KR102239368B1 - 증기 보일러 무동력 급수장치 - Google Patents

Abstract

증기 보일러의 수실에 보충수를 공급하는 고압 급수 펌프를 대체하기 위하
여 중량 추가 부착된 회전 원판과 부력 공이 내장된 일정 크기의 원통형 급
수 용기를 보일러의 측면에 배치하여 최저 부는 수실과 통하게 장착하고
삼방 밸브를 증기실 <--> 급수 용기 <--> 보충 수관으로 연결하고
양방 밸브는 보충 수관 <--> 급수 용기로 연결하며
두 밸브의 제어 핸들을 급수 용기의 내부에 위치하여 연동하게 하고 상-하
운동하는 부력 공이 회전 원판을 통해 중량 추의 위치를 좌-우 각운동 하게
하여 중력으로 밸브 핸들의 방향 전환을 제어하며, 낙차를 이용하여 급수
(급수 용기 증기 분출 --> 급수 용기 물 보충 --> 보일러 수실로 급수)를
반복하며, 보충 수조의 높이만 확보되면 보일러의 사용 압력과 무관하게
자력 급수할 수 있으므로 설치와 운전 비용을 절감할 수 있다.

Description

증기 보일러 무동력 급수장치{Steam boiler Nonpowered water supply Installation}

본 발명은 물의 낙차와 물속에 잠긴 공의 부력과 무거운 금속 물체의 중량으로 파생된 움직임을 조합하여 동작하며 대기압 상태의 물을 고압의 증기(Steam)보일러 동체 내부로 급수하는 방법에 관한 것이다.

보충 수조의 하부에 연결된 보조 용기를 증기 보일러의 상용 수위보다 높은 위치에 장착하고 보일러의 증기실과 수실에 밸브로 개-폐 가능한 관으로 연결하여 통하게 한 다음 보일러와 연결된 밸브를 차단하고 밀폐된 보조 용기의 증기를 배출하고 빈 곳에 물 보충하여 밀폐하고 다시 보일러와 연결된 밸브를 열어 보충 수의 낙차로 수실에 급수하는 동작을 연이어 반복하는 과정에서 밸브의 개-폐 및 삼방 밸브의 방향 전환을 자동화하는 수단으로 수력, 부력, 중력의 응용 방법이다.

증기 보일러의 적정 수위 유지를 위해서는 고가의 고압 급수 펌프를 사용해야 하고 증기의 설정 압력 증가에 비례하여 급수 시간 및 전기 소모량도 같이 증가하므로, 고압 급수 펌프를 배제하고 삼방 밸브를 이용하여 보충 수온과 증기압의 고-저에 상관없이 고압 증기 일부를 외부로 배출하고, 배출된 열량을 보충 수가 회수하며 별도의 동력원 없이 낙차에 의한 급수를 가능하게 한다.

독립된 원통형 용기의 전면 상부에 삼방 밸브의 중심 통로를 내부와 통하게 결합하여, 한 통로는 보일러의 증기실과 통하게 연결하고 반대쪽 통로는 보충 수관에 연결한다. 용기의 전면 하부에는 내부와 보충 수관이 통하게 양방 밸브를 결합하고 상하 두 밸브의 조정 핸들은 외부와 격리되어 용기의 내부에 위치하도록 하며 용기의 중심 최저 부는 보일러의 수실에 연결되게 장착한다. 원통형 용기 내부에서 보충 수의 수위에 따라 상-하 운동하는 원통형 부력 공이 용기 내부의 상단에 위치한 중량 추를 좌-우 각운동 하게하여 밸브의 조정 핸들을 제어한다.

외부의 동력 없이 보충 수조의 낙차에 의존하여 작동하며 증기 보일러에 장착되는 급수 용기의 높낮이로 상용 수위를 설정하여 항시 일정하게 유지하므로 별도의 감지기와 제어 장치가 불필요하고, 보일러의 사용 압력이나 보충 수의 온도와 관계없이 작동하여 고가의 고압 급수 펌프를 대체할 수 있으므로 제품의 원가와 운전 비용을 절감할 수 있다.

[도 1] 본 발명의 급수 장치 우측 위 등각 분해 사시도
[도 2] 본 발명이 적용된 증기 보일러의 전체 조립 우측 위 등각 사시도
[도 3] 본 발명의 급수 1단계의 우측 위 등각 부분 절개도 및 보충수 단면도
[도 4] 본 발명의 급수 2단계의 우측 위 등각 부분 절개도 및 보충수 단면도
[도 5] 본 발명의 급수 3단계의 우측 위 등각 부분 절개도 및 보충수 단면도
[도 6] 본 발명의 급수 4단계의 좌측 위 등각 부분 절개도 및 급수 단면도
[도 7] 본 발명의 급수 5단계의 좌측 위 등각 부분 절개도 및 급수 단면도
[도 8] 본 발명의 급수 6단계의 좌측 위 등각 부분 절개도 및 급수 단면도
[도 9] 본 발명의 각 단계별 진행 단면도
[도 10]은 본 발명의 정면 부분 단면도

본 발명을 첨부한 도면을 통하여 설명한다.

