KR20160124490A - 코일형 가열관이 구비된 와전류 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석을 이용한 와전류 보일러에 관한 것으로, 영구자석이 배치된 회전자와 소정의 각도로 감긴 코일형 가열관을 외측으로 구비함으로써, 회전자의 회전에 따른 제동력을 낮추고, 배기팬으로 회전자가 과열되는 것을 방지하여 영구자석의 수명을 높일 수 있음은 물론 회전자 등 와전류 열교환기에서 나오는 열기를 난방 등에 활용할 수 있는 코일형 가열관이 구비된 와전류 보일러를 제공한다.

Description

코일형 가열관이 구비된 와전류 보일러{EDDY CURRENT BOILER HAVING COIL TYPE HEAT PIPE}

본 발명은 와전류 보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코일형 가열관 내측으로 영구자석이 배치된 회전자를 삽입 회전시켜 코일형 가열관을 이루는 금속 급수관에 생기는 와전류로 금속 급수관을 가열시키는 코일형 가열관이 구비된 와전류 보일러에 관한 것이다.

온수 및/또는 난방을 위한 보일러의 에너지원으로 종래부터 석탄, 중유, 액화가스 등이 사용되고 있는데, 이들은 유독 배출가스로 인하여 대기오염의 원인이 되고 있다.

따라서 최근에는 풍력 등 대체 에너지를 이용하는 발열 장치에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 그 중에는 와전류를 이용한 발열기의 개발(대한기계학회논문집 B권, 제33권 제8호, pp. 565~572, 2009), 한국공개특허 제10-2012-0109210호(와전류 유도 발열장치를 이용한 냉난방시스템) 및 한국공개특허 제10-2012-0130881호(입력 부하를 최소화하는 와전류 유도 발열장치를 이용한 냉난방시스템) 등이 있다.

와전류(eddy current)란 교번하는 교류 자계 내에 있는 도체에 전자기 유도 현상에 의하여 자계의 변화를 억제하기 위해 소용돌이 형태로 발생하는 전류를 말한다. 이러한 와전류는 영구자석 등 자성체의 운동을 방해하는 방향으로 자기장이 형성되어 제동효과가 있게 된다.

상기 선행기술들은 모두 공통으로 영구자석을 회전시켜 주위에 배치된 금속 급수관에 와전류가 생기게 하고, 이러한 와전류에 의하여 금속 급수관을 가열시켜 온수를 얻고자 하는 기술을 개시하고 있다.

그런데, 상기 선행논문은 금속 급수관이 하나의 원통형 외통을 이루어 영구자석으로 이루어진 회전자의 회전에 제동력이 크게 작용하는 문제점이 있다.

그리고, 상기 선행특허문헌들은 상기 선행논문의 문제점을 해결하기 위해 복수 개의 영구자석으로 회전자를 이루고 복수 개의 금속 바로 회전자 둘레에 배치하고, 각 금속 바 내부에 회전축과 평행하게 일정 간격으로 액체통로를 지그재그 또는 코일 형상으로 형성하거나, 자석부와 근접한 면적을 줄여 부하를 최소화하기 위해 반원형 동관, 각관 등으로 액체통로를 이루는 구성을 개시하고 있으나, 코일 형상의 액체통로는 회전자의 회전시 자석과 항상 교차하게 되어 제동력이 크게 작용하는 문제점이 있고, 회전축에 자석부가 부채꼴 모양으로 체결되어 고속 회전시 자석부가 이탈되는 문제점이 있으며, 자석부가 길이방향으로 길게 통으로 부착되어 자석부가 용이하게 과열되기 쉬울 뿐만 아니라 일부 교체시 많은 비용이 드는 문제점이 있고, 나아가 충분한 온수를 얻기 어려운 구조이어서 온수 보일러로 상용화하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 회전자의 과열로 영구자석의 수명을 떨어뜨리는 문제점이 있고, 회전자 등 와전류 열교환기에서 나오는 열기로 주변 공기도 데워지게 되는데 이를 난방 등에 제대로 활용하지 못하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 영구자석이 배치된 회전자를 회전자와 소정의 각도로 감긴 코일형 가열관 내측에 삽입하여 회전자의 회전에 따른 제동력을 낮추고, 회전자가 과열되는 것을 방지하여 영구자석의 수명을 높임은 물론 회전자 등 와전류 열교환기에서 나오는 열기를 난방 등에 활용할 수 있는 수단이 결합된 와전류 보일러를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 와전류 보일러는 동력을 전달하는 회전축, 상기 회전축에 삽입 체결되고 원주 방향을 따라 일정 간격으로 형성된 복수 개의 홈에 영구자석이 반경 방향으로 N, S극을 번갈아 배치된 2개 이상의 원판형 회전자들, 상기 원판형 회전자들과 일정 거리 이격되어 외측으로 감싸는 코일형 가열관을 포함하여 구성된 와전류 열교환기; 및 상기 와전류 열교환기를 양측에서 지지하는 좌, 우측 지지패널을 포함하여 구성되되, 상기 코일형 가열관은 상기 원판형 회전자들과 일정 각도로 기울어지며 감긴 것이다.

상기 코일형 가열관은 상기 원판형 회전자들과 5~15도로 기울어지며 감긴 것일 수 있다.

상기 영구자석은 상기 회전축의 축 방향과 평행한 방향으로 상기 복수 개의 홈에 끼워지고, 상기 영구자석의 상기 축 방향을 향한 길이는 상기 원판형 회전자들 각각의 바깥 테두리 두께와 같고, 상기 원판형 회전자들 각각의 바깥 테두리 두께는 상기 코일형 가열관의 중심간 거리(피치)보다 작은 것일 수 있다.

