KR20140019945A - 스팀 발생기 및 이를 구비하는 전기 스팀 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명의 스팀 발생기는, 히터; 상기 히터와 간격을 가지도록 감싸는 내부 발열층; 상기 내부 발열층과 간격을 가지도록 감싸는 외부 발열층; 및 상기 내부 발열층과 외부 발열층 사이에 형성되는 스팀발생 수막층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 내부 발열층과 외부 발열층 사이의 스팀발생 수막층에 보충수를 투입하여 보충수가 얇고 고르게 펼쳐짐과 동시에 전열면적을 늘려줌에 따라 스팀을 빠르게 발생시키는 효과가 있다.

Description

스팀 발생기 및 이를 구비하는 전기 스팀 보일러{The steam generator and an electric steam boiler having the same}

본 발명은 스팀 발생기 및 이를 구비하는 전기 스팀 보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스팀을 빠르게 발생시키는 스팀 발생기 및 이를 구비하는 전기 스팀 보일러에 관한 것이다.

일반적으로, 전기 스팀 보일러는 전기에 의해 발열하는 발열체로 탱크 내의 물을 기화시켜 스팀을 발생시키는 장치로서, 세탁소나 봉제공장, 방앗간, 사우나, 양조장 등 고온고압의 스팀을 필요로 하는 장소에 설치되어 스팀을 공급한다.

상기와 같은 전기 스팀 보일러는 유류나 가스 등을 사용하는 스팀보일러에 비해 안전하고 공해가 적으며, 유지비가 적게 소요되고, 구조가 단순하여 소형으로 제작 가능한데, 이러한 전기 스팀 보일러는 탱크 물이 발열체에 의해 가열되어 기화된 스팀이 빠져나가면, 펌프를 통해 그만큼의 물을 보충해주면서 탱크 내부의 물의 수위를 일정하게 유지해, 지속적으로 스팀을 배출할 수 있게 한다.

이와 같은 전기 스팀 보일러에 관한 대표적인 예가 하기 문헌 1(이하, "종래기술"이라 함)에 개시되어 있다.

그러나, 종래기술의 전기 스팀 보일러는 상온의 차가운 물을 탱크 내부로 보충하게 되는데, 스팀을 만들기 위해 적어도 100℃ 이상의 온도를 가지는 탱크 내부로 상온의 차가운 보충수가 보충되면, 탱크 내부의 고온수와 새로이 유입되는 차가운 보충수의 온도편차로 인해, 저온수와 접촉한 스팀의 압력 및 온도가 급강하하는 문제점이 있었다.

이에 따라, 스팀의 온도 및 압력을 일정하게 유지하지 못하게 되고, 일정한 압력과 온도를 가지는 고온고압의 스팀을 효과적으로 배출하지 못하게 되며, 결국 생산되는 스팀의 질 저하를 초래하게 되는 것이다.

또한, 차가운 보충수의 열 충격에 의해 탱크 내부에서 가열된 고온수의 온도 역시 내려가게 되어, 발열체를 고온의 상태로 재가동해 다시 물을 급속히 가열해야 함으로써 발열체의 사용전력 증가로 인한 전기 스팀 보일러의 유지비가 늘어나는 등 효율성과 경제성이 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서, 보충수의 투입 후 빠르게 스팀을 발생시키도록 개선된 형태의 전기 스팀 보일러의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

[문헌 1] 한국공개특허 제2010-0131048호(2010.12.15)

