KR100701569B1 - 응축방지를 위한 저장식 보일러의 열교환기 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비콘덴싱 저장식 보일러의 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저장식 보일러의 구조를 개선하여 보일러의 열교환기 외부 표면에 응축수가 결로되는 것을 절대적으로 감소시켜 열교환기의 부식을 방지하기 위한 저장식 보일러의 열교환기를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 구성은 저장식 보일러의 열교환기(관체) 내부에 코일형 파이프를 삽입하고 차가운 난방 환수가 이 코일형 파이프를 통과한 후 관체 내부로 유입되도록 하고, 그 결과 낮은 온도의 난방 환수가 직접 배기가스에 접촉 되지 않도록 하는 것이다.

본 발명의 효과는 연료(가스 또는 기름)가 연소되어 형성된 연소가스 내에 포함되어 있는 수증기가 보일러의 열교환기에서 응축 결로되고 연소 가스내에 포함되어 있는 유독가스(예: 황산화물, 질소산화물 등)가 결로된 응축수에 녹아들어 열교환기 표면에서 온도가 상승함에 따라 수분만이 증발하므로 잔류된 강산 성분으로 인하여 열교환기를 손상시키는 것을 방지하고 내구성을 향상시킬 수 있는 구성인 것이다.

본 발명의 열교환기 구조를 사용하면 일반적인 재질(철 또는 동)을 사용하여 열교환기를 제작하는 경우에도 응축에 의한 열교환기 부식을 방지함으로써 내구성을 증가시킬 수 있으며, 알루미늄합금주물이나 스테인리스스틸을 사용하는 열교환기의 경우에도 이러한 방식을 적용함으로써 응축수에 의한 부식 진행을 최소화할 수 있다.

보일러, 난방공급, 난방환수, 내부배관

Description

응축방지를 위한 저장식 보일러의 열교환기 구조{Storage Type Boiler Heat Exchanging Structure for Preventing Condensation}

도 1은 기존 저장식 보일러의 일반적인 열교환기 구조의 도면이고,

도 2는 본 발명에 따른 저장식 보일러의 열교환기 구조 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 효과를 설명하는 도면이며,

도 4는 본 발명과 종래기술과의 차이점을 나타내는 표이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 보일러 12 : 연관 18 : 배기가스배출

20 : 난방공급출구 22 : 난방환수입구 24 : 재 진입구

26 : 재출구 30 : 내부배관 32 : 버너

34 : 보일러 측벽 36 : 화염 40 : 수관부

42 : 보일러 내벽 44 : 연장배관부

f : 보일러 내면 하부

g : 보일러 내면 상부(난방공급출구 부근 연소실 내면 상부)

본 발명은 비콘덴싱 저장식 보일러의 열교화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저장식 보일러의 구조를 개선하여 보일러의 경교환기 외부 표면에 응축수가 결로되는 것을 절대적으로 감소시켜 열교환기의 부식을 방지하기 위한 저장식 보일러의 열교환기를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 구성은 저장식 보일러의 열교환기(관체) 내부에 코일형 파이프를 삽입하고 차가운 난방 환수가 이 코일형 파이프를 통과한 후 관체 내부로 유입되도록 하고, 그 결과 낮은 온도의 난방 환수가 직접 배기가스에 접촉 되지 않도록 하는 것이다.

본 발명은 연료(가스 또는 기름)가 연소되어 형성된 연소가스 내에 포함되어 있는 수증기가 보일러의 열교환기에서 응축 결로되고 연소 가스내에 포함되어 있는 유독가스(예: 황산화물, 질소산화물 등)가 결로된 응축수에 녹아들어 열교환기 표면에서 온도가 상승함에 따라 수분만이 증발하므로 잔류된 강산 성분으로 인하여 열교환기를 손상시키는 것을 방지하고 내구성을 향상시킬 수 있는 구성인 것이다.

보일러는 영어에서 유래된 외래어로 boiler로 표기되며, 사전적인 의미는 ‘난방 시설이나 목욕탕 따위에 더운물을 보내기 위해 물을 끓이는 시설’로 되어 있고, 물을 끓인다는 의미인 것이며, 산업용으로 사용되는 보일러와 가정용으로 쓰이는 보일러로 구분이 될 수 있다.

