KR20140064862A - 증기발생 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전해액에서 증기를 발생시키는 시스템을 제공한다. 이 시스템은 증기발생탱크, 유량생성기, 전류측정기 및 컨트롤러를 구비한다. 증기발생탱크는 제1 전극과 제2 전극을 갖고, 제1 전극과 제2 전극은 증기발생탱크에 공급된 전해액과 접촉하며, 전해액을 통해 제1 전극과 제2 전극 사이에 전류가 흐르고, 이 전류가 전해액을 가열하여 증기를 생성하며, 컨트롤러는 전류측정기가 측정한 전류를 기초로 유량생성기를 온/오프하면서 증기발생탱크에 전해액을 공급한다.

Description

증기발생 시스템{STEAM GENERATOR SYSTEM}

본 발명은 증기발생 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 물에 전류를 흘려 증기를 발생시키는 시스템에 관한 것이며, 더 구체적으로는 증기를 일정량으로나 단속적으로나 연속적으로 운반하는 시스템에 관한 것이다.

증기를 사용하는 기기는 작업속도를 높이기 위해 증기를 신속히 생성하고 교체하는 것이 필요하다. 증기를 사용하는 작업에는 또한 증기를 일정량이나 단속적으로나 연속적으로 공급하는 것도 필요하다. 요리의 경우, 많은 수의 사람에게 필요한 대량의 음식을 신속히 요리하거나 재가열하기 위해 증기를 연속적으로 공ㄱ브하는 것이 필요하다. 한편, 샌드위치 고기와 같이 음식의 일부분만을 재가열해야 할 경우에는, 증기를 소량씩 일정 간격으로 공급해야하기도 하다. 또, 증기를 일정량 일회만 공급해야할 경우도 있다.

전기저항을 이용한 증기발생을 위한 전기에너지는 먼저 저항요소를 가열한 다음 물을 가열하여 증기를 생성한다. 전기저항요소는 대개 금속외피로 감싸이고, 증기생성을 위해 물에 잠겼을 때 가열되는 금속이나 다른 재료에 형성된다. 전기저항 재료에 먼저 열전도가 일어나고 이 열이 물분자로 전달되기 때문에 물을 충분한 온도로 가열하여 증기를 만드는데 시간지연이 일어난다.

증기를 신속히 발생시키려고, 흔히 전기요소를 크게 하고 전력을 과하게 공급하여 물을 가열하는 시도가 있지만, 이 경우 에너지를 과하게 사용하게 된다. 전기저항기가 달린 기기에 증기가 필요할 때는, 저항기에 모든 전력을 공급하지만, 이런 방식으로는 저항기와 외피의 표면온도가 물보다 훨씬 더 높고 열전달이 빨라진다. 증기가 더이상 필요하지 않으면 저항기에서 에너지를 제거하지만, 이때도 저항기와 외피의 열이 계속해서 물에 전달되므로 에너지가 낭비된다. 이런 식으로, 작업에 필요한 증기량을 공급하는데 필요한 에너지량만 공급한다 해도 필요한 것보다 더 많은 에너지가 사용된다.

다른 문제는 저항기를 물보다 훨씬 더 높은 온도로 가열하는데서 생긴다. 탄산칼슘이나 마그네슘과 같은 고체의 입자들은 물에 스며들어 저항기 표면에 들러붙어, 열전달면에 "석회자국"이라 불리는 침착층을 형성한다. 이런 석회자국 침착물은 또다른 열전달층을 형성하여 열전달 속도를 떨어뜨린다. 석회자국때문에 필요한 작업에 필요한 것보다 많은 에너지를 사용하기도 한다. 이런 석회자국은 증기발생장치의 유지관리를 악화시키는 주요인이기도 하다.

증기를 연속으로 사용할 경우, 일정량의 물을 저장하는 증기발생기를 사용한다. 물 저장용기의 크기는 일정 시간에 필요한 최대 증기량에 의해 좌우된다. 증기를 생성하려면 가능한 빨리 필요한 증기량을 공급하는 증기발생 온도에 가깝게 물 전체를 가열한다. 물 전체를 가열하려면, 전기저항기를 이용해 물을 연속적으로 증기로 변환하는데 필요한 시간만큼의 오차가 있다. 물 전체를 가열하면 에너지가 낭비된다. 가열된 용기내의 물을 가열해 증기로 변환한 뒤, 물을 새로 공급하면 전체 물이 냉각된다. 물을 새로 추가할 때 물 전체의 온도가 하강하므로, 원하는 유지 온도까지 물을 재가열해야만 하므로, 에너지가 더 낭비된다.

물저장 용기가 달린 증기발생기에서의 증기생성을 가속하려는 시도로, 고압 하우징을 사용해 물을 가열하고 고온으로 유지하고, 이때 생긴 증기를 이용해 과열된 물로부터 증기를 생성한다. 증기발생에 고압수를 이용할 경우 무게가 증가하고 물을 저장해야 하기때문에 일반적으로 구조가 복잡하며, 유지관리 문제도 생긴다. 물을 증기생성 대기온도로 재가열하고 유지하는데 많은 에너지가 소요된다.

