KR200362448Y1 - 증기 보일러 시스템의 증기 회수 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 증기 보일러 시스템의 증기 회수 장치에 관한 것으로서, 물을 저장하는 급수탱크(10)와, 상기 급수탱크에 저장된 물을 가열하여 증기를 생산하는 보일러(30)와, 상기 보일러(30)에서 생산되는 증기를 사용하는 증기 사용부(40)와, 상기 증기 사용부(40)에서 사용된 후 상기 급수탱크(10)로 회수된 응축수가 재 증발하여 토출되는 증기를 회수하기 위한 회수조(50)를 포함하는 증기 보일러 시스템(1)에 있어서, 상기 회수조(50)는 내부 일정수용 공간을 갖는 몸체(51)와; 상기 몸체(51)와 상기 급수탱크(10)를 연통 결합하는 증기 인입관(52)과; 상기 증기 인입관(52)을 통해 상기 몸체(51)로 인입된 증기가 열 교환된 후 배출되도록 상기 몸체(51) 상측에 연통 결합되는 증기 배출관(53)과; 상기 증기 배출관(53)의 내부를 관통하여 상기 몸체(51) 내부 상측에서 상기 급수탱크(10)로 공급되는 보급수를 분사시키는 분사 스프레이 노즐(54)과; 상기 분사 스프레이 노즐(54)에서 분사된 보급수와 상기 인입배관을 통해 입상 공급되는 증기가 상기 몸체 내부에 고르게 분산되어 흐르도록 상기 몸체(51) 내부에 일정 거리를 두고 서로 다른 높이로 고정되는 복수개의 다공판형 디스트리뷰터(55)와; 상기 디스트리뷰터(55) 사이에 채워져 상기 증기 인입관(52)을 통해 몸체 내부로 입상 공급되는 증기와 상기 분사 스프레이 노즐(54)에서 분사되는 보급수가 서로 열 교환 할 수 있는 면적을 증가시키기 위한 복수개의 폴링(56)으로 구성되어, 배출되는 증기를 분사 스프레이 노즐(54)을 통해 분사되는 보급수와 직접 열 교환시켜 증기가 갖는 열에너지를 시스템 내부로 회수하고 아울러 열에너지 회수 과정에서 발생된 응축수를 급수탱크(10)로 회수하여 보충되는 보급수의 수량을 저감시키도록 하는 효과를 갖는다.

또한, 배출배관(53)의 선단부가 일정 반경을 가지고 하향 곡률지게 형성함으로서 배출배관을 통해 회수조(50) 및 급수탱크(10) 내부로 먼지 등의 비산물들이 유입되어 오염되는 것을 방지하도록 하는 효과를 갖는다.

Description

증기 보일러 시스템의 증기 회수 장치{APPARATUS OF STEAM RECOVERY FOR STEAM BOILER SYSTEM}

본 고안은 증기 보일러 시스템의 증기 회수 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 증기 보일러 시스템으로부터 배출되는 증기로부터 증기가 보유한 열에너지를 회수함과 아울러 열에너지 회수 과정에서 생성된 응축수를 회수하도록 함으로써 에너지 및 보급수의 손실을 절감시키기 위한 증기 보일러 시스템의 증기 회수 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 증기 보일러 시스템은 작동유체인 물을 가열하여 얻은 고온고압의 증기를 이용하여 동력을 얻도록 하는 열 동력 시스템, 전력을 생산하도록 하는 화력 발전 시스템 또는 원자력 발전 시스템 그리고 난방 또는 냉방을 수행하도록 하는 냉난방 시스템 등을 말한다.

이하, 상술된 종래의 증기 보일러 시스템의 일반적인 구성을 살펴보면 다음과 같다.

도 1에서 도시한 바와 같이, 증기 보일러 시스템(100)의 가장 일반적인 구성은 시스템의 작동에 필요한 물을 급수관(111)을 통해 급수 받아 저장하는 급수탱크(110)와, 상기 급수탱크(110)에 저장된 물을 순환펌프(120)에 의해 공급받아 각종 열원을 이용하여 고온고압의 증기를 생산하는 보일러(130)와, 상기 보일러(130)에서 생산된 증기를 이용하여 각 시스템의 사용 목적에 따라 동력 및 전력을 생산하거나 또는 냉난방을 수행하는 증기 사용부(140)로 이루어진다.

