WO2023068743A1 - 유도가열에 의한 온풍기 - Google Patents

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WO2023068743A1
WO2023068743A1 PCT/KR2022/015840 KR2022015840W WO2023068743A1 WO 2023068743 A1 WO2023068743 A1 WO 2023068743A1 KR 2022015840 W KR2022015840 W KR 2022015840W WO 2023068743 A1 WO2023068743 A1 WO 2023068743A1
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heating
heat
joule heat
air
louver
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PCT/KR2022/015840
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이한석
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이한석
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/02—Air heaters with forced circulation
    • F24H3/04—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/20—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y02A50/2351—Atmospheric particulate matter [PM], e.g. carbon smoke microparticles, smog, aerosol particles, dust

Definitions

  • an eddy current induced on a metal surface within the range of a magnetic field by a magnetic field and a magnetomotive force generated by an induction coil in an induction heater generates Joule heat, and a Joule heat generating louver that exchanges heat with air again and a heater with necessary functions added. It's about the body.
  • two Joule heat generating louvers are installed facing each other on both sides of the induction coil at a required distance apart to the left and right to double the utilization rate of magnetic flux, thereby exchanging heat with the amount of Joule heat generation. It is a structure in which the amount of heat is doubled, and the temperature and amount of heat generated are adjusted according to the required amount of heat to exchange heat with air to stably and continuously produce warm air in a convection method and blow it to the outside. will be.
  • the comfortable temperature of indoor air be maintained at 18 ⁇ 22°C in winter.
  • it is desirable to maintain the required indoor temperature distribution at 25°C on the ceiling, 17°C on the floor, and 20°C in the middle. is effective in heating by convection method.
  • induction heating is when a steel object without an electrical load is placed in a magnetic field without a resistance connected to it, the metal object can be heated to a high temperature around 700 ° C, and heat acquisition that can obtain high thermal efficiency of 90% or more of electrical energy. method has been studied.
  • the magnetic field, alternating magnetic flux, and magnetism of an induction coil increase as the voltage increases, the current flow area and the number of turns of the induction coil increase, and the higher the frequency, the higher the high frequency than the low frequency.
  • the thicker the thickness of the metal plate the closer the separation distance is, the larger the electromagnetic property, and the weaker the farther from the induction coil.
  • the eddy current generates Joule heat while magnetization proceeds on the metal surface, and when it reaches magnetic saturation, magnetization does not proceed any more and constant temperature is maintained even if the current is further increased.
  • the heating temperature and thermal performance can be expanded or controlled by low-temperature heating.
  • the magnetomotive force and the amount of Joule heat generated can be adjusted as needed in various ways.
  • the utilization efficiency of the magnetic field and magnetic flux depends on the amount of heat required. , heating temperature, heat generation amount of Joule heat, and heat exchange amount can be expanded and adjusted, and can be controlled by adjusting the current, voltage, and frequency flowing through the induction coil.
  • All conductive metals generate eddy currents and Joule heat when in contact with a magnetic field, and the degree of heat generation varies depending on the material. Looking at the metal, iron or magnetic ferritic stainless steel has a large amount of heat due to Joule heat. Non-ferrous metals such as aluminum can also be used as they are because they generate Joule heat. Steel plates are not suitable for long-term use because the material is damaged when repeatedly used hundreds of times over 5,000 hours over a long period of time at high temperatures.
  • the heating plate 22 uses a ferritic stainless steel plate.
  • Stainless steel sheet has corrosion resistance, is easy to process, can be used semi-permanently as a heating plate without damage or deterioration to the material even when repeatedly heated, and is easy to obtain as a thin-plate product, so it is a suitable material for realizing the present invention.
  • the amount of Joule heat generated and calorific value by induction heating can be adjusted according to the required temperature by various methods such as the number of turns, area, separation distance, current, voltage, and frequency of the induction coil, and heat exchange with air by passing air through the metal plate for Joule heating. It can produce and supply warm air at the required temperature according to the volume and use of the space.
  • the convection heating method is more effective than the radiant method for heating the indoor air.
  • the advantage of the convection method is that the entire room can be evenly heated, and the reach is circulated farther than that of the radiant type heater, so that the temperature rises evenly quickly.
  • the noise of the warm air fan is the sound of the fan spinning and the sound of the induced current, which weakens after 1 to 2 minutes of operation.
  • noise is limited to less than 50 dB. It is impossible to 100% avoid the noise of the heater, but it is necessary to reduce the noise as much as possible.
  • various blower fans with low noise have been developed, and noise can be attenuated by installing a sound absorbing material.
  • Air is one of the substances with the highest specific heat, usually 101. Therefore, while it requires a lot of heat to heat the air, it is also a good insulator to block the heat. Therefore, when an air layer having a thickness of 1 cm to 5 cm is formed between two objects, the temperature of the two objects cannot achieve thermal equilibrium, that is, it is a good means for weakening or blocking the heat transfer effect. It is also possible to block heat transfer to the enclosure by attaching an insulation material to the inside of the enclosure instead of the air layer.
  • Heaters are essential heat in winter, and various products are being developed and sold. Heaters using electric resistance heat as a prior art have low thermal efficiency of 30% to 65% of electric resistance heat, so when used for a long time, a lot of electricity charges are generated, and when a progressive system is applied, the burden of electricity charges is inevitably increased.
  • heaters that use combustion heat from gas, oil, firewood, etc. have low thermal efficiency, oxygen in the room becomes thin and carbon monoxide is generated, pollutes the air, has a fire risk, and has a large economic burden on fuel costs. .
  • the heaters for heating the body indoors are preferred by radiation type heaters.
  • a heater with high power consumption must be used, but a heater with high power consumption is a great economic burden.
  • Heaters using the radiant method have a short reach of heat, so the heating effect is good at a short distance, but the heating capacity is insufficient to heat the entire room.
  • the radiation method has been studied to measure 23°C if you fall 1m away from a heater that generates heat at 500°C, but when you move away from the heat source, the heat weakens and heat transfer does not occur, so the room is not heated evenly.
  • Convection refers to a phenomenon in which a warmed fluid (liquid or gas) moves from a high-temperature part to a low-temperature part.
  • a convection type heater is needed that can heat the room evenly while reducing the economic burden.
  • the enclosure gets hot due to the heat generated by the metal plate. To prevent this, the heat transfer must be weakened or blocked so that the high temperature is not transmitted to the enclosure.
  • the present invention discloses a warm air fan by induction heat. It replaces electrical resistance heat and combustion heat and has high thermal efficiency. It is an indoor heater by a method of generating joule heat and obtaining warm air by an eco-friendly, safe and simple structure. Compared with the prior art, the present invention realizes significant differences and effects.
  • the present invention is a convection-type indoor heater that induction heats Joule heat on a metal plate using the thermal performance of induction heating and exchanges heat with air to produce and supply warm air, doubling the thermal efficiency and reducing power consumption by 1/2. It relates to a device for a hot air fan reduced by 2. In other words, as a warm air production device that produces warm air by induction heating and heats the room, it realizes high thermal efficiency of 95% or more and a low power fan.
  • the effect of the hot air fan 70 by induction heating according to the present invention is as follows.
  • Warm air is produced only with a heating plate made of high frequency and ferritic stainless steel plates. Joule heat is generated from 30°C to 500°C by induction heating, and heat is exchanged with warm air of 30°C to 90°C while air passes through the top and bottom of the heating plate 22 while the Joule heat is generated, and the warm air is discharged by forced blowing. It is realizing a hot air fan by induction heating that stably and continuously produces.
  • the Joule heat generating louver 20 using the heating performance of the magnetic field and magnetic flux generated by the induction coil 30 is a plurality of 'a' shaped ferrite-based stainless steel heating plates 22 up and down in the form of comb teeth By arranging multiple furnaces in parallel, the total heating area is increased, and the amount of Joule heat generation and warm air production are doubled, further increasing thermal efficiency.
  • Joule heat generating louvers (FIG. 1) facing each other can generate Joule heat by dividing most of the magnetic field and the total amount of magnetic flux diverging in all directions, and magnetic flux diverging straight from the end face of the induction coil ( Except for 26) in FIG. 1, it indicates that most of the magnetic flux can be used for heat generation. Accordingly, since the amount of joule heat production and the amount of warm air production are doubled, it is possible to realize a warm air fan with low power.
  • Joule heat generating louvers can produce and use warm air semi-permanently without deterioration of thermal performance.
  • the blowing fan 40 since the blowing fan 40 also has the effect of cooling the electric devices in the equipment room, there is no need for a separate cooling fan and the structure is simplified. Since heat is generated in the electric device of the equipment room 72, a cooling fan is generally installed, but a cooling fan is not required because a blowing fan is also used.
  • the room can be heated immediately, and since warm air is forcibly blown by the blowing fan, it is possible to heat the room evenly over a long distance in a short time.
  • the electromagnetic wave blocking film 24 is installed for consumers who are concerned about the harmfulness of electromagnetic waves, occupants can use it comfortably.
  • a plurality of joule heat generating louvers 20 are installed vertically or in parallel to generate heat, thereby expanding and controlling the heating value, thereby easily producing a large amount of warm air.
  • the fan heater 70 exhibits heat generation performance with a simple structure without a separate medium, has no consumable parts, and does not require a separate mechanical device.
  • It can be used as a source technology for various products such as household 'industrial' agricultural and fishery heaters, heaters for electric vehicles, heaters for leisure, and dryers according to the amount of heat required according to the volume and use of the indoor space.
  • the hot air heater according to the present invention uses induction heating with high thermal efficiency, so power consumption is low, and heat and warm air are obtained by fusing high frequency and ferritic stainless steel heating plates without fuel and combustion, so it can replace fossil heat and electrical resistance heat.
  • It can be used as a heat source that can be used as a heat source that can be used as a heat source that can be used as a heat source, can quickly heat the room while operating a warmer in winter, has very high thermal efficiency, does not require a separate medium or mechanical device, and has a simple structure, so it is economical and technologically competitive.
  • FIG. 1 is a plan view showing the configuration of a heater according to an embodiment of the present invention as a whole.
  • FIG. 2 is a front view of a joule heat generating louver according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a joule heat generating louver and a heat generating chamber according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a joule heat generating louver according to an embodiment of the present invention.
  • the main body of the hot air fan by induction heating is a warm air production device in which the heating plate 22 of the Joule heat generating louver 20 is induction heated by the induction coil 30 to generate Joule heat and exchange heat with air, and the induction coil alternates with the magnetic field generated.
  • Joule heat generating louver 20 for generating Joule heat of 30 ° C to 500 ° C;
  • the joule heat generating louver is made of 03mm to 1mm ferritic stainless steel plate, generates joule heat, and the cross section in the longitudinal direction to prevent leakage of magnetic flux is bent in a 'L' shape, and the inner surface of the square frame is 15mm
  • a plurality of heating plates 22 installed in a horizontal comb shape at intervals;
  • a quadrangular frame in which an electromagnetic wave blocking film 23 and an insulating film 24 for insulation are installed on one outer surface of the joule heat generating louver;
  • An induction coil (30) installed at a distance of 3 mm to 50 mm from the center between the two joule heat generating louvers (20) installed face to face in the main body and generating a magnetic field and alternating magnetic flux by the induction heating device (60) );
  • the joule heat generating louver by magnetic field and magnetic flux generates joule heat of 30 ° C to 500 ° C, and at the same time generates heat and continuously blows warm air exchanged at 30 ° C to 90 ° C to the outside. device is provided.
