KR100590609B1 - 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 내부가 열사용처에서 발열을 마친 저온의 순환수가 유입되는 공간부인 저온수 유입부와, 저온수 유입부에서 유입된 온수가 중온수 유입부로 이동하는 공간을 형성하는 저온수 이동부와, 상기 저온수 이동부에서 유입된 중온의 순환수가 유입되는 공간부인 중온수 유입부와, 연소실에서 가열된 고온의 순환수가 유입되는 공간부인 고온수 유입부로 구성되어 있으며, 상기 저온수 유입부와 중온수 유입부는 하드럼내부에서 제2구분판에 의하여 분리 형성되어 있으며, 상기 고온수 유입부와 저온수 이동부는 상드럼 내부에서 제1구분판에 의하여 분리 형성되어 있어 고온수와 저온수가 섞이지 않고 일정한 경로를 따라 흐르도록 하며, 드럼을 분리하는 구조물을 착탈가능하게 구성하여 필요에 따라 분리와 설치가 용이하도록 구성한다.

또한, 본 발명은 온수 보일러를 필요에 따라 간단히 구조 변경하여 증기식 보일러로 사용할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

D형, 수관식, 온수보일러, 상드럼, 하드럼, 구분판, 결로방지수단

Description

보일러{BOILER}

도 1은 본 발명을 적용한 수관식 보일러의 주요부 개괄도

도 2은 본 발명인 상·하부드럼의 절개사시도

도 3은 본 발명인 수관식 보일러의 절단 평면도

도 4은 본 발명 드럼 요부의 종단면 사시도

도 5는 도 3에 따른 A-A'의 단면도

도 6은 2패스방식에 따른 드럼의 A-A' 단면도

도 7은 본 발명을 적용한 수관식 보일러가 온수보일러로 작동하는 모습을 나타낸 작동도

도 8은 도 6에 따른 작동도에 결로방지수단을 가동시켜 작동하는 모습을 나타내는 작동도

도 9은 본 발명을 적용한 수관식 보일러가 증기보일러로 작동하는 모습을 나타내는 작동도

<도면의 주요부분에대한 부호의 설명>

10 :　상드럼11 : 제1구분판

12 : 제1구분판 고정대13 : 상드럼 볼트구멍

14 : 상부맨홀15 : 상부연결관

16 : 온수출구20 : 하드럼

21 : 제2구분판22 : 제2구분판 고정대

23 : 하드럼 볼트구멍24 : 하부맨홀

25 : 하부연결관30 : 상부수관헤더

31 : 하부수관헤더32 : 만곡형 곡관

33 : 상하연결관34 : 순환수 입구관

35 : 버너구멍36 : 연소실

37 : 투시구40 : 청소구

41 : 보온재42 : 케이싱

43 : 상부3방밸브44 : 하부3방밸브

45 : 바이패스 회수관46 : 열교환 튜브

47 : 헤더 연결관 48 : 배기구

49 : 제1격벽50 : 제2격벽

51 : 제1연소가스통로52 : 제2연소가스통로

일반 가정이나 건물 및 병원 등의 다중이 이용하는 시설 또는 대규모 아파트 단지 등에 사용되는 난방방식으로는 온수를 열매개체로 하는 온수시스템이 흔히 사용되고, 온수 생산을 위한 열발생 설비로서 보일러를 사용하게 된다.

본 발명은 난방용 또는 온수 생산용으로 사용되는 보일러 중에서 주로 대용량용 증기발생용으로 사용되는 수관식 보일러를 개량하여 온수보일러로 사용할 수 있도록 하는 보일러 드럼의 개량에 관한 것이다.

보일러는 구조상 수관식 온수보일러, 노통 연관식 보일러, 입형 수관 보일러, 입형 연관 보일러 등등으로 분류된다.

수관식 보일러는 대용량의 열수요처에, 노통 연관식 보일러는 중소용량의 열수요처에, 그리고 입형 수관 보일러, 입형 연관 보일러는 가정용 난방 등의 소용량의 열수요처에 사용되는 것이 일반적이다.

아파트 단지나 건물 및 병원 등과 같은 중소 규모의 열수요처에서 중앙 집중식 온수 난방을 하는 경우, 앞서 설명한 바와 같이 주로 노통 연관식 보일러를 설치 사용하게 된다.

