KR101304121B1

KR101304121B1 - 수처리 및 가온 장치

Info

Publication number: KR101304121B1
Application number: KR1020130081642A
Authority: KR
Inventors: 이재기
Original assignee: 주식회사 엔바이로앤에너지
Priority date: 2013-07-11
Filing date: 2013-07-11
Publication date: 2013-09-05

Abstract

본 발명은 수처리 및 가온 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 극성이 계속해서 변하는 전자석의 자기력을 이용하여 유입수를 간접 가온하면서도, 반자성체인 물을 일시적으로 분극화하여 보일러 내부나 배관에 누적되어 열효율에 악영향을 주는 스케일의 원인물질인 Ca, Mg 이온이 보일러 및 배관에 부착되지 않게 하며, 동시에 배관의 부식을 방지하고 배관내 미생물의 Slime층 생성 또한 막아, 물을 가온하는데 소요되는 보일러의 에너지 소모량을 절감시키고 배관을 청정하게 유지할 수 있는 수처리 및 가온 장치이다.
본 발명은, 내부에 물을 일시적으로 수용하는 판상의 제1반응조; 상기 제1반응조 내의 유체를 분극화시키고 가온하기 위한 것으로서, 제1반응조의 어느 한 면 쪽에 배치되고 전자석 또는 영구자석인 여러 개의 제1자석을 포함하는 제1자화수단과 상기 제1반응조의 다른 한 면 쪽에 배치되고 전자석인 여러 개의 제2자석을 포함하는 제2자화수단; 상기 제1반응조로 유체를 유입하기 위한 유입배관; 상기 제1반응조로부터 유체를 배출하는 배출배관; 상기 제2자석의 극성을 바꾸기 위한 제2자석 제어수단; 및, 상기 한 쌍의 제1반응조와 제1자화수단, 제2자화수단 및 유입배관과 배출배관의 일부를 감싸는 케이싱;을 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 및 가온 장치를 제공한다.

Description

수처리 및 가온 장치{Water treatment and boiling apparatus using magnetic force}

본 발명은 수처리 및 가온 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 극성이 계속해서 변하는 전자석의 자기력을 이용하여 유입수를 간접 가온하면서도, 반자성체인 물을 일시적으로 분극화하여 보일러 내부나 배관에 누적되어 열효율에 악영향을 주는 스케일의 원인물질인 Ca, Mg 이온이 보일러 및 배관에 부착되지 않게 하며, 동시에 배관의 부식을 방지하고 배관 내 미생물의 Slime층 생성 또한 막아, 물을 가온하는데 소요되는 보일러의 에너지 소모량을 절감시키고 배관을 청정하게 유지할 수 있는 수처리 및 가온 장치이다.

물을 가온하는 보일러에 공급되는 수도수, 공급용수, 지하수 중에는 스케일의 원인물질이 되는 Ca, Mg 이온 등이 다량 함유되어 있고, 이러한 이온들은 배관 중에 스케일 형성하여 배관을 막거나, 열교환기나 보일러 등의 표면에 두껍게 생성되어 열교환효율을 급격히 감소시키는 악영향을 가져온다.

스케일의 종류는 대략 다음과 같이 분류된다.

1) 탄산칼슘 CaCO₃

중탄산칼슘이 열분해 하게 되면 용해도가 적은 탄산칼슘을 생성한다. 온도가 낮은 부분에서 석출되며, 중탄산염의 형태로 용해되어 있는 것이 보통이다.

2) 황산칼슘 CaSO₄

황산칼슘은 온도가 상승할수록 용해도가 감소하기 때문에 주로 높은 온도에서 석출한다.

3) 중탄산 마그네슘 Mg(HCO₃)₂

중탄산 마그네슘은 열사용기기 수중에서 열분해 하여 탄산마그네슘이 된다. 탄산마그네슘은 가수분해에 의해 용해도가 작은 수산화마그네슘의 슬러지로 되어 밑부분에 침전한다.

4) 염화마그네슘 MgCl₂

5) 황산 마그네슘 MgSO₄

황산 마그네슘은 용해도가 크기 때문에 그 자체만으로는 스케일 생성이 잘 되지 않지만, 탄산칼슘과 작용하여 수산화마그네슘으로 되는 경질의 스케일을 생성한다. 또한, 염화나트륨과 작용하여 염화마그네슘과 황산 나트륨을 생성한다.

