KR840000206Y1 - 다단계 연소실을 갖는 보일러 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

다단계 연소실을 갖는 보일러

제1도는 본 고안의 전체 종단면도.

제2도는 본 고안의 요부를 분해한 단면도.

제3(a)도는 제2도의 A에서 본 단면도.

제3(b)도는 제2도의 B-B선 단면도.

제3(c)도는 제2도의 C-C선 단면도.

제4도는 본 고안의 열기 유통공에서의 기류의 흐름을 나타낸 일부 단면도.

제5도는 열기 유통공이 나팔관 모양으로 되지 않은 상태에서의 기류의 흐름을 나타낸 일부 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 보온재 2 : 버어너

3, 4, 5 : 3단계 연소실 6 : 동체

7 : 수관 8 : 연도

3a, 4b : 상측열기유통공 4a, 5b : 하측열기유통공

본 고안은 보일러 동체 내부에 연소실을 3단계로 구성하여 넓은 수열면적을 형성하도록 설치하되 열기 유통공의 가스접면상 하면부를 "R"상의 나팔관 모양으로 형성하여 충분한 열교환에 의한 열효율을 높이기 위한, 다단계 연소실을 갖는 보일러에 관한 것이다.

종래도 연소가스의 직접적인 배출을 지연시키므로서 열효율을 높이도록 한 보일러의 종류는 여러가지가 있었다. 그 중에서도 연소의 흐름을 지연억제하는 방법으로 연소가스 통로에 버플판(Buffle)을 삽입시켰으나 이것은 부식 및 흐름의 저해요소가 되어 착화시나 불완전 연소시 미연소 끄름이 축적되는 결정적인 요인이 되어 일년에 몇번씩 끄름제거 청소를 해야 했고 따라서 전열면적에 대한 열전달의 저해요인이 되는 결점이 있었다.

다른 일례로는 연소실 버어너와 보일러 동체 하단부에 형성된 연통사이의 중간부에 벽체를 형성한 것이 있으나 이것의 결점은 열기가 중심부의 벽체 상단위를 굴곡 우회하여 보일러 본체를 가열하면서 하강한후 하단의 연통으로 배기되는 것이기 때문에 화열이 흐르는데 억제를 받게 되어 열전달이 충분히 이루워질수 없는 결점이 있었다.

또 다른 일례로는 연소실 버어너의 상대편에 복사판을 설치한 것으로서 연소된 화열이 복사판에 부딪쳐 되돌아가서 긴 통로를 지나면서 직접적인 배출이 지연되고 따라서 재연소가 이루워지는 효과를 볼 수 있다고는 하나 이것 또한 화열이 복사판에서 역류되는 것이기 때문에 화열흐름에 억제를 받게 되고 수열면적 확장에 한계가 있어 왔던 것이다.

또 다른 일례로는 연소실 상부에 "+"자형 수관을 배관하고 그 상부에 다수의 배기관을 입형이나 수평으로 장착시켜서 된 것이 있는데 이의 결점은 배기되는 배기가스가 상당한 여열을 가지고 있어서 열효율이 낮았고 또 연소실에서 조금 과잉연소시키면 붉은 불꽃이 연통에서 배출되는 경우를 가끔 볼 수 있다.

따라서 본 고안의 주목적은 기류의 흐름이 와류상으로 회류되어 충분한 열교환을 이루는 보일러를 제공하는데 있다.

즉, 여러개의 연소실을 상방향으로 적충시켜 순조롭게 와류를 이루면서 상승되는 열기의 흐름이 2, 3차례에 걸처 연소실에서 맴돌며 감속이 일어나서 정체하며 충분한 열교환을 하기 위해서는 열기 유통공의 하면을 각기 나판관 모양으로 형성하는 것이 절실히 요구된다.

본 고안의 다른 목적은 원가절감을 위하여 따로 연결관을 배재하는 대신 이음부분인 나판관 모양의 돌출부분을 서로 견고하게 용착하고 상측 열기 유통공과 하측 열기 유통공을 서로 엇갈리도록 형성하여 상승열량이 각 연소실에서 회류되게 하여 충분한 열교환을 할 수 있도록 하는데 있다.

