KR100326509B1 - 가열장치 - Google Patents

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KR100326509B1
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요우지 우에타니
신지 곤도
히데카즈 야마시타
히데키 오모리
데추오 오바타
다카유키 우라타
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마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 가열 장치에 관한 것으로, 이 가열 장치는 적어도 일부가 와전류가 흐르는 전기적인 폐회로인 도전체를 갖는 가열소자와; 가열 소자를 수용하기 위한 용기와; 가열 소자를 유도 가열하기 위한 자기장 유도부; 및 고주파 전력을 자기장 유도부에 공급하기 위한 고주파 전력 공급 장치를 포함한다. 상기 가열 소자는 자기장 유도부에 의해 발생되는 AC 자기장에 의해 유도 가열된다.

Description

가열 장치
(기술분야)
본 발명은 기체, 액체, 고체 등을 가열하기 위한 가열 장치에 관한 것이다.
(종래기술)
통상적으로, 순간 온수기 등과 같이 가스로 가열하는 가열 시스템은 액체의 온도를 신속하게 올리기 위하여 사용되어왔다. 고체를 가열하기 위해서는 금속 피복 관형 요소가 사용되었다.
종래의 순간 온수기로 물을 신속하게 가열할 경우, 물에 대한 열전달면의 온도는 과도한 열량 밀도때문에 비등점을 초과한다. 따라서, 국부적인 비등이 발생하기 쉬어 안전상의 문제가 있었다.
국부적인 비등을 방지하기 위해서는 열교환 면적을 증가시킬 필요가 있지만, 연소부의 구조상 열교환 면적이 증가하면 가열 장치도 커진다.
더욱이, 물이 흐르는 관의 외부로부터 수행되는 가스에 의한 가열은 열효율이 낮다.
전기 온수기의 경우, 과도한 전기 밀도 때문에 국부적인 비정상 온도 상승이 발생하기 쉽다. 이와 같은 형태의 온수기도 온수기의 가열이나 작동 중단시 안전성이 낮다고 하는 문제가 있다. 따라서, 전기 온수기는 물을 비등점에 가까운 온도로 끓이는 데에는 적합하지 않다.
열전도율이 낮은 고체를 금속 피복 관형 요소로 가열시키는 경우, 열원으로서 역할을 하는 금속 피복 관형 요소의 반대 부분에만 온도가 지나치게 상승한다.
국부적인 가열의 발생을 피하기 위해서 열교환 표면을 증가시킨 경우, 가열 장치는 크기가 확대되어 가열기의 열용량이 증가하게 된다. 그러므로, 온도 응답이 저하된다.
활성탄이나 제올라이트와 같은 흡착제를 가열하여 회수하기 위한 가열 장치에 있어서, 흡착제와의 접촉면을 증가시키기 위해 열교환 면적을 증가시킬 필요가 있다. 종래의 전기 가열기를 사용하는 경우, 가열 장치는 크기가 커지고 전기 가열기의 온도가 불균일하기 때문에 회수 효율이 낮다.
증기를 발생시키기 위해 물을 가열하는 종래의 가열 장치에 있어서, 저장기의 물이 가열되므로 온도 상승이 느리고 에너지 효율이 낮다. 증기가 순간적으로발생되는 구조에 있어서, 열교환 면적을 증가시킬 필요성이 있으므로 가열 장치가 커진다.
촉매를 이용하여 공기를 정화하기 위한 가열 장치에 종래의 전기 가열기를 사용하는 경우, 캐리어(촉매)의 열전달 한계로 인해 유효 반응 면적을 증가시킬 수 없다.
더욱이, 종래의 가열 장치는 서머스탯과 온도 퓨즈를 열원 근처에 설치해야 하므로 가열 장치의 구조가 복잡해진다.
종래의 전기 온수기는 또한 가열기의 표면에 스케일이 축적되어 비정상적인 가열로 인해 스케일이 부착된 전기 가열기의 일부분을 단절시키는 문제가 있다.
(발명의 개시)
본 발명에 따른 가열 장치는 적어도 일부가 와전류가 흐르는 전기적인 폐회로인 도전체를 갖는 가열 소자와;
가열 소자를 수용하기 위한 용기와;
가열 소자를 유도 가열하기 위한 자기장 유도부와;
고주파전력을 자기장 유도부에 공급하기 위한 고주파 전력 공급 장치를 포함하고,
상기 가열 소자는 자기장 유도부에 의해 발생된 교류(AC) 자기장에 의해 유도 가열되고,
상기 가열소자의 상기 도전체는 상기 와전류가 상기 폐회로를 따라 흐르도록하는 기전력을 발생시키는 데 적합한 전체 두께를 가지며,
상기 가열소자는 원통형을 이루도록 그 자신의 둘레에 원주형으로 감긴다. 상기 전체 두께는 나중에 정의될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가열 소자의 도전체는 나선형으로 감겨 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가열 소자가 동심으로 배열된 복수개의 비자성 금속체를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가열 장치가 적어도 한 개의 비자성 금속체와, 상기 적어도 한 개의 비자성 금속체 내부에 제공된 적어도 한 개의 자성 금속체를 포함하고, 금속체가 동심으로 배열되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 용기내에 동심으로 배열된 복수개의 가열 소자를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가열 소자의 도전체가 파형상으로 가공된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가열장치는 도전체의 중첩 부분 사이의 틈에 제공된 흡착제를 추가로 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가열장치는 도전체의 중첩 부분 사이의 틈에 제공된 흡수재를 추가로 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가열장치는 도전체의 중첩 부분 사이의 틈에 제공된 보습성이 있는 재료를 추가로 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가열장치는 도전체 상에 촉매를 추가로 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 도전체가 구멍을 구비한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 도전체가 유체를 도전체의 한 표면으로부터 다른 표면으로 전달하기 위하여 구멍의 근처에 날개를 구비한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 도전체가 다공성이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 용기는 유체가 열교환기에 구비된 용기의 일부를 통과하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가열 소자의 온도가 소정의 온도에 이르렀을때 접속이 끊어지는 폐회로를 가열 소자에 구비한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 도전체가 온도에 따라 변화하는 저항을 갖는 물질로 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 도전체가 온도에 따라서 소정의 형상을 기억하고 상기 소정의 형상으로 복원될 수 있는 물질로 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 도전체의 형상 변화를 제한하기 위한 스프링을 추가로 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 자기장 유도부가 용기의 외표면에 제공된 코일을 구비한다. 상기 코일은 상기 코일의 단위 길이당 권취수가 코일의 중심 영역보다 일단 근처의 영역에서 더 많다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 자기장 유도부는 양단부가 용기의 외면에 형성된 코일을 구비하고, 상기 코일의 단위 길이당 권취수가 코일의 일단 근처의 영역에서 나머지 단부 근처의 영역보다 더 많다.
그러므로, 본 명세서에 기재된 발명은 충분히 넓은 열교환 면적을 가지며 균일한 가열을 수행하는 가열소자를 사용하여 만족할만한 제어성 및 충분히 높은 열효율을 가진 가열 장치를 제공하는 이점이 있다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 장점은 첨부된 도면을 참조하여 발명의 상세한 설명을 통하여 명확히 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시예의 가열 장치의 개략도.
도 2a, 2b 및 2c는 각각 도 1에 나타낸 가열 장치에 사용할 수 있는 가열 소자의 평면도, 측면도 및 사시도.
도 3은 도 1에 나타낸 가열 장치에 사용할 수 있는 가열 소자의 다른 예를 나타낸 개략도.
도 4a, 4b 및 4c는 도 1에 나타낸 가열 장치에 사용할 수 있는 가열 소자의 변형예의 평면도.
도 5는 도 1에 나타낸 가열 장치의 변형예의 개략도.
도 6a 및 6b는 각각 본 발명에 따른 제 2 실시예의 가열 장치의 가열 소자의 평면도 및 측면도.
도 7a 및 7b는 각각 본 발명에 따른 제 3 실시예의 가열 장치의 가열 소자의 평면도 및 측면도.
도 8은 제 3 실시예의 가열 장치에서의 자속(magnetic flux)의 분포를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 따른 제 4 실시예의 가열 장치에 구비된 복수개의 가열 소자의 평면도.
도 10은 본 발명에 따른 제 5 실시예의 가열 장치의 가열 소자의 사시도.
도 11은 본 발명에 따른 제 6 실시예의 가열 장치의 가열 소자의 사시도.
도 12는 온도 상승과 금속 피복 관형 요소로부터 활성탄의 거리와의 관계를 나타낸 도면.
도 13은 본 발명에 따른 제 7 실시예의 가열 장치의 가열 소자의 사시도.
도 14는 본 발명에 따른 제 8 실시예의 가열 장치의 가열 소자의 사시도.
도 15는 본 발명에 따른 제 9 실시예의 가열 장치의 가열 소자의 사시도.
도 16a는 본 발명에 따른 제 10 실시예의 가열 장치의 가열 소자의 도전체의 확대도.
도 16b는 제 10 실시예의 가열 소자 및 가열 소자의 유도 코일의 개략도.
도 16c는 도 16b에 도시된 가열 소자의 부분 확대도.
도 17은 본 발명에 따른 제 11 실시예의 가열 장치의 가열 소자를 나타낸 사시도.
도 18a는 본 발명에 따른 제 12 실시예의 가열 장치의 개략도.
도 18b는 본 발명에 따른 제 12 실시예의 변형예의 가열 장치의 개략도.
도 19는 본 발명에 따른 제 13 실시예의 가열 장치의 가열 소자의 사시도.
도 20은 본 발명에 따른 제 14 실시예의 가열 장치의 가열 소자의 사시도.
도 21은 도 20에 도시된 가열 소자의 도전체의 저항 특성을 나타낸 그래프.
도 22는 본 발명에 따른 제 15 실시예의 가열 장치의 가열 소자의 사시도.
도 23a 및 23b는 2개의 다른 상태로 도 22에 도시한 가열 소자를 나타낸 평면도.
도 24a 및 24b는 2개의 다른 상태로 본 발명에 따른 제 16 실시예의 가열 장치를 나타낸 부분 개략도.
도 25는 본 발명에 따른 제 17 실시예의 가열 장치의 개략도.