통상 가정용보일러는 비등점 이하로 사용하는 소용량인 것이며, 비등점 이상으로 온도를 높이는 공업용으로 쓰이는 대용량의 보일러와 비교되는 것이다. 비등점이상으로 사용하기 위하여 여타 부수적인 장치가 필요하여 설비가 대형으로 되기 때문에 상대적으로 적은 용량의 열량을 사용하는 가정용 보일러에서는 물이 끓는 온도 이하로 관리하여 온수를 사용하여 난방을 행하는 것이 대부분이다.

또한 보일러는 콘텐싱을 행하느냐 아니 행하느냐에 따라 콘덴싱 보일러와 비콘덴싱 보일러로 구분이 된다.

콘덴싱 보일러는 가스가 연소하는 과정에서 발생하는 수증기는 저온의 물체나 공기에 접할 때 물(H₂O)로 변하는 과정에서 열에너지를 방출하는 것으로, 이 열을 보일러가 재흡수 하여 열효율을 높이도록 설계된 방식이 콘덴싱(Condensing Type) 보일러로서 진발열량 기준 103-108% 열효율을 얻을 수 있으므로 연료비를 현저히 절감시키는 방식이다. 그러나 콘덴싱을 행하므로 열효율은 증가시킬 수 있으나 응측수가 생기는 것은 구성상 피할 수 없는 것이기 때문에 보일러의 열전달 표면을 내식성이 강한 재료를 사용하여 보일러를 생산하고 있으나 통상 내식성이 강한 재질은 열전달효율이 떨어지므로 열전달을 위하여 보일러의 열전달 면적을 넓힐 수밖에 없으므로 보일러의 크기기 커지는 것을 감수 하여야한다.

콘덴싱 보일러와 대비되는 비콘덴싱 보일러는 콘덴싱이 일어나지 않으므로 열전달이 상대적으로 잘되는 재질을 사용하여 보일러의 크기를 줄일 수 있는 장점이 있으나 열전달이 상대적으로 잘되는 재질은 응축수에 비교적 약하기 때문에 초기 가동시에 발생하는 응축수로 인하여 보일러의 수명이 매우 짧아지는 경향이 발 생하는 것이다.

비콘덴싱 보일러에 있어서 가장 바람직한 것은 응축수가 전혀 발생하지 않으면 되는 것이나 통상 보일러를 항상 가동하는 것이 아니므로 이는 실질적으로 불가능한 것이므로, 대안으로 보일러의 수명을 연장시키기 위하여 응축수가 상대적으로 덜 발생하는 구성이 필요한 것이다.

도 1은 기존 저장식 보일러의 일반적인 열교환기 구조를 나타낸다. 일반적인 열교환기는 상부 또는 하부에 버너(32)를 부착하는 연소실이 구비되어 있으며, 다수개의 연관이 설치되어 있다. 연소 배기가스는 다수개의 연관을 통과하면서 연관 벽면을 통해 난방수로 열을 전달하고, (미도시) 배기연도를 통해 외부로 배출된다. 연소 배기가스 속에는 다량의 수증기(H2O)가 포함되어 있는 데, 이 수증기는 노점온도 이하의 물체와 접촉하게 되면 응축되어 물이 된다.

