KR101151017B1 - 과포화증기 발생 유니트 및 이를 이용한 과포화증기 발생 시스템 - Google Patents

과포화증기 발생 유니트 및 이를 이용한 과포화증기 발생 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 과포화증기 발생 유니트 및 이를 이용한 과포화증기 발생 시스템에 관한 것으로서, 특히 온도 상승에 따라 세라믹 적외선 방사량의 증가하고, 이로 인해 복사열의 활성화로 물의 고유진동수 10±5㎛와 동일한 파장대의 적외선이 조사되어 수소 산소의 전자운동이 활발해져 공명?공진에 의한 포화증기의 증발량을 증가시키고, 함체 내부의 밀폐된 공간부내의 적외선 방사는 볼텍스 원리를 적용한 와류 튜브 내?외에 코팅된 흑체에 전달되어 튜브 내의 온도?밀도?부피가 증대된 과열증기가 다시 공명?공진을 일으켜 물의 클러스터가 초미립화된 800~980℃의 과포화증기를 배출하도록 하는 과포화증기 발생 유니트를 이용한 과포화증기 발생 시스템에 관한 것이다.

Description

과포화증기 발생 유니트 및 이를 이용한 과포화증기 발생 시스템{UNIT FOR GENERATING SUPERSATURATED STEAM AND SYSTEM USING THEREOF}
본 발명은 과포화증기 발생 유니트를 이용한 과포화증기 발생 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 온도 상승에 따라 세라믹 적외선 방사량의 증가하여 물의 고유진동수 10±5㎛와 동일한 파장대의 많은 량의 적외선이 조사되고, 이로 인해 수소, 산소의 전자운동이 활발해져 공명?공진에 의한 포화증기의 증발량을 증가시키고, 함체 내부의 밀폐된 공간부내의 적외선 방사는 볼텍스 원리를 적용한 와류 튜브 내?외에 코팅된 흑체에 전달되어 튜브 내의 온도?밀도?부피가 증대된 과열증기가 다시 공명?공진을 일으켜 물의 클러스터가 초미립화된 800~980℃의 과포화증기를 배출하도록 하는 과포화증기 발생 유니트를 이용한 과포화증기 발생 시스템에 관한 것이다.
보일러(Boiler)는 연료의 연소열을 물 등에 전달하여 온도와 압력이 높은 증기를 발생시키는 장치이다. 이러한 보일러는 화력발전소나 선박 등의 증기기관 또는 각종 공장의 작업용이나 난방용 장치 등에 증기를 공급하는 데 사용된다.
더욱이 보일러는 구조상 여러 종류로 나누어지고, 그 중에서 강제순환식 보일러에 해당하는 관류 보일러(Oncethrough boiler)는 수관 및 긴 관 등을 휘어서 만든 보일러로서, 강제 관류 보일러라고도 하는데, 긴 관의 한쪽 끝에서 급수하고 펌프로 압송하여 도중에서 차례로 가열, 증발 및 과열되어 관의 다른 한쪽 끝에서 과열증기가 송출되는 형식의 보일러이다.
관류 보일러는 고압증기의 발생에 적합하고, 특히 초임계압 보일러인 경우에는 강제 순환식 보일러의 일종이다.
일반적으로 압력을 일정하게 해 두고 액체를 가열하면 온도가 올라가고, 일정온도에 달하면 증발하기 시작한다. 이 경우 다시 가열하더라도 전부가 증발할 때까지는 온도가 변하지 않고 액체와 증기가 공존한다. 이것을 습윤포화증기(濕潤飽和蒸氣)라 하고, 전부 증기가 되어 버린 것을 건조포화증기라 한다.
건조포화증기를 다시 가열하면 증기의 온도는 상승하는데, 이것을 과열증기(過熱蒸氣, Superheated Vapor)라 한다. 이 증기를 이용하면 보일러나 엔진 또는 터빈의 효율을 향상시킬 수 있다.
더욱이 과열증기는 물을 비등시켜 발생한 증기에 압력을 가하지 않고 가열하여 생성된 100℃ 이상의 고온 무색의 투명한 기체이다. 공기에 의한 전열은 대류전열에 한하지만, 과열증기는 대류전열에 추가로 방사전열과 응축전열에 의한 전열을 포함으로써 열효율이 높고, 포화증기보다 고온, 미립자 므로 음식물 조리, 살균, 건조 또는 난방기구의 열원으로 이용되고, 특히 보일러 엔진 또는 터빈의 효율 향상시키는 것으로 알려져 있다. 그리고 통상 대류전열의 경우에는 과열증기의 전열속도가 가열공기에 비하여 약 10배정도 빠르다. 특히 저 산소상태에서 열처리함으로써 피 가열물의 산화 및 연소를 억제할 수 있다. 그리고 일반적인 과열기(Superheater)는 가압된 압력 10kg/㎤G시 183.3℃의 증기를 생산하고, 통상적으로는 7~8kg/㎤G 시 170℃의 증기를 생산하게 된다.
