KR20120096696A

KR20120096696A - 스팀트랩 장치

Info

Publication number: KR20120096696A
Application number: KR1020110015929A
Authority: KR
Inventors: 이중의; 정효태; 최병학; 조용석; 조종춘; 안영남; 최병권; 전병혁
Original assignee: 메탈젠텍 주식회사; 강릉원주대학교산학협력단
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2012-08-31
Also published as: KR101230023B1

Abstract

본 발명의 일측면에 따르면, 스팀(steam) 배관에 연결되어 수증기를 흐르게 하는 바이패스 라인, 바이패스 라인에 연결된 응축수 저장용기, 저장용기 내부의 응축수의 수위를 측정하는 수위 감지부, 수위 감지부로부터 응축수의 수위를 나타내는 신호를 전달받아 응축수의 배출 여부를 결정하는 중앙제어부 및 중앙제어부의 신호에 의하여 응축수를 배출하도록 되어 있는 솔레노이드 밸브를 포함하는 스팀트랩 장치가 제공되며, 특히 본 발명의 일측면에 따른 스팀트랩 장치는 수위 감지부, 중앙제어부 및 솔레노이드 밸브 중 하나 이상에 전력을 공급하는 제벡(seebeck) 소자를 포함한다.

Description

스팀트랩 장치{Steam trap apparatus}

본 발명은 스팀트랩 장치에 관한 것으로서, 스팀트랩 장치 중 밸브의 개폐를 효과적으로 제어하는 장치에 관한 것이다.

스팀트랩이란 드럼이나 배관 속의 증기가 응결하여 액체가 되었을 때 자동으로 액체만을 배출하는 장치이다. 스팀트랩은 응축수를 제거하고 스팀이 새어나가지 않도록 설계된 일종의 자동 밸브라고 볼 수 있다. 그러므로 스팀트랩 장치는 공기 및 비 응축성 가스를 제거할 수 있어야 하며 시스템 전체의 성능을 보장하고 에너지 절약이 될 수 있도록 작동되어야 한다. 스팀트랩에서 스팀이 누출된다면 증기가 가지고 있는 열이 방출되는 바, 에너지의 손실이 발생하고, 응축수 회수관 내에 압력이 상승하게 되므로, 그에 연결되어 있는 다른 스팀트랩의 압력에 영향을 주어 시스템 전체의 효율성이 떨어지게 된다. 또한 응축수가 배출이 제대로 되지 아니할 경우에는 워터해머가 발생하고 이는 밸브 및 주배관의 수명 단축으로 이어질 염려도 있다. 스팀 트랩의 종류에는 크게 세 가지가 있는바, 온도 조절식 트랩, 기계식 트랩 및 열역학적 트랩이 있다. 온도 조절식 트랩은 증기와 응축수의 온도 차이를 이용하여 응축수를 배출하는 타입으로 응축수가 냉각되어 증기 포화 온도보다 낮은 온도에서 응축수를 배출하게 된다. 기계식 트랩은 증기와 응축수 사이의 밀도 차이를 이용하는 것으로서 응축수의 생성과 동시에 배출한다. 열역학적 트랩은 증기와 응축수의 운동 에너지 차이를 이용한다.

이와 같은 종래 스팀트랩은 항상 일정 시간 또는 일정 기준에서 응축수를 배출하여야 하므로 배출하는 밸브(솔레노이드 밸브)가 불필요한 상황에서 자주 개폐되는 경우가 있을 수 있고 이는 밸브의 마모로 이어져 스팀트랩 장치의 수명이 단축됨과 동시에 소음의 문제가 있다. 또한 응축수가 사용자나 생산자가 예상하지 못한 급격한 속도로 축적될 경우 스팀트랩을 벗어나 주배관으로 역류할 가능성이 있다는 문제점을 가지고 있다.

