 코어(147) 및, 상기 코어(147)를 감싸는 형태로 형성되어 상기 그라파이트 입자를 외부와 전기적으로 이격시키는 멜라민외벽(148)을 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 수조(110) 내부에 저장된 용수를 흡입하여 상기 급수관(121)으로 토출하면서 동력 순환수류를 생성하며 상기 제어모듈(160)의 제어신호에 따라 구동제어되는 모터펌프(170);를 더 포함하고, 상기 제어모듈(160)은 매트본체(10)에 공급되는 용수의 온도가 설정 가열온도에 도달하기 이전의 가열구동 초기에는 상기 모터펌프(170)를 구동시켜 동력 순환수류에 의해 가열된 용수가 매트본체(10)로 이송되도록 하며, 상기 설정 가열온도에 도달하면 상기 모터펌프(170)를 정지시켜 상기 히터부에 의한 무동력 순환수류에 의해 가열된 온수가 매트본체(10)로 이송되도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 모터펌프(170)는 회전하며 토출압력을 생성하는 임펠러가 내부에 배치된 임펠러챔버(171)가 구비되고, 상기 수조(110)에는 내측으로 함몰되어 상기 임펠러챔버(171)의 외형과 대응되는 형상으로 이루어진 챔버삽입홈(111)이 형성되며, 상기 모터펌프(170)는 임펠러챔버(171)가 챔버삽입홈(111)에 삽입된 상태로 고정되도록 상기 수조(110)의 외부에 장착될 수 있다.

또한, 상기 임펠러챔버(171)에는 상기 수조(110)의 내부와 연통되는 배출공(172)이 형성되고, 상기 모터펌프(170)는 상기 배출공(172)을 커버하도록 임펠러챔버(171) 상에 장착되며 상기 임펠러챔버(171)의 내부압력이 무동력 순환의 과도압력 기준치에 도달하면 선택적으로 개방동작하여 모터펌프(170)에 가해진 압력을 상기 수조(110)의 내부로 배출하고, 상기 임펠러챔버(171)의 내부압력이 감소하면 폐쇄동작하여 상기 배출공(172)을 커버하는 체크밸브(173)를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 임펠러챔버(171)의 내부에 배치되며 내부압력 변화를 감지하여 상기 제어모듈(160)로 압력감지신호를 전송하는 압력센서(180);를 더 포함하고, 상기 제어모듈(160)은 수신된 압력감지신호에 따라 상기 임펠러챔버(171)의 내부압력값을 산출하며, 산출된 내부압력값이 기설정된 압력한계치에 도달하면 상기 히터부 및 모터펌프(170)가 비상정지하도록 구동제어할 수 있다.

또한, 상기 관로부(120)는 상기 모터펌프(170)의 토출구(174)와 급수관(121)을 연결시켜 모터펌프(170)로부터 토출되는 용수를 급수관(121)으로 이송하는 이송관(123)을 더 포함하고, 상기 히터부는 일정길이로 연장된 관형상으로 이루어져 상기 이송관(123)의 둘레를 둘러싸는 형태로 연장배치되어 상기 제어모듈(160)의 제어신호에 따라 발열구동하면서 이송관(123)의 내부로 이송되는 용수를 가열하는 히터관(131)을 포함할 수 있다.

한편, 상기 히터부는 상기 수조(110)의 내부에 배치되어 상기 제어모듈(160)의 제어신호에 따라 발열구동하면서 수조(110) 내부의 용수를 가열하는 수중히터(132)를 더 포함하고, 상기 제어모듈(160)은 상기 가열구동 초기에는 상기 히터관(131)과 수중히터(132)를 동시에 구동시키며 상기 설정 가열온도에 도달하면 상기 수중히터(132)의 구동을 정지시킬 수 있다.

