KR20140099656A - 이온전극 열원장치를 이용한 난방장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이온전극 열원장치를 이용하여 난방장치를 구현하되, 초기 가동 시 난방수의 온도가 유효온도에 이르는 시간을 크게 단축하여 효율을 높이도록 함은 물론 전력소비를 줄이고 소형화와 이동이 용이하도록 한 이온 전극 열원장치를 이용한 난방장치에 관한 것으로, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전원의 라인단자에 연결되는 적어도 한개 이상의 제1전극과 전원의 중성단자에 연결되는 제2전극을 포함하고, 상기 제1전극 및 제2전극과는 전기적으로 절연되고 밀폐되도록 봉인되는 본체의 내부에는 난방수가 충전되며, 이를 발열시키는 이온전극 열원장치와; 상기 이온전극 열원장치에 연결되어 충전된 난방수가 순환되는 배관과; 상기 배관에 개재되어 난방수를 강제 순환시키는 순환펌프와; 상기 배관의 일부에 형성되어 난방기능을 수행하는 라지에이터와; 상기 라지에이터로 송풍하여 열기를 외부로 발산시키는 송풍모터와; 상기 이온전극 열원장치와, 순환펌프 및 송풍모터를 제어하는 제어부를 포함하며; 상기 제어부는 초기 운전 가동 시, 난방수의 온도가 예열완료온도 미만일 경우, 상기 예열완료온도에 도달할 때까지는 상기 이온전극 열원장치 및 순환펌프만을 구동하고, 송풍모터의 구동은 중지시키는 것을 특징으로 한다.

Description

이온전극 열원장치를 이용한 난방장치{Heating device using heater for ion-electrode}
본 발명은 난방장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이온전극 열원장치를 이용하여 난방장치를 구현하되, 초기 가동 시 난방수의 온도가 유효온도에 이르는 시간을 크게 단축하여 효율을 높이도록 함은 물론 전력소비를 줄이고 소형화와 이동이 용이하도록 한 이온전극 열원장치를 이용한 난방장치에 관한 것이다.
주지한 바와 같은 이온전극 열원장치는 소정의 전도성 액체의 내부에 전극수단을 설치하고 상기 전극수단에 전원을 공급하면 상기 전도성 액체가 이온화되면서 자체 발열되어 열원기능을 수행하는 장치로, 주거용 건물의 난방장치 등에 이용되며, 이 기술은 국제특허출원(출원번호: PCT/EP2008/05950)을 통해 이미 소개된 바 있다.
상기 이온전극 열원장치는 일반 열선 가열방식에 비하여 소비전력을 50%이상 줄일 수 있는 것으로 확인되어 미래의 난방장치로서 주목받고 있는 실정이다.
그런데, 상기 이온전극 열원장치는 초기 가동 시 발열되는 전도성 액체(이하 '난방수'라고도 함)가 유효온도에 이르기까지의 시간이 상당히 소요되는 문제점이 발견되었고, 이는 난방 효율성 측면에서 제품에 대한 부정적인 이미지를 제공하게 되었다.
PCT국제출원(출원번호:PCT/EP2008/05950)
본 발명은 상기한 배경 하에서 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 이온 전극 열원장치를 이용하여 난방장치를 구현하되, 초기 가동 시 난방수의 온도가 유효온도에 이르는 시간을 크게 단축하여 효율을 높이도록 함은 물론 전력소비를 줄이고 소형화와 이동이 용이하도록 한 이온전극 열원장치를 이용한 난방장치를 제공하는 것에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전원의 라인단자에 연결되는 적어도 한개 이상의 제1전극과 전원의 중성단자에 연결되는 제2전극을 포함하고, 상기 제1전극 및 제2전극과는 전기적으로 절연되고 밀폐되도록 봉인되는 본체의 내부에는 난방수가 충전되며, 이를 발열시키는 이온전극 열원장치와; 상기 이온전극 열원장치에 연결되어 충전된 난방수가 순환되는 배관과; 상기 배관에 개재되어 난방수를 강제 순환시키는 순환펌프와; 상기 배관의 일부에 형성되어 난방기능을 수행하는 라지에이터와; 상기 라지에이터로 송풍하여 열기를 외부로 발산시키는 송풍모터와; 상기 이온전극 열원장치와, 순환펌프 및 송풍모터를 제어하는 제어부를 포함하며; 상기 제어부는 초기 운전 가동 시, 난방수의 온도가 예열완료온도 미만일 경우, 상기 예열완료온도에 도달할 때까지는 상기 이온전극 열원장치 및 순환펌프만을 구동하고, 송풍모터의 구동은 중지시키는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 제어부는 상기 이온전극 열원장치의 각 전극으로 인가되는 전원을 공급 또는 차단할 수 있도록 스위치수단을 온, 오프 단속하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 배관 내부의 난방수 온도를 감지하는 난방수온도센서와, 실내의 온도를 감지하는 실내온도센서가 더 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 이온전극 열원장치에는 누전상태를 감지하는 누전감지부가 더 구성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 본 발명은 이온 전극 열원장치를 이용하여 난방장치를 구현하되, 초기 가동 시 난방수의 온도가 유효온도에 이르는 시간을 크게 단축하여 효율을 높이도록 함은 물론 전력소비를 줄이고 소형화와 이동이 용이하도록 한 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 이온전극 열원장치를 이용한 난방장치의 전체 구성도,
