KR200180141Y1 - 도가니로를 이용한 보일러 - Google Patents

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Abstract

본 고안의 목적은, 물이 분해되어 재결합할 때에 발생되는 가스(브라운가스)의 불꽃이 어느 물질에 접촉되는 순간에 접촉 물질의 용융점 온도에 이르는 특징을 이용하여 용융로 자체를 보일러로 하여 용융로의 용융 직,간접열에 노통, 연관,수관을 가열하는 특징과, 온수와 스팀의 발생원을 별개로하여 각기 동시에 사용할 때 서로의 온도와 압력에 영향을 주지 않는 특징을 갖는 브라운 가스 용융보일러에 관한 것이다.
이에 본 고안은 상기 보일러 내부에 설치되어 용융물질이 담겨지는 도가니로와, 도가니로의 용융물질을 용해시키기 위한 가열수단이 포함되어, 용해된 용융물질과 용융시 발생되는 열핵반응의 열을 열원으로 스팀과 온수를 생산할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 도가니로를 이용한 보일러를 제공한다.

Description

도가니로를 이용한 보일러{Boiler using crucible furnace}
본 고안은 보일러에 관한 것으로, 특히 도가니로에 담긴 용융물질을 용해시켜 용융의 직,간접열로 물의 가열통, 가열관, 각 과열기, 저탄기를 가열함으로서, 고압의 스팀과 온수를 생산할 수 있도록 된 도가니로를 이용한 보일러에 관한 것이다.
일반적으로 보일러는 밀폐된 용기내의 물을 가열함으로서 온수 또는 고온의 증기를 발생시켜 온수나 증기를 이용하여 필요한 곳에 열량을 공급하기 위한 장치로서, 온수나 증기 발생을 위해 여러가지 형식이 사용되고 있다.
여기서 종래 사용되는 통상의 보일러는, 화석연료를 사용하여 버너로 로 내부의 연소실에 직접 가열하여 직접열과 배기열로 가열관, 과열기, 절탄기를 가열하여 스팀과 온수를 발생시키는 구조로 되어 있으며, 또한 연탄과 같은 연소물질를 연소로내에서 연소시켜 연소열과 배기가스에 의해 가열관을 가열하는 난방 보일러가 개발되기도 하였다.
이러한 보일러는 보일러에서 연료의 연소에 의해서 발생한 열 중에서 실제로 보일러 물에 전해져서 증기가 발생하는 데 쓰인 열량과 연료가 완전 연소했을 때 이론상 발생되는 열량과의 비인 보일러효율에 따라 성능이 좌우되며, 보일러 효율을 높이기 위한 다양한 장치가 개발되고 있는 실정이다.
또한, 현재까지 개발된 보일러들은 대부분이 화석연료를 열원으로 사용하기 때문에 공해물질 배출로 인해 대기를 오염시키는 문제점을 가지고 있으며, 한정된 자원으로 인하여 점차 고비용으로 보일러를 운용해야 하는 단점이 있기 때문에 공해물질이 적게 발생되는 보일러 개발이 요원한 실정이다.
이에 본 고안은 상기와 같은 제반 요구사항에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 보일러의 동력원으로서 물을 이용하여 발생된 브라운가스로 용융물질를 용해시키는 도가니로 자체를 보일러로하여, 용융시 발생하는 브라운가스의 연소열과 도가니로에서 발생되는 용융의 고에너지로 가열탱크와 물가열관을 가열하여 열효율을 극대화시키며, 가열물통과 가열관이 별도로 가열되어 스팀과 온수가 서로의 온도와 압력 등에 영향없이 별도로 동시에 이용될수 있도록 된 도가니로를 이용한 보일러를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 고안은 대기 오염 공해물의 배출이 없는 물을 이용한 브라운가스를 열원으로 사용함으로서 저비용의 고에너지를 창출하여 스팀과 온수를 생산 각종 산업의 에너지로 이용함에 환경친화적이고 경제성 있는 보일러를 제공함에 또다른 목적이 있다.