노점온도는 배기가스 중에 수증기 비율에 따라 달라지며, 일반적인 연소 상태에서 기름연료의 경우에는 섭씨 40~47도, 가스연료의 경우에는 섭씨 50~57도 정도이다. 만일 난방 환수의 온도가 섭씨 20도, 열교환기에서 가열된 난방 공급의 온도가 40도인 경우라면, 열교환기 내부의 물 온도는 전체적으로 노점온도 이하이므로 연관의 벽면에서 응축 현상이 심하게 발생하게 된다. 통상 외출하였다가 초기 가동을 하는 경우에는 섭시 20도 보다 아래의 환수 온도일 경우도 다반사인 것으로, 이러한 응축 현상이 반복적으로 일어나는 경우에는 응축 시의 수분과 배기가스 중의 황산화물(기름 연료의 경우)이나 질소산화물(가스 연료의 경우)이 반응하여 PH2~4 정도의 산성 응축수가 형성된다. 산성 응축수는 보일러가 점차 온도가 상승 하면서 수분이 증발하고 황산화물 또는 질소산화물만을 남겨 놓게 되므로 응축 현상이 반복됨에 따라 더 많은 화합물이 보일러의 표면에 점착하게 되는 것이다. 이 산성 응축수에 의해 열교환기의 부식이 진행되고 점차 내구성이 저하되어 궁극적으로 보일러를 더 이상 사용할 수 없는 상황이 되는 것이다.

통상적인 열교환기의 재질로는 철 또는 동을 사용하며, 이러한 금속은 응축수에 의한 부식에 매우 취약하므로 일정 기간 이상 사용 시 부식 문제가 발생하게 된다. 물론 특수한 재질의 알루미늄합금주물이나 스테인리스스틸을 사용하여 응축수에 견디도록 열교환기를 제작할 수도 있으나, 이러한 재질을 사용하는 경우에는 제작 가공도 어렵고 제품크기가 커질 뿐만 아니라 무게도 무거워 제작비용이 많이 드는 단점이 있고, 또한 열전달효율이 동에 비하여 상대적으로 떨어지는 단점이 있다.

따라서 통상적인 열교환기의 재질을 사용하면서도 응축 현상을 방지 또는 최소화함으로써 열교환기의 손상을 방지하고 내구성을 향상시키는 열교환기의 구조가 필요하게 되었다.

상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 통상적인 열교환기의 재질을 사용하면서도 응축 현상을 방지 또는 최소화함으로써 열교환기의 손상을 방지하고 내구성을 향상시키는 응축방지를 위한 저장식 보일러의 열교환기 구조를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 상세한 구성은, 비콘덴싱 저장식 보일러의 열교환기에 있어서, 난방공급출구(20)를 보일러(10) 상부에 설치하고, 난방환수입구(22)를 난방공급출구(20)의 하단에 마련하고, 난방환수입구(22)로부터 나선형으로 연장된 내부배관(30)을 보일러(10)의 수관부(40) 내부에 설치하고, 연장된 내부배관(30)이 보일러 벽면을 통과하는 재출구(26)를 통하여 연장되는 연장배관부(44)로 연결되어 보일러(10)의 하단의 재진입구(24)와 결합되는 것이며,

상기 내부 배관(30)은 보일러(10)의 수관부(40) 내부에 보일러 벽면과 일정한 간격을 이격하여 구성되는 것이고,

상기 내부배관(30)에 도3 D 그래프에 나타난 A1 면적만큼의 열량을 보일러(10)의 수관부(40)로부터 A2 면적만큼 전달되어 중탕되도록 구성하여 난방환수입구(22)의 온도보다 재진입구(24)의 온도를 난방환수입구(22) 온도보다 높고 난방공급출구(20) 온도보다 낮게 상승시키는 것을 특징으로 하며,

상기 보일러(10)를 초기 가동할 때의 1차 순환에서 보일러(10) 하부에 결로되는 양을 도3 B 그라프에서 abc 면적만큼의 결로 양을 감소시키는 것을 특징으로 하고,

상기 연장배관부(44)는 난방온수의 열을 외부로 방출되는 것을 방지하기 위하여 단열처리 하는 것을 특징으로 하며,

상기 보일러(10)를 초기 가동할 때에 보일러(10) 하부에 결로가 지속적으로 형성되는 시간을 25% 줄이는 것을 특징으로 하는 응축방지를 위한 저장식 보일러의 열교환기 구조인 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 기존 저장식 보일러의 일반적인 열교환기 구조의 도면이고,

도 2는 본 발명에 따른 저장식 보일러의 열교환기 구조 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 효과를 설명하는 도면이며,

도 4는 본 발명과 종래기술과의 차이점을 나타내는 표이다.

