KR100909868B1 - 다목적 열에너지공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다목적 열에너지공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 용도에 맞는 과열을 효과적으로 발생시킬 수 있는 다목적 열에너지공급장치에 관한 것이다.

본 발명에 의한 다목적 열에너지공급장치는 외부 가열원에 의해 형성된 직접 열에너지가 유입되는 입구 및 직접 열에너지가 유출되는 출구를 가진 내통; 및 상기 내통 내에 나선형으로 형성되어 배치되고, 양단부가 상기 내통을 관통하여 외부로 인출되며, 일단에는 증기를 도입하는 증기 도입구를 가지고, 타단에는 과열증기를 외부로 공급하는 과열증기 공급구를 가진 나선형 배관;을 포함한다.

과열증기, 직접 열에너지, 내통, 증기 도입구, 나선형 배관

Description

다목적 열에너지공급장치{APPARATUS FOR GENERATING AND SUPPLYING MULTIPURPOSE HEAT ENERGY}

본 발명은 열에너지공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 용도에 맞는 다양한 열에너지를 효과적으로 발생시킬 수 있는 다목적 열에너지공급장치에 관한 것이다.

열발생장치는 다양한 산업분야에 이용되는 증기, 열풍, 고온수 등과 같은 열을 발생시켜 공급하는 장치이다. 이러한 열발생장치에는 증기, 열풍, 고온수 등과 같이 그 열원의 형태에 따라 구조가 매우 다양하게 구성된다.

한편, 이러한 열발생장치 중에서 과열증기를 발생시키는 과열증기 발생장치(superheated steam generator)가 널리 이용되고 있다. 일정한 압력 하에서 액체를 가열하면 온도가 올라가고, 일정온도에 도달하면 증발하기 시작하며, 이 경우 다시 가열하더라도 증발할때까지는 온도가 변하지 않고 액체 및 증기가 공존한다. 이를 습포화증기라 하고, 이 상태에서 전부 증기가 되어 버린 것을 건포화증기라 한다. 건포화증기를 다시 가열하면 증기의 온도가 상승하는 데 이를 과열증기(superheated steam)라 한다.

이러한 과열증기는 다양한 산업분야에 활용되고 있으며, 예를 들어 발전소의 터빈, 보일러, 엔진 등에 이용될 경우 그 효율이 향상될 수 있다. 그 외에도 폐기물의 건조, 축산분뇨의 건조, 섬유 또는 제지물의 건조, 배양사료의 건조 등과 같은 건조장치, 음식물을 조리하는 조리장치 등에 이용됨으로써 그 건조효율 및 조리효율을 대폭 향상시킬 수도 있다.

과열증기를 발생하는 과열증기 발생장치는 증기(습포화증기 또는 건포화증기)를 공급받은 후에 이를 높은 가열원에 의해 가열함으로써 과열증기를 생성하도록 구성된다.

하지만, 과열증기 발생장치는 과열증기만을 발생시켜 필요개소로 공급하는 역할만을 수행함에 따라, 다양한 목적에 적합한 그외의 열을 발생시키지 못하는 사용상의 한계가 있었다.

또한, 종래의 과열증기 발생장치는 증기발생기 또는 기타 장치로부터 공급받은 증기와 가열원 사이의 열접촉면이 넓지 못하여 양질의 과열증기를 발생시키지 못하는 단점이 있었다.

또한, 종래의 과열증기 발생장치는 그 내부에 증기를 가열하는 가열구조가 복잡하여 그 제조비용 및 설치비용이 높은 단점이 있었다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 과열증기 이외에 보다 다양한 용도에 맞는 다양한 열에너지를 발생시켜 필요개소로 공급할 수 있는 다목적 열에너지공급장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 가열원과 증기 사이의 열접촉면적을 대폭 넓힘으로써 과열증기의 발생효율을 높일 뿐만 아니라 보다 양질의 과열증기를 발생시킬 수 있는 다목적 열에너지공급장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다목적 열에너지공급장치는,

외부 가열원에 의해 형성된 직접 열에너지가 유입되는 입구 및 직접 열에너지가 유출되는 출구를 가진 내통; 및

상기 내통 내에 나선형으로 형성되어 배치되고, 양단부가 상기 내통을 관통하여 외부로 인출되며, 일단에는 증기를 도입하는 증기 도입구를 가지고, 타단에는 과열증기를 외부로 공급하는 과열증기 공급구를 가진 나선형 배관;을 포함한다.

