KR101585570B1

KR101585570B1 - 영구자석을 이용한 와전류 보일러

Info

Publication number: KR101585570B1
Application number: KR1020150026619A
Authority: KR
Inventors: 홍복식
Original assignee: 주식회사 에너테크
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2016-01-14

Abstract

본 발명은 영구자석을 이용한 와전류 보일러에 관한 것으로, 회전자를 복수 개의 원판형 회전자들로 나누어 일정 간격으로 회전축에 삽입 체결함으로써, 분해조립이 완전 가능하여 운반 및 부품 교환이 용이할 뿐만 아니라 회전자 몸체 등으로 열전달이 용이하도록 하여 영구자석의 불가역감자를 막아 수명을 높일 수 있고, 복수 개의 금속 급수관들 양측에 수밀성 있게 냉, 온수통을 구비함으로써, 충분한 양의 온수를 얻을 수 있는 와전류 보일러를 제공한다.

Description

영구자석을 이용한 와전류 보일러{EDDY CURRENT BOILER USING PERMANENT MAGNET}

본 발명은 보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 영구자석이 배치된 회전자를 회전시켰을 때 회전자 주위에 배치된 금속 급수관에 와전류가 생기고, 이러한 와전류에 의하여 금속 급수관을 가열시켜 온수를 제공하는 영구자석을 이용한 와전류 보일러에 관한 것이다.

온수를 얻기 위한 보일러의 에너지원으로 종래부터 석탄, 중유, 액화가스 등이 사용되고 있는데, 이들은 유독 배출가스로 인하여 대기오염의 원인이 되고 있다.

따라서 최근에는 풍력 등 대체 에너지를 이용하는 발열 장치에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 그 중에는 와전류를 이용한 발열기의 개발(대한기계학회논문집 B권, 제33권 제8호, pp. 565~572, 2009), 한국공개특허 제10-2012-0109210호(와전류 유도 발열장치를 이용한 냉난방시스템) 및 한국공개특허 제10-2012-0130881호(입력 부하를 최소화하는 와전류 유도 발열장치를 이용한 냉난방시스템) 등이 있다.

와전류(eddy current)란 교번하는 교류 자계 내에 있는 도체에 전자기 유도 현상에 의하여 자계의 변화를 억제하기 위해 소용돌이 형태로 발생하는 전류를 말한다. 이러한 와전류는 영구자석 등 자성체의 운동을 방해하는 방향으로 자기장이 형성되어 제동효과가 있게 된다.

상기 선행기술들은 모두 공통으로 영구자석을 회전시켜 주위에 배치된 금속 급수관에 와전류가 생기게 하고, 이러한 와전류에 의하여 금속 급수관을 가열시켜 온수를 얻고자 하는 기술을 개시하고 있다.

그런데, 상기 선행논문은 금속 급수관이 하나의 원통형 외통을 이루어 영구자석으로 이루어진 회전자의 회전에 제동력이 크게 작용하는 문제점이 있다.

그리고, 상기 선행특허문헌들은 상기 선행논문의 문제점을 해결하기 위해 복수 개의 영구자석으로 회전자를 이루고 복수 개의 금속 바로 회전자 둘레로 배치하고, 각 금속 바 내부에 회전축과 평행하게 일정 간격으로 액체통로를 지그재그로 형성하거나, 자석부와 근접한 면적을 줄여 부하를 최소화하기 위해 반원형 동관, 각관 등으로 액체통로를 이루는 구성을 개시하고 있으나, 회전축에 자석부가 부채꼴 모양으로 체결되어 고속 회전시 자석부가 이탈되는 문제점이 있고, 자석부가 길이방향으로 길게 통으로 부착되어 자석부가 용이하게 과열되기 쉬울 뿐만 아니라 일부 교체시 많은 비용이 드는 문제점이 있고, 나아가 충분한 온수를 얻기 어려운 구조이어서 온수 보일러로 상용화하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 완전 분해조립이 가능하여 운반 및 부품 교환이 용이하고, 회전자 몸체 등으로 열전달이 용이하도록 하여 영구자석의 수명을 높이며, 복수 개의 금속 급수관 양측에 수밀성 있게 냉, 온수통을 구비하여 충분한 온수를 얻도록 한 영구자석을 이용한 와전류 보일러를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 와전류 보일러는 동력을 전달하는 회전축; 상기 회전축에 삽입 체결되고 원주 방향을 따라 일정 간격으로 형성된 복수 개의 홈에 영구자석이 반경 방향으로 N, S극을 번갈아 배치된 2개 이상의 원판형 회전자들; 상기 회전자들과 상기 반경 방향으로 일정 거리 이격되며 상기 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배치된 복수 개의 금속 급수관들; 상기 회전축 및 상기 금속 급수관들을 좌, 우측에서 삽입 지지하는 좌, 우측 지지패널; 및 상기 좌측 지지패널의 좌측 편 및 상기 우측 지지패널의 우측 편에 상기 금속 급수관들의 각 입수구 또는 출수구를 감싸도록 구비된 냉수통 및 온수통을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 회전축은 길이방향으로 직경이 서로 다른 복수 개의 축 봉들로 이어지되, 상기 축 봉들 중 직경이 가장 작은 제 1 축 봉에는 동력 전달 키 홈이 형성되고, 상기 제 1 축 봉보다 직경이 큰 제 2 축 봉은 상기 제 1 축 봉에 이어지며 단차를 이루고 상기 제 1 축 봉 쪽의 일 측에 나사 홈이 형성되고, 상기 나사 홈에서 길이방향으로 가며 회전자 고정 키 홈이 형성되고, 상기 회전자 고정 키 홈의 끝단에는 상기 제 2 축 봉보다 직경이 큰 제 3 축 봉이 소정의 길이로 이어지고, 상기 제 3 축 봉의 끝단에는 상기 제 1 축 봉 또는 상기 제 2 축 봉과 직경이 동일한 제 4 축 봉으로 연결된 것을 본 발명에 의한 와전류 보일러의 다른 특징으로 한다.

