KR20200038842A

KR20200038842A - 물 히터

Info

Publication number: KR20200038842A
Application number: KR1020190068624A
Authority: KR
Inventors: 송기봉; 조돈한
Original assignee: 송기봉
Priority date: 2019-06-11
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2020-04-14

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 물 히터는 일측 단부에 연결된 플랜지(15)를 가지며, 상기 일측이 개방된 본체(100), 본체(100) 내에 설치되어 있는 발열체(200), 본체(100)의 일측에 결합되어 상기 본체(100)의 내부 공간을 밀봉하는 지지판(300)을 포함하고, 본체는 서로 중첩하여 상부 공간(S1) 및 측면 공간(S2)을 형성하는 외부 본체(11)와 내부 본체(13)를 포함하고, 측면 공간(S2)은 상기 플랜지(15)에 의해서 밀봉된다.

Description

물 히터{WATER HEATER}

본 발명은 히터에 관한 것으로, 특히 물 히터에 관한 것이다.

일반적인 보일러(boiler)는 기름보일러나 가스보일러로 기름이나 가스에 의해 불꽃을 발생시키고, 불꽃에 의해 동관 등의 물을 가열하여 난방을 수행하거나 온수로 공급하는 장치이다.

최근 들어, 가스보일러나 기름보일러보다 내구성 및 안전도가 높은 전기보일러가 개발되고 있으며, 전기를 사용하여 난방을 하거나 온수를 가열하는 전기보일러는 물을 저장할 수 있도록 된 대용량의 저장탱크와, 저장탱크 내부의 물을 가열할 수 있도록 된 전기히터가 구비된 것으로, 전기히터를 이용하여 물을 가열한 후, 가열된 물의 열을 이용하여 난방을 하거나, 온수를 사용할 수 있도록 구성된다.

즉, 전력을 이용하여 열을 발생시킨 후, 이 열을 저장하여 사용하는 것이다.

그런데, 이러한 전기보일러는 비등점과 비열이 낮은 매개체를 이용하여 열을 저장하므로, 많은 양의 열을 저장하기 위해서는 전기보일러의 저장탱크가 매우 커야 되며, 이에 따라 전기보일러 자체의 사이즈가 매우 커지므로, 설치공간이 작은 일반 가정에서는 사용하기 어려운 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 보일러의 크기를 소형화 하면서도 고효율의 히터를 제공하여 신속하게 난방 및 온수를 제공하는 물 히터를 제공하는 것이다.

상기 외부 본체(11)에 형성되며, 상기 외부 본체(11)의 상기 상부 공간(S1) 또는 측면 공간(S2)과 연통하는 주입구(7) 및 배출구(9)를 더 포함할 수 있다.

상기 상부 공간(S1)은 상기 내부 본체(13)의 타측과 상기 외부 본체(11)의 타측 사이에 위치하고, 측면 공간(S2)은 상기 내부 본체(13)의 외주면과 상기 외부 본체(11)의 내주면 사이에 위치하며, 상부 공간(S1)에 형성되며 상기 상부 공간(S1)을 분할하는 격벽(40)을 더 포함할 수 있다.

상기 격벽(41)은 상기 측면 공간(S2)으로 연장 형성될 수 있다.

이때, 상기 격벽(41)의 길이(H1)는 상기 외부 본체(11) 길이(H2)의 2/3이하일 수 있다.

상기 주입구(7)와 배출구(9)는 상기 외부 본체(11)의 타측에 위치하고, 주입구(7)와 배출구(9)는 상기 격벽(40)으로 분할된 상기 상부 공간(S1)에 각각 연통될 수 있다.

상기 주입구(7)는 상기 외부 본체(11)의 상단 또는 상부 외측에 위치하여 상기 상부 공간(S1)과 연통되고, 배출구(9)는 상기 외부 본체(11)의 하부에 위치하여 상기 측면 공간(S2)과 연통될 수 있다.

상기 주입구(7)와 배출구(9)는 상기 격벽(40)을 중심으로 반대편에 위치할 수 있다.

상기 지지판(300)은 체결 부재(6)를 통해서 상기 플랜지(15)에 고정될 수 있다.

상기 지지판(300)에는 상기 플랜지(15)와 중첩하는 적어도 하나 이상의 홈(31)이 형성되어 있고, 홈(31)에 삽입되어 있는 오링(33)을 더 포함할 수 있다.

상기 발열체(200)는 상기 지지판(300)에 고정 설치되는 지지 부재(202), 지지 부재(202)에 지지되는 면상의 발열 부재(204)를 더 포함할 수 있다.

