KR101562509B1 - 진공 온수 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공 온수 보일러에 관한 것이며, 상세하게는 진공 온수 보일러의 진공모드 운전시 진공이 파괴될 경우 대기개방모드 운전으로 신속하게 전환할 수 있는 난방 또는/ 및 급탕용 간접 가열 진공 온수 보일러의 진공파괴시의 응급조치에 관한 것으로서, 진공 온수 보일러의 장점을 이용하면서 추기수단(진공장치)의 고장시에 응급조치로서, 진공모드 운전을 대기개방모드 운전으로 전환하여 난방용 또는/ 및 급탕용 온수를 신속하게 생성할 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 열매수(11)를 채우고, 내부압을 대기압 이하와 대기압을 선택적으로 유지하며, 상기 열매수(11)에 노통(13)을 배치시킨 통체(10)와; 상기 통체(10)의 상부에 배치하여서 상기 열매수(11)의 가열에 의하여 생성된 증기 또는 온수에 의하여 물이 가열되는 적어도 1개 이상의 열교환기(20)와; 상기 통체(10)의 상부에 설치한 대기개방 통체(30)와; 상기 대기개방 통체(30)에 설치한 추기수단(40);을 포함하여 구성한 것이다.

Description

진공 온수 보일러{VACUUM HOT WATER BOILER}

본 발명은 진공 온수 보일러에 관한 것이며, 상세하게는 진공 온수 보일러의 진공모드 운전시 진공이 파괴될 경우 진공모드 운전을 대기개방모드 운전으로 신속하게 전환할 수 있는 난방 또는/ 및 급탕용 간접 가열 진공 온수 보일러의 진공파괴시의 응급조치에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 열매수를 대기압 이하의 진공 상태에서 가열하면 낮은 온도에서 증발하므로 보일러 통체를 압력용기로 제작하지 않아도 되고, 또한 유자격자가 상주할 필요도 없기 때문에 그 보급이 증가 추세에 있다.

종래의 진공 온수 보일러는 특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 내부압이 대기압 이하의 관체와, 상기 관체내에 채워진 열매액(열매수)를 가열하기 위한 가열수단과, 상기 관체의 증기에 의해 피가열유체를 가열하여 인출하는 열교환기와, 상기 관체내의 비응축성가스를 배출하기 위한 추기수단을 설치하여서, 열매액을 진공상태로 가열하여 생성된 증기에 의하여 열교환기에 공급되는 피가열유체를 가열하는 것이다.

상기와 같이 피가열유체를 가열할 때, 관체내에서 발생하는 수소가스 또는 외부로부터 침입되는 공기 등의 비응축성가스가 존재하면, 열교환기의 표면에 비응축가스가 부착되어 열전달효율이 저하되기 때문에 이를 방지하기 위하여 관체내에서 발생된 비응축가스를 추기수단을 작동하여 외부로 배출하는 것이다.

한편 상기 특허문헌 1의 진공 온수 보일러는 관체의 상부에 형성되는 감압증기실에 모인 증기에 의하여 피가열유체를 가열하고, 추기수단은 비응축가스 집합실, 추기관로, 체크밸브, 추기펌프 등을 구비하므로 그 구성 부품의 어느 하나가 고장을 일으키면 설정된 진공상태를 유지하지 못하여 열전달효율의 저하를 방지할 수 없으므로 운전불능현상을 초래하고 있는 바, 상기 특허문헌 1의 문제점을 해결하였다는 진공 온수기가 특허문헌 2에 개시되어 있다.

상기 특허문헌 2의 진공 온수기는 열매수가 채워지고 내부가 진공인 관체와, 상기 관체의 하부의 열매수 중에 침적상태로 배치된 연소실과, 관체내의 열매수 중에 침적된 수열용 열교환기를 구비하여서 수열용 열교환기 내부를 흐르는 난방용 또는/ 및 급탕용 온수를 고온의 열매수에 의하여 가열토록 한 것이다.

