KR101584754B1

KR101584754B1 - 회전 자성체를 이용한 온수공급장치

Info

Publication number: KR101584754B1
Application number: KR1020150066709A
Authority: KR
Inventors: 이영택
Original assignee: 이영택; (주)크리티컬퍼실리티서비스
Priority date: 2015-05-13
Filing date: 2015-05-13
Publication date: 2016-01-12
Also published as: US20180180278A1; WO2016182339A1; US10605449B2

Abstract

본 발명은 온수를 공급하는 장치에 관한 것으로서, 특히 온수와 난방을 공급함에 있어 친환경적이고 안전성이 뛰어나며 저전력으로 구동되도록 내부에 원주방향을 따라 원형의 히터관이 구비되고 물이 수용되는 열교환체와, 상기 열교환체의 외측을 둘러싸도록 형성되며 전류 인가시 자화되는 복수개의 코일이 감겨진 고정자를 포함하되, 상기 히터관은 내부에 고정자로 인해 형성되는 자기장에 의해 히터관을 따라 회전하는 자성체가 포함되어, 상기 자성체가 회전하며 발생하는 마찰열에 의해 물이 가열되는 것을 특징으로 하는 회전 자성체를 이용한 온수공급장치에 관한 것이다.

Description

회전 자성체를 이용한 온수공급장치{Apparatus for supplying hot-water}

본 발명은 온수를 공급하는 장치에 관한 것으로서, 특히 친환경적이고 안전성이 뛰어나며 저전력으로 구동되는 회전 자성체를 이용한 온수공급장치에 관한 것이다.

일반적으로 온수공급장치로 쓰이는 보일러는 가정이나 건물 및 각종 시설물에 설치되어 사계절 내내 온수를 공급하거나 난방을 하기 위해 설치되며, 가정에서 사용되는 소형 보일러를 비롯하여 각종 시설물에서 사용되는 대형 보일러 등 다양한 종류로 이루어진다.

이러한 보일러는 통상 가스나 석유 또는 경유 등과 같은 연료에너지를 연소시켜 물을 가열함으로써 사용자에게 온수나 난방을 공급하고 있다. 이때, 보일러의 열교환기는 가스나 석유와 같은 연료를 직접적으로 연소시키고 여기에서 발생되는 열에너지를 이용하여 물을 가열시키게 되고, 연소시 발생되는 매연을 외부로 연통을 설치하여 배출시키고 있다.

상기와 같은 온수공급장치는 연료를 사용하기 때문에 매연이 발생됨은 물론, 자칫 폭발사고로 이어질 수 있어 안전성에도 문제가 있다.

[관련선행기술]

특허출원번호 제10-2009-0033424호 풍력 발열식 히터가 구비된 보일러(The boiler with wind power heating type heater)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 온수와 난방을 공급함에 있어 친환경적이고 안전성이 뛰어나며 저전력으로 구동되는 회전 자성체를 이용한 온수공급장치를 제안함에 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명인 회전 자성체를 이용한 온수공급장치는 내부에 원주방향을 따라 원형의 히터관이 구비되고 물이 수용되는 열교환체와, 상기 열교환체의 외측을 둘러싸도록 형성되며 전류 인가시 자화되는 복수개의 코일이 감겨진 고정자를 포함하되, 상기 히터관은 내부에 고정자로 인해 형성되는 자기장에 의해 히터관을 따라 회전하는 자성체가 포함되어, 상기 자성체가 회전하며 발생하는 마찰열에 의해 물이 가열되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 자화된 고정자에 의해 형성된 자기장으로 인해 자성체가 회전하며 발생되는 마찰열을 이용하여 물을 가열시키는바, 별도의 연료를 사용하지 않아 친환경적이면서도 온수와 난방을 함에 있어 안전적으로 이를 공급하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 실제로 자기장에 영향을 받는 것은 히터관 내에 구비된 자성체이므로 저전력으로 구동이 가능하다.

