KR101136224B1 - 스파이어럴 구조를 사용한 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스파이어럴 구조의 수관을 통해 수로와 연소로가 구성되도록 하므로써, 연소가스가 나선의 형태로 중심측으로부터 외측으로 순환되어 체류시간과 열교환 면적이 증대되도록 하는 스파이어럴 구조를 사용한 보일러 및 그의 제조방법을 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러에서 수관(20)은 다수개의 나선 파이프(30)가 중심측으로부터 외측으로 연이어 배치되어 결합되므로써, 중심측으로부터 외측으로 나선의 형태를 갖는다. 여기서, 다수개의 나선 파이프(30)는 내측 라인(22)의 곡률과 대응되는 원호의 곡률(Ra)로 형성되는 내면(32)과, 외측 라인(24)의 곡률과 대응되는 원호의 곡률(Rb)로 형성되는 외면(34)을 갖고, 수로(31)가 나선 방향으로 닫히면서 상하방향으로 개방되도록 형성된다. 본 발명에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러의 제조방법은 순차적으로 결합되는 형태로 서로 별개의 나선 파이프(30)와 하판(60)과 상판(70)을 준비하고, 하판(60)과 상판(70) 사이에서 하판(60)과 상판(70)에 형성된 나선(62, 72)에 다수개의 나선 파이프(30)를 맞추어 중심측으로부터 외측으로 연이어 결합시켜서 수관(20)을 형성한다. 이와 같은 본 발명에 의한 스파이어럴 구조를 사용한 보일러 및 그의 제조방법에 의하면, 내면(32)과 외면(34)이 나선의 곡률과 대응되도록 형성되는 다수개의 나선 파이프(30)를 열원이 유입되는 중심측으로부터 외측으로 연이어 배치되도록 하여 스파이어럴 구조의 수관을 형성함으로써, 연소가스가 나선의 형태로 중심측으로부터 외측으로 순환되어 체류시간과 열교환 면적이 증대되어 더 욱 높은 열효율을 기대할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러에서 수관(20)은 원형의 파이프를 가압(프레스 성형)하여 내면(32)과 외면(34)에 나선의 곡률을 형성하게 되므로, 별도의 고도기술이 필요한 제조방법이나 장치를 적용하지 않고 일반적으로 사용되는 성형기술과 이에 소요되는 장치를 사용할 수 있으므로, 고도의 기술이 필요없이 생산성을 충분히 확보하여 실용화할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 연소로상에 연소가스 유도 플레이트(70)가 외측 나선방향으로 낮아지도록 기울어져 설치되도록 하므로써, 연소가스가 외측 방향까지 하측방향으로 흐르도록 하여 수관(20)의 외측까지 상하방향에 걸쳐 균일한 온도분포의 확보를 기대할 수 있다.

Description

스파이어럴 구조를 사용한 보일러{BOILER USING SPIRAL STRUCTURE}

본 발명은 스파이어럴 구조를 사용한 보일러에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 열원이 유입되는 중심측으로부터 외측으로 스파이어럴 구조의 수관을 배치하여 수로와 연소로가 구성되도록 하므로써, 연소가스가 나선의 형태로 중심측으로부터 외측으로 순환되어 체류시간과 열교환 면적이 증대되도록 하는 스파이어럴 구조를 사용한 보일러에 관한 것이다.

열교환기의 일종인 보일러는 물을 가열하여 고온?고압의 증기 또는 온수를 발생시키기 위한 장치로서, 구조상으로 크게 연관 보일러, 수관 보일러 및 특수 보일러(폐열 보일러, 전기 보일러, 특수유체 보일러)로 분류할 수 있다.

이때, 관내로 고온의 가스를 공급시켜 관 주위의 물을 가열시키도록 구성되는 연관 보일러와 달리 관의 바깥 주위에서 순환하는 고온의 가스에 의해 관내의 물을 가열하는 방식인 수관 보일러는 연관 보일러보다 더 높은 압력과 온도에서 많은 증기를 생산할 수 있어 현재 가정 및 각종 산업용으로 널리 적용되고 있다.

한편, 이와 같은 수관 보일러의 열효율을 높이기 위한 다음과 같은 다양한 제안이 이루어지고 있다.

대한민국 실용신안공보 공고번호 실1984-0001311호 "보 일 러"는 배기덕트를 지니는 관형케이싱과, 그 관형 케이싱의 상, 하 양단에 각각 설치된 한쌍의 환형수실과, 그 한쌍의 환형수실중 상부 환형수실의 중앙 개구로부터 관형케이싱의 내측을 향해 배치된 버어너의 주의를 둘러싸며, 한쌍의 환형수실중 어느 한 환형수실 근방의 연소실측에서 다른 한 환형수실 근방의 외측으로 통하는 연관을 내부에 지니는 다수의 수관으로 된 원통형 연소실벽과, 소연실벽을 동심적으로 둘러싸며 다른 한 환형수실 근방의 내측에서 그 한 환형수실 근방의 외측으로 통하는 연관을 내부에 지니는 다수의 수관으로 한쌍의 환형수실을 서로 연통시키는 연도벽으로 구성된 보일러에 있어서, 한 환형수실 근방의 연소실벽에 연소실벽의 연관이외의 내측 연도로 통하는 부가적 가스통로를 형성하고, 부가적 가스통로를 통과한 연소가스와 연소실벽의 연관을 통과한 연소가스가 합류하여 유입되도록 연도벽의 연관의 유입구를 연소실벽의 연관의 유출구에 대향되게 설치하는 기술을 제안하고 있다.

