KR20190081497A - 전기 보일러용 전극봉 및 이를 포함하는 전기 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절연성이 향상되어 안정적인 전기 방전이 가능한 전기 보일러용 전극봉 및 이를 포함하는 전기 보일러에 관한 것으로,
본 발명의 실시예에 따른 전기 보일러용 전극봉은,
기설정된 길이로 하방향으로 연장되어 형성되며 하측 단부는 반구 형상으로 형성된 전극 바디부; 상기 전극 바디부의 상면으로부터 돌출 형성된 제1 돌출부; 상기 제1 돌출부의 상면으로부터 돌출 형성된 제2 돌출부; 상기 제2 돌출부의 상면에 형성된 나사 결합부; 상기 제1 돌출부를 감싸는 절연체; 상기 제2 돌출부에 끼워지는 제1 오링(O-ring); 상기 나사 결합부에 끼워지는 제2 오링을 포함한다.

Description

전기 보일러용 전극봉 및 이를 포함하는 전기 보일러 {Electrodes for electric boiler and electric boiler comprising it}

본 발명은 전기 보일러용 전극봉 및 이를 포함하는 전기 보일러에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 절연성이 향상되어 안정적인 전기 방전이 가능한 전기 보일러용 전극봉 및 이를 포함하는 전기 보일러에 관한 것이다.

일반적으로 전기 보일러는 전기의 발열을 연료 대신에 이용하는 보일러이다. 전기 보일러는 형식면에서 보일러수인 물 자체를 전기 저항체로 하여 전극 사이에 전류를 통하여 줄(Joule)열을 발생시키는 전극형과, 보일러수인 물 속에 직접 또는 간접으로 금속 저항선을 넣고 그 발열을 이용하는 저항형 또는 열선형이 있지만, 일반적으로는 전극형이 사용된다.

전극형 전기 보일러는 기존의 간접 열방식이 아니라 전해액 자체의 이온화된 분자운동으로 발열하기 때문에 전기 효율이 높다. 전극형 전기 보일러는 연료비 절감이 최소 30%이상이며 특히 설치가 간단하여 설치 및 유지보수비가 절감되는 장점이 있다.

그러나, 전극형 전기 보일러는 방전 효율의 향상이 필요하며, 누수에 의한 누전 방지 및 누수된 물에 의한 감전 등의 안전 사고를 방지해야할 필요성이 있다.

한국등록특허 10-1807652

본 발명은 절연성이 향상되어 안정적인 전기 방전이 가능한 전기 보일러용 전극봉 및 이를 포함하는 전기 보일러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 전기 보일러용 전극봉은,

기설정된 길이로 하방향으로 연장되어 형성되며 하측 단부는 반구 형상으로 형성된 전극 바디부; 상기 전극 바디부의 상면으로부터 돌출 형성된 제1 돌출부; 상기 제1 돌출부의 상면으로부터 돌출 형성된 제2 돌출부; 상기 제2 돌출부의 상면에 형성된 나사 결합부; 상기 제1 돌출부를 감싸는 절연체; 상기 제2 돌출부에 끼워지는 제1 오링(O-ring); 상기 나사 결합부에 끼워지는 제2 오링을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 전기 보일러용 전극봉에 있어서, 상기 전극 바디부와 상기 절연체 사이의 틈을 감싸도록 형성된 제1 수축 튜브와, 상기 전극 바디부의 하측 단부를 감싸는 제2 수축 튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 전기 보일러용 전극봉에 있어서, 상기 전극 바디부와 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부와 상기 나사 결합부는 스테인리스 스프링강으로 일체로 형성되며, 상기 절연체는 아스탈 소재로 이루어지며, 상기 제1 및 제2 오링은 내열 소재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 전기 보일러는,

물이 유입되는 유입구와 유입된 물을 가열하는 내부 공간과 가열된 물이 배출되는 배출구를 구비한 하우징부; 상기 유입구와 연결되는 유입관; 상기 배출구와 연결되는 배출관; 상기 내부 공간에 배치되며, 전술한 복수개의 전극봉이 한 조로 이루어지는 복수개의 가열부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 전기 보일러에 있어서, 상기 유입관 또는 배출관 내부를 흐르는 물의 온도를 감지하는 온도 센서; 상기 온도 센서에 의해 감지된 물의 온도가 사용자에 의해 설정된 온도가 되기 전에, 공급 전원을 펄스 형태로 전환하는 제어부를 더 포함한다.

