가요성의 면상 발열체를 가진 전기 순간온수기{Electric instantaneous water heater}
본 발명은 전기 순간온수기에 관한 것으로서, 보다 상세히는 저전력으로 높은 열효율을 내어 에너지 손실을 줄일 수 있으며, 특히 가요성의 면상 발열체의 설치 자유도가 높아 장치의 설계상의 편의성이 증진되는 전기 순간온수기에 관한 것이다.
일반적으로 온수기는 에너지원으로 열에너지를 발생시킨 다음, 발생한 열에너지를 사용하여 물을 가열하므로서 얻게 되는 온수를 사용하게 되는 장치로서, 이러한 온수 장치는 용수를 가열시키는 에너지원으로서 기름이나 가스 또는 전기를 사용하고 있다. 이들 에너지원에 따른 온수기의 장단점으로는 기름을 사용하는 온수기의 경우 최근 기름값의 급등으로 유지비가 많이 들고 소음이 많으며, 별도로 기름탱크를 설치해야 하는 문제가 있고, 또 가격이 비싸 초기 설치 비용에 대한 부담이 크다는 문제가 있으며, 가스를 사용하는 온수기는 이미 각 가정에 취사용의 가스 보급률이 높아 편리성이 있으나, 가스 누설 및 폭발 사고의 가능성 및 가스 연소에 따른 실내 공기 혼탁 등의 문제점이 지적되고 있다. 한편, 전기 순간온수기의 경우 소음이 없고 안전성도 우수하나 용수를 가열하기 위한 전기적 발열체를 온수 탱크내에 설치하여야 하는데, 기존의 전기적 발열체의 특성상 다양한 규격의 온수장치에 적용시 각기 설계가 달라져야 하며, 또 물과 발열체의 접촉 면적이 커야하며 동시에 물의 자유로운 흐름에 지장을 주지 않아야 하나 종래의 단순 코일식의 경우 물과의 접촉 면적을 크게 하기 어렵고, 파이프나 판재에 박판의 발열재를 도포시킨 발열체의 경우 발열체 간의 물이 흐름이 차단되며 강체의 특정상 장치 크기에 맞추어 발열량 조절을 위한 발열체의 변경 작업이 어렵다는 문제가 있었다.
이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 저전력으로 높은 열효율을 내어 에너지 손실을 줄일 수 있으며, 자유로운 형태로 설치할 수 있고 요구되는 발열량의 설계 및 조정이 손쉬워서 설계상의 편의성이 크게 증진되는 가요성의 면상 발열체를 갖는 전기 순간온수기를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 냉수유입구와 온수배출구를 구비하는 온수탱크와, 상기 온수탱크내에 내장되도록 설치되어 전기 공급에 의해 발열되어 물을 가열하는 발열체를 포함하여 구성되는 전기 순간온수기에 있어서, 상기 발열체는 위사 및 경사 섬유를 사용하여 직조한 망체와, 상기 망체의 직조시 망체의 양측 단부측에 위사 또는 경사를 대신하여 직조되어 상기 망체의 일부를 형성하도록 각기 삽입되어 외부의 전원 공급원에 접속되므로서 전기를 공급받게 되는 + 및 - 전극선들과, 상기 전극선들을 포함하여 망체를 탄소 콜로이드 용액속에 침지시켰다가 꺼내어 건조시켜 상기 위사 및 경사들을 탄소로 코팅시키므로서 전류를 흘려주도록 형성된 탄소 코팅층과, 상기 탄소 코팅층으로 코팅된 상기 망체를 절연 및 방수를 위해 수지를 코팅하여 형성한 절연방수층으로 된 가요성의 면상 발열체로서 구성된 것을 특징으로 한다. 그리고 본 발명에 의하면 상기 가요성의 면상 발열체는 상기 온수탱크내에 코일 형상과 지그재그 형상을 포함하여 자유로운 형태로 배열 고정되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명은 발열체를 가요성이 있는 섬유재로 형성하고 그의 표면을 전기가 흘러 발열되는 탄소로 코팅한 후 절연 코팅 처리하여 코일상 또는 지그재그상으로 온수탱크내에 설치하게 되므로서, 발열체가 가요성을 가지고 있어 설치의 자유도가 높고 탄소 코팅 면적에 따른 발열량의 계산이 손쉬워 장치의 설계가 용이하며, 저전력으로 높은 전기 효율을 가질 수 있으며 섬유상 발열체가 망체로 형성되어 물의 유동이 자유로워 단위 시간당의 열전달 효율이 높아 순간적인 온수 생산 능력이 우수한 장점을 가지고 있어 순간 온수기나 보일러로 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 가요성 면상 발열체를 가진 순간온수기를 나타내는 정단면도 