본 발명에 따른 하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러에 의하면,

첫째, 히터부를 이용하여 수조(110)에 저장된 용수를 가열하고 매트본체(10)에 공급하여 난방기능을 구현할 수 있으며, 함께 구비된 냉각모듈(140)을 이용하여 상기 용수를 냉각하고 매트본체(10)에 공급하여 냉방기능을 동시에 구현할 수 있다.

둘째, 상기 냉각모듈(140)의 경우 열전소자(142)의 흡열측에 밀착되게 장착되는 흡열히트싱크(141)가 수조(110)의 내부에 관통삽입되어 저장된 용수와 넓은 면적에 걸쳐 접촉되어 있으며 상기 열전소자(142)의 발열측에는 외부로 노출된 발열히트싱크(143)가 장착되어 흡수된 열을 신속하게 외부로 방출할 수 있다. 더욱이, 상기 냉각모듈(140)에는 발열히트싱크(143)의 발열된 열을 흡입하여 외부로 배출하는 냉각팬(144)이 구비되므로 상기 흡열히트싱크(141)에 의한 냉각효율을 더욱 증대시킬 수 있다.

셋째, 상기 열전소자(142)를 구동제어하는 제어모듈(160)은 용수의 온도를 측정하는 온도센서(150)의 감지신호에 따라 현재 온도를 측정하고 측정된 온도치가 설정된 팬동작 온도범위(예를 들면, 18도씨 내지 25도씨)에 포함되는 경우에만 냉각팬(144)이 동작하도록 구동제어하는 것과 같이 높은 냉각성능이 요구되는 경우에만 냉각팬(144)을 동작시켜 냉각팬(144)에 의한 구동소음을 최소화할 수 있다.

넷째, 매트본체(10)에 공급되는 용수의 온도가 설정 가열온도에 도달하기 이전의 난방구동 초기에는 모터펌프(170)를 구동시켜 동력 순환수류에 의해 가열된 용수가 매트본체(10)로 이송되도록 하며, 상기 설정온도에 도달하면 모터펌프(170)를 정지시켜 히터부에 의한 무동력 순환수류에 의해 가열된 온수가 매트본체(10)로 이송되도록 제어함으로써 매트본체(10)를 설정온도로 가열하는데 소요되는 초기 지연시간을 대폭 줄일 수 있으며 사용시 저소음을 구현할 수 있다.

다섯째, 상기 히터부에 포함된 히터관(131)은 모터펌프(170)로부터 토출되는 용수를 급수관(121)으로 이송하는 이송관(123)의 둘레를 둘러싸는 형태로 연장배치되어 발열구동하면서 이송관(123)의 내부로 이송되는 용수를 가열하며, 상기 모터펌프(170)의 강제 순환수류를 이용하여 순환속도를 증대시킴으로써 매트본체(10)에 공급되는 용수를 설정 가열온도로 신속하게 승온시킬 수 있다.

여섯째, 상기 히터부는 수조(110)의 내부에 배치되어 발열구동하면서 수조(110) 내부의 용수를 가열하는 수중히터(132)를 더 포함하며, 히터관(131)과 수중히터(132)를 동시에 동작시켜 수중히터(132)에 의해 1차 가열된 용수가 히터관(131)의 내부로 이송되면서 2차 가열되므로 설정 가열온도까지 소요되는 시간을 최소화할 수 있으며 용수의 가열온도를 최대 80도씨까지 단시간 내에 가열시킬 수 있다. 또한, 가열구동 초기에는 히터관(131)과 수중히터(132)를 동시에 구동시키며 설정 가열온도에 도달하면 수중히터(132)의 구동을 정지시킴으로써 전력소모를 최소화하면서도 설정 가열온도를 일정하게 유지할 수 있다.

