KR101029476B1 - 탄소섬유 튜브히터를 이용한 온수보일러장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본체(10)와 급수탱크(20)를 구비하는 보일러장치에 있어서: 상기 본체(10)의 내부를 관통하도록 수평 및 수직으로 설치되고, 외주면에 전열핀(35)을 구비하는 전열관(30); 상기 전열관(30)의 내부에 긴밀하게 설치되고, 본체(10) 상에 탈착 가능하게 결합되는 전열구(42), 전열구(42)에 삽입되어 탄소발열체(41)의 단부를 지지하는 패킹(44)과 오링(46), 전열구(42)의 외단에 패킹(44)과 오링(46)을 개재하여 탄소발열체(41)를 지지하도록 결합되는 캡너트(48)를 구비하는 탄소섬유 튜브히터(40); 및 상기 탄소섬유 튜브히터(40)에 설정된 조건으로 전원을 인가하면서 단선검출센서(52)로 단선을 검출하는 제어패널(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 중소형의 공장에서 난방과 공정작업을 겸하는 용도로서 전체적인 외형을 축소하면서도 열효율과 성능을 향상할 수 있는 효과가 있다.

보일러, 탄소섬유, 탄소발열, 카본, 용량, 효율

Description

탄소섬유 튜브히터를 이용한 온수보일러장치{warm water boiler apparatus using carbon fiber tube heater}

본 발명은 탄소섬유 튜브히터를 이용한 온수보일러장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전체적인 외형을 축소하면서도 열효율과 성능을 향상할 수 있는 탄소섬유 튜브히터를 이용한 온수보일러장치에 관한 것이다.

통상적으로 보일러는 일반온수용의 소형원형보일러, 일반온수용과 저압증기용의 주철제보일러, 고압증기용의 관류보일러, 고온수용과 고압증기용의 강판보일러, 고압증기용의 수관보일러 등으로 구분된다. 중소규모의 공장 등에서 난방과 온수공급을 겸하는 용도로는 관류보일러보다 연관보일러와 같은 소형원형보일러나 전기보일러와 같은 특수보일러가 선호된다. 더구나 전기작동 방식의 탄소섬유가 발열체로 개발된 후에 보일러의 열원으로 채용되기도 한다.

일예로, 한국 등록특허 제0779726호에 의하면 커버 하우징, 이너 하우징, 히터 하우징, 탄소섬유 히터 유닛, 열매체유, 수관을 포함하는 보일러에서 상기 수관은 가열된 상기 열매체유의 자연대류에 의해서 열을 전달받을 수 있도록 상기 탄소섬유 히터 유닛의 상측에 사각형 모양으로 감겨서 설치된 것을 특징으로 하는 구성 이 제안된다.

그러나 이는 수관 하부에 탄소섬유 히터가 배치되고 탄소섬유 히터 유닛에서 발생한 열을 열매체유를 통하여 수관 내부의 물로 전달하기 때문에 초기 가동에 따른 시간소요가 길고 높은 열용량을 기대하기 곤란하다.

또 다른 예로서 한국 등록특허 제0711734호에 의하면 아우터 하우징, 이너 하우징, 히터 서포터, 탄소섬유 히터, 전원 공급 라인을 지닌 전기 보일러에 있어서, 열매체유, 순환 파이프, 순환 펌프를 포함하므로 근본적으로 상기한 한국 등록특허 제0779726호와 원리상으로 유사하다. 다만 탄소섬유 히터가 순환 파이프의 중심에 배치되므로 다소의 용량 증가는 가능하지만 간접가열 방식에 기인한 성능 상의 한계를 벗어나지 못하는 폐단이 따랐다.

종래기술의 문헌정보

[문헌1] 한국 등록특허 제0779726호 “탄소섬유 히터 전기 보일러”

[문헌2] 한국 등록특허 제0711734호 “탄소섬유 히터를 이용한 전기 보일러”

이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 중규모 이상의 공장에서 난방과 공정작업을 겸하는 용도로서 전체적인 외형을 축소하면서도 열효율과 성능을 향상할 수 있는 탄소섬유 튜브히터를 이용한 온수보일러장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 본체와 급수탱크를 구비하는 보일러장치에 있어서: 상기 본체의 내부를 관통하도록 수평 및 수직으로 설치되고, 외주면에 전열핀을 구비하는 전열관; 상기 전열관의 내부에 긴밀하게 설치되고, 본체 상에 탈착 가능하게 결합되는 전열구, 전열구에 삽입되어 탄소발열체의 단부를 지지하는 패킹과 오링, 전열구의 외단에 패킹과 오링을 개재하여 탄소발열체를 지지하도록 결합되는 캡너트를 구비하는 탄소섬유 튜브히터; 및 상기 탄소섬유 튜브히터에 설정된 조건으로 전원을 인가하면서 단선검출센서로 단선을 검출하는 제어패널;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

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한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다 는 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.

