온수 및 난방수 순간 가열 구조를 갖는 전기보일러 시스템

온수 및 난방수 순간 가열 구조를 갖는 전기보일러 시스템{Electric boiler with instant heating system}

본 발명은 보일러 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온수 및 난방수의 직접 가열이 가능한 가열기를 구비하되, 보일러의 구조를 간소화시켜 유지보수의 편리성과 보일러 수명을 현격히 연장시킬 수 있으며, 가열기 내에서 순환하는 온수 및 난방수의 가온 시간을 현격히 단축시키는 등 가온 성능의 향상 및 열효율의 극대화를 가져올 수 있게 한 온수 및 난방수 순간 가열 구조를 갖는 전기보일러 시스템에 관한 것이다.

보일러는 물 등의 열매체를 어떠한 열원에 의해 일정한 온도로 가열 및 이를 공급하기 위한 것으로,

일반적으로 사용되는 보일러로는 기름보일러나 가스보일러가 주로 사용되어 지고 있으며, 이러한 기름이나 가스를 이용한 보일러는 기름이나 가스에 의해 불꽃을 발생 및 그 불꽃에 의해 동관 등의 물 가열기를 가열 및 그 가열기의 내부에 충전된 열매체(물)를 가열 및 가열된 열매체를 난방 및 온수로 공급하게 되는 것이다.

한편, 근자에 들어 기름 및 가스값의 지속적인 상승으로 인하여 기름 및 가스보일러의 사용이 점차 줄어들고 있으며, 이를 대체하기 위해 기름이나 가스의 사용보다 저렴하면서도 내구성 및 안전도가 높은 전기보일러의 활용이 극도로 상승하는 실정이다.

이에, 일반적으로 물이나 기름 등의 열매체를 가열시키는 종래의 전기 보일러 시스템은, 입구와 출구가 형성되고, 내부에 열매체가 수용될 수 있도록 중공부가 형성된 가열기로 구성되며, 상기 가열기의 중공부에는 외부로부터 다수개의 막대형 전기히터가 내입된 것으로, 중공부에 충전된 열매체를 히터의 작동에 의해 일정온도로 상승 및 가온된 열매체를 순환펌프에 의해 온수 및 난방수관으로 순환토록 하는 것이다.

그러나 상기와 같은 종래의 보일러 시스템은, 단순히 중공부에 부분적으로 내입된 전기히터에 의해 열매체의 가열이 가능한 것으로, 이는 열매체가 전기히터에 접촉되는 부분에서는 열매체의 가열이 가능 하나 전기히터로부터 떨어진 열매체 까지 그 열원이 전달되기는 미흡하여 본체 내에 충전된 열매체의 전체적인 가열시 상당한 시간이 소모되는 문제점이 있으며, 이로 인한 전력의 소모를 가져오는 문제점이 있었다.

이에 본 발명 출원인은 특허등록출원 제2010-0098127호와 같이 열판가열 방식을 갖는 가열기를 이용하여, 저온의 물을 최소의 시간에 신속히 가열시킬 수 있는 열판가열방식을 적용함과 동시에 가열된 가열수를 저장탱크에 의해 상시 일정한 온도로 저장이 가능하게 하는 등 순간 가열성 및 열효율을 극대화 및 상시 가열수의 사용이 가능하며, 나아가 가열기 자체에 있어서도, 내구성이 뛰어나 보일러의 수명을 현저히 연장시킬 수 있는 전기보일러의 상시 가열수 시스템을 을 출원한바 있다.

그러나 상기와 같은 전기보일러는 그 구조적으로 다수의 배관을 이용하여 순환 방식으로 온수 및 난방수를 가열하는 구조를 가지는 등 복잡한 구조로 이루여져 있으며, 특히, 온수를 사용하기 위해서는 가열기 자체에서 가열된 가열수를 별도의 열교환기를 통해 재차 직수를 가열하여야 하는 등 온수 및 난방수를 생성하기 위해 2중의 가온 수단을 구비하여야 하며, 온수를 가열함에 있어도 열교환기 내에서 가온된 가열수와의 열교환에 의해 얻어지는 특성상 그 가온 시간이 상당히 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 직수로 공급된 냉수 및 순환하는 난방수의 급속 가열이 가능하게 온수가열로와 난방수가열로가 형성된 가열기를 구비하되, 배관 설치에 따른 구조적인 간소화로 유지보수의 편리성 및 보일러의 고장을 최소화하여 그 수명을 현격히 연장시킬 수 있으며, 필요에 따라 하나의 가열기 내에서 온수 및 난방수를 고온으로 급속 가열이 가능하여 그 가온 시간을 현격히 단축시킬 수 있는 등 보일러 성능 향상 및 열효율을 극대화 시킬 수 있게 하는 온수 및 난방수 순간 가열 구조를 갖는 전기보일러 시스템을 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로는, 저온의 냉수를 가열하여 온수 및 난방수로의 사용이 가능하게 한 전기보일러에 있어서,