그러나, 이러한 종래의 과열기는 그 구조가 복잡하고, 소비전력이 큰 전기 히터에만 의존하여 과열증기를 생산함으로써 에너지 소모가 높고, 단 시간에 600ㅀC 이상의 고온의 과열증기를 발생시키기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 온도 상승에 따라 세라믹 적외선 방사량의 증가하여 물의 고유진동수 10±5㎛와 동일한 파장대의 많은 량의 적외선이 조사되고, 이로 인해 수소, 산소의 전자운동이 활발해져 공명?공진에 의한 포화증기의 증발량을 증가시키고, 함체 내부의 밀폐된 공간부내의 적외선 방사는 볼텍스 원리를 적용한 와류 튜브 내?외에 코팅된 흑체에 전달되어 튜브 내의 온도?밀도?부피가 증대된 과열증기가 다시 공명?공진을 일으켜 물의 클러스터가 초미립화된 800~980℃의 과포화증기를 배출하도록 하는 과포화증기 발생 유니트를 이용한 과포화증기 발생 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 고온의 과포화증기를 주택 및 건물 난방열, 온실 난방열, 냉방열, 열병합 발전열로 직접 이용할 수 있고, 보일러의 화석연료(방카유 디젤유 가스 석탄)와 혼합되어 보일러의 연소 효율을 높이고, 오염물질의 배출을 줄일 수 있으며, 물분자가 활성화되어 있기 때문에 식물을 생장을 촉진시킬 수 있어 생육 재배에 활용할 수 있도록 하는 과포화증기 발생 유니트 및 이를 이용한 과포화증기 발생 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
내부에 공간부가 형성되도록 사각형 또는 원통형으로 형성되는 함체와; 적외선 방사 재질로 상단이 좁고 하단이 넓은 원추형태로 형성되어 하단이 상기 함체의 내측 하단에 고정 설치되는 적외선 방사 홀더와; 상기 적외선 방사 홀더의 외주면에 권취되는 전열선; 및 상기 전열선의 전면에 위치하도록 상기 적외선 방사 홀더의 외측면에 이격 설치되고, 하단부인 유입구가 상기 함체의 하단을 통해 외부로 인출되어 이를 통해 포화증기가 유입되며, 상단부인 유출구가 상기 함체의 상단을 통해 외부로 인출되어 상기 전열선에서 발생되는 열과, 상기 함체와, 적외선 방사 홀더 및 자체에서 발생되는 적외선에 의해 발생된 복사열을 이용하여 포화증기를 가열시켜 과열증기로 변환시키고, 적외선 주파수의 공진?공명작용을 통해 포화증기 내의 물분자를 활성화시켜 과열증기를 클러스터가 초미립화된 과포화증기로의 변환시켜 고온의 과포화증기를 배출하는 와류 튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 함체는 적외선 방사 재질로 형성되되, 상단에 커버가 형성되는 적외선 방사벽과; 상기 적외선 방사벽의 외측면에 부착되는 단열재; 및 상기 적외선 방사벽과 상기 단열재 사이에 도포되어 내부 열의 전도를 차단하고 열을 반사시키는 발포 인산알루미늄 바인더로 구성된다.
여기에서 또한, 상기 적외선 방사 홀더는 하단에 받침대가 형성되어 상기 함체의 적외선 방사벽의 저면과 고정되고, 중앙부에 관통홀이 형성되며, 외측면 하측에서부터 상측으로 시계방향의 나선홈이 형성되고, 상기 관통홀을 통해 상기 전열선이 인입되어 상기 나선홈에 상기 전열선이 삽입 고정된다.
여기에서 또, 상기 와류 튜브는 원형 튜브 또는 스파이럴 튜브이고, 내측면과 외측면에 흑체가 코팅된다.
여기에서 또, 상기 와류 튜브는 볼텍스 원리에 따라 압력을 증대시키도록 하단 지름 대비 상단 지름 비율이 10:6~9를 갖도록 하고, 상기 유출구의 단면 지름이 상기 유입구의 단면 지름 대비 감소하는 단면 감소율이 20~26%로 형성된다.
여기에서 또, 상기 와류 튜브에서 배출되는 과포화증기는 800~980℃의 온도를 갖는다.
여기에서 또, 상기 와류 튜브에서 배출되는 과포화증기는 난방열, 냉방열, 열병합 발전열로 직접 이용되거나 보일러의 화석연료(방카유 디젤유 가스 석탄)와 혼합되어 보일러의 연소 효율을 높이고, 오염물질의 배출을 억제하도록 한다.
본 발명의 다른 특징은,
밀폐된 원통형으로 형성되고, 열과 적외선을 통해 물을 가열시켜 포화증기를 발생시킴과 동시에 증발량을 증대시키는 증기 발생 유니트와; 상기 증기 발생 유니트의 일측에 설치되어 상기 증기 발생 유니트에서 발생된 포화증기를 포집하는 증기 포집 유니트; 및 상기 증기 포집 유니트의 상부에 설치되어 상기 증기 포집 유니트에서 포집된 포화증기를 공급받아 적외선에 의해 발생된 복사열을 이용하여 포화증기를 가열시켜 과열증기로 변환시키고, 적외선 주파수의 공진?공명작용을 통해 포화증기 내의 물분자를 활성화시켜 과열증기를 클러스터가 초미립화된 과포화증기로의 변환시켜 고온의 과포화증기를 배출하는 과포화증기 발생 유니트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 증기 발생 유니트는 원통형으로 형성되어 외측면에 발포 인산알루미늄 바인더에 의해 단열재가 부착되고, 내측면에 세라믹 방사체 코팅이 이루어지며, 일측에 물이 공급되는 공급관이 구비되고, 상면에 제 1증기 배출공이 형성되는 제 1케이스와; 내부에 공간부가 형성된 직육면체 형태로 형성되어 상기 제 1케이스의 내부에 고정 설치되고, 상하면에 복수의 배출공이 형성되는 고정 부재와; 그 평면 형상이 지그재그 형태로 형성되어 상기 고정 부재의 내부에 고정 설치되는 전기 히터; 및 상기 전기 히터의 상하면 및 측면에 적층되는 복수의 제 1적외선 방사체로 이루어진다.
