KR940009070B1 - 응축 보일러 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

응축 보일러
제1도는 프랑스공화국 특허공보 제2,554,565호에 따른 보일러(boiler)의 개략적인 수직단면도.
제2도는 제1도의 보일러에 있는 보조 교환기(auxiliary exchanger)의 정면도.
제3도는 제1도의 보일러에서 사용하기 위한 본 발명에 따른 보조 교환기의 정면도.
제4도는 제1도에 도시된 열 교환기(heat exchanger)를 구비한 보일러의 개략적인 수직단면도.
제5도 및 6도는 제3도 및 4도와 유사한 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 :보일러 14 : 주 교환기
16 : 환기장치 18 : 출구도관
26 : 밀폐관 28 : 보조 교환기
30 : 귀환도관 32 : 입구도관(분배기)
36 : 응축물 배출도관
본 발명은 일반적으로 연소가스(burnt gas) 제거용 시스템에서 배출되는 배기가스에 함유된 열을 보일러(boiler) 출구에서 재생하는 응축기(condenser)를 구비한 응축 보일러(condensation boiler)로 공지된 보일러에 관한 것이다.
특히 가스연소식 보일러로 공지된 보일러는 비교적 고온에서 연소 생성물을 배출하고, 이러한 생성물은 다량의 수증기(water vapor)를 함유하는 것으로 공지되어 있다. 증기(evaporation)의 잠열(latent heat)을 함유하며 지니고 있는 수증기를 응축하기 위하여 상기 연소 생성물을 냉각할 것이 제안되었다. 이를 위하여 상기 열의 주요 부분을 재생하여 이를 가열 회로에 전달하기 위하여 가스의 통로내에 설치된 보조 열교환기(auxiliary heat exchanger)가 사용되어 왔다.
주 교환기와 가스가 주 교환기를 통과한 후에 가스의 통로내에 설치된 보조 열교환기를 구비하는 여러 형식의 응축 보일러가 공지되어 있다. 상기 공지된 보일러에서 보조 교환기는 보일러의 스모그 박스(smoke bos)내에 있는 주 교환기 위에 일반적으로 설치되고, 응축수(condensed water)의 제거 및 수집을 용이하게 하기 위하여 수평에 대해 경사져 있다.
상기 보일러는 통상적으로 만족스럽지만 제작비가 고가이고, 보조 교환기의 위치때문에 특히 유지보존에 관하여 해결해야 할 어려운 문제점이 있는 단점이 있다.
본 발명은 주 교환기와 배기가스에 함유된 열을 재생하는 보조 교환기를 구비하는 형식의 응축 보일러에 관한 것으로, 상기 보조 교환기는 양호한 U 형상의 스테인레스강으로 된 밀폐관(gas-tight duct)에 수직적으로 설치되어 있고, 보일러에서 나오는 배기가스 제거용 도관과 상기 가스를 대기로 배출하는 도관 사이에서 보일러의 활동 부분 외측에 설치되어 있으며, 상기 도관을 하부 부분에서 응축물 제거용 도관을 양호하게 구비하고 있다. 이러한 응축 보일러는 프랑스공화국 제2,554,565호에 기술되어 있다.
본 발명은 얽힌(skeined)형상으로 장착된 복수의 동일한 평면코일, 예를들면 4개의 평면코일로써 형성되고 물의 귀환유동을 가열 회로에서 수용하는 단일 분배기에 의해 공급되는 보조 교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 응축 보일러에 관한 것이다.
일 실시예에 있어서, 얽힌 코일의 조립체는 가스를 하향으로 향하게 하면서 하부 부분에서 배기가스와 동일한 방향으로 이동하는 응축물을 제거하는 도관(배출관)을 포함하는 평행 파이프형 박스(parallelpipedal box)내에 배열되어 있다.
본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 하기에 상세히 설명하기로 한다.
도면을 참조하면, 보일러(10)는 공지된 방법에 따라 버너(12), 연소가스의 통로에서 버너 바로 위에 설치된 주교환기(14), 환기장치(16 ; extractor) 및, 통풍구(20 ; vent)를 통하여 연소가스를 제거하기 위한 도관을 구비한다.
