KR20160021512A - 버블을 이용한 전극보일러 시스템 - Google Patents

버블을 이용한 전극보일러 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극보일러에 관한 것으로, 더 상세하게는 전극을 이용하여 전극간에 이온을 발생시켜 물을 가온시킬 수 있도록 함에 있어서, 버블을 공급하여 물을 빠른 시간에 가온시키고, 적은 양의 물로도 난방이 효율적으로 이루어질 수 있도록 한 버블을 이용한 전극보일러 시스템에 관한 것이다.
종래 전극보일러는 전기보일러에 대비하여 높은 열효율을 제공하지만 열효율을 향상 시키는 데에는 한계가 있다.
본 발명에서는 전극 간에서 발생하는 이온의 양을 증대시킬 수 있도록 물과 접촉하는 전극 간의 단면적을 증대시킬 수 있는 구조를 갖는 전극보일러를 제안하고자 한 것이며, 순환수에 버블을 공급하여 적은 양의 물을 빠르게 순환시켜 효율적으로 난방을 수행할 수 있도록 하는 버블을 이용한 전극보일러 시스템을 제안하고자 한 것이다. 그리고 본 발명은 원통관 형태의 전극을 통하여 물의 유통경로를 구성하여 물이 원통관을 따라 회전하면서 전극에 의해 형성된 유통경로를 따라가도록 함으로써, 전극 간 단면적(회전단면적)을 극대화시킬 수 있도록 하여 전극 간에서 발생할 수 있는 이온의 양을 증대시킬 있도록 하는 와사(Voltex) 전극반응을 이용한 전극보일러를 구성하여 작은 에너지로 보다 빠르게 물을 승온시킬 수 있도록 하며, 또한 물과 접촉하는 전극 간의 단면적을 증대시킬 수 있도록 함으로써, 물이 회전하면서 유통경로를 따라 진행하면서 유통경로 상에서 보다 많은 버블을 발생시켜 열효율을 증가시키고자 한 버블을 이용한 전극보일러 시스템을 제안하고자 한 다.

Description

버블을 이용한 전극보일러 시스템{ELECTRODE BOILER SYSTEM USING BUBBLE}
본 발명은 전극보일러에 관한 것으로, 더 상세하게는 전극을 이용하여 전극간에 이온을 발생시켜 물을 가온시킬 수 있도록 함에 있어서, 버블을 공급하여 물을 빠른 시간에 가온시키고, 적은 양의 물로도 난방이 효율적으로 이루어질 수 있도록 한 버블을 이용한 전극보일러 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 보일러(Boiler)는 물을 가열시키고, 가열된 물을 수관을 통하여 순환시켜 난방을 수행하는 장치라 할 수 있다. 물을 가열하는 가열원에 따라서 다양한 타입의 보일러로 구분될 수 있다.
여기서 전기를 이용한 보일러에 있어서 일반적인 전기보일러 타입은 니크롬선과 피복선을 이용하여 물을 가열시키는 방식이다. 이와 같은 전기보일러는 전기에너지에서 열에너지로 전환될 때의 에너지손실이 발생될 수 있어서 에너지 효율이 낮으며, 장시간 사용될 경우에 저항체의 고열에 의한 산화과정 즉, 니크롬선, 피복선과 같은 가열체에 이물질이 흡착되면서 에너지효율이 저하되는 문제가 있다.
근래에는 이와 같은 전기보일러의 단점을 해소하기 위하여 가열원을 가열시켜 물을 데우는 간접적인 방식이 아닌 전극봉과 전극봉 사이로 물에 전류를 흘려 물을 직접적으로 데우는 전극보일러가 상용화되고 있다.
전극보일러는 전기보일러에 대비하여 동일한 전기사용으로 높은 열효율을 제공하는 보일러장치로서, 상기에서 설명한 바와 같이, 전기보일러에서의 가열매체를 가열시켜 물을 데우는 것이 아닌 전극봉으로 물속의 화학적 성분을 물리적 반응으로 환원시켜 열량을 발생시키는 물을 가열매체로 이용하는 보일러장치이다.
이와 같은 전극 보일러는 탱크에 전극봉을 둘 이상 다수 개 배열하고, 전극봉에 전압을 공급하여 전극봉과 전극봉 사이에 전류를 흘려 탱크 내부의 매체를 직접적으로 가열하게 되는 방식으로, 상기 탱크 내부의 매체는 고농도의 전해질 용액으로 이루어지는 방식과, 물(물론 약간의 전해질을 포함할 수 있다)로 이루어지는 방식이 있다.
