KR20120052534A - 전기스팀보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기스팀보일러에 관한 것으로서, 물을 수용할 수 있도록 내부공간을 형성하는 보일러 외통과, 상기 보일러 외통 내에 설치되며 상측에 증기가 배출되는 스팀출구와 하측에 상기 보일러 외통내에 수용된 물이 유입되는 유입구를 구비한 유도관과, 상기 보일러 외통의 상부경판을 관통하여 상기 유도관내에 설치되는 전기히터와, 상기 보일러 외통과 상기 유도관과의 사이에 설치되는 복수의 수위센서를 구비하며, 상기 유도관은 상기 보일러 외통의 상부경판 및 하부경판에 맞닿아 일체로 설치되어 상기 보일러 외통을 지지하도록 구성되며, 상기 보일러 외통의 상부경판 및 하부경판은 평평한 형상으로 형성되고, 상기 전기히터는 상기 유도관 내로 유입된 물에 잠겨 물을 가열하는 제 1 발열부와, 상기 제 1 발열부에 일체로 연결되어 형성되며 상기 유도관 내에서 생성된 증기에 맞닿아 증기내의 잔여수분을 제거하도록 증기를 가열하는 제 2 발열부를 구비하여, 보일러 외통의 제조에 소요되는 비용과 시간을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 보일러 외통의 전체적인 부피를 줄여 콤팩트하게 하면서도 견고하게 구성할 수 있고, 적은 에너지로도 빠른 시간 내에 증기를 만들 수 있는 전기스팀보일러를 제공할 수 있다.

Description

전기스팀보일러{STEAM GENERATOR}

본 발명은 전기스팀보일러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보일러의 크기를 콤팩트하게 구성할 수 있고 증기를 생성하기 위하여 물을 가열하는 데에 소요되는 시간과 에너지를 절감할 수 있는 전기스팀보일러에 관한 것이다.

일반적으로, 보일러는 연료의 연소 및 에너지 변환에 의해 가열된 온수를 난방 등의 용도로 사용할 수 있도록 만들어진 것으로서, 가스보일러, 기름보일러, 전기보일러, 연탄보일러 등으로 구분되는데, 종래의 산업용 보일러 및 스팀보일러는 화석연료를 사용함으로써 국제적으로 온실가스 감축을 위한 기후변화대응 정책에 의해 제약을 받고 있는 실정이다. 이에 반해 전기보일러는 다른 보일러에 비해 위생적이며, 가스중독과 폭발 등으로 인한 사고의 위험도 상대적으로 적고, 전기에너지는 공해나 소음이 없고 열효율이 높아 점차적으로 확대되는 추세이며, 스팀의 경우 일반 온수보다도 단위체적당 지니고 있는 에너지가 많기 때문에 세탁소나 방앗간, 식당 등의 소규모 뿐 만 아니라 식품 제조, 일반 산업현장에서도 활용도가 높아서, 점점 그 사용자가 증가하고 있는 추세이다.

종래의 전기스팀보일러의 일반적인 예로는, 탱크 내에 물이 담겨지는 하부 가열실과 상측 스팀실로 구비되고 하부 가열실은 전기히터가 내장되어 전기히터에 의해 탱크에 담긴 전량의 물을 가열하는 수단으로 사용하고 상측 스팀실에선 스팀을 발생시키는 구성으로 되어 있다.

상기한 바와 같은 종래 기술에 의한 전기스팀보일러의 일예로서, 도 1에 나타난 바와 같이 직접가열식 전기스팀보일러나 도 2에 나타난 바와 같이 간접가열식 전기스팀보일러가 제안된 바 있다.

도 1에 나타낸 직접가열식 전기스팀보일러는 히터가 가열대상인 물에 직접 닿아 가열하는 방식으로서, 도 1에 나타낸 종래의 전기스팀보일러는 물의 중량을 버틸 수 있는 견고한 구조를 유지하기 위하여 상하 측면을 완만한 곡선의 형태를 유지하여 하중의 분산을 유도하도록 탱크(1a)를 설계하여야 하므로 보일러의 전체 부피가 커진다는 문제점을 가지고 있었다.

