KR101860827B1 - 유체마찰 전기보일러의 헤드 - Google Patents

Abstract

회전을 통한 마찰로 유체를 가열하는 헤드에 있어서 유체 간의 마찰빈도를 증가시키고 난류 흐름을 촉진하여 유체의 가열속도가 향상되도록, 본 발명은 유체의 유입구 및 유출구가 구비된 케이스 내부의 원통형 가열공간에서 모터와 연결되어 회전됨에 따라 유입된 상기 유체를 가열하는 유체마찰 전기보일러의 헤드에 있어서, 일측부에 상기 유입구와 연통되는 유입홀이 형성되되 상기 유입홀의 테두리를 따라 제1자석홈부가 형성되고, 내부에 상기 유입홀에 확관되어 연결되는 수용공간이 형성되며, 타측부에 상기 모터와 연결되는 모터연결부가 형성되고 상기 모터연결부의 외주부를 따라 제2자석홈부가 형성되는 몸체부; 상기 몸체부의 외주에 원주방향을 따라 돌설되되 상기 몸체부의 길이방향으로 다단으로 구비되어 각 돌설된 부분 사이가 링형 저수홈부에 의해 구획되며, 각각의 돌설된 둘레면에 원주방향을 따라 마찰홈부와 내부에 배출홀이 관통 형성된 마찰돌기부가 순차 배치되도록 형성되는 마찰날개부; 및 상기 유체가 활성화되도록 상기 각 자석홈부에 삽입되어 회전되는 자기장을 형성하는 자기유도부를 포함하는 유체마찰 전기보일러의 헤드를 제공한다.

Description

유체마찰 전기보일러의 헤드{head with electric boiler for friction of fluid}

본 발명은 유체마찰 전기보일러의 헤드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전을 통한 마찰로 유체를 가열하는 헤드에 있어서 유체 간의 마찰빈도를 증가시키고 난류 흐름을 촉진하여 유체의 가열속도가 향상되는 유체마찰 전기보일러의 헤드에 관한 것이다.

일반적으로, 온수 공급이나 난방을 위해 물, 증기, 열매체유 등의 유체를 가열하는 가열장치는 화학연료나 전기를 이용하여 유체를 가열하고 가열된 유체를 직접 사용하거나 가열된 유체를 통해 일정한 온도로 실내를 난방하는 장치이다.

여기서, 화학연료를 이용한 가열장치는 화학연료의 연소과정에서 다량의 공해물질이 배출되며, 소모된 화학연료 대비 열효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

그리고, 전기에너지를 이용하는 가열장치는 전기저항을 이용한 전열기나 유체의 유동을 통해 열을 발생시키는 마찰가열기 등이 있다. 이때, 전기저항을 이용한 전열기는 유체의 성질에 따라 누전이나 화재의 위험이 항시 존재할 뿐만 아니라, 저항으로 발열되는 전열선 부근에서만 유체가 가열될 수 있기 때문에 대량의 유체를 가열하는데 많은 시간이 걸리는 문제점이 있었다.

이에, 최근에는 전기에너지를 통해 유체를 유동시키고, 유체의 유동으로 유체가 직접 가열되는 방식의 마찰가열기가 사용되고 있다. 이때, 상기 마찰가열기는 유체의 마찰, 공동 현상 등을 통해 유체을 가열하며, 이를 촉진하기 위해서는 유체의 유속 및 난류 흐름을 증가시키는 것이 중요하다.

한편, 종래의 마찰가열기는 원통형 케이스와, 상기 케이스의 내부에서 회전되는 원통형 헤드를 배치하여, 상기 헤드의 회전을 통해 상기 헤드와 상기 케이스 사이에서 유체를 마찰시켜 열을 발생시켰다.

그러나, 종래의 마찰가열기는 상기 헤드의 외주와 상기 케이스의 내주 사이 공간에 채워진 유체가 가열되는 방식으로 상기 공간이 너무 넓으면 유체의 마찰량이 적어 가열이 제대로 이루어지지 않으며, 상기 공간이 너무 좁으면 가열되는 유체량이 적어 대량의 유체를 가열하기 위해 많은 시간이 걸리는 문제점이 있었다.

이에, 헤드의 외주에 다단의 날개부를 형성하여 유체와의 마찰면적을 증가시키기도 하였으나, 대량의 유체를 승온시키기 위해 필요한 난류 흐름이나 유체의 마찰, 유속을 충분히 제공하지 못하였다.

한국 공개특허 제10-2011-0027157호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 회전을 통한 마찰로 유체를 가열하는 헤드에 있어서 유체 간의 마찰빈도를 증가시키고 난류 흐름을 촉진하여 유체의 가열속도가 향상되는 유체마찰 전기보일러의 헤드를 제공하는 것을 해결과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 유체의 유입구 및 유출구가 구비된 케이스 내부의 원통형 가열공간에서 모터와 연결되어 회전됨에 따라 유입된 상기 유체를 가열하는 유체마찰 전기보일러의 헤드에 있어서, 일측부에 상기 유입구와 연통되는 유입홀이 형성되되 상기 유입홀의 테두리를 따라 제1자석홈부가 형성되고, 내부에 상기 유입홀에 확관되어 연결되는 수용공간이 형성되며, 타측부에 상기 모터와 연결되는 모터연결부가 형성되고 상기 모터연결부의 외주부를 따라 제2자석홈부가 형성되는 몸체부; 상기 몸체부의 외주에 원주방향을 따라 돌설되되 상기 몸체부의 길이방향으로 다단으로 구비되어 각 돌설된 부분 사이가 링형 저수홈부에 의해 구획되며, 각각의 돌설된 둘레면에 원주방향을 따라 마찰홈부와 내부에 배출홀이 관통 형성된 마찰돌기부가 순차 배치되도록 형성되는 마찰날개부; 및 상기 유체가 활성화되도록 상기 각 자석홈부에 삽입되어 회전되는 자기장을 형성하는 자기유도부를 포함하는 유체마찰 전기보일러의 헤드를 제공한다.

