KR100943443B1 - 가열조 내장 보일러 - Google Patents

Abstract

탱크에 저장된 유체를 가열하여 외부의 난방공간에 고온의 유체를 공급하는 가열조 내장 보일러가 개시된다. 유체가 저장되는 탱크, 탱크 내부에 수직하게 설치되며 하부에 유체가 유입되는 유입구와 상부에 유입된 유체가 탱크로 유출되는 유출구가 구비되는 가열조, 가열조의 내부에 장착되는 히터, 가열조의 상부에 설치되며 외부의 난방공간에 고온의 유체를 공급하는 난방유체 공급관 및 탱크의 하부에 설치되며 냉각된 난방유체가 환수되는 난방유체 환수관을 구비한다. 탱크 내부에 가열조를 별도로 설치하여 가열조에 저장되는 유체만을 우선적으로 히터에 의해 가열함으로써 탱크에 저장된 전체 유체를 가열하여 공급하는 것 보다 빠른 시간내에 유체를 난방공간에 공급할 수 있게 된다.

보일러, 가열조, 히터, 열교환관, 예열기

Description

가열조 내장 보일러{BOILER WITH INNER TANK}

본 발명은 탱크에 저장된 유체를 가열하여 외부의 난방공간에 고온의 유체를 공급하는 보일러에 관한 것이다.

탱크에 저장된 유체를 가열하여 난방공간에 고온의 유체를 공급하는 종래의 보일러는 도 1 의 종래 보일러를 도시한 단면도에 도시된 바와 같이 유체를 저장하는 탱크(100), 난방공간에 고온의 유체를 공급하는 난방유체 공급관(210), 난방공간을 가열한 후 냉각된 유체가 환수되는 난방유체 환수관(220) 및 탱크(100)의 하부에 설치되어 탱크(100)에 저장된 유체를 고온으로 가열하는 히터(260)를 구비한다.

탱크(100)에 저장된 유체는 탱크의 하부에 설치되어 있는 히터(260)에 의해 고온으로 가열되고, 가열된 고온의 유체는 대류현상에 의해 상부로 이동하게 되고 저온의 유체는 하부로 이동하여 히터(260)에 의해 가열됨을 반복하면서 탱크(100) 내부의 유체 전체가 가열된다.

고온으로 가열된 유체는 탱크(100) 상부에 설치되어 있는 난방유체 공급관(210)을 통하여 난방공간으로 공급된다. 난방공간으로 공급되는 고온의 유체는 난방공간의 바닥을 가열하거나, 사무실 공간 등에 온기를 제공하게 된다.

난방공간에 열을 공급한 후 냉각된 유체는 탱크(100)의 하부에 설치되어 있는 난방유체 환수관(220)을 통하여 탱크(100)로 다시 유입이 되고, 유입된 저온의 유체는 탱크(100) 하부의 히터(260)에 의해 다시 가열되어 탱크(100) 상부로 이동하게 되어 난방공간으로 재공급 된다. 이와 같은 동작을 반복하여 난방공간을 가열하게 된다.

그러나, 이러한 종래의 보일러는 일정 온도 이상의 유체를 난방공간에 공급하기 위해서 탱크(100) 내부에 저장된 유체 모두를 가열하여야 하므로 난방공간을 가열하기 까지는 많은 시간이 소요되고, 따라서, 난방공간을 사용하는 사용자가 급속한 난방을 원하는 경우에 즉시 대응할 수 없는 문제점이 있다.