내부에 내장된 전기히터에 의해 냉수를 가열하여 온수를 생성하기 위한 온수가열로와, 분배기를 통해 순환하며 난방을 수행하는 난방수를 생성하기 위한 난방수가열로가 형성된 가열기;

상기 가열기의 온수가열로의 시단부에 연결되며, 가열기의 온수가열로로 냉수를 공급 및 공급되는 냉수의 흐름을 감지하는 유량감지센서를 갖는 직수공급관;

상기 가열기의 온수가열로의 말단부에 연결되며, 가열기에 의해 가열된 온수를 배출 이동시키기 위한 온수공급관;

상기 가열기의 상부에 설치되며, 상기 온수공급관과 연결되어 가열기로부터 가열된 온수를 저장하고, 상부에 온도센서 및 안전변이 형성된 저장탱크;

상기 저장탱크와 직수공급관을 연결하며, 저장탱크에 충전된 온수의 온도 하락으로 인해 온도 저하시 이를 재차 가열하기 위해 직수공급관으로 오버플로우 시키는 오버플로우밸브를 갖는 오버플로우관;

상기 저장탱크로부터 인출되게 연결되며, 가열된 온수를 사용하기 위해 배출시키는 온수배출관;

일측이 상기 가열기의 상부에 연결되며, 타측이 난방수를 분배 공급하기 위한 분배기에 연결되는 난방수출수관;

일측이 순환된 난방수를 모아주는 분배기에 연결되고, 타측이 상기 가열기의 하부에 연결되며, 중간부에 난방수를 강제 순환시키기 위한 순환모터가 형성된 난방수리턴관;

일측이 저장탱크와 연결되고, 타측이 난방수출수관과 연결되어며, 중간부에 보충수제어밸브가 형성되어 난방수출수관으로 온수를 보충 공급하기 위한 난방수보충관; 및

상기 유량감지센서와, 온도센서와, 순환모터와, 보충수제어밸브와, 오버플로우밸브의 전기적인 신호를 제어하는 제어부를 포함하여 구성함으로 달성할 수 있는 것이다.

상기와 같이 본 발명 온수 및 난방수 순간 가열 구조를 갖는 전기보일러 시스템은, 하나의 가열기 내에서 온수 및 난방수의 급속 가열이 가능하게 함으로, 배관 설치에 따른 구조적인 간소화로 유지보수의 편리성 및 보일러의 고장을 최소화 할 수 있는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

또한, 가열기 내에 온수의 가열이 가능한 온수가열로와 난방수의 가열이 가능한 난방수가열로를 각각 형성하되, 온수 및 난방수가 가열기 내에서 직접 가열됨으로 별도 가온된 가열수의 저장 없이도 필요에 따라 최소의 시간으로 신속한 가열 사용이 가능하여 보일러 성능의 향상 및 열효율을 극대화 시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명 온수 및 난방수 순간 가열 구조를 갖는 전기보일러 시스템의 전체 사시도.
도 2는 본 발명 온수 및 난방수 순간 가열 구조를 갖는 전기보일러 시스템의 가열기의 가열기를 나타낸 평단면도.
도 3은 본 발명 온수 및 난방수 순간 가열 구조를 갖는 전기보일러 시스템의 가열기를 나타낸 정단면도.
도 4는 본 발명 온수 및 난방수 순간 가열 구조를 갖는 전기보일러 시스템의 최초 온수 충전상태를 나타낸 흐름도.
도 5는 본 발명 온수 및 난방수 순간 가열 구조를 갖는 전기보일러 시스템의 온수 사용상태를 나타낸 흐름도.
도 6은 본 발명 온수 및 난방수 순간 가열 구조를 갖는 전기보일러 시스템의 난방수 순환 상태를 나타낸 흐름도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 온수 및 난방수 순간 가열 구조를 갖는 전기보일러 시스템의 전체 사시도 이고, 도 2는 본 발명 온수 및 난방수 순간 가열 구조를 갖는 전기보일러 시스템의 가열기의 가열기를 나타낸 평단면도 이며, 도 3은 본 발명 온수 및 난방수 순간 가열 구조를 갖는 전기보일러 시스템의 가열기 나타낸 정단면도이다.