급속 증기발생을 필요로하는 다른 방법에서는, 고온 표면에 소량의 물을 노즐로 분무한다. 이 방법으로는 소량의 증기가 거의 동시에 생성되고, 이 증기를 필요한 곳에 사용한다. 증기를 더 공급하려면 고온 표면에 단속적으로 물을 더 분무한다. 고온 표면은 전기요소로 가열되지만, 경우에 따라서는 케이스 안에 들은 전기요소에 직접 물을 분무하기도 한다. 이 방법에서는 증기를 연속적이 아닌 단속적으로 생성한다. 즉, 한번에 생기는 증기량이 분무되는 물의 양과 표면온도에 의해 제한된다. 분무를 반복하면 증기가 더 생기지만, 고온 표면을 적당한 온도로 높일 때까지는 분무가 지연되므로 증기발생량이 제한된다. 일정 시간에 더 많은 물을 증기로 변환하려면 표면을 가열하기 위한 전기요소를 더 크게해야 하므로, 에너지가 낭비된다.

필요한 증기량을 예측할 수 없는 경우에는, 필요할 때 증기를 생성할 수 있는 고온상태를 유지해야 하므로, 역시 에너지가 낭비된다. 이 방식에서는 물에 용해된 고체가 물이 증기로 바뀔 때 고온 표면에 들러붙어 석회자국을 형성해 열전달 효율을 저하시킨다. 이때문에 증기생성 온도로 높이는데 추가 에너지가 필요하다. 이런 조건에서는 생성되는 증기량과 속도가 감소된다. 표면에 석회자국이 쌓이면 결국 장치를 수리해야 한다.

본 발명은 물분자내에서 전기에너지를 열로 직접변환하여 증기를 급속 생성하고, 이 증기를 일정량으로나 단속적으로나 연속적으로 운반하는 증기발생 시스템을 제공하는데 있다.

요약

본 발명은 전해액에서 증기를 발생시키는 시스템을 제공한다. 이 시스템은 증기발생탱크, 유량생성기, 전류측정기 및 컨트롤러를 구비한다. 증기발생탱크는 제1 전극과 제2 전극을 갖고, 제1 전극과 제2 전극은 증기발생탱크에 공급된 전해액과 접촉하며, 전해액을 통해 제1 전극과 제2 전극 사이에 전류가 흐르고, 이 전류가 전해액을 가열하여 증기를 생성하며, 컨트롤러는 전류측정기가 측정한 전류를 기초로 유량생성기를 온/오프하면서 증기발생탱크에 전해액을 공급한다.

본 발명은 또한 제1 전극과 제2 전극을 갖는 증기발생탱크를 포함하고 전해액에서 증기를 발생시키는 시스템도 제공한다. 제1 전극과 제2 전극은 증기발생탱크에 공급된 전해액과 접촉하며, 제1 전극과 제2 전극이 AC 전원에 연결되었을 전해액을 통해 제1 전극과 제2 전극 사이에 전류가 흐르고, 이 전류가 전해액을 가열하여 증기를 생성하며, 증기발생탱크 내부의 모든 전해액이 증기로 바뀌면 전류 흐름이 자동으로 중단된다.

도 1은 본 발명의 증기발생 시스템의 일례의 블록도;
도 2는 도 1의 증기발생 시스템을 제어하는 전기회로의 회로도;
도 3은 증기발생탱크의 일례의 사시도;
도 4는 도 3의 증기발생탱크의 단면도;
도 5는 증기발생탱크의 다른 예의 사시도;
도 6은 도 5의 단면도;
도 7은 필터의 일례의 사시도;
도 8은 증기발생탱크의 다른 예와 커넥터들의 전개사시도;
도 9는 증기발생 시스템의 다른 예의 사시도.

본 발명은 증기를 급속 생성하는 시스템을 제공한다. 전해수에 흐르는 전류로 전해수가 비등점까지 가열되면 일정량의 증기가 단속적으로나 연속적으로 생긴다. 전해수는 급속 저항가열을 일으킬 정도로 높은 전류가 흐르기에 충분한 이온을 함유한다. 이 전해수는 증기발생 탱크에 들어있고, 이 탱크는 전극에 접촉한다. 제어시스템에 의해 증기가 연속적으로나 단속적으로나 일정량씩 생긴다. 일례로 증기발생 탱크에서 증기로 바뀌는 전해액을 물탱크에서 공급한다. 전해액을 물탱크에서 증기발생 탱크로 보내는데 펌프를 사용한다.

증기발생탱크의 전극들 사이로 흐르는 전류는 물에 함유된 이온농도, 증기발생탱크내의 전해액 높이, 및 위상각도 제어기와 전기회로의 전류센서의 동작에 의해 제어된다.

물의 이온농도는 증기발생 이전에 미리 조절되거나, 도전성 불순물이 들어있는 수돗물을 증기발생에 사용하기도 한다.

