KR102435061B1

KR102435061B1 - 복합열교환기를 통해 배기열 회수효율을 높이기 위한 보일러

Info

Publication number: KR102435061B1
Application number: KR1020200175713A
Authority: KR
Inventors: 정주화; 김종훈; 김치관
Original assignee: 대림로얄이앤피(주)
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2022-08-23
Also published as: KR102435061B9; KR20220085554A

Abstract

본 발명은 복합열교환기를 통해 배기열 회수효율을 높이기 위한 보일러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보일러; 상기 보일러의 급수를 위한 급수탱크; 배기가스 연도상에 배치되어 상기 급수탱크로부터 공급되는 급수와 배기열 간의 열교환을 통해 제1 가열수를 생성하는 이코노마이저; 및 상기 이코노마이저로부터 공급되는 제1 가열수와 배기열 간의 열교환을 통해 생성된 제2 가열수를 상기 보일러로 공급하는 복합열교환기;를 포함하여 이루어지고, 상기 복합열교환기의 일측에 배치된 제1 열교환존은 상기 배기가스 연도상에 배치되고, 타측에 배치된 제2 열교환존은 상기 보일러로 유입되는 연소공기유로상에 배치되어 연소공기를 예열하는 것을 특징으로 한다.
즉 본 발명은 보일러로부터 연소되어 버려지는 배기열을 복수의 이코노마이저를 배치시켜 급수를 가열하여 보일러로 공급하며, 동시에 하나의 이코노마이저(복합열교환기)에서 가열된 온수를 이용하여 연소용 공기를 가열 및 예열함으로써 배기열 회수효율을 극대화하여 보일러 효율을 향상시킬 수 있는 복합열교환기를 통해 배기열 회수효율을 높이기 위한 보일러를 제안하고자 한다.

Description

복합열교환기를 통해 배기열 회수효율을 높이기 위한 보일러{Boiler to increase exhaust heat recovery efficiency through complex heat exchanger}

본 발명은 보일러로부터 연소되어 버려지는 배기열을 복수의 이코노마이저를 배치시켜 급수를 가열하여 보일러로 공급하며, 동시에 하나의 이코노마이저(복합열교환기)에서 가열된 온수를 이용하여 연소용 공기를 가열 및 예열함으로써 배기열 회수효율을 극대화하여 보일러 효율을 향상시킬 수 있는 복합열교환기를 통해 배기열 회수효율을 높이기 위한 보일러에 관한 것이다.

통상적으로 보일러는 배기가스의 현열 및 응축잠열을 유용한 열로 흡수하여 열효율을 극대화하도록 한 구조를 가지고 있다.

특히 콘덴싱보일러는 이를 극대화한 것으로 고효율 보일러를 대표하고 있다.

이러한 큰덴싱보일러에 관한 종래기술로는 이코노마이저를 이중으로 설치하여 열효율을 극대화한 구조가 있으며, 이는 두 개의 이코노마이저를 보일러 본체의 배기가스 배출 경로상에 직렬 연통시켜 구동하고, 온수탱크내의 온수온도와 배기가스의 배출온도에 따라 상기 두 개의 이코노마이저에서 배기가스의 현열 및 응축잠열을 회수하도록 유체의 경로를 선택적으로 제어함으로써 보일러의 작동상태에 적응하여 낮은 온도의 물을 넓은 표면적의 이코노마이저로 공급하는 효과를 꾀함으로써 열효율을 보다 높일 수 있도록 구성되어 있다.

특히 종래기술의 보일러 경우 공기를 예열하기 위해 배기가스 배출통로 상에 공기예열기를 배치시켜 열 교환을 통하여 연소용 공기를 가열하여 버너로 공급하도록 구성되어 있다.

그러나 종래기술과 같이 공기예열기를 별도로 설치하는 경우 공기예열용 열교환기를 별도로 제작하여야할 뿐만 아니라, 이를 제작하기 위한 비용 또한 발행하는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-1243698호(2013.03.08. 공개)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

보일러로부터 연소되어 버려지는 배기열을 복수의 이코노마이저를 배치시켜 급수를 가열하여 보일러로 공급하며, 동시에 하나의 이코노마이저(복합열교환기)에서 가열된 온수를 이용하여 연소용 공기를 가열 및 예열함으로써 배기열 회수효율을 극대화하여 보일러 효율을 향상시키고자 하는 것을 하나의 목적으로 한다.

