KR101186974B1 - 개선된 수위감지 시스템을 가지는 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온은 온수, 특히 고온 및 고압의 스팀을 생산하는 보일러의 내부에 저수되는 물의 양을 항상 정확히 측정할 수 있고 또한 상황에 따라서 보일러의 작동을 자동적으로 단속할 수 있는, 개선된 수위감지 시스템을 가지는 노통연관식보일러에 관한 것으로서, 보일러 동체의 상부에 보일러 동체 내부의 수위를 직접 측정할 수 있는 제3수위센서를 설치한다.

Description

개선된 수위감지 시스템을 가지는 보일러{Bolier with improved water level detecting system}

본 발명은 수관식 보일러와 노통연관식보일러를 포함하는 산업용 보일러에 관한 것으로서, 특히 수관식 보일러나 노통연관식 보일러 등의 산업용 보일러 내측 수위를 정확히 측정하여 보일러 과열에 의한 폭발사고를 방지할 수 있도록 한 개선된 수위 감지 시스템을 가지는 보일러에 관한 것이다.

일반적으로, 소규모 보일러는 수관식 관류 보일러로서 관 내측에 물을 흐르게 하고 외부 버너를 통해 가열을 하는 방식이다. 이러한 관류형 수관식 보일러는 소량의 물을 데우는데 사용할 뿐, 대량의 온수나 또는 증기를 공급하기에는 불충분한다. 그러므로, 수관식 보일러는 목욕탕, 섬유산업, 아파트 중앙난방수과 같이 대량의 온수를 공급하는데에는 부적합하고 또한 섬유산업 등과 같이 대량의 증기를 사용하는 곳에는 전혀 사용할 수 없다.

따라서, 대량의 온수공급과 증기공급을 위해서는 수관식 보일러도 사용하지만 통상적으로 노통연관식 보일러는 사용한다. 노통 연관식 보일러는 수관식 보일러와는 반대로, 온수통 내부에 연소관을 통해 뜨거운 연소 가스열을 통과시키면서 그 주변에 물을 데우는 방식이다. 이와 같은 노통연관식 보일러에서는 연소 가스열이 지나가는 경로를 다수 개, 통상적으로 3개 형성하여 연소관을 통해 지나는 연소가스열과 연소관 주위의 물과 열교환이 충분히 일어나도록 한다.

도 1과 도 2는 통상적인 노통연관보일러의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 도 1은 노통연관보일러의 측면구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 선 A-A'를 따라 절취한 개략적인 단면도이다.

도 1과 도 2에 도시되어 있듯이, 노통연관보일러(10)는 보일러 동체(1)와, 버너(2)와, 보일러동체 내부에 형성되는 제1 및 제2연소관(3, 4)과, 연관에 연소를 위한 공기를 공급하는 공기 공급덕트(5)와, 연관에서 연소된 가스가 지나가는 연관(6)과, 연소가스파이프를 통과한 연소가스를 외부로 방출하기 위한 연소가스 방출덕트(7)로 이루어진다. 그리고 상기 보일러 동체 내부에는, 연소실과 연소가스파이프 주위에 가열하고자 하는 물이 채워지게 된다.

이와 같이 노통연관식보일러 또는 수관식 보일러 동체 내측의 물을 난방 등의 목적으로 데우기도 하지만, 때로는 스팀을 생산하기도 한다. 이와 같이 스팀을 생산하는 경우에는 보일러 동체 내측에 항상 적정량의 물이 유지되어야만 한다. 따라서, 보일러 동체 내측의 수위를 판단하기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이, 보일러 동체(1) 옆에 보일러 동체 내측의 수위를 측정할 수 있는 수주통(8)을 설치하고, 연락관(9)을 통해 보일러 동체와 수주통이 서로 연통하도록 하여 보일러 동체 내측의 물이 연락관을 통해 수주통으로 흘러가도록 하고, 수주통에 보일러 동체 내부의 수위를 측정할 수 있는 두 개의 센서, 즉 제1수위센서(8'1)과 제2수위센서(8'2)를 설치한다.