노통 연관식 보일러는 초기 설비비용과 운용비용 저렴하다는 장점이 있지만, 공장에서 용접 제작 후 현장에 설치되므로 보일러 구경보다 큰 반입구가 필요하여 설치에 단점이 많다.

또한 노통연관식 보일러를 대용량으로 제작하기 곤란한 이유는 보일러 내에 보유 수량이 많고 때문에 초기운전시 필요온도까지 승온시키는데 장시간이 소요되 는 문제점, 자체무게가 많이 나가고 동체 구경이 크므로 동체강도가 약해져 후판의 강판이 필요해지는 문제점, 또 길이가 길기 때문에 연관 확관부에서 열응력(열팽창)에 의한 누수가 발생하기 쉽다는 문제점 등을 해결하기 어렵기 때문이다.

대량의 온수가 필요한 지역난방이나 대규모 열병합 난방시스템에서는 주로 수관식 보일러를 사용하게 되나, 상황에 따라 수관 연관 혼합식 보일러를 사용할 수 있다.

수관식 보일러는 직경이 큰 드럼과 직경이 작은 수관군으로 구성되는 외분식 보일러로서 구조상 보일러 내 보유수량이 적으며, 내압 강도가 크다는 장점과 드럼과 수관을 분리하여 반입한 후 현장에서 설치되므로 반입구가 드럼이 들어갈 정도만 확보되면 족하다는 장점이 있다.

반면에 장치의 구조가 복잡하여 설계와 제작기간이 길어지며 제품의 가격과 운용비용이 비싸다는 단점이 있다.

또한, 상기 수관식보일러는 연소실내의 가스가 격벽에 의하여 형성된 순환통로를 따라 보일러내부를 순환되는 횟수에 따라 2패스방식과 3패스방식으로 나뉘게 된다. 즉, 연소실에서 발생한 연소가스가 격벽사이에 형성된 통로를 따라 1번 진행방향을 바꾸는 것(즉 "U"형으로 진행하는 것)을 2패스방식이라고 하고, 상기 순환가스가 2번 진행방향을 바꾸는 것(즉, "Z"형으로 진행하는것)을 3패스방식이라 한다. 일반적으로 3패스방식은 2패스방식보다 소용량의 보일러에 주로 사용되는데, 이는 3패스방식이 한번 더 수관과 열교환을 함으로써 연소효율이 높음에도 불구하고 보일러내에서 이동하는 이동길이가 길어짐에 따라 연소가스를 불어넣는 풍력이 2패스방식에 비하여 강해야 하고, 또한 격벽이 많아짐에 따라 장치의 설비비가 증가하기 때문이다. 다만, 소형의 경우 연소효율이 대형보다 중요하므로 주로 소형보일러에 사용되게 된다.

본 발명의 보일러는 상기 수관식 보일러 중에서 특히 D형 수관식 보일러에 적용하기 적합한 것으로 2패스와 3패스방식에 동시에 적용가능하다.

종래 D형 수관식 보일러는 상드럼과 하드럼의 두 개의 드럼과 이 두 드럼을 상하로 연결하는 다수의 상하 연결관과 두 드럼의 측면으로 D자형을 이루며 내부에 연소실로 사용되는 빈공간이 형성되도록 연결되는 만곡형 곡관으로 구성되어 있는 것이 일반적이다.

종래 D형 수관식 보일러는 연소실에 버너 등을 이용하여 화염을 방사하면 연소실 주위를 둘러싼 만곡형 곡관 속에 들어있는 물을 데워 증기로 만들고, 이 증기가 상드럼을 거쳐 보일러 외부로 나가 난방 대상 장소에서 방열을 하게 된다.

증기가 방열을 하고 나면 트랩에 의해 기수가 분리되어 현열만 남아 응축수가 되며, 이 응축수는 응축수 회수 탱크에서 급수펌프에 의해 보일러 상드럼으로 유입된다.

또한 상드럼은 보통 직경의 2/3 정도까지 수위를 유지하고 나머지 1/3은 증기실로 유지되는데, 상드럼 내부에 있는 순환수는 상기 응축수(통상 섭씨 100도 정 도)와 고온의 보일러 내부수(포화수)와 혼합된 것이고, 이 순환수가 다시 하드럼을 거쳐 연소실 주위를 둘러싼 만곡형 곡관으로 유입되고 열을 받아 증기로 되는 과정이 반복되는 것이다.