상기 회전자들은 상기 회전자 고정 키 홈에 회전자 고정 키를 삽입한 후 가운데 형성된 축 삽입 관통 공과 키 홈을 통하여 상기 회전축에 삽입 체결되되, 상기 회전자들보다 직경이 작고 상기 제 2 축 봉보다 직경이 큰 원통형 간격 유지 부재를 사이에 두며 상기 회전자들과 같은 방식으로 삽입한 후 상기 나사 홈에 너트를 조여 상기 회전축에 고정되도록 한 것을 본 발명에 의한 와전류 보일러의 다른 특징으로 한다.

상기 회전자들은 각각 상기 회전축에 삽입 체결되도록 가운데 축 삽입 관통 공과 키 홈이 형성되며 바깥 가장자리로 상기 영구자석이 복수 개 배치된 원판형 회전 몸체와 상기 원판형 회전 몸체의 양 측면에 부착되어 상기 영구자석을 고정시키는 좌, 우 고정 링 판을 포함하여 구성된 것을 본 발명에 의한 와전류 보일러의 다른 특징으로 한다.

상기 원판형 회전 몸체는 상기 원주 방향을 따라가며 상기 회전축의 축 방향과 평행한 방향으로 그리고 상기 반경 방향으로 바깥보다 안쪽이 넓은 상협하광의 형상으로 상기 복수 개의 홈이 형성되고, 상기 영구자석은 상기 상협하광의 형상에 대응되게 제작되어 상기 복수 개의 홈에 측면에서 상기 축 방향으로 밀어서 끼워지고, 상기 좌, 우 고정 링 판으로 하부 일부를 덮어 고정된 것을 본 발명에 의한 와전류 보일러의 다른 특징으로 한다.

상기 영구자석은 상기 반경 방향의 단면이 사다리꼴인 것을 본 발명에 의한 와전류 보일러의 다른 특징으로 한다.

상기 좌, 우측 지지패널은 동일한 형상으로 각각 상기 회전축 및 상기 금속 급수관들이 삽입되는 복수 개의 관통 공과 상기 냉수통 또는 상기 온수통을 일 측면에 부착하기 위한 복수 개의 볼트 체결 홈이 형성된 좌, 우측 지지 몸체; 상기 각 지지 몸체와 상기 냉수통 또는 상기 온수통 사이에는 상기 지지 몸체의 관통 공과 볼트 체결 홈에 대응되는 위치에 복수 개의 관통 공이 형성된 누수 방지 판; 및 상기 각 지지 몸체와 상기 누수 방지 판 사이에는 상기 금속 급수관들의 양측 끝단의 둘레에 끼워지는 복수 개의 O-링들을 포함하여 구성된 것을 본 발명에 의한 와전류 보일러의 다른 특징으로 한다.

상기 냉수통 및 상기 온수통은 동일한 형상으로 각각 동일 평면상에 내, 외측 플랜지를 갖고, 상기 내, 외측 플랜지와 상기 누수 방지 판 사이에는 직경이 서로 다른 수밀성 링 판이 더 체결된 것을 본 발명에 의한 와전류 보일러의 다른 특징으로 한다.

상기 좌, 우측 지지 몸체는 각각 상기 회전자들을 향한 면에는 베어링 삽입 홈이 반대편에는 상기 O-링들을 끼울 복수 개의 O-링 삽입 홈들이 더 형성된 것을 본 발명에 의한 와전류 보일러의 다른 특징으로 한다.

상기 좌, 우측 지지패널은 상기 금속 급수관들의 외측으로 복수 개의 간격 유지 봉을 사이에 두고 볼트로 체결 고정된 것을 본 발명에 의한 와전류 보일러의 다른 특징으로 한다.

상기 회전자들과 상기 금속 급수관들은 각각 상기 반경 방향으로 3~7mm 이격된 것을 본 발명에 의한 와전류 보일러의 다른 특징으로 한다.

상기 영구자석은 사마륨 코발트(SmCo) 자석인 것을 본 발명에 의한 와전류 보일러의 다른 특징으로 한다.