도 26은 본 발명에 따른 제 18 실시예의 가열 장치의 개략도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 가열 장치 101 :가열 소자
102 :유도 가열 코일 103 : 고주파 전력 공급 장치
104 : 유체 전달 장치 105 : 용기
(최선의 실시예의 설명)
이하, 첨부 도면을 참조하여 실시예를 통해 본 발명을 설명한다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시예의 가열 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 것과 같이, 가열 장치(1)는 예를 들면 금속 재료로 만들어진 도전체를 구비한 가열 소자(101)를 포함한다. 적어도 도전체의 일부는 전기적인 폐회로를 형성하고, 와전류가 이 폐회로를 따라 흐른다. 가열 장치(1)는 가열 소자(101)를 유도 가열하기 위한 유도 가열 코일(102), 유도 가열 코일(102)에 고주파 전력을 공급하기 위한 고주파 전력 공급 장치(103), 가스, 액체 또는 입자들과 같은 유체를 가열 소자(102)로 전달하기 위한 유체 전달 장치(104), 및 가열 소자(101)를 수용하기 위한 용기(105)를 더 포함한다.
예를 들어, 가열 소자(101) 내의 도전체는 스테인레스 강판으로 이루어지고,고주파 전력 공급 장치(103)는 인버터 회로를 포함하고, 유체 전달 장치(104)는 펌프나 팬을 포함한다.
가열 장치(1)는 예를 들면 다음과 같은 방법으로 작동한다.
사용자의 명령에 의해 가열이 시작되면, 유체 전달 장치(104)가 유체를 용기(105)로 공급한다. 유체는 용기(105) 내의 가열 소자(101) 근처를 흐르고 용기(105)로부터 방출된다. 이와 함께, 고주파 전력 공급 장치(103)는 고주파 전력을 유도 가열 코일(102)에 공급하여 고주파 AC 자기장이 유도 가열 코일(102)로부터 발생되게 한다. 고주파 AC 자기장은 가열 소자(101)의 도전체 내에서 와전류를 발생시키고, 도전체 내의 와전류와 전기 저항은 가열 소자(101)내에서 주울 열(Joule heat)을 발생시킨다. 주울 열은 이 용기(105) 내의 유체에 전달된다. 이 때, 가열소자(101)가 유체 내에 들어 있으므로 정상 상태에서 열 효율은 100%가 된다.
도 2a, 2b 및 2c는 가열 소자(101)의 일 실시예를 나타낸 것이다. 가열 소자(101)는 원통형이 되도록 그 둘레방향으로 감긴 스테인레스 강판(201)과 스테인레스 강판(201)의 양단을 서로 연결시키기 위한 커넥터(202)를 포함한다. 스테인레스 강판(201)과 커넥터(202)가 전기적인 폐회로를 형성하므로, 균일한 와전류가 도 2c의 화살표(E)로 나타낸 둘레 방향으로 스테인레스 강판(201) 내에서 흐른다. 그 결과, 스테인레스 강판(201)은 열을 균일하게 발생한다. 스테인레스 강판(201)의 중첩부분 사이의 거리를 감소시킨 경우, 열원으로서 가열 소자(101)는 단위 체적 당 열교환 면적이 증가하여 열을 보다 균일하게 발생시킬 수 있다.
이하, 가열 소자(101)의 도전체의 두께(이 실시예에서는 스테인레스 강판(201))을 설명한다.
스킨 효과(skin effect)라고 불리우는 현상 때문에 유도 가열에 의해 발생된 자기장은 와전류가 흐르는 도전체의 표면에 집중된다. 자속이 표면에서의 자속(e: 자연 대수)에 대해 (1-1/e)인 스킨 깊이(6)는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.
ρ = (2ρ/ (ω · μ)1/2
여기서, ρ는 체적 저항을 나타내고, ω는 각진동수, μ는 자기 투자율이다.
자속이 도전체를 통과하지 않으면 유도 가열을 수행하는 와전류를 개시시키는 기전력이 발생하지 않는다. 그러므로, 스킨 깊이는 유도 가열을 수행하기 위한 기준이 된다.
따라서, 스테인레스 강판(201)의 중첩 부분의 전체 두께를 스킨 깊이보다 작게 함으로써 자기장이 효과적으로 이용되므로 스테인레스 강판(201)의 중첩 부분 각각에서 와전류가 발생된다. 이러한 스펙에서, 표현 "전체 두께"는 도 2a의 방향 r에서의 도전체의 중첩 부분의 두께의 합을 말한다.
예를 들어, 두께가 0.3 mm인 비자성 스테인레스 강판이 도전체로 사용되면, 20 kHz의 고주파 AC 자기장의 주파수 근방에서 스킨 깊이는 약 3 mm이다. 그러므로, 스테인레스 강판의 권취수가 약 10에 이른다.
이 예에서, 원통형을 이루도록 둘레 방향으로 감기고, 적당한 두께를 가지며 양단이 커넥터(202)에 의해 서로 연결된 스테인레스 강판(201)은 가열 소자(101)내에서 전기적인 폐회로를 형성한다. 그러므로, 스테인레스 강판(201)이 일반적으로 용이하게 이용할 수 있는 비자성 스테인레스 강판으로 만들어져도, 가열 소자(101) 내에는 충분히 크고 균일한 와전류가 흐른다.
도 3은 가열 소자(101)의 또다른 예를 나타낸다. 가열 소자(101)는 나선형으로 감긴 스테인레스강 와이어(301)와, 스테인레스강 와이어(301)의 양단을 서로 접속시키기 위한 커넥터(302)를 포함한다. 스테인레스강 와이어(301)와 커넥터(302)는 전기적인 폐회로를 형성한다. 가열 소자(101)가 제한된 길이의 원통형 솔레노이드로 둘러싸여 있는 경우, 축방향에서의 솔레노이드의 자속 밀도는 솔레노이드의 개구부 근처에는 낮고 솔레노이드 중심 근방에서는 높다. 그러나, 이 예에서는 스테인레스강 와이어(301)의 양단이 커넥터(302)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 자속 밀도가 가열 소자(101)의 축방향으로 균일하지 않아도, 전류량은 균일하고 발생되는 열량도 가열 소자(101) 전체에 걸쳐 동일하다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 제 1 실시예의 가열 장치(1)는 단위 체적당 열교환 면적이 충분히 크므로 유체를 균일하게 가열한다. 가열 소자(101)가 상대적으로 작은 체적을 가진 경우에도, 액체를 비등점 근방의 온도로 가열시킬 수 있고 열교환 효율은 충분히 높다.
제 1 실시예에 있어서, 가열 소자(101)의 도전체는 스테인레스강으로 만들어진다. 도전체는 와전류를 발생하는 임의의 다른 물질로 만들어 질 수 있다. 제 1 실시예에서는 도전체의 단면이 대략 원형이 되도록 둘레방향으로 또는 나선형으로 감겨 있지만, 도전체는 대략 사각형(도 4a)이나 다각형(도 4b) 또는 타원형(도 4c)의 단면적을 갖도록 둘레방향으로 또는 나선형으로 감길 수도 있다. 모든 가열 소자(101) 가열 소자(101)의 일부가 폐회로를 형성하는 한 어떠한 형상라도 무방하다.
제 1 실시예에서, 유도 가열 코일(102)(도 1)이 가열 소자(101)의 외부에 위치한다. 대신에, 유도 가열 코일(102)은 가열 소자(101)의 내부에 위치되거나 가열소자(101) 상 ·하측에 위치될 수 있다.
가열될 유체는 예를 들면 물 또는 오일 등의 액체 또는 기체일 수 있다. 이러한 점은 다음의 실시예들에도 적용된다.
(실시예 2)
도 6a 및 6b는 각각 본 발명에 따른 제 2 실시예의 가열 장치의 가열 소자(601)의 평면도 및 측면도이다. 가열 소자(601)는 비자성 스테인레스강으로 만들어지고 동심으로 배열된 복수개의 원통형 판(601a)을 포함한다. 복수개의 원통형 판(601a)은 폐회로를 형성하는 도전체들이다.
제 2 실시예의 가열 장치는 도 1에 도시한 구조를 가지나, 용기(105) 내의 가열 소자(101)는 도 6a 및 6b에 나타낸 가열 소자(601)로 대체되었다.
제 2 실시예의 가열 장치는 예를 들면 다음과 같은 방법으로 작동한다.
유체 전달 장치(104)는 유체를 용기(105)로 공급한다. 동시에, 고주파 전력 공급 장치(103)는 고주파 전력을 유도 가열 코일(102)에 공급하여 고주파 AC 자기장이 유도 가열 코일(102)로부터 발생되게 한다. 이후, 와전류가 가열 소자(601) 내의 원통형 판(601a) 각각에서 발생되고, 원통형 판(601a)의 와전류와 전기 저항이 각각의 원통형 판(601a)에서 주울 열을 발생한다.
제 1 실시예에서 설명한 바와 같은 이유 때문에, 도 6a 의 방향 r에서의 원통형 판(601a)의 전체 두께가 스킨 깊이 δ보다 충분히 작은 경우, 각 원통형 판(601a)이 효율적으로 열을 발생하여 가열 소자(601) 내에서 균일한 열 발생 분포가 얻어진다. 원통형 판(601a)의 수를 증가시킴으로써, 열교환 면적이 증가된다.
제 2 실시예에서, 복수개의 원통형 비자성 스테인레스 강판(601a)이 동심으로 배열되어 있는 단순한 형상 및 단순한 구조는 단위 체적 당 열교환 면적을 증가시킨다. 이 실시예에서, 액체를 비등점 근방의 온도까지 가열시킬 수 있고 충분히 높은 열교환 효율을 가진 가열 장치가 비교적 낮은 비용으로 제작될 수 있다.
도전체는 스테인레스강 대신에 다른 비자성 재료로 만들어 질 수 있다.
원통형 판(601a)의 두께가 최외측 판으로부터 최내측 판으로 갈수록 줄어드는 경우, 내측판의 단면적이 외측판의 단면적보다 작다. 따라서, 내측판에서 발생되는 열량이 상승된다. 이것은 내측판의 자기 밀도가 낮아서 생기는 내측판에 의해 발생되는 열 감소를 보상할 수 있다. 그러므로, 열 발생 분포가 보다 균일해진다.