상기 코일형 가열관은 상기 원판형 회전자들과 상기 반경 방향으로 3~7mm 이격된 것일 수 있다.

상기 회전축에는 상기 와전류 열교환기에서 발생된 열을 배출하는 배기팬이 더 부착된 것일 수 있다.

상기 좌, 우측 지지패널에는 상기 와전류 열교환기에서 발생된 열을 모으는 덮개가 더 부착되고, 상기 배기팬은 상기 좌, 우측 지지패널 중 하나의 외 측에 돌출되도록 설치되고, 상기 덮개는 상기 배기팬 위치까지 연장되어, 상기 배기팬 주위를 폐쇄하는 커버 부재와 체결된 것일 수 있다.

상기 좌, 우측 지지패널은 각각 상기 회전축의 축 방향으로 하나 이상의 송풍용 관통공이 형성된 것일 수 있다.

상기 좌, 우측 지지패널은 상기 회전축을 좌, 우측에서 삽입 지지하고, 상기 코일형 가열관은 상기 좌, 우측 지지패널에 체결된 3개 이상의 고정 봉으로 지지 될 수 있다.

상기 회전자들은 각각 상기 회전축에 삽입 체결되도록 가운데 축 삽입 관통 공과 키 홈이 형성되며 바깥 가장자리로 상기 영구자석이 복수 개 배치된 원판형 회전 몸체와 상기 원판형 회전 몸체의 양 측면에 부착되어 상기 영구자석을 고정시키는 좌, 우 고정 링 판을 포함하여 구성된 것일 수 있다.

상기 원판형 회전 몸체는 상기 반경 방향으로 바깥보다 안쪽이 넓은 상협하광의 형상으로 상기 복수 개의 홈이 형성되고, 상기 영구자석은 상기 상협하광의 형상에 대응되게 제작되어 상기 복수 개의 홈에 측면에서 상기 홈의 길이방향으로 밀어서 끼워지고, 상기 좌, 우 고정 링 판으로 하부 일부를 덮어 고정된 것일 수 있다.

상기 영구자석은 상기 반경 방향의 단면이 사다리꼴이고, 상기 원판형 회전 몸체 및 상기 좌, 우측 지지패널은 각각 상기 회전축의 축 방향으로 하나 이상의 송풍용 관통공이 형성된 것일 수 있다.

상기 덮개는 하나 이상의 송풍구가 형성된 것일 수 있다.

상기 좌, 우측 지지패널 중 적어도 하나의 외 측에는 에어 필터가 상기 회전축에 삽입 체결되고, 상기 커버 부재의 반대편에는 복수 개의 송풍용 관통공이 형성된 제2의 커버 부재가 상기 회전축에 삽입되어 상기 덮개에 체결될 수 있다.

상기 덮개 및 상기 커버 부재는 각각 바닥면을 가지고 일체로 형성되고, 상기 제2의 커버 부재는 바닥면을 가지고 상기 덮개에 체결된 것일 수 있다.

본 발명은 영구자석이 배치된 회전자와 소정의 각도로 감긴 코일형 가열관을 외측으로 구비함으로써, 회전자의 회전에 따른 제동력을 낮추고, 배기팬으로 회전자가 과열되는 것을 방지하여 영구자석의 수명을 높일 수 있음은 물론 회전자 등 와전류 열교환기에서 나오는 열기를 난방 등에 활용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 와전류 보일러의 모습을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 와전류 열교환기에 대한 구성을 보여주는 사시도이다.
도 4는 코일형 가열관이 원판형 회전자와 일정 각도로 기울어지는 정도에 따라 영구자석이 회전할 때 코일형 가열관과 만나는 면적이 달라질 수 있음을 보여주는 개념도이다.
도 5는 도 3의 회전축의 구성과 회전축에 복수 개의 원판형 회전자들이 체결되는 모습을 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5의 각 회전자에 대한 구성을 보여주는 분해 사시도이다.
도 7은 도 5에서 회전축 방향으로 바라본 회전자 모습을 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 A부분을 확대한 도면이다.
도 9는 다른 실시 예로 영구자석이 회전자 몸체에 체결된 모습을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 와전류 보일러의 모습을 보여주는 사시도이다.
도 11은 도 10의 와전류 열교환기에 대한 구성을 보여주는 사시도이다.
도 12는 도 10의 와전류 보일러(1001)에 덮개(400)와 후방 커버 부재(500)가 더 체결된 실시 예를 보여주는 분해 사시도이다.
도 13은 도 12에 의하여 체결된 모습을 보여주는 사시도이다.
도 14는 도 13의 실시 예에서 덮개에 하나 이상의 송풍구(470)가 더 형성된 예를 보여주는 사시도이다.
도 15는 도 13의 좌측 지지패널(310) 외 측으로 에어 필터(800)가 회전축(110)에 더 삽입 체결되고 전방 커버 부재(700)가 덮개(400)에 더 체결된 실시 예를 보여주는 분해 사시도이다.
도 16은 도 15에서 덮개(400) 및 후방 커버 부재(500)는 각각 바닥면(930)을 가지고 일체(900)로 형성되어 사용될 수 있음을 보여주는 다른 실시 예의 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 실시 예에 의한 와전류 보일러는, 도 1 내지 도 9에 공통으로 예시된 바와 같이, 동력을 전달하는 회전축(110), 상기 회전축에 삽입 체결되고 원주 방향을 따라 일정 간격으로 형성된 복수 개의 홈(123)에 영구자석(125)이 반경 방향으로 N, S극을 번갈아 배치된 2개 이상의 원판형 회전자들(120), 상기 원판형 회전자들과 일정 거리(d)로 이격되어 외측으로 감싸는 코일형 가열관(130)을 포함하여 구성된 와전류 열교환기(100); 및 상기 와전류 열교환기(100)를 양측에서 지지하는 좌, 우측 지지패널(310, 320)을 포함하여 구성되되, 상기 코일형 가열관(130)은 상기 원판형 회전자들(120)과 일정 각도(φ)로 기울어지며 감긴 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 코일형 가열관(130)은 하나의 금속 급수관이, 도 4와 같이, 원판형 회전자들(120)과 일정 각도(φ)로 기울어지며 감긴 상태로 구비되어, 영구자석(125)이 회전할 때 코일형 가열관(130)과 교차하는 면적을 줄여 회전자의 회전에 따른 제동력을 낮추고, 입구 연결관(132)으로 들어간 물이 코일형 가열관(130)을 돌며 충분히 가열된 다음 출구 연결관(134)으로 나오게 된다(도 1에서 도면부호 134가 입구 연결관으로, 132가 출구 연결관으로 사용될 수도 있음, 이하 동일함).

