KR101275039B1 - 화염 분산식 가열장치 및 그를 포함한 연탄 겸용 기름 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화염 분산식 가열장치 및 그를 포함한 연탄 겸용 기름보일러에 관한 것으로, 특히 기름 보일러의 버너에서 제공되는 화염을 연탄의 갯수 만큼 분산시켜 각각의 연탄을 직접 가열함에 따라 동시에 여러 개의 연탄을 이용하여 충분한 열량으로 온수나 난방수를 제공할 수 있도록 하는 화염 분산식 가열장치 및 그를 포함한 연탄 겸용 기름 보일러에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 화염 분산식 가열장치는, 연탄 겸용 기름 보일러에 사용되는 화염 분산식 가열장치에 있어서, 바닥면 중심에 기름 보일러의 버너에서 발생된 화염이 유입되는 화염공이 형성되어 있는 가열판과, 화염공을 구획함에 따라 상기 유입된 화염이 복수개소를 통해 분산하여 분출되게 함으로써, 가열판 위에 놓인 복수개의 연탄에 각각 화염을 공급하는 분산 가이드와, 가열판의 테두리를 따라 일정 간격마다 설치되어, 분산 가이드와 함께 복수개의 연탄을 각각 지지하는 지지 프레임 및 가열판의 측단부를 둘러싸도록 수직 방향으로 설치되되, 가열판의 상면으로부터 상측과 가열판의 하면으로부터 하측으로 각각 일정 높이 돌출된 열교환 홀딩판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

화염 분산식 가열장치 및 그를 포함한 연탄 겸용 기름 보일러{Fire distributed type heating apparatus and coal and oil boiler using the same}

본 발명은 화염을 분산하여 분출시킨 후 그 분출된 화염으로 복수개의 연탄을 각각 독립적으로 가열하는 화염 분산식 가열장치 및 그를 포함한 연탄 겸용 기름보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기름 보일러의 버너에서 제공되는 화염을 연탄의 갯수 만큼 분산시켜 각각의 연탄을 직접 가열함에 따라 동시에 여러 개의 연탄을 이용하여 충분한 열량으로 온수나 난방수를 제공할 수 있도록 하는 화염 분산식 가열장치 및 그를 포함한 연탄 겸용 기름 보일러에 관한 것이다.

최근 난방설비의 열원으로 연탄과 기름을 겸용하여 사용하는 보일러가 제공되고 있다.

이러한 연탄겸용 기름보일러로서, 한국공개실용신안 제1999-0035981호에서는 이미 설치되어 운용되고 있는 기름보일러(또는 가스보일러)에 연탄 화덕을 간편히 추가 설치하여 기름 이외에 연탄도 겸용할 수 있는 연탄 겸용 장작보일러가 개시되어 있다.

또한, 등록실용신안 제20-0320285호에서는 유류 겸용 연탄보일러장치로서, 연탄이나 유류를 보일러의 에너지원으로 자유롭게 사용할 수 있도록 하여, 연탄보일러의 기능과 유류보일러의 기능을 각각 따로 또는 동시에 수행할 수 있도록 한 것이 개시되어 있다.

그러나, 이상과 같은 종래기술은 연탄보일러와 기름보일러를 일체화시킨 것이기 때문에 열교환체의 어느 한 곳이 부식되어 사용이 불가능하여 진다면 보일러 전체를 교환하거나 수리하여야하는 문제점이 있었다.

또한, 기름을 사용한 버너 연소실을 동일한 열교환체 내부에 형성하지 않고 외부 측면에 별도로 형성하고 배기되는 연소열을 열교환 공간으로 통하게 한 구성으로 이루어져 있어서, 기름 연소열의 많은 부분을 열전달 매체인 물에 전달하지 못한체 외부로 누출시키는 구성으로 되어 있어서 연소열을 활용하는 효율적 측면에서 매우 불합리한 면이 있었다.

이에, 본 출원인이 특허출원하여 등록받은 제10-776971호 '연탄 겸용 기름 보일러'에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 바닥면 중심에 화염공을 갖는 열교환 가열판(27) 위에 연탄을 올려놓고 연소시켜 온수나 난방수를 제공함은 물론, 초기 구동시 등 열량이 부족한 경우에는 기름 버너(30)를 선택적으로 구동시켜 해당 기름 버너(30)에서 발생한 화염으로 연탄을 직간접적으로 가열할 수 있도록 하였다.

따라서, 기름보일러와 연탄보일러를 하나로 구성하여 한쪽의 보일러가 작동이 불가능해지더라도 보일러의 사용이 지속적으로 가능하도록 하며, 난방비를 대폭 절감하고 기존의 기름보일러와 연탄보일러를 각각 연결하는 방식과는 달리 부피를 축소하여 설치공간을 줄여 용이하게 공간 활용을 할 수 있도록 하였다.

또한, 연탄보일러와 기름보일러를 일체로 연결하여 주로 연탄보일러를 사용하나, 급탕 온수를 사용할 때와 연탄보일러 가동만으로 열량이 부족할 때, 연탄이 미처 불이 붙지 않아 부족한 열량을 발생할 때, 연탄이 모두 전소되었을 때에 온도 센서의 감지에 의하여 기름보일러가 작동할 수 있게 하여 기름보일러만 사용할 때의 연료비에 비해 연탄보일러를 겸함으로써 대폭적인 비용절감을 실감할 수 있게 하였다.

또한, 연탄보일러만을 열원으로 사용하는 경우, 혹한의 날씨에서는 연탄이 미처 불이 붙지 않아 부족한 열량을 발생할 때, 연탄이 모두 전소되었을 때에 동파의 위험이 존재하고 있으므로, 이러한 동파에 의한 난방 장치의 파손을 근본적으로 방지 할 수 있도록 하였다.

