KR20100089989A - Liquid heating apparatus using thermal exchange between liquid and exhaustion gas - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액체 가열장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연소가스를 기포의 형태로 수조 내의 물 기타 액체와 직접 접촉시켜서 액체를 가열하는 방식의 액체 가열장치에 관한 것이다. The present invention relates to a liquid heating device, and more particularly, to a liquid heating device in which a combustion gas is heated in direct contact with water or other liquid in a water bath in the form of bubbles.
일반적으로 액체를 가열하기 위해서는 대개 액체를 용기에 넣고 그 용기를 외부에서 가열하며, 경우에 따라서는 용기 내의 액체 중에 히터를 넣어 액체를 가열하게 된다.In general, in order to heat a liquid, the liquid is usually put in a container and the container is heated from outside, and in some cases, a liquid is put in a liquid in the container to heat the liquid.
액체를 가열하는 장치의 대표적인 것으로 보일러가 있다. 이하 보일러를 통해 액체 가열장치 일반을 설명한다. 보일러는 밀폐된 용기에 담긴 물, 오일, 수은 등의 열매체를 가열하여 가열된 상태의 액상 열매체 혹은 열매체 증기로 만들고 이를 외부로 공급하는 장치로서, 가령 물을 가열하여 온수를 공급하면 온수 보일러, 증기를 공급하면 증기 보일러라고 칭한다. 이러한 보일러에 의해 발생된 온수 또는 수증기는 고온의 상태이므로 이러한 고온의 특성을 이용하여 겨울철 난방용으로 사용하거나 발생된 수증기의 고압의 특성을 이용하여 화력발전소의 증기터빈 등을 가 동시킴으로써 전력을 생산하는 등 널리 사용되고 있다. A typical example of a device for heating a liquid is a boiler. Hereinafter, a general description of the liquid heating apparatus through the boiler will be given. Boiler is a device that heats the heat medium such as water, oil, mercury, etc. in a closed container to make the liquid heat medium or heat medium steam in the heated state and supplies it to the outside. When supplied, it is called steam boiler. Since hot water or steam generated by such a boiler is in a high temperature state, it is used for heating in winter using such high temperature characteristics or to generate electric power by operating a steam turbine of a thermal power plant using the high pressure characteristics of the generated steam. It is widely used.
이러한 보일러는 물을 온도를 높이거나, 물을 수증기로 변화시키는 데 소모되는 열에너지 이외의 낭비되는 열에너지를 최소화하여 열효율을 향상시키는 것이 주된 개발 목표가 된다. In such a boiler, a main development goal is to improve thermal efficiency by minimizing wasted heat energy other than the heat energy consumed to increase water temperature or convert water into steam.
통상, 이러한 종래의 보일러들은 열전도율이 높은 금속재질의 수조에 소정량의 물을 담아 상기 수조의 외부에서 상기 수조를 가열하거나, 또는 수조에 비해 전열면적을 증가시키기 위해 수관에 물이 흐르도록 하고 상기 수관이 코일 형태로 겹치는 등의 방법으로 높은 밀도로 연소실을 거치도록 하고 연소실 내에서 수관을 가열하는 형태를 가진다. 이때, 연소실은 외부로의 열전달을 억제하는 구조를 가지며, 연소실 내의 효율적인 연소를 위해 연소실 내로 연료와 산소(공기)를 공급하여 가능한 한 완전 연소가 이루어지도록 하는 구조를 가진다. (물 내부에서 가열을 하는 전기 히터 코일은 전기를 이용하며, 연료 연소를 이용하여 전기를 생산하는 과정에서는 열손실이 발생하므로 전기 히터의 궁극적 효율은 연료 연소를 직접 이용한 보일러에 비해 효율이 낮다고 본다.)Typically, such conventional boilers contain a predetermined amount of water in a metal tank having a high thermal conductivity to heat the tank outside the tank, or allow water to flow in the water pipe to increase the heat transfer area compared to the tank. The water pipes pass through the combustion chamber at a high density, such as overlapping coils, and heat the water pipes in the combustion chamber. At this time, the combustion chamber has a structure for suppressing heat transfer to the outside, and has a structure for supplying fuel and oxygen (air) to the combustion chamber for complete combustion as possible as possible for efficient combustion in the combustion chamber. (The electric heater coil that heats inside the water uses electricity, and heat loss occurs in the process of producing electricity by fuel combustion, so the ultimate efficiency of the electric heater is lower than that of the boiler using fuel combustion. .)
이러한 일반적 외연식 보일러에서 연료를 연소시키는 버너는 물이 들어있는 수조나 수관과 별도로 외측에 형성된다. 따라서, 이러한 종래의 보일러들은 공통적으로 열원이 되는 고온의 연소가스(고체, 액체, 기체연료를 발화시킴으로써 발생되는 고온의 가스)가 열전도율이 높은 수조 또는 수관과 접촉하여 열에너지가 연소가스로부터 수조 또는 수관으로 1차 전달되고, 열에너지를 받은 수조 또는 수관은 물과 접촉하여 물에 열에너지를 2차 전달한다. 즉, 열전달의 매개체가 되는 수조 또 는 수관을 거치는 간접방식의 가열기술이 사용되고 있다.In such a general external boiler, a burner for burning fuel is formed outside the water tank or water pipe. Therefore, these conventional boilers commonly have a high temperature combustion gas (solid gas, high temperature gas generated by igniting a solid, liquid, or gaseous fuel), which is a heat source, and comes in contact with a water tank or a water pipe having a high thermal conductivity, so that thermal energy is transferred from the combustion gas to the water tank or the water pipe. The tank or pipe receiving primary heat and receiving thermal energy, in contact with the water, transmits secondary heat energy to the water. In other words, an indirect heating technology that uses a tank or a water pipe, which is a medium for heat transfer, is used.
그러나, 이러한 종래의 보일러에서는 버너의 연소 가스가 충분히 용기와 접촉하지 못하고 배출되거나, 중간매개체인 용기의 온도를 높이는 데 열이 소모되고, 열전도율이 높은 용기로 인해 열에너지가 보일러의 외부로 쉽게 방출되어 보일러의 열효율이 떨어진다. 또한, 물의 전체 온도를 상승시키기 위하여 용기 내부 물의 대류현상을 이용하므로 가열속도가 느리고, 열효율 향상에 한계가 있었다.However, in such a conventional boiler, the combustion gas of the burner is discharged without contacting the vessel sufficiently, or heat is consumed to raise the temperature of the vessel, which is an intermediate medium, and thermal energy is easily released to the outside of the boiler due to the vessel having high thermal conductivity. Boiler thermal efficiency is low. In addition, since the convection of the water inside the container is used to increase the total temperature of the water, the heating rate is low and there is a limit in improving the thermal efficiency.
연소 가스를 충분히 용기와 접촉시키기 위해 용기의 열전달 면적을 넓게 하면 보일러 자체의 크기가 증가하고, 용기 형상이 복잡하여 이로 인한 제작, 관리 면에서의 비능률이 새롭게 발생하였다. 또한, 열전달율이 높은 수조 또는 수관은 대개 내화학성이 약하여 쉽게 부식되거나, 물속의 불순물이 서로 결합하여 수조나 수관의 내벽에 스케일이라는 불순물층을 이루어 열전달을 방해함으로써 보일러의 열효율을 떨어뜨리며, 보일러의 수명을 현저하게 감소시키고, 잦은 내부 청소를 실시하여야 하는 등 많은 문제점이 있었다.Increasing the heat transfer area of the vessel in order to sufficiently bring the combustion gas into contact with the vessel increases the size of the boiler itself, and the shape of the vessel is complicated, resulting in new inefficiency in production and management. In addition, water tanks or pipes with high heat transfer rate are usually easily corroded due to their low chemical resistance, or impurities in the water combine with each other to form an impurity layer called scale on the inner wall of the water tank or water pipe, which hinders the heat transfer. There have been many problems, such as significantly reducing the lifespan and frequent internal cleaning.
