KR20100035276A - 스팀 발생기 - Google Patents

Abstract

스팀 발생기에 관해 개시된다. 스팀 발생기는 수조와 수조 내에 설치되는 판상 히터를 가지며, 따라서 소형 박형화가 가능하다. 상기 판상 히터의 발열층은 소정 패턴의 열선 또는 전면적인 저항층이며, 상기 저항층은 다수의 도전성 나노파티클이 물리적으로 연계(necking)된 조직을 가진다.

스팀, 평판, 발열체

Description

스팀 발생기{Steam generator}

스팀 발생기에 관한 것으로, 스팀 사우나 기기 등에 적용되는 소형 스팀 발생기에 관한 것이다.

스팀 발생기는 예를 들어 사우나 기기 등에 적용된다. 종래 스팀 발생기는 도 1에 도시된 바와 같이 수조(10) 내에 코일형 히터(20)가 마련되고 수조(10)의 일측에 물 공급구(11) 및 스팀 토출구(12)에 마련된다. 가정용과 같은 소형의 사우나 기기는 역시 소형의 스팀 발생기가 요구된다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 종래 히터(20)는 코일형으로서 상당한 공간을 차지한다. 이러한 코일형 히터는 경우에 따라 복수 개가 수조(10) 내에 마련될 수 있다. 따라서, 수조(10)의 크기는 이러한 코일형 히터(20)를 충분히 수용할 수 있는 크기를 가져야 한다. 그러나, 큰 수조(10)는 제품의 소형화에 불리한 요인을 작용한다. 수조(10)에는 히터(20) 외에 수위 검출기(30) 외에 온도 센서 등의 여러가지 부수적 장치들이 장착된다. 수조(10)의 크기를 설계함에 있어서는 히터(20)의 발열량과 요구되는 스팀량 등이 고려되는데, 수조(10)의 최소 크기가 코일형 히터(20)에 의해 결정되기 때문에 수조 설계 자유도가 떨어진다. 그리고, 수조의 크기가 히터의 발열량이나 요구되는 스팀 량에 상응하는 조건에 비해 너무 클 경우 히터의 열적 부하가 증가하며 따라서 스팀 발생량이 제한될 것이다.

본 발명의 과제는 설계 및 소형화가 용이한 스팀 발생기를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스팀 발생기는:

스팀 토출구와 물 유입구를 가지는 수조;와

상기 수조 내에 설치되는 판상 히터;를 구비한다.

구체적인 실시예에 따르면, 상기 판상 히터는 절연성 기판과 기판의 적어도 일면에 형성되는 발열층을 구비한다.

보다 구체적인 실시예에 따르면, 상기 발열층은 상기 기판에 소정 패턴으로 형성되는 박막형 열선(熱線)이다.

보다 구체적인 다른 실시예에 따르면, 상기 발열층은 상기 기판에 형성되는 것으로 다수의 도전성 나노파티클이 물리적으로 연계(necking)된 전기적 저항층(抵抗層)이다.

다른 실시예에 따르면, 상기 나노파티클은 산화물 반도체 물질 또는 실리카로 형성된다. 상기 산화물 반도체는 ZnO, SnO, MgO 중의 적어도 어느 하나이다.

히터가 판상으로 형성되기 때문에 수조 내에서 차지하는 용적이 작다. 따라서, 스팀 발생기를 소형화할 수 있다. 또한, 히터가 수조에서 차지하는 용적이 작기 때문에 전체 구조 설계 자유도를 높인다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예들에 따른 스팀 발생기를 설명한다.

도 3a에 도시된 일 실시 예에 따른 스팀 발생기를 살펴보면, 수조(100) 내에 하나의 판상 히터(200)가 마련되고 수조(100)의 일 측에 물 공급구(110) 및 스팀 토출구(120)에 마련되고, 그 상면에는 전원 터미널(140) 및 수위 검출기(300)가 마련된다. 상기 수조(100)는 얇은 판상 히터(200)를 수용하는 정도의 상당히 낮은 높이를 가진다. 이러한 히터(200)는 수조(100) 내부에 고정되는데, 도 3a에서는 하부의 지지 포스트(130)에 의해 지지되는 것으로 상징화하여 표현되어 있다. 이러한 히터(200)의 수조(100) 상부측에 마련된 전원 터미널(140)에 전기적으로 연결된다. 상기 히터(200)는 수조(100)의 바닥 가까이에서 바닥면과 나란하게 배치된다. 따라서, 수조(100) 내에서 히터(200)가 차지하는 공간은 코일형 히터를 사용하는 종래 구조에 비해 매우 작다.

