KR101022486B1

KR101022486B1 - 대류현상을 이용한 보일러의 가열장치

Info

Publication number: KR101022486B1
Application number: KR1020080089303A
Authority: KR
Inventors: 성명제
Original assignee: ㈜하이텔파이
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2011-03-16
Also published as: KR20100030377A

Abstract

본 발명은 대류현상을 이용한 보일러의 가열장치에 관한 것으로 본 발명의 일실시예는, 열전달 매질이 충진된 축열탱크 내에 히터를 수직으로 설치하되, 히터는 축열탱크 내에 수직으로 설치된 대류유도관 내부로 삽입되고, 대류유도관의 하단에는 다수의 통공이 형성되며, 열전달 매질이 히터에 의해 가열되면서 대류현상에 의해 대류유도관을 순환하게 됨에 따라 히터 표면의 비등 발생을 감소시키고 열전달 효율을 증가시키는 효과가 있는 대류현상을 이용한 보일러의 가열장치를 제공한다.

대류, 보일러, 가열장치, 열전달, 매질, 축열탱크, 히터, 대류유도관, 순환

Description

대류현상을 이용한 보일러의 가열장치{HEATING APPARATUS OF BOILER THAT USE CONVECTIVE FLOW}

본 발명은 보일러의 가열장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전달 매질이 충진되고 히터가 설치된 축열탱크에서, 열전달 매질의 상부와 하부의 온도차에 의하여 발생되는 대류현상을 이용하여 열전달 매질을 순환시킴으로써, 히터 표면의 비등 발생을 감소시키고 열전달 효율을 향상시키는, 대류현상을 이용한 보일러의 가열장치에 관한 것이다.

일반적으로, 보일러는 적정 연료의 연소 및 에너지 변환에 의해 가열된 온수 등 열전달 매질을 난방 등의 용도로 사용할 수 있도록 만들어진 기기를 의미하며, 연료의 종류에 따라 가스보일러, 기름보일러, 전기보일러, 연탄보일러 등으로 크게 구분된다.

여기서, 전기보일러는 대용량의 저장 탱크 및 저장 탱크 내부에 수용된 열전달 매질을 가열하는 전기 히터가 구비되어, 가열된 열전달 매질로부터 발생되는 열 을 이용하여 난방이나 온수를 공급하는 장치로서, 가스보일러나 기름보일러에 비해 구조가 간단하고 과열의 위험이 상대적으로 낮으며, 연탄보일러에 의한 가스중독을 방지할 수 있다는 장점이 있어 최근 널리 사용되고 있다.

그런데, 전기 히터로 저장탱크에 저장된 열전달 매질을 가열하는 방식의 전기보일러는, 가열대상인 저장탱크의 관수용량이 커서 전열소모가 매우 클 뿐만 아니라, 저장탱크에 저장된 열전달 매질을 가열하는 시간이 길어서 초기 난방이 이루어지는데 걸리는 시간이 적지 않고 또한, 가열 중 히터의 표면에서 비등에 의해 발생되는 기포로 인해 소음이 발생되거나 이물질 부착으로 인해 열전달 효율이 떨어지는 경우가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일실시예는, 열전달 매질이 충진되고 히터가 설치된 축열탱크에서, 열전달 매질의 상부와 하부의 온도차에 의하여 발생되는 대류현상을 이용하여 열전달 매질을 순환시킴으로써, 히터 표면의 비등 발생을 감소시키고 열전달 효율을 향상시키는, 대류현상을 이용한 보일러의 가열장치와 관련된다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 열전달 매질이 충진된 축열탱크 내에 히터를 수직으로 설치하되, 히터는 축열탱크 내에 수직으로 설치된 대류유도관 내부로 삽입되고, 대류유도관의 하단에는 다수의 통공이 형성되며, 열전달 매질이 히터에 의해 가열되면서 대류현상에 의해 대류유도관을 순환하게 되는 것을 특징으로 하는 대류현상을 이용한 보일러의 가열장치가 제공된다.

이때, 히터는 대류유도관 내부로 삽입된 하단부에 코일 형상으로 형성되는 코일부와, 코일부의 상단과 하단에서 각각 상향 연장되는 한 쌍의 직선부를 포함한다.

또한, 히터는 다수 개가 설치되되, 축열탱크의 상단에 직선부가 결합되고, 코일부는 수직으로 소정거리 서로 이격하여 차례로 형성되며, 코일부가 대류유도관의 내벽 둘레를 따라 다수 개 형성되도록 설치되는 것이 바람직하다.

또한 히터는, 직선부에서는 발열이 일어나지 않고, 코일부에서만 발열이 일어나는 것이 바람직하다.

