KR101287693B1 - 하이브리드 보일러 - Google Patents

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KR101287693B1
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    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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Abstract

본 발명은 한 대의 보일러 안에 화목연소실과 기름(또는 가스)연소실이 동시에 구비된 횡형 하이브리드 타입의 보일러에 관한 것이다. 화목연소실의 연소가스를 배출시키는 열교환핀과 기름연소실의 연소가스를 배출시키는 기름연관이 하나의 배기연관에 연결됨으로써 하이브리드 보일러의 전체 크기를 감소시킨다. 열교환기는 내주면이나 외주면에 형성된 열교환핀과 내부에 형성된 지그재그판을 통해 열효율을 향상시킨다. 또한, 열교환기는 수액배출구 쪽으로 하향 경사지도록 형성된다. 배기연관에는 배풍기가 설치되어 기름연관과 열교환기로부터 배기되는 연소가스가 원활히 배기되도록 한다.

Description

하이브리드 보일러{Hybrid Boiler}
본 발명은 하이브리드 보일러에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 한 대의 보일러 안에 화목연소실과 기름(또는 가스)연소실이 동시에 구비된 횡형 하이브리드 타입의 보일러에 관한 것이다.
일반적으로 가정이나 각종 건물, 시설물 등의 난방 내지 온수 공급을 위해 사용되는 보일러는 사용 연료에 따라 화목보일러, 기름보일러, 가스보일러 등이 있다.
기름보일러나 가스보일러는 열효율이 상대적으로 우수할 뿐만 아니라 기름 분사량이나 가스 공급량을 제어하여 연소상태를 일정하게 유지할 수 있어 보일러의 유지 및 관리가 편리하다는 장점이 있으나, 연료비가 고가라는 단점이 있다.
화목보일러는 화목(장작, 잔목, 폐목 등)을 태워 발생하는 열을 이용하는 것으로, 그 구조가 간단하고 연료비가 매우 저렴하다는 장점이 있으나, 열효율이 상대적으로 낮고 지속적으로 땔감을 공급하여야 하며 연소 상태의 수시 확인이 필요하다는 단점이 있다.
따라서 최근에는 기름보일러(혹은 가스보일러)와 화목보일러를 일체로 형성한 하이브리드(hybrid) 타입의 보일러가 개발되고 있다. 그러나 종래의 하이브리드 보일러는 두 종류의 보일러를 하나로 통합하다 보니 그 크기가 지나치게 큰 점이 단점이다. 더욱이, 기름보일러의 배기연관과 화목보일러의 배기연관이 별도로 구비되어 있는 점도 보일러 전체 크기가 커지는 요인 중의 하나이다. 또한, 종래의 하이브리드 보일러는 아직도 구조개선을 통해 열효율을 향상시키기 위한 방안이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 하이브리드 보일러의 크기를 감소시키기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 열교환기의 구조개선을 통해 하이브리드 보일러의 열효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 흡기/배기 방식을 개선하여 하이브리드 보일러의 열효율을 향상시키기 위한 것이다.
이러한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 다음과 같은 구성의 하이브리드 보일러를 제공한다.
본 발명에 따른 하이브리드 보일러는, 보일러의 몸체를 구성하는 하우징; 상기 하우징의 하부에 설치되며 화목의 연소가 이루어지는 화목연소실; 상기 하우징의 하부 전면에 설치되며 상기 화목연소실 안으로 상기 화목의 투입이 가능하도록 개폐되는 연료투입구; 상기 화목연소실과 분리되도록 상기 하우징의 중앙에 설치되며 기름을 연소시키는 기름연소실; 상기 기름연소실의 주변에서 상기 기름연소실과 연결되도록 설치되며 상기 기름의 연소에 의해 발생하는 연소가스의 배출경로 및 열교환경로를 제공하는 기름연관; 상기 하우징의 상부에 설치되며 상기 화목의 연소에 의해 발생하는 연소가스의 배출경로 및 열교환경로를 제공하는 열교환기; 상기 하우징의 내부에서 상기 화목연소실과 상기 열교환기를 연결하도록 설치되는 수직연관; 상기 하우징의 내부에서 상기 화목연소실과 상기 기름연소실과 상기 기름연관과 상기 열교환기와 상기 수직연관을 둘러싸도록 설치되며 물을 저장하는 수실; 상기 하우징의 전면에서 상기 기름연관 및 상기 열교환기와 연결되도록 설치되며 상기 연소가스의 배출경로를 제공하는 배기연관; 상기 배기연관에 설치되며 상기 기름연관 및 상기 열교환기로부터 배기되는 상기 연소가스가 상기 배기연관을 통해 배기되도록 작동하는 배풍기를 포함하여 구성된다.