여기서, 상기 제1자석홈부 및 상기 제2자석홈부는 원주방향을 따라 방사상으로 복수개 형성되고, 상기 자기유도부는 전방측에 N극이 배치되도록 상기 제1자석홈부에 구비되는 제1영구자석과, 전방측에 S극이 배치되도록 상기 제2자석홈부에 구비되는 제2영구자석을 포함함이 바람직하다.

그리고, 상기 몸체부는 외주에 상기 배출홀이 관통 형성되지 않은 더미 마찰날개부가 적어도 하나 이상 구비된 제1더미 몸체부 및 제2더미 몸체부와, 상기 제1더미 몸체부 및 상기 제2더미 몸체부 사이에 다단으로 결합되는 적층식 몸체부를 포함함이 바람직하다.

이때, 상기 제1자석홈부는 상기 제1더미 몸체부의 전방부에 형성되고, 상기 제2자석홈부는 상기 제2더미 몸체부의 후방부에 형성되며, 상기 제1더미 몸체부의 후방부 및 상기 제2더미 몸체부의 전방부에는 상호 대향되는 흐름의 와류를 형성하는 한쌍의 임펠러부가 구비됨이 바람직하다.

또한, 상기 더미 마찰날개부에는 상기 마찰돌기부의 원주방향 양측면을 관통하는 유동관통홀과 상기 유동관통홀로부터 반경방향 외측으로 분지되어 상기 마찰돌기부의 둘레면을 관통하는 원심배출홀이 형성됨이 바람직하다.

상기의 해결 수단을 통해서, 본 발명에 따른 유체마찰 전기보일러의 헤드는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 상기 자기유도부는 상기 유입홀의 테두리부 및 상기 모터연결부의 외주부에 원주방향을 따라 배치되어 상기 헤드와 함께 회전되도록 구비되므로 유입홀을 따라 유동되는 유체와 수용공간으로 유입된 유체에 회전되는 자기장을 가하여 유체 분자의 전하 간 인력 균형을 제거하고 분자의 운동량이 쉽게 변화될 수 있는 활성화된 분자 구조로 전환시켜 유체의 마찰 가열속도가 현저히 개선될 수 있다.

둘째, 상기 제1자석홈부에 삽입되는 제1영구자석은 전방측에 N극이 배치되도록 삽입되어 유입홀 내부로 유동되는 유체 분자가 자기장의 방향을 따라 압축/가속/팽창을 통해 활성화되어 수용공간으로 주입되며, 방사상으로 배치된 제1영구자석의 회전으로 유체 분자에 강약이 주기적으로 변화되는 펄스형의 자기장이 가해져 자기 공명을 통한 유체 분자의 활성도 증가로 유체의 마찰 가열이 촉진될 수 있다.

셋째, 상기 제2자석홈부에 삽입되는 제2영구자석은 전방측에 S극이 배치되도록 삽입되어 상기 제1영구자석과 반발하는 자기장을 형성하므로 수용공간의 유체 분자를 제1더미 몸체부의 후방 및 제2더미 몸체부의 전방측으로 밀집시켜 각 임펠러부에 의해 발생된 각각의 와류 내에 밀집된 유체 분자가 분포하게 됨에 따라 각 와류의 충돌 및 마찰로 인한 발열이 더욱 원활하게 이루어질 수 있다.

넷째, 상기 더미 마찰날개부에 형성된 유동관통홀을 통해 헤드의 진동 파괴 현상을 방지하기 위해 형성된 더미 마찰날개부에서도 유체의 가속/감압, 감속/승압을 통한 발열이 가능하며, 헤드의 원심력을 원심배출홀을 통해 활용하여 헤드 외부의 유체에 마찰 발열을 위한 부가적인 에너지 공급이 가능하므로 낭비되는 헤드의 회전력을 최소화하여 제품의 가열 효율이 현저히 개선될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유체마찰 전기보일러의 헤드를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유체마찰 전기보일러를 나타낸 단면도.
도 3은 도 2의 A-B 단면을 나타낸 단면도.
도 4는 도 2의 C-D 단면을 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 유체마찰 전기보일러에서 제1자석홈부 주변의 자기장을 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 유체마찰 전기보일러에서 제2자석홈부 주변의 자기장을 나타낸 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 유체마찰 전기보일러의 헤드를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유체마찰 전기보일러의 헤드를 나타낸 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유체마찰 전기보일러를 나타낸 단면도이며, 도 3은 도 2의 A-B 단면을 나타낸 단면도이며, 도 4는 도 2의 C-D 단면을 나타낸 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 유체마찰 전기보일러에서 제1자석홈부 주변의 자기장을 나타낸 예시도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 유체마찰 전기보일러에서 제2자석홈부 주변의 자기장을 나타낸 예시도이다.

도 1 내지 도 6에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 유체마찰 전기보일러(100)는 케이스(10), 헤드(30), 그리고 모터(미도시)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 유체마찰 전기보일러(100)는 케이스(10) 내부의 가열공간(c)으로 주입된 유체를 고속회전되는 헤드(30)의 회전을 통해 가열시키는 장치이다. 이때, 유체는 담수, 염수, 열매체유 등으로 다양하게 구비될 수 있다.

한편, 도 1 내지 도 2를 참조하면, 상기 케이스(10)는 원통 형상으로 내부에 가열공간(c)이 형성되고, 전면부에 유체가 유입되는 유입구(14)가 형성된 케이스커버(12)가 결합될 수 있다. 그리고, 원통형의 측면부(11) 일측에는 가열된 유체가 배출되도록 측면부(11)를 반경방향으로 관통하는 유출구(13)가 형성된다.

그리고, 상기 케이스(10)는 내부로 공급되는 유체가 새지 않도록 실링된 구조로 이루어짐이 바람직하며, 상기 유입구(14)는 유체의 공급을 위해 펌프나 유체저장탱크와 연결될 수 있으며, 상기 유출구(13)는 난방이나 온수 공급을 위한 배관과 연결될 수 있다.

