KR20090090175A - 열매체 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열매체 보일러에 관한 것으로, 보일러 본체부재(10)의 내부에 형성된 연소실(11) 내에 버너부재(30)와 임의의 간격을 두고 연소 가스의 일부를 버너부재(30) 측으로 순환시키는 가스 순환부재(40)를 장착하되, 열매체 순환관부재(40)로 외측을 감싸 위치를 고정하여 장착한 것이다.

본 발명은 연소 가스를 일부 순환시켜 화염 온도를 낮춤으로써 연소 시 발생하는 질소 산화물(NOx)의 발생량을 줄여 환경 오염을 최소화하는 효과가 있는 것이다.

또한 본 발명은 고온의 연소실(11) 내에 열매체유가 순환하는 순환관부재(20)로 연소 가스를 버너부재(30) 측으로 일부 순환시키는 가스 순환부재(40)를 용이하게 지지하여 고정할 수 있어 콤팩트한 보일러 설계가 가능한 효과가 있는 것이다.

Description

열매체 보일러{Heating medium Boiler}

본 발명은 열매체 보일러에 관한 것으로 더 상세하게는 연소 시 발생하는 녹스(NOx)의 발생량을 줄여 환경 오염을 최소화할 수 있는 열매체 보일러에 관한 것이다.

일반적으로 열매체 보일러는 낮은 압력 하에서 고온의 증기나 온수를 얻을 수 있는 보일러로써, 보일러 본체 내부에 열매체가 순환되는 열매체 순환관을 설치하고, 상기 열매체 순환관을 가열하여 난방하는 보일러이다.

열매체 보일러는 열매체로 통상 열매체유를 사용하여 밀폐된 사이클 내에서 열매체유를 순환시키면서 작동되므로 열손실이 없고, 급, 배수 시스템이 필요하지 않는 장점이 있는 것이다.

또한 열매체 보일러는 저압(1 내지 3기압)에서 350℃의 고온을 안전하게 얻을 수 있고 균일한 가열과 냉각 또는 급가열, 급냉각을 자유롭게 조절할 수 있어 화학공업, 유화, 방적, 플라스틱, 폐인트 및 고무 제품 생산 공장 등에 주로 사용되고 있다.

종래의 열매체 보일러는 도 1에서 도시한 바와 같이 내부에 연소실(11)이 구 비되고, 일측에 연소 가스를 배출하는 배기부(12)가 구비된 보일러 본체부재(10)와;

상기 보일러 본체부재(10) 내에 배관되며 내부로 열매체유가 순환되는 열매체 순환관부재(20)와;

상기 보일러 본체부재(10)의 상부에 장착되어 연소실(11) 내로 화염을 발생시키는 버너부재(30)를 포함하는 것이다.

열매체 보일러는 버너부재(30)의 화염으로 열매체 순환관부재(20) 내로 순환되는 열매체유를 가열하여 순환시키는 것이다.

이러한 열매체 보일러는 버너부재(30)의 화염 연소 시 연료 중 질소 성분과 공기 중의 질소 성분이 연소 가스 중의 잉여 공기와 반응하여 질소 산화물(NOx)를 발생하게 된다.

질소 산화물(NOx)는 산성비, 광화학 스모그, 눈과 호흡기 장애, 오존생성을 발생시키는 환경 오염 물질로 환경 오염을 방지하기 위해 보일러 작동 시 발생하는 발생량을 최소화해야 하는 것이다.

