KR20220120233A - 실내온도 감응형 온풍기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실내온도를 감지 설정 온도에 근접할수록 발열량을 감소시켜 소비전력을 절감하게하는 비례제어방식 작동되어 소비 전력을 감소시키며, 온수를 가열하는 가열 탱크 내에 함유된 공기의 함량을 감소시켜서 가열 효율을 향상시킬 수 있는 실내온도 감응형 열풍기에 관한 것으로,
본 발명의 실시예에 따른 실내온도 감응형 온풍기는,
하부에 유입구가 형성되고 상부에 유출구가 형성되며, 내부에 온수가 유동하는 유동 유로가 형성된 라디에이터; 상기 유출구에서 회수된 온수를 가열하는 가열 탱크; 상기 가열 탱크로 보충수를 공급하는 보충수 탱크; 상기 가열 탱크에서 가열된 온수에 포함된 공기를 물과 분리하는 기액 분리기; 상기 기액 분리기와 연결 형성되며, 상기 기액 분리기에 의해 분리된 온수를 상기 유입구로 공급하는 공급 유로; 및, 상기 기액 분리기와 연결 형성되며, 상기 기액 분리기에서 분리된 공기를 상기 보충수 탱크로 공급하는 공기 유로;를 포함한다.

Description

실내온도 감응형 온풍기 {Indoor temperature sensitive type hot air fan}

본 발명은 실내온도 감응형 온풍기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 실내온도에 따라 작동되어 소비 전력을 감소시키며, 온수를 가열하는 가열 탱크 내에 함유된 공기의 함량을 감소시켜서 가열 효율을 향상시킬 수 있는 실내온도 감응형 열풍기에 관한 것이다.

일반적으로 온풍기는 난방을 사용하기 위한 것으로서, 특히 겨울철에는 없어서는 안 될 필수장치로서 본체의 구조, 노의 위치, 사용되는 연료의 종류에 따라 여러 가지 형태로 구분되는데, 이 중에서 사용되는 연료에 따라 석유나 난방유를 연료로 하는 기름 온풍기, LNG 가스를 연료로 하는 LNG 가스 보일러, 목재를 연료로 하는 목재 온풍기 등으로 나눌 수 있으며 이외에도 전기를 열원으로 하는 전기 온풍기 등이 가정용 및 시설용으로 다양하게 사용되고 있다.

본 발명은 전기를 열원으로 하는 전기 온풍기에 관한 것으로, 실내온도에 따라 작동되어 소비 전력을 감소시키며, 온수를 가열하는 가열 탱크 내에 함유된 공기의 함량을 감소시켜서 가열 효율을 향상시킬 수 있는 실내온도 감응형 온풍기에 관한 것이다.

한국등록특허 2181397호

본 발명은 실내온도를 감지 설정 온도에 근접할수록 발열량을 감소시켜 소비전력을 절감하게하는 비례제어방식 작동되어 소비 전력을 감소시키며, 온수를 가열하는 가열 탱크 내에 함유된 공기의 함량을 감소시켜서 가열 효율을 향상시킬 수 있는 실내온도 감응형 온풍기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 실내온도 감응형 온풍기는,

하부에 유입구가 형성되고 상부에 유출구가 형성되며, 내부에 온수가 유동하는 유동 유로가 형성된 라디에이터; 상기 유출구에서 회수된 온수를 가열하는 가열 탱크; 상기 가열 탱크로 보충수를 공급하는 보충수 탱크; 상기 가열 탱크에서 가열된 온수에 포함된 공기를 물과 분리하는 기액 분리기; 상기 기액 분리기와 연결 형성되며, 상기 기액 분리기에서 분리된 온수를 상기 유입구로 공급하는 공급 유로; 및, 상기 기액 분리기와 연결 형성되며, 상기 기액 분리기에 의해 분리된 공기를 상기 보충수 탱크로 공급하는 공기 유로를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 실내온도 감응형 온풍기에 있어서, 상기 보충수 탱크와 상기 가열 탱크는 보충수 유로로 연결되고, 상기 유출구에서 회수된 온수가 유동하는 회수 유로는 상기 보충수 유로와 합류하며, 상기 보충수 유로에는 순환 펌프가 형성되어, 상기 순환 펌프에 의해 상기 기액 분리기에서 공기가 분리되어 상기 보충수 탱크로 유동하도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 실내온도 감응형 온풍기에 있어서, 상기 기액 분리기는, 상기 가열 탱크와 연결되는 제1 유로와, 상기 공기 유로를 통해 상기 보충수 탱크와 연결되는 제2 유로와, 상기 공급 유로를 통해 상기 유입구와 연결되는 제3 유로를 구비하는 3개의 유로를 갖는 3방 밸브 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 실내온도 감응형 온풍기에 있어서, 상기 라디에이터로 유입되는 온수의 온도를 측정하는 제1 온도 센서와, 상기 유출구에서 회수된 온수의 온도를 측정하는 제2 온도 센서와, 상기 가열 탱크로 공급되는 보충수의 온도를 측정하는 제3 온도 센서를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 실내온도 감응형 온풍기에 있어서, 상기 가열 탱크는 전극봉을 이용하여 상기 온수를 가열하는 전극 보일러형이며, 상기 전극봉은, 전해수와 접촉되는 외주면에 흐르는 전기에 의해 전해수의 이온화를 촉진시키는 전극봉 본체와, 상기 전극봉 본체에 전기적으로 연결되어 전기가 흐를 수 있는 표면적을 확장시키는 표면적 확장수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 실내온도 감응형 온풍기에 있어서, 상기 전극봉에 전력을 공급하는 전력공급기와, 상기 제1 온도 센서 내지 제3 온도 센서 중 적어도 어느 하나의 온도 센서의 측정 결과에 따라, 각기 다른 전력이 상기 전극봉에 공급되도록 상기 전력공급기를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 실내온도 감응형 온풍기에 있어서, 상기 제어부는, 전해수의 온도가 설정온도에 이르기까지는 상기 가열 탱크의 정격용량에 해당하는 전력이 상기 전극봉으로 공급되도록 상기 전력공급기를 제어하고, 설정온도(ST)부터 목표온도(TT)까지는 상기 정격용량에 해당하는 전력 보다 점진적으로 작은 전력이 공급되도록 상기 전력공급기를 제어하고, 상기 목표온도에 도달하면 일시적으로 상기 전력공급기를 차단할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 실내온도 감응형 온풍기에 있어서, 일시적인 전력공급 차단 이후에, 전해수의 온도가 상기 목표온도(TT) 미만이 되면 상기 제어부의 제어에 따라 상기 전극봉으로 다시 전력을 공급할 수 있도록 하기 위한 무접점 릴레이를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 실내온도 감응형 온풍기에 있어서, 상기 표면적 확장수단은, 전해수에 접촉되는 표면적을 추가로 확장시키는 복수의 표면적 확장용 홈을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 실내온도 감응형 온풍기에 있어서, 상기 표면적 확장수단과 상기 전극봉 본체가 전기적으로 연결되는 부분에형성된 보호캡을 포함하고, 상기 보호캡은 절연 성질과 열 수축성 성질을 갖는 소재인 것이 바람직하다.