도 1은 본 발명에 의한 온수공급장치의 전체적인 구조를 보여주는 사시도,
도 2는 본 발명에 의한 온수공급장치의 내부 구조를 보여주는 부분사시도,
도 3은 본 발명에 의한 온수공급장치의 내부 구조를 보여주는 측단면도,
도 4는 본 발명에 의한 온수공급장치의 내부 구조를 보여주는 A-A 단면도,
도 5는 본 발명에 의한 온수공급장치의 내부 구조를 보여주는 B-B 단면도,
도 6은 본 발명에 의한 온수공급장치에 적용되는 자성체 구조의 일 실시예를 보여주는 예시도,
도 7은 본 발명에 의한 온수공급장치에서의 물의 흐름을 보여주는 예시도,
도 8 및 도 9는 본 발명에 의한 온수공급장치의 다른 실시예를 보여주는 예시도.

본 발명은 온수를 공급하는 장치에 관한 것으로서, 특히 온수와 난방을 공급함에 있어 친환경적이고 안전성이 뛰어나며 저전력으로 구동되도록 내부에 원주방향을 따라 원형의 히터관이 구비되고 물이 수용되는 열교환체와, 상기 열교환체의 외측을 둘러싸도록 형성되며 전류 인가시 자화되는 복수개의 코일이 감겨진 고정자를 포함하되, 상기 히터관은 내부에 고정자로 인해 형성되는 자기장에 의해 히터관을 따라 회전하는 자성체가 포함되어, 상기 자성체가 회전하며 발생하는 마찰열에 의해 물이 가열되는 것을 특징으로 하는 회전 자성체를 이용한 온수공급장치를 제안한다.

본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진자에 의하여 다양하게 변형 실시될 수 있다.

이하, 본 발명인 회전 자성체를 이용한 온수공급장치는 첨부된 도면 도 1 내지 도 9를 참고로 상세하게 설명한다.

본 발명인 회전 자성체를 이용한 온수공급장치는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 내부에 히터관(200)이 구비되고 물이 수용되는 열교환체(100)와, 상기 열교환체(100)의 외측을 둘러싸도록 형성된 고정자(300)를 포함하며, 상기 히터관(200)의 내부에는 자성체(10)가 구비된다.

보다 구체적으로, 상기 열교환체(100) 및 히터관(200)은 다양한 형태로 형성될 수 있으나, 도면에 도시된 바와 같이 상기 열교환체(100)는 원통형으로 형성됨이 바람직하며, 상기 히터관(200)은 내부에 구비된 자성체(10)가 히터관(200)을 따라 회전하는바 원형으로 형성되어 열교환체(100) 내부에 원주방향을 따라 구비됨이 바람직하다. 또한, 상기 열교환체(100)와 히터관(200)은 구리나 알루미늄 등과 같은 반자성체 성질을 가지는 물질로 형성되어 자기장의 영향을 받지 않도록 함이 바람직하다. 이하에서는 이를 전제로 설명한다.

상기 고정자(300)는 복수 개의 코일이 감겨져 있으며, 전류 인가시 자화되어 자기장을 형성한다. 이러한 고정자(300)는 내부에 열교환체(100)와 고정자(300)를 포함하는 하우징(A)의 내측면에 형성될 수 있으며, 구체적으로는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 하우징(A)의 내측면에는 열교환체(100)의 외측을 둘러싸며 내측을 향해 돌출된 스테이트 코어가 다수 개 형성되고, 각 스테이트 코어에는 코일이 감겨져 고정자(300)를 구성한다. 또한, 상기 고정자(300)는 상기 열교환체(100)와 접하지 않도록 형성됨이 바람직하다.

상기 자성체(10)는 강자성체의 성질을 가짐이 바람직하며, 이에 따라 상기 고정자(300)로 인해 형성된 자기장에 의해 히터관(200)을 따라 회전한다. 상기 히터관(200)은 자성체(10)가 회전함에 따라 마찰이 일어나 이로 인한 마찰열이 발생되어 가열되며, 히터관(200)과 접하거나 인근에 수용되어 있는 물이 상기 마찰열에 의해 가열된다. 따라서, 상기 히터관(200)은 열전도율이 높은 물질로 형성됨이 바람직하다. 한편, 상기 물은 유출입없이 히터관(200) 내부에 수용되어 있을 수 있음은 물론, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 열교환체(100)를 밀폐시키는 커버(150)에 형성된 유입구(151)와 유출구(152)를 통해 유출입될 수도 있다.

