KR20190102544A - 보일러용 전기히터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보일러용 전기히터에 관한 것으로, 상부가 개방되며 제1 전극봉이 연결되는 제1 전도체; 및 제1 전도체의 외면과 간극을 이루도록 설치되고 하단부에 제2 전극봉이 연결되며 상부가 개방되는 몸체와, 몸체의 상부에 결합되며 다수의 유입공이 형성되는 상판과, 제1 전도체의 내측면과 간극을 이루도록 상판으로부터 하방 돌출되는 연장판으로 이루어진 제2 전도체;를 포함한다.

Description

보일러용 전기히터{ELECTRICHEATER FOR BOILER}

본 발명은 보일러용 전기히터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간극을 형성하는 전도체들 사이에 발생하는 전위차를 이용하여 적은 전력으로 보일러의 물을 단시간 안에 설정온도까지 가열시킬 수 있는 보일러용 전기히터에 관한 것이다.

일반적으로 전기보일러는 전기의 발열을 이용하는 보일러이다. 전기보일러는 구조적인 면에서 보일러 수인 물 자체를 전기 저항체로 하여 전극 사이에 전류를 통하여 줄(Joule)열을 발생시키는 전극형과, 보일러 수인 물속에 직접 또는 간접으로 금속 저항선을 넣고 그 발열을 이용하는 저항형 또는 열선형으로 구분된다.

그러나 전기보일러의 사용전력은 온수공급량에 따라 달라지기는 하나 대개 수~수십 KW에 달해 전기료의 부담이 되는 단점이 있다. 이에 비교적 값이 저렴한 심야전기를 이용한 전기보일러가 설치되고 있으나 이는 가정용 전기를 직접 사용하는 것이 아니라 한전으로부터 별도의 공업용 전원(3상 교류)를 끌어와야 하기 때문에 별도로 고가의 설치비가 발생하는 문제점이 있다.

(특허문헌 1) 국내공개특허공보 제10-2011-0097465호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 간극을 형성하는 전도체들 사이에 발생하는 전위차를 이용하여 물을 가열하되, 종래의 보일러 전기히터에 대비하여 소비되는 전력량을 감소시키면서 단시간 안에 물을 설정온도까지 가열시킬 수 있는 보일러용 전기히터를 제공하는 것이다.

한편, 본 발명에 명시되지 않은 또 다른 목적들은 후술하는 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보일러용 전기히터는, 상부가 개방되며 제1 전극봉이 연결되는 제1 전도체; 및 제1 전도체의 외면과 간극을 이루도록 설치되고 하단부에 제2 전극봉이 연결되며 상부가 개방되는 몸체와, 몸체의 상부에 결합되며 다수의 유입공이 형성되는 상판과, 제1 전도체의 내측면과 간극을 이루도록 상판으로부터 하방 돌출되는 연장판으로 이루어진 제2 전도체;를 포함하며, 제1 전극봉 및 제2 전극봉을 통해 제1 전도체와 제2 전도체에 전력이 공급되며, 제1 전도체와 제2 전도체 사이의 전위차로 인하여 제1 전도체와 제2 전도체 사이의 간극에 발생하는 아크 방전을 이용해 물을 가열하게 된다.

여기서, 연장판은 제1 전도체의 내측면과 상, 하단부의 간극이 모두 동일하게 형성되도록 아래로 갈수록 직경이 점차 작아질 수 있다.

