KR101936717B1 - 원적외선 인덕션 난방장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원적외선 인덕션 난방장치에 관한 것으로서, 자기발생유닛; 상기 자기발생유닛의 상부에 배치되는 방열부재; 상기 자기발생유닛의 하부에 배치되는 단열판; 상기 단열판의 하부에 배치되는 유도가열패드; 상기 유도가열패드의 하부에 배치되는 발열판; 상기 방열부재, 자기발생유닛, 단열판, 유도가열패드와 발열판을 길이방향 양단에서 결합하는 케이스; 및, 상기 방열부재, 자기발생유닛, 단열판, 유도가열패드와 발열판을 양측에서 결합하는 프레임을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하므로, 발열체의 열원이 후방 및 측방향으로 방사되어 열손실이 발생하는 것을 억제시킴과 동시에 전방에 대한 원적외선 방사량을 한층 증대시킬 수 있다는 이점이 있다.

Description

원적외선 인덕션 난방장치{Far Infrared Induction Heating Apparatus}

본 발명은 원적외선 인덕션 난방장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자기 유도 가열원리를 이용한 원적외선 인덕션 난방장치에 관한 것이다.

일반적으로, 난방장치(煖房裝置, heating apparatus)는 난방에 사용하는 장치를 일컫는 것으로, 난방장치는 크게 전도(Conduction), 대류(Convection), 복사(Radiation) 방식이 있다.

전도는 열에너지가 물질의 이동을 수반하지 아니하고 고온부에서 저온부로 연속적으로 전달되는 현상을 말한다.

열전도에 의해 물체 내부에서 열이 전달되는 속도는 물질의 종류에 따라 큰 차이가 있다. 예를 들어, 구리, 철과 같은 도체의 경우에는 열이 매우 빠르게 전달되지만, 황, 플라스틱과 같은 절연체인 물질의 경우에는 느리게 전달된다.

온돌 마루가 열의 전도 현상을 이용한 대표적인 난방장치이다.

대류는 유체가 부력에 의한 상하운동으로 열을 전달하는 현상으로서, 아랫부분이 가열되면 대류에 의해 유체 전체가 골고루 가열되는 방식이다. 즉, 기체가 액체같은 유체들 내에서 분자들의 이동에 의해 열이 전달되는 현상을 말한다.

온풍용 에어컨이 열의 대류 현상을 이용한 대표적인 난방장치이다.

복사는 물체의 표면에서 열 에너지가 전자기파 형태로 방출되는 현상으로서, 온도 복사라고도 한다. 뜨거운 물체에서 발생하는 일종의 열 파장인데, 뜨거운 물체 옆에 있으면 접촉도 없고 공기의 흐름도 없는데 열이 전해지는 것이 복사 현상 때문이다.

원적외선 복사 난방기가 열의 복사 현상을 이용한 대표적인 난방장치이다.

최근에는 이러한 원적외선 복사난방 장치를 벽 또는 천장에 설치하는 제품이 개발되고 있다. 그 중에서 천장에 설치하는 원적외선 복사난방 장치는 천장에 와이어나 로드로 매달거나 천장 결합재에 매립하여 설치하게 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 원적외선 복사난방 장치가 천장에 설치된 예를 나타낸 도면이다.

일반적으로 천장에 텍스 보드 등의 결합재를 설치하는 경우가 대부분이므로, 도 1에 도시된 바와 같이 원적외선 복사난방장치(20)를 천장 결합재(12)에 매립하여 설치한다.

그러나, 종래의 원적외선 복사난방 장치는 히터에서 발생하는 발열체의 열원이 후면과 프레임의 측면을 통해 천장과 결합재 쪽으로 방열되어 열에너지가 낭비되는 것에 의해 전면을 향한 난방 열효율성이 떨어지는 문제점이 있었다.

