KR101663924B1

KR101663924B1 - 고주파 유도 가열 보일러

Info

Publication number: KR101663924B1
Application number: KR1020160017537A
Authority: KR
Inventors: 이은봉
Original assignee: 이은봉
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2016-02-16
Publication date: 2016-10-14

Abstract

고주파 유도 가열 방식으로 물을 가열하도록 구성됨으로써, 빠른 시간 내에 물의 온도를 급격히 상승시킬 수 있도록 구성되는 고주파 유도 가열 보일러가 제공된다. 상기 고주파 유도 가열 보일러는 건축물의 방 바닥에 배관되어 내부에 난방수가 수용되는 난방관; 내부의 일정 범위 수위에서 급수량을 조절된 보충수를 수용하며 상기 난방관 내부의 상기 난방수가 부족한 경우 상기 보충수로 보충하는 탱크; 고주파 유도 가열을 통해 순환 온수를 가열하여 상기 순환 온수보다 높은 온도를 갖는 난방수를 생성하는 고주파 유도 가열부; 외부로부터 공급된 물과 상기 고주파 유도 가열부로부터의 상기 가열된 난방수를 열교환하여 온수 및 순환 온수를 생성하는 열교환기; 상기 열교환기로부터의 상기 순환 온수를 상기 고주파 유도 가열부로 순환하는 순환 펌프; 및 상기 고주파 유도 가열부에 고주파 교류 전력을 공급하고 상기 열교환기, 및 상기 순환 펌프의 동작을 각각 제어하고 상기 탱크의 보충수의 수위를 조절하는 제어부를 포함한다.

Description

고주파 유도 가열 보일러{HIGH-FREQUENCY INDUCTION HEATING BOILER}

본 발명은 보일러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고주파 유도 가열 원리를 이용하여 물을 가열하도록 구성됨으로써, 높은 전기 효율성 및 내구성을 가지도록 구성되는 고주파 유도 가열 보일러에 관한 것이다.

보일러는 화력 발전 설비 또는 선박 등의 동력 장치로서 이용되는 증기 터빈에 고온 고압의 증기를 공급하기 위해 또는 각종 공장의 작업용으로써 증기를 공급하기 위해 이용된다.

난방용 보일러는 유류 또는 가스 등을 연소하여 그 열량으로써 물을 가열하여 고온, 고압의 증기 또는 온수를 발생시키는 장치로서, 주택을 비롯한 각종 건축물의 난방설비를 구성하는 장치이다.

보일러의 주요 구성부분은 물과 증기를 담는 보일러 본체와 연료를 연소시키기 위한 연소장치 및 보일러를 안전하고 효율적으로 운전하기 위한 계기류 및 안전밸브 등의 각종 부속장치들로 이루어진다.

상기 보일러의 조작은 단순하지 않으므로, 이를 효율적으로 운전하기 위해서는 상당한 숙련이 필요하였으나, 최근 보일러의 운전에 자동제어방식이 채택되어 사람의 손으로 직접 조작하지 않아도 효율적으로 운전할 수 있게 되었다

보일러의 연료로서는 종래 주로 석탄을 사용하거나, 취급의 용이성과 경제적인 이유로 인해 미분탄을 버너로써 연소시키는 미분탄 연소 장치가 주로 이용되었으나, 근년에는 중유를 분무상(噴霧狀)으로 연소실에 불어넣어 연소시키는 중유연소장치가 선박용 보일러를 비롯하여 공장용 보일러, 소형의 난방용 보일러 등에 널리 이용되고 있다.

그런데, 상기와 같이 화석 연료를 이용하여 보일러를 작동하는 것은 최근 유가의 급격한 상승으로 인해 난방비 부담을 가중시키게 하며, 보일러 작동 시 발생되는 이산화탄소 역시 환경문제를 일으키는 요인이 된다.

또한, 화석 연료를 이용한 보일러 작동은 화재 및 폭발의 원인이 될 수 있으며, 작동 시 일정 정도의 진동 및 소음을 발생시키는 단점이 있다.

또한, 보일러에 의한 연료 연소가 불완전할 경우에는 연기와 냄새를 발생시키며 이러한 점은 건강에 바람직하지 못한 영향을 미칠 수 있다.

가스 보일러는 점화 및 불꽃으로 간접 열로 가열되는 것이 단점이고 경유 보일러도 점화 및 불꽃으로 간접 열로 가열하여 공해 및 이산화탄소가 발생혀 심각한 공해가 발생한다. 일반 전기 SUS 파이프에 니크롬 선을 파이프 속에 접합하여 간접열로 발생하고 전력 손실 및 니크롬선 단선 문제에 열이 발생되지 않는 단점이 있다.

