KR101394360B1 - 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러 - Google Patents

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이흥주
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Abstract

본 발명은 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러에 관한 것으로, 열매체의 이동을 안내하는 케이싱부; 케이싱부의 내부에 설치되어서 케이싱부를 따라 이송되는 열매체를 가열하는 가열부; 케이싱부의 내부에 설치되어서 가열부를 지지하고 케이싱부를 따라 이송되는 열매체의 흐름을 방해하여서 열매체와 가열부 사이의 열전도율이 증대되도록 하는 열매체유도부; 케이싱부에 연결되어서 케이싱부 사이의 간격을 지지하고 조절하는 간격조절부를 포함하여 구비된다.
따라서, 기설치된 산업용 보일러에 일부의 파이프를 증설하거나, 설치된 산업용 보일러 중 어느 한 부분을 교체 또는 수리할 경우, 분배관의 연결플랜지들을 분리하거나 결합시키는 비교적 간단한 작업으로 증설 및 수리가 가능하고, 열매체가 유도캡의 내부면에 부딪힌 후 유도구멍으로 배출되면 볼록한 기포방지면의 곡면을 따라 자연스럽게 흐르면서 이동되므로, 열매체가 하나의 유도캡에서 인접한 유도캡 측으로 이동될 때에 기포가 발생되지 않으며, 이에 따라 열효율이 향상될 뿐 아니라, 파이프 내에 에어가 차지 않아서 에어 빼기 작업이 불필요하다.

Description

시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러{Construct ability and power saving is improved industrial boiler}
본 발명은 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러에 관한 것으로, 더 상세하게는 기설치된 산업용 보일러에 일부의 파이프를 증설하거나 교체, 수리하는 작업이 간편하고, 열매체가 하나의 유도캡에서 인접한 유도캡 측으로 이동될 때에 기포가 발생되지 않으며, 보일러의 성능이나 고장, 노후화 등의 보일러 상태를 수시로 체크할 수 있을 뿐 아니라, 세라믹히터의 고장시, 산업용 보일러 전체를 정지시킬 필요 없이 해당 세라믹히터만 정지시킨 후 곧바로 수리할 수 있는 산업용 보일러에 관한 것이다.
주지하고 있는 바와 같이, 보일러는 석유, 가스 등의 연료와 전기를 에너지원으로 열에너지를 발생하고, 열에너지와 물의 열교환에 의하여 난방수 또는 온수를 생성하는 장치로 에너지원에 따라 기름보일러, 가스보일러, 전기보일러로 부르고 있다.
일반적으로 석유, 가스 등의 연료를 에너지원으로 사용하는 연소방식 보일러는 버너에 의하여 연료를 연소하여 열에너지를 발생하며, 열에너지와 펌프의 작동에 의하여 배관을 순환하는 물을 열교환하여 난방수를 생성한다. 그러나 연소방식 보일러는 연료의 저장, 공급, 연소, 배기 등에 많은 부품이 사용되어 고가이고, 구조가 복잡하여 생산성이 크게 저하되는 단점이 있다. 또한, 연소방식 보일러는 버너의 연소에 필요한 공기의 공급과 배기가스의 누출로 인한 가스 중독 사고의 예방을 위하여 통풍이 원활하면서도 난방 영역과 격리되어 있는 별도의 보일러실을 마련하여 설비해야 하므로, 보일러와 난방 영역 사이에 설비되는 배관의 길이가 복잡하고 길어져 열에너지의 손실이 크고, 시공성이 크게 저하되는 문제가 있다. 그리고 가스보일러의 경우, 가스의 누출로 인한 가스 중독 및 폭발 사고는 인명과 재산의 막대한 손실을 야기하므로, 버너와 배관 등의 주기적인 점검이 요구되는 등 가동이 번거롭고 불편한 단점이 있다.
한편, 전기보일러는 전기를 에너지원으로 사용하기 때문에 연소방식 보일러에 비하여 설치와 가동이 간편한 장점이 있으나, 연료비보다 비싼 전기료에 의하여 넓은 영역의 난방에 사용하기에는 부적합한 문제를 가지고 있다. 뿐만 아니라, 전기보일러는 열선의 단선으로 고장이 쉽게 발생하고, 에너지 효율이 낮은 단점이 있다.
이러한 종래의 전기보일러는 전기 부품들이 설치되는 장비의 특성상 유지 보수하는 상황이 빈번히 발생되는데, 설치가 복잡하고 분해가 어려워서 유지 보수에 어려움이 초래되었다.
대한민국 실용신안등록 제20-178805호 대한민국 실용신안등록 제20-164191호
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 기설치된 산업용 보일러에 일부의 파이프를 증설하거나 교체, 수리하는 작업이 간편하도록 한 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 다수의 유도캡들을 지지하기 위한 부품수가 최소화되고, 열매체와 히터 사이의 열교환이 방해되지 않도록 한 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 열매체가 하나의 유도캡에서 인접한 유도캡 측으로 이동될 때에 기포가 발생되지 않도록 한 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 수압에 의한 기포방지면의 변형을 방지되도록 한 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 보일러의 성능이나 고장, 노후화 등의 보일러 상태를 수시로 체크할 수 있도록 한 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 세라믹히터의 고장시, 산업용 보일러 전체를 정지시킬 필요 없이 해당 세라믹히터만 정지시킨 후 곧바로 수리할 수 있도록 한 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러는, 열매체의 이동을 안내하는 케이싱부; 케이싱부의 내부에 설치되어서 케이싱부를 따라 이송되는 열매체를 가열하는 가열부; 케이싱부의 내부에 설치되어서 가열부를 지지하고 케이싱부를 따라 이송되는 열매체의 흐름을 방해하여서 열매체와 가열부 사이의 열전도율이 증대되도록 하는 열매체유도부; 케이싱부에 연결되어서 케이싱부 사이의 간격을 지지하고 조절하는 간격조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러의 다른 특징은, 케이싱부는, 등간격으로 다수 배열되고 열매체가 통과되는 파이프와, 파이프들에 연결되고 하나의 파이프를 따라 이송되는 열매체가 인접한 다른 파이프로 순차적으로 이송되도록 안내하는 열매체연결부로 이루어지며; 열매체연결부는, 파이프의 단부에 결합되고 결합플랜지가 구비되는 연결관과, 연결관에 이와 직각을 이루도록 연결되고 단부에 연결플랜지가 구비되며 인접한 두 파이프의 내부를 연결하는 분배관으로 이루어진다.
