KR20160004491U - 스팀 생성 유닛 - Google Patents

Abstract

본 고안은 연속적으로 유입되는 물을 스팀으로 즉시 기화시켜 배출하는 스팀 생성 유닛과 관련되며, 실시예로 내부에 갇힌 공간을 구비하는 하우징, 상기 갇힌 공간의 둘레에 설치되어 상기 갇힌 공간의 주변부를 가열하는 적어도 하나의 히터, 상기 갇힌 공간 내에 물을 공급하는 주입관부 및 상기 갇힌 공간 내에서 기화된 스팀이 배출되는 토출관부를 포함하고, 상기 주입관부를 통해 상기 갇힌 공간 안으로 주입된 물이 상기 갇힌 공간의 내벽에 충돌하며 기화하여 스팀이 생성되는 스팀 생성 유닛을 제시한다.

Description

스팀 생성 유닛{Steam Generator}

본 고안은 연속적으로 유입되는 물을 스팀으로 즉시 기화시켜 배출하는 스팀 생성 유닛과 관련된다.

소형 장치 내에서 스팀 생성하는 종래의 방식은, 저수 탱크에 담긴 물을 히터를 통해 가열하여 기화시키는 방식(대한민국 등록특허 제10-0662390호, '증기발생장치, 증기발생장치의 제어방법, 이를 이용한 청소기 및 청소기의 제어방법') 또는 히터로 가열되는 긴 유로에 물을 공급하여, 유로를 통과하는 과정 중에 물을 기화시켜 증기를 생성하는 방식(대한민국 공개특허 제10-2013-0047999호, '스팀 해빙기')가 있다.

저수 탱크 방식은 일정량의 물을 끓어야 하므로 히터 가열로부터 초기 스팀 배출까지의 시간이 오래 걸리며, 저장된 물을 사용한 다음에는 상온수로 다시 내부를 채워야 하므로 연속적인 사용이 불가능한 단점이 있다. 그러나 저수 탱크식은 구성이 단순하고 제어 요소가 많이 아니하므로 제작의 용이성과 고장이 적은 장점이 있다.

가열된 긴 유로 방식은 펌프에 의한 연속적인 물공급과, 연속적인 기화로 스팀의 연속적인 토출이 가능한 장점이 있지만, 유로 내부의 압력 조절이 어려운데, 이는 유로를 가열하는 히터의 온도, 펌프에서 공급되는 유량, 사출되는 스팀량 등 다양한 변수가 유로 내부의 압력 변화에 영향을 미치기 때문이다. 특히 사출건의 조작으로 스팀이 언제 얼마나 배출되는지는 사용자의 사용 패턴에 따라 달라지는 것이기 때문에 미리 예측하기가 거의 불가능하다. 이러한 사정으로 가열된 긴 유로 방식은 다양한 압력과 온도를 가지는 스팀을 발생시키기가 어려운 단점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2013-0047999호 (2013.05.09) 대한민국 등록특허 제10-0662390호 (2006.12.21)

본 고안은 물을 즉시 기화시켜 스팀을 생성할 수 있는 스팀 생성 유닛을 제시한다. 또한 스팀 생성 유닛의 제작의 편의성과, 오랜 수명을 가질 수 있게 한다.

그 외 본 고안의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

위 과제를 해결하기 위하여 본 고안은 실시예로 내부에 갇힌 공간을 구비하는 하우징, 상기 갇힌 공간의 둘레에 설치되어 상기 갇힌 공간의 주변부를 가열하는 적어도 하나의 히터, 상기 갇힌 공간 내에 물을 공급하는 주입관부 및 상기 갇힌 공간 내에서 기화된 스팀이 배출되는 토출관부를 포함하고, 상기 주입관부를 통해 상기 갇힌 공간 안으로 주입된 물이 상기 갇힌 공간의 내벽에 충돌하며 기화하여 스팀이 생성되는 스팀 생성 유닛을 제시한다.

한편 상기 갇힌 공간의 내면에는 요철이 형성될 수 있다.

또 상기 갇힌 공간에는 상기 주입관부로 주입된 물을 방사하는 노즐이 구비될 수 있다. 이때 상기 노즐은 상기 토출관부의 토출구로부터 멀리 떨어진 상기 갇힌 공간의 측벽을 향하여 물을 토출할 수 있다.

본 고안에 따르면 물의 기화가 제한된 공간 내에서 짧은 시간 내에 이루어짐으로써 스팀 생성 유닛 내로 유입되는 물량의 변화나 사용자에 의해 소모되는 스팀의 불규칙한 토출량 변화에도 불구하고 스팀 발생이 온전히 이루어질 수 있게 된다.

