KR101284984B1

KR101284984B1 - 화목 증기 보일러

Info

Publication number: KR101284984B1
Application number: KR1020110077643A
Authority: KR
Inventors: 김은숙
Original assignee: 김은숙
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2013-07-10
Also published as: KR20130015583A

Abstract

본 발명은 수냉식 놋쇠돌 과열방지구조를 적용한 화목 증기보일러에서 외부에 저수탱크를 구비하여 놋쇠돌를 포함한 보일러 과열부와 열순환관로를 형성함으로써 놋쇠돌의 과열을 방지하고 동시에 급수탱크 내부 물 온도를 높이고, 가온된 급수탱크의 물을 보일러 증기실에 공급함으로써 증기발생효율을 향상한 화목 증기보일러에 관한 것으로, 보일러 본체(10) 외부에 저수탱크(120)를 구비하고, 상기 저수탱크와 놋쇠돌를 포함한 보일러 과열부를 연결하는 냉각순환관로(130)를 형성하며, 보일러 내부의 증기실(30)과 상기 저수탱크(120)를 연결하는 증기실보충수공급관로(140)가 포함되도록 화목 증기보일러 구성하여 상기 저수탱크의 물을 냉각순환관로를 통하여 순환시킴으로써 놋쇠돌의 과열을 방지하고 동시에 저수탱크 내부 물 온도를 높이고, 가온된 저수탱크의 물을 증기실보충수공급관로를 통하여 보일러 증기실에 공급하는 것을 특징으로 한다

Description

화목 증기 보일러{ WOOD STEAM BOILER }

본 발명은 화목을 연료로 사용하는 증기보일러에 관한 것이며, 특히 수냉식 과열방지구조를 적용한 화목 증기보일러에서 외부에 저수탱크를 구비하여 놋쇠돌을 포함한 보일러 과열부와 열순환관로를 형성함으로써 놋쇠돌의 과열을 방지하고 동시에 급수탱크 내부 물 온도를 높이고, 가온된 급수탱크의 물을 보일러 증기실에 공급함으로써 과열부의 열변형을 지속적으로 방지하고 증기발생효율을 향상한 화목 증기보일러에 관한 것이다.

폐목재를 원료로 사용하는 화목 보일러는 에너지 회수 효율을 높이고, 연소 과정에서 발생하는 소각재와 가스상 물질을 안전하게 관리함으로써 기존 화석연료나 석유 연료에 비하여 친환경적이고 자원의 재활용 효과를 얻을 수 있으며, 경제적인 열원 생산 방식이 될 수 있다.

폐목재에 대하여 세계 각국과 같이 대한민국도, 원목상태 그대로이거나 원목을 기계적으로 가공처리한 상태의 것으로서 가공처리과정에서 페인트기름방부제 등으로 오염되지 않은 폐목재를 1등급, 가공처리사용과정에서 접착제, 페인트, 기름, 콘크리트 등의 물질이 사용되었거나 이에 오염된 폐목재(할로겐족유기화합물이나 방부제로 처리오염된 폐목재는 제외)를 2등급, 가공처리사용과정에서 할로겐족유기화합물이나 방부제가 사용되었거나 이에 오염된 폐목재와 자원의 절약과 재활용촉진에 관한 법률 시행규칙 제 20조의3제2항의 고형연료제품의 품질등급기준에 적합하지 않는 폐목재 칩 및 위의 1~2등급에 해당되지 않는 기타 폐목재를 3등급으로 분류하여 1등급 내지 3등급 전부에 대하여 에너지회수기준에 적합하게 에너지를 회수하는 용도로 재활용할 수 있도록 규정하고 있다(폐목재의 재활용기준,시행 2008.10.21, 환경부고시 제2008-147호, 2008.10.21, 제정).

이와 같은 규정에 따라 폐기물관리법 시행규칙 제3조 제1항의 에너지 회수기준 " 1. 다른 물질과 혼합하지 아니하고 해당 폐기물의 저위발열량이 킬로그램당 3천 킬로칼로리 이상일 것 2. 에너지의 회수효율(회수에너지 총량을 투입에너지 총량으로 나눈 비율을 말한다)이 75퍼센트 이상일 것 3. 회수열을 모두 열원(熱源)으로 스스로 이용하거나 다른 사람에게 공급할 것 "을 충족하는 경우 연로로서의 폐목 이용이 가능하다.

한편, 순수한 목재의 저위발열량은 3600-4100kcal/kg 정도로 일반 화석연료나 벙커 c유, 가스 등에 비하여 낮은 수준이기 때문에 화목을 연료로 사용하는 증기보일러는 이들 증기보일러에 비해 증기 생산효율이 낮은 단점이 있다. 그에 따라 화목이 갖는 높은 경제성에도 불구하고 보조 보일러로 사용되거나 현실적 이용률이 낮은 실정이다.