  • the present invention is not combustion heat or electrical resistance heat, the thermal efficiency is higher than 95%, power consumption is reduced, and induction heating by convection method does not generate air pollutants.
  • a warm air machine it is a technology that converts induced heat into warm air.
  • a heater body 70 by induction heating that combines various functions with the structure of a joule heat generating louver 20 capable of continuously producing low-temperature wind to hot air through heat exchange to heat the room.
  • a heating element in which a plurality of magnetized ferritic stainless steel plate heating plates 22, in which Joule heat is generated by high frequency, magnetic field, and magnetic flux, is installed inclined in a comb shape is called a Joule heat generating louver 20, and the heater body 70
  • the term refers to a hot air fan that generates joule heat by a joule heat generating louver, heats the joule heat and exchanges heat with air at the same time, and forcibly blows it to the outside to heat by convection method.
  • the present invention generates Joule heat in the ferrite stainless steel heating plate 22 with magnetism by high frequency and magnetism generated by an induction heating device, and heats the generated Joule heat while exchanging heat with air, and continuously blows the heated air.
  • (40) relates to a main body (70) of a hot air fan by induction heating that is forcibly discharged to the outside.
  • the box is composed of a double structure of an inner box 11 and an enclosure 10 in the shape of a hexahedron, and is a movable bed type.
  • the enclosure of the hot air fan is 55cm wide x 245cm long x 45cm high, and the inner box is 50cm wide x 195cm x 425cm high.
  • the inner box of the main body 70 of the heater is divided into a heat generating chamber 71 with a width of 40 cm and an equipment chamber 72 with a width of 10 cm, and the heating chamber and the equipment chamber are divided according to the installation position of the blower fan.
  • a blowing fan 40, an induction coil 30, a joule heat generating louver 20, an upper heating plate 27, and a temperature sensor 44 are installed in the heating chamber 71 of the inner box, and in the equipment room 72 of the inner box.
  • the induction heating device 51 and the control system 50 are attached and connected to each other by wires.
  • One hot air discharge louver 12 is attached to each of the three sides of the enclosure 10 on the heating room side, and a cold air inlet louver 41 is attached to the lower part of the enclosure on the equipment room side and a dust purifying filter on the outer surface of the cold air inlet louver ( 42) is installed.
  • the inner box and the outer box are manufactured to be separated into the bottom plate and the body, and can be manufactured by ordering from a specialized company.
  • the warm air discharge louver 12 and the cold air inlet louver 41 have the same functions and similar shapes only in different sizes, and various products have already been developed, and other parts such as a blowing fan have already been released to the market.
  • the induction heating device 51, the induction coil 30, and the control system can be ordered and produced by specialized companies.
  • the induction heating device 51 is a device for generating a magnetic field and magnetic flux in the induction coil 30 at high frequency, and uses a device composed of parts such as a high frequency generator, a frequency adjusting device, a control system, a display, and an induction coil.
  • the power used is based on a rated voltage of 220V and a frequency of 60Hz, and the rated current is adjusted as necessary, but in the present invention, the rated current is to use power of less than 16A according to household power.
  • the induction heating device uses AC power of 200W to 2000W, and heats the induction coil by high frequency of 20kHz to 100kHz. however.
  • the present invention is not limited to the embodiments, and various outputs and a wide range of frequencies can be selected and are not limited thereto.
  • FIG. 1 is a plan view showing the overall configuration of a heater according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a front view of a joule heat generating louver 20 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an embodiment of the present invention. It is a cross-sectional view of the joule heat generating louver and the heating room according to. 4 is a cross-sectional view of the joule heat generating louver 20 according to an embodiment of the present invention.
  • the manufacturing process of the present invention will be described as an embodiment of the joule heat generating louver 20 by induction heating for each component and the heater body 70 producing warm air by exchanging heat with air.
  • the stainless steel inner box (11) has a size of 50 cm x 195 cm x 425 cm in height, and the enclosure (10) has a size of 55 cm x 245 cm x 45 cm in height. Drill multiple holes so that
  • the bottom plate and the body are separated, respectively, and the warm air discharge louver 12 and the cold air inlet louver 41 are cut to the same size to make an opening and bent to form a hexahedral shape.
  • Each of the inner and outer boxes is manufactured by welding the cut surfaces so that the five sides of the sieve excluding the bottom plate are assembled in a hexahedral shape.
  • the bottom plate and the hexahedral shape of the five faces are assembled after attaching the parts.
  • the inner box is installed inside the enclosure at a distance of 25 cm, and the heat from the heating room is directly contacted and the necessary devices and parts are installed.
  • the induction coil 30 for generating the magnetic field and magnetic flux uses a toroidal induction coil with a diameter of 22 cm, and the installation of the induction coil 30 is based on a vertical type.
  • the surface area and number of turns of the induction coil can be set according to the required amount of heat.
  • the induction coil is installed in the center between the two joule heat generating louvers 20 facing each other at a predetermined distance (eg 20mm) apart, and the magnetic field and magnetic flux are directed toward the joule heat generating louver 20 in the direction of the magnetic line of force 31 will proceed to Joule heat is generated by heat of 30 ° C to 500 ° C in the heating plate 22 of the joule heat generating louver, and the air is blown to the outside by forced air by exchanging heat at 30 ° C to 90 ° C.
  • Joule heat generating louvers 20 can be installed two, one on each side of the induction coil, and has the advantage of occupying a small area.
  • the present invention prevents the generation of red heat by lowering the temperature of the heating plate by lowering the temperature of the heating plate by lowering the temperature of the heating plate by lowering the temperature of the heating plate to generate heat from 30 ° C to 500 ° C.
  • it can be used by generating red heat according to the required amount of heat and the purpose of installation to increase the heating temperature and increase the calorific value.
  • two sets of joule heat generating louvers 20 equipped with heating plates 22 are manufactured on the inner surface using a ferrite-based stainless steel plate having magnetism.
  • the heating plate 22 has a wide heating area and has the effect of increasing the amount of Joule heat and the amount of heat exchange.
  • the heating plate 22 refers to a plurality of ferritic stainless steel plates that generate eddy current and Joule heat by high frequency, magnetic field, and magnetic flux, have an inclined surface at an angle of 30 degrees, and constitute the Joule heat generating louver 20.
  • the lower surface of one side of the heating plate is in contact with a magnetic field and magnetic flux to become a heating surface 25 generating eddy current and Joule heat.
  • the joule heat generating louver exemplifies the shape of a square square frame 21, but the shape of the induction coil and the joule heat generating louver can be changed according to the required amount of heat, and the heating plate can also make a plurality of valleys to expand the heating area.
  • the joule heat generating louver 20 has a cross-sectional shape as shown in FIG. 4, and has a size of 30 cm x 30 cm x 26 cm wide, and is composed of a rectangular frame 21 and a heating plate 22.
  • a 0.5mm ferritic stainless steel plate with magnetism is used, and it is manufactured to be 10mm or more larger than the end of the induction coil 30 so that more than twice the separation distance from the induction coil can be secured.
  • the quadrangular frame prepares four stainless steel plates with a length of 30 cm and a width of 31 cm, and both ends are cut at 45 degrees and 135 degrees to form an isosceles trapezoid. Cut and discard 8 mm of the end in the longitudinal direction of 135 degrees. Bend the longitudinal direction in which the end of the horizontal length was at an angle of 135 degrees with a width of 5 mm in a 'L' shape, and when the 36 cm inclined surfaces are horizontally butt together, the interior angle becomes 90 degrees and welded to each other to create a square square frame.
  • the length of the inner side is 299 cm in length and width, respectively, and the width is 26 cm.
  • heating plates 22 are prepared with a width of 40 cm and a length of 31 cm. After taking the edges of both ends of the heating plate in the form of a square of 5 mm in the length direction and 10 mm in the width direction, bend 10 mm at an angle of 90 degrees in the length direction. Further, both ends of the longitudinal direction are bent at an angle of 90 degrees by 5 mm, respectively.
  • the joule heat generating louvers are 14 heating plates arranged at intervals of 15 mm so that the 5 mm portions of both ends of the heating plates are inclined at an angle of 30 degrees from the horizontal on the vertical surface of the inner surface of the square frame (21) in turn so that the 5 mm portions of the ends of the heating plates are fixed. Weld. If manufactured in this process, the joule heat generating louver is completed.
  • Joule heat when the area of the heating plate 22 is increased, the heating area and heat transfer area are widened to increase the amount of heat generated, and the contact area with air is widened to increase the amount of heat exchange.
  • the heating plate is made of metal and has a high heat transfer capability, the amount of heat exchange can be increased by adjusting the surface area. Air has a low specific heat and density, so it is easily heated and heat is exchanged while passing up and down the heating plate.
  • the reason why the end of the length of the heating plate is bent in an 'L' shape and the reason why it is arranged in a comb shape to form an angle of 30 degrees is to maximize the amount of Joule heat generated by expanding the contact area with magnetic flux, and to block magnetic flux going straight between the heating plates. and to prevent leakage of magnetic flux.
  • it When installing on a warm fan, it is installed with an appropriate separation distance according to the required heating value within the reach of the magnetic fields on both sides of the induction coil.
  • Joule heat generating louver 20 has a simple structure, and it is easy to adjust according to the required amount of heat by increasing or decreasing the size and number of heating plates 22.
  • a square and 'a' shaped heating plate 22 is exemplified, but it is included in the scope of the present invention regardless of shape, size, or material.
  • the horizontal and vertical length of the joule heat generating louver of the present invention is larger than the diameter of the induction coil and more than twice the separation distance is that most of the magnetic flux diverges in an annular shape within an angle of about 60 degrees from the end of the induction coil. Therefore, by making the area of the heating plate larger than the area of the induction coil, the efficiency of using magnetic flux is increased to increase the amount of Joule heat generated and to reduce the leakage of magnetic flux.
  • the magnetic field and magnetic flux generated from the induction coil 30 are irradiated to the nearby heating plate in the direction of the magnetic force line 31, and the magnetic flux going straight at the angle between the end of the induction coil and the end of the Joule heating louver (indicated by the broken line in FIG. 1) Only the angle between the indicated magnetic force line waste angles 26) becomes leakage magnetic flux, and the remaining magnetic flux is irradiated and contacted with the heating surface 25 of the nearby heating plate 22, thereby increasing the amount of heat generated. The leaked magnetic flux is weak, but Joule heat is generated in the inner case.
  • a plurality of ferrite stainless steel plates with magnetism are arranged at regular intervals in the shape of comb teeth (louvers) to widen the heating area and greatly increase the amount of heat generated by Joule heat, and mounted on both sides of the induction coil 30 at a certain distance apart By doing so, the Joule heating rate and the heat exchange rate are doubled.
  • the heating plate 22 of the joule heat generating louver 20 generates heat at 30 ° C to 500 ° C, and since the joule heat is evenly generated in the large surface area of the heating plate 22, cold air passes through the top and bottom of the heating plate at a temperature of 30 ° C to 90 ° C.
  • the heat is exchanged at °C and supplied to the room by forced air.
  • the control system adjusts the cold air in the room to a required temperature for heat exchange, converts it into warm air, and supplies it. Accordingly, it is possible to easily and quickly heat the room by convection.