상기 증기 사용부(140)에서 사용되어진 증기는 응축된 후 회수관을 따라 상기 급수탱크(110)로 회수되고, 상기 급수탱크(110)로 회수된 응축수는 증기압력에 상응하는 포화온도로 배출되어 고온의 상태이며, 상기 응축수가 회수되는 급수탱크(110)는 대기압 상태이므로 상기 고온의 응축수가 대기압 상태의 급수탱크(110)에 회수되면 재 증발하게 된다.

상기 급수탱크(110) 내부에서 재 증발한 증기는 상기 급수탱크(110)의 내부 압력을 상승시키게 되며, 이러한 내부압력의 상승을 방지하기 위하여 재 증발 증기가 상기 급수탱크 상측에 연통되어 형성된 증기 배출관(112)으로 배출된다.

따라서, 급수탱크(110)에서 재 증발하여 대기중으로 배출되는 재증발 증기는 많은 열에너지를 보유하고 있어 에너지 손실을 초래함으로서 결국 시스템의 효율을 저하시키는 문제점이 발생한다.

또한, 상기 급수탱크(110)에서는 증기 배출관(112)을 통해 배출되는 증기량만큼의 부족분을 급수배관(111)을 통해 보충하도록 한다. 이때, 상기 급수탱크(110)에서 배출되는 증기량은 증기 보일러 시스템(100)에서 사용되는 설정압력에 따라 발생 응축수량의 ５~1５％에 이른다.

따라서, 증기 보일러 시스템(100)이 정상적으로 작동하기 위해서는 대기중에 배출되는 증기량만큼의 보급수가 보충되어야 함에 따라 자원적인 손실이 발생하게 되는 문제점이 발생한다.

또한, 도면에 도시하지는 않았지만, 배출되는 증기로부터 열에너지를 회수하기 위해 사용되는 종래의 폐열회수 장치로는 간접열교환 방식 또는 다관원통형 열교환방식이 사용되었으나, 재 증발 증기의 압력이 매우 낮고 증기의 비체적이 크기 때문에 장치 내부의 압력손실이 커지고, 열교환기의 부피가 증가하게 되어 그 효용성 및 경제성이 떨어지는 문제점이 발생한다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 안출된 것으로, 증기 보일러 시스템에서 대기로 배출되는 재 증발 증기와 보급수 또는 응축수가 보다 효과적으로 직접 열 교환하도록 구성하여 재증발 증기로부터 열에너지를 회수하도록 하여 에너지의 손실을 방지함으로서 증기 보일러 시스템의 효율을 향상시키는데 그 목적이 있다.

또한, 증기로부터 열에너지를 회수하는 과정에서 재증발 증기를 응축시켜 급수탱크에 회수시킴으로서 시스템 내부로 보충시켜야 하는 보급수을 감소시켜 자원적인 손실을 방지하도록 하는데 그 목적이 있다.

또한, 증기 회수 장치의 구성을 단순화시켜 최소한의 기존설비 보완으로 상기 의 목적들을 달성하도록 함과 아울러 증기 회수 장치의 구성에 따른 조립 공정을 단축시켜 작업효율 및 생산성을 향상시키는데 그 목적이 있다.

또한, 증기 회수 장치의 증기 배출관에 바람으로 날리는 비산물이 유입되어 증기 회수 장치 및 급수 탱크 내부가 오염되는 것을 방지하도록 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 일반적인 증기 보일러 시스템을 도시한 구성도,

도 2는 본 고안의 증기 회수 장치를 구비한 증기 보일러 시스템을 도시한 구성도,

도 3은 본 고안의 증기 회수 장치를 도시한 단면도,

도 4는 본 고안의 증기 회수 장치에 사용되는 증기 배출관을 도시한 확대 측단면도,

도 5는 본 고안의 증기 회수 장치에 사용되는 분사 스프레이 노즐의 결합상태를 도시한 부분 확대 단면도,

도 6은 도 5의 B-B 부분 절개 단면도,

도 7은 도 3의 A-A 부분 절개 단면도 및 디스트리뷰터의 체결상태를 도시한 절개 단면도,

도 8은 본 고안의 증기 회수 장치에 사용되는 폴링의 일예를 도시한 사시도.