도 2는 본 발명에 채용되는 이온전극 열원장치의 (a)사시도, (b)측단면도, (c)A-A단면도,
도 3은 본 발명에 적용되는 이온전극 열원장치의 난방수 용량 대비 온도-시간 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 난방장치의 송풍팬 구동에 따른 온도-시간 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 이온전극 열원장치를 이용한 난방장치의 제어 수순,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 이온전극 열원장치를 이용한 난방장치의 외형도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 이온전극 열원장치를 이용한 난방장치의 전체 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명 이온전극 열원장치를 이용한 난방장치는,
전도성 액체(난방수)를 충전하고 이를 발열시키는 이온전극 열원장치(10)와, 상기 이온전극 열원장치(10)에 연결되어 충전된 난방수가 순환되는 배관(20)과, 상기 배관(20)에 개재되어 난방수를 강제 순환시키는 순환펌프(30)와, 상기 배관(20)의 일부에 형성되어 난방기능을 수행하는 라지에이터(40)와, 상기 라지에이터(40)로 송풍하여 열기를 외부로 발산시키는 송풍모터(50)와, 상기 이온전극 열원장치(10) 및 다른 구동수단들을 제어하는 제어부(60)를 포함한다.
상기 제어부(60)는 상기 이온전극 열원장치(10)로 인가되는 전원을 공급 또는 차단하는 스위치수단(S1)을 제어한다.
또한 본 발명 난방장치는 조작부(70)와, 누전감지부(80)를 더 포함한다.
여기서 상기 조작부(70)는 난방장치의 운전 시작/종료를 선택하고, 실내 설정온도를 세트하는 기능스위치와, 운전상태나 설정상태 등을 표시하는 표시수단을 구비한다.
상기 누전감지부(80)는 이온전극 열원장치(10)의 누전상태를 감지하여 그 검출값을 제어부(60)로 입력하여 준다.
따라서 제어부(60)는 상기 누전감지부(80)로부터 입력된 누전량이 설정된 값에 도달하면 상기 스위치수단(S1)을 단선(open)하여 이온전극 열원장치(10)로의 전원공급을 차단함으로써 안전을 도모하게 된다.
또한 상기 배관(20) 내부에는 난방수의 온도를 감지하는 난방수온도센서(21)가 설치되고, 상기 배관(20)에는 난방수를 배수하는 배수밸브(22)와, 난방수를 보충하는 급수밸브(24)와, 배관(20)의 압력을 검출하는 압력계(23)가 더 설치된다.
또한 본 발명 난방장치에는 실내의 온도를 검출하는 실내온도센서(61)가 설치된다.
상기 이온전극 열원장치(10)의 구체적인 구성을 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명한다.
상기 도 2의 (a)는 이온전극 열원장치(10)의 사시도, (b)는 측단면도, (c)는 (b)의 A-A단면도이다.
도시된 바와 같이, 이온전극 열원장치(10)는 원통형의 본체(11)가 지지대(12)와 결합되도록 구성되고, 상기 본체(10)의 상부 및 측면에는 배관(20)과 연결되는 난방수 유출구(13)와 유입구(14)가 형성된다.
또한 상기 본체(11)의 내부에는 제1전극(15)과 제2전극(16)이 지지대(12)를 통해 고정 설치되고, 상기 제1전극(15) 및 제2전극(16)은 외부에서 전원(AC)이 인가되도록 구성된다.
상기 본체(11)는 상기 제1전극(15) 및 제2전극(16)과는 전기적으로 절연되고 밀폐되도록 봉인되고 내부에는 전도성 액체(난방수)가 충전된다.
또한 상기 제1전극(15)은 전원(AC: 220V)의 라인단자(L1)와 연결되고 제2전극(16)은 중성단자(N)와 연결되며, 본체(11)는 접지되도록 구성된다.
또한 상기 이온전극 열원장치(10)의 제1전극(15)은 3상의 3개 전극으로 구성할 수 도 있다.
이와 같이 구성된 이온전극 열원장치(10)는 상기 제1전극(15) 및 제2전극(16)으로 전원이 공급되면 상기 전극에서 발생되는 전기에너지에 의해 난방수 자체가 열을 발생하게 된다.