본 발명의 하이브리드 보일러에 있어서, 상기 열교환기는 원통형 구조이며 내주면 및 외주면 중의 적어도 한 곳에 다수개의 열교환핀이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 보일러에 있어서, 상기 열교환기의 내부에는 상기 연소가스의 배출경로를 늘리기 위한 지그재그판이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 보일러에 있어서, 상기 열교환기는 상기 하우징의 외부 후면으로 연장되어 수액배출구가 설치될 수 있고, 상기 수액배출구 쪽으로 하향 경사지도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 보일러는, 상기 하우징의 외부 후면에서 상기 열교환기와 연결되도록 설치되는 청소구를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 보일러에 있어서, 상기 배기연관은 T자형 구조로서, 상기 열교환기와 연결되는 제1 측부, 상기 기름연관과 연결되는 하부, 상기 배풍기가 설치되는 제2 측부, 외기 연통과 연결되는 상부로 이루어질 수 있다.
이 경우, 상기 배풍기는 상기 배기연관의 제2 측부로부터 상기 배기연관의 내부로 삽입되어 상기 배기연관의 제1 측부와 수직으로 위치하는 배풍관을 구비할 수 있으며, 상기 배풍관은 벤츄리관일 수 있다.
본 발명의 하이브리드 보일러는 다음과 같은 이점이 있다.
첫째, 화목연소실의 연소가스를 배출시키는 열교환핀과 기름연소실의 연소가스를 배출시키는 기름연관을 하나의 배기연관에 연결함으로써 하이브리드 보일러의 전체 크기를 감소시킬 수 있다.
둘째, 열교환기의 내주면과 외주면 중의 적어도 한 곳에 다수개의 열교환핀을 형성하여 열교환면적을 증가시킴으로써 하이브리드 보일러의 열효율을 향상시킬 수 있다.
셋째, 열교환기의 내부에 지그재그판을 형성하여 열교환기 내부에서의 연소가스 배출경로를 늘림으로써 하이브리드 보일러의 열효율을 향상시킬 수 있다.
넷째, 수액배출구 쪽으로 열교환기가 하향 경사지도록 형성하여 수액 배출이 원활히 이루어지도록 함으로써 열교환기의 열교환 능력이 저하되는 것을 방지하여 하이브리드 보일러의 열효율을 향상시킬 수 있다.
다섯째, 배기연관에 배풍기를 설치하여 열교환기와 기름연관으로부터 배기되는 연소가스가 원활히 배기되도록 함으로써 화목연소실과 기름연소실로 흡기되는 공기공급이 원활하도록 하여 하이브리드 보일러의 열효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 보일러의 개략적인 측단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 보일러의 열교환기 구조를 보여주는 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 보일러의 배풍 구조를 보여주는 측단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 다만, 실시예들을 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 잘 알려져 있거나 본 출원인의 기존 특허에 충분히 기재되어 있거나 본 발명과 직접 관련이 없는 사항에 대해서는 본 발명의 핵심을 흐리지 않고 명확히 전달하기 위해 설명을 생략할 수 있다.
한편, 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 첨부 도면을 통틀어 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조번호를 부여한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 보일러의 개략적인 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 하이브리드 보일러(10)는 하우징(11), 화목연소실(12), 열교환기(13), 수직연관(14), 수실(15), 연료투입구(16), 청소구(18), 배기연관(19), 배풍기(20), 수액배출구(21), 기름연소실(26), 버너(27), 기름연관(28)을 포함하여 구성된다.
