KR101929028B1 - 보일러의 배기가스 재순환장치 - Google Patents

보일러의 배기가스 재순환장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보일러에서 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물의 배출을 감소시키기 위한 보일러의 배기가스 재순환장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 배기가스 재순환 장치는 물을 공급하는 급수부, 상기 급수부를 통해 물을 공급받아 열교환하여 가열하는 폐열회수부, 사이 폐열회수부를 연료에 의해 착화되어 가열하는 버너, 상기 버너에서 발생되는 열이 외부로 방출되는 것을 차단하기 위해 상기 폐열회수부와 상기 버너가 수용되는 가열탱크, 상기 버너로 공급되는 연료에 공기를 혼합시키도록 상기 버너에 공기를 공급하는 공기송풍기, 상기 가열탱크에서 상기 버너에 의해 발생된 배기가스를 외부로 배출하는 배기부, 상기 버너의 화력을 낮춰 질소산화물의 생성을 감소시키기 위해 상기 배기부를 통해 배출되는 배기가스의 일부가 공기와 혼합되어 상기 버너로 공급되도록 상기 배기부로 배출되는 배기가스의 일부를 상기 공기송풍기로 공급하는 재순환부, 상기 재순환부에서 상기 공기송풍기로 배기가스의 량을 조절하는 배기가스밸브, 상기 공기송풍기로 공급되는 공기의 량을 조절하는 공기밸브, 상기 배기가스밸브와 상기 공기밸브를 제어하여 상기 배기가스와 상기 공기밸브의 믹싱밸브부를 포함하고, 상기 믹싱밸브부는 상기 배기가스밸브의 개도를 조절하는 밸브축에 연결되는 제1 기어, 상기 공기밸브의 개도를 조절하는 밸브축에 연결되는 제2 기어, 상기 제1 기어와 제2 기어 중 어느 하나에 선택적으로 맞물려 상기 배기가스밸브의 개도를 조정하여 배기가스의 혼합량을 조절하거나, 상기 공기밸브의 개도를 조정하여 공기의 혼합량을 조절하며, 상기 제1 기어와 상기 제2 기어의 사이에 맞물려 상기 배기가스와 상기 공기의 혼합비율을 유지한 상태에서 전체적인 공급량을 조절하는 구동기어, 상기 구동기어가 상기 제1 기어 또는 제2 기어 중 어느 하나에 선택적으로 맞물리거나, 상기 제1 기어와 상기 제2 기어의 사이에 맞물려 함께 회전하도록 상기 구동기어를 이동시키는 기어이동부재를 포함한다. 따라서, 질소산화물의 발생을 최소화시킬 수 있으며, 혼합비를 조절하기 위한 제어가 용이하며 제작비용을 감소시킬 수 있다.

Description

보일러의 배기가스 재순환장치{A Exhaust gas recirculation system of boiler}
본 발명은 보일러에서 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물의 배출을 감소시키기 위한 보일러의 배기가스 재순환장치에 관한 것이다.
일반적으로 보일러는 물을 데워 사용하기 위한 장치로서, 화석연료를 사용하여 물을 데워 온수를 이용하기 위해 설치된다.
한편, 보일러는 화석연료를 연소하기 때문에 배기가스를 그대로 배출할 경우에는 배기가스에 포함된 질소산화물이 대기를 오염시켜 환경오염의 주범이 되어 근래에는 세계적으로 질소산화물의 배출을 제한한다.
이에 따라 보일러에도 질소산화물을 감소시키기 위해 한국등록특허공보 제10-1593623호(2016.2.19.공고)의 "배기가스 재순환 댐퍼와 연계된 연동감응식 비례제어 보일러"가 개시된 바가 있다.
상기한 종래의 비례제어 보일러는 보일러에 가해지는 부하에 연동하여 연료공급 및 연소용 공기의 공급을 비례제어하는 동시에, 송풍기로 재공급되는 배기가스의 재순환을 연동시켜 연소용 공기공급과 비례제어함으로써 송풍기의 진동이나 소음 없이 배기가스의 질소산화물을 저감시킬 수 있었다.
하지만, 종래의 비례제어 보일러는 연소용 공기와 배기가스의 재순환을 시키기 위해 여러가지 밸브와 댐퍼들이 설치되기 때문에 제어가 용이하지 않고, 제작이 어려우며, 제작비용이 비싼 문제점이 있었다.
또한, 일정시간이 지난 후에는 배기가스의 공급량의 조절만으로 질소산화물의 배출을 억제하기에는 다소 역부족한 문제점이 있었다.
또한, 배기가스와 공기를 혼합하여 공급할 때, 온도차이에 따른 결로의 발생으로 배관이 부식이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 댐퍼와 밸브들의 설치를 최소화하여 제작비용을 감소시키며, 용이하게 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 공기와 배기가스의 혼합비율을 정확하고 용이하게 설정하여 공급할 수 있는 보일러의 배기가스 재순환장치를 제공하는 것이다.
