KR102347218B1 - 버너형 스팀 생성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 버너의 화기를 이용한 대용량 스팀 생성 장치와 관련되며, 실시예로, 물을 저장하는 탱크바디, 연소가스를 제공하는 버너부, 상기 연소가스가 지나가는 열기통로를 형성하고 있으며 상기 탱크바디의 내부를 통과하는 열교환부, 상기 탱크바디에 연결된 물공급라인으로 물을 공급하는 유체펌프부, 상기 탱크바디의 상부에 모인 스팀을 외부로 배출시키는 스팀배출라인 및 상기 버너부와 상기 유체펌프부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 버너형 스팀 생성 장치를 제시한다.

Description

버너형 스팀 생성 장치{Steam generator using burner}

본 발명은 버너의 화기를 이용한 대용량 스팀 생성 장치와 관련된다.

종래의 기술에서 세척, 세정을 위한 스팀 생성 장치는, 대한민국 등록실용신안 제20-0326835호 등에 소개된 바와 같이, 일정량의 물을 담는 저수탱크에 전기 히터로 물을 끓여 스팀을 생성, 배출시키는 방식을 사용하였다. 이러한 종래의 기술은 구조가 간단하고 제어가 용이한 장점이 있는 반면, 저장한 물을 소진한 다음 저수탱크에 다시 물을 채우고 가열을 시작해야 하므로 연속적인 스팀 공급이 불가능한 한계가 있었다.

이러한 불편을 개선하고자, 대한민국 공개특허 제10-2012-0133239호와 같은 또 다른 종래의 기술에서는 전기 히터 뭉치에 금속 배관을 감아두고, 금속 배관에 펌프로 물을 공급함에 따라 즉시 기화하여 생성된 스팀을 배출하는 방식을 채택하였다. 이로써 스팀의 연속 사용이 가능하지는 장점이 있는 반면 열 고저차가 큰 배관이 쉽게 부식되어 장치 수명이 그리 길지 못하는 한계가 있고, 배관 자체가 히터 뭉치와 함께 일체를 이룸으로써 수리가 불가능한 단점이 있다.

대한민국 등록실용신안 제20-0326835호 (2003.09.03) 대한민국 공개특허 제10-2012-0133239호 (2012.12.10)

본 발명은 버너의 연소열을 이용하면서 연속적인 스팀 생성이 가능하며, 고열에 의한 장치의 파손 우려를 경감할 수 있는 구조의 버너형 스팀 생성 장치를 제시하고자 한다.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 물을 저장하는 탱크바디, 연소가스를 제공하는 버너부, 상기 연소가스가 지나가는 열기통로를 형성하고 있으며 상기 탱크바디의 내부를 통과하는 열교환부, 상기 탱크바디에 연결된 물공급라인으로 물을 공급하는 유체펌프부, 상기 탱크바디의 상부에 모인 스팀을 외부로 배출시키는 스팀배출라인 및 상기 버너부와 상기 유체펌프부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 버너형 스팀 생성 장치를 제시한다.

여기서 상기 열교환부는 상기 버너부의 토출구로부터 수평하게 놓이는 수평바디와, 수평바디의 끝단부에서 위를 향하여 연소가스를 배출하는 배기통을 포함하며, 상기 탱크바디의 측면부와 상기 수평바디의 측면을 연결하는 내측연장부가 구비될 수 있다.

한편 상기 탱크바디는 위로 볼록한 호형 단면의 천장부와, 상기 천장부의 양단부에서 하방으로 연장되는 측벽부를 가지며, 전후 방향으로 길게 형성된 상부 파트, 상기 상부 파트의 하부에 결합되어 전후로 긴 타원형 단면의 내부 공간을 형성하는 것으로, 바닥을 형성하는 기저부와, 상기 기저부의 양단부에서 상방으로 연장되는 사이드부와, 상기 사이드부의 상단에서 상기 열교환부의 수평바디를 향하여 연장되는 상기 내측연장부를 구비하는 하부 파트 및 상기 내부 공간의 전단과 후단에 결합되어 마감하는 커버플레이트를 포함할 수 있다.

또한 상기 상부 파트에는 봉 타입의 수위감지센서가 장착되고, 상기 상부 파트의 천장에는 상기 수위감지센서의 둘레를 감싸는 원통체가 용접으로 고정되며, 상기 원통체의 상단과 하단 각각에 개방홀이 형성될 수 있다.

또한 상기 탱크바디로부터 온수가 배출되는 온수배출라인과, 상기 온수배출라인과 상기 스팀배출라인이 연결되어 온수와 스팀을 혼합하여 배출하는 믹싱유닛을 포함할 수 있다.

