KR102321280B1 - 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저온 스팀이 유입되는 유입관과 고온 스팀이 배출되는 배출관이 동축상에 배치된 제1 유닛과, 유입관으로부터 분기된 스팀입구관이 연소로 내부에 배치된 몸체부와 연결되는 제2 유닛을 포함하는 구조로부터, 열손실을 최소화하여 목적 온도로 승온시킬 수 있도록 한 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치에 관한 것이다.

Description

열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치{HEAT-RISING APPARATUS OF SUPERHEATED STEAM WITH PIPE FOR PREVENTING HEAT LOSS}

본 발명은 과열증기 승온장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열손실을 최소화하여 목적 온도로 승온시킬 수 있도록 한 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치에 관한 것이다.

탄소를 에너지원으로 사용하는 화석 연료는 지구 온난화 및 환경 오염을 일으킬 뿐만 아니라, 그 매장량의 한계로 인하여 최근에는 사용을 규제하는 추세이며, 이에 따라 화석 연료를 대신할 대체 에너지가 개발되어 그 사용이 증가하는 추세이다.

이러한 대체 에너지 중 청정하고 높은 에너지를 함유한 수소는 물 및 물로부터 생성되는 비독성 부생성물로서 천연적으로 풍부하게 존재하는 점에서 각광을 받고 있다.

따라서, 각국에서는 수소 에너지를 생산하기 위한 연구가 활발하게 진행되고, 이를 생산하기 위한 장치가 개발되고 있다.

수소는 석유탈황, 암모니아 제조 등 화학공업 부문에서 널리 사용되고 있으며, 우주항공산업의 연료, 반도체산업의 분위기 가스, 연료전지의 원료로도 사용되고 있다.

상기와 같은 관점에서 발명된 것으로, 등록특허 제10-2051476호의 "과열증기 승온장치"(이하 선행기술)와 같은 것을 들 수 있다.

선행기술은 과열증기가 유입되는 유입부, 외부 열원에 의해 가열되어 상기 유입부를 통해 유입된 과열증기를 승온하는 몸체부, 상기 몸체부의 내부에 구비되어 있으며 상기 몸체부에 의해 승온된 과열증기를 외부로 배출하는 배출부를 포함하고, 상기 몸체부의 측벽 내면에는 상기 과열증기를 나선형으로 회전시키면서 가열하는 내부 돌출부가 형성되어 있다.

그러나, 선행기술은 유입부와 배출부가 별개로 형성되어 있으므로, 승온된 과열증기가 배출부를 통하여 배출되는 과정에서 외부 공기와 열교환이 일어남으로써 승온된 과열증기의 온도가 떨어지는 문제점이 있었다.

등록특허 제10-2051476호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 열손실을 최소화하여 목적 온도로 승온시킬 수 있도록 하는 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 저온 스팀(이하 제1 스팀)이 유입되는 제1 직경의 제1 포트가 연소로의 외부에 형성되고 상기 제1 포트로부터 제1 길이로 연장된 제1 유로의 말단에 제2 포트가 연소로의 내부에 형성된 유입관과, 상기 제1 직경보다 작은 제2 직경의 제3 포트가 연소로의 내부에 형성되고 상기 제3 포트로부터 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이로 연장된 제2 유로의 말단에 고온 스팀(이하 제2 스팀)이 배출되는 제4 포트가 연소로의 외부에 형성된 배출관을 포함하는 제1 유닛; 및 상기 연소로의 내부에서 상기 유입관으로부터 분기되며 상기 제2 직경보다 작거나 같은 제3 직경을 가진 적어도 하나 이상의 스팀입구관과, 상기 연소로의 내부에 배치되어 상기 스팀입구관과 연결되며 상기 제3 포트를 수용하는 몸체부를 포함하는 제2 유닛을 포함하며, 상기 배출관은 상기 유입관과 동축상에 배치되고, 상기 제1 스팀은 상기 스팀입구관으로부터 상기 몸체부로 유입되어 유동 지체되면서 가열되는 것을 특징으로 하는 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치를 제공할 수 있을 것이다.