[도 1] - 급수용기(10)에 원판축고정용소켓(11)을 영구 접합하고 이를 이용하여 회전원판(13)을 원판고정축(12)으로 끼워 맞춰 체결하고, 반대쪽으로 삼방밸브고정틀(30a)이 원판고정축(12)과 중심선이 일치하게 급수용기(10)에 영구 접합되고, 삼방밸브(30), 삼방밸브몸체(30b), 삼방밸브조정핸들(32)을 조립한다. 삼방밸브고정틀(30a)의 축선 아래로 양방밸브고정틀(31a)이 급수용기(10)에 영구 접합되고 양방밸브(31), 양방밸브몸체(31b), 양방밸브개폐핸들(33)을 조립한다. 조정간연결대(34)를 통하여 위아래 두 개의 밸브 핸들이 동시에 작동하게 되며, 원통형의 부력공(20)은 급수용기(10)의 내부에서 상하 운동하며 부력전달막대(21)와 부력전달축(22)으로 기구안내홈[Slot](15)에 접촉하여 회전원판(13)을 각운동 시키고 회전원판(13)에 접합된 중량추(14)의 무게 중심이 좌-우로 이동하며 동력전달봉(13a), (13b) 을 통하여 밸브의 방향을 제어하게 된다.

[도 2] - 증기보일러(1)에 기존의 급수 펌프를 배제하고 본 발명의 급수 장치를 장착한 모습으로, 기존의 보일러수면계(3)의 위아래에 증기연결관(51)과 급수관체크밸브(44)를 연결하며 급수용기(10)의 높낮이로 상용 수위를 조절하는데, 차단밸브(43)를 잠금 상태로 두면 증기보일러(1)가 무부하 시 증기실이 진공 상태로 되거나 주증기밸브(2)가 열려 내압이 존재하지 않을 시에도 항시 적정 수위가 유지된다.

[도 3] - 증기보일러(1)의 운전으로 보일러 증기실의 압력이 보충수조(4)의수두압 보다 높고 보일러 수실은 상용 수위 이하이며 급수 장치를 통한 급수가 시작되는 1단계로, 삼방밸브(30)의 방향은 급수용기(10) ---> 분출관(41)으로 열리고 급수용기(10)의 증기가 외부로 배출되어 압력이 낮아지면서 급수관체크밸브(44)는 닫히게 되며 보충수조(4)의 보충 수가 개방된 보충수관체크밸브(42)를 통과하여 양방밸브(31), 차단밸브(43)를 각기 거쳐 급수용기(10)로 흘러든다.

[도 4] - 급수용기(10)의 수위가 올라가면서 부력공(20)이 상승하여 부력전달막대(21)에 연결된 부력전달축(22)이 회전원판(13)을 회전시켜 중량추(14)의 무게 중심을 최상위로 이동시킨다.

[도 5] - 부력공(20)의 위치는 최상위이고 중량추(14)의 무게 중심이 좌측으로 이동하여 동력전달봉(13b)으로 삼방밸브조정핸들(32)의 위치를 변동시키며, 기구안내홈[Slot](15)의 기능으로 부력전달축(22)의 저항 없이 중력에 의해 자력으로 낙하하는 시작점이다.

[도 6] - 부력공(20)은 멈추고 중량추(14)의 낙하하는 힘으로 동력전달봉(13b)이 삼방밸브조정핸들(32)의 위치를 전환하며 조정간연결대(34)에 의해 양방밸브개폐핸들(33)도 동시에 전환되어 양방밸브(31)도 닫히며, 삼방밸브(30)의 방향은 증기연결관(51) ---> 급수용기(10)으로 연결되어 고압 증기가 급수용기(10)로 유입되며 증기압이 상승하여 보일러 증기압과 동일하게 되어 보충수관체크밸브(42)는 닫히고 급수용기(10)의 물이 낙차에 의해서 급수관체크밸브(44)를 통과하여 보일러 수실로 진입한다.

[도 7] - 보일러 수실의 수위와 동일하게 급수용기(10)의 수위도 낮아지면서 부력공(20)이 하강하며 회전원판(13)을 역회전시켜 다시 중량추(14)의 무게 중심을 최상위로 이동시킨다.

[도 8] - 보일러 수실의 수위가 상용 수위에 이르면 부력공(20)의 위치는 최저점에 멈추고 중량추(14)의 무게 중심이 우측으로 기울어 동력전달봉(13a)으로 삼방밸브조정핸들(32)의 위치를 변동시키며 기구안내홈[Slot](15)의 기능으로 부력전달축(22)의 저항 없이 중력에 의해 자력으로 낙하하게 되며 중량추(14)의 낙하가 완료되면 [도 3]과 같이 되며 재차 반복된다.

