KR200352635Y1 - 고주파 유도가열을 이용한 보일러 장치 - Google Patents

고주파 유도가열을 이용한 보일러 장치 Download PDF

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KR200352635Y1 KR20-2004-0006919U KR20040006919U KR200352635Y1 KR 200352635 Y1 KR200352635 Y1 KR 200352635Y1 KR 20040006919 U KR20040006919 U KR 20040006919U KR 200352635 Y1 KR200352635 Y1 KR 200352635Y1
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Abstract

본 고안은 고주파 유도가열방식을 적용한 보일러를 구현하되, 상기 유도가열장치와 새로운 형태의 신소재 가열부재를 같이 배치하여 상기 유도가열장치를 통한 유도가열과 상기 가열부재의 발열이 합치되면서 매우 고효율의 난방작용을 수행하도록 한 고주파 유도가열을 이용한 보일러장치에 관한 것으로, 난방수가 채워지는 사각형상의 본체 내부에는 제1가열실과 제2가열실을 구분하는 격판이 설치되되, 상기 격판의 상부는 일정부분 개구되도록 형성하고; 상기 제1가열실의 저면에는 난방수환수관을 형성하고, 상기 제2가열실의 측면에는 난방수입수관을 형성하며; 상기 제1 및 제2가열실에는 내부에 유도코일이 형성된 원통형의 절연관 및 상기 절연관의 외부에 일정간격을 두고 설치되는 원통형의 가열관으로 구성된 유도가열장치와, 상기 유도가열장치의 외부를 감싸도록 설치되는 원통형상의 가열부재가 각각 한 쌍으로 구성되고; 본체의 제1가열실로 유입되는 온수관은 상기 유도가열장치의 가열관과 가열부재 사이의 공간에 스프링 형상으로 감싸도록 설치되고, 격벽에 형성된 개구를 통해 제2가열실의 유도가열장치의 가열관과 가열부재 사이의 공간에 스프링 형상으로 감싸도록 설치된 후, 제2가열실의 일측을 통해 유출되도록 구성된다.

Description

고주파 유도가열을 이용한 보일러 장치{A BOILER USING HIGH FREQUENCY INDUCTION HEATING}
본 고안은 보일러 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고주파 유도가열방식을 적용한 보일러를 구현하되, 상기 유도가열장치와 새로운 형태의 가열부재를 같이 배치하여 상기 유도가열장치를 통한 유도가열과 상기 가열부재의 발열이 합치되면서 매우 고효율의 난방작용을 수행하도록 한 고주파 유도가열을 이용한 보일러 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 경유나 가스 난방 보일러는 소음, 냄새, 유해가스 및 폭발위험이 있고, 전열기를 이용하는 전기 난방 보일러는 소비전원이 매우 커지게 되어 비용의 부담이 있다.
이러한 문제점을 보완하고자 유도전류를 이용한 고주파 발열(High Frequency Heating) 방식의 보일러가 개시된 바 있다.
그러나 상기 유도가열을 이용한 고주파 발열 난방 보일러는 소비전원이 적게드는 장점은 있으나, 난방수의 온도를 최적의 온도로 상승시키기 위한 시간과 온도에는 어떤 한계를 가지게 되었고 이는 보일러의 효율을 저하시키게 되는 문제점이 있다.
본 고안은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 고안의 목적은 고주파 유도가열방식을 적용한 보일러를 구현하되, 상기 유도가열장치와 새로운 형태의 가열부재를 같이 배치하여 상기 유도가열장치를 통한 유도가열과 상기 가열부재의 발열이 합치되면서 매우 고효율의 난방작용을 수행하도록 한 고주파 유도가열을 이용한 보일러 장치를 제공하는 것에 있다.
또한, 본 고안은 소음, 냄새, 유해가스 및 폭발위험이 없으며, 연료비의 절약에 따른 경제성과 친환경적인 요소를 구비한 고주파 유도가열을 이용한 보일러 장치를 제공하는 것에 있다.