한편, 탱크(100) 내부의 유체와 열교환하는 열교환관이 탱크(100) 내부에 설치되어 온수를 제공하는 종래의 보일러에 있어서도, 일정온도 이상의 온수를 공급하기 위해서는 탱크(100) 내부의 유체 전체가 일정 온도 이상으로 가열되어야 하므로 사용자가 온수를 사용하기 까지는 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 기술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 사용자가 난방공간의 급속한 난방을 원하는 경우에 일정온도 이상의 유체를 난방공간에 빠른 시간 내에 공급할 수 있으며, 사용자가 온수를 사용하고자 하는 경우에 일정온도 이상의 온수를 빠른 시간 내에 공급할 수 있는 보일러를 제공함에 목적이 있다. 또한, 외부 열공급장치의 예열기로도 사용될 수 있는 보일러를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가열조 내장 보일러는 유체가 저장되는 탱크, 상기 탱크 내부에 수직하게 설치되며 하부에 상기 유체가 유입되는 유입구와 상부에 상기 유입된 유체가 탱크로 유출되는 유출구가 구비되는 가열조, 상기 가열조의 내부에 장착되는 히터, 상기 가열조의 상부에 설치되며 외부의 난방공간에 고온의 유체를 공급하는 난방유체 공급관 및 상기 탱크의 하부에 설치되며 냉각된 상기 유체가 환수되는 난방유체 환수관을 구비하며, 상기 탱크 내부에 상기 가열조를 별도로 설치하여 상기 가열조에 저장되는 유체만을 우선적으로 상기 히터에 의해 가열할 수 있다.

상기 유출구는 상기 가열조의 측면에 형성된 다수의 통공으로 구성될 수 있다.

상기 가열조 내장 보일러는 외부로부터 냉수가 유입되는 냉수 유입관, 상기 냉수 유입관에 연결되며 상기 가열조 상부의 내부 또는 외부에 설치되는 열교환관 및 상기 열교환관에 연결되어 외부로 온수가 유출되는 온수 공급관을 더 포함하여 구성할 수 있다. 이때, 상기 열교환관은 상기 가열조 상부에 매립되어 설치될 수도 있다.

상기 히터는 상기 가열조 내부의 상부 또는 하부 중 적어도 어느 하나에 설치된다. 이때, 상기 히터는 상기 열교환관에 의해 둘러싸이도록 설치될 수 있다. 상기 히터는 외부 전기에 의해 가열되는 전열히터가 될 수 있다.

한편, 상기 가열조 내장 보일러는 상기 가열조의 상부에 연결되어 상기 탱크 외부의 열공급장치로 고온의 유체를 공급하는 예열유체 공급관 및 상기 탱크 하부에 연결되어 냉각된 상기 유체가 환수되는 예열유체 환수관을 더 구비하여 상기 열공급장치의 예열기로서 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 유체를 저장하는 탱크 내부에 가열조를 별도로 설치하여 가열조에 저장되는 유체만을 가열조에 장착되어 있는 히터에 의해 우선적으로 가열함으로써 탱크에 저장된 전체 유체를 가열하는 것 보다 빠른 시간내에 유체를 가열하여 난방공간에 공급할 수 있게 되는 효과가 있다.

본 발명의 다른 효과로는 열교환관을 가열조 상부의 내부, 외부 또는 벽면 사이에 설치함으로써 온수를 신속히 공급할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 또 다른 효과로는 가열조의 상부에 설치되는 예열유체 공급관과 탱크 하부에 설치되는 예열유체 환수관으로 탱크 외부 열공급장치의 예열기로 사용 될 수 있으며 이로 인해 열공급장치의 부하를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 가열조 내장 보일러의 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가열조 내장 보일러는 크게 탱크(100), 가열조(200) 및 히터(260)로 구성되어 있다.

먼저 탱크(100)는, 유체를 저장할 수 있는 밀폐된 공간으로 탱크(100) 상부에 유체를 주입하기 위한 보충수 유입관(130)과 탱크(100) 내부의 압력을 조절하기 위한 안전밸브(150)가 장착되어 있다. 탱크(100) 상부의 측면에는 탱크(100) 내부 유체의 수위를 감지하는 저수위센서(410), 탱크(100) 내부 유체의 과열 여부를 감지하는 과열센서(430) 및 탱크(100) 내부 유체의 온도를 측정하는 온도센서(450)가 장착되어 있다. 탱크(100) 내부 유체가 외부 공기 등에 의해 냉각되는 것을 방지하기 위해 탱크(100)는 단열처리되는 것이 바람직하다.

