KR102154630B1 - 하이브리드 전기보일러 장치 및 그에 적합한 가열부 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 많은 열을 발생시키는 대용량의 하이브리드 보일러를 제안함에 있으며, 게다가, 물의 온도가 올라가도 전류가 적어 제품이 안정되면서, 중금속의 오염이 적은 하이브리드 보일러를 제공하는 하이브리드 전기보일러 가열부 장치로서, 보일러수가 순환하는 파이프(14)를 포함하는 하이브리드 전기보일러의 가열부 장치에 있어서, 고압 고주파 전원을 인가하는 전원부; 상기 전원부의 양극 전원단에 연결되면 상기 파이프 하단에 내장되는 양 전극봉(16); 상기 전원부의 음극 전원단에 직렬 연결되며 상기 파이프(14)를 좌우측에서 감싸는 제1 및 제2 전자석(11, 12); 상기 제1 및 제2 전자석(11, 12)에 직렬 연결되면 상기 제1 및 제2 전자석(11, 12)의 하방에서 상기 파이프(14)를 감싸는 폴로이달 코일(18); 및 상기 폴로이달 코일(18)에 연결되며 상기 파이프 상단에 내장되는 음 전극봉(17); 을 포함하며, 상기 양 전극봉(16)에서 발생된 산소가 상기 음 전극봉(17)에서 발생된 수소와 반응하도록 구비된 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 전기보일러 장치 및 그에 적합한 가열부 장치{Hybrid electric boiler apparatus and the boiling apparatus adapted to the boiler apparatus}

본 발명은 전기보일러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, '직류직권 전동기의 원리'와 '고주파 유도 보일러'와 '전기분해 보일러'가 직권으로 합하여 전압이 올려도 전류가 증가하지 않아 과전류에 제품의 소실이 없이 고열을 발생하여 물을 가열하는, 다차원 전자기장를 이용한 전기보일러에 관한 것이다.

오래 전부터 인간은, 보일러에 대하여 안전하고 편리하며, 에너지의 효율적 사용 및 급속 발열을 원하였으며, 많은 고심과 더불어 꾸준한 연구가 수행되고 있는 실정이다.

이러한 필요를 충족시켜 줄 수 있는 것으로서의 전기보일러는, 크게 다음의 3가지로 분류된다.

먼저, 히터봉 전기보일러로서, 물속에 절연체로 피복된 필라멘트 히터를 넣어서 전기에 의해 히터가 가열되면 가열된 히터가 대류나 전도에 의해 물이 데워지도록 한 보일러 방식이다.

이 방식은 가장 일반적인 방식이나, 일단 히터가 데워지고 나서 대류나 전도에 의해 물이 2차로 데워지는 방식이므로, 가열되는데 시간이 소요된다는 단점이 있다.

더욱이, 상기 히터봉 방식은, 물속에 석회석 같은 이물질이 히터봉에 붙어 열의 전도를 방해하여 히터봉에 열이 축적되며, 그로 인해 히터봉이 축적된 과열로 인하여 히터봉의 파손이 일어난다는 추가적인 단점이 있다.

다음, 전극봉 보일러는, 대한민국 특허등록 제1834965호 (전기분해를 이용한 보일러 시스템) 에서와 같이, 물속에 두 개의 전극을 직접 넣고 전원에 연결하여, 도체로서의 물의 전기 저항을 이용하여 물을 직접 가열하는 방식이나, 단점으로는 양 전극과 도전체로서의 물이 전기분해 기작과 동일하므로, 전극봉의 산화가 빨라지며, 시간이 지남에 따라 전극봉이 닳아 없어지게 된다. 따라서, 이 방식에서는 비교적 단단한 백금봉을 사용하기도 하나, 그 보다는 필히 가성소다(NaOH)나 CaOH, KOH 등의 이온화 물질을 넣어서 전극봉을 보호하게 되며, 따라서 이온 가열 보일러 방식이라고도 한다.

한편, 이러한 제1 종래기술의 경우에는, 이온수를 보일러 관으로 순환시킬 수 없는 관계로, 일차로 이온수를 가열하고, 열 교환기를 사용하여 순환수를 가열하는 2차 가열 방식을 사용하게 되므로, 역시 급속 가열이 불가능하며, 이온수의 농도가 진해져 이상 과열현상도 일어난다는 2가지 단점이 있다.

즉, 전극봉 보일러 혹은 전기분해 보일러는 전기저항으로 물을 가열한다. 하는바, 전기저항은 오옴의 법칙으로 저항의 감소에 전류가 증가하는 것이 일반적인 이론이며, 그리하여 물의 온도가 올라가면 저항이 감소하여 전류를 공급하는 제품이 쉽게 망가진다. 뿐만 아니라 물이 중금속에 오염이 되면 더 저항 값이 줄어 과전류에 취약해진다.

마지막으로, 고주파 유도 보일러는, 유도 변압기를 사용하여 고주파를 발생시키고, 이 고주파로 물 분자들을 여기시켜서 열을 발생시키는 방식이다.

즉, 고주파 유도 보일러의 일 예로서, 대한민국 특허공개 제2010-0008088호 (고주파유도가열을 이용한 순간 온수공급장치) 의 경우를 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.

상기 제2 종래기술의 순간 온수공급장치(100)는, 고주파전류를 인가하기 위해 구성된 고주파전류발생 유닛(10)과, 중공형으로 가장자리 내부에 물가열공간부(21)가 형성되고, 상부에 물배출구(22)가 형성되며, 하부측에 원수가 공급하기 위한 물유입구(23)가 마련된 가열통(20)과, 상기 고주파전류발생 유닛(10)으로부터 인출되며, 가열통(20)의 내부 직경에서 코일형으로 밀착되게 구비되어 가열통(20)을 가열하기 위한 고주파유도코일(30)과, 상기 가열통(20)의 물배출구(22)측으로부터 연결 설치되는 한편, 가열통의 중심부를 지나 온수를 이차적으로 가열하여 가열통(20)의 하부 외측에서 온수를 배출하는 온수배출라인(40)과, 상기 가열통(23)의 물유입구(23)측에 연결 설치되어 원수를 공급하기 위한 원수공급라인(50)과, 상기 가열통(20)의 상,하부로부터 상기 고주파유도코일(30), 온수배출 라인(40)의 인입부분을 제외한 나머지 부분을 밀폐시켜 가열통 내부로부터 열 방출을 방치하는 밀폐판(60)을 포함하여 구성된다.

상기 제2 종래기술의 순간 온수기의 작용을 상세히 설명하면, 먼저, 초기에 물공급라인(50)을 통해 가열통(20)의 물유입구(23)로 공급된 물(원수)은 가열통(20)의 물가열공간부(21)에 채워진 상태에서 상기 가열통(20)의 내경 둘레에 코일형으로 설치된 고주파유도코일(30)에 고주파 전류의 발생으로서 가열통(20)을 가열할 수 있게 된다.

상기 고주파유도코일(30)은 고주파전류발생 유닛(10)으로부터 전달되며, 이를 토대로 발생하는 열은 가열통(20)의 내부에서 가열통의 외부방향으로 열을 전달하여 물가열공간부(21)에 채워진 물을 순간적으로 가열한다.