  • the shape of the joule heat generating louver 20 and the surface area of the heating plate 22 can be enlarged and adjusted according to the surface area of the induction coil 30 according to the required amount of heat and the heating temperature.
  • the amount of heat generated and the amount of heat exchange can be increased.
  • the shape and size of the surface area of the induction coil 30 and the Joule heat generating louver 12 are not limited to the above-described embodiment regardless of the design of the induction coil, but can be changed according to the required calorific value and use, and the Joule heat generated by induction heating Any structure that generates warm air by generating Joule heat in the same heating method as the heating plate of the generating louver is included in the scope of the Joule heating heating louver of the present invention.
  • An electromagnetic wave blocking film 23 is attached to the outer surface of the square frame 21 of the joule heat generating louver, and an insulating film 24 is attached thereon.
  • the electromagnetic wave shielding film and the insulating film do not interfere with ventilation and heat exchange because the direction 43 in which cold air blows from the blowing fan 40 and the attaching surface of the film are parallel to each other.
  • the insulating film for insulation has the effect of passing magnetic force and insulating heat, and the electromagnetic wave blocking film blocks high frequencies and prevents them from being emitted into the room.
  • the insulating film for insulation prevents direct contact with the induction coil when Joule heat is generated, and also has an effect of preventing the generated Joule heat from being transferred to the induction coil.
  • the upper heating plate 27 can determine the size of the upper heating plate by first determining the location of the induction coil 30 and determining the distance (eg 2 cm) from the joule heat generating louver. Accordingly, the induction coil 30 and the upper portion of the square frame 21 of the joule heat generating louvers on both sides are cut and manufactured with a stainless steel plate to a size that can cover them, and the upper heating plate is fixed to the upper part of the square frame. For example, if the thickness of the induction coil is 1 cm, the separation distance is 2 cm on both sides, and the width of each frame is 2.6 cm, the size of the upper heating plate is 102 cm x 30 cm.
  • the upper heating plate prevents magnetic flux from leaking to the top, becomes a heating plate that generates joule heat, increases thermal efficiency, and serves as a fixture so that the distance between the two joule heat generating louvers can be maintained.
  • the blowing fan 40 is fixed to the vertical surface of the inner box at a distance of 6 cm from the end of the joule heat generating louver.
  • the blower fan forcibly sucks in indoor air, forcibly blows it to the heating plate, exchanges heat, produces a large amount of warm air, and forcibly blows it into the room at a wind speed of 2m/sec to 6m/sec through the warm air discharge louver (12). It controls the wind speed and the temperature of the warm air.
  • the temperature sensor 44 is attached to an appropriate position on the inner wall of the heating chamber 71.
  • the temperature of the warm air measured by the temperature sensor is controlled by the control system and the output of the high-frequency induction heating device, and the required heating temperature, heat exchange amount, and temperature of the warm air (30 to 90 degrees) are adjusted and supplied.
  • rotational noise is generated when the blowing fan 40 operates, but it is weak and less than the permissible value.
  • the control system 50 is for controlling various functions such as the induction coil of the induction heating device, high frequency generation and control, output and display, heating temperature setting, warm air temperature, overheating prevention, blowing fan, and power cut function during conduction. Therefore, the amount of magnetic force generated and the heat exchange temperature of air can be easily and quickly adjusted by the control system.
  • the high-frequency induction heating device, induction coil, and control system can be ordered and manufactured by a specialized company according to the requirements, and are not described because the scope is different from the present invention.
  • One cold air inlet louver 41 is installed in the lower opening of the enclosure 10 on the side of the equipment room, and three warm air outlet louvers 12 are installed in each opening on the front and side of the enclosure, becoming the exterior of the fan itself.
  • the fan heater is assembled and manufactured. All parts are installed inside the inner case 11, and a warm air discharge louver 12 and a cold air intake louver 41 are installed in the outer case.
  • the induction coil 30 is mounted in the heating chamber 71 of the inner box 11, and the installation method is described. Align the center of the induction coil and fix it with a fixing part (fixture). Metal fixings can be used, but insulation is required, and fixings made of flame retardant plastic injection products are also possible.
  • the installation method of the joule heat generating louver is to match the center of the joule heat generating louver and the center of the induction coil, and after setting the two joule heat generating louvers to the required temperature and determining the separation distance (e.g. 2cm), insulate the insulation film (24 ) is attached and the upper part of the heating plate 22 faces the induction coil 30, so that the induction coil is placed on the left and right sides of the induction coil on the bottom plate of the inner box and fixed. Raise the upper heating plate 27 on the upper part of the joule heat generating louver and fix it to the upper part of the square frame 21. Or, it can be hung from the ceiling with a fixture.
  • the separation distance e.g. 2cm
  • the separation distance between the induction coil 30 and the joule heat generating louver 20 is an important factor in controlling the heating temperature and the calorific value.
  • the magnetic field and magnetic flux generated by the induction coil come into contact with the heating plate 22 and the upper heating plate 27, so that the magnetic field and magnetic flux generate enough Joule heat with little waste.
  • the magnetic field and magnetic flux are directed from the induction coil to the heating plate of the joule heat generating louver 20.
  • Joule heat is generated in the heating plate due to proximity effect and skin effect. It is possible to maximize the utilization efficiency of the magnetic field and magnetic flux, and is controlled by the control system 50. As the Joule heat generating louver 20 is closer to the induction coil, the heat generation temperature is higher, so the heat generation amount can be adjusted by the separation distance.
  • the upper heating plate does not interfere with the ventilation of the heat-exchanged air, serves to maintain the distance between the joule heat generating louvers, converts the magnetic flux going straight at the end of the induction coil into joule heat, and has the effect of reducing the heating of the inner box.
  • the heater according to the present invention is capable of heating a heater of about 1 kW to 15 kW considering thermal efficiency, heat waste, and indoor conditions.
  • an induction range using only one side of a magnetic field saves 27% of electricity costs compared to an electric heater using electric resistance heat, and heating by electric resistance heat is known to be suitable for about 1 pyeong with 300W.
  • the heater according to the present invention is possible to heat about 1 pyeong with less than 150W/pyeong by simple calculation, and can expect the effect of reducing power consumption by 54% compared to heaters by electrical resistance heat.
  • a temperature sensor 44 is attached to an appropriate position on the top of the inner box.
  • a blowing fan 40 is fixed to both side walls of the body of the inner box 11 at a distance of 6 cm across the side of the joule heat generating louver 20.
  • blower fan made of high heat-resistant plastic
  • a blower fan made of metal should be installed far away from the induction coil and away from the magnetic field.
  • One warm air discharge louver 12 is mounted on the front and left and right openings of the enclosure 10 on the heating chamber 71 side, and cold air intake louvers 12 are installed on the opening of the enclosure 10 on the equipment room 72 side ( 41) is attached. This completes the functions of air intake and warm air discharge as a warm air fan.
  • a dust purifying filter is attached to the outer surface of the cold air inlet louver (41). It collects dust floating in the air and purifies the indoor air.
  • the dust purifying filter removes dust collected by a vacuum cleaner from time to time during use.
  • the inner box and the bottom plate of the inner box are combined and fixed.
  • the inner case is combined with the outer case (10).
  • an air layer 15 is formed by spacing 25 mm between the two boxes.
  • the 25mm gap is an air layer to prevent the enclosure from being heated above a certain temperature, and the air inside the air layer is discharged to the outside through a plurality of holes of the enclosure 10 due to the temperature difference and volume expansion to cool the temperature of the enclosure. do.
  • the reason why the enclosure and the inner box are composed of the double structure is to form an air layer 15 between the enclosure and the inner box to weaken and block direct transfer of heat inside the heating chamber 71 to the enclosure 10.
  • the heating temperature of the Joule heating plate can be sufficiently increased to a required temperature, and the temperature of the enclosure can be prevented from becoming hotter than a certain temperature.
  • the thickness of the air layer can be expanded, the inside can be filled with an insulator, and the inner enclosure can be replaced with an insulator.
  • the hot air fan main body 70 by induction heating is completed by the above method and process.
  • the application technology of the hot air fan of the present invention is a two-way type depending on the thermal performance, shape and use. 3-way, unidirectional. Rotary type, ceiling suspension type, wall type, vertical type, square type. Various products such as circular type, blowing type, hot air type, natural heat radiation type, heater (without fan), and warm air type (with fan) can be manufactured. In addition, a warm air fan may be used by raising it horizontally.
  • the embodiments presented above are illustrative, and those skilled in the art may make various modifications and variations to the embodiments presented without departing from the technical spirit of the present invention. The scope of the present invention is not limited by these variations and modifications.
  • the present invention solves the above-mentioned problems of the prior art with the heater main body 70 through the above manufacturing process, and realizes the following significant differences. That is, the present invention maximizes the joule heat generation amount and warm air production capacity by increasing the wide heating area and the contact area with air by the heating plate 22 of the ferritic stainless steel plate and the structure that exchanges Joule heat with air.
  • the warm air production device By applying the warm air production device according to the present invention, it can be used in various ways as a hot air acquisition technology for household, office, industrial, agriculture, and leisure hot air fans, hot air fans, electric car heaters, and dryers.

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Abstract

본 발명은 고저주파와 금속판만으로 온풍을 생산하는 유도가열에 의한 온풍기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 입식의 유도 코일의 양면에 좌우로 필요한 거리를 이격하여 자성체의 금속판에 의한 줄열발열루버를 2개 이상 병렬 설치하여 발열판을 유도가열시켜 줄열을 발생시킴으로써 열효율을 2배로 높이고, 필요한 열량에 따라 발열온도와 발열량을 조절하여 지속적으로 공기와 열교환 하며 저전력으로 온풍을 생산하여 실내로 반출할 수 있는 대류방식에 의한 유도가열에 의한 온풍기에 관한 것이다. 본 발명의 온풍기는 화석열과 전기저항열에 의한 열기를 대체할 수 있고, 간단한 구조이며, 소모성 부품이 없고, 별도의 매질이나 기계장치를 장착할 필요 없이 30℃ 내지 90℃의 온풍을 생산할 수 있다. 실내를 빠른 시간에 난방이 가능하고, 연료와 연소가 없으므로 공기오염물질과 미세먼지 등이 전혀 발생하지 않으므로 친환경적인 실내용 난방기를 실현할 수 있다.

Description

유도가열에 의한 온풍기
본 발명은 유도가열기에서 유도코일이 발생하는 자기장과 기자력에 의하여 자기장의 범위 안에서 금속면에 유도된 와전류가 줄열을 발생시키고, 다시 줄열을 공기와 열교환하는 줄열발생루버와 필요한 기능을 부가한 온풍기 본체에 관한 것이다.
보다 상세하게는 자기장과 자속은 유도코일로부터 전방위적으로 발산되므로 유도코일의 양면에 좌우로 필요한 거리를 이격하여 2개 줄열발생루버를 마주 보게 설치하여 자속의 이용율을 2배로 높힘으로써 줄열발생량과 열교환량을 각각 2배로 키운 구조이며, 필요한 열량에 따라 발열온도와 발열량을 조절하여 공기와 열교환하여 대류 방식으로 안정적으로 지속적으로 온풍을 생산하고 외부로 송풍할 수 있는 유도가열에 의한 온풍기의 구조에 관한 것이다.