그러나, 이상과 같은 장점들에도 불구하고, 위 등록특허는 열교환 가열판(27) 위에 한 장의 연탄을 올려놓거나 그 연탄 위에 또 다른 연탄을 추가로 올려 놓고 연탄 보일러를 가동시키는 구조로 이루어져 있어서, 즉 연탄을 단지 1열로 쌓아놓고 보일러를 가동시키는 구조로 이루어져 있어서, 혹한기나 난방 면적이 넓은 비닐 하우스 등에 사용하기에는 열량이 부족하다는 문제점이 있었다.

또한, 열교환 가열판 위에 복수개의 열로 연탄을 쌓아놓을 수 있는 구조로 이루어진다 하여도 기름 버너(30)를 통해 제공되는 화염이 열교환 가열판(27)의 바닥면 중심에 관통 형성된 하나의 화염공을 통해 하나의 화염으로 분출되므로, 이러한 하나의 화염으로 여러개의 연탄을 직접 가열하지 못하므로, 근본적으로 여러 개의 연탄을 동시에 연소시켜 충분한 열량을 제공하는데 어려움이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 화염을 분산하여 분출시킨 후 그 분출된 화염으로 복수개의 연탄을 각각 독립적으로 가열하는 화염 분산식 가열장치 및 그를 포함한 연탄 겸용 기름보일러에 있어서, 특히 기름 보일러의 버너에서 제공되는 화염을 연탄의 갯수 만큼 분산시켜 각각의 연탄을 직접 가열함에 따라 동시에 여러 개의 연탄을 이용하여 충분한 열량으로 온수나 난방수를 제공할 수 있도록 하는 화염 분산식 가열장치 및 그를 포함한 연탄 겸용 기름 보일러를 제공하고자 한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 화염 분산식 가열장치는, 연탄 겸용 기름 보일러에 사용되는 화염 분산식 가열장치에 있어서, 바닥면 중심에 기름 보일러의 버너에서 발생된 화염이 유입되는 화염공이 형성되어 있는 가열판과; 상기 화염공을 구획함에 따라 상기 유입된 화염이 복수개소를 통해 분산하여 분출되게 함으로써, 상기 가열판 위에 놓인 복수개의 연탄에 각각 화염을 공급하는 분산 가이드와; 상기 가열판의 테두리를 따라 일정 간격마다 설치되어, 상기 분산 가이드와 함께 복수개의 연탄을 각각 지지하는 지지 프레임; 및 상기 가열판의 측단부를 둘러싸도록 수직 방향으로 설치되되, 상기 가열판의 상면으로부터 상측과 상기 가열판의 하면으로부터 하측으로 각각 일정 높이 돌출된 열교환 홀딩판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 가열판은, 상기 화염공을 중심으로 원주 방향을 따라 골과 능선이 반복된 형상으로 이루어져 있고, 상기 분산 가이드에 의해 분산된 화염은 상기 능선과 능선 사이의 상기 골을 따라 분출되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 분산 가이드는, 하측부에 꼭지점을 갖는 다각형상으로 이루어져 있어서 상기 꼭지점 부분이 상기 화염공으로 삽입되고, 상기 꼭지점과 직접 연결된 각 모서리는 상기 가열판의 능선에 접하여 지지되며, 상기 각 모서리의 단부에는 상기 가열판과의 결합을 위한 결합수단이 구비되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 분산 가이드는, 상측부 테두리에 외측을 향해 수평하게 돌출된 화염 안내날개가 구비되어 있어서, 상기 분출된 화염이 연탄의 하부 중심까지 전달되도록 안내하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 분산 가이드는, 상기 꼭지점과 직접 연결된 각 면이 내측을 향해 굽은 형상으로 이루어져 있는 것이 바람직하다.

또한, 지지 프레임은 상면에 편평부를 구비하고 있어서 상기 분산 가이드의 일측부와 함께 각각 연탄의 하면을 지지하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 지지 프레임의 하부는 상기 가열판에 형성된 골의 형상에 대응하도록 하측으로 돌출되어 있어서, 상기 지지 프레임의 하부가 상기 가열판의 골에 맞물려 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 연탄 겸용 기름 보일러는 이상과 같은 구성으로 이루어진 화염 분산식 가열장치 위에 연탄을 올려놓고 연소시켜 가동되거나, 상기 기름 보일러의 기름을 연소시켜 가동되거나, 혹은 상기 연탄과 기름을 동시에 연소시켜 가동되며, 연탄 보일러와 기름 보일러가 하나의 몸체 내에 일체로 구비된 것을 특징으로 하는

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 화염을 분산하여 분출시킨 후 그 분출된 화염으로 복수개의 연탄을 각각 독립적으로 가열하는 화염 분산식 가열장치 및 그를 포함한 연탄 겸용 기름보일러에 있어서, 특히 기름 보일러의 버너에서 제공되는 화염을 연탄의 갯수 만큼 분산시켜 각각의 연탄을 직접 가열함에 따라 동시에 여러 개의 연탄을 이용하여 충분한 열량으로 온수나 난방수를 제공할 수 있도록 하는 화염 분산식 가열장치 및 그를 포함한 연탄 겸용 기름 보일러를 제공하고자 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 연탄 겸용 기름 보일러를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 화염 분산식 가열장치 및 그를 포함한 연탄 겸용 기름 보일러를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 화염 분산식 가열장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 화염 분산식 가열장치 및 그를 포함한 연탄 겸용 기름 보일러를 나타낸 정단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 화염 분산식 가열장치 및 그를 포함한 연탄 겸용 보일러의 요부 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 화염 분산식 가열장치 및 그를 포함한 연탄 겸용 보일러의 상부 절단도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화염 분산식 가열장치 및 그를 포함한 연탄 겸용 보일러에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 화염 분산식 가열장치를 포함한 연탄 겸용 기름 보일러를 나타낸 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 화염 분산식 가열장치를 나타낸 분해 사시도이다.