본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 보충수의 투입 후 빠르게 스팀을 발생시키도록 구성된 스팀 발생기 및 이를 구비하는 전기 스팀 보일러를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 예열시간이 짧은 스팀 발생기 및 이를 구비하는 전기 스팀 보일러를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스팀 발생기는, 히터; 상기 히터와 간격을 가지도록 감싸는 내부 발열층; 상기 내부 발열층과 간격을 가지도록 감싸는 외부 발열층; 및 상기 내부 발열층과 외부 발열층 사이에 형성되는 스팀발생 수막층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외부 발열층에는 보충수 입구와 스팀 출구가 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 히터와 내부 발열층 사이에는 가열공기층이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전기 스팀 보일러는, 케이스; 상기 케이스 내부에 실장되는 수위조절탱크; 상기 수위조절탱크로 보충수를 공급하는 보충수 공급라인; 상기 수위조절탱크의 보충수를 공급받아 스팀을 발생시키는 전술한 스팀 발생기; 및 상기 스팀 발생기에서 발생된 스팀을 보관하도록 상기 케이스에 설치되는 스팀저장탱크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스팀 발생기는 둘 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보충수 공급라인은 상기 스팀 발생기의 외주면에 코일형태로 감기는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수위조절탱크에는 수위 상한 센서와 수위 하한 센서가 설치되고, 상기 보충수 공급라인에는 보충수를 압송하는 펌프가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수위 하한 센서가 상기 수위조절탱크의 수위가 하한임을 감지하면 펌프는 구동하며, 상기 수위 상한 센서는 상기 수위조절탱크의 수위가 상한임을 감지하면 펌프의 구동을 정지시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스팀저장탱크에는 보충수 연결탱크와 연결되는 응축수 배출구가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스팀저장탱크에 형성된 스팀 배출구에는 감압밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이스에는 단열층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 스팀 발생기 및 이를 구비하는 전기 스팀 보일러에 따르면, 내부 발열층과 외부 발열층 사이의 스팀발생 수막층에 보충수를 투입하여 보충수가 얇고 고르게 펼쳐짐과 동시에 전열면적을 늘려줌에 따라 스팀을 빠르게 발생시키는 효과가 있다.

또한, 스팀 발생기의 외주면을 보충수 공급라인이 코일형태로 감김에 따라 보충수는 1차 가열되어 수위조절탱크로 유입되어 보충수의 예열 시간이 짧다.

즉, 1차 가열된 보충수가 얇고 고르게 펼쳐짐과 동시에 전열면적이 늘어나도록 스팀발생 수막층에 투입되어 스팀 발생기로 보충수 투입후 스팀으로 기화되는 시간이 짧다.

더욱이, 보충수 공급라인에 의해 전기 스팀 보일러 전단에서 추가적인 설비에 의하여 별도로 보충수를 가열할 필요가 없다.

결국, 소모전력의 낭비를 막고, 스팀발생을 위한 가열 시간의 단축 및 스팀의 지속적인 사용이 가능한 효과를 가진다.

또한, 모듈화되어 있는 스팀 발생기를 보일러의 용량에 따라 가감함에 따라 보일러 용량 선정이 용이하고 보일러의 가동률 조정이 가능하여 절전효과가 탁월하다.

또한, 모듈화된 스팀 발생기에 의해 보일러 제작시 설치구조 및 설치위치에 적합하도록 맞춤 제작이 가능하고 소용량에서 대용량까지 제작이 용이하다.

이에 더해, 복수의 스팀 발생기 중 하나에서 고장이 발생시에 해당 스팀 발생기만 교체사용할 수 있어 제작 및 사후 유지관리가 매우 간단하여 경제성이 뛰어나다.

또한, 단열층이 구비된 케이스에 의해 열손실을 최소화한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기 스팀 보일러를 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1의 스팀 발생기를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 스팀 발생기를 도시한 평단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기 스팀 보일러를 도시한 구성도이고, 도 2는 도 1의 스팀 발생기를 도시한 단면도이며, 도 3은 도 2의 스팀 발생기를 도시한 평단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기 스팀 보일러(B)는, 케이스(100)와, 상기 케이스(100) 내부에 실장되는 수위조절탱크(200)와, 상기 수위조절탱크(200)로 보충수를 공급하는 보충수 공급라인(300)과, 상기 수위조절탱크(200)의 보충수를 공급받아 스팀을 발생시키는 스팀 발생기(400) 및 상기 스팀 발생기(400)에서 발생된 스팀을 보관하도록 상기 케이스(100)의 내부에 설치되는 스팀저장탱크(500)로 구성된다.

