KR102376008B1 - 유도가열에 의한 온풍기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고저주파와 금속판만으로 온풍을 생산하는 유도가열에 의한 온풍기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 입식의 유도 코일의 양면에 좌우로 필요한 거리를 이격하여 자성체의 금속판에 의한 줄열발열루버를 2개 이상 병렬 설치하여 발열판을 유도가열시켜 줄열을 발생시킴으로써 열효율을 2배로 높이고, 필요한 열량에 따라 발열온도와 발열량을 조절하여 지속적으로 공기와 열교환 하며 저전력으로 온풍을 생산하여 실내로 반출할 수 있는 대류방식에 의한 유도가열에 의한 온풍기에 관한 것이다.
본 발명의 온풍기는 화석열과 전기저항열에 의한 열기를 대체할 수 있고, 간단한 구조이며, 소모성 부품이 없고, 별도의 매질이나 기계장치를 장착할 필요 없이 30℃ 내지 90℃의 온풍을 생산할 수 있다. 실내를 빠른 시간에 난방이 가능하고, 연료와 연소가 없으므로 공기오염물질과 미세먼지 등이 전혀 발생하지 않으므로 친환경적인 실내용 난방기를 실현할 수 있다.

Description

유도가열에 의한 온풍기 {Hot-air heater by induction heating}

본 발명은 유도가열기에서 유도코일이 발생하는 자기장과 기자력에 의하여 자기장의 범위 안에서 금속면에 유도된 와전류가 줄열을 발생시키고, 다시 줄열을 공기와 열교환하는 줄열발생루버(20)와 필요한 기능을 부가한 온풍기 본체(70)에 관한 것이다.

보다 상세하게는 자기장과 자속은 유도코일(30)로부터 전방위적으로 발산되므로 유도코일의 양면에 좌우로 필요한 거리를 이격하여 2개 줄열발생루버([도 1])를 마주 보게 설치하여 자속의 이용율을 2배로 높힘으로써 줄열발생량과 열교환량을 각각 2배로 키운 구조이며, 필요한 열량에 따라 발열온도와 발열량을 조절하여 공기와 열교환하여 대류 방식으로 안정적으로 지속적으로 온풍을 생산하고 외부로 송풍할 수 있는 유도가열에 의한 온풍기의 구조에 관한 것이다.

실내공기의 쾌적온도는 겨울철에 18~22℃를 유지하도록 권장되고 있는 데, 이 때 요구되는 실내온도의 분포는 천정 25℃, 방바닥 17℃, 중간부분 20℃를 유지하는 것이 바람직하며, 이 온도분포는 대류 방식에 의한 난방이 효과적이다.

일반적으로, 유도가열은 자기장 내에 저항이 연결되지 않고 전기부하가 없는 철제물을 놓으면 철제물이 700℃ 전후의 높은 온도로 가열할 수 있고, 전기에너지의 90% 이상의 높은 열효율을 얻을 수 있는 온열 획득 방법으로 연구되어 있다.

본 발명은 이러한 유도가열의 열적 성능을 이용하여 금속판에 줄열을 유도가열시키고 다시 줄열을 공기와 열교환하여 온풍을 생산하고 공급하는 대류방식에 의한 실내용 온풍기로써 열효율을 2배로 키우고 전력소비량을 1/2로 줄인 온풍기의 장치에 관한 것이다. 즉, 유도가열에 의하여 온풍을 생산하고 실내를 난방하는 온풍생산장치로써 95% 이상의 높은 열효율과 저전력의 온풍기를 실현하고 있다.

본 발명의 유도가열에 의한 온풍기에 필요한 배경과 요소를 살펴보면,

유도가열장치에 교류전력이 인가되면 고주파와 교번자속에 의해서 유도코일은 자기장과 자속이 생성되어 S극을 향하여 고리 형태로 전방위적으로 발산한다. 자속은 금속면에 접하면 와전류와 줄열이 유도되는데 전자기적 성질의 국부선택과 표피작용 및 근접효과에 의하여 열적 성능이 고온 또는 적열(red heat)로 나타나게 된다.

유도코일의 자기장과 교번자속 및 기자력은 전압이 높을수록 커지고, 전류 흐름 면적과 유도코일의 권수가 많을수록 커지며, 주파수가 높을수록 커지고, 저주파보다 고주파가 더 크다. 또한, 금속판의 두께가 두꺼울수록 이격거리가 가까울수록 커지고, 유도코일에서 멀어질수록 약해지는 전자기적 성질이 있다.

이에 따라, 유도코일의 자기장과 자속량은 자기장과 자속이 미치는 범위 안에서 전도성이 있는 금속을 만나면 금속면에서 와전류가 유도되고, 와전류는 줄열(Joule heating)을 발생하게 되며, 금속의 면적에 골고루 발생하며 줄열은 고온이나 적열로 나타나게 된다. 철제물에서 보통 700℃ 전후에서 적열로 나타난다. 줄열발생량은 금속의 전기 저항에 비례하여 커지는 열적 성능이 있다.

와전류는 금속면에서 자기화를 진행시키면서 줄열을 발생시키고, 자기포화상태에 이르면 전류를 더 높여도 더 이상 자기화가 진행되지 않고 항온을 유지하게 된다.

따라서, 와류손을 늘리거나 줄임으로써 발열온도와 열적성능을 확대하거나 저온 승온으로 조절할 수 있다. 기자력과 줄열발생량은 여러 가지 방법으로 필요에 따라 조절할 수 있는 것이다.

이에 따라, 일정 면적과 권수를 지닌 유도코일(30)을 입식으로 장착하고 유도코일의 양면 좌우로 유도코일보다 넓은 면적의 자성이 있는 금속판을 설치하고 이격거리를 조절하면 필요열량에 따라 자기장과 자속의 이용효율, 승온온도, 줄열의 발열량, 열교환량을 확대하고 조절할 수 있고, 유도코일에 흐르는 전류, 전압, 주파수를 조절함으로써 제어할 수 있다.

모든 전도성 금속은 자기장과 접하면 와전류와 줄열이 발생하며 재질에 따라 발열 정도에서 차이를 보인다. 금속을 살펴 보면, 철판이나 자성이 있는 페라이트계 스텐강판이 줄열에 의한 발열량이 크다. 알미늄판 등 비철금속도 줄열이 발생하므로 그대로 사용할 수 있으나, 발열 성능이 약하므로 줄열의 발생량을 키우려면 용사처리 등에 의하여 자성처리가 필요하다. 철판은 고온으로 장기간에 걸쳐 5,000시간 이상 수백 회를 반복적으로 사용하게 되면 재질이 손상되므로 장기간 사용하기에는 부적절하고, 주물제를 고려할 수 있으나 박판으로 제조된 제품이 없다.

따라서, 본 발명에서 발열판(22)은 페라이트계 스텐강판을 사용한다. 스텐강판은 내식성이 있고, 가공이 쉬우며, 반복되는 발열에도 재질에 손상이나 열화가 없이 발열판으로 반영구적으로 사용할 수 있으며, 박판형의 제품으로 구득이 쉬우므로 본 발명의 실현에 적합한 자재이다.

유도가열에 의한 줄열발생량과 발열량은 유도코일의 권수, 면적, 이격거리, 전류, 전압, 주파수 등 여러 가지 방법에 의하여 필요온도에 맞추어 조절할 수 있고, 줄열발열용 금속판에 공기를 통과시킴으로써 공기와 열교환 할 수 있으며, 공간의 체적과 용도에 맞추어 필요한 온도로 온풍을 생산하고 공급할 수 있다.

