KR102217162B1 - Eddy current heater device - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치는, 배관 내 유체의 압력 차이에 의해 회전하는 터빈, 상기 배관의 내측면을 따라 일정 간격으로 배치되는 자석을 포함하고, 배관 형상으로 형성되는 자석 복합체 및 상기 터빈의 회전축에 연결되어 상기 터빈의 회전에 의해 상기 자석 복합체의 중심 공간에서 회전되고 원기둥 형상을 갖는 제1 회전체 및 각각이 일정 두께를 갖는 곡면 판으로 이루어지고 상기 제1 회전체에서 방사방향으로 일정간격 이격되게 배치되되 상기 제1 회전체와 연결되어 상기 제1 회전체와 함께 회전하는 복수의 제2 회전체를 포함하는 회전 복합체를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치는 고압의 유체가 터빈을 회전시키고 터빈의 회전에 의해 회전체가 회전되면서 와전류가 발생되어 회전체와 와전류의 저항에 의해 열이 발생하고 상기 열에 의해 유체가 가열되어 유체의 감압과정에서 자체 온도저하를 보상한다.The eddy current heater device according to an embodiment of the present invention includes a turbine rotating due to a pressure difference of a fluid in a pipe, a magnet disposed at regular intervals along an inner surface of the pipe, and a magnet composite formed in a pipe shape, and It is connected to the rotation shaft of the turbine and rotates in the center space of the magnet composite by the rotation of the turbine and consists of a first rotating body having a cylindrical shape and a curved plate each having a predetermined thickness, and in a radial direction from the first rotating body. And a rotation complex including a plurality of second rotors that are disposed at regular intervals and are connected to the first rotor to rotate together with the first rotor.
In the eddy current heater device according to an embodiment of the present invention, a high-pressure fluid rotates a turbine and an eddy current is generated as the rotating body rotates by the rotation of the turbine to generate heat by the resistance of the rotating body and the eddy current. Is heated to compensate for its own temperature drop in the process of depressurizing the fluid.

Description

와전류 히터 장치{EDDY CURRENT HEATER DEVICE}Eddy current heater device {EDDY CURRENT HEATER DEVICE}

본 발명은 와전류 히터 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 배관 내에 배치된 터빈을 통해 발생된 회전력을 활용하여 배관에서 흐르는 유체를 가열할 수 있는 와전류 히터 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an eddy current heater device, and more particularly, to an eddy current heater device capable of heating a fluid flowing in a pipe by using a rotational force generated through a turbine disposed in the pipe.

최근 친환경 에너지 정책에 따라 손실되는 에너지를 최소화하고 낭비되는 에너지를 활용하는 여러 가지 기술들이 개발되고 있다. 가스나 지역난방 온수 등을 생산기지에서 수요처로 공급하는 배관 시스템에서 손실되는 에너지를 활용하는 기술이 그 중 하나이다. 배관 시스템에서는 공급처에서는 유체가 고압으로 송출되나 수요처에서는 정압기 등을 이용해 유체가 감압된다. 이와 같은 감압시 소멸되는 압력을 폐압이라고 한다.Recently, various technologies for minimizing lost energy and utilizing wasted energy have been developed according to eco-friendly energy policies. One of them is the technology that utilizes the energy lost in the piping system that supplies gas or district heating hot water from the production base to the customer. In the piping system, the fluid is delivered at high pressure from the supply point, but the fluid is depressurized by using a static pressure device at the customer. The pressure that disappears during such decompression is called the lung pressure.

이러한 폐압을 활용하는 방법은 크게 두 가지로 나뉠 수 있는데, 하나는 폐압을 전기로 변환시키는 방법이고 다른 하나는 폐압을 열로 변환시키는 방법이다. 폐압을 전기로 변환시키는 방법은 임펠러를 이용해 전기를 생산하는 장치인 압력발전설비 등을 통해 이루어진다. 그러나 압력발전설비를 활용하기 위해서는 시간당 일정 유량(가스의 경우 12톤/h) 이상이 유지되어야 안정적인 전기 생산기 가능하다. 따라서 일정 유량 이하에서는 제 기능을 할 수가 없으며, 압력발전설비를 활용하기 곤란한 상황에서 폐압을 열에너지로 전환시키기 위한 와전류 히터 기술이 개발되었다.There are two methods of utilizing such waste pressure, one is a method of converting waste pressure into electricity and the other is a method of converting waste pressure into heat. The method of converting waste pressure into electricity is achieved through a pressure generation facility, which is a device that generates electricity using an impeller. However, in order to utilize the pressure power generation facility, a stable electricity generator is possible only when a certain flow rate per hour (12 tons/h for gas) is maintained. Therefore, an eddy current heater technology has been developed to convert waste pressure into thermal energy in a situation where it cannot function properly below a certain flow rate and it is difficult to utilize a pressure power generation facility.

기존의 와전류 히터 기술은 영구자석을 원통 안에서 회전시켜 와전류를 발생시키고 그에 따라 원통의 저항에 의해서 열이 발생하도록 했다. 그러나 기존의 와전류 히터 기술은 자석이 회전하는 구조를 갖고 있어 구조가 복잡하였을 뿐만 아니라, 와전류 발생에 따라 터빈의 회전을 제동하는 제동력 발생을 최소화할 수 있는 대책이 부족하였다.Existing eddy current heater technology generates eddy current by rotating a permanent magnet in a cylinder, and accordingly, heat is generated by the resistance of the cylinder. However, the existing eddy current heater technology has a structure in which a magnet rotates, so the structure is complicated, and there is a lack of measures to minimize the generation of the braking force that brakes the rotation of the turbine according to the generation of eddy current.

