KR20160004516U - 전기식 스팀생성장치 - Google Patents

Abstract

전기식 스팀생성장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기식 스팀생성장치는 본체와, 상기 본체를 통과하도록 마련된 수관과, 상기 수관을 가열하도록 상기 본체 내부에 설치되는 전기히터와, 상기 전기히터와 수관 주위의 상기 본체 내부에 채워지는 열 전달매체를 구비하고, 상기 수관은 직렬식으로 연결된 복수의 나선구간을 포함하고, 상기 나선구간들은 상기 본체 내부에 상하방향을 따라 복층 형태로 배열되며, 상기 전기히터는 복수의 그룹을 형성하되, 상기 전기히터 그룹에는 수평방향으로 뉘어진 상태로 나란하게 배열된 복수의 전기히터가 배정되고, 상기 개별 그룹은 상기 수관의 나선구간들 사이에 배치되도록 구성될 수 있다.

Description

전기식 스팀생성장치{electric type steam producing device}

본 고안은 전기식 스탬생성장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 히터와 수관의 배치구조를 개선하여 스팀생성 효율을 향상시킬 수 있도록 마련된 전기식 스팀생성장치에 관한 것이다.

스팀보일러 시스템은 난방기, 온풍기, 온수기 등으로 사용되도록 마련된 것으로, 통상 물공급장치와, 물공급장치를 통해 전달받은 물을 히터로 가열하여 스팀을 생성하는 스팀생성장치와, 스팀생성장치를 통해 생성된 스팀을 이용하여 열교환작용을 수행하도록 마련된 열교환장치를 구비한다.

이중 스팀생성장치는 전기식 히터를 채용한 것과 유류를 원료로 사용하는 것이 있는데, 전기식 히터를 구비하는 스탬생성장치의 경우, 유류를 원료로 사용하는 것들에 전반적으로 효율이 높고 경제적이어서 작물재배를 위한 온실이나, 공장과 같이 넓은 지역의 난방을 위한 스팀 보일러 시스템에 많이 사용되고 있다.

본 출원인을 통해 출원되어 등록된 한국 등록특허공보 제10-1292305호는 이와 같은 종래 전기식 스팀생성장치의 일례를 제시하고 있다.

상기 공보에 개시된 전기식 스팀생성장치는 물이 통과되도록 마련된 수관과, 전기히터를 구비한다. 수관은 주물과 같은 금속재질의 열 전달매체가 채워진 본체 내부공간을 코일모양의 나선형태로 통과하도록 설치되며, 전기히터는 수관을 통과하는 물을 가열하여 스팀을 생성하도록 본체 내부 수관의 인접부위에 본체의 상하 길이 방향을 따라 수직으로 설치된다.

이와 같은 종래 전기식 스팀생성장치의 구조에서는 전기히터의 열이 물보다 열전도율이 놓은 금속재질의 열 전달매체로 직접 전도되고, 계속해서 열 전달매체의 열이 금속재질로 마련된 수관으로 직접 전도되면서 수관 내부로 전달되는 전기히터의 열전도 효율이 향상됨에 따라 스팀생성 효율도 높일 수 있게 된다.

한국 등록특허공보 제10-1292305호

그러나 전기히터가 본체의 상하 길이방향을 따라 수직으로 세워지도록 배치된 종래 전기식 스팀생성장치는 전기히터로부터 상부 쪽으로 이동하는 열기를 스팀을 생성하는데 제대로 활용하기가 어려워 스팀생성 효율을 향상시키는데 한계가 있었다.

본 고안의 일 실시 예는 전기히터로부터 상부로 이동하는 열기를 스팀생성율을 높이는데 보다 효과적으로 활용할 수 있도록 마련된 전기식 스팀생성장치를 제공하고자 한다.

또한 전기히터와 수관의 배치구조를 개선하여 스팀생성 효율을 한층 더 향상시킬 수 있도록 마련된 전기식 스팀생성장치를 제공하고자 한다.