특허 등록번호 10-0539453{공고일 2006년 1월 11일}

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고주파 유도 가열 방식으로 물을 가열하도록 구성됨으로써, 빠른 시간 내에 물의 온도를 급격히 상승시킬 수 있도록 구성되는 것으로, 물이 통과하는 원기둥 형상을 갖는 용기부재의 외부를 높이 방향을 따라 나선형으로 감싸도록 배치된 고주파 유도 가열 코일에 의해 상기 용기부재 내부 전체에 균일하게 가열하여 상기 용기부재내 물을 가열하고, 1 KHz 내지 100 KHz의 고주파수를 갖는 승압된 전압 300 V 내지 700V의 교류 전력을 고주파 유도 가열 코일로 공급함으로써 상기 고주파 유도 가열 코일에 의해 용기부재의 진동으로 인하여 고열을 발생하여 빠른 시간 내에 상기 용기부재내 물의 온도를 급격히 상승시킬 수 있고 입력 60 Hz 주파수의 220 V 교류 전력을 270V의 직류 전력으로 승압하고, 상기 270V의 직류 전력을 1 KHz 내지 100 KHz의 고주파수를 갖는 300 V 내지 700V의 전력으로 변환하고 증폭부에 의해 추가적으로 증폭하므로, 높은 전기 효율성을 가지고 상기 코일부재로 공급되는 출력 전압을 가변적으로 조절 가능하며, 전력 소모 감소로 난방비의 부담을 경감할 수 있는 고주파 유도 가열 보일러를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고주파 유도 가열 보일러는 건축물의 방 바닥에 배관되어 내부에 난방수가 수용되는 난방관; 내부의 일정 범위 수위에서 급수량을 조절된 보충수를 수용하며 상기 난방관 내부의 상기 난방수가 부족한 경우 상기 보충수로 보충하는 탱크; 고주파 유도 가열을 통해 순환 온수를 가열하여 상기 순환 온수보다 높은 온도를 갖는 난방수를 생성하는 고주파 유도 가열부; 외부로부터 공급된 물과 상기 고주파 유도 가열부로부터의 상기 가열된 난방수를 열교환하여 온수 및 순환 온수를 생성하는 열교환기; 상기 열교환기로부터의 상기 순환 온수를 상기 고주파 유도 가열부로 순환하는 순환 펌프; 및 상기 고주파 유도 가열부에 고주파 교류 전력을 공급하고 상기 열교환기, 및 상기 순환 펌프의 동작을 각각 제어하고 상기 탱크의 보충수의 수위를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 고주파 유도 가열부는 물이 유입되는 유입구 및 상기 물이 유출되는 유출구를 구비하고 원기둥 형상을 갖는 용기부재; 및 상기 용기부재의 외부를 높이 방향을 따라 나선형으로 감싸도록 배치되어 상기 용기부재 내의 상기 물을 가열하는 고주파 유도 가열 코일를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 용기 부재는 스테인레스 스틸 또는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 또는 구리 또는 구리합금 재질로 구성되며, 상기 용기 부재의 내부에는 높이 방향을 따라 형성된 복수의 격벽을 포함하고, 상기 용기 부재의 하부에 형성된 유입구를 통해 유입된 상기 순환수가 상기 격벽들을 통과하여 상기 용기부재의 상부에서 방사상 외부로 분출되어 하방으로 낙하되고, 상기 유출구로 유출되는 것이 더욱 바람직하다. 상기 내부 공간이 수평으로 분할되도록 상기 용기 부재의 내경에 맞게 원판형 가열판이 수평으로 일정 간격 이격되어 다층 구조로 형성되고, 상기 다수의 원판형 가열판에는 각각 상기 유입구를 통하여 유입된 상기 순환 온수가 통과하는 통과공이 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

상기 통과공이 상기 원판형 가열판의 전체 면에 대하여 일정 간격으로 다수가 형성되고, 홀수 층 원판형 가열판의 통과공들 간은 일치하도록 형성되고 짝수층 원판형 가열판의 통과공 간은 일치하도록 형성되고 상기 홀수 층 원판형 가열판의 통과공들은 상기 짝수 층 원판형 가열판의 통과공들에 대하여 어긋나도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 통과공이 상기 원판형 가열판의 일측 또는 타측에 일정 간격으로 다수가 형성되고, 홀수 층 원판형 가열판의 통과공들 간은 일치하도록 형성되고 짝수층 원판형 가열판의 통과공 간은 일치하도록 형성되고 상기 홀수 층 원판형 가열판의 통과공들은 상기 짝수 층 원판형 가열판의 통과공들에 대하여 어긋나도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 통과공이 상기 원판형 가열판의 일측 또는 타측에 초생달 형상으로 되고, 홀수 층 원판형 가열판의 통과공들은 일치하도록 형성되고 짝수층 원판형 가열판의 통과공 간은 일치하도록 형성되고 상기 홀수 층 원판형 가열판의 통과공들은 상기 짝수 층 원판형 가열판의 통과공들에 대하여 어긋나도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 고주파 유도 가열 코일은 구리 또는 구리 합금으로 구성되고 중실의 선재 또는 중공형 파이프의 형태로 구성되고, 상기 고주파 유도 가열 코일의 외부에 전자파 차폐 부재가 배치되는 것이 더욱 바람직하다.