본 발명의 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러의 또 다른 특징은, 열매체유도부는, 파이프의 내부에 등간격으로 다수 설치되고 히터를 지지하며 파이프의 일단에서 타단측으로 흐르는 열매체의 흐름을 방해하여서 열매체와 가열부 사이의 열전도율이 증대되도록 하는 유도캡과, 파이프에 내장되고 유도캡들의 중앙을 관통하도록 배치되며 다수의 유도캡들이 지지되는 결합축과, 결합축에 체결되어서 유도캡을 결합축에 고정되도록 하는 체결너트로 이루어진다.
본 발명의 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러의 또 다른 특징은, 유도캡은, 열매체가 흐르는 방향측으로 볼록하게 형성되고 유도캡의 내측에 부딪힌 열매체가 볼록한 면을 따라 흐르도록 유도하여서 유도캡들 사이에서 기포가 발생되는 것을 방지시키는 기포방지면과, 기포방지면의 둘레에 링형테 형상을 갖도록 형성되어 있고 수압에 의한 기포방지면의 변형을 방지시키는 보강리브와, 기포방지면의 중앙에 형성되고 결합축이 관통되는 축결합구멍과, 축결합구멍 둘레의 기포방지면에 형성되고 가열부의 히터가 관통되는 히터구멍들과, 기포방지면에 형성되고 유도캡에 부딪힌 열매체가 통과되며 통과된 열매체가 기포방지면을 따라 흐르도록 하는 유도구멍으로 이루어진다.
본 발명의 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러의 또 다른 특징은, 유도캡의 유도구멍 둘레에는, 기포방지면의 내측으로 갈수록 점차 수렴되도록 형성된 테이퍼면이 구비된다.
본 발명의 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러의 또 다른 특징은, 간격조절부는, 파이프에 고정되고 체결구멍이 형성된 체결편과, 양단이 인접한 두 체결편에 대응되고 관통구멍이 형성되어 있는 간격조절편과, 간격조절편 및 체결편에 체결되는 체결볼트로 이루어진다.
본 발명의 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러의 또 다른 특징은, 파이프의 양단에는 파이프에 유입된 열매체의 온도와 파이프에서 유출되는 열매체의 온도를 측정하도록 각각 온도감지센서가 설치된다.
본 발명의 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러의 또 다른 특징은, 파이프의 둘레에는 세라믹히터가 결합되며 이 세라믹히터의 외부면에는 단열피복층이 도포된다.
본 발명의 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러의 또 다른 특징은, 파이프는, 노듈러주철로 이루어지며, 노듈러주철을 1600∼1650℃로 가열시켜서 용탕으로 만든 다음 탈황처리를 하며, 마그네슘이 0.3∼0.7 중량% 정도 포함된 구상화 처리제를 넣고 1500∼1550℃에서 구상화 처리를 실시한 후 열처리하여 이루어진다.
본 발명의 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러의 또 다른 특징은, 유도캡의 둘레에는 코팅층이 형성되되, 이 코팅층은, 산화크롬(Cr2O3) 96∼98% 및 이산화티타늄(TiO2) 2∼4%가 혼합되어 이루어진 분말이 유도캡의 둘레에 용사되어 이루어진다.
이상에서와 같은 본 발명은, 케이싱부가, 등간격으로 다수 배열되고 열매체가 통과되는 파이프와, 파이프들에 연결되고 하나의 파이프를 따라 이송되는 열매체가 인접한 다른 파이프로 순차적으로 이송되도록 안내하는 열매체연결부로 이루어지며; 열매체연결부는, 파이프의 단부에 결합되고 결합플랜지가 구비되는 연결관과, 연결관에 이와 직각을 이루도록 연결되고 단부에 연결플랜지가 구비되며 인접한 두 파이프의 내부를 연결하는 분배관으로 이루어진다. 따라서 인접한 두개의 파이프를 서로 연결할 경우, 분배관의 연결플랜지들을 서로 맞대고 연결플랜지들에 볼트 및 너트를 체결하여서 조립할 수 있으며, 그 반대로 볼트 및 너트를 풀면 인접한 두개의 파이프들을 서로 분리할 수 있다. 그러므로 기설치된 산업용 보일러에 일부의 파이프를 증설하거나, 설치된 산업용 보일러 중 어느 한 부분을 교체 또는 수리할 경우, 분배관의 연결플랜지들을 분리하거나 결합시키는 비교적 간단한 작업으로 증설 및 수리가 가능하다.
