KR100830816B1 - 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치 - Google Patents

태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양에너지를 이용하여 가열시킨열매체와 물 사이의 열교환을 통해 발생한 스팀을 타이어 가류장치로 공급하여 가류용 스팀 발생장치의 보조적인 역할을 수행할 수 있도록 한 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치에 관한 것으로,
태양에너지를 이용하여 열매체를 가열하는 집열부(10)와; 상기 집열부(10)에서 가열된 열매체와 물 사이의 열교환을 통해 스팀을 발생하는 열교환부(20)와; 상기 열교환부(20)에서 발생된 스팀을 저장하고 상기 열교환부(20)로 물을 공급하는 축열부(30)와; 메인 스팀 발생부(50)와 가류장치(60)를 연결하는 가류용 스팀 관로에 설치되어 상기 축열부(30)에서 나온 스팀과 상기 메인 스팀 발생부(50)에서 공급되는 스팀을 합류시켜 상기 가류장치(60)로 공급하는 스팀 집류기(40)와; 상기한 각 장치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 화석연료에만 의존하여 타이어 가류용 스팀을 생산할 때에 비해 경제적 이득을 얻음은 물론 환경적인 문제를 줄일 수 있다.
타이어가류, 스팀, 태양에너지, 집열기, 진공관, 열교환기, 축열기

Description

태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치{Steam Generator for Tire Curing Using Solar Energy}
도 1은, 본 발명에 의한 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치가 도시된 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 집열부 11: 집열기
12 : 열매체 펌프 13: 유량계
14,14': 교축밸브 15,16: 온도센서
20: 열교환부 21: 축열조
22: 열매체 코일 23: 열교환기 온도센서
30: 축열부 31: 축열조
32: 워터 펌프 33,33': 교축밸브
34: 유량계 35: 물 공급부재
36,37: 온도센서 38: 단방향 제한기
39: 물 집류기 40: 스팀 공급부(스팀 집류기)
50: 메인 스팀 발생부 60: 가류장치
본 발명은 타이어 가류에 사용되는 스팀을 태양에너지를 이용하여 발생시키는 장치에 관한 것으로서, 특히 열매체와 물 사이의 열교환을 통해 발생한 스팀을 타이어 가류장치로 공급하여 가류용 스팀 발생장치의 보조적인 역할을 수행할 수 있도록 한 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치에 관한 것이다.
타이어의 제조과정에는 반제품들을 성형하여 그린 케이스를 만든 후 고무의 물성을 갖도록 하기 위하여 가류하는 공정이 포함되는데, 이 가류의 제원에 따라 타이어 완제품의 성능이 좌우된다. 타이어 가류에 이용되는 제원은 온도와 압력 및 시간 등이고, 그린 케이스에 온도를 가하기 위해서는 대부분 스팀을 사용하고 있다. 다시 말해서 타이어의 가류를 위해서는 일정 온도 이상의 스팀을 생산해야 하는 것이다.
일반적인 스팀 발생원으로는 석유나 가스와 같은 화석 연료를 사용하고 있으며, 최근에는 전기를 이용하는 방법도 사용되고 있다. 그러나 이러한 화석 연료를 이용하여 스팀을 발생시키는 경우, 막대한 비용이 소모되고 화석연료의 연소에 따라 이산화탄소의 발생량이 증가하여 환경에 악영향을 주는 문제점이 있다.