상기와 같이 가열된 온수는 가열통(20)의 물배출구(22)로부터 연결 설치된 물배출라인(40)을 따라 사용수로 외부로 배출시켜 사용할 수 있게 된다.

상기 물배출라인(40)은 상기 가열통(20)의 상부에 위치하여 다시 역으로 가열통의 상부에 설치된 밀폐판(60)을 관통하여 가열통(20) 내부를 지나는 형태로서 다시한번, 고주파유도코일(30)에서 발생된 열을 전달받아 최종적으로 배출되는 온수를 고온으로 배출시켜 준다.

상기 가열통(20)은 상,하부측에 설치된 밀폐판(60)의 역할로서 내부에서도 상당한 열을 발생하는 것으로, 물배출라인(40)을 통해 배출되는 온수를 이차적으로 가열하는 효과를 갖게 하여 상술한 바와 같이 최종 배출되는 온수의 온도는 쉽게 떨어지지 않는 적합한 사용수로서 배출할 수 있게 된다.

상기와 같은 온수의 공급 및 배출은 물가열공간부(21)의 공간이 비교적 작은 체적으로 형성되어 있기 때문에 공급, 가열, 배출작용이 연속성을 가지면서도 온도가 떨어지지 않는 상태로 공급할 수 있게 된다.

그러나, 상기 고주파유도가열 방식은, 상용전원으로부터 고주파 교류로 변환하는 변압기가 사용되어야 하므로, 자기 유도 과정에서 누설 전류가 발생하고, 실제로 고주파로 변환되지 않는 무효전력(저주파전력)이 발생한다는 단점이 있다.

더욱이, 물 자체는 강자성체가 아니기에 직접 유도가 어렵기 때문에, 강자성체인 철 배관을 가열하고, 그 열을 간접적으로 받아 물을 가열받는 식이며, 따라서 고주파 유도 보일러는 철 파이프가 먼저 따뜻해지고, 그 다음 물이 따뜻해지므로, 철에 이물질이 붙으면 열전도가 느려져 빨리 물을 끓이기가 어려워진다는 단점을 아울러 갖는다.

이에, 본 발명자는 상술한 제1 및 제2 종래기술들의 문제점들을 해결하기 위하여, 전기로 물을 빠른 시간 내에 가열하는 급속 가열이 가능한 보일러이면서도, 물속에 다수의 전극봉을 넣어 전기 저항으로 발열시킴과 동시에 유도 코일의 자기유도 가열방식을 아울러 구비한 하이브리드 방식의 전기보일러를, 대한민국 특허등록 제1691917호 (하이브리드 전기보일러 장치 및 그에 적합한 가열부 장치) 로서 제안한 바 있다.

상기 제3 종래기술은, 도 3 내지 도 6에서 보는 바와 같은바, 도 3은 상기 제3 종래기술에 따른 하이브리드 전기보일러 장치의 전체 계통도이고, 도 4는 상기 제3 종래기술에 따른 하이브리드 전기보일러 장치의 일부 분해도이고, 도 5는 상기 제3 종래기술에 따른 하이브리드 전기보일러 가열부 장치의 상세도이며, 도 6은 상기 제3 종래기술에 따른 하이브리드 전기보일러 장치의 회로도이다.

상기 제3 종래기술에서의 하이브리드 전기보일러 장치는, 먼저 각 난방을 해야 할 곳에서 물을 모아오는 분배기(1); 분배기(1)로부터 유입되는 물의 이물질을 걸러내는 여과기(2); 물의 순환 동력을 주는 순환 펌프(3); 물 속에 전기를 통전시켜 주는 제1 전극봉(5) 및 제2 전극봉(6); 고주파 자기 유도를 발생시키는 코일(4); 자기 유도된 고주파 전류가 물 속에 직접 들어올 수 있게 해주는 절연 고온 고압 튜브(8); 제1 전극봉과 제2 전극봉에 전기를 인가하여 주는 인입선(9); 인입선(9)과 물이 갑자기 팽창하거나 수증기를 필요로 할 경우에 급수를 받는 팽창탱크(7); 상기 제1 전극봉(5), 코일(4) 및 제2 전극봉(6)에 직렬 전압을 공급해 주는 절연변압기(10); 제2 전극봉에 전기를 공급해주지만 관 속이 막혀 있는 전선 통로관(13); 전압 컨트롤과 주파수 컨트롤을 해주는 슬라이닥, 인버터, 고주파 발생기, SMPS 등의 고주파인가부(11); 대체로는 상용전원인 교류 전원(12); 으로 이루어진다.

상기 전원은 대치로 상용전원이 사용되며 별도의 인버터나 SMPS 등에 의해 고주파로 발진되도록 하는 것이 일반적일 것이나, 경우에 따라서는 별도의 고주파 전원이 직접 인가되도록 하는 것도 가능할 것이며, 이때는 물의 온도에 의해서 높으면 차단, 낮으면 전원투입의 방법으로 전원을 단속해 주어도 될 것이다.

상기 분배기(1), 여과기(2), 순환 펌프(3) 및 팽창탱크(7)는 일반적인 보일러에서의 그것들과 동일하게 구성하여도 된다.

또한, 상기 코일(4), 절연 변압기(10), 고주파인가부(11) 및 전원(12)은, 종래의 고주파유도가열 방식의 보일러와 동일하게 구성할 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.

반면, 상기 제3 종래기술에서는 종래의 고주파유도가열 방식의 보일러에 비해, 제1 전극봉(5) 및 제2 전극봉(6), 인입선(9)과 전선 통로관(13), 절연고온고압 튜브(8)가 추가로 구성되어진다.

즉, 상기 제3 종래기술에서는, 상기 순환펌프(3)를 비롯한 보일러 물 순환장치에 연결되어 있는 고주파유도가열부(100: 도 3의 함체 내부)가 주요부이며, 고주파유도가열부(100) 내의 절연 고온 고압 튜브(8)와 통수되는 입수관(16)의 말단에 밸브소켓(16a)이 형성되어, 상기 밸브소켓에서 상기 입수관과 상기 튜브(8)의 일단이 연결되며, 상기 튜브(8)의 타단은 궁극적으로는 출수관 밸브소켓(17a)을 통해 출수관(17)에 통수가능하도록 연결되고, 상기 출수관 및 상기 입수관은 상기 연장관(15) 및 상기 순환펌프(3)에 연결된다. 그리고, 상기 입수관 연결측인 상기 튜브의 일단에 제2 전극봉(6)이 내재하도록 이루어지며, 상기 출수관 연결측인 상기 튜브의 타단에 제1 전극봉(5)이 내재하도록 이루어진다.

그리하여, 고주파 인가부(11)에 접속된 변압기(10)의 출력단이 유도코일(4)에 바로 연결되는 종래기술과 달리, 상기 제3 종래기술에서는, 상기 고주파 인가부(11)에 접속된 상기 변압기(10)의 출력단의 일측이 상기 유도코일(3)의 제1 접속단에 연결되는 점은 동일하나, 상기 변압기(10)의 출력단의 타측은 상기 유도코일(3)의 제2 접속단이 아닌 상기 제2 전극봉(6)에 접속되며, 대신 상기 유도코일(3)의 제2 접속단은 상기 제1 전극봉(5)에 접속되어 진다.

