KR101346218B1 - 내열성 및 내마모성이 우수한 화격자를 구비한 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내열성 및 내마모성이 우수한 화격자를 구비한 보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내열강 왕복동식 화격자로 사용되는 화격자 요소를 특수합금으로 제조하여 내열성 및 내마모성을 확보함은 물론, 환류 공간 및 전방노즐, 측벽부의 통공, 환류공간 내부의 보강접촉부 등의 구조 개선을 통하여 화격자 자체의 공냉 효과를 향상시켜 내구성을 확보할 수 있고, 결국 전체 화격자 폭에 걸쳐 연소공기의 균일한 분산효과로 연료 층 두께와 연료 질이 균일하지 않을 때 영향을 최소화 하며 적은 마모율과 균일한 화격자 냉각 냉각 효과 및 전방 노즐을 통한 재의 전진 이송 효과를 갖도록 한 화격자를 구비한 보일러에 관한 것이다.
본 발명에 따른 내열성 및 내마모성이 우수한 화격자를 구비한 보일러는 연소로 하부에 배열되고, 복수의 화격자요소로 구성되며, 고정부와 이동부로 이루어진 화격자를 포함하여 이루어지되, 상기 화격자요소는 상면부와, 이 상면부에 연결된 전후면 받침부와, 상기 상면부와 연결된 양 측벽부를 포함하고, 상기 받침부와 측벽부에 의하여 둘러싸인 환류공간을 갖고, 상기 전면 받침부에는 전방노즐이 형성되어 있다.

Description

내열성 및 내마모성이 우수한 화격자를 구비한 보일러{BOILER EQUIPPED WITH GRATE HAVING EXCELLENT THERMAL RESISTANCE AND ABRASION DURABILITY}

본 발명은 내열성 및 내마모성이 우수한 화격자를 구비한 보일러에 관한 것으로,

보다 상세하게는 내열강 왕복동식 화격자로 사용되는 화격자 요소를 특수합금으로 제조하여 내열성 및 내마모성을 확보함은 물론, 환류 공간 및 전방노즐, 측벽부의 통공, 환류공간 내부의 보강접촉부 등의 구조 개선을 통하여 화격자 자체의 공냉 효과를 향상시켜 내구성을 확보할 수 있고, 결국 전체 화격자 폭에 걸쳐 연소공기의 균일한 분산효과로 연료 층 두께와 연료 질이 균일하지 않을 때 영향을 최소화 하며 적은 마모율과 균일한 화격자 냉각 효과 및 전방 노즐을 통한 재의 전진 이송 효과를 갖도록 한 화격자를 구비한 보일러에 관한 것이다.

보일러, 특히 바이오매스(bio mass) 보일러는 연소로 내부에 화격자가 구비되어 있고, 열교환기에는 고온의 열교환매체가 연관으로 유입되어 피열교환유체가 가열된 후 배출될 수 있는 열교환챔버가 구비되어 있다.

화격자, 특히 내열강 왕복동식 화격자와 관련된 기술로는 특허공개 제10-2003-0081574호(2003년10월22일) [계단식 스토커, 이를 갖는 소각장치, 및 스토커용 화격자]가 있는데,

상기 공개특허는 도시 쓰레기나 산업 쓰레기 등의 폐기물을 소각처리하는 스토커식 소각장치, 특히 폐기물을 이송하기 위한 이동 화격자를 구동시키는 구동부가 화격자 열의 측부에 배치되는 계단식 스토커에 관한 것으로,

구체적으로 상기 공개특허는 폐기물을 이송하기 위한 이동 화격자를 구동시키는 구동부가 화격자 열의 측부에 배치되는 계단식 스토커와, 이 스토커용 화격자, 및 이 스토커를 가지는 소각장치에 관한 것이다. 상기 공개특허에 따른 계단식 스토커는 폐기물의 이송 방향과 직교하는 방향으로 연장하는 지지바아 및 상기 지지바아를 따라 배열되는 다수의 화격자를 가지며, 폐기물의 이송 방향을 따라 계단식으로 배열되는 다수의 고정 화격자 열; 폐기물의 이송 방향과 직교하는 방향으로 연장하는 지지바아 및 지지바아를 따라 배열되는 다수의 화격자를 가지며, 고정 화격자 열들과 교번하도록 계단식으로 배열되어 후방의 고정 화격자 열의 하부로 후퇴된 위치와 전방의 고정 화격자 열의 상부로 전진한 위치 사이에서 전후 이동 가능한 다수의 이동 화격자 열; 및 이동 화격자 열들을 구동하기 위한 구동부를 포함하여 이루어진 구성을 제시하고 있다.

그러나 상기 공개특허를 비롯한 종래 보일러에 사용되는 화격자는 합금 특성 및 구조 특성에서 내열성 및 내마모성, 기타 내구성 향상을 위하여 개선이 필요한다.

한편, 연관에 카본 등의 이물질이 끼게 되면 열효율이 떨어지며, 보일러의 내구성에도 영향을 미치게 된다.