한편, 전세계적으로 환경 보호를 위하여 이산화탄소 감축안이 비준되고 있는 상황이나, 제조업에서 이러한 이산화탄소 감축안을 시행하기는 매우 어려운 실정이다. 이에 따라 이산화탄소를 발생시키지 않는 무공해 청정 에너지원으로 태양에너지를 활용하는 방안이 강구되고 있으나, 타이어 가류에 사용되는 스팀의 온도는 약 180℃에서 190℃로서 태양에너지를 직접적인 산업공정용 열원으로 사용하기에는 커다란 기술적 문제와 막대한 시설 투자비용이 요구되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기존의 스팀 생산 라인에 연결되어 스팀을 추가 공급하도록 함으로써 화석 연료의 소비량을 줄이고, 태양에너지를 이용하여 열매체를 가열한 후 이 열매체에 의해 스팀이 생상되도록 함으로써 태양에너지를 타이어 가류용 스팀을 생산하기 위한 직접적인 열원으로 사용하지 않고 간접적인 열원으로 활용할 수 있도록 한 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또, 본 발명은 태양에너지를 산업공정용 보조열원으로 사용할 때 장기적인 에너지 관리를 위하여 집열효율과 축열조 효율, 유효 스팀 사용 성능 및 장기 성능을 각각 예측할 수 있도록 한 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치에 따르면, 태양에너지를 이용하여 열매체를 가열하는 집열부와; 상기 집열부에서 가열된 열매체와 물 사이의 열교환을 통해 스팀을 발생하는 열교환부와; 상기 열교환부에서 발생된 스팀을 저장하고 상기 열교환부로 물을 공급하는 축열부와; 상기 축열부의 스팀을 가류장치로 공급하는 스팀 공급부와; 상기한 각 장치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치에 따르면, 상기 집열부는, 태양에너지를 열원으로 하여 열매체를 가열하는 집열기와, 상기 집열기로 열매체를 공급하여 상기 열교환부의 열교환기와 집열기 사이로 순환시키는 열매체 펌프와, 상기 열교환기의 열매체 입구쪽의 관로 및 열매체 출구쪽의 관로에 각각 설치되어 열매체의 유량을 일정하게 유지시키는 교축밸브와, 상기 집열기의 열매체 입구쪽 관로 및 열매체 출구쪽 관로에 각각 설치되어 열매체의 온도를 감지하는 입구 온도센서 및 출구 온도센서와, 상기 열매체 펌프와 집열기 사이에 설치되어 집열기로 공급되는 열매체의 유량을 감지하는 유량계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치에 따르면, 상기 열교환부는, 열매체가 순환되는 관로가 지그재그 형태로 형성된 열매체 코일이 내장되고 상기 집열부의 집열기로부터 공급된 물과 열매체 사이의 열교환을 통해 스팀을 발생시키는 열교환기와, 상기 열교환기의 상측에 설치되어 열교환기 내부의 온도를 감지하는 열교환기 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치에 따르면, 상기 축열부는, 물 공급부재와 상기 열교환기를 연결하는 워터 파이프에 설치되어 상기 열교환기의 하부로 물을 공급하는 워터 펌프와, 상기 물 공급부재와 워터 펌프 사이에 설치되어 물의 유량을 측정하는 유량계와, 상기 열교환기에서 발생된 스팀을 저장하는 축열조와, 상기 축열조의 온도를 감지하는 축열조 온도센서와, 상기 열교환기와 축열조를 연결하는 스팀 파이프에 설치되어 스팀의 온도를 감지하는 스 팀 온도센서와, 상기 워터 파이프와 상기 스팀 파이프에 각각 설치되어 물 및 스팀의 유량을 일정하게 유지시키는 교축밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치에 따르면, 상기 축열부는, 상기 스팀 파이프 상에 설치되어 상기 열교환기와 축열조 상의 스팀 유동을 제어하여 상기 축열조 내부의 압력이 과다하게 상승되지 않도록 하는 단방향 제한기와 상기 워터 파이프의 체크밸브 전방에 설치되어 상기 축열조의 하부에서 나온 물과 상기 물 공급부재로부터 공급되는 물을 합류시켜 공급하는 물 집류기를 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치가 도시된 구성도이다.