여기서, 상기 제1 유닛은, 상기 유입관의 내주면과 상기 배출관의 외주면 사이에 형성되어 상기 유입관 및 상기 배출관과 동축상에 배치되고, 내부에 공기 또는 진공인 단열층을 형성하는 제2 직경보다 큰 제4 직경의 제1 단열관과, 상기 유입관의 외주면과 마주보는 내주면을 가지며 상기 유입관과 동축상에 배치되고, 내부에 공기 또는 진공인 단열층을 형성하는 제1 직경보다 큰 제5 직경의 제2 단열관을 더 포함하며, 상기 스팀입구관은 상기 제2 단열관을 관통하여 상기 몸체부와 연결되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 스팀입구관은, 상기 유입관의 외주면과 연통하는 제5 포트와, 상기 몸체부의 외주면과 연통하는 제6 포트를 포함하며, 상기 제5 포트와 상기 제6 포트 각각의 중심을 관통하는 제1 가상선은, 상기 유입관의 중심을 관통하는 제2 가상선에 대하여 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 스팀입구관은 상기 유입관과 상기 몸체부의 외주면을 따라 방사상으로 복수 배치되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 몸체부는, 상기 배출관과 동축상에 배치되며 상기 제3 포트를 내부에 수용하는 내통과, 상기 내통과 동축상에 배치되며 상기 내통을 내부에 수용하고 상기 스팀입구관과 연결되는 외통과, 상기 외통의 내주면과 상기 내통의 외주면을 따라 상하 방향으로 형성되어 상기 스팀입구관을 통하여 유입되는 상기 제1 스팀의 유동을 나선 형상으로 지체시키는 지체수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 몸체부는, 상기 내통의 말단부와 마주보는 상기 외통의 말단부에 형성되고, 상기 지체수단을 통하여 가열된 상기 제1 스팀이 상기 제2 스팀이 되어 상기 제3 포트측으로 이송되도록 안내하는 제1 안내수단과, 상기 내통의 말단부와 상기 제3 포트 사이에 형성되고, 상기 제1 안내수단을 통하여 안내된 상기 제2 스팀을 상기 제3 포트를 통하여 상기 제4 포트측으로 이송되도록 하는 제2 안내수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 지체수단은, 상기 외통의 내주면을 따라 나선 형상으로 맞닿은 외측 가장자리와, 상기 내통의 외주면을 따라 나선 형상으로 맞닿은 내측 가장자리를 가지는 핀 앤 가이드 배인(fin and guide vane)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1 안내수단은, 상기 외통의 말단부 내측면에 상면이 개방된 원뿔대 형상의 가이드 핀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가이드 핀은 서로 다른 하단부 직경을 가지고 동축상에 복수로 배치되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 제2 안내수단은, 상기 내통의 말단부 가장자리와 상기 제3 포트를 상호 연결하는 원뿔대 형상의 가이드 호퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.

우선, 본 발명은 제1 스팀이 유입되는 제1 직경의 제1 포트가 연소로의 외부에 형성되고 제1 포트로부터 제1 길이로 연장된 제1 유로의 말단에 제2 포트가 연소로의 내부에 형성된 유입관과, 제1 직경보다 작은 제2 직경의 제3 포트가 연소로의 내부에 형성되고 제3 포트로부터 제1 길이보다 긴 제2 길이로 연장된 제2 유로의 말단에 제2 스팀이 배출되는 제4 포트가 연소로의 외부에 형성된 배출관을 포함하는 제1 유닛; 및 연소로의 내부에서 유입관으로부터 분기되며 제2 직경보다 작거나 같은 제3 직경을 가진 적어도 하나 이상의 스팀입구관과, 연소로의 내부에 배치되어 스팀입구관과 연결되며 제3 포트를 수용하는 몸체부를 포함하는 제2 유닛을 포함하며, 배출관은 유입관과 동축상에 배치되고, 제1 스팀은 스팀입구관으로부터 몸체부로 유입되어 유동 지체되면서 가열되는 것을 특징으로 하여, 유입관 내부에 배출관이 동축 배치됨으로써 선행기술의 문제점으로 지적되었던 외부 공기와의 열교환으로 인한 온도 저하, 즉 열손실을 미연에 방지하고 최소화함으로써 목적하는 온도로 과열증기를 승온시킬 수 있다는 특장점을 가지게 된다.

그리고, 본 발명에 따른 제1 유닛은, 유입관의 내주면과 배출관의 외주면 사이에 형성되어 유입관 및 배출관과 동축상에 배치되고, 내부에 공기 또는 진공인 단열층을 형성하는 제2 직경보다 큰 제4 직경의 제1 단열관과, 유입관의 외주면과 마주보는 내주면을 가지며 유입관과 동축상에 배치되고, 내부에 공기 또는 진공인 단열층을 형성하는 제1 직경보다 큰 제5 직경의 제2 단열관을 더 포함하며, 스팀입구관은 제2 단열관을 관통하여 몸체부와 연결되도록 함으로써, 공기 또는 진공에 의하여 2중으로 형성된 단열층이 유입관을 따라 이송되는 제1 스팀과 배출관을 따라 이송되는 제2 스팀간의 열교환까지 방지함으로써 승온된 과열증기인 제2 스팀의 온도 강하를 최소화할 수 있게 될 것이다.

