KR20190025217A

KR20190025217A - 축열식 온수 가열장치를 이용한 전기보일러 및 온수 가열방법

Info

Publication number: KR20190025217A
Application number: KR1020170111577A
Authority: KR
Inventors: 배한열
Original assignee: 배한열
Priority date: 2017-09-01
Filing date: 2017-09-01
Publication date: 2019-03-11

Abstract

본 발명은 내부에 열매체유(6)가 충전된 집열탱크(2)를 지중에 매설하고 지중열을 흡수하여 축열하되, 집열탱크(2) 내에는 열매체유(6)가 충전된 지중열 흡수용 히트파이프(4)와, 상기 히트파이프(4)를 통해 흡수된 지중열로 가열된 열매체유(6)의 열을 전달하는 열이송관(8)이 설치되며, 본체(22) 내에 설치되며 집열탱크(2) 내에서 가열된 열이송관(8)의 온수를 출수관(10)에 설치된 순환펌프(18)에 의해 순환시켜 난방용수(34)를 1차 가열하는 난방용 가열관(24)과, 상기 난방용 가열관(24)에 의해 1차 가열된 난방용수(34)를 난방온도 조절과 온수공급용 온수로 2차 가열하는 히팅부(30)와, 2차 가열된 난방용수(34)에 의해 온수를 가열하여 공급하는 온수용 가열관(32)으로 구성된 난방용수 가열장치(20)를 설치하여서, 연중 일정한 온도를 유지하는 지중열을 이용하여 난방용수 가열장치(20)에 충전된 난방용수(34)를 1차로 가열하여 온도를 높인 후 2차로 가열함으로써 난방용수(34) 가열에 소비되는 전기를 절약할 수 있는 효과가 있다.

Description

축열식 온수 가열장치를 이용한 전기보일러 및 온수 가열방법{ELECTRIC BOILER USING REGENERATOR HOT WATER HEATING APPARATUS AND HOT WATER HEATING METHOD}

본 발명은 전기보일러에 관한 것으로, 특히 전기보일러의 효율을 높여 적은 전기사용으로 온수 및 난방용수를 제공할 수 있는 축열식 온수 가열장치를 이용한 전기보일러 및 온수 가열방법에 관한 것이다.

일반적으로 가정에서 사용하고 있는 온수 보일러는 항상 일정한 온도 이상으로 보일러를 작동하게 되고, 필요한 때에, 즉 온수를 사용하거나 난방온도를 높이고자 할 때에는 보일러의 온도를 더욱 높게 하여 사용하고 있다.

그러나 이러한 경우 보일러의 용량이 큰 것을 사용하여야 할 뿐만 아니라 평소 가열되는 열량을 축열할 수 있는 방법이 없기 때문에 에너지의 낭비가 심한 단점이 있었다.

종래에는 이를 개선한 것으로 등록실용신안 제20-213712호, '축열식 전기보일러'가 개시되어 있다.

개시된 축열식 전기보일러는 축열제 및 열매체유가 충전된 축열기 일측에 열교환기를 설치하되, 열교환기 내에 난방용수를 충전하고 축열기 내의 열매체유에 의해 난방용수를 가열하여 온수 및 난방용수로 사용하는 것이다.

하지만 이러한 전기보일러는 축열기와 열교환기 각각에 열매체유와 난방용수를 가열하기 위한 히터가 설치되어 있어 전력소비가 증가하여 효율적이지 못한 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 축열장치 내의 열매체유를 가열하기 위한 별도의 히터를 구비하지 않고도 열매체유의 온도를 일정온도 이상으로 유지하여 전기보일러의 전기효율을 높일 수 있는 축열식 온수 가열장치를 이용한 전기보일러 및 온수 가열방법을 제공하는데에 있다.