본 발명은 회전자를 복수 개의 원판형 회전자들로 나누어 일정 간격으로 회전축에 삽입 체결함으로써, 분해조립이 완전 가능하여 운반 및 부품 교환이 용이할 뿐만 아니라 회전자 몸체 등으로 열전달이 용이하도록 하여 영구자석의 불가역감자를 막아 수명을 높일 수 있고, 복수 개의 금속 급수관들 양측에 수밀성 있게 냉, 온수통을 구비함으로써, 충분한 양의 온수를 얻을 수 있게 된 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 와전류 보일러의 모습을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 와전류 열교환기에 대한 구성을 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 3에서 회전축 방향으로 바라본 모습과 부분을 확대한 도면이다.
도 5는 도 3의 회전축의 구성과 회전축에 복수 개의 원판형 회전자들이 체결되는 모습을 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5의 각 회전자에 대한 구성을 보여주는 분해 사시도이다.
도 7은 도 5에서 회전축 방향으로 바라본 회전자 모습을 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 A부분을 확대한 도면이다.
도 9는 다른 실시 예로 영구자석이 회전자 몸체에 체결된 모습을 도시한 도면이다.
도 10은 도 2에서 와전류 열교환기를 향한 좌측 지지패널의 일 측면을 보여주는 도면이다.
도 11은 도 10에 도시된 좌측 지지패널의 반대 측면의 모습을 보여주는 도면이다.
도 12는 도 2에서 좌측 지지 몸체와 냉수통 또는 온수통 사이에 체결되는 누수 방지 판의 모습을 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 실시 예에 의한 와전류 보일러는, 도 1 및 도 2에 예시된 바와 같이, 와전류 열교환기(100), 상기 와전류 열교환기(100)를 양측에서 지지하는 좌, 우측 지지패널(310, 320), 상기 좌측 지지패널(310)의 좌측 편 및 상기 우측 지지패널(320)의 우측 편에 상기 와전류 열교환기(100)의 입수구 또는 출수구를 감싸도록 구비된 냉수통 및 온수통(1100, 1200)을 포함하여 구성되고, 여기서 상기 좌, 우측 지지패널(310, 320)은 복수 개의 간격 유지 봉(200)을 사이에 두고 체결 고정될 수 있다.

상기 와전류 열교환기(100)는 영구자석을 회전시키는 수단과 회전하는 영구자석 주변에 배치되어 와전류에 의한 가열로 온수를 제공하는 하나 이상의 금속 급수관으로 구성될 수 있으나, 도 3 내지 도 6에 예시된 바와 같이, 동력을 전달하는 회전축(110); 상기 회전축에 삽입 체결되고 원주 방향을 따라 일정 간격으로 형성된 복수 개의 홈(123)에 영구자석(125)이 반경 방향으로 N, S극을 번갈아 배치된 2개 이상의 원판형 회전자들(120); 및 상기 회전자들과 상기 반경 방향으로 일정 거리 이격되며 상기 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배치된 복수 개의 금속 급수관들(130)로 구성됨이 바람직하다.

이때, 상기 회전축(110) 및 상기 금속 급수관들(130)은 상기 좌, 우측 지지패널(310, 320)에 각각 좌, 우측으로 삽입되어 지지하게 되고, 상기 냉수통 및 온수통(1100, 1200)은 상기 금속 급수관들(130)의 각 입수구 또는 출수구를 감싸며 상기 좌측 지지패널(310)의 좌측 편과 상기 우측 지지패널(320)의 우측 편에 부착하게 된다.

상기와 같이, 영구자석이 부착된 회전자를 복수 개의 원판형 회전자들(120)로 나누어 일정 간격으로 회전축에 삽입 체결함으로써, 분해조립이 완전 가능하여 운반 및 부품 교환이 용이할 뿐만 아니라 회전자 몸체 등으로 열전달이 용이하도록 하여 영구자석의 수명을 높일 수 있고, 복수 개의 금속 급수관 양측에 수밀성 있게 냉, 온수통(1100, 1200)을 구비함으로써, 충분한 양의 온수를 얻을 수 있게 된다.

즉, 종래 영구자석이 회전축의 길이 방향으로 통으로 부착된 것이 아니라, 도 3과 같이, 영구자석(125)이 가장자리 둘레의 원주 방향을 따라 N, S극 교대로 부착된 복수 개의 원판형 회전자들(120)이 일정 간격으로 회전축(110)에 삽입 체결됨으로써, 도 4와 같이, 영구자석(125)에서 일정거리(d) 떨어져 배치된 복수 개의 금속 급수관들(130)에서 영구자석(125)의 자계 변화를 방해하는 방향으로 와전류가 생기고, 다시 와전류에 의하여 영구자석(125)에 역 자계(감 자계)가 미치게 되어, 결국 영구자석(125)은 이웃한 영구자석에 의한 자계 뿐만 아니라 금속 급수관들(130)의 와전류에 의한 역 자계 속에 놓이게 됨으로써, 제동효과는 물론 영구자석(125)은 히스테리손실 및 자석내 와전류손실에 의한 열이 발생하게 된다.

