KR100864765B1 - 히트파이프를 이용한 정수기의 가열제어장치 - Google Patents
히트파이프를 이용한 정수기의 가열제어장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 히트파이프를 이용한 정수기의 가열제어장치에 관한 것으로서,
내부에 물을 저장하는 저수탱크;
상기 저수탱크의 물을 가열하도록 상기 저수탱크 일측에 설치되는 가열수단;
상기 저수탱크의 물이 설정온도에 도달하면 상기 가열수단에 공급되는 전원이 차단되도록, 일단부는 상기 저수탱크 내부로 삽입되고 타단부는 상기 저수탱크 밖으로 노출되어 상기 저수탱크의 물이 설정온도로 가열되었을 때 일단부에서 타단부 쪽으로 열전도가 일어나는 히트파이프부;
상기 히트파이프부의 타단부에 설치되어 상기 히트파이프부로부터 전달된 열에 의하여 상기 가열수단에 공급되는 전원이 차단되도록 하는 바이메탈부;를 포함하여 이루어진다.
정수기, 저수탱크, 가열수단, 히트파이프, 바이메탈
Description
본 발명은 정수기의 가열제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 히트파이프를 이용하여 정수기의 저수탱크에 채워진 물을 정확한 설정온도로 제어할 수 있도록 한 히트파이프를 이용한 정수기의 가열제어장치에 관한 것이다.
건강과 장수에 대한 관심이 높아지면서 매일 음용하는 물에 대한 관심도 더불어 높아지고 있다.
또한 물에 대한 관심이 높아짐에 따라, 보다 깨끗한 물을 마실 수 있도록 하는 정수기가 많이 보급되고 있는 바, 정수기는 물속에 함유되어 있는 중금속 및 기타 이물질 등을 걸러 깨끗한 물을 마실 수 있게 해준다.
최근, 정수기의 수요가 점차 증대되고 있는데, 그 원인으로는 과밀화된 인구, 산업의 고도성장, 도시 지역의 확대 및 토지의 오염 등으로 더럽고 유해한 오수가 식수원으로 함께 유입되어 사람들이 마시는 수돗물 또한 믿을 수 없다는 불신 에서 기인된다.
즉, 상수원으로 이용되고 있는 지표수에 산업폐수, 생활 오수 및 축산 폐수 등의 오염물질이 유입됨으로써 그 오염도가 날이 갈수록 심화되어 음용수로써 부적합하기 때문이다.
정수기에는 통상적으로 물을 저장하는 저수탱크가 마련되어 있는데, 그 저수탱크에 저장된 물을 가열하여 사용자가 온수를 사용할 수 있도록 정수기에는 가열장치가 구비된다.
도1은 종래 정수기의 가열제어장치를 보인 개략도이다.
도1을 참조하여 보면, 정수기에는 물을 저장하기 위한 저수탱크(1)가 구비되고, 상기 저수탱크(1)의 일측에는 내부의 물을 가열하여 사용자에게 온수를 공급하기 위한 가열부(2)가 설치된다.
여기서, 상기 가열부(2)는 전열기구에 널리 사용되는 시즈 히터로서, 이것은 금속보호관에 전열선을 코일 형태로 내장하고 절연분말인 산화 마그네슘을 넣어 충진시킨 형태로 사용된다.
이때, 상기 가열부(2)는 상기 저수탱크(1) 내부로 삽입되어 저수탱크(1) 내의 물과 직접 접촉됨으로써 물을 가열하여 사용자에게 온수를 제공하게 된다.
또한, 상기 저수탱크(1)의 물이 설정온도 이상으로 과열되면 상기 가열부(2)의 작동이 정지되어야 하는바, 상기 저수탱크(1)의 타측에는 물 온도가 설정온도 이상이 되면 상기 가열부(2)의 작동이 멈추도록 하여 저수탱크(1) 내의 물이 계속 해서 가열되는 것을 방지하는 바이메탈(3)이 설치된다.