이때, 상기 케이스(10) 및 상기 헤드(30)의 재질은 유체의 종류에 따라 스테인리스 스틸, 강화 플라스틱, 강철 등의 소재로 구비될 수 있으며, 오일 기반 유체인 경우에는 강철, 염수/담수 기반 유체인 경우에는 스테인리스 스틸 내지 강화 플라스틱 등으로 구비될 수 있다.

또한, 상기 모터(미도시)는 상기 케이스(10)의 후방부에 배치될 수 있으며, 상기 모터의 회전구동축(20)이 상기 케이스(10)를 관통하여 상기 헤드(30)와 키결합 등으로 연결됨에 따라 상기 헤드(30)에 회전력을 전달할 수 있다.

한편, 상기 헤드(30)는 상기 케이스(10) 내부의 원통형 가열공간(c)에 배치되며, 회전시 상기 유입구(14)를 통해 상기 가열공간(c)으로 유입된 유체를 가열한다. 이때, 상기 헤드(30)의 회전 중심선 및 상기 회전구동축(20)의 회전 중심선, 상기 가열공간(c)의 중심선은 일치되도록 배치됨이 바람직하다.

여기서, 상기 헤드(30)는 몸체부(30a), 마찰날개부(30b), 그리고 자기유도부(30c)를 포함한다.

이때, 상기 몸체부(30a)는 일측부에 상기 유입구(14)와 연통되는 유입홀(61)이 형성되되 상기 유입홀(61)의 테두리를 따라 제1자석홈부(63)가 형성되고, 내부에 상기 유입홀(61)에 확관되어 연결되는 수용공간(d)이 형성된다.

그리고, 상기 몸체부(30a)의 타측부에는 상기 모터(미도시)와 연결되는 모터연결부(41)가 형성되고 상기 모터연결부(41)의 외주부를 따라 제2자석홈부(43)가 형성된다. 이때, 상기 모터연결부(41)의 키홈부(41a)를 통해 상기 몸체부(30a)와 회전구동축(20)이 연결되어 일체로 회전될 수 있다.

상세히, 상기 몸체부(30a)는 일측에 개구가 형성되고 내부에 수용공간이 형성된 원통형 부재 및 상기 원통형 부재의 개구에 결합되는 커버를 포함하는 2개의 부재가 결합되어 구비될 수 있다.

또한, 상기 몸체부(30a)는 커버의 역할을 하는 제1더미 몸체부(60a), 내부에 수용관통부(53)가 형성되어 각각이 결합됨에 따라 수용공간(d)을 형성하는 복수개의 적층식 몸체부(50a), 그리고, 상기 적층식 몸체부(50a)의 후방에 결합되어 상기 수용공간(d)의 후방을 차폐하는 제2더미 몸체부(40a)를 포함하는 3개 이상의 부재가 결합되어 구비되는 것도 가능하다.

본 실시예에서는 상기 몸체부(30a)가 3개 이상의 부재가 결합되어 구비되는 것을 예로써 설명하고 도시하였다.

여기서, 상기 몸체부(30a)는 제1더미 몸체부(60a), 적층식 몸체부(50a), 그리고 제2더미 몸체부(40a)를 포함한다.

그리고, 상기 제1더미 몸체부(60a)에는 상기 유입구(14)와 연통되는 유입홀(61)이 형성되며, 상기 유입홀(61)의 테두리를 따라 제1자석홈부(63)가 형성된다.

이때, 상기 제1더미 몸체부(60a)는 상기 케이스(10)의 전방측에 배치되되, 상기 케이스(10) 및 상기 제1더미 몸체부(60a) 사이에는 회전시 마찰력 및 진동이 감소되도록 베어링(17)이 개재됨이 바람직하다.

그리고, 상기 제1자석홈부(63)는 상기 유입홀(14)의 테두리에 원주방향을 따라 방사상으로 복수개 구비되며, 상기 제1자석홈부(63)는 상기 제1더미 몸체부(60a)의 전방면에 형성되되 상기 제1더미 몸체부(60a)의 후방면을 관통하지 않으면서 후방면에 인접한 부분까지 형성됨이 바람직하다.

한편, 상기 적층식 몸체부(50a)는 상기 제1더미 몸체부(60a)의 후방을 따라 다단으로 결합되되, 각 적층식 몸체부(50a)의 내부에는 상기 유입홀(61)보다 큰 내경을 가진 수용관통부(53)가 형성될 수 있다.

이때, 상기 각 적층식 몸체부(50a)가 결합됨에 따라 상기 수용관통부(53)가 연결되며, 상기 유입홀(61)의 후방에 수용공간(d)이 확관되도록 연결될 수 있다.

또한, 상기 적층식 몸체부(50a)의 후방에는 제2더미 몸체부(40a)가 연결되며, 상기 제2더미 몸체부(40a)의 전방면은 상기 수용공간(d)의 후방부를 차폐하게 된다.

여기서, 상기 제2더미 몸체부(40a)의 후방부에는 상기 모터(미도시)와 연결되는 모터연결부(41)가 형성되며, 상기 모터연결부(41)의 외주부를 따라 제2자석홈부(43)가 형성된다. 여기서, 상기 제2자석홈부(43)는 상기 모터연결부(41)의 외주부에 원주방향을 따라 방사상으로 복수개 구비될 수 있다.

그리고, 상기 제2자석홈부(43)는 상기 제2더미 몸체부(40a)의 후방에 형성되되, 상기 제2더미 몸체부(40a)의 전방면을 관통하지 않으면서 상기 전방면과 인접한 부분까지 형성됨이 바람직하다.

여기서, 상기 제1자석홈부(63)는 상기 유입홀(61)에 인접하게 배치되며, 상기 제2자석홈부(43)는 상기 제2더미 몸체부(40a)의 외곽에 인접하게 배치됨이 바람직하다. 이를 통해, 유체에 대한 각 자석홈부(63,43)의 자기유도부(30c)의 영향력이 증가될 수 있다.

