수관식 보일러

수관식 보일러{WATER TUBE TYPE BOILER}

본 발명은 수관식 보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물이 흐르는 수관에 연소기체가 지나게 하여 증기를 발생시키는 수관식 보일러에서 연소기체가 흐르는 전열실의 하단부 가장자리에 중공형의 열교환헤더를 구비하고, 상기 열교환헤더에 복수개의 수직수관 및 수평수관을 각각 연통시켜 열교환이 원활하게 이루어지도록 하여 보일러의 효율을 향상시키면서도 상기 열교환헤더를 중심으로 수직 및 수평으로 배치되는 상기 수직수관 및 수평수관의 배열에 의해 상기 전열실의 내부공간은 개방되도록 구성되어 보일러 내부공간의 청소 및 유지, 보수가 용이한 수관식 보일러에 관한 것이다.

일반적으로 보일러(Boiler)란 소정의 연료를 연소시켜 그 연소열로 물을 가열하는 장치의 총칭으로서, 본체 구조에 따라 원통보일러, 수관보일러, 연관보일러, 특수보일러 등으로, 노의 위치에 따라 내연보일러, 외연보일러 등으로, 물의 순환방식에 따라 자연순환식, 강제순환식 등으로 구분된다.

이 중에서도 연관식 보일러는 가로로 설치된 노통의 수면 아래에 연소기체가 지나는 연관을 여러 개 설치하여 전열면적을 크게 한 방식이며, 시동시간이 비교적 짧고 크기에 비해 증발량이 많아 게이지압력 10atm 이하인 공장용과 난방용으로 주로 활용되어 왔다.

하지만, 연관식 보일러는 열매체의 손실이 많아 열효율이 떨어지고, 증발 속도가 빨라 스케일 부착이 용이하며, 구조복잡하고 검사수리가 곤란하며, 구조상 고압, 대용량 제작이 불가능하다는 단점이 있다.

한편, 수관식 보일러는 물이 흐르는 가는 수관을 여러 개 늘어놓고 수관과 직각이나 평행으로 연소기체를 지나게 하여 증기를 발생시키는 보일러로서, 관의 지름이 작아 고압에 견디고, 전열면적을 넓힐 수 있으며, 물을 위에서 아래로 흐르게하는 강수관(降水管=하강관)과 증기를 발생시키는 증발관(상승관=송수관)의 조합으로 보일러 물의 순환이 쉽고 증발량이 많은 것 등에서 고온·고압의 큰 용량의 보일러로 나아가는 추세이다.

상기 수관식 보일러는 대용량이나 고압에 많이 사용되고 있는데, 일반적으로 국내에서는 용량이 10ton/HR, 증기압력 10㎏/㎠ 이상되는 보일러에 수관식이 선택되고 있고, 때로는 압력이 350㎏/㎠까지도 제작되고 있고, 특히 과열기를 부착, 과열증기를 생산하여 증기터빈 등의 효율을 높일 수 있다.