공기를 가열하여 실내온도를 쾌적온도로 승온시키는 데는 많은 열이 필요하므로 실내공기를 가열하는데 있어서 난방은 대류방식이 복사방식보다 더 효과적이다. 대류방식의 장점은 실내 전체를 골고루 난방할 수 있고, 복사 방식의 히터보다 도달거리가 멀리 순환되어 승온이 빠르게 골고루 이루어지는 장점이 있다.

고주파는 원자에서 전자를 분리해내지 못하는 비전리전자기파이므로 유해한 전자기파를 발생하지 않으며, 학문적으로 아직까지 고주파의 유해성이 밝혀진 바가 없다. 또한, 전자파는 발진원으로부터 1.5m 정도 떨어지면 자연소멸하는 것으로 연구되어 있다. 그러나, 실내에서 사용되는 전자제품은 전자파로 인한 유해성을 염려하는 사람이 많으므로 수용가에게 전자파의 유해성에 대한 염려를 줄여 줄 필요가 있다.

온풍기의 소음은 팬이 돌면서 나는 소리와 유도전류가 발생하면서 나는 소리는 1분 내지 2분 작동하면 소리가 약해진다. 사무실에서 소음은 50dB 이하로 제한되어 있다. 온풍기의 소음을 100% 피할 수는 없으나, 최대한 소음을 줄이는 것이 필요하다. 요즈음에는 소음이 적은 송풍팬이 다양하게 개발되어 있고, 흡음재를 설치함으로써 소음을 약화시킬 수도 있다.

공기는 물질 중에서 비열이 보통 1.01로 큰 물질에 속한다. 따라서 공기를 가열시키는 데는 많은 열이 필요한 반면에 열기를 차단하는 데는 좋은 단열재가 되기도 한다. 따라서, 두 물체 사이에 1cm 내지 5cm 두께의 공기층을 형성하면 두 물체의 온도가 열평형이 이루어질 수 없도록 즉, 열전달 효과를 약화시키거나 차단할 수 있는 좋은 수단이 되기도 한다. 공기층 대신 함의 내부에 단열재를 부착하여 외함에 열이 전달되는 것을 차단할 수도 있다.

이러한 유도가열의 전자기적 성질과 열적 성능, 스텐강판의 물성, 공기의 물성, 실내용 온풍기의 기능 등을 융합하면 유도열에 의한 대류방식의 실내용 온풍기를 개발할 수 있다. 즉, 유도가열에 의하여 발생하는 줄열을 공기와 열교환하여 난방열을 획득하는 온풍기로 사용할 수 있는 것이다.

(등록특허 1) : 봉상 발열형 인덕션 난방기(등록번호 10-1311746) (인용발명 1) : 열교환기 겸용 줄열발생기(출원번호 : 10-2021-0119210. 발명자 이한석)

1) 고효율 유도가열형 전기온풍기에 관한 연구(2012. 신대철*.우형균) (A Study on the Electrical Fan Heater using High Efficiency Induction Heating) 2) 친환경 에너지 절감형 전기온풍기 기구설계(2016. 설용태) (Electric Fan Heater Design for Eco-Energy Saving)

이제, 탄소중립은 시대적 과제가 되어 있다. 탄소중립을 실현하기 위해서는 탈화석연료와 에너지절약형 전기제품의 개발이 절실히 요구된다. 연소열과 전기저항열을 대체할 수 있는 대체에너지 기술로써 유도가열이 주목받고 있으나 아직까지 유도가열을 이용한 온풍기는 상용화된 제품이 없다.

추위는 고통이며, 추위를 피하는 것은 생존의 필수조건이다. 난방기는 겨울철이면 필수적인 열기로써 여러 가지 제품이 개발'판매 중에 있다. 종래기술로써 전기저항열을 이용하는 히터류 난방기는 전기저항열의 열효율이 30% 내지 65% 정도로 낮아서 장시간 사용하게 되면 전기료가 많이 발생하고, 누진제가 적용되면 전기료 부담이 더욱 커질 수밖에 없다.

또한, 가스, 기름, 화목 등으로 연소열을 사용하는 난방기는 열효율이 낮고, 실내의 산소가 희박해지고 일산화탄소가 발생하며, 공기를 오염시키며, 화재 위험성이 있고, 연료비에 대한 경제적 부담이 큰 단점이 있다.

상기한 종래기술의 문제점을 해결할 수 있는 방법으로 연료가 필요 없고 열효율이 높으며 전력 소비량이 적고 친환경적인 유도가열을 이용한 온풍기의 개발이 필요하다. 개발되면 탄소중립이라는 시대적 요구에 큰 기여를 할 수 있을 것이다.

실내에서 몸을 덥히기 위한 난방기는 대부분 복사 방식에 의한 히터류가 많이 선호되고 있다. 실내의 체적이 클수록 전력소비량이 많은 난방기를 써야 하는데 전력소비량이 많은 난방기는 경제적 부담이 크기 때문에 불편을 감수하면서 소비전력량이 적은 복사 방식의 히터류를 사용하고 있다. 복사 방식에 의한 히터류는 온열의 도달거리가 짧아서 가까운 거리는 난방효과가 좋으나 실내 전체를 난방하기에는 난방능력이 부족한 단점이 있다. 예를 들면, 복사 방식은 500℃로 발열하는 히터 앞에서 1m 거리를 떨어지면 23℃가 측정되는 것으로 연구되어 있는데 열원에서 멀어지면 열이 약해지고 열전달이 되지 않아 실내가 골고루 난방이 되지 않는다.

대류란 따뜻해진 유체(액체나 기체)가 고온 부분에서 저온 부분으로 이동하는 현상을 말하는데 넓은 실내일수록 대류 방식이 복사 방식보다 난방 효과가 더 효과적이다. 경제적 부담을 줄이면서 실내를 골고루 난방할 수 있는 대류 방식의 난방기가 필요하다.

전자파의 유해성을 염려하는 수용가를 위해서 전자파의 누출을 줄이거나 차단할 수 있어야 한다.

또한, 따뜻한 공기의 대류로 인하여 먼지가 부유함으로 실내의 먼지를 걸러낼 수 있어야 한다.

유도가열에 의한 열을 이용하려면 금속판의 발열에 의하여 외함이 뜨거워짐으로 이를 방지하기 위하여 고온이 외함에 전달되지 않도록 열전달을 약화시키거나 차단할 수 있어야 한다.

겨울철에 농업용의 비닐하우스처럼 대량의 실내공기의 가열이 필요한 경우에는 많은 열량을 공급해서 작물의 생육온도를 유지해 줘야 작물이 성장하게 된다. 작물의 생육온도는 일반적으로 13℃ 내지 32℃가 적절한 것으로 연구되어 있다. 상기한 생육온도보다 낮거나 초과하게 되면 작물은 광합성을 중단하게 되어 성장을 멈춘다. 겨울철에 비닐하우스에서 작물 재배를 위하여 화석연료에 의한 난방은 경제적 부담이 크므로 적은 전기료로 값싸게 온풍을 생산하고 공급할 수 있어야 한다. 비닐하우스와 같이 체적이 큰 시설에 대량의 온풍의 생산과 공급 방법이 필요하다.

유도열을 이용한 온풍기에 관련된 종래기술로 [학술문헌] '고효율 전기온풍기에 관한 연구"(신대철, 우형근)를 살펴보면 유도가열을 이용한 온풍기의 개발 가능성에 대한 학술적 연구가 있다. 또한, (공개특허 1) "봉상 발열형 인덕션 난방기(등록번호 10-1311746)" 등이 있으나, 유도코일에 의한 가열시에 자기장과 자속을 한쪽 방향만 이용함으로 인해서 자속이용율과 열교환효율이 떨어지고 큰 소비전력이 요구되며 구조가 복잡하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 유도열에 의한 온풍기를 개시하고 있다. 전기저항열과 연소열을 대체하고, 열효율이 높으며. 친환경적이고 안전하고 단순한 구조에 의하여 줄열을 발생시키고 온풍을 획득하는 방법에 의한 실내용 온풍기이다. 본 발명은 종래기술과 비교하여 현저한 차이점과 효과를 실현하고 있다.