도 1은 본 고안에 따른 보일러의 정면도,
도 2는 본 고안에 따른 보일러의 단면도,
도 3은 본 고안에 따른 보일러의 도가니로를 도시한 단면도,
도 4는 본 고안의 일실시예에 따른 보일러의 배치도,
도 5와 도 6은 본 고안의 또다른 실시예에 따른 보일러의 배치도,
도 7과 도 8은 본 고안의 또다른 실시예에 따른 보일러의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 함체 11 : 배출관
12 : 내화물 13 : 장입구
14 : 투시구 15 : 투입구
16 : 배출구 20 : 도가니로
30 : 토치 40 : 가열관
41 : 급수펌프 42 ; 절탄기
43 : 접촉과열기 44 : 복사과열기
45 : 단열재 46 : 기수분리기
47 : 폐수회수관 48 : 급수관
49 : 스팀배출관 50 : 가열탱크
51 : 온수배출관 60 : 재열기
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 보일러 함체 내부에 설치되고 내부에 용융물질이 담겨지는 도가니로와, 도가니로 외측과 함체 내면에밀폐조적되는 내화물, 함체 일측에 설치되어 물을 공급하기 위한 급수펌프, 급수펌프에 연결되어 공급된 물을 예열하기 위한 절탄기, 절탄기에 연결되어 도가니로 외측면에 놓여져 내부를 순환하는 물이 가열되는 가열관, 가열관 끝단에 연결되어 증기와 온수를 분리하기 위한 기수분리기, 기수분리기에 연결되고 수증기를 고온의 기체로 만들어 스팀배출관으로 보내기 위한 접촉과열기와 복사과열기, 도가니로 상부에 설치되어 내부에 담긴 물을 가열시키기 위한 가열탱크, 가열탱크에 연결되는 온수배출관 및, 도가니로에 담기는 용융물질을 용해시키기 위해 함체 외측에서 도가니로로 장입설치되는 가열수단으로 이루어진다.
상기 가열수단은 함체 외측에서 도가니로 상단으로 장입되고 선단으로 브라운가스가 토출되는 토치로 이루어진다.
이하 본 고안의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 고안에 따른 보일러의 정면도이고, 도 2는 본 고안에 따른 보일러의 단면도이다.
상기한 도면에 의하면, 보일러의 외형을 이루는 함체(10) 일측면에는 배기가스가 빠져나가는 배출관(11)이 설치되어 있고, 함체(10) 내측면에는 내화물(12)이 조적되어 있음을 알 수 있다.
도가니로(20)는 외부공기가 단절된 보일러 내부에 직경 10cm 이상, 깊이 15cm 이상, 두께 5cm 이상으로 제조되고, 로(20) 외측으로 역시 내화물(12)을 조적한다.
또한, 도 1에서와 같이 함체(10)에는 토치(30)가 장입될 수 있도록장입구(13)가 형성되어 있으며, 장입구(13) 옆에는 작업자가 함체(10) 내부의 도가니로(20)를 관찰할 수 있도록 된 투시구(14)와 용융물질을 도가니로(20)에 넣기 위한 투입구(15)가 설치된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 도가니로(20)로 장입되는 토치(30)는 보일러 함체(10)의 전면과 후면 그리고 한쪽 측면 모두 세 개가 설치되는 데, 장입정도와 토치(30)의 개수는 도가니로(20)에 담겨지는 용융물질의 양에 따라 달리할 수 있다.
토치(30)에는 가스가 공급되는 호스가 연결되고, 가스는 물이 분해되어 재 결합 할 때에 발생되는 브라운가스가 사용된다. 브라운가스의 자체 불꽃 온도는 약 150℃이다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 용융물질은 SiO2로 이루어진 유리, 철, 각종 암석 등의 물질을 직경 1cm 이상으로 절단 분쇄하여 사용한다.
