KR100813412B1 - 열교환 기능이 일체화된 공해물질 저감형 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소 구조와 열교환 구조가 일체로 구성된 공해물질 저감형 보일러에 관한 것으로, 특히 본 발명에서는 난방수가 흐르는 상부 열교환관이 연소실과 일체로 구비되는 구조 및 화염과 연소가스가 선회 유동을 하도록 하는 구조를 통하여 우선, 화염을 안정화시켜 줌과 동시에 난류 강도를 증가시켜 공해물질을 저감 하고, 아울러 고온을 형성하는 연소실의 화염과 연소가스의 온도를 보다 효과적으로 신속하게 낮추어 대기오염원인 질소산화물의 생성을 억제할 수 있도록 한 것이다.

또한, 보일러의 내부에 난방수가 흐르는 코일형 하부 열교환관이 배치되어 연소가스에 대한 지속적인 열교환기능을 수행하도록 함으로써, 질소화합물의 생성을 더욱 억제할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은, 영역을 가지고 일 측에 형성되는 연소실과, 타 측에 연소가스 배출공을 각각 구비하는 몸체; 상기 연소실의 벽면 내부에 형성되어 유입관으로부터 유입된 난방수가 둘레를 따라 길이방향으로 이동하면서 유출관을 통해 빠져나가도록 하는 상부 열교환관; 상기 몸체의 외면을 따라 일부 감싸면서 일단이 연소실과 통하도록 구비되어 타 측단을 통해 외부로부터 공급되는 연료와 공기의 혼합물이 연소실의 측 방향으로 분사될 수 있도록 하는 연료공급유도관; 상기 몸체의 상면에 연소실과 통하도록 결합 되어 점화할 수 있도록 하는 점화부재;로 이루어진 열교환 기능이 일체화된 공해물질 저감형 보일러가 제공된다.

보일러, 연소, 가스, 선회, 열, 교환, 질소 산화물, 코일

Description

열교환 기능이 일체화된 공해물질 저감형 보일러{The Boiler for Reducing Pollutional Material Unified with a Heat Exchange}

도 1은 일반적인 보일러를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 열교환 기능이 일체화된 공해물질 저감형 보일러를 일부 절개하여 내부를 위에서 내려본 모습을 보여주는 사시도 이다.

도 3은 도 2를 정면에서 본 모습을 보여주는 사시도 이다.

도 4는 도 3의 하부 열교환기를 보여주는 사시도 이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10,30 : 보일러 12,34 : 연소실

14 : 연소부 16 : 노즐부

18 : 열교환관 32 : 몸체

36 : 배출공 38 : 벽면

40 : 상부 열교환관 42 : 하부 열교환관

44 : 곡면 46 : 연료공급유도관

48 : 유출관 50 : 유입관

54 : 코일관 56,58,60,62 : 열교환부

64,66,68,70,72 : 연결관 74 : 점화부재

76 : 배기구 78 : 응축수 배출관

80 : 덕트

본 발명은 열교환 기능이 일체화된 공해물질 저감형 보일러에 관한 것으로, 난방수가 흐르는 상부 열교환관이 연소실과 일체화된 구조로 이루어지고, 화염과 연소가스가 연소실에서 선회 유동을 하도록 하는 구조에 의해 우선, 화염을 안정화시켜 줌과 동시에 난류 강도를 증가시켜 공해물질을 저감 할 수 있도록 한 것이다.

또한, 상기 연소실 및 연소가스와의 직접적인 열교환을 통하여 열교환 성능을 더 높일 수 있도록 하고, 특히 고온을 형성하는 연소실의 화염과 연소가스의 온도를 효과적으로 낮추어 대기오염원인 질소산화물의 생성을 억제할 수 있도록 한 것이다.

또한, 보일러의 내부에 난방수가 흐르는 하부 열교환관이 배치되어 배출되는 연소가스에 대한 지속적인 열교환을 통하여 질소화합물의 생성을 더욱 억제할 수 있도록 한 열교환 기능이 일체화된 공해물질 저감형 보일러에 관한 것이다.

첨부된 도 1에는 일반적으로 사용되고 있는 보일러(10)가 도시되어 있다. 도 면에서 보듯이 보일러(10)의 내부 중앙에는 연소실(12)을 형성한 연소부(14)가 구비되어 있고, 그 연소실(12)의 하부에는 산소와 공기를 혼합 분사하기 위한 노즐부(16)가 구비되어 있다.