영구자석은 크게 페라이트(Ferrite)계 자석, 알니코(AlNiCo)계 자석 및 희토류(Rare Earth)계 자석으로 분류되고, 페라이트(Ferrite)계 자석은 바륨 페라이트(BaFe), 스트론튬 페라이트(SrFe)가 있는데 알니코계 자석보다 높은 보자력(Hr)을 갖지만 잔류자속밀도(Br)는 낮다. 그리고 희토류계 자석은 사마륨 코발트(SmCo) 자석과 네오디뮴(NdFeB) 자석이 있는데, 이들은 모두 페라이트계 자석 및 알니코계 자석 보다 높은 보자력과 잔류자속밀도를 가지나, 온도가 상승할수록 보자력과 잔류자속밀도가 감소하는 특성이 있기 때문에 고온 불가역감자에 주의해야 한다. 특히, 네오디뮴 자석은 사마륨 코발트 자석보다 보자력과 잔류자속밀도가 높지만 온도특성이 나빠 온도가 높아질수록 자속밀도의 하락이 심하여 80℃가 넘는 환경에서는 사용하기 어렵고, 쉽게 산화되어 코팅처리 등이 요구되는 단점이 있다.

따라서, 희토류계 자석으로 와전류 열교환기(100)를 설계함에 있어, 금속 급수관들(130) 주위에 배치된 영구자석(125)의 온도는 80℃를 넘지 않도록 해야 한다.

그런데, 상술한 바와 같이, 온수관인 금속 급수관들(130) 가까이 배치시켜 영구자석(125)을 회전시킬 때, 금속 급수관들(130)로부터 전달되는 열뿐만 아니라 영구자석(125)에서 히스테리손실 및 자석내 와전류손실에 의한 열로 쉽게 불가역감자 상태로 변하여, 특별한 열 배출 수단을 강구하지 않는 한 수시로 영구자석(125)을 교체해주어야 하는 문제점이 있다.

이에 상술한 실시 예에서는, 종래와 같이 영구자석이 회전축의 길이 방향으로 통으로 부착한 것이 아니라, 도 3과 같이, 복수 개의 원판형 회전자들(120)로 절단하여 일정 간격으로 회전축(110)에 삽입 체결함으로써, 각 회전자(120)의 가장자리 둘레에 부착된 영구자석(125)의 열이, 도 5 및 도 6과 같이, 사이는 물론 원판형 회전 몸체(122)를 통하고, 이어 회전축(110)을 통하여 외부로 빠져나가도록 한 것이다.

따라서, 상기 원판형 회전 몸체(122) 및 상기 회전축(110)은 열 전도성이 높은 물질로 형성함이 바람직하다.

상술한 실시 예의 구성에 의하여, 3상 전동모터를 회전축(110)에 연결하여 전동모터의 최대부하인 1750rpm까지 회전자들(120)을 회전시켜 구동하여도 영구자석(125)의 온도는 70℃ 이상 올라가지 않았음을 확인하였다. 따라서, 네오디뮴 자석도 사용할 수 있었다. 다만, 네오디뮴 자석은 구동 초기에는 약한 부하가 걸려 구동이 용이하나 고속회전시 부하가 많이 걸리는 문제점이 있어, 풍력 등 자연력으로 저속으로 회전축(110)에 동력을 전달할 경우에는 사용할 수 있으나, 전동모터의 최대부하까지 구동을 하기 위해서는 사마륨 코발트 자석으로 사용함이 바람직하다.

그리고, 도 4와 같이, 상기 회전자들(120)과 상기 금속 급수관들(130) 사이의 이격 거리(d)는 상기 반경 방향으로 3~7mm로 함이 바람직하다. 이는 3mm 미만으로 이격될 경우에는 150~200℃ 되는 금속 급수관들(130)의 열이 영구자석(125)에 그대로 전달하게 되는 문제가 있을 뿐만 아니라 부하(제동력)가 많이 걸려 금속 급수관들(130)이 왜곡하게 되는 문제점이 있고, 그렇다고 7mm 초과하여 떨어져 배치하게 되면 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

가장 바람직한 이격 거리(d)는 5mm이고, 이러한 이격 상태에서 3상 전동모터를 회전축(110)에 연결하여 전동모터의 최대부하인 1750rpm까지 회전자들(120)을 회전시켰을 때, 금속 급수관들(130)의 온도는 200℃ 가까이 올라갔고, 이러한 금속 급수관들(130)에 분당 80리터의 속도로 물을 냉수통으로부터 온수통으로 흘려보내어 온수통에서 냉수통의 물보다 6℃ 높은 온수를 얻을 수 있었다. 이러한 사실로부터, 냉수통에서 온수통으로 유입되는 물의 흐름 속도를 조절하면 충분히 높은 온도차를 갖는 온수를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

도 1에서 도면부호 1100이 냉수통이면 1200은 온수통이 되고, 1200이 냉수통이면 1100은 온수통이 된다. 냉, 온수통에는 각각 입수관 및 출수관(1142, 1242)이 연결하게 된다.

이하에서는, 상술한 실시 예의 각 구성에 대한 구체적인 실시 예로 첨부된 도면을 참조하며 설명한다.