열은 고온부에서 저온부로 흐르는 메카니즘을 기초로 한 것이며 기체 중에는 부분적으로 온도차가 존재하면 유체에 밀도차가 발생하고, 또 밀도차에 따라서는 유체의 이동혼합이 행하여지며 이러한 유체의 자연이동에 따라서 열이 전달되는 것이다.

보일러에 있어서는 가열된 표면에서 유체 유동의 에너지 전달에 의한 열교환이 이루어진다. 따라서 본 고안은 압축성 유체 유동문제에 관한 것이며 유체역학과 열역학의 이상적인 종합에 의하여 구성된다.

보일러에 있어서 연소가스의 흐름이 마찰이 적게 일어나고 너무 급속하에 이루워져서 열이 전달될 기회가 없다면 연소가스는 고온의 상태로 보일러의 배기구로 빨리 흐르게 되어 열효율이 떨어지게 된다. 따라서 원가절감을 위해 마찰이 적고 열전달이 적게 일어나며 짧은 전열거리를 갖는 관(pipe)을 사용하지 않는 본 고안에 의한 보일러에서는 고속 가스 유동의 흐름현상이 일어나며 이때 이 열기의 흐름을 저속으로 조정하여 정체하는 동안에 충분한 열교환이 이루워지게 하는 것이 필요하다.

일반적으로 고속가스 유동은 압력, 온도와 밀도의 큰 변화와 관련되는데 저속가스 유동에 있어서는 고속가스 유동에 비하여 충분한 열교환이 이루워질 수 있는 양호한 조건을 가질 수 있다. 그러므로 이러한 고속가스 유동을 저속가스 유동으로 변화시키는 것이 바람직하다.

이하 첨부도면에 의해 본 고안의 구조와 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

주연에 보온재(1)를 충진하고 하부에 버어너(2)를 설치한 3단계 연소실(3) (4) (5)을 갖는 보일러동체(6)를 구성함에 있어서 1차연소실(3)의 상측에는 수관(7)을 평행으로 관통하고 그 상면에는 나팔관 모양으로 된 3개의 열기유통공(3a)을 돌출시켜서 이 열기유통공(3a)의 상측과는 2차연소실(4)의 하측열기유통공(4a)을 용착하고, 2차연소실(4)의 상측열기유통공(4b)은 상측 중심부에 연도(8)가 형성된 3차연소실(5)의 하측열기유통(5b)에 각각 용착시켜서 형성한다. 또 열기유통공은 서로 엇갈리도록 위치시켜서 제2도에서와 같이 각 열기유통공(3a) (4a) 및 (4b) (bb)는 서로 그 끝단부로 감착되어 (A)부에서와 같이 ""형의 동일한 용착상태로 내주면이 "R"형상으로 이루워진 것으로 미설명부호 9는 콘트롤박스, 10은 온도감지구, 10'는 연소감지구, 11은 급탕용동관, 12는 난방환수구, 13은 온수출구, 14는 수실, 15는 개구부임.

이와 같이 구성된 본 고안은 1, 2, 3차 연소실(3) (4) (5)을 형성시킴과 이들을 서로 연통되게 함에 있어서 별도의 이음관을 사용치 않고 직접 이어지게 하는 것, 그리고 각 연소실(3) (4) (5)의 열기유통공(3a) (4a) 및 (4b) (5b)을 서로 엇갈리게 위치시키므로 해서 충분한 열교환을 할 수 있도록 하고 수열면적을 더욱 높일 수 있는 등의 열효과의 극대화를 이룰 수 있게 된다.

즉, 버어너(2)에서 분사되는 연료가 1차연소실(3)에서 연소되면서 가압가열된 고온연소가스는 주변의 수실(14)과 수관(17)을 가열하고 자연대류이동에 따라서 1차연소실(3) 상부에 모이게 된다. 이때 개구부분(15)을 지나는 유동현상은 많은 공학적 응용을 갖는 유동장을 만든다.

제5도는 본 고안에 의한 구조와 비교하기 위한 것으로서 열기유통공의 구조가 나팔관 모양이 아닌 구조로 도시한 것이며, 하부에서 가열가압 송풍된 연소가스는 제트항공기의 공기흡입구로의 유동과 같은 비축대칭유동을 이루워 개구부(15)을 통과하면서 3차원 유동장을 형성하는데 이때 (가)방향으로부터 유동하는 평행유동과 하부의 (나)방향으로부터 상승하는 상승유동이 맞부딪처서 난류를 이루워 개구부(15)로의 통과를 저지하게 되는 결점이 있음을 알 수 있다.