그런데 종래의 이러한 D형 수관식 보일러는 만곡형 곡관 속에 들어있는 물을 데워서 순환시킬 때, 수관과 곡관사이에 흐르는 온수의 압력차이로 인한 문제점으로 인하여 온수 순환 보일러로는 사용할 수는 없다는 문제점이 있었다.

즉, 곡관의 경우 직관에 비하여 관의 길이가 길뿐 아니라, 곡관의 곡선부분에 많은 마찰력이 작용하여 직관과 곡관이 동시에 연결되어 있는 경우 마찰이 비교적 적은 직관을 통하여 온수가 순환이동하게 되며, 곡관으로는 온수의 이동이 적게 된다. 상대적으로 곡관에 물이 오랫동안 머물러 있게 됨에 따라 곡관을 흐르는 물은 장기간 가열되어 온도가 상당히 높아지게 되며, 직관의 물은 상대적은 빠른 물의 흐름으로 인하여 온도가 낮아지게 된다. 또한, 상대적으로 흐름이 원활한 직관의 온수는 상드럼으로 많은 양이 유입되게 되며, 전체적으로 상드럼의 온수의 온도는 낮게 된다. 결국 제공되는 열에너지에 비해 낮은 온도의 온수가 배출되게 됨에 따라 비효율적이 되어, 실용적이지 못하다.

또 상기 응축수와 고온의 보일러 내부수(포화수)가 혼합된 순환수는 기본적으로 응축수보다 온도가 높은 포화수이다. 따라서 이 순환수(포화수)는 온도가 지나치게 높은 편이라 상드럼에서 하드럼으로 연결된 상하 연결관을 통과하는 동안 상하연결관 사이를 거쳐 빠져나가는 출구 연소가스의 폐열을 충분히 회수하지 못하 여 열효율이 저하되는 문제점도 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 수관식 보일러를 온수 보일러로 사용 할 때, 상드럼 및 하드럼의 내부구조를 개량하여 방열이 되고 난 저온의 순환수가 직접 하드럼으로 유입되고, 하드럼으로 유입된 저온의 순환수는 상하 연결관을 거쳐 상드럼으로 이동되며, 이와 같이 상드럼으로 이동된 저온의 순환수는 보일러 상드럼 내부에서 토출되는 고온의 순환수와 섞이지 않고 완전 분리되어 상하 연결관을 거쳐 다시 하드럼으로 이동되며, 하드럼으로 이동된 중온의 순환수는 다시 연소실을 형성하는 만곡형 수관을 통과하면서 고온의 순환수가 되어 상드럼 상층부에서 순환펌프에 의해 난방 수요처에 공급되는 순환 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 특히 D형 수관식 보일러를 온수 보일러로 사용할 때, 회수되는 저온수가 고온수의 영향을 받지 않도록 드럼 내부구조를 개량함으로써, 저온수가 낮은 온도를 그대로 유지한 상태에서 상하 연결관을 따라 상드럼과 하드럼을 이동할 수 있고, 따라서 상기 저온수가 출구 연소가스(배기가스)와 상하 연결관을 통하여 효율적인 열교환을 할 수 있게 하여 보일러 최종 출구 연소가스 온도를 폐열회수기를 부착하지 않은 상태에서도 최대한 저하시켜 보일러 효율을 극대화시킬 수 있게 하는 목적을 갖는다.

또한, 본 발명은 상드럼과 하드럼사이를 2회 왕복하면서 연소가스의 폐열을 충분히 회수함으로써 일반적으로 수관내의 온수와 연소가스의 높은 온도차에 의하여 발생하는 결로현상을 줄이는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에서는 초기 가동시 저온의 순환수의 온도가 극히 낮아 연소가스와 온도차가 생겨 결로현상이 발생할 경우 이를 막을 수 있는 수단을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 간단하게 온수식보일러의 구조를 변경함으로써 증기식보일러로 사용할 수 있도록 하여, 사용자의 편의성을 증진시켰다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 내부가 고온수 유입부와 저온수 이동부로 분리된 구조로 상드럼과 저온수유입부와 중온수유입부로 분리된 하드럼을 구성한다. 또한 드럼을 분리하는 구조물은 착탈가능하게 구성하여 필요에 따라 분리와 설치가 용이하도록 구성한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

우선 본 발명의 드럼 구조는 도 2, 도 3에 도시한 바와 같은데, 원통형으로 된 상드럼(10) 내부는 제1구분판(11)에 의하여 고온수 유입부(C)와 저온수 이동부 (B)로 나뉘어 지고, 하드럼(20)의 내부는 제2구분판(21)에 의하여 저온수 유입수(A)와 중온수 유입부(D)로 나누어진다.