한편, 상기 마찰날개부(30b)는 상기 몸체부(30a)의 외주에 원주방향을 따라 돌설되되 상기 몸체부(30a)의 길이방향으로 다단으로 구비되며, 각 돌설된 부분 사이가 링형 저수홈부(37)에 의해 구획되며, 각각의 돌설된 둘레면에 원주방향을 따라 마찰홈부(49,59,69) 및 내부에 배출홀이 관통 형성된 마찰돌기부(48,58,68)가 순차 배치되도록 형성된다.

여기서, 상기 몸체부(30a)는 상기 제1더미 몸체부(60a), 상기 적층식 몸체부(50a), 그리고 상기 제2더미 몸체부(40a)가 결합된 전체를 의미하며, 상기 마찰날개부(30b)는 상기 몸체부(30a)에 길이방향을 따라 다단으로 구비될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1더미 몸체부(60a) 및 상기 각 적층식 몸체부(50a) 하나의 마찰날개부(60b,50b)가 형성될 수 있으며, 상기 제2더미 몸체부(40a)에는 5개 이상의 마찰날개부(40b가 형성될 수 있다.

그리고, 상기 적층식 몸체부(50a)는 상기 제1더미 몸체부(60a) 및 상기 제2더미 몸체부(40a) 사이에 9개가 구비되어 상기 몸체부(30a)의 외주에는 15개의 마찰날개부(30b)가 형성될 수 있다.

여기서, 상기 제1더미 몸체부(60a) 및 상기 제2더미 몸체부(40a)의 외주에는 배출홀이 관통 형성되지 않은 더미 마찰날개부(60b,40b)가 돌설되며, 상기 적층식 몸체부(50a)의 외주에는 배출홀(54)이 관통 형성된 마찰날개부(50b)가 돌설됨이 바람직하다.

그리고, 상기 제1더미 몸체부(60a), 상기 적층식 몸체부(50a)는 외주 중앙부를 따라 마찰날개부(60b,50b)가 형성되어, 상기 제1더미 몸체부(60a) 및 상기 적층식 몸체부(50a)가 결합되면 각각의 마찰날개부(60b,50b) 사이에 저수홈부(37)가 형성될 수 있다.

마찬가지로, 하나의 적층식 몸체부 및 다른 적층식 몸체부가 결합되면 각 마찰날개부 사이에 저수홈부가 형성될 수 있으며, 적층식 몸체부(50a) 및 제2더미 몸체부(40a)가 결합된 경우에도 각 마찰날개부(50b,40b) 사이에 저수홈부(37)가 형성될 수 있으며, 상기 제2더미 몸체부(40a)의 마찰날개부(40b) 사이에도 저수홈부(37)가 형성될 수 있다.

여기서, 상기 각 저수홈부(37)는 설계 및 제조상의 편의를 위해 동일한 간격으로 형성될 수 있으나, 서로 다르게 구비되는 것도 가능하다.

한편, 상기 자기유도부(30c)는 상기 유체가 활성화되도록 상기 각 자석홈부(43,63)에 삽입된다. 여기서, 유체의 분자는 음전하 및 양전하 사이의 인력으로 인해 운동성이 낮은 상태의 구조를 형성하게 되는데, 유체가 활성화된다는 말은 유체의 분자 구조가 운동성이 높은 상태 즉, 외력에 의해 쉽게 운동량이 증가될 수 있는 상태로 변화된다는 의미로 이해함이 바람직하다.

이때, 상기 자기유도부(30c)는 N극과 S극을 갖는 영구자석(31,32)으로 구비될 수 있으며, 상기 영구자석(31,32)은 높은 자성을 형성하는 네오디뮴(Neodymium-iron-boron; Nd-Fe-B)계열 자석을 사용할 수 있다.

여기서, 상기 자기유도부(30c)는 상기 유입홀(61)의 테두리부 및 상기 모터연결부(41)의 외주부에 형성된 자석홈부(63,43)에 삽입되어 상기 헤드(30)와 함께 회전되도록 구비된다.

즉, 상기 자기유도부(30c)에 의해 형성된 자기장은 상기 헤드(30)와 함께 회전될 수 있으며, 상기 유입홀(61)을 따라 유동되는 유체 및 상기 수용공간(d)으로 유입된 유체에 회전되는 자기장이 가해질 수 있다.

이에 따라, 상기 유체 분자 내부의 전하 간 인력 균형이 제거되어 유체 분자 구조가 분자 운동성이 높은 활성화된 분자 구조로 치환될 수 있으며, 유체의 회전에 따른 충돌 및 마찰이나, 유체의 가속/감압 및 감속/승압에 따른 기포 형성 및 내파 과정에서의 유체 가열이 가속화될 수 있다.

한편, 도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 제1더미 몸체부(60a)의 유입홀(61) 테두리에 형성된 상기 제1자석홈부(63)에 삽입되는 제1영구자석(31)은 상기 유입홀(61)의 내부를 따라 유동되는 유체를 활성화시킬 수 있다.

여기서, 상기 제1자석홈부(63)의 제1영구자석(31)은 전방측에 N극이 배치되고 후방측에 S극이 배치되도록 삽입되며, 유체의 유동방향을 따라 길이방향으로 N극 및 S극이 배치될 수 있다.

즉, 각 제1영구자석(31)은 상기 유입홀(61)의 테두리를 따라 방사상으로 배치되며, 각 제1영구자석(31)의 N극은 상기 유입홀(61)의 유체 유입방향측에 배치되고, 각 제1영구자석(31)의 S극은 상기 유입홀(61)의 유체 유출방향측에 배치된다.

여기서, 상기 제1영구자석(31)의 자기력은 N극에서 S극 방향으로 작용하며 N극에서는 유체 분자를 유입홀(61)의 중심방향으로 밀어주는 힘을 가하며, S극에서는 유체 분자를 유입홀(61)의 외주측으로 당기는 힘을 가하게 된다.

그리고, 상기 유입홀(61)의 내부에서에는 N극과 S극을 연결하는 자기력선의 방향을 따라 유체를 수용공간(d) 내부로 밀어주는 힘을 가하게 된다.

