KR101629715B1

KR101629715B1 - 화실 일체형 구조를 갖는 산업용 수관 보일러

Info

Publication number: KR101629715B1
Application number: KR1020150088108A
Authority: KR
Inventors: 손영원
Original assignee: 손영원
Priority date: 2015-06-22
Filing date: 2015-06-22
Publication date: 2016-06-13

Abstract

본 발명은 화실 일체형 구조를 갖는 산업용 수관 보일러에 관한 것이다.
이에 본 발명의 기술적 요지는 수관식 보일러의 하부에 로스터 구조를 갖는 연관식 화실을 일체로 형성하여 보일러 효율을 높이도록 하되, 연소가스와 스팀(증기)을 동시에 생산할 수 있도록 함으로써 각종 산업시설의 목적하는 용처에 난방이나 건조 등의 주요 열원을 공급할 수 있도록 형성되고, 특히 화실은 에어챔버와 워터챔버로 구성된 발열식 고압 에어(압축공기) 분사방식의 로스트 구조로 인해 연료의 연소 발화시 고화력을 조장하도록 형성되며, 상기 고화력에 의해 발생된 복사열은 수관 본체의 물탱크를 가열하면서 채워진 물이 일체의 함체 형태로 연통된 화실 측벽과 워터챔버까지 가열하도록 하는 바, 이는 에어챔버를 포함한 화실의 열효율이 크게 개선되는 것을 특징으로 한다.

Description

화실 일체형 구조를 갖는 산업용 수관 보일러{Industrial water tube boiler with roaster}

본 발명은 수관식 보일러의 하부에 로스터 구조를 갖는 연관식 화실을 일체로 형성하여 보일러 효율을 높이도록 하되, 연소가스와 스팀(증기)을 동시에 생산할 수 있도록 함으로써 각종 산업시설의 목적하는 용처(예컨데, 염색공장 등)에 난방이나 건조 등의 주요 열원을 공급할 수 있도록 형성되고, 특히 화실은 에어챔버와 워터챔버로 구성된 발열식 고압 에어(압축공기) 분사방식의 로스트 구조로 인해 연료의 연소 발화시 고화력을 조장하도록 형성되며, 상기 고화력에 의해 발생된 복사열은 수관 본체의 물탱크를 가열하면서 채워진 물이 일체의 함체 형태로 연통된 화실 측벽과 워터챔버까지 가열하도록 하는 바, 이는 에어챔버를 포함한 화실의 열효율이 크게 개선되도록 하는 것을 특징으로 하는 화실 일체형 구조를 갖는 산업용 수관 보일러에 관한 것이다.

일반적으로 보일러는 크게 연관식과 수관식으로 나뉜다.

이에 종래 가정용이나 소형 연소식 보일러에 주로 사용되던 연관식은 보일러 파이프 내부에는 고온의 연소가스가 흐르고 그 파이프 외부로 물이 감싸고 있는 형태를 취한다.

이러한 연관식 보일러는 경량이므로 취급이 간편하다는 장점은 있으나, 파이프의 외부 면적의 한계로 인해서 열전달(heat transfer)량이 적은 단점이 있어 열 효율이 떨어지는 문제가 있었다.

한편, 수관식 보일러는 선박이나 산업용 대용량 보일러에 주로 적용되는 것으로서 보일러 파이프 내부로는 물이 존재하며, 그 파이프 외부에 연소가스가 접촉되어 열전달이 이루어지는 구조를 취하기 때문에 열전달량이 상기 연관식 보일러 보다 열효율이 높다는 장점은 있지만, 중량과 크기가 커서 일반적인 스팀세차기 혹은 스팀 세차기 등에 적용하기에는 부적절하다는 것이 단점으로 지적되고 있다.