이러한 외연식 보일러의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 출원인은 이미 '히팅가스 기포에 의한 열교환식 보일러(대한민국특허등록 제10-0277484호)'와 '열교환식 보일러(대한민국특허등록 제10-0502575호)'에 개시된 바와 같이 연소 가스 기포를 이용하여 용기 내의 물을 직접 열교환 방식으로 가열하는 장치를 제시한 바 있다.In order to solve the problems of the external type boiler, the applicant has already 'heat exchange type boiler by heating gas bubble (Korea Patent Registration No. 10-0277484) and' heat exchange boiler (Korea Patent Registration No. 10-0502575) As disclosed in the present invention, there has been proposed an apparatus for heating water in a container by direct heat exchange using bubbles of combustion gas.
이들 발명에서는 버너의 연소가스를 물이 들어있는 수조 내로 유도하고, 수조 내에서 다수의 분사공을 통과시켜 작은 기포 형태로 표면적을 늘린 상태로 수조 내의 물을 통과하면서 기포와 물 사이에 직접 열교환이 이루어지도록 한 것이다.In these inventions, the combustion gas of the burner is introduced into a tank containing water, and a plurality of injection holes are passed through the tank to pass the water in the tank while increasing the surface area in the form of small bubbles. It is to be done.
특히, '열교환식 보일러'에는 버너가 유체 내에 포함되어 버너의 배기 가스가 유체를 가열할 뿐만 아니라, 버너의 벽체 표면을 통해 외부로 방출하는 열의 상당 부분이 전도에 의해 유체의 온도를 높이는 효과를 가진다.In particular, the 'heat exchange boiler' includes a burner in the fluid so that the exhaust gas of the burner not only heats the fluid, but also a large part of the heat released to the outside through the wall surface of the burner increases the temperature of the fluid by conduction. Have
그러나, 이러한 '열교환식 보일러'에서도 연소 가스는 일단 첵크밸브 장치를 가지는 노즐을 통해 버너의 연소실 밖으로 배출되고, 배출된 연소 가스가 다시 다수의 통공을 가지는 기포발생 플레이트를 거쳐 수조 내에서 기포를 발생시킨다. 노즐을 통해 배출되는 다량의 연소 가스는 일단 기포발생 플레이트 밑에 대기압보다 압축된 공기층을 형성한다. 그리고, 부력에 의해 상승하면서 플레이트의 작은 통공을 거쳐 기포가 된다. However, even in such 'heat exchange boilers', the combustion gas is once discharged out of the combustion chamber of the burner through a nozzle having a check valve device, and the discharged combustion gas again generates bubbles in the tank via a bubble generating plate having a plurality of holes. Let's do it. The large amount of combustion gas discharged through the nozzles once forms a compressed air layer below atmospheric pressure under the bubbling plate. And it rises by buoyancy and becomes a bubble through the small hole of a plate.
그런데, 기포발생 플레이트는 수조를 상하의 두 부분으로 나누는 형태를 이루고, 플레이트 하부의 물은 연소가스와 많이 닿지 않고, 주로 버너 표면에서의 열전도에 의해 가열된다. 따라서, 플레이트 하부의 물은 온도가 위쪽보다 낮기 쉽고, 물의 온도가 높은 경우에도 플레이트 하부의 공기층에 의해 이격되어 플레이트 상부로 흘러들어가지 못하며, 자체 공간에서 대류도 활발하지 못하여 수조의 플레이트 하부에 정체된 상태로 존재한다. 플레이트 하부 공간의 물은 유통되지 못하므로 물이 지닌 열은 수조의 외벽을 통해 보일러 효율에 별다른 공헌을 하지 못한 채 외부로 누출되기 쉽다. By the way, the bubble generation plate forms a water tank divided into two parts, the upper and lower parts, the water in the lower part of the plate does not touch the combustion gas much, and is mainly heated by heat conduction on the burner surface. Therefore, the water in the lower part of the plate tends to have a lower temperature than the upper part, and even when the temperature of the water is high, it is separated by the air layer in the lower part of the plate and cannot flow into the upper part of the plate. Exists in a closed state. Since the water in the lower part of the plate is not circulated, the heat of the water tends to leak through the outer wall of the tank without making a significant contribution to the boiler efficiency.
따라서, 보일러 전체로 볼 때에는 기포발생 플레이트 위쪽의 수조 부분에 흐르는 물에 기포로 된 연소 가스가 효율에 영향을 주고, 버너의 벽체를 통해 전도되 는 열이나, 노즐을 막 나온 큰 공기방울 형태의 기포를 통해 전달되는 열은 보일러에서 충분히 효율적으로 사용되지 못하는 문제가 있었다. Therefore, when viewed from the boiler as a whole, the combustion gas made of bubbles in the water flowing in the tank portion above the bubble generating plate affects the efficiency, and the heat conducted through the burner walls or the large air bubbles just exiting the nozzle. The heat transferred through the bubble has a problem that can not be used efficiently in the boiler.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 보일러와 같은 액체 가열장치의 열효율이 떨어지는 문제를 해결하기 위한 것으로, 버너 몸체의 전도열과 버너의 연소가스기포에 의한 전도열을 모두 잘 활용할 수 있고, 수조 내의 전체 물의 섞임과 이동이 용이하여 열효율을 높이기 쉬운 액체 가열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the problem of low thermal efficiency of the liquid heating device, such as the conventional boiler as described above, can utilize both the conduction heat of the burner body and the conduction heat by the combustion gas bubbles of the burner, It is an object of the present invention to provide a liquid heating device that is easy to mix and move to increase thermal efficiency.