그러나 종래의 열매체 보일러는 고온의 화염에 의해 질소 산화물이 다량으로 발생하는데 이러한 질소 산화물이 포함된 연소 가스를 배기부(12)를 통해 그대로 배출하여 환경 오염을 증대시키는 문제점이 있었던 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 연소 가스를 버너 측으로 재순환시켜 화염 연소 시 화염 온도를 낮춰 질소 산화물(NOx)의 발생량을 줄이는 열매체 보일러를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 열매체 보일러는 내부에 연소실이 구비되고, 일측에 연소 가스를 배출하는 배기부가 구비된 보일러 본체부재와;

상기 보일러 본체부재 내에 배관되며 내부로 열매체유가 순환되는 열매체 순환관부재와;

상기 보일러 본체부재의 일측에 장착되어 연소실 내로 화염을 발생시키는 버너부재와;

연소 가스가 통과하는 중공형 유로가 형성되되, 유로 내에 직경이 좁아진 협관부가 구비되게 형성되어 통과된 연소 가스의 일부를 버너부재 측으로 순환시키며, 상기 열매체 순환관부재에 의해 감싸져 연소실 내에서 상기 버너부재와 임의의 간격을 두고 장착되는 가스 순환부재를 포함한다.

이러한 구성의 본 발명에 따르면, 연소 가스를 일부 순환시켜 화염 온도를 낮춤으로써 연소 시 발생하는 질소 산화물(NOx)의 발생량을 줄여 환경 오염을 최소 화하는 효과가 있는 것이다.

또한 본 발명은 고온의 연소실 내에서 열매체유가 순환하는 열매체 순환관부재로 연소 가스를 버너 측으로 일부 순환시키는 가스 순환부재를 용이하게 지지하여 고정할 수 있어 콤팩트한 보일러 설계가 가능한 효과가 있는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 열매체 보일러의 단면도로서, 보일러 본체부재의 내주면을 따라 복수의 열매체 순환관이 배관되고, 연소실 내에서 가스 순환부재가 버너부재와 임의의 간격을 두고 장착된 것을 나타내고 있다.

도 3은 본 발명의 요부 확대 단면도로서, 버너부재와 임의의 간격을 두고 장착된 가스 순환부재로 연소 가스가 버너 부재 측으로 일부 순환되는 상태를 나타내고 있다.

도 4는 본 발명의 요부확대 단면 사시도로서, 가스 순환부재의 외주면으로 복수의 열매체 순환관부재가 감겨지는 상태를 나타내고 있다.

도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 다른 실시 예를 도시한 요부 확대 단면도로서, 가스 순환부재의 외주면에 열매체 순환관부재에 걸려 가스 순환부재의 위치를 고정하는 돌출부가 돌출되는 예를 나타내고 있다.

도 2에서 도시한 바와 같이 본 발명의 보일러 본체부재(10)는 내부에 연소실(11)을 구비하며 원통 형상으로 형성되는 것을 기본으로 하며 상부 일 측에 연소 가스를 배출하는 배기부(12)가 구비된다.

상기 보일러 본체부재(10)의 내부에는 내부의 관로로 열매체유가 순환되는 열매체 순환관부재(20)가 배관되는데, 상기 열매체 순환관부재(20)는 보일러 본체부재(10)의 내주면을 따라 나선형으로 감겨져 배관된다.

보일러 본체부재(10)의 상부에는 연소실(11) 외부에 배관된 열매체 순환관부재(20)에서 연소실(11) 내로 배관된 열매체 순환관부재(20)로 열매체를 유입시키는 열매체 유입 헤더부재(13)를 구비한다.

또한 보일러 본체부재(10)의 하부에는 연소실(11) 내에 배관된 열매체 순환관부재(20)에서 가열된 열매체를 배출하여 연소실(11) 밖으로 배관된 열매체 순환관부재(20)로 순환시키는 열매체 배출 헤더부재(14)를 구비한다.

상기 열매체 순환관부재(20)는 복수로 구비되어 각각의 양 단부가 열매체 유입 헤더부재(13)와 열매체 배출 헤더부재(14)로 연결되며 본 실시예에서는 3개의 열매체 순환관부재(20)를 구비하여 보일러 본체부재(10)의 내주면을 따라 나선형으로 감겨져 배관되되, 겹으로 감겨져 배관되는 것을 기본으로 한다.

열매체 순환관부재(20)는 열매체유의 순환이 용이하도록 상기한 바와 같이 상부의 열매체 유입 헤더부재(13)에서 하부의 열매체 배출 헤더부재(14)로 이동되도록 배관되는 것이 바람직하다.

