KR100929899B1 - 보일러 내부의 유로구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보일러 내부의 유로구조에 관한 것으로서, 보다 상세히는 보일러 내부의 송풍실과 열풍배분실의 차단수단을 풍속에 따라 자동 개폐되는 댐퍼로 구성함으로써 일정한 풍속을 확보하여 열교환효율을 높이는 보일러의 폐쇄 유로 구조에 관한 것이다.

본 발명은, 외기와 차단된 하우징(1) 내부에, 송풍팬(F)이 설치된 송풍실(3)과; 가열기(H)가 설치된 가열실(5)과; 가열공기를 분배하는 배분실(7)과; 열교환기(P)가 설치된 열교환실(9)이 상기 송풍실(3)까지 순차로 연통되어 폐쇄 순환로를 형성하는 보일러내부의 유로구조에 있어서, 상기 송풍실과 가열실은 칸막이 상층판(20)에 형성된 제1급기공(15)으로써, 상기 가열실과 배분실은 상기 칸막이 상층판(20)에 형성된 제2급기공(25)으로써, 상기 배분실과 열교환실은 칸막이 중층판(30)에 천공된 다수의 통기공(h)으로써, 상기 열교환실과 송풍실은 격판(10)에 천공된 다수의 통기공(h)으로써 연통되도록 순환로를 구성하되, 상기 배분실(7)과 송풍실(9)의 칸막이 수단을 송풍 속도에 연동하여 개폐되는 댐퍼(50)로써 형성한 것이 특징이다.

보일러, 열교환기, 유로구조, 폐쇄유로, 댐퍼, 돌출설치, 송풍, 열교환효율

Description

보일러 내부의 유로구조{STRUCTURE OF THE INSIDE FLOW CHANNEL IN BOILER}

본 발명은 보일러 내부의 유로구조에 관한 것으로서, 보다 상세히는 보일러 내부의 송풍실과 열풍배분실의 차단수단을 풍속에 따라 개폐되는 댐퍼로 구성함으로써 일정한 풍속을 확보하여 열교환효율을 높이는 폐쇄 유로 구조에 관한 것이다.

일반적으로 폐쇄유로를 이용한 보일러(또는 열교환기)는 외부에서 열에너지를 이전 받은 제1매체가 폐쇄유로에 위치한 열교환부를 지나면서 자신의 열에너지를 열교환부의 제2매체로 이전(교환)시켜 제2매체로 이전된 에너지를 소비하는 부하로 보내는 구조를 취하고 있다.

이 때 제1매체의 에너지를 제2매체에 효율적으로 전달하기 위해서는 첫째로, 제1매체와 제2매체가 접촉하는 면이 넓어야 하고, 둘째로는 순환하는 제1매체가 열교환부 전체에 고르게 접촉한 뒤 동시에 빠져나가도록 하여야 한다.

접촉면을 넓히기 위해서는 열교환부의 배관 구조를 층상으로 배치하거나 배관 몸체에 흡열핀 등을 설치하는 방법 또는 이들 양자의 구조를 함께 형성하는 방법 등이 널리 이용되고 있는데, 이같은 구조는 유로를 복잡하게 하기 때문에 와류를 발생시키는 요인이 되어 열교환효율을 떨어뜨리게 된다.

본 발명자는 이같은 문제점을 해결하기 위해 대한민국특허청에 출원한 "보일러를 이용한 해태건조장치"(출원번호 20-2008-8444. 2008.6.24.자 출원)에서 폐쇄유로를 순환하는 제1매체를 온수로 하고 제2매체는 개방유로를 일방향으로 흐르는 공기로 하되, 열교환부 직전에 제1매체의 배분실을 만들고 배분실과 열교환실의 칸막이를 천공판 구조로 형성함으로써 제1매체를 고른 압력으로 열교환부 전체에 공급하는 고안을 개시한 바 있다.

그런데 본 발명자는 상기 고안과는 달리 제1매체를 공기로, 제2매체를 온수로 하고 양자 모두가 폐쇄회로를 순환하는 열교환방식의 전기보일러를 개발하면서 제1매체의 배분실에 상기 천공판을 응용하였는데 이 때 제작한 전기보일러의 구조는 아래와 같았다.