상기의 목적에 따른 본 발명은 내부에 열매체유(6)가 충전된 집열탱크(2)를 지중에 매설하고 지중열을 흡수하여 축열하되, 집열탱크(2) 내에는 열매체유(6)가 충전된 지중열 흡수용 히트파이프(4)와, 상기 히트파이프(4)를 통해 흡수된 지중열로 가열된 열매체유(6)의 열을 전달하는 열이송관(8)이 설치되며, 본체(22) 내에 설치되며 집열탱크(2) 내에서 가열된 열이송관(8)의 온수를 출수관(10)에 설치된 순환펌프(18)에 의해 순환시켜 난방용수(34)를 1차 가열하는 난방용 가열관(24)과, 상기 난방용 가열관(24)에 의해 1차 가열된 난방용수(34)를 난방온도 조절과 온수공급용 온수로 2차 가열하는 히팅부(30)와, 2차 가열된 난방용수(34)에 의해 온수를 가열하여 공급하는 온수용 가열관(32)으로 구성된 난방용수 가열장치(20)를 설치하여서 구성함을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 지중열 흡수를 위해 열매체유(6)가 충전된 집열탱크(2)를 지중에 매설하고, 집열탱크(2) 내에 설치된 히트파이프(4)에 의해 지중열을 흡수하여 축열하는 과정과, 축열된 지중열로 열이송관(8) 내의 물을 가열한 후 순환펌프(18)에 의해 물을 이송하여 난방용수 가열장치(20)로 순환시키는 과정과, 가열된 열이송관(8)의 물이 코일형태로 설치된 난방용 가열관(24)을 순환하며 난방용수(34)를 1차 가열하는 과정과, 난방용 가열관(24)에 의해 1차 가열된 난방용수(34)를 히팅부(30)에 의해 난방온도 조절과 온수공급을 위한 온도로 2차 가열하는 과정과, 히팅부(30)에 의해 2차 가열된 난방용수(34)에 의해 온수용 가열관(32) 내의 물을 가열하여 온수를 생산하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명은 연중 일정한 온도를 유지하는 지중열을 이용하여 열교환기에 충전된 난방용수를 1차로 가열하여 온도를 높인 후 2차로 가열함으로써 난방용수 가열에 소비되는 전기를 절약할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 축열식 온수 가열장치를 이용한 전기보일러의 전체 구성도,
도 2는 본 발명의 축열식 온수 가열장치를 이용한 온수 가열방법을 나타내는 블록도.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제어하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

통상적으로 지하 5~10m 땅속은 연중 내내 일정한 온도를 유지하며, 특히 겨울철에는 약 13~15℃의 지중열이 발생한다. 이러한 지중열을 이용하여 난방용수(34)를 1차 가열하면 겨울철 0℃에 가까운 냉수를 일정온도까지(본 발명의 실시 예에서는 9~11℃까지) 올릴 수 있으며, 이렇듯 일정 온도까지 상승한 난방용수(34)를 2차로 가열하여 난방용 온수로 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 축열식 온수 가열장치를 이용한 전기보일러의 전체 구성을 보여주는 단면구성도로, 지중에 매설되어 지중열을 흡수하여 축열하는 집열탱크(2)와, 집열탱크(2)에 흡수된 지중열을 이용하여 난방용수(34)를 가열하는 난방용수 가열장치(20)로 구성된다.

본 발명의 집열탱크(2)는 지하 4~5m에 매설되고, 집열탱크(2) 내에는 다수의 히트파이프(4)가 설치된다. 히트파이프(4)는 집열탱크(2)의 바닥을 관통되게 설치함으로써 일부는 집열탱크(2) 내에 위치하고 일부는 외부로 돌출되어 집열탱크(2) 보다 더 깊이 매설되도록 지중으로 길게 연장되어 설치된다.

히트파이프(4) 내에는 지중열을 더욱 용이하게 흡수하기 위해 열매체유(6)를 충전한 후 진공화하며, 본 발명의 실시 예에서는 히트파이프(4) 내에 에탄올을 충전한다.

