KR20150114390A - 스팀가드 - Google Patents

Abstract

스팀가드가 개시된다. 본 발명에 따른 스팀가드는, 스팀배관과 연결되는 본체; 상기 본체로 포집되는 응축수를 배출하도록 상기 본체와 응축수배출관을 연결하는 응축수 배출유닛; 및 상기 응축수 배출유닛에 결합되어 응축수 유속을 증가시켜 배출시키는 노즐;을 포함하며, 상기 노즐은, 원통형상으로 이루어져 양단에 형성된 제1,2개구부가 관통되도록 내부에 통로가 형성된 바디를 포함하고, 상기 바디는, 제1개구부의 외측에는 바디 보다 외경이 크게 확장되어 걸림턱이 형성되고, 상기 걸림턱과 이격되어 바디의 외주면 일측에 칩유입홈이 형성되며, 내부 통로의 내주벽에는 제1개구부로부터 직경이 단계적으로 축소되어 다단의 감압부가 형성되고, 제2개구부로 갈수록 직경이 단계적으로 확대되어 다단의 중압부 및 상기 감압부와 중압부 사이에 형성되는 평탄부를 포함하여 구성된다.

Description

스팀가드 {SteamGard}

본 발명은 스팀가드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산업 분야의 열사용 설비에서 운영중 발생하는 응축수를 효율적으로 배출하는 스팀가드에 관한 것이다.

일반적으로 증기(스팀, Steam)를 사용하는 생산설비, 열교환기, 스팀 배관설비 등에서 스팀(증기)을 이송하는 배관은 고온, 고압의 증기에 의해 이송배관의 내부와 외부의 온도차이가 크게 발생하고, 이러한 온도 차이에 의하여 이송배관 내에 결로수 또는 응축(凝縮)수가 생성된다

결로수 또는 응축수는 스팀의 이송 중 스팀과 함께 이송되면서 증기이송배관을 타격하여 증기이송배관에서 많은 소음이 발생되는 워터해머(Water Hammer)의 원인이 되며 또한, 열 효율을 저하시키는 원인이 된다.

이러한 응축수의 제거를 위하여 증기이송배관에 스팀트랩이 설치된다.

스팀트랩(Steam Trap)은 다음의 두 가지 필연적인 모순 아닌 모순(취약점을) 가지고 있다.

첫째는 스팀트랩은 반드시 기계적인 작동 부위를 가지고 있다. 둘째는 스팀트랩은 연간 15%∼25%의 고장이 난다. 이 스팀트랩이 가지고 있는 이 두 가지의 특성은 열사용 시스템에 있어서 에너지의 과도한 누출, 생산 설비의 능력저하, 공정의 불안, 보전비 증가 등의 문제를 발생시킨다.

이러한 문제는 스팀트랩을 사용하는 모든 공장에서 공감을 하고 있는 것이다.

이론적으로 가장 이상적인 응축수의 배출 방법은 연속적인 배출이다.

이에 응축수를 발생 즉시 연속적으로 완전하게 배출할 수 있도록 스팀가드가 출시된 바 있다.

스팀가드는 증기이송배관의 응축수(결로수)를 증기이송배관의 외부에 자동 배출하는 것으로 볼후로트 방식, 디스크 방식, 바이메탈 방식, 버킷 방식, 오리피스 방식 등 다양한 방식의 기술이 개시된 바 있다.

오리피스 방식의 스팀가드는 배출되는 응축수가 오리피스 홀을 점유한 상태가 유지되는 형상으로 구성되어 스팀의 외부 누출을 막는 방식으로 운영된다.

오리피스 방식은 스팀의 누출을 극소화하고, 작동구가 필요 없으며, 발열면적이 작고, 가열체에 대한 열전달율이 향상되는 등의 이점으로 인해 경제적 효과가 큰 장점이 있다.

국내 등록특허 10-1376727호 및 동 10-1422733호에는 스팀가드가 개시된 바 있다.