하지만, 종래기술에 따른 수관식 보일러는 바닥에 위치한 하부헤더와 최상부에 위치한 상부헤더를 상호 수직으로 연결하는 수직수관 중간에 복수개의 수관들 상호간 열교환을 위한 중간매체가 존재하지 않아 열교환이 효과적으로 이루어지지 않음으로써 열효율이 저하되는 문제점이 있었고, 전열실의 내부공간으로 수직수관이 관통됨으로서 내부공간이 협소하여 청소 및 유지보수가 곤란한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 본 발명의 목적은 물이 흐르는 수관에 연소기체가 지나게 하여 증기를 발생시키는 수관식 보일러에서 연소기체가 흐르는 전열실의 하단부 가장자리에 중공형의 열교환헤더를 구비하고, 상기 열교환헤더에 복수개의 수직수관 및 수평수관을 각각 연통시켜 열교환이 원활하게 이루어지도록 하여 보일러의 효율을 향상시키면서도 상기 열교환헤더를 중심으로 수직 및 수평으로 배치되는 상기 수직수관 및 수평수관의 배열에 의해 상기 전열실의 내부공간은 개방되도록 구성되어 보일러 내부공간의 청소 및 유지, 보수가 용이한 수관식 보일러를 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하고자 본 발명에 따른 수관식 보일러는, 내부에 연소공간이 형성되고 일단 상부에 제1개구부가 형성된 수평의 연소실과; 상기 연소실의 상부에 배치되고 상기 제1개구부를 통해 상기 연소실과 연통되어 상기 연소실에서 생성된 연소기체가 흐르는 수평의 제1전열실과; 상기 연소실의 상부에서 상기 제1전열실의 하단부 가장자리를 일주하여 구비된 중공형의 제1열교환헤더와; 상기 제1열교환헤더를 수직으로 관통하며 상기 제1열교환헤더와 연통되는 복수개의 수직수관과; 상기 제1열교환헤더의 내측면을 수평으로 관통하며 상기 제1열교환헤더와 연통되는 복수개의 제1수평수관을; 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 수관식 보일러는, 상기 제1전열실은, 상기 제1개구부와 대향되는 타단 상부에 제2개구부가 형성되고, 상기 제1전열실의 상부에 배치되고 상기 제2개구부를 통해 상기 제1전열실과 연통되어 상기 연소기체가 상기 제1전열실과 반대방향으로 흐르는 수평의 제2전열실과; 상기 제1전열실의 상부에서 상기 제2전열실의 하단부 가장자리를 일주하여 구비된 중공형의 제2열교환헤더와; 상기 제2열교환헤더의 내측면을 수평으로 관통하며 상기 제2열교환헤더와 연통되는 복수개의 제2수평수관을; 더 포함하되, 상기 복수개의 수직수관은, 상기 제1열교환헤더와 더불어 상기 제2열교환헤더를 수직으로 관통하며 상기 제2열교환헤더와 연통되도록 구성되고, 상기 제1전열실 및 상기 제2전열실은, 일측벽에 각각 내부공간의 개폐가 가능한 해치가 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 수관식 보일러는, 상기 연소실은, 펠렛 연료가 수용되는 화로와, 상기 화로의 내부로 공기를 공급하는 에어공급부가 구비되되, 상기 에어공급부는 적어도 2개 이상으로 구성된 복수개의 에어펌프와 상기 에어펌프에서 상기 화로의 내부를 연결하는 송풍파이프를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 수관식 보일러는 수직수관의 중간에 열교환헤더가 구비되어 열교환이 원활하게 이루어짐으로써 보일러의 효율이 향상되고, 전열실의 하단부 가장자리를 일주하여 구비되는 상기 열교환헤더를 중심으로 수직 및 수평으로 배치되는 상기 수직수관 및 수평수관의 배열에 의해 상기 전열실의 내부공간은 개방되도록 구성되어 보일러 내부공간의 청소 및 유지, 보수가 용이한 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 수관식 보일러는 전열실이 제1전열실과 제2전열실로 구성되고 상호 대향되는 방향에 개구부가 형성됨으로써 연소기체가 지그재그 형태로 지나게도록 구성되어 연소기체의 흐름이 지연됨으로써 열효율을 향상시킬 수 있고, 개폐되는 해치를 통해 청소 및 유지, 보수를 위한 연소실 내부로의 출입이 용이하며, 자연 자원을 절약하고 친환경적인 에너지원으로서 펠렛을 연료로 사용하고, 펠렛의 완전 연소를 유도하는 에어공급부의 에어펌프를 복수개로 구성하여 대용량의 에어펌프 하나를 구비하는 것보다 비용을 절감할 수 있음은 물론 어느 하나의 에어펌프의 고장시에도 다른 에어펌프의 가동을 통해 최소한의 비상작동은 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수관식 보일러의 측면도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수관식 보일러의 정면도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수관식 보일러의 평면도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수관식 보일러을 개념적으로 도시한 사시도

이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 수관식 보일러를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수관식 보일러의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수관식 보일러의 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수관식 보일러의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수관식 보일러을 개념적으로 도시한 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 수관식 보일러는 연소실(10)과, 제1전열실(20)고, 제2전열실(30)과, 제1열교환헤더(40)와, 제2열교환헤더(50)와, 수직수관(60)과, 제1수평수관(70)과, 제2수평수관(80)을 포함하여 구성된다.

