KR20090086823A - 보일러의 기수 분리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보일러의 기수 분리장치에 관한 것으로서, 버너(131)로부터 분사된 화염에 의하여 수조(122)의 원수가 증기로 변화된 다음에 연소실(132)을 통과하여 증기공급실(124)로 공급되는 산업용 또는 가정용 보일러에 있어서, 상기 증기공급실(136)로부터 연소실(132) 내측으로 증기유입관(125)이 연결되고, 버너(131)의 화염이 직접 접촉되지 않도록 화염의 주위에 1회 이상 감기도록 기수분리관(126)을 설치한 후에 증기배출관(127)을 거쳐 보일러(100)의 외부로 연결시킨 것으로서, 상기 증기공급실(124)의 저온의 증기에 포함된 수분이 증기유입관(125)와 기수분리관(126)을 거치면서 기화되어 증기배출관(127)을 통해 고온의 증기로 배출되도록 함으로써, 보일러에 별도의 기수 분리장치를 설치하지 않고도 증기배출관을 통해 고온의 증기가 공급될 수 있도록 하여 보일러의 구조를 단순화시키고, 보일러의 제작비용을 절감시킨 것이다.

보일러, 과열증기, 기수, 분리관, 기화

Description

보일러의 기수 분리장치{Air and Water Separation Apparatus for Boiler}

본 발명은 보일러의 기수 분리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보일러에서 발생되는 저온의 증기에 포함된 수분을 기화시켜 고온의 과열증기를 생성 및 공급하기 위한 보일러의 기수 분리장치에 관한 것이다.

보일러(Boiler)는 연료의 연소열을 물 등에 전달하여 온도와 압력이 높은 증기를 발생시키는 장치이다. 이러한 보일러는 화력발전소나 선박 등의 증기기관 또는 각종 공장의 작업용이나 난방용 장치 등에 증기를 공급하는 데 사용된다.

더욱이 보일러는 구조상 여러 종류로 나누어지고, 그 중에서 강제순환식 보일러에 해당하는 관류보일러(Once-through boiler)는 수관 및 긴 관 등을 휘어서 만든 관만의 보일러로서, 강제 관류 보일러라고도 하는데, 긴 관의 한쪽 끝에서 급수하고 펌프로 압송하여 도중에서 차례로 가열, 증발 및 과열되어 관의 다른 한쪽 끝에서 과열증기가 송출되는 형식의 보일러이다. 관류보일러는 고압증기의 발생에 적합하고, 특히 초임계압 보일러인 경우에는 강제순환식 보일러의 일종이다.

일반적으로 압력을 일정하게 해 두고 액체를 가열하면 온도가 올라가고, 일정온도에 달하면 증발하기 시작한다. 이 경우 다시 가열하더라도 전부가 증발할 때 까지는 온도가 변하지 않고 액체와 증기가 공존한다. 이것을 습윤포화증기(濕潤飽和蒸氣)라 하고, 전부 증기가 되어 버린 것을 건조포화증기라 한다. 건조포화증기를 다시 가열하면 증기의 온도는 상승하는데, 이것을 과열증기(過熱蒸氣, Superheated Vapor)라 한다. 이 증기를 이용하면 보일러나 엔진 또는 터빈의 효율을 향상시킬 수 있다.

더욱이 과열증기는 물을 비등시켜 발생한 증기에 압력을 가하지 않고 가열하여 생성된 100℃ 이상의 고온 무색의 투명한 기체이다. 공기에 의한 전열은 대류전열에 한하지만, 과열증기는 대류전열에 추가로 방사전열과 응축전열에 의한 전열을 함으로써 열효율이 높아 음식의 조리에 매우 효과적이다. 그리고 통상 대류전열의 경우에는 과열증기의 전열속도가 가열공기에 비하여 약 10배 정도 빠르다. 특히 저 산소상태에서 열처리함으로써 피 가열물의 산화 및 연소를 억제할 수 있다. 그리고 일반적인 과열기(Superheater)는 가압된 압력 10kg/㎤G 시 183.3℃의 증기를 생산하고, 통상적으로는 7~8kg/㎤G 시 170℃의 증기를 생산하게 된다.

한편, 저압의 과열증기를 생산하기 위해서는 1차 가열된 증기를 버너로 직접 가열하거나 히터를 이용하여 축온재 등을 간접 가열하는 방법과 전자유도 가열하는 방식이 있다.

이와 같은 과열증기를 발생시키는 증기발생장치로서, 도 1은 본원 출원인이 특허출원한 특허출원 제2004-0054539호(관류보일러)는 저압의 고온 과열증기를 발생하는 장치가 있다. 이는 보일러의 연소실 내에 나선형 과열기를 장착하여 1개의 버너로 가열 및 재가열하는 일체형 구조이고, 증발량이 30kg/h 로서 증기온도는 541.9℃ 이며, 증기압력은 0.12kg/㎤ 로 증기를 생산하는 비용이 적다.

