WO2021221402A1 - 저전력 스팀발생 장치 - Google Patents

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박준호
장광식
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(주)티케이케이
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    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material

Definitions

  • the present invention relates to a low-power steam generator, and more particularly, to a low-power steam generator capable of driving with low power by configuring a plurality of heaters having a characteristic that an output decreases as the temperature increases.
  • a PTC (Positive Temperature Coefficient) heater means a heater made by using an electric heating element using a PTC thermistor, and PTC means an element having a positive temperature coefficient.
  • PTC has a low resistance below the critical temperature, so it is effective to easily increase the amount of heat generated at the beginning of operation, and the electrical resistance increases in proportion to the temperature from the critical temperature to the melting point There is this.
  • the output has a characteristic inversely proportional to the resistance.
  • the conventional PTC heater has the advantage of being able to keep the temperature almost constant despite fluctuations in external temperature or power supply voltage due to the PTC characteristics as described above. It has the advantage of preventing overheating at the same time while bringing it, so it is widely applied to dryers, warmers, and heaters.
  • the present inventors have completed the present invention by developing a low-power steam generator capable of significantly reducing power consumption by operating a plurality of PTC heaters when a specific temperature is reached under the above-described background, and confirming the effect thereof.
  • An object of the present invention is to provide a low-power steam generator capable of driving with low power by configuring a plurality of heaters having a characteristic that an output decreases as the temperature increases.
  • a pump unit for pumping an external fluid; a heater unit for forming steam by applying thermal energy to the fluid pumped by the pump unit; and a control unit for controlling the pump unit and the heater unit, wherein the heater unit is configured by providing a plurality of heater modules having a characteristic that an output decreases as the temperature increases.
  • the heater module may be a positive temperature coefficient (PTC) heater.
  • PTC positive temperature coefficient
  • control unit may operate any one of the plurality of heater modules first, and then operate any one or more of the heater modules that were not operated among the plurality of heater modules when the heater unit reaches a preset temperature. have.
  • the heater unit may further include a sensor module for generating temperature information by checking the temperature of the heater module, and transmitting the temperature information to the control unit.
  • the present invention may further include a pipe part communicating the pump part and the heater part and through which an external fluid flows, and the pipe part may be disposed to be wound around the outer surface of the heater part.
  • FIG. 2 is an overall view of a low-power steam generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a driving sequence of a low-power steam generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view of a low-power steam generating device according to an embodiment of the present invention as a whole
  • FIG. 3 shows a driving sequence of the low-power steam generating device according to an embodiment of the present invention.
  • the low-power steam generator 100 includes a pump unit 110 , a heater unit 110 , a control unit 130 , and a pipe unit 140 .
  • the pump unit 110 pumps an external fluid and delivers it to the heater unit 110 through a pipe unit 140 to be described later, and is electrically connected to a controller 130 to be described later and is controlled.
  • the heater unit 110 receives the fluid pumped from the pump unit 110, applies thermal energy to the fluid to form steam, and then discharges it to the outside. It is supplied and controlled by being electrically connected to the controller 130 to be described later.
  • the heater unit 110 includes a plurality of heater modules 121 and a sensor module 122 .
  • the heater module 121 is provided as an element having a characteristic that an output decreases as the temperature increases, and receives power from the outside to generate heat.
  • the heater module 121 as described above may be provided as a PTC (Positive Temperature Coefficient) heater or a ceramic heater, but is not necessarily limited thereto. Even if provided, it is free
  • the sensor module 122 checks the temperature of the heater module 121 to generate temperature information, and then transmits the generated temperature information to the controller 130 , and is electrically connected to the controller 130 to be described later.
  • the heater unit 110 including the plurality of heater modules 121 and the sensor module 122 is operated according to a preset temperature by the control unit 130.
  • the detailed process is as follows. As shown in FIG. 3 , at first, the controller 130 operates only one heater module 121 , and then the temperature of the heater module 121 is set from the sensor module 122 to a preset temperature (here, the preset temperature is steam It may be a temperature formed, or it may be a temperature at which the output is greatly reduced.), the heater unit 110 is controlled in such a way that the remaining heater modules 121 are operated. Since the heater module 121 has a PTC effect, it operates at a high temperature with low power.
  • the control unit 130 controls the pump unit 110 and the heater unit 110 , and is electrically connected to the pump unit 110 and the heater unit 110 .
  • the controller 130 operates one of the plurality of heater modules 121 first, and when it is confirmed from the sensor unit that the heater module 121 has reached a preset temperature, the plurality of heater modules 121 ), the heater unit 110 may be controlled to operate any one or more of the heater modules 121 that were not operated.
  • the control method of the control unit 130 as described above uses the PTC characteristic of the heater unit 110 operating with low power at a high temperature. According to this, the heat energy supply to the fluid increases after reaching a preset temperature. The power used can be greatly reduced compared to the case of using one large-capacity heater module 121, so that the steam heater can be configured with low power.
  • the pipe unit 140 receives the fluid flowing from the pump unit 110 to the heater unit 110 , and communicates the pump unit 110 and the heater unit 110 .
  • the pipe unit 140 may be disposed to be wound around the outer surface of the heater unit 110 . According to the pipe unit 140 to be wound, since the fluid is preheated by the heat generated in the heater unit 110 before being supplied to the heater unit 110, when the fluid is supplied into the heater unit 110, the heater unit ( It is possible to prevent the efficiency of the heater unit 110 from dropping due to a sudden drop in the temperature of the 110 , and furthermore, there is an effect that can extend the life of the heater unit 110 .
  • the low-power steam generator 100 including the pump unit 110, the heater unit 110, the control unit 130, and the pipe unit 140 as described above, It has the effect of generating steam with low power. According to this effect, the effect that it is possible to configure a steam generating apparatus wirelessly is expected.