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

본 발명의 실시 형태에 따르면, 실내온도에 따라 작동되어 소비 전력을 감소시키며, 온수를 가열하는 가열 탱크 내에 함유된 공기의 함량을 감소시켜서 가열 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내온도 감응형 온풍기를 보여주는 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내온도 감응형 온풍기의 주요 구성을 추출하여 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 정면도이다.
도 4는 도 3의 일부가 도시된 도면으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 실내온도 감응형 온풍기의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내온도 감응형 온풍기의 제어부와 가열 탱크가 도시된 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내온도 감응형 온풍기의 제어부의 공급전력 제어 곡선이 도시된 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내온도 감응형 온풍기의 가열 탱크에 사용되는 표면적 확장형 전극봉의 사시도이다.
도 8은 도 7의 분해도이다.
도 9는 표면적 확장형 전극봉에 보호캡이 결합된 예시도이다.
도 10은 표면적 확장형 전극봉이 가열 탱크에 설치된 상태도이다.
도 11은 표면적 확장형 전극봉에 표면적 확장용 홈이 형성된 상태도이다.
도 12는 표면적 확장형 전극봉의 사이즈 예시도이다.

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 실내온도 감응형 온풍기를 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내온도 감응형 온풍기를 보여주는 사진이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내온도 감응형 온풍기의 주요 구성을 추출하여 도시한 사시도이며, 도 3은 도 2의 정면도이고, 도 4는 도 3의 일부가 도시된 도면으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 실내온도 감응형 온풍기의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실내온도 감응형 열풍기는, 라디에이터(R), 가열 탱크(T1), 보충수 탱크(T2), 기액 분리기(A), 복수의 온도 센서(S1 ~ S3), 복수개의 유로들(L1 ~ L5), 및 제어부(300, 도 5 참조)를 포함한다. 도 3에서 설명의 편의를 위해 가열 탱크(T1)를 라디에이터(R) 하부에 도시한다.

라디에이터(R)는 유입구(R1)와 유출구(R2)와 유동 유로(L5)를 포함한다. 유입구(R1)에는 가열 탱크(T1)에서 가열된 온수가 유입된다. 온수는 라디에이터(R) 내부의 유동 유로(L5)를 유동하면서 열풍기 내부의 공간에 열을 공급한 후, 유출구(R2)를 통해 배출된다. 배출된 온수는 회수 유로(L3) 및 회수 유로(L3)가 합류되는 보충수 유로(L4)를 통해 가열 탱크(T1)의 하부로 회수된다.

열풍기 내부의 공간에 공급된 열은 열풍기 전면에 형성된 팬(fan)을 통해 실내 공간으로 공급된다. 이때, 유입구(R1)는 라디에이터(R)의 하부에 형성되고, 유출구(R2)는 라디에이터(R)의 상부에 형성된다. 온수와 보충수는 순환 펌프(P)에 의해 생성된 유동력의 영향으로, 유동 유로(L5)의 하부에서 상부로 역류하는 방식으로 유동한다.

가열 탱크(T1)는 라디에이터(R)의 유출구(R2)에서 회수된 온수 및 보충수를 가열한다. 정확하게는, 회수된 온수는 외부로 열을 공급하여 냉각된 상태이나, 설명의 편의상 온수로 지칭한다.

가열 탱크(T1)는 전극봉을 이용하여 온수를 가열하는 전극 보일러형일 수 있으며, 가열 탱크(T1)는 표면적 확장형 전극봉(400, 도 7 참조)을 포함할 수 있다. 이에 대한 설명은 도 7 내지 도 12를 참조하여 후술한다.