관체, 특히 열교환기 관련 관체를 청소하는 기술로는, 특허등록 제10-0798057호(등록일자 2008년01월18일) [열교환기 튜브 세척용 파워랜스장치]가 있다.

상기 등록특허는 열교환기의 튜브 내부로 랜스를 일정속도로 투입하여 고압의 세척수로 열교환기의 튜브 내부를 세척할 수 있도록 하는 열교환기 튜브 세척용 파워랜스장치에 관한 것으로, 더 자세하게는 랜스가 권취되는 드럼을 정역방향으로 회전되는 에어모터에 접속하고, 드럼의 외측 둘레에 랜스를 지지하는 다수의 가이드롤러를 설치하여 보다 안정적으로 랜스를 열교환기 튜브 내부로 투입할 수 있도록 한 것에 관한 기술을 제시하고 있다.

그러나 상기 등록특허는 본 발명이 대상으로 하는 열교환기의 연관과 같이 다수의 파이프를 동시에, 그리고 수시로 청소하는 수단으로 활용하기에는 작업시간이 과도하게 소요되며, 보일러 사용의 연속성을 해치게 되므로 부적합하다.

또 실용신안등록 제20-0365490호(등록일자 2004년10월11일) [튜브 청소용 공기분사장비]가 있는데,

상기 등록고안은 발전소에 사용되는 보일러 튜브의 내부를 점검하기 위해 튜브 내부에 부착되어 있는 재(ash)와 같은 이물질을 공기를 분사하여 제거하는 튜브 청소용 공기분사장비을 제시하고 있다.

그러나 이 역시 다수의 관체가 집적된 본 발명의 대상인 열교환기 등에 활용하기에는 부적합하다.

이에 본 발명은 내열강 왕복동식 화격자로 사용되는 화격자 요소를 특수합금으로 제조하여 내열성 및 내마모성을 확보함은 물론, 환류 공간 및 전방노즐, 측벽부의 통공, 환류공간 내부의 보강접촉부 등의 구조 개선을 통하여 화격자 자체의 공냉 효과를 향상시켜 내구성을 확보할 수 있고, 결국 전체 화격자 폭에 걸쳐 연소공기의 균일한 분산효과로 연료 층 두께와 연료 질이 균일하지 않을 때 영향을 최소화 하며 적은 마모율과 균일한 화격자 냉각 효과 및 전방 노즐을 통한 재의 전진 이송 효과를 갖도록 한 화격자를 구비한 보일러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가 본 발명은 화격자의 개선과 함께 연소로와 연결되어 고온의 열교환매체가 유입되는 다수의 연관이 다수 배열되어 있고, 피열교환유체가 소통되는 열교환챔버를 구비한 열교환기에 인접 배열되어 연관의 청소를 위한 압축공기를 공급하는 연관 청소수단을 도입하여 열효율을 높이고 보일러의 수명까지 연장할 수 있도록 한 열교환기의 연관 청소수단을 구비한 보일러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 압축공기의 유속을 연관으로 정확히 주입하면서도 공기 주입량을 증대하기 위하여 제트기류를 형성할 수 있는 분사요소를 구비한 연관 청소장치를 제공하며, 또 다수의 연관 모두를 커버링 할 수 있도록 하게 위하여 분사요소가 집합 배열된 집적체와, 압축공기의 임시 저장소 역할을 하는 에어헤더를 연계 구성한 블록을 도입하여 청소 효율성을 높이고, 조립성을 향상시키며, 유지 보수 기능을 강화한 보일러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가 본 발명은 압축공기 체류공간을 갖는 에어헤더와 분사요소 집적체의 연통로를 개폐하는 밸브, 특히 에어 펄스 밸브(air pulse valve)의 개폐를 통하여 압축공기의 공급과 중단을 컨트롤하여 청소 기능을 강화할 수 있도록 한 보일러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 내열성 및 내마모성이 우수한 화격자를 구비한 보일러는

연소로 하부에 배열되고, 복수의 화격자요소로 구성되며, 고정부와 이동부로 이루어진 화격자를 포함하여 이루어지되,

상기 화격자요소는

상면부와, 이 상면부에 연결된 전후면 받침부와, 상기 상면부와 연결된 양 측벽부를 포함하고,

상기 받침부와 측벽부에 의하여 둘러싸인 환류공간을 갖고,

상기 전면 받침부에는 전방노즐이 형성되어 있다.

또 본 발명에 따른 내열성 및 내마모성이 우수한 화격자를 구비한 보일러에서

상기 화격자요소의 측벽부는 하면에서 들려 있어 측면소통부를 형성하고 있고,

상기 화격자요소의 측벽부에는 공기소통을 위한 측면통공이 형성되어 있고, 상기 상면부 하부에는 환류공간으로 돌출된 보강접촉부를 가지며,

상기 화격자요소의 측벽부는 상부 돌출부와 하부 요입부를 갖고, 상기 돌출부에는 요입부와 연통된 요홈부를 가지며, 이 요홈부는 상협하광(上狹下廣) 형상을 가져 재 이송을 위한 유속의 증가가 가능하도록 되어 있다.