도 1 내지 도 3의 도시와 같이 본 발명 온수 및 난방수 순간 가열 구조를 갖는 전기보일러 시스템은, 냉수의 가열 및 난방수의 가열이 가능한 가열기(100)와, 가열기로 냉수를 공급하기 위한 직수공급관(200)과, 가열된 온수를 배출하기 위한 온수공급관(300)과, 가열된 온수를 저장하기 위한 저장탱크(400)와, 저장탱크의 물을 오버플로우 시키기 위한 오버플로우관(500)과, 저장된 온수를 사용하기 위해 배출하는 온수배출관(600)과, 온수를 난방수로 사용하기 위해 출수시키는 난방수출수관(700)과, 순환된 난방수를 회수하는 난방수리턴관(800)과, 난방수를 보충하기 위한 난방수보충관(900) 및 제어부(1000)로 구성된 것이다.

이때, 상기 가열기(100)는, 도 2 및 도 3의 도시와 같이 열전도율이 뛰어난 알루미늄 합금재로 된 것으로, 내부에 내장된 전기히터(110)에 의해 냉수를 가열하여 온수를 생성하기 위한 온수가열로(120)와, 분배기(10)를 통해 순환하며 난방을 수행하는 난방수를 생성하기 위한 난방수가열로(130)를 갖는 판형 가열판(101)이 다수층으로 적층 형성된 것이다.

여기서, 상기 각각의 가열판(101)에 내장되는 전기히터(110)는, 그 중간부에서 지그재그 상으로 배열되게 구성된 것이다.

또한, 상기 온수가열로(120)는, 상기 전기히터(110)의 주연부에 형성되는 것으로, 그 전기히터(110)를 따라 지그재그 상으로 형성되며, 그 시작부와 끝단부는 상기 가열판(101)의 전면에서 양측으로 노출되어 외부와 연통 되게 구성되며, 상기 가열판을 사출시 관을 내입 하거나, 홈을 주어 형성할 수 있는 것이다.

또한, 상기 난방수가열로(130)는, 상기 전기히터(110)를 중심으로 가열판(101)의 상부 및 하부면에 함몰 형성되어 공간부를 이루게 구성된 것이며, 그 난방수가열로(130)의 일측에는 그 상부 및 하부를 연통하는 관통공(131)이 형성되어 상.하 난방수가열로(130)이 서로 연통 되게 구성된 것이다.

또한, 상기 적층되는 가열판(101)의 그 최상단 가열판(101) 및 최하단 가열판(101)은, 각각 상부마감판(102) 및 하부마감판(103)에 의해 마감되게 구성된 것이다.

한편, 상기 가열판(101)은, 그 적층 형성시 난방수가열로(130)을 연결하는 관통공(131)이 좌우 교차 되게 지그재그 상으로 적층 형성하여 난방수가 하부로부터 상부로 지그재그 상으로 순환되게 구성함이 바람직한 것이다.

또한, 상기 가열판(101)의 전면 양측으로 노출 형성된 온수가열로(120)는, 연결관(121)에 의해 각각 상측의 가열판(101)에 노출된 온수가열로(120)와 수직 연결 형성되는 것으로, 좌.우측이 한개의 단차를 이루게 지그재그 상으로 교차 형성함이 바람직한 것이며, 단, 최하단의 온수가열로(120)의 일측과 최상단의 온수가열로(120)의 일측은 각각 하기하는 직수공급관(200) 및 온수공급관(300)이 결합되게 구성된 것이다.

상기 직수공급관(200)은, 외부로부터 냉수의 직수를 가열기(100) 내부로 공급하기 위한 것으로, 상기 가열기(100)의 최하단 가열판(101)에 노출 형성된 온수가열로(120)에 연결되고, 그 중간부에는 냉수의 흐름을 감지하는 유량감지센서(210)가 형성되어 냉수를 가열기(100)의 온수가열로(120)로 공급 가능하게 구성된 것이다.

상기 온수공급관(300)은, 가열기(100)에서 가열된 온수를 이동시키기 위한 것으로, 상기 가열기(100)의 최상단 가열판(101)에 노출 형성된 온수가열로(120)에 연결되고, 그 타단은 하기하는 저장탱크(400)와 연결되게 구성된 것이다.

상기 저장탱크(400)는, 상기 가열기(100)의 상부마감판(102)에 안착 형성되는 것으로, 상기 온수공급관(300)과 연결되어 가열기(100)에서 가열된 온수가 충전되는 것이며, 상부에 가열된 온수의 온도를 측정하는 온도센서(410)가 형성되고, 상단면에는 내부의 공기압력을 제어하는 통상의 안전변(420)이 형성된 것이다.