본 발명에서는 증기를 사용하는 장치가 필요로 할 때만 증기발생 시스템을 작동시키는 에너지가 공급된다. 증기를 유지하거나 물을 가열하는 에너지는 피할 수 있다. 증기발생은 증기발생 탱크에 전해액을 재공급하여 조절한다. 본 발명에서는 증기발생탱크에 공급되는 전해액의 양으로 결정된 일정량의 증기를 발생시키는데, 전해액은 완전히 증기로 바뀔 때까지 증기발생탱크의 전극과 접촉한다. 이 시스템은 소량의 증기를 단속적으로 생성하기도 한다. 이 시스템은 또한 전해액을 연속적으로 공급하여 증기를 연속적으로 생성하기도 한다.

본 발명에 의하면 에너지변환이 고효율로 이루어지고, 증기발생 탱크에 물이 있을 때만 시스템이 에너지를 소비하며, 전해액 전체가 증기로 바뀌면 회로의 차단에 의해 시스템이 자동으로 꺼지고, 전극으로의 전류공급이 중단되면 증기발생이 바로 중단된다. 증기발생탱크내 전해액과 생성된 증기보다 더 뜨거운 표면이 없기 때문에, 석회수자국이 없어, 정기적인 유지관리나 수리를 피할 수 있다. 이런 구성에서는, 증기를 사용하는 격실내 수집구쪽으로 흐르는 증기응축수 안에 염과 고체가 침전되어 같이 흐른다. 이런 염과 고체는 물이나 세척액과 같이 증기발생탱크 밖으로 배출된다.

요리를 위해 증기를 일으키거나, 증기가 필요한 때 특정 기기에 연결해 증기를 일으키거나, 증기가 필요할 때까지는 전기소비 없이 대기상태에 있을 수도 있다.

증기발생시스템(10)에서는, 도 1과 같은 제어기(16)에서 결정된대로 연속적으로나 단속적으로나 일정량씩 증기를 생산하도록 증기발생탱크(17)에 전해액(11)을 넣는다. 전해액에서 전기에너지를 열로 직접 변환하여 증기를 만든다. 이 증기발생 시스템(10)은 용기(13), 필터(12), 펌프(14) 및 체크밸브(15)를 갖는다.

펌프(14)는 다른 종류의 유량조절기로 대체할 수도 있다. 증기발생탱크(17)에 들어가는 전해액(11)은 중력에 의해 들어가고, 유량조절기는 전기제어 밸브일 수 있다. 한편, 펌프(14)를 온오프하는 컨트롤러(21)가 펌프대신 밸브를 개폐하여 물탱크(13)에서 증기발생탱크(17)로 전해액을 분사할 수도 있다. 여기서는 유량조절기로 펌프(14)를 설명하지만, 중력에 의한 공급이나 다른 종류의 밸브도 사용할 수 있음을 이해해야 한다.

도 1의 실시예에서는 용기(13)가 전해액(11) 공급원이지만, 용기(13)가 아니라 전해액(11) 공급원을 연결해 연속적으로 공급할 수도 있다. 이 용기(13)는 취입/사출 성형 플라스틱이나 기타 전해수를 담아둘 수 있는 다른 물질로 이루어진다.

필터(12)에 물을 통과시켜 전해액(11)의 이온농도를 조절한다. 필터(12)는 다공성 이온재료로 이루어져, 이곳을 통과하는 물에 이온농도를 추가하는 구조로 되어있다. 이 필터(12)는 식탁소금이 들어있는 직물자루를 필터 하우징에 넣어 만들어진다. 물에서 염소와 다른 불순물을 제거하기 위해, 숯이 들은 다른 자루를 필터하우징 안에 같이 넣는다. 필터(12)를 통해 용기(13)를 향해 흐르는 물은 필터하우징의 구멍 크기에 의해 조절된다. 구멍 크기는 전해액(11)에 원하는 이온농도가 용해된 다음 필터를 나가도록 결정된다.

또는, 용기에 염과 물을 넣고서 충분한 시간동안 염을 녹여도 되는데, 보통 전해액(11) 2갤론에 대해 갤론당 1/4 티스푼 정도의 염을 넣으면 원하는 농도를 얻을 수 있다.

어떤 식으로든, 물 1갤론당 3/4 그램의 염화나트륨을 첨가해 전해액(11)의 이온농도를 조절할 수 있다. 물에 이온물질을 첨가하는 것은 미국특허공개 2010/0040352의 "Rapid Liquid Heating"에 소개되어 있다.

이온물질은 염화나트륨과 같은 이온요소를 함유할 수 있다. 증기발생 시스템(10)에 투입되는 물에서 염소와 다른 불순물을 제거하는데 숯을 사용할 수도 있다. 전해액(11)에 용해된 염화나트륨과 고체의 양은 전해액의 도전율, 전해액의 전류량, 및 전해액에 의한 열과 증기의 발생율을 결정한다.

용기(13)는 펌프(14)에 연결되고, 펌프는 증기발생탱크(17)에 연결된 체크밸브(15)에 연결된다(도 1 참조). 펌프의 온오프는 제어기(16)에서 받은 신호로 제어된다. 펌프(14)가 오래 작동될수록 더 많은 물이 증기발생탱크(17)에 들어가고, 증기발생탱크네 전극과 접촉하는 물의 높이도 높아진다. 체크밸브(15)는 증기발생탱크(17)로의 흐름은 허용하지만 증기가 펌프(14)로 역류하는 것은 방지한다. 증기발생탱크(17)의 출력은 증기를 이용하는 요리기기나 다른 기기의 증기실(19)로 보내진다. 물과 증기를 흐르게하는 요소들을 연결하는 것은 파이프나 튜브 등이 있다. 증기발생탱크(17)내 전극에 연결되는 중립 AC 전력선과 양극 AC 전력선의 연결박스들이 증기발생탱크에 연결된다.