본 발명은 열교환기의 연관 청소수단을 구비한 보일러와 관련하여

고온의 열교환매체가 유입되는 다수의 연관이 다수 배열되어 있고, 피열교환유체가 소통되는 열교환챔버를 구비한 열교환기를 포함하며,

상기 연관으로 압축공기를 공급하여 연관 내벽을 청소하기 위한 연관 청소수단을 구비하고 있다.

또 본 발명에 따른 열교환기의 연관 청소수단을 구비한 보일러에서

상기 연관 청소수단은 연관으로 압축공기를 공급하는 복수의 분사요소를 포함하되, 각 분사요소는 단부에 내면으로 향하여 경사진 형태로 형성된 곡면부와, 이 곡면부에 의하여 둘러싸인 개구부를 갖는 내관과, 이 내관 단부를 감싸고 상기 곡면부를 둘러싸는 슬릿을 형성하는 외피와, 상기 내관 및 상기 외피 사이에 형성된 압축공기 통로를 포함하여 이루어져서, 상기 슬릿을 거쳐 내관의 개구부 및 내면으로 향하는 압축공기의 기류에 의하여 2차로 외기가 유입되도록 되어 있고,

상기 분사요소들은 집적체에 집합 배열되어 있고, 상기 집적체는 상기 압축공기 통로와 연결된 에어챔버 및 이 에어챔버와 연통된 공기주입 노즐을 갖고, 상기 공기주입 노즐은 밸브에 의하여 개폐되며,

상기 공기주입 노즐 및 상기 밸브는 복수개 구비되어 있고, 상기 각 밸브는 내부에 압축공기 체류공간을 갖는 에어헤더에 집합 배열되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명은 내열성 및 내마모성이 우수한 화격자를 구비한 보일러는 내열강 왕복동식 화격자로 사용되는 화격자 요소를 특수합금으로 제조하여 내열성 및 내마모성을 확보함은 물론, 환류 공간 및 전방노즐, 측벽부의 통공, 환류공간 내부의 보강접촉부 등의 구조 개선을 통하여 화격자 자체의 공냉 효과를 향상시켜 내구성을 확보할 수 있고, 결국 전체 화격자 폭에 걸쳐 연소공기의 균일한 분산효과로 연료 층 두께와 연료 질이 균일하지 않을 때 영향을 최소화 하며 적은 마모율과 균일한 화격자 냉각 효과 및 전방 노즐을 통한 재의 전진 이송 효과를 갖는다.

한편, 본 발명에 따른 열교환기의 연관 청소수단을 구비한 보일러는 연소로와 연결되어 고온의 열교환매체가 유입되는 다수의 연관이 다수 배열되어 있고, 피열교환유체가 소통되는 열교환챔버를 구비한 열교환기에 인접 배열되어 연관의 청소를 위한 압축공기를 공급하는 연관 청소수단을 도입하여 열효율을 높이고 보일러의 수명까지 연장할 수 있으며, 또 압축공기의 유속을 연관으로 정확히 주입하면서도 공기 주입량을 증대하기 위하여 제트기류를 형성할 수 있는 분사요소를 구비한 연관 청소장치를 제공하며, 또 다수의 연관 모두를 커버링 할 수 있도록 하게 위하여 분사요소가 집합 배열된 집적체와, 압축공기의 임시 저장소 역할을 하는 에어헤더를 연계 구성한 블록을 도입하여 청소 효율성을 높이고, 조립성을 향상시키며, 유지 보수 기능을 강화할 수 있고, 나아가 압축공기 체류공간을 갖는 에어헤더와 분사요소 집적체의 연통로를 개폐하는 밸브, 특히 에어 펄스 밸브(air pulse valve)를 통하여 개폐하여 압축공기의 공급과 중단을 컨트롤 하여 청소 기능을 강화할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 열교환기의 연관 청소수단을 구비한 보일러의 전체 도면.
도 2는 본 발명에 따른 화격자의 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 화격자 요소에 대한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 연관 청소수단을 중심으로 한 도면.
도 5은 분사요소를 중심으로 한 도면.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명에 따른 열교환기의 연관 청소수단을 구비한 보일러(B)를 설명함에 있어 편의를 위하여 엄밀하지 않은 대략의 방향 기준을 정하면, 특별한 언급이 없는 한 각 도면에 도시된 그대로의 상태에서 상하좌우를 구분하여 설명한다.

먼저 도 1([A]는 정면도, [B]는 측단면도임) 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환기의 연관 청소수단을 구비한 보일러(B)는 열교환기(10)가 구비된 연소로(furnace)(B1)를 포함하여 이루어진다.

도시된 보일러는 특히 바이오매스(bio mass) 보일러를 도시한 것으로, 하우징(Ba)의 연소로(B1)에는 연료 투입구(B1a)가 구비되어 있고, 연소된 가스, 즉 연기가 배출되는 연통(B1b)이 상부 후면에 구비되어 있다.

