KR101913950B1

KR101913950B1 - 토로이달 코어를 이용한 생수병 탈부착식 온수장치

Info

Publication number: KR101913950B1
Application number: KR1020170087612A
Authority: KR
Inventors: 임찬연
Original assignee: 임찬연
Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2018-10-31

Abstract

본 발명은 토로이달 코어를 이용한 생수병 탈부착식 온수장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 휴대용 병의 병목에 착탈 가능하게 끼워질 수 있도록 구현함으로써 장소 등에 제약받지 않고 사용할 수 있어 휴대성 및 편리성을 보장받을 수 있고, 병에 온수장치가 결합된 상태에서 병에 수용된 액체를 배출시키는 동작만으로도 액체를 순간적으로 가열시켜 배출함으로써 액체를 가열시키기 위한 예열시간 없이 곧바로 온수를 취음할 수 있고, 병에 수용된 액체가 배출될 때만 유도 가열부와 액체를 접촉시킴으로써 유도 가열부로 인해 병에 수용된 피가열체가 오염되는 것을 방지할 수 있고, 배출되는 액체를 점진적으로 가열시켜 배출될 수 있도록 하고 유도 가열부의 주파수 역대를 각기 다르게 구현함으로써 액체의 가열 효율을 극대화시킬 수 있고, 낮은 전압의 배터리를 사용하더라도 유도 가열부에 효과적으로 고주파를 발생시킬 수 있고, 최종적으로 배출되는 액체의 온도를 실시간으로 감지하고 그 정보를 토대로 온수장치의 동작을 제어함으로써 안전사고를 미연에 방지하고 불필요한 전력손실을 예방할 수 있는 토로이달 코어를 이용한 생수병 탈부착식 온수장치에 관한 것으로, 병의 병목에 탈착 가능하게 끼워지는 온수장치에 있어서, 상기 온수장치는, 병목과 접속하는 체결구와 병에 수용된 액체가 토출되는 토출구를 가지는 하우징; 상기 하우징의 토출구에 설치돼서 외부로 토출되는 액체의 온도를 순간적으로 상승시켜 병에 수용된 액체보다 높은 온도의 액체를 생성하는 유도 가열부; 상기 하우징의 내부에 실장되고 상기 유도 가열부에 전기적으로 연결돼서 유도 가열부로 고주파를 공급하는 고주파 발생기; 상기 토출구에 위치해서 토출구로 토출되는 액체의 온도를 감지하는 온도센서; 및 상기 온도센서를 통해 감지되는 온도값을 바탕으로 고주파 발생기의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

토로이달 코어를 이용한 생수병 탈부착식 온수장치{Removable type boiler using toroidal core}

본 발명은 토로이달 코어를 이용한 생수병 탈부착식 온수장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 휴대용 병의 병목에 착탈 가능하게 끼워질 수 있도록 구현함으로써 장소 등에 제약받지 않고 사용할 수 있어 휴대성 및 편리성을 보장할 수 있고, 병에 온수장치가 결합된 상태에서 병에 수용된 액체를 배출시키는 동작만으로도 액체를 순간적으로 가열시켜 배출함으로써 액체를 가열시키기 위한 예열시간 없이 곧바로 온수를 취음할 수 있고, 병에 수용된 액체가 배출될 때만 유도 가열부와 액체를 접촉시킴으로써 유도 가열부로 인해 병에 수용된 피가열체가 오염되는 것을 방지할 수 있고, 배출되는 액체를 점진적으로 가열시켜 배출될 수 있도록 하고 유도 가열부의 주파수 역대를 각기 다르게 구현함으로써 액체의 가열 효율을 극대화시킬 수 있고, 낮은 전압의 배터리를 사용하더라도 유도 가열부에 효과적으로 고주파를 발생시킬 수 있고, 최종적으로 배출되는 액체의 온도를 실시간으로 감지하고 그 정보를 토대로 온수장치의 동작을 제어함으로써 안전사고를 미연에 방지하고 불필요한 전력손실을 예방할 수 있는 토로이달 코어를 이용한 생수병 탈부착식 온수장치에 관한 것이다.

고주파 유도 가열은 라디오 히터(radio heater)라고도 하며, 유전가열(誘電加熱)과 유도가열(誘導加熱) 방식이 있다.