기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 절연성이 향상되어 안정적인 전기 방전이 가능한 전기 보일러용 전극봉 및 이를 포함하는 전기 보일러를 제공할 수 있다. 또한, 물의 온도에 따라 상시 전원을 펄스 전원으로 전환시킴에 따라 소비 전력을 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 보일러가 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 보일러의 가열부가 도시된 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 보일러의 가열부를 아래에서 바라본 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 보일러용 전극봉이 도시된 분리 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 보일러용 전극봉이 도시된 사시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 보일러용 전극봉의 하측 단부가 도시된 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전기 보일러용 전극봉 및 이를 포함하는 전기 보일러를 설명한다.

통상적으로, 시중의 전기 보일러는 히터에 의해 발생된 열이 물을 가열하는 간접적인 방식이나, 본 발명의 전기 보일러는 전해물질이 용해된 물이 직접 가열되는 방식이다.

즉, 본 발명의 전기 보일러는 순수한 물에 전해물질을 용해시켜서 적정의 전기전도성 용액으로 만든 다음, 전원을 인가하여 용액을 통해 전기를 흐르게 할 때 발생하는 저항에 의해 물이 가열되는 원리를 이용한 전기 보일러이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 보일러가 도시된 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 보일러는, 하우징부(100), 가열부(200), 유입관(Win), 배출관(Wout)을 포함한다. 또한, 온도 센서(T)와 제어부(300)를 더 포함할 수 있다.

하우징부(100)는 소정의 형상, 예를 들어 상면과 하면이 밀폐된 원통 형상으로 이루어질 수 있다. 하우징부(100)는 내부 공간을 구비하며, 내부 공간에서 물이 가열된다. 하우징부(100)의 상면에는 물이 유입되는 유입구(미도시)가 형성되고, 하면에는 물이 배출되는 배출구(미도시)가 형성된다.

하우징부(100) 내면은, 스테인리스 스프링강(일명, 써스(SUS))으로 형성되며, 하우징부(100) 외면은 하우징부(100) 내부의 전기가 외부로 누전되지 않도록 절연 물질로 형성된다. 구체적으로, 내면 재료인 스테인리스 스프링강으로 SUS316일 수 있으며, 외면 재료인 절연 물질은 발포제일 수 있다.

SUS316은 500℃ 이상의 온도에서 장시간 사용은 좋지 않지만, 잠시 사용하는 경우, 825℃ 까지 사용할 수 있다. 전기 보일러로 가열되는 물의 온도는 대략 150℃이므로, SUS316을 사용하는 것이 바람직하다.

하우징부(100)의 내부 공간에 수용되는 물에는 소정 비율의 전해물질을 용해시킨다. 전해물질은 예를 들어 수산화나트륨일 수 있다.

가열부(200)는 하우징부(100)의 내부 공간으로 유입된 물(구체적으로는 전해물질이 용해된 용액)을 사용자가 설정한 온도로 가열한다. 가열부(200)는 복수개의 전극봉(210)이 한 조(set)로 이루고 전극봉(210) 사이에서 전기가 방전되어 물을 가열한다. 도면에서는 3개의 전극봉(210)이 한 조를 이루는 것을 예시하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

일 실시예에서 전기 보일러로 공급되는 전원은 3상 교류 전원이고, 3개의 전극봉(210)이 정삼각형 형태로 배치되어 각각의 전극봉(210) 사이에서 전기가 방전된다. (도 3 참조)

가열부(200)는 전기 보일러의 용량에 따라 복수개로 구비될 수 있다. 도면에서는 3개의 가열부(200)를 예시하고 있으며, 상대적으로 사용 용량이 큰 경우, 4개 이상의 가열부(200)를 사용할 수 있고, 상대적으로 사용 용량이 작은 경우, 1개 또는 2개의 가열부(200)를 사용할 수 있다. 가열부(200)에 대해 도 2 및 도 3을 참조하여 후술하겠다.

유입관(Win)은 유입구와 연결 형성되며, 난방을 마치고 순환되는 물을 재가열하기 위해 하우징부(100) 내부로 유입한다. 배출관(Wout)은 배출구와 연결 형성되며, 하우징부(100) 내부에서 재가열된 물을 난방 계통으로 배출한다.

유입관(Win)과 배출관(Wout) 외주면에는 절연띠(I)가 형성된다. 절연띠(I)는 물에 의해 전기가 난방 계통으로 도통하는 것을 저감시킨다.

또한, 유입관(Win)과 배출관(Wout) 중 적어도 어느 하나에는 온도 센서(T)가 설치된다. 온도 센서(T)는 유입관(Win) 또는 배출관(Wout) 내부를 흐르는 물의 온도를 감지하고, 감지한 온도값을 제어부(300)로 송신한다.