일곱째, 상기 모터펌프(170)는 회전하며 토출압력을 생성하는 임펠러가 내부에 배치된 임펠러챔버(171)가 구비되고, 상기 수조(110)에는 내측으로 함몰되어 임펠러챔버(171)의 외형과 대응되는 형상으로 이루어진 챔버삽입홈(111)이 형성되며, 모터펌프(170)는 임펠러챔버(171)가 챔버삽입홈(111)에 삽입된 상태로 고정되도록 수조(110)의 외부에 장착되므로, 상기 임펠러가 회전하면서 발생되는 진동소음이 수조(110)의 내부에 저장된 용수에 의해 감쇄되어 임펠러의 회전구동에 따른 구동소음을 최소화할 수 있다.

여덟째, 상기 임펠러챔버(171)에는 수조(110)의 내부와 연통되는 배출공(172)이 형성되고, 상기 모터펌프(170)는 배출공(172)을 커버하도록 임펠러챔버(171) 상에 장착되며 임펠러챔버(171)의 내부압력이 무동력 순환의 과도압력 기준치에 도달하면 선택적으로 개방동작하여 모터펌프(170)에 가해진 압력을 수조(110)의 내부로 배출하고, 상기 임펠러챔버(171)의 내부압력이 감소하면 폐쇄동작하여 배출공(172)을 커버하는 체크밸브(173)가 구비되므로, 매트본체(10)의 순환관(11)이 꺽이거나 눌리면서 내부의 압력이 급격히 상승하는 경우 상기 체크밸브(173)에 의해 압력이 감소되어 용수의 이송라인 상에 누수가 발생하거나 관로가 손상되는 현상을 미연에 방지할 수 있다.

아홉째, 상기 임펠러챔버(171)의 내부압력을 감지하는 압력센서(180)의 압력감지신호에 따라 내부압력값을 산출하며 산출된 내부압력값이 기설정된 압력한계치에 도달하면 상기 히터부 및 모터펌프(170)가 자동적으로 비상정지하므로 상기 체크밸브(173)의 압력배출동작에도 불구하고 임펠러챔버(171)의 내부압력이 지나치게 높은 경우 비상정지를 통해 누수가 발생하거나 관로가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러의 외부 구성을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러의 전체 구성을 나타낸 분리사시도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러의 주요 구성을 나타낸 평단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러의 기능적 구성을 나타낸 블럭도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중히터가 수조 내부에 장착된 구성을 나타낸 분리사시도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로캡슐의 구성을 나타낸 개략도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러(100)는 수조(110), 관로부(120), 히터부 및 냉각모듈(140)을 포함한다.

먼저, 상기 수조(110)는 냉난방하는데 필요한 열전달매체인 용수를 저장하는 저장용기로서 수밀한 내부공간이 형성되어 외부로부터 주입된 용수를 내부에 저장하며, 이를 위해 상부에는 케이스(190)의 주입공(191)과 상하로 연통되는 통공이 형성되고 상기 주입공(191)에는 주입된 용수가 외부로 누출되지 않도록 마개(192)로 개폐가능하게 밀봉된다.

상기 관로부(120)는 매트본체(10)에 가열되거나 냉각된 용수를 순환공급하기 위한 경로를 제공하는 관로부재로서, 도 3에 도시된 바와 같이 매트본체(10)에 마련된 순환관(11)의 유입측에 연결되어 가열되거나 냉각된 용수를 매트본체(10)에 공급하는 급수관(121) 및, 상기 순환관(11)의 배출측에 연결되어 매트본체(10)에 공급된 용수를 회수하는 회수관(122)을 포함한다.

여기서, 상기 급수관(121)의 단부는 후술되는 히터부의 히터관(131)의 배출측에 연결되어 히터관(131)을 통과한 용수를 순환관(11)의 유입측에 공급하고, 상기 회수관(122)의 단부는 수조(110)의 일측에 연통되어 순환관(11)을 통해 배출되는 용수가 수조(110)의 내부로 회수되도록 한다.

