KR100694581B1 - 화실 경판과 그 가공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 연관이 배치되는 열교환 채임버를 연소실과 구획하는 화실 경판은, 연관의 일단부가 결합되는 개구가 형성되어 있고, 상기 개구의 외주연을 따라 상기 연관이 배치되는 방향을 향해 돌설된 돌기부가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 연관을 연소 채임버 측 방향에서 화실 경판에 밀봉 결합하는 작업을 수행하더라도, 연관이 배치되는 방향으로 돌설된 돌기부와 연관의 단부를 밀봉 결합할 수 있으므로, 연관의 단부가 연소 채임버 측으로 유입될 필요가 없게 되어, 국부 가열에 의한 물 끓는 소음의 발생을 저감시킬 수 있고, 나아가 열교환기의 열교환 효율을 증대시킬 수 있다.

보일러, 열교환 채임버, 연관, 화실 경판, 유동, 결합

Description

화실 경판과 그 가공 방법{Plate of Burning Chamber and Producing Process Thereof}

도 1은 종래 화실 경판과 연관의 결합 구조를 도시한 부분 확대 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 화실 경판과 연관의 결합 구조를 도시한 부분 확대 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 화실 경판 가공 방법을 설명하기 위한 부분 확대 단면도.

본 발명은 화실 경판과 그 가공 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 보일러의 버너가 배치되는 연소 채임버와, 버너에서 발생한 연소 가스가 관통하는 연관이 배치되어 외부의 유체와 열교환하는 열교환 채임버를 구획하는 화실 경판에 있어서, 연소 가스의 연관으로의 진입이 원활히 이루어지도록 하여 외부 유체의 국부 가열에 의한 소음을 저감하고, 연소 효율을 증대시킬 수 있는 화실 경판과 그 가공 방법에 관한 것이다.

일반적으로 보일러는, 연소 반응을 유도하는 버너가 배치되어 연소 가스가 발생되는 연소 채임버와, 연소 가스가 난방수 또는 급탕수와 열교환하는 열교환 채임버(열교환기라고도 호칭되기도 한다.)를 포함하도록 구성된다. 보일러의 열교환 채임버는 일반적으로 원통형 외피와, 외피 내부에 수용되는 복수 개의 파이프 형상 연관과, 이들 연관이 상기 열교환 채임버의 소정 위치에 배치되도록 연관의 양측 단부에 대응하는 개구가 형성된 경판을 포함하며, 원통형 외피 내부에 길이 방향을 따라 연관이 배치되고, 그 단부를 경판이 마감하여 내부에 난방수 또는 급탕수가 수용 가능하도록 구성되어 있다. 이와 같은 열교환 채임버 내부의 연관의 배치는 설계 형태에 따라 다양하게 구성될 수 있음은 주지하고 있는 바와 같다. 한편, 이와 같은 열교환 채임버는 상기 연소 채임버와 밀착하여 배치되고, 따라서 열교환 채임버와 연소 채임버는 전술한 경판에 의해 구획되며, 열교환 채임버와 연소 채임버를 구획하는 경판을 화실 경판이라고 칭한다. 전술한 바와 같이, 화실 경판에는 복수 개의 개구가 형성되어 연관의 일측 단부가 상기 개구에 삽입된 후 결합되는데, 열교환 채임버 내부에는 급탕수 또는 난방수가 순환하고, 연소 채임버에는 연소 가스가 유동하므로 이들이 서로 섞이지 않도록 화실 경판의 개구에 연관이 결합하는 방식은 통상 용접 등과 같은 기밀 가능한 결합 방법을 채택하고 있다.

도 1에는 종래의 화실 경판(10)과 연관(20)의 결합 부분이 확대되어 도시되어 있다. 도 1에 도시된 실시예는 보일러의 하부에 버너가 배치되고, 버너에서 발생한 연소가스가 상향 유동하면서 연관(20)으로 유입되는 보일러 구조이다. 이와 같은 종래의 화실 경판은 통상 연관(20)의 외경에 대응하는 깊이로 연관이 연장하고 있는 방향에서 연소 채임버가 배치되는 방향을 향해(도 1의 화살표 A 방향) 화 실 경판(10)의 일부분을 드로잉(drawing) 기법으로 돌설 시킨 후, 연관의 외경에 대응하는 개구를 보링(Boring)하는 방법으로 가공되었다.