또한, 상기 스팀 발생기(400)는 둘 이상으로 구성되며, 상기 스팀 발생기(400)는 보일러의 용량에 따라 그 숫자를 가감하여 설치된다.

이에 따라, 모듈화되어 있는 상기 스팀 발생기(400)를 보일러의 용량에 따라 가감함에 따라 보일러 용량 선정이 용이하고 보일러의 가동률 조정이 가능하여 절전효과가 탁월하게 된다.

더욱이, 모듈화된 스팀 발생기(400)에 의해 보일러 제작시 설치구조 및 설치위치에 적합하도록 맞춤 제작이 가능하고 소용량에서 대용량까지 제작이 용이하게 된다.

마지막으로, 복수의 스팀 발생기(400) 중 하나에서 고장이 발생하면 해당 스팀 발생기만 교체사용할 수 있어 제작 및 사후 유지관리가 매우 간단하여 경제성이 뛰어나다.

그리고, 상기 보충수 공급라인(300)은 상기 스팀 발생기(400)의 외주면에 코일형태로 감기도록 구성된다.

이에 따라, 상기 스팀 발생기(400)의 외주면을 보충수 공급라인(300)이 코일형태로 감김에 따라 보충수는 상기 스팀 발생기(400)와의 열교환에 의해 1차 가열되어 수위조절탱크(200)로 유입되어 보충수의 예열 시간이 짧아지게 된다.

더욱이, 상기 보충수 공급라인(400)에 의해 전기 스팀 보일러 전단에서 추가적인 설비에 의하여 별도로 보충수를 가열할 필요가 없다.

결국, 소모전력의 낭비를 막고, 스팀발생을 위한 가열 시간의 단축 및 스팀의 지속적인 사용이 가능한 효과를 가진다.

한편, 상기 수위조절탱크(200)에는 수위 상한 센서(210)와 수위 하한 센서(220)가 설치되고, 상기 보충수 공급라인(300)의 입구 측에는 보충수를 압송하는 펌프(600)가 더 구비된다. 상기 펌프(600)는 보충수를 최대 13bar로 가압 공급하게 된다.

이에 따라, 상기 수위 하한 센서(220)가 상기 수위조절탱크(200)의 수위가 하한임을 감지하면 펌프(600)는 구동하여 수위조절탱크(200)로 보충수를 공급하며, 상기 수위 상한 센서(210)는 상기 수위조절탱크(200)의 수위가 상한임을 감지하면 펌프(600)의 구동을 정지시키게 된다.

또한, 상기 스팀저장탱크(500)에는 보충수 연결탱크(200)와 연결되는 응축수 배출구(510)가 형성되며, 상기 응축수 배출구(510)는 스팀저장탱크(500)의 바닥면에 형성되는 것일 바람직하다.

그리고, 상기 스팀저장탱크(500)에 형성된 스팀 배출구(520)에는 감압밸브(530)가 설치되어 고온,고압의 스팀을 각각의 사용장소(난방기, 열교환기)에 일정한 사용압력으로 공급하게 된다.

한편, 상기 케이스(100)에는 단열층(110)을 더 포함하여 상기 스팀 발생기(400)에서 보충수를 기화시키고 남은 잔열을 케이스(100) 내부에 잔류시켜 상기 보충수 공급라인(300)과 수위조절탱크(200)의 보충수를 재가열하게 된다. 상기 단연층(110)에 의해 열손실이 최소화하게 된다.

즉, 상기 단열층(110)에 의해 상기 스팀 발생기(400) 및 스팀저장탱크(500)에서 발생된 폐열을 보충수를 가열하도록 재사용함에 따라 열효율이 우수하다.

또한, 상기 보충수 공급라인(300)으로 대기압 기준으로 90℃인 응축수가 유입될 수도 있다. 이는 통상 전기 스팀 보일러의 설치 사용시에는 에너지 절약의 일환으로 스팀이 액화된 응축수를 회수하는 시설이 설치되기 때문이다.

이하, 본 발명에 따른 스팀 발생기를 구체적으로 설명한다.