이때, 코일형 가열관(130)이 원판형 회전자들(120)과 이루는 각도(φ)는 5~15도가 바람직하다. 이는 5도 미만일 경우에는 영구자석(125)이 회전할 때 교차하는 코일의 감긴 수(turn 수)가 적어 회전자의 회전에 따른 제동력을 낮추기 어려운 문제점이 있고, 그렇다고 15도 초과할 경우에는 코일형 가열관(130)의 양단에 낭비되는 공간이 커지고 내측에 원판형 회전자들(120)을 두고 회전시키기 어려운 문제점이 있다.

또한, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 영구자석(125)은 회전축(110)의 축 방향과 평행한 방향으로 각 원판형 회전자(120)의 테두리에 형성된 복수 개의 홈(123)에 각각 끼워지고, 영구자석의 축 방향을 향한 길이는 원판형 회전자(120)의 바깥 테두리 두께(t)와 같고, 원판형 회전자(120)의 바깥 테두리 두께(t)는 코일형 가열관(130)의 중심간 거리(피치: p)보다 작은 것이 바람직하다. 이는 코일형 가열관(130)을 이루는 금속 급수관의 외경이 원판형 회전자(120)의 바깥 테두리 두께(t)보다 작은 상태에서 코일형 가열관(130)의 중심간 거리(피치: p)가 원판형 회전자(120)의 바깥 테두리 두께(t)보다 작게 빽빽하게 감을 경우 회전자의 회전에 따른 제동력을 낮추기 어려운 문제가 있기 때문이다.

한편, 상기 코일형 가열관(130)은 원판형 회전자들(120)로부터 반경 방향으로 3~7mm 이격 거리(d)를 두고 배치되도록 함이 바람직하다. 이는 3mm 미만으로 이격될 경우에는 150~200℃ 되는 코일형 가열관(130)의 열이 영구자석(125)에 그대로 전달하게 되는 문제가 있을 뿐만 아니라 회전에 제동력이 많이 걸는 문제점이 있고, 그렇다고 7mm 초과하여 떨어져 배치하게 되면 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

이때, 코일형 가열관(130)을 원판형 회전자들(120)과 일정한 이격 거리(d)를 두고 배치하기 위한 수단은 다양할 수 있으나, 도 1 및 도 2와 같이, 회전축(110)을 좌, 우측에서 삽입 지지하는 좌, 우측 지지패널(310, 320)에 3개 이상의 고정 봉(140)을 코일형 가열관(130)의 외측을 접하며 지나도록 체결할 수 있다. 도 1 및 도 2에서는 고정 봉(140) 6개가 코일형 가열관(130)의 외측을 지나며 지지 및 고정하고 있으나, 코일형 가열관(130)의 외측 아래에 2개 이상 위에 1개 이상을 구비하면 충분하다. 상기 3개 이상의 고정 봉(140) 중에 어느 하나 이상은 3개 이상의 고정 봉(140)이 이루는 내측 반경을 조절할 수 있도록 하는 수단이 더 강구됨이 바람직하다. 일 예로 상기 내측 반경을 조절하는 고정 봉(140)이 체결된 좌, 우측 지지패널(310, 320)에는 회전축(110)을 향하여 장 홈(미도시)이 형성되고, 장 홈에 반경 조절용 고정 봉(140)의 양단이 삽입되어 볼트(142)로 체결 되도록 할 수 있다.

코일형 가열관(130)을 원판형 회전자들(120)과 일정한 이격 거리(d)를 두고 배치하기 위한 다른 실시 예로는, 도 16에 도시된 바와 같이, 코일형 가열관(130)의 양단에 연결된 입구 연결관(132) 및 출구 연결관(134)을 각각 좌, 우측 지지패널(310, 320)에 관통시켜 지지하게 할 수 있다. 도 16에서는 6개의 고정 봉(140)이 함께 도시되어 있으나, 입구 연결관(132) 및 출구 연결관(134)으로만 좌, 우측 지지패널(310, 320)에 관통시켜 코일형 가열관(130)을 고정할 수도 있다.

좌, 우측 지지패널(310, 320) 사이에 일정 간격을 유지하기 위하여, 도 1 및 도 2와 같이, 복수 개의 간격 유지 봉(200)이 좌, 우측 지지패널(310, 320) 사이에서 별도 체결될 수도 있으나, 상술한 3개 이상의 고정 봉(140)으로 간격 유지 봉(200)의 역할을 대신하게 할 수도 있다.