제어부(300)는 사용자에 의해 설정된 물의 온도(또는 난방 온도)와 온도 센서(T)에 의해 감지된 물의 온도를 비교하여 전기 보일러로의 공급 전원 타입을 전환한다. 제어부(300)는 온도 센서(T)에 의해 감지된 물의 온도가 사용자에 의해 설정된 온도가 되기 전 소정 범위 내에 이르면, 공급 전원을 펄스 전원으로 전환한다.

예를 들어, 사용자에 의해 설정된 물의 온도가 80℃인 경우, 제어부(300)는 물의 온도가 70℃에 이르기 전까지는 전기 보일러에 상시 전원(continuous power)을 공급하여 물을 신속히 가열하고, 물의 온도가 70℃에 이르러서는 상시 전원을 펄스 전원(pulse power)으로 전환하여 물의 온도를 일정 수준으로 유지하면서 서서히 목표 온도인 80℃로 가열한다.

제어부(300)의 전원 변환 기능은 미리 설정된 온도 범위에서 수행되도록 할 수 있는데, 사용자 설정 온도의 10 내지 15% 범위에서 수행되는 것이 바람직하다. 즉, 사용자가 희망 온도를 100℃로 설정한 경우, 펄스 전원으로 전환되는 시기는, 물의 온도가 85 ~ 90℃ 범위에 이른 때이다. 이와 같이, 물의 온도에 따라 상시 전원을 펄스 전원으로 전환시킴에 따라 소비 전력을 저감시킬 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 보일러의 가열부가 도시된 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 보일러의 가열부를 아래에서 바라본 도면이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 가열부(200)는 복수개의 전극봉(210)과, 복수개의 전극봉(210)을 고정 지지하는 전극 홀더(220)와, 전극봉(210) 및 전극 홀더(220)와 체결되어 하우징부(100)에 고정되도록 하는 캡(230)을 포함한다.

전기 보일러에 공급되는 전원이 3상 교류 전원이면, 3개의 전극봉을 사용하고, 직류 전원이면, 2개의 전극봉을 사용할 수 있다.

3개의 전극봉(210)을 사용하는 경우, 방전 효과의 최적화를 위해 도 3과 같이 정삼각형 형태로 배치되는 것이 바람직하다. 이때, 전극봉(210)의 단면 지름 크기(L1) 및 전극봉(210) 간의 이격 거리(L2)는 안전성 및 방전 효과를 고려하여 설정되어야 한다.

전극봉(210)의 단면 지름 크기(L1)가 15mm일 때, 전극봉(210) 간의 이격 거리(L2)가 35mm 미만이면, 전극봉(210) 간의 간격이 작아서 전기적인 합선의 우려가 있으며, 전극봉(210) 간의 이격 거리(L2)가 45mm 초과이면, 전극봉 간의 거리가 멀어서 방전에 의한 가열 효과가 저하되는 문제가 있다. 따라서 3개의 전극봉(210) 각각의 단면 지름 크기(L1)는 15mm이고, 전극봉(210) 간의 이격 거리(L2)는 35 ~ 45mm인 것이 바람직하다. 여기서, 전극봉(210) 간의 이격 거리(L2)는 40mm인 것이 가장 바람직하다.

전극 홀더(220)는 하우징부(100) 내부의 물이 누수되는 것을 방지하면서 복수개의 전극봉(210)을 고정 지지한다. 전극 홀더(220)는 전극봉(210) 상단 일부가 삽입되는 삽입홀(미도시)을 구비하고, 캡(230)과 체결될 수 있는 체결 구조(미도시)를 구비한다.

전극봉(210)의 상세한 구조에 대해서 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 보일러용 전극봉이 도시된 분리 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 보일러용 전극봉이 도시된 사시도이며, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 보일러용 전극봉의 하측 단부가 도시된 도면이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 보일러용 전극봉(210)은, 전극 바디부(211), 제1 돌출부(212), 제2 돌출부(213), 나사 결합부(214), 절연체(215), 제1 오링(216), 제2 오링(217)을 포함한다. 추가적으로, 수축 튜브(218)를 더 포함할 수 있다.

전극 바디부(211)는 전기 방전이 발생하는 전극봉(210)의 본체 부분이다. 전극 바디부(211)의 상면에는 제1 돌출부(212)가 형성되고, 제1 돌출부(212)의 상면에는 제2 돌출부(213)가 형성되고, 제1 돌출부(212)의 상면에는 나사 결합부(214)가 형성된다. 전극 바디부(211)와 제1 돌출부(212)와 제2 돌출부(213)와 나사 결합부(214)는 스테인리스 스프링강(구체적으로 SUS316) 재질로, 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

전극 바디부(211)와 제1 돌출부(212)에 의해 단차가 생기고, 이 단차 부분에 원통 형상의 절연체(215)가 끼워진다. 단차의 폭 크기와 절연체(215)의 두께를 일치시켜서 전체적으로 매끄럽게 하는 것이 바람직하다. 절연체(215)는 아스탈 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