♣ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♣

1: 증기 보일러 시스템 10: 급수탱크

11: 배출관 20: 순환펌프

30: 보일러 40: 증기 사용부

50: 회수조 51: 몸체

51a: 몸통부 51b: 상부덮개

51c: 하부덮개 52: 증기 인입관

53: 증기 배출관 54: 분사 스프레이 노즐

55: 디스트리뷰터 55a: 상부 디스트리뷰터

55b: 하부 디스트리뷰터 56: 폴링

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 물을 저장하는 급수탱크와,상기 급수탱크에 저장된 물을 가열하여 증기를 생산하는 보일러와, 상기 보일러에서 생산되는 증기를 사용하는 증기 사용부와, 상기 증기 사용부에서 사용된 후 상기 급수탱크로 회수된 응축수가 재 증발하여 토출되는 증기를 회수하기 위한 회수조를 포함하는 증기 보일러 시스템에 있어서, 상기 회수조는 내부 일정수용 공간을 갖는 몸체와; 상기 몸체와 상기 급수탱크를 연통 결합하는 증기 인입관과; 상기 증기 인입관을 통해 상기 몸체로 인입된 증기가 열 교환 후 배출되도록 상기 몸체 상측에 연통 결합되는 증기 배출관과; 상기 증기 배출관의 내부를 관통하여 상기 몸체 내부 상측에서 상기 급수탱크로 공급되는 보급수를 분사시키는 분사 스프레이 노즐과; 상기 분사 스프레이 노즐에서 분사된 보급수와 상기 인입배관을 통해 입상 공급되는 증기가 상기 몸체 내부에 고르게 분산되어 흐르도록 상기 몸체 내부에 일정 거리를 두고 서로 다른 높이로 고정되는 복수개의 다공판형 디스트리뷰터와; 상기 디스트리뷰터 사이에 채워져 상기 증기 인입관을 통해 몸체 내부로 입상 공급되는 증기와 상기 분사 스프레이 노즐로부터 분사되는 보급수가 서로 열 교환 할 수 있는 면적을 증가시키도록 하는 복수개의 폴링으로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 증기 배출관은 증기가 토출되는 선단부에 일정 반경을 가지고 하향 곡률지게 형성됨을 특징으로 한다.

이하, 본 고안의 증기 보일러 시스템의 증기 회수 장치를 첨부한 도면을 참조하여 구성 및 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 고안의 증기 회수 장치를 구비한 증기 보일러 시스템을 도시한 구성도이고, 도 3은 본 고안의 증기 회수 장치를 도시한 단면도이며, 도 4는 본 고안의 증기 회수 장치에 사용되는 증기 배출관을 도시한 확대 측단면도이고, 도 5는 본 고안의 증기 회수 장치에 사용되는 분사 스프레이 노즐의 결합상태를 도시한 부분 확대 단면도이며, 도 6은 도 5의 B-B 부분 절개 단면도이고, 도 7은 도 3의 A-A 부분 절개 단면도 및 디스트리뷰터의 체결상태를 도시한 절개 단면도이며, 도 8은 본 고안의 증기 회수 장치에 사용되는 폴링의 일예를 도시한 사시도이다.

본 고안의 증기 보일러 시스템의 증기 회수 장치는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 시스템의 작동에 필요한 물을 급수관을 통해 급수 받아 저장하는 급수탱크(10)와, 상기 급수탱크(10)에 저장된 물을 순환펌프(20)에 의해 공급받아 각종 열원을 이용하여 고온고압의 증기를 생산하는 보일러(30)와, 상기 보일러(30)에서 생산된 증기를 이용하여 각 시스템의 사용 목적에 따라 동력 및 전력을 생산하거나 또는 냉난방을 수행하는 증기 사용부(40)와, 상기 증기 사용부(40)에 사용되어진 후 응축된 응축수가 급수탱크(10)로 회수되어 증발압차에 의해 발생한 재 증발 증기를 대기로 배출시키기 위한 배출관(11) 선상에 가설되어 배출되는 재증발 증기를 급수탱크(10)로 보급되는 보급수를 분사시켜 직접 열 교환함으로써 배출되는 증기의 열에너지의 회수 및 이때 발생한 응축수를 회수하기 위한 회수조(50)로 구성된다.