또한, 상기 노즐부(16)로부터 이격된 상부에는 열교환관(18)이 연소실(12)의 일 측에서 타 측으로 가로지도록 설치되며, 이러한 열교환관(18)에는 난방수가 흐르게 된다.

그런데, 위와 같은 구조로 구성된 일반적인 보일러(10)는, 연소실(12)에서 형성되는 고온의 연소가스가 화살표와 같이 열교환관(18)의 사이를 빠른 속도로 빠져나가게 되는 구조이므로 열교환 성능이 좋지 않은 구조적인 결함이 있다.

또한, 위와 같은 구조적인 결함으로 인하여 고온을 형성하는 연소실(14)과 연소가스 및 화염의 온도를 효과적으로 낮추지 못하게 됨으로써, 공해물질(특히 질소화합물)의 생성을 억제할 수 없게 된다.

왜냐하면, 상기 연소가스가 배출되는 방향을 기준으로 할 때, 열교환관(18)은 가로지르는 형태로 설치되어 있고, 나아가 연소가스의 배출 속도를 지연시키기 위한 별도수단도 구비하고 있지 않아 고온의 연소가스와 열교환시간이 매우 짧고, 그로 인해 열교환 성능과 함께 보일러의 능력이 저하된다.

위와 같이 열교환 성능이 좋지 못하게 되면, 연소실(12)을 비롯한 연소가스의 온도를 효과적으로 낮출 수 없기 때문에 대기오염원인 질소산화물의 생성을 억제하지 못하여 다량의 오염원이 그대로 방출된다.

한편, 보일러의 내부에 연소실(12)를 형성한 연소부(14)와 열교환관(18)이 각각 이원화되는 구조로 설치되게 되면, 각각 개별적인 조립 및 설치로 인해 조립작업에 대한 조립공수와 조립시간이 많이 요구되어 생산성 저하는 물론, 제작비의 상승을 가져오는 원인이 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로, 난방수가 흐르는 상부 열교환관이 연소실과 일체화된 구조로 이루어지고, 화염과 연소가스가 연소실에서 선회 유동을 하도록 하는 구조에 의해 우선, 화염을 안정화시켜 줌과 동시에 난류 강도를 증가시켜 공해물질을 저감 할 수 있도록 하는 점에 그 목적이 있다.

다른 목적으로, 상기 연소실과 연소가스와의 직접적인 열교환을 통해 열교환 성능을 더 높일 수 있으면서도 특히, 고온을 형성하는 연소실의 화염과 연소가스의 온도를 효과적으로 낮추어 대기오염원인 질소산화물의 생성을 억제할 수 있도록 한 것이다.

다른 목적으로, 보일러의 내부에 난방수가 흐르는 하부 열교환관이 배치되어 연소가스에 대한 지속적인 열교환을 통해 질소화합물의 생성을 더욱 억제할 수 있도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 영역을 가지고 일 측에 형성 되는 연소실과, 타 측에 연소가스 배출공을 각각 구비하는 몸체; 상기 연소실의 벽면 내부에 형성되어 유입관으로부터 유입된 난방수가 둘레를 따라 길이방향으로 이동하면서 유출관을 통해 빠져나가도록 하는 상부 열교환관; 상기 몸체의 외면을 따라 일부 감싸면서 일단이 연소실과 통하도록 구비되어 타 측단을 통해 외부로부터 공급되는 연료와 공기의 혼합물이 연소실의 측 방향으로 분사될 수 있도록 하는 연료공급유도관; 상기 몸체의 상면에 연소실과 통하도록 결합 되어 점화할 수 있도록 하는 점화부재;로 이루어진 열교환 기능이 일체화된 공해물질 저감형 보일러에 기술적 특징이 있다.

또한, 상기에서 연소실과 배출공 사이에는 상부 열교환관과 통하도록 연결되면서 연소가스가 통과할 수 있도록 하부 열교환관이 배치되고; 상기 하부 열교환관의 하단 일끝이 난방수가 유입되는 유입관과 통하도록 연결되어 있어, 상기 유입관으로부터 유입된 난방수가 하부 열교환관과 상부 연결관을 흐르면서 유출관을 통해 빠져나가는 구조가 제공된다.

