KR20180036168A - 자기유도열을 이용한 유체 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체를 가열하기 위한 보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하부에는 급수 유입구를 통해 냉수인 급수가 공급 저장 및 급수 배출구를 통해 배출되며, 상부에는 온수 유입구가 형성되어 온수가 유입 저장 및 분배구를 통해 배출 가능한 분배탱크; 및 분배탱크의 급수 배출구와 급수공급펌프를 갖는 급수 공급관으로 연결되어 급수를 공급받아 자기유도열을 이용하여 가열 및 온수 유입구와 온수배출펌프를 갖는 온수 배출관으로 연결되어 분배탱크로 공급하는 자기유도가열기를 이용하되,
전기에너지를 열에너지의 변환이 가능한 트랜스포머(transformer)를 이용한 자기유도가열 방식을 통해 유체의 가열이 가능하게 하면서도 그 구조를 단순화시킴으로, 제작 비용의 절감과 냉수의 직접 가열이 가능하게 하며, 특히 전기에너지의 손실 없이 열에너지로의 변환이 가능하여 에너지 효율 및 열효율의 현격한 향상을 가져오게 하기 위한 자기유도열을 이용한 유체 보일러에 관한 것이다.

Description

자기유도열을 이용한 유체 보일러{Boiler using a magnetic induction heat}

본 발명은 유체를 가열하기 위한 보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기에너지를 열에너지로 변환 가능한 트랜스포머(transformer)를 이용한 자기유도가열을 통해 유체의 가열이 가능하게 하되, 구조적인 간소화에 따른 냉수의 직접 가열이 가능하게 하여 그 열효율의 향상을 가져오게 하기 위한 자기유도열을 이용한 유체 보일러에 관한 것이다.

일반적으로, 온수 공급이나 난방을 위해 물, 증기, 열매체유 등의 유체를 가열하는 가열장치는 화학연료나 전기를 이용하여 유체를 가열하고 가열된 유체를 직접 사용하거나 가열된 유체를 통해 일정한 온도로 실내를 난방하는 장치이다

여기서, 화학연료를 이용한 가열장치는 연소과정에서 다량의 공해물질이 배출되며, 소모된 화학연료 대비 열효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

이에 근자에 들어 전기 온수가열기가 적용되고 있는데, 이러한 온수가열기는 일반적으로 전기 온수가열기는 열원으로 전기를 이용하는 온수가열기로 투입식·순간식·저탕식 등으로 나눈다.

투입식은 니크롬선 등과 같은 발열체를 운모 등의 절연체와 동관으로 감싸서 욕조나 간단한 온수가열기 장치에 투입시켜 물을 가열하는 방식이고, 순간식은 니크롬선 등과 같은 코일을 절연하고 여러 층으로 겹친 것으로 물이 코일을 통과하는 동안 가열된다. 저탕식은 니크롬선을 동관으로 감싸 저탕조 내부에 설치한 것으로, 서모스탯을 이용하여 일정한 온도로 유지된다.

이와 같은 전기 온수가열기는 순수한 전기를 사용하기 때문에, 전기 소모량이 상당하게 되는 등 에너지 효율 및 열효율이 저하되는 문제점이 있었다.

대한민국특허등록공보 제10-1269729호.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 전기에너지를 열에너지의 변환이 가능한 트랜스포머(transformer)를 이용한 자기유도가열 방식을 통해 유체의 가열이 가능하게 하면서도 그 구조를 단순화시킴으로, 제작 비용의 절감과 냉수의 직접 가열이 가능하게 하며, 특히 전기에너지의 손실 없이 열에너지로의 변환이 가능하여 에너지 효율 및 열효율의 현격한 향상을 가져오게 하기 위한 자기유도열을 이용한 유체 보일러를 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로는, 하부에는 급수 유입구를 통해 냉수인 급수가 공급 저장 및 급수 배출구를 통해 배출되며, 상부에는 온수 유입구가 형성되어 온수가 유입 저장 및 분배구를 통해 배출 가능한 분배탱크; 및