본 발명의 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치는, 태양에너지를 이용하여 열매체를 가열하는 집열부(10)와; 상기 집열부(10)에서 가열된 열매체와 물 사이의 열교환을 통해 스팀을 발생하는 열교환부(20)와; 상기 열교환부(20)에서 발생된 스팀을 저장하고 상기 열교환부(20)로 물을 공급하는 축열부(30)와; 메인 스팀 발생부(50)와 가류장치(60)를 연결하는 가류용 스팀 관로에 설치되어 상기 축열부(30)에서 나온 스팀과 상기 메인 스팀 발생부(50)에서 공급되는 스팀을 합류시켜 상기 가류장치(60)로 공급하는 스팀 집류기(40)와; 상기한 각 장치를 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 집열부(10)는, 태양에너지를 열원으로 하여 열매체를 가열하는 진공관형 집열기(11)와, 상기 집열기(11)로 열매체를 공급하여 상기 열교환부(20)의 열교환기(21)와 집열기(11) 사이로 순환시키는 열매체 펌프(12)와, 상기 열교환기(21)의 열매체 입구쪽의 관로 및 열매체 출구쪽의 관로에 각각 설치되어 열매체의 유량을 일정하게 유지시키는 교축밸브(14)(14')와, 상기 집열기(11)의 열매체 입구쪽 관로 및 열매체 출구쪽 관로에 각각 설치되어 열매체의 온도를 감지하는 입구 온도센서(15) 및 출구 온도센서(16)와, 상기 열매체 펌프(12)와 집열기(11) 사이에 설치되어 집열기(11)로 공급되는 열매체의 유량을 감지하는 유량계(13)를 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 열교환부(20)는, 열매체가 순환되는 관로가 지그재그 형태로 형성된 열매체 코일(22)이 내장되고 상기 집열부(10)의 집열기(11)로부터 공급된 물과 열매체 사이의 열교환을 통해 스팀을 발생시키는 열교환기(21)와, 상기 열교환기(21)의 상측에 설치되어 열교환기(21) 내부의 온도를 감지하는 열교환기 온도센서(22)로 이루어진다.
또, 상기 축열부(30)는, 물 공급부재(35)와 상기 열교환기(21)를 연결하는 워터 파이프에 설치되어 상기 열교환기(21)의 하부로 물을 공급하는 워터 펌프(32)와, 상기 물 공급부재(35)와 워터 펌프(32) 사이에 설치되어 물의 유량을 측정하는 유량계(34)와, 상기 열교환기(21)에서 발생된 스팀을 저장하는 축열조(31)와, 상기 축열조(31)의 온도를 감지하는 축열조 온도센서(36)와, 상기 열교환기(21)와 축열조(31)를 연결하는 스팀 파이프에 설치되어 스팀의 온도를 감지하는 스팀 온도센 서(37)와, 상기 워터 파이프와 상기 스팀 파이프에 각각 설치되어 물 및 스팀의 유량을 일정하게 유지시키는 교축밸브(33)(33')와, 상기 스팀 파이프 상에 설치되어 상기 열교환기(21)와 축열조(31) 사이의 스팀 유동을 제어하여 상기 축열조(31) 내부의 압력이 과다하게 상승되지 않도록 하는 단방향 제한기(38)와, 상기 워터 파이프의 교축밸브(33) 전방에 설치되어 상기 축열조(31)의 하부에서 나온 물과 상기 물 공급부재(35)로부터 공급되는 물을 합류시켜 공급하는 물 집류기(39)로 이루어진다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치는 태양에너지를 이용하여 스팀을 발생시켜 타이어 가류장치에 공급함으로써 태양에너지를 산업공정용 보조 열원으로 사용할 수 있도록 한다.
열매체 펌프(12)의 작동에 따라 열매체가 집열기(11)와 열교환기(21) 사이를 순환하게 되고, 상기 집열기(11)가 태양에너지를 열원으로 하여 열매체를 가열하게 되므로 상기 열교환기(21)로 유입되는 열매체의 온도가 매우 높아지게 된다. 상기 열교환기(21)로 유입된 열매체는 열매체 코일(22)의 내부를 흐르면서 열교환기(21) 내부의 물과 열교환을 하여 스팀을 발생시키게 되며, 열교환을 마친 열매체는 상기 열매체 펌프(12)에 의해 다시 집열기(10)로 공급된다.