(실시예 3)
도 7a 및 7b는 각각 본 발명에 따른 제 3 실시예에서 가열 장치의 가열 소자(701)를 나타낸 평면도 및 측면도이다. 가열 소자(701)는 동심으로 배열된 복수개의 원통형 판(701a,701b,701c,701d)을 포함한다. 상기 복수개의 원통형 판(701a-701d)은 폐회로를 형성하는 도전체들이다.
최내측 원통형 판(701a)은 자성 스테인레스강으로 이루어지고, 다른 원통형판(701b,701c,701d)들은 비자성 스테인레스강으로 만들어진다.
제 3 실시예의 가열 장치는 도 1에 도시한 구조를 가지며, 용기(105) 내의 가열 소자(101)는 도 7a와 7b에 나타낸 가열 소자(701)로 대체되었다.
제 3 실시예의 가열 장치는 예를 들면 다음과 같은 방법으로 작동한다.
유체 전달 장치(104)는 유체를 용기(105)로 공급한다. 병행하여, 고주파 전력 공급 장치(103)는 고주파 전력을 유도 가열 코일(102)에 공급하여 고주파 AC 자기장이 유도 가열 코일(102)로부터 발생되게 한다. 그러면, 와전류가 가열 소자(701) 내의 원통형 판(701a-d) 각각에서 발생하고, 각각의 원통형 판(701a-d)에서의 와전류와 전기 저항은 각각의 원통형 판(701a-d)에서 주울 열을 발생한다.
제 1 실시예에서 설명한 바와 같은 이유 때문에, 도 6a 의 방향 r에서의 원통형 판(701a-d)의 전체 두께가 스킨 깊이 δ보다 충분히 작으면, 각 원통형 판(701a-d)이 효율적으로 열을 발생하여 가열 소자(701) 내의 열 발생 분포가 균일해진다. 원통형 판(701a-d)의 수를 증가킴으로써 열교환 면적이 증가된다.
유도 가열 코일(102)에서 발생한 고주파수 자기장에 의해 가열 소자(701) 내에 흐르는 와전류는 자속의 변화를 막는 방향으로 흐른다. 따라서, 자속이 많이 통과하는 부분에 보다 많은 와전류가 발생한다. 자성 스테인레스강의 자기 투자율(자속이 얼마나 용이하게 통과하는 가를 나타냄)은 비자성 스테인레스강의 약 100 배에 이른다. 그러므로, 자성 스테인레스강으로 이루어진 최내측 원통형 판(701a)은 자속을 보다 용이하게 통과시키고 다른 원통형판보다 용이하게 와전류를 발생시킨다.
유도 가열 코일(102)에서 발생한 자속은 용기(105)의 축방향과 나란하지 않다. 도 8에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 자속은 타원형이나 포물선 형태로 통과한다. 따라서, 자속은 모든 원통형 판(701a-d)을 가로질러 모든 원통형 판이 열을 발생시킬 수 있도록 한다.
최내측 원통형 판(701a)이 자속이 통과하기 가장 쉽고 상기에서 설명한 바와 같이 와전류가 발생하기가 쉽기 때문에 가열 소자(701)의 중앙부의 온도가 다른 부분에 비하여 높아진다. 이와 같은 온도 차이는 오일과 같이 가열될 유체의 점도가 높은 경우 특히 효과적이다. 유체가 가열 소자(701)의 다른 부위보다 빠르게 중앙부를 통과한다고 생각하면, 가열 소자(701)의 중앙부의 온도를 다른 부위보다 더 높게 하여 용기(105)의 온도 분포를 균일하게 할 수 있다.
가열 소자(701)는 네 개의 원통형 판(701a-d)을 포함하지만 원통형 판의 수는 이것으로 한정되는 것은 아니다. 원통형 판은 내측판이 외측판에 비해 자기 투자율이 높기만 하면 어떠한 재료로 형성되어도 된다.
(실시예 4)
도 9는 본 발명에 따른 제 4 실시예에서 가열 장치에 포함된 복수개의 가열소자(901)의 평면도이다. 가열 소자(901)들은 용기(105) 내에서 평행하게 배열되어 있다. 각각의 가열 소자(901)는 와전류가 흐르는 전기적인 폐회로를 적어도 부분적으로 포함하는 임의의 구조를 가질 수 있다. 제 1 내지 제 3 실시예에서 설명한 가열 소자들이 용기(105) 내에 복수개가 수용될 수 있을 정도로 감소되기만 하면 제 1 내지 제 3 실시예에 기술된 어떠한 가열 소자라도 응용할 수 있다.
제 4 실시예의 가열 장치는 도 1에 도시한 구조를 가지며 용기(105) 내의 가열 소자(101)는 도 9에 나타낸 가열 소자(901)로 대체되었다.
제 4 실시예의 가열 장치는 예를 들면 다음과 같은 방법으로 작동한다.
유체 전달 장치(104)는 유체를 용기(105)로 공급한다. 이와 함께, 고주파 전력 공급 장치(103)는 고주파 전력을 유도 가열 코일(102)에 공급하여 고주파 AC 자기장이 유도 가열 코일(102)로부터 발생되게 한다. 그러면, 와전류가 각각의 가열소자(901)에서 발생되고, 각각의 가열 소자(901)의 와전류와 전기 저항은 각각의 가열 소자(901)에서 주울 열을 발생한다. 자속을 최대한 효율적으로 이용하기 위해서는, 각 가열 소자 내의 도전체의 전체 두께를 스킨 깊이보다 작게 설정하는 것이 바람직하다.
도 9에는 다섯 개의 가열 소자(901)가 형성되어 있지만, 가열 장치의 이용 목적에 따라 가열 소자(901)의 수를 더 많게 하거나 적게 하여 단위 면적 당 발생하는 열량과 열교환 면적을 적당히 조절할 수 있다.
예를 들어, 물이 예를 들면 욕실에서 샤워를 할 수 있게 또는 화장실에서 신체와 접촉하여 사용될 수 있도록 하기 위해 가열 장치가 물을 50℃까지의 온도로 가열하기 위해 사용된다. 이 경우, 가열 소자(901)의 수를 적게 하여 물이 통과하는 통로의 체적을 감소시킨다. 그러므로, 사용하기 쉬운 가열 장치를 얻을 수 있다.
가열 장치가 물을 비등점에 가까운 온도로 가열시키는 데에 사용될 경우, 가열 소자(901)의 수를 많게 하여 열교환 면적을 크게 한다. 따라서, 물은 끓지 않고안전하게 가열될 수 있다. 더 높은 입력 전력을 수용할 수 있는 가열 장치를 구현하기 위해서는 가열 소자(901)의 수는 더 증가된다.
가열 소자(901)는 임의의 적당한 형상이어도 된다. 복수개의 가열 소자(901)는 상이한 양의 열을 발생할 수 있다.
(실시예 5)
도 10은 본 발명에 따른 제 5 실시예의 가열 장치의 가열 소자(1001)를 나타낸 사시도이다. 가열 소자(1001)는 파형상을 이루도록 처리되고 원통형을 이루도록 그 자체가 둘레 방향으로 감긴 금속 재료로 형성된 도전체(1002), 도전체(1002)의 양단을 접속시키기 위한 커넥터(1004), 및 도전체(1002)의 중첩부분 사이에 개재된 절연판(1003)을 포함한다. 도전체(1002)와 커넥터(1004)는 폐회로를 형성한다.
제 5 실시예의 가열 장치는 도 1에 도시한 구조를 가지며, 용기(105) 내의 가열 소자(101)는 도 10에 나타낸 가열 소자(1001)로 대체된다.
제 5 실시예의 가열 장치는 예를 들면 다음과 같은 방법으로 작동한다.
유체 전달 장치(104)는 유체를 용기(105)로 공급한다. 병행하여, 고주파 전력 공급 장치(103)는 고주파 전력을 유도 가열 코일(102)에 공급하여 고주파 AC 자기장이 유도 가열 코일(102)로부터 발생되게 한다. 그러면, 와전류가 가열 소자(1001)에서 발생되고, 가열 소자(1001)의 와전류와 전기 저항은 가열 소자(1001)에서 주울 열을 발생한다. 가능한 한 효율적으로 자속을 이용하기 위해, 도전체(1002)의 전체 두께를 스킨 깊이보다 작게 하는 것이 바람직하다.
제 5 실시예에서 이용되는 파형상 도전체(1002)는 평판을 둥글게 말아서 형성한 도전체보다 단위 체적 당 열교환 면적이 넓다. 그러므로, 열교환 효율이 더욱 향상된다. 파형상 도전체(1002)는 또한 어떤 다른 특별한 장치를 사용하지 않고도 절연판(1003)을 중간에 간단히 삽입하여 도전체(1002)의 중첩 부분 사이의 틈 b를 적당하게 유지한다.
다른 방법으로서는, 복수개의 파형상 도전체가 동심으로 배열되고 그 사이에 절연판이 삽입된다.
(실시예 6)
도 11은 본 발명에 따른 제 6 실시예에서 가열 장치의 가열 소자(2001)를 나타낸 사시도이다. 가열 소자(2001)는 원통형을 이루도록 둘레 방향으로 감긴 스테인레스 강판(2002)과, 스테인레스 강판(2002)의 양단을 접속시키기 위한 커넥터(2003)와, 그리고 스테인레스 강판(2002)의 중첩부분 사이에 개재된 활성탄(1101)을 포함한다. 스테인레스 강판(2002)은 도전체로서 작용을 하고, 커넥터(2003)와 함께 폐회로를 형성한다.
제 6 실시예의 가열 장치는 도 1에 도시한 구조를 가지며 용기(105) 내의 가열 소자(101)는 도 11에 나타낸 가열 소자(2001)로 대체된다.
제 6 실시예의 가열 장치는 예를 들면 다음과 같은 방법으로 작동한다.
