KR101894553B1 - 자동 연소 장치 및 이를 구비한 복합 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명의 자동 연소 장치는 연료의 투입, 공급, 이송 및 연소가 자동으로 수행되도록 연료저장통, 컨베이어 및 체인컨베이어를 포함한다. 체인컨베이어는 캐터필러형으로 무환 궤도를 순환하므로 연료의 이송이 신속하다.

Description

자동 연소 장치 및 이를 구비한 복합 보일러{Automatic type combustion apparatus and boiler incorporating the same}

본 개시는 자동 연소 장치 및 이를 구비한 복합 보일러에 관한 것이다.

출원인은 한국특허 제1333955호에서, 보일러의 연소실의 하부에 연료를 공급하는 화격자 파이프를 설치하고, 보일러 측면의 연료저장통 내부에서 연료가 공급되며, 탄재 자동 배출 장치 및 공기 공급 덕트를 구비한 자동 연소 장치가 구성된 열교환 방식의 이중관 보일러를 제안하였다.

상기 기술은 우수한 효율에 불구하고, 연료저장통에 고형 연료를 수작업으로 충전해야 하는 불편이 있었고, 화격자 파이프의 이동과 연료재 처리가 번잡한 단점이 있었다.

또, 화격자파이프는 격자(grid)가 형성되도록 파이프를 연설한 것으로 제자리 구름 운동만 하기 때문에 연료가 그 위를 이동하기에는 반대 방향의 마찰력이 강하고 그리드 사이의 틈새에 연료가 끼어 막히는 단점이 있다.

그러므로, 자동 연소 장치의 구조를 개선하여 연료 공급, 이동 및 처리 작업의 능률을 높임으로써 보일러 전체의 효율을 향상시킬 필요가 있다.

또, 열 전달 효율을 높인 복합 보일러를 구축할 필요가 있다.

그러므로 본 발명은 연료의 투입, 이송, 공급, 연소 및 재 모음의 일련의 과정을 중단 없이 연속 수행할 수 있는 자동 연소 장치 및 이를 구비한 복합 보일러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명은 연료의 이동을 신속하고 원활하게 수행하며, 연료 연소 중의재나 분진을 용이하게 모으고 수거할 수 있는 자동 연소 장치 및 이를 구비한 복합 보일러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명은 연소가스로 온수를 신속히 가열하여 스팀 또는 과열 증기로 만들어 외부로 공급되도록 한 복합 보일러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 자동 연소 장치는, 연료를 저장하는 연료저장통; 연료저장통에서 호퍼까지 연료를 이동시키는 컨베이어; 투입 연료량을 조절하도록 호퍼에 인접 설치된 댐퍼; 한 쌍의 구동롤러에 의해 권취되어 캐터필러형의 무한 궤도를 순환하도록 설치되며, 호퍼로 부터 투입된 연료를 이동시키는 체인컨베이어; 및 연료가 연소하는 연소실의 측면을 따라 연장된 공기 공급 덕트에 공기를 공급하는 송풍기를 포함하며, 상기 공기 공급 덕트는 다수의 병렬 분기된 공기 주입구와 연통되고, 공기 주입구로 이송된 공기는 복수의 내부 공급 노즐을 통하여 상기 체인컨베이어로 분사되도록 한, 자동 연소 장치를 제공한다.

체인컨베이어의 하면에는 다수의 체인 받침 롤러가 설치되어 체인컨베이어의 굴림을 원활하게 하고, 체인 받침 롤러의 아래쪽에는 연료의 연소로 낙하하는 재나 분진을 수거하기 위한 재모음통이 높이 방향에서 보아 캐터필러형의 공간 내부에 설치되도록 할 수 있다.

또, 체인컨베이어에 쌓인 연료는 체인컨베이어가 1회 순환할 때까지 연소되어, 작업 중단 없이 호퍼에서 연료가 연속 투하되도록 투입 연료량이 댐퍼에 의해 조절되고, 송풍기로부터의 공기 유입량이 로터리 밸브에 의해 조절될 수 있다.

본 발명은 또한 이상의 특징을 가지는 자동 연소 장치를 구비한 보일러를 제공한다.

또한, 본 발명은 연소실을 구비한 1차 보일러와 1차 보일러에 연결된 2차 보일러를 포함하는 복합 보일러로서, 상기 1차 보일러는 하부에 연소실을 상부에 2차 보일러와 연통하는 배출관을 구비하며, 상기 연소실과 상기 배출관 사이의 공간에는 온수가 흐르는 복수의 열교환파이프가 설치되고, 상기 연소실에서 발생하는 고온의 연소가스는 상기 열교환파이프 사이를 통과하여 온수를 가열하면서 상기 배출관을 통하여 2차 보일러로 흐르고, 상기 2차 보일러는 상기 배출관과 연통된 출입구와 연소 가스가 최종 배출되는 연통을 구비하며, 상기 출입구와 연통 사이의 공간에 온수가 흐르는 복수의 열교환파이프를 설치하고, 상기 연소가스가 상기 열교환파이프를 통과하여 온수를 가열하면서 상기 연통을 통하여 최종 배출되고, 상기 1차 보일러 및/또는 상기 2차 보일러 내부의 공간에는 복수의 칸막이를 설치하여 상기 연소가스가 칸막이에 의해 구획된 공간 내부를 상승 및 하강하면서 흐르는 유동 공간을 제공함으로써 연소가스의 체류 시간을 연장하여 열교환 효율을 높인, 복합 보일러를 제공한다.