또한, 상기 관로부(120)는 모터펌프(170)의 토출구(174)와 상기 급수관(121)을 연결시켜 모터펌프(170)로부터 토출되는 용수를 급수관(121)을 연결시켜 모터펌프(170)로부터 토출되는 용수를 급수관(121)으로 이송하는 이송관(123)을 더 포함할 수 있다.

상기 히터부는 난방구동시 매트본체(10)에 공급되는 용수를 가열하여 설정된 가열온도로 상승시키며 내부압력차에 따른 무동력 순환수류를 생성하는 가열수단이다.

여기서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 히터부는 일정길이로 연장된 관형상으로 이루어져 상기 히터관(131)의 둘레를 둘러싸는 형태로 연장배치되어 후술되는 제어모듈(160)의 제어신호에 따라 발열구동하면서 이송관(123)의 내부로 이송되는 용수를 가열하는 히터관(131)을 포함할 수 있으며, 상기 히터관(131)으로 바람직하게는 PTC히터나 세라믹 히터를 이용할 수 있다.

또한, 상기 히터관(131)이 가열동작하게 되면 관로 내부압력이 증가하여 수조(110), 히터관(131) 및 매트본체(10)를 연하는 용수순환라인 상에서 상대적으로 압력이 낮은 매트본체(10)측으로 용수가 이동하면서 무동력 순환수류가 발생하게 된다.

상기 냉각모듈(140)은 냉방구동시 매트본체(10)에 공급되는 용수를 냉각시키기 위한 냉각수단으로서, 상기 수조(110)의 내부에 일측이 관통삽입된 흡열히트싱크(141)와, 상기 흡열히트싱크(141)의 타측에 흡열측이 밀착되게 장착되는 열전소자(142) 및, 상기 수조(110)의 외부에 배치되고 상기 열전소자(142)의 발열측에 밀착되게 장착되는 발열히트싱크(143)를 포함하며, 인가되는 구동전원에 의해 상기 열전소자(142)가 구동하면서 수조(110)에 저장된 용수의 열을 흡수하여 냉각되도록 흡열구동한다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 수조(110), 히터부, 냉각모듈(140)은 케이스(190)의 내부에 장착되어 외부로부터 커버되며, 상기 케이스(190)에는 사용자 조작을 위한 조작부(162)와 동작상태 및 설정상태를 표시하기 위한 디스플레이(163)가 구비된다.

이러한 수조(110), 관로부(120), 히터부 및 냉각모듈(140)의 조합된 구성으로 인해, 난방구동시에는 냉각모듈(140)은 정지하고 상기 히터관(131)만 동작되면서 순환관(11)으로 이송되는 용수를 가열하여 가열된 용수가 매트본체(10)에 공급되도록 하며, 냉방구동시에는 냉방구동시에는 히터관(131)은 정지하고 상기 열전소자(142)만 동작되면서 흡열히트싱크(141)가 저장된 용수의 온도를 흡열하여 열전소자(142)를 통해 발열히트싱크(143)로 전달하여 용수를 냉각시켜 매트본체(10)에 냉각된 용수가 공급되도록 동작한다.

이와 같이 히터부를 이용하여 수조(110)에 저장된 용수를 가열하고 매트본체(10)에 공급하여 난방기능을 구현할 수 있으며 더불어 냉각모듈(140)을 이용하여 상기 용수를 냉각하고 매트본체(10)에 공급하여 냉방기능을 동시에 구현할 수 있다.

또한, 상기 냉각모듈(140)의 경우 열전소자(142)의 흡열측에 밀착되게 장착되는 흡열히트싱크(141)가 수조(110)의 내부에 관통삽입되어 저장된 용수와 넓은 면적에 걸쳐 접촉되어 있으며 상기 열전소자(142)의 발열측에는 외부로 노출된 발열히트싱크(143)가 장착되어 흡수된 열을 신속하게 외부로 방출할 수 있다.

