KR101664001B1 - 보일러용 저주파 유도 발열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보일러용 저주파 유도 발열장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인덕터의 내외측에 철심코어를 구비하여 동손과 철손에 의해 발열하는 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 보일러용 저주파 유도 발열장치는, 양측이 개방되는 내경을 갖는 보빈형 철심코어에 동선이나 알루미늄선이 귄취되어 이루어진 것으로, 전원을 인가하여 철심코어(110)에 유도전류를 발생하는 인덕터(120); 상기 보빈형 철심코어를 포함하여 구성되고 인덕터(120)를 내측과 외측에서 감싸며 상기 유도전류시 발생하는 와전류손실에 의해 발열하는 철심코어(110); 및 상기 철심코어(110)가 소정간격 이격되게 내부에 구비되고 유체가 유입 및 배출될 수 있도록 입구(132)와 출구(134)가 형성되는 발열통(130); 을 포함하여 구성된다.

Description

보일러용 저주파 유도 발열장치 {Low-frequency induction heating device for boiler}

본 발명은 보일러용 저주파 유도 발열장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인덕터의 내외측에 철심코어를 구비하여 동손과 철손에 의해 발열하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 각종의 시설물이나 일반가정의 실내를 난방하기 위한 온수보일러는 석유, 가스, 고형탄 등의 화석연료를 사용하는 연소식과, 공급되는 전원으로서 발열되는 발열체를 열원으로 한 전기식으로 대별된다.

상기한 연소식 온수보일러는 높은 발열량으로 인하여 난방능력이 우수한 장점을 가지는 반면에, 가동중에 화석연료가 연소하면서 다량의 오염물질이 포함된 배기가스를 공기 중에 배출시켜서 대기환경을 오염시키게 됨은 물론이고, 화석연료를 연소시킬 때에 발생하는 소음으로 인한 불편을 감수하여야 하는 문제점이 있었다.

이와 같은 연소식 온수보일러의 문제점을 해결하고자 다양한 구조와 형태의 전기식 온수보일러가 개발되고 있다.

상기 전기식 온수보일러에서 열을 발생시키는 수단으로 전기히터가 이용된다.

이 전기히터는 전기저항을 이용한 발열선으로 니크롬선이나 철크롬선 등이 사용된다.

상기 니크롬선이나 철크롬선은 전기다리미, 전기프라이팬, 전기주전자, 커피메이커, 정수기와 같이 수 ㎾의 소용량 가정용 전열기구류에 사용되는 경우에는 사용 목적과 제품의 수명에 이상이 없다.

그러나 빌딩, 농공산업의 시설물, 일반가정 등과 같은 수십 ㎾의 대용량 보일러용으로 전기히터를 사용하는 경우는 수명이 짧은 문제점이 있다.

이를 좀 더 자세히 설명하면, 이 전기히터는 금속파이프 중앙에 나선형으로 감긴 니크롬선이나 철크롬선이 배치되고 그 사이의 공간은 절연재로서 마그네시아로 충진되는 구조를 한다.

이와 같은 구조의 전기히터는 보일러 내부의 수조 하부에 설치된다.

상기 대용량 보일러에서 전기히터의 용량이 커지면 물과 접촉되는 전기히터 표면의 전류밀도, 열밀도도 같이 커지게 되고, 발열시에 전기히터의 표면과 물과의 물리 화학적 반응으로 전기히터의 표면에 피막이 생기면서, 이것이 열을 전달하는데 장애요인이 된다.

따라서 니크롬선이나 철크롬선 입장에서는 열 발산이 되지 않아 전기히터의 수명이 단축되고 보일러의 입장에서는 소비전력 대비 열효율이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 선행특허문헌 국내 실용신안공개 제98-4291호(1998.3.30)에는, 단열재로 보온 됨과 아울러 상단부 일측에는 급수관이 설치되고, 하단부 일측에는 배수관이 설치된 고무수조와; 상기 고무수조의 저부에 배치되어 난방온수에 침적되는 피복전열선과; 난방온수의 온도를 감지하여 소정의 온도 이상에서 전원공급을 차단하도록 고무수조의 일측에 배치되는 온도감지센서와; 상기 급수관의 끝에 설치된 급수조절용 플로우트를 포함하여 이루어진 전기보일러가 개시된 바 있다.