한편, 내부로 유통되는 물이 가열되는 가열관(40)은 직경 5mm 이상의 철관, 동관, 스테인리스관, 기타 특수 고열 오압관으로 이루어져 도가니로(20)와 내화물(12) 사이, 내화물(12) 상부에 연속설치한다. 또한 온수가 저장되는 가열탱크(50)는 도가니로(20)의 상부의 가열관(40) 외측면을 따라 놓여져 있음이 잘 예시되어 있다.
상기 가열관(40)은 입측에 급수펌프(46)로부터 공급된 물을 예열하기 위한 절탄기(42)가 연결되고, 출측은 접촉과열기(43)와 연결된다.
용융의 배기열이 상승되는 함체(10) 내부의 상부 공간층에 복사과열기(44)가 장치되고, 배출통로쪽에는 접촉과열기(43)와 예열 절탄기(42)가 장치되는 데, 접촉과열기(43), 예열 절탄기(42)와 도가니로(20) 측면의 가열관(40) 사이에는 단열재(45)가 장착된다.
여기서 가열관(40)과 과열기 절탄기(42)에 사용되는 각 관은 통상의 보일러에 설치되는 것과 동일하게 전열면적을 늘릴 수 있도록 다수개의 관을 연결하여 적층시켜 설치한 구조로 되어 있다.
가열관(40)은 오스테나이트계 스테인리스 강관 또는 기타 고열,고압의 내구성 자재로 제조되어 있으며, 순도95%의 마그네 사이트 보호막으로 이루어져 있다. 그리고 각 과열기(43,44) 및 절탄기(42)의 관도 오스테나이트계 스테인리스 또는 기타 고열,고압의 내구성 자재로 제조된 파이프로 이루어진다.
가열관(40)과 접촉과열기(43)의 연결로상의 일측에 기수분리기(46)가 설치되어 분리된 물을 폐수회수관(47)을 통해 급수펌프(41)로 보내도록 되어 있다.
미설명된 부호 (16)는 도가니로(20) 하부에 연결되어 함체(10) 외측으로 용융산화물질을 배출시키기 위한 배출구이다.
한편, 본 고안의 도가니로는 보일러 함체 외부에 설치가능한데, 도가니로와 함체는 고온의 열기가 유입되도록 별도의 관으로 연결되어 도가니로의 열기만을 함체 내부로 유입시켜 함체 내부의 가열관과 가열탱크에 열기를 전달하고 함체의 배출관으로 빠져나가도록 한다.
이하 본 고안의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
용융물질인 광물질을 도가니로(20)에 투입하고 가스토치(30)를 보일러의 함체(10) 내부로 장입하여 브라운가스를 투입하게 되면 브라운가스가 토치(30) 노즐로부터 분사되면서 발화되어 광물질을 용융시키게 된다.
즉, 저비용의 물을 동력원으로 하는 브라운가스를 토치(30)를 이용하여 도가니로(20) 내부에 담긴 광물질에 열을 가하면 물질의 상부면의 온도는 열핵반응을 일으켜 순간적으로 용융점에 이른다. 물질표면 용융점의 열은 물질 하부로 수평 이동되어 용융되고, 용융열은 측면으로 전파되어 가열관(40)을 가열한다.
이때에 별도의 연소용 공기는 투입하지 않는다. 즉, 본 고안의 보일러의 연소에 있어 사용되는 브라운 가스 연소식은 2H2+ O2 =2H2O로 비 폭발성이고 연소공기가 소요되지 않고 가스자체로 연소된다.
가열시작 약 3분 후부터 상부 광물질들이 용융되어 흘러 내리기 시작하고 10분이내에 용융물이 된다. 이때의 가스 토출압력은 1kg이다.
용융물의 온도는 광물질의 용융온도로 1000도C - 2500도C 정도이며, 100cm 상부의 온도는 900도C - 1800도C 정도가 된다. 배기가스에서 CO,HC,SOx는 전혀 추출되지 않으며 기존의 존재한 공기중 질소의 함유로 미세한 NOx(질소산화물)의 반응을 보이게 되나 무시될 수 있다.