그리고, 본 발명에 따른 스팀입구관은, 유입관의 외주면과 연통하는 제5 포트와, 몸체부의 외주면과 연통하는 제6 포트를 포함하며, 제5 포트와 제6 포트 각각의 중심을 관통하는 제1 가상선은, 유입관의 중심을 관통하는 제2 가상선에 대하여 경사지게 형성되도록 함으로써, 제1 스팀이 몸체부의 일측으로부터 균일하게 분산 유입되도록 유도하여 연소로 내에서 확실한 승온이 이루어지는 효과를 가진다.

그리고, 본 발명에 따른 스팀입구관은 유입관과 몸체부의 외주면을 따라 방사상으로 복수 배치됨으로써, 복수의 스팀입구관에 의한 몸체부 일측으로부터의 와류 형성을 유도하여 제1 스팀의 균일하고 확실한 승온을 도모할 수 있게 될 것이다.

그리고, 본 발명에 따른 몸체부는, 배출관과 동축상에 배치되며 제3 포트를 내부에 수용하는 내통과, 내통과 동축상에 배치되며 내통을 내부에 수용하고 스팀입구관과 연결되는 외통과, 외통의 내주면과 내통의 외주면을 따라 상하 방향으로 형성되어 스팀입구관을 통하여 유입되는 제1 스팀의 유동을 나선 형상으로 지체시키는 지체수단을 포함함으로써, 스팀입구관에 의하여 균일하게 유입된 제1 스팀의 와류 형성에 따른 유동 지체를 유도함으로써 확실하게 높은 목적 온도로 승온시킬 수 있게 될 것이다.

내통은 제1 단열관 및 제2 단열관과 같이 공기 또는 진공의 단열층을 형성함으로써 승온되고 있는 제1 스팀과, 승온된 과열증기인 제2 스팀이 일절 열교환할 수 없도록 열적으로 격리하는 확실한 단열 구조를 제공하는 효과를 가진다.

그리고, 본 발명에 따른 몸체부는, 내통의 말단부와 마주보는 외통의 말단부에 형성되고, 지체수단을 통하여 가열된 제1 스팀이 제2 스팀이 되어 제3 포트측으로 이송되도록 안내하는 제1 안내수단과, 내통의 말단부와 제3 포트 사이에 형성되고, 제1 안내수단을 통하여 안내된 제2 스팀을 제3 포트를 통하여 제4 포트측으로 이송되도록 하는 제2 안내수단을 더 포함함으로써, 제1 스팀이 확실하게 승온되어 제2 스팀으로 열손실 없이 배출될 수 있는 기밀 유지 가능한 유체 유로를 확보할 수 있다는 특장점을 가지게 될 것이다.

또한, 본 발명에 따른 지체수단은, 외통의 내주면을 따라 나선 형상으로 맞닿은 외측 가장자리와, 내통의 외주면을 따라 나선 형상으로 맞닿은 내측 가장자리를 가지는 핀 앤 가이드 배인을 포함함으로써, 유동 지체에 따른 제1 스팀의 이동 경로를 증대시켜 연소로에 의한 가열이 확실하게 이루어지는 효과를 가지게 될 것이다.

아울러, 본 발명에 따른 제1 안내수단은, 외통의 말단부 내측면에 상면이 개방된 원뿔대 형상의 가이드 핀을 포함하되, 가이드 핀은 서로 다른 하단부 직경을 가지고 동축상에 복수로 배치되고, 제2 안내수단은, 내통의 말단부 가장자리와 제3 포트를 상호 연결하는 원뿔대 형상의 가이드 호퍼를 포함함으로써, 확실하고 균일하게 승온된 과열증기인 제2 스팀의 누설 및 열손실을 미연에 방지하여 목적하는 사용처까지 제2 스팀을 이송할 수 있다는 특장점을 가지게 될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치의 전체적인 외관을 도시한 개념도
도 2는 도 1(a)의 II-II선을 따라 절단하여 도시한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치의 내부 구조를 도시한 측단면 개념도
도 3은 도 2의 III 부분을 확대하여 나타낸 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치의 주요부인 제1 유닛과 제2 유닛의 연결을 위한 스팀입구관의 연결부 주변을 도시한 부분 확대 측단면 개념도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치의 주요부인 제2 유닛 중 몸체부의 내부 구조를 도시한 내부 절개 단면 사시 개념도

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.

또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

우선, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치의 전체적인 외관을 도시한 개념도이다.