그리하여, "변압기(10)의 출력단의 일측 -> 유도코일(3)의 제1 접속단 -> 유도코일(3)의 제2 접속단 -> 제1 전극봉(5) -> 절연고온고압 튜브(8)의 순환수 -> 제2 전극봉(6) -> 변압기(10)의 출력단의 일측" 의 방향으로, 혹은 그 역방향으로 전류가 통전되어 진다.

따라서, 고주파의 고압 전류가 상기 코일(4)에 흐르면서 발생하는 고주파 유도 기전력에 의해 상기 튜브(8) 내를 흐르는 도체로서의 물이 순식간에 데워지고, 상기 튜브(8)에서 데워진 물은 출수관(17) -> 연장관(15) -> 보일러 열교환부(미 도시됨) -> 분배기(1) -> 여과기(2) -> 순환펌프(3) -> 입수관(16) 을 따라 순환하여 다시 상기 튜브(8)로 들어오게 된다.

한편, 상기 전극봉(5, 6)은 상기 튜브(8)의 단부나 혹은 상기 입수관/출수관 밸브소켓(16a,17a)에 형성된 임의의 홀을 통해 외부로부터 튜브(8) 내부로 들어가도록 하여도 되나, 고온 고압의 튜브 내부의 특성상, 완전 밀봉에 한계가 있을 수 있으므로, 바람직하게는, 도 5에서 보는 바와 같이, 입수관(16)의 임의의 지점에 제1 부싱(16c)을 형성하고, 출수관(17)의 임의의 지점에도 또다른 제2 부싱(15c)을 형성한 후, 상기 제1 부싱(16c)과 상기 제2 부싱(15c) 사이를 전선 통로관(13)으로 연결하여, 상기 제2 전극봉(6)(혹은 제2 전극봉과 접속되는 전선)이 상기 전선 통로관(13) 내부를 통하고 다시 상기 팽창 탱크(7)(도 3 참조)를 통해 외부의 인입선(9)에 연결되고 결국 변압기(10) 출력측의 일단에 접속되어 지도록 하는 것이 바람직하다. 상기 변압기의 타단은 전술한 바와 같이, 상기 코일(4)(도 6 참조)의 제1 접속단(4a)으로 접속되어진다. 물론, 상기 제1 전극봉(5) 역시, 출수관 밸브소켓(15a)을 통하고 상기 팽창 탱크(7)(도 3 참조)를 통해 외부의 인입선(9)에 연결되고 결국 코일(4)(도 6 참조)의 제2 접속단(4b)으로 접속되어 지도록 하는 것이 바람직하다. 이렇게 각 전극봉의 전기적 경로를 구성하면, 튜브나 입/출수관에 어떠한 홀도 형성하지 않을 수 있으므로, 제조상 유리하다.

만약 팽창탱크(7)를 밀폐팽창탱크 식으로 바뀔 경우 압력 때문에 전선 통로관(13)에 가운데에 홀(구멍)을 내어 인입선(9)으로 해서 사용해야한다. 즉, 상기 제2 전극봉(6)과 접속되는 전선이 제1 부싱(16c) 및 상기 전선 통로관(13) 하단의 내부를 통과하도록 하고, 상기 제1 전극봉(5)과 접속되는 전선이 제2 부싱(15c) 및 상기 전선 통로관(13) 상단의 내부를 통과하도록 하면서, 상기 양 전선이 상기 전선 통로관(13)의 중간 지점에서 외부로 연결되고 결국 변압기(10) 출력측의 일단 및 유도코일의 일단에 각각 접속되어 지도록 하는 것도 가능하다.

상기 제1 부싱(16c)과 상기 제2 부싱(15c)을 연결하는 전선 통로관(13)의 외부는 투자율이 높은 금속성의 실린더, 일례로 강관으로 하고, 그 내부에 강관과 절연이 유지되는 제2 전극 통로인 전선을 통과하도록 하며, 상기 전선과 상기 강관 사이에는 부도체의 폼(form)을 충진하여 사용하는 것도 좋다 (도 5의 부분 확대도 참조). 즉, 상기 전선 통로관(13)으로 물은 순환되지 않는다.

아울러, 상기 연장관 밸브소켓(15a)에 연장관(15)을 연결하며, 상기 출수관의 타단에 출수관 밸브소켓(17a)을 형성하고, 상기 출수관 밸브소켓(17a)에 비로소 제1 전극봉(5)을 세라믹 절연체(5a)로 지지하도록 한다. 물론, 상기 입수관 밸브소켓(16a)에는 제2 전극봉(6)이 세라믹 절연체(6a)로 지지되어진다. 미설명 부호 17c은 출수관을 팽창탱크에 연결하기 위한 부싱과 장닛불이다.

이 경우에는, 상기 제1 전극봉(5)의 피복 전선이 상기 출수관(17) 및 상기 팽창 탱크(7)를 통해 외부로 향하며, 결국 상기 코일(4)의 제2 접속단(4b)에 전기적으로 접속되어 진다. 아울러, 입수관(16)으로부터 입수된 물은 튜브(8)를 통해 출수관(17)으로 출수된다.

이와 같이, 구성하는 경우, 상기 유도 코일(4)에 의해 형성된 강력한 자속이 상기 철봉(14)을 따라 이동하다가, 상기 입수관(16)과 전선 통로관(13) 및 출수관(17)으로 연결되면서 이루어지는 쇠파이프의 폐루프의 자속 경로를 따라가므로, 누설 자속을 최소화할 수 있게 되며, 고주파 유도 방식과 전극봉 방식을 겸하여 이중으로 동시에 발열이 일어나므로 고 효율의 순간 가열이 가능하고, 더욱이, 전극봉을 사용하면서도 전극봉이 고주파 유도 때문에 덜 닳게 되어 별도의 이온수를 사용하지 않아도 된다는 장점이 있다.

그런데, 상기 제3 종래기술에서는, i) 고주파 유도코일(4)의 유도가열방식과, ii) 전극봉(5, 6) 간의 물의 전기 저항을 이용하여 물을 직접 가열하는 전기저항 발열방식이 동시에 사용되는바, 전자의 방식(고주파 유도가열방식)의 문제점은 자기 유도 과정에서 누설 전류가 발생하고 실제로 고주파로 변환되지 않는 무효(저주파)전력이 발생한다는 단점이 있으며, 후자의 방식(전기저항 발열방식)의 문제점은 양 전극과 어느 정도의 전해질을 갖는 도전체로서의 물이 전기분해 기작과 동일하여 전극봉의 산화가 빨라지며 시간이 지남에 따라 전극봉이 닳아 없어지게 된다는 점과 이러한 전해질은 이상 과열 현상을 일으킨다는 단점이 여전히 존재한다.