여기에서 또한, 상기 제 1케이스는 상면 일측에서 수직으로 형성된 다수의 수위 감지 센서와, 상기 공급관에 전자 밸브가 각각 구비되고, 상기 수위 감지 센서를 통해 수위가 기준 수위 이하로 하강되는 경우 상기 전자 밸브를 동작시켜 물을 보충하고, 상기 제 1케이스 내부의 수위가 최저 수위 이하로 하강되는 경우 상기 전기 히터의 전원 공급을 차단한다.
여기에서 또, 상기 증기 포집 유니트는 원통형으로 형성되어 외측면에 내부 열의 전도를 차단하고 열을 반사시키는 발포 인산알루미늄 바인더가 코팅되고, 단열재가 부착되며, 내측면에 세라믹 방사체 코팅이 이루어지고, 저면에 상기 증기 발생 유니트의 제 1증기 배출공과 포집관을 통해 연계되도록 증기 유입공이 형성되며, 상면에 제 2증기 배출공이 형성되는 제 2케이스와; 상기 제 2케이스의 내부에 설치되는 망체; 및 상기 망체의 내측에 수용되는 복수의 제 2적외선 방사체로 이루어진다.
여기에서 또, 상기 과포화증기 발생 유니트는 내부에 공간부가 형성되도록 사각형 또는 원통형으로 형성되는 함체와; 적외선 방사 재질로 상단이 좁고 하단이 넓은 원추형태로 형성되어 하단이 상기 함체의 내측 하단에 고정 설치되는 적외선 방사 홀더와; 상기 적외선 방사 홀더의 외주면에 권취되는 전열선; 및 상기 전열선의 전면에 위치하도록 상기 적외선 방사 홀더의 외측면에 이격 설치되고, 하단부인 유입구가 상기 함체의 하단을 통해 상기 증기 포집 유니트의 제 2케이스에 형성된 제 2증기 배출공과 연결되어 포화증기가 유입되며, 상단부인 유출구가 상기 함체의 상단을 통해 외부로 인출되어 고온의 과포화증기를 생성하여 배출하는 와류 튜브를 포함한다.
여기에서 또, 상기 함체는 적외선 방사 재질로 형성되되, 상단에 커버가 형성되는 적외선 방사벽과; 상기 적외선 방사벽의 외측면에 부착되는 단열재; 및 상기 적외선 방사벽과 상기 단열재 사이에 도포되어 내부 열의 전도를 차단하고 반사시키는 발포 인산알루미늄 바인더로 구성된다.
여기에서 또, 상기 적외선 방사 홀더는 하단에 받침대가 형성되어 상기 함체의 적외선 방사벽의 저면과 고정되고, 중앙부에 관통홀이 형성되며, 외측면 하측에서부터 상측으로 시계방향의 나선홈이 형성되고, 상기 관통홀을 통해 상기 전열선이 인입되어 상기 나선홈에 상기 전열선이 삽입 고정된다.
여기에서 또, 상기 와류 튜브는 원형 튜브 또는 스파이럴 튜브이고, 내측면과 외측면에 흑체가 코팅된다.
여기에서 또, 상기 와류 튜브는 볼텍스 원리에 따라 압력을 증대시키도록 하단 지름 대비 상단 지름 비율이 10:6~9를 갖도록 하고, 상기 유출구의 단면 지름이 상기 유입구의 단면 지름 대비 감소하는 단면 감소율이 20~26%로 형성된다.
여기에서 또, 상기 와류 튜브에서 배출되는 과포화증기는 800~980℃의 온도를 갖는다.
