KR102026188B1 - 개선된 구조를 갖는 영구자석을 이용한 와전류 보일러 - Google Patents

개선된 구조를 갖는 영구자석을 이용한 와전류 보일러 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수 개의 원판형 회전자들 주위에 복수 개의 금속 급수관들을 배치한 구조를 갖는 영구자석을 이용한 와전류 보일러에 관한 것으로, 입출수통을 일체형으로 일측에 구비하여 종래 와전류 보일러에서 금속 급수관들의 양단에 입수통과 출수통이 분리 배치된 문제점을 해소하고, 원통형 열 반사부재를 더 구비함으로써, 열교환 효율을 높인 효과가 있다.

Description

개선된 구조를 갖는 영구자석을 이용한 와전류 보일러{EDDY CURRENT BOILER USING PERMANENT MAGNET WITH IMPROVED STRUCTURE}
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 원인, 특히 미세먼지 발생의 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.
이러한 문제점들을 해결하고자, 본 발명자는 원주 방향으로 복수 개의 영구자석을 극성을 바꾸어 가며 체결된 원판형 회전자들, 상기 원판형 회전자들 외측 둘레를 따라 일정 간격으로 배치된 복수 개의 금속 급수관들, 그리고 상기 복수 개의 금속 급수관 양측에 수밀성 있게 구비된 냉, 온수통을 포함하여 구성된 영구자석을 이용한 와전류 보일러를 개발하여, 한국 등록특허 제10-1585570호로 특허를 받은 바 있다. 그런데, 상기 특허에서는 냉, 온수통을 입수통과 출수통으로 분리하여 복수 개의 금속 급수관들의 좌, 우 양측에 구비함에 따라, 도 17(a)와 같이, 입수관으로 유입된 물이 입수통에 물이 채워지면서 바로 해당 수위에 위치하는 금속 급수관을 통하여 출수통으로 이동하여 출수관을 통해 나가게 되어, 복수 개의 금속 급수관들을 통해 충분한 열교환이 되기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 종래 영구자석을 이용한 와전류 보일러에서 복수 개의 금속 급수관들을 통해 충분한 열교환이 이루어지지 않은 문제점을 해결하고자 물통과 회전자 주변 구성이 개선된 영구자석을 이용한 와전류 보일러를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 입출수통 일체형 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; 및 상기 회전축과 상기 금속 급수관들을 좌, 우측에서 삽입 지지하는 좌, 우측 지지패널을 포함하여 구성되되, 상기 좌측 지지패널의 좌측 편 및 상기 우측 지지패널의 우측 편 중 하나에는 입출수통이, 다른 하나에는 순환통이 상기 금속 급수관들의 양단을 감싸도록 구비되고, 상기 입출수통은 복수 개의 격벽으로 2개 이상의 공간으로 나누어 구성되고, 상기 금속 급수관들의 일단은 상기 2개 이상의 공간으로 나뉘어 상기 입출수통에 삽입되는 것을 특징으로 한다.
상기 입출수통은 상하 2개 공간으로 나누어 상측의 온수통과 하측의 냉수통으로 구성될 수 있다.
상기 입출수통과 상기 순환통은 각각 일측에 원형 개방구를 갖는 속이 빈 도너츠 형상의 원통형 커버 및 상기 원형 개방구의 내, 외측에 부착된 반경을 달리하는 내, 외측 플랜지를 포함하여 구비되고, 상기 입출수통은 상기 원통형 커버의 내측 공간을 2개의 격벽으로 나누어 냉수통과 온수통으로 구획하고, 상기 원통형 커버의 외측면 하부에 입수구가, 외측면 상부에 출수구가 형성되어 각각 상기 냉수통과 상기 온수통에 연통되도록 구비되고, 상기 입출수통과 상기 좌, 우측 지지패널 중 하나 사이에는 관통형 수밀성 링판이 더 구비되고, 상기 관통형 수밀성 링판은 상기 입출수통의 원형 개방구로 상기 금속 급수관들의 일단이 상기 냉수통과 상기 온수통에 나뉘어 지나가도록 2개의 호상 관통공이 형성되고, 상기 2개의 호상 관통공의 테두리는 상기 입출수통의 내, 외측 플랜지와 2개의 격벽을 커버하도록 구비되고, 상기 순환통은 상기 내, 외측 플랜지를 커버하는 직경이 다른 2개의 수밀성 링판을 사이에 두고 상기 좌, 우측 지지패널 중 다른 하나에 체결될 수 있다. 또한, 상기 격벽은 단열물질로 형성될 수 있다.
