Hot-water generator using separating member

격리부를 이용한 순간온수 발생기{hot-water generator using separating member}

본 발명은 순간온수 발생기에 관한 것으로, 특히 절연 처리된 적어도 하나의 발열체를 독립적으로 장착할 수 있는 격리부를 이용한 순간온수 발생기에 관한 것이다.

순간온수 발생기는 짧은 시간 내에 순간적으로 물을 가열하여 적정온도의 사용온수를 얻기 위한 것으로, 전자식 비데, 냉온수기 및 냉온 정수기와 같은 각종 생활시설 등에 설치되어 사용되고 있다. 현재 사용되고 있는 순간온수 발생기는 대부분 세라믹 성분의 절연재질로 구성된 튜브관체의 내부에 발열체를 설치하고, 그 외부에서 물을 이차적으로 가열할 수 있는 가열공간이 형성된 히터하우징을 설치하여 사용하고 있다. 이는 전류가 흐르는 발열체와 유로 내부를 흐르는 물과의 전기적 절연을 보장하기 위해서이다.

그러나 세라믹 계열의 재질은 금속에 비하여 열전도도가 낮아 열전달 효율이 떨어지고 원하는 온도까지 가열하는데 시간이 많이 걸린다. 이에 따라 물로 충분한 열전달이 이루어지게 하기 위해서 물의 진행 경로를 복잡하게 하여 물이 가열되는 시간을 증가시키는 방법이 있지만, 이 경우에는 유동 저항이 커져 유량이 감소하는 문제점이 있었다. 한편 충분한 열전달을 위하여, 상기 세라믹 대신에 금속 재질을 사용하기도 하지만, 유동저항에 의하여 유량이 감소되는 것은 피할 수 없다.

따라서 이를 개선하기 위해서는 펌프 등의 가압 성능을 증가시켜야 하기 때문에, 원하는 온도까지 물을 승온시키는 데 시간이 오래 걸려서 항상 사용되고 있는 순간온수 발생기에는 적합하지 못하다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명이 해결하려는 과제는 간단한 구조로 제작이 용이하며, 물과 발열체의 접촉 면적을 최대한 크게 하고 물의 유동을 난류로 만들어 물을 짧은 시간 내에 순간적으로 가열할 수 있는 격리부를 이용한 순간온수 발생기를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 격리부를 이용한 순간온수 발생기는 길이방향을 따라 적어도 부분적으로 굴곡진 형태를 갖는 격리부와, 상기 격리부의 길이방향을 따라 장착되는 적어도 하나의 발열체와, 상기 발열체가 장착된 상기 격리부를 수용하는 몸체 및 상기 격리부의 일측에 부착되어, 상기 몸체에 상기 격리부를 밀봉시키는 덮개를 포함한다. 여기서, 상기 덮개의 윗면 또는 몸체에 물이 유입되는 유입구가 형성되고, 상기 몸체의 하단부에는 물이 배출되는 배출구를 포함할 수 있다.

또한, 상기 격리부는 봉 또는 판 형태를 가지며, 상기 판 형태의 격리부는 적어도 하나의 상기 발열체가 독립적으로 장착될 수 있는 복수개의 분할판을 구비하며, 상기 분할판은 길이 방향을 따라 적어도 부분적으로 굴곡진 형태를 갖고, 서로 축대칭이면서 균등한 각도로 배치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 발열체는 절연 처리된 스프링 형태의 코일로 이루어지며, 상기 덮개는 상기 격리부 방향으로 갈수록 넓어지는 원뿔 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 발열체는 양측에 외부 전원을 공급받을 수 있는 접속단자를 구비하며, 상기 접속단자는 모두 상기 덮개를 관통하여 외부로 인출되어 설치되거나, 상기 접속단자의 일측은 상기 덮개를 관통하여 외부로 인출되고, 타측은 상기 몸체의 배출구 근처를 관통하여 외부로 인출되어 설치될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 발열체는 상기 격리체가 끝나는 끝부분에서 외부가 절연된 커넥터에 의해 연결되며, 상기 격리부와 상기 발열체는 모두 절연재료로 코팅될 수 있다.