(제1 종래기술) 대한민국 특허등록 제1834965호 (전기분해를 이용한 보일러 시스템) (제2 종래기술) 대한민국 특허공개 제2010-0008088호 (고주파유도가열을 이용한 순간 온수공급장치) (제3 종래기술) 대한민국 특허등록 제1691917호 (하이브리드 전기보일러 장치 및 그에 적합한 가열부 장치)

본 발명의 목적은, 상술한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 많은 열을 발생시키는 대용량의 하이브리드 보일러를 제안함에 있으며, 게다가, 물의 온도가 올라가도 전류가 적어 제품이 안정되면서, 중금속의 오염이 적은 하이브리드 보일러를 제안함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따른 하이브리드 전기보일러 가열부 장치는, 보일러수가 순환하는 파이프(14)를 포함하는 하이브리드 전기보일러의 가열부 장치에 있어서, 고압 고주파 전원을 인가하는 전원부; 상기 전원부의 양극 전원단에 연결되며 상기 파이프 하단에 내장되는 양 전극봉(16); 상기 전원부의 음극 전원단에 직렬 연결되며 상기 파이프(14)를 좌우측에서 감싸는 제1 및 제2 전자석(11, 12); 상기 제1 및 제2 전자석(11, 12)에 직렬 연결되며 상기 제1 및 제2 전자석(11, 12)의 하방에서 상기 파이프(14)를 감싸는 폴로이달 코일(18); 및 상기 폴로이달 코일(18)에 연결되며 상기 파이프 상단에 내장되는 음 전극봉(17); 을 포함하며, 상기 양 전극봉(16)에서 발생된 산소가 상기 음 전극봉(17)에서 발생된 수소와 반응하도록 구비된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 폴로이달 코일(18)의 감싸면서 교차되게 권회된 토로이달 코일(19); 을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 제1 및 제2 전자석(11, 12)과 폴로이달 코일(18)이 내장되면서 내외부가 절연 밀봉된 케이스(10b) 및 뚜껑(10d)을 더 포함하며, 보일러수가 들어있는 보일러통(10a)에 상기 케이스(10b)가 함침되어 있으며, 상기 보일러수의 유로 형성용 파이프(14)가 상기 케이스(10b)를 관통하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 제1 및 제2 전자석(11, 12) 사이에는 T자 형의 파이프 연결소켓(14a)이 개재되며, 상기 파이프 연결소켓(14a)의 상단과 하단은 각각 상기 유로 형성용 파이프(14)에 접속되나, 다른 일단은 음 전극봉(17)이 장착되도록 하는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 파이프 연결소켓(14a)의 다른 일단에 음 전극봉(17)이 장착되도록, 내부에 세라믹 관(14b)이 내장되며, 상기 세라믹 관(14b)을 실리콘 충전층(14e)으로 밀봉하되, 다시 상기 세라믹 관(14b)과 실리콘 충전층(14e)이 그들 사이의 패킹(14f)에 의해 밀폐되는 구조로 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 제1 및 제2 전자석(11, 12)과 폴로이달 코일(18)이 내장되면서 내외부가 절연 밀봉된 케이스(10b) 및 뚜껑(10d)을 더 포함하며, 보일러수가 들어있는 보일러통(10a)에 상기 케이스(10b)가 함침되어 있지 않고 파이프(14)에 의해서 유로만 형성되며, 양극선 보호파이프(10d')가 파이프 연결소켓(14a)에 의해 주 파이프(14)에 결합되면서, 양 전극봉(16)도 파이프 내에 내장되는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 측면에 따른 하이브리드 전기보일러 장치는, 상기 하이브리드 전기보일러 가열부 장치(10); 및 상기 하이브리드 전기보일러 가열부 장치(10)에 고압 고주파 전원을 인가하는 전원공급장치(1 ~ 6); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제의 해결 수단을 갖는 본 발명에 의하면, 많은 열을 발생시키는 대용량의 하이브리드 보일러가 가능하며, 게다가, 물의 온도가 올라가도 전류가 적어 제품이 안정되면서, 중금속의 오염이 적은 하이브리드 보일러를 제공할 수 있게 된다.

더욱이, 본 발명의 추가적인 효과에 의하면, 양 전극봉이 음 전극봉 보다 아래에 있어, 양 전극봉에서 발생한 산소가 부력 때문에 양 전극봉에 닿자마자 떠오르게 되어 양 전극봉의 부식이 방지되면서, 떠오른 산소가 음 전극봉에서 발생한 수소와 반응하여 물(H₂O)로 바뀜으로서 수소 폭발을 방지하는 부수적인 효과도 있다.

도 1은 제2 종래기술의 고주파유도가열을 이용한 순간 온수공급장치의 가열통을 도시한 사시도.
도 2는 제2 종래기술의 고주파유도가열을 이용한 순간 온수공급장치의 전체 구성도.
도 3은 제3 종래기술에 따른 하이브리드 전기보일러 장치의 전체 계통도이다.
도 4는 제3 종래기술에 따른 하이브리드 전기보일러 장치의 일부 분해도이다.
도 5는 제3 종래기술에 따른 하이브리드 전기보일러 가열부 장치의 상세도이다.
도 6은 제3 종래기술에 따른 하이브리드 전기보일러 장치의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 하이브리드 전기보일러의 직류고주파회로와 폴로이달코일, 직권직류모터의 회로, 전기분해 회로를 통합한 구조를 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 하이브리드 전기보일러 수납 케이스 사진이다.
도 9는 본 발명의 하이브리드 전기보일러의 내부 사진이다.
도 10은 본 발명의 하이브리드 전기보일러의 전자석, 전극봉 및 폴로이달 코일의 내부를 보여주는 일부 분리 사진이다.
도 11은 본 발명의 하이브리드 전기보일러의 동작을 수식에 의해 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 하이브리드 전기보일러의 동작 중 와류 형성 원리를 설명하기 위한 직권 전동기 회전원리(플레밍의 왼손법칙)에 관한 도면이다.
도 13은 본 발명의 하이브리드 전기보일러의 직류 고주파 회로에 대응하는 테슬라코일의 등가 회로도이다.
도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 하이브리드 전기보일러의 실제 동작 상태를 보여주는 사진으로서, 도 14a는 점화전 가스 발생 상태이고, 도 14b는 가스와 점화가 동시에 발생하는 상태이며, 도 14c는 완전 점화가 이루어지는 상태이다.
도 15 내지 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 관한 하이브리드 전기보일러의 제작 순서를 보여주는 실제 사진이다.
도 15는 보빈에 폴로이달 코일을 감는 상태의 사진이다.
도 16은 전자석의 상세 사진이다.
도 17은 도 16의 전자석과 도 15의 폴로이달 코일을 결합하기 직전의 사진이다.
도 18은 도 16의 전자석과 도 15의 폴로이달 코일을 결합한 후 토로이달 코일을 감는 상태의 사진이다.
도 19는 전자석과 폴로이달 코일 및 토로이달 코일을 포함한 가열부 장치를 완성하여 케이스에 내장한 상태의 사진이다.
도 20은 도 19의 가열부 장치에 연결 호스를 연결한 상태의 사진이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면 도 7 내지 도 20을 참조하여 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.