상기 제어부는 60 Hz의 주파수를 갖는 220 V의 입력 교류 전력을 1 KHz 내지 100 KHz의 주파수를 갖는 300 V 내지 700 V 범위의 고주파 교류 전력로 승압하여 상기 고주파 유도 가열 코일로 공급하는 전력 공급부; 난방 모드의 선택에 따라 난방 모드 선택 신호를 출력하는 난방 스위치 및 온수 모드의 선택에 따라 온수 모드 선택 신호를 출력하는 온수 스위치를 구비한 룸 콘트롤; 및 상기 룸 콘트롤로부터의 신호에 따라 상기 전력 공급부가 상기 고주파 유도 가열 코일로 상기 승압된 고주파 교류 전력을 공급하도록 제어하는 제어 신호를 제공하고, 상기 열교환기, 및 상기 순환 펌프의 동작을 제어하는 제어 신호를 발생하는 메인 콘트롤를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 전력 공급부는 상기 60 Hz의 주파수를 갖는 220 V의 입력 교류 전력을 270 V의 직류 전력으로 정류하는 정류부; 상기 270 V의 직류 전력을 상기 1 KHz 내지 100 KHz의 주파수를 갖는 300 V 내지 700 V 범위의 교류 전력으로 변환 및 승압하는 인버터; 및 상기 인버터로부터의 상기 1 KHz 내지 100 KHz의 주파수를 갖는 300 V 내지 700 V 범위의 승압된 고주파 교류 전력을 증폭하는 증폭부를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 고주파 유도 가열 보일러는 상기 탱크의 내부 하부에 설치되어 상기 탱크의 보충수의 수위가 하한 기준 미만인 지를 검출하여 제1 검출 결과 신호를 생성하는 하한 검출 센서; 상기 탱크의 내부 상부에 설치되어 상기 탱크의 보충수의 수위가 상한 기준을 초과하였는 지를 검출하여 제2 검출 결과 신호를 생성하는 상한 검출 센서; 수도 배관에 설치되어 상기 하한 검출 센서 및 상한 검출 센서로부터의 상기 제1 및 제2 검출 결과 신호에 따라 개방 또는 폐쇄되어 외부 직수를 상기 탱크로 보충수로 공급하거나 상기 보충수의 공급을 차단하는 직수 밸브; 상기 수도 배관에 설치되어 상기 메인 콘트롤부터의 상기 온수 모드 제어 신호에 따라 개방되어 상기 외부 직수를 상기 열교환기로 공급하는 온수 밸브; 및 상기 난방관, 상기 고주파 유도 가열부, 및 상기 열교환기 사이 상기 난방수 공급 배관에 설치되어 상기 고주파 유도 가열부의 난방 라인 또는 온수 순환 라인을 선택적으로 개폐하는 삼방 밸브를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 메인 제어부는 상기 하한 및 상한 검출 센서로부터의 상기 제1 및 제2 검출 결과 신호에 따라 상기 직수 밸브의 개폐를 제어하는 개폐 제어 신호를 발생하고, 상기 난방 스위치로부터의 상기 난방 모드 선택 신호에 따라 상기 고주파 유도 가열부로부터의 상기 순환수가 상기 난방관으로 공급되도록 상기 삼방 밸브의 동작을 제어하는 난방 제어 신호를 발생하고, 상기 온수 스위치로부터의 상기 온수 모드 선택 신호에 따라 상기 외부 직수가 상기 열교환기로 공급되도록 상기 온수 밸브의 개폐를 제어하는 온수 제어 신호를 발생하고 상기 고주파 유도 가열부로부터의 상기 순환 온수가 상기 열교환기로 흘러가도록 상기 삼방 밸브의 동작을 제어하는 난방 순환 제어 신호를 발생하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 의해, 고주파 유도 가열 방식으로 물을 가열하도록 구성됨으로써, 화재 및 폭발의 위험을 방지할 수 있다.

또한, 보일러 작동 시 연료의 연소에 따른 유독가스, 연기, 냄새, 소음 및 진동의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 빠른 시간 내에 물의 온도를 급격히 상승시켜 온수 또는 난방수로 이용할 수 있다. 물이 통과하는 원기둥 형상을 갖는 용기부재의 외부를 높이 방향을 따라 나선형으로 감싸도록 배치된 고주파 유도 가열 코일에 의해 상기 용기부재 내부 전체에 균일하게 가열하여 상기 용기부재내 물을 가열하고, 1 KHz 내지 100 KHz의 고주파수를 갖는 승압된 전압 300 V 내지 700V의 교류 전력을 고주파 유도 가열 코일로 공급함으로써 상기 고주파 유도 가열 코일에 의해 용기부재의 진동으로 인하여 고열을 발생하여 빠른 시간 내에 상기 용기부재내 물의 온도를 급격히 상승시킬 수 있고, 즉, 고주파 유도 코일에 의해 1초에 2만 내지 10만 회 진동하여 용기 부재에 고열을 발생하여 물 온도가 증가한다. 상기 용기 부재의 내부에 격벽 또는 통과공이 형성된 가열판을 설치함으로써 순환 온수가 상기 용기 부재의 내부에 30초 내지 60초 동안 유지하므로 열량이 증가한다.

입력 60 Hz 주파수의 220 V 교류 전력을 270V의 직류 전력으로 승압하고, 상기 270V의 직류 전력을 1 KHz 내지 100 KHz의 고주파수를 갖는 300 V 내지 700V의 전력으로 변환하고 증폭부에 의해 추가적으로 증폭하므로, 높은 전기 효율성을 가지고 상기 고주파 유도 가열 코일로 공급되는 출력 전압을 가변적으로 조절 가능하며, 전력 소모 감소로 난방비의 부담을 경감할 수 있다. 즉, 일반 전기 60Hz의 저주파수의 220V의 4배 내지 10배, 즉 1 KHz 내지 100 KHz의 주파수를 갖는 300 V 내지 700 V 범위의로 증폭하고 비동조의 구조로 프로그램으로 운전 설계하였고 전력 증폭기가 구조의 핵심이다.

또한, 높은 전기 효율성 및 내구성을 가지므로, 난방비의 부담을 경감시키고 반영구적 사용이 가능하다.

첨부의 하기 도면들은, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 이해시키기 위한 것이므로, 본 발명은 하기 도면에 도시된 사항에 한정 해석되어서는 아니 된다.
도 1 은 본 발명에 따른 고주파 유도 가열 보일러의 구성 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 고주파 유도 가열부의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 고주파 유도 가열부의 제1 예를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 고주파 유도 가열부의 제2 예를 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 고주파 유도 가열부의 제3 예를 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 가열판의 예를 나타낸 평면도이다.
도 7은 도 2에 도시된 고주파 유도 가열부의 제4 예를 나타낸 단면도이다.
도 8는 도 7에 도시된 가열판의 예를 나타낸 평면도이다.
도 9는 도 2에 도시된 고주파 유도 가열부의 제4 예를 나타낸 단면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 가열판의 예를 나타낸 평면도이다.
도 11은 도 1에 도시된 열교환기의 사시도이다.
도 12는 도 1에 도시된 제어부의 상세 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 13은 도 12에 도시된 제어부의 상세 구성을 나타낸 회로도이다.
도 14는 도 12 및 도 13에 도시된 전원 공급부의 정류부의 일예를 나타낸 회로도이다.
도 15는 도 12 및 도 13에 도시된 전원 공급부의 인버터 및 증폭부의 일예를 나타낸 회로도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 고주파 유도 가열 보일러의 구성 개략도이다. 본 발명에 따른 고주파 유도 가열 보일러는 난방관(40), 탱크(20), 고주파 유도 가열부(10), 열교환기(30), 순환 펌프(50), 및 제어부(70)를 포함한다.