도 1은 기존 저장식 보일러의 일반적인 열교환기 구조의 도면을 나타내는 것이며, 상세한 설명은 종래기술에서 이미 설명을 하였다.

도 2는 본 발명에 따른 저장식 보일러의 열교환기 구조를 나타낸다. 일반적인 저장식 보일러(10)의 열교환기 내부에 코일형 파이프를 삽입하는 것이 본 발명의 구조이다.

비콘덴싱 저장식 보일러의 열교환기에 있어서, 난방공급출구(20)를 보일러(10) 상부에 설치하고, 난방환수입구(22)를 난방공급출구(20)의 하단에 마련하고, 난방환수입구(22)로부터 나선형으로 연장된 내부배관(30)을 보일러(10)의 수관부(40) 내부에 설치하고, 연장된 내부배관(30)이 보일러 벽면을 통과하는 재출구(26)를 통하여 연장되는 연장배관부(44)로 연결되어 보일러(10)의 하단의 재진입구(24)와 결합되는 것이며, 내부 배관(30)은 보일러(10)의 수관부(40) 내부에 보일러 벽면과 일정한 간격을 이격하여 구성되는 것이고,

상기 연장배관부(44)는 난방온수의 열을 외부로 방출되는 것을 방지하기 위하여 단열처리 하는 구성인 것이다.

난방 환수는 저장식 열교환기의 상부에 있는 난방 환수 입구(22)로 인입되어 코일형 파이프로 들어가 파이프 내부 유로를 통해 열교환기의 하부에 구성된 재출구(26)로 인출되고, 다시 열교환기 하부인 재진입구(24)로 인입된다.

난방 공급 출구(20)는 열교환기 상부에 위치하고 있으므로 하부로부터 가열된 난방수는 상부에 설치된 도시 되지 않은 난방 공급관으로 유출되어 방바닥 배관 또는 라디에이터 등으로 공급되어 난방이 이루어지게 된다.

낮은 온도의 난방 환수가 인입되는 경우에도, 연관의 벽면과 직접 접촉하지 않고, 가열된 열교환기 내부로 먼저 들어와 중탕 가열된 후 비로소 연관과 접촉하게 되므로 응축 현상을 방지할 수 있게 되는 것이다.

이는 난방환수가 낮은 온도로 인입되는 것을 중탕가열 방식으로 온도를 높여 상대적으로 보일러(10)의 표면에 생기는 응축수를 줄이기 위한 구성으로 매우 효율적인 것이다. 응축수가 결로되는 것은 온도가 낮을수록 보다 많은 양이 응축되는 것으로 배기가스와 접촉하는 보일러(10)의 물 온도를 높일수록 결로현상은 줄게 되는 것이기 때문이다.

보다 상세한 설명은 도3 과 도4를 바탕으로 자세하게 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명에 따른 효과를 설명하는 도면으로, A도는 온도에 따른 응축 비율을 나타내는 도면이며, B도는 종래 기술과 본원의 결로 현상이 일어나는 정도를 비교한 것이며, C도는 4차 순환일 경우에 종래 기술과 본원의 결로 현상이 일어 나는 정도를 비교한 것이고, D도는 종래 기술과 본원의 보일러(10) 내부 온도 구배를 보여주는 도면이다.

도 4는 본 발명과 종래기술과의 온도 차이점을 나타내는 표를 나타내는 것으로, 보일러(10)의 버너(32)의 용량이 동일하고 동일한 열을 난방 후에 보일러(10)로 돌아오는 경우에 보일러(10)의 난방환수입구(20)에서의 온도와 난방공급출구(20)에서의 온도를 각각 비교한 것이다.

도3과 도4를 참조하여 본원과 종래기술의 차이점을 설명하고자한다.

도 4의 표에서 종래기술과 본원 보일러(10)의 용량이 동일하고, 순환펌프의 속도가 동일하고, 난방공급출구(20)에서 공급된 온수가 동일한 일(난방)을 행하고 돌아오는 난방환수입구(20)에 돌아오는 환수의 온도는 동일한 온도로 돌아오게 되는 것이다.