이에 따라, 상기 유입홀(61)로 유입되는 유체의 내부 분자가 상기 유입홀(61)의 입구측에서 중심방향으로 가압되며 유입홀(61)의 출구측으로 가속되고 상기 유입홀(61)의 출구측에서 외곽으로 당겨지는 과정을 통해 분자 간 인력에 의한 비활성 상태가 해제되고 활성화된 상태로 전환될 수 있다.

즉, 상기 유체는 상기 제1영구자석(31)의 자기력에 의해 상기 분자 내부에서의 음전하 및 양전하 사이의 인력 균형이 무너지게 되며, 분자 운동성이 손쉽게 변화될 수 있는 고반응성의 활성화된 분자 구조를 가지게 된다.

이에 따라, 상기 유체는 회전 및 압축/팽창시 분자의 운동량이 용이하게 증가 될 수 있어 매우 빠른 속도로 가열될 수 있다.

이때, 원주방향을 따라 방사상으로 배치된 각 제1영구자석(31)은 상기 유입홀(61)의 중심과 연결되는 직선방향으로 강한 자기력선을 형성하며, 상기 각 제1영구자석(31)과 상기 유입홀(61)의 중심을 연결한 직선방향에서 벗어날수록 인접한 제1영구자석의 자기장 영향으로 자기력선이 약해진다.

그리고, 상기 제1영구자석(31)은 상기 헤드가 회전됨에 따라 강한 자기력과 약한 자기력이 펄스를 형성하여 상기 유입홀(61)을 따라 유동되는 유체 분자에 자기력을 가하게 되며 상기 유체 분자는 자기 공명 현상에 의해 더욱 활성화된 분자 구조로 전환될 수 있다.

즉, 방사상으로 배치된 제1영구자석(31)의 회전으로 유체 분자에 강약이 주기적으로 변화되는 펄스형의 자기장이 가해지며 자기 공명을 통해 유체 분자의 활성도가 증가될 수 있다.

이에 따라, 상기 유체는 활성화된 분자 구조로 전환된 상태에서 상기 수용공간(d)으로 주입되어 기포 형성 및 파괴, 분자 간 마찰/충돌, 마찰리브부(55) 및 케이스리브(16)와의 마찰 등의 과정을 거치므로 한층 빠른 속도로 가열될 수 있다.

한편, 상기 제1더미 몸체부(60a)의 후방부 및 상기 제2더미 몸체부(40a)의 전방부에는 상호 대향되는 흐름의 와류(f,g)를 형성하는 한쌍의 임펠러부(70,80)가 구비됨이 바람직하다.

여기서, 상기 임펠러부(70,80)는 상기 제1더미 몸체부(60a)의 후방부에 구비되는 제1임펠러부(70)와 상기 제2더미 몸체부(40a)의 전방부에 구비되는 제2임펠러부(80)를 포함할 수 있다.

상세히, 상기 제1임펠러부(70)는 내부에 상기 유입홀(61)과 연통되는 관통공(71)이 형성된 허브와, 상기 허브의 외주를 따라 경사지게 돌설된 블레이드(72)를 포함함이 바람직하다.

여기서, 상기 제1임펠러부(70)의 블레이드는 회전시 상기 제1더미 몸체부(60a)의 후면으로부터 상기 제2더미 몸체부(40a)의 전면으로 향하며 시계방향으로 회전되는 나선형의 제1와류(f)를 형성하게 된다.

또한, 상기 제2임펠러부(80)는 상기 제2더미 몸체부(40a)에 볼트(81) 결합되는 허브와, 상기 허브를 중심으로 경사지게 배치되는 블레이드(82)를 포함하며, 상기 제2임펠러부(80)의 블레이드(82)는 회전시 상기 제2더미 몸체부(40a)의 전면으로부터 상기 제1더미 몸체부(60a)의 후면측으로 향하는 나선형의 제2와류(g)를 형성하게 된다.

이때, 상기 제1와류(f) 및 상기 제2와류(g)는 상기 수용공간(d)의 회전중심부의 압력을 낮춰 상기 유체를 수용공간(d)으로 흡입할 수 있다. 이에 따라, 상기 유입구(14)에 별도의 펌프가 요구되지 않아 제품의 경제성이 향상될 수 있다.

그리고, 상기 제1와류(f) 및 상기 제2와류(g)는 상호 대향되는 방향으로 반발하는 나선형 흐름을 형성하고 상호 충돌하여 유체 마찰열을 발생시키며, 수용공간(d) 내부의 유체를 원심력과 함께 적층식 몸체부(50a)의 내주측으로 가압 회전시킬 수 있다.

한편, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 제2자석홈부(43)의 제2영구자석(32)은 전방측에 S극이 배치되고 후방측에 N극이 배치되도록 삽입될 수 있다. 이때, 상기 제2자석홈부(43)는 상기 제2더미 몸체부(40a)의 외곽측에 인접하도록 배치됨이 바람직하다.

즉, 각 제2영구자석(32)은 상기 모터연결부(41)의 외주부를 따라 방사상으로 배치되며, 각 제2영구자석(32)의 S극은 상기 제1영구자석(31)의 S극과 대향되도록 배치될 수 있다.

이때, 상기 제2영구자석(32) 및 상기 제1영구자석(31)은 서로 반발하는 자기력을 형성하여, 상기 수용공간(d)의 유체 분자를 각 임펠러부(70,80)가 배치된 제1더미 몸체부(60a)의 후방 및 제2더미 몸체부(40a)의 전방측으로 밀어주게 된다.

이에 따라, 각 임펠러부(70,80) 주변으로 유체 분자가 밀집될 수 있으며, 상기 각 임펠러부(70,80)에 의해 발생된 각각의 와류(f,g) 내에 밀집된 유체 분자가 분포하게 되며 각 와류(f,g)의 충돌 및 마찰로 인한 발열이 더욱 원활하게 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 제2영구자석(32)은 상기 제2더미 몸체부(40a)의 외주측에 인접하게 배치되며, 상기 제2더미 몸체부(40a)의 외주측 유체를 활성화시킬 수 있다.