또한 순간적으로 17kgf/cm2이상의 증기 압력이 발생되고 212.5도의 수증기 온도를 발생 시키게 된다.
용융물은 투입된 물질의 용융점의 온도로 발열하고, 도가니로(20) 내,외부에장치된 물 가열탱크(50)와 가열관(40)은 도기니로 내부의 용융물에 직,간접으로 접촉하여 열을 흡수하여 물을 가열한다.
즉, 급수관(48)에 설치된 급수펌프(41)에 의해 물은 절탄기(42)로 보내지고 절탄기(42)를 지나는 동안 예열된 물은 가열관(40)을 거치면서 가열되어 증기화된다.
가열관(40)에서 발생된 기체가 함유된 기수는 기수분리기(46)에서 분리되어 기체는 복사과열기(44), 접촉과열기(43)를 거처 스팀배출관(49)을 통해 배출되어 사용처로 보내진다.
그리고, 기수분리기(46)에서 분리된 물은 회수되어 폐수회수관(47)을 통해 급수펌프(41)로 보내지고, 다시 보일러 예열 절탄기(42)에서 예열되어 가열관(40)으로 이송된다.
또한, 가열탱크(50)에 저장된 온수는 탱크(50)에 연결된 온수배출관(51)을 통해 사용처로 보내지게 된다. 가열탱크(50)에서 발생된 수증기는 가열관(40)에서 발생된 수증기와 동일하게 기수분리장치로 투입되어 처리된다.
그리고 수증기를 사용하지 않고 온수만 이용될 때는 가열관(40)의 가열된 물이 가열통(도시되지 않음)에 연결된 파이프를 통하여 가열통에 유입된다.
한편, 본 고안의 보일러는 가열탱크(50)와 가열관(40)이 연결되는 부분에 개폐 밸브장치(도시하지않음)로 별개로 나뉘어져 있어 고압의 스팀 사용시 온수를 사용하게되면 자동으로 밸브가 폐쇄되고, 온수의 사용이 중단되어 가열탱크(50)의 온도와 압력이 가열관(40)의 압력과 온도에 맞춰지면 자동으로 열리도록 장치되어 온수와 스팀을 동시에 사용할 때 온수,스팀의 온도,압력에 변화가 없어 용도사용에 영향을 주지 않는다.
본 고안의 보일러의 각 장치는 컴퓨터에 의한 자동제어 장치(도시하지 아니 하였음)로하여 증기의 압력,수위,로내의 압력,온도,브라운가스토치의 연소 등을 자동으로 제어 한다. 위 자동 제어시스팀은 기존의 방식과 장치를 인용 하였다.
또한 본 고안의 보일러의 외,내형은 원형, 타원형,직,정 사각형으로 되어 있고 도가니로(20)가 독립적으로 1개로 되어 있거나 또는 1개 이상의 도가니로(20)가 일렬식(도4), 이열식(도5) 또는, 삼각식(도6)으로 조합 되어있고 배기가스가 빠지는 배출관(11)은 도가니로(20)에 따라서 별개로 각각 시설하거나, 각 도가니로(20)에서 배출되는 배기가스를 통합하여 1개의 배출관(11)으로 빠지도록 시설한다.
한편, 본 고안의 다른 실시예에 의하면, 본 고안의 보일러로 발전에 활용함에 준비하여 증기원동소의 열효율을 향상 시키고 터빈이 수분에 의하여 부식되는 것을 방지하기 위하여 과열증기가 고압터빈에서 팽창하여 포화온도 근방까지 팽창한 증기를 재 가열하도록 도가니로(20)의 용융물 속에 재열기(60)를 장치하여 증기를 재 가열함으로서 저압증기가 아닌 고압증기를 발생할 수 있도록 되어 있다.
