KR101068272B1 - 노통 수관식 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 버너의 화염이 도입되는 연소실과 복수의 전열수관이 관통되는 전열실을 포함하는 노통수관식 보일러로서, 상기 연소실에 복수의 가열수관이 별도로 관통되는 동시에 상기 전열실 내부로 열매체의 정체시간을 확보할 수 있는 적어도 하나의 제 1 환봉이 설치되어 열효율이 향상된 노통수관식 보일러에 관한 것이다.

구체적으로 본 발명은 선단에 버너가 장착되고 후단 상면에 개구부가 마련되어 상기 버너의 화염이 도입되는 수평의 연소실; 상기 버너의 화염에 실질적으로 수직하도록 상기 연소실 내부를 관통하는 복수의 가열수관; 상기 연소실 상부에 배치되어 상기 개구부를 통해 상기 연소실과 연결되고 상기 버너의 화염에 의한 고온의 열매체가 흐르는 연도를 제공하는 수평의 전열실; 상기 열매체의 흐름에 실질적으로 수직하게 상기 전열실 내부를 관통하는 복수의 전열수관; 및 상기 전열수관 중 이웃한 둘 사이로 나란히 배치되어 상기 열매체의 흐름을 지연시키는 적어도 하나의 제 1 환봉을 포함하는 노통수관식 보일러를 제공한다.

Description

노통 수관식 보일러{Water pipe type Boiler}

본 발명은 노통수관식 보일러에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 버너의 화염이 도입되는 연소실과 복수의 전열수관이 가로지르는 전열실을 포함하는 노통수관식 보일러로서, 상기 연소실에 복수의 가열수관이 별도로 관통되는 동시에 상기 전열실 내부로 열매체의 정체시간을 확보할 수 있는 적어도 하나의 제 1 환봉을 설치되어 열효율이 향상된 노통수관식 보일러에 관한 것이다.

일반적으로 보일러(Boiler)란 소정의 연료를 연소시켜 그 연소열로 물을 가열하는 장치의 총칭으로서, 본체 구조에 따라 원통보일러, 수관보일러, 연관보일러, 특수보일러 등으로, 노의 위치에 따라 내연보일러, 외연보일러 등으로, 물의 순환방식에 따라 자연순환식, 강제순환식 등으로 구분된다.

이 중에서도 연관보일러는 가로로 설치된 노통의 수면 아래에 연소기체가 지나는 연관을 여러 개 설치하여 전열면적을 크게 한 방식이며, 시동시간이 비교적 짧고 크기에 비해 증발량이 많아 게이지압력 10atm 이하인 공장용과 난방용으로 주 로 활용되어 왔다.

하지만, 연관보일러는 열매체의 손실이 많아 열효율이 떨어지는 단점을 나타내는바, 최근에는 연관식과 수관식의 장점을 조합한 연관수관식 보일러가 소개되어 널리 사용된다.

일례로 대한민국 특허출원 제10-2002-0067418호는 연소실과 전열실을 갖는 노통수관보일러로서, 연소실 및 전열실을 갖는 내부몸체, 상기 내부몸체를 내부에 함유하되 다수의 돌출 지주봉에 의해 상기 내부몸체와의 사이에 소정의 공간부를 가질 수 있도록 일체로 형성된 외부몸체를 포함하는 발명이 개시되어 있다. 이때, 상기 연소실은 소정부위에 상방 또는 하방 돌출되어 상기 화염(火焰) 및 연소가스가 상기 전열실로 안내되기 위한 적어도 하나 이상의 돌출턱을 추가로 포함하고, 상기 전열실은, 전열면적을 넓히기 위해 소정부위가 횡방향으로 소정길이 돌출된 적어도 하나 이상의 분할돌출부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

하지만, 동(同) 기술에 의한 노통수관보일러는 연소실과 전열실에 각각 돌출턱과 분할돌출부를 설치하여 열매체의 이동경로를 증가시키는 것에 불과할 뿐, 실질적으로 열효율을 향상시킨 것이라 보기에는 무리가 있다.