이러한 문제점 때문에 대한민국 등록특허 10-0977751호(2010.8.18)은 도 1a에 도시한 바와 같이, 수평으로 눕혀진 통형상의 케이싱으로 내부에는 화목이 투입되어 연소되며 전면부에는 개폐도어(3)가 설치되어 있고 내측 하부에는 상기 화목에 지속적으로 에어를 공급하면서 내측에 순환공급되는 열차단수에 의해 화목으로부터의 열이 차단되어 열 변형되지 않도록 되어 있는 에어공급부(7)가 설치된 화실(2)과, 상기 화실(2)의 외측 둘레와 후방을 일정간격 이격된 상태로 둘러싸고 있고 내부에는 스팀수공급관(24)으로부터 공급되는 스팀수가 일정수위로 저장되어 있어 상기 화실(2)에서 발생된 연소열에 의해 스팀수가 가열되면서 스팀을 발생시키는 스팀수저장실(22)과, 상기 스팀수저장실(22)의 내측 상부에 저장된 스팀이 상기 화실(2)의 내측을 경유하면서 이송되도록 하여 상기 화실(2)의 연소열에 의해 더 높은 온도로 가온된 상태로 이송공급되도록 하는 스팀공급관(29)을 포함하여 구성되어 있되, 상기 화실(2)의 후방 좌우양측에는 각각 화실(2)과 직접 연통되는 후방회류실(33)이 형성되어 있고 상기 화실(2)의 전방에는 상부 및 좌우양측을 일정간격으로 둘러싼 상태의 전방회류실(34)이 설치되어 있으며 상기 후방회류실(33)과 전방회류실(34)은 다수개의 하부연통관(35)에 의해 서로 연통되도록 설치되어 있고 상기 스팀수저장실(22)의 후방 외측면에는 배기덕트(36)가 설치되어 있으며 상기 전방회류실(34)의 상부와 배기덕트(36)는 다수개의 상부연통관(37)에 의해 서로 연통되도록 설치되어 있어 화실(2) 내부에서 발생된 연소가스는 화실(2)의 후방에 연통설치된 후방회류실(33)을 통해 다수개의 하부연통관(35)을 거쳐 전방회류실(34)로 이송되고 전방회류실(34)에 모인 연소가스는 다수개의 상부연통관(37)을 거쳐 배기덕트(36)를 통해 외부로 배출되는 구조의 화목 스팀보일러"를 제시하고 있다.

삭제

이것은 화격자와 스팀수저장실(22)을 배관으로 직접 연결하고 펌프(18)로 강제 순환시킴으로써 화격자의 열변형을 방지하면서 스팀수를 가온시키는 효과를 얻고, 스팀공급관(29)을 화실(2) 내측을 경유하도록 하여 스팀을 더 높은 온도로 가온하는 효과를 얻음으로써 화목 증기 보일러가 갖는 단점을 일부 해소하고 있다.

그러나, 상기 발명은 고온의 스팀공급관이 더욱 고온인 화실을 경유함으로써 열변형이 빈번하게 발생되는 문제점이 있다. 즉,스팀수저장실(22)의 압력이 높아져 생성된 고온의 수증기가 스팀공급관을 통하여 배출되면서 화실에서 더 가열됨으로써 스팀공급관은 고온의 열에 그대로 노출되며, 반복적으로 고온상태가 유지됨으로써 스팀공급관의 열변형이 촉진되어 내구수명이 단축된다.

또한, 스팀수저장실(22)의 온도와 압력이 증가되는 초기 가동상태에서는 저온 상태의 열차단수가 화격자에 공급됨으로써 열차단효과를 얻을 수 있으나 온도와 압력이 최대로 증가하여 스팀 생산이 이루어지고 있는 상태에서는 고온 상태의 열차단수가 화격자에 공급됨으로써 열변형 억제효과가 감소 되고, 순환관에는 기화에 의한 기포가 발생하여 열차단수의 순환효율이 떨어지고 순환펌프(18)에 무리가 가해져 열변형 억제효과가 감소됨으로써 화격자의 수명이 단축되는 문제가 있다.

또한, 화목보일러는 벙커씨유나 가스와 달리 스팀소요량에 따라 연소 열량을 조절하는 것이 곤란하기 때문에 스팀 사용처의 필요에 의해 스팀 사용을 일시 중지한 경우에도 화실에 화목이 남아있는 경우 계속해서 화목의 연소가 이루어진다. 이경우에 스팀저장실의 폭발을 방지하기 위하여 기존에는 스팀저장실의 밸브를 열어 스팀을 외부로 방출함으로써 열에너지를 그대로 버려야 하는 문제점이 있었다.