KRKR 10-2017-007208310-2017-0072083 AA

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 와전류를 발생시키는 회전체에서 자석을 제외하여 구조를 단순화함과 동시에, 발생된 와전류에 의해 터빈이 제동되는 문제를 해결하고자 한다.The present invention is to solve this problem, and at the same time to simplify the structure by excluding the magnet from the rotating body generating the eddy current, and at the same time to solve the problem that the turbine is braked by the generated eddy current.

본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치는, 배관 내 유체의 압력 차이에 의해 회전하는 터빈, 상기 배관의 내측면을 따라 일정 간격으로 배치되는 자석 및 상기 자석 사이의 빈 공간을 채우는 채움 부재를 포함하고, 배관 형상으로 형성되는 자석 복합체 및 상기 터빈의 회전축에 연결되어 상기 터빈의 회전에 의해 상기 자석 복합체의 중심 공간에서 회전되고 원기둥 형상을 갖는 제1 회전체 및 각각이 일정 두께를 갖는 곡면 판으로 이루어지고 상기 제1 회전체에서 방사방향으로 일정간격 이격되게 배치되되 상기 제1 회전체와 연결되어 상기 제1 회전체와 함께 회전하는 복수의 제2 회전체를 포함하는 회전 복합체를 포함하고, 상기 제1 회전체와 상기 제2 회전체의 이격된 공간에 유체가 흐르는 유체 통로가 형성되며, 상기 회전 복합체의 회전으로 인하여 상기 자석에 의한 와전류가 상기 회전 복합체에 발생하고, 상기 와전류와 상기 제1 회전체 및 상기 제2 회전체 간의 저항에 의해 열이 발생하여, 상기 열에 의해 상기 배관 내의 유체가 가열된다.The eddy current heater device according to an embodiment of the present invention includes a turbine rotating due to a pressure difference of a fluid in a pipe, a magnet disposed at regular intervals along the inner surface of the pipe, and a filling member filling the empty space between the magnets. And a magnet composite formed in a pipe shape and a first rotating body connected to the rotation shaft of the turbine and rotated in the central space of the magnet composite by rotation of the turbine and having a cylindrical shape, and a curved plate each having a predetermined thickness. And a rotation complex including a plurality of second rotors that are disposed at regular intervals apart from the first rotor and are connected to the first rotor to rotate with the first rotor, A fluid passage through which a fluid flows is formed in a space spaced apart between the first and second rotors, and an eddy current by the magnet is generated in the rotational complex due to rotation of the rotational complex, and the eddy current and the Heat is generated due to resistance between the first and second rotors, and the fluid in the pipe is heated by the heat.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치에서, 상기 자석의 일부 또는 전부는 전자석으로 구성되고, 상기 전자석의 자속을 조절함으로써 상기 와전류의 크기를 조절한다.In addition, in the eddy current heater device according to an embodiment of the present invention, some or all of the magnets are made of an electromagnet, and the magnitude of the eddy current is adjusted by adjusting the magnetic flux of the electromagnet.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치에서, 상기 제2 회전체는, 상기 제2 회전체에서 상기 제1 회전체를 향하도록 돌출되어 상기 제2 회전체와 유체의 접촉면적을 증가시키는 복수의 돌기를 더 포함한다.In addition, in the eddy current heater device according to an embodiment of the present invention, the second rotating body protrudes from the second rotating body toward the first rotating body to increase the contact area between the second rotating body and the fluid. It further includes a plurality of projections to make.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치에서, 상기 제1 회전체는, 원기둥 형상을 갖고 중심부에 형성되는 내부 회전체, 속이 빈 원기둥 형상을 갖고 외측에 형성되는 외부 회전체 및 상기 내부 회전체와 상기 외부 회전체 사이에 형성되는 격리층을 포함하고, 상기 제2 회전체, 상기 내부 회전체, 상기 외부 회전체는 도체로 형성되며, 상기 격리층은 공기로 구성된다.In addition, in the eddy current heater device according to an embodiment of the present invention, the first rotating body has a cylindrical shape and is formed in the center, an external rotating body having a hollow cylindrical shape and formed on the outside, and the inner And an isolation layer formed between the rotating body and the external rotating body, the second rotating body, the inner rotating body, and the external rotating body are formed of a conductor, and the insulating layer is composed of air.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치에서, 상기 자석은 원주방향으로 교대로 배치되는 복수의 N극 영구자석과 복수의 S극 영구자석을 포함한다.In addition, in the eddy current heater device according to an embodiment of the present invention, the magnet includes a plurality of N-pole permanent magnets and a plurality of S-pole permanent magnets alternately arranged in the circumferential direction.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치에서, 상기 터빈은 상기 회전 복합체를 기준으로 상기 배관의 고압 측에 배치되어 고압의 유체에 의해 회전한다.In addition, in the eddy current heater device according to an embodiment of the present invention, the turbine is disposed on the high-pressure side of the pipe based on the rotating composite and rotates by the high-pressure fluid.

본 발명에 따른 와전류 히터 장치는 고압의 유체가 터빈을 회전시키고 터빈의 회전에 의해 회전체가 회전되면서 와전류가 발생되어 회전체와 와전류의 저항에 의해 열이 발생하도록 한다. 상기 열에 의해 유체가 가열되어 유체의 감압과정에서 자체 온도저하를 보상한다.In the eddy current heater device according to the present invention, a high-pressure fluid rotates a turbine and an eddy current is generated as the rotating body is rotated by the rotation of the turbine to generate heat by resistance of the rotating body and the eddy current. The fluid is heated by the heat to compensate for its own temperature decrease in the process of decompressing the fluid.