수관식 보일러는 통상 중공형으로 형성되어 용수가 수용되는 하부헤더(1)와, 상부헤더(2) 사이에 복수개의 수직수관(60)이 연결되고, 상기 하부헤더(1)로 용수를 공급하기 위한 입수라인(5)이 구비되며, 상기 상부헤더(2)의 상부에는 상기 수직수관(60)으로부터 가열된 온수 또는 증기가 저장되는 물탱크(3)가 연결되고, 상기 물탱크(3)에는 보충수탱크(4)가 연결되며, 외부로 저장된 온수를 배출하기 위한 출수라인(6)과, 증기를 배출하기 위한 증기배출구(7)가 구비되는 것이 일반적이다.

상기 연소실(10)은 상기 하부헤더(1)의 상부에 수평으로 배치되는데 내부에 연소공간이 형성되고 일단 상부에 제1개구부(11)가 형성되어 있다.

본 발명의 일실시예에서는 상기 연소실(10)에서의 연소를 위한 연료로 펠렛을 사용하도록 펠렛 연료가 수용되는 화로(12)와, 상기 화로(12)에 수용된 상기 펠렛 연료의 완전 연소를 유도하도록 상기 화로(12)의 내부로 공기를 공급하는 에어공급부(13)가 구비된다.

한편, 도면에는 도시되지 않았지만 상기 펠렛 연료를 점화시키기 위한 버너(미도시)가 구비되는 것은 당연하고, 상기 화로(12) 내부의 온도를 센싱할 수 있는 온도센싱수단(미도시)이 구비되는 것이 바람직하다 할 것이다.

또한, 상기 에어공급부(13)는 적어도 2개 이상으로 구성된 복수개의 에어펌프(131)와, 상기 에어펌프(131)에서 상기 화로(12)의 내부를 연결하는 송풍파이프(132)를 포함하여 구성되는데, 본 발명의 일실시예에서는 상기 에어펌프(131)를 4개(131a, 131b, 131c, 131d)로 구성함으로써 대용량의 에어펌프 하나를 구비하는 것보다 비용을 절감할 수 있음은 물론 어느 하나의 에어펌프(131a)의 고장시에도 다른 에어펌프(131b, 131c, 131d)의 가동을 통해 최소한의 비상작동은 가능하도록 구성하였다.

상기 제1전열실(20)은 상기 연소실(10)의 상부에 수평으로 배치되는데, 상기 제1개구부(11)를 통해 상기 연소실과 연통되어 상기 연소실에서 생성된 연소기체가 흐르도록 구성되고, 상기 제1개구부(11)와 대향되는 타단 상부에 제2개구부(21)가 형성되어 있으며, 일측벽에는 내부공간의 개폐가 가능한 제1해치(22)가 구비되어 있다.

상기 제2전열실(30)은 상기 제1전열실(20)의 상부에 수평으로 배치되는데, 상기 제2개구부(21)를 통해 상기 제1전열실(20)과 연통되어 상기 연소기체가 상기 제1전열실(20)과 반대방향으로 흐르도록 구성되고, 상기 제2개구부(12)의 대향되는 방향의 일단에는 연소기체가 외부로 배출되도록 하는 배기구(31)가 구비되며, 일측벽에는 내부공간의 개폐가 가능한 제2해치(32)가 구비되어 있다.

상기 제1개구부(11)와 상기 제2개구부(12)가 상호 대향되는 방향에 형성됨으로써 연소기체가 상기 제1전열실(20) 및 상기 제2전열실(30)에 지그재그 형태로 지나게도록 구성되어 연소기체의 흐름이 지연됨으로써 열효율을 향상되는 것이다.

상기 제1열교환헤더(40)는 용수의 수용이 가능하도록 중공형으로 형성되어 각각 상기 연소실(10)의 상부에서 상기 제1전열실(20)의 하단부 가장자리를 일주하여 구비되는데, 상기 제1열교환헤더(40)에는 후술할 복수개의 수직수관(60) 및 제1수평수관(70)이 수직 및 수평 방향으로 연통됨으로써 내부에 수용된 용수 상호간 열교환이 이루어지게 되는 것이다.