유전가열은 고주파 전기장 속에 절연물을 놓으면 절연물의 유전체 손실 때문에 피가열체 자체가 발열하는 원리에 의한 것이며, 유도가열은 고주파 자기장 속에 전기적 양도체를 놓으면 양도체에 생기는 맴돌이전류의 손실이나 히스테리시스(hysteresis) 손실 때문에 스스로 발열하는 원리에 의한다.

유전가열 방식은 목재의 건조나 접착, 고무의 가황, 합성수지의 성형, 가공,비닐막의 접착(고주파 접착), 섬유류의 건조, 농수산물의 가공, 살충, 살균이나 식품의 조리(전자 레인지) 등에 응용되고 있다. 대체로 고주파로 되면 될수록 발열량이 증가하지만, 피가열체가 커지면 골고루 가열되지 않으므로, 사용 주파수는 피가열체에 따라 수 ㎒에서 수 ㎓까지를 사용한다. 고주파를 가하는 전극에는 평판전극, 격자상전극, 동축전극 등이 있다.

이와 같은 유전가열 방식의 특징은 열전도율이 낮은 절연물이 피가열체일 경우라도 피가열체 자체의 발열로 효율이 높다는 것과 필요한 곳을 선택해서 가열할 수 있다는 점이다.

이러한 유전가열 방식이 적용된 온수공급장치는 소음, 냄새, 유해가스 및 폭발위험 등으로부터 자유로울 뿐만 아니라 전력을 적게 소비함으로써 경제성 및 친환경성 등과 같은 장점을 갖는다는 특징으로 인해 최근 들어 다양한 형태의 고주파 유도가열을 이용한 온수공급장치가 제안되고 있다.

한편, 종래의 고주파를 이용한 온수가열장치의 선행문헌을 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0097847(명칭: 고주파 유도가열 방식을 이용한 온수보일러)는 내부가 비어있는 케이스(10)의 내측으로 인입되는 원수유입관(20)과; 상기 원수유입관(20)으로부터 분기된 제1분기관(26)에 일측이 플랜지를 매개로 결합되고, 타측에 제1파이프연결구(31)가 형성된 제1연결체(30)와; 상기 제1연결체(30)의 제1파이프연결구(31)에 일측단이 결합되는 다수개의 파이프(40)와; 상기 파이프(40)의 타측단이 결합되도록 일측에 제2파이프연결구(51)가 형성되고, 타측이 상기 케이스(10)의 외측으로 연장되는 원수유출관(80)에 제2분기관(86)을 매개로 결합되는 제2연결체(50)와; 상기 파이프(40)가 내측에 위치되도록 상기 제1연결체(30)와 제2연결체(50)의 외주면을 연결하고, 유도 가열방식에 의해 상기 파이프(40)내에서 유동하는 원수의 수온을 상승시키는 유도가열부(60)와; 상기 케이스(10)의 외측에 설치되어 상기 유도가열부(60)로 고주파 전류를 공급하는 전류공급부(70)를 개시한다.

다음으로, 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0009519(명칭: 고주파 유도가열 온수장치)는 공급로로 액체가 저장되는 축열조, 지하로부터 지중열을 포함한 온수를 이송 받아 순환 시키면서 온수의 열을 액체에 전달하는 지중열교환부, 일측은 지중열교환부와 연결되고 타측은 축열조에 연결되어 온수의 열을 전달받은 액체의 온도를 더 높여주는 고주파 유도가열기, 고주파 유도가열기로 고주파를 공급하는 고주파 발생기, 축열조 및 상기 지중열교환부 사이에 구비되는 순환펌프, 고주파 유도가열기를 통해 공급되는 액체의 온도를 감지하는 제1 온도센서, 제1 온도센서를 통해 감지되는 액체의 온도에 대응하여 고주파 발생기의 작동을 자동 제어하는 제어기, 축열조의 방출로에 구비되는 안전밸브 및 방출로에 위치하여 방출로로부터 방출되는 액체의 온도를 측정하는 제2 온도센서를 포함하고, 제1 순환 펌프는 제2 온도센서에서 측정된 액체의 온도에 대응하여 동작되며, 제어기는 안전밸브를 통과하는 액체의 온도가 일정 수준 이상일 경우 고주파 발생기의 작동을 자동으로 중지시키는 내용을 개시한다.