또한, 상기에서 하부 열교환관은, 지름을 달리하는 코일관이 원형 형태로 1회 이상 감겨 지는 구조로 형성된 복수개의 열교환부가 몸체의 길이방향을 따라 서로 간격을 갖고 배치되고; 상기 열교환부 간에는 어느 하나의 코일관이 서로 통하도록 연결되는 것이 바람직할 것이다.

또한, 상기에서 연소실의 내주면이 원주를 따라 곡면으로 형성되어 있어, 화염과 연소가스가 선회 유동을 하도록 하는 구조가 제공된다.

이하, 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 대한 열교환 기능이 일체화된 공해물질 저감형 보일러를 일부 절개하여 내부를 위에서 내려본 모습을 보여주는 사시도 이고, 도 3은 도 2를 정면에서 본 모습을 보여주는 사시도이며, 도 4는 도 3의 하부 열교환기를 보여주는 사시도 이다.

도 2 및 도 3에 도시된 본 발명의 보일러(30)를 설명하기에 앞서 본 발명이 구비하고 있는 구성요소들을 먼저 간략히 살펴보면, 보일러(30)의 외관을 형성하는 몸체(32), 몸체(32)의 내부 상,하부에 각각 형성되는 연소실(34) 및 연소가스 배출공(36), 상기 연소실(34)의 벽면(38) 내부에 형성되는 상부 열교환관(40), 상기 연소실(34)과 배출공(36) 사이에 구비하는 하부 열교환관(42)으로 구성된다.

본 발명에 따른 보일러(30)을 구체적으로 설명하면, 상기 몸체(32)는 원통형의 형태로 길이를 가지고 형성되면서 일 측인 상부에 영역을 갖고 형성되는 연소실(34)과, 타 측인 하부에 연소가스 배출공(36)이 서로 통하도록 형성된다.

상기 연소실(34)의 내주면은 화염과 연소가스가 선회 유동을 할 수 있도록 원주를 따라 곡면(44)으로 형성되어 있다.

또한, 상기 몸체(32)의 상단 외면에는 외부로부터 공급되는 연료와 공기의 혼합물이 연소실(34)의 측 방향에서 공급될 수 있도록 원주를 따라 일부 감싸는 형태로 연료공급유도관(46)이 구비되어 있다. 이에 따라 연료공급유도관(46)의 일 측단을 통해 공급되는 혼합물이 타 측단을 통하여 연소실(34)로 공급되는 구조로 이루어져 있다.

또한, 상기 연소실(34)의 벽면(38) 내부에는 난방수가 벽면(38)의 둘레를 따라 길이방향으로 이동할 수 있도록 나선형의 형태로 이루어진 상부 열교환관(40)이 형성되어 있다.

상기 상부 열교환관(40)의 일 단과 타 단은 각각 몸체(32)로부터 노출되도록 설치된 유출관(48) 및 유입관(50)과 연결된 하부 열교환관(42)이 소통 가능하게 연결되어 있다. 따라서 상기 유입관(50)으로부터 유입되는 난방수가 하부 열교환관(42)과 상부 열교환관(40)을 순차적으로 흐르면서 유출관(48)으로 빠져나가는 구조로 구성되어 있다.

그러나, 위에 설명된 구조와 같이 상기 유입관(50)으로부터 유입된 난방수가 하부 열교환관(42)을 통해 상부 열교환관(40)으로 흐르도록 하는 구조로 한정되거나 국한될 필요는 없다.

예컨대, 상기 하부 열교환관(42)의 설치를 삭제하고 유입관(50)을 상부 열교환관(40)에 직접 연결하여, 유입관(50)으로 유입된 난방수가 바로 상부 열교환관(40)으로 흐르는 구조도 본 발명에 포함될 것이며, 이 정도의 변경은 당업자가 아니더라도 특별한 어려움 없이 충분히 응용할 수 있는 구조임이 자명할 것이다.

한편, 상기 연소실(34)과 배출공(36) 사이의 공간에는 앞서 언급된 하부 열교환관(42)이 배치되어 있다.