도 2는 도 1의 실시예의 전기회로(20)의 회로도로서, 이 전기회로는 펌프(14)의 동작을 제어하고, 증기발생탱크(17)내 전극들 사이의 전류를 감시/제어하여, 전류 임계값을 넘지 못하도록 한다. 전류가 임계값을 넘으면 회로차단기가 전류를 차단한다. 전류는 임계값에 가깝되 임계값은 넘지 않도록 비교적 높게 유지되는데, 이는 증기를 중단 없이 원하는만큼 신속하게 생성하기 위해서이다. 물에 용해된 고체와 염화나트륨의 양은 전류임계값이 도달할 수 있는 레벨에 쉽게 도달하는데, 이 레벨은 제어하지 않으면 초과될 수 있다.

전기회로(20)는 120V-20A의 플러그에 연결되지만, 208V, 220V, 240V, 440V와 같은 다른 전원에도 연결될 수 있다. 미국 미네소타주의 Digi-key에서 판매하는 전류센서(22)를 컨트롤러(21)에 설치하면, 이 전류센서가 증기발생탱크(17)에 공급되는 전류 레벨을 읽고, 컨트롤러(21)에 프로그램된 전류레벨을 기초로 펌프(14)에 전류를 공급하도록 프래그램된다. 컨트롤러(21)를 통해 작업자가 작동 시간을 입력하고, 시동과 정지도 할 수 있다. 예컨대 120V 시스템일 경우, 차단전류는 20A이고, 최대 작동전류는 공장에서 15A로 설정된다. 마찬가지로, 전압이 더 높아지면, 이에 맞는 회로차단기와 최대 작동전류가 제시된다.

전류센서(22)가 전극에 흐르는 전류가 정상 작동점, 예컨대 14A 밑으로 떨어진 것을 감지하면 컨트롤러(21)가 펌프(14)를 작동시킨다. 펌프(14)가 증기발생탱크(17)에 전해액(11)을 공급하면, 전해액에 잠긴 전극의 면적이 커져, 저항은 낮아지고 전극들 사이로 더 많은 전류가 흐른다. 전극의 간격(37)에 흐르는 전류가 전류센서(22)가 결정한 일정 레벨까지 상승하면, 컨트롤러가 펌프(14)를 정지시켜 전해액(11) 공급을 중단하고 전류의 상승을 멈추게 한다.

컨트롤러(21)는 전극들 사이의 전류값이 증기 생성량을 최대로 하도록 하는 레벨로 증기발생탱크가 동작하도록 설정되기 때문에, 전류센서(22)와 펌프(14)가 협력하여 전류값을 최대값, 예컨대 20A의 시스템에 대해서는 14A 정도로 조절하고 유지한다. 이렇게 하여 증기발생탱크(17)내 전극과 접촉하는 수위를 조절하여 전류와 증기 발생량을 일정값으로 유지함으로써 전행액의 이온농도를 변화시킨다. 증기발생탱크(17)내 전해액(11) 수위를 조절하면 전해액의 저항을 일정하게 유지할 수 있다. 전류가 예컨대 14A의 설정치 밑으로 떨어지면, 컨트롤러(21)가 펌프(14)를 작동시키고, 전류가 14A로 복귀했을 때 펌프를 정지시킨다. 따라서, 전해액의 농도가 변해도, 전해액의 수위를 조절해 일정한 전류를 얻을 수 있다. 펌프(14)는 분당 여러번 온오프될 수 있다. 컨트롤러(21)는 전류센서(22)가 3초마다 전류를 체크하도록 하고, 전류가 14A 밑으로 측정되면 전류가 14A가 될 때까지 펌프(14)를 계속 작동시킨다. 펌프(14)가 작동하면, 전류센서(22)가 전류를 계속 감시하여 컨트롤러가 펌프를 언제라도 끌 수 있도록 한다. 여기서는 전류센서가 3초마다 전류를 점검하는 것으로 설명했지만, 전류점검 시간과 전류 설정값은 다르게 설정할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 전류센서(22)는 위상각도 제어기(24)에 연결되고, 이런 제어기의 예로는 펜실베니아주의 NuWave Technologies사에서 판매하는 SSRMAN-1P가 있다. 공급된 전력은 전류를 결정하는 잠재 변수들 중의 하나이다. 위상각도 제어기(24)는 RMS 전류가 설정값을 넘지 않도록 한다. 전해액(11)의 전도율과 높이를 제어하면 작동전류를 높게 유지할 수 있다. 그러나, 최대 전류가 약간만 변해도 회로차단기가 설정값을 쉽게 넘어가 개방되어, 전기연결이 끊어지고 증기발생이 중단될 수 있다. 한편, 작업자가 전해액을 너무 많이 추가하면, 회로차단기의 설정치 이상으로 전도율이 높아질 수 있다. 위상각도 제어기(24)는 전류센서(22)와 협력하여 RMS 전류가 설정치에 접근하는지 감시하고, AC 사이클의 일부분동안 전류흐름을 꺼서 전류를 제한한다. 따라서, 전류가 설정한계를 넘지 않으면서 높게 유지된다. 전류센서(22)와 위상각도 제어기(24)는 RMS 전류를 조절함은 물론, 전해액(11)의 이온전류를 조절하여 전류를 최대값은 넘지 않고 최대값에 가깝게 높게 유지한다.