본 발명의 스팀 발생기(400)는, 히터(410)와, 상기 히터(410)와 간격을 가지도록 감싸는 내부 발열층(420)과, 상기 내부 발열층(420)과 간격을 가지도록 감싸는 외부 발열층(430) 및 상기 내부 발열층(420)과 외부 발열층(430) 사이에 형성되는 스팀발생 수막층(440)으로 구성된다.

또한, 상기 외부 발열층(430)에는 보충수 입구(431)와 스팀 출구(432)가 각각 형성되며, 상기 보충수 입구(431)는 수위조절탱크(200)와 연결되며 상기 스팀 출구(432)는 스팀저장탱크(500)와 연결된다.

그리고, 상기 히터(410)는 220V/380V, 5KW의 단상 또는 삼상 전원을 공급받으며, 공급된 전원에 따라 히터(410)의 표면온도는 최대 1300℃까지 상승하게 된다.

한편, 상기 히터(410)와 내부 발열층(420) 사이에는 가열공기층(450)이 형성되어 발열된 히터(410)에 의하여 가열된 가열공기층(450)의 온도는 최대온도에서 일정한 온도로 유지시켜준다.

이러한 상기 가열공기층(450)은 온도조절을 위하여 히터(410)가 동작하지 않을 때에도 일정시간 동안 온도를 유지시켜준다.

더욱이, 상기 가열공기층(450)에 의해 상기 히터(410)와 보충수는 직접 닿지않아 히터(410)의 수명을 연장하게 된다.

이에 더해, 상기 히터(410)가 보충수와 직접 닿지 않음에 따라 히터(410)가 급격한 감온이 발생하지 않으며 일정온도 이상을 항상 유지하게 된다.

또한, 상기 히터(410), 가열공기층(450), 내부 발열층(420)으로 전달되는 열온은 약 900℃ - 1,000℃정도를 유지하게 된다.

그리고, 상기 외부 발열층(430)은 스팀발생 수막층(440)에서 보충수와의 열교환이 이루어지고 난 후의 폐열은 케이스(100)의 단열층(110) 내에 상존시켜 보충수 공급라인(300)과 수위조절탱크(200)의 내부 보충수를 가열시키는 열로 재활용된다.

한편, 상기 스팀발생 수막층(440)은 그 간격이 0.5 ~ 5mm이내로 형성되어 짧은 시간 내에 보충수를 스팀으로 기화시키게 된다. 상기 스팀발생 수막층(440)의 간격은 보일러의 용량, 기화시간 등을 고려하여 다양하게 변경될 수도 있다. 다만, 그 간격이 작을수록 기화시간이 단축되는 것을 자명하다.

이에 따라, 상기 내부 발열층(420)과 외부 발열층(430) 사이의 스팀발생 수막층(440)에 보충수를 투입하여 보충수가 얇고 고르게 펼쳐짐과 동시에 전열면적을 늘려줌에 따라 스팀을 빠르게 발생시키게 된다.

즉, 상기 보충수 공급라인(300)에서 1차 가열된 보충수가 얇고 고르게 펼쳐짐과 동시에 전열면적이 늘어나도록 보충수가 스팀발생 수막층(440)에 투입되어 스팀 발생기(400)로 보충수가 투입된 후 스팀으로의 기화가 매우 짧게 이루어진다.

이는, 상기 스팀발생 수막층(440)이 얇게 형성됨에 따라 상기 내부 발열층(420)과 단위면적당 접촉하는 보충수의 총중량을 줄어들어 기화가 빠르게 발생하기 때문이다.

예를 들어, 동일한 열량을 가지는 열원이 사용된다는 조건하에 10g의 물보다는 1g의 물이 더 빠르게 기화되기 때문이다.

이하, 본 발명에 따른 전기 스팀 보일러의 동작을 간단하게 설명한다.

먼저, 보충수 공급라인(300)과 펌프(600)에 의해 수위조절탱크(200)로 보충수를 공급한다.

이때, 상기 보충수 공급라인(300)은 스팀 발생기(400)와의 열교환에 의해 보충수를 1차 가열한다.