상기 발열 부재(204)는 상기 지지 부재(202)에 고정되는 기판(39), 기판(39) 위에 형성되어 있는 제1 전극(42) 및 제2 전극(43), 제1 전극(42) 및 제2 전극(43) 위에 형성되어 있는 발열층(44), 발열층(44) 위에 형성되어 있는 절연층(45)을 포함하고, 제1 전극(42)과 상기 제2 전극(43)은 상기 지지판(300)에 형성되어 있는 제1 단자(35)와 제2 단자(37)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 발열층(44)은 탄소나노튜브 및 그래핀 중 적어도 하나를 포함하는 전도성 물질로 이루어질 수 있다.

상기 지지 부재(202)는 지지판(300)에 일단이 삽입되는 한 쌍의 제1 지지 기둥(21a)과 상기 제1 지지 기둥(21a) 사이를 연결하는 제1 연결 기둥(21b)를 가지는 제1 지지부(21), 지지판(300) 일단이 삽입되는 한 쌍의 제2 지지 기둥(22a)과 상기 제2 지지 기둥(22a) 사이를 연결하는 제2 연결 기둥(22b)를 가지는 제2 지지부(22), 제1 지지 기둥(21a)의 타단과 상기 제2 지지 기둥(22a)의 타단을 각각 연결하는 한 쌍의 연결부(23)를 포함할 수 있다.

상기 내부 공간에는 열전달 매질이 채워질 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 물 히터는 상기 물 히터를 적어도 하나 이상 포함하는 히터부(400), 히터부(400)를 감싸는 단열 부재(500)를 포함하고, 단열 부재(500)는 물 히터(1000)가 삽입되는 삽입 구멍(54)을 가지는 중앙부(51), 중앙부(51)의 상부에 결합되어 상기 주입구(7) 및 배출구(9)를 덮어 보호하는 상부 커버(52), 중앙부(51)의 하부에 결합되어 상기 히터부(400)를 전기적으로 제어하는 제어부를 덮어 보호하는 하부 커버(53)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서와 같이 나노탄소를 포함하는 면상 발열체를 이용하여 열전달 매질의 온도를 신속하게 증가시켜 빠른 난방 또는 온수를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서와 같이 히터를 형성하면 다양한 형태로 물 히터를 조합하여, 원하는 용량의 보일러를 용이하게 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서와 같이 히터를 연결하여 열의 순환 구조를 제어함으로써 누적열을 최소화하여 잔열을 이용하여 열효율이 상승될 수 있다. 따라서 저전력으로도 원하는 온도를 신속하게 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 히터의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물 히터의 도면이다.
도 4는 도 3에 포함된 본체를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 본체를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지판의 평면도이다.
도 8은 도 7의 지지판의 저면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9에 포함된 발열 부재의 개략적인 평면도이다.
도 11은 도 10의 XI-XI선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 12 내지 도 17은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 물 히터이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물 히터의 개략적인 분해 사시도이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 물 히터의 개략적인 평면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 히터의 개략적인 도면이고, 도 2는 도 1의 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 물 히터(1000)는 본체(100), 본체(100) 내에 설치되어 있는 발열체(200), 본체(100)의 일측에 위치하여 본체(100)를 밀봉하는 지지판(300)을 포함한다.

본체(100)는 일측이 개방되며 일방향으로 길이가 긴 원통으로 본체(100)의 단부에는 플랜지(15)가 연결되어 있다.

본체(100)는 제1 지름(D1)을 가지는 외부 본체(11), 제1 지름보다 작은 제2 지름(D2)을 가져 외부 본체(11)와 일정한 간격을 두고 삽입되어 있는 내부 본체(13)를 포함한다. 이때, 내부 본체(13)의 길이는 외부 본체(11)의 길이보다 작을 수 있다.

따라서 내부 본체(13)와 외부 본체(11) 사이에는 빈 공간이 형성된다. 내부 본체(13)의 타측과 외부 본체(11)의 타측 사이의 상부 공간(S1)과 내부 본체(13)의 외주면과 외부 본체(11)의 내주면 사이의 측면 공간(S2)은 유체가 이동하는 유로로 사용될 수 있다. 이때, 유체는 난방 또는 온수에 필요한 물일 수 있다.

외부 본체(11)의 타측에는 상부 공간(S1)과 연통되어 유체가 이동하는 주입구(7)와 배출구(9)가 형성되어 있다.