(본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 전기보일러 장치)

우선, 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 전기보일러 장치에 대하여, 도 7 내지 도 14c를 참조하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 하이브리드 전기보일러의 직류고주파회로와 폴로이달코일, 직권직류모터의 회로, 전기분해 회로를 통합한 구조를 도시하고 있고, 도 8은 본 발명의 하이브리드 전기보일러 수납 케이스 사진이고, 도 9는 본 발명의 하이브리드 전기보일러의 내부 사진이며, 도 10은 본 발명의 하이브리드 전기보일러의 전자석, 전극봉 및 폴로이달 코일의 내부를 보여주는 일부 분리 사진이다.

도 11은 본 발명의 하이브리드 전기보일러의 동작을 수식에 의해 설명하기 위한 도면이고, 도 12는 본 발명의 하이브리드 전기보일러의 동작 중 와류 형성 원리를 설명하기 위한 직권 전동기 회전원리(플레밍의 왼손법칙)에 관한 도면이며, 도 13은 본 발명의 하이브리드 전기보일러의 직류 고주파 회로에 대응하는 테슬라코일의 등가 회로도이다.

도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 하이브리드 전기보일러의 실제 동작 상태를 보여주는 사진으로서, 도 14a는 점화전 가스 발생 상태이고, 도 14b는 가스와 점화가 동시에 발생하는 상태이며, 도 14c는 완전 점화가 이루어지는 상태이다.

본 발명의 하이브리드 전기보일러는, 고전압 고주파 직류 전원을 인가하는 전원공급장치(1 ~ 6)와 상기 전원공급장치로부터 공급받는 전원에 의해 물을 가열하는 가열부 장치(10)로 이루어진다.

먼저, 상기 전원공급장치(1 ~ 6)는, 일례로 60Hz 220V 상용 교류 전원과 같은 전원부(1)와, 전원부의 전원을 고주파로 인버팅하는 주파수 변환기로서의 인버터(혹은, 슬라이닥스[SLIDE-AC])(2)와, 상기 인터버에 의한 고주파 전원을 승압하는 변압기(3)와, 상기 변압기(3)와 함께 일례로 6000V 직류 고전압으로 출력하기 위한 다이오드 어레이(4) 및 콘덴서 어레이(6)와, 접지(5)로 이루어진다. 상기 콘덴서 어레이(6)의 음극에 연결된 음극 전선(7) 및 상기 콘덴서 어레이(6)의 양극에 연결된 양극 전선(7')이 각각, 상기 가열부 장치(10)의 음 전극봉(17) 및 양 전극봉(16)에 접속되어진다.

계속해서 가열부 장치(10)를 도 7 및 도 9를 주로 참조하여 설명하면, 보일러수가 들어있는 보일러통(10a)에 각종 전자석과 코일 및 전극봉들이 내장된 케이스(10b)가 함침되어 있으며, 상기 보일러수의 유로 형성용 파이프(14)가 상기 케이스(10b)를 관통하도록 되어 있다.

바람직하게는, 상기 유로 형성용 파이프(14)는 상하방향으로 배치되면서, 하단에서는 양극 전선(7')에 연결된 양 전극봉(16)이, 그리고 상기 유로 형성용 파이프(14)의 상단에는 음 전극봉(17)이 형성되면서 연결부를 통해 보일러 순환용 펌프부로 접속되어 진다.

더 구체적으로는, 상기 유로 형성용 파이프(14)의 하단부에 양 전극봉(16) 근접하여 물 입수구(14c)가 형성되어 보일러수가 이를 통해 파이프 안으로 입수되고, 그 상부에 폴로이달 코일(18)이 파이프를 감싸면서 형성되며, 다시 그 위에는 좌우로 제1 및 제2 전자석(11, 12)이 위치하고, 상기 제1 및 제2 전자석(11, 12) 주위로는 철심(13)이 형성되어 상기 제1 및 제2 전자석(11, 12) 간의 유도결합이 긴밀하게 형성되도록 한다.

상기 제1 및 제2 전자석(11, 12) 사이에는 바람직하게는 T자 형의 파이프 연결소켓(14a)이 개재되며, 상기 파이프 연결소켓(14a)의 상단과 하단은 각각 상기 유로 형성용 파이프(14)에 접속되나, 다른 일단은 음 전극봉(17)이 장착되도록 하는 구조로 이루어진다.

한층 더 구체적으로는, 상기 파이프 연결소켓(14a)의 다른 일단에 음 전극봉(17)이 장착되도록, 내부에 세라믹 관(14b)이 내장되며 (도 7 및 도 10 참조), 더욱 바람직하게는, 상기 세라믹 관(14b)을 실리콘 충전층(14e)으로 밀봉하되, 관리의 편의성을 위해, 다시 상기 세라믹 관(14b)과 실리콘 충전층(14e)이 그들 사이의 패킹(14f)에 의해 밀폐되는 구조로 이루어지도록 한다 (도 19 참조).

이제, 전기적 연결 구조에 대하여 상술하면, 음극 전선 보호파이프(14d)에 의해 보일러통(10a) 내의 케이스(10b) 내부로 진입한 음극 전선(7)은, 제1 전자석(11) 및 제2 전자석(12)을 통해 그 하방의 폴로이달 코일(18)로 연결되며, 다시 토로이달 코일(19)을 지나서 상술한 음 전극봉(17)으로 연결되는바, 보다 구체적으로는, "음극 전선(7) - 제1 전자석(11)의 권선 시작점(A1) - 제1 전자석(11)의 권선 종료점(Z1) - 제2 전자석(12)의 권선 시작점(A2) - 제2 전자석(12)의 권선 종료점(Z2) - 폴로이달 코일(18)의 권선 시작점(A3) - 폴로이달 코일(18)의 권선 종료점(Z3) - 토로이달 코일(19) - 음 전극봉(17)" 의 순서로 연결된다.

한편, 양극 전선(7)은, 도 8에서 보는 바와 같은 양 전극봉 보조케이스(10c) 내의 양 전극봉(16)에 접속되며, 이때 상기 양극 전선(7) 및 양 전극봉 보조케이스(10c)는 보일러통(10a) 바닥에 위치한다.

여기서, T형 파이프 연결소켓(14a)은 전자석(11,12)의 자기장 방향과 수직이며, 수면과 수직인 상하 방향으로 물(H₂O)이 들어올 수 있게 하는 절연체로 되어 있으며, 상기 T형 파이프 연결소켓(14a)의 길이방향의 T형의 중심에 세라믹 관(14b)을 삽입하고, 그 안에 전기분해용 음의 전극봉(17)이 지지 설치되도록 한다.

또한, 산소가 음 전극봉(17)의 가연물에 닿아 연소가 가능하게, 양(+)의 전극봉(16)은 수중의 양 전극봉 보조케이스(10c)의 밑에 넣어 배치하도록 한다.

전자석 코일은 물론 폴로이달 코일 및 토로이달 코일의 와이어는, 고열에 강한 테프론 전선을 사용하도록 한다.