다음으로, 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0136988(명칭: 고주파 유도가열 보일러 장치)는 고주파 발생기의 자동 제어 및 에너지스토리지 시스템(Energy storage system; ESS)의 적용 등을 통해 효율적인 전력의 공급이 이루어질 수 있도록 하는 고주파 유도가열 보일러 장치에 관한 것으로, 보일러 몸체 내부에 설치된 고주파 유도가열기를 통해 온수를 공급하는 고주파 유도가열 보일러 장치에 있어서, 상기 고주파 유도가열기에 공급되는 고주파를 생성하는 고주파 발생기; 상기 고주파 유도가열기를 통해 공급되는 온수의 온도를 감지하는 온도 센서; 및 상기 온도 센서를 통해 감지되는 온수의 온도에 대응되도록 상기 고주파 발생기의 작동을 자동 제어하는 제어기;를 포함하는 내용을 개시한다.

다음으로, 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0015238호(명칭: 고주파 유도가열 전기보일러용 가열통 어셈블리 및 이를 구비한 고주파 유도가열 전기보일러)는 가열통 바디(111)와 가열통 바디(111)의 상하측을 막는 상부덮개(112) 및 하부덮개(113)로 구성되는 가열통(110); 가열통 바디(111)의 내부 일 측에 형성되어서 난방수를 저장하는 난방수 저장부(Sa); 가열통 바디(111)의 내부 타 측에 형성되어서 온수를 저장하는 온수 저장공급부(Sb); 온수 저장공급부(Sb)로 직수를 공급하는 직수유입관(121); 온수 저장공급부(Sb)에 저장된 온수를 유출하는 온수유출관(122); 난방수 저장부(Sa)로 난방수를 공급하는 난방수유입관(131); 난방수 저장부(Sa)의 난방수를 난방배관으로 공급하는 난방수유출관(132)로 구성되고, 본 발명인 고주파 유도가열 전기보일러용 가열통 어셈블리를 구비한 고주파 유도가열 전기보일러는 상기 고주파 유도가열 전기보일러용 가열통 어셈블리(100); 가열통 바디(111)에 피막되는 자성층(210); 자성층(210)의 외주면에 입혀지는 절연시트(220); 절연시트(220)에 권취되는 유도코일(230)을 개시한다.

다음으로, 대한민국 등록특허공보 제10-1434193호(명칭: 초고효율 유도 온수가열기)는 내부에 물이 채워진 외부탱크 내의 중앙에 유도성 워크코일을 형성하고 벽이 감응도체 가열판으로 형성되고 내부에 물이 흐르는 복수의 내부탱크를 유도성 워크코일 주위에 유도성 워크코일과 간격을 두고 배치하여유도성 워크코일에 고주파전류를 인가해서 감응도체 가열판으로 유도되도록 함에 따라 감응도체 가열판이 유도되는 고주파전류에 의해 가열됨에 의해 외부탱크 내에 채워진 물과 내부탱크 내부에 흐르는 물이 가열되도록 하여 전기에너지가 손실 없이 열에너지로 변환되도록 해서 작은 용량의 전력을 사용하여 난방과 온수 등을 위한 각 온수가열이 가능해지게 되도록 하기 위한 초고효율 유도 온수가열기에 관한 것으로, 내부에 물이 채워진 외부탱크(10); 상기 외부탱크(10) 내의 중앙에 설치된 유도성 워크코일(20); 벽이 감응도체 가열판으로 형성되고 내부에 물이 흐르며 상기 유도성 워크코일(20) 주위에 상기 유도성 워크코일(20)과 간격을 두고 배치되는 복수의 내부탱크(30, 40); 교류를 받아 직류로 변환하는 교류/직류 변환부(50); 및 상기 교류/직류 변환부(50)의 직류를 받아 고주파를 발생시켜 상기 유도성 워크코일(20)에 제공해서 상기 유도성 워크코일(20)이 고주파전류를 상기 감응도체 가열판으로 유도시켜 상기 감응도체 가열판이 유도되는 고주파전류에 의해 가열됨에 따라 상기 외부탱크(10) 내부에 채워진 물과 상기 내부탱크(30, 40) 내부에 흐르는 물이 가열되도록 하는 고주파 발생기(60);를 개시한다.

한편, 가열된 물을 취음하기 위해 냉온수기를 이용하거나, 소정의 물을 받아 끓여 취음하는 것이 일반적이며, 야외활동 등에서 가열된 물을 취음하기 위해 상기 냉온수기를 이용하거나 물을 받아 끓여 취음하는 방법은 상당한 번거로움을 초래한다.