이 선행특허는 고무수조 내의 용수에 침적된 피복전열선이 공급되는 전원으로 발열되면서 용수를 가열하여 주도록 구성되어서, 상술한 원인에 의해 피복절연선의 수명이 단축되고 전기보일러의 난방효율이 저하되는 문제점이 있었다.

실용신안공개 제98-4291호(공개일자 1998년03월30일) 특허공개 제10-2010-0008723호(공개일자 2010년01월26일)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 인덕터의 내외측에 철심코어를 구비하여 동손과 철손에 의해 발열함으로써 종래 열선을 사용하는 발열체에서의 단선 문제가 해소되어 내구성을 높일 수 있고 장치 내에서 발생하는 거의 모든 발열을 흡수 활용하여 열 효율을 높일 수 있는 보일러용 저주파 유도 발열장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 일반 상용 교류전원 주파수인 50Hz~60Hz를 그대로 사용하므로 교번 주파수를 높이기 위한 정류나 발진회로가 필요없는 보일러용 저주파 유도 발열장치를 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 보일러용 저주파 유도 발열장치는, 양측이 개방되는 내경을 갖는 보빈형 철심코어에 동선이나 알루미늄선이 귄취되어 이루어진 것으로, 전원을 인가하여 철심코어에 유도전류를 발생하는 인덕터;

상기 보빈형 철심코어를 포함하여 구성되고 인덕터를 내측과 외측에서 감싸며 상기 유도전류시 발생하는 와전류손실에 의해 발열하는 철심코어; 및

상기 철심코어가 소정간격 이격되게 내부에 구비되고 유체가 유입 및 배출될 수 있도록 입구와 출구가 형성되는 발열통;

을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 입구와 출구는 발열통의 일측과 타측에 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 철심코어는 내부의 일측이 밀폐되어 타측만 개방되고,

상기 출구측의 발열통에서 개방된 철심코어의 내부를 따라서 철심코어보다 작은 내경을 갖는 내측벽이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유도 발열장치를 하나의 단위 유닛으로 하여 다수의 단위 유도 발열장치가 병렬로 배치되어 전체 유도 발열장치를 구성하되, 인접된 발열통 간에는 서로 이격되게 일체로 형성되고, 최외측에 있는 단위 유도 발열장치의 발열통이 전체 유도 발열장치의 발열통이 되도록 하여, 전체 유도 발열장치의 입구와 출구가 전체 유도 발열장치의 발열통의 일측과 타측에 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유도 발열장치를 하나의 단위 유닛으로 하여 다수의 단위 유도 발열장치가 직렬로 배치되어 전체 유도 발열장치를 구성하되, 인접된 발열통 간에는 입구와 출구가 연통되고, 최외측에 있는 단위 유도 발열장치의 발열통에 형성된 입구와 출구는 전체 유도 발열장치의 입구와 출구가 되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 철심코어의 내측과 연통되도록 발열통의 일측에 발열통의 내경보다 작게 내측벽이 형성되어, 발열통의 일측에 입구와 출구가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제의 해결 수단에 의하면, 인덕터의 내외측에 철심코어를 구비하여 동손과 철손에 의해 발열함으로써 종래 열선을 사용하는 발열체에서의 단선 문제가 해소되어 내구성을 높일 수 있고 장치 내에서 발생하는 거의 모든 발열을 흡수 활용하여 열 효율을 높일 수 있다.

또한, 일반 상용 교류전원 주파수인 50Hz~60Hz를 그대로 사용하므로 교번 주파수를 높이기 위한 정류나 발진회로가 필요없다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 단위 유도 발열장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 단위 유도 발열장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 단위 유도 발열장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1응용예에 따른 유도 발열장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2응용예에 따른 유도 발열장치의 단면도이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

먼저, 본 발명의 유도발열 이해를 돕기 위해 철손(Iron Loss)과 동손(Copper Loss)에 대해 설명한다.

유도발열 원리를 쉽게 이해하기 위해, 변압기(Transformer)나 유도전동기(Induction Motor)와 같이 일반적으로 사용되는 유도기기의 손실에 대하여 설명한다.

상기 유도기기에서의 손실은 통상적으로 철손과 동손이 주된 원인이다.

상기 철손은 코어손(Core Loss)이라고도 하며, 이는 유도기기의 교번전류에서 발생하는 교번자속의 통로인 철심코어에서 발생하는 히스테리시스손실(Hysteresis Loss)과 와전류손실(Eddy Current Loss)을 말한다.