도 1은 본 고안에 따른 고주파 유도가열을 이용한 보일러 장치의 기구적인 구성도,
도 2는 본 고안에 따른 고주파 유도가열을 이용한 보일러 장치의 회로 블록도,
도 3은 본 고안에 따른 고주파 유도가열을 이용한 보일러 장치의 제어 흐름도,
도 4는 본 고안의 다른 실시예에 따른 고주파 유도가열을 이용한 보일러 장치이 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 보일러 11: 본체
12: 격벽 13: 제1가열실
14: 제2가열실 15: 난방수입수관
16: 난방수환수관 17: 난방배관
20,40: 유도가열장치 21,41: 절연관
22,42: 유도코일 23,43: 가열관
30,50: 가열부재 60: 온수관
70: 유수감지기 80: 고주파발진구동부
90: 가열부재구동부 100: 설정부
110: 온도감지부 120: 순환펌프구동부
130: 제어부 101: 운전시작 및 종료 설정스위치
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 난방수가 채워지는 사각형상의 본체 내부에는 제1가열실과 제2가열실을 구분하는 격판이 설치되되, 상기 격판의 상부는 일정부분 개구되도록 형성하고; 상기 제1가열실의 저면에는 난방수환수관을 형성하고, 상기 제2가열실의 측면에는 난방수입수관을 형성하며; 상기 제1 및 제2가열실에는 내부에 유도코일이 형성된 원통형의 절연관 및 상기 절연관의 외부에일정간격을 두고 설치되는 원통형의 가열관으로 구성된 유도가열장치와, 상기 유도가열장치의 외부를 감싸도록 설치되는 것으로, 전도성 재질로 인가된 전압에 비례하여 발열하는 원통형상의 가열부재가 각각 한 쌍으로 구성되고; 상기 본체의 제1가열실로 유입되는 온수관은 상기 유도가열장치의 가열관과 가열부재 사이의 공간에 스프링 형상으로 감싸도록 설치되고, 격벽 상부에 형성된 개구를 통해 제2가열실의 유도가열장치의 가열관과 가열부재 사이의 공간에 스프링 형상으로 감싸도록 설치된 후, 제2가열실의 일측을 통해 유출되도록 구성한 특징을 가진다.
본 고안에 따른 상기 온수관에는 온수의 흐름을 감지하는 유수감지기가 더 설치된 특징을 가진다.
본 고안에 따른 상기 보일러장치는 온수의 흐름을 감지하여 소정의 신호를 발생하는 유수감지기와, 유도가열장치로 고주파발진 신호를 인가하는 고주파발진 구동부와, 가열부재에 전원을 인가하는 가열부재구동부와, 복수개의 스위치로 구성되어 난방온도를 설정하는 설정부와, 실내의 온도를 감지하여 소정의 온도신호를 발생하는 온도감지부와, 순환펌프를 구동시켜 난방수의 흐름을 제어하는 순환펌프구동부와, 상기 설정부를 통해 입력되는 설정온도와 온도감지부를 통해 입력된 현재의 온도를 비교 판단하거나, 상기 유수감지기로부터의 입력신호를 통해 온수의 사용 유무를 판단하여 보일러의 구동 유무를 제어하되, 보일러 구동시 상기 고주파발진구동부, 가열부재구동부 및 순환펌프구동부로 출력을 수행하는 제어부로 구성된 특징을 가진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 고안에 따른 고주파 유도가열을 이용한 보일러 장치의 기구적인 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 고안 보일러(10)는 난방수가 채워지는 사각형상의 본체(11)가 구성되고, 상기 본체(11)의 내부 중앙에는 제1가열실(13)과 제2가열실(14)로 구분하는 격판(12)이 설치되며, 상기 격판(12)의 상부는 일정부분 개구되어 제1가열실(13)과 제2가열실(14)로 난방수가 흐름이 있도록 구성한다.
상기 제1가열실(13)의 저면에는 난방수환수관(16)을 형성하고, 상기 제2가열실(14)의 측면에는 난방수입수관(15)을 형성하여, 난방수가 난방수입수관(15)을 통해 난방배관(17)으로 흐르고, 상기 난방배관(17)을 경유한 난방수가 순환펌프(18)를 통해 난방수환수관(16)으로 유입 순환하는 구조로 형성된다.
또한, 상기 제1 및 제2가열실(13)(14)에는 난방수를 온도를 상승시키기 위한 발열장치인 유도가열장치(20)(40)와 가열부재(30)(50)가 각각 한 쌍으로 형성된다.
상기 유도가열장치(20)(40)는 내부에 유도코일(22)(42)이 형성된 원통형의 절연관(21)(41)과, 상기 절연관(21)(41)의 외부에 일정간격을 두고 설치되는 원통형의 가열관(23)(43)으로 구성된다.