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Abstract

본 발명은 저전력 스팀발생 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면, 저전력으로 스팀 발생이 가능한 효과가 있다. 이러한 효과에 따르면, 스팀 발생 장치를 무선으로 구성하는 것이 가능한 효과가 기대된다.

Description

저전력 스팀발생 장치
본 발명은 저전력 스팀발생 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 온도가 증가함에 따라 출력이 감소하는 특성을 가진 히터를 복수개로 구성하여 저전력으로 구동하는 것이 가능한 저전력 스팀발생 장치에 관한 것이다.
PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터란, PTC 서미스터를 이용한 전기발열체를 이용하여 만든 히터를 의미하며, PTC는 정특성 온도계수를 가지는 소자를 의미한다.
PTC는 도 1에 도시된 바와 같이, 임계온도 이하에서는 저항이 낮은 특성이 있어 가동 초기에 발열량을 쉽게 높힐 수 있는 효과가 있고, 임계온도에서 융점온도에 이르는 동안에는 전기저항이 온도에 비례하여 높아지는 특성이 있다. 한편, 임계온도에서 융점온도에 이르는 동안에 출력은 저항과 반대로 반비례하는 특성을 가진다.
종래의 PTC 히터는 상기와 같은 PTC 특성에 기인하여 외기의 온도나 전원전압의 변동에도 불구하고 온도를 거의 일정하게 유지시킬 수 있다는 이점이 있고, 임계온도 이상에서는 저항값이 크게 증가하여 절전효과를 가져오는 동시에 과열을 방지할 수 있는 이점이 있어, 드라이어, 보온기, 난방기 등에 널리 응용되고 있다.
상술한 배경하에서 본 발명자는 특정 온도에 도달시 PTC 히터를 복수개로 가동하는 방법으로 전력 소모량을 크게 줄일 수 있는 저전력 스팀발생 장치를 개발하고 그 효과를 확인하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 온도가 증가함에 따라 출력이 감소하는 특성을 가진 히터를 복수개로 구성하여 저전력으로 구동하는 것이 가능한 저전력 스팀발생 장치를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 외부의 유체를 펌핑하는 펌프부; 상기 펌프부에서 펌핑되는 유체에 열에너지를 인가하여 스팀을 형성하는 히터부; 및 상기 펌프부와 상기 히터부를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 히터부는, 온도가 증가함에 따라 출력이 감소하는 특성을 가진 히터모듈을 복수개로 마련하여 구성되는 것을 특징으로 하는 저전력 스팀발생 장치에 의해 달성된다.
또한, 상기 히터모듈은, PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터일 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 복수개의 상기 히터모듈 중 어느 하나를 먼저 작동시키다가, 상기 히터부가 기설정된 온도에 도달하는 경우 복수개의 상기 히터모듈 중 작동되지 않았던 상기 히터모듈 중 어느 하나 이상을 동작시킬 수 있다.
또한, 상기 히터부는, 상기 히터모듈의 온도를 확인하여 온도정보를 생성한 후, 상기 온도정보를 상기 제어부로 전달하는 센서모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 펌프부와 상기 히터부를 연통시키며, 외부의 유체가 유동되는 파이프부를 더 포함하되, 상기 파이프부는, 상기 히터부의 외면에 권취되도록 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 저전력으로 스팀 발생이 가능한 효과가 있다. 이러한 효과에 따르면, 스팀 발생 장치를 무선으로 구성하는 것이 가능한 효과가 기대된다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 PTC 소자의 특성을 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 스팀발생 장치를 전체적으로 도시한 것이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 스팀발생 장치의 구동 순서를 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야한다.