앞서 정리한 바와 같이 스케일은 주로 Ca 및 Mg 이온에 의해 형성되므로 이를 방지하는 것이 필요하다.

스케일에 의한 악영향은 배관의 열전달효율을 감소시켜 연료소비량을 급격히 증가시킨다는데 있다. 또한, 배관의 구경을 감소시켜 동일한 유량을 이송하기 위해 소모되는 동력사용량 역시 늘어나게 되는 단점이 발생한다.

따라서, 청관제 등이 사용되고 있으나 화학적처리제를 사용하지 않는 방법 또한, 개발되고 있다. 예로서, 초음파, 오존, 음이온의 생성 및 주입, 자기처리 등의 방법이 있는데, 이들 방법은 스케일이 형성되는 것을 방지하는 데에만 초점을 둔 장치에 불과한 한계가 있다.

본 발명은 전술한 배경기술에 비하여 더욱 효율적인 장치에 대한 필요성에 의하여 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반응조에 자기장을 가함으로써 스케일을 예방하는 동시에 자기장의 변화에 의하여 물을 가온할 수 있는 수처리 및 가온 장치를 제공하는 것이다.

전술한 과제의 해결수단으로서 본 발명은,

내부에 물을 일시적으로 수용하는 판상의 제1반응조;

상기 제1반응조 내의 유체를 분극화시키고 가온하기 위한 것으로서,

제1반응조의 어느 한 면 쪽에 배치되고 전자석 또는 영구자석인 여러 개의 제1자석을 포함하는 제1자화수단과 상기 제1반응조의 다른 한 면 쪽에 배치되고 전자석인 여러 개의 제2자석을 포함하는 제2자화수단;

상기 제1반응조로 유체를 유입하기 위한 유입배관;

상기 제1반응조로부터 유체를 배출하는 배출배관;

상기 제2자석의 극성을 바꾸기 위한 제2자석 제어수단; 및,

상기 한 쌍의 제1반응조와 제1자화수단, 제2자화수단 및 유입배관과 배출배관의 일부를 감싸는 케이싱; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 및 가온 장치를 제공한다.

상기 제1자석과 제2자석은 같은 수로 배치되되,

상기 제1반응조를 사이에 두고 서로 마주보는 제1자석과 제2자석의 극이 서로 다르도록 상기 제2자석의 극성이 조절되었을 때, 각각의 마주보는 제1자석과 제2자석을 연결하는 직선형태의 자기력선의 길이가 최단이 되도록 각각의 마주보는 제1자석과 제2자석이 배치되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 제1반응조, 제1자화수단 및 제2자화수단은 일정한 두께를 가진 원형 디스크 형상이며,

상기 제1자화수단 및 제2자화수단에는 그 외주를 따라 제1자석 또는 제2자석이 배치되는 것이 좋다.

상기 제2자화수단을 사이에 두고 상기 제1반응조의 반대쪽에 배치되는 제2반응조와, 상기 제2반응조를 사이에 두고 상기 제2자화수단의 반대쪽에 배치되며 전자석 또는 영구자석인 여러 개의 제3자석을 포함하는 제3자화수단을 더 포함하여, 상기 유입배관은 상기 제1반응조와 제2반응조에 유체를 유입시키고, 배출배관은 상기 제1반응조와 제2반응조로부터 유체를 배출시키며,

상기 제3자석과 상기 제2자석은 같은 수로 배치되고,

상기 제2반응조를 사이에 두고 서로 마주보는 제3자석과 제2자석의 극이 서로 다르도록 상기 제2자석의 극성이 조절되었을 때, 각각의 마주보는 제3자석과 제2자석을 연결하는 직선형태의 자기력선의 길이가 최단이 되도록 각각의 마주보는 제3자석과 제2자석이 배치되되, 상기 제3자석의 극성은 대응되는 제1자석의 극성과 반대로 배치되는 것이 더욱 좋다.

상기 제1자석은 인접하게 배치되는 제1자석의 극성과 반대 극성으로 배치되고,

상기 제어수단은 상기 제2자석의 극성을 변화시킬 때, 인접하는 제2자석의 극과 반대되는 극성으로 변화시키는 것이 바람직하다.

상기 제1자석은 영구자석이며, 영구자석의 외주면에는 요크(yoke)가 마련되어 자기장의 방향을 조절하도록 하는 것이 좋다.