본 발명의 열매체유도부는, 파이프의 내부에 등간격으로 다수 설치되는 유도캡들과, 파이프에 내장되고 유도캡들의 중앙을 관통하도록 배치되며 다수의 유도캡들이 지지되는 결합축으로 이루어진다. 이러한 본 발명은 하나의 결합축이 유도캡의 중앙을 관통하도록 결합되어서 다수의 유도캡들을 지지한다. 따라서, 다수의 유도캡들을 지지하기 위한 부품수가 최소화되고, 이에 따라 조립공수 및 조립단가가 절감된다. 또한, 결합축이 하나만 구비되므로 열매체와 히터 사이의 열교환이 방해되지 않으며 이에 따라 열효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 유도캡은, 열매체가 흐르는 방향측으로 볼록하게 형성되고 유도캡의 내측에 부딪힌 열매체가 볼록한 면을 따라 흐르도록 유도하여서 유도캡들 사이에서 기포가 발생되는 것을 방지시키는 기포방지면과, 기포방지면의 둘레에 링형테 형상을 갖도록 형성되어 있고 수압에 의한 기포방지면의 변형을 방지시키는 보강리브와, 기포방지면에 형성되고 유도캡에 부딪힌 열매체가 통과되며 통과된 열매체가 기포방지면을 따라 흐르도록 하는 유도구멍으로 이루어진다. 따라서, 열매체가 유도캡의 내부면에 부딪힌 후 유도구멍으로 배출되면 볼록한 기포방지면의 곡면을 따라 자연스럽게 흐르면서 이동된다. 그러므로 열매체가 하나의 유도캡에서 인접한 유도캡 측으로 이동될 때에 기포가 발생되지 않으므로 열효율이 향상되고, 파이프 내에 에어가 차지 않으므로 에어 빼기 작업이 불필요하다.
또한, 기포방지면의 둘레에는 링형테의 형상을 갖는 보강리브가 형성되어 있다. 따라서, 유도캡의 기포방지면에 수압이 작용하여도 그 둘레를 보강리브가 지지하고 있으므로 수압에 의한 기포방지면의 변형을 방지되며 이에 따라 유도캡의 변형 및 파손이 방지된다.
본 발명의 유도캡의 유도구멍 둘레에는, 기포방지면의 내측으로 갈수록 점차 수렴되는 테이퍼면이 형성되어 있다. 이러한 형태의 유도구멍은 수압이 작용하여도 유도구멍의 둘레가 유도캡의 외측으로 변형되지 않으며, 열매체가 유도구멍을 통과할 때에 점차 확개된 형태의 테이퍼면을 따라 흐른 후 기포방지면의 곡면으로 유도되므로 기포가 확실하게 방지된다.
본 발명은 케이싱부에 연결되어서 케이싱부 사이의 간격을 지지하고 조절하는 간격조절부가 구비되며, 이 간격조절부는, 파이프에 고정되고 체결구멍이 형성된 체결편과, 양단이 인접한 두 체결편에 대응되고 복수의 관통구멍이 형성되어 있는 간격조절편과, 간격조절편 및 체결편에 체결되는 체결볼트로 이루어진다. 따라서, 체결편 및 간격조절편에 체결볼트 및 체결너트를 체결시키는 비교적 간단한 작업만으로 현장에서 용접 작업 없이 초보자도 간단히 조립할 수 있으며, 이에 따라 조립성이 크게 개선된다. 그리고, 체결볼트 및 체결너트를 해체하는 비교적 간단한 작업만으로 산업용 보일러의 일부를 분리할 수 있으며, 이에 따라 보수작업이 간편하다.
본 발명의 간격조절편이 다양한 길이를 갖도록 여러 개 준비되면, 파이프 사이의 간격을 벌리거나 좁힐 경우, 이에 맞는 길이의 간격조절편을 구비하여서 조립할 수 있다. 또한, 간격조절편에 다수의 관통구멍들이 형성되면, 파이프 사이의 간격을 벌리거나 좁힐 경우, 체결편의 체결구멍에 간격조절편의 해당 관통구멍을 대향시킨 후 체결볼트를 체결시켜서 조정된 파이프의 간격을 고정시킬 수 있다.
본 발명의 파이프 양단에는 파이프에 유입된 열매체의 온도와 파이프에서 유출되는 열매체의 온도를 측정하도록 각각 온도감지센서가 설치된다. 따라서, 파이프로 유입될 때의 열매체 온도와, 파이프에서 배출될 때의 열매체 온도를 수시로 체크하여서 열효율을 계산할 수 있으며, 이에 따라 보일러의 성능이나 고장, 노후화 등의 보일러 상태를 수시로 체크할 수 있다.
본 발명의 파이프의 둘레에는 복수의 세라믹히터들이 결합되며 이 세라믹히터의 외부면에는 각각 단열피복층이 도포된다. 따라서, 복수의 세라믹히터 및 단열피복층이 각각 외부로 노출된 상태로 구비된다. 그러므로 다수의 세라믹히터들 중 어느 하나의 세라믹히터에 고장이 발생되면 산업용 보일러 전체를 정지시킬 필요 없이 해당 세라믹히터만 정지시킨 후 곧바로 수리할 수 있으며, 이에 따라 세라믹히터를 수리할 때마다 산업용 보일러 전체를 정지시켰던 종래의 문제점이 해결된다.
도 1은 본 발명의 산업용 보일러를 보인 개략적 사시도
도 2는 도 1의 분해 사시도
도 3은 도 1의 정면도
도 4 및 도 5는 도 3의 좌측면도 및 우측면도
도 6은 가열부를 보인 발췌 사시도
도 7은 도 6의 측단면도
도 8은 유도캡의 사시도
도 9는 도 8의 정면도
도 10은 역회전방지편을 보인 개략적 발췌 정면도
도 11은 유도캡의 다른 실시예를 보인 개략적 단면도
본 발명의 구체적인 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조한 이하의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러를 보인 개략적 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 정면도이다. 도 4 및 도 5는 도 3의 좌측면도 및 우측면도이고, 도 6은 가열부를 보인 발췌 사시도이며, 도 7은 도 6의 측단면도이다. 도 8은 유도캡의 사시도이고, 도 9는 도 8의 정면도이다.
