KR100533841B1 - 나선형 날개관을 갖는 열교환 장치를 이용한 온수기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나선형 날개관을 갖는 열교환 장치를 이용한 온수기에 관한 것으로서, 내, 외벽체 사이에 수로를 형성한 물 자켓의 내부 공간부 상, 하면을 연통시키고, 그 중앙에 수로를 구비한 중심축관을 중심으로 공간부를 나선형태로 감겨지듯 구비된 날개관이 연통되게 구비하며, 상기 공간부는 하부로부터 폐열공기가 유입되어 상부로 이동케 구성함과 동시에 상기 물 자켓과 날개관, 중심축관 내부의 연통된 수로로 물을 순환시켜 온수를 얻도록 함으로써, 폐열을 이용하여 우수한 열교환을 통한 온수공급과 이에 의한 연료절감을 위한 것이다.

본 발명은 내, 외벽 사이 수로(12)를 형성한 물자켓(11)의 중앙에 중심축관(18)을 구비하고, 상기 물자켓(11)의 내부 중앙 공간부 및 중심축관(18) 내부 중공부를 연도(13)(18')로 구성하여 하부 폐열유입구(14)와 상부 폐열배출구(15)로 연통되게 하며, 상기 중심축관(18) 내부 수로(18")와 외측으로 다수 날개관(20)을 나선형으로 돌출 형성하여 상기 물자켓(11) 내부 수로(12)와 함께 연통되어 하부 냉수유입로(16)와 상부 온수배출로(17)로 이어지도록 구성하고, 상기 물자켓(11)의 내부 중앙 연도(13)는 연통(21)에 의해 구획되어 내부순환연도(13') 및 외부순환연도(13')의 이중으로 구성되고, 상기 내부순환연도(13')에는 중심축관(18) 내,외벽체 사이 내부 수로(18")와 연통된 제1날개관(20')을, 상기 외부순환연도(13")에는 연통(21) 내,외벽체 사이 내부 수로(21')와 연결된 제2날개관(20")을 각각 외측으로 돌출 형성함으로써, 폐열의 이동시간 증가 및 유입 냉수량의 증가에 따른 다량 온수공급을 달성할 수 있는 구성을 가진다.

이를 통해 본 발명은 별도의 온수 공급을 위한 급탕 동작없이 폐열을 이용한 온수 공급이 가능하므로, 연료 절감에 기여할 뿐 아니라, 일반 가정용의 소형 기름 보일러에 적용할 수 있는 것으로서 비용이 저렴하고 사용이 간편, 용이하여 실용성을 증대시키는 효과를 가진다.

Description

나선형 날개관을 갖는 열교환 장치를 이용한 온수기{The hot-water supply equipment ussing of the heat transmission to have a spiral wing pipe}

본 발명은 나선형 날개관을 갖는 열교환 장치를 이용한 온수기에 관한 것으로서, 내, 외벽체 사이에 수로를 형성한 물 자켓의 내부 공간부 상, 하면을 연통시키고, 그 중앙에 수로를 구비한 중심축을 중심으로 공간부를 나선형태로 감겨지듯 구비된 날개관이 연통되게 구비하며, 상기 공간부는 하부로부터 폐열공기가 유입되어 상부로 이동케 구성함과 동시에 상기 물 자켓과 날개관, 중심축 내부의 연통된 수로로 물을 순환시켜 온수를 얻도록 함으로써, 폐열을 이용하여 우수한 열교환을 통한 온수공급과 이에 의한 연료절감을 위한 것이다.

일반적으로 사용되는 보일러의 폐열회수장치는 에너지를 절약하기 위해, 보일러 연소시 대기로 방출되어 버려지는 약 200~240℃ 정도의 폐열(배기가스)을 폐열회수기로 회수하여 온수탱크로 고온의 온수를 공급하는 것으로, 고가수조의 직수(냉수)를 폐수열회수기로 공급하여 약 20~24℃정도로 예열하는 단계와, 보일러를 연소시켜 온수탱크의 물을 직접 가열하는 단계와, 연소시 보일러에서 방출되는 폐열을 폐열회수기로 회수하여 열교환관의 내부로 흐르고 있는 공급수를 약 70~85℃정도로 가열하여 온수탱크로 공급하는 단계로 이루어진다.

이러한 보일러의 폐열회수장치는 보일러로 온수를 직접 가열함과 동시에 별도의 기름 및 전기를 전혀 사용하지 않고 단순히 방출되는 폐열을 회수하여 이 폐열로 폐열회수기에 공급된 공급수를 고온으로 가열시킨 후 다시 온수탱크로 공급하기 때문에 보일러의 가동시간을 대폭적으로 단축시킬 수 있으며 이를 통해 연료비를 절감할 수 있는 것이다.

