KR20110022229A - 탄소발열체를 이용한 탄소발열축과 그 탄소발열축이 내설된 탄소보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소발열체를 이용한 탄소발열축과 그 탄소발열축이 내설된 탄소보일러에 관한 것으로서, 특히 밀폐된 내부에 열매유(기름)가 충진되는 보일러 본체를 구비하고, 이 본체의 하단에 탄소발열체가 권선된 복수개의 탄소발열축을 수평상으로 끼워 설치하며, 본체의 상부에는 물이 통과하는 열교환파이프가 본체 내부를 지그재그 형태로 통과하도록 배선되되,

상기 탄소발열축은 본체에 볼트로서 결합되는 캡의 일면에 손잡이가 형성되고, 캡의 타단에는 철 또는 비철금속 판재로 이루어진 원형관 형태이면서 다공홀이 타공되어 있는 보빈을 결합하며, 상기 보빈의 표면에는 세라믹 또는 수지재를 코팅하여 절연층을 형성하고, 절연층 위로 탄소발열체를 권선하여 탄소발열체에서 발생하는 열에 의해 열매유를 가열토록 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 탄소발열체가 권선된 탄소발열축을 보일러 내부에 설치하고, 그 탄소발열축에서 발생되는 열을 이용하여 보일러 내부의 열매유를 가열하여 열교환파이프 내부를 통과하는 물을 가열하기 때문에 별도의 펌프를 사용하지 않고 열매유의 자연 대류현상을 이용함에 따라 보일러의 구조를 단순화할 수 있고, 열매유가 탄소발열체에 직접 접촉한 상태로 가열되므로 열매유 가열시간을 현저히 단축시킬 수 있으며, 본 발명에 적용되는 탄소발열축을 보일러 뿐만 아니라 선박 디젤기관의 연료 가열용으로 활용할 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.

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Description

탄소발열체를 이용한 탄소발열축과 그 탄소발열축이 내설된 탄소보일러{Carbon boiler}

본 발명은 탄소발열체를 이용한 탄소발열축과 그 탄소발열축이 내설된 탄소보일러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄소발열축에서 발생되는 열을 이용하여 보일러 내부의 열매유를 가열하여 열교환파이프 내부를 통과하는 물을 가열하기 때문에 별도의 펌프를 사용하지 않고 열매유의 자연 대류현상을 이용함에 따라 보일러의 구조를 단순화할 수 있고, 열매유가 탄소발열체에 직접 접촉한 상태로 가열되므로 열매유 가열시간을 현저히 단축시킬 수 있으며, 본 발명에 적용되는 탄소발열축을 보일러 뿐만 아니라 선박 디젤기관의 연료 가열용으로 활용할 수 있도록 한 탄소발열체를 이용한 탄소발열축과 그 탄소발열축이 내설된 탄소보일러에 관한 것이다.

현재 사용되는 보일러는 대부분이 열원으로 가스 또는 기름을 연료로 사용하는 버너에서 생성되는 열을 이용하고 있다.

그러나, 종래의 보일러는 가스 또는 기름을 연료로 사용하는 버너의 열을 사 용하기 때문에 열효율이 떨어져 에너지 소비량이 많아지는 문제점이 있었고, 환경오염의 주범인 화석연료를 사용함에 따라 친환경정책에 부합하지 못하는 문제점이 발생하고 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 탄소발열축에 권선된 탄소발열체에서 발생되는 열을 이용하여 보일러 내부의 열매유를 가열하여 열교환파이프 내부를 통과하는 물을 가열하기 때문에 별도의 펌프를 사용하지 않고 열매유의 자연 대류현상을 이용함에 따라 보일러의 구조를 단순화할 수 있고, 열매유가 탄소발열체에 직접 접촉한 상태로 가열되므로 열매유 가열시간을 현저히 단축시킬 수 있으며, 본 발명에 적용되는 탄소발열축을 보일러 뿐만 아니라 선박 디젤기관의 연료 가열용으로 활용할 수 있도록 한 탄소발열체를 이용한 탄소발열축과 그 탄소발열축이 내설된 탄소보일러를 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은

밀폐된 내부에 열매유(기름)가 충진되는 보일러 본체를 구비하고, 이 본체의 하단에 탄소발열체가 권선된 복수개의 탄소발열축을 수평상으로 끼워 설치하며, 본체의 상부에는 물이 통과하는 열교환파이프가 본체 내부를 지그재그 형태로 통과하도록 배선되되,