또한, 보일러 본체부재(10)의 상부에는 화염을 발생시켜 연소실(11) 내의 공기를 가열하는 버너부재(30)가 장착된다.

상기 버너부재(30)는 중앙으로 분무매체가 공급되고, 분무매체의 외측으로 연료가 공급되는데 단부에서 상기 연료와 분무매체를 혼합하여 분무하는 분무 혼합실(도시되지 않음)을 구비하여 연료를 분무하면서 점화되어 화염을 발생시키는 것이다.

상기 버너부재(30)는 종래의 공지된 것으로 상세한 설명은 생략하며, 상기한 구조 이외에도 연료를 배출하면서 점화되어 화염을 발생시키는 공지된 어떠한 구조도 본 발명에 포함됨을 밝혀둔다.

한편, 상기 연소실(11)의 내부에는 상기 버너부재(30)와 임의의 간격을 두고 가스 순환부재(40)가 장착된다.

상기 가스 순환부재(40)는 도 3에서 도시한 바와 같이 내부에 연소 가스가 통과하는 중공형 유로(41)가 형성되며, 상기 중공형 유로(41)는 유로 내에 유로 내의 직경이 좁아지는 협관부(42)가 구비되는 것이다.

상기 가스 순환부재(40)는 연소 가스가 중공형 유로(41)를 통과할 경우 협관부(42)에서 유속이 증대되면서 유체의 압력이 저하된다.

그리고 연소 가스는 협관부(42)를 통과하여 가스 순환부재(40)의 출구 측으로 배출되면서 팽창되어 유속이 느려지고 유체의 압력이 높아지는데, 이때 배출되는 연소 가스 중 일부가 가스 순환부재(40)의 외벽을 따라 가스 순환부재(40)와 버너부재(30)의 간격 사이로 흡입되는 것이다.

가스 순환부재(40)와 버너부재(30)의 간격 사이로 재흡입된 연소 가스는 버너부재(30)의 화염 온도를 낮춰 연소 시 발생하는 질소 산화물(NOx)의 발생량을 줄이게 되는 것이다.

상기 가스 순환부재(40)의 중공형 유로(41)는 입구 측에서 협관부(42) 측으로 점차 유로가 좁혀지고, 협관부(42) 측에서 출구 측으로 점차 유로가 넓어지도록 형성되어 유로를 통과하는 연소 가스의 흐름이 원활하도록 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 가스 순환부재(40)의 중공형 유로(41)는 입구에서 협관부(42)까지의 길이를 협관부(42)에서 출구까지 길이보다 짧게 형성하는 것이 바람직하다.

연소 가스는 입구에서 협관부(42)로 유속이 빠르게 증대되고, 협관부(42)를 통과한 후 서서히 팽창되면서 유속이 느려져 가스 순환부재(40)와 버너부재(30) 사이로 흡입되는 양이 증대되어 연소 시 발생하는 질소 산화물(NOx)의 발생량을 더욱 줄일 수 있는 것이다.

상기 가스 순환부재(40)는 연소실(11) 내의 고온에서 강도가 유지되고 변형되지 않는 공지의 내화물로 제조되며, 본 발명에서는 내화골재와 결합재를 혼합한 캐스타블(Castable)을 사용하여 제조하는 것을 기본으로 한다.

가스 순환부재(40)는 도 4에서 도시한 바와 같이 연소실(11) 내에서 배관된 열매체 순환관부재(20)를 연장하여 외주면을 감싸 고정시킴으로써 버너부재(30)와 임의의 간격을 가지도록 노통부의 내부 즉, 연소실(11) 내에 장착되는 것이다.

상기 열매체 순환관부재(20)는 내부로 열매체유가 순환되므로 연소실(11) 내의 고열에도 변형되거나 손상되지 않고 연소실(11) 내에서 가스 순환부재(40)를 버너부재(30)와 임의의 간격을 가지도록 장착 가능하게 하는 것이다.