본 발명은 보일러의 운전 중 보일러로 급수되는 급수탱크의 급수온도나 보일러의 수위에 따라 급수를 제어함으로써 보일러의 효율적인 운전을 통해 보일러의 열효율을 극대화하고자 하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.

본 발명에 따른 복합열교기를 통해 배기열 회수효율을 높이기 위한 보일러; 상기 보일러의 급수를 위한 급수탱크; 배기가스 연도상에 배치되어 상기 급수탱크로부터 공급되는 급수와 배기열 간의 열교환을 통해 제1 가열수를 생성하는 이코노마이저; 및 상기 이코노마이저로부터 공급되는 제1 가열수와 배기열 간의 열교환을 통해 생성된 제2 가열수를 상기 보일러로 공급하는 복합열교환기;를 포함하여 이루어지고, 상기 복합열교환기의 일측에 배치된 제1 열교환존은 상기 배기가스 연도상에 배치되고, 타측에 배치된 제2 열교환존은 상기 보일러로 유입되는 연소공기유로상에 배치되어 연소공기를 예열하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 급수탱크로부터 상기 보일러까지 급수를 공급하기 위한 급수공급라인은 상기 급수탱크로부터 상기 급수펌프를 통해 상기 이코노마이저로 급수를 공급하는 제1 공급라인(L1)과, 상기 이코노마이저로부터 상기 복합열교환기로 급수를 공급하는 제2 공급라인과, 상기 복합열교환기로부터 상기 보일러로 급수를 공급하는 제3 공급라인을 포함하여 이루어지되, 상기 제3 공급라인으로부터 분기하여 제2 가열수를 상기 공급탱크로 우회 공급하기 위한 바이패스라인을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 제3 공급라인에는 상기 바이패스라인을 위한 분기지점에 상기 보일러 또는 상기 바이패스라인으로 급수 공급을 제어하기 위한 제1 제어밸브가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 급수탱크에는 상기 급수탱크 내부 물의 온도를 감지하기 위한 온도센서가 더 구비되고, 상기 제1 제어밸브는 상기 온도센서에 의하여 감지된 상기 복합열교환기로부터의 출수온도에 따라 상기 보일러 또는 상기 바이패스라인으로 급수 공급을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 보일러에는 급수수위를 감지하기 위한 수위센서가 더 구비되고, 상기 제1 제어밸브는 상기 수위센서에 의하여 감지된 상기 보일러의 급수수위에 따라 상기 보일러 또는 상기 바이패스라인으로 급수 공급을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 온도센서에 의하여 감지된 상기 급수탱크의 급수 온도가 설정값을 초과하는 경우 상기 급수탱크로부터 상기 복합열교환기 및 상기 보일러로 급수를 공급하기 위한 제4 공급라인을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 급수탱크로부터 상기 이코노마이저 및 상기 급수탱크로 급수의 순환을 위한 제5 공급라인이 더 구비되고, 상기 제5 공급라인상에는 순환펌프가 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 복합열교관기를 통해 배기열 회수효율을 높이기 위한 보일러는 보일러로부터 연소되어 버려지는 배기열을 복수의 이코노마이저를 배치시켜 급수를 가열하여 보일러로 공급하며, 동시에 하나의 이코노마이저(복합열교환기)에서 가열된 온수를 이용하여 연소용 공기를 가열 및 예열함으로써 배기열 회수효율을 극대화할 수 있다.

본 발명은 보일러의 운전 중 보일러로 급수되는 급수탱크의 급수온도나 보일러의 수위에 따라 급수를 제어함으로써 보일러의 효율적인 운전을 통해 보일러의 열효율을 극대화활 수 있다.

본 발명은 보일러의 부하나, 운전상태, 운전조건 등을 고려하여 복합열교환기로부터 보일러로 유입되는 가열 급수를 바이패스시켜 전열관의 내부에서의 증기화나, 저온부식을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 복합열교환기를 통해 배기열 회수효율을 높이기 위한 보일러를 나타내는 계통도,
도 2는 본 발명에 따른 보일러에서 구현되는 바이패스라인을 나타내는 계통도,
도 3은 본 발명에 따른 보일러의 또 다른 급수계통을 나타내는 계통도.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시례를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.

먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시례를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 복합열교환기를 통해 배기열 회수효율을 높이기 위한 보일러는 보일러(10)와, 급수탱크(20)와, 이코노마이저(30) 및 복합열교환기(40)를 포함하여 구성된다.

즉 본 발명에 따른 보일러(10)는 급수탱크(20)로부터 보일러(10)로 급수를 일정한 온도를 유지하면서 공급하기 위해 보일러(10)에 구비된 버너로부터 연소되어 연도(1)를 통해 배출되는 배기가스의 배기열을 활용하여 절탄기, 즉 이코노마이저가 급수와 배기열의 열교환을 통해 급수를 가열하여 일정 온도의 온수를 보일러(10)로 공급하게 된다.

먼저 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 보일러(10)는 연관을 갖는 연소실과, 연소실 주위에 형성되어 물이 채워진 워터드럼 및 연소실의 입구에 설치되어 화염을 생성하는 버너로 구성된다. 이렇게 생성된 화염에 의한 배기가스는 연관을 배출통로로 하여 통과하면서 워터드럼 내부에 채워진 물을 데우거나, 증기를 발생시키게 된다. 이때 배기가스는 연관을 지나 통상적이라면 연도(1)를 통해 배출되나, 본 발명에 따른 보일러(10)는 배출되는 배기가스가 바로 연도(1)를 통하여 바로 배출되지 않고, 이코노마이저(30)와 복합열교환기(40)를 통하여 급수와 열교환을 통해 급수를 소정 온도의 온수로 생성한 후, 연도(1)를 통해 배출되도록 구성된다. 이는 연소 후 배출되는 배기가스를 그대로 버려지지 않고 회수하여 활용한다는 측면에서 에너지 효율을 높일 수 있다.

이 경우 버너로부터 배출되는 배기가스는 배기가스 배출라인을 통해 연도(1)로 배출되는데, 배기가스 배출라인은 연도(1)를 구성하는 덕트이거나, 또는 연도(1) 그 자체일 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 급수탱크(20)는 보일러(10)로 급수를 공급하기 위한 것으로 급수펌프(90)를 통해 급수가 공급된다.

급수탱크(20)로부터 급수펌프(90)를 통해 보일러(10)로 공급되는 급수는 바로 공급될 수 있으나, 연도(1)를 통하여 배출되는 배기가스의 배기열을 이용하여 일정 온도로 가열되어 보일러(10)로 공급된다면 에너지 효율 및 보일러 효율을 높일 수 있다.

이하에서는 전술한 바와 같이 급수탱크(20)로부터 급수펌프(90)를 통해 공급되는 급수와 연도(1)를 통하여 배출되는 배기가스의 배기열가 열교환을 통하여 급수 온도를 높이기 위한 이코노마이저에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 보일러(10)는 급수탱크(20)로부터 급수펌프(90)를 통해 보일러(10)로 급수를 공급하기 위해 급수공급라인(L)이 구비되어 급수를 하게 되는데, 급수탱크(20)로부터 보일러(10) 사이에는 급수펌프(90), 이코노마이저(30)와 복합열교환기(40)가 배치되어 있다.

이 경우 급수공급라인(L)은 급수탱크(20)로부터 이코노마이저(30)로 급수를 공급하기 위한 제1 공급라인(L1)과, 이코노마이저(30)로부터 복합열교환기(40)로 급수를 공급하기 위한 제2 공급라인(L2)과, 복합열교환기(40)로부터 보일러(10)로 급수를 공급하기 위한 제3 공급라인(L3)으로 구성된다.

또한 급수공급라인(L)과 별도로 보일러(10)의 부하상태나, 운전상태 및 계절적인 요인 등에 따라 발생할 수 있는 복합열교환기의 전열관 내부에서의 증기화나, 저온부식을 방지 등을 위해 바이패스라인(BL)이 제3 공급라인(L3)으로부터 분기되어 형성될 수 있다. 이 바이패스라인(BL)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 이코노마이저(30)는 배기가스 연도(1)상에 배치되고, 급수는 제1 공급라인(L1)을 통해 급수펌프(90)를 거쳐 급수탱크(20)로부터 공급된다.