이와 같이 구성되는 유도가열장치(20)(40)의 발열원리를 살펴보면, 상기 유도코일(22)(42)에 소정의 주파수(20~25KHz)를 가진 전압이 인가되면 이 코일에 유도 기전력이 발생되고, 이 기전력은 절연관(21)(41)과 일정간격을 두고 설치된 가열관(22)(42)을 2차 여기시킴으로서 상기 가열관(22)(42) 주위의 온도는 급격하게상승하게 된다.
또한, 상기 가열부재(30)(50)는 상기 유도가열장치(20)(40)의 외부를 각각 감싸도록 설치되는 것으로, 원통형상이고 전도성 재질로 구성되며, 인가된 전압에 비례하여 스스로 발열하는 일종의 히터와 같은 기능을 수행하는 발열부재이다.
또한, 상기 보일러(10)에는 온수관(40)이 더 설치된다.
상기 온수관(40)의 설치구조를 보면, 본체(11)의 제1가열실(13)로 유입되는 온수관(60)은 상기 유도가열장치(20)의 가열관(23)과 가열부재(30) 사이의 공간에 스프링 형상으로 감싸도록 설치된 후, 격벽(12) 상부에 형성된 개구를 통해 제2가열실(14)로 이어지도록 구성된다.
상기 제2가열실(14)로 인입된 온수관(60)은 상기와 동일한 구조로, 유도가열장치(40)의 가열관(43)과 가열부재(50) 사이의 공간에 스프링 형상으로 감싸도록 설치된 후, 제2가열실(14)의 일측을 통해 온수 수도꼭지로 연결되도록 구성되며, 상기 온수관(60)에는 온수의 흐름을 감지하는 유수감지기(70)가 더 설치된다.
여기서, 상기 온수관(60)의 설치 구조를 스프링 구조로 형성하는 것은 관의 표면적을 크게 함으로써 수온이 보다 효율적으로 상승되도록 하기 위함이다.
이와 같이 구성되는 본 고안 보일러(10)의 작동원리를 난방시와 온수사용시 로 나누어 설명한다.
우선, 난방시에는 난방수의 온도를 상승시키기 위하여 유도가열장치(20)(40)와 가열부재(30)(50)에 전원이 인가된다.
따라서 유도가열장치(20)(40)의 유도가열에 의해, 가열관(23)(43)의 표면 온도가 급격히 상승함과 동시에 가열부재(30)(50)의 발열로 상기 유도가열장치(20)(40)와 가열부재(30)(50) 사이의 공간에 있는 난방수의 온도는 급격히 상승하게 된다. 이렇게 급격히 상승된 난방수는 제1 및 제2가열실(13)(14) 전체의 난방수의 온도를 상승시키게 되고, 상기 제2가열실(14)의 난방수가 난방수입수관(15)을 통해 난방배관(17)으로 흘러 난방작용을 수행하고 다시 난방수환수관(16)을 통해 제1가열실(13)로 입수되는 과정을 반복하게 된다.
한편, 온수의 사용시를 살펴본다, 사용자가 온수를 사용하기 위하여 수도꼭지를 열면 유수감지기(70)가 이를 감지하여 온수 사용에 따른 보일러 구동을 개시한다. 따라서 온수관(60)으로 유입되는 온수는 제1가열실(13)에 위치한 온수관을 흐르면서 1차적으로 수온이 상승된다. 그리고 제2가열실(14)에 위치한 온수관으로 흐르면서, 더욱 수온이 상승하게 된다.
결과적으로 온수는 2번의 가열과정을 통해 매우 신속하게 수온이 상승되는 효과를 가지게 된다. 이와 같이 수온이 상승된 온수는 유수감지기(50)를 통해 수도꼭지로 배출된다.
본 고안에 따르자면, 상기 본체(11)의 내부 중앙에 형성된 격판(12)은 매우 중요한 구성요소로, 보일러의 난방작용시 난방수환수관(16)을 통해 제1가열실(13)로 인입되는 환수(수온이 낮음)가 난방수유입관(15)으로 바로 빠져나가는 현상을배제하기 위한 수단이다. 따라서 상기 격판(12)의 구성으로 난방수환수관(16)을 통해 인입된 난방수는 제1가열실(13)에서 1차로 수온이 상승된 후 격판(12)의 상부 개구부를 통해 수온이 상승된 난방수가 제2가열실(14)로 인입되고, 이 난방수는 제2가열실(14)에서 다시 한번 난방작용에 의한 수온상승으로 난방수입수관(15)으로 배출되는 난방수는 고온을 유지하게 되는 것이다.