상기 회수조(50)는, 도 3에서 도시한 바와 같이, 배출되는 재증발 증기의 회수를 위해 내부 일정 체적의 수용공간을 갖도록 양단이 폐쇄된 중공 원통형의 몸체(51)와, 상기 몸체(51)와 상기 급수탱크(10)를 연통 결합하는 증기 인입관(52)과, 상기 증기 인입관(52)을 통해 상기 몸체(51) 내부로 인입된 증기가 열 교환 후 대기로 배출되도록 하는 상기 몸체(10) 상부에 연통 결합되는 증기 배출관(53)과,상기 증기 배출관(53) 내부를 관통하도록 가설되어 상기 몸체(51) 상부에서 상기 급수탱크(10)로 공급되는 보급수를 분사시키는 분사 스프레이 노즐(54)과, 상기 분사 스프레이 노즐(54)에서 분사된 보급수 및 상기 증기 인입관(52)을 통해 입상하는 증기가 상기 몸체(51) 내부로 고르게 분배되어 흐르도록 설치되는 복수개의 다공판형 디스트리뷰터(55)와, 각각의 상기 디스트리뷰터(55) 사이에 채워져 상기 증기 인입관(52)을 통해 몸체 내부로 입상 공급되는 증기와 상기 분사 스프레이 노즐(54)로부터 분사되는 보급수가 서로 열 교환 할 수 있는 면적을 증가시키도록 하는 복수개의 폴링(56)으로 이루어진다.

상기 몸체(51)는 중공 원통형의 몸통부(51a)와, 상기 몸통부(51a)의 상측 개방 단에 상기 증기 배출관(53)이 관통 결합되고, 그 내부를 관통하여 상기 분사 스프레이 노즐(54)이 결합된 상부 덮개부(51b)가 밀폐 결합되며, 상기 몸통부(51a)의 하측 개방단에 상기 증기 인입관(52)이 관통 결합되고, 상기 분사 스프레이 노즐(54)에서 분사된 보급수와 이들과 열 교환 증기가 응축된 응축수가 집수되어 증기 인입관(52)을 통해 상기 급수탱크(10)로 회수되도록 일정곡률을 갖는 반구형의 하부덮개(51c)가 밀폐 결합되어 이루어진다.

상기 증기 배출관(53)은 바람에 의해 비산되는 이물질에 의해 회수조(50)의 몸체 내부 및 급수탱크(10) 내부가 오염되는 것을 방지하도록 배출측 단부가 일정 반경(θ)을 가지고 하향곡률지게 형성된다. 이때 반경(θ)은 90˚인 것이 바람직하다.

상기 분사 스프레이 노즐(54)은, 도 4 또는 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기급수탱크(10)로 보급수를 공급하도록 상기 증기 배출관(53)을 관통하여 가설된 급수배관(60)의 단부에 결합되어 상기 회수조(50)의 몸체 내부 상측에서 상기 몸체(51) 내부의 단면적에 상당하는 분사면적을 갖도록 형성된다.

상기 급수배관(60)은 상기 급수탱크(10)로 회수되어 저장된 응축수를 재순환 펌프(62)로 재순환시켜 상기 분사 스프레이 노즐(54)로 재 분사시키기 위한 재순환배관(61)이 구비됨이 보다 바람직하다.

또한, 상기 디스트리뷰터(55)는, 도 6 또는 도 7에서 도시한 바와 같이, 상기 분사 스프레이 노즐(54)에서 분사된 보급수 또는 재순환 응축수가 상기 몸체(51) 내부에 고르게 흘러내리도록 하거나 또는 상기 증기 인입관(52)을 통해 입상하는 증기가 상기 몸체(51) 내부에 고르게 분포되어 입상하도록 다수개의 구멍(55c)이 천공된 다공판으로 형성되며, 상기 몸체(51) 내부의 상, 하측에 적어도 두개 이상의 디스트리뷰터(55a, 55b)가 일정 거리를 두고 서로 다른 높이에 가설된다.