본 고안의 일 측면에 따르면, 본체와, 상기 본체를 통과하도록 마련된 수관과, 상기 수관을 가열하도록 상기 본체 내부에 설치되는 전기히터와, 상기 전기히터와 수관 주위의 상기 본체 내부에 채워지는 열 전달매체를 구비하는 전기식 스팀생성장치로써, 상기 수관은 직렬식으로 연결된 복수의 나선구간을 포함하고, 상기 나선구간들은 상기 본체 내부에 상하방향을 따라 복층 형태로 배열되며, 상기 전기히터는 복수의 그룹을 형성하되, 상기 전기히터 그룹에는 수평방향으로 뉘어진 상태로 나란하게 배열된 복수의 전기히터가 배정되고, 상기 개별 그룹은 상기 수관의 나선구간들 사이에 배치된 전기식 스팀생성장치가 제공될 수 있다.

상기 수관은 제1수관과 제2수관을 포함하고, 상기 나선구간은 수평 나선 형태를 이루되, 상기 제1수관에 마련된 복수의 제1나선구간과, 상기 제2수관에 마련된 복수의 제2나선구간을 포함하고, 상호 대응하는 상기 제1 및 제2나선구간은 같은 자리에 서로 중첩되도록 배치될 수 있다.

상호 중첩된 제1 및 제2나선구간은 내부를 통과하는 물의 흐름방향이 상호 반대로 형성되도록 마련될 수 있다.

상기 제1 및 제2나선구간은 입구위치와 출구위치 중 어느 하나가 중심부에 위치되고, 입구위치와 출구위치 중 나머지 다른 하나가 반경방향 외곽 쪽에 위치되도록 마련되되, 상호 중첩된 제1 및 제2나선구간의 입구위치와 출구위치의 위치는 상호 반대로 형성될 수 있다.

상호 인접한 상기 전기히터 그룹의 전기히터들은 상호 교차되는 방향으로 배열될 수 있다.

본 고안의 일 실시 예에 따른 전기식 스팀생성장치는 수평상태로 뉘어지도록 배치되는 전기히터들이 수평나선 형태로 본체의 길이방향을 따라 배열된 수관의 나선구간들 사이사이에 배치된다.

따라서 본 실시 예에 따르면, 전기히터로부터 상부로 이동하는 열기가 상부 쪽 수관의 나선구간들을 가열하는데 온전히 사용될 수 있게 되고, 본체 상부 쪽으로 갈수록 전기히터들로부터 가해지는 열기가 더해져 본체를 하부에서 상부 쪽으로 통과하면서 기화되어 본체 외부로 배출되는 스팀의 흐름을 더욱 원활하게 형성할 수 있게 되므로, 전기히터와 수관의 열전도 작용을 이용한 스팀의 생성효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 고안의 일 실시 예에 따른 전기식 스팀생성장치의 외관을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 고안의 일 실시 예에 따른 전기식 스팀생성장치에 있어서, 수관과 전기히터의 배치구조를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 고안의 일 실시 예에 따른 전기식 스팀생성장치에 있어서, 본체의 평단면 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 도 3을 절취선 A-A를 따라 절취한 후 화살표 방향에서 바라본 단면구조를 나타낸 것이다.
도 5는 본 고안의 일 실시 예에 따른 전기식 스팀생성장치에 있어서, 상호 중첩되도록 배치된 제1 및 제2나선구간의 구조를 발치 도시한 사시도로, 제1 및 제2나선구간을 따라 유동하는 유체의 흐름을 나타낸 것이다.

이하에서는 본 고안의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 고안의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 고안은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 고안을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

본 고안의 일 실시예에 따른 전기식 스팀생성장치는 스팀보일러 시스템에 채용되도록 마련된 것으로, 물을 전기히터(30)로 가열하여 스팀을 형성하도록 마련된 것이다.

스팀보일러 시스템은 전기식 스팀생성장치 외에 전기식 스탬생성장치로 물을 공급하기 위한 물공급장치(미도시)와, 전기식 스팀생성장치를 통해 형성된 스팀을 이용하여 열교환작용을 수행하도록 마련된 열교환장치(미도시)와, 시스템의 전반적인 제어를 위한 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 전기식 스팀생성장치는 본체(10)와, 본체(10)를 통과하도록 마련된 수관(20)과, 수관(20)을 가열하도록 본체(10) 내부에 설치되는 전기히터(30)와, 전기히터(30)와 수관(20) 주위의 상기 본체(10) 내부에 채워지는 열 전달매체(40)를 포함하도록 구성된다.