한편, 대류유도관은 절연체로 이루어지는 것이 바람직하고, 대류유도관의 하단에는 열전달 매질 중의 불순물을 거를 수 있도록, 필터가 장착되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예에 따른 대류현상을 이용한 보일러의 가열장치에 의하면, 열전달 매질의 상부와 하부의 온도차에 의하여 발생되는 대류현상을 이용하여 열전달 매질을 빠르게 순환시킴으로써, 히터 표면의 비등 발생을 감소시키고 열전달 효율을 향상시킬 수 있으며, 필터에 의해 열전달 매질 내의 불순물을 걸러줌으로써 히터 표면에 불순물이 부착됨에 따른 열손실 또는 손상을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 대류현상을 이용한 보일러의 가열장치(이하, '가열장치')의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.

실시예

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대류현상을 이용한 보일러의 가열장치 분해 사시도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 히팅유닛의 상세도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 대류현상을 이용한 보일러의 가열장치 단면도이며, 도 3에 도시된 확대도는 열전달 매질의 유동 상태를 나타낸 것이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 가열장치(10)는 크게 열전달 매질(1)이 충진되는 축열탱크(20)와, 축열탱크(20) 내에 설치되는 대류유도관(30) 및 대류유도관(30) 내부로 삽입 설치되는 히터(41~43)를 포함한다.

여기서, 축열탱크(20)의 내부에는 물 또는 오일 등의 열전달 매질(1)이 충진되고, 축열탱크(20)의 바닥면에는 수직으로 대류유도관(30)이 설치되는데, 축열탱크(20)의 내벽과 대류유도관(30)의 외벽 사이에 소정 폭의 공간부(25)가 형성되도 록, 대류유도관(30)의 외경이 축열탱크(20)의 내경보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.

이때, 대류유도관(30)은 상하가 개방된 관의 형태로서, 후술하는 히터(41~43)에 의해 가열된 열전달 매질(1)이 이 대류유도관(30)을 따라 하부에서 상부로 대류에 의해 순환하게 되며, 대류유도관(30)의 하단에는 열전달 매질(1)이 통과될 수 있도록 다수의 통공(31)이 형성되는 것이 바람직하고, 열전달 매질(1) 중의 불순물을 거를 수 있도록 필터(32)를 장착하여 후술하는 히터(41~43)의 표면에 이물질이 부착되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

아울러, 대류유도관(30)의 상부로 빠져나온 열전달 매질(1)은 온도가 하강하면서 축열탱크(20)와 대류유도관(30) 사이의 공간부(25)를 통해 다시 대류유도관(30)의 하부로 내려가게 되는데, 이를 위해 열전달 매질(1)은 대류유도관(30)이 완전히 잠길 정도로 축열탱크(20) 내에 충진되는 것이 바람직하고, 대류유도관(30)의 재질은 금속재질 등 설계조건에 따라 사용자가 자유롭게 선택가능하며, 바람직하게는 세라믹 등 절연체로 이루어져서 후술하는 히터(41~43)에 의해 발생된 열이 이 공간부(25)로 직접 전달되는 것을 방지하도록 한다.

축열탱크(20)의 상단에서 대류유도관(30) 내부로 다수의 히터(41~43)가 설치되는데, 부식방지를 위해 내식성 재질을 사용하거나, 히터(41~43)의 표면에 내식성 소재를 코팅하는 것이 바람직하다.

여기서, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 이 히터(41~43)의 하단부에는 코 일 형상의 코일부(41a~43a)가 형성되고, 코일부(41a~43a)의 상단과 하단에서 각각 직선으로 상향 연장된 한 쌍의 직선부(41b~43b)가 형성되며, 이 직선부(41b~43b)의 상단은 축열탱크(20)의 상단 일측에 각각 결합된다.

이때, 수직으로 소정거리 서로 이격하여 코일부(41a~43a)가 차례로 형성되게끔 하는 것이 바람직한데, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 수직으로 3개의 코일부(41a~43a)가 차례로 형성되게끔 히터(41~43)를 설치하는 경우, 가장 하단에 코일부(41a)가 형성되는 제1히터(41)의 직선부(41b)가 제2히터(42)의 코일부(42a)와 제3히터(43)의 코일부(43a) 내를 차례로 통과하여 축열탱크(20)의 상단 일측에 결합되고, 제2히터(42)의 직선부(42b)는 제3히터(43)의 코일부(43a) 내를 통과하여 축열탱크(20)의 상단 일측에 결합되는 식으로 설치할 수 있으며, 이때 각 히터(41~43)의 코일부(41a~43a)의 직경은 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.