그리고 통상적인 스팀 보일러에서는 내부로 주입되는 물은 차가운 상태로 주입되는 것이 통상적인데 이 경우 효율이 매우 낮아 자원의 효율성 제고를 통한 지구 온난화 방지 측면에서도 문제점의 심각성은 매우 크다고 할 수 있다.

또한, 종래의 노통 연관 보일러 구조는 동체의 내부 수조에 물이 채워지고, 동체의 내부에 형성되는 노통이 연소실 기능을 함으로써 수조에 수용된 물을 가열하여, 수증기를 만들거나 중온수를 만든다.

상술한 바와 같이 일반적인 노통 연관 보일러는 노통의 입구부에 버너가 설치되는데, 상기 버너를 지지하고 열이 보일러의 전면부로 방출되는 것을 막기 위해 노통의 입구부에 내화벽돌을 사용해 왔다.

그러나, 보일러의 장시간 사용으로 인한 내화벽돌의 열기에 의해 내화벽돌 가까이에 있는 버너가 녹아내리거나 내화벽돌 자체가 무너져내리는 현상이 발생하기도 하고, 심할 경우에는 보일러 본체가 녹아내리는 경우가 발생하는 등 보일러에 손상을 주게 되며, 결국 내화벽돌을 통해 열손실이 발생하게 되는 문제점들이 있었다.

또한, 종래의 노통 연관 보일러는 노통내에서 연료가 연소될 때 수실에 채워진 가열하려는 저온의 관수에 의하여 노통 내부에 고온의 연소분위기가 형성되지 못함으로써 불완전 연소가 발생되기 때문에 대기공해의 요인이 되고 있다.

한편, 종래의 노통 연관 보일러는 내부에서 연료의 불완전 연소를 감소시키기 위하여 노통의 내부에 원통형의 연소촉진 원통을 노통의 내면과 일정간격의 화염통로가 형성되게 설치하여 화염이 노통과 직접 접촉되는 것을 방지함으로써 불완전 연소를 억제하고 있으나, 상기 연소촉진 원통은 노통의 원주방향에만 설치되고 후방의 폐쇄부에서는 화염의 반전을 하여야 하므로 설치할 수 없기 때문에 화염의 고온부가 접촉되는 노통 후방에서의 불완전 연소는 해결될 수 없는 것이다.

또한, 최근에는 보일러의 소형화 등의 이유로 연료를 고압 연소시키는 방법이 주류를 이루고 있으나, 상기와 같은 노통의 내부에는 노통의 내면과 일정간격을 두고 연소촉진 원통을 설치할 경우 연소촉진 원통과 노통의 내면 사이에 형성되는 화염통로를 통하여 고온 고압의 연소 화염이 고속으로 통과함으로써 열효율이 낮아지는 문제점이 발생되고 있는 실정이다.