본 발명에 따른 보일러용 전기히터는 제1 전극봉과 제2 전극봉을 통해 제1 전도체와 제2 전도체에 각각 전력이 인가될 경우, 제1 전도체와 제2 전도체 사이에 형성된 간극에 아크 방전이 일어나 고온의 열을 발생시킴으로써 종래의 보일러에 대비하여 적은 전력으로 물을 단시간 안에 설정온도까지 가열시키게 되므로 보일러의 효율성이 증대되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 보일러용 전기히터는 제2 전도체가 제1 전도체의 외면과 내면에 간극을 형성하는 구조를 가짐으로써, 제1 전도체와 제2 전도체 사이의 아크방전이 다발적으로 일어남에 따라 전력량에 대비한 발열량이 더욱 증가하게 되므로 최소한의 전력으로 최대한의 발열량을 제공함으로써 물을 설정온도까지 단시간 안에 끌어올릴 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러용 전기히터의 전체적인 모습을 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러용 전기히터의 횡방향 단면도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속" 된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

먼저, 도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러용 전기히터의 전체적인 모습을 보여주는 도면이 도시되어 있으며, 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러용 전기히터의 횡방향 단면도가 도시되어 있다.

도 1과 도 2를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러용 전기히터1l00)는 제1 전도체(110), 제2 전도체(120), 제1 전극봉(130), 및 제2 전극봉(140)을 포함하여 구성된다.

제1 전도체(110)는 소정의 높이를 가지며 대체로 상광하협(上廣下狹))의 모양으로 제작된다. 본 실시예에서는 제1 전도체(110)가 하방으로 갈수록 둘레가 점차 작아지는 원형기둥의 형태로 도시되어 있지만 이는 하나의 실시예로 이를 한정하는 것은 아니며, 제1 전도체(110)는 사각기둥이나 육각기둥과 같은 다각형의 기둥 또는 타원형의 기둥 형태로 제작될 수도 있다. 제1 전도체(110)의 내부는 비어 있으며 상부는 개방된다. 제1 전도체(110)의 하단부에는 제1 전극봉(130)이 연결된다. 제1 전도체(110)는 제1 전극봉(130)을 통해 제1 전원단자(미도시)로부터 전력을 인가받는다. 제1 전도체(110)와 제1 전극봉(130)은 스테인레스, 구리, 황동 또는 티타늄 재질이 사용될 수도 있으며, 제2 전도체(120)와의 아크 방전 시 더욱 큰 고온의 열을 얻기 위해서는 구리나 티타늄 재질로 제작되는 것이 바람직하다. 제1 전도체(110)의 바깥쪽에는 제2 전도체(120)가 간극을 형성하며 감싸진다.

제1 전극봉(130)은 양단부가 각각 제1 전도체(110) 및 제1 전원단자에 연결되어 제1 전원단자로부터 이송된 전류를 제1 전도체(110)에 전달한다. 제1 전극봉(130)의 일단부는 제1 전도체(110)를 감싸고 있는 제2 전도체(120)의 하단부를 관통하여 제1 전도체(110)의 하단부에 연결된다. 더욱 자세히 설명하면, 제1 전극봉(130)의 일단부는 제2 전도체(120) 및 제2 전도체(120)의 저면에 부착되어 있는 전극플레이트(145)를 관통하여 제1 전도체(110)에 연결된다. 이때, 제1 전극봉(130)의 일단부에는 제1 절연부재(135)가 감싸지며, 제1 절연부재(135)는 제1 전극봉(130)과 함께 전극플레이트(145) 및 제2 전도체(120)를 관통하도록 배치된다. 본 실시예에서는 자세히 도시되어 있지 않지만, 제1 절연부재(135)의 하부에 위치하는 제1 전극봉(130)의 외면에는 절연튜브(미도시)가 감싸질 수 있다. 제1 전극봉(130)의 타단부에는 제1 전원단자가 연결되는 나사산(132)이 형성된다.

제2 전도체(120)는 전체적으로 제1 전도체(110)의 바깥쪽을 감싼 형태로 구비된다. 제2 전도체(120)는 제1 전도체(110)의 외면 및 내면과 간극을 형성하도록 구성된다. 제2 전도체(120)는 몸체(122), 상판(124), 및 연장판(126)으로 이루어진다. 이때, 몸체(122), 상판(124), 및 연장판(126)은 각각 독립적인 개체로 제작된 후 용접을 통해 결합된 형태일 수도 있으며, 일체형으로 제작된 하나의 객체 형태일 수도 있다.