더욱이, 상기 제1 및 제2 전자석(11, 12)은, 상기 파이프 연결소켓(14a)을 감싸면서, 수직전기장이 음의 전극봉(17) 중심을 기준으로 상하 대칭으로 나누어지도록, 그리고 수면에 평행으로 자기장이 발생하여 전기진로를 끊어 고주파를 발생시키도록, 변압기 철심(13)을 끼운 코일로 되어 있고, 자기장이 수면에 평행이 되게 좌우로 2조 배치한다.

상기 케이스(10b)는 바람직하게는 케이스 뚜껑(10d)에 의해 전기적으로도 절연되면서 완전 밀폐되어 있도록 하며, 다만 상기 케이스가 보일러통에 완전히 함침되어 있지 않고 파이프(14)에 의해서 유로만 형성되어도 되는바, 이 경우라면 상기 케이스가 완전 밀폐되지 않아도 무방하며, 이 경우라면 상기 음전극 보호파이프 역시 생략 가능하다.

미설명부호 (5")는 접지(5)와 연결된 유저 보호용 접지봉이다.

이제, 도 11 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 하이브리드 전기보일러 장치의 가열부 장치(10)의 작용을 설명하면, 본 발명은 일정 고전압에 오옴의 법칙이 아닌 다른 현상이 일어나는 것을 응용한 것이다.

첫째, 전자석은 회전하는 와전류에서는 오옴의 법칙이 아닌 모터의 법칙이 적용되는 경우가 있는바, 모터의 법칙은 전압에 전류가 반비례하거나 변화가 크게 없다. 이러한 모터의 법칙 원리를 전극봉 전기분해 보일러에 사용하는 것이 본 "하이브리드 전기보일러" 발명의 일 특징이다.

둘째, 전자석은 전류의 충전이 되므로 순간적인 전류방전은 큰 고전압을 발생시키며, 이 원리를 직류 고주파회로를 사용하여 고주파를 만들어 폴로이달 코일에 적용하면 큰 와전류 전압을 만들 수 있는바, 이렇게 사용하는 것이 본 "하이브리드 전기보일러" 발명의 또다른 특징이다.

먼저 제1 전자석(11) 및 제2 전자석(12)에 의해 형성되는 자기장(B_H)의 방향은 수면과 평행(나란히)하게 형성되며, 한편 물(H₂O) 속 이온이 폴로이달 코일(18)을 지나면 와전류 2000[V] 가 형성되며, 이 와전류에 의한 전기장과 자기장이 수직이 되어, 도 4에서 보는 바와 같은 플래밍의 왼손 법칙에 의해 힘(Fup, Fdown)을 받으므로 회전을 하는데, 이 회전으로 전류의 끊어짐이 발생하며, 전류의 끊어짐은 전자석에 높은 전압을 유기한다. 그리고 이 전압(

)은 역기전력이 내부기전력으로 발생하여 입력전력을 줄여주어 전류는 증가하지 않는다.

이를 더욱 상세히 설명하면, 일례로 상용전원 220[V] 60[Hz](1)를 입력하고, 인버터 (혹은 슬라이닥스)(2)에 의해 전압을 조정한다. 조정된 전압을 변압기(3)에 의해 2000[V] 이상으로 승압을 시킨다. 이후 여러 개의 다이오드 어레이(4), 콘덴서 어레이(6)를 사용하여 직류 고주파 4000[V]로 만든다.

우선 보일러수에 함침된 케이스(10b) 내에 전류가 흘러들어가 제1 및 제2 전자석(11, 12)을 자화시킨다. 다음 폴로이달 코일(18)을 지나면 와전류 2000[V] 가 된다. 이러한 와전류가 전자석(11, 12)으로 둘러싼 음의 전극봉(17)에 들어가면, 음 전극봉(17)에서 물(H₂O)을 전기 분해하여 수소(H₂)는 기포로 물 수면으로 상승하고, 음이온(OH^-)의 와전류가 전자석(11,12)의 자기장에 영향을 받는다. 자기장(

)에 의해 와전류는 다른 회전을 하게 된다. 그리고 회전 방향을 자세히 보면, 연결소켓(14a)의 길이 방향의 중앙에 구멍을 통해 음이온을 발생시키는바, 이때 토러스 전류 형태를 갖는다.

이 전류는, 연결소켓(14a)을 따라 상과 하로 나누어 흐르는데, 이때 전자석(11,12)의 자기장과 수직 방향이 되므로, 플래밍의 왼손 법칙에 의해 회전을 하는데, 이 회전으로 인하여 전류의 끊어짐이 발생한다. 전류의 끊어짐은 전자석에 높은 전압을 유기한다. 이 전압(

)은 역기전력이 내부기전력으로 발생하여 입력전력을 줄여주게 되므로, 전류는 더 이상 증가하지 않는다.

그리고 속도

의 운동 마찰열에 의해 다량의 많은 열이 발생하는바, 따라서 보일러수를 가열하게 된다.

그러함에도 불구하고, 전류는 증가하지 않아 제품의 전선이 과열되는 것을 막고, 와전류인 음이온의 회전속도(주파수

)가 무 구속 회전속도(직권전동기 이론)가 되어, 마찰에 의한 더욱 많은 열을 내게 된다. 이 열로 보일러통(10a)의 물을 가열하게 되는바, 따라서 하이브리드 방식의 보일러가 가능하게 된다. 이 보일러의 특징은 와전류를 만들기 위해 폴로이달 코일(18)이 다량 감겨져 있다는 특징이 있다.

한편, 토로이달 코일(19) 역시 와전류 형성에 바람직하며, 본 실시예에서는 물리적으로는 0.5 턴수를 형성하나, 도 1에서 점선으로 표시된 이온의 전류흐름으로 인하여 사실상 1턴의 토로이달 코일(19)이 형성되고 있다. 참고로, 토로이달 코일 역시 수십 턴수가 바람직한바, 후술하는 제2 실시예에서는 충분한 턴수를 갖는 토로이달 코일 및 제조방법이 개시되어 있다(도 18 및 도 19 참조).

상술한 바와 같이, 일반적인 코일에 전류가 흐르면, 코일 중심에 배치된 철심에 자기장이 발생한다. 그리하여 이러한 전자석(11,12)을 소켓(14a) 주변에 배치하면 자기장이 소켓(14a) 길이 방향에 수직으로 발생한다. 소켓(14a)을 내장한 케이스(10b)를 물 속에 넣으면, 물은 전기가 통하므로 전기가 흐르게 되는데, 소켓(14a)의 아래로 전기장이 들어온다. 전자석의 자계 방향과 소켓 안에 물의 이동에 의한 전기분해 전기장과 수직이 되어, 음의 전극봉에 방출되는 음이온의 와전류는 전자석이 발생시키는 수평 자기장에 회전을 하게 되는데, 이때 직류 직권 전동기 회로이기에 아마추어에 부하가 걸린 것이 없는 음 이온이기에 질량도 적어 무 구속 회전을 하게 된다.