상기 입출수통은 가운데 관통공에 내측 플랜지와 가장자리에 외측 플랜지를 가진 도너츠형 원판으로, 상기 내측 플랜지와 상기 외측 플랜지 사이에 소정의 깊이로 2개 이상 파진 공간을 온수통과 냉수통으로 나누어 구성되고, 상기 온수통은 상기 원판의 일 측면에 상기 가운데 관통공을 중심으로 반원 또는 부채꼴 형상의 개방구를 가지고, 상기 원판의 타 측면에 부착된 출수구와 연통되되, 상기 개방구는 상기 금속 급수관들 중 일부가 삽입되도록 구비되고, 상기 냉수통은 상기 온수통 밑으로 상기 출수구와 이격되어 부착된 입수구와 연통되는 분배공, 상기 분배공을 둘러싸며 상기 원판의 일측 가장자리를 따라 상기 금속 급수관들 중 나머지가 삽입될 수 있도록 일정 간격으로 형성된 복수 개의 삽입홈, 상기 복수 개의 삽입홈이 상기 분배공과 연통되어 연결되도록 소정의 깊이로 파진 부채꼴 형상의 복수 개의 연결홈을 포함하여 구성되고, 상기 복수 개의 격벽은 상기 온수통과 상기 부채꼴 형상의 연결홈을 이루는 냉수통 사이의 원판 부분뿐만 아니라 상기 복수 개의 연결홈 사이의 격벽들도 포함할 수 있다.
상기 입출수통과 상기 좌, 우측 지지패널 중 하나의 사이에는 반관통형 수밀성 링판이 더 구비되고, 상기 반관통형 수밀성 링판은 상기 온수통의 개방구에 대응되는 크기로 형성된 상부 관통공, 상기 복수 개의 삽입홈에 대응되는 크기로 형성된 복수 개의 하부 관통공, 상기 복수 개의 연결홈, 상기 분배공, 상기 내, 외측 플랜지 및 상기 격벽을 가리는 커버부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 좌, 우측 지지패널 사이에는 상기 복수 개의 금속 급수관들의 외측을 둘러싸는 원통형 열 반사부재가 더 끼워질 수 있다.
상기 열 반사부재는 내측 와전류 생성 케이스와 상기 내측 와전류 생성 케이스를 둘러싸는 외측 단열 케이스로 구성될 수 있다.
상기 내측 와전류 생성 케이스의 내부에는 나선형으로 돌출된 열전도선이 더 구비될 수 있다.
상기 회전자들은 각각 상기 회전축에 삽입 체결되도록 가운데 축 삽입 관통 공과 키홈이 형성되며 바깥 가장자리로 상기 영구자석이 복수 개 배치된 원판형 회전 몸체와 상기 원판형 회전 몸체의 양 측면에 부착되어 상기 영구자석(125)을 고정시키는 좌, 우 고정 링판(124)을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명은 입출수통을 일체형으로 일측에 구비하여 종래 와전류 보일러에서 입수통과 출수통이 분리 배치되는 문제점을 해소하고, 원통형 열 반사부재를 더 구비함으로써, 열교환 효율을 높인 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 입출수통 일체형 와전류 보일러의 모습을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 입출수통을 돌려서 표현한 사시도이다.
도 3은 도 1의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 원통형 열 반사부재가 복수 개의 금속 급수관들의 외측으로 더 장착될 수 있음을 보여주는 개념 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 입출수통을 돌려서 표현한 사시도 및 요부 확대도이다.
도 6은 도 5의 입출수통이 부착된 실시예의 분해 사시도이다.
도 7은 도 3과 도 5의 와전류 열교환기에 대한 구성을 보여주는 사시도이다.
도 8은 도 7에서 회전축 방향으로 바라본 모습과 부분을 확대한 도면이다.
도 9는 도 7의 회전축의 구성과 회전축에 복수 개의 원판형 회전자들이 체결되는 모습을 보여주는 도면이다.
도 10은 도 9의 각 회전자에 대한 구성을 보여주는 분해 사시도이다.
도 11은 도 9에서 회전축 방향으로 바라본 회전자 모습을 도시한 도면이다.
도 12은 도 11의 A부분을 확대한 도면이다.