다음으로 가열조(200)는, 탱크(100) 내부에 수직하게 설치되되 하부에 수평으로 연통교차하는 교차부위가 형성되고, 상기 교차부위의 일단에는 난방유체 환수관(220)이 접속되고, 타단에는 히터(260)가 수평으로 삽입되어 설치되어 있다. 수직하게 설치된 가열조(200)에 의해서 고온의 유체는 가열조(200)의 상부로, 저온의 유체는 가열조(200)의 하부로 용이하게 이동가능하게 된다.

가열조(200)의 하부에는, 탱크(100)에 저장되어 있는 유체가 가열조(200) 내부로 유입되는 유입구(280)가 형성되어 있으며, 유입구(280)는 유체의 원활한 유입을 위해 가열조(200)의 하단부가 개방되어 있는 형태로 제작된다. 가열조(200) 상 부 측면에는 가열조(200) 내부의 가열된 고온의 유체가 탱크(100)로 유출되는 다수의 통공으로 구성되는 유출구(270)가 형성되어 있다.

가열조(200)의 상부에는, 외부의 난방공간(390)에 고온의 유체를 공급하는 난방유체 공급관(210)이 설치되며, 난방공간(390)을 난방한 후 냉각된 유체가 환수되는 난방유체 환수관(220)은 가열조(200)의 하부로 직접 연결된다. 난방유체 환수관(220)은 탱크(100)의 하부로 연결되어 탱크(100) 내부의 유체와 함께 가열조(200)의 하부로 유입될 수도 있을 것이다.

가열조(200) 상부의 내부에는, 외부로부터 냉수가 유입되는 냉수 유입관(240)과 냉수 유입관(240)에 연결되는 열교환관(250) 및 열교환관(250)에 연결되어 외부로 온수가 유출되는 온수 공급관(230)이 설치된다.

이때, 열교환관(250)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 가열조(200) 상부의 외부에 장착되거나 또는, 도 6에 도시된 바와 같이, 가열조(200) 상부 벽면에 매립되어 설치될 수도 있다.

다음으로 히터(260)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 외부 전기에 의한 전열히터로서 가열조(200) 내부의 하부에 장착되며 가열조(200) 내부의 하부에서 상부로의 유체 이동방향과 수직하게 설치된다. 이때, 히터(260)는 도 3에 도시된 바와 같이, 가열조(200) 내부의 유체 이동 방향에 수평하게 장착되거나, 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 가열조(200) 상부의 내부에 설치된 열교환관(250)에 의해 둘러싸이도록 가열조(200)의 상부에 설치될 수도 있다.

도 2와 도 3에서와 같이, 가열조(200)의 하부에 히터(260)가 설치되는 때에 는 가열된 고온의 유체가 자연대류 현상에 의해 가열조(200)의 상부로 용이하게 이동하게 되는 장점이 있다. 도 4에서와 같이, 히터(260)가 가열조(200) 상부의 열교환관(250)에 의해 둘러싸이도록 설치되는 경우에는 가열조(200) 하부에 설치되는 경우에 비해 열교환관(250)으로의 열전달률이 증가하게 되므로 보다 신속한 온수 공급이 가능한 장점이 있다.

한편, 도 7은 본 발명에 따른 보일러가 예열기로 사용되는 것을 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 탱크(100) 외부에 설치되어 있는 열공급장치(300)는 공기유입라인(370a)를 통하여 유입된 외부 공기와 열교환하는 증발기(370), 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(310), 외부 난방공간(390)을 난방하는 유체에 열을 공급하는 응축기(330), 냉매를 저온 저압으로 팽창시키는 팽창밸브(350)를 구비한다. 가열조(200)의 상부에는 탱크(100) 외부의 열공급장치(300)로 고온의 유체를 공급하는 예열유체 공급관(170)과 탱크(100) 하부에 연결되어 냉각된 유체가 환수되는 예열유체 환수관(190)이 더 구비되어 있다.