그리고 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 스팀발생 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 스팀발생 장치를 전체적으로 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 스팀발생 장치의 구동 순서를 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 스팀발생 장치(100)는 펌프부(110)와, 히터부(110)와, 제어부(130)와, 파이프부(140)를 포함한다.
펌프부(110)는 외부의 유체를 펌핑하여 후술하는 파이프부(140)를 통해 히터부(110)로 전달하는 것으로서, 후술하는 제어부(130)에 전기적으로 연결되어 제어된다.
히터부(110)는 펌프부(110)에서 펌핑되는 유체를 공급받은 후, 유체에 열에너지를 인가하여 스팀을 형성한 다음, 외부로 배출하는 것으로서, 파이프부(140)에 연통되어 유체를 내부로 공급받고, 후술하는 제어부(130)에 전기적으로 연결되어 제어된다.
히터부(110)는 보다 상세하게, 복수개의 히터모듈(121)과, 센서모듈(122)을 포함한다.
히터모듈(121)은 온도가 증가함에 따라 출력이 감소하는 특성을 가진 소자로 마련되는 것으로서, 외부로부터 전력을 공급받아 발열한다.
상기와 같은 히터모듈(121)은 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터 또는 세라믹 히터로 마련될 수 있으나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니고, 온도가 증가함에 따라 출력이 감소하는 특성인 PTC 효과를 가진 것이라면 어떠한 것으로 마련되더라도 무방하다.
센서모듈(122)은 히터모듈(121)의 온도를 확인하여 온도정보를 생성한 후, 생성된 온도정보를 제어부(130)로 전달하는 것으로서, 후술하는 제어부(130)에 전기적으로 연결된다.
상술한 바와 같이 복수개의 히터모듈(121)과 센서모듈(122)을 포함하는 히터부(110)는 제어부(130)에 의해서 기설정된 온도에 따라 동작되는데, 상세한 과정은 다음과 같다. 도 3에 도시된 바와 같이 처음에는 제어부(130)가 하나의 히터모듈(121)만을 작동시키다가 센서모듈(122)로부터 히터모듈(121)의 온도가 기설정된 온도(여기서 기설정된 온도는 스팀이 형성되는 온도일 수 있고, 출력이 크게 감소하는 온도일 수도 있다.)에 도달하게 되는 것을 확인하면, 나머지 히터모듈(121)들을 작동시키는 방식으로 히터부(110)를 제어한다. 히터모듈(121)은 PTC 효과를 가지기 때문에 높은 온도에서 저전력으로 작동한다. 그러므로, 1개의 히터모듈(121)이 기설정된 온도까지 도달한 이후 나머지 히터모듈(121)이 순차적으로 구동되는 것을 이용하면, 기설정된 온도에 도달한 이후 사용되는 전력이 크게 감소하게 되므로, 1개의 대용량 히터모듈(121)을 이용할 때보다 적은 전력으로 스팀 히터를 구동할 수 있다는 이점이 있다.
제어부(130)는 펌프부(110)와 히터부(110)를 제어하는 것으로서, 펌프부(110)와 히터부(110)에 전기적으로 연결된다.
제어부(130)는 보다 상세하게, 복수개의 히터모듈(121) 중 어느 하나를 먼저 작동시키다가, 센서부로부터 히터모듈(121)이 기설정된 온도에 도달되었다는 것을 확인하는 경우 복수개의 히터모듈(121) 중 작동되지 않았던 히터모듈(121) 중 어느 하나 이상을 동작시키도록 히터부(110)를 제어할 수 있다.