한편 기존 보일러에서 화격자는 도 1b에 도시한 바와 같이, 에어공급관(11)을 물이 공급되는 보호관(12)으로 감싸고, 에어공급관으로 부터 보호관을 관통하여 에어토출관(13)이 형성되며, 상기 보호관은 일정간격으로 이격되는 구조로 이루어져 화목이 보호관 위에 올려진 상태에서 에어토출관(13)에 의한 에어 공급에 의해 연소가 이루어지고, 보호관(12)으로 흐르는 물이 과열을 방지하며, 연소 잔재물과 부스러기는 보호관(12) 사이의 틈새를 통하여 화실 하부로 낙하 쌓이도록 되어 있다. 또한, 화실의 입구부에 에어공급관(38)이 형성되어 있다.

상기한 화격자 구조는 화실에 화목을 넣어 연소시킨 후 개폐도어(3)을 닫은 상태에서 에어토출관(13)과 에어공급관(38)에 의한 급기에 의해 연소가 이루어짐으로 화목의 투입이 간헐적으로 이루어져 발열량을 균일하게 유지하기 어렵고, 불규칙한 화목의 특성상 에어공급이 이루어지지 않은 사각지대가 발생하여 그 부분에서 불완전 연소가 생김으로써 전체적인 발열량이 높지 않은 문제점이 있다. 또한, 지속적으로 발생하는 연소 잔재물이 화실 하부로 쌓임으로써 난이도가 높은 제거작업을 주기적으로 실시하여야 하며, 특히 연소재가 에어토출관(13)을 통하여 주입되어 에어공급관(11)의 말단부터 쌓이면서 막히는 현상이 주기적으로 발생하고 그 경우 에어공급관(11)의 입구쪽에서 흡입관을 넣어 일일이 흡입 제거하여야 되고, 화목연소과정에서 발생하는 목초액 등의 흡착성물질이 결국 에어토출관(13)을 폐쇄하여 버리기 때문에 전체를 교환하여야 하는 등 유지관리비용이 높은 단점이 있었다.

KR 10-0977751호(2010.8.18)

본 발명은 화실 내 과열부의 냉각 과정에서 생산된 고온수를 저장하여 증기실의 보충수로 공급함으로써 화목 보일러의 고온 고압 증기 생산 효율을 증진하고, 더 높은 온도의 증기를 생산할 수 있는 화목 증기 보일러를 제공할 목적을 갖는다. 또한, 화목 증기보일러에서 증기실의 온도와 압력이 설정값에 도달한 경우에도 과열부에 냉각수가 지속적으로 순환공급되어 과열부의 열변형을 억제함으로써 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있는 화목 증기 보일러를 제공할 목적을 갖는다.

또한, 본 발명은 증기 사용처의 필요에 의해 증기 사용을 일시 중지한 경우에도 증기의 외부 방출 없이 증기실 내부 온도가 상승하는 것을 방지할 수 있고, 남아 있는 연소열에 의한 열에너지를 저장하여 증기 생산 재개시 재사용하여 에너지 효율을 높일 수 있는 화목 증기 보일러를 제공할 목적을 갖는다.

또한, 본 발명은 개폐덮개의 개방상태에서 화목의 연속적인 투입과 연소가 이루어지고, 공기 공급의 사각지대를 최소화하여 완전연소와 고온 발열량을 갖도록 하여 고온 고압의 증기생산이 가능하게 하며, 연소재 발생을 최소화하고 연소재에 의한 에어토출구의 폐쇄가 방지되도록 구성하여 에너지 효율을 높이고 연소 부산물을 최소화하며, 유지 관리비용을 절감할 수 있는 화목 증기 보일러를 제공할 목적을 갖는다.