종래 기술에 따르면 불필요한 상황에서 밸브가 자주 개폐되어 밸브의 마모가 가속화 되는 문제가 있다. 또한, 응축수가 주배관으로 역류할 가능성이 있다는 문제가 있다. 이에 본 발명의 일 실시예에서는 이러한 문제점을 해결하고자 한다. 상술한 과제에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일 관점에 따르면, 사용자가 설정해 놓았거나 생산자가 설정해 놓은 수위에 응축수가 축적될 경우 자동적으로 응축수가 배출되는 스팀트랩이 제공될 수 있다. 부가적으로 비상 스위치를 응축수 저장용기 상단에 구비함으로써, 수위를 감지하는 소자가 제 기능을 발휘하지 아니하여도 비상 스위치에 의해 응축수를 배출할 수 있다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 스팀트랩 장치는 제벡 소자를 이용하여 전력을 공급받을 수 있다. 제벡 소자란 온도의 차이를 이용하여 전력을 생성하는 소자를 말하는 바, 스팀트랩 장치에 있어서 스팀은 상대적으로 높은 온도를 가지고 있으므로 스팀과 상온 또는 외부 특정 냉각 물체와의 온도 차이를 이용하여 전력을 생산할 수 있다.

본 발명의 일 관점에 의하면, 스팀(steam) 배관에 연결되어 수증기를 흐르게 하는 바이패스 라인, 바이패스 라인에 연결된 응축수 저장용기, 응축수 저장용기 내부의 응축수의 수위를 측정하는 수위 감지부, 수위 감지부로부터 응축수의 수위를 나타내는 신호를 전달받아 응축수의 배출 여부를 결정하는 중앙제어부 및 중앙제어부의 신호에 의하여 응축수를 배출하도록 되어 있는 솔레노이드 밸브를 포함하는 스팀트랩 장치가 제공된다. 여기서 수위 감지부, 중앙제어부 및 솔레노이드 밸브 중 하나 이상에는 제벡 소자가 전력을 공급할 수 있다.

이때 스팀트랩 장치에서 수위 감지부는 저항 센서를 포함할 수 있으며, 이 저항 센서가 응축수에 잠기면 저항 센서를 통해 전류가 흐르도록 되어 있고 저항 센서가 응축수에 잠기지 않은 경우에는 저항 센서를 통해 전류가 흐르지 않도록 되어 있으며, 저항 센서에 흐르는 전류의 양에 의해 응축수의 수위를 측정할 수 있다.

그리고 수위 감지부는 서로 다른 감지 높이를 갖는 복수 개의 저항 센서를 포함할 수 있으며, 복수 개의 저항 센서 중 응축수에 잠긴 저항 센서에는 전류가 흐르도록 되어 있고, 복수 개의 저항 센서 중 응축수에 잠긴 하나 이상이 센서들을 통해 흐르는 전류 값의 합을 이용하여 응축수의 수위를 검출할 수 있도록 되어 있으며, 중앙제어부는 수위 감지부로부터 미리 결정된 수위를 나타내는 신호를 입력받으면 솔레노이드 벨브를 개폐하는 신호를 생성할 수 있다.

이때, 복수 개의 저항 센서 중 임의의 두 개의 저항 센서가 함께 응축수에 잠긴 경우 이 두 개의 저항 센서는 병렬로 연결될 수 있다. 여기서 수위 감지부는 서로 다른 감지 높이를 갖는 3개 이상의 저항 센서를 포함하며, 중앙제어부는 수위 감지부로부터 전송되는 응축수의 수위를 나타내는 신호를 이용하여 응축수가 축적되는 속도를 계산할 수 있다.

응축수가 축적되는 속도가 사용자 또는 생산자에 의해 미리 결정된 속도보다 빠른 경우에는, 응축수의 수위가 제1 레벨인 때에 솔레노이드 밸브를 열고, 응축수의 수위가 제2 레벨에 도달한 때에 솔레노이드 밸브를 닫도록 되어 있고, 응축수가 축적되는 속도가 미리 결정된 속도 이하인 경우에는, 응축수의 수위가 제3 레벨인 때에 솔레노이드 밸브를 열고, 응축수의 수위가 제2 레벨에 도달한 때에 솔레노이드 밸브를 닫도록 할 수 있는 스팀트랩 장치가 제공될 수 있다. 여기서 제1 레벨은 제2 레벨보다 높고, 제3 레벨은 상기 제1 레벨보다 높다.

또한, 본 발명의 일 실시예를 따르는 스팀트랩 장치 내의 제벡 소자는 바이패스 라인 또는 응축수 저장 용기의 온도와 대기 중 온도 차이를 이용하여 전력을 생성할 수 있다.