이와 같이 화실 경판을 드로잉 기법으로 돌설 시킨 후, 보링 가공했던 이유는, 전술한 바와 같이 연관은 화실 경판에 기밀 가능한 결합 방식으로 결합되어야만하고, 화실 경판에는 연관이 복수 개 배치되므로, 복수 개의 연관을 화실 경판에 결합함에 있어서 용접 등의 결합 가공시 다른 연관에 의한 작업 방해를 받지 않기 위한 작업은, 화실 경판의 연소 채임버측 방향(도 1의 화살표 A의 반대방향)에서 이루어질 수 밖에 없다.

이를 위해서, 연관은 화실 경판과의 결합 가공을 위해서 연소 채임버 내측으로 소정 깊이(h)만큼 유입된 형태로 배치되어야만 했다.

이와 같은 종래 기술에 의하면 연소 채임버에서 발생한 연소 가스의 유동이 도 1의 화살표 B와 같이 이루어졌고, 도 1의 C 부분에서 연소 가스가 적체하는 현상이 발생하였다. 이와 같은 연소 가스의 적체는 경판의 개구 주위에 분포하는 열교환 채임버 내부 급탕수 또는 난방수의 국부 가열을 유발하고, 국부 가열된 물이끓게 되어 보일러의 소음 발생의 원인이 되며, 나아가 열교환 효율을 저하시키는 단점이 있었다.

본 발명은 보일러의 연소 채임버와 열교환 채임버를 구획하는 화실 경판을 제공함에 있어서, 연소 채임버 내부의 연소 가스가 열교환 채임버의 연관으로 유입될 때 연소 가스가 적체되던 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제를 해결하여, 국부 가열에 의한 비등 현상을 최소화함으로써 보일러 소음을 최소화하고, 열교환 효율을 증대시킬 수 있는 화실 경판과, 이러한 화실 경판의 가공 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 연관이 배치되는 열교환 채임버를 연소실과 구획하는 화실 경판은, 연관의 일단부가 결합되는 개구가 형성되어 있고, 상기 개구의 외주연을 따라 상기 연관이 배치되는 방향을 향해 돌설된 돌기부가 형성된 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성에 의하면, 상기 연관을 상기 연소 채임버 측 방향에서 상기 화실 경판에 밀봉 결합하는 작업을 수행하더라도, 상기 연관이 배치되는 방향으로 돌설된 환형 돌기부와 상기 연관의 단부를 밀봉 결합할 수 있으므로, 상기 연관의 단부가 상기 연소 채임버 측으로 유입될 필요가 없게 되어, 도 1의 C와 같은 연소 가스 유입 적체 구간이 발생하지 아니하게 되어, 국부 가열에 의한 물 끓는 소음의 발생을 저감시킬 수 있고, 나아가 열교환기의 열교환 효율을 증대시킬 수 있다.

종래 기술에 관한 도면인 도 1을 살펴보면 알 수 있듯이 종래 연소 가스 유입 적체 구간 C에서 연소 가스는 연관 개구부로 유입되기 위해서 연속된 수직 면을 따라 유동하여야 하므로 적체 구간에서 훨씬 장시간 적체되고, 그 유동이 부자연스러워 국부 가열 현상이 심했으나, 본원에 있어서는 가사, 돌기부의 오목부에서 연소 가스가 적체하더라도, 돌기부의 오목부에서 적체된 연소 가스의 연관으로의 유동이 오목부 내부의 곡면을 따라 이루어지게 되므로, 적체 시간이 훨씬 짧아지고 자유로이 유동할 수 있어 국부 가열 현상을 훨씬 저감할 수 있게 되는 것이다.