본 출원의 발명자는 대한민국 등록특허공보 제10-1249468호, "전극보일러의 전극봉 구조"에서 상기한 바와 같은 전극보일러의 전극봉 구조를 개선한 바 있다.
이와 같은 종래의 전극봉 구조는 물탱크 내의 물이 가온되어 온도가 증가하게 될 때의 내부압력에 의한 문제를 해소하면서 히트파이프를 이용하여 열효율을 향상시키고자 하였다.
그러나 이와 같은 종래 전기보일러의 전극히터장치는 전극을 물탱크 내에 그대로 담가 구성하게 됨으로써, 전기보일러에 대비하여 높은 열효율을 제공하지만 열효율을 향상 시키는 데에는 한계가 있다.
본 발명에서는 순환수에 버블을 공급하여 적은 양의 물을 빠르게 순환시켜 효율적으로 난방을 수행할 수 있도록 하는 버블을 이용한 전극보일러 시스템을 제안하고자 한 것이다.
그리고 본 발명은 원통관 형태의 전극을 통하여 물의 유통경로를 구성하여 물이 원통관을 따라 회전하면서 전극에 의해 형성된 유통경로를 따라가도록 함으로써, 전극 간 단면적(회전단면적)을 극대화시킬 수 있도록 하여 전극 간에서 발생할 수 있는 이온의 양을 증대시킬 있도록 하는 와사(Voltex) 전극반응을 이용한 전극보일러의 전극히터장치로 구성하여 작은 에너지로 보다 빠르게 물을 승온시킬 수 있도록 하며, 또한 물과 접촉하는 전극 간의 단면적을 증대시킬 수 있도록 함으로써, 물이 회전하면서 유통경로를 따라 진행하면서 유통경로 상에서 보다 많은 버블을 발생시켜 열효율을 증가시키고자 한 버블을 이용한 전극보일러 시스템을 제안하고자 한 것이다.
본 발명 버블을 이용한 전극보일러 시스템은,
전극 간 난방수의 유통경로를 형성하고 구성된 전극 간 단면적에서 발생된 이온 클러스터에 의해 난방수를 승온 시키도록 한 전극보일러와, 전극보일러로 부터 승온된 난방수를 순환시키는 펌프와, 펌프로 부터 순환되어 전극보일러로 유입 순환되는 난방수에 버블을 발생시키는 버블발생수단과, 난방배관으로 부터 순환되는 난방수에 포함된 버블을 제거하여 펌프로 공급하는 버블제거수단과, 상기 전극보일러를 제어하여 난방수의 온도를 제어하며 상기 펌프, 버블발생수단을 제어하여 물의 압력, 버블량을 조절하여 물의 온도를 부가 제어하는 제어수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 전극보일러는,
외통을 몸체로 하고, 외통으로 부터 그 내부 하나 이상의 내통을 구성하며, 상기 외통을 덮어 밀폐시키며 고정되는 각 내통과 전기적으로 연결된 몸체덮개부, 상기 외통 및 상기 내통을 고정시키며 순환되는 난방수를 주입 공급시키는 수단을 포함하는 고정부를 구성하되,
상기 외통과 1차 전극 간 단면적을 구성하는 내통은 고정부에 고정되고 그 반대단이 개방부를 구성하여 난방수의 유통경로를 제공하며, 이후 내통은 순차적으로 몸체덮개부, 고정부에 고정 밀폐되면서 교번하여 개방부를 구성하고 최중앙 내통은 몸체덮개부에 고정되어 외부로 난방수를 배수하도록 구성되며,
상기 몸체덮개부와 고정부는 서로 다른 전극(양전극 또는 음전극)이 연결되는 전극단자가 구성되어 상기 외통으로 부터 그 내부 내통이 서로 다른 전극이 교번하여 구성되고,
상기 고정부는 외통과 고정된 각 내통 간 전기적인 절연구조로 이루어지며, 고정된 각 내통에 연결된 전극과 전기적인 절연상태를 제공하는 구조로 이루어지도록 하여,
상기 외통과 내통으로 구성된 난방수의 유통경로에 따라 물이 전극을 따라 회전하면서 이동하면서 전극 간 단면적에서 발생된 이온 클러스터에 의해 난방수를 승온 시키도록 한 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따르면 버블을 포함하여 보다 빠르게 순환수가 이동되면서 적은 양의 물로 빠르게 난방을 수행할 수 있어서, 작은 에너지로 높은 효율로 난방이 가능해진다.
