KR102374814B1 - 유도가열에 의한열교환기 겸용 줄열발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도가열에 의한 열교환기 겸용 줄열발생기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유도코일의 양면에 좌우로 일정거리를 이격하여 줄열발생기를 2개 이상 병렬 설치하여 열효율을 높이고, 필요한 열량에 따라 발열온도와 발열량을 조절하여 안정적으로 지속적으로 액체를 가열하고 외부로 반출할 수 있는 유도가열에 의한 열교환기를 겸용하는 줄열발생기에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 유도코일의 양면에 좌우로 이격하여 줄열발생기를 각각 1개씩 2개를 병렬 설치하여 줄열을 발생시키는 줄열발생기로써 한면만 사용하는 방법에 비해서 자기장과 자속의 이용효율을 2배로 키우므로 전기에너지를 2배로 키우는 효과가 있다.
또한, 간단한 구조로 발열성능을 발휘하고, 소모성 부품이 없으며, 별도의 열교환기와 별도의 기계장치를 장착할 필요 없이 제품의 입식 소형화 및 박형화가 가능한 효과가 있다. 또한, 사용 중 열적 성능의 열화 없이 반영구적으로 사용할 수 있으며, 고정식으로 면적이 넓으므로 난방수의 가열 '열교환 시간이 단축되는 효과가 있다. 연료와 연소가 없으므로 공기오염 물질과 온실가스 등이 발생하지 않으므로 친환경적인 보일러를 실현할 수 있다.

Description

유도가열에 의한 열교환기 겸용 줄열발생기{Joule Heating generator combined with heat exchanger by induction heating}

본 발명은 유도가열기에서 유도코일이 발생하는 고저주파(고주파 및 저주파를 통칭함. 이하, 동일)와 기자력에 의하여 금속면(감응체)에서 유도된 와전류가 줄열을 발생시키고, 발생한 줄열을 액체와 열교환하는 열교환기 겸용 줄열발생기(10)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유도코일(20)의 양면에 좌우로 이격하여 줄열발생기를 2개 이상 병렬 설치하여 열효율을 높이고, 필요한 열량에 따라 발열온도와 발열량을 조절하여 안정적으로 지속적으로 액체를 가열하고 외부로 반출할 수 있는 고저주파와 자기장에 의한 열교환기를 겸용하는 줄열발생기에 관한 것이다.

일반적으로, 유도가열장치에 교류전력이 인가되면 유도코일은 교번자속에 의해서 고주파와 자기장와 자속이 생성된다. 자속은 금속면에 접하면 국부선택과 표피작용과 근접효과에 의한 전기적 성질에 의하여 와전류와 줄열이 유도되는데 유도코일의 기자력은 전류 흐름 면적과 권속에 비례하여 커지고 면적에 골고루 발생하며, 줄열 발생량은 금속의 전기 저항에 비례하여 커진다.

또한, 줄열 발생량은 주파수가 높을수록 커지고, 저주파보다 고주파가 더 줄열이 큰 열적 성능이 있다. 또한, 유도코일의 권수에 따라서 자기장 발생량이 커지며, 금속판의 두께가 두꺼울수록, 이격거리가 가까울수록 발열온도가 높아지는 열적 성능이 있다.

한편, 자기장은 S극을 향하여 고리 형태로 전방위적으로 발산하게 되는데, 전압이 높을수록 교번자속과 자기장의 발생량은 커지고, 주파수가 높을수록 자속이 커지며, 유도코일의 권수가 많을수록 자속이 커지고, 유도코일에서 멀어질수록 자속과 자기장이 약해지는 전자기적 성질이 있다.

따라서, 유도코일의 자속량에 따라 와전류는 자기장의 범위 안에서 전도성이 있는 감응체(금속이나 자성체)를 만나면 줄열(Joule heating)을 발생하게 되며, 줄열은 고온이나 적열로 나타나게 된다.

줄열은 감응체에서 자기화를 진행시키고, 보통 700℃ 전후에서 적열로 나타나며, 자기포화상태에 이르도록까지 승온된다. 감응체는 자기포화상태에 이르면 전류를 더 높여도 더 이상 자기화가 진행되지 않고 항온을 유지하게 된다. 즉, 와류손을 늘리거나 줄임으로써 저온 승온화하고 열적성능을 조절할 수 있다.

상기 유도코일이 발생하는 자기장과 자속을 이용하여 줄열발생기(10)는 유도코일(20)의 일정한 면적과 일정한 거리를 두고 양면에 장착함으로써 발열량을 2배로 확대하여 자기장의 이용효율을 키우고, 적은 전류로 발열시키는 것이 가능해진다. 이에 따라, 줄열에 의하여 가열이 필요한 액체를 필요온도로 가열하고 열교환할 수 있다.

