KR102629255B1 - 전극이온보일러 및 그 제어방법 - Google Patents

전극이온보일러 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극이온보일러 큰 단점을 극복한 기술로 어떤 환경조건(수질의 상태, 수온변화, 전극 발열체 크기(용량))에서도 사용자가 설정한 발열용량 크기로 소비전력(발열량)이 제어될 수 있는 전극이온보일러 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 일측면에 따른 전극이온보일러는 물로 채워지도록 구성된 내부공간을 내측에 형성하는 챔버; 상기 내부공간 내에서 제1 방향을 따라 연장되고 상기 물에 노출되는 노출부분을 포함하는 복수의 전극봉; 상기 복수의 전극봉의 노출부분을 차폐하는 이동튜브를 구비하여 위치에 따라 상기 이동튜브가 상기 노출부분을 차폐하는 정도가 달라지도록 구성된 차폐장치; 및 상기 노출부분이 최대한 개방되는 제1 위치와 상기 노출부분이 최대한 차폐되는 제2 위치 사이에서 상기 차폐장치를 상기 제1 방향을 따라 이송시키도록 구성된 구동부를 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 전극이온보일러 및 그 제어방법은 전극봉에 스케일이 형성되거나 이물질이 퇴적하는 것을 방지하면서도 높은 발열 효율과 발열체 설치 초기 상태로 성능이 유지되고 발열체 노후화나 단락 등의 문제로 인한 교체가 불필요하며 반영구적 발열체로 온수를 제공할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

전극이온보일러 및 그 제어방법{ELECTRODE ION BOILER AND CONTROL METHOD}
본 발명은 전기를 사용하는 전극이온보일러에 관한 것으로서, 구체적으로는 종래의 전극이온보일러는 수질상태, 수온상태, 발열체인 전극봉의 표면적 크기(물과 접하는 부분)에 따라 소비전력이 결정되고 앞서 언급한 변수들에 따라 소비전력이 변화하는 문제점을 해결함으로써 사용자의 발열용량 설정에 따라 일정한 소비전력을 통해 일정한 발열량을 낼 수 있는 전극이온보일러 및 그 제어방법에 관한 것이다.
전기 에너지를 이용하여 가정이나 산업 현장에서 필요한 난방수 또는 온수를 생산하는 장치로서 종래에는 저항 발열체를 이용하였다. 저항 발열체는 전기 에너지를 저항에 의해서 열에너지로 변환시켜서 난방수 또는 온수를 생산하는 것으로, 구조가 간단하고 사용이 편리하기 때문에 널리 사용되고 있다. 그러나 저항 발열체는 그 표면이 주위 물의 온도에 비해서 고온으로 형성되고, 이로 인해서 스케일이 표면에 형성된다. 이와 같이 저항 발열체의 표면에 형성되는 스케일은 열전달 효율을 떨어뜨리고, 저항 발열체의 교체를 위한 비용이 빈번하게 발생할 수 있다.
상기와 같은 종래의 저항 발열체의 문제점을 해결하기 위한 기술 중의 하나가 전극이온보일러(electrode ion boiler)이다. 전극이온보일러에서는 금속 재질의 전극봉이 나트륨, 마그네슘 또는 칼륨 등과 같은 이온들이 용해되어 있는 전해액에 삽입된다. 전극봉에 교류전류를 공급하면, 전극봉과 이온 사이에 인력과 척력이 작용해서 물분자와 마찰이 발생하고, 이와 같은 마찰열에 의해서 물의 온도가 높아진다. 이와 같은 전극보일러는 물 자체의 온도를 올리는 방식이기 때문에 열전환 효율이 우수하고 표면에 생성되는 스케일이 거의 없다는 장점을 갖는다.
그러나 전극이온보일러가 현재까지 널리 보급되지 못한 한 가지 이유가 있는데, 전해액의 온도 및 전해액 내 이온의 상태에 따라 전극이온보일러의 발열량의 크기가 변한다는 것이다. 전극이온보일러는 순간적으로 매우 많은 열을 공급하고 제작이 간단하고 제작 비용이 저항 발열체 보다 저렴하다는 것이 특징이며 발열원리 특성상 스케일이 발생되지 않아 발열체의 수명이 반영구적으로 사용가능 하다는 큰 장점을 가지고 있음에도 불구하고, 발열량을 제어(소비전력 제어)할 수 없다면 사용자가 직접 온수를 사용하는 경우 오히려 위험한 상황을 초래할 수 있으며, 일상 용도로 사용함에 있어 큰 제약이 따를 수 밖에 없다.
따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 일측면은 발열량 및 소비전력을 제어할 수 있는 전극이온보일러 및 그 제어방법을 제공하려는 것이다.
본 발명의 다른 일측면은 물을 직접 가열하여 온수를 가정 등의 맥락에서 사용자가 직접 사용할 수 있게 하는 전극이온보일러 및 그 제어방법을 제공하려는 것이다.
본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 일측면은 전극이온보일러를 제공한다. 본 발명의 일측면에 따른 전극이온보일러는 물로 채워지도록 구성된 내부공간을 내측에 형성하는 챔버; 상기 내부공간 내에서 제1 방향을 따라 연장되고 상기 물에 노출되는 노출부분을 포함하는 복수의 전극봉; 상기 복수의 전극봉의 노출부분을 차폐하는 이동튜브를 구비하여 위치에 따라 상기 이동튜브가 상기 노출부분을 차폐하는 정도가 달라지도록 구성된 차폐장치; 및 상기 노출부분이 최대한 개방되는 제1 위치와 상기 노출부분이 최대한 차폐되는 제2 위치 사이에서 상기 차폐장치를 상기 제1 방향을 따라 이송시키도록 구성된 구동부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전극이온보일러는 다음과 같은 실시예들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 복수의 전극봉 각각은 상기 노출부분 외에 절연튜브에 의해 둘러싸여 상기 물에 노출되지 않는 차폐부분을 더 포함할 수 있고, 상기 이동튜브는 상기 절연튜브의 외경 이상의 내경을 가질 수 있으며, 상기 차폐장치가 상기 제1 위치를 향해 이동할 때 상기 절연튜브가 상기 이동튜브 내부로 삽입될 수 있다. 대안적으로는, 상기 복수의 전극봉이 상기 내부공간의 상부에 위치할 수 있고, 상기 차폐장치가 상기 제1 위치에 있을 때 상기 이동튜브는 적어도 부분적으로 상기 복수의 전극봉 아래에 위치하여 전극봉이 노출되게 할 수 있다.
전극이온보일러는 상기 차폐장치의 위치를 인식하도록 구성된 감지부를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 차폐장치는 자석(또는 금속)을 포함할 수 있고, 상기 감지부는 상기 자석의 자력을 감지하는 리드스위치를 포함할 수 있다.
상기 차폐장치는 상기 이동튜브의 상측 단부 및 하측 단부가 각각 고정되는 상부프레임 및 하부프레임을 포함할 수 있다. 상기 상부프레임과 상기 하부프레임에는 상기 물이 통과하기 위한 순환홀이 형성될 수 있다. 또한, 상기 상부프레임과 상기 하부프레임 중 적어도 하나는 상기 이동튜브의 단부와 연통하는 튜브입구홀에 장착되는 스크레이퍼(전극봉 표면의 퇴적물 등 제거)를 포함할 수 있다.
상기 복수의 전극봉은 2개씩 또는 3개씩 하나의 세트를 이룰 수 있고, 각 세트의 전극봉은 모두 서로에 대해 동일한 거리에 배치될 수 있다.
