KR101608243B1 - 환수구가 상부에 설치되는 노통연관식 온수 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환수구가 상부에 설치되는 노통연관식 온수 보일러를 개시한다. 본 발명은 배출구와 환수구를 상부에 가지고 내부에 물이 채워지는 본체와, 이 본체내에 설치되어 버너의 연소실로 기능하는 노통과, 이 노통의 외부 주위에 배열되어 연소가스가 통과하는 다수의 연관 및 노통의 후단에 설치되어 연소가스를 연관으로 유도하는 후연소챔버를 포함하는 환수구가 상부에 설치되는 노통연관식 온수 보일러에 있어서, 본체의 내부에 그 환수구와 연통하도록 설치되고, 환수구를 통해 환수되는 냉수가 연관이 설치되지 않은 본체의 저부에서 토출되도록 유도하는 환수안내관을 구비하여 구성된다. 환수안내관은 내식성과 내열성이 우수한 스테인레스스틸로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 환수구를 통해 본체내로 유입되는 냉수가 연관으로 직접 토출되지 않고 연관과 이격된 위치의 본체 저부로 토출됨으로써 온수와 냉수간의 극심한 온도차에 의한 열충격과 대류불량에 기인한 정체현상으로 발생되는 과열로 인한 연관의 손상이 최소화되고, 이에 따라 환수구가 상부에 설치되는 노통연관식 온수 보일러의 유지보수비용 절감과 수명연장에 큰 효과를 발휘한다.

Description

환수구가 상부에 설치되는 노통연관식 온수 보일러{Flue tube-smoke tube type hot water boiler}

본 발명은 용량이 크고 열효율이 높아 주로 공장 등의 산업용이나 대형 빌딩 또는 아파트 단지 등의 중앙난방용 등으로 사용되는 노통연관 보일러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 환수구가 보일러의 상부에 설치되는 노통연관 보일러에서 저온의 환수가 고온의 연소가스가 지나가는 연관에 직접 접촉하는 것을 최대한 억제하면서 고온고압의 보일러 내에서 대류에 의한 물의 순환이 원활하게 이루어지도록 촉진시킴으로써 연관의 후단 접합부가 열충격으로 파손되는 것을 최소화시킬 수 있도록 된 노통연관식 온수 보일러에 관한 것이다.

일반적으로 대형 빌딩이나 아파트 단지 등의 중앙난방시설이나 공장 등의 산업시설에서는 고온의 온수 또는 증기를 대량으로 공급하여야 하는 바, 대용량 고효율의 산업용 보일러가 요구된다.

이러한 산업용 보일러에는 수조를 형성하는 본체내에 노통(flue tube)만을 구비하는 노통 보일러와, 수조를 형성하는 본체내에 다수의 연관(smoke tube)만을 구비하는 연관 보일러 및 이들을 결합한 노통연관식 보일러 등이 있는데, 이 중 전열효율이 좋고 열효율이 대단히 우수한 노통연관식 보일러가 주로 사용되고 있다.

도 1에는 일반적인 노통연관식 온수 보일러의 일례를 개략적으로 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 노통연관식 온수 보일러는 물이 채워지는 원통형의 본체(1) 내에 연소실로 기능하는 노통(2)을 축방향으로 설치하고, 이 노통(2)의 외부 주위에 다수의 연관(3)들을 소정형태로 배치하여 버너(4)에 의해 연소실에서 연소된 연료의 연소가스가 다수의 연관(3)들을 거쳐 배기덕트(5)로 배출되도록 함으로써 고효율을 달성하고 있다.

이를 위해 노통(2)의 후단에는 노통(2)에서 발생된 연소가스를 주위의 연관(3)으로 유도하는 후연소챔버(6)가 설치되어 있고, 각 연관(3)들은 도 2에 도시한 바와 같이 후연소챔버(6)에 용접으로 접합되거나 또는 확관접합방식으로 고정되는 구조를 갖는 것이 일반적이다.

그런데, 이와 같은 일반적인 노통연관식 보일러는 환수구(8)가 본체(1)의 상부에 설치되어 있으므로 배출구(7)를 통해 배출되어 소정의 경로를 순환한 후 환수구(8)를 통해 본체(1) 내로 되돌아오는 냉수가 연관(3)의 상측에서 연관(30)들을 향해 직접적으로 토출되게 됨으로써 열충격에 의한 연관(3) 접합부의 파손현상이 극심한 문제를 안고 있었다.