[도 9] - 급수용기(10)의 수위 변동에 의한 부력공(20)의 상-하 운동과 중량추(14)의 좌-우이동 및 낙하에 의한 삼방밸브(30)의 방향 전환과정을 순차적으로 표현하였다.

[도 10] - 삼방밸브(30)의 방향이 증기연결관(51) ---> 급수용기(10)로 열려 급수용기(10)의 증기압은 본체와 동일하고 보일러 수위가 적정 수위 이상이므로 중량추(14)가 무게 중심점을 넘지 않는 상태이며, 보일러 증발량 대비 양방밸브(31)의 급수 능력이 부족하면 운전 시 차단밸브(43)를 열어 급수량을 늘릴 수 있지만, 운전 종료 후---증기실의 압력이 낮아져서 보충수조(4)의 낙차에 의한 무한급수로 본체의 수실이 만 수위가 되는 현상을 방지하기 위해---차단밸브(43)를 다시 잠가야 하며, 양방밸브(31)를 통과하는 보충 수의 양이 보일러 증발량을 감당하기에 충분하면 항시 잠금 상태로 두어도 적정 수위가 유지된다.

1 : 증기보일러 2 : 주증기밸브
3 : 보일러수면계 4 : 보충수조
10 : 급수용기 11 : 원판축고정용소켓
12 : 원판고정축 13 : 회전원판
13a : 동력전달봉 13b : 동력전달봉
14 : 중량추 15 : 기구안내홈[Slot]
20 : 부력공 20a : 통수공[Hole]
21 : 부력전달막대 22 : 부력전달축
30 : 삼방밸브 30a : 삼방밸브고정틀
30b : 삼방밸브몸체 31 : 양방밸브
31a : 양방밸브고정틀 31b : 양방밸브몸체
31c : O 링 32 : 삼방밸브조정핸들
33 : 양방밸브개폐핸들 34 : 조정간연결대
40 : 보충수관 41 : 분출관
42 : 보충수관체크밸브 43 : 차단밸브
44 : 급수관체크 밸브 45 : 보충수연결관
50 : 보일러증기실연결관 51 : 증기연결관
52 : 보일러수실연결관

Claims (3)

1. 급수용기(10)의 상부에 삼방밸브(30)로 증기보일러(1)의 증기실과
   분출관(41)으로 각기 통하게 하고
   급수용기(10)의 하부에 양방밸브(31)로 증기보일러(1)의 수실과
   보충수관(40)으로 각기 통하게 한 다음
   급수용기(10)의 내부에 위치한 상-하 밸브 핸들을 조정간연결대(34)로
   연동되게 하고
   부력공(20)은 밸브 핸들에 고정되지 않은 채로
   급수용기(10)의 내부에서 수위 변화에 따라 상-하로 이동하며,
   위치에너지를 장전할 수 있게 만들어져 밸브 핸들을 순간 전환할 수 있는
   회전원판(13)을 매개체로 하여,
   부력공(20)이 하사점에 이르면 밸브가 순간 전환 되어 급수용기(10)의 상부
   가 분출관(41)으로 통하고 하부는 보충수관(40)으로 통하여 급수용기(10)에
   보충 수를 채우고,
   부력공(20)이 상사점에 이르면 밸브가 순간 전환 되어 급수용기(10)의 상부
   가 증기보일러(1)의 증기실과 통하게 하고 하부는 증기보일러(1)의 수실과
   통하여 급수용기(10)의 물이 증기보일러(1)의 수실로 급수되는 과정을 반복
   하며 항시 보일러의 적정 수위를 유지하는 무동력 급수장치.
2. 제1항에 있어서,
   기구안내홈[Slot](15)이 가공된 한 쌍의 원판 사이에 중량추(14)를 부착하여
   동력전달봉(13a), (13b) 을 고정한 회전원판(13)이 각운동 하며 좌-우 전환
   시 기구안내홈[Slot](15)의 기능으로 중량추(14)를 부력전달축(22)의 저항없
   이 자력으로 낙하할 수 있게 하는 무동력 급수장치.
3. 제1항에 있어서,
   급수용기(10)의 급격한 온도 변화와 고온, 고압의 환경에 변형되지 않고 공
   급 수의 빠른 흐름을 방해하지 않기 위해, 밀폐된 원통의 원주 방향 외부에
   일정 간격으로 통수공[Hole](20a)이 가공된 '원판형 고리'를 형성하여 보강
   된 부력공(20)을 원통형 급수용기(10)의 내면에 구속하여 수위에 따라
   상-하 운동하며 부력전달막대(21)에 연결된 부력전달축(22)으로 기구안내홈
   [Slot](15)에 접촉하여 회전원판(13)에 힘을 전달하는 무동력 급수장치.

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