이와 같이 연락관(9)을 통해 보일러 동체와 연통하는 수주통에 저수되는 물을 상기 두 개의 센서를 사용하여 측정함으로써 보일러 동체 내측에 적정량의 물이 있는가를 판단하였다.

그러나, 보일러 동체와 수주통을 연결하는 연락관(9)의 특성상 직경을 크게 만들 수 없다. 따라서, 보일러 내측의 고온의 물과 접촉하는 연락관의 내부에는 부식으로 인한 스케일이 형성되어 물의 흐름을 방해하거나 또는 물의 흐름을 차단할 수 있게 된다.

따라서, 연락관을 통한 물의 흐름이 원활하지 않으면 보일러 동체 내부에는 물이 많지만 수주통에는 물이 적게 저수되거나, 또는 수주통에는 물이 적정량으로 저수되어 있지만 보일러 동체 내부에는 물의 양이 적을 수 있게 된다.

그러므로, 보일러 동체 내부에는 물이 많지만 수주통에는 물이 적게 되는 경우에, 센서들은 물이 부족하다고 판단하여 물공급밸브(V)를 개방하여 보일러 동체 내부에 물을 공급하게 되면 과도한 물로 인하여 보일러에서 적정량의 스팀을 생산할 수 없게 된다. 반대로, 수주통에는 적절양의 물이 있어서 센서가 물이 적정하다고 판단하지만 실제로 보일러 동체 내부에는 물이 극도로 부족한 경우에는 버너가 계속 작동하여 보일러가 손상되거나, 극단적인 경우에는 보일러가 폭발할 수도 있게 된다.

따라서, 고온의 온수, 특히 고온, 고압의 스팀을 생산하는 수관식 보일러 및 노통연관식 보일러를 포함하는 산업용 보일러 내측의 수위를 항상 정확히 측정할 수 있는 시스템을 제공하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명의 목적은 고온은 온수, 특히 고온 및 고압의 스팀을 생산하는 보일러의 내부에 저수되는 물의 양을 항상 정확히 측정할 수 있고 또한 상황에 따라서 보일러의 작동을 자동적으로 단속할 수 있는, 개선된 수위감지 시스템을 가지는 노통연관식보일러를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따라 개선된 수위 감지 시스템을 가지는 보일러는, 보일러 동체와, 보일러 동체의 일측에 설치되는 버너와, 보일러동체 내부에 형성되는 다수의 연관실과, 연소실에 버너의 연소를 위한 공기를 공급하는 공기공급덕트와, 연소실에서 연소된 가스가 지나가는 다수의 연관과, 연관을 통과한 연소가스를 외부로 방출하기 위한 연소가스 방출덕트로 이루어지고, 상기 보일러 동체의 일측에 보일러 동체 내부의 수위와 동일한 수위의 물이 저수되는 수주통을 설치하고, 연락관밸브를 가지는 연락관을 사용하여 상기 수주통과 보일러 동체를 서로 연통하도록 연결하고, 상기 수주통에는 보일러 동체 내부의 수위를 측정할 수 있는 제1수위센서와 제2수위센서를 설치하고, 보일러 동체 상부에는 보일러 동체 내부의 수위를 직접 측정할 수 있는 제3수위센서를 설치하는 것을 특징으로 한다.

상기 제3수위센서는 고온 및 고압으로 비등하고 있는 물의 수위를 측정하기 위하여 물의 비등을 방지하는 보호관 내측에 설치되고, 보호관은 물의 통과를 위해 그 표면에 다수의 미세한 구멍이 타공되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 내지 제3수위센서는 별도의 제어장치에 연결되고, 제어장치는 제1 내지 제3수위센서로 측정한 값을 기초로 하여 보일러의 작동을 단속하는 것을 특징으로 한다.

