KR20230128987A

KR20230128987A - 자기장 유도가열 온수 및 스팀보일러

Info

Publication number: KR20230128987A
Application number: KR1020230026320A
Authority: KR
Inventors: 나현주
Original assignee: 나현주
Priority date: 2022-02-28
Filing date: 2023-02-27
Publication date: 2023-09-05

Abstract

본 기술은 전기를 변환 및 승압하는 과정을 거쳐 고주파 자기장을 생성, 유도하여 물을 가열할 수 있으며, 비접촉식 가열에 의해 스팀과 온수를 생산하여 화재나 폭발로부터 안전하고 불완전 연소로 인한 매연 및 냄새가 없으며, 환경오염의 주요 원인을 줄일 수 있는 고효율의 친환경적이고, 화석연료 사용에 따른 유가 및 원자재 상승의 부담을 해소할 수 있으며, 연소시 매연과 공해로 인한 환경오염을 방지할 수 있는 자기장 유도가열 온수 및 스팀보일러에 관한 것이다.

Description

자기장 유도가열 온수 및 스팀보일러{Magnetic field induction heating hot water and steam boiler}

본 기술은 자기장 유도가열 온수 및 스팀보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기를 변환 및 승압하는 과정을 거쳐 고주파 자기장을 생성, 유도하여 물을 가열할 수 있으며, 비접촉식 가열에 의해 스팀과 온수를 생산하여 화재나 폭발로부터 안전하고 불완전 연소로 인한 매연 및 냄새가 없으며, 환경오염의 주요 원인을 줄일 수 있는 고효율의 친환경적이고, 화석연료 사용에 따른 유가 및 원자재 상승의 부담을 해소할 수 있으며, 연소시 매연과 공해로 인한 환경오염을 방지할 수 있는 자기장 유도가열 온수 및 스팀보일러에 관한 것이다.

일반적으로 보일러는 석유, 석탄, 가스 등과 같은 화석연료를 연소시켜 그 연소열을 물에 전하여 가열시키는 장치로서, 최근에는 석유, 가스 등의 자원이 점차 고갈됨에 따라 그 가격이 지속적으로 상승하고 있으며, 이러한 석유 또는 가스는 그 태우는 과정에서 각종 유해가스가 발생하여 환경오염의 문제가 있으며, 즉 경유나 가스를 이용한 보일러는 불완전연소 등에 따라 열효율이 떨어지고, 연소과정에서 많은 양의 가스를 발생시켜 환경오염, 미세먼지 발생의 원인이 되고 있다.

따라서 최근에는 전기에너지를 이용한 전기보일러가 널리 이용되고 있다.

그러나 상기와 같은 전기보일러는 가열통의 외주에 발열코일을 배치시키고, 이 발열코일에 전기에너지를 인가하여 발열코일을 발열시킴으로써 가열관이나 가열탱크 내의 액체를 직접 가열시키는 직접 가열방식을 채택하고 있지만, 이러한 발열코일에 의한 전기보일러는 가열시간이 오래 걸리고 전력 소모가 크며, 발열코일에서 발생된 열이 외부로 발산됨을 방지하기 위한 단열구조 등이 요구되는 등 그 구조가 매우 복잡하여 생산성 떨어지는 문제점이 있었다.

이에 따라, 최근에는 화석연료를 이용한 보일러 및 직열방식의 전기보일러의 단점을 극복하기 위하여 고주파 유도가열방식을 채택한 전기보일러가 개시된 바 있다.

이러한 고주파 유도가열방식은 유도코일측에 고주파 전류가 인가되면, 이 유도코일측에는 고주파 자기장이 발생하고, 이 고주파 자기장에 의해 자성체 재질의 가열통에 생기는 와전류(맴돌이전류)의 손실에 의해 가열통 자체가 발열한다.

그러나 이러한 종래의 고주파 유도가열의 전기보일러는 가열통 내의 액체를 균일하고 신속하게 가열할 수 없어 그 가열의 효율성이 저하되고, 또한 일정온도까지 가열시키는데 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 그 전력소모가 큰 문제점이 있었다.

대한민국 특허등록 제2287260호(2021. 08. 02. 등록) 대한민국 특허등록 제2229341호(2021. 03. 12. 등록)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 전기를 변환, 승압 및 증폭 과정을 거쳐 고주파 자기장을 생성, 유도하여 물을 가열할 수 있는 자기장 유도가열 온수 및 스팀보일러를 제공하는 데 그 목적이 있다.

그리고 본 발명은 비접촉식 가열에 의해 스팀과 온수를 생산하여 화재나 폭발로부터 안전하고 불완전 연소로 인한 매연 및 냄새가 없으며, 환경오염의 주요 원인을 줄일 수 있는 고효율의 친환경적인 고주파유도가열식 자기장 온수 및 스팀보일러를 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은 화석연료 사용에 따른 유가 및 원자재 상승의 부담을 해소할 수 있으며, 연소시 매연과 공해로 인한 환경오염을 방지할 수 있는 고주파유도가열식 자기장 온수 및 스팀보일러를 제공하는 데 목적이 있다.

그리고 본 발명은 스팀과 난방수 및 온수를 짧은 시간 내에 생산이 가능하고, 스팀과 온수를 동시에 생산할 수 있는 고주파유도가열식 자기장 온수 및 스팀보일러를 제공하는 데 목적이 있다.