상기 상드럼(10)의 위쪽상부에는 고온수가 유출될 수 있는 온수출구(16)가 형성되어 있으며, 원통형 상드럼(10)의 일측면에는 원형구멍인 상부맨홀(14)이 형성되어 있고, 원통형 하드럼(20)의 일측면에도 원형구멍인 하부맨홀(24)이 형성되어 있다.

또한 드럼의 고온수 유입부(C)에는 순환수 입구관(34)에서 상부3방밸브(43)에 의하여 분기된 상부연결관(15)이 연결되고, 순환수 입구관(34)은 하단에 위치한 하부3방밸브(44)에 용접이나 볼트체결되어 연결된다.

이하 기본적인 배관구성을 가지는 상드럼(10)과 하드럼(20)에 관하여 중점적으로 설명하되 우선 상드럼(10)의 구성에 관하여 먼저 살펴본다.

상기 상드럼(10)에서 제1구분판(11)의 설치 위치는 도 3 내지 도 4에 도시되어 있듯이 상드럼(10)과 하드럼(20)을 연결하는 상하 연결관(33)이 상드럼(10) 하부동체에 결합되는 부분과 만곡형 곡관(32) 및 상부수관헤더(30)가 결합되는 부분의 사이이다.

제1구분판(11)은 도 2에 도시된 것처럼적당한 크기의 다수개의 판재를 수평하게 설치하여 설치 및 조립, 분해가 간편하도록 한다.

다수의 판재로 된 제1구분판(11)은 상드럼(10)의 고온수 유입부(C)와 저온수 이동부(B)를 전체적으로 엄밀하게 차폐시킬 수 있도록 틈새 없이 설치되어야 하며, 제1구분판 고정대(12)와 볼트로 고정하도록 가장자리에 상드럼 볼트구멍(13)이 뚫려 있다.

제1구분판 고정대(12)는 제1구분판(11) 설치 위치와 같이 만곡형 곡관(32)과 상하 연결관(33)의 사이에 동체 측면을 따라 테두리 모양으로 용접하여 설치한다.

제1구분판(11)과 제1구분판 고정대(12)를 볼트 결합하여 착탈이 가능하게 한 이유는 하드럼(20)과 연결되는 상하 연결관(33)의 확관부나 용접부의 소손이나 파손을 검사 및 수리 등을 하기 위한 것이며, 특히 수관식 온수보일러에서 수관식 증기보일러로 변경시 제1구분판(11)을 해체 제거하기 위해서이다.

이상에서 상드럼에 상세한 구성에 관하여 살펴보았으며, 이하 하드럼에 구성에 관하여 살펴보겠다.

제2구분판(21)은 도 2 에 도시된 것처럼 적당한 크기의 다수개의 판재로 구성하여 설치 및 조립, 분해가 간편하도록 하고 있다. 다만, 상기 제2구분판(21)은 하드럼(20)에 수직하게 형성되어 있어, 상기 하드럼(20)을 좌우로 구분하게 한다.

이상과 같이 다수의 판재로 된 제2구분판(21)은 하드럼(20)의 저온수 유입부(A)와 중온수 유입부(D)를 전체적으로 엄밀하게 좌우로 차폐시킬 수 있도록 틈새 없이 설치되어야 하며, 제2구분판 고정대(22)와 볼트로 고정하도록 가장자리에 하드럼 볼트구멍(23)이 뚫려 있다.

제2구분판 고정대(22)는 곡관(32)과 하부연결관(25)의 사이에 동체를 세로로 나눈 단면의 테두리를 따라 용접하여 설치한다.

도 2에는 결로방지수단이 도시되어 있는데, 상기 결로방지수단은 크게 바이패스 회수관(45)과 열교환 튜브(46)로 구성된다.