또한 전극보일러 본체에 있어서, 회오리를 발생시켜 원통형의 전극을 따라 이동하도록 함으로써, 전극 간 단면적을 극대화시킬 수 있도록 함으로써, 보다 많은 이온의 양으로 작은 에너지로 보다 빠르게 물을 승온 시킬 수 있으며, 전극에 의한 유통경로 상에서 전극 간 전류가 버블에 전달되면서 물속의 분자가 이온화되어 버블이 쪼개지게(프라즈마 이온화현상) 됨으로써, 보다 많은 수의 버블로 변화되어 보다 빠르게 물을 가온시킬 수 있게 된다.
그리고 회오리 구조로 이루어진 물의 유통경로를 따라 버블이 회전하면서 버블이 잘게 부서질 수 있는 구조로 상기에서와 같이 작은 크기의 버블이 많아지면서 높다 빨리 물을 가온시킬 수 있는 구조를 제공하게 된다.
도 1은 본 발명 버블을 이용한 전극보일러 시스템의 구성을 보인 도면.
도 2는 본 발명 시스템의 제어구성을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 있어서, 전극보일러의 외관을 보인 사시도.
도 4는 본 발명에 있어서, 전극보일러의 분리사시도.
도 5는 본 발명에 있어서, 전극보일러의 단면도.
도 6은 본 발명에 있어서, 물의 회전방향을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 있어서, 고정부의 예를 보인 사시도.
도 8은 본 발명에 있어서, 물의 회전방향을 개략적으로 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 있어서, 회전단면적을 설명하기 위한 개략도.
도 10은 본 발명에 있어서, 이온 발생 상태를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명에 있어서, 버블 진행상태를 나타낸 도면.
본 발명 버블을 이용한 전극보일러 시스템을 첨부된 도면 도 1 내지 도 11에 도시된 실시예를 참조하여 그 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.
전극 간 난방수의 유통경로를 형성하고 구성된 전극 간 단면적에서 발생된 이온 클러스터에 의해 난방수를 승온 시키도록 한 전극보일러(100)와, 전극보일러(100)로 부터 승온된 난방수를 순환시키는 펌프(200)와, 펌프(200)로 부터 순환되어 전극보일러(100)로 유입 순환되는 난방수에 버블을 발생시키는 버블발생수단(300)과, 난방배관(400)으로 부터 순환되는 난방수에 포함된 버블을 제거하여 펌프(200)로 공급하는 버블제거수단(500)과, 전극보일러(100)를 제어하여 난방수의 온도를 제어하며 펌프(200), 버블발생수단(300)을 제어하여 물의 압력, 버블량을 조절하여 물의 온도를 부가 제어하는 제어수단을 포함하여 구성된다.
이와 같은 본 발명은,
(a). 버블을 발생시켜 전극보일러의 전극단면적을 통해 난방배관으로 순환되도록 함으로써, 작은 소비전력으로 빠른 난방이 이루어질 수 있도록 하며,
(b). 전극보일러에 있어서, 전극 간 단면적(회전단면적)을 극대화시켜 많은 양의 이온 발생으로 빠르게 물을 승온 시킬 수 있도록 하는 구조를 제공하고자 함을 기술적 특징으로 한다.
본 발명은 난방수에 버블을 포함시켜 순환시키기 위한 버블발생수단(300)이 구성되며, 펌프(200)에 버블이 유입되면 난방수의 순환이 원활하게 이루어지지 않음으로써, 난방배관(400)을 통해 순환되는 난방수에 잔재하는 버블을 소멸시키도록 펌프(200)의 전단으로 버블제거수단(500)이 구성된다.
상기 버블발생수단(300)은 압축기로 구성되어 펌프로 순환되는 물에 수직으로 고압의 공기압을 공급하도록 구성되며, 보다 버블이 용이하게 발생하도록 순환수에 접촉되는 전단으로 배관의 구경을 좁게 구성한 에어토출구(310)를 구성할 수있다.