즉, 통상 노통(2)에서 발생된 연소가스는 약 1,100℃ 정도인데, 환수구(8)로 되돌아오는 냉수의 온도는 대략 20℃ 정도에 지나지 않아 연관(3)에 엄청난 온도차에 따른 심한 열충격이 가해지게 되고, 이로 인해 상대적으로 취약한 연관(3)의 접합부위와 끝단에 크랙이 발생되면서 부식을 동반하게 되는 것이다.
이와 같은 현상은 보일러의 내부가 고온고압일수록 포화수와 포화증기의 비중량차이가 적어져서 대류에 의한 물의 순환이 둔화되는 것에 기인하게 되는데, 특히 후연소챔버(6) 인근에서는 고온의 화염으로 데워진 물의 밀도가 작아져 위로 올라가려고 하지만 환수구(8)가 본체(1)의 상부에 설치되는 보일러의 경우 환수구(8)에서 토출된 물의 밀도가 상대적으로 크기 때문에 아래로 내려오려는 힘으로 작용하게 되므로 후연소챔버(6) 근처의 물은 내려가지도 올라가지도 못하는 정체현상이 뚜렷하게 발생될 수밖에 없다.
따라서 본체(1)내의 후연소챔버(6) 근처에서 고온의 물이 장시간 정체되면서 과열현상이 발생되고, 이로 인해 후연소챔버(6)에 접합된 연관(3)의 후단부에서 비등(boiling) 현상이 야기됨으로써 연관(3) 후단부위의 과열이 급격히 일어날 수밖에 없는데, 후연소챔버(6)에 비해 상대적으로 얇은 연관(3)의 후단부가 열충격으로 열화되는 문제가 야기되는 것이다.

이러한 현상이 보일러의 가동 중에 지속적으로 발생되면 결국 연관(3)의 끝단과 접합부위가 파손됨으로써 도 3에 도시한 바와 같이, 양자간의 틈새로 본체(1)내의 물이 누수되는 문제가 야기되어 보일러 안전에 위협을 받게 되므로, 이 경우 연관(3)을 교체할 수밖에 없어 보일러의 유지보수비용이 과도하게 소요되는 것은 물론 보일러의 수명도 짧아지고 그 안정성 또한 담보할 수 없다.
더욱이, 현재 보급되어 있는 대부분의 노통연관 보일러가 환수구(8)를 보일러의 상부에 갖는 구성인 바, 잦은 연관(3) 교체비용으로 막대한 유지보수비용을 감내해야 하는 문제를 안고 있는 실정이다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 환수구가 보일러의 상부에 설치되는 노통연관 보일러에서 본체로부터 배출되어 소정경로를 순환한 후 환수되는 냉수가 고온의 연관에 직접 접촉되지 않도록 함과 동시에 환수된 냉수가 본체내의 상측에 장시간 정체되지 않고 대류에 의해 원활하게 순환되도록 촉진시켜 과열에 의한 열충격으로 연관이 손상되는 것을 최소화 함으로써 보일러의 유지보수비용은 줄이고 수명은 늘리면서 안정적인 운전을 가능케 할 수 있는 환수구가 상부에 설치되는 노통연관식 온수 보일러를 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 노통연관식 온수 보일러는, 배출구와 환수구를 상부에 가지고 내부에 물이 채워지는 본체와, 이 본체내에 설치되어 버너의 연소실로 기능하는 노통과, 이 노통의 외부 주위에 배열되어 연소가스가 통과하는 다수의 연관 및 노통의 후단에 설치되어 연소가스를 연관으로 유도하는 후연소챔버를 포함하는 환수구가 상부에 설치되는 노통연관식 온수 보일러에 있어서,