즉 종래의 니크롬선(열선)과 같이 열선이 발열되어 주위의 난방수를 간접 가열하는 방식이 아니라, 제1전극(15) 및 제2전극(16)을 통해 흐르는 전류에 따른 전기에너지의 발생에 기인된 전기적 화학적 작용으로 난방수 자체가 발열되는 원리이다.
이와 같이 구성된 본 발명 난방장치의 주요 동작을 살펴본다.
난방을 위하여 제어부(60)는 스위치수단(S1)을 온(ON)시켜 이온전극 열원장치(10)로 전원을 공급하고, 순환펌프(30) 및 송풍모터(50)를 구동하여 난방운전을 개시하게 된다.
따라서 이온전극 열원장치(10) 및 배관(20)에 충전된 난방수는 순환하게 되고, 상기 이온전극 열원장치(10) 내부의 난방수는 발열하기 시작한다.
그런데, 상기 이온전극 열원장치(10)를 통해 발열되는 난방수는 다음과 같은 온도 특성을 가지게 된다.
즉 이온전극 열원장치(10)의 제1전극(15) 및 제2전극(16)을 통해 흐르는 전류가 증가함에 따라 내부에 충전된 난방수의 온도도 상승하게 되는 데,
도 3에서와 같이, 예를 들어 난방수의 용량(Q)이 20L인 경우, 난방수의 온도가 0℃에서 예열완료온도인 제1온도(T1)(예: 60℃)에 도달하는 시간(0~t1)은 상대적으로 긴 시간이 필요한 반면, 상기 제1온도(T1)에 도달한 후 난방 유효온도인 제2온도(T2)(예: 80℃)에 도달하는 시간(t1~t2)은 짧은 시간이 소요된 다는 점이다.
일례로, 상기 난방수의 초기 온도가 5~10℃인 경우, 난방장치가 가동을 수행하여 난방수가 예열완료온도(T1)인 60℃에 이르는 시간은 약 20~25분 소요된다. 그러나 상기 예열완료온도(T1) 도달 이후 유효온도(T2)인 80℃에 이르는 시간은 2~3분 이내로 짧은 시간이 소요된다.
이는 난방수의 용량(Q)이 10L 또는 30L인 경우에도 시간 차이는 있으나 유형은 동일하다.
이러한 현상은 이온전극 열원장치(10)의 특성 상, 난방수의 온도가 예열완료온도(T1) 이상이 되어야만 전극 사이에 원활한 전류의 흐름이 발생되고, 이는 다시 원활한 온도 상승으로 이어져 유효온도(T2)에 도달하게 되기 때문이다.
이와 같이 난방장치의 초기 가동 시 난방수가 유효온도(T2)에 도달하기 위해서는 상당한 시간을 필요로 하는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명에서는 초기 난방장치 가동 시, 난방수의 온도를 감지하여 난방수의 온도가 유효온도에 신속하게 도달할 수 있도록 송풍모터(50)의 구동을 중지시켜 라지에이터(40)를 통해 손실되는 열을 차단함으로써, 난방수의 온도가 유효온도에 이르는 시간을 단축하도록 하는 제어를 수행하게 된다.
본 발명에 따르자면, 도 4에서와 같이 난방 예열완료온도(T1:60℃)에 도달하는 시간이 송풍팬(51)을 중지(OFF)한 경우와, 저속, 중속, 고속으로 구동했을 때에 차이가 발생하는 것으로 확인하였다.
또한, 본 발명 난방장치는 일례로, 도 6에서와 같은 이동식 난방장치(100)로 구현될 수 있으며, 사각형상의 본체 내부에는 이온전극 열원장치(10), 배관(20), 순환펌프(30), 라지에이터(40), 송풍모터(50) 및 송풍팬(51)을 포함하는 기구장치과 제어부(60)를 포함하는 전기장치가 내장되고, 상부의 송풍구(110)를 통해 라지에이터(40)의 온풍이 토출되도록 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명 이온전극 열원장치를 이용한 난방장치의 전체 동작을 도 5의 제어 수순을 참조하여 설명한다.
전원(AC)이 인가되고, 조작부(70)를 통해 실내 온도 설정과 운전 시작 명령이 입력되면, 제어부(60)는 다음과 같은 난방장치 운전제어를 수행한다.
먼저, 난방수온도센서(21)를 통해 감지된 난방수의 온도를 검출한다.
이때 상기 난방수의 온도가 예열완료온도인 제1온도(T1) 미만인가를 판단한다.(S11 과정)
여기서 난방수의 온도가 제1온도(T1), 즉 60℃ 이상이라면 제어부(60)는 스위치수단(S1)을 온(ON)하여 이온전극 열원장치(10)의 제1전극(15) 및 제2전극(16)에 전원을 공급하여 준다.
