KR20010091444A - 열 에너지 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물을 증기로, 증기를 물로 변환시키는 순환사이클이 기밀이 유지된 공간 상에서 반복적으로 이루어지도록 하므로써 열량누출을 최소화하면서 최대의 열량을 얻을 수 있는 휴대용 난방기로서 역할과, 취사용 밥솥의 역할을 겸할 수 있는 열에너지 발생장치에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 가열증기가 외부로 배출됨이 없이 계속적으로 순환되도록 함에 따라 한 번 주입된 소량의 물을 이용하여 최대의 열량을 낼 수 있는 열에너지 발생장치를 제공하는데 있다.

이를 위한 본 발명의 형태에 따르면,

물이 수용되는 수용부(11)를 가지며, 상기 물이 열원에 의해 가열되면서 증기를 발생시키는 통체(10)와; 상기 통체(10)의 상부에 결합되며, 소정위치에는 상기 통체(10)로부터 발생된 증기를 냉각수에 의해 냉각시키는 열교환실(21)을 갖는 덮개(20)와; 상기 통체(10)와 열교환실(21)을 연결하는 가요성의 튜브(30)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

열 에너지 발생장치{device for producing thermal energy}

본 발명은 물을 증기로, 증기를 물로 변환시키는 순환사이클이 기밀이 유지된 공간 상에서 반복적으로 이루어지도록 하므로써 열량누출을 최소화하면서 최대의 열량을 얻을 수 있는 휴대용 난방기로서 역할과, 취사용 밥솥의 역할을 겸할 수 있는 열에너지 발생장치에 관한 것이다.

도 1은 종래 열에너지 발생장치의 구성을 나타내고 있다.

도면에 의하면, 종래 열에너지 발생장치는 물이 수용되는 상부 개방형의 통체(1)와, 상기 통체(1)의 개방부 상에 결합되는 덮개(2)로 크게 구성되어 있다.

상기 덮개(2)는 통체(1)의 상부에 결합되어 통체(2)를 밀폐시키는 역할을 하며, 일측에는 통체(1)내의 물이 열원에 의해 가열됨에 따라 발생된 가열증기가 배출되는 증기배출구(3)가 구비되어 있다.

또한, 상기 덮개(2)의 중앙부위에는 상기 증기배출구(3)를 통해 배출된 증기가 포집되는 증기포집공간(4)이 구비되어 있으며, 상기 증기포집공간(4) 상에는 상기 증기배출구(3)를 통해 배출된 증기가 증기포집공간(4)으로 유입되도록 하는 증기유입구(5)가 구비되어 있다.

이때, 상기 증기배출구(3)와 증기유입구(5)는 튜브(6)에 의해 연결되어 있다.

그리고, 상기 증기포집공간(4)에는 외부중공관(7)이 축방향으로 관통 설치되어 있으며, 상기 외부중공관(7) 상에는 통공(7b)이 형성되어 그 내부의 유로(7a)와 증기포집공간(4)이 상호 연통되게 구성되어 있다.

또한, 상기 외부중공관(7) 내에는 내부중공관(8)이 나사 결합되어 있으며,이때 외부중공관(7)의 유로(7a)와 내부중공관(8)의 유로(8a)는 상호 연통되게 구성되어 있다.

따라서, 적정량의 물이 수용된 통체(1)의 상부에 덮개(2)를 결합한 후, 버너 등의 열원에 의해 통체(1)를 가열하게 되면 물이 가열되면서 가열증기가 발생하게 된다.

이때, 발생된 가열증기는 덮개(2)에 구비된 증기배출구(3)와 튜브(6), 증기유입구(5)를 거쳐 증기포집공간(4)으로 포집되며, 포집된 가열증기는 외부중공관(7)의 통공(7b)과 그 유로(7a), 내부중공관(8)의 유로(8a)를 통해 장치의 외부로 전량 배출된다.

그리고, 상기 열에너지 발생장치의 튜브(6) 상에는 핫매트(9)를 연결하여, 이 핫매트(9)를 통해 난방열을 얻게 된다.

그러나, 상기한 종래의 열에너지 발생장치는 가열증기가 회수되지 않고 전량 장치의 외부로 배출되는 구성을 가지고 있으므로 폐열량이 많고, 따라서 열효율이 좋지 않은 문제점이 있다.