증기발생탱크(17)에 대한 전해액(11)의 공급량과 주기를 조절해 증기를 연속으로 발생시킬 수 있다. 컨트롤러(21)는 증기가 발생되면서 증기발생탱크(17)내의 수량을 일정하게 유지하기에 충분한 주기로 전해액(11)을 펌핑한다. 한편, 일정 주기로, 예컨대 90초마다 한번씩 전해액을 추가하여 증기를 단속적으로 발생시킬 수도 있다. 또는, 증기발생탱크(17)에 전해액(11)을 예컨대 1/10만 공급해 일정량의 증기를 발생시키고, 전해액이 재공급 없이 완전히 소모될 때까지만 증기를 발생시킬 수도 있다.

전해액을 증기발생탱크(17)에 공급하면, 전극들 사이로 수위가 유지되어 전극들이 전해액에 의해 연결되어 양극과 중립극 사이로 전류가 흐른다. 이 경우, 모든 전해액이 증기로 증발되고 물이 추가로 공급되지 않거나 전극에 대한 전력공급이 중단되면 증기발생도 중단된다.

에너지절감을 위해 전해액을 고온으로 유지하려는 전력은 공급하지 않는다. 이 경우, 소량의 전해액만 증기로 변환해도 원하는 증기량을 공급할 수 있고 이런 변환도 아주 신속하다는 장점이 있다. 예컨대, 수 밀리리터 정도의 전해액을 증기발생탱크에 추가할 수 있다. 이런 소량의 실온 물은 3초 이내에 증기로 변환될 수 있다. 본 발명의 증기발생 시스템에서는 비교적 소량의 전해액에 아주 큰 전력이 통과하기 때문에 변환 속도가 개선된다. 예컨대, 14A의 RMS 전류를 120V 전압으로 공급하면 1680W의 전력이 공급되고, 이때 3초내에 5040 주울의 에너지가 공급된다. 이런 에너지는 8㎖의 물을 3초내에 20℃에서 비등점까지 가열하기에 충분하다. 전해액을 증기발생탱크(17)에 지속적으로 보충하면 증기를 실시간으로 계속 공급할 수 있다.

전극들 사이에서 증기가 발생되면, 증기 기포들이 떠오르면서 증기발생탱크(17)내의 증기실 안으로나 증기를 사용하는 기기로 들어간다. 증기발생탱크에 공급되는 전해액의 양과 제어기(16)에 의해 증기량이 결정되므로 밸브는 불필요하다.

도 3~4는 전해액(48)을 받아 증기(49)를 발생시키는 증기발생탱크(30)의 일례를 보여준다. 이 탱크(30)의 하우징(31)은 티타늄과 같은 금속이나 흑연과 같은 도전성 비부식성 재료로 이루어진다. 이 하우징(31)은 원통형이고 전기회로(20)의 중립 라인(43)에 연결된다. 하우징(31)에 제1 엔드캡(32)과 제2 엔드캡(33)을 끼우는데, 이런 엔드캡은 폴리프로필렌과 같은 부도체로 이루어지고 내부공간에 대해 기밀부를 형성한다. 하우징(31)이 증기발생탱크(30)의 겉면일 수도 있다.

제1 엔드캡(32)는 전해액(48)이 들어가는 입구관(38)과 증기(48)가 나가는 출구관(39)에 끼워진다. 입구관(38)과 출구관(39)은 관형의 미늘 구조로서, 유체를 운반하는 호스나 파이프 등을 연결하기에 적절하다.

제2 엔드캡(33)은 전기회로(20)의 양극 전력선(42)을 끼우는 전기기구(41)에 끼워지고, 양극 전력선(42)은 제2 엔드캡(33)의 바닥면을 따라 채널(34) 안으로 뻗으며, 제2 엔드캡의 바닥면은 액체로 채워진 내부공간과 접하지 않는다. 한편, 양극 전력선(42)이 제2 엔드캡(33) 내부의 구멍 안으로 뻗을 수도 있다. 전기기구(41)는 증기발생탱크(30)의 내부공간에 있는 양극(40)과 전기연결되는 나사를 포함할 수 있다. 엔드캡(33)은 폴리카보네이트와 같은 부도체로 된 커버(45)를 갖는데, 이 커버는 전기기구(41)의 전기연결부와 양극 전력선(42)을 덮는다. 양극(40)은 전기기구(41)와 전기연결되고, 증기발생탱크(30)의 내부공간에 설치되며, 하단부가 O형의 실리콘 밀봉링(46)으로 밀봉된다. 양극(40)은 흑연, 스테인리스 스틸, 티타늄 등의 다른 도체로 이루어질 수도 있다. 양쪽 전극(31,40)이 흑연으로 이루어지기도 한다. 양극(40)의 외주면과 하우징(31)의 내주면 사이의 간극부(37)에 전해액(48)을 채워 전류가 흐르게 한다.