그러나 상기와 같은 종래 기술의 오리피스 스팀가드는 직경이 작은 오리피스 홀(구멍)의 가공이 비교적 어려워 생산성이 저하될 뿐만 아니라, 오리피스 구멍의 크기를 변경하기 위해서는 오리피스 스팀가드 전체를 교체하여야 하므로 운용, 유지보수비용이 상승하는 문제점이 있다.

또한 응축수의 배출이 늦어지고 완전하게 이루어지지 않아 일부 남아 있게 되는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 에너지 효율이 증대되고, 보존비가 저감되며 생산성이 향상될 수 있도록 한 스팀가드를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 스팀배관과 연결되는 본체; 상기 본체로 포집되는 응축수를 배출하도록 상기 본체와 응축수배출관을 연결하는 응축수 배출유닛; 및 상기 응축수 배출유닛에 결합되어 응축수 유속을 증가시켜 배출시키는 노즐;을 포함하며, 상기 노즐은, 원통형상으로 이루어져 양단에 형성된 제1,2개구부가 관통되도록 내부에 통로가 형성된 바디를 포함하고, 상기 바디는, 제1개구부의 외측에는 바디 보다 외경이 크게 확장되어 걸림턱이 형성되고, 상기 걸림턱과 이격되어 바디의 외주면 일측에 칩유입홈이 형성되며, 내부 통로의 내주벽에는 제1개구부로부터 직경이 단계적으로 축소되어 다단의 감압부가 형성되고, 제2개구부로 갈수록 직경이 단계적으로 확대되어 다단의 중압부 및 상기 감압부와 중압부 사이에 형성되는 평탄부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스팀가드에 의해 달성될 수 있다.

상기 감압부는, 상기 제1개구부에 인접되며 상기 통로의 내주면 일측에 형성되어 1차 감압시키는 제1환턱; 상기 제1환턱에 이어지며 상기 통로의 내주면 일측에 형성되고, 제1환턱 보다 직경이 작게 형성되어 2차 감압시키는 제2환턱;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 평탄부는 상기 제2환턱에 이어지며 상기 통로의 내주면 일측에 형성되고, 제2환턱보다 직경이 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 중압부는 상기 평탄부에 이어지며 상기 통로의 내주면 타측에 형성되고, 평탄부 보다 직경이 크게 형성되는 제3환턱; 상기 제3환턱에 이어지며 상기 통로의 내주면 타측에 형성되고, 제3환턱 보다 직경이 크게 형성되어 제2개구부에 연결되는 제4환턱;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 에너지 효율이 증대되고, 보존비가 저감되며 생산성이 향상될 수 있는 효과가 있다.

즉, 에너지 효율 증대 : 5-30%, 보전비 저감 : 60%이상, 생산성 향상 : 최대 18%, 품질 및 공정의 안정, 지속적이고도 효과적인 사후처리, 확실한 제품 성능 보장이 제공될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스팀가드를 나타낸 분해사시도,
도 2는 본 발명에 따른 스팀가드의 결합된 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 스팀가드에서 '응축수 배출유닛'과 '노즐'을 나타낸 일부 분해사시도,
도 4는 본 발명에 따른 스팀가드에서 '응축수 배출유닛'과 '노즐'을 나타낸 결합된 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 스팀가드에서 '노즐'을 나타낸 확대 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 스팀가드에서 '노즐'을 나타낸 단면 사시도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 설명될 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있으며, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 함을 밝혀둔다.

첨부된 도면 중에서, 도 1은 본 발명에 따른 스팀가드를 나타낸 분해사시도, 도 2는 본 발명에 따른 스팀가드의 결합된 단면도, 도 3은 본 발명에 따른 스팀가드에서 '응축수 배출유닛'과 '노즐'을 나타낸 일부 분해사시도, 도 4는 본 발명에 따른 스팀가드에서 '응축수 배출유닛'과 '노즐'을 나타낸 결합된 단면도, 도 5는 본 발명에 따른 스팀가드에서 '노즐'을 나타낸 확대 단면도, 도 6은 본 발명에 따른 스팀가드에서 '노즐'을 나타낸 단면 사시도이다.