또한, 상술한 바와 같이 가열증기가 전량 외부로 배출되므로써 통체(1) 내에 수용된 물이 소진되기 전에 계속적으로 물을 공급해 주어야 하는 문제점이 있다. 따라서 물이 없는 악조건 하에서는 사용이 불가능하고, 사용상 불편함도 따르게 된다.

또한, 물이 소진된 상태에서 그대로 방치할 경우 장치가 과열되면서 화재의 위험성도 따르게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 가열증기가 외부로 배출됨이 없이 계속적으로 순환되도록 함에 따라 한 번 주입된 소량의 물을 이용하여 최대의 열량을 낼 수 있는 열에너지 발생장치를 제공하는데 주 목적이 있다.

도 1은 종래 열 에너지 발생장치의 구성을 나타낸 종단면도

도 2는 본 발명에 따른 열 에너지 발생장치의 구성을 나타낸 분리 사시도

도 3은 본 발명에 따른 열 에너지 발생장치의 결합상태 종단면도

도 4는 도 3에서 부기변이 개방된 상태를 나타낸 요부 단면도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10. 통체 11. 수용부

20. 덮개 21. 열교환실

21a. 증기유입구 22. 격벽

23. 밸브공 24. 부기변

25. 밸브 하우징 26. 실러

28. 제 1 증기배출밸브 29. 제 2 증기배출밸브

30. 튜브 40. 열교환기

50. 차열공간

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면,

물이 수용되는 수용부를 가지며, 상기 물이 열원에 의해 가열되면서 증기를 발생시키는 통체와; 상기 통체의 상부에 결합되며, 소정위치에는 상기 통체로부터 발생된 증기를 냉각수에 의해 냉각시키는 열교환실을 갖는 덮개와; 상기 통체와 열교환실을 연결하는 가요성의 튜브를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 열에너지 발생장치가 제공된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 2는 본 발명에 따른 열 에너지 발생장치의 구성을 나타낸 분리 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 열 에너지 발생장치의 결합상태 종단면도를 나타내고 있다.

도면에서와 같이 본 발명의 열에너지 발생장치는 물이 수용되는 수용부(11)를 가지며, 상기 물이 열원에 의해 가열되면서 가열증기가 발생되는 통체(10)와; 상기 통체(10)의 상부에 결합되며, 소정위치에 상기 통체로부터 발생된 가열증기를냉각수에 의해 냉각시키는 열교환실(21)을 갖는 덮개(20)와; 상기 통체(10)와 열교환실(21)을 연결하는 가요성(flexible)의 튜브(30)로 크게 구성된다.

상기 열교환실(21)에는 튜브(30)를 통해 통체(10)로 부터 발생된 가열증기가 유입됨과 함께, 유입된 가열증기를 수냉시키기 위해 적정수위의 냉각수가 수용된다.

또한, 상기 열교환실(21)은 개폐수단에 의해 상기 통체(10)와는 선택적으로 연통되도록 구성되어 있다. 즉, 상기 통체(10)와 열교환실(21)을 구획하는 격벽(22) 상에 밸브공(23)을 형성하고, 상기 밸브공(23) 상에는 통체(10)와 열교환실(21)간의 수압변화에 따라 승강동작되면서 밸브공(23)을 선택적으로 개폐하는 수단으로 부기변(24)이 설치된다.

그리고, 상기 부기변(24)은 그 외부에 설치되는 밸브하우징(25)에 의해 승강범위가 제한된다. 이와 함께 상기 부기변(24)과 밸브하우징(25) 사이에는 부기변(24)과 밸브하우징(25)이 밀착되었을때 계면(界面)의 기밀을 유지하기 위해 실러(sealer)(26)가 개입 설치된다.

또한, 상기 열교환실(21) 내에는 통체(10)로부터 유입된 가열증기를 냉각수로 토출되도록 하는 관형상의 열교환기(40)가 설치되며, 이 열교환기(40)는 가열증기가 한정된 크기의 열교환실(21) 내에서 최상의 냉각효율을 얻기위해 그 형상을 연속 반복되게 절곡된 사형(巳形)으로 형성하므로써 증기가 통과하는 유로가 최대한 연장되도록 하였다.

이와 아울러, 상기 열교환기(40)는 냉각수에 침수되도록 하여 가열증기가 열교환실(21)을 통하는 과정에서 상대적으로 저온인 냉각수에 의해 자연냉각 되도록 하였다.