도1과 도2에 나타난 보일러(10)의 구조로 보아 보일러(10) 내부에 채워져 있는 물의 양은 도2의 개선된 보일러(10)의 물의 양이 보일러(10) 내부 체적에 배관이 포함되어 있는 것이므로 상대적으로 적은 물의 양을 가지고 있는 것이나, 얇은 체적을 가지는 관으로 가정하고 동일한 체적의 물을 내포하고 있는 것으로 하면, 보일러(10)에 인입되는 난방환수의 온도를 도1의 구성이나 도2의 구성에서 동일하게 온도를 높일 수 있는 열량을 공급하게 되는 것으로, 통상적으로 인입구의 온도를 약 섭씨 10도를 올릴 수 있는 버너(32)를 사용하는 것으로 하고 도4의 표를 설명하고자 한다.

도4는 본원과 종래기술의 난방환수 온도와 난방공급 출구온도를 서로 비교한 것이다. 각 순환 단계는 시간을 일정하게 분리하여 각 시점의 온도를 비교한 것으로,

1차 순환에 있어 종래기술의 난방환수 온도는 20도이고 보일러(10)의 버너(32)의 용량이 10도를 올릴 수 있는 것이므로 난방공급출구의 온도는 30도가 되어 난방이 공급되는 것이며, 본원은 난방환수입구(22) 온도가 섭씨 20도인 온수가 환수되고 난방공급축구온도가 섭씨 30도가 되는 것은 동일하나 보일러(10)의 내부에 감겨져있는 배관을 통하여 낮은 온도가 중탕이 되는 것이므로 상승된 온도로 재진입구(24)에 온수가 재진입할 때는 섭씨 25도로 상승되어 보일러(10)의 하부로 재진입하게 되는 것이다.

재진입온도는 내부배관(30)에 도3 D 그래프에 나타난 A1 면적만큼의 열량을 보일러(10)의 수관부(40)로부터 A2 면적만큼 전달되어 중탕되도록 구성하여 난방환수입구(22)의 온도보다 재진입구(24)의 온도를 난방환수입구(22) 온도보다 높고 난방공급출구(20) 온도보다 낮게 상승시키는 것이 실질적인 온도 범위라고 볼 수 있다. 재진입온도는 내부배관의 상태 ,두께, 나선의 권선수, 지름, 배치된 위치 등에 따라 오르고 내릴 수 있는 것이기 때문이다.

2차 순환은 단위 시간이 흘러 전체의 보일러(10)의 물이 1차로 순환을 마치고 섭씨 5도의 온도를 난방하는데 사용하고 20도로 공급된 온수가 섭씨 5도가 감소된 온도로 난방환수 온도가 섭씨 25도의 온도로 환수되는 것은 종래기술과 본원이 동일하게 환수되는 것이다. 종래 기술은 10도가 상승된 35도로 난방 공급이 되나, 본원은 중탕가열이 되어 재진입 온도가 30도로 되어 보일러(10)의 내부 표면에 형 성되는 결로의 양이 상대적으로 줄어지는 것이다.

3차 순환에 있어서, 시간이 흘러 전체의 보일러(10)의 물이 2차로 순환을 마치고 섭씨 5도의 온도를 난방하는데 사용하고 35도로 공급된 온수가 섭씨 5도가 감소된 온도로 난방환수 온도가 섭씨 30도의 온도로 환수되는 것은 종래기술과 본원이 동일하게 환수되는 것이다. 본원과 종래 기술은 보일러(10)에 설치된 버너(32)의 열로 인하여 환수 온도보다 10도가 상승된 40도로 난방 공급이 되나, 진입온도에 있어서 본원은 중탕가열이 되어 재진입 온도가 35도로 되어 보일러(10)의 내부 표면에 형성되는 결로의 양이 상대적으로 줄어지는 것이다.