유체 전달 장치(104)는 유체를 용기(105)로 공급한다. 병행하여, 고주파 전력 공급 장치(103)는 고주파 전력을 유도 가열 코일(102)에 공급하여 고주파 AC 자기장이 유도 가열 코일(102)로부터 발생되게 한다. 그러면, 와전류가 가열 소자(2001)에서 발생되고, 가열 소자의 와전류와 전기 저항은 가열 소자(2001)에서주울 열을 발생시킨다. 자속을 가능한 한 효율적으로 이용하기 위해서는, 도전체의 전체 두께를 스킨 깊이보다 작게 하는 것이 바람직하다.
제 6 실시예에 따른 가열 장치를 물을 가열하기 위해 이용할 수 있다. 물은 가열 소자(2001)를 통해 흐르고, 활성탄(1101)이 물에 함유된 트리할로메탄을 흡착한다. 그러나, 가열 소자(2001)를 통과하는 물의 총량이 증가할수록 활성탄(1101)의 흡착력(흡착 용량)이 급격히 떨어진다. 활성탄(1101)의 흡착력을 회복하기 위해서는, 통과한 물의 총량이 커질 때 활성탄(1101)을 가열한다. 이 때, 트리할로메탄은 증기와 함께 방출되고 활성탄(1101)의 흡착력이 회복된다. 이를 "가열 회수(heating recovery)"라고 한다.
가열 회수는 활성탄(1101)이 지나치게 높은 온도로 바람직하지 않게 가열되고, 종래의 금속 피복 관형 요소 등을 사용하여 행할 경우 연소된다고 하는 문제점이 있다. 예를 들어, 도 12에 나타낸 바와 같이 금속 피복 관형 요소(1201)가 활성탄 조각(1202) 가까이 있는 경우에 활성탄 조각(1201)이 가열되면, 활성탄 조각(1202)과 금속 피복 관형 요소(1201) 사이의 거리가 증가함에 따라 활성탄 조각(1202)의 내부 온도가 상승하는 데에 시간이 오래 걸린다. 그러므로, 금속 피복 관형 요소(1202)에 가까운 부위와 금속 피복 관형 요소(1202)으로부터 먼 부위 사이에는 활성탄 조각(1202)에서 큰 온도 기울기가 발생한다. 활성탄 조각(1202)의 흡착력 회복에 걸리는 시간을 단축시키기 위해 금속 피복 관형 요소(1201)에 인가되는 전력을 증가시키면, 금속 피복 관형 요소(1201)와 접하고 있는 활성탄 조각(1202)의 부위만이 가열되고 이 부위의 온도가 활성탄 조각(1202)의 발화점까지 상승하게 된다.
그러나, 본 실시예에 따른 가열 장치에 있어서, 활성탄(1101)을 가열하기 위한 단위 체적 당 가열 면적, 즉 활성탄(1101)과 가열 소자(2001)의 접촉 면적이 충분히 크므로 활성탄(1101) 전체를 균일하게 가열시킬 수 있다. 따라서, 활성탄(1101) 전체가 효율적으로 가열되어 활성탄(1101)의 온도를 발화점까지 올리지 않고도 흡착력이 회복된다.
본 실시예에 따른 가열 장치를 이용하여, 활성탄(1101)이 트리할로메탄을 연속적으로 제거할 수 있는 정수기를 구현할 수 있다.
본 실시예에서는 스테인레스 강판(2002)이 둘레 방향으로 감겨져서 원통형을 이루지만, 스테인레스 강판을 나선형으로 감거나 제 2 내지 제 5 실시예에 설명한 바와 같은 형태를 갖도록 형성시킬 수 있다. 활성탄(1101)의 흡착력을 회복시키기 위한 가열 과정은 활성탄(1101)을 살균시킬 수도 있다.
(실시예 7)
도 13은 본 발명에 따른 제 7 실시예의 가열 장치의 가열 소자(2201)를 나타낸 사시도이다. 가열 소자(2201)는 둘레 방향으로 감겨져서 원통형을 이루는 스테인레스 강판(2202)과, 스테인레스 강판(2202)의 양단을 접속시키기 위한 커넥터(2203)와, 그리고 스테인레스 강판(2202)의 중첩부분 사이에 개재된 제올라이트(1301)를 포함한다. 스테인레스 강판(2202)은 도전체로서 작용을 하고, 커넥터(2203)와 함께 폐회로를 형성한다.
제 7 실시예의 가열 장치는 도 1에 도시한 구조를 가지며, 용기(105) 내의가열 소자(101)는 도 13에 나타낸 가열 소자(2201)로 대체된다.
제 7 실시예의 가열 장치는 예를 들면 다음과 같은 방법으로 작동한다.
유체 전달 장치(104)는 유체를 용기(105)로 공급한다. 병행하여, 고주파 전력 공급 장치(103)는 고주파 전력을 유도 가열 코일(102)에 공급하여 고주파 AC 자기장이 유도 가열 코일(102)로부터 발생되게 한다. 그러면, 와전류가 가열 소자(2201)에서 발생되고, 가열 소자(2201)의 와전류와 전기 저항이 가열 소자(2201)에서 주울 열을 발생시킨다. 가능한 한 자속을 효율적으로 이용하기 위해, 도전체의 전체 두께를 스킨 깊이보다 작게 하는 것이 바람직하다.
제 7 실시예에 따른 가열 장치는 공기를 가열하기 위해 이용할 수 있다. 유체 공급 장치(104)는 공기를 용기(105)에 공급한다. 제올라이트(1301)가 공기에 함유된 수분을 흡착하고 이와 같은 방식으로 건조된 공기가 용기(105)로부터 배출된다. 그러므로 본 실시예에 따른 가열 장치를 공기 건조기로도 사용할 수 있다.
그러나, 제올라이트(1301)의 흡착력에는 제한이 있다. 제올라이트(1301)의 흡착력을 회복하기 위해서는, 가열 소자(2201)를 주기적으로 가열시킴으로써 제올라이트(1301)를 소정 온도 이상으로 가열한다. 그러므로, 흡착된 수분이 증기로서 방출된다. 이것도 "가열 회수"라고 한다.
종래의 금속 피복 관형 요소 등으로 가열 회수를 수행하면 다음과 같은 문제가 발생한다. 제올라이트(1301)의 흡착력 회복에 걸리는 시간을 단축시키기 위해서 금속 피복 관형 요소에 인가되는 전력을 증가시키면, 제 6 실시예에서와 같이 제올라이트(1301) 중에서 금속 피복 관형 요소와 접하고 있는 부위만이 지나치게 높은온도로 가열된다.
그러나, 본 실시예에 따른 가열 장치에 있어서, 제올라이트(1301)를 가열하기 위한 단위 체적 당 가열 면적, 즉 제올라이트(1301)와 가열 소자(2201) 간의 접촉 면적이 충분히 크므로 제올라이트(1301) 전체를 균일하게 가열시킬 수 있다. 따라서, 제올라이트(1301) 전체가 효율적으로 가열되어 가열 소자(2201)와 접하고 있는 제올라이트(1301)의 온도를 지나치게 상승시키지 않고도 제올라이트(1301)의 흡착력을 회복시킬 수 있다.
본 실시예에서는 스테인레스 강판(2202)이 둘레 방향으로 감겨져서 원통형을 이루지만, 스테인레스 강판을 나선형으로 감거나 제 2 내지 제 5 실시예에 설명한 바와 같은 형태를 갖도록 형성시킬 수 있다.
(실시예 8)
도 14는 본 발명에 따른 제 8 실시예에서 가열 장치의 가열 소자(2301)를 나타낸 사시도이다. 가열 소자(2301)는 둘레 방향으로 감겨져서 원통형을 이루는 스테인레스 강판(2302)과, 스테인레스 강판(2302)의 양단을 접속시키기 위한 커넥터(2303)와, 그리고 스테인레스 강판(2302)의 중첩부분 사이에 개재되어 보습성이 비교적 높은 스폰지(1401)를 포함한다. 스테인레스 강판(2302)은 도전체로서 작용을 하고, 커넥터(2303)와 함께 페회로를 형성한다.
제 8 실시예의 가열 장치는 도 1에 도시한 구조를 가지며, 용기(105) 내의 가열 소자(101)는 도 14에 나타낸 가열 소자(2301)로 대체된다.
제 8 실시예의 가열 장치는 예를 들면 다음과 같은 방법으로 작동한다.
유체 전달 장치(104)는 유체를 용기(105)로 공급한다. 병행하여, 고주파 전력 공급 장치(103)는 고주파 전력을 유도 가열 코일(102)에 공급하여 고주파 AC 자기장이 유도 가열 코일(102)로부터 발생되게 한다. 그러면, 와전류가 가열 소자(2301)에서 발생되고, 가열 소자(2301)의 와전류와 전기 저항이 가열 소자(2301)에서 주울 열을 발생한다. 자속을 가능한 한 효율적으로 이용하기 위해, 도전체의 전체 두께는 스킨 깊이보다 작게 하는 것이 바람직하다.
제 8 실시예에 따른 가열 장치를 물을 가열하기 위해 이용할 수 있다. 유체 공급 장치(104)는 물을 소량의 단위로 용기(105)에 공급한다. 스폰지(1401)는 물을 흡수하고 물이 스테인레스 강판(2302)으로 흐르지 않도록 한다. 물이 열을 발생시키는 스테인레스 강판(2302)에 닿으면, 물이 증발된다. 그러므로, 본 실시예에 따른 가열 장치를 증기 발생기로도 사용할 수 있다.
물이 스테인레스 강판(2302)으로 직접 공급되는 경우, 물은 스테인레스 강판(2302)의 표면에 물방울을 형성하고 물과 스테인레스 강판(2302) 사이의 접촉 면적을 줄인다. 이와 같이 접촉 면적이 감소함으로써 증발 효율이 저하된다.
그러나, 본 실시예에서, 물은 스테인레스 강판(2302)에 닿지만 스폰지(1401)에 흡수된다. 따라서, 물이 스테인레스 강판(2302) 전체와 접하게 되어 증발 효율을 향상시킬 수 있다. 본 실시예에 따른 가열 장치는 물방울을 형성하지 않고도 증기를 단일 방향으로만 발생시키므로 휴대용 증기 발생기로 편리하게 사용할 수 있다.
상기에 설명한 바와 같이, 도전체의 중첩 부분 사이의 틈에 보습성이 비교적높은 물질이 삽입되고, 물질이 물을 함유하는 동안 가열 소자(2302)가 유도 가열 코일(102)(도 1)에 의해 가열되기 때문에, 가열 소자(2302)가 가리키는 일정한 방향으로 증기를 발생시킬 수 있다.