증기발생탱크(30)의 하부공간에 양극(40), 간극부(37) 및 하우징(31)의 일부가 위치하고, 증기발생탱크의 상부공간은 팽창실(36) 역할을 한다(도 4 참조). 증기발생탱크가 작동할 때, 양극(40)과 하우징(31) 사이의 간극부(37)를 통해 내부공간으로 전해액(48)이 공급된다. 간극부에서의 전해액(48)의 높이는 전술한 바와 같이 작동중에 조정이 가능하다. 간극부(37)에서 전해액(48)이 양극(40) 및 하우징(31)과 전기접촉하므로, 양극과 하우징 사이에 전류가 흐르면서 전해액이 가열되어 증기(49)를 발생시킨다.

증기발생탱크(30 내부의 양극(40) 위의 공근은 전해액(48)을 증기(49)로 증발시키는 팽창실(36)로서, 증기(49)를 출구관(39)을 통해 증기를 필요로 하는 증기실(19)이나 다른 용기로 밀어내는 압력을 일으킨다. 팽창실(36)은 원하는대로 증기(49)를 계속 공급하기에 충분한 체적을 갖는다. 한편, 증기는 단속적으로나 일정량만 공급될 수도 있다.

증기발생의 변수는 하우징(31)과 양극(40) 사이의 간극부(37)의 크기, 간극부내의 전해액(48)의 높이, 간극부내의 전해액의 도전율과 저항, 및 인가된 전압이다. 일례로, 양극(40) 및 하우징(31)과 접하는 전해액의 높이를 조절해 증기발생율과 전류를 조절할 수 있다. 한편, 전류센서가 전류를 감지하고, 이 전류가 일정 값, 예컨대 14A 밑으로 떨어질 때, 컨트롤러(21)가 펌프(14)를 작동시켜 간극부(37)에 전해액을 추가로 공급하도록 할 수도 있다. 전류센서(22)가 전류가 14A에 도달했다고 측정할 때까지 전해액을 계속 공급하고, 14A에 도달했을 때, 펌프(14)를 정지시킨다. 한편, 전류센서가 일정 시간, 예컨대 3초가 지나도 전류를 감지하지 못하면 펌프(14)를 정지시킬 수도 있다. 이 경우, 펌프는 최대 3초마다 작동된다. 일례로, 양극(40)과 하우징(31) 사이의 간극부(37)의 폭이 1/4인치이고, 양극의 높이가 증기발생탱크의 내부공간의 높이의 1/3이며, 내부공간의 총 높이가 5인치일 수 있다. 그러나, 그 형상과 크기는 다르게 할 수도 있다.

도 5~6은 또다른 증기발생탱크(50)를 보여준다. 이 증기발생탱크(50)의 하우징(51)은 폴리프로필렌과 같은 부도체로 이루어지지만, 강과 같은 금속을 PTFE로 코팅하여 전기가 흐르지 않도록 할 수도 있다. 하우징(51)의 측벽(52)과 바닥(53)이 직육면체형의 내부공간을 형성한다. 물론, 다른 형상을 채택할 수도 있다. 하우징의 상단개구부는 커버(55)로 덮이고 가스켓(56)으로 밀폐된다. 커버(55)는 체결구(57)로 하우징(51)에 물이 새지않게 조여진다. 하우징(51)은 입구관(65)과 증기공급 출구관(66)을 갖는다.

하우징(51)은 일반적으로 제1 전극(60)과 제2 전극(61)을 갖고, 제3 전극(62)이나 제4 전극(63)을 추가로 가질 수도 있다. 이들 전극(60~63)은 스테인리스스틸, 티타늄, 흑연과 같은 내식성 도체로 이루어지고, 등간격으로 배치되며 사각판 형상을 가질 수 있다. 제3 및 제4 전극들(62,63)은 다른 전극들(60,61)에 연결된다. 일례로, 제1 전극(60)과 제3 전극(62)은 예컨대 120V 전원의 한쪽 다리(양극)에 연결되고, 제2 전극(61)과 제4 전극(63)은 전원의 다른쪽 다리(음극이나 중립극)에 연결된다.