상기 제2열교환헤더(50)는 상기 제1열교환헤더(40)와 마찬가지로 중공형으로 형성되어 상기 제1전열실(20)의 상부에서 상기 제2전열실(30)의 하단부 가장자리를 일주하여 구비되는데, 상기 제2열교환헤더(50)에는 후술할 복수개의 수직수관(60) 및 제2수평수관(80)이 수직 및 수평 방향으로 연통됨으로써 내부에 수용된 용수 상호간 열교환이 이루어지게 되는 것이다.

상기 수직수관(60)은 상술한 바와 같이 복수개가 상기 하부헤더(1)와 상기 상부헤더(2) 사이에 연결되도록 구비되는데, 본 발명의 일실시예에서는 상기 수직수관(60)이 상기 제1열교환헤더(40) 및 상기 제2열교환헤더(50)를 수직으로 관통하도록 구성되어 상기 제1열교환헤더(40) 및 상기 제2열교환헤더(50)와 연통되도록 구성된다.

도 3에서는 상기 복수개의 수직수관(60)이 배치되는 예시를 도시하였고, 도 4에서는 설명의 편의를 위해 상기 복수개의 수직수관(60) 중 일부가 상기 하부헤더(1), 상기 제1열교환헤더(40), 상기 제2열교환헤더(50) 및 상기 상부헤더(2)에 연결되는 모습을 개념적으로 도시하였다.

도면을 살펴보면, 상기 수직수관(60)이 상기 제1열교환헤더(40) 및 상기 제2열교환헤더(50)를 기준으로 가장자리를 일주하여 배치됨으로써 상기 제1전열실(20) 및 상기 제2전열실(30)에는 내부공간이 개방되고, 상기 제1해치(22) 및 상기 제2해치(32)의 개폐함으로써 작업자가 상기 제1전열실(20) 및 상기 제2전열실(30)의 내부로 접근할 수 있게 되는 것이다.

상기 제1수평수관(70) 및 상기 제2수평수관(80)은 복수개로 구비되어 각각 상기 제1열교환헤더(40) 및 상기 제2열교환헤더(50)의 내측면을 수평으로 관통하며 상기 제1열교환헤더(40) 및 상기 제2열교환헤더(50)와 연통되도록 구성된다.

도 4에서는 설명의 편의를 위해 상기 제1수평수관(70) 및 상기 제2수평수관(80)을 일부만을 도시하였지만 상기 복수개의 제1수평수관(70) 및 상기 복수개의 제2수평수관(80)은 상호 연속하게 배치하여 상기 제1수평수관(70)에 의해 상기 연소실(10)과 상기 제1전열실(20)이 구획되고, 상기 제2수평수관(80)에 의해 상기 제1전열실(20)과 상기 제2전열실(30)이 구획되도록 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 상호 연속하게 배치된 상기 제1수평수관(70) 상호간의 틈새 및 상기 제2수평수관(80) 상호간의 틈새로 연소기체가 지날 수 있는데, 상기 제1개구부(11) 및 상기 제2개구부(12)에 대응되는 위치를 제외하고는 상기 제1수평수관(70) 상호간의 틈새 및 상기 제2수평수관(80) 상호간의 틈새가 밀폐되도록 상기 제1수평수관(70) 및 상기 제2수평수관(80)의 상부에 상기 제1개구부(11) 및 제2개구부(21)에 대응되는 위치를 제외한 크기의 평철(미도시)을 덮고 그 평철을 각각 상기 제1수평수관(70) 및 상기 제2수평수관(80)에 용접함으로써 밀폐되지 않은 상기 제1수평수관(70) 상호간의 틈새 및 상기 제2수평수관(80) 상호간의 틈새 자체가 상기 제1개구부(11) 및 상기 제2개구부(12)가 되도록 구성하는 것이 바람직하다 할 것이다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 수관식 보일러는 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

1 하부헤더
2 상부헤더
3 물탱크
4 보충수탱크
5 입수라인
6 출수라인
7 증기배출구
10 연소실
11 제1개구부
12 에어공급부
121 에어펌프
122 송풍파이프
20 제1전열실
21 제2개구부
22 제1해치
30 제2전열실
31 배기구
32 제2해치
40 제1열교환헤더
50 제2열교환헤더
60 수직수관
70 제1수평수관
80 제2수평수관