여기에서 또, 상기 와류 튜브에서 배출되는 과포화증기는 난방열, 냉방열, 열병합 발전열로 직접 이용되거나 보일러의 화석연료(방카유 디젤유 가스 석탄)와 혼합되어 보일러의 연소 효율을 높이고, 오염물질의 배출을 줄일 수 있도록 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 과포화증기 발생 유니트를 이용한 과포화증기 발생 시스템에 따르면, 온도 상승에 따라 세라믹 적외선 방사량의 증가하여 물의 고유진동수 10±5㎛와 동일한 파장대의 많은 량의 적외선이 조사되고, 이로 인해 수소, 산소의 전자운동이 활발해져 공명?공진에 의한 포화증기의 증발량을 증가시키고, 함체 내부의 밀폐된 공간부내의 적외선 방사는 볼텍스 원리를 적용한 와류 튜브 내?외에 코팅된 흑체에 전달되어 튜브 내의 온도?밀도?부피가 증대된 과열증기가 다시 공명?공진을 일으켜 물의 클러스터가 초미립화된 800~980℃의 과포화증기를 배출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 고온의 과포화증기를 주택 및 건물 난방열, 온실 난방열, 냉방열, 열병합 발전열로 직접 이용할 수 있고, 보일러의 화석연료(방카유 디젤유 가스 석탄)와 혼합되어 보일러의 연소 효율을 높이고, 오염물질의 배출을 줄일 수 있으며, 물분자가 활성화되어 있기 때문에 식물을 생장을 촉진시킬 수 있어 생육 재배에 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 과포화증기 발생 유니트의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 과포화증기 발생 유니트의 구성을 나타낸 측단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 과포화증기 발생 유니트중 적외선 방사 홀더의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3은 정단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 과포화증기 발생 유니트중 와류 튜브의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5의 측단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 5의 부분 단면 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 과포화증기 발생 유니트 이용한 과포화증기 발생 시스템의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 과포화증기 발생 유니트 이용한 과포화증기 발생 시스템중 증기 발생 유니트의 구성을 나타낸 부분 단면 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 과포화증기 발생 유니트 이용한 과포화증기 발생 시스템중 증기 포집 유니트의 구성을 나타낸 부분 단면 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 과포화증기 발생 유니트 이용한 과포화증기 발생 시스템의 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
이하, 본 발명에 따른 과포화증기 발생 유니트의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 과포화증기 발생 유니트의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 과포화증기 발생 유니트의 구성을 나타낸 측단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 과포화증기 발생 유니트중 적외선 방사 홀더의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3은 정단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 과포화증기 발생 유니트중 와류 튜브의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5의 측단면도이며, 도 7a 및 도 7b는 도 5의 부분 단면 사시도이다.
도 1 내지 도 7b를 참조하면, 본 발명에 따른 과포화증기 발생 유니트(100)는, 함체(110)와, 적외선 방사 홀더(120)와, 전열선(130)과, 와류 튜브(140)로 구성된다.
먼저, 함체(110)는 적외선 방사벽(111)과, 단열재(113)와, 발포 인산알루미늄 바인더(115)로 구성된다.
적외선 방사벽(111)은 적외선 방사 재질로 형성되되, 내부에 공간부(111a)가 형성되도록 사각형 또는 원통형으로 형성되고, 상단에 커버(111b)가 형성된다. 여기에서, 적외선 방사 재질은 적외선 방사율이 높은 재질이 적용되는 것이 바람직하다.
단열재(113)는 고온 단열재로서, 적외선 방사벽(111)의 외측면에 부착된다.
발포 인산알루미늄 바인더(115)는 적외선 방사벽(111)과 단열재(113) 사이에 도포되어 내부 열의 전도를 차단하고 내부로 열을 반사시켜 적외선 방사벽(111) 내부의 온도를 높힌다.
그리고, 적외선 방사 홀더(120)는 적외선 방사 재질로 상단이 좁고 하단이 넓은 원추형태로 형성되고, 하단에 받침대(121)가 형성되어 함체(110)의 적외선 방사벽(111)의 저면과 고정되는 하단 커버로 형성되고, 중앙부에 관통홀(123)이 형성되며, 외측면 하측에서부터 상측으로 시계방향의 나선홈(125)이 형성되고, 관통홀(123)을 통해 하기에서 설명할 전열선(130)이 인입되어 나선홈(125)에 전열선(130)이 삽입 고정된다. 여기에서, 적외선 방사 재질은 적외선 방사율이 높은 재질이 적용되는 것이 바람직하다.
또한, 전열선(130)은 적외선 방사 홀더(120)의 나선홈(125)에 삽입 고정된다.
또, 와류 튜브(140)는 전열선(130)의 전면에 위치하도록 적외선 방사 홀더(120)의 나선홈(125)과 대응되는 위치에서 전열선(130)과 누전을 방지하도록 일정 거리 이격되어 고정 설치되고, 하단부인 유입구(141)가 함체(110)의 하단을 통해 외부로 인출되어 이를 통해 포화증기가 유입되며, 상단부인 유출구(143)가 함체(110)의 상단을 통해 외부로 인출되어 이를 통해 고온의 과포화증기를 배출한다. 이때, 유입구(141)와 유출구(143)의 외측면에는 내부 열의 전도를 차단하고 열을 반사시키는 발포 인산알루미늄 바인더(115)가 코팅되고, 단열재(113)가 부착되는 것이 바람직하다.
여기에서, 와류 튜브(140)는 원형 튜브 또는 스파이럴 튜브이고, 내측면과 외측면에 흑체(145)가 코팅되는 것이 바람직하다.
여기에서 또한, 와류 튜브(140)는 볼텍스 원리에 따라 압력을 증대시키도록 하단 지름(Φ1) 대비 상단 지름(Φ2) 비율이 10:6~9를 갖도록 하는 데, 바람직하게는 고온의 과포화증기의 원활한 배출 및 압력 상승이 동시에 이루어지도록 10:8의 비율을 갖는 것이 바람직하다.
여기에서 또, 와류 튜브(140)는 압력을 증대시키도록 유출구(143)의 단면 지름(Φ3)이 유입구(141)의 단면 지름(Φ4) 대비 감소하는 단면 감소율이 20~26%로 형성되고, 바람직하게는 유출구(143)를 스웨징(Swaging)하여 단면 감소율을 23%로 형성하는 것이 바람직하다.