한편, 상부 공간(S1)에는 격벽(40)이 더 형성될 수 있으며, 격벽(40)은 주입구(7)를 통해서 유입되는 유체와 배출구(9)를 통해서 배출되는 유체가 상부 공간(S1) 내에서 정체되지 않고 신속하게 이동하도록 한다.

주입구(7)와 배출구(9)가 외부 본체(11)의 타측에 함께 있으므로, 주입되는 유체와 배출되는 유체가 상부 공간(S1) 내에서 이동하지 못하고 정체될 수 있으므로, 격벽(40)으로 상부 공간(S1)을 분리하여 유체가 원활하게 이동할 수 있도록 한다.

주입구(7)를 통해서 유입되는 유체는 상부 공간(S1)을 통과한 후, 측면 공간(S2)을 따라서 이동하고 다시 상부 공간(S1)까지 이동한 후 배출구(9)를 통해서 외부로 배출(도 1의 점선 참고)될 수 있다.

유체는 상부 공간(S1) 및 측면 공간(S2)을 따라 이동하면서 내부 본체(13)와 직접적으로 접촉하게 되고, 내부 본체(13) 내에 수용된 열전달 매질에 의해서 전달되는 열에너지와 열교환이 이루어진다. 따라서, 주입구(7)를 통과해서 측면 공간(S2)을 이동하면서 유체의 온도가 상승된 후 배출구(9)를 통해서 외부로 배출될 수 있다.

내부 본체(13)는 유체와 직접적으로 접촉하여 열교환이 이루어지므로, 열전달이 우수하고 내부식성이 우수한 금속 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 스테인레스 스틸 또는 구리등의 금속계열로 이루어 질 수 있으며, 또한 내열성 및 내유성이 우수한 폴리머 소재로도 이루어질 수 있다.

이처럼, 격벽(40)은 상부 공간(S1)을 2등분하도록 설치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 도 3 및 도 4에서와 같이 측면 공간(S2)으로 연장될 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물 히터의 도면이고, 도 4는 도 3에 포함된 본체를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 격벽(41)의 길이(H1)는 본체(100) 길이(H2)의 2/3이하일 수 있다. 격벽(41)의 길이(H1)가 길어질수록 유체는 측면 공간(S2)을 따라 본체(100)의 하부까지 이동하면서 내부 본체(13)의 외주면과의 접촉 면적 및 시간이 증가할 수 있다.

격벽(41)의 길이는, 격벽(41)의 단부가 본체(100)의 플랜지(15)에 최대한 인접시킬수록 유로의 길이가 길어져 유체의 온도는 더욱 빠르게 증가할 수 있으나, 격벽(41)의 길이가 길어질수록 배출구(9)로 이동하는 유로가 좁아져 유체가 신속하게 외부로 배출되지 않을 수 있다.

이처럼, 본 발명의 일 실시예에서는 격벽(41)을 이용하여 유체의 흐름을 제어할 수 있으므로, 유체의 주입구(7) 및 배출구(9)를 본체(100)에 다양한 위치에 형성할 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 본체를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

본체에서 상부 공간(S1)이 위치하는 부분을 상부라 하고, 플랜지(15)와 인접한 부분을 하부라 할 때, 주입구(7)는 도 5에서와 같이 상부 공간(S1)과 연통되도록 외부 본체(11)의 상단에 형성되어 상부에서 하부로 유체가 이동하는 방향으로 유체가 주입될 수 있다.

이때, 배출구(9)는 외부 본체(11)의 하부 측벽에 형성될 수 있으며, 격벽(41)의 끝단과 플랜지(15) 사이의 측면 공간(S2)과 연통되도록 위치할 수 있다.

또한, 도 6에서와 같이 주입구(7)는 상부 공간(S1)과 연통되도록 외부 본체(11)의 상부 측벽에 형성될 수 있으며, 배출구(9)는 외부 본체(11)의 하부 측벽에 형성되어 측면 공간(S2)과 연통될 수 있다. 이때, 격벽(41)을 기준으로 주입구(7)와 배출구(9)는 반대편에 위치할 수 있다.

한편, 도 5 및 도 6에서와 같이 주입구(7)가 상부에 형성되고, 배출구(9)가 하부에 형성될 경우 격벽은 생략(도시하지 않음)될 수 있다.