제1 돌출부(212)와 제2 돌출부(213)에 의해 단차가 생기고, 이 단차 부분에 제1 오링(216)이 끼워진다. 또한, 제2 돌출부(213)와 나사 결합부(214)에 의해 단차가 생기고 이 단차 부분에 제2 오링(217)이 끼워진다. 제1 오링(216)과 제2 오링(217)은 전극 홀더(220)에 전극봉(210)이 삽입될 때, 전극 홀더(220)와 전극봉(210) 사이의 틈을 기밀하게 밀봉하여 하우징부(100) 내부의 물이 외부로 누수되는 것을 방지한다. 이러한 제1 오링(216)과 제2 오링(217)은 대략 150℃까지 견뎌낼 수 있는 내열성 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 전극 홀더(220)에 전극봉(210)이 삽입되면, 너트를 나사 결합부(214)에 체결하여 전극 홀더(220)와 전극봉(210)의 결합 상태를 견고히 한다.

전극 바디부(211)의 하측 단부가 각진 형상으로 형성되면, 전기(전하)는 뾰족한 곳에 모이는 특성이 있기 때문에, 각진 부분에서만 전기 방전이 발생하고, 그 결과 가열 효과가 국부적으로 발생하여 전체적인 물에 대한 가열 효과가 저하된다. 따라서 전극봉 전체에 걸쳐서 고르게 전기 방전이 일어나도록 전극 바디부(211)의 하측 단부는, 도 6에 도시된 바와 같이, 반구 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 전극 바디부(211)의 하측 단부가 각진 형상으로 형성된 경우에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 절연 재질로 이루어진 수축 튜브(218)를 전극 바디부(211)의 하측 단부를 감싸도록 형성하여, 전극봉 전체에 걸쳐서 고르게 전기 방전이 일어나도록 할 수 있다.

또한, 경우에 따라, 절연 및 누수 방지를 위해 전극봉(210)의 상부에 절연 재질로 이루어진 수축 튜브(218)를 추가적으로 형성할 수 있다. 수축 튜브(218)는 전극 바디부(211)와 절연체(215)에 의해 생길 수 있는 틈새 부분을 감싸도록 형성하여, 이 틈새 부분에 의한 누수를 방지하면서, 절연성을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100 : 하우징부 200 : 가열부
210 : 전극봉
211 : 전극 바디부 212 : 제1 돌출부
213 : 제2 돌출부 214 : 나사 결합부
215 : 절연체 216 : 제1 오링
217 : 제2 오링 218 : 수축 튜브
220 : 전극 홀더 230 : 캡
300 : 제어부 T : 온도 센서

Claims (5)

1. 기설정된 길이로 하방향으로 연장되어 형성되며 하측 단부는 반구 형상으로 형성된 전극 바디부;
   상기 전극 바디부의 상면으로부터 돌출 형성된 제1 돌출부;
   상기 제1 돌출부의 상면으로부터 돌출 형성된 제2 돌출부;
   상기 제2 돌출부의 상면에 형성된 나사 결합부;
   상기 제1 돌출부를 감싸는 절연체;
   상기 제2 돌출부에 끼워지는 제1 오링(O-ring);
   상기 나사 결합부에 끼워지는 제2 오링
   을 포함하는 전기 보일러용 전극봉.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 전극 바디부와 상기 절연체 사이의 틈을 감싸도록 형성된 제1 수축 튜브와, 상기 전극 바디부의 하측 단부를 감싸는 제2 수축 튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 보일러용 전극봉.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 전극 바디부와 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부와 상기 나사 결합부는 스테인리스 스프링강으로 일체로 형성되며, 상기 절연체는 아스탈 소재로 이루어지며, 상기 제1 및 제2 오링은 내열 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 보일러용 전극봉.
   
4. 물이 유입되는 유입구와 유입된 물을 가열하는 내부 공간과 가열된 물이 배출되는 배출구를 구비한 하우징부;
   상기 유입구와 연결되는 유입관;
   상기 배출구와 연결되는 배출관;
   상기 내부 공간에 배치되며, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 따른 복수개의 전극봉이 한 조로 이루어지는 복수개의 가열부
   를 포함하는 전기 보일러.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 유입관 또는 배출관 내부를 흐르는 물의 온도를 감지하는 온도 센서;
   상기 온도 센서에 의해 감지된 물의 온도가 사용자에 의해 설정된 온도가 되기 전에, 공급 전원을 펄스 형태로 전환하는 제어부
   를 더 포함하는 전기 보일러.

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