또한, 본 발명은 일 측면에 따르면, 액체 용기를 작고 간단한 형상으로 형성하면서도 열전달의 효율을 높일 수 있어서 부피를 줄일 수 있고, 재료비를 절감하게 하는 열교환식 액체 가열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, according to an aspect, an object of the present invention is to provide a heat exchange type liquid heating apparatus which can reduce the volume and reduce the material cost by increasing the efficiency of heat transfer while forming a liquid container in a small and simple shape.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 일반적으로 내화학성이 높은 단열재질의 수조를 사용할 수 있어서 용기가 쉽게 부식되지 않고, 기포에 의해 용기 내에 난류가 형성되므로 물속 유기물질, 무기물질이 침적되어 스케일과 같은 불순물층이 생성될 위험이 낮고, 비록 스케일이 생기는 경우에도 스케일이 용기의 열전달을 차단하여 용기의 단열성을 향상시킴으로써 용기를 포함하는 장치 자체의 열효율을 향상시킬 수 있으며, 직접 가열에 따른 재질 열화로 내구성이 약화되는 것을 방지할 수 있는 액체 가열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, another object of the present invention is to use a tank of heat-insulating material having high chemical resistance in general, so that the container is not easily corroded, turbulence is formed in the container by bubbles, so that organic and inorganic substances in the water are deposited, such as scale. The impurity layer is low, and even if the scale is generated, the scale blocks the heat transfer of the container to improve the thermal insulation of the container, thereby improving the thermal efficiency of the device itself including the container. An object of the present invention is to provide a liquid heating device capable of preventing the durability from being weakened.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액체 가열장치는,Liquid heating apparatus according to the present invention for achieving the above object,
열매체가 되는 액체가 수용되며, 상기 액체가 인입되고 인출되는 통로를 가지는 액조와, A liquid tank containing a liquid serving as a heat medium and having a passage through which the liquid is drawn in and drawn out;
액조 내의 공간에 설치되며, 외부와 구분되는 내부 공간을 형성하기 위한 벽체를 가지는 연소실, A combustion chamber installed in a space in the liquid tank and having a wall for forming an internal space that is distinct from the outside;
상기 벽체를 관통하거나 상기 벽체에 연결되어 연료 및 산소(순수한 산소나 공기중에 포함되는 형태로의 산소를 포함하는 의미이므로 공기와 대체적으로 사용될 수 있음, 이하 동일)를 공급하는 공급 배관을 가지며, It has a supply pipe that penetrates or is connected to the wall to supply fuel and oxygen (which means that it includes pure oxygen or oxygen in the form contained in air, so that it can be used as an alternative to air, hereinafter the same),
상기 벽체는 상기 외부와 상기 내부 공간을 연결하는 복수의 통공 혹은 슬롯을 가지는 것을 특징으로 한다.The wall has a plurality of through holes or slots connecting the outside and the inner space.
본 발명에서 연소실 내에는 연료 및 산소를 공급하는 배관과 연결된 버너가 별도로 구비될 수 있으며, 별도의 버너 없이 배관 일부가 틈을 형성하여 버너의 역할을 할 수도 있다. 버너로는 화염이 발생하지 않도록 이루어진 무염버너(무염연소기)가 이용될 수 있다. 통상, 무염 연소는, 연소 공기와 연료 가스의 2 개의 스트림이 혼합될 때, 혼합물의 온도가 혼합물의 자연발화 온도를 초과할 정도로, 그러나 혼합 속도에 의해 제한되는 혼합시의 산화로 나타나는 온도 미만의 온도로 연소 공기와 연료 가스를 충분히 예열해서 이루어진다. 무염 연소를 위해 발화온도를 낮추는 팔라듐 등의 촉매가 사용될 수 있다.In the present invention, a burner connected to a pipe for supplying fuel and oxygen may be provided separately in the combustion chamber, and a part of the pipe may form a gap without a separate burner to serve as a burner. As the burner, a flameless burner (flameless burner) configured to prevent a flame from occurring may be used. Typically, salt-free combustion is such that when two streams of combustion air and fuel gas are mixed, the temperature of the mixture exceeds the spontaneous ignition temperature of the mixture, but below the temperature indicated by oxidation at the mixing, which is limited by the mixing rate. This is achieved by sufficiently preheating combustion air and fuel gas at a temperature. A catalyst such as palladium that lowers the ignition temperature may be used for flameless combustion.
본 발명의 액체 가열장치에 따르면, According to the liquid heating device of the present invention,
액조 내의 액체 속에서 연소가 이루어지면서 액체에 대해 연소 가스 기포에 의한 열전달과 연소실 벽체를 통한 열전달이 동시에 이루어지며, 간단히 기포의 크 기를 조절하여 열접촉 면적을 늘릴 수 있고, 기포에 의한 액조 내의 액체 섞임과 대류에 의해 전체 액체에 대해 승온 효율, 열전달 효율이 높아질 수 있다. 즉, 기포 방출구의 크기를 줄이고, 숫자를 증가시켜 기포 크기는 최소화되고 기포 갯수는 최대화하여 열전달 면적을 극대화함으로써 열전달 속도를 높이고, 열효율도 높아지도록 한다. As the combustion occurs in the liquid in the liquid tank, heat transfer by the combustion gas bubbles and heat transfer through the combustion chamber wall are simultaneously performed on the liquid, and the size of the thermal contact can be increased by simply adjusting the size of the bubbles, and the liquid in the liquid tank by the bubbles Mixing and convection can increase the temperature raising efficiency and heat transfer efficiency of the entire liquid. In other words, by reducing the size of the bubble discharge port, increasing the number to minimize the bubble size and maximize the number of bubbles to maximize the heat transfer area to increase the heat transfer rate, to improve the thermal efficiency.
또한, 효율이 높아 동일한 열전달 용량을 위한 액체 가열장치는 간단하고, 작은 규모로 형성할 수 있으므로 설비 및 설치 비용을 줄일 수 있고, 연료 및 산소 공급 배관과, 액체 유출입 배관이 융통성이 있다면 이동도 매우 용이하고 자유롭게 된다.In addition, the high efficiency allows the liquid heaters for the same heat transfer capacity to be simple and small in size, thus reducing equipment and installation costs. It is easy and free.
또한, 소형으로 형성되면 주변과의 단열이 용이하므로 더욱 열효율을 높이기 좋고, 주변으로의 열이나 습기 전달에 의한 공해를 줄일 수 있다.In addition, when formed in a small size, it is easy to insulate the surroundings, so that the thermal efficiency can be further increased, and pollution by heat or moisture transfer to the surroundings can be reduced.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 대한 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an embodiment of the present invention.