이와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 가열조 내장 보일러의 동작을 도 8의 본 발명에 따른 가열조 내장 보일러에서의 유체의 흐름을 도시한 도면을 참조하여 난방공간(390)으로의 유체공급과 온수공급을 순서대로 설명하면 다음과 같다.

먼저 난방공간(390)으로의 유체공급을 설명하면, 가열조(200)의 하부에 설치되어 있는 히터(260)에 의해 가열조(200) 내부의 유체가 고온으로 가열되며, 고온으로 가열된 유체는 탱크(100) 내에 수직으로 설치된 가열조(200)를 따라서 대류현 상에 의해 가열조(200) 상부로 이동하게 된다. 일부는 가열조(200) 상부에 설치된 난방유체 공급관(210)을 통하여 외부의 난방공간(390)을 난방하기 위해 유출된다.

난방유체 공급관(210)을 통하여 유출된 고온의 유체는 난방공간(390)을 난방한 후 냉각되어 가열조(200) 하부에 직접 연결되어 있는 난방유체 환수관(220)을 통하여 가열조(200) 하부로 다시 유입된다. 가열조(200) 하부로 유입된 저온의 유체는 가열조(200) 하부의 유입구(280)를 통하여 유입된 탱크(100) 하부의 유체와 함께 가열조(200)의 히터(260)에 의해 가열되어 가열조(200) 상부로 다시 이동하여 난방공간(390)으로 재공급된다. 이와 같은 동작을 반복하여 난방공간(390)을 가열하게 된다.

한편, 가열조(200) 측면에 형성된 유출구(270)를 통하여 탱크(100)로 유출 되는 가열조(200) 상부의 고온 유체는 탱크(100)에 저장되어 있는 유체와 혼합되어 탱크(100)에 저장되어 있는 유체에 열을 공급하게 되고, 탱크(100) 하부의 유체는 가열조(200) 하부로 유입되어 가열조(200) 내부의 히터(260)에 의해 가열되어 가열조(200) 상부로 이동하게 된다. 이와 같은 동작을 반복하여 탱크(100)에 저장되어 있는 유체를 가열할 수 있으며, 난방공간(390)으로 유체를 공급하지 않을 때에 유체를 가열하여 탱크(100)를 축열탱크로도 이용할 수 있다. 이때, 유휴전력인 심야전기를 사용하여 탱크(100)에 저장되는 유체를 가열함으로써 보다 저렴하게 축열탱크로 이용할 수 있다.

다음으로 온수공급을 설명하면, 가열조(200) 상부에 설치된 냉수 유입관(240)으로 탱크(100) 외부의 냉수가 유입되고, 유입된 냉수는 냉수 유입관(240) 에 연결되어 가열조(200) 상부에 설치되는 열교환관(250)을 따라 이동하면서 가열조(200) 상부의 고온 유체와 열교환하여 급속히 가열된다. 가열된 온수는 온수 공급관(230)을 통하여 주방, 욕실 등과 같은 사용처로 공급된다.

한편, 보일러가 예열기로 사용되는 것을 도시한 도 7을 참조하면, 외부 난방공간(390)을 가열하는 유체는 난방공간(390)을 가열한 후 냉각된다. 이때, 난방공간(390)을 가열한 후 냉각된 유체는 가열조(200) 상부에 연결되어 있는 예열유체 공급관(170)에서 공급되는 고온의 유체로부터 열교환기(380)에서 열을 공급받아 예열된다. 예열된 유체는 응축기(330)에서 다시 열을 공급받아 고온의 유체가 되며, 난방공간(390)을 가열하게 된다.

이상에서는 본 발명의 실시 예에 대해서 도시하고 설명하고 있으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론, 그러한 변형은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

도 1 은 종래 보일러를 도시한 단면도.

도 2 는 본 발명에 따른 가열조 내장 보일러의 단면도.

도 3 은 본 발명에 따른 히터가 가열조 내부의 유체 이동 방향에 수평하게 장착되어 있는 것을 도시한 도면.