이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 중규모 이상의 공장에서 난방과 공정작업을 겸하는 용도로서 전체적인 외형을 축소하면서도 열효율과 성능을 향상할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 보일러를 개략적으로 나타내는 구성도, 도 2는 본 발명에 의한 보일러의 요부를 측면에서 나타내는 단면도, 도 3은 도 2의 탄소섬유 튜브히터의 결합상태를 나타내는 구성도, 도 4는 본 발명에 의한 제어패널의 세부회로를 나타내는 블록도이다.

본 발명은 본체(10)와 급수탱크(20)를 구비하는 보일러장치에 관련된다.

통상 보일러에 있어 본체(10)는 수실이다. 본체(10)의 상면에는 압력계(14)와 압력조절기(16)가 설치되며, 급수탱크(20)는 순환펌프(25)를 개재하여 본체(10)의 수실에 배관 연결된다. 연관보일러와 같은 원형보일러는 물론 수관을 사용하는 관류보일러에도 동일한 방식으로 적용된다. 통형의 본체(10)를 택하는 것은 예시에 지나지 않으며 도 1a와 도 1b에 도시된 바와 같이 원통형과 사각형의 형태에 한정되지는 않지만 높은 고압을 견뎌내야 하는 증기보일러의 특성상 원통형이 적당하다.

본체(10)에서 발생한 증기는 밸브를 거쳐 난방용 코일 또는 공정장비에 공급된 후 다시 본체(10)로 순환된다.

본 발명에 따르면 전체적으로 전열관(30)과 튜브히터(40)와 제어패널(50)로 이루어진다. 외주면에 전열핀(35)을 구비하는 상기 전열관(30)이 본체(10)의 내부를 관통하도록 수평 및 수직으로 설치된다. 도 2에 도시된 바와 같이 전열관(30)은 본체(10)와 동일한 소재로 형성할 수도 있으나 전열 기능을 고려하여 보다 얇은 두께로 고강도를 발휘하는 소재를 택할 수도 있다. 전열관(30)의 외주면에 무수한 전열핀(35)이 형성되는데, 전열핀(35)은 사다리꼴의 완만한 형태로 하는 것이 좋다. 전열핀(35)이 높게 형성되면 일시적인 효능은 좋으나 일정 기간이 경과된 후에 물때가 끼어 오히려 전열기능을 저하시킨다. 도면상에 도시된 전열관(30)은 수평으로 형성되는 것을 도시 하였다.

또, 본 발명에 따르면 양단에서 절연구(42)로 보호되는 탄소섬유 튜브히터(40)가 상기 전열관(30)의 내부에 긴밀하게 설치된다. 탄소섬유 튜브히터(40)는 탄소섬유를 나선형으로 꼬아 필라멘트를 형성하거나 그물망 형태의 격자형으로 꼬아 필라멘트를 형성하여 유리제 튜브 내부에 진공으로 봉입한 형태이다. 절연구(42)는 단열성이 높은 소재로 형성되고 탄소섬유 튜브히터(40)의 일단을 지지하도록 일체로 결합된다. 연결구(43)는 양측 외주면의 나선과 중앙의 육각형 몸체를 지니는 구조이며, 내측의 나선을 이용하여 본체(10)에 탈착 가능하게 결합된다. 탄소섬유 튜브히터(40)가 통공(12)을 통하여 삽입된 후 패킹(44)과 오링(46)으로 밀착 지지된다. 패킹(44)은 비교적 넓은 길이의 관형태로 형성된다. 오링(46)은 패킹(44)의 외단부에 밀착 상태로 설치되어 외부의 수분이 침투하는 것을 방지한다. 패킹(44)과 오링(46)은 내구성과 탄성을 지닌 합성수지제 또는 고무제를 사용한다. 캡너트(48)는 너트와 캡의 기능을 지니는 것으로 내면에 나선이 형성되어 패킹(44)과 오링(46)을 수용한 상태로 탄소섬유 튜브히터(40)를 지지하도록 구성된다.

