고효율 증기보일러 {Steam boiler of high efficiency}
도 1 은 보일러의 외형을 나타낸 사시도. 도 2 는 보일러의 내부 주요부분을 도시한 사시도. 도 3 은 타원주형관(타원기둥형관)의 단면도. 도 4 는 도면2의 X - Y 축의 평면도. 도 5 는 연소가스의 이동경로를 표시한 정면도. ※도 1 의 주요부분에 대한 부호의 명칭 1: 보일러 본체 2: 급수공급관 3: 펌 프 4: 1 차 급수유입관 5: 급수예열기 6: 2 차 급수유입관 7: 버 너 8: 증기배출구 9: 연소가스 배출구 10: 폐수배출구 ※도 2의 주요부분에 대한 부호의 명칭 11: 급수이동로 12: 급수저장소 13: 연소실 14: 연소가스 유통관 15: 증기저장소 16: 보조관 A 1 : 제 1차열 관(타원주형관) A 2 : 제 2차열 관(타원주형관) B 1 : 1차 차단부재 B 2 : 2차 차단부재 C 1 : 1차 통로 C 2 : 2차 통로 D 1 : 1 차 연소가스 이동로 (1 차 원통형의 내부) D 2 : 2 차 연소가스 이동로 (1 차 원통형과 2 차 원통형과의 사이 공간) D 3 : 3 차 연소가스 이동로 (2 차 원통형의 외부) ※도 3의 주요부분에 대한 명칭 a: 평면길이 b: 두께폭
본 발명은 고효율 증기보일러에 관한 것으로 타원주형관을 사용하고 연소가스의 이동거리를 길게하여 빠른 시간에 증기를 만드는 구조이다. 본 발명의 타원주형관(도면3의 관을 타원주형관이라 한다)은 일반적으로 사용하고 있는 원형관 보다는 같은 부피에서 평면길이가 길고 두께폭이 좁아 전열면적이 넓고 열전도가 빠르며, 양쪽이 R형이므로 압력에도 견딜 수 있는 우수한 열효율을 가진 보일러관이므로 적은 연료로 빠른 시간에 급수의 온도를 상승시켜 증기를 만드는 구조를 가진 관이며, 최초에 공급되는 급수를 예열기로 거치게 하여 보일러 내부의 잔열에 의해 급수의 온도를 상승시켜 급수이동로에 유입시키므로 에너지가 절약되도록 하였으며, 증기저장소 내에 보조관을 만들어 계속적으로 고온의 증기를 유지할 수 있도록 한 구조인 것이다. 또한, 연소가스의 진행은 1 차와 2 차의 통로를 상단부와 하단부에 서로 반대방향에 만들어 1∼3 차의 연소가스 이동로로 진행할 때 역방향으로 진행함으로, 연소가스의 속도가 감소되어 더디게 진행될 뿐만 아니라 연소가스의 이동거리가 길어져 급수를 가열하는 시간이 충분히 주어지며, 더구나 증기저장소 외부와 내부의 보조관을 거치면서 증기를 가열하고 연소가스 배출구로 배출되기 때문에 연소가 잘되어 연소열이 거의 소모되므로 배기온도가 낮고 불연소가스인 공해물질이 거의 배출되지 않으며, 연소가스의 이동로에 내압이 거의 없어 자연스럽게 순환 배출되는 구조이다. 종래의 증기보일러는 전열면적이 적고 두께폭이 두꺼운 원형관을 사용하고 있으며, 예열기를 따로 제작하여 부착사용하고 증기저장소 내에 보조관이 없으며, 연소가스 이동거리가 짧아 연소가스의 속도가 빠르므로 충분히 연소시키지 못해 배기가스의 온도가 높고 불연소가스인 공해물질이 많이 배출되기 때문에. 열효율이 낮고 연료가 많이 소모되며 환경적이지 못한 재래식 구조이다.