도 4를 통해 구체적으로 살펴보면, 하부 열교환관(42)은 지름을 달리하는 코일관(54)이 원형 형태로 1회 이상 감겨 지는 구조로 형성된 복수개의 열교환부(56~62)가 몸체(32)의 길이방향을 따라 서로 간격을 갖고 배치되고, 상기 열교환 부(56~62) 간에는 어느 하나의 코일관(54)이 서로 통하도록 연결관(65~68)을 통해 연결된다.

특히, 상부에 배치되는 상기 열교환부(56)의 코일관(54)은 상부 열교환관(40)의 하단과 통하도록 연결관(70)을 통해 연결되며, 하부의 열교환부(62)의 코일관(54)은 유입관(50)과 통하도록 연결관(72)를 통해 연결된다.

한편, 상기 몸체(32)의 상면에는 연소실(34)에서 점화가 이루어질 수 있도록 점화부재(74)가 결합 되어 있으며, 상기 몸체(32)의 하부에는 배출공(36)을 통과한 연소가스는 물론, 상기 코일관(54)의 표면에 맺히는 응축수의 배출을 가이드 할 수 있도록 덕트(80)가 결합 되는 형태로 구비되며, 이러한 덕트(80)에는 배기구(76) 및 응축수 배출관(78)이 통하도록 각각 연결되어 있다.

본 발명에 따른 열교환 기능이 일체화된 공해물질 저감형 보일러는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 먼저, 공기와 연료를 혼합한 혼합물이 연료공급유도관(46)을 통해 연소실(34)로 공급되고, 동시에 점화부재(74)에 의한 발화로 화염이 발생 된다.

이때, 상기 연소실(34)의 내주면이 곡면(44)으로 형성되어 있어, 화염과 연소가스가 선회 유동을 하게 되므로, 우선 화염을 안정화시켜 줌과 동시에 난류 강도를 증가시켜 공해물질을 저감하면서, 동시에 연소가스의 배출이 자연적으로 지연되게 된다.

또한, 상기 연소실(34)의 벽면(38) 내부에는 상부 열교환관(40)이 형성되는 구조로 이루어져 있어, 상기 연소실(34)과의 직접적인 열 교환이 가능함에 따라 연 소실(34)의 열을 빠르게 흡수하게 되고, 앞서 언급되었듯이 화염과 연소가스의 지연 배출로 인하여 열교환 성능이 더욱 향상되게 된다.

위와 같이 상기 연소실(34)의 열을 효과적으로 빠르게 흡수하고, 연소가스와의 열교환 성능이 향상되게 되면, 고온을 형성하는 연소실(34) 및 연소가스의 온도를 효과적으로 신속히 낮출 수 있으므로, 고온에서 다량 생성되는 질소산화물의 생성을 억제할 수 있게 된다.

또한, 상기 연소실(34)로부터 배출되는 연소가스는 최종적으로 배출공(36)을 통해 배기구(76)로 배출되는데, 이때 연소실(34)과 배출공(36) 사이에 도 4에도시된 하부 열교환관(42)이 배치되어 있어, 연소가스는 코일관(54) 간에 틈새를 통과하여 배출되게 된다.

이때, 상기 연소가스가 하부 열교환관(42)의 각 열교환부(56~62)를 통과하면서 코일관(54)의 표면에 부딪히게 됨으로써, 연소가스의 배출지연과 함께 교란이 자연적으로 형성된다.

위와 같이 연소가스의 배출지연과 교란이 형성되는 동안 연소가스는 하부 열교환관(42)의 열교환부(56~62) 사이에서 흐름이 지체되어 하부 열교환관(42)을 지나가는 난방수와의 열교환 성능이 더욱 향상되고, 동시에 연소가스의 온도를 효과적으로 낮추어 대기오염원인 질소산화물의 생성을 억제할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 열교환 기능이 일체화된 공해물질 저감형 보일러사용하게 되면, 연소실(34) 및 연소가스와 난방수 간에 직접적인 열교환이 가능하면 서 연소가스가 배출 지연으로 열교환성능을 높일 수 있고, 고온을 형성하는 연소실(34) 및 연소가스의 온도를 신속하게 효과적으로 낮출 수 있어 대기오염원인 질소산화물의 생성을 억제할 수 있게 된다.

또한, 상기 연소실(34)과 배출공(36) 사이에 하부 열교환관(42)이 배치되면서, 열교환부(56~62)가 몸체(32)의 길이방향을 따라 간격을 가지고 복수개가 배치되어 연소가스의 배출지연은 물론, 열교환 면적의 증대를 이용한 열교환 능력을 더 높여 보일러의 성능을 높일 수 있게 된다.

