KR20160017169A

KR20160017169A - 보일러용 유체 가열장치

Info

Publication number: KR20160017169A
Application number: KR1020140098255A
Authority: KR
Inventors: 유재훈
Original assignee: (주)엔피비; 유재훈
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2016-02-16

Abstract

본 발명 보일러용 유체 가열장치는 외부로부터 유체가 유입되는 유입구와 내부에 공간부를 가지며 외부로 가열된 유체가 배출되는 배출구를 가지며 서로 마주보도록 고정된 전면커버와 후면커버를 갖는 하우징과, 하우징에 관통되도록 모터축이 결합되고 외부로부터 전원이 공급됨에 따라 모터축을 회전 구동시키는 구동모터와, 상기 전면커버와 후면커버의 사이에 유체의 흐름이 가능한 틈새를 갖도록 개재되고 모터축과 연동되도록 결합되며 가장자리의 좌,우 양측면에 오목한 요홈이 형성된 회전판으로 구성된다.

Description

보일러용 유체 가열장치{FLUID HEAT DEVICE FOR BOILER}

본 발명은 보일러용 유체 가열장치에 관한 것으로, 특히 물분자 분해운동으로 유체마찰열을 얻을 수 있는 보일러의 유체 가열장치를 단순 구조로 개선하여 부피를 콤팩트화할 수 있을 뿐만 아니라, 유체 마찰열을 신속하게 얻을 수 있도록 그 구조가 개선된 보일러용 유체 가열장치에 관한 것이다.

일반적으로 난방과 급탕에 적합한 보일러의 전형적인 형태는 열원으로서 나무, 석탄, 석유, 가스 등의 연료를 태워 발생되는 연소열로 물을 직접 또는 간접적으로 가열하는 것이다.

이러한 보일러는 연료의 연소효율이 매우 낮으므로 비경제적일 뿐만 아니라 연료를 태울 때 수반되는 분진과 배기가스로 대기를 오염시킨다. 게다가 주연료인 석탄, 석유, 가스 등의 지하자원은 점차 고갈되어 대체에너지가 시급한 실정이다.

연료의 연소열 대신, 분진이나 배기가스가 없는 전기에너지, 예컨대 전기저항발열체, 유도가열소자, 마이크로웨이브 발진기 등을 열원으로 이용할 수 있는데, 이들은 순간 전력소모가 크기 때문에 지속적인 운전 및 대 수량에 필요한 난방 및/또는 급탕용으로는 적합하지 않다.

또한, 전기방식은 가스방식과 달리 공기오염이나 가스중독 환기 등의 문제는 없지만, 유체를 가열 하기위해 사용하는 히터는 온도상승에 시간을 요하고 가열코스트가 높아짐과 동시에, 온수사용 중에 온수온도가 내려가는 등의 기술적 문제가 있었다.

이러한 가스나 전기가 갖는 문제를 타개하고 탄소배출을 줄이기 위해 가열방식을 인위적 가열방식을 벗어나 고속모터를 회전하여 유체의 유동성을 활성화하여 와류를 거세게 일 어나게하여 와류의 유동으로 마찰열을 발생하도록 유도하여 유체를 순간적으로 가열하는 마찰 가열법이 제시되고 있다.

마찰 가열법은 회전체의 회전력을 이용하는 보일러 기술로서, 전동기를 구동원으로 하여 회전체를 고속으로 회전시키고, 그 회전체에 의해 물분자운동이 촉진되고, 그리하여 물분자운동에 의한 마찰열로써 물이 자체 발열토록 하는 것이다. 이와 같은 회전체의 회전력을 이용한 보일러에 관한 종래기술을 살펴보면 다음과 같다.

등록특허공보 10-0489760에는 물 등의 유체를 가둘 수 있는 본체 내에 유체가 순환할 수 있는 실린더가 구비되고, 실린더 내에는 원판 모양인 고정판과 회전판이 근접하여 대향 설치되고, 그중 회전판이 외부의 전동기와 연결 회전하도록 작동되는 구조가 제안되어 있다. 회전판이 회전하면 본체 내로부터 유입되는 물 등의 유체가 회전판과 고정판 사이에서 마찰하여 발열한다.