일본국 공개특허공보 공개번호 특개평9-257203호 "다중 관로 보일로"는 버너 가 윗쪽에서 내부로 임해 한편 하부에 로저가 형성된 연소실과 상부관 대어 및 하부관 대어로 상하 단부를 지지해 전기 연소실의 주위에 환상에 배열된 복수중열가열관 및 해내 열가열관에 의해 형성한 환상부의 외주 측에 환상에 배열된 복수의 외렬가열관과 인접하는 동안열가열관끼리 및 외렬가열관끼리를 접속하는 동안 열쉴드 핀 및 외렬쉴드 핀이라고 전기내열가열관 및 외렬가열관과에 의해 전기내열가열관과 외렬가열관의 사이에 형성한 연소 가스 통로와 해연소 가스 통로에 전기 연소실내의 연소가스를 이끌기 위해서 전기내열가열관측에 마련한 가스 입구부라고 전기 연소 가스 통로에 흐르는 연소 가스를 외부에 배출하기 위해서 전기외열가열관측에 마련한 가스 출구부를 가지는 다관식 관류 보일러에 대하고, 전기로저를, 외주측 일단이 하부관공격에 접속되어 중심측 일단에 급수관이 접속된 평면 형상이 소용돌이쳐 상태의 에코노마이자관과 에코노마이자관끼리 및 에코노마이자관과 하부관 대어를 접속하는 쉴드 핀에 의해 형성한 기술을 제안하고 있다.

대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0676163호 "수관보일러"는 복수의 수관에 의해 구성되며, 제 1개구부를 구비한 환상의 제 1수관열과, 복수의 수관에 의해 구성되며, 제 2개구부를 구비한 환상의 제 2수관열로 이루어지며, 제 1수관열의 외측에 상기 제 2수관열을 배치함과 동시에, 제 1수관열(4)의 내측에 연소실을 마련하고, 양 수관열의 사이에 제 1개구부로부터 제 2개구부에 이르는 가스통로를 형성하고, 이 가스통로로 향하는 전열면을 가스의 흐름에 따라서 상류측으로부터 고온역전열면구조, 중온역전열면구조 및 저온역전열면구조를 갖도록 하는 기술을 제 안하고 있다.

일본국 공개특허공보 공개번호 특개2002-243101호 "배기가스 보일러"는 캔체외벽으로 화성된 열회수부내에 사절체를 이용해 배기가스 도입부를 형성해, 전기캔체외벽으로 전기사절체와의 사이에 형성된 유로내에 전열관을 배치하므로써, 전열면의 유효 이용을 도모하는 것에 의해서, 열회수량을 증가시킨 배기가스 보일러를 제안하고 있다.

대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0773260호 "스파이럴 구조의 연소실을 가진 스팀보일러"는 일측의 물 공급관과 상부의 스팀 배출관을 가지는 밀폐형 하우징과, 이 하우징의 내부로 측면의 고정대에 의해 설치되며 원통형으로 밀폐된 연소실을 가지는 내부 케이싱과, 이 내부 케이싱의 내부에 부착되어 수직으로 세워지며 서로 밀착되면서 외측으로 점차 확산되는 스파이럴 선형을 유지하고 있는 열교환 파이프들과, 연소실의 중앙으로 화염 유도관체가 설치되고 여기에 부착되는 버너로 이루어져, 연소실의 고열이 스파이럴 구조를 따라 이동하면서 열교환 파이프들과 열교환을 가지게 되어 최종적으로 배출되는 폐열에는 잠열이 거의 없게 되도록 하는 작용을 기대하는 기술을 제안하고 있다.

이와 같은 종래 기술들은 수관을 스파이어럴(spiral) 형태로 배치하여 연소로 또한 스파이어럴 형태로 형성함으로써, 연소열(연소가스)이 연소실내에서 체류 하는 시간을 증대되도록 하여 열효율을 높이고자 하였다. 이때, 종래 기술에서는 연관 보일러의 기술을 수관 보일러에 응용한 형태도 제시하고 있지만, 기본적으로 수관 보일러의 구조를 기본으로 하므로, 본 발명에서는 이를 수관 보일러의 구조로 설명한다.

이와 같은 종래 기술들은 연소실 내부 또는 외측 둘레를 따라 설치되는 수실을 갖는 일반적인 보일러에 비해 연소가스의 체류시간이 증가되므로, 더욱 높은 열효율을 기대할 수 있다.

그러나, 이와 같은 종래 기술들은 원형의 파이프를 사용해 수관을 설치하고, 일정한 길이의 스파이어럴 구조를 형성하기 위해 수관 사이를 밀폐시켜야 하므로, 제작이 어렵고, 비용이 증가되는 문제점이 있으며, 연소로가 스파이어럴 구조를 갖게 되지만, 수관 자체는 원형 파이프의 구조를 가지므로 높은 열효율의 개선을 기대하기는 어렵다 할 것이다.

한편, 이와 같은 문제점을 개선하기 위한 방안으로 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2004-0041482호 "스파이럴 구조의 연소실을 가진 보일러"는 연소실 내부에 제1 격판과 제2 격판이 일정한 간격을 두고 내부에서 외측으로 확산되는 스파이럴 구조의 수실이 구성하고, 이 수실을 따라 스파이럴 구조의 연소실이 형성되도록 하는 기술을 제안한 바 있다.