상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 과재의 해결 수단으로 본 발명에 따른 자기장 유도가열 온수 및 스팀보일러는 고주파 자기장을 생성, 유도하여 내부로 공급되는 물을 가열 스팀과 온수를 생성하도록 상부에서 하부로 갈수록 직경이 작아지는 경사면을 이루는 원뿔형상으로 내주면 방사상의 위치에 내측으로 돌출되는 복수 개의 가열판(111)이 구비되는 가열용기(110)가 구비되며, 상기 가열용기(110)의 외주면에 전기가 전도되는 것을 방지하도록 절연체(120)가 구비되고, 상기 절연체(120)의 외측에 절연체(120)와 외측으로 이격되며, 가열용기(110)의 상부에서 하부 방향으로 나선의 원뿔형상으로 굴곡되고, 상부 끝단부와 하부 끝단부에 전원공급기의 전원선이 연결되어 전원이 공급되는 전원 커넥터(131)가 각각 구비되는 가열코일(130)이 구비되는 가열기(100)와, 상기 가열기(100)에 전원을 공급하는 전원공급기(200)와, 상기 가열기(100)의 상부에 연결되어 가열기(100)에서 생성된 스팀이 배출되어 스팀 사용처로 이송하는 스팀 배출관(300)과, 상기 스팀 배출관(300) 입구에 스팀에 포함되어 있는 수분을 분리하도록 구비되는 기수 분리기(400)와, 내부에 순환수가 저장되는 메인탱크(500)와, 상기 스팀 배출관(300)과 스팀이송관(610)으로 연결되어 제 1삼방향 솔레노이드밸브(620)의 작동에 따라 가열기(100)에서 생성된 스팀이 공급되고, 메인탱크(500)와 메인탱크 입수관(630)으로 연결되어 순환펌프(640)의 작동에 의해 메인탱크(500)의 순환수가 입수되며, 메인탱크(500)와 열교환기 스팀 공급관(650)으로 연결되어 순환수와 열교환된 스팀을 메인탱크(500)로 공급하고, 상기 메인탱크(500)와 온수 공급관(660)으로 연결되어 열교환된 순환수를 메인탱크(500)로 공급하며, 상기 열교환기 스팀 공급관(650)에는 스팀의 역류를 방지하도록 체크밸브(670)가 구비되는 열교환기(600)와, 상기 열교환기(600)의 열교환기 스팀 공급관(650)과 연결되어 내부의 물을 열교환기(600)에서 공급되는 스팀이 통과되어 온수로 예열하고, 예열된 온수를 가열기(100)에 공급하며, 통과된 스팀을 메인탱크(500)로 공급하도록 구비되는 예열탱크(700)와, 상기 전원공급기(200)와 제 1, 2삼방향 솔레노이드밸브(620, 720)를 제어하도록 구비되는 메인 콘트롤 박스(800) 및 다른 장소에 상기 메인 콘트롤 박스(800)를 제어하도록 구비되는 룸 콘트롤 박스(900)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가열기(100)는 상기 가열코일(130)의 외측 방사상의 위치에 상하로 연장되어 상기 가열코일(130)을 고정하도록 구비되는 복수 개의 가열코일 고정스틱(140)와, 상기 가열코일(130)에서 발생되는 전자파를 가열용기(110) 내부로 유도하도록 가열코일 고정스틱(140) 외측에 가열코일(130)의 외주면을 감싸도록 구비되는 전자파 차폐코어(150)와, 상기 가열용기(110)의 상부에 예열탱크(700)의 물을 가열용기(110)의 내주면을 따라 분사되도록 가열용기(110) 상측 내부로 삽입되는 직경의 원형 링 형상으로 예열탱크(700)와 연결되며, 외주면에 일정한 간격으로 복수개의 분사공(161)가 구비되는 온수배출관(160)과, 상기 가열용기(110) 내부의 기밀을 유지할 수 있도록 가열용기(110) 상부에 구비되는 용기뚜껑(170)과, 상기 가열용기(110)의 중앙 하부에 가열용기(110) 내부의 온수를 배출하여 예열탱크(700)로 공급되도록 배출관 솔레노이드밸브(181) 작동으로 개폐되도록 구비되는 가열기 배출관(180) 및 상기 가열용기(110) 내부에서 스팀을 생성한 후 나머지 온수의 수위를 센싱하여 배출관 솔레노이드밸브(181)가 작동되도록 가열용기(110) 내측 하부에 구비되는 전자수위 센서(190)를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전원공급기(200)는 외부에서 공급되는 교류전력을 직류전력으로 정류시키도록 구비되는 정류기(210)와, 상기 정류기(210)에서 정류된 직류전력을 교류전력으로 변환시키는 인버터(220)와, 상기 인버터(220)에서 공급되는 교류전압을 승압시키는 승압기(230) 및 상기 정류기(210), 인버터(220), 승압기(230)에서 발생되는 열을 냉각시키도록 구비되는 냉각기(240)를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 메인탱크(500)는 내부에 순환수가 저장되도록 구비되는 메인탱크 본체(510)와, 상기 메인탱크 본체(510) 내부로 보충수를 공급할 수 있도록 메인탱크 본체(510) 하부 일측에 구비되는 보충수관(520)과, 상기 메인탱크 본체(510) 내부의 압력을 확인할 수 있도록 메인탱크 본체(510) 상부에 구비되는 압력계(530)와, 내부로 상기 열교환기(600)를 통과한 스팀이 공급되어 상기 메인탱크 본체(510) 내부에서 순환수와 열교환되도록 구비되는 메인탱크 열교환관(540)과, 상기 메인탱크 본체(510) 상부에 내부의 공기를 자동으로 배출하도록 구비되는 에어밴트(550)와, 상기 메인탱크 본체(510) 내부에 순환수의 온도를 센싱하도록 구비되는 메인탱크 온도센서(560)와, 상기 메인탱크 본체(510)의 일측에 메인탱크 온도센서(560)에 의해 센싱된 순환수의 온도를 표시하는 온도계(570) 및 일측은 상기 메인탱크 열교환관(540)과 연결되고, 타측은 열교환기(600)의 열교환기 스팀 공급관(650)과 연결되어 메인탱크 열교환관(540)으로 공급된 스팀이 열교환기 스팀 공급관으로 이송되도록 구비되는 메인탱크 스팀 이송관(580)을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 예열탱크(700)는 내부에 온수이 저장되도록 구비되는 예열탱크 본체(710)와, 상기 열교환기(600)의 열교환기 스팀 공급관(650)과 연결되어 제 2삼방향 솔레노이드밸브(720)의 작동에 따라 열교환기(600)를 통과한 스팀이 공급되도록 구비되는 예열탱크 스팀 공급관(730)과, 상기 예열탱크 본체(710) 내부에 예열탱크 스팀 공급관(730)과 연결되어 열교환기(600)에서 공급되는 스팀이 통과되어 예열탱크 본체(710) 내부의 물을 온수로 예열하도록 구비되는 예열탱크 열교환관(740)과, 상기 예열탱크 열교환관(740)을 통과한 스팀이 메인탱크(500)로 공급되도록 예열탱크 본체(710) 상부에 열교환기 스팀 공급관(650)과 연결되도록 구비되는 예열탱크 스팀 배출관(750)과, 상기 예열탱크 본체(710) 상부 일측에 가열기(100)와 연결되어 예열탱크 제 1펌프(760)의 작동에 따라 예열탱크 본체(710) 내부의 예열된 온수를 가열기(100)에 공급하도록 구비되는 예열탱크 온수 공급관(770)과, 상기 예열탱크 본체(710) 내부에 순환수의 온도를 센싱하도록 구비되는 예열탱크 온도센서(781)와, 상기 예열탱크 본체(710)의 일측에 예열탱크 온도센서(781)에 의해 센싱된 순환수의 온도를 표시하는 예열탱크 온도계(782)와, 상기 예열탱크 본체(710)의 하부 일측에 가열기(100)의 가열코일(130) 하부와 연결되어 예열탱크 제 2펌프(791)의 작동에 따라 예열탱크 본체(710) 내부 온수를 가열코일(130) 내부로 공급하도록 구비되는 코일 온수 공급관(792)과, 상기 가열코일(130) 내부로 공급되어 가열된 온수가 가열코일(130) 상부로 배출되도록 구비되는 코일 온수 배출관(793) 및 상기 코일 온수 배출관(793)으로 배출된 온수가 예열탱크 온수 공급관(770)으로 공급되도록 코일 온수 배출관(793)과 예열탱크 온수 공급관(770)을 연결하도록 구비되는 절연관(794)을 포함하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 자기장 유도가열 온수 및 스팀보일러는 전기를 변환 및 승압하는 과정을 거쳐 고주파 자기장을 생성, 유도하여 물을 가열할 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명은 비접촉식 가열에 의해 스팀과 온수를 생산하여 화재나 폭발로부터 안전하고 불완전 연소로 인한 매연 및 냄새가 없으며, 환경오염의 주요 원인을 줄일 수 있는 고효율의 친환경적인 효과가 있다.