여기서 상기 믹싱유닛은 혼합 공간을 형성하는 하우징, 상기 스팀배출라인과 연결되어 상기 혼합 공간에 스팀을 분출하는 스팀노즐, 상기 온수배출라인과 연결되어 상기 혼합 공간에 온수를 분출하는 온수노즐 및 스팀 또는 스팀과 온수가 혼합된 후 혼합 공간을 빠져나가는 토출구를 포함할 수 있다.

나아가 상기 스팀노즐의 내경은 3 ㎜ 내지 4 ㎜ 이고, 상기 온수노즐의 내경은 2 ㎜내지 2.5 ㎜ 이며, 상기 토출구의 내경은 2.5 ㎜내지 3 ㎜ 로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 고압 고온의 환경에서 작동하는 탱크바디의 내부를 견고하게 구축함으로써 열변형에 의한 파손 우려 없이 스팀 생성이 원활하게 이루어진다.

탱크바디 내부의 수위를 정밀하게 측정 가능하여, 물 보충에 따른 수위 변동과 물 온도 변동을 가급적 줄이고, 그에 따라 고온 고압인 양질의 스팀을 연속적으로 사용할 수 있게 한다.

그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 버너형 스팀 생성 장치의 개략적인 도면.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 채용된 탱크바디의 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 탱크바디를 분리하여 나타낸 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 실시예에 채용된 열교환기의 사용 상태를 나타낸 단면도.
도 5는 도 2의 AA 선에 따른 단면도.
도 6은 도 1의 실시예에 채용된 원통체의 사용 상태를 나타낸 단면도.
도 7은 도 1의 실시예에 채용된 믹싱유닛의 개략적인 단면도.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 버너형 스팀 생성 장치의 구성, 기능 및 작용을 설명한다. 단, 도면들에 걸쳐 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 도면번호는 통일하여 사용하기로 한다.

또한 이하의 설명에서 '제1', '제2' 등의 용어는 기술적 의미가 동일성 범위에 있는 구성요소를 편의상 구별하기 위하여 사용된다. 즉, 어떠한 하나의 구성은 임의적으로 '제1구성' 또는 '제2구성'으로 명명될 수 있다.

첨부된 도면은 본 발명의 적용된 실시예를 나타낸 것으로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 통하여 제한 해석해서는 아니된다. 이 기술분야에 속하는 전문가의 견지에서 도면에 도시된 일부 또는 전부가 발명의 실시를 위하여 필연적으로 요구되는 형상, 모양, 순서가 아니라고 해석될 수 있다면, 이는 청구범위에 기재된 발명을 한정하지 아니한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스팀 생성 장치의 주요 구성과 관련된다.

본 발명의 실시예에 따른 스팀 생성 장치(100)는 탱크바디(10), 버너부(20), 열교환부(30), 유체펌프부(40), 스팀배출라인(62) 및 제어부(50)를 포함한다.

탱크바디(10)는 내부에 물을 저장하고, 물이 기화한 스팀을 보관한다. 다량의 스팀을 연속으로 배출할 수 있으려면 물을 빠르게 가열하고, 기화된 스팀을 보관할 수 있어야 한다. 이를 위해 탱크바디(10)는 압력을 견디는 구조로 제작될 필요가 있다.

버너부(20)는 연료를 연소하여 발생하는 고온의 연소가스를 열교환부(30)에 제공하는 구성이다. 버너부(20)는 버너 외에 도시하지 아니한 연료 공급 라인, 화력 조절 유닛, 점화장치, 과급기 등을 구비한다. 버너부는 등유 등 다양한 연료를 사용할 수 있으며, 그에 따라 구성요소가 달라질 수 있다. 이러한 버너부의 구성과 작동은 연료를 사용하는 버너 장치나 보일러 등 이미 공개된 바와 동일할 수 있다.

열교환부(30)는 연소가스가 지나가는 열기통로(312)를 형성하는 구조물로, 탱크바디(10)의 내부에 설치된다. 연소가스가 열기통로(312)를 지나가면서 열교환부를 가열해 탱크바디에 담긴 물을 증발시켜 스팀을 생성한다. 열기통로(312)를 거친 연소가스는 탱크바디(10) 밖으로 연결된 열교환부의 배기통(32)을 통해 대기로 빠져나간다.

유체펌프부(40)는 탱크바디(10)와 물공급라인(411)으로 연결되어, 유체 펌프로 탱크바디(10)에 물을 공급한다. 스팀 배출로 소모된 만큼 탱크바디(10)에 수시로 물을 넣을 수 있기 때문에 연속적인 스팀 공급이 가능하게 된다.

탱크바디(10) 내에 생성된 스팀은 스팀배출라인(62)을 통해 이동하여 사출건(60)으로 배출된다. 사출건(60)에는 스팀 배출을 단속하는 밸브(도시 생략)와, 밸브를 조작하는 스위치(61)를 구비하며, 스팀이 토출되는 끝단부에는 노즐이 구비된다. 사용자는 스위치(61)를 움켜쥐어 작동시킬 수 있고, 그에 따라 밸브가 개방되어 스팀이 노즐을 거쳐 외부로 토출된다.