상기한 목적을 위하여 제시된 본 발명에 의한 화목 증기 보일러는, 수평원통 구조의 화실과 화격자에 대체하여 수냉식 놋쇄돌의 과열방지구조를 갖는 화목 증기보일러에 적용되는 기술로서, 보일러 본체 외부에 저수탱크를 구비하고, 상기 저수탱크와 놋쇠돌을 포함한 보일러 과열부를 연결하는 냉각순환관로를 형성하며, 보일러 내부의 증기실과 상기 저수탱크를 연결하는 증기실보충수공급관로가 포함되도록 화목 증기보일러 구성하여 저수탱크의 물을 냉각순환관로를 통하여 순환시킴으로써 놋쇠돌의 과열을 방지하고 동시에 저수탱크 내부 물 온도를 높이고, 가온 된 저수탱크의 물을 증기실보충수공급관로를 통하여 보일러 증기실에 공급하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 증기실과 저수탱크를 연결하는 배수순환관로를 설치하여 증기 배출중단에 의한 증기실 과열시에, 배수순환관로와 증기실보충수공급관로가 짝을 이루어 증기실과 저수탱크 사이에 저류수의 순환 흐름이 이루어지도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 냉각순환관로를 형성함에 있어서, 놋쇠돌에 형성한 냉각수관과, 화실의 전방에 환형태로 형성한 화실전방냉각수관이 포함되도록 각각 연결하여 저수탱크의 물이 각 냉각수관을 통하여 순환하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 화실 하부에 설치되는 놋쇠돌을 구성함에 있어서, 에어토출구가 바닥을 관통하여 내부의 밀폐된 에어공급실로 연결되도록 형성한 본체와 상기 본체 표면의 에어토출구 사이에 삼각형상으로 돌출형성되고 내부에 냉각수가 흐르도록 구성된 냉각수관이 일체형으로 구성되어 각기 에어공급관과 냉각순환관로에 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 놋쇠돌의 에어공급실을 구성함에 있어서, 공기공급장치와 연결되는 주입구로부터 내부까지 연장된 에어유도관과 주입구 측면에 형성한 개폐구가 포함되어, 개폐구를 닫은 상태에서 주입 에어가 에어토출구로 배출되어 연소에 이용되고 개폐구를 개방한 상태에서 상기 개폐구와 에어토출구를 통하여 배출됨으로써 에어토출구를 통하여 유입된 미분진을 배출 제거에 이용되도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 전 길이에 걸쳐 에어토출구가 형성된 상부에어토출관을 화실 상부에 놋쇠돌과 나란하게 설치하여 공기공급장치의 에어공급관에 연결함으로써 화실 하부와 화실 상부에서 동시에 연소 공기가 공급되도록 하고, 상기한 상부에어토출관에 냉각수관을 일체형으로 형성하여 냉각순환관로에 연결함으로써 상부에어토출관의 열변형에 의한 훼손을 감소시키고 동시에 저수탱크 내부의 물 온도를 높일 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 놋쇠돌 및 과열부의 과열에 의한 열변형을 방지하기 위해 공급된 냉각수를 저수탱크를 통하여 공급 순환시킴으로써 과열부의 냉각에 의한 열변형을 방지하는 목적을 달성하면서 저수탱크의 물을 높은 온도로 유지할 수 있고, 고온의 저수탱크 물을 증기 생산에 사용되는 증기실에 보충수로 공급함으로써 예열에 따른 시간을 단축하여 에너지 소비효율을 높일 수 있고, 화목보일러에 의해서도 고온 고압의 증기를 지속적으로 생산할 수 있다.

또한, 놋쇠돌을 포함한 과열부에 공급되는 물이 증기실과는 분리된 독립된 관로를 통하여 저수탱크로부터 순환 공급됨으로써 증기실의 내부 온도와 압력에 관계없이 지속적으로 냉각수에 의한 차열 효과를 제공하여 놋쇠돌 및 과열부의 열변형을 억제함으로써 내구 수명을 높일 수 있다.

또한, 본 발명은 증기실과 저수탱크를 연결하는 배수순환관로가 증기실보충수공급관로와 짝을 이루어 증기실과 저수탱크간의 순환관로를 구성함으로써 증기 생산시에는 배수순환관로를 닫은 상태에서 증기실보충수공급관로를 통한 보충수의 공급만 수행할 수 있고, 증기 배출중단에 의한 증기실 과열시에는 증기실과 저수탱크간 물의 순환이 이루어져 증기를 외부로 방출하지 않고 열에너지 형태로 저수탱크에 저장함으로써 증기 생산시 재사용할 수 있으며, 그에 따라 에너지 효율을 높일 수 있고 다음 증기 생산시 예열 시간을 단축할 수 있다.

또한, 본 발명은 놋쇠돌에 형성한 냉각수관과, 화실의 전방에 환형태로 형성한 화실전방냉각수관과, 화실 내부에 놋쇠돌과 나란히 설치한 상부 에어토출관에 형성한 에어토출관냉각수관이 포함되도록 냉각순환관로를 형성함으로써, 고온의 열에 직접 노출되면서 증기실의 물과 직접 접촉하지 않아 열 변형이 일어나기 쉬운 요소에 냉각 순환수가 흐르도록 냉각수관을 형성함으로써, 내화벽돌을 적층한 열차단층을 형성하지 않더라도 열변형을 효과적으로 억제 차단할 수 있다. 또한, 냉각수가 흡수한 열은 저수탱크의 물 온도를 증가시키고, 온도가 증가된 물은 보충수로 증기실에 공급됨으로써 증기생산 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명은, 놋쇠돌의 바닥이 막힌 구조로써 화목 부스러기나 못 등 연소 잔재물이 연소실 하부로 유출되지 않고 노출된 놋쇄돌 바닥에 그대로 쌓인다. 따라서, 화목 부스러기나 목초액 등 가연물질은 전량 연소에 이용되어 연소재 발생을 제로화 할 수 있고, 못 등의 불연 잔재물은 노출된 공간에서 쉽게 제거할 수 있다.

