발광다이오드를 이용한 보일러{BOILER WITH LED}
본 발명은 발광다이오드를 이용한 보일러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광다이오드에서 발생하는 열을 이용하여 파이프 내의 물을 데워서 난방에 이용하는 발광다이오드를 이용한 보일러에 관한 것이다.
보일러는 가스나 기름을 태워서 발생하는 연소열로 물을 데워서 방이나 사무실, 온실 등을 따뜻하게 하는 난방장치이다. 일반적으로 보일러는 밀폐된 연소실 내부에 열을 가하면서, 연소실 내부에 설치된 난방수 파이프를 가열하여 난방수의 온도를 올린다. 난방수 파이프는 불꽃과의 접촉 시간을 늘리기 위하여 U 자형 튜브로 제작되는 것이 일반적이다. 난방수 파이프를 통과하면서 화염에 의해 온도가 올라간 난방수는 가정이나 사무실 바닥에 시공된 파이프를 따라 흘러가면서 열을 전달하게 되고, 이에 따라 방이나 사무실 등이 따뜻하게 된다. 그런데, 종래기술에 따른 보일러는 대부분 기름이나 가스를 연소하면서 발생하는 열로 난방수를 데우는데, 기름 등의 연소과정에서 일산화탄소나 질소화합물과 같은 유해물질이 발생하여 인체에 해를 끼치게 된다. 연소과정에서 발생하는 화합 물을 배출하기 위하여 별도의 연통을 설치하여야 하므로, 시공비가 상승하고, 공간적인 제약도 받게 된다. 또한 연소과정에서 발생하는 화염은 수백 도 정도의 높은 온도를 가지는데, 정작 난방수는 최고 온도가 80℃ 정도이므로 나머지 열은 모두 방출되어 버려서 열효율이 떨어지는 문제점이 있다. 보일러의 열효율이 떨어지면 난방비가 이에 비례하여 상승하게 된다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 빛을 내도록 고안된 LED(발광다이오드)에서 발생하는 열을 이용하여 보일러 내부의 난방수를 데움으로써 적은 전력만으로 효율적인 난방이 이루어질 수 있도록 하는 발광다이오드를 이용한 보일러를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 난방용 보일러로서, 측면에 입수구와 출수구가 형성되며, 열매체유로 채워진 내부에는 상기 입수구와 출수구를 연결하는 난방수 파이프가 설치되는 케이스와; 상기 케이스의 외측면에 설치되며, 메탈 PCB(Printed Circuit Board)와 다수 개의 LED(Light Emitting Diode)로 구성된 LED 패널과; 상기 LED에 직류전원을 공급하는 전원부;를 포함하며, 상기 LED 패널에서 발생하는 열에 의해 상기 케이스 내부의 열매체유의 온도가 올라가고, 상기 열매체유의 온도가 올라가면 상기 난방수 파이프 내부를 흐르는 난방수의 온도가 올라가는 것을 특징으로 한다. 상기 케이스 내부에 설치된 난방수 파이프의 전부 또는 일부의 외측면에 부착되는 방열핀;을 추가로 포함한다. 상기 LED 패널을 덮어서 밀폐시키는 LED 커버;를 추가로 포함한다. 상기 케이스의 상면 일측에 형성되어 상기 케이스 내부의 열매체유가 출입하는 열매체유출입구와; 상기 열매체유출입구에 연결되는 열매체유팽창관과; 상기 열 매체유팽창관의 말단에 연결되는 팽창탱크;를 추가로 포함한다. 상기 팽창탱크의 상면 일측에는 에어벤트가 설치되어, 상기 팽창탱크 내부 공기의 압력이 높아지면 상기 에어벤트가 열리면서 내부의 공기가 외부로 배출되는 것을 특징으로 한다. 상기 케이스의 외측면에서 상기 LED 패널이 설치되는 영역의 전부 또는 일부에는 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 기름이나 가스를 연소시키는 보일러에 비하여 저전력으로도 동일한 난방효과를 낼 수 있게 되므로, 겨울철 난방비를 획기적으로 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명은 이산화탄소나 기타 연소화합물을 일체 발생시키지 않고 전기의 힘만으로 난방수를 데울 수 있으므로, 녹색성장의 취지에 부합하는 친환경적인 난방을 할 수 있는 효과가 있다. 또한 LED는 직류전원에 의해 구동되므로, 사용자가 감전에 의해 부상을 입는 위험을 방지할 수 있다.