한국등록특허공보 제10-1640866호(2016.07.13)

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 발열체의 열원이 배면(背面) 및 측방향으로 방사되어 열손실이 발생하는 것을 억제시킴과 동시에 전면(前面)에 대한 원적외선 방사량을 한층 증대시킬 수 있는 원적외선 인덕션 난방장치를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 원적외선 인덕션 난방장치는,

자기발생유닛;

상기 자기발생유닛의 상부에 배치되는 방열부재;

상기 자기발생유닛의 하부에 배치되는 단열판;

상기 단열판의 하부에 배치되는 유도가열패드;

상기 유도가열패드의 하부에 배치되는 발열판;

상기 방열부재, 자기발생유닛, 단열판, 유도가열패드와 발열판을 길이방향 양단에서 결합하는 케이스; 및,

상기 방열부재, 자기발생유닛, 단열판, 유도가열패드와 발열판을 양측에서 결합하는 프레임을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 단열판과 유도가열패드 사이에는 반사판이 개재되는 것을 특징으로 한다.

상기 프레임과 발열판의 양 측부 사이에 실링부재가 개재되는 것을 특징으로 한다.

상기 방열부재의 양면에는, 길이방향을 따라 연장되는 제1 방열 돌기가 폭방향으로 복수개 돌출되게 형성되는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 발열판의 양면에는, 길이방향을 따라 연장되는 제2 방열 돌기가 폭방향으로 복수개 돌출되게 형성되는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 한쪽 케이스 내에는 제어용 인쇄회로기판 모듈이 인접되게 설치되고, 다른 쪽 케이스 내에는 표시용 인쇄회로기판 모듈이 인접되게 설치되며, 상기 제어용 인쇄회로기판 모듈에 연결된 IGBT는 상기 방열부재에 접촉하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 반사판은 알루미늄 소재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 단열판은 세라믹 무기질 단열재로 구성되고, 발열판은 알루미늄으로 구성되고, 상기 실링부재는 실리콘으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 간단한 구조에 의해 원적외선 인덕션 난방장치를 구현할 수 있으므로, 감전에 위험이 없어 기존의 시즈히터 방식에 비해 상대적으로 안전하고, 시간제어, 출력제어, 및 온도제어가 간편하며, 열효율이 높고, 소모성 부품이 없으며 수명이 반영구적이라 A/S가 용이하다는 이점이 있다.

또한 본 발명에 따르면, 발열체의 열이 배면 및 측부로 누설되어 열손실이 발생하는 것을 억제시킴과 동시에 전방에 대한 원적외선 방사량을 한층 증대시킬 수 있다는 이점이 있다.

또한 본 발명에 따르면, 자기발생유닛의 상부에 최적화된 소재와 단면구조로 이루어진 방열부재(200)를 배치함으로써, 냉각 팬(Fan)을 필요로 하지 않으므로 소음 및 진동이나 먼지가 발생하는 경우가 없고, 통풍구(vent hole) 등이 필요없으므로 방수 문제가 용이하게 해결되어 화장실이나 다용도실, 베란다 등 습기가 많고 누수의 염려가 있는 장소나 야외에 설치하더라도 안전하게 사용이 가능하다는 이점이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 원적외선 복사난방 장치를 나타내는 측단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 원적외선 인덕션 난방장치로서, (a)는 상면 사시도이고, (b)는 저면 사시도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 원적외선 인덕션 난방장치를 나타내는 상면 분해 사시도이다.
도 3b는 본 발명에 따른 원적외선 인덕션 난방장치를 나타내는 저면 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 원적외선 인덕션 난방장치를 나타내는 평면도이다(PCB 커버 생략).
도 5는 도 4에서 A-A에서 바라본 단면도이다.
도 6은 도 5에서 B 부분의 확대도이다.
도 6은 도 3b에서 일부 확대 사시도이다.