이렇게 제1 공급라인(L1)을 통하여 공급되는 급수는 이코노마이저(30) 내부 전열관을 지나면서 연도(1)를 통과하는 배기가스의 배기열과 열 교환하여 제1 가열수를 생성하게 된다. 이코노마이저(30)로부터 유출된 제1 가열수는 제2 공급라인(L2)을 통해 복합열교환기(40)로 유입된다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 복합열교환기(40)는 이코노마이저(30)로부터 생성된 제1 가열수가 유입되고, 배기가스의 배기열과 열교환하여 생성된 제2 가열수를 제3 공급라인(L3)을 통해 보일러(10)로 공급하게 된다. 특히 복합열교환기(40)는 연소공기와 열교환을 통한 공기예열기능을 동시에 구비하게 된다.

이를 위해 본 발명에 따른 복합열교환기(40)는 일측(첨부된 도 1의 도시를 기준으로 우측부분)은 배기가스 연도(1)상에 배치되는 제1 열교환존(HZ-1)이고, 타측(첨부된 도 1의 도시를 기준으로 좌측부분)은 연소공기유로(60)상에 배치되는 제2 열교환존(HZ-2)으로 구성된다. 따라서 제1 열교환존(HZ-1)에서는 이코노마이저(30)로부터 공급되는 (제1 가열수)는 배기가스의 배기열과 열교환하여 제2 가열수를 생성하고, 제2 열교환존(HZ-2)에서는 가열수와 연소공기가 열교환을 통해 연소공기를 예열함으로써 복합열교환기(40)는 급수의 가열과 공기예열성능을 동시에 구현할 수 있다.

이렇게 이코노마이저(30) 및 복합열교환기(40)에 의한 가열수에 의하여 예열된 연소공기는 버너로 공급되는데, 복합열교환기의 제2 열교환존(HZ-2) 하류측에는 전술한 바와 같이 연소공기유로(60)가 형성되어 예열된 연소공기를 버너 측으로 유도된다. 이 경우 도면상에서 복합열교환기의 제2 열교환존(HZ-2) 상부에는 송풍팬(70)이 배치되거나 덕트로 연결되어 연소공기를 연소공기유로(60) 및 버너 측으로 송풍할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 복합열교환기(40)는 급수를 가열하여 제2 가열수의 생성과, 연소공기를 예열하는 기능을 동시에 수행할 수 있도록 그 내부에 전열관이 평행하게 지그재그 형태로 배치되어 복합열교환기의 제1 및 제2 열교환존(HZ-1)(HZ-2) 모두에 배치된다. 또한 복합열교환기(40)의 내부에는 제1 및 제2 열교환존(HZ-1)(HZ-2)을 분리하고 구획하기 위해 첨부된 도면에는 도시되지 않았지만 중앙에 구획부(41)가 배치될 수 있다. 이 경우 전열관은 구획부(41)을 관통하여 제1 및 제2 열교환존(HZ-1)(HZ-2) 상에 다수열로 팽행하게 배치된다.

본 발명에 따른 복합열교환기(40)는 그 내부의 전열관이 배기가스의 배기열에 의하여 급수를 가열함과 동시에, 가열된 온수와 연소공기가 상호 열 교환하여 공기예열이 가능하도록 구성됨으로써 별도의 공기예열기를 설치할 필요가 없다. 따라서 제작비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 공기예열기능을 수행하면서 빼앗긴 급수 열량은 배기가스의 배기열과 열교환을 통해 바로 회수되고, 복원될 수 있어 열관리 측면에서 열효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 보일러(10)에서 이코노마이저(30)과 복합열교환기(40)는 열교환기의 일종으로 그 내부 전열관이 구비되어 있고, 이러한 전열관은 보일러(10)의 부하나, 운전상태에 따라서 그 내부에서 급수가 오랜 시간 체류하는 경우 증기화로 인한 소음이나 전열관의 손상이 문제될 수 있다.

본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하고자 복합열교환기(40)로부터 보일러(10)로 급수를 공급하기 위한 제3 공급라인(L3)으로부터 분기하여 우회하도록 바이패스라인(BL)을 구성할 수 있다.