상술한 바와 같은 제어부(130)의 제어방식은 히터부(110)의 높은 온도에서 저전력으로 작동하는 PTC 특성을 이용한 것으로, 이에 따르면, 기설정된 온도에 도달한 이후 유체로의 열에너지 공급은 증가하면서 이때 사용되는 전력은 1개의 대용량 히터모듈(121)을 사용할 때보다 크게 감소될 수 있어 저전력으로 스팀 히터를 구성할 수 있다는 이점이 있다.
파이프부(140)는 펌프부(110)에서 히터부(110)로 유동되는 유체를 수용하는 것으로서, 펌프부(110)와 히터부(110)를 연통시킨다.
이러한 파이프부(140)는 히터부(110)의 외면에 권취되도록 배치될 수 있다. 권취되는 파이프부(140)에 따르면, 유체가 히터부(110)에 공급되기 전에 히터부(110)에서 발생되는 열에 의해 예열되기 때문에, 유체가 히터부(110) 내부로 공급되는 경우 히터부(110)의 온도가 급격하게 하강하여 히터부(110)의 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있고, 나아가 히터부(110)의 수명을 연장할 수 있는 효과도 있다.
상술한 바와 같은 펌프부(110)와, 히터부(110)와, 제어부(130)와, 파이프부(140)를 포함하는 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 스팀발생 장치(100)에 따르면, 저전력으로 스팀 발생이 가능한 효과가 있다. 이러한 효과에 따르면, 스팀 발생 장치를 무선으로 구성하는 것이 가능한 효과가 기대된다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석 되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
그리고 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 외부의 유체를 펌핑하는 펌프부;
    상기 펌프부에서 펌핑되는 유체에 열에너지를 인가하여 스팀을 형성하는 히터부; 및
    상기 펌프부와 상기 히터부를 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 히터부는,
    온도가 증가함에 따라 출력이 감소하는 특성을 가진 히터모듈을 복수개로 마련하여 구성되는 것을 특징으로 하는 저전력 스팀발생 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 히터모듈은,
    PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터인 것을 특징으로 하는 저전력 스팀발생 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는,
    복수개의 상기 히터모듈 중 어느 하나를 먼저 작동시키다가, 상기 히터부가 기설정된 온도에 도달하는 경우 복수개의 상기 히터모듈 중 작동되지 않았던 상기 히터모듈 중 어느 하나 이상을 동작시키는 것을 특징으로 하는 저전력 스팀발생 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 히터부는,
    상기 히터모듈의 온도를 확인하여 온도정보를 생성한 후, 상기 온도정보를 상기 제어부로 전달하는 센서모듈을 더 포함하는 저전력 스팀발생 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 펌프부와 상기 히터부를 연통시키며, 외부의 유체가 유동되는 파이프부를 더 포함하되,
    상기 파이프부는,
    상기 히터부의 외면에 권취되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 저전력 스팀발생 장치.
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