하우징(11)은 하이브리드 보일러(10)의 몸체를 구성한다.
하우징(11)의 하부에는 화목연소실(12)이 설치되고 중앙에는 화목연소실(12)과 분리되어 기름연소실(26)이 설치된다.
화목연소실(12)은 화목(25)의 연소가 이루어지는 곳이다. 하우징(10)의 하부 전면에는 연료투입구(16)가 설치되며, 연료투입구(16)의 개폐에 의해 화목연소실(12) 안으로 화목(25)의 투입이 가능하다.
기름연소실(26)은 기름을 연소시키는 곳이다. 기름연소실(26)의 전면에는 기름연소실(26)의 내부로 화염을 분사하는 버너(27)가 설치된다. 본 실시예에서는 기름연소실(26)을 예로 들어 설명하지만, 기름연소실(26) 대신에 가스연소실로 대체될 수 있음은 자명하다.
하우징(11)의 상부에는 열교환기(13)가 설치된다. 열교환기(13)는 수직연관(14)을 통해 화목연소실(12)과 연결된다. 화목연소실(12)에서 화목(25)이 연소되면서 발생하는 연소가스는 수직연관(14)을 따라 열교환기(13)로 들어간다. 열교환기(13)는 연소가스의 배출경로 및 열교환경로를 제공한다. 열교환기(13)의 구조적 특징에 대해서는 상세히 후술할 것이다. 한편, 열교환기(13) 주변에는 공지의 급탕유로(도시생략)가 형성되며 급탕입구(24a) 및 급탕출구(24b)와 연결된다.
하우징(11)의 내부에서 기름연소실(26)의 주변에는 기름연관(28)이 설치된다. 기름연관(28)은 기름연소실(26)과 직접 연결되며 기름의 연소에 의해 발생하는 연소가스의 배출경로 및 열교환경로를 제공한다.
하우징(11)의 내부에는 화목연소실(12), 기름연소실(26), 기름연관(28), 열교환기(13), 수직연관(14)을 둘러싸도록 수실(15)이 설치된다. 수실(15)에는 물이 저장되고 난방환수(23a) 및 난방출구(23b)와 연결된다. 수실(15) 내의 물은 화목연소실(12), 기름연소실(26), 기름연관(28), 수직연관(14), 열교환기(13)와의 열교환에 의해 가열된다.
배기연관(19)은 하우징(11)의 내부(또는 외부) 전면에서 기름연관(28) 및 열교환기(13)와 각각 연결되도록 설치된다. 배기연관(19)은 외기 연통과 연결되어 연소가스의 배출경로를 제공한다. 특히, 배기연관(19)에는 배풍기(20)가 설치된다. 배풍기(20)는 기름연관(28)과 열교환기(13)로부터 각각 배기되는 연소가스가 배기연관(19)을 통해 배기되도록 작동한다. 배기연관(19)과 배풍기(20)의 배풍 구조에 대해서는 상세히 후술할 것이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 보일러의 열교환기 구조를 보여주는 횡단면도이다.
전술한 도 1 및 도 2a와 도 2b를 참조하면, 열교환기(13)는 원통형 구조를 가진다. 특히, 열교환기(13)의 내주면과 외주면 중의 적어도 한 곳에는 다수개의 열교환핀(13a)이 형성될 수 있다. 예컨대 도 2a는 열교환기(13)의 외주면에만 열교환핀(13a)이 형성된 경우를, 도 2b는 열교환기(13)의 내주면과 외주면에 모두 열교환핀(13a)이 형성된 경우를 각각 예시하고 있다. 이와 같이 열교환기(13)에 열교환핀(13a)을 형성하게 되면 열교환면적이 증가되면서 열효율이 향상될 수 있다.