도 13는 다른 실시예로 영구자석이 회전자 몸체에 체결된 모습을 도시한 도면이다.
도 14은 도 3 또는 도 5에서 와전류 열교환기를 향한 좌측 지지패널의 일 측면을 보여주는 도면이다.
도 15은 도 14에 도시된 좌측 지지패널의 반대 측면의 모습을 보여주는 도면이다.
도 16는 도 3 또는 도 5에서 좌측 지지 몸체와 입출수통 사이에 체결되는 누수 방지판의 모습을 도시한 도면이다.
도 17은 종래 입수통과 출수통이 분리된 와전류 보일러(a)와 이를 개선한 본 발명의 입출수통 일체형 와전류 보일러의 실시예들(b, c)에서 복수 개의 금속 급수관들을 통해 열교환 되는 원리를 보여주는 비교 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 입출수통 일체형 와전류 보일러는, 도 1 및 도 2에 예시된 바와 같이, 와전류 열교환기(100)와 상기 와전류 열교환기(100)를 양측에서 지지하는 좌, 우측 지지패널(310, 320)을 포함하여 구성되고, 여기서 상기 좌측 지지패널(310)의 좌측 편 및 상기 우측 지지패널(320)의 우측 편 중 하나에는 입수관(1142)과 출수관(1152)이 연결된 입출수통(1100)이, 다른 하나에는 순환통(1200)이 상기 와전류 열교환기(100)의 금속 급수관들 양단을 감싸도록 구비되고, 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 있다. 일 예로, 도 7 내지 도 10에 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 구성될 수 있다.
여기서, 상기 회전축(110) 및 상기 금속 급수관들(130)은 상기 좌, 우측 지지패널(310, 320)에 각각 좌, 우측으로 삽입되어 지지하게 되고, 상기 입출수통(1100) 및 상기 순환통(1200)은 상기 금속 급수관들(130)의 양단을 감싸며 좌측 지지패널(310)의 좌측 편 또는 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 입출수통(1100)과 순환통(1200)을 구비함으로써, 충분한 양의 온수를 빠르게 얻을 수 있게 된다.
즉, 도 7과 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 8과 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 실시예에서는, 종래와 같이 영구자석이 회전축의 길이 방향으로 통으로 부착한 것이 아니라, 도 7과 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 9 및 도 10과 같이, 사이는 물론 원판형 회전 몸체(122)를 통하고, 이어 회전축(110)을 통하여 외부로 빠져 나가도록 한 것이다.
따라서, 상기 원판형 회전 몸체(122) 및 상기 회전축(110)은 열 전도성이 높은 물질로 형성함이 바람직하다.
상술한 실시예의 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 8과 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, 종래 냉수통과 온수통을 금속 급수관들(130)의 양단에 두고 분당 80리터의 속도로 물을 흘려보내어 온수통에서 냉수통의 물보다 6℃ 높은 온수를 얻을 수 있었다.
그러나, 종래 구조에서는 도 17(a)에서 암시되는 바와 같이, 입수관으로 유입된 물이 입수통에 물이 채워지면서 바로 해당 수위에 위치하는 금속 급수관을 통하여 출수통으로 이동하여 출수관을 통해 나가게 되어, 복수 개의 금속 급수관들을 통해 충분한 열교환이 되기 어려운 문제점이 있었다. 특히, 빠른 속도로 물을 통과시킬수록 이러한 문제점이 두드러져 원하는 온도차의 물을 얻기 어려웠다.
이에, 본 발명자는 종래 물통 구조를 개선하여, 도 1과 같이, 상기 좌측 지지패널(310)의 좌측 편 및 상기 우측 지지패널(320)의 우측 편 중 하나에는 입수관(1142)과 출수관(1152)이 연결된 입출수통(1100)이, 다른 하나에는 순환통(1200)이 상기 와전류 열교환기(100)의 금속 급수관들 양단을 감싸며 체결되도록 하였다.
여기서, 상기 입출수통(1100)은 복수 개의 격벽으로 2개 이상의 공간으로 나누어 구성되고, 상기 금속 급수관들(130)의 일단은 상기 2개 이상의 공간으로 나뉘어 상기 입출수통(1100)에 삽입된다.
즉, 종래 금속 급수관들(130)의 양단에 분리되어 있던 입수통과 출수통을 금속 급수관들(130)의 일단에 통합하여 입출수통(1100)으로 하고, 타단에는 순환통(1200)을 두는 것으로 구조를 변경하였다.