상기 탄소발열축은

본체에 볼트로서 결합되는 캡의 일면에 손잡이가 형성되고, 캡의 타단에는 철 또는 비철금속 판재로 이루어진 원형관 형태이면서 다공홀이 타공되어 있는 보 빈을 결합하며, 상기 보빈의 표면에는 세라믹 또는 수지재를 코팅하여 절연층을 형성하고, 절연층 위로 탄소발열체를 권선하여 탄소발열체에서 발생하는 열에 의해 열매유를 가열토록 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 탄소발열체가 권선된 탄소발열축을 보일러 내부에 설치하고, 그 탄소발열축에서 발생되는 열을 이용하여 보일러 내부의 열매유를 가열하여 열교환파이프 내부를 통과하는 물을 가열하기 때문에 별도의 펌프를 사용하지 않고 열매유의 자연 대류현상을 이용함에 따라 보일러의 구조를 단순화할 수 있고, 열매유가 탄소발열체에 직접 접촉한 상태로 가열되므로 열매유 가열시간을 현저히 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 보일러 작동에 따른 오염원이 배출되지 않으며, 본 발명에 적용되는 탄소발열축을 보일러 뿐만 아니라 선박 디젤기관의 연료 가열용으로 활용할 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.

이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 10 을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명을 설명함에 있어서 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명의 탄소보일러는 도면에 도시된 바와같이 밀폐된 내부에 열매유( 기름)가 충진되는 보일러 본체(5)를 구비하고, 이 본체(5)의 하단에 탄소발열체(1)가 권선된 복수개의 탄소발열축(6)을 수평상으로 끼워 설치하며, 본체(5)의 상부에는 물이 통과하는 열교환파이프(51)가 본체(5) 내부를 지그재그 형태로 통과하도록 배선한다.

상기 본체(5)의 하단에는 탄소발열축(6)이 끼워질 수 있는 결합구멍을 형성하는 것이 바람직하며, 본체(5) 내부에 배선되는 열교환파이프(51)는 지그재그 형태로 통과하도록 구성하되, 그 지그재그 형태로 배선되는 열교환파이프(51)가 적어도 2개~3개층을 이루도록 하여 열교환파이프(51)와 열매유의 접촉면적이 많아지도록 한다.

그리고, 상기 열교환파이프(51)의 입수구(52)와 출수구(53)가 본체(5)의 외부로 노출되도록 하여 부하측과 열교환파이프(51)가 연결될 수 있도록 한다.

여기서, 상기 탄소발열축(6)에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 탄소발열축(6)은 본체(5)에 형성되어 있는 결합구멍(정확한 도시를 생략하였음)에 끼워져 볼트로서 결합되는 캡(61)을 구비하고, 이 캡(61)의 일면에 손잡이(62)가 형성되며, 캡(61)의 타단에는 철 또는 비철금속 판재로 이루어진 원형관 형태이면서 다공홀(65)이 타공되어 있는 보빈(63)을 결합한다.

상기 보빈(63)의 표면에는 세라믹 또는 수지재를 코팅하여 절연층(64)을 형성하고, 절연층(64) 위로 탄소발열체(1)를 권선하여 탄소발열체(1)에서 발생하는 열에 의해 열매유를 가열토록 구성한다.

상기 보빈(63)에 다수의 다공홀(65)을 형성하는 이유는 열매유가 다공홀(65) 을 통해 직접적으로 탄소발열체(1)에 접촉하면서 가열될 수 있도록 하기 위함이다.

상기 탄소발열체(1)는 공급되는 전원에 의해 발열하게되고, 탄소발열체(1)에 의해 열매유가 가열되면 가열된 열매유가 상승하는 대류현상에 의해 높은 온도의 열매유가 본체(5)의 내부 상단으로 움직여 열교환파이프(51)를 가열하게되며, 이에의해 열교환파이프(51) 내부를 통과하는 물이 상온으로 온도상승하여 부하측으로 공급되는 것이다.

그리고, 열교환파이프(51)와 열교환하면서 온도 하강한 열매유는 다시 본체(5) 내부 하단으로 이동하여 탄소발열체(1)에 의해 재가열된다.

한편, 상기 설명된 탄소발열축(6)은 그 자체로서 다양한 용도로 활용할 수 있다.

예를들어, 선박용 디젤기관의 연료를 예열하는 용도로 활용할 수 있는데, 상기 탄소발열축(6)을 선박용 디젤기관의 연료통에 내장시키게되면 겨울철에 연료를 예열하는 기능을 갖게되어 선박용 디젤기관의 성능을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 사용되는 탄소발열체(1)는 하기와 같이 구성된다.