본 발명의 보일러는 상기와 같이 종래의 증기보일러의 문제점을 해결할 목적으로 발명된 것으로, 상과 하의 면이 평면이여서 평면길이가 길어 전열면적이 넓고 두께폭이 좁아 열전도가 빠른 타원주형관을 사용하고, 최초에 공급되는 급수를 예열기를 거치게 하였으며, 연소가스의 진행을 1∼2차의 통로와 1∼3 차의 이동로 및 증기저장소 외부와 내부의 보조관을 경유케 함으로써, 연소가스의 속도가 감소되고 이동거리가 길어지므로 연소가스의 열이 최대한 급수를 가열하는 구조로써, 열효율을 한층 향상시킨 고효율적이고 경제적이며 친환경적인 보일러를 제공하고자 하는데 기술과제의 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 위해 본 발명의 보일러는 외부와 내부로 나누어져 있다. 외부에는 본체에 예열기를 만들어 최초에 유입되는 급수는 예열기에서 보일러 내부의 잔열에 의해 가열된 후 내부의 급수이동로를 거쳐 급수저장소로 이동하게된다. 급수저장소에는 원형으로 제 1 차열 관과 제 2 차열 관으로 증기저장소와 연결되어 있으며 관과 관 사이에는 차단부재가 부착되어 있어 제 1 열 원통형과 제2 열 원통형으로 형성되어 있다. 제 1 열 원통형 상단부와 제 2 열 원통형 하단부에는 연소가스가 이동할 수 있도록 차단부재를 부착하지 않고 통로를 만든다. 급수저장소에 유입된 급수는 타원주형관으로 증기저장소로 이동하는 과정에서 연소가스의 열에 가열되어 증기가 되어 증기저장소에 운집한다. 한편, 연소가스는 연소실에서 연소가스 유통관을 지나 제 1 차열 관과 1차 차단부재로 형성된 제 1 열 원통형의 내부인 1 차 연소가스 이동로에 이동하여 제 1차열 관과 증기저장소를 가열하고는, 상단부의 1차 통로를 지나 제 2차열 관과 2차 차단부재로 형성된 제 2 열 원통형 내부와 제 1열 원통형 외부 사이의 공간인 2 차 연소가스 이동로에 진행하면서 제 2차열 관을 가열하고는, 제 2열 원통형 하단부의 2차 통로를 지나 제 2열 원통형의 외부인 3차 연소가스 이동로를 경유하면서 증기저장소의 외부와 증기저장소 내부의 보조관에서 증기저장소의 증기를 다시 가열시키고 연소가스 배출구로 배출되며, 타원주형관에서 연소가스의 열에 의해 가열된 급수는 증기가 되어 증기저장소에 운집된 후 보조관의 열에 의해 다시 가열되어 고온의 증기로 증기배출구로 배 출되는 구조이다. 상세하게 기술하자면 아래와 같다. 도 1 은 보일러의 외형을 나타낸 사시도 이다. 도 1 에서 보면, 급수는 급수공급관(2)에서 펌프 (3)을 지나 1차 급수유입관(4)으로 이동하여 보일러 본체 (1)에 만들어진 예열기(5)에 유입되어 보일러 내부의 잔열에 의해 가열된 후 , 2차 유입관(6)을 거쳐 보일러 내부의 급수이동로(11)를 경유하여 급수저장소(12)로 이동한다. 도 2 는 보일러 내부의 주요부분을 도시한 사시도로써 내부를 설명하기 위해 관들이 구성되어 있는 부분을 상에서 하로 자른 상태이다. 도 2 에서 보면, 급수저장소(12)와 증기저장소(15)에는 타원주형관(A 1 ,A 2 )과 차단부재 (B 1 ,B 2 )들이 원통형으로 제 1열과 제 2열로 연결되어 있다. 도 3 은 타원주형관(타원기동형관)의 단면도이며, 기존보일러에서 사용하고 있는 원형관보다는 같은 부피에서 상과 하의 면이 평면이여서 평면길이(a)가 길어 전열면적이 넓고 두께폭(b)이 좁아 연소가스의 열전도가 빨라 급수를 가열하여 신속하게 증기를 만드는 본 발명의 보일러용 관인 것이다. 다시 도 2 에서 보면, 제1열 관 (A 1 )과 관(A 1 ) 사이에 1 차 차단부재 (B 1 )를 부착시켜 제 1열 원통형을 만들고, 상단부에 연소가스가 지나도록 공간을 두어 1차 통로 (C 1 )를 만든다. 제 2열에도 제 2열 관 (A 2 )과 관 (A 2 )사이에 2차 차단부재 (B 2 )를 부착시켜 제 2열 원통형을 만들고, 하단부에 연소가스가 지나가도록 공간을 두어 2차 통로 (C 2 )를 만든다. 도 4 는 도 2의 XY 축의 평면도이다. 