한편, 보일러에 있어서 열효율 향상은 궁극적인 목표로서, 현재 많은 기술들이 개발 및 소개되고 있지만 아직까지는 실질적인 효용성을 기대하기는 어려운 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 열효율이 높은 노통수관식 보일러를 제공하는데 궁극적인 목적이 있다.

구체적으로 본 발명은 버너의 화염이 도입되는 연소실과 복수의 전열수관이 관통되는 전열실을 포함하는 노통수관식 보일러로서, 상기 연소실에 복수의 가열수관이 별도로 관통되는 동시에 상기 전열실 내부로 열매체의 정체시간을 확보할 수 있는 적어도 하나의 제 1 환봉이 설치되어 열효율이 향상된 노통수관식 보일러를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 선단에 버너가 장착되고 후단 상면에 개구부가 마련되어 상기 버너의 화염이 도입되는 수평의 연소실; 상기 버너의 화염에 실질적으로 수직하도록 상기 연소실 내부를 관통하는 복수의 가열수관; 상기 연소실 상부에 배치되어 상기 개구부를 통해 상기 연소실과 연결되고, 상기 버너의 화염에 의한 고온의 열매체가 흐르는 연도를 제공하는 수평의 전열실; 상기 열매체의 흐름에 실질적으로 수직하게 상기 전열실 내부를 관통하는 복수의 전열수관; 및 상기 전열수관 중 이웃한 둘 사이로 나란히 배치되어 상기 열매체의 흐름을 지연시키는 적어도 하나의 제 1 환봉을 포함하는 노통수관식 보일러를 제공한다.

이때, 상기 가열수관은; 상기 연소실의 일 측면에 연결된 저면 일 가장자리 와 상기 일 측면 맞은편의 타 측면 상단을 관통하는 복수의 제 1 가열서브수관; 및 상기 연소실의 타 측면에 연결된 저면 타 가장자리와 상기 타 측면 맞은편의 일 측면 상단을 관통하는 복수의 제 2 가열서브수관을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 제 1 가열서브수관은 상기 연소실의 일 측면과 상면에 인접하도록 절곡되고, 상기 제 2 가열서브수관은 상기 연소실의 타 측면과 상면에 인접하도록 절곡되어, 상기 제 1 및 제 2 가열서브수관이 정의하는 내부공간으로 상기 버너의 화염이 지나는 것을 특징으로 하며, 상기 전열수관은, 상기 전열실의 좌우 측면을 관통하도록 나란히 배치되어 상기 전열실 내부를 상하의 투패스와 쓰리패스영역으로 구분하는 제 1 직경(t)의 메인전열수관; 상기 투패스 영역에 일정규칙에 따라 반복 배치되는 제 2 직경(t2, 단, t2<t1)의 제 1 서브전열수관; 상기 쓰리패스 영역에 일정규칙에 따라 반복 배치되는 제 2 직경의 제 2 서브전열수관을 더 포함하여, 상기 제 1 환봉은 상기 투패스 영역과 쓰리패스 영역에 각각 적어도 하나 이상 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인전열수관 사이사이로 개재되어 상기 투패스 영역과 쓰리패스 영역을 서로 분리하는 제 2 환봉을 더 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 연소실의 후단 내면에 양 끝단이 연결되어 상기 화염 외측으로 배치되는 U 자형 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 노통수관식 보일러는 열효율을 높은 장점을 나타낸다.

즉, 본 발명에 따른 노통수관식 보일러는 버너의 화염이 분사되는 연소실에 복수의 가열수관을 관통시켜 버너의 화염을 직접적인 열원으로 활용한다.

때문에 열효율이 높다.

아울러 본 발명에 따른 노통수관식 보일러는 전열실 내부를 흐르는 열매체의 흐름을 지연할 수 있도록 제 1 환봉을 적절히 설치하여 열매체와 난방수 사이의 열교환 시간을 증가시키는바, 실질적으로 열효율을 향상시키는 효과가 있다.

이하, 도면을 참조해서 본 발명을 상세하게 살펴본다.