도 2는 본 고안에 따른 고주파 유도가열을 이용한 보일러 장치의 회로 블록도이다.
도시된 바와 같이, 온수의 흐름을 감지하여 소정의 신호를 발생하는 유수감지기(70)와, 유도가열장치(20)(40)로 고주파발진 신호를 인가하는 고주파발진 구동부(80)와, 가열부재(30)(50)에 전원을 인가하는 가열부재구동부(90)와, 복수개의 스위치로 구성되어 난방온도를 설정하거나 보일러의 기타 운전 상태를 설정하는 설정부(100)와, 실내의 온도를 감지하여 소정의 온도신호를 발생하는 온도감지부(110)와, 순환펌프(18)를 구동시켜 난방수의 흐름을 제어하는 순환펌프구동부(120)와, 상기 설정부(100)를 통해 입력되는 설정온도와 온도감지부(110)를 통해 입력된 현재의 온도를 비교 판단하거나, 상기 유수감지기(70)로부터의 입력신호를 통해 온수의 사용 유무를 판단하여 보일러의 구동 유무를 제어하되, 보일러 구동시 상기 고주파발진구동부(80), 가열부재구동부(90) 및 순환펌프구동부(120)로 출력을 수행하는 제어부(130)로 구성된다.
또한, 상기 설정부(100)에는 보일러의 운전 시작시간과 정지시간을 예약 설정할 수 있는 운전 시작 및 종료 설정스위치(101)가 더 구비된다. 따라서 사용자는 상기 운전 시작 및 종료 설정스위치(101)를 조작하여 보일러 운전시작 시간과 운전종료 시간을 세트하면 보일러는 상기 설정된 시간동안에만 보일러의 구동 운전을 수행한다.
이와 같이 구성된 본 고안 보일러(10)의 회로 동작을 도 3의 제어 흐름도를 참조하여 설명한다.
먼저, 제어부(130)는 온도감지부(110)를 통해 입력되는 신호를 검출하여 현재의 실내온도를 인식한다(S10단계).
그리고 상기 제어부(130)는 설정부(100)를 통해 이미 설정된 온도와 상기 현재의 실내온도를 비교 판단한다(S11 단계). 여기서 상기 현재의 온도가 설정온도 이상이면 제어부(130)는 고주파발진구동부(80), 가열부재구동부(90) 및 펌프구동부(120)로의 출력을 중지하여 유도가열장치(20)(40), 가열부재(30)(50) 및 순환펌프(18)의 구동을 중지시킨다(S12 단계).
상기 판단단계(S11)에서 상기 현재의 온도가 설정온도 미만이면 제어부(130)는 고주파발진구동부(80), 가열부재구동부(90) 및 펌프구동부(120)로 구동출력을 수행한다(S13 단계).
따라서 상기 고주파발진구동부(80)는 유도가열장치(20)(40)를 구동시키고, 가열부재구동부(90)는 가열부재(30)(50)를 구동시키며, 순환펌프구동부(120)는 순환펌프(18)를 구동시킨다. 이에 따라 보일러의 난방수는 가열되기 시작하는 것이다.
그리고 제어부(130)는 유수감지기(70)를 통해 입력되는 값을 검출하여 현재 온수가 사용되고 있는가를 판단한다(S14 단계).
상기 판단단계(S14)에서 온수의 사용이 검지되면 상기 단계(S13)로 리턴하여 는 고주파발진구동부(80), 가열부재구동부(90) 및 펌프구동부(110)로 구동출력을 수행함으로써 보일러를 기동시키는 것이다.
그러나 온수를 사용하지 않는 경우에는 프로그램 리턴한다.
도 4는 본 고안의 다른 실시예에 따른 고주파 유도가열을 이용한 보일러 장치가 도시되어 있다.
본 고안 보일러 장치의 다른 실시예에 따르자면, 상기 보일러(10)를 소형화하고, 난방배관을 소형화하여 라디에이터(200)로 구성하고, 상기 라디에이터(200)의 온기가 외부로 토출될 수 있도록 송풍팬(300)을 구비하여 된 온풍기이다.
