KR101284121B1

KR101284121B1 - 축열식 보일러

Info

Publication number: KR101284121B1
Application number: KR1020130048027A
Authority: KR
Inventors: 김천호
Original assignee: 유한회사 이티
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2013-07-10

Abstract

본 발명은 태양에너지를 이용할 수 있으며 축열식이어서 열손실을 최소화할 수 있으며 폐열을 적극적으로 이용하여 에너지의 낭비를 최소화하는 축열식 보일러에 관한 것이다. 본 발명의 보일러 본체(1)의 구성은; 제1연도(25)가 설치되는 메인챔버(10); 상기 메인챔버(10)에 설치되는 연소실(22); 상기 연소실(22) 상부에 마련되는 제1열교환부; 상기 연소실(22) 내부에 설치되는 축열부(50); 상기 제1열교환부의 상부에 마련되는 것으로서 난방수가 충전되는 제2가열공간(17)을 제공하며 난방수로 하여금 연소가스의 열에 의해 예열되도록 하는 제2열교환부; 상기 제1가열공간(16) 내부에 나선 형태로 설치되는 온수관(30); 상기 태양광발전부(2)에 의해 생산되는 전력에 의해 열을 발생시키는 태양광히터(40)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

축열식 보일러{Thermal Accumulating Type Boiler}

본 발명은 축열식 보일러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양에너지를 이용할 수 있으며 축열식이어서 열손실을 최소화할 수 있으며 폐열을 적극적으로 이용하여 에너지의 낭비를 최소화하는 축열식 보일러에 관한 것이다.

일반 주거시설에서 난방 또는 온수는 보일러에 의해 얻을 수 있다. 보일러의 열원은 석유, 가스, 전기, 목재, 펠릿, 석탄 등 다양하지만, 사용의 편리성 등의 이유로 석유, 가스 또는 전기가 널리 사용되고 있다. 그러나 보일러를 통해 필요한 열에너지를 얻기 위한 비용이 날로 증대되고 있어 사회적으로나 가정적으로 심한 부담이 되고 있다.

이러한 문제에 대하여 대체에너지의 보급이 확산되어 가고 있는 추세이며, 대표적인 것이 태양광발전기 또는 태양열온수기이다. 이들은 설치환경에 대한 제약이 크지 않기 때문에 널리 보급되고 있는 것이다. 그러나 일반 주거환경에서 오로지 태양으로부터만 에너지를 얻어 난방수 및 온수를 생산하여 사용하기에는 크게 부족하다. 따라서 화석연료를 사용하는 일반 보일러와 태양광발전기 등을 각각 구비하고 사용하여야 하는데, 이는 별개의 장치를 각각 구비하여야 하므로 사용 및 설치의 불편함이 있게 된다. 또한 이들을 별도로 설치하기 위한 비용도 크게 소요된다. 또한, 이들의 기능과 작용이 서로 분리되어 있어 비효율적인 면도 있게 된다.

대한민국 실용신안등록 출원 제 20-2006-0012704호 대한민국 실용신안등록 출원 제 20-2009-0002813호

위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은, 폐열을 회수하여 재사용함으로써 열손실을 없앨 수 있으며, 천연자원을 포함하는 다양한 열원으로부터 열에너지를 공급받을 수 있는 축열실 보일러를 제공하는 것에 있다. 좀더 구체적으로는 태양에너지로부터 얻는 에너지를 화석연료를 사용하는 일반 보일러에 공급하여 기존의 일반 보일러와 일원화시킴으로써 경제성 및 효율성을 극대화시키는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적은, 공급되는 용수를 가열하여 사용처에 공급하는 보일러 본체; 태양에너지로부터 전력을 생산하는 태양광발전부를 포함하되 상기 보일러 본체는;