도 17은 종래 입수통과 출수통이 분리된 와전류 보일러(a)와 이를 개선한 본 발명의 입출수통 일체형 와전류 보일러의 실시예들(b, c)에서 복수 개의 금속 급수관들을 통해 열교환 되는 원리를 대비하여 보여준다.
도 17에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 입출수통 일체형 와전류 보일러의 실시예들(b, c)에 의하면, 입수관을 통해 들어온 물은 최소한 금속 급수관들(130) 중 2개를 통해 왕복하며 열교환이 이루어진 후 출수관을 통해 나가게 되므로, 종래 도 17(a)의 구조보다 2배 이상의 열교환 효율을 높일 수 있는 장점이 있게 된다.
이하에서는, 상술한 실시예의 각 구성에 대한 구체적인 실시예로 첨부된 도면을 참조하며 설명한다. 특히, 도 17(b) 및 도 17(c)의 구조를 갖는 실시예를 중심으로 설명한다.
우선, 도 17(b)의 구조를 갖는 실시예로, 상기 입출수통(1100)은 상하 2개 공간으로 나누어 상측의 온수통과 하측의 냉수통으로, 상기 순환통(1200)은 하나의 공간으로 구성될 수 있다.
보다 구체적인 실시예로, 도 2 및 도 3과 같이, 상기 입출수통(1100)과 상기 순환통(1200)은 각각 일측에 원형 개방구를 갖는 속이 빈 도너츠 형상의 원통형 커버(1130)(1230) 및 상기 원형 개방구의 내, 외측에 부착된 반경을 달리하는 내, 외측 플랜지(1110, 1120)(1210, 1220)를 포함하여 구비될 수 있다.
여기서, 상기 입출수통(1100)은 상기 원통형 커버(1130)의 내측 공간을 2개의 격벽(1131, 1133)으로 나누어 냉수통(1132)과 온수통(1134)으로 구획하고, 상기 원통형 커버(1130)의 외측면 하부에 입수구(1140)가, 외측면 상부에 출수구(1150)가 형성되어 각각 상기 냉수통(1132)과 상기 온수통(1134)에 연통되도록 구비될 수 있다.
상기 입출수통(1100)과 상기 좌, 우측 지지패널(310, 320) 중 하나 사이에는, 도 3과 같이, 관통형 수밀성 링판(810)이 더 구비될 수 있다.
상기 관통형 수밀성 링판(810)은 상기 입출수통(1100)의 원형 개방구로 상기 금속 급수관들(130)의 일단이 상기 냉수통(1132)과 상기 온수통(1134)에 나뉘어 지나가도록 2개의 호상 관통공이 형성되고, 상기 2개의 호상 관통공의 테두리는 상기 입출수통(1100)의 내, 외측 플랜지(1110, 1120)와 2개의 격벽(1131, 1133)을 커버하는 구성들(811, 812, 813, 814)로 구비될 수 있다.
도 2의 실시예에서 원통형 커버(1130)의 내측 공간은 2개의 격벽(1131, 1133)으로 2개의 공간, 즉 냉수통(1132)과 온수통(1134)으로 나뉘었으나, 이에 한정되지 아니하고 2개를 초과하는 복수 개의 격벽으로 2개를 넘는 다수개의 공간으로 나누어 질 수 있다. 예컨대, 원통형 커버(1130)의 내측 공간은 입수구(1140)와 출수구(1150)에 각각 연통되는 냉수통(1132)과 온수통(1134) 외에 추가 격벽으로 하나 이상의 제 3 공간이 더 구획될 수 있다. 이때, 제 3 공간은 짝수개 또는 2개 이상의 금속 급수관들(130) 일단을 감쌀 수 있도록 구획될 경우 추가 순환통의 기능을 수행하게 된다.
상기 격벽(1131, 1133)은 원통형 커버(1130)와 같은 물질로 형성될수도 있으나, 단열물질로 형성함이 분리된 원통형 커버(1130)의 내측 공간 간에 온도 전달을 차단할 수 있어 바람직하다. 또한, 도 2에서 2개의 격벽(1131, 1133)은 원통형 커버(1130)의 중심에서 180도가 되도록 원통형 커버(1130)의 내측 공간에 삽입되었으나, 이에 한하지 않고, 원통형 커버(1130)의 중심에서 180도보다 작은 각도, 또는 2개 이상의 격벽으로 방사형으로 삽입될 수도 있다.