전극이온보일러는 상기 복수의 전극봉에 흐르는 전류 또는 상기 물의 온도를 측정하는 센서부; 및 상기 센서부의 측정값에 따라 상기 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일측면은 전술한 전극이온보일러를 제어하는 방법을 제공한다. 본 발명의 일측면에 따른 전극이온보일러 제어방법은, 구동관련 변수의 목표값을 설정하는 단계; 상기 구동관련 변수의 현재값을 측정하여 측정값을 획득하는 단계; 상기 측정값이 허용범위 이내에 있는지 여부를 판단하는 단계; 상기 측정값이 허용범위의 최소값보다 작은 것으로 판단되고 상기 차폐장치의 상승이 가능한 경우 상기 차폐장치를 상승시키는 단계; 및 상기 측정값이 허용범위의 최대값보다 큰 것으로 판단되고 상기 차폐장치의 하강이 가능한 경우 상기 차폐장치를 하강시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 구동관련 변수는 상기 복수의 전극봉에 흐르는 전류 및 상기 물의 온도 중 적어도 하나에 기초하여 측정될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명은 아래의 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.
본 발명의 일실시예에 따른 전극이온보일러 및 그 제어방법은 전극봉에 스케일이 형성되거나 이물질이 퇴적하는 것을 방지하면서도 사용기간 중 최초 운전시 발열성능 그대로 유지하면서 사용자가 설정한 일정한 소비전력에 따라 온수 보일러를 운전할 수 있다는 큰 장점과 일정 기간 사용 후 스케일 등으로 인한 단락, 파손으로 교체가 필요로 하는 저항 발열체와 달리 발열체 교체 없이 반영구적으로 사용 가능하도록 제공 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전극이온보일러를 예시적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전극이온보일러에서 챔버를 생략한 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 전극이온보일러의 전극봉을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 전극이온보일러의 상부고정판을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 전극이온보일러의 하부고정판을 나타내는 사시도이다.
도 6과 도 7은 도 1에 도시된 전극이온보일러의 차폐장치를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 1에 도시된 전극이온보일러의 구동부를 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 1에 도시된 전극이온보일러에서 차폐장치가 이동하는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 전극이온보일러를 예시적으로 나타내는 블록도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 전극이온보일러를 제어하는 방법을 예시적으로 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전극이온보일러(1000)를 예시적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 전극이온보일러(1000)에서 챔버(50)를 생략한 사시도이다. 도 3 내지 도 8은 전극이온보일러(1000)의 전극봉(200), 상부고정판(110), 하부고정판(120), 차폐장치(500) 및 구동부를 나타내는 도면이다. 도 9는 도 1에 도시된 전극이온보일러에서 차폐장치(1000)가 이동하는 모습을 나타내는 사시도이다. 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 전극이온보일러(1000)를 예시적으로 나타내는 블록도이다.
도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전극이온보일러(1000)는 챔버(50), 전력공급부(100), 상부고정판(110), 하부고정판(120), 전극봉(200), 센서부(300), 차폐장치(500), 구동부(700), 감지부(800) 및 제어부(900)를 포함할 수 있다.
챔버(50)는 전극이온보일러(1000)의 외관의 일부를 형성할 수 있고 그 내측에 내부공간을 형성할 수 있다. 챔버(50)에 의해 형성되는 내부공간은 물로 채워지는데, 챔버(50)에는 또한 전극봉(200)이 수용되어 내부공간 내부의 물이 전극봉(200)에 의해 가열된다. 챔버(50)의 상부 및 기타 필요한 부위에는 패킹(60)이 구비될 수 있다. 패킹(60)은 해당 부위를 밀폐시켜 물의 누출을 방지할 수 있고, 이를 위해 탄성 변형을 허용하면서 전기적 절연성을 가진 실리콘 등의 재질로 형성될 수 있다.
챔버(50)가 특별한 형상으로 제한될 필요는 없으나, 본 발명의 일실시예에 따른 전극이온보일러(1000)에서는 전극봉(200)이 일방향으로 연장되고 차폐장치(500)도 동일한 일방향으로 이동하도록 구성되므로, 챔버(50)도 일방향으로 연장되는 형상을 갖는 것이 공간의 효율을 위해 유리할 수 있다. 본 명세서에서는 전극봉(200)이 연장되는 상기 일방향을 "제1 방향"이라 지칭하기로 한다.
챔버(50)에는 입수관(10)과 출수관(20)이 연결될 수 있다. 즉, 입수관(10)의 입구(12)는 물 공급원(미도시)에 연결되고 출구(14)는 챔버(50)의 내부공간에 연통되어 물 공급원으로부터 챔버(50)에 물을 공급할 수 있고, 출구관(20)의 입구(22)는 챔버(50)의 내부공간에 연통되고 출구(24)는 온수 공급대상으로 이어지는 배관에 연결되어 챔버(50)로부터 가열된 물을 공급할 수 있다.
여기서, 입수관(10)과 출수관(20)은 각각 플라스틱 또는 기타 절연성 재질로 형성될 수 있고, 사전결정된 값 이상의 길이로 연장되도록 구성될 수 있다. 이는 전극이온보일러(1000)의 내부에는 전류가 흐르므로 입수관(10)과 출수관(20)이 절연성 재질을 갖고 충분한 길이를 갖게 함으로써 전류가 전극이온보일러(1000)의 전극봉(200) 사이에만 흐르게 하고 물 공급원이나 온수 공급대상 측으로는 흐르지 않게 하기 위함이다. 본 발명의 바람직한 일실시예에서는 입수관(10)의 입구(12)와 출구(14) 사이의 구간 그리고 출수관(20)의 입구(22)와 출구(24) 사이의 구간이 모두 최소 460mm 이상의 길이만큼 연장될 수 있다.
전력공급부(100)는 제어부(900)의 제어 하에 전극이온보일러(1000)의 전극봉(200)을 구동하기 위한 교류전력을 제공할 수 있다. 전력공급부(100)는 예를 들어 해당 지역의 전력망에 연결되어 전력 공급을 허용하거나 차단하는 스위치를 포함할 수 있다. 발명의 이해를 돕기 위해, 도 10을 제외한 나머지 도면에는 전력공급부(100)가 생략되어 있다.
상부고정판(110)은 챔버(50)의 일측에 구비될 수 있으며, 챔버(50)의 상부에 형성된 플랜지(52)에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 도면에 도시된 예에서와 같이, 상부고정판(110)은 패킹(60)을 사이에 두고 챔버(50)의 상부에 장착될 수 있다. 참고로, 본 명세서에서 "상부" 및 "하부"라 함은 편의상 일부 구성요소를 구분하기 위해 사용되는 용어이며 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 본 명세서에서 언급되는 "상부" 및 "하부"는 전극이온보일러(1000)가 도 1 및 도 2와 같이 배치된 경우를 기준으로 한 것이지만, 본 발명의 일실시예에 따른 전극이온보일러(1000)의 실제 사용시에는 명세서에서 언급된 상측 방향이 실제 상측 방향과 일치하지 않을 수 있음은 자명하다.
상부고정판(110)의 상면은 챔버(50)의 외부를 향할 수 있고 하면은 챔버(50)의 내부를 향할 수 있다. 상부고정판(110)은 플라스틱 또는 기타 절연성 재질로 형성될 수 있고, 상부고정판(110)에는 전극봉(200)과 구동부(700) 및 기타 구성요소가 실장될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전극이온보일러(1000)의 상부고정판(110)을 예시적으로 나타낸다. 상부고정판(110)에는 다양한 구성요소의 실장을 위한 결합홀이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상부고정판(110)의 가장자리에는 챔버(50)와의 결합을 위한 결합홀(305)이 형성될 수 있다. 상부고정판(110) 중 구동부에 대응하는 위치에는 메카니컬씰(730)이 장착되는 장착홀(370)과 이를 결합, 고정하기 위한 결합홀(372)이 형성될 수 있고, 모터(710)를 지지하는 지지대(712)를 결합하기 위한 결합홀(374)이 형성될 수 있다.