이와 같이 본 출원발명은 자성체(10)의 회전에 의한 마찰열을 이용하는바 별도의 연료를 사용하지 않고도 물을 가열할 수 있어 친환경적이며, 가열된 물 즉 온수를 사용자에게 공급하거나 온수를 이용하여 난방을 함에 있어 안전하다는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 실제로 자기장에 영향을 받는 것은 히터관(200) 내에 구비된 자성체(10)이므로 저전력으로 구동이 가능하다.

한편, 상기 히터관(200)에는 내부에 오일 등과 같이 점성(viscosity)을 가지는 점성유체가 포함되어 자성체(10)가 히터관(200)을 따라 용이하게 회전이 가능하도록 할 수 있으며, 상기 점성유체에는 산화철 등과 같은 고형물 입자가 포함되어 자성체(10)가 회전하는 과정에서 상기 고형물 입자와 부딪치며 마찰열이 증가되도록 할 수도 있다.

상기 점성유체는 윤활과 열전달이 용이한 물질로 이루어짐이 바람직한바, 일 예로 가열, 제열 등의 전열에 이용하는 합성기름인 열매체유(heating medium oil) 등이 사용될 수 있다.

상기 자성체(10)는 전체가 강자성의 성질을 가진 물질로 이루어질 수 있음은 물론, 도 6에 도시된 바와 같이 내부에 강자성의 성질을 가진 코어(11)가 포함될 수 있으며, 코어(11)를 감싸는 보호막에 다수의 구멍(12)이 형성되어 점성유체에 와류를 형성할 수 있다. 또한, 상기 보호막에 외부로 돌출된 날개가 다수 개 형성되어 점성유체에 와류를 형성할 수도 있다. 또한, 상기 보호막은 실리콘이나 플라스틱과 같이 자기력이 통과할 수 있는 물질로 이루어짐이 바람직하다.

한편, 상기 열교환체(100)는 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 내통(110)과 상기 내통(110)의 외측에 위치하는 외통(120)을 포함하여 이루어질 수 있으며, 상기 내통(110)과 외통(120) 사이에는 물이 수용되고 상기 히터관(200)이 구비되도록 함으로써, 수용된 물이 상기 히터관(200)과 접하는 면적을 늘릴 수 있어 본 발명인 온수공급장치의 효율을 높일 수 있다. 또한, 상기 히터관(200)을 열교환체(100)의 길이방향을 따라 다수 개 구비함으로써, 수용된 물이 다수의 히터관(200)에 의해 단시간 내에 가열되도록 할 수 있다.

또한, 상기 내통(110)과 외통(120) 사이에는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 열교환체(100)의 길이방향을 따라 격벽(130)이 형성되어 열교환체(100) 내에 물이 흐르는 가열유로(20)를 형성할 수 있으며, 상기 격벽(130)을 열교환체(100)의 원주방향을 따라 다수 개 배치함으로써 다수의 가열유로(20)를 형성할 수 있다. 각 가열유로(20)에는 유출입없이 물이 수용되어 있을 수 있음은 물론, 각 가열유로(20)와 연통되도록 유입구(151) 및 유출구(152)가 형성되어 물이 수용될 수도 있다. 이러한 상기 격벽(130)을 통해 히터관(200)과 물이 최대한 접하도록 하는 구성을 가지게 된다.