본 발명의 격리부를 이용한 순간온수 발생기에 의하면, 절연 처리된 적어도 하나의 코일 형태를 갖는 발열체를 부분적으로 굴곡진 형태의 격리부에 의해 서로 독립적으로 장착함으로써, 간단한 구조이면서 물의 유동을 난류로 만들어 물과 발열체와의 접촉면적을 최대한 늘릴 수 있으므로, 짧은 시간 내에 순간적으로 물을 가열할 수 있는 순간온수 발생기를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 격리부를 이용한 순간온수 발생기의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 격리부를 이용한 순간온수 발생기의 다른 실시예를 타나내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 격리부를 이용한 순간온수 발생기의 또 다른 실시예를 나타내는 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 격리부를 이용한 순간온수 발생기의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예들은 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

본 발명에서는 물과의 직접 접촉에 의한 누전 발생을 방지하기 위한 절연소재의 코팅제를 표면에 직접 코팅시킨 발열체를 사용한다. 이에 따라 물과 발열체 사이의 전기적 절연을 위해, 제조과정이 복잡하고 제조비용이 고가이며 외부의 충격이나 진동에 깨지기 쉬운 세라믹 성분으로 구성된 유로를 사용하지 않을 수 있다.

또한, 본 발명에서는 코일과 같은 스프링 형태를 갖는 나선형의 발열체 및 길이 방향을 따라 적어도 부분적으로 굴곡진 형태를 갖는 격리부를 사용한다. 여기서, 상기 격리부는 절연 처리된 적어도 하나의 발열체를 독립적으로 장착시키기 위한 것으로, 예를 들어 봉 또는 판 형태를 갖는다. 이에 따라 본 발명의 순간온수 발생기에 의하면 간단한 구조로 물과 발열체와의 접촉 면적을 넓힐 수 있어서, 물과 발열체와의 접촉면적을 넓히기 위해 유로를 복잡하게 구성할 필요가 없다.

따라서 본 발명에서는 부분적으로 굴곡진 형태를 갖는 격리부에 절연 처리된 나선형의 발열체를 적어도 하나 장착시킨 격리부를 이용한 순간온수 발생기에 대하여 제시할 것이다. 이하에서는 본 발명에 의한 격리부를 이용한 순간온수 발생기의 구조 및 작용에 대해서 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 격리부를 이용한 순간온수 발생기(100)의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 순간온수 발생기(100)는 길이방향을 따라 부분적 또는 전체적으로 굴곡진 격리부(16)와, 격리부(16)의 길이방향을 따라 장착된 적어도 하나의 코일 형태의 발열체(14)와, 발열체(14)가 장착된 격리부(16)를 수용하는 몸체(22) 및 격리부(16)를 몸체(22)의 외부와 격리시키는 덮개(6)를 포함한다. 여기서, "적어도 하나의"의 의미는 예를 들어, 격리부를 하나의 봉을 사용하는 경우에는 하나의 발열체, 격리부를 복수개의 봉을 사용하는 경우에는 복수개의 발열체, 격리부를 하나의 판을 사용하는 경우는 복수개의 발열체를 적용할 수 있는 것과 같이 상대적인 개수의 의미를 가진다.

격리부(16)는 예를 들어, 봉 또는 판 모양을 가지며, 그 직경이나 두께는 사용되는 순간온수 발생기의 크기 등으로 고려하여 결정할 수 있다. 또한, 격리부(16)는 길이 방향을 따라 부분적 또는 전체적으로 굴곡진 형태를 갖는다. 도면에서는 격리부(16)의 둘레를 따라 양쪽이 대칭이 되도록 굴곡진 형태가 도시되어 있으나, 굴곡진 부분의 모양과 크기는 발생기의 용도 및 형태에 따라 다양한 모양으로 형성할 수 있다. 구체적으로, 굴곡의 모양은 원형, 타원형, 각을 이루는 형태 및 이들의 조합으로 구성될 수 있으며, 격리부(16)의 위치에 따라 그 모양을 달리할 수도 있다. 다시 말해, 동일한 모양의 굴곡이더라도 유출구(12)와 근접한 부분은 굴곡이 크고 유출구(12)로부터 거리가 먼 부분은 상대적으로 작게 하여 물이 흐르는 속도 및 와류의 형태를 조절할 수 있다.

