KR101729416B1 - 스팀생성방법 및 이를 이용한 스팀생성기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물을 끓여 스팀을 생성하는 스팀생성방법 및 이를 이용한 스팀생성기에 관한 것으로, 예를 들어 본 발명에 따른 스팀생성방법은 내부로 물이 유입되는 유로 및 외부로 스팀이 배출되는 배출구를 구비하는 케이싱의 바닥면을 히터로 가열하는 가열단계, 상기 케이싱의 바닥면의 온도를 측정하는 온도측정단계, 상기 온도측정단계에서 측정된 온도가 물의 끓는점인 제1설정온도 이상인 경우, 상기 케이싱의 바닥면으로 물을 공급하되, 공급하는 물의 양은 아래의 수식에 의해 정해지는 양 이하인 물공급단계를 포함할 수 있다.
m = η·q / { ( c·Δt ) + he }
(m: 상기 물공급부가 시간당 공급하는 물의 양[g/min], q: 상기 히터의 시간당 발열량[cal/min], c: 물의 비열[cal/g·℃], Δt: 물의 끓는점과 상기 물공급부가 공급하는 물의 초기온도의 차, he : 물의 기화열[cal/g], η: 상기 히터의 열전달 효율[%])

Description

스팀생성방법 및 이를 이용한 스팀생성기 {Method for generating steam and Steam generator using the same}
본 발명은 스팀생성방법 및 이를 이용한 스팀생성기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물을 끓여 스팀을 생성하는 스팀생성방법 및 이를 이용한 스팀생성기에 관한 것이다.
스팀생성기는 가습기, 다리미, 청소기 또는 조리기기 등 생활가전의 다양한 분야에서 사용되고 있다. 흔히 사용되는 스팀생성기의 한 종류로는 파이프 형상의 히터 외면에 물을 분사하고, 그 물이 히터를 타고 내려오면서 끓어 스팀으로 변하는 방식이 있다. 다만, 이에 의하면 물이 히터를 타고 내려오면서 소음이 발생하고, 히터가 물에 직접 닿아 녹이 슬거나 물에 의한 불순물이 석출되는 등의 문제점이 있다. 또한, 히터 중 물에 잠긴 부분과 잠기지 않은 부분의 온도차가 심하여, 히터의 내구성이 저하되기도 한다. 특히, 스팀생성기의 작동을 중지하였을 때, 그 내부에 물이 남아있어 잔수를 버려야 하는 불편함이 있고, 그 잔수에 의해 내부가 오염되는 등의 문제점도 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 스팀생성기의 작동을 중지하였을 때에도 케이싱에 물이 남지 않는 스팀생성방법 및 이를 이용한 스팀생성기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 히터의 내구성이 향상되는 스팀생성기를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 스팀생성방법은 내부로 물이 유입되는 유로 및 외부로 스팀이 배출되는 배출구를 구비하는 케이싱의 바닥면을 히터로 가열하는 가열단계, 상기 케이싱의 바닥면의 온도를 측정하는 온도측정단계, 상기 온도측정단계에서 측정된 온도가 물의 끓는점인 제1설정온도 이상인 경우, 상기 케이싱의 바닥면으로 물을 공급하되, 공급하는 물의 양은 아래의 수식에 의해 정해지는 양 이하인 물공급단계를 포함할 수 있다.
m = η·q / { ( c·Δt ) + he }
(m: 상기 물공급부가 시간당 공급하는 물의 양[g/min], q: 상기 히터의 시간당 발열량[cal/min], c: 물의 비열[cal/g·℃], Δt: 물의 끓는점과 상기 물공급부가 공급하는 물의 초기온도의 차, he : 물의 기화열[cal/g], η: 상기 히터의 열전달 효율[%])
여기에, 상기 온도측정단계에서 측정된 온도가 상기 제1설정온도 이하인 경우, 상기 히터를 켜고, 상기 제2설정온도 이상인 경우, 상기 히터를 끄는 온도조절단계를 더 포함하되, 상기 제2설정온도는 상기 제1설정온도보다 높은 온도일 수 있다.