그리고, 도 2는 도 1(a)의 II-II선을 따라 절단하여 도시한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치의 내부 구조를 도시한 측단면 개념도이다.

또한, 도 3은 도 2의 III 부분을 확대하여 나타낸 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치의 주요부인 제1 유닛(100)과 제2 유닛(200)의 연결을 위한 스팀입구관(210)의 연결부 주변을 도시한 부분 확대 측단면 개념도이다.

아울러, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치의 주요부인 제2 유닛(200) 중 몸체부(220)의 내부 구조를 도시한 내부 절개 단면 사시 개념도이다.

참고로, 도면에서 실선 화살표는 제1 스팀(저온 스팀)의 이동 방향을, 점선 화살표는 제2 스팀(고온 스팀)의 이동 방향을 각각 가리킨다.

본 발명은 도시된 바와 같이 제1 유닛(100)과 제2 유닛(200)을 포함하는 구조의 실시예를 적용할 수 있을 것이다.

우선, 제1 유닛(100)은 배출관(120)이 유입관(110)과 동축상에 배치된 구조이다.

유입관(110)은 제1 스팀이 유입되는 제1 직경의 제1 포트(111)가 연소로(300)의 외부에 형성되고 제1 포트(111)로부터 제1 길이로 연장된 제1 유로(113)의 말단에 제2 포트(112)가 연소로(300)의 내부에 형성된 것이다.

배출관(120)은 제1 직경보다 작은 제2 직경의 제3 포트(121)가 연소로(300)의 내부에 형성되고 제3 포트(121)로부터 제1 길이보다 긴 제2 길이로 연장된 제2 유로(123)의 말단에 제2 스팀이 배출되는 제4 포트(122)가 연소로(300)의 외부에 형성된 것이다.

그리고, 제2 유닛(200)은 연소로(300)의 내부에서 유입관(110)으로부터 분기되며 제2 직경보다 작거나 같은 제3 직경을 가진 적어도 하나 이상의 스팀입구관(210)과, 연소로(300)의 내부에 배치되어 스팀입구관(210)과 연결되며 제3 포트(121)를 수용하는 몸체부(220)를 포함하는 것이다.

따라서, 제1 스팀은 스팀입구관(210)으로부터 몸체부(220)로 유입되어 유동 지체되면서 가열되는 것을 파악할 수 있다.

또한, 본 발명은 열손실의 최소화 또는 방지를 위하여 유입관(110)과 배출관(120)이 동축상에 배치되도록 한 것 또한 파악할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 실시예의 적용이 가능하며, 다음과 같은 다양한 실시예의 적용 또한 가능함은 물론이다.

우선, 제1 유닛(100)은, 도 1과 함께 도 2를 참조하여 더욱 구체적으로 살펴보면, 열손실을 최소화하거나 열손실 자체를 방지하기 위하여 제1, 2 단열관(130, 140)을 더 구비하는 것이 바람직하다.

제1 단열관(130)은 유입관(110)의 내주면과 배출관(120)의 외주면 사이에 형성되어 유입관(110) 및 배출관(120)과 동축상에 배치되고, 내부에 공기 또는 진공인 단열층을 형성하는 제2 직경보다 큰 제4 직경을 가진 것이다.

제2 단열관(140)은 유입관(110)의 외주면과 마주보는 내주면을 가지며 유입관(110)과 동축상에 배치되고, 내부에 공기 또는 진공인 단열층을 형성하는 제1 직경보다 큰 제5 직경을 가진 것이다.

따라서, 후술할 스팀입구관(210)은 제2 단열관(140)을 관통하여 몸체부(220)와 연결되는 것도 파악할 수 있다.

한편, 제1 유닛(100)은, 도 3을 참조하여 더욱 구체적으로 살펴보면, 제1 단열관(130)과 제2 단열관(140) 각각의 말단부를 마감하는 제1 디스크(151)와, 몸체부(220)의 내통(221)의 일단부를 마감하는 제2 디스크(152) 사이에 형성되는 연통 챔버(150)를 더 구비할 수도 있다.

여기서, 제2 단열관(140)과 내통(221)은 제1 디스크(151)와 제2 디스크(152)에 의하여 형성된 연통 챔버(150)로써 구획되고, 배출관(120)은 제1 디스크(151) 및 제2 디스크(152)를 관통한다.

이때, 유입관(110)의 제2 포트(112)는 연통 챔버(150)와 연통되며, 스팀입구관(210)의 제5 포트(211) 또한 연통 챔버(150)와 연통되는 것을 파악할 수 있다.