제어부(50)는 스팀 생성 장치의 운영에 관여하는 것으로, 각 제어 요소에 구비된 센서나 장치로부터 현재 상태나 작동 상태에 대한 신호를 수신 받고, 이미 정해진 알고리즘이나 조건에 따라 여러 구성요소에 적절한 제어 명령 신호를 전달하거나 전원 인가를 수행하는 것이다.

이를 위해 제어부(50)는 연산 유닛, 메모리, 전원 공급 유닛, 신호 출납기 등 이미 공지되어 널리 사용되는 일반 기계 제어용 전자 장비를 구비할 수 있다.

탱크바디(10)에는 내부의 물 수위를 측정하기 위한 수위감지센서(51)가 구비된다. 각 수위감지센서(51)는 전극봉 타입으로, 각각은 최저 수위와 최고 수위를 검출하여 제어부(50)에 회신한다. 이로부터 제어부(50)는 탱크바디(10) 내 수위를 최저 수위와 최고 수위 사이로 유지하도록 유체펌프부(40)의 작동을 제어한다.

또한 제어부는 탱크바디 내의 수위가 최저 수위 미만이거나 최고수위를 초과한 경우에 버너부의 작동을 중지하고, 수위가 비정상 상황임을 사용자에게 특정 패턴의 경고음이나 디스플레이 장치에 에러 코드로 표출할 수 있다.

운영 효율 증대와 안전을 위해 탱크바디(10)에 압력계 또는 온도계가 설치될 수 있다. 이들에서 측정된 압력 또는 온도는 제어부로 수신되어, 현재 온도, 압력 등을 사용자에게 표출하여 운영 상태를 알리고, 과압, 과열 등 비정상 상황을 인지하여 사용 중지 등의 긴급조치를 수행케 한다.

도 2 내지 도 5는 탱크바디 및 열교환부와 관련된다.

탱크바디(10)는 대략 타원형 단면을 가지며, 전후 방향으로 길게 형성된다. 타원형 통을 옆으로 세워 눕힌 형태로, 가급적 많은 물이 탱크바디(10) 내부에 저장될 수 있으며, 물에 잠기는 열교환부(30)의 면적을 가급적 크게 확보하는 데에도 유리한 형태이다.

탱크바디(10)의 후방 일측에는 물공급라인(411)이 연결되어, 이를 통해 유체펌프부(40)로부터 물이 공급된다.

연소가스는 열교환부(30)의 열기통로를 거치며 탱크바디(10)의 후방에서 전방으로 이동한 후 상승하며 외기로 빠져나가며, 이러한 연소가스의 흐름 방향에 맞추어 물공급라인(411)이 탱크바디의 후방측에 연결된다. 이로써 새로이 공급되는 낮은 온도의 물이 탱크바디(10)의 후방으로부터 유입되고, 탱크바디(10) 안으로 방금 들어온 저온의 물이 버너부(20)의 토출구와 가까이로 흐르면서 빠르게 가열된다. 또한 탱크바디(10) 안의 물온도가 급격히 내려가지 않게 한다.

탱크바디(10)의 전방에는 높낮이가 다른 한 쌍의 배출구가 구비된다. 높은 위치의 제1 배출구(131)는 탱크바디(10)의 내부 상층에 모인 스팀이 배출되고, 낮은 위치의 제2 배출구(132)에서는 탱크바디(10)의 내부 바닥에 모인 온수가 배출된다. 일반적으로 제1 배출구(131)만 개방하여 스팀을 사용하게 되며, 습기가 높은 스팀을 생성하기 위하여 제1,2 배출구를 모두 개방하여 스팀과 온수가 섞인 습식 스팀을 사용할 수도 있다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.

도 3에는 탱크바디와 열교환부의 구성이 나타나 있다.

탱크바디(10)는 타원형 통을 상하로 분할한 형태로, 상부 파트(11), 하부 파트(12) 및 커버플레이트(13)를 포함한다.

상부 파트(11)는 위로 볼록한 호형 단면의 천장부(111)와, 천장부(111)의 양단부에서 하방으로 연장되는 측벽부(112)를 구비하여, 탱크바디(10)의 타원형 단면의 상부 반원부에 해당된다. 상부 파트의 상단에는 열교환부의 배기통이 통과하는 홀과, 수위감지센서가 장착되는 장착홀(113)이 형성되어 있다.