이러한 본 발명의 산업용 보일러는, 케이싱부(10), 가열부(20), 열매체유도부(30), 간격조절부(40)를 포함하여 이루어진다.
케이싱부(10)는, 열매체의 이동을 안내한다. 이러한 케이싱부(10)는, 등간격으로 다수 배열되고 열매체가 통과되는 파이프(11)와, 파이프(11)들에 연결되고 하나의 파이프(11)를 따라 이송되는 열매체가 인접한 다른 파이프(11)로 순차적으로 이송되도록 안내하는 열매체연결부(12)로 이루어진다.
이 열매체연결부(12)는, 파이프(11)의 단부에 결합되고 결합플랜지(14)가 구비되는 연결관(13)과, 연결관(13)에 이와 직각을 이루도록 연결되고 단부에 연결플랜지(16)가 구비되며 인접한 두 파이프(11)의 내부를 연결하는 분배관(15)으로 이루어진다.
한편, 파이프(11)는 노듈러주철로 이루어질 수 있다. 노듈러주철을 1600∼1650℃로 가열시켜서 용탕으로 만든 다음 탈황처리를 하며, 마그네슘이 0.3∼0.7 중량% 정도 포함된 구상화 처리제를 넣고 1500∼1550℃에서 구상화 처리를 실시한 후 열처리하여 이루어진다.
노듈러주철을 1600℃ 미만으로 가열하면 전체 조직이 충분히 용융되지 못하며, 1650℃를 초과하여 가열시키면 불필요하게 에너지가 낭비된다. 그러므로 노듈러주철을 1600∼1650℃로 가열하는 것이 바람직하다.
용융된 노듈러주철에는 마그네슘이 0.3∼0.7 중량% 정도 포함된 구상화 처리제를 넣는 바, 마그네슘이 0.3 중량% 미만이면 구상화 처리제를 투입효과가 극히 미미해 지며, 0.7 중량%를 초과하면 구상화 처리제의 투입효과가 크게 향상되지 않는 반면에, 고가의 재료비가 증가되는 문제점이 있다. 그러므로 구상화 처리제의 마그네슘 혼합비율은 0.3∼0.7 중량% 정도가 적합하다.
용융된 노듈러주철에 구상화 처리제가 투입되면 이를 1500∼1550℃에서 구상화 처리를 실시한다. 구상화 처리 온도가 1500℃ 미만이면 구상화 처리가 제대로 이루어지지 않으며, 1550℃를 초과하면 구상화 처리 효과가 크게 개선되지 않는 반면에 불필요하게 에너지가 낭비된다. 그러므로 구상화 처리 온도는 1500∼1550℃가 적합하다.
노듈러주철로 이루어진 본 발명의 파이프(11)는 회주철에 비하여 흑연의 형태가 구상이고, 구상인 노듈러주철은 노치효과가 적기 때문에 파이프(11)의 응력 집중 현상이 감소되며, 이에 따라 파이프(11)의 강도와 인성이 크게 향상된다.
가열부(20)는, 케이싱부(10)의 내부에 설치되어서 케이싱부(10)를 따라 이송되는 열매체를 가열한다.
이러한 가열부(20)는, 파이프의 내부에 내장되는 히터와, 히터의 단부에 연결되고 히터에 전원을 공급하는 전원공급부(22)와, 전원공급부(22)의 일측에 설치되어서 히터(21) 및 전원공급부(22)를 파이프(11)의 결합플랜지(14)에 결합시키는 결합플랜지(23)로 이루어진다.
열매체유도부(30)는, 케이싱부(10)의 내부에 설치되어서 가열부(20)를 지지하고 케이싱부(10)를 따라 이송되는 열매체의 흐름을 방해하여서 열매체와 가열부(20) 사이의 열전도율이 증대되도록 한다.
이러한 열매체유도부(30)는, 유도캡(31), 결합축(38), 체결너트(39)로 이루어진다.
유도캡(31)은, 파이프(11)의 내부에 등간격으로 다수 설치되고 히터(21)를 지지하며 파이프(11)의 일단에서 타단측으로 흐르는 열매체의 흐름을 방해하여서 열매체와 가열부(20) 사이의 열전도율이 증대되도록 한다.
이러한 유도캡(31)은, 열매체가 흐르는 방향측으로 볼록하게 형성되고 유도캡(31)의 내측에 부딪힌 열매체가 볼록한 면을 따라 흐르도록 유도하여서 유도캡(31)들 사이에서 기포가 발생되는 것을 방지시키는 기포방지면(32)과, 기포방지면(32)의 둘레에 링형테 형상을 갖도록 형성되어 있고 수압에 의한 기포방지면(32)의 변형을 방지시키는 보강리브(36)와, 기포방지면(32)의 중앙에 형성되고 결합축(38)이 관통되는 축결합구멍(34)과, 축결합구멍(34) 둘레의 기포방지면(32)에 형성되고 가열부(20)의 히터(21)가 관통되는 히터구멍(35)들과, 기포방지면(32)에 형성되고 유도캡(31)에 부딪힌 열매체가 통과되며 통과된 열매체가 기포방지면(32)을 따라 흐르도록 하는 유도구멍(33)으로 이루어진다.
결합축(38)은, 파이프(11)에 내장되고 유도캡(31)들의 중앙을 관통하도록 배치되며 다수의 유도캡(31)들이 지지된다.
체결너트(39)는, 결합축(38)에 체결되어서 유도캡(31)을 결합축(38)에 고정되도록 하는 체결너트(39)로 이루어진다.