실내공기의 쾌적온도는 겨울철에 18 ~ 22℃를 유지하도록 권장되고 있는데, 이 때 요구되는 실내온도의 분포는 천정 25℃, 방바닥 17℃, 중간부분 20℃를 유지하는 것이 바람직하며, 이 온도분포는 대류 방식에 의한 난방이 효과적이다.
일반적으로, 유도가열은 자기장 내에 저항이 연결되지 않고 전기부하가 없는 철제물을 놓으면 철제물이 700℃ 전후의 높은 온도로 가열될 수 있고, 전기에너지의 90% 이상의 높은 열효율을 얻을 수 있는 온열 획득 방법으로 연구되어 있다.
본 발명의 유도가열에 의한 온풍기에 필요한 배경과 요소를 살펴보면, 유도가열장치에 교류전력이 인가되면 고주파와 교번자속에 의해서 유도코일은 자기장과 자속이 생성되어 S극을 향하여 고리 형태로 전방위적으로 발산한다. 자속은 금속면에 접하면 와전류와 줄열이 유도되는데 전자기적 성질의 국부선택과 표피작용 및 근접효과에 의하여 열적 성능이 고온 또는 적열(red heat)로 나타나게 된다.
유도코일의 자기장과 교번자속 및 기자력은 전압이 높을수록 커지고, 전류 흐름 면적과 유도코일의 권수가 많을수록 커지며, 주파수가 높을수록 커지고, 저주파보다 고주파가 더 크다. 또한, 금속판의 두께가 두꺼울수록 이격거리가 가까울수록 커지고, 유도코일에서 멀어질수록 약해지는 전자기적 성질이 있다.
이에 따라, 유도코일의 자기장과 자속량은 자기장과 자속이 미치는 범위 안에서 전도성이 있는 금속을 만나면 금속면에서 와전류가 유도되고, 와전류는 줄열(Joule heating)을 발생하게 되며, 금속의 면적에 골고루 발생하며 줄열은 고온이나 적열로 나타나게 된다. 철제물에서 보통 700℃ 전후에서 적열로 나타난다. 줄열발생량은 금속의 전기 저항에 비례하여 커지는 열적 성능이 있다.
와전류는 금속면에서 자기화를 진행시키면서 줄열을 발생시키고, 자기포화상태에 이르면 전류를 더 높여도 더 이상 자기화가 진행되지 않고 항온을 유지하게 된다.
따라서, 와류손을 늘리거나 줄임으로써 발열온도와 열적성능을 확대하거나 저온 승온으로 조절할 수 있다. 기자력과 줄열발생량은 여러 가지 방법으로 필요에 따라 조절할 수 있는 것이다.
이에 따라, 일정 면적과 권수를 지닌 유도코일을 입식으로 장착하고 유도코일의 양면 좌우로 유도코일보다 넓은 면적의 자성이 있는 금속판을 설치하고 이격거리를 조절하면 필요열량에 따라 자기장과 자속의 이용효율, 승온온도, 줄열의 발열량, 열교환량을 확대하고 조절할 수 있고, 유도코일에 흐르는 전류, 전압, 주파수를 조절함으로써 제어할 수 있다.
모든 전도성 금속은 자기장과 접하면 와전류와 줄열이 발생하며 재질에 따라 발열 정도에서 차이를 보인다. 금속을 살펴 보면, 철판이나 자성이 있는 페라이트계 스텐강판이 줄열에 의한 발열량이 크다. 알미늄판 등 비철금속도 줄열이 발생하므로 그대로 사용할 수 있으나, 발열 성능이 약하므로 줄열의 발생량을 키우려면 용사처리 등에 의하여 자성처리가 필요하다. 철판은 고온으로 장기간에 걸쳐 5,000시간 이상 수백 회를 반복적으로 사용하게 되면 재질이 손상되므로 장기간 사용하기에는 부적절하고, 주물제를 고려할 수 있으나 박판으로 제조된 제품이 없다.
따라서, 본 발명에서 발열판(22)은 페라이트계 스텐강판을 사용한다. 스텐강판은 내식성이 있고, 가공이 쉬우며, 반복되는 발열에도 재질에 손상이나 열화가 없이 발열판으로 반영구적으로 사용할 수 있으며, 박판형의 제품으로 구득이 쉬우므로 본 발명의 실현에 적합한 자재이다.
유도가열에 의한 줄열발생량과 발열량은 유도코일의 권수, 면적, 이격거리, 전류, 전압, 주파수 등 여러 가지 방법에 의하여 필요온도에 맞추어 조절할 수 있고, 줄열발열용 금속판에 공기를 통과시킴으로써 공기와 열교환할 수 있으며, 공간의 체적과 용도에 맞추어 필요한 온도로 온풍을 생산하고 공급할 수 있다.
공기를 가열하여 실내온도를 쾌적온도로 승온시키는 데는 많은 열이 필요하므로 실내공기를 가열하는데 있어서 난방은 대류방식이 복사방식보다 더 효과적이다. 대류방식의 장점은 실내 전체를 골고루 난방할 수 있고, 복사 방식의 히터보다 도달거리가 멀리 순환되어 승온이 빠르게 골고루 이루어지는 장점이 있다.
고주파는 원자에서 전자를 분리해내지 못하는 비전리전자기파이므로 유해한 전자기파를 발생하지 않으며, 학문적으로 아직까지 고주파의 유해성이 밝혀진 바가 없다. 또한, 전자파는 발진원으로부터 15m 정도 떨어지면 자연소멸하는 것으로 연구되어 있다. 그러나, 실내에서 사용되는 전자제품은 전자파로 인한 유해성을 염려하는 사람이 많으므로 수용가에게 전자파의 유해성에 대한 염려를 줄여 줄 필요가 있다.
온풍기의 소음은 팬이 돌면서 나는 소리와 유도전류가 발생하면서 나는 소리는 1분 내지 2분 작동하면 소리가 약해진다. 사무실에서 소음은 50dB 이하로 제한되어 있다. 온풍기의 소음을 100% 피할 수는 없으나, 최대한 소음을 줄이는 것이 필요하다. 요즈음에는 소음이 적은 송풍팬이 다양하게 개발되어 있고, 흡음재를 설치함으로써 소음을 약화시킬 수도 있다.
공기는 물질 중에서 비열이 보통 101로 큰 물질에 속한다. 따라서 공기를 가열시키는 데는 많은 열이 필요한 반면에 열기를 차단하는 데는 좋은 단열재가 되기도 한다. 따라서, 두 물체 사이에 1cm 내지 5cm 두께의 공기층을 형성하면 두 물체의 온도가 열평형이 이루어질 수 없도록 즉, 열전달 효과를 약화시키거나 차단할 수 있는 좋은 수단이 되기도 한다. 공기층 대신 함의 내부에 단열재를 부착하여 외함에 열이 전달되는 것을 차단할 수도 있다.
이러한 유도가열의 전자기적 성질과 열적 성능, 스텐강판의 물성, 공기의 물성, 실내용 온풍기의 기능 등을 융합하면 유도열에 의한 대류방식의 실내용 온풍기를 개발할 수 있다. 즉, 유도가열에 의하여 발생하는 줄열을 공기와 열교환하여 난방열을 획득하는 온풍기로 사용할 수 있는 것이다.
이제, 탄소중립은 시대적 과제가 되어 있다. 탄소중립을 실현하기 위해서는 탈화석연료와 에너지절약형 전기제품의 개발이 절실히 요구된다. 연소열과 전기저항열을 대체할 수 있는 대체에너지 기술로써 유도가열이 주목받고 있으나 아직까지 유도가열을 이용한 온풍기는 상용화된 제품이 없다.
추위는 고통이며, 추위를 피하는 것은 생존의 필수조건이다. 난방기는 겨울철이면 필수적인 열기로써 여러 가지 제품이 개발'판매 중에 있다. 종래기술로써 전기저항열을 이용하는 히터류 난방기는 전기저항열의 열효율이 30% 내지 65% 정도로 낮아서 장시간 사용하게 되면 전기료가 많이 발생하고, 누진제가 적용되면 전기료 부담이 더욱 커질 수밖에 없다.
또한, 가스, 기름, 화목 등으로 연소열을 사용하는 난방기는 열효율이 낮고, 실내의 산소가 희박해지고 일산화탄소가 발생하며, 공기를 오염시키며, 화재 위험성이 있고, 연료비에 대한 경제적 부담이 큰 단점이 있다.
상기한 종래기술의 문제점을 해결할 수 있는 방법으로 연료가 필요 없고 열효율이 높으며 전력 소비량이 적고 친환경적인 유도가열을 이용한 온풍기의 개발이 필요하다. 개발되면 탄소중립이라는 시대적 요구에 큰 기여를 할 수 있을 것이다.
실내에서 몸을 덥히기 위한 난방기는 대부분 복사 방식에 의한 히터류가 많이 선호되고 있다. 실내의 체적이 클수록 전력소비량이 많은 난방기를 써야 하는데 전력소비량이 많은 난방기는 경제적 부담이 크기 때문에 불편을 감수하면서 소비전력량이 적은 복사 방식의 히터류를 사용하고 있다. 복사 방식에 의한 히터류는 온열의 도달거리가 짧아서 가까운 거리는 난방효과가 좋으나 실내 전체를 난방하기에는 난방능력이 부족한 단점이 있다. 예를 들면, 복사 방식은 500℃로 발열하는 히터 앞에서 1m 거리를 떨어지면 23℃가 측정되는 것으로 연구되어 있는데 열원에서 멀어지면 열이 약해지고 열전달이 되지 않아 실내가 골고루 난방이 되지 않는다.
대류란 따뜻해진 유체(액체나 기체)가 고온 부분에서 저온 부분으로 이동하는 현상을 말하는데 넓은 실내일수록 대류 방식이 복사 방식보다 난방 효과가 더 효과적이다. 경제적 부담을 줄이면서 실내를 골고루 난방할 수 있는 대류 방식의 난방기가 필요하다.
전자파의 유해성을 염려하는 수용가를 위해서 전자파의 누출을 줄이거나 차단할 수 있어야 한다. 또한, 따뜻한 공기의 대류로 인하여 먼지가 부유함으로 실내의 먼지를 걸러낼 수 있어야 한다.
유도가열에 의한 열을 이용하려면 금속판의 발열에 의하여 외함이 뜨거워짐으로 이를 방지하기 위하여 고온이 외함에 전달되지 않도록 열전달을 약화시키거나 차단할 수 있어야 한다.
겨울철에 농업용의 비닐하우스처럼 대량의 실내공기의 가열이 필요한 경우에는 많은 열량을 공급해서 작물의 생육온도를 유지해 줘야 작물이 성장하게 된다. 작물의 생육온도는 일반적으로 13℃ 내지 32℃가 적절한 것으로 연구되어 있다. 상기한 생육온도보다 낮거나 초과하게 되면 작물은 광합성을 중단하게 되어 성장을 멈춘다. 겨울철에 비닐하우스에서 작물 재배를 위하여 화석연료에 의한 난방은 경제적 부담이 크므로 적은 전기료로 값싸게 온풍을 생산하고 공급할 수 있어야 한다. 비닐하우스와 같이 체적이 큰 시설에 대량의 온풍의 생산과 공급방법이 필요하다.
