KR100945887B1

KR100945887B1 - 축열식 보일러

Info

Publication number: KR100945887B1
Application number: KR1020090016543A
Authority: KR
Inventors: 강완규
Original assignee: 강완규
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2010-03-05

Abstract

본 발명은, 축열식 보일러에 관한 것이다.

이는 특히, 내부관의 외경측에 히터를 개재한 후 그 외측에 외부관을 연결하는 구성으로 이루어진 가열기가 최대의 열전달면적을 갖도록 배치되는 가열영역과 상기 내부관보다 소구경을 갖도록 하면서 상기 내부관에 관통연결되는 압축관이 최대의 열전달면적을 갖도록 배치되는 압축및 가열영역이 밀폐공간을 갖는 본체의 내측에 순차로 연결되는 구성으로 이루어 진다.

이에 따라서, 초기 부하는 증가하나 상용의 소비전력을 줄일 수 있는 효과를 제공하게 된다.

축열식, 열전달매체, 보일러

Description

축열식 보일러{HEAT ACCUMULATION TYPE BOILER}

본 발명은 내부관의 외경측에 히터를 개재한 후 그 외측에 외부관을 연결하는 구성으로 이루어진 가열기가 본체의 내측에서 최대의 열전달면적을 갖도록 지그재그로 배치되는 가열영역과 상기 내부관보다 상대적으로 소구경을 갖도록 하도록 하면서 상기 내부관에 관통연결되는 압축관이 본체의 내측에서 최대의 열전달면적을 갖도록 지그재그로 배치되는 압축영역이 밀폐공간을 갖는 본체의 내측에 순차로 연결되는 구성으로 초기 부하는 증가하나 상용의 소비전력을 줄일 수 있도록 하여 에너지를 효율적으로 활용하는 축열식 보일러에 관한 것이다.

일반적으로 축열식 보일러는 각종 시설물 또는 일반 가정에서 공간을 난방하는 난방기로서, 상기 보일러는 석유, 가스 등과 같은 화석연료 또는 전기를 이용한 매체로 열 매체를 가열하고 가열된 열 전달매체를 순환, 송풍하여 난방함과 아울러, 가열된 열 전달매체의 잠열을 이용하여 실내 난방을 하게 된다.

상기 열 매체는 통상적으로 비교적 비열이 높은 물 또는 물에 특정 성분을 희석시킨 것을 사용하거나 오일을 사용하게 된다.

이때 비열이 높은 물을 열 매체로 사용하는 경우, 온도상승 속도가 느려 온 도 상승에 비교적 긴 시간이 소요되며, 그 만큼 오랫 동안 가열을 하여야 하므로 연료 손실이 많고, 반면에 오일을 열 매체로 사용하는 경우, 비교적 저온에서 비등하고 서서히 냉각되어 연료비를 줄일 수 있으나, 오일의 특성인 가연성에 의한 부피 팽창에 따른 부담이 있다.

뿐만 아니라, 상기 오일을 이용한 축열식 보일러는 내부에 열 매체유와 열교환관이 구비된 축열조를 별도로 구비하고, 상기 축열조를 히터에 의해 가열되는 열 매체유로 가열하여 열 축적시킨 상태에서, 상기 열전달관에 방열하면서 열전달관을 가열하여 난방하게 된다.

이와 같이 종래에는 축열조를 열 매체유를 이용하여 가열하게 되므로, 가열에 따른 에너지 소모가 많게 될 뿐만 아니라, 축열조의 열소모가 많아 난방 효율을 향상하는데 문제점이 있다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 초기부하는 증가하나 상용의 소비 전력을 줄이도록 하여 에너지의 효율적인 활용이 가능할 수 있도록 하고, 급탕 이나 신속한 난방이 가능하게 이루어 질 수 있도록 하는 축열식 보일러를 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기의 목적을 실현하기 위하여, 내부관의 외경측에 히터를 개재한 후 그 외측에 외부관을 연결하는 구성으로 이루어진 가열기가 최대의 열전달면적을 갖도록 지그재그로 배치되는 가열영역과 상기 내부관보다 소구경을 갖도록 하면서 관통연결되는 압축관을 통하여 신속한 이동이 가능토록 배치되는 압축영역이 밀폐공간을 갖는 본체의 내측에 순차로 연결되고,

상기 내부관과 압축관을 통하여 하나의 열매체유가 유동하며, 상기 가열영역과 압축영역이 내장되는 본체의 내측에 다른 하나의 열매체유가 충진되고,

상기 본체에서 가열된 열 매체유를 외부공기와의 열교환하면서 방열하는 방열부; 상기 방열부에서 열교환 된 열 매체유를 본체로 순환하는 순환부; 및 상기 본체, 방열부, 순환부의 구동을 각각 제어하는 제어부가 구비되는 구성으로 이루어진 축열식 보일러를 제공한다.