상기한 특허문헌 2의 진공 온수기는 난방용 또는/ 및 급탕용 온수를 고온의 열매수에 의하여 가열하므로 관체내에 존재하는 비응축가스가 열교환기의 열전달에 악영향을 미치지 않는 장점은 있으나, 관체내에서 비응축가스의 발생은 방지할 수 없기 때문에 관체내에 비응축가스가 존제하고 추기수단이 고장을 일으킬 경우 진공 온수기로서의 기능을 달성할 수 없는 더욱 더 큰 문제점이 발생하는 것이다.

일본공개특허공보 특개평2-223702호 일본공개특허공보 특개평8-210704호

그러나 상기한 특허문헌 1의 진공 온수 보일러 및 특허문헌 2의 진공 온수기의 추기수단은 전문 아프터 서비스(after service) 요원(유자격자)이 방문 출장 수리를 하여야하기 때문에 추기수단의 고장시에는 장시간의 운전 불능 현상이 초래됨으로써 필요한 난방용 온수 또는/ 및 급탕용 온수의 공급 중단을 초래하게 되는 문제점이 발생하는 것이다.

본 발명은 진공 온수 보일러의 장점을 이용하면서 추기수단(진공장치)의 고장시에 응급조치로서, 진공모드 운전을 대기개방모드 운전으로 전환하여 난방용 또는/ 및 급탕용 온수를 신속하게 생성할 수 있는 진공 온수 보일러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 추기수단의 고장시 난방용 또는/및 급탕용 온수를 신속하게 생성함과 아울러 폐열에 의하여 난방용 또는/및 급탕용 온수의 생성량을 대폭 증대한 진공 온수 보일러를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 난방모드 운전시 폐열에 의하여 급탕용 온수를 함께 생성할 수 있는 진공 온수 보일러를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 열매수를 채우고, 내부압을 대기압 이하와 대기압을 선택적으로 유지하며, 상기 열매수에 노통을 배치시킨 통체와; 상기 통체의 상부에 배치하여서 상기 열매수의 가열에 의하여 생성된 증기 또는 온수에 의하여 물이 가열되는 적어도 1개 이상의 열교환기와; 상기 통체의 상부에 설치하고, 밸브를 부설한 방출관을 연결한 대기개방 통체와; 상기 대기개방 통체에 설치한 추기수단;을 포함하여 구성한 것이다.

또한 본 발명은 열매수를 채우고, 내부압을 대기압 이하와 대기압을 선택적으로 유지하며, 상기 열매수에 노통을 배치시킨 통체와; 상기 통체의 상부에 배치하여서 상기 열매수의 가열에 의하여 생성된 증기 또는 온수에 의하여 물이 가열되는 적어도 1개 이상의 열교환기와; 상기 통체의 상부에 설치하고, 밸브를 부설한 방출관을 연결한 대기개방 통체와; 상기 대기개방 통체에 설치된 추기수단과; 상기 통체의 연도에 제2 열교환기를 설치하고, 상기 제2 열교환기의 양단에 출구도관 및 입구도관을 연결하여 그 타단을 상기 열교환기의 헤더에 형성한 상ㆍ하부 구획실에 연결하여서 상기 하부구획실로 공급되는 급수가 상기 열교환기의 U자형 열교환관과 제2 열교환기를 병렬로 흐르도록 한 폐열흡수수단;을 포함하여 구성한 것이다.

그리고 본 발명은 열매수를 채우고 내부압을 대기압 이하와 대기압을 선택적으로 유지하며, 상기 열매수에 노통을 배치시킨 통체와; 상기 통체의 상부에 배치하여서 상기 열매수의 가열에 의하여 생성된 증기 또는 온수에 의하여 물이 가열되는 열교환기와; 상기 통체의 상부에 설치하고, 밸브를 부설한 방출관을 연결한 대기개방 통체와; 상기 대기개방 통체에 설치된 추기수단과; 상기 통체의 연도에 제2 열교환기를 설치하고, 상기 제2 열교환기의 양단에 출구도관 및 입구도관을 연결하여 그 타단을 상기 열교환기의 헤더에 형성한 상ㆍ하부 구획실에 연결하여서 상기 하부구획실로 공급되는 급수가 상기 열교환기의 U자형 열교환관과 제2 열교환기를 병렬로 흐르도록 한 폐열흡수수단과; 상기 제2 열교환기의 양단에 온수탱크를 연결한 급탕용 온수 생성수단;을 포함하여 구성한 것이다.