또한, 상기 케이싱의 온도가 제3설정온도 이상인 경우, 상기 히터와 상기 히터를 작동시키기 위한 전원 간의 연결을 차단하는 전원차단단계를 더 포함하되, 상기 제3설정온도는 상기 제2설정온도보다 높은 온도일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 스팀생성기는 내부로 물이 유입되는 유로 및 외부로 스팀이 배출되는 배출구를 구비하는 케이싱, 상기 케이싱의 바닥면을 가열하는 히터, 상기 케이싱의 바닥면의 온도를 측정하는 온도 측정부 및 상기 온도측정부에 의해 측정된 온도가 물의 끓는점인 제1설정 온도 이상인 경우, 상기 케이싱의 바닥면으로 물을 공급하는 물공급부를 포함하되, 상기 물공급부가 공급하는 물의 양은 아래의 수식에 의해 정해지는 양 이하일 수 있다.
m = η·q / { ( c·Δt ) + he }
(m: 상기 물공급부가 시간당 공급하는 물의 양[g/min], q: 상기 히터의 시간당 발열량[cal/min], c: 물의 비열[cal/g·℃], Δt: 물의 끓는점과 상기 물공급부가 공급하는 물의 초기 온도의 차, he : 물의 기화열[cal/g], η: 상기 히터의 열전달 효율[%])
이때, 상기 히터는 상기 케이싱의 외부에 설치되어, 상기 케이싱의 바닥면을 가열할 수 있다.
여기에, 상기 온도측정부에 의해 측정된 온도가 상기 제1설정온도 이하인 경우 상기 히터를 켜고, 제2설정온도 이상인 경우 상기 히터를 끄는 온도조절부를 더 포함하되, 상기 제2설정온도는 상기 제1설정온도보다 높은 온도일 수 있다.
또한, 상기 케이싱의 일면에 결합되어, 상기 케이싱의 온도가 제3설정온도 이상인 경우, 상기 히터와 상기 히터를 작동시키기 위한 전원 간의 연결을 차단시키는 전원차단부를 더 포함하되, 상기 제3설정온도는 상기 제2설정온도보다 높은 온도일 수 있다.
본 발명에 따른 스팀생성방법 및 이를 이용한 스팀생성기는 케이싱에 공급된 물이 케이싱의 바닥면에 닿았을 때, 전량이 즉시 끓어 스팀으로 변하도록 하여, 스팀생성기의 작동을 중지하였을 때에도 케이싱에 물이 남지 않도록 함으로써, 잔수를 버려야 하는 불편함을 없애고, 잔수에 의한 케이싱의 내부의 오염을 방지할 수 있다.
또한, 히터를 케이싱의 외부에 배치하여, 히터가 물에 직접 닿지 않도록 함으로써, 히터가 녹슬거나 물에 의한 불순물이 석출되는 것을 방지하여, 히터의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 케이싱의 바닥면의 온도가 물의 끓는점 이상일 때, 케이싱에 시간당 일정한 양의 물을 공급함으로써, 시간당 생성되는 스팀의 양도 일정하도록 하여, 스팀생성기를 효율적으로 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스팀생성기의 개략도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스팀생성기에서, 가열부 및 그에 결합된 전원차단부를 위에서 바라본 상태를 도시한 사시도이며,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스팀생성기에서, 가열부 및 그에 결합된 전원차단부를 아래에서 바라본 상태를 도시한 사시도이고,
도 4는 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 스팀생성방법 및 이를 이용한 스팀생성기의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스팀생성기의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스팀생성기에서, 가열부(100) 및 그에 결합된 전원차단부(300)를 위에서 바라본 상태를 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스팀생성기에서, 가열부(100) 및 그에 결합된 전원차단부(300)를 아래에서 바라본 상태를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 1을 참조하면, 스팀생성기는 가열부(100), 제어모듈(200) 및 전원차단부(300)를 포함하고, 제어모듈(200)은 온도측정부(210), 물공급부(220) 및 온도조절부(230)를 구비한다.