상기 바이메탈(3)은 전원부(4)와 전기적으로 연결되어 상기 전원부(4)로부터 전원을 공급받아 상기 가열부(2)로 전달하게 되는데, 상기 저수탱크(1)의 물이 설정온도 이상으로 과열되면 상기 바이메탈(3)이 작동되어 상기 가열부(2)로 공급되는 전원부(4)의 전원을 차단함으로써 상기 저수탱크(1)의 물이 과열되는 것을 방지하고 항상 일정한 물 온도를 유지하도록 한다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래 정수기의 가열제어장치는 바이메탈에서 열팽창계수가 서로 다른 금속판이 온도변화에 따라 연속적으로 변형되는 구조에 의해 가열부로 공급되는 전원의 차단이 이루어지는바, 알려진 바와 같이 바이메탈은 아무리 정교하게 설정을 하더라도 약간의 온도편차가 존재할 수 밖에 없고, 이로 인해 설정온도보다 낮거나 높은 지점에서 전원이 차단되는 구조적 문제가 발생한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 상변화시의 잠열로써 열전달이 발생하는 히트파이프를 이용하여 정수기의 저수탱크가 설정온도를 초과할 때 히트파이프에 내장된 작동유체가 상변화되면서 그 열이 다른 쪽으로 전달되도록 하되, 그 열이 전달된 곳에는 바이메탈을 설치하여 온도편차에 전혀 영향을 받지 않고 정확한 설정온도에서 전원차단이 이루어지도록 한 정수기 가열제어장치를 제공함에 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에 물을 저장하는 저수탱크;
상기 저수탱크의 물을 가열하도록 상기 저수탱크 일측에 설치되는 가열수단;
상기 저수탱크의 물이 설정온도에 도달하면 상기 가열수단에 공급되는 전원이 차단되도록, 일단부는 상기 저수탱크 내부로 삽입되고 타단부는 상기 저수탱크 밖으로 노출되어 상기 저수탱크의 물이 설정온도로 가열되었을 때 일단부에서 타단부 쪽으로 열전도가 일어나는 히트파이프부;
상기 히트파이프부의 타단부에 설치되어 상기 히트파이프부로부터 전달된 열에 의하여 상기 가열수단에 공급되는 전원이 차단되도록 하는 바이메탈부;를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 히트파이프부는, 내부가 진공상태를 이루는 관 형태의 하우징과, 상기 하우징 내에 채워지는 작동유체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저수탱크 물의 설정온도는 상기 하우징 내에 채워진 작동유체의 비점과 동일한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 정수기 저수탱크의 물이 바이메탈의 온도편차에 영향을 받지 않고 항상 설정된 온도로 정확하게 제어되므로 정수기의 온수제어에 신뢰성이 확보되는 특유의 효과가 있다.
이하, 본 발명의 기술구성을 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.
도2는 본 발명에 따른 정수기의 가열제어장치를 보인 개략도이고, 도3은 본 발명에 따른 히트파이프부와 바이메탈부를 보인 설명도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명은 크게 저수탱크(110)와, 가열수단(120)과, 히트파이프부(130)와, 바이메탈부(140)를 포함하여 이루어진다.
상기 저수탱크(110)는 정수기에서 물을 저장하기 위해 구비되는 것으로, 내부에는 소정용량의 물을 채울 수 있도록 수용공간이 형성된다.
한편, 상기 저수탱크(110)의 일측에는 상기 저수탱크(110)에 채워진 물을 가 열하여 사용자가 온수를 공급받을 수 있도록 가열수단(120)이 설치된다.
상기 가열수단(120)은 전원이 공급되면 발열하기 시작하여 발열이 지속되면 상기 저수탱크(110)에 저장된 물과 열교환을 통하여 물이 가열되도록 하는 것인바, 상기 저수탱크(110)의 물은 설정온도에 도달하기까지는 시간이 경과함에 따라 점점 온도가 증가된다.
그리고, 상기 저수탱크(110)의 물이 소정의 설정온도, 즉 사용자나 제조자가 설정해 놓은 온도에 정확히 도달하면 상기 가열수단(120)에 공급되는 전원이 차단되어 상기 저수탱크(110)의 물이 더 이상 가열되지 않도록 하여야 하는바, 본 발명에서는 바이메탈이 갖는 온도편차 특성을 극복하기 위하여 별도의 히트파이프부(130)가 마련된다.