직립 설치되는 통형상으로서 상부에 연소가스를 배출하기 위한 제1연도가 설치되는 메인챔버; 상기 메인챔버의 내부공간 하부에 설치되는 것으로서 연소공간을 제공하는 연소실; 상기 연소실 상부에 마련되는 것으로서 난방수가 충전되는 제1가열공간을 제공하며 상기 난방수로 하여금 연소실에서 발생되는 연소열과 열교환을 하도록 하는 제1열교환부; 상기 연소실 내부에 설치되는 것으로서 상기 연소실에서 발생되는 열을 축적하는 축열부; 상기 제1열교환부의 상부에 마련되는 것으로서 난방수가 충전되는 제2가열공간을 제공하며 난방수로 하여금 상기 제1가열공간으로 유입되기 이전에 연소가스의 열에 의해 예열되도록 하는 제2열교환부; 상기 제1가열공간 내부에 나선 형태로 설치되는 관체로서 온수가 통과되면서 가열되도록 하는 온수관; 상기 제1열교환부 또는 제2열교환부중 어느 한 곳 이상에 설치되는 것으로서 상기 태양광발전부에 의해 생산되는 전력에 의해 열을 발생시키는 태양광히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 보일러에 의해 달성된다.

본 발명의 특징에 의하면,

상기 제1열교환부에는 상기 연소실에서 연소에 의해 발생되는 연소가스가 직상부로 배출될 수 있도록 하는 다수의 제2연도가 설치되며;

상기 제2열교환부에는 상기 제1열교환부를 통과하는 연소가스가 직상부로 배출될 수 있도록 하는 다수의 제3연도가 설치될 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면,

상기 태양광히터는 상기 제1열교환부에 설치되되;

상기 제1가열공간에 고정 설치되는 원통 형상의 히터케이싱; 상기 히터케이싱의 내부에 충전되는 열전달매체; 상기 히터케이싱 내부에 설치되는 것으로서, 상기 태양광전지판에서 생산되는 전력에 의해 발열되는 전열봉을 포함할 수 있다.

여기서 상기 축열부는 상기 태양광히터의 히터케이싱에 직접 부착 설치됨으로써 상기 태양광히터로부터 직접적으로 열을 얻어 가열될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면,

태양열을 이용하여 난방수를 가열하는 것으로서, 공급되는 저온의 난방수를 가열하여 상기 제2열교환부로 공급되도록 하는 태양열온수기를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면,

태양열을 이용하여 용수를 가열하는 태양열온수기; 상기 태양열온수기와 상기 제2가열공간을 연결하는 급수관을 더 포함함으로써 상기 태양열온수기에 의해 가열된 난방수가 상기 제2가열공간으로 공급되도록 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면,

상기 제1가열공간과 제2가열공간 사이에는 상기 제1,2열교환부를 서로 이격되게 하는 댐핑공간이 마련될 수 있다.

위와 같은 구성에 의하면, 태양광으로부터 열에너지를 얻어 용수를 가열하는데 활용할 수 있으며, 축열부를 설치함으로써 폐열을 낭비하지 않고 활용할 수 있는 축열식 보일러가 제공된다. 좀더 구체적으로는 태양으로부터 얻는 대체에너지를 기존의 화석연료를 사용하는 보일러에 흡수시켜 일원화시킴으로써 생산성 및 효율을 높이고 열효율을 극대화할 수 있는 보일러가 제공된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 보일러의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 보일러 본체의 단면 구성도이다.

이하, 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명의 보일러는 용수를 가열하여 고온수를 얻을 목적으로 사용되는 것이며, 가정용인지 아니면 산업용인지 구체적 사용목적은 불문한다. 고온수라 함은 실내의 난방을 위한 난방수가 될 수도 있고, 샤워 등에 사용하기 위한 급탕 온수(이하, '온수'라 함)일 수도 있다.

본 발명의 보일러는 보일러 본체(1), 보일러 본체(1)에 보조 열원을 제공하는 태양광발전부(2)를 포함한다. 그리고 보일러 본체(1)에 보조 열원을 제공하기 위한 태양열온수기(3)를 더 포함할 수 있다. 태양광발전부(2)는 전선(2a)을 통해 보일러 본체(1)에 전력을 공급하며, 태양열온수기(3)는 급수관(3a)을 통해 보일러 본체(1)에 온수를 공급한다.

태양전지판을 이용하여 태양에너지로부터 전기를 발생시키는 것이 태양광발전부(2)이며, 집열판을 이용하여 태양열에 의해 용수를 가열하는 것이 태양열온수기(3)이다. 태양광발전부(2)와 태양열온수기(3) 자체의 구성 및 작용은 익히 알려져 있는 바, 이하에서는 보일러 본체(1)에 대하여 상세하게 설명한다.