상기 제1반응조와 상기 케이싱 또는 제2반응조와 상기 케이싱 사이에 마련되며 상기 제1반응조 및 제2반응조에서 발생하는 진동을 제어하기 위한 댐핑수단이 더 포함되는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명은 또한,

내경부와 외경부를 가지는 원형 파이프 형상으로 외경부와 내경부 사이의 공간을 통하여 물이 흐르는 제1반응조;

제1반응조의 내경부 또는 외경부 중 어느 한쪽에 제1반응조의 원주를 따라 배치되고 전자석 또는 영구자석인 여러 개의 제1자석을 포함하는 제1자화수단과 상기 제1반응조의 내경부와 외경부 중 상기 제1자화수단이 배치되지 않은 쪽에 제1반응조의 원주를 따라 배치되고 전자석인 여러 개의 제2자석을 포함하는 제2자화수단;

상기 제1반응조로 유체를 유입하기 위한 유입배관;

상기 제1반응조로부터 유체를 배출하는 배출배관;

상기 제2자석의 극성을 바꾸기 위한 제2자석 제어수단; 및,

상기 한 쌍의 제1반응조와 제1자화수단, 제2자화수단 및 유입배관과 배출배관의 일부를 감싸는 케이싱; 을 포함하며,

상기 제1자화수단과 제2자화수단은 상기 제1반응조의 길이방향을 따라 여러 열이 배치되는 것을 특징으로 하는 수처리 및 가온 장치를 제공한다.

본 발명에 의하면 반자성체인 물에 자기장을 가하여 분극화함으로써 스케일이 발생하는 것을 예방하면서 동시에 자기장의 변화에 의하여 물을 가온할 수 있는 수처리 및 가온 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 수처리 및 가온 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 제1반응조를 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 1에 도시된 제1자화장치 및 제3자화장치를 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 1에 도시된 제2자화장치를 설명하기 위한 도면.
도 5는 하나의 자화수단을 쓴 경우의 자기력선을 설명하기 위한 도면.
도 6은 두 개의 자화수단을 쓴 경우의 자기력선을 설명하기 위한 도면.
도 7은 두 개의 자화수단과 요크를 사용한 경우의 자기력선을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 수처리 및 가온 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면.
도 9는 도 8에 표시된 A-A선의 단면도.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하기로 한다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 수처리 및 가온 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면, 도 2는 도 1에 도시된 제1반응조를 설명하기 위한 도면, 도 3은 도 1에 도시된 제1자화장치 및 제3자화장치를 설명하기 위한 도면, 도 4는 도 1에 도시된 제2자화장치를 설명하기 위한 도면, 도 5는 하나의 자화수단을 쓴 경우의 자기력선을 설명하기 위한 도면, 도 6은 두 개의 자화수단을 쓴 경우의 자기력선을 설명하기 위한 도면, 도 7은 두 개의 자화수단과 요크를 사용한 경우의 자기력선을 설명하기 위한 도면이다.

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본 실시예에 따른 수처리 및 가온장치는 도 1에 도시된 바와 같이 제1반응조(10), 제2반응조(20), 제1자화수단(30), 제2자화수단(40), 제3자화수단(50), 유입배관(60), 배출배관(70), 제어수단(80), 케이싱(90) 및 댐핑수단(100)으로 구성된다.

상기 제1반응조(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 그 내부에 물을 일시적으로 수용하며, 판상의 구성인데 본 실시예에서는 일정한 두께를 가지는 원형 디스크 형상이다.

상기 제2반응조(20)는 제1반응조(10)와 마찬가지로 일정한 두께를 가지는 원형 디스크 형상이며, 제1반응조와 마찬가지로 물을 그 내부에 일시적으로 수용한다.

제1반응조(10)와 제2반응조(20)의 내부에 수용된 물에 자기력을 가하여 스케일을 방지함과 동시에 가온을 하게 된다.

상기 제1자화수단(30)은 상기 제1반응조(10) 내의 유체(물)를 분극화시키고 가온하기 위한 것으로서 상기 제1반응조(10)의 어느 한쪽 면에 배치된다. 상기 제1자화수단(30)에는 전자석 또는 영구자석인 여러 개의 제1자석(31)이 포함되어 있는데, 본 실시예에서는 영구자석이 사용되며, 제1자석(31)을 요크(32)가 둘러싼 형태로 구성된다.