본체의 내부에 그 환수구와 연통하도록 설치되고, 환수구를 통해 환수되는 냉수가 연관이 설치되지 않은 본체의 저부에서 토출되도록 유도하는 환수안내관을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 한 바람직한 특징에 의하면, 환수안내관은 내식성과 내열성이 우수한 재질로 이루어질 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의한 환수구가 상부에 설치되는 노통연관식 온수 보일러에 의하면, 보일러에서 배출되어 소정경로를 순환한 후 환수되는 냉수가 고온의 연소가스가 지나가는 연관으로 직접 토출되지 않고 연관과 이격된 본체내의 저부로 토출되므로 냉수와 연소가스간의 극심한 온도차로 인해서 연관에 가해지는 열충격이 최소화되게 된다.
즉, 본체의 상부로 환수되는 냉수가 환수안내관을 통해서 본체의 저부쪽으로 유도되어 토출되기 때문에 본체내의 상층부, 특히 후연소챔버 근처에서 가열된 고온의 물과 환수되는 저온의 물간의 밀도차에 의한 정체현상이 발생되지 않고 대류가 원활하게 이루어지게 됨으로써 종래와 달리 후연소챔버 근처에서의 과열현상이 효과적으로 방지되는 것이다.

이에 따라 종래와 같은 후연소챔버 근처에서의 과열현상에 따른 열충격으로 연관의 후단부에 발생하는 크랙이 최대한 억제되어 연관 끝단과 접합부위의 부식현상도 현저히 줄어들게 됨으로써 연관의 손상 및 그로 인한 누수현상이 효과적으로 억제되게 된다.

그러므로 본 발명은, 환수구가 상부에 설치되는 노통연관식 온수 보일러의 유지보수비용 절감과 수명연장, 운전의 안정성 및 안전성 향상 등에 크게 기여하는 매우 우수한 효과가 있다.

도 1은 일반적인 노통연관 온수 보일러를 개략적으로 도시한 단면도,
도 2는 노통연관 온수 보일러의 연관 접합구조를 발췌하여 도시한 단면도,
도 3은 종래 노통연관 온수 보일러의 문제점을 보이는 단면도,
도 4는 본 발명에 의한 환수구가 상부에 설치되는 노통연관식 온수 보일러를 도시한 단면도,
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 취한 단면도,
도 6은 본 발명 환수구가 상부에 설치되는 노통연관식 온수 보일러의 환수안내관의 다른 실시예를 보인 부분 절단 측면도,
도 7은 본 발명 환수구가 상부에 설치되는 노통연관식 온수 보일러의 환수안내관의 또 다른 실시예를 보인 측면도이다.

이와 같은 본 발명 환수구가 상부에 설치되는 노통연관식 온수 보일러의 구체적 특징과 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예에서 더욱 명확해질 것이다.

도 4 및 도 5에서, 본 발명에 의한 노통연관 온수 보일러는, 내부에 물이 채워지는 원통형의 본체(10)와, 이 본체(10) 내에 축방향으로 설치되는 노통(20)과, 이 노통(20)의 외부 주위에 소정형태로 배열되는 다수의 연관(30)과, 노통(20)에서 발생된 연소가스를 다수의 연관(30)으로 유도하는 후연소챔버(40)와, 버너(50) 및 배기덕트(60)와, 본체(10) 내에서 환수되는 냉수가 연관(30)으로 직접 토출되지 않도록 유도하는 환수안내관(70)을 포함하여 구성된다.

본체(10)는 원통형으로 구성되어 새들(13)에 의해 수평으로 지지되고, 상부 전후에 가열된 고온의 온수가 외부로 토출되는 배출구(11)와, 토출된 온수가 소정경로를 순환한 후 본체(10) 내로 되돌아오는 환수구(12)를 갖는다.

노통(20)은 전후단이 개구된 상태로 본체(10)의 내부에서 한쪽으로 치우쳐 편심되게 설치된다. 이러한 노통(20)은 버너(50)에 의한 불꽃가열이 이루어지는 연소실로 기능하는 바, 열전도효율을 위한 전열면적 증대와 구조적 강도향상을 위해 도시된 바와 같이 파형단면을 갖는 것이 바람직하다.

다수의 연관(30)들은 본체(10)의 내부에서 노통(20)의 반대쪽으로 치우쳐서 복수열의 행렬상으로 배열된다. 이러한 연관(30)들은 양쪽 끝단이 본체(10)의 전면과 후술한 후연소챔버(40)에 각각 관통하여 용접 등으로 접합됨으로써 노통(20)과 배기덕트(60)에 연통하도록 고정된다.