또한 본 발명은 화석연료 사용에 따른 유가 및 원자재 상승의 부담을 해소할 수 있으며, 연소시 매연과 공해로 인한 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명은 스팀과 난방수 및 온수를 짧은 시간 내에 생산이 가능하고, 스팀과 온수를 동시에 생산할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자기장 유도가열 온수 및 스팀보일러를 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 자기장 유도가열 온수 및 스팀보일러의 가열기 내부를 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 자기장 유도가열 온수 및 스팀보일러의 가열기 평면을 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 고주파유도가열식 자기장 온수 및 스팀보일러의 가열기 입수관을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 자기장 유도가열 온수 및 스팀보일러의 전원공급기와 예열탱크를 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명에 따른 자기장 유도가열 온수 및 스팀보일러의 메인탱크를 나타낸 예시도.
도 7은 본 발명에 따른 고주파유도가열식 자기장 온수 및 스팀보일러의 다른 실시예를 나타낸 예시도.
도 8은 본 발명에 따른 자기장 유도가열 온수 및 스팀보일러에서 입수관의 다른 실시예를 나타낸 예시도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 가열기(100)와 전원공급기(200), 스팀 배출관(300), 기수분리기(400), 메인탱크(500), 열교환기(600), 예열탱크(700), 메인 콘트롤박스(800), 룸 콘트롤박스(900)로 구성된다.

먼저, 내부로 공급되는 물을 고주파 유도 가열하여 스팀과 온수를 생성시키는 가열기(100)는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 상부에서 하부로 갈수록 직경이 작아지는 경사면을 이루는 원뿔형상으로 내주면 방사상의 위치에 내측으로 돌출되는 복수 개의 가열판(111)이 구비되는 가열용기(110)가 구비된다.

이때, 상기 가열용기(110)는 고열과 물에 대한 내구성이 우수한 자성을 갖는 재질(STS420)로 실시하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 가열용기(110)는 원뿔형상(사다리꼴)으로 롤링 용접하며, 내부 벽면에는 일정한 간격으로 이격되는 가열판(111)을 좌우 경사를 이루며, 내부 경사면에 다수 개를 용접하여 물의 흐름을 느리게 함과 동시에 다수 개의 가열판(111)의 가열로 인해 스팀을 용이하게 생성할 수 있으며, 스팀 생산을 극대화할 수 있다.

상기 가열용기(110)의 외주면에 전기가 전도되는 것을 방지하도록 절연체(120)가 구비되며, 상기 절연체(120)의 외측에는 절연체(120)와 외측으로 이격되며, 가열용기(110)의 상부에서 하부 방향으로 나선의 원뿔형상으로 굴곡되고, 상부 끝단부와 하부 끈단부에 전원공급기(200)의 전원선이 연결되어 전원이 공급되는 전원 커넥터(131)가 각각 구비되는 가열코일(130)이 구비된다.

