전기관련상식2008.10.27 23:28


오늘은 전기온수기에 대해서 알아보기로 하자.

전기온수기는 말 그대로 전기로 물을 데우는 기구이다.

물을 데우는 방식에 따라서 나누자면 저장식과 순간식으로 나눌 수 있다.

저장식은 물탱크에 항상 일정분량의 온수를 비축해 두는 방식이고, 순간식은 필요할 때마다 히터를 가동시켜서 물을 데우는 방식이다.

저장식은 소규모 저장식과 대규모 저장식이 있는데, 대규모 저장식은 심야전기보일러 등을 들 수 있겠다.(주관적인 분류)

심야전기온수기를 설치한다고 하면 6kW 정도의 대용량이고, 물탱크의 크기도 500L 이상 되는것이 많다. (온수기만을 따졌을 때)

심야전기를 이용하는 온수기는 일단 제외하고 소규모 저장식 온수기와 순간식 온수기에 대해서 알아보기로 하자.

전기온수기의 구조는 규모에 상관없이 유사하다.

일단 저장식 온수기의 구조를 알아보면


일단 냉수가 들어가는 관과 온수가 들어가는 관이 있고, 아래쪽에는 시즈히터가 있다. 이 히터를 조절하는 제어회로 부분이 있고, 아래쪽에는 물을 빼낼때 사용하는 드레인이 달려있다.

스테인레스 스틸로 만들어진 경우에는 녹 방지장치가 필요 없지만 철로 만들어진 온수기의 경우 음극화 보호법을 이용한 녹 방지장치가 되어 있다. 대부분 희생양극방식이므로 양극이 점점 줄어들다가 없어지면 온수기가 녹슬기 시작한다.

구조를 자세히 보면 냉수가 들어오는 관은 아래쪽까지 뻗어 있는 것을 볼 수 있다. 이렇게 제작하는 이유는 뜨거운 물은 부피가 팽창해서 밀도가 작아지기 때문이다. 온수가 밀도차에 의해서 위로 올라가고 아래쪽부터 냉수가 차 오르도록 하기 위해서 이렇게 제작을 한 것이다. 반대로 만드는 경우 온수가 나오다가 갑자기 찬물이 나오는 경우가 생길 수 있다.

온수 냉수관이 측면에 달린 경우에도 마찬가지로 온수가 나오는 관이 위쪽에 있다.

저장식 전기온수기의 장점을 들자면 온수가 저장되어 있는 한, 언제든지 온수를 이용할 수 있다는 점을 들 수 있다.

다른 장점은 온수기 하나로 여러 군데에서 온수를 사용할 수 있다는 점도 있다.

단점은 가동 즉시 온수를 얻을 수 없고, 공간을 많이 차지한다는 점이다.



다음은 순간식 온수기에 대해서 알아보자.

순간식 온수기 중에서 대표적인 것이 아래 사진과 같은 제품이 있다.


순간식 온수기의 장점은 원하는 시간에 즉석으로 온수를 사용할 수 있다는 점을 들 수 있다.

하지만 순간온수기의 최대 단점은 온수를 한 곳에서만 사용할 수 있다는 점이다.

순간식 온수기는 평상시에 전류를 전혀 소비하지 않다가 물의 흐름이 감지되면 스위치가 자동으로 ON 이 되어 온수를 만들어내는 원리이다. 따라서 필요할때만 물을 데우므로 잠깐씩 온수를 써야 할 일이 많다면 순간식이 적합하다고 할 수 있다.

순간식은 차지하는 공간이 작다. 작은 공간에서 물을 데우므로 시즈히터를 넣기가 힘들어서 열선이 직접 물에 닿아있다. 그래서 반드시 접지를 해야 한다. 접지를 안하면 감전되어 상해를 입을 수도 있다.

순간식 온수기는 소비전력이 6kW 정도 되기 때문에 가정에서 사용하기는 어렵다. 가정의 차단기 용량이 30A 정도인데 다른 부하가 켜진 상태에서 이 온수기가 가동되면 차단기가 내려간다. 또한 열선이 물에 닿아있어서 필연적으로 누전이 발생하므로 누전차단기 없이 연결해야 할 상황이 생기기도 한다.

따라서 굵은 전선(단선 2.0mm , 연선 3.5SQ) 을 사용해서 단독으로 차단기를 구성해야 한다.

또한 뜨거운물이 콸콸 나오지는 않는다. 한겨울 0도에 가까운 냉수가 가열되어 김이 날 정도의 물이 나오게 하려면 정수기에서 컵에 물을 받는 정도로 물을 틀어야 한다.

한겨울 손이 시렵지 않을 정도의 물을 만드는 용도로 사용하는게 적당할 듯 하다.

 

다시 저장식으로 넘어가서..