또 연소로(B1) 내면 하부에 배열된 화격자, 특히 계단식 화격자는 연소 잔재물인 재를 이송하는 기능을 하며, 말단에는 재를 모아 배출하는 재처리수단(B3)이 구비되어 있다.

상기 보일러(B) 하우징(Ba)의 상부에 배열된 열교환기(10)는 내부에 열교환챔버(10S)가 구비되어 있으며, 이 챔버(10S) 내에는 다수의 연관(11)이 배열되어 있다.

연료에 의하여 가열된 고온의 열교환매체(예: 공기)는 연관(11)으로 유입되고, 열교환챔버(10S)를 소통하는 피열교환유체(예: 물)가 가열되어 배출, 활용된다.

도 1, 도 2 및 도 3에서, 내열성 및 내마모성이 우수한 화격자를 구비한 보일러를 위한 화격자(B2)를 구성하는 화격자요소(30)는 특히 내열강 왕복동식 화격자로 그 재질은 다음 표와 같은 특수 합금으로 제조되는 것이 바람직하다.

상기 표에서 나머지 성분은 철(Fe)이며, 그 외 불가피하게 내포되는 불순물을 포함한다. 상기 표에서 %는 중량%를 의미한다.

아울러 이러한 합금으로 제조된 화격자 요소는 다음과 같은 기계적 특징을 갖는다.

상기와 같은 화격자 요소는 또 연소가스를 비롯한 각종 가스 및 고온에서 산화되지 않아 화학적으로 안전하며, 고온경도, 전열성 및 열 피로 등의 성질이 우수하다. 나아가 사용온도에서 변형을 일으키거나 탄화물이 분해되는 일이 없으며, 온도상승에 따른 열팽창이 일어나 열응력이 생겨 화격자 요소에 균열이 발생하거나 파괴되는 문제가 적은 특성을 갖는다.

이를 요약하면 아래와 같다.

- 고온에서 화학적으로 안전(연소가스를 비롯한 각종 가스 및 고온에서 산화되지 않음)

- 고온에서 기계적 성질이 우수(고온경도, 전열성 및 열 피로 등의 성질이 우수)

- 고온에서 조직이 안정(사용온도에서 변형을 일으키거나 탄화물이 분해되지 않음)

- 열팽창 및 열에 의한 변형이 적음(화격자가 고온에서 노출되면 온도상승에 따른 열팽 창이 일어나 열응력이 생겨 부재에 균열이 발생하고 파괴되는 문제가 적음)

- 고온에서 내열성 및 내마모성이 우수

나아가 도 1의 보일러(B) 연소로(B1) 하부에 배열된 화격자(B2)는 도 2에 개략적으로 확대 도시한 바와 같이,

내열성 및 내마모성이 높은 화격자 요소(30)를 계단식으로 적층 배열한 화격자(B2)는 고정부(B2A), 작동수단(B2C), 예를 들어 유압실린더에 의하여 작동되는 이동부(B2B)로 구성되어 연료의 탄화 후 발생되는 재의 단계적 이송이 원활하게 이루어지도록 되어 있다.

또 화격자 요소와 요소 사이의 작은 틈새, 즉 통기틈새(33C)(0.6mm)는 도 3 [A] 및 [B]에 구체적으로 도시한 화격자 요소(30) 도면에서 확인할 수 있는 바와 같이,

상부 돌출부(33A)와 하부 요입부(33B)를 갖는 측벽부(33)를 통하여 밀착 배열됨은 물론,

연소공기에 대하여 높은 압력손실을 갖도록 한다.

구체적으로 개별 화격자 요소(30)는 평판 형상의 상면부(30A)와, 전후면 받침부(31,31'), 측벽부(33)가 상호 연결된 구조이며,

상면부, 전후면 받침부, 측벽부에 의하여 둘러싸인 환류공간(30S)이 형성되어 있어 공냉특성이 강화되도록 되어 있다.

전후면 받침부(31,31')는 재의 단계적 하강 이송을 위하여 경사면을 갖고(특히 전면 받침부(31)),

작동수단인 유압실린더와 연계된 동력 중계 막대(미지칭됨, 도 2 참조)가 결합되도록 후면 받침부(31')는 이격된 2개이며, 그 사이에 막대가 결합되는 연결부(30B)가 형성된다.

상기 양 측벽부(33)는 전후면 받침부(31,31') 보다 상면부(30A)에서 짧게 연결되어 있어, 결국 하면에서 들려 있어 측면소통부(30Sa)를 형성하여 개별 화격자 요소의 환류공간(30S)이 다른 화격자 요소와 연통되도록 되어 있고, 결국 공냉 특성 및 내구성 향상 효과를 강화하게 된다.