아울러, 전술한 바와 같이 수직으로 서로 이격하여 코일부(41a~43a)가 차례로 형성되게끔 다수의 히터(41~43)로 구성된 히팅유닛(40)을 대류유도관(30)의 내벽 둘레를 따라 다수 개 설치하여 발열효율을 높이는 것이 바람직하며, 이 히팅유닛(40)들은 설치와 유지보수를 위한 분해가 용이하도록, 축열탱크(20)의 상단에 분해 가능하도록 조립되는 것이 바람직하다.

한편, 외부로부터 히터(41~43)에 전기가 공급되면 발열하게 되는데, 이때 직선부(41b~43b)에서는 발열이 일어나지 않고 코일부(41a~43a)에서만 발열이 일어나도록 하는 것이 바람직하며 예를 들어, 히터(41~43)의 코일부(41a~43a)에만 열선(미도시)을 설치하고, 직선부(41b~43b)에는 열선을 설치하지 않음으로써, 열선이 설치된 코일부(41a~43a)에서만 발열이 일어나도록 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 가열장치(10)에 의하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 대류유도관(30)의 하단에 형성된 다수의 통공(31)을 통해 열전달 매질(1)이 대류유도관(30)으로 유입되고, 이때 필터(32)에 의해 불순물이 걸러지며, 유입된 열전달 매질(1)은 히터(41~43)에 의해 가열되면서 대류유도관(30)을 따라 상부로 이동하고, 대류유도관(30)의 상부로 빠져나온 후에는 온도가 하강하면서 다시 축열탱크(20)와 대류유도관(30) 사이의 공간부(25)를 따라 하강하여, 통공(31)을 통해 대류유도관(30)으로 유입되는 과정이 되풀이되는 것이다.

이러한 순환은 축열탱크(20) 내에 충진된 열전달 매질(1)의 상부와 하부의 온도차에 따른 대류현상에 의해 발생되는 것으로, 국부적인 대류현상이 이루어지지 않고 대류유도관(30)에 의해 상부와 하부에 걸쳐 전체적으로 대류현상이 활발하게 이루어지게 되며, 이처럼 열전달 매질(1)이 빠르게 순환하는 과정에서 도 3에 도시된 바와 같이, 히터(41~43) 표면에는 와류가 발생하여 비등 발생에 의한 열손실과 이물질 부착이 감소되고, 열전달 효율이 증대하게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대류현상을 이용한 보일러의 가열장치 분해 사시도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 히팅유닛의 상세도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 대류현상을 이용한 보일러의 가열장치 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 열전달 매질

10 : 가열장치

20 : 축열탱크

25 : 공간부

30 : 대류유도관

31 : 통공

32 : 필터

40 : 히팅유닛

41, 42, 43 : 히터

41a, 42a, 43a : 코일부

41b, 42b, 43b : 직선부

Claims

열전달 매질이 충진된 축열탱크 내에 히터를 수직으로 설치하되, 상기 히터는 상기 축열탱크 내에 수직으로 설치된 대류유도관 내부로 삽입되고, 상기 대류유도관의 하단에는 다수의 통공이 형성되며, 상기 열전달 매질이 상기 히터에 의해 가열되면서 대류현상에 의해 상기 대류유도관을 순환하게 되는 것을 특징으로 하는 대류현상을 이용한 보일러의 가열장치.
청구항 1에 있어서, 상기 히터는,

상기 대류유도관 내부로 삽입된 하단부에 코일 형상으로 형성되는 코일부와, 상기 코일부의 상단과 하단에서 각각 상향 연장되는 한 쌍의 직선부를 포함하는 것을 특징으로 하는 대류현상을 이용한 보일러의 가열장치.
청구항 2에 있어서,

상기 히터는 다수 개가 설치되되, 상기 축열탱크의 상단에 상기 직선부가 결합되고, 상기 코일부는 수직으로 소정거리 서로 이격하여 차례로 형성되는 것을 특징으로 하는 대류현상을 이용한 보일러의 가열장치.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 히터는,

상기 코일부가 상기 대류유도관의 내벽 둘레를 따라 다수 개 형성되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 대류현상을 이용한 보일러의 가열장치.
청구항 2에 있어서, 상기 히터는,

상기 직선부에서는 발열이 일어나지 않고, 상기 코일부에서만 발열이 일어나는 것을 특징으로 하는 대류현상을 이용한 보일러의 가열장치.
청구항 1에 있어서,

상기 대류유도관은 절연체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대류현상을 이용한 보일러의 가열장치.
청구항 1에 있어서,

상기 대류유도관의 하단에는 상기 열전달 매질 중의 불순물을 거를 수 있도록, 필터가 장착되는 것을 특징으로 하는 대류현상을 이용한 보일러의 가열장치.