실시예에 따라, 상기 좌, 우측 지지패널(310, 320) 사이에는, 도 4와 같이, 상기 와전류 열교환기(100)의 복수 개의 금속 급수관들(130)의 외측을 둘러싸는 원통형 열 반사부재(10)가 더 끼워질 수 있다. 이렇게 함으로써, 복수 개의 금속 급수관들(130)에서 손실되는 열을 차단하여 열교환 효율을 더 높일 수 있다.
상기 열 반사부재는 다양하게 구비될 수 있으나, 도 4와 같이, 내측 와전류 생성 케이스(12)와 상기 내측 와전류 생성 케이스(12)를 둘러싸는 외측 단열 케이스(14)로 구성됨이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 와전류 열교환기(100)의 원판형 회전자들(120)에 의한 와전류가 내측 와전류 생성 케이스(12)에도 생기도록 하여, 이에 의한 열을 복수 개의 금속 급수관들(130)에 전달하고, 외측 단열 케이스(14)로 외부로 손실되는 열을 차단하여 더욱 열교환 효율을 높일 수 있다.
나아가, 상기 내측 와전류 생성 케이스의 내부에는, 도 4와 같이, 길이방향으로 나선형으로 돌출된 열전도선(11)이 더 구비될 수 있다. 이때, 열전도선(11)은 복수 개의 금속 급수관들(130)과 접하도록 구비됨이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 내측 와전류 생성 케이스(12)와의 열전달 효율을 높이고, 복수 개의 금속 급수관들(130) 간의 온도 불균형을 막을 수 있는 장점이 있다.
다음, 도 5 및 도 6을 참조하며, 도 17(c)의 구조를 갖는 실시예에 대하여 설명한다.
상기 입출수통(1100)의 다른 실시예로, 도 5와 같이, 가운데 관통공에 내측 플랜지(1110)와 가장자리에 외측 플랜지(1120)를 가진 도너츠형 원판(1130)으로, 상기 내측 플랜지(1110)와 상기 외측 플랜지(1120) 사이에 소정의 깊이로 2개 이상 파진 공간을 온수통(1160)과 냉수통(1180)으로 나누어 구성될 수 있다.
여기서, 상기 온수통(1160)은 상기 원판(1130)의 일 측면에 상기 관통공을 중심으로 반원 또는 부채꼴 형상의 개방구를 가지고, 상기 원판(1130)의 타 측면에 부착된 출수구(1150)와 연통되되, 상기 개방구는 상기 금속 급수관들(130) 중 일부가 삽입되도록 구비된다.
상기 냉수통(1180)은 상기 온수통(1160) 밑으로 상기 출수구(1150)와 이격되어 부착된 입수구(1140)와 연통되는 분배공(1172, 1182), 상기 분배공(1172, 1182)을 둘러싸며 상기 원판(1130)의 일측 가장자리를 따라 상기 금속 급수관들(130) 중 나머지가 삽입될 수 있도록 일정 간격으로 형성된 복수 개의 삽입홈(1184), 상기 복수 개의 삽입홈(1184)이 상기 분배공(1172, 1182)과 연통되어 연결되도록 소정의 깊이로 파진 부채꼴 형상의 복수 개의 연결홈(1186)을 포함하여 구성된다.
상기 복수 개의 격벽은 상기 온수통(1160)과 상기 부채꼴 형상의 연결홈(1186)을 이루는 냉수통(1180) 사이의 원판 부분(1170)뿐만 아니라 상기 복수 개의 연결홈(1186) 사이의 격벽들(1174, 1176)도 포함한다.
상기 실시예에 의한 입출수통은 도 6에서 도면번호 1100'로 표현되어 있다.
도 6과 같이, 상기 입출수통(1100')과 상기 좌, 우측 지지패널(310, 320) 중 하나의 사이에는 반관통형 수밀성 링판(810')이 더 구비될 수 있다.
여기서, 상기 반관통형 수밀성 링판(810')은 상기 온수통(1160)의 개방구에 대응되는 크기로 형성된 상부 관통공(814), 상기 복수 개의 삽입홈(1184)에 대응되는 크기로 형성된 복수 개의 하부 관통공(813), 그리고 상기 복수 개의 연결홈(1186), 상기 분배공(1172, 1182), 상기 내, 외측 플랜지(1110, 1120) 및 상기 격벽(1170, 1174, 1176)을 가리는 커버부(812)를 포함하여 구성된다. 도 6의 도면번호 811은 볼트(1112) 체결공이다.