한편, 도 3 [A] 상부의 일점 쇄선 원 내 단면도에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 상면부(30A) 하부에는 환류공간(30S)으로 돌출된 보강접촉부(35)가 더 형성되어 있어 마치 보강살과 같은 기능을 하여 내력특성을 향상시키고, 또 마치 방열핀과 같은 역할을 하여 공냉 특성까지 향상시킬 수 있다.

또 상기 전면 받침부(31)에는 전방노즐(31A)이 형성되어 있어, 상기 환류공간(30S)과 연통되는데, 이를 통하여 보일러(B) 연소로(B1) 내의 기류가 전달되어 해당 화격자 요소의 전방에 있는(그리고 계단식 구조로 인하여 아래에 있는) 재를 불어 전방 아래의 다음 계단으로 밀어내는 역할을 할 수 있어, 최종 재처리수단(B3)(도 1 [B] 참조) 쪽으로 재를 더욱 빠르고 원활하게 이송하게 된다.

나아가 상기 화격자요소(30)의 측벽부(33)는 상부 돌출부(33A)와 하부 요입부(33B)를 갖고,

상기 돌출부(33A)에는 요입부(33B)와 연통된 요홈부(33a)를 가져 환류공간(30S)의 기류가

이 요홈부로 인하여 화격자 요소와 요소 사이에 형성되는 통기틈새(33C)(도 3 [B] 참조)로 배출되어 상면부(30A) 상부의 재를 상승시키는 역할을 한다.

특히 상기 요홈부(33a)는 도 3 [B] 하부의 우측 일점쇄선으로 표시한 원 안에 도시된 형상, 즉 사다리꼴 형상인 상협하광(上狹下廣) 형상을 가져 재(ash)의 이송을 위한 유속의 증가 특성을 부여한다.

필요에 따라서는 도 3 [B] 하부의 좌측 일점쇄선 원 내에 도시된 형상과 같이, 상기 요홈부(33b)는 상협하광(上狹下廣) 형상이면서 동시에 전방을 향하여 상향 경사진 구조를 가져, 통기틈새(33C)로 소통되는 기류에 의한 재의 상승 및 전방 이송 특성까지 갖도록 할 수 있다.

한편, 상기 측벽부(33)는 요입부(33B)에 측면통공(33p)까지 형성되어 있어 공냉특성 향상과 함께 기류의 가속을 통한 통기틈새(33C)로의 기류 증폭을 가능하도록 한다.

이 측면통공(33p)은 하나 또는 다수개 형성될 수 있으며, 무엇보다도 요홈부(33a)(33b)와 불일치되는 위치, 다시 말해, 가상의 수직선을 기준으로 어긋난 위치에 형성되어 공기 체류 시간을 늘이면서도 난류 발생 기능을 통한 재 이송 특성 향상에 기여할 수 있도록 되어 있다.

이상과 같은 본 발명의 화격자 요소 및 화격자의 특성을 요약하면 다음과 같다.

- 화격자 요소 전체 폭에 걸쳐 연소공기의 균일한 분산효과로 연료 층 두께와 연료 질이 균일하지 않을 때 영향을 최소화 하며 적은 마모율과 균일한 화격자 냉각 효과 및 전방 노즐을 통한 재의 전진 이송 효과를 갖는다.

- 각 화격자 계단의 이동부(B2B)는 자유자재로 속도를 조절할 수 있는 구동실린더를 갖고 있어 연료의 전방운동과 화격자상의 연료 층 두께가 각각의 화격자 이동부 영역(zone)에 알맞게 조정된다.

- 각 화격자 이동부 및 고정부 영역(zone) 위의 연소 영역(zone)은 각각의 1차 공기 흡입 -토출 시스템(전방노즐(31A) 및 통기틈새(33C))을 갖고 있어 실제 투입된 연료 특성에 따라 화격자 속도와 1차 공기를 연동하여 조정함으로써 최적의 연소성능을 유지하며, 우드칩(Wood-Pellet & Chip) 형태의 연료투입시 다른 고체연료에 비해 균일한 조건을 가지고 있으므로 공급되는 공기순환이 원활이 이루어지지 않으면 연소자체가 불완전연소를 초래하는 문제를 갖는데,

본 발명에 따른 화격자에서는 1차 공기 흡입 -토출 시스템(전방노즐(31A) 및 통기틈새(33C))을 통하여 원활한 공급공기에 의한 완전연소 촉진과 연소시 클링커(clinker) 현상을 방지할 수 있다.

- 또한 연소시 발생되는 재를 효과적으로 재처리수단(B3)(Ash zone)으로 밀어내기 위해 화격자 요소 전방 노즐(30A)을 이용한 방법도 적용하였다. 함수율이 낮은 연료는 비중이 낮아 매연이 적고 연소속도가 빠른 특성이 있기 때문에 화격자 상에 하부공기만으로는 완전연소에 어려움이 있는데, 화격자 요소의 전방노즐을 적용하여 연소촉진과 화격자 냉각을 동시에 해결할 수 있게 된다.