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또, 본 발명에 따르면 상기 탄소섬유 튜브히터(40)에 설정된 조건으로 전원을 인가하면서 단선검출센서(52)로 단선을 검출하는 제어패널(50)을 포함한다. 제어패널(50)의 주기능은 마이컴에 의해 수행되며 설정된 조건에 따라 탄소섬유 튜브히터(40)를 온오프하는 통상적 제어를 의미한다. 본 발명에서 다수의 탄소섬유 튜브히터(40)가 병렬회로로 연결되어 작동되므로 어느 부분에서 단선이 발생하여도 용이하게 인식하지 못하는 경우가 있다. 단선검출센서(52)는 제어패널(50)의 전원부에서 각 탄소섬유 튜브히터(40)로 분기되는 부분에 설치된다. 단선검출센서(52)의 일예로서 각각의 탄소섬유 튜브히터(40)에 흐르는 전류를 검출하는 홀센서를 사용할 수 있다. 전원부는 교류를 그대로 인가할 수도 있고 컨버터를 구비하여 교류를 직류로 변환한 후에 인가할 수도 있다.

이때, 본 발명의 상기 제어패널(50)은 스위치(54)의 온 상태에서 단선검출센 서(52)의 신호를 검출하여 각각의 상태를 디스플레이(56)에 표시한다. 스위치(54)는 단선을 점검하기 위한 선택수단이고 평상시 오프 위치로 두어 전력소모가 최소화되도록 한다. 제어패널(50)의 외면에 노출되는 디스플레이(56)는 다양한 표현이 가능한 LCD를 사용할 수도 있으나 각각의 탄소섬유 튜브히터(40)에 대응하는 수의 LED를 사용하는 것이 간편하다.

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사용에 있어서, 제어패널(50)의 전원스위치를 온시켜 탄소섬유 튜브히터(40)에 전원이 인가되면 신속한 시간내에 본체(10)의 물이 가열된다. 관리자가 보일러의 점검을 위해 스위치를 누르면 마이컴이 단선검출센서(52)의 신호를 입력하여 어느 부분에서 단선이 발생하였는지 디스플레이로 표시한다. 이러한, 구성에 의하면 보일러 작동중 본체(10)를 통하여 전달되는 각종 진동에 의해 탄소섬유 튜브히터(40)가 피로하중을 받는 것이 차단된다. 탄소섬유 튜브히터(40)에 작용하는 피로하중은 탄소봉(25), 단자(22), 도선 등에 영향을 주어 내구성을 약화한다. 반면 본 발명은 탄소섬유 튜브히터(40)가 내부적으로 유리관과 스페이서에 의해 보호될 뿐 아니라 외부적으로 패킹(44)과 오링(46)에 의해 보호되므로 장기간 작동 신뢰성이 보장된다. 더구나 캡너트(48)만 풀면 패킹(44), 오링(46), 탄소섬유 튜브히터(40) 등 원하는 부품을 신속하고 편리하게 해체하여 점검하거나 교체할 수 있다.
물론 이는 탄소섬유 튜브히터(40)의 설치 수량이 많은 경우에 유리한 방식이고, 탄소섬유 튜브히터(40)의 설치 수량이 작으면 캡너트(48)에 손을 대어 온도로 단선을 판별하는 방식도 가능하다.

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본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 보일러를 개략적으로 나타내는 구성도,

도 2는 본 발명에 의한 보일러의 요부를 측면에서 나타내는 단면도,

도 3은 도 2의 탄소섬유 튜브히터의 결합상태를 나타내는 구성도,

도 4는 본 발명에 의한 제어패널의 세부회로를 나타내는 블록도이다.

* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *

10: 본체 20: 급수탱크

25: 순환펌프 30: 전열관

35: 전열핀 40: 탄소섬유 튜브히터

42: 절연구 44: 절연캡

50: 제어패널 52: 단선검출센서

54: 스위치 55: 마이컴

56: 디스플레이

Claims (3)

1. 본체(10)와 급수탱크(20)를 구비하는 보일러장치에 있어서:

   상기 본체(10)의 내부를 관통하도록 수평 및 수직으로 설치되고, 외주면에 전열핀(35)을 구비하는 전열관(30);

   상기 전열관(30)의 내부에 긴밀하게 설치되고, 본체(10) 상에 탈착 가능하게 결합되는 전열구(42), 전열구(42)에 삽입되어 탄소발열체(41)의 단부를 지지하는 패킹(44)과 오링(46), 전열구(42)의 외단에 패킹(44)과 오링(46)을 개재하여 탄소발열체(41)를 지지하도록 결합되는 캡너트(48)를 구비하는 탄소섬유 튜브히터(40); 및

   상기 탄소섬유 튜브히터(40)에 설정된 조건으로 전원을 인가하면서 단선검출센서(52)로 단선을 검출하는 제어패널(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 튜브히터를 이용한 온수보일러장치.
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