또한 본 발명에 의한 연소실을 향하는 제1 면과, 연관이 연장하는 방향을 향하는 제2 면을 포함하여 열교환 채임버를 연소실과 구획하는 화실 경판을 가공하는 방법은, 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면을 향해 상기 연관의 외경보다 큰 제1 내경을 갖는 오목부가 형성된 제1 돌기부를 형성하는 단계와, 상기 제1 돌기부에 상기 제2 면으로부터 상기 제1 면을 향해 상기 제1 내경보다 작은 제2 외경을 갖는 오목부가 형성된 제2 돌기부를 형성하는 단계와, 상기 제2 돌기부에 상기 연관의 직경에 대응하는 개구를 형성하는 단계를 포함하도록 구성된다.

바람직하게는, 상기 제1 돌기부의 돌설 깊이와 상기 제2 돌기부의 돌설 깊이는 실질적으로 동일하도록 구성된다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 의한 화실 경판과, 화실 경판 가공 방법의 바람직한 실시예를 살펴보도록 하겠다.

도 2에는 본 발명에 의한 화실 경판에 연관이 결합된 모습을 확대한 일부 단면도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명에 의한 화실 경판을 가공하는 방법에 의해 가공된 화실 경판의 확대된 일부 단면도가 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 화실 경판(10')은 연관(20)의 일단부에 대응하는 개구가 형성되어 있고, 이와 같은 개구의 숫자와 위치는 연관(20)의 숫자와 위치에 따라 결정된다. 본 발명에 의한 화실 경판은 도 2에 도시된 바와 같이, 연관(20)의 단부가 결합되는 개구 주위를 따라 상기 연관(20)이 연장하는 방향을 향하는 오목부를 가진 돌기부(11)를 형성한 것에 그 특징이 있다. 이와 같 은 화실 경판(10')에 연관(20)을 결합하는 경우, 도 1에 도시된 종래 기술을 설명하면서 전술한 바와 같이 화실 경판(10')과 연관(20)을 용접 등과 같은 밀봉 결합 방법으로 가공하기 위해서 연소실측 방향(도 2의 하방)에서 결합 작업을 수행하더라도, 상기 연관(20)이 연장하는 방향(도 2의 상방; 열교환 채임버측 방향)에 용접 부위를 둘 수 있게 되므로, 연관(20)의 단부가 연소실 측으로 밀려 들어올 필요가 없게 되고, 따라서, 연관(20)의 단부가 연소실 측으로 밀려 들어오는 형상을 취하는 종래 기술에 있어서 연소 가스의 연관(20)으로의 유입이 정체되어 국부 가열이 일어나던 현상을 방지할 수 있게 된다. 즉, 본 발명에 의한 화실 경판을 채택한 보일러의 경우에는 연소 가스의 유동이 도 2의 B'과 같이 이루어진다. 본 발명에 있어서, 상기 돌기부(11)의 오목부(111)는 상기 연관(20)의 지름이 19.5 mm 일때 깊이(d) 0.5~1.5 mm, 폭(w) 0.5 ~ 1.5 mm로 형성하는 것이 바람직하다. 지나치게 돌기부(11)의 깊이와 폭이 큰 경우 오히려 오목부(111)에서 연소 가스의 난류가 발생하여 연소 가스의 연관(20)으로의 유입이 원활히 이루어지지 아니할 수 있고, 지나치게 돌기부(11)의 깊이와 폭이 작은 경우 연관(20)과 화실 경판(10')의 용접 부위가 작아 용접이 제대로 이루어지지 아니할 수 있기 때문이다.