이상과 같이 본 발명은 통체의 상부에 대기개방 통체를 설치하였으므로 진공모드 운전시 진공이 파괴되어 열전달효율이 저하되어 난방용 또는/ 및 급탕용 온수의 생성이 곤란할 경우 전문 아프터서비스 요원의 방문을 기다리지 않고 관리자가 진공모드 운전을 대기개방모드 운전으로 전환하여 응급조치함으로써 난방용 또는/ 및 급탕용 온수를 신속하게 생성할 수 있기 때문에 수요자의 난방용 또는/ 및 급탕용 온수의 수요를 항상 원활하게 공급하여 수요자의 욕구를 양호하게 충족할 수 있는 것이다.

그리고 대기개방 통체의 통체본체를 비응축가스 집합실로 이용함으로써 추기수단의 구조를 단순화할 수 있는 것이다.

또한 본 발명은 연도에 제2 열교환기를 설치하여 진공모드 또는 대기개방모드 운전시 열교환기 헤더의 하부 구획실에 공급되는 급수를 U자형 열교환관과 제2 열교환기에 병렬로 흐르도록 함으로써 통체의 용량을 증대시키지 않고도 온수생성량을 대폭 증대할 수 있고, 또한 제2 열교환기는 연도로 배출되는 폐열에 의하여 가열함으로써 폐열의 흡수를 양호하게 하였기 때문에 열효율이 증대되는 것이다.

그리고 본 발명은 통체의 상부에 열교환기를 설치할 때 난방용 열교환기 1개만 배치하여 난방용 온수만을 생성하고, 연도에 배치한 제2 열교환기에서 폐열에 의하여 급탕용 온수를 생성함으로써 통체를 콤팩트하게 제조할 수 있기 때문에 제조원가를 절감할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 단면도
도 2는 본 발명의 제2 실시예의 단면도
도 3은 본 발명의 제3 실시예의 단면도

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 단면도로서, 부호 10은 통체(10)로서, 상기 통체(10)는 하방에 열매수(11)(열매액)를 채우고 상방에 감압증기실(12)을 형성함과 아울러 내부압을 대기압 이하로 유지한 것이다. 그리고 상기 열매수(11)에는 노통(13)을 배치하여 노통(13)의 후방에 다수의 수직수관(14)을 설치한 것이다.

20은 열교환기(20)로서, 상기 열교환기(20)는 상기 통체(10)의 상부에 형성되는 감압증기실(12)에 적어도 1개 이상을 배치하며, 상기 열교환기(20)는 헤더(21)와 상기 헤더(21)에 연결되는 U자형 열교환관(22)으로 구성하며, 상기 헤더(21)는 플랜지(17)를 부설한 관판(23)에 구획판(24)으로 상ㆍ하부 구획실(25a)(25b)을 형성하여 상기 상ㆍ하부 구획실(25a)(25b)에 U자형 열교환관(22)의 양단을 연결함과 아울러 온수 배출관(26)과 급수관(27)을 형성하고, 한편, 통체(10)의 상부에 지지관(16)을 형성함과 아울러 그 입구 주위에 플랜지(17)를 형성하여 상기 지지관(16)에 상기 열교환기(20)의 U자형 열교환관(22)을 삽입하고, 관판(23)과 플랜지(17)를 결합한 것이다.

상기 열교환기(20)는 1개만을 배치할 경우 난방용 온수와 급탕용 온수를 선택적으로 생성하고, 난방용 및 급탕용 온수를 동시에 생성할 경우에는 2개를 설치하여 각각 난방용 온수와 급탕용 온수를 동시에 생성하는 것이다.

상기 열교환관(22)은 U자형을 도시하고 설명하였으나, 상기한 것에 한하지 않고 주지된 열교환관 예를 들면 후단에 전환부가 형성된 직선관이나 코일형으로도 할 수 있음은 물론이다.