증기를 보다 더 가열시키면, 과열된 증기를 발생시킬 수 있다. 이 때, 증기를 보다 가열시키기 위하여 물을 가열 소자(2301)를 통과시키는 후속 단계에서 스폰지를 제외시킨 가열 소자를 이용한다.
(실시예 9)
도 15는 본 발명에 따른 제 9 실시예에서 가열 장치의 가열 소자(2401)를 나타낸 사시도이다. 가열 소자(2401)는 둘레 방향으로 감겨져서 원통형을 이루는 스테인레스 강판(2402)과, 스테인레스 강판(2402)의 양단을 접속시키기 위한 커넥터(2403)와, 그리고 스테인레스 강판(2402)의 표면에 위치한 백금 촉매(2404)를 포함한다. 스테인레스 강판(2402)은 도전체로서 작용을 하고, 커넥터(2403)와 함께 폐회로를 형성한다.
제 9 실시예의 가열 장치는 도 1에 도시한 구조를 가지며, 용기(105) 내의 가열 소자(101)를 도 14에 나타낸 가열 소자(2401)로 대체된다.
제 9 실시예의 가열 장치는 다음과 같은 방법으로 작동한다.
유체 전달 장치(104)는 유체를 용기(105)로 공급한다. 이와 함께, 고주파 전력 공급 장치(103)는 고주파 전력을 유도 가열 코일(102)에 공급하여 고주파 AC 자기장이 유도 가열 코일(102)로부터 발생되게 한다. 그러면, 와전류가 가열 소자(2401)에서 발생되고, 가열 소자(2401)의 와전류와 전기 저항이 가열소자(2401)에서 주울 열을 발생한다. 가능한 한 자속을 효율적으로 이용하기 위해, 도전체의 전체 두께를 스킨 깊이보다 작게 하는 것이 바람직하다.
제 9 실시예에 따른 가열 장치는 예를 들면 다음과 같은 방법으로 이용할 수 있다. 먼저, 가열 소자(2401)를 가열하여 스테인레스 강판(2402) 상의 백금 촉매(2404)를 활성화 온도로 가열시킨다. 이 상태에서, 유체 공급 장치(104)는 공기를 용기(105)에 보낸다. 용기(105) 내에서, 공기 중에 포함된 암모늄과 같은 냄새 성분을 산화시키고 스테인레스 강판(2402)의 표면상에 있는 백금 촉매의 작용으로 분해한다.
종래의 금속 피복 관형 요소 등을 사용하여 백금 촉매(2404)를 작용시키면 다음과 같은 문제가 발생한다. 백금 촉매(2404)의 작용에 걸리는 시간을 단축하기 위하여 금속 피복 관형 요소에 인가되는 파워를 증가시키면, 촉매(2404)와 히터가 접하고 있는 영역의 온도가 지나치게 높아진다.
그러나, 본 실시예에 따른 가열 장치에 있어서, 백금 촉매(2404)와 공기가 접하는 면적이 충분히 크고 열발생 분포가 균일하기 때문에 부분 과열에 의한 촉매(2404)의 성능 저하 없이 냄새 제거 효과를 효율적으로 얻을 수 있다.
상기에 설명한 바와 같이, 가열 소자(2401)에 촉매(2404)를 구비함으로써 촉매(2404)가 효율적으로 가열된다.
(실시예 10)
도 16a는 본 발명에 따른 제 10 실시예의 가열 장치의 가열 소자(2501)의 도 전체를 확대하여 나타낸 도면이다. 도 18b는 제 10 실시예의 가열 소자(2501)와 유도 가열 코일(102)의 개략도이고, 도 16c는 유체의 흐름을 나타내는 가열 소자(2501)의 부분 확대도이다.
도 16b에 나타낸 바와 같이, 가열 소자(2501)는 둘레 방향으로 감겨져서 원통형을 이루는 도전체(2502)와, 도전체(2502)의 양단을 접속시키기 위한 커넥터(2503)를 포함한다. 도전체(2502)는 커넥터(2503)와 함께 폐회로를 형성한다.
도 16a에 나타낸 바와 같이, 도전체(2502)는 복수개의 날개(2502a)와 각각의 구멍(2502b)을 구비한다.
제 10 실시예의 가열 장치는 도 1에 도시한 구조를 가지며, 용기(105) 내의 가열 소자(101)는 도 16b에 나타낸 가열 소자(2501)로 대체된다.
제 10실시예의 가열 장치는 예를 들면 다음과 같은 방법으로 작동한다.
유체 전달 장치(104)는 유체를 용기(105)로 공급한다. 병행하여, 고주파 전력 공급 장치(103)는 고주파 전력을 유도 가열 코일(102)에 공급하여 고주파 AC 자기장이 유도 가열 코일(102)로부터 발생되게 한다. 그러면, 와전류가 가열 소자(2501)에서 발생되고, 가열 소자(2501)의 와전류와 전기 저항이 가열 소자(2501)에서 주울 열을 발생한다. 가능한 한 자기장을 효율적으로 이용하기 위해, 도전체의 전체 두께를 적당하게 설정해야 한다.
구멍(2502b)과 날개(2502a) 때문에, 유체는 도전체(2502) 근처를 통과하는 동안 날개(2502a)에 의해 흐름이 안내되고 구멍(2502b)을 통하여 도전체(2502)의 한 표면에서 다른 표면으로 흐른다.
결과적으로, 유체의 흐름이 복잡해지고 유체와 가열 소자(2501) 간의 열교환 표면이 보다 넓어진다. 따라서, 열교환 효율이 향상된다. 더구나, 흐름 교란 때문에 유체가 충분히 혼합되어 전체 온도가 균일해진다.
흐름을 교란시키기 위한 구멍(2502b)의 구조는 어떠한 것이든 무방하다. 흐름이 교란되는 한, 한 개의 날개(2502a)와 한 개의 구멍(2502b)을 제거할 수도 있다.
(실시예 11)
도 17은 본 발명에 따른 제 11 실시예의 가열 장치의 가열 소자(1701)의 사시도이다. 가열 소자(1701)는 다공성의 발포성 금속 물질로 이루어진 실린더를 포함한다. 다공성의 발포성 금속 물질은 도전체로서 작용하고 폐회로를 형성한다.
제 11 실시예의 가열 장치는 도 1에 도시한 구조를 가지며, 용기(105) 내의 가열 소자(101)는 도 17에 나타낸 가열 소자(1701)로 대체된다.
제 11 실시예의 가열 장치는 예를 들면 다음과 같은 방법으로 작동한다.
유체 전달 장치(104)는 유체를 용기(105)로 공급한다. 병행하여, 고주파 전력 공급 장치(103)는 고주파 전력을 유도 가열 코일(102)에 공급하여 고주파 AC 자기장이 유도 가열 코일(102)로부터 발생되게 한다. 그러면, 와전류가 가열 소자(1701)에서 발생되고, 가열 소자(1701)의 와전류와 전기 저항이 가열 소자(1701)에서 주울 열을 발생한다. 가열 소자(1701)의 두께를 조절하여 가열 소자(1701)의 도 전체 부위의 전체 두께가 스킨 깊이와 거의 같도록 함으로써, 가열 소자(1701) 내에 와전류의 흐름을 균일하게 하고 자기장을 효율적으로 이용한다.
가열 소자(1701)가 다공성의 발포성 물질로 이루어졌기 때문에 유체와의 열교환 면적이 커진다. 가열 소자(1701)에 형성된 많은 기공 때문에 유체 흐름에 교란이 형성되어 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
가열 소자(1701)는 발포성 금속 물질을 단순히 절단하여 형성할 수도 있다.
본 발명에 따른 가열 장치로 물을 가열시키는 경우, 물이 가열 소자(1701)의 표면상에 큰 물방울을 형성하는 것을 실질적으로 방지할 수 있다. 그러므로, 물과 가열 소자(1701) 사이의 접촉 면적이 충분히 크게 유지된다. 따라서, 본 실시예에 따른 가열 장치를 증발 효율이 좋은 증기 발생기로서 사용할 수 있다.
(실시예 12)
도 18a는 본 발명에 따른 제 12 실시예에서 가열 장치(2)의 개략도이다. 도 18a에 나타낸 바와 같이, 가열 장치(2)는 원통형 가열 소자(1801)와, 가열 소자(1801)를 수용하기 위한 원통형 용기(1805)와, 그리고 용기(1805) 중앙의 공간부에 위치한 정수장치(1806)를 포함한다. 도 1에서 나타낸 바와 같이, 가열 장치(2)는 유도 가열 코일(102)과, 고주파 전력 공급 장치(103)와, 그리고 유체 전달 장치(104)를 추가로 포함한다.
가열 소자(1801)의 경우, 원통형 구조이기만 한다면 앞선 실시예에서 설명한 어떠한 가열 소자라도 무방하다. 용기(1805)는 정수장치(1806)를 수용할 수 있기만 한다면 어떠한 종류라도 상관없다. 정수장치(1806)는 중공(hollow) 섬유막이나 활성탄으로 이루어진 일반적인 형태의 것이다.
가열 장치(2)는 예를 들면 다음과 같은 방법으로 작동된다.
먼저 정수장치(1806)가 정화시킨 물이 유체 전달 장치(104)로 흐른다. 물은 용기(1805)로 보내져서 가열 소자(1801)에 의해 가열되고 용기(1805)로부터 배출된다.
이와 같은 구조에서, 물은 항상 가열 소자(1801)의 중심이 아닌 가열 소자(1801)의 근처를 통과한다. 그러므로, 열교환 효율이 개선된다. 용기(1805)의 공간부에 정수장치(1806)를 설치함으로써 사용 공간을 줄일 수 있다. 본 실시예에 따른 가열 장치(2)를 음료로 적합한 온수를 공급하기 위한 온수 공급기로서 이용할 수 있다.
도 18b는 본 발명에 따른 제 12 실시예의 변형예의 가열 장치(3)의 개략도이다. 가열 장치(3)는 용기(1805)의 공간부에 정수장치(1806) 대신이 페라이트 같은 물질로 이루어진 강자성체(1807)를 포함한다.