상기, 제어장치에는 알람장치가 더 연결되어, 보일러 내측의 수위에 이상이 발생할 시에 알람장치가 경보를 발하도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 개선된 수위감지 시스템을 가지는 보일러에서, 보일러 동체 상부에 보일러 동체 내측의 수위를 직접 측정할 수 있는 수위감지센서를 설치함으로써, 보일러 동체 내부의 수위를 감지는 기존의 수주통과 보일러 동체 간을 연통하도록 연결되는 연락관에 이상이 발생하더라도 정확하게 보일러 동체 내부의 수위를 측정할 수 있게 되어 항상 양질의 스팀을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 보일러 과열에 의한 사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 보일러 동체 내측의 수위를 직접 측정할 수 있는 수위감지센서를 설치함으로써, 연락관을 이상유수를 판단할 수 있게 되어 연락관을 항상 최적의 상태로 유지할 수 있게 되어 궁극적으로 보일러 과열에 의한 사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 노통연관식보일러의 구조를 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 도 1의 선 A-A'을 따라 절취한 단면구성을 보여주는 도면.
도 3은 종래 노통연관식보일러에 설치된 수주통의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 개선된 수위 감지 시스템을 가지는 노통연관식보일러의 개략적인 단면과 그 주변 구성을 보여주는 도면.

이하 첨부도면 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 수관식 관류 보일러 또는 노통연관식 보일러와 같는 산업용 보일러 전체를 포함하지만, 발명의 설명을 위해 산업용에서 광범위하게 사용되는 노통연관식 보일러를 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 개선된 수위 감지시스템을 가지는 노통연관 식보일러의 단면 구성을 개략적으로 도시한 것으로서, 단면 구성에 나타나지 않는 부분은 별도의 블럭으로 표시하였다. 또한, 도 1 내지 3에서 설명한 동일한 구성 부분은 동일한 참조번호로 표시하였다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 보면, 본 발명에 따른 개선된 수위 감시 시스템을 가지는 노통연관식 보일러(10)는 기존의 보일러와 마찬가지로, 원통형의 보일러 동체(1)와, 보일러 동체의 일측에 설치되는 버너(2)와, 보일러동체 내부에 형성되는 다수의 연소관(3, 4)과, 연소실에 버너의 연소를 위한 공기를 공급하는 공기공급덕트(5)와, 연소실에서 연소된 가스가 지나가는 다수의 연관(6)과, 연관을 통과한 연소가스를 외부로 방출하기 위한 연소가스 방출덕트(7)로 이루어진다. 그리고, 도면에 도시하지는 않았지만, 보일러 동체 외부에는 보일러 동체로부터 나오는 열을 차단하여 열효율을 높이기 위한 열차단재가 설치된다.

상기에서 보일러 동체 내부에 형성되는 연소관(연소흐름)은 2개인 것으로 설명하였지만, 열효율을 높일 수 있는 한 그 숫자는 2개 이상이 될 수도 있다. 또한, 연관(6)의 숫자는 연소가스의 량과 연관과 그 주변의 물과의 열교환을 적합한 숫자를 선택하여 사용하게 된다.

본 발명의 보일러에는 보일러 동체(1) 내부의 수위를 측정하기 위하여 보일러 동체에 일측면에 보일러 동체 내부의 수위와 동일한 수위를 유지할 수 있는 수주통(8)을 설치하고, 연락관(9)을 수주통과 보일러 동체 사이에 설치함으로써 보일러 동체 내부의 물이 수주통으로 흘러가 수주통이 보일러 동체 내부의 수위와 동일한 수위를 유지하도록 한다. 연락관(9)에는 보일러 동체에서부터 수주통의 물의 흐름을 단속하기 위한 연락관밸브(9'1)가 설치된다. 상기 연락관밸브는 보일러의 작동시에 항상 개방상태에 있게 된다.

