KR100841803B1 - 증기를 이용한 보일러장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 증기발생관으로부터 얻어진 증기를 분사노즐에 공급하여 연료탱크로부터 공급된 연료와 함께 연소되어 발생된 열이 증기발생관 내부의 관통구를 통과하면서 공기흡입구에서 흡입된 공기가 가열되어 송풍기에 의하여 공기열배출구로 배출되어 농산물 건조장치로 공급되며 고온의 증기를 발생시키고 증기를 폐유와 함께 분사하면서 연소시켜 폐유의 완전연소를 유도하고 화력을 보강하여 농산물건조장치의 각 건조실 하부 및 측면에서 온풍의 세기를 일정하게 공급하여 고추, 녹차잎, 참깨, 들깨, 쌀, 보리, 밀, 담배잎, 인삼 등을 포함하는 농산물을 건조시킬 수 있는 농산물건조장치에 공기열을 공급시킬 수 있는 증기를 이용한 보일러장치에 관한 것이다.
증기, 분사노즐, 연료연소

Description

증기를 이용한 보일러장치{FUEL COMBUSTION APPARATUS USING STEAM}
도 1은 본 발명의 연료연소장치 시스템을 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 연료연소장치를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 연료연소장치에서 증기발생관을 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 연료연소장치에서 분사노즐을 나타낸 분해사시도.
도 5는 본 발명의 연료연소장치에서 분사노즐을 나타낸 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
110: 물탱크 111: 압력계
112: 안전밸브 113: 수량계
114: 물유입관 116: 물펌프
120: 물공급관 123: 물유입관
124: 물자동조절밸브 125: 역류방지구
130: 증기발생관 134: 관통구
135, 135': 공기흡입구 136: 공기공급관
138: 공기열배출구 139: 송풍기
140: 증기공급관 141: 분기관(分岐管)
150: 연료탱크 151: 연료게이지
152: 연료공급관 154: 열교환기
156: 필터 158: 차단밸브
159: 연료자동조절밸브 160: 연료공급관
170: 분사노즐 171: 몸체
172: 증기유입구 173: 연료유입구
174: 관연결구 175: 증기분사공
176: 연료배출공 177: 연료분사공
178: 전방캡 179: 후방캡
180: 가스탱크 182: 가스공급관
184: 수동차단밸브 186: 가스자동조절밸브
188: 가스버너 190: 제어부
200: 열배출구 210: 열흡입구
220: 공기조절판 300: 노즐청소기
본 발명은 증기를 이용한 보일러장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 증기발생관으로부터 얻어진 증기를 분사노즐에 공급하여 연료탱크로부터 공급된 연료와 함께 연소되어 발생된 열이 증기발생관 내부의 관통구를 통과하면서 공기흡입구에서 흡입된 공기가 가열되어 송풍기에 의하여 공기열배출구로 배출되어 농산물 건조 장치로 공급되며 고온의 증기를 발생시키고 증기를 폐유와 함께 분사하면서 연소시켜 폐유의 완전연소를 유도하고 화력을 보강하여 농산물건조장치의 각 건조실 하부 및 측면에서 온풍의 세기를 일정하게 공급하여 고추, 녹차잎, 참깨, 들깨, 쌀, 보리, 밀, 담배잎, 인삼 등을 포함하는 농산물을 건조시킬 수 있는 농산물건조장치에 공기열을 공급시킬 수 있는 증기를 이용한 보일러장치에 관한 것이다.
일반적인 연료연소장치는 연료통으로부터 공급되는 연료를 노즐로 분사하여 연소실 내부로 연소 되도록 함으로써 열원을 얻는 구조에 불과한 것으로, 이는 연료만을 직접 연소시킴으로써 화력이 약할 뿐만 아니라 고가의 비용이 소요되는 단점을 갖는 것이며, 벙커씨유와 같은 저렴한 액상연료는 연소시 불완전 연소로 인한 대기오염의 폐단을 갖는 것이어서 최근에는 고유가로 인해 보다 저렴한 액상연료를 물을 가열하여 얻은 고온의 증기와 함께 분사하여 연소시킴으로써 연료의 미분화와 활성화를 통해 완전연소를 유도하고 화력을 보강하기 위한 연구들이 활발히 진행되고 있다.