또한, 도 1에 나타낸 종래의 전기스팀보일러에 있어서는, 탱크(1a) 내의 물 전체를 히터(3a)로 가열하여 증기를 발생시켜야 하기 때문에 가열에 시간과 비용이 많이 소요된다고 하는 문제점도 있었다. 또한, 탱크에 담겨지는 물은 항상 일정한 수위를 유지시킨 상태로 가열될 수 있도록 수위감지수단이 구비되어 있고, 수위감지수단에 의해 하부 가열실의 물이 줄어든 상태가 감지되면 외부의 수도관 등에서 공급되는 물을 보충하는 구성으로 되어 있지만, 상기와 같은 전기스팀보일러는 탱크(1a)에 담긴 물을 가열함에 있어서 수위의 상부면에서 물이 끊을 때에 물의 버블이나 맥동이 생겨 정확한 수위측정이 어렵다고 하는 문제점이 있었다. 또한, 수위감지수단(4a)을 히터가 설치된 공간과 분리하여 외부에 설치하여 상대적인 수위를 측정하는 경우, 상기 전기스팀보일러의 전체적인 부피증가한다고 하는 문제점도 있었다.

한편, 종래의 스팀보일러로서, 도 2에 나타낸 바와 같이 복사열 등에 의해 물을 가열하는 간접가열식 전기스팀보일러가 제안된 바 있다. 도 2에 나타낸 종래의 스팀보일러에 있어서는, 상기 도 1에서의 부정확한 수위측정을 보완하고 부피를 줄이기 위하여 탱크(1b) 내의 격실(2b)을 설치하여 물과 전기히터(3b)를 분리한 후 복사열을 이용한 간접가열 방식을 채택하여 끓는 물의 수위를 일정하게 하여 정확한 수위측정이 가능하도록 설계하였지만, 상술한 간접가열식 역시 탱크(1b)의 물을 전체 가열하여야 하고 상기 도 1에 나타낸 직접가열식 전기스팀보일러에 비해 효율이 떨어지는 간접가열식으로 증기를 발생하여 방출구(11b)를 통해 방출하여야 하므로 시간과 비용의 증가라는 문제점이 있다.

또한, 종래의 전기스팀보일러는 물을 가열하여 증기를 발생하는 가열히터 외에 기화된 증기 중 잔여 수분을 가열하여 순수한 증기로 만들어주는 별도의 보조히터를 추가로 설치하여야 하는 불편한 점도 있었다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 보일러의 전체적인 부피를 줄여 콤팩트하게 하면서도 견고한 전기스팀보일러를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 보일러 내의 물을 적은 에너지로도 직접가열하면서도 빠른 시간 내에 증기를 만들 수 있는 전기스팀보일러를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 수위센서를 보일러의 탱크 내에 설치하여 탱크의 부피를 줄이면서도 정확한 수위를 측정하는 전기스팀보일러를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 하나의 히터만으로도 물과 증기를 가열할 수 있도록 구성하여 순수한 증기를 생성하기 위한 별도의 히터를 생략할 수 있는 전기스팀보일러를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전기스팀보일러는, 물을 수용할 수 있도록 내부공간을 형성하는 보일러 외통과, 상기 보일러 외통 내에 설치되며 상측에 증기가 배출되는 스팀출구와 하측에 상기 보일러 외통내에 수용된 물이 유입되는 유입구를 구비한 유도관과, 상기 보일러 외통의 상부경판을 관통하여 상기 유도관내에 설치되는 전기히터와, 상기 보일러 외통과 상기 유도관과의 사이에 설치되는 복수의 수위센서를 구비하며, 상기 유도관은 상기 보일러 외통의 상부경판 및 하부경판에 맞닿아 일체로 설치되어 상기 보일러 외통을 지지하도록 구성되며, 상기 보일러 외통의 상부경판 및 하부경판은 평평한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 전기히터는 상기 유도관 내로 유입된 물에 잠겨 물을 가열하는 제 1 발열부와, 상기 제 1 발열부에 일체로 연결되어 형성되며 상기 유도관 내에서 생성된 증기에 맞닿아 증기내의 잔여수분을 제거하도록 증기를 가열하는 제 2 발열부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 1 발열부에 배치된 가열코일의 권선수는 상기 제 2 발열부에 배치된 가열코일의 권선수보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 전기히터는 가열코일이 권선되지 않는 비가열부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전기히터와 외부전원과의 연결부는 상기 상부경판의 외측에 설치되며, 상기 전기히터는 상기 상부경판으로부터 탈착가능하도록 상기 상부경판을 관통하여 상기 유도관 내에 삽입되는 것을 특징으로 한다.

상술한 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 보일러 외통 내에 설치되는 유도관을 보일러 외통의 상하부 경판을 지지하도록 설치함으로써 보일러 외통의 상하부경판을 돔형상이 아닌 평평한 형상으로 형성할 수 있으므로, 보일러 외통의 제조에 소요되는 비용과 시간을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 보일러 외통의 전체적인 부피를 줄여 콤팩트하게 하면서도 견고하게 구성할 수 있다.