집열탱크(2) 내에도 히트파이프(4)에 의해 전달되는 지중열을 용이하게 전달하기 위해 열매체유(6)인 에탄올을 충전하는 것이 바람직하다. 더욱이 열매체유(6)인 에탄올에 아질산나트륨을 소량첨가하여 집열탱크(2)와 히트파이프(4)의 부식을 방지할 수도 있다.

히트파이프(4)가 설치된 집열탱크(2)의 내주면에는 히트파이프(4)에 의해 흡수된 지중열을 전달하기 위한 열이송관(8)이 코일형태로 가장자리를 빙둘러서 설치되며, 열이송관(8) 내에는 부동액이 혼입된 물을 충전한다.

열이송관(8) 내에 물과 함께 부동액을 충전하는 것은 겨울철 실외로 노출된 열이송관(8)이 동파하는 것을 방지하기 위함이다.

열이송관(8)은 출수관(10)과 입수관(14)으로 형성되며, 출수관(10)의 일단에는 지하에 매설된 집열탱크(2)내에 설치되어 지중열에 의해 가열된 열이송관(8)의 물을 지상으로 이송하여 순환시키는 순환펌프(18)가 설치된다.

본 발명의 실시 예에서는 지상으로 노출되는 출수관(10)과 입수관(14)의 외주연에는 단열처리하여 열이 외부로 방출되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

순환펌프(18)에 의해 열이송관(8)의 물을 이송하는 출수관(10)과 입수관(14)의 타단에는 난방용수 가열장치(20)가 연결설치된다.

난방용수 가열장치(20)의 본체(22) 내에는 난방용수(34)가 충전되며, 집열탱크(2)로부터 연결설치된 출수관(10)과 입수관(14)이 코일형태로 난방용 가열관(24)을 형성하여 설치된다. 난방용수 가열장치(20)의 타측면 외부에는 송수관(26)과 환수관(28)을 각각 연결설치하여 가열된 물을 난방용수(34)로 사용한다.

본 발명의 실시 예에서는 본체(22) 내에 온수용 가열관(32)이 코일형태로 추가설치된다. 온수용 가열관(32)은 가열된 난방용수(34)에 의해 온수용 가열관(32)을 순환하는 물이 가열되며, 출수관(12)과 입수관(16)을 통해 사용가능하다.

본체(22)의 하부에는 바닥면과 이격되게 히팅부(30)가 설치된다. 히팅부(30)는 지중열을 흡수한 열이송관(8)에 의해 1차 가열된 난방용수(34)를 더 높은 온도로 2차 가열한다.

미설명 도면부호 36은 펌프, 38은 분배기이다.

이상과 같은 구성으로 된 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 다음과 같은 방법으로 온수를 가열한다.

지중열을 흡수하기 위해 내부에 열매체유(6)인 에탄올을 충전한 집열탱크(2)를 지하에 매설하고, 열매체유(6)가 충전되어 집열탱크(2) 내부 및 집열탱크(2)를 벗어나 지하로 더 깊이 매설된 히트파이프(4)에 의해 지중열을 흡수한다.

히트파이프(4)에 흡수되어 집열탱크(2) 내에 축열된 지중열은 집열탱크(2) 내의 열매체유(6)를 가열하게 되며, 가열된 열매체유(6)에 의해 열이송관(8) 내에 충전된 물이 가열된다.

열이송관(8) 내에서 가열된 물은 집열탱크(2)과 난방용수 가열장치(20)를 연결하는 출수관(10)의 순환펌프(18)에 의해 이송되며, 난방용수 가열장치(20) 내에 코일형태로 설치된 난방용 가열관(24)을 따라 가열된 물이 흐르면서 본체(22) 내의 난방용수(34)를 1차 가열한다.

난방용수(34)를 1차 가열한 물은 입수관(14)을 통해 집열탱크(2)로 이송되어 재가열되게 순환된다.