다시, 도 1 및 도 2를 참조하면, 플랜지(15)는 본체(100)의 일측, 즉 외부 본체(11)와 내부 본체(13)의 단부와 연결되어 이들 사이의 측면 공간(S2)을 밀폐한다. 이때, 외부 본체(11) 밖으로 돌출된 테두리에는 지지판(300)과 결합하기 위한 복수의 나사 구멍(60)이 형성될 수 있다. 나사 구멍(60)은 일정한 간격을 두고 외부 본체(11)의 외주를 따라서 형성될 수 있다.

지지판(300)은 개방된 본체(100)의 일측을 막아 열전달 매질이 수용되는 내부 공간(S3)를 형성한다. 지지판(300)은 사출 공정을 통해서 제작되어, 플랜지(15) 및 지지 부재(202)가 용이하게 결합될 수 있다.

열전달 매질은 고온에서도 열 전달 효율이 우수한 물질로, 비등점과 비열이 높은 물질일 수 있다. 예를 들어, VHVI(very High Viscosity Index) 합성계 기유로 제조된 물질일 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지판의 평면도이고, 도 8은 도 7의 지지판의 저면도이다.

도 1, 도 2, 도 7 및 도 8을 참조하면, 지지판(300)에는 상기 내부 공간(S3)의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(50)가 설치되어 있으며, 온도 센서(50)는 외부 제어부(도시하지 않음)와 연결되어 내부 온도에 따라서 히터의 구동을 제어할 수 있다.

지지판(300)에는 발열체(200)에 전원을 공급하기 위한 제1 단자(35) 및 제2 단자(37)가 설치되어 있다.

또한, 지지판(300)에는 원주 방향을 따라서 일정한 간격으로 관통 구멍(61)이 형성되어 있다. 관통 구멍(61)은 플랜지(15)의 나사 구멍(60)과 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 관통 구멍(61)과 나사 구멍(60)에는 나사, 볼트 및 너트 등의 체결 부재(6)가 결합되어 지지판(300)이 플랜지(15)에 결합되도록 한다.

지지판(300)에는 적어도 하나 이상의 홈(31)이 형성되며, 홈(31)에는 오링(33)이 삽입되어 기밀을 유지하면서 지지판(300)이 플랜지(15)에 밀착 고정될 수 있도록 한다. 본 발명의 일 실시예에서는 2 개의 홈을 형성하여 각각의 홈에 오링이 삽입되어 있는 것으로 도시하였다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체를 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 도 9에 포함된 발열 부재의 개략적인 평면도이고, 도 11은 도 10의 XI-XI선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

도 1, 도 2, 도 9 내지 도 11을 참조하면, 발열체(200)는 지지 부재(202)와 발열 부재(204)를 포함한다.

지지 부재(202)는 시트 형태의 면상 발열 부재(204)를 지지 하기 위한 것으로, 제1 지지부(21), 제2 지지부(22) 및 연결부(23)를 포함한다.

제1 지지부(21)는 일정한 간격을 두고 배치된 한 쌍의 제1 지지 기둥(21a), 제1 지지 기둥 사이(21a)를 연결하는 적어도 하나 이상의 제1 연결 기둥(21b)을 포함한다. 제2 지지부(22)도 제1 지지부(21)와 동일한 구조로, 일정한 간격을 두고 배치된 한 쌍의 제2 지지 기둥(22a), 제2 지지 기둥(22a) 사이를 연결하는 제2 연결 기둥(22b)을 포함한다.

연결부(23)는 제1 지지부(21) 및 제2 지지부(22)의 일측에 위치하여, 제1 지지부(21)와 제2 지지부(22)가 일정한 간격을 유지하도록 한다. 연결부(23)는 한 쌍의 기둥으로, 제1 지지 기둥(21a)의 일단과 제2 지지 기둥(22a)의 일단을 각각 연결한다.

한편, 지지 부재(202)는 지지판(300)의 고정 구멍(66)에 삽입 고정될 수 있으며, 고정 구멍(66)에는 제1 지지 기둥(21a) 및 제2 지지 기둥(22a)의 타단이 삽입된다. 이때, 제1 지지 기둥(21a) 및 제2 지지 기둥(22a)의 타단은 억지끼움 또는 걸림턱(도시하지 않음)과 같은 방법으로 고정될 수 있다.

제1 연결 기둥(21b) 및 제2 연결 기둥(22b)에는 발열 부재(204)를 고정시키기 위한 제1 체결 구멍(63)이 형성될 수 있다.

발열 부재(204)는 기판(39), 기판(39) 위에 형성되어 있는 전극(42, 43), 전극(42, 43) 위에 형성되어 있는 발열층(44), 발열층(44) 위에 형성되어 있는 절연층(45)을 포함한다.