도 11을 참조하면서, 상기 내용을 자세히 수식으로 설명하면, 토로이달 코일(19)로 향하는 전류를

라고 하고 토로이달자계를

라 할 때,

는

의 주파수 함수이다. f 가 전자석(11,12)에 의한 음전극 봉(17)과 소켓의 음이온(OH^-) 전류의 방향이 바뀌어 전류(

)가 끊어짐이 주파수

가 되어 전류의 끊어짐의 증가로 주파수의 증가가 있다.

아래처럼 <수학식1>이 형성된다. <수학식1>은 스카라 곱으로 쓰여 진다.

이때,

는 자화 전류(와전류)로 폴로이달 방향이다.

물 속의 이온의 와전류

는 폴로이달 코일의 자기장

로 자화가 됐다. 이러한 전자석 자기장이 또다시 회전을 발생시킨다. 물속에는 전기장 방향이 전자석 자기장에 수직이기 때문이다.

이러한 소켓 속에서 이동하는 물에 주어지는 전기장 때문에, 자화된 다음 물의 진행 방향(W)에 90°도 방향이 바뀐 전자석 자기장

을 만나게 된다.

는

와

두 개 이상으로 존재하고, 두 개의 힘

및

이 존재하게 된다.

전동기의 방정식인 플레밍의 왼손법칙이 성립된다.

이때, 회전하게 되면 속도는 거의 무 구속 순환 속도를 갖는다. 왜냐하면 전압은 높고 이온의 질량의 거의 0에 가까워서 그렇다. 그리하여 이온 와전류의 또 다른 회전 자기장이 발생하는데, 즉,

이러한 자장이 형성하는데,

의 속도가 무 구속 순환 속도(RUNWAY SPEED)라서,

의 크기가 주파수(

) 때문에 콘덴서(6)에 회로가 구성되어 대단히 커진다. 그리하여 음이온들 간에 자석의 서로 다른 극이 끌어당기는 힘인 N극과 S극이 좁은 갭(틈) 사이에 마주보고 있을 때, 단위 면적당의 힘의 크기는 다음 <수학식2>에 의해 나타내어진다.

여기서,

: 음이온들 간에 당기는 자석의 힘 자기적 흡인력[N/㎡],

: 와전류 음이온이 토로이달 자계

와 결합해서 발생시키는 무 구속 순환속도에 의한 자속밀도

[T]

: 이웃 와전류 음이온들의 토로이달 자계

와 결합해서 발생시키는 무 구속 순환속도에 의한 자속밀도의 이온들의 합

자계의 세기[A/m].

덩어리가 커져 마찰이 커져서 전기로 음이온들 간에 마찰이 커져 자화된 유체는 순간적 온도가 올라가게 된다. 그리하여 열도 많이 난다.

뿐만 아니라, 이때

에 의해 방향이 바뀌어 역기전력이 발생한다. 그 결과 입력전류가 줄어들게 된다.

한편, 다른 각도에서 생각을 한다면,

T방향 토로이달 자기장의 진동은 참고로 마이클 패러데이의 흐르는 전기를 만드는 것으로 응용한다면 1차원의 전자기장이다.

T방향 토로이달 전기장 (R=물의 저항). 참고로 토카막은 2차원의 전자기장 이다.

H방향 수평 자기장을 포함한 "하이브리드 전기보일러"

3차원의 자기장의 고주파는 맥스웰의 1방정식에 의해 토로스 전하를 만드는 것으로 볼 수 있다.

도 7, 도 9 및 도 11에서 보듯이, 상기 유로 형성용 파이프(14)가 수직 방향일 때, 더욱이 양의 전극봉(16)이 하방에 위치할 때에, 양의 전극봉(16)에서 만들어진 산소는, 만들어진 즉시 부력에 의해 상승하여 양의 전극봉(16)을 산화 부식시키지 않게 되며, 음의 전극봉(17) 부근으로 이동하여 가연물(물의 불순물)과 산화하여 연소열을 다량 방출하게 된다. 양의 전극봉(16)은 흑연으로 하여 중금속의 오염을 막고, 접지(5)는 물이 양의 전극봉(6)에 전위를 안전하게 위치하므로 감전으로부터 유저를 안전하게 보호할 수 있다.

참고로, 본 발명에서 고주파 고전압 발생은, 일반적인 반도체의 스위칭 소자에 의한 인버터만에 의해 발생하기 보다는, 주파수 변환기로서의 인버터 (혹은, 슬라이닥스)(2) 및 제1, 제2 전자석(11, 12)과 음 전극봉(17) 사이의 와전류의 회전에 의해 발생한 것이며, 본 발명에서의 주 열원은 폴로이달 코일(18)의 고주파 와전류에 기인한 것이다.

한편, 본 발명의 작용 설명을 다른 방향에서 도 13을 참조하여 설명하면, 본발명에서의 아크 방전 원리는, 도 13에 도시된 테슬라사의 고주파 회로인 소위 '테슬라 코일'의 원리와 유사하다.

즉, AC 전원(1)이 변압기(3)에 의해 고전압으로 승압되고, 다이오드(4) 및 커패시터(6)에 의해 직류로 정류되며, 양 전극(16)은 커패시터 양극에, 음 전극(17)은 폴로이달 코일(18)을 통해 커패시터 음극에 접속되어짐으로써, 고주파 전압이 양 전극(16)과 음 전극(17) 사이에서 아크 방전을 이루는바, 이로써 양 전극에서 발생한 산소와 음 전극에서 발생한 수소가 아크 방전에 의해 점화되어 물(H₂O)로 변하면서 역시 고열을 발생시킴과 동시에, 제1 종래기술 (특허 제1834965호) 의 전기분해 보일러에서의 수소추출부나 수소농축부 및 수소연소부와 같은 별도의 장치를 필요로 하지 않으면서 양 전극의 산화로 인한 마모 현상도 방지할 수 있게 된다.

이때, 물(H₂O) 이온의 와류 작용 및 코로이달 코일(19)에 의한 고전압 여기 역시, 본 발명의 작용 효과를 더욱 배가시키는 2차적인 요인이 된다.

마지막으로, 도 14a 내지 도 14c는, 본 발명의 하이브리드 전기보일러의 실제 동작 상태를 보여주는 사진으로서, 도 14a는 점화전 가스 발생 상태인바, 아직 아크 방전 및 산소와 수소의 반응이 일어나기 전인바, 가스 버블이 발생하고 있음을 알 수 있다. 반면, 도 14c는 완전 점화가 이루어지는 상태로서, 전기분해 결과 발생한 산소와 수소가 다시 음 전극봉 근처에서 점화 및 반응하여 불꽃이 나오는 모습임을 알 수 있으며, 따라서 보일러의 효율이 더욱 높아짐을 알 수 있다.

참고로, 도 14b는 점화가 시작되는 상태에서 가스와 점화가 동시에 발생하는 상태를 보여주고 있다.

(본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 전기보일러 장치의 제조)

이제, 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 전기보일러 장치의 제조 공정에 대하여, 도 15 내지 도 20을 참조하여 설명한다.