30은 대기개방 통체(30)로서, 상기 대기개방 통체(30)는 통체(10)의 상부에 통체본체(31)를 설치하여 상기 통체본체(31)의 상방에 수위감지기(32)를 설치함과 아울러 밸브(34)를 부설한 방출관(33)을 연결하며, 통체본체(31)의 측면에 밸브(36)를 부설한 보충수 공급관(35)을 연결한 것으로서, 후술하는 추기수단(40)의 고장시 밸브(34)를 개방하여 상기 통체(10) 내를 대기에 개방하여서 대기압이 유지되는 대기개방모드 운전으로 전환토록 한 것이다.

40은 추기수단(40)으로서, 상기 추기수단(40)은 상기 대기개방 통체(30)의 통체본체(31)에 비응축가스 배출관(41)을 연결하여 상기 비응축가스 배출관(41)에 체크밸브(42) 및 추기펌프(43)를 차례로 설치하고, 상기 체크밸브(42)와 추기펌프(43) 사이에 전자밸브(44)를 설치한 것으로서, 본 발명의 제1 실시예는 통상적인 진공보일러에 설치하던 비응축가스 집합실을 생략하고 상기 통체본체(31)를 비응축가스 집합실로 겸용토록 함으로써 추기수단(40)의 구성을 단순화한 것이다.

상기 추기수단(40)은 공지된 것이고, 그 작동도 열매수(11)의 온도를 검출하는 온도센서와, 감압증기실(12)의 상부에 설치하여 비응축가스의 온도를 검출하는 온도센서의 검출 온도차가 설정치 이상일 때 제어기에 의하여 전자밸브(44)를 개방하고 추기펌프(43)를 구동하여 통체(10) 내의 비응축가스를 대기로 배출하는 것(특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조)인 바, 본 발명의 제1 실시예는 추기장치에 요지가 있는 것이 아니므로 상세한 설명은 생략한다.

미설명부호 18은 연도이고, 19는 열매수감시창이다.

이상과 같은 본 발명의 제1 실시예는 통체(10) 내를 추기수단(40)을 구동하여 대기압 이하로 유지하여 진공을 유지하고, 대기개방 통체(30)의 방출관(33)을 폐쇄한 상태에서 버너에서 분사된 연료를 노통(13)에서 연소하면 그 화염은 통체(10)의 하방에 채워진 열매수(11)를 가열하여 증기를 생성하고, 그 증기는 통체(10)의 상부의 감압증기실(12)에 모이며, 한편 급수를 열교환기(20)의 헤더(21)에 형성된 급수관(27)으로 공급하면 U자형 열교환관(22)을 흐르면서 감압증기실(12)에 모이는 증기와 열교환하여 온수화된 후 온수 배출관(26)을 통하여 필요한 용도인 난방용 또는/ 및 급탕용으로 공급되고, 상기와 같이 증기에 의하여 급수를 가열할 때 그 증기는 응축되어 통체(10)의 하방으로 순환되어 재가열되는 싸이클을 반복하는 진공모드 운전을 실시하는 것이다.

상기와 같이 진공모드로 운전할 때 추기수단(40)이 고장을 일으키면 증기가 급수에의 열전달이 저하되어 온수가열의 효율이 저조하거나 불가능한 현상이 초래됨으로써 난방용 또는/ 및 급탕용 온수의 공급이 불가능하게 되는 것이다. 상기와 같이 추기수단(40)의 고장으로 온수 공급이 불가능할 경우 무자격자인 관리자가 대기개방 통체(30)의 방출관(33)에 설치한 밸브(34)를 개방하여 통체(10) 내를 대기압으로 유지하면서 버너에 의하여 열매수(11)를 계속 가열하여 대기개방모드 운전으로 응급 전환하여 온수를 발생하여 그 온수에 의하여 열교환기(20)에서 온수를 생성하여 필요한 용도에 재공급하는 것이다. 그리고, 상기와 같이 대기개방모드 운전시 보충수 공급관(35)에 설치한 밸브(36)를 개방하여 통체(10) 내에 보충수를 공급하며, 통체(10) 내에 보충되는 보충수는 통체본체(31)에 설치된 수위감지기(32)에 의하여 제어되는 것이다.