기판(39)은 판상으로 제1 지지부(21), 연결부(23) 및 제2 지지부(22) 위에 위치한다.

기판(39)은 내열성이 우수한 물질, 예를 들어 내열성 플라스틱, 세라믹 등의 소재로 이루어질 수 있다.

기판(39)은 제1 체결 구멍(63)과 대응하는 제2 체결 구멍(64)을 가지며, 나사(도시하지 않음)를 통해서 지지부(21, 22)에 고정될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 기판(39)은 접착제를 통해서 기판(39)을 지지부(21, 22)에 부착하거나, 기판(39)과 지지부(21, 22)에 암, 수 구조를 형성하여 억지끼움 또는 걸림턱과 같은 방법으로 고정시킬 수도 있다.

전극(42, 43)은 제1 전극(42) 및 제2 전극(43)을 포함하며, 제1 전극(42) 및 제2 전극(43)은 각각 제1 지지 기둥(21a), 연결부(23) 및 제2 지지 기둥(22a)을 따라 연속하여 길게 형성될 수 있다. 전극(42, 43)은 전기 전도도가 높은 은, 구리, 알루미늄 등의 금속소재 및 금속소재 베이스의 페이스트 상태로 도포한 후 경화하여 형성할 수 있다.

제1 전극(42) 및 제2 전극(43)은 도선(5) 등을 이용하여 제1 단자(35) 및 제2 단자(37)와 각각 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 방법으로 전기적으로 연결될 수 있다.

발열층(44)은 탄소나노튜브(carbon nano tube, CNT) 또는 그래핀과 같은 나노 탄소 등이 포함될 수 있으며, 페이스트 상태로 도포한 후 경화하여 형성될 수 있다.

페이스트는 탄소나노튜브 또는 그래핀과 같은 나노 탄소를 포함하는 도전성 입자, 바인더 수지, 유기 용매 및 분산제를 포함할 수 있다.

탄소나노튜브 및 그래핀 이외의 도전성 입자는 그라파이트 나노입자, 은 또는 금과 같은 도전성 나노 입자일 수 있으며, 탄소나노튜브 또는 그래핀 의 표면에 부착되어 전기전도성을 향상시킬 수 있다.

바인더 수지는 도전성 입자들 사이의 접착을 유지하기 위한 것으로, 내열성을 가지는 물질로, 에폭시 아클릴레이트 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리 비닐 아세탈 및 페놀계 수지의 블렌딩 수지를 포함할 수 있다.

유기 용매는 도전성 입자와 바인더 수지의 균일한 혼합을 가능하게 하고, 페이스트의 점도를 조절하기 위한 것으로 페이스트의 경화시에 증발로 제거될 수 있다.

분산제는 바인더 수지 내에서의 도전성 입자이 분산을 용이하게 하기 위한 것으로, 도데실항산나트륨(SDS)과 같은 이온성 계면 활성제 또는 트리톤 엑스-100(triton x-100)과 같은 양쪽성 계면활성제 일 수 있다.

절연층(45)은 절연성 물질로 고분자 수지로 이루어지며, 내부 발열층을 보호할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 면상의 발열 부재(204)를 지지 부재(202)에 서로 마주하도록 설치함으로써, 발열 부재(204)가 서로 마주하는 공간에 열집중 현상이 발생하여, 발열 부재(204)가 마주하는 공간에 위치하는 열전달 매질의 온도를 더욱 빠르게 상승시킬 수 있다.

이상의 물 히터는 보일러의 용량에 따라서 복수로 연결될 수 있다.

도 12 내지 도 17은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 물 히터이다.

도 12 및 도 17에 도시한 물 히터는 도 1 내지 11에 도시한 물 히터를 복수로 포함하며, 물 히터들은 행렬을 이루어 배치될 수 있다. 이때, 유체의 흐름은 점선으로 도시하였다.

도 12 및 도 13은 도 1에 도시한 물 히터를 포함하며, 본체(100)의 일측에 주입구(7)와 배출구(9)가 위치하고, 주입구(7) 및 배출구(9)는 각각 상부 공간(S1, 도 1참조)과 연통된다.

도 12에서, 일방향으로 연속 배치되는 복수의 히터를 단위 그룹(G)이라 할 때, 단위 그룹(G)의 물 히터들은 주입구(7)와 배출구(9)가 동일선 상(행 방향)에서 교대로 배치되어 있다. 이때, 이웃하는 단위 그룹(G)에서 주입구(7)들이 동일선 상(열 방향)에 위치하고, 배출구(9)들이 동일선 상(열 방향)에 위치한다.