또한, 스팀트랩 장치는 응축수 저장용기에 응측수가 일정 수위 이상 축적되었을 때, 중앙제어부로 하여금 솔레노이드 밸브를 개방하도록 하는 비상 스위치를 더 포함할 수 있으며, 응축수 저장용기 내 응축수의 수위 및 솔레노이드의 상황을 모니터링하고 제어하는 유선 또는 무선 명령부를 더 포함할 수 있다.

이때, 스팀트랩 장치는 응축수의 자체저항 값의 변화를 감지하는 기준저항 감지부를 더 포함할 수 있다. 이때 중앙제어부는 응축수의 자체저항 변화 값을 이용하여 상기 수위 감지부로부터 전달받은 전류 값을 보상하여 응축수의 수위 값을 보상할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 응축수의 축적 속도가 빠를 경우에도 응축수의 역류를 방지할 수 있으며, 밸브의 개폐주기를 줄이는 효과를 얻을 수 있다. 상술한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되지는 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스팀트랩 장치의 구조도,
도 2는 도 1의 발명을 구체적으로 설명하기 위한 구조도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스팀트랩 장치의 기능을 설명하기 위한 순서도,
도 4a는 평상시 스팀트랩 장치의 수위 및 전류의 크기를 나타낸 그래프,
도 4b는 응축수의 축적 속도가 빠른 경우의 스팀트랩의 수위 및 전류의 크기를 나타낸 그래프, 그리고,
도 5는 스팀트랩 장치의 각 구성요소별 기능을 보여주는 블록도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 과장될 수 있다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 스팀트랩 장치의 개략적인 도면이 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 스팀트랩 장치는 스팀(steam) 배관(1)에 연결되어 수증기와 응축수를 흐르게 하는 바이패스 라인(2a, 2b), 바이패스 라인(2a, 2b)에 연결된 응축수 저장용기(100), 응축수 저장용기(100) 내부에 응축수가 축적되었는지 및 축적되었다면 그 수위가 어느 정도인지를 측정하는 수위 감지부(110), 전력 공급원(120), 전류 측정부(130), 수위 감지부(110)로부터 신호를 전달받아 응축수의 배출 여부를 결정하는 중앙제어부(미도시) 및 중앙제어부의 신호에 의하여 응축수의 일부 또는 전부를 배출하도록 되어 있는 솔레노이드 밸브(140)를 포함할 수 있다. 특히 전력 공급원(120)은 제벡(seebeck) 소자를 포함하여 구성될 수 있다.

제벡(seebeck) 소자는 소위 제벡 현상을 유발하는 소자를 의미하는데 이 제벡 현상은 열 에너지의 흐름에 의해 전압의 차이가 생기고 이에 따라 기전력이 발생하는 현상을 말한다. 즉 열기전력이 발생하여 폐회로 내에서 전류가 흐르도록 하는 소자를 뜻하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 이 제벡 소자는 바이패스 라인(2a, 2b) 내의 온도와 대기 중 온도 차이를 이용하여 전력을 생성할 수 있다. 다른 방법으로는 바이패스 라인(2a, 2b)과 스팀트랩 장치 외부의 어떤 냉각수 사이의 온도 차이를 이용할 수도 있다. 즉 온도 차이를 이용하여 전력을 생산해야 하므로 고온의 바이패스 라인(2a, 2b)과 어느 정도 이상의 온도 차이가 있으면 충분하다.

이렇게 얻은 전력을 이용하여 전력 공급원(120)은 스팀트랩 장치의 수위 감지부(110)를 통해 전류를 흐를 수 있게 함과 동시에 솔레노이드 밸브(140) 등에도 전력을 공급할 수 있다.

실시예에 따라 전력 공급원(120)은 제벡 소자를 포함하지 않고, 일반 교류 전원 또는 직류 전원으로 이루어질 수도 있다.

