KR100689145B1 - 보일러의 열교환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 또는 기름 보일러에서 고온의 배기가스와 난방수가 열 교환을 하여 데워지도록 하는 열 교환장치에 관한 것으로, 연소가 이루어지는 내통의 외주면에 나선형태의 물집을 형성하여 빠른 시간 내에 물을 데워 사용할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 난방수 유입구(16) 및 난방수 배출구(17) 그리고 나선형태의 비드(14)를 갖는 물집 형성부재(15)를 내통(12)의 외주면에 밀착시킨 상태에서 비드(14)를 내통(12)에 용접 고정하여 내통(12)과의 사이에 길쭉한 형상의 물집(13)이 형성되도록 되어 있어 저탕량이 적으며 내통(12)을 통과하는 고온의 배기가스와 물집(13)을 통과하는 난방수의 열 교환 면적이 대폭 증대되어 신속한 열 교환이 이루어지게 되므로 고온의 난방수를 빠른 시간 내에 얻을 수 있게 된다.

보일러, 열교환장치, 내통, 외통, 나선형태의 물집, 물집 형성부재

Description

보일러의 열교환장치{Heat Exchanger Of Boiler}

도 1은 종래의 열 교환장치의 일실시예를 나타낸 종단면도,

도 2는 본 발명에 따른 열교환장치의 구조를 보여주는 종단면도,

도 3은 본 발명에 따른 열교환장치의 내통을 보여주는 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 열교환장치의 내통 외측으로 외통이 설치된 상태의 종단면도,

도 5는 본 발명에 따른 도 4의 일부 확대도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

11 : 외통 12 : 외통

13 : 물집 14 : 비드

15 : 물집 형성부재 19 : 챔버

본 발명은 가스 또는 기름 보일러에서 고온의 배기가스와 난방수가 열 교환을 하여 데워지도록 하는 열 교환장치에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 연소가 이루어지는 내통의 외주면에 나선형태의 물집을 형성하여 빠른 시간 내에 물을 데 워 사용할 수 있도록 하는 보일러의 열 교환장치에 관한 것이다.

일반적으로 가정에서 사용되는 보일러는 온수를 가열하는 방법에 따라 저탕식 보일러와 급탕식 보일러로 구분할 수 있다.

여기서, 상기 급탕식 보일러는 직수관으로 유입된 냉수가 펌프에 의해 열교환기로 공급되어 버너에 의해 가열된 후 온수탱크에 임시 저장되는 구조를 갖는다.

그리고, 상기 온수탱크에는 온수관과 난방파이프가 3방변밸브에 의해 연결되어 있어, 사용자가 온수를 사용하고자 하는 경우에는 버너에서 가열된 온수가 상기 온수관으로 배출되고, 이와 반대로 실내를 난방하고자 하는 경우에는 온수관이 닫히면서 난방파이프로 난방수가 순환되게 되는 것이다.

이처럼 상기 급탕식 보일러는 냉수가 버너에 의해 순간적으로 가열되므로 온수탱크의 크기가 작다는 장점이 있으나, 상기 급탕식 보일러는 냉수가 온수로 전환되는데 시간이 소요되므로 사용자가 바로 온수를 사용할 수 없다는 단점과, 온수사용 중단 후 바로 재사용할 경우에는 온수를 사용할 수 없다는 단점이 있었다.

반면에, 저탕식 보일러는, 버너에 의해 가열되는 난방수와 온수가 구별되어 있으므로 직수관을 통해 유입된 냉수가 온수탱크내에 설치된 열교환코일에 의해 항상 적정고온으로 가열되므로 사용자가 온수를 바로 사용할 수 있다는 장점이 있으며, 온수의 단속적인 사용에도 온수가 적정고온으로 보관되어 있음으로, 바로 사용자가 온수를 사용할 수 있는 장점이 있었다.

한편, 상기 저탕식 보일러는 사용자가 풍부한 온수를 사용할 수 있도록 온수탱크를 크게 하였으나, 상기 온수 탱크내에 설치되는 열교환코일의 면적은 빠른 시 간 내에 온수탱크에 채워진 물을 온수로 전환시키기에는 충분하지 아니 하였다.

따라서, 상기 저탕식 보일러는 상기 열교환코일이 온수탱크의 전부분에 걸쳐 가열하지 못하므로 온수탱크내에 저장된 온수를 가열하는데 많은 시간이 소요되는 단점이 있었고, 상기 온수탱크의 크기로 인해 설치장소에 제약을 받을 뿐만 아니라 보일러의 무게가 무거워지고 제작비용이 많이 소요된다는 문제점도 있었다.