이때, 상기 가열코일(130)의 재질은 밴딩이 용이하도록 동관(Cu) 또는 구리합금을 사용하는 것이 바람직하며, 승압된 고주파 교류전력이 가열코일(130)에 전달되어 내부 가열용기(111)를 비접촉으로 가열시킨다.

그리고 상기 가열코일(130)의 외측 방사상의 위치에는 상하로 연장되어 상기 가열코일(130)을 고정하는 복수 개의 가열코일 고정스틱(140)이 구비되며, 상기 가열코일(130)에서 발생되는 전자파를 가열용기(110) 내부로 유도하도록 가열코일 고정스틱(140) 외측에 가열코일(130)의 외주면을 감싸는 전자파 차폐코어(150)가 구비된다.

상기와 같이 가열코일(130)은 가열용기(110)의 외부 형상과 높이에 맞춰 나선 원뿔형상(사다리꼴)으로 밴딩하고, 가열코일(130)의 원형을 3등분하여 상부에서 하부로 상하 약 20mm 간격으로 절연제 가열코일 고정스틱(140)으로 가열코일(130)을 고정한다.

또한 상기 가열용기(110)의 상부에는 도 2내지 도 4에 도시된 바와 같이 예열탱크(700)의 물을 가열용기(110)의 내주면을 따라 분사되도록 가열용기(110) 상측 내부로 삽입되는 직경의 원형 링 형상으로 예열탱크(700)와 연결되며, 외주면에 일정한 간격으로 복수개의 분사공(161)이 구비되는 온수배출관(160)이 구비된다.

상기와 같은 온수배출관(160)은 외주면에 복수 개의 분사공(161)가 구비되어 예열탱크(700)로부터 예열된 온수를 가열용기(110)의 상부 내주면 둘레에 고르게 분사할 수 있다.

이때 상기 온수배출관(160)의 재질은 구리(cu) 동관을 사용하며, 상기 가열용기(110)의 상단 내부의 직경에 맞게 밴딩을 하고, 상기 밴딩된 동관 양쪽 끝과 끝을 용접한 다음 외주면에 직관의 크기의 구멍을 뚫어 분사공(161)를 형성하면 완성된다.

그리고 상기 가열용기(110) 내부의 기밀을 유지할 수 있도록 가열용기(110) 상부에는 용기뚜껑(170)이 구비되며, 상기 가열용기(110)의 중앙 하부에는 가열용기(110) 내부의 온수를 배출하여 예열탱크(700)로 공급되도록 배출관 솔레노이드밸브(181) 작동으로 개폐되는 가열기 배출관(180)이 구비되고, 상기 가열용기(110) 내부에서 스팀을 생성한 후 나머지 온수의 수위를 센싱하여 배출관 솔레노이드밸브(181)가 작동되도록 가열용기(110) 내측 하부에 전자수위 센서(190)가 구비된다.

또한 상기 가열기(100)에 전원을 공급하는 전원공급기(200)가 구비되며, 상기 가열기(100)의 상부에 연결되어 가열기(100)에서 생성된 스팀이 배출되어 스팀 사용처로 이송하는 스팀 배출관(300)이 구비되며, 상기 스팀 배출관(300) 입구에는 스팀에 포함되어 있는 수분을 분리하는 기수 분리기(400)가 구비된다.

이때 상기 전원공급기(200)는 도 5에 도시된 바와 같이 외부에서 공급되는 교류전력을 직류전력으로 정류시키는 정류기(210)가 구비되며, 상기 정류기(210)에서 정류된 직류전력을 교류전력으로 변환시키는 인버터(220)가 구비되고, 상기 인버터(220)에서 변환된 교류전력의 교류전압을 승압시키는 승압기(230)와 상기 정류기(210), 인버터(220), 승압기(230)에서 발생되는 열을 냉각시키는 냉각기(240)가 구비된다.

이때 상기 정류기(210)는 예를 들어 전력 공급부에서 주파수 60Hz를 갖는 220V 교류전력을 직류 270V의 전력으로 정류시키며, 인버터(220)와 승압기(230)는 상기 270V의 직류 전력을 1kHz~100kHz의 주파수를 갖는 300~700V 이내의 교류전압으로 승압시켜 증폭된 교류전력을 획득할 수 있도록 한다.

그리고 상기 스팀 사용처는 공장의 증발기, 식품·제약공장 제조 또는 조리 및 산균, 난방(히터기)과 연결되는 실내 난방, 열교환기에 의한 온수생산 등 다양한 용도와 장소에 공급된다.

한편 내부에 순환수가 저장되는 메인탱크(500)는 도 1과 도 6에 도시된 바와 같이 내부에 순환수가 저장되는 메인탱크 본체(510)가 구비되며, 상기 메인탱크 본체(510) 내부로 보충수를 공급할 수 있도록 메인탱크 본체(510) 하부 일측에 보충수관(520)이 구비되며, 상기 메인탱크 본체(520) 내부의 압력을 확인할 수 있도록 메인탱크 본체(510) 상부에는 압력계(530), 내부로 상기 열교환기(600)를 통과한 스팀이 공급되어 상기 메인탱크 본체(510) 내부에서 순환수와 열교환되도록 메인탱크 열교환관(540)이 구비된다.

그리고 상기 메인탱크 본체(510) 상부에 내부의 공기를 자동으로 배출하도록 에어밴트(550)가 구비되며, 상기 메인탱크 본체(510) 내부에는 순환수의 온도를 센싱하도록 메인탱크 온도센서(560)가 구비되고, 상기 메인탱크 본체(510)의 일측에 메인탱크 온도센서(560)에 의해 센싱된 순환수의 온도를 표시하는 온도계(570)가 구비된다.