여기서, 상기 히트파이프부(130)가 상기 저수탱크(110)에 설치된 구성을 설명하기에 앞서 히트파이프에 관해 간단히 소개한다.
히트파이프는 열전달수단으로서 전기, 전자 등의 산업분야 및 농업분야에서 널리 응용 사용되고 있는 것으로, 진공 상태의 금속관 내에 비점이 낮고 증발잠열이 큰 작동유체를 주입하여 제작한 것인데, 저압의 조건에서 작동유체가 쉽게 액체에서 증기로 상변화한다는 특징을 이용하여 상변화시의 잠열로써 열을 전달하는 방식이다.
히트파이프는 작용온도범위가 통상 섭씨 0도에서 200도 범위에 속하는 것으로, 일반 공조 및 냉난방, 전자기기의 냉각, 중온범위의 폐열회수, 태양열의 집열 등에 효율적인 열전달 요소로 사용되며, 그 장점은 무엇보다도 별도의 동력원없이 구리의 최고 수천배에 달하는 열전도 성능을 낼 수 있다는 것이다.
이와 같은 히트파이프부(130)의 구조는 도3에 잘 나타나 있는바, 도3에 도시된 바와 같이 히트파이프부(130)는 내부가 진공상태를 이루는 관형태의 하우징(131)과, 상기 하우징(131) 내에 채워지는 작동유체로 이루어진다.
여기서, 상기 하우징(131)은 열전도성이 좋고 내부가 진공상태가 되도록 형성되며, 상기 하우징(131)의 내벽에는 모세관력이 발생되게 하는 다공성 구조물인 위크(132)가 구비된다.
상기 위크(132)에는, 그물처럼 가느다란 금속망으로 형성된 타입과, 금속 파우더가 소결되어 형성된 타입과, 다수의 그루브(grove)를 형성하는 타입 등 종류가 다양하다.
이와 같이 구성된 히트파이프부(130)에서 열전달이 이루어지는 과정은 다음과 같다.
상기 하우징(131) 속의 작동유체는 상기 하우징(131) 내부가 진공상태이기 때문에 일단부가 열원(A)측에 놓이게 될 때 상기 열원(A)의 열을 빼앗아서 기화되고, 그 기화된 작동유체가 냉원(B)측에 놓여있는 타단부로 이동하여 냉원(B)에 열을 다시 빼앗김으로써 응축된다.
따라서, 냉원(B)측에 놓인 타단부는 발열이 일어나게 되는데, 이때 상기 열원(A)측은 작동유체가 기화됨에 따라 압력이 높고 상기 냉원(B)측은 상대적으로 압 력이 낮기 때문에 상기 열원(A)측에서 기화된 작동유체가 압력차이에 의해 상기 냉원(B) 측으로 유동된 후 다시 응축된다.
그리고, 상기 냉원(B) 측에서 응축된 작동유체는 상기 위크(132)의 모세관력에 의해 상기 위크(132)를 따라 상기 열원(A) 측으로 유동되는데, 이와 같이 작동유체가 열원(A)과 냉원(B) 사이에서 상변화되면서 열이 전달된다.
상술한 바와 같은 작동원리와 구성을 갖는 상기 히트파이프부(130)의 일단부는 열원(A)이 되는 상기 저수탱크(110) 내부로 삽입되고 타단부는 냉원(B)이 되는 상기 저수탱크(110) 밖으로 노출되어, 상기 저수탱크(110)의 물이 설정온도로 가열되었을 때 일단부 쪽의 작동유체가 기화되어 타단부 쪽으로 유동됨으로써 일단부에서 타단부 쪽으로 열전도가 일어나게 된다.
한편, 상기 히트파이프부(130)의 타단부에는 바이메탈부(140)가 설치되는데, 상기 바이메탈부(140)는 상기 히트파이프부(130)로부터 전달된 열에 의하여 서로 다른 열팽창계수를 갖는 금속부(141)가 어느 한쪽으로 구부러짐으로써 바이메탈부(140)와 전기적으로 연결된 전원부(150)의 전원이 상기 가열수단(120)으로 공급되는 것을 차단하게 된다.