이러한 본 발명에 의하면, 증기 도입구를 통해 도입되는 증기는 나선형 배관을 따라 나선형으로 유동하면서 내통을 통과하는 직접 열에너지과 열교환함으로써 과열증기가 되고, 이 과열증기는 나선형 배관의 과열증기 공급구를 통해 필요개소로 공급된다.

상기 내통의 출구와 나선형 배관의 증기 도입구에는 증기발생유닛이 연결되고, 상기 증기발생유닛은 물이 저장된 물탱크 및 상기 물탱크의 외측에 배치된 하우징을 포함하며,

상기 물탱크의 외주면에는 나선형의 열교환용 핀이 형성되며, 상기 물탱크의 일측에는 증기 배관이 연결되고, 상기 증기배관은 상기 나선형 배관의 증기 도입구에 소통되게 연결되며, 상기 하우징의 일측에는 상기 내통의 출구가 연결되고, 상기 하우징과 물탱크 사이에는 직접 열에너지가 유동하는 유동공간이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 하우징의 타측에는 출구 배관이 연결되고, 상기 내통의 출구에 인접한 위치에는 보조 배출관이 연결되며, 상기 보조 배출관은 상기 외통을 관통하여 외부로 인출되고, 상기 하우징의 출구배관과 상기 보조 배출관은 일측에서 합류하는 것을 특징으로 한다.

상기 내통의 외부에는 외경방향으로 이격된 외통이 배치되고, 상기 외통과 내통 사이에 나선형플레이트가 설치되고, 상기 나선형 플레이트의 외경면은 상기 외통의 내경면에 밀봉적으로 결합되고, 상기 나선형 플레이트의 내경면은 상기 내통의 외경면에 밀봉적으로 결합됨으로써 나선형 유로를 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 나선형 유로는 하나 이상의 격벽에 의해 2 이상의 유로로 구획되는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 배관이 내통의 내부에 나선형으로 배치된 구조에 의해, 그 열교환면적을 대폭 증대시켜 과열증기의 발생효율을 높일 뿐만 아니라 보다 양질의 과열증기를 발생시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 저압 상태의 과열증기를 발생시킴으로써 과열증기의 온도를 필요개소의 조건에 맞춰 용이하게 조절할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 과열증기의 발생 뿐만 아니라 직접 열에너지(열풍)을 외부의 필요개소(건조장치 또는 조리장치)로 공급함에 있어서, 직접 열에너지를 증기발생유닛측으로 유도함으로써 직접 열에너지의 온도를 일정 수준으로 저하시켜 공급할 수 있다. 즉, 본 발명은 직접 열에너지의 온도를 일정하게 조절한 후에 외부의 필요개소로 공급할 수 있다.

그리고, 본 발명은 건조장치 또는 조리장치 등과 같은 외부장치에서 배출되는 습포화증기를 회수한 후에 이를 건포화증기로 재생시켜 외부장치로 리턴시킴에 따라 증기의 재활용성을 증진시킬 뿐만 아니라, 습포화증기 내의 유독성물질 또는 취기 등을 효과적으로 제거함으로써 친환경적인 시스템을 구현할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 과열증기의 효과적인 발생 뿐만 아니라 직접 열에너지의 적절한 공급, 외부장치에서 사용한 증기의 재생(재활용) 등을 구현함으로써 다양한 목적에 맞는 열을 효과적으로 공급할 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 다목적 열에너지공급장치를 도시한다.

본 발명에 의한 다목적 열에너지공급장치는 내통(10), 나선형 배관(20), 외통(30)을 포함한다.

내통(10)은 그 일단에 입구(11)를 가지고, 이 입구(11)에는 버너 등과 같은 외부 가열원이 연결된다. 이에, 입구(11)로는 버너 등과 같은 외부 가열원에 의해 직접적으로 형성된 열에너지(예컨대, 1300℃ 내외의 열풍 등이 있으며, 이하에서는 '직접 열에너지'이라 함)가 유입된다. 내통(10)의 타단에는 출구(12)를 가지고, 이 출구(12)로는 내통(10) 내부를 통과한 직접 열에너지가 유출된다.