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스팀가드(A)는,

스팀배관과 연결되는 본체(110);

상기 본체(110)로 포집되는 응축수를 배출하도록 상기 본체(110)와 응축수배출관을 연결하는 응축수 배출유닛(120); 및

상기 응축수 배출유닛(120)에 결합되어 응축수 유속을 증가시켜 배출시키는 노즐(200);을 포함하여 구성된다.

본체(110)는 유입구가 스팀배관(미도시)에 연결되고 배출구는 응축수 배출유닛(120)이 연결된다. 또한, 이상 압력 발생시는 내부에서 포집된 응축수를 제거하거나 내부의 압력을 외부로 배출시키는 분기구(111)를 구비한다. 이때, 분기구(111)에는 블로다운밸브(미도시)를 연결할 수 있다.

또한, 본체(110)는 유입되는 스팀과 응축수에 포함되는 이물질이 응축수 배출유닛(120)으로 유입되는 것을 방지하기 위하여 분기구(111)에 스트레이너(113)를 삽입 설치한다.

분기구(111)는 스트레이너(113)의 고정과 상기 블로다운밸브의 연결을 위하여 연결구(115)가 결합된다.

스트레이너(113)는 일단이 본체(110)의 내부에 밀착되고, 타단은 연결구(115)에 의해 고정상태로 지지된다.

상기 응축수 배출유닛(120)은 중심부에 오리피스 결합홀(122)이 형성되고, 상기 오리피스 결합홀(122)의 양단에 인입부(180)와 인출부(190)가 각기 형성되며, 인입부(180)의 외측, 즉 외주면에는 나사산이 형성되어 본체(110)와 나사 결합된다.

인출부(190)의 타측 내주면에도 나사산이 형성되고, 여기에 응축수배출관(미도시)이 나사결합된다.

인입부(180)는 응축수의 감압이 점진적으로 실시될 수 있도록 내부로 갈수록 그 직경이 단계적으로 축소되는 다단의 환형 단턱으로 형성되는데 도시된 바와 같이, 3단의 환형 단턱으로 구성되며, 최외측으로부터 제1환형 단턱(181), 제2환형 단턱(182), 가장 작은 직경을 제3환형 단턱(183)으로 정한다.

인출부(190)는 노즐(200)을 통과하여 배출되는 응축수의 압력이 점진적으로 증가되도록 그 직경이 단계적으로 넓어지는 다단홀 형상이다.

상기 노즐(200)은, 원통형상으로 이루어져 양단에 형성된 제1,2개구부(210)(220)가 관통되도록 내부에 통로가 형성된 바디(270)를 포함한다.

상기 바디(270)는, 제1개구부(210)의 외측에는 바디 보다 외경이 크게 확장되어 걸림턱(212)이 형성되고, 상기 걸림턱(212)과 이격되어 바디(270)의 외주면 일측에 칩유입홈(214)이 형성되며, 내부 통로의 내주벽에는 제1개구부(210)로부터 직경이 단계적으로 축소되어 다단의 감압부(240)가 형성되고, 제2개구부(220)로 갈수록 직경이 단계적으로 확대되어 다단의 중압부(260) 및 상기 감압부(240)와 중압부(260) 사이에 형성되는 평탄부(250)를 포함하여 구성된다.

상기 바디(270)의 외주면은 제1개구부(210) 측보다 제2개구부(220) 측의 외경이 축소되어 가상의 수평선을 기준으로 1~2도의 경사각(θ)을 갖는다.

따라서 제2개구부(220) 측부터 오리피스 결합홀(122)에 억지 끼움으로 결합시키고, 제1개구부(210) 측의 외주가 오리피스 결합홀(122)에 강하게 밀착되어 끼워지면서 발생되는 칩은 칩유입홈(214)으로 수용되도록 하여 걸림턱(212)이 제3환형 단턱(183)에 안착될때까지 강한 억지끼움이 가능해질 수 있다.