난방관(40)은 건축물의 방 바닥에 배관되어 내부에 난방수가 수용된다. 상기 난방관(40)은 상기 고주파 유도 가열부(10)에 의해 가열된 온수의 열을 외부로 전달하기 위한 구성으로서, 예를 들어 구리 또는 구리 합금과 같은 파이프로 구성되어, 상기 난방관(40) 내부로 온수가 통과함으로써, 온수의 열을 난방 공간으로 전달한다.

탱크(20)는 내부의 일정 범위 수위에서 급수량을 조절된 보충수를 수용하며 상기 난방관(40) 내부의 상기 난방수가 부족한 경우 상기 보충수로 보충한다. 하한 검출 센서(202)는 상기 탱크(20)의 내부 하부에 설치되어 상기 탱크(20)의 보충수의 수위가 하한 기준 미만 인지를 검출하여 제1 검출 결과 신호를 생성한다. 하한 검출 센서(204)는 상기 탱크(20)의 내부 상부에 설치되어 상기 탱크(20)의 보충수의 수위가 상한 기준을 초과하였는 지를 검출하여 제2 검출 결과 신호를 생성한다.

직수 밸브(110)는 수도 배관(130)에 설치되어 상기 하한 검출 센서(202) 및 상한 검출 센서(204)로부터의 상기 제1 및 제2 검출 결과 신호에 따라 개방되거나 폐쇄되어 외부 직수를 상기 탱크(20)로 보충수로 공급하거나 보충수의 공급을 차단한다.

상기 탱크(20)의 보충수의 수위가 하한 기준 미만인 경우, 직수 밸브(110)는 상기 제1 검출 결과 신호에 따라 개방하여 직수를 탱크로의 공급한다. 상기 탱크(20)의 보충수의 수위가 상한 기준을 초과한 경우, 직수 밸브(110)는 상기 제1 검출 결과 신호에 따라 오프하여 직수의 탱크로의 공급을 차단한다. 온수 밸브(120)는 상기 수도 배관(130)에 설치되어 상기 메인 콘트롤(72)로부터의 상기 온수 모드 제어 신호에 따라 개방되어 상기 외부 직수를 상기 열교환기(30)로 공급한다. 삼방 밸브(35)는 상기 난방관(40), 상기 고주파 유도 가열부(10), 및 상기 열교환기(30) 사이 상기 난방수 공급 배관(140)에 설치되어 상기 고주파 유도 가열부의 난방 라인 또는 온수 순환 라인을 선택적으로 개폐한다.

고주파 유도 가열부(10)는 고주파 유도 가열을 통해 순환 온수를 가열하여 상기 순환수보다 높은 온도를 갖는 난방수를 생성한다. 상기 순환 온수 및 상기 난방수는 각각 35℃ 내지 45℃의 온도 범위 및 75℃ 내지 85℃의 온도 범위를 갖는 것이 바람직하다. 열교환기(30)는 외부로부터 공급된 물과 상기 고주파 유도 가열부(10)로부터의 상기 가열된 난방수를 열교환하여 온수 및 순환 온수를 생성한다. 순환 펌프(50)는 상기 열교환기(30)로부터의 상기 순환 온수를 상기 고주파 유도 가열부(10)로 순환한다. 제어부(70)는 상기 고주파 유도 가열부(10)에 고주파 교류 전력을 공급하고 상기 열교환기(30), 및 상기 순환 펌프(50)의 동작을 각각 제어하고 상기 탱크(20)의 보충수의 수위를 조절한다.

도 2는 도 1에 도시된 고주파 유도 가열부의 사시도이다. 도 3은 도 2에 도시된 고주파 유도 가열부의 제1 예를 나타낸 단면도이다.

상기 고주파 유도 가열부(10)는 용기 부재(6) 및 고주파 유도 가열 코일(22)를 포함한다. 용기 부재(6)는 유입구(2), 유출구(4), 내부 공간을 형성하는 내벽을 가진다. 상기 용기 부재(6)는 스테인레스 스틸 또는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 또는 구리 또는 구리 합금 재질로 구성되며, 상기 용기 부재(6)의 내부에는 높이 방향을 따라 형성된 복수의 격벽(7)을 포함하고, 상기 용기 부재(6)의 하부에 형성된 유입구를 통해 유입된 상기 순환 온수가 상기 격벽들(7)을 통과하여 상기 용기 부재(6)의 상부에서 방사상 외부로 분출되어 하방으로 낙하되고, 상기 유출구(4)를 통하여 유출된다. 상기 중공형 용기 부재(6)의 내부에 격벽(7)을 설치함으로써 순환수가 상기 중공형 용기 부재(6) 내부에 30초 내지 60초 동안 유지하므로 열량이 증가한다.

상기 용기 부재의 중간벽(6) 부분은 전체적으로 원기둥 형상으로 형성되는데, 상기 격벽(7)은 일부 원호 부분이 절단된 원형으로 형성되어, 상기 중간벽(6) 내부에 일체 형성된다.

그리하여, 물 유입구(2)를 통해 유입된 물이 상기 격벽(7)에서 절단된 원호 부분(통과 개구)을 거쳐 상부로 이동하여 상기 유출구(4)로 유출된다.

그리하여, 상기 고주파 유도 코일(22)에 인가된 고주파 전력에 의해 상기 용기 부재(6) 부분이 가열되고, 상기와 같이 가열된 용기 부재(6) 부분의 열이 상기 격벽(7)으로 전달되어, 상기 격벽(7)을 통과하는 물에 전달된다.