그러나, 이와 같은 종래 기술은 스파이어럴 형태로 2개의 격판을 일정한 간격으로 배치하여 고정시키는데 있어 고도의 기술이 필요하고 생산성이 낮아 실용화시키기 어려운 점이 있다.

따라서 본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 수관을 열원이 유입되는 중심측으로부터 외측으로 스파이어럴 구조로 배치하여 수로와 연소로가 형성되도록 하므로써, 연소가스가 나선의 형태로 중심측으로부터 외측으로 순환되어 체류시간과 열교환 면적이 증대되어 더욱 높은 열효율을 기대할 수 있는 새로운 형태의 스파이어럴 구조를 사용한 보일러 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 내면과 외면이 나선의 곡률과 대응되도록 형성되는 다수개의 나선 파이프를 열원이 유입되는 중심측으로부터 외측으로 연이어 배치되도록 하여 스파이어럴 구조의 수관을 형성함으로써, 일반적으로 사용되는 제조기술과 이에 소요되는 장치를 사용할 수 있도록 하는 새로운 형태의 스파이어럴 구조를 사용한 보일러 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 수관을 열원이 유입되는 중심측으로부터 외측으로 스파이어럴 구조로 배치하여 수로와 연소로가 형성되도록 함에 있어서, 연소로상에 연소가스 유도 플레이트가 외측 나선방향으로 낮아지도록 기울어져 설치되도록 함으로써, 연소가스가 외측 방향까지 하측방향으로 흐르도록 유도하여 수관의 외측까지 상하방향에 걸쳐 균일한 온도분포를 확보할 수 있도록 하는 새로운 형태의 스파이어럴 구조를 사용한 보일러 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 열원에 의한 가열이 이루어지는 중심측으로부터 외측으로 내측 라인(22)과 외측 라인(24)이 스파이어럴 구조로 이루어져 수관(20)을 형성하므로써, 상기 내측 라인(22)과 외측 라인(24) 사이에 수로(31)와 연소로가 교번적으로 형성되도록 하는 스파이어럴 구조를 사용한 보일러에 있어서, 상기 수관(20)은 상기 내측 라인(22)의 곡률과 대응되는 원호의 곡률(Ra)로 형성되는 내면(32)과, 상기 외측 라인(24)의 곡률과 대응되는 원호의 곡률(Rb)로 형성되는 외면(34)을 갖고, 상기 수로(31)가 나선 방향으로 닫히면서 상하방향으로 개방되도록 형성되는 다수개의 나선 파이프(30)가 중심측으로부터 외측으로 연이어 배치되어 결합되므로써, 중심측으로부터 외측으로 나선의 형태를 갖는다.

이와 같은 본 발명에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러에서 상기 수관(20)의 하측과 상측에 배치되는 하판(60) 및 상판(70)을 더 포함하되; 상기 하판(60)과 상판(70)은 상기 다수개의 나선 파이프(30)와 대응되는 나선(62, 72)이 형성되어 상기 다수개의 나선 파이프(30)와 결합될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러에서 상기 다수 개의 나선 파이프(30)는 중심측에서 첫번째에 배치되도록 상기 내측 라인(22)의 일부 곡률과 대응되는 원호의 곡률(R1)로 형성되는 내면(42)과, 상기 외측 라인(24)의 일부 곡률과 대응되는 원호의 곡률(R2)로 형성되는 외면(44)을 갖는 제 1 나선 파이프(40) 및, 상기 제 1 나선 파이프(40)보다 큰 원호의 곡률(R3, R4)로 형성되는 내면(52)과 외면(54)을 갖는 제 2 나선 파이프(50)를 구비하여, 상기 제 1 나선 파이프(40)와 제 2 나선 파이프(50)가 조합되어 중심측으로부터 외측으로 연이어 배치되므로써, 중심측으로부터 외측으로 나선의 형태가 형성되도록 할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러에서 상기 수관(20)은 상기 내측 라인(22)과 외측 라인(24)에 의해 형성되는 연소로상에 배치되도록 상기 외측 라인(24)의 외측으로 결합되되, 나선의 외측방향으로 낮아지도록 기울어져 설치되는 연소가스 유도 플레이트(80)를 더 구비할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러에서 상기 수관(20)은 지면에 대해 정해진 각도를 갖도록 기울어져 설치될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명은 열원에 의한 가열이 이루어지는 중심측으로부터 외측으로 내측 라인(22)과 외측 라인(24)이 스파이어럴 구조로 이루어져 수관(20)을 형성하므로써, 상기 내측 라인(22)과 외측 라인(24) 사이에 수로(31)와 연소로가 교번적으로 형성되도록 하는 스파이어럴 구조를 사용한 보일러의 제조방법에 있어서, 상기 내측 라인(22)의 곡률과 대응되는 원호의 곡률(Ra)로 형성되는 내면(32)과, 상기 외측 라인(24)의 곡률과 대응되는 원호의 곡률(Rb)로 형성되는 외면(34)을 갖고, 상기 수로(31)가 나선 방향으로 닫히면서 상하방향으로 개방되도록 다수개의 나선 파이프(30)를 준비하는 단계와; 상기 수관(20)의 하측과 상측에 배치되고, 상기 다수개의 나선 파이프(30)와 대응되는 나선(62, 72)이 형성되는 하판(60) 및 상판(70)을 준비하는 단계 및; 상기 하판(60)과 상판(70) 사이에서 상기 하판(60)과 상판(70)에 형성된 나선(62, 72)을 맞추어 상기 다수개의 나선 파이프(30)를 중심측으로부터 외측으로 연이어 결합시켜서 상기 수관(20)을 형성한다.