나선형 배관(20)은 일정 피치의 나선모양으로 형성되고, 내통(10)의 내부에 배치되며, 그 양단부는 내통(10)을 관통하여 외부로 인출된다. 나선형 배관(20)의 일단부는 내통(10)의 일측을 관통하여 외부로 인출되고, 나선형 배관(20)의 일단부에는 증기 도입구(21)가 형성된다. 나선형 배관(20)의 타단부는 내통(10)의 타측을 관통하여 외부로 인출되고, 이 나선형 배관(20)의 타단부에는 과열증기 공급구(22)가 형성된다. 한편, 나선형 배관(20)은 직접 열에너지가 직접 접촉하는 부분이므로, 그 내구성을 고려하여 내통(10)의 내주면에 밀착됨이 바람직할 것이다.

증기 도입구(21)를 통해 외부의 증기(습포화증기 또는 건포화증기)가 나산형 배관(20) 내로 도입되고, 증기는 나선형 배관(20)을 따라 나선형으로 유동하면서 내통(10) 내부를 통과하는 직접 열에너지과의 열교환작용에 의해 가열됨으로써 과 열증기가 된다. 이 과열증기는 과열증기 공급구(22)를 통해 건조장치, 조리장치 등과 같은 외부의 필요개소로 공급된다. 특히, 본 발명은 배관(20)이 내통(10)의 내부에 나선형으로 배치된 구조에 의해, 그 열교환면적을 대폭 증대시켜 과열증기의 발생효율을 높일 뿐만 아니라 보다 양질의 과열증기를 발생시킬 수 있는 장점이 있다. 한편, 본 발명은 저압 상태의 과열증기를 발생시킴으로써 과열증기의 온도를 필요개소의 조건에 맞춰 용이하게 조절할 수 있는 장점이 있다. 이때, 과열증기의 온도는 나선형 배관(20)의 관경, 피치 등과 같은 설계규격에 의해 다양하게 조절할 수도 있다.

외통(30)은 내통(10)의 외측에 외경방향으로 이격되어 배치되고, 내통(10)을 감싸도록 구성된다. 외통(30)과 내통(10) 사이에는 나선형플레이트(25)가 일정피치를 가진 나선모양으로 형성되어 있다. 나선형 플레이트(25)는 그 외경면이 외통(30)의 내경면에 밀봉적으로 결합되고, 그 내경면이 내통(10)의 외경면에 밀봉적으로 결합됨으로써 나선형 유로(26)를 형성할 수 있다. 이 나선형 유로(26)에는 건조장치 또는 조리장치 등이 접속될 수 있으며, 이에 나선형 유로(26)는 내통(10)의 내부를 통과하는 직접 열에너지과의 열교환작용에 의해 건조장치 또는 조리장치 등에서 사용되어 배출되는 습포화증기를 건포화증기로 변환한 후에 이를 재활용시키기 위한 구성이다. 이에 대해서는 후술하는 제3실시예에서 보다 구체적으로 설명할 것이다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 다목적 열에너지공급장치를 도시한다.

도시된 바와 같이, 제2실시예의 다목적 열에너지공급장치는 내통(10)의 출구(12)와 나선형 배관(20)의 증기 도입구(21)에 증기발생유닛(50)이 연결될 수 있다.

증기발생유닛(50)은 물이 저장된 물탱크(51), 이 물탱크(51)의 외측에 배치된 하우징(52)을 포함한다.

물탱크(51)의 외주면에는 열교환용 핀(53)이 형성되고, 이 열교환용 핀(53)은 나선형으로 형성될 수 있다. 물탱크(51)의 일측에는 증기 배관(51a)이 연결되고, 이 증기배관(51a)은 나선형 배관(20)의 증기 도입구(21)에 소통되게 연결된다.

하우징(52)의 일측에는 내통(10)의 출구(12)가 연결되고, 하우징(52)과 물탱크(51) 사이에는 직접 열에너지가 유동하는 유동공간(54)이 형성된다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 하우징(52)의 타측에는 출구 배관(52a)이 연결된다.