첨부된 도 1은 본 발명에 따른 노통수관식 보일러의 외관사시도이다.

보이는 것처럼, 본 발명에 따른 노통수관식 보일러는 내부와 절연된 하우징(10)의 선단면에 버너(20)가 장착되고, 그 일측면으로부터는 난방수의 유입과 배출을 위한 유입관(32)과 배출관(34)이 각각 아래위로 인출된다. 그리고 하우징(10)의 상면에는 고온가스가 배출되는 배기구(82)와 더불어 하우징(10)의 내부를 순환하는 난방수에 함유된 증기가 배출되는 증기배출구(36)가 마련된다.

이때, 바람직하게는 하우징(10)의 선단면에는 내부 압력을 측정 및 제어하는 압력계(P)와 압력밸브(V)가 장착되어 정상작동 여부의 확인과 비상상황에 따른 신속한 대처를 가능케 하고, 비록 도면에 나타나지는 않았지만 배기구(82)는 하우징(10) 외부의 별도 열교환수단 또는 배기가스처리수단 등에 연결될 수 있으며, 증기배출구(36)는 집수탱크를 매개로 유입관(32)에 연결될 수 있다.

첨부된 도 2는 본 발명에 따른 노통수관식 보일러의 내부 단면도이다.

보이는 것처럼, 본 발명에 따른 노통수관식 보일러는 크게 하단의 연소실(40)과 상단의 전열실(60) 그리고 하우징(10)과 연소실(40) 및 전열실(60) 사이로 정의되어 난방수가 순환되는 순환영역(30)으로 구분된다. 이때, 순환영역(30)에는 유입관(32)과 배출관(34) 그리고 증기배출구(36) 등이 연결된다.

한편, 본 발명의 가장 큰 특징은 연소실(40)과 전열실(60)에 있는바, 각각을 상세히 살펴보면 아래와 같다.

먼저, 연소실(40)은 수평의 노통으로 이루어지고, 그 선단에는 버너(20)가 장착된다. 그리고 연소실(40)의 후단 상면에는 소정의 개구부(42)가 마련되어 후술하는 전열실(60)과 연결된다. 따라서 연소실(40)의 내부는 버너(20)의 화염이 도입되는 연소영역(L)을 이루며, 버너(20)의 화염에 의해 생성된 연소영역(L)의 열매체는 개구부(42)를 통해 전열실(60)을 경유한 후 배기구(82)로 배출되는 과정 중에 순환영역(30)의 난방수를 가열한다.

이때, 특히 본 발명에 따른 노통수관식 보일러의 연소실(40)에는 순환영역(30)과 연결된 복수의 가열수관(52)이 관통되고, 그 내부를 흐르는 난방수는 버너(20)의 화염에 의해 직접 가열되는 것을 특징으로 한다.

즉, 첨부된 도 3은 본 발명에 따른 노통수관식 보일러의 연소실(40)을 나타낸 모식도로서 앞서 도 2와 함께 참조하면, 연소실(40)의 연소영역(L)에는 버너(20)의 화염과 실질적으로 수직한 방향으로 배치되는 복수의 가열수관(52)이 존재한다.

편의상 연소실(40)을 그 길이방향에 수직한 단면이 사각형인 수평의 직육면체라 가정하면 상하면과 양 측면이 구분되는데, 바람직하게는 가열수관(52)은 연소실(40)의 상면에 근접 배치되도록 연소실(40)의 일 측면에 연결된 저면의 일 가장자리와 그 맞은편의 타측면 상단을 연결하는 제 1 가열수관(54) 그리고 연소실(40)의 상면에 근접배치되도록 연소실(40)의 타측면에 연결된 저면 타 가장자리와 그 맞은편의 일측면 상단을 연결하는 제 2 가열수관(56)으로 나누어진다. 그리고 이들 제 1 및 제 2 가열수관(54,56)은 연소실(40)의 길이방향에 따라 차례로 반복된 순서를 이루되 제 1 전열수관(54)은 연소실(40)의 일 측면 및 상면에 근접하도록 중간 부분이 약 90°절곡된 형태를 나타내고, 제 2 가열수관(56)은 연소실(40)의 타 측면 및 상면에 근접하도록 중간 부분이 약 90°절곡된 형태를 나타낸다.