액체 가열장치(100) 전체는 액조(110)와 액조 내부 공간에 위치하는 연소실(120)을 포함한다. 액조(110)의 상단에는 액체를 거쳐 나온 기포(12)들과, 수증기 등 기체 성분이 모여 외부로 인출될 수 있도록 가스 배출구(117)가 설치되고, 액면 이하의 액조(110) 상부 측벽에는 액체 유출구가 형성되고, 유출구에 연결되는 배관(115)을 따라 가열된 액체가 유출될 수 있다. 액조의 하부 측벽에는 유입구가 형성되어 액체를 액조로 공급할 수 있는 배관(113)이 유입구에 연결된다. The entire
액조(110)는 대부분 액체(10)와 닿아 있으며, 내부의 연소실(120)과 직접 닿을 필요는 없으므로 정상적으로 가열된 액체(10)가 가지는 온도 및 액체의 화학적 특성에 따라 내식성과 내열성을 갖춘 재질로 형성한다. 액조 외측에는 외부로의 열 누출을 막기 위해 외면에 전면적으로 단열재(미도시)를 감쌀 수 있다. 액체가 물인 경우, 부식이 되기 쉽고 단열이 어려운 금속 대신에 액조 내의 허용된 압력에서 가열된 물의 온도와 같거나 높은 온도에서 견딜 수 있는 폴리카보네이트(PC) 등의 내열성 합성수지를 사용하는 것이 바람직하며, 세라믹이나 유리도 사용될 수 있다. 이 경우, 철과 같은 부식성 금속으로 형성하는 경우에 비해 액조 내에 녹이 슬거나, 스케일이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 유지 보수 기간에 액조 내면을 세정하기에도 편리하다. 따라서, 재질 열화 및 파손으로 인한 설비 교체 기간을 줄일 수 있다. The
액조(110)는 내부 공간과 외부 공간을 분리하지만 액조 벽체 일부가 개폐 혹은 조립 가능하게 형성되어 유지보수가 편리하게 형성될 수 있다.The
액조(110) 내부 공간 대부분에는 열매체가 되는 액체(10)가 채워진다. 액체는 일정한 시간율로 일정량이 액조 내로 유입되고 유출되는 연속적인 흐름을 갖거나, 필요에 따라 일정량이 유입되어 가열된 뒤 그 일정량이 일괄적으로 유출구 배관(115)을 통해 인출될 수 있다. Most of the inner space of the
액조의 액체 수위 이하의 위치에 연소실이 설치된다. 연소실은 내부와 외부 를 구분하기 위한 벽체(120)를 구비하여 이루어진다. 연소실 벽체(120)에는 다수의 구멍이나 슬롯이 형성되어 있다. 구멍이나 슬롯이 벽체(120)에 형성되므로 벽체에 의해 연소실이 밀폐는 되지 않지만 연소실 벽체(120)도 크게 볼 때에 연소실 내부 공간과 외부 공간을 분리하며, 벽체 일부가 개폐 혹은 조립 가능하게 형성되면 유지보수가 편리하게 될 수 있다.The combustion chamber is installed at a position below the liquid level in the liquid tank. Combustion chamber is provided with a wall (120) for distinguishing the inside and the outside. The
연료 및 공기(산소) 공급관(160)이 연소실 내부로 연결된다. 이를 위해 연료 및 공기 공급관(160)은 액조(110)의 일부 벽체를 관통하거나 액조의 열린 부분을 통해 연소실 벽체(120)와 만나고, 연소실 벽체를 통해 버너(130)의 인입구에 결합된다. 이 실시예에서는 연료 및 공기 공급관(160)은 액조(110)의 벽체 및 연소실의 벽체(120)를 관통하면서 액조의 벽체 및 연소실 벽체와 고정된다. 따라서, 연료 및 공기 공급관은 연소실을 액조 내의 공간에 액조와 이격된 상태로 위치하도록 고정하는 역할을 한다. 이들 벽체들과 연료 및 공기 공급관의 고정은 볼트 등을 이용한 나사체결(기밀성을 위해 가스켓을 통상 이용할 수 있음)이나, 모르타르재나 용접을 이용하여 이루어질 수 있다. The fuel and air (oxygen)
연료 및 공기 공급관(160)은 이 실시예에서는 하나로 통합되어 연소실로 인입되고 있으나 연료 공급관과 공기 공급관이 별도로 연소실로 인입되어 버너에 연결될 수도 있다. 버너(130)의 운전 중에 연소실 내의 높은 압력에도 불구하고 연료나 공기를 공급하기 위해 연료 및 공기의 공급압은 연소실 내의 압력보다 높아야 한다. 이를 위해 통합 배관이나 연료, 공기 배관 각각에 송풍기(155)를 설치할 수 있고, 개폐 조절을 위한 밸브(143,153)가 배관에 설치된다. 통합 배관에는 연소실 을 통해 버너 내부로 액체가 침투하고, 버너에서 배관으로 액체가 계속적으로 침투되는 것을 방지하기 위해 그 일부에 전자식 혹은 기계식 첵크 밸브(163)와 같은 일방향 열림 밸브를 설치할 수 있다.In this embodiment, the fuel and
한편 이 실시예에서 연소실 내부의 버너(130)는 샤워 해드 형태로 금속 부품이다. 연료 및 공기 공급관이 샤워 해드의 입구에 연결되고 출구측의 넓은 면에는 미세한 다수 구멍이 출구로서 형성되어 있다. 이러한 샤워 해드 형태는 토치 램프 형태와 같이 일방향으로 화염이 길게 형성되는 것에 비해 화염이 비교적 약하고 전반적으로 고르게 분포되어 화염이 연소실 벽체에 직접 닿게 되고 벽체를 열화, 변성시켜 내구성을 떨어뜨리는 한편, 화염 중의 불완전 연소 가스가 직접 벽체 구멍을 통해 배출되는 문제를 줄일 수 있다. 무염버너도 화염 형성에 따른 문제를 없애연소 공간을 줄일 수 있으며, 연소 효율을 높일 수 있으므로 바람직하다.Meanwhile, in this embodiment, the
버너의 측방에는 점화장치(135)로서 전기 스파크 발생장치가 형성되어 있다. 이러한 버너(130)와 점화장치(135) 구성은 휴대형 가스 레인지의 구성과 비슷한 형태를 가질 수 있다. 샤워해드는 일단 연료가 연소되면 가열되어 높은 온도를 유지함으로써 더이상 점화장치의 전기 스파크가 없이도 안정적으로 연료를 발화시키는 작용을 할 수 있다. 점화장치의 전기 스파크 유도를 위해 전압을 인가하는 전선이 연소실 내의 점화장치로부터 액조 외측으로 연결되어 있다. On the side of the burner, an electric spark generator is formed as the
연료의 연소에 의한 연소실 내의 연소 가스의 압력은 정상 운전상태에서 연소실 벽체에 미치는 액체의 압력 가운데 가장 큰 값(가장 아래쪽의 슬롯이나 구멍에서 작용하는 액체 압력)보다 크도록 한다. 이때, 연소실 내부에서의 압력은 연료 및 산소(공기)의 시간당 투입량과, 내부 온도에 기본적으로 영향을 받지만 실질적으로는 벽체에 형성된 미세 구멍이나 미세 슬롯의 단면적과 갯수에 의해 영향을 받을 수도 있다. 구멍이나 슬롯의 단면적이 클 경우, 전체 구멍이나 슬롯에서의 압력이 일정하지 않게 요동할 수도 있고, 연소실 내로 액체가 들어오는 것을 방지하기 위해 액체의 압력보다 연소실 내부의 기압을 더 크게 유지하도록 연소 가스의 양이 조절되어야 한다. 가열 대상 액체를 고려할 때 이 연소 가스의 양이 많아질 경우 충분히 열교환을 하지 못하고 연소가스는 많은 열을 가진 채 배기될 수 있다. 또한, 부피당 접촉면적을 늘려 열교환의 효율이 높아지도록 하기 위해 기포의 직경이 작은 것이 바람직하므로 기포의 크기에 영향을 주는 구멍이나 슬롯의 단면적도 작은 것이 바람직하다. 단, 가열할 액체가 많을 때에는 슬롯이나 구멍의 크기를 너무 작게하면 열효율은 좋지만 처리용량이 작아지는 문제가 있고, 기포는 액중에서 열효율이 좋도록 하기 위해서는 고르게 분포하는 것이 바람직하므로 벽체 상의 구멍이나 슬롯의 분포도 액조의 형태나 크기를 고려하여 고르게 분포되도록 한다. The pressure of the combustion gas in the combustion chamber due to the combustion of the fuel is made to be greater than the largest value of the liquid pressure on the combustion chamber wall under normal operating conditions (liquid pressure acting on the bottom slot or hole). At this time, the pressure inside the combustion chamber is basically influenced by the hourly input amount of fuel and oxygen (air) and the internal temperature, but may be substantially affected by the cross-sectional area and number of the fine holes or the micro slots formed in the wall. If the cross-sectional area of the hole or slot is large, the pressure in the entire hole or slot may fluctuate unevenly, and the pressure of the combustion gas may be maintained to keep the air pressure inside the combustion chamber larger than the pressure of the liquid to prevent liquid from entering the combustion chamber. The amount should be adjusted. Considering the liquid to be heated, if the amount of the combustion gas increases, the heat exchange may not be performed sufficiently, and the combustion gas may be exhausted with a lot of heat. In addition, in order to increase the contact area per volume to increase the efficiency of heat exchange, it is preferable that the diameter of the bubbles is small, so that the cross-sectional area of the holes or slots affecting the size of the bubbles is also small. However, when there is a lot of liquid to be heated, if the size of the slot or the hole is too small, the thermal efficiency is good, but there is a problem in that the processing capacity becomes small, and the bubbles are preferably distributed evenly in order to improve the thermal efficiency in the liquid. The distribution of is to be evenly distributed in consideration of the shape and size of the tank.