4차 순환에 있어서, 일정 시간이 흘러 전체의 보일러(10)의 물이 3차로 순환을 마치고 섭씨 5도의 온도를 난방하는데 사용하고 40도로 공급된 온수가 섭씨 5도가 감소된 온도로 난방환수 온도가 섭씨 35도의 온도로 환수되는 것은 종래기술과 본원이 동일하게 환수되는 것이다. 본원과 종래 기술은 보일러(10)에 설치된 버너(32)의 열로 인하여 환수 온도보다 10도가 상승된 40도로 난방 공급이 되나, 진입온도에 있어서 본원은 중탕가열이 되어 재진입 온도가 40도로 되어 보일러(10)의 내부 표면에 형성되는 결로가 사라지게 되며, 상대적으로 종래의 보일러(10)는 결로현상이 여전히 존재하게 된다.

각 차수의 순환을 비교하면 종래 기술은 4차 순환기 까지 결로가 형성되는 것이고, 본원은 3차 순환기 까지 결로가 형성되는 것이므로 결로가 형성되는 시간을 본원은 25% 단축시키는 효과를 얻는 것이다. 결로가 형성되는 시간 또한 보일러(10) 내부의 부식을 줄여 궁극적인 보일러(10)의 수명을 연장시키는 중대한 요소 중의 하나인 것으로 결로가 지속되는 시간이 많을수록 보다 많은 산화물이 보일러(10) 내부 표면에 점착되는 것이기 때문이다.

5차 순환에 있어서, 시간이 흘러 전체의 보일러(10)의 순환수가 4차로 순환을 마치고 섭씨 5도의 온도를 난방하기 위하여 사용하고 45도로 공급된 온수가 섭씨 5도가 감소된 온도로 난방환수 온도가 섭씨 40도의 온도로 환수되는 것은 종래기술과 본원이 동일하게 환수되는 것이다. 본원과 종래 기술은 보일러(10)에 설치된 버너(32)의 열로 인하여 환수 온도보다 10도가 상승된 50도로 난방 공급이 되는 것으로, 진입온도에 있어서 본원은 중탕가열이 되어 재진입 온도가 45도로 되고, 종래기술은 40도가 되어 양자가 보일러(10) 표면에 결로가 형성되지 않는 상태가 되는 것이다.

도4의 표에 있어서, 선행조건을 결로가 형성되지 않는 온도를 섭씨 40도로 설정한 것이고 실제 적용에 있어서는 섭씨 40도 보다 높은 온도에서 결로가 형성될 수 있는 것이며, 난방공급수의 온도에서 섭씨 5도가 난방을 하기위하여 사용된 것으로 가정하였으나 이는 지속적으로 난방열이 필요할 경우를 설명한 것이고, 정상상태(Steady State)에 도달하였을 경우는 보다 적은 열량이 필요할 수 있는 것이다.

또한 재진입온도가 난방환수온도와 비교하여 섭씨5도가 상승한 것으로 하였으나, 도2의 내부배관(30)의 형상에 따라 중탕되어 상승하는 온도가 결정되는 것으로, 변화를 가할 수 있는 요인은 권선의 횟수와 관의 굵기, 순환펌프의 용량, 내부관의 두께, 열전달효율에 따라 중탕되어 상승하는 온도가 달라 질 수 있는 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 효과를 설명하는 도면인 것으로, 노점온도가 섭씨 40도 이하에서 형성되는 경우에 온도에 따른 결로가 형성되는 정도를 표현하는 그래프인 것으로, 온도가 낮을수록 보다 많은 양의 결로가 형성되는 특성을 볼 수 있다.

1차 순환기에 있어서, 난방환수의 온도가 섭씨 20도일 경우 열교환기 표면에 형성되는 응축수의 비율은 60%에 근접하고 섭씨 25도일 경우는 30%에 근접하며, 30도일 경우는 20%에 근접하는 것을 그래프를 통해 알 수 있는 것이다.