불에 가열되어 물을 증기화하기 위한 나선형상으로 말아진 금속코일관과 같은 가열된 증기발생관을 통과시켜 고압의 증기를 얻고 이를 직접 액상의 연료와 함께 분사하면서 연소되도록 하는 증기를 이용한 연료연소장치가 개발된 바 있다. 이처럼 폐유, 즉 벙커씨유와 같은 저렴한 액상연료를 완전 연소시키고 화력을 보강하기 위해서는 수증기가 고온이 되면 수소와 산소로 해리되는 열분해성질은 프랑스의 화학자 라부아지에(1743-1794)가 주장한 원리로 금속관을 고열로 가열하여 적열시키고 그 금속관에 물을 통과시키면 수소가 발생함을 확인한 실험으로 500℃ 정도에 서 탄소(C)가 공급되면 다음과 같이 물은 이산화탄소와 수소가스로 분해된다고 알려진바 있다(C+2H₂O → CO₂+2H₂↑). 고온의 수증기와 함께 연료가 고압으로 분사되도록 함으로써 연료는 고온에 의해 활성화된 상태로 미세하게 분사되어 보다 화력이 강해지고, 완전연소를 유도할 수 있게 되는 것이다.
그러나 지금까지 개발된 증기를 이용한 연료연소장치는 증기 발생관에 물을 공급하기 위해서 별도의 펌핑장치를 필요로 하는 것으로, 이는 곧 펌핑장치를 사용하기 위해서는 전원을 필요로 한다는 것이고 이는 별도의 에너지를 사용한다는 점에서 낭비일 뿐만 아니라, 또한 전기가 공급되지 않는 곳에서는 사용할 수 없다는 폐단을 갖는 것이다. 또한 펌핑장치에 의한 물의 공급은 무조건 일정한 양이 공급되는 것이어서 증기의 발생량을 자체적으로 조절할 수 없는 단점을 갖는 것이어서 예열 및 점화가 곤란하고, 연료와 증기의 분사량 조절도 곤란할 뿐만 아니라 물의 공급압력조절이 실패할 경우 증기 발생관에 물이 고이거나 심지어는 연료와 증기가 분사되어야 할 노즐에 물이 분사되는 폐단을 갖기도 하는 것이다.
본 발명은 증기 발생관에 의해 발생한 고압의 증기를 물탱크과 분사노즐에 동시에 공급하도록 함으로써 별도의 펌핑장치를 구비하지 않더라도 증기 발생관에 지속적인 물을 공급하고 농산물건조장치의 각 건조실 하부 및 측면에서 온풍의 세기를 일정하게 공급하여 고추, 녹차잎, 참깨, 들깨, 쌀, 보리, 밀, 담배잎, 인삼 등을 포함하는 농산물을 건조시킬 수 있는 농산물건조장치에 공기열을 공급시킬 수 있는 농산물 건조용 연료연소장치를 개발하는데 그 목적이 있다. 또한 본 발명은 증기 발생관에 의해 발생한 증기의 압력에 의해 물의 공급압력을 조절할 수 있도록 함으로써 증기 발생관에 물이 고이거나 노즐을 통해 물이 분사되는 단점을 방지할 수 있는 것이다.
본 발명은 물을 저장하기 위한 물탱크(110)와 연료탱크, 연료와 증기를 혼합하여 고압으로 분사되도록 구성한 분사노즐(170); 상기 분사노즐에 물탱크(110)의 하부에 연결된 물공급관(120)이 코일 형태의 증기발생관(130); 상기 증기발생관(130)에 연결된 증기공급관(140)은 2개의 관으로 분리되어 분기관(141)이 형성되고 후방에 연결되어 있으며, 1개의 관은 상부에 연료공급관(160)이 연결되어 있는 분사노즐(170)에 공급되고, 다른 2개의 관은 물탱크의 상부로 연결되어 물탱크의 압력을 높여 물을 순화하도록 구성한 증기발생관을 포함한 연소장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 증기를 이용한 보일러장치에 관한 것이다.