이런 전극의 형상과 크기는 전해액에 접촉할 수만 있으면 하우징(51)의 크기와 형상에 일치되도록 하는 것이 좋다. 전극들(60~63) 사이에 액체가 흐를 수 있도록 노치(64)를 형성하는데, 이런 노치는 일반적으로 전극의 바닥을 따라 위치한다. 전극들 사이의 간격은 전해액(11)을 통해 효율적으로 전류가 흐를 수 있도록 조절한다. 전류는 전력선과 플러그(69)에 의해 공급되지만, 다른 커넥터를 사용할 수도 있다. 제어기(16)의 명령을 받고 전력선과 플러그(69)를 전극(60~63)에 연결하기 위한 전기선(67)을 끼우기 위한 배전박스(68)를 하우징(51) 옆에 배치한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 베이스(71)에 여과재 용기(72,73)를 끼우고 캡(74)을 닫아 밀봉하여 필터(70)를 형성한다. 식탁소금과 숯이 들어있는 직물자루와 같은 교환식 개별 용기(72,73) 안에 여과재를 채우는데, 예를 들면 한쪽 용기(72)에는 식탁소금과 같은 이온재료를 채우고 다른 용기(73)에는 숯이나 탄소와 같은 다른 여과재를 채울 수 있다. 캡(74)에 형성된 다수의 구멍(75)은 필터(70)를 드나드는 물과 전해액의 유량을 조절한다.

도 8은 다른 증기발생탱크(80)와, 증기다리미와 같은 기기에 증기를 공급하는데 사용되는 커넥터들을 보여준다. 증기발생탱크의 하우징(81)은 폴리프로필렌과 같은 내열 플라스틱으로 이루어고 투명하거나 반투명할 수 있고, 도 8과는 다른 형상을 가질 수도 있다. 하우징(81)의 양단부에 밀폐형 엔드캡(82,85)를 끼우고, 하우징 내부에는 제1 전극(90)과 제2 전극(91)을 설치하는데, 엔드캡과 전극은 모두 교체가 가능하다. 전극(90,91)은 흑연과 같은 도체로 이루어지고, 하우징을 도 8과 같이 똑바로 세웠을 때 전해액과 접촉한다.

제1 엔드캡(82)은 증기를 배출시키고 증기공급라인(92)에 연결되는 연결포트(83)를 갖고, 연결포트(83)는 조임쇠를 가질 수 있다. 제1 엔드캡(82)은 O형 가스켓에 의해 증기나 물이 새지 않도록 되어있다. 제2 엔드캡(85) 안에는 전극지지판(86)이 제2 엔드캡과 절연되게 설치된다. 전극지지판(86)에 있는 2개의 지지캡(87)에 연필형 전극(90,91)의 단부를 끼운다. 제2 엔드캡은 하우징(81)에 조여졌을 때 가스켓에 의해 증기와 물이 새지 않도록 된다. 전극지지판(86)과 지지캡(87)은 제2 엔드캡(85)을 나사로 완전히 조이기 때문에 움직이지 않는다.

도 8의 전기공급라인(95)은 2 부분으로 이루어진다. 제1 커넥터(97)는 숫요소이고, 제2 커넥터(98)는 암요소로서 전기플러그(99)에서 증기발생탱크(80)를 분리한다. 제1 커넥터(98)를 제1 커넥터(97)에 연결하면 지지캡(87) 내부의 전기연결을 통해 전극(90,91)에 전류가 흐르고, 하우징(81) 내부의 물이 끓어 증기로 되며, 이 증기는 공급라인(92)을 통해 공급된다. 공급라인(92)은 신속결합 커플링(93)을 통해 기기에 연결된다. 하우징(81) 안에 다른 전극이 있을 수도 있다. 제1, 제2 커넥터들(97,98)은 불시의 풀림을 방지하기 위한 안전잠금구조와, 부도체 차폐구조도 갖는다.

도 8의 실시예에는 제어장치가 없다. 작업자가 하우징(81) 안에 소금을 넣고 수돗물을 채운 다음, 전기를 연결해 물을 다 사용할 때까지 작동시키면 된다. 대부분 수돗물에도 소금이 녹기 때문에 수돗물을 사용하고 소금을 추가하지 않고도 증기를 생성한다.

도 9는 증기발생 시스템(10)의 다른 예로서, 증기를 지속적으로나 단속적으로나 정해진 양으로 공급해야 하는 요리나 다른 활동을 위해 판매되는 경우를 예로 든다.

도 9의 증기발생 시스템(10)의 용기(100)는 물세척이 가능한 투명한 플라스틱으로 이루어지며, 제어박스(101)에서 분리할 수 있다. 제어박스(101)에 도 3~4의 증기발생탱크(30)가 배치된다. 제어박스 내부의 증기발생탱크(30)는 직립해있고 용기(100)로부터 물을 공급받는다. 제어박스(101)는 도 2의 제어기(16), 온/오프 표시기(102), 각종 다른 표시기, 온/오프 스위치, 및 컨트롤러(21)에 연결되는 작동시간 설정용 손잡이를 갖는다. 응축물 수거기(103)가 하부 증기수용실(104)에 분리 가능하게 연결된다. 제어박스(101) 내부의 증기는 증기수용실(104)과 증기실(107)로 들어가고, 증기실에 각종 음식이나 물건을 놓는다. 증기수용실(104)과 증기실(107)은 핸들(106)이 달린 힌지식 커버(105)로 여닫힌다. 증기실(107)에 뚫린 다수의 구멍(108)을 통해 증기수용실(104)의 증기가 증기실(107)로 들어간다. 증기 응축물은 응축물 수거기(103)로 떨어진다.