상기 오버플로우관(500)은, 상기 저장탱크(400)와 직수공급관(200)을 연결하고, 중간부에 오버플로우밸브(510)가 형성된 것으로, 저장탱크(400)에 충전된 온수의 미사용으로 온도 저하시 보일러를 재가동시 충전된 물을 직수공급관(200)으로 오버플로우 시켜 재차 가열시키게 구성된 것이다.

이때, 사용되는 오버플로우밸브(510)는, 저장탱크(400)측에서 직수공급관(200)으로의 유입은 가능 하나 그 역류는 불가능한 역류방지밸브를 사용함이 바람직한 것이다.

상기 온수배출관(600)은, 상기 저장탱크(400)에 저장된 가온 상태의 온수를 사용하기 위한 것으로, 단부에 통상의 수도밸브(도면중 미도시함)가 형성되어 온수를 저장탱크로부터 배출시켜 사용 가능하게 구성된 것이다.

상기 난방수출수관(700)은, 상기 가열기(100)에서 가열된 난방수를 통상의 분배기(10)로 공급 및 난방을 수행하게 하기 위한 것으로, 일측이 상기 가열기(100)의 상부마감판(102)에서 내부의 난방수가열로(130)와 연통 되게 연결되고, 타측이 분배기(10)와 연결되게 구성된 것이다.

상기 난방수리턴관(800)은, 사용된 난방수를 재차 가열하기 위해 가열기(100)로 난방수를 공급하기 위한 것으로, 일측이 분배되어 사용된 난방수를 모아주는 분배기(10)에 결합되고, 타측이 상기 가열기(100)의 하부마감판(103)에서 내부의 난방수가열로(130)와 연통되게 연결되게 구성된 것이다.

또한, 상기 난방수리턴관(800)의 중간부에는 난방수를 강제 순환시키기 위한 순환모터(810)가 형성된 것이다.

상기 난방수보충관(900)은, 최초 또는 난방수의 소진으로 인한 난방수의 부족시 그 난방수를 보충하기 위한 것으로, 상기 저장탱크(400)와 난방수출수관(700)을 연결하며, 그 중간부에는 보충수제어밸브(910)가 형성된 것이다.

이때, 상기 사용되는 보충수제어밸브(910)는, 저장탱크(400)측에서 난방수출수관(700)으로의 유입은 가능 하나 그 역류는 불가능한 역류방지밸브를 사용함이 바람직한 것이다.

상기 제어부(1000)는, 상기 직수공급관(200)의 유량감지센서(210)와, 저장탱크(400)의 온도센서(410)와, 난방수리턴관(800)의 순환모터(810)와, 난방수보충관(900)의 보충수제어밸브(910)와, 오버플로우관(500)의 오버플로우밸브(510)의 전기적인 신호를 제어하게 구성된 것이다.

이하, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명 온수 및 난방수 순간 가열 구조를 갖는 전기보일러 시스템의 작용을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

본 발명 전기보일러 시스템은, 그 보일러의 구조를 간소화 시키면서도, 그 냉수 및 난방수의 가열 시간을 현격히 단축시킬 수 있는 것이다.

이에, 그 작동관계를 상세히 살펴보면,

도 4는 본 발명 온수 및 난방수 순간 가열 구조를 갖는 전기보일러 시스템의 최초 온수 충전상태를 나타낸 흐름도이다.

도 4의 도시와 같이 최초 보일러를 이용하여 온수를 충전시에는, 보일러에 전원이 공급된 상태에서, 최초 직수공급관(200)을 통해 직수(냉수)를 공급하게 되면 그 직수공급관(200)의 유량감지센서(210)에서는 냉수의 흐름을 감지하여 보일러를 가동시키게 되는 것이다.

즉, 보일러가 가동하게 되면, 가열기(100)의 전기히터(110)의 작동으로 가열기(100) 내에 열원이 발생하는 것이며, 이때, 직수공급관(200)을 통해 공급되는 냉수는 가열기(100)의 하부로부터 온수가열로(120)로 진입 및 적층 형성된 가열판(101)에 형성된 각각의 온수가열로(120)를 순환하면서 상부로 이동됨과 동시에 가열되게 되는 것이다.

이후, 가열된 온수는 가열기(100) 상부의 온수가열로(120)로 배출 및 온수공급관(300)을 통해 저장탱크(400)에 충전되게 되는 것이다.

또한, 저장탱크(400)에 저장되는 온수는 온도센서(410)에 의해 미리 지정된 온도 이하로 하강시 오버플로우관(500)의 오버플로우밸브(510)를 작동시켜 재차 직수공급관(200)으로 오버플로우시켜 가열기(100)를 통해 재가열하게 되는 것이다.