이에 상기 급탕식 및 저탕식 보일러의 장점을 살릴 수 있는 보다 개선된 새로운 형태의 열교환장치를 연구 개발할 필요성이 대두되고 있다 할 것이다.

한편, 도 1은 종래의 열 교환장치의 일실시예를 보여주는 종단면도로서, 원통형의 외통(1)과 내통(2) 사이에 챔버(3)가 형성되어 있고, 상기 챔버(3) 내에는 나선형태로 감겨져 온수가 흐르는 온수관(4)이 설치되어 있으며, 상기 외통(1) 및 내통(2)의 상부를 폐쇄하는 상부판(5)에는 배기가스가 배출되는 연통(6)이 설치되어 있다.

상기 내통(2)에 형성되는 연소실(7)의 하부에는 버너(8)가 설치되는 브라켓(9)이 외통(1)을 통과하여 연소실(7)과 통하여지도록 고정되어 있다.

따라서, 상기 버너(8)에 의해 화염이 발생되어 연소실(7) 내의 공기를 가열하면 가열된 고온의 배기가스가 연소실(7)내 배플(10)을 거쳐 연통(6)측으로 빠져나가는 과정에서 챔버(3)에 흐르는 난방수를 가열하게 되므로 난방수를 얻을 수 있게 된다.

그러나, 이러한 구조를 갖는 종래의 열 교환장치는 챔버(3) 내에 많은 량의 난방수를 가열하도록 되어 있어 난방수를 빠른 시간 내에 데우는데 한계가 있기 때 문에, 고온의 난방수를 사용하기 위해서는 긴 대기 시간이 필요하였음은 물론, 난방수량이 많아 챔버의 크기가 커질 수밖에 없어 제작비가 상승되는 문제점이 발생되었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 난방수가 통과하는 물집의 형태를 개선함과 동시에 이를 내통의 외주면에 나선형태로 직접 고정하여 배기가스가 연소실을 통과하는 과정에서 보다 신속한 열 교환이 이루어지도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적에 따르면, 연소실을 통과하는 배기가스에 의해 물집을 통과하는 난방수와 1차적으로 열 교환이 이루어지도록 한 다음 배기가스가 내통과 외통 사이에 형성되는 챔버를 통과하는 과정에서 난방수와 2차적으로 열 교환이 이루어질 수 있도록 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 난방수 유입구 및 난방수 배출구 그리고 나선형태의 비드를 갖는 물집 형성부재를 내통의 외주면에 밀착시킨 상태에서 비드를 내통에 용접 고정하여 내통과의 사이에 길쭉한 형상의 물집이 형성되도록 한 보일러의 열 교환장치가 제공하는 데 그 특징이 있다.

여기서, 상기 물집 형성부재의 외측으로 하부가 폐쇄된 외통을 설치하여 내통을 통과한 배기가스가 내통과 외통 사이에 형성된 챔버를 통과하는 과정에서 물집을 통과하는 난방수와 2차 열 교환이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 외통이 물집 형성부재의 형상과 동일하게 나선형태로 형성하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 일 실시예로 도시한 도 2 내지 도 5를 참고하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 열교환장치의 구조를 나타낸 종단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 열교환장치의 내통을 나타낸 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 열교환장치의 내통 외측으로 외통이 설치된 상태의 종단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환장치는 연소실을 형성하는 내통(12)의 외주면에 내통(12)과 난방수의 접촉면적이 증대되도록 길쭉한 형상의 물집(13)이 나선형태의 비드(14)에 의해 구획되는 물집 형성부재(15)를 용접 고정하여서 된 것을 특징으로 한다.

상기 물집 형성부재(15)의 하측 및 상측에는 도 3에 나타낸 바와 같이 난방수가 유입되거나, 배출되는 난방수 유입구(16) 및 난방수 배출구(17)가 구비되어 있는데, 상기 물집 형성부재(15)는 나선형태의 비드(14)가 형성되어 있어 상기 물집 형성부재(15)를 내통(12)에 용접 고정하면 상기 비드(14)에 의해 내통(12)과의 사이에 단면이 길쭉한 형상의 물집(13)이 형성된다.

특히, 상기 내통(12) 외측에 물집 형성부재(15)를 용접 고정하게 됨에 따라 물집 형성부재(15)가 내통(12)을 지지하는 보강재로 작용하기 때문에, 상기 내통(12)이 압력에 강한 구조로 형성되게 되고, 이에 따라 높은 압력에 견디는 용기의 제작이 가능하게 되는 장점이 있다.