또한, 적열은 유도코일의 줄열의 발열능력과 감응체와의 전위차에 의하여 발생하므로 이를 방지하기 위하여 유도코일의 기자력의 발열능력을 줄이고. 감응체의 발열온도를 낮추어 줄열발생량을 줄이며 발열과 동시에 액체와 열교환함으로써 감응체의 줄열의 승온온도를 낮추게 되면 전위차는 작아져 적열의 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 유도코일의 열적 성능을 감응체의 필요온도로 저온승온화할 수 있고, 유도코일의 열적 성능을 가열 대상 액체의 필요온도에 맞도록 조절할 수 있다.

유도코일의 줄열발열량과 승온온도는 유도코일의 권수와 면적 및 감응체와의 이격거리에 의하여 감응체의 승온온도와 발열량을 조절할 수 있다.

이에 따라, 일정 면적과 권수에 의한 유도코일을 장착하고 금속판과의 이격거리를 조절하면 필요열량에 따라 자기장과 자속의 발생량을 조절할 수 있고, 감응체의 재료와 이격거리를 조절함으로써 발열량과 승온온도를 조절할 수 있다. 또한, 감응체의 승온온도와 발열량은 유도코일에 흐르는 전류, 전압, 주파수를 조절함으로써 제어할 수 있다.

한편, 액체는 온도가 상승함에 따라 부피가 증가한다. 예를 들면, 열매체유는 200℃에 이르면 부피가 20% 증가하고, 에탄올이나 벤젠은 11% 열팽창한다. 또한, 물은 가열되면서 수중의 공기가 외부로 분출하게 된다.

종래 관련 선행기술로 공개특허 10-2018-0036168 '자기유도열을 이용한 유체보일러'와 등록특허 10-0757018 '고주파 유도가열을 이용한 난방시스템용 온수가열장치'가 있으나, 유도코일에 의한 가열 시에 지속성과 열효율이 떨어지는 문제점이 있고 본 발명과 비교하여 아래와 같은 많은 차이점이 있다.

즉, 금속판형에 의한 줄열 발생과 열교환기의 일체화, 유도코일의 줄열발생능력 조절 방법, 자기장과 자속의 열적성능과 발열능력의 조절 방법과 최적화 방법, 가열대상 액체에 따른 필요한 승온온도와 열교환량에 따른 줄열의 조절 방법과 최적화 기술, 자기장과 자속의 이용율을 2배로 확대하여 전력의 소비량을 2배로 줄이는 기술, 적열의 방지 대책, 줄열의 저온승온화, 가열대상 액체의 열팽창과 증발분에 의한 대책, 가열대상 액체의 저장 방법, 열효율의 극대화, 복잡한 구조, 기술 실현의 단순화, 화학용 액체를 포함한 다양한 액체를 가열할 수 있는 기능과 방법, 가열 대상 액체의 요구조건에 따른 열기의 응용방법과 활용성, 산업기술로써의 응용성과 지속성 등 대응책이 없거나 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

공개특허 10-2018-0036168 등록특허 10-0757018

상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 열교환기를 겸하고 전력소비량을 최소화하여 효율적으로 전기에너지를 사용할 수 있으며, 구조가 간단하고 안전하고 경제적인 고저주파와 자기장과 기자력에 의한 열교환기 겸용 줄열발생기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 유도코일에 의한 고저주파와 자기장과 자속 및 열적 성능은 전력이용효율이 95% 이상으로 높고, 전력소비량을 1/2배로 감축할 수 있는 방법에 집중하여 화석연료를 대체하여 친환경적인 온열 획득수단을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유도가열에 의한 열교환기 겸용 줄열발생기는, 열매체가 충진되는 내부 공간을 가지고, 그 일측 내면에 발열면(12)을 가지며, 상기 발열면(12) 외측에는 필름형 절연체(14)가 설치되는 금속제 육면체(11) 형상의 2개의 줄열발생기 본체(10);

상기 2개의 줄열발생기 본체가 병렬형태로 설치되고, 그 사이에 직립하여 입식으로 설치되어 고저주파와 자기장 발생을 위한 것으로서, 50Hz ~ 30MHz까지 고저주파에 의하여 40 ~ 350℃의 줄열이 발열되는 유도코일(20);

상기 본체 내부에 관통되어 간격을 유지하기 위해 가로질러 설치되는 스텐봉(30);

상기 본체의 상부에 설치되며 내부의 공기 배출과 압력 조절을 위한 에어콕(40);

상기 본체의 상부에 열매체가 유출되기 위한 유체유출관(52);

상기 본체의 하부에 열매체가 유입되기 위한 유체유입관(54);

상기 본체 내부의 열매체의 증발분이 통과하면서 다시 액화되고 냉각되기 위한 관으로서, 유체유출관과 유체유입관을 연결하는 바이패스관(56); 및

상기 본체 내측에 설치되는 유도코일에 의한 고저주파와 자기장과 자속을 발생시키기 위한 유도가열장치(60);

상기 본체 후면(13)에 설치되는 온도센서(70); 및

상기 유도코일의 고저주파와 기자력에 의한 발열을 제어하기 위한 제어부(80);를 포함하며,

상기 본체(10)는 두께 0.5mm 페라이트 스텐강판으로, 유도코일의 양면에 3mm ~ 30mm 이격하여 평행하게 장착되며, 발열과 동시에 가열된 액체를 지속적으로 외부로 반출하고, 유도열을 발생시키는 것을 특징으로 한다.