또한, 배기가스 외에 증기를 이용하여 버너의 최대 가열온도를 낮춰 질소산화물의 배출을 최소화할 수 있으며, 결로의 발생을 방지하여 배관의 부식을 방지할 수 잇는 보일러의 배기가스 재순환장치를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 배기가스 재순환 장치는 물을 공급하는 급수부, 상기 급수부를 통해 물을 공급받아 열교환하여 가열하는 폐열회수부, 사이 폐열회수부를 연료에 의해 착화되어 가열하는 버너, 상기 버너에서 발생되는 열이 외부로 방출되는 것을 차단하기 위해 상기 폐열회수부와 상기 버너가 수용되는 가열탱크, 상기 버너로 공급되는 연료에 공기를 혼합시키도록 상기 버너에 공기를 공급하는 공기송풍기, 상기 가열탱크에서 상기 버너에 의해 발생된 배기가스를 외부로 배출하는 배기부, 상기 버너의 화력을 낮춰 질소산화물의 생성을 감소시키기 위해 상기 배기부를 통해 배출되는 배기가스의 일부가 공기와 혼합되어 상기 버너로 공급되도록 상기 배기부로 배출되는 배기가스의 일부를 상기 공기송풍기로 공급하는 재순환부, 상기 재순환부에서 상기 공기송풍기로 배기가스의 량을 조절하는 배기가스밸브, 상기 공기송풍기로 공급되는 공기의 량을 조절하는 공기밸브, 상기 배기가스밸브와 상기 공기밸브를 제어하여 상기 배기가스와 상기 공기밸브의 믹싱밸브부를 포함하고, 상기 믹싱밸브부는 상기 배기가스밸브의 개도를 조절하는 밸브축에 연결되는 제1 기어, 상기 공기밸브의 개도를 조절하는 밸브축에 연결되는 제2 기어, 상기 제1 기어와 제2 기어 중 어느 하나에 선택적으로 맞물려 상기 배기가스밸브의 개도를 조정하여 배기가스의 혼합량을 조절하거나, 상기 공기밸브의 개도를 조정하여 공기의 혼합량을 조절하며, 상기 제1 기어와 상기 제2 기어의 사이에 맞물려 상기 배기가스와 상기 공기의 혼합비율을 유지한 상태에서 전체적인 공급량을 조절하는 구동기어, 상기 구동기어가 상기 제1 기어 또는 제2 기어 중 어느 하나에 선택적으로 맞물리거나, 상기 제1 기어와 상기 제2 기어의 사이에 맞물려 함께 회전하도록 상기 구동기어를 이동시키는 기어이동부재를 포함한다.
상기 기어이동부재는 상기 기어이동부재의 내부에 일단이 슬라이딩 이동 가능하게 결합되고, 타단에는 상기 구동기어가 삽입되어 상기 제1 기어와 상기 제2 기어 중 어느 하나 또는 둘 모두에 맞물려 동력을 전달하도록 이동할 때, 상기 구동기어의 이동거리를 단축하거나, 연장하는 기어연결대, 및 상기 기어이동부재에서 상기 기어연결대를 탄성력에 의해 지지하는 지지스프링을 포함할 수 있다.
상기 기어이동부재는 상기 제1 기어와 상기 제2 기어 중 어느 하나 또는 둘 모두에 맞물려 동력을 전달하도록 상기 제1 기어와 상기 제2 기어의 사이에서 상기 기어이동부재를 회전시키는 회전모터를 포함할 수 있다.
상기 배기가스밸브를 통해 공급량이 조절된 배기가스와 상기 공기밸브를 통해 공급량이 조절된 공기가 혼합되고, 혼합된 혼합공기를 상기 공기송풍기로 제공하는 믹싱챔버, 및 상기 믹싱챔버에 설치되어 상기 배기가스와 상기 공기의 온도차이를 감소시켜 결로의 발생을 방지하도록 상기 폐열회수부의 온수를 공급하여 상기 믹싱챔버를 가열하는 챔버가열관을 포함할 수 있다.
상기 버너의 착화온도를 감소시키기 위해 상기 폐열회수부에서 발생하는 증기를 상기 믹싱챔버로 공급하는 증기공급관을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 믹싱밸브부에서 공기밸브와 배기밸브를 기계적인 작동에 의해 연동하여 작동함으로써, 제어가 용이할 뿐만 아니라, 제작이 간단하며, 복잡한 댐퍼와 밸브들을 설치할 필요가 없어 제작비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 믹싱밸브부가 공기량 및 배기가스량의 비율을 조정하고, 조정된 비율에 따른 공급량을 함께 조절하여 공급할 수 있기 때문에 제어체계를 간단히 하여 제어 및 제작을 용이하게 수행할 수 있다.