또한 일측은 상기 메인탱크 열교환관(540)과 연결되고, 타측은 열교환기(600)의 열교환기 스팀 공급관(650)과 연결되어 메인탱크 열교환관(540)으로 공급된 스팀이 열교환기 스팀 공급관으로 이송되도록 구비되는 메인탱크 스팀 이송관(580)이 구비된다.

한편 열교환기(600)는 상기 스팀 배출관(300)과 스팀이송관(610)으로 연결되어 제 1삼방향 솔레노이드밸브(620)의 작동에 따라 가열기(100)에서 생성된 스팀이 공급되고, 메인탱크(500)와 메인탱크 입수관(630)으로 연결되어 순환펌프(640)의 작동에 의해 메인탱크(500)의 순환수가 입수되며, 메인탱크(500)와 열교환기 스팀 공급관(650)으로 연결되어 순환수와 열교환된 스팀을 메인탱크(500)로 공급하고, 상기 메인탱크(500)와 온수 공급관(600)으로 연결되어 열교환된 순환수를 메인탱크(500)로 공급하며, 상기 열교환기 스팀 공급관(650)에는 스팀의 역류를 방지하도록 체크밸브(670)가 구비된다.

그리고 상기 열교환기(600)의 열교환기 스팀 공급관(650)과 연결되어 내부의 물을 열교환기(600)에서 공급되는 스팀이 통과되어 온수로 예열하고, 예열된 온수를 가열기(100)에 공급하며, 통과된 스팀을 메인탱크(500)로 공급하도록 구비되는 예열탱크(700)는 도 1과 도 5에 도시된 바와 같이 내부에 온수이 저장되는 예열탱크 본체(710)가 구비되며, 상기 열교환기(600)의 열교환기 스팀 공급관(650)과 연결되어 제 2삼방향 솔레노이드밸브(720)의 작동에 따라 열교환기(600)를 통과한 스팀이 공급되는 예열탱크 스팀 공급관(730)이 구비되고, 상기 예열탱크 본체(710) 내부에 예열탱크 스팀 공급관(730)과 연결되어 열교환기(600)에서 공급되는 스팀이 통과되어 예열탱크 본체(710) 내부의 물을 온수로 예열하도록 예열탱크 열교환관(740)이 구비된다.

또한 상기 예열탱크 열교환관(740)을 통과한 스팀이 메인탱크(500)로 공급되도록 예열탱크 본체(710) 상부에 열교환기 스팀 공급관(650)과 연결되는 예열탱크 스팀 배출관(750)이 구비되며, 상기 예열탱크 본체(710) 상부 일측에는 가열기(100)와 연결되어 예열탱크 제 1펌프(760)의 작동에 따라 예열탱크 본체(710) 내부의 예열된 온수를 가열기(100)에 공급하는 예열탱크 온수 공급관(770)이 구비된다.

그리고 상기 예열탱크 본체(710) 내부에는 순환수의 온도를 센싱하는 예열탱크 온도센서(781)가 구비되며, 상기 예열탱크 본체(710)의 일측에 예열탱크 온도센서(781)에 의해 센싱된 순환수의 온도를 표시하는 예열탱크 온도계(782)가 구비되고, 상기 예열탱크 본체(710)의 하부 일측에 가열기(100)의 가열코일(130) 하부와 연결되어 예열탱크 제 2펌프(791)의 작동에 따라 예열탱크 본체(710) 내부 온수를 가열코일(130) 내부로 공급하는 코일 온수 공급관(792)이 구비된다.

또한 상기 가열코일(130) 내부로 공급되어 가열된 온수가 가열코일(130) 상부로 배출되도록 코일 온수 배출관(793)이 구비되며, 상기 코일 온수 배출관(793)으로 배출된 온수가 예열탱크 온수 공급관(770)을 통해 가열기(100)의 온수배출관(160)으로 공급되도록 코일 온수 배출관(793)과 예열탱크 온수 공급관(770)을 연결하는 절연관(794)이 구비된다.

이때 상기 전열관(794)은 전원공급기(200)의 전원 커넥터(131)를 통해 가열코일(130)의 공급되는 전원 예열탱크 온수 공급관(770)으로 통전되는 것을 방지하여 전기에 따른 안전사고를 사전에 방지할 수 있다.

그리고 상기 전원공급기(200)와 제 1, 2삼방향 솔레노이드밸브(620, 720)를 제어하는 메인 콘트롤 박스(800)가 구비되며, 다른 장소, 예를들면 주택 또는 공장의 방(룸)에서 상기 메인 콘트롤 박스(800)를 제어하는 룸 콘트롤 박스(900)가 구비된다.

이와 같은 본 발명에 따른 고주파유도가열식 온수 및 스팀보일러의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

전원공급기(200)에서 정류기(210)와 인버터(220) 및 승압기(230)를 거쳐 교류전압의 승압으로 획득한 고주파의 교류전력을 가열기(100)의 전원 커넥터(131)를 통해 가열코일(130)에 전원을 공급하면 상기 가열코일(130)은 비접촉으로 가열용기(110)와 가열판(111)을 가열시킨다.

이때 예열탱크(700)의 예열탱크 펌프(760)가 작동되어 예열탱크 온수 공급관(770)과 연결된 온수배출관(160)의 분사공(161)를 통해 예열된 온수가 가열용기(110) 상부 내주면에 분사되고, 분사된 온수는 낙수되지 않고 가열용기(110) 내주면을 타고 천천히 흐르면서 가열코일(130)로부터 유도된 열을 용이하게 흡수하여 스팀이 생성된다.