그 외 본 고안의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 고안을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

도 1은 본 고안의 실시예에 따른 스팀 생성 유닛의 개략적인 사시도.
도 2는 도 1의 실시예를 분해하여 나타낸 사시도.
도 3은 도 1의 실시예를 정면에서 바라본 단면도.
도 4는 도 1의 실시예를 평면에서 바라본 단면도.
도 5는 본 고안의 다른 실시예들을 나타낸 단면도.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 고안에 따른 스팀 생성 유닛의 구성, 기능 및 작용을 설명한다. 단, 도면들에 걸쳐 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 도면번호는 통일하여 사용하기로 한다.

첨부된 도면은 본 고안이 적용된 실시예를 나타낸 것으로, 본 고안의 기술적 사상을 첨부된 도면을 통하여 제한 해석해서는 아니된다. 이 기술분야에 속하는 전문가의 견지에서 도면에 도시된 일부 또는 전부가 고안의 실시를 위하여 필연적으로 요구되는 형상, 모양, 순서가 아니라고 해석될 수 있다면, 이는 청구범위에 기재된 고안의 기술적 특징을 한정하지 아니한다.

도 1 내지 도 4는 본 고안의 실시예에 따른 스팀 생성 유닛과 관련된다.

실시예에 따른 스팀 생성 유닛(100)은 하우징(10), 히터(30), 주입관부(40) 및 토출관부(50)를 포함한다.

하우징(10)은 원통형상으로 도시되어 있지만, 다른 실시예에서 다각형 기둥 형태, 구 형태 등 다양하게 변경될 수 있다. 히터(30)에 의해 높은 온도로 가열되는 부재이므로, 하우징(10)은 알루미늄과 같은 금속으로 제작되는 것이 바람직하다.

도 2 내지 도 4를 참고하면, 하우징(10)의 내부에는 갇힌 공간(S)이 형성되어 있다. 도시된 실시예에서 갇힌 공간(S)은 원통형 디스크 형상이고, 주입관부(40)와 토출관부(50)를 제외하고는 밀폐된 공간이다. 갇힌 공간의 형상은, 도시된 원통형 공간 외에 육면체 등 다양하게 변경될 수 있다.

도 1 내지 도 4에 도시한 실시예에서 하우징(10)은, 상부케이싱(11), 하부케이싱(12), 상부케이싱(11)과 하부케이싱(12) 사이에 개재되는 개스킷(13) 및 상부케이싱(11)과 하부케이싱(12)을 결속시키기 위한 결속부재(20)를 포함한다. 상부케이싱(11)의 바닥으로부터 오목하게 형성한 홈과, 하부케이싱(12)의 상면에 형성한 홈이 서로 합치되어 갇힌 공간(S)이 된다.

상부케이싱(11)과 하부케이싱(12)의 각 상면 둘레에는 결속부재(20)의 결합을 위한 복수의 조립홀(10a)이 형성되어 있다. 결속부재(20)는 나사봉(21)과 너트들(22)을 포함하며, 하우징(10)의 중심에서 방사상으로 결속부재(20)를 체결함으로써 상부케이싱(11)과 하부케이싱(12)이 견고하게 고정된다.

도시된 실시예에서 나사봉(21)은 하부케이싱(12)의 아래로 길게 돌출되어 있는데, 이 나사봉(21)을 이용하여 스팀장치(도시 생략)의 내부에 스팀 생성 유닛을 장착할 수 있다. 하부케이싱의 아래로 돌출된 나사봉(21)에 너트(22)를 체결함으로써 스팀장치의 바닥으로부터 이격되게 스팀 생성 유닛을 고정할 수 있게 된다.

개스킷(13)은 석면 등 내열성이 우수한 재질로 제작되며, 상부케이싱(11)과 하부케이싱(12) 사이에 개재되어 갇힌 공간(S)을 외부로부터 기밀시킨다.

한편 상부케이싱(11)과 하부케이싱(12)에는 가장자리 둘레를 따라 복수의 히터홀(10b)이 형성되고, 히터홀(10b)에는 긴 원통 형상의 히터(30)가 장착된다.

히터(30)는 갇힌 공간(S)의 둘레를 따라 4개가 배치되는데, 도시하지 아니한 다른 실시예에서 히터의 수는 달라질 수 있다. 히터들에 전원을 공급하여 발열시키면, 히터들(30)은 하우징(10)을 가열시키고, 그에 따라 갇힌 공간(S) 또한 함께 가열된다. 갇힌 공간(S) 내에 주입되는 물을 즉시 기화시키기 위하여 하우징(10)은 대략 140℃로 가열된다. 또 몇몇 단계로 설정된 작동 모드에 따라 더 높은 온도로 하우징이 가열될 수도 있다.