이와 같은 구조에서, 유도 가열 코일(102) 내부에 위치한 강자성체(1807)는 가열 소자(1801)를 가로질러 자속 밀도를 높이므로 유도 기전력을 향상시킨다. 따라서, 유도 가열 코일(102) 내에 흐르는 전류나 유도 가열 코일(102)의 날개 수를줄일 수 있다. 유도 가열 코일(102) 내에 흐르는 전류를 감소시킴으로써 고주파 전력 공급 장치(103)의 손실을 줄일 수 있다. 유도 가열 코일(102)의 날개 수를 줄이면 유도 가열 코일(102)의 저항이 줄어들므로 유도 가열 코일(102)의 주울 열에 의한 손실을 막을 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 유체가 열교환에 이용되지 않는 부위로 흐르는 것을 막기 위한 구조를 갖는 용기를 사용하여 열교환 효율을 개선할 수 있다. 또한, 정수나 열교환 효율의 개선을 위하여 자유 공간을 활용할 수 있다.
(실시예 13)
도 19는 본 발명에 따른 제 13 실시예의 가열 장치의 가열 소자(2601)의 사시도이다. 가열 소자(2601)는 둘레 방향으로 감겨져서 원통형을 이루는 스테인레스 강판(2602)과, 스테인레스 강판(2602)의 양단을 접속시키기 위한 온도 퓨즈로 이루어진 커넥터(2603)를 포함한다. 스테인레스 강판(2602)은 도전체로서 작용을 하고, 커넥터(2603)와 함께 폐회로를 형성한다.
제 13 실시예의 가열 장치는 도 1에 도시한 구조를 가지며, 용기(105) 내의 가열 소자(101)는 도 19에 나타낸 가열 소자(2601)로 대체된다.
제 13 실시예의 가열 장치는 예를 들면 다음과 같은 방법으로 작동한다.
유체 전달 장치(104)는 유체를 용기(105)로 공급한다. 병행하여, 고주파 전력 공급 장치(103)는 고주파 전력을 유도 가열 코일(102)에 공급하여 고주파 AC 자기장이 유도 가열 코일(102)로부터 발생되게 한다. 그러면, 와전류가 가열 소자(2601)에서 발생되고, 와전류와 전기 저항이 가열 소자(2601)에서 주울 열을 발생한다. 가능한 한 자기장을 효율적으로 이용하기 위해서는, 도전체의 전체를 적당하게 조절하는 것이 바람직하다.
제 13 실시예에 따른 가열 장치는 다음과 같은 방법으로 이용할 수 있다. 먼저, 물이 유체 전달 장치(104)로부터 공급되어 가열 소자(2601)에 의해 가열된다. 물이 용기(105)로 공급되지 않는 경우에는, 가열 소자(2601)의 온도가 지나치게 높아진다. 용기(105)가 저항을 받는 온도가 비교적 낮을 때에는, 용기(105)가 저하된다. 이와 같은 현상을 방지하기 위해서, 온도 퓨즈로 이루어진 커넥터(2603)의 용융점을 조절하여 커넥터(2603)의 온도를 용기(105)의 용융점보다 낮은 소정의 온도 수준이 될 때 커넥터(2603)가 녹아서 접속이 끊어지도록 설정한다. 이렇게 설정함으로써, 가열 소자(2601)의 온도가 용기(105)의 용융점보다 높아지기 전에 커넥터(2603)가 접속이 끊어지므로 스테인레스 강판(2601)과 커넥터(2603)로 형성된 폐회로를 열어서 가열 소자(2601) 내의 와전류의 흐름을 중단시킬 수 있다. 따라서, 가열 소자(2601)는 가열을 멈춘다. 이것은 유체 없이 용기를 가열시켜서 발생하는 비정상적인 온도 상승을 안전하게 방지할 수 있는 효과를 가져온다.
이와 같은 구조에서, 온도 퓨즈로 이루어진 커넥터(2603)는 가열 소자(2601)의 온도가 지나치게 높아질 때 가열 소자(2601)의 가열 동작을 중단시키는 안전 장치로서 역할을 한다.
이러한 안정 장치는 온도가 지나치게 높을 때 폐회로를 열기 위한 바이메탈로도 구현시킬 수 있다.
(실시예 14)
도 20은 본 발명에 따른 제 14 실시예에서 가열 장치의 가열 소자(2701)를 나타낸 사시도이다. 가열 소자(2701)는 둘레 방향으로 감겨져서 원통형을 이루는 스테인레스 강판(2702)과, 스테인레스 강판(2702)의 양단을 접속시키기 위한 커넥터(2703)를 포함한다. 스테인레스 강판(2702)은 도전체로서 작용을 하고, 커넥터(2703)와 함께 폐회로를 형성한다. 도전체는 양성적 특성 저항 변화 금속판(하기에 설명됨)으로 이루어진다.
제 14 실시예의 가열 장치는 도 1에 도시한 구조를 가지며, 용기(105) 내의 가열 소자(101)는 도 20에 나타낸 가열 소자(2701)로 대체된다.
제 14실시예의 가열 장치는 예를 들면 다음과 같은 방법으로 작동한다.
유체 전달 장치(104)는 유체를 용기(105)로 공급한다. 병행하여, 고주파 전력 공급 장치(103)는 고주파 전력을 유도 가열 코일(102)에 공급하여 고주파 AC 자기장이 유도 가열 코일(102)로부터 발생되게 한다. 그러면, 와전류가 가열 소자(2701)에서 발생되고, 가열 소자(2701)의 와전류와 전기 저항은 가열 소자(2701)에서 주울 열을 발생한다. 가능한 한 자기장을 효율적으로 이용하기 위해서는, 도전체의 전체 두께를 적당하게 조절하는 것이 바람직하다.
도전체로서 사용되는 양성적 특성 저항 변화 금속판은 도 21에 나타낸 바와 같이 온도에 따라 변화하는 저항을 갖는다. 저항이 급격히 변화하는 큐리점을 원하는 온도(예: 95℃)로 조절할 수 있다.
이와 같은 상태에서, 가열 소자(2701)의 온도가 95℃에 이르면, 커넥터(2703)의 저항이 급격하게 높아져서 스테인레스 강판(2702)과 커넥터(2703)로 형성된 폐회로 내부에서의 와전류의 흐름을 어렵게 한다. 와전류량이 감소하면, 가열 소자(2701)의 온도가 떨어지고 커넥터(2703)의 저항이 이전의 수준으로 되돌아가서 폐회로 내의 와전류 흐름을 쉽게 한다. 그러므로 가열이 다시 시작된다.
이러한 방식에 있어서, 커넥터(2703)는 가열 소자(2701)의 온도를 자동적으로 조절한다.
(실시예 15)
도 22는 본 발명에 따른 제 15 실시예의 가열 장치의 가열 소자(2801)를 나타낸 사시도이다. 가열 소자(2801)는 둘레 방향으로 감겨져서 원통형을 이루는 형상 기억 합금판(2802)과, 형상 기억 합금판(2802)의 양단을 접속시키기 위한 가요성 커넥터(2803)를 포함한다. 가요성 커넥터(2803)는 형상을 자유롭게 변형시킬 수 있다. 형상 기억 합금판(2802)은 도전체로서 작용하고, 커넥터(2803)와 함께 폐회로를 형성한다.
제 15 실시예의 가열 장치는 도 1에 도시한 구조를 가지며, 용기(105) 내의 가열 소자(101)는 도 22에 나타낸 가열 소자(2801)로 대체된다.
제 15실시예의 가열 장치는 예를 들면 다음과 같은 방법으로 작동한다.
유체 전달 장치(104)는 유체를 용기(105)로 공급한다. 병행하여, 고주파 전력 공급 장치(103)는 고주파 전력을 유도 가열 코일(102)에 공급하여 고주파 AC 자기장이 유도 가열 코일(102)로부터 발생되게 한다. 그러면, 와전류가 가열 소자(2801)에서 발생되고, 가열 소자(2801)의 와전류와 전기 저항이 가열 소자(2801)에서 주울 열을 발생한다. 가능한 한 자기장을 효율적으로 이용하기 위해서는, 도전체의 전체 두께를 적당하게 조절하는 것이 바람직하다.
형상 기억 합금판(2802)은 소정의 온도(예: 95℃)까지는 도 23a에 나타낸 모양을 하고 있다. 즉, 형상 기억 합금판(2802)이 용기(105)가 허용하는 최대한의 정도로 확장되어 있다. 소정의 온도 이상에서 형상 기억 합금판(2802)은 도 23b에 도시한 바와 같이 축소된다.
도 23a의 상태에서, 형상 기억 합금판(2802)은 유도 가열 코일(102)이 발생한 고주파 AC 자기장에 의해 충분히 가열된다. 형상 기억 합금판(2801)의 온도가 95℃에 이르면 도 23b에 나타낸 형상으로 변형된다. 이 때, 형상 기억 합금판(2802)은 유도 가열 코일(102)로부터 더 멀리 이격되어 합금판(2802)과 코일(102)간의 자성 결합이 저하된다. 그러므로, 형성 기억 합금판(2802) 내에 흐르는 와전류량이 감소되어 형성 기억 합금판(2802)의 가열이 중단된다. 형상 기억 합금판(2802)의 온도가 일정 시간 후에 95℃ 이하로 떨어지면, 형상 기억 합금판(2802)은 도 23a의 모양으로 복귀하여 열 발생을 재개한다. 이렇게 하여 온도를 자동적으로 조절할 수 있다.
제 15 실시예에 따른 가열 장치를 수돗물 등을 가열하기 위해 사용하는 경우, 탄산 칼슘의 용해도가 온도 상승에 따라 낮아지므로 수돗물에 함유된 탄산칼슘이 침전되어 가열 소자(2801)의 도전체 표면에 붙을 염려가 있다. 이렇게 침착된 탄산칼슘을 스케일이라고 한다. 가열 소자의 표면이 스케일로 덮이면 열교환이 차단된다.
그러나 본 실시예에서는 형상 기억 합금(2802)이 도 23a의 모양과 도 23b의 모양 사이에서 각각 변화하므로, 이와 같은 형상 변화로 인한 기계적인 힘은 탄산칼슘의 침착을 막고 도전체에 붙은 탄산칼슘을 벗겨낸다.