상기 2차 보일러에는 온수를 공급하는 온수 이송용 펌프를 설치하고, 1차 및 2차 보일러의 하부에는 상기 펌프로부터 송출되는 온수를 모으는 온수 모음통을 복수 개 설치하고, 상기 각각의 온수 모음통을 통하여 상기 1차 및 2차 보일러의 복수의 열교환파이프로 온수가 전달되도록 할 수 있다.

상기 1차 및 2차 보일러의 복수의 열교환파이프의 상단은 각각의 연결 파이프를 통하여 증기 모음통에 연통됨으로써, 상기 증기 모음통은 상기 1차 및 2차 보일러의 상부에 걸쳐 복수 개 설치되며, 상기 각각의 증기 모음통은 연결관에 의하여 인접하는 다른 증기 모음통과 연통되며, 1차 보일러의 전방에는 스팀 또는 과열 증기가 최종 배출되는 증기 배출구를 형성할 수 있다.

상기 1차 및 2차 보일러의 복수의 열교환파이프에 흐르는 온수는 연소가스에 의하여 스팀 또는 과열 증기가 되어 각각의 증기 모음통에 모여 연결관을 통하여 상기 증기 배출구를 향하여 흐를 수 있다.

상기 연소 가스는 상기 증기 모음통과 접하여 상기 증기 모음통을 더 가열할 수 있다.

상기 1차 및 2차 보일러의 복수의 열교환파이프는 온수 모음통에서 위로 연장된 한 쌍의 수직관, 상기 수직관의 상부에 설치되어 수직관을 연결하는 상부 열교환 파이프, 상기 수직관의 하부에 설치되어 수직관을 연결하는 하부 열교환 파이프 및 상기 상부 열교환 파이프 및 하부 열교환 파이프 사이에 수직 방향으로 설치된 이중 열교환 파이프를 포함하며, 이중 열교환 파이프 사이의 공간을 통하여 연소 가스가 이동할 수 있다.

상기 1차 및 2차 보일러의 복수의 열교환파이프는 온수 모음통에서 위로 연장된 한 쌍의 수직관, 상기 수직관의 상부에 설치되어 수직관을 연결하는 상부 열교환 파이프, 상기 수직관의 하부에 설치되어 수직관을 연결하는 하부 열교환 파이프 및 상기 상부 열교환 파이프 및 하부 열교환 파이프 사이에 수직 방향으로 설치된 수관식 열교환 파이프를 포함할 수 있다.

상기 증기 배출구와 연결되는 스팀 분사형 열교환 파이프, 상기 1차 보일러의 공간을 가로질러 설치되며 분사 노즐이 형성된 스팀 배관을 설치하고, 상기 스팀 분사형 열교환 파이프와 상기 스팀 배관 사이의 유로를 개폐하는 청소용 밸브를 설치할 수 있다.

1차 보일러 하부의 연소실 입구에 설치한 열감지 센서, 상기 열감지 센서의 가열로 개방되는 전자 밸브, 상기 1차 보일러 하부에 형성한 온수 모음통과 연통된 역화 방지 온수 모음통 및 상기 역화 방지 온수 모음통에 연결된 노즐로 이루어지는 역화 방지 기구를 더 포함할 수 있다.