한편, 도 1에서, 연소로(B1)가 연통된 연관(11)의 반대쪽 단부에 본 발명의 핵심 중 하나인 연관 청소수단(20)이 배열되어 있는데, 이하 이를 구체적으로 살펴 본다.

이 연관 청소수단(20)은 상기 연관(11)으로 압축공기를 공급하여 연관 내벽에 부착된 카본(그을음)이나 기타 이물질을 제거하게 된다.

상기 연관 청소수단(20)은 기본적으로 연관으로 압축공기를 공급하는 복수의 분사요소(21)를 포함하고 있다.

구체적으로 도 5에서 단면도인 [A]와 개념도인 [B]에서 확인할 수 있는 바와 같이, 각 분사요소(21)는 내관(21A), 외피(21B), 그리고 내관과 외피 사이로 압축공기가 소통되는 통로(21C)를 포함하여 이루어진다.

상기 내관(21A)은 상단부에 개구부(21a)를 갖고, 상기 외피(21B)는 상기 내관(21)과 이격되어 상기 개구부(21a) 주변에 공간을 형성하는 형태로 감싸며, 내관과의 사이에 슬릿(21D)을 형성한다.

압축공기 통로, 특히 분사요소(21)가 집적배열되어 있어 제조성, 조립성, 보수 용이 특성 등을 확보하기 위하여 집적체(23)(도 4 [B] 및 도 1 [B]의 확대된 원 "C1" 내의 일점쇄선으로 표시한 직사각형 영역 내 참조)의 에어챔버(23A)와 연통된 압축공기 통로(21C)에서 공급되는 압축공기는

상기 슬릿(21D)을 거쳐 내관(21A)의 개구부(21a)로 가속 유입된다. 이에 따라 1차 유입공기가 슬릿(21D)을 통과하면서 가속(증폭)되고, 이 1차 유입공기의 기류에 의하여 연속적으로 주변부의 2차 유입공기 기류가 형성되면서, 연관(11)으로 2단 압축공기 분사 시스템이 형성되는 원리에 의하여 청소에 보다 완벽을 기할 수 있게 된다.

특히 내관(21A)의 개구부(21a)를 거쳐 개내관 내면으로 하향하는 압축공기의 가속특성을 보장하고, 슬릿(21D)의 통로 방향이 내관 내면을 향하여 하향하는 형태를 이루도록 하기 위하여 상기 내관(21A)의 개구부(21a) 주변 내벽은 하향 경사진 곡면부(21b)를 형성하고 있어, 압축공기와 주변 외부공기가 제트기류 형태로 공급되도록 되어 있는데, 이와 같은 특성은 도 5의 [B]에 도시된 개념도를 통하여 보다 잘 이해될 수 있다.

다음으로 ([A]는 정면도, [B]는 측단면도임) 및

도 4([A]는 개략적인 정면도,

[B]는 [A]에서 열교환기(10) 외측 정면에 연관 청소수단(20)이 배열되고 힌지(20a)(도 1 [A] 참조)를 중심으로 반원형 프레임(20A)에 장착된 집척체와 관련하여 상부 두 쌍의 밸브와 하부 세 쌍의 밸브(25) 중 하부 세 쌍의 밸브에 대하여 상부 첫 번째 밸브 쌍을 평단면도 형태로 관찰한 도면,

[C]는 [A]에서 상하로 배열된 5개의 밸브(25)를 측단면 형태로 관찰한 도면임)에서 확인할 수 있는 바와 같이,

본 발명에 따른 열교환기의 연관 청소수단을 구비한 보일러(B)는 청소 효율성을 높이고, 조립성을 향상시키며, 유지 보수 기능을 강화하기 위하여 다수의 분사요소(21)를 집적배열한 구조를 제시하고 있다.

즉, 상기 분사요소(21)들은 집적체(23)에 집합 배열되어 있다(도 5 [A] 및 도 4 참조).

상기 집적체(23)는 상기 각 분사요소(21)의 압축공기 통로(21C)와 연결된 에어챔버(23A)(도 4 [B] 참조)를 갖고, 이 에어챔버와 연통된 공기주입 노즐(23a)(도 4 [C] 참조)을 갖는다.

또 각 집적체(23)는 개별 연관(11)과 연통된 공기 배출노즐을 구비할 수 있으나 생산성 등을 고려하여, 연관(11)의 정면 단부를 원판에 통합배열하고, 이 원판과의 사이에 별도의 연통챔버(24)(도 4 [C] 참조)를 배열하며,

집적체(23)에는 다수의 공기토출 노즐(23b)(도 4 [C] 참조)을 배열하여, 압축 및 가속(증폭)된 공기가 연통챔버(24)를 거쳐 연관(11)으로 공급되어 청소를 수행하도록 되어 있다.

한편, 상기 공기주입 노즐(23a)은 밸브(25)에 의하여 개폐되는 것이 바람직하다.

또 압축공기를 정확히 공기주입 노즐(23a)하기 용이하도록 별도로 내부에 압축공기 체류공간(27S)(도 4 [B] 참조)을 갖는 에어헤더(27)를 도입하였다.