도 1 에 도시된 스팀 트랩 장치를 더 자세히 설명하면 다음과 같다. 먼저 스팀(steam)이 통과하는 주배관(1)으로부터 스팀 또는 액체가 흘러내리도록 연결된 바이패스 라인(2a)을 구비한다. 주배관(1)에서 스팀 또는 액체 등의 유체가 바이패스 라인(2a)을 통해 흘러나와 응축수 저장용기(100)에 저장될 수 있다. 도 1과 같이 바이패스 라인(2b)이 형성되어 있는 경우에는 응축수 저장용기(100)에 존재하는 스팀이 바이패스 라인(2b)을 타고 주배관(1)으로 다시 흐를 수 있는데, 실시예에 따라서는 도 1과 달리 바이패스 라인(2b)이 형성되어 있지 않을 수도 있다. 바이패스 라인(2a) 및/또는 바이패스 라인(2b)이 형성된 경우에는 주배관(1)을 통과하는 스팀이 액체로 응결된 경우 그 액체가 주배관(1)을 막지 않고 아래로 흘러내릴 수 있다.

또한, 내부에 응축수가 저장되었는지 여부를 측정하는 수위 감지부(110)가 제공될 수 있다. 이 수위 감지부(110)는 응축수 저장용기(100) 내에 응축수가 어느 정도 저장되었는지 및/또는 어느 정도의 속도로 증가하고 있는지를 측정하는 데에 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 수위 감지부(110)는 깊이를 달리하는 복수 개의 센서가 응축수 저장용기(100)의 내부 또는 외벽에 구비된 구성을 가질 수 있다. 복수 개의 센서를 높이를 달리하여 장착함으로 인해 응축수 저장용기(100)에 저장되고 있는 응축수의 양을 단계적으로 파악할 수 있다. 도 1 은 일 실시예로서, 수위 감지부(110)가 응축수 저장용기(100)의 내부에 설치되어 있으며, 세 개의 센서가 수위 감지부(110)를 형성하고 있음을 도시하고 있다.

수위 감지부(110)의 센서로서, 스팀과 액체의 온도 차이를 검출하는 센서를 사용함으로써 응축수의 저장 정도를 측정하는 방법을 생각할 수 있다. 그러나 이 방법을 사용하는 경우 응축수와 스팀의 온도 차이가 많이 나지 않은 경우 오작동의 우려가 있다. 이러한 오작동을 방지하기 위해, 기체인 스팀과 액체인 응축수 사이의 전기 저항 차이를 이용하여 응축수가 있는지 여부를 측정하는 센서를 사용할 수 있다. 스팀과 응축수의 온도 차이는 전기 저항의 차이만큼 확연히 차이나지 않아 센서 자체의 변화나 오염 등에 따른 오작동, 그에 따른 내구성의 우려가 크다. 그러나 전기 저항의 차이를 이용할 경우 기체 상태에선 사실상 무한의 저항값을 가지므로 전류가 통하기 힘드나, 액체 상태에서는 응축수 저장용기(100)내의 이온의 도움을 받아 전류를 흐를 수 있게 된다.

수위 감지부(110)를 구성하는 저항 센서들은 응축수 저장용기(100) 내의 수위의 높낮이에 따라 병렬 연결될 수 있다. 수위 감지부(110)에는 전력 공급원(120)과 전류 측정부(130)가 직렬로 연결될 수 있다. 전류 측정부(130)에 의해 측정되는 전류값은 수위 감지부(110)의 저항값과 응축수 저장용기(100)에 저장되어 있는 응축수의 자체저항 값의 합에 의해 결정될 수 있다. 수위의 높낮이에 따라 달라지는 수위 감지부(110)의 저항값에 의해 전류 측정부(130)에서 측정되는 전류의 값이 달라지기 때문에 이 전류의 값을 이용하여 수위의 높낮이를 검출할 수 있다.