1차 보일러에서 유동하는 연소가스의 유동량을 제어하는 제어장치를 더 설치할 수 있다.
또한, 본 발명은 연소실을 구비한 1차 보일러와, 1차 보일러에 연결된 2차 보일러를 포함하는 복합 보일러로서, 1차 보일러의 연소실에서 발생한 고온의 연소 가스는 1차 보일러로부터 2차 보일러를 향하여 흐르며, 2차 보일러측에 위치한 온수원으로부터 2차보일러와 1차보일러의 하부를 통과하여 설치된 분배관을 통하여 온수는 2차 보일러로부터 1차 보일러로 흐르며, 상기 1차 보일러는 하부에 연소실을 상부에 2차 보일러와 연통하는 배출관을 구비하며, 상기 연소실과 상기 배출관 사이의 공간에는 상기 분배관으로부터 온수가 위로 흐르는 복수의 제1 열교환파이프가 설치되어 상기 연소실에서 발생하는 고온의 연소가스는 상기 제1 열교환파이프 사이를 통과하여 온수를 가열하면서 상기 배출관을 통하여 2차 보일러로 흐르고, 상기 2차 보일러는 상기 배출관과 연통된 입구와 연소 가스가 최종 배출되는 연통을 구비하며, 상기 입구와 연통 사이의 공간에는 상기 분배관으로부터 온수가 위로 흐르는 복수의 제2 열교환파이프를 설치하고, 상기 1차 보일러로부터 공급된 연소가스가 상기 제2 열교환파이프를 통과하여 온수를 가열하면서 상기 연통을 통하여 최종 배출되고, 상기 1차 보일러 및/또는 상기 2차 보일러 내부의 공간에는 복수의 칸막이를 설치하여 상기 연소가스가 칸막이에 의해 구획된 공간 내부를 상승 및 하강하면서 흐르는 유동 공간을 제공함으로써 연소가스의 체류 시간을 연장하여 열교환 효율을 높이며, 상기 2차 보일러에서 가열된 스팀은 상기 1차 보일러에서 가열된 스팀과 합류하여 상기 1차 보일러의 증기 배출구룰 통하여 배출되도록 한, 복합 보일러를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예는 연소실을 구비한 1차 보일러와, 1차 보일러에 연결된 2차 보일러를 포함하는 복합 보일러로서, 1차 보일러의 연소실에서 발생한 고온의 연소 가스는 1차 보일러로부터 2차 보일러를 향하여 흐르며, 2차 보일러측에 위치한 온수원으로부터 2차보일러와 1차보일러의 하부를 통과하여 설치된 분배관을 통하여 온수는 2차 보일러로부터 1차 보일러로 공급되며, 상기 1차 보일러는 하부에 연소실을 상부에 2차 보일러와 연통하는 배출관을 구비하며, 상기 연소실과 상기 배출관 사이의 공간에는 상기 분배관으로부터 온수가 위로 흐르는 복수의 제1 열교환파이프가 설치되어 상기 연소실에서 발생하는 고온의 연소가스는 상기 제1 열교환파이프 사이를 통과하여 온수를 가열하면서 상기 배출관을 통하여 2차 보일러로 흐르고, 상기 2차 보일러는 상기 배출관과 연통된 입구와 연소 가스가 최종 배출되는 연통을 구비하며, 상기 입구와 연통 사이의 공간에는 상기 분배관으로부터 온수가 위로 흐르는 복수의 제2 열교환파이프를 설치하고, 상기 1차 보일러로부터 공급된 연소가스가 상기 제2 열교환파이프를 통과하여 온수를 가열하면서 상기 연통을 통하여 최종 배출되고, 상기 1차 보일러 및/또는 상기 2차 보일러 내부의 공간에는 복수의 칸막이를 설치하여 상기 연소가스가 칸막이에 의해 구획된 공간 내부를 상승 및 하강하면서 흐르는 유동 공간을 제공함으로써 연소가스의 체류 시간을 연장하여 열교환 효율을 높이며, 상기 2차 보일러에서 연소가스에 의하여 가열된 스팀은 상기 1차 보일러로 흘러 상기 1차 보일러에서 연소가스에 의하여 가열된 스팀과 합류하여 상기 1차 보일러의 증기 배출구룰 통하여 배출되도록 하고, 상기 1차 및 2차 보일러의 복수의 열교환파이프의 상단은 각각의 연결 파이프를 통하여 증기 모음통에 연통됨으로써, 상기 증기 모음통은 상기 1차 및 2차 보일러의 상부에 걸쳐 복수 개 설치되며, 상기 각각의 증기 모음통은 연결관에 의하여 인접하는 다른 증기 모음통과 연통되며, 1차 보일러의 전방에는 스팀 또는 과열 증기가 최종 배출되는 상기 증기 배출구를 형성하고, 상기 증기 모음통은: 스팀 온도를 더 높은 온도로 하기 위하여 2차 보일러의 후단에 설치된 제1 증기 모음통(145)과, 제 1증기 모음통(145)에 모인 증기를 제 1연결관(148)을 통하여 공급 받는 제 1증기 모음통(145)에 인접한 제2 증기 모음통(149)과, 상기 제 2증기 모음통(149)과 제 2분배관(150)에 의하여 연결되며 2차 보일러의 전방에 배치된 제 3증기 모음통(151)과, 상기 제 3증기 모음통(151)과 제 2연결관(152)에 의하여 연결되며 모아진 스팀이 전달되도록 1차 보일러 후단에 설치된 제 4증기 모음통(153)과, 스팀이 최종적으로 거치는 1차 보일러 전방에 설치된 제 5증기 모음통(155)을 포함하며, 스팀이 상기 제 5증기 모음통(155)을 거쳐 상기 제 5증기 모음통(155) 상부에 위치한 증기 배출구(156)를 통해 외부로 배출되게 하는 것에 의하여 증기가 여러 단계를 거치면서 장시간 체류하여 고온의 스팀이 되도록 한, 복합 보일러를 제공한다.

본 발명에 의하면, 연료의 투입, 이송, 공급, 연소 및 재 모음의 일련의 과정을 중단 없이 자동으로 연속 수행할 수 있으며, 캐터필러를 이루어 무환 순환하는 체인 컨베이어에 의하여 연료의 이동을 신속하고 원활하게 수행할 수 있고, 연료 연소 중 재나 분진을 용이하게 모으고 수거할 수 있다는 효과를 발휘한다.

본 발명에 의하면 고온의 연소가스를 1차 및 2차 보일러에서 순차적으로 이용함으로써 온수를 스팀으로 가열하여 온도를 점점 상승시켜 외부로 배출하는, 열교환 효율이 높은 복합 보일러를 제공한다는 효과를 발휘한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 연소 장치를 구비한 단일 보일러의 측단면도로서, 보일러 내부의 열교환 파이프의 구성은 그 도시를 생략하였다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 연소 장치의 평단면도로서 연료저장통등 외부 구성은 그 도시를 생략하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 연소 장치의 작업 중의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 연소 장치를 구비한 복합 보일러의 측면도이다.
도 5는 도 4에서 수직관을 제외하여 도시한 측단면도이다.
도 6는 도 4의 G-G선 단면도이다.
도 7은 도 4의 B-B선 단면도이다.
도 8은 본 발명의 추가 실시예로서 1차 보일러의 수위 조절등 안전 및 모니터링 장치를 부착한 것을 보인 측단면도이다.
도 9는 본 발명의 자동 연소 장치를 구비한 복합 보일러 장치의 원리를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서 제1, 제2, ), ⅱ), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 연소 장치(1)를 구비한 보일러(100)의 측단면도이다. 보일러 내부의 열교환 파이프 등의 구성은 그 도시를 생략하였으며, 연소실의 하부를 주로 설명한다.

