KR101891578B1 - 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 증기배관 내부에 생성된 응축수를 제거하는 것으로서, 증기배관에 연결되며, 증기배관으로부터 공급받은 증기와 응축수가 유동하는 공급유로가 내부에 형성된 배관연결부; 상기 배관연결부의 일 측에 설치되며, 응축수가 외부로 토출되는 토출유로가 내부에 형성된 토출부; 상기 배관연결부와 토출부 사이에 설치되며, 상기 공급유로와 연통되는 메인유로와, 상기 메인유로와 토출유로를 연통하는 메인오리피스와, 상기 메인오리피스의 상측에 배치되며 상기 토출유로와 연통되는 보조오리피스가 형성된 본체부; 및 상기 본체부에 설치되며, 상기 메인유로의 상측에 배치되고, 상부면과 상기 메인유로 측 하부면에 각각 가해지는 증기압력에 의해 상기 보조오리피스를 선택적으로 개폐시키도록 작동하는 개폐부를 포함하는 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩을 제공한다.
본 발명에 따른 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩에 의하면, 메인오리피스와 보조오리피스를 내부에 형성하고, 증기압력에 의해 상기 보조오리피스를 선택적으로 개폐시키도록 작동하는 개폐부를 구비함으로써, 증기의 누출 없이 다량의 응축수를 배출할 수 있다.

Description

콘 구조의 하이브리드 스팀트랩{Hybrid steam trap with cone structure}

본 발명은 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 증기배관 내부에 생성된 응축수를 제거하는 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩에 관한 것이다.

일반적으로, 스팀트랩이란 증기배관 내부에 생성된 응축수를 제거하는 장치를 의미한다. 증기배관은 증기를 사용하는 생산설비, 열교환기, 스팀 배관설비 등에서 발생된 증기를 이송하며, 통상 내부와 외부의 온도 차이에 의해 배관 내부에 응축수가 생성된다. 이러한 응축수는 증기의 이동경로를 따라 증기와 함께 이송되면서 증기배관의 내부를 타격한다. 이는 증기배관 내부에 소음을 발생시키고 증기배관의 내구성을 하락시키는 워터해머(Water hammer) 현상의 원인이 되며, 증기배관이 설치된 증기 시스템 전체의 열효율을 저하시키는 원인이 된다. 따라서 증기배관 내부에 생성된 응축수를 제거하는 것은 매우 중요하다고 할 수 있다.

스팀트랩은, 응축수를 배출하는 방식에 따라 디스크 타입, 바이메탈 타입, 버킷 타입, 오리피스 타입 등으로 구분된다. 그 중, 오리피스 타입의 스팀트랩은, 응축수가 오리피스 홀을 점유한 상태를 유지하도록 설계되어, 증기가 스팀트랩의 외부로 누출되는 것을 방지한다. 이러한 오리피스 타입의 스팀트랩은, 증기가 외부로 누출되는 것을 최소화하며, 발열면적이 작아 열효율이 우수하고, 가열체에 대한 열전달율이 우수하다는 장점이 있다.

이러한 오리피스 타입의 스팀트랩과 관련된 것으로서, 대한민국 등록특허 제10-1189706호에서는, 오리피스 스팀트랩에 관해 개시하고 있다.

상기와 같은 종래의 오리피스 타입 스팀트랩은, 오리피스 홀의 직경이 매우 작게 형성되므로 배출되는 응축수의 양에 한계가 존재한다. 따라서 상기 종래의 오리피스 타입 스팀트랩에 의하면, 응축수의 배출량을 증가시키기 위해 오리피스 홀의 직경을 증가시키거나 다수개의 오리피스 홀을 형성시켜야 한다. 하지만 이 경우 응축수와 함께 증기도 외부로 배출되게 되어 증기시스템 전체의 열효율이 감소되는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 증기의 누출 없이 다량의 응축수를 배출할 수 있는 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은, 증기배관 내부에 생성된 응축수를 제거하는 것으로서, 증기배관에 연결되며, 증기배관으로부터 공급받은 증기와 응축수가 유동하는 공급유로가 내부에 형성된 배관연결부; 상기 배관연결부의 일 측에 설치되며, 응축수가 외부로 토출되는 토출유로가 내부에 형성된 토출부; 상기 배관연결부와 토출부 사이에 설치되며, 상기 공급유로와 연통되는 메인유로와, 상기 메인유로와 토출유로를 연통하는 메인오리피스와, 상기 메인오리피스의 상측에 배치되며 상기 토출유로와 연통되는 보조오리피스가 형성된 본체부; 및 상기 본체부에 설치되며, 상기 메인유로의 상측에 배치되고, 상부면과 상기 메인유로 측 하부면에 각각 가해지는 증기압력에 의해 상기 보조오리피스를 선택적으로 개폐시키도록 작동하는 개폐부를 포함하는 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩을 제공한다.