도시된 바이패스 회수관(45)는 순환수입구관(34)에서 하부3방밸브(44)에 의해 분기되어 일정길이 만큼 연장된 뒤, 다수의 관으로 된 열교환 튜브(46)와 연결되어 궁극적으로는 제2구분판(21)과 연결된다.

도 2 에 도시된 것처럼 열교환 튜브(46)는 여러 개의 긴 관으로 구성되며, 제2구분판(21)을 관통하여 저온수 유입부(A)로 개방되어 있다. 다만 주의할 점은 상기 열교환 튜브(46)는 사용조건에 따라 그 수를 증감시킬 수 있다. 또한, 관의 형상도 단순한 원형이 아니라 주름진 관형상으로 하여 보다 열효율을 극대화하는 것도 고려할 수 있다. 그리고 상기 결로방지수단은 본 발명에 반드시 설치되어야 하는 구성요소는 아니며, 운전조건에 따라 결로가 발생하지 않을 것이 예상되는 경우에는 기 결로 방지수단이 제거된 형대로 설계한다.

이상에서 상드럼(10)과 하드럼(20)에 관하여 살펴보았으며 이하 그 외 구조에 관하여 살펴보겠다.

도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상드럼(10)과 하드럼(20)을 연결하는 상하 연결관(33)과 만곡형 곡관(32)으로 둘러싸서 좌우 벽면을 형성하고, 또 상부수관헤더(30)와 하부수관헤더(31)를 연결하는 헤더 연결관(47)으로 된 수관군이 전후 벽면을 형성하여 연소실(36)을 구성한다. 만곡형 곡관(32)에 의하여 형성된 연소실 (36)의 단면 형태는 D자 모양이며, 보일러의 설계 및 구조에 따라서는 수관헤더의 개수나 만곡형 곡관(32)의 형태가 변할 수 있다.

특히, 상기 연소실의 벽면을 형성하는 상하연결관(33)에는 상기 수관과 수관사이에 수개의 제1격벽(49)을 용접접합하여 연소가스가 상기 상하연결관(33)사이로 스며들지 못하도록 하고 있다. 또한, 상기 제1격벽(49)과 동일한 기능을 하는 제2격벽(50)은 노통중앙의 상하연결관(33)에 노통의 길이방향으로 용접접합되며, 제2격벽(50)에 의해서 제1연소가스통로(51)와 제2연소가스통로(52)가 구분된다. 다만, 제1격벽(49)은 노통의 일측부에는 형성되어 있지 않아, 연소실(36)과 제1연소가스통로(51)가 연통된다. 또한, 제2격벽(50)은 노통의 타측부에 형성되어 있지 않아, 제1연소가스통로(51)와 제2연소가스통로(52)도 연통된다. 특히, 각 제1격벽(49)과 제2격벽(50)이 미형성된 부분은 서로 노통의 반대편에 위치하고 있어, 연소가스가 상기 연소실(36)과 연소가스통로(51),(52)를 지그재그로 순환하면서 배기구(48)로 배출될 수 있도록 한다.

도 3 및 도 4에 도시한 것처럼 하드럼(20)은 원통형 동체로 상부에는 상드럼(10)과 연결된 상하 연결관(33)이 확관이나 용접에 의하여 결합되어 있고, 측면에는 연소실(36)을 구성하는 만곡형 곡관(32)과 하부수관헤더(31)가 결합되어 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 연소실(36)은 만곡형 곡관(32)과 헤더 연결관(47)에 의하여 내벽이 형성되며, 만곡형 곡관(32)과 헤더 연결관(47)의 바깥쪽으로는 보온재(41)와 케이싱(42)이 차례로 덧씌워진다.

또한 보온재(41)와 케이싱(42)을 관통한 투시구(37)를 설치하여 연소실(36) 내부의 연소상황을 감시할 수 있으며, 벽체 주변으로 여러 개의 연소실 청소구(40)를 두어 유지관리의 편의를 도모할 수 있다.