보충수 탱크(T2)는 가열 탱크(T1)로 보충수를 공급한다. 보충수 탱크(T2)에 저장된 보충수는 보충수 유로(L4)를 통해 유동하여, 가열 탱크(T1)의 하부로 공급된다. 보충수 탱크(T2)에서 가열 탱크(T1)로 공급되는 보충수는, 공기가 제거된 물로서, 가열 탱크(T1) 내부에서 공기에 의한 가열 효율이 떨어지는 것을 방지한다.

즉, 가열 탱크(T1)에서 전극봉 가열시, 전해수에 공기가 함유되면 공기에 의해 전력 전달이 차단되어 가열 효율이 떨어질 수 있는데, 본 발명의 실시예에서는 공기가 제거된 보충수를 가열 탱크(T1)로 공급함으로써 전해수에서의 공기 함량을 감소시켜서 공기에 의한 가열 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있게 된다. (도 4 참조) 여기서, "공기가 제거됨"이라 함은, "공기 함량이 감소됨"을 의미할 수 있다.

한편, 보충수 탱크(T2)로 유입된 공기는 보충수 탱크(T2)의 수면 위 내부 공간에 머물거나, 또는 보충수 탱크(T2)의 본체와 덮개 사이의 틈을 통해 외부로 배출될 수 있다.

기액 분리기(A)는 가열 탱크(T1)에서 가열된 온수에 포함된 공기를 물과 분리한다. 전극 보일러 형태의 가열 탱크(T1)에서 전극봉으로 전해수를 가열할 때, 가열의 결과물로 미세 공기가 발생하게 된다. 이러한 미세 공기가 포함된 온수가 라디에이터(R)를 유동한 후, 다시 가열 탱크(T1)로 회수되면, 전해수에서의 공기 함량이 증가되고, 공기는 가열 효율을 저감시키게 되어 결과적으로 가열 탱크(T1)에서의 가열 효율이 나빠지게 된다. 나아가, 온수가 반복 순환됨에 따라 미세 공기의 농도는 누적되어 증가하게 되므로, 가열 탱크(T1)에서의 가열 효율은 더욱 더 나빠지게 된다.

기액 분리기(A)는 3개의 유로를 갖는 3방 밸브 형태로 형성되며, 그 중 하나의 유로는 가열 탱크(T1)와 연결되고, 또 그 중 하나의 유로는 공기 유로(L1)를 통해 보충수 탱크(T2)와 연결된다. 나머지 유로는 공급 유로(L2)를 통해 라디에이터의 유입구(R1)와 연결된다.

기액 분리기(A)와 연결된 공기 유로(L1)는 보충수 탱크(T2)를 통해 보충수 유로(L4)와 연결되는데, 순환 펌프(P)의 작동에 의해 온수에 비해 상대적으로 질량이 가벼운 공기는 공기 유로(L1)를 통해 보충수 탱크(T2)로 유동할 수 있다. 이때, 공기와 함께 일부의 온수도 보충수 탱크(T2)로 유동할 수 있다. 한편, 질량이 큰 온수는 공급 유로(L2)를 따라 흘러서 라디에이터(R)로 공급된다.

복수개의 유로들(L1 ~ L5)은 단열처리되지 않도록 한다. 복수개의 유로들(L1 ~ L5)이 단열처리하지 않음으로써, 복수개의 유로들(L1 ~ L5)에서 발생하는 열이 열풍기 내부의 공간으로 발산될 수 있도록 하고, 온풍기 내부의 공간에 발산된 열은 온풍기 전면에 형성된 팬(fan)을 통해 실내 공간으로 공급되도록 한다. 즉, 복수개의 유로들(L1 ~ L5)에서의 손실열을 100% 활용하여 에너지 효율을 높일 수 있도록 한다.

도 4를 참조하여, 온수의 흐름에 대해 설명한다. 가열 탱크(T1)에서 가열된 온수는 순환 펌프(P)의 작동으로 기액 분리기(A)로 유입된다. 이때, 온수는 가열 탱크(T1)에서의 가열 결과물인 공기를 함유한다.

기액 분리기(A)에서 온수는 공급 유로(L2)를 따라 흘러서 라디에이터(R)로 공급(부호 F1 참조)되고, 공기는 공기 유로(L1)를 통해 보충수 탱크(T2)로 유동(부호 F2 참조)한다. 보충수 탱크(T2)에 저장된 보충수는 보충수 유로(L4)를 통해 유동하면서 라디에이터(R)에서 회수되는 온수와 합류하여, 가열 탱크(T1)의 하부로 공급된다.(부호 F3 참조) 이때, 보충수는 공기가 제거된 물이므로, 보충수 및 보충수와 합류한 온수의 공기 함량은 감소된다.

공기 함량이 감소된 보충수 및 온수가 가열 탱크(T1)에서 가열되므로, 전체적인 가열 효율을 향상시킬 수 있다.

복수의 온도 센서(S1 ~ S3)는 제1 온도 센서(S1), 제2 온도 센서(S2), 제3 온도 센서(S3)를 포함한다. 제1 온도 센서(S1)는 기액 분리기(A) 또는 공급 유로(L2)에 설치되어 라디에이터(R)로 유입되는 온수의 온도를 측정한다. 제2 온도 센서(S2)는 회수 유로(L3)에 설치되어 가열 탱크(T1)로 회수되는 온수의 온도를 측정한다. 제3 온도 센서(S3)는 보충수 유로(L4)에 설치되어 가열 탱크(T1)로 공급되는 보충수의 온도를 측정한다. 경우에 따라 난방 대상인 실내의 온도를 측정하는 실내 온도 센서를 더 포함할 수 있다.