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드를 이용한 보일러(이하, '보일러'라 함)를 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 구조를 나타낸 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 보일러의 내부구조를 나타낸 측단면도, 도 3은 도 1에 도시된 보 일러의 내부구조를 나타낸 평단면도이다. 본 발명의 보일러는 케이스(102)에 의해 몸체가 구성된다. 케이스(102)는 직육면체의 철제로 제작되는 것이 일반적이다. 케이스(102) 내부에는 수용공간이 형성되어 난방수가 흘러갈 수 있는 파이프가 설치된다. 케이스(102) 측면에는 입수구(104)와 출수구(106)가 형성되며, 케이스(102) 내부에는 입수구(104)와 출수구(106)를 연결하는 난방수 파이프(112)가 내장된다. 일반적인 수도파이프는 동(구리)이나 알루미늄 재질로 제작하지만 동이나 알루미늄 파이프는 응축수의 영향으로 부식이 발생할 수 있으므로, 본 발명에서는 부식에 강한 스테인레스 스틸 재질을 난방수 파이프(112)로 사용한다. 입수구(104)를 통해 들어온 난방수는 난방수 파이프(112)를 지나면서 온도가 올라가고, 마지막으로 출수구(106)를 통해 배출된다. 케이스(102) 내부의 수용공간(102a)에는 열매체유가 채워져 있어서 난방수 파이프(112)의 외측을 감싸고 있다. 열매체유는 광유계와 합성유계로 나누어지는데, 광유계는 광물에서 추출한 고점도 오일로 제조된 열전달 매체로서, 높은 비열과 열전도도를 가지고 있어서 난방수를 빠른 시간 내에 목적하는 온도로 데워주는데 효과적인 열전달매체이다. 합성유계는 원료(원유)를 화학적 공정을 통해서 변형시켜 열전달율을 높이고 안정성을 향상시킨 열전달 오일로서, 광유계 열매체유와 유사한 물리적 특성을 가지고 있다. 케이스(102) 내부에 채워진 열매체유의 온도가 올라가면 열매체유로 둘러싸 인 난방수 파이프(112)가 데워지면서 내부를 흐르는 난방수의 온도도 올라가게 된다. 열매체유를 데우는 장치로 본 발명에서는 발광다이오드(LED)가 사용된다. 케이스(102)의 외측면에는 다수 개의 LED 패널(108)이 밀착 설치된다. LED 패널(108)은 금속 재질의 메탈 PCB(Printed Circuit Board; 108a) 위에 다수 개의 LED(108b)가 장착된 형태로 구성된다. 또한 LED(108b)에 직류전원을 공급하기 위한 전원부(도면 미도시)가 케이스(102)와 일체로 또는 독립적으로 설치될 수 있다. 일반적으로 발광다이오드는 직류전원의 공급에 의해 빛을 내는 발광소자로서, 백열등이나 형광등에 비해서 저전력으로도 강한 빛을 낼 수 있는 장점이 있지만, PCB에서 많은 열이 발생하여 발광다이오드의 수명을 단축시키는 문제점이 있다. 역으로 말하면 발광다이오드에서 발생하는 폐열을 이용하여 난방기구를 돌릴 수 있다면 저전력으로도 높은 효율의 난방을 할 수 있게 되는 것이다. 본 발명의 LED 패널(108)에서는 LED(108b)의 발광에 따라 메탈 PCB(108a)에서 많은 열이 발생되는데, 이 열이 케이스(102) 내부로 전달되어 열매체유의 온도를 상승시키게 된다. 또한 LED 패널(108)을 덮어주는 LED 커버(110)가 구비되어 있어서, LED(108b)에서 발생하는 열이 대기중으로 흩어지지 않고, 케이스(102) 내부로 들어갈 수 있도록 유도해준다. 일반적으로 발광다이오드의 온도가 150℃를 넘어가면 소자의 수명이 급격히 감소하지만, 그 이하의 온도에서는 수명의 저하가 심하게 일어나지 않는다. 따라서 본 발명에서는 LED(108b)가 100℃ 내지 150℃ 정도의 온도에서 동작이 이루어지 도록 전류의 세기를 조절한다. 