회전축(110)은 도 2에 도시된 바와 같이 좌, 우측 지지패널(310, 320)에 형성된 관통공(312, 322)을 통하여 삽입 지지하게 되는데, 좌, 우측 지지패널(310, 320)의 각 내측에는 관통공(312, 322)에 베어링 부재(330, 340)가 더 삽입되고, 베어링 부재(330, 340)에 회전축(110)의 양단이 삽입 지지 되도록 함이 바람직하다.

또한, 종래 영구자석이 부착된 회전자를, 도 5 및 도 6과 같이, 복수 개의 원판형 회전자들(120)로 나누어 일정 간격으로 회전축(110)에 삽입 체결함으로써, 본 실시 예에 의하면 분해조립이 완전 가능하여 운반 및 부품 교환이 용이할 뿐만 아니라 원판형 회전자 몸체(122) 등으로 열전달이 용이하도록 하여 영구자석(125)의 수명을 높일 수 있게 된다. 여기서, 원판형 회전자 몸체(122)의 열을 효과적으로 빼내고 이 열을 난방 등에 이용하기 위해 각 원판형 회전자 몸체(122)에는, 도 11과 같이, 하나 이상의 송풍용 관통공(122a)이 더 형성될 수 있다.

영구자석은 크게 페라이트(Ferrite)계 자석, 알니코(AlNiCo)계 자석 및 희토류(Rare Earth)계 자석으로 분류되고, 페라이트(Ferrite)계 자석은 바륨 페라이트(BaFe), 스트론튬 페라이트(SrFe)가 있는데 알니코계 자석보다 높은 보자력(Hr)을 갖지만 잔류자속밀도(Br)는 낮다. 그리고 희토류계 자석은 사마륨 코발트(SmCo) 자석과 네오디뮴(NdFeB) 자석이 있는데, 이들은 모두 페라이트계 자석 및 알니코계 자석 보다 높은 보자력과 잔류자속밀도를 가지나, 온도가 상승할수록 보자력과 잔류자속밀도가 감소하는 특성이 있기 때문에 고온 불가역감자에 주의해야 한다. 특히, 네오디뮴 자석은 사마륨 코발트 자석보다 보자력과 잔류자속밀도가 높지만 온도특성이 나빠 온도가 높아질수록 자속밀도의 하락이 심하여 80℃가 넘는 환경에서는 사용하기 어렵고, 쉽게 산화되어 코팅처리 등이 요구되는 단점이 있다.

따라서, 희토류계 자석으로 와전류 열교환기(100)를 설계함에 있어, 코일형 가열관(130) 내측 주위에 배치된 영구자석(125)의 온도는 80℃를 넘지 않도록 해야 한다.

그런데, 코일형 가열관(130) 내측으로 일정 거리(d) 이격 되도록 원판형 회전자들(120)을 배치시켜 영구자석(125)을 회전시킬 때, 코일형 가열관(130)인 금속 급수관으로부터 전달되는 열뿐만 아니라 영구자석(125)에서 히스테리손실 및 자석내 와전류손실에 의한 열로 쉽게 불가역감자 상태로 변하여, 회전자에 특별한 열 배출 수단을 강구하지 않는 한 수시로 영구자석(125)을 교체해주어야 하는 문제점이 있다.

이에 상술한 실시 예에서는, 종래와 같이 영구자석이 회전축의 길이 방향으로 통(한 몸)으로 부착한 것이 아니라, 도 3과 같이, 복수 개의 원판형 회전자들(120)로 절단하여 일정 간격으로 회전축(110)에 삽입 체결함으로써, 각 회전자(120)의 가장자리 둘레로 부착된 영구자석(125)의 열이, 도 5 및 도 6과 같이, 사이는 물론 원판형 회전 몸체(122)를 통하고, 이어 회전축(110)을 통하여 외부로 빠져나가도록 한 것이다. 또한, 후술하는 실시 예에 의하면, 원판형 회전자 몸체(122)에 형성된 하나 이상의 송풍용 관통공(122a) 및/또는 배기팬(160)에 의하여 더욱 효과적으로 회전자 몸체(122)로 전달된 열을 빼낼 수 있게 되어 영구자석(125)의 과열로 인해 수명이 단축되는 문제를 해결할 수 있게 된다.

따라서, 상기 원판형 회전 몸체(122) 및 상기 회전축(110)은 열 전도성이 높은 물질로 형성함이 바람직하다.

상술한 각 실시 예에서, 영구자석(125)으로 네오디뮴 자석도 사용할 수 있다. 그러나, 네오디뮴 자석은 구동 초기에는 약한 부하가 걸려 구동이 용이하나 고속회전시 부하가 많이 걸리는 문제점이 있어, 풍력 등 자연력으로 저속으로 회전축(110)에 동력을 전달할 경우에 사용하는 것이 좋고, 전동모터의 최대부하까지 구동을 하기 위해서는 사마륨 코발트 자석으로 사용함이 바람직하다.

이하에서는, 상술한 실시 예의 각 구성에 대한 구체적인 실시 예로 첨부된 도면을 참조하며 설명한다.