상기와 같이 가열용기(110) 내부에 생성된 고온의 스팀은 메인 콘트롤박스(800)의 선택된 신호에 따라 스팀 배출관(300)으로 배출되고, 기수분리기(400)를 통과하면서 수분이 제거된 상태에서 스팀 사용처로 공급된다.

그리고 상기 가열용기(110) 내측 하부에는 전자수위센서(190)가 구비되어 스팀을 생성한 나머지 고온의 물은 일정 수위 즉, 온수량이 초과로 감지되면 전자수위센서(190)에 의해 가열용기(110) 하부에 구비된 배출관 솔레노이드밸브(181)가 작동되어 가열기 배출관(180)을 통해 예열탱크(700)로 공급된다.

또한 온수나 난방수가 필요할 경우에는 메인 콘트롤박스(800)의 제어신호에 따라 스팀 배출관(300)에 설치된 제 1삼방향 솔레노이드밸브(620)가 작동되어 고온의 스팀이 스팀 이송관(610)으로 이송되어 열교환기(600)로 공급된다.

상기와 같이 열교환기(600)로 공급된 고온의 스팀은 순환펌프(640)의 작동에 의해 메인탱크 입수관(630)으로 입수되는 순환수를 열교환을 통해 설정 온도까지 올려주고, 일정 온도까지 상승된 순환수는 온수 공급관(660)을 통해 메인탱크(500)로 공급된다.

그리고 상기와 같이 열교환기(600)를 통과한 스팀은 메인탱크(500)와 연결된 열교환기 스팀공급관(650)에 구비된 제 2삼방향 솔레노이드밸브(720)가 메인 콘트롤발스(800)의 신호에 따라 작동되어 예열탱크(700) 내부에 설치된 예열탱크 열교환관(740)으로 예열탱크 스팀공급관(730)을 통해 공급되어 예열탱크 본체(710) 내부의 물은 뜨거운 온수로 예열되며, 이 온수는 다시 예열탱크 펌프(760)에 의해 예열탱크 온수 공급관(770)과 연결된 온수배출관(160)의 분사공(161)를 통해 예열된 온수가 가열용기(110) 상부 내주면에 분사된다.

또한 상기 예열탱크 열교환관(740)을 통과한 스팀은 다시 예열탱크 스팀배출관(750)을 통해 열교환기 스팀공급관(650)으로 공급되어 메인탱크(500)의 메인탱크 열교환관(540)으로 공급된다.

그리고 상기와 같이 메인탱크 열교환관(540)으로 공급된 스팀은 일측이 상기 메인탱크 열교환관(540)의 끝단부와 연결되고, 타측은 열교환기(600)의 열교환기 스팀 공급관(650)과 연결된 메인탱크 스팀 이송관(580)을 통해 열교환기 스팀 공급관(650)으로 이송되어 다시 메인탱크 열교환관(540)으로 다시 공급된다.

이때 예열탱크 스팀배출관(750)과 제 2삼방향 솔레노이드밸브(720) 사이 열교환기 스팀공급관(650)에 구비된 체크밸브(670)에 의해 스팀이 열교환기(600)와 예열탱크(700)로 역류되는 것을 방지할 수 있다.

상기와 같이 메인탱크 열교환관(540)으로 스팀이 공급되면 메인탱크 본체 내부에 저장된 순환수를 일정 온도로 가열하게 된다.

한편 본 발명에 따른 메인 콘트롤박스(800)의 제어에 따라 스팀배출관(300)의 고온에 스팀을 직접 메인탱크(500)로 이송시켜 메인탱크 본체(510) 내부의 메인탱크 열교환관(540)을 통과시킴으로써 열교환기(600)를 거치지 않고 순환수를 가열시킬 수 있으며, 스팀과 온수를 필요로 하는 다양한 곳에 이용이 가능하다.

한편 도 7에 도시된 바와 같이 상기 예열탱크 본체(710)의 하부 일측에 가열기(100)의 가열코일(130) 하부와 연결된 코일 온수 공급관(792)을 통해 예열탱크 제 2펌프(791)의 작동에 따라 예열탱크 본체(710) 내부 온수를 가열코일(130) 내부로 공급한다.

상기와 같이 가열코일(130)로 공급되는 온수는 전원공급기(200)를 거쳐 고주파 자기장을 생성, 유도하여 가열되고, 가열된 온수는 가열코일(130)을 따라 이송되어 상부에 연결된 코일 온수 배출관(793)으로 배출된다.

그리고 상기와 같이 코일 온수 배출관(793)으로 배출되는 온수는 절연관(794)을 통해 열탱크 온수 공급관(770)으로 공급되어 가열기(100)의 온수배출관(160)으로 공급되어 가열용기(110) 내부로 공급된다.

상기 전열관(794)은 전원공급기(200)의 전원 커넥터(131)를 통해 가열코일(130)의 공급되는 전원 예열탱크 온수 공급관(770)으로 통전되는 것을 방지하여 전기에 따른 안전사고를 사전에 방지할 수 있다.

또한 상기와 같이 가열된 온수를 온수배출관(160)을 통해 가열용기(110) 내부로 공급함으로써 가열판(111)에 의한 스팀 생성의 효율을 향상시킬 수 있다.

한편 가열기(100) 온수배출관(160)의 다른 실시 예로 도 8에 도시된 바와 같이 가열기(100)의 입수관(160)은 끝단부가 가열용기(110)의 중심 상부에 직각으로 하향 굴곡되며, 외주면에 복수 개의 분사공(161)이 구비되어 온수배출관(160) 내부로 공급되는 온수를 분사공(161)을 통해 가열용기 내주면에 분사되어 스팀이 생성되도록 실시할 수 있다.