외기와 차단된 상자형 하우징(1) 내부에, (편의상 도 2를 기준으로 설명한다), 가열기(H)가 설치된 가열실(5)을 하우징 맨 위에 하우징의 양측 내벽까지 연장하여 수평으로 설치하고; 상기 가열실 맨좌측 아래에 송풍팬(F)이 설치된 송풍실(3)을 형성하고; 상기 송풍실 우측(가열실 바로 아래)에 가열공기를 분배하는 배분실(7)과; 상기 배분실 아래에 열교환기(P)가 설치된 열교환실(9)을 상기 송풍실(3)과 일면이 접하도록 평행하게 설치하였다.

그리고, 상기 송풍실과 가열실은 칸막이 상층판(20)에 형성된 제1급기공(15)으로써, 상기 가열실과 배분실은 상기 칸막이 상층판(20)에 형성된 제2급기공(25)으로써, 상기 배분실과 열교환실은 칸막이 중층판(30)에 천공된 다수의 통기공(h)으로써, 상기 열교환실과 송풍실은 격판(10)에 천공된 다수의 통기공(h)으로써 연 통되도록 순환로를 구성하여, 상기 배분실(7)과 송풍실(3)도 상기 격판(10)을 연장하여 차단하였다.

그러나 상기 보일러를 작동해보니 일정시간이 지나면 송풍팬에 부하가 크게 걸려 공기의 순환이 지체되고, 보일러의 몸체는 부분적으로 온도차가 나타나는 등 와류현상에 의한 열교환 효율의 저하가 나타나고 있었다.

이에 따라 본 발명자는 위와 같은 구조의 전기보일러에서 발생한 와류를 해소하기 위한 연구를 거듭하였는데, 내부 유로의 구조를 변경 ― 상기 비개폐식 차단벽 구조를 본 발명의 구성요소인 자동 개폐식 댐퍼로 변경 ― 함으로써 와류현상이 해소된다는 사실을 알아내고, 이 유로구조 연구를 더욱 진행시켜 열교환 효율이 현저히 개선된 본 발명의 성과를 얻게 되었다.

본 발명은 폐쇄 유로에 의한 보일러의 유로구조를 변경하여 열교환효율이 높은 보일러를 제공함에 있다.

본 발명은 또한 간단한 구조변경에 의하여 폐쇄유로에 의한 보일러의 내부에서 발생하는 와류현상을 방지하는 데 있다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 외기와 차단된 하우징(1) 내부에, 송풍팬(F)이 설치된 송풍실(3)과; 가열기(H)가 설치된 가열실(5)과; 가열공기를 분 배하는 배분실(7)과; 열교환기(P)가 설치된 열교환실(9)이 상기 송풍실(3)까지 순차로 연통되어 폐쇄 순환로를 형성하는 보일러내부의 유로구조에 있어서, 상기 송풍실과 가열실은 칸막이 상층판(20)에 형성된 제1급기공(15)으로써, 상기 가열실과 배분실은 상기 칸막이 상층판(20)에 형성된 제2급기공(25)으로써, 상기 배분실과 열교환실은 칸막이 중층판(30)에 천공된 다수의 통기공(h)으로써, 상기 열교환실과 송풍실은 격판(10)에 천공된 다수의 통기공(h)으로써 연통되도록 순환로를 구성하되, 상기 배분실(7)과 송풍실(3)의 칸막이 수단을 송풍 속도에 연동하여 개폐되는 댐퍼(50)로써 형성한 것을 특징으로 하는 보일러 내부의 유로구조를 제공한다.

상기 댐퍼(50)는 그 양 측단에 회동축(51)을 구비하되, 무게중심이 회동축 아래에 위치하도록 하여 풍속이 일정속도 이하일 때는 자중에 의해 송풍실과 배분실을 차단하고 풍속이 일정 속도를 초과하여 중력보다 풍력이 크면 댐퍼가 열리도록, 차단시 댐퍼 하단(54)이 격벽(10)으로부터 송풍실 쪽으로 돌출되어 설치되는 구조를 가진다.

본 발명의 청구항 1과 2의 수단 즉, 폐쇄유로를 순환하는 보일러의 제1매체의 배분실과 송풍실의 칸막이 수단을 송풍 속도에 연동하여 개폐되도록 댐퍼로 변경하게 되면, 보일러 내부의 유로에서 와류현상이 방지되어 열교환 효율이 배가되는 보일러를 제공받을 수 있다.