상기 제1자화수단(30)은 도 3에 도시된 바와 같이 원판형태로 구성되며, 케이싱(90)에 접한 상태로 배치된다. 상기 제1자석(31)은 상기 제1자화수단(30)의 외주를 따라 배치되며, 본 실시예에서는 1열로 배치되지만, 원판의 직경이 큰 경우에는 둘 이상의 열로 배치될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 제1자석(31)은 인접하는 제1자석과 그 극성이 다르게 배치된다.

상기 제1자석(31)을 감싸는 요크(32)는 자기장의 방향을 조절하는 역할을 한다. 도 6에는 요크(32)가 없는 경우의 자기력선이 도시되어 있고, 도 7에는 요크(32)가 있는 경우의 자기력선이 도시되어 있다. 도 6 및 도 7에서 확인할 수 있듯이 요크(32)가 있는 경우에 보다 자기력선이 보다 집중적으로 제1반응조에 작용하는 것을 확인할 수 있다.

상기 제2자화수단(40)은 제1반응조(10) 및 제2반응조(20) 내의 유체(물)를 분극화시키고 가온하기 위한 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 제1반응조(10)를 사이에 두고 제1자화수단(30)과 반대편에 배치된다.

상기 제2자화수단(40)은 도 4에 도시된 바와 같이 원형 디스크 형상이며, 그 외주를 따라 전자석인 제2자석(41)이 배치되어 있다.

상기 제3자화수단(50)은 제2반응조(20) 내의 유체(물)를 분극화시키고 가온하기 위한 것으로서 상기 제2반응조(10)를 사이에 두고 상기 제2자화수단(40)의 반대쪽에 배치된다. 상기 제5자화수단(50)에는 전자석 또는 영구자석인 여러 개의 제3자석(51)이 포함되어 있는데, 본 실시예에서는 영구자석이 사용되며, 제3자석(51)을 요크(52)가 둘러싼 형태로 구성된다.

상기 제3자화수단(50)의 형태나 제3자석(51)의 배치, 제3자석(51)을 감싸는 요크(52)는 도 3에 도시되어 있으며, 제1자화수단(30)과 흡사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 제1자석(31), 제2자석(41) 및 제3자석(51)은 모두 같은 수로 배열되며, 제1반응조(10)를 사이에 두고 서로 마주보는 제1자석(31)과 제2자석(41)의 극이 서로 다른 상태로 제2자석(41)의 극성이 제어된 경우에 각각의 마주보는 제1자석(31)과 제2자석(41)을 연결하는 직선형태의 자기력선의 길이가 최단이 되도록 마주보는 제1자석(31)과 제2자석(41)이 배치된다. 예를 들어 제1자석(31)과 제2자석(41)이 원기둥 형상이라면 제1자석(31)과 제2자석(41)의 중심축이 하나의 직선상에 위치하도록 배치되는 것이다. 이러한 배치는 제2자석(41)과 제3자석(51)에도 같은 방식으로 적용된다. 따라서 제1자석(31), 제2자석(41) 및 제3자석(51)이 모두 원기둥 형태라면 세 개의 자석의 중심축이 모두 하나의 직선상에 있게 되는 것이다.

한편, 배치되는 제3자석(51)의 극성은 대응되는 제1자석(31)과 반대로 배치되는데, 여기서 제3자석(51)과 대응되는 제1자석(31)이란 위의 예(자석의 형태가 모두 원기둥인 경우)를 다시 적용하자면 하나의 직선 안에 그 중심축이 있는 제1자석(31)과 제3자석(51)을 의미한다. 이는 도 1에서 확인할 수 있다. 도면상 좌측에 있는 제1자석(31)의 극성이 NS 라면 대응되는 제3자석(51)의 극성은 SN의 형태가 되는 것이다.

상기 제1자화수단(30) 및 제3자화수단(50)에 사용되는 영구자석은 자성이 큰 네오디뮴 계열의 자석을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 유입배관(60)은 상기 제1반응조(10) 및 제2반응조(20)로 유체가 유입되는 배관으로서 도 1에 도시된 바와 같이 분기관(61)을 포함한다.