다른 방법으로, 물을 가열하기 위한 휴대용 전기포트를 같이 휴대하여 사용할 수도 있지만, 일반적인 전기포트는 부가적인 전원이 공급되지 않는 이상 온수를 가열시킬 수 없기 때문에 사용에 대한 제약이 뒤따른다. 또한, 상기 전기포트는 내설된 히팅코일을 가열시켜 히팅코일의 발열에 의해 물을 직접적으로 가열시키는 원리이기 때문에 물을 순간적으로 가열하는데 시간이 오래 걸리는 문제점이 뒤따른다.

상기 문제점들을 극복하고자 상기 고주파를 이용한 온수장치들이 많이 개발되고 있으나, 전술한 종래 고주파를 이용한 온수장치들은 설비형태가 한정적이기 때문에 페트병과 같은 일회용 휴대물병에 쉽게 적용할 수 없는 실정이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0097847(명칭: 고주파 유도가열 방식을 이용한 온수보일러) 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0009519(명칭: 고주파 유도가열 온수장치) 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0136988(명칭: 고주파 유도가열 보일러 장치) 대한민국 등록특허공보 제10-1434193호(명칭: 초고효율 유도 온수가열기) 대한민국 등록특허공보 제10-1434193호(명칭: 초고효율 유도 온수가열기)

본 발명은 상기 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 휴대용 병의 병목에 착탈 가능하게 끼워질 수 있도록 구현함으로써 장소 등에 제약받지 않고 사용할 수 있으며 휴대성 및 편리성을 보장받을 수 있는 토로이달 코어를 이용한 생수병 탈부착식 온수장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 병에 온수장치가 결합된 상태에서 병에 수용된 액체를 배출시키는 동작만으로도 액체를 순간적으로 가열시켜 배출함으로써 액체를 가열시키기 위한 예열시간 없이 곧바로 온수를 취음할 수 있는 토로이달 코어를 이용한 생수병 탈부착식 온수장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또, 병에 수용된 액체가 배출될 때만 유도 가열부와 액체를 접촉시킴으로써 유도 가열부로 인해 병에 수용된 피가열체가 오염되는 것을 방지할 수 있는 토로이달 코어를 이용한 생수병 탈부착식 온수장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 배출되는 액체를 점진적으로 가열시켜 배출될 수 있도록 하고 유도 가열부의 주파수 역대를 각기 다르게 구현함으로써 액체의 가열 효율을 극대화시킬 수 있는 토로이달 코어를 이용한 생수병 탈부착식 온수장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또, 낮은 전압의 배터리를 사용하더라도 유도 가열부에 효과적으로 고주파를 발생시킬 수 있는 토로이달 코어를 이용한 생수병 탈부착식 온수장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 최종적으로 배출되는 액체의 온도를 실시간으로 감지하고, 그 정보를 토대로 온수장치의 동작을 제어함으로써 안전사고를 미연에 방지하고 불필요한 전력손실을 예방할 수 있는 토로이달 코어를 이용한 생수병 탈부착식 온수장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로, 병의 병목에 탈착 가능하게 끼워지는 온수장치에 있어서, 상기 온수장치는, 병목과 접속하는 체결구와 병에 수용된 액체가 토출되는 토출구를 가지는 하우징; 상기 하우징의 토출구에 설치돼서 외부로 토출되는 액체의 온도를 순간적으로 상승시켜 병에 수용된 액체보다 높은 온도의 액체를 생성하는 유도 가열부; 상기 하우징의 내부에 실장되고 상기 유도 가열부에 전기적으로 연결돼서 유도 가열부로 고주파를 공급하는 고주파 발생기; 상기 토출구에 위치해서 토출구로 토출되는 액체의 온도를 감지하는 온도센서; 및 상기 온도센서를 통해 감지되는 온도값을 바탕으로 고주파 발생기의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유도 가열부는 일렬로 배치되는 복수 개의 전극을 포함하되, 상기 고주파 발생기는 복수 개의 전극에 서로 다른 주파수를 공급하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 고주파 발생기는, 기판; 상기 기판에 접속하고 고주파 발생기에 전원을 공급하는 배터리; 및 상기 배터리에 의해 공급되는 입력 직류 전력을 고주파 교류 젼력으로 승압하여 상기 유도 가열부로 공급하는 토로이달 코어;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 하우징의 체결구에 휴대용 병의 병목이 착탈 가능하게 끼워질 수 있도록 구현함으로써 온수장치를 장소 등에 제약받지 않고 사용할 수 있으며 휴대용 병만 교체하면 재사용이 가능하기 때문에 휴대성 및 편리성을 보장받을 수 있는 효과가 있다.