이와 같은 본 발명에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러의 제조방법에서 상기 수관(20)을 형성하는 단계는 상기 다수개의 나선 파이프(30)의 양단이 상기 하판(60)과 상판(70)의 나선(62, 72)에 각각 삽입되도록 한 상태에서 상기 하판(60) 및 상판(70)과 상기 다수개의 나선 파이프(30)를 용접시켜 이루어질 수 있다.

본 발명에 의한 스파이어럴 구조를 사용한 보일러 및 그의 제조방법에 의하면, 내면(32)과 외면(34)이 나선의 곡률과 대응되도록 형성되는 다수개의 나선 파이프(30)를 열원이 유입되는 중심측으로부터 외측으로 연이어 배치되도록 하여 스 파이어럴 구조의 수관을 형성함으로써, 연소가스가 나선의 형태로 중심측으로부터 외측으로 순환되어 체류시간과 열교환 면적이 증대되어 더욱 높은 열효율을 기대할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러에서 수관(20)은 원형의 파이프를 가압(프레스 성형)하여 내면(32)과 외면(34)에 나선의 곡률을 형성하게 되므로, 별도의 고도기술이 필요한 제조방법이나 장치를 적용하지 않고 일반적으로 사용되는 프레스 성형기술과 이에 소요되는 장치를 사용할 수 있으므로, 고도의 기술이 필요없이 생산성을 충분히 확보하여 실용화할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 연소로상에 연소가스 유도 플레이트(70)가 외측 나선방향으로 낮아지도록 기울어져 설치되도록 하므로써, 연소가스가 외측 방향까지 하측방향으로 흐르도록 하여 수관(20)의 외측까지 상하방향에 걸쳐 균일한 온도분포의 확보를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 기술적 사상에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러의 나선 파이프의 제조방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러(10)는 열원이 유입되어 가열되는 중심측으로부터 외측으로 형성되는 스파이어럴 구조의 수관(20)을 통해 수로와 연소로가 구성되도록 하므로써, 연소가스가 나선의 형태로 중심측으로부터 외측으로 순환되어 체류시간과 열교환 면적이 증대되어 더욱 높은 열효율을 기대할 수 있도록 한다.

좀 더 구체적으로 보면, 본 발명에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러(10)에서 수관(20)은 기본적으로 열원에 의한 가열이 이루어지는 중심측으로부터 외측으로 내측 라인(22)과 외측 라인(24)이 스파이어럴 구조로 이루어져 수관(20)을 형성하므로써, 전체적인 나선 구조(스파이어럴 구조; 본 발명을 설명함에 있어서 '나선 구조'와 '스파이어럴 구조'는 동일한 의미의 용어로 혼용하여 사용한다)에서 내측 라인(22)과 외측 라인(24) 사이에 수로와 연소로가 교번적으로 형성되도록 한다.

이때, 수관(20)은 다수개의 나선 파이프(30)가 중심측으로부터 외측으로 연이어 배치되어 결합되므로써, 중심측으로부터 외측으로 나선의 형태를 갖는다. 여기서, 다수개의 나선 파이프(30)는, 도 2에서 보는 바와 같이, 내측 라인(22)의 곡률과 대응되는 원호의 곡률(Ra)로 형성되는 내면(32)과, 외측 라인(24)의 곡률과 대응되는 원호의 곡률(Rb)로 형성되는 외면(34)을 갖고, 수로(31)가 나선 방향으로 닫히면서 상하방향으로 개방되도록 형성된다.

이와 같이 본 발명에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러(10)는 다수개의 나선 파이프(30)의 조립에 의해 형성되므로, 별도의 고도기술이 필요한 제조방법이나 장치를 적용하지 않고, 일반적으로 사용되는 프레스 가공기술을 기반으로 하여 나선 파이프의 형성시 금형과 이에 소요되는 장치를 사용{대표적으로 프레스 가공을 사용하지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 예컨대, 현재 원형 단면이 아닌 이형 단면의 중공 관의 경우[본 발명의 나선 파이프(30)에 적합한 재질은 스테인레스 계열이다]에 적용되고 있는 인발, 압출, 정밀 다이캐스팅 등 다양한 가공법이 적용될 수 있는 것이다}할 수 있으므로, 고도의 기술이 필요없이 생산성을 충분히 확보하여 실용화할 수 있는 장점이 있다.

