KR102226695B1 - 액체 기화장치 - Google Patents

Abstract

액체의 유속이 저하되지 않으면서 기화 효율이 향상되는 액체 기화장치가 개시된다. 본 발명은 반응기 본체; 상기 반응기 본체의 일측면에 설치되고 액체를 본체 내부로 유입하는 유입구; 상기 반응기 본체의 상면에 설치되고 본체 내부의 기체를 외부로 배출하는 배출구; 상기 반응기 본체의 내벽에 형성되어 일단이 상기 유입구의 일단과 연결되는 유로; 상기 반응기 본체의 외측면에 설치되는 열원 층; 및 상기 열원 층을 둘러싸는 단열재 층;을 포함하는 액체 기화장치를 제공하고자 한다.

Description

액체 기화장치{Apparatus for vaporizing a liquid source}

본 발명은 액체 기화장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액체의 기화 효율을 향상시킨 액체 기화장치에 관한 것이다.

기화란 증발(vaporization, evaporation)이라고도 하며, 액체가 기체로 되는 현상을 말한다. 또한, 액체 기화장치는 액체를 장치 내부로 유입시켜 상기 액체를 가열함으로써 액체를 기화시켜 기체로 만드는 장치를 말한다.

기화는 액체를 열원에 접촉시켜 열을 흡수시켜 발생하는데, 일반적인 기화장치는 플레이트(plate) 형태의 열원에 액체 방울을 직접 떨어트리며 기화시키는 방식을 이용하고 있으나, 이러한 방식은 기화되지 않은 액체들이 플레이트 옆으로 흘러내려 유속에 제한이 발생할 수 있어 기화 효율이 낮아질 수 있다.

공개특허 제1998-024415호는 액체를 미스트 형태로 열원과 접촉시켜 기화효율을 높이고 있는 액체 기화장치에 대하여 개시하고 있으나, 노즐을 이용하여 액체를 미스트 형태로 분사시키는 경우, 액체를 분사하는 노즐이 막힐 수 있으며, 유속이 낮아져 기화 효율이 낮아지는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 액체의 유속이 저하되지 않으면서 기화 효율이 향상되는 액체 기화장치를 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 반응기 본체; 상기 반응기 본체의 일측면에 설치되고 액체를 본체 내부로 유입하는 유입구; 상기 반응기 본체의 상면에 설치되고 본체 내부의 기체를 외부로 배출하는 배출구; 상기 반응기 본체의 내벽에 형성되어 일단이 상기 유입구의 일단과 연결되는 유로; 상기 반응기 본체의 외측면에 설치되는 열원 층; 및 상기 열원을 둘러싸는 단열재 층;을 포함하는 액체 기화장치를 제공한다.

또한, 상기 유로는 상기 반응기 본체의 내벽에 나선형의 홈으로 형성된 것을 특징으로 하는 액체 기화장치를 제공한다.

또한, 상기 나선형의 홈은 상기 반응기 본체의 내벽에서 외벽 하방 방향으로 경사진 것을 특징으로 하는 액체 기화장치를 제공한다.

또한, 상기 액체는 과산화수소인 것을 특징으로 하는 액체 기화장치를 제공한다.

또한, 상기 열원 층은 열선으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액체 기화장치를 제공한다.

또한, 상기 액체 기화장치는 상기 반응기 본체의 온도를 측정할 수 있는 온도센서가 설치된 것을 특징으로 하는 액체 기화장치를 제공한다.