또한, 본 발명은 놋쇠돌의 내부 에어공급실에 에어유도관이 형성되고, 주입구 측면에 개폐구가 형성됨으로써 에어유도관을 통하여 주입된 공기가 에어공급실 내부 벽에서 반사되어 에어토출구으로 배출되거나 개방된 개폐구를 통하여 배출된다. 따라서, 에어토출구을 통하여 에어공급실로 연소재 등 미분물질이 유입된 경우에 개폐구를 열고 주입구에 고압의 에어를 주입함으로써 간편하게 외부로 배출할 수 있어 청소를 위한 보일러가동 중단 시간을 최소화할 수 있고, 가동 상태에서도 청소가 가능 하는 등 유지관리가 용이한 장점을 제공한다.

또한, 본 발명은 연소실 상부에 놋쇠돌과 나란하게 상부에어토출관을 설치 구성함으로써 연소실 전 공간을 통하여 연소실 하부와 연소실 상부에서 균일한 연소공급이 이루어져 완전연소가 가능하고, 개폐도어의 개방상태에서 연소가 가능하여 화목을 균일하게 공급할 수 있고, 균일한 발열량을 유지할 수 있다.

도 1 a 및 도 1b는 종래 화목 증기 보일러의 구성도
도 2는 본 발명이 적용된 화목 증기보일러의 설치 상태도
도 3 및 도 4는 보일러 본체와 구성 요소간의 결합 관계도
도 5는 본 발명에 의한 놋쇠돌의 실시 예를 도시한 사시도
도 6는 본 발명에 의한 놋쇠돌의 실시 예를 도시한 측단면 구조도

이하 첨부된 도면에 의해 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2 는 본 발명의 설치 상태를 예시한 것이고, 도 3은 보일러 본체의 측단면과 구성 요소간의 결합 관계도를 도시하고, 도 4는 본 발명의 정면부 단면과 구성 요소간의 결합 관계도를 도시한 것이다.

본 발명이 적용되는 화목 증기보일러는 원통형 본체(10)가 수평으로 형성되고, 본체의 중심 하부에 원통형의 화실(20)이 형성되고, 화실의 외측 둘레에 증기실(30)이 형성된다. 또한, 화실 후방에 접하여 배연을 위한 연도(40)가 형성된다.

상기 연도(40)는 화실과 직접 접한 제1연도(41)와, 증기실 후단에 접하도록 상부와 하부로 각기 격리 형성되는 배연실(42) 및 후방회류실(43)과, 증기실 전단에 접하도록 형성되는 전방회류실(44)과, 후방회류실(43)에서 전방회류실(44)로 증기실(30)의 하부를 관통하여 형성되는 다수의 연통으로 이루어지는 제2연도(45)와, 전방회류실(44)에서 후방회류실 상부에 형성된 배연실(42)로 증기실(30) 상부를 관통하여 형성되는 다수의 연통으로 이루어지는 제3연도(46)와, 배연실(42)에서 연장되어 집진장치(50)로 연결되는 제4연도(47)와, 집진장치(50)와 굴뚝(60)을 연결하는 제5연도(48)로 구성된다.

또한, 본 발명이 적용되는 화목 증기보일러는 화실 내부에 수냉식 놋쇠돌(70) 이 설치되고, 관류의 흐름을 유도하기 위한 다수의 펌프(80)와, 연소에 필요한 공기를 공급하기 위한 공기공급장치(90)와 생산한 증기를 사용처로 배급하기 위한 증기배출관(100)과, 온도센서나 안전 및 관류흐름을 차단하기 위한 각종 밸브 및 전원 차단시 증기실에 보충수를 수동으로 공급하기 위한 인젝트밸브(110) 등이 구비된다.

상기한 화목 증기보일러는 증기실에 물이 채워지고, 놋쇠돌의 수냉을 위한 물이 공급된 상태에서 놋쇠돌 위에 쌓아 넣은 화목을 점화시키고 화실 내부에 적절한 에어가 토출됨으로써 연소가 이루어진다. 화실 외벽 둘레는 물이 채워진 증기실이 구성됨으로써 연소열이 증기실 물을 직접가열하며, 연도를 통해 방출되는 배기열은 제2연도(45)와 제3연도(46)을 통과하는 과정에서 연통의 관벽을 통하여 증기실 내부 물을 2차 3차 가열한다.

증기실 내부의 물이 가열되어 온도가 오르면 고온 고압의 수증기가 발생하며, 이를 증기배출관(100)을 통하여 콘크리트 증기양생실 등 증기 사용기관에 공급하고, 증기 생산량만큼 기계적으로 보충수를 공급함으로써 화목 증기 보일러의 연속운전이 이루어진다.

본 발명은 상기한 바와 같은 기존 화목 증기보일러에 적용되는 것으로, 보일러 본체(10) 외부에 저수탱크(120)를 구비하고, 상기 저수탱크와 놋쇠돌을 포함한 보일러 과열부를 연결하는 냉각순환관로(130)를 형성하며, 보일러 내부의 증기실(30)과 상기 저수탱크(120)를 연결하는 증기실보충수공급관로(140)가 포함되도록 화목 증기보일러 구성하여 상기 저수탱크의 물을 냉각순환관로를 통하여 순환시킴으로써 놋쇠돌의 과열을 방지하고 동시에 저수탱크 내부 물 온도를 높이고, 가온된 저수탱크의 물을 증기실보충수공급관로를 통하여 보일러 증기실에 공급하는 것을 특징으로 한다.