또한, 본 발명에서는 자석을 고정시키는 구조를 통해 쉽게 자속 세기를 조절하여 터빈에 대한 제동력 발생시 자속 세기를 조절하여 제동력을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 회전체가 분리된 원통 구조로 제작되어 회전체에 발생되는 와전류의 크기를 줄여 제동력을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 회전체에서 직접 열이 발생됨에 따라, 회전에 의해 유체와의 열교환이 크게 이루어질 수 있는 효과가 있다.In addition, in the present invention, it is possible to minimize the braking force by adjusting the magnetic flux strength when the braking force to the turbine is generated by easily adjusting the magnetic flux strength through the structure fixing the magnet. In addition, in the present invention, since the rotating body is manufactured in a separate cylindrical structure, it is possible to minimize the braking force by reducing the size of the eddy current generated in the rotating body. In addition, in the present invention, as heat is directly generated from the rotating body, there is an effect that heat exchange with the fluid can be greatly achieved by rotation.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치의 개략 단면도;
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치의 회전 복합체의 사시도;
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치의 제2 회전체 확대도; 및
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 와전류 히터 장치를 배관 축에 직교하는 평면으로 자른 개략 단면도;이다.1 is a schematic cross-sectional view of an eddy current heater device according to an embodiment of the present invention;
2 is a perspective view of a rotating composite of an eddy current heater device according to an embodiment of the present invention;
3 is an enlarged view of a second rotating body of the eddy current heater device according to an embodiment of the present invention; And
4 is a schematic cross-sectional view of an eddy current heater device according to another embodiment of the present invention cut in a plane perpendicular to a pipe axis.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2", "일면", "타면" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.Objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. In adding reference numerals to elements of each drawing in the present specification, it should be noted that, even though they are indicated on different drawings, only the same elements are to have the same number as possible. In addition, terms such as "first", "second", "one side", and "the other side" are used to distinguish one component from other components, and the component is limited by the terms no. Hereinafter, in describing the present invention, detailed descriptions of related known technologies that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치(1)의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 회전 복합체(300)의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 와전류 히터 장치(10)의 개략도이다.1 is a schematic diagram of an eddy current heater device 1 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a rotating composite 300 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is another embodiment of the present invention It is a schematic diagram of the eddy current heater device 10 according to.

본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치(10)는, 배관(20) 내 유체의 압력 차이에 의해 회전하는 터빈(100), 상기 배관(20)의 내측면을 따라 일정 간격으로 배치되는 자석(210) 및 상기 자석(210) 사이의 빈 공간을 채우는 채움 부재(220)를 포함하고, 배관 형상으로 형성되는 자석 복합체(200) 및 상기 터빈(100)의 회전축(110)에 연결되어 상기 터빈(100)의 회전에 의해 상기 자석 복합체(200)의 중심 공간에서 회전되고 원기둥 형상을 갖는 제1 회전체(310) 및 각각이 일정 두께를 갖는 곡면 판으로 이루어지고 상기 제1 회전체(310)에서 방사방향으로 일정간격 이격되게 배치되되 상기 제1 회전체(310)와 연결되어 상기 제1 회전체(310)와 함께 회전하는 복수의 제2 회전체(320)를 포함하는 회전 복합체(300)를 포함하고, 상기 제1 회전체(310)와 상기 제2 회전체(320)의 이격된 공간에 유체가 흐르는 유체 통로(P)가 형성되며, 상기 회전 복합체(300)의 회전으로 인하여 상기 자석(210)에 의한 와전류가 상기 회전 복합체(300)에 발생하고, 상기 와전류와 상기 제1 회전체(310) 및 상기 제2 회전체(320) 간의 저항에 의해 열이 발생하여, 상기 열에 의해 상기 배관(20) 내의 유체가 가열된다.The eddy current heater device 10 according to an embodiment of the present invention includes a turbine 100 that rotates due to a pressure difference of a fluid in the pipe 20, and a magnet disposed at regular intervals along the inner surface of the pipe 20. The turbine includes a filling member 220 filling the empty space between 210 and the magnet 210, and is connected to the magnet composite 200 formed in a pipe shape and the rotation shaft 110 of the turbine 100 The first rotating body 310 which is rotated in the center space of the magnet composite 200 by rotation of 100 and has a cylindrical shape and a curved plate each having a predetermined thickness, and the first rotating body 310 A rotation complex 300 including a plurality of second rotors 320 that are disposed at regular intervals in the radial direction and are connected to the first rotor 310 and rotate together with the first rotor 310 Including, a fluid passage (P) through which a fluid flows is formed in a space spaced apart from the first rotating body 310 and the second rotating body 320, and due to the rotation of the rotating composite 300, the magnet The eddy current by 210 is generated in the rotating composite 300, and heat is generated by the resistance between the eddy current and the first and second rotating bodies 310 and 320, and the heat causes the The fluid in the pipe 20 is heated.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치(10)에서 상기 터빈(100)은 상기 회전 복합체(300)를 기준으로 상기 배관(20)의 고압 측에 배치되어 고압의 유체에 의해 회전한다.In addition, in the eddy current heater device 10 according to an embodiment of the present invention, the turbine 100 is disposed on the high pressure side of the pipe 20 with respect to the rotating composite 300 and rotates by a high pressure fluid. .

본 발명의 다른 실시예에 따른 와전류 히터 장치(10)에서 상기 제1 회전체(310)는, 원기둥 형상을 갖고 중심부에 형성되는 내부 회전체(311), 속이 빈 원기둥 형상을 갖고 외측에 형성되는 외부 회전체(312) 및 상기 내부 회전체(311)와 상기 외부 회전체(312) 사이에 형성되는 격리층(313)을 포함하고, 상기 제2 회전체(320), 상기 내부 회전체(311), 상기 외부 회전체(312)는 도체로 형성되며, 상기 격리층(313)은 공기로 구성된다.In the eddy current heater device 10 according to another embodiment of the present invention, the first rotating body 310 has a cylindrical shape and an inner rotating body 311 formed at the center thereof, and has a hollow cylindrical shape and is formed on the outside. It includes an external rotating body 312 and an isolation layer 313 formed between the internal rotating body 311 and the external rotating body 312, the second rotating body 320, the internal rotating body 311 ), the external rotating body 312 is formed of a conductor, and the isolation layer 313 is formed of air.