도 3b에 도시된 다른 실시 예에 따른 스팀 발생기를 살펴보면, 수조(100) 내에 상하 나란한 두 개의 판상 히터(200, 200)가 마련되어 있다. 수조(100)의 일측에 전술한 실시예에서와 마찬가지로 물 공급구(110) 및 스팀 토출구(120)에 마련되고, 그 상면에는 전원 터미널(140) 및 수위 검출기(300)가 마련된다. 상기 수조(100)는 나란한 두개의 얇은 판상 히터(200, 200)를 수용하는 정도의 상당히 낮은 높이를 가진다. 이들의간격은 최대한 좁혀서 수조의 높이 증가를 가급적 억제하는 것이 바람직하다. 이러한 상하 히터(200, 200)는 수조(100) 내부에 고정되는 데, 이들 사이에는 스페이서(131)가 마련되고 하부측 히터(200)는 하부의 지지 포스트(130)에 의해 지지된다. 이러한 스페이서(131)와 포스트(130)에 의한 지지구조의 표현을 상징적이며, 다양한 형태로의 구체화가 가능할 것이다. 이러한 수조(100) 상부측에는 상기 두 히터(200, 200)에 전기적으로 연결되는 전원 터미널(140)이 마련되어 있다. 상기 두 히터(200)는 수조(100)의 바닥 가까이에서 바닥면과 나란하게 배치된다.

이하, 상기 판상 히터(200)의 구조에 대해 살펴본다. 도 4a는 열선(220a) 형태의 발열층(220)을 가지는 판상 히터(200)의 사시도이며, 도 4b는 도 4a의 A-A 선 단면도이다. 그리고, 도 5a는 전면적인 저항층(220b) 형태의 발열층(220)을 가지는 판상 히터(200)의 사시도이며, 도 5b는 도 5a의 B-B 선 단면도이다.

도 4a 및 도 5a에 도시된 바와 같이 판상 히터(200)는 절연성 내열 기판(210)의 표면에 발열층(220)이 형성된 구조를 가진다. 발열층(220)은 구체적으로 뱀자리 형태 또는 "ㄹ"형 등과 같은 소정 패턴의 열선(220a) 또는 전면적인 하나의 저항층(220b)이다.

도 4a, 4b에 도시된 열선(220a)으로된 발열층(220)은 자동차 유리용 열선과 같은 부류의 재료 등으로 형성될 수 있다. 이러한 열선(220a)의 양 단은 기판(210) 표면에 에폭시 본드 등에 의해 고정되어 있는 단자(230a, 230a)에 연결된다.

도 5a, 5b에 도시된 바와 같이 패턴이 없이 전면적으로 형성된 저항층(220b)은 나노파티클이 물리적으로 넥킹된 조직(texture)을 가짐으로써 전기적 경로가 넥킹에 의해 상호 연결된 나노파티클들을 통해 형성된다.

상기 도 5a, 5b에 도시된 히터(200)의 저항층(220b)은 실리카 또는 산화물반도체 등으로 된 다수의 도전성 나노파티클이 물리적으로 연계(necking)된 성긴 조직(loose texture) 구조를 가질 수 있다. 이는 후술되는 제조공정에서 열처리 조건에 따르는 것으로 치밀한 조직(Close-Packed Texture)을 가지게 할 수 도 있고, 다른 실시 예에 따르면 완전한 막 상태를 가질 수 도 있다. 이러한 저항층은 단일의 적층 또는 동종 물질층 또는 이종물질층을 포함하는 다중 층 구조를 가질 수 있다.

상기 발열층(220)은 도 6a, 6b에 도시된 바와 같이 열선(220a) 또는 저항층(220b)과 이들을 보호하는 보호층(220c)을 포함할 수 있다. 이러한 발열층(220)은 상기 기판(100)의 양면에 형성될 수 있다. 상기 보호층(220c)의 재료로는 탄소 박막, Si 나노 입자, 산화물 나노 입자 등이 이용될 수 있다.

도 4a, 5a, 5b, 6b에서, 발열층(220)에 연결되는 단자(230a)가 매우 과장되게 표현되었다. 실제적으로는 단자(230a)에 비해 열선(220a) 및 저항층(220b)이 매우 얇은 두께를 가질 수 있으며, 그 고정 구조는 다양한 형태로의 구현이 가능할 것이다.

이하, 상기 저항층(220b)을 포함하는 발열층(200)의 형성 과정을 개략적으로 살펴본다.

내열성 유리나 세라믹 등으로 된 기판을 준비한 후 이를 크리닝한다. 크리닝은 기판을 손상시키지 않는 공지의 솔벤트 또는 에쳔트 등을 이용할 수 있다.