또한, 증기를 생성하기 위하여 보일러 외통에 수용된 물 전체를 가열하지 않고 유도관 내의 물만 가열하면 되므로, 적은 에너지로도 직접가열하면서도 빠른 시간 내에 증기를 만들 수 있는 전기스팀보일러를 제공할 수 있다.

또한, 수위센서를 보일러 외통내에 설치하면서도 수면의 맥동에 의한 불안정한 측정을 방지할 수 있으므로, 보일러의 부피를 줄이면서도 정확한 수위를 측정할 수 있다.

또한, 전기히터를 제1전기히터와 제2전기히터로 구획하여 형성함으로써 하나의 히터로도 물과 증기를 각각 가열할 수 있으므로, 순수한 증기를 얻기 위하여 증기를 재가열할 필요가 없고 증기를 가열하기 위한 별도의 히터를 생략할 수 있을 뿐만 아니라, 전기히터를 보일러의 상부경판으로부터 분리가 용이하므로 유지보수에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 전기스팀보일러의 종래기술중 직접가열방식을 나타낸 도면이다.
도 2는 전기스팀보일러의 종래기술중 간접가열방식을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기스팀보일러 도시한 절개 사시도 이다.
도 4 는 본 발명의 사용상태를 나타낸 종단면도이다.
도 5 는 본 발명의 전기히터를 나타낸 도면이다.

이하 본 발명에 의한 전기스팀보일러(100)의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 3 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 전기스팀보일러(100)는 보일러 외통(10)와, 유도관(20)와, 전기히터(30)와, 수위센서(40)를 구비한다.

상기 보일러 외통(10)은 물을 수용할 수 있도록 내부공간을 형성한 원기둥 형상이며, 외주면 일측에는 보충수가 유입될 수 있도록 관통구가 형성되어 있다.

상기 관통구에는 유입되는 보충수의 역류 방지를 위해 역류체크밸브(미도시)가 설치될 수도 있고, 상기 보일러 외통(10) 내의 물을 배수할 수 있도록 배수밸브(미도시)를 설치할 수도 있다.

상기 보일러 외통(10)의 상하부에는 각각 상부경판(10a) 및 하부경판(10b)이 설치되어 있고, 상기 상부경판 및 하부경판은 종래의 보일러에서와 같이 돔형상 또는 원호형상으로 형성될 필요없이 평평한 형상으로 구성된다.

본 실시예에 있어서, 상기 보일러 외통(10)은 원기둥 형상으로 구성된 것을 예로 하였으나 반드시 이에 한정되지 않고 내부공간을 갖으며 편평한 상하부면을 갖는 형상이면 된다.

또한, 상기 보일러 외통(10)의 상부면의 일측면에는 증기가 방출되는 증기방출구(11)가 형성되어 후술하는 스팀출구를 통해 상기 보일러 외통의 상부에 유입된 증기를 외부로 방출하도록 구성되어 있다. 상기 보일러 외통의 상부경판의 다른 일측에는 후술하는 수위센서(40)가 상기 보일러 외통의 상부경판을 관통하여 설치된다.

상기 유도관(20)은 상기 보일러 외통(10)의 내부에 형성된다. 상기 유도관(20)의 양 끝단은 상기 보일러 외통(10)의 상부경판 및 하부경판에 맞닿아 밀봉용접되어 일체로 설치되어 상기 보일러 외통과 상기 유도관 사이에 격실 구조를 갖도록 형성되어 있다. 상기 유도관(20)을 상기 상부경판 및 상기 하부경판에 맞닿아 일체로 설치되도록 구성함으로써, 상기 유도관이 상기 보일러 외통의 상하부경판을 지지하여, 상기 보일러 외통내로 공급된 물에 의한 하중을 견딜 수 있다. 이에 따라, 상술한 바와 같이, 상기 상부경판 및 상기 하부경판을 돔형상이나 원호형상이 아닌 평평한 형상으로 구성하더라도 물에 의한 하중을 충분히 견딜 수 있으므로 보일러 외통의 제조에 소요되는 비용과 시간을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 보일러 외통의 전체적인 부피를 줄여 콤팩트하게 하면서도 견고하게 구성할 수 있다.

또한, 상기 유도관(20)의 하단부에는 복수의 유입구(21)가 형성하여 상기 보일러 외통(10)과 연통이 되게 하여 상기 보일러 외통 내에 수용된 물이 상기 유도관(20) 안으로 유입될 수 있도록 하며, 상기 유도관(20)의 상단부에는 복수의 스팀출구(22)를 형성하여 상기 유도관 내에서 생성된 증기가 상기 보일러 외통의 상부로 배출되도록 구성된다.