도 15 내지 도 20은 본 발명의 제2 실시예에 관한 하이브리드 전기보일러의 제작 순서를 보여주는 실제 사진으로서, 도 15는 보빈에 폴로이달 코일을 감는 상태의 사진이고, 도 16은 전자석의 상세 사진이고, 도 17은 도 16의 전자석과 도 15의 폴로이달 코일을 결합하기 직전의 사진이고, 도 18은 도 16의 전자석과 도 15의 폴로이달 코일을 결합한 후 토로이달 코일을 감는 상태의 사진이고, 도 19는 전자석과 폴로이달 코일 및 토로이달 코일을 포함한 가열부 장치를 완성하여 케이스에 내장한 상태의 사진이며, 도 20은 도 19의 가열부 장치에 연결 호스를 연결한 상태의 사진이다.

본 제2 실시예의 하이브리드 전기보일러 장치의 가열부 장치와 상술한 제1 실시예의 하이브리드 전기보일러 장치의 가열부 장치와의 차이점은, 제1 실시예의 경우에는 코일의 토로이달 턴수가 1회 정도밖에 되지 않아서, 토로이달 성분이 거의 없었으나, 본 실시예에서는 수십 턴수의 토로이달 코일(19)이 폴로이달 코일(18)에 감겨있어, 실질적으로 폴로이달 성분과 토로이달 성분이 같이 존재한다는 점이다.

또한, 본 발명의 가열부 장치(10)를 수납하는 케이스(10b)가 수중에 함침되지 않고 보일러수 파이프(14)로 보일러수가 흐르도록 하면서 가열부 장치(10) 내에서 물리 가열되도록 하는 것인바, 이 경우에는 양극선 보호파이프(10d')가 파이프 연결소켓(14a)에 의해 주 파이프(14)에 결합되면서, 음 전극봉(17)의 내장 방식과 마찬가지 방식으로 양 전극봉(16)도 파이프 내에 내장되는 구조이다.

이상, 본 발명을 최적 실시예를 기준으로 설명하였으나, 이외에도 여러가지 변형이 가능하며, 앞에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

(제2 종래기술)
10: 고주파전류발생 유닛 20: 가열통
21: 물가열공간부 22: 물배출구
23: 물유입구 30: 고주파유도코일
40: 물배출라인 50: 물공급라인
60: 밀폐판
(제3 종래기술)
1 ; 분배기 2 ; 여과기
3 ; 순환펌프 4 ; 코일
4a; 제1 접속단 4b; 제2 접속단
5 ; 제1 전극봉 5a: 세라믹 절연체
6 ; 제2 전극봉 6a: 세라믹 절연체
7 ; 팽창탱크 8 ; 절연 튜브
9 ; 인입선 10; 절연 변압기
11; 고주파 인가부 12; 전원
13; 전선 통로관 14 : 철봉
15: 연장관 15a: 연장관 밸브소켓
16: 입수관 16a: 입수관 밸브소켓
15c: 제2 부싱 16c: 제1 부싱
17: 출수관 17a: 출수관 밸브소켓
17c: 팽창탱크 연결부싱
100: 고주파유도가열부
(본 발명)
1: 전원 2: 인버터(주파수변환기)
3: 변압기 4: 다이오드 어레이(고전압 회로)
5: 접지 5": 접지봉
6: 콘덴서 어레이(고전압 회로) 7, 7': 전선
10: 보일러 가열부 장치 10a: 보일러통
10b: 케이스 10c: 양 전극봉 보조케이스
10d: 케이스 뚜껑
11: 제1 전자석 12: 제2 전자석
13: 철심 14: 파이프
14a: 파이프 연결소켓 (T형 타입) 14b: 세라믹 관
14c: 물 입수구 14d: 음극선 보호 파이프
14d': 양극선 보호 파이프 14e: 실리콘 충전물
14f: 패킹 15: 보빈
16: 양 전극봉 17: 음 전극봉
18: 폴로이달 코일 19: 토로이달 코일
W: 물의 이동방향
A1, A2, A3: 권선 시작
Z1, Z2, Z3: 권선 끝

Claims (7)

1. 보일러수가 순환하는 파이프(14)를 포함하는 하이브리드 전기보일러의 가열부 장치에 있어서,
   고압 고주파 전원을 인가하는 전원부;
   상기 전원부의 양극 전원단에 연결되며 상기 파이프 하단에 내장되는 양 전극봉(16);
   상기 전원부의 음극 전원단에 직렬 연결되며 상기 파이프(14)를 좌우측에서 감싸는 제1 및 제2 전자석(11, 12);
   상기 제1 및 제2 전자석(11, 12)에 직렬 연결되며 상기 제1 및 제2 전자석(11, 12)의 하방에서 상기 파이프(14)를 감싸는 폴로이달 코일(18); 및
   상기 폴로이달 코일(18)에 연결되며 상기 파이프 상단에 내장되는 음 전극봉(17);
   을 포함하며,
   상기 양 전극봉(16)에서 발생된 산소가 상기 음 전극봉(17)에서 발생된 수소와 반응하도록 구비된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기보일러 가열부 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 폴로이달 코일(18)의 감싸면서 교차되게 권회된 토로이달 코일(19);
   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기보일러 가열부 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 전자석(11, 12)과 폴로이달 코일(18)이 내장되면서 내외부가 절연 밀봉된 케이스(10b) 및 뚜껑(10d)을 더 포함하며,
   보일러수가 들어있는 보일러통(10a)에 상기 케이스(10b)가 함침되어 있으며,
   상기 보일러수의 유로 형성용 파이프(14)가 상기 케이스(10b)를 관통하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기보일러 가열부 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 전자석(11, 12) 사이에는 T자 형의 파이프 연결소켓(14a)이 개재되며, 상기 파이프 연결소켓(14a)의 상단과 하단은 각각 상기 유로 형성용 파이프(14)에 접속되나, 다른 일단은 음 전극봉(17)이 장착되도록 하는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기보일러 가열부 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 파이프 연결소켓(14a)의 다른 일단에 음 전극봉(17)이 장착되도록, 내부에 세라믹 관(14b)이 내장되며, 상기 세라믹 관(14b)을 실리콘 충전층(14e)으로 밀봉하되, 다시 상기 세라믹 관(14b)과 실리콘 충전층(14e)이 그들 사이의 패킹(14f)에 의해 밀폐되는 구조로 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기보일러 가열부 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 전자석(11, 12)과 폴로이달 코일(18)이 내장되면서 내외부가 절연 밀봉된 케이스(10b) 및 뚜껑(10d)을 더 포함하며,
   보일러수가 들어있는 보일러통(10a)에 상기 케이스(10b)가 함침되어 있지 않고 파이프(14)에 의해서 유로만 형성되며,
   양극선 보호파이프(10d')가 파이프 연결소켓(14a)에 의해 주 파이프(14)에 결합되면서, 양 전극봉(16)도 파이프 내에 내장되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기보일러 가열부 장치.
7. 제1항의 하이브리드 전기보일러 가열부 장치(10); 및
   상기 하이브리드 전기보일러 가열부 장치(10)에 고압 고주파 전원을 인가하는 전원공급장치(1 ~ 6);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기보일러 장치.

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