상기 개폐부는, 상부면의 면적이 상기 메인유로 측 하부면의 면적보다 더 큰 원뿔대 형상일 수 있다.

상기 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩은, 상기 본체부에 설치되며, 상기 개폐부의 상측에 배치되고, 상기 메인유로 측 단부에 상기 개폐부가 슬라이딩 가능하게 결합되는 가이드부를 더 포함할 수 있다.

상기 본체부는, 상기 메인유로와 보조오리피스를 연통하며 상기 개폐부가 배치되는 보조배출공간이 형성되며, 상기 가이드부는, 상기 보조배출공간의 상측에 배치되며 상기 본체부에 고정되는 고정부재와, 상기 고정부재로부터 상기 메인유로 측으로 돌출되며 상기 개폐부가 상하로 슬라이딩 가능하게 결합되는 가이드샤프트를 더 포함할 수 있다.

상기 개폐부와 가이드샤프트의 사이에는, 상기 메인유로로부터 상기 고정부재와 개폐부 사이의 공간으로 증기가 유동하는 증기유로가 형성될 수 있다.

상기 메인유로는, 상기 공급유로의 직경보다 작은 직경을 가질 수 있다.

상기 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩은, 상기 본체부의 일 측에 설치되며, 상기 공급유로로부터 메인유로로 유입되는 응축수에 존재하는 이물질을 걸러내는 필터부를 더 포함할 수 있다.

상기 필터부는, 상기 배관연결부와 본체부의 연결 부위에 연통되도록 설치되는 연통벽과, 상기 연통벽의 내부에 삽입되며, 상기 공급유로로부터 메인유로로 유입되는 응축수에 존재하는 이물질을 걸러내는 거름망이 상측에 형성된 스트레이너를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩에 의하면, 메인오리피스와 보조오리피스를 내부에 형성하고, 증기압력에 의해 상기 보조오리피스를 선택적으로 개폐시키도록 작동하는 개폐부를 구비함으로써, 증기의 누출 없이 다량의 응축수를 배출할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1 중 Ⅱ 부분의 확대도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩의 작동을 도시한 도면이다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩(100)은, 증기배관(미도시) 내부에 생성된 응축수를 제거하는 것으로서, 배관연결부(110), 토출부(120), 본체부(130) 및 개폐부(140)를 포함한다.

상기 배관연결부(110)는, 증기배관에 연결되며, 증기배관으로부터 공급받은 증기가 응축수와 함께 유동하는 공급유로(111)가 내부에 형성된다. 상기 토출부(120)는, 상기 배관연결부(110)의 일 측에 설치되며, 응축수가 외부로 토출되는 토출유로(121)가 형성된다. 상기 배관연결부(110)와 토출부(120)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩(100)에 있어서 각각 입구와 출구 역할을 하는 구성이라고 할 수 있다.

상기 본체부(130)는, 상기 배관연결부(110)와 토출부(120)의 사이에 배치되며, 일 단부가 상기 배관연결부(110)에 결합되고 타 단부가 상기 토출부(120)에 결합된다. 그리고 상기 본체부(130)는, 내부에 메인유로(131), 메인오리피스(132), 보조오리피스(133) 및 보조배출공간(134)이 형성된다. 상기 메인유로(131)는, 상기 공급유로(111)와 연통되어 상기 공급유로(111)로부터 증기와 응축수를 공급받는다. 상기 메인오리피스(132)는, 상기 메인유로(131)와 토출유로(121)를 연통하며, 상기 메인유로(131)로부터 토출유로(121) 측으로 응축수를 배출한다. 상기 보조오리피스(133)는, 상기 메인오리피스(132)의 상측에 배치되며, 상기 토출유로(121)와 연통된다. 상기 보조배출공간(134)은, 상기 메인유로(131)의 상측에 배치되며, 상기 메인유로(131)와 보조오리피스(133)를 연통한다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩(100)은, 상기 공급유로(111), 메인유로(131), 메인오리피스(132) 및 토출유로(121)로 이어지는 제1의 유로와, 상기 공급유로(111), 메인유로(131), 보조배출공간(134), 보조오리피스(133) 및 토출유로(121)로 이어지는 제2의 유로가 내부에 형성되며, 여기서 상기 보조배출공간(134) 및 보조오리피스(133)는, 상기 메인오리피스(132)에 대하여 병렬로 배치되어 있다고 할 수 있다.