보일러를 위한 고형 연료는 보일러의 외부에 설치된 연료저장통(2)에서 컨베이어(3)를 거쳐 상향 이동하여 호퍼(4)로 모인다. 호퍼(4) 측면의 레버는 투입 연료량을 조절하기 위한 댐퍼(5)이다.

보일러(100) 하부의 연소실에는 체인컨베이어(6)가 전후 한쌍의 구동롤러(9)에 의해 캐터필라형으로 권취되어 구동롤러(9)의 회전에 의하여 순환하도록 되어 있다.

체인컨베이어(6)는 연속으로 무한 순환 이동하므로, 종래기술의 화격자파이프에 비하여 연료 이동이 원활하며 신속하다.

보일러의 외부 측면에는 모터(24)와 모터(24)로 구동되는 송풍기(23)가 장착되며, 송풍기(23)에서 유입된 공기는 공기 공급 덕트(22)를 통하여 공기 주입구(8)로 공급된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 연소 장치(1)의 평단면도로서 연료저장통(2)등 외부 구성은 도시를 생략하였으며, 공기 유입 구조를 설명하기 위하여 체인컨베이어(6)를 벗긴 상태를 도시하고 있다.

공기 공급 덕트(22)는 연소실의 측면을 따라 연장되어 다수의 병렬 분기된 공기 주입구(8)와 연통되고, 공기 주입구(8)로 이송된 공기는 체임버(18)의 공기 공급 노즐(17) 및 연소실 내부의 내부 공급 노즐(19)을 통하여 위로 배출된다.

체임버(18)는 칸막이판(19a)에 의하여 폐쇄된다.

모터(24) 구동에 의한 송풍기(23) 작동으로 공기 공급 노즐(17)을 통하여 유입되는 상온의 공기는 연소실과 체임버(18)의 고온에 의하여 점점 가열된다. 하지만, 연소실의 고온에는 미치지 못하므로, 연소실에서 발생하는 열기를 흡수하여 점점 가열되면서 체임버(18) 내부가 연소실의 강한 열기로 인하여 녹거나 변형되는 것을 방지한다. 이 과정 중 가열되어 체임버(18)를 통과한 공기는 내부 공급 노즐(19)을 통하여 분사되고, 체인컨베이어(6) 상의 연료에 공급되어 연소를 촉진시켜 연소 효율을 높인다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 2중 구조의 공기 공급 노즐(17) 및 내부 공급 노즐(19) 조합을 통하여 연료의 연소를 촉진하고, 고열의 열기로 인하여 연소실 주위의 부재가 녹거나 변형되는 것을 방지할 수 있다.

구동롤러(9)는 모터(26)의 피니언과 치합된 기어의 회전축(27)을 수용하며 모터(26)의 구동에 의하여 회전되어 체인컨베이어(6)를 이동시킨다.

다시, 도 1을 참조하면, 체인컨베이어(6)의 하면에는 다수의 체인 받침 롤러(7)가 설치되어 체인컨베이어(6)의 굴림을 원활하게 하고, 체인 받침 롤러(7)의 아래쪽에는 도시된 예에서는 사다리꼴 형상의 4개의 재모음통(10)이 설치되어 연료의 연소로 낙하하는 재를 수집하고 있다. 재모음통(10)은 높이 방향에서 보아, 체인컨베이어(6)가 형성하는 캐터필러형 공간 내부에 수용되며, 용이하게 외부로 수거할 수 있다.

체인컨베이어(6)를 이동하면서 모두 연소된 연료의 찌꺼기는 재모음호퍼(10a)를 통하여 배출관(13)을 통해 외부로 배출된다. 이때, 로터리 벨브(29)는 외부 공기의 도입을 차단하여 연소재가 저류하거나 역류하는 것을 방지한다.

(28)은 보일러를 지면이나 플랫폼에 세우기 위한 지주이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 연소 장치(1)의 작업 중의 측면도로서 호퍼(4)에서 투입된 연료가 댐퍼(5)에 의하여 높이가 평탄하고 고르게 조절되어 체인컨베이어(6) 상으로 공급되고 있다.

처음 연료의 연소를 위해서 버너(200)를 이용한다. 버너(200)는 도 3의 확대도에 도시한 것과 같이, 예를 들면 경유로 착화하는 토화구(210)를 포함한다. 버너(200)를 연료가 낙하하는 입구 부위의 출입구(200a)를 통해 설치하면, 연료는 버너 롤러(220)에 낙하하면서 착화되고 체인컨베이어(6)를 타고 이동한다.

연료의 착화가 정상적으로 이루어지면 버너(200)를 출입구(200a)를 통해 빼내고 출입구(200a)를 폐쇄한다.

체인컨베이어(6)상에 분급된 연료는 착화되어 연소하기 시작하며, 송풍기(23), 공기 공급 덕트(22) 및 공기주입구(8)를 통하여 공기 공급 노즐(17) 및 내부 공급 노즐(19)을 통하여 배출되는 공기는 연료의 연소를 도우며, 연료 연소후 남는 재나 분진은 재모음통(10)과 배출관(13)을 통해 수거된다.

체인컨베이어(6)에 쌓인 연료는 체인컨베이어(6)가 1회 순환할 때까지 모두 연소되어, 작업 중단 없이 호퍼(4)에서 연료가 연속 투하되도록 공급 연료량을 댐퍼(5)로 조절하고, 송풍기(23)의 공기 유입량을 조절하는 것이 바람직하다.