상부고정판(110) 중 전극봉(200)에 대응하는 위치에는 전극봉(200)의 상단(210)의 결합을 위한 결합홀(310)이 형성될 수 있다. 이후 더 자세히 설명되는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전극이온보일러(1000)는 복수의 전극봉(200)을 포함할 수 있고, 이들은 2개씩 또는 3개씩 하나의 세트를 이룰 수 있다. 도면에 도시된 예에서는 3개의 전극봉(200)이 하나의 세트를 이루며, 도 4에는 각각의 세트(a~f)가 결합되기 위한 결합홀(310)이 삼각형 점선으로 표시되어 있다. 도시된 바와 같이, 전극봉(200)들은 인접한 전극봉(200)끼리 동일한 거리에 배치되도록 배열될 수 있다.
도 4는 상부고정판(110)을 위에서 바라본 모습으로서 결합홀(310)의 하부가 묘사되어 있지 않지만, 전극봉(200)의 상단(210)이 결합되는 결합홀(310) 역시 도 5에 묘사된 전극봉(200)의 하단(220)의 결합을 위한 결합홀(320)과 유사하게 협경부(즉, 내경이 작은 부분)와 확경부(즉, 내경이 확대된 부분)을 포함하여 그 사이에 단턱이 형성될 수 있다.
하부고정판(120)은 챔버(50)의 내부공간 내에 배치될 수 있다. 하부고정판(120)은 전극봉(200)의 하단(220)을 고정하는 역할을 할 수 있고, 플라스틱 또는 기타 절연성 재질로 형성될 수 있다. 상부고정판(110)과는 달리 하부고정판(120)은 챔버(50)에 결합될 필요가 없다. 따라서 하부고정판(120)은 배열된 전극봉(200)의 하단을 고정하기에 적합한 다양한 형상 중 하나로 형성될 수 있고, 또한 챔버(50)의 내부공간 내에 수용될 수 있도록 상부고정판(110)에 비해 더 작은 크기로 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전극이온보일러(1000)의 하부고정판(120)을 예시적으로 나타낸다. 하부고정판(120)에는 전극봉(200)의 하단(220)의 결합을 위한 결합홀(320)이 형성될 수 있다. 도 5를 참조하면, 전극봉(200)의 하단(220)의 결합을 위한 결합홀(320) 각각은 협경부(322)와 확경부(326)를 포함할 수 있다. 협경부(322)는 결합홀(320)의 하부에 위치할 수 있고, 확경부(326)는 결합홀(320)의 상부에 위치할 수 있다. 확경부(326)는 협경부(322)보다 증가된 내경을 가질 수 있으며, 그로 인해 협경부(322)와 확경부(326) 사이에는 단턱(324)이 형성될 수 있다.
한편, 하부고정판(120)에는 가이드봉(140)을 결합하기 위한 결합홀(340)이 형성될 수도 있다. 가이드봉(140)은 제1 방향을 따라 연장되고 그 하단이 하부고정판(120)에 결합되어 제1 방향을 따른 차폐장치(500)의 이동을 안내할 수 있다. 도면에 도시된 예에서는 2개의 가이드봉(140)이 체결구(142)에 의해 하부고정판(120)의 결합홀(340)에 결합되어 있다. 가이드봉(140)의 상단은 상부고정판(110) 또는 기타 구성요소에 고정될 수도 있고, 서로 고정될 수도 있으며, 다른 부재에 고정되지 않은 채 자유단으로 배치될 수도 있다.
전극봉(200)은 스테인리스 스틸을 포함하는 강철, 황동, 텅스텐, 티타늄, 니켈 등의 금속 재질에 의해서 형성될 수 있고, 전력공급부(100)를 통해 전력을 공급받아 전극이온보일러(1000)에서 물을 가열하는 역할을 한다.
전극봉(200)은 2개씩 또는 3개씩 하나의 세트를 이루고, 교류전류를 제공하는 전력공급부(100) 연결된다. 전극봉(200)이 2개씩 한 세트를 이루는 경우에는 2개의 전극봉(200) 중 하나에는 중성선이 연결되고 다른 하나에는 단상(R(A), S(B), T(C) 중 하나)이 연결될 수 있다. 전극봉(200)이 3개씩 한 세트를 이루는 경우에는 3개의 전극봉(200)에 교류 전원의 3상(R(A), S(B) 및 T(C) 상)이 각각 연결될 수 있다. 복수의 전극봉(200)이 챔버(50) 내부의 물에 침지되면, 전극봉(200)의 인력과 척력에 의해 물 속에 있는 이온(Na+, Mg+, Cl- 등)들이 이동하게 되고, 이들이 물 분자와 충돌하면서 운동 마찰열이 발생한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전극이온보일러(1000)의 전극봉(200)을 예시적으로 나타내는 것이다. 먼저, 도 3의 (a)는 전극봉(200)들이 상부고정판(110)과 하부고정판(120)에 결합된 상태를 나타낸다. 도면에 도시된 예에서는 복수의 전극봉(200)이 3개씩 한 세트를 이루고, 이들은 도 4의 결합홀(310)의 배치에 대응하게 배열되어 있다. 설명의 편의를 위해 도 4에 표시된 세트와 관련된 참조부호(a~f)를 전극봉(200)의 세트에도 동일하게 적용하기로 한다. 도면에 도시된 예에서는 전극봉(200)들의 6개 세트(a~f) 각각에서 3개의 전극봉(200)이 삼각형 형상으로 배열되어 있고, 각각의 전극봉(200)은 자신이 속한 세트의 다른 전극봉(200)뿐만 아니라 인접한 세트의 전극봉(200) 모두에 대해 동일한 거리를 유지하도록 배열되어 있다. 물론, 전극봉(200)의 세트의 개수는 필요에 따라 변경될 수 있다.
각 전극봉(200)의 상단(210)과 하단(220)은 전극봉(200)의 나머지 부분에 비해 작은 직경으로 형성될 수 있고, 그 외주면에 나사산이 형성될 수 있다. 각 전극봉(200)이 상부고정판(110)과 하부고정판(120)에 결합될 때, 더 작은 직경을 가진 상단(210)과 하단(220)은 결합홀(310, 320)의 확경부(326)와 협경부(322)를 모두 통과할 수 있고, 전극봉(200)의 주요 부분은 확경부(326)에 삽입되되 단턱(324)에 걸려 협경부(322)로는 진입하지 못하도록 구성될 수 있다. 전극봉(200)의 상단(210)과 하단(220)은 결합홀(310, 320)의 협경부(322)를 온전히 통과하여 상부고정판(110)과 하부고정판(120) 너머로 돌출할 수 있고, 여기에 너트 등의 체결부재(212, 222)를 결합하여 전극봉(200)이 상부고정판(110)과 하부고정판(120)에 견고히 고정되게 할 수 있다. 한편, 각 전극봉(200)의 상단(210)은 각 전극봉(200)의 지정된 상에 맞게 전력공급부(100)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3의 (b), (c) 및 (d)는 하부고정판(120)과 가이드봉(140)을 생략하여 전극봉(200)을 나타낸 것이다. 도 3의 (b)는 전극봉(200)의 상부에 결합된 고정튜브(250)를 나타내고, 도 3의 (c)는 고정튜브(250)를 생략하여 전극봉(200)의 상부에 결합된 절연튜브(230)를 나타내며, 도 3의 (d)는 절연튜브(230)를 생략하여 전극봉(200)만을 나타낸다. 즉, 전극봉(200) 상부의 외주면에는 절연튜브(230)가 결합될 수 있고, 절연튜브(230)의 외주면에는 고정튜브(250)가 결합될 수 있다.
복수의 전극봉(200) 각각은 제1 방향을 따라 연장되고, 제1 방향을 기준으로 일정 영역에 노출부분을 포함할 수 있다. 전극봉(200)의 노출부분이란 전극봉(200)의 금속 재질이 챔버(50) 내부의 물에 노출되는 부분을 지칭한다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 전극봉(200)은 그 상부에 고정튜브(250)가 결합되어 그 상부에서는 전극봉(200)의 금속 재질이 노출되지 않고 그 하부에서만 전극봉(200)의 금속 재질이 노출될 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 예에서는 전극봉(200)의 노출부분이 하부의 영역에 형성되어 있고, 전극봉(200)의 상부에서는 절연튜브(230)와 고정튜브(250)가 전극봉(200)의 외주면을 차폐하여 전극봉(200)이 노출되지 않게 한다. 설명의 편의를 위해 전극봉(200) 중 절연튜브(230)에 의해 차폐되어 노출되지 않는 부분을 전극봉(200)의 차폐부분이라 지칭하기로 한다.