상기 감압부(240)는 유입되는 응축수의 압력을 단계적으로 저감시킬 수 있도록 하기 위한 것으로, 상기 제1개구부(210)에 인접되며 상기 통로의 내주면 일측에 형성되어 1차 감압시키는 제1환턱(241); 상기 제1환턱(241)에 이어지며 상기 통로의 내주면 일측에 형성되고, 제1환턱(241) 보다 직경이 작게 형성되어 2차 감압시키는 제2환턱(242);을 포함하여 구성된다.

상기 평탄부(250)는 상기 제2환턱(242)에 이어지며 상기 통로의 내주면 일측에 형성되고, 제2환턱(242)보다 직경이 작게 형성된다.

상기 중압부(260)는 평탄부(250)를 통과한 응축수의 압력이 증가될 수 있도록 직경이 확대되는 것으로, 상기 평탄부(250)에 이어지며 상기 통로의 내주면 타측에 형성되고, 평탄부(250) 보다 직경이 크게 형성되는 제3환턱(263); 상기 제3환턱(263)에 이어지며 상기 통로의 내주면 타측에 형성되고, 제3환턱(263) 보다 직경이 크게 형성되어 제2개구부(220)에 연결되는 제4환턱(264);을 포함하여 구성된다.

여기서 상기 제1환턱(241)의 직경과 상기 제4환턱(264)의 직경은 동일하게 형성된다.

또한 상기 제2환턱(242)의 직경 보다 제3환턱(263)의 직경이 크게 형성된다.

[실시예]

도 5는 본 발명의 노즐의 형태와 규격을 보여주고 있다.

표 1에 명시된 규격은 d1,d2,d3,d4,ND로 정해지고, 여기서 결정된 규격에 의해 이상 유체 흐름(Two Phase Flow을 발생 시킬 수 있다.

도 5에 ND는 NO-01부터 NO-25 까지 25종의 규격을 보유하고, ND의 규격에 따라 d1,d2,d3,d4 가 결정되어 d1규격*25종, d2*25종, d3*25종, d4*25종 = 100종의 규격을 가지게 된다.

응축수 배출유닛은 규격별로,

B-Model : 15A-8종, 20A-15종, 25A-25종

R-Model : 15A-6종

B-Model-48종 + R-Model-6종 = 총 54종의 규격을 가지게 된다.

다시 도 5를 참고하면,

DP2 * d1 = √AV'1,

DP3 * d2 = √AV'2,

NDP * ND = √AV'+,

DP4 * d4 = √AV'4,

DP5 * d3 = √AV'3,으로 구분된다.

따라서 오리피스 유닛의 규격을 설계시 각 √AV'*25종 * 25종의 Size =총 625종의 설계가 되어야만이 표 1에서 SteamGard Model 1번 [SG-B-01] 이 만들어 지는 것이다.

스팀가드의 선정에는 스팀가드를 사용하고자 하는 설비에 대한 간단한 정보가 필요하다.

스팀가드의 선정에 필요한 정보는 다음의 사항을 이해하기 위하여 필요한 것이다.

a. 공정의 작업 조건 분석 : - 부하의 변동 범위

- 사용 압력 P1 및 배압P2 의 예측 △P

- 공정 운전상의 중요 관리 point (수분,온도,농도)

b. 설비의 특성 이해 : - 설비의 종류 및 구분

c. 문제점의 추적 및 개선 방향의 제시

- 현재 운전상의 문제점 (원단위, 공정 가동, 설비의 효율)

- 예상 투자비 및 투자시의 효과 - 향후의 진행 방안

-SteamGard Model 별 배출 용량표-

스팀가드 모델을 선정하기 위하여는 다음의 정보가 필요하다.

1) 개략적인 스팀 사용량 : - 최소 사용량 (kg/hr)

- 최대 사용량

2) 설비의 종류 : - 가동 특성을 해석하는 가장 중요한 자료다.

- "예" 섬유 건조용 실린더, 공기조화유닛(A.H.U), 건조기, 세탁소, 사우나

3) 사용하는 스팀의 압력 : - 콘트롤(control)을 하는 경우는 콘트롤 밸브 이후의 압력.