지금까지 3패스방식에 관한 보일러의 구성에 관하여 살펴보았다. 다만 본 발명은 도 6에 도시된 바와 같이 상하연결관(33)에 형성된 제2격벽(50)을 제거하면 2패스방식에도 적용가능하다. 이 경우 연소실(36)과 제1연소가스통로(51)를 구분하여 주는 제1격벽(49)만이 존재하게 되며, 제1연소가스통로(51)와 제2연소가스통로(52)를 구분하는 제2격벽(50)은 제거되는 것이다. 이에 따라 연소실(36)에 유입된 연소가스는 제1연소가스통로(51)를 통하여 배기구로 배출된다.

미설명부호 (35)는 버너 구멍, 미설명부호 (48)는 배기가스 배기구이다.

이하, 상기한 구성의 본 발명의 기능 및 작용을 설명한다.

도5는 본 발명에 따른 보일러의 중심부를 자른 평단면도를 나타낸 그림으로 써, 버너에서 나온 화염가스는 연소실(36)내부를 진행하다가 제1연소가스통로(51)와 연결된 입구를 지나 제1연소가스통로(51)를 통과하게 된다. 상기 제1연소가스통로(51)에는 많은 수관이 수직하게 배열되어 있어, 상기 연소가스가 상기 수관을 지나면서 수관내에서 흐르고 있는 온수와 열교환하게 된다. 이상과 같이 제1연소가스통로(51)를 통과한 연소가스는 많은 수관이 수직하게 배열된 제2연소가스통로(52) 를 지나게 된다. 상기 제2연소가스통로(52)를 통과하는 연소가스도 통로내에 설치된 수관과 열교환하게 되며, 최종적으로 배기구(48)로 연소가스가 배출된다.

도7은 본 발명에 따라 증기보일러가 아닌 온수보일러를 사용할 때 작동을 나타낸 도면이다.

사용처에서 방열이 되고 난 저온의 순환수, 즉 저온수가 순환수입구관(34)으로 순환펌프 압력에 의해 유입되면 하부연결관(25)을 거쳐 하드럼(20)의 저온수 유입부(A)로 흘러 들어온다.

저온수 유입부(A)에 고이는 저온수는 다시 하드럼(20)의 상단부에 연결되어 있는 다수의 상하 연결관(33)을 통하여 상드럼(10)의 저온수이동부(B)로 상승하게 된다.

이상과 같이 상드럼(10)에 이동된 저온수는 상승하는 과정에서 제2연소가스통로(52)를 흐르는 연소가스에 의하여 폐열을 흡수하게 되며, 이에 따라 저온수의 온도가 상승한다. 이상과 같이 상드럼(10)으로 유입된 저온수는 제1구분판(11)에 의하여 고온수와 직접 접촉을 하지 않고 상하연결관(33)을 따라 다시 하드럼(20)의 중온수 유입부(D)로 흘러내리게 된다. 이때, 저온수이동부(B)에서 중온수 유입부(D)에 이동하는 저온수는 상하연결관(33)을 따라 내려오면서 제1연소가스통로(51)를 흐르는 연소가스의 폐열을 흡수하여 2차 가열되어, 저온수는 중온수로 바뀌게 된다.

한편 중온수는 다시 만곡형 곡관(32)과 하부수관헤더(31)로 유입되는데, 만 곡형 곡관(32)으로 유입된 중온수는 만곡형 곡관(32)을 통과하여 상드럼(10)의 고온수 유입부(C)까지 흐르는 동안 고온의 연소가스와 열교환을 하게 되어 고온수로 변하게 되고, 하부수관헤더(31)로 유입된 중온수는 다시 헤더 연결관(47)과 상부수관헤더(30)를 차례로 거쳐 고온수로 변화된 상태로 상드럼(10)의 고온수 유입부(C)에 이르게 된다.

이렇게 고온으로 승온되어 상드럼(10)에 유입된 순환수(고온수)는 온수 출구(16)로 토출되어 열사용처에 공급 이용된 후 순환펌프에 의해 재순환되는 과정을 반복한다.

도 8은 가동초기에 발생할 수 있는 결로현상을 방지하는 작동을 나타내고 있다.

일반적으로 저온수가 흐르는 온도가 높은 연소가스와 접촉을 하게 되면, 온도차이로 인하여 결로가 발생하게 된다. 다만 일반적인 3패스방식은 2패스방식에 비하여 저온수와 접촉하는 연소가스의 온도가 낮기 때문에 결로현상이 발생하기 어렵다. 다만, 가동초기에 저온수의 온도가 상당히 낮은 경우 도 6에 도시된 것처럼 본 발명이 2패스방식으로 사용되는 경우에는 높은 온도차이가 발생할 수 있으므로 결로방지 수단을 부가할 수 있다.

