KR100908873B1 - 보일러의 고온증기관 고정구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보일러의 고온증기관 고정구조에 관한 것으로서, 과열증기를 발생시키는 보일러에 있어서, 상기 보일러(100)의 고온증기관(127)의 하단을 밀폐시키고, 연소실 바닥 플레이트(150)에 관통공(140)을 형성하여 고온증기관(127)을 삽입 자제시키며, 고온증기관(127)이 관통된 연소실 바닥 플레이트(150) 하부에 보호실(142)을 설치하여 고정시킴으로써, 고온증기관의 고정부위가 과열증기에 의한 열팽창에 의하여 파손되는 것을 방지할 수 있도록 한 것이다.

보일러, 과열증기, 열팽창, 열효율, 연소실

Description

보일러의 고온증기관 고정구조{Fixing Structure of Superheated Vapor Tube of Boiler}

본 발명은 보일러의 고온증기관 고정구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온의 과열증기를 발생시키는 보일러의 고온증기관의 신축에 대비하여 고온증기관을 고정하고 지지하기 위한 고정구조에 관한 것이다.

보일러(Boiler)는 연료의 연소열을 물 등에 전달하여 온도와 압력이 높은 증기를 발생시키는 장치이다. 이러한 보일러는 화력발전소나 선박 등의 증기기관 또는 각종 공장의 작업용이나 난방용 장치 등에 증기를 공급하는 데 사용된다.

더욱이 보일러는 구조상 여러 종류로 나누어지고, 그 중에서 강제순환식 보일러에 해당하는 관류보일러(Once-through boiler)는 수관 및 긴 관 등을 휘어서 만든 관만의 보일러로서, 강제 관류 보일러라고도 하는데, 긴 관의 한쪽 끝에서 급수하고 펌프로 압송하여 도중에서 차례로 가열, 증발 및 과열되어 관의 다른 한쪽 끝에서 과열증기가 송출되는 형식의 보일러이다. 관류보일러는 고압증기의 발생에 적합하고, 특히 초임계압 보일러인 경우에는 강제순환식 보일러의 일종이다.

일반적으로 압력을 일정하게 해 두고 액체를 가열하면 온도가 올라가고, 일 정온도에 달하면 증발하기 시작한다. 이 경우 다시 가열하더라도 전부가 증발할 때까지는 온도가 변하지 않고 액체와 증기가 공존한다. 이것을 습윤포화증기(濕潤飽和蒸氣)라 하고, 전부 증기가 되어 버린 것을 건조포화증기라 한다. 건조포화증기를 다시 가열하면 증기의 온도는 상승하는데, 이것을 과열증기(過熱蒸氣, Superheated Vapor)라 한다. 이 증기를 이용하면 보일러나 엔진 또는 터빈의 효율을 향상시킬 수 있다.

더욱이 과열증기는 물을 비등시켜 발생한 증기에 압력을 가하지 않고 가열하여 생성된 100℃ 이상의 고온 무색의 투명한 기체이다. 공기에 의한 전열은 대류전열에 한하지만, 과열증기는 대류전열에 추가로 방사전열과 응축전열에 의한 전열을 함으로써 열효율이 높아 음식의 조리에 매우 효과적이다. 그리고 통상 대류전열의 경우에는 과열증기의 전열속도가 가열공기에 비하여 약 10배 정도 빠르다. 특히 저 산소상태에서 열처리함으로써 피 가열물의 산화 및 연소를 억제할 수 있다. 그리고 일반적인 과열기(Superheater)는 가압된 압력 10kg/㎤G 시 183.3℃의 증기를 생산하고, 통상적으로는 7~8kg/㎤G 시 170℃의 증기를 생산하게 된다.

한편, 저압의 과열증기를 생산하기 위해서는 1차 가열된 증기를 버너로 직접 가열하거나 히터를 이용하여 축온재 등을 간접 가열하는 방법과 전자유도 가열하는 방식이 있다.

이와 같은 과열증기를 발생시키는 증기발생장치로서, 도 1은 본원 출원인이 특허출원한 특허출원 제2004-0054539호(관류보일러)는 저압의 고온 과열증기를 발생하는 장치가 있다. 이는 보일러의 연소실 내에 나선형 과열기를 장착하여 1개의 버너로 가열 및 재가열하는 일체형 구조이고, 증발량이 30kg/h 로서 증기온도는 541.9℃ 이며, 증기압력은 0.12kg/㎤ 로 증기를 생산하는 비용이 적다.