복수의 온도 센서(S1 ~ S3)의 측정 결과에 따라, 제어부(300)는 팬의 동작, 전력 공급기(200, 도 5 참조)의 동작을 제어하여 실내온도에 감응하여 열풍기가 동작될 수 있도록 한다.

제어부(300)는 제2 온도 센서(S2)에서 측정된 회수되는 온수의 온도값을 이용하여, 팬의 동작을 제어한다. 제어부(300)는 회수되는 온수의 온도값이 기준값 보다 작으면, 팬이 정지하도록 하고, 회수되는 온수의 온도값이 기준값 이상이 되면 팬이 동작하도록 제어하여, 환수 온도가 일정 수준 이상일 때만 가동시켜서 온풍만을 공급할 수 있도록 한다.

다음, 도 5 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 실내온도 감응형 온풍기의 가열 탱크(T1)의 세부 구성 및 제어부(300)의 제어 과정에 대해 설명한다. 설명의 편의상, 도 5에서 가열 탱크(T1)를 수직 방향으로 세워서 설명한다.

제어부(300)는 가열 탱크(T1)의 가열 효율을 높이기 위해, 가열 초기부터 전극봉에 정격용량을 공급하도록 제어하여 가열 탱크(T1) 내부에 저장되는 전해수의 가열을 신속하게 진행하여 온도상승시간을 단축하고, 전해수의 과열과 이로 인한 전력낭비를 방지하기 위해, 과도한 전력공급으로 인해 전선이 과열되는 현상과 이로 인한 전력낭비를 방지하기 위해, 전해수의 온도가 설정온도에 도달하면 목표온도에 도달할 때까지는 전력공급을 점차 줄이고 목표온도에 도달하면 전력공급을 차단한 후 일정시간 경과하여 전해수의 온도가 저하되면 전원을 재공급하도록 제어한다.

제어부(300)는 온도 센서부(100)가 전송한 온도측정값에 따라, 각기 다른 전력이 전극봉(400)으로 공급되도록 전력공급기(200)를 제어한다. 온도 센서부(100)는 전술한 온도 센서(S1 ~ S3)이며, 경우에 따라 난방 대상인 실내의 온도를 측정하는 실내 온도 센서를 더 포함할 수 있다.

제어부(300)는, 도 6과 같이, 가열 탱크(T1) 내부에 저장된 전해수의 온도가 설정온도(ST : Set Temperature)에 이르기까지는 가열 탱크(T1)의 정격용량에 해당하는 전력이 전극봉(400)으로 공급되도록 전력공급기(200)를 제어한다.

예를 들어, 가열 탱크(T1)의 정격용량이 30kW라면 제어부(300)는 처음부터 가열 탱크(T1)의 정격용량에 해당하는 전력인 30kW를 전해수의 온도가 설정온도(ST : Set Temperature)에 이르기까지 공급한다.

다음에, 제어부(300)는 전해수의 온도가 설정온도(ST)부터 목표온도(TT)까지는 가열 탱크(T1) 내부에 저장된 전해수의 온도 구간별로 하기의 수학식1에 의한 공급전력이 전극봉(400)으로 공급되도록 전력공급기(200)를 제어한다.

(수학식1)

(설정온도+n-1)℃ ~ (설정온도+n)℃ 구간에서의 공급전력=(가열 탱크(T1) 정격용량에 해당하는 전력)Х0.1Х(N-n)

여기서, N : 10, n : 1 ~ 9 인 자연수

예를 들어, 가열 탱크(T1) 정격용량이 30kW, 설정온도가 70℃ 목표온도가 80℃인 경우, n이 1인 경우인 70~71℃구간에서는 수학식1에 의한 공급전력인 27kW(30kWХ0.1Х9(N(10)-n(1))를 공급한다.

n이 2인 경우인 71~72℃구간에서는 수학식1에 의한 공급전력인 24kW(30kWХ0.1Х8(N(10)-n(2))를 공급한다.

상기와 같이 온도 구간별로 전력을 공급(도 6에 도시된 온도 구간별 전력 공급)하다가, 가열 탱크(T1) 내부에 저장된 전해수의 온도가 목표온도(TT, 예: 80℃에 도달하면 제어부(300)는 전극봉(400)으로의 전력공급이 차단되도록 전력공급기(200)를 제어한다.

즉, 제어부(300)는 가열 초기부터 전해수의 온도가 설정온도(ST)에 도달하기 전까지 가열 탱크(T1)의 정격용량 100%에 해당하는 전력이 전극봉(400)으로 공급되도록 전력공급기(200)를 제어하여 단시간에 전해수의 온도를 설정온도(ST)까지 상승시키고, 설정온도(ST)에 도달한 후 목표온도(TT)까지는 가열 탱크(T1)의 정격용량 90% , 80% , 70% 순으로 감소시켜 전력을 공급되도록 하여 목표온도(TT)에 도달하게 제어한 후, 목표온도(TT)에 도달하면 공급 전력을 일시적으로 차단하여 가열 탱크(T1)가 과열되는 것을 방지한다.

수학식1의 설정온도(ST)와 목표온도(TT)의 차인 N값(본 발명에서는 10)은 가열 탱크(T1)에 대한 정확하고 안전한 온도제어를 위해 진입되는 온도범위를 나타내는 값으로, N값이 작으면 더딘 온도제어가 되고, 크면 급격하고 불안정한 온도제어가 되기 때문에 본 발명에서는 N값이 10인 것이 바람직하다.