그리고, 상기 디스트리뷰터(55)는 상기 몸체(51)의 내주면의 사등분 점에 각각 돌출 형성된 고정브래킷(51d)에 체결되어 고정된다.

또한, 상기 폴링(56)은, 도 8에서 도시한 바와 같이, 각각의 디스트리뷰터(55a, 55b) 사이에 채워져 상기 분사 스프레이 노즐(54)에서 분사된 보급수 또는 재순환 응축수와 상기 증기 인입관(52)을 통해 입상하는 증기가 서로 열 교환할 수 있는 면적을 증가시키기 위하여 일정 반경을 갖도록 중공 원통형을 기본 형상으로 하여, 경우에 따라 원주방향으로 형성된 홈(56a)이 길이방향을 따라 형성되거나 또는 그 내부에 일정 형상의 부재(56b)가 절곡 및 가설되어 형성된 다양한 형태가 사용가능하다.

이하, 상술된 구성을 갖는 본 고안의 증기 보일러 시스템의 증기 회수 장치의 작동 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

상기 순환펌프(20)에 의해 급수탱크(10)로부터 공급된 보급수를 보일러(30)에서 가열하여 고온고압의 증기를 생산하고, 생산된 고온고압의 증기는 시스템의 사용 용도에 따라 증기 사용부(40)에서 사용되어진 후 응축된 응축수가 급수탱크(10)로 회수된다.

이때, 상기 급수탱크(10)로 회수되는 응축수는 증기압력에 상응하는 포화온도로 배출되어 고온의 상태이며, 상기 응축수가 회수되는 급수탱크(10) 내부의 압력은 대기압 상태이므로 상기 고온의 응축수가 대기압 상태의 급수탱크(10)로 회수되면 서 재 증발하게 된다.

상기 급수탱크(10) 내부에서 재 증발한 증기는 급수탱크(10)의 상측에 연통 결합된 회수조(50)의 증기 인입관(52)을 통해 인입된 후, 하측에 가설된 하부 디스트리뷰터(55b)를 통과하면서 고르게 분산되어 각각의 상, 하부 디스트리뷰터(55a, 55b) 사이에 채워진 복수개의 폴링(56)들 사이의 간극을 통해 입상하게 된다.

이때, 상기 분사 스프레이 노즐(54)을 통해 분사된 보급수 및 재순환 응축수는 상부 디스트리뷰터(55a)에 의해 몸체(51) 내부에 골고루 분산되어 상기 폴링(56)들 사이로 흘러내려 입상하는 재증발 증기와 각 폴링(56)의 내외측 표면에서 열 교환하거나 또는 직접 열 교환이 이루어지도록 한다.

상기 분사 스프레이 노즐(54)에서 분사되는 보급수 또는 재순환 응축수는 증기로부터 열에너지를 공급받아 데워지면서 흘러내려 증기 인입관(52)을 통해 급수탱크(10)로 공급되고, 증기는 대부분이 보급수와 재순환 응축수에 내부 잠열과 현열을 빼앗기며 냉각되어 응축된 응축수가 다시 급수탱크(10)로 회수되며, 극히 일부가 증기 배출관(53)을 통해 회수조(50)로부터 대기로 배출되게 된다.

따라서, 급수탱크(10)에서 재증발하여 대기로 배출되는 증기로부터 열에너지를 회수하여 에너지의 손실의 방지함으로서 증기 보일러 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 배출되는 증기를 응축시켜 급수탱크(10)로 재 회수시킴으로서 보충해야하는 보급수의 수량을 감소시켜 자원의 손실을 감소시키도록 한다.

또한, 상기 회수조(50)를 기존에 사용되는 증기 보일러 시스템에서 큰 구조 변경을 하지 않고도 급수탱크(10)의 배출관(11) 선상에 가설하여 증기로부터 열에너지 및 응축수를 회수하도록 한다.