본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치(10)는 유체가 흐르는 배관(20) 내에서 작동한다. 유체는 천연가스 또는 액체 등이 될 수 있다. 와전류 히터 장치(10)는 가스 분야, 지역 난방 등 유체 감압이 일어나는 곳에서 열보상을 하도록 설계된다. 즉, 천연가스를 공급할 때 천연가스의 감압에 따라 발생되는 천연가스의 열손실을 보상하거나, 지역난방시 온수의 감압에 따라 발생되는 온수의 열손실을 보상한다.The eddy current heater device 10 according to an embodiment of the present invention operates in a pipe 20 through which a fluid flows. The fluid may be natural gas or liquid. The eddy current heater device 10 is designed to compensate for heat in a place where fluid decompression occurs, such as in a gas field or district heating. That is, when the natural gas is supplied, it compensates for the heat loss of natural gas generated by the depressurization of the natural gas, or compensates for the heat loss of the hot water caused by the decompression of the hot water during district heating.

본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치(10)는 크게 터빈(100), 자석복합체(200), 회전 복합체(300)로 이루어진다. 터빈(100)은 회전 복합체(300)와 연결되어 터빈(100)의 회전에 의해 회전 복합체(300)가 회전된다. 터빈(100)의 회전은 유체의 압력차에 의해 이루어진다. 터빈은 터보 팽창기로 이루어질 수 있으며, 터보 팽창기는 유체의 감압 시 팽창현상을 활용하여 폐압을 회전 운동으로 전환시킬 수 있다. The eddy current heater device 10 according to an embodiment of the present invention is largely composed of a turbine 100, a magnet composite 200, and a rotation composite 300. The turbine 100 is connected to the rotation complex 300 and rotates the rotation complex 300 by the rotation of the turbine 100. The rotation of the turbine 100 is achieved by the pressure difference of the fluid. The turbine may consist of a turbo expander, and the turbo expander may convert waste pressure into rotational motion by utilizing an expansion phenomenon when the fluid is depressurized.

터빈(100)은 회전 복합체(300)를 기준으로 배관(20)의 고압 측에 배치될 수 있다. 이는 통해 터빈(100)에 의해 감압되어 열손실의 발생된 유체를, 그 뒤의 회전체(300)에 의해 열보상 할 수 있다. 그러나 터빈(100)의 위치가 고압 측에만 배치되는 것은 아니고, 저압 측에 배치되어 가열된 유체를 감압시키는 구조 또한 적용될 수 있다.The turbine 100 may be disposed on the high pressure side of the pipe 20 based on the rotating composite 300. Through this, the fluid that is decompressed by the turbine 100 and generated heat loss may be thermally compensated by the rotating body 300 thereafter. However, the position of the turbine 100 is not only disposed on the high pressure side, but a structure that is disposed on the low pressure side to decompress the heated fluid may also be applied.

자석 복합체(200)는 배관(20)의 내측면에 배관 형상으로 형성되며, 회전 복합체(300)는 자석 복합체(200) 중심 공간에서 회전하게 된다. 따라서 자석 복합체(200)의 자석(210)에 의한 자속 내에서 회전 복합체(300)가 회전하게 와전류가 회전 복합체(300)에 발생되게 된다.The magnet composite 200 is formed in a pipe shape on the inner surface of the pipe 20, and the rotation composite 300 rotates in the center space of the magnet composite 200. Accordingly, an eddy current is generated in the rotating composite 300 so that the rotating composite 300 rotates within the magnetic flux of the magnet 210 of the magnetic composite 200.

자석 복합체(200)는 자석(210)과 채움 부재(220)로 이루어진다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치(10)를 배관 축에 직교하는 평면으로 자른 개략 단면도와, 위의 단면도에서 A-A' 선과 배관 축을 포함하는 평면으로 자른 개략 단면도를 도시한다. 도 1을 보면, 자석(210)은 배관(20)의 내측면을 따라 일정 간격으로 배치되어 고정된다. 자석(210)이 고정되고 회전 복합체(300)에서 열이 발생됨에 따라, 회전 복합체(300) 회전에 의한 열전달률이 증가되어, 자석(210)이 회전하여 열발생체가 배관 내측면에 고정되어 있는 경우보다 유체에 대한 열전달 효과가 증대된다. 도 1을 보면, 자석(210)은 배관(20) 원주 방향을 따라 일정 간격을 유지하여 배관 축 방향을 따라 일정간격을 유지한다. 채움 부재(220)는 자석(210) 사이로 유체가 흘러 회전체(300)와 유체 사이의 열교환이 일어나지 않는 상황을 방지하기 위함이다. 채움 부재(220)의 재질은 한정되지 않으나, 유체의 종류에 따라 유체에 의해 손상되지 않는 특정 재질로 제작될 수 있다.The magnet composite 200 includes a magnet 210 and a filling member 220. 1 is a schematic cross-sectional view of an eddy current heater device 10 according to an embodiment of the present invention cut into a plane orthogonal to a pipe axis, and a schematic cross-sectional view cut into a plane including a line A-A' and a pipe axis in the above cross-sectional view. Referring to FIG. 1, magnets 210 are disposed and fixed at regular intervals along the inner surface of the pipe 20. As the magnet 210 is fixed and heat is generated in the rotating composite 300, the heat transfer rate due to the rotation of the rotating composite 300 increases, so that the magnet 210 rotates and the heat generator is fixed to the inner surface of the pipe. The heat transfer effect to the fluid is increased than that of the case. Referring to FIG. 1, the magnet 210 maintains a predetermined interval along the circumferential direction of the pipe 20 to maintain a predetermined interval along the pipe axis direction. The filling member 220 is to prevent a situation in which a fluid flows between the magnets 210 and heat exchange between the rotating body 300 and the fluid does not occur. The material of the filling member 220 is not limited, but may be made of a specific material that is not damaged by the fluid according to the type of fluid.