상세히, 상기 제2영구자석(32)의 자기력은 N극에서 S극 방향으로 작용하며 모터연결부(41)측의 N극에서는 유체 분자를 케이스(10)의 외주측으로 밀어주는 힘을 가하고, 제2임펠러부(80)측의 S극에서는 유체 분자를 제2임펠러부(80)측으로 당기는 힘을 가하게 된다.

그리고, 상기 제2더미 몸체부(40a)의 더미 마찰날개부(40b)에서는 N극에서 S극으로 연결된 자기력선의 방향을 따라 유체를 제2더미 몸체부(40a)의 더미 마찰날개부(40b)에서 적층식 몸체부(50a)의 마찰날개부(50b)측으로 밀어주는 힘을 가하게 된다.

이에 따라, 상기 제2더미 몸체부(40a) 후방의 유체 분자는 케이스(10)측으로 밀려나, 더미 마찰날개부(40b)의 후방에서 전방측으로 가속되고, 상기 제2임펠러부(80)측으로 당겨지는 과정을 통해 상기 제2더미 몸체부(40a)의 후방에서 정체되지 않고 원활하게 유동될 수 있다.

즉, 상기 가열공간(c) 내부의 유체가 과다하게 가열되거나 과소하게 가열되는 부분 없이 균형적으로 가열될 수 있으며, 유체 각 부분의 온도 편차감소로 보다 효율적인 가열이 가능하다.

또한, 원주방향을 따라 방사상으로 배치된 각 제2영구자석(32)은 상기 헤드(30)가 회전됨에 따라 제2영구자석(32)과 가까워지는 유체 분자에 강한 힘을 가하고, 제2영구자석(32)으로부터 멀어지는 유체 분자에 약한 힘을 가하게 된다.

이때, 상기 유체 분자는 강한 힘과 약한 힘이 반복되며 형성된 펄스에 의해 자기 공명을 일으키게 되며, 유체 내부의 분자는 매우 빠른 속도로 진동하게 된다. 이에 따라, 상기 유체는 제2더미 몸체부(40a)의 외주를 따라 회전되는 과정에서 상기 케이스(10) 내지 케이스리브(16)와 마찰/충돌하며 빠른 속도로 가열될 수 있다.

한편, 상기 각 마찰날개부(30b)는 돌설된 둘레면에 원주방향을 따라 마찰돌기부(48,58,68) 및 마찰홈부(49,59,69)가 순차 배치되도록 형성될 수 있다.

이때, 상기 마찰홈부(49,59,69)를 통해 각 마찰날개부(30b)의 둘레면과 상기 유체 간의 마찰력이 증가될 수 있으며, 상기 유체가 상기 헤드(30)의 회전방향을 따라 원활하게 회전되고, 유체의 회전을 통한 마찰 가열이 촉진될 수 있다.

또한, 상기 케이스(10)의 내주에는 케이스리브(16)가 돌설되며, 헤드의 외주를 따라 유동되는 유체 및 케이스(10) 간의 마찰시 유체 및 케이스리브(16)의 충돌을 통한 추가 발열이 가능하다.

한편, 상기 적층식 몸체부(50a)는 각각이 상호 편향되도록 연결될 수 있다. 여기서, 편향되도록 연결된다는 말은 각 적층식 몸체부(50a)의 마찰날개부(50b)의 배치각도가 인접한 다른 적층식 몸체부의 마찰날개부의 배치각도와 상이하도록 연결된다는 말로 이해함이 바람직하다.

이때, 상기 마찰돌기부(58)는 높낮이가 조절되어 원주방향을 따라 교번하여 배치되는 고단돌기(58a) 및 저단돌기(58b)를 포함할 수 있으며, 상기 각 적층식 몸체부(50a)는 고단돌기(58a)가 인접한 다른 적층식 몸체부의 저단돌기와 중첩되는 방향으로 편향 배치되어 결합됨이 바람직하다.

즉, 하나의 적층식 몸체부에서 고단돌기가 배치된 위치의 후방에는 다른 적층식 몸체부의 저단돌기가 배치되도록 각 적층식 몸체부가 편향배치되어, 헤드(30)의 길이방향을 따라 고단돌기(58a), 저수홈부(37), 저단돌기(58b), 저수홈부(37)이 순차적으로 배치될 수 있다.

이때, 상기 적층식 헤드(30)를 외주를 따라 회전되는 유체의 유속은 원주방향을 따라 배치된 저단돌기(58b), 마찰홈부(59), 고단돌기(58a)에서 케이스와의 간격 변화에 따라 변화된다.

이와 함께, 각 마찰날개부(30b)의 외주를 따라 회전되는 유체와 인접한 다른 마찰날개부의 외주를 따라 회전되는 유체는 동일한 각도에서 서로 다른 유속을 가지게 된다.

즉, 케이스(10) 및 고단돌기(58a) 사이의 좁은 간격으로 유동되어 빠른 유속을 가지고 회전되는 유체의 길이방향 측부에는 케이스(10) 및 저단돌기(58b) 사이의 넓은 간격으로 유동되어 느린 유속을 가지고 회전되는 유체가 유동될 수 있다.

이에 따라, 서로 다른 유속을 가진 유체 간의 상호 작용으로 난류를 형성하여 회전되므로 케이스 및 유체 간의 마찰 가열과 함께, 서로 다른 유속을 가진 유체가 만나 분자 간의 마찰 및 충돌을 유발하므로 유체의 가열이 빠른 속도로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 마찰돌기부(58)에는 배출홀(54)이 형성된다. 이때, 상기 마찰날개부(30b) 전체의 마찰돌기부(48,58,68)에 배출홀에 형성될 수 있으나, 상기 마찰날개부(30b) 중 전방 및 후방 각각에 적어도 하나 이상의 마찰날개부(40b,60b)에는 배출홀이 형성되지 않는 것이 바람직하다.