한편, 본 발명에서 수관(20)을 이루는 내측 라인(22)과 외측 라인(24)은 다수개의 나선 파이프(30)의 내면(32)과 외면(34)에 의해 이루어지는 요소이다. 물론, 다수개의 나선 파이프(30)의 연결은 수관(20)의 특성상 밀폐되는 구조로 결합될 것이 요구되는데, 이와 같은 밀폐구조의 결합은 대표적으로 용접에 의해 이루어질 수 있는 것이고, 설계자 또는 사용자의 필요 및 요구에 따라 이 분야에서 수밀을 위해 사용되는 가스켓(gasket) 및 패킹(packing) 등을 적용하여 이루어질 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에서 수관(20)은, 도 3에서 보는 바와 같이, 다수개의 나선 파이프(30)가 중심측으로부터 외측으로 연속적으로 밀폐결합되었을 때 형성되는 나선{이 나선은 내측 라인(22)과 외측 라인(24)과 대응되도록 형성된다}과 대응되도 록 관통되어 형성되는 나선(62, 72)을 갖는 하판(60) 및 상판(70)이 하측과 상측에 결합되는데, 이와 같은 하판(60)과 상판(70)은 수관(20)을 구성하는 다수개의 나선 파이프(30)와 밀폐되도록 결합된다. 물론, 수관(20)과 하판(60) 및 상판(70)의 결합구조는 밀폐를 구조를 위한 다양한 기술이 적용될 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에서 수관(20)의 스파이어럴 구조를 갖는데, 이는 중심측으로부터 외측으로 나선의 형태를 갖도록 형성되는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명에서 수관(20)은 중심측으로부터 외측으로 수로와 연소로가 균일한 간격으로 형성되는 예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명의 바람직한 실시예와 같이, 연소가스가 외측으로 이동되므로써 적어지는 열량을 고려하여 연소로의 간격이 외측으로 갈수록 점차 좁아지도록 하는 것이 바람직하다. 그러나, 이와 같은 조건은 본 발명의 기술 사상 아래에서 수관(20)의 중심축{C; 이 중심축은 바람직하게 열원을 제공하는 버너(1, 도 4 참조)의 중심과 일치된다}을 중심으로 하여 중심측으로부터 외측으로 나선의 형태로 형성됨에 있어 수로와 연소로의 간격은 이 분야에 종사하는 자들의 필요에 따라 설정할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에서 수관(20)을 이루는 나선 파이프(30)는 본 발명의 기술 사상을 실현할 수 있는 다양한 형태를 적용할 수 있는 것이다. 즉, 본 발명에서 나선 파이프(30)는, 도 2에서 보는 바와 같이, 중공(31')을 갖는 원형의 파이프(30')를 가압성형(프레스 가공)하여 내면(32)이 수관(20)의 내측 라인(22)과 대응되는 곡률(Ra)로 형성되도록 하고, 외면(34)이 수관(20)의 외측 라인(24)과 대응되는 곡률(Rb)로 형성되도록 한 나선 파이프(30)를 보이고 있으나, 판재를 벤딩하거나 판금하여 나선 파이프(30)를 형성하는 기술도 본 발명의 기술 사상 아래에 있다 할 것이다. 그리고, 나선 파이프(30)의 내면(32)의 곡률(Ra)과 외면(34)의 곡률(Rb)은 각 나선 파이프(30)가 전체 나선 구조에서 각각 위치되는 부분의 곡률에 맞도록 각각 형성되므로써, 도 2에서 보는 바와 같이 전체적으로 균일한 형태의 나선을 형성하는 것이 바람직하지만, 본 발명의 바람직한 실시예와 같이 제조설비 및 단가를 낮추기 위해 본 발명의 기술 사상 아래 형성되는 소정 개수{본 발명의 바람직한 실시예에서는 제 1 나선 파이프(40)와 제 2 나선 파이프(50)로 이루어지는 2개의 나선 파이프(30)의 조합을 예로 들었으나, 이 나선 파이프(30)의 개수는 설계자 또는 사용자의 필요에 따라 설정할 수 있는 것이다}의 나선 파이프(30)를 조합시켜서 수관(20)을 형성하도록 할 수 있는 것이다.

도 1을 숙지한 상태에서 도 2 및 3을 참조하면, 본 발명은 열원에 의한 가열이 이루어지는 중심측으로부터 외측으로 내측 라인(22)과 외측 라인(24)이 스파이어럴 구조로 이루어져 수관(20)을 형성하므로써, 내측 라인(22)과 외측 라인(24) 사이에 수로와 연소로가 교번적으로 형성되도록 하는 스파이어럴 구조를 사용한 보일러의 제조방법을 제공한다.

이와 같은 본 발명에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러의 제조방법은 먼저, 도 2에서 보는 바와 같이, 순차적으로 결합되는 형태로 서로 별개의 나선 파이프(30)를 형성한다. 나선 파이프(30)는 내측 라인(22)의 곡률과 대응되는 원호의 곡률(Ra)로 형성되는 내면(32)을 갖도록 형성되고, 외측 라인(24)의 곡률과 대응되는 원호의 곡률(Rb)로 형성되는 외면(34)을 갖도록 형성된다. 그리고, 수로(31)가 나선 방향으로 닫히면서 상하방향으로 개방되도록 형성된다. 이때, 나선 파이프(30)의 길이(L)는 하판(60)과 상판(70)의 결합관계를 고려하여 설정된다. 즉, 나선 파이프(30)가 하판(60)과 상판(70) 사이에 맞춤되도록 하는 경우에는 하판(60)과 상판(70) 사이의 이격 거리와 동일하게 이루어질 것이고, 나선 파이프(30)가 하판(60) 또는 상판(70)에 형성된 나선(62, 70)내로 삽입되어 설치되도록 하는 경우에는 그 삽입 길이(h; 도 9b 참조)를 고려하여 설정될 것이다.