우선, 상기 회전축(110)은 다양한 형태로 형성되어 복수 개의 원판형 회전자들(120)에 동력을 전달할 수 있으나, 도 5(a)와 같이, 길이방향으로 직경이 서로 다른 복수 개의 축 봉들(112, 114, 116, 118)로 이어지되, 상기 축 봉들 중 직경이 가장 작은 제 1 축 봉(112)에는 동력 전달 키 홈(111)이 형성되고, 상기 제 1 축 봉보다 직경이 큰 제 2 축 봉(114)은 상기 제 1 축 봉에 이어지며 단차를 이루고 상기 제 1 축 봉(112) 쪽의 일 측에 나사 홈(113)이 형성되고, 상기 나사 홈에서 길이방향으로 가며 회전자 고정 키 홈(115)이 형성되고, 상기 회전자 고정 키 홈의 끝단에는 상기 제 2 축 봉보다 직경이 큰 제 3 축 봉(116)이 소정의 길이로 이어지고, 상기 제 3 축 봉의 끝단에는 상기 제 1 축 봉(112) 또는 상기 제 2 축 봉(114)과 직경이 동일한 제 4 축 봉(118)으로 연결될 수 있다. 제 4 축 봉(118)은, 도 5(a)에서 도시된 것보다 더 연장되어, 도 10의 실시 예에서 배기팬(150)을 더 체결할 수 있도록 구비될 수 있다.

상기와 같이 회전축(110)을 형성할 경우에는 상기 제 3 축 봉(116)의 직경으로 소정의 길이를 갖는 하나의 축 봉으로 절삭 가공하여 상기 제 1, 2, 3, 4 축 봉(112, 114, 116, 118)을 일체로 만들 수 있는 있고, 여기에 상기 동력 전달 키 홈(111), 상기 회전자 고정 키 홈(115) 및 상기 나사 홈(113)을 형성하면(도 10의 실시 예에서는 배기팬(150) 연결 키 홈을 더 형성하게 됨) 되므로 가공이 간단한 장점이 있게 된다.

그리고, 상기 회전자들(120)은, 도 5(b) 및 도 6과 같이, 상기 회전자 고정 키 홈(115)에 회전자 고정 키(117)를 삽입한 후 가운데 형성된 축 삽입 관통 공(121)과 키 홈을 통하여 상기 회전축(110)에 삽입 체결하되, 상기 회전자들(120)보다 직경이 작고 상기 제 2 축 봉(114)보다 직경이 큰 원통형 간격 유지 부재(119)를 사이에 두며 상기 회전자들(120)과 같은 방식으로 삽입한 후 상기 나사 홈(113)에 너트(113')를 조여 상기 회전축(110)에 고정되도록 할 수 있다.

따라서, 직경이 서로 다른 복수 개의 축 봉들(112, 114, 116, 118)로 이어져 단차진 회전축(110)을 이용할 경우, 필요한 회전자들(120)을 얼마든지 원통형 간격 유지 부재(119)를 사이에 두며 삽입한 후, 상기 나사 홈(113)에 너트(113')만 조여줌으로써, 간단히 회전자들(120)을 회전축(110)에 삽입 고정할 수 있어 분해 조립의 완전성을 기할 수 있고, 작업시간의 단축, 운반 및 부품 교환이 용이하게 된다.

여기서, 상기 회전자들(120)은 다양한 형상으로 가공될 수 있으나, 도 6과 같이, 각각 상기 회전축(110)에 삽입 체결되도록 가운데 축 삽입 관통 공(121)과 키 홈이 형성되며 바깥 가장자리로 상기 영구자석(125)이 홈(123)에 복수 개 배치된 원판형 회전 몸체(122)와 상기 원판형 회전 몸체의 양 측면에 부착되어 상기 영구자석(125)을 고정시키는 좌, 우 고정 링 판(124)을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 원판형 회전 몸체(122)는, 도 6 내지 도 8과 같이, 상기 원주 방향을 따라가며 상기 회전축(110)의 축 방향과 평행한 방향으로 또는 상기 회전축(110)의 축 방향과 일정 각도를 가진 비스듬한 방향으로(미도시) 그리고 상기 반경 방향으로 바깥보다 안쪽이 넓은 상협하광의 형상으로 상기 복수 개의 홈(123)이 형성되고, 상기 영구자석(125)은 상기 상협하광의 형상에 대응되게 제작되어 상기 복수 개의 홈(123)에 측면에서 상기 축 방향으로 밀어서 끼워지고, 상기 좌, 우 고정 링 판(124)으로 하부 일부를 덮어 좌, 우 측면으로 이탈하지 않도록 고정하게 된다.

상기 원판형 회전 몸체(122)와 상기 좌, 우 고정 링 판(124)의 체결은, 도 6과 같이, 원판형 회전 몸체(122) 및 좌, 우 고정 링 판(124)에 각각 형성된 복수 개의 관통 공들(127, 129)에 각각 체결 볼트(126)를 삽입하고 너트(128)로 조여 고정하게 된다.

도 7은 도 5에서 회전축(110) 방향으로 바라본 회전자(120)의 모습 즉, 원판형 회전 몸체(122)에 좌, 우 고정 링 판(124)이 체결된 모습을 도시한 것이고, 도 8은 도 7의 A부분을 확대한 도면이다. 도 8에서 영구자석(125)은 반경 방향의 단면이 사다리꼴인 것으로 상협하광의 형상을 하고 있는 것을 보여주고, 도면부호 125a는 사다리꼴인 영구자석(125) 하부가 좌, 우 고정 링 판(124)으로 일부를 덮여진 부분을 도시한 것이다.