보일러 본체(1)는 외부에서 공급되는 저온수를 가열하여 사용처에 공급하는 장치이다. 메인챔버(10)는 직립 설치되는 통형상으로서 통상 단열재(미도시됨)에 의해 감싸질 수 있다. 메인챔버(10)는 도시된 바에 의하면 원통 형상이나 반드시 이에 한정될 것은 아니다.

메인챔버(10)의 측부에는 난방수유입관(11), 난방수배출관(12), 온수유입관(13) 및 온수배출관(14)이 설치되고 있다. 메인챔버(10) 내부에는 그의 수직방향을 따라 여러 구성요소가 배치되어 있으며, 메인챔버(10)의 최상부에는 연소가스를 외부로 배출하기 위한 제1연도(25)가 설치되어 있다.

연소공간(20)을 제공하는 연소실(22)은 메인챔버(10)의 내부공간 하부에 설치된다. 연소실(22)에는 버너(21)가 설치된다. 한편 연료를 무엇으로 하는지 여부는 본 발명의 권리범위를 제한하지 아니한다. 예를 들어 연료는 등유, 가스, 목재, 석탄 또는 펠릿 중 어느 하나 이상이 될 수 있다. 어떠한 연료를 사용하는지 여부에 따라 버너(21)의 형태는 다양하게 변경될 수 있다. 화목을 사용하는 경우라면 버너(21) 자체가 없을 수도 있는 것이다.

메인챔버(10)의 내부로서 연소실(22)의 직상부에는 수밀구조를 가지는 제1열교환부가 마련된다. 제1열교환부는 연소시 발생되는 열을 난방수에 전달하기 위한 것이다. 즉 제1열교환부는 난방수가 충전되는 제1가열공간(16)을 통해 제공되며, 도시된 바에 의하면 제1가열공간(16)은 연소실(22)의 측부까지도 에워싸도록 되어 있다. 난방수유입관(11)으로 유입되는 난방수는 제1가열공간(16)으로 유입된 다음 연소실(22)에서 발생되는 연소열과 열교환한 다음, 난방수배출관(12)으로 배출된다. 난방수배출관(12)은 제1가열공간(16)의 상부에 위치되며, 난방수는 제1가열공간(16)의 하부로 유입된다. 도시되지는 않았지만 배출되는 난방수는 통상 건물 바닥에 배설되는 난방배관을 순환한 다음 재차 보일러 본체(1)로 유입된다.

본 발명에 의하면 연소실(22)에서 발생되는 열을 축적하는 축열부(50)가 연소실(22) 내부에 설치된다. 축열부(50)는 축열재 또는 축열기로 구성될 수 있다. 축열부(50)는 보일러 가동시 열을 흡수(또는 축적)하였다가 보일러 가동이 멈추었을 때 흡수한 열을 천천히 배출하여 제1열교환부에 공급함으로써 난방수를 가열하도록 하는 것이다.

메인챔버(10)의 내부로서 제1열교환부의 직상부에 제2열교환부가 마련된다. 제2열교환부는 난방수가 충전되는 제2가열공간(17)을 제공하며 난방수로 하여금 제1열교환부로 유입되기 이전에 연소가스의 열에 의해 예열되도록 하는 것이다. 본 발명의 실시예에 의하면 댐핑공간(26)이 제1,2가열공간(16,17)의 사이에 마련된다. 제1열교환부와 제2열교환부는 댐핑공간(26)에 의해 공간적으로 분리된다. 댐핑공간(26)은 연소가스로부터 응축되어 생기는 응축수를 포집하기 위한 공간이다. 연소가스는 응축되는 동안 잠열을 방출하게 되는데 이 잠열은 제2가열공간(17)이 되는 제2열교환부에서 회수되는 것이다.

온수관(30)이 제1가열공간(16)에 나선 형태로 설치된다. 온수관(30)은 온수가 관류하면서 난방수와 직접적으로 열교환하도록 한다. 특히 온수관(30)은 제2연도(23)의 외부를 나선형태로 감싸도록 설치된다. 온수관(30)의 일단은 온수유입관(13)에 연통되며 메인챔버(10)를 관통하여 외부로 돌출되어 있으며, 온수관(30)의 타단은 온수배출관(14)에 연통되며 메인챔버(10)를 관통하여 외부로 돌출되어 있다. 온수유입관(13)은 상수관(미도시됨)에 연결될 것이며, 온수배출관(14)은 건물 내의 각 수도꼭지 또는 샤워꼭지(미도시됨)에 연결될 것이다.