여기에서 또, 와류 튜브(140)에서 배출되는 과포화증기는 800~980℃의 온도를 가지며, 난방열, 냉방열, 열병합 발전열로 직접 이용되거나 보일러의 화석연료(방카유 디젤유 가스 석탄)와 혼합되어 보일러의 연소 효율을 높이고, 오염물질의 배출을 줄일수 있도록 한다.
이하, 본 발명에 따른 과포화증기 발생 유니트를 이용한 과포화증기 발생 시스템의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 8은 본 발명에 따른 과포화증기 발생 유니트 이용한 과포화증기 발생 시스템의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 9는 본 발명에 따른 과포화증기 발생 유니트 이용한 과포화증기 발생 시스템중 증기 발생 유니트의 구성을 나타낸 부분 단면 사시도이며, 도 10은 본 발명에 따른 과포화증기 발생 유니트 이용한 과포화증기 발생 시스템중 증기 포집 유니트의 구성을 나타낸 부분 단면 사시도이다. 도 8에 있어서 도 1과 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 부여한다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 과포화증기 발생 유니트 이용한 과포화증기 발생 시스템(1)은 증기 발생 유니트(10)와, 증기 포집 유니트(20)와, 과포화증기 발생 유니트(100)로 구성된다.
먼저, 증기 발생 유니트(10)는 제 1케이스(11)와, 고정 부재(13)와, 전기 히터(15)와, 제 1적외선 방사체(17)로 이루어진다.
제 1케이스(11)는 금속 재질로 밀폐된 원통형으로 형성되어 외측면에 내부 열의 전도를 차단하고 열을 반사시키는 발포 인산알루미늄 바인더(11a)가 코팅되고, 다시 단열재(11b)가 부착되며, 내측면에 세라믹 방사체 코팅(11c)이 이루어지고, 일측에 물이 공급되는 공급관(11d)이 구비되며, 상면에 제 1증기 배출공(11e)이 형성된다. 이때, 제 1케이스(11)는 상면 일측에서 수직으로 형성된 다수의 수위 감지 센서(11f)와, 공급관(11d)에 전자 밸브(11g)가 각각 구비되고, 수위 감지 센서(11f)를 통해 수위가 기준 수위 이하로 하강되는 경우 전자 밸브(11g)를 동작시켜 물을 보충하고, 제 1케이스(11) 내부의 수위가 최저 수위 이하로 하강되는 경우 하기에서 설명할 전기 히터(15)의 전원 공급을 차단한다. 또한, 공급관(11d)의 외측면에는 열의 방사를 차단하도록 발포 인산알루미늄 바인더(11h)가 코팅되고, 단열재(11b)가 부착되는 것이 바람직하다. 여기에서, 제 1케이스(11)는 내측으로 공간부가 형성되는 다양한 형태로 형성되어도 무방하나 수평 방형으로 연장 형성되는 원통형으로 형성되는 것이 바람직하다.
고정 부재(13)는 금속 재질로 내부에 공간부(13a)가 형성된 직육면체 형태로 형성되어 제 1케이스(11)의 내부에 고정 설치되고, 상하면에 복수의 배출공(13b)이 형성된다. 여기에서, 고정 부재(13)는 선택에 따라 미설치될 수 있고, 이러한 경우 제 1적외선 방사체(17)는 제 1케이스(11) 내부에 일정 높이까지 설치되어 전기 히터(15)를 덮도록 형성된다.
전기 히터(15)는 그 평면 형상이 지그재그 형태로 형성되어 고정 부재(13)의 내부에 고정 설치된다.
제 1적외선 방사체(17)는 전기 히터(15)의 상하면 및 측면에 적층된다. 여기에서, 제 1적외선 방사체(17)는 적외선 방사율이 높은 재질이 적용되는 것이 바람직하고, 다양한 형태로 형성되어도 무방하나 구 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 증기 포집 유니트(20)는 제 2케이스(21)와, 망체(23)와, 제 2적외선 방사체(25)로 구성된다.
제 2케이스(21)는 금속 재질로 밀폐된 원통형으로 형성되어 외측면에 내부 열의 전도를 차단하고 열을 반사시키는 발포 인산알루미늄 바인더(21a)가 코팅되고, 단열재(21b)가 부착되며, 내측면에 세라믹 방사체 코팅(21c)이 이루어지고, 저면에 증기 발생 유니트(10)의 제 1증기 배출공(11e)과 포집관(21d)을 통해 연계되도록 증기 유입공(21e)이 형성되며, 상면에 제 2증기 배출공(21f)이 형성된다. 이때, 포집관(21d)의 외측면에는 열의 방사를 차단하도록 발포 인산알루미늄 바인더(21g)가 코팅되고, 단열재(21b)가 부착되는 것이 바람직하다. 여기에서, 제 2케이스(21)는 내측으로 공간부가 형성되는 다양한 형태로 형성되어도 무방하나 수평 방형으로 연장 형성되는 원통형으로 형성되는 것이 바람직하다.
망체(23)는 금속 재질로 형성되어 제 2케이스(21)의 내부에 설치된다.