둘째, 온수장치가 병목에 체결된 상태에서 병의 내부와 하우징의 체결구, 토출구를 서로 연통되도록 구현함으로써 병에 온수장치가 결합된 상태에서 병에 수용된 액체를 배출시키는 동작만으로도 액체를 순간적으로 가열시켜 배출할 수 있어 액체를 가열시키기 위한 예열시간 없이 곧바로 온수를 취음할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 유도 가열부는 토출구의 경로상에 설치해서 병에 수용된 피가열체인 액체와 완전하게 격리될 수 있는 구조를 가질 수 있도록 하고 병에 수용된 액체가 토출구에 흐를 때만 순간적으로 가열될 수 있도록 구현함으로써 병에 수용된 액체의 오염을 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다.

넷째, 토로이달 코어를 통해 배터리에 의해 공급되는 직류 전력을 고주파수를 갖는 교류 전력으로 정류 및 승압시킴으로써 유도 가열부로 충분한 고주파를 제공할 수 있는 효과가 있다.

다섯째, 가열되는 액체를 순차적으로 배치된 제1, 2, 3 전극을 경유해 그 온도를 점진적으로 상승시킬 수 있도록 하고 제1, 2, 3 전극에서 발생되는 주파수의 역를 각각 다르게 발생하도록 구현하여 유도 가열부에서 발생 되는 고주파의 간섭을 억제해서 액체의 가열 효율을 극대화 시킬 수 있는 효과가 있다.

여섯째, 온도센서를 통해 최종적으로 배출되는 액체의 온도를 실시간으로 감지하고, 그 정보를 토대로 온수장치의 동작을 제어함으로써 안전사고를 미연에 방지하고 불필요한 전력손실을 예방할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 온수장치가 병에 결합된 상태를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 토로이달 코어를 도시하기 위해 하우징의 내부를 개략적으로 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 온수장치의 횡단면을 개략적으로 도시한 단면도.
도 4는 도 2에 도시된 A-A선을 기준으로 하는 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 유도 가열부의 일례를 개략적으로 도시한 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 온수장치의 제어 흐름을 개략적으로 도시한 블록도.
도 7은 본 발명에 따른 온수장치가 사용되는 일례를 개략적으로 도시한 사용상태도.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

본 발명에 따른 온수장치(10)는 휴대용 병의 병목에 착탈 가능하게 끼워질 수 있도록 구현함으로써 장소 등에 제약받지 않고 사용할 수 있으며 휴대성 및 편리성을 보장받을 수 있다.

또한, 병에 온수장치(10)가 결합된 상태에서 병에 수용된 액체를 배출시키는 동작만으로도 액체를 순간적으로 가열시켜 배출함으로써 액체를 가열시키기 위한 예열시간 없이 곧바로 온수를 취음할 수 있다.

또, 병에 수용된 액체가 배출될 때만 유도 가열부(200)와 액체를 접촉시킴으로써 유도 가열부(200)로 인해 병에 수용된 피가열체가 오염되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 배출되는 액체를 점진적으로 가열시켜 배출될 수 있도록 하고 유도 가열부(200)의 주파수 역대를 각기 다르게 구현함으로써 액체의 가열 효율을 극대화 시킬 수 있고, 낮은 전압의 배터리(320)를 사용하더라도 유도 가열부(200)에 효과적으로 고주파를 발생시킬 수 있다.

또, 최종적으로 배출되는 액체의 온도를 실시간으로 감지하고, 그 정보를 토대로 온수장치(10)의 동작을 제어함으로써 안전사고를 미연에 방지하고 불필요한 전력손실을 예방할 수 있는 특징이 있다.

한편, 도 1은 본 발명에 따른 온수장치(10)가 병에 결합된 상태를 개략적으로 도시한 사시도이고 도 2는 본 발명에 따른 토로이달 코어(330)를 도시하기 위해 하우징(100)의 내부를 개략적으로 도시한 사시도이고 도 3은 본 발명에 따른 온수장치(10)의 횡단면을 개략적으로 도시한 단면도이고 도 4는 도 3에 도시된 A-A선을 기준으로 하는 단면도이고 도 5는 본 발명에 따른 유도 가열부(200)의 일례를 개략적으로 도시한 사시도이고 도 6은 본 발명에 따른 온수장치(10)의 제어 흐름을 개략적으로 도시한 블록도이고 도 7은 본 발명에 따른 온수장치(10)의 사용되는 일례를 개략적으로 도시한 사용상태도이다.