저수탱크(120)는 증기실에 보충수를 안정적으로 공급하고, 또한 놋쇠돌 등의 과열부에 냉각수를 안정적으로 공급하며, 특히 놋쇠돌 등의 냉각 과정에서 가열된 물을 저수탱크로 순환시켜 저수탱크의 수온을 상승시키고, 이를 보충수로 증기실에 공급합으로써 증기 생산효율과 에너지 효율을 향상하는 작용을 한다. 또한, 상기 저수탱크는 화목보일러에서 발생한 열에너지를 흡수하여 저장하는 기능을 수행함으로서 불규칙한 열량변화에 연동하여 불규칙하게 생산되는 증기 생산량을 일정하게 유지시켜 주는 기능을 갖는다.

상기 저수탱크는 증기 발생 운전 중 대략 80℃ 내외의 온도를 유지하므로 이에 견딜 수 있도록 고열에 강한 재질을 사용하여 구성하고, 열을 안정적으로 흡수 저장할 수 있도록 증기실 용량보다 크게 구성함이 바람직하며, 일정한 수위의 물이 유지될 수 있도록 외부에서 주기적으로 물을 공급받는 구조로 형성된다.

냉각순환관로(130)는 저수탱크(120)와 놋쇠돌을 포함한 보일러 과열부를 연결하여 저수탱크로부터의 냉각수를 순환공급함으로써 과열에 의한 열변형을 방지하여 구성요소의 내구수명을 연장하는 기능을 갖는다.

화목 증기 보일러에서 보일러 과열부는 물이 채워진 증기실과 직접 접촉하지 않으면서 화염이나 연도의 열에 직접 접촉되는 부분으로, 놋쇠돌, 후방회류실, 전방회류실 및 화실 상부에 에어토출관을 형성하는 경우 에어토출관이 포함된다. 기존 구조에서 후방회류실과 전방회류실의 금속부분 열변형을 방지하기 위하여 내화벽돌을 감싸는 방법이 적용되었으며, 화실 상부의 에어토출관은 적용되지 않았다.

본 발명은 놋쇠돌(70)에 형성한 놋쇠돌냉각수관(72)과, 전방회류실(44)에 속하여 내화벽돌이 적층되는 공간을 대체하여 환형태로 형성한 화실전방냉각수관 (132)과, 화실 내부에 놋쇠돌(70)과 나란히 설치한 상부 에어토출관(150)에 형성한 에어토출관냉각수관(133)이 포함되도록 각각 연결관(134)(135)로 연결하고, 저수탱크(120)과 놋쇠돌(70)을 입수관(136)로 연결하고, 화실전방냉각수관(132)과 저수탱크는 출수관(137)으로 연결하며, 입수관에는 냉각수순환펌프(81)를 결합한 구조로 냉각순환관로(130)가 이루어진다. 냉각수순환펌프(81)는 고장시 작동하도록 병렬로 구성한 예비펌프가 포함될 수 있다.

상기 구조에 의해 저수탱크(120)의 물은 입수관을 통하여 놋쇠돌에 공급되고, 연결관(134)에 의해 에어토출관냉각수관(133)으로 연결되며, 에어토출관냉각수관(133)은 연결관(135)에 의해 화실전방냉각수관(132)으로 연결되며, 화실전방냉각수관(132)은 출수관(137)에 의해 저수탱크와 연결됨으로써 냉각수의 연속적인 순환이 이루어지고, 그 과정에서 열을 흡수한 저수탱크 내의 물은 가열되어 80℃ 내외의 온도를 유지하게 된다.

상기의 냉각순환관로(130)에서 화실전방냉각수관(132),놋쇠돌냉각수관(72),에어토출관냉각수관(133)은 순서를 달리하여 냉각수의 순환이 이루어지도록 구성할 수 있다. 예를 들면, 입수관을 에어토출관냉각수관(133)에 연결하고, 놋쇠돌냉각수관(72),화실전방냉각수관(132) 순으로 연결할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명이 적용되는 화목 증기보일러는 증기실의 물이 화실에서 직접 가해지는 열과, 제2연도 및 제3년도에 의해 가해지는 열에 의해 가열되어 증기화 된다.

본 발명은 상기한 증기실의 가열 기전에 저수탱크(120)로 부터 제공되는 고온의 보충수가 포함된다. 이를 위하여 상기 저수탱크와 증기실을 연결하는 증기실보충수공급관로(140)가 설치된다.