상부 파트(11)의 내측 천장에는 장착홀(113) 위치에 원통체(14)가 설치된다. 원통체(14)는 얇은 금속관으로, 수위감지센서(51)의 주변 둘레를 감싸는 형태이다. 원통체(14)의 상단과 하단에는 개방홀(141)이 형성되어 있어, 개방홀(141)을 통해 유체(스팀이나 물)가 자유롭게 통과할 수 있다. 원통체(14)의 상단부가 상부 파트(11)의 천장면에 용접되어, 원통체(14)가 상부 파트에 일체로 고정된다. 이러한 원통체의 작동에 대해서는 후에 다시 설명한다.

하부 파트(12)는 상부 파트(11)에 대향하는 것으로, 상부 파트(11)의 하부에 결합되어 전후로 긴 타원형 단면의 내부 공간을 형성한다.

구체적으로 하부 파트(12)는 아래를 향하여 볼록한 곡면을 형성하는 기저부(121)와, 기저부(121)의 양단부에서 위로 연장되는 사이드부(122)를 포함한다.

나아가 하부 파트(12)는 사이드부(122)의 상단에서 열교환부의 후술하는 수평바디(31)를 향하여 연장되는 내측연장부(123)를 포함한다. 이러한 내측연장부(123)는 길게 형성한 사이드부의 중간을 절곡하여 형성하거나, 별도의 판재를 용접하는 방식으로 형성할 수 있다.

내측연장부(123)는 열교환부(30)의 측면(311)과 접촉하고, 해당 접촉 부위에는 용접이 이루어진다. 그에 따라, 도 5에 도시한 바와 같이, 탱크바디(10)의 측면 내측과 열교환부(30)의 측면(311)이 내측연장부(123)에 의해 서로 연결되는 구조가 된다.

나아가 내측연장부(123)의 단부 즉 열교환부(30)의 측면(311)과의 접촉 부위에는 상하로 물이 통과할 수 있게 하는 다수의 요홈(124)이 형성되어 있다. 내측연장부(123)가 있더라도 요홈(124)을 통해 열교환부 아래의 물이 가열되면서 위로 상승할 수 있게 된다.

상부 파트(11)의 측벽부(112) 하단과 만나는 하부 파트(12)의 사이드부(122)의 상단이 용접되어 연결된다. 이렇게 형성된 조립체의 전단과 후단에 커버플레이트(13)가 용접되어, 내부 공간을 기밀하게 된다.

열교환부(30)는 버너부(20)의 토출구로부터 수평하게 놓이는 수평바디(31)와, 수평바디의 끝단부에서 위를 향하여 연결되는 배기통(32)을 포함한다.

수평바디(31)는 대략 사각형 형강으로, 내부는 연소가스가 지나가는 열기통로(312)가 된다. 수평바디(31)의 후단에는 버너부의 토출구와 연결되는 관부재(34)가 결합되고, 전단은 막혀 있다. 연소가스는 수평바디(31)의 후방에서 전방으로 이동한 후 수직으로 진행 방향을 전환하여 배기통(32)으로 빠져나가게 된다.

수평바디(31)에는 천장과 바닥을 관통하는 복수의 열교환관(33)이 장착된다. 열교환관(33)은 수도 배관을 잘라 사용할 수 있으며, 복수 개가 연소가스의 진행 방향에 대하여 지그재그를 이루도록 배치되어 있다. 탱크바디(10)에 저장된 물은 열교환관(33)을 통과하여 상하로 자유롭게 이동 가능한 것으로, 연소가스에 의해 열교환관이 가열되면, 열교환관 내부의 물이 가열되어 상승하고, 냉각된 새로운 물이 열교환관(33)의 밑에서 유입된다.

도 4를 참고하면 수직하게 구비된 다수의 열교환관(33)은 열기통로(312)를 지나가는 연소가스의 흐름 속도를 늦추면서 연소가스로부터 직접 데워지는 부분이다. 또한 물과의 접촉 면적을 매우 크게 하는 것으로 연소가스에 의한 효율적인 물 가열과 그로인한 다량의 스팀이 신속하게 생성된다.

도시하지 아니하였으나 열기통로의 후방에는 연소가스의 흐름 성능을 조절하기 위한 다공판 등이 더 설치될 수 있다.

가연성 연료를 빠르게 연소시켜 생성되는 연소가스의 온도는 수백도 이상이며, 스팀 사용 중에 지속적으로 연소 가스가 공급되므로 열교환관(33)과 수평바디(31)를 형성하는 사각 형강의 각 면들이 높은 온도로 가열된다.

한편 물이 끓어오르면서 탱크바디(10)의 내부 공간의 압력 크게 상승하는데, 그 와중에 스팀이 다량 배출되면 내부 압력이 다소 낮아졌다가 스팀 배출이 잠시 중단되면 또다시 빠르게 상승하게 된다. 즉 탱트바디의 내부는 고압, 고온이 되며, 스팀 배출에 따라 압력이 출렁이게 된다.