상기에서 설명한 바와 같이, 온도를 자동으로 조절하기 위하여 가열 소자(2802)에 형상 기억 합금을 이용함으로써 스케일의 침착을 막을 수 있고 별도의 장치 없이도 침착된 스케일을 제거할 수 있게 된다.
(실시예 16)
도 24a 및 도 24b는 본 발명에 따른 제 16 실시예의 서로 다른 상태에 있는 가열 장치(4)를 나타낸 부분 개략도이다. 가열 장치(4)는 가열 소자(2901)와, 코일 스프링(2906)과, 가열 소자(2901)와 코일 스프링(2906)을 수용하기 위한 용기(105)와, 그리고 가열 소자(2901)와 코일 스프링(2906) 사이에 삽입된 평판(2907)을 포함한다. 또한, 가열 장치(4)는 유도 가열 코일(102)과, 유도 가열 코일(102)에 고주파 전력을 공급하기 위한 고주파 전력 공급 장치(도시되어 있지 않음)와, 그리고 유체를 가열 소자(2901)로 전달하기 위한 유체 전달 장치(도시되어 있지 않음)를 추가로 포함한다. 코일 스프링(2906)은 평판(2907)을 통하여 가열 소자(2901)를 일정하게 누른다.
가열 소자(2901)는 나선형 감겨져 있는 형상 기억 합금(2902)과, 형상 기억합금(2902)의 양단을 접속시키기 위한 커넥터(2903)를 포함한다. 형상 기억 합금(2902)은 도전체로서 작용을 하고, 커넥터(2903)와 함께 폐회로를 형성한다.
형상 기억 합금(2902)은 도 24a에 나타낸 바와 같이 소정의 온도(예: 95℃)이하에서 수축되어 전체적으로 유도 가열 코일(102) 내부 중앙에 위치하게 된다. 형상 기억 합금(2902)은 도 24b에 나타낸 형상을 기억하여 온도가 95℃에 이르면 이 형상으로 확장된다. 이 때, 형상 기억 합금(2902)과 코일 스프링(2906)의 탄성력이 서로 균형 상태를 이루면서 형상 기억 합금(2902)의 형상이 안정화된다. 이 상태에서, 형상 기억 합금(2902)의 일부가 유도 가열 코일(102)에 의해 덮이게 된다.
도 24a의 상태에서, 형상 기억 합금(2902)은 유도 가열 코일(102)이 발생한고주파 AC 자기장에 의해 충분히 가열된다. 형상 기억 합금(2902)의 온도가 95℃에 이르면 형상 기억 합금(2902)은 도 24b에 나타낸 형상으로 변형된다. 이 때, 형상 기억 합금(2902)의 일부가 유도 가열 코일(102)에 의해 덮이지 않게 되므로 이 부분에서 유도 기전력이 발생하지 않는다. 따라서, 형상 기억 합금(2902) 내에 흐르는 와전류량이 감소하여 형상 기억 합금(2902)이 생성하는 열량이 줄어든다. 그러므로, 형상 기억 합금(2902)의 온도가 떨어진다. 형상 기억 합금(2902)의 온도가 95℃ 이하로 낮아지면, 형상 기억 합금(2902)은 도 24a의 모양으로 복귀하고 열 발생량이 증가한다. 이렇게 하여 온도를 자동적으로 조절할 수 있다.
제 16 실시예에 따른 가열 장치를 수돗물 등을 가열하기 위해 사용하는 경우, 상기에 설명한 이유에 의해 스케일이 형성되어 열교환을 방해한다. 그러나 본 실시예에서는 형상 기억 합금(2902)이 반복적으로 형상을 바꾸므로 스케일을 이루는 탄산칼슘의 침착이 방지되고 도전체에 붙은 탄산칼슘도 제거된다.
상기에서 설명한 바와 같이, 온도를 자동으로 조절하기 위하여 가열 소자(2902)에 형상 기억 합금을 이용함으로써 스케일의 침착을 막을 수 있고 별도의 장치 없이도 침착된 스케일을 제거할 수 있게 된다.
(실시예 17)
도 25는 본 발명에 따른 제 17 실시예에서 가열 장치(5)를 나타낸 개략도이다. 도 25에 나타낸 바와 같이, 가열 장치(5)는 두 개의 외부 영역(3001a)과 한 개의 내부 영역(3001b)을 갖는 유도 가열 코일(3001)을 포함한다.
단위 길이 당 외부 영역(3001a)의 권취수는 단위 길이 당 내부 영역(3001b)의 권취수보다 많다.
양단 사이에 균일하게 감겨진 일정 길이의 원통형 솔레노이드를 유도 가열 코일(3001)에 사용하는 경우, 원통형 솔레노이드의 축을 따라 발생하는 자속 밀도가 솔레노이드의 개구부 근처에는 낮고 솔레노이드 중심 근처에는 높다. 그러므로, 자속 밀도가 가열 소자(101)의 양단에는 낮고 그 중앙부에는 높다. 이와 같은 경우에는 열 분포가 불균일해 진다.
이러한 불편함을 방지하기 위하여, 외부 영역(3001a) 각각의 권취수를 내부 영역(3001b)의 권취수보다 많게 한다. 따라서, 유도 가열 코일(3001) 전체에서 자속 밀도가 균일해진다. 그러므로, 가열 소자(101) 전체의 자속 밀도도 균일해지고 열 발생이 균일하게 이루어진다.
(실시예 18)
도 26은 본 발명에 따른 제 18 실시예의 가열 장치(6)를 나타낸 개략도이다. 도 26에 나타낸 바와 같이, 가열 장치(6)는 용기(105)의 유체 흡입구(105a)에 근접하게 형성된 제 1 영역(3101a)과, 유체 흡입구(105a)에서 약간 이격되어 형성된 제 2 영역(3101b)과, 그리고 유체 흡입구(105a)에서 가장 멀리 떨어진 제 3 영역(3101c)을 포함한다.
유체 흡입구(105a)에 근접하게 형성된 제 1 영역(310la)의 단위 길이 당 권취수가 가장 많고, 유체 흡입구(105a)에서 가장 멀리 떨어진 제 3 영역(3101c)의 단위 길이 당 권취수는 가장 작다.
고주파 AC 자기장의 세기는 유도 가열 코일의 권취수와 전류량에 의해 결정된다. 본 실시예에서는 유체 흡입구(105a)에 가장 근접한 코일의 단위 길이당 권취수가 가장 많으므로, 이 영역에서의 자속 밀도가 가장 크고 가열 소자(101)가 발생하는 열량도 가장 많다.
제 18 실시예에 따른 가열 장치를 수돗물 등을 가열하기 위해 사용하는 경우, 상기에 설명한 바와 같이 온도가 높아질 수록 탄산칼슘의 용해도가 증가하므로 온도가 상승함에 따라 스케일의 형성이 쉬워진다. 물과 가열 소자(101) 간의 온도차가 증가할수록 두 가지 다른 온도에서 탄산칼슘의 용해도 차이가 커져서 가열 소자(101) 표면에 더 많은 스케일이 형성된다.
유체와 가열 소자(101) 간에 열교환이 이루어지는 경우, 열교환 표면상의 파워 밀도가 감소할수록 유체와 가열 소자(101)간의 온도차가 줄어든다.
따라서, 가열 소자(101)의 파워 밀도를 낮추어서 열발생량을 줄이고 수온을 비교적 높게 하면 스케일의 발생이 억제된다.
본 실시예에 따른 가열 장치(6)에 있어서, 용기(105)의 유체 흡입구(105a) 근처에 스케일 형성이 억제될 만큼 수온이 충분히 낮다. 이로써, 물과 가열 소자(101)간의 온도차가 증가한다. 따라서, 용기(105)의 유체 흡입구(105a) 근처에는 유도 가열 코일(3101)의 단위 길이 당 권취수를 증가시켜 물을 충분히 가열시킬 만큼 열발생량을 늘인다.
용기(105)의 유체 흡입구(105a)로부터 이격된 영역에서, 수온은 비교적 높다. 그러므로, 물과 가열 소자(101)간의 온도차를 낮게 유지하여 스케일 형성을 억제하도록 물의 가열을 제한시켜야 한다. 이를 위하여, 용기(105)의 유체흡입구(105a)로부터 이격된 영역에서 유도 가열 코일(3101)의 단위 길이당 권취수는 나머지 부분보다 적다.
상기에 설명한 실시예들에 따른 가열 장치의 구조를 서로 결합시켜 형성할 수 있음에 주목해야 한다.
상기에 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고주파 전력이 고주파 전력 장치로부터 유도 가열 코일로 공급되고, 가열 소자가 유도 가열의 원리에 의해 가열된다. 가열 소자가 둘레 방향이나 나선형으로 감긴 도전체를 포함하는 경우, 단위체적 당 열교환 면적이 넓어져서 가열이 균일하게 이루어진다. 가열 장치를 액체를 가열시키기 위해 사용하는 경우, 작은 체적의 가열 소자로도 액체의 온도가 비등점에 가까운 온도로 상승하고 열교환 효율도 개선된다.
본 발명의 일 실시예에서, 가열 소자는 동심으로 배열된 비자성 금속체를 포함한다. 이와 같은 형태를 가진 가열 장치는 낮은 비용으로 비교적 용이하게 제작 가능하다. 단위 체적 당 열교환 면적이 넓어지므로 액체를 비등점에 가까운 온도로 가열시킬 수 있다. 그러므로, 열교환 효율이 향상된다.
본 발명의 일 실시예에서, 가열 소자는 적어도 한 개의 비자성 금속체와, 적어도 한 개의 비자성 금속체 내부에 형성된 적어도 한 개의 자성 금속체를 포함한다. 이 경우, 가열 소자의 중앙부를 흐르는 액체의 온도가 가열 소자의 나머지 부분을 흐르는 액체의 온도보다 높아져서 가열 소자 전체의 온도 분포가 균일해진다.