상기 버블제거수단(500)은 난방배관(400)으로 부터 유입된 물이 담기며 그 상부로 버블이 제거될 수 있도록 상부로 공간(공기층)이 형성된 물통(510)과, 물통(510)의 상부 공간으로 난방수를 유입시키도록 형성된 입수배관(520)과, 물통(510)의 하부로 난방수를 펌프(200)로 공급하기 위한 출수배관(530)이 구성되고, 상기 물통(510)의 수위를 유지하기 위하여 물을 자동공급하기 위한 수위조절수단(540)과, 상기 물통(510)의 오버플로우(overflow)를 방지하기 위한 오버플로우방지배수배관(550)이 구성된다.
상기 제어수단은 전극보일러를 제어하여 난방수의 온도를 제어하며 펌프(200), 버블발생수단(300)을 제어하여 물의 압력, 버블량을 조절하여 물의 온도를 부가 제어하기 위한 수단으로,
전극보일러(100)의 양전극관(20)에 공급되는 고주파를 발생시키기 위한 고주파발생수단(610)과, 전극보일러(100)로 유입되는 온도를 감지하기 위한 입수온도센서(620)와, 전극보일러(100)의 출수 온도를 감지하기 위한 출수온도센서(630)와, 상기 입수온도센서(620), 출수온도센서(630)로 부터 감지된 온도에 따라서 고주파발생수단(610)을 제어하여 전극보일러(100)의 고주파제어를 수행하며, 상기 펌프(200) 및 버블발생수단(300)의 제어를 통해 물의 압력, 버블량을 조절 제어 하는 제어부(640)를 포함하여 구성된다.
그리고 상기 전극보일러(100)는 전극 간 난방수의 유통경로를 형성하고 구성된 전극 간 단면적에서 발생된 이온 클러스터에 의해 난방수를 승온 시키도록 구조로 이루어진다.
도 3 내지 도 11은 전극보일러(100)의 구조를 나타낸 실시예이다.
상기 전극보일러(100)는,
원통형의 물탱크관으로 음전극이 연결되는 몸체(10)와, 몸체(10)의 내부에 구성되어 외주면이 주입되는 물의 1차 접촉면으로 구성되고 그 상부가 개방되어 주입되는 물의 유통경로를 제공하고 양전극이 연결되는 양전극관(20)과, 양전극관(20)의 중앙에 구성되어 외주면이 양전극관(20)의 내주면과 물의 접촉면으로 작용하는 물의 유통경로를 제공하고 상기 양전극관(20)의 개방부와 그 반대로 하부가 개방되어 물이 유입되도록 하고 외부로 가열된 물을 배출하도록 하며 음전극이 연결되는 출수관(30)과, 상기 몸체(10), 양전극관(20)을 고정하여 외부로 부터 밀폐된 물통을 구성하며 외부로 부터 물을 주입하기 위한 수단을 구비하는 고정부(40)와, 상기 고정부(40)에 고정된 몸체(10)의 상부를 덮어 밀폐시키며 그 중앙으로는 상기 출수관(30)을 고정시키고 일 측으로는 음전극이 연결되며 몸체(10) 및 출수관(30)과는 전기적인 연결을 갖는 음전극단자(60), 접지단자(70)가 구성되는 몸체덮개부(50)와, 상기 출수관(30)의 선단에 구성되며 난방수를 난방배관(400)으로 공급하기 위한 난방수공급관(90)과 연결되고 난방수공급관(90)을 정,역 회전시켜 출수되는 난방수를 좌우 회전시켜 빠르게 물을 난방배관 측으로 공급하기 위한 회전수단(80)을 포함하여 구성된다.
상기 고정부(40)는 중앙으로 양전극관(20)과 전기적 연결을 갖으며 양전극이 연결되는 양전극단자(44)와, 양전극단자(41)를 덮어 보호할 수 있도록 덮개(45)가 구성되고, 일 측으로는 펌프(200)로 부터 순환되는 난방수가 공급되는 물주입부(41)와, 물주입부(41)를 향하여 유입단을 구성하여 주입되는 물이 양전극관(20)을 따라 회전하면서 상승하는 상승 회전력을 증가시키도록 한 물의 경로를 정해주는 회오리발생수단(42)과, 몸체(10)가 결합되는 몸체결합부(43)가 구성된다.
이와 같은 본 발명에서의 전극보일러는 전극 간 단면적(회전단면적)을 극대화시켜 많은 양의 이온 발생으로 빠르게 물을 승온 시킬 수 있도록 하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 몸체(10)는 원통형의 관으로 구성되며 고정부(40)에 의해 밀폐되는 물탱크관으로 구성되며, 상부로는 몸체덮개부(50)에 의해 밀폐 구성된다.