분배탱크의 급수 배출구와 급수공급펌프를 갖는 급수 공급관으로 연결되어 급수를 공급받아 자기유도열을 이용하여 가열 및 온수 유입구와 온수배출펌프를 갖는 온수 배출관으로 연결되어 분배탱크로 공급하는 자기유도가열기를 포함하여 구성하며,

자기유도가열기는,

상부에는 조작패널이 형성되고, 외측에는 급수 공급관이 연결되는 급수관 연결구와, 온수 배출관(140)이 연결되는 배출관 연결구가 형성된 중공형 함체상의 가열기 본체;

가열기 본체 내부에 형성되어 자기유도열을 발생시키는 트랜스포머;

트랜스포모의 후방에 형성되는 순환가열관 고정대; 및

트랜스포머의 코일과 이격되도록 그 코일을 권선하여 감싸며 순환가열관 고정대에 고정되며, 일단이 급수관 연결구와 연결되고 타단이 배출관 연결구와 연결되어 급수를 순환시키는 순환 가열관을 포함하여 구성하되,

순환 가열관은, 급수 공급관을 통해 급수가 공급 및 트랜스포머의 코일을 순환하는 과정에서 자기유도열에 의해 가열 및 온수 배출관으로 배출되게 구성함으로 달성할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명 자기유도열을 이용한 유체 보일러는, 트랜스포머(transformer)의 전자유도작용 과정에서 발생되는 열을 이용하여 순환 가열관을 가열 및 냉수의 가열이 가능하게 되는 등 전기에너지를 열에너지로 변환하여주는 자기유도가열 방식을 통해 유체의 가열이 가능하면서도, 그 구조의 단순화가 가능하여, 제작 비용의 절감과 냉수의 직접 가열이 가능하며, 특히 전기에너지의 손실 없이 열에너지로의 변환이 가능하여 에너지 효율 및 열효율이 현격히 향상되는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명 자기유도열을 이용한 유체 보일러의 전체도.
도 2는 본 발명 자기유도열을 이용한 유체 보일러의 자기유도가열기 사시도.
도 3은 본 발명 자기유도열을 이용한 유체 보일러의 자기유도가열기 요부 사시도.
도 4는 본 발명 자기유도열을 이용한 유체 보일러의 다른 실시예도.
도 5는 본 발명 자기유도열을 이용한 유체 보일러의 전체 흐름도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 자기유도열을 이용한 유체 보일러의 전체도이고, 도 2는 본 발명 자기유도열을 이용한 유체 보일러의 자기유도가열기 사시도이며, 도 3은 본 발명 자기유도열을 이용한 유체 보일러의 자기유도가열기 요부 사시도이다.

도 1 내지 도 3의 도시와 같이 본 발명 자기유도열을 이용한 유체 보일러(1)는, 분배탱크(100)와, 자기유도가열기(200)로 구성된다.

여기서 상기 분배탱크(100)는, 외부로부터 급수(냉수)를 공급받아 배출이 가능하게 하는 한편, 가열된 온수를 저장 및 분배가 가능하게 구성된다.

이에, 분배탱크(100)에는, 하부 일측에는 급수의 공급이 가능하도록 외부로부터 유입되는 급수관(도면중 미도시함)이 연결되는 급수 유입구(111)가 형성되고, 타측 하부에는 급수의 배출이 가능하게 하는 급수 배출구(112)가 구성된다.

그리고 분배탱크(100)에는, 상부에 가열된 온수의 유입이 가능하도록 온수 유입구(121)가 형성되고, 또한 상부에는 온수의 분배가 가능하도록 적어도 하나 이상의 분배구(122)가 구성된다.

한편, 분배탱크(100)는, 한정되는 것은 아니고, 그 내부가 급수와 온수를 구분하도록 그 상부와 하부로 구획되게 구성함이 바람직할 것이다.