유도열을 이용한 온풍기에 관련된 종래기술로 [학술문헌] '고효율 전기온풍기에 관한 연구"(신대철, 우형근)를 살펴보면 유도가열을 이용한 온풍기의 개발 가능성에 대한 학술적 연구가 있다. 또한, "봉상 발열형 인덕션 난방기(한국특허등록번호 10-1311746)" 등이 있으나, 유도코일에 의한 가열시에 자기장과 자속을 한쪽 방향만 이용함으로 인해서 자속이용율과 열교환효율이 떨어지고 큰 소비전력이 요구되며 구조가 복잡하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 유도열에 의한 온풍기를 개시하고 있다. 전기저항열과 연소열을 대체하고, 열효율이 높으며. 친환경적이고 안전하고 단순한 구조에 의하여 줄열을 발생시키고 온풍을 획득하는 방법에 의한 실내용 온풍기이다. 본 발명은 종래기술과 비교하여 현저한 차이점과 효과를 실현하고 있다.
본 발명은 이러한 유도가열의 열적 성능을 이용하여 금속판에 줄열을 유도가열시키고 다시 줄열을 공기와 열교환하여 온풍을 생산하고 공급하는 대류방식에 의한 실내용 온풍기로써 열효율을 2배로 키우고 전력소비량을 1/2로 줄인 온풍기의 장치에 관한 것이다. 즉, 유도가열에 의하여 온풍을 생산하고 실내를 난방하는 온풍생산장치로써 95% 이상의 높은 열효율과 저전력의 온풍기를 실현하고 있다.
본 발명의 유도가열에 의한 온풍기(70)의 효과는 아래와 같다.
새로운 온풍 생산방식을 실현하고 있다. 고주파와 페라이트계 스텐강판에 의한 발열판만으로 온풍을 생산하고 있다. 유도가열에 의하여 30℃ 내지 500℃까지 줄열을 발생시키고, 줄열의 발열과 동시에 발열판(22)의 상하를 공기가 통과하는 중에 30℃ 내지 90℃의 온풍으로 열교환 하며, 강제송풍에 의하여 배출되어 온풍을 안정적으로 지속적으로 생산하는 유도가열에 의한 온풍기를 실현하고 있다.
열효율을 95% 이상으로 높힌 효과가 있다. 유도가열은 기본적으로 열효율이 90% 이상으로 높고, 전류와 전기장치에서 소모되는 열효율을 제외하고는 열 낭비가 없다. 특히, 본 발명은 유도코일(30)이 발생하는 자기장과 자속의 발열성능을 이용한 줄열발생루버(20)는 복수개의 'ㄱ' 형상의 다수개의 페라이트계 스텐강판 발열판(22)을 빗살 형태로 상하로 다수 병렬 배치함으로써 전체 발열면적을 키워 줄열발생량과 온풍생산량을 2배로 증가시켜 열효율을 더욱 높이고 있다.
전력소비량을 1/2로 절감한다. 발열량에 있어서 유도코일(30)의 양면에 좌우로 필요한 거리를 이격하여 박판형의 발열판을 내장한 줄열발생루버(20)를 각각 1개씩 2개를 병렬 설치함으로써 전방위적으로 발산하는 자속량의 대부분을 줄열이 발생하도록 극대화하고 자속량의 낭비를 줄인 구조체를 개시하고 있다. 따라서, 한쪽 면만 사용하는 방법에 비해서 자속의 이용효율을 2배로 키우므로 전기에너지를1/2로 줄이는 효과가 있다.
줄열발생루버 2개(도 1)를 서로 마주 보게 배치한다는 것은 전방위적으로 발산하는 대부분의 자기장과 자속의 전량을 양분하여 줄열을 발생시킬 수 있으며, 유도코일의 단부 면에서 직진으로 발산되는 자속(도 1의 26)을 제외하고는 대부분의 자속을 발열에 사용할 수 있다는 것을 나타낸다. 이에 따라, 줄열생산량과 온풍생산량을 2배로 키우므로 저전력의 온풍기 실현이 가능한 것이다.
줄열발생루버는 열적 성능의 열화 없이 반영구적으로 온풍을 생산'사용할 수 있다.
실내의 체적과 용도에 맞추어 다양한 출력과 폭넓은 주파수, 유도코일의 면적과 권수, 줄열발생루버의 재료와 발열온도, 이격거리, 제어시스템 등으로 발열량의 조절이 용이하다.
저온풍에서 열풍까지 필요온도에 맞추어 온풍을 생산할 수 있다.
본 발명은 송풍팬(40)이 장치실의 전기장치도 냉각시키는 효과가 있으므로 별도의 냉각팬이 필요 없어지고 구조가 단순해지는 효과가 있다. 장치실(72)의 전기장치는 열이 발생하므로 냉각용 팬이 설치되는 것이 일반적이나 송풍팬이 겸용하므로 냉각팬이 필요 없다.
발열과 동시에 공기와 열교환이 이루어지므로 실내를 즉시 난방할 수 있고, 송풍팬에 의하여 온풍을 강제 송풍하므로 빠른 시간 내에 멀리까지 실내를 골고루 난방이 가능하다.
외함(10)과 내함(11)에 의한 이중 구조이므로 두 함 사이에 공기층이 형성되어 외함이 뜨거워지는 것을 방지하고, 줄열의 승온온도를 보다 높힐 수 있으므로 온풍생산량을 증가시키고 온풍기의 안전도가 커지는 효과가 있다.
먼지정화필터(42)를 채용하여 실내공기 중에 부유하는 먼지를 걸러냄으로 재실자의 호흡기와 건강에 도움이 된다.
전자파가 인체에 해로울 것이라는 염려가 없다. 전자기파의 유해성을 염려하는 수용가들을 위해서 전자파차단필름(24)이 설치되어 있으므로 재실자는 마음 편하게 사용할 수 있다.
실내공간의 체적과 용도에 따라 줄열발생루버(20)의 복수 개를 상하 또는 병열로 설치하고 발열시킴으로써 발열량을 확대하고 조절하여 용이하게 대량의 온풍을 생산할 수 있다.
경제성과 가격 경쟁력이 있다. 온풍기(70)는 별도의 매질이 없이 단순한 구조로 발열성능을 발휘하고, 소모성 부품이 없으며, 별도의 기계장치가 필요하지 않다.
무연료'무연소임으로 화재의 위험성이 없고, 실내의 산소 결핍이 없으며, 온실가스'탄산가스'일산화탄소'미세먼지 등 공기오염물질을 발생하지 않으므로 실내공기가 오염되지 않으며, 냄새나 그을름이 없고 저소음으로 모든 실내에서 사용할 수 있으며, 쾌적한 실내환경에 도움이 된다.
실내공간의 체적과 용도에 따라 필요한 열량에 맞추어 가정용'산업용'농어업용'대중소 규모별 온풍기, 전기자동차용 난방기, 레저용 온풍기, 건조기 등 다양한 제품의 원천기술로 사용할 수 있다.
저전력의 실현으로 전기료가 절감됨으로 에너지빈곤층의 난방비를 절감할 수 있고, 미세먼지민감계층용의 실내용 온풍기로써 실질적 도움이 된다.
탄소중립 시대에 맞추어 연소열과 전기저항열을 유도열로 대체하여 무연료'무연소이며 저전력의 난방기를 실현할 수 있다.
결과적으로, 본 발명에 의한 온풍기는 열효율이 높은 유도가열을 이용하므로 전력소비량이 적고, 연료와 연소없이 고주파와 페라이트계 스텐강판 발열판을 융합하여 온열과 온풍을 획득하므로 화석열과 전기저항열을 대체할 수 있는 열원으로 사용할 수 있고, 겨울철에 온풍기의 작동과 동시에 신속하게 실내 난방이 가능하며, 열효율이 매우 높고, 별도의 매질이나 기계장치를 필요로 하지 않고 단순한 구조이므로 경제성과 기술경쟁력이 있으며, 전기사용료를 절감하고, 다양한 용도로 응용하여 사용할 수 있는 온풍기를 실현하고 있다.
특히, 탄소중립 시대를 맞아 화석연료를 전기에너지로 대체하고, 고주파와 금속에 의한 발열 방법으로 열효율이 높은 유도가열 방식에 의한 줄열발열루버를 발명함으로써 전력소비량을 줄이며, 대류 방식으로 실내를 난방할 수 있는 온풍 획득 장치를 개시하여 무연료와 무연소의 가정용 온풍기, 농어업용 온풍기, 산업용 온풍기, 전기자동차용 온풍기, 레저용 온풍기, 건조기 등 폭넓게 사용할 수 있는 원천기술을 제공하고자 한다.
한국은 화석연료수입량의 27%가 난방용 연료로 사용되고 있는 바, 화석연료를 전기에너지로 전환하고, 전력소비량도 줄일 수 있는 새로운 난방기의 기술이 절실한 상황이다. 이제 탄소중립은 늦었지만 빨리 실현해야 한다는 절박한 상황에 직면해 있다. 본 발명이 상용화되면 종래기술에 의한 전기히터와 화석연료 온풍기를 본 발명의 유도열에 의한 온풍기로 대체하면 화석연료와 전력소비량을 획기적으로 줄여 탄소중립을 실현하는 데 큰 기여와 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 난방기의 구성을 전체적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 줄열발생루버의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 줄열발생루버와 발열실 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 줄열발생루버의 단면도이다.
유도가열에 의한 온풍기 본체는 유도코일(30)에 의하여 줄열발생루버(20)의 발열판(22)이 유도가열 되어 줄열이발생하고 공기와 열교환하는 온풍생산장치로써 상기 유도코일이 발생하는 자기장과 교번자속에 의하여 일측 내면에 발열면(25)을 가지는 복수 개의 발열판(22)과 4각프레임(21)으로 구성되고, 30℃ 내지 500℃의 줄열을 발생시키기 위한 줄열발생루버(20); 상기 줄열발생루버에서 03mm 내지 1mm의 페라이트계 스텐강판으로 제작되고, 줄열이 발생하며, 자속의 누출을 방지하기 위한 길이 방향의 단면부가 'ㄱ'형으로 절곡되고, 4각프레임의 내부면에 15mm 간격으로 수평의 빗살 형상으로 설치되는 복수 개의 발열판(22); 상기 줄열발생루버의 한쪽 외부면에 전자파차단필름(23)과 단열용 절연필름(24)이 설치되는 4각프레임; 상기 본체에서 입식으로 마주 보고 설치되는 2개의 줄열발생루버(20) 사이의 중앙에 3mm 내지 50mm 거리를 이격하여 설치되고 유도가열장치(60)에 의하여 자기장과 교번자속을 발생시키기 위한 유도코일(30); 상기 2개의 줄열발생루버의 4각프레임(21)의 상부에 설치되어 이격거리를 유지하고 고정하며 줄열을 유도하기 위한 상부발열판(27): 상기 줄열발생루버의 측면에 6cm 이격하여 가로질러 설치되고, 2m/sec 내지 6m/sec의 풍속을 가지며, 냉풍을 흡인하고 열교환된 온풍을 외부로 송풍하기 위한 송풍팬(40); 상기 본체의 발열실(71) 방향의 외함(10)의 수직면에 설치되고 온풍을 배출하기 위한 온풍배출루버(12); 상기 본체의 장치실(72) 방향의 외함에 설치되고 냉풍을 흡인하기 위한 냉풍인입루버(22); 상기 냉풍인입루버의 외부면에 설치되고 실내공기의 먼지를 정화하기 위한 먼지정화필터(42); 상기 본체의 장치실의 내측에 설치되고, 유도코일에 자기장과 교번자속을 발생시키기 [0045] 위한 20kHz 내지 100kHz의 고주파를 생성하는 유도가열장치(60); 상기 본체의 발열실의 내부면에 설치되어 열교환된 온풍의 온도를 측정하기 위한 온도센서(44); 상기 본체에서 1cm 내지 5cm의 이격거리에 의하여 공기층을 형성하기 위한 내함(11)과 외함(10); 상기 본체의 유도코일에 자기장과 기자력에 의한 발열 정도를 제어하고, 30℃ 내지 90℃의 온풍의 온도를 조절하며 각종 기능을 수행하기 위한 제어시스템(50);을 포함하는 유도가열에 의한 온풍기 본체로써 자기장과 자속에 의한 줄열발생루버가 30℃ 내지 500℃의 줄열이 발열하고, 발열과 동시에 30℃ 내지 90℃로 열교환된 온풍을 지속적으로 외부로 송풍하는 것을 특징으로 하는 유도가열에 의한 온풍기의 장치를 제공하고 있다.