도 3과 같이, 온수의 제공 및 난방용으로 사용되고 연탄보일러와 기름보일러가 하나의 몸체로 형성되는 연탄 겸용 기름보일러(10)의 구성은, 중앙이 비어있는 공간에 밀폐된 이중 원통 형상으로 형성된 열교환체(50)로 둘러싸인 아래 부분에 기름보일러 연소실(20)이 배치되어 있고, 기름보일러 연소실(20)의 상부에는 기름보일러 열교환부(26)가 접하여 설치되어 있으며, 기름보일러 열교환부(26)의 상부에는 연탄보일러 열교환부(48)가 차례로 접하여 설치되어있는 구성이다.

이러한 구성은 연탄을 주로 사용하기 위한 구성을 제시하는 것이고, 연탄(40)을 정상적으로 연소시켜 난방을 행하는 경우에는 문제점이 발생되지 않으나, 한파로 인하여 외부의 온도가 매우 낮아질 때, 난방배관(97)이 동파될 수 있는 상황이 발생될 수 있을 때, 장기간 외출로 인하여 연탄(40)이 완전연소가 되도록 새로운 연탄(40)을 공급하지 못하였거나, 사용할 연탄(40)의 잔고가 없는 경우, 새로운 연탄(40)을 보일러에 공급하여 발생시키는 열량이 새로운 연탄(40)을 점화시키기 위하여 소진되어 난방 배관(97)에 공급되는 난방열이 부족한 경우, 갑작스런 한파로 인하여 연탄(40)으로 공급되는 절대 열량이 부족한 경우, 급탕수의 사용량이 많아 연탄(40)으로 공급되는 절대 열량이 부족한 경우에 열교환체(50)에 결합되어 있는 온도센서(51)에서 온도를 측정하여 버너(30)를 점화시켜 기름보일러를 가동하여 부족한 열량을 공급하여 동파를 방지하는 것이다.

또한, 연료로서 연탄(40)을 사용하거나 기름을 사용하더라도 별도의 구성을 구비하지 아니하고 하나의 열교환체(50)를 사용하므로 구성의 간편성을 얻을 수 있는 것이며, 기름보일러 연소실(20)이 연탄(40)의 하부에 배치되어 있기 때문에 연탄(40)을 점화하기 위하여 일명 번개탄을 사용하지 아니하고 기름보일러 연소실(20)을 통과하는 연탄공기 공급관(44)에 화염투입구(36)를 형성하여 화염(34)이 직접적으로 연탄(40)의 하부에 접하게 하여 기름보일러를 점화하여 화염(34)으로 인하여 연탄(40)이 점화하도록 구성한 것이다.

연탄 겸용 기름보일러(10)의 구성을 설명하면, 연탄 겸용 기름보일러(10)의 상단 위에서 배치된 뚜껑은 두 개가 있으며, 열기가 외부로 누출되는 것을 방지하기 위한 뚜껑(90)이 구비되어 있고, 그 뚜껑(90)의 아래에는 연탄(40)과 기름보일러에서 발생하는 연소열을 유출되지 않게 하고 연소가스가 배기공(94)을 통하여 배출되도록 상부를 막는 화덕뚜껑(92)이 구비되어 있다. 화덕뚜껑(92)이 걸쳐지는 화덕뚜껑 걸림턱(93)은 열교환체(50)의 내부에 형성되어 있다.

화덕뚜껑 걸림턱(93)의 아래에는 연탄화덕(42)이 배치되어 있고, 화덕의 내부에는 연소될 연탄(40)이 위치하고 있고, 연탄화덕(42)의 하부에는 기름보일러 열교환부(26)가 접하여 구성되어 있다.

기름보일러 열교환부(26)는 열교환체(50)의 아래 부분이며, 기름보일러 연소실(20)의 상부에 배치되어 있고, 원형 구멍인 열교환관입구(24)가 형성된 기름열교환부하판(29)과, 원형 구멍인 열교환관출구(23)가 형성된 기름열교환부상판(28) 및 열교환관입구(24)와 열교환관출구(23)를 연결하고 기름보일러 연소실(20)에서 발생된 연소 가스가 통과하며 연소열교환관(22) 외부에 채워진 물에 연소열을 전달하는 연소열교환관(22)을 포함한다.

이때, 본 발명에 따른 화염 분산식 가열장치(100)는 기름열교환부상판(28)의 상부에 배치되어, 버너(30)에서 발생된 화염이 연탄공기공급관(44)를 통해 유입되면, 그 유입된 하나의 화염을 복수개로 분산시켜 분출(F1, F2, F3)되도록 함으로써, 당해 화염 분산식 가열장치(100) 위에 쌓인 복수개의 연탄(40)을 동시에 가열하고, 그에 따라 충분히 많은 열량을 제공하여 혹한기나 비닐 하우스와 같은 장소에서도 연탄만으로 난방이나 온수를 제공할 수 있게 한다.

예컨대, 종래에는 도 1과 같이 1열로 연탄(40)을 3층으로 쌓아 총 3개의 연탄(40)으로 보일러를 가동하도록 구성되어 있었으나, 본 발명에서는 3열로 연탄(40)을 3층으로 쌓아 총 9개의 연탄(40)으로 보일러를 가동하도록 구성되어, 상술한 혹한기나 비밀 하우스를 난방하는 경우에도 충분한 열량을 제공할 수 있도록 한다.

이를 위해, 도 3을 통해 좀더 명확히 알 수 있는 바와 같이, 화염 분산식 가열장치(100)는 바닥면 중심에 기름 보일러의 버너(30)에서 발생된 화염이 유입되는 화염공(111)이 형성되어 있는 가열판(110)과, 상기 화염공(111)을 구획함에 따라 유입된 화염이 복수개소를 통해 분산하여 분출(F1, F2, F3)되게 함으로써, 가열판(110) 위에 놓인 복수개의 연탄(40)에 각각 화염을 공급하는 분산 가이드(120)와, 상기 가열판(110)의 테두리를 따라 일정 간격마다 설치되어, 분산 가이드(120)와 함께 복수개의 연탄(40)을 각각 지지하는 지지 프레임(130) 및 가열판(110)의 측단부를 둘러싸도록 수직 방향으로 설치된 열교환 홀딩판(140)을 포함한다.