또한, 챔버가열관을 통해 믹싱챔버를 가열하여 공기와 배기가스의 온도차이에 따른 결로의 발생을 방지하여 배관의 부식을 최소화할 수 있으며, 증기공급관을 통해 믹싱챔버에 증기를 공급하여 최대 가열온도를 낮춤으로써, 질소산화물의 발생을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 배기가스 재순환장치를 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 배기가스 재순환장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 배기가스 재순환장치를 구성하는 믹싱밸브부의 평단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 배기가스 재순환장치를 구성하는 믹싱밸브부의 작동상태를 나타내는 평단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 배기가스 재순환장치를 구성하는 믹싱밸브부의 정단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명의 실시예에서 설명하는 각 구성들은 유체가 이동할 수 있는 관 또는 덕트들로 서로 연결될 수 있으며, 이에 대해서는 자세한 설명은 생략한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 배기가스 재순환장치(100)는 급수부(110)를 포함할 수 있다.
이 급수부(110)는 급수시설로부터 물을 공급할 수 있다.
한편, 급수부(110)는 미리 설정된 용량만큼 급수시설로부터 제공받아 가열하여 온수를 제공하기 위한 급수탱크를 포함할 수 있으며, 급수탱크에 저장된 물을 하기의 폐열회수부(120)로 제공할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 배기가스 재순환장치(100)는 가열탱크(215)를 포함할 수 있다.
이 가열탱크(215)는 급수부(110)로부터 물을 공급받아 가열할 수 있으며, 가열탱크(215)의 내부에는 연료를 착화시켜 화염을 발생하는 버너(130)와, 버너(130)에 의해 가열되는 폐열회수부(120)가 설치될 수 있다.
한편, 가열탱크(215)는 버너(130)에 의해 폐열회수부(120)를 가열하는 열이 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있으며, 가열탱크(215)의 내부에는 단열층이 설치되어 내부와 외부를 단열할 수 있다.
버너(130)는 연료와 공기를 혼합하여 착화시켜 화염을 발생할 수 있으며, 버너(130)는 연료 또는 공기의 공급량 또는 둘의 혼합비율을 조절하여 화력을 조절할 수 있다.
여기서, 연료는 LNG, LPG, 경유, 휘발유 등의 화석연료일 수 있다.
그리고, 버너(130)는 상부에서 하부로 화염을 분사하여 폐열회수부(120)를 가열할 수 있으며, 폐열회수부(120)는 급수부(110)에 저장된 물을 공급받아 버너(130)의 주위를 순환시키는 형태로 버너(130)에 의해 공급된 물을 가열하여 온수를 제공할 수 있다.
여기서, 폐열회수부(120)는 원통 형상으로 형성되고, 내부에는 물이 순환하여 이동하는 순환로가 형성되며, 버너(130)는 원통 형상의 폐열회수부(120) 중앙에 설치 버너(130)의 화염이 폐열회수부(120)의 둘레를 전체적으로 가열하도록 구성될 수 있다.
그리고, 폐열회수부(120)에는 물이 가열되어 미리 설정된 압력이상의 압력이 발생되는 경우, 폐열회수부(120)의 폭발을 방지하기 위한 안전밸브가 설치될 수 있다.
그리고, 폐열회수부(120)는 가열된 온수를 사용처로 공급하기 위한 온수배관이 연결되어 가열된 온수를 사용처로 공급할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 배기가스 재순환장치(100)는 배기부(140)를 포함할 수 있다.
이 배기부(140)는 가열탱크(215)에서 발생되는 배기가스를 외부로 배출할 수 있다.
한편, 배기부(140)에는 배기가스에 포함된 유해물질을 걸러내는 필터가 설치될 수 있으며, 배기부(140)는 외부로 배출되기 전 배기되는 배기가스에 의해 급수부(110)에서 폐열회수부(120)로 공급되는 물을 예열하는 예열탱크(150)를 포함할 수 있다.
한편, 예열탱크(150)는 원통형상으로 형성되고, 원통 형상의 중앙에 배기가스가 지나 외부로 배출되도록 함으로써, 배기가스가 갖고 있는 열에 의해 예열탱크(150)를 가열하는 형태로 예열할 수 있다.
여기서, 급수부(110)에서 차가운 물이 바로 폐열회수부(120)로 제공될 경우, 가열하는 시간이 오래 소요되기 때문에 예열탱크(150)에서 먼저 급수부(110)에서 공급되는 차가운 물을 가열한 뒤 폐열회수부(120)로 보내 단시간 내에 물을 가열할 수 있다.
그리고, 예열탱크(150)는 급수부(110)와 연결되어 물이 공급되는 예열공급구가 형성되며, 예열공급구를 통해 공급된 물이 순환하여 지나는 순환유로가 내부에 형성되고, 순환유로를 거친 예열된 물을 폐열회수부(120)로 제공하는 예열배출구가 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 배기가스 재순환장치(100)는 공기송풍기(180)를 포함할 수 있다.