더불어, 상기 냉각모듈(140)에는 발열히트싱크(143)에 장착되며 제어모듈(160)의 제어신호에 따라 회전동작하며 발열히트싱크(143)의 발열된 열을 흡입하여 외부로 배출하는 냉각팬(144)이 구비되며, 이러한 냉각팬(144)을 통해 흡열히트싱크(141)에 의한 냉각효율을 더욱 증대시킬 수 있다.

한편, 상기 수조(110) 내부에 저장된 용수의 온도를 측정하는 온도센서(150) 및, 상기 열전소자(142)를 구동제어하는 제어모듈(160)을 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제어모듈(160)은 용수의 온도를 측정하는 온도센서(150)의 감지신호에 따라 현재 온도를 측정하고 측정된 온도치가 설정된 팬동작 온도범위(예를 들면, 18도씨 내지 25도씨)에 포함되는 경우에만 냉각팬(144)이 동작하도록 구동제어하는 것과 같이 높은 냉각성능이 요구되는 경우에만 냉각팬(144)을 동작시켜 냉각팬(144)에 의한 구동소음을 최소화할 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제어모듈(160)은 열전소자(142) 이외에 온도감지신호, 압력감지신호 및 조작부(162)의 조작신호에 따라 히터부의 히터관(131), 수중히터(132), 냉각팬(144), 모터펌프(170) 및 디스플레이(163)의 동작을 구동제어하여 하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러(100)의 각 기능이 구현되도록 한다. 또한, 외부로부터 인가되는 상용전원을 구동전원의 형태로 변환하여 각 구성품에 공급하는 전원공급부(161)를 포함하며, 상기 전원공급부(161)는 제어모듈(160)의 제어신호에 따라 각 구성품에 구동전원을 선택적으로 공급함으로써 적절한 시기에 작동할 수 있도록 한다.

한편, 상기 냉각모듈(140)은 상기 흡열히트싱크(141)와 열전소자(142) 사이에 배치되되, 열전도성 재질이면서 절연성 재질로 성형되어 상기 흡열히트싱크로부터 흡수한 열을 열전소자(142)의 흡열측으로 전달하고 상기 열전소자(142)와 흡열히트싱크(141)를 전기적으로 이격시키는 절연방열판(145)을 더 포함할 수 있으며, 이러한 절연방열판(145)을 통해 냉각시 표면습도가 증가하게 되는 흡열히트싱크(141)로부터 구동전원이 인가되는 열전소자(142)를 전기적으로 이격시켜 감전이나 쇼트 등의 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.

더불어, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 절연방열판(145)은 마이크로캡슐(146)이 혼합된 수지로 사출성형되되, 상기 마이크로캡슐(146)은 그라파이트 입자로 이루어진 코어(147) 및, 상기 코어(147)를 감싸는 형태로 형성되어 상기 그라파이트 입자를 외부와 전기적으로 이격시키는 멜라민외벽(148)을 포함하여 이루어질 수 있다.

이로 인해, 사출성형시 그라파이트 코어(147)가 멜라민외벽(148)에 의해 용융되지 않고 캡슐화된 상태를 유지할 수 있음은 물론, 상기 그라파이트 코어(147)가 갖는 열전도 특성을 이용할 수 있으면서도 멜라민외벽(148)에 의해 그라파이트가 갖는 전기전도성이 절연되므로 열전도성과 절연성을 동시에 구현할 수 있다.

또한, 일반적으로 효과적인 캡슐레이션(Capsulation)을 위해서는 코어가 분산액 내에서 균일하게 분산되어야 하나, 상기 그라파이트는 미립자 상태로 분산성이 낮기 때문에 그라파이트의 분산성을 향상시킬 필요가 있다.

