급탕용 히터조립체{A liquid heating heater assembly}
본 발명은 액체나 물을 급탕하는 기능의 급탕용 히터장치에 관한 것으로, 특히 목적한 적정온도를 유지하며 가열하는 기능과 크기를 소형화하여 제작비를 절감하고 안전성을 향상시킨 것으로 급탕포트, 욕탕물 가열기, 정수기, 반신욕기등에 사용가능한 히터장치에 관한 것이다. 본 발명과 유사한 발명은 없으며 종래의 정수기등의 급탕용 가열기는 1)실용신안 제0269479호로 2002/03/12일에 등록된 냉온 정수기의 에너지 절약형 온수발생장치가 있으나 이는 온수탱크를 이용한 방법이고, 2)실용신안 제0273640호로 2002/0416일에 등록된 온수탱크의 가열기는 밴드히터를 이용하여 물이흐르는 이송관의 외부를 감싸고 가열하는 방식으로 구조는 단순하지만 이송관안의 액체가 가열되기 위하여는 밴드히터가 고열을 유지하여야 하므로 외부에 노출된 고열 밴드히터의 열손실로 인한 열효율에 문제가 있다. 또한, 전기보일러의 경우에 있어서는 1) 온수탱크내에 시즈히터를 인서트하여 설치하는 방법. 단순한 구조로 소형의 전기보일러에 채택하는 방법으로 탱크내의 물이 목적한 온도로 가열이 완료되어야 사용이 가능하고, 계속적인 사용에의 문제점과 가열후 보온시 온수탱크 냉각으로 인한 열손실이 있다. 즉, 사용하지 않아도 열냉각에 대하여 재가열하여 유지하는 바, 열손실에 의한 전력의 낭비가 크다. 2) 온수탱크외에 별도의 가열실이 있고 시즈히터를 인서트하여 설치하는 방법. 가열실, 파이프 배관등 구조가 복잡하여 제작단가가 고가이고 열손실과 보온문제는 상기 1)과 같다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 열효율을 향상시키고 안전성을 확보하며 구조를 간단히하여 전기보일러의 크기를 줄이고, 급탕구조를 채택하는 가전제품의 소형화가 가능하게하는 급탕용 히터조립체로 특히 전기보일러인 경우에는 소형인 본 발명의 히터조립체를 발포우레탄에 매설하는 방법으로 설치시 열손실을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 급탕용 히터조립체의 사시도. 도 2는 도1의 A-A'부를 절취한 단면도. 도 3은 도2의 B-B'부를 절취한 단면도. 도 4는 본 발명에 의한 이송관과 가열파이프 연결부의 단면도. 도 5는 본 발명에 의한 히터 벤딩 실시예의 단면도. 도 6은 본 발명에 의한 조립체의 일부분에 단열재를 채택한 단면도. 도 7은 본 발명에 의한 조립체를 단열재에 매몰한 단면도. * 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 11 : 본체 12 : 히터 14 : 가열파이프 14-1 : 입수구 14-2 : 출수구 15 : 바이메탈 16 : 온도센서 17 : 온도휴즈 18 : 이송관 19 : 액체 온도센서 20 : 단열재
이하, 본 발명의 급탕용 히터조립체의 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 도1은 본 발명에 의한 급탕용 히터조립체의 사시도로 히터(12), 가열파이프(14)는 본 발명의 본체(11)를 제작하는 본체주물용 금형(몰드)이 가지는 인서트홈에 끼워지고 주조되어 본체(11) 내부에 설치된다. 히터(12)는 열선인 철니크롬선을 산화마그네슘등의 단열재로 충전된 철,스텐관으로 되어있는 통상의 시즈히터(Sheath heater)이다. 가열파이프(14)는 주조시의 고열과 압력에 대응하는 소재로 정수기등 위생기에는 스텐관등을 사용하여 위생문제를 해결하고 기타의 경우는 철관, 황동관등 주조환경에 대응하는 어떤소재도 사용할 수 있다. 히터(12)는 본체(11) 내부에 매설된 상태에서 발열하므로 발생된 열은 100％로 본체(11)가 흡수한다. 