더욱이, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 격벽(130)에는 순환구(140)가 형성되어 인접한 가열유로(20)로 물이 이동되도록 함으로써, 물이 보다 많은 히터관(200)과 접하며 점차 가열이 이루어지도록 할 수 있으며, 상기 순환구(140)를 각 격벽(130)의 일단과 타단에 번갈아 형성함으로써, 유입된 물이 유출되기까지 최대한으로 지속적인 가열이 이루어지도록 순환하는 구조를 형성할 수 있다. 이는 도 7에 도시된 바와 같으며, 유입구(151)를 통해 일 가열유로(20)로 유입된 물은 순환구(140)를 통해 인접한 가열유로(20)로 이동하게 되는바, 열교환체(100)를 길이방향 및 원주방향을 따라 순환한 후 유출구(152)를 통해 빠져나가게 된다. 이와 같은 경우 유입구(151)와 연통되는 가열유로(20)와 유출구(152)와 연통되는 가열유로(20) 사이의 격벽(130)에는 순환구(140)가 형성되어 일부는 외부로 빠져나가고 일부는 계속 순환되도록 할 수 있으며, 이와 달리 순환구(140)가 형성되지 않아 열교환체(100)의 원주방향을 따라 물이 한 번의 순환만 하도록 할 수도 있다.

한편, 도면에 도시되지 않았으나, 상기 열교환체(100)는 다수 개가 고정자(300)의 내측에 구비될 수 있으며, 이때 일 열교환체(100)는 타 열교환체(100)와 서로 다른 반경을 가져 일 교환체(100)의 내측에 타 열교환체(100)가 배치되도록 함이 바람직하다. 다수 개의 열교환체(100)는 각각 자성체(10)가 히터관(200)의 내부를 회전하여야 하는바, 상기 고정자(300)로 인해 형성되는 자기장의 범위 내에 구비됨이 바람직하다.

또한, 본 발명인 회전 자성체를 이용한 온수공급장치는 도 8에 도시된 바와 같이 다수 개가 구비될 수 있으며, 이때 일 온수공급장치에 형성된 유입구(151)와 배출구(152)가 타 온수공급장치로 연결되어 물이 지속적으로 순환/가열되므로 넓은 범위에 온수나 난방을 공급할 수 있다.

또한, 본 발명은 다수의 영구자석을 포함하는 회전자(400)가 구비될 수 있으며, 상기 회전자(400)는 열교환체(100)를 길이방향으로 관통하여 설치된 샤프트(500)에 의해 회전하게 된다. 이때, 상기 고정자(300)의 내측에는 열교환체(100)와 회전자(400)가 구비된다. 구체적으로, 상기 회전자(400)는 도 9에 도시된 바와 같이 상기 열교환체(100)의 일측 또는 양측에 구비되거나, 도면에 도시되지는 않았으나 상기 열교환체(100)의 내측에 구비되어 회전력을 발생시킬 수 있다. 이와 같은 본 발명은 온수나 난방을 공급함과 동시에 샤프트(500)의 일측 또는 양측에 설치된 부하(600)에 회전력을 전달하게 되는바, 활용도를 향상시킬 수 있다.

일 예로 상기 부하(600)는 펌프일 수 있으며, 상기 펌프는 샤프트(500)의 일측 또는 양측에 구비될 수 있다. 이러한 펌프는 회전자(400)의 회전력을 이용하여 상기 열교환체(100) 내부, 즉 가열유로(20)로 물을 공급하는 역할을 할 수 있다.

한편, 상기 고정자(300)에 인가되는 교류 전류의 주파수는 통상 50Hz 또는 60Hz이나, 본 발명에 상기 고정자(300)에 인가되는 전류의 주파수를 조정하는 조정기를 더 포함함으로써, 통상적인 주파수보다 높거나 낮은 주파수가 인가되도록 하여 상기 자성체(10)의 회전에 의한 마찰열의 세기를 조절할 수도 있다. 또한, 상기 본 발명에는 물의 온도를 직/간접적으로 측정할 수 있는 온도감지센서를 더 구비하여 설정된 온도에 따라 상기 고정자(300)에 인가될 전류를 온(ON)/오프(OFF)시킬 수도 있다.