수주통에는, 보일러 동체 내부의 수위와 동일한 수위를 유지하는 수주통의 수위를 측정하기 위한 제1수위센서(8'1)와 제2수위센서(8'2)가 설치되고, 수주통의 하부에는 수주통 내부의 물을 방출시키기 위한 제1방출밸브(8'6)가 설치된다.

수주통(8)의 상단과 하단에는 각각 물이 순환할 수 있도록 연결되는 파이프(8'3)가 설치되는데, 상기 수주통의 제2수위센서는 상기 하단의 위쪽에서 상기 파이프(8'3)에 설치된다. 그리고, 상기 파이프(8'3)에는 필요에 따라 물의 흐름을 단속할 수 있는 제1밸브(8'4)와 제2밸브(8'5)가 설치되고, 상기 파이프(8'3)의 하단 연장부에는 수주통 내부의 물을 방출시킬 수 있는 방출밸브(8'7)가 설치된다. 상기 제1밸브와 제2밸브는 보일러의 가동시에 항상 개방상태에 있게 된다.

한편, 보일러 동체(1)의 상단에는 보일러 동체 내부로 물을 공급하기 위한 공급밸브(V)가 설치되고, 또한 보일러 동체 내부의 수위를 직접 측정할 수 있는 제3수위센서(20)가 설치된다.

보일러 동체 내부는 고온 및 고압을 유지하는 관계로 비등하게 된다. 따라서, 물이 비등하게 되면 제3수위센서로 정확한 수위를 측정하는 것이 어렵게 된다. 따라서, 물의 비등을 방지할 수 있는 보호관(21) 내측에 제3수위센서(20)를 설치한다.

보호관은 보일러 동체 내부의 물의 비등을 막는 한편 그 내측으로 물이 유입되도록 하기 위하여 그 표면에 미세한 구멍(21'1)이 형성되도록 타공된다.

한편, 상기 제1 내지 제3수위센서는 제어장치(30)에 연결되고, 제어장치는 버너(2)에 연결되어, 만일 제1 내지 제3센서를 통해 보일러 동체 내측의 수위에 문제가 있다고 제어장치가 판단하게 되면 제어장치가 버너의 작동을 단속할 수 있게 된다. 또한, 제어장치는 버너를 통한 연소에 필요한 연료를 공급하는 펌프(40)에 연결되어 펌프의 작동을 단속할 수 있다. 또한 제어장치에 알람장치(50)를 연결하여, 제1 내지 제3수위센서를 통해 보일러 동체 내측의 수위의 이상을 발견할 시에 경보로서 운용자에게 알려줄 수 있다.

이상과 같이 구성된 노통연관식보일러에서, 제1 내지 제3수위센서를 통해 측정한 값을 기반으로 보일러 동체 내부에 항상 적정량의 물이 유지될 수 있도록 해주고, 만일 연락관(9)이 막혀 수주통의 제1수위센서와 제2수위센서를 통해 보일러 동체 내부의 수위를 측정하지 못하더라도 보일러 동체에 설치된 제3수위센서를 통해 정확한 수위를 측정할 수 있게 된다. 따라서, 보일러에 과도한 물이 공급되어 양질의 스팀을 생산하지 못하는 경우나, 또는 보일러 내부에 물이 부족한 상태에서 버너의 계속된 작동으로 인한 보일러 과열을 방지할 수 있게 되어 항상 보일러는 최적의 상태에서 운영할 수 있게 된다.

또한, 제1 내지 제3수위센서를 측정한 값에서 불일치의 값, 즉 제1 및 제2수위센서는 적정량의 수위를 감지하지만 제3수위센서는 수량의 부족을 감지하거나 역으로 제1 및 제2수위센서는 수량의 부족을 감지하지만 제3수위센서는 적정량의 수위를 감지하는 경우에, 연락관(9)의 이상을 판단할 수 있게 되어 보일러 운용자는 즉시 연락관의 수리 또는 교체를 시행할 수 있게 되어 보일러에서 발생할 수 있는 사고를 미연에 방지할 수 있게 된다.