한편, 가열 탱크(T1)에 저장되는 전해수는 전력공급이 차단된 후 일정시간 경과하면 온도가 저하되기 때문에, 다시 목표온도(TT)까지 재가열할 필요가 있다. 이때, 온도 저하가 심하면 재가열을 위해 공급해야할 전력량이 커지고, 온도가 크게 낮아진 전해수는 온수로 수시로 사용할 수 없게 된다.

따라서 적정한 온도 저하 범위를 설정해야하는데 본 발명에서는 온도 저하 범위를 (목표온도-3)℃로 설정하는 것을 특징으로 한다. 온도 저하 범위를 (목표온도(TT)-3)℃로 설정하는 이유는 재가열을 위해 공급해야할 공급전력량이 작도록 함과 동시에 온수로 사용할 전해수의 온도를 고려한 것이다.

즉, 제어부(300)는 전극봉(400)으로의 전력공급을 차단한 이후 가열 탱크(T1) 내부에 저장된 전해수의 온도가 (목표온도(TT)-3)℃가 되면, 온도 구간별로 하기의 수학식2에 의한 공급전력이 전극봉(400)으로 다시 공급되도록 전력공급기(200)를 제어한다.

(수학식2)

(목표온도-(4-k))℃ ~ (목표온도-(3-k))℃구간에서의 공급전력=(가열 탱크(T1) 정격용량에 해당하는 전력)Х0.1Х(4-k)

여기서, k : 1 ~3 인 자연수

도 6의 하단 확대도와 수학식2를 참조하여 전력 차단 이후의 전력 재공급에 대해 목표온도(TT) 80℃를 예를 들어 상세하게 설명한다.

k값이 1인 온도 구간인 77~78℃구간에서는, 수학식2에 의한 공급전력인 9kW(30kWХ0.1Х3(4-k(1))를 공급한다.

k값이 2인 온도 구간인 78~79℃구간에서는, 수학식2에 의한 공급전력인 6kW(30kWХ0.1Х2(4-k(2))를 공급한다.

k값이 3인 온도 구간인 79~80℃구간에서는, 수학식2에 의한 공급전력인 3kW(30kWХ0.1Х1(4-k(3))를 공급한다.

상기와 같은 과정을 통해 재공급된 전력에 의해 전해수의 온도가 목표온도(TT)인 80℃가 되면 제어부(300)는 전극봉(400)으로의 전력공급이 차단되도록 전력공급기(200)를 제어한다.

결국, 상술한 과정을 통해 가열 탱크(T1) 내부에 저장된 전해수는 목표온도와 (목표온도-3)온도 사이에서 가열과 냉각이 반복하게 된다.

이때, 전력공급기(200)는 제어부(300)의 제어에 따라 '전력공급 --> 전력공급중단 --> 전력재공급 --> 전력공급중단' 순으로 간헐적인 전력 공급을 단속하며, 전력 공급의 간헐적 단속을 위해 전력공급기(200)는 상술한 바와 같이 무접점 릴레이(SSR)를 사용하게 된다.

도 7을 참조하면, 전극봉(400)은 전해수를 이온화시키기 위해 가열 탱크(T1) 내부에 설치되는 표면적 확장형 전극봉이기 때문에, 전해수와 접촉되는 표면적이 커져 전해수 가열 효율을 향상시킬 수 있다.

전극봉(400)은 전해수가 담긴 가열 탱크(T1) 내부에 설치되고, 전해수와 접촉되는 외주면에 흐르는 전기에 의해 전해수의 이온화를 촉진 시키는 원통 형상의 전극봉 본체(410)와; 전극봉 본체(410)에 전기적으로 연결되어 전기가 흐를 수 있는 표면적을 확장 시키는 표면적 확장수단(420);을 기본적으로 포함하여 구성된다. 또한, 보호캡(300)을 더 포함할 수 있다.

한편, 가열 탱크(T1)의 단점은 가열 탱크(T1)에 저장된 전해수에 침수되는 전극봉(400)의 표면에 산화작용이 발생하여 슬러지(산화되어 전극봉으로부터 떨어진 금속 덩어리)가 발생한다는 점이다.

전해수는 순수한 물이 아닌 전해질(예:소금)이 섞인 물로서 이온화 과정에서 전해질 성분이 전극봉 표면에 흡착되어 전극봉 표면을 산화시키게 되는데. 전극봉 산화의 결과로 슬러지가 발생하게 되고, 이러한 슬러지가 가열 탱크(T1) 내부에 쌓이게 되면 전해수의 이온화를 저해하고 이로 인해 전해수 가열 효율이 떨어져 만족할만한 가열 탱크(T1) 효과를 기대할 수 없게 될 뿐만 아니라 산화된 전극봉 역시 제대로 기능을 발휘할 수 없어 교체해야 하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 저농도의 전해수를 사용하여 전극봉 산화를 저감시켜 슬러지 발생을 줄이는 방법이 시도 되었으나 이러한 방법은 슬러지 발생을 저감 시킬 수 있는 반면, 저농도의 전해질로 인해 이온화가 충분히 이루어지지 않아 전해수의 가열 효율이 떨어져 만족할 만한 가열 탱크(T1) 효과를 기대할 수 없었다.