이 바이패스라인(BL)은 도 2에 도시된 바와 같이 제3 공급라인(L3)으로부터 급수탱크(20)로 가열수를 우회시키게 된다. 이 경우 제3 공급라인(L3)에서 급수를 제어하기 위해 바이패스라인(BL)의 분기지점에는 제1 제어밸브(CV1)가 배치되고, 제1 제어밸브(CV1)는 삼방밸브(3-way valve)로 구성되어 급수를 제어하게 된다.

이하에서는 바이패스라인(BL)과 제1 제어밸브(CV1)에 의한 급수제어를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

먼저 도 1의 도시는 정상적으로 보일러(10)가 운행되는 상황에서 급수의 공급을 나타낸 것으로 바이패스라인(BL)(점선으로 표시됨)으로 급수가 공급되지 않는 상태이다.

다음으로 도 2의 도시는 제1 제어밸브(CV1)에 의하여 보일러(10) 측은 폐쇄(검정색으로 표시됨)되고(검정색으로 표시됨), 바이패스라인(BL)은 개방(흰색으로 표시됨)된 상태로 제3 공급라인(L3)으로부터 제2 가열수는 우회하여 급수탱크(20)로 유입된다. 이는 보일러(10)의 초기 부하에서는 보일러(10) 급수 공급이 제한되는 경우이다, 다만 이러한 경우 보일러(10)로 급수가 제한되어 복합열교환기(40)의 전열관 내부에 급수가 장시간 체류하는 경우 급수의 과열로 인하여 증기화될 수 있다. 또한 워터해머로 인한 소음이나 진동이 발생할 뿐만 아니라. 전열관의 손상이 문제될 수 있다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 제3 공급라인(L3)으로부터 급수를 바이패스시키고, 동시에 제1 제어밸브(CV1)는 바이패스라인(BL) 측을 개방하여 급수탱크(20)로 급수가 유입될 수 있도록 한다.

한편 보일러의 운전 중 급수탱크(20)의 급수온도와 보일러(10)의 급수수위에 따라 급수를 제어할 필요가 있다. 즉 급수탱크(20)의 급수온도가 너무 높은 경우 보일러(10)가 과열될 수 있고, 또한 보일러(10)의 급수수위가 높거나 낮은 경우 열관리가 쉽지 않다는 점에서 보일러(10)의 운전 중 급수탱크(20)로부터 급수온도와 보일러(10)의 급수수위에 따라 급수를 제어할 필요가 있다. 이를 위해 급수탱크(20)에 온도센서(50)가 배치된다. 온도센서(50)는 급수탱크(20)의 급수온도를 감지하게 되는데, 감지온도에 따라 제1 제어밸브(CV1)에 의하여 급수를 보일러(10)로 공급할지, 바이패스라인(BL)을 통해 급수탱크(20)로 급수를 공급할지를 제어하게 된다.

또한 보일러(10)에는 급수수위를 감지하기 위한 수위센서(51)가 구비될 수 있다. 수위센서(51)에 의하여 보일러(10)의 급수수위가 감지되고, 급수수위에 따라 제1 제어밸브(CV1)에 의하여 보일러(10)로 급수를 공급할지, 바이패스라인(BL)을 통해 급수탱크로 급수를 공급할지를 제어하게 된다.

전술한 바와 같은 제1 제어밸브(CV1)와 온도센서(50) 및 수위센서(51)는 제어부에 연결되어 각 센서의 감지신호에 따라 제1 제어밸브(CV1)에 의하여 급수공급이 이루어지게 된다. 이 경우 온도센서(50)와 수위센서(51)는 서로 독립되어 있거나, 또는 종속되어 구현될 수 있는데, 예컨대, 급수탱크(20)의 급수온도가 설정값 이하로 낮아지거나 또는 보일러(50)의 수위가 높은 경우 제1 제어밸브(CV1)에 의하여 도 2의 도시와 같이 급수는 바이패스라인(BL)을 통해 급수탱크(20)로 공급될 수 있다. 이렇게 복합열교환기(40)로부터 급수탱크(20)로 급수가 공급되다가, 급수탱크(20)의 급수온도가 설정값 이상으로 높아지거나, 또는 보일러(10)의 수위가 낮아지는 경우 제1 제어밸브(CV1)에 의하여 도 1의 도시와 같이 보일러(10)로 급수되도록 제어가 가능하다. 또한 급수탱크(20)의 급수 온도와 보일러(10)의 급수수위를 보일러 운전에 필요한 임계치를 정한 상태에서 온도센서(50)와 수위센서(51)로부터 각 감지신호에 따라 서로 종속하여 급수를 공급될 수 있도록 제어하는 것도 가능하다.