상기 몸체덮개부(50)와 몸체(10)는 전기적인 연결을 갖도록 구성되어 상기 몸체덮개부(50)에 구성된 음전극단자(60)를 통해 음전극이 연결된다.
상기 고정부(40)는 상기 몸체(10)를 밀폐 고정시키며 몸체(10)의 중앙으로 양전극관(20)을 고정시키는 수단으로, 절연재질로 구성되어 몸체(10)와 양전극관(20)을 전기적으로 절연시키기 위한 구조로 이루어진다.
상기 고정부(40)는 양전극관(20)과 결합되어 양전극관(20)의 고정 및 양전극관(20)과 전기적인 연결을 갖는 양전극단자(44)를 하단으로 노출시켜 양전극이 연결되도록 구성된다.
상기 양전극단자(44)를 외부와 차단시키기 위하여 덮개(45)를 포함한다.
상기 고정부(40)는 도 7에 도시된 바와 같이, 일 측의 난방배관(400)으로 부터 순환되는 물을 주입하기 위한 물주입부(41)가 구성되며, 물주입부(41)와 대향하여 점차 경사도를 갖는 회오리발생수단(42)이 구성된다.
상기 물주입부(41)는 고정부(40)의 일 측부에 구성됨으로써, 주입되는 물이 내부 양전극관(20)에 부딪히면서 유입되는 물의 압력에 의해 회전하면서 양전극관(20)을 따라 회전하면서 상승하도록 구성된다.
상기 회오리발생수단(42)은 물주입부(41)로 부터 점차 경사도가 높아지면서 양전극관(20)의 외주면을 따라 형성되어 물주입부(41)로 부터 물이 공급되면 양전극관(20)의 외주면을 따라 회전하는 힘을 더 증기시키도록 한 것이다.
즉 양전극관(20) 및 출수관(30)에 의해 생성된 물의 유통경로를 따라 물이 이동하면서 회전력이 떨어질 수 있음으로써, 회전력을 더욱 상승시켜 몸체(10)와 양전극간(20), 그리고 양전극관(20)과 출수관(30)의 단면적을 증가시키도록 한 것이다.
본 발명의 전극보일러에서는 상기에서와 같이 물이 회전하면서 발생되는 양전극관(20)과 몸체(10)의 단면적을 회전단면적이라고 정의한다.
상기 출수관(30)은 최종 승온된 물을 배수하기 위한 수단으로, 상기 몸체덮개부(50)의 중앙에 설치 고정되어 음전극으로 작용한다.
따라서 최외단의 몸체(10)와 최중앙의 출수관(30)이 음전극이고, 출수관(30)과 몸체(10)의 사이에 구성된 양전극관(20)이 양전극으로써 물의 유통경로를 구성함으로써, 단면적을 증가시킨 구조이며, 상기에서와 같이 물을 회전시켜 그 단면적을 극대화시키도록 한 구조를 이룬다.
상기 출수관(30)의 선단에는 난방수공급관(90)이 연결되며, 상기 난방수공급관(90)은 회전수단(80)에 의해 연결된다.
상기 회전수단(80)은 난방수공급관(90)을 정역 회전 시켜 출수되는 난방수를 빠른 시간으로 이송시킬 수 있도록 한다.
상기 펌프(200)는 난방배관(400)의 물을 순환시켜 상기 고정부(40)의 물주입부(41)로 공급하는 수단이다.
상기 버블발생수단(300)은 펌프(200) 내에 버블을 발생시켜 고정부(40)내로 버블을 공급하기 위한 수단이다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명 버블을 이용한 전극보일러 시스템의 동작 및 작용을 설명하면 다음과 같다.
펌프(200)를 통해 난방수가 순환되며 펌프(200)로 부터 전극보일러(100)의 유입단에 버블발생수단(300)이 연결되어 버블발생수단(300)에 의해 난방수에 버블이 발생되고 발생된 버블이 전극보일러(100)로 공급된다.
펌프(200)로 부터 순환되어 전극보일러(100)로 유입될 때의 이의 수직단으로 고압의 공기압을 가하여 버블을 발생시키게 되며, 배관의 구경보다 적게 구성한 에어토출구(310)가 구성되어 난방수에 가해지는 공기압을 더욱 증가시키도록 한다.