본 발명은 상기한 종래기술에 의한 난방기의 문제점을 해결하기 위하여 연소열이나 전기저항열이 아니고, 열효율이 95% 이상으로 높고 전력소비량을 줄이며 공기오염물질을 발생하지 않는 대류방식에 의한 유도가열에 의한 온풍기를 개시하는 것으로서, 유도열을 온풍으로 변환하는 기술이다.
즉, 유도코일이 생성하는 자기장과 자속 및 금속판과의 열적성능 관계를 활용하여 줄열을 발생시키고, 자기장과 자속의 이용율을 2배로 높이며, 줄열의 발생면적을 넓혀 줄열발열량을 극대화한 구조로써 공기와 열교환하여 저온풍에서 열풍까지 지속적으로 생산하여 실내를 난방할 수 있는 줄열발생루버(20)의 구조체와 각종 기능을 결합한 유도가열에 의한 난방기 본체(70)를 개시하였다.
본 발명에서 고주파와 자기장과 자속에 의하여 줄열이 발생하는 복수 개의 자성이 있는 페라이트계 스텐강판 발열판(22)을 빗살 형태로 경사지게 설치한 발열체를 줄열발생루버(20)라 칭하고, 온풍기 본체(70)라 함은 줄열발생루버에 의하여 줄열을 발생시키고 줄열의 발열과 동시에 공기와 열교환하여 외부로 강제 송풍하여 대류 방식에 의하여 난방하는 온풍기를 말한다.
본 발명은 유도가열장치에 의해 발생하는 고주파와 기자력에 의해 자성이 있는 페라이트 스텐강판 발열판(22)에서 줄열을 발생시키고, 생성된 줄열을 발열과 동시에 공기와 열교환하고 가열된 공기를 지속적으로 송풍팬(40)으로 외부로 강제 배출하는 유도가열에 의한 온풍기 본체(70)에 관한 것이다.
실시예로써 본 발명을 전체적으로 설명하면, 함은 육면체 형상의 내함(11)과 외함(10)의 이중구조로 구성되고 이동식 상치형으로 한다. 온풍기의 외함은 가로 55cm*세로 245cm*높이 45cm 크기로, 내함은 가로 50cm*세로195cm*높이 425cm의 크기로 제작한다. 온풍기의 본체(70)의 내함은 가로 40cm의 발열실(71)과 가로 10cm의 장치실(72)로 구분하고, 발열실과 장치실은 송풍팬의 설치 위치로 구분한다.
내함의 발열실(71)에는 송풍 팬(40), 유도코일(30), 줄열발생루버(20)와 상부발열판(27) 및 온도센서(44)가 설치되고, 내함의 장치실(72)에는 유도가열장치(51)와 제어시스템(50)이 부착되며 전선으로 서로 연결하게 된다.
발열실 쪽의 외함(10)에는 온풍배출루버(12)가 3면에 1개씩 부착되고, 장치실 쪽의 외함의 하부에는 냉풍인입루버(41)와 냉풍인입루버의 외부면에 먼지정화필터(42)가 설치된다.
내함과 외함은 바닥판과 몸체로 분리되도록 제작하고 전문업체에 주문하여 제작할 수 있다. 온풍배출루버(12)와 냉풍인입루버(41)는 크기가 다를 뿐 동일한 기능과 유사한 형상을 지니며 이미 여러 가지 제품이 개발되어 있고, 송풍 팬 등 기타 부품도 이미 시장에 출시되어 있다. 유도가열장치(51)와 유도코일(30) 및 제어시스템은 전문업체에서 주문 생산이 가능하다.
유도가열장치(51)는 고주파로 유도코일(30)에 자기장 및 자속을 발생시키기 위한 장치로써 고주파발생장치, 주파수조정장치, 제어시스템, 디스플레이, 유도코일 등 부품으로 구성된 기기를 사용한다. 사용전력은 정격전압 220V, 주파수는 60Hz를 기본으로 하고, 정격전류는 필요에 따라 조정하되 본 발명에서는 가정용 전력에 맞추어 정격전류는 16A 미만의 전력을 사용하는 것으로 하였다.
유도가열장치는 200W~2000W의 AC 전력을 사용하며, 20kHz 내지 100kHz의 고주파에 의하여 유도코일을 발열시키게 된다. 그러나. 본 발명은 실시예에 한하지 않고, 다양한 출력과 폭넓은 주파수를 선택할 수 있으며 이에 구애받지 않는다.
본 발명은 하기의 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술분야의 당업자에 의한 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
제작 과정과 구조를 실시예를 들어 설명하면 다음과 같으며, 세부 공정들로부터 쉽게 이해될 수 있는 경우는 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 난방기의 구성을 전체적으로 나타낸 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 줄열발생루버(20)의 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 줄열발생루버와 발열실단면도이고. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 줄열발생루버(20)의 단면도이다.
이를 참고하여 본 발명을 구성요소 별로 유도가열에 의한 줄열발생루버(20)와 공기와 열교환하여 온풍을 생산하는 온풍기 본체(70)의 실시예로써 제작 과정을 설명한다.
먼저, 스텐강판으로 내함(11)은 가로 50cm*세로 195cm*높이 425cm의 크기로 하고, 외함(10)은 가로 55cm*세로 245cm*높이 45cm의 크기로 하며 상하부의 적절한 위치에 공기가 유출입할 수 있도록 복수 개의 구멍을 뚫는다.
각각 바닥판과 몸체가 분리되며, 온풍배출루버(12)와 냉풍인입루버(41)의 설치 위치가 같도록 크기에 맞추어 절단하여 개구부를 만들고 절곡하여 육면체 형상으로 제작된다.
내함과 외함을 각각 바닥판을 제외한 체 5개 면을 육면체형으로 조립되도록 절단면을 용접하여 각각 1개를 제작한다. 바닥판과 5개면의 6면체형은 부품부착 후 조립하게 된다. 내함은 외함의 내부에 25cm 거리를 이격하여 설치되고, 발열실의 열기가 직접 접하고 필요한 장치와 부품이 장착되는 함을 말한다.
자기장과 자속 발생을 위한 유도코일(30)은 지름 22cm의 원환형의 유도코일을 사용하며, 유도코일(30)의 설치는 수직형을 기본으로 한다. 유도코일은 필요열량에 따라 표면적과 권수를 설정할 수 있다. 유도코일은 서로 면대하는 2개의 줄열발생루버(20)의 사이의 중앙에 각각 일정거리(예 20mm)를 이격하여 설치되고, 자기장과 자속은 줄열발생루버(20)를 향하여 자력선 진행방향(31)으로 진행하게 된다. 줄열은 줄열발생루버의 발열판(22)에서 30℃ 내지 500℃의 줄열이 발열하게 되고, 공기는 30℃ 내지 90℃로 열교환하여 강제송풍에 의하여 외부로 송풍하게 된다.
줄열발생루버(20)는 유도코일의 양면에 각각 1개씩 2개를 설치할 수 있고, 면적을 적게 차지하는 장점이 있다. 본 발명은 발열판의 승온온도를 30℃ 내지 500℃로 발열하도록 저온승온화하여 승온온도를 낮추어 적열의 발생을 방지하고 있다. 그러나, 필요열량과 설치 목적에 맞추어 적열을 발생시켜 승온온도를 높이고 발열량을 키워 사용할 수 있다.
실시예로 자성이 있는 페라이트계 스텐강판을 사용하여 내부면에 발열판(22)이 장착된 줄열발생루버(20) 2세트를 제작한다. 발열판(22)은 발열면적이 넓어 줄열발열량이 커지고 열교환량이 커지는 효과가 있다.
본 발명에서 발열판(22)이라 함은 고주파와 자기장 및 자속에 의하여 와전류와 줄열이 발생하고, 30도 각도의 경사면을 가지며, 줄열발생루버(20)를 구성하는 복수개의 페라이트계 스텐강판을 말한다. 발열판의 일측 아랫면은 자기장과 자속에 접하여 와전류와 줄열이 발생하는 발열면(25)이 된다.
또한, 줄열발생루버는 정사각형의 4각프레임(21)의 형태를 예시하였으나 필요한 발열량에 따라 유도코일의 형상과 줄열발생루버의 형상을 변경할 수 있고, 발열판도 복수 개의 골을 만들어 발열면적을 확대할 수 있다.
상기 줄열발생루버(20)는 도 4와 같은 단면의 형상을 가지며, 크기는 가로 30cm*세로 30cm*폭 26cm의 크기로 하고, 4각프레임(21)과 발열판(22)으로 구성된다. 재료는 자성이 있는 0.5mm의 페라이트계 스텐강판을 사용하고, 유도코일과의 이격거리의 2배 이상이 확보될 수 있도록 유도코일(30)의 단부보다 10mm 이상 충분히 크게 제작한다.
먼저, 4각프레임의 제작과정을 설명하면, 4각프레임은 길이 30cm*폭 31cm의 스텐판 4개를 준비하고, 양 단부가 45도와 135도가 되어 등변형 사다리꼴을 이루도록 절단한다. 135도의 길이 방향의 끝부분을 8mm를 절단하여 버린다. 가로길이의 단부가 135도 각도가 되었던 길이 방향을 5mm 폭으로 'ㄱ' 형으로 절곡하고, 경사면 36cm 부분끼리 수평으로 맞대면 내각이 90도가 되고 서로 맞대어 용접하면 정사각형의 4각프레임이 만들어진다. 내측면의 길이는 각각 가로와 세로 모두 299cm, 폭은 26cm의 크기가 된다.
발열판(22)은 폭 40cm 길이 31cm로 14개를 준비한다. 발열판은 양단부의 모서리를 길이 방향 5mm*폭 방향 10mm를 사각 형태로 따낸 후에 길이 방향을 90도 각도로 10mm를 절곡한다. 또한, 길이 향의 양단부를 각각 5mm를 90도 각도로 절곡한다.
줄열발생루버는 4각프레임(21)의 내측면의 세로면에 발열판의 양단부의 5mm 부분이 수평에서 30도 각도로 경사지도록 14개의 발열판을 15mm의 간격으로 발열판의 단부의 5mm 부분이 고정되도록 차례로 용접한다. 이러한 과정으로 제작하면 줄열발생루버가 완성된다.