그 결과 연소실(40)의 연소영역(L) 내부로는 또다시 제 1 및 제 2 가열수관(54,56)의 내부에 해당되는 별도의 화염영역(M)이 정의되며, 버너(20)의 화염은 상기 화염영역(M)으로 도입된다. 따라서 본 발명에 따른 노통수관식 보일러는 연소실(40) 내부의 제 1 및 제 2 가열수관(54,56) 내부를 흐르는 난방수를 버너(20)의 화염으로 직접 가열하므로 한층 개선된 열효율을 나타낸다.

이때, 제 1 및 제 2 가열수관(54,56)은 가급적 직경이 작고 그 수량이 많은 것이 열효율 측면에서 유리하지만 스케일 등의 침전에 의한 막힘현상을 방지할 수 있도록 적절한 직경과 수량으로 조절될 수 있다. 그리고 제 1 및 제 2 가열수관(54,56)의 재질은 전열효율, 팽창율, 내열성을 고려하여 동 또는 스테인레스 내지는 적절한 금속의 합금재질로 이루어진다.

다음으로, 도 4와 도 5는 각각 본 발명에 따른 노통수관식 보일러의 전열실(60)을 나타낸 모식도와 측면도로서, 앞서 도 2와 함께 참조한다.

보이는 것처럼, 본 발명에 따른 노통수관식 보일러의 전열실(60)은 후단 저면이 연소실(40)의 개구부(42)와 연결되고 후단 상면이 배기구(82)에 연결되어 연소실(40)에서 생성된 고온의 열매체가 지나는 연도를 이룬다.

그리고 전열실(60) 내부로는 순환영역(30)에 연결된 복수의 전열수관(62)이 관통 배치되어 열매체와 난방수 사이의 열교환이 이루어지도록 한다. 이때 특히 전열실(60) 내부로는 적어도 하나의 제 1 환봉(70)이 적절히 관통 배치되어 이웃한 두 전열수관(62)과 함께 열매체의 이동속도를 지연시키며, 이로써 열매체와 난방수 사이의 열교환 시간을 증가시켜 열효율을 극대화한다.

보다 구체적으로, 편의상 전열실(60)을 그 길이방향에 수직한 단면이 사각형인 수평의 직육면체라 가정하면 상하면과 양 측면이 구분된다.

그리고 바람직하게는 전열실(60) 내부를 가로지르는 전열수관(62)은 전열실(60)의 양 측면 중 상하의 중간부분을 연결하도록 나란히 배치되어 전열실(60)의 선단에서 서로 연결되는 상하의 투패스와 쓰리패스 영역을 정의하는 제 1 직경(t1)의 메인전열수관(64), 투패스 영역에서 일정규칙에 따라 반복 배치되도록 전열실(60)의 양 측면을 연결하는 제 2 직경(t2, 단 t2<t1)의 제 1 서브전열수관(66), 쓰리패스 영역에서 일정규칙에 따라 반복 배치되도록 전열실(60)의 양 측면을 연결하는 제 2 직경(t2)의 제 2 서브전열수관(68)으로 구분된다.

이때, 복수의 제 1 환봉(70)은 투패스 영역의 제 1 서브전열수관(66) 중 서 로 이웃한 두 개와 쓰리패스 영역의 제 2 서브전열수관(68) 중 서로 이웃한 두 개 사이로 적절히 배치되고, 각각에서 열매체의 이동속도를 지연시키는 역할을 한다. 그리고, 바람직하게는 복수의 메인전열수관(64) 사이사이로는 별도의 제 2 환봉(72)을 배치해서 투패스 영역과 쓰리패스 영역이 보다 분명히 구분되게 할 수 있다.