이 공기송풍기(180)는 외부의 공기를 버너(130)로 공급하여 버너(130)에 착화가 용이하게 발생하도록 연료와 공기의 비율을 조절하여 공급할 수 있다.
한편, 공기송풍기(180)는 연료와 혼합되는 공기의 비율을 조절하도록 버너(130)로 공급되는 공기량을 조절하여 공급할 수 있으며, 공기송풍기(180)는 전기 팬모터에 의해 송풍팬을 회전시켜 공기를 공급하도록 구성될 수 있다.
그리고, 공기송풍기(180)의 배출구의 부분은 버너(130)와 송풍덕트에 의해 연결되거나, 연료와 공기가 혼합시켜 버너(130)로 공급하는 혼합부에 송풍덕트에 의해 연결될 수 있다.
여기서, 공기송풍기(180)의 흡입구로는 외부의 공기가 유입될 수 있으며, 공기송풍기(180)에는 버너(130)로 공급하는 공기에 포함된 이물질을 걸러내는 공기필터가 설치될 수 있다.
공기송풍기(180)가 버너(130)로 공급하는 공기는 하기에 설명될 배기가스가 혼합된 혼합공기일 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 배기가스 재순환장치(100)는 재순환부(160)를 포함할 수 있다.
이 재순환부(160)는 배기부(140)에서 외부로 배출되는 배기가스의 일부를 공기송풍기(180)로 제공하여 공기송풍기(180)가 배기가스와 공기가 혼합된 혼합공기를 버너(130)로 제공할 수 있다.
한편, 재순환부(160)는 배기부(140)에서 강제적으로 배출되는 배기가스를 일부 흡입하여 배출하는 재순환송풍기(165)에 의해 공기송풍기(180)로 제공할 수 있다.
여기서, 재순환부(160)에서 버너(130)로 공급되는 공기에 배기가스가 혼합될 경우, 불활성인 배기가스에 의해 버너(130)의 최고 가열온도를 낮아져 연소 시 발생하는 질소산화물에 따른 환경오염의 발생을 감소시킬 수 있다.
도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 배기가스 재순환장치(100)는 배기가스밸브(161) 및 공기밸브(181)를 포함할 수 있다.
배기가스밸브(161)는 재순환부(160)에서 공기송풍기(180)로 제공하는 배기가스의 량을 조절할 수 있다. 한편 배기가스밸브(161)는 밸브시트가 밸브축을 중심으로 회전하여 개도를 조절하는 형태로 배기가스의 공급량을 조절하도록 구성될 수 있다.
그리고, 공기밸브(181)는 외부의 공기의 공급량을 조절하여 공기송풍기(180)로 공급할 수 있다.
한편, 공기밸브(181)는 배기가스밸브(161)와 마찬가지로 밸브시트가 밸브축을 중심으로 회전하여 개도를 조절하는 형태로 공기의 공급량을 조절하도록 구성될 수 있다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 배기가스 재순환장치(100)는 믹싱밸브부(170)를 포함할 수 있다.
이 믹싱밸브부(170)는 배기가스와 공기의 혼합되는 혼합량을 조절하여 공기송풍기(180)로 제공할 수 있다.
한편, 믹싱밸브부(170)는 배기가스밸브(161)와 공기밸브(181)를 함께 제어하여 배기가스와 공기가 혼합되는 혼합비율을 조절함과 동시에 혼합비율을 유지한 상태에서 버너(130)로 공급되는 혼합공기의 량을 조절할 수 있다.
이대, 배기가스밸브(161)와 공기밸브(181)는 믹싱밸브부(170)에 의해 함께 제어되도록 나란한 위치에 위치될 수 있다.
믹싱밸브부(170)는 제1 기어(171), 제2 기어(172), 구동기어(173), 및 기어이동부재(174)를 포함할 수 있다.
제1 기어(171)는 배기가스밸브(161)의 밸브축에 결합되어 회전에 따라 밸브축을 회전시켜 배기가스밸브(161)의 개도를 조절하는 형태로 공기송풍기(180)로 제공하는 배기가스의 량을 조절할 수 있다.
그리고, 제2 기어(172)는 공기밸브(181)의 밸브축에 결합되어 회전에 따라 밸브축을 회전시켜 공기밸브(181)의 개도를 조절하는 형태로 공기송풍기(180)로 제공하는 공기의 량을 조절할 수 있다.
한편, 제1 기어(171)와 제2 기어(172), 및 구동기어(173)는 평기어로 구현될 수 있으며, 구동기어(173)는 제1 기어(171)와 제2 기어(172)의 사이에서 이동하여 제1 기어(171)와 제2 기어(172) 중 어느 하나에 선택적으로 맞물려 어느 하나만을 회전시키거나, 제1 기어(171)와 제2 기어(172)의 사이에 위치되어 둘 모두와 맞물려 구동기어(173)의 회전 시 제1 기어(171)와 제2 기어(172)를 함께 회전시킬 수 있다.