◆ 제 1 실시예 ◆

본 발명의 탄소발열체(1)는 탄소사(11)를 이용하여 탄소선(12)을 이루는데, 도 4 (a)와 같이 탄소사(11)를 직선형태로 묶음하여 탄소선(12)을 이루도록 구현할 수 있고, 도 4 (b)와 같이 탄소사(11)를 땋거나 꼬아서 탄소선(12)을 이루도록 구현할 수 있다.

상기 탄소선(12)의 외측에는 내열성이 우수한 유리섬유를 권선하여 내피(13)를 이루도록 한다. 탄소선(12)의 외측에 유리섬유로 이루어진 내피(13)를 형성하는 것은 여러가닦의 탄소사(11)로 이루어진 탄소선(12)의 흐트러짐을 방지하기 위함이다.

즉, 탄소선(12)의 외측을 유리섬유로 권선하여 내피(13)를 이루도록 함에 따라 탄소선(12)을 유리섬유가 강하게 잡아주게되고, 이에의해 탄소발열체(1)가 꺽여지는 현상이 발생하더라도 유리섬유로 이루어진 내피(13) 내부에 위치하는 탄소선(12)이 부분적으로 휘어지는 현상을 방지할 수 있게되며, 이로인해 탄소발열체(1)의 국부적인 과도 발열현상이 발생하지 않게되어 탄소발열체(1)의 단선현상을 방지할 수 있게되는 것이다.

한편, 상기 내피(13)의 외측으로 유리섬유를 편조하여 제 1 섬유외피(14)를 이루도록 하여 탄소발열체(1)를 완성한다.

상기 제 1 섬유외피(14)는 도 5 에 도시된 바와같이 여러묶음의 유리섬유를 환형으로 편조하여 탄소선(12)을 감싸도록 한다.

이와같이 구성되는 제 1 실시예의 탄소발열체(1)는 고온발열에 효율적으로 사용될 수 있고, 특히 열매유(기름)를 가열하여 온수를 생성하는 본 발명의 보일러에 적용될 경우 열매유가 유리섬유로 이루어진 내피(13)와 제 1 섬유외피(14)에 젖어들면서 탄소선(12)에서 발생하는 열에 의해 가열되므로 열전달효율이 매우 높아지는 효과를 기대할 수 있다.

◆ 제 2 실시예 ◆

탄소발열체(1)의 제 2 실시예는 도 6 에 도시된 바와같이 제 1 실시예를 이루는 제 1 섬유외피(14)의 외측으로 수지외피(15)를 압출 또는 코팅처리하여 구성한다.

수지외피(15)는 내부의 내피(13)와 제 1 섬유외피(14)를 보호하면서 절연시키는 기능을 갖게된다.

이러한 제 2 실시예는 100도 이하의 저온발열용으로 유용하게 사용될 수 있다.

예를들면, 전열매트에 사용되거나 땅속에 직접 매설하여 사용하는 용도로 적합하다.

◆ 제 3 실시예 ◆

제 3 실시예는 도 7 에 도시된 바와같이 수지외피(15)의 외측에 유리섬유 또는 실드(동 또는 스텐망)를 편조하여 보강외피(16)를 형성한 것이다.

보강외피(16)는 유리섬유를 도 5 와같이 편조하거나 아니면 동 또는 스텐망으로 이루어진 실드를 편조하여 구현하므로서, 보강외피(16)에 의해 수지외피(15)의 강도를 보강할 수 있게되고, 탄소발열체(1)가 발열작동할 때 탄소선(12)에서 발생되는 전기장을 실드로 편조된 보강외피(16)가 상쇄시킬 수 있게된다.

◆ 제 4 실시예 ◆

제 4 실시예는 도 8 에 도시된 바와같이 수지외피(15)의 외측에 전선(17)을 길이방향으로 위치시키고, 그 전선(17)과 수지외피(15)를 감싸도록 유리섬유를 편조하여 제 2 섬유외피(18)를 형성한 것이다.

이러한 제 4 실시예를 사용할 때에는 탄소선(12)의 끝단과 전선(17)의 끝단을 전기적으로 연결하여 사용하게되는데, 이와같이 탄소선(12)의 끝단과 전선(17)의 끝단을 전기적으로 연결하여 사용하게 되면, 도 9 (b)와 같이 탄소선(12)에서 발생하는 전기장(B)과 전선(17)에서 발생하는 전기장(A)의 방향이 서로 반대방향이 되어 전기장이 상쇄되어 전자파가 외부로 발산되지 않는 효과를 기대할 수 있게된다.