이를 위해, 도 6에 도시된 바와 같이 마이크로캡슐(146)은 코어(147)의 외부에 내벽(149)이 감싸고 이 내벽(149)의 외부를 멜라민외벽(143)이 감싸는 구조를 갖는다. 보다 구체적으로 설명하면 상기 그라파이트를 음이온형 수지로 1차 캡슐화하여 그라파이트 표면에 내벽(149)을 형성하며, 상기 음이온형 수지는 산기 또는 그 염을 갖는 수지를 이용할 수 있다. 이와 같이 그라파이트가 음이온형 수지로 1차 캡슐화되면 음이온형 수지의 이온반발성으로 인해 그라파이트의 분산성이 향상되어 멜라민외벽(148)을 형성하는 2캡 캡슐화과정에서 1차 캡슐이 멜라민수지에 의해 균일하게 캡슐화된다.

한편, 상기 수조(110) 내부에 저장된 용수를 흡입하여 상기 급수관(121)으로 토출하면서 동력 순환수류를 생성하며 상기 제어모듈(160)의 제어신호에 따라 구동제어되는 모터펌프(170)를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어모듈(160)은 매트본체(10)에 공급되는 용수의 온도가 설정 가열온도에 도달하기 이전의 가열구동 초기에는 상기 모터펌프(170)를 구동시켜 동력 순환수류에 의해 가열된 용수가 매트본체(10)로 이송되도록 하며, 상기 설정 가열온도에 도달하면 상기 모터펌프(170)를 정지시켜 상기 히터부에 의한 무동력 순환수류에 의해 가열된 온수가 매트본체(10)로 이송되도록 제어할 수 있다. 이에 따라 매트본체(10)를 설정온도로 가열하기 위한 초기 지연시간을 최소화하면서도 사용시 저소음을 구현할 수 있다.

이와 같이, 상기 히터부에 포함된 히터관(131)은 모터펌프(170)로부터 토출되는 용수를 급수관(121)으로 이송하는 이송관(123)의 둘레를 둘러싸는 형태로 연장배치되어 발열구동하면서 이송관(123)의 내부로 이송되는 용수를 가열하며, 상기 모터펌프(170)의 강제 순환수류를 이용하여 순환속도를 증대시킴으로써 매트본체(10)에 공급되는 용수를 설정 가열온도로 신속하게 승온시킬 수 있다.

더불어, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 히터부는 수조(110)의 내부에 배치되어 발열구동하면서 수조(110) 내부의 용수를 가열하는 수중히터(132)를 더 포함하며, 히터관(131)과 수중히터(132)를 동시에 동작시켜 수중히터(132)에 의해 1차 가열된 용수가 히터관(131)의 내부로 이송되면서 2차 가열되므로 설정 가열온도까지 소요되는 시간을 최소화할 수 있으며 용수의 가열온도를 최대 80도씨까지 단시간 내에 가열시킬 수 있으며, 이에 따라 열전소자만을 이용하여 냉,난방하는 경우와 비교하여 냉,난방의 온도 조절범위를 대폭 확대시킬 수 있다.

그리고, 가열구동 초기에는 히터관(131)과 수중히터(132)를 동시에 구동시키며 설정 가열온도에 도달하면 수중히터(132)의 구동을 정지시킴으로써 전력소모를 최소화하면서도 설정 가열온도를 일정하게 유지할 수 있다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 모터펌프(170)는 회전하며 토출압력을 생성하는 임펠러가 내부에 배치된 임펠러챔버(171)가 구비되고, 상기 수조(110)에는 내측으로 함몰되어 상기 임펠러챔버(171)의 외형과 대응되는 형상으로 이루어진 챔버삽입홈(111)이 형성되며, 상기 모터펌프(170)는 임펠러챔버(171)가 챔버삽입홈(111)에 삽입된 상태로 고정되도록 상기 수조(110)의 외부에 장착될 수 있다.

이에 따라 상기 임펠러가 회전하면서 발생되는 진동소음이 수조(110)의 내부에 저장된 용수에 의해 감쇄되어 임펠러의 회전구동에 따른 구동소음을 최소화할 수 있다.