우선, 상기 회전축(110)은 다양한 형태로 형성되어 복수 개의 원판형 회전자들(120)에 동력을 전달할 수 있으나, 도 5(a)와 같이, 길이방향으로 직경(φ)이 서로 다른 복수 개의 축 봉들(112, 114, 116, 118)로 이어지되, 상기 축 봉들 중 직경이 가장 작은 제 1 축 봉(112)에는 동력 전달 키 홈(111)이 형성되고, 상기 제 1 축 봉보다 직경이 큰 제 2 축 봉(114)은 상기 제 1 축 봉에 이어지며 단차를 이루고 상기 제 1 축 봉(112) 쪽의 일 측에 나사 홈(113)이 형성되고, 상기 나사 홈에서 길이방향으로 가며 회전자 고정 키 홈(115)이 형성되고, 상기 회전자 고정 키 홈의 끝단에는 상기 제 2 축 봉보다 직경이 큰 제 3 축 봉(116)이 소정의 길이로 이어지고, 상기 제 3 축 봉의 끝단에는 상기 제 1 축 봉(112) 또는 상기 제 2 축 봉(114)과 직경이 동일한 제 4 축 봉(118)으로 연결될 수 있다.

상기와 같이 회전축(110)을 형성할 경우에는 상기 제 3 축 봉(116)의 직경으로 소정의 길이를 갖는 하나의 축 봉으로 절삭 가공하여 상기 제 1, 2, 3, 4 축 봉(112, 114, 116, 118)을 일체로 만들 수 있는 있고, 여기에 상기 동력 전달 키 홈(111), 상기 회전자 고정 키 홈(115) 및 상기 나사 홈(113)을 형성하면 되므로 가공이 간단한 장점이 있게 된다.

그리고, 상기 회전자들(120)은, 도 5(b) 및 도 6과 같이, 상기 회전자 고정 키 홈(115)에 회전자 고정 키(117)를 삽입한 후 가운데 형성된 축 삽입 관통 공(121)과 키 홈을 통하여 상기 회전축(110)에 삽입 체결하되, 상기 회전자들(120)보다 직경이 작고 상기 제 2 축 봉(114)보다 직경이 큰 원통형 간격 유지 부재(119)를 사이에 두며 상기 회전자들(120)과 같은 방식으로 삽입한 후 상기 나사 홈(113)에 너트(113')를 조여 상기 회전축(110)에 고정되도록 할 수 있다.

따라서, 직경이 서로 다른 복수 개의 축 봉들(112, 114, 116, 118)로 이어져 단차진 회전축(110)을 이용할 경우, 필요한 회전자들(120)을 얼마든지 원통형 간격 유지 부재(119)를 사이에 두며 삽입한 후, 상기 나사 홈(113)에 너트(113')만 조여줌으로써, 간단히 회전자들(120)을 회전축(110)에 삽입 고정할 수 있어 분해 조립의 완전성을 기할 수 있고, 작업시간의 단축, 운반 및 부품 교환이 용이하게 된다.

여기서, 상기 회전자들(120)은 다양한 형상으로 가공될 수 있으나, 도 6과 같이, 각각 상기 회전축(110)에 삽입 체결되도록 가운데 축 삽입 관통 공(121)과 키 홈이 형성되며 바깥 가장자리로 상기 영구자석(125)이 홈(123)에 복수 개 배치된 원판형 회전 몸체(122)와 상기 원판형 회전 몸체의 양 측면에 부착되어 상기 영구자석(125)을 고정시키는 좌, 우 고정 링 판(124)을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 원판형 회전 몸체(122)는, 도 6 내지 도 8과 같이, 상기 원주 방향을 따라가며 상기 회전축(110)의 축 방향과 평행한 방향으로 그리고 상기 반경 방향으로 바깥보다 안쪽이 넓은 상협하광의 형상으로 상기 복수 개의 홈(123)이 형성되고, 상기 영구자석(125)은 상기 상협하광의 형상에 대응되게 제작되어 상기 복수 개의 홈(123)에 측면에서 상기 축 방향으로 밀어서 끼워지고, 상기 좌, 우 고정 링 판(124)으로 하부 일부를 덮어 좌, 우 측면으로 이탈하지 않도록 고정하게 된다.

상기 원판형 회전 몸체(122)와 상기 좌, 우 고정 링 판(124)의 체결은, 도 6과 같이, 원판형 회전 몸체(122) 및 좌, 우 고정 링 판(124)에 각각 형성된 복수 개의 관통 공들(127, 129)에 각각 체결 볼트(126)를 삽입하고 너트(128)로 조여 고정하게 된다.

도 7은 도 5에서 회전축(110) 방향으로 바라본 회전자(120)의 모습 즉, 원판형 회전 몸체(122)에 좌, 우 고정 링 판(124)이 체결된 모습을 도시한 것이고, 도 8은 도 7의 A부분을 확대한 도면이다. 도 8에서 영구자석(125)은 반경 방향의 단면이 사다리꼴인 것으로 상협하광의 형상을 하고 있는 것을 보여주고, 도면부호 125a는 사다리꼴인 영구자석(125) 하부가 좌, 우 고정 링 판(124)으로 일부를 덮여진 부분을 도시한 것이다.

도 9는 다른 실시 예로 다른 단면 형상을 갖는 영구자석(125')이 회전자 몸체에 체결된 모습을 도시한 도면이다. 도 8 및 도 9로부터 영구자석의 반경 방향 단면 형상은 상협하광의 형상을 갖는 한 도면에서 제시된 구체적 형상에 한정되지 않음을 쉽게 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 영구자석(125)의 반경 방향 단면 형상이 상협하광의 형상을 갖고, 좌, 우 고정 링 판(124)으로 하부 일부를 양측에서 덮어 고정하게 되면, 회전자들(120)이 고속으로 회전되어도 영구자석(125)은 홈(123) 및 좌, 우 고정 링 판(124)에 걸려 이탈하지 않게 된다.