도 2 내지 4를 참조하면, 가열부(100)는 케이싱(110) 및 히터(120)를 포함한다.
케이싱(110)에는 후술할 물공급부(220)에서 공급되는 물이 유입되는 유로(111)가 형성된다. 또한, 케이싱(110)에는 그 내부에서 생성되는 스팀이 외부로 배출되는 배출구(112)가 형성된다. 이때, 스팀은 스팀생성기의 사용상태를 기준으로 할 때, 케이싱(110)의 내부 중 상부에 주로 존재하기 때문에, 배출구(112)도 스팀의 효율적인 배출을 위해, 케이싱(110)의 측면 중 상부에 형성되거나, 도 2에 도시된 바와 같이 케이싱(110)의 상면에 형성될 수 있다. 또한, 케이싱(110)에는 후술할 온도측정부(210)가 연결될 연결부(113)가 형성된다.
히터(120)는 도 3에 도시된 바와 같이 케이싱(110)의 일면에 결합되어, 케이싱(110)의 일면을 가열함으로써, 결국 케이싱(110)에 공급된 물을 가열하는 역할을 한다. 이때, 케이싱(110)의 내부로 공급된 물은 스팀생성기의 사용상태를 기준으로 할 때, 케이싱(110)의 바닥면으로 떨어지기 때문에, 히터(120)도 물의 효율적인 가열을 위해, 케이싱(110)의 바닥면에 결합될 수 있다. 또한, 히터(120)는 케이싱(110)의 외부에 결합될 수 있다. 이에 의하면, 히터(120)가 물에 직접 닿지 않기 때문에, 히터(120)가 녹슬거나 물에 의한 불순물이 석출되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 케이싱(110)은 서스(Steel Use Stainless, SUS)로 이루어질 수 있고, 히터(120)는 시즈히터(Sheath heater)일 수 있다. 다만, 케이싱(110)은 열전도성이 우수한 다른 재료로 이루어질 수도 있고, 히터(120)는 세라믹히터 등 다른 방식의 히터일 수도 있다.
제어모듈(200)의 온도측정부(210)는 케이싱(110)의 연결부(113)에 연결되어, 케이싱(110)의 바닥면의 온도를 측정한다. 예를 들어, 온도측정부(210)는 서미스터(Thermistor) 및 마이컴(Micom)을 이용하여, 마이컴이 서미스터의 저항을 그에 대응되는 온도로 변환함으로써, 온도를 측정할 수 있다. 다만, 종래 알려진 다른 방법으로 온도를 측정할 수도 있다.
물공급부(220)는 케이싱(110)의 유로(111)를 통해 케이싱(110)에 물을 공급한다. 구체적으로, 물공급부(220)는 온도측정부(210)에 의해 측정된 온도가 제1설정온도 이상인 경우, 물을 공급하기 시작한다. 여기서, 제1설정온도는 물의 끓는점으로서, 예를 들어 약 100[℃]일 수 있다. 또는, 후술하는 바와 같이 물이 케이싱(110)의 바닥면에 닿았을 때, 즉시 기화되도록 하는 것을 보다 확실하게 보장하기 위해, 물의 끓는점보다 높은 온도일 수도 있으며, 예를 들어 약 120[℃]일 수도 있다. 또한, 물공급부(220)는 아래의 수식에 의해 정해지는 양 이하의 물을 시간당 공급할 수 있다.