상기 크리닝과는 별도로 나노파티클 분산액을 조제(준비)한다. 용매로서는 메탄올과 수산화 칼슘의 혼합액, 메탄올과 수산화칼슘이 혼합된 혼합액, 벤젠(benzene) 단일 물질이 이용되며, 나노파티클로서는 도핑 된 산화물 반도체로서 ZnO, SnO, MgO, InO 중의 적어도 어느 하나와 실리카 중 적어도 어느 하나가 이용될 수 있다. 도펀트로는 In, Sb, Al, Ga, C, Sn 중에 적어도 어느 하나가 이용된다. 분산액을 조제하는 과정에서 용매를 50~200℃로 가열한 상태에서 전구체로서 위에 언급된 산화물 반도체 나노파티클을 첨가한다.

크리닝된 기판에 상기 나노파티클 분산액을 코팅한다. 코팅법은 전술한 바와 같은 다양한 방법이 이용될 수 있으며, 그 코팅 영역은 기판의 전체 또는 기판에서 획정된 적어도 어느 한 영역이다.

나노파티클 분산액이 코팅된 기판을 열처리에 의해 나노파티클에 의한 저항층(발열층)을 형성한다. 이때에 열처리에 의해 나노파티클이 분산되어 있는 용매의 증발(건조)가 수반된다. 어떤 경우에는 용매의 증발이 별도로 수행될 수 있으나, 일반적으로는 열처리에 수반하여 동시에 진행될 수 있다. 그러나 열처리시 건조가 먼저 진행되고 그 후에 잔류하는 나노파티클에 대한 소결(sintering)이 이루어져 나노파티클이 물리적으로 연계(necking)된 저항층을 얻을 수 있게 된다. 전술한 코팅 및 열처리 과정은 1 회 이상 수행될 수 있고, 따라서 다층 구조의 저항층을 얻을 수 있게 된다.

발열층의 상부에 전극(터미널)을 형성된다. 전극은 금속, 전도성 에폭시, 전도성 페이스트, 솔더, 전도성 필름 등으로 형성할 수 있다. 금속 전극은 증착 방법에 의해 형성되고, 전도성 에폭시 또는 전도성 페이스트 전극은 공지의 스크린 프린팅, 솔더는 솔더링 방법으로 형성되고, 그리고 전도성 필름은 라미네이팅 방법에 의해 형성될 수 있다.

전술한 바와 같은 방법에 의해 배선을 연결한다. 배선은 전극에 대해 와이어 본딩, 솔더링 방법 등에 의해 형성될 수 있다.

최종적으로 보호층을 상기 저항층 위에 형성한다. 보호층은 유전체 산화물, 페릴린 나노입자, 고분자 필름 등을 사용하여 형성되며, 나노 입자, 유전체 산화물 또는 페릴린 보호층은 증착 방법으로 형성되며, 나노파티클 보호층은 스프레이 코팅, 스핀 코팅 또는 디핑 방법 등에 의해 형성될 수 있다. 역시 이러한 보호층의 형성과정은 1 회 실시될 수 도 있으며, 다른 실시 예에 따르면 복수 회 실시될 수 있다.

가정용이나 소형 사우나 기기 등과 같은 소형화 또는 박형화가 요구되는 가열 장치에 적합하다.

지금까지, 본원 발명의 이해를 돕기 위하여 모범적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.

도 1은 종래 스팀 발생기의 개략적 구조를 보인다.

도 2는 종래 스팀 발생기에 사용되는 히터를 보인다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 스팀 발생기의 개략적 구조를 보인다.

도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스팀 발생기의 개략적 구조를 보인다.

도 4a는 본 발명에 따른 스팀 발생기에 적용되는 판상 히터의 일례를 보이는 사시도이다.

도 4b는 도 4a의 A-A 선 단면도이다.

도 5a는 본 발명에 따른 스팀 발생기에 적용되는 판상 히터의 다른 례를 보이는 사시도이다.

도 5b는 도 5a의 B-B 선 단면도이다.

도 6a는 도 4a에 도시된 본 발명에 따른 스팀 발생기의 다른 응용례를 보인다.

도 6b는 도 5a에 도시된 본 발명에 따른 스팀 발생기의 다른 응용례를 보인다.

Claims (7)

1. 스팀 토출구와 물 유입구를 가지는 수조;와

   상기 수조 내에 설치되는 판상 히터;를 구비하는 스팀 발생기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 판상 히터는:

   기판;과

   기판의 일면에 형성되는 발열층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 스팀 발생기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 발열층은 소정 패턴의 열선인 것을 특징으로 하는 스팀 발생기.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 발열층은 전면적인 저항층인 것을 특징으로 하는 스팀 발생기.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 저항층은 다수의 도전성 나노파티클이 물리적으로 연계(necking)된 조직을 가지는 것을 특징으로 하는 스팀 발생기.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

   상기 저항층은 상기 나노파티클은 산화물 반도체 물질 또는 실리카로 형성되는 것을 특징으로 하는 스팀 발생기.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 산화물 반도체는 ZnO, SnO, MgO 중의 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스팀 발생기.

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