유도가열에 의한 온풍기 본체는 유도코일(30)에 의하여 줄열발생루버(20)의 발열판(22)이 유도가열 되어 줄열이 발생하고 공기와 열교환하는 온풍생산장치로써

상기 유도코일이 발생하는 자기장과 교번자속에 의하여 일측 내면에 발열면(25)을 가지는 복수 개의 발열판(22)과 4각프레임(21)으로 구성되고, 30℃ 내지 500℃의 줄열을 발생시키기 위한 줄열발생루버(20);

상기 줄열발생루버에서 0.3mm 내지 1mm의 페라이트계 스텐강판으로 제작되고, 줄열이 발생하며, 자속의 누출을 방지하기 위한 길이 방향의 단면부가 'ㄱ'형으로 절곡되고, 4각프레임의 내부면에 15mm 간격으로 수평의 빗살 형상으로 설치되는 복수 개의 발열판(22);

상기 줄열발생루버의 한쪽 외부면에 전자파차단필름(23)과 단열용 절연필름(24)이 설치되는 4각프레임;

상기 본체에서 입식으로 마주 보고 설치되는 2개의 줄열발생루버(20) 사이의 중앙에 3mm 내지 50mm 거리를 이격하여 설치되고 유도가열장치(60)에 의하여 자기장과 교번자속을 발생시키기 위한 유도코일(30);

상기 2개의 줄열발생루버의 4각프레임(21)의 상부에 설치되어 이격거리를 유지하고 고정하며 줄열을 유도하기 위한 상부발열판(27):

상기 줄열발생루버의 측면에 6cm 이격하여 가로질러 설치되고, 2m/sec 내지 6m/sec의 풍속을 가지며, 냉풍을 흡인하고 열교환된 온풍을 외부로 송풍하기 위한 송풍팬(40);

상기 본체의 발열실(71) 방향의 외함(10)의 수직면에 설치되고 온풍을 배출하기 위한 온풍배출루버(12);

상기 본체의 장치실(72) 방향의 외함에 설치되고 냉풍을 흡인하기 위한 냉풍인입루버(22);

상기 냉풍인입루버의 외부면에 설치되고 실내공기의 먼지를 정화하기 위한 먼지정화필터(42);

상기 본체의 장치실의 내측에 설치되고, 유도코일에 자기장과 교번자속을 발생시키기 위한 20kHz 내지 100kHz의 고주파를 생성하는 유도가열장치(60);

상기 본체의 발열실의 내부면에 설치되어 열교환된 온풍의 온도를 측정하기 위한 온도센서(44);

상기 본체에서 1cm 내지 5cm의 이격거리에 의하여 공기층을 형성하기 위한 내함(11)과 외함(10);

상기 본체의 유도코일에 자기장과 기자력에 의한 발열 정도를 제어하고, 30℃ 내지 90℃의 온풍의 온도를 조절하며 각종 기능을 수행하기 위한 제어시스템(50);을 포함하는 유도가열에 의한 온풍기 본체로써 자기장과 자속에 의한 줄열발생루버가 30℃ 내지 500℃의 줄열이 발열하고, 발열과 동시에 30℃ 내지 90℃로 열교환된 온풍을 지속적으로 외부로 송풍하는 것을 특징으로 하는 유도가열에 의한 온풍기의 장치를 제공하고 있다.

본 발명은 상기 온풍기의 장치를 응용하여 가정용' 사무실용' 산업용' 농어업용' 레저용 온풍기, 열풍기, 전기차용 온풍기, 건조기 등에 온풍생산기술로 다양하게 활용할 수 있다.

본 발명의 유도가열에 의한 온풍기(70)의 효과는 아래와 같다.

새로운 온풍 생산방식을 실현하고 있다. 고주파와 페라이트계 스텐강판에 의한 발열판만으로 온풍을 생산하고 있다. 유도가열에 의하여 30℃ 내지 500℃까지 줄열을 발생시키고, 줄열의 발열과 동시에 발열판(22)의 상하를 공기가 통과하는 중에 30℃ 내지 90℃의 온풍으로 열교환 하며, 강제송풍에 의하여 배출되어 온풍을 안정적으로 지속적으로 생산하는 유도가열에 의한 온풍기를 실현하고 있다.

열효율을 95% 이상으로 높힌 효과가 있다. 유도가열은 기본적으로 열효율이 90% 이상으로 높고, 전류와 전기장치에서 소모되는 열효율을 제외하고는 열 낭비가 없다. 특히, 본 발명은 유도코일(30)이 발생하는 자기장과 자속의 발열성능을 이용한 줄열발생루버(20)는 복수개의 'ㄱ' 형상의 다수개의 페라이트계 스텐강판 발열판(22)을 빗살 형태로 상하로 다수 병렬 배치함으로써 전체 발열면적을 키워 줄열발생량과 온풍생산량을 2배로 증가시켜 열효율을 더욱 높이고 있다.

전력소비량을 1/2로 절감한다. 발열량에 있어서 유도코일(30)의 양면에 좌우로 필요한 거리를 이격하여 박판형의 발열판을 내장한 줄열발생루버(20)를 각각 1개씩 2개를 병렬 설치함으로써 전방위적으로 발산하는 자속량의 대부분을 줄열이 발생하도록 극대화하고 자속량의 낭비를 줄인 구조체를 개시하고 있다. 따라서, 한쪽 면만 사용하는 방법에 비해서 자속의 이용효율을 2배로 키우므로 전기에너지를1/2로 줄이는 효과가 있다.

줄열발생루버 2개(도 1)를 서로 마주 보게 배치한다는 것은 전방위적으로 발산하는 대부분의 자기장과 자속의 전량을 양분하여 줄열을 발생시킬 수 있으며, 유도코일의 단부 면에서 직진으로 발산되는 자속(도 1의 26)을 제외하고는 대부분의 자속을 발열에 사용할 수 있다는 것을 나타낸다. 이에 따라, 줄열생산량과 온풍생산량을 2배로 키우므로 저전력의 온풍기 실현이 가능한 것이다.

줄열발생루버는 열적 성능의 열화 없이 반영구적으로 온풍을 생산'사용할 수 있다.

실내의 체적과 용도에 맞추어 다양한 출력과 폭넓은 주파수, 유도코일의 면적과 권수, 줄열발생루버의 재료와 발열온도, 이격거리, 제어시스템 등으로 발열량의 조절이 용이하다.

저온풍에서 열풍까지 필요온도에 맞추어 온풍을 생산할 수 있다.

본 발명은 송풍팬(40)이 장치실의 전기장치도 냉각시키는 효과가 있으므로 별도의 냉각팬이 필요 없어지고 구조가 단순해지는 효과가 있다. 장치실(72)의 전기장치는 열이 발생하므로 냉각용 팬이 설치되는 것이 일반적이나 송풍팬이 겸용하므로 냉각팬이 필요 없다.

발열과 동시에 공기와 열교환이 이루어지므로 실내를 즉시 난방할 수 있고, 송풍팬에 의하여 온풍을 강제 송풍하므로 빠른 시간 내에 멀리까지 실내를 골고루 난방이 가능하다.

외함(10)과 내함(11)에 의한 이중 구조이므로 두 함 사이에 공기층이 형성되어 외함이 뜨거워지는 것을 방지하고, 줄열의 승온온도를 보다 높힐 수 있으므로 온풍생산량을 증가시키고 온풍기의 안전도가 커지는 효과가 있다.