이와 같이 나선 파이프(30)들과 함께 하판(60)과 상판(70)을 준비한다. 이 하판(60)과 상판(70)은 수관(20)의 하측과 상측에 배치되고, 다수개의 나선 파이프(30)와 대응되는 나선(62, 72)이 형성된다. 물론, 이와 같은 하판(60)과 상판(70)은 일반적인 보일러의 구조가 고려되어 다양한 형태로 형성되고, 그에 설치 또는 접속관계를 갖는 장치와의 연계성을 고려한 구조가 적용될 수 있는 것이다.

이와 같이 나선 파이프(30)들과 하판(60) 및 상판(70)이 준비되면, 하판(60)과 상판(70) 사이에서 하판(60)과 상판(70)에 형성된 나선(62, 72)을 맞추어 다수개의 나선 파이프(30)를 중심측으로부터 외측으로 연이어 결합시켜서 수관(20)을 형성한다. 물론, 나선 파이프(30)를 먼저 연결하여 수관(20)을 형성한 후, 이 수관(20)의 하측과 상측에 각각 하판(60)과 상판(70)을 결합시키는 작업을 진행할 수 있을 것이지만, 이 경우 수관(20)의 전체적인 스파이어럴 구조를 맞추기 위해 별도의 지그를 사용해야 한다. 따라서, 본 발명에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러의 제조방법은 하판(60)과 상판(70)을 연계시켜 나선 파이프(30)들을 연속적으로 밀폐연결시키는 작업을 진행하므로, 별도의 지그를 사용하지 않으면서도 효과적으로 나선 구조를 형성할 수 있는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 4 내지 도 9c에 의거하여 상세히 설명하고, 도 1 내지 도 9c에서 있어서 동일한 기술적 요소에는 동일한 참조번호를 부여한다. 한편 각 도면에서 일반적인 보일러와 관련된 기술로부터 알 수 있는 구성 및 작용, 단열 및 보온을 위한 구성, 수밀을 위한 밀폐 구성, 보일러에 설치되는 압력계 등의 계측기, 각종 밸브, 안전을 위한 장치, 펌프 및 인젝타 등의 급수장치, 제어 장치 및 연료공급 장치, 곡률을 갖는 나선 파이프를 형성하기 위한 금형 및 그의 작용 그리고, 그 금형을 제조 및 사용하기 위한 기술 등 이 분야의 관련 기술로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러 의 주요 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러에서 수관의 개략적인 평면도이며, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러에서 나선 파이프의 제조방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러에서 연소가스 유도 플레이트의 작용을 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러에서 연소가스 유도 플레이트의 설치 형태를 설명하기 위한 도면이고, 도 9a 내지 9c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러(10)는 본 발명의 기술 사상 아래 특별히 설계된 수관(20)이 하우징(18)내에 설치된다. 그리고, 수관(20)의 하측에는 외부로부터 급수된 물이 수용되는 급수조(14)가 설치되고, 상측에는 수관(20)을 통해 가열된 온수 또는 증기가 수용되는 배수조(16)가 설치된다. 그리고, 보일러(10)의 중심축(C)상에서 상측 또는 하측에는 열원을 통해 수관(20)을 가열시키기 위한 버너(1)가 설치된다. 그리고, 버너(1)가 설치되는 측{급수조(14) 또는 배수조(16)}에는 서비스 공간(15)을 형성하여 버너(1)의 설치공간을 확보할 수 있을 것이다. 그리고, 급수조(14)는 하판(60)을 통해 수관(20)과 접속되고, 배수조(16)는 상판(70)을 통해 수관(20)과 접속된다. 그리고, 도시하지 않았지만, 이와 같은 보일러(10)는 설치를 용이하게 하 고, 이동 가능한 구조를 제공하기 위한 다양한 형태의 프레임이 설치될 것이다. 또한, 이와 같은 보일러(10)의 배치구조, 급수 및 배수 구조는 이 분야에서 적용되고 있는 다양한 보일러 기술을 적용하여 이루어질 수 있는 것이므로, 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 실시예에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러(10)는, 도 4, 도 5, 도 7 및 도 8에서 보는 바와 같이, 연소가스 유도 플레이트(80)를 설치하여 연소가스가 외측 방향까지 하측방향으로 흐르도록 유도하므로써, 수관(20)의 외측까지 상하방향에 걸쳐 균일한 온도분포를 갖도록 한다. 즉, 이와 같은 연소가스 유도 플레이트(80)는 내측 라인(22)과 외측 라인(24)에 의해 형성되는 연소로상에 배치되도록 외측 라인(24)의 외측으로 결합되되, 나선의 외측방향으로 낮아지도록 기울어져 설치된다. 그리고, 본 실시예에서는 연소가스 유도 플레이트(80) 전면에 걸쳐 타공(82)이 형성되도록 하므로써, 연소가스의 흐름을 저해할 수 있는 저항을 줄일 수 있도록 한다.

다시, 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러(10)는 내측 라인(22)과 외측 라인(24)가 열원에 의한 가열이 이루어지는 중심측으로부터 외측으로 스파이어럴 구조로 이루어져 수관(20)을 형성하므로써, 내측 라인(22)와 외측 라인(24) 사이에 수로와 연소로가 교번적으로 형성되도록 한다.

이때, 수관(20)은 기본적으로, 도 2에서 보는 바와 같이, 내측 라인(22)의 곡률과 대응되는 원호의 곡률(Ra)로 형성되는 내면(32)과, 외측 라인(24)의 곡률과 대응되는 원호의 곡률(Rb)로 형성되는 외면(34)을 갖고, 수로(31)가 나선 방향으로 닫히면서 상하방향으로 개방되도록 형성되는 다수개의 나선 파이프(30)가 중심측으로부터 외측으로 연이어 배치되어 결합되므로써, 중심측으로부터 외측으로 나선의 형태를 갖도록 형성된다.