본 명세서에서 일반적으로 기술되고 도면에 도시된 바와 같은 본 발명의 구성 요소들은 다양한 상이한 구성으로 배열되고 설계될 수 있다는 것이 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

따라서, 도면에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 관한 이하의 상세한 설명은 본 발명의 청구범위를 제한하려고 의도된 것이 아니라, 단지 본 발명에 따라 현재 고려되는 실시예의 특정 예들을 나타내는 것일 뿐이다.

후술하는 실시예는 도면을 참조하여 가장 잘 이해될 것이며, 도면에서 동일한 부분은 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호로 표시된다.

도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 원적외선 인덕션 난방장치(1000)는, 자기발생유닛(100), 상기 자기발생유닛(100)의 상부에 배치되는 방열부재(200), 상기 자기발생유닛(100)의 하부에 배치되는 단열판(300), 상기 단열판(300)의 하부에 배치되는 유도가열패드(400), 상기 유도가열패드(400)의 하부에 배치되는 발열판(500), 상기 방열부재(200), 자기발생유닛(100), 단열판(300), 유도가열패드(400)와 발열판(500)을 길이방향 양단에서 각각 결합하는 한 쌍의 케이스(600) 및, 상기 방열부재(200), 자기발생유닛(100), 단열판(300), 유도가열패드(400)와 발열판(500)을 양측에서 각각 결합하는 한 쌍의 프레임(700)을 포함하여 구성된다.

위 설명에서 "하부"와 "상부"는 원적외선 인덕션 난방장치(1000)의 설치방향에 따라 각각 "전면"과 "배면"으로 대체될 수 있다.
도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 한 쌍의 케이스(600)와 한 쌍의 프레임(700)에 의해 상기 방열부재(200), 자기발생유닛(100), 단열판(300), 유도가열패드(400)와 발열판(500)의 측부가 감싸여져 있다.

본 발명에 따른 원적외선 인덕션 난방장치(1000)는, 상기 자기발생유닛(100)에 의해 유도가열패드(400)에 전자기 유도가열을 수행하는 인덕션 히터(Induction Heater)를 이용한다.

인덕션 히터는 자기장에 의해 발생하는 유도전류를 열원으로 이용한 장치로서, 자기장 위에 금속을 놓아두면 전자기 유도 현상에 의해 금속에 소용돌이 전류가 발생하고 주울열에 의해 금속이 가열되는 원리를 이용한다

따라서, 인덕션 히터는 순간적으로 강한 열을 낼 수 있으나 가열하기 위해서는 소용돌이 전류가 흐르기 위한 금속을 필요로 한다.

상기 금속으로는 소용돌이 전류가 발생할 수 있는 모든 도체와 자기 이력 특성이 있는 모든 자성물질이 적용될 수 있다.

인덕션 히터는 순간적으로 강한 열을 내는 특성을 가지고 있어 과거에는 주로 공업 분야에서 활용되었으나 최근에는 생활가전에도 활용되고 있다.

또한, 인덕션 히터는 발열되는 금속판에 접촉한다 하여도 감전에 위험이 없어 기존의 시즈 히터 방식에 비해 상대적으로 안전하고, 시간제어, 출력제어, 및 온도제어가 간편하며, 열효율이 높고, 소모성 부품이 없으며 수명이 반영구적이고 A/S가 용이하다는 특징이 있다.

또한, 인덕션 히터는 히팅 코일과 금속이 세라믹 등의 내화물을 사이에 두고 이격되어도 가열이 가능하므로 안정성이 높으며 유해가스 발생이 없다는 특징이 있다.

또한, 인덕션 히터는 인버터의 고주파화로 박판 소재 가열이 가능하며, 풀 디지털 제어로 입열량을 정확히 함으로 가열품질 향상시킬 수 있고, 고주파화로 무소음 가열장치 구현이 가능하다는 장점도 있다.

이와 같은 인덕션 방식을 채택한 본 발명에 따른 인덕션 난방장치(1000)는 고주파 교류전류가 통과할 수 있도록 보빈(110), 페라이트 코어(120) 및 히팅 코일(130)로 이루어진 자기발생유닛(100)을 포함하고 있으며, 전자기 유도현상에 의해 소용돌이 전류가 흐르도록 스테인레스 등의 금속으로 이루어진 유도가열패드(400)를 포함한다.