1. 등록특허공보 제10-1044249호(2011.06.20. 등록) 2. 등록특허공보 제10-1393697호(2014.05.02. 등록)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 기술적 요지는 수관식 보일러의 하부에 로스터 구조를 갖는 연관식 화실을 일체로 형성하여 보일러 효율을 높이도록 하되, 연소가스와 스팀(증기)을 동시에 생산할 수 있도록 함으로써 각종 산업시설의 목적하는 용처에 난방이나 건조 등의 주요 열원을 공급할 수 있도록 형성되고, 특히 화실은 에어챔버와 워터챔버로 구성된 발열식 고압 에어(압축공기) 분사방식의 로스트 구조로 인해 연료의 연소 발화시 고화력을 조장하도록 형성되며, 상기 고화력에 의해 발생된 복사열은 수관 본체의 물탱크를 가열하면서 채워진 물이 일체의 함체 형태로 연통된 화실 측벽과 워터챔버까지 가열하도록 하는 바, 이는 에어챔버를 포함한 화실의 열효율이 크게 개선되도록 하는 것을 특징으로 하는 화실 일체형 구조를 갖는 산업용 수관 보일러를 제공함에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 외부로부터 고압 에어가 공급된 에어챔버(110)의 상부에 워터챔버(120)가 결합되도록 형성되고, 상기 워터챔버(120)는 면상에 다수개의 에어노즐(130)이 분기되도록 하되, 상기 에어노즐(130)은 워터챔버(120)를 관통한 하단부가 에어챔버(110)의 상면과 연통되도록 형성되어 에어노즐(130)의 상부에서 연료가 발화 연소시 고압 에어로 하여금 고화력을 조장하도록 형성되는 화실(100)과; 상기 화실의 워터챔버(120) 상면 일측 및 타측에 격벽 형태로 형성되도록 하되, 워터챔버(120)의 물이 연통되도록 하부에 통공(210)이 형성되는 화실 측벽(200)과; 함체형 물탱크(310)의 내부에는 화실(100)로부터 발화 연소된 연소가스의 이동경로를 제공하면서 열교환을 도모하도록 다수개의 연소가스관(320)이 형성되고, 물탱크(310)에 수용된 물은 상부 스팀존(330)을 제외하고 채워지도록 형성되며, 물탱크(310)의 내주연 일측 및 타측에는 연통공(340)이 형성되어 하부측 화실 측벽(200)과 물이 연통되도록 하는 수관 본체(300)가; 구성되어 이루어진다.

이때, 상기 수관 본체(300)는 물탱크(310)의 일측에 연소가스로부터 열교환되도록 열매관(350)이 배기덕트(360)에 구비되어 간접 가열 방식으로 가열된 열매체가 목적하는 열원으로 사용되도록 형성된다.

또한, 상기 수관 본체(300)는 물탱크(310)의 일측에 스팀으로부터 열교환되도록 제2열매관(370)이 스팀배출관(380)에 구비되어 간접 가열 방식으로 가열된 열매체가 목적하는 열원으로 사용되도록 구성된다.

이와 같이, 본 발명은 수관식 보일러의 하부에 로스터 구조를 갖는 연관식 화실을 일체로 형성하여 보일러 효율을 높이도록 하되, 연소가스와 스팀(증기)을 동시에 생산할 수 있도록 함으로써 각종 산업시설의 목적하는 용처에 난방이나 건조 등의 주요 열원을 공급할 수 있도록 형성되고, 특히 화실은 에어챔버와 워터챔버로 구성된 발열식 고압 에어(압축공기) 분사방식의 로스트 구조로 인해 연료의 연소 발화시 고화력을 조장하도록 형성되며, 상기 고화력에 의해 발생된 복사열은 수관 본체의 물탱크를 가열하면서 채워진 물이 일체의 함체 형태로 연통된 화실 측벽과 워터챔버까지 가열하도록 하는 바, 이는 에어챔버를 포함한 화실의 열효율이 크게 개선되도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 일 예시 측단면도,
도 2는 도 1의 타측 단면도,
도 3은 도 2의 다른 실시예로서 연소가스의 관로가 쓰리(3) 패스인 것을 나타낸 예시도이다.

다음은 첨부된 도면을 참조하며 본 발명을 보다 상세히 설명하겠다.

먼저, 본 발명은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명은 화실과 화실 측벽 및 수관 본체로 구성된다.

이에, 상기 화실(100)은 외부로부터 고압 에어가 공급된 에어챔버(110)의 상부에 워터챔버(120)가 결합되도록 형성되고, 상기 워터챔버(120)는 면상에 다수개의 에어노즐(130)이 분기되도록 형성된다.

이때, 상기 에어노즐(130)은 워터챔버(120)를 관통한 하단부가 에어챔버(110)의 상면과 연통되도록 형성되어 에어노즐(130)의 상부에서 연료가 발화 연소시 고압 에어로 하여금 고화력을 조장하도록 형성된다.