상기 좌, 우측 지지패널(310, 320)은, 도 2 및 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 동일한 형상으로 와전류 열교환기(100)를 향해 대칭적으로 체결되고(따라서, 이하 설명은 좌측 지지패널을 기준으로 함) 각각 상기 회전축(110) 및 상기 금속 급수관들(130)이 삽입되는 복수 개의 관통 공(314, 316)과 상기 냉수통 또는 상기 온수통(1100)을 일 측면에 부착하기 위한 복수 개의 볼트 체결 홈(313, 317)이 형성된 좌, 우측 지지 몸체(311); 상기 각 지지 몸체(311)와 상기 냉수통 또는 상기 온수통(1100) 사이에는 상기 지지 몸체의 관통 공(314, 316)과 볼트 체결 홈(313, 317)에 대응되는 위치에 복수 개의 관통 공(613, 614, 616, 617)이 형성된 누수 방지 판(610); 및 상기 각 지지 몸체(311)와 상기 누수 방지 판(610) 사이에는 상기 금속 급수관들(130)의 양측 끝단의 둘레에 끼워지는 복수 개의 O-링들(510)을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 도 10은 도 2에서 와전류 열교환기(100)를 향한 좌측 지지패널(310)의 일 측면(후면)을 보여주는 도면이고, 도 11은 도 10에 도시된 좌측 지지패널(310)의 반대 측면(정면)의 모습을 보여주는 도면이다. 그리고, 도 12는 도 2에서 좌측 지지 몸체(311)와 냉수통 또는 온수통(1100) 사이에 체결되는 누수 방지 판(610)의 모습을 도시한 도면이다.

상기와 같이 구성을 함으로써, 좌, 우측 지지패널(310, 320)에 금속 급수관들(130)이 삽입되는 좌, 우측 지지 몸체(311)의 복수 개 관통 공(314) 및 좌, 우측 누수 방지 판(610)의 복수 개 관통 공(614)을 각각 회전축(110)이 삽입되는 관통 공(316, 616)으로부터 일정거리 떨어져 형성함으로써, 도 4의 이격 거리(d)를 조절할 수 있게 된다.

그리고, 복수 개의 금속 급수관들(130) 양측에 수밀성 있게 냉, 온수통(1100, 1200)을 구비함으로써, 충분한 양의 온수를 얻을 수 있게 된다.

상기 수밀성을 높이기 위해, 상기 냉수통 및 온수통(1100, 1200)은, 도 2와 같이, 동일한 형상으로 각각 동일 평면상에 내, 외측 플랜지(1110, 1120; 1210, 1220)를 갖고, 상기 내, 외측 플랜지(1110, 1120; 1210, 1220)와 상기 누수 방지 판(610, 620) 사이에는 직경이 서로 다른 수밀성 링 판(810, 910; 820, 920)이 소정의 볼트들(1112, 1122; 1212, 1222)로 더 체결되는 것이 바람직하다.

상기 냉수통 및 온수통(1100, 1200)은, 도 2와 같이, 각각 전방은 폐쇄되고 후방은 내, 외측 플랜지를 가지며 개방된 링 형상의 원통(1130, 1230)으로 형성되고, 일 측에는 출수구 또는 입수구(1140)가 부착되어 각각 출수관 및 입수관(1142, 1242)에 연결될 수 있다.

상기 좌, 우측 지지패널(310, 320)의 각 지지 몸체(311)에는, 도 2, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 각각 상기 회전자들(120)을 향한 면에는 베어링 삽입 홈(317)이 반대편에는 상기 O-링들(510, 520)을 끼울 복수 개의 O-링 삽입 홈들(315)이 더 형성될 수 있다.

도 2에서 도면부호 410 및 420은 좌, 우측 지지패널(310, 320)의 각 지지 몸체에 형성된 베어링 삽입 홈(317)에 끼워져 회전축(110)을 지지하는 베어링 부재를 가리킨다.

상기 좌, 우측 지지패널(310, 320)은, 도 1 및 도 2와 같이, 상기 금속 급수관들(130)의 외측으로 복수 개의 간격 유지 봉(200)을 사이에 두고 볼트(710, 720)로 체결 고정될 수 있다.

도 2는 도 1의 분해 사시도로, 도 1의 와전류 보일러가 어떻게 체결될 수 있는지를 보여준다. 도 2를 참조하여 와전류 보일러의 체결에 대하여 간단히 설명하면, 하기와 같다.

우선, 도 5(b)에 도시된 방법으로 복수 개의 회전자들(120)을 회전축(110)에 체결한 다음, 좌, 우측 지지패널(310, 320)의 각 지지 몸체(311) 가운데 관통 공(316)과 베어링 삽입 홈(317)에 베어링 부재(410, 420)를 통해 끼운다.

이어, 복수 개의 금속 급수관들(130)을 좌, 우측 지지패널(310, 320)의 각 지지 몸체(311) 바깥 관통 공(314)에 하나씩 끼운다. 이때, 각 금속 급수관(130)의 양단이 지지 몸체(311)에서 회전자들(120) 반대편으로 약간씩 나오도록 하고, 나온 양단 둘레에 O-링(510, 520)을 끼운다.