또한 메탈 PCB(108a)는 플라스틱 PCB에 비하여 내열성이 커서 200℃ 이상의 온도에서도 변형이 생기지 않는 장점이 있다. LED(108b)에 공급되는 전류의 크기를 조절하여 발열 온도를 미세하게 조절하는 방식은 기존에 공개된 각종 조절스위치(Dimming Switch)를 사용하는 것이어서 자세한 설명은 생략한다. LED(108b)에서 발생한 열은 열매체유를 통해 전달된 후, 난방수 파이프(112) 내부의 난방수로 전해진다. 한편, 케이스(102)의 상면 일측에는 케이스 내부의 열매체유가 출입하는 열매체유출입구(116)가 형성된다. 열매체유출입구(116)에는 열매체유팽창관(118)이 연결되며, 열매체유팽창관(118)의 말단에는 팽창탱크(120)가 설치된다. 케이스(102) 내부의 열매체유는 LED 패널(108)에서 발생하는 열에 의해 100℃ 이상으로 온도가 올라갈 수 있는데, 온도 상승에 따라 열매체유의 부피도 팽창하면서 케이스(102) 내부의 압력이 높아진다. 케이스(102) 내부의 압력이 규정치 이상으로 높아지면 케이스(102)가 폭발하는 사고가 발생할 위험이 생기는데, 이를 예방하기 위하여 팽창탱크(120)를 구비하여 압력의 상승을 방지하게 된다. 케이스(102) 내부의 열매체유가 온도가 올라가면서 부피가 증가하면 열매체유출입구(116)를 통해 열매체유의 일부가 빠져나오면서 팽창탱크(120)로 들어가게 된다. 따라서 케이스(102) 내부의 압력이 줄어드는 효과가 생긴다. 만약 온도가 더 많이 상승하여 팽창탱크(120) 내부로 들어온 열매체유의 부 피가 커지면서 내부 공기의 압력도 증가하는 경우에는 팽창탱크(120)의 상면 일측에 설치된 에어벤트(122)를 통해 공기가 빠져나가면서 팽창탱크(120) 내부의 압력을 줄일 수 있게 된다. 이를 위해 에어벤트(122)에는 팽창탱크(120) 내부의 압력이 일정 수준 이상일 때 열리고, 압력이 감소하면 닫히는 밸브(도면 미도시)가 구비될 수 있다. 도 4는 LED 패널과 케이스의 결합상태를 나타낸 단면도로서, 케이스(102)의 바깥 표면에 LED 패널(108)이 접촉되어 있는 것을 알 수 있다. 열매체유에 전달된 열이 난방수 파이프(112) 내부를 흐르는 난방수로 효과적으로 전달되록 하기 위해서 난방수 파이프(112)의 전부 또는 일부의 외측면에 다수의 방열핀(114)이 부착된다. 도 5는 방열핀의 구조를 나타낸 사시도로서, 난방수 파이프(112)의 외측면에 원판 형태의 방열핀(114)이 다수 부착되어 있는 것을 나타내고 있다. 방열핀(114)은 스테인레스 스틸 박판으로 만들어져서 열매체유와 접촉하는 면적을 크게하는 역할을 한다. 스테인레스 재질의 방열핀(114)은 난방수 파이프(112)와 마찬가지로 응축수에 의한 부식에 잘 견딜 수 있게 된다. 도 6은 난방수에 열이 전달되는 과정을 모식적으로 나타낸 단면도이다. 한편, 도 7은 요철이 형성된 케이스 외측면의 구조를 나타낸 단면도이다. 케이스(102)의 외측면에서 LED 패널(108)이 설치되는 영역의 전부 또는 일부에는 요철(102b)을 형성한다. 요철(102b)이 형성된 영역 위에 LED 패널(108)을 부착할 경우, LED 패널(108)에서 발생한 열이 전달되는 면적이 증가하게 된다. 따라 서 열전달 효율이 커지면서 LED 패널(108)의 열이 더 많이 케이스(102) 내부로 전달되는 효과가 생긴다. 이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 구조를 나타낸 사시도. 도 2는 도 1에 도시된 보일러의 내부구조를 나타낸 측단면도. 도 3은 도 1에 도시된 보일러의 내부구조를 나타낸 평단면도. 도 4는 LED 패널과 케이스의 결합상태를 나타낸 단면도. 도 5는 방열핀의 구조를 나타낸 사시도. 도 6은 난방수에 열이 전달되는 과정을 모식적으로 나타낸 단면도. 도 7은 요철이 형성된 케이스 외측면의 구조를 나타낸 단면도. **도면의 주요부분에 대한 부호설명** 102 : 케이스 104 : 입수구 106 : 출수구 108 : LED 패널 108a : 메탈 PCB 108b : LED 110 : LED 커버 112 : 난방수 파이프 114 : 방열핀 116 : 열매체유출입구 118 : 열매체유팽창관 120 : 팽창탱크 122 : 에어벤트 |