[수식]
m = η·q / { ( c·Δt ) + he }
여기서, m은 물공급부(220)가 시간당 공급하는 물의 양[g/min]이고, q는 히터(120)의 시간당 발열량[cal/min 또는 W]이며, c는 물의 비열[cal/g·℃]이고, Δt는 물의 끓는점과 물공급부(220)가 공급하는 물의 초기온도의 차이며, he는 물의 기화열[cal/g]이고, η는 히터(120)의 열전달 효율[%]이다. 예를 들어, 히터(120)의 열전달 효율을 80[%], 물의 비열을 1[cal/g·℃], 물의 끓는점을 100[℃], 물 공급부(220)가 공급하는 물의 초기온도를 17[℃], 물의 기화열을 540[cal/g]으로 가정할 때, 히터(120)가 600[W]라면, 물공급부(220)는 시간당 약 11[g/min] 이하의 물을 공급한다. 이에 의하면, 케이싱(110)에 공급되는 물이 케이싱(110)의 바닥면에 닿았을 때, 전량이 즉시 끓어 스팀으로 변하기 때문에, 스팀생성기의 작동을 중지하더라도, 케이싱(110)에 물이 남지 않는다. 또한, 시간당 공급되는 물의 양이 일정하면, 전량이 즉시 끓어 스팀으로 변할 때, 시간당 생성되는 스팀의 양도 일정하기 때문에, 스팀생성기를 더 효율적으로 활용할 수 있다. 한편, 물공급부(220)가 공급하는 물의 양은 상기 수식에 의해 정해지는 양 이하이기만 하면, 전량이 즉시 기화되므로, 그 하한은 의미가 없어 별도로 한정하지 않기로 한다.
온도조절부(230)는 스팀생성기가 작동하는 동안, 케이싱(110)의 바닥면의 온도가 제1설정온도 이상, 제2설정온도 이하로 유지되도록, 히터(120)를 켜고 끄는 역할을 한다. 예를 들어, 온도조절부(230)는 서모스탯(Thermostat)으로서, 바이메탈(Bimetal)을 이용하여 기계적인 방식으로 히터(120)를 켜고 끌 수도 있고, 온도측정부(210)에 의해 측정된 온도를 입력받아 전기적인 방식으로 히터(120)를 켜고 끌 수도 있으며, 그 밖의 종래 알려진 방법으로 케이싱(110)의 하면의 온도를 유지할 수도 있다. 여기서, 제2설정온도는 케이싱(110)의 바닥면이 필요 이상으로 가열되어, 오히려 사용자나 스팀생성기 자체의 안전에 문제가 생기기 시작할 가능성이 있는 온도로서, 이는 스팀생성기의 구체적인 설계조건에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 약 150[℃]일 수 있다.
이하, 이상에서 설명한 각각의 구성에 기초하여, 스팀생성기의 작동과정에 대해 설명한다.
먼저, 스팀생성기를 작동시키면, 가열부(100)의 히터(120)는 케이싱(110)의 바닥면을 가열하고, 제어모듈(200)의 온도측정부(210)는 케이싱(110)의 바닥면의 온도를 측정한다. 케이싱(110)의 하면의 온도가 제1설정온도가 되면, 물공급부(220)는 케이싱(110)에 물을 공급한다. 이때, 물공급부(220)가 공급하는 물의 양은 앞서 설명한 바와 같이 수식에 의해 정해지며, 케이싱(110)의 바닥면에 닿은 물의 전량은 즉시 끓어 스팀으로 변한다. 만약, 케이싱(110)의 바닥면의 온도가 제2설정온도가 되면, 온도조절부(230)는 히터(120)를 끄고, 그 후 케이싱(110)의 바닥면의 온도가 내려가 제1설정온도가 되면, 다시 히터(120)를 킨다.