그리고, 상기 본체에는 열 매체유의 상승에 따른 팽창 압력을 감지하는 압력감지부가 구비되고, 상기 방열부는 열 매체유의 온도를 감지하는 온도감지부가 구비되며, 상기 순환부는 방열부에서 열교환된 열 매체유를 본체로 재순환하는 순환펌프가 구비되는 구성으로 이루어 진 축열식 보일러를 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 본체의 내부에서 열 매체유를 가열하는 가열기와 상기 가열기에서 가열된 열 매체유를 압축하는 압축관을 구비하는 구성으로 가열기에서 가열되어 토출되는 열 매체유를 열 손실없이 신속하게 방열기에 전달하고, 본체의 내측에 열 매체유를 통하여 저장된 에너지를 사용토록 하여 초기 부하는 증가하나 상용의 에너지 소비를 줄여 에너지의 효율적인 활용이 가능한 효과를 제공하게 된다.

이하 첨부되는 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 축열식 보일러의 사시도이고, 도 2는 본 발명 축열식 보일러의 가열기 종단면도이며, 도 3은 본 발명 축열식 보일러의 회로도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 축열식 보일러의 사시도이다.

본 발명의 축열식 보일러는 본체(10), 가열기(20), 압축관(30), 방열부(40), 순환부(50), 제어부(60)를 포함한다.

그리고, 내부관(21)의 외경측에 히터(24)를 개재한 후 그 외측에 외부관(22)을 연결하는 구성으로 이루어진 가열기(20)가 열매체유(11)가 충진되는 본체(10)의 내측면 일측에서 최대의 열전달면적을 갖도록 지그재그로 배치되는 가열영역(B)과 상기 내부관(21)의 직경(D)보다 상대적으로 적은 직경(D-α)을 갖도록 하면서 상기 내부관(21)에 관통연결되는 압축관(30)이 밀폐공간을 갖는 본체(10)의 내측에 순차로 연결된다.
이때, 상기 압축관(30)도 열매체유(11)가 충진되는 본체(10)의 내측면 타측에서 최대의 열전달면적을 갖도록 지그재그로 배치된다.

상기 본체(10)는 내주벽이 단열재로 밀폐되고, 하나의 열 매체유(11)가 충진된다.

그리고, 상기 내부관(21)과 압축관(30)이 연결될 때 그 내측을 흐르는 다른 하나의 열 매체유(23)는 상기 내부관 및 압축관이 방열기(40)와 관로로서 관통 연결될 때 순환부(50)의 동작에 의해 강제 순환되도록 설치된다.

상기 본체(10)의 내부에 구비되는 가열기(20)는, 서로 구경이 다른 내부관(21)과 외부관(22)으로 형성될 때 상기 내부관(21)은 동(CU)금속으로 형성되고, 상기 외부관(22)은 상기 내부관(21)에 비하여 열전달 계수가 낮은 니켈(NI)금속으 로 형성된다.

또한, 상기 히터(24)는 내부관(21)에 접촉되어 직접 연전달이 이루어지고, 외부관(22)에는 공간을 통한 간접적인 열전달이 이루어지도록 설치되어도 좋다.

상기 히터(24)는, 내부관(21)의 외측면과 상기 외부관(22)의 내측면 사이의 밀폐공간에서 발열토록 설치된다.

상기 히터(24)는, 세라믹히터 또는 전기히터로 할 수 있으며 제어부(60)를 통하여 전원이 공급토록 설치된다.

상기 히터(24)는, 본체(10)의 용량등에 따라 변화되는 가열기(20)에 대응되는 구성으로 발열 온도에 따라 길이 및 구경을 가변하여 구비할 수 있다.