또한, 상기의 유로변경은 매우 간단한 장치로 달성할 수 있어 구조 및 제작 면에서 매우 경제적이면서 효율높은 보일러를 제공받을 수 있다.

본 발명의 이해를 돕기 위해 이하 도면을 참고하면서 구체적인 실시예를 설명한다.

본 발명에 따른 보일러의 실시예는 도 1에서 보는 바와 같이 전열기를 사용하였다.

도 1, 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 전기보일러는 외기와 차단된 상자형 하우징(1) 내부에, (이하 도 2의 정면을 기준으로 설명한다), 전열기(H)(히터)가 설치된 가열실(5)을 하우징 맨 위에 칸막이 상층판(20)을 하우징 양측벽까지 연장하여 수평으로 설치하고; 상기 가열실 맨좌측 아래에 송풍팬(F)이 설치된 송풍실(3)을 수직으로 칸막이 격벽(10)을 세워 형성하였으며; 상기 상층판(20)과 격벽(10)이 칸막이 되어 형성된 송풍실 우측 공간(가열실 바로 아래)에 가열공기를 분배하는 배분실(7)을 칸막이 중층판(30)을 수평으로 설치하여 형성하고; 상기 배분실 중층판(30)과 하우징 바닥면이 이루는 하층 공간에 열교환기(P)가 설치된 열교환실(9)을 상기 송풍실(3)과 좌측면이 접하도록 평행하게 설치하였다.

그리고, 상기 송풍실과 가열실은 칸막이 상층판(20)에 형성된 제1급기공(15)으로써, 상기 가열실과 배분실은 상기 칸막이 상층판(20)에 형성된 제2급기공(25)으로써, 상기 배분실과 열교환실은 칸막이 중층판(30)에 천공된 다수의 통기공(h)으로써, 상기 열교환실과 송풍실은 격판(10)에 천공된 다수의 통기공(h)으로써 연 통되도록 순환로를 구성하였다.

이로써 배분실(7)은 좌측면과 송풍실(3)이 맞닿고, 우측면은 하우징의 우측 내벽이 되며, 상면은 상층판(20)의 저면으로서 가열실(5)과 맞닿으며, 하면은 중층판(30)의 평면으로서 열교환실(9)과 맞닿는 구조로 자리하는데, 여기서 송풍실(3)과 배분실(7)의 칸막이인 좌측면의 차폐수단을 자동 개폐식 댐퍼(50)로 구성하였다.

또한, 본 실시예에서 전열기(H)의 전열봉을 일부만 도시하였으나 실제로는 가열실 전 공간에 설치하였다. 그리고 가열매체인 제1매체로서는 공기를, 부하매체인 제2매체로는 온수를 사용하였으나, 이와 유사한 매체를 사용할 수 있음은 물론이다.

아울러 상기 제1급기구는 송풍실의 격벽(10)이 연장되어 상층판(20)과 만나는 선보다 하우징의 좌측 내벽 쪽으로 일정폭만큼 이격턱(w)을 두어 설치되는 것이 바람직하였다.

상기 구성의 대부분은 도 1, 2을 참고하면 어렵지 않게 이해할 수 있으므로 추가 설명은 생략하고, 이하 본 발명의 주요한 특징인 댐퍼(50)를 중심으로 설명한다.

상기 댐퍼(50)는, 배분실과 송풍실의 칸막이 넓이를 가지는 띠 모양의 판재로서, 그 양 측단면에 회동축(51)을 설치하여 그 하단(54)이 송풍실쪽으로 향하게 하고 그 상단(55)은 배분실(7) 내측 상층판(20)을 향하도록 45도 정도 경사지게 하며, 그 무게중심(52)이 회동축(51) 좌측 아래에 위치하도록 하여, 풍속이 일정속도 이하일 때는 자중에 의해 송풍실과 배분실을 차단하고, 풍속이 일정 속도를 초과하여 중력보다 풍력이 크면 풍력에 의해 댐퍼(50)가 열리도록 하였다.

여기서, 댐퍼 하단(54)은 격벽(10)으로부터 송풍실 쪽으로 일정폭만큼 돌출부(53)를 두어 처마처럼 설치되는 것이 바람직하다. 이것은 풍속에 연동하여 댐퍼(50)가 자동으로 개폐되도록 하기 위함이다. 본실시예에서는 약 3mm정도 돌출시켰다.