그리고, 구동기어(173)는 제1 기어(171)와 제2 기어(172)의 사이에 위치될 수 있으며, 믹싱밸브부(170)에 회전 가능하게 결합되는 기어이동부재(174)의 끝단에 결합되어 기어이동부재(174)의회전 시 제1 기어(171) 또는 제2 기어(172)에 맞물리거나, 둘 모두를 연결하도록 위치가 이동될 수 있다.
기어이동부재(174)는 막대형상으로 형성되고, 일단에는 구동기어(173)가 회전 가능하게 결합되며, 타단은 제1 기어(171)와 제2 기어(172)의 사이에서 측방향으로 이격된 부분에 수직상의 회전축을 중심으로 회전하여 제1 기어(171) 및 제2 기어(172)에 선택적으로 맞물리도록 구성될 수 있다.
또한, 믹싱밸브부(170)는 구동기어(173)를 회전시켜 개도를 조절하기 위해 맞물린 제1 기어(171) 및 제2 기어(172)를 회전시키는 구동모터(173a)를 포함할 수 있다.
구동모터(173a)는 하기에 설명될 컨트롤러에 의해 제어되어 구동기어(173)를 회전시킬 수 있다.
그리고, 구동모터(173a)의 구동축은 구동기어(173)에 직접적으로 결합되어 구동기어(173)를 회전시킬 수 있으며, 구동모터(173a)도 기어이동부재(174)에 구동기어(173)와 함께 설치되어 구동기어(173)의 위치이동에 따라 구동모터(173a)도 함께 이동할 수 있다.
또한, 기어이동부재(174)는 기어연결대(174a)와 지지스프링(174b)을 포함할 수 있다.
기어연결대(174a)는 막대형상으로 형성되고, 기어이동부재(174)의 길이방향으로 슬라이딩 이동가능하게 설치되어 기어이동부재(174)의 길이를 연장 또는 축소시킬 수 있다.
한편, 기어연결대(174a)의 일단에 구동기어(173)가 결합되고, 기어연결대(174a)의 타단은 기어이동부재(174)에 슬라이딩 이동 가능하게 끼워져 기어이동부재(174)에서 기어연결대(174a)의 삽입되는 길이에 따라 기어이동부재(174)가 회전하는 중심의 반경방향으로 구동기어(173)가 이동될 수 있다.
그리고, 기어이동부재(174)와 기어연결대(174a)의 사이에는 지지스프링(174b)이 설치되어 기어이동부재(174)에서 기어연결대(174a)가 삽입되어 길이가 축소된 상태에서 가압력이 해제되면 지지스프링(174b)의 탄성력에 의해 초기 위치로 복귀될 수 있다.
한편, 믹싱밸브부(170)는 가이드판(176)을 포함할 수 있다.
이 가이드판(176)은 기어이동부재(174)의 회전에 따라 구동기어(173)의 위치이동 시 구동기어(173)가 이동하는 위치를 가이드할 수 있다.
한편, 가이드판(176)에는 기어이동부재(174)의 회전 시 구동기어(173)의 위치를 설정하는 가이드홈(176a)이 형성될 수 있으며, 가이드홈(176a)은 제1 기어(171)와 제2 기어(172) 중 어느 하나에 구동기어(173)가 맞물린 위치에서 제1 기어(171)와 제2 기어(172)의 사이에 위치되어 둘 모두에 맞물릴 때에는 상대적으로 기어이동부재(174)의 회전축에서 상대적으로 거리가 멀어져 이동하도록 역"V"자 형상으로 형성될 수 있다.
이때, 기어연결대(174a)에는 가이드홈(176a)을 따라 기어연결대(174a)가 이동하여 기어연결대(174a)에 결합된 구동기어(173)가 함께 이동하도록 기어연결대(174a)의 이동을 가이드하는 가이드핀이 돌출형성되거나, 구동기어(173)의 기어축이 가이드홈(176a)에 가이드되어 이동하도록 구성될 수 있다.
또한, 믹싱밸브부(170)는 믹싱챔버(177)를 포함할 수 있다.
이 믹싱챔버(177)는 공기밸브(181) 및 배기가스밸브(161)에서 공급량이 조절되어 공기송풍기(180)로 제공되기 전 공기와 배기가스를 혼합할 수 있다.
한편, 믹싱챔버(177)에는 공기밸브(181)에서 공기가 배출되는 부분이 결합되고, 배기가스밸브(161)에서 배기가스가 배출되는 부분이 결합되며, 공기밸브(181)와 배기가스밸브(161)가 연결된 반대방향에는 믹싱챔버(177)에서 혼합된 혼합공기를 공기송풍기(180)로 제공하는 배출구가 형성될 수 있다.