수관(20)은 도시되지 않은 물공급장치로부터 전달받은 물이 본체(10) 하부에서 상부 쪽으로 유동하면서 본체(10)를 통과하도록 물의 흐름을 안내하게 된다.

물공급장치(미도시)는 물을 펌핑하기 위한 펌프와, 공기압축기와, 혼합기를 구비하여 정량의 물을 공기와 혼합한 상태에서 수관의 저부 쪽으로 공급하도록 마련될 수 있다. 이와 같이 물을 공기와 일정비율로 혼합하여 수관(20) 쪽으로 공급하게 되면, 물의 기화속도를 높일 수 있게 된다.

본 실시 예의 경우, 수관(20)이 한 쌍으로 마련됨에 따라, 물공급장치(미도시)는 공기가 혼합된 물을 한 쌍의 수관(20) 쪽으로 분기하여 공급하도록 마련될 수 있다.

그리고 전기히터(30)는 본체(10) 내부 수관(20)을 가열하여 수관(20)을 따라 본체(10)를 통과하는 물을 스팀을 형성하도록 가열하게 된다.

이때 전기히터(30)의 열은 열전도율이 놓은 금속재질의 열 전달매체(40)로 직접 전도되고, 계속해서 열 전달매체(40)의 열은 수관(20)으로 전도되며, 이에 따라 수관(20)을 따라 본체(10)를 하부에서 상부 쪽으로 통과하는 물은 전기히터(30)와 열 전달매체(40)를 통해 전도된 열에 의해 스팀을 형성하여 본체(10) 외부로 배출되게 된다. 열 전도매체(40)는 알루미늄으로 마련될 수 있다.

전기식 스팀생성장치를 통해 형성된 스팀은 수관(20)을 통해 배출되어 열교환장치(미도시)로 전달된다. 열교환장치(미도시)는 스팀을 복수의 용도로 활용하기에 접합하도록 온수기와, 라디에이터 등을 포함하는 복수개로 구성될 수 있다.

전기식 스팀생성장치의 구성을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본체(10)는 육각의 밀폐된 통 형태로 마련될 수 있다. 본체(10)의 형태를 육각의 통 형태로 마련한 것은 후술하게 될 나선구간(21)의 형태와 수관(20)의 배치에 따른 본체(10)의 공간활용도를 높여 본체(10) 내부에 채워지는 열 전달매체(40)의 손실량을 최대로 억제하기 위한 것이다.

수관(20)은 스테인리스재질로써, 직렬식으로 연결된 복수의 나선구간(21)을 구비하는 파이프를 통해 마련될 수 있다. 복수의 나선구간(21)은 수관(20)의 양단 사이의 중도에 마련되며, 복수의 나선구간(21)들은 본체(10) 내부에 상하방향을 따라 복층 형태를 이루도록 배열될 수 있다.

수관(20)을 따라 유입된 물이 본체(10) 저부로부터 상부방향으로 유동하면서 스팀을 형성할 수 있도록 물공급장치(미도시)의 물은 수관(20)의 저부 쪽 단부를 통해 유입되어 수관(20) 상부 쪽 단부를 통해 본체(10) 외부로 배출되도록 할 수 있다.

전기히터(30)는 일자형 관 형태의 케이싱(31)과, 케이싱(31)에 수용되는 봉 형태의 열선(32)을 통해 구성될 수 있다. 수관(20)과의 열전도효과를 고려하여 케이싱(31)은 수관과 같은 스테인리스재질로 마련될 수 있다.

이러한 전기히터(30)는 복수의 그룹(300)을 이루도록 마련될 수 있으며, 하나의 그룹(300)에는 복수의 전기히터(30)가 배정될 수 있다. 각 전기히터 그룹(300)의 전기히터(30)들은 수평방향으로 뉘어진 상태에서 수평방향으로 상호 나란하도록 이격 배치될 수 있으며, 각각의 전기히터 그룹(300)은 수관(20)의 나선구간(21)들 사이에 배치되도록 마련된다.