그러나, 종래의 폐열회수장치는 주로 산업용 및 중앙집중식 난방보일러 등의 대형 기름 보일러 등에만 적용되는 대형장치에 한해 개발되어 사용되고 있으며, 시간당 10000kcal/hr∼150000kcal/hr의 열을 공급하는 일반 가정용과 같은 소형 보일러나 중형보일러의 폐열을 회수하기 위한 장치는 제대로 공급되지 못하고 있는 실정이어서, 매년 동절기마다 많은 에너지가 낭비되고 있는 것이다.

또한, 폐열회수장치 내에서 효과적인 열교환이 이루어지지 않아 열효율이 떨어지고 구조적으로 폐열을 충분히 활용하지 못하는 단점을 가지고 있는 것이며, 기름 보일러를 이용한 개별난방 가정과 중형기름 보일러로 난방(온수) 운전하는 소형 숙박업소, 바닥에 난방을 요하는 한식당 등에서 폐열회수장치를 설치하기에는 설치 비용이 부담되어 실용화되지 못하는 한계를 가지고 있는 것이다.

본 발명은 내, 외벽체 사이에 수로를 형성한 물 자켓의 내부 공간부 상, 하면을 연통시키고, 그 중앙에 수로를 구비한 중심축을 중심으로 공간부를 나선형태로 감겨지듯 구비된 날개관이 연통되게 구비하며, 상기 공간부는 하부로부터 폐열공기가 유입되어 상부로 이동케 구성함과 동시에 상기 물 자켓과 날개관, 중심축 내부의 연통된 수로로 물을 순환시켜 온수를 얻도록 함으로써, 별도의 온수 공급을 위한 급탕 동작없이 폐열을 이용한 순간 온수 공급이 가능하므로, 연료 절감에 기여할 뿐 아니라, 일반 가정용이나 업소용 중,소형 기름 보일러에 적용할 수 있는 것으로서 비용이 저렴하고 사용이 간편, 용이하여 실용성을 증대시킴을 그 목적으로 한다.

본 발명은 나선형 날개관을 갖는 열교환 장치를 이용한 온수기에 관한 것으로서, 내, 외벽체 사이에 수로를 형성한 물 자켓의 내부 공간부 상, 하면을 연통시키고, 그 중앙에 수로를 구비한 중심축을 중심으로 공간부를 나선형태로 감겨지듯 구비된 날개관이 연통되게 구비하며, 상기 공간부는 하부로부터 폐열공기가 유입되어 상부로 이동케 구성함과 동시에 상기 물 자켓과 날개관, 중심축 내부의 연통된 수로로 물을 순환시켜 온수를 얻도록 함으로써, 폐열을 이용하여 우수한 열교환을 통한 온수공급과 이에 의한 연료절감을 위한 것이다.

본 발명을 설명하기 위한 참고도로서, 도1은 본 발명에 따른 전체 외부 사시도, 도2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 개방 사시도, 도3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 단면도, 도4는 도3의 A-A'선 단면도, 도5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 단면도이며, 이하 자세한 구성을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 제 1실시예에 따른 구성을 살펴보면, 물자켓(11)은 내부 중앙에 넓은 공간부를 형성하여 이를 연도(13)로 구성하고, 그 상부로는 폐열배출구(15)와 하부로는 폐열유입구(14)가 각각 구비되며, 물자켓(11)의 내,외벽 사이에는 일정 공간 물이 통과할 수 있는 수로(12)를 형성하고, 상기 물자켓(11)의 일측으로는 돌출되어 하부에 냉수유입로(16) 및 상부에 온수배출로(17)가 각각 구비되어 있다.

상기 물자켓(11)의 내부 연도(13) 중앙으로는 중심축관(18)을 구비하고 이 중심축관(18) 내부는 중공부를 형성하여 연도(18')로서 구성하되, 중심축관(18)을 형성하는 내,외벽체 사이는 일정 간격의 중공부를 두어 수로(18")를 형성하고, 이 중심축관(18)을 중심으로 하여 그 외측부로 물자켓(11) 내부 연도(13) 공간부를 지그재그형으로 오가며 휘어져 감기는 나선형의 날개관(20)을 다수 형성하며, 이때, 상기 중심축관(18)은 외부 물자켓(11) 상, 하단부에서 내측으로 돌출된 복수의 지지대(19)에 의해 지지되어 볼트조임으로 결합 고정되어 있고, 그 상단면에는 박막판에 크기가 다른 다수의 통공을 형성하고 상기 통공을 임의로 개폐하는 조절판을 구비하여 돌출된 손잡이편을 회전함에 따라 폐열의 배기량을 조절할 수 있는 배기조절부(22)를 구성하고 있다.