먼지정화필터(42)를 채용하여 실내공기 중에 부유하는 먼지를 걸러냄으로 재실자의 호흡기와 건강에 도움이 된다.

전자파가 인체에 해로울 것이라는 염려가 없다. 전자기파의 유해성을 염려하는 수용가들을 위해서 전자파차단필름(24)이 설치되어 있으므로 재실자는 마음 편하게 사용할 수 있다.

실내공간의 체적과 용도에 따라 줄열발생루버(20)의 복수 개를 상하 또는 병열로 설치하고 발열시킴으로써 발열량을 확대하고 조절하여 용이하게 대량의 온풍을 생산할 수 있다.

경제성과 가격 경쟁력이 있다. 온풍기(70)는 별도의 매질이 없이 단순한 구조로 발열성능을 발휘하고, 소모성 부품이 없으며, 별도의 기계장치가 필요하지 않다.

무연료'무연소임으로 화재의 위험성이 없고, 실내의 산소 결핍이 없으며, 온실가스'탄산가스'일산화탄소'미세먼지 등 공기오염물질을 발생하지 않으므로 실내공기가 오염되지 않으며, 냄새나 그을름이 없고 저소음으로 모든 실내에서 사용할 수 있으며, 쾌적한 실내환경에 도움이 된다

실내공간의 체적과 용도에 따라 필요한 열량에 맞추어 가정용'산업용'농어업용'대중소 규모별 온풍기, 전기자동차용 난방기, 레저용 온풍기, 건조기 등 다양한 제품의 원천기술로 사용할 수 있다.

저전력의 실현으로 전기료가 절감됨으로 에너지빈곤층의 난방비를 절감할 수 있고, 미세먼지민감계층용의 실내용 온풍기로써 실질적 도움이 된다.

탄소중립 시대에 맞추어 연소열과 전기저항열을 유도열로 대체하여 무연료'무연소이며 저전력의 난방기를 실현할 수 있다.

결과적으로, 본 발명에 의한 온풍기는 열효율이 높은 유도가열을 이용하므로 전력소비량이 적고, 연료와 연소 없이 고주파와 페라이트계 스텐강판 발열판을 융합하여 온열과 온풍을 획득하므로 화석열과 전기저항열을 대체할 수 있는 열원으로 사용할 수 있고, 겨울철에 온풍기의 작동과 동시에 신속하게 실내 난방이 가능하며, 열효율이 매우 높고, 별도의 매질이나 기계장치를 필요로 하지 않고 단순한 구조이므로 경제성과 기술경쟁력이 있으며, 전기사용료를 절감하고, 다양한 용도로 응용하여 사용할 수 있는 온풍기를 실현하고 있다.

특히, 탄소중립 시대를 맞아 화석연료를 전기에너지로 대체하고, 고주파와 금속에 의한 발열 방법으로 열효율이 높은 유도가열 방식에 의한 줄열발열루버를 발명함으로써 전력소비량을 줄이며, 대류 방식으로 실내를 난방할 수 있는 온풍 획득 장치를 개시하여 무연료와 무연소의 가정용 온풍기, 농어업용 온풍기, 산업용 온풍기, 전기자동차용 온풍기, 레저용 온풍기, 건조기 등 폭넓게 사용할 수 있는 원천기술을 제공하고자 한다.

한국은 화석연료수입량의 27%가 난방용 연료로 사용되고 있는 바, 화석연료를 전기에너지로 전환하고, 전력소비량도 줄일 수 있는 상기 [선행기술문헌]의 (인용발명 1)과 함께 새로운 난방기의 기술이 절실한 상황이다.

이제 탄소중립은 늦었지만 빨리 실현해야 한다는 절박한 상황에 직면해 있다. 본 발명이 상용화되면 종래기술에 의한 전기히터와 화석연료 온풍기를 본 발명의 유도열에 의한 온풍기로 대체하면 화석연료와 전력소비량을 획기적으로 줄여 탄소중립을 실현하는 데 큰 기여와 효과를 기대할 수 있다.

[도 1] 본 발명의 일 실시예에 따른 난방기의 구성을 전체적으로 나타낸 평면도
[도 2] 본 발명의 일 실시예에 따른 줄열발생루버의 정면도
[도 3] 본 발명의 일 실시예에 따른 줄열발생루버와 발열실 단면도
[도 4] 본 발명의 일 실시예에 따른 줄열발생루버의 단면도

[실시 예]

본 발명은 상기한 종래기술에 의한 난방기의 문제점을 해결하기 위하여 연소열이나 전기저항열이 아니고, 열효율이 95% 이상으로 높고 전력소비량을 줄이며 공기오염물질을 발생하지 않는 대류방식에 의한 유도가열에 의한 온풍기를 개시하였다. 유도열을 온풍으로 변환하는 기술이다.

즉, 유도코일이 생성하는 자기장과 자속 및 금속판과의 열적성능 관계를 활용하여 줄열을 발생시키고, 자기장과 자속의 이용율을 2배로 높이며, 줄열의 발생면적을 넓혀 줄열발열량을 극대화한 구조로써 공기와 열교환하여 저온풍에서 열풍까지 지속적으로 생산하여 실내를 난방할 수 있는 줄열발생루버(20)의 구조체와 각종 기능을 결합한 유도가열에 의한 난방기 본체(70)를 개시하였다.

본 발명에서 고주파와 자기장과 자속에 의하여 줄열이 발생하는 복수 개의 자성이 있는 페라이트계 스텐강판 발열판(22)을 빗살 형태로 경사지게 설치한 발열체를 줄열발생루버(20)라 칭하고, 온풍기 본체(70)라 함은 줄열발생루버에 의하여 줄열을 발생시키고 줄열의 발열과 동시에 공기와 열교환하여 외부로 강제 송풍하여 대류 방식에 의하여 난방하는 온풍기를 말한다.

본 발명은 유도가열장치에 의해 발생하는 고주파와 기자력에 의해 자성이 있는 페라이트 스텐강판 발열판(22)에서 줄열을 발생시키고, 생성된 줄열을 발열과 동시에 공기와 열교환하고 가열된 공기를 지속적으로 송풍팬(40)으로 외부로 강제 배출하는 유도가열에 의한 온풍기 본체(70)에 관한 것이다.

실시예로써 본 발명을 전체적으로 설명하면, 함은 육면체 형상의 내함(11)과 외함(10)의 이중구조로 구성되고 이동식 상치형으로 한다. 온풍기의 외함은 가로 55cm*세로 24.5cm*높이 45cm 크기로, 내함은 가로 50cm*세로 19.5cm*높이 42.5cm의 크기로 제작한다. 온풍기의 본체(70)의 내함은 가로 40cm의 발열실(71)과 가로 10cm의 장치실(72)로 구분하고, 발열실과 장치실은 송풍팬의 설치 위치로 구분한다.

내함의 발열실(72)에는 송풍 팬(40), 유도코일(30), 줄열발생루버(20)와 상부발열판(27) 및 온도센서(44)가 설치되고, 내함의 장치실(72)에는 유도가열장치(51)와 제어시스템(50)이 부착되며 전선으로 서로 연결하게 된다. 발열실 쪽의 외함(10)에는 온풍배출루버(12)가 3면에 1개씩 부착되고, 장치실 쪽의 외함의 하부에는 냉풍인입루버(41)와 냉풍인입루버의 외부면에 먼지정화필터(42)가 설치된다.