상기 압축관(30)은, 상기 가열기(20)의 내부관(21)에 관통하여 연결되는 구성으로 내부관(21) 보다 적은 직경으로 형성된다.
그리고, 상기 압축관(30)은, 열전달이 이루어지는 재질이나 열전달이 최소화 되는 재질중에서 선택되어 사용된다.

상기 본체(10)에는 열 매체유(11)의 상승 온도에 따른 내부 압력을 감지하는 압력감지부(12)가 구비된다.

상기 방열부(40)는, 외부의 공기와 열교환하는 라디에이터와 환풍팬, 온돌배관중에서 선택된다.

상기 방열부(40)에는 외부공기와 열교환된 다른 하나의 열 매체유(23) 온도를 감지하는 온도감지부(41)가 구비된다.

상기 본체(10)와 방열부(40)간에는 가열된 다른 하나의 열 매체유(23) 토출을 조절하는 밸브(42)가 구비된다.

상기 순환부(50)는, 방열부(40)에서 열교환된 후 냉각되는 다른 하나의 열 매체유(23)를 본체(10)에 재순환 공급하는 순환펌프(51) 이다.

상기 제어부(60)는 상기 본체(10)의 내부압력, 다른 하나의 열 매체유(23) 가열압력 그리고 방출온도를 감지하고, 상기 감지 상태를 기 설정된 프로그램에 의하여 제어하며, 이 제어된 신호로 가열기(20)의 히터(24) 온도, 본체(10)의 내압 및 순환부(50)의 순환펌프(51)를 제어하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 설명한다.

도1 내지 도4에서 도시한 바와같이, 본체(10) 내부에 구비된 가열기(20)의 히터(23)에 제어부(50)를 통해서 전원을 인가하면, 상기 히터(24)는 발열을 하면서 먼저 내부관(21)을 가열하여 내부관의 내측에 충진되는 다른 하나의 열 매체유(23)를 가열하게 된다.

즉, 상기 본체(10)의 내측에 구비되는 가열영역(B) 전체에서 내부관(21)의 내측에 충진되는 다른 하나의 열 매체유(23)를 가열토록 한다.

그리고, 상기 내부관(21)의 내측에서 가열된 다른 하나의 열 매체유(23)는 상기 내부관(21)에 연결되면서 상대적으로 소구경인 압축관(30)을 따라 흐르면서 압축되어 가열된 상태의 에너지에 압력에 의한 에너지가 증가시키면서 유속을 증가시키게 된다.

이때, 상기 압축관(30)을 통하여 전달되는 다른 하나의 열 매체유(23)는 방열부(40)에 신속하게 전달되므로써 열손실을 최소화된 상태로 급탕이나 신속한 방열이 가능토록 된다.

또한, 상기 압축관(30)의 배치구조로 이루어진 압축영역(A)에서는 압축관(30)을 통하여 본체(10)에 충진된 하나의 열 매체유(11)에 열전달이 용이하게 이루어져도 좋으나 열 손실을 줄이면서 신속한 열 매체유의 이동을 위하여 내부관(21) 보다 열전달 율이 저하되는 관을 사용하는 것이 좋다.
즉, 상기 압축관(30)은, 열전달이 최소화 되는 단열재질로 이루어지면서 그 내경이 내부관(21)보다 적게 되어 그 내경측을 열 매체유(11)가 통과할 때 압축되면서 압축에 의한 열이 내부관(21)에서 가열된 열 매체유(11)에 전달되고, 열전달이 이루어진 열 매체유(11)는 본체(10)에 충진되는 열 매체유(23)에 열전달이 이루어지지 않으면서 압축영역을 신속하게 이동하게 된다.

더하여, 상기 히터(24)의 가동시간이 증가하면 상기 히터(24)의 열은 외부관(22)에 전달되어 본체(10)에 충진된 하나의 열 매체유(11)를 가열하여 본체(10)에 충진되는 하나의 열 매체유(11)와 내부관(21)에 충진되는 다른 하나의 열 매체유(23) 사이의 열 평형이 이루어질 때 까지 열전달이 이루어 지게 된다.

이때, 상기 본체(10)에 충진되는 다른 하나의 열 매체유(23)가 일정온도로 가열되면 상기 내부관(21)에서 가열되는 하나의 열 매체유(11)가 압축관(30)과 방열기(40)를 통과한 후 열교환되어 냉각된 상태로 내부관(21)에 재 공급될 때 예열토록 되어 히터(24)의 가동시간을 줄일 수 있게 된다.