상기 본체의 액체의 충진은 본체의 용적의 80% 이내로 채우는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 자기장에 의한 열교환기 겸용 줄열발생기를 상기 유도코일 좌우 양면에 2개 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장과 자속에 의한 열교환기를 겸용 줄열발생기를 포함하는 보일러를 제공한다.

본 발명은 상기 유도코일에 의한 고저주파와 자기장과 자속 및 금속판에 의하여 발열하는 열교환기 겸용 줄열발생기를 2개 이상 포함하는 난방용 보일러, 튀김기, 화학용 액체가열기, 음용수용 온수기, 산업용 온수가열장치 등에 사용할 수 있는 액체 가열장치를 제공한다.

본 발명에 의한 열교환기 겸용 줄열발생기는 다양한 액체를 필요온도로 가열할 수 있고, 신속한 가열이 가능하며, 전기사용료를 절감하고, 열효율이 매우 높고, 연료와 연소 없이 단순한 구조의 보일러를 실현할 수 있다.

본 발명에 따르면, 유도코일의 양면에 좌우로 이격하여 줄열발생기를 각각 1개씩 2개를 병렬 설치함으로써 한면만 사용하는 방법에 비해서 자속의 이용효율을 2배로 키우므로 전기에너지를 2배로 키우는 효과가 있다.

따라서, 전력소비량을 1/2로 줄이는 효과가 있으므로 저전력의 보일러를 실현할 수 있다. 본 발명의 줄열발생기는 내부가 밀폐되어 있으나 가열 시 열매체의 부피 팽창을 흡수하고, 발생하는 압력을 줄일 수 있어 안전을 확보할 수 있다.

본 발명은 발열과 동시에 액체를 지속적으로 가열하고 열교환하여 외부로 반출할 수 있고 열교환기를 겸하므로 보일러의 구조가 단순하여 경제성을 실현할 수 있다.

본 발명은 간단한 구조로 발열성능을 발휘하고, 소모성 부품이 없으며, 별도의 열교환기와 기계장치를 장착할 필요 없이 제품의 입식 소형화 및 박형화가 가능한 효과가 있다. 또한, 사용 중 열적 성능의 열화 없이 반영구적으로 사용할 수 있으며, 고정식으로 면적이 넓으므로 난방수의 가열 '열교환 시간이 단축되는 효과가 있다.

또한, 필요한 난방수량과 필요온도를 유도코일의 면적과 권수에 맞추어 가열효과를 조절할 수 있으며, 순환펌프의 회전속도에 따라 난방수의 온도와 가열시간 등 용도에 맞추어 조절할 수 있다.

탄산가스, 미세먼지 등을 발생하지 않고, 분진, 폭발, 화재의 위험성이 없으며 친환경적이다. 가열된 열매체를 보관함으로 작동과 동시에 즉각 온수를 공급할 수 있고, 고저주파와 감응체(자성체, 금속)를 융합하여 온열을 획득하므로 화석열과 전기저항열을 대체할 수 있는 열원으로 사용할 수 있어, 보일러, 열매체유보일러, 온수기 등 대체에너지의 열원으로 사용할 수 있다.

본 발명의 열교환기 겸용 줄열발생기는 전력과 금속판 구조체에 의하여 별도의 매질이나 기계장치 없이 발열과 동시에 온열을 획득하고, 적열을 방지하며, 전력소비량이 적고, 외부로 반출할 수 있는 단순한 구조의 열교환기를 겸한 저전력의 줄열발생기로서, 전자기적 성질과 가열대상 액체의 물성을 반영하여 금속판 재료의 종류와 두께 및 이격거리 등으로 발열량을 조절함으로써 액체의 종류에 따라 줄열을 필요온도로 발열시키고, 액체의 열팽창에 따른 부피의 증가를 흡수하며, 액체를 저장하고 열교환할 수 있는 기능을 겸하도록 하여 전위차를 낮춤으로써 적열의 발생을 방지하고, 필요한 열량에 따라 발열온도와 발열량을 조절하여 안정적으로 지속적으로 액체를 가열하고 외부로 반출할 수 있다.