제1 디스크(151)의 중심과 제2 디스크(152) 각각의 중심 사이의 직선 거리는 후술할 스팀입구관(210)의 제5 포트(211)의 직경보다 크거나 같게 하되, 전술한 직선 거리를 지나치게 크게 하지 않는 것이 바람직하다.

이것은, 제1 스팀이 연통 챔버(150)를 통하여 곧바로 스팀입구관(210)을 통하여 몸체부(220)로 유입되도록 함으로써, 제1 스팀이 연통 챔버(150)를 관통하는 배출관(120) 내부의 제2 스팀과 열교환하는 시간을 최소화하기 위함이다.

다시말해, 연통 챔버(150)의 높낮이, 즉 전술한 직선 거리를 최소화함으로써 제1 스팀과 제2 스팀이 열교환하는 것을 최소화하여 열손실을 줄일 수 있기 때문이다.

한편, 스팀입구관(210)은, 도 1 내지 도 3을 참조하여 더욱 구체적으로 살펴보면, 유입관(110)의 외주면과 연통하는 제5 포트(211)와, 몸체부(220)의 외주면과 연통하는 제6 포트(212)를 포함하는 것을 파악할 수 있다.

여기서, 제5 포트(211)와 제6 포트(212) 각각의 중심을 관통하는 제1 가상선(ℓ1)은, 유입관(110)의 중심을 관통하는 제2 가상선(ℓ2)에 대하여 경사지게 형성되도록 하여, 몸체부(220)의 내부로 유입되는 제1 스팀이 후술할 지체수단(223)을 따라 나선 형상으로 와류를 형성하며 유동할 수 있도록 유도하게 된다.

이를 위하여 스팀입구관(210)은 유입관(110)과 몸체부(220)의 외주면을 따라 방사상으로 복수 배치되는 것이 바람직하다.

한편, 몸체부(220)는, 배출관(120)과 동축상에 배치되며 제3 포트(121)를 내부에 수용하는 내통(221)과, 내통(221)과 동축상에 배치되며 내통(221)을 내부에 수용하고 스팀입구관(210)과 연결되는 외통(222)과, 외통(222)의 내주면과 내통(221)의 외주면을 따라 상하 방향으로 형성되어 스팀입구관(210)을 통하여 유입되는 제1 스팀의 유동을 나선 형상으로 지체시키는 지체수단(223)을 포함한다.

여기서, 몸체부(220)는, 제1 안내수단(230) 및 제2 안내수단(240)을 더 구비할 수도 있다.

이때, 제1 안내수단(230)은 내통(221)의 말단부와 마주보는 외통(222)의 말단부에 형성되고, 지체수단(223)을 통하여 가열된 제1 스팀이 제2 스팀이 되어 제3 포트(121)측으로 이송되도록 안내하는 것이다.

또한, 제2 안내수단(240)은 내통(221)의 말단부와 제3 포트(121) 사이에 형성되고, 제1 안내수단(230)을 통하여 안내된 제2 스팀을 제3 포트(121)를 통하여 제4 포트(122)측으로 이송되도록 하는 것이다.

아울러, 몸체부(220)에는, 제1, 2 압력 돔(224, 225)을 더 구비할 수도 있다.

제1 압력 돔(224)은 외통(222)의 일단부 가장자리로부터 연장되어 내통(221)을 내부에 수용하는 돔 형상의 것이며, 제2 압력 돔(225)은 외통(222)의 타단부 가장자리로부터 연장되어 외통(222)의 말단부를 형성하며 제1 안내수단(230)이 구비된 돔 형상의 것이다.

제1, 2 압력 돔(224, 225)은 압력 용기에서 말단부에 걸리는 압력에 대한 내구성을 최대한 유지할 수 있는 적합한 구조가 돔 형상이므로, 돔 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 지체수단(223)은, 도 4와 같이 외통(222)의 내주면을 따라 나선 형상으로 맞닿은 외측 가장자리(223a)와, 내통(221)의 외주면을 따라 나선 형상으로 맞닿은 내측 가장자리(223b)를 가지는 핀 앤 가이드 배인(223, fin and guide vane)을 포함할 수 있다.

또한, 제1 안내수단(230)은, 도 4와 같이 외통(222)의 말단부 내측면에 상면이 개방된 원뿔대 형상의 가이드 핀(231, 232)을 포함하되, 가이드 핀(231, 232)은 서로 다른 하단부 직경을 가지고 동축상에 복수로 배치될 수도 있다.

아울러, 제2 안내수단(240)은, 내통(221)의 말단부 가장자리와 제3 포트(121)를 상호 연결하는 원뿔대 형상의 가이드 호퍼(240)를 포함할 수도 있다.