◆ 제 5 실시예 ◆

제 5 실시예는 도 10 에 도시된 바와같이 탄소발열체(1)의 외곽에 실리콘, 플라스틱, 테프론 중 어느 하나의 재질로 이루어진 수지를 코팅하여 코팅층(19)을 형성한 것이다.

상기 코팅층(19)은 제 1 실시예, 제 3 실시예, 제 4 실시예와 같이 외곽에 수지외피(15)가 존재하지 않는 탄소발열체(1)의 실시예에 적용하여 코팅층(19)에 의해 최종적으로 절연이 이루어지도록 한 것이다.

도 1 은 본 발명의 탄소발열축을 이용한 탄소보일러를 보인 도면.

도 2 는 본 발명의 내부구성을 보인 도면.

도 3 은 본 발명에 적용된 탄소발열체를 이용한 탄소발열축을 보인 도면.

도 4 는 본 발명에 적용된 탄소발열체의 제 1 실시예를 보인 도면.

도 5 는 본 발명에 적용된 섬유외피의 외형을 보인 도면.

도 6 은 본 발명에 적용된 탄소발열체의 제 2 실시예를 보인 도면.

도 7 은 본 발명에 적용된 탄소발열체의 제 3 실시예를 보인 도면.

도 8 은 본 발명에 적용된 탄소발열체의 제 4 실시예를 보인 도면.

도 9 는 본 발명에 적용된 탄소발열체의 제 4 실시예의 단면을 보인 도면.

도 10 은 본 발명에 적용된 탄소발열체의 제 5 실시예를 보인 도면.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 탄소발열체, 5: 본체,

6: 탄소발열축, 11: 탄소사,

12: 탄소선, 13: 내피,

14: 제 1 섬유외피, 15: 수지외피,

51: 열교환파이프, 61: 캡,

62: 손잡이, 63: 보빈,

64: 절연층, 65: 다공홀,

Claims (4)

1. 캡(61)의 일면에 손잡이(62)가 형성되고, 캡(61)의 타단에는 철 또는 비철금속 판재로 이루어진 원형관 형태이면서 다공홀(65)이 타공되어 있는 보빈(63)을 결합하며, 상기 보빈(63)의 표면에는 세라믹 또는 수지재를 코팅하여 절연층(64)을 형성하고, 절연층(64) 위로 탄소발열체(1)를 권선하여 구성한 것을 특징으로 하는 탄소발열체를 이용한 탄소발열축.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소발열체(1)는 여러개의 탄소사(11)를 직선형태로 묶음하여 탄소선(12)을 이루도록 하거나 탄소사(11)를 땋거나 꼬아서 탄소선(12)을 이루도록 하고, 탄소선(12)의 외측에 유리섬유를 권선하여 내피(13)를 형성하며, 내피(13)의 외측에 유리섬유를 편조하여 제 1 섬유외피(14)를 이루도록 구성한 것을 특징으로 하는 탄소발열체를 이용한 탄소발열축.
3. 밀폐된 내부에 열매유(기름)가 충진되는 보일러 본체(5)를 구비하고, 이 본체(5)의 하단에 탄소발열체(1)가 권선된 복수개의 탄소발열축(6)을 수평상으로 끼워 설치하며, 본체(5)의 상부에는 물이 통과하는 열교환파이프(51)가 본체(5) 내부를 지그재그 형태로 통과하도록 배선되되,

   상기 탄소발열축(6)은

   본체(5)에 볼트로서 결합되는 캡(61)의 일면에 손잡이(62)가 형성되고, 캡(61)의 타단에는 철 또는 비철금속 판재로 이루어진 원형관 형태이면서 다공홀(65)이 타공되어 있는 보빈(63)을 결합하며, 상기 보빈(63)의 표면에는 세라믹 또는 수지재를 코팅하여 절연층(64)을 형성하고, 절연층(64) 위로 탄소발열체(1)를 권선하여 탄소발열체(1)에서 발생하는 열에 의해 열매유를 가열토록 구성한 것을 특징으로 하는 탄소발열체를 이용한 탄소발열축이 내설된 탄소보일러.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 탄소발열체(1)는 여러개의 탄소사(11)를 직선형태로 묶음하여 탄소선(12)을 이루도록 하거나 탄소사(11)를 땋거나 꼬아서 탄소선(12)을 이루도록 하고, 탄소선(12)의 외측에 유리섬유를 권선하여 내피(13)를 형성하며, 내피(13)의 외측에 유리섬유를 편조하여 제 1 섬유외피(14)를 이루도록 구성한 것을 특징으로 하는 탄소발열체를 이용한 탄소발열축이 내설된 탄소보일러.

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