한편, 유도캡(31)의 둘레에는 코팅층이 형성될 수 있다. 이 코팅층은, 산화크롬(Cr2O3) 96∼98% 및 이산화티타늄(TiO2) 2∼4%가 혼합되어 이루어진 분말이 유도캡(31)의 둘레에 용사되어 이루어진다.
유도캡(31)의 둘레에 세라믹 코팅을 하는 이유는 부식 방지 및 강도 증대가 주목적이다. 세라믹 코팅은 크롬도금 또는 니켈크롬도금에 비해 내부식성, 내스크래치성, 내마모성, 내충격성 및 내구성이 뛰어나다.
유도캡(31)에 형성된 코팅층은, 산화크롬(Cr2O3) 96∼98% 및 이산화티타늄(TiO2) 2∼4%가 혼합되어 이루어진 분말이 유도캡(31)의 둘레에 용사되어 이루어진다.
산화크롬(Cr2O3)은, 금속 내부로 침입하는 산소를 차단시키는 부동태피막(Passivity Layer)의 역할을 함으로써 녹이 잘 슬지 않도록 하는 역할을 한다.
이산화티타늄(TiO2)은, 물리화학적으로 매우 안정적이고 은폐력이 높아서 백색안료로 많이 된다. 또한 굴절율이 높아서 고굴절율의 세라믹스에도 많이 이용되고 있다. 그리고 광촉매적 특성과 초친수성의 특성을 갖는다. 이산화티타늄(TiO2)은, 공기정화 작용, 항균작용, 유해물질 분해작용, 오염방지 기능, 변색 방지기능의 역할을 수행한다. 이러한 이산화티타늄(TiO2)은, 코팅층이 유도캡(31)의 둘레에 확실하게 피복되도록 하며, 유도캡(31)에 부착된 이물질을 분해, 제거하여 유도캡(31)의 손상을 방지시킨다.
여기서, 산화크롬(Cr2O3)과 이산화티타늄(TiO2)을 혼합하여서 사용할 경우, 이들의 혼합 비율은, 산화크롬(Cr2O3) 96∼98%에 이산화티타늄(TiO2) 2∼4%가 혼합되는 것이 바람직하다.
산화크롬(Cr2O3)의 혼합비율이 96∼98%보다 적을 경우, 고온 등의 환경에서 산화크롬(Cr2O3)의 피복이 파괴되는 경우가 종종 발생되었으며, 이에 따라 유도캡(31)의 녹방지 효과가 급격이 저하되었다.
이산화티타늄(TiO2)의 혼합비율이 2∼4%보다 적을 경우, 이를 산화크롬(Cr2O3)에 혼합하는 목적이 퇴색될 정도로 이산화티타늄(TiO2)의 효과가 미미하였다. 즉, 이산화티타늄(TiO2)은 실린더로드의 둘레에 부착되는 이물질을 분해, 제거하여서 유도캡(31)이 부식되거나 손상되는 것을 방지시키는데, 그 혼합비율이 2∼4%보다 작을 경우, 부착된 이물질을 분해하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
이러한 재료들로 이루어진 코팅층은, 유도캡(31)의 둘레에 50∼600㎛의 두께로 이루어지고, 경도는 900∼1000HV, 표면조도는 0.1∼0.3㎛를 유지하도록 플라즈마 코팅된다.
이러한 코팅층은, 상기의 분말가루와 1400℃의 가스를 마하 2정도의 속도로 유도캡(31)의 둘레에 제트분사하여서 400㎛으로 용사한 후 다이아몬드휠(Diamond Wheel) 및 필름(Film)을 이용하여 50∼600㎛으로 랩핑한다.
코팅층의 두께가 50㎛ 미만일 경우, 상술한 세라믹 코팅층에 의한 효과가 보장되지 못하게 되며, 코팅층의 두께가 600㎛을 초과할 경우, 상술한 효과의 증대는 미미한 반면 과다한 세라믹코팅에 의해 작업시간 및 재료비가 낭비되는 문제점이 있다.
유도캡(31)에 코팅층이 코팅되는 동안 유도캡(31)의 온도는 상승되는데, 가열된 유도캡(31)의 변형이 방지되도록 유도캡(31)이 냉각장치(미도시)로 냉각되어서 150∼200℃의 온도를 유지하도록 된다.
코팅층의 둘레에는 금속계 유리 석영 계통으로 이루어진 무수크롬산(CrO3)으로 이루어진 실링재가 도포된다. 무수크롬산은 무기실링재로써 크롬니켈 분말로 이루어진 코팅층 둘레에 도포된다.
무수크롬산(CrO3)은, 높은 내마모, 윤활성, 내열성, 내식성, 이형성을 필요로 하는 곳에 사용되며, 대기중에서 변색이 안되고, 내구성이 크며, 내마모성과 내식성이 좋다. 실링재의 코팅 두께는 0.3∼0.5㎛ 정도가 바람직하다. 실링재의 코팅두께가 0.3㎛ 미만이면 약간의 스크래치홈에도 실링재가 쉽게 파이면서 벗겨지게 되므로 상술한 효과를 얻을 수 없게 된다. 실링재의 코팅두께가 0.5㎛를 초과할 정도로 두껍게 하면 도금면에 핀홀(pin hole), 균열 등이 많게 된다. 따라서 실링재의 코팅두께는 0.3∼0.5㎛ 정도가 바람직하다.
따라서 열매체에 지속적으로 노출되는 유도캡(31)의 둘레에 내산화성이 뛰어난 코팅층이 형성되므로 유도캡(31)이 산화 및 손상되는 것이 방지되고, 이에 따라 제품의 수명이 연장되므로 유지 보수비가 절감되는 효과가 있다.
간격조절부(40)는, 케이싱부(10)에 연결되어서 케이싱부(10) 사이의 간격을 지지하고 조절한다.