따라서 이와 같은 전기식 스팀생성장치의 구조에서는 전기히터(30)로부터 상부로 이동하는 열기가 상부 쪽 수관(20)의 나선구간(21)들을 가열하는데 온전히 사용될 수 있게 되고, 각 전기히터 그룹(300)의 전기히터(30)들이 동일한 정도로 발열되도록 제어될 경우, 본체(10) 상부 쪽으로 갈수록 전기히터(30)들로부터 가해지는 열기가 더해져 본체(10)를 하부에서 상부 쪽으로 통과하면서 기화되어 본체(10) 외부로 배출되는 스팀의 흐름이 더욱 원활하게 형성될 수 있도록 하므로, 본 실시 예에 따르면 전기히터(30)와 수관(20)의 열전도 작용을 이용한 스팀의 생성효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

전기식 스팀생성장치를 통해 형성되는 스팀을 복수의 열교환장치(미도시)에 개별적으로 공급할 수 있도록 수관(20)은 제1수관(210)과 제2수관(220)을 포함하여 한 쌍으로 구성될 수 있다.

그리고 한 쌍의 제1 및 제2수관(210,220)을 통해 유동하는 물이 전기히터(30)를 통해 고르게 가열될 수 있도록 수관(20)의 나선구간(21)은 수평 나선 형태를 이루어 그 상부 또는 하부의 수평방향으로 배열되는 전기히터(30)들과 평행하게 배치될 수 있다.

나선구간(21)은 제1수관(210)에 마련된 복수의 제1나선구간(211)과, 제2수관(220)에 마련된 복수의 제2나선구간(221)을 포함할 수 있으며, 상호 대응하는 제1 및 제2나선구간(211,221)은 같은 자리에 서로 중첩되도록 배치될 수 있다. 따라서 상호 중첩된 제1 및 제2나선구간(211,221)은 전체적으로 동일평면 상에 위치된 상태가 되어 위쪽 또는 아래쪽 전기히터(30)들의 열을 상호 동일한 조건에서 전달받을 수 있게 된다.

또한 최초 수관(20)들에 물이 유입되는 시점에서 전기히터(30)들의 열기가 제1 및 제2수관(210,220)에 고르게 전도될 수 있도록 하기 위한 것으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 수관(20)은 상호 중첩된 제1 및 제2나선구간(211,221)을 통과하는 물의 흐름방향이 상호 반대로 형성되도록 마련될 수 있으며, 이에 따라 전기식 스팀생성장치는 스팀생성 효율을 더욱 높일 수 있게 된다.

이를 위해 제1 및 제2나선구간(211,221)은 입구위치와 출구위치 중 어느 하나가 중심부에 위치되고, 입구위치와 출구위치 중 나머지 다른 하나가 반경방향 외곽 쪽에 위치되도록 마련되며, 상호 중첩된 제1 및 제2나선구간(211,221)의 입구위치와 출구위치는 상호 반대로 형성될 수 있다.

수관(20)은 복수의 나선구간(21) 사이를 연결하는 연결부(22)를 구비하고, 연결부(22)는 본체(10) 내부의 공간활용도를 위해 전기히터 그룹(300)의 전기히터(30) 사이를 통해 상부와 하부의 나선수간(21) 사이를 연결시키게 되는데, 상기 나선구간(21)의 입구위치와 출구위치는 실제 수관의 입구나 출구 쪽이 아니라 해당 나선구간(21)으로 물이 유입되거나 해당 나선구간(21)을 경유하고 유출되는 연결부(22) 쪽 수관(20)의 위치를 가리킨다. 저부 쪽 나선구간(21)의 출구위치 상부는 그 상부 쪽 나선구간(21)의 입구위치가 되며, 반대로 저부 쪽 나선구간(21)의 입구위치 상부는 그 상부 쪽 나선구간(21)의 출구위치가 된다. 여기서 연결부(22)는 제1수관(210)의 제1나선구간(211)들 사이를 연결하는 제1연결부(212)와, 제2수관(220)의 제2나선구간(212)들 사이를 연결하는 제2연결부(222)를 포함할 수 있다.