가스 순환부재(40)는 하나의 열매체 순환관부재(20)로 외주면을 수회 감아 위치를 고정하도록 할 수도 있으나, 복수의 열매체 순환관부재(20)가 연소실(11) 내에 배관된 경우 각 열매체 순환관부재(20)로 외주면을 균일하게 감아 위치를 고정하는 것이 바람직하다.

이는 복수의 열매체 순환관부재(20)에서 열교환이 고르게 이루어지게 하여 열효율을 증대시키는 효과가 있는 것이다.

가스 순환부재(40)를 감싼 열매체 순환관부재(20)는 가스 순환부재(40)의 외측을 따라 가스 순환부재(40)와 버너부재(30) 사이로 흡입되어 재순환되는 연소 가스의 온도를 낮춰 연소 시 발생하는 질소 산화물(NOx)의 발생량을 더욱 줄일 수 있는 것이다.

가스 순환부재(40)는 외주면에 열매체 순환관부재(20)에 접합되는 장착 플레이트부(43)가 구비되며, 상기 장착 플레이트부(43)는 열매체 순환관부재(20)로 감싸져 냉각되므로 연소실(11) 내의 고온에도 변형되지 않고 가스 순환부재(40)의 위치를 고정시키게 되는 것이다.

또한 상기 가스 순환부재(40)의 외주면에는 도 5a 내지 도 5b에서 도시한 바와 같이 열매체 순환관부재(20)에 걸려 지지되는 돌출부(44)가 구비되어 가스 순환부재(40)의 위치를 고정시킬 수 있는 것이다.

상기 돌출부(44)는 도 5a에서 도시한 바와 같이 가스 순환부재(40)의 외주면 양 단부 측에 돌출되어 열매체 순환관부재(20)를 걸어 지지할 수도 있으며, 도 5b에서 도시한 바와 같이 복수의 열매체 순환관부재(20) 사이로 돌출되어 열매체 순환관부재(20)를 걸어 지지할 수도 있는 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같이 연소 가스를 버너부재(30) 측으로 재순환시키는 가스 순환부재(40)가 내부로 열매체유가 순환되는 열매체 순환관부재(20)로 지지되어 연소실(11) 내에 장착되므로 버너부재(30)의 화염온도를 낮춰 연소 시 발생하는 질소 산화물(NOx)의 발생략을 저감시켜 환경 오염을 방지할 수 있는 것이다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.

도 1은 종래의 열매체 보일러를 도시한 단면도

도 2는 본 발명의 구조를 도시한 단면도

도 3은 본 발명의 요부 확대 단면도

도 4는 본 발명의 요부확대 단면 사시도

도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 다른 실시 예를 도시한 요부 확대 단면도

*도면 중 주요 부호에 대한 설명*

10 : 보일러 본체부재 11 : 연소실

12 : 배기부 13 : 열매체 유입 헤더부재

14 : 열매체 배출 헤더부재 20 : 열매체 순환관부재

30 : 버너부재 40 : 가스 순환부재

41 : 중공형 유로 42 : 협관부

43 : 장착 플레이트부 44 : 돌출부

Claims (3)

1. 내부에 연소실이 구비되고, 일측에 연소 가스를 배출하는 배기부가 구비된 보일러 본체부재와;

   상기 보일러 본체부재 내에 배관되며 내부로 열매체유가 순환되는 열매체 순환관부재와;

   상기 보일러 본체부재의 상부에 장착되어 연소실 내로 화염을 발생시키는 버너부재와;

   연소 가스가 통과하는 중공형 유로가 형성되되, 유로 내에 직경이 좁아진 협관부가 구비되게 형성되어 통과된 연소 가스의 일부를 버너부재 측으로 순환시키며, 상기 하나 또는 2 이상의 열매체 순환관부재에 의해 감싸져 연소실 내에서 상기 버너부재와 임의의 간격을 두고 장착되는 가스 순환부재를 포함한 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 가스 순환부재는 외주면에 열매체 순환관부재에 접합되는 장착 플레이트부가 구비되는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 가스 순환부재의 외주면에는 열매체 순환관부재에 걸려 지지되는 돌출 부가 구비되는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.

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