더욱이 종래의 보일러에 있어서, 도 2를 참조하면, 보일러의 상부에 위치한 증기공급실(136)로 유입된 저온의 증기에는 공기와 수분이 혼합되어 있어 이러한 저온의 증기에 포함된 수분을 분리시키기 위하여 기수분리기(140)가 적용되어 있다. 기수분리기(140)는 증기공급실(136)과 원수공급관(123) 사이에 연결되어 증기공급실(136)에서 분리된 수분을 분리시켜 수분이 원수공급관(123)을 통해 수조(122)로 순환되도록 하는 것이다.

이와 같이 종래의 보일러는 고온의 과열증기를 생성하기 위한 목적으로 저온증기로부터 기수를 분리시키고, 다시 저온증기를 증기히팅관(126)을 거쳐 재가열시켜 고온의 과열증기로 공급되도록 하는 구조로 이루어져 있다. 따라서, 보일러에서 기수가 분리된 상태의 저온의 증기를 필요로 하는 경우에 있어서는 종래의 보일러는 그 구조가 복잡할 뿐만 아니라 제작비용도 상승하는 문제가 노출되었다.

본 발명은 종래 보일러, 특히 가정용 또는 산업용으로 설치된 보일러로부터 기수가 분리된 저온의 증기를 생성시켜 공급시킬 수 있도록 하는 보일러의 기수 분리장치를 제공하기 위한 것이 목적이다.

더욱이 본 발명에 따른 보일러의 기수 분리장치는 저온의 증기에 포함된 수분을 재가열하여 기화시킬 수 있도록 하는 구조를 제공함으로써, 보일러의 구조를 단순화시키고 제작비용을 저감시키기 위한 것이 다른 목적이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 보일러의 기수 분리장치는, 버너로부터 분사된 화염에 의하여 수조의 원수가 증기로 변화된 다음에 연소실을 통과하여 증기공급실로 공급되는 산업용 또는 가정용 보일러에 있어서, 상기 증기공급실로부터 연소실 내측으로 증기유입관이 연결되고, 버너의 화염이 직접 접촉되지 않도록 화염의 주위에 1회 이상 감기도록 기수분리관을 설치한 후에 증기배출관을 거쳐 보일러의 외부로 연결시킨 것으로서, 상기 증기공급실의 저온의 증기에 포함된 수분이 증기유입관과 기수분리관을 거치면서 기화되어 증기배출관을 통해 고온의 증기로 배출되도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 보일러의 기수 분리장치는 증기에 포함된 수분을 기수분리관을 통해 재가열시켜 기화시킴으로써, 보일러에 별도의 기수 분리장치를 설치하지 않고도 증기배출관을 통해 고온의 증기가 공급될 수 있도록 하여 보일러의 구조를 단순화시키고, 보일러의 제작비용을 절감시킨 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예로서, 보일러의 기수 분리장치에 관하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 실시예로서, 보일러에 기수 분리장치가 적용된 상태를 나타낸 사시도이고, 도 4는 단면도이다.

먼저, 본 발명은 산업용 또는 가정용으로 설치되어 사용되고 있는 각종 보일 러에 적용이 가능한 것으로서, 보일러에 별도의 기수분리기가 장착된 경우에 이를 삭제하고, 대신에 증기배출관을 연소실 내부의 화염 주위에 감아 설치한 기수분리관에 연결시킴으로써, 수분이 분리된 고온의 증기를 생성 및 배출시킬 수 있도록 한 것이다.

기수분리관(126)은 증기공급실(124)의 상부 플레이트(136)에 입구가 연결된 증기유입관(125)으로부터 연소실(132)의 버너(131) 하부에 1회 이상으로 감은 후에 증기배출관(127)으로 연결된다. 기수분리관(126)은 버너(131)로부터 발생되는 화염에 직접 닿지 않도록 하는 것이 좋다.

더욱이 기수분리관(126)은 연소실(132)의 가장자리, 예컨대, 수조파이프(121)의 바깥으로 감기도록 설치할 수도 있을 것이다. 또한, 기수분리관(126)을 버너(131)의 외주연에 감아 연결시킬 수도 있을 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 보일러의 기수 분리장치에 관하여 작용을 설명한다.

본 발명의 보일러의 기수 분리장치는 관류보일러를 포함하는 일반적인 산업용 및 가정용 보일러에 적용이 가능할 것이다. 즉 통상의 보일러는 원수가 가열되면서 수분이 포함된 증기상태로 배출되는 데, 이때 증기에 포함된 수분을 별도의 기수분리기 등을 이용하였다.