상부케이싱(11)에는 갇힌 공간(S)과 연통되는 2개의 홀이 형성되고, 어느 한 홀은 주입관부(40)로써 물을 공급하는 통로로 사용되고, 나머지 한 홀은 토출관부(50)로써 갇힌 공간 내에서 생성된 스팀을 배출하는 데에 사용된다.

주입관부(40)와 토출관부(50)는 갇힌 공간(S)의 천장과 연통되어 있어, 갇힌 공간(S) 내에 어느 정도 물이 머물더라도 토출관부(50)로 물이 배출되지 않도록 구성하고 있다.

도 3과 도 4를 참고하면, 갇힌 공간(S)에는 주입관부(40)로 주입된 물을 방사하는 노즐(41)이 구비되어 있다. 갇힌 공간 내에는 주입관부(40)로부터 이어지는 긴 노즐(41)이 장착되고, 노즐(41)의 끝단에는 분사구(411)가 갇힌 공간(S)의 측벽(S1)을 향하도록 형성되어 있다. 따라서 주입관부(40)로 유입되는 물은 노즐(41)에 의해 갇힌 공간(S)의 측벽(S1)과 충돌하게 된다.

도 4를 참고하면, 평면 상에서 볼 때에, 주입관부(40)에 토출관부(50)는 갇힌 공간(S)의 중심으로부터 편심되게 형성되어 있다. 노즐의 분사구는 주입관부(40)와 가까운 갇힌 공간(S)의 측벽(S1)을 향하여 물을 방사함에 따라, 토출관부(50)의 토출구로부터 멀리 떨어진 갇힌 공간의 측벽(S1)을 향하여 물이 토출된다.

주입관부(40)로 유입되는 물은 펌프(P)에 의해 가압된 것이고, 노즐(41)에 의해 넓게 방사됨으로써 물방울을 작게 하여 기화가 촉진된다.

또 갇힌 공간(S)에서 가장 온도가 높은 곳은 히터(30)와 인접하는 측벽(S1)이고, 갇힌 공간(S)으로 들어온 물이 측벽(S1)에 처음 충돌함으로써 곧바로 기화될 수 있게 된다.

또 스팀이 빠져나가는 토출관부(50)와 반대 방향으로 물을 분사시킴에 따라 기화가 이루어질 시간을 충분히 벌 수 있게 되므로, 사용자의 펌프 세팅에 따라 다량의 물이 빠르게 갇힌 공간(S)으로 유입되더라도 물을 증기로 온전히 기화시킬 수 있게 된다. 이로써 사출건으로 최종 토출되는 스팀의 질이 개선된다.

생략 가능한 추가적인 구성으로 갇힌 공간의 내면에는 요철(121)이 형성된다. 도 2에서 하부케이싱(12)의 홈 바닥에는 사각 형상의 요철(121)이 다수가 돌출되어 있다. 도시하지 아니하였으나 요철은 갇힌 공간의 천장이나 측벽에도 형성될 수 있다.

요철(121)은 측벽(S1)을 맞고 튄 물방울이 접촉할 수 있는 면적을 증대시킨다. 그 결과 보다 넓은 면적에서 빠르게 기화가 이루어지게 돕는다. 특히 갇힌 공간(S)의 바닥에 형성된 요철(121)은, 바닥으로 내려간 물방울이 접촉하는 가열된 바닥 면적을 증대시킴으로써 빠른 기화를 촉진시킨다.

도면에서 요철(121)의 형상은 육면체 블록 형태로 제시하고 있지만, 도시하지 아니한 다른 실시예에서 다양한 입체적 형상으로 대체될 수 있다.

도 5에는 다른 실시예들에 따른 스팀 생성 장치의 하우징들을 도시하고 있다.

도 7의 (a)는 전술한 실시예와 마찬가지로 상부케이싱(11)과 하부케이싱(12)으로 나누고, 그 사이에 개스킷(13)을 장착한 하우징(10)과 관련된다. 다만 상부케이싱(11)에 홈을 깊게 형성하여 갇힌 공간의 높이를 충분히 구현하였고, 하부케이싱(12)에서 상면 중앙부에 형성한 요철(121)을 제외하고는 평탄한 면으로 형성하고 있다. 이러한 하우징(10)은 제작이 용이하고, 노즐에서 분사되는 물이 갇힌 공간의 측벽과 온전히 충돌하게 되는 장점이 있다.

도 7의 (b)에 도시한 실시예의 하우징(10)은 중앙에 큰 홀이 형성된 원통체(14)와, 홀의 상부와 하부에 각기 삽입되어 고정되는 상, 하부마감블록을 포함한다.