제 2적외선 방사체(25)는 망체(23)의 내측에 수용된다. 여기에서, 제 2적외선 방사체(25)는 적외선 방사율이 높은 재질이 적용되는 것이 바람직하고, 다양한 형태로 형성되어도 무방하나 구 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 과포화증기 발생 유니트(100)는 증기 포집 유니트(20)의 상부에 설치되어 증기 포집 유니트(20)에서 포집된 포화증기를 공급받아 고온의 과포화증기를 배출한다. 이때, 과포화증기 발생 유니트(100)를 증기 포집 유니트(20)의 측면에 설치할 수도 있다.
한편, 과포화증기 발생 유니트(100)는 함체(110)와, 적외선 방사 홀더(120)와, 전열선(130)과, 와류 튜브(140)로 구성되는 데, 이들의 구성은 상기의 설명과 동일하고, 다만, 와류 튜브(140)의 유입구(141)가 증기 포집 유니트(20)의 제 2케이스(21)에 형성된 제 2증기 배출공(21f)과 연결되어 포화증기가 유입된다.
그리고, 증기 발생 유니트(10)와, 증기 포집 유니트(20)와, 과포화증기 발생 유니트(100)는 프레임(30)에 고정 설치되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 과포화증기 발생 유니트를 이용한 과포화증기 발생 시스템의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 11은 본 발명에 따른 과포화증기 발생 유니트 이용한 과포화증기 발생 시스템의 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
먼저, 증기 발생 유니트(10)의 제 1케이스(11) 내부로 물이 공급되면, 전기 히터(15)에서 발생되는 열에 의해 물이 가열되고, 이로 인해 포화증기가 발생한다. 이때, 전기 히터(15)에서 발생되는 열은 제 1적외선 방사체(17)를 가열시키기 때문에 제 1적외선 방사체(17)에서 적외선이 방사된다.
이를 보다 구체적으로 설명하면, 제 1적외선 방사체(17)에서 방사되는 10±5㎛ 파장대의 원적외선은 강한 열효과를 가지고 있으며, 이는 원적외선의 주파수가 물질을 구성하고 있는 분자의 고유진동수 10±5㎛ 파장과 거의 비슷하기 때문이다. 특히 액체나 기체상태의 물질은 각각의 물질에 특유한 파장의 적외선을 강하게 흡수한다.
그리고, 물은 물분자(H2O)의 5~12개의 종합된 형태로 연결된 분자집단인 클러스터(Cluster)이며, 이 물의 분자집단이 외부로부터 원적외선의 자극을 받으면 공진, 공명현상으로 물의 분자집단인 클러스터가 적어지고, 또한 물분자의 운동이 빨라져서 물분자가 활성화되어 결국 증기 발생 유니트(10)의 내부에 수용된 물은 온도가 급격히 상승하며 증기의 증발량도 증가된다.
한편, 증기 발생 유니트(10)에서 발생된 포화증기는 증기 발생 유니트(10)의 제 1증기 배출공(11e)과 포집관(21d)을 통해 증기 포집 유니트(20)의 제 2케이스(21)에 형성된 증기 유입공(21e)을 통해 포집된다.
또한, 증기 발생 유니트(10)에서 포집된 증기에 의해 제 2적외선 방사체(25)가 가열되고, 이로 인해 제 2적외선 방사체(25)에서도 10±5㎛ 파장대의 원적외선이 방사되어 포집된 포화증기의 분자집단인 클러스터가 적어지고, 또한 물분자의 운동이 빨라져서 물분자가 활성화된다.
계속해서, 증기 포집 유니트(20)에서 포집된 포화증기는 제 2증기 배출공(21f)을 통해 과포화증기 발생 유니트(100)의 와류 튜브(140)의 유입구(141)로 유입된다.
한편, 과포화증기 발생 유니트(100)의 함체(110) 내부는 전열선(130)에서 발생되는 열과, 열에 의해 함체(110)의 적외선 방사벽(111)과 적외선 방사 홀더(120)에서 적외선이 발생된다.
이로 인해, 함체(110)는 밀폐된 구조로 형성되어 있기 때문에 내부의 열이 상승되고, 적외선에 의해 복사열이 발생하고, 이 열이 와류 튜브(140)의 내측면과 외측면에 코팅된 흑체(145)로 전달되어 난방사와, 전방사가 이루어져 와류 튜브(140)의 유입구(141)로 유입된 포화증기는 온도?밀도?부피가 증대되어 과열증기로 변환하게 된다.
이와 동시에 과열증기가 적외선에 의해 다시 공명?공진을 일으켜 물의 클러스터가 초미립화되고, 볼텍스(Vortex) 원리에 따라 압력을 증대시키도록 하단 지름(Φ1) 대비 상단 지름(Φ2) 비율이 10:8의 비율을 가지고, 유출구(143)의 단면 지름(Φ3)이 유입구(141)의 단면 지름(Φ4) 대비 감소하는 단면 감소율 23%로 형성되기 때문에 포화증기가 상승 및 선회되면서 압력이 상승되어 800~980℃의 과포화증기로 변환된다.
그리고, 와류 튜브(140)의 유출구(143)에서 배출되는 과포화증기는 800~980℃의 온도를 가지며 배출된다.