내함과 외함은 바닥판과 몸체로 분리되도록 제작하고 전문업체에 주문하여 제작할 수 있다. 온풍배출루버(12)와 냉풍인입루버(41)는 크기가 다를 뿐 동일한 기능과 유사한 형상을 지니며 이미 여러 가지 제품이 개발되어 있고, 송풍 팬 등 기타 부품도 이미 시장에 출시되어 있다. 유도가열장치(51)와 유도코일(30) 및 제어시스템은 전문업체에서 주문 생산이 가능하다.

고주파유도가열장치(51)는 고주파로 유도코일(30)에 자기장 및 자속을 발생시키기 위한 장치로써 고주파발생장치, 주파수조정장치, 제어시스템, 디스플레이, 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 200W~2000W의 AC 전력을 사용하며, 20kHz 내지 100kHz의 고주파에 의하여 유도코일을 발열시키게 된다. 그러나. 본 발명은 실시예에 한하지 않고, 다양한 출력과 폭넓은 주파수를 선택할 수 있으며 이에 구애받지 않는다.

본 발명은 하기의 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술분야의 당업자에 의한 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.

제작 과정과 구조를 실시예를 들어 설명하면 다음과 같으며, 세부 공정들로부터 쉽게 이해될 수 있는 경우는 설명을 생략한다.

[도 1]은 본 발명의 일 실시예에 따른 난방기의 구성을 전체적으로 나타낸 평면도이고, [도 2]는 본 발명의 일 실시예에 따른 줄열발생루버(20)의 정면도이며, [도 3]은 본 발명의 일 실시예에 따른 줄열발생루버와 발열실 단면도이고. [도 4]는 본 발명의 일 실시예에 따른 줄열발생루버(20)의 단면도이다.

이를 참고하여 본 발명을 구성요소 별로 유도가열에 의한 줄열발생루버(20)와 공기와 열교환하여 온풍을 생산하는 온풍기 본체(70)의 실시예로써 제작 과정을 설명한다.

먼저, 스텐강판으로 내함(11)은 가로 50cm*세로 19.5cm*높이 42.5cm의 크기로 하고, 외함(10)은 가로 55cm*세로 24.5cm*높이 45cm의 크기로 하며 상하부의 적절한 위치에 공기가 유출입할 수 있도록 복수 개의 구멍을 뚫는다. 각각 바닥판과 몸체가 분리되며, 온풍배출루버(12)와 냉풍인입루버(41)의 설치 위치가 같도록 크기에 맞추어 절단하여 개구부를 만들고 절곡하여 육면체 형상으로 제작된다.

내함과 외함을 각각 바닥판을 제외한 체 5개 면을 육면체형으로 조립되도록 절단면을 용접하여 각각 1개를 제작한다. 바닥판과 5개면의 6면체형은 부품부착 후 조립하게 된다. 내함은 외함의 내부에 2.5cm 거리를 이격하여 설치되고, 발열실의 열기가 직접 접하고 필요한 장치와 부품이 장착되는 함을 말한다.

자기장과 자속 발생을 위한 유도코일(30)은 지름 22cm의 원환형의 유도코일을 사용하며, 유도코일(30)의 설치는 수직형을 기본으로 한다. 유도코일은 필요열량에 따라 표면적과 권수를 설정할 수 있다. 유도코일은 서로 면대하는 2개의 줄열발생루버(20)의 사이의 중앙에 각각 일정거리(예 20mm)를 이격하여 설치되고, 자기장과 자속은 줄열발생루버(20)를 향하여 자력선 진행방향(31)으로 진행하게 된다. 줄열은 줄열발생루버의 발열판(22)에서 30℃ 내지 500℃의 줄열이 발열하게 되고, 공기는 30℃ 내지 90℃로 열교환하여 강제송풍에 의하여 외부로 송풍하게 된다.

줄열발생루버(20)는 유도코일의 양면에 각각 1개씩 2개를 설치할 수 있고, 면적을 적게 차지하는 장점이 있다. 본 발명은 발열판의 승온온도를 30℃ 내지 500℃로 발열하도록 저온승온화하여 승온온도를 낮추어 적열의 발생을 방지하고 있다. 그러나, 필요열량과 설치 목적에 맞추어 적열을 발생시켜 승온온도를 높이고 발열량을 키워 사용할 수 있다.

실시예로 자성이 있는 페라이트계 스텐강판을 사용하여 내부면에 발열판(22)이 장착된 줄열발생루버(20) 2세트를 제작한다. 발열판(22)은 발열면적이 넓어 줄열발열량이 커지고 열교환량이 커지는 효과가 있다.

본 발명에서 발열판(22)이라 함은 고주파와 자기장 및 자속에 의하여 와전류와 줄열이 발생하고, 30도 각도의 경사면을 가지며, 줄열발열루버(20)를 구성하는 복수개의 페라이트계 스텐강판을 말한다. 발열판의 일측 아랫면은 자기장과 자속에 접하여 와전류와 줄열이 발생하는 발열면(25)이 된다.

또한, 줄열발생루버는 정사각형의 4각프레임(21)의 형태를 예시하였으나 필요한 발열량에 따라 유도코일의 형상과 줄열발생루버의 형상을 변경할 수 있고, 발열판도 복수 개의 골을 만들어 발열면적을 확대할 수 있다.

줄열발생루버(20)는 [도 4]와 같은 단면의 형상을 가지며, 크기는 가로 30cm*세로 30cm*폭 2.6cm의 크기로 하고, 4각프레임(21)과 발열판(22)으로 구성된다. 재료는 자성이 있는 0.5mm의 페라이트계 스텐강판을 사용하고, 유도코일과의 이격거리의 2배 이상이 확보될 수 있도록 유도코일(30)의 단부보다 10mm 이상 충분히 크게 제작한다.

먼저, 4각프레임의 제작과정을 설명하면, 4각프레임은 길이 30cm*폭 3.1cm의 스텐판 4개를 준비하고, 양 단부가 45도와 135도가 되어 등변형 사다리꼴을 이루도록 절단한다. 135도의 길이 방향의 끝부분을 8mm를 절단하여 버린다. 가로길이의 단부가 135도 각도가 되었던 길이 방향을 5mm 폭으로 'ㄱ' 형으로 절곡하고, 경사면 3.6cm 부분끼리 수평으로 맞대면 내각이 90도가 되고 서로 맞대어 용접하면 정사각형의 4각프레임이 만들어진다. 내측면의 길이는 각각 가로와 세로 모두 29.9cm, 폭은 2.6cm의 크기가 된다.

발열판(22)은 폭 4.0cm 길이 31cm로 14개를 준비한다. 발열판은 양단부의 모서리를 길이 방향 5mm*폭 방향 10mm를 사각 형태로 따낸 후에 길이 방향을 90도 각도로 10mm를 절곡한다. 또한, 길이 방향의 양단부를 각각 5mm를 90도 각도로 절곡한다.

줄열발생루버는 4각프레임(21)의 내측면의 세로면에 발열판의 양단부의 5mm 부분이 수평에서 30도 각도로 경사지도록 14개의 발열판을 15mm의 간격으로 발열판의 단부의 5mm 부분이 고정되도록 차례로 용접한다. 이러한 과정으로 제작하면 줄열발생루버가 완성된다.

줄열은 발열판(22)의 면적을 키우면 발열면적과 열전달면적이 넓어져 발열량을 키울 수 있고 공기와의 접촉면적이 넓어져 열교환량을 키울 수 있다. 또한, 발열판은 금속제로써 열전달 능력에 크므로 표면적을 조절함으로써 열교환량을 확대할 수 있다. 공기는 비열과 밀도가 낮아서 쉽게 가열되고, 발열판의 상하를 통과 중에 열교환 된다.