본 발명에 의하면 제1열교환부 또는 제2열교환부 중 어느 한 곳 이상에 태양광히터(40)가 설치된다. 태양광히터(40)는 태양광발전부(2)에 의해 생산되는 전력을 이용하여 용수를 가열하는 장치이다. 본 발명의 실시예에 의하면 태양광히터(40)는 제1열교환부에 의해 제공되는 제1가열공간(16) 내부에 설치되고 있다.

제1가열공간(16)에는 연소에 의해 연소실(22)에서 발생되는 연소가스가 화살표(A1)를 따라 연소실(22)의 상판에 마련되는 배연구(22a)를 통해 직상부로 배출될 수 있도록 하는 다수의 제2연도(23)가 설치된다. 또한 제2열교환부에 의해 제공되는 제2가열공간(17)에는 제1열교환부를 통과하는 연소가스가 직상부로 배출될 수 있도록 하는 다수의 제3연도(24)가 제2연도(23)와 유사한 방식으로 설치될 수 있다. 제2가열공간(17)의 상부에는 집연공간(27)이 마련되는데, 제3연도(24)를 통과한 연소가스는 집연공간(27)에 모인 다음 제1연도(25)를 통해 외부로 배출된다.

제2연도(23)와 제3연도(24)는 예를 들어 내경이 8 ~ 30mm 되는 가느다란 파이프가 촘촘히 설치됨으로써 구성된다. 제2연도(23)와 제3연도(24)는 열교환면적을 늘리기 위하여 직경이 작을수록 유리하게 될 것이다.

본 발명의 실시예에 의하면 태양광히터(40)는 제1가열공간(16)에 1개가 설치된다. 태양광히터(40)는 히터케이싱(41), 열전달매체(42) 및 전열봉(43)을 포함할 수 있다. 태양광히터(40)는 보일러의 규모에 따라 1개 또는 2개 이상 설치될 수도 있다. 도시된 바에 의하면 제1가열공간(16)의 중심에 1개가 설치되고 있다.

히터케이싱(41)은 제1가열공간(16)의 중심에 고정 설치되며 원통 형상으로 되어 있다. 통상 액상의 오일로 된 열전달매체(42)가 히터케이싱(41)의 내부에 충전된다. 전열봉(43)은 태양광발전부(2)에서 생산되는 전력에 의해 발열되는 것으로서 히터케이싱(41) 내부에 지면에 수직을 이루도록 고정 설치된다. 본 발명의 특징에 의하면 축열부(50)는 히터케이싱(41)의 바닥판에 부착 설치되어 태양광히터(40)로부터 직접적으로 열을 전달받을 수 있도록 되어 있다. 이로써 연소실(22)로부터 열이 공급되지 않는 경우라도, 태양광히터(40)는 해가 있는 낮동안에 전력을 생산하여 제1가열공간(16) 내지 축열부(50)를 가열하게 된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면 전술한 바와 같이 태양열을 이용하여 난방수를 가열하기 위한 태양열온수기(3)가 설치된다. 태양열온수기(3)는 공급되는 저온의 난방수를 예열하여 제1가열공간(16)에 공급되도록 한다. 이를 위해 제1가열공간(16)과 제2가열공간(17) 사이에는 난방수순환관(15)이 연결된다. 메인챔버(10)의 상측벽에는 난방수순환관(15)의 일단이 연결되는 순환수배출구(15a)가 마련되고, 하측벽에는 난방수순환관(15)의 타단이 연결되는 순환수유입구(15a)가 마련된다.

이러한 구성에 의하면 난방수는 제2가열공간(17)에 먼저 유입된 다음 태양열 또는 연소가스에 의해 예열된 다음 화살표(A2)를 따라 난방수순환관(15)을 거쳐 제1가열공간(16)에 공급되는 것이다.

위에 언급된 기본적인 구성 이외에도 보일러로서 갖추어야 하는 미설명된 구성요소들이 있음은 물론이다. 그중 대표적인 것은 난방수나 온수를 순환시키기 위한 펌프가 될 것이다.