본 발명의 증기를 이용한 보일러장치에 있어서 연소장치는 상부에 증기공급관(140)이 연결되어 있고, 상단에 압력계(111)와 안전밸브(112)가 장착되어 있으며, 측면에 수량계(113)가 장착되어 있고, 하부에 물공급관(120)이 연결되어 물을 저장하기 위한 물탱크(110); 상기 물탱크(110)의 하부에 연결된 물공급관(120)이 물자동조절밸브(124)와 역류방지구(125)에 연결된 물유입관(123)이 하부에 연결되고, 상부에 증기공급관(140)이 연결되어 있으며, 내부에 코일 형태로 코일관이 형성되어 있고, 코일관의 내부에 관통구(134)가 형성되어 있으며, 관통구(134)의 외부에 공기공급관(136)이 형성되어 있고, 상기 공기공급관(136)의 입구에 공기흡입 구(135, 135')가 형성되어 있으며 상기 공기공급관(136)의 출구에 공기열배출구(138)가 형성되어 있고 상기 공기열배출구(138)의 전방에 송풍기(139)가 장착되어 있는 증기발생관(130); 상기 증기발생관(130)에 연결된 증기공급관(140)은 2개의 관으로 분리되어 분기관(141)이 형성되고 후방에 연결되어 있으며, 상부에 연료공급관(160)이 연결되어 있는 분사노즐(170); 측면에 연료게이지(151)가 장착되어 있으며, 하부에 연료배출관(152)이 연결되어 있고, 상기 연료배출관(152)에 열교환기(154)와 필터(156)가 연결되어 있으며, 수동차단밸브(158)와 자동조절밸브(159)가 연결되고, 연료공급관(160)이 분사노즐(170)에 연결된 연료탱크(150); 상단에 가스공급관(182)이 연결되고, 수동차단밸브(184)와 가스자동조절밸브(186)가 연결되고, 가스버너(188)이 분사노즐(170)의 하부에 장착된 가스탱크(180); 수량계(113), 물펌프(116), 열교환기(154), 연료 자동조절밸브(159) 및 가스 자동조절밸브(186)에 연결되어 자동제어하는 제어부(190)로 구성되어 있으며, 증기발생관(130)으로부터 얻어진 증기를 분사노즐(170)에 공급하여 연료탱크(150)로부터 공급된 연료와 함께 연소되어 발생된 열이 증기발생관(130) 내부의 관통구(134)를 통과하면서 공기흡입구(135, 135')에서 흡입된 공기가 가열되어 송풍기(139)에 의하여 공기열배출구(138)로 배출되어 건조장치로 공급되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 증기를 이용한 보일러장치에 있어서 분사노즐(170)은 본체(171) 중앙에 통공이 형성되어 있으며 측면에 연료배출공(176)이 형성되어 있고, 전방에는 분사공이 형성된 전방캡(178)이 장착되어 있고, 후방에는 증기유입구(172)가 형성되어 있는 후방캡(179)이 장착되어 있으며, 상기 연료배출공(176)과 증기분사공(175) 사이에는 벤츄리관 구조를 갖는 연료분사공(177)이 형성되어 있고, 상기 연료분사공(177)의 측면에는 연료배출공(176)이 형성되어 연료와 증기가 함께 배출되도록 구성되어짐을 특징으로 한다.
본 발명의 구성을 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 구성을 개략적으로 보이기 위한 것으로, 본 발명의 연료연소장치는 물을 저장하기 위한 물탱크(110)와 일측에 분사노즐(170)을 구비한 증기발생관(130)으로 구성되어 있고 증기공급관(140)의 일단에는 분기관(141)이 형성되어 분사노즐(170)에 연결되도록 하고 분사노즐(170) 일단에는 연료탱크(150)에 연결된 연료공급관(152)이 형성되어 있으며 물공급관(120)의 일단에는 물의 역류를 방지하기 위한 역류방지구(125)가 형성되어 있고 분사노즐(170) 내부의 증기압력이 거의 일정한 압력으로 분사될 수 있도록 제작되어 있다.