이러한 본 고안 온풍기에 따르자면, 전력소비가 적고 고 효율의 난방을 수행할 수 있는 장점을 가지게 된다.
이상에서와 같이 본 고안은 소음, 냄새, 유해가스 및 폭발위험이 전혀 없고, 고주파를 이용한 유도가열 원리와 신소재인 특수 발열체가 접목된 새로운 방식으로 열효율이 매우 높은 첨단 에너지 기술이다.
또한, 종래의 경유 및 가스 난방에 비하여 연료비 절약으로 뛰어난 경제성과친환경적인 요소를 포함하며, 안전성, 균등난방, 실용성 및 편리성을 구비한 유용한 고안이다.

Claims (5)

  1. 난방수가 채워지는 사각형상의 본체(11) 내부에는 제1가열실(13)과 제2가열실(14)을 구분하는 격판(12)이 설치되되, 상기 격판(12)의 상부는 일정부분 개구되도록 형성하고,
    상기 제1가열실(13)의 저면에는 난방수환수관(16)을 형성하고, 상기 제2가열실(14)의 측면에는 난방수입수관(15)을 형성하며,
    상기 제1 및 제2가열실(13)(14)에는 내부에 유도코일(22)(42)이 형성된 원통형의 절연관(21)(42) 및 상기 절연관(21)(41)의 외부에 일정간격을 두고 설치되는 원통형의 가열관(23)(43)으로 구성된 유도가열장치(20)(40)와, 상기 유도가열장치(20)(40)의 외부를 감싸도록 설치되는 것으로, 전도성 재질로 인가된 전압에 비례하여 발열하는 원통형상의 가열부재(30)(50)가 각각 한 쌍으로 구성되고,
    상기 본체(11)의 제1가열실(13)로 유입되는 온수관(60)은 상기 유도가열장치(20)의 가열관(23)과 가열부재(30) 사이의 공간에 스프링 형상으로 감싸도록 설치되고, 격벽(12) 상부에 형성된 개구를 통해 제2가열실(14)의 유도가열장치(40)의 가열관(43)과 가열부재(50) 사이의 공간에 스프링 형상으로 감싸도록 설치된 후, 제2가열실(14)의 일측을 통해 유출되도록 구성한 것을 특징으로 하는 고주파 유도가열을 이용한 보일러 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온수관(60)에는 온수의 흐름을 감지하는 유수감지기(70)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 고주파 유도가열을 이용한 보일러 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보일러장치는 온수의 흐름을 감지하여 소정의 신호를 발생하는 유수감지기(70)와, 유도가열장치(20)(40)로 고주파발진 신호를 인가하는 고주파발진 구동부(80)와, 가열부재(30)(50)에 전원을 인가하는 가열부재구동부(90)와, 복수개의 스위치로 구성되어 난방온도를 설정하는 설정부(100)와, 실내의 온도를 감지하여 소정의 온도신호를 발생하는 온도감지부(110)와, 순환펌프(18)를 구동시켜 난방수의 흐름을 제어하는 순환펌프구동부(120)와, 상기 설정부(100)를 통해 입력되는 설정온도와 온도감지부(110)를 통해 입력된 현재의 온도를 비교 판단하거나, 상기 유수감지기(70)로부터의 입력신호를 통해 온수의 사용 유무를 판단하여 보일러의 구동 유무를 제어하되, 보일러 구동시 상기 고주파발진구동부(80), 가열부재구동부(90) 및 순환펌프구동부(120)로 출력을 수행하는 제어부(130)로 구성된 것을 특징으로 하는 고주파 유도가열을 이용한 보일러 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 설정부(100)에는 보일러의 운전 시작시간과 정지시간을 예약 설정할 수 있는 운전 시작 및 종료 설정스위치(101)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 고주파 유도가열을 이용한 보일러 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보일러 장치는 난방배관을 소형화하여 라디에이터(200)로 구성하고, 상기 라디에이터(200)의 온기가 외부로 토출될 수 있도록 송풍팬(300)을 더 구비하여 온풍기로 구성되는 것을 특징으로 하는 고주파 유도가열을 이용한 보일러 장치.
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WO2023219472A1 (ko) * 2022-05-12 2023-11-16 주식회사 엘지화학 유체 가열 장치

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