이에, 직접 열에너지는 내통(10)의 출구(12)를 통해 하우징(52)의 유동공간(54)으로 공급되고, 유동공간(54) 내의 직접 열에너지는 물탱크(51) 내의 물을 가열시켜 습포화증기로 만듬으로써 그 온도가 일부 저하되며, 이렇게 온도가 저하된 직접 열에너지는 하우징(52)의 출구배관(52a)을 통해 배출된다. 그리고, 습포화증기는 증기배관(51a) 및 증기 도입구(21)를 통과한 후에 나선형 배관(20) 내로 유입되고, 나선형 배관(20)을 통과하면서 습포화증기는 내통(10)의 내부를 통과하는 직접 열에너지과의 열교환에 의해 양질의 과열증기로 변환된다.

내통(10)의 출구(12)에 인접한 위치에는 보조 배출관(14)이 연결되고, 이 보조 배출관(14)은 내통(10)에서 외통(30)을 관통하여 외부로 인출되며, 이 보조 배출관(14)을 통해 내통(10)의 내부를 통과한 직접 열에너지가 외부의 필요개소로 직접 공급될 수도 있다. 하우징(52)의 출구배관(52a)은 보조 배출관(14)의 일측에 합류할 수도 있다. 이에, 보조 배출관(14)을 통과하는 직접 열에너지는 하우징(52)의 출구 배관(52a)을 통과한 직접 열에너지과 합류함에 따라 그 온도가 일부 저하된 상태로 외부의 필요개소(건조장치, 조리장치 등)에 공급될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 다목적 열에너지공급장치를 도시한다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 다목적 열에너지공급장치는 외통(30)과 내통(10) 사이에 나선형플레이트(25)가 설치되고, 이 나선형 플레이트(25)는 일정피치를 가진 나선모양으로 형성되어 있다. 나선형 플레이트(25)는 그 외경면이 외통(30)의 내경면에 밀봉적으로 결합되고, 그 내경면이 내통(10)의 외경면에 밀봉적으로 결합됨으로써 나선형 유로(26)를 형성할 수 있다. 그리고, 이 나선형 유로(26)에는 하나 이상의 건조장치(60)가 접속되어 건조장치(60) 내에서 그 건조작용을 수행한 후에 배출되는 습포화증기를 나선형 유로(26) 내로 회수한 후에 나선형 유로(26)를 따라 유동하는 습포화증기는 내통(10)의 내부를 통과하는 직접 열에너지과의 열교환작용에 의해 건포화증기로 변환된다. 특히, 건조장치(60)에서 배출된 습포화증기는 그 내부에 각종 유독성물질, 취기 등을 내포하고 있으며, 이러한 유독성 물질, 취기 등은 내통(10)의 내부를 통과하는 고온의 직접 열에너지에 의해 완전 연소되어 제거될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 나선형 유로(26)는 하나 이상의 격벽(27)에 의해 2 이상의 유로(26a, 26b)로 구획될 수 있고, 각 유로(26a, 26b)에는 건조장치(60) 가 개별적으로 접속된다. 각 유로(26a, 26b)의 일측과 각 건조장치(60)의 배출구에는 회수배관(26c)이 연결되고, 각 유로(26a, 26b)의 타측과 각 건조장치(60)의 유입구에는 리턴배관(26d)이 연결된다. 이에 건조장치(60)에서 배출되는 습포화증기는 회수배관(26c)을 통해 나선형 유로(26a, 26b) 내로 회수되고, 이에 습포화증기는 나선형 유로(26a, 26b)를 따라 유동하면서 내통(10)의 직접 열에너지에 의해 가열되어 건포화증기가 된 후에는 리턴배관(26d)을 통해 각 건조장치(60)로 리턴됨으로써 증기의 재활용성을 높임과 더불어 배출되는 습포화증기 내의 유동성 물질, 취기 등을 제거함으로써 친환경성을 구현하는 장점이 있다.

한편, 도 5에서는 본 발명의 나선형 유로(26)에 건조장치(60)가 접속된 구성을 예시하였지만, 본 발명의 나선형 유로(26)에는 건조장치 뿐만 아니라 조리장치 등과 같이 고온의 증기를 사용하는 다양한 장치가 접속될 수도 있다.