이러한 온도에 따라 나타나는 응축비율을 보일러(10) 내부에 응축되는 결로의 양으로 표현하면, B 도면에서, f는 보일러(10)의 난방환수가 유입되는 보일러(10)의 하부의 표면에 결로되는 정도를 나타내는 것이며, g는 보일러(10)의 난방공급수가 유출되는 보일러(10)의 상부의 표면에 결로되는 정도를 나타내는 것으로, 종래 보일러(10)의 표면에 결로되는 양과 본원의 보일러(10)의 내부 표면에 결로되는 양을 비교할 수 있는 것이다.

종래 보일러(10)의 표면에 결로되는 양은 afgc가 형성하는 면적인 것이며, 본원의 보일러(10)의 표면에 결로되는 양은 bfgc로 표현될 수 있는 것으로 결로의 양이 현격히 줄 수 있는 것을 알 수 있다.

또한 결로의 양이 현격히 감소한 것 외에 중요한 사항은 일정부위에 집중적으로 형성되는 결로의 양인 것이다. B 그래프에서 알 수 있듯이 종래 기술의 보일러(10) 표면에 형성되는 결로가 난방환수가 유입되는 보일러(10)의 하부에 집중되어 발생하는 것을 볼 수 있는 것으로 결로의 양은 보일러(10) 연소 배기가스에 포 함되어 있는 각종 산이 녹아들어 강산으로 형성될 수 있는 확률을 향상시키는 것이고, 보일러(10)의 특성상 보일러(10)가 구동되고 정지 되는 것이 반복이 되는 것이므로, 어느 한 부분이 축척된 산으로 인하여 부식이 되어 구멍이 형성되는 것은 보일러(10) 전체를 사용할 수 없는 것이므로 보일러(10)의 수명이 상당히 단축 될 수 있음을 알 수 있다.

또한 보일러(10)에 있어서 보일러(10) 하부에 부식이 진전되어 보일러(10)를 사용할 수 없는 경우가 대부분인 것으로 이를 방지하기위하여 하부를 부식에 강한 재료를 사용하는 경우도 있으나 이는 열전달 효율이 저하되므로 인하여 보일러(10)의 크기가 커지는 불편함을 감수하여야 하는 것이다.

표면에 형성되는 결로의 양을 비교하면 본원은 종래기술에 비하여 약 절반정도의 결로의 양이 형성되는 것을 알 수 있다. 이는 본원의 보일러(10)의 수명이 약 2배가 길어질 수 있음을 의미하는 것이다.

C 그래프는 3차 순환일 경우를 설명하는 것으로, 종래 보일러(10)의 표면에 결로되는 양은 a'fg로 표현될 수 있으며, 본원의 보일러(10)의 표면에 결로되는 양은 b'fg로 표현될 수 있는 것으로 본원의 보일러(10)의 표면에 형성되는 결로의 양이 종래 기술에 비하여 절반에 불과한 것을 알 수 있는 것으로 재차 수명이 배가 될 수 있는 구성인 것이다.

D 그래프는 1차 순환일 경우의 종래의 보일러(10)와 본원 보일러(10)의 보일러(10) 내부 표면의 온도구배를 나타내는 것으로, 종래기술의 구배는 섭씨 20도에서 보일러(10) 버너(32)의 가열에 의하여 섭씨 30도에 도달되는 것을 표시하였고, 본원의 온도구배는 버너(32) 용량에 의하여 섭씨 30도 까지 가열되는 것은 동일하나, 내부에 배치된 중탕 배관에 열을 전달하여 주므로 인하여 온도 구배가 직선(실질적으로 정확한 직선은 아닐 수 있으나 단순화 시킨 것임)으로 형성되지 아니하고 왜곡이 되는 것으로, 면적 A1과 면적 A2는 동일한 면적으로 형성되어야하는 것으로, A2에 해당하는 열량은 난방환수 된 물이 중탕이 되면서 내부배관(30)을 통하여 난방환수에 전달되어진 열량이고, A1은 난방환수가 내부배관(30) 외부의 난방수로부터 열량을 전달받아 섭씨 5도가 상승하기 위하여 받은 열량인 것이다.

또한 종래의 보일러(10)와 본원의 보일러(10)가 버너(32)로부터 전달받은 열량은 동일한 것으로 afgc로 형성된 면적과 bfgc로 형성된 면적이 동일한 것임을 알 수 있다.