그리하여, 상기 유입구(2)로 유입된 물이 상기 용기 부재(6) 및 격벽(7)과 접촉되는 면적을 최대화함으로써, 상기 고주파 유도 코일(22)로부터 발생되는 열을 효율적으로 물로 전달할 수 있도록 구성된다.

상기 용기 부재(2, 4, 6, 7)는 금속재로 구성되며, 바람직하게는 스테인레스 스틸 재질 또는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 또는 구리 또는 구리합금 재질로 구성될 수 있다.

여기서, 상기 용기부재(2, 4, 6, 7)는 상기 금속재로써 주조 공법에 의해 일체 형성될 수 있다.

상기 용기 부재의 외부를 감싸는 상기 고주파 유도 코일(22)는 전체적으로 중공형 금속 파이프의 형태 또는 중실형 코일 형태로 구성되어, 상기 중간벽(6)의 외부에서 높이 방향을 따라 나선형으로 감겨져 배치되어 커넥터부(24)에 연결된다.

비록 도 3에서 상기 전자파 차폐부재(8)가 상기 중간벽(6)과 일체로 형성되는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며 별개의 부재로 구성된 상태로 상기 용기 부재(6)의 외부에 배치되어, 상기 중간벽(6)과 전자파 차폐부재(8) 사이에 고주파 유도 코일(22)가 배치되도록 구성될 수도 있다.

고주파 유도 가열 코일(22)은 상기 중공형 용기 부재(6)의 외부에 배치되어 상기 제어부(70)로부터의 상기 고주파 교류 전력에 따라 진동하여 상기 중공형 용기 부재(6)에 고열을 발생하여 상기 순환수를 상기 난방수로 가열한다. 그리하여, 상기 고주파 유도 코일(22)에 고주파 전력이 인가되면, 구리 또는 구리 합금으로 구성되는 상기 고주파 유도 코일(22)가 유도성 임피던스 저항체 역할을 하게 되어, 인가된 고주파 전력에 의해 빠른 시간 내에 상기 고주파 유도 코일(22)에 다량의 열이 발생하게 된다. 상기와 같이 고주파 유도 코일(22)에 발생되는 열을 금속 재질로 구성되는 상기 용기 부재(6) 및 격벽(7)으로 전달하여, 상기 용기 부재(6) 및 격벽(7)을 통과하여 유동되는 물을 가열하게 된다.

상기 고주파 유도 가열 코일(22)은 상기 용기 부재(6)의 외부를 높이 방향을 따라 나선형으로 감싸도록 배치되고, 구리 또는 구리 합금으로 구성되고 중실의 선재 또는 중공형 파이프의 형태로 구성되고, 상기 코일 부재의 외부에 전자파 차폐 부재(8)가 배치된다.

도 4는 도 2에 도시된 고주파 유도 가열부의 제2 예를 나타낸 단면도이다.

도 4 에 도시된 실시예에서는, 상기 유입구(112)로 유입된 물이 내부통로벽(132) 상부에 형성된 물분출구(134)를 통해 내부통로벽(132)의 상부에서 방사상 외부로 분출되어 하방으로 낙하되어 중간통로벽(133)과 상기 내부통로벽(132) 사이의 공간(136)을 통해 낙하되어 유출구(138)로 유출되도록 구성된다.

그리하여, 상기 유입구(112)를 통해 유입된 물이 상방으로 이동되고, 다시 하방으로 분출되어 유출되는 과정에서, 상기 내부 통로벽(132)과 중간 통로벽(133)에 접촉되며 열을 전달받도록 구성된다.

상기 실시예에서 상기 중간 통로벽(133) 외부에 중간벽(142)이 배치되되, 상기 중간벽(142) 부분과 중간 통로벽(133) 사이의 공간(140)을 통해 열매체가 통과될 수 있도록 구성된다.

그리하여, 열매체 유입구(152)로 유입된 열매체가 상기 열매체 통과 공간(140)을 통해 통과되어 열매체 유출구(114)로 유출된다.

여기서, 상기 열매체 유입구(152)와 열매체 유출구(114)에는 열매체를 순환시키기 위한 도시되지 않은 파이프가 연결되고, 상기 파이프에는 외부의 열매체 탱크가 연결되어 열매체가 순환될 수 있도록 구성된다.

상기 중간벽(142)의 외부에 고주파 유도 코일(122)가 높이 방향을 따라 나선형으로 감겨져 배치되어 커넥터부(124)에 연결되며, 상기 고주파 유도 코일(122)에 의해 발생되는 열이 상기 중간벽(142)과 중간 통로벽(133) 및 내부 통로벽(132)을 통해 물과 열매체로 전달되도록 구성된다.

상기 중간벽(142)과 중간 통로벽(133) 사이의 공간(140)으로 오일과 같은 열매체를 순환시킴으로써, 상기 고주파 유도 코일(122)를 통한 고주파 유도 가열에 부가하여 고온으로 가열된 상기 열매체를 상기 공간(140)으로 순환시킴으로써, 유동되는 물의 온도를 효과적으로 상승시킬 수 있다.

또는, 고주파 유도 가열되는 상기 고주파 유도 코일(122)에 인접하여 열매체를 유동시킴으로써, 상기 고주파 유도 코일(122)를 통해 열매체에 열을 전달하도록 하여, 가열된 열매체의 열을 물로 전달하여 이용하도록 구성될 수도 있다.

비록 도 4에서도 상기 전자파 차폐부재(144)가 상기 중간벽(142)과 일체로 형성되는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며 별개의 부재로 구성된 상태로 상기 중간벽(142)의 외부에 배치되어, 상기 중간벽(142)과 전자파차폐부재(144) 사이에 고주파 유도 코일(122)가 배치되도록 구성될 수도 있다.