결로가 발생하는 경우에는 도시된 하부3방밸브(44)에 의하여 저온의 순환수(저온수)를 바이패스 회수관(45)으로 우회시키고, 중온수 유입부(D)내에 형성된 열교환튜브(46)를 통과시킨다. 이와 같이 저온의 순환수가 중온의 순환수(중온수)와 열교환됨으로써 저온수의 온도를 결로현상이 일어나지 않는 온도까지 상승시키게 된다.

이와 같이 결로현상이 일어나지 않는 온도 이상으로 상승한 후 저온수 유입부(A)로 유입된 온수는 도 7에서 설명한 작동방법과 동일한 방법으로 저온수이동부(B)와 중온수 유입부(D)를 거치게 되며, 또한 만곡형 곡관(32)과 헤더연결관(47)을 통과하여 고온수가 된 후 고온수 유입부(C)로 이동하게 된다. 이상과 같이 고온수 유입부(C)로 유입된 고온수는 온수출구(16)를 통하여 열사용처에 공급되게 된다.

다만, 상기 결로방지수단은 가동초기에 저온수가 배기가스의 온도차가 많이 나는 경우에 사용하는 것으로, 처음부터 저온수와 배기가스의 온도차이가 많이 나지 않거나, 보일러를 가동하는 도중에 저온수와 배기가스의 온도차이가 줄어들게 되면, 저온수를 바이패스 회수관(45)으로 우회시키지 않고 직접 하부연결관(25)으로 통과시켜 저온수유입부(A)를 거쳐 상하 연결관(33)으로 온수를 이동시킨다.

도9은 본 발명에 따른 보일러가 증기식으로 사용되는 모습을 보인 작동도를 나타낸 것이다.

우선 온수식으로 사용되는 본 발명에 따른 수관식보일러는 경우에 따라 증기식보일러로 교체가 가능하다. 이를 위해서는 도 2에 도시한 바 있는, 상드럼(10)과 하드럼(20)에 놓여있는 제1구분판(11)과 제2구분판(21)을 각각 제거한 후 상부3방 밸브(43)를 조작하여 하부연결관(25) 방향으로의 온수유입을 차단하고 상부연결관(15)으로 온수가 유입되도록 한다.

이상과 같이 기본적인 조작이 완료되면 일반적인 증기식 보일러와 같이 작동 하게 된다. 즉 사용처에서 방열이 완료된 고온수는 상드럼(10)으로 유입되고 유입된 온수는 하드럼(20)을 거쳐 만곡형 곡관(32)을 통과하면서 고온의 증기로 되거나, 하부수관헤더(31)를 통과한 고온수가 헤더 연결관(47)을 지나면서 고온의 증기가 되어 상부수관헤더(30)를 통과하게 된다. 이상과 같이 발생한 증기는 다시 상드럼(10)으로 이동하게 되며, 이에 따라 상드럼(10)에는 고온의 증기와 고온수가 혼합된 혼합수의 상태를 유지하게 된다. 한편, 상드럼(10)으로 유입되거나, 상드럼에서 증발된 고온의 증기는 온수출구(16)를 거쳐 사용처로 보내어 지게 된다.

지금까지 3패스방식에 관한 보일러의 작동을 살펴보았다. 다만, 본 발명은 제2격벽을 제거한 2패스방식에도 적용가능하다. 이 경우 도 6에 도시된 것처럼 연소실내에 형성된 연소가스는 제1연소가스통로(51)를 통하여 배기구로 배출되며, 그 외 작동방식은 3패스방식과 동일하다. 다만, 2패스방식은 3패스방식에 비하여 연료효율이 떨어진다. 그 이유는 3패스방식은 연소실에서 형성된 고온의 가스를 제1연소가스통로(51)에서 열에너지를 1번 흡수하고, 또한 제2연소가스통로(52)를 통하여 2번 열을 회수할 수 있으나, 2패스방식은 연소실(36)에서 형성된 연소가스를 제1연소가스통로(51)를 이용하여 1번만 열회수가 가능하기 때문이다.