이후, 호퍼(4)에 쌓인 연료가 상당 부분 소진되면, 컨베이어(3)를 구동하여연료저장통(2)으로부터 호퍼(4)로 연료를 공급하여 충전하면 되므로, 연료저장통(2) 연료가 소진되기까지 중단 없이 자동으로 연소장치(1)를 구동할 수 있는 것이다. 호퍼(4)로의 연료 공급은 일정한 시간 주기마다 시행하는 것으로 변경해도 좋다.

종래의 화격자 파이프에 의존하는 연료 이송 방법에서는 파이프가 제 자리에서 회전하고, 이 회전 운동에 연동되어 연료가 강제로 전진하는 방식을 취하는 결과 연료의 이동 속도 및 연소 속도가 불규칙하여 연소 장치(1)를 자동으로 구동하는데 한계가 있었다.

그러나, 본 발명의 실시예에 따른 자동 연소장치(1)에 의하면 연료의 투입, 공급, 이송, 연소 및 재 모음 작업을 최소한 연료저장통(2) 연료가 소모될 깨까지 자동화할 수 있으므로 연소 작업이 매우 편리하며 경제적이고, 보일러의 효율을 더욱 높일 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 연소 장치(1)를 구비한 보일러의 측면도, 도 5는 도 4에서 수직관을 제외하여 도시한 측단면도, 도 6는 도 4의 G-G선 단면도, 그리고 도 7은 B-B선 단면도이다. 이들 도면을 함께 참조하여 설명한다. 편의상 도면의 우측을 전방, 좌측을 후방으로 표기한다.

본 발명의 실시예에 따른 보일러는 자동 연소장치(1)를 구비한 1차 보일러(133)와 2차 보일러(158)의 복합 보일러이다.

먼저, 도 9를 참조로, 본 발명의 자동 연소 장치를 구비한 복합 보일러 장치의 원리를 설명한다.

보일러(A,B)는 두 개가 세트이며, "a"는 연소실이다. 연소실(a)에서 발생한 고온의 연소가스는 상부로 이동하여 무거운 분진 등 일부는 배출구(c)를 통하여 배출되고, 대부분은 연결관(j)을 통하여 보일러(B)의 하부로 도입된 후 상부를 향하여 좌측으로 흘러 배출구(e)를 통하여 배출된다. 연소가스와 열교환되는 것은 온수로 연소가스에 의해 스팀 또는 과열 증기가 된다.

온수는 온수원(f)으로부터 분배관(g)을 통해 공급되고, 보일러(A,B)의 영역(h)에 설치된 도시하지 않은 열교환파이프를 따라 상승하면서 상기 연소가스에 의해 가열되어 스팀이 되며, 공급관(i)을 통해 전방으로 이동하면서 점점 가열된 상태로 합류하여 배출구(b)를 통해 외부로 공급되어 유용한 열원으로 활용된다.

보일러(A) 내부에서 공급된 온수는 긴 공급관(i)의 경로를 따르지 않고 상류 또는 중간 지점에서 합류하여 배출구(b)를 향하지만, 연소가스 온도는 보일러(A)가 높고 보일러(B)가 낮으므로, 보일러(B) 후방에서 공급되어 합류되는 스팀과 비교하여 저온이 아니며, 따라서 스팀의 합류에 의한 지속적인 온도 상승 효과를 기대할 수 있다.

도 9에서는 간략하게 도시하였으나, 연소가스는 보일러(A,B) 내부에서 되도록 장시간 머물면서 여러 경로를 거치는 것이 좋고, 영역(h)에서 열교환 파이프가 온수를 전달하면서도 연소가스에 의해 신속히 온수가 가열되어 스팀이 되도록 배치되어야 하며, 공급관(i)에 수집된 스팀 또는 과열 증기는 전방을 향하여 진행할수록 고온이 되도록 구성하는 것이 바람직하다.

이하 기술하는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 연소 장치(1)를 구비한 보일러는 이상의 열효율 향상 조건을 충족하도록 개선된 것이다.

도 4 내지 도 7을 함께 참조하면, 1차 보일러(133) 연소실의 상부에는 수직관(137)이 전후 방향으로 조밀하게 설치되고, 2열로 교호 배열된 상부 열교환 파이프(138)가 상부에 배열되고, 그 아래에는 1열 또는 2열로 교호 배열된 하부 열교환 파이프(139)가 2단을 이루도록 설치되어 있다. 1열로 배열된 최하단의 열교환 파이프(139)는 1차 보일러(133)의 전방과 중간 사이에서 후미까지 하향 경사 및 평행하도록 간극 없이 배열되어 연소 가스는 상기 구간의 열교환 파이프(139)는 통과하지 못하며, 전방에 2열 배열된 열교환 파이프(139) 사이에 형성된 공간(134)을 통하여 화살표 방향으로 배출된다.

1차 및 2차 보일러(133,158)의 하부에는 온수가 모여질 수 있는 온수 모음통(136)이 복수 개 수평으로 설치되며, 온수 모음통(136)과 연결된 온수 이송용 펌프(128)의 구동에 의하여 연결관(129)으로 이송된 온수는 온수 모음통(136)에 모여 열교환 파이프들로 분배된다.

1차 보일러(133)의 세부 구조를 도 5 및 도 7을 참조로 설명한다.

도 7에 도시한 것과 같이, 양 측면의 온수 모음통(136)에서 위로 연장되어 한 쌍의 수직관(137)이 입설되고, 수직관(137) 상부에는 상부 열교환 파이프(138)가, 중간 및 하부에는 2단의 하부 열교환 파이프(139)가 각각 설치되어 수직관(137)을 서로 연결하고 있다. 상부 열교환 파이프(138) 및 하부 열교환 파이프(139) 사이에는 수직 방향으로 이중 열교환 파이프(140,141)가 설치되며, 이중 열교환 파이프(140,141) 사이의 공간을 통하여 연소 가스가 이동한다.