위에서 배출관(11)을 각각장치 하였을 때는 스팀이나 온수의 사용량에 따라서 도가니로(20)의 가동수를 증. 감할수 있고, 통합하였을 때는 복사과열기(44), 접촉과열기(43)의 효율를 높이고 설비비를 절감할 수 있게 된다.
즉, 브라운 가스토치(30)로 용융 하는 작업이 계속 되는 한 보일러의 부하가 변하지 않아 과열기 등의 증기 출구온도가 변하지 않는다.
한편, 도 7과 도 8에 도시된 바와 같이 본 고안의 또다른 실시예에 따르면 가열관(40)과 가열탱크(50)가 증기, 온수의 사용 용도에 따라 그 구조와 설치위치가 변경될 수 있는 데, 이 모든 변경 구조 또한 본 고안의 진정한 정신에 속하는 것이다.
이상 설명한 바와 같은 본 고안에 따른 보일러에 의하면, 도가니로 자체를 보일러로 하고 내부의 용융물을 물이 분해되어 재결합할 때에 발생되는 브라운가스를 열원으로 용융시킴으로서, 이때 발생된 고온의 도가니로의 발생열에 물가열관을 접촉시켜 가열함으로서 고 에너지를 창출하는 효과가 있다.
또한 스팀과 온수를 각기 동시에 사용함에 있어서도 온수,증기의 온도와 압력에 전혀 영향을 받지 아니하는 효과와 열원이 물로 가스화한 연료로서 저비용으로 에너지를 발생하므로 환경친화적이고 경제성있는 보일러의 운용에 효과적이다.

Claims (6)

  1. 물을 가열하여 고온의 스팀과 온수를 생산하기 위한 보일러에 있어서,
    상기 보일러 내,외부에 설치되어 용융물질이 담겨지는 도가니로와, 도가니로의 용융물질을 용해시키기 위한 가열수단이 포함되어, 용해된 용융물질과 가열수단의 직,간접 열을 열원으로 스팀과 온수를 생산할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 도가니로를 이용한 보일러.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 보일러가 외형을 이루는 함체 내부에 설치되고 내부에 용융물질이 담겨지는 도가니로와, 도가니로 외측과 함체 내면에 밀폐조적되는 내화물, 함체 일측에 설치되어 물을 공급하기 위한 급수펌프, 급수펌프에 연결되어 공급된 물을 예열하기 위한 절탄기, 절탄기에 연결되어 도가니로 외측면에 놓여져 내부를 순환하는 물이 가열되는 가열관, 가열관 끝단에 연결되어 증기와 온수를 분리하기 위한 기수분리기, 기수분리기에 연결되고 수증기를 고온의 기체로 만들어 스팀배출관으로 보내기 위한 접촉과열기와 복사과열기, 도가니로 상부에 설치되어 내부에 담긴 물을 가열시키기 위한 가열탱크, 함체에 설치되어 가열탱크에 연결되는 온수배출관 및, 도가니로에 담기는 용융물질을 용해시키기 위해 함체 외측에서 도가니로 상부로 장입설치되는 가스토치로 이루어진 것을 특징으로 하는 도가니로를 이용한 보일러.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 가열수단이 함체 내부로 장입되어 브라운가스를 토출하기 위한 가스토치로 이루어진 것을 특징으로 하는 도가니로를 이용한 보일러.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 용융물질은 SiO2, 철, 각종 암석, 폐기물 등으로 이루어진 것을 특징으로 하는 도가니로를 이용한 보일러.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 도가니로가 1개 이상으로 되어 일렬식, 이열식 또는, 삼각식으로 조합된 것을 특징으로 하는 도가니로를 이용한 보일러.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 도가니로의 용융물질 속에 증기를 재가열할 수 있도록 된 재열기가 설치된 것을 특징으로 하는 도가니로를 이용한 보일러.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20020015150A (ko) * 2000-08-21 2002-02-27 호형철 브라운 가스를 이용한 보일러

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