본 발명의 연료연소장치에 있어서 물을 저장하기 위한 물탱크(110)는 상부에 증기발생관(130)에 연결된 증기공급관(140)이 연결되어 있어 증기발생관(130)에서 발생된 증기가 상부에서 유입되어 물을 순환시키고, 상단에 압력계(111)와 안전밸브(112)가 장착되어 있으며, 측면에 수량계(113)가 장착되어 있고, 하부에 물공급관(120)이 연결되어 물을 증기발생관(130)에 공급한다. 본 발명의 연료연소장치에 있어서 증기발생관(130)은 물탱크(110)의 하부에 연결된 물공급관(120)이 물자동조절밸브(124)와 연결되어 열려있는 상태에서 물이 공급되고 위급한 경우 자동으로 차단되며, 역류방지구(125)에 연결되어 있어 물의 역류를 방지한다. 본 발명의 연료연소장치에 있어서 증기발생관(130)은 물유입관(123)이 하부에 연결되고, 상부에 증기공급관(140)이 연결되어 있으며, 내부에 코일 형태로 코일관이 형성되어 있고, 코일관의 내부에 관통구(134)가 형성되어 있어 연소열이 통과하고, 관통구(134)의 외부에 공기공급관(136)이 형성되어 있고, 상기 공기공급관(136)의 입구에 공기흡입구(135, 135')가 형성되어 있어 공기가 유입되고 공기공급관(136)의 출구에 공기열배출구(138)가 형성되어 있어 열공기가 송풍기(139)에 의하여 배출되면서 고추, 녹차잎, 참깨, 들깨, 쌀, 보리, 밀, 담배잎, 인삼 등을 포함하는 농산물을 건조시킬 수 있는 농산물건조장치에 공기열을 공급시킨다.
본 발명의 연료연소장치에 있어서 증기발생관(130)에 연결된 증기공급관(140)은 2개의 관으로 분리되어 분기관(141)이 형성되고 분사노즐(170)의 후방에 연결되며 분사노즐(170) 상부에 연료공급관(160)이 연결되어 있다. 본 발명의 연료연소장치에 있어서 연료탱크(150)는 측면에 연료게이지(151)가 장착되어 있으며, 하부에 연료배출관(152)이 연결되어 있고, 연료배출관(152)에 열교환기(154)와 필터(156)가 연결되어 있으며, 수동차단밸브(158)와 자동조절밸브(159)가 연결되고, 연료공급관(160)이 분사노즐(170)에 연결되어 있다. 본 발명의 연료연소장치에 있어서 가스탱크(180)는 상단에 가스공급관(182)이 연결되고, 수동차단밸브(184)와 자동조절밸브(186)가 연결되며, 가스버너(188)가 분사노즐(170)의 하부에 장착되어 있다. 본 발명의 농산물 건조용 연료연소장치에 있어서 제어부(190)는 수량계(113), 물펌프(116), 열교환기(154), 연료 자동조절밸브(159) 및 가스 자동조절밸브(186)에 연결되어 있어 증기발생관(130)으로부터 얻어진 증기를 분사노즐(170)에 공급하여 연료탱크(150)로부터 공급된 연료와 함께 연소되어 발생된 열이 증기 발생관(130) 내부의 관통구(134)를 통과하면서 공기흡입구(135, 135')에서 흡입된 공기가 가열되어 송풍기(139)에 의하여 공기열배출구(138)로 배출되어 농산물 건조장치로 공급된다.
본 발명의 연료연소장치에 있어서 물탱크(110)는 증기발생관(130)에 물을 공급하기 위해 필요한 수단들이 형성되어 있고 물탱크(110)에 물을 공급하고자 할 때 물탱크(110) 안에 증기압력이 가득차 있으면 물의 공급이 곤란하므로 물유입관(123)과 물탱크(110) 사이에 형성된 내부압조절밸브와 물유입관(123)과 내부압조절밸브 사이에 연결되는 증기배출관에 의해 물탱크(110) 내부의 압력을 조절함으로써 물이 물탱크(110) 내부로 유입될 수 있도록 구성되어 있다.