따라서 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 슬러지 발생을 최소화시키기 위해 저농도의 전해수를 사용하면서도 전해수 가열 효율이 저하되는 것을 방지하기 위해 연구한 결과 저농도의 전해수 조건에서 전극봉 표면적(전기가 흐를 수 있는 면적)을 증가시키면 슬러지 발생도 저감되고(저농도 전해수이므로) 전해수 가열 효율도 향상(이온화 되는 전해질과 접촉할 수 있는 전극봉 표면적을 증가시켜 저농도의 정해진 전해질 농도에서도 이온화가 충분히 일어나기 때문)됨을 확인하였다.

전극봉의 표면적을 확장시킨다는 것은 원통형의 전극봉 직경을 증가시킴을 의미한다. 그러나 가열 탱크(T1) 내부에 설치되는 전극봉은 적어도 2개 이상이 설치되는 것으로 전극봉의 표면적 확장을 위해 전극봉의 사이즈를 무작정 증가 시킬 수 없다.

만약, 전극봉의 사이즈를 크게 증가시키면 가열 탱크(T1) 내부에 설치되는 사이즈가 증가된 다른 전극봉과의 거리가 가까워져 전해수의 이온화 효율이 떨어지는 문제와 전극봉 산화 정도가 심해지는 문제와 일정한 사이즈를 갖는 수조 내부에 사이즈가 증가된 다수의 원통형 전극봉 설치에 구조적 문제가 발생하기 때문이다. 따라서 전극봉의 사이즈(직경)는 16mm ~ 21mm 인 것이 바람직하다.

즉, 전극봉의 사이즈(직경)를 16mm ~ 21mm의 값으로 제한하되 이러한 상태에서 전극봉의 표면적을 최대화 시키는 것이 필요하며, 이러한 제한 조건을 충족시킴과 동시에 전극봉 표면적 확장을 위한 전극봉 사이즈 증가의 한계성을 극복하기 위해 본 발명은 표면적 확장수단(420)을 이용해 전극봉의 표면적(구체적으로는 전기가 흐를 수 있는 면적)을 확장시키는 방안을 강구하게 된 것이다.

구체적으로, 전극봉(400)은, 전해수가 담긴 가열 탱크(T1) 내부에 설치되고, 전해수와 접촉되는 외주면에 흐르는 전기에 의해 전해수의 이온화를 촉진 시키는 원통 형상의 전극봉 본체(410)와; 전극봉 본체(410)에 전기적으로 연결되어 전기가 흐를 수 있는 표면적을 확장 시키는 표면적 확장수단(420);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 8을 참조하면, 전극봉 본체(410)는 원통 형상으로 형성되고 전해수가 담긴 가열 탱크(T1) 내부에 삽입 설치된 다음, 전해수와 접촉되는 외주면에 흐르는 전기(교류 전류)에 의해 전해수의 이온화를 촉진시킴으로 이온화 과정에서 발생하는 마찰열에 의해 전해수가 가열되도록 하는 전해수 이온화 촉진 수단이다.

이온화에 의해 전해수가 가열되는 원리는 아래와 같다.

전극봉 본체(410)에 전기가 인가되면, 전해수(예: 소금물)가 이온화되면서 양극(+)이온(예: Na 이온)과 음극(-)이온(예: Cl 이온)으로 분리되고, 이온들이 1초당 60회로 극성이 변화(전극봉에 흐르는 전기는 상용 교류 전류이기 때문에 초당 60회의 극성이 반전되기 때문임)되면서 발생하는 이온들 상호간의 인력과 반발력에 의해 마찰열이 발생하여 전해수가 가열된다.

이때, 전극봉 본체(410)의 일측에는 도 8와 같이 고정 나사부(411)가 형성되고, 도 10에 도시된 바와 같이 고정 나사부(411)는 체결부재(2)에 의해 가열 탱크(T1)의 덮개(3)에 결합 고정되어 전극봉 본체(410)가 가열 탱크(T1) 내부에 삽입 설치된다.

이를 통해, 전극봉 본체(410)는 전해수가 저장된 가열 탱크(T1) 내부에서 일정한 깊이를 유지한 상태로 설치되도록 하여, 인가된 전기가 흐르는 전극봉 본체(410)가 가열 탱크(T1)에 직접 접촉되지 않도록 한다.

이렇게 설치된 전극봉 본체(410)에 전기가 흐르게 되면 전기에 의해 가열 탱크(T1) 내부에 담긴 전해수가 이온화 된다.

도 8를 참조하면, 표면적 확장수단(420)은 전극봉 본체(410)에 전기적으로 연결되어 전기가 흐를 수 있는 표면적을 확장 시키는 구성으로서, 본 발명은 표면적 확장수단(420)에 의해 전해수와 접촉되는 면적이 증가해 전해수 이온화 효율을 증가시킬 수 있어 종래에 사용되는 전해수보다 농도가 낮은 저농도 전해수를 사용할 수 있고, 이로 인해(저농도로 인해) 전해수에 포함된 전해질에 의한 전극봉 산화를 저감 시킬 수 있다.(산화의 원인인 전해질의 농도가 낮기 때문)

표면적 확장수단(420)은 도 8에 도시된 바와 같이 스프링 형태의 모양을 갖는다. 스프링 형태의 표면적 확장수단(420)은 전극봉 본체(410)의 외주면에 끼움 결합된 후 전극봉 본체(410)에 전기적으로 연결되기 때문에 전기가 흐를 수 있는 전극봉의 표면적이 스프링 형태의 표면적 확장수단(420)의 표면적만큼 확장된다.