본체에 흡수된 열은 같이 본체내에 매설된 가열파이프(Heating pipe)(14)에 흐르는 액체인 물등에 전달되고 가열된 액체는 이송관(18)을 통하여 본체 외부로 배출되므로 가열은 완성된다. 본 발명의 히터조립체가 가지는 열량은 시즈히터의 발열량에 비례하는 바, 조립체가 가지는 열량을 증가시키는 방법은 히터의 길이를 길게하여 히터용량을 키우거나 수개의 히터를 설치하는 방법으로 증가시킬 수 있다. 여기서 경제적으로 열량을 증가시키는 방법으로는 긴길이의 대용량의 히터를 벤딩하여 길이를 적게하여 본체가 가지는 체적내에 설치하는 방법이 있다. 열효율은 외부대한 열손실은 히터조립체를 발포우레탄등에 매설하는 방법으로 방지하고, 가열파이프(14)의 본체내의 길이를 늘리고 히터(12)에 근접하게 설치하여 높일 수 있다. 이에따라 가열된 본체내부를 통과하는 물과 가열된 가열파이프(14)에 접하는 면적을 넓힘과 가열파이프내의 통과시간인 가열시간을 늘려 열효율을 높일 수 있다. 또한, 가열파이프(14) 내부를 흐르는 물의 속도 내지 수량(水量)이 일정할 경우에는 히터(12)의 저항값의 변화 즉, 히터용량을 변화시켜 일정한 온도의 물등 액체를 얻을 수 있다. 도 2는 도1의 A-A'부를 절취한 단면도로 본체(11)의 내부에는 원형으로 벤딩된 히터(12)와 히터 주위에는 히터와 같은 방법으로 벤딩된 가열파이프(14)가 설치되어 있다. 히터(12), 가열파이프(14)의 설치방법은 본체를 주조하는 금형(Mold, Die)이 가지는 인서트(삽입)구에 히터(12), 가열파이프(14)의 종단부를 인서트(삽입)하고 주조하여 설치한다. 또한, 바이메탈(15), 온도센서(16), 온도휴즈(17)은 본체 외벽(外壁)에 고정되어 설치된다. 바이메탈(15)은 본체에 접(接)하여 설치된 것으로 히터장치가 가열되어 목적한 온도 범위를 벗어나 과열되면 전원을 차단하고 냉각시에는 재차 통전하는 기능을 한다. 온도센서(16)는 본체에 접(接)하여 설치된 것으로 히터조립체의 온도를 감지하여 PCB등의 제어수단부에 그 정보를 제공하는 기능을 한다. 온도휴즈(17)는 제품의 안전성 확보하기 위하여 설치한 것으로 본체의 온도가 안전한도 온도를 초과하여 발생하는 화재등 위험에 대비하여 전원을 완전히 차단하는 기능을 한다. 도 3은 도1의 B-B'부를 절취한 단면도로 본체(11)의 내부에는 히터(12)와 가열파이프(14)가 설치되어 있는 것을 보여준다. 본체에 매설된 히터에서 발생한 열은 100％ 본체가 흡수하고 본체가 가지는 열은 본체에 매설된 가열파이프를 순환하는 물등 액체에 전달하므로 가열은 완성된다. 도 4는 본 발명에 의한 이송관과 가열파이프 연결부의 단면도로 가열의 대상물인 물등의 액체는 외부로부터 이송관(18)을 통하여 본체에 공급되며 이송관은 본체가 가지는 가열파이프(14)에 연결된다. 도와 같이 이송관(18)보다 큰 구경의 가열파이프(14)를 가지므로 히터(12)용량에 대비하여 고열로 액체를 가열할 수 있다.(물이 정압으로 순환할 경우) 즉, 일정한 용량의 히터에서 고열의 급탕이 필요할 경우에는 히터조립체에 공급되는 액체의 량을 가는관인 이송관을 채택하여 줄이고 보다 굵은 가열파이프를 채택하여 가열된 조립체내의 가열파이프와 접(接)한 면적을 넓힘으로 가능하게 한다. 액체 온도센서(19)는 액체온도를 감지하여 제어수단부인 PCB회로(미도시)에 제공하는 기능을 가지는 센서로 입,출수구(14-1,14-2) 양쪽에 설치한다. 입수구(14-1)에 설치된 액체 온도센서(19)는 본체(11)에 공급되는 액체의 온도를 감지하여 PCB회로(미도시)에 제공하는 센서로 가열된 액체의 용도에 따라 정해진 온도와 비교하여 효율적으로 제어수단부인 PCB회로가 히터(12)를 ON/OFF 방식으로 제어 가능하게 한다. 본체(11)내에 수개의 히터(12)를 설치시 그 효과는 극대화 된다. 다수의 히터를 설치하고 공급수의 온도에 따라 ON시키는 히터(12)의 숫자를 조절하여 가열량을 변화시키므로 목적한 온도의 액체를 얻고, 전력의 낭비를 줄일 수 있다. 