상기 증기실보충수공급관로(140)는 증기실(30)과 저수탱크(120)를 직접 연결하는 보충수공급관(141)과 공급펌프(82)로 이루어지며, 상기 보충수공급관 및 공급펌프는 고장에 대처할 수 있도록 병렬로 구성한 예비 보충수공급관로(140)를 추가로 설치할 수 있다.

본 발명은 증기실(30)과 저수탱크(120)를 연결하는 배수순환관로(160)을 추가로 설치하는 구성으로 실시할 수 있다. 배수순환관로(160)는 배수순환관(161)과 순환펌프(83)로 이루어지며, 증기 배출중단에 의한 증기실 과열시에, 배수순환관로와 증기실보충수공급관로가 짝을 이루어 증기실과 저수탱크 사이에 저류수의 순환 흐름이 이루어지도록 한 것에 특징이 있다.

상기한 구성에 의해, 증기 생산시에는 배수순환관로를 닫은 상태에서 증기실보충수공급관로를 통한 보충수의 공급만 수행할 수 있고, 증기 배출중단에 의한 증기실 과열시에는 증기실과 저수탱크간 물의 순환이 이루어져 증기를 외부로 방출하지 않고 열에너지 형태로 저수탱크에 저장함으로써 증기 생산시 재사용할 수 있으며, 그에 따라 에너지 효율을 높일 수 있고 다음 증기 생산시 예열 시간을 단축할 수 있다.

놋쇄돌(70)은, 에어토출구(712)가 바닥(713)을 관통하여 내부의 밀폐된 에어공급실(711)로 연결하도록 형성한 본체(71)와 상기 본체 표면의 에어토출구(712) 사이에 돌출되고 내부에 냉각수가 흐르도록 본체와 일체형으로 냉각수관(72)을 형성하여 각기 공기공급장치( 90) 및 냉각순환관로(130)와 연결하는 것을 특징으로 한다.

도 5 및 도 6에 의한 실시 예의 놋쇠돌(70)은, 박스 형상으로 본체(71)가 형성되고, 본체 내부에는 밀폐된 에어공급실(711)이 형성되고, 에어토출구(712)가 바닥(713)을 관통하여 상기 에어공급실(711)로 연결되며, 에어공급실 전방에는 공기공급장치(90)와 연결되는 에어주입구(714)가 형성된다. 냉각수관(72)은 상기한 본체의 상부 표면과 양 측면에 삼각형으로 돌출되도록 형성한 가로관(723)과, 본체 전 후면에 삼각형으로 돌출 형성되어 각각의 가로관을 연결하는 세로관(724)과, 상기 전후 세로관에 형성되는 입수구(721)와 출수구(722)로 구성되어 각기 냉각순환관로(130)의 입수관(136)과 출수관(137)에 연결된다.

따라서, 본체 바닥에 형성되는 에어토출구(712)는 나란히 길이 방향으로 형성되는 가로관(723) 사이에 형성 형성된다. 또한, 양 측면에 형성되는 가로관(723a)과 상부 표면에 형성되는 외측 가로관(723b) 사이에도 에어토출구(712a)가 균일하게 형성되어 원통형 화실 내에서 연소공기의 사각지대 없이 고루 토출할 수 있으며, 그에 따라 완전연소와 고온 연소가 가능해진다.

상기한 놋쇠돌의 내부가 빈 본체에는 중심부에 형성한 에어주입구(714)와 연속되고 본체 내부 말단부까지 연장되게 에어유도관(73)을 형성하며, 본체 전방의 에어주입구 좌 우측에는 개폐구(74)를 형성하여 에어주입구(714)를 통하여 주입한 공기가 에어유도관에 의해 본체의 후방 벽체에서 반사되어 각각의 에어토출구로 분산배출되고, 전방개폐구 개방시에는 에어토출구를 통하여 유입된 소각재를 배출함으로써 소각재의 제거가 용이하도록 구성된다.

또한, 본 발명은 화실 상부에 에어토출관(150)을 설치하며, 상기 에어토출관(150)은 상하가 격판에 의해 분리는 파이프형상이며, 분리된 하부 격실(151)은 놋쇠돌로 향하도록 다수의 에어토출구(151a)가 형성되어 전방에 연결한 에어공급관(170)을 통하여 주입한 에어를 화실 내부로 토출하여 연소에 이용하고, 상부 격실(152)에는 냉각순환관로에 연결되는 에어토출관냉각수관(133)이 형성되어 에어토출관이 과열되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성에 의해 놋쇠돌의 바닥이 차단되어 연소잔재물이 화실바닥에 쌓이지 않음으로써 완전연소가 이루어지고 잔재물을 제거하는 과정을 생략할 수 있다. 또한, 에어토출구 사이에 삼각형의 돌출 냉각수관이 형성되는 구조로 놋쇠돌가 이루어져 놋쇠돌 에어토출구가 돌출 냉각수관에 의해 이격 보호된 상태에서 놋쇠돌 상부에 설치된 에어토출관과 함께 급기가 이루어지며, 개폐도어를 연 상태에서 연속적인 화목투입과 공기공급의 사각지대 없이 연소가 이루어져 짐으로 완전연소가 가능하고, 일정한 연소 열량을 유지할 수 있으며, 높은 발열 상태를 지속적으로 유지하여 고온 고압의 증기 생산이 가능하고, 매연이 감소되며, 에어토출관에 형성된 수실은 화염에 직접 노출되는 에어토출관을 보호하여 내구 수명을 증가시키는 효과를 제공한다.