이러한 간격조절부(40)는, 파이프(11)에 고정되고 체결구멍(42)이 형성된 체결편(41)과, 양단이 인접한 두 체결편(41)에 대응되고 관통구멍(44)이 형성되어 있는 간격조절편(43)과, 간격조절편(43) 및 체결편(41)에 체결되는 체결볼트(45)로 이루어진다.
본 발명의 간격조절편(43)은 다양한 길이를 갖도록 여러 개 준비될 수 있다. 이와 같이 구비된 간격조절편(43)은 파이프(11) 사이의 간격을 벌리거나 좁힐 경우, 이에 맞는 길이의 간격조절편(43)을 구비하여서 조립할 수 있다.
또한, 간격조절편(43)에 다수의 관통구멍(44)들이 형성되면, 파이프(11) 사이의 간격을 벌리거나 좁힐 경우, 체결편(41)의 체결구멍(42)에 간격조절편(43)의 해당 관통구멍(44)을 대향시킨 후 체결볼트(45)를 체결시켜서 조정된 파이프(11)의 간격을 고정시킬 수 있다.
한편, 파이프(11)의 양단에는 파이프(11)에 유입된 열매체의 온도와 파이프(11)에서 유출되는 열매체의 온도를 측정하도록 각각 온도감지센서(50)가 설치된다.
이러한 본 발명은, 파이프(11)로 유입될 때의 열매체 온도와, 파이프(11)에서 배출될 때의 열매체 온도를 수시로 체크하여서 열효율을 계산할 수 있다.
그리고, 파이프(11)의 둘레에는 세라믹히터(55)가 결합되며, 이 세라믹히터(55)의 외부면에는 단열피복층(51)이 도포된다.
이러한 본 발명은, 복수의 세라믹히터(55) 및 단열피복층(51)이 각각 외부로 노출된 상태로 구비된다. 따라서, 다수의 세라믹히터(55)들 중 어느 하나의 세라믹히터(55)에 고장이 발생되면 산업용 보일러 전체를 정지시킬 필요 없이 해당 세라믹히터(55)만 정지시킨 후 곧바로 수리할 수 있다.
도 10은 역회전방지편(52)을 보인 개략적 발췌 정면도이다.
이러한 역회전방지편(52)은, 한쌍으로 이루어지는 바, 대응 내측면에는 서로 맞물리도록 캠(53)들이 형성되어 있고, 외측면에는 미끄럼 방지용 방사형톱니(54)가 형성되어 있다. 여기서 캠의 각도(α)는 나사산의 각도(β)보다 크게 형성되어 있다.
이러한 본 발명의 역회전방지편(52)은 볼트 및 너트를 죌때 역회전방지편(52)의 방사형톱니(54)는 접촉면을 꽉 물어서 잠그게 되고, 오로지 캠(53) 면을 따라서만 회전된다. 따라서 볼트 및 너트의 어떠한 역회전도 캠(53)의 쐐기 효과에 의해 확실하게 차단된다.
도 11은 유도캡(31)의 다른 실시예를 보인 개략적 단면도이다. 이러한 유도캡(31)의 유도구멍(33) 둘레에는, 기포방지면(32)의 내측으로 갈수록 점차 수렴되도록 형성된 테이퍼면(37)이 구비된다.
이와 같은 형태의 유도구멍(33)에 수압이 작용할 시 테이퍼면(37)을 따라 수압이 분산되는 구조이므로 유도구멍(33)의 둘레가 유도캡(31)의 외측으로 변형되지 않는다.
상술한 본 발명의 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러는 다음과 같은 특징이 있다.
첫째, 본 발명의 케이싱부(10)는, 등간격으로 다수 배열되고 열매체가 통과되는 파이프(11)와, 파이프(11)들에 연결되고 하나의 파이프(11)를 따라 이송되는 열매체가 인접한 다른 파이프(11)로 순차적으로 이송되도록 안내하는 열매체연결부(12)로 이루어진다.
이 열매체연결부(12)는, 파이프(11)의 단부에 결합되고 결합플랜지(14)가 구비되는 연결관(13)과, 연결관(13)에 이와 직각을 이루도록 연결되고 단부에 연결플랜지(16)가 구비되며 인접한 두 파이프(11)의 내부를 연결하는 분배관(15)으로 이루어진다.
따라서 인접한 두개의 파이프(11)를 서로 연결할 경우, 분배관(15)의 연결플랜지(16)들을 서로 맞대고 연결플랜지(16)들에 볼트 및 너트를 체결하여서 조립할 수 있으며, 그 반대로 볼트 및 너트를 풀면 인접한 두개의 파이프(11)들을 서로 분리할 수 있다.
그러므로 기설치된 산업용 보일러에 일부의 파이프(11)를 증설하거나, 설치된 산업용 보일러 중 어느 한 부분을 교체 또는 수리할 경우, 분배관(15)의 연결플랜지(16)들을 분리하거나 결합시키는 비교적 간단한 작업으로 증설 및 수리가 가능하다.
둘째, 본 발명의 열매체유도부(30)는 파이프(11)의 내부에 등간격으로 다수 설치되는 유도캡(31)들과, 파이프(11)에 내장되고 유도캡(31)들의 중앙을 관통하도록 배치되며 다수의 유도캡(31)들이 지지되는 결합축(38)으로 이루어진다.
이러한 본 발명은 하나의 결합축(38)이 유도캡(31)의 중앙을 관통하도록 결합되어서 다수의 유도캡(31)들을 지지한다.
따라서, 다수의 유도캡(31)들을 지지하기 위한 부품수가 최소화되고, 이에 따라 조립공수 및 조립단가가 절감된다. 또한, 결합축(38)이 하나만 구비되므로 열매체와 히터(21) 사이의 열교환이 방해되지 않으며 이에 따라 열효율을 향상시킬 수 있다.