도 9는 다른 실시 예로 다른 단면 형상을 갖는 영구자석(125')이 회전자 몸체에 체결된 모습을 도시한 도면이다. 도 8 및 도 9로부터 영구자석의 반경 방향 단면 형상은 상협하광의 형상을 갖는 한 도면에서 제시된 구체적 형상에 한정되지 않음을 쉽게 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 영구자석(125)의 반경 방향 단면 형상이 상협하광의 형상을 갖고, 좌, 우 고정 링 판(124)으로 하부 일부를 양측에서 덮어 고정하게 되면, 회전자들(120)이 고속으로 회전되어도 영구자석(125)은 홈(123) 및 좌, 우 고정 링 판(124)에 걸려 이탈하지 않게 된다.

도 2는 도 1의 분해 사시도로, 도 1의 실시 예에 의한 와전류 보일러가 어떻게 체결될 수 있는지를 보여준다. 도 2를 참조하여 와전류 보일러의 체결에 대하여 간단히 설명하면, 하기와 같다.

우선, 도 5(b)에 도시된 방법으로 복수 개의 회전자들(120)을 회전축(110)에 체결한 다음, 입구 연결관(132) 및 출구 연결관(134)이 양단에 끼워진 코일형 가열관(130)을 복수 개의 회전자들(120)을 감싸며 끼워 와전류 열교환기(100)를 구성하고, 와전류 열교환기(100)의 회전축(110)을 좌, 우측 지지패널(310, 320)의 가운데 관통공(312, 322)에 베어링 부재(330, 340)를 통해 끼운다.

이어, 좌, 우측 지지패널(310, 320) 사이에 코일형 가열관(130)의 외측으로 이격된 복수 개의 간격 유지 봉(200) 및/또는 코일형 가열관(130)의 외측과 접하며 복수 개의 회전자들(120)과의 이격 거리를 조정하는 3개 이상의 고정 봉(140)을 복수 개의 관통공(314, 316, 324, 326), 와셔(220), 너트(142) 및 볼트(230)로 체결한다.

마지막으로, 입구 연결관(132) 및 출구 연결관(134) 각각에 입수관(132') 및 출수관(134')을 끼워 조립을 완성한다.

도 2에 도시된 와전류 보일러의 분해시에는 상기 체결 순서를 반대로 진행하면 되므로, 분해 및 조립의 완전성을 기할 수 있게 된다.

이하에서는 도 10 내지 도 16을 참조하며 상술한 각 실시 예를 응용하여 실시할 수 있는 다른 실시 예에 대하여 설명한다.

도 10 및 도 11의 실시 예에 의한 와전류 보일러(1001)는 도 1 내지 도 3의 실시 예에 의한 와전류 보일러(1000)에서, 원판형 회전 몸체(122) 및 좌, 우측 지지패널(310' 320')에 각각 회전축(110)의 축 방향으로 하나 이상의 송풍용 관통공(122a, 318)이 형성되고, 회전축(110)의 후단에는 배기팬(150)이 더 부착된다.

여기서, 배기팬(150)은 와전류 열교환기(100')에서 발생된 열을 빼내기 위한 것이므로, 와전류 열교환기(100')로 바람을 불어주도록 구성할 수도 있으나, 후술하는 실시 예에서와 같이, 와전류 열교환기(100')에서 발생된 열을 모아 난방 등에 이용할 수 있도록 열기를 배출하는 구조로 구성함이 바람직하다. 그리고, 배기팬(150)은 상술한 바와 같이 도 1 내지 도 3의 실시 예에 의한 와전류 보일러(1000)에서 회전축(110)을 후방으로 연장하여 체결할 수도 있다.

또한, 도 11은 도 10의 와전류 열교환기(100')에 대한 구성을 보여주고 있는데, 여기서 2 이상의 원판형 회전 몸체(122)는 송풍용 관통공(122a)이 서로 대응되는 위치에 있도록 회전축(110)에 체결되어 있으나, 이웃한 원판형 회전 몸체(122)의 송풍용 관통공(122a)은 서로 엇갈린 위치에 있도록 2 이상의 원판형 회전 몸체(122)를 체결될 수도 있다.

상술한 바와 같이, 원판형 회전자 몸체(122)에 형성된 하나 이상의 송풍용 관통공(122a) 및/또는 배기팬(150)에 의하여 효과적으로 회전자 몸체(122)로 전달된 열을 빼낼 수 있게 되어 영구자석(125)의 과열로 인해 수명이 단축되는 문제를 해결할 수 있게 된다.

나아가, 도 10에 도시된 바와 같이, 좌, 우측 지지패널(310', 320')에도 각각 회전축(110)의 축 방향으로 하나 이상의 송풍용 관통공(318)이 형성됨이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 배기팬(150)의 작동으로 외기를 와전류 열교환기(100') 내부로 유입시켜 원판형 회전 몸체(122)의 송풍용 관통공(122a)을 통과하여 나가도록 하여 회전자 몸체(122)의 열을 더욱 효과적으로 빼낼 수 있게 된다.

도 12 및 도 13의 실시 예에 의한 와전류 보일러(1002)는 도 10 및 도 11의 실시 예에 의한 와전류 보일러(1001)에서, 좌, 우측 지지패널(310', 320')에는 와전류 열교환기(100')에서 발생된 열을 모으는 덮개(400)가 소정의 나사공(311, 410)을 통하여 나사(440)로 체결되어 더 부착되고, 배기팬(150)은 우측 지지패널(320')의 외 측에 돌출되도록 회전축(110)의 후방에 설치되고, 덮개(400)는 배기팬(150) 위치까지 연장되어, 배기팬 주위를 폐쇄하는 후방 커버 부재(500)와 소정의 나사공(430, 510)을 통하여 나사(530)로 체결한 것을 보여준다.