또한 출수구(14-2)에 설치된 액체 온도센서(19)는 본체(11)에 배출되는 액체의 온도를 감지하여 PCB회로(미도시)에 제공하는 센서로 가열된 액체의 온도와 목적한 온도와 비교하여 효율적으로 제어수단부인 PCB회로가 히터(12)를 ON/OFF 방식으로 제어 가능하게 한다. 도 5는 본 발명에 의한 히터 벤딩 실시예의 단면도로 대용량의 히터인 긴길이의 시즈히터(Sheath Heater)를 벤딩하여 길이를 짧게하므로 본체가 가지는 체적내에 인서트(삽입)가 가능하게 한다. 또한, 가열파이프(14)도 히터와 같은 방법으로 벤딩하여 긴길이의 파이프를 본체내에 매몰하여 설치하므로 본 발명인 히터조립체의 열효율을 증진시킨다. 또한, 본 발명의 급탕용 히터조립체내에 히터(12)와 가열파이프(14)를 설치하는 방법은, 첫째, 본체 주조시 본체 금형(몰드,Mold)내에 히터(12), 가열파이프(14)의 종단부를 금형이 가지는 요삽홈(인서트홀; Insert hole)에 설치하고 주조하여 본체내부에 히터와 가열파이프을 설치하는 방법. 둘째, 본체 주조시 본체 금형내에 히터(12)만을 인서트하고 다이케스팅등의 주조한 뒤에 본체를 가공하여 본체내에 가열파이프 역할을 하는 공간을 만드는 방법. 셋째, 상기 2가지 방법으로 본체 내부에 가열파이프를 만들고 히터(12)를 본체(11)가 가지는 요삽홈에 끼우거나 압착의 방식으로 설치하여 만드는 방법이 있다. 도 6은 본 발명에 의한 조립체의 일부분에 단열재를 채택한 단면도로, 히터(12)에서 발생된 열은 100％ 본체(11)가 흡수하고 그 열은 가열파이프(14)내를 순환하는 액체에 전달되나 본체(12)가 가지는 본체외벽으로 방출되는 열손실을 줄이고, 방출되는 열에 의하여 본 발명의 조립체를 채택한 장치인 전기급탕기가 가지는 부품의 가열(예:PCB기판 가열)에 의한 오작동을 방지하기 위하여 일부분을 단열재(20)로 처리한 것이다. 여기서 단열재(20)는 경질의 우레탄폼으로 사용범위가 영하 200 C에서 영상 150 C 내외로 급탕용인 본 발명의 히터조립체의 최고사용 온도가 100 C 내외로 채택이 가능하다. 도 7은 본 발명에 의한 조립체를 단열재에 매몰한 단면도로, 단열재(20)인 경질의 우레탄폼의 방수력과 접착력을 이용하는 것으로서 조립체의 본체(11) 내부로 액체가 입,출수되고, 입,출수구(14-1,14-2)와 인접한 곳에 전원이 인가되어 가지는 누전의 위험과 바이메탈(15), 온도센서(16), 온도휴즈(17)등 히터조립체부품들의 부식에 의한 오작동과 이송관(18)과 가열파이프(14)의 이음매 부위의 액체의 누수등을 방지하기 위하여 단열재(20)인 경질의 우레탄폼에 히터조립체를 매몰 설치한 것으로 상기의 효과와 단열을 극대화시킬 수 있다. 예컨대, 본 발명은 그 형상 및 모양의 변경이 가능하며 특히, 본 발명은 상술한 실시예 외에도 히터와 가열파이프의 변형설치는 물론 여러개의 히터와 가열파이프를 한 개의 본체에 설치할 수 있으며, 청구범위에서 청구한 본 발명의 요지를 벗어남 없이 본 발명에 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형의 실시가 가능한 것임은 물론이고, 그와 같은 변경은 본 발명의 청구범위내에 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 액체인 물등을 급탕하는 히터조립체에 관한 것으로 열효율의 향상, 전력낭비의 방지와 급탕기의 안전성 증진시키는 발명이다. 또한, 히터와 물이 가열되는 공간인 가열파이프를 히터조립체내에 가지므로 인하여 급탕기의 구조를 단순화하는 발명으로 전기보일러, 급탕포트, 욕탕물 가열기, 정수기, 반신욕기등의 제작단가를 절감시키는 효과와 급탕을 사용하는 전기제품의 소형화를 가능하게 하는 발명이다. |