이 철손은 코어의 재질과 디자인 그리고 자기적 특성에 의하여 결정되는 값이며, 자기적 결합특성을 좋게 하기 위하여 자기저항(Reluctance)이 낮은 재질로 만들며, 와전류를 줄이기 위하여 적층구조(Laminating Structure)를 사용하여 손실을 줄이고 있다.

유도기기에서 이러한 철손은 원치않는 형태로 발열을 하게 된다.

동손은 유도기기에 사용되는 동선(Copper Wire)의 자체저항 때문에 발생하는 손실을 말한다.

동선의 자체저항은 동의 특정 온도계수에 의한 온도상승에 따라서 온도가 높아지면 저항값도 증가하며 손실이 높아진다.

유도기기에서 이러한 동손 역시 원치않는 형태로 발열을 하게 된다.

본 발명은 위에서 설명한 유도기기의 와전류손실을 적극적으로 이용하는 발열장치로서 철심코어에서 발생하는 와전류(Eddy Current)가 철심코어의 자체저항 때문에 발생하는 발열을 주로 활용한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 유도 발열장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 제1실시예에 따른 유도 발열장치(100)는 인덕터(120), 철심코어(110) 및 발열통(130)을 포함하여 구성된다.

상기 철심코어(110)는 일반 철(스테인리스 철 포함)의 재질로 이루어진 것으로, 소정길이와 양측이 개방되도록 내경을 갖는 원통형 또는 사각통형의 양단에서 외측으로 돌기가 수직으로 형성되는 대략적인 실패(bobbin) 형상을 한다.

상기 돌기 내측의 철심코어(110) 외주면에 동선 또는 알루미늄선이 수십 또는 수백회 또는 그 이상 권취되는 인덕터(120)가 구비되고, 이때 상기 인덕터(120)는 외측의 철심코어에 의해 감싸진 상태에서 물과 같은 유체가 스며들지 못하도록 실링 처리된다.

상기 알루미늄선을 사용하는 경우 동선보다 가격(비용)이나 중량에 있어서 장점이 있다.

상기 인덕터(120)는 철심코어(110)에 전원을 인가하여 유도전류를 발생시킴으로써 철심코어(110)에서 발생하는 와전류손실에 의해 발열하게 한다.

상기 발열통(130)은 인덕터(120)가 구비된 철심코어(110)를 외측에서 감싸고, 물과 같은 유체가 유입되어 유로를 따라 흐르면서 가열된 후 배출될 수 있도록 입구(132)와 출구(134)가 형성되며, 발열통(130)의 내경은 철심코어(110)의 외경보다 크게 형성되어 그 사이로 유체가 흐르게 된다.

상기 발열통(130)은 일반 강관이나 스테인리스 강관과 같은 철제 파이프로 이루어지고 경우에 따라서 단열재에 의해 둘러싸일 수 있다.

제1실시예에서는 발열통(130)보다 작은 내경의 입구(132)가 일측(도면에서 좌측)에 형성되고 그 타측(도면에서 우측)에 발열통(130)보다 작은 내경의 출구(134)가 형성된다.

이에 따라 발열통(130) 좌측의 입구(132)를 통해 유체가 유입된 후 분기되어 철심코어(110)의 내측, 철심코어(110)의 외측과 발열통(130)의 내측 사이의 유로를 따라 흐르면서 인덕터(120)의 동손과 철심코어(110)의 철손에 따른 발열에 의해 가열되어 하나로 합쳐져서 우측의 출구(134)를 통해 배출된다.

여기서 상기 입구(132)와 출구(134)는 유체의 흐르는 방향을 설명하기 위한 예시일 뿐, 그 반대로 유체가 발열통(130)의 우측을 통해 유입되고 좌측을 통해 배출될 수도 있다.

이 입구(132)와 출구(134)는 이하의 실시예나 응용예에서도 동일하다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 유도 발열장치의 단면도이다.

도 3에 도시된 제2실시예에 따른 유도 발열장치(100)는 인덕터(120), 철심코어(110) 및 발열통(130)을 포함하여 구성된다.

도 1의 제1실시예 따른 유도 발열장치의 구성과는 철심코어(110) 및 발열통(130)의 구조에 있어서만 상이하므로 여기서는 이에 대해 설명한다.

상기 철심코어(110)는 내부의 일측이 밀폐되어 타측만 개방된다.