A : 하우징
10 : 자성체 11 : 코어
12 : 구멍 20 : 가열유로
100 : 열교환체 110 : 내통
120 : 외통 130 : 격벽
140 : 순환구 150 : 커버
151 : 유입구 152 : 유출구
200 : 히터관 300 : 고정자
400 : 회전자 500 : 샤프트
600 : 부하

Claims

내부에 원주방향을 따라 원형의 히터관(200)이 구비되고 물이 수용되는 열교환체(100)와, 상기 열교환체(100)의 외측을 둘러싸도록 형성되며 전류 인가시 자화되는 복수개의 코일이 감겨진 고정자(300)를 포함하되,
상기 히터관(200)은 내부에 고정자(300)로 인해 형성되는 자기장에 의해 히터관(200)을 따라 회전하는 자성체(10)가 포함되어, 상기 자성체(10)가 회전하며 발생하는 마찰열에 의해 물이 가열되는 것을 특징으로 하는 회전 자성체를 이용한 온수공급장치.
제1항에 있어서,
상기 열교환체(100)는 내통(110)과 상기 내통(110)의 외측에 위치하는 외통(120)을 포함하되,
상기 내통(110)과 외통(120) 사이에는 물이 수용되고 상기 히터관(200)이 열교환체(100)의 길이방향을 따라 다수 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 회전 자성체를 이용한 온수공급장치.
제2항에 있어서,
상기 내통(110)과 외통(120) 사이에는 열교환체(100)의 길이방향을 따라 형성된 격벽(130)이 열교환체(100)의 원주방향을 따라 다수 개가 배치되어 가열유로(20)를 형성하는 것을 특징으로 하는 회전 자성체를 이용한 온수공급장치.
제3항에 있어서,
상기 격벽(130)에는 순환구(140)가 형성되어 인접한 가열유로(20)로 물이 이동되되,
상기 순환구(140)는 각 격벽(130)의 일단과 타단에 번갈아 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 자성체를 이용한 온수공급장치.
제1항에 있어서,
상기 히터관(200)은 내부에 점성을 가지는 점성유체가 포함되어 자성체(10)의 회전을 용이하게 하되,
상기 점성유체는 고형물 입자가 포함되어 마찰열이 증가되는 것을 특징으로 하는 회전 자성체를 이용한 온수공급장치.
제5항에 있어서,
상기 자성체(10)는 다수의 구멍(12)이나 다수의 날개가 형성되어 점성유체에 와류를 형성하는 것을 특징으로 하는 회전 자성체를 이용한 온수공급장치.
제5항에 있어서,
상기 점성유체는 열매체유(heating medium oil)로 이루어져 윤활과 열전달이 용이한 것을 특징으로 하는 회전 자성체를 이용한 온수공급장치.
제1항에 있어서,
상기 열교환체(100)는 다수 개가 고정자(300)의 내측에 구비되는 것을 특징으로 하는 회전 자성체를 이용한 온수공급장치.
제1항에 있어서,
상기 고정자(300)에 인가되는 전류의 주파수를 조정하는 조정기를 더 포함하여, 상기 자성체(10)의 회전에 의한 마찰열의 세기를 조절하는 것을 특징으로 하는 회전 자성체를 이용한 온수공급장치.
제1항에 있어서,
상기 열교환체(100)를 길이방향으로 관통하여 설치된 샤프트(500)에 의해 회전하며 다수의 영구자석을 포함하는 회전자(400)를 더 포함하며, 상기 고정자(300)의 내측에는 열교환체(100)와 회전자(400)가 구비된 것을 특징으로 하는 회전 자성체를 이용한 온수공급장치.
제10항에 있어서,
상기 샤프트(500)의 일측에 펌프가 구비되되,
상기 펌프는 회전자(400)의 회전력을 이용하여 상기 열교환체(100) 내부로 물을 공급하는 것을 특징으로 하는 회전 자성체를 이용한 온수공급장치.
제1항에 있어서,
상기 물의 온도를 측정할 수 있는 온도감지센서를 더 구비되어, 설정된 온도에 따라 상기 고정자(300)에 인가될 전류를 온(ON)/오프(OFF)시키는 것을 특징으로 하는 회전 자성체를 이용한 온수공급장치.