한편, 본 발명은 다른 실시예로서, 에어노즐(130)의 상부에서 연료가 바로 연소 및 발화될 수도 있으나, 이때의 에어노즐(130)은 개구된 상단 구멍이 연소에 의한 재로 인해 막힐 수도 있으므로 이를 해결할 수 있는 방안이 강구되어야 한다.

즉, 상기 워터챔버(120) 상면에는 에어노즐(130)과 간섭없이 사이 사이마다 등간격 배열되고, 길이방향으로는 옆에서 보았을 때 터널 형태를 이루는 폐회로형 워터파이프(150)가 구성되도록 하는 것이 바람직하다.

다시 말해, 상기 워터파이프(150)는 개구된 하부가 워터챔버와 연통되어 내부 중공으로 물이 유입되도록 형성되고, 에어노즐의 돌출된 상단 높이보다 소정 간격 높게 형성된 길이부는 물이 채워진 상태로 상면에 놓여진 연료를 발화시키는데 그릴과 같은 역할을 수행하도록 형성된다.

이러한 워터파이프(150)는 발화되는 연료가 에어노즐을 포함한 화실 내에서 늘러붙거나 찌꺼기 등이 쌓여 연소 효율을 저해하지 못하도록 방지하게 된다.

이때, 상기 워터파이프(150)는 스테인레스 재질로 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 화실 측벽(200)은 상기 화실의 워터챔버(120) 상면 일측 및 타측에 격벽 형태로 형성되도록 하되, 워터챔버(120)의 물이 연통되도록 하부에 통공(210)이 형성된다.

즉, 상기 화실 측벽은 일종의 함체로서 상부 수관본체와 하부 워터챔버를 연결하도록 형성되면서 화실을 구획하도록 형성된다.

이때, 화실 측벽 일측에는 버너(미도시)가 구비되어 화실에 별도의 화력을 제공하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 수관 본체(300)는 함체형 물탱크(310)의 내부에는 화실(100)로부터 발화 연소된 연소가스의 이동경로를 제공하면서 열교환을 도모하도록 다수개의 연소가스관(320)이 형성되고, 물탱크(310)에 수용된 물은 상부 스팀존(330)을 제외하고 채워지도록 형성되며, 물탱크(310)의 내주연 일측 및 타측에는 연통공(340)이 형성되어 하부측 화실 측벽(200)과 물이 연통되도록 형성된다.

이때, 상기 물탱크(310)의 전후단에는 화실로부터 발생된 연소가스가 연소가스관(320)으로 이송되도록 함체형 챔버박스(400)가 결합되도록 형성된다.

이때, 상기 화실의 후단에는 배기구가 형성되어 연소가스가 배기시 후방 챔버박스를 통해 이송된 후 연소가스관을 타고 전방 챔버박스로 이송되면 물탱크 내 물을 가열시킨 후 배기덕트로 하여금 배기되도록 형성된다.

이에, 상기 챔버박스(400)는 물탱크 내부까지 연소가스 이송 라인을 원(1) 패스 이상 구획하도록 격판(500)이 형성된다.

이러한 격판(500)은 화실로부터 발생된 연소가스가 투(2) 패스 또는 쓰리(3) 패스로 지그재그 이송되는 라인을 형성하도록 함으로써, 열효율을 높이고 생산성을 향상시키도록 형성된다.

이를 다시 정리하면, 상기 화실은 수관 본체와 일체로 구비됨으로써, 시공 현장의 규모를 줄일 수 있도록 형성된다.

이에, 상기 화실은 폐자재 등의 연료를 올려 연소시키도록 하는 로스터가 워터파이프로 하여금 화덕 역할을 하면서 발화 연소를 도모하도록 형성된다.

또한, 상기 화실은 캐스터블에 의해 내외부가 타설되도록 하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 수관 본체는 배기덕트의 내부에 연소가스에 의해 간접 가열방식으로 열교환되는 순환식 열매파이프가 내장되어 가열된 열매체가 제2열원으로 사용 가능하도록 구성된다.