특히, 가열판(110)은 화염공(111)을 중심으로 원주 방향을 따라 골과 능선(112a, 112b, 112c)이 반복된 형상으로 이루어져 있고, 분산 가이드(120)에 의해 분산된 화염은 상기 능선(112a, 112b, 112c)과 능선(112a, 112b, 112c) 사이의 골을 따라 분출되도록 되어 있어서, 골을 통해 분출된 화염이 능선(112a, 112b, 112c) 측을 향해 자연스럽게 상승하면서 연탄(40)의 하부를 가열하므로 열효율이 매우 높다.

또한, 분산 가이드(120)는 그 하단부에 꼭지점을 갖는 다각형상으로 이루어져 있어서 꼭지점 부분이 화염공(111)으로 삽입되고, 꼭지점과 직접 연결된 각 모서리는 가열판(110)의 능선(112a, 112b, 112c)에 접하여 지지되며, 각 모서리의 단부(123)는 가열판(110)과 용접을 통해 결합한다.

따라서, 화염공(111)과 분산 가이드(120) 사이의 구획된 간격을 통해서는 각각 화염(F1, F2, F3)이 분산하여 분출되고, 이와 같이 분산된 화염(F1, F2, F3)은 분산 가이드(120)의 각 면을 통해 안내되면서 자연스럽게 각각의 연탄(40)을 향해 분출된다.

또한, 분산 가이드(120)는 상측부 테두리에 외측을 향해 수평하게 돌출된 화염 안내날개(122a, 122b, 122c)가 각 방향에 구비되어 있어서, 당해 분산 가이드(120)의 각 면을 타고 분출된 화염이 화염 안내날개(122a, 122b, 122c)에 의해 수평이동되도록 안내됨으로써 연탄(40)의 직하부 중심까지 분출되도록 안내한다.

또한, 분산 가이드(120)는 내부에 골(121a, 121b, 121c)이 형성되도록 속이 빈 형상임과 동시에 상기 꼭지점과 직접 연결된 각 면이 내측을 향해 굽은 형상으로 이루어져 있어서, 가열판(110)의 골과 당해 내측을 향해 굽은 각 면 사이에 화염이 분출되기에 충분한 공간을 갖도록 함은 물론, 연탄(40)의 하면 테두리부를 안정적으로 지지한다.

또한, 지지 프레임(130)은 상면에 편평부(131)를 구비하고 있어서 분산 가이드(120)의 일측부(좀더 상세히는 화염 안내날개(122a, 122b, 122c)의 상면)와 함께 각각 연탄(40)의 하면을 지지하고, 하부는 가열판(110)에 형성된 골의 형상에 대응하도록 하측으로 돌출부(132)를 갖고 있어서, 당해 지지 프레임(130)의 하부가 가열판(110)의 골에 맞물려 설치된다.

따라서, 지지 프레임(130)이 가열판(110) 위에 흔들림 없이 안정적으로 지지된 상태에서 그 위에 연탄(40)을 지지할 수 있게 하며, 필요에 따라서는 가열판(110)의 상단부에도 편평부(113a, 113b, 113c)를 형성하여 더욱 안정적으로 연탄(40)을 지지할 수 있도록 한다.

또한, 열교환 홀딩판(140)은 가열판(110)의 상면으로부터 상측과 상기 가열판(110)의 하면으로부터 하측으로 각각 일정 높이 돌출되어 있어서, 당해 열교환 홀딩판(140)과 가열판(110) 사이의 공간부가 트랩부(trap part)로서 작용하게 하므로, 기름보일러 열교환부(26)로부터 제공된 열원이 잔류하고 장시간에 걸쳐 충분한 열교환이 이루어지게 하므로 열효율을 높인다.

또한, 열교환 홀딩판(140)은 그 상단부가 도 2와 같이 수직하게 상방향으로 형성될 수 있지만, 도 5와 같이 열교환 홀딩판(140)의 상단부에 화덕가이드(114')를 더 구비할 수도 있는데, 화덕가이드(114')의 장점은 기름보일러 연소실(20)에서 발생된 연소가스의 통로(즉, 화덕가이드(114')와 열교환체 내벽(52)의 간격)를 제한하여 열을 열교환체(50)에 전달하며, 연소실에서 발생하는 소음을 감소시키는 머플러의 작용을 한다.

다만, 이상에서는 가열판(110) 위에 3열의 연탄(40)을 쌓아 올릴 수 있도록 가열판(110)과, 열교환 홀딩판(140)이 3방향으로 돌출된 형상으로 이루어져 있고, 지지 프레임(130)도 상기 3방향의 단부에 각각 구비되어 있으며, 분산 가이드(120)는 대략 사면체 형상으로 이루어져 있어서 그 꼭지점이 가열판(110)의 화염공(111)에 끼워지면 3방향으로 화염이 분산되는 것을 일 예로 들었다.

그러나, 본 발명은 이에 한정하지 아니하고 가열판(110) 위에 4열의 연탄(40)을 쌓아 올릴 수 있도록 할 수도 있음은 자명하고, 4열의 연탄(40)이 쌓이도록 하는 경우에는 가열판(110) 등이 대략 네잎 클로버와 유사한 모양을 가지면 될 것이다.

한편, 상기 기름보일러 연소실(20)은 연탄(40)에 열을 가하기 용이하도록 열교환체(50) 하부에 배치되고, 버너(30)의 연소열로 인하여 연소실 바닥(80)이 화염(34)의 직접적인 가열에 의하여 산화되는 것을 방지하고 화염(34)으로 인하여 발생되는 열이 얇은 두께의 연소실바닥(80)을 통해 손실되는 것을 막기 위하여 상부에 내화벽돌(21)을 배치한 연소실바닥(80)과 열교환체(50)의 하부를 이루는 연소실측면(82)과, 기름 열교환부 하판(29)으로 공간을 형성한다.