절연튜브(230)는 전극봉(200)의 외경에 대응하는 내경으로 전극봉(200)의 차폐부분에 배치될 수 있다. 절연튜브(230)는 예를 들어 열이 가해지면 수축하는 재료로 구현되어 전극봉(200)에 완전히 밀착될 수 있다. 절연튜브(230)는 전극봉(200)의 차폐부분을 주위의 물로부터 완전히 격리시키는 역할을 할 수 있다.
고정튜브(250)는 절연튜브(230)의 외경 이상의 내경을 가질 수 있고 절연튜브(230)의 외측에 배치될 수 있다. 절연튜브(230)는 전극봉(200)에 밀착되어 밀봉시키는 역할을 하므로 접촉시 비교적 높은 마찰력을 발생시킬 수 있는데, 고정튜브(250)가 절연튜브(230)의 외주면에 배치되면 차폐장치(500)가 이 부분을 지날 때 과도한 마찰력이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 고정튜브(250)는 예를 들어 PC(polycarbonate) 등의 플라스틱 재질 또는 기타 절연성 재질로 형성될 수 있다.
센서부(300)는 전극이온보일러(1000)의 구동과 관련된 변수(이하, "구동관련 변수"라 지칭하기로 함)의 현재값을 측정하는 역할을 한다. 구동관련 변수는 전극봉(200)에 흐르는 전류, 챔버(50)의 내부공간 내부 특정 지점에서의 물의 온도, 출수관(20) 내부 특정 지점에서의 물의 온도, 등을 포함할 수 있고, 이들 중 하나 이상에 기초한 변수일 수도 있다. 따라서 구동관련 변수의 현재값을 측정하는 센서부(300)는 측정되는 변수의 종류에 따라 적합한 위치에 설치될 수 있다. 센서부(300)가 전류를 측정하는 경우, 센서부(300)는 예를 들어 상부고정판(110) 위로 돌출하는 전극봉(200) 중 하나의 상단(210)에 전기적으로 연결될 수 있을 것이다. 센서부(300)가 온도를 측정하는 경우, 센서부(300)는 예를 들어 챔버(50) 또는 출수관(20)의 지정된 위치에 설치될 수 있을 것이다. 센서부(300)의 측정값은 제어부(900)가 전력공급부(100)와 구동부(700) 중 하나 이상을 제어하기 위한 근거로 사용될 수 있다. 발명의 이해를 돕기 위해, 도 10을 제외한 나머지 도면에는 센서부(300)가 생략되어 있다.
차폐장치(500)는 전극봉(200)의 일부를 차폐하도록 구성된 이동튜브(550)를 포함하여 전극봉(200)의 노출부분을 선택적으로 차폐할 수 있다. 차폐장치(500)는 제어부의 제어에 따라 구동부에 의해 이송될 수 있으며, 전극봉(200)의 노출부분이 최대한 개방되는 제1 위치와 노출부분이 최대한 차폐되는 제2 위치 사이에서 이송될 수 있다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전극이온보일러(1000)의 차폐장치(500)를 예시적으로 나타내는데, 도 6의 (a)는 이동튜브(550)를 포함한 차폐장치(500)의 온전한 형태를 묘사하고, 도 6의 (b)는 이동튜브(550)를 생략한 모습을 묘사한다. 도 6을 참조하면, 차폐장치(500)는 상부프레임(510), 하부프레임(520), 지지봉(530) 및 이동튜브(550)를 포함할 수 있다.
차폐장치(500)의 상부와 하부를 이루는 상부프레임(510)과 하부프레임(520)은 그 사이에 배치되는 이동튜브(550)의 상단 및 하단을 고정시킬 수 있다. 상부프레임(510)과 하부프레임(520)은 PC(polycarbonate) 등의 플라스틱 재질 또는 기타 절연성 재질로 형성될 수 있다. 하나 이상의 지지봉(530)은 상부프레임(510)과 하부프레임(520) 사이에 연장되어 차폐장치(500)의 구조적 강도를 증가시킬 수 있다.
상부프레임(510)과 하부프레임(520)에는 다양한 관통홀이 형성될 수 있다. 지지봉(530)의 결합을 위한 결합홀 이외에도, 이동튜브(550)의 내부로 연통하는 튜브입구홀(620), 가이드봉(140)이 통과하도록 구성된 가이드홀(640), 리드스크류(750)가 통과하도록 구성된 결합홀(650, 660) 그리고 물이 통과하도록 구성된 순환홀(680)이 형성될 수 있다.
튜브입구홀(620)에는 이동튜브(550)의 단부가 결합될 수 있으며, 이로써 상부프레임(510)과 하부프레임(520)이 이동튜브(550)의 상단과 하단을 고정할 수 있다. 도면에 도시된 예에서 상부프레임(510)과 하부프레임(520) 각각에는 전극봉(200)의 개수에 대응하여 18개(6세트×3개)의 튜브입구홀(620)이 형성되어 있다.
가이드홀(640)에는 가이드봉(140)이 삽입될 수 있다. 즉, 차폐장치(500)는 가이드봉(140)이 가이드홀(640)을 통과하도록 설치될 수 있고, 제1 방향으로 연장되는 가이드봉(140)을 따라 이동할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 리드스크류(750)가 통과하는 결합홀(750)이 차폐장치(500)의 일측에 형성된 경우, 가이드홀(640)은 차폐장치(500)의 반대측에 형성되는 것이 유리할 수 있다. 도면에 도시된 예에서 상부프레임(510)과 하부프레임(520)에는 가이드봉(140)의 개수에 대응하여 2개의 가이드홀(640)이 형성되어 있다.
상부프레임(510)의 결합홀(650)에는 후술하는 리드스크류(750)가 삽입될 수 있고, 하부프레임(520)의 결합홀(660)에는 리드스크류(750)에 치합된 리드너트(770)가 장착될 수 있다. 하부프레임(520)의 결합홀(660) 주위에는 리드너트(770)를 결합하기 위한 결합홀이 더 형성될 수도 있다. 차폐장치(500)는 리드스크류(750)가 상부프레임(510)의 결합홀(650)을 통과하고 리드너트(770)가 하부프레임(520)에 결합되도록 설치될 수 있고, 제1 방향으로 연장되는 리드스크류(750)에 의해 이송될 수 있다. 전술한 바와 같이, 리드스크류(750)가 통과하는 결합홀(750)이 차폐장치(500)의 일측에 형성된 경우, 가이드홀(640)은 차폐장치(500)의 반대측에 형성되는 것이 유리할 수 있다.
순환홀(680)은 물이 통과할 수 있도록 형성된 것이다. 차폐장치(500)는 물로 가득 차 있는 챔버(50)의 내부공간 내에서 이동하는 것이므로, 이동시 물에 의한 유체 저항이 상당히 클 수 있다. 상부프레임(510)과 하부프레임(520)에 순환홀(680)이 형성됨에 따라 차폐장치(500)가 이동할 때 직면하는 유체 저항은 현저히 감소될 수 있다. 도면에 도시된 예에서 상부프레임(510)과 하부프레임(520)에는 5개의 순환홀(680)이 형성되어 있는데, 2개는 a 세트에 대응하는 전극봉(200)을 위한 이동튜브(550)의 좌우측에 형성되어 있고, 3개는 b 내지 f 세트에 대응하는 전극봉(200)을 위한 이동튜브(550)의 일측에 형성되어 있다. 물론, 순환홀(680)의 개수와 위치는 이동튜브(550)의 위치 및 상부프레임(510)과 하부프레임(520)의 구조적 강도 등을 고려하여 변경될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상부프레임(510)은 본판(512)과 커버판(514)으로 구성될 수 있고, 마찬가지로 하부프레임(520)도 본판(522)과 커버판(524)으로 구성될 수 있다. 이러한 구조는 상부프레임(510)과 하부프레임(520)의 구조적 강도를 증가시킬 뿐만 아니라, 상부프레임(510)과 하부프레임(520)에 다른 구성요소를 결합하는 과정을 더 쉽게 할 수 있다.