상기 특징을 구현하기 위해 본 발명에 따른 온수장치(10)는 크게 하우징(100), 유도 가열부(200), 고주파 발생기(300), 온도센서(400) 및 제어부(500)를 포함하여 구성된다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 온수장치(10)는 병목과 접속하는 체결구(110)와 병에 수용된 액체가 토출되는 토출구(120)를 가지는 하우징(100), 상기 하우징(100)의 토출구(120)에 설치돼서 외부로 토출되는 액체의 온도를 순간적으로 상승시켜 병에 수용된 액체보다 높은 온도의 액체를 생성하는 유도 가열부(200), 상기 하우징(100)의 내부에 실장되고 상기 유도 가열부(200)에 전기적으로 연결돼서 유도 가열부(200)로 고주파를 공급하는 고주파 발생기(300), 상기 토출구(120)에 위치해서 토출구(120)로 토출되는 액체의 온도를 감지하는 온도센서(400) 및 상기 온도센서(400)를 통해 감지되는 온도값을 바탕으로 고주파 발생기(300)의 동작을 제어하는 제어부(500);를 포함하여 구성된다.

이때, 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이 하우징(100)은 온수장치(10)가 병의 병목에 착탈 가능하게 구현되도록 체결구(110)의 내주면을 따라 나사산이 형성될 수 있다. 병목에 형성된 나사산과 체결구(110)의 내주면에 형성된 나사산의 치합에 의해 온수장치(10)를 병목에 돌려 결합하거나, 탈거시킬 수 있도록 구현하였다.

또한, 하우징(100)의 내부에는 체결구(110)와 토출구(120)를 상호 연통시키는 유체관(130)이 형성될 수 있으며 온수장치(10)를 병에 결합시킨 상태에서 편심으로 기울일 경우 액체가 상기 유체관(130)을 지나 토출구(120)로 배출될 수 있다.

아울러, 하우징(100)은 상기 유체관(130)의 경로를 차단하는 스위치(140)를 더 포함할 수 있는데, 상기 스위치(140)는 하우징(100)의 상면에 누름 가능하게 설치될 수 있는 한편, 상기 스위치(140)는 누름 작용에 의해 유체관(130)의 경로를 차단할 수 있는 다양한 실시예들을 통해 구현될 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 온수장치(10)는 뚜껑이 제거된 일회용 페트병의 병목에 범용으로 사용될 수 있으므로 장소 등에 제약을 받지 않고 사용할 수 있으며, 병에 착탈 가능하게 구현되기 때문에 온수장치(10)의 취급시에 상당한 편리성을 제공한다.

이에 더하여, 하우징(100)의 일측으로 전원을 공급할 수 있는 충전단자(미도시)가 구비될 수 있으며 충전단자는 후술되는 고주파 발생기(300)의 기판(310)과 접속한 상태로 외부로부터 공급되는 전원을 통해 배터리(320)를 충전할 수 있도록 작용한다.

또한, 하우징(100)의 상면에는 하우징(100)을 내부로 관통하는 기체유입통로(150)가 형성될 수 있으며, 상기 기체유입통로(150)는 온수장치(10)를 병목에 결합시킨 상태에서 병을 편심으로 기울여 액체를 토출구(120)로 배출시킬 때 대기압과 병의 내부 기압차를 일치시켜 액체의 토출작용을 원활하게 하기 위해 형성된다.

다음으로, 유도 가열부(200)는 토출구(120)를 경유하는 액체의 온도를 순간적으로 상승시킬 수 있도록 토출구(120)의 경로 상에 설치되며 후술되는 고주파 발생기(300)와 전기적으로 연결돼서 토출구(120)를 경유하는 액체에 고주파를 전달해 액체의 분자를 진동시켜 순간적으로 액체가 가열될 수 있도록 작용한다.

즉, 토출구(120)를 통해 외부로 토출되는 액체는 병에 수용된 액체보다 높은 온도로 순간 가열된 상태이기 때문에 사용자 등은 온수를 곧바로 제공받을 수 있게 된다. 한편, 온수의 온도는 대략 45℃ 내지 85℃의 온도 범위를 갖는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로, 유도 가열부(200)는 토출구(120)의 경로상에 설치되는데 이는, 병에 수용된 피가열체인 액체와 완전하게 격리될 수 있는 구조로 병에 수용된 액체가 토출구(120)에 흐를 때만 순간적으로 가열될 수 있도록 구현함으로써 병에 수용된 액체의 오염을 사전에 방지할 수 있다.