하나의 단위 그룹(G)에서, 이웃하는 히터의 주입구(7)와 배출구(9)는 연결관(80)을 통해서 연결되어 유로가 직렬 연결될 수 있다. 따라서, 단위 그룹(G)에서 유로의 양끝에 위치하는 히터를 각각 제1 히터(101)와 제2 히터(102)라 할 때, 제1 히터(101)의 주입구(7)로 유체를 주입하면 제2 히터(102)의 배출구(9)로 유체가 배출된다(화살표 참조).

도 12에서는 각각의 단위 그룹(G)에서 개별적으로 유체의 주입과 배출이 가능한 유로를 형성하는 것을 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.

도 13에서와 같이, 이웃하는 단위 그룹(G)의 제1 히터(101)들의 주입구(7)와 배출구(9)를 연결하고, 이웃하는 단위 그룹(G)의 제2 히터(102)들의 주입구(7)와 배출구(9)를 연결관(81)으로 연결할 수 있다.

도 13에서와 같이, 이웃하는 단위 그룹(G) 사이의 주입구(7)와 배출구(9)를 서로 연결하면, 유체는 단위 그룹들을 모두 통과한 후 배출될 수 있다. 즉, 복수의 단위 그룹에서 첫번째 행을 이루는 단위 그룹을 제1 단위 그룹(G1)이라 하고, 마지막 행을 이루는 단위 그룹을 제2 단위 그룹(G2)이라 할 때, 제1 단위 그룹(G1)의 주입구(7)로 주입된 유체는 제1 단위 그룹(G1)과 제2 단위 그룹(G2) 사이에 배치된 단위 그룹(G)들을 모두 통과한 후, 제2 단위 그룹(G2)의 배출구(9)로 배출된다(화살표 참조).

도 12의 실시예에서는 복수의 주입구를 통해서 유체가 주입되어 복수의 유로를 통해서 유체가 가열되는 것으로, 도 13의 실시예보다 더욱 신속하게 유체의 온도를 증가시킬 수 있다. 그리고 도 13의 실시예에서는 하나의 주입구(7)를 통해서 유체가 주입되는 반면 복수의 단위 그룹(G)을 모두 통과한 후 배출되어, 가열된 유체의 온도를 도 12의 실시예보다 오래 유지할 수 있다.

도 14 및 도 15는 각각 도 5 및 도 6에 도시한 히터를 포함하며, 주입구(7)가 상부 공간(S1)과 연통되고, 배출구(9)가 측면 공간(S2)과 연통된다.

도 14에서와 같이, 각 단위 그룹(G) 내에서 이웃하는 두 히터의 주입구(7)와 배출구(9)가 동일한 위치에 놓여지도록, 이웃하는 두 히터의 본체(100)는 상부와 하부(굵은 선으로 표시)가 역전되도록 배치될 수 있다.

이때, 하나의 단위 그룹(G)내에서 이웃하는 두 히터의 주입구(7)와 배출구(9)는 중앙 연결관(82)으로 연결되고, 이웃하는 두 단위 그룹(G)의 제1 히터(101)와 제2 히터(102)의 연결은 연결관(81)을 통해서 연결될 수 있다.

그리고, 도 15에서와 같이, 중앙 연결관(82)을 절곡시키면 본체(100)의 상부와 하부가 역전되지 않도록 복수의 단위 그룹(G)을 연결할 수 있다.

이처럼, 도 14 및 도 15에서와 같이 본체의 상부 및 하부에 주입구(7)와 배출구(9)가 위치하더라도, 연결관(81) 및 중앙 연결관(82)을 통해서 하나의 유로로 연결할 수 있다. 이때, 주입구(7)와 배출구(9)가 히터의 상부 및 하부에 위치하여 유체가 히터의 상부로부터 하부로 이동하면서 배출되므로 내부 격벽은 생략될 수 있다.

한편, 도 12에서와 같이 복수의 주입구(7) 또는 복수의 배출구(9)를 포함하는 경우, 각각의 주입구(7)에 유체를 주입하는 것이 용이하지 않을 수 있다. 따라서, 도 16 및 도 17에서와 같이 복수의 주입구(7) 또는 복수의 배출구(9)를 외부 연결관(83)으로 연결하여 유체의 주입과 배출을 용이하게 할 수 있다.