줄열은 발열판(22)의 면적을 키우면 발열면적과 열전달면적이 넓어져 발열량을 키울 수 있고 공기와의 접촉면적이 넓어져 열교환량을 키울 수 있다. 또한, 발열판은 금속제로써 열전달 능력에 크므로 표면적을 조절함으로써 열교환량을 확대할 수 있다. 공기는 비열과 밀도가 낮아서 쉽게 가열되고, 발열판의 상하를 통과 중에 열교환된다.
발열판의 길이 부분의 단부를 'ㄱ'형으로 절곡하는 이유와 30도의 각도를 이루도록 빗살 형태로 배치하는 이유는 자속과의 접촉면적을 확대하여 줄열의 발생량을 극대화하고, 발열판 사이로 직진하는 자속을 차단하고 자속의 누출을 방지하기 위함이다. 온풍기에 설치할 때에는 유도코일의 좌우 양면의 자기장이 미치는 범위 안에 필요한 발열량에 따라 적정한 이격거리를 띄워 설치하게 된다.
줄열발생루버(20)는 구조가 단순하고, 발열판(22)의 크기와 개수를 증감함으로써 필요한 발열량에 따라 조절이 용이하다. 본 발명에서는 정사각형과 'ㄱ'형의 발열판(22)을 예시하고 있으나 형상이나 크기 및 재료에 구애받지 않고 본 발명의 범위에 포함한다.
본 발명의 줄열발생루버의 가로와 세로의 길이가 유도코일의 지름보다 크고 이격거리보다 2배 이상 크게 하는 이유는 유도코일의 단부에서 60도 정도까지의 각도 내에서 대부분의 자속이 고리 모양으로 발산하므로 발열판의 면적을 유도코일의 면적보다 크게 함으로써 자속의 이용효율을 높혀 줄열의 발생량을 늘리고, 누설되는 자속을 줄이기 위함이다.
즉, 유도코일(30)에서 발생한 자기장과 자속은 자력선진행방향(31)으로 인근의 발열판에 조사되고, 유도코일의 단부와 줄열발열루버의 단부 사이의 사잇각에서 직진하는 자속(도 1에서 파선으로 표시한 자력선낭비각도(26)의 사잇각)만 누설 자속이 되며, 나머지 자속은 인근의 발열판(22)의 발열면(25)에 조사되고 접촉되어 발열량을 키우는 효과가 있게 된다. 누설된 자속은 약하지만 내함에서 줄열을 발생한다.
자속의 이용율을 높힐수록 줄열발생량이 많아짐으로 전력소비량을 줄일 수 있다. 자성이 있는 복수 개의 페라이트계 스텐강판을 빗살(루버) 형상으로 일정 간격으로 배치하여 발열면적을 넓혀 줄열에 의한 발열량을 큰 폭으로 키웠으며, 일정한 거리를 이격하여 유도코일(30)의 양면에 장착함으로써 줄열발열량과 열교환량을 각각 2배로 키우고 있다.
이에 따라, 저전력으로 줄열을 공기와 열교환하여 많은 온풍을 획득하는 것이 가능해진다. 즉, 줄열발생루버(20)의 발열판(22)은 30℃ 내지 500℃로 발열하고, 발열판(22)의 넓은 표면적에서 줄열이 골고루 발생하므로 찬 공기는 발열판의 상하부를 통과하는 중에 30℃ 내지 90℃로 열교환되어 강제송풍에 의하여 실내에 공급하게 된다. 이 때 제어시스템에 의하여 실내의 찬 공기를 필요온도로 열교환될 수 있도록 조절하고 온풍으로 변환하여 공급할 수 있다. 이에 따라 대류 방식으로 쉽고 빠르게 실내 난방을 할 수 있게 된다.
줄열발생루버(20)의 형상과 발열판(22)의 표면적은 필요열량과 발열온도에 따라 유도코일(30)의 표면적에 맞추어 크기를 확대하고 조절할 수 있다. 또한, 필요한 열량에 따라 상기한 방법에 의하여 복수 개의 유도코일과 줄열발생루버를 상하 또는 수평으로 병렬 설치함으로써 발열량과 열교환량을 키울 수 있다.
유도코일(30)과 줄열발생루버(12)의 형상과 표면적의 크기는 유도코일의 디자인과 상관없이 상기한 실시예로 제한되는 것이 아니라 필요한 발열량과 용도에 따라 변경할 수 있으며, 유도가열에 의해서 줄열발생루버의 발열판과 같은 발열 방식으로 줄열을 발생시켜 온풍을 생산하는 구조이면 본 발명의 줄열발열루버의 범위에 포함된다.
또한, 본발명의 줄열발생루버와 유사한 형상으로 햇빛 차단용 금속제루버와 물체의 열을 공기 중에 방사하는 용도의 공냉식의 방열판, 핀형 등으로 재료와 형상에 따라 여러 가지가 개발되어 있으나 유도가열에 의하여 줄열발열을 위한 기능과 용도로 사용되는 것은 본 발명의 범위에 포함된다.
줄열발생루버의 4각프레임(21)의 외측면에 전자파차단필름(23)을 부착하고, 그 위에 단열용 절연필름(24)을 첨부한다. 전자파차단필름과 단열용 절연필름은 송풍팬(40)으로부터 냉풍이 불어오는 방향(43)과 필름의 부착면이 서로 나란하므로 통풍과 열교환에 지장을 주지 않는다. 단열용 절연필름은 자기력은 통과시키고 열을 절연하는 효과가 있으며, 전자파차단필름은 고주파가 차단되어 실내로 방출되는 것을 방지한다. 단열용 절연필름은 줄열이 발생하여 유도코일과 직접 접촉하지 않도록 하고, 발생한 줄열이 유도코일로 전달되는 것을 방지하는 효과도 있다.
상부발열판(27)은 먼저 유도코일(30)의 위치를 확정하고, 줄열발생루버와의 이격거리(예 2cm)를 확정함으로써 상부발열판의 크기를 정할 수 있다. 이에 따라, 유도코일(30)과 양측의 줄열발생루버의 사각프레임(21)의 상부를 덮을 수 있는 크기로 스텐강판으로 절단하고 제작하여 4각프레임의 상부에 상부 발열판을 고정한다. 예를 들면 유도코일의 두께 1cm, 이격거리 양측 2cm, 4각프레임 폭 각각 2,6cm로 하면 상부발열판의 크기는 가로102cm*세로 30cm가 된다. 상부발열판은 상부로 누설되는 자속을 방지하여 줄열이 발생하는 발열판이 되어 열효율을 키우고, 두 개의 줄열발생루버의 간격이 유지될 수 있도록 고정체의 역할을 한다.
송풍 팬(40)을 줄열발생루버의 단부에서 6cm를 이격하여 내함의 수직면에 고정한다. 송풍팬을 고정하면 장치실(72)과 발열실(71)이 구분된다. 송풍팬은 실내공기를 강제흡인하고, 발열판에 강제송풍하여 열교환시켜 온풍을 다량 생산하고, 온풍배출루버(12)를 통하여 풍속 2m/sec 내지 6m/sec으로 실내로 강제배풍 하게 되는 데 제어시스템에 의하여 풍속과 온풍의 온도를 조절하게 된다.
온도센서(44)는 발열실(71)의 내벽의 적절한 위치에 부착한다. 온도센서에서 측정된 온풍의 온도를 제어시스템과 고주파 유도가열장치의 출력으로 조절하여 필요한 발열온도와 열교환량 및 온풍의 온도(30도 내지 90도)를 조절하고 공급하게 된다.
소음은 송풍팬(40)이 작동 시에 회전소음이 발생하나 약하고, 허용치 미만이다.
제어시스템(50)은 상기 유도가열장치의 유도코일, 고주파 발생과 조절, 출력 및 디스플레이, 발열온도 설정, 온풍의 온도, 과열 방지, 송풍팬, 전도 시 단전 기능 등 각종 기능을 제어하기 위한 것이다. 따라서, 자기력의 발생량과 공기의 열교환온도는 제어시스템으로 간단하고 신속하게 조절할 수 있다. 고주파 유도가열장치와 유도코일 및 제어시스템은 전문업체에 필요조건에 맞추어 주문하여 제작할 수 있고, 본 발명과 영역이 다르므로 기재하지 않는다.
냉풍인입루버(41) 1개는 장치실 쪽의 외함(10)의 하부 개구부에 설치되며, 외함에는 온풍배출루버(12) 3개가 전면과 측면의 각 개구부에 설치되며 온풍기 자체의 외관이 된다.
실내공기는 냉풍인입루버(41)를 통하여 장치실(72)로 인입되고, 송풍팬(40)을 통하여 발열실(71)로 송풍되며, 발열판(22)과 접촉한 공기는 온풍이 되어 온풍배출루버(12)를 통하여 실내로 배출된다.
필요한 부품이 구비되면 온풍기를 조립하고 제작하게 된다. 모든 부품은 내함(11)의 내부에 설치되고, 외함에는 온풍배출루버(12)와 냉풍인입루버(41)가 설치된다.
유도코일(30)은 내함(11)의 발열실(71)에 장착되는 데 설치방법에 대해서 설명하면, 유도코일은 내함의 바닥판에서 발열실의 중심선상에 송풍팬으로부터 21cm의 위치에 입식으로 유도코일의 중심을 일치시키고 고정하는 부품(고정쇠)으로 고정한다. 고정쇠는 금속제도 가능하나 절연이 필요하고, 난연플라스틱 사출품에 의한 고정쇠도 가능하다.
줄열발생루버의 설치 방법은 줄열발생루버의 중심과 유도코일의 중심이 서로 일치하도록 하며, 줄열발생루버 2개를 필요온도에 맞추어 이격거리(예 : 2cm)를 확정한 후에 단열용 절연필름(24)이 부착된 면과 발열판(22)의 상부가 유도코일(30)을 면하도록 하여 내함의 바닥판에 유도코일의 양면 좌우에 세우고 고정한다. 줄열발생루버의 상부에 상부발열판(27)을 올리고 4각프레임(21)의 상부에 고정한다. 또는, 천정에 고정쇠로 매달 수도 있다.
유도코일(30)과 줄열발생루버(20)의 이격거리는 승온온도와 발열량을 조절하는 중요한 요소이다.
이렇게 설치하면 유도코일이 발생하는 자기장과 자속은 발열판(22)과 상부발열판(27)에 접촉되어 자기장과 자속이 거의 낭비 없이 충분히 줄열을 발생시키게 된다. 이 때 자기장과 자속은 유도코일로부터 줄열발생루버(20)의 발열판을 향하게 되고. 근접효과와 표피효과 등으로 발열판에서 줄열이 발생하게 된다. 자기장과 자속의 이용효율을 극대화할 수 있게 되며, 제어시스템(50)으로 조절하게 된다. 줄열발생루버(20)가 유도코일과 근접할수록 발열온도가 높으므로 이격거리로 발열량을 조절할 수 있다.
상부발열판은 열교환된 공기의 통풍에 지장을 주지 않고, 줄열발생루버의 간격을 유지하는 역할을 겸하며, 유도코일의 단부에서 직진으로 진행하는 자속을 줄열로 전환하며, 내함이 가열되는 것을 줄이는 효과도 있다.