이상에서 설명된 것들은 본 발명의 기술적 사상에 의거한 예시에 불과하다. 당업자는 청구범위를 통해 표현되는 본 발명의 기술적 사상의 범위를 넘지 않는 선에서 예시된 바를 활용하여 다양한 변형실시를 할 수 있을 것이다.

1 : 보일러 본체 2 : 태양광발전부
3 : 태양열온수기 10 : 메인챔버
11 : 난방수유입관 12 : 난방수배출관
13 : 온수유입관 14 : 온수배출관
15 : 난방수순환관 16,17 : 제1,2가열공간
20 : 연소공간 21 : 버너
22 : 연소실 25,23,24 : 제1,2,3연도
26 : 댐핑공간 27 : 집연실
30 : 온수관 40 : 태양광히터
41 : 히터케이싱 42 : 열전달매체
43 : 전열봉 50 : 축열부

Claims

공급되는 용수를 가열하여 사용처에 공급하는 보일러 본체(1)와, 태양에너지로부터 전력을 생산하는 태양광발전부(2)를 포함하되,
상기 보일러 본체(1)는:
직립 설치되는 통형상으로서 상부에 연소가스를 배출하기 위한 제1연도(25)가 설치되는 메인챔버(10);
상기 메인챔버(10)의 내부공간 하부에 설치되는 것으로서 연소공간(20)을 제공하는 연소실(22);
상기 연소실(22) 상부에 마련되는 것으로서 난방수가 충전되는 제1가열공간(16)을 제공하며 상기 난방수로 하여금 상기 연소실(22)에서 발생되는 연소열과 열교환하도록 하는 제1열교환부;
상기 연소실(22) 내부에 설치되는 것으로서 상기 연소실(22)에서 발생되는 열을 축적하는 축열부(50);
상기 제1열교환부의 상부에 마련되는 것으로서 난방수가 충전되는 제2가열공간(17)을 제공하며, 난방수로 하여금 상기 제1가열공간(16)으로 유입되기 이전에 연소가스의 열에 의해 예열되도록 하는 제2열교환부;
상기 제1가열공간(16) 내부에 나선 형태로 설치되는 관체로서 온수가 통과되면서 가열되도록 하는 온수관(30);
상기 제1열교환부 또는 제2열교환부중 어느 한 곳 이상에 설치되는 것으로서 상기 태양광발전부(2)에 의해 생산되는 전력에 의해 열을 발생시키는 태양광히터(40);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 보일러.
제1항에 있어서,
상기 제1열교환부에는 상기 연소실(22)에서 발생되는 연소가스가 직상부로 배출될 수 있도록 하는 다수의 제2연도(23)가 설치되며;
상기 제2열교환부에는 상기 제1열교환부를 통과하는 연소가스가 직상부로 배출될 수 있도록 하는 다수의 제3연도(24)가 설치되는 것을 특징으로 하는 축열식 보일러.
제1항에 있어서,
상기 태양광히터(40)는 상기 제1열교환부에 설치되되;
상기 제1가열공간(16)에 고정 설치되는 원통 형상의 히터케이싱(41); 상기 히터케이싱(41)의 내부에 충전되는 열전달매체(42); 상기 히터케이싱(41) 내부에 설치되는 것으로서, 상기 태양광발전부(2)에서 생산되는 전력에 의해 발열되는 전열봉(43)을 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 보일러.
제1항에 있어서,
여기서 상기 축열부(50)는 상기 태양광히터(40)의 히터케이싱(41)에 부착 설치됨으로써 상기 축열부(50)는 상기 태양광히터(40)로부터 직접적으로 열을 얻어 가열될 수 있는 것을 특징으로 하는 축열식 보일러.
제1항에 있어서,
태양열을 이용하여 용수를 가열하는 태양열온수기(3); 상기 태양열온수기(3)와 상기 제2가열공간(17) 사이를 연결하는 급수관(3a)을 더 포함함으로써;
상기 태양열온수기(3)에 의해 가열된 난방수가 상기 제2가열공간(17)으로 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 축열식 보일러.
제1항에 있어서,
상기 제1가열공간(16)과 제2가열공간(17) 사이에는 상기 제1,2열교환부를 서로 이격되게 하는 댐핑공간(26)이 마련되는 것을 특징으로 하는 축열식 보일러.