또한, 본 발명은 다양한 출력과 폭넓은 주파수를 선택하여 줄열발생기를 제작하고 장착할 수 있다. 줄열발생기는 40 ~ 350℃의 승온 온도로 낮추고 내부에 열매체가 충진됨으로 열매체는 냉각효과를 발휘하여 전위차가 줄어 적열의 발생이 방지된다.

본 발명은 유도가열이 발생하는 고주파와 자기장 및 자속의 전자기적 성질과 가열대상 액체의 물성을 융합하여 줄열을 발생시키고 액체를 가열하고 열교환하며 외부에 반출할 수 있는 용도의 본 발명을 제공한다.

본 발명은 유도코일에 의한 고저주파와 자기장과 자속 및 열적 성능은 전력 이용효율이 95% 이상으로 높고, 전력소비량을 1/2배로 감축할 수 있는 방법에 집중하여 친환경적인 온열 획득이 가능하다.

특히, 탄소중립 시대를 맞아 화석연료를 전기에너지로 대체하고 전력소비량을 줄이며, 유도가열을 이용하여 각종 액체를 가열할 수 있는 구조체를 개시하여 무연료와 무연소의 보일러, 온수기, 화학용 액체가열기 등으로 사용할 수 있는 기술을 제공하고자 한다.

한국은 화석연료수입량의 27%가 난방용 연료로 사용되고 있는 바, 화석연료를 전기에너지로 전환하고, 전력소비량도 줄일 수 있는 고효율의 보일러, 난방기, 온수기, 액체가열기 등으로 사용할 수 있는 무연료'무연소의 액체 가열을 위한 기술이 절실한 상황이다.

이제 탄소중립은 늦었지만 빨리 실현해야 한다는 절박한 상황에 직면해 있다. 본 발명이 상용화되면 종래기술에 의한 보일러를 본 발명에 의한 무연료 무연소의 보일러로 대체하면 화석연료를 획기적으로 줄여 탄소중립을 실현하는 데 큰 기여와 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 줄열발생기의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 줄열발생기의 단면도이다.

본 발명에 있어서 고주파와 기자력에 의한 열교환기 겸용 줄열발생기를 실시예를 들어 설명하면 다음과 같다. 본 발명은 하기의 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술분야의 당업자에 의한 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명한다.

본 발명에서 감응체라 함은 고저주파와 자기장 및 자속에 의하여 와전류와 줄열이 발생하는 금속판이나 자성체를 말하고, 보일러란 물, 열매체유, 화학용 액체 등 모든 액체를 가열하는 열기를 말한다.

고주파 유도가열장치는 고주파발생장치, 주파수조정장치, 제어시스템, 유도코일 등 부품으로 구성된 기기를 사용한다. 사용전력은 정격전압 220V, 주파수는 60Hz를 기본으로 하고, 정격전류는 필요에 따라 조정하되 본 발명에서는 가정용 전력에 맞추어 정격전류는 16A 미만의 전력을 사용하는 것으로 하였다.

유도가열장치는 유도코일을 발열시키는 200W ~ 2000W의 AC 전력으로 사용하였다. 그러나. 본 발명은 상기 실시예에 한하지 않고, 다양한 출력과 폭넓은 주파수를 선택할 수 있으며 이에 구애받지 않는다.

도 1은 본 발명의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 줄열발생기의 평면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 줄열발생기의 단면도로서, 이를 참고하여 발명을 구성요소별로 상세히 설명한다.

먼저, 본체(10)는 액체가 충진되는 내부 공간(16. 17)을 가지고, 그 일측 내면에 발열면(12)을 가지며, 상기 본체 내면의 발열면(12) 외측에는 필름형 절연체(14)가 설치되는 육면체 형상을 갖는다.

유도코일(20)은 상기 본체의 내부 공간에 마련되어, 고저주파와 자기장 발생을 위한 것으로서, 50Hz ~ 30MHz까지 고저주파에 의하여 금속판에서 40 ~ 350℃의 줄열이 발열된다. 본 발명의 유도코일의 설치는 수직형을 기본으로 한다. 수직형은 면적을 적게 차지하고, 줄열발생기를 유도코일의 양면에 2개를 설치할 수 있다. 수평형으로도 설치할 수도 있으나 줄열발생기의 유체유출관과 바이패스관의 위치변경이 필요하다. 본 발명은 유도코일과 감응체의 승온온도를 40 ~ 350℃로 발열하도록 저온승온화 하여 전위차를 줄임으로써 적열의 발생을 방지하고 있다.

스텐봉(30)은 본체의 승온에 따른 형상의 변형을 방지하고자, 상기 본체 내부에 가로질러 간격을 유지하기 위해 설치된다.

에어콕(40)은 상기 본체의 상부에 설치되며 내부의 공기 배출과 압력 조절을 위한 것이다.