여기서, 가이드 호퍼(240)의 원뿔대 형상의 밑면 중심으로부터 상면 중심까지의 거리는 제3 포트(121)의 직경의 1 내지 4배인 것이 바람직하다.

이때, 원뿔대 형상의 밑면 중심으로부터 상면 중심까지의 거리가 제3 포트(121)의 직경의 1배 미만일 경우는, 원뿔대의 경사면이 거의 원뿔대의 밑면에 근접하는 평면에 가까운 형태가 되므로, 승온된 제1 스팀이 제3 포트(121)측으로 원활하게 유도되기 힘들 것이다.

또한, 원뿔대 형상의 밑면 중심으로부터 상면 중심까지의 거리가 제3 포트(121)의 직경의 4배를 초과하는 경우는, 원뿔대가 원추 형상에 가깝게 배출관(120)의 제2 유로(123) 형성 방향을 따라 높이 형성되는 형태가 되므로, 제1 스팀과 제2 스팀의 열교환이 일어나는 면적이 증대되므로 열손실이 발생할 우려가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치의 작용 및 효과에 대하여 다음과 같이 살펴보고자 한다.

우선, 본 발명은 제1 스팀이 유입되는 제1 직경의 제1 포트(111)가 연소로(300)의 외부에 형성되고 제1 포트(111)로부터 제1 길이로 연장된 제1 유로(113)의 말단에 제2 포트(112)가 연소로(300)의 내부에 형성된 유입관(110)과, 제1 직경보다 작은 제2 직경의 제3 포트(121)가 연소로(300)의 내부에 형성되고 제3 포트(121)로부터 제1 길이보다 긴 제2 길이로 연장된 제2 유로(123)의 말단에 제2 스팀이 배출되는 제4 포트(122)가 연소로(300)의 외부에 형성된 배출관(120)을 포함하는 제1 유닛(100); 및 연소로(300)의 내부에서 유입관(110)으로부터 분기되며 제2 직경보다 작거나 같은 제3 직경을 가진 적어도 하나 이상의 스팀입구관(210)과, 연소로(300)의 내부에 배치되어 스팀입구관(210)과 연결되며 제3 포트(121)를 수용하는 몸체부(220)를 포함하는 제2 유닛(200)을 포함하며, 배출관(120)은 유입관(110)과 동축상에 배치되고, 제1 스팀은 스팀입구관(210)으로부터 몸체부(220)로 유입되어 유동 지체되면서 가열되는 것을 특징으로 하여, 유입관(110) 내부에 배출관(120)이 동축 배치됨으로써 선행기술의 문제점으로 지적되었던 외부 공기와의 열교환으로 인한 온도 저하, 즉 열손실을 미연에 방지하고 최소화함으로써 목적하는 온도로 과열증기를 승온시킬 수 있다는 특장점을 가지게 된다.

그리고, 본 발명에 따른 제1 유닛(100)은, 유입관(110)의 내주면과 배출관(120)의 외주면 사이에 형성되어 유입관(110) 및 배출관(120)과 동축상에 배치되고, 내부에 공기 또는 진공인 단열층을 형성하는 제2 직경보다 큰 제4 직경의 제1 단열관(130)과, 유입관(110)의 외주면과 마주보는 내주면을 가지며 유입관(110)과 동축상에 배치되고, 내부에 공기 또는 진공인 단열층을 형성하는 제1 직경보다 큰 제5 직경의 제2 단열관(140)을 더 포함하며, 스팀입구관(210)은 제2 단열관(140)을 관통하여 몸체부(220)와 연결되도록 함으로써, 공기 또는 진공에 의하여 2중으로 형성된 단열층이 유입관(110)을 따라 이송되는 제1 스팀과 배출관(120)을 따라 이송되는 제2 스팀간의 열교환까지 방지함으로써 승온된 과열증기인 제2 스팀의 온도 강하를 최소화할 수 있게 될 것이다.

그리고, 본 발명에 따른 스팀입구관(210)은, 유입관(110)의 외주면과 연통하는 제5 포트(211)와, 몸체부(220)의 외주면과 연통하는 제6 포트(212)를 포함하며, 제5 포트(211)와 제6 포트(212) 각각의 중심을 관통하는 제1 가상선(ℓ1)은, 유입관(110)의 중심을 관통하는 제2 가상선(ℓ2)에 대하여 경사지게 형성되도록 함으로써, 제1 스팀이 몸체부(220)의 일측으로부터 균일하게 분산 유입되도록 유도하여 연소로(300) 내에서 확실한 승온이 이루어지는 효과를 가진다.