Claims (21)

1. 증기발생탱크, 유량생성기, 전류측정기 및 컨트롤러를 구비하고, 전해액에서 증기를 발생시키는 시스템에 있어서:
   상기 증기발생탱크는 제1 전극과 제2 전극을 갖고, 상기 제1 전극과 제2 전극은 증기발생탱크에 공급된 전해액과 접촉하며, 전해액을 통해 제1 전극과 제2 전극 사이에 전류가 흐르고, 이 전류가 전해액을 가열하여 증기를 생성하며, 상기 컨트롤러는 전류측정기가 측정한 전류를 기초로 유량생성기를 온/오프하면서 증기발생탱크에 전해액을 공급하는 것을 특징으로 하는 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 유량생성기가 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
3. 제1항에 있어서, 전해액을 담아두는 용기를 더 포함하고, 상기 유량생성기는 용기에서 증기발생탱크에 전해액을 운반하도록 연결된 것을 특징으로 하는 시스템.
4. 제1항에 있어서, 전해액을 만들기 위해 물에 이온을 공급하는 이온공급기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 이온공급기가 이온공급원을 갖는 필터하우징을 포함하고, 필터하우징에 이온이 공급되는 것을 특징으로 하는 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이로 전류를 공급하는 전원이 연결된 것을 특징으로 하는 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 유량싱성기와 증기발생 탱크 사이에 체크밸브가 연결된 것을 특징으로 하는 시스템.
8. 제1항에 있어서, 증기발생탱크에서 증기를 받는 기기가 연결되고, 이 기기는 증기발생탱크에서 생산된 증기를 사용하는 것을 특징으로 하는 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 증기발생탱크가 제1 엔드캡과 제2 엔드캡을 갖고, 제1 전극은 제1 단부와 제2 단부를 갖는 관형 하우징을 포함하며, 상기 관형 하우징은 도체를 포함하고, 상기 제1 엔드캡이 관형 하우징의 제1 단부에 연결되며, 제2 엔드캡은 관형 하우징의 제2 단부에 연결되고, 제1 엔드캡과 제2 엔드캡이 모두 부도체로 이루어진 것을 특징으로 하는 시스템.
10. 제9항에 있어서, 상기 제2 전극이 하우징 내에 위치하고 내경을 가지며, 제2 전극의 외경은 하우징의 내경보다 작아서 제1 전극과 하우징 사이에 전해액이 들어가는 간극부가 형성되며, 제1 전극과 제2 전극 사이를 흐르는 전류가 간극부내의 전해액을 통과하면서 전해액을 가열하는 것을 특징으로 하는 시스템.
11. 제10항에 있어서, 상기 증기발생탱크에 팽창실이 있고, 이 팽창실은 제1 전극과 제2 전극중의 적어도 하나의 위로 뻗어 전해액의 가열에서 생긴 증기가 팽창실로 들어가는 것을 특징으로 하는 시스템.
12. 제10항에 있어서, 상기 제2 전극이 원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
13. 제1항에 있어서, 상기 증기발생탱크가 하우징과 커버를 갖고, 이 하우징은 측벽과 바닥을 가지며 부도체로 이루어지고, 상기 커버는 하우징에 분리 가능하게 연결되고, 커버와 하우징 사이에 물이 새는 것을 방지하는 가스켓이 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
14. 제13항에 있어서, 상기 제1 전극과 제2 전극이 사각형인 것을 특징으로 하는 시스템.
15. 제14항에 있어서, 상기 제1 전극과 제2 전극 중의 적어도 하나의 바닥을 따라 전해질이 통과하는 노치가 형성된 것을 특징으로 하는 시스템.
16. 제1 전극과 제2 전극을 갖는 증기발생탱크를 포함하고 전해액에서 증기를 발생시키는 시스템에 있어서:
    상기 제1 전극과 제2 전극은 증기발생탱크에 공급된 전해액과 접촉하며, 제1 전극과 제2 전극이 AC 전원에 연결되었을 전해액을 통해 제1 전극과 제2 전극 사이에 전류가 흐르고, 이 전류가 전해액을 가열하여 증기를 생성하며, 증기발생탱크 내부의 모든 전해액이 증기로 바뀌면 전류 흐름이 자동으로 중단되는 것을 특징으로 하는 시스템.
17. 제16항에 있어서, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 흐르는 전류를 제어하는 전자식 컨트롤러가 없는 것을 특징으로 하는 시스템.
18. 제16항에 있어서, 전해액이 증기발생탱크에 있는 동안 제1 전극과 제2 전극사이에 전류를 공급하는 AC 전원과의 연결을 끊거나 연결해 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템.
19. 제16항에 있어서, 공급라인, 신속결합 커플링 및 기기를 더 포함하고, 상기 기기는 공급라인과 신속결합 커플링을 통해 증기발생탱크로부터 증기를 받도록 연결되어 증기발생탱크에서 생산된 증기를 사용하는 것을 특징으로 하는 시스템.
20. 제16항에 있어서, 상기 제1 전극과 제2 전극이 연필형인 것을 특징으로 하는 시스템.
21. 제16항에 있어서, 전해액이 도전 불순물이 함유된 수돗물과 소금이 첨가된 수돗물 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
    

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