그리고 진공모드 운전시 통체(10) 내의 비응축가스의 추기시 비응축가스는 통체본체(31)에 모이며 상기와 같이 통체본체(31)를 비응축가스 집합실로 겸용함으로써 종래 진공 보일러에서 별도의 비응축가스 집합실을 설치하던 것에 비하여 추기수단(40)의 구성을 단순화할 수 있는 것이다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예의 단면도로서, 상기 제1 실시예와 차이되는 점은 폐열흡수수단(50)을 추가 설치한 것으로서, 상기 제1 실시예와 동일한 구성은 동일한 부호를 부여하고 구체적 설명은 생략하며 차이되는 점에 대하여서만 설명한다.

본 발명의 제2 실시예의 폐열흡수수단(50)은 연도에 제2 열교환기(51)를 설치하여 그 양단에 출구도관(53) 및 입구도관(52)을 연결하여 그 타단을 상기 열교환기(20)의 헤더(21)에 형성한 상ㆍ하부 구획실(25a)(25b)에 연결하여서, 상기 하부구획실(25b)로 공급되는 급수가 U자형 열교환관(22)과 제2 열교환기(51)를 병렬로 흐르도록 한 것이다.

상기한 본 발명의 제2 실시예는 제2 열교환기(51)를 1개만 도시하였으나, 열교환기(20)를 2개를 설치할 경우에는 제2 열교환기(51)도 2개를 설치하여 각각 출구도관(53) 및 입구도관(52)에 연결하는 것이다.

미설명부호 54는 순환펌프이고, 55는 밸브이다.

상기와 같이 제2 열교환기(51)를 흐르는 급수를 U자형 열교환관(22)과 병렬로 흐르도록 하여 제2 열교환기(51)에서도 온수를 생성하면 본 발명의 제2 실시예의 온수 보일러와 공지된 온수 보일러의 통체(10)의 전열 면적이 동일할 경우 본 발명의 제2 실시예의 온수 생성량을 대폭 증대할 수 있고, 또한 제2 열교환기(51)에 의하여 폐열을 흡수함으로써 열효율이 증대되는 것이다.

그리고 상기 급수관(27) 및 온수 배출관(26)의 단면적은 U자형 열교환관(22) 및 제2 열교환기(51)의 합계 단면적의 동등이상의 단면적으로 형성하여 U자형 열교환관(22)과 제2 열교환기(51)의 용량에 부합되는 급수를 양호하게 공급하고, 또한 가열된 온수도 양호하게 배출토록 한 것이다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예의 단면도로서, 상기 제2 실시예와 차이되는 점은 통체(10)의 상부에 배치되는 열교환기(20)를 1개만 설치하고, 급탕용 온수생성수단(60)을 설치한 것으로서, 상기 제2 실시예와 동일한 구성은 동일한 부호를 부여하고 구체적 설명은 생략하고 차이되는 점에 대하여서만 설명한다.

본 발명의 제3 실시예의 급탕용 온수생성수단(60)은 상기 제2 열교환기(51)를 이용하여 그 양단에 온수탱크(61)에 연결되는 유입관(62) 및 배출관(63)을 연결하고, 상기 유입관(62) 및 배출관(63)과 상기 출구도관(53) 및 입구도관(52)에 상호 반대 방향으로 개폐되는 밸브(64a)(64b)와 밸브(65a)(65b)를 각각 설치하여서, 제3 실시예의 운전시 상기 출구도관(53) 및 입구도관(52)에 설치한 밸브(65a)(65b)는 폐쇄하고 제2 열교환기(51) 및 온수탱크(61)에 의하여 급탕용 온수를 생성하는 것이다.

상기와 같이 급탕용 온수생성수단(60)에서 급탕용 온수를 생성할 때 통체(10)에는 1개의 열교환기(20)만을 설치하여 난방용 온수만을 생성하는 것이다.

미설명부호 66은 급수관이고 67은 온수배출관이다.