주배관(1), 바이패스 라인(2a, 2b), 및/또는 응축수 저장용기(100)로부터 불순물이 발생하여 응축수를 오염시키는 경우에는 응축수 저장용기(100)에 저장된 응축수의 자체저항 값이 달라질 수 있다. 수위를 정확하게 측정하기 위해서는 각 수위에 따라 전류 측정부(130)에서 측정되는 전류 값을 또는 전류 값의 범위를 미리 알 수 있어야 한다. 그런데 응축수의 자체저항 값이 달라지는 경우에는 미리 알고 있던 전류 값에 오차가 발생할 수 있다. 따라서 응축수의 자체저항 값의 변화를 감지하여 그 변화 값을 수위 측정에 반영할 필요가 있다. 이를 위해 기준저항 감지부(210)를 더 구비할 수 있다. 기준저항 감지부(210)는 수위 감지부(110)를 구성하는 저항 센서 중 가장 긴 것과 동일한 길이 및 저항 값을 갖는 저항 센서로 구성되어 있을 수 있다. 또한, 기준저항 감지부(210)에는 전력 공급원(220)과 전류 측정부(230)가 직렬로 연결되어 있을 수 있다. 전류 측정부(230)에서 측정된 전류 값에는 응축수의 자체저항 값이 반영되기 때문에, 이를 이용하여 응축수의 자체저항 값의 변화에 따른 전류 측정부(130)의 전류 측정값의 변화를 보상할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스팀트랩 장치의 구조를 더 자세히 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 수위 감지부(110)는 네 개의 전류 감지 저항 센서(전극)(111-2 내지 111-5)를 포함할 수 있다. 그리고 전력 공급원(120)과 전류 측정부(130)를 포함한다. 먼저 네 개의 전류 감지 저항 센서(전극)(111-2 내지 111-5)는 각 한 개씩 층을 달리하여 배치된다(L1, L2, L3, L4). 이때에 생기는 층을 L1 내지 L4라고 한다. 그리고 네 개의 전류 감지 센서(전극)(111-2 내지 111-5)는 모두 절연 소자(112-2 내지 112-5)로 감싸여 있다. 이유는 각 전극에 할당된 층(L1 내지 L4)에 대해서만 전류를 감지하기 위해서이다. 이 네 개의 전류 감지 저항 센서(전극)(111-2 내지 111-5)는 수위에 따라 병렬 연결되어 응축수 저장용기(100) 외부의 전력 공급원(120)과 전류 측정부(130)에 연결되어 하나의 회로를 구성할 수 있다. 이에 응축수 저장용기(100)는 그 일부분 또는 전체를 도체로 할 수 있다. 도 2에 도시된 도체(100-1)는 하나의 실시예를 도시한 것에 불과하다.

도 2에서 전류 감지 저항 센서(전극)(111-1)는 도 1에서 설명한 기준저항 감지부(210)를 구성한다. 전류 감지 저항 센서(111-1)에도 절연 소자(112-1)가 피복됨으로써 층(L1)에 대해서만 전류를 감지할 수 있다. 전류 감지 저항 센서(111-1)에 전력 공급원(220)과 전류 측정부(230)가 직렬 연결되어 있으며, 전류 측정부(230)에서 검출된 전류 값(I2)을 기준 값으로 삼아 전류 측정부(130)에서 측정된 전류 값(I)에 따른 응축수의 수위를 결정할 수 있다.

도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스팀트랩의 기능을 설명한다. 먼저 수위 감지부(110)는 저항 센서(전극)(111-2 내지 111-5)를 포함할 수 있다. 저항 센서(전극)(111-2 내지 111-5) 중 응축수에 잠긴 것을 통해서는 전류가 흐르고, 저항 센서(전극)(111-2 내지 111-5) 중 응축수에 잠기지 않은 것을 통하여는 전류가 흐르지 않는다. 따라서 수위에 따라 전체 저항값이 달라지며, 저항 센서(전극)(111-2 내지 111-5)를 통해 흐르는 전체 전류의 양에 의해 상기 응축수의 수위를 측정할 수 있다. 즉 복수 개의 저항이 병렬로 연결되어 있는 것과 같은 형태를 취하고 있는 바, 수위가 L1보다 아래인 경우 저항이 거의 무제한이 되어 전류가 통하지 아니하므로 전류 측정부(130)는 전류를 감지하지 못한다. 그러나 수위가 L1에 다다른 경우 응축수 내의 이온을 통하여 전극(111-2)에 전류가 흐르게 된다. L2 이상인 경우에는 전극 두 개(111-2 내지 111-3)에 전류가 흐르게 되므로 더 많은 양의 전류가 흐르게 된다. 이와 같은 방식으로 전류 측정부(130)가 전류를 감지하면 전류의 양은 곧 수위의 양에 비례하는 것이라고 알 수 있다.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 스팀트랩 장치의 동작 다이어그램이 도시되어 있다.