본 발명의 연료연소장치에 있어서 물탱크(110) 내부에는 물이 가득 찬 상태여서는 곤란하므로 수량계(113)를 설치하여 항상 적당량의 물이 차 있는지를 측정할 수 있도록 하여야 하며 압력계(111)와 안전밸브(112)를 설치하여 적당한 압력을 유지하고 있는지도 확인함과 동시에 너무 과한 증기압력이 물탱크(110) 안에 형성될 때는 이를 해소할 수 있도록 하여야 한다. 물탱크(110)의 하단에 형성된 물공급관(120)에는 증기발생관(130)에 공급되는 물의 양을 조절하기 위한 물자동조절밸브(124)가 형성되며, 물자동조절밸브(124)에는 역류방지구(125)가 형성되어진다. 역류방지구(125)의 기능은 본 발명에 있어 매우 중요한 기술적 구성의 하나로 물탱크(110)으로부터 증기 발생관(130)에 공급된 물이 증기발생관(130)의 증기압력에 의해 역류하는 것을 방지하기 위한 것으로, 통공의 형상이 단면으로 보아 "
Figure 112006068158334-pat00001
"과 같이 이루어져 있고 좌측은 직경이 넓은 확장부로 이루어지고, 우측은 직경이 좁은 상태에서 점점 넓어지는 테이퍼부로 이루어진다. 증기는 테이퍼부로부터 분사되며 좁은 공간을 통과하면서 벤츄리관 원리에 의해 측면으로부터 공급되는 연료를 미세하게 분쇄하여 넓고 멀리 확산시키면서 분사하게 되는 것이다.
본 발명의 연료연소장치에 있어서 물탱크(110)로부터 증기발생관(130)에 유입되어지는 물은 테이퍼부를 통해 확장부로 배출되어지는데, 반대로 증기발생관(130)으로부터 물탱크(110) 쪽으로 역류되는 물은 테이퍼부와 확장부의 압력차이 때문에 결국 테이퍼부를 통과하지 못하게 된다.
본 발명의 연료연소장치에 있어서 분사노즐(170)은 증기발생관(130)의 일측에 형성되어지는데 증기발생관(130)과 물탱크(110)을 연결하는 증기 공급관(140)의 일단에 형성되는 분기관(141)에 연결된 구조를 갖는다. 본 발명의 연료연소장치에 있어서 분사노즐(170)에 연료탱크(150)와 연결된 연료공급관(152)이 연결되어진다. 본 발명의 연료연소장치에 있어서 가스탱크(180)의 상단에 가스공급관(182)이 연결되고, 수동차단밸브(184)와 자동조절밸브(186)가 연결되며, 가스버너(188)가 분사노즐(170)의 하부에 장착되어 있어 전원스위치에 의하여 점화버튼에서 점화가 시작된다.
본 발명의 연료연소장치에 있어서 분사노즐(170)은 중앙에 연료분사공(177)이 형성되어 있으며 본체(171)의 전방에는 증기분사공(175)이 형성되고, 상방에는 연료배출공(176)이 형성된 구조를 갖는다. 이때 연료배출공(176)과 증기분사공(175) 사이에는 벤투리관(Venturi tube) 구조를 갖는 연료분사공(177)이 형성되어진다. 연료분사공의 직경은 증기유입구(172)의 직경보다 작아야 하고, 연료분사 공(177)에는 연료배출공(176)이 천공되어 연료공급관을 통해 공급된 연료가 유로를 통해 배출되도록 한다. 본 발명의 연료연소장치에 있어서 분사노즐(170)은 노즐이 막힌 경우 노즐청소기(300)를 사용하여 용이하게 청소할 수 있다. 본 발명의 연료연소장치에 있어서 물공급관과 연료공급관에는 물과 연료를 차단하는 역할을 하는 물공급밸브 및 연료공급밸브가 형성되며, 물과 연료의 공급시 적당량을 조절하기 위한 물자동조절밸브(124)와 연료자동조절밸브(159)가 형성되어 있어 열려있는 상태에서 공급되고 위급한 경우 자동으로 차단된다. 본 발명의 보일러의 공기흡입구(135)에는 공기조절판(220)이 설치되어 있어 흡입되는 공기의 양을 조절할 수 있다.