도 3에는 본 발명에 의한 화실 경판 가공 방법을 설명하기 위한 화실 경판의 일부 확대 단면도가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 화실 경판(10')은 상부에 열교환 채임버가 배치되고, 하부에 연소 채임버가 배치되는 구성이다. 즉, 도 3의 지면 상부를 향하는 방향이 열교환 채임버의 연관이 연장하는 방향이고, 도 3의 지면 하부를 향하는 방향이 연소 채임버를 향하는 방향이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 화실 경판 가공 방법은 연소실을 향하는 제1 면인 화실 경판(10')의 상면과, 연관이 연장하는 방향을 향하는 제2 면인 화실 경판(10')의 하면 각각에 돌기부를 서로 다른 방향으로 형성한 후, 연관에 대응하는 개구를 형성하도록 구성된다. 즉, 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면을 향해 상기 연관의 외경보다 큰 제1 내경을 갖는 오목부가 형성된 제1 돌기부를 형성하는 (b) 단계에서는 전술한 바와 같은 제1 돌기부를 드로잉(drawing) 기법을 통해 형성하고, 상기 제1 돌기부에 상기 제2 면으로부터 상기 제1 면을 향해 상기 제1 내경보다 작은 제2 외경을 갖는 오목부가 형성된 제2 돌기부를 형성하는 (c) 단계에서는 전술한 바와 같은 제2 돌기부를 제1 돌기부를 드로잉한 반대 방향으로 드로잉 (drawing)하여 형성하고, 상기 제2 돌기부에 상기 연관의 직경에 대응하는 개구를 형성하는 (d) 단계에서는 전술한 바와 같은 개구를 보링(boring) 기법을 통해 형성한다. 이때 (b) 단계에서 드로잉한 제1 돌기부의 제1 오목부의 깊이와, (c) 단계에서 드로잉한 제2 돌기부의 제2 오목부의 깊이가 같거나 또는 제2 오목부의 깊이가 더 얕도록 하여, 연관의 단부가 결합되는 돌기부(111)의 개구부 측의 위치가 연소 채임버 내부에 위치하지 아니하도록 구성하는 것이 바람직하다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 연소 채임버가 열교환 채임버의 하부에 배치되는 구성을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 구성 이외에도 연소 채임버가 열교환 채임버의 상부에 배치되는 소위 하향 연소식 보일러에도 적용 가능하다. 또한, 본 발명은 버너가 연관과 평행하게 배치되어 연소 가스가 연소관을 통과하면서 1차로 열교환하고, 반전 채임버에서 연관으로 유입되어 2차로 열교 환하는 대한민국 등록 특허 0350161호에 개시된 바와 같은, 소위 반전식 보일러에도 적용 가능하며, 이와 같은 경우 본 발명의 "연소 채임버"는 "반전 채임버"를 포함하는 개념으로 해석되어야 한다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 출원의 권리범위는 본 발명의 바람직한 실시예에 한정하여 해석될 것이 아니고, 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다. 또한, 본 출원의 특허청구범위에 기재된 사항로부터 용이하게 도출되는 단순한 설계 변경 및 구성의 치환 역시 본원의 권리범위에 속한다.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 연관을 연소 채임버 측 방향에서 화실 경판에 밀봉 결합하는 작업을 수행하더라도, 연관이 배치되는 방향으로 돌설된 돌기부와 연관의 단부를 밀봉 결합할 수 있으므로, 연관의 단부가 연소 채임버 측으로 유입될 필요가 없게 되어, 도 1의 C와 같은 연소 가스 유입 적체 구간이 발생하지 아니하게 되어, 국부 가열에 의한 물 끓는 소음의 발생을 저감시킬 수 있고, 나아가 열교환기의 열교환 효율을 증대시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 연관이 배치되는 열교환 채임버를 연소 채임버와 구획하는 화실 경판에 있어서,

   연관의 일단부가 결합되는 개구가 형성되어 있고,

   상기 개구의 외주연을 따라 상기 연관이 배치되는 방향을 향하는 오목부를 가진 돌기부가 형성된 것을 특징으로 하는 화실 경판.
2. 연소실을 향하는 제1 면과, 연관이 연장하는 방향을 향하는 제2 면을 포함하여 열교환 채임버를 연소 채임버와 구획하는 화실 경판을 가공하는 방법에 있어서,

   상기 제1 면으로부터 상기 제2 면을 향해 상기 연관의 외경보다 큰 제1 내경을 갖는 오목부가 형성된 제1 돌기부를 형성하는 단계와,

   상기 제1 돌기부에 상기 제2 면으로부터 상기 제1 면을 향해 상기 제1 내경보다 작은 제2 외경을 갖는 오목부가 형성된 제2 돌기부를 형성하는 단계와,

   상기 제2 돌기부에 상기 연관의 직경에 대응하는 개구를 형성하는 단계를 포함하는, 화실 경판 가공 방법.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 제1 돌기부의 돌설 깊이와 상기 제2 돌기부의 돌설 깊이는 실질적으로 동일한, 화실 경판 가공 방법.

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