도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 먼저 각 수위에 해당하는 전류의 값을 알아내는 단계(S301)를 거친 후 현재 전류 측정부(130)에 흐르는 전류를 파악한다(S302). 단계(S301)에서는 상술한 기준저항 감지부(210), 전력 공급원(220) 및 전류 측정부(230)의 구성을 이용하여 기준 수위에 대응하는 기준 전류값을 알아낼 수 있다. 이때, 단계(S301)는 미리 따로 수행됨으로써 각 수위에 해당하는 전류의 값을 미리 저장해 놓을 수 있다. 이 경우에는 단계(S301)는 도 3의 순서도에서 생략될 수 있다.

이후 현재 흐르는 전류가 최고수위(L4)에 해당하는지 알아본 후(S303), 최고수위(L4)라면 솔레노이드 밸브(140)로 하여금 응축수를 배출하도록 하고(S306), 최고수위(L4)가 아니라면 전류 값이 증가하는 속도를 측정한다(S304). 이는 전류의 값은 수위에 비례하는 경향을 보이므로, 전류 측정부(130)에 흐르는 전류의 양을 통해 수위를 파악할 수 있기 때문이다. 이후 중앙제어부에 저장된 혹은 사용자가 설정한 속도 이상으로 전류의 값(수위)이 증가하는지 판단한다. 이유는 실제 구현에 있어서 응축수는 단기간에 증가하는 경우가 있고 이때에는 응축수를 조기에 배출을 하여야 응축수가 스팀트랩 장치에서 주배관(1)으로 역류하지 아니하기 때문이다. 그러므로 응축수의 축적 속도가 빠르다고 판단되는 경우에는 솔레노이드 밸브(140)로 하여금 배출하도록 하고 그렇지 않을 경우 다시 수위의 증가 추이를 살펴 최고수위가 될 때 배출하는 단계를 반복하면 된다(S305). 그리고 단계(S306)에서 L1이하의 수위가 감지된 경우, 즉 L1 단계에서 전류가 바로 아래로 하강함이 감지된 경우 즉시 솔레노이드 밸브를 닫는 단계(S307)가 추가된다. 이 단계(S307)에 의하면 응축수 저장용기(100)에 일정량의 응축수가 상시 담겨있게 되므로, 스팀트랩 장치의 과열이 방지될 뿐만 아니라 고압 스팀의 배출을 막음으로써 에너지의 손실을 줄이는 효과를 얻을 수 있다.

도 4a 및 4b는 각각 본 발명의 일 실시예에 있어서, 응축수의 수위 증가 속도가 일반적인 경우(도 4a) 및 수위 증가 속도가 빠른 경우(도 4b)에 수위에 따른 전류의 흐름을 도시하고 있다. 먼저 도 4a를 살펴보면 수위가 L1이상으로 올라가는 시점(t1)에 전류의 흐름이 감지되고 이후 수위에 따라 계단식으로 전류의 양이 증가한다. 최고수위(L4)에 다다른 경우 중앙제어부는 배출 신호를 생성하여 솔레노이드 밸브(140)로 하여금 응축수를 배출하게 한다. 이상적인 경우에는 수위가 L4에 다다른 경우 즉시 응축수를 배출하겠지만, 솔레노이드 밸브(140)가 개방되는 시간이 있으므로 L4보다 경미하게 높은 수위에서 배출이 시작된다. 이 배출은 계속 이어져서 L1이하의 수위가 감지되는 때까지(t5) 응축수가 배출될 수 있다. 그리고 즉시 솔레노이드 밸브(140)를 닫아 최소한의 필요한 수위를 유지하게 된다.

도 4b는 응축수의 수위 상승 속도가 빠른 경우를 예시하고 있다. 수위가 L1에서 L2로 올라가는 시간(t1'~t2')이 짧은 경우, 즉 L1에 해당하는 전류의 지속시간이 매우 빠른 경우 중앙제어부는 응축수의 응축 속도가 비정상적으로 빠름을 인지하게 된다. 이는 L1에서 L2 구간뿐이 아닌 전 영역에서 속도 측정이 가능하다. 이 경우 즉시 솔레노이드 밸브(140)를 개방하여 응축수를 배출할 수 있도록 한다. 응축수가 계속하여 빠른 속도로 축적될 경우(t3'~t4') 이와 같은 기능을 반복하고 다시 정상적인 속도로 축적되는 경우(t5'이후) L4에서 솔레노이드 밸브(140)의 개방이 이루어짐을 알 수 있다.