본 발명은 액체 기화장치에 있어 액체와 열원의 접촉면적을 향상시킴으로써, 액체의 유속이 저하되지 않으면서 기화 효율은 향상시킬 수 있는 액체 기화장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본원발명에 따른 액체 기화장치 중 반응기 본체의 정면도이고,
도 2는 본원발명에 따른 액체 기화장치 중 반응기 본체 내벽에 형성된 나선형의 유로를 표현한 도면이고,
도 3은 본원발명에 따른 액체 기화장치 중 반응기 본체 내벽에 형성된 나선형 유로의 단면을 표현한 단면도이고,
도 4는 본원발명에 따른 액체 기화장치 중 열원층이 구비된 반응기 본체의 정면도이고,
도 5는 본원발명에 따른 액체 기화장치의 정면도이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였으며, 본 발명의 세부구성 방향은 도면을 기준으로 하여 설명한다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

본 발명자들은 액체 기화장치에 있어서, 기존에 액체 기화장치는 플레이트 형 열원에 액체 방울을 직접 떨어트려 액체를 플레이트 형태의 열원에 직접 접촉시켜 액체를 증발시키거나, 액체의 표면적을 넓이기 위하여 노즐을 이용하여 미스트 형태의 액체를 분사시켜 열원에 접촉시켜 액체를 증발시키고 있었으나, 플레이트 형 열원을 이용하는 경우에는 기화되지 않은 액체가 플레이트 형 열원 옆으로 흐르고, 이로 인한 유속의 감소로 인해 기화 효율이 저하될 수 있으며, 노즐을 이용하여 액체를 분사하는 경우에는 점도가 있는 액체로 인하여 노즐이 막힐 수 있으며 미스트 형태로 분사시키기 때문에 시간당 공급되는 액체의 양이 한정된다는 사실을 직시하고, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 연구를 거듭한 결과, 상기 액체 기화장치의 본체의 내벽에 나선형의 홈으로 이루어진 유로를 형성하는 경우, 액체의 유속의 향상이 가능하며, 또한 액체가 열원과 닿는 표면적이 넓어져 기화 효율은 향상되는 것을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.

도 1은 본원발명에 따른 액체 기화장치(100) 중 반응기 본체(110)의 정면도이고, 도 2는 본원발명에 따른 액체 기화장치(100) 중 반응기 본체(110) 내벽에 형성된 나선형의 유로(113)를 표현한 도면이고, 도 3은 본원발명에 따른 액체 기화장치(100) 중 반응기 본체(110) 내벽에 형성된 나선형 유로(113)의 단면을 표현한 단면도이고, 도 4는 본원발명에 따른 액체 기화장치(100) 중 열원층(121)이 구비된 반응기 본체(110)의 정면도이고, 도 5는 본원발명에 따른 액체 기화장치(100)의 정면도이다.

도 1 내지 5를 참조하면, 본 발명에 따른 액체 기화장치(100)는 반응기 본체(110); 상기 반응기 본체의 일측면에 설치되고 액체를 본체 내부로 유입하는 유입구(111); 상기 반응기 본체의 상면에 설치되고 본체 내부의 기체를 외부로 배출하는 배출구(112); 상기 반응기 본체의 내벽에 형성되어 일단이 상기 유입구의 일단과 연결되는 유로(113); 상기 반응기 본체의 외측면에 설치되는 열원 층(121); 및 상기 열원을 둘러싸는 단열재 층(130);을 포함한다.

도 1을 참조하면, 상기 반응기 본체(110)는 다양한 형상일 수 있으나, 하면이 막힌 원통형의 형상이 바람직하며, 그 크기는 공정에 따라 조절될 수 있다.

상기 반응기 본체(110)의 재질은 내화학성이 있고, 열전도도가 높으며 내열성이 있는 재질로서 사용할 액체의 성질에 따라 다양한 재질이 선택될 수 있으며, 바람직하게는 스테인레스강 또는 알루미늄합금을 사용할 수 있다.

또한, 상기 반응기 본체(110) 외벽의 일측면에는 액체를 본체 내부로 유입하는 유입구(111)가 설치되어 있으며, 상기 유입구(111)의 일단은 상기 반응기 본체의 내벽에 형성되어 있는 유로(113)와 연결되어 있다.

상기 유입구(111)는 상기 반응기 본체(110)와 동일한 재질로 제작되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 배출구(112)는 상기 반응기 본체의 상면에 설치되고, 상기 배출구(112)로 기화된 기체가 배출된다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에서 상기 유로(113)는 상기 반응기 본체(110)의 내벽에 나선형의 홈으로 형성될 수 있으며, 상기 유로(113)는 상기 반응기 본체(110)의 크기에 따라 다양한 길이로 형성될 수 있다.