한편, 온도조절부(230)가 파손되면, 케이싱(110)의 바닥면의 온도가 제2설정온도를 초과하더라도 히터(120)를 끌 수 없어, 케이싱(110)의 바닥면의 온도가 계속 높아진다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 케이싱(110)의 바닥면에는 전원차단부(300)가 결합될 수 있다. 전원차단부(300)는 케이싱(110)의 바닥면의 온도가 제3설정온도가 되면, 히터(120)와 히터(120)를 작동시키기 위한 전원 간의 연결을 차단시켜, 히터(120)가 작동하지 않도록 하는 역할을 한다. 예를 들어, 전원차단부(300)는 서멀스위치(Thermal switch)로서, 바이메탈을 이용할 수 있으며, 특히 파손된 온도조절부(230)가 수리되기 전까지 히터(120)가 다시 작동할 수 없도록, 수동복귀형 바이메탈을 이용할 수 있다. 다만, 전원차단부(300)는 종래 알려진 퓨즈를 이용할 수도 있다. 여기서, 제3설정온도는 제2설정온도보다 약간 높은 온도로서, 예를 들어 약 155[℃]일 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (7)

  1. 내부로 물이 유입되는 유로 및 외부로 스팀이 배출되는 배출구를 구비하는 케이싱의 바닥면을 히터로 가열하는 가열단계,
    상기 케이싱의 바닥면의 온도를 측정하는 온도측정단계,
    상기 온도측정단계에서 측정된 온도가 물의 끓는점인 제1설정온도 이상인 경우, 상기 케이싱의 바닥면으로 물을 공급하되, 공급하는 물의 양은 아래의 수식에 의해 정해지는 양 이하인 물공급단계를 포함하는 스팀생성방법.
    m = η·q / { ( c·Δt ) + he }
    (m: 물공급부가 시간당 공급하는 물의 양[g/min], q: 상기 히터의 시간당 발열량[cal/min], c: 물의 비열[cal/g·℃], Δt: 물의 끓는점과 상기 물공급부가 공급하는 물의 초기온도의 차, he: 물의 기화열[cal/g], η: 상기 히터의 열전달 효율[%])
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도측정단계에서 측정된 온도가 상기 제1설정온도 이하인 경우 상기 히터를 켜고, 제2설정온도 이상인 경우 상기 히터를 끄는 온도조절단계를 더 포함하되,
    상기 제2설정온도는 상기 제1설정온도보다 높은 온도인 스팀생성방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 케이싱의 온도가 제3설정온도 이상인 경우, 상기 히터와 상기 히터를 작동시키기 위한 전원 간의 연결을 차단하는 전원차단단계를 더 포함하되,
    상기 제3설정온도는 상기 제2설정온도보다 높은 온도인 스팀생성방법.
  4. 내부로 물이 유입되는 유로 및 외부로 스팀이 배출되는 배출구를 구비하는 케이싱,
    상기 케이싱의 바닥면을 가열하는 히터,
    상기 케이싱의 바닥면의 온도를 측정하는 온도 측정부 및
    상기 온도측정부에 의해 측정된 온도가 물의 끓는점인 제1설정 온도 이상인 경우, 상기 케이싱의 바닥면으로 물을 공급하는 물공급부를 포함하되,
    상기 물공급부가 공급하는 물의 양은 아래의 수식에 의해 정해지는 양 이하인 스팀생성기.
    m = η·q / { ( c·Δt ) + he }
    (m: 상기 물공급부가 시간당 공급하는 물의 양[g/min], q: 상기 히터의 시간당 발열량[cal/min], c: 물의 비열[cal/g·℃], Δt: 물의 끓는점과 상기 물공급부가 공급하는 물의 초기 온도의 차, he : 물의 기화열[cal/g], η: 상기 히터의 열전달 효율[%])
  5. 제4항에 있어서,
    상기 히터는 상기 케이싱의 외부에 설치되어, 상기 케이싱의 바닥면을 가열하는 스팀생성기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 온도측정부에 의해 측정된 온도가 상기 제1설정온도 이하인 경우 상기 히터를 켜고, 제2설정온도 이상인 경우 상기 히터를 끄는 온도조절부를 더 포함하되,
    상기 제2설정온도는 상기 제1설정온도보다 높은 온도인 스팀생성기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 케이싱의 일면에 결합되어, 상기 케이싱의 온도가 제3설정온도 이상인 경우, 상기 히터와 상기 히터를 작동시키기 위한 전원 간의 연결을 차단시키는 전원차단부를 더 포함하되,
    상기 제3설정온도는 상기 제2설정온도보다 높은 온도인 스팀생성기.
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