상기 자기유도가열기(200)는, 전기에너지를 열에너지로 변화하여 자기유도열을 발생 및 열을 이용하여 급수를 가열하게 구성된 것으로, 바람직하게는 도체에 전류의 변화가 발생하면 자장이 발생하고, 도체에 변화하는 자장을 가하면 전류가 흐르게 되는 원리를 이용하여 코일에 전류를 공급하여 자장을 발생시키고, 이 자장을 코일에 대응되는 금속(하기하는 순환 가열관)에 가하여 와전류를 유도하면, 금속의 전기적 고유 저항에 의해 이 와전류가 유도되어 금속의 전기적 고유 저항에 의해 이 와전류가 열로 변환되게 되는 원리를 이용한다.

이때 자기유도가열기(200)는, 먼저 가열기 본체(210)가 구성된 것으로, 가열기 본체(210)는 내부가 중공된 사각 함체 형태로 구성되며, 상부에는 전류의 공급을 단속하기 위한 조작패널(211)이 형성된다.

그리고 가열기 본체(210)의 외측 후방에는 급수 공급관(130)을 통해 분배탱크(100)의 급수 배출구(112)와 연결이 가능하게 하는 급수관 연결구(212)가 구성된 것으로, 이때 급수관 연결구(212)는 하부에 위치되게 된다.

이때 급수 공급관(130)에는, 급수공급펌프(131)가 구성되어 분배탱크(100)로부터 급수의 배출이 가능하게 구성된다.

그리고 가열기 본체(210)의 외측 후방에는 온수 배출관(140)을 통해 분배탱크(100)의 온수 유입구(121)와 연결이 가능하게 하는 배출관 연결구(213)가 구성된 것으로, 이때 배출관 연결구(213)는 상기 급수관 연결구(212)보다 높은 위치에 구성된다.

이때 온수 배출관(140)에는, 온수배출펌프(141)가 구성되어 분배탱크(100)로 가열된 온수의 공급이 가능하게 구성된다.

또한 자기유도가열기(200)에는, 상기 가열기 본체(210)의 내부에 자기유도열을 발생시키기 위한 트랜스포머(220)가 구성된다.

이때 트랜스포머(220)는 새롭게 구현되는 것이 아니라 통상의 철심(221)에 코일(222)이 권선된 것이면 가능할 것이다.

또한 자기유도가열기(200)에는, 상기 가열기 본체(210)의 내측에서 트랜스포머(220)의 후방으로 이격되게 벽체 형태의 순환가열관 고정대(230)가 구성된다.

또한 자기유도가열기(200)에는, 유체의 순환이 가능하게 하는 순환 가열관(240)이 구성된다.

이때 순환 가열관(240)은, 열전도성이 뛰어난 동 재질로 구성되며, 트랜스포머(220)의 코일(222)과 이격되게 그 코일(222)의 주변을 나선형으로 권선하여 감싸게 구성된 것으로, 그 감싸는 과정에서는 상기 순환가열관 고정대(230)를 경유하게 하여 권선된 상태의 고정력을 가지게 구성된다.

또한 순환 가열관(240)은, 그 일단이 상기 가열기 본체(210)의 급수관 연결구(212)와 연결되어 급수 공급관(130)을 통해 급수(냉수)의 공급이 가능하게 구성된다.

그리고 순환 가열관(240)의 타단은 상기 가열기 본체(210)의 배출관 연결구(213)와 연결되어 트랜스포머(220)를 순환하는 과정에서 가열된 온수를 온수 배출관(140)으로 배출이 가능하게 구성된다.

이때, 순환 가열관(240)은, 트랜스포머(220)를 권선하는 과정에서 하부에 위치되는 급수관 연결구(212)로부터 상부에 위치한 배출관 연결구(213)을 향하게 상향 나선 형으로 구성된다.