이때, 전극봉 본체(410)의 외주면에 끼움 결합되는 표면적 확장수단(420)은 전극봉 본체(410)와 전기적으로 연결되는 부분 이외에는 전극봉 본체(410)와 이격 되도록 전극봉 본체(410)의 외주면에 끼움 결합된다.

특히, 스프링 형태의 표면적 확장수단(420)의 양 측단이 각각 전극봉 본체(410) 상측과 하측 부분에서 전기적으로 연결된다. 전기적 연결은 용접이나 납땜방식 등이 사용될 수 있다.

이때, 전극봉 본체(410)와 표면적 확장수단(420)에 적용되는 재질은 전기 전도성이 우수하면서 전해수에 의한 부식과 산화작용에 대해 내식성이 우수한 금속재질이 적용되어야 하기 때문에 스테인레스, 티타늄 재질을 적용하는 것이 바람직하다.

표면적 확장을 위해 전극봉 본체(410) 외주면에 끼움 결합되는 표면적 확장수단(420) 역시 전극봉 본체(410)와 마찬가지로 전해수와 접촉되는 외주면에 흐르는 전기(교류 전류)에 의해 전해수의 이온화를 촉진시킴으로 이온화 과정에서 발생하는 마찰열에 의해 전해수가 가열되도록 하는 전해수 이온화 촉진 수단이다.

또한, 본 발명에 있어서, 전극봉(원통형 전극봉 본체(410)+표면적확장수단(420))의 사이즈(직경)는 16mm ~ 21mm의 값인 것이 바람직하다. 가열 탱크(T1) 내부에 설치되는 전극봉은 적어도 2개 이상이 설치되는 것이어서 전극봉의 표면적 확장을 위해 전극봉의 사이즈를 무작정 증가 시킬 수 없다.

따라서 본 발명에 있어서, 전극봉(원통형 전극봉 본체(410)+표면적확장수단(420))의 사이즈(직경)를 16mm ~ 21mm의 값으로 제한하는 이유는 전극봉 사이즈 증가에 따른 상술한 이온화 문제, 전극봉 산화 문제, 설치 공간적 문제를 해결하기 위함이다.

즉, 전극봉(원통형 전극봉 본체(100)+표면적확장수단(200))의 사이즈(직경)를 16mm ~ 21mm의 값으로 제한하되 이러한 상태에서 전극봉의 표면적을 최대화 시키는 것이 필요하다.

전극봉의 사이즈(직경)를 16mm ~ 21mm의 값으로 하되, 이러한 상태에서 전극봉의 표면적을 최대화시키기 위해서, 본 발명은 원통형 전극봉 본체(410) 외주면에 스프링 형태의 표면적확장수단(420)을 끼움 결합시키는 것을 특징으로 한다.

예를 들어, 전극봉의 사이즈(직경)를 16mm ~ 21mm의 값으로 하는 실시예로 도 12에 도시된 바와 같이, 원통형 전극봉 본체(410)의 직경을 14mm로 하고, 직경이 14mm 인 원통형 전극봉 본체(410) 외주면에 직경이 3mm인 스프링 형태의 표면적확장수단(420)을 이격거리 0.5mm로 하여 끼움 결합시켜 전극봉(원통형 전극봉 본체(410)+표면적확장수단(420)) 전체의 직경을 21mm의 값이 되도록 한다.

물론 도 12에 도시된 그림은 본 발명을 구성하는 원통형 전극봉 본체(410)와 스프링 형태의 표면적확장수단(420)의 결합 예시일 뿐, 전극봉(원통형 전극봉 본체(410)+표면적확장수단(420))의 사이즈(직경)를 16mm ~ 21mm의 값으로 하는 제한조건에서 다양한 실시예가 존재할 수 있음은 당연하다.

한편, 스프링 형태의 표면적 확장수단(420)은 전해수와의 접촉 면적을 증가시켜 이온화 효율을 더 증가시킬 수 있도록 스프링 형태의 표면에는 도 11에 도시된 바와 같이 복수의 표면적 확장용 홈(421)이 더 형성될 수 있다.

표면적 확장용 홈(421)은 스프링 형태의 표면적 확장수단(420)이 표면적 확장용 홈(421)이 형성되지 않은 경우보다 전해수와 더욱 넓은 면적으로 접촉할 수 있도록 하기 때문에 그 만큼 전해수 이온화 효율을 향상 시킬 수 있고 이로 인해 전해수의 가열 효율도 더욱더 향상시킬 수 있다.

도 8를 참조하면, 스프링 형태의 표면적 확장수단(420)과 전극봉 본체(410)가 전기적으로 연결되는 부분(도 8의 전기적 접점 부분)에는 보호캡(430)이 더 설치 형성된다.

보호캡(430)은 절연 성질과 열 수축성 성질을 갖는 소재가 적용된 일종의 열수축 튜브로서, 도 9와 같이, 스프링 형태의 표면적 확장수단(420)과 전극봉 본체(410)가 전기적으로 연결되는 부분(도 8의 전기적 접점 부분)에 끼워진 후 가열되어 열 수축한다.

즉, 보호캡(430)은 스프링 형태의 표면적 확장수단(420)과 전극봉 본체(410)가 전기적으로 연결되는 부분(도 8의 전기적 접점 부분)에 끼워진 후 가열되어 열 수축됨으로 보호캡(430)은 스프링 형태의 표면적 확장수단(420)과 전극봉 본체(410)가 전기적으로 연결되는 부분(도 8의 전기적 접점 부분)이 외부로 노출되지 않도록 도 9의 우측 그림과 같이 스프링 형태의 표면적 확장수단(420)과 전극봉 본체(410)에 밀착 결합된다.