이처럼 격리부(16)가 부분적 또는 전체적으로 굴곡진 형태를 갖게 되면, 격리부(16)와 발열체(14) 사이에 공간이 형성되어 이 공간으로 물이 흐르게 된다. 이때, 물의 흐름은 와류가 되어 열전달이 촉진되고, 접촉면적이 넓어져서 순간적으로 물이 가열되는 효과가 증대된다. 또한, 발열체(14)와 격리부(16) 사이가 굴곡에 의해 간격이 넓어지게 되므로, 발열체(14)와 지지체(16)의 열손상을 방지할 수 있다.

격리부(16)에 사용되는 재질은 스프링 형태의 발열체(14)를 인장시키면서 장착할 때 충분하게 지지할 수 있는 내구력이 요구되며, 일반적으로 세라믹이 바람직하나 제조비용을 고려할 때 내열성을 가진 합성수지를 사용할 수도 있다. 특히, 합성수지를 지지체(16)로 사용하는 경우에는 본 발명의 실시예에 의해 지지체(16)의 열손상을 확실하게 방지할 수 있다. 이에 따라, 비용을 줄이며, 열손상이 배제된 순간온수 발생기를 제조할 수 있다.

발열체(14)는 나선형으로 감긴 코일형태를 가지며, 격리부(16)의 길이방향을 따라 장착된다. 발열체(14)는 격리부(16)에 의해 구분되며, 격리부(16)가 끝나는 지점인 끝부분에서 외부가 절연된 커넥터(18)에 의해 서로 연결된다. 이때, 하나의 발열체(14)를 격리부(16)의 상기 끝부분에 걸어서 장착할 수 있고, 적어도 2개 이상의 발열체를 격리부(16)에 의해 구분하여 각각 장착할 수도 있다. 발열체(14)는 니켈(Ni)-크롬(Cr) 계열, 철(Fe)-크롬(Cr) 계열, 또는 텅스텐(W)이 함유된 함금 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 제품의 요구 사양에 따라 그 외에 다른 소재가 사용될 수도 있다.

발열체(14)의 표면은 물과의 직접 접촉에 의한 누전 및 부식 발생을 방지하기 위해서 절연소재의 코팅제가 코팅된다. 이때, 상기 코팅제는 열전도성은 감소시키지 않으면서 전기 절연 성능을 갖는 재질로서, 산화규소(SiO ₂ )를 포함하는 알루미나(Al ₂ O ₃ )를 주성분으로 한 조성물을 사용할 수 있다. 또한, 세라믹 계열이나 중합체 고분자 계열(poly paraxylene)로 이루어진 패럴린(parylene) 중 선택된 어느 하나를 사용하여도 좋다. 아울러, 본 발명에 사용되는 코팅제는 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다양한 절연소재가 사용될 수 있다. 발열체(14)의 표면에 코팅되는 코팅제의 두께는 누전의 발생률이 현저히 낮고, 열전도에 영향을 미치지 않는 10?80㎛ 정도의 두께가 바람직하다.

격리부(16)에 장착되는 발열체(14)는 사전에 절연막이 코팅되어 있는 상태의 제품을 사용할 수 있다. 그런데 절연막이 코팅되어 있는 발열체(14)를 이용하여 격리부(16)에 장착할 경우에는, 발열체(14)를 구부리거나 탄성을 가할 때 피복된 절연막의 일부가 떨어져 나갈 우려가 있다. 이에 따라 절연막 코팅을 행하지 않은 발열체(14)를 격리부(16)에 장착한 상태에서 발열체(14)와 격리부(16) 전체를 코팅할 수 있다. 다시 말해, 절연막이 코팅된 상태에서 발열체를 사용하는 일반적인 방법 대신에 절연막이 코팅되지 않은 발열체(14)를 격리부(16)와 동시에 코팅하는 것이다.