이상의 기본적인 자료가 조사가 되어지면 아주 쉽게 모델을 적용할 수가 있다.

응축수 배출유닛에 오리피스 유닛을 체결함으로서 스팀가드의 구성 Model SG-B-01이 제작 되고, 연이어 02-25번 까지 총 54종의 모델을 특징으로 생성된 54종의 모델은 표 1에 준하여 각각 선정 되어진다.

이때 선정 되어질수 있는 모델 번호는 △P- 0.35[kg/㎠]부터 35 [kg/㎠]까지 총 4,900가지의 환경에 맞는 사이즈를 선정할 수가 있다.

스팀을 사용하는 모든 열 설비에 스팀가드가 보유한 4,900종류의 적용은 일반적인 트랩으로 사용되는 모든 부분에 광범위하게 사용 할수 있다.

상술된 수식에 대한 부호의 정의는 다음과 같다.

d - 내경[Ø mm], D - 외경[Ø mm],

H - 외측 길이[mm], DP - 내측 길이[mm]

A - 단면적[㎡] P - 압력[kg/㎠]

T - 온도[℃] Q - 용량[kg/hr]

△P- 차압[kg/㎠] V - 속도[m/s]

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

110 : 본체 120 : 응축수 배출유닛
180 : 인입부 190 ; 인출부
200 : 노즐 210 ; 제1개구부
212 : 걸림턱 220 ; 제2개구부
240 : 감압부 241 : 제1환턱
242 : 제2환턱 250 : 평탄부
260 : 중압부 263 : 제3환턱
264 : 제4환턱 270 : 바디

Claims (8)

1. 스팀배관과 연결되는 본체;
   상기 본체로 포집되는 응축수를 배출하도록 상기 본체와 응축수배출관을 연결하는 응축수 배출유닛; 및
   상기 응축수 배출유닛에 결합되어 응축수 유속을 증가시켜 배출시키는 노즐;을 포함하며,
   상기 노즐은
   원통형상으로 이루어져 양단에 형성된 제1,2개구부가 관통되도록 내부에 통로가 형성된 바디를 포함하고,
   상기 바디는,
   제1개구부의 외측에는 바디 보다 외경이 크게 확장되어 걸림턱이 형성되고,
   상기 걸림턱과 이격되어 바디의 외주면 일측에 칩유입홈이 형성되며,
   내부 통로의 내주벽에는 제1개구부로부터 직경이 단계적으로 축소되어 다단의 감압부가 형성되고, 제2개구부로 갈수록 직경이 단계적으로 확대되어 다단의 중압부 및 상기 감압부와 중압부 사이에 형성되는 평탄부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스팀가드.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 감압부는
   상기 제1개구부에 인접되며 상기 통로의 내주면 일측에 형성되어 1차 감압시키는 제1환턱;
   상기 제1환턱에 이어지며 상기 통로의 내주면 일측에 형성되고, 제1환턱 보다 직경이 작게 형성되어 2차 감압시키는 제2환턱;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 스팀가드.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 평탄부는
   상기 제2환턱에 이어지며 상기 통로의 내주면 일측에 형성되고, 제2환턱보다 직경이 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 스팀가드.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 중압부는
   상기 평탄부에 이어지며 상기 통로의 내주면 타측에 형성되고, 평탄부 보다 직경이 크게 형성되는 제3환턱;
   상기 제3환턱에 이어지며 상기 통로의 내주면 타측에 형성되고, 제3환턱 보다 직경이 크게 형성되어 제2개구부에 연결되는 제4환턱;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 스팀가드.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제1환턱의 직경과 상기 제4환턱의 직경은 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 스팀가드.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 제2환턱의 직경 보다 제3환턱의 직경이 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 스팀가드.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 바디의 외주면은 제1개구부 측보다 제2개구부 측의 외경이 축소되어 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 스팀가드.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 응축수 배출유닛은
   중심부에 오리피스 결합홀이 형성되고,
   상기 오리피스 결합홀의 양단에 인입부와 인출부가 각기 형성된 것을 특징으로 하는 스팀가드.
   
   

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