상기 자기발생유닛(100)의 상부에는 방열부재(200)가 배치되어 자기발생유닛(100)에서 발생되는 열을 외부로 방출하는 역할을 수행한다.

상기 방열부재(200, 또는 히트 싱크)는 알루미늄 등으로 이루어지는 판상의 구조로서 효과적으로 열을 외부로 방출할 수 있게 되어 있다.

더욱이, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 방열부재(200)의 양면에는, 길이방향을 따라 연장되는 제1 방열 돌기(210)가 폭방향으로 복수개 돌출되게 형성되는 구조로 이루어져 있어 방열면적을 극대화할 수 있다.

이와 같이, 자기발생유닛(100)의 상부에 최적화된 소재와 단면구조로 이루어진 방열부재(200)를 배치함으로써, 냉각 팬(Fan)을 필요로 하지 않으므로 소음 및 진동이나 먼지가 발생하는 경우가 없고, 통풍구(vent hole) 등이 필요없으므로 방수 문제가 용이하게 해결되어 화장실이나 다용도실, 베란다 등 습기가 많고 누수의 염려가 있는 장소나 야외에 설치하더라도 안전하게 사용이 가능하다.

또한, 상기 자기발생유닛(100)의 하부에는 유도가열패드(400)와의 사이에 단열판(300)이 배치되어 있다.

이에 따라, 상기 유도가열패드(400)로부터 발생되는 열이 상기 단열판(300)에 의해 차단되어 오로지 전면(前面)을 향하도록 할 수 있으므로 상기 전면이 향하는 실내로의 열방사 효율이 높아지게 되는 효과가 있다.

상기 단열판(300)의 대표적 소재로는 세라믹 무기질 단열재 등이 가능하다.

또한, 세라믹 무기질 단열재의 대표적 예로는 고온 안정성이 우수하고 열전도율이 낮은 초고온(최고 사용온도: 약 1200℃) 내화 단열재로서 세라믹 파이버(Ceramic Fiber)라고도 불리우는 세라크 울(cerakwool)을 들 수 있다.

세라크 울은 고온 안정성과 낮은 열전도율 외에도, 밀도가 내화 벽돌보다 매우 작아 축적되는 열량이 적으므로 축열로 인한 열 손실을 줄여주고, 경량이며, 유연성, 화학적 안정성 및 경제성이 우수하다. 또한, 세라크 울은 섬유화 설비를 이용해 스피닝(Spinning) 공법으로 제조되며, 주원료인 고순도의 실리카(모래), 알루미나를 용융해 섬유화시킨 제품으로 단열 성능이 매우 뛰어나다. 더욱이, 세라크 울은 고온에서 열전도율이 매우 낮아 고온의 환경 속에서 기계가 변형되지 않도록 하므로, 주로 발전소 및 제철, 제강, 화학을 생산하는 플랜트의 고온 부위 단열재로 사용된다.

상기 유도가열패드(400)는 자성을 가진 스테인레스강(예: SUS430) 등으로 구성될 수 있으며 상기 자기발생유닛(100)에서 발생하는 자력선에 의해 소용돌이 전류 및 주울열이 발생하여 신속하게 가열된다.

전술한 바와 같이, 상기 유도가열패드(400)에 의해 발생하는 열은 상기 단열판(300)에 의해 차단되어 열이 전면(발열판(500)이 향하는 면)을 향하도록 하여 전면을 향하는 열의 효율을 높일 뿐만 아니라, 유도가열패드(400)에서 발생하는 열에 의해 히팅 코일(130) 등 자기발생유닛(100)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

상기 보빈(110)의 단부가 전면으로 절곡되어 상기 단열판(300)의 양측 테두리에 결합되므로 상기 보빈(110)과 단열판(300) 사이의 위치 어긋남을 차단할 수 있다.