도 16 에서와 같이 주입구(7)는 본체(100)의 상부에 위치하고, 배출구(9)는 본체(100)의 하부에 위치하는 경우, 주입구(7)와 배출구(9)를 연결하기 위해서 교대로 본체(100)의 상부와 하부가 역전되도록 배치하고, 중앙 연결관(82)을 통해서 주입구(7)와 배출구(9)를 연결할 수 있다.

물론, 도 17에서와 같이 중앙 연결관(82)을 절곡시키면, 본체의 상부 및 하부를 역전시키지 않으면서도, 본체(100)의 상부에 위치하는 주입구(7)와 하부에 위치하는 배출구(9)를 연결할 수도 있다. 이처럼, 본 발명에서는 본체와 연결되는 주입구와 배출구의 위치를 다양하게 함으로써 보일러 용량에 따라서 복수의 히터를 용이하게 연결할 수 있다.

도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물 히터의 개략적인 분해 사시도이고, 도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 물 히터의 개략적인 평면도이다.

도 18 및 도 19를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 물 히터는 히터부(400), 히터부(400)를 감싸는 단열 부재(500)를 포함한다.

히터부(501)는 도 1 내지 도 17에 도시한 물 히터를 적어도 하나 이상 포함할 수 있으며, 도 18의 히터부(400)는 도 13에서와 같이 연결관(80, 81)을 통해서 주입구(7) 및 배출구(9)가 연결되어 있다.

단열 부재(500)는 중앙부(51), 중앙부(51)의 상부 및 하부에 각각 결합되어 있는 상부 커버(52) 및 하부 커버(53)를 포함한다. 상부 커버(52) 및 하부 커버(53)는 중앙부(51)에 걸림턱 또는 힌지(도시하지 않음) 등으로 착탈 가능하게 결합될 수 있다.

중앙부(51)는 히터부(501)의 물 히터가 각각 삽입되는 삽입 구멍(54)을 가지며, 삽입 구멍(54)은 중앙부(51)를 관통하여 형성될 수 있다. 상부 커버(52)는 물 히터(1000)의 연결관(80, 81)으로 연결된 주입구(7) 및 배출구(9)를 덮어 보호하고, 하부 커버(53)는 중앙부(51)의 하부에 위치하며 물 히터(1000)의 전원 연결 단자 및 온도 센서와 같이 전기적 제어부(도시하지 않음)를 덮어 보호한다.

필요에 따라서 히터부(400)의 물 히터(1000)는 다양하게 배치될 수 있으며, 히터부(400)의 형태에 따라서 단열 부재(500)는 도 18에서와 같이 직육면체로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 도 19에서와 같이 단열 부재(500)가 원통형으로 형성될 수 있다. 물론, 단열 부재(500)는 육각기둥(도시하지 않음)과 같이 다양한 다각 기둥 형태로 형성될 수 있다.

이처럼, 단열 부재(500)를 형성하면, 히터부(400)에 포함된 복수의 물 히터(1000)의 배열이 틀어지지 않고 고정될 수 있도록 하며, 히터부(400)에서 발생하는 열에너지가 외부로 손실되는 것을 방지할 수 있다.

단열 부재(500)는 폴리 우레탄과 같은 단열 폴리머로 이루어질 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

5: 도선 6: 체결 부재
7: 주입구 9: 배출구
11: 외부 본체 13: 내부 본체
15: 플랜지 21: 제1 지지부
22: 제2 지지부 23: 연결부
31: 홈 33: 오링
35: 제1 단자 37: 제2 단자
39: 기판 42: 제1 전극
43: 제2 전극 44: 발열층
45: 절연층 40, 41: 격벽
80, 81: 연결관 82: 중앙 연결관
83: 외부 연결관 100: 본체
200: 발열체 202: 지지 부재
204: 발열 부재 300: 지지판
400: 히터부 500: 단열 부재