또한, 열교환기(13)는 도 1에 도시된 바와 같이 내부에 지그재그판(13b)이 형성될 수 있다. 지그재그판(13b)은 열교환기(13) 내부를 따라 소정의 간격으로 지그재그 형태로 배치되어 열교환기(13)를 통과하는 연소가스의 배출경로를 늘리게 된다. 지그재그판(13b)은 예컨대 원통형의 열교환기(13)를 횡단면상에서 바라봤을 때 반원 형상으로 번갈아 형성되거나 삼분원 또는 사분원이 번갈아 형성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 열교환기(13)는 하우징(11)의 외부 후면으로 연장되어 수액배출구(21)가 설치된다. 수액배출구(21)는 응축수나 목초액 등의 수액을 외부로 배출시키기 위한 일종의 드레인(drain) 밸브이다. 이때 수액의 배출이 원활히 이루어지도록 열교환기(13)는 수액배출구(21) 쪽으로 하향 경사지도록 형성되는 것이 바람직하다. 경사각은 대략 10도 내외이다. 이와 같이 열교환기(13)를 하향 경사지게 형성하여 수액 배출이 원활히 이루어지면 수액이 열교환기(13)의 내부에 누적되어 열교환 능력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
하우징(11)의 외부 후면에는 또한 열교환기(13)와 연결되는 청소구(18)가 설치된다. 청소구(18)는 열교환기(13) 내부를 청소하기 위한 통로로, 예컨대 플랜지(flange) 타입으로 열교환기(13)와 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 보일러의 배풍 구조를 보여주는 측단면도이다.
도 1과 도 3을 참조하면, 배기연관(19)은 T자형 구조를 가진다. 즉, 배기연관(19)은 제1 측부(19a)에서 열교환기(13)와 연결되고, 하부(19b)에서 기름연관(28)과 연결되며, 제2 측부(19c)에 배풍기(20)가 설치되고, 상부(19d)를 통해 외기 연통(도시생략)과 연결된다. 배기연관(19)의 제1 측부(19a)와 열교환기(13)의 연결 및 하부(19b)와 기름연관(28)의 연결은 각각 플랜지 타입을 이용할 수 있다. 그러나 반드시 그에 한정되는 것은 아니다. 배풍기(20)는 배기연관(19)의 제2 측부(19c) 쪽에 위치하되, 배기연관(19)의 내부에 삽입되지 않고 외부에 위치한다. 이와 같이 배풍기(20)를 배기연관(19)의 외부에 두면 부식이나 변형 등의 내구성 문제를 해결할 수 있다. 배풍기(20)는 배풍관(20a)을 포함한다. 배풍관(20a)은 배기연관(19)의 제2 측부(19c)의 일부를 관통하여 용접되며 배기연관(19)의 내부로 삽입되어 배기연관(19)의 제1 측부(19a)와 수직으로 위치한다.
특히, 배풍관(20a)은 벤츄리관(ventury tube)일 수 있다. 즉, 배풍관(20a)의 중앙 부분이 가늘게 형성되고 이 부분이 배기연관(19)의 제1 측부(19a) 쪽에 위치하게 된다. 따라서 열교환기(13)와 연결된 배기연관(19)의 제1 측부(19a)로부터 배출되는 연소가스는 배기연관(19)의 상부(19d)와 배풍관(20a) 상부의 상대적으로 좁은 공간을 지나면서 유속이 빨라지게 되어(베르누이 원리) 외기 연통으로의 배기가 원활히 이루어진다. 마찬가지로, 기름연관(28)과 연결된 배기연관(19)의 하부(19b)로부터 배출되는 연소가스도 배기연관(19)의 상부(19d)와 배풍관(20a) 상부의 상대적으로 좁은 공간을 지나면서 유속이 빨라지게 되어 외기 연통으로의 배기가 원활히 이루어진다.
이와 같이, 본 발명의 하이브리드 보일러(10)는 기존에 주로 이용되는 송풍 구조 대신에 배풍 구조를 이용한다. 따라서 기름연관(28)과 열교환기(13)로부터 배기되는 연소가스가 원활히 배기되도록 함으로써 결국에는 기름연소실(26)과 화목연소실(12)로 흡기되는 공기공급이 원활하도록 돕는다.