그리고, 본 발명에 따른 스팀입구관(210)은 유입관(110)과 몸체부(220)의 외주면을 따라 방사상으로 복수 배치됨으로써, 복수의 스팀입구관(210)에 의한 몸체부(220) 일측으로부터의 와류 형성을 유도함으로써 제1 스팀의 균일하고 확실한 승온을 도모할 수 있게 될 것이다.

그리고, 본 발명에 따른 몸체부(220)는, 배출관(120)과 동축상에 배치되며 제3 포트(121)를 내부에 수용하는 내통(221)과, 내통(221)과 동축상에 배치되며 내통(221)을 내부에 수용하고 스팀입구관(210)과 연결되는 외통(222)과, 외통(222)의 내주면과 내통(221)의 외주면을 따라 상하 방향으로 형성되어 스팀입구관(210)을 통하여 유입되는 제1 스팀의 유동을 나선 형상으로 지체시키는 지체수단(223)을 포함함으로써, 스팀입구관(210)에 의하여 균일하게 유입된 제1 스팀의 와류 형성에 따른 유동 지체를 유도하여 확실하게 높은 목적 온도로 승온시킬 수 있게 될 것이다.

내통(221)은 제1 단열관(130) 및 제2 단열관(140)과 같이 공기 또는 진공의 단열층을 형성함으로써 승온되고 있는 제1 스팀과, 승온된 과열증기인 제2 스팀이 일절 열교환할 수 없도록 열적으로 격리하는 확실한 단열 구조를 제공하는 효과를 가진다.

그리고, 본 발명에 따른 몸체부(220)는, 내통(221)의 말단부와 마주보는 외통(222)의 말단부에 형성되고, 지체수단(223)을 통하여 가열된 제1 스팀이 제2 스팀이 되어 제3 포트(121)측으로 이송되도록 안내하는 제1 안내수단(230)과, 내통(221)의 말단부와 제3 포트(121) 사이에 형성되고, 제1 안내수단(230)을 통하여 안내된 제2 스팀을 제3 포트(121)를 통하여 제4 포트(122)측으로 이송되도록 하는 제2 안내수단(240)을 더 포함함으로써, 제1 스팀이 확실하게 승온되어 제2 스팀으로 열손실 없이 배출될 수 있는 기밀 유지 가능한 유체 유로를 확보할 수 있다는 특장점을 가지게 될 것이다.

또한, 본 발명에 따른 지체수단(223)은, 외통(222)의 내주면을 따라 나선 형상으로 맞닿은 외측 가장자리(223a)와, 내통(221)의 외주면을 따라 나선 형상으로 맞닿은 내측 가장자리(223b)를 가지는 핀 앤 가이드 배인(223)을 포함함으로써, 유동 지체에 따른 제1 스팀의 이동 경로를 증대시켜 연소로(300)에 의한 가열이 확실하게 이루어지는 효과를 가지게 될 것이다.

아울러, 본 발명에 따른 제1 안내수단(230)은, 외통(222)의 말단부 내측면에 상면이 개방된 원뿔대 형상의 가이드 핀(231, 232)을 포함하되, 가이드 핀(231, 232)은 서로 다른 하단부 직경을 가지고 동축상에 복수로 배치되고, 제2 안내수단(240)은, 내통(221)의 말단부 가장자리와 제3 포트(121)를 상호 연결하는 원뿔대 형상의 가이드 호퍼(240)를 포함함으로써, 확실하고 균일하게 승온된 과열증기인 제2 스팀의 누설 및 열손실을 미연에 방지하여 목적하는 사용처까지 제2 스팀을 이송할 수 있다는 특장점을 가지게 될 것이다.

이상과 같이 본 발명은 열손실을 최소화하여 목적 온도로 승온시킬 수 있도록 하는 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치를 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

그리고, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.

100...제1 유닛
110...유입관
111...제1 포트
112...제2 포트
113...제1 유로
120...배출관
121...제3 포트
122...제4 포트
123...제2 유로
130...제1 단열관
140...제2 단열관
150...연통 챔버
151...제1 디스크
152...제2 디스크
200...제2 유닛
210...스팀입구관
211...제5 포트
212...제6 포트
220...몸체부
221...내통
222...외통
223...지체수단(핀 앤 가이드 배인)
223a...외측 가장자리
223b...내측 가장자리
224...제1 압력 돔
225...제2 압력 돔
230...제1 안내수단
231, 232...가이드 핀
240...제2 안내수단(가이드 호퍼)
300...연소로
ℓ1...제1 가상선
ℓ2...제2 가상선

Claims (10)