상기 배출배관(70)은 상기 제1반응조(10) 및 제2반응조(20)로부터 유체가 배출되는 관으로서 상기 유입배관(60)과 마찬가지로 분기관(71)을 포함한다.

상기 제어수단(80)은 상기 제2자석(41)의 극성을 바꾸는 구성이다. 상기 제어수단(80)은 컨버터(converter) 및 인버터(inverter)로 구성되어, 주파수를 변환 하거나 주파수를 조절할 수 있도록 구성된다. 제어수단(80)을 통과한 전류는 교류전력의 상용주파수인 60Hz보다 낮은 주파수에서 제2자석(41)의 극변화를 시작하게 되며, 최종적으로는 상용주파수보다 큰 주파수로 제2자석(41)을 N극과 S으로 변환시킨다. 단, 서로 인접한 제2자석(41)은 서로 극이 다르게 주파수를 변환시키게 되는데, 공급되는 교류전류에 위상차를 두는 방법으로 이를 구현할 수 있다.

상기 케이싱(90)은 상기 제1반응조(10), 제2반응조(20), 제1자화수단(30), 제2자화수단(40) 및 제3자화수단(50)과 유입배관(60), 유출배관(70)의 일부를 감싸 그 내부에 수용하는 구성으로서 단열기능을 포함한 소재로 제작하는 것이 바람직하다.

상기 댐핑수단(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 제2자화수단(40)과 케이싱(90) 사이에 마련된다. 댐핑수단(100)은 제1반응조(10)와 케이싱(90)의 사이와 제2반응조(20)와 케이싱(90)의 사이에 마련되어 제1반응조(10)나 제2반응조(20)가 케이싱(90)과 고정되는 것이 아니라 제1반응조(10)나 제2반응조(20)가 일정 정도 움직일 수 있는 상태로 케이싱(90)과 결합하도록 하는 구성인데, 본 실시예의 경우 도 1에 도시된 바와 같이 제1반응조(10), 제2자화수단(40) 및 제2반응조(20)가 함께 거동하도록 구성되어 있어서 제2자화수단(40)과 케이싱(90)의 사이에 설치되지만, 이러한 구성을 취하더라도 댐핑수단(100)이 제1반응조(10)나 제2반응조(20)와 케이싱(90) 사이에 마련되는 것과 동일한 구성으로 볼 수 있다.

이하에서는 전술한 구성의 기능, 작용 및 효과에 대하여 설명하기로 한다.

우선 스케일의 제거 메커니즘에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 자기력을 이용한 수처리 방법은 자성체의 자화력을 이용하여 외부에서 자기력을 걸어줌으로써 물질 내의 전자의 운동방향과 속도의 변화를 발생시켜 반자성체인 이온들을 관내 벽과 같은 극으로 전환해줌으로써 반발작용을 일으켜 부착되지 않고 흘러나가게 하는 원리를 이용한 것이다.

관내 벽은 부식 및 환원작용에 의하여 보통 음의 상태를 유지한다. 따라서, 양이온인 Ca 및 Mg 성분이 스케일로 부착되기가 쉬운 것이다. 하지만, 외부에서 강한 자기장을 걸어주면 반자성체인 물 분자에는 자화력이 발생하며, 자화력은 물 분자 및 이온물질의 전자궤도에 영향을 미친다. 물분자 및 이온물질 속의 전자가 영향을 받으면 양이온이 부착되어야 할 관내 벽에 전자가 배열되어 이중의 음의 층을 형성시키는 효과가 발생함은 물론, 반자성체인 양이온 물질이 관내 벽과 같은 극이 되어 배관에 직접 부착하지 못하게 할 뿐만이 아니라, 양이온 상태에 있는 스케일 또한, 전자가 공급됨으로써 제거되는 기능을 갖는다. 따라서, 양이온 상태인 녹찌꺼기 등도 동시에 제거되며, 이로 인하여 녹에 부착되어 성장하였던 미생물 또한 관 내부에서 성장하지 못하므로 미생물로 인한 Slime 층 또한 생성되지 않는 효과가 있다.