회전 복합체(300)는 제1 회전체(310) 및 제2 회전체(320)를 포함한다. 제1 회전체(310)는 원기둥 형상으로 자석 복합체(200)의 중심 공간에서 회전한다. 제1 회전체(310)는 터빈(100)의 회전축(110)에 연결되어 있어 터빈(100)의 회전에 의해 제1 회전체(310)가 회전하게 된다. 제2 회전체(320)는 각각이 일정 두께를 갖는 곡면 판으로 이루어진다. 제2 회전체(320)는 제1 회전체(310)에서 방사방향으로 일정간격 이격되게 배치되고, 제1 회전체(310)와 연결되어 제1 회전체(310)와 함께 회전한다. 도 2를 보면, 각각의 제2 회전체(320)의 곡면을 연장시키면 제1 회전체(310)보다 큰 원형을 이루는 것을 볼 수 있다. 제1 회전체(310)와 제2 회전체(320)가 이격된 공간에는 유체가 흐르는 유체 통로(P)가 형성된다. 제1 회전체(310)와 제2 회전체(320)의 연결은, 도 1에서 볼 수 있듯이 제2 회전체(320)가 배관 축을 수직하게 자른 단면에서 제2 회전체(320)의 곡면이 T자의 윗부분에 해당되도록 형성되며 이루어질 수 있다. 도 2에서 볼 수 있듯이 제1 회전체(310)와 제2 회전체(320)의 연결 형태가 제1 회전체(310)의 원기둥의 배관 축에 평행한 길이를 따라 일체적으로 이어지는 것이 아니라 몇 개(도 2에 도시된 바로는 5개)의 1자형 연결부로 연결될 수 있다. 1자형 연결부는 도체로 제작되어 제1 회전체(310)와 제2 회전체(320) 사이에 와전류가 흐를 수 있도록 한다.The rotation complex 300 includes a first rotation body 310 and a second rotation body 320. The first rotating body 310 has a cylindrical shape and rotates in the central space of the magnet composite 200. The first rotating body 310 is connected to the rotating shaft 110 of the turbine 100 so that the first rotating body 310 is rotated by the rotation of the turbine 100. The second rotating body 320 is formed of a curved plate each having a predetermined thickness. The second rotating body 320 is disposed radially from the first rotating body 310 at regular intervals, is connected to the first rotating body 310 and rotates together with the first rotating body 310. Referring to FIG. 2, when the curved surface of each of the second rotating bodies 320 is extended, it can be seen that a larger circular shape is formed than the first rotating body 310. A fluid passage P through which a fluid flows is formed in a space where the first and second rotors 310 and 320 are separated from each other. The connection between the first rotating body 310 and the second rotating body 320 is that the curved surface of the second rotating body 320 is in the cross section where the second rotating body 320 cuts the pipe axis vertically, as shown in FIG. 1. It is formed to correspond to the upper part of the T-shape and can be made. As can be seen in FIG. 2, the connection form of the first and second rotors 310 and 320 is not integrally connected along the length parallel to the pipe axis of the cylinder of the first rotor 310, but several It can be connected by one-shaped connector of dogs (5 as shown in FIG. 2). The one-shaped connector is made of a conductor so that an eddy current flows between the first and second rotors 310 and 320.

회전 복합체(300)의 형태를 제1 회전체(310)와 제2 회전체(320)를 이격시키는 구조로 형성시키는 이유는 ⅰ) 유체와 회전 복합체(300) 간의 접촉면적을 늘려 열전달 효율을 증가시키기 위한 것과 ⅱ) 회전 복합체(300)에 발생하는 와전류를 줄이기 위함이다. 회전 복합체(300)가 자속 내에서 회전함에 따라 회전 복합체(300)에는 와전류가 발생되고, 와전류와 회전 복합체(300)의 저항에 의해 회전 복합체(300)에 열이 발생되어 유체를 가열할 수 있다. 이러한 와전류가 발생하게 되면 회전체(300)의 운동에 반하는 토크(힘), 즉 제동력이 발생된다. 이와 같은 제동력은 회전체(300)의 회전수에 따라 커지게 되는데, 회전체(300)의 회전수를 줄여 제동력을 줄이는 것은 유체의 유량을 조절해야 하므로 적당하지 못하다.The reason for forming the shape of the rotating composite 300 into a structure that separates the first and second rotating bodies 310 and 320 is that i) increase the heat transfer efficiency by increasing the contact area between the fluid and the rotating composite 300 And ii) to reduce the eddy current generated in the rotating composite 300. As the rotating composite 300 rotates within a magnetic flux, an eddy current is generated in the rotating composite 300, and heat is generated in the rotating composite 300 by the eddy current and the resistance of the rotating composite 300 to heat the fluid. . When such an eddy current occurs, a torque (force) against the motion of the rotating body 300, that is, a braking force, is generated. Such a braking force increases according to the number of rotations of the rotating body 300, but reducing the braking force by reducing the number of rotations of the rotating body 300 is not suitable because the flow rate of the fluid must be adjusted.