다만, 2패스방식인지 3패스방식인지의 여부는 보일러의 규모, 설치장소, 작업조건, 작업비용에 따라 작업자의 판단에 따라 다양하게 적용가능한 사항으로써 2패스인지 3패스 방식인지 상관없이 상드럼, 하드럼에 구분판이 형성된 기술은 본 발명의 권리범위에 속하게 된다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 본 발명인 보일러는 드럼 내에서 데워진 고온수가 난방처를 순환하고 상드럼에 유입되는 저온수와 열교환을 일으키지 않으므로 고온수의 온도를 그대로 유지할 수 있으므로 효율 저하를 막을 수 있다

그리고 보일러의 드럼 구조는 저온수와 고온수 사이에 열교환이 일어나는 것을 억지할 수 있으므로, 저온수의 저온을 그대로 이용하여 출구 연소가스(배기가스)의 폐열을 회수할 수 있고, 따라서 별도의 폐열회수장치가 없어도 출구 연소가스(배기가스)의 폐열을 충분히 회수할 수 있는 등 경제적으로 열효율을 높일 수 있다.

특히 본 발명은 3패스방식을 채용함으로써 연소가스의 회수율을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라, 저온의 유입수가 만곡형 곡관이나 하부수관헤더로 유입될 때에는 폐열을 충분히 회수하여 중온수로 되어 있으므로 고온수로 가열하는데 필요한 가열에너지가 적게 소모되어 경제적을 높일 수 있다.

또 본 발명의 드럼을 사용한 수관식보일러는 구조가 간단하고 높은 내압강도를 가지므로 중소 용량부터 대용량까지 제작이 가능하며, 제작비 및 운용비가 저렴하여 경제성이 확보된다. 따라서 중소용량의 보일러로 제작 설치하여도 투자비 대비 운용비에 의한 경제성이 확보된다.

또한 본 발명의 드럼에 형성된 결로방지수단을 이용하면, 특히 D형 수관식 보일러에 있어서 상드럼과 하드럼을 연결하는 상하 연결관에 흐르는 저온수와 배기가스의 온도차 때문에 발생할 수 있는 결로현상을 막을 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 제2격벽을 제거함으로써 용이하게 2패스방식으로 사용할 수 있어, 작업자는 원하는 작업조건에 맞게 보일러는 설치할 수 있다.

또한, 본 발명의 드럼구조를 사용하면 증기보일러에서 온수보일러로 개조하거나 온수보일러에서 증기보일러로의 개조하는 것이 구분판의 탈부착만으로 가능하므로 난방 방식 변경시 신규보일러의 설치가 필요치 않아 경제성이 제고되며 투자비 회수기간이 단축되는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 열사용처에서 발열을 마친 저온의 순환수가 유입되는 공간부인 저온수 유입부와, 저온수 유입부에서 유입된 온수가 중온수 유입부로 이동하는 공간을 형성하는 저온수 이동부와, 상기 저온수이동부에서 유입된 중온의 순환수가 유입되는 공간부인 중온수 유입부와, 연소실에서 가열된 고온의 순환수가 유입되는 공간부인 고온수 유입부로 구성되어 있으며, 상기 저온수 유입부와 중온수 유입부는 하드럼내부에서 제2구분판에 의하여 분리 형성되어 있으며, 상기 고온수 유입부와 저온수 이동부는 상드럼 내부에서 제1구분판에 의하여 분리 형성되는 보일러용 드럼을 가지는 보일러
2. 제 1항에 있어서,

   상기 상드럼에는 순환수입구관과 연결되어 있는 상부연결관이 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 보일러
3. 제 1항에 있어서,

   상기 하드럼에는 순환수입구관과 연결되어 있는 하부연결관이 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 보일러
4. 제 1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 중온수 유입부에는 결로방지수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 보일러.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제1구분판과 제2구분판은 다수개의 판재로 형성되되, 제1구분판은 제1구분판고정대에 착탈식으로 결합되고, 제2구분판은 제2구분판고정대에 착탈식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 보일러.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 결로방지수단은 순환수 입구관에서 분기된 바이패스 회수관과, 상기 바이패스 회수관과 한쪽 끝이 연통된 긴 튜브형상을 가지며 다른 한쪽은 저온수 유입부쪽으로 연통되는 열교환튜브로 이루어진 것을 특징으로 하는 보일러.

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