상기 발열통(130)은 입구(132)가 일측에, 출구(134)가 타측에 형성되되, 상기 출구측의 발열통(130)에서 개방된 철심코어(110)의 내부를 따라서 철심코어(110)보다 작은 내경을 갖는 내측벽(130a)이 형성된다.

이에 따라 발열통(130) 좌측의 입구를 통해 유체가 유입된 후 분기되어 철심코어(110)의 외측과 발열통(130)의 내측 사이, 철심코어(110)의 내측과 내측벽(130a)의 외측 사이를 따라 차례로 흐른 후 하나로 합쳐져서 내측벽(130a)의 내부를 따라 흐르면서 인덕터(120)의 동손과 철심코어(110)의 철손에 따른 발열에 의해 가열되어 우측의 출구(134)를 통해 배출된다.

도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 유도 발열장치의 단면도이다.

도 4에 도시된 제3실시예에 따른 유도 발열장치(100)는 인덕터(120), 철심코어(110) 및 발열통(130)을 포함하여 구성된다.

도 1의 제1실시예 따른 유도 발열장치의 구성과는 발열통(130)의 구조에 있어서만 상이하므로 여기서는 이에 대해 설명한다.

상기 발열통(130)은 타측에 입구(132)와 출구(134)가 모두 구비되는 것으로, 이를 위해 철심코어(110)의 내측과 연통되도록 내측벽(130a)이 발열통(130)의 타측에 형성되고, 이때 내측벽(130a)의 외경은 발열통(130)의 내경보다 작게 형성되어, 내측벽(130a)의 내부는 입구(132)가 되고 내측벽(130a)의 외측과 발열통(130)의 내측 사이는 출구(134)가 된다.

즉 입구(132)는 내측에 형성되고 그 외측으로 출구(134)가 형성된다.

이에 따라 발열통(130) 우측의 입구(132)(내측벽의 내부)를 통해 유체가 유입된 후 철심코어(110)의 내측을 따라 흐른 다음 철심코어(110)의 외측과 발열통(130)의 내측 사이를 따라 흐르면서 인덕터(120)의 동손과 철심코어(110)의 철손에 따른 발열에 의해 가열되어 출구(134)(내측벽과 발열통 사이)를 통해 배출된다.

도 5는 본 발명의 제1응용예에 따른 유도 발열장치의 단면도이다.

도 1에 나타낸 제1실시예에 따른 유도 발열장치(100)를 하나의 단위 유닛으로 하여 다수의 단위 유도 발열장치(100)가 병렬로 배치되어 전체 유도 발열장치(200)를 구성하되, 인접된 발열통(130) 간에는 서로 이격되게 일체로 형성되어 인접된 발열통(130) 사이로는 유체가 흐르지 않는다.

또한, 최외측에 있는 단위 유도 발열장치(100)의 발열통(130)이 전체 유도 발열장치(200)의 발열통(230)이 되도록 하여 전체 유도 발열장치(200)의 입구(232)와 출구(234)가 발열통(230)의 좌측과 우측에 형성되되, 발열통(230)보다 작은 내경을 갖도록 형성된다.

이에 따라 전체 발열통(230) 좌측의 입구(232)를 통해 유체가 유입된 후 분기되어 다수의 단위 유도 발열장치(100)를 따라 흐르면서 가열되고 가열된 유체는 하나로 합쳐져서 전체 발열통(230) 우측의 출구(234)를 통해 배출된다.

이와 같은 제1응용예는 한번에 많은 유체를 발열할 수 있는 것으로, 제1응용예의 병렬 배치 방식을 제2,3실시예에 따른 유도 발열장치(100)에 적용할 수 있음은 물론이다.

도 6은 본 발명의 제2응용예에 따른 유도 발열장치의 단면도이다.

도 1에 나타낸 제1실시예에 따른 유도 발열장치(100)를 하나의 단위 유닛으로 하여 다수의 단위 유도 발열장치(100)가 직렬로 배치되어 전체 유도 발열장치(200)를 구성하되, 인접된 발열통(130) 간에는 입구(132)와 출구(134)가 연통되고, 최외측에 있는 단위 유도 발열장치(100)의 발열통(130)에 형성된 입구(132)와 출구(134)는 전체 유도 발열장치(200)의 입구(232)와 출구(234)가 된다.