또한, 상기 제 1 발열부에 배치된 코일의 권선수는 상기 제 2 발열부에 배치된 코일의 권선수보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 전기히터(30)는 상기 보일러 외통(10)의 상기 상부경판(10a)을 관통하여 상기 유도관(20)내로 삽입되도록 설치되며, 상기 전기히터와 외부전원과의 연결부는 상기 상부경판의 외측에 설치되어 상기 전기히터를 상기 상부경판으로부터 탈착이 용이하게 설치되도록 구성된다. 상기 전기히터(30)는 제 1 가열부(31)와 제 2 가열부(32)를 포함한다. 상기 제 1 가열부(31)는 상기 유도관 내로 유입된 물에 잠겨 물을 가열하며, 상기 제 2 가열부(32)는 상기 제 1 가열부에 일체로 연결되어 상기 제 1 가열부(31)의 가열에 의해 상기 유도관 내로 유입된 물로부터 생성된 증기에 맞닿아 증기내의 잔여수분을 제거하도록 증기를 가열한다.

상기 제 1 가열부와 상기 제 2 가열부는 권선된 코일의 밀도, 즉 권선된 가열코일의 권선수에 의해 구획된다. 즉, 상기 제 1 가열부(31)는 가열코일(C) 사이의 간격이 매우 촘촘하게 배치되어 코일의 밀도가 가장 높게 형성되어 있으며 상기 유입구(21)를 통해 상기 유도관 내로 유입된 물과 직접 접촉하는 부위로 물을 가열하여 증기를 발생시킨다. 이때 가열되는 물의 양은 상기 보일러 외통(10)과 상기 유도관(20) 내의 총 물의 양이 아니라, 상기 유도관(20)내에 유입되어 있는 물만을 가열하여 증기를 발생하도록 구성된다.

상기 제 2 가열부(32)의 가열코일은 상기 제 1 가열부(31)에 배치된 가열코일에 연결되어 상기 제 1 가열부(31)에 배치된 가열코일 사이의 간격보다는 넓게 배치되어 가열코일(C)의 밀도가 상기 제 1 가열부(31)의 코일밀도에 비해 상대적으로 낮게 형성된다. 상기 제 2 가열부는 상기 스팀출구(22)보다 약간 높은 위치까지 배치되며, 상기 제 1 가열부(31)의 가열에 의해 상기 유도관 내에서 발생한 증기를 가열하여, 증기 중 내포되어 있는 수분을 재가열하여 순수한 증기로 만들어 상기 스팀출구(22)를 통해 배출되게 한다.

한편, 상기 전기히터(30)는 비가열부(33)를 더욱 포함할 수 있다. 상기 비가열부는 상기 스팀출구의 상측으로부터 상기 상부경판까지 배치되고 일끝단은 외부전원에 연결되도록 구성되며, 이 구간에서는 증기를 가열할 필요가 없으므로 가열코일이 권선되지 않고 직선상으로 배치되도록 구성할 수 있다.

이로써 하나의 히터로도 물과 증기를 각각 가열할 수 있으므로, 순수한 증기를 얻기 위하여 증기를 재가열할 필요가 없고 증기를 가열하기 위한 별도의 히터를 생략할 수 있을 뿐만 아니라, 물을 가열하는 부분과 증기를 가열하는 부분의 가열코일의 권선수를 조정하여 물과 증기를 가열하기 위한 에너지를 최소화하면서도 효율적으로 가열할 수 있다. 또한, 전기히터를 보일러의 상부경판으로부터 분리가 용이하므로 유지보수에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있다.

상기 수위센서(40)는 상기 보일러 외통(10)의 상기 상부경판에 형성되어 있는 관통홈에 삽입되며, 상기 보일러 외통과 상기 유도관과의 사이에 설치된다.

상기 수위센서는 복수의 센서로 구성되고, 보일러 외통 내에 수용된 물의 수위를 감지한다.

상기 복수의 수위센서(40)는 각각 서로 다른 길이로 형성되어 보일러 외통(10) 내의 최고수위(H)와, 최저수위(L)와, 비상정지수위(Llimit)를 감지하도록 설치된다. 상기 복수의 센서는 상기 유도관 내에서 물의 가열에 의해 수위가 낮아지거나 보일러 외통의 외부로부터 보충수가 유입되어 수위가 높아질 때에 각각의 수위를 감지하고 감지된 신호는 제어부(45)로 전달되어 상기 제어부(45)에서 상기 보충수의 유입이나 차단을 조절하게 하여 항상 최고수위(H)와, 최저수위(L) 사이를 유지하도록 한다.