도면에 의거 제 1 및 제 2 서브전열수관(66,68)은 각각 서로 이웃한 세 개가 삼각형을 이루도록 일렬로 반복되어 복층 배치된다 가정하면, 도면의 A-A, B-B로 표시된 사선에는 세 개의 제 1 및 제 2 서브전열수관(66,68)이 존재한다. 이때, 제 1 환봉(70)은 상기 세 개의 제 1 및 제 2 서브전열수관(66,68) 사이사이로 배치되어 A-A, B-B 사선이 지나는 영역의 열매체 이동공간을 좁힘으로써 열매체의 이동을 지연시킨다.

이를 위한 제 1 환봉(70)은 투패스와 쓰리패스 영역 각각에 적절한 수량으로 설치될 수 있고, 그 직경(t3)은 제 1 및 제 2 서브전열수관(66,68) 보다 작을 수 있으며(t3<t2), 재질은 전열효율, 팽창율, 내열성을 고려하여 동, 알루미늄, 스테인레스, 철 내지는 이와 유사한 수준의 금속합금으로 이루어진다. 이때, 제 2 환봉(72)의 재질 및 직경은 제 1 환봉(70)과 동일할 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조해서 본 발명에 따른 노통수관식 보일러의 작동과정을 간략하게 살펴본다.

우선, 도면에 나타나지 않은 별도의 순환펌프가 가동되어 유입관(32)을 통해 순환영역(30)에 난방수가 충만되고, 버너(20)의 구동에 의해 연소실(40) 내부로 화 염이 도입된다. 이때, 순환영역(30)을 순환하는 난방수는 연소실(40)의 주변과 제 1 및 제 2 가열수관(54,56)을 지나는 동안 버너(20)의 화염에 의한 고온의 열로 가열된다.

그리고 버너(20)의 화염에 의해 연소실(40)에서 생성된 열매체는 개구부(42)를 통해 전열실(60)로 흘러 투패쓰와 쓰리패스 영역을 각각 경유한 후 배기구(82)로 배기된다. 이때, 순환영역(30)을 순환하는 난방수는 메인전열수관(64)과 제 1 및 제 2 서브전열수관(66,68)을 통과하면서 열매체와 열교환하여 가열되는데, 특히 전열실(60)의 투패스와 쓰리패스 영역에는 각각 열매체의 이동을 지연시키는 제 1 환봉(70)이 설치되어 있으므로 열매체의 이동이 지연되어 열매체와 난방수의 열교환 시간이 증가하고, 난방수는 보다 높은 온도로 가열된다.

이로써, 본 발명에 따른 노통수관식 보일러는 한층 더 높은 열효율을 나타낸다.

한편, 본 발명에 따른 연소실(40)에는 별도의 열교환관(90)이 설치될 수 있고, 상기 열교환관(90)은 도 2에 나타난 것처럼 연소실(40)의 후단 내면에 양 끝단이 연결되어 화염의 외측에 배치되는 U 자형을 나타낼 수 있다. 그리고 필요하다면 열교환관(90)은 하우징(10)으로부터 분리되어 그 입구가 별도의 덮개로 밀폐될 수 있다.

더불어, 본 발명에 따른 노통수관식 보일러에는 하우징(10)으로부터 전열실(60)을 각각 노출시키는 하우징(10) 전면의 제 1 소재구(92) 및 이를 덮는 덮개(93) 그리고 하우징(10) 후면의 제 2 소재구(94) 및 이를 덮는 제 2 덮개(95)가 설치되고, 하우징(10)의 후단 저면에는 연소실(40)에 연결되는 배수구(96)가 설치될 수 있다. 따라서, 사용자는 보일러의 청소가 필요할 경우에 제 1 및 제 2 소재구(92,94)와 배수구(96)를 적절히 개방하여 전열실(60)과 연소실(40) 내부의 물청소를 진행할 수 있고, 필요하다면 열교환관(90)을 분리해서 그 입구를 통해 연소실(40) 내부를 청소할 수 있다.