수직관(137) 상단에는 연결 파이프(143)가 설치되고, 고온의 증기는 연결 파이프(143)를 통하여 증기 모음통(144)에 모인 후, 증기 모음통(155)을 통하여 증기 배출구(156)로 배출된다.

본 발명에 의하면, 연소실에서 발생한 연소 가스가 여러 단계를 거쳐 배출되도록 연소실 상부에 수평으로 온수 모음통(136)을 설치하고 최하단의 일단 배열된 하부 열교환 파이프(139)는 연소 가스가 통과하는 틈새를 막아 밀폐 공간을 형성하여 안정된 연소실을 제공한다.

연소실에서 발생한 연소 가스는 공간(134)을 통하여 진입하여, 이중 열교환 파이프(140,141) 사이를 통과하면서 수직관(137), 상부 열교환 파이프(138) 및 하부 열교환 파이프(139)를 가열하고, 이들 파이프 내의 온수를 고온의 증기로 만든 다음, 1차 배출관(157)을 통하여 2차 보일러(158)로 흐른다.

이때 1차 보일러(133) 내부를 복수의 칸막이로 구분하여 소보일러로 구획하고 연소가스가 각각의 소보일러를 상승 -> 하강 -> 상승하도록 하여 체류 시간을 연장함으로써 열교환 효율을 더욱 높일 수 있다.

연소실 상부로 배출되는 배기가스가 이중 열교환 파이프(140,141)의 내부와 외부를 동시에 가열하고, 증기 모음통(144)을 또 가열하므로 고온의 스팀을 생산할 수 있으며, 연소가스에 의하여 침전된 분진은 재처리문(162)을 통하여 수거하고 출구(163)를 통해 낙하시킬 수 있고, 1차 배출관(157)을 통과한 연소 가스는 2차 보일러(158)의 출입구(159)를 통하여 진입한다.

다음, 본 발명의 실시예에 따른 2차 보일러(158)의 구성과 동작에 대하여 설명한다. 1차 보일러(133)와 동일한 부재에 대해서는 같은 부재 번호를 사용하기로 한다.

2차 보일러(158)는 수직관(137)이 전후 방향으로 조밀하게 설치되고, 2열로 교호 배열된 상부 열교환 파이프(138)가 수직관(137)의 상부에 배열되고, 2열로 교호 배열된 하부 열교환 파이프(139)는 수직관(137)의 하부에 배열되어 있다. 1차 보일러(133)와 비교하여 하부 열교환 파이프(139)는 2단 구조가 아닌 점이 다르다.

도 6에 도시한 것과 같이, 2차 보일러(158)의 양 측면의 온수 모음통(136)에서 위로 연장되어 한 쌍의 수직관(137)이 입설되고, 수직관(137) 상부에는 상부 열교환 파이프(138)가, 하부에는 하부 열교환 파이프(139)가 각각 설치되어 수직관(137)을 연결하고 있다. 상부 열교환 파이프(138) 및 하부 열교환 파이프(139) 사이에는 수직 방향으로 이중 열교환 파이프(140,141)가 설치되며, 이중 열교환 파이프(140,141) 사이의 공간을 통하여 연소 가스가 이동하여 내외부를 동시에 빠 르게 가열하고 연도(167)를 통해 배출된다.

2차 보일러(158)는 1차 보일러(133)에서 배출된 연소 가스의 온도를 재사용하며 더 많은 스팀을 생성할 수 있다.

스팀 온도를 더 높은 온도로 하기 위하여 2차 보일러(158)의 증기 모음통(145)으로 이동할 수 있도록 한 연결관(147)과, 증기 모음통(145)에 모인 증기를 증기 모음통(149)으로 이동할 수 있도록 한 연결관(148)과, 증기 모음통(149)과 증기 모음통(151)을 연결하는 분배관(150)과, 증기 모음통(151)에 모아진 스팀이 증기 모음통(153)으로 이동할 수 있도록 연결한 연결관(152)을 설치하고, 스팀이 최종적으로 1차 보일러의 증기 모음통(155)을 거쳐 증기 배출구(156)로 배출되게 하였다. 따라서, 증기가 여러 단계를 거치면서 장시간 체류하므로 고온의 스팀으로 가열되어 과열 증기가 생성되어 높은 열교환 효율을 기대할 수 있다.

2차 보일러(158)의 상부 및 하부 열교환 파이프(138,139) 사이의 공간으로 연소 가스가 배출되며, 배출되는 연소 가스의 분진이나 이물질은 재처리 모음통(182)으로 수집되고, 컨베이어(166)를 통하여 외부로 배출된다.

또, 1차 보일러(133)와 마찬가지로 도 5에 도시한 것과 같이, 전방에서 후방에 걸쳐 소정 간격으로 수직 격벽 형상의 칸막이(160)를 설치하면, 연소 가스가 상방향 또는 하방향으로 이동하면서 열교환 파이프를 가열하고, 상부 방향으로 이동할 때에는 증기 모음통을 재가열하므로, 스팀이 더욱 고온의 스팀이 되는 효과가 있다.