공개특허공보 10-2006-0115302에는 전술한 등록특허공보 10-0489760에 제안된 원판 모양인 고정판과 회전판 대신, 원통 모양인 고정자와 회전자가 동축상에 교호로 중첩하게 설치되고, 각 고정자와 회전자의 벽부에 물이 출입하는 작은 구멍들이 다수 형성되고, 가장 안쪽에 있는 회전자에는 유입되는 물을 와류시키기 위한 칼만 보텍스 챔버(Kalman Vortex's chamber)가 형성된 구조가 제안되어 있다. 즉, 회전자가 회전하면, 칼만 보텍스 챔버에서 와류를 일으키는 물이 원심력에 의해 사방으로 퍼지게 되고, 각 방향에서 회전자와 고정자들의 작은 구멍을 통과하면서 마찰, 발열토록 한 것이다.

등록특허공보 10-0780822에는 전술한 공개특허공보 10-2006-0115302에 의한 원통 모양인 고정자와 회전자와 같은 유형의 각 표면에 삼각 형태의 요철부를 연속 형성한 구조가 제안되어 있다. 그 요철부는 물의 마찰 효과를 높이기 위한 것이다.

종래 선행기술은 배관 내를 흐르는 유체를 고속 회전하여 마찰하므로 마찰열 발생요인을 발생하여서 마찰열을 효율적으로 이끌어 내는 것은 고체보다 유체마찰이 복잡한 마찰요인을 더하므로 유체마찰이 고체마찰보다 마찰요인을 발생하는 요인이 더 복잡하게 성립될 수 있으므로 유체의 마찰 특히 고속으로 회전하는 회전체와 고정체 사이에서 발생하는 마찰요인들은 이론으로 설명하기 힘든 퍼지이론의 대입이라고나 할까 복잡성을 가지고 마찰하여 열을 발산하는 구조의 구성에서 어떤 구조를 형성하느냐에 따라 효율성의 차이는 매우 클 것이다.

효율을 높이기 위해 제안된 선행기술로는 한국 공개특허공보 10-2011-0027157호 "회전력을 이용한 보일러"(공개일자 ; 2011.03.16)에 개시된 바와 같이, 회전동력을 발생하는 구동원과 연결되어 회전될 수 있는 회전체, 이 회전체를 회전가능하게 수용 및 지지하고 물의 유입구와 유출구를 가지며 그 유입구로부터 유입된 물이 상기 회전체의 주위면과 접촉하면서 축방향으로 이동하여 유출구로 향하는 유로를 형성하는 하우징을 구비한다.

회전체의 주위면에는 법선 또는 접선 방향에 대해 비스듬한 각도에서 다수의 오목한 홈이 형성된다. 하우징의 내주면에는 원주방향으로 일정 간격을 두며 축방향으로는 연속한, 경사 또는 나선형의 다수의 오목한 그루우브가 형성된다.

또한, 다른 선행기술로는 한국 등록특허공보 제 10-1134388호 "물분자 분해운동으로 유체마찰열을 만드는 전기보일러"(등록일자 : 2012.04.02)에 개시된 바와 같이, 양측면에 유체유입구와 유체유출구가 형성되며 내부에 원통 형상의 가열 공간이 형성된 케이스; 상기 케이스의 길이 방향으로 상기 가열 공간의 중심선 상에 배치되게 관통되되, 외부로 연장된 연결축과 일체로 고속회전가능한 회전축; 상기 회전축의 양단부에 각각 상기 가열 공간에 배치되도록 구비되되, 상기 유체유입구로부터 공급되는 액상 유체를 상기 가열 공간에서 고속회전에 의한 압축과 마찰에 의해 가열시켜 상기 유체유출구를 통해 배출하도록, 상기 케이스의 내면에 고정되는 고정원판과, 상기 고정원판의 내측에 상기 회전축과 함께 고속회전되도록 이격 배치되는 제 1 회전원판과, 상기 제 1 회전원판의 내측에 상기 회전축과 함께 고속회전되도록 이격 배치되는 제 2 회전원판으로 이루어진 원판어셈블리; 및 상기 제 1 회전원판 및 상기 제 2 회전원판이 고속회전되도록 상기 연결축에 모터축이 결합된 구동모터를 포함하여 이루어진 것이다.

그런데, 기존 종래의 선행기술들은 물분자의 분해를 유발하여 마찰열을 발생시키는 회전체가 내장된 하우징의 전체 부피가 클 뿐만 아니라, 부피가 큰 하우징 내에 들어있는 유체의 물분해에 상당한 시간이 요구되어 신속한 마찰열을 얻기 어려운 단점이 있다.