연소실을 액조의 액체 내에서 보다 아래쪽에 있도록 하고, 액조의 깊이를 깊게 할수록 기포가 액체 속에서 액체와 열교환을 할 시간을 증가시키는 장점이 있으나, 액조의 높이가 커지고, 액조 내에서의 액체의 섞임이 불량해질 수 있다.The lower the depth of the tank and the more time the air bubbles exchange heat with the liquid in the liquid, the greater the height of the tank and the mixing of the liquid in the tank. This can be bad.
액조 내에서 액체 유입구는 연소실 아래쪽으로 유입 액체를 보내도록 위치를 잡아 설치하면 유입 액체는 연소실 바닥면에서 연소실의 열을 전달받고, 점차 위로 진행하면서 연소실 벽체에서 나온 연소 가스로 이루어진 기포와 접하여 열을 전달받게 된다. 기포는 자체가 밀도차에 의해 상승하면서 액체와의 마찰에 의해 액체를 위로 상승시키는 작용도 하며 이런 액체의 움직임에 의해 액조 전체로는 대류가 더욱 쉽게 이루어질 수 있다. 이런 경우, 물의 흐름을 원활히 하도록 연소실의 하면을 평판이 아닌 아래로 볼록한 곡면의 형태로 하는 것이 바람직하다 (경우에 따라서는 연소실 상면도 위로 볼록한 곡면의 형태로 할 수 있다). When the liquid inlet is positioned and installed in the tank to direct the incoming liquid to the bottom of the combustion chamber, the incoming liquid receives heat from the combustion chamber at the bottom of the combustion chamber, and proceeds upwards in contact with the bubbles of combustion gas from the combustion chamber walls to conduct heat. You will be delivered. The bubble itself rises due to the difference in density, and also acts to lift the liquid up by friction with the liquid, and by the movement of the liquid, convection can be more easily performed throughout the liquid tank. In this case, it is preferable that the lower surface of the combustion chamber be in the form of a curved surface that is convex downward instead of a flat plate in order to facilitate the flow of water (in some cases, the upper surface of the combustion chamber may also be in the form of a convex curved upward).
연소실 벽체는 화염이나 연소가스에 의한 열과 부식에 견딜 수 있는 재질로 이루어지며, 세라믹 재료도 가능하지만 가공성이 우수한 금속판으로 이루어질 수 있다. The combustion chamber wall is made of a material that can withstand heat and corrosion caused by flame or combustion gas, and may be made of a metal plate having a good workability but a ceramic material.
도2 및 도3은 연소실(220,320) 벽체에 미세구멍(223)이나 슬롯(323)이 형성된 예를 나타내며, 도4 및 도5는 연소실(420)의 직육면체 구조를 이루기 위해 직육면체의 두면이 만나는 모서리 부분을 프레임(421) 구조로 하고, 그 위로 금속사(423)를 촘촘히 감아나가는 상태를 나타낸다.2 and 3 show an example in which the
미세 구멍이나 슬롯은 얇은 금속판에 에칭과 같은 화학적 방법이나 펀칭 혹은 레이저빔 조사와 같은 물리적 방법으로 형성할 수 있고, 일정한 형태를 갖도록 하는 프레임에 금속 띠(두께가 얇고 폭이 제한되며 길이가 길어 구부리기 쉬운 판상 재료)나 금속사(423:실)을 겹치거나 인접하도록 촘촘히 감는 방법, 금속 직물로 씌우는 방법 등으로 이루어질 수 있다. 특히 금속 띠나 금속사(423)를 촘촘히 감을 때에는 안정된 상태를 유지하도록 프레임(421)에 접하는 부분의 일부나 전부를 용접으로 고정시키는 것도 가능하다. 금속 띠나 금속사는 촘촘히 한번씩 감겨질 수도 있으나, 복수회 겹쳐 감길 수 있다. 또한, 직육면체의 모서리를 점유하는 프레임 구조에서 한 축방향을 중심으로 감긴 사각 코일과, 그 축과 직각을 이루는 다른 한 축방향을 중심으로 감긴 사각 코일이 함께 연소실(420) 벽체를 형성할 수도 있다. 이때 금속사(423) 사이의 틈이 슬롯(427)이 된다. 도면부호 425는 금속사와 프레임이 용접된 용접부를 나타낸다.Micro holes or slots can be formed by chemical methods such as etching on thin metal plates, or by physical methods such as punching or laser beam irradiation, and bent on metal strips (thin, limited in width and long in length) to form a uniform shape. Easy plate-like material) or a metal yarn 423 (thread) to overlap or adjoin closely, or a method of covering with a metal fabric. In particular, when the metal strip or the
도6 및 도7은 원통형 구조의 연소실을 나타내는 평면도 및 측면도이다.6 and 7 are a plan view and a side view showing a combustion chamber of a cylindrical structure.
연소실의 원통형 구조를 이루기 위해 원통의 원형 상면이 도6과 같이 금속사가 스파이어럴(spiral) 혹은 소용돌이(vortex) 형태로 촘촘히 감겨 이루어진다. 측면은 도7과 같이 금속사로 촘촘히 감아 이루어진 인장코일스프링과 유사한 형태로 형성한다. 이러한 형태를 이루기 위해 원형 상면의 스파이어럴 형태를 만들거나 측면의 코일 형태를 만들 때에는 원형 플레이트나 원통(실린더)을 이용할 수 있다. 가령, 원형 플레이트 위에서 금속사를 감아 스파이어럴 형태를 만들거나, 금속판으로 이루어진 실린더(원통) 외측 표면위로 금속사를 감아 인장코일스프링 형태를 만든다. 금속사를 감아 만든 구조물이 기계적 강성이 약한 경우, 원형 플레이트나 실린더는 연소실의 강성을 유지하기 위해 연소실을 만들 때 제거되지 않고 일종의 프레임 구조로서 그대로 사용될 수 있다. 이 경우, 내부 연소 가스의 외부 방출을 위해 원형 플레이트나 실린더에는 균등한 다수의 구멍을 가지도록 한다. 금속사를 감는 중간중간에는 용접을 통해 감겨진 형태가 유지되기 용이하도록 한다. 금속사의 미세한 틈새가 연소가스가 연소실 밖으로 방출되는 슬릿의 역할을 하게 된다. 물론 연소실 벽체는 금속사를 감아 형성하는 대신에 금속 밴드를 감거나, 금속직물을 덮어 형성할 수도 있다. 여기서 금속사는 조금 과장되게 두껍게 그려졌으나 실제로는 보다 얇은 직경을 가지는 것이 일반적이다.In order to achieve the cylindrical structure of the combustion chamber, the circular circular upper surface of the cylinder is closely wound in a spiral or vortex form as shown in FIG. 6. The side surface is formed in a similar shape as the tension coil spring wound tightly wrapped with metal yarn as shown in FIG. In order to achieve this shape, a circular plate or cylinder (cylinder) may be used to form a spiral shape of a circular top surface or a coil shape of a side surface. For example, a spiral shape may be wound around a circular plate to form a spiral shape, or a metal coil may be wound onto an outer surface of a cylinder (cylinder) made of a metal plate to form a tension coil spring. If the structure made of metal yarn is weak in mechanical rigidity, the circular plate or cylinder may be used as a kind of frame structure without being removed when making the combustion chamber to maintain the rigidity of the combustion chamber. In this case, the circular plate or cylinder should have an even number of holes for the external discharge of the internal combustion gas. In the middle of winding the metal yarn to facilitate the maintenance of the wound form by welding. The fine gap of the metal sand serves as a slit in which the combustion gas is discharged out of the combustion chamber. Of course, the combustion chamber wall may be formed by winding a metal band or by covering a metal fabric instead of forming a metal yarn. Here, the metal yarn is drawn a little exaggeratedly thick, but in reality it is common to have a thinner diameter.