이와 같은 기능을 통해 얻을 수 있는 효과는 솔레노이드 밸브(140)를 적시에 개방, 폐쇄함으로 인해 솔레노이드 밸브(140)의 수명을 최적화함에 있다. 수위가 올라가는 속도에 따라서 스팀트랩 장치의 응축수 배출 방법을 달리 함으로써, 즉, 수위가 올라가는 속도가 빠를 때에는 상대적으로 낮은 수위에서 솔레노이드 밸브(140)의 개방을 시작함으로써 응축수의 역류를 방지하게 되고, 수위가 올라가는 속도가 느릴 때에는 상대적으로 높은 수위에서 솔레노이드 밸브(140)의 개방을 시작함으로써 솔레노이드 밸브(140)를 불필요하게 자주 개방 및 폐쇄하는 것을 방지하여 전력손실과 손상, 마모 및 이에 따르는 소음과 오작동을 최소화할 수 있는 것이다. 특히 전력손실을 최소화하는 효과는 솔레노이드 밸브(140)의 작동을 위한 전력을 외부로부터 공급받지 않고 제벡 소자를 이용하여 자체적으로 공급할 때에 유용하다.

도 5는 본 발명의 각 구성요소의 기능을 개략적으로 보여주고 있는 블록도이다. 중앙제어부(501)는 본 발명의 일 실시예에 따르는 스팀트랩 장치의 각 구성 요소로부터 신호를 송수신하여 정보를 받아들이고 제어하는 기능을 한다. 중앙제어부(501)는 전류측정부, 즉 수위 감지부(110)로부터 응축수 저장용기(100) 내의 응축수 수위 정보를 측정하여 응축수의 수위와 축적 속도를 연산한다. 이때, 전류 측정부(230)의 전류 값을 이용하여 응축수의 오염에 의한 수위 측정의 오류를 보상할 수 있다. 또한 솔레노이드 밸브(140)가 응축수를 배출하여야 한다고 판단되는 경우 솔레노이드 밸브(140)가 개방하도록 신호를 전송한다. 여기서 사용자는 중앙제어부(501)에 배출을 하기에 적정한 응축수의 높이 및 응축수의 축적 속도를 설정할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면 응축수 저장용기(100) 내의 최고지점 또는 이 주변의 상층부에 일정 수위 이상 올라가면 중앙제어부(501)로 하여금 응축수 배출 신호를 생성하도록 하는 비상 스위치(505)를 더 구비할 수 있다. 이 비상 스위치(505)는 응축수가 예상치 못한 빠른 속도로 상승하는 경우나 응축수의 수위를 측정하는 수위 감지부(110) 또는 전류 측정부(130)가 제 기능을 발휘하지 못하는 경우에 응축수가 바이패스 라인(10)을 타고 주배관(1)으로 유출되지 않도록 하는 데에 그 효과가 있다. 실시예에 따라서는 이 비상 스위치(505) 역시 제벡 소자를 통해 전력을 공급받을 수 있다. 비상 스위치(505)는 수위를 인식해야 하는 바, 수위 감지부(110)의 전극과 같은 소자로 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면 중앙제어부(501)로부터 스팀트랩 장치의 현 상황을 보고받고 동작을 명령하는 유선 또는 무선 명령부(506)를 더 포함할 수 있다. 이 유선 또는 무선 명령부(506)는 통상적으로 쓰는 적외선 리모콘과 같으나 사용자가 원하는 수위와 솔레노이드 밸브(140)의 개폐 여부 등을 직접 사용자가 원거리에서 제어할 수 있다는 특징이 있다.

본 발명을 설명하기 위한 실시예에서는 수위 감지부(110)와 별도로 기준저항 감지부(210)를 이용하기 위하여, 전력 공급원(120) 및 전류 측정부(130)와는 별도로 기준저항 감지부(210)와 전력 공급원(220)을 제공하였지만, 실시예에 따라 기준저항 감지부(210)를 이용하기 위한 전력 공급원 및/도는 전류 측정부의 구체적인 구성은 다양하게 변형되어 제공될 수 있다는 것을 쉽게 이해할 수 있다.