몸체(122)는 소정의 높이를 가지며 대체로 상광하협(上廣下狹))의 모양으로 제작된다. 몸체(122)는 하방으로 갈수록 둘레가 점차 작아지는 원형기둥의 형태로 도시되어 있지만 이는 하나의 실시예로 이를 한정하는 것은 아니며, 몸체(122)는 사각기둥이나 육각기둥과 같은 다각형의 기둥 또는 타원형의 기둥 형태로 제작될 수도 있다. 몸체(122)는 제1 전도체(110)와 대체로 비슷한 모양으로 제작되며, 제1 전도체(110)의 내부에 제2 전도체(120)가 내장되는 구조이므로 몸체(122)는 제1 전도체(110)에 대비하여 작은 크기로 제작된다. 몸체(122)는 내부가 비어 있으며 상부는 개방된다. 몸체(122)의 하단부에는 제2 전극봉(140)이 연결되며, 몸체(122)와 제2 전극봉(140) 사이에는 전극플레이트(145)가 구비된다. 몸체(122)의 상부에는 상판(124)이 연결된다.

상판(124)은 몸체(122)의 개방된 상부에 용접 등을 통해 고착되도록 결합된다. 상판(124)에는 원형의 구멍이 천공되어 형성된 다수의 유입공(125)이 마련된다. 상판(124)은 대체로 위쪽을 향해 볼록 튀어나온 형태를 갖는다. 이는 상판(124)의 유입공(125)을 통해 물이 제1 전도체(110)와 제2 전도체(120)로 유입될 경우, 물이 유입되는 면적을 최대화시키기 위함이다. 상판(124)의 저면에는 하방으로 돌출된 연장판(126)이 구비된다.

연장판(126)은 상판(124)으로부터 소정의 길이로 하방 돌출되어 제1 전도체(110)의 내부에 배치된다. 연장판(126)은 내부가 비어 있으며 양단부가 개방되어 있는 관의 형태를 갖는다. 연장판(126)의 외면은 제1 전도체(110)의 내측면과 간극을 형성하도록 설치된다. 이때, 연장판(126)의 길이는 제1 전도체(110)의 내측면의 상하길이의 절반이하의 길이로 제작되는 것이 바람직하다. 한편, 본 실시예에서는 연장판(126)의 상단과 하단의 둘레가 동일한 원형기둥 형태로 도시되어 있으나 이를 한정하는 것은 아니며, 연장판(126)은 상광하협의 형태를 갖는 제1 전도체(110)의 내측면을 따라 상, 하단부에 동일한 간극을 형성하도록 아래로 갈수록 둘레가 점차 작아지는 상광하협의 형태로 제작될 수도 있다.

이와 같이 구성된 제2 전도체(120)는 몸체(122)에 연결되어 있는 제2 전극봉(140)을 통해 제2 전원단자(미도시)로부터 전원을 인가받는다. 제2 전도체(120)와 제2 전극봉(140)은 제1 전도체(110)와 같이 스테인레스, 구리, 황동 또는 티타늄 재질이 사용될 수도 있으며, 제1 전도체(110)와의 아크 방전 시 더욱 큰 고온의 열을 얻기 위해서는 구리나 티타늄 재질로 제작되는 것이 바람직하다.

제2 전극봉(140)의 양단부는 각각 전극플레이트(145) 및 제2 전원단자에 연결된다. 이때, 전극플레이트(145)는 제2 전도체(120)의 저면에 연결되므로 제2 전원단자로부터 이송된 전류는 제2 전극봉(140) 및 전극플레이트(145)를 거쳐 제2 전도체(120)에 전달된다. 제2 전극봉(140)과 제2 전도체(120) 사이를 연결하는 전극플레이트(145)는 제2 전극봉(140)과 일체형으로 이루어질 수도 있다. 제2 전극봉(140)의 일단부는 전극플레이트(145)를 통해 제2 전도체(120)에 연결되며, 타단부에는 제2 전원단자가 체결된다. 제2 전극봉(140)의 타단부에는 제2 전원단자가 연결되는 나사산(142)이 마련된다. 전극플레이트(145)의 일단부는 제2 전도체(120)의 저면에 결합되고 타단부는 수평방향으로 연장되며, 전극플레이트(145)의 타단부에는 제2 전극봉(140)이 연결된다.