한편, 제 1케이스(11)의 수위 감지 센서(11f)에서 수위를 감지하여 수위가 기준 수위 이하로 하강되는 경우 수위 감지 센서(11f)가 전자 밸브(11g)를 동작시켜 물을 자동으로 보충시키고, 물 보충이 이루어지지 않아 수위가 최저 수위 이하로 하강되는 경우 전기 히터(15)의 전원 공급을 차단시켜 과열을 방지한다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 고온의 과포화증기를 이용하여 주택 및 건물 난방열, 온실 난방열, 냉방열, 열병합 발전열로 직접 이용할 수 있고, 보일러의 화석연료(방카유 디젤유 가스 석탄)와 혼합되어 보일러의 연소 효율을 높이고, 오염물질의 배출을 줄일 수 있으며, 물분자가 활성화되어 있기 때문에 식물을 생장을 촉진시킬 수 있어 생육 재배에 활용할 수 있다.
10 : 증기 발생 유니트 11 : 제 1케이스
13 : 고정 부재 15 : 전기 히터
17 : 제 1적외선 방사체 20 : 증기 포집 유니트
21 : 제 2케이스 23 : 망체
25 : 제 2적외선 방사체 100 : 과포화증기 발생 유니트
110 : 함체 120 : 적외선 방사 홀더
130 : 전열선 140 : 와류 튜브

Claims (18)

  1. 내부에 공간부가 형성되도록 사각형 또는 원통형으로 형성되는 함체와;
    적외선 방사 재질로 상단이 좁고 하단이 넓은 원추형태로 형성되어 하단이 상기 함체의 내측 하단에 고정 설치되는 적외선 방사 홀더와;
    상기 적외선 방사 홀더의 외주면에 권취되는 전열선; 및
    상기 전열선의 전면에 위치하도록 상기 적외선 방사 홀더의 외측면에 이격 설치되고, 하단부인 유입구가 상기 함체의 하단을 통해 외부로 인출되어 이를 통해 포화증기가 유입되며, 상단부인 유출구가 상기 함체의 상단을 통해 외부로 인출되어 상기 전열선에서 발생되는 열과, 상기 함체와, 적외선 방사 홀더 및 자체에서 발생되는 적외선에 의해 발생된 복사열을 이용하여 포화증기를 가열시켜 과열증기로 변환시키고, 적외선 주파수의 공진?공명작용을 통해 포화증기 내의 물분자를 활성화시켜 과열증기를 클러스터가 초미립화된 과포화증기로의 변환시켜 고온의 과포화증기를 배출하는 와류 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 과포화증기 증폭 발생 유니트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 함체는,
    적외선 방사 재질로 형성되되, 상단에 커버가 형성되는 적외선 방사벽과;
    상기 적외선 방사벽의 외측면에 부착되는 단열재; 및
    상기 적외선 방사벽과 상기 단열재 사이에 도포되어 내부 열의 전도를 차단하고 열을 반사시키는 발포 인산알루미늄 바인더로 구성되는 것을 특징으로 하는 과포화증기 증폭 발생 유니트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적외선 방사 홀더는,
    하단에 받침대가 형성되어 상기 함체의 적외선 방사벽의 저면과 고정되고, 중앙부에 관통홀이 형성되며, 외측면 하측에서부터 상측으로 시계방향의 나선홈이 형성되고, 상기 관통홀을 통해 상기 전열선이 인입되어 상기 나선홈에 상기 전열선이 삽입 고정되는 것을 특징으로 하는 과포화증기 증폭 발생 유니트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 와류 튜브는,
    원형 튜브 또는 스파이럴 튜브이고, 내측면과 외측면에 흑체가 코팅되는 것을 특징으로 하는 과포화증기 증폭 발생 유니트.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 와류 튜브는,
    볼텍스 원리에 따라 압력을 증대시키도록 하단 지름 대비 상단 지름 비율이 10:6~9를 갖도록 하고, 상기 유출구의 단면 지름이 상기 유입구의 단면 지름 대비 감소하는 단면 감소율이 20~26%로 형성되는 것을 특징으로 하는 과포화증기 증폭 발생 유니트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 와류 튜브에서 배출되는 과포화증기는,
    800~980℃의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 과포화증기 증폭 발생 유니트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 와류 튜브에서 배출되는 과포화증기는,
    난방열, 냉방열, 열병합 발전열로 직접 이용되거나 보일러의 화석연료(방카유 디젤유 가스 석탄)와 혼합되어 보일러의 연소 효율을 높이고, 오염물질의 배출을 억제하도록 하는 것을 특징으로 하는 과포화증기 증폭 발생 유니트.