발명의 특정 실시예 및 실험예에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 따라서 본 발명은 상기 실시예 및 실험예들에 의해 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.

Claims

스팀(steam) 배관에 연결되어 수증기를 흐르게 하는 바이패스 라인;
상기 바이패스 라인에 연결된 응축수 저장용기;
상기 응축수 저장용기 내부의 응축수의 수위를 측정하는 수위 감지부;
상기 수위 감지부로부터 상기 응축수의 수위를 나타내는 신호를 전달받아 상기 응축수의 배출 여부를 결정하는 중앙제어부; 및
상기 중앙제어부의 신호에 의하여 상기 응축수를 배출하도록 되어 있는 솔레노이드 밸브;
상기 수위 감지부, 상기 중앙제어부 및 상기 솔레노이드 밸브 중 하나 이상에 전력을 공급하는 제벡(seebeck) 소자를 포함하는,
스팀트랩 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 수위 감지부는 저항 센서를 포함하며, 상기 저항 센서가 상기 응축수에 잠기면 상기 저항 센서를 통해 전류가 흐르도록 되어 있고 상기 저항 센서가 상기 응축수에 잠기지 않은 경우에는 상기 저항 센서를 통해 전류가 흐르지 않도록 되어 있으며, 상기 저항 센서에 흐르는 전류의 양에 의해 상기 응축수의 수위를 측정하도록 되어 있는, 스팀트랩 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 수위 감지부는 서로 다른 감지 높이를 갖는 복수 개의 저항 센서를 포함하며, 상기 복수 개의 저항 센서 중 상기 응축수에 잠긴 저항 센서에는 전류가 흐르도록 되어 있고, 상기 복수 개의 저항 센서 중 상기 응축수에 잠긴 하나 이상이 센서들을 통해 흐르는 전류 값의 합을 이용하여 상기 응축수의 수위를 검출할 수 있도록 되어 있으며, 상기 중앙제어부는 상기 수위 감지부로부터 미리 결정된 수위를 나타내는 신호를 입력받으면 상기 솔레노이드 벨브를 개폐하도록 되어 있는, 스팀트랩 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 복수 개의 저항 센서 중 임의의 두 개의 저항 센서가 함께 상기 응축수에 잠긴 경우 상기 두 개의 저항 센서는 병렬로 연결되는, 스팀트랩 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 수위 감지부는 서로 다른 감지 높이를 갖는 3개 이상의 저항 센서를 포함하며, 상기 중앙제어부는 상기 수위 감지부로부터 전송되는 상기 응축수의 수위를 나타내는 신호를 이용하여 상기 응축수가 축적되는 속도를 계산하도록 되어 있는, 스팀트랩 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 응축수가 축적되는 속도가 미리 결정된 속도보다 빠른 경우에는, 상기 응축수의 수위가 제1 레벨인 때에 상기 솔레노이드 밸브를 열고, 상기 응축수의 수위가 제2 레벨에 도달한 때에 상기 솔레노이드 밸브를 닫도록 되어 있고, 상기 응축수가 축적되는 속도가 상기 미리 결정된 속도 이하인 경우에는, 상기 응축수의 수위가 제3 레벨인 때에 상기 솔레노이드 밸브를 열고, 상기 응축수의 수위가 상기 제2 레벨에 도달한 때에 상기 솔레노이드 밸브를 닫도록 되어 있으며, 상기 제1 레벨은 상기 제2 레벨보다 높고, 상기 제3 레벨은 상기 제1 레벨보다 높은, 스팀트랩 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제벡 소자는 상기 바이패스 라인 또는 상기 응축수 저장 용기의 온도와 대기 중 온도 차이를 이용하여 전력을 생성하는 것을 특징으로 하는, 스팀트랩 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 응축수 저장용기에 상기 응측수가 일정 수위 이상 축적되었을 때, 상기 중앙제어부로 하여금 상기 솔레노이드 밸브를 개방하도록 하는 비상 스위치를 더 포함하는, 스팀트랩 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 응축수 저장용기 내 상기 응축수의 수위 및 상기 솔레노이드의 상황을 모니터링하고 제어하는 명령부를 더 포함하는, 스팀트랩 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 응축수의 자체저항 값의 변화를 감지하는 기준저항 감지부를 더 포함하는, 스팀트랩 장치.