이상과 같은 본 발명은 버너 등과 같은 외부 가열원에 의해 형성된 직접 열에너지가 통과하는 내통(10) 내에 나선형 배관(20)이 배치된 구조에 의해, 이 나선형 배관(20)을 통해 공급되는 증기의 과열증기화가 매우 효율적으로 진행될 수 있고, 이에 그 과열증기의 발생효율이 매우 높은 장점이 있다.

또한, 본 발명은 과열증기의 발생 뿐만 아니라 직접 열에너지를 외부의 필요개소(건조장치 또는 조리장치)로 공급함에 있어서, 직접 열에너지를 증기발생유닛(50)측으로 유도함으로써 직접 열에너지의 온도를 일정 수준으로 저하시켜 공급할 수 있다. 즉, 본 발명은 직접 열에너지의 온도를 일정하게 조절한 후에 외부의 필요개소로 공급할 수 있다.

그리고, 본 발명은 건조장치 또는 조리장치 등과 같은 외부장치에서 배출되는 습포화증기를 회수한 후에 이를 건포화증기로 재생시켜 외부장치로 리턴시킴에 따라 증기의 재활용성을 증진시킬 뿐만 아니라, 습포화증기 내의 유독성물질 또는 취기 등을 효과적으로 제거함으로써 친환경적인 시스템을 구현할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 과열증기의 효과적인 발생 뿐만 아니라 직접 열에너지의 적절한 공급, 외부장치에서 사용한 증기의 재생성 등을 구현함으로써 다양한 목적에 맞는 열원을 효과적으로 공급할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 다목적 열에너지공급장치를 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 다목적 열에너지공급장치를 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 다목적 열에너지공급장치를 도시한 사시도이다.

도 4는 도 3의 화살표 A방향에서 바라본 평단면도이다.

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 다목적 열에너지공급장치를 도시한 평단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *

10: 내통 11: 입구

12: 출구 20: 나선형 배관

21: 증기 도입구 22: 과열증기 공급구

25: 나선형 플레이트 30: 외통

Claims (5)

1. 삭제
2. 외부 가열원에 의해 형성된 직접 열에너지가 유입되는 입구 및 직접 열에너지가 유출되는 출구를 가진 내통;

   상기 내통 내에 나선형으로 형성되어 배치되고, 양단부가 상기 내통을 관통하여 외부로 인출되며, 일단에는 증기를 도입하는 증기 도입구를 가지고, 타단에는 과열증기를 외부로 공급하는 과열증기 공급구를 가진 나선형 배관; 및

   상기 내통의 출구와 나선형 배관의 증기 도입구에 연결되는 증기발생유닛;을 포함하고,

   상기 증기발생유닛은 물이 저장된 물탱크 및 상기 물탱크의 외측에 배치된 하우징을 가지며,

   상기 물탱크의 외주면에는 나선형의 열교환용 핀이 형성되며, 상기 물탱크의 일측에는 증기 배관이 연결되고, 상기 증기배관은 상기 나선형 배관의 증기 도입구에 소통되게 연결되며, 상기 하우징의 일측에는 상기 내통의 출구가 연결되고, 상기 하우징과 물탱크 사이에는 직접 열에너지가 유동하는 유동공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 다목적 열에너지공급장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 하우징의 타측에는 출구 배관이 연결되고, 상기 내통의 출구에 인접한 위치에는 보조 배출관이 연결되며, 상기 하우징의 출구배관과 상기 보조 배출관은 일측에서 합류하는 것을 특징으로 하는 다목적 열에너지공급장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 내통의 외부에는 외경방향으로 이격된 외통이 배치되고, 상기 외통과 내통 사이에 나선형플레이트가 설치되고, 상기 나선형 플레이트의 외경면은 상기 외통의 내경면에 밀봉적으로 결합되고, 상기 나선형 플레이트의 내경면은 상기 내통의 외경면에 밀봉적으로 결합됨으로써 나선형 유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 다목적 열에너지공급장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 나선형 유로는 하나 이상의 격벽에 의해 2 이상의 유로로 구획되는 것을 특징으로 하는 다목적 열에너지공급장치.

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