도4 내지 도7에 나타난 연소실의 예시에서 보이는 것과 같이 일정한 프레임이나 원통에 금속사나 금속밴드 혹은 금속 직물을 감아 연소실 벽체를 만든 후에는 벽체 형성에 이용된 프레임이나 원통을 제거하지 않고 함께 벽체나 벽체의 뼈대로서 사용할 수도 있고, 이들을 제거하여 금속사, 금속 밴드나 금속 직물만이 벽체를 이루도록 할 수도 있다. 이런 경우, 가령 프레임과 금속사, 금속 밴드, 금속 직물이 서로 잘 분리될 수 있도록 용접은 금속사 상호간에 혹은 금속 밴드 상호간의 부착만 되도록 이루어지며 프레임과 금속사 혹은 프레임과 금속 밴드가 서로 접하는 곳에서는 용접이 이루어지지 않도록 한다.As shown in the example of the combustion chamber shown in FIGS. 4 to 7, after the metal yarn, the metal band, or the metal fabric is wound around the frame or cylinder to form the combustion chamber wall, the wall or wall is not removed without removing the frame or cylinder used to form the wall. It may be used as a skeleton of, or may be removed so that only metal yarns, metal bands or metal fabrics form walls. In this case, for example, welding is performed only between the metal yarns or the metal bands so that the frame, the metal yarns, the metal bands, and the metal fabric can be separated from each other. In welding, do not make.
한편 도6 및 도7에 도시된 상면과 측면이 나타내는 기하적 형태는 원통형이지만 다른 실시예에서 원통은 위쪽의 직경이 다소 작아지는 테이퍼진 형태의 원통일 수도 있다. 이런 형태는 측면에 금속사를 감기가 용이하고, 연소실을 이룬 상태에서 측면에서 방출되는 기포가 몰리지 않고, 넓게 분포된 형태를 이룰 수 있으므로 이점이 있다. 또한, 금속사를 감은 뒤 원통을 제거하여 금속사만으로 연소실 벽체를 이루도록 하기에도 적합하다. On the other hand, the geometrical shape shown by the top and side shown in Figures 6 and 7 is a cylindrical shape, but in another embodiment the cylinder may be a tapered cylindrical shape of which the upper diameter is somewhat smaller. This form has an advantage because it is easy to wind the metal yarn on the side, and the bubbles emitted from the side in the combustion chamber is not crowded, can form a widely distributed form. It is also suitable to remove the cylinder after winding the metal yarn to form a combustion chamber wall only with the metal yarn.
이상에서 실시예들을 통해 살펴본 구조의 액체 가열장치에서 액체 가열이 이루어지는 과정을 살펴보면, 먼저, 액조(110)는 비어있는 것으로 하고, 공기를 공급하는 송풍기(155) 가동하면서 공기 배관(150)의 밸브(153) 및 공기 연료 통합 배관 혹은 연료 및 공기 공급관(160)의 첵크 밸브(163)가 열린다. 연소실 내압이 충분한 상태에서 유입구 배관(113)을 통해 액조(110)에 열매체 액체(10)가 유입되어 연소실을 감싸고 액체 유출구 이상의 레벨이 된다. 유출구에 연결된 유출구 배 관(115)은 닫힌 상태를 유지한다. 연료 배관(140)의 밸브(143)가 열려 연료가 버너(130)로 공급되면서 연소실 내의 버너(130) 측방의 점화장치(135)에서 전기 스파크가 일면서 점화가 이루어진다. 연소가 정상적으로 이루어지고, 액조 내의 액체 온도가 높아지면 미도시한 온도 센서(미도시)가 이를 감지하고 유출구 배관(115)의 밸브(미도시)를 열게 한다.Looking at the process of the liquid heating in the liquid heating apparatus of the structure described through the above embodiments, first, the
가동을 중단할 때에는 연료 배관(140)의 밸브(143)를 닫아 연소를 중단시키며 공기는 계속 연소실로 유입되어 내압을 유지하도록 한다. 유출구 및 유입구 배관(113,115)을 닫고 미도시된 드레인 밸브를 통해 액조의 물을 제거한다. 물이 제거되면 공기 공급용 송풍기(155) 가동을 중단하면서 연료 및 공기 공급 배관의 밸브를 닫는다. When the operation is stopped, the
가동 시작부터 가동 종료까지 기본적으로 연소실에 공기를 불어넣어 생기는 풍압 혹은 연소실 내압으로 인하여 유입 액체는 연소실 벽체의 구멍이나 슬롯에도 불구하고 연소실로 침투하지 못하며, 버너와 점화장치는 액체에 젖을 염려가 없다.From the start to the end of the operation, the inlet liquid does not penetrate into the combustion chamber despite the holes or slots in the combustion chamber wall due to wind pressure or internal pressure of the combustion chamber. .
도8은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 구성 단면도이다.8 is a cross-sectional view showing another embodiment of the present invention.