나아가 제조 용이성을 위하여 원통형 열교환기(10)의 정면 원형 형상에 맞는 연관 청소수단(20)을 도입함에 있어, 집적체(23)의 현실적이고 고품질을 보장하고자 집적체는 원판 형상이거나 반원판 형상인 것이 아니라 에어챔버(23A)를 갖는 사각형 또는 사다리꼴 등의 집적체 패널분체를 결합하여 구성하는 것이 바람직하다(도 4 [A] 참조).

나아가 집적체 패널분체에 압축공기 공급 원활성을 보장하는 에어헤더(27)는 두 반원형 프레임(20A) 양측에 배열된 각 집적체 패널분체들과 연통되는 형태로 2개 배열되어 있다

(도 4 [A]는 반원형 프레임(20A)에서 분사요소(21) 및 패널타입 집적체(23)를 위주로 보이고 있는 바,

일점쇄선으로 나타낸, 상하로 길게 형성된 에어헤더(27) 2개가 각 반원형 프레임(20A) 중앙에 구비되어 있음을 확인할 수 있다).

도 4 [A]에서 별도의 컴프레서 등에서 공급되는 압축공기는 주입배관(P1)을 거쳐 에어헤더(27) 내부 체류공간(27S)으로 공급되며(연관(11)으로 공급되지 못하는 공기 또는 유지 보수 등을 위하여 압축공기를 제거하는 경우에는 압축공기는 배출배관(P2)를 통하여 제거 해소된다),

집적체(23)의 공기주입노즐(23a)을 개폐하는 밸브, 특히 에어 펄스 밸브(air pulse valve)(전동 또는 공압에 의하여 개폐되며, PLC(Programmable Logic controller) 또는 통상의 마이컴으로 구성된 제어부에 의하여 제어될 수 있다)의 개방으로

집적체(23)의 에어챔버(23A)를 거쳐 각 분사요소(21)의 압축공기 통로(21C)를 통과하여

증폭(가속)되고 특유의 슬릿(21D) 형상으로 외부 공기까지 2차 유입되어 더욱 증폭되어 제트기류를 형성하면서 내관(21A)을 통과하여 연통챔버(24)를 거쳐 연관(11)으로 유입되어 연관 내벽의 이물질을 제거하게 된다.

상기 집적체(23)의 공기주입 노즐(23a)을 개폐하도록 에어헤더(27)와 연통된 에어 펄스 밸브(air pulse valve)(25)는 공기주입 노즐(23a) 마다 구비되어 있는데,

도 4 [B]에서 확인할 수 있는 바와 같이, 노즐(23a)과 연결파이프(25A)를 통하여 연통되어 있으며, 밸브와 연결파이프 사이에는 내진부재, 특히 플렉서블(flexible) 관체(25a)가 구비되어 있어 보일러 작동에 따른 진동 등이 밸브(25)로 전달되지 않도록 한다. 이 플렉서블 관체는 또 밸브(25)와 공기주입 노즐(23a) 불일치 상황을 쉽게 보정하여 정확하게 연결파이프(25A)가 결합되도록 하는 기능을 한다.

이러한 펄스밸브(25)는 고내구성 다이어프램과 정밀 스프링을 사용하여 누설이 없도록 되어 있으며, 또 복수의 펄스밸브가 장착된 특수 에어헤더는 견고한 4각 파이프를 정밀 가공하여 제작되어 2단 분사시스템의 성능을 배가시키는 역할을 하도록 되어 있다.

연관 청소수단(20)과 열교환기(10)의 연관(11)의 연결 구조를 보다 정확하게 할 수 있도록 도시된 도 1 [B]의 확대된 원 "C1"에서 다시 더 확대된 원 "C2"에서 확인할 수 있는 바와 같이,

("C1"과 "C2"는 정확하게는 절단 방향이 다른 도면으로,

도 1 [B]의 "C1"은 도 4 [C]에 대응되는 도면이며,

도 1 [B]의 "C2"는 도 4 [B]에 대응되는 도면으로,

"C2"는 도 4 [B]의 좌측 에어헤더(27) 부위를 보다 구체적으로 도시한 도면에 해당한다)

압축공기를 에어헤더에서 제거할 경우에는 도 4 [A]의 파이프(P1)(P2)와 연계된 도 1 [B[ "C2"상의 연결부 상의 밸브(p1, inlet)(p2, outlet)를 개방하고,

청소시에는 압축공기를 에어헤더(27) 내의 체류공간(27S)에 저장하며, 밸브(p1)(p2)는 닫는다.

에어헤더의 압축공기는 다이어프램밸브(25)를 거쳐 집적체(23)의 에어챔버(23A)로 공급되고,

다시 압축공기는 분사요소(21)의 슬릿(21D)을 거쳐 내관(21A) 및 공기토출 노즐(23b)를 거쳐 연통챔버(24)를 지나 연관(11)으로 분사되어 연관 내부의 불순물을 제거한다.