여기서, 믹싱챔버(177)에서 공기와 배기가스를 혼합하여 공기송풍기(180)를 통해 버너(130)로 공급하기 때문에 공기와 배기가스의 불균일한 혼합에 의해 화염의 온도가 불균일하게 발생하는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 믹싱밸브부(170)는 챔버가열관(191)을 포함할 수 있다.
이 챔버가열관(191)은 믹싱챔버(177)의 둘레에 감겨져 공기와 배기가스의 서로 다른 온도차이에 따라 결로의 발생을 방지할 수 있다.
여기서, 겨울철과 같이 외부의 공기온도가 낮을 때에는 배기부(140)를 통해 믹싱챔버(177)로 공급되는 배기가스의 온도와 외부에서 공기밸브(181)를 통해 공급되는 배기가스의 온도차이로 인해 믹싱챔버(177) 및 공기송풍기(180)에서 버너(130)로 혼합공기를 제공하는 공기배관에 결로가 발생할 수 있으며, 결로에 의해 배관에 녹이 발생할 수 있다.
이를 방지하기 위해 챔버가열관(191)은 배기가스와 공기의 온도차이를 감소시켜 결로의 발생을 방지할 수 있다.
한편, 챔버가열관(191)은 폐열회수부(120)에서 가열된 온수의 일부를 공급받아 챔버가열관(191)을 온수가 지나면서 믹싱챔버(177)와 열교환하여 믹싱챔버(177)를 가열하는 형태로 공기와 배기가스의 온도차이에 따른 결로의 발생을 방지할 수 있다.
물론, 챔버가열관(191)에는 배기가스와 공기의 온도차이가 최소화되어 믹싱챔버(177)에 가열이 필요 없을 경우, 챔버가열관(191)을 미사용하기 위해 폐열회수부(120)에서 챔버가열관(191)으로 온수를 공급하거나 차단하는 챔버관밸브가 설치될 수 있다.
그리고, 믹싱밸브부(170)는 증기공급관(193)을 포함할 수 있다.
이 증기공급관(193)은 버너(130)의 최대 가열온도를 낮추기 위해 혼합공기에 증기를 혼합시킬 수 있다.
한편, 증기공급관(193)은 폐열회수부(120)에서 가열되는 물의 증발에 따라 발생하는 증기를 일부 공급받아 믹싱챔버(177)로 공급하는 형태로 혼합공기에 증기를 포함시켜 버너(130)에 최대 가열온도를 낮출 수 있다.
여기서, 보일러가 일정 시간 작동하면, 배기가스를 계속적으로 주입한다 하더라도 쉽게 온도가 낮아지지 않거나, 공기의 습도가 균일하지 않기 때문에, 혼합공기에 습도가 균일하도록 증기가 혼합된 혼합공기를 버너(130)에 제공하여 최대 가열온도를 낮출 수 있다.
그리고, 증기공급관(193)에도 선택적으로 믹싱챔버(177)에 폐열회수부(120)에서 증기를 공급하거나, 차단하는 증기관밸브가 설치될 수 있다.
이상에서 설명한 각 구성 간의 작용과 효과를 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 보일러의 배기가스 재순환장치(100)는 급수시설로부터 급수부(110)로 물이 공급되면 급수탱크에 저장되고, 급수탱크에 저장된 물은 미리 설정된 량이 공급되면, 예열탱크(150)로 공급되고, 예열탱크(150)를 거쳐 예열된 물은 폐열회수부(120)로 공급된다.
이와 동시에 버너(130)로는 혼합공기와 연료가 혼합된 상태에서 착화되어 화염에 의해 폐열회수부(120)를 가열하고, 폐열회수부(120)에서 가열된 온수는 온수배관을 통해 사용처에서 사용한다.
한편, 버너(130)에서 연료의 연소로 인해 배기되는 배기가스는 배기부(140)로 배출되며, 배기부(140)로 배출되는 배기가스는 예열탱크(150)의 중앙을 지나 예열탱크(150)에 저장된 물을 예열한다.
그리고, 예열탱크(150)를 거친 배기가스는 배기부(140)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
이때, 배기부(140)를 통해 외부로 배출되는 배기가스의 일부는 재순환부(160)를 통해 믹싱밸브부(170)로 공급되고 외부의 공기와 함께 혼합비율이 조절된 상태에서 공기송풍기(180)를 통해 버너(130)로 공급된다.
한편, 믹싱밸브부(170)는 외부에서 공급되는 공기의 량이 공기밸브(181)에 의해 조절되어 믹싱챔버(177)로 공급되며, 배기가스도 배기가스밸브(161)를 통해 배기가스의 량이 조절되어 믹싱챔버(177)로 공급되어 믹싱챔버(177)에서 공기와 배기가스를 혼합한 상태에서 혼합공기를 공기송풍기(180)로 제공한다.