유도코일의 양면 좌우에 각각 1개씩 2개의 줄열발생루버를 장착하고 상부에 상부발열판(27)을 설치하는 이유는 자기장과 자속은 S극을 향하여 전방위적으로 발산하는데 좌우에 줄열발생루버를 도 1과 같이 각각 설치함으로써 전방위적으로 발산하는 자속을 이분하여 양면에서 거의 전량을 동시에 유도할 수 있으며 상부발열판은 유도코일의 단부에서 직진하는 자속의 낭비를 줄열로 변환하여 열효율을 키우는 효과가 있다. 양면에 줄열발생루버를 설치하는 것은 자기장과 자속의 이용효율을 한 면만 사용하는 방법에 비해 2배로 이용효율을 키우는 효과가 있다. 필요에 따라 유도코일의 한쪽 면만 이용하기 위하여 줄열발생루버(20)를 하나만 사용할 수도 있다.
따라서, 충분한 발열량과 열교환량을 확보함과 동시에 전력의 소비량도 1/2 배로 줄일 수 있어서 적은 전력으로 줄열발열루버에서 줄열을 획득할 수 있게 된다.
전기에너지는 킬로와트당 865kcal/h이고, 1m3의 공기를 1℃ 올리는 데 031kcal/m3가 필요한 것으로 연구되어 있다. 예를 들면, 실내의 면적이 75평(가로 5m*세로 5m*높이 2,4m)이고 체적은 100m3인 실내를 난방하는 데 모든 조건과 효율을 무시한 체 필요한 전력을 단순계산을 해 보면 10℃를 25℃로 올리는데 필요한 열량은 465kcal이 필요하다. 즉, 이 실내를 난방하는 데 538W의 전력이면 난방할 수 있다는 결과가 나온다. 본 발명에 의한 온풍기는 열효율과 열낭비 및 실내 여건 등을 고려하면 1kW 내지 15kW 정도의 난방기면 난방이 가능하다는 것으로 유추할 수 있다. 본 발명과 전기저항열을 이용한 전기히터와 단순 비교해 보면 1kW 출력의 전기히터의 난방력은 25평 내지 3평이 적정하다고 할 때 상기한 실내를 난방하면 25kW 내지 3kW의 히터가 필요하므로 본 발명에 의한 난방기는 전기히터의 1/2 이하의 전력으로 난방이 가능하다는 것을 알 수 있다.
또한, 일반적으로 자기장의 한면만 사용하는 인덕션 레인지는 전기저항열을 이용하는 전열기에 비해 전기료가 27%가 절약되고, 전기저항열에 의한 난방은 300W로 1평 정도에 적합한 것으로 알려져 있는데 본 발명에 의한 온풍기는 단순계산으로 150W/평 미만으로 1평 정도의 난방이 가능해지고, 전기저항열에 의한 난방기와 비교하여 54%의 전력소비량을 줄일 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
내함 상부의 적절한 [0126] 위치에 온도센서(44)를 부착한다.
줄열발생루버(20)의 측면을 가로질러 6cm를 이격하여 송풍팬(40)을 내함(11)의 몸체의 양측 벽면에 고정한다.
고내열 플라스틱제 송풍팬을 설치하는 것이 좋고, 금속제 송풍팬은 유도코일과 멀리 떨어져 자기장이 미치지 않는 위치에 설치해야 한다. 송풍팬을 설치하면 자연스럽게 40cm의 발열실(71)과 10cm의 장치실(72)이 구분된다.
여기까지의 작업으로 내함의 부품 조립이 완료되고, 내함의 바닥판과 몸체를 결합하면 내함의 조립이 완성된다.
발열실(71) 쪽의 외함(10)의 전면과 좌우측의 개구부에 온풍배출루버(12)를 각각 1개씩을 장착하고, 장치실(72)쪽의 외함(10)의 개구부에 냉풍인입루버(41)를 부착한다. 이로써 온풍기로서의 공기 인입과 온풍 배출 기능이 완성된다.
냉풍인입루버(41)의 외부면에 먼지정화필터를 부착한다. 공기 중에 떠도는 먼지를 수집하여 실내공기를 정화하게 된다. 먼지정화필터는 사용 중에 수시로 청소기로 수집된 먼지를 흡입하여 제거한다.
외함의 바닥판에 이동용 바퀴를 장착한다.
여기까지의 작업으로 외함의 부품 조립이 완성된다.
내함(11)에 각종 부품의 장착이 완료되면 내함과 내함의 바닥판과 결합하고 고정한다. 내함을 외함(10)과 결합한다. 내함을 외함의 바닥판 위에 올리고 서로 중심을 맞추고 서로 움직이지 않도록 고정하고 외함을 내함의 외부에 올려 씌운다. 올려 씌우면 두 함 사이에 25mm 간격이 이격되어 공기층(15)이 형성된다. 25mm의 간격은 공기층으로 외함이 일정온도 이상으로 가열되는 것을 방지하고, 공기층의 내부 공기는 온도차와 부피 팽창에 의해 서 외함(10)의 복수 개의 구멍들을 통하여 외부로 배출되어 외함의 온도를 식히게 된다.
이렇게 외함과 내함으로 구성하여 이중구조로 만드는 이유는 외함과 내함 사이에 공기층(15)을 형성하여 발열실(71) 내부의 열기가 외함(10)에 직접 전달되는 것을 약화시키고 차단하기 위함이다. 또한, 줄열발열판의 승온온도를 필요한 온도로 충분히 높힐 수 있고, 외함의 온도가 일정온도 이상으로 뜨거워지는 것을 방지할 수 있다.
외함에 열전달되는 정도와 필요에 따라 공기층의 두께를 확대할 수 있고, 내부에 단열재를 충진할 수 있으며, 내함을 단열재로 대체할 수도 있다.
상기의 방법과 과정에 의하여 유도가열에 의한 온풍기 본체(70)가 완성된다.
이렇게 완성된 유도가열에 의한 온풍기에 전력을 인가하면 발열과 열교환의 과정이 유지되어 실내를 대류 효과에 의해서 지속적으로 난방하게 된다.
본 발명의 온풍기의 응용기술은 열적성능과 형상 및 용도에 따라 양방향형. 3방향, 일방형. 로터리식, 천정현수형, 벽부형, 상치형, 사각형. 원형, 송풍형, 온풍기식, 자연방열형, 히터(무Fan), 온풍기(fan 부착) 등 다양한 제품을 제작할 수 있다. 또한, 온풍기를 수평으로 높혀서 사용할 수도 있다. 상기에 제시된 실시예는 예시적인 것으로 이 분야에서 통상의 지식을 가지는 자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 제시된 실시예에 대한 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 이러한 변형 및 수정 발명에 의하여 본 발명의 범위는 제한되지 않는다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 상기와 같은 제작과정을 통한 온풍기 본체(70)로 해결하고 있으며 아래와 같은 현저한 차이점을 실현하고 있다. 즉, 본 발명은 줄열을 공기와 열교환 하는 구조체, 페라이트계 스텐강판의 발열판(22)에 의한 넓은 발열면적과 공기와의 접촉면적을 키워 줄열발열량과 온풍생산능력의 극대화하고 열교환 기능을 겸한 빗살형 줄열발생 구조체(12)의 형상, 유도코일(30)이 발생하는 자기장과 자속의 이용율을 2배로 키운 방법과 효과, 전력의 소비량을 2배로 줄이는 효과, 유도코일의 줄열발생능력의 저온승온화 기술, 외함(10)과 내함(11)의 이중구조에 의한 발열실의 내부열이 외함에 직접 전달되지 않도록 약화시킨 구조, 근접효과를 이용한 자기장과 자속의 열적성능과 발열능력의 조절 방법, 열효율의 극대화, 30℃ 내지 500℃의 유도열의 발열 성능과 범위, 30℃ 내지 90℃의 공기의 가열온도, 열교환량에 따른 줄열의 조절 방법과 최적화 기술, 실내먼지 제거 필터의 채용에 의한 실내공기 정화, 실내공간의 체적에 따른 최적화된 온풍공급량의 조절 방법, 단순한 구조에 의한 온풍기, 산업기술로써의 온풍기의 활용성과 응용성 등 많은 차이점을 실현한 유도가열에 의한 온풍기를 개시하고 있다.
본 발명에 의한 온풍생산장치를 응용하여 가정용' 사무실용' 산업용' 농어업용' 레저용 온풍기, 열풍기, 전기차용 온풍기, 건조기 등에 온풍 획득기술로 다양하게 활용할 수 있다.

Claims (1)

  1. 유도가열에 의한 온풍기 본체는 유도코일(30)에 의하여 줄열발생루버(20)의 발열판(22)이 유도가열 되어 줄열이 발생하고 공기와 열교환하는 온풍생산장치로써,
    상기 유도코일이 발생하는 자기장과 교번자속에 의하여 일측 내면에 발열면(25)을 가지는 복수개의 발열판(22)과 4각프레임(21)으로 구성되고, 30℃ 내지 500℃의 줄열을 발생시키기 위한 줄열발생루버(20);
    상기 줄열발생루버에서 03mm 내지 1mm의 페라이트계 스텐강판으로 제작되고, 줄열이 발생하며 자속의 누출을 방지하기 위한 길이 방향의 단면부가 'ㄱ'형으로 절곡되고, 4각프레임의 내부면에 15mm 간격으로 수평의 빗살형상으로 설치되는 복수 개의 발열판(22);
    상기 줄열발생루버의 한쪽 외부면에 전자파차단필름(23)과 단열용 절연필름(24)이 설치되는 4각프레임;
    상기 본체에서 입식으로 마주 보고 설치되는 2개의 줄열발생루버(20) 사이의 중앙에 3mm 내지 50mm 거리를 이격하여 설치되고 유도가열장치(60)에 의하여 자기장과 교번자속을 발생시키기 위한 유도코일(30);
    상기 2개의 줄열발생루버의 4각프레임(21)의 상부에 설치되어 이격거리를 유지하고 고정하며 줄열을 유도하기 위한 상부발열판(27):
    상기 줄열발생루버의 측면에 6cm 이격하여 가로질러 설치되고, 2m/sec 내지 6m/sec의 풍속을 가지며, 냉풍을 흡인하고 열교환된 온풍을 외부로 송풍하기 위한 송풍팬(40);
    상기 본체의 발열실(71) 방향의 외함(10)의 수직면에 설치되고 온풍을 배출하기 위한 온풍배출루버(12);
    상기 본체의 장치실(72) 방향의 외함에 설치되고 냉풍을 흡인하기 위한 냉풍인입루버(41);
    상기 냉풍인입루버의 외부면에 설치되고 실내공기의 먼지를 정화하기 위한 먼지정화필터(42);
    상기 본체의 장치실의 내측에 설치되고, 유도코일에 자기장과 교번자속을 발생시키기 위한 20kHz 내지 100kHz의 고주파를 생성하는 유도가열장치(60);
    상기 본체의 발열실의 내부면에 설치되어 열교환된 온풍의 온도를 측정하기 위한 온도센서(44);
    상기 본체에서 1cm 내지 5cm의 이격거리에 의하여 공기층을 형성하기 위한 내함(11)과 외함(10);
    상기 본체의 유도코일에 자기장과 기자력에 의한 발열 정도를 제어하고, 30℃ 내지 90℃의 온풍의 온도를 조절하며 각종 기능을 수행하기 위한 제어시스템(50);을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열에 의한 온풍기.
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