열교환부의 고온 가열 조건과, 탱크바디 내부의 압력이 수시로 바뀌는 고압의 환경은, 사각형강을 이루는 재질에 악영향을 미치게 된다. 즉 가열에 의해 연성이 증가한 넓은 면적 부위에 높은 압력이 반복적으로 가해짐으로써 대면적 부위가 열변형되어 찌그러질 우려가 있다.

이러한 열변형의 우려는 수평바디(31)의 상, 하면 보다 좌우 측면(311)에서 크다. 수평바디(31)의 상면과 하면은 이를 관통하는 복수의 열교환관이 용접에 의해 고정되면서 보강되므로 열변형의 우려가 적다. 반면 수평바디(31)의 좌, 우 측면(311)은 열교환관 같은 내부 구조물에 의한 강성 보강이 없기 때문에 열변형에 상대적으로 취약하다.

이러한 수평바디(31)의 좌, 우 측면(311)의 열변형에 대한 우려는, 탱크바디(10)의 측면과 수평바디(31)의 측면(311)을 연결하는 내측연장부(123)에 의해 해? 부위의 강성이 보강되어 해소된다. 즉 수평바디(31)를 이루는 사각 형강의 중간 높이를 따라 전후로 길게 용접되는 내측연장부(123)는, 수평바디(31)의 측면(311)이 압력에 의해 수축하는 것을 방지함으로써 열변형을 예방할 수 있게 한다.

이로써 장기간에 걸쳐 스팀을 단속 배출하는 방식으로 사용하더라도 탱크바디(10) 내부의 열교환부(30)가 열변형에 의해 찌그러지거나 파손되는 일 없이 제 성능을 발휘할 수 있게 된다.

도 2와 도 5는 수위감지센서와 그를 감싸는 형태의 원통체와 관련된다.

탱크바디(10)에 용접으로 장착된 원통체(14)는, 탱크바디(10)에 장착된 전극봉 형태의 수위감지센서(51)의 둘레를 감싸게 된다. 이때 원통체(14)의 단면적이 수위감지센서(51)의 직경보다 커서 원통체(14)와 수위감지센서(51)가 접촉하지 않는다.

원통체(14)는 그 바닥이 막혀 있으나, 하단 둘레와 상단에는 유체가 통과 가능한 개방홀(141)이 형성되어 있어서 물이나 공기가 원통체 내외를 자유롭게 이동할 수 있다. 따라서 원통체(14) 안의 수위와 밖의 수위(탱크바디의 수위)는 항상 동일하게 된다.

물이 급격하게 끓어 오르면서 발생하는 다량의 수중 기포에 의해 수면이 크게 요동치더라도, 원통체(14) 내부의 수면은 상대적으로 잠잠하게 유지된다. 특히 원통체(14) 내부의 물은 열교환부(30)에서 방금 가열된 물의 온도보다 상대적으로 낮은 온도로 유지되므로 원통체 내부의 수면이 더욱 잔잔하게 유지된다.

이와 같이 원통체(14)가 수면을 잔잔하게 유지함으로써, 수위감지센서(51)는 물이 지속적으로 가열되는 상황에서도 수위를 더 정확하게 계측할 수 있다.

이로써 최소 수위와 최대 수위의 차이를 보다 좁은 범위로 설계할 수 있게 되며, 스팀이 배출되어 물이 소량씩 소모될 때마다 이를 즉시 감지할 수 있다. 또 제어부는 소량이 물이 소모될 때마다 유체펌프부를 작동시켜 즉시 물을 보충할 수 있다. 물 소비와 동시에 조금씩 자주 물을 채워 넣음으로써 탱크바디 내의 수온이 갑자기 낮아지지 아니하고, 지속적인 양질의 스팀 생성이 가능해진다.

다시 도 1을 참고하면, 유체펌프부(40)는 저수조(43)에 담긴 물을 가압하여 탱크바디(10)에 주입하는 메인펌프(41)와, 메인펌프(41)와 탱크바디(10)를 연결하는 물공급라인으로부터 분기된 분기라인(421)에 연결된 보조펌프(42)를 포함한다. 여기서 보조펌프(42)는 메인펌프(41)보다 용량이 작은 것으로, 물을 물론이고 공기도 흡입하여 펌핑할 수 있는 종류의 펌프이다.

분기라인(421)과 연결되는 지점과 탱크바디(10) 사이의 물공급라인(411)에는 제1 단속밸브(412)가 구비되고, 보조펌프(42) 앞의 분기라인(421)에는 제2 단속밸브(422)가 구비된다.

스팀 배출 장치의 작동 중에 탱크바디(10)의 내부 공간이 고압으로 유지되므로, 메인펌프(41)는 탱크바디(10)의 설계상 최대 압력보다 높은 압력으로 물을 가압할 수 있어야 한다. 이러한 메인펌프(41)로 고압 운용이 가능한 다이어프램 펌프를 사용할 수 있다.