만약, 돌출부를 두지 않게 되면, 수동이나 전동 등 외력에 의해 제어하여야 하는데, 이런 방법을 취하게 되면 보일러 내부의 작동 조건에 따라 개폐여부, 개방정도, 개폐시간을 결정하여 작동해주어야 하므로 별도의 이들 상태정보에 관한 모니터 수단과 제어수단을 두어야 한다.

한편, 본 실시예에서는 댐퍼의 상단 평면(55')과 하단 저면(54')을 각각 상층판(20) 저면과 중층판(30)의 평면과 평행하도록 구성하였다.

도 3은 열교환실에 설치된 열교환기(P)를 도시한 것이다. 본 실시예에서 제작한 열교환기는 입수관(19)을 통해 부하에서 에너지를 소비한 열매체(온수)가 들어가게 되는데, 입수관 맞은 편 끝단은 막힌 구조(출수관 끝단도 동일한 구조)이며, 하부 입수관 몸체에 형성된 각각의 입수분기부(119)에 직경이 작은 6개의 동관다발(도면상 사선 표시)을 연결하여 동시에 열매체가 출수하도록 한 뒤 상부 출수관(29)의 출수분기부(229)에 나선형 배관으로 연결하였다.

아울러, 가열실(5)의 제2급기구(25) 우측은 급기효율을 높이기 위해 경사판(40)으로 차단시켰으며, 이로써 일정한 공간이 만들어졌다. 이 공간에는 보일러 의 전원부이나 조작부를 내장할 수 있는 제어실(6)로 활용하였다.

다만, 상기 경사판(40)은 제2급기구에서 일정폭만큼 이격턱(w)을 두고 상층판(20) 우측에 하단이 접하고 그 상단은 좌측으로 상향 경사지게 설치되어 송풍의 가이드 기능을 하도록 설치되는 것이 바람직하였다.

한편, 하우징(1)벽의 내외벽은 철판재로 하고 내외벽 사이에는 내열보온재로 채운 구조이나 자명한 사항이므로 도면에서는 생략하였다.

다음은 본 발명에 따라 제작된 전기보일러의 작동을 설명한다.

보일러에 전원을 넣으면 가열실(5)에 설치된 전열부가 발열하여 내부공기를 가열하고 송풍실(3)의 송풍팬은 내부공기를 순환시키게 되는데, 송풍팬에 의해 송풍된 공기는 제1급기공(15)을 통해 가열실로, 가열실의 공기는 제2급기공(25)을 통해 배분실로, 배분실의 공기는 중층판(30)에 천공된 통기공(h)을 거쳐 열교환실로 들어가 열교환이 이루어지며, 열교환실의 공기는 송풍실의 송풍팬에 의해 격판(10)에 천공된 통기공(h)을 거쳐 다시 가열실로 순환하게 된다.

그런데, 송풍실(3)과 배분실(7) 사이를 개폐식 댐퍼(50)가 아닌 폐쇄식 차폐 구조로 한 경우에는 일정시간이 지나면 송풍팬에 과부하가 걸려 풍속이 약해지면서 열교환 효율이 매우 떨어지는 현상이 발생하였으나, 본 발명에 따른 댐퍼(50)를 설치하자 필요에 따라 댐퍼(50)가 자동적으로 개폐되면서 송풍팬의 부하가 일정해지고 안정적인 동작을 지속하여 고효율의 열교환을 수행하였다.

그리하여 본 발명에서 개시한 댐퍼를 설치하지 않은 상태에서의 낮은 열교환효율이 본 발명에서 개시한 댐퍼(50)를 설치한 후 현저히 개선되었다.

본 명세서에서 기술한 실시예는 가장 바람직한 예를 보인 것에 불과하므로, 본 발명의 보호범위가 본 예에 한정되는 것이 아니며, 당업자가 본 발명사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 필요에 따른 변경을 가하더라도 본 발명의 청구범위에 속하는 한 본 발명의 보호범위에 속하는 것은 당연하다.

따라서, 가열부의 히터를 전열기 이외의 연료를 사용할 수 있음은 물론, 제1매체와 제2매체가 본 실시예에서 보인 공기나 온수로 한정되지 않는 것이다.