즉, 초기 가동시 심야전력으로 저장되는 축전기등을 사용하여 본체(10) 내측의 하나의 열 매체유(11)가 가열시키면 초기 구동시의 비용을 줄일 수 있고, 본체에 충진되는 하나의 열 매체유(11)가 가열되면 히터(24)에 공급되는 전력량을 줄여도 구동이 가능토록 되어 에너지의 효율적인 활용이 가능토록 된다.

또한, 도4에서와 같이 가열영역(B)과 압축영역(A)은 그 순서가 바뀌어도 되며, 바람직하게로는 예열 후 가열기(20)를 통하여 가열이 이루어지는 것이 좋다.

그리고, 상기 압축관(21)과 방열기(40)를 통과하는 관로는 내부관(21)보다 직경이 축소되는 관을 사용하며, 상기 압축관과 방열기의 관로는 동일한 직경의 관로를 사용하는 것이 좋다.

계속하여, 상기 가열기(20)에서 가열된 열 매체유(23)는 열교환관(30)을 통해서 본체(10)의 열 매체유(11)와의 열교환을 통해 방열하여 상기 열 매체유(11)를 가열하면서 축열시킴과 아울러, 밸브(42)를 통해서 방열부(40)에 전달되고, 상기 방열부(40)에서는 라디에이터와 냉각팬으로 외부의 공기와 열교환하면서 실내를 난방한다.

한편 방열부(40)에서 열교환되어 냉각된 열 매체유(23)는 순환부(50)의 순환펌프(51)를 통해서 다시 본체(10)로 순환되어 가열기(20)로 재 가열하는 과정으로 난방을 하게 되는 것이다.

도 1은 본 발명 축열식 보일러의 사시도

도 2는 본 발명 축열식 보일러의 가열기 종단면도

도 3은 본 발명 축열식 보일러의 회로도

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 축열식 보일러의 사시도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10; 본체 11; 하나의 열 매체유

12; 압력감지부 20; 가열기

21; 내부관 22; 외부관

41; 온도감지부 50; 순환부

60; 제어부

Claims

내부관(21)의 외경측에 히터(24)를 개재한 후 그 외경측에 외부관(22)을 연결하는 구성으로 이루어진 가열기(20)가 열매체유(11)가 충진되는 본체(10)의 내측면 일측에서 최대의 열전달면적을 갖도록 지그재그로 배치되는 가열영역(B)과 상기 내부관(21)보다 적은 직경을 갖도록 하면서 상기 내부관(21)에 관통되어 순차로 연결되도록 형성되는 압축관(30)이 열매체유(11)가 충진되는 본체(10)의 내측면 타측에서 최대의 열전달면적을 갖도록 지그재그로 배치되는 압축영역(A)이 구비되고,

상기 내부관(21)과 이에 연결되면서 열전달이 최소화 되는 단열재질로 이루어지는 압축관(30)의 내측에 다른 하나의 열 매체유가 흐를 때 상기 본체의 내측에 가열기(20)와 압축관(30)에 접촉토록 하나의 열 매체유(11)가 각각 충진되고, 상기 내부관(21)과 내부관보다 축소되는 직경을 갖도록 설치되는 압축관(30)을 따라 흐르는 다른 하나의 열 매체유가 외부공기 또는 온돌에서 열교환하도록 하는 방열부(40)가 설치되고, 상기 방열부(50)에서 열교환 된 다른 하나의 열 매체유는 순환부(50)를 통하여 본체(10)의 내부관(21)에 재순환 공급토록 설치되는 구성으로 이루어진 축열식 보일러.
제1항에 있어서, 상기 압축관(30)은, 열전달이 가능한 재질로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 축열식 보일러.
삭제
제1항에 있어서, 상기 압축영역(A)에 배치되는 압축관(30)은, 가열영역(B)에 배치되는 내부관(21)에 일체로 연결되어 방열기를 통과한 후 냉각되는 다른 하나의 열 매체유가 내부관(21)을 통과한 후 공급토록 설치되는 것을 특징으로 하는 축열식 보일러.
삭제
제1항에 있어서, 상기 방열부(40)는, 열 매체유의 온도를 감지하는 온도감지부(41)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 축열식 보일러.
제6항에 있어서, 상기 방열부(40)는, 라디에이터와 환풍팬, 온돌배관중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 축열식 보일러.