또한, 상기 분사 스프레이 노즐(54)은 회수조(50)의 몸체(51)의 상부 측면을 관통하여 설치되어야 하나, 상기 증기 배출관(53) 내부를 관통하여 가설되도록 구성함으로서 상기 회수조(50)가 보다 용이하고 견고하게 제작될 수 있으며, 제작공정을 단순화시켜 생산성 향상 및 생산단가를 절감할 수 있다.

또한, 상기 증기 배출관(53)의 선단부를 일정 반경을 갖도록 하향 곡률지게 형성함으로서 바람과 함께 비산되는 이물질이 회수조(50)의 증기 배출관(53)을 통해 유입되어 회수조(50) 및 급수탱크(10) 내부를 오염시키는 것을 방지하도록 한다.

이와 같은 구성을 갖는 본 고안은 증기 보일러 시스템에서 대기로 배출되는 재 증발 증기와 보급수 또는 응축수가 보다 효과적으로 직접 열 교환 구성하여 재증발 증기로부터 열에너지를 회수하도록 하여 에너지의 손실을 방지함과 아울러 증기 보일러 시스템의 효율을 향상시키는 효과를 갖는다.

그리고, 상기 열에너지를 회수하는 과정에서 재증발 증기를 응축시켜 급수탱크에 다시 회수되도록 함으로서 시스템 내부로 보충시킬 보급수량을 감소시켜 자원의 손실을 감소시키는 효과를 갖는다.

또한, 상기 회수조의 구성을 단순화시켜 최소한의 기존설비의 보완으로도 상기의 목적들을 달성할 수 있도록 함과 아울러 회수조의 분사 스프레이 노즐을 증기 배출관 내부를 관통하여 가설되도록 구성함으로서 상기 회수조가 보다 용이하고 견고하게 제작될 수 있으며, 제작공정을 단순화시켜 생산성 향상 및 생산단가를 절감할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 증기 회수 장치의 증기 배출관을 통해 바람으로 날리는 비산물이 유입되어 증기 회수 장치 및 급수 탱크 내부가 오염되는 것을 방지하도록 하는 효과를 갖는다.

Claims (2)

1. 물을 저장하는 급수탱크(10)와, 상기 급수탱크에 저장된 물을 가열하여 증기를 생산하는 보일러(30)와, 상기 보일러(30)에서 생산되는 증기를 사용하는 증기 사용부(40)와, 상기 증기 사용부(40)에서 사용된 후 상기 급수탱크(10)로 회수된 응축수가 재 증발하여 토출되는 증기를 회수하기 위한 회수조(50)를 포함하는 증기 보일러 시스템(1)에 있어서,

   상기 회수조(50)는 내부 일정수용 공간을 갖는 몸체(51)와; 상기 몸체(51)와 상기 급수탱크(10)를 연통 결합하는 증기 인입관(52)과; 상기 증기 인입관(52)을 통해 상기 몸체(51)로 인입된 증기가 열 교환 후 배출되도록 상기 몸체(51) 상측에 연통 결합되는 증기 배출관(53)과; 상기 증기 배출관(53)의 내부를 관통하여 상기 몸체(51) 내부 상측에서 상기 급수탱크(10)로 공급되는 보급수를 분사시키는 분사 스프레이 노즐(54)과; 상기 분사 스프레이 노즐(54)에서 분사된 보급수와 상기 인입배관을 통해 입상 공급되는 증기가 상기 몸체 내부에 고르게 분산되어 흐르도록 상기 몸체(51) 내부에 일정 거리를 두고 서로 다른 높이로 고정되는 복수개의 다공판형 디스트리뷰터(55)와; 상기 디스트리뷰터(55) 사이에 채워져 상기 증기 인입관(52)을 통해 몸체 내부로 입상 공급되는 증기와 상기 분사 스프레이 노즐(54)로부터 분사되는 보급수가 서로 열 교환 할 수 있는 면적을 증가시키도록 하는 복수개의 폴링(56)으로 구성됨을 특징으로 하는 증기 보일러 시스템의 증기 회수 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 증기 배출관(53)은 증기가 토출되는 선단부에 일정 반경을 가지고 하향 곡률지게 형성됨을 특징으로 하는 증기 보일러 시스템의 증기 회수 장치.