본 발명은 전기보일러뿐 아니라 그 열원을 가스 또는 유류, 석탄 등 그밖의 어떠한 연료를 사용하는 보일러(열교환기)구조에 적용될 수 있으므로, 그 산업상 응용분야는 매우 넓다 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전기보일러의 사시도

도 2는 도 1의 A-A 단면도

도 3은 본 발명에 따른 전기보일러의 열교환부 사시도이다.

*도면의 주요부호에 대한 설명*

1 하우징 3 송풍실

5 가열실 6 제어실

7 배분실 9 열교환실

10 격판 15 제1급기공

19 입수관 20 상층판

25 제2급기공 29 출수관

30 중층판 40 경사판

50 댐퍼 51 회동축

52 무게중심 53 돌출부

54 댐퍼하단 55 댐퍼상단

54' 댐퍼저면 55' 댐퍼평면

119 급수분기부 229 출수분기부

F 송풍팬 H 전열부 P 열교환부

e 모서리 h 통기공 w 이격턱

Claims (5)

1. 외기와 차단된 하우징(1) 내부에, 송풍팬(F)이 설치된 송풍실(3)과; 가열기(H)가 설치된 가열실(5)과; 가열공기를 분배하는 배분실(7)과; 열교환기(P)가 설치된 열교환실(9)이 상기 송풍실(3)까지 순차로 연통되어 폐쇄 순환로를 형성하는 보일러내부의 유로구조에 있어서,

   상기 송풍실과 가열실은 칸막이 상층판(20)에 형성된 제1급기공(15)으로써, 상기 가열실과 배분실은 상기 칸막이 상층판(20)에 형성된 제2급기공(25)으로써, 상기 배분실과 열교환실은 칸막이 중층판(30)에 천공된 다수의 통기공(h)으로써, 상기 열교환실과 송풍실은 격판(10)에 천공된 다수의 통기공(h)으로써 연통되도록 순환로를 구성하되,

   상기 배분실(7)과 송풍실(3)의 칸막이 수단을 송풍 속도에 연동하여 개폐되는 자동식 댐퍼(50)로써 형성한 것을 특징으로 하는 보일러 내부의 유로구조
2. 제1항에 있어서,

   상기 댐퍼(50)는 그 양 측단에 회동축(51)을 구비하되, 무게중심(52)이 상기 회동축(51) 아래에 위치하여, 풍속이 일정속도 이하일 때는 자중에 의해 송풍실과 배분실을 차단하고 풍속이 일정 속도를 초과하여 중력보다 풍력이 크면 댐퍼가 열리도록, 차단시 댐퍼 하단(54)이 격벽 모서리(e)로부터 송풍실 쪽으로 돌출되도록 돌출부(53)를 형성한 것을 특징으로 하는 보일러 내부의 유로구조
3. 제2항에 있어서,

   상기 하우징(1)은 그 형상이 육면체의 상자형이며, 상기 상층판(20)은 일측부 아래가 송풍실(3) 천정을, 다른 측부 아래가 배분실(7) 천정을 형성하도록 하우징 내벽에 수평 연장되어 수평 칸막이로 설치되며, 상기 격벽(10)은 하우징 저면에서 상기 중층판(30)의 일측까지 수직 연장되어 모서리(e)를 형성하면서 송풍실과 열교환실의 수직 칸막이로 설치되고, 상기 중층판(30)은 일측이 상기 모서리(e)를 형성하면서 하우징의 내벽에 수평 연장되어 배분실(7)과 열교환실(9)의 수평 칸막이로 설치되며,

   상기 상층판(20)의 제2급기구(25)에 인접하여 경사판(40)이 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 보일러 내부의 유로 구조
4. 제3항에 있어서

   상기 제1급기부(15)는 상기 격벽(10)이 연장되어 상층판(20)과 만나는 경계에서 이격턱(w)을 두어 하우징 내벽쪽으로 형성되고,

   상기 제2급기부(25)는 상층판(20)에 접속된 상기 경사판(40)의 하단에서 이격턱(w)을 두어 가열기(H)쪽으로 형성된 것을 특징으로 하는 보일러 내부의 유로구조
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 가열기(H)는 가스연소기 또는 전열기인 것을 특징으로 하는 보일러내부의 유로구조

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