이때, 열매체가 흐르는 관로에 교축밸브(14)(14')가 구비되어 있으므로 열매체의 유량을 안정적으로 유지할 수 있게 되다. 한편, 유량계(13)와 입구 온도센서(15) 및 출구 온도센서(16)를 이용하여 관로를 흐르는 열매체의 온도 및 유량을 감지하여 집열기(11)의 집열 효율을 모니터링한다. 따라서, 상기 집열기(11)는 집 열효율의 향상을 위하여 충분한 일사량을 확보할 수 있도록 태양광의 입사각에 대하여 수직 방향이 되도록 경사지게 설치하는 것이 바람직하다.
한편, 축열부(30)의 워터 펌프(32)가 작동됨에 따라 물 공급부재(35)의 물이 상기 열교환기(21)의 내부로 공급되고, 상기 열교환기(21)의 내부에서 열매체와의 열교환을 통해 가열되어 스팀이 된 후, 상기 열교환기(21) 상단에 연결된 스팀 파이프를 통해 축열조(31)에 저장된다. 그리고, 상기 축열조(31) 내부에서 스팀이 냉각되어 발생한 물은 축열조(31) 하부를 통해 배출된 후, 물 집류기(39)에 의해 물 공급부재(35)로부터 공급되는 물과 합류되어 워터 파이프 내를 흐르게 된다.
이때, 상기 워터 파이프 및 스팀 파이프에도 각각 교축밸브(33)(33')가 설치되어 물이나 스팀의 유량을 안정적으로 유지한다. 그리고, 상기 스팀 파이프에는 단방향 제한기(38)가 설치되어 상기 열교환기(21)로부터 상기 축열조(31)로 공급되는 스팀의 유동을 제어하게 된다. 즉, 상기 열교환기(21)의 내부 압력이 축열조(31)의 내부 압력이 높을 경우에는 스팀이 안정적으로 유동하도록 제어흐름을 발생하고, 상기 축열조(31)의 내부 압력이 열교환기(21)의 내부 압력보다 높을 경우에는 스팀이 열교환기(21)로 배출될 수 있도록 자유흐름을 발생하는 것이다. 따라서, 상기 축열조(31)의 내부 압력이 과다하게 상승하여 폭발 등의 위험이 발생하지 않게 된다.
또한, 상기 열교환기(21)에 설치된 열교환기 온도센서(23)와 상기 스팀 파이프에 설치된 스팀 온도센서(36) 및 상기 축열조(31)에 설치된 축열조 온도센서(37)를 이용하여 각 부분의 온도를 감지한다. 그리고, 유량계(34)를 통해 급수 파이프 를 통과하는 물의 양을 측정하게 된다. 따라서, 축열조(31)의 효율을 측정할 수 있게 되며, 축열조(31)의 온도에 따라 스팀 생산을 위한 물의 공급 여부를 결정한다.
상기 축열조(31) 내부의 스팀은 스팀 집류기(40)를 통해 메인 스팀 발생부(50)에서 공급되는 스팀과 합류되어 가류장치(60)로 공급된다. 물론, 상기 축열조(31) 내부의 온도가 너무 낮을 경우에는 메인 스팀 발생부(50)에서 공급되는 스팀만이 상기 가류장치(60)로 공급된다.