상부마감블록(15)과 하부마감블록(16)은 원통체(14)에 열 박음으로 1차 결합되며, 원통체(14)의 트림 처리된 단부와 상, 하부마감블록의 단부의 트림 처리된 단부가 만나 형성되는 깊은 골에 용접으로 더욱 견고하게 원통체에 상,하부마감블록을 고정시킨다. 도 7의 (b)에서 하우징의 상면과 하면에서 깊은 골은 슬래그(L)가 덮고 있다.

열 박음과 용접으로 하우징을 일체화 할 수 있어 하우징을 매우 견고하게 구성할 수 있다. 또한 하부마감블록 위에 복잡한 형상의 요철을 절삭가공을 통해 성형하기가 유리하다.

도 7의 (c)에 도시한 실시예의 하우징은 바닥으로부터 형성한 깊은 중앙홀을 가지는 메인바디(17)와, 중앙홀의 하단부에 결합되어 중앙홀의 내부에 갇힌 공간을 형성하는 부속블록(18)을 포함한다. 부속블록(18)은 열 박음과 용접을 통해 메인바디(17)에 고정된다.

도 7의 (b)와 (c)의 실시예에서 히터홀(10b)은 일체로 형성됨에 따라 히터를 올바르게 장착하기 위해 상하의 히터홀을 맞추어야 하는 번거로움이 생략된다.

도 3을 참고하면, 본 고안에서 히터(30)는 전류제어장치(C)를 통해 전원을 공급받으며, 전류제어장치(C)는 스팀장치의 조작 패널(도시 생략)에 의해 작동이 제어된다. 익히 알려진 바와 같이 히터(30)는 하우징의 온도가 설정된 범위 안에 머물도록 온-온프 제어될 수 있다.

히터(30)의 작동에 의해 하우징(10)이 충분히 가열되어 스팀 생성이 가능한 상태가 되면, 사용자는 사출건(G)의 트리거를 당김 조작하고 그에 따라 펌프(P)가 작동된다. 펌프(P)에서 가압된 물은 주입관부(40)와 노즐을 통과하여 갇힌 공간(S) 내로 작은 물방울로 넓게 방사되고, 갇힌 공간(S)의 내면에 물방울이 충돌하면서 급격히 기화된다. 생성된 스팀은 토출관부(50)를 따라 사출건(G)으로 배출된다.

사출건(G)의 트리거를 해제하면 펌프(P)의 작동이 중지되고, 갇힌 공간 내로 들어오는 잔여 물은 기화된 후 사출건(G)으로 배출됨으로써 갇힌 공간(S)은 비워지게 된다.

이렇게 스팀장치의 사용이 종료된 후 갇힌 공간 내에 고인 물이 없게 되므로 겨울철 동파에 의한 하우징의 손상 우려가 없다. 또한 가열된 빈 갇힌 공간 내로 물이 들어오자마자 곧바로 기화되므로 사출건의 단속적인 사용에도 불구하고 높은 품질의 스팀을 얻을 수 있다.

100 : 스팀 생성 유닛
10 : 하우징 S : 갇힌 공간 S1 : 측벽
11 : 상부케이싱 12 : 하부케이싱 121 : 요철
10a : 조립홀 10b : 히터홀 13 : 개스킷
14 : 원통체 15 : 상부마감블록 16 : 하부마감블록 L : 슬래그
17 : 메인바디 18 : 부속블록
20 : 결속부재 21 : 나사봉 22 : 너트
30 : 히터
40 : 주입관부 41 : 노즐 411 : 분사구
50 : 토출관부
P : 펌프 G : 사출건 C : 전류제어장치

Claims (4)

1. 내부에 갇힌 공간을 구비하는 하우징,
   상기 갇힌 공간의 둘레에 설치되어 상기 갇힌 공간의 주변부를 가열하는 적어도 하나의 히터,
   상기 갇힌 공간 내에 물을 공급하는 주입관부 및
   상기 갇힌 공간 내에서 기화된 스팀이 배출되는 토출관부를 포함하고,
   상기 주입관부를 통해 상기 갇힌 공간 안으로 주입된 물이 상기 갇힌 공간의 내벽에 충돌하며 기화하여 스팀이 생성되는 것을 특징으로 하는
   스팀 생성 유닛.
2. 제1항에서,
   상기 갇힌 공간의 내면에는 요철이 형성되어 있는
   스팀 생성 유닛.
3. 제1항에서,
   상기 갇힌 공간에는 상기 주입관부로 주입된 물을 방사하는 노즐이 구비되어 있는
   스팀 생성 유닛.
4. 제3항에서,
   상기 노즐은 상기 토출관부의 토출구로부터 멀리 떨어진 상기 갇힌 공간의 측벽을 향하여 물을 토출하는
   스팀 생성 유닛.

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