상기와 같이 직각으로 하향 굴곡된 온수배출관(160)의 분사공(161)을 통해 온수를 가열용기(110) 상부 내주면에 골고루 분사함으로써 스팀 생성의 효율을 극대화할 수 있다.

이와 같은 고주파유도가열식 온수 및 스팀보일러는 전기를 변환, 승압에 의한 증폭 과정을 거쳐 고주파 자기장을 생성, 유도하여 물을 가열할 수 있으며, 비접촉식 가열에 의해 스팀과 온수를 생산하여 화재나 폭발로부터 안전하고 불완전 연소로 인한 매연 및 냄새가 없으며, 환경오염의 주요 원인을 줄일 수 있고, 화석연료 사용에 따른 유가 및 원자재 상승의 부담을 해소할 수 있으며, 연소시 매연과 공해로 인한 환경오염을 방지할 수 있으며, 스팀과 난방수 및 온수를 짧은 시간 내에 생산이 가능하고, 스팀과 온수를 동시에 생산할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100 : 가열기
110 : 가열용기 111 : 가열판
120 : 절연체 130 : 가열코일
131 : 전원 커넥터 140 : 가열코일 고정스틱
150 : 전자파 차폐코어 160 : 온수배출관
161 : 분사공 170 : 용기뚜껑
180 : 가열기 배출관 181 : 배출관 솔레노이드밸브
190 : 전자수위센서
200 : 전원공급기
210 : 정류기 220 : 인버터
230 : 승압기 240 : 냉각기
300 : 스팀 배출관
400 : 기수분리기
500 : 메인탱크
510 : 메인탱크 본체 520 : 보충수관
530 : 압력계 540 : 메인탱크 열교환관
550 : 에어밴트 560 : 메인탱크 온도센서
570 : 메인탱크 온도계 580 : 메인탱크 스팀 이송관
600 : 열교환기
610 : 스팀 이송관 620 : 제 1삼방향 솔레노이드밸브
630 : 메인탱크 입수관 640 : 순환펌프
650 : 열교환기 스팀공급관 660 : 온수 공급관
670 : 체크밸브
700 : 예열탱크
710 : 예열탱크 본체 720 : 제 2삼방향 솔레노이드밸브
730 : 예열탱크 스팀 공급관 740 : 예열탱크 열교환관
750 : 예열탱크 스팀 배출관 760 : 예열탱크 제 1펌프
770 : 예열탱크 온수 공급관 781 : 예열탱크 온도센서
782 : 예열탱크 온도계 791 : 예열탱크 제 2펌프
792 : 코일 온수 공급관 793 : 코일 온수 배출관
794 : 절연관
800 : 메인 콘트롤박스
900 : 룸 콘트롤박스