그리고, 상기 열교환실(21)의 상부에는 열교환실(21) 내부로 냉각수를 주입하기 위한 냉각수 주입구(27)가 형성되며, 이 냉각수 주입구(27)는 열교환실(21)과 그 외부를 연통하는 통풍구의 역할도 겸하게 된다.

만약, 상기 냉각수 주입구(27)가 없다면 냉각수 주입이 불가능함은 물론 열교환실(21)이 밀폐됨에 따라 가열증기의 순환이 불가능하기 때문에 필수적인 구성요건이다.

한편, 상기 통체(10)와 열교환실(21) 사이에는 외부공기가 유입되어 공기층을 형성함에 따라 통체(10)와 열교환실(21) 간을 열적으로 차단하기 위한 차열공간(50)이 구비된다.

이때, 상기 차열공간(50) 상에는 외부공기가 유입되도록 하나 이상의 통공(51)이 형성되어, 이를 통해 유입되는 공기에 의해 통체(10)의 고온열이 상대적으로 저온인 열교환실(21)로 전도됨을 방지 또는 약화시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 덮개(20)의 일측에는 통체(10) 내의 공기를 선택적으로 배출하기 위해, 개폐 가능한 제 1 증기배출밸브(28)가 설치된다.

상기 제 1 증기배출밸브(28)는 열 에너지 발생장치를 압력밥솥으로 사용할 경우에 통체(10)와 덮개(20)에 의해 형성되는 공간상에서 발생되는 증기압력을 외부로 배출하는 역할을 하게 된다.

또한, 상기 덮개(20)의 하단과 통체(10) 사이에는 통체의 열기가 외부로 분산됨을 방지하는 열회수부(60)를 두므로써 방열이 최소화되도록 하였다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 작용을 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 이 때 도 4는 도 3에서 부기변이 개방된 상태의 요부 단면도를 나타내고 있다.

먼저, 통체(10)와 덮개(20)가 분리된 상태에서 통체(10) 내부로 적정량의 물을 넣은 다음, 통체(10)와 덮개(20)를 결합한다. 이때 통체(10)와 덮개(20)의 결합부 사이에는 실러(미도시)가 개입되어 있어 두 부품간의 기밀을 유지하게 된다.

그리고, 상기 열교환실(21)의 일측에 구비된 냉각수 주입구(27)를 통해 적정량의 냉각수(통상의 물)를 열교환실(21)로 주입하되, 열교환실(21) 내에 설치된 열교환기(40)가 침수될 정도의 수위를 유지토록 한다.

이상과 같이 열 에너지 발생장치의 세팅(setting)을 완료한 상태에서 버너 등의 열원에 의해 통체(10)를 가열하게 되면, 통체(10) 내에 수용된 물이 끓는 시점에서 가열증기가 발생하게 된다.

이렇게 발생된 가열증기는 덮개(20) 상에 형성된 제 2 증기배출구(29)를 통해 배출되어 이에 연결된 튜브(30)와 열교환기(21) 상에 구비된 증기유입구(21a)를 경유하여 열교환실(40) 내부로 유입된다.

열교환실(40)로 유입된 가열증기는 상기 증기유입구(21a)와 연결되고 냉각수에 침수된 열교환기(40)의 내부를 통해 냉각수 속에서 토출됨에 따라 액상으로 변환된다.

이상과 같은 동작과정이 반복됨에 따라 열교환실(40) 내부의 냉각수 수위는점진적으로 올라가게 되는데, 냉각수의 수위가 통체(10) 내의 수위보다 상승하게 되면, 열교환실(40) 내의 수압이 통체(10) 내의 수압보다 상대적으로 커지게 된다.

따라서, 상기 열교환실(40) 내에 설치된 부기변(24)이 열교환실(40) 내의 수압에 의해 지배되면서 도 4에서와 같이 도면상 하강하게 된다. 이에 따라 부기변(24)에 의해 차단되어 있던 밸브공(23)이 개방되면서 통체(10)와 열교환실(40)은 연통된 상태가 된다.

이후, 수위가 상대적으로 높은 열교환실(40) 내의 냉각수는 밸브공(23)을 통해 통체(10) 내로 유입되면서 두 공간상의 수위는 평형을 이루게 된다. 수위가 평형을 이루는 시점으로부터 부기변(24)은 원위치로 복귀되면서 밸브공(23)을 차단하게 됨에 따라 열교환실(40)과 통체(10) 내의 교류는 차단된 상태가 된다.