상기와 같이 버블발생수단(300)에 의해 발생된 버블은 전극보일러(100)를 통과하면서 전극에 의한 유통경로 상에서 전극 간 전류가 버블에 전달되면서 물속의 분자가 이온화되면서 버블이 쪼개지게 되고(프라즈마 이온화현상), 또한 전극보일러(100)의 내부 유통경로에 따라서 온도의 증가 및 충격에 이해 터지면서 보다 많은 수의 버블로 변화된다.
상기와 같이 전극보일러(100)에 의해 뜨거워진 난방수는 난방배관(400)으로 공급되고 난방배관(400)을 통하여 전극보일러(100)에서 잘게 부수어진 버블을 포함하는 난방수는 순환하게 된다.
공기는 물보다 빨리 데워 지며 열손실이 보다 적음으로써, 전극보일러(100) 내에서 빠른 시간 내에 승온 시킬 수 있으며, 또한 공기가 차지하는 공간만큼 난방수의 양을 적게 할 수 있음으로써, 빠른 시간에 난방수를 순환시킬 수 있어서 열효율을 증가시킬 수 있게 된다.
그러나 버블이 포함된 즉 공기가 포함된 난방수는 펌프(200)에 의해 순환이 어렵게 됨으로써, 펌프(200)의 전단에 버블제거수단(500)을 구성하여 버블을 제거한 후, 펌프(200)로 난방수를 공급한다.
상기 버블제거수단(500)은 일정한 수위를 유지하도록 물이 담긴 물통(510)으로 구성되고 물통(510) 수면 또는 그 상부 공기공간부로 입수배관(520)이 통해져있어서, 난방수는 입수배관(520)을 통해 물통(510)에 유입되면서 버블이 공기 공간층로 발산되어 제거된다.
이후, 물통(510)의 하단에 구성된 출수배관(530)을 통해 펌프(200)로 공급된다.
상기 수위조절수단(540)에서는 물통(510)의 수위를 일정하게 유지하도록 하기 위하여 수위변동을 감지하여 물을 자동으로 공급한다.
이와 같이 버블을 포함하여 난방수를 포함하여 순환시킴으로써, 상기에서 설명한 바와 같이 작은 전력으로 높은 열효율을 얻을 수 있다.
한편 전극보일러(100)는 보다 버블을 효과적으로 이용하여 열효율을 증가시킬 수 있는 구조로 이루어져있다.
상기 버블발생수단(300)에 의해 버블이 발생된 펌프(200)에 의해 순환되는 난방수는 상기 전극보일러(100)의 고정부(40)로 공급된다.
상기 고정부(40)의 물주입부(41)는 고정부(40)의 일 측부에 구성되어 있어서, 주입되는 물은 내부 양전극관(20)의 가장자리부에 부딪히면서 양전극관(20)을 따라 회전하면서 주입되는 물의 압력에 의해 상승하게 된다.
이때 물주입부(41)에는 회오리발생수단(42)이 구성되어 있어서, 물주입부(41)를 통해 주입되는 물은 회오리발생수단(42)에 의해 더 강한 회전력을 얻게 되어 양전극관(20)을 따라 회전하게 된다.
상기에서와 같이 물은 도 6 및 도 8에서와 같이 양전극관(20)을 따라 회전하면서 상승하게 되고, 상부로 도달하게 되면 양전극관(20)의 내부로 유입되면서 출수관(30)을 따라 회전하면서 상기와 역방향으로 진행하고, 하단에서 출수관(30)으로 유입되어 출수된다.
이때 몸체(10)와 출수관(30)은 음전극이고 양전극관(20)은 양전극임으로써, 도 10에 도시된 바와 같이 이온클러스터가 발생하여 +, -이온이 교번으로 발생하게 된다.
따라서 양전극관(20)을 따라 회전하면서 몸체(10)와의 흐르는 전류에 의해 물이 승온 되고, 양전극관(20)의 내부로 유입되어 출수관(30)을 따라 회전하게 될 때에는 양전극관(20)과 출수관(30)의 사이로 흐르는 전류에 의해 물이 승온 된다.
여기서 물을 회전시키면서 이온 클러스터를 발생시키기기 위한 물의 유통을 유도하게 되는 바, 이는 전극 간 회전단면적을 극대화시키기 위한 것이다.