한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 화목연소실(12)에는 공지의 재받이 및 수관 로스톨 등이 설치될 수 있고, 연료투입구(16)에는 공기조절댐퍼가 설치될 수 있으며, 수실(15)에는 온도센서가 설치될 수 있다. 그 밖에 보일러 동작을 제어하기 위한 제어기가 설치되는 것은 자명하다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10: 하이브리드 보일러 11: 하우징
12: 화목연소실 13: 열교환기
13a: 열교환핀 13b: 지그재그판
14: 수직연관 15: 수실
16: 연료투입구 18: 청소구
19: 배기연관 20: 배풍기
20a: 배풍관 21: 수액배출구
23a: 난방환수 23b: 난방출구
24a: 급탕입구 24b: 급탕출구
25: 화목 26: 기름연소실
27: 버너 28: 기름연관

Claims (8)

  1. 보일러의 몸체를 구성하는 하우징;
    상기 하우징의 하부에 설치되며 화목의 연소가 이루어지는 화목연소실;
    상기 하우징의 하부 전면에 설치되며 상기 화목연소실 안으로 상기 화목의 투입이 가능하도록 개폐되는 연료투입구;
    상기 화목연소실과 분리되도록 상기 하우징의 중앙에 설치되며 기름을 연소시키는 기름연소실;
    상기 기름연소실의 주변에서 상기 기름연소실과 연결되도록 설치되며 상기 기름의 연소에 의해 발생하는 연소가스의 배출경로 및 열교환경로를 제공하는 기름연관;
    상기 하우징의 상부에 설치되며 상기 화목의 연소에 의해 발생하는 연소가스의 배출경로 및 열교환경로를 제공하는 열교환기;
    상기 하우징의 내부에서 상기 화목연소실과 상기 열교환기를 연결하도록 설치되는 수직연관;
    상기 하우징의 내부에서 상기 화목연소실과 상기 기름연소실과 상기 기름연관과 상기 열교환기와 상기 수직연관을 둘러싸도록 설치되며 물을 저장하는 수실;
    상기 하우징의 전면에서 상기 기름연관 및 상기 열교환기와 연결되도록 설치되며 상기 연소가스의 배출경로를 제공하는 배기연관;
    상기 배기연관에 설치되며 상기 기름연관 및 상기 열교환기로부터 배기되는 상기 연소가스가 상기 배기연관을 통해 배기되도록 작동하는 배풍기;를 포함하되,
    상기 열교환기는 원통형 구조이며 내주면 및 외주면 중의 적어도 한 곳에 다수개의 열교환핀이 형성되고,
    상기 열교환기의 내부에는 상기 연소가스의 배출경로를 늘리기 위한 지그재그판이 형성되어 있으며,
    상기 기름연소실과 기름연관은 각각 가로 방향으로 일정 길이를 갖도록 형성되되, 상기 기름연관이 상기 기름연소실을 둘러싸도록 배치되어 기름의 연소시 발생하는 연소가스가 지그재그 방향으로 유동한 후 배출되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 보일러.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 열교환기는 상기 하우징의 외부 후면으로 연장되어 수액배출구가 설치되며, 상기 수액배출구 쪽으로 하향 경사지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 보일러.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징의 외부 후면에서 상기 열교환기와 연결되도록 설치되는 청소구;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 보일러.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기연관은 T자형 구조로서, 상기 열교환기와 연결되는 제1 측부, 상기 기름연관과 연결되는 하부, 상기 배풍기가 설치되는 제2 측부, 외기 연통과 연결되는 상부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 보일러.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 배풍기는 상기 배기연관의 제2 측부로부터 상기 배기연관의 내부로 삽입되어 상기 배기연관의 제1 측부와 수직으로 위치하는 배풍관을 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 보일러.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 배풍관은 벤츄리관인 것을 특징으로 하는 하이브리드 보일러.
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