기름보일러 연소실(20)을 구성하는 연소실측면(82)과 기름 열교환부 하판(29)의 타측은 열전달물질인 물로 채워져 열교환체(50)의 하부를 구성한다. 즉 버너연소구(32)에서 발생되는 화염(34)은 연소실측면(82)과 기름 열교환부 하판(29)을 통하여 열교환체(50)의 내부 물과 열전달이 이루어지는 것이다. 도면에는 표시되어있지 않으나, 연소실 바닥(80)의 보일러 외측에 열손실을 방지하기 위한 보온재를 부가하여 설치하는 것이 바람직한 구성이다.

상기 열교환체(50)의 열교환체 내벽(52) 외주연에 급탕수가 통과하는 급탕배관(54)이 이중으로 감겨있고, 급탕배관(54)의 일측 끝단은 열교환체(50)의 상부를 관통하여 급탕수가 데워지며, 배기통체(66)를 관통하고 급탕열교환체(64)를 연장 관통하여 급탕입수구(60)와 연결되고, 타측 끝단은 열교환체(50)의 상부를 관통하고, 배기통체(66)를 연장 관통하고 급탕열교환체(64) 내부와 통하여 급탕수를 급탕열교환체(64) 내부에 공급하는 구성이며, 급탕열교환체(64) 내부에 채워진 급탕수를 배관을 통하여 급탕출수구(62)와 결합되어 급탕수를 사용자에게 공급하는 구성이며, 열교환체(50)의 내부와 급탕열교환체(64) 내부에 열전달물질인 물로 채워져 있는 것을 특징으로 하는 구성이다.

상기 열교환체(50)의 열교환체 내벽(52) 상단 일측면에 연탄 연소 가스와 기름 연소가스가 배출되는 한 쌍의 배기공(94)이 형성되고, 배기공(94)에서 배출된 연소가스는 배기통체(66)를 통하여 배기구(68)로 배출되며, 배기통체(66)를 지나는 연소가스는 배기통체(66)의 내주연에 접하여 형성된 열교환체(50)와 외주연에 접하는 급탕열교환체(64)를 가열하고 배기구(68)로 배출된다.

상기 열교환체(50)의 중앙부에 구비된 기름보일러 연소실(20)에서 발생하여 기름보일러 열교환부(26)를 통하여 상 방향으로 이동되는 연소가스의 흐름 경로는, 연탄(40)의 연소 가스가 연탄보일러 열교환부(48)를 통하여 상 방향으로 이동되는 연소가스는 화덕뚜껑(92)에 막히고, 열교환체 내벽(52)의 상부 측면에 형성된 한 쌍의 배기공(94)을 통하여 배출되며, 배기공(94)을 통하여 배출된 연소가스는 호형 형상의 한 쌍의 연소가스 가이더(12)로 가스 흐름 방향을 배기통체(66)를 통하여 배기구(68) 방향으로 용이하게 흐르도록 구성되어 있다.

상기 연탄보일러 열교환부(48)는 연탄화덕(42)이 가열판(110)의 상부에 접하여 위치하며, 연탄화덕(42) 내부에는 주 연료로 사용되는 연탄(40)이 위치하며, 가열판(110)의 화염공(111)에 연탄공기공급관(44)의 끝단이 삽입 용접되고, 하방향으로 연장된 연탄공기공급관(44)과 기름열교환부하판(29)의 중앙을 관통하여 용접되고, 연장된 연탄공기공급관(44)은 기름보일러연소실(20)을 지나 연소실바닥(80)의 중앙을 관통하여 용접되고, 연장된 연탄공기공급관(44)이 L 형상으로 형성하여 연탄재의 배출이 용이하도록 끝단에 나사를 형성하여, 직선관 형상의 연장공기공급관(43)의 일측에 형성된 나사와 결합하고, 연장공기공급관(43)의 타측에 연탄에 공급하는 공기의 양을 조절하는 공기조절마개(46)가 형성된 것이다.

이하 본 발명의 연탄보일러와 기름보일러의 작동상태를 도 4의 본 발명에 따른 연탄 겸용 기름보일러의 절단면도와 도 5의 본 발명에 따른 연탄 겸용 기름보일러의 요부 분해 사시도 및 도 6의 본 발명에 따른 연탄 겸용 기름보일러의 상부 절단면도를 바탕으로 설명한다.

본 발명은 대부분 연탄(40)을 연료로 사용하는 보일러인 것이므로, 연탄(40)이 연소되어 열교환 하는 과정을 먼저 설명하고, 그 후 기름보일러의 연소가스 흐름을 설명한다.

먼저, 연탄(40)은 연탄화덕(42)으로 둘러 싸여 있고 연소되는 연탄(40)의 연소가스는 연탄(40)에 형성된 구멍을 통하여 상부로 올라간다. 연탄(40)이 연소하는 열은 연탄화덕(42)을 통하여 열교환체 내벽(52)을 가열한다. 열교환체(50)의 내부에는 열전달매체인 물로 채워져 있으며, 또한 열교환체 내벽을 감싸며 감겨있는 급탕배관(54)에 흐르는 물을 가열하게 된다.

연탄화덕(42)과 연탄의 상부로 상승한 고온의 연소 가스는 윗부분이 화덕뚜껑(92)으로 막혀있으므로, 한 쌍의 배기공(94)을 통하여 배출되고 배출된 가스는 연소가스 가이더(12)에 의하여 가스의 흐름 방향이 열교환체(50)의 외부를 감싸며 흐르도록 유도되고, 유도된 배기가스는 배기통체(66)를 통하여 흘러 배기구(68)를 통하여 외부로 배출된다.