결과적으로 본 발명의 스팀 발생장치에서의 유효 스팀 사용 성능은 집열 효율과 축열조의 효울 및 외기 온도 등에 의해 결정되므로, 이를 데이터화하여 자동으로 제어할 수 있다. 또한, 계절과 날씨의 변화에 따른 본 발명의 스팀 발생장치의 장기 성능 예측은 유효 스팀 사용 성능과 일사량의 장기 데이터 등을 활용하여 산출하게 된다. 따라서, 전체적인 가류용 스팀 시스템의 에너지 사용량에 따른 본 발명의 스팀 발생장치의 시스템 효율을 구할 수 있게 되며, 날씨와 온도에 따라 전체 가류용 스팀 시스템의 에너지 사용량을 관리할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치에 따르면, 태양에너지를 간접적인 산업공정용 열원으로 활용하여 스 팀을 생산하게 되므로 화석연료에만 의존하여 타이어 가류용 스팀을 생산할 때에 비해 경제적 이득을 얻음은 물론 환경적인 문제를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또, 본 발명의 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치에 따르면, 진공관형 집열기를 이용하여 열매체를 고온으로 가열하게 되므로 고온의 스팀을 생산할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치에 따르면, 시스템의 모든 효율과 외부 환경적인 요소에 따라 예상되는 스팀의 온도를 산출할 수 있게 되므로 장기적인 에너지 관리가 가능하게 되는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 태양에너지를 이용하여 열매체를 가열하는 집열부(10)와; 상기 집열부(10)에서 가열된 열매체와 물 사이의 열교환을 통해 스팀을 발생하는 열교환부(20)와; 상기 열교환부(20)에서 발생된 스팀을 저장하고 상기 열교환부(20)로 물을 공급하는 축열부(30)와; 상기 축열부(30)의 스팀을 가류장치(60)로 공급하는 스팀 공급부(40)와; 상기한 각 장치를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 집열부(10)는, 태양에너지를 열원으로 하여 열매체를 가열하는 집열기(11)와, 상기 집열기(11)로 열매체를 공급하여 상기 열교환부(20)의 열교환기(21)와 집열기(11) 사이로 순환시키는 열매체 펌프(12)와, 상기 열교환기(21)의 열매체 입구쪽의 관로 및 열매체 출구쪽의 관로에 각각 설치되어 열매체의 유량을 일정하게 유지시키는 교축밸브(14)(14')와, 상기 집열기(11)의 열매체 입구쪽 관로 및 열매체 출구쪽 관로에 각각 설치되어 열매체의 온도를 감지하는 입구 온도센서(15) 및 출구 온도센서(16)와, 상기 열매체 펌프(12)와 집열기(11) 사이에 설치되어 집열기(11)로 공급되는 열매체의 유량을 감지하는 유량계(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 집열기(11)는 진공관형 집열기인 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열교환부(20)는, 열매체가 순환되는 관로가 지그재그 형태로 형성된 열매체 코일(22)이 내장되고 상기 집열부(10)의 집열기(11)로부터 공급된 물과 열매체 사이의 열교환을 통해 스팀을 발생시키는 열교환기(21)와, 상기 열교환기(21)의 상측에 설치되어 열교환기(21) 내부의 온도를 감지하는 열교환기 온도센서(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 축열부(30)는, 물 공급부재(35)와 상기 열교환기(21)를 연결하는 워터 파이프에 설치되어 상기 열교환기(21)의 하부로 물을 공급하는 워터 펌프(32)와, 상기 물 공급부재(35)와 워터 펌프(32) 사이에 설치되어 물의 유량을 측정하는 유량계(34)와, 상기 열교환기(21)에서 발생된 스팀을 저장하는 축열조(31)와, 상기 축열조(31)의 온도를 감지하는 축열조 온도센서(36)와, 상기 열교환기(21)와 축열조(31)를 연결하는 스팀 파이프에 설치되어 스팀의 온도를 감지하는 스팀 온도센 서(37)와, 상기 워터 파이프와 상기 스팀 파이프에 각각 설치되어 물 및 스팀의 유량을 일정하게 유지시키는 교축밸브(33)(33')를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 축열부(30)는, 상기 스팀 파이프 상에 설치되어 상기 열교환기(21)와 축열조(31) 사이의 스팀 유동을 제어하여 상기 축열조(31) 내부의 압력이 과다하게 상승되지 않도록 하는 단방향 제한기(38)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 워터 파이프의 교축밸브(33) 전방에 설치되어 상기 축열조(31)의 하부에서 나온 물과 상기 물 공급부재(35)로부터 공급되는 물을 합류시켜 공급하는 물 집류기(39)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스팀 공급부(40)는, 메인 스팀 발생부(50)와 가류장치(60)를 연결하는 가류용 스팀 관로에 설치되어 상기 축열부(30)에서 나온 스팀과 상기 메인 스팀 발생부(50)에서 공급되는 스팀을 합류시켜 상기 가류장치(60)로 공급하는 스팀 집류 기인 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 타이어 가류용 스팀 발생장치.
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