본 발명은 종래 보일러, 특히 관류보일러에 설치된 고온증기관의 고정부위가 과열증기에 의한 열팽창에 의하여 파손되는 것을 방지할 수 있도록 고온증기관을 삽입 자제시켜 고정하는 구조를 제공하기 위한 것이 목적이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 보일러의 고온증기관 고정구조는, 과열증기를 발생시키는 보일러에 있어서, 상기 보일러의 고온증기관의 하단을 밀폐시키고, 연소실 바닥 플레이트에 관통공을 형성하여 고온증기관을 삽입 자제하며, 고온증기관이 관통된 연소실 바닥 플레이트 하부에 보호실을 설치하여 고정시킨 것을 특징으로 한다.

본 발명의 보일러의 고온증기관 고정구조는 보일러에서 발생된 과열증기를 배출시키는 고온증기관의 열팽창에 의하여 고온증기관 및 고온증기관을 고정 및 지지하는 부위의 파손을 방지함으로써, 보일러의 내구성 향상 및 유지관리의 편의성을 증대시킨 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예로서, 보일러의 고온증기관 고정구조에 관하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 관류보일러를 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 실시예로서, 보일러의 고온증기관 고정구조를 나타낸 구성도이다.

먼저, 본 발명은 보일러 내부에 설치되어 있는 각종 배관의 고정구조에 관한 것으로, 특히 보일러의 버너에서 데워진 물이 과열증기로 변하면서 고온증기관을 통해 보일러의 외부로 배출되는데, 고온증기관이 고정된 고정부위를 바꾸어 고온증기관이 과열증기에 의한 열팽창에 의한 고온증기관 및 고온증기관의 고정부의 망실을 방지할 수 있도록 한 것이다.

보일러에서 물이 과열증기로 변하는 과정을 살펴보면, 도 1에서, 보일러(100)의 측면에 설치된 원수공급관(123)에서 수조(122)로 물이 공급되고, 물은 수조(122)에서 데워져 복수의 수조파이프(121)를 따라 상승하게 된다. 이때 수조파이프(121)를 따라 상승하여 증기공급실(136)에 채워진 증기는 저온의 증기이다. 증기공급실(136)의 증기는 저온증기유입관(125)을 따라 보일러(100)의 하부로 내려가게 되고, 저온증기유입관(125)에 나선형으로 연결된 증기히팅관(126)을 통해 증기가 재가열되면서 고온의 과열증기로 변하게 된다. 이는 연소실(132) 내에서 버너(131)로부터 분사된 화염은 수조(122), 수조파이프(121), 저온증기유입관(125), 증기히팅관(126) 및 고온증기관(127)을 가열시켜 각 관을 통과하는 증기를 과열시키는 것이다.

따라서 고온증기관(127)을 통해 배출되는 증기는 고온의 과열증기가 되어 고온증기관(127)을 열팽창시킨다. 이로 인하여 고온증기관(127)은 이음부나 연결부 또는 고정부 등에 열팽창에 의한 균열이 발생하게 된다. 특히 연소실(132) 바닥의 플레이트(150)에 고정된 고온증기관(127)은 관이 팽창되면서 균열 또는 파손되어 고온의 과열증기가 누설되어 보일러의 열효율을 저하시킴과 동시에 보일러의 정상적인 기능을 저해하는 문제가 노출되는 것이다.

그러므로 고온증기관(127)이 고온의 과열증기를 배출하면서 열팽창에 의한 고정부위의 망실을 방지하기 위하여 연소실 바닥의 플레이트(150)에 일정 지름의 관통공(140)을 형성하고, 관통공(140)에 고온증기관(127)을 연장 삽입시켜 자제시키되, 연소실(132) 아래에 물이 공급되는 수조(122)에 고온증기관(127)이 노출되지 않도록 연소실(132) 바닥의 플레이트(150) 아래로 보호실(142)을 설치하였다. 이는 고온증기관(127)이 수조(122)에 노출되어 고온의 과열증기가 수조(122)에 공급된 저온의 물에 의한 열교환이 이루어지지 않도록 하기 위한 것이다. 도면의 154는 보일러의 바닥면이다.