한편, 상기 자기유도열을 발생시키는 트랜스포머(220)를 구성함에 있어서는, 도 3의 도시와 같이 하나의 코일(222)을 이루는 단상 트랜스포머(220)로 구성하거나, 도 4의 도시와 같이 3개의 코일(222)을 이루는 3상 트랜스포머(220) 중 어느 하나로 구성할 수 있는 것으로, 단상 트랜스포머(220)를 적용시에는 220V 전압 출력이 가능하고, 3상 트랜스포머(220)를 적용시에는 380V 전압의 출력이 가능할 것이다.

이때 상기 단상 트랜스포머(220)를 적용시에는, 당연히 순환 가열관이 하나의 코일(222)을 권선하게 구성될 것이며, 3상 트랜스포머(220)를 적용시에는, 순환 가열관(240)이 각각의 코일(222)을 경유하게 권선될 것이다.

즉, 3상 트랜스포머(220)의 경우 급수관 연결구(212)로부터 인출되는 순환 가열관(240)이 먼저 일측단의 코일(222)을 권선한 상태에서 연속하여 중간의 코일(222)을 권선하게 되며, 연속하여 타측단의 코일(222)을 권선한 상태에서 배출관 연결구(213)로 연결되게 구성된다.

이하, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명 자기유도열을 이용한 유체 보일러의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저 본 발명 자기유도열을 이용한 유체 보일러(1)를 이용하여 유체(물이나 기름)를 가열시에는 도 1 내지 도 3을 참조하여 도 5의 도시와 같이 먼저 분배탱크(100)에는 하부 일측에 형성된 급수 유입구(111)를 통해 급수(냉수)가 공급되게 되며, 공급된 급수는 다시 타측의 급수 배출구(112)를 통해 급수 공급관(130)으로 배출 및 자기유도가열기(200)로 공급되게 된다.

이후, 상기와 같이 자기유도가열기(200)로 공급된 급수는 그 자기유도가열기(200)에서 발생되는 자기유도열에 의해 가열되게 된다.

이후, 가열된 온수는 온수 배출관(140)을 통해 배출 및 분배탱크(100)의 온수 유입구(121)를 통해 분배탱크(100)로 유입 저장되게 되어 분배구(122)를 통해 분배 사용이 가능하게 된다.

한편, 상기와 같이 자기유도가열기(200)로 공급된 급수는, 도 3 및 도 4를 참조하여 가열기 본체(210) 내부에서 가열되는 것인바, 이는 공급되는 급수는 급수관 연결구(212)와 연결된 순환 가열관(240)으로 공급되게 되며, 이에 순환 가열관(240)을 순환하는 과정에서 가열되어 온수로 변화 및 배출관 연결구(213)를 통해 온수 배출관(140)으로 배출되게 된다.

이때 트랜스포머(220)에서는, 통상의 트랜스포머와 같이 조작패널(211)의 조작으로 코일(222)에 전압이 발생하게 되면 전류가 흐르게 되는 것인바, 이에 전류의 변화가 발생하게 되면 자장이 발생하고, 이에 그 자장을 코일(222)에 대응하는 순환 가열관(240)에 가하여 와전류를 유도하게 되며, 이에 순환 가열관(240)의 전기적 고유 저항에 의해 와전류가 유도되어 순환 가열관(240)의 전기적 고유 저항에 의해 완전류가 열로 변환되어 그 순환 가열관(240)을 가열 및 내부로 순환되는 급수를 가열하게 된다.

즉, 도 3의 도시와 같이 단상의 트랜스포머(220)를 적용하게 되면, 순환 가열관(240)이 하나의 코일(222)을 권선하게 구성된 것인바, 그 코일(222) 주변을 하부로부터 상부를 향하게 나선 방향으로 순환하는 과정에서 자기유도열에 의해 가열되게 된다.