도 5는 도 2에 도시된 고주파 유도 가열부의 제3 예를 나타낸 단면도이다. 도 5를 참조하면, 고주파 유도 가열부의 제3 예는 중공형 용기 부재(6) 및 고주파 유도 가열 코일(22)을 포함한다. 도 6은 도 5에 도시된 가열판의 예를 나타낸 평면도이다.

상기 내부 공간이 수평으로 분할되도록 상기 용기 부재(510)의 내경에 맞게 원판형 가열판(520)이 수평으로 일정 간격 이격되어 다층 구조로 형성되고, 상기 다수의 원판형 가열판(522 및 524)에는 각각 상기 유입구를 통하여 유입된 상기 순환 온수가 통과하는 통과공(530)이 형성된다. 상기 용기 부재(510)의 높이는 100 mm 내지 1000 mm이고, 가열판의 갯수는 30 내지 40개가 바람직하지만, 이에 한정되지 않는다. 상기 용기 부재(6)의 외경 및 상기 가열판(522 또는 524)의 내경은 Φ15 내지 Φ500를 갖고, 통과공(522)의 직경은 가열판의 직경에 비례하며 Φ0.5 내지 Φ30이다. 상기 용기 부재(6)의 내부에 통과공(530)이 형성된 가열판을 설치함으로써 순환 온수가 상기 용기 부재(6) 내부에 30초 내지 60초 동안 유지하므로 열량이 증가한다.

상기 통과공(530)이 상기 원판형 가열판(522 및 524)의 전체 면에 대하여 일정 간격으로 다수가 형성되고, 홀수 층 원판형 가열판(522)의 통과공들(530) 간은 일치하도록 형성되고 짝수층 원판형 가열판(524)의 통과공들(530) 간은 일치하도록 형성되고 상기 홀수 층 원판형 가열판(522)의 통과공들은(530) 상기 짝수 층 원판형 가열판(5240의 통과공들(530)에 대하여 어긋나도록 형성된다.

도 7은 도 2에 도시된 고주파 유도 가열부(10)의 제4 예를 나타낸 단면도이다. 도 7을 참조하면, 고주파 유도 가열부의 제3 예는 용기 부재(6) 및 고주파 유도 가열 코일(22)을 포함한다. 도 8는 도 7에 도시된 가열판의 예를 나타낸 평면도이다.

상기 통과공(730)이 상기 원판형 가열판(722 또는 724)의 일측 또는 타측에 일정 간격으로 다수가 형성되고, 홀수 층 원판형 가열판(722)의 통과공들(730) 간은 일치하도록 형성되고 짝수층 원판형 가열판(724)의 통과공들(730) 간은 일치하도록 형성되고 상기 홀수 층 원판형 가열판(722)의 통과공들(730)은 상기 짝수 층 원판형 가열판(724)의 통과공들(730)에 대하여 어긋나도록 형성되는 것이 바람직하다.

도 9는 도 2에 도시된 고주파 유도 가열부의 제4 예를 나타낸 단면도이다. 도 9를 참조하면, 고주파 유도 가열부의 제4 예는 중공형 용기 부재(6) 및 고주파 유도 가열 코일(22)을 포함한다. 도 10은 도 9에 도시된 가열판의 예를 나타낸 평면도이다.

상기 통과공(930)이 상기 원판형 가열판(922 또는 924)의 일측 또는 타측에 초생달 형상으로 되고, 홀수 층 원판형 가열판(922)의 통과공들(930)은 일치하도록 형성되고 짝수층 원판형 가열판(924)의 통과공들(930) 간은 일치하도록 형성되고 상기 홀수 층 원판형 가열판(922)의 통과공들(930)은 상기 짝수 층 원판형 가열판(924)의 통과공들(930)에 대하여 어긋나도록 형성되는 것이 바람직하다.

도 11은 도 1에 도시된 열교환기(30)의 사시도이다. 열교환기(30)는 외부로부터 공급된 물과 상기 고주파 유도 가열부(10)로부터의 상기 가열된 난방수를 열교환하여 온수 및 순환 온수를 생성한다. 이 경우, 상기 열교환기(30)는 상기 난방수와 물 간의 열 교환 시 접촉 면적을 최대화하여 열교환 효율을 높이도록 구성되었다. 그리하여, 상기 수도 배관(130)을 통해 외부로부터 공급되는 물의 온도가 상기 열교환기(30)를 통과하면서 상승되고, 물유출관을 통해 외부로 유출되면서 온수로써 이용될 수 있다.

도 12는 도 1에 도시된 제어부(70)의 상세 구성을 나타낸 블럭도이다. 도 13은 도 12에 도시된 제어부(70)의 상세 구성을 나타낸 회로도이다. 도 12 및 도 13을 참조하면, 상기 제어부(70)는 전력 공급부(80), 룸 콘트롤(74), 및 메인 콘트롤(72)를 포함한다.

전력 공급부(80)는 상기 고주파 유도 가열 코일(22)로 1 KHz 내지 100 KHz의 주파수를 갖는 300 V 내지 700 V 범위의 교류 전압을 공급한다. 룸 콘트롤(74)는 전원 스위치(741), 난방 모드의 선택에 따라 난방 모드 선택 신호를 출력하는 난방 스위치(742), 온수 모드의 선택에 따라 온수 모드 선택 신호를 출력하는 온수 스위치(743), 및 온도 조절기(744)를 구비한다. 또한, 상기 룸 콘트롤(74)에는 제어신호의 입력을 위한 각종 스위치 및 계기판이 설치될 수 있다.