후연소챔버(40)는 노통(20)의 후단에 설치되어 노통(20)의 후단을 차폐시킴과 동시에 노통(20)에서 발생된 연소가스가 다수의 연관(30)들을 지날 수 있도록 안내한다. 이를 위해 후연소챔버(40)는 노통(20)보다 큰 지름으로 구성되어 본체(10)내에 동심으로 고정됨으로써 노통(20)과 연관(30)들의 후단을 동시에 지지한다. 이 후연소챔버(40)에는 본체(10)를 관통하여 외부로 노출됨으로써 외부에서 연소상태를 확인할 수 있는 점검창(41)이 구비된다.

버너(50)는 노통(20)의 전단에 설치되어 노통(20) 내에서 연료를 연소시키고, 배기덕트(60)는 본체(10)의 전단쪽에 설치되어서 다수의 연관(30)들을 지나온 연소가스를 외부로 배기시킨다.

한편, 환수안내관(70)은 본 발명의 특징에 따라 온수가 본체(10)에서 토출되어 소정경로를 순환한 후 본체(10)로 되돌아오는 환수구(12)에 연통하도록 본체(10) 내에 설치된다. 이러한 환수안내관(70)은 환수구(12)를 통해 본체(10)내로 유입되는 냉수가 다수의 연관(30)으로 직접 토출되지 않도록 하기 위한 것인 바, 본체(10)내의 연관(30)이 배치되지 않은 위치, 즉 도 5에 잘 도시된 바와 같이 노통(20)을 기준으로 연관(30)이 배치된 반대쪽 저부로 냉수가 토출될 수 있도록 그 선단이 노통(20)과 본체(10) 사이에 위치하는 것이 바람직하다.

본 발명의 환수안내관(70)은 본체(10)내의 수중에 설치되므로 내식성은 물론 고온의 온수에도 잘 견딜 수 있도록 내열성이 겸비된 재질로 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같은 구조적 특징을 가지는 본 발명에 의한 환수구가 상부에 설치되는 노통연관식 온수 보일러는, 버너(50)에 의해 연료가 노통(20)에서 연소되면, 대략 1,100℃에 달하는 연소가스가 후연소챔버(40)에 의해 노통(20) 주위에 배열된 다수의 연관(30)들을 거쳐 배기덕트(60)로 배출된다.

그러면 본체(10)내에 있는 물이 고온의 노통(20) 및 연관(30)들과 상호 열교환을 통해 고온으로 가열되고, 가열된 온수는 본체(10)의 배출구(11)를 통해 외부로 배출된다. 이렇게 배출된 온수는 소정의 경로를 순환하고 나서 환수구(12)를 통해 다시 본체(10)내로 되돌아오게 되는데, 이때 환수되는 물은 대략 20℃정도의 냉수상태가 된다.

그렇지만, 본 발명의 환수구가 상부에 설치되는 노통연관식 온수 보일러는 본체(10)내에 환수구(12)와 연통하는 환수안내관(70)이 구비되어 있어서 환수되는 냉수가 종래와 달리 연관(30)의 상측에서 직접 토출되지 않고 연관(30)이 설치되지 않은 노통(20) 쪽 저부로 유도되어 토출되기 때문에 양자간의 극심한 온도차에 따라 연관(30)에 가해지는 열충격이 최소화됨은 물론 후연소챔버(40) 근처에서 온수와 냉수간의 밀도차로 야기되는 물의 정체현상도 효과적으로 방지되게 된다.

즉, 환수되는 냉수가 본체(10)의 상측에서 연관(30) 쪽으로 토출되지 않고, 본체(10)내에 구비된 환수안내관(70)을 거쳐 연관(30)과 반대쪽 저부로 토출되는 바, 환수안내관(70)을 지나면서 1차 열교환이 이루어져 적절히 가열된 상태에서 연관(30)과 이격된 위치로 토출되므로 냉수가 연관(30)과 직접 접촉되는 현상이 발생되지 않으며, 이에 따라 온도차에 따른 연관(30)의 열충격이 최대한 억제되게 되는 것이다.
더욱이, 본체(10)내의 상층부, 특히 후연소챔버(40) 근처에서 데워진 고온의 물과 환수되는 저온의 물 간의 밀도차이로 인해 대류현상이 방해받아 물이 장시간 정체됨으로써 야기되는 과열현상도 발생되지 않고 원활한 대류가 이루어지게 되는 바, 후연소챔버(40)에 접합된 연관(30)의 후단부위가 과열로 인해 열화되는 현상도 효과적으로 방지되게 된다.