도 2는 본 발명에 의한 가요성 면상 발열체를 나타낸 도면 도 3은 본 발명에 의한 가요성 면상 발열체의 발열을 위한 코팅 처리를 보여주는 도면 도 4는 본 발명에 의한 가요성 면상 발열체의 설치 상태의 일실시예로서, 코일상으로 배열한 모습의 도면 도 5는 본 발명에 의한 가요성 면상 발열체의 설치 상태의 다른 실시예로서, 지그재그상으로 배열한 모습의 도면 도 6은 본 발명의 가요성 면상 발열체의 고정 설치기구의 일예를 나타낸 도면 도 7은 도 6의 AA단면도 도 8은 본 발명의 작동 제어 회로도 ※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 1 : 순간온수기 2 : 온수탱크 3 : 냉수유입구 4 : 온수 5 : 온수배출구 6 : 덮개 7 : 가요성 면상 발열체 8 : 위사 9 : 경사 10 : 망체(섬유, 천) 11, 12 : 전극선 13 : 전원 공급원 14 : 탄소 코팅층 15 : 절연 방수층 16 : 고정 수단 17 : 판상부재 18 : 고정 설치기구 19 : 공간 20 : 모터펌프 21 : 수위 감지 센서 21 : 전원 공급 제어부 23 : 수온센서 24 : 릴레이 스위치
이하에 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상술한다. 도 1은 본 발명에 의한 가요성 면상 발열체를 가진 순간온수기를 나타내는 정단면도이며, 도 2는 본 발명에 의한 가요성 면상 발열체를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 의한 가요성 면상 발열체의 발열을 위한 코팅 처리를 보여주는 도면이다. 그리고 도 4는 본 발명에 의한 가요성 면상 발열체의 설치 상태의 일실시예로서, 코일상으로 배열한 모습의 도면이며, 도 5는 본 발명에 의한 가요성 면상 발열체의 설치 상태의 다른 실시예로서, 지그재그상으로 배열한 모습의 도면이다. 또 도 6은 본 발명의 가요성 면상 발열체의 고정 설치기구의 일예를 나타낸도면이며, 도 7은 도 6의 AA단면도이다. 그리고 도 8은 본 발명의 작동 제어 회로도이다. 도면에 있어 본 발명의 전기 순간온수기는 부호 1로 나타내었다. 상기 순간온수기(1)는 온수탱크(2)를 구비하며, 그 온수탱크(2)는 수도관 등에 접속되어 온수탱크(2)내로 냉수를 도입하게 되는 냉수유입구(3)와 그리고 상기 냉수유입구(3)를 통해 도입되어 온수탱크(2)내에서 가열된 온수(4)를 사용처로 배출하는 온수배출구(5)를 구비하고 있으며, 상기한 온수탱크(2)는 뜨거운 물이 외부로 넘쳐 흐르지 않도록 덮개(6)가 장착되어 있다. 상기 온수탱크(2)내에는 발열체로서 섬유(천)를 기재로 하는 가요성 면상 발열체(7)가 코일 형상 또는 지그재그상으로 배열되도록 설치되는 데, 상기한 가요성 면상 발열체(7)는 도 2와 도 3에 도시하는 것과 같이 위사(8)와 경사(9)를 사용하여 통상의 섬유(천)과 같이 직조하되 바람직하기로는 위사(8)와 경사(9) 사이에 구멍이 숭숭 뚫려 있는, 즉 작은 공극들을 가지는 그물망 형상으로 직조하며, 이와 같은 망체(10, 이 망체는 코팅 전의 섬유 상태를 의미하는 것으로 사용한다)의 양측으로 +,- 전극선(11)(12)을 매설하게 되는 데, 이들 +,-전극선(11)(12)은 전기를 잘 통해주는 얇은 직경의 구리선을 1개 이상, 바람직하기는 복수가닥을 위사(8) 또는 경사(9)를 대체하는 실로 삼아 망체(10)를 직조하게 되며, 이들 +,-전극선(11)(12)은 길게 인출되어 외부의 전원 공급원(1 3)으로 연결된 전선에 접속된다. 상기한 망체(10)는 바발트 섬유, 즉 현무암을 사용하여 만들어진 천을 사용하는 것이 열에 강하고 강도가 높다는 점에서 바람직하나 온수의 특성이 100℃를 넘지 않으므로 일반 섬유나 화학 섬유를 사용하는 것도 가능하다. 그런데 섬유로 만들어진 망체(10) 자체는 전기를 통하지도 않을 뿐 아니라 발열체가 아니어서 열을 발생치 아니하게 되나, 이를 발열체로 만들기 위하여 상기 망체(10)를 탄소로 코팅하여 도 3에서처럼 코팅층(14)을 형성하게 된다. 