메인 콘트롤(72)는 상기 룸 콘트롤(74)로부터의 신호에 따라 상기 전원 공급부가 상기 고주파 유도 가열 코일(22)로 상기 승압된 고주파 교류 전력을 공급하도록 제어하는 제어 신호를 제공하고, 상기 열교환기(30), 및 상기 순환 펌프(50)의 동작을 제어하는 제어 신호를 발생한다. 상기 메인 콘트롤(72)은 상기 하한 및 하한 검출 센서(202 및 204)로부터의 상기 제1 및 제2 검출 결과 신호에 따라 상기 직수 밸브의 개폐를 제어하는 개폐 제어 신호를 발생한다.

상기 메인 콘트롤(72)은 상기 난방 스위치(742)로부터의 상기 난방 모드 선택 신호에 따라 상기 고주파 유도 가열부(10)로부터의 상기 순환 온수가 상기 난방관으로 공급되도록 상기 삼방 밸브(35)의 동작을 제어하는 난방 제어 신호를 발생한다. 상기 메인 콘트롤(72)은 상기 온수 스위치(743)로부터의 상기 온수 모드 선택 신호에 따라 상기 외부 직수가 상기 열교환기(30)로 공급되도록 상기 온수 밸브(120)의 개폐를 제어하는 온수 제어 신호를 발생하고 상기 고주파 유도가열부(10)로부터의 상기 순환 온수가 상기 열교환기(30)로 흘러가도록 상기 삼방 밸브(35)의 동작을 제어하는 난방 순환 제어 신호를 발생한다.

상기 전력 공급부(80)는 정류부(82), 인버터(84), 및 증폭부(86)를 포함한다.

도 14는 도 12 및 도 13에 도시된 전원 공급부(80)의 정류부(82)의 일예를 나타낸 회로도이다. 정류부(82)는 상기 60 Hz의 주파수를 갖는 220 V의 입력 교류 전력을 270 V의 직류 전력으로 정류한다. 정류부(82)는 저주파 교류 전원을 맥류 전압으로 정류하는 브리지 다이오드(142) 및 상기 브리지 다이오드(142)로부터의 상기 맥류 전압을 직류 전압으로 평활하는 평활부(144)를 포함한다.

도 15는 도 12 및 도 13에 도시된 전원 공급부의 인버터 및 증폭부의 일예를 나타낸 회로도이다. 인버터(84)는 상기 270 V의 직류 전력을 상기 1 KHz 내지 100 KHz의 주파수를 갖는 300 V 내지 700 V 범위의 교류 전력으로 변환 및 승압한다. 증폭부(86)는 상기 인버터(84)의 출력, 즉 상기 인버터(84)로부터의 상기 1 KHz 내지 100 KHz의 주파수를 갖는 300 V 내지 700 V 범위의 승압된 고주파 교류 전력을 증폭하는을 증폭한다.

이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.

2: 유입구 4: 유출구
6: 용기 부재 7: 격벽
8: 전자파 차폐부재 10: 고주파 유도 가열부
20: 탱크 22: 고주파 유도 코일
24: 커넥터부 30: 열교환기
35: 삼방 밸브 40: 난방관
50: 순환 펌프 70: 제어부
72: 메인 콘트롤 72: 룸 콘트롤
80: 전력 공급부 82: 정류부
84: 인버터 86: 증폭부
110: 직수 밸브 112: 유입구
114: 유출구 122: 고주파 유도 코일
120: 온수 밸브 124: 커넥터부
130: 수도 배관 140: 난방수 공급 배관
202: 하한 검출 센서 204: 상한 검출 센서
522, 524, 722, 724, 922. 924: 가열판
530, 730, 930: 통과공 741: 전원 스위치
742: 난방 스위치 743: 온수 스위치
744: 온도 조절기