고압 운영이 가능한 다이어프램 펌프는 펌프 장치 내부에 빈 공간 없이 물이 채워진 상태에서 원활히 작동하는 것으로, 물이 아닌 공기는 스스로 펌핑하지 못하는 단점이 있다.

메인펌프(41) 보다 저수조(43)가 항시 높은 위치에 있다면 메인펌프에 물이 항상 차 있어 별다른 문제없이 작동이 가능하다. 만일 저수조(43)가 메인펌프(41)보다 낮은 위치에 있게 되는 경우에는, 스팀 생성 장치를 운영하지 않는 동안 메인펌프(41) 내의 물이 저수조(43)로 빠져나가 메인펌프(41) 안에 공기가 찰 수 있다. 이러한 경우에 메인펌프(41)가 물을 제대로 흡입하지 못하므로 스팀 생성 장치의 정상적인 운영이 불가능하다.

이러한 문제가 발생하였을 때에 분기라인(421), 보조펌프(42) 및 제1,2 단속밸브(412, 422)가 사용된다. 구체적으로 제1 단속밸브(412)를 닫아 탱크바디(10)와 연결된 물공급라인(411)을 폐쇄시키고, 대신 제2 단속밸브(422)를 개방하여 메인펌프(41)와 보조펌프(42)를 연결한다. 여기서 보조펌프(42)는 저압용 다이어프램 펌프가 사용될 수 있다.

보조펌프(42)가 작동되면, 메인펌프(41) 내의 공기가 보조펌프(42)로 흡입되어 외부로 배출된다. 동시에 메인펌프(41) 내부에 음압이 걸리면서 저수조(43)의 물이 메인펌프(41) 내부를 다시 채우게 된다. 이후 보조펌프(42)의 자동을 멈추고, 제2 단속밸브(422)를 폐쇄하며, 제1 단속밸브(412)를 개방시킨다. 이로써 메인펌프(41) 내를 다시 물로 채우고, 이후 정상적인 유체펌프부(40)의 작동이 가능해진다.

도시하지 아니하였으나 물공급라인에 유량센서를 장착할 수 있다. 제어부는 유량센서를 통해 유체펌프부의 작동에 의해 물공급이 제대로 이루어지고 있는지를 감지할 수 있다.

또한 제어부는 유체펌프부의 작동에도 불구하고 그 유량센서로부터 물 흐름이 감지되지 않는 경우에, 앞서 설명한 제1,2 단속밸브의 작동, 보조펌프를 일정 시간 작동, 제1,2 단속밸브의 복원 및 메인펌프의 재작동과 유량센서의 물 흐름 감지를 순차적으로 진행하여, 자동화 방식으로 메인펌프의 공기 빼기를 시도해볼 수 있다.

한편 도 1과 도 7은 스팀과 온수를 혼합하여 배출하는 구조와 관련된다.

배출하는 스팀에 온수를 적절히 섞어줌으로써 스팀의 질을 달리할 수 있다. 예를 들어, 살균 용도로 사용할 때에는 스팀만을 배출하다가, 찌든 때를 제거하려는 세척 용도로 사용할 때에는 스팀과 온수를 섞은 습한 스팀을 배출하도록 할 수 있다.

이를 위해 탱크바디(10)의 저부에 온수 배출용 제2 배출구를 설치하고, 이에 온수배출라인(71)이 연결된다.

스팀배출라인(62)과 온수배출라인(71)은, 스팀과 온수를 혼합하여 배출하는 믹싱유닛(80)에 연결되고, 믹싱유닛(80)의 토출구(812)가 사출건(60)과 연결된다. 이때 온수배출라인(71)에는 개폐밸브(711)를 장착하여, 개폐밸브(711)의 온/오프에 따라 스팀에 온수를 혼합할지 여부가 결정된다. 이러한 개폐밸브(711)의 작동은 사용자의 수동 조작에 의해 이루어지거나, 사출건의 전환 수위치를 수신한 제어부에 의해 수행될 수 있다.

믹싱유닛(80)은 온수나 스팀이 섞이는 혼합 공간(811)을 형성하는 하우징(81)과, 혼합 공간(811)에 스팀을 분출하는 스팀노즐(82) 및 온수를 분출하는 온수노즐(83)을 구비한다. 또 하우징(81)에는 스팀 등이 혼합 공간을 빠져나가는 토출구(812)가 구비된다.

여기서 스팀노즐(82)과 온수노즐(83)은 각각 스팀배출라인(62), 온수배출라인(71)과 연결된다.

토출구(812)는 스팀노즐(82)과 거의 직선상에 놓이며, 온수노즐(83)은 스팀노즐(82)과 토출구(812) 사이에 위치하여, 온수노즐(83)에서 나오는 온수가 스팀노즐(82)에서 쏘아져 나온 스팀의 측면과 충돌하게 된다.