  8. 밀폐된 원통형으로 형성되고, 열과 적외선을 통해 물을 가열시켜 포화증기를 발생시킴과 동시에 증발량을 증대시키는 증기 발생 유니트와;
    상기 증기 발생 유니트의 일측에 설치되어 상기 증기 발생 유니트에서 발생된 포화증기를 포집하는 증기 포집 유니트; 및
    상기 증기 포집 유니트의 상부에 설치되어 상기 증기 포집 유니트에서 포집된 포화증기를 공급받아 적외선에 의해 발생된 복사열을 이용하여 포화증기를 가열시켜 과열증기로 변환시키고, 적외선 주파수의 공진?공명작용을 통해 포화증기 내의 물분자를 활성화시켜 과열증기를 클러스터가 초미립화된 과포화증기로의 변환시켜 고온의 과포화증기를 배출하는 과포화증기 발생 유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 과포화증기 발생 유니트를 이용한 과포화증기 발생 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 증기 발생 유니트는,
    원통형으로 형성되어 외측면에 발포 인산알루미늄 바인더에 의해 단열재가 부착되고, 내측면에 세라믹 방사체 코팅이 이루어지며, 일측에 물이 공급되는 공급관이 구비되고, 상면에 제 1증기 배출공이 형성되는 제 1케이스와;
    내부에 공간부가 형성된 직육면체 형태로 형성되어 상기 제 1케이스의 내부에 고정 설치되고, 상하면에 복수의 배출공이 형성되는 고정 부재와;
    그 평면 형상이 지그재그 형태로 형성되어 상기 고정 부재의 내부에 고정 설치되는 전기 히터; 및
    상기 전기 히터의 상하면 및 측면에 적층되는 복수의 제 1적외선 방사체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 과포화증기 발생 유니트를 이용한 과포화증기 발생 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1케이스는,
    상면 일측에서 수직으로 형성된 다수의 수위 감지 센서와, 상기 공급관에 전자 밸브가 각각 구비되고, 상기 수위 감지 센서를 통해 수위가 기준 수위 이하로 하강되는 경우 상기 전자 밸브를 동작시켜 물을 보충하고, 상기 제 1케이스 내부의 수위가 최저 수위 이하로 하강되는 경우 상기 전기 히터의 전원 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 과포화증기 발생 유니트를 이용한 과포화증기 발생 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 증기 포집 유니트는,
    원통형으로 형성되어 외측면에 발포 인산알루미늄 바인더가 코팅되고, 단열재가 부착되며, 내측면에 세라믹 방사체 코팅이 이루어지고, 저면에 상기 증기 발생 유니트의 제 1증기 배출공과 포집관을 통해 연계되도록 증기 유입공이 형성되고, 상면에 제 2증기 배출공이 형성되는 제 2케이스와;
    상기 제 2케이스의 내부에 설치되는 망체; 및
    상기 망체의 내측에 수용되는 복수의 제 2적외선 방사체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 과포화증기 발생 유니트를 이용한 과포화증기 발생 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 과포화증기 발생 유니트는,
    내부에 공간부가 형성되도록 사각형 또는 원통형으로 형성되는 함체와;
    적외선 방사 재질로 상단이 좁고 하단이 넓은 원추형태로 형성되어 하단이 상기 함체의 내측 하단에 고정 설치되는 적외선 방사 홀더와;
    상기 적외선 방사 홀더의 외주면에 권취되는 전열선; 및
    상기 전열선의 전면에 위치하도록 상기 적외선 방사 홀더의 외측면에 이격 설치되고, 하단부인 유입구가 상기 함체의 하단을 통해 상기 증기 포집 유니트의 제 2케이스에 형성된 제 2증기 배출공과 연결되어 포화증기가 유입되며, 상단부인 유출구가 상기 함체의 상단을 통해 외부로 인출되어 고온의 과포화증기를 생성하여 배출하는 와류 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 과포화증기 발생 유니트를 이용한 과포화증기 발생 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 함체는,
    적외선 방사 재질로 형성되되, 상단에 커버가 형성되는 적외선 방사벽과;
    상기 적외선 방사벽의 외측면에 부착되는 단열재; 및
    상기 적외선 방사벽과 상기 단열재 사이에 도포되어 내부 열의 전도를 차단하고 열을 반사시키는 발포 인산알루미늄 바인더로 구성되는 것을 특징으로 하는 과포화증기 발생 유니트를 이용한 과포화증기 발생 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 적외선 방사 홀더는,
    하단에 받침대가 형성되어 상기 함체의 적외선 방사벽의 저면과 고정되고, 중앙부에 관통홀이 형성되며, 외측면 하측에서부터 상측으로 시계방향의 나선홈이 형성되고, 상기 관통홀을 통해 상기 전열선이 인입되어 상기 나선홈에 상기 전열선이 삽입 고정되는 것을 특징으로 하는 과포화증기 발생 유니트를 이용한 과포화증기 발생 시스템.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 와류 튜브는,
    원형 튜브 또는 스파이럴 튜브이고, 내측면과 외측면에 흑체가 코팅되는 것을 특징으로 하는 과포화증기 발생 유니트를 이용한 과포화증기 발생 시스템.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 와류 튜브는,
    볼텍스 원리에 따라 압력을 증대시키도록 하단 지름 대비 상단 지름 비율이 10:6~9를 갖도록 하고, 상기 유출구의 단면 지름이 상기 유입구의 단면 지름 대비 감소하는 단면 감소율이 20~26%로 형성되는 것을 특징으로 하는 과포화증기 발생 유니트를 이용한 과포화증기 발생 시스템.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 와류 튜브에서 배출되는 과포화증기는,
    800~980℃의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 과포화증기 발생 유니트를 이용한 과포화증기 발생 시스템.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 와류 튜브에서 배출되는 과포화증기는,
    난방열, 냉방열, 열병합 발전열로 직접 이용되거나 보일러의 화석연료(방카유 디젤유 가스 석탄)와 혼합되어 보일러의 연소 효율을 높이고, 오염물질의 배출을 줄일 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 과포화증기 발생 유니트를 이용한 과포화증기 발생 시스템.
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