그러나, 도면에 도시된 열교환 기능이 일체화된 공해물질 저감형 보일러는 하나의 적용 예를 보여주는 것에 불과할 뿐, 이러한 구조로 한정될 필요는 없으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구 든지 다양한 변형이 가능하며, 이러한 변형은 본 발명의 특허청구범위로부터 벗어나지 않음이 자명한 사실이다.

위와 같이 본 발명은 보일러의 외관을 구성하는 몸체의 외벽을 따라 난방수가 흐르는 상부 열교환관이 연소실과 일체의 구조로 구비되고, 연소실에서 화염과 연소가스가 선회 유동을 하는 구조에 의하여, 우선 화염을 안정화시켜 줌과 동시에 난류 강도를 증가시켜 공해물질을 저감시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 연소실과 연소가스와의 직접적인 열교환구조를 통해 열교환 성능을 높일 수 있으면서도 특히, 고온을 형성하는 연소실의 화염과 연소가스의 온도를 효과 적으로 낮추어 대기오염원인 질소산화물의 생성을 억제할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 열교환 기능이 일체화된 공해물질 저감형 보일러를 사용하게 되면, 난방수가 흐르는 코일형의 하부 열교환관이 보일러의 몸체 내부에 수용 형태로 배치되어 있어, 배출되는 연소가스에 대한 열교환 기능을 지속적으로 수행하여 질소화합물의 생성을 더욱 억제할 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 열교환 기능이 일체화된 공해물질 저감형 보일러를 사용하게 되면, 연소실과 열교환관이 일체로 이루어지는 구조에 의해 각각 개별적인 설치에 따른 번거로움이 줄고, 조립시간이 단축되어 생산성을 향상시킬 수 있으며, 각 부품의 설치에 대한 공간확보가 최소화되어 보일러의 소형화를 실현할 수 있는 효과도 기대할 수 있다.

Claims (4)

1. 영역을 가지고 일 측에 형성되는 연소실(34)과, 타 측에 연소가스 배출공(36)을 각각 구비하는 몸체(32);

   상기 연소실(34)의 벽면(38) 내부에 형성되어 유입관(50)으로부터 유입된 난방수가 둘레를 따라 길이방향으로 이동하면서 유출관(48)을 통해 빠져나가도록 하는 상부 열교환관(40);

   상기 몸체(32)의 외면을 따라 일부 감싸면서 일단이 연소실(34)과 통하도록 구비되어 타 측단을 통해 외부로부터 공급되는 연료와 공기의 혼합물이 연소실(34)의 측 방향으로 분사될 수 있도록 하는 연료공급유도관(46);

   상기 몸체(32)의 상면에 연소실(34)과 통하도록 결합 되어 점화할 수 있도록 하는 점화부재(74);로 이루어진 것을 특징으로 하는 열교환 기능이 일체화된 공해물질 저감형 보일러.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 연소실(34)과 배출공(36) 사이에는 상부 열교환관(40)과 통하도록 연결되면서 연소가스가 통과할 수 있도록 하부 열교환관(42)이 배치되고;

   상기 하부 열교환관(42)의 하단 일끝이 난방수가 유입되는 유입관(50)과 통하도록 연결되어 있어, 상기 유입관(50)으로부터 유입된 난방수가 하부 열교환 관(42)과 상부 열교환관(40)을 흐르면서 유출관(48)을 통해 빠져나가는 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 열교환 기능이 일체화된 공해물질 저감형 보일러.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 하부 열교환관(42)은, 지름을 달리하는 코일관(54)이 원형 형태로 1회 이상 감겨 지는 구조로 형성된 복수개의 열교환부(56~62)가 몸체(32)의 길이방향을 따라 서로 간격을 갖고 배치되고;

   상기 열교환부(56~62) 간에는 어느 하나의 코일관(54)이 서로 통하도록 연결되는 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환 기능이 일체화된 공해물질 저감형 보일러.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 연소실(34)의 내주면이 원주를 따라 곡면(44)으로 형성되어 있어, 화염과 연소가스가 선회 유동을 하도록 하는 것을 특징으로 하는 열교환 기능이 일체화된 공해물질 저감형 보일러.

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