여기서, 믹싱밸브부(170)는 컨트롤러에 의해 제어될 수 있으며, 컨트롤러에서 배기가스의 공급량을 설정하면, 구동기어(173)가 배기가스밸브(161)의 밸브축에 연결된 제1 기어(171)와 맞물리도록 기어이동부재(174)를 회전모터(175)에 의해 회전시킨다.
그리고, 컨트롤러는 구동모터(173a)를 작동시켜 구동기어(173)를 회전시키는 형태로 제1 기어(171)를 회전시켜 배기가스밸브(161)의 개도를 조절하여 배기가스의 공급량을 설정한다.
그리고, 컨트롤러에서 공기의 공급량을 설정하면, 구동기어(173)가 공기밸브(181)의 밸브축에 연결된 제2 기어(172)와 맞물리도록 기어이동부재(174)를 회전모터(175)에 의해 회전시고, 구동모터(173a)를 작동시켜 구동기어(173)에 의해 제2 기어(172)를 회전시키는 형태로 공기밸브(181)의 개도를 조절하여 공기의 공급량을 설정한다.
이와 같이 컨트롤러에 의해 배기가스와 공기의 혼합비율이 설정되면, 컨트롤러는 혼합비율을 유지한 상태에서 전체적인 혼합공기의 공급량을 조절하기 위해 혼합공기의 공급량을 설정하면, 컨트롤러는 기어이동부재(174)가 회전하여 구동기어(173)를 제1 기어(171)와 제2 기어(172)에 함께 맞물리도록 구동기어(173)를 회전시키다.
그리고, 컨트롤러는 구동모터(173a)를 작동시켜 구동기어(173)를 회전시키면, 구동기어(173)가 제1 기어(171)와 제2 기어(172)를 함께 회전시켜 혼합비율이 유지된 상태에서 전체적인 혼합공기의 공급량을 조절하여 믹싱챔버(177)로 공급하고, 믹싱챔버(177)에서 혼합된 혼합공기는 공기송풍기(180)를 통해 버너(130)로 공급된다.
이와 같이, 믹싱밸브부(170)는 배기가스와 공기의 혼합비율을 조절한 상태에서 연료와 혼합공기의 혼합되는 비율을 조절하도록 혼합공기의 량을 조절하여 버너(130)로 공급하기 때문에 배기가스와 공기의 혼합비율을 조절하기 위한 여러 댐퍼 및 밸브 등의 구성을 갖출 필요가 없다.
한편, 겨울철과 같이 기온이 낮은 때에는 폐열회수부(120)로부터 믹싱챔버(177)를 가열하도록 폐열회수부(120)의 온수를 챔버가열관(191)으로 공급하여 믹싱챔버(177)의 온도를 증가시켜 차가운 공기와 상대적으로 따뜻한 배기가스의 온도차이에 따라 결로의 발생을 방지할 수 있다.
그리고, 버너(130)의 배기가스에 의해 버너(130)의 최고 가열온도가 낮아지지 않거나, 공기의 습도가 낮을 경우, 폐열회수부(120)의 증기를 증기공급관(193)을 통해 믹싱챔버(177)로 제공하여 혼합공기에 증기를 더 혼합시켜 버너(130)로 제공함으로써, 버너(130)의 최대 가열온도를 낮춰 질소산화물의 발생을 최소화할 수 있다.
이때, 증기공급관(193)에 의해 혼합공기에 증기를 혼합하여 공급한 후에는 증기의 공급을 차단한 상태에서 챔버가열관(191)을 통해 믹싱챔버(177)를 가열하여 혼합공기를 가열함으로써, 증기가 혼합된 혼합공기가 지나는 부분에 증기에 의해 발생된 결로를 제거할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 배기가스 재순환장치(100)는 재순환부(160)에 의해 배기가스를 버너(130)에 제공하여 최대 가열온도를 낮춤으로써, 연료의 연소에 따른 질소산화물의 발생을 억제하여 환경오염을 최소화할 수 있다.
또한, 믹싱밸브부(170)에서 공기와 배기가스의 비율을 조절하여 공기와 배기가스의 비율을 조절하기 위한 여러가지 밸브 등의 설치를 최소화하여 제작비용을 감소시킬 수 있으며, 믹싱밸브부(170)에서 공기와 배기가스의 각각의 비율 및 전체적인 혼합된 상태의 공급량을 조절하여 구조가 간단하고, 복잡한 제어체계를 단순화할 수 있다.
또한, 믹싱밸브부(170)에 공기와 배기가스를 혼합하는 믹싱챔버(177)가 설치되어 균일한 혼합비를 갖는 혼합공기를 버너(130)로 제공하여 버너(130)의 불균일한 연소를 최소화할 수 있으며, 챔버가열관(191)에 온수를 공급하여 믹싱챔버(177)를 가열함으로써, 공기와 배기가스의 온도차이에 따른 결로 및 배관의 부식발생을 최소화할 수 있다.