또한, 상기 최상부와 최하부의 날개관(20)은 중심축관()의 내부 수로()와 연통되도록 함과 동시에, 물자켓(11) 상하 외측부로 돌출 구비된 냉수유입로(16)와 온수배출로(17)와 연통되도록 구성되며 이러한 냉수유입로(16) 및 온수배출로(17)의 경우, 상기 중심축관(18)에 접합된 날개관(20)과 연결된 수직관(16a)과 물자켓(11)의 단부에 맞춤 삽입되고 양편으로 개통된 T자형 소켓관(16c), 상기 수직관(16a)과 T자형 소켓관(16c)의 내경부에 삽입되어 연결시켜주는 이음관(16b)이 차례로 결합됨으로써 일련의 수로를 형성하는 것이며, 그 T자형 소켓관(16c) 타측으로 냉수유입구(16') 또는 온수배출구(17')가 각각 연결 구비되는 구조로 이루어져 있다.

이러한 본 발명의 제 1실시예는 물자켓(11) 내부에 중심축관(18)을 다수 지지대(19)와의 볼트조립으로 입설 고정하여 구비한 상태에서, 보일러에서 배출된 200℃ 이상의 폐열이 하부 폐열유입구(14)로 유입되어 나선형의 다수 날개관(20) 사이 연도(13) 및 중심축관(18)의 내부 연도(18') 공간부를 따라 상승하여 상부 폐열배출구(15)로 배출됨과 동시에, 물자켓(11)의 하부 일측의 냉수유입로(16)로 유입된 냉수가 물자켓(11) 내부 수로(12)와 중심축관(18) 내부 수로(18") 및 나선형의 다수 날개관(20) 내부를 지나 상부로 이송되면서 연도(13)(18')내의 폐열과 접하여 데워진 온수가 상부 온수배출로(17)로 배출되는 것이다.

즉, 상기 유입된 폐열과 냉수의 열교환은 하부로 유입된 고온의 폐열공기가 연도(13)(18')를 통해 상부로 이동하는 동안 물자켓(11) 내벽면과 중심축관(18)의 내,외벽면, 날개관(20) 벽면에 접한 열전도에 의해 하부로부터 공급되어 상부로 이송, 순환되는 냉수를 데우게 되며, 이러한 과정을 통해 온수를 공급할 수 있게 되는 것이다.

또한, 본 발명의 제 2실시예로는 배기연도가 125mm 이상의 직경을 가지는 대용량 보일러에 적용할 수 있도록 내부 연도를 이중으로 형성하는데, 보다 자세하게 살펴보면, 내, 외벽체 사이에 수로(12)를 형성한 물자켓(11)과 그 내부 중앙의 공간부를 연도(13)로 구성하여 하부 폐열유입구(14)로부터 상부 폐열배출구(15)에 이르도록 구성하되, 상기 연도(13)를 내부순환연도(13')와 외부순환연도(13")의 이중으로 구성한 것으로서, 연도(13)의 중앙에 내부 연도(18') 및 수로(18")를 형성한 중심축관(18)을 구비하고, 그 외측으로 상기 제 1실시예와 같은 작은 크기의 제1날개관(20')을 상기 내부 수로(18")와 연통되게 다수 형성하며, 상기 제1날개관(20')을 수용하는 직경의 원통형 연통(21)을 구비하되, 상기 중심축관(18)과 같이 내,외벽체 사이에 수로(21')를 형성하고 그 외측으로 보다 큰 크기의 제2날개관(20")을 형성하여 수로(21')와 연통되게 함으로써, 상기 원통형 연통(21)에 의해 구획된 내부순환연도(13') 및 외부순환연도(13")와 중심축관(18) 내부 연도(18')를 통해 하부로부터 상부로 폐열이 이동하고, 각각 형성된 제1날개관(20')과 제2날개관(20") 및 내부 수로(18")(21')을 통해 냉수가 순환하여 온수로 데워지는 구성을 가지며, 또한, 상기 제1날개관(20') 및 제2날개관(20")의 최상,하부로는 돌출된 냉수유입로(16) 및 온수배출로(17)가 연결, 구성되어 있다.