본 발명의 제3 실시예는 열교환기(20)에서 난방용 온수를 생성하면서 출구도관(53) 및 입구도관(52)에 설치한 밸브(65a)(65b)를 폐쇄하고 유입관(62) 및 배출관(63)에 설치한 밸브(64a)(64b)를 개방하여 폐열에 의하여 제2 열교환기(51)를 흐르는 급수를 가열함으로써 급탕용 온수를 생성하는 것이다.

상기와 같이 연도에 설치한 제2 열교환기(51)를 급탕용 온수 생성용으로 이용하면 통체(10)에는 1개의 난방용 열교환기(20)만을 설치할 수 있어 통체(10)를 콤팩트하게 제조할 수 있어 제조원가를 절감할 수 있고 설치 면적을 작게 차지할 수 있는 것이다.

10 ; 통체 20 ; 열교환기
30 ; 대기개방 통체 40 ; 추기수단
50 ; 폐열흡수수단 51 ; 제2 열교환기
60 ; 급탕용 온수생성수단

Claims (6)

1. 열매수를 채우고, 내부압을 대기압 이하와 대기압을 선택적으로 유지하며, 상기 열매수에 노통을 배치시킨 통체와; 상기 통체의 상부에 배치하여서 상기 열매수의 가열에 의하여 생성된 증기 또는 온수에 의하여 물이 가열되는 적어도 1개 이상의 열교환기와; 상기 통체의 상부에 설치하고, 밸브를 부설한 방출관을 연결한 대기개방 통체와; 상기 대기개방 통체에 설치한 추기수단;을 포함하여 구성한 진공 온수 보일러.
2. 열매수를 채우고, 내부압을 대기압 이하와 대기압을 선택적으로 유지하며, 상기 열매수에 노통을 배치시킨 통체와; 상기 통체의 상부에 배치하여서 상기 열매수의 가열에 의하여 생성된 증기 또는 온수에 의하여 물이 가열되는 적어도 1개 이상의 열교환기와; 상기 통체의 상부에 설치하고, 밸브를 부설한 방출관을 연결한 대기개방 통체와; 상기 대기개방 통체에 설치된 추기수단과; 상기 통체의 연도에 제2 열교환기를 설치하고, 상기 제2 열교환기의 양단에 출구도관 및 입구도관을 연결하여 그 타단을 상기 열교환기의 헤더에 형성한 상ㆍ하부 구획실에 연결하여서 상기 하부구획실로 공급되는 급수가 상기 열교환기의 U자형 열교환관과 제2 열교환기를 병렬로 흐르도록 한 폐열흡수수단;을 포함하여 구성한 진공 온수 보일러.
3. 열매수를 채우고, 내부압을 대기압 이하와 대기압을 선택적으로 유지하며, 상기 열매수에 노통을 배치시킨 통체와; 상기 통체의 상부에 배치하여서 상기 열매수의 가열에 의하여 생성된 증기 또는 온수에 의하여 물이 가열되는 열교환기와; 상기 통체의 상부에 설치하고, 밸브를 부설한 방출관을 연결한 대기개방 통체와; 상기 대기개방 통체에 설치된 추기수단과; 상기 통체의 연도에 제2 열교환기를 설치하고, 상기 제2 열교환기의 양단에 출구도관 및 입구도관을 연결하여 그 타단을 상기 열교환기의 헤더에 형성한 상ㆍ하부 구획실에 연결하여서 상기 하부구획실로 공급되는 급수가 상기 열교환기의 U자형 열교환관과 제2 열교환기를 병렬로 흐르도록 한 폐열흡수수단과; 상기 제2 열교환기의 양단에 온수탱크를 연결한 급탕용 온수 생성수단;을 포함하여 구성한 진공 온수 보일러.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   대기개방 통체는 통체본체의 상방에 수위감지기를 설치하고, 통체본체의 측면에 밸브를 부설한 보충수 공급관을 연결한 진공 온수 보일러.
5. 제2항에 있어서, 상·하부 구획실에 연결하는 급수관 및 온수 배출관의 단면적은 U자형 열교환관 및 제2 열교환기의 합계단면적의 동등이상의 단면적으로 형성한 진공 온수 보일러.
6. 제4항에 있어서,
   통체본체는 비응축가스 집합실을 겸용하는 진공 온수 보일러.

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