또한, 상기 나선형의 홈은 상기 반응기 본체(110)의 내벽에서 외벽 하방 방향으로 경사지게 형성될 수 있고, 바람직하게 상기 경사는 하방 30~60°일 수 있다. 또한, 상기 홈의 깊이 및 넓이는 반응기 본체(110) 벽의 굵기 및 액체의 유속에 따라 다양하게 형성될 수 있다.

또한, 상기 유로(113)는 상기 반응기 본체(110)의 내벽을 따라 나선형으로 상기 반응기 본체(110)의 하면까지 형성되어 있으며, 상기 유로(113)의 일단은 상기 유입구(111)와 연결되어 있으며, 상기 유입구(111)로 유입된 액체가 상기 유로(113)의 타단을 통해 상기 반응기 본체(110)의 하면으로 배출될 수 있다.

또한, 상기 유로(113)는 일반 적인 관이 아니라 홈이기 때문에, 액체가 유로를 통과하면서 열원과의 접촉을 통하여 기화되어 기체로 상 변이되는 경우, 상기 기체는 개방된 홈의 상부를 통해 반응기 본체(110)의 내부로 이동한 후, 상기 반응기 본체(110)의 상면에 설치된 배출구(112)를 통해 배출된다.

이와 같이, 본 발명은 상기 반응기 본체(110)의 내벽에 상기 유로(113)가 형성됨으로써 공급되는 액체와 후술하는 열원 층(121)과의 접촉면적이 증가하고, 기존에 사용하던 플레이트 형 기화장치와는 달리 반응기 본체(110)의 하면이 막혀있어 열원과 접촉되지 않은 액체가 없으며, 또한 액체가 열원과의 닿는 면적을 넓힘으로써 기화 효율을 향상시켜 액체의 유속이 저하되지 않고, 또한 액체가 과공급되어 상기 유로(113)에서 액체가 넘칠 수 있으나, 상기 반응기 본체(110)의 하면이 막혀있어 액체의 손실 없이 기화 효율을 높일 수 있다.

본 발명에서 상기 액체는 다양한 종류일 수 있으며, 바람직하게는 과산화수소일 수 있다.

한편, 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에서 상기 열원 층(121)에는 전기히터, 스팀, 가열, 열선 등의 다양한 방식의 열원이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 상기 열원으로 열선이 이용될 수 있다.

상기 열선은 상기 반응기 본체(110)의 외벽 및 하면을 촘촘하게 둘러쌈으로써 반응기 본체의 온도를 높일 수 있다.

또한, 상기 반응기 본체(110)로 공급되는 상기 액체의 종류에 따라 상기 열원 층(121)의 온도를 조절하기 위하여 본 발명에서는 상기 액체 기화장치(100)의 외벽에 온도센서(131)가 설치될 수 있으며, 그 위치는 한정되지 않는다.

본 발명에서 상기 단열재 층(130)에서 사용되는 단열재로는 스티로폼, 폴리우레탄, 글라스울 등이 있으며, 상기 열원 층(121)의 온도에 따라 다양한 재료가 사용될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 구체적인 실시예를 들어 설명한다.

실시예

도 1 내지 5와 같이 구성된 액체 기화장치를 하기와 같이 제조하였다.

내경 130mm, 깊이 130mm 및 벽 두께 10mm인 알루미늄합금으로 이루어진 반응기 본체를 제조하고, 상기 반응기 본체 상단 일측에 유입구를 제작하고, 상기 반응기 본체 상부에 배출구를 제작한다. 상기 배출구 제작 후 상기 반응기 본체의 내벽에서 수직 45℃ 외벽 아래 방향으로 유로를 제작하고, 상기 유로는 너비 5mm 및 깊이 18mm로 홈을 형성하고, 상기 유로는 반응기 본체의 유입구부터 반응기 본체의 바닥까지 5바퀴를 돌아 상기 유로의 일단이 반응기 본체의 바닥과 접촉하게 제작한다.