다음, 상기 수위조절탱크(200)에 저장된 보충수는 케이스(100) 내부 단열층(110)의 내부열에 의해 지속적으로 가열된다.

그리고, 펌프(600)에 의하여 공급되는 보충수는 수위조절탱크(200)의 수위 상한 센서(210)가 동작할 때까지 채워지고 상기 수위 상한 센서(210)가 동작하면 펌프(600)는 정지한다.

다음, 전원이 공급되고 히터(410)가 발열하여 스팀이 발생하면 수위저장탱크(200)의 보충수의 수위가 낮아져 수위 하한 센서(220)가 동작하면 펌프(600)가 동작하여 수위저장탱크(200)에 보충수를 공급한다.

이때, 상기 수위조절탱크(200)에 수위와 스팀 발생기(400)의 수위는 동일하다.

그리고, 상기 히터(410)가 발열을 시작하면, 가열공기층(450)의 온도가 상승하며 열이 내부 발열층(420)에 전달되며, 내부 발열층(420)과 외부 발열층(430) 사이의 스팀발생 수막층(440)의 보충수는 발열을 흡수하여 단시간 내에 스팀으로 기화한다.

다음, 기화된 스팀은 스팀저장탱크(500)로 고온,고압 상태의 스팀이 저장된다.

그리고, 스팀저장탱크(500)에 저장된 스팀은 감압밸브(530)를 통과하여 스팀배출구(520)로 방출된다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.

B - 전기 스팀 보일러 100 - 케이스
200 - 수위조절탱크 210 - 수위 상한 센선
220 - 수위 하한 센서 300 - 보충수 공급라인
400 - 스팀 발생기 410 - 히터
420 - 내부 발열층 430 - 외부 발열층
440 - 스팀발생 수막층 450 - 가열공기층
500 - 스팀저장탱크 510 - 응축수 배출구
520 - 스팀 배출구 530 - 감압밸브
600 - 펌프

Claims (11)

1. 히터;
   상기 히터와 간격을 가지도록 감싸는 내부 발열층;
   상기 내부 발열층과 간격을 가지도록 감싸는 외부 발열층; 및
   상기 내부 발열층과 외부 발열층 사이에 형성되는 스팀발생 수막층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 스팀 발생기.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 외부 발열층에는 보충수 입구와 스팀 출구가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 스팀 발생기.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 히터와 내부 발열층 사이에는 가열공기층이 형성되는 것을 특징으로 하는 스팀 발생기.
   
4. 케이스;
   상기 케이스 내부에 실장되는 수위조절탱크;
   상기 수위조절탱크로 보충수를 공급하는 보충수 공급라인;
   상기 수위조절탱크의 보충수를 공급받아 스팀을 발생시키는 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 기재된 스팀 발생기; 및
   상기 스팀 발생기에서 발생된 스팀을 보관하도록 상기 케이스에 설치되는 스팀저장탱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 스팀 보일러.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 스팀 발생기는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 전기 스팀 보일러.
   
6. 제 4항에 있어서,
   상기 보충수 공급라인은 상기 스팀 발생기의 외주면에 코일형태로 감기는 것을 특징으로 하는 전기 스팀 보일러.
   
7. 제 4항에 있어서,
   상기 수위조절탱크에는 수위 상한 센서와 수위 하한 센서가 설치되고, 상기 보충수 공급라인에는 보충수를 압송하는 펌프가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전기 스팀 보일러.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 수위 하한 센서가 상기 수위조절탱크의 수위가 하한임을 감지하면 펌프는 구동하며,
   상기 수위 상한 센서는 상기 수위조절탱크의 수위가 상한임을 감지하면 펌프의 구동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 전기 스팀 보일러.
   
9. 제 4항에 있어서,
   상기 스팀저장탱크에는 보충수 연결탱크와 연결되는 응축수 배출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 스팀 보일러.
   
10. 제 4항에 있어서,
    상기 스팀저장탱크에 형성된 스팀 배출구에는 감압밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 전기 스팀 보일러.
    
11. 제 4항에 있어서,
    상기 케이스에는 단열층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 스팀 보일러.
    

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