이 경우에 배기가스에 함유된 열을 재생하기 위하여 보조 교환기(28)가 제공되는데(이 보조 교환기는 통상적으로 “응축을 발생기”라 불린다), 이 교환기는 보일러의 활동 부분 외측에서 팽창탱크(24)를 포함하는 보일러의 후미부(22)에 위치 설정된다. 상기 보조 교환기(28)는 양호한 U 형상의 스테인레스강으로 된 밀폐관(air-tight duct ; 26)내에 위치 설정되고, 밀폐관은 가스를 외부로 배출하는 통풍구(20 또는 20′)와 환기장치(extractor ; 16)의 출구도관(18) 사이에 설치된다. 밀폐관(26)내에 수직하게 배열된 상기 보조 교환기(28)의 수직 핀(fin) 본체를 구비하며, 보조 교환기를 통과하는 가열수를 주 교환기(14)로 유도하는 귀환도관(30)을 가진다. 보조 교환기(28)의 관본체에 부착된 입구도관(32)은 임펠러(impller ; 34)에 의해 발생된 물이 강제 순환되는 가열시설(중앙난방용 라디에이터)의 귀환부에 연결되어 있다. 보조 교환기의 하부부분에서, 밀폐관(26)는 플로우트장치(float device ; 도면에 도시되지 않음)에 의해 폐쇄되는 응축물 배출도관(36)이 구비되어 있다. 각 핀의 하단부는 응축수를 양호하게 유동시키고 또한 연소 생성물을 위한 핀 사이의 통로를 제거하기 위하여 양호한 뾰족 형상을 하고 있다.
제1도를 참조하면, 냉기(cold air)는 도관(38)을 통해 유입되고, 연소가스는 주 교환기(14)를 통과하여 환기장치(16)에 의해 출구도관(18)을 통해 추진되어 통풍구(20)를 통해 외부로 배출되기 전에 보조 교환기(28)를 통과한다. 먼저 연소가스는 연소가스열을 주 교환기(14)에 전달하여 도관(33)을 통해 주 교환기로 들어가는 물을 가열한다. 다음에 연소가스는 매우 높은 온도를 유지하는 보조 교환기(28)에 도달하고, 응축물에 의해 연소가스열의 잔류물을 보조 교환기(28)를 통과하는 물에 전달한다. 상기 물은 가열 회로로 귀환하여 상기 보조 교환기(28)에 도달하고, 도관(30,33)을 통해 주 교환기(14)를 통과하며, 재열된 물은 도관(31)을 통해 중앙난방용 라디에이터를 통과한가. 따라서, 최대 생산량을 얻고, 외부로 배출된 가스는 매우 낮은 온도에 있게 된다.
보조 교환기(28)에서 생성된 응축수는 밀폐관(26)의 바닥부에 수집되고 응축물 배출도관(36)을 통해 배출된다. 상술한 바와 같이, 응축되지 않을때는 응축물 배출도관(36)을 통해 연소가스가 배출되지 않도록 하기 위한 플로우트 장치를 제공하는데, 이러한 플로우트 장치는 체크밸브로써 작용한다.
본 발명에 따른 보조 교환기가 제3도 내지 6도에 도시되어 있다.
본 발명에 따르면, 보조 교환기(28)는 도면에 도시된 바와 같이 얽힌(skeined) 형상으로 장착된 4개의 동일한 평면 코일(46, 다른 갯수의 코일도 가능하다)로 형성된다. 즉, 코일을 형성하는 다른 관의 축은 서로 분리되어 있다. 코일은 보일러(10)에 설치된 가열회로의 귀환부에서 재열될 물을 단일 분배기에 입구도관(32)에 의해 공급 받는다.
보조 교환기(28)의 코일 조립체는 밀폐관(26)을 형성하며 하부 부분에 응축물 배출도관(36)을 구비하는 평행 파이프형 박스(parallelpipedal box)내에 위치 설정되고, 상기 박스는 가스를 하향으로 유도한다. 상술한 바와 같이 보일러의 주 교환기(제3도 내지 제6도에 도시되지 않음)를 통과한 후에 보일러(10)에서 얻어진 연소가스는 출구도관(18)을 통해 평형 파이프형 박스로 된 밀폐관(26)에 공급되고, 도관을 통과하는 연소가스는 환기장치(16)에 의해 추진된다.
보조 교환기(28)에 도달하는 연소가스는 매우 높은 온도 상태에 있으며, 특히, 응축물에 의한 연소가스열의 잔류물을 보조 교환기(28)의 코일을 통과하는 물에 전달한다. 가열 회로에서 귀환하여 분배기의 입구도관(32)을 통과하는 물은 보조 교환기(28)의 코일에서 재열된 다음에 귀환도관(30)을 통하여 보일러(10)의 주 교환기를 통과한다.
다른 사용상태(동력, 체적, 압력등)를 상기 보조 교환기에 적용시키기 위하여 연소 생성물이 통과하는 2개의 통로를 제공할 수 있다.