이에 따라 전체 유도 발열장치(200)의 좌측의 입구(232)를 통해 유체가 유입된 후 직렬로 배치된 다수의 단위 유도 발열장치(100)를 따라 차례로 흐르면서 가열되고 가열된 유체는 전체 유도 발열장치(200)의 우측의 출구를 통해 배출된다.

이와 같은 제2응용예는 유체의 발열 온도를 크게 상승할 수 있는 것으로, 제2응용예의 직렬 배치 방식을 제2,3실시예에 따른 유도 발열장치(100)에 적용할 수 있음은 물론이다.

또한, 보일러의 특성이나 용도에 따라 병렬 배치 방식과 직렬 배치 방식을 적절히 섞어서 사용할 수도 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

100: 유도 발열장치 110: 철심코어
120: 인덕터 130: 발열통
130a: 내측벽 132: 입구
134: 출구 200: 전체 유도 발열장치

Claims (6)

1. 양측이 개방되는 내경을 갖는 보빈형 철심코어에 동선이나 알루미늄선이 귄취되어 이루어진 것으로, 전원을 인가하여 철심코어(110)에 유도전류를 발생하는 인덕터(120);
   상기 보빈형 철심코어를 포함하여 구성되고 인덕터(120)를 내측과 외측에서 감싸며 상기 유도전류시 발생하는 와전류손실에 의해 발열하는 철심코어(110); 및
   상기 철심코어(110)가 소정간격 이격되게 내부에 구비되고 유체가 유입 및 배출될 수 있도록 입구(132)와 출구(134)가 형성되는 발열통(130); 을 포함하되,
   상기 입구(132)와 출구(134)는 발열통(130)의 일측과 타측에 형성되며,
   상기 철심코어(110)는 내부의 일측이 밀폐되어 타측만 개방되고,
   상기 출구(134)측의 발열통(130)에서 개방된 철심코어(110)의 내부를 따라서 철심코어(110)보다 작은 내경을 갖는 내측벽(130a)이 형성되는 것을 특징으로 하는 보일러용 저주파 유도 발열장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 보일러용 저주파 유도 발열장치(100)를 하나의 단위 유닛으로 하여 다수의 단위 보일러용 저주파 유도 발열장치(100)를 병렬로 배치하여 전체 유도 발열장치(200)를 구성하되, 인접된 발열통(130) 간에는 서로 이격되게 일체로 형성되고, 최외측에 있는 단위 보일러용 저주파 유도 발열장치(100)의 발열통(130)이 전체 유도 발열장치(200)의 발열통(230)이 되도록 하여, 전체 유도 발열장치(200)의 입구(232)와 출구(234)가 전체 유도 발열장치(200)의 발열통(230)의 일측과 타측에 형성되는 것을 특징으로 하는 보일러용 저주파 유도 발열장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 보일러용 저주파 유도 발열장치(100)를 하나의 단위 유닛으로 하여 다수의 단위 보일러용 저주파 유도 발열장치(100)가 직렬로 배치되어 전체 유도 발열장치(200)를 구성하되, 인접된 발열통(130) 간에는 입구(132)와 출구(134)가 연통되고, 최외측에 있는 단위 보일러용 저주파 유도 발열장치(100)의 발열통(130)에 형성된 입구(132)와 출구(134)는 전체 유도 발열장치(200)의 입구(232)와 출구(234)가 되는 것을 특징으로 하는 보일러용 저주파 유도 발열장치.
6. 양측이 개방되는 내경을 갖는 보빈형 철심코어에 동선이나 알루미늄선이 귄취되어 이루어진 것으로, 전원을 인가하여 철심코어(110)에 유도전류를 발생하는 인덕터(120);
   상기 보빈형 철심코어를 포함하여 구성되고 인덕터(120)를 내측과 외측에서 감싸며 상기 유도전류시 발생하는 와전류손실에 의해 발열하는 철심코어(110); 및
   상기 철심코어(110)가 소정간격 이격되게 내부에 구비되고 유체가 유입 및 배출될 수 있도록 입구(132)와 출구(134)가 형성되는 발열통(130); 을 포함하되,
   상기 철심코어(110)의 내측과 연통되도록 발열통(130)의 일측에 발열통(130)의 내경보다 작게 내측벽(130a)이 형성되어, 발열통(130)의 일측에 입구(132)와 출구(134)가 형성되는 것을 특징으로 하는 보일러용 저주파 유도 발열장치.

Images