상기 발열판(500)은 상기 유도가열패드(400)로부터 발생되는 열을 전면으로 확산시켜서 전달하는 역할을 수행하며, 이를 위해 알루미늄 등 열전도성이 높은 소재가 채택될 수 있다.

또한, 발열판(500) 표면에는 내식성, 내열성 및 내마모성이 우수한 세라믹 계열의 코팅제가 피복되어 있어 높은 온도와 부식성이 강한 환경에서도 사용할 수 있다는 특징이 있을 뿐만 아니라, 원적외선 방출효과가 뛰어나 발열판(500)에서 방출하는 열이 인체에 깊숙히 침투하여 피부 온도를 높여주는 역할을 하므로 한층 더 따뜻함을 느낄 수 있게 된다.

상기 코팅제로는 본 출원인이 등록권자로 되어 있는 한국등록특허 제10-1003751 호에 개시된 "아파타이트 피복된 광촉매를 포함하는 도료 조성물" 등이 채택될 수 있다.

상기 유도가열패드(400)는 발열판(500)에 슬라이딩 결합 후 나사 체결될 수 있도록, 상기 발열판(500)의 배면(背面)에는 상기 유도가열패드(400)의 직경에 대응하는 폭을 가지는 가이드 채널(550)이 형성되고, 상기 유도가열패드(400)를 고정하기 위한 체결공(560)이 형성될 수 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 상기 발열판(500)의 양면에는, 길이방향을 따라 연장되는 제2 방열 돌기(510)가 폭방향으로 복수개 돌출되게 형성되는 구조로 이루어져 있어 방열 면적을 극대화할 수 있다.

또한, 상기 유도가열패드(400)의 전면에는 상기 발열판(500)의 배면에 형성된 제2 방열 돌기(510)와 결합하도록 결합돌기(410)가 형성되어, 결합 작업시 상호 흔들림이 방지될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 케이스(600)와 프레임(700)의 소재로는 난연성 PC(폴리카보네이트)나 알루미늄 등이 바람직하나, 그 소재에 있어서 특별히 한정할 필요는 없다.

도 3, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 횡단면에서 바라볼 때, 상기 프레임(700)과 발열판(500)의 양 측부 사이에는 실리콘과 같은 실링부재(900)가 밀접하게 개재되도록 하여 측부로의 열방출을 차단하는 것이 바람직하다.

한편, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 단열판(300)과 유도가열패드(400) 사이에는 반사판(800)이 개재되는 것이 바람직하다.

상기 반사판(800)은 상기 유도가열패드(400)로부터 발생된 열이 배면으로 향하는 것을 다시 전면으로 반사시켜서 전면을 향하는 열효율을 높이는 동시에 히팅 코일 등 자기발생유닛(100)에 열이 전달되는 것을 방지하기 위한 구성요소로서 열 반사율이 높은 알루미늄(예: AL1050) 등의 금속이 사용될 수 있다.

반사판(800)의 소재인 알루미늄은 복사하는 열을 반사하는 성능이 뛰어난 반면에 자체 열전도성이 높다.

따라서, 알루미늄 소재의 반사판(800)만 설치하면 복사열은 원활하게 반사하지만 알루미늄 자체의 열전도는 해결할 수 없어 자기발생유닛(100)에 열적인 악영향을 미칠 수 있다.

따라서, 반사판(800)의 배면에 열이 전달되지 못하도록 열 전도성이 낮은 상기의 세라믹 무기질 단열재의 단열판(200)을 설치하여 복사와 전도에 대항하는 2중의 단열구조를 형성하였다.