도면 중 미설명부호 180은 화실덮개, 190은 전방회류실개폐도어, 200은 폭발방지구,210은 수위감지 센서를 표시한 것이다.

10: 보일러 본체 20: 화실
30: 증기실 40: 연도
41: 제1연도 42:배연실
43: 후방회류실 44: 전방회류실
45: 제2연도 46: 제3연도
47: 제4연도 48:제5연도
50: 집진장치 60: 굴뚝
70:놋쇠돌 71: 본체
711: 에어공급실 712: 에어토출구
713: 바닥 714: 에어주입구
72: 냉각수관 721: 입수구
722: 출수구 723: 가로관
724: 세로관 73: 에어유도관
74: 개폐구 80: 펌프
81: 냉각수순환펌프 82: 보충수공급펌프
83: 순환펌프 90: 공기공급장치
100: 증기배출관 110: 인젝트밸브
120: 저수탱크 130: 냉각순환관로
72: 놋쇠돌냉각수관 132: 화실전방냉각수관
133: 에어토출관냉각수관 134,135: 연결관
136: 입수관 137: 출수관
140: 증기실보충수공급관로 141: 보충수공급관
150: 에어토출관 151:하부격실
151a: 에어토출구 152: 상부격실
160: 배수순환관로 161: 배수순환관
170: 에어공급관

Claims

수평 원통 구조의 화실과 수냉식 놋쇠돌에 의한 과열방지구조를 갖는 화목 증기보일러에 있어서, 보일러 본체(10) 외부에 저수탱크(120)를 설치하고; 상기 놋쇠돌(70)은, 외부 공기공급장치(90)에 의해 공급된 공기가 내부의 밀폐된 에어공급실(711)및 바닥(713) 표면을 관통하여 형성한 에어토출구(712)를 통하여 공급하도록 형성한 본체(71)와, 상기 본체 표면의 에어토출구(712) 사이로 돌출되고 내부에 냉각수가 흐르도록 본체와 일체형으로 형성한 냉각수관(72)을 갖도록 구성하며; 상기 저수탱크와 놋쇠돌의 냉각수관(72)을 연결하는 냉각순환관로(130)를 설치하여 저수탱크의 물에 의해 놋쇠돌의 과열을 방지하고, 보일러 내부의 증기실(30)과 상기 저수탱크(120)를 연결하는 증기실보충수공급관로(140)를 설치하여 가온된 저수탱크의 물을 증기 생산에 이용하고, 증기실(30)과 저수탱크(120)를 연결하는 배수순환관로(160)를 설치하여 증기실의 잉여 열을 저수탱크(120)에 저장할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 화목 증기보일러.
청구항 1에 있어서,
화실 상부에 놋쇠돌(70)과 나란히 에어토출관(150)을 형성하되, 상하가 격판에 의해 분리는 파이프 형상이며, 분리된 하부 격실(151)은 놋쇠돌로 향하도록 다수의 에어토출구(151a)가 형성되어 전방에 연결한 에어공급관(170)을 통하여 주입한 에어가 화실 내부로 토출되어 연소에 이용되고, 상부 격실에는 에어토출관냉각수관(133)이 형성되어 냉각순환관로(130)에 연결됨으로써 저수탱크의 물이 놋쇠돌과 에어토출관(150)을 경유하여 순환하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 화목 증기보일러.
청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서,
놋쇠돌(70)의 냉각수관(72)은, 본체(71)의 상부 표면과 양 측면에 삼각형으로 돌출되도록 형성한 가로관(723)과, 본체 전 후면에 삼각형으로 돌출 형성되어 각각의 가로관을 연결하는 세로관(724)과, 상기 전후 세로관에 형성되는 입수구(721)와 출수구(722)로 구성되어 냉각순환관로(130)에 연결되고,
본체 내부의 에어공급실(711)은 중심부에 형성한 에어주입구(714)와 연속되고 본체 내부 말단부까지 연장되게 에어유도관(73)을 형성하며, 본체 전방의 에어주입구 좌 우측에는 개폐구(74)를 형성하여 에어주입구(714)를 통하여 주입한 공기가 에어유도관에 의해 본체의 후방 벽체에서 반사되어 각각의 에어토출구로 분산배출되고, 전방개폐구 개방시에는 에어토출구를 통하여 유입된 소각재를 배출하도록 구성된 것을 특징으로 한 화목 증기보일러.
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