다음, 2차 보일러(158) 하부에서 후방에 설치된 온수 모음통(136)이 연결관(129)을 경유하여 온수 이송용 펌프(128)에 연결되므로, 온수 이송용 펌프(128)의 구동에 의하여 1차 및 2차 보일러(133,158)의 온수 모음통(136)들로 온수가 공급되고, 온수는 수직관(137), 상부 및 하부 열교환 파이프(138,139) 및 이중 열교환 파이프(140,141)를 통하여 이동하면서 연소 가스에 의해 가열되어 증기(스팀)가 되고 전술한 것과 같이 다단계의 증기 모음통을 통과한 후 증기 배출구(156)를 통하여 외부로 배출된다.

다음, 펠릿, 석탄, 목재등을 연료로 사용하기 때문에, 보일러 내부에 쌓여진 분진이나 그을림등으로 붙어있는 스케일등을 스팀으로 털어낼 수 있도록 스팀 배관(173)을 1차 보일러(133) 내부의 여러 곳에 수평으로 설치하였으며, 보일러에서 발생한 증기를 사용할 수 있도록 청소용 밸브(177)를 별도 설치하였고, 청소 주기가 되면 청소용 밸브(177)를 열어 고압의 스팀으로 열교환기에 붙어 있는 스케일 및 이물질을 제거할 수 있도록 구성하였다.

또한, 1차 보일러(133) 앞 부분에 연료를 투입하기 위하여 설치한 호퍼(4)에 연소실에서 발생한 연소가스가 존재하고, 후단부에 설치한 송풍기(23)가 갑자기 꺼지거나 불길이 역화되어 화염이 호퍼(4) 안으로 유입되어 연료에 불이 날 때를 대비하여 보일러 하부에 열기를 감지할 수 있는 열감지 센서(168)를 설치하였다. 열감지 센서(168)가 가열되면 전자 밸브(169)가 자동으로 개방되며, 보일러 하부에 형성한 온수 모음통(136)안에 있는 온수가 압력에 의해 역화 방지 온수 모음통(171)으로 이동하고, 다수 개로 형성한 노즐(172)을 통해 분사되어 불을 끌 수 있도록 역화 방지 및 스케일 제거가 행해진다.

1차 및 2차 보일러(133,158) 내부의 그을림이나 각종 이물질을 제거할 수 있도록 다수개로 구성한 스팀 분사형 열교환 파이프(174)를 도 5에 도시한 것과 같이 증기 배출구(156)와 연결하여 청소 주기가 되면 1차 보일러(133) 내부에 설치된 스팀 배관(173)으로 스팀을 보낼 수 있도록 청소용 밸브(177)를 열고 스팀을 주입한다.

주입된 스팀은 다수 개 형성한 노즐에서 분사되어 열교환 파이프 (137,138,139,140) 외부에 붙어있는 이물질을 제거한다.

도 8은 본 발명의 추가 실시예로서 1차 보일러(133)의 수위 조절등 안전 및 모니터링 장치를 부착한 것을 보인 측단면도이다.

도시한 것과 같이 1차 보일러(133) 상부에 물의 위치를 파악하여 물을 제어할 수 있는 수위조절장치를 부착한 수위통(178)이 설치되어 있다. 또, 스팀 압력을 제어하는 압력계(179)와, 압력계(179)의 고장 시 보일러를 보호하기 위한 안전밸브(180)를 설치하였으며, 보일러 내부에 스케일이 형성되는 것을 볼 수 있는 점검구(181)를 설치하였다.

도 8의 안전 장치의 추가로 본 발명의 복합 보일러의 작동과 유지 보수가 간편해지며, 작업 안전도가 향상한다.

이상 본 발명의 특정 실시예를 위주로 설명하였지만, 본 발명에 대해서는 다양한 변형예 및 추가예가 가능하다.

예를 들어, 이중 열교환 파이프(140,141)를 설명하였지만, 온수를 공급하고 연소 가스에 의해 가열되는 수관식 파이프를 사용해도 좋다. 또, 각 연소 영역마다 주입되는 공기의 양을 제어하는 제어 장치를 추가할 수 있다.

본 발명의 권리범위가 이하 기술하는 청구범위와 동일 또는 균등한 영역까지 미친다는 점은 자명하다.