상기 개폐부(140)는, 상기 본체부(130)의 보조배출공간(134)에 배치되어, 상기 보조오리피스(133)를 선택적으로 개폐시킨다. 더욱 상세하게는, 상기 개폐부(140)는, 상기 개폐부(140)의 상측에 유입된 증기가 상기 개폐부(140)의 상부면에 가하는 압력과, 상기 메인유로(131)에 존재하는 증기가 상기 개폐부(140)의 하부면에 가하는 압력에 의해, 상기 보조오리피스(133)를 선택적으로 개방 또는 폐쇄시키도록 작동한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩(100)은, 가이드부(150)를 더 포함할 수 있다. 상기 가이드부(150)는, 상기 본체부(130)에 설치되는 것으로서, 상기 개폐부(140)의 상측에 배치된다. 그리고 상기 가이드부(150)는, 상기 메인유로(131) 측 단부에 상기 개폐부(140)가 슬라이딩 가능하게 결합된다.

더욱 상세하게는, 상기 가이드부(150)는, 고정부재(151)와 가이드샤프트(152)를 포함할 수 있다. 상기 고정부재(151)는, 상기 보조배출공간(134)의 상측에 배치되며 상기 본체부(130)에 고정된다. 이때, 상기 고정부재(151)는, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 본체부(130)의 상측에 형성된 홈에 삽입되어 상기 본체부(130)에 고정될 수 있다. 상기 가이드샤프트(152)는, 상기 고정부재(151)로부터 상기 메인유로(131) 측으로 돌출 형성되며, 상기 개폐부(140)가 상하로 슬라이딩 가능하게 결합된다. 상기 가이드샤프트(152)에 설치된 상기 개폐부(140)는, 상기 가이드샤프트(152)를 중심축으로 하여 상하로 이동하며, 상기 보조오리피스(133)를 선택적으로 개폐시키게 된다.

이때, 상기 개폐부(140)는, 중공의 원뿔대 형상으로 형성되며, 그 중심부에 상기 가이드샤프트(152)가 관통하도록 상기 가이드샤프트(152)에 설치될 수 있다. 그리고 상기 개폐부(140)는, 도 2에 도시된 바와 같이 내주면이 상기 가이드샤프트(152)의 외주면과 소정 간격 이격되도록 배치되어, 상기 개폐부(140)와 가이드샤프트(152) 사이에 증기가 유동하는 증기유로(141)가 형성되도록 할 수 있다. 이에 따라 상기 메인유로(131)에 존재하는 증기는 상기 증기유로(141)를 통해 상기 고정부재(151)와 개폐부(140) 사이의 공간, 즉 상기 개폐부(140)의 상측으로 유동하게 되며, 이렇듯 상기 개폐부(140)의 상측으로 유입된 증기는 상기 개폐부(140)의 상부면에 대하여 압력을 가하게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩(100)은, 필터부(160)를 더 포함할 수 있다. 상기 필터부(160)는, 상기 본체부(130)의 측면에 설치되며, 상기 공급유로(111)로부터 메인유로(131)로 유입되는 응축수에 존재하는 이물질을 걸러낸다.