Claims

일측 단부에 연결된 플랜지(15)를 가지며, 상기 일측이 개방된 본체(100),
상기 본체(100) 내에 설치되어 있는 발열체(200),
상기 본체(100)의 일측에 결합되어 상기 본체(100)의 내부 공간(S3)을 밀봉하는 지지판(300)을 포함하고,
상기 본체(100)는 서로 중첩하여 상부 공간(S1) 및 측면 공간(S2)을 형성하는 외부 본체(11)와 내부 본체(13)를 포함하고, 상기 측면 공간(S2)은 상기 플랜지(15)에 의해서 밀봉되는 물 히터.
제 1 항에 있어서,
상기 외부 본체(11)에 형성되며, 상기 외부 본체(11)의 상기 상부 공간(S1) 또는 측면 공간(S2)과 연통하는 주입구(7) 및 배출구(9)를 더 포함하는 물 히터.
제 2 항에 있어서,
상기 상부 공간(S1)은 상기 내부 본체(13)의 타측과 상기 외부 본체(11)의 타측 사이에 위치하고,
상기 측면 공간(S2)은 상기 내부 본체(13)의 외주면과 상기 외부 본체(11)의 내주면 사이에 위치하며,
상기 상부 공간(S1)에 형성되며 상기 상부 공간(S1)을 분할하는 격벽(40)
을 더 포함하는 물 히터.
제 3 항에 있어서,
상기 격벽(41)은 상기 측면 공간(S2)으로 연장 형성되어 있는 물 히터.
제 3 항에 있어서,
상기 주입구(7)와 배출구(9)는 상기 외부 본체(11)의 타측에 위치하고,
상기 주입구(7)와 배출구(9)는 상기 격벽(40)으로 분할된 상기 상부 공간(S1)에 각각 연통되는 물 히터.
제 3 항에 있어서,
상기 주입구(7)는 상기 외부 본체(11)의 상단 또는 상부 외측에 위치하여 상기 상부 공간(S1)과 연통되고,
상기 배출구(9)는 상기 외부 본체(11)의 하부에 위치하여 상기 측면 공간(S2)과 연통되는 물 히터.
제 6 항에 있어서,
상기 주입구(7)와 배출구(9)는 상기 격벽(40)을 중심으로 반대편에 위치하는 물 히터.
제 1 항에 있어서,
상기 지지판(300)은 체결 부재(6)를 통해서 상기 플랜지(15)에 고정되어 있는 물 히터.
제 8 항에 있어서,
상기 지지판(300)에는 상기 플랜지(15)와 중첩하는 적어도 하나 이상의 홈(31)이 형성되어 있고,
상기 홈(31)에 삽입되어 있는 오링(33)을 더 포함하는 물 히터.
제 1 항에 있어서,
상기 발열체(200)는 상기 지지판(300)에 고정 설치되는 지지 부재(202),
상기 지지 부재(202)에 지지되는 면상의 발열 부재(204)
를 더 포함하는 물 히터.
제 10 항에 있어서,
상기 발열 부재(204)는 상기 지지 부재(202)에 고정되는 기판(39),
상기 기판(39) 위에 형성되어 있는 제1 전극(42) 및 제2 전극(43),
상기 제1 전극(42) 및 제2 전극(43) 위에 형성되어 있는 발열층(44),
상기 발열층(44) 위에 형성되어 있는 절연층(45)
을 포함하고,
상기 제1 전극(42)과 상기 제2 전극(43)은 상기 지지판(300)에 형성되어 있는 제1 단자(35)와 제2 단자(37)에 각각 전기적으로 연결되어 있는 물 히터.
제 11 항에 있어서,
상기 발열층(44)은 탄소나노튜브 및 그래핀 중 적어도 하나를 포함하는 전도성 물질로 이루어지는 물 히터.
제 10 항에 있어서,
상기 지지 부재(202)는
상기 지지판(300)에 일단이 삽입 되는 한 쌍의 제1 지지 기둥(21a)과 상기 제1 지지 기둥(21a) 사이를 연결하는 제1 연결 기둥(21b)를 가지는 제1 지지부(21),
상기 지지판(300) 일단이 삽입되는 한 쌍의 제2 지지 기둥(22a)와 상기 제2 지지 기둥(22a) 사이를 연결하는 제2 연결 기둥(22b)를 가지는 제2 지지부(22),
상기 제1 지지 기둥(21a)의 타단과 상기 제2 지지 기둥(22a)의 타단을 각각 연결하는 한 쌍의 연결부(23)
을 포함하는 물 히터.
제 1 항에 있어서,
상기 내부 공간(S3)에는 열전달 매질이 채워져 있는 물 히터.
제 2 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항의 물 히터를 적어도 하나 이상 포함하는 히터부(400),
상기 히터부(400)를 감싸는 단열 부재(500)
를 포함하고,
상기 단열 부재(500)는 상기 물 히터(1000)가 삽입되는 삽입 구멍(54)을 가지는 중앙부(51),
상기 중앙부(51)의 상부에 결합되어 상기 주입구(7) 및 배출구(9)를 덮어 보호하는 상부 커버(52),
상기 중앙부(51)의 하부에 결합되어 상기 히터부(400)를 전기적으로 제어하는 제어부를 덮어 보호하는 하부 커버(53)
를 포함하는 물 히터.