여기서, 상기 바이메탈부(140)는 상기 히트파이프부(130)로부터 열을 전달받게 되는바, 상기 바이메탈부(140)가 소정의 온도편차를 가지고 있어도 상기 히트파이프에서 전달되는 열은 그 온도편차를 충분히 넘는 급격한 상승열이기 때문에 바이메탈부(140)의 구조적 문제에 전혀 영향을 받지 않게 된다.
이때, 상기 저수탱크(110) 물의 설정온도는 상기 하우징(131) 내에 채워진 작동유체의 비점이 되도록 설정되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 저수탱크(110)의 물온도가 설정온도에 도달하지 않은 상태에서는 물온도가 서서히 증가되더라도 상기 작동유체가 아직 기화되지 않았으므로 상기 바이메탈부(140) 쪽으로 열전달이 이루어지지 않게 되지만, 상기 저수탱크(110)의 물온도가 설정온도에 도달하게 되면 상기 작동유체가 기화되어 상기 저수탱크(110) 밖으로 노출된 타단부 쪽으로 열을 전달하게 되므로 상기 타단부에 설치된 상기 바이메탈부(140)가 작동되어 상기 가열수단(120)으로 공급되는 전원이 차단된다.
즉, 상기 히트파이프부(130)는 상기 저수탱크(110)의 물온도 상승에 비례하여 상기 바이메탈부(140)로 열전달을 하는 것이 아니라, 상기 저수탱크(110)의 물온도가 설정온도(다시 말하면 히트파이프부(130) 내부에 충입된 작동유체가 기화될 수 있을 정도의 온도)에 도달하여야만 그 온도를 바이메탈부(140)가 설치된 타단부 쪽으로 전달하므로 상기 바이메탈부(140)의 온도편차가 전혀 문제가 되지 않고 정확한 온도설정 지점에서 상기 가열수단(120)으로 공급되는 전원을 차단할 수 있게 되는 것이다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 범위 내에서 얼마든지 구성요소의 치환과 변형이 가능하지만 이 또한 본 발명의 권리에 속하게 된다.
도1은 종래 정수기의 가열제어장치를 보인 개략도,
도2는 본 발명에 따른 정수기의 가열제어장치를 보인 개략도,
도3은 본 발명에 따른 히트파이프부와 바이메탈부를 보인 설명도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 저수탱크 120 : 가열수단
130 : 히트파이프부 131 : 하우징
132 : 위크 140 : 바이메탈부
150 : 전원부
Claims (3)
- 내부에 물을 저장하는 저수탱크(110);상기 저수탱크(110)의 물을 가열하도록 상기 저수탱크(110) 일측에 설치되는 가열수단(120);상기 저수탱크(110)의 물이 설정온도에 도달하면 상기 가열수단(120)에 공급되는 전원이 차단되도록, 일단부는 상기 저수탱크(110) 내부로 삽입되고 타단부는 상기 저수탱크(110) 밖으로 노출되어 상기 저수탱크(110)의 물이 설정온도로 가열되었을 때 일단부에서 타단부 쪽으로 열전도가 일어나는 히트파이프부(130);상기 히트파이프부(130)의 타단부에 설치되어 상기 히트파이프부(130)로부터 전달된 열에 의하여 상기 가열수단(120)에 공급되는 전원이 차단되도록 하는 바이메탈부(140);를 포함하여 이루어지는 히트파이프를 이용한 정수기의 가열제어장치.
- 제1항에 있어서, 상기 히트파이프부(130)는,내부가 진공상태를 이루는 관 형태의 하우징(131)과, 상기 하우징(131) 내에 채워지는 작동유체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 정수기의 가열제어장치.
- 제2항에 있어서, 상기 저수탱크(110) 물의 설정온도는 상기 하우징(131) 내에 채워진 작동유체의 비점과 동일한 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 정 수기의 가열제어장치.
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