발열판의 길이 부분의 단부를 'ㄱ'형으로 절곡하는 이유와 30도의 각도를 이루도록 빗살 형태로 배치하는 이유는 자속과의 접촉면적을 확대하여 줄열의 발생량을 극대화하고, 발열판 사이로 직진하는 자속을 차단하고 자속의 누출을 방지하기 위함이다. 온풍기에 설치할 때에는 유도코일의 좌우 양면의 자기장이 미치는 범위 안에 필요한 발열량에 따라 적정한 이격거리를 띄워 설치하게 된다.

줄열발생루버(20)는 구조가 단순하고, 발열판(22)의 크기와 개수를 증감함으로써 필요한 발열량에 따라 조절이 용이하다. 본 발명에서는 정사각형과 'ㄱ'형의 발열판(22)을 예시하고 있으나 형상이나 크기 및 재료에 구애받지 않고 본 발명의 범위에 포함한다.

본 발명의 줄열발생루버의 가로와 세로의 길이가 유도코일의 지름보다 크고 이격거리보다 2배 이상 크게 하는 이유는 유도코일의 단부에서 60도 정도까지의 각도 내에서 대부분의 자속이 고리 모양으로 발산하므로 발열판의 면적을 유도코일의 면적보다 크게 함으로써 자속의 이용효율을 높혀 줄열의 발생량을 늘리고, 누설되는 자속을 줄이기 위함이다.

즉, 유도코일(30)에서 발생한 자기장과 자속은 자력선진행방향(31)으로 인근의 발열판에 조사되고, 유도코일의 단부와 줄열발열루버의 단부 사이의 사잇각에서 직진하는 자속([도 1]의 자력선낭비각도(26)의 사잇각)만 누설자속이 되며, 나머지 자속은 인근의 발열판(22)의 발열면(25)에 조사되고 접촉되어 발열량을 키우는 효과가 있게 된다. 누설된 자속은 약하지만 내함에서 줄열을 발생한다.

자속의 이용율을 높힐수록 줄열발생량이 많아짐으로 전력소비량을 줄일 수 있다. 자성이 있는 복수 개의 페라이트계 스텐강판을 빗살(루버) 형상으로 일정 간격으로 배치하여 발열면적을 넓혀 줄열에 의한 발열량을 큰 폭으로 키웠으며, 일정한 거리를 이격하여 유도코일(30)의 양면에 장착함으로써 줄열발열량과 열교환량을 각각 2배로 키우고 있다.

이에 따라, 저전력으로 줄열을 공기와 열교환하여 많은 온풍을 획득하는 것이 가능해진다. 즉, 줄열발생루버(20)의 발열판(22)은 30℃ 내지 500℃로 발열하고, 발열판(22)의 넓은 표면적에서 줄열이 골고루 발생하므로 찬 공기는 발열판의 상하부를 통과하는 중에 30℃ 내지 90℃로 열교환되어 강제송풍에 의하여 실내에 공급하게 된다. 이 때 제어시스템에 의하여 실내의 찬 공기를 필요온도로 열교환될 수 있도록 조절하고 온풍으로 변환하여 공급할 수 있다. 이에 따라 대류 방식으로 쉽고 빠르게 실내 난방을 할 수 있게 된다.

줄열발생루버(20)의 형상과 발열판(22)의 표면적은 필요열량과 발열온도에 따라 유도코일(30)의 표면적에 맞추어 크기를 확대하고 조절할 수 있다. 또한, 필요한 열량에 따라 상기한 방법에 의하여 복수 개의 유도코일과 줄열발생루버를 상하 또는 수평으로 병렬 설치함으로써 발열량과 열교환량을 키울 수 있다.

유도코일(30)과 줄열발생루버(12)의 형상과 표면적의 크기는 유도코일의 디자인과 상관없이 상기한 실시예로 제한되는 것이 아니라 필요한 발열량과 용도에 따라 변경할 수 있으며, 유도가열에 의해서 줄열발생루버의 발열판과 같은 발열 방식으로 줄열을 발생시켜 온풍을 생산하는 구조이면 본 발명의 줄열발열루버의 범위에 포함된다. 또한, 본발명의 줄열발생루버와 유사한 형상으로 햇빛 차단용 금속제루버와 물체의 열을 공기 중에 방사하는 용도의 공냉식의 방열판, 핀형 등으로 재료와 형상에 따라 여러 가지가 개발되어 있으나 유도가열에 의하여 줄열발열을 위한 기능과 용도로 사용되는 것은 본 발명의 범위에 포함된다.

줄열발생루버의 4각프레임(21)의 외측면에 전자파차단필름(23)을 부착하고, 그 위에 단열용 절연필름(24)을 첨부한다. 전자파차단필름과 단열용 절연필름은 송풍팬(40)으로부터 냉풍이 불어오는 방향(43)과 필름의 부착면이 서로 나란하므로 통풍과 열교환에 지장을 주지 않는다. 단열용 절연필름은 자기력은 통과시키고 열을 절연하는 효과가 있으며, 전자파차단필름은 고주파가 차단되어 실내로 방출되는 것을 방지한다. 단열용 절연필름은 줄열이 발생하여 유도코일과 직접 접촉하지 않도록 하고, 발생한 줄열이 유도코일로 전달되는 것을 방지하는 효과도 있다.

상부발열판(27)은 먼저 유도코일(30)의 위치를 확정하고, 줄열발생루버와의 이격거리(예 2cm)를 확정함으로써 상부발열판의 크기를 정할 수 있다. 이에 따라, 유도코일(30)과 양측의 줄열발생루버의 사각프레임(21)의 상부를 덮을 수 있는 크기로 스텐강판으로 절단하고 제작하여 4각프레임의 상부에 상부 발열판을 고정한다. 예를 들면 유도코일의 두께 1cm, 이격거리 양측 2cm, 4각프레임 폭 각각 2,6cm로 하면 상부발열판의 크기는 가로 10.2cm*세로 30cm가 된다. 상부발열판은 상부로 누설되는 자속을 방지하여 줄열이 발생하는 발열판이 되어 열효율을 키우고, 두 개의 줄열발생루버의 간격이 유지될 수 있도록 고정체의 역할을 한다.

송풍 팬(40)을 줄열발생루버의 단부에서 6cm를 이격하여 내함의 수직면에 고정한다. 송풍팬을 고정하면 장치실(72)과 발열실(71)이 구분된다. 송풍팬은 실내공기를 강제흡인하고, 발열판에 강제송풍하여 열교환시켜 온풍을 다량 생산하고, 온풍배출루버(12)를 통하여 풍속 2m/sec 내지 6m/sec으로 실내로 강제배풍 하게 되는 데 제어시스템에 의하여 풍속과 온풍의 온도를 조절하게 된다.

온도센서(44)는 발열실(71)의 내벽의 적절한 위치에 부착한다. 온도센서에서 측정된 온풍의 온도를 제어시스템과 고주파 유도가열장치의 출력으로 조절하여 필요한 발열온도와 열교환량 및 온풍의 온도(30도 내지 90도)를 조절하고 공급하게 된다.

소음은 송풍팬(40)이 작동 시에 회전소음이 발생하나 약하고, 허용치 미만이다.

제어시스템(50)은 상기 유도가열장치의 유도코일, 고주파 발생과 조절, 출력 및 디스플레이, 발열온도 설정, 온풍의 온도, 과열 방지, 송풍팬, 전도 시 단전 기능 등 각종 기능을 제어하기 위한 것이다. 따라서, 자기력의 발생량과 공기의 열교환온도는 제어시스템으로 간단하고 신속하게 조절할 수 있다. 고주파 유도가열장치와 유도코일 및 제어시스템은 전문업체에 필요조건에 맞추어 주문하여 제작할 수 있고, 본 발명과 영역이 다르므로 기재하지 않는다.