지중열에 의해 가열된 물에 의해 1차 가열된 난방용수(34)의 온도를 더 높이기 위해 본체(22) 내의 하부에 설치된 히팅부(30)에 의해 난방용수(34)를 2차 가열한다. 겨울철 차가운 냉수를 지중열에 의해 1차로 일정 온도(약 9~11℃)까지 가열한 후 히팅부(30)에 의해 2차로 가열함에 따라 히팅부(30)의 전력소비를 줄일 수 있다.

히팅부(30)에 의해 온수로 가열된 난방용수(34)는 송수관(26)과 환수관(28)을 통해 난방용수(34)로 사용되어 난방온도를 조절할 수 있다.

더욱이 온수를 사용할 경우에는 온수용 가열관(32)이 본체(22) 내에 코일형태로 설치되어 있어 가열된 난방용수(34)에 의해 온수용 가열관(32) 내의 물이 가열되어 출수관(12)과 입수관(16)을 통해 순환되어 공급된다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 연중 일정한 온도를 유지하는 지중열을 이용하여 난방용수 가열장치(20)에 충전된 난방용수(34)를 1차로 가열하여 온도를 높인 후 2차로 가열함으로써 난방용수(34) 가열에 소비되는 전기를 절약할 수 있는 효과가 있다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

(2)-- 집열탱크 (4)-- 히트파이프
(6)-- 열매체유 (8)-- 열교환관
(10)(12)-- 출수관 (14)(16)-- 입수관
(18)-- 순환펌프 (20)-- 난방용수 가열장치
(22)-- 본체 (24)-- 난방용 가열관
(26)-- 송수관 (28)-- 환수관
(30)-- 히팅부 (32)-- 온수용 가열관
(34)-- 난방용수

Claims

내부에 열매체유(6)가 충전된 집열탱크(2)를 지중에 매설하고 지중열을 흡수하여 축열하되, 집열탱크(2) 내에는 열매체유(6)가 충전된 지중열 흡수용 히트파이프(4)와, 상기 히트파이프(4)를 통해 흡수된 지중열로 가열된 열매체유(6)의 열을 전달하는 열이송관(8)이 설치되며,
본체(22) 내에 설치되며 집열탱크(2) 내에서 가열된 열이송관(8)의 온수를 출수관(10)에 설치된 순환펌프(18)에 의해 순환시켜 난방용수(34)를 1차 가열하는 난방용 가열관(24)과,
상기 난방용 가열관(24)에 의해 1차 가열된 난방용수(34)를 난방온도 조절과 온수공급용 온수로 2차 가열하는 히팅부(30)와,
2차 가열된 난방용수(34)에 의해 온수를 가열하여 공급하는 온수용 가열관(32)으로 구성된 난방용수 가열장치(20)를 설치하여서 구성함을 특징으로 하는 축열식 온수 가열장치를 이용한 전기보일러.
지중열 흡수를 위해 열매체유(6)가 충전된 집열탱크(2)를 지중에 매설하고, 집열탱크(2) 내에 설치된 히트파이프(4)에 의해 지중열을 흡수하여 축열하는 과정과,
축열된 지중열로 열이송관(8) 내의 물을 가열한 후 순환펌프(18)에 의해 물을 이송하여 난방용수 가열장치(20)로 순환시키는 과정과,
가열된 열이송관(8)의 물이 코일형태로 설치된 난방용 가열관(24)을 순환하며 난방용수(34)를 1차 가열하는 과정과,
난방용 가열관(24)에 의해 1차 가열된 난방용수(34)를 히팅부(30)에 의해 난방온도 조절과 온수공급을 위한 온도로 2차 가열하는 과정과,
히팅부(30)에 의해 2차 가열된 난방용수(34)에 의해 온수용 가열관(32) 내의 물을 가열하여 온수를 생산하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 축열식 온수 가열방법.