스팀과 온수는 같은 탱크바디에서 토출되므로 각 유체의 압력은 동일하다고 할 수 있다. 따라서 스팀배출라인(62)과 온수배출라인(71)이 개방되면, 혼합 공간(811)에는 스팀과 온수가 동시에 유입되고, 한 데 섞인 후 토출구(812)로 배출된다.

스팀만 사용하는 경우를 건식 스팀이라 하고, 온수와 스팀을 혼합하여 사용하는 경우를 습식 스팀이라고 할 때에, 사용 양태를 예상하면 주로 건식 스팀으로 사용하다가 필요한 때에 잠깐씩 습식 스팀으로 전환할 수 있다. 즉 스팀배출라인으로 스팀을 배출하는 과정 중에 온수배출라인의 개폐밸브를 잠시 열어 스팀에 온수를 혼합하는 방식이다.

스팀 배출 중에 온수를 혼합하기 위해 개폐밸브(711)를 개방한 직후, 즉 스팀과 온수가 혼합되는 초기에 주로 발생하는 문제로, 건식 스팀일 때에 균일하고 길게 뽑아져 나오듯 쏘아지던 스팀이 습식 스팀으로 전환한 초기에 비균일하게 다소 막히듯 불안정해지는 경향이 있다. 즉 사출건에서 분사되는 형태가 매끄럽게 전환되지 못하고, 단속적인 분출 형태가 될 수 있다.

이러한 문제를 해결하고자 스팀노즐(82), 온수노즐(83) 및 토출구(812)의 각 내경 사이즈를 적절히 조절할 수 있다.

구체적으로 토출구(812)의 내경은 온수노즐(83)의 내경과 동일하거나 크게 하면서, 스팀노즐(82)의 내경은 토출구(812)의 내경보다 크게 하는 경우에, 건식 스팀에서 습식 스팀으로 전환할 때에 사출건(60)에서 스팀의 분사가 꿀렁거리지 않고 부드럽게 전환된다.

반복된 실험에 의하면, 토출구(812)의 내경을 2.5 ㎜ 내지 3 ㎜ 으로 선정하였을 때에, 온수노즐(83)의 내경을 2 ㎜내지 2.5 ㎜ 으로 하고, 스팀노즐(82)의 내경을 3 ㎜ 내지 4 ㎜로 선정함으로써, 전환기에서 스팀 방출 형태를 안정화할 수 있다.

내경이 서로 다른 노즐들과 토출구의 내경를 다양하게 조합하여 실험한 결과에 따르면, 스팀노즐(82)의 직경을 가장 크게 하고, 그 다음 토출구의 내경과 온수노즐의 내경을 점차 작게 하였을 때에, 습식 스팀으로 전환하는 시기에 스팀 배출이 안정적으로 유지되는 것을 확인하였다.

만일 온수노즐(83)의 내경 사이즈가 스팀노즐(82)보다 크거나 토출구(812) 내경보다 큰 경우에는, 전술한 불안전한 분사 발생하는 문제가 거의 확실히 발생되고, 토출구(812) 내경 사이즈가 스팀노즐(82) 내경보다 큰 경우에도 전술한 문제가 종종 발생하는 것이 확인된다.

따라서 스팀노즐(82)의 사이즈를 가장 크게 하고, 토출구(812) 내경 사이즈와 온수노즐(83)의 내경 사이즈를 점차 작게 한 것을 선정하는 것으로, 스팀 질을 전환시키는 과정 중에도 스팀 분사 형태가 완만하게 유지되도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 버너형 스팀 생성 장치(100)는 고온의 연소가스를 열원으로 사용하면서 대용량 스팀을 연속적으로 제공할 수 있다. 그 과정 중에 열교환부(30) 등 내부 구성이 고온, 고압 환경에 의해 파손되지 아니하도록 하여, 작동 신뢰성과 기대 수명을 크게 향상시킨 것이다.

또한 높은 열량에 의해 순간 가열되는 과정 중에도 정밀한 수위 측정이 가능하여 새로운 물 공급에 의한 수온 변동과 수위 변동을 저감시키고 있다. 그에 따라 고압의 스팀을 지속적으로 제공할 수 있게 된다.

또한 공기를 폄핑하지 못하는 고압용 메인펌프(41)에 공기 찬 경우에 보조펌프(42)로 공기를 제거하고 다시 물을 채울 수 있으므로, 공기가 찬 메인펌프에서 공기를 제거하기 위한 추가 작업을 배제할 수 있게 하며, 저수조와 고압용 메인펌프의 위치 관계를 매번 확인하여야 하는 번거로움이 해소된다.

또한 배출되는 스팀에 온수를 섞을 수 있어서 사용처에 적합한 품질의 스팀을 제공할 수 있다. 또한 개선된 믹싱유닛(80)과 노즐 사이즈의 제한을 통해 스팀의 질을 전환하는 단계에서도 스팀 배출 형태가 흐트러지지 아니하고 완만하게 전이되어 사용자의 안전과 만족도를 향상시킨다.