상기와 같이 간극을 형성하고 있는 제1 전도체(110)와 제2 전도체(120)의 구조에 의해 제1 전극봉(130)과 제2 전극봉(140)을 통해 제1 전도체(110)와 제2 전도체(120)에 각각 전력이 인가될 경우, 제1 전도체(110)와 제2 전도체(120) 사이에 형성된 간극에 아크 방전이 일어나 고온의 열을 발생시킴으로써 종래의 보일러에 대비하여 적은 전력으로 물을 단시간 안에 설정온도까지 가열시키게 되므로 보일러의 효율성이 증대되는 효과가 있다.

또한, 제2 전도체(120)는 몸체(122)와 상판(124), 연장판(126)을 통해 제1 전도체(110)의 외면은 물론 내면과도 간극을 형성하는 구조를 가짐으로써, 제1 전도체(110)와 제2 전도체(120) 사이의 아크 방전이 다발적으로 일어남에 따라 전력량에 대비한 발열량이 더욱 증가하게 되므로 최소한의 전력으로 최대한의 발열량을 제공함으로써 물을 설정온도까지 단시간 안에 끌어올릴 수 있는 효과가 있다.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러용 전기히터(100)의 효과를 검증하기 위하여, 종래의 보일러용 전기히터와 본 발명에 따른 보일러용 전기히터(100)를 사용하여 설정온도까지 물을 가열할 경우, 소비되는 가용시간, 소비전력, 및 발열량을 측정하는 실험을 진행하였다.

[표 1]은 종래의 보일러용 전기히터를 사용하여 설정된 온도까지 물을 가열할 경우, 가열온도에 따라 소비되는 가용시간, 사용전력, 및 발열량을 측정한 실험표이며, [표 2]는 본 발명에 따른 보일러용 전기히터(100)를 사용하여 설정된 온도까지 물을 가열할 경우, 가열온도에 따라 소비되는 가용시간, 사용전력, 및 발열량을 측정한 실험표이다. 그리고 [표 3]은 [표 1]과 [표 2]에 나타난 종래의 보일러용 전기히터와 본 발명에 따른 보일러용 전기히터(100)의 실험값을 비교한 비교표이다.

물량(ℓ)		300ℓ		시작온도(℃)		24.0℃
가용시간(분)	60분		120분	180분	240분		300분
가열온도(℃)	5℃		8℃	7℃	7℃		8℃
변경온도(℃)	29℃		37℃	44℃	51℃		59℃
사용전력(kW)	3.3kW		3.1kW	3.3kW	2.8kW		3.5kW
발열량(㎉/h)	455㎉/h		774㎉/h	636㎉/h	750㎉/h		686㎉/h
가용시간(분)	360분		420분	480분	합계
가열온도(℃)	6℃		7℃	7℃	55℃
변경온도(℃)	65℃		72℃	79℃
사용전력(kW)	3.0kW		3.0kW	3.0kW	20.5kW
발열량(㎉/h)	600㎉/h		700㎉/h	700㎉/h	660㎉/h

[종래의 보일러용 전기히터 작용 실험표]

물량(ℓ)		300ℓ		시작온도(℃)		27.8℃
가용시간(분)	20분		40분	60분	65분		합계
가열온도(℃)	15.0℃		18.6℃	20.4℃	4.5℃		58.5℃
변경온도(℃)	42.8℃		61.4℃	81.8℃	86.3℃
사용전력(kW)	4.9kW		6.3kW	6.7kW	1.5kW		19.4kW
발열량(㎉/h)	918㎉/h		886㎉/h	913㎉/h	900㎉/h		905㎉/h