본 발명에서는 난방용 보일러(10)의 경우에 대해서 실시예로서 설명했으나, 온수용으로 사용하는 경우에도 동일한 구조로 적용 가능함은 물론이다.

또한 설명된 조건은 아이디얼 상태로 간략화하여 설명한 것이나, 보일러 내부의 연소가스로 인하여 실질적으로는 계산되어진 온도보다 약간 높아질 것이며, 결로의 양도 상대적으로 줄어드는 것은 자명한 사항이다.

이상으로, 본 발명에 따른 응축방지를 위한 저장식 보일러(10)의 열교환기 구조를 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 여기에 한정되지 않으며, 청구범위에 기재된 사항과 균등한 범위의 모든 기술적 사상에 대하여 미친다고 할 것이다.

본 발명의 효과는 연료(가스 또는 기름)가 연소되어 형성된 연소가스 내에 포함되어 있는 수증기가 보일러(10)의 열교환기에서 응축 결로되고 연소 가스내에 포함되어 있는 유독가스(예: 황산화물, 질소산화물 등)가 결로된 응축수에 녹아들어 열교환기 표면에서 온도가 상승함에 따라 수분만이 증발하므로 잔류된 강산 성분으로 인하여 열교환기를 손상시키는 것을 방지하고 내구성을 향상시킬 수 있는 구성인 것이다.

또한 본 발명의 열교환기 구조를 사용하면 일반적인 재질(철 또는 동)을 사용하여 열교환기를 제작하는 경우에도 응축에 의한 열교환기 부식을 방지함으로써 내구성을 증가시킬 수 있으며, 알루미늄합금주물이나 스테인리스스틸을 사용하는 열교환기의 경우에도 이러한 방식을 적용함으로써 응축수에 의한 부식 진행을 최소화할 수 있다.

Claims (6)

1. 비콘덴싱 저장식 보일러(10)의 열교환기에 있어서,

   난방공급출구(20)를 보일러(10) 상부에 설치하고,

   난방환수입구(22)를 난방공급출구(20)의 하단에 마련하고,

   난방환수입구(22)로부터 나선형으로 연장된 내부배관(30)을 보일러의 수관부(40) 내부에 설치하고,

   연장된 내부배관(30)이 보일러 벽면을 통과하는 재출구(26)를 통하여 연장되는 연장배관부(44)로 연결되어 보일러(10)의 하단의 재진입구(24)와 결합되는 것을 특징으로 하는 응축방지를 위한 저장식 보일러의 열교환기 구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 내부 배관(30)은 보일러(10)의 수관부(40) 내부에 보일러(10) 벽면과 일정한 간격을 이격하여 구성되는 것을 특징으로 하는 응축방지를 위한 저장식 보일러의 열교환기 구조.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 내부배관(30)에 도3 D 그래프에 나타난 A1 면적만큼의 열량을 보일러(10)의 수관부(40)로부터 A2 면적만큼 전달되어 중탕되도록 구성하여 난방환수입구(22)의 온도보다 재진입구(24)의 온도를 난방환수입구(22) 온도보다 높고 난방공급출구(20) 온도보다 낮게 상승시키는 것을 특징으로 하는 응축방지를 위한 저장식 보일러의 열교환기 구조.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 보일러(10)를 초기 가동할 때의 1차 순환에서 보일러(10) 하부에 결로되는 양을 도3 B 그라프에서 abc 면적만큼의 결로 양을 감소시키는 것을 특징으로 하는 응축방지를 위한 저장식 보일러의 열교환기 구조.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 연장배관부(44)는 난방온수의 열을 외부로 방출되는 것을 방지하기 위하여 단열처리 하는 것을 특징으로 하는 응축방지를 위한 저장식 보일러의 열교환기 구조.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 보일러(10)를 초기 가동할 때에 보일러(10) 하부에 결로가 지속적으로 결로가 형성되는 되는 시간을 25% 줄이는 것을 특징으로 하는 응축방지를 위한 저장식 보일러의 열교환기 구조.

Images