상기 유로 제작 후 상기 반응기 본체를 직경 1mm의 2종 니켈크롬열선을 이용하여 상기 반응기 본체의 외벽을 10mm 간격으로 감아 열선 층을 형성하고, 상기 열선 층 위로 폴리우레탄을 이용하여 5mm 두께의 단열재 층을 형성하였다. 상기 단열재 층 형성 후 상기 단열재 층의 외부에 온도 센서를 장착하여 기화장치를 제조하였다.

비교예

삽입형 카트리지 히터 및 온도 센서 삽입부가 중앙을 가로지르고, 상기 전열 히터 및 온도 센서 삽입부가 위치하는 부분의 두께는 15mm이고, 그 외의 부분의 두께는 10mm를 갖는 직경 130mm의 원형 알루미늄합금판을 제조하였다. 상기 제조된 원형 알루미늄합금판 하부에 폴리우레탄을 이용하여 5mm의 단열재 층이 형성된 기화장치를 제조하였다.

실험예

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 액체 기화장치의 온도를 150℃로 조절하고, 35% 과산화수소를 0.1ml/분의 유속부터 20ml/분 유속까지 분당 0.1ml/분씩 유속을 점차 증가시키며 과산화수소를 공급하였고, 상기 실시예에서 제조된 기화장치의 경우, 과산화수소가 바닥부에 고여 높이가 생기기 전까지의 유량을 기록하였으며, 상기 비교예에서 제조된 기화장치의 경우, 과산화수소가 기화장치를 벗어나 바닥에 흐르기 전까지의 유량을 기록하여 기화 효율을 측정하였다.

상기 표 1을 참조하면, 본 발명에 따라 반응기 본체 내벽에 나선형의 유로가 형성된 액체 기화장치(실시예)의 경우 기화율이 12ml/분이고, 원형판 형태를 갖는 기화 장치의 경우(비교예) 기화율이 0.6ml/분으로써 본 발명에 따른 액체 기화장치의 기화율(실시예)이 20배 가량 우수한 것을 확인할 수 있다.

이와 같이, 본원발명은 내벽에 나선형의 홈으로 구성된 유로가 형성됨으로써 액체와 열원이 닿는 면적을 향상시켜 액체의 유속이 저하되지 않으면서도 기화 효율이 향상될 수 있는 액체 기화장치를 제공할 수 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 범위는 상기 발명의 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 액체 기화장치 113 : 유로
110 : 반응기 본체 121 : 열원 층
111 : 유입구 130 : 단열재 층
112 : 배출구 131 : 온도센서
113 : 유로

Claims (6)

1. 반응기 본체;
   상기 반응기 본체의 일측면에 설치되고 액체를 본체 내부로 유입하는 유입구;
   상기 반응기 본체의 상면에 설치되고 본체 내부의 기체를 외부로 배출하는 배출구;
   상기 반응기 본체의 내벽에 형성되어 일단이 상기 유입구의 일단과 연결되는 유로;
   상기 반응기 본체의 외측면에 설치되는 열원 층; 및
   상기 열원 층을 둘러싸는 단열재 층;
   을 포함하되,
   상기 유로는 상기 반응기 본체의 내벽에 나선형의 홈으로 형성되고,
   상기 나선형의 홈은 상기 반응기 본체의 내벽에서 외벽 하방 방향으로 경사지고,
   상기 유로는 상기 반응기 본체 내부 방향으로 개방된 것을 특징으로 하는 액체 기화장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 액체는 과산화수소인 것을 특징으로 하는 액체 기화장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 열원 층은 열선으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액체 기화장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 액체 기화장치는 상기 반응기 본체의 온도를 측정할 수 있는 온도센서가 설치된 것을 특징으로 하는 액체 기화장치.
   
   
   
   
   

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