상기 회전단면적은 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
여기서, 도 9를 참조하면, A는 출수관(30)의 내주면 면적이고, Bout은 양전극관(20)의 외주면 면적, Bins는 양전극관(20)의 내주면 면적이고, C는 몸체(10)의 내주면 면적이고, n는 물의 회전수, P는 압력, L은 접촉 길이(도 8참조)이다.
일반적으로 n은 10으로 설정된다.
이와 같이 각 접촉하는 단면적에 접촉되는 전체길이(L), 즉 몸체(10)의 길이에 대하여 가해지는 압력을 적용하여 회전단면적을 구할 수 있다.
또한 버블발생수단(100)에서 발생된 버블은 물이 유통경로를 따라 회전하면서 진행하게 되는 바, 도 11에 도시된 바와 같이, 출수관(30)에 이르게 되면서 점차 작아지며, 작은 많은 양의 버블로 변화된다.
일반적으로 물이 회전하면서 유통경로를 따라 진행하게 될 경우 유통경로 상에서 버블이 발생되며, 보다 많은 버블을 발생시켜 열효율을 증가시키고자 한 것으로, 초기 유입되는 버블이 유통경로를 따라 회전하면서 진행하게 되면서 온도의 증가 및 충격에 의해 터지면서 보다 많은 수의 버블로 변화되는 것이다.
상기에서 설명한 바와 같이, 전극에 의한 유통경로 상에서 전극 간 전류가 버블에 전달되면서 물속의 분자가 이온화되면서 버블이 쪼개진다.(프라즈마 이온화현상)
공기는 물보다 빨리 데워 지며 열손실이 보다 적음으로써, 열효율을 향상시킬 수 있으며, 공기를 포함하고 있어서 이외의 면적을 구성하는 물에 대해서 가열을 하게 됨으로써, 빠른 시간 내에 물을 승온 시킬 수 있게 된다.
이와 같이 출수관(30)을 통하여 출수되는 물은 회전하면서 난방수공급관(90)으로 공급되며 이때 난방수공급관(90)은 회전수단(80)에 의해 정역 회전되면서 출수되는 물을 좌우 회전시켜 난방수공급관(90) 내의 저항력을 줄여 빠르게 난방배관으로 공급시킬 수 있도록 한다.

Claims (8)

  1. 전극 간 난방수의 유통경로를 형성하고 구성된 전극 간 단면적에서 발생된 이온 클러스터에 의해 난방수를 승온 시키도록 한 전극보일러(100)와, 전극보일러(100)로 부터 승온된 난방수를 순환시키는 펌프(200)와, 펌프(200)로 부터 순환되어 전극보일러(100)로 유입 순환되는 난방수에 버블을 발생시키는 버블발생수단(300)과, 난방배관(400)으로 부터 순환되는 난방수에 포함된 버블을 제거하여 펌프(200)로 공급하는 버블제거수단(500)과, 상기 전극보일러(100)를 제어하여 난방수의 온도를 제어하며 상기 펌프(200), 버블발생수단(300)을 제어하여 물의 압력, 버블량을 조절하여 물의 온도를 부가 제어하는 제어수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 버블을 이용한 전극보일러 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 버블제거수단(500)은 난방배관(400)으로 부터 유입된 물이 담기며 그 상부로 버블이 제거될 수 있도록 상부로 공간(공기층)이 형성된 물통(510)과, 물통(510)의 상부 공간으로 난방수를 유입시키도록 형성된 입수배관(520)과, 물통(510)의 하부로 난방수를 펌프(200)로 공급하기 위한 출수배관(530)이 구성되고, 물통(510)의 수위를 유지하기 위하여 물을 자동공급하기 위한 수위조절수단(540)과, 상기 물통(510)의 오버플로우(overflow)를 방지하기 위한 오버플로우방지배수배관(550)이 구성되는 것을 특징으로 하는 버블을 이용한 전극보일러 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 버블발생수단(300)은 압축기로 구성되어 펌프(200)로 순환되는 물에 수직으로 고압의 공기압을 공급하도록 구성한 것을 특징으로 하는 버블을 이용한 전극보일러 시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 버블발생수단(300)은 순환수에 접촉되는 전단으로 배관의 구경을 좁게 구성한 에어토출구(310)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 버블을 이용한 전극보일러 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 전극보일러(100)는