상기한 바와 같은 구조를 갖도록 본 발명을 구성하더라도 연소실(18)에서 연소된 배기가스가 연통을 통해 배출되는 과정에서 내통(12)의 외측으로 형성된 물집(13)을 통과하는 난방수가 내통(12)과 충분한 열 접촉으로 인해 신속하게 고온으로 데워지지만, 도 4와 같은 구조를 갖도록 구성하는 것이 보다 바람직하다.

즉, 상기 물집 형성부재(15)의 외측으로 하부가 폐쇄된 외통(11)을 설치하여 내통(12)을 통과한 배기가스가 도 2와 같이 내통(12)과 외통(11) 사이에 형성된 챔버(19)를 통과하는 과정에서 물집(13)을 통과하는 난방수와 배기가스와 2차 열 교환이 이루어지도록 하므로써, 열 효율을 극대화할 수 있게 된다.

이때, 상기 외통(11)을 스트레이트로 형성하여도 되지만, 배기가스가 챔버(19)를 통해 외부로 배출되는 과정에서 챔버(19) 내에 머무르는 시간이 지연되도록 물집 형성부재(15)의 형상과 동일하게 도 5와 같이 나선형태로 형성하는 것이 보다 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 버너(20)에 의해 형성된 화염이 연소실(18)에 설치된 배플판(21)에 부딪혀 확산되면서 연소가 이루어진 다음 고온의 배기가스가 배플판(21) 및 내통(12)의 내주면에 고정된 배플(22)에 의해 최대한 정체되면서 배출되는 과정에서 난방수 유입구(16)를 통해 물집(13)으로 난방수를 공급하면 나선형태를 이루는 물집(13)을 따라 난방수가 통과하면서 1차적으로 열 교환을 하여 데워진다.

상기한 바와 같이 난방수가 물집(13)을 통과할 때, 물집(13)의 단면적이 원형이 아닌 기다란 형태, 즉 내통(12)과의 접촉면적이 최대한 증대되도록 길쭉한 형 태를 취하고 있어 신속하게 데워진다.

상기 물집(13)을 통과하는 난방수와 1차적으로 열 교환을 하고 도 2에 나타낸 바와 같이 외통(11)과의 사이에 형성되는 챔버(19)를 통과하면 단면이 나선형상으로 이루어진 외통(11)에 의해 물집 형성부재와의 열 교환이 2차적으로 이루어지면서 난방수를 데우게 되므로 열 효율을 극대화하게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 나선형상의 물집 형성부재에 의해 내통과의 사이에 단면이 길쭉한 물집이 연속적으로 형성되므로 인해 고온의 배기가스와의 열 교환이 신속하게 이루어지게 되고, 이에 따라 빠른 시간 내에 난방수를 데울 수 있게 된다.

또한, 내통의 외측으로 물집 형성부재의 형상과 동일한 형상의 외통을 설치하여 이들 사이에 챔버를 형성할 경우에는 배기가스가 챔버를 통과하는 과정에서 난방수와 2차적으로 열 교환이 이루어지게 되므로 열 효율을 더욱 극대화시키게 되는 효과도 얻을 수 있게 된다.

그리고, 본 발명은 내통 외측에 용접된 물집형성 부재가 지지하는 보강재로 작용하기 때문에 내통이 압력에 강한 구조를 형성하게 됨으로서, 높은 압력에 견디는 용기의 제작이 가능하다는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 내부에 연소실이 형성되고, 이 연소실 내에 마련된 버너에 의해 형성된 화염 및 배기가스를 통해 물을 가열할 수 있도록 구성된 내통을 갖는 보일러의 열교환장치에 있어서,

   상기 내통 외주면에 난방수 유입구 및 난방수 배출구 그리고 나선형태의 비드를 갖는 물집 형성부재가 밀착 고정되어 상기 비드를 내통에 용접 고정함으로써, 상기 내통과 물집 형성부재의 사이에 길쭉한 나선형 형상의 물집이 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 보일러의 열 교환장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 물집 형성부재의 외측으로 하부가 폐쇄된 외통을 설치하여 내통을 통과한 배기가스가 내통과 외통 사이에 형성된 챔버를 통과하는 과정에서 물집을 통과하는 난방수와 2차 열 교환이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 보일러의 열 교환장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 외통이 물집 형성부재의 형상과 동일하게 나선형태로 형성된 것을 특징으로 하는 보일러의 열 교환장치.

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