몸체(22)는 발열체(14)가 장착된 격리부(16)를 수용한다. 몸체(22)는 원통형으로 이루어지는 것이 바람직하며, 제품에 따라 단면이 사각형이나 육각형 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 발열체(14)가 장착된 격리부(16)는 몸체(22)에 밀착되도록 구성하는 것이 바람직하지만, 필요에 따라 결합된 격리부(16)와 몸체(22) 사이에는 약간의 틈새를 두어도 좋다.

한편, 격리부(16)의 일측에는 격리부(16)를 몸체(22)의 외부와 격리시키는 덮개(6)가 부착되어 있다. 또한, 몸체(22)의 일측에는 격리부(16)의 덮개(6)와 결합되어 격리부(16)가 수용된 몸체(22)를 밀봉시키는 결합부(20)가 형성되어 있다. 격리부(16)의 덮개(6)와 몸체(22)의 결합부(20)는 덮개(6)의 가장자리를 따라 돌출 설치된 나사구멍(8)에 의해 서로 맞물려 결합된다. 이때, 덮개(6)와 결합부(20)는 덮개(6)의 밑면의 둘레를 따라 설치된 패킹(10)에 의해서 완전히 밀봉된다.

덮개(6)의 윗면에는 그 중앙부에, 몸체(22)에 물을 공급하는 유입구(2)가 위치한다. 유입구(2)는 덮개(6)의 중앙부를 관통하여 격리부(16)의 상부에 설치된 유출구(12)와 연결된다. 여기서, 유출구(12)는 격리부(16)의 형상에 따라 적어도 2개 이상 형성할 수 있다. 이에 따라, 유입구(2)로 흘러들어간 물은 격리부(16)의 상부에 형성된 유출구(12)를 통과하여 몸체(22)에 공급된 후, 격리부(16)에 장착된 스프링 형태의 발열체(16)를 따라 흐르면서 가열된 다음, 몸체(22)의 결합부(20)와는 반대편에 설치된 깔대기 모양의 배출구(24)를 통하여 배출된다. 여기서, 물이 유입되는 유입구(2)는 제품의 사양에 따라 몸체(22)에 위치할 수도 있다.

덮개(6)의 밑면에는 격리부(16)에 장착된 발열체(14)의 양단에 연결되어 발열체(14)에 전류를 인가하는 접속단자(4)가 설치된다. 이때, 접속단자(4)의 일단은 외부의 전원을 공급받을 수 있도록, 덮개(6)를 관통하여 외부로 인출하여 설치된다. 앞에서도 설명했듯이, 적어도 2개 이상의 발열체가 격리부(16)에 의해 구분되어 각각 장착되는 경우에는, 필요에 따라 접속단자(14)가 덮개(6)와 몸체(22)의 배출구(24) 근처에 각각 배치될 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 격리부를 이용한 순간온수 발생기(100)에 의하면, 부분적 또는 전체적으로 굴곡진 형태를 갖는 격리부(16)에 코일 모양의 발열체(14)를 장착함으로써, 간단한 구조로 발열체와 물의 접촉면적을 최대한 늘릴 수 있다. 또한, 발열체(14)와 격리부(16)의 굴곡진 부분 사이에 형성된 공간으로 흐르는 물은 와류를 형성하게 되어, 열전달이 촉진되고 접촉면적이 넓어져서, 순간적으로 물이 가열되는 효과가 증대된다. 이에 따라 비교적 짧은 시간 내에 유입된 물을 순간적으로 원하는 온도까지 가열할 수 있으므로, 적정한 온도의 온수를 수시로 용이하게 공급할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 격리부를 이용한 순간온수 발생기(200)의 다른 실시예를 나타내는 부분 단면도이다. 여기서는 격리부(16a, 16b)에 복수개의 발열체(14)가 장착되도록 방사형으로 분리되는 분할판(13)이 형성되어 있는 점을 제외하고는 도 1과 동일하다. 이에 따라 일련의 동일한 참조부호에 대한 설명은 도 1을 참조하기로 하고, 여기에서는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 순간온수 발생기(200)의 격리부(16a, 16b)는 방사형으로 분리되는 복수개의 분할판(13)을 가지며, 각 분할판(13)은 길이 방향을 따라 부분적 또는 전체적으로 굴곡진 형태를 갖는다. 다시 말해, 하나의 분할판(13)은 도 1에 도시된 격리부(16)와 유사한 형태로 이루어진다. 분할판(13)으로 분리되는 복수개의 공간에는 적어도 하나의 발열체(14)가 장착된다.