에어 펄스 밸브(air pulse valve)는 제어부(PLC 또는 마이컴 등으로 구성)에서 타이머의 설정에 따라, 예를 들어 off Time 10초, on Time 0.3초로 개폐되도록 컨트롤되며, 압력 5kgf/㎠로 작동할 수 있다.

이상의 설명에서 보일러의 종류, 연료의 종류, 열교환기의 구체 구조, 에어 펄스 밸브의 구체 구조 및 작동 동작 등과 관련된 통상의 공지된 기술을 생략되어 있으나, 당업자라면 용이하게 이를 추측 및 추론하고 재현할 수 있다.

또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 보일러를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

B: 보일러 B1: 연소로
B2: 화격자 B3: 재처리수단
10: 열교환기 10S: 열교환챔버
11: 연관 20: 연관 청소수단
21: 분사요소 21A: 내관
21B: 외피 21C: 압축공기 통로
23: 집적체 23AP: 에어챔버
24: 연통챔버 25: 밸브
27: 에어헤더
30: 화격자요소 31,31': 받침부
33: 측벽부 35: 보강접촉부
31A: 전방노즐 33A: 돌출부
33B: 요입부 33a,33b: 요홈부
33C: 통기틈새

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 연소로 하부에 배열되고, 복수의 화격자요소로 구성되며, 고정부와 이동부로 이루어진 화격자를 포함하며,
   고온의 열교환매체가 유입되는 다수의 연관이 다수 배열되어 있고, 피열교환유체가 소통되는 열교환챔버를 구비한 열교환기를 포함하며,
   상기 연관으로 압축공기를 공급하여 연관 내벽을 청소하기 위한 연관 청소수단을 구비하여 이루어지는 보일러에 있어서,
   
   상기 화격자요소(30)는
   상면부(30A)와, 이 상면부에 연결된 전후면 받침부(31,31')와, 상기 상면부와 연결된 양 측벽부(33)를 포함하고,
   상기 받침부(31,31')와 측벽부(33)에 의해 둘러싸인 환류공간(30S)을 갖고,
   상기 전면 받침부에는 전방노즐(31A)이 형성되며,
   상기 화격자요소(30)의 측벽부(33)는 하면에서 들려 있어 측면소통부(30Sa)를 형성하며,
   상기 상면부 하부에는 환류공간으로 돌출된 보강접촉부(35)를 가지며,
   상기 화격자요소의 측벽부(33)는 상부 돌출부(33A)와 하부 요입부(33B)를 가지는 것을 특징으로 하며,
   
   상기 화격자요소(30)의 상기 돌출부(33A)에는 요입부와 연통된 요홈부(33a)를 가짐으로써, 상기 환류공간(30S) 내의 기류가 상기 요홈부를 통과하여 화격자요소와 화격자요소 사이에 형성된 통기틈새(33C)로 배출되어 상면부(30A) 상부의 재를 상승시키도록 구성되되,
   상기 요홈부는 상협하광(上狹下廣) 형상이면서 동시에 전방을 향하여 상향 경사지게 형성됨으로써, 상기 환류공간(30S) 내의 기류의 유속을 증가시킴과 동시에 상기 기류가 전방으로 이송되도록 구성되며,
   상기 화격자요소(30)의 측벽부(33)에는 공기소통을 위한 측면통공(33p)이 형성되되, 상기 측면통공(33p)은 가상의 수직선을 기준으로 상기 요홈부(33a)(33b)에 대해 어긋난 위치에 형성되는 것을 특징으로 하며,
   
   상기 화격자요소(30)는 내열강 화격자로서, 그 재질은 탄소(C) 0.3~0.5 중량%, 크롬(Cr) 21~23중량%, 망간(Mn) 0.5~1.5중량%, 니켈(Ni) 9~11중량%, 규소(Si) 1~2.5중량%, 황(S) 0~0.03중량%, 인(P) 0~0.045중량%를 포함하며, 나머지 중량%는 철(Fe)로 구성되는 것을 특징으로 하며,
   
   상기 연관 청소수단(20)은 연관(11)으로 압축공기를 공급하는 복수의 분사요소(21)를 포함하되,
   상기 각 분사요소(21)는
   그 단부에 내면으로 향하여 경사진 형태로 형성된 곡면부(21b)와, 이 곡면부(21b)에 의하여 둘러싸인 개구부(21a)를 갖는 내관(21A)과,
   이 내관(21A) 단부를 감싸고 상기 곡면부(21b)를 둘러싸는 슬릿(21D)을 형성하는 외피(21B)와,
   상기 내관(21A) 및 상기 외피(21B) 사이에 형성된 압축공기 통로(21C)를 포함하여 이루어져서,
   상기 슬릿(21D)을 거쳐 내관(21A)의 개구부(21a) 및 내면으로 향하는 압축공기의 기류에 의하여 2차로 외기가 유입되는 것을 특징으로 하는 보일러.

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