한편 보일러의 운전 중 급수탱크(20)의 급수 온도에 따라 급수를 제어하는 또 다른 운전방식을 구현할 수 있는데, 이는 급수탱크(20)의 급수 온도가 미리 설정된 설정값을 초과하는 경우 급수탱크(10)로부터 이코노마이저(30)를 거치지 않고, 급수펌프(90)를 통해 복합열교환기(40)로 바로 급수하여 보일러(10)로 공급하는 것이다.

이를 위해 도 3에 도시된 바와 같이 급수탱크(20)로부터 급수펌프(90)를 거쳐 복합열교환기(40) 및 보일러(10)로 급수를 공급하기 위한 제4 공급라인(L4)이 구비된다. 제4 공급라인(L4)은 제1 공급라인(L1)으로부터 분기하여 이코노마이저(30)를 우회하여 복합열교환기(40)로 형성된다. 이 경우 제1 공급라인(L1)으로부터 제4 공급라인(L4)으로 분기되는 분기지점에는 제3 제어밸브(CV3)가 구비되어 급수펌프(90)로부터 제4 공급라인(L4)으로 급수가 공급되도록 제어하게 된다.

아울러 제4 공급라인(L4)의 가동 시, 급수탱크(20)로부터 이코노마이저(30)를 거쳐 다시 급수탱크(20)로 급수를 순환시키기 위한 제5 공급라인(L5)이 구비되는데, 제5 공급라인(L5)은 급수를 급수탱크(20)로부터 이코노마이저(30) 및 급수탱크(20)로 강제순환 되도록 함으로써 제4 공급라인(L4)에 의한 급수 시, 급수탱크(20)의 급수를 가열하여 일정온도가 유지될 수 있도록 한다. 이를 위해 제5 공급라인(L5)상에는 급수의 강제순환을 위해 순환펌프(80)가 배치된다.

이 경우 이코노마이저(30) 일측에는 유입부(31)이 구비되고, 타측에는 유출부(33)가 구비된다. 유입부(31)에는 급수탱크(20)로부터 제1 공급라인(L1)을 통해 급수가 유입되거나, 또는 제5 공급라인(L5)을 통해 급수가 유입된다. 아울러 유출부(33)에서는 제1 공급라인(L1)으로부터 유입된 급수가 제2 공급라인(L2)으로 공급하거나, 또는 제5 공급라인(L5)을 통해 이코노마이저(30)와 급수탱크(20)를 순환하도록 급수가 공급된다. 이를 위해 유이부(31) 및 유출부(33)에는 내부에 제2 및 제5 공급라인(L2)(L5)에 연결되도록 복수의 입수공 및 출수공(미도시)이 구비되거나, 또는 댐퍼(미도시)에 의하여 선택적으로 공급될 수 있으며, 제5 공급라인(L5)을 통한 급수의 순환은 순환펌프(80)에 의한 펌핑력에 의하여 구현된다.

본 발명에 따른 보일러는 보일러의 초기 부하 시, 뿐만 아니라, 보일러의 운전 중 보일러로 최종 급수되는 복합열교환기의 출수온도나 보일러의 수위에 따라 급수를 제어함으로써 보일러의 효율적인 운전을 통해 보일러의 열효율을 극대화할 수 있다.