셋째, 본 발명의 유도캡(31)은 열매체가 흐르는 방향측으로 볼록하게 형성되고 유도캡(31)의 내측에 부딪힌 열매체가 볼록한 면을 따라 흐르도록 유도하여서 유도캡(31)들 사이에서 기포가 발생되는 것을 방지시키는 기포방지면(32)과, 기포방지면(32)의 둘레에 링형테 형상을 갖도록 형성되어 있고 수압에 의한 기포방지면(32)의 변형을 방지시키는 보강리브(36)와, 기포방지면(32)에 형성되고 유도캡(31)에 부딪힌 열매체가 통과되며 통과된 열매체가 기포방지면(32)을 따라 흐르도록 하는 유도구멍(33)으로 이루어진다.
따라서, 열매체가 유도캡(31)의 내부면에 부딪힌 후 유도구멍(33)으로 배출되면 볼록한 기포방지면(32)의 곡면을 따라 자연스럽게 흐르면서 이동된다.
그러므로 열매체가 하나의 유도캡(31)에서 인접한 유도캡(31) 측으로 이동될 때에 기포가 발생되지 않으므로 열효율이 향상되고, 파이프(11) 내에 에어가 차지 않으므로 에어 빼기 작업이 불필요하다.
넷째, 기포방지면(32)의 둘레에는 링형테의 형상을 갖는 보강리브(36)가 형성되어 있다.
따라서, 유도캡(31)의 기포방지면(32)에 수압이 작용하여도 그 둘레를 보강리브(36)가 지지하고 있으므로 수압에 의한 기포방지면(32)의 변형을 방지되며 이에 따라 유도캡(31)의 변형 및 파손이 방지된다.
다섯째, 본 발명의 유도캡(31)의 유도구멍(33) 둘레에는 기포방지면(32)의 내측으로 갈수록 점차 수렴되는 테이퍼면(37)이 형성되어 있다.
이러한 형태의 유도구멍(33)은 수압이 작용하여도 유도구멍(33)의 둘레가 유도캡(31)의 외측으로 변형되지 않으며, 열매체가 유도구멍(33)을 통과할 때에 점차 확개된 형태의 테이퍼면(37)을 따라 흐른 후 기포방지면(32)의 곡면으로 유도되므로 기포가 확실하게 방지된다.
여섯째, 본 발명은 케이싱부(10)에 연결되어서 케이싱부(10) 사이의 간격을 지지하고 조절하는 간격조절부(40)가 구비되며, 이 간격조절부(40)는, 파이프(11)에 고정되고 체결구멍(42)이 형성된 체결편(41)과, 양단이 인접한 두 체결편(41)에 대응되고 복수의 관통구멍(44)이 형성되어 있는 간격조절편(43)과, 간격조절편(43) 및 체결편(41)에 체결되는 체결볼트(45)로 이루어진다.
따라서, 체결편(41) 및 간격조절편(43)에 체결볼트(45) 및 체결너트(39)를 체결시키는 비교적 간단한 작업만으로 현장에서 용접 작업 없이 초보자도 간단히 조립할 수 있으며, 이에 따라 조립성이 크게 개선된다.
그리고, 체결볼트(45) 및 체결너트(39)를 해체하는 비교적 간단한 작업만으로 산업용 보일러의 일부를 분리할 수 있으며, 이에 따라 보수작업이 간편하다.
일곱째, 본 발명의 간격조절편(43)이 다양한 길이를 갖도록 여러 개 준비되면, 파이프(11) 사이의 간격을 벌리거나 좁힐 경우, 이에 맞는 길이의 간격조절편(43)을 구비하여서 조립할 수 있다.
또한, 간격조절편(43)에 다수의 관통구멍(44)들이 형성되면, 파이프(11) 사이의 간격을 벌리거나 좁힐 경우, 체결편(41)의 체결구멍(42)에 간격조절편(43)의 해당 관통구멍(44)을 대향시킨 후 체결볼트(45)를 체결시켜서 조정된 파이프(11)의 간격을 고정시킬 수 있다.
여덟째, 본 발명의 파이프(11) 양단에는 파이프(11)에 유입된 열매체의 온도와 파이프(11)에서 유출되는 열매체의 온도를 측정하도록 각각 온도감지센서(50)가 설치된다.
따라서, 파이프(11)로 유입될 때의 열매체 온도와, 파이프(11)에서 배출될 때의 열매체 온도를 수시로 체크하여서 열효율을 계산할 수 있으며, 이에 따라 보일러의 성능이나 고장, 노후화 등의 보일러 상태를 수시로 체크할 수 있다.
아홉째, 본 발명의 파이프(11)의 둘레에는 복수의 세라믹히터(55)들이 결합되며 이 세라믹히터의 외부면에는 각각 단열피복층이 도포된다.
따라서, 복수의 세라믹히터(55) 및 단열피복층(51)이 각각 외부로 노출된 상태로 구비된다.
그러므로 다수의 세라믹히터(55)들 중 어느 하나의 세라믹히터(55)에 고장이 발생되면 산업용 보일러 전체를 정지시킬 필요 없이 해당 세라믹히터(55)만 정지시킨 후 곧바로 수리할 수 있으며, 이에 따라 세라믹히터(55)를 수리할 때마다 산업용 보일러 전체를 정지시켰던 종래의 문제점이 해결된다.