이때에 흐르는 배기가스는 배기통체(66)의 내부에 배치된 열교환체(50)와 외부를 감싸고 있는 급탕열교환체(64)에 열을 전달하고 배기관(68)을 통하여 배출되는데, 좁은 배기공(94)을 통하여 배출되는 배기가스의 속도는 빠르고 상대적으로 넓은 공간인 배기통체(66)를 흐를 때에는 속도가 감소되어 배기가스에 포함되어 있는 입자상의 그을음이나 탄소입자들이 감소된 속도에 의하여 배기통체(66)의 하부에 떨어지게 된다.

또한 떨어진 그을음이나 이물질을 떨어내기 용이하도록 배기통체(66)의 하부를 경사지게 하향으로 향하도록 형성하고, 배기구(68)를 배기통체(66)의 최 하단에 설치한 이유이다.

연탄(40)이 연소되기 위하여 산소가 공급되어야한다. 산소의 공급은 연탄공기공급관(44)을 통하여 공급되는 것으로, 도 4의 단면도에 나타나 있는 바와 같이 연탄공기공급관(44)은 기름보일러 연소실(20) 내부에서 버너(30)를 향하여 화염투입구(36)가 형성되어 있다. 화염투입구(36)는 꺼진 연탄에 화염(34)이 미치도록 하여 연탄(40)이 원활히 점화되도록 하는 것이다.

연탄공기공급관(44)의 L 형으로 형성된 끝단은 나사가 형성되어 풀고 결합할 수 있는 구성으로, 연탄(40)으로부터 발생된 연탄재 부스러기가 가열판(110)을 타고 연탄공기공급관(44)을 채우게 되는 연탄재 부스러기를 꺼내기 용이하게 형성한 것이다.

연장공기공급관(43)은 나사가 형성되어 연탄공기공급관(44)에 형성된 나사연결부(84)에 결합되는 것이며, 연장공기공급관(44)의 타단은 공기조절마개(46)로 연탄(40)에 공기를 공급하는 양을 조절하게 된다.

이하, 연탄보일러를 보완하는 기름보일러의 작동관계를 설명한다.

기름보일러는 그 버너(30)가 연탄 겸용 기름보일러(10)의 하부 일측에 형성되어 있고, 기름을 태워주는 노즐인 버너연소구(32)가 연탄 겸용 기름보일러(10)의 하측을 관통하여 화염(34)을 생성하는 기름보일러연소실(20)의 일측에 결합되어 있다. 생성된 화염(34)은 기름보일러연소실(20)에서 산소와 함께 분사된 기름을 연소시켜 고온의 연소가스를 발생시킨다.

연소가스는 기름보일러연소실(20)외부를 감싸고 있는 연소실측면(82)과 열교환하부판(29), 연소열교환관(22)을 통하여 열을 열전달 물질인 물에 전달하게 된다. 이때에 생성된 연소가스의 일부는 화염유입구(36)를 통하여 연탄(40)을 가열하고 대부분의 연소가스는 연소열교환관(22)을 통하여 상부로 이동하게 된다.

연소열교환관(22)의 상부는 가열판(110)과 열교환 홀딩판(140)으로 둘러싸여진 공간을 형성하고 있어서, 연소열교환관(22)으로부터 유입된 연소가스로부터 열을 전달받아 연탄(40)의 하부에 열을 전달하고 궁극적으로 열교환체(50)에 채워져 있는 물에 열을 전달하게 된다.

열교환체(50)로 보다 많은 열을 전달하기 위하여 열교환 홀딩판(140)으로 연소가스의 흐름에 굴곡을 형성하도록 한 것이다. 즉 연소가스가 열교환 홀딩판(140)를 따라 내려오다 밀폐판(18)에 의하여 막혀서 다시 연소가스의 흐름을 열교환체내벽(52)을 따라 흐르도록 한 것은 연소가스의 유로를 길게 하여 보다 많은 열을 전달하도록 하기 위함이다.

밀폐판(18) 때문에 연소가스의 흐름이 바뀌고 열교환 홀딩판(140)과 열교환체내벽(52)으로 형성된 사이공간을 따라 흐르다 화덕가이드(114')와 열교환체내벽(52)으로 형성된 좁은 공간을 따라 연소가스가 흐르게 된다.

화덕가이드(114')와 열교환체내벽(52)으로 형성된 좁은 공간으로 연소가스가 흐르도록 한 것은 버너 결합면(31)에 결합된 버너(30)로부터 발생되는 연소 소음을 줄이기 위함이며, 좁은 연소가스 통로와 상대적으로 넓은 공간의 연소가스의 흐름 통로를 형성하는 것은 머플러효과와 같이 소음을 감소시키는 효과를 얻을 수 있으며, 연소가스의 흐름 속도가 적은 곳에서 연소가스가 내포하고 있는 연소열을 효과적으로 물에 전달 할 수 있는 것이다.

화덕가이드(114')의 구성은 열교환 홀딩판(140)과 별도로 제작하여 용접할 수도 있으나, 다른 실시예로서 열교환 홀딩판(140)이 상부를 외측으로 굴곡시켜 형성할 수도 있다.

화덕가이드(114')와 열교환체내벽(52)으로 형성된 좁은 공간을 통과한 연소가스는 연탄화덕(42)과 열교환체내벽(52)으로 형성된 공간을 통과하며 열교환체(50)에 열을 전달하고, 이후의 연소가스의 흐름은 상기에서 설명한 연탄(40)의 연소가스의 흐름과 동일하다.

상기에서는 연료인 연탄(40)과 기름을 연소할 때 발생되는 연소가스의 흐름을 설명하였고, 아래에서는 물의 흐름을 설명하고자한다.

물은 수도공급관(70)을 통하여 난방용으로 사용되는 물은 난방수공급구(96)를 통하여 공급되며, 급탕으로 사용되는 물은 급탕입수구(60)를 통하여 공급되는 것이다.