[본 발명에 따른 보일러용 전기히터 작용 실험표]

	종래의 전기히터	본 발명에 따른 전기히터
물량(ℓ)	300ℓ	300ℓ
설정온도(℃)	80.0℃	85.0℃
시작온도(℃)	24.0℃	27.8℃
총 가열온도(℃)	55.0℃	58.5℃
최종 변경온도(℃)	79.0℃	86.3℃
총 사용전력(kW)	25.0kW	19.4kW
총 가용시간(분)	480분	65분
발열량(㎉/h)	660㎉/h	905㎉/h

[종래의 전기히터와 본 발명에 따른 전기히터의 작용 비교표]

위 표 1 내지 표 3을 참조하여 살펴보면, 종래의 전기히터를 사용하였을 경우에는 물의 온도를 55.0℃ 높이는데 총 480분 동안 총 25.0kW의 전력이 사용되어 시간당 발열량이 660㎉/h가 측정되었다.

이에 반해, 본 발명에 따른 전기히터(100)를 사용하였을 경우에는 물의 온도를 58.5℃ 높이는데 총 65분 동안 총 19.4kW의 전력이 사용되어 시간당 발열량이 905㎉/h가 측정되었다.

이를 통해 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 보일러용 전기히터(100)는 종래의 보일러용 전기히터에 대비하여 시간당 발열량이 높으므로 물을 동일한 온도로 가열시킬 경우, 종래의 전기히터에 비해 상대적으로 적은 전력으로 단시간 안에 물을 가열시킬 수 있는 장점이 있다.

즉, 상기한 바와 같이 본 발명에 따른 보일러용 전기히터(100)는 제2 전도체(120)가 제1 전도체(110)의 내면 및 외면에 모두 간극을 형성하는 구조를 가짐으로써 제1 전극봉(130)과 제2 전극봉(140)을 통해 제1 전도체(110)와 제2 전도체(120)에 각각 전력이 인가될 경우, 제1 전도체(110)와 제2 전도체(120) 사이에 형성된 간극에 아크 방전이 일어나 고온의 열을 발생시킴으로써 종래의 보일러용 전기히터에 대비하여 시간당 발열량이 높아 최소한의 전력으로 물을 단시간 안에 설정온도까지 빠르게 가열시키게 되므로 보일러의 효율성이 증대되는 효과가 있다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다", 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100:가열모듈 110:제1 전도체
120:제2 전도체 122:몸체
124:상판 126:연장판
130:제1 전극봉 140:제2 전극봉

Claims (2)

1. 상부가 개방되며 제1 전극봉이 연결되는 제1 전도체; 및
   상기 제1 전도체의 외면과 간극을 이루도록 설치되고 하단부에 제2 전극봉이 연결되며 상부가 개방되는 몸체와, 상기 몸체의 상부에 결합되며 다수의 유입공이 형성되는 상판과, 상기 제1 전도체의 내측면과 간극을 이루도록 상기 상판으로부터 하방 돌출되는 연장판으로 이루어지며 제2 전극봉이 연결되는 제2 전도체;를 포함하며,
   상기 제1 전극봉 및 제2 전극봉을 통해 상기 제1 전도체와 상기 제2 전도체에 전력이 공급되며, 상기 제1 전도체와 제2 전도체 사이의 전위차로 인하여 상기 제1 전도체와 제2 전도체 사이의 간극에 발생하는 아크 방전을 이용해 물을 가열하는 것을 특징으로 하는 보일러용 전기히터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 연장판은 상기 제1 전도체의 내측면과 상, 하단부의 간극이 모두 동일하게 형성되도록 아래로 갈수록 직경이 점차 작아지는 것을 특징으로 하는 보일러용 전기히터.

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