상기 탄소 코팅층(14)을 형성하기 위하여 탄소 나노입자를 함유한 수용액인 탄소 콜로이드 용액을 사용하게 되는데, 이 탄소 콜로이드 용액 속에 망체(10)를 침지시켰다가 꺼내어 자연 또는 열풍 건조시키면 위사(8) 및 경사(9)의 외표면이 탄소 코팅층(14)으로 얇게 도포되어 +,-전극선(11)(12)을 통해 전원이 공급되어 이 탄소 코팅층(14)을 통해 전기가 흘러가면서 발열하게 되는 것이며, 본 발명은 잘 알려진 탄소의 이와 같은 전기적 발열 특성을 적용한 것이다. 이 탄소 코팅층(14)은 노출된 상태에서는 손상될 우려가 있고 또 전기가 누설될 수 있어, 절연 및 방수를 위해 탄소 코팅층(14)의 겉으로 다시 절연 방수층(15)을 코팅 처리하게 되며, 이 절연 방수층(15)으로는 절연성과 방수성이 큰 수지, 예를 들면 에폭시나 테프론 수지 등을 사용하는 것이 추천된다. 이와 같이 하여 탄소 코팅층(14)과 절연 방수층(15)이 망체(10) 표면을 뒤덮게 되면, 본 발명의 가요성 면상 발열체(7)가 완성되는 것인데, 가요성 면상 발열체(7)의 주 본체 재질이 섬유여서 자유롭게 원하는 형태로 굽힘이 가능하며, 통상의 옷감처럼 직조되므로 원하는 면적의 크기로 잘라 사용할 수 있고, 이에 따라 발열량에 맞추어 쉽게 면적의 조절이 가능하다. 상기한 가요성 면상 발열체(7)는 온수탱크(2)내에 고정되게 설치하게 되는 데, 도 4에서와 같이 코일 형상 또는 도 5에서와 같이 지그재그 형상 또는 온수탱크(2)의 내부 구조를 고려하여 원하는 형태로 구부려 자유롭게 설치하는 것이 가능하다. 상기한 가요성 면상 발열체(7)는 고정 수단(16)에 의해 상하단을 끼워 붙여 간단히 고정 설치할 수 있는데, 예를 들면 도 6에서와 같이 판상부재(17)의 고정시킬 위치(반드시 일정할 필요는 없슴)에 상기 고정 수단(16)이 돌출되도록 하며, 이를 위해 고정 설치기구(18)는 전기가 통하지 않는 플라스틱재로 사출성형하는 것이 제작의 편의성 측면에서 유리하며, 또한 고정 수단(16)만을 절연재로 제작하여 온수탱크(2)에 직접 고정 장착하거나 또는 판상부재(17)에 따로 고정 장착하여도 좋으며, 이 판상부재(17)를 온수탱크(2)와 덮개(6) 내면에 볼팅 등에 의해 분해 가능하게 장착시킨다. 상기한 고정 수단(16)은 2개의 돌출된 돌기(16A)(16B) 사이에 공간(19)을 형성하고, 그 공간(19)에 가요성 면상 발열체(7)의 두께를 수용하도록 끼워 붙여 장착하는 것으로 간단히 고정시킬 수 있어, 고정 구조가 단순하고 고정 조립작업이 손쉽게 된다. 여기서 부호 20은 모터펌프(20)로서, 냉수유입구(3)에 접속되도록 설치되며, 온수탱크(2)내의 수위감지센서(21)가 일정 수위 이하로 내려가는 것을 감지하여 신호를 출력하면 전원 공급 제어부(22)가 모터펌프(20)에 전원 공급원(13)으로부터 전기를 공급하여 모터펌프(20)가 작동되므로서 상수원수(냉수)가 수도관에 접속된 냉수유입구(3)를 통해 온수탱크(2)내로 도입되며, 물이 공급되어 일정 수위에 도달하면 모터펌프(20)의 구동을 중지시키도록 제어하게 된다. 상기한 수위 조정을 위해 상하 2개의 수위 감지센서(21)를 사용할 수 있으나, 타이머를 사용하여 모터펌프(20)를 일정 시간 동안만 구동시키는 것도 가능하다. 또한 상기 온수탱크(2)내의 수온을 감지하기 위하여 수온센서(23)가 설치되며, 수온센서(23)에서 감지된 현재의 수온이 설계된 하한치에 도달하면 전원 공급제어부(22)는 가요성 면상 발열체(7)에 전원 공급원(13)으로부터 전기를 공급하여 발열시키게 되며, 이 발열에 의해 온수탱크(2)내의 물은 순간적으로 가열되어지게 된다. 이와 같이 하여 설계된 상한치, 예를 들어 그 상한치가 95℃ 또는 100℃라면 그 온도에 도달한 것으로 수온센서(23)에서 신호가 출력이 되면, 릴레이 스위치(24)가 떨어져 전원을 오프시키게 되며, 이 릴레이 스위치(24)는 별도 기구일 수도 있고, 아니면 전원 공급 제어부(22)의 내부 구성일 수도 있다. 상기한 전원 공급원(13)으로는 교류 전원이나 태양열에 의한 전기를 사용하거나 또는 배터리 전원을 이용할 수 있으며, 온수를 사용하는 것이나 샤워용이나 난방용 어느 것에나 본 발명의 적용이 가능하다. |