더욱 상세하게는, 상기 필터부(160)는, 연통벽(161)과 스트레이너(162)를 더 포함할 수 있다. 상기 연통벽(161)은, 상기 배관연결부(110)와 본체부(130)의 연결 부위에 연통되도록 설치된다. 상기 스트레이너(162)는, 원통 형상의 부재로서, 상기 연통벽(161)의 내부에 삽입 설치된다. 이때, 상기 스트레이너(162)의 상측에는 거름망(163)이 형성된다. 상기 거름망(163)은, 물 분자만이 통과할 수 있을 정도의 미세한 격자 모양으로 형성되며, 상기 공급유로(111)로부터 메인유로(131)로 유입되는 응축수에 존재하는 이물질을 걸러낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 연통벽(161)은 상기 배관연결부(110) 및 토출부(120)의 길이방향에 대하여 경사지게 형성되며, 상기 스트레이너(162)는 상기 공급유로(111)와 메인유로(131)를 따라 유동하는 응축수의 유동방향에 대하여 반대 측으로 삽입되도록 설치될 수 있다. 그리고 상기 거름망(163)은, 상기 공급유로(111)와 메인유로(131)를 따라 유동하는 응축수의 유동방향을 따라 기울어지도록 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 공급유로(111)와 메인유로(131)를 따라 유동하는 응축수의 수위가 높아짐에 따라, 상기 거름망(163)이 각 부위별로 응축수의 각 수위에 따라 존재하는 이물질을 걸러낼 수 있다.

이하부터는, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩(100)의 작동에 관해 상세히 설명하도록 한다. 이때, 도 3 내지 도 5에 도시된 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩(100)은, 아래쪽이 중력 방향인 것으로 가정한다.

도 3을 참조하면, 증기배관으로부터 공급받은 증기와 응축수는, 상기 공급유로(111)를 거쳐 메인유로(131)로 유입된다. 그 중, 응축수는 상기 메인오리피스(132)를 통해 상기 토출유로(121)로 토출되며, 증기는 상기 증기유로(141)를 통해 상기 개폐부(140)의 상측으로 유입된다.

여기서, 상기 개폐부(140)는, 상부면의 면적이 상기 메인유로(131) 측 하부면의 면적보다 더 큰 원뿔대 형상으로 형성된다. 또한, 상기 개폐부(140)의 상측에 존재하는 증기는, 상기 메인유로(131) 내부에 존재하는 증기가 상기 증기유로(141)를 통해 그대로 상기 개폐부(140)의 상측으로 유입된 것이므로, 상기 메인유로(131)에 존재하는 증기와 동일한 온도를 나타내게 된다. 이 경우, 상기 개폐부(140)의 상측에 존재하는 증기의 압력과 상기 메인유로(131)에 존재하는 증기의 압력은 같으나, 상기 개폐부(140)의 상부면의 면적이 하부면의 면적보다 크므로, 상기 개폐부(140)의 상부면에 가해지는 힘이 하부면에 가해지는 힘보다 더 크게 작용하게 된다. 따라서 상기 개폐부(140)는, 상기 보조배출공간(134)의 상기 메인유로(131) 측 입구로 완전히 하강된 상태를 유지하며, 상기 보조오리피스(133)를 완전히 폐쇄시켜 상기 메인유로(131)에 존재하는 증기가 상기 보조배출공간(134)을 통해 상기 보조오리피스(133)로 유입되지 않도록 한다.

도 3에 도시된 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩(100)은, 증기배관의 내부와 외부의 온도차이가 적어 증기배관 내부에 발생되는 응축수의 양이 적은 경우의 작동관계를 도시한 것으로서, 이러한 경우에 증기배관의 내부에서 생성된 응축수는 오로지 상기 메인오리피스(132)만을 통해서 외부로 토출된다.

하지만 증기배관 내부와 외부의 온도차이가 커서 증기배관 내부에 발생되는 응축수의 양이 과다한 경우, 도 4에 도시된 것과 같이 상기 메인유로(131)는 증기배관으로부터 공급받은 응축수로 가득 차게 되며, 상기 메인유로(131)에는 증기가 거의 존재하지 않게 된다. 이 경우, 상기 증기유로(141)를 통해 상기 개폐부(140)의 상측으로 더 이상 증기(또는 증기에 의한 열에너지)가 공급되지 않아, 상기 개폐부(140)의 상측에 존재하는 증기의 온도는 점점 내려가게 된다.

따라서 상기 개폐부(140)의 상부면에 가해지는 증기의 압력보다, 상기 메인유로(131)로 지속적으로 공급되는 응축수에 의해 상기 개폐부(140)의 하부면에 가해지는 응축수의 수압이 커지게 되어, 상기 개폐부(140)는 도 5에 도시된 바와 같이 상측으로 상승하게 된다. 상기 개폐부(140)가 상승하도록 작동함에 따라 상기 보조오리피스(133)는 개방되게 되며, 상기 메인유로(131)에 존재하는 응축수는 상기 메인유로(131), 보조배출공간(134) 및 보조오리피스(133)를 통해 토출유로(121)로 토출되게 된다.