한국 등록특허공보 제 10-1134388호 "물분자 분해운동으로 유체마찰열을 만드는 전기보일러"(등록일자 : 2012.04.02) 한국 공개특허공보 10-2011-0027157호 "회전력을 이용한 보일러"(공개일자 ; 2011.03.16)

본 발명은 상기한 제반문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 그 목적은 물분자 분해운동으로 유체마찰열을 얻을 수 있는 보일러의 유체 가열장치를 단순 구조로 개선하여 부피를 콤팩트화할 수 있을 뿐만 아니라, 유체 마찰열을 신속하게 얻을 수 있도록 그 구조가 개선된 보일러용 유체 가열장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 외부로부터 유체가 유입되는 유입구와 내부에 공간부를 가지며 외부로 가열된 유체가 배출되는 배출구를 가지며 서로 마주보도록 고정된 전면커버와 후면커버를 갖는 하우징과, 상기 전면커버와 후면커버의 사이에 유체의 흐름이 가능한 틈새를 갖도록 개재되고 가장자리의 좌,우 양측면에 오목한 요홈이 형성되며 중앙에 유체가 통과되는 유체통과공이 형성된 회전판과, 상기 하우징에 관통되도록 결합되고 외부 전원이 공급됨에 따라 상기 회전판에 회전력을 제공하는 모터축을 갖는 구동모터를 구비하며,

상기 전면커버와 후면커버는 회전판을 향해 서로 마주보는 면에 요홈과 대응되는 대응홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 회전판은 중앙에 배치되고 유입구를 통해 유입되는 유체를 가장자리측으로 가이드하도록 가장자리부위에 가이드홈이 형성된 가이드부재를 더 구비한다.

상기 요홈은 상기 유체가 진입되는 진입구와, 진입구로부터 연장되고 진입구와는 다른 각도로 형성된 홈부로 구성된다.

상기 요홈의 홈부는 진입구를 통해 진입되는 유체가 막혀있는 벽면에 부딪히는 각도가 120~180°의 각도를 갖도록 형성된다.

상기 전면커버와 후면커버에 형성된 대응홈은 유체가 출입되는 출입구와, 출입구로부터 연장되고 출입구와는 다른 각도로 형성된 요입부를 구비한다.

본 발명은 전면커버(210)의 수용홈(215) 내에 회전판(300)이 수용되도록 배치하여 하우징(200)을 콤팩트하게 구성할 수 있으며, 전,후면커버(210,220)와 회전판(300) 사이의 좁은 공간 내에 회전력과 원심력을 갖는 유체가 요홈(310)과 대응홈(212,222)에 부딪히면서 유체가 마찰열에 의해 가열되므로 보일러용 유체를 신속하게 가열할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 보일러용 유체 가열장치의 구성을 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명 전면커버와 후면커버의 결합상태를 보인 사시도.
도 3은 도 2의 분해 사시도.
도 4는 본 발명 회전판의 배면 사시도.
도 5a,5b,5c는 본 발명 요홈과 대응홈를 각각 확대하여 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 사용상태도.

본 발명에 따른 보일러용 유체 가열장치는, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하면, 외부로부터 유체가 유입되는 유입구(202)와 내부에 공간부를 가지며 외부로 가열된 유체가 배출되는 배출구(205)를 가지며 서로 마주보도록 고정된 전면커버(210)와 후면커버(220)를 갖는 하우징(200)과, 하우징(200)에 관통되도록 모터축(110)이 결합되고 외부로부터 전원이 공급됨에 따라 모터축(110)을 회전 구동시키는 구동모터(100)와, 상기 전면커버(210)와 후면커버(220)의 사이에 유체의 흐름이 가능한 틈새를 갖도록 개재되고 모터축(110)과 연동되도록 결합되며 가장자리의 좌,우 양측면에 오목한 요홈(310)이 형성된 디스크 타입의 회전판(300)으로 구성된다.

더 상세히 설명하면, 전면커버(210)와 후면커버(220)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(200)의 전,후에 고정되도록 설치되고, 서로 마주보는 내측면 가장자리 부위에 요홈(310) 부위와 대응되는 복수의 대응홈(212,222)이 형성된 구조를 갖는다.

하우징(200)은 일측에 유체가 유입되는 유입구(202)가 배치되고, 타측 상부에 가열된 유체가 배출되는 배출구(205)가 마련되어 있다.

배출구(205)는 유체의 배출통로가 되며 하우징(200) 내에서 가열된 유체를 선택적으로 배출시키도록 개폐밸브가 마련되는 것이 바람직하다.

또한, 하우징(200)은 유체의 물 분자 분해시 기포가 발생되는 과정에서 내부에 에어가 차게 될 경우 이를 외부로 배출시키기 위한 에어벤트(260)가 마련되어 있다.