도1의 실시예에서와 달리, 액체 유출구 및 이에 연결된 배관(115)이 없고, 연소 가스 및 증기가 배출되는 배관(517)만 존재한다. 이런 경우에는 고온 고압의 액체 증기를 얻기 용이하며, 액체는 증기로 배출되는 만큼씩 액체 유입구 배관(513)을 통해 유입되어 정상 운전 상태를 유지할 수 있다. Unlike in the embodiment of FIG. 1, there is no liquid outlet and
또한, 도1에서는 샤워 해드형 버너를 사용하였지만 여기서는 위쪽이 두 개의 평행 파이프에 의해 커버된 그루브로 버너(530)를 이룬다. 그루브에는 연료 및 공 기 공급 배관(560)이 연결된다. 두 평행 파이프 사이의 틈새가 연료 및 공기를 공급하여 연소되도록 하는 슬롯으로 역할을 한다. 슬롯 입구에 미도시된 점화장치를 통해 불을 붙이면 연소가스와 미처 연소되지 못한 가스성분은 연소실 벽체(520)의 구멍 혹은 슬롯을 통해 배출되면서 액체(10) 속에서 기포(12)를 형성하여 비중 차이에 의해 액조 위쪽으로 떠오르게 된다. In addition, although a shower head type burner is used in FIG. 1, the
도9는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 구성 단면도이다.Fig. 9 is a cross sectional view showing still another embodiment of the present invention;
도1의 실시예와 달리, 연료 및 공기 공급 배관이 액조(610) 벽체를 관통하지 않고 액조의 상방 개방면을 통해 액체(10) 내에 잠겨있는 연소실로 연결된다. 연소실 벽체 일부는 연료 및 공기 공급 배관에 고정되어 결국 연소실 전체가 연료 및 공기 공급 배관에 의해 기계적으로 지지되는 형태를 이룬다. 이런 실시예에서 최초에 액조(610)에 열매체 액체(10)가 채워지고, 연소실도 액체로 채워진 상태일 때에도 연소실에서 연소를 실시하는 과정의 일 예를 살펴보면, 먼저, 송풍기(655)를 가동하여 공기를 연료 공기 공급 배관을 통해 연소실로 불어넣는다. 공기의 압력에 의해 버너의 샤워 해드 일부와 연소실을 채우고 있던 액체는 샤워 해드 구멍과 연소실 벽체 구멍 및 슬롯을 통해 연소실 밖으로 배출된다. 샤워 해드 구멍을 통해 분사되는 공기에 의해 샤워해드 표면과 점화장치는 건조가 이루어지며 이 상태에서 연료 배관(640)의 밸브(643)를 열어 연료 공기 공급 배관으로 연료를 공급하면서 점화용 전기 스파크를 발생시키면 샤워해드에서 연소가 시작된다. 따라서, 초기에 연소실 및 버너에 액체가 채워진 경우에도 별다른 조치없이 쉽게 가열 장치를 구동시킬 수 있다.Unlike the embodiment of FIG. 1, the fuel and air supply piping is connected to the combustion chamber immersed in the liquid 10 through the upper open surface of the liquid tank without penetrating the wall of the
연소에 따라 연소 가스가 연소실 슬롯이나 구멍을 통해 연소실 밖의 액체 중에 분출되면 기포를 이루면서 밀도차에 의해 액조의 위쪽으로 떠오르면서 접하는 액체를 가열하는 점은 다른 실시예와 동일하게 이루어진다.When the combustion gas is ejected into the liquid outside the combustion chamber through the combustion chamber slot or the hole in accordance with the combustion, it is formed in the same manner as in the other embodiments to heat the liquid which comes into contact with the bubble while rising above the liquid tank by the density difference.
정상 운전 상태에서 외부에서 연소실로 인입되는 연료 공기 공급 배관은 버너로 진입하기 전에 액체에 의해 배관벽을 통해 열을 전달받아 연료의 예열이 이루어질 수 있으며, 액면 위로 배출되는 증기 및 연소 가스는 액조로 유입되는 유입수나 연소실로 유입되는 연료, 공기를 예열하여 열효율을 개선하는 데 사용될 수 있다.The fuel air supply pipe, which enters the combustion chamber from the outside in the normal operating state, receives heat through the pipe wall by the liquid before entering the burner, and preheats the fuel, and the vapor and the combustion gas discharged to the liquid level are transferred to the liquid tank. It can be used to improve thermal efficiency by preheating the incoming influent, fuel and air entering the combustion chamber.
본 발명의 액체 가열장치를 열교환식 보일러의 일부로 활용하면 미세기포(3)에 의한 순간적이고, 급속한 액체 가열이 용이하게 된다. 고온의 연소가스에 의해 액체가 비등점 이상으로 가열되어 발생되는 증기는 액조의 천정면에 위치하는 배출관을 통해 배출되어 난방용, 취사용 또는 발전용으로 사용될 수 있다. By utilizing the liquid heating device of the present invention as part of a heat exchange type boiler, instantaneous and rapid liquid heating by the microbubbles 3 is facilitated. Steam generated by heating the liquid above the boiling point by the hot combustion gas may be discharged through a discharge pipe located on the ceiling surface of the liquid tank and used for heating, cooking, or power generation.
도10은 액조의 액체를 배출하는 배출관(1015)이 액조(610)의 저면에 형성된 실시예를 나타내는 구성 단면도이다. 10 is a configuration sectional view showing an embodiment in which a
이런 실시예는 온수와 같이 가열된 액체가 공급되어야 할 사용 장소, 가령 목욕탕이나 수영장 등의 천장 등에 직접 액체 가열 장치를 설치하여 필요에 따라 즉시로 가열된 액체 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 장점을 가진다. 이때, 액체는 위쪽에서 유입되어 아래쪽으로 유출되어 일반적 대류의 방향과 물의 흐름 방향이 다르게 되는 불리한 점이 있지만 비교적 작은 액조 공간에서 다량의 액체를 신속하게 상온에서 크게 높지 않은 온도로 가열할 때에는 대류는 큰 문제가 아니므로 편리하게 이용될 수 있다.Such an embodiment has the advantage of providing a liquid heating apparatus directly installed in a place of use such as hot water, to which a heated liquid is to be supplied, such as a ceiling of a bathroom or swimming pool, so that the heated liquid can be used efficiently as needed. At this time, the liquid flows from the upper side and flows outward, so that the general direction of the convection and the flow direction of the water are different. It is not a problem and can be used conveniently.
도11 및 도12는 본 발명의 실시예들에 적용될, 이상에서의 실시예들과 다른 연소실 외형을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 11 and 12 are perspective views schematically showing the appearance of a combustion chamber different from the above embodiments, which will be applied to the embodiments of the present invention.
도11의 연소실은 도7 및 도8과 같이 도시된 원통형 연소실의 내부 공간 가운데에서 회전 중심축 방향으로 가운데 부분(829)이 제외되는 형태를 가진다. 이런 형태는 직경이 큰 원통 내에 직경이 작은 원통이 동심적으로 위치하여 각각 외측 벽체(821)와 내측 벽체(823)를 이루도록 하고, 상하로는 이들 외측 벽체(821)와 내측 벽체(823)를 연결하는 도너츠형 상부 벽체(825) 및 하부 벽체(827)를 설치하여 이들 벽체로 둘러싸인 사이의 공간만 연소실 내부가 되도록 하여 얻어질 수 있으며, 외관상으로는 이런 연소실(820)은 벽체가 두꺼운 실린더 형태로 보인다.The combustion chamber of FIG. 11 has a form in which the
이런 연소실(820)에서 버너는 도너츠형 하면 벽체(827)를 따라 원형으로 분포될 수도 있고, 한 부분에만 설치될 수도 있다. 연소실(820)의 모든 벽체에는 내부의 연소가스가 배출될 수 있는 미세한 홀 혹은 슬롯(미도시)이 형성되어 액조 내의 액체와 닿는 면적은 더욱 늘어나게 된다. 슬릿이나 홀의 크기와, 단위 면적당 이들 슬릿이나 홀의 형성 밀도를 동일하게 할 경우, 이런 형태의 연소실은 단순한 원통형 연소실에 비해 더 많은 슬릿이나 홀을 가질 수 있다. 결과적으로, 내부 압력이 같을 때 더 많은 기포를 형성할 수 있고, 액체에 대한 열전달 면적이 늘어나므로 더 빠른 열전달이 가능하게 된다.In this
도12의 연소실은 도11의 연소실(820)과 원통형 연소실이 공간적으로 결합된 형태로 이루어진 것이다. 이런 경우, 버너는 중앙의 원통형 부분(930)에만 설치될 수도 있고 중앙의 원통형 부분(930)과 외곽의 실린더형 부분(920) 모두에 형성될 수도 있다. 버너가 중앙의 원통형 부분(930)에만 설치될 경우, 원통형 부분(930)과 외곽의 실린더형 부분(920)은 그 내부 공간이 연결통로(940)를 통해 연소가스가 전달될 수 있도록 연결된다. 연결통로(940)는 다양한 형태로 만들어질 수 있다. 연결통로(940)와 원통형 부분(930), 실린더형 부분(920) 모두에는 기포 발생을 위한 슬릿이나 홀이 형성된다. 이런 연소실의 예에서는 액체와 접하는 연소실 벽체의 면적이 더욱 늘어나 도11의 경우에 비해서도 더욱 늘어나 액체로의 빠른 열전달이 가능하게 된다. The combustion chamber of FIG. 12 has a shape in which the
본 발명에서 연료 공기 공급 배관을 통해서는 수소와 산소가 2:1의 부피비로 섞인 가스가 공급될 수 있다. 이런 경우, 수소와 산소가 연소실에서 연소하면 연소 가스 자체가 수증기로만 이루어지며, 열매체 액체가 특히 물인 경우, 배기 가스를 이루는 불순물이 액조의 물을 오염시킬 염려가 없고, 식용을 포함하여 어떤 용도로도 이용하기 편리하다. 이런 경우, 폭발을 방지할 수 있는 한도에서 연소실에서 완전 연소에 접근하도록 가능한 한 연소실의 온도나 버너의 온도를 충분히 높게 하고, 산소와 수소가 골고루 섞인 상태로 버너로 공급할 수 있다.In the present invention, a gas mixed with hydrogen and oxygen in a volume ratio of 2: 1 may be supplied through the fuel air supply pipe. In this case, when hydrogen and oxygen are combusted in the combustion chamber, the combustion gas itself consists only of water vapor, and if the heat medium liquid is particularly water, there is no fear that the impurities that make up the exhaust gas will contaminate the water in the tank, and for any use, including food. It is also convenient to use. In such a case, the temperature of the combustion chamber or the temperature of the burner may be sufficiently high as far as possible to access the complete combustion in the combustion chamber to the extent that the explosion can be prevented, and the burner may be supplied with the oxygen and hydrogen evenly mixed.