상기에서 본 발명을 노통연관식 보일러를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 노통연관식 보일러뿐만 아니라 수관식 관류 보일러와 같이 연료를 태워 물을 데우거나 증기를 발생시키는 모든 종류의 산업용 보일러에 적용할 수 있다는 것을 본 기술분야의 당업자라면 잘 이해할 것이다.

따라서, 본 발명이 적용되는 노통연관식 보일러뿐만 아니라 수관식 보일러도 본 발명의 권리범위 내에 있은 것으로 파악하여야 할 것이다.

1 : 보일러 동체 2 : 버너
3, 4 : 연소실 5 : 공기흡입덕트
6 : 연소가스파이프 7 : 방출덕트
8 : 수주통 8'1 : 제1수위센서
8'2 : 제2수위센서 8'3 : 파이프
8'4 : 제1밸브 8'5 : 제2밸브
8'6 : 제1방출밸브 8'7 : 제2방출밸브
9 : 연락관 9'1 : 연락관밸브
20 : 제3수위센서 21 : 보호관
21'1 : 미세구멍 30 : 제어장치
40 : 펌프 50 : 알람장치

Claims (5)

1. 원통형의 보일러 동체(1)와, 보일러 동체의 일측에 설치되는 버너(2)와, 보일러동체 내부에 형성되는 다수의 연소관(3, 4)과, 연소실에 버너의 연소를 위한 공기를 공급하는 공기공급덕트(5)와, 연소실에서 연소된 가스가 지나가는 다수의 연관(6)과, 연관을 통과한 연소가스를 외부로 방출하기 위한 연소가스 방출덕트(7)로 이루어지고,
   상기 보일러 동체(1)의 일측에 보일러 동체 내부의 수위와 동일한 수위의 물이 저수되는 수주통(8)을 설치하고, 연락관밸브(9'1)를 가지는 연락관(9)을 사용하여 상기 수주통과 보일러 동체를 서로 연통하도록 연결하고,
   상기 수주통에는 보일러 동체 내부의 수위를 측정할 수 있는 제1수위센서(8'1)와 제2수위센서(8'2)를 설치하고,
   보일러 동체 상부에는 보일러 동체 내부의 수위를 직접 측정할 수 있는 제3수위센서(20)를 설치하는 것을 특징으로 하는 개선된 수위감지 시스템을 가지는 보일러.
2. 제1항에 있어서, 상기 제3수위센서(20)는 고온 및 고압으로 비등하고 있는 보일러 동체 내측의 물의 수위를 측정하기 위하여 물의 비등을 방지하는 보호관(21)에 설치되는 것을 특징으로 하는 개선된 수위감지 시스템을 가지는 보일러.
3. 제2항에 있어서, 상기 보호관(21)은 그 내측으로 물의 통과를 위해 그 표면에 다수의 미세한 구멍(21'1)이 타공된 것을 특징으로 하는 개선된 수위감지 시스템을 가지는 보일러.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보일러는 제어장치(30)와, 펌프(40)와 알람장치(50)를 더 포함하고,
   상기 제어장치에는 상기 버너(2)와, 펌프와, 알람장치와, 제1 내지 제3수위센서가 연결되어, 제1 내지 제3수위센서를 통해 측정한 값을 기초로 보일러 동체 내측에 항상 일정한 량의 물이 저수되도록 하고,
   만일, 제1 내지 제3수위센서를 통해 제어장치가 측정한 값에서 보일러 동체 내부의 물이 일정한 량의 미만이고, 물이 보충되지 않는다면 버너와 펌프의 작동을 중시키고 알람장치를 통해 경보를 발하는 것을 특징으로 하는 개선된 수위감지 시스템을 가지는 보일러
5. 제1항에 있어서, 상기 보일러가 수관식 보일러인 것을 특징으로 하는 개선된 수위감지 시스템을 가지는 보일러.

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