즉, 열매파이프의 열매체를 연소가스의 복사열로 가열함으로써 기본 열원 외에 연소가스에 의해 생성된 열원(열매)를 이용하여 또 다른 용처로 제2열원을 생산할 수 있도록 하기 위함이다.

이와 같이, 본 발명의 산업용 보일러는 수관 및 연관 연동식으로서, 연료(폐의류, 폐목재, 펠릿 등)의 발화로 인해 연소가스와 증기가 생산되면 사용하고자 하는 용처로 발전을 도모하거나 각종 산업시설의 목적하는 용처에 난방, 건조 등 주요 열원을 제공하도록 형성된다.

또한, 본 발명은 선택적인 구성 결합에 따라 증기 배출관과 연결된 연결덕트 내부에 간접 가열방식으로 열교환이 이루어지는 열매파이프가 내장되도록 형성되어 목적하는 열매체가 제2열원으로 사용 가능하도록 함은 물론 필요에 따라서는 물탱크 일측에 기포발생 노즐이 결합되어 형성되어 고압 에어가 수용된 물에 대하여 분사되면 기포가 발생되어 기화를 촉진시키도록 함으로써, 증기 생산량을 크게 향상되도록 하는 효과가 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

100 ... 화실 110 ... 에어챔버
120 ... 워터챔버 130 ... 에어노즐
200 ... 화실 측벽 210 ... 통공
300 ... 수관 본체 310 ... 물탱크
320 ... 연소가스관 330 ... 스팀존
340 ... 연통공 350 ... 열매관
360 ... 배기덕트 370 ... 제2열매관
380 ... 스팀배출관

Claims

외부로부터 고압 에어가 공급된 에어챔버(110)의 상부에 워터챔버(120)가 결합되도록 형성되고, 상기 워터챔버(120)는 면상에 다수개의 에어노즐(130)이 분기되도록 하되, 상기 에어노즐(130)은 워터챔버(120)를 관통한 하단부가 에어챔버(110)의 상면과 연통되도록 형성되어 에어노즐(130)의 상부에서 연료가 발화 연소시 고압 에어로 하여금 고화력을 조장하도록 형성되는 화실(100)과; 상기 화실의 워터챔버(120) 상면 일측 및 타측에 격벽 형태로 형성되도록 하되, 워터챔버(120)의 물이 연통되도록 하부에 통공(210)이 형성되는 화실 측벽(200)과; 함체형 물탱크(310)의 내부에는 화실(100)로부터 발화 연소된 연소가스의 이동경로를 제공하면서 열교환을 도모하도록 다수개의 연소가스관(320)이 형성되고, 물탱크(310)에 수용된 물은 상부 스팀존(330)을 제외하고 채워지도록 형성되며, 물탱크(310)의 내주연 일측 및 타측에는 연통공(340)이 형성되어 하부측 화실 측벽(200)과 물이 연통되도록 하는 수관 본체(300)가; 구성되어 이루어진 산업용 수관 보일러에 있어서,
상기 수관 본체(300)는 물탱크(310)의 일측에 연소가스로부터 열교환되도록 열매관(350)이 배기덕트(360)에 구비되어 간접 가열 방식으로 가열된 열매체가 목적하는 열원으로 사용되도록 형성되고, 상기 수관 본체(300)는 물탱크(310)의 일측에 스팀으로부터 열교환되도록 제2열매관(370)이 스팀배출관(380)에 구비되어 간접 가열 방식으로 가열된 열매체가 목적하는 열원으로 사용되도록 형성되며, 상기 워터챔버(120) 상면에는 에어노즐(130)과 간섭없이 사이 사이마다 등간격 배열되고, 길이방향으로는 옆에서 보았을 때 터널 형태를 이루는 폐회로형 워터파이프(150)가 구성되는 것을 특징으로 하는 화실 일체형 구조를 갖는 산업용 수관 보일러.
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