여기서, 배기팬(160)은 첨부 도면에 미도시 되었으나, 좌측 지지패널(310')의 외 측에 돌출되도록 회전축(110)의 전방에 설치되고, 덮개(400)는 배기팬 주위를 폐쇄하는 전방 커버 부재와 체결될 수도 있다.

후방 커버 부재(500)는, 도 12와 같이, 덮개(400)에 체결되기 위한 절곡된 돌출부(560)와 배기팬(150) 위치에 배기용 관통공(520)이 형성되고, 배기용 관통공(520) 후방으로 덕트 접속구(540)가 더 형성되어, 여기에 덕트(600)가 삽입 체결하여 배기팬(150)으로 배기된 열기를 난방으로도 이용할 수 있게 된다.

덮개(400)는, 도 12와 같이, 콘크리트 바닥이나 지면 등에 설치된 와전류 보일러(1001)에 위에서 끼우며 장착할 수 있도록 소정의 공간부(420)를 갖고, 입구 연결관(132) 및 출구 연결관(134)에 삽입되도록 관통공(450, 460)과 나사공(410, 430)이 형성된 절곡된 형상으로 제조될 수 있으나, 도 16과 같이, 덕트 접속구(940)가 부착된 후방 커버 부재와 함께 바닥면(930)과 내측 공간부(920)를 가진 일체형으로 제조되어, 와전류 보일러(1001)의 후방으로부터 끼워지며 체결될 수 있는 박스형(900)으로 제조될 수도 있다. 후자의 경우에도 박스형 덮개(900)가 좌, 우측 지지패널(310', 320')에 체결되어 고정되도록 복수 개의 나사공(910)이 형성되고, 후방으로 덕트 접속구(940) 연결용 관통공(952) 및 출수관(134') 체결용 관통공(954)이 각각 형성하게 된다.

도 13은 도 12에 도시된 절곡된 형상의 덮개(400)와 후방 커버 부재(500)가 체결된 모습을 보여준다. 도 12 및 도 13에 도시된 와전류 보일러(1002)에 의하면, 회전축(110)의 회전에 의한 배기팬(150)의 작동으로 외기가 좌측 지지패널(310')에 형성된 하나 이상의 송풍용 관통공(318)을 통하여 들어와 복수 개의 영구자석을 회전시키는 수단인 2개 이상의 원판형 회전자들(122)에 형성된 송풍용 관통공(122a)을 지나며 원판형 회전자들로부터 열을 효과적으로 빼앗을 수 있게 되었을 뿐만 아니라, 이때 생긴 열기는 덮개(400)에 의하여 다른 곳으로 흩어짐 없이 우측 지지패널(320')에 형성된 하나 이상의 송풍용 관통공(미도시)과 덕트 접속구 연결용 관통공(952)을 통해 덕트(600)로 배기하게 됨으로써, 이를 난방으로도 효과적으로 이용할 수 있게 된다.

도 14의 실시 예에 의한 와전류 보일러(1003)는, 상술한 각 실시 예에서, 덮개(400, 900)의 측면에 하나 이상의 송풍구(470)가 더 형성되어, 이를 통해서도 외기가 들어와 높은 온도로 과열되어 있는 코일형 가열관(130)으로부터도 열을 빼앗아 덕트(600)로 배기하게 할 수 있도록 한 것이다. 이는 코일형 가열관(130)을 통하여 온수를 얻기보다는 와전류 열교환기(100')에서 발생된 열을 외기로 데워 난방으로 이용할 목적으로 할 경우 또는 회전축(110)의 고속회전에 의한 와전류 열교환기(100')의 과열을 막기 위한 경우 등에 활용될 수 있다.

마지막으로, 도 15의 실시 예에 의한 와전류 보일러(1004)에 대하여 설명한다. 이는 도 12 및 도 13에 도시된 와전류 보일러(1002)에서, 좌측 지지패널(310')의 외 측에는 에어 필터(800)가 회전축(110)에 삽입 체결되고, 후방 커버 부재(500)의 반대편에는 복수 개의 송풍용 관통공(740)이 형성된 제2의 커버 부재로 전방 커버 부재(700)가 회전축(100)에 삽입되어 덮개(400)에 체결된 것을 특징으로 한다.

여기서, 에어 필터(800)는 좌측 지지패널(310')의 외 측이 아닌 우측 지지패널(320')의 외 측으로 회전축(110)의 후방에 삽입되어 체결될 수도 있고, 좌측 지지패널(310') 및 우측 지지패널(320')의 각 외 측에 삽입되도록 할 수도 있다.

그리고, 에어 필터(800)가 회전축(110)에 삽입되는 좌, 우측 지지패널(310', 320')의 각 측면에는 브라켓(319)이 회전축(100)에 회전 가능하게 돌출되도록 더 체결되고, 에어 필터(800)는 가운데 형성된 관통공(810)이 돌출된 브라켓(319)에 끼워져 체결될 수 있다.

전방 커버 부재(700)는 가운데 회전축(110) 삽입용 관통공(720)이 더 형성되고, 가장자리 측면으로 덮개(400)에 체결되기 위한 절곡된 돌출부(750)가 형성되어, 덮개(400)에 나사공(440, 710)을 통해 나사(730)로 체결된 후 에어 필터(800)가 회전축(110)으로부터 이탈되지 않게 한다.