특히, 본 실시예에서 나선 파이프(30)는 전체 나선에서 일부의 곡률과 대응되도록 형성되는 제 1 나선 파이프(40)와 제 2 나선 파이프(50)를 적용하여, 나선 파이프(30)의 수를 줄여 관리 및 제조의 용이성을 제공하고, 나선 파이프(30)를 제작하기 위한 금형{예컨대, 원형 파이프(40', 50')를 가압성형하기 위한 프레스 금형}의 개수를 줄여 생산비용을 줄일 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 제 1 나선 파이프(40)는 중심측에서 첫번째에 배치되도록 내측 라인(22)의 일부 곡률과 대응되는 원호의 곡률(R1)로 형성되는 내면(42)과, 외측 라인(24)의 일부 곡률과 대응되는 원호의 곡률(R2)로 형성되는 외면(44)을 갖는다. 그리고, 제 2 나선 파이프(50)는 제 1 나선 파이프(40)보다 큰 원호의 곡률(R3, R4)로 형성되는 내면(52)과 외면(54)을 갖는다. 제 1 및 제 2 나선 파이프(40, 50)는 서로 같은 길이{L, 물론 이와 같은 길이(L)는 필요에 따라 설정하고, 서로 다른 길이를 갖도록 할 수도 있는 것이다}을 갖고, 중공(41', 51')을 갖는 서로 다른 직경의 원통 관(40', 50')을 각각 가압성형하여 이루어진다. 물론, 이들을 가압성형하기 위한 금형(프레스 금형)은 각 나선 파이프에 형성되는 곡률(R1, R2, R3, R4)과 대응되는 구조를 갖도록 형성될 것이다.

한편, 본 실시예에서 수관(20)을 이루는 제 1 나선 파이프(40)와 제 2 나선 파이프(50)는 상측단과 하측단이 하판(60)과 상판(70)에 삽입되어 결합되는 구조를 갖는데, 상판(60)과 하판(70) 사이에서 발생되는 각 나선 파이프 사이의 틈새는 몰딩(32; molding)을 삽입시켜 용접하여 밀폐되게 된다. 물론, 이 경우에도 전술한 나선 파이프(30)의 연결시 사용될 수 있는 가스켓(gasket) 및 패킹(packing) 등을 적용하여 이루어질 수 있는 것이다.

이와 같이 본 실시예에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러(10)의 수관(20)은 전체적인 나선 구조(스파이어럴 구조)에서 보았을 때 제 1 나선 파이프(40)와 제 2 나선 파이프(50)는 가장 빈번하게 사용될 원호의 곡률을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 물론, 이와 같은 제 1 나선 파이프(40)와 제 2 나선 파이프(50)의 곡률은 전체적인 나선 구조에서 설계자의 선택에 의해 임의로 선택된 일부 구간의 곡률로 이루어지는 것이 바람직하다. 예컨대, 본 실시예의 제 1 나선 파이프(40)는 나선 구조에서 가장 작은 곡률을 갖는 중심측의 처음 일부 구간의 곡률을 갖도록 하였고, 제 2 나선 파이프(50)는 제 1 나선 파이프(40)보다 크면서 전체 나선 구조에서 중간 위치에서의 일부 구간의 곡률을 갖도록 하였다.

이와 같이 나선 구조의 일부 영역의 곡률을 취하여 이루어지는 제 1 및 제 2 나선 파이프(40, 50)를 조합하여 전체 수관(20)을 형성하는 경우, 나선 구조의 각 부분의 곡률과 대응되는 곡률을 갖는 다수개의 나선 파이프(30)를 제작하는 예(예컨대, 도 1의 경우)보다, 도 5 및 도 9c에서 보는 바와 같이, 그 전체적인 곡률은 약간 흐트러질 수 있으나, 이는 CAD 등을 통해 미리 예측할 수 있는 형태이므로, 제조의 편의와 생산비의 감소를 도모하면서 최적의 배치를 얻을 수 있는 것이다.

도 9a 내지 9c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 6 및 도 9a 내지 9c를 참조하면, 본 실시예에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러의 제조방법은 전체 나선에서 일부의 곡률과 대응되도록 형성되는 제 1 나선 파이프(40)와 제 2 나선 파이프(50)로 이루어지는 나선 파이프(30)를 적용하여, 관리 및 제조의 용이성을 제공하고, 생산비용을 줄일 수 있도록 한다. 하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 제 1 나선 파이프(40)는 중심측에서 첫번째에 배치되도록 내측 라인(22)의 일부 곡률과 대응되는 원호의 곡률(R1)로 형성되는 내면(42)과, 외측 라인(24)의 일부 곡률과 대응되는 원호의 곡률(R2)로 형성되는 외면(44)을 갖는다. 그리고, 제 2 나선 파이프(50)는 제 1 나선 파이프(40)보다 큰 원호의 곡률(R3, R4)로 형성되는 내면(52)과 외면(54)을 갖는다.