이처럼 물에 자기장을 가하는 경우 스케일이 방지되는데 본 발명의 경우 제1자화수단(30) 내지 제3자화수단(50)에 의해 제1반응조(10)와 제2반응조(20) 내의 물에 강한 자기장을 가하여 스케일을 방지하게 된다. 도 5에 도시된 바와 같이 반응조의 어느 한쪽에만 자화수단을 배치하는 경우에 비하여 도 6에 도시된 바와 같이 반응조 양쪽 모두에 자화수단을 배치하는 경우 훨씬 큰 자기장을 반응조(10, 20)에 재하할 수 있고 이로 인하여 스케일 제거 방지 효과가 배가되는데 본 발명의 경우 반응조(10, 20)의 양쪽에 자화수단을 배치하게 되므로 매우 효과적으로 스케일을 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 요크(32, 52)를 사용함으로써 집중적으로 자기장을 가할 수 있는 효과도 있다.

이하에서는 자기력을 이용한 가온 효과에 대하여 설명하기로 한다.

자기력을 이용한 가온은 자기유도가열(magnetic inductive heating)로 알려진 현상에 의해 열을 발생하게 하는 것을 말한다. 자기유도가열은 자기장이 시간에 따라 변화함에 따라 철손에 의해 가열되는데 히스테리손실과 와전류손실 및 표류부하 손실에 의해 전기에너지나 운동에너지가 열로 전환되는 현상을 말하며, 발생하는 열 발생량은 아래의 식으로 표현될 수 있다.

이때 열 발생량 식의 첫 번째 항목은 히스테리손실, 두 번째 항목은 와전류손실, 세 번째 항목은 표류부하손실인데, 일반적으로 히스테리손실 및 표류부하손실은 와전류손실에 비하여 매우 작으므로, 대부분의 열로 전환되는 에너지는 와전류 (eddy current) 손실인데, 위 식에서 확인할 수 있는 바와 같이 f (주파수 또는 회전수), B (자속밀도)의 곱의 자승에 비례하는 특성이 있다. 따라서, 자기력을 이용한 가열장치를 설계할 때 최대효율이 발생하게 하기 위해서는 회전체의 주파수와 자석의 자력선의 강도를 최대한 높여주는 것이 필요함을 알 수가 있다.

본 발명에서는 제2자화수단(40)에 있는 제2자석(41)의 극성을 제어수단을 모터(80)에 의하여 빠른 속도로 변화시킴으로써 제1자석(31)과 제2자석(41) 사이와 제2자석(41)과 제3자석(51) 사이에서 서로 밀고 당기는 작용을 반복함으로써 유도기전력을 발생시키고 이로 인하여 자기유도가열 현상이 일어나 반응조(10, 20) 내의 물을 가열하게 된다.

앞서 설명한 바와 같이 보다 효율적으로 가온하기 위해서는 주파수와 자속밀도를 높이는 것이 중요한데, 주파수를 높이기 위해서는 제어수단(80)에 의해 변환되는 제2자석(41)의 극성변화의 주파수를 올린다. 또한, 자속밀도를 높이기 위해서 기본적으로 강한 자성을 가진 자석을 사용하는 것이 중요하며, 보다 큰 자속밀도를 형성하기 위하여 반응조(10, 20)의 양쪽에 자화수단(30, 40, 50))을 배치하게 된다. 또한, 요크(32, 52) 역시 자속밀도를 키우는데 도움을 주게 된다.

이때 전자석인 제2자석(41)의 내부 철심은 연철을 사용하여 히스테리시스에 의한 열손실을 최소화하고, 철심을 제1반응기(10)나 제2반응기(20)와 맞닿도록 하여 히스테리시스에 의해 발생한 열이 반응기(10, 20)로 전달되도록 하여 열손실을 더 줄일 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 속도를 갖고 직선 운동을 하거나 회전하는 장치를 설계할 때 고려해야할 사항은 자기력에 의한 와전류 브레이크 (eddy current brake) 현상이다. 와전류브레이크는 회전체의 회전을 방해하기 때문에 이를 감소시켜주는 것이 필요하다.

이러한 와전류 브레이크 현상을 줄이기 위하여 댐핑수단(100)이 사용된다. 반응조(10, 20)는 일정한 단면을 가지고 있기 때문에 일정한 크기의 와전류가 발생하여 와전류 브레이크가 발생할 수 있는데. 댐핑수단(100)에 의해 반응조(10, 20)가 좌우상하로 진동함으로 인해 와전류의 크기를 불균일하게 분포시켜 그 크기를 매우 감소시키는 역할을 하게 되는 것이다.