본 발명의 일 실시예에서, 높이가 낮게 형성된 복수개의 가열 소자가 적층방식으로 배열되어 있다. 이와 같은 구조에서, 가열 소자에 입력되는 힘과 가열 소자의 전력 밀도를 적당히 조절함으로써 가열 소자의 전체 길이를 비교적 낮은 비용으로 쉽게 변화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 가열 소자의 도전체는 파형상을 이루도록 가공된다. 이렇게 가공함으로써 가열 소자와 액체간의 접촉 면적을 넓히고 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 활성탄과 같은 흡착제가 도전체의 중첩 부분 사이의 틈에 설치된다. 유도 가열 코일로 가열 소자를 가열시키면, 흡착제에 의해 흡착된 트리할로메탄이 증기와 함께 방출된다. 그러므로, 흡착제의 트리할로메탄 흡착력이 회복된다.
본 발명의 일 실시예에서, 제올라이트와 같이 물을 흡착하는 물질을 도전체의 중첩 부분 사이의 틈에 설치한다. 유도 가열 코일로 가열 소자를 가열시키면, 물이 흡착제에 의해 흡착되고 증발된다. 그러므로, 스폰지의 물 흡착력이 회복된다.
본 발명의 일 실시예에서, 보습성을 갖는 물질을 도전체의 중첩 부분 사이의 틈에 설치한다. 유도 가열 코일로 수분을 함유하는 가열 소자를 가열시키면, 가열 소자가 향한 방향으로 증기가 발생된다.
본 발명의 일 실시예에서, 균일하게 열을 발생시키는 가열 소자에 포함된 금속 도전체 상에 촉매를 가한다. 이 구조로, 촉매는 균일하게 가열된다.
본 발명의 일 실시예에서, 가열 소자의 금속 도전체에는 구멍이 형성된다.이 구조에서, 유체의 흐름이 교란되어 열교환 효율이 개선된다.
본 발명의 일 실시예에서, 가열 소자의 금속 도전체가 구멍과, 도전체의 한 표면에서 다른 표면으로 유체를 전달하기 위하여 구멍 근처에 날개를 구비한다. 이 구조에서, 열교환 효율이 개선된다.
본 발명의 일 실시예에서, 용기는 열교환이 이루어지지 않는 용기 부분을 유체가 통과하는 것을 방지하는 구조를 갖는다. 이 구조에서, 열교환 효율이 개선되고 열교환이 이루어지지 않는 부분을 물의 정화나 가열 특성 향상에 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 가열 소자가 소정의 온도에 이를 때 접속이 끊어지는 폐회로가 가열 소자에 구비된다. 가열 소자의 온도가 지나치게 높아지면, 가열 소자의 부품이 안전 장치로 작용하여 가열 소자가 다시 가열되는 것을 막는다.
본 발명의 일 실시예에서, 도전체가 온도에 따라 저항이 변화하는 물질로 이루어져 있다. 따라서, 도전체에 의해 온도가 자동적으로 조절된다.
본 발명의 일 실시예에서, 도전체가 형상 기억 합금으로 이루어져 있다. 따라서, 도전체에 의해 온도가 자동적으로 조절된다. 또한, 형상 기억 합금 표면에 스케일이 침착되는 것을 방지할 수 있고 형상 기억 합금 표면에 붙은 스케일을 별도의 장치 없이 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 가열 소자의 도전체가 형상 기억 합금으로 이루어져 있고, 가열 소자가 도전체의 형상 변화를 억제하기 위한 스프링을 포함한다. 이 구조에서, 온도가 자동적으로 조절된다. 또한, 형상 기억 합금 표면에 스케일이 침착되는 것을 방지할 수 있고 형상 기억 합금 표면에 붙은 스케일을 별도의 장치 없이 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 용기의 바깥 표면에 형성된 코일의 단위 길이당 권취수가 코일의 일단 근처 영역이 중심 영역보다 더 많다. 따라서, 자속 밀도를 균일화시켜 가열 소자를 균일하게 가열시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 코일의 단위 길이당 권취수가 코일의 일단 근처 영역이 중심 영역보다 더 많다. 따라서, 고온의 물과 접하는 가열 소자의 영역에서 파워 밀도가 감소되어 스케일의 침착을 억제할 수 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당업자에 의해 그 개량이나 변형이 가능하다.

Claims (20)

  1. 가열 장치에 있어서,
    적어도 일부가 와전류가 흐르는 전기적인 폐회로인 도전체를 갖는 가열 소자와;
    가열 소자를 수용하기 위한 용기와;
    가열 소자를 유도 가열하기 위한 자기장 유도부와;
    고주파전력을 자기장 유도부에 공급하기 위한 고주파 전력 공급 장치를 포함하고,
    상기 가열 소자는 자기장 유도부에 의해 발생된 교류(AC) 자기장에 의해 유도 가열되고,
    상기 가열소자의 상기 도전체는 상기 와전류가 상기 폐회로를 따라 흐르도록 하는 기전력을 발생시키는 데 적합한 전체 두께를 가지며,
    상기 가열소자는 원통형을 이루도록 그 자신의 둘레에 원주형으로 감기는 가열 장치.
  2. 가열 장치에 있어서,
    적어도 일부가 와전류가 흐르는 전기적인 폐회로인 도전체를 갖는 가열 소자와;
    가열 소자를 수용하기 위한 용기와,
    가열 소자를 유도 가열하기 위한 자기장 유도부와;
    고주파전력을 자기장 유도부에 공급하기 위한 고주파 전력 공급 장치를 포함하고,
    상기 가열 소자는 자기장 유도부에 의해 발생된 교류(AC) 자기장에 의해 유도 가열되고,
    상기 가열소자의 상기 도전체는 상기 와전류가 상기 폐회로를 따라 흐르도록 하는 기전력을 발생시키는 데 적합한 전체 두께를 가지며,
    상기 가열 소자의 상기 도전체는 나선형과 원주형 중 어느 하나의 형태로 감겨 있는 가열 장치.
  3. 가열 장치에 있어서,
    적어도 일부가 와전류가 흐르는 전기적인 폐회로인 도전체를 갖는 가열 소자와;
    가열 소자를 수용하기 위한 용기와;
    가열 소자를 유도 가열하기 위한 자기장 유도부와;
    고주파전력을 자기장 유도부에 공급하기 위한 고주파 전력 공급 장치를 포함하고,
    상기 가열 소자는 자기장 유도부에 의해 발생된 교류(AC) 자기장에 의해 유도 가열되고,
    상기 가열소자의 상기 도전체는 상기 와전류가 상기 폐회로를 따라 흐르도록하는 기전력을 발생시키는 데 적합한 전체 두께를 가지며,
    상기 가열 소자는 동심으로 배열된 복수개의 비자성 금속체를 포함하는 가열 장치.
  4. 가열 장치에 있어서,
    적어도 일부가 와전류가 흐르는 전기적인 폐회로인 도전체를 갖는 가열 소자와;
    가열 소자를 수용하기 위한 용기와;
    가열 소자를 유도 가열하기 위한 자기장 유도부와;
    고주파전력을 자기장 유도부에 공급하기 위한 고주파 전력 공급 장치를 포함하고,
    상기 가열 소자는 자기장 유도부에 의해 발생된 교류(AC) 자기장에 의해 유도 가열되고,
    상기 가열소자의 상기 도전체는 상기 와전류가 상기 폐회로를 따라 흐르도록 하는 기전력을 발생시키는 데 적합한 전체 두께를 가지며,
    상기 가열 소자는 적어도 한 개의 비자성 금속체와, 상기 적어도 한 개의 비자성 금속체 내부에 제공된 적어도 한 개의 자성 금속체를 포함하고, 상기 금속체들은 동심으로 제공된 가열 장치.
  5. 가열 장치에 있어서,
    적어도 일부가 와전류가 흐르는 전기적인 폐회로인 도전체를 갖는 가열 소자와;
    가열 소자를 수용하기 위한 용기와;
    가열 소자를 유도 가열하기 위한 자기장 유도부와;
    고주파전력을 자기장 유도부에 공급하기 위한 고주파 전력 공급 장치를 포함하고,
    상기 가열 소자는 자기장 유도부에 의해 발생된 교류(AC) 자기장에 의해 유도 가열되고,
    상기 가열소자의 상기 도전체는 상기 와전류가 상기 폐회로를 따라 흐르도록 하는 기전력을 발생시키는 데 적합한 전체 두께를 가지며, 상기 용기 내에 배열된 복수개의 가열 소자를 더 포함하는 가열 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 가열 소자의 도전체는 파형상으로 가공된 가열 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 도전체의 중첩 부분 사이의 틈에 제공된 흡착제(adsorbent)를 더 포함하는 가열 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 도전체의 중첩 부분 사이의 틈에 제공된 흡수재를 더 포함하는 가열 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 도전체의 중첩 부분 사이의 틈에 제공된 보습성을 가진 재료를 더 포함하는 가열 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 도전체상에 촉매를 더 포함하는 가열 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 도전체는 구멍을 가지는 가열 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 도전체는 유체를 상기 도전체의 한 표면으로부터 상기 도전체의 다른 표면으로 전달하기 위하여 구멍의 근처에 날개를 가지는 가열 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 도전체는 다공성인 가열 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 용기는 유체가 열교환기에 구비된 용기의 일부를 통과할 수 있도록 하는 가열 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 가열 소자는 가열 소자가 소정의 온도에 이르렀을 때 접속이 끊어지는 폐회로를 가지는 가열 장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 도전체는 열에 따라 변화하는 저항을 갖는 재료로 형성되는 가열 장치.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 도전체는 온도에 따라서 소정의 형상을 기억하고 상기 소정의 형상으로 복원될 수 있는 재료로 형성되는 가열 장치.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 도전체의 형상 변화를 제한하기 위한 스프링을 더 포함하는 가열 장치.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 자기장 유도부는 상기 용기의 외면에 제공된 코일을 구비하고, 상기 코일은 코일의 중심에서의 영역보다 상기 코일의 단부 근처 영역에서 단위 길이 당 더 많은 권취수를 가지는 가열 장치.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 자기장 유도부는 양단부가 용기의 외면에 형성된 코일을 구비하고, 상기 코일은 코일의 다른 단부 근처 영역보다 코일의 일단부의 근처 영역에서 단위 길이 당 더 많은 권취수를 가지는 가열 장치.
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