상부프레임(510)에 이동튜브(550)를 결합하는 과정을 예로 들면, 상부프레임(510)의 본판(512)과 커버판(514)에는 튜브입구홀(620)이 서로 다른 직경으로 형성되어 본판(512)의 튜브입구홀(620)이 커버판(514)의 튜브입구홀(620)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 이 때, 본판(512)에 형성된 튜브입구홀(620)의 직경은 이동튜브(550)의 외경에 대응할 수 있고, 커버판(514)에 형성된 튜브입구홀(620)의 직경은 이동튜브(550)의 내경에 대응할 수 있다. 이 경우, 본판(512)과 커버판(514)이 서로 결합된 상태에서 이동튜브(550)를 튜브입구홀(620)에 삽입하면, 이동튜브(550)가 본판(512)은 통과하되 커버판(514)은 통과하지 못하게 되지만, 커버판(514)에 형성된 튜브입구홀(620)의 직경은 이동튜브(550)의 내경과 같으므로 튜브입구홀(620)이 이동튜브(550)의 내부와 연통될 수 있다.
위와 같이 특정 관통홀이 본판(512, 522)과 커버판(514, 524)에서 다른 직경을 갖게 하는 것은 이동튜브(550) 이외에도 지지봉(530) 및/또는 리드너트(770)를 결합하기 위한 구조에도 적용될 수 있다. 또한, 도면에서는 상부프레임(510)의 커버판(514)이 본판(512)의 상측에 위치하고 하부프레임(520)의 커버판(524)이 본판(522)의 하측에 위치하지만, 본판(512, 522)과 커버판(514, 524)의 상대적 위치는 변경될 수 있고, 이들에 형성된 관통홀의 직경 또한 상응하게 변경될 수 있다.
이동튜브(550)는 전극봉(200)을 실제로 차폐하는 부분에 해당한다. 이동튜브(550)는 PC(polycarbonate) 등의 플라스틱 재질 또는 기타 절연성 재질로 형성될 수 있다. 이동튜브(550)는 제1 방향을 따라 연장되고 상단과 하단이 개방된 기둥의 형상으로 구성될 수 있다. 도면에 도시된 예에서는 이동튜브(550) 하나하나가 그에 대응하는 전극봉(200)을 에워싸는 원기둥의 형상을 갖고, 이는 이동튜브(550)가 전극봉(200)에 비교적 가까이 위치하여 전극봉(200)에 대한 이온의 움직임을 더 효과적으로 차단할 수 있다. 다만, 이동튜브(550)가 반드시 원기둥의 형상을 가져야 하는 것은 아니다. 이동튜브(550)는 인접한 전극봉(200)을 서로 격리시킬 수 있는 다양한 형상으로 구성될 수 있다.
이동튜브(550)는 전극봉(200)의 노출부분에 대응하는 길이로 형성될 수 있다. 이동튜브(550)의 길이가 전극봉(200)의 노출부분의 길이 이상이도록 형성된 경우, 차폐장치(500)를 특정 위치로 이동시켜 이동튜브(550)가 전극봉(200)의 노출부분 전체를 차폐하게 하는 것이 가능해진다. 물론, 일부 실시예에서는 항상 전극봉(200)의 노출부분의 최소 영역이 차폐되지 않은 상태를 유지하도록 이동튜브(550)의 길이를 전극봉(200)의 노출부분의 길이보다 짧게 할 수도 있다.
도면에 도시된 예에서는 이동튜브(550)가 전극봉(200)의 차폐부분으로 이동할 수 있을 정도의 내경을 갖도록 구성되어 있다. 즉, 도면에 도시된 예에서는 이동튜브(550)의 내경이 고정튜브(250)의 외경 이상의 값을 가진다. 이동튜브(550)와 고정튜브(250) 모두 낮은 표면조도를 갖게 하여 서로 접촉할 때 큰 마찰력이 발생하지 않게 할 수 있다. 이동튜브(550)가 전극봉(200)의 차폐부분으로 이동할수록, 전극봉(200)의 노출부분 중 이동튜브(550)에 의해 차폐되는 영역이 감소한다. 결국, 차폐장치(500)의 위치에 따라 이동튜브(550)가 전극봉(200)의 노출부분을 차폐하는 정도가 달라질 수 있다.
차폐장치(500)가 도 9의 (c)에서와 같이 제2 위치에 있을 때에도 전극봉(200)의 고정튜브(250)의 하단은 이동튜브(550)의 내부에 삽입되어 있는 것이 바람직하며, 고정튜브(250)와 이동튜브(550)의 길이는 이를 고려하여 결정될 수 있다.
도 7은 도 1에 도시된 전극이온보일러의 차폐장치를 아래에서 바라본 모습을 나타내는 사시도이다. 도 7을 참조하면, 차폐장치(500)는 스크레이퍼(560)를 더 포함할 수 있다. 스크레이퍼(560)는 상부프레임(510)과 하부프레임(520)에 형성된 튜브입구홀(620)에 장착되는 것으로서, 차폐장치(500)가 상승 및 하강할 때 전극봉(200)의 표면에 형성된 스케일 혹은 퇴적된 이물질을 긁어내는 역할을 할 수 있다.
스크레이퍼(560)는 그 내측에 관통홀이 형성될 수 있고, 전극봉(200)이 해당 관통홀을 통과할 수 있다. 여기서, 관통홀의 내경은 전극봉(200)의 외경과 매우 근사한 값을 갖되 약간 크게 형성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 전극봉(200)이 10mm의 외경을 갖는 경우, 스크레이퍼(560) 내측의 관통홀은 11mm의 내경을 가질 수 있다.
하부프레임(520)의 튜브입구홀(620)에 장착되는 스크레이퍼(560)는 관통홀 주위에서 아래로 연장되는 부분을 포함할 수 있고, 차폐장치(500)가 아래로 이동할 때 스크레이퍼(560)의 아래로 돌출된 부분이 전극봉(200)의 외주면을 아래로 긁어내리면서 스케일 및 이물질을 제거할 수 있다. 이와 유사하게, 상부프레임(510)의 튜브입구홀(620)에 장착되는 스크레이퍼(560)는 관통홀 주위에서 위로 연장되는 부분을 포함할 수 있고, 차폐장치(500)가 위로 이동할 때 스크레이퍼(560)의 위로 돌출된 부분이 전극봉(200)의 외주면을 위로 긁어올리면서 스케일 및 이물질을 제거할 수 있다. 전극이온보일러의 특성상 전극봉(200)의 표면에 형성되는 스케일이 저항 발열체에 비해 적지만, 스크레이퍼(560)는 전극봉(200) 표면에 스케일 및 이물질이 잔류하지 않을 것을 보장하여 전극봉(200)의 수명과, 더 나아가 전극이온보일러(1000) 전체의 수명을 증가시킬 수 있다.
한편, 차폐장치(500)의 소정 위치에는 표식부(580)가 장착될 수 있다. 도면에는 표식부(580)가 하부프레임(520)에 장착되어 있으나, 표식부(580)는 상부프레임(510), 하부프레임(520), 지지봉(530) 및 이동튜브(550) 상의 하나 이상의 위치 어디에든 장착될 수 있다. 표식부(580)는 후술하는 감지부(800)가 감지할 수 있는 대상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 감지부(800)가 홀센서(Hall effect sensor) 또는 리드센서(reed sensor)를 포함하는 경우, 표식부(580)는 자석(또는 금속)을 포함할 수 있다. 또는, 감지부(800)가 RFID 리더를 포함하는 경우, 표식부(580)는 RFID 태그를 포함할 수 있다.