격리부(16)는 분할판(13)이 2개인 평판형일 수 있으며, 도시한 바와 같이 분할판(13)이 3개 이상의 복수개일 수도 있다. 이때, 분할판(13)은 서로 축대칭이며 균등한 각도로 배치된다. 다시 말해, 분할판(13)이 3개인 경우에는 120ㅀ 만큼 벌어져 균등하게 위치하며, 분할판(13)이 4개인 경우에는 90ㅀ로 분할되게 된다. 또한, 발열체(14)는 하나의 발열체로 복수개의 분할판(13)을 거치도록 설치될 수 있으며, 복수개의 발열체를 복수개의 분할판(13)에 배치할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 순간온수 발생기(200)는 절연 처리된 복수개의 스프링 형태의 발열체를 분할판(13)을 갖는 격리부(16)에 서로 독립적으로 장착함으로써, 간단한 구조이면서 물과 발열체와의 접촉면적을 더욱 넓혀 물을 순간적으로 가열하는 효과를 증대시킬 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 격리부를 이용한 순간온수 발생기(300)의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도이다. 여기서는 덮개(6a)의 모양이 아래로 갈수록 넓어지는 원뿔 형태를 가지며, 유출구(12a)가 격리부(16)의 상부에 형성되어 있지 않는다는 점을 제외하고 도 1과 동일하다. 이에 따라 일련의 동일한 참조부호에 대한 설명은 도 1을 참조하기로 하고, 여기에서는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3에서, 격리부(16)의 일측에 부착된 덮개(6a)의 모양은 격리부(16) 방향으로 갈수록 넓어지는 원뿔 형상을 갖는다. 또한, 유출구(12a)는 도 1과 같이 격리부(16)의 상부에 설치되는 것이 아니라, 물이 유입되는 유입구(2)의 반대측에 위치한다. 이에 따라 유입구(2)로 유입된 물이 유출구(12a)를 통하여 몸체(22) 내부로 흘러들어갈 때, 물이 곡면으로 이루어진 덮개(6a)의 내면을 따라 사방으로 흐르게 된다. 따라서 복수개의 발열체(14)가 장착된 경우에도 각각의 발열체에 균일하게 물을 공급할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 격리부를 이용한 순간온수 발생기(400)의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도이다. 여기서는 격리부(16)에 장착되는 발열체(14a)의 형태를 제외하고는 도 1과 동일하다. 이에 따라 일련의 동일한 참조부호에 대한 설명은 도 1을 참조하기로 하고, 여기에서는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 4를 참조하면, 복수 개의 발열체(14a)가 격리부(16)가 끝나는 단부에서 외부가 절연된 커넥터 등으로 연결하지 않고, 격리부(16)의 길이 방향을 따라 장착된다. 이에 따라 발열체(14a)의 양단에 연결되어 발열체(14a)에 전류를 인가하는 접속단자(4)는 모두 외부의 전원을 공급받을 수 있도록 외부로 인출하여 설치된다. 즉, 일측은 덮개(6)를 관통하여 외부로 인출되고, 타측은 몸체(22)의 배출구(24) 근처를 관통하여 외부로 인출되어 설치될 수 있다.

이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

2; 유입구 4; 접속단자
6, 6a; 덮개 10; 패킹
12; 유출구 14, 14a; 발열체
16, 16a, 16b; 격리부 20; 결합부
22; 몸체 24; 배출구
100, 200, 300, 400; 순간온수 발생기