100 : 스팀 생성 장치
10 : 탱크바디
11 : 상부 파트 111 : 천장부 112 : 측벽부 113 : 장착홀
12 : 하부 파트 121 : 기저부 122 : 사이드부 123 : 내측연장부
124 : 요홈 13 : 커버플레이트
131 : 제1 배출구 132 : 제2 배출구 14 : 원통체 141 : 개방홀
20 : 버너부
30 : 열교환부
31 : 수평바디 311 : 측면 312 : 열기통로 32 : 배기통
33 : 열교환관 34 : 관부재
40 : 유체펌프부
41 : 메인펌프 411 : 물공급라인 412 : 제1 단속밸브
42 : 보조펌프 421 : 분기라인 422 : 제2 단속밸브 43 : 저수조
50 : 제어부 51 : 수위감지센서
60 : 사출건 61 : 스위치 62 : 스팀배출라인
71 : 온수배출라인 711 : 개폐밸브
80 : 믹싱유닛
81 : 하우징 811 : 혼합 공간 812 : 토출구 82 : 스팀노줄
83 : 온수노즐

Claims (5)

1. 물을 저장하는 탱크바디(10),
   연소가스를 제공하는 버너부(20),
   상기 연소가스가 지나가는 열기통로(312)를 형성하고 있으며 상기 탱크바디(10)의 내부를 통과하는 열교환부(30),
   상기 탱크바디(10)에 연결된 물공급라인(411)으로 물을 공급하는 유체펌프부(40),
   상기 탱크바디(10)의 상부에 모인 스팀을 외부로 배출시키는 스팀배출라인(62) 및
   상기 버너부(20)와 상기 유체펌프부(40)의 작동을 제어하는 제어부(50)를 포함하고,
   
   상기 열교환부(30)는 상기 버너부(20)의 토출구로부터 수평하게 놓이는 수평바디(31)와, 상기 수평바디(31)의 끝단부에서 위를 향하여 연소가스를 배출하는 배기통(32)을 포함하며,
   상기 탱크바디(10)의 측면부와 상기 수평바디(31)의 측면(311)을 연결하는 내측연장부(123)가 구비되고,
   
   상기 탱크바디(10)는
   위로 볼록한 호형 단면의 천장부(111)와, 상기 천장부(111)의 양단부에서 하방으로 연장되는 측벽부(112)를 가지며, 전후 방향으로 길게 형성된 상부 파트(11),
   상기 상부 파트(11)의 하부에 결합되어 전후로 긴 타원형 단면의 내부 공간을 형성하는 것으로, 바닥을 형성하는 기저부(121)와, 상기 기저부(121)의 양단부에서 상방으로 연장되는 사이드부(122)와, 상기 사이드부(122)의 상단에서 상기 수평바디(31)를 향하여 연장되는 상기 내측연장부(123)를 구비하는 하부 파트(12) 및
   상기 내부 공간의 전단과 후단에 결합되어 마감하는 커버플레이트(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는
   버너형 스팀 생성 장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 상부 파트(11)에는 봉 타입의 수위감지센서(51)가 장착되고,
   상기 상부 파트(11)의 천장에는 상기 수위감지센서(51)의 둘레를 감싸는 원통체(14)가 용접으로 고정되며,
   상기 원통체(14)의 상단과 하단 각각에 개방홀(141)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
   버너형 스팀 생성 장치.
   
4. 제1항에서,
   상기 탱크바디(10)로부터 온수가 배출되는 온수배출라인(71)과,
   상기 온수배출라인(71)과 상기 스팀배출라인(62)이 연결되어 온수와 스팀을 혼합하여 배출하는 믹싱유닛(80)을 포함하고,
   
   상기 믹싱유닛(80)은
   혼합 공간(811)을 형성하는 하우징(81),
   상기 스팀배출라인(62)과 연결되어 상기 혼합 공간(811)에 스팀을 분출하는 스팀노즐(82),
   상기 온수배출라인(71)과 연결되어 상기 혼합 공간(811)에 온수를 분출하는 온수노즐(83) 및
   스팀 또는 스팀과 온수가 혼합된 후 혼합 공간(811)을 빠져나가는 토출구(812)를 포함하는
   버너형 스팀 생성 장치.
   
5. 제4항에서,
   상기 스팀노즐(82)의 내경은 3 ㎜ 내지 4 ㎜ 이고
   상기 온수노즐(83)의 내경은 2 ㎜내지 2.5 ㎜ 이며
   상기 토출구(812)의 내경은 2.5 ㎜내지 3 ㎜ 인 것을 특징으로 하는
   버너형 스팀 생성 장치.

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