상세히, 상기 제1더미 몸체부(60a) 및 상기 제2더미 몸체부(40a)의 외주에는 배출홀이 관통 형성되지 않은 더미 마찰날개부(60b,40b)가 형성됨이 바람직하다. 그리고, 상기 적층식 몸체부(50a)의 외주에는 배출홀(54)이 관통 형성된 마찰날개부(50b)가 형성될 수 있다.

여기서, 상기 적층식 몸체부(50a)의 마찰날개부(50b)에는 상기 마찰돌기부(58)를 관통하여 상기 수용관통부(53)와 연통되는 배출홀(54)이 형성된다. 이때, 상기 배출홀(54)은 원주방향을 따라 복수개 구비되어 방사상으로 배치되며, 각각의 마찰돌기부(58)에 형성될 수 있다.

상세히, 상기 유체는 상기 유입구(14) 및 상기 유입홀(61)을 거쳐 수용공간(d)으로 유입되며, 상기 헤드(30)의 회전에 따른 원심력으로 배출홀(54)로 유동되어 상기 마찰돌기부(58)의 둘레면 외측으로 방출될 수 있다.

그리고, 상기 마찰돌기부(58)의 둘레면 외측으로 방출된 유체는 상기 마찰돌기부(58)의 회전과 함께 방출되므로 상기 헤드(30)의 회전방향(R)으로 회전되면서 상기 케이스(10)의 내주면측으로 방출될 수 있다.

상기 수용공간(d)에서 상기 배출홀(54)을 통과하여 상기 헤드(30)의 외부로 토출된 유체는 넓은 수용공간(d)에서 원심력에 의해 좁은 배출홀(54)로 압축 유입되며 높은 유속을 가진 상태에서 상기 헤드(30)의 외부로 토출될 수 있다.

이때, 상기 배출홀(54)로부터 벗어난 유체의 유속은 일정한 거리까지는 유지되지만, 유체가 팽창되어 퍼짐에 따라 느려지게 된다. 여기서, 상기 유체의 최대 유속은 모터의 시간당 회전수와 함께 증가한다.

유체의 속도가 증가하면 유체의 압력은 감소하게 되며, 유속이 증기압 이하로 떨어지게 되면, 최대 유속 지점에서 공동화(cavitation)현상이 발생하여 유체 내부에 기포가 형성된다. 그리고, 유속이 감소하는 지점에 이르러 유체의 압력이 증가하면 기포가 내파되며 다량의 에너지를 방출하여 유체의 온도가 증가될 수 있다.

여기서, 상기 각 배출홀(54)은 상기 수용공간(d) 외주의 접선방향을 따라 상기 마찰돌기부(58)의 둘레면까지 직선 형상으로 하나의 유로를 갖도록 구비될 수 있으나, 각 마찰돌기부(58)의 둘레면에 복수개의 관통부가 형성되도록 외측부가 분지되어 다갈레의 유로를 갖도록 구비되는 것이 더욱 바람직하다.

그리고, 상기 고단돌기(58a)에 형성된 배출홀과 상기 저단돌기(58b)에 형성된 배출홀은 서로 다른 형상을 갖도록 구비될 수 있으며, 상기 각 마찰홈부(59)에 추가적인 배출홀이 형성되는 것도 가능하다.

이를 통해, 유체의 기포 형성 및 내파를 통한 가열 효율이 향상될 수 있으며, 각 배출홀(54)을 통해 배출된 유체 간의 충돌을 통해 유체의 분자 운동량이 증가될 수 있으며, 케이스리브(16)와의 충돌시 발열이 보다 원활하게 이루어질 수 있다.

또한, 상기 각 배출홀(54)의 테두리는 유체의 팽창 촉진을 통해 유체를 빠르게 감속시켜 케이스(10)의 마모 손상을 최소화하도록 외주측으로 갈수록 경사지게 확관되도록 테이퍼 가공될 수 있다.

그리고, 상기 각 배출홀(54)의 내주에는 상기 배출홀을 통과한 유체의 유속이 증가되도록 배출되는 유체를 나선형 흐름으로 유도하여 토출하는 스크류홈이 형성될 수 있다.

이에 따라, 제품의 내구성이 향상될 수 있으며, 공동화를 통한 기포 형성 및 내파가 보다 원활하게 이루어져 제품의 가열속도가 향상될 수 있다.

한편, 상기 제1더미 몸체부(60a) 및 상기 제2더미 몸체부(40a)의 마찰날개부는 배출홀이 관통 형성되지 않은 더미 마찰날개부(60b,40b)로 구비됨이 바람직하다.

여기서, 상기 제1더미 몸체부(60a)의 더미 마찰날개부(60b)는 1단으로 구비되며, 상기 제2더미 몸체부(40a)의 더미 마찰날개부(40b)는 5단으로 구비될 수 있다.

이때, 상기 더미 마찰날개부(40b,60b)는 상기 적층식 몸체부(50a)의 마찰날개부(50b)에 형성된 배출홀(54)을 따라 분출되는 유체와 상기 케이스(10) 사이의 반발력으로 인해 상기 헤드(30)가 과도하게 진동되는 것을 방지하고, 진동으로 상기 헤드(30)가 깨지거나 파손되는 것을 예방하는 역할을 한다.

그리고, 상기 더미 마찰날개부(40b,60b)의 마찰돌기부(48,68)에는 회전방향 대항면에 내측으로 라운드지게 함몰된 유체후킹부가 형성될 수 있으며, 상기 유체후킹부는 마찰돌기부(48,68) 중 다른 마찰돌기부보다 높은 단차로 형성된 고단돌기(48a,68a)에 형성됨이 바람직하다.

여기서, 상기 유체후킹부는 상기 더미 마찰날개부(40b,60b)의 유체에 대한 구속력을 증가시킬 수 있으며, 상기 더미 마찰날개부(40b,60b)의 외주를 따라 회전되는 유체의 회전유속을 증가시킬 수 있다.