냉풍인입루버(41) 1개는 장치실 쪽의 외함(10)의 하부 개구부에 설치되며, 외함에는 온풍배출루버(12) 3개가 전면과 측면의 각 개구부에 설치되며 온풍기 자체의 외관이 된다.

실내공기는 냉풍인입루버(41)를 통하여 장치실(72)로 인입되고, 송풍팬(40)을 통하여 발열실(71)로 송풍되며, 발열판(22)과 접촉한 공기는 온풍이 되어 온풍배출루버(12)를 통하여 실내로 배출된다.

필요한 부품이 구비되면 온풍기를 조립하고 제작하게 된다. 모든 부품은 내함(11)의 내부에 설치되고, 외함에는 온풍배출루버(12)와 냉풍인입루버(41)가 설치된다.

유도코일(30)은 내함(11)의 발열실(71)에 장착되는 데 설치방법에 대해서 설명하면, 유도코일은 내함의 바닥판에서 발열실의 중심선상에 송풍팬으로부터 21cm의 위치에 입식으로 유도코일의 중심을 일치시키고 고정하는 부품(고정쇠)으로 고정한다. 고정쇠는 금속제도 가능하나 절연이 필요하고, 난연플라스틱 사출품에 의한 고정쇠도 가능하다.

줄열발생루버의 설치 방법은 줄열발생루버의 중심과 유도코일의 중심이 서로 일치하도록 하며, 줄열발생루버 2개를 필요온도에 맞추어 이격거리(예 : 2cm)를 확정한 후에 단열용 절연필름(24)이 부착된 면과 발열판(22)의 상부가 유도코일(30)을 면하도록 하여 내함의 바닥판에 유도코일의 양면 좌우에 세우고 고정한다. 줄열발생루버의 상부에 상부발열판(27)을 올리고 4각프레임(21)의 상부에 고정한다. 또는, 천정에 고정쇠로 매달 수도 있다. 유도코일(30)과 줄열발생루버(20)의 이격거리는 승온온도와 발열량을 조절하는 중요한 요소이다.

이렇게 설치하면 유도코일이 발생하는 자기장과 자속은 발열판(22)과 상부발열판(27)에 접촉되어 자기장과 자속이 거의 낭비 없이 충분히 줄열을 발생시키게 된다. 이 때 자기장과 자속은 유도코일로부터 줄열발생루버(20)의 발열판을 향(31)하게 되고. 근접효과와 표피효과 등으로 발열판에서 줄열이 발생하게 된다. 자기장과 자속의 이용효율을 극대화할 수 있게 되며, 제어시스템(50)으로 조절하게 된다. 줄열발생루버(20)가 유도코일과 근접할수록 발열온도가 높으므로 이격거리로 발열량을 조절할 수 있다.

상부발열판은 열교환된 공기의 통풍에 지장을 주지 않고, 줄열발생루버의 간격을 유지하는 역할을 겸하며, 유도코일의 단부에서 직진으로 진행하는 자속을 줄열로 전환하며, 내함이 가열되는 것을 줄이는 효과도 있다.

유도코일의 양면 좌우에 각각 1개씩 2개의 줄열발생루버를 장착하고 상부에 상부발열판(27)을 설치하는 이유는 자기장과 자속은 S극을 향하여 전방위적으로 발산하는데 좌우에 줄열발생루버를 [도 1]과 같이 각각 설치함으로써 전방위적으로 발산하는 자속을 이분하여 양면에서 거의 전량을 동시에 유도할 수 있으며 상부발열판은 유도코일의 단부에서 직진하는 자속의 낭비를 줄열로 변환하여 열효율을 키우는 효과가 있다. 양면에 줄열발생루버를 설치하는 것은 자기장과 자속의 이용효율을 한 면만 사용하는 방법에 비해 2배로 이용효율을 키우는 효과가 있다. 필요에 따라 유도코일의 한쪽 면만 이용하기 위하여 줄열발생루버(20)를 하나만 사용할 수도 있다.

따라서, 충분한 발열량과 열교환량을 확보함과 동시에 전력의 소비량도 1/2 배로 줄일 수 있어서 적은 전력으로 줄열발열루버에서 줄열을 획득할 수 있게 된다.

전기에너지는 킬로와트당 865kcal/h이고, 1m³의 공기를 1℃ 올리는 데 0.31kcal/m³가 필요한 것으로 연구되어 있다.

예를 들면, 실내의 면적이 7.5평(가로 5m*세로 5m*높이 2,4m)이고 체적은 100m³인 실내를 난방하는 데 모든 조건과 효율을 무시한 체 필요한 전력을 단순계산을 해 보면 10℃를 25℃로 올리는데 필요한 열량은 465kcal이 필요하다. 즉, 이 실내를 난방하는 데 538W의 전력이면 난방할 수 있다는 결과가 나온다. 본 발명에 의한 온풍기는 열효율과 열낭비 및 실내 여건 등을 고려하면 1kW 내지 1.5kW 정도의 난방기면 난방이 가능하다는 것으로 유추할 수 있다. 본 발명과 전기저항열을 이용한 전기히터와 단순 비교해 보면 1kW 출력의 전기히터의 난방력은 2.5평 내지 3평이 적정하다고 할 때 상기한 실내를 난방하면 2.5kW 내지 3kW의 히터가 필요하므로 본 발명에 의한 난방기는 전기히터의 1/2 이하의 전력으로 난방이 가능하다는 것을 알 수 있다.

또한, 일반적으로 자기장의 한면만 사용하는 인덕션 레인지는 전기저항열을 이용하는 전열기에 비해 전기료가 27%가 절약되고, 전기저항열에 의한 난방은 300W로 1평 정도에 적합한 것으로 알려져 있는데 본 발명에 의한 온풍기는 단순계산으로 150W/평 미만으로 1평 정도의 난방이 가능해지고, 전기저항열에 의한 난방기와 비교하여 54%의 전력소비량을 줄일 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

내함 상부의 적절한 위치에 온도센서(44)를 부착한다.

줄열발생루버(20)의 측면을 가로질러 6cm를 이격하여 송풍팬(40)을 내함(11)의 몸체의 양측 벽면에 고정한다. 고내열 플라스틱제 송풍팬을 설치하는 것이 좋고, 금속제 송풍팬은 유도코일과 멀리 떨어져 자기장이 미치지 않는 위치에 설치해야 한다. 송풍팬을 설치하면 자연스럽게 40cm의 발열실(71)과 10cm의 장치실(72)이 구분된다.

여기까지의 작업으로 내함의 부품 조립이 완료되고, 내함의 바닥판과 몸체를 결합하면 내함의 조립이 완성된다.

발열실(71) 쪽의 외함(10)의 전면과 좌우측의 개구부에 온풍배출루버(12)를 각각 1개씩을 장착하고, 장치실(72) 쪽의 외함(10)의 개구부에 냉풍인입루버(41)를 부착한다. 이로써 온풍기로서의 공기 인입과 온풍 배출 기능이 완성된다.

냉풍인입루버(41)의 외부면에 먼지정화필터를 부착한다. 공기 중에 떠도는 먼지를 수집하여 실내공기를 정화하게 된다. 먼지정화필터는 사용 중에 수시로 청소기로 수집된 먼지를 흡입하여 제거한다.

외함의 바닥판에 이동용 바퀴를 장착한다.

여기까지의 작업으로 외함의 부품 조립이 완성된다.