유체유출관(52)은 상기 본체의 상부에 열매체가 유출되기 위한 것이고, 유체유입관(54)은 상기 본체의 하부에 열매체가 유입되기 위한 것이다. 상기 본체 내부의 열매체의 증발분이 통과하면서 다시 액화되고 냉각되기 위한 관이며, 유체유출관과 유체유입관을 연결하는 바이패스관(56)이 설치된다.

유도가열장치(60)는 상기 본체 주변에 설치되며 유도코일에 의한 고주파와 자기장 및 자속을 발생시키기 위한 장치이다.

상기 본체 후면(13)에는 온도센서(70)가 설치되어 열매체의 온도를 측정한다.

제어부(80)는 상기 유도가열장치의 유도코일, 고주파 발생과 조절, 출력 등 각종 기능을 제어하기 위한 것이다. 또한, 자기장의 발생량과 가열대상 액체의 승온온도는 제어시스템으로 간단하고 신속하게 조절하여 확대 또는 축소할 수 있다. 고저주파 유도가열장치와 유도코일은 전문업체에 주문에 따라 필요조건에 맞추어 제작할 수 있고, 본 발명과 영역이 다르므로 기재하지 않는다.

즉, 본 발명은 유도가열장치에 의해 고주파와 기자력에 의해 금속판에서 줄열을 발생시키고, 발생된 줄열을 발열과 동시에 액체와 열교환하고 가열된 액체를 지속적으로 외부로 반출하는 열교환기를 겸용하는 줄열발생기에 관한 것이다.

본 발명은 인덕션레인지 등에 사용되는 유도코일에 의한 유도가열장치의 성질을 이용하여 물이나, 기름 등을 열매체로 하여 순환펌프 등 보일러나 기타 발열기구로써 작동할 수 있도록 발명된 것이다. 난방용 보일러로 사용하는 경우에는 본 발명의 줄열발생기를 종래의 난방파이프와 분배기에 연결하면 사용할 수 있다.

본 발명의 열교환기 겸용 줄열발생기의 실시예로써 줄열발생기의 제작과정을 설명한다.

고주파와 자기장 발생을 위한 유도코일은 지름 22cm의 원환형의 유도코일을 사용한다. 유도코일은 필요열량에 따라 표면적과 권수에 제한받지 않는다.

모든 전도성 물질(금속)은 자기장과 접하면 줄열이 발생하며 재질에 따라 발열온도에서 차이를 보인다. 알미늄판 등 비철금속도 줄열이 발생하므로 그대로 사용할 수 있으나, 발열 성능이 약하므로 줄열의 발생량을 키우려면 용사처리 등에 의하여 자성처리가 필요하다. 철판을 사용할 때는 방청처리가 필요하다.

본체는 자성이 있는 두께 0.5mm 페라이트 스텐강판을 사용하는 것이 바람직하다. 유도코일의 면적에 맞추어 줄열발생기 본체의 크기는 가로 25cm*높이 30cm*두께 2.0cm의 2개를 제작하되, 유도코일의 반지름보다 12mm 이상 크게 하고, 형상은 육면체로 한다. 이에 따라, 내부에 물을 충진하는 공간 즉, 충진부(16)와 여유부(17)가 마련되며 체적은 1.5리터가 된다. 그러나, 사용상 채우는 물의 용량은 체적의 80%로 1.2리터가 된다. 체적의 20%의 여유부는 열매체유 등 액체의 열팽창에 의한 증가분을 흡수하게 된다.

본 발명의 줄열발열기의 가로 및 세로의 길이가 유도코일의 지름보다 크게 하는 이유는 누설자기장을 줄여 자기장과 자속의 효율을 높이기 위함이다. 즉, 유도코일에서 발생한 자속은 단부에서 직진하는 자속만 누설자기장이 되며, 대부분의 자속은 인근의 발열면(13)에 조사 '접촉되어 발열량을 키우는 효과가 있게 된다. 자속의 이용율을 높힐수록 줄열발생량이 많아짐으로 전력소비량을 줄일 수 있다.

본체의 육면체의 높이(측부면, 세로)는 가로의 길이보다 크게 제작하여 액체(열매체)가 80% 이하(충진부. 16)로 충진되고, 20% 이상의 여유부(17)를 갖도록 체적을 확보한다. 상부의 남은 체적 20%(여유부)는 열매체가 가열되었을 때 팽창하는 부피와 내부압력을 흡수하기 위한 공간으로 사용하고 여열을 흡수하는 공간으로 사용한다.

또한, 유도코일의 양면 좌우에 각각 1개씩 2개의 줄열발생기를 장착하는 이유는 자기장은 S극을 향하여 전방위적으로 발산하는데 줄열발생기의 입면부의 한 면(발열면. 12)이 유도코일과 면하게 되는데 좌우에 줄열발생기를 각각 설치함으로서 양면의 자기장을 동시에 이용할 수 있어서 자기장과 자속의 이용효율을 2배로 키우는 효과가 있다.