따라서 종래와 같은 연관(30)의 끝단과 그 접합부에 온도차에 따른 열충격과 과열에 따른 열화로 인한 크랙의 발생이 효과적으로 억제되어 부식 등으로 인한 연관(30)의 손상이 최대한 방지되고, 장기간 운전하더라도 연관(30)의 손상으로 인한 누수현상이 거의 발생되지 않는다.

한편, 도 6에는 본 발명 환수구가 상부에 설치되는 노통연관식 온수 보일러 환수안내관(70)의 다른 실시예가 개략적으로 도시되어 있다.

이 실시예는 전술한 실시예의 구성에서, 환수안내관(70)에 다수의 배출구멍(71)들이 더 형성된 구성이다. 이에 따라 환수안내관(70)을 통해 본체(10)내로 환수되는 냉수가 환수안내관(70)의 선단은 물론 그 둘레에 구비된 다수의 배출구멍(71)들을 통해 동시에 방사상으로 분출됨으로써 대류를 촉진시킴과 더불어 본체(10)내의 온수와 보다 원활하게 혼합되어 용이한 가열이 이루어질 수 있게 된다.

이러한 환수안내관(70)의 배출구멍(71)들은 환수안내관(70)의 전 부위에 구비될 수도 있고, 도시된 바와 같이 환수안내관(70)의 선단부 쪽에만 구비될 수도 있다.
이와 같은 실시예 역시 전술한 실시예와 마찬가지의 작용효과를 가짐은 물론이다.

또, 도 7에는 본 발명 환수구가 상부에 설치되는 노통연관식 온수 보일러 환수안내관(70)의 또 다른 실시예가 개략적으로 도시되어 있는데, 이것은 환수안내관(70)의 선단부가 대략 T자형으로 구성되어 2개의 냉수배출구(72)(73)를 갖는 구성이다.

이러한 구성의 실시예 역시 전술한 두번째 실시예와 마찬가지로 환수안내관(70)을 통해 본체(10)내로 환수되는 냉수가 온수와 보다 원활하게 혼합되어 용이한 가열이 이루어질 수 있다.

도시된 구성에서는 냉수배출구(72)(73)가 2개만 구비된 것으로 설명하였으나, 이는 단순한 예시의 목적일 뿐 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 냉수배출구가 3개 또는 4개 등 복수개가 구비될 수 있음은 물론이다.

10 : 본체 11 : 배출구
12 : 환수구 20 : 노통
30 : 연관 40 ; 후연소챔버
50 : 버너 60 : 배기덕트
70 : 환수안내관 71 : 배출구멍
72, 73 : 냉수배출구

Claims (4)

1. 배수구와 환수구를 상부에 가지고 내부에 물이 채워지는 본체와, 상기 본체내에 설치되어 버너의 연소실로 기능하는 노통과, 상기 노통의 외부 주위에 배열되어 연소가스가 통과하는 다수의 연관 및 상기 노통의 후단에 설치되어 연소가스를 상기 연관으로 유도하는 후연소챔버를 포함하는 환수구가 상부에 설치되는 노통연관식 온수 보일러에 있어서,
   상기 본체의 내부에 상기 환수구와 연통하도록 설치되고, 상기 환수구를 통해 환수되는 냉수가 상기 연관이 설치되지 않은 상기 본체의 저부에서 토출되도록 유도하는 환수안내관을 구비하는 것을 특징으로 하는 환수구가 상부에 설치되는 노통연관식 온수 보일러.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 환수안내관에 다수의 배출구멍들이 더 형성된 것을 특징으로 하는 환수구가 상부에 설치되는 노통연관식 온수 보일러.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 환수안내관의 배출선단이 T형으로 구성되어 복수의 냉수배출구를 갖는 것을 특징으로 하는 환수구가 상부에 설치되는 노통연관식 온수 보일러.
   
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 환수안내관이 고내열성 및 고내식성을 겸비한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 환수구가 상부에 설치되는 노통연관식 온수 보일러.
   

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