이상의 설명 및 도면은 본 발명의 일 양태에 지나지 않으며, 본 발명을 한정하지 않는다. 즉 본 발명은 구체적인 구성 등에 있어서 여러 가지 변형이 가능 하지만 이들 변형이 본 발명의 권리범위 내에 있다면 본 발명에 속한다 해야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 이하의 특허청구범위에 잘 함축되어 있다.

도 1은 본 발명에 따른 노통수관식 보일러의 외관사시도.

도 2는 본 발명에 따른 노통수관식 보일러의 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 노통수관식 보일러의 연소실에 대한 모식도.

도 4는 본 발명에 따른 노통수관식 보일러의 전열실에 대한 모식도.

도 5는 본 발명에 따른 노통수관식 보일러의 전열실에 대한 측면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

하우징 : 10 버너 : 20

순환영역 : 30 유입관 : 32

배출관 : 34 증기배출구 : 36

연소실 : 40 개구부 : 42

가열수관 : 52 제 1 및 제 2 가열수관 : 54,56

전열실 : 60 전열수관 : 62

메인전열수관 : 64 제 1 및 제 2 서브전열수관 : 66,68

제 1 환봉 : 70 제 2 환봉

열교환관 : 90 제 1 및 제 2 소재구 : 92,94

제 1 및 제 2 덮개 : 93, 95

배수구 : 96 압력계 : P

압력밸브 : V 연소영역 : L

Claims (6)

1. 선단에 버너가 장착되고 후단 상면에 개구부가 마련되어 상기 버너의 화염이 도입되는 수평의 연소실;

   상기 버너의 화염에 수직하도록 상기 연소실 내부를 관통하는 복수의 가열수관;

   상기 연소실 상부에 배치되어 상기 개구부를 통해 상기 연소실과 연결되고, 상기 버너의 화염에 의한 고온의 열매체가 흐르는 연도를 제공하는 수평의 전열실;

   상기 열매체의 흐름에 수직하게 상기 전열실 내부를 관통하는 복수의 전열수관; 및

   상기 전열수관 중 이웃한 둘 사이로 나란히 배치되어 상기 열매체의 흐름을 지연시키는 적어도 하나의 제 1 환봉을 포함하고,

   상기 전열수관은,

   상기 전열실의 좌우 측면을 관통하도록 나란히 배치되어 상기 전열실 내부를 상하의 투패스와 쓰리패스영역으로 구분하는 제 1 직경(t)의 메인전열수관;

   상기 투패스 영역에 일정규칙에 따라 반복 배치되는 제 2 직경(t2, 단, t2<t1)의 제 1 서브전열수관;

   상기 쓰리패스 영역에 일정규칙에 따라 반복 배치되는 제 2 직경의 제 2 서브전열수관을 더 포함하여, 상기 제 1 환봉은 상기 투패스 영역과 쓰리패스 영역에 각각 적어도 하나 이상 배치되는 노통수관식 보일러.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 가열수관은;

   상기 연소실의 일 측면에 연결된 저면 일 가장자리와 상기 일 측면 맞은편의 타 측면 상단을 관통하는 복수의 제 1 가열서브수관; 및

   상기 연소실의 타 측면에 연결된 저면 타 가장자리와 상기 타 측면 맞은편의 일 측면 상단을 관통하는 복수의 제 2 가열서브수관을 포함하는 노통수관식 보일 러.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 제 1 가열서브수관은 상기 연소실의 일 측면과 상면에 인접하도록 절곡되고, 상기 제 2 가열서브수관은 상기 연소실의 타 측면과 상면에 인접하도록 절곡되어, 상기 제 1 및 제 2 가열서브수관이 정의하는 내부공간으로 상기 버너의 화염이 지나는 노통수관식 보일러.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 메인전열수관 사이사이로 개재되어 상기 투패스 영역과 쓰리패스 영역을 서로 분리하는 제 2 환봉을 더 포함하는 노통수관식 보일러.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 연소실의 후단 내면에 양 끝단이 연결되어 상기 화염 외측으로 배치되는 U 자형 열교환기를 더 포함하는 노통수관식 보일러.
6. 삭제

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