도 4 는 본 발명에 따른 히터가 열교환관에 의해 둘러싸여 있는 것을 도시한 도면.

도 5 는 본 발명에 따른 열교환관이 가열조 상부의 외부에 장착되어 있는 것을 도시한 도면.

도 6 은 본 발명에 따른 열교환관이 가열조 상부에 매립되어 있는 것을 도시한 도면.

도 7 은 본 발명에 따른 보일러가 예열기로 사용되는 것을 도시한 도면.

도 8 은 본 발명에 따른 가열조 내장 보일러에서의 유체의 흐름을 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

100: 탱크 130: 보충수 유입관

150: 안전밸브 170: 예열유체 공급관

190: 예열유체 환수관 200: 가열조

210: 난방유체 공급관 220: 난방유체 환수관

230: 온수 공급관 240: 냉수 유입관

250: 열교환관 260: 히터

270: 유출구 280: 유입구

300: 열공급장치 310: 압축기

330: 응축기 350: 팽창밸브

370: 증발기 380: 열교환기

390: 난방공간 410: 저수위센서

430: 과열센서 450: 온도센서

Claims (8)

1. 유체가 저장되는 탱크와, 상기 탱크 내부에 수직하게 설치되며, 하부에 상기 유체가 유입되는 유입구와 상부에 상기 유입된 유체가 탱크로 유출되는 유출구가 구비되는 가열조와, 상기 가열조의 내부에 장착되는 히터와, 상기 가열조의 상부에 설치되며 외부의 난방공간에 고온의 유체를 공급하는 난방유체 공급관과, 상기 탱크의 측면 하단에 설치되며 냉각된 상기 유체가 환수되는 난방유체 환수관을 포함하는 가열조 내장 보일러에 있어서,

   상기 가열조는 상기 탱크 내에 상하방향으로 수직하게 설치되되 하부에 수평으로 연통교차하는 교차부위가 형성되고,

   상기 교차부위의 일단에는 상기 난방유체 환수관이 접속되고, 타단에는 상기 히터가 수평으로 삽입되어 설치되며,

   상기 탱크에 유입된 유체가 상기 유입구를 통해 상기 가열조의 하부로 유입되고 상기 난방유체 환수관으로 유입된 유체가 상기 가열조의 교차부위로 유입되어 상기 히터에 의해 가열되며, 상기 가열조 내에 유입되어 가열된 유체는 대류에 의해 상방으로 부상하여 상기 유출구를 통해 상기 탱크 내로 배출되고 상기 난방유체 공급관을 통해 외부의 난방공간으로 배출되는 것을 특징으로 하는 가열조 내장 보일러.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유출구는, 상기 가열조의 측면에 형성된 다수의 통공으로 구성되는 것을 특징으로 하는 가열조 내장 보일러.
3. 제 1 항에 있어서,

   외부로부터 냉수가 유입되는 냉수 유입관;

   상기 냉수 유입관에 연결되며 상기 가열조 상부의 내부 또는 외부에 설치되는 열교환관; 및

   상기 열교환관에 연결되어 외부로 온수가 유출되는 온수 공급관;

   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열조 내장 보일러.
4. 제 1 항에 있어서,

   외부로부터 냉수가 유입되는 냉수 유입관;

   상기 냉수 유입관에 연결되며 상기 가열조 상부에 매립되어 설치되는 열교환관; 및

   상기 열교환관에 연결되어 외부로 온수가 유출되는 온수 공급관;

   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열조 내장 보일러.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 히터는 전열히터인 것을 특징으로 하는 가열조 내장 보일러.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열조의 상부에 연결되어 상기 탱크 외부의 열공급장치로 고온의 유체를 공급하는 예열유체 공급관; 및

   상기 탱크 하부에 연결되어 냉각된 상기 유체가 환수되는 예열유체 환수관;

   을 더 포함하여 상기 열공급장치의 예열기로서 사용되는 것을 특징으로 하는 가열조 내장 보일러.

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