또한, 도면에서와 같이 상기 임펠러챔버(171)에는 상기 수조(110)의 내부와 연통되는 배출공(172)이 형성되고, 상기 모터펌프(170)는 상기 배출공(172)을 커버하도록 임펠러챔버(171) 상에 장착되며 상기 임펠러챔버(171)의 내부압력이 무동력 순환의 과도압력 기준치에 도달하면 선택적으로 개방동작하여 모터펌프(170)에 가해진 압력을 상기 수조(110)의 내부로 배출하고, 상기 임펠러챔버(171)의 내부압력이 감소하면 폐쇄동작하여 상기 배출공(172)을 커버하는 체크밸브(173)를 더 포함할 수 있다.

이러한 체크밸브(173)의 과압배출 기능을 통해 매트본체(10)의 순환관(11)이 외압에 의해 꺽이거나 눌리면서 용수의 이송라인이나 순환관(11) 내부의 압력이 급격히 상승하는 경우 상기 체크밸브(173)에 의해 압력이 감소되어 용수의 이송라인 상에 누수가 발생하거나 관로가 손상되는 현상을 미연에 방지할 수 있다.

더불어, 상기 임펠러챔버(171)의 내부압력을 감지하는 압력센서(180)의 압력감지신호에 따라 내부압력값을 산출하며 산출된 내부압력값이 기설정된 압력한계치에 도달하면 상기 히터부 및 모터펌프(170)가 자동적으로 비상정지하므로 상기 체크밸브(173)의 압력배출동작에도 불구하고 임펠러챔버(171)의 내부압력이 지나치게 높은 경우 비상정지를 통해 누수가 발생하거나 관로가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100...절전형 냉온수 보일러 110...수조
111...챔버삽입홈 120...관로부
121...급수관 122...회수관
130...히터 131...히터관
132...수중히터 140...냉각모듈
141...흡열히트싱크 142...열전소자
143...발열히트싱크 144...냉각팬
145...절연방열판 150...온도센서
160...제어모듈 170...모터펌프
171...임펠러챔버 172...배출공
173...체크밸브