도 2 와 4 에서 종합해 보면, 제 1차열 관 (A 1 )과 관 (A 1 ) 사이에 1차 차단부재 (B 1 )가 부착된 제 1열 원통형과 제 2차열 관 (A 2 )과 관(A 2 ) 사이에 2차 차단부재(B 2 )가 부착된 제 2열 원통형이 잘 도시되어 있다. 즉, 제 1열 원통형 내부가 1차 연소가스 이동로(D 1 )이며, 제 1열 원통형과 제 2열 원통형 사이의 공간이 2차 연소가스 이동로(D 2 )이며, 제 2열 원통형 외부가 3차 연소가스 이동로 (D 3 )이다. 도 5 은 연소가스의 이동경로를 표시한 정면도이다. 도 5 에서 보면, 연소가스 유통관(14)를 통과한 연소가스는 도 2와 4에서 기술하였듯이, 제 1열 원통형 내부인 1차 연소가스 이동로(D 1 )로 이동하여 상단부의 공간인 1차 통로(C 1 )를 지나 제 1열 원통형 외부와 제 2열 원통형 내부 사이의 공간인 2차 연소가스 이동로(D 2 )로 이동하여, 다시 제 2열 원통형의 하단부 공간인 2차통로(C 2 )를 거쳐 제 2열 원통형의 외부인 3차 연소가스 이동로 (D 3 )로 이동하는 진행과정을 도시한 정면도이다. 급수가 급수저장소 (12)에서 증기저장소 (15)로 이동하는 과정에서 연소가스의 열에 의해 가열된 증기는 증기저장소(15)에 운집하게 된다. 한편, 연소가스는 연소실(13)에서 연소가스 유통관(14)을 지나 제1차열 관 (A 1 )과 1차 차단부재(B 1 )로 만들어진 제1열 원통형 내부인 1차 연소가스 이동로 (D 1 )을 지나면서 제 1차열 관과 상층부의 증기저장소(15)를 가열하고는, 상단부의 1차 통로(C 1 )를 거쳐 제 1열 원통형과 제 2차열 관(A 2 )과 2차 차단부재(B 2 )로 만들어진 제 2열 원통형 사이의 공간인 2차 연소가스 이동로 (D 2 )에서 제2차열 관(A 2 )을 가열한 후, 제 2열 원통형 하단부의 2차 통로 (C 2 )를 지나 제 2열 원통형의 외부인 3차 연소가스 이동로 (D 3 )로 이동하여 증기저장소(15)의 외부와 증기저장소 내부의 보조관(16)에서 마지막으로 증기를 가열한 후 연소가스 배출구(9)로 배출되며, 급수는 급수저장소(12)에서 제 1차열 관 (A 1 )과 제 2차열 관 (A 2 )에서 증기저장소(15)로 이동하는 과정에서 연소가스의 열에 의해 가열되므로써 증기가 되어 증기저장소(15)에 운집하고는, 다시 증기저장소(15)의 외부와 내부보조관(16)의 연소가스의 열에 의해 가열된 후 증기배출구 (8)로 배출되는 구조인 것이다.
상술한 바를 종합하면, 본 발명의 고효율 증기보일러는 아래와 같은 우수한 기능을 가지고 있다. 첫째는 종래의 기존 보일러는 원형관을 사용하고 있지만, 본 발명의 보일러는 도3처럼 타원주형관을 사용하기 때문에 원형관 보다는 같은 부피에서 전열면적이 넓고 두께폭이 좁아 열전도가 빠르므로 급수가 신속하게 증기로 되므로 낮은 압력에서도 고온의 증기가 발생한다. 두 번째는 예열기를 사용하여 보일러 내부의 잔열을 이용하여 급수의 온도를 높이고, 급수의 이동로에서도 연소실의 잔열을 이용하여 급수의 온도를 높이므로써 에너지 이용의 기능이 있다. 세 번째는 증기저장소에 보조관을 장치하므로써 고온의 증기를 지속적으로 유지할 수 있다. 네 번째는 연소가스가 1∼3차의 이동로로 진행하면서 1∼2차의 통로가 서로 반대방향에 있기 때문에 상에서 하로 하에서 상으로 즉, 지그재그식으로 이동하므로써 연소가스의 이동거리가 길어지고 속도가 감소되어 보일러 내부에 연소가스의 체류시간이 길어져 급수를 가열할 시간이 충분하므로 신속하게 증기가 만들어지며, 그로 인하여 연소가스가 최대한 연소되므로 배기가스 온도가 낮고 불연소 물질인 공해물질이 거의 배출되지 않을 뿐만 아니라 연소가스 이동로에 내압이 거의 없어 연소가스가 자연스럽게 순환배출되는 구조인 것이다. 상기와 같이, 본 발명의 고효율 증기보일러는 낮은 압력에서도 고온의 증기를 신속하게 만드는 열효율을 한층 향상시킨 고효율적이며, 연료사용량이 적어 경제적이며, 공해물질인 불연소가스가 적게 배출되므로 친환경적이여서 파급효과가 크게 기대되는 유용한 발명품인 것이다. |