난방용으로 사용되는 물은 수도공급관(70)으로부터 밸브(74)를 통하고 난방수가 부족할 때에 공급되는 부표로 공급되는 물의 양이 조절되는 통상의 난방공급통(76)을 거치게 되고, 연탄 겸용 기름보일러(10)의 상부에 형성된 난방수공급관(96)을 통하여 난방에 필요한 물이 증발할 경우에 부족분을 공급하는 것이다.

난방수공급관(96)은 연탄 겸용 기름보일러(10)의 상부를 관통하고 급탕열교환체(64)를 관통 연결되어 열교환체(50)에 연결되어 물 부족한 양을 공급하며, 도시되지 않은 펌프에 의하여 난방배관(97)으로 온수가 공급된다.

난방배관(97)을 통하여 흐르는 온수가 난방열을 전달하고 식혀진 온수는 난방환수구(98)를 통하여 열교환체(50)로 돌아오고, 재차 연탄 겸용 기름보일러(10)에 의하여 온도가 상승한 후에 다시 난방수공급구(96)를 통하여 난방을 행하는 것을 반복하게 된다.

급탕수의 흐름은, 수도공급관(70)에서 공급되는 물이 밸브(74)를 통하여 급탕입수구(60)를 통하여 연탄 겸용 기름보일러(10) 내부에 들어가며, 급탕입수구(60)는 연탄 겸용 기름보일러(10)의 외곽인 급탕열교환체(64)의 외벽을 관통하고 열교환체(50)의 내부인 열교환체 내벽(52)의 외부에 감겨져 있는 급탕배관(54)과 연결되어 있다.

급탕배관(54)은 하나의 열, 두열 또는 보다 많은 열로 감길 수 있다. 이 때에 감기는 순서는 외부에서 공급되는 급탕수는 온도가 낮은 물이므로, 보다 빠르게 많은 열을 전달 받도록 열교환체내벽(52)에 접하게 배치하여 연료인 기름과 연탄(40)으로부터 원활한 열전달을 받게 하기 위함이다.

이렇게 데워진 온수를 일차 감겨진 급탕배관의 외부에 2차, 또는 3차로 감아서 순차적으로 형성하는 것이다.

열교환체내벽(52)에 감겨져있는 급탕배관(54)을 통하여 데워진 급탕수는 배기통체(66)를 통과하여 급탕열교환체(64)에 연통되어 있는 급탕배관(54)을 통하여 급탕열교환체(64) 내부를 채우게 된다.

급탕열교환체(64)는 연탄 겸용 기름보일러(10)의 가장 바깥에 배치되어 있고, 상부에 배치되어 있다. 상부에 급탕열교환체(64)를 배치한 이유는 열기가 상부로 이동하고, 원활한 열교환이 상부에서 이루어질 수 있도록 하기 위하여 연탄 겸용 기름보일러(10)의 윗부분에 금탕열교환체(64)와 급탕배관(54), 배기통체(66)를 배치한 것이다.

급탕배관(54)을 통하여 급탕열교환체(64) 내부를 채운 급탕수는 급탕열교환체(64)에 이미 데워져 있는 물과 섞이게 되며, 온도가 또한 섞여 균일하게 되고, 펌프에 의하여 생겨지는 음압에 의해 급탕열교환체(64)에 형성된 급탕출수구(62)를 통하여 사용자에 의하여 사용되는 구성이다.

연탄 겸용 기름보일러(10)의 급탕온도와 난방온수의 온도 및 열교환체(50)의 온수 수위를 측정하기위한 구성으로, 도 6에 나타나 있듯이 온도센서(51)와 수위센서(53)가 있다.

온도센서(51)는 열교환체(50)내부의 온수 온도를 측정하는 것이며, 온도 센서의 온도를 표시하는 컨트롤계장(도면에 미 도시)은 연탄 겸용 기름보일러(10)의 외부에 부착되어 있으며, 실내 또는 비닐하우스 내부에 난방을 행하고자하는 곳에 설치되어 있는 컨트롤러(미도시)는 실내에 설정된 온도에 따라 연탄 겸용 기름보일러(10)를 작동하고 보다 많은 연소 열량을 가열하는 것을 조절한다.

온도센서(51)의 온도가 필요이상 상승하는 경우는 물의 공급라인에 이상이 있거나, 과열되는 것으로, 연탄보일러와 기름보일러가 동시에 가동할 경우에 일어나는 현상으로 기름보일러의 가동을 중단시키는 것으로 해결되나, 기름보일러의 가동을 중단시켜도 이상 현상이 지속되면 컨트롤계장에 설치된 알람이 울려 긴급조치가 필요함을 알리게 된다.

급탕수의 사용이 많아 연탄(40)에서 발생하는 열로 급탕수의 온도를 상승시키는 열량이 부족한 경우는 실내에 설치된 컨트롤러에 설정된 온도보다 온도센서(51)에서 측정된 온도가 낮아질 경우(기름보일러 가동 온도를 설정온도보다 높게 설정할 수 있음) 기름보일러를 점화시켜 부족한 열량을 공급하게 된다.

급탕수는 연탄 겸용 기름보일러(10) 내부의 급탕배관(54)을 통하여 열교환체(50)의 열을 빼앗아가기 때문에 연탄(40)에서 발생하는 열량이 급탕수에 전달할 열량이 부족할 경우 열교환체(50)의 내부 물의 온도가 하강하게 되고, 온도센서(51)에서 감지하는 온도에 따라 기름보일러 가동 설정온도보다 낮으면 기름보일러를 점화하고 또는 높으면 소화시키게 된다. 점화하거나 소화시키기 위한 기름보일러 가동 설정온도는 동일하거나 서로 다른 온도로 설정할 수 있다.