다시 말해, 본 발명의 상기 제 2실시예는 외측부가 대형 물자켓(11)을 형성한 내부 공간부 연도(13)의 중심에 중심축관(18)을 입설하고, 상기 물자켓(11) 내벽과 중심축관(18) 사이에 연통(21)을 구비하여 내부순환연도(13')와 외부순환연도(13")의 이중 연도(13)를 구성하며, 동시에 상기 중심축관(18) 내,외벽체 사이 수로(18")와 그 외측으로는 제1날개관(21')을, 상기 연통(21) 내,외벽체 수로(21')과 그 외측으로는 제2날개관(20")을 각각 나선형태로 구성함으로써, 하부 폐열유입구(14)로부터 유입된 고온의 폐열이 내부순환연도(13') 및 외부순환연도(13")의 이중 연도(13)와 중심축관(18) 내부 연도(18')를 통해 상부로 이동하는 동안 냉수유입로(16)를 통해 유입된 냉수가 물자켓(11) 내부 수로(12) 및 제1,2날개관(20')(20")과 내부 수로(18")(21')를 이동하는 동안 냉수를 데워 상부 온수배출로(17)로 온수를 공급하게 되는 것이며, 이를 통해 보일러로부터 유입된 고온다량의 폐열 이동시간을 증가시켜 온수공급 효율을 극대화하게 되는 것이다.

본 발명은 내, 외벽체 사이에 수로를 형성한 물 자켓의 내부 공간부 상, 하면을 연통시키고, 그 중앙에 수로를 구비한 중심축을 중심으로 공간부를 나선형태로 감겨지듯 구비된 날개관이 연통되게 구비하며, 상기 공간부는 하부로부터 폐열공기가 유입되어 상부로 이동케 구성함과 동시에 상기 물 자켓과 날개관, 중심축 내부의 연통된 수로로 물을 순환시켜 온수를 얻도록 함으로써, 별도의 온수 공급을 위한 급탕 동작없이 폐열을 이용한 온수 공급이 가능하므로, 연료 절감에 기여할 뿐 아니라, 일반 가정용의 소형 기름 보일러에 적용할 수 있는 것으로서 비용이 저렴하고 사용이 간편, 용이하여 실용성을 증대시키는 효과를 가진다.

도1은 본 발명에 따른 전체 외부 사시도

도2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 개방 사시도

도3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 단면도

도4는 도3의 A-A'선 단면도

도5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 단면도

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

11 : 물자켓 12,18",21' : 수로 13,18' : 연도

13' : 내부순환연도 13" : 외부순환연도 14 : 폐열유입구

15 : 폐열배출구 16 : 냉수유입로 17 : 온수배출로

18 : 중심축관 19 : 지지대 20 : 날개관

20' : 제1날개관 20" : 제2날개관 21 : 연통

22 : 배기조절부

Claims (4)

1. 내, 외벽 사이 수로(12)를 형성한 물자켓(11)의 중앙에 중심축관(18)을 구비하고, 상기 물자켓(11)의 내부 중앙 공간부 및 중심축관(18) 내부 중공부를 연도(13)(18')로 구성하여 하부 폐열유입구(14)와 상부 폐열배출구(15)로 연통되게 하며, 상기 중심축관(18) 내부 수로(18")와 외측으로 다수 날개관(20)을 나선형으로 돌출 형성하여 상기 물자켓(11) 내부 수로(12)와 함께 연통되어 하부 냉수유입로(16)와 상부 온수배출로(17)로 이어지도록 구성함을 특징으로 하는 나선형 날개관을 갖는 열교환 장치를 이용한 온수기.
2. 1항에 있어서, 상기 물자켓(11)의 내부 중앙 연도(13)는 연통(21)에 의해 구획되어 내부순환연도(13') 및 외부순환연도(13')의 이중으로 구성되고, 상기 내부순환연도(13')에는 중심축관(18) 내,외벽체 사이 내부 수로(18")와 연통된 제1날개관(20')을, 상기 외부순환연도(13")에는 연통(21) 내,외벽체 사이 내부 수로(21')와 연결된 제2날개관(20")을 각각 외측으로 돌출 형성함을 특징으로 하는 나선형 날개관을 갖는 열교환 장치를 이용한 온수기.
3. 1항 또는 2에 있어서, 상기 냉수유입로(16) 및 온수배출로(17)는 최상,하부 날개관(20)(20')(20")의 일측에서부터 연결 구비되어 물자켓(11) 내부 수로(12)(18")(21')와 연통되면서 냉수유입구(16') 및 온수배출구(17')로 각각 이어지도록 관을 구비하여 연결한 수로형태로 이루어짐을 특징으로 하는 나선형 날개관을 갖는 열교환 장치를 이용한 온수기.
4. 1항 또는 2에 있어서, 상기 중심축관(18) 상단면에는 폐열의 배기량을 조절하는 배기조절부(22)가 구비됨을 특징으로 하는 나선형 날개관을 갖는 열교환 장치를 이용한 온수기.