이때, 상기 메인유로(131)는, 상기 공급유로(111)의 직경보다 작은 직경을 가지도록 형성될 수 있다. 더욱 상세하게는, 상기 메인유로(131)는, 하측 내벽이 상기 공급유로(111)의 하측 내벽과 일체로서 연결되며, 상측 내벽의 높이가 상기 공급유로(111)의 상측 내벽의 높이보다 더 낮게 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 메인유로(131)에 응축수가 가득 찼을 때, 상기 공급유로(111)에 존재하는 응축수의 수면이 상기 메인유로(131)에 존재하는 응축수의 수면보다 더 높게 위치하도록 하여, 상기 공급유로(111)에 존재하는 응축수의 수압에 의해 상기 메인유로(131)에 존재하는 응축수가 상기 보조배출공간(134) 측으로 밀려 올라가도록 할 수 있다.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩(100)에 의하면, 상기 보조배출공간(134)으로 유입된 응축수가 상기 보조오리피스(133)를 통해 상기 토출유로(121)로 토출되도록 하여, 증기배관 내부에 생성되는 응축수의 양에 대응하여 응축수가 외부로 적절하게 배출되도록 할 수 있다.

100 : 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩 110 : 배관연결부
120 : 토출부 130 : 본체부
140 : 개폐부 150 : 가이드부
160 : 필터부

Claims (8)

1. 증기배관 내부에 생성된 응축수를 제거하는 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩에 있어서,
   증기배관에 연결되며, 증기배관으로부터 공급받은 증기와 응축수가 유동하는 공급유로가 내부에 형성된 배관연결부;
   상기 배관연결부의 일 측에 설치되며, 응축수가 외부로 토출되는 토출유로가 내부에 형성된 토출부;
   상기 배관연결부와 토출부 사이에 설치되며, 상기 공급유로와 연통되는 메인유로와, 상기 메인유로와 토출유로를 연통하는 메인오리피스와, 상기 메인오리피스의 상측에 배치되며 상기 토출유로와 연통되는 보조오리피스가 형성된 본체부; 및
   상기 본체부에 설치되며, 상기 메인유로의 상측에 배치되고, 상부면과 상기 메인유로 측 하부면에 각각 가해지는 증기압력에 의해 상기 보조오리피스를 선택적으로 개폐시키도록 작동하는 개폐부를 포함하되,
   상기 개폐부는, 상부면의 면적이 상기 메인유로 측 하부면의 면적보다 더 큰 원뿔대 형상인 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 본체부에 설치되며, 상기 개폐부의 상측에 배치되고, 상기 메인유로 측 단부에 상기 개폐부가 슬라이딩 가능하게 결합되는 가이드부를 더 포함하는 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 본체부는, 상기 메인유로와 보조오리피스를 연통하며 상기 개폐부가 배치되는 보조배출공간이 형성되며,
   상기 가이드부는, 상기 보조배출공간의 상측에 배치되며 상기 본체부에 고정되는 고정부재와, 상기 고정부재로부터 상기 메인유로 측으로 돌출되며 상기 개폐부가 상하로 슬라이딩 가능하게 결합되는 가이드샤프트를 더 포함하는 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 개폐부와 가이드샤프트의 사이에는, 상기 메인유로로부터 상기 고정부재와 개폐부 사이의 공간으로 증기가 유동하는 증기유로가 형성된 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩.
6. 청구항 1, 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 메인유로는, 상기 공급유로의 직경보다 작은 직경을 가지는 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩.
7. 청구항 1, 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 본체부의 일 측에 설치되며, 상기 공급유로로부터 메인유로로 유입되는 응축수에 존재하는 이물질을 걸러내는 필터부를 더 포함하는 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 필터부는, 상기 배관연결부와 본체부의 연결 부위에 연통되도록 설치되는 연통벽과, 상기 연통벽의 내부에 삽입되며, 상기 공급유로로부터 메인유로로 유입되는 응축수에 존재하는 이물질을 걸러내는 거름망이 상측에 형성된 스트레이너를 포함하는 콘 구조의 하이브리드 스팀트랩.

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