더욱이 상기 보호실(142)을 연소실 바닥 플레이트(150) 하부에 밀폐시켜 고정시키기 위하여 보호실(142)과 플레이트(150)가 접촉되는 부분을 용접 등으로 고정시킨다. 또한 고온증기관(127)의 종단은 고온의 과열증기가 누설되지 않도록 마개(146) 등으로 밀폐시킨 후에 용접 등으로 고정시키되 고온증기관(127)의 하단이 보호실(142)의 바닥면과 일정간격을 유지시킨다.

이와 같이 본 발명의 고온증기관(127)의 고정구조는 고온증기관(127)을 통해 배출되는 고온의 과열증기에 대한 온도의 변화를 주지 않으면서 고온증기관(127)이 열팽창되어도 고온증기관(127)이 연소실 바닥의 플레이트(150)에 형성된 관통공(140)에 연장 삽입되어 자제되어 있고, 고온증기관(127)의 하단이 보호실(142)의 바닥면과 일정간격을 유지하고 있으므로 파손이나 망실되지 않도록 하고, 고온증기관(127)에 의한 보일러의 망실도 방지할 수 있도록 한 것이다.

또한, 도 3의 다른 실시예를 참조하면, 연소실 바닥 플레이트(150)에 형성되는 관통공(140)의 지름을 고온증기관(127)의 지름보다 더 크게 형성하되, 연소실 바닥 플레이트(150)와 고온증기관(127)의 외주연에 고정된 탄성을 갖는 지지부재(148)를 결합할 수도 있을 것이다. 이는 고온증기관(127)을 고정 지지하면서 고온증기관(127)이 고온의 과열증기에 의하여 열팽창될 때에 연소실 바닥 플레이트(150)가 고온증기관(127)에 의하여 수평방향으로 가압되어 밀려나지 않도록 예방하기 위한 것이다. 상기 지지부재(148)는 고온증기관(127)과 연소실 바닥 플레이트(150)가 열팽창되어 늘어나더라도 연소실 바닥 플레이트(150)에 고온증기관(127)을 충분히 지지할 수 있을 정도의 강도 및 탄성을 갖는 것이 바람직할 것이다.

한편, 본 발명의 고온증기관에 대한 고정구조 뿐만 아니라, 보일러 내부에 설치되어 증기를 공급하는 관들 중에서 고온의 과열증기나 버너의 화염 등에 의한 열팽창에 의한 관의 파손 등으로 보일러의 열효율을 저하시키거나 보일러의 고장원인이 되는 고정 부위 등에 대한 고정구조도 동일 내지는 유사하게 적용할 수 있을 것이다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

도 1은 관류보일러를 나타낸 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 실시예로서, 보일러의 고온증기관 고정구조를 나타낸 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 보일러의 고온증기관 고정구조를 나타낸 구성도이다.

♣ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♣

100: 보일러 111: 하우징

112: 덮개 113: 가이드관

114: 단열재 121: 수조파이프

122: 수조 123: 원수공급관

124: 증기공급실 125: 증기유입관

126: 증기히팅관 127: 증기배출관

129: 조절밸브 131: 버너

132: 연소실 133: 배기통로

134: 배기실 135: 배기관

136: 상부 플레이트 140: 관통공

142: 보호실 144: 용접부

146: 마개 148: 지지부재

150: 연소실 바닥 플레이트

Claims (3)

1. 과열증기를 발생시키는 보일러에 있어서,

   상기 보일러(100)의 고온증기관(127)의 하단을 밀폐시키고, 연소실 바닥 플레이트(150)에 관통공(140)을 형성하여 고온증기관(127)을 삽입 자제시키며, 고온증기관(127)이 관통된 연소실 바닥 플레이트(150) 하부에 보호실(142)을 설치하여 고정시킨 것을 특징으로 하는 보일러의 고온증기관 고정구조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 연소실 바닥 플레이트(150) 하부에 설치되는 보호실(142)은 용접으로 고정시키되 고온증기관(127)의 하단이 보호실(142)의 바닥면과 간격을 유지시킨 것을 특징으로 하는 보일러의 고온증기관 고정구조.
3. 제1항에 있어서,

   상기 관통공(140)의 지름이 고온증기관(127)의 지름보다 크게 형성되고, 연소실 바닥 플레이트(150)에 고정되어 고온증기관(127)에 고정된 탄성을 갖는 지지부재(148)가 구비된 것을 특징으로 하는 보일러의 고온증기관 고정구조.

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