제동력을 줄이기 위한 방법 중 하나는 자속이 변화되는 회전체(300)의 부피를 줄여 와전류의 크기를 줄이는 것이다. 제1 회전체(310)에서 제2 회전체(320)를 이격시키는 것은, 회전 복합체(300)를 단일 원기둥 형태로 제작하는 것보다 제1 회전체(310)와 제2 회전체(320)의 이격된 공간만큼 회전 복합체(300)의 부피를 줄어들게 한다. 따라서 본 발명의 일실시예의 회전 복합체(300)와 같이 제작된다면, 자속이 변화되는 회전 복합체(300)의 도체 부피가 작아지게 되므로, 본 발명에서는 회전 복합체(300)의 제동력을 줄이기 위해 와전류를 줄이는 방법인, 제1 회전체(310)와 제2 회전체(320)로 구분되는 형태로 제작된다. 이때 와전류가 발생되는 회전 복합체(300)의 제1 회전체(310)와 제2 회전체(320)는 도체로 제작된다.One of the methods for reducing the braking force is to reduce the size of the eddy current by reducing the volume of the rotating body 300 in which the magnetic flux is changed. Separating the second rotating body 320 from the first rotating body 310 is the difference between the first rotating body 310 and the second rotating body 320 than manufacturing the rotating composite 300 in a single cylinder shape. The volume of the rotating composite 300 is reduced by the spaced apart space. Therefore, if it is manufactured with the rotating composite 300 of one embodiment of the present invention, since the conductor volume of the rotating composite 300 whose magnetic flux changes is reduced, in the present invention, the eddy current is reduced to reduce the braking force of the rotating composite 300. As a method, it is manufactured in a form divided into a first rotating body 310 and a second rotating body 320. At this time, the first rotating body 310 and the second rotating body 320 of the rotating composite 300 in which the eddy current is generated are made of conductors.

본 발명의 다른 실시예에 따른 와전류 히터(10)의 제1 회전체(310)는 분리된 원통형 형상으로 제작될 수 있다. 제1 회전체(310)는 내부 회전체(311), 외부 회전체(312), 격리층(313)으로 구분될 수 있다. 내부 회전체(311)는 중심부에 형성되는 원기둥 형상, 외부 회전체(312)는 속이 빈 원기둥 형상으로 외측에 형성된다. 내부 회전체(311)와 외부 회전체(312) 사이에는 격리층이 형성된다. 격리층은 와전류가 발생되지 않는 재질로 제작되고, 그와 같은 재질 중에서 공기로 이루어 질 수 있다. 제2 회전체(320), 내부 회전체(311)와 외부 회전체(312)는 도체로 이루어진다. 이와 같은 구조를 통해 자속 내에서 회전하는 회전 복합체(300)의 도체 부피를 줄일 수 있어, 제1 회전체(310)에서 발생하는 와전류의 크기를 줄일 수 있다. 따라서 유량이 커서 회전 복합체(300)의 회전수가 클 수 밖에 없는 것과 같은 상황 등에서 본 발명의 다른 실시예의 제1 회전체(310)의 구조가 사용됨으로써 제1 회전체(310)에서 발생되는 와전류의 크기를 줄여 제동력을 줄일 수 있다.The first rotating body 310 of the eddy current heater 10 according to another embodiment of the present invention may be manufactured in a separate cylindrical shape. The first rotating body 310 may be divided into an internal rotating body 311, an external rotating body 312, and an isolation layer 313. The inner rotating body 311 is formed in a cylindrical shape formed in the center, and the external rotating body 312 is formed outside in a hollow cylindrical shape. An isolation layer is formed between the inner rotor 311 and the outer rotor 312. The isolation layer is made of a material that does not generate eddy current, and may be made of air among such materials. The second rotating body 320, the inner rotating body 311 and the external rotating body 312 are made of conductors. Through this structure, the volume of the conductor of the rotating composite 300 rotating within the magnetic flux can be reduced, and thus the magnitude of the eddy current generated in the first rotating body 310 can be reduced. Accordingly, the structure of the first rotating body 310 of another embodiment of the present invention is used in a situation in which the rotational speed of the rotating composite 300 is large due to a large flow rate, so that the eddy current generated in the first rotating body 310 is You can reduce the braking force by reducing the size.

본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치(10)에서, 상기 자석(210)의 일부 또는 전부는 전자석으로 구성되고, 상기 전자석의 자속을 조절함으로써 상기 와전류의 크기를 조절한다.In the eddy current heater device 10 according to an embodiment of the present invention, some or all of the magnet 210 is composed of an electromagnet, and the magnitude of the eddy current is controlled by adjusting the magnetic flux of the electromagnet.

회전 복합체(300)에 작동되는 제동력을 줄이는 다른 방법은 자석(210)으로 인한 자속의 세기를 조절하는 것이다. 제동력은 회전수에 따라 계속 커지는 것이 아니고, 한계 회전수를 지나면 제동력이 낮아지게 된다. 회전 복합체(300)의 낮은 회전수에서 한계 회전수로 다다를 때 자속을 낮추어 와전류를 작게 형성되게 함으로써 제동력을 작게 하고, 한계 회전수를 넘는 높은 회전수로 진입하게 되면 다시 원래의 자속으로 조절하여 와전류를 원래대로 발생시켜 회전 복합체(300)에서 열을 생산하게 하면 된다. Another way to reduce the braking force applied to the rotating composite 300 is to adjust the intensity of the magnetic flux due to the magnet 210. The braking force does not increase continuously according to the number of revolutions, and the braking force decreases when the limit number of revolutions is exceeded. The braking force is reduced by lowering the magnetic flux when reaching the limit rotation speed from the low rotation speed of the rotation complex 300 to form a small eddy current, and when the rotation exceeds the limit rotation speed, the eddy current is adjusted to the original magnetic flux again. It is only necessary to generate heat in the rotating composite 300 by generating the original.