Claims

수밀한 내부공간이 형성되어 주입된 용수를 저장하는 수조(110);
매트본체(10)에 마련된 순환관(11)의 유입측에 연결되어 용수를 공급하는 급수관(121) 및, 상기 순환관(11)의 배출측에 연결되어 용수를 회수하는 회수관(122)을 포함하는 관로부(120);
상기 매트본체(10)에 공급되는 용수를 가열하여 설정된 가열온도로 상승시키며 내부압력차에 따른 무동력 순환수류를 생성하는 히터부; 및
상기 수조(110)의 내부에 일측이 관통삽입된 흡열히트싱크(141)와, 상기 흡열히트싱크(141)의 타측에 흡열측이 장착되는 열전소자(142) 및, 상기 수조(110)의 외부에 배치되고 상기 열전소자(142)의 발열측에 장착되는 발열히트싱크(143)를 포함하며, 인가되는 구동전원에 의해 상기 열전소자(142)가 구동하면서 상기 수조(110)에 저장된 용수의 열을 흡수하여 설정된 냉각온도로 하강시키는 냉각모듈(140);을 포함하는 하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러.
청구항 1에 있어서,
상기 수조(110) 내부에 저장된 용수의 온도를 측정하는 온도센서(150); 및
난방구동시에는 상기 히터부가 동작되고 냉방구동시에는 상기 열전소자(142)가 동작되도록 제어하는 제어모듈(160);을 더 포함하고,
상기 냉각모듈(140)은 발열히트싱크(143)에 장착되며 상기 제어모듈(160)의 제어신호에 따라 회전동작하며 발열히트싱크(143)의 발열된 열을 흡입하여 외부로 배출하는 냉각팬(144)을 더 포함하며,
상기 제어모듈(160)은 온도센서(150)의 온도감지신호에 따라 현재 온도값을 산출하며 산출된 온도측정값이 설정된 팬동작 온도범위에 포함되면 상기 냉각팬(144)이 동작하도록 구동제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러.
청구항 2에 있어서,
상기 수조(110) 내부에 저장된 용수를 흡입하여 상기 급수관(121)으로 토출하면서 동력 순환수류를 생성하며 상기 제어모듈(160)의 제어신호에 따라 구동제어되는 모터펌프(170);를 더 포함하고,
상기 제어모듈(160)은 매트본체(10)에 공급되는 용수의 온도가 설정 가열온도에 도달하기 이전의 가열구동 초기에는 상기 모터펌프(170)를 구동시켜 동력 순환수류에 의해 가열된 용수가 매트본체(10)로 이송되도록 하며, 상기 설정 가열온도에 도달하면 상기 모터펌프(170)를 정지시켜 상기 히터부에 의한 무동력 순환수류에 의해 가열된 온수가 매트본체(10)로 이송되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러.
청구항 3에 있어서,
상기 모터펌프(170)는 회전하며 토출압력을 생성하는 임펠러가 내부에 배치된 임펠러챔버(171)가 구비되고,
상기 수조(110)에는 내측으로 함몰되어 상기 임펠러챔버(171)의 외형과 대응되는 형상으로 이루어진 챔버삽입홈(111)이 형성되며,
상기 모터펌프(170)는 임펠러챔버(171)가 챔버삽입홈(111)에 삽입된 상태로 고정되도록 상기 수조(110)의 외부에 장착되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러.
청구항 4에 있어서,
상기 임펠러챔버(171)에는 상기 수조(110)의 내부와 연통되는 배출공(172)이 형성되고,
상기 모터펌프(170)는 상기 배출공(172)을 커버하도록 임펠러챔버(171) 상에 장착되며 상기 임펠러챔버(171)의 내부압력이 무동력 순환의 과도압력 기준치에 도달하면 선택적으로 개방동작하여 모터펌프(170)에 가해진 압력을 상기 수조(110)의 내부로 배출하고, 상기 임펠러챔버(171)의 내부압력이 감소하면 폐쇄동작하여 상기 배출공(172)을 커버하는 체크밸브(173)를 더 포함하는 것을 특징으로 하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러.
청구항 5에 있어서,
상기 임펠러챔버(171)의 내부에 배치되며 내부압력 변화를 감지하여 상기 제어모듈(160)로 압력감지신호를 전송하는 압력센서(180);를 더 포함하고,
상기 제어모듈(160)은 수신된 압력감지신호에 따라 상기 임펠러챔버(171)의 내부압력값을 산출하며, 산출된 내부압력값이 기설정된 압력한계치에 도달하면 상기 히터부 및 모터펌프(170)가 비상정지하도록 구동제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러.
청구항 3에 있어서,
상기 관로부(120)는 상기 모터펌프(170)의 토출구(174)와 급수관(121)을 연결시켜 모터펌프(170)로부터 토출되는 용수를 급수관(121)으로 이송하는 이송관(123)을 더 포함하고,
상기 히터부는 일정길이로 연장된 관형상으로 이루어져 상기 이송관(123)의 둘레를 둘러싸는 형태로 연장배치되어 상기 제어모듈(160)의 제어신호에 따라 발열구동하면서 이송관(123)의 내부로 이송되는 용수를 가열하는 히터관(131)을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러.
청구항 3에 있어서,
상기 히터부는 상기 수조(110)의 내부에 배치되어 상기 제어모듈(160)의 제어신호에 따라 발열구동하면서 수조(110) 내부의 용수를 가열하는 수중히터(132)를 더 포함하고,
상기 제어모듈(160)은 상기 가열구동 초기에는 상기 히터관(131)과 수중히터(132)를 동시에 구동시키며 상기 설정 가열온도에 도달하면 상기 수중히터(132)의 구동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 융합에너지 절전형 냉온수 보일러.