수위센서(53)는 온도센서(51)와 같이 열교환체(50)의 내부에 설치된 것으로, 열교환체(50)에 채워지는 물의 양이 일정하도록 난방수 공급구(76)를 통하여 부족분의 물을 공급하여 보일러가 과열되는 것을 방지하는 것이다.

연탄 겸용 기름보일러(10)의 하단에 난방환수구(98)가 설치되어 있고, 난방환수구(98)가 설치된 반대편에는 청소밸브(99)가 설치되어있어, 배관내부를 청소할 때에 사용되는 것으로, 난방환수구(98)와 청소밸브(99)는 상호 설치하기 편리한 위치에 따라 교환하여 설치될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의한 연탄 겸용 기름보일러(10)를 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 응용될 수 있다.

10 : 연탄 겸용 기름보일러 12 : 연소가스 가이더
18 : 밀폐판
20 : 기름보일러 연소실 21 : 내화벽돌
22 : 연소열교환관 23 : 열교환관출구
24 : 열교환관입구 26 : 기름보일러 열교환부
28 : 기름열교환부상판 29 : 기름열교환부하판
30 : 버너 31 : 버너 결합면
32 : 버너연소구 34 : 화염
36 : 화염투입구
40 : 연탄 42 : 연탄화덕
43 : 연장공기공급관 44 : 연탄공기공급관
46 : 공기조절마개 48 : 연탄보일러 열교환부
50 : 열교환체 51 : 온도센서
52 : 열교환체 내벽 53 : 수위센서
54 : 급탕배관
60 : 급탕입수구 62 : 급탕출수구
64 : 급탕열교환체 66 : 배기통체
68 : 배기구
70 : 수도공급관 74 : 밸브
76 : 난방공급통 76 : 난방수 공급구
80 : 연소실 바닥 82 : 연소실측면
84 : 나사연결부
90 : 뚜껑 92 : 화덕뚜껑
93 : 화덕뚜껑 걸림턱 94 : 배기공
96 : 난방수공급관 97 : 난방배관
98 : 난방환수구 99 : 청소밸브
110: 가열판 120: 분산 가이드
130: 지지 프레임 140: 열교환 홀딩판

Claims (8)

1. 연탄 겸용 기름 보일러에 사용되는 화염 분산식 가열장치(100)에 있어서,
   바닥면 중심에 기름 보일러의 버너(30)에서 발생된 화염이 유입되는 화염공(111)이 형성되어 있는 가열판(110)과;
   상기 화염공(111)을 구획함에 따라 상기 유입된 화염이 복수개소를 통해 분산하여 분출되게 함으로써, 상기 가열판(110) 위에 놓인 복수개의 연탄에 각각 화염을 공급하는 분산 가이드(120)와;
   상기 가열판(110)의 테두리를 따라 일정 간격마다 설치되어, 상기 분산 가이드(120)와 함께 복수개의 연탄을 각각 지지하는 지지 프레임(130); 및
   상기 가열판(110)의 측단부를 둘러싸도록 수직 방향으로 설치되되, 상기 가열판(110)의 상면으로부터 상측과 상기 가열판(110)의 하면으로부터 하측으로 각각 일정 높이 돌출된 열교환 홀딩판(140);을 포함하는 것을 특징으로 하는 화염 분산식 가열장치(100).
2. 제1항에 있어서,
   상기 가열판(110)은,
   상기 화염공(111)을 중심으로 원주 방향을 따라 골과 능선(112a, 112b, 112c)이 반복된 형상으로 이루어져 있고, 상기 분산 가이드(120)에 의해 분산된 화염은 상기 능선(112a, 112b, 112c)과 능선(112a, 112b, 112c) 사이의 상기 골을 따라 분출되는 것을 특징으로 하는 화염 분산식 가열장치(100).
3. 제2항에 있어서,
   상기 분산 가이드(120)는,
   하측부에 꼭지점을 갖는 다각형상으로 이루어져 있어서 상기 꼭지점 부분이 상기 화염공(111)으로 삽입되고, 상기 꼭지점과 직접 연결된 각 모서리는 상기 가열판(110)의 능선(112a, 112b, 112c)에 접하여 지지되며, 상기 각 모서리의 단부(123)는 상기 가열판(110)과 용접을 통해 결합하는 것을 특징으로 하는 화염 분산식 가열장치(100).
4. 제3항에 있어서,
   상기 분산 가이드(120)는,
   상측부 테두리에 외측을 향해 수평하게 돌출된 화염 안내날개(122a, 122b, 122c)가 구비되어 있어서, 상기 분출된 화염이 연탄의 하부 중심까지 전달되도록 안내하는 것을 특징으로 하는 화염 분산식 가열장치(100).
5. 제4항에 있어서,
   상기 분산 가이드(120)는,
   상기 꼭지점과 직접 연결된 각 면이 내측을 향해 굽은 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 화염 분산식 가열장치(100).
6. 제5항에 있어서,
   지지 프레임(130)은 상면에 편평부(131)를 구비하고 있어서 상기 분산 가이드(120)의 일측부와 함께 각각 연탄의 하면을 지지하는 것을 특징으로 하는 화염 분산식 가열장치(100).
7. 제6항에 있어서,
   상기 지지 프레임(130)의 하부에는 상기 가열판(110)에 형성된 골의 형상에 대응하도록 하측으로 돌출부(132)가 형성되어 있어서, 상기 지지 프레임(130)의 하부가 상기 가열판(110)의 골에 맞물려 설치되는 것을 특징으로 하는 화염 분산식 가열장치(100).
8. 상기 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항과 같은 구성으로 이루어진 화염 분산식 가열장치(100) 위에 연탄을 올려놓고 연소시켜 가동되거나, 상기 기름 보일러의 기름을 연소시켜 가동되거나, 혹은 상기 연탄과 기름을 동시에 연소시켜 가동되며, 연탄 보일러와 기름 보일러가 하나의 몸체 내에 일체로 구비된 것을 특징으로 하는 연탄 겸용 기름 보일러.
   

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