또한, 반응기(10, 20)에는 제2자석(41) 극변환에 의하여 N, S 극이 계속해서 바뀌기 때문에 자석끼리 당기고 미는 힘이 반복되어 나타나며, 자기력이 강할 경우 교번되는 힘은 진동으로 나타나 크게 작용하기 때문에 이를 제어하기 위해서도 상기 댐핑수단(100)이 필요하다.

이하에서는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 대하여 설명하기로 한다. 본 실시예의 경우 앞선 실시예와 반응조의 형태와 수에서 차이가 있고, 제3자화수단이 사용되지 않는다는 점에서만 차이가 있고, 각각의 구성들의 기능은 앞선 실시예와 동일하므로 반응조와 자화수단의 배치에 대해서만 간략히 설명하기로 한다.

도 8은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 수처리 및 가온 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 도 8에 표시된 A-A선의 단면도이다.

본 실시예에 따른 수처리 및 가온장치는 도 8에 도시된 바와 같이 제1반응조(110), 제1자화수단(130), 제2자화수단(140), 유입배관(160), 배출배관(170), 제어수단(180), 케이싱(190) 및 댐핑수단(200)으로 구성된다.

상기 제1반응조(110)는 내경부(111)와 외경부(112)를 가지는 원형의 파이프 형상이며, 내경부(111)와 외경부(112) 사이의 공간으로 물이 흐르게 된다.

상기 제1자화수단(130)과 제2자화수단(140)은 상기 제1반응조(110)의 외경부(112)와 내경부(111) 중 어느 한쪽에 각각 마련되는데, 본 실시예에서는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 외경부(112) 쪽에 제2자화수단(140)이 배치되고 내경부(111) 쪽에 제1자화수단(130)이 배치되며, 제1자석(131)과 제2자석(141)들은 제1반응조(110)의 외주를 따라 배치되며 제1반응조(110)의 길이방향을 따라 여러 열이 배치된다.

상기 제1자석(131)과 제2자석(141)의 배치에 있어 두 자석들 사이의 관계는 앞선 실시예와 동일하며, 동일한 명칭의 구성의 기능, 작용 및 효과는 앞선 실시예와 동일하므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이하에서 본 발명의 바람직한 두 가지 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하였으나 본 발명의 기술적 사상이 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 사상에 어긋나지 아니하는 범위 안에서 다양한 형태의 수처리 및 가온 장치로 구체화될 수 있다.

10 : 제1반응조 20 : 제2반응조
30 : 제1자화수단 40 : 제2자화수단
50 : 제3자화수단 60 : 유입배관
70 : 유출배관 80 : 제어부
90 : 케이싱 100 : 댐핑수단