따라서 전력의 소비량도 1/2 배로 줄일 수 있어서 적은 전력으로 줄열발생기를 작동시킬 수 있게 된다. 필요에 따라 유도코일의 한쪽 면만 이용하여 줄열발생기를 하나만 사용할 수도 있다.

줄열발생기의 형상과 용량 및 입면부의 발열면의 표면적은 필요열량과 발열온도에 따라 유도코일의 표면적에 맞추어 크기를 조절할 수 있다. 형상과 체적은 상기한 크기는 실시예로 제한되는 것이 아니라 필요에 따라 조절할 수 있다.

열매체의 온도는 순환펌프의 회전속도와 제어시스템 등으로 난방수의 온도와 열교환량을 조절할 수 있다.

본 발명의 열교환기 겸용 줄열발생기의 본체는 육면체 형태로써 제작되는 것이 바람직하다. 실시예를 위하여 2개의 줄열발생기를 제작한다. 2개의 줄열발생기는 동형이나 좌우에 따라 부품의 설치 위치가 반대이다. 상기한 육면체는 면적이 가장 넓은 면을 입면부라 하고 기타 면은 각각 상부, 하부, 측면이라 칭한다. 입면부는 발열면(12)과 후면(13)으로 구분한다.

본체의 육면체 형상에서 유체유입관은 하부면에, 유체유출관과 바이패스관 및 에어콕은 상부면에 설치하는 것으로 한다. 하나의 줄열발생기의 부품은 육면체 1개, 상부면에 유체유출관 1개, 바이패스관 1개, 에어콕 1개, 하부면에 유체유입관 1개, 발열면에 전기절연체 1장, 후면에 온도센서 1개, 내부에 스텐봉 길이 20mm 1개로 구성된다.

연결 부품으로 유체유입관에 T형연결구 1개가 설치하고, 유체유출관에 엘보연결구 2개, 바이패스관에 엘보연결구 3개가 필요하다. 엘보연결구는 각관의 파이프 연결시 'ㄱ' 형태로 꺾이는 부분에 연결구로 사용하며, T형 연결구는 바이패스관과 유체유입관에 연결 시에 연결구로 사용한다. 모든 재료와 부품은 모두 페라이트 스텐강판과 스텐관을 사용한다.

본체(육면체)는 바람직하게 2개가 병렬 연결되는 것으로서, 바람직하게는 가로 25cm*세로 30cm*두께 0.5mm의 2개, 가로 2cm*세로 25cm*두께 2mm의 2개, 가로 2cm*세로 30cm*두께 2mm의 2개를 제작하고, 유체유출관, 유체유입관 및 바이패스관은 외경 15mm의 스텐관을 사용하며, 길이는 위치와 연결관에 맞추어 절단하고, 파이프 연결이 필요한 위치에 연결구를 부착하여 관을 연결하게 된다. 각 관의 연결은 용접으로 대체할 수 있다.

본체를 육면체의 형태로 만드는 이유는 일정한 체적을 지니도록 하기 위함이며, 육면체의 한쪽 입면부는 유도코일과 서로 면접하여 줄열을 발생시키는 발열부(12)로 사용하고, 후면(13)은 온도센서(70)가 부착된다. 체적은 열매체를 저장하고 열교환하는 공간으로 사용된다. 본 발명의 줄열발생기의 형상은 유도코일의 디자인과 상관없이 용도와 유도코일의 형상에 따라 변경될 수 있다.

본 발명에서는 유도코일은 입식으로 하고, 줄열발생기는 육면체 형태를 예시하고 있다. 유도코일의 자기장의 범위 안에서 유도코일(20) 양면과 육면체의 발열면(12)을 서로 마주 보게 설치하여 발열시키고, 육면체에 저장된 액체를 가열하고 열교환하여 지속적으로 외부로 반출하게 된다. 본 발명에서 육면체의 형태를 예시하고 있으나. 체적을 갖는 형태는 재료와 체적 및 형상에 관계없이 본 출원의 줄열발생기의 범위에 포함된다.

육면체의 내부에는 중심 위치에 발열부가 아닌 후면(13) 스텐강판의 중심에 두께 부분을 가로지르도록 간격유지용 스텐봉(30)을 한쪽 면만 두께 20mm에 맞추어 용접한다. 스텐봉은 육면체의 승온에 따른 형상의 변형을 방지한다.

수밀성이 확보하고 육면체의 형태가 되도록 스텐강판의 각 절단면을 맞댄용접하여 육면체를 만든다. 본체의 형상은 육면체로 하고 있으나 유도코일의 형상에 따라 자유롭게 변형할 수 있으며, 유도코일에 대응하여 줄열을 발생시키는 용기는 형상에 관계없이 본 발명의 범위에 속한다.