회전판(300)은 도 5a에 도시된 바와 같이, 좌,우 양측면의 가장자리 부위에 복수의 요홈(310)이 형성되며, 요홈(310)은 요홈(310)은 상기 유체가 진입되는 진입구(312)와, 진입구(312)로부터 연장되고 진입구(312)와는 다른 각도로 형성된 홈부(315)로 구성된다.

홈부(315)는 진입구(312)를 통해 진입되는 유체가 막혀있는 벽면에 부딪히는 각도가 120~180°의 각도(θ1)를 갖도록 형성된다.

요홈(310)의 진입구(312)는 유체가 수평방향으로 측방향 유입이 가능하도록 형성된 구조를 갖는다.

또한, 상기 회전판(300)은 중앙에 배치되고 유입구(202)를 통해 유입되는 유체를 가장자리측으로 가이드하도록 가장자리부위에 가이드홈(252)이 형성된 가이드부재(250)를 더 구비한다.

도 3을 다시 참조함과 아울러 도 4를 참조하면, 회전판(300)은 중앙에 모터축(110)과 연동 회전되도록 모터축(110)의 외주면이 끼워지는 끼움공(305)이 형성되고 끼움공(305)의 테두리에 키 결합되는 키홈(306)이 형성되며, 끼움공(305)의 주위에 유체를 통과시키도록 전,후가 개구되도록 천공 형성된 복수의 유체 통과공(302)이 형성되어 있다.

더 상세히 설명하면, 가이드부재(250)는 유입구(202) 쪽을 향해 테이퍼 지도록 형성되며 전면으로부터 후면으로 갈수록 외경이 확장되는 형태로 형성되고, 가장자리 부위에 유체를 회전판(300)의 가장자리측으로 유도하도록 가이드홈(252)이 형성된 구조를 갖는다.

전면커버(210)와 후면커버(220)에 형성된 대응홈(212,222)은 도 5b 및 도 5c에서와 같이, 유체가 출입되는 출입구(212a,222a)와, 출입구(212a,222a)로부터 연장되고 출입구(212a,222a)와는 다른 각도로 형성된 요입부(212b,222b)로 구성된다.

요입부(212b,222b)는 홈부(315)의 각도에 비해 같거나 작은 각도(θ1≥θ2)를 가지며, 예를 들어 90~120°의 각도(θ2)를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 전면커버(210)는 회전판(300)이 수용되도록 후면이 오목한 형태의 수용홈(215)이 형성되어 있다.

그리고 전면커버(210)의 전면과 후면커버(220)의 후면에는 각각 유입구(202)와 배출구(205)와의 결합을 위한 제1,2연결구(230,240)가 결합된다.

이러한 구성을 갖는 본 발명은 각 구성요소들의 조립과정을 먼저 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 구동모터(100)의 모터축(110)을 하우징(200) 내로 진입시켜 회전판(300)과 연동되도록 키 결합시키고, 하우징(200)의 전면에 결합된 제1연결구(230)에 유입구(202)를 연결시키고 하우징(200)의 후면에 결합된 제2연결구(240)에 배출구(205)를 연결시킨다.

이때, 전면커버(210)의 수용홈(215) 내에 회전판(300)이 배치되도록 한 후에 전면커버(210)와 후면커버(220)를 일체로 결합시킨다.

이러한 조립과정이 완료된 후에, 본 발명의 보일러용 유체 가열장치는 도 6에 도시된 바와 같이, 유입구(202)가 유체의 유입 경로가 되는 유입관(22)과 연결되고, 배출구(205)가 유체의 배수 경로가 되는 배수관(24)과 배관 연결된다.

유입관(22)과 배수관(24)은 유체가 일시 저장되는 저장탱크(20)와 연결되고, 저장탱크(20)는 외부로부터 유입되는 유체를 일시 충전시키는 충전조(10)와 배관연결되어 유체를 공급받게 된다.

이후에, 구동모터(100)의 모터축(110)을 회전 구동시키면, 모터축(110)과 키 결합된 회전판(300)이 연동 회전된다.

이때, 유입구(202)를 통해 유입되는 유체는 일부가 가이드부재(250)의 가이드홈(252)을 따라 전면커버(210)와 회전판(300) 사이의 틈새공간을 통과하여 회전판(300)의 가장자리 측으로 유도되고, 나머지 일부가 회전판(300)의 유체 통과공(302)을 통해 후면커버(220)측으로 통과된다.