    외통을 몸체로 하고, 외통으로 부터 그 내부 하나 이상의 내통을 구성하며, 상기 외통을 덮어 밀폐시키며 고정되는 각 내통과 전기적으로 연결된 몸체덮개부, 상기 외통 및 상기 내통을 고정시키며 순환되는 난방수를 주입 공급시키는 수단을 포함하는 고정부를 구성하되,
    상기 외통과 1차 전극 간 단면적을 구성하는 내통은 고정부에 고정되고 그 반대단이 개방부를 구성하고 이후 내통은 순차적으로 몸체덮개부, 고정부에 고정 밀폐되고 그 반대단이 개방되며, 최중앙 내통은 몸체덮개부에 고정되어 외부로 난방수가 배수되도록 상기 고정부로 유입된 물이 내통을 따라 회전하면서 고정부로 부터 몸체덮개부 방향으로 그리고 그 역방향으로 반복하여 진행하도록 물의 유통경로를 구성하며,
    상기 몸체덮개부와 고정부는 서로 다른 전극(양전극 또는 음전극)이 연결되는 전극단자가 구성되어 상기 외통으로 부터 그 내부 내통이 서로 다른 전극이 교번하여 구성되고,
    상기 고정부는 외통과 고정된 각 내통 간 전기적인 절연구조로 이루어지며, 고정된 각 내통에 연결된 전극과 전기적인 절연상태를 제공하는 구조로 이루어지도록 하여,
    상기 외통과 내통으로 구성된 난방수의 유통경로에 따라 구성된 전극 간 단면적에서 발생된 이온 클러스터에 의해 난방수를 승온 시키도록 한 것을 특징으로 하는 버블을 이용한 전극보일러 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 전극보일러(100)는,
    원통형의 물탱크관으로 음전극이 연결되는 몸체(10)와,
    몸체(10)의 내부에 구성되어 외주면이 몸체(10)의 내주면과 전극간 단면적으로 작용하며 그 상부가 개방되어 주입되는 물의 유통경로를 제공하고 양전극이 연결되는 양전극관(20)과,
    양전극관(20)의 중앙에 구성되어 외주면이 양전극관(20)의 내주면과 전극 간 단면적으로 작용하는 물의 유통경로를 제공하고 상기 양전극관(20)의 개방부와 그 반대로 하부가 개방되어 물이 유입되도록 하고 외부로 가열된 물을 배출하도록 하며 음전극이 연결되는 출수관(30)과,
    상기 몸체(10), 양전극관(20)을 고정하여 외부로 부터 밀폐된 물통을 구성하며 외부로 부터 물을 주입하기 위한 수단을 구비하는 고정부(40)와,
    상기 고정부(40)에 고정된 몸체(10)의 상부를 덮어 밀폐시키며 그 중앙으로는 상기 출수관(30)을 고정시키고 일 측으로는 음전극이 연결되며 몸체(10) 및 출수관(30)과는 전기적인 연결을 갖는 음전극단자(60), 접지단자(70)가 구성되는 몸체덮개부(50)를,
    포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 회오리 전극 반응을 이용한 전극보일러의 히터 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 출수관(30)의 선단에 구성되며 난방수를 난방배관으로 공급하기 위한 난방수공급관(90)과 연결되고 난방수공급관(90)을 정,역 회전시켜 출수되는 난방수를 좌우 회전시켜 빠르게 물을 난방배관 측으로 공급하기 위한 회전수단(80)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 버블을 이용한 전극보일러 시스템.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 고정부(40)는 중앙으로 양전극관(20)이 고정되고 양전극관(20)과 전기적 연결을 갖으며 양전극이 연결되는 양전극단자(44)가 고정되고, 양전극단자(120)를 덮어 보호할 수 있도록 덮개(45)가 구성되고, 펌프(200)와 연결되어 순환되는 난방수가 주입되며 주입되는 난방수가 양전극관(20)의 측부 방향으로 유입되어 양전극관(20)을 따라 회전하도록 구성되는 물주입부(41)와, 물주입부(41)를 향하여 유입단을 구성하여 양전극관(20)을 따라 회전하면서 상승하는 회전력을 증가시키도록 물의 경로를 정해주는 회오리발생수단(42)과, 몸체(10)가 결합되는 몸체결합부(43)를 포함하여 구성되고, 상기 몸체(10)를 밀폐 고정시키며 몸체(10)의 중앙으로 양전극관(20)을 고정시키고 절연재질로 구성되어 몸체(10)와 양전극관(20)을 전기적으로 절연시키기 위한 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 버블을 이용한 전극보일러 시스템.













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