이와 같은 프로세스를 실현하기 위해서는 자석의 자속 크기를 조절할 수 있어야 하고, 그에 따라 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치(10)의 자석(210)을 전자석으로 구성할 수 있다. 본 발명의 와전류 히터 장치(10)의 자석(210)은 배관(20)의 내측면에 배치되어 회전하지 않고 고정되어 있기 때문에, 전자석으로 구성되어 자속의 크기를 조절하는데 매우 유리하다.In order to realize such a process, it is necessary to adjust the size of the magnetic flux of the magnet, and accordingly, the magnet 210 of the eddy current heater device 10 according to an embodiment of the present invention can be configured as an electromagnet. Since the magnet 210 of the eddy current heater device 10 of the present invention is disposed on the inner surface of the pipe 20 and is fixed without rotating, it is very advantageous in controlling the size of the magnetic flux by being composed of an electromagnet.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치(10)의 자석(210)은 영구자석만으로 구성되어도 회전체(300)의 분리된 원기둥 구조에 의해 제동력이 작게 관리될 수 있으나, 자석(210)을 영구자석과 전자석을 동시에 배치하여 자속의 크기를 조절할 수 있고, 또한 자석(210)을 전자석만으로 구성시켜 자속의 크기를 조절함으로써 회전체(300)에 가해지는 제동력을 관리할 수 있다.Therefore, although the magnet 210 of the eddy current heater device 10 according to an embodiment of the present invention is composed of only a permanent magnet, the braking force can be managed to be small by the separated cylindrical structure of the rotating body 300, but the magnet 210 ) Can be arranged at the same time a permanent magnet and an electromagnet to adjust the size of the magnetic flux, and also, the braking force applied to the rotating body 300 can be managed by adjusting the size of the magnetic flux by configuring the magnet 210 only with an electromagnet.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치(10)에서, 상기 자석(210)은 원주방향으로 교대로 배치되는 복수의 N극 영구자석과 복수의 S극 영구자석을 포함한다.In addition, in the eddy current heater device 10 according to an embodiment of the present invention, the magnet 210 includes a plurality of N-pole permanent magnets and a plurality of S-pole permanent magnets alternately arranged in the circumferential direction.

위에서 언급하였듯이 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치(10)의 자석(210)은 영구자석만으로도 이루어질 수 있다. 이때, 자석(210)은 원주방향으로 N극 영구자석과 S극 영구자석이 교대로 배치됨으로써 와전류 발생량을 증대시킬 수 있다.As mentioned above, the magnet 210 of the eddy current heater device 10 according to an embodiment of the present invention may be formed with only a permanent magnet. At this time, the magnet 210 may increase the amount of eddy current generated by alternately arranging N-pole permanent magnets and S-pole permanent magnets in the circumferential direction.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 히터 장치(10)에서, 상기 제2 회전체(320)는, 상기 제2 회전체(320)에서 상기 제1 회전체(310)를 향하도록 돌출되어 상기 유체 통로(P)를 통해 흐르는 유체와 상기 제2 회전체(320) 간의 접촉면적을 증가시키는 복수의 돌기(330)를 더 포함한다.In addition, in the eddy current heater device 10 according to an embodiment of the present invention, the second rotating body 320 protrudes from the second rotating body 320 toward the first rotating body 310 It further includes a plurality of protrusions 330 for increasing a contact area between the fluid flowing through the fluid passage P and the second rotating body 320.

회전 복합체(300)에서 발생된 열을 유체에 효율적으로 전달하기 위해서는 회전 복합체(300)와 유체 사이의 접촉 면적이 커야한다. 도 1을 보면, 유체는 유체 통로(P)를 통해 와전류 히터 장치(10)를 통과하게 된다. 이때 유체 통로(P)에서 열교환 효율을 증가시키기 위해 회전 복합체(300) 표면의 접촉 면적을 증가시키는 돌기(330)가 구성된다. 도 3를 보면, 접촉면적을 증가시키기 위해 돌기(330)가 제2 회전체(320)에서 제1 회전체(310)를 향하도록 돌출되어 형성된다. In order to efficiently transfer heat generated from the rotating composite 300 to the fluid, a contact area between the rotating composite 300 and the fluid must be large. Referring to FIG. 1, the fluid passes through the eddy current heater device 10 through the fluid passage P. At this time, in order to increase the heat exchange efficiency in the fluid passage P, a protrusion 330 for increasing the contact area of the surface of the rotating composite 300 is formed. Referring to FIG. 3, in order to increase the contact area, a protrusion 330 is formed to protrude from the second rotation body 320 toward the first rotation body 310.

또한, 돌기(330)는 유체 속에서 회전되기 때문에 마찰로 인한 추가적인 열을 발생시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 돌기(330)의 구성으로 인해 제2 회전체(320)의 와전류에 대한 저항이 증가되고, 그에 따라 와전류에 의해 발생되는 열이 증가되게 된다. 돌기(330)에서 발생된 열이 돌기(330)를 통해 신속하게 유체로 전달되기 위해서, 그리고 돌기(330)에 의해 제2 회전체(320)의 와전류에 대한 저항을 증가시키기 위해서 돌기(330) 또한 도체로 이루질 수 있으며, 열전달 효과가 큰 알루미늄으로 제작될 수 있다. 돌기의 형상은 도 3에서 핀 모양으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 열교환을 증가시키는 형상으로 제작될 수 있다. 또한, 돌기(330)의 형성되는 위치는 유체가 지나가는 통로에 위치되면 되므로 제2 회전체(320)에서 배관(20)을 향해 연장되도록 형성될 수 있다. In addition, since the protrusion 330 rotates in a fluid, it may play a role of generating additional heat due to friction. In addition, due to the configuration of the protrusion 330, the resistance to the eddy current of the second rotating body 320 is increased, and accordingly, heat generated by the eddy current is increased. In order to rapidly transfer heat generated from the protrusion 330 to the fluid through the protrusion 330, and to increase the resistance to the eddy current of the second rotating body 320 by the protrusion 330, the protrusion 330 In addition, it can be made of a conductor, and can be made of aluminum having a great heat transfer effect. The shape of the protrusion is illustrated in a pin shape in FIG. 3, but is not limited thereto and may be manufactured in a shape that increases heat exchange. In addition, since the position where the protrusion 330 is formed may be positioned in a passage through which the fluid passes, it may be formed to extend from the second rotating body 320 toward the pipe 20.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.Although the present invention has been described in detail through specific examples, this is for explaining the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and those of ordinary skill in the art within the spirit of the present invention It is clear that the transformation or improvement is possible.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.All simple modifications to changes of the present invention belong to the scope of the present invention, and the specific scope of protection of the present invention will be made clear by the appended claims.