저장식 온수기를 설치할 때 어느 정도의 용량이 적당한지 가늠하기가 어려울 수 있다.

사무실 등에서 간단히 식기세척이나 컵 세척등을 하려는 경우 순간식이나 소규모(15리터 정도)정도의 온수기이면 적당하다.

하지만 가정이나 학교에서 샤워용으로 사용하려면 50리터는 되어야 한다.

여러 명이 사용하려는 경우 온수기에서 온수가 완전히 빠져나가면 낭패이다. 다시 가열될때까지 기다려야 하기 때문이다.

다시 가열되기까지의 시간을 추산해 보도록 하자.

물의 비열이 1kcal/kg℃ 이고, 50리터짜리 온수기에 들어있는 물의 양은 약 50kg 이 된다고 볼 수 있다.

50리터용 저장식 온수기의 소비전력은 2.5kW 가 대부분이므로 이를 토대로 계산을 해 보면..

1kcal = 4.2kJ 이다. 한 겨울 냉수의 온도가 10도 라고 가정을 하면, 이 물의 온도를 50도 까지 올려야 샤워가 가능하다고 해 보자.

그렇다면 물이 가열되는데 들어가는 열량은 (50℃-10℃) * 50(L) * 4.2 =  8400kJ 이다. 2.5kW 는 1초에 2.5kJ 을 낸다는 의미이기도 하므로 8400/2.5 를 하면 물의 온도를 높이는데 걸리는 시간(초)를 알 수 있게 된다.

8400(kJ) / 2.5(kJ/s) = 3360초 = 56분, 약 1시간이 지나야 샤워가 가능한 온도가 됨을 알 수 있다.

 

전기온수기를 구매하여 설치하기 어려운 곳(군부대 등)에서는 아래와 같은 장비를 이용하기도 한다.

이른바 돼지꼬리라고 불리는 히터이다. 이 히터는 3kW 짜리와 5kW 짜리가 있다. 이 히터로 물을 데우려는 경우에도 위와 같은 식을 적용해 볼 수 있다.

생수통 1통 분량(18.9L) 를 영상 10℃ 에서 100℃ 로 만들고자 하려는 경우 3kW 의 돼지꼬리를 이용하면

(100-10) * 18.9 * 4.2 = 7144.2 kJ

7144.2(kJ) / 3(kJ/s) = 2381.4(초) = 39.69 분

약 40분 정도 소요됨을 알 수 있다. 하지만 물이 가열되면서 주변으로 방출되는 열을 고려하면 45분~50분 정도 걸린다고 볼 수도 있겠다.

이 돼지꼬리는 온도조절장치가 달린것이 있고, 온도조절장치가 달리지 않은 것이 있다. 물론 온도조절장치가 달린 것이 더 안전하지만 비용은 더 비싸다.

오래 사용하는 경우 누전이 발생하는 경우가 잦다. 군 시절 사용해 본 경험에 비추어보면 이것을 담궈둔 물에서 전기가 오는 경우가 많이 있었다. 그리고 항상 2/3 이상 잠겨있게 해서 사용해야 한다. 물 밖으로 드러나면 과열되어 망가진다.

온도조절장치가 없는 경우, 그냥 꽂아두게 되면 물이 증발해서 화재가 발생할 수도 있다.

 

결론

전기온수기를 사용하려는 경우 온수를 조금씩 자주 써야 하는 곳이라면 순간식을 쓰는게 좋고, 여러 군데에서 비교적 많은 양을 사용하려면 저장식을 쓰는게 유리하다.

전기온수기를 사용할 때는 접지를 한 다음 사용해야 감전사고를 예방할 수 있다.(순간식의 경우 반드시 접지)

전기온수기는 소비전력이 크기 때문에 충분한 용량의 전선을 사용해야 한다.

돼지꼬리를 사용할때는 감전위험이 높으므로 접지를 시키거나 가동중에 절대 물에 손대지 않는다.

돼지꼬리를 이용하는 경우 물이 가열되는데 걸리는 시간은 생각보다 오래 걸린다. 따라서 온도조절기가 없는 것은 깜빡잊고 방치하는 경우가 많아서 화재가 날 위험이 크다.


가스온수기는 질식에 주의하고 전기온수기는 감전에 주의하면 될 듯 하다.


인터넷을 검색해보니 돼지꼬리로 족탕기를 만드신 분들이 많이 있었다.

http://blog.naver.com/owlkim13?Redirect=Log&logNo=100010206822

이런 방식의 족탕기를 사용하려는 경우 물통을 절연된 것으로 사용하고 의자 또한 나무로 만들어진 의자를 사용해야 한다.

만약 누전이 일어나더라도 물통이 대지와 절연되어 있고, 의자가 절연체라면 감전사고의 위험이 줄어들게 된다.

Posted by 블루토파즈