한편, 유도 가열부(200)는 도 3 및 5에 도시된 바와 같이 일렬로 배치되는 복수 개의 전극을 포함하여 구성된다. 상기 복수 개의 전극은 토출구(120)의 경로를 따리 일렬로 배열되며 예컨대, 제1, 2, 3 전극(210, 220, 230)으로 구분 지어 설명하겠다.

이때, 상기 고주파 발생기(300)는 복수 개의 전극에 서로 다른 주파수를 공급하게 되는데, 일례로, 제1 전극(210)에는 대략 30KHz의 주파수를, 제2 전극(220)에는 대략 20KHz의 주파수를, 제3 전극(230)에는 대략 10KHz의 주파수가 인가될 수 있도록 전극에 고주파를 공급하게 된다.

즉, 고주파 발생기(300)는 제3 전극(230)에서 제1 전극(210)으로 갈수록 점진적으로 높은 역대의 주파수를 인가시키게 되며 이때, 제1, 2, 3 전극(210, 220, 230)은 액체가 배출되는 방향을 따라 제3 전극(230), 제2 전극(220), 제1 전극(210) 순으로 일렬 배치된다.

상기 순으로 배치된 제1, 2, 3 전극(210, 220, 230)을 경유해서 토출되는 액체는 그 온도를 점진적으로 상승시킬 수 있어 가열 효율이 극대화된다. 아울러, 제1, 2, 3 전극(210, 220, 230)에서 주파수의 역대가 각각 다르게 발생하기 때문에 제1, 2, 3 전극(210, 220, 230)에서 발생 되는 고주파의 역대가 서로 간섭되지 않아 액체의 가열 효율을 극대화 시킬 수 있게 된다.

다음으로, 고주파 발생기(300)는 도 3에 도시된 바와 같이 기판(310), 상기 기판(310)에 접속하고 고주파 발생기(300)에 전원을 공급하는 배터리(320) 및 상기 배터리(320)에 의해 공급되는 입력 직류 전력을 고주파 교류 젼력으로 승압하여 상기 유도 가열부(200)로 공급하는 토로이달 코어(330)를 포함하여 구성된다.

이때, 기판(310)은 배터리(320), 토로이달 코어(330), 제어부(500), 온도센서(400) 등의 부재들을 전기적으로 연결하며 배터리(320)의 전원이 각 부재들로 공급되도록 한다. 또한, 제어부(500)의 제어신호가 각 구성들로 전달될 수 있도록 작용하며 도면에 도시되지는 않았지만 기판(310)의 표면에는 각 부재들의 전기적 연결을 위한 저항과 카페시터 등이 다양하게 접속될 수 있다.

보다 구체적으로, 토로이달 코어(330)는 배터리(320)에 의해 공급되는 직류 전력을 1KHz 내지 30KHz의 주파수를 갖는 교류 전력으로 변환 및 승압시킨다. 한편, 일반적인 배터리(320)는 대략 12V의 직류 전압을 가지고 있으며 배터리(320)의 직류 전압을 유도 가열부(200)에 초음파로 제공하기 위해서는 토로이달 코어(330)를 통해 변환 및 승압의 과정을 거쳐야 한다.

다시 말해, 배터리(320)에서 제공되는 직류 전압이 토로이달 코어(330)를 통해 고주파를 갖는 교류 전압으로 변환 및 승압 되고 유도 가열부(200)로 충분한 고주파를 제공할 수 있는 것이다.

한편, 배터리(320)는 하우징(100)의 내부에 실장됨을 고려해서 충전지를 사용하는 것이 바람직하다.

따라서, 토로이달 코어(330)는 배터리(320)의 낮은 전압에도 불구하고 유도 가열부(200)에 효과적으로 고주파를 제공하여 토출되는 액체를 순간적으로 가열시킬 수 있으므로 온수장치(10)의 가열효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

다음으로, 온도센서(400)는 토출구(120)의 경로상에 설치돼서 유도 가열부(200)에 의해 가열된 액체가 최종적으로 배출되기 전의 온도를 감지하여 측정하게 된다.

즉, 유도 가열부(200)에 의해 가열되는 액체의 온도 범위가 사용자 등에 의해 설정되었을 때 온도센서(400)에는 설정된 온도 범위 밖의 온도를 감지할 경우 해당 정보를 제어부(500)로 전달하게 된다.