P : 유체 통로 10 : 와전류 히터 장치
20 : 배관 100 : 터빈
110 : 회전축 200 : 자석 복합체
210 : 자석 220 : 채움 부재
300 : 회전 복합체 310 : 제1 회전체
311 : 내부 회전체 312 : 외부 회전체
313 : 격리층 320 : 제2 회전체
330 : 돌기P: fluid passage 10: eddy current heater device
20: pipe 100: turbine
110: rotating shaft 200: magnetic composite
210: magnet 220: filling member
300: rotating composite 310: first rotating body
311: inner rotating body 312: outer rotating body
313: isolation layer 320: second rotating body
330: protrusion

Claims (6)

배관 내 유체의 압력 차이에 의해 회전하는 터빈;
상기 배관의 내측면을 따라 일정 간격으로 배치되는 자석 및 상기 자석 사이의 빈 공간을 채우는 채움 부재를 포함하고, 배관 형상으로 형성되는 자석 복합체; 및
상기 터빈의 회전축에 연결되어 상기 터빈의 회전에 의해 상기 자석 복합체의 중심 공간에서 회전되고 원기둥 형상을 갖는 제1 회전체, 각각이 일정 두께를 갖는 곡면 판으로 이루어지고 상기 제1 회전체에서 방사방향으로 일정간격 이격되게 배치되되 상기 제1 회전체와 연결되어 상기 제1 회전체와 함께 회전하는 복수의 제2 회전체 및 상기 제1 회전체과 상기 제2 회전체를 연결하고 상기 제1 회전체의 중심축 길이방향으로 연장되며 상기 복수의 제2 회전체 중 각각의 제2 회전체에 결합되는 복수의 1자형 연결부를 포함하는 회전 복합체;를 포함하고,
상기 제1 회전체와 상기 제2 회전체의 이격된 공간에 유체가 흐르는 유체 통로가 형성되며,
상기 회전 복합체의 회전으로 인하여 상기 자석에 의한 와전류가 상기 회전 복합체에 발생하고, 상기 와전류와 상기 제1 회전체 및 상기 제2 회전체 간의 저항에 의해 열이 발생하여, 상기 열에 의해 상기 배관 내의 유체가 가열되는, 와전류 히터 장치.A turbine rotating due to a pressure difference of fluid in the pipe;
Magnets disposed at regular intervals along the inner surface of the pipe, and a magnetic compound including a filling member filling an empty space between the magnets, and formed in a pipe shape; And
A first rotating body connected to the rotating shaft of the turbine and rotated in the center space of the magnet composite by rotation of the turbine and having a cylindrical shape, each of which is formed of a curved plate having a predetermined thickness, and in a radial direction from the first rotating body A plurality of second rotating bodies that are disposed at regular intervals and connected to the first rotating body to rotate together with the first rotating body, and the first rotating body and the second rotating body. Including; a rotation complex extending in the longitudinal direction of the central axis and including a plurality of one-shaped connecting portions coupled to each of the second rotation body of the plurality of second rotation bodies,
A fluid passage through which a fluid flows is formed in a space spaced apart from the first rotating body and the second rotating body,
Due to the rotation of the rotating composite, an eddy current by the magnet is generated in the rotating composite, and heat is generated by the resistance between the eddy current and the first and second rotating bodies, and the fluid in the pipe is caused by the heat. Is heated, eddy current heater device. 청구항 1에 있어서,
상기 자석의 일부 또는 전부는 전자석으로 구성되고,
상기 전자석의 자속을 조절함으로써 상기 와전류의 크기를 조절하는, 와전류 히터 장치.The method according to claim 1,
Some or all of the magnets are composed of electromagnets,
The eddy current heater device for adjusting the magnitude of the eddy current by adjusting the magnetic flux of the electromagnet. 청구항 1에 있어서,
상기 제2 회전체는,
상기 제2 회전체에서 상기 제1 회전체를 향하도록 돌출되어 상기 유체 통로를 통해 흐르는 유체와 상기 제2 회전체 간의 접촉면적을 증가시키는 복수의 돌기를 더 포함하는, 와전류 히터 장치.The method according to claim 1,
The second rotating body,
The eddy current heater device further comprising a plurality of protrusions protruding from the second rotation body toward the first rotation body to increase a contact area between the fluid flowing through the fluid passage and the second rotation body. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 자석은 원주방향으로 교대로 배치되는 복수의 N극 영구자석과 복수의 S극 영구자석을 포함하는, 와전류 히터 장치.The method according to claim 1,
The magnet includes a plurality of N-pole permanent magnets and a plurality of S-pole permanent magnets alternately arranged in the circumferential direction, eddy current heater device. 청구항 1에 있어서,
상기 터빈은 상기 회전 복합체를 기준으로 상기 배관의 고압 측에 배치되어 고압의 유체에 의해 회전하는, 와전류 히터 장치.The method according to claim 1,
The turbine is disposed on the high pressure side of the pipe based on the rotational complex and rotates by a high pressure fluid.
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