그리고 동시에 순환펌프(30) 및 송풍모터(50)를 구동하여 준다.
따라서 배관(20) 내부의 난방수는 순환되며, 송풍팬(51)이 회전하여 라지에이터(40)를 통해 온풍이 발생되도록 하여준다.(S12 과정)
이때 상기 난방수의 온도는 제1온도(T1) 이상으로 유효온도인 제2온도(T2)에 이르기까지는 짧은 시간이 소요된다.
그러나 상기 제1과정(S11)에서 난방수의 온도가 제1온도(T1) 미만이면 제어부(60)는 스위치수단(S1)을 온(ON)하여 이온전극 열원장치(10)의 제1전극(15) 및 제2전극(16)에 전원을 공급하여 주고, 순환펌프(30)를 구동하여 주되, 송풍모터(50)는 구동하지 않는다.
따라서 배관(20) 내부의 난방수는 순환되며, 송풍팬(51)이 회전하지 않게 되어 라지에이터(40)를 통해 흐르는 난방수의 열손실은 최소화 되게 된다.(S13 과정)
이후 상기 난방수의 온도가 제1온도(T1) 이상 인가를 판단한다.(S14 과정)
여기서 상기 난방수의 온도가 제1온도(T1) 미만이면 상기 과정(S13)을 수행하고, 상기 난방수의 온도가 제1온도(T1) 이상이면 송풍모터(50)를 구동시켜 송풍팬(51)을 회전시켜 준다.(S15 과정)
따라서 송풍팬(51)의 회전으로 라지에이터(40)를 통해 온풍이 발생되게 된다.
이후, 실내온도센서(61)를 통해 실내의 온도가 설정된 온도 이상인가를 판단한다.(S16 과정)
상기 판단과정(S16)에서 실내의 온도가 설정된 온도 미만이면 계속하여 이온전극 열원장치(10)에 전원을 공급하고 순환펌프(30) 및 송풍모터(50)를 구동시켜 준다.(S17 과정)
그러나 상기 판단과정(S16)에서 실내의 온도가 설정된 온도 이상이면 스위치수단(S1)을 오프(OFF)하여 이온전극 열원장치(10)의 제1전극(15) 및 제2전극(16)로 공급되던 전원을 차단하여 준다.(S18 과정)
상기 과정(S17)(S18) 이후에는 조작부(70)로부터 운전정지 명령이 있었는지를 판단하여, 운전정지 명령이 없으면 프로그램 리턴하고, 상기 운전정지 명령이 있는 경우, 이온전극 열원장치(10), 순환펌프(30) 및 송풍모터(50)의 구동을 중지하여 난방장치의 운전을 종료한다.(S19 과정)
10: 이온전극 열원장치 15: 제1전극
16: 제2전극 20: 배관
21: 난방수온도센서 30: 순환펌프
40: 라지에이터 50: 송풍모터
51: 송풍팬 60: 제어부
61: 실내온도센서 70: 조작부
80: 누전감지부

Claims (4)

  1. 전원의 라인단자에 연결되는 적어도 한개 이상의 제1전극과 전원의 중성단자에 연결되는 제2전극을 포함하고, 상기 제1전극 및 제2전극과는 전기적으로 절연되고 밀폐되도록 봉인되는 본체의 내부에는 난방수가 충전되며, 이를 발열시키는 이온전극 열원장치와; 상기 이온전극 열원장치에 연결되어 충전된 난방수가 순환되는 배관과; 상기 배관에 개재되어 난방수를 강제 순환시키는 순환펌프와; 상기 배관의 일부에 형성되어 난방기능을 수행하는 라지에이터와; 상기 라지에이터로 송풍하여 열기를 외부로 발산시키는 송풍모터와; 상기 이온전극 열원장치와, 순환펌프 및 송풍모터를 제어하는 제어부를 포함하며;
    상기 제어부는 초기 운전 가동 시, 난방수의 온도가 예열완료온도 미만일 경우, 상기 예열완료온도에 도달할 때까지는 상기 이온전극 열원장치 및 순환펌프만을 구동하고, 송풍모터의 구동은 중지시키는 것을 특징으로 하는 이온전극 열원장치를 이용한 난방장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 이온전극 열원장치의 각 전극으로 인가되는 전원을 공급 또는 차단할 수 있도록 스위치수단을 온, 오프 단속하는 것을 특징으로 하는 이온전극 열원장치를 이용한 난방장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배관 내부의 난방수 온도를 감지하는 난방수온도센서와, 실내의 온도를 감지하는 실내온도센서가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 이온전극 열원장치를 이용한 난방장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온전극 열원장치에는 누전상태를 감지하는 누전감지부가 더 구성되는 것을 특징으로 하는 이온전극 열원장치를 이용한 난방장치.


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