Claims (15)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 연소실을 구비한 1차 보일러와, 1차 보일러에 연결된 2차 보일러를 포함하는 복합 보일러로서,
   1차 보일러의 연소실에서 발생한 고온의 연소 가스는 1차 보일러로부터 2차 보일러를 향하여 흐르며,
   2차 보일러측에 위치한 온수원으로부터 2차보일러와 1차보일러의 하부를 통과하여 설치된 분배관을 통하여 온수는 2차 보일러로부터 1차 보일러로 공급되며,
   상기 1차 보일러는 하부에 연소실을 상부에 2차 보일러와 연통하는 배출관을 구비하며, 상기 연소실과 상기 배출관 사이의 공간에는 상기 분배관으로부터 온수가 위로 흐르는 복수의 제1 열교환파이프가 설치되어 상기 연소실에서 발생하는 고온의 연소가스는 상기 제1 열교환파이프 사이를 통과하여 온수를 가열하면서 상기 배출관을 통하여 2차 보일러로 흐르고,
   상기 2차 보일러는 상기 배출관과 연통된 입구와 연소 가스가 최종 배출되는 연통을 구비하며, 상기 입구와 연통 사이의 공간에는 상기 분배관으로부터 온수가 위로 흐르는 복수의 제2 열교환파이프를 설치하고, 상기 1차 보일러로부터 공급된 연소가스가 상기 제2 열교환파이프를 통과하여 온수를 가열하면서 상기 연통을 통하여 최종 배출되고,
   상기 1차 보일러 및/또는 상기 2차 보일러 내부의 공간에는 복수의 칸막이를 설치하여 상기 연소가스가 칸막이에 의해 구획된 공간 내부를 상승 및 하강하면서 흐르는 유동 공간을 제공함으로써 연소가스의 체류 시간을 연장하여 열교환 효율을 높이며,
   상기 2차 보일러에서 연소가스에 의하여 가열된 스팀은 상기 1차 보일러로 흘러 상기 1차 보일러에서 연소가스에 의하여 가열된 스팀과 합류하여 상기 1차 보일러의 증기 배출구룰 통하여 배출되도록 하고,
   상기 1차 및 2차 보일러의 복수의 열교환파이프의 상단은 각각의 연결 파이프를 통하여 증기 모음통에 연통됨으로써, 상기 증기 모음통은 상기 1차 및 2차 보일러의 상부에 걸쳐 복수 개 설치되며, 상기 각각의 증기 모음통은 연결관에 의하여 인접하는 다른 증기 모음통과 연통되며, 1차 보일러의 전방에는 스팀 또는 과열 증기가 최종 배출되는 상기 증기 배출구를 형성하고,
   상기 증기 모음통은:
   스팀 온도를 더 높은 온도로 하기 위하여 2차 보일러의 후단에 설치된 제1 증기 모음통(145)과, 제 1증기 모음통(145)에 모인 증기를 제 1연결관(148)을 통하여 공급 받는 제 1증기 모음통(145)에 인접한 제2 증기 모음통(149)과, 상기 제 2증기 모음통(149)과 제 2분배관(150)에 의하여 연결되며 2차 보일러의 전방에 배치된 제 3증기 모음통(151)과, 상기 제 3증기 모음통(151)과 제 2연결관(152)에 의하여 연결되며 모아진 스팀이 전달되도록 1차 보일러 후단에 설치된 제 4증기 모음통(153)과, 스팀이 최종적으로 거치는 1차 보일러 전방에 설치된 제 5증기 모음통(155)을 포함하며,
   스팀이 상기 제 5증기 모음통(155)을 거쳐 상기 제 5증기 모음통(155) 상부에 위치한 증기 배출구(156)를 통해 외부로 배출되게 하는 것에 의하여 증기가 여러 단계를 거치면서 장시간 체류하여 고온의 스팀이 되도록 한, 복합 보일러.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 2차 보일러에는 온수를 공급하는 온수 이송용 펌프를 설치하고, 1차 및 2차 보일러의 하부에는 상기 펌프로부터 송출되는 온수를 모으는 온수 모음통을 복수 개 더 설치하고, 상기 각각의 온수 모음통을 통하여 상기 1차 및 2차 보일러의 복수의 열교환파이프로 온수가 전달되도록 한, 복합 보일러.
8. 삭제
9. 제 7항에 있어서,
   상기 1차 및 2차 보일러의 복수의 열교환파이프에 흐르는 온수는 연소가스에 의하여 스팀 또는 과열 증기가 되어 각각의 증기 모음통에 모여 연결관을 통하여 상기 증기 배출구를 향하여 흐르는, 복합 보일러.
10. 제 7항에 있어서,
    상기 연소 가스는 상기 증기 모음통과 접하여 상기 증기 모음통을 더 가열하는, 복합 보일러.
11. 제 7항에 있어서,
    상기 1차 및 2차 보일러의 복수의 열교환파이프는 온수 모음통에서 위로 연장된 한 쌍의 수직관, 상기 수직관의 상부에 설치되어 수직관을 연결하는 상부 열교환 파이프, 상기 수직관의 하부에 설치되어 수직관을 연결하는 하부 열교환 파이프 및 상기 상부 열교환 파이프 및 하부 열교환 파이프 사이에 수직 방향으로 설치된 이중 열교환 파이프가 설치되며, 이중 열교환 파이프 사이의 공간을 통하여 연소 가스가 이동하는, 복합 보일러.
12. 제 7항에 있어서,
    상기 1차 및 2차 보일러의 복수의 열교환파이프는 온수 모음통에서 위로 연장된 한 쌍의 수직관, 상기 수직관의 상부에 설치되어 수직관을 연결하는 상부 열교환 파이프, 상기 수직관의 하부에 설치되어 수직관을 연결하는 하부 열교환 파이프 및 상기 상부 열교환 파이프 및 하부 열교환 파이프 사이에 수직 방향으로 설치된 수관식 열교환 파이프가 설치되는, 복합 보일러.
13. 제 7항에 있어서,
    상기 증기 배출구와 연결되는 스팀 분사형 열교환 파이프, 상기 1차 보일러의 공간을 가로질러 설치되며 분사 노즐이 형성된 스팀 배관을 설치하고, 상기 스팀 분사형 열교환 파이프와 상기 스팀 배관 사이의 유로를 개폐하는 청소용 밸브를 설치한, 복합 보일러.
14. 제 7항에 있어서,
    1차 보일러 하부의 연소실 입구에 설치한 열감지 센서, 상기 열감지 센서의 가열로 개방되는 전자 밸브, 상기 1차 보일러 하부에 형성한 온수 모음통과 연통된 역화 방지 온수 모음통 및 상기 역화 방지 온수 모음통에 연결된 노즐로 이루어지는 역화 방지 기구를 더 포함하는, 복합 보일러.
15. 제 7항에 있어서,
    1차 보일러에서 유동하는 연소가스의 유동량을 제어하는 제어장치를 더 설치한, 복합 보일러.

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