또한 예를 들어, 상기 전기스팀보일러의 이상작동으로 수위가 비상정지수위(Llimit)까지 떨어지면 상기 비상정지수위(Llimit)에 부착되어 있는 센서가 이를 감지하고 신호를 제어부(45)에 인가하여 상기 전기스팀보일러(100)의 구동을 정지할 수 있도록 구성된다.

한편, 격실구조인 상기 유도관 내의 물을 상기 전기히터가 가열하여 끓게 하여도 상기 보일러 외통과 상기 유도관 사이에는 수위의 맥동이 방지되므로 상기 보일러 외통에 설치된 상기 수위센서에 의한 수위 계측에는 영향을 미치지 않아 정확한 수위측정이 가능하게 구성된다.

상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 전기스팀보일러(100)에 대해 설명한다.

우선, 보일러 외통(10)내에 수용되어 있는 물은 상기 유입구(21)를 통해 유도관(20)내로 유입되고, 상술한 최저수위(L)와 최고수위(H) 사이에 도달하면 상기 수위센서(40)에서 이를 감지하여 신호를 상기 제어부에 인가하고 상기 제어부(45)는 보충수 공급을 차단한 후 외부전원으로부터 상기 전기히터로 전원이 공급되도록 제어한다.

상기 유도관 내에 설치된 상기 전기히터(30)중 제 1 가열부(31)에 의해 가열되는 물은 상기 유도관(20) 내의 물만을 부분가열하기 때문에 시간이나 연료사용에 의한 비용이 절감된다.

이때 물과 접촉한 상기 제 1 가열부(31)에 의해 물은 가열되어 끓게 되며 증기가 발생하기 시작하고 상기 증기는 상기 유도관(20)의 상부로 이동하게 된다.

이렇게 상부로 이동한 상기 증기는 제 2 가열부(32)에 의해 다시 가열되어 증기 중에 내포되어 있는 수분을 제거하여 순수한 증기로 변환시키고 상기 증기는 유도관(20)부 상부에 형성되어 있는 스팀출구(22)를 통해 상기 보일러 외통(10)에 형성된 방출구(11)를 통해 보일러 외부로 배출된다.

또한, 증발에 의해 물이 최고수위(H)와 최저수위(L) 사이에 미치지 못하면 상기 센서(40)가 이를 감지하여 신호를 보내고 제어부(45)에선 보충수 유입을 제어하여 항상 일정한 수위를 유지하도록 한다.

본 실시예는 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타낸 것에 불과하며, 본 발명의 명세서에 포함된 기술적 사상의 범위내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것은 자명하다.

100 : 전기스팀보일러
10 : 보일러 외통
20 : 유도관
30 : 전기히터
40 : 수위센서

Claims (5)

1. 물을 수용할 수 있도록 내부공간을 형성하는 보일러 외통과,
   상기 보일러 외통 내에 설치되며 상측에 증기가 배출되는 스팀출구와 하측에 상기 보일러 외통내에 수용된 물이 유입되는 유입구를 구비한 유도관과,
   상기 보일러 외통의 상부경판을 관통하여 상기 유도관내에 설치되는 전기히터와,
   상기 보일러 외통과 상기 유도관과의 사이에 설치되는 복수의 수위센서를 구비하며,
   상기 유도관은 상기 보일러 외통의 상부경판 및 하부경판에 맞닿아 일체로 설치되어 상기 보일러 외통을 지지하도록 구성되며,
   상기 보일러 외통의 상부경판 및 하부경판은 평평한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기스팀보일러.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 전기히터는,
   상기 유도관 내로 유입된 물에 잠겨 물을 가열하는 제 1 발열부와,
   상기 제 1 발열부에 일체로 연결되어 형성되며 상기 유도관 내에서 생성된 증기에 맞닿아 증기내의 잔여수분을 제거하도록 증기를 가열하는 제 2 발열부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기스팀보일러.
3. 제 2항에 있어서
   상기 제 1 발열부에 배치된 가열코일의 권선수는 상기 제 2 발열부에 배치된 가열코일의 권선수보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 전기스팀보일러.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 전기히터는 가열코일이 권선되지 않는 비가열부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 전기스팀보일러.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전기히터와 외부전원과의 연결부는 상기 상부경판의 외측에 설치되며, 상기 전기히터는 상기 상부경판으로부터 탈착가능하도록 상기 상부경판을 관통하여 상기 유도관 내에 삽입되는 것을 특징으로 하는 전기스팀보일러.
   

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