1. 저온 스팀(이하 제1 스팀)이 유입되는 제1 직경의 제1 포트가 연소로의 외부에 형성되고 상기 제1 포트로부터 제1 길이로 연장된 제1 유로의 말단에 제2 포트가 연소로의 내부에 형성된 유입관과, 상기 제1 직경보다 작은 제2 직경의 제3 포트가 연소로의 내부에 형성되고 상기 제3 포트로부터 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이로 연장된 제2 유로의 말단에 고온 스팀(이하 제2 스팀)이 배출되는 제4 포트가 연소로의 외부에 형성된 배출관을 포함하는 제1 유닛; 및
   상기 연소로의 내부에서 상기 배출관과 동축상에 배치되는 상기 유입관으로부터 분기되며 상기 제2 직경보다 작거나 같은 제3 직경을 가진 적어도 하나 이상의 스팀입구관과, 상기 연소로의 내부에 배치되어 상기 스팀입구관과 연결되며 상기 제3 포트를 수용하는 것으로, 상기 배출관보다 큰 직경을 가지고 상기 배출관과 동축상에 배치되며 상기 제3 포트를 내부에 수용하는 내통과, 상기 내통과 동축상에 배치되며 상기 내통을 내부에 수용하고 상기 스팀입구관과 연결되는 외통과, 상기 외통의 내주면과 상기 내통의 외주면을 따라 상하 방향으로 형성되어 상기 스팀입구관을 통하여 유입되는 상기 제1 스팀의 유동을 나선 형상으로 지체시키는 지체수단을 포함하여 구성된 몸체부를 포함하는 제2 유닛을 포함하며,
   상기 제2 포트를 포함하는 제1 디스크와, 상기 몸체부의 상기 내통의 일단부를 마감하는 제2 디스크 사이에 형성되고, 상기 제2 포트와 내통을 구획하는 연통 챔버를 구비하되, 상기 배출관은 상기 제1 디스크 및 제 2 디스크를 관통하는 것을 특징으로 하는 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 유닛은,
   상기 유입관의 내주면과 상기 배출관의 외주면 사이에 형성되어 상기 유입관 및 상기 배출관과 동축상에 배치되고, 내부에 공기 또는 진공인 단열층을 형성하는 제2 직경보다 큰 제4 직경의 제1 단열관과,
   상기 유입관의 외주면과 마주보는 내주면을 가지며 상기 유입관과 동축상에 배치되고, 내부에 공기 또는 진공인 단열층을 형성하는 제1 직경보다 큰 제5 직경의 제2 단열관을 더 포함하며,
   상기 스팀입구관은 상기 제2 단열관을 관통하여 상기 몸체부와 연결되는 것을 특징으로 하는 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 스팀입구관은,
   상기 유입관의 외주면과 연통하는 제5 포트와,
   상기 몸체부의 외주면과 연통하는 제6 포트를 포함하며,
   상기 제5 포트와 상기 제6 포트 각각의 중심을 관통하는 제1 가상선은, 상기 유입관의 중심을 관통하는 제2 가상선에 대하여 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 스팀입구관은 상기 유입관과 상기 몸체부의 외주면을 따라 방사상으로 복수 배치되는 것을 특징으로 하는 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치.
   
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 몸체부는,
   상기 내통의 말단부와 마주보는 상기 외통의 말단부에 형성되고, 상기 지체수단을 통하여 가열된 상기 제1 스팀이 상기 제2 스팀이 되어 상기 제3 포트측으로 이송되도록 안내하는 제1 안내수단과,
   상기 내통의 말단부와 상기 제3 포트 사이에 형성되고, 상기 제1 안내수단을 통하여 안내된 상기 제2 스팀을 상기 제3 포트를 통하여 상기 제4 포트측으로 이송되도록 하는 제2 안내수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 지체수단은,
   상기 외통의 내주면을 따라 나선 형상으로 맞닿은 외측 가장자리와, 상기 내통의 외주면을 따라 나선 형상으로 맞닿은 내측 가장자리를 가지는 핀 앤 가이드 배인(fin and guide vane)을 포함하는 것을 특징으로 하는 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치.
   
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 제1 안내수단은,
   상기 외통의 말단부 내측면에 상면이 개방된 원뿔대 형상의 가이드 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 가이드 핀은 서로 다른 하단부 직경을 가지고 동축상에 복수로 배치되는 것을 특징으로 하는 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치.
   
10. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 안내수단은,
    상기 내통의 말단부 가장자리와 상기 제3 포트를 상호 연결하는 원뿔대 형상의 가이드 호퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 열손실 방지 배관을 갖는 과열증기 승온장치.
    

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