또한, 본 실시예에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러의 제조방법은 내측 라인(22)과 외측 라인(24)에 의해 형성되는 연소로상에 연소가스 유도 플레이트(80)가 배치되도록 하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 연소가스 유도 플레이트(80)는 내측 라인(22)과 외측 라인(24)에 의해 형성되는 연소로상에 배치되도록 외측 라인(24)의 외측으로 결합되되, 나선의 외측방향으로 낮아지도록 기울어져 설치된다.

또한, 본 실시예에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러의 제조방법은 이와 같이 나선 파이프(30)들과 함께 하판(60)과 상판(70)을 준비한다. 도 9c에서 보는 바와 같이, 하판(60)과 상판(70)은 수관(20)의 하측과 상측에 배치된다. 그리고, 이와 같은 하판(60)과 상판(70)은 전술한 제 1 나선 파이프(40)와 제 2 나선 파이프(50)의 조합에 의해 형성되는 나선의 형태와 대응되는 나선(62, 72)이 각각 형성되는데, 이 하판(60)과 상판(70)의 나선(62, 72)은 중심측으로부터 외측으로 순차적으로 배열되는 각 나선 파이프의 위치를 용이하게 설정할 수 있도록 하기 위해 구획대(64, 74)에 의해 분할되어 전체적으로 나선의 형태를 갖도록 형성된다.

이와 같이 나선 파이프(30)들과 하판(60) 및 상판(70)이 준비되면, 본 실시예에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러(10)는, 도 9b 및 도 9c에서 보는 바와 같이, 하판(60)과 상판(70)의 서로 대응되는 나선(62, 72)에 제 1 나선 파이프(40) 와 제 2 나선 파이프(50)를 중심측에서부터 위치시키면서 용접하여 틈새를 밀폐시키면서 결합시켜 수관(20)을 형성시키게 된다. 이때, 중심측으로부터 외측으로 순차적으로 연결되는 각 나선 파이프는 하판(60)과 상판(70)의 나선(62, 72)에 삽입되는 상단측과 하단측은 각각 하판(60)과 상판(70)에 용접되어 밀폐되고, 하판(60)과 상판(70) 사이에서 각 나선 파이프는 몰딩(32) 등을 개재시켜 용접을 통해 밀폐처리되어 결합된다.

그리고, 도 9a 및 도 9b에서 보인 바와 같이, 중심측으로부터 나선 파이프(30)를 접속시켜 갈 때, 내측 라인(22)와 외측 라인(24)에 의해 형성되는 연소로상에 배치되도록 나선 파이프(30)의 외측에 외측 나선방향으로 낮아지는 기울기를 갖도록 연소가스 유도 플레이트(80)를 부착시키게 된다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러 및 그의 제조방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 기술적 사상에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러를 설명하기 위한 도면;

도 2는 본 발명에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러의 나선 파이프의 제조방법을 설명하기 위한 도면;

도 3은 본 발명에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러의 제조방법을 설명하기 위한 도면;

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러의 주요 구성을 설명하기 위한 도면;

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러에서 수관의 개략적인 평면도;

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러에서 나선 파이프의 제조방법을 설명하기 위한 도면;

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러에서 연소가스 유도 플레이트의 작용을 설명하기 위한 도면;

도 8은 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러에서 연소가스 유도 플레이트의 설치 형태를 설명하기 위한 도면;

도 9a 내지 9c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스파이어럴 구조를 사용한 보일러의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : (스파이어럴 구조를 사용한) 보일러

20 : 수관 22 : 내측 라인

24 : 외측 라인 30 : 나선 파이프

31, 41, 51 : 수로 32, 42, 52 : 내면

34, 44, 54 : 외면 40 : 제 1 나선 파이프

50 : 제 2 나선 파이프 60 : 하판

70 : 상판 62, 72 : 나선

80 : 연소가스 유도 플레이트

Claims (6)

1. 열원에 의한 가열이 이루어지는 중심측으로부터 외측으로 내측 라인(22)과 외측 라인(24)이 스파이어럴 구조로 이루어져 수관(20)을 형성하므로써, 상기 내측 라인(22)과 외측 라인(24) 사이에 수로(31)와 연소로가 교번적으로 형성되도록 하는 스파이어럴 구조를 사용한 보일러에 있어서,

   상기 수관(20)의 하측과 상측에 배치되는 하판(60) 및 상판(70)을 갖고,

   상기 수관(20)은 상기 내측 라인(22)의 곡률과 대응되는 원호의 곡률(Ra)로 형성되는 내면(32)과, 상기 외측 라인(24)의 곡률과 대응되는 원호의 곡률(Rb)로 형성되는 외면(34)을 갖고, 상기 수로(31)가 나선 방향으로 닫히면서 상하방향으로 개방되도록 형성되는 다수개의 나선 파이프(30)가 중심측으로부터 외측으로 연이어 배치되어 결합되므로써, 중심측으로부터 외측으로 나선의 형태를 가지며,

   상기 하판(60)과 상판(70)은 상기 다수개의 나선 파이프(30)와 대응되는 나선(62, 72)이 형성되어 상기 다수개의 나선 파이프(30)와 결합되고,

   상기 수관(20)은 상기 내측 라인(22)과 외측 라인(24)에 의해 형성되는 연소로상에 배치되도록 상기 외측 라인(24)의 외측으로 결합되되, 나선의 외측방향으로 낮아지도록 기울어져 설치되는 연소가스 유도 플레이트(80)를 구비하는 것을 특징으로 하는 스파이어럴 구조를 사용한 보일러.
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