Claims

건축물의 방 바닥에 배관되어 내부에 난방수가 수용되는 난방관;
내부의 일정 범위 수위에서 급수량을 조절된 보충수를 수용하며 상기 난방관 내부의 상기 난방수가 부족한 경우 상기 보충수로 보충하는 탱크;
고주파 유도 가열을 통해 순환 온수를 가열하여 상기 순환 온수보다 높은 온도를 갖는 난방수를 생성하는 고주파 유도 가열부;
외부로부터 공급된 물과 상기 고주파 유도 가열부로부터의 상기 가열된 난방수를 열교환하여 온수 및 순환 온수를 생성하는 열교환기;
상기 열교환기로부터의 상기 순환 온수를 상기 고주파 유도 가열부로 순환하는 순환 펌프; 및
상기 고주파 유도 가열부에 고주파 교류 전력을 공급하고 상기 열교환기, 및 상기 순환 펌프의 동작을 각각 제어하고 상기 탱크의 보충수의 수위를 조절하는 제어부를 포함하며,
상기 고주파 유도 가열부는
물이 유입되는 유입구 및 상기 물이 유출되는 유출구를 구비하고 원기둥 형상을 갖는 용기부재; 및
상기 용기부재의 외부를 높이 방향을 따라 나선형으로 감싸도록 배치되어 상기 용기부재 내의 상기 물을 가열하는 고주파 유도 가열 코일를 포함하고,
상기 제어부는
60 Hz의 주파수를 갖는 220 V의 입력 교류 전력을 1 KHz 내지 100 KHz의 주파수를 갖는 300 V 내지 700 V 범위의 고주파 교류 전력으로 승압하여 상기 고주파 유도 가열 코일로 공급하는 전력 공급부;
난방 모드의 선택에 따라 난방 모드 선택 신호를 출력하는 난방 스위치, 온수 모드의 선택에 따라 온수 모드 선택 신호를 출력하는 온수 스위치를 구비한 룸 콘트롤; 및
상기 룸 콘트롤로부터의 신호에 따라 상기 전력 공급부가 상기 고주파 유도 가열 코일로 상기 승압된 고주파 교류 전력을 공급하도록 제어하는 제어 신호를 제공하고, 상기 열교환기, 및 상기 순환 펌프의 동작을 제어하는 제어 신호를 발생하는 메인 콘트롤을 포함하고,
상기 전력 공급부는
상기 60 Hz의 주파수를 갖는 220 V의 입력 교류 전력을 270 V의 직류 전력으로 정류하는 정류부;
상기 270 V의 직류 전력을 상기 1 KHz 내지 100 KHz의 주파수를 갖는 300 V 내지 700 V 범위의 교류 전력으로 변환 및 승압하는 인버터부; 및
상기 인버터부로부터의 상기 1 KHz 내지 100 KHz의 주파수를 갖는 300 V 내지 700 V 범위의 승압된 고주파 교류 전력을 증폭하는 증폭부를 포함하는 고주파 유도 가열 보일러.
삭제
제1 항에 있어서,상기 용기 부재는 스테인레스 스틸 또는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 또는 구리 또는 구리합금 재질로 구성되며, 상기 용기 부재의 내부에는 높이 방향을 따라 형성된 복수의 격벽을 포함하고, 상기 용기 부재의 하부에 형성된 유입구를 통해 유입된 상기 순환온수가 상기 격벽들을 통과하여 상기 용기부재의 상부에서 방사상 외부로 분출되어 하방으로 낙하되고, 상기 유출구로 유출되는 고주파 유도 가열 보일러.
제1 항에 있어서, 상기 내부 공간이 수평으로 분할되도록 상기 용기 부재의 내경에 맞게 원판형 가열판이 수평으로 일정 간격 이격되어 다층 구조로 형성되고, 상기 다수의 원판형 가열판에는 각각 상기 유입구를 통하여 유입된 상기 순환 온수가 통과하는 통과공이 형성되는 고주파 유도 가열 보일러.
제4 항에 있어서, 상기 통과공이 상기 원판형 가열판의 전체 면에 대하여 일정 간격으로 다수가 형성되고, 홀수 층 원판형 가열판의 통과공들 간은 일치하도록 형성되고 짝수 층 원판형 가열판의 통과공 간은 일치하도록 형성되고 상기 홀수 층 원판형 가열판의 통과공들은 상기 짝수 층 원판형 가열판의 통과공들에 대하여 어긋나도록 형성되는 고주파 유도 가열 보일러.
제4 항에 있어서, 상기 통과공이 상기 원판형 가열판의 일측 또는 타측에 일정 간격으로 다수가 형성되고, 홀수 층 원판형 가열판의 통과공들 간은 일치하도록 형성되고 짝수 층 원판형 가열판의 통과공들 간은 일치하도록 형성되고 상기 홀수 층 원판형 가열판의 통과공들은 상기 짝수 층 원판형 가열판의 통과공들에 대하여 어긋나도록 형성되는 고주파 유도 가열 보일러.
제4 항에 있어서, 상기 통과공이 상기 원판형 가열판의 일측 또는 타측에 초생달 형상으로 되고, 홀수 층 원판형 가열판의 통과공들은 일치하도록 형성되고 짝수층 원판형 가열판의 통과공 간은 일치하도록 형성되고 상기 홀수 층 원판형 가열판의 통과공들은 상기 짝수 층 원판형 가열판의 통과공들에 대하여 어긋나도록 형성되는 고주파 유도 가열 보일러.
제1 항에 있어서, 상기 고주파 유도 가열 코일은 구리 또는 구리 합금으로 구성되고 중실의 선재 또는 중공형 파이프의 형태로 구성되고, 상기 고주파 유도 가열 코일의 외부에 전자파 차폐 부재가 배치되는 고주파 유도 가열 보일러.
삭제
삭제
제1 항에 있어서,
상기 탱크의 내부 하부에 설치되어 상기 탱크의 보충수의 수위가 하한 기준 미만인 지를 검출하여 제1 검출 결과 신호를 생성하는 하한 검출 센서;
상기 탱크의 내부 상부에 설치되어 상기 탱크의 보충수의 수위가 상한 기준을 초과하였는 지를 검출하여 제2 검출 결과 신호를 생성하는 상한 검출 센서;
수도 배관에 설치되어 상기 하한 검출 센서 및 상한 검출 센서로부터의 상기 제1 및 제2 검출 결과 신호에 따라 개방 또는 폐쇄되어 외부 직수를 상기 탱크로 보충수로 공급하거나 상기 보충수의 공급을 차단하는 직수 밸브;
상기 수도 배관에 설치되어 상기 메인 콘트롤부터의 상기 제어 신호에 따라 개방되어 상기 외부 직수를 상기 열교환기로 공급하는 온수 밸브; 및
상기 난방관, 상기 고주파 유도 가열부, 및 상기 열교환기 사이 난방수 공급 배관에 설치되어 상기 고주파 유도 가열부의 난방 라인 또는 온수 순환 라인을 선택적으로 개폐하는 삼방 밸브를 더 포함하는 고주파 유도 가열 보일러.
제 11 항에 있어서, 상기 메인 콘트롤은 상기 하한 및 상한 검출 센서로부터의 상기 제1 및 제2 검출 결과 신호에 따라 상기 직수 밸브의 개폐를 제어하는 개폐 제어 신호를 발생하고,
상기 난방 스위치로부터의 상기 난방 모드 선택 신호에 따라 상기 고주파 유도 가열부로부터의 상기 순환온수가 상기 난방관으로 공급되도록 상기 삼방 밸브의 동작을 제어하는 난방 제어 신호를 발생하고,
상기 온수 스위치로부터의 상기 온수 모드 선택 신호에 따라 상기 외부 직수가 상기 열교환기로 공급되도록 상기 온수 밸브의 개폐를 제어하는 온수 제어 신호를 발생하고 상기 고주파 유도 가열부로부터의 상기 순환 온수가 상기 열교환기로 흘러가도록 상기 삼방 밸브의 동작을 제어하는 난방 순환 제어 신호를 발생하는 고주파 유도 가열 보일러.