본 발명의 줄열발생기는 열매체의 유출이 가능하도록 줄열발생기의 상부면에 유체반출을 위한 유체유출관(52) 삽입용의 구멍을 지름 15.1mm의 구멍을 뚫고 구멍을 관통하여 내부의 열매체에 담구어질 수 있도록 원형 스텐관 외경 15mm*길이 15cm의 관을 내부에 10cm, 외부에 5cm가 노출되도록 직립으로 관통되도록 설치하고 구멍 주위를 수밀성이 확보되도록 용접한다.

이렇게 하면, 줄열발생기의 열매체의 충진 한계선(15)에서 5cm가 잠기게 되고, 외부에 노출되는 유체유출관은 유체유출용 파이프를 연결하는 관으로 사용하게 된다. 또한 상부면에 설치하는 각 부품은 육면체의 측면부의 상부에 설치할 수도 있다.

액체의 충진은 본체(육면체)의 용적의 80%(충진부. 16)를 사용하게 되며, 육면체의 여유부(17)의 체적은 액체의 승온으로 인한 부피 증가와 내부압력을 완화하는 공간으로 사용하게 된다.

유체유입구는 상기한 유체유출구와 동일한 방법에 의하여 육면체의 하부면에 유체유출구와 대각을 이루는 위치에 15.1mm의 구멍을 뚫고 유체유입관을 삽입하고 구멍 주위를 용접하여 수밀성을 확보한다, 대각을 이루도록 설치하는 이유는 줄열발생기 내부에서 액체의 대류순환을 좋게 하기 위함이다. 유체유입관의 하부에 T형 연결구를 연결하여 바이패스관(56)을 연결할 수 있도록 한다.

바이패스관은 육면체의 상부면에 외경 15.1mm 구멍을 뚫고. 바이패스관을 삽입하고 수밀성이 확보되도록 구멍 주위를 용접한다. 바이패스관의 맞은 편 단부는 유체유입관의 T형 연결구에 연결하되, 길이는 필요에 따라 조절할 수 있다. 바이패스관은 유체유출관에도 설치할 수 있다.

수증기나 유증기는 바이패스관을 통과하는 중에 바이패스관과 유증기의 온도차이에 의하여 냉각되어 다시 액체로 환원하여 액체(열매체)로 돌아가게 된다. 바이패스관의 길이는 길수록 냉각효과가 좋다.

에어콕은 육면체의 상부면에 구멍을 뚫고 에어콕을 구멍에 밀착되도록 고정한다. 에어콕은 액체가 가열되는 중에 발생하는 공기를 외부로 배출하여 육면체 내부의 압력을 낮추는 기능을 하게 된다. 에어콕은 종래에 여러 가지가 개발되어 있다.

본체의 줄열발열기의 입면부의 발열면(12)에 필름형 전기 절연체(예: 폴리이미드 필름, mica 등)를 부착한다. 절연체는 자기력은 통과시키고, 열을 절연하는 효과가 있다. 절연체의 부착 이유는 줄열이 발생하여 유도코일과 직접 접촉하지 않도록 하고, 발생한 줄열이 유도코일로 전달되는 것을 방지하기 위함이다. 절연체의 두께로 줄열발생기의 발열량을 조절할 수도 있다.

육면체의 입면부의 후면에 물이 충진되는 높이(15) 아래 적당한 위치에 온도센서(70)를 부착한다. 온도센서에서 측정한 온도로 제어시스템에서 고주파 유도가열장치의 출력을 조절하게 된다. 온도센서는 유체유출관에 부착할 수도 있다. 이로써 줄열발생기의 제작은 완료된다.

본 발명의 줄열발생기의 장착에 대해서 설명하면, 유도코일은 수직(입식)으로 고정한다. 입식으로 세우는 데 있어서 고정시키는 기물은 비금속이어야 하며, 플라스틱 사출품에 의한 고정체가 적절하다. 줄열발생기는 유도코일의 양면에 필요한 승온온도와 발열량에 맞추어 이격거리를 확정하고, 유도코일의 양면에 3mm~30mm 이격하여 평행하게 세워서 입면부의 발열면(12)과 서로 마주하고 평행하도록 장착한다. 이격거리로 감응체의 승온온도와 발열량을 조절하게 된다. 줄열발생기가 유도코일과 근접할수록 자기장이 강하여 발열온도가 높으므로 이격거리로 발열량을 조절한다. 이 때 자기장과 자속은 유도코일로부터 거의 직진으로 감응체를 향하게 되고. 근접효과로 발열하게 됨으로 이격거리에 따라 조절할 수 있다.