한편, 상기 더미 마찰날개부(40b,60b)에는 마찰돌기부(48,68)의 원주방향 양측면을 관통하는 유동관통홀(42f,62f)과 상기 유동관통홀(42f,62f)로부터 반경방향 외측으로 분지되어 상기 마찰돌기부(48,68)의 둘레면을 관통하는 원심배출홀(42g,62g)이 형성될 수 있다.

이때, 상기 유동관통홀(42f,62f) 및 상기 원심배출홀(42g,62g)은 고단돌기(48a,68a)에 형성됨이 바람직하다.

상세히, 상기 고단돌기(48a,68a)의 회전방향대향면측 유체는 상기 헤드(30)의 회전력에 의해 상기 유동관통홀(42f,62f)의 내부로 유입되며 가속/감압되고, 상기 유동관통홀(42f,62f)의 외부로 배출되며 감속/승압될 수 있다. 이에 따라, 유체의 가속/감압에 따른 기포 형성 및 감속/승압에 따른 기포 내파 과정이 진행되어 유체가 가열될 수 있다.

또한, 상기 유동관통홀(42f,62f)을 따라 유동되는 유체는 상기 원심배출홀(42g,62g)이 분지된 지점에서 원심력에 의해 케이스(10)의 내주측으로 배출될 수 있다.

그리고, 케이스(10)의 내주측으로 배출된 유체는 헤드(30)의 외주를 따라 회전되는 유체를 케이스(10)의 내주측으로 가압할 수 있으며, 유체가 케이스(10)의 내주측으로 가압됨에 따라 케이스(10) 내지 케이스리브(16)와의 마찰/충돌을 통한 발열시 추가적인 에너지가 발생될 수 있다.

이때, 상기 원심배출홀(42g,62g)의 직경은 상기 유동관통홀(42f,62f)의 직경보다 좁은 직경으로 구비됨이 바람직하다.

이에 따라, 헤드의 진동 파괴 현상을 방지하기 위해 형성된 더미 마찰날개부(40b,60b)에서도 고단돌기(48a,68a) 내부에 형성된 유동관통홀(42f,62f)을 통해 유체의 가속/감압, 감속/승압을 통한 발열이 가능하다.

이와 함께, 상기 원심배출홀(42g,62g)을 통해 헤드(30)의 회전에 따른 원심력을 활용하여 헤드(30) 외부를 따라 회전되는 유체의 마찰 발열을 위한 부가적인 에너지를 공급할 수 있으므로 헤드(30)의 회전력을 낭비 없이 최대한 활용하여 소모 전략량 대비 가열 효율이 현저히 개선될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구한 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.

100: 유체마찰 전기보일러 10: 케이스
13: 유출구 14: 유입구
16: 케이스리브 20: 회전구동축
30: 헤드 30a: 몸체부
30b: 마찰날개부 30c: 자기유도부
31: 제1영구자석 32: 제2영구자석
37: 저수홈부 40a: 제2더미 몸체부
41: 모터연결부 43: 제2자석홈부
48,58,68: 마찰돌기부 49,59,69: 마찰홈부
50b: 적층식 몸체부 53: 수용관통부
55: 마찰리브부 54: 배출홀
60a: 제1더미 몸체부 63: 제1자석홈부
70: 제1임펠러부 80: 제2임펠러부

Claims (5)

1. 유체의 유입구 및 유출구가 구비된 케이스 내부의 원통형 가열공간에서 모터와 연결되어 회전됨에 따라 유입된 상기 유체를 가열하는 유체마찰 전기보일러의 헤드에 있어서,
   일측부에 상기 유입구와 연통되는 유입홀이 형성되되 상기 유입홀의 테두리에 원주방향을 따라 방사상으로 복수개의 제1자석홈부가 형성되고, 내부에 상기 유입홀에 확관되어 연결되는 수용공간이 형성되며, 타측부에 상기 모터와 연결되는 모터연결부가 형성되고, 상기 모터연결부의 외주부에 원주방향을 따라 방사상으로 복수개의 제2자석홈부가 형성된 몸체부;
   상기 몸체부의 외주에 원주방향을 따라 돌설되되 상기 몸체부의 길이방향으로 다단으로 구비되어 각 돌설된 부분 사이가 링형 저수홈부에 의해 구획되며, 각각의 돌설된 둘레면에 원주방향을 따라 마찰홈부와 내부에 배출홀이 관통 형성된 마찰돌기부가 순차 배치되도록 형성되는 마찰날개부;
   상기 유체가 활성화되도록 전방측에 N극이 배치되어 상기 제1자석홈부에 삽입되는 제1영구자석이 구비되고, 전방측에 S극이 배치되도록 상기 제2자석홈부 삽입되는 제2영구자석이 구비되어 회전되는 자기장을 형성하는 자기유도부;를 포함하되,
   상기 몸체부는
   외주에 상기 배출홀이 관통 형성되지 않은 더미 마찰날개부가 적어도 하나 이상 구비된 제1더미 몸체부 및 제2더미 몸체부와,
   상기 제1더미 몸체부 및 상기 제2더미 몸체부 사이에 다단으로 결합되고, 내부에 수용관통부가 형성되어 각각이 결합됨에 따라 수용공간을 형성하는 복수개의 적층식 몸체부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체마찰 전기보일러의 헤드.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1자석홈부는 상기 제1더미 몸체부의 후방부를 관통하지 않도록 전방부에 형성되고, 상기 제2자석홈부는 상기 제2더미 몸체부의 전방부를 관통하지 않도록 후방부에 형성되며,
   상기 제1더미 몸체부의 후방부 및 상기 제2더미 몸체부의 전방부에는 상호 대향되는 흐름의 와류를 형성하는 한쌍의 임펠러부가 구비됨을 특징으로 하는 유체마찰 전기보일러의 헤드.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 더미 마찰날개부에는 상기 마찰돌기부의 원주방향 양측면을 관통하는 유동관통홀과 상기 유동관통홀로부터 반경방향 외측으로 분지되어 상기 마찰돌기부의 둘레면을 관통하는 원심배출홀이 고단돌기에 형성됨을 특징으로 하는 유체 마찰전기보일러의 헤드.

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