또한 도 4의 도시와 같이 3개의 코일(222)을 갖는 3상의 트랜스포머(220)를 적용하게 되면 순환 가열관(240)이 각각의 코일(222)을 연속하여 권선하고 있는 것인바, 그 각각의 코일(222) 주변을 순환하는 과정에서 자기유도열에 의해 가열되게 된다.

이때, 상기와 같이 3상의 트랜스포머(220)를 적용시에는 고전압의 출력이 가능하게 되는 것인바, 단상의 트랜스포머(220)를 적용시보다 고효율을 얻을 수 있게 될 것이다.

이상에서와 같이 본 발명 자기유도열을 이용한 유체 보일러는, 트랜스포머를 이용한 전자유도작용 과정에서 발생되는 열을 이용하여 순환 가열관을 가열 및 냉수의 가열이 가능하게 되는 등 전기에너지를 열에너지로 변환하여주는 자기유도가열 방식을 통해 유체의 가열이 가능하며, 특히 별도의 열교환기가 없이 직접 가열이 가능하여 에너지 효율 및 열효율이 현격히 향상되는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

100 : 분배탱크 111 : 급수 유입구
112 : 급수 배출구 121 : 온수 유입구
122 : 분배구 130 : 급수 공급관
131 : 급수공급펌프 140 : 온수 배출관
141 : 온수배출펌프
200 : 자기유도가열기 210 : 가열기 본체
211 : 조작패널 212 : 급수관 연결구
213 : 배출관 연결구 220 : 트랜스포머
230 : 순환가열관 고정대 240 : 순환 가열관

Claims (3)

1. 하부에는 급수 유입구(111)를 통해 냉수인 급수가 공급 저장 및 급수 배출구(112)를 통해 배출되며, 상부에는 온수 유입구(121)가 형성되어 온수가 유입 저장 및 분배구(122)를 통해 배출 가능한 분배탱크(100); 및
   분배탱크(100)의 급수 배출구(112)와 급수공급펌프(131)를 갖는 급수 공급관(130)으로 연결되어 급수를 공급받아 자기유도열을 이용하여 가열 및 온수 유입구(121)와 온수배출펌프(141)를 갖는 온수 배출관(140)으로 연결되어 분배탱크(100)로 공급하는 자기유도가열기(200)를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 자기유도열을 이용한 유체 보일러.
   
2. 제 1항에 있어서,
   자기유도가열기(200)는,
   상부에는 조작패널(211)이 형성되고, 외측에는 급수 공급관(130)이 연결되는 급수관 연결구(212)와, 온수 배출관(140)이 연결되는 배출관 연결구(213)가 형성된 중공형 함체상의 가열기 본체(210);
   가열기 본체(210) 내부에 형성되어 자기유도열을 발생시키는 트랜스포머(220);
   트랜스포머(220)의 후방에 형성되는 순환가열관 고정대(230); 및
   트랜스포머(220)의 코일과 이격되도록 그 코일을 권선하여 감싸며 순환가열관 고정대(230)에 고정되며, 일단이 급수관 연결구(212)와 연결되고 타단이 배출관 연결구(213)와 연결되어 급수를 순환시키는 순환 가열관(240)을 포함하여 구성하되,
   순환 가열관(240)은, 급수 공급관(130)을 통해 급수가 공급 및 트랜스포머(220)의 코일을 순환하는 과정에서 자기유도열에 의해 가열 및 온수 배출관(140)으로 배출되게 구성함을 특징으로 하는 자기유도열을 이용한 유체 보일러.
   
3. 제 2항에 있어서,
   트랜스포머(220)는,
   단상 트랜스포머 또는 3상 트랜스포머 중 어느 하나로 구성하되,
   3상 트랜스포머를 적용시에는,
   순환 가열관(240)이 일측단의 코일로부터 중간의 코일을 경유하여 타측단의 코일을 권선하여 됨을 특징으로 하는 자기유도열을 이용한 유체 보일러.
   

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