또한, 버너(130)의 최고 가열온도에 따라 믹싱챔버(177)에서 혼합공기에 증기공급관(193)을 통해 증기를 공급하여 버너(130)의 최대 가열온도를 낮춤으로써, 질소산화물의 발생을 최소화할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
100: 보일러의 배기가스 재순환장치 110: 급수부
111: 급수탱크 120: 폐열회수부
125: 가열탱크 130: 버너
140: 배기부 150: 예열탱크
160: 재순환부 161: 배기가스밸브
165: 재순환송풍기 170: 믹싱밸브부
171: 제1 기어 172: 제2 기어
173: 구동기어 173a: 구동모터
174: 기어이동부재 174a: 기어연결대
174b: 지지스프링 175: 회전모터
176: 가이드판 176a: 가이드홈
177: 믹싱챔버 180: 공기송풍기
181: 공기밸브 191: 챔버가열관
193: 증기공급관

Claims (5)

  1. 물을 공급하는 급수부,
    상기 급수부를 통해 물을 공급받아 열교환하여 가열하는 폐열회수부,
    사이 폐열회수부를 연료에 의해 착화되어 가열하는 버너,
    상기 버너에서 발생되는 열이 외부로 방출되는 것을 차단하기 위해 상기 폐열회수부와 상기 버너가 수용되는 가열탱크,
    상기 버너로 공급되는 연료에 공기를 혼합시키도록 상기 버너에 공기를 공급하는 공기송풍기,
    상기 가열탱크에서 상기 버너에 의해 발생된 배기가스를 외부로 배출하는 배기부,
    상기 버너의 화력을 낮춰 질소산화물의 생성을 감소시키기 위해 상기 배기부를 통해 배출되는 배기가스의 일부가 공기와 혼합되어 상기 버너로 공급되도록 상기 배기부로 배출되는 배기가스의 일부를 상기 공기송풍기로 공급하는 재순환부,
    상기 재순환부에서 상기 공기송풍기로 배기가스의 량을 조절하는 배기가스밸브,
    상기 공기송풍기로 공급되는 공기의 량을 조절하는 공기밸브,
    상기 배기가스밸브와 상기 공기밸브를 제어하여 상기 배기가스와 상기 공기밸브의 믹싱밸브부를 포함하고,
    상기 믹싱밸브부는
    상기 배기가스밸브의 개도를 조절하는 밸브축에 연결되는 제1 기어,
    상기 공기밸브의 개도를 조절하는 밸브축에 연결되는 제2 기어,
    상기 제1 기어와 제2 기어 중 어느 하나에 선택적으로 맞물려 상기 배기가스밸브의 개도를 조정하여 배기가스의 혼합량을 조절하거나, 상기 공기밸브의 개도를 조정하여 공기의 혼합량을 조절하며, 상기 제1 기어와 상기 제2 기어의 사이에 맞물려 상기 배기가스와 상기 공기의 혼합비율을 유지한 상태에서 전체적인 공급량을 조절하는 구동기어,
    상기 구동기어가 상기 제1 기어 또는 제2 기어 중 어느 하나에 선택적으로 맞물리거나, 상기 제1 기어와 상기 제2 기어의 사이에 맞물려 함께 회전하도록 상기 구동기어를 이동시키는 기어이동부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러의 배기가스 재순환장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기어이동부재는
    상기 기어이동부재의 내부에 일단이 슬라이딩 이동 가능하게 결합되고, 타단에는 상기 구동기어가 삽입되어 상기 제1 기어와 상기 제2 기어 중 어느 하나 또는 둘 모두에 맞물려 동력을 전달하도록 이동할 때, 상기 구동기어의 이동거리를 단축하거나, 연장하는 기어연결대, 및
    상기 기어이동부재에서 상기 기어연결대를 탄성력에 의해 지지하는 지지스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러의 배기가스 재순환장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 기어이동부재는
    상기 제1 기어와 상기 제2 기어 중 어느 하나 또는 둘 모두에 맞물려 동력을 전달하도록 상기 제1 기어와 상기 제2 기어의 사이에서 상기 기어이동부재를 회전시키는 회전모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러의 배기가스 재순환장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 배기가스밸브를 통해 공급량이 조절된 배기가스와 상기 공기밸브를 통해 공급량이 조절된 공기가 혼합되고, 혼합된 혼합공기를 상기 공기송풍기로 제공하는 믹싱챔버, 및
    상기 믹싱챔버에 설치되어 상기 배기가스와 상기 공기의 온도차이를 감소시켜 결로의 발생을 방지하도록 상기 폐열회수부의 온수를 공급하여 상기 믹싱챔버를 가열하는 챔버가열관을 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러의 배기가스 재순환장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 버너의 착화온도를 감소시키기 위해 상기 폐열회수부에서 발생하는 증기를 상기 믹싱챔버로 공급하는 증기공급관을 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러의 배기가스 재순환장치.
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