도 15의 실시 예에 의한 와전류 보일러(1004)에 있어서도, 덮개(400)와 후방 커버 부재(500)는, 도 16과 같이, 바닥면(930)과 내측 공간부(920)를 가진 일체형으로 제조되어, 와전류 보일러(1001)의 후방으로부터 끼워지며 체결될 수 있는 박스형(900)으로 제조될 수도 있다. 이 경우에도 박스형 덮개(900)가 좌, 우측 지지패널(310', 320')에 체결되어 고정되도록 복수 개의 나사공(910)이 형성되고, 후방으로 덕트 접속구(940) 연결용 관통공(952) 및 출수관(134') 체결용 관통공(954)이 각각 형성하게 된다. 이때, 전방 커버 부재(700)도 바닥면(미도시)을 가지고 박스형 덮개(900) 및 좌측 지지패널(310')에 소정의 나사(730)로 체결됨이 바람직하다.

상기 각 실시 예에서 에어 필터(800)를 더 구비하게 됨으로써, 와전류 보일러(1004)로부터 얻은 열기를 정화된 상태로 난방을 할 수 있게 되는 장점이 있게 된다.

이상으로 첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였으나, 이상 설명된 내용을 기초로 다양하게 응용하여 실시될 수 있다. 예를 들어, 회전축(110)의 제 1 축 봉(112)에는 동력 전달 키 홈(111)이 형성되어 있는데, 여기에는 전동모터뿐만 아니라 풍력 등 자연력을 이용한 다양한 동력원이 연결될 수 있다. 그리고, 첨부된 도면은 일 예시에 불과하고 이를 이용한 다양한 형상의 구성도 가능하다 할 것인데, 이는 이상 설명된 내용으로 용이하게 실시할 수 있다할 것이다.

100: 와전류 열교환기 110: 회전축
132: 입구 연결관 134: 출구 연결관
140: 코일형 가열관 200: 간격 유지 봉
310, 320: 좌, 우측 지지패널

Claims (14)

1. 동력을 전달하는 회전축, 상기 회전축에 삽입 체결되고 원주 방향을 따라 일정 간격으로 형성된 복수 개의 홈에 영구자석이 반경 방향으로 N, S극을 번갈아 배치된 2개 이상의 원판형 회전자들, 상기 원판형 회전자들과 일정 거리 이격되어 외측으로 감싸는 코일형 가열관을 포함하여 구성된 와전류 열교환기; 및
   상기 와전류 열교환기를 양측에서 지지하는 좌, 우측 지지패널을 포함하여 구성되되,
   상기 코일형 가열관은 상기 원판형 회전자들과 일정 각도로 기울어지며 감긴 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 코일형 가열관은 상기 원판형 회전자들과 5~15도로 기울어지며 감긴 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 영구자석은 상기 회전축의 축 방향과 평행한 방향으로 상기 복수 개의 홈에 끼워지고,
   상기 영구자석의 상기 축 방향을 향한 길이는 상기 원판형 회전자들 각각의 바깥 테두리 두께와 같고,
   상기 원판형 회전자들 각각의 바깥 테두리 두께는 상기 코일형 가열관의 중심간 거리(피치)보다 작은 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 코일형 가열관은 상기 원판형 회전자들과 상기 반경 방향으로 3~7mm 이격된 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 회전축에는 상기 와전류 열교환기에서 발생된 열을 배출하는 배기팬이 더 부착된 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 좌, 우측 지지패널에는 상기 와전류 열교환기에서 발생된 열을 모으는 덮개가 더 부착되고,
   상기 배기팬은 상기 좌, 우측 지지패널 중 하나의 외 측에 돌출되도록 설치되고,
   상기 덮개는 상기 배기팬 위치까지 연장되어, 상기 배기팬 주위를 폐쇄하는 커버 부재와 체결된 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 좌, 우측 지지패널은 각각 상기 회전축의 축 방향으로 하나 이상의 송풍용 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
   
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 좌, 우측 지지패널은 상기 회전축을 좌, 우측에서 삽입 지지하고,
   상기 코일형 가열관은 상기 좌, 우측 지지패널에 체결된 3개 이상의 고정 봉으로 지지 되는 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 회전자들은 각각 상기 회전축에 삽입 체결되도록 가운데 축 삽입 관통 공과 키 홈이 형성되며 바깥 가장자리로 상기 영구자석이 복수 개 배치된 원판형 회전 몸체와 상기 원판형 회전 몸체의 양 측면에 부착되어 상기 영구자석을 고정시키는 좌, 우 고정 링 판을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 원판형 회전 몸체는 상기 반경 방향으로 바깥보다 안쪽이 넓은 상협하광의 형상으로 상기 복수 개의 홈이 형성되고,
    상기 영구자석은 상기 상협하광의 형상에 대응되게 제작되어 상기 복수 개의 홈에 측면에서 상기 홈의 길이방향으로 밀어서 끼워지고, 상기 좌, 우 고정 링 판으로 하부 일부를 덮어 고정된 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 영구자석은 상기 반경 방향의 단면이 사다리꼴이고,
    상기 원판형 회전 몸체 및 상기 좌, 우측 지지패널은 각각 상기 회전축의 축 방향으로 하나 이상의 송풍용 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
    
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 덮개는 하나 이상의 송풍구가 형성된 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
    
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 좌, 우측 지지패널 중 적어도 하나의 외 측에는 에어 필터가 상기 회전축에 삽입 체결되고,
    상기 커버 부재의 반대편에는 복수 개의 송풍용 관통공이 형성된 제2의 커버 부재가 상기 회전축에 삽입되어 상기 덮개에 체결된 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.
    
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 덮개 및 상기 커버 부재는 각각 바닥면을 가지고 일체로 형성되고,
    상기 제2의 커버 부재는 바닥면을 가지고 상기 덮개에 체결된 것을 특징으로 하는 와전류 보일러.

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