입력부(600)는 전극이온보일러(1000)의 작동과 관련된 설정치를 입력받는 수단에 해당할 수 있다. 입력부(600)는 예를 들어 사용자로부터 구동관련 변수의 목표값을 입력 받을 수 있다. 사용자로부터 입력을 수신하는 경우, 구동관련 변수는 예를 들어 원하는 온수의 온도를 포함할 수 있다.
구동부(700)는 제어부(900)의 제어에 따라 전극봉(200)의 노출부분이 최대한 개방되는 제1 위치와 노출부분이 최대한 차폐되는 제2 위치 사이에서 차폐장치(500)를 이동시키는 역할을 한다. 구동부(700)는 다양한 구조로 구현될 수 있는데, 도면에는 한 가지 예로서 모터(710)와 리드스크류(750)를 이용하는 구조가 묘사되어 있다. 도면에 도시된 구동부(700)는 모터(710), 연결바(720), 메카니컬씰(730), 리드스크류(750) 및 리드너트(770)를 포함한다.
모터(710)는 전력공급부(100) 또는 기타 전원으로부터 전력을 공급받아 리드스크류(750)에 회전력을 가할 수 있다. 바람직하게는, 모터(710)가 정/역 변환이 가능한 AC 모터로서 필요에 따라 리드스크류(750)를 정방향 또는 역방향으로 회전시킬 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 8에 묘사된 바와 같이, 모터(710)는 지지대(712) 상에 설치되어 상부고정판(110)으로부터 소정 거리 이격될 수 있다. 이러한 구조는 모터(710)의 일부가 챔버(50) 내부의 물에 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 지지대(712)는 상부고정판(110)에 형성된 결합홀(374)에 볼트와 너트 등의 체결구에 의해 결합될 수 있다.
연결바(720)는 모터(710)의 출력축과 리드스크류(750) 사이를 연결하거나 리드스크류(750)가 상부고정판(110)과 교차하는 부분에서 리드스크류(750)의 외주면에 형성될 수 있다. 연결바(720)는 플라스틱 또는 기타 절연성 재질로 형성될 수 있고, 매끄러운 외주면을 가질 수 있다. 리드스크류(750)는 그 외주면에 나사산이 형성되어 있으므로 모터(710)에 직접 연결되면 상부고정판(110)과의 접합부에 밀봉을 형성하기 어려울 수 있지만 외주면이 매끄럽게 형성된 연결바(720)가 배치됨으로 인해 그 주위에 쉽게 밀봉을 형성할 수 있다.
메카니컬씰(730)은 연결바(720)와 상부고정판(110) 사이에 밀봉을 형성할 수 있다. 메카니컬씰(730)은 상부고정판(110)의 장착홀(370)에 장착될 수 있고, 그 주위의 결합홀(372)에 삽입되는 체결구에 의해 견고히 결합될 수 있다. 메카니컬씰(730)로는 챔버(50) 내의 물이 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있는 다양한 구조가 이용될 수 있다.
리드스크류(750)는 챔버(50) 내부에서 제1 방향을 따라 길게 연장될 수 있고, 모터(710)의 회전력에 의해 회전되도록 구성될 수 있다. 리드스크류(750)의 외주면에는 수나사가 형성될 수 있고, 이는 리드너트(770)의 내주면에 형성된 암나사와 치합될 수 있다. 도면에 도시된 예에서는 리드스크류(750)가 차폐장치(500)의 상부프레임(510)과 하부프레임(520)에 형성된 결합홀(650, 660)을 통과한다.
리드너트(770)는 차폐장치(500)에 결합되는 한편 리드스크류(750)와의 상호작용에 의해 위아래로 이동하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 리드너트(770)의 내주면에는 암나사가 형성될 수 있고, 이는 리드스크류(750)의 수나사와 치합될 수 있다. 모터(710)가 리드스크류(750)를 회전시키면, 리드스크류(750)와 나사결합을 이루고 있는 리드너트(770)는 회전하지 못하여 모터(710)의 회전방향에 따라 상승하거나 하강하게 된다.
도면에 도시된 예에서는 리드너트(770)가 차폐장치(500)의 하부프레임(520)에 형성된 결합홀(660)에 움직이지 못하도록 결합되어 있다. 본 발명의 일부 실시예에서는 리드너트(770)가 상부프레임(510)에 결합될 수도 있고, 상부프레임(510)과 하부프레임(520) 모두에 결합될 수도 있다.
감지부(800)는 차폐장치(500) 상에 장착된 표식부(580)를 감지하거나 다른 방법을 이용하여 차폐장치(500)의 위치를 인식하도록 구성될 수 있다. 감지부(800)에서 감지하는 차폐장치(500)의 위치에 관한 정보는 제어부(900)로 전달되어 구동부(700) 및/또는 전력공급부(100)의 제어를 위한 근거로 사용될 수 있다. 감지부(800)는 차폐장치(500)의 위치를 인식할 수 있는 한 매우 다양한 형태로 구현될 수 있다. 도면에 도시된 예에서는 표식부(580)가 차폐장치(500)의 하부프레임(520)에 결합된 자석을 포함하고, 감지부(800)는 챔버(50)의 외표면에 장착된 제1 및 제2 리드센서(810, 820)를 포함한다. 각 리드센서(810, 820)는 고정부(830, 840)에 의해 정해진 위치에 고정될 수 있다.
도면에 도시된 예에서 상측 리드센서(810)는 차폐장치(500)가 제1 위치에 있을 때의 표식부(580)의 위치에 대응하고, 반대로 하측 리드센서(820)는 차폐장치(500)가 제2 위치에 있을 때의 표식부(580)의 위치에 대응한다. 따라서 차폐장치(500)가 제1 위치에 있으면(즉, 전극봉(200)의 노출부분이 최대한 개방되는 위치에 있으면), 제1 리드센서(810)가 표식부(580)를 감지하여 차폐장치(500)가 제1 위치에 있음을 인식할 수 있고, 차폐장치(500)가 제2 위치에 있으면(즉, 전극봉(200)의 노출부분이 최대한 차폐되는 위치에 있으면), 제2 리드센서(820)가 표식부(580)를 감지하여 차폐장치(500)가 제2 위치에 있음을 인식할 수 있다.
일부 실시예에서는 제어부(900)의 제어에 따라 리드센서(810, 820)의 위치가 조절가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일실시예에 따른 전극이온보일러(1000)는 감지부(800)를 위한 전용의 구동부(미도시)를 포함할 수 있고, 이는 챔버(50)의 표면 상에서의 리드센서(810, 820) 및/또는 고정부(830, 840)의 위치를 조절하도록 구성될 수 있다.
제어부(900)는 전극이온보일러(1000)의 전반적인 작동을 제어할 수 있다. 이를 위해, 제어부(900)는 입력부(600)로부터 목표값을 수신할 수 있고, 센서부(300) 및 감지부(800)로부터 측정값을 수신할 수 있으며, 이들을 바탕으로 전력공급부(100)와 구동부(700)의 작동을 제어할 수 있다. 발명의 이해를 돕기 위해, 도 10을 제외한 나머지 도면에는 제어부(900)가 생략되어 있다.
제어부(900)는 구동부(700)를 제어하여 차폐장치(500)가 도 9의 (a)에서와 같이 제1 위치로 이동하게 할 수 있다. 이 상태에서는 차폐장치(500)의 이동튜브(550)가 전극봉(200)의 차폐부분에 위치한다. 즉, 이동튜브(550)가 전극봉(200)의 절연튜브(230) 및 고정튜브(250) 외측에 위치하여 전극봉(200)의 노출부분을 차폐하지 않는다. 챔버(50)의 내부공간에 수용된 물에서 이온은 전극봉(200)의 노출부분 사이를 원활히 움직일 수 있고, 따라서 전극봉(200)이 많은 양의 열을 발생시킬 수 있다.