예컨대, 최종적으로 배출되는 가열된 액체의 온도가 설정 온도보다 높을 경우 온도센서(400)는 제어부(500)로 해당 정보를 전달하게 되고 제어부(500)는 고주파 발생기(300)의 동작을 정지시킴으로써 결과적으로 유도 가열부(200)를 통한 액체의 가열 여부를 제어할 수 있는 것이다.

다시 말해, 도 2 및 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 온수장치(10)는 토출구(120)의 경로상에 구비되는 온도센서(400)에 의해 유도 가열부(200)를 통해 가열된 액체의 배출 온도를 실시간으로 감지하고, 감지 결과에 따라 제어부(500)를 통해 고주파 발생기(300)의 동작을 제어함으로써, 보다 안전하게 온수장치(10)를 취급할 수 있고 불필요한 전력 낭비를 방지할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 온수장치(10)의 작용에 대해서 개략적으로 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 온수장치(10)를 병의 병목에 결합되도록 하우징(100)의 체결구(110)와 병목의 외주면이 접하도록 하우징(100)을 병목에 돌려 끼운다. 한편, 도시하지는 않았지만 하우징(100)과 병목의 기밀성 향상을 위해 체결구(110)의 일측에는 오링 등이 부가적으로 결합될 수 있다.

이때, 병의 내부와 체결구(110), 토출구(120)는 스위치(140)의 동작에 의해 서로 연통된 상태가 될 수 있으며 병을 편심으로 기울일 경우 병에 수용된 액체가 토출구(120)를 통해 배출될 수 있다. 토출구(120)를 경유하는 액체는 유도 가열부(200)를 구성하는 제1, 2, 3 전극(210, 220, 230)에 접촉하게 되는데, 제3 전극(230), 제2 전극(220), 제1 전극(210) 순으로 일렬 배치된 전극에 순차적으로 접촉되면서 점진적으로 액체가 가열된다.

그리고, 토출구(120)의 경로상에 설치된 온도센서(400)가 최종적으로 배출되는 액체의 온도를 실시간으로 감지하고, 제어부(500)를 통해 고주파 발생기(300)의 동작을 제어함으로써 높은 액체의 온도로 인한 안전사고를 미연에 방지할 수 있고 불필요한 전력 낭비를 방지할 수 있게 된다.

최종적으로, 사용자는 본 발명에 따른 온수장치(10)를 통해 병의 내부에 수용된 액체를 순간적으로 가열시켜 제공받을 수 있게 된다.

이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10: 온수장치
100: 하우징
110: 체결구
120: 토출구
130: 유체관
140: 스위치
150: 기체유입통로
200: 유도 가열부
210: 제1 전극
220: 제2 전극
230: 제3 전극
300: 고주파 발생기
310: 기판
320: 배터리
330: 토로이달 코어
400: 온도센서
500: 제어부

Claims

병의 병목에 탈착 가능하게 끼워지는 온수장치에 있어서,
상기 온수장치는,
병목과 접속하는 체결구와 병에 수용된 액체가 토출되는 토출구를 가지는 하우징;
상기 하우징의 토출구에 설치돼서 외부로 토출되는 액체의 온도를 순간적으로 상승시켜 병에 수용된 액체보다 높은 온도의 액체를 생성하는 유도 가열부;
상기 하우징의 내부에 실장되고 상기 유도 가열부에 전기적으로 연결돼서 유도 가열부로 고주파를 공급하는 고주파 발생기;
상기 토출구에 위치해서 토출구로 토출되는 액체의 온도를 감지하는 온도센서; 및
상기 온도센서를 통해 감지되는 온도값을 바탕으로 고주파 발생기의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 고주파 발생기는,
기판;
상기 기판에 접속하고 고주파 발생기에 전원을 공급하는 배터리; 및
상기 배터리에 의해 공급되는 입력 직류 전력을 고주파 교류 전력으로 승압하여 상기 유도 가열부로 공급하는 토로이달 코어;를 포함하며,
상기 하우징은 체결구의 내주면을 따라 나사산이 형성되며, 상기 하우징의 내부에는 체결구와 토출구를 상호 연통시키는 유체관이 형성되며, 상기 하우징은 유체관의 경로를 차단하는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토로이달 코어를 이용한 생수병 탈부착식 온수장치.
삭제
삭제