Claims

고주파 자기장을 생성, 유도하여 내부로 공급되는 물을 가열 스팀과 온수를 생성하도록 상부에서 하부로 갈수록 직경이 작아지는 경사면을 이루는 원뿔형상으로 내주면 방사상의 위치에 내측으로 돌출되는 복수 개의 가열판(111)이 구비되는 가열용기(110)가 구비되며, 상기 가열용기(110)의 외주면에 전기가 전도되는 것을 방지하도록 절연체(120)가 구비되고, 상기 절연체(120)의 외측에 절연체(120)와 외측으로 이격되며, 가열용기(110)의 상부에서 하부 방향으로 나선의 원뿔형상으로 굴곡되고, 상부 끝단부와 하부 끝단부에 전원공급기의 전원선이 연결되어 전원이 공급되는 전원 커넥터(131)가 각각 구비되는 가열코일(130)이 구비되는 가열기(100);
상기 가열기(100)에 전원을 공급하는 전원공급기(200);
상기 가열기(100)의 상부에 연결되어 가열기(100)에서 생성된 스팀이 배출되어 스팀 사용처로 이송하는 스팀 배출관(300);
상기 스팀 배출관(300) 입구에 스팀에 포함되어 있는 수분을 분리하도록 구비되는 기수 분리기(400);
내부에 순환수가 저장되는 메인탱크(500);
상기 스팀 배출관(300)과 스팀이송관(610)으로 연결되어 제 1삼방향 솔레노이드밸브(620)의 작동에 따라 가열기(100)에서 생성된 스팀이 공급되고, 메인탱크(500)와 메인탱크 입수관(630)으로 연결되어 순환펌프(640)의 작동에 의해 메인탱크(500)의 순환수가 입수되며, 메인탱크(500)와 열교환기 스팀 공급관(650)으로 연결되어 순환수와 열교환된 스팀을 메인탱크(500)로 공급하고, 상기 메인탱크(500)와 온수 공급관(660)으로 연결되어 열교환된 순환수를 메인탱크(500)로 공급하며, 상기 열교환기 스팀 공급관(650)에는 스팀의 역류를 방지하도록 체크밸브(670)가 구비되는 열교환기(600);
상기 열교환기(600)의 열교환기 스팀 공급관(650)과 연결되어 내부의 물을 열교환기(600)에서 공급되는 스팀이 통과되어 온수로 예열하고, 예열된 온수를 가열기(100)에 공급하며, 통과된 스팀을 메인탱크(500)로 공급하도록 구비되는 예열탱크(700);
상기 전원공급기(200)와 제 1, 2삼방향 솔레노이드밸브(620, 720)를 제어하도록 구비되는 메인 콘트롤 박스(800); 및
다른 장소에 상기 메인 콘트롤 박스(800)를 제어하도록 구비되는 룸 콘트롤 박스(900)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 유도가열 온수 및 스팀보일러.
청구항 1에 있어서, 상기 가열기(100)는
상기 가열코일(130)의 외측 방사상의 위치에 상하로 연장되어 상기 가열코일(130)을 고정하도록 구비되는 복수 개의 가열코일 고정스틱(140);
상기 가열코일(130)에서 발생되는 전자파를 가열용기(110) 내부로 유도하도록 가열코일 고정스틱(140) 외측에 가열코일(130)의 외주면을 감싸도록 구비되는 전자파 차폐코어(150);
상기 가열용기(110)의 상부에 예열탱크(700)의 물을 가열용기(110)의 내주면을 따라 분사되도록 가열용기(110) 상측 내부로 삽입되는 직경의 원형 링 형상으로 예열탱크(700)와 연결되며, 외주면에 일정한 간격으로 복수개의 분사공(161)가 구비되는 온수배출관(160);
상기 가열용기(110) 내부의 기밀을 유지할 수 있도록 가열용기(110) 상부에 구비되는 용기뚜껑(170);
상기 가열용기(110)의 중앙 하부에 가열용기(110) 내부의 온수를 배출하여 예열탱크(700)로 공급되도록 배출관 솔레노이드밸브(181) 작동으로 개폐되도록 구비되는 가열기 배출관(180); 및
상기 가열용기(110) 내부에서 스팀을 생성한 후 나머지 온수의 수위를 센싱하여 배출관 솔레노이드밸브(181)가 작동되도록 가열용기(110) 내측 하부에 구비되는 전자수위 센서(190);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 유도가열 온수 및 스팀보일러.
청구항 1에 있어서, 상기 전원공급기(200)는
외부에서 공급되는 교류전력을 직류전력으로 정류시키도록 구비되는 정류기(210);
상기 정류기(210)에서 정류된 직류전력을 교류전력으로 변환시키는 인버터(220);
상기 인버터(220)에서 공급되는 교류전압을 승압시키는 승압기(230); 및
상기 정류기(210), 인버터(220), 승압기(230)에서 발생되는 열을 냉각시키도록 구비되는 냉각기(240)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 유도가열 온수 및 스팀보일러.
청구항 1에 있어서, 상기 메인탱크(500)는
내부에 순환수가 저장되도록 구비되는 메인탱크 본체(510);
상기 메인탱크 본체(510) 내부로 보충수를 공급할 수 있도록 메인탱크 본체(510) 하부 일측에 구비되는 보충수관(520);
상기 메인탱크 본체(510) 내부의 압력을 확인할 수 있도록 메인탱크 본체(510) 상부에 구비되는 압력계(530);
내부로 상기 열교환기(600)를 통과한 스팀이 공급되어 상기 메인탱크 본체(510) 내부에서 순환수와 열교환되도록 구비되는 메인탱크 열교환관(540);
상기 메인탱크 본체(510) 상부에 내부의 공기를 자동으로 배출하도록 구비되는 에어밴트(550);
상기 메인탱크 본체(510) 내부에 순환수의 온도를 센싱하도록 구비되는 메인탱크 온도센서(560);
상기 메인탱크 본체(510)의 일측에 메인탱크 온도센서(560)에 의해 센싱된 순환수의 온도를 표시하는 온도계(570); 및
일측은 상기 메인탱크 열교환관(540)과 연결되고, 타측은 열교환기(600)의 열교환기 스팀 공급관(650)과 연결되어 메인탱크 열교환관(540)으로 공급된 스팀이 열교환기 스팀 공급관으로 이송되도록 구비되는 메인탱크 스팀 이송관(580)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 유도가열 온수 및 스팀보일러.
청구항 1에 있어서, 상기 예열탱크(700)는
내부에 온수이 저장되도록 구비되는 예열탱크 본체(710);
상기 열교환기(600)의 열교환기 스팀 공급관(650)과 연결되어 제 2삼방향 솔레노이드밸브(720)의 작동에 따라 열교환기(600)를 통과한 스팀이 공급되도록 구비되는 예열탱크 스팀 공급관(730);
상기 예열탱크 본체(710) 내부에 예열탱크 스팀 공급관(730)과 연결되어 열교환기(600)에서 공급되는 스팀이 통과되어 예열탱크 본체(710) 내부의 물을 온수로 예열하도록 구비되는 예열탱크 열교환관(740);
상기 예열탱크 열교환관(740)을 통과한 스팀이 메인탱크(500)로 공급되도록 예열탱크 본체(710) 상부에 열교환기 스팀 공급관(650)과 연결되도록 구비되는 예열탱크 스팀 배출관(750);
상기 예열탱크 본체(710) 상부 일측에 가열기(100)와 연결되어 예열탱크 제 1펌프(760)의 작동에 따라 예열탱크 본체(710) 내부의 예열된 온수를 가열기(100)에 공급하도록 구비되는 예열탱크 온수 공급관(770);
상기 예열탱크 본체(710) 내부에 순환수의 온도를 센싱하도록 구비되는 예열탱크 온도센서(781);
상기 예열탱크 본체(710)의 일측에 예열탱크 온도센서(781)에 의해 센싱된 순환수의 온도를 표시하는 예열탱크 온도계(782);
상기 예열탱크 본체(710)의 하부 일측에 가열기(100)의 가열코일(130) 하부와 연결되어 예열탱크 제 2펌프(791)의 작동에 따라 예열탱크 본체(710) 내부 온수를 가열코일(130) 내부로 공급하도록 구비되는 코일 온수 공급관(792);
상기 가열코일(130) 내부로 공급되어 가열된 온수가 가열코일(130) 상부로 배출되도록 구비되는 코일 온수 배출관(793); 및
상기 코일 온수 배출관(793)으로 배출된 온수가 예열탱크 온수 공급관(770)으로 공급되도록 코일 온수 배출관(793)과 예열탱크 온수 공급관(770)을 연결하도록 구비되는 절연관(794)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 유도가열 온수 및 스팀보일러.