한편, 본 발명 보일러 시스템의 온수 사용시를 살펴보면,

도 5는 본 발명 온수 및 난방수 순간 가열 구조를 갖는 전기보일러 시스템의 온수 사용상태를 나타낸 흐름도이다.

도 5의 도시와 같이 저장탱크(400)에 저장된 온수를 사용하기 위해서는, 통상의 온수 사용과 같이 온수배출관(600)에 형성된 수도밸브를 개방하게 되면 저장탱크(400)에 저장된 온수의 사용이 가능한 것이다.

또한, 상기 저장탱크(400)에서 온수가 배출되게 되면 다시 저장탱크(400)로 물이 유입 충전되는 것인바, 이때, 직수공급관(200)에 형성된 유량감지센서(210)에서는 냉수의 흐름을 감지하여 가열기(100)를 작동시켜 냉수를 가열하여 저장탱크(400)로 지속적으로 충전하게 되는 것이다.

또한, 본 발명 보일러 시스템의 난방수 사용시를 살펴보면,

도 6은 본 발명 온수 및 난방수 순간 가열 구조를 갖는 전기보일러 시스템의 난방수 순환 상태를 나타낸 흐름도이다.

도 6의 도시와 같이 본 발명 보일러 시스템을 이용하여 난방을 수행시에는, 먼저, 최초, 난방라인(20)에는 난방수를 충전하게 되는 것으로, 이는 난방수보충관(900)을 통해 난방라인(20)에 난방수를 충전하면 되는 것이다.

즉, 상기 저장탱크(400)와 난방수출수관(700)을 연결하는 난방수보충관(900)에 형성된 보충수제어밸브(910)를 개방하게 되면, 난방수는 저장탱크(400)로부터 난방수출수관(700)을 통해 통상의 분배기(10)로 유입 및 다시 분배기(10)에는 각각의 난방라인(20)으로 난방수를 공급하게 되는 것이며, 공급되는 난방수는 난방라인(20)을 돌아 다시 분배기(10)로 모아져 난방수리턴관(800)을 통해 가열기(100)의 난방수가열로(130)로 유입 충전되는 것으로, 순환모터(810)의 작동에 의해 이루어지는 것이다.

한편, 상기와 같이 난방수가 충전됨과 동시에 보일러가 가동하게 되면, 가열기(100)의 작동과 함께 순환모터(810)의 작동이 이루어지는 것으로, 순환모터(810)에 의해 순환되는 난방수는 가열기(100)내로 진입시 전기히터(110)의 작동으로 가열기(100) 내에 열원이 발생하여 가열되는 것이다.

즉, 순환모터(810)의 작동으로 난방수는 난방수리턴관(800)을 통해 가열기(100)의 최하단 가열판(101)에 형성된 난방수가열로(130)로 진입 및 관통공(131)을 통해 최상단의 난방수가열로(130)로 지그재그 상으로 순환하며 가열되는 것이며, 가열된 난방수는 가열기(100)의 최상단 가열판(101)을 통해 난방수출수관(700)으로 출수 및 분배기(10)와 난방라인(20), 난방수리턴관(800)을 통해 순환하게 되는 것이다.

한편, 상기와 같은 본 발명 온수 및 난방수 순간 가열 구조를 갖는 전기보일러 시스템은, 온수 또는 난방수 또는 온수와 난방수의 동시 사용이 가능한 것이며, 보일러를 가동과, 유량감지센서(210)와, 온도센서(410)와, 순환모터(810)와, 보충수제어밸브(910)와, 오버플로우밸브(510)의 전기적인 감지 신호는 제어부(1000)로 전송 및 그 제어부에 의해 작동이 가능한 것이다.

이상과 같은 작동에서 알 수 있듯이 본 발명 온수 및 난방수 순간 가열 구조를 갖는 전기보일러 시스템은 하나의 가열기 내에서 온수 및 난방수의 급속 가열이 가능하여 그 가열시간을 현격히 단축시킬 수 있어 전력 소모를 줄여주고 열효율을 한층 향상시킬 수 있는 것이다.

100 : 가열기 101 : 가열판
102 : 상부마감판 103 : 하부마감판
110 : 전기히터 120 : 온수가열로
130 : 난방수가열로 200 : 직수공급관
210 : 유량감지센서 300 : 온수공급관
400 : 저장탱크 410 : 온도센서
420 : 안전변 500 : 오버플로우관
510 : 오버플로우밸브 600 : 온수배출관
700 : 난방수출수관 800 : 난방수리턴관
810 : 순환모터 900 : 난방수보충관
910 : 보충수제어밸브 1000 : 제어부