그러나 본 발명의 기수 분리장치는 버너(131)로부터 분사된 화염에 의하여 수조(122)의 원수가 증기로 변한 다음에 수조파이프(121)를 따라 기화되면서 증기공급실(124)로 모이게 된다. 그리고 수조파이프(121)를 따라 상승하는 증기는 버 너(131)의 화염에 의하여 더욱 가열되게 된다. 상기 증기공급실(124)로 상승하여 모인 증기 속에는 일정량의 수분이 포함되어 있을 것이다.

물론 버너(131)로부터 분사되는 화염의 크기나 수조파이프(121)의 구조에 따라 증기가 완전히 기화된 상태가 될 수도 있지만, 통상적으로는 증기공급실(124) 내의 증기에는 수분이 포함되어 있다.

상기 증기공급실(124)에는 증기유입관(125)의 입구가 연결되고, 그리고 증기유입관(125)에는 기수분리관(126)의 입구가 연결되어 증기공급실(124) 내의 증기가 증기유입관(125) 및 기수분리관(126)을 따라 배출된다. 이때, 기수분리관(126)은 연소실(132)의 내측으로 감겨있고, 기수분리관(126)의 내측으로 버너(131)로부터 분사된 화염에 의하여 기수분리관(126)을 통해 배출되는 증기는 더욱 가열되면서 증기에 포함된 수분은 기화된다.

따라서 기수분리관(126)을 따라 배출되는 증기는 연소실(132) 내부를 거치면서 증기에 포함된 수분이 기화됨으로써, 사실상 증기의 기수(氣水)가 분리되는 상태가 되는 것이다. 엄밀히 말하자면, 증기에 포함된 수분을 모두 기화시켜 별도로 수분을 분리하지 않게 되는 것이다.

이와 같은 구조는 본 출원인의 실험에 의하여 별도의 기수 분리기를 설치하지 않아도 기수가 분리되는 효과를 얻을 수 있었다.

상기 기수분리관(126)의 출구는 보일러(100)로부터 외부로 연결된 증기배출관(127)과 연결되어 있어 기수분리관(126)에서 기화된 증기는 증기배출관(127)을 따라 공급된다. 이때, 증기배출관(127)에는 외부 공기 등에 의한 증기배출관(127) 내에서 열교환이 이루어지지 않도록 단열처리하여도 좋을 것이다.

더욱이 기수분리관(126)은 증기유입관(125) 및 증기유출관(127)과 일체로 형성되어 단일의 관으로 설치할 수도 있을 것이다.

이와 같이 본 발명의 보일러의 기수 분리장치는 기존의 보일러에서 적용되었던 기수분리기 등을 별도로 설치하지 않고 보일러에서 1차적으로 발생되는 증기를 재가열할 수 있는 구조의 기수분리관을 설치하여 증기에 포함된 수분을 기화시켜 수분의 발생이 이루어지지 않도록 한 것이다.

더욱이 본 발명의 기수 분리장치는 통상의 산업용 또는 가정용 보일러에서 발생된 증기를 외부로 공급시키는 증기배출관 등을 보일러 내부의 가열장치에서 다시 재가열될 수 있도록 하는 기수분리관을 설치함으로서 가능해질 것이다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

도 1은 관류보일러를 나타낸 구성이다.

도 2는 관류보일러를 나타낸 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 실시예로서, 보일러에 기수 분리장치가 적용된 상태를 나타낸 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 보일러에 기수 분리장치가 적용된 상태를 나타낸 단면도이다.

♣ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♣

100: 보일러 111: 하우징

112: 덮개 113: 가이드관

114: 단열재 121: 수조파이프

122: 수조 123: 원수공급관

124: 증기공급실 125: 증기유입관

126: 기수분리관 127: 증기배출관

129: 조절밸브 131: 버너

132: 연소실 133: 배기통로

134: 배기실 135: 배기관

136: 상부 플레이트

Claims (1)

1. 버너(131)로부터 분사된 화염에 의하여 수조(122)의 원수가 증기로 변화된 다음에 연소실(132)을 통과하여 증기공급실(124)로 공급되는 산업용 또는 가정용 보일러에 있어서,

   상기 증기공급실(136)로부터 연소실(132) 내측으로 증기유입관(125)이 연결되고, 버너(131)의 화염이 직접 접촉되지 않도록 화염의 주위에 1회 이상 감기도록 기수분리관(126)을 설치한 후에 증기배출관(127)을 거쳐 보일러(100)의 외부로 연결시킨 것으로서, 상기 증기공급실(124)의 저온의 증기에 포함된 수분이 증기유입관(125)와 기수분리관(126)을 거치면서 기화되어 증기배출관(127)을 통해 고온의 증기로 배출되도록 한 것을 특징으로 하는 보일러의 기수 분리장치.

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