본 발명의 연료연소장치의 작용효과를 살펴보면 다음과 같다. 본 발명의 연료연소장치를 가동하기 전에 예열장치를 동작시켜 증기발생관을 예열시킨다. 물자동조절밸브(124)를 열어 증기발생관(130)에 물이 공급되도록 한다. 이때 증기발생관(130)에 물이 공급되는 순간 물은 증기화되고 증기는 증기공급관(140)에 의해 일부는 물탱크(110)에 유입되어지고 일부는 분기관(141)을 통해 분사노즐(170)에 공급되어진다. 본 발명의 농산물 건조용 연료연소장치에 있어서 증기는 분사노즐(170)의 증기유입공에서 유입되어 증기분사공(175)을 통해 강한 압력으로 분사되어진다. 이때 연료공급밸브를 열어 연료가 유로를 통해 연료배출공으로 배출되며 증기와 함께 연료분사공을 통해 분사되도록 함과 동시에 점화장치에 의해 연료에는 점화가 이루어진다.
본 발명의 연료연소장치에 있어서 연료의 연소시 증기는 연료의 완전연소와 화력을 보강하게 되는데, 이는 물이 증기발생관(130)에 의해 고온으로 가열되고, 고온의 수증기와 함께 연료가 고압으로 분사되도록 함으로써 연료는 고온에 의해 활성화된 상태로 미세하게 분사되어 보다 화력이 강해지고, 완전연소를 유도할 수 있게 되는 것이다.
본 발명은 증기발생관에 의해 발생한 고압의 증기를 물탱크과 분사노즐에 동시에 공급하도록 함으로써 별도의 펌핑장치를 구비하지 않더라도 증기 발생관에 지속적인 물의 공급이 가능하도록 하였고, 항상 증기압력의 균형에 의해 물의 공급압력을 일정하게 조절됨으로써 증기발생관에 물이 고이거나 노즐을 통해 물이 분사되는 단점을 방지할 수 있는 효과를 갖는다. 또한 본 발명은 폐윤활유나 벙커씨유 등과 같이 저렴한 액상연료를 예열할 필요없이 연소시킬 수 있으며, 완전연소를 유도할 수 있고, 액상연료만 연소시키는 것보다 화력을 보강할 수 있어 매우 경제적이고, 친환경적인 연소장치를 제공할 수 있는 유용한 발명인 것이다.

Claims (3)

  1. 물을 저장하기 위한 물탱크(110)와 연료탱크, 연료와 증기를 혼합하여 고압으로 분사되도록 구성한 분사노즐(170); 상기 분사노즐에 물탱크(110)의 하부에 연결된 물공급관(120)이 코일 형태로 구성한 증기발생관(130); 상기 증기발생관(130)에 연결된 증기공급관(140)은 2개의 관으로 분리되어 분기관(141)이 형성되고 후방에 연결되어 있으며, 상기 2개의 관중 1개의 관은 상부에 연료공급관(160)이 연결되어 있는 분사노즐(170)에 공급되고, 상기 2개의 관중 다른 1개의 관은 물탱크의 상부로 연결되어 물탱크의 압력을 높여 물을 순화하도록 구성한 증기발생관을 포함한 연소장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 증기를 이용한 보일러장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 분사노즐(170)은 본체(171) 중앙에 통공이 형성되어 있으며 측면에 연료배출공(176)이 형성되어 있고, 전방에는 분사공이 형성된 전방캡(178)이 장착되어 있고, 후방에는 증기유입구(172)가 형성되어 있는 후방캡(179)이 장착되어 있으며, 상기 연료배출공(176)과 증기분사공(175) 사이에는 벤츄리관 구조를 갖는 연료분사공(177)이 형성되어 있고, 상기 연료분사공(177)의 측면에는 연료배출공(176)이 형성되어 연료와 증기가 함께 배출되도록 구성되어짐을 특징으로 하는 증기를 이용한 보일러장치.
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