또한 본 발명에서는 산업현장에서 버려지는 배기가스의 배기열을 회수하여 급수를 가열하고, 동시에 연소공기를 예열함으로써 배기열 회수효율을 향상시킬 수 있다.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일실시례를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시례가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

L : 급수공급라인
L1, L2, L3 : 제1 공급라인, 제2 공급라인, 제3 공급라인
L4 : 제4 공급라인
L5 : 제5 공급라인
BL : 바이패스라인
CV1 : 제1 제어밸브 CV2 : 제2 제어밸브
CV3 : 제3 제어밸브
HZ-1 : 제1 열교환존 HZ-2 : 제2 열교환존
1 : 배기가스 연도
10 : 보일러
20 : 급수탱크
30 : 이코노마이저
31 : 유입부 33 : 유출부
40 : 복합열교환기
41 : 구획부
50 : 온도센서 51 : 수위센서
60 : 연소공기유로
70 : 송풍팬
80 : 순환펌프
90 : 급수펌프

Claims

보일러(10);
상기 보일러(10)의 급수를 위한 급수탱크(20);
배기가스 연도(1)상에 배치되어 상기 급수탱크(20)로부터 공급되는 급수와 배기열 간의 열교환을 통해 제1 가열수를 생성하는 이코노마이저(30); 및
상기 이코노마이저(30)로부터 공급되는 제1 가열수와 배기열 간의 열교환을 통해 생성된 제2 가열수를 상기 보일러(10)로 공급하는 복합열교환기(40);를 포함하여 이루어지고,
상기 복합열교환기(40)의 일측에 배치된 제1 열교환존(HZ-1)은 상기 배기가스 연도(1)상에 배치되고, 타측에 배치된 제2 열교환존(HZ-2)은 상기 보일러(10)로 유입되는 연소공기유로(60)상에 배치되어 연소공기를 예열하며,
상기 급수탱크(20)로부터 상기 보일러(10)까지 급수를 공급하기 위한 급수공급라인(L)은
상기 급수탱크(20)로부터 상기 이코노마이저(30)로 급수를 공급하는 제1 공급라인(L1)과,
상기 이코노마이저(30)로부터 상기 복합열교환기(40)로 급수를 공급하는 제2 공급라인(L2)과,
상기 복합열교환기(40)로부터 상기 보일러(10)로 급수를 공급하는 제3 공급라인(L3)을 포함하여 이루어지되,
상기 제3 공급라인(L3)상에서 분기하여 제2 가열수를 상기 급수탱크(20)로 우회 공급하기 위한 바이패스라인(BL)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합열교환기를 통해 배기열 회수효율을 높이기 위한 보일러.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제3 공급라인(L3)에는 상기 바이패스라인(BL)을 위한 분기지점에 상기 보일러(10) 또는 상기 바이패스라인(BL)으로 급수 공급을 제어하기 위한 제1 제어밸브(CV1)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 복합열교환기를 통해 배기열 회수효율을 높이기 위한 보일러.
제 3 항에 있어서,
상기 급수탱크(20)에는 급수의 온도를 감지하기 위한 온도센서(50)가 더 구비되고,
상기 제1 제어밸브(CV1)는 상기 온도센서(50)에 의하여 감지된 상기 급수탱크(20)의 급수 온도에 따라 상기 보일러(10) 또는 상기 바이패스라인(BL)으로 급수 공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 복합열교환기를 통해 배기열 회수효율을 높이기 위한 보일러.
제 3 항에 있어서,
상기 보일러(10)에는 급수수위를 감지하기 위한 수위센서(51)가 더 구비되고,
상기 제1 제어밸브(CV1)는 상기 수위센서(51)에 의하여 감지된 상기 보일러(10)의 급수수위에 따라 상기 보일러(10) 또는 상기 바이패스라인(BL)으로 급수 공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 복합열교환기를 통해 배기열 회수효율을 높이기 위한 보일러.
제 4 항에 있어서,
상기 온도센서(50)에 의하여 감지된 상기 급수탱크(20)의 급수 온도가 설정값을 벗어나는 경우 상기 급수탱크(20)로부터 상기 복합열교환기(40) 및 상기 보일러(10)로 급수를 공급하기 위한 제4 공급라인(L4)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기열 회수효율을 높이기 위한 보일러.
제 6 항에 있어서,
상기 급수탱크(20)로부터 상기 이코노마이저(30) 및 상기 급수탱크(20)로 급수의 순환을 위한 제5 공급라인(L5)이 더 구비되고,
상기 제5 공급라인(L5)상에는 순환펌프(80)가 구비되는 것을 특징으로 하는 복합열교환기를 통해 배기열 회수효율을 높이기 위한 보일러.