또한 나선구간(21)을 따라 반경방향 외측에서 중심 쪽으로 유동하거나, 중심부에서 반경방향 외측으로 회전하면서 유동하는 물이 상호 평행한 상태로 나란하게 배열되는 전기히터 그룹(300)의 전기히터(30)들에 의해 보다 고르게 가열될 수 있도록 상호 인접한 상기 전기히터 그룹(300)의 전기히터(30)들은 상호 교차되는 방향으로 배열되도록 마련될 수 있다.

이와 같이 본 실시 예에 따른 전기식 스팀생성장치는 수평상태로 뉘어지도록 배치되는 전기히터(30)들이 수평나선 형태로 본체(10)의 길이방향을 따라 배열된 수관(20)의 나선구간(21)들 사이사이에 배치됨에 따라 전기히터(30)로부터 상부로 이동하는 열기가 상부 쪽 수관(20)의 나선구간(21)들을 가열하는데 온전히 사용될 수 있게 됨은 물론, 본체(10) 상부 쪽으로 갈수록 전기히터(30)들로부터 가해지는 열기가 더해져 본체(10)를 하부에서 상부 쪽으로 통과하면서 기화되어 본체(10) 외부로 배출되는 스팀의 흐름을 더욱 원활하게 형성할 수 있게 되므로, 전기히터(30)와 수관(20)의 열전도 작용을 이용한 스팀의 생성효율을 더욱 효과적으로 향상시킬 수 있게 된다.

아래에는 본 실시 예에 따른 전기식 스팀생성장치를 설치한 스팀보일러 시스템으로써, 농업용전기온풍난방기의 성적서를 보인 것이다. 이 성적서는 농업기계 기술지도검정 성적서로써, 본 출원인이 농업기술실용화재단에 의뢰하여 확인 받은 것이다.

본 성적서를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 본 실시 예에 따른 전기식 스팀생성장치가 채용된 농업용전기온풍난방기는 에너지이용 효율이 95.1%로 에너지 효울면에 있어서 기존 전기식 스팀생성장치를 채용한 경우보다 월등히 높게 평가 받은 바 있다.

10: 본체 20: 수관
30: 전기히터 31: 케이싱
32: 열선 40: 열 전달매체
210: 제2수관 211: 제1나선구간
220: 제2수관 212: 제2나선구간
300: 전기히터 그룹

Claims (5)

1. 본체와, 상기 본체를 통과하도록 마련된 수관과, 상기 수관을 가열하도록 상기 본체 내부에 설치되는 전기히터와, 상기 전기히터와 수관 주위의 상기 본체 내부에 채워지는 열 전달매체를 구비하는 전기식 스팀생성장치에 있어서,
   상기 수관은 직렬식으로 연결된 복수의 나선구간을 포함하고, 상기 나선구간들은 상기 본체 내부에 상하방향을 따라 복층 형태로 배열되며,
   상기 전기히터는 복수의 그룹을 형성하되, 상기 전기히터 그룹에는 수평방향으로 뉘어진 상태로 나란하게 배열된 복수의 전기히터가 배정되고, 상기 개별 그룹은 상기 수관의 나선구간들 사이에 배치된 전기식 스팀생성장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 수관은 제1수관과 제2수관을 포함하고,
   상기 나선구간은 수평 나선 형태를 이루되, 상기 제1수관에 마련된 복수의 제1나선구간과, 상기 제2수관에 마련된 복수의 제2나선구간을 포함하고,
   상호 대응하는 상기 제1 및 제2나선구간은 같은 자리에 서로 중첩되도록 배치된 전기식 스팀생성장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상호 중첩된 제1 및 제2나선구간은 내부를 통과하는 물의 흐름방향이 상호 반대로 형성되도록 마련된 전기식 스팀생성장치.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제1 및 제2나선구간은 입구위치와 출구위치 중 어느 하나가 중심부에 위치되고, 입구위치와 출구위치 중 나머지 다른 하나가 반경방향 외곽 쪽에 위치되도록 마련되되,
   상호 중첩된 제1 및 제2나선구간의 입구위치와 출구위치의 위치는 상호 반대로 형성된 전기식 스팀생성장치.
5. 제 4항에 있어서,
   상호 인접한 상기 전기히터 그룹의 전기히터들은 상호 교차되는 방향으로 배열된 전기식 스팀생성장치.

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