10 : 케이싱부 11 : 파이프
12 : 열매체연결부 13 : 연결관
14,23 : 결합플랜지 15 : 분배관
16 : 연결플랜지 20 : 가열부
21 : 히터 22 : 전원공급부
30 : 열매체유도부 31 : 유도캡
32 : 기포방지면 33 : 유도구멍
34 : 축결합구멍 35 : 히터구멍
36 : 보강리브 37 : 테이퍼면
38 : 결합축 39 : 체결너트
40 : 간격조절부 41 : 체결편
42 : 체결구멍 43 : 간격조절편
44 : 관통구멍 45 : 체결볼트
50 : 온도감지센서 51 : 단열피복층
52 : 역회전방지편 53 : 캠
54 : 방사형톱니 55 : 세라믹히터
α : (캠의) 각도 β : (나사산의) 각도

Claims (10)

  1. 열매체의 이동을 안내하는 케이싱부(10);
    케이싱부(10)의 내부에 설치되어서 케이싱부(10)를 따라 이송되는 열매체를 가열하는 가열부(20);
    케이싱부(10)의 내부에 설치되어서 가열부(20)를 지지하고 케이싱부(10)를 따라 이송되는 열매체의 흐름을 방해하여서 열매체와 가열부(20) 사이의 열전도율이 증대되도록 하는 열매체유도부(30);
    케이싱부(10)에 연결되어서 케이싱부(10) 사이의 간격을 지지하고 조절하는 간격조절부(40)를 포함하고;
    열매체유도부(30)는,
    파이프(11)의 내부에 등간격으로 다수 설치되고 히터(21)를 지지하며 파이프(11)의 일단에서 타단측으로 흐르는 열매체의 흐름을 방해하여서 열매체와 가열부(20) 사이의 열전도율이 증대되도록 하는 유도캡(31)과, 파이프(11)에 내장되고 유도캡(31)들의 중앙을 관통하도록 배치되며 다수의 유도캡(31)들이 지지되는 결합축(38)과, 결합축(38)에 체결되어서 유도캡(31)을 결합축(38)에 고정되도록 하는 체결너트(39)로 이루어지며;
    유도캡(31)은,
    열매체가 흐르는 방향측으로 볼록하게 형성되고 유도캡(31)의 내측에 부딪힌 열매체가 볼록한 면을 따라 흐르도록 유도하여서 유도캡(31)들 사이에서 기포가 발생되는 것을 방지시키는 기포방지면(32)과, 기포방지면(32)의 둘레에 링형테 형상을 갖도록 형성되어 있고 수압에 의한 기포방지면(32)의 변형을 방지시키는 보강리브(36)와, 기포방지면(32)의 중앙에 형성되고 결합축(38)이 관통되는 축결합구멍(34)과, 축결합구멍(34) 둘레의 기포방지면(32)에 형성되고 가열부(20)의 히터(21)가 관통되는 히터구멍(35)들과, 기포방지면(32)에 형성되고 유도캡(31)에 부딪힌 열매체가 통과되며 통과된 열매체가 기포방지면(32)을 따라 흐르도록 하는 유도구멍(33)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러.
  2. 청구항 1에 있어서, 케이싱부(10)는,
    등간격으로 다수 배열되고 열매체가 통과되는 파이프(11)와, 파이프(11)들에 연결되고 하나의 파이프(11)를 따라 이송되는 열매체가 인접한 다른 파이프(11)로 순차적으로 이송되도록 안내하는 열매체연결부(12)로 이루어지며;
    열매체연결부(12)는,
    파이프(11)의 단부에 결합되고 결합플랜지(14)가 구비되는 연결관(13)과, 연결관(13)에 이와 직각을 이루도록 연결되고 단부에 연결플랜지(16)가 구비되며 인접한 두 파이프(11)의 내부를 연결하는 분배관(15)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 유도캡(31)의 유도구멍(33) 둘레에는,
    기포방지면(32)의 내측으로 갈수록 점차 수렴되도록 형성된 테이퍼면(37)이 구비되는 것을 특징으로 하는 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러.
  6. 청구항 1에 있어서, 간격조절부(40)는,
    파이프(11)에 고정되고 체결구멍(42)이 형성된 체결편(41)과,
    양단이 인접한 두 체결편(41)에 대응되고 관통구멍(44)이 형성되어 있는 간격조절편(43)과,
    간격조절편(43) 및 체결편(41)에 체결되는 체결볼트(45)로 이루어진 것을 특징으로 하는 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러.
  7. 청구항 2에 있어서, 파이프(11)의 양단에는
    파이프(11)에 유입된 열매체의 온도와 파이프(11)에서 유출되는 열매체의 온도를 측정하도록 각각 온도감지센서(50)가 설치되는 것을 특징으로 하는 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러.
  8. 청구항 2에 있어서,
    파이프(11)의 둘레에는 세라믹히터(55)가 결합되며
    이 세라믹히터(55)의 외부면에는 단열피복층(51)이 도포되는 것을 특징으로 하는 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러.
  9. 청구항 2에 있어서,
    파이프(11)는, 노듈러주철로 이루어지며, 노듈러주철을 1600∼1650℃로 가열시켜서 용탕으로 만든 다음 탈황처리를 하며, 마그네슘이 0.3∼0.7 중량% 정도 포함된 구상화 처리제를 넣고 1500∼1550℃에서 구상화 처리를 실시한 후 열처리하여 이루어진 것을 특징으로 하는 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러.
  10. 청구항 1에 있어서, 유도캡(31)의 둘레에는 코팅층이 형성되되,
    이 코팅층은, 산화크롬(Cr2O3) 96∼98% 및 이산화티타늄(TiO2) 2∼4%가 혼합되어 이루어진 분말이 유도캡의 둘레에 용사되어 이루어진 것을 특징으로 하는 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러.
KR1020130164013A 2013-12-26 2013-12-26 시공성과 절전성이 향상된 산업용 보일러 KR101394360B1 (ko)

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