한편, 상기 튜브(30)에 메트(70)를 연결하게 되면, 튜브(30)를 통하는 가열증기의 온도에 의해 메트(70)는 따뜻한 상태가 되므로 야외에서 난방용 메트로 사용할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명의 열 에너지 발생장치는 취사도구, 즉 압력밥솥으로도 사용 가능한데, 이때는 통체(10) 내에 물과 쌀을 적정량 인입한 상태에서 덮개(20)를 덮고 가열하면 된다.

이때, 상기 덮개(20)의 일측에 구비된 제 2 증기배출구(29)는 차단하고, 반면 다른 일측에 구비된 제 1 증기배출밸브(28)는 개방하므로써 내부에서 발생되는 증기가 외부로 배출되도록 해야 한다.

상기에서 제 2 증기배출밸브(29)를 차단하는 이유는 증기가 순환됨을 방지하기 위해서이다. 만약 증기가 순환되면 상술한 바 있듯이 물로 변환되어 다시 통체(10)로 유입되므로 취사가 불가능하다.

이상과 같은 본 발명은 기능상 필요한 부분을 제외하고는 장치의 내/외부가 연통됨을 최소화하였다. 따라서 폐열량을 줄일 수 있다.

또한, 증기누출을 최소화 함에 따라 한 번의 물 주입으로 장시간동안 사용할 수 있다. 따라서 주변에 물이 없는 악조건에서도 사용할 수 있으므로 야외용으로 적합한 장점을 갖는다.

또한, 물의 소진 주기가 길어지므로 장치가 쉽게 과열되지 않고, 이에 따라 화재의 위험성도 줄어든다고 할 수 있다.

Claims (9)

1. 물이 수용되는 수용부(11)를 가지며, 상기 물이 열원에 의해 가열되면서 증기를 발생시키는 통체(10)와;

   상기 통체(10)의 상부에 결합되며, 소정위치에는 상기 통체(10)로부터 발생된 증기를 냉각수에 의해 냉각시키는 열교환실(21)을 갖는 덮개(20)와;

   상기 통체(10)와 열교환실(21)을 연결하는 가요성의 튜브(30)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 열 에너지 발생장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 열교환실(21) 내에는 적정수위의 냉각수가 수용되며, 그리고

   상기 냉각수에 침수되어 튜브(30)를 통해 유입되는 증기를 냉각수 속으로 토출하는 열교환기(40)가 설치됨을 특징으로 하는 열 에너지 발생장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 열교환기(40)는 연속으로 굴곡된 관형상으로 된 것을 특징으로 하는 열 에너지 발생장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 통체(10)와 열교환실(21)은 그 내부에 수용된 물의 수위에 따라 선택적으로 연통됨을 특징으로 하는 열 에너지 발생장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 통체(10)와 열교환실(21)이 선택적으로 연통되도록 하기 위해,

   상기 통체(10)와 열교환실(21)을 구획하는 격벽(22) 상에 밸브공(23)을 형성하고,

   상기 밸브공(23) 상에는 열교환실(21)의 냉각수 수위가 통체(10) 내의 물수위에 비해 높을 때는 하강하여 밸브공(23)을 개방하고, 반대로 열교환실(21)의 냉각수 수위가 통체(10) 내의 물수위 보다 낮거나 같으면 상승하여 밸브공(23)을 차단하는 부기변(24)이 설치됨을 특징으로 하는 열 에너지 발생장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 부기변(24)은 그 둘레를 감싸는 밸브하우징(25)에 의해 승강범위가 제한됨을 특징으로 하는 열 에너지 발생장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 통체(10)와 열교환실(21)의 사이에는 외부공기가 유입되어 열교환실(21)과 상대적으로 고온인 통체(10)를 열적으로 차단하기 위한 차열공간(50)이 설치된 것을 포함함을 특징으로 하는 열 에너지 발생장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 덮개(20) 상에는 통체(10) 내의 증기를 외부로 배출하기 위해 개폐가능한 제 1, 2 증기배출밸브(28)(20a)가 설치된 것을 포함함을 특징으로 하는 열 에너지 발생장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 덮개(20)의 하단과 통체(10) 사이에는 통체의 열기가 외부로 분산됨을 방지하는 열회수부(60)가 구비된 것을 포함함을 특징으로 하는 열 에너지 발생장치.