그러나 본 고안 보일러의 구조는 제4도에서와 같이 열기 유통공(3a) (4a) (4b) (5b)을 나팔관 모양으로 하면 개구부(15)을 통과하면서 (다)방향으로의 흡입 내향유동이 일어나게 되며 유동장에 의해 편향되어 회전유동, 즉 와류를 형성한다.

기류가 고정깃 역활을 하는 (라)부분을 통과할때 (마)방향에서 상승하는 기류의 상승세에 의하여 편향되면서 와류를 형성하여 2차연소실(4)에서 멤돌며 감속이 일어나 정체함과 동시 주변의 수실(14)을 또 가열하여 충분한 열교환을 하게 되며 다시 상측의 열기유통공(4b) (5b)을 통과할 때에도 하측의 열기 유통공(3a) (4a)을 통과할때와 마찬가지로 상승하는 기류의 상승세에 의하여 편향되어 와류를 형성하여 3차연소실(5)에서 멤돌면서 감속이 일어나서 정체하며 주위의 수실(14)을 가열하여 충분한 열교환을

원가절감을 위해 관을 사용하지 않는 보일러에 있어서는 연소가스의 흐름의 거리가 짧기 때문에 연도(8)부분으로의 배출거리가 짧아서 고열가스가 배출되는 단점이 있으나, 본 고안과 같이 열기유통공(3a) (4a) (4b) (5b)을 " R "부와 같은 나팔관 모양으로 형성시키면 기류의 흐름이 와류상으로 되어 제2연소실(4) 및 제3연소실(5)에서 정체 멤돌며 충분한 열교환을 이루워 보일러의 열효율을 높이게 되는 것이다.

또한 상하연소실(3) (4) (5)의 열기유통공(3a) (4a) (4b) (5b)을 용착함에 있어서는 제2도와 같이 상측의 열기유통공(4b)의 상측외주연에 상측열기유통공(5b)의 내주연이 감착되게 한후 그 사이를 ""형의 동일한 형상으로 (A)부에서와 같은 용착을 함으로서 견고하게 상하측 연소실(3) (4) (5)을 연결한 열기유통공(3a) (4a) (4b) (5b)의 내면은 " R "상으로 매끄럽게 이루어진다.

이와 같이 연소가스의 배출과정은 종전과 같이 통과속도를 지연시키는 효과에 그치는 것이 아니라 나팔관 모양의 상하측 열기유통공(3a) (4a) (4b) (5b)을 통과하면서 회전유동, 즉 와류를 형성하며 제2, 3차 연소실(4) (5)에서 멤돌며 감속이 일어나서 정체하며 수실(14)에 충분한 열교환을 하고 불완전연소를 최대한으로 방지하는 효과를 얻게 되는 것이다.

그 뿐만 아니라 상기 2, 3차 연소실(4) (5)의 증설은 결국 수실(14)의 표면적을 확장한 결과를 가져오기 때문에 수열도가 높은 잇점에 제공되며 각 연소실을 잇는 이음관은 연소실 자체에서 나팔관 모양으로 연장하여 돌출시켰기 때문에 별도의 연결관이나 2중의 연결관 이음작업이 필요없이 더욱 견고하고 간편히 제작할 수 있는 등의 장점을 얻게 되는 것이다.

Claims (1)

1. 도시한 바와 같이 3단계 연소실(3) (4) (5)을 갖는 보일러 동체(6)를 구성함에 있어서, 연소실(3) (4) 상부로 돌출형성된 3개의 나팔관 모양의 열기유통공(3a) (4b) 상측외주연으로 연소실(4) (5)의 하부 열기유통공(4a) (5b)의 내주연이 감착되도록 하고, 그 내측 부위를 "" 형상의 (A)부와 같이 용착하여 각 열기유통공(3a) (4a) (4b) (5b)의 내주연부가 상하면으로 각기 " R "형상의 나팔관면과 같이 되도록 서로 엇갈리게 열기유통공(3a) (4a) (4b) (5b)을 연결되게 함을 특징으로 한 다단계 연소실을 갖는 보일러.