또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 한쪽 케이스(610) 내에는 제어용 인쇄회로기판 모듈(611)이 방열부재(200)와 인접되게 설치되고, 다른 쪽 케이스(620) 내에는 표시용 인쇄회로기판 모듈(621)이 방열부재(200)와 인접되게 설치되어, 제어용 인쇄회로기판 모듈(611)과 표시용 인쇄회로기판 모듈(621)로부터 발생되는 열이 방열부재(200)를 통해 용이하게 방출되도록 하는 것이 바람직하다.

특히, 상기 제어용 인쇄회로기판 모듈(611)에 연결된 것으로 인버터 내 고압/고주파 제어를 위한 부품인 IGBT(612, 절연 게이트 양극성 트랜지스터)는 상기 방열부재(200)에 접촉하도록 배치하여 IGBT(612)로부터 발생되는 고열이 용이하게 방출되도록 하는 것이 바람직하다.

설명되지 않은 구성부호 613와 623은 케이스 커버를 나타낸다.

본 발명은 본 발명의 사상 또는 본질적인 특성을 벗어나지 않고 다른 특정 형태로 구현될 수 있다. 설명된 실시예들은 모든 면에서 단지 예시적인 것으로 고려되어야 하며, 본 발명을 제한하려는 것이 아니다.

즉, 본 발명의 범위는 전술된 설명에 의해서가 아니라 첨부된 청구범위에 의해서 한정된다. 청구범위 및 그 균등범위 내에 있는 모든 변형은 본 발명의 범위 내에 포함되어야 한다.

100... 자기발생유닛
200... 방열부재
300... 단열판
400... 유도가열패드
500... 발열판
600... 케이스
700... 프레임
800... 반사판
1000... 원적외선 인덕션 난방장치

Claims (8)

1. 자기발생유닛;
   상기 자기발생유닛의 상부에 배치되는 방열부재;
   상기 자기발생유닛의 하부에 배치되는 단열판;
   상기 단열판의 하부에 배치되는 유도가열패드;
   상기 유도가열패드의 하부에 배치되는 발열판;
   상기 방열부재, 자기발생유닛, 단열판, 유도가열패드와 발열판을 길이방향 양단에서 각각 결합하는 한 쌍의 케이스; 및,
   상기 방열부재, 자기발생유닛, 단열판, 유도가열패드와 발열판을 양측에서 각각 결합하는 한 쌍의 프레임을 포함하여 구성되되,
   상기 한 쌍의 케이스와 한 쌍의 프레임에 의해 상기 방열부재, 자기발생유닛, 단열판, 유도가열패드와 발열판의 측부가 감싸져 있으며,
   상기 단열판과 유도가열패드 사이에는 반사판이 개재되고,
   상기 프레임과 발열판의 양 측부 사이에 실링부재가 개재되며,
   상기 발열판의 배면(背面)에는 상기 유도가열패드의 직경에 대응하는 폭을 가지는 가이드 채널이 형성되고, 상기 유도가열패드를 고정하기 위한 체결공이 형성되는 것을 특징으로 하는 원적외선 인덕션 난방장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 방열부재의 양면에는, 길이방향을 따라 연장되는 제1 방열 돌기가 폭방향으로 복수개 돌출되게 형성되는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 원적외선 인덕션 난방장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 발열판의 양면에는, 길이방향을 따라 연장되는 제2 방열 돌기가 폭방향으로 복수개 돌출되게 형성되는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 원적외선 인덕션 난방장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 한 쌍의 케이스 중 한쪽 케이스 내에는 제어용 인쇄회로기판 모듈이 인접되게 설치되고, 다른 쪽 케이스 내에는 표시용 인쇄회로기판 모듈이 인접되게 설치되며, 상기 제어용 인쇄회로기판 모듈에 연결된 IGBT는 상기 방열부재에 접촉하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 원적외선 인덕션 난방장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 반사판은 알루미늄 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 원적외선 인덕션 난방장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 단열판은 세라믹 무기질 단열재로 구성되고, 발열판은 알루미늄으로 구성되고, 상기 실링부재는 실리콘으로 구성되는 것을 특징으로 하는 원적외선 인덕션 난방장치.

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