연료는 반드시 유체만 사용할 수 있는 것은 아니지만 고체의 경우 관리나 운용이 어렵기 때문에 액체나 기체 연료를 사용하는 것이 바람직하다. 연소실 내에서 연료의 완전연소 및 오염물질 배출 억제를 위해 여분의 산소(공기)를 충분히 공급하는 것이 바람직하다. 또한 연료의 종류에 있어서도 자체가 오염물질이나 불완전 연소 물질을 배출하는 위험이 낮은 무연 연료인 것이 바람직하다. Fuels are not necessarily fluids only, but liquids or gaseous fuels are preferable because solids are difficult to manage and operate. It is desirable to supply sufficient oxygen (air) in the combustion chamber for complete combustion of fuel and suppression of pollutant emissions. Also, in the type of fuel, it is preferable that the fuel is a lead-free fuel having a low risk of emitting pollutants or incomplete combustion materials.
액체 가열장치의 목적에 따라 기포를 형성하도록 연소실에서 배출되는 연소 가스의 온도는 조절될 수도 있다. 가령, 연소실내의 화염과 충분히 떨어진 상부에는 미세한 물방울을 분사시키는 분무기를 설치하여 고온의 연소가스에 미세한 물방울을 분사하면 기포는 연소가스와 수증기를 포함하면서 온도가 저하된다. 이렇게 하여 분무량을 조절하여 기포 온도를 제어하여 가스가 닿는 연소실, 액조, 액조 내의 가열 대상 액체(예를 들어, 음식물이나 염료 등)의 변성을 방지할 수도 있다. Depending on the purpose of the liquid heating device, the temperature of the combustion gas discharged from the combustion chamber may be adjusted to form bubbles. For example, if a sprayer for spraying fine water droplets is installed at an upper part sufficiently separated from the flame in the combustion chamber, and spraying the fine water droplets onto the hot combustion gas, the bubbles may contain the combustion gas and the water vapor and the temperature may be lowered. In this way, the amount of spray can be adjusted to control the bubble temperature to prevent denaturation of the heating target liquid (for example, food or dye, etc.) in the combustion chamber, the liquid tank, or the liquid tank to which the gas contacts.
한편, 본 발명에 따르면 액체 가열장치 자체가 효율성이 높아지므로 전체적인 외형이 작아지고, 따라서, 무게도 가벼워지며, 무게의 상당 부분을 차지하는 외부 수조가 금속 외의 합성수지와 같은 가벼운 재질로 이루어질 수 있으므로 이동 가능성을 가질 수 있다. 따라서, 외부 수조에 바퀴와 같은 이동수단을 부가 설치하여 가령, 이동 가능한 보일러의 형태로 만들 수 있다. 이런 이동형 보일러는 액체를 공급하는 파이프 등의 수단과, 연료 가스를 공급하는 연료 계통, 가열된 액체나 스팀이 공급될 시스템과 연결될 수 있는 접속부를 가지면 건물 내의 여러 층을 옮겨가거나, 옥외, 가설건물 등에 옮겨다니면서 사용될 수 있다.On the other hand, according to the present invention, since the liquid heating device itself is more efficient, the overall appearance is smaller, and therefore, the weight is also lighter. May have Therefore, by installing a moving means such as wheels in the external tank can be made, for example, in the form of a movable boiler. Such portable boilers can move several floors in buildings, outdoors or under construction, if they have means such as pipes for supplying liquids, fuel systems for supplying fuel gas, and connections that can be connected to systems for heating liquids or steam. Can be used while moving on the back.
이상의 설명에서와 같이 본 발명은 몇 가지 구체적 실시예에 대해서만 기술하였으나, 이러한 실시예를 바탕으로 한 본 발명의 기술사상 범위 내에서의 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며 또한 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다. As described above, the present invention has been described for only a few specific embodiments, but it is apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the technical spirit of the present invention based on these embodiments. Naturally, the modifications belong to the appended claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 대한 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an embodiment of the present invention.
도2 및 도3은 연소실 벽체에 미세구멍이나 슬롯이 형성된 예를 나타내는 사시도,2 and 3 are perspective views showing an example in which micropores or slots are formed in the combustion chamber wall;
도4 및 도5는 직육면체 구조를 이루기 위해 직육면체의 두면이 만나는 모서리 부분을 프레임 구조로 하고, 그 위로 금속사를 촘촘히 감아나가는 상태의 연소실 일부를 나타내는 사시도 및 단면도.4 and 5 are a perspective view and a cross-sectional view showing a part of a combustion chamber in which the edge portion where two surfaces of the rectangular parallelepiped meet to form a frame structure to form a rectangular parallelepiped structure and wind the metal yarn tightly over it;
도6 및 도7은 원통형 구조의 연소실을 나타내는 평면도 및 측면도이다.6 and 7 are a plan view and a side view showing a combustion chamber of a cylindrical structure.
도8 및 도9는 각각 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 구성 단면도이다.8 and 9 are cross-sectional views each showing another embodiment of the present invention.
도10은 액조의 액체를 배출하는 배출관이 액조의 저면에 형성된 실시예를 나타내는 구성 단면도이다. 10 is a configuration sectional view showing an embodiment in which a discharge pipe for discharging the liquid in the liquid tank is formed on the bottom of the liquid tank.
도11 및 도12는 본 발명의 실시예들에 적용될 연소실 외형을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 11 and 12 are perspective views schematically showing the appearance of the combustion chamber to be applied to the embodiments of the present invention.
Claims (12)
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