또한, 줄열발생기의 설치높이는 육면체의 열매체 충진부(16)의 중심과 유도코일의 중심이 서로 일치하도록 설치한다. 이렇게 설치하면 유도코일은 육면체의 단부로부터 12mm만큼 안쪽에 위치하게 된다. 이격거리와 설치높이로 필요한 승온온도와 발열량을 조절하고, 자기장과 자속의 이용효율을 극대화할 수 있게 되며, 제어시스템으로 조절할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명을 보일러로써 기능을 발휘하도록 하기 위해서 유체유입관의 적정한 위치에 순환펌프를 장착한다. 유체유입관과 유체유출관을 난방수 분배기에 연결하고 작동시키면 줄열발생기의 내부에 난방수가 충진된다. 유도코일에 전력을 인가하고 순환펌프(120)가 작동하면 줄열발생기도 작동을 시작하고 줄열발생기와 열교환기 기능을 동시에 발휘하게 된다.

순환펌프를 작동시키면 육면체에 저장된 열매체의 부피는 유체유입관의 흡인력과 유체유출구의 흡출력이 동일함으로 항상 동일한 수준(수위)을 유지하게 된다. 상기의 방법과 과정에 의하여 유도가열에 의한 보일러가 완성된다.

보일러로 사용하고자 할 때는 분배기를 포함하는 난방파이프(130) 및 실내온도조절기가 구비된 기존 보일러에서 보일러를 제거하고 분배기의 유체출입구와 유체유출구를 맞추어 연결하고 전력을 인가하면 난방용 보일러로서의 기능을 발휘하게 된다.

상기에 제시된 실시예는 예시적인 것으로 이 분야에서 통상의 지식을 가지는 자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 제시된 실시예에 대한 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 이러한 변형 및 수정 발명에 의하여 본 발명의 범위는 제한되지 않는다.

10 : 본체(줄열발생기)
12 : 발열면(유도코일과 면하는 면)
13 : 발열면의 후면
14 : 필름형 절연체
15 : 열매체 충진 한계선
16 : 충진부(열매체 충진 한계선의 하부)
17 : 여유부(열매체 충진 한계선의 상부)
20 : 유도코일
30 : 스텐봉 40 : 에어콕
52 : 유체유출관 54 : 유체유입관
56 : 바이패스관
60 : 유도가열장치 70 : 온도센서
80 : 제어부 90 : 보일러 부품 지지틀
100 : 보일러 110 : 자기력선 방향
120 : 순환펌프
130 : 난방파이프

Claims (4)

1. 유도가열에 의하여 발열되는 줄열발생기에 있어서,
   열매체가 충진되는 내부 공간을 가지고, 그 일측 내면에 발열면(12)을 가지며, 상기 발열면 외측에는 필름형 절연체(14)가 설치되는 금속제 육면체 형상의 2개의 줄열발생기 본체(10);
   상기 2개의 줄열발생기 본체가 병렬형태로 설치되고, 그 사이에 직립하여 입식으로 설치되어 고저주파와 자기장 발생을 위한 것으로서, 50Hz ~ 30MHz까지 고저주파에 의하여 40 ~ 350℃의 줄열이 발열되는 유도코일(20);
   상기 본체 내부에 간격을 유지하기 위해 가로질러 설치되는 스텐봉(30);
   상기 본체의 상부에 설치되며 내부의 공기 배출과 압력 조절을 위한 에어콕(40);
   상기 본체의 상부에 열매체가 유출되기 위한 유체유출관(52);
   상기 본체의 하부에 열매체가 유입되기 위한 유체유입관(54);
   상기 본체 내부의 열매체의 증발분이 통과하면서 다시 액화되고 냉각되기 위한 관으로서, 유체유출관과 유체유입관을 연결하는 바이패스관(56); 및
   상기 본체 내측에 설치되는 유도코일에 의한 고저주파와 자기장과 자속을 발생시키기 위한 유도가열장치(60);
   상기 본체 후면(13)에 설치되는 온도센서(70); 및
   상기 유도코일의 고저주파와 기자력에 의한 발열을 제어하기 위한 제어부(80);를 포함하고, 상기 본체(10)는 두께 0.5mm 페라이트 스텐강판으로, 유도코일의 양면에 3mm ~ 30mm 이격하여 평행하게 장착되며, 발열과 동시에 가열된 액체를 지속적으로 외부로 반출하고, 유도열을 발생시키는 것을 특징으로 하는, 유도가열에 의한 열교환기 겸용 줄열발생기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 본체의 열매체의 충진은 본체의 용적의 80% 이내로 채우는 것을 특징으로 하는, 유도가열에 의한 열교환기 겸용 줄열발생기.
3. 제1항 또는 제2항의 유도가열에 의한 열교환기 겸용 줄열발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열에 의한 열교환기 겸용 줄열발생기를 포함하는 보일러.
4. 제1항 또는 제2항의 유도가열에 의한 열교환기 겸용 줄열발생기를 포함하는 유도가열에 의한 열교환기 겸용 줄열발생기를 포함하는 발열 장치.

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