내함(11)에 각종 부품의 장착이 완료되면 내함과 내함의 바닥판과 결합하고 고정한다. 내함을 외함(10)과 결합한다. 내함을 외함의 바닥판 위에 올리고 서로 중심을 맞추고 서로 움직이지 않도록 고정하고 외함을 내함의 외부에 올려 씌운다. 올려 씌우면 두 함 사이에 25mm 간격이 이격되어 공기층(15)이 형성된다. 25mm의 간격은 공기층으로 외함이 일정온도 이상으로 가열되는 것을 방지하고, 공기층의 내부 공기는 온도차와 부피 팽창에 의해서 외함(10)의 복수 개의 구멍들을 통하여 외부로 배출되어 외함의 온도를 식히게 된다.

이렇게 외함과 내함으로 구성하여 이중구조로 만드는 이유는 외함과 내함 사이에 공기층(15)을 형성하여 발열실(71) 내부의 열기가 외함(10)에 직접 전달되는 것을 약화시키고 차단하기 위함이다. 또한, 줄열발열판의 승온온도를 필요한 온도로 충분히 높힐 수 있고, 외함의 온도가 일정온도 이상으로 뜨거워지는 것을 방지할 수 있다. 외함에 열전달되는 정도와 필요에 따라 공기층의 두께를 확대할 수 있고, 내부에 단열재를 충진할 수 있으며, 내함을 단열재로 대체할 수도 있다.

상기의 방법과 과정에 의하여 유도가열에 의한 온풍기 본체(70)가 완성된다.

이렇게 완성된 유도가열에 의한 온풍기에 전력을 인가하면 발열과 열교환의 과정이 유지되어 실내를 대류 효과에 의해서 지속적으로 난방하게 된다.

본 발명의 온풍기의 응용기술은 열적성능과 형상 및 용도에 따라 양방향형. 3방향, 일방형. 로터리식, 천정현수형, 벽부형, 상치형, 사각형. 원형, 송풍형, 온풍기식, 자연방열형, 히터(무Fan), 온풍기(fan 부착) 등 다양한 제품을 제작할 수 있다. 또한, 온풍기를 수평으로 높혀서 사용할 수도 있다. 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.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 상기와 같은 제작과정을 통한 온풍기 본체(70)로 해결하고 있으며 아래와 같은 현저한 차이점을 실현하고 있다. 즉, 본 발명은 줄열을 공기와 열교환 하는 구조체, 페라이트계 스텐강판의 발열판(22)에 의한 넓은 발열면적과 공기와의 접촉면적을 키워 줄열발열량과 온풍생산능력의 극대화하고 열교환 기능을 겸한 빗살형 줄열발생 구조체(12)의 형상, 유도코일(30)이 발생하는 자기장과 자속의 이용율을 2배로 키운 방법과 효과, 전력의 소비량을 2배로 줄이는 효과, 유도코일의 줄열발생능력의 저온승온화 기술, 외함(10)과 내함(11)의 이중구조에 의한 발열실의 내부열이 외함에 직접 전달되지 않도록 약화시킨 구조, 근접효과를 이용한 자기장과 자속의 열적성능과 발열능력의 조절 방법, 열효율의 극대화, 30℃ 내지 500℃의 유도열의 발열 성능과 범위, 30℃ 내지 90℃의 공기의 가열온도, 열교환량에 따른 줄열의 조절 방법과 최적화 기술, 실내먼지 제거 필터의 채용에 의한 실내공기 정화, 실내공간의 체적에 따른 최적화된 온풍공급량의 조절 방법, 단순한 구조에 의한 온풍기, 산업기술로써의 온풍기의 활용성과 응용성 등 많은 차이점을 실현한 유도가열에 의한 온풍기를 개시하고 있다.

본 발명에 의한 온풍생산장치를 응용하여 가정용' 사무실용' 산업용' 농어업용' 레저용 온풍기, 열풍기, 전기차용 온풍기, 건조기 등에 온풍 획득기술로 다양하게 활용할 수 있다.

70 : 온풍기 본체
71 : 발열실 72 : 장치실
10 : 외함 11 : 내함
12 : 온풍배출루버 13 : 온풍배출풍향
15 : 공기층
20 : 줄열발생루버
21 : 줄열발열루버의 4각 프레임 22 : 발열판(페라이트계 스텐강판)
23 : 전자파차단필름 24 : 단열용 절연필름
25 : 발열면(줄열이 발생하는 면)
26 : 자력선 낭비 각도(유도코일의 단부와 줄열발열루버의 단부 사잇각. [도 1]의 점선의 사잇각)
27 : 줄열발생루버의 상부에 설치되는 상부발열판
30 : 유도코일 31 : 자력선 진행 방향
40 : 송풍팬
41 : 냉풍인입루버 42 : 먼지정화필터
43 : 냉풍송풍방향
44 : 온도센서
50 : 제어시스템 51 : 유도가열장치
60 : 바퀴

Claims (1)

1. 유도가열에 의한 온풍기 본체는 유도코일(30)에 의하여 줄열발생루버(20)의 발열판(22)이 유도가열 되어 줄열이 발생하고 공기와 열교환하는 온풍생산장치로써
   상기 유도코일이 발생하는 자기장과 교번자속에 의하여 일측 내면에 발열면(25)을 가지는 복수개의 발열판(22)과 4각프레임(21)으로 구성되고, 30℃ 내지 500℃의 줄열을 발생시키기 위한 줄열발생루버(20);
   상기 줄열발생루버에서 0.3mm 내지 1mm의 페라이트계 스텐강판으로 제작되고, 줄열이 발생하며 자속의 누출을 방지하기 위한 길이 방향의 단면부가 'ㄱ'형으로 절곡되고, 4각프레임의 내부면에 15mm 간격으로 수평의 빗살 형상으로 설치되는 복수 개의 발열판(22);
   상기 줄열발생루버의 한쪽 외부면에 전자파차단필름(23)과 단열용 절연필름(24)이 설치되는 4각프레임;
   상기 본체에서 입식으로 마주 보고 설치되는 2개의 줄열발생루버(20) 사이의 중앙에 3mm 내지 50mm 거리를 이격하여 설치되고 유도가열장치(60)에 의하여 자기장과 교번자속을 발생시키기 위한 유도코일(30);
   상기 2개의 줄열발생루버의 4각프레임(21)의 상부에 설치되어 이격거리를 유지하고 고정하며 줄열을 유도하기 위한 상부발열판(27):
   상기 줄열발생루버의 측면에 6cm 이격하여 가로질러 설치되고, 2m/sec 내지 6m/sec의 풍속을 가지며, 냉풍을 흡인하고 열교환된 온풍을 외부로 송풍하기 위한 송풍팬(40);
   상기 본체의 발열실(71) 방향의 외함(10)의 수직면에 설치되고 온풍을 배출하기 위한 온풍배출루버(12);
   상기 본체의 장치실(72) 방향의 외함에 설치되고 냉풍을 흡인하기 위한 냉풍인입루버(41);
   상기 냉풍인입루버의 외부면에 설치되고 실내공기의 먼지를 정화하기 위한 먼지정화필터(42);
   상기 본체의 장치실의 내측에 설치되고, 유도코일에 자기장과 교번자속을 발생시키기 위한 20kHz 내지 100kHz의 고주파를 생성하는 유도가열장치(60);
   상기 본체의 발열실의 내부면에 설치되어 열교환된 온풍의 온도를 측정하기 위한 온도센서(44);
   상기 본체에서 1cm 내지 5cm의 이격거리에 의하여 공기층을 형성하기 위한 내함(11)과 외함(10);
   상기 본체의 유도코일에 자기장과 기자력에 의한 발열 정도를 제어하고, 30℃ 내지 90℃의 온풍의 온도를 조절하며 각종 기능을 수행하기 위한 제어시스템(50);을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열에 의한 온풍기.

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