상기한 유체는 하우징(200)의 내부에서 회전되는 회전판(300)의 회전력 및 원심력에 의해 와류 형태로 변화되면서 유체를 회전판(300)의 가장자리측으로 유도함에 따라, 회전판(300)과 전,후면커버(210,220)의 서로 마주보는 면에 요홈(310)과 대응홈(212,222)에 유체가 부딪히게 되면서 유체 마찰열이 발생하게 된다.

이 유체는 요홈(310)의 홈부(315)와 대응홈(212,222)의 요입부(212b,222b)에 부딪히면서 물분자의 분해운동이 왕성하게 이루어지게 되어 마찰열이 신속하게 상승하게 되는 이점을 갖는다.

이때, 요홈(310)의 홈부(315)와 대응홈(212,222)의 요입부(212b,222b)는 서로 다른 각도를 가질 경우 유체의 부딪힘에 따른 물 분자의 분해운동이 더 왕성하게 이루어질 수 있다.

이러한 가열과정을 통해 가열된 유체는 배출관(205) 및 배수관(24)를 통과하여 저장탱크(20)측으로 공급된 후에 펌프를 통해 보일러용 급탕으로 공급된다.

따라서, 본 발명은 전면커버(210)의 수용홈(215) 내에 회전판(300)이 수용되도록 배치하여 하우징(200)을 콤팩트하게 구성할 수 있으며, 전,후면커버(210,220)와 회전판(300) 사이의 좁은 공간 내에 회전력과 원심력을 갖는 유체가 요홈(310)과 대응홈(212,222)에 부딪히면서 유체가 마찰열에 의해 가열되므로 보일러용 유체를 신속하게 가열할 수 있는 이점을 갖는다.

10 : 충전조 20 : 저장탱크
22 : 유입관 24 : 배수관
100 : 구동모터 110 : 구동모터
200 : 하우징 202 : 유입구
205 : 배출구 210 : 전면커버
212,222 : 대응홈 212a,222a : 출입구
212b,222b : 요입부 215 : 수용홈
220 : 후면커버 230,240 : 제1,2연결구
250 : 가이드부재 252 : 가이드홈
260 : 에어벤트 300 : 회전판
302 : 유체 통과공 305 : 끼움공
306 : 키홈 310 : 요홈
312 : 진입구 315 : 홈부

Claims

외부로부터 유체가 유입되는 유입구(202)와 내부에 공간부를 가지며 외부로 가열된 유체가 배출되는 배출구(205)를 가지며 서로 마주보도록 고정된 전면커버(210)와 후면커버(220)를 갖는 하우징(200)과,
상기 전면커버(210)와 후면커버(220)의 사이에 유체의 흐름이 가능한 틈새를 갖도록 개재되고 가장자리의 좌,우 양측면에 오목한 요홈(310)이 형성되며 중앙에 유체가 통과되는 유체통과공(302)이 형성된 회전판(300)과,
상기 하우징(200)에 관통되도록 결합되고 외부 전원이 공급됨에 따라 상기 회전판(300)에 회전력을 제공하는 모터축(110)을 갖는 구동모터(100)를 구비하며,
상기 전면커버(210)와 후면커버(220)는 회전판(300)을 향해 서로 마주보는 면에 요홈(310)과 대응되는 대응홈(212,222)이 형성된 것을 특징으로 하는 보일러용 유체 가열장치.
청구항 1에 있어서,
상기 회전판(300)은 중앙에 배치되고 유입구(202)를 통해 유입되는 유체를 가장자리측으로 가이드하도록 가장자리부위에 가이드홈(252)이 형성된 가이드부재(250)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 보일러용 유체 가열장치.
청구항 1에 있어서,
상기 전면커버(210)와 후면커버(220)에 형성된 대응홈(212,222)은 유체가 출입되는 출입구(212a,222a)와, 출입구(212a,222a)로부터 연장되고 출입구(212a,222a)와는 다른 각도로 형성된 요입부(212b,222b)를 구비한 것을 특징으로 하는 보일러용 유체 가열장치.
청구항 1에 있어서,
상기 요홈(310)은 상기 유체가 진입되는 진입구(312)와, 진입구(312)로부터 연장되고 진입구(312)와는 다른 각도로 형성된 홈부(315)로 구성된 것을 특징으로 하는 보일러용 유체 가열장치.
청구항 4에 있어서,
상기 요홈(310)의 홈부(315)는 진입구(312)를 통해 진입되는 유체가 막혀있는 벽면에 부딪히는 각도가 120~180°의 각도를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 보일러용 유체 가열장치.