도 6에서 순환통(1200)을 포함한 나머지 구성들은 도 3과 동일하게 구성되어 조립될 수 있다.
상기와 같이 구성됨으로써, 도 7(c)와 같이, 입수관(1142)으로 소정의 압력으로 들어온 물은 분배공(1172, 1182)과 복수 개의 연결홈(1186)을 통해 하측에 있는 금속 급수관들(130)을 모두 동시에 통과하며 순환통(1200)에 모이게 되므로, 다른 실시예들보다 빠르게 효율적으로 열교환을 할 수 있는 장점이 있게 된다.
그리고 본 실시예에서도, 좌, 우측 지지패널(310, 320) 사이에는, 도 4와 같이, 와전류 열교환기(100)의 복수 개의 금속 급수관들(130)의 외측을 둘러싸는 원통형 열 반사부재(10)가 더 끼워질 수 있다. 여기서, 상기 원통형 열 반사부재(10)에 대한 설명 및 응용예들은 상술한 바와 같으므로 동일한 설명은 생략한다.
이하에서는, 도 3 및 도 6에 공통되는 구성들에 대하여 설명한다.
먼저, 도 3과 같이, 관통형 수밀성 링판(810)과 좌측 지지패널(310) 사이와 우측 지지패널(320)과 직경이 서로 다른 수밀성 링판(820, 920) 사이에는 누수 방지판(610, 620)이 더 구비될 수 있다.
다른 실시예에서도, 도 6과 같이, 마찬가지로 반관통형 수밀성 링판(810')과 좌측 지지패널(310) 사이와 우측 지지패널(320)과 직경이 서로 다른 수밀성 링판(820, 920) 사이에는 누수 방지판(610, 620)이 더 구비될 수 있다.
상기 입출수통(1100, 1100')에서, 도 3 및 도 6과 같이, 일측면에 부착된 출수구(1150)과 입수구(1140)는 각각 출수관(1152) 및 입수관(1242)에 연결된다.
상기 좌, 우측 지지패널(310, 320)의 각 지지 몸체(311)에는, 도 3, 도 6, 도 14 및 도 15에 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 3 및 도 6에서 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 3과 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 3은 도 1의 분해 사시도로, 도 1의 와전류 보일러가 어떻게 체결될 수 있는지를 보여준다. 도 3을 참조하여 와전류 보일러의 체결에 대하여 간단히 설명하면, 하기와 같다. 도 6도 마찬가지이므로 이에 대한 설명은 생략한다.
우선, 도 9(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 관통공(316)과 베어링 삽입홈(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 관통공(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 방지판(610, 620)을 각 지지 몸체(311)의 바깥면(회전자들 반대편)에 부착하며 복수 개의 관통공(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 유지봉(210)을 두고 좌, 우측 누수 방지판(610, 620) 및 좌, 우측 지지 몸체(311)의 각 외측으로 형성된 복수 개의 관통공(312, 612)에 와셔(220, 720, 722)를 사이에 두고, 복수 개의 볼트들(710, 712)을 간격 유지봉(210) 양단에 박아 체결한다.
이어, 좌, 우측 누수 방지판(610, 620) 상에 돌출된 금속 급수관들(130)의 양단을 감싸며 입출수통(1100)과 순환통(1200)을 부착한다. 이때, 좌, 우측 각각에 관통형 수밀성 링판(810)과 직경이 서로 다른 수밀성 링판(820, 920)을 사이에 두고 내, 외측 플랜지 및 좌, 우측 누수 방지판(610, 620)에 형성된 복수 개의 관통 공(613, 617)과 볼트 체결 홈(313, 317)에 볼트들(1112, 1122; 1212, 1222)을 체결하여 입출수통(1100)과 순환통(1200)을 고정한다.
마지막으로, 입출수통(1100)과 순환통(1200)의 각 일 측에 형성된 출수구(1150)와 입수구(1140)에 각각 출수관(1152)과 입수관(1142)을 끼워 조립을 완성한다.