제어부(900)가 구동부(700)를 제어하여 차폐장치(500)가 도 9의 (b)에서와 같이 제1 위치와 제2 위치 사이의 소정 위치로 이동하게 하면, 차폐장치(500)의 이동튜브(550)가 전극봉(200)의 노출부분을 부분적으로만 차폐하게 된다. 챔버(50) 내의 물에서 이온은 전극봉(200)의 노출된 부분에서만 이동하게 되고, 전극봉(200)이 발생시키는 열의 양은 차폐장치(500)가 제1 위치에 있을 때에 비해 감소될 수 있다.
제어부(900)가 구동부(700)를 제어하여 차폐장치(500)가 도 9의 (c)에서와 같이 제2 위치로 이동하게 하면, 차폐장치(500)의 이동튜브(550)가 전극봉(200)의 노출부분을 전부 혹은 거의 대부분 차폐하게 되고, 각 세트에서 전극봉(200) 사이로 이온이 원활히 이동하지 못하여 전극봉(200)이 거의 열을 발생시키지 않게 된다.
도면에 도시된 예에서는 전극봉(200)이 차폐부분과 노출부분을 포함하고, 차폐장치(500)가 제1 위치에 있을 때에는 이동튜브(550)가 전극봉(200)의 차폐부분에 중첩되게 배치되고 차폐장치(500)가 제2 위치에 있을 때에는 이동튜브(550)가 전극봉(200)의 노출부분에 중첩되게 배치된다.
도시되지 않은 본 발명의 일실시예에서는 전극봉(200)이 차폐부분은 포함하지 않고 노출부분만을 포함하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전극봉(200)의 상단(210)이 상부고정판(110)에 결합되고 전극봉(200)은 챔버(50)의 내부공간의 상부에 챔버(50)의 약 절반에 대응하는 위치까지만 연장될 수 있다. 이 경우, 차폐장치(500)가 제1 위치에 있을 때에는 이동튜브(550)가 적어도 부분적으로 전극봉(200) 아래에 위치하여 전극봉(200)의 노출부분이 개방되게 할 수 있다. 이 때에도, 전극봉(200)의 하단은 이동튜브(550)의 내부에 삽입되어 있는 것이 바람직하며, 전극봉(200)과 이동튜브(550)의 길이는 이를 고려하여 결정될 수 있다. 차폐장치(500)가 제2 위치에 있을 때에는 이동튜브(550)가 전극봉(200)의 노출부분과 중첩되게 위치하여 전극봉(200)의 노출부분이 모두 차폐되게 할 수 있다.
이하에서는 도 11을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 전극이온보일러 제어방법을 더 자세히 설명하기로 한다. 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 전극이온보일러(1000)를 제어하는 방법을 예시적으로 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 전극이온보일러 제어방법은 먼저 구동관련 변수의 목표값(t)을 설정하는 단계(S910)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 구동관련 변수는 전극이온보일러(1000)의 구동과 관련된 변수로서, 전극봉(200)에 흐르는 전류, 챔버(50)의 내부공간 내부 특정 지점에서의 물의 온도, 출수관(20) 내부 특정 지점에서의 물의 온도, 등을 포함할 수 있고, 이들 중 하나 이상에 기초한 변수일 수도 있다. 설명의 편의를 위해, 이하에서는 구동관련 변수가 전극봉(200)에 흐르는 전류인 경우를 예로 들어 설명한다. 목표값(t)을 설정하는 단계(S910)는 입력부(600)가 사용자로부터 목표값(t)을 수신하는 단계를 포함할 수도 있고, 사용자의 입력 없이 제어부(900)가 기본값을 목표값(t)으로 적용하는 단계를 포함할 수도 있다.
목표값(t)이 설정된 상태에서, 목표값(t)을 기준으로 한 허용범위의 최소값(tmin)과 최대값(tmax)을 설정하는 단계(S912)가 수행될 수 있다. 허용범위의 최소값(tmin)과 최대값(tmax)은 제어부(900)의 의해 정해진 규칙에 따라 산정되는 것일 수도 있고, 입력부(600)를 통해 사용자로부터 수신되는 것일 수도 있다. 목표값(t)과 최소값(tmin)의 차이는 최대값(tmax)과 목표값(t)의 차이와 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.
전극봉(200)에 교류 전류가 가해져 전극봉(200)이 챔버(50) 내부의 물을 가열하는 상태에서, 센서부(300)는 구동관련 변수의 현재값을 측정하여 측정값(p)을 획득할 수 있다(SS920). 구동관련 변수가 전극봉(200)에 흐르는 전류인 경우, 센서부(300)는 전류계 등을 포함하여 전극봉(200)에 흐르고 있는 현재의 전류값을 측정값(p)으로 제어부(900)에 전달할 수 있다.
이어서, 제어부(900)는 측정값(p)이 허용범위 이내에 있는지 여부를 판단할 수 있다(S930). 즉, 제어부(900)는 센서부(300)에서 획득한 측정값(p)이 허용범위의 최소값(tmin)에 비해 같거나 크고 허용범위의 최대값(tmax)에 비해 같거나 작은지 여부를 판단할 수 있다.
제어부(900)의 판단 결과 측정값(p)이 허용범위 이내에 있다면, 제어부(900)는 현재 설정을 유지하여(S940) 구동부(700)에 특별한 신호를 보내지 않을 수 있다. 만약 제어부(900)의 판단 결과 측정값(p)이 허용범위 이내에 있지 않다면, 제어부(900)는 측정값(p)이 허용범위의 최소값(tmin)보다 작은 것인지 아니면 최대값(tmax)보다 큰 것인지 판단(S950)하여 판단 결과에 따라 다른 제어신호를 생성할 수 있다.
만약 측정값(p)이 허용범위의 최소값(tmin)보다 작은 것으로 판단되는 경우, 제어부(900)는 감지부(800)의 검출값에 기초하여 차폐장치(500)가 최고 위치에 있는지 여부를 판단할 수 있다(S952). 감지부(800)로부터의 검출값이 차폐장치(500)가 이미 가능한 최고 위치(즉, 제1 위치)에 있음을 나타내면, 제어부(900)는 현재 설정을 유지하여(S940) 구동부(700)에 특별한 신호를 보내지 않을 수 있다. 만약 감지부(800)로부터의 검출값이 차폐장치(500)가 최고 위치에 있지 않음을 나타내면, 이는 차폐장치(500)의 상승이 가능한 경우로서 제어부(900)는 구동부(700)에 제어 신호를 보내어 차폐장치(500)를 상승시키게 할 수 있다(S960).
이에, 구동부(700)는 예를 들어 모터(710)를 정방향으로 회전시킬 수 있고, 회전되는 리드스크류(750)의 수나사와 치합하는 암나사를 가진 리드너트(770)는 리드스크류(750)를 따라 위로 이동하면서 차폐장치(500) 및 이동튜브(550)를 함께 위로 이동시킬 수 있다. 전극봉(200)의 노출부분 중 차폐장치(500)에 의해 차폐되지 않는 부분이 증가함에 따라, 이온의 이동이 활발히 이루어질 수 있는 부분이 증가하게 되고, 이는 전극봉(200)을 통과하는 전류와 챔버(50) 내의 물의 온도를 증가시킬 수 있다.