상기와 같이 열 수축성 보호캡(430)을 이용해 스프링 형태의 표면적 확장수단(420)과 전극봉 본체(410)가 전기적으로 연결되는 부분(도 8의 전기적 접점 부분)이 외부로 노출되지 않도록 하는 이유는 전기가 흐르게 되면 전극봉 본체(410)와 표면적 확장수단(420)이 전기적으로 연결되는 부분에서 스파크가 발생할 수 있고, 이로 인해 과열이나 전해수의 이온화 방해라는 악 영향이 발생하는 것을 사전에 차단하기 위함이다.

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.

R : 라디에이터 T1 : 가열 탱크
T2 : 보충수 탱크 A : 기액 분리기
L1 : 공기 유로 L2 : 공급 유로
L3 : 회수 유로 L4 : 보충수 유로
L5 : 유동 유로 S1 ~ S3 : 온도 센서
P : 순환 펌프
100 : 온도 센서부 200 : 전력공급기
300 : 제어부 400 : 전극봉

Claims (10)

1. 하부에 유입구가 형성되고 상부에 유출구가 형성되며, 내부에 온수가 유동하는 유동 유로가 형성된 라디에이터;
   상기 유출구에서 회수된 온수를 가열하는 가열 탱크;
   상기 가열 탱크로 보충수를 공급하는 보충수 탱크;
   상기 가열 탱크에서 가열된 온수에 포함된 공기를 물과 분리하는 기액 분리기;
   상기 기액 분리기와 연결 형성되며, 상기 기액 분리기에 의해 분리된 온수를 상기 유입구로 공급하는 공급 유로; 및,
   상기 기액 분리기와 연결 형성되며, 상기 기액 분리기에서 분리된 공기를 상기 보충수 탱크로 공급하는 공기 유로;
   를 포함하는 실내온도 감응형 열풍기.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 보충수 탱크와 상기 가열 탱크는 보충수 유로로 연결되고,
   상기 유출구에서 회수된 온수가 유동하는 회수 유로는 상기 보충수 유로와 합류하며,
   상기 보충수 유로에는 순환 펌프가 형성되어, 상기 순환 펌프에 의해 상기 기액 분리기에서 공기가 분리되어 상기 보충수 탱크로 유동하도록 하는, 실내온도 감응형 열풍기.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 기액 분리기는,
   상기 가열 탱크와 연결되는 제1 유로와, 상기 공기 유로를 통해 상기 보충수 탱크와 연결되는 제2 유로와, 상기 공급 유로를 통해 상기 유입구와 연결되는 제3 유로를 구비하는 3개의 유로를 갖는 3방 밸브 형태로 형성되는, 실내온도 감응형 온풍기.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 라디에이터로 유입되는 온수의 온도를 측정하는 제1 온도 센서와,
   상기 유출구에서 회수된 온수의 온도를 측정하는 제2 온도 센서와,
   상기 가열 탱크로 공급되는 보충수의 온도를 측정하는 제3 온도 센서
   를 포함하는 실내온도 감응형 온풍기.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 가열 탱크는 전극봉을 이용하여 상기 온수를 가열하는 전극 보일러형이며, 상기 전극봉은,
   전해수와 접촉되는 외주면에 흐르는 전기에 의해 전해수의 이온화를 촉진시키는 전극봉 본체와,
   상기 전극봉 본체에 전기적으로 연결되어 전기가 흐를 수 있는 표면적을 확장시키는 표면적 확장수단
   을 포함하는 실내온도 감응형 온풍기.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 전극봉에 전력을 공급하는 전력공급기와,
   상기 제1 온도 센서 내지 제3 온도 센서 중 적어도 어느 하나의 온도 센서의 측정 결과에 따라, 각기 다른 전력이 상기 전극봉에 공급되도록 상기 전력공급기를 제어하는 제어부
   를 포함하는 실내온도 감응형 온풍기.
   
7. 청구항 6에 있어서, 상기 제어부는,
   전해수의 온도가 설정온도에 이르기까지는 상기 가열 탱크의 정격용량에 해당하는 전력이 상기 전극봉으로 공급되도록 상기 전력공급기를 제어하고,
   설정온도(ST)부터 목표온도(TT)까지는 상기 정격용량에 해당하는 전력 보다 점진적으로 작은 전력이 공급되도록 상기 전력공급기를 제어하고,
   상기 목표온도에 도달하면 일시적으로 상기 전력공급기를 차단하는, 실내온도 감응형 열풍기.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   일시적인 전력공급 차단 이후에, 전해수의 온도가 상기 목표온도(TT) 미만이 되면 상기 제어부의 제어에 따라 상기 전극봉으로 다시 전력을 공급할 수 있도록 하기 위한 무접점 릴레이
   를 포함하는 실내온도 감응형 열풍기.
   
9. 청구항 5에 있어서, 상기 표면적 확장수단은,
   전해수에 접촉되는 표면적을 추가로 확장시키는 복수의 표면적 확장용 홈을 더 포함하는 실내온도 감응형 열풍기.
   
10. 청구항 5에 있어서,
    상기 표면적 확장수단과 상기 전극봉 본체가 전기적으로 연결되는 부분에형성된 보호캡을 포함하고,
    상기 보호캡은 절연 성질과 열 수축성 성질을 갖는 소재인, 실내온도 감응형 열풍기.

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