도 3에 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 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이상 설명된 내용을 기초로 다양하게 응용하여 실시될 수 있다. 예를들어, 회전축(110)의 제 1 축 봉(112)에는 동력 전달 키홈(111)이 형성되어 있는데, 여기에는 전동모터뿐만 아니라 풍력 등 자연력을 이용한 다양한 동력원이 연결될 수 있다.
100: 와전류 열교환기 112: 제 1 축 봉
200: 간격 유지 봉 310, 320: 좌, 우측 지지패널
1100, 1100': 입출수통 1200: 순환통
1142: 입수관 1152: 출수관

Claims (10)

  1. 삭제
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  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 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; 및
    상기 회전축과 상기 금속 급수관들을 좌, 우측에서 삽입 지지하는 좌, 우측 지지패널을 포함하여 구성되되,
    상기 좌측 지지패널의 좌측 편 및 상기 우측 지지패널의 우측 편 중 하나에는 입출수통이, 다른 하나에는 순환통이 상기 금속 급수관들의 양단을 감싸도록 구비되고,
    상기 입출수통은 복수 개의 격벽으로 2개 이상의 공간으로 나누어 구성되고,
    상기 금속 급수관들의 일단은 상기 2개 이상의 공간으로 나뉘어 상기 입출수통에 삽입되고,
    상기 입출수통은 가운데 관통공에 내측 플랜지와 가장자리에 외측 플랜지를 가진 도너츠형 원판으로, 상기 내측 플랜지와 상기 외측 플랜지 사이에 소정의 깊이로 2개 이상 파진 공간을 온수통과 냉수통으로 나누어 구성되고,
    상기 온수통은 상기 원판의 일 측면에 상기 가운데 관통공을 중심으로 반원 또는 부채꼴 형상의 개방구를 가지고, 상기 원판의 타 측면에 부착된 출수구와 연통되되, 상기 개방구는 상기 금속 급수관들 중 일부가 삽입되도록 구비되고,
    상기 냉수통은 상기 온수통 밑으로 상기 출수구와 이격되어 부착된 입수구와 연통되는 분배공, 상기 분배공을 둘러싸며 상기 원판의 일측 가장자리를 따라 상기 금속 급수관들 중 나머지가 삽입될 수 있도록 일정 간격으로 형성된 복수 개의 삽입홈, 상기 복수 개의 삽입홈이 상기 분배공과 연통되어 연결되도록 소정의 깊이로 파진 부채꼴 형상의 복수 개의 연결홈을 포함하여 구성되고,
    상기 복수 개의 격벽은 상기 온수통과 상기 부채꼴 형상의 연결홈을 이루는 냉수통 사이의 원판 부분뿐만 아니라 상기 복수 개의 연결홈 사이의 격벽들도 포함하는 것을 특징으로 하는 입출수통 일체형 와전류 보일러.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 입출수통과 상기 좌, 우측 지지패널 중 하나의 사이에는 반관통형 수밀성 링판이 더 구비되고,
    상기 반관통형 수밀성 링판은 상기 온수통의 개방구에 대응되는 크기로 형성된 상부 관통공, 상기 복수 개의 삽입홈에 대응되는 크기로 형성된 복수 개의 하부 관통공, 상기 복수 개의 연결홈, 상기 분배공, 상기 내, 외측 플랜지 및 상기 격벽을 가리는 커버부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 입출수통 일체형 와전류 보일러.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 좌, 우측 지지패널 사이에는 상기 복수 개의 금속 급수관들의 외측을 둘러싸는 원통형 열 반사부재가 더 끼워진 것을 특징으로 하는 입출수통 일체형 와전류 보일러.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 열 반사부재는 내측 와전류 생성 케이스와 상기 내측 와전류 생성 케이스를 둘러싸는 외측 단열 케이스로 구성된 것을 특징으로 하는 입출수통 일체형 와전류 보일러.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 내측 와전류 생성 케이스의 내부에는 나선형으로 돌출된 열전도선이 더 구비된 것을 특징으로 하는 입출수통 일체형 와전류 보일러.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 회전자들은 각각 상기 회전축에 삽입 체결되도록 가운데 축 삽입 관통 공과 키홈이 형성되며 바깥 가장자리로 상기 영구자석이 복수 개 배치된 원판형 회전 몸체와 상기 원판형 회전 몸체의 양 측면에 부착되어 상기 영구자석을 고정시키는 좌, 우 고정 링판을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 입출수통 일체형 와전류 보일러.
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