제3도 및 제4도의 배열에 있어서, 평면코일(46)의 조립체는 평행 파이프형 박스로 된 밀폐관(26)내에 배열되고, 교환기만이 보일러(10)에서 얻은 연소가스에 의해 일단 횡단하게 되는 반면에, 제5도 및 제6도의 실시예에서는 코일을 포함하는 박스(26′)의 분할판(42)이 코일의 다발을 분리하도록 배열되어 있으므로 코일의 일부(44)가 가스의 배출용 도관(20″)내에 설치된다. 본 발명은 간단하고 밀집되어 있는 보조 열교환기를 부여하고, 응축물에 의해 열교환을 최적상태로 만들며, 물과 배출가스의 압력손실과 벽에 장착된 가스 보일러에서 유용한 압력 사이에서 부식저항과 양립성에 대한 보호성을 용이하게 하는 수압유동을 부여한다.
본 발명에 의하여 얻어진 장점을 기술하기로 한다.
(1) 사용의 편리성
코일의 특정 설계 및 배열은 사용된 체적에서 관의 굽힘을 용이하게 하기 위하여 관의 곡류반경을 최대로 하게 한다.
모든 코일이 동일하다는 사실은 숫적으로 제한된 굽힘기계를 사용함이 없이, 또한 복잡한 공구없이도 자동적으로 크게 형성할 수 있다.
코일의 기하학적 특성(직경, 곡률반경등)은 상기 교환기를 구리, 스테인레스강 또는 알루미늄과 같은 다른 금속으로 만들 수 있게 한다.
열교환기의 연구에 부여했던 관심은 어떠한 금속을 사용할지라도 효율적인 교환기를 설계하게 한다.
(2) 열교환의 최적 조건
핀이 없으므로 인하여 물과 가스간의 열저항을 최대로 감소시키고, 열교환기의 전체표면 부근에서 수증기의 분압(partial pressure)을 큰 구배로 얻을 수 있으며, 따라서 응축물에 의해 양호한 열교환을 할 수 있다.
배출가스의 저속에도 불구하고, 얽힌 형상으로 코일을 설치함으로 인하여 난류(turbulence)를 증가시키고, 층류(laminar flow)로 얻어진 대류수치보다 더 큰 대류(convection) 수치에 의해 열교환의 로컬(local) 계수를 부여한다.
응축물의 방향으로 가스의 유동과 관의 매끄러운 표면은 응축물을 급속히 제거하게 한다.
관의 벽에 부착되는 수막의 두께가 항상 작기 때문에, 열교환을 방해하지 않으며, 낙하하여 응축할 수 있는 응축물을 형성하게 한다.
(3) 양호한 내부식성
유동중에 사각(dead angle) 또는 모서리를 따라서 재중발이 발생함으로 인하여 지역적인 응축물 집중현상이 없으므로 교환기의 설계는 장기간에 걸쳐 내부식성을 보장한다.
특히, 코일의 루우프 사이의 공간은 응축물을 하향으로 자연유동시키며, 간헐적인 작동사이클, 예를들면, 가정용 온수를 공급하는 도중에 다량의 응축물을 수용하기 전에 정체하여 증발할 수 있는 장소에 존재할 가능성이 있는 부식물질의 농축을 방지한다.

Claims (6)

  1. 주 교환기와, 배기가스에 함유된 열을 보일러 출구에서 재생하기 위한 보조 교환기를 구비하는 응축보일러에 있어서, 상기 보조 교환기(28)는 얽힌 형상으로 장착되고 단일 분배기의 입구도관(32)에 의해 유체가 공급되는 복수의 유사한 평면코일(46)을 포함하며, 상기 복수의 코일은 연소가스를 주 교환기(14)에서 하향으로 향하게 하며 그 하부 부분에서 배기가스와 동일한 방향으로 상기 보조 교환기를 통과하는 응축물을 제거하기 위한 배출도관(36)을 포함하는 밀폐관(26)을 형성하는 평행 파이프형 박스내에 위치 설정되는 것을 특징으로 하는 응축 보일러.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보조 교환기는 4개의 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 응축 보일러.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 코일(46)의 다발을 분리하도록 하기 위해 코일을 포함하는 박스내에 분할판(42)이 제공되어 있으므로 코일의 일부(44)가 배기가스의 배출용 도관(20″)내에 설치된 것을 특징으로 하는 응축 보일러.
  4. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 코일(46)은 핀을 구비하는 도관으로 형성되어 있고, 상기 핀은 수직적으로 배치된 것을 특징으로 하는 응축 보일러.
  5. 제4항에 있어서, 상기 보조 교환기(28)의 각 핀의 하단부는 응축수의 유동을 양호하게 하고 배기가스의 유동이 없는 핀 사이의 통로를 유지하기 위하여 뾰족한 형상으로 된 것을 특징으로 하는 응축 보일러.
  6. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 코일은 핀이 없는 매끄러운 관으로 형성된 것을 특징으로 하는 응축 보일러.
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