Claims

내부에 물을 일시적으로 수용하는 판상의 제1반응조;
상기 제1반응조 내의 유체를 분극화시키고 가온하기 위한 것으로서,
제1반응조의 어느 한 면 쪽에 배치되고 전자석 또는 영구자석인 여러 개의 제1자석을 포함하는 제1자화수단과 상기 제1반응조의 다른 한 면 쪽에 배치되고 전자석인 여러 개의 제2자석을 포함하는 제2자화수단;
상기 제1반응조로 유체를 유입하기 위한 유입배관;
상기 제1반응조로부터 유체를 배출하는 배출배관;
상기 제2자석의 극성을 바꾸기 위한 제2자석 제어수단; 및,
상기 한 쌍의 제1반응조와 제1자화수단, 제2자화수단 및 유입배관과 배출배관의 일부를 감싸는 케이싱; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 및 가온 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1자석과 제2자석은 같은 수로 배치되되,
상기 제1반응조를 사이에 두고 서로 마주보는 제1자석과 제2자석의 극이 서로 다르도록 상기 제2자석의 극성이 조절되었을 때, 각각의 마주보는 제1자석과 제2자석을 연결하는 직선형태의 자기력선의 길이가 최단이 되도록 각각의 마주보는 제1자석과 제2자석이 배치되는 것을 특징으로 하는 수처리 및 가온장치.
제1항 또는 제2에 있어서,
상기 제1반응조, 제1자화수단 및 제2자화수단은 일정한 두께를 가진 원형 디스크 형상이며,
상기 제1자화수단 및 제2자화수단에는 그 외주를 따라 제1자석 또는 제2자석이 배치되는 것을 특징으로 하는 수처리 및 가온 장치.
제3항에 있어서,
상기 제2자화수단을 사이에 두고 상기 제1반응조의 반대쪽에 배치되는 제2반응조와 상기 제2반응조를 사이에 두고 상기 제2자화수단의 반대쪽에 배치되며 전자석 또는 영구자석인 여러 개의 제3자석을 포함하는 제3자화수단을 더 포함하여, 상기 유입배관은 상기 제1반응조와 제2반응조에 유체를 유입시키고, 배출배관은 상기 제1반응조와 제2반응조로부터 유체를 배출시키며,
상기 제3자석과 상기 제2자석은 같은 수로 배치되고,
상기 제2반응조를 사이에 두고 서로 마주보는 제3자석과 제2자석의 극이 서로 다르도록 상기 제2자석의 극성이 조절되었을 때, 각각의 마주보는 제3자석과 제2자석을 연결하는 직선형태의 자기력선의 길이가 최단이 되도록 각각의 마주보는 제3자석과 제2자석이 배치되되, 상기 제3자석의 극성은 대응되는 제1자석의 극성과 반대로 배치되는 것을 특징으로 하는 수처리 및 가온 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1자석은 인접하게 배치되는 제1자석의 극성과 반대 극성으로 배치되고,
상기 제어수단은 상기 제2자석의 극성을 변화시킬 때, 인접하는 제2자석의 극과 반대되는 극성으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 수처리 및 가온 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1자석은 영구자석이며, 영구자석의 외주면에는 요크(yoke)가 마련되어 자기장의 방향을 조절하는 것을 특징으로 하는 수처리 및 가온 장치.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 제1반응조와 상기 케이싱 또는 제2반응조와 상기 케이싱 사이에 마련되며 상기 제1반응조 및 제2반응조에서 발생하는 진동을 제어하기 위한 댐핑수단이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 수처리 및 가온 장치.
내경부와 외경부를 가지는 원형 파이프 형상으로 외경부와 내경부 사이의 공간을 통하여 물이 흐르는 제1반응조;
상기 제1반응조 내의 유체를 분극화시키고 가온하기 위한 것으로서,
제1반응조의 내경부 또는 외경부 중 어느 한쪽에 제1반응조의 원주를 따라 배치되고 전자석 또는 영구자석인 여러 개의 제1자석을 포함하는 제1자화수단과 상기 제1반응조의 내경부와 외경부 중 상기 제1자화수단이 배치되지 않은 쪽에 제1반응조의 원주를 따라 배치되고 전자석인 여러 개의 제2자석을 포함하는 제2자화수단;
상기 제1반응조로 유체를 유입하기 위한 유입배관;
상기 제1반응조로부터 유체를 배출하는 배출배관;
상기 제2자석의 극성을 바꾸기 위한 제2자석 제어수단; 및,
상기 한 쌍의 제1반응조와 제1자화수단, 제2자화수단 및 유입배관과 배출배관의 일부를 감싸는 케이싱; 을 포함하며,
상기 제1자화수단과 제2자화수단은 상기 제1반응조의 길이방향을 따라 여러 열이 배치되는 것을 특징으로 하는 수처리 및 가온 장치.
제8항에 있어서,
상기 제1자석과 제2자석은 같은 수로 배치되되,
상기 제1반응조를 사이에 두고 서로 마주보는 제1자석과 제2자석의 극이 서로 다르도록 상기 제2자석의 극성이 조절되었을 때, 각각의 마주보는 제1자석과 제2자석을 연결하는 직선형태의 자기력선의 길이가 최단이 되도록 각각의 마주보는 제1자석과 제2자석이 배치되는 것을 특징으로 하는 수처리 및 가온장치.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 제1자석은 인접하게 배치되는 제1자석의 극성과 반대 극성으로 배치되고,
상기 제어수단은 상기 제2자석의 극성을 변화시킬 때, 인접하는 제2자석의 극과 반대되는 극성으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 수처리 및 가온 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 제1자석은 영구자석이며, 영구자석의 외주면에는 요크(yoke)가 마련되어 자기장의 방향을 조절하는 것을 특징으로 하는 수처리 및 가온 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 제1반응조와 상기 케이싱 사이에 마련되며 상기 제1반응조에서 발생하는 진동을 제어하기 위한 댐핑수단이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 수처리 및 가온 장치.