이어, 좌, 우측 누수 방지 판(610, 620)을 각 지지 몸체(311)의 바깥면(회전자들 반대편)에 부착하며 복수 개의 관통 공(614, 616)을 통해 회전축(110)의 제 1 축 봉(112)과 복수 개의 금속 급수관들(130)의 각 양단이 삽입되어 돌출되도록 한다.

이어, 좌, 우측 지지패널(310, 320) 사이에 금속 급수관들(130)의 외측으로 복수 개의 간격 유지 봉(210)을 두고 좌, 우측 누수 방지 판(610, 620) 및 좌, 우측 지지 몸체(311)의 각 외측으로 형성된 복수 개의 관통 공(312, 612)에 와셔(220, 720, 722)를 사이에 두고, 복수 개의 볼트들(710, 712)을 간격 유지 봉(210) 양단에 박아 체결한다.

이어, 좌, 우측 누수 방지 판(610, 620) 상에 돌출된 금속 급수관들(130)을 감싸며 냉수통 및 온수통(1100, 1200)을 부착한다. 이때, 좌, 우측 각각에 직경이 서로 다른 수밀성 링 판(810, 910)(820, 920)을 사이에 두고 내, 외측 플랜지 및 좌, 우측 누수 방지 판(610, 620)에 형성된 복수 개의 관통 공(613, 617)과 볼트 체결 홈(313, 317)에 볼트들(1112, 1122; 1212, 1222)을 체결하여 냉수통 및 온수통(1100, 1200)을 고정한다.

마지막으로, 냉수통 및 온수통(1100, 1200)의 각 일 측에 형성된 출수구 또는 입수구(1140)에 각각 출수관 및 입수관(1142, 1242)을 끼워 조립을 완성한다.

도 2에 도시된 와전류 보일러의 분해시에는 상기 체결 순서를 반대로 진행하면 되므로, 분해 및 조립의 완전성을 기할 수 있게 된다.

이상으로 첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였으나, 이상 설명된 내용을 기초로 다양하게 응용하여 실시될 수 있다. 예를 들어, 회전축(110)의 제 1 축 봉(112)에는 동력 전달 키 홈(111)이 형성되어 있는데, 여기에는 전동모터뿐만 아니라 풍력 등 자연력을 이용한 다양한 동력원이 연결될 수 있다. 그리고, 첨부된 도면은 일 예시에 불과하고 이를 이용한 다양한 형상의 구성도 가능하다 할 것인데, 이는 이상 설명된 내용으로 용이하게 실시할 수 있다할 것이다.

100: 와전류 열교환기 112: 제 1 축 봉
200: 간격 유지 봉 310, 320: 좌, 우측 지지패널
1100, 1200: 냉수통 또는 온수통 1142, 1242: 출수관 또는 입수관