이와 유사하게, 측정값(p)이 허용범위의 최소값(tmin)보다 큰 것으로 판단되는 경우, 제어부(900)는 감지부(800)의 검출값에 기초하여 차폐장치(500)가 최저 위치에 있는지 여부를 판단할 수 있다(S954). 감지부(800)로부터의 검출값이 차폐장치(500)가 이미 가능한 최저 위치(즉, 제2 위치)에 있음을 나타내면, 제어부(900)는 현재 설정을 유지하여(S940) 구동부(700)에 특별한 신호를 보내지 않을 수 있다. 만약 감지부(800)로부터의 검출값이 차폐장치(500)가 최저 위치에 있지 않음을 나타내면, 이는 차폐장치(500)의 하강이 가능한 경우로서 제어부(900)는 구동부(700)에 제어 신호를 보내어 차폐장치(500)를 하강시키게 할 수 있다(S970).
이에, 구동부(700)는 예를 들어 모터(710)를 역방향으로 회전시킬 수 있고, 회전되는 리드스크류(750)의 수나사와 치합하는 암나사를 가진 리드너트(770)는 리드스크류(750)를 따라 아래로 이동하면서 차폐장치(500) 및 이동튜브(550)를 함께 아래로 이동시킬 수 있다. 전극봉(200)의 노출부분 중 차폐장치(500)에 의해 차폐되는 부분이 증가함에 따라, 이온의 이동이 활발히 이루어질 수 있는 부분이 감소하게 되고, 이는 전극봉(200)을 통과하는 전류와 챔버(50) 내의 물의 온도를 감소시킬 수 있다.
위와 같이 현재 설정을 유지하는 단계(S940), 차폐장치(500)를 상승시키는 단계(S960) 또는 차폐장치(500)를 하강시키는 단계(S970)가 수행된 후 사전결정된 시간이 경과하면 측정값(p)을 획득하는 단계(S920)가 다시 수행될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 센서부(300)가 사전결정된 시간을 간격으로 하여 주기적으로 측정값(p)을 획득하여 제어부(900)에 전달할 수 있고, 제어부(900)는 그 때마다 측정값(p)이 허용범위 이내에 있는지 여부를 판단하는 단계(S930) 및 그 후속 단계들을 수행할 수 있다. 목표값(p)에 대한 새로운 입력이 수신되면, 구동관련 변수의 목표값(t)을 설정하는 단계(S910)부터 다시 수행될 수 있다.
전극이온보일러는 전해액에 포함된 이온의 움직임에 의존하기 때문에 전해액에 포함된 이온의 양에 따라 소비전력(발열량)이 변화한다. 따라서 물을 직접 가열하는 경우, 이온의 양이 가장 많은 바닷물에서 발열량이 가장 크고, 그 다음으로 지하수, 수돗물, 하천수, 빗물의 순서로 발열량이 크다. 이온이 전혀 포함되지 않은 증류수로는 열을 발생시킬 수 없다. 전극이온보일러의 구동이 이온의 움직임에 의존하므로, 이온의 양뿐만 아니라 전해액의 온도에 따라서도 발열량이 변화한다. 전해액의 온도가 높을수록 이온이 더 활발히 이동하기 때문이다. 위와 같은 이유로 인해, 기존의 전극이온보일러는 물에 녹아 있는 금속 이온의 양, 물의 온도, 전극봉이 물과 접하는 표면적의 크기에 따라 소비전력이 결정되기 때문에 일정한 소비전력(일정한 발열량)을 유지하기가 불가능하여 가정이나 산업현장에서 사용하기에 어려움이 많은 것이 현실이다.
이와는 달리, 위에 제시된 본 발명의 일실시예에 따른 전극이온보일러(1000) 및 그 제어방법은 전극봉(200)을 이용하여 물을 직접 가열함에도 불구하고 온수를 설정된 온도로 균일하게 제공할 수 있다는 장점을 가진다. 센서부(300)가 전극봉(200)에 흐르는 전류 및/또는 물의 온도를 측정하고 제어부(900)가 이를 바탕으로 발열량을 제어할 수 있는데, 전극봉(200)의 전류와 물의 온도는 이미 이온의 활동 상태 및 이로 인한 발열량을 대표하므로, 이에 근거한 제어부(900)의 제어는 전극이온보일러(1000)의 소비전력을 정밀 제어함으로써 일정한 발열량의 크기로 제어 할 수 있어 계약전력(소비전력 허용 한도 이내) 범위 내에서 사용자 필요한 양만큼 설정이 가능하므로 전극이온보일러(1000)는 가정용수 및 산업현장에서 온수를 가열하는 용도로도 사용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. 물로 채워지도록 구성된 내부공간을 내측에 형성하는 챔버;
    상기 내부공간 내에서 제1 방향을 따라 연장되고 상기 물에 노출되는 노출부분을 포함하는 복수의 전극봉;
    상기 복수의 전극봉의 노출부분을 차폐하는 이동튜브를 구비하여 위치에 따라 상기 이동튜브가 상기 노출부분을 차폐하는 정도가 달라지도록 구성된 차폐장치; 및
    상기 노출부분이 최대한 개방되는 제1 위치와 상기 노출부분이 최대한 차폐되는 제2 위치 사이에서 상기 차폐장치를 상기 제1 방향을 따라 이송시키도록 구성된 구동부를 포함하되,
    상기 복수의 전극봉 각각은 상기 노출부분 외에 절연튜브에 의해 둘러싸여 상기 물에 노출되지 않는 차폐부분을 더 포함하고, 상기 이동튜브는 상기 절연튜브의 외경 이상의 내경을 갖고,
    상기 차폐장치가 상기 제1 위치를 향해 이동할 때 상기 절연튜브가 상기 이동튜브 내부로 삽입되는 것을 특징으로 하는 전극이온보일러.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전극봉은 상기 내부공간의 상부에 위치하고,
    상기 차폐장치가 상기 제1 위치에 있을 때 상기 이동튜브는 적어도 부분적으로 상기 복수의 전극봉 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극이온보일러.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 차폐장치의 위치를 인식하도록 구성된 감지부를 더 포함하는 전극이온보일러.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 차폐장치는 자석을 포함하고 상기 감지부는 상기 자석의 자력을 감지하는 리드스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극이온보일러.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 차폐장치는 상기 이동튜브의 상측 단부 및 하측 단부가 각각 고정되는 상부프레임 및 하부프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극이온보일러.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 상부프레임과 상기 하부프레임에는 상기 물이 통과하기 위한 순환홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극이온보일러.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 상부프레임과 상기 하부프레임 중 적어도 하나는 상기 이동튜브의 단부와 연통하는 튜브입구홀에 장착되는 스크레이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극이온보일러.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전극봉은 2개씩 또는 3개씩 하나의 세트를 이루고, 각 세트의 전극봉은 모두 서로에 대해 동일한 거리에 배치되는 것을 특징으로 하는 전극이온보일러.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전극봉에 흐르는 전류 또는 상기 물의 온도를 측정하는 센서부; 및
    상기 센서부의 측정값에 따라 상기 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 전극이온보일러.
  11. 제 1 항의 전극이온보일러를 제어하는 방법으로서,
    구동관련 변수의 목표값을 설정하는 단계;
    상기 구동관련 변수의 현재값을 측정하여 측정값을 획득하는 단계;
    상기 측정값이 허용범위 이내에 있는지 여부를 판단하는 단계;
    상기 측정값이 허용범위의 최소값보다 작은 것으로 판단되고 상기 차폐장치의 상승이 가능한 경우, 상기 차폐장치를 상승시키는 단계; 및
    상기 측정값이 허용범위의 최대값보다 큰 것으로 판단되고 상기 차폐장치의 하강이 가능한 경우, 상기 차폐장치를 하강시키는 단계를 포함하는 전극이온보일러 제어방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 구동관련 변수는 상기 복수의 전극봉에 흐르는 전류 및 상기 물의 온도 중 적어도 하나에 기초하여 측정되는 것을 특징으로 하는 전극이온보일러 제어방법.
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KR20110135172A (ko) * 2010-06-10 2011-12-16 (주)에이치엠테크노 전류 제어식 전기 전극봉 보일러
KR20140030787A (ko) * 2012-09-03 2014-03-12 주식회사 파나시아 사각 단면형상을 갖는 밸러스트수 자외선 처리장치

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