Claims

동력을 전달하는 회전축;
상기 회전축에 삽입 체결되고 원주 방향을 따라 일정 간격으로 형성된 복수 개의 홈에 영구자석이 반경 방향으로 N, S극을 번갈아 배치된 2개 이상의 원판형 회전자들;
상기 회전자들과 상기 반경 방향으로 일정 거리 이격되며 상기 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배치된 복수 개의 금속 급수관들;
상기 회전축 및 상기 금속 급수관들을 좌, 우측에서 삽입 지지하는 좌, 우측 지지패널; 및
상기 좌측 지지패널의 좌측 편 및 상기 우측 지지패널의 우측 편에 상기 금속 급수관들의 각 입수구 또는 출수구를 감싸도록 구비된 냉수통 및 온수통을 포함하여 구성되되,
상기 좌, 우측 지지패널은 동일한 형상으로 각각 상기 회전축 및 상기 금속 급수관들이 삽입되는 복수 개의 관통 공과 상기 냉수통 또는 상기 온수통을 일 측면에 부착하기 위한 복수 개의 볼트 체결 홈이 형성된 좌, 우측 지지 몸체;
상기 각 지지 몸체와 상기 냉수통 또는 상기 온수통 사이에는 상기 지지 몸체의 관통 공과 볼트 체결 홈에 대응되는 위치에 복수 개의 관통 공이 형성된 누수 방지 판; 및
상기 각 지지 몸체와 상기 누수 방지 판 사이에는 상기 금속 급수관들의 양측 끝단의 둘레에 끼워지는 복수 개의 O-링들을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
동력을 전달하는 회전축;
상기 회전축에 삽입 체결되고 원주 방향을 따라 일정 간격으로 형성된 복수 개의 홈에 영구자석이 반경 방향으로 N, S극을 번갈아 배치된 2개 이상의 원판형 회전자들;
상기 회전자들과 상기 반경 방향으로 일정 거리 이격되며 상기 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배치된 복수 개의 금속 급수관들;
상기 회전축 및 상기 금속 급수관들을 좌, 우측에서 삽입 지지하는 좌, 우측 지지패널; 및
상기 좌측 지지패널의 좌측 편 및 상기 우측 지지패널의 우측 편에 상기 금속 급수관들의 각 입수구 또는 출수구를 감싸도록 구비된 냉수통 및 온수통을 포함하여 구성되고, 상기 회전축은 길이방향으로 직경이 서로 다른 복수 개의 축 봉들로 이어지되,
상기 축 봉들 중 직경이 가장 작은 제 1 축 봉에는 동력 전달 키 홈이 형성되고,
상기 제 1 축 봉보다 직경이 큰 제 2 축 봉은 상기 제 1 축 봉에 이어지며 단차를 이루고 상기 제 1 축 봉 쪽의 일 측에 나사 홈이 형성되고, 상기 나사 홈에서 길이방향으로 가며 회전자 고정 키 홈이 형성되고,
상기 회전자 고정 키 홈의 끝단에는 상기 제 2 축 봉보다 직경이 큰 제 3 축 봉이 소정의 길이로 이어지고,
상기 제 3 축 봉의 끝단에는 상기 제 1 축 봉 또는 상기 제 2 축 봉과 직경이 동일한 제 4 축 봉으로 연결된 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
제 2 항에 있어서,
상기 회전자들은 상기 회전자 고정 키 홈에 회전자 고정 키를 삽입한 후 가운데 형성된 축 삽입 관통 공과 키 홈을 통하여 상기 회전축에 삽입 체결되되, 상기 회전자들보다 직경이 작고 상기 제 2 축 봉보다 직경이 큰 원통형 간격 유지 부재를 사이에 두며 상기 회전자들과 같은 방식으로 삽입한 후 상기 나사 홈에 너트를 조여 상기 회전축에 고정되도록 한 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
동력을 전달하는 회전축;
상기 회전축에 삽입 체결되고 원주 방향을 따라 일정 간격으로 형성된 복수 개의 홈에 영구자석이 반경 방향으로 N, S극을 번갈아 배치된 2개 이상의 원판형 회전자들;
상기 회전자들과 상기 반경 방향으로 일정 거리 이격되며 상기 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배치된 복수 개의 금속 급수관들;
상기 회전축 및 상기 금속 급수관들을 좌, 우측에서 삽입 지지하는 좌, 우측 지지패널; 및
상기 좌측 지지패널의 좌측 편 및 상기 우측 지지패널의 우측 편에 상기 금속 급수관들의 각 입수구 또는 출수구를 감싸도록 구비된 냉수통 및 온수통을 포함하여 구성되되,
상기 회전자들은 각각 상기 회전축에 삽입 체결되도록 가운데 축 삽입 관통 공과 키 홈이 형성되며 바깥 가장자리로 상기 영구자석이 복수 개 배치된 원판형 회전 몸체와 상기 원판형 회전 몸체의 양 측면에 부착되어 상기 영구자석을 고정시키는 좌, 우 고정 링 판을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
제 4 항에 있어서,
상기 원판형 회전 몸체는 상기 원주 방향을 따라가며 상기 회전축의 축 방향과 평행한 방향으로 그리고 상기 반경 방향으로 바깥보다 안쪽이 넓은 상협하광의 형상으로 상기 복수 개의 홈이 형성되고,
상기 영구자석은 상기 상협하광의 형상에 대응되게 제작되어 상기 복수 개의 홈에 측면에서 상기 축 방향으로 밀어서 끼워지고, 상기 좌, 우 고정 링 판으로 하부 일부를 덮어 고정된 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
제 5 항에 있어서,
상기 영구자석은 상기 반경 방향의 단면이 사다리꼴인 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 좌, 우측 지지패널은 동일한 형상으로 각각 상기 회전축 및 상기 금속 급수관들이 삽입되는 복수 개의 관통 공과 상기 냉수통 또는 상기 온수통을 일 측면에 부착하기 위한 복수 개의 볼트 체결 홈이 형성된 좌, 우측 지지 몸체;
상기 각 지지 몸체와 상기 냉수통 또는 상기 온수통 사이에는 상기 지지 몸체의 관통 공과 볼트 체결 홈에 대응되는 위치에 복수 개의 관통 공이 형성된 누수 방지 판; 및
상기 각 지지 몸체와 상기 누수 방지 판 사이에는 상기 금속 급수관들의 양측 끝단의 둘레에 끼워지는 복수 개의 O-링들을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
제 7 항에 있어서,
상기 냉수통 및 상기 온수통은 동일한 형상으로 각각 동일 평면상에 내, 외측 플랜지를 갖고,
상기 내, 외측 플랜지와 상기 누수 방지 판 사이에는 직경이 서로 다른 수밀성 링 판이 더 체결된 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
제 8 항에 있어서,
상기 좌, 우측 지지 몸체는 각각 상기 회전자들을 향한 면에는 베어링 삽입 홈이 반대편에는 상기 O-링들을 끼울 복수 개의 O-링 삽입 홈들이 더 형성된 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
제 9 항에 있어서,
상기 좌, 우측 지지패널은 상기 금속 급수관들의 외측으로 복수 개의 간격 유지 봉을 사이에 두고 볼트로 체결 고정된 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
제 7 항에 있어서,
상기 회전자들과 상기 금속 급수관들은 각각 상기 반경 방향으로 3~7mm 이격된 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
제 7 항에 있어서,
상기 영구자석은 사마륨 코발트(SmCo) 자석인 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.