KR101739442B1

KR101739442B1 - 현열과 잠열을 이용한 진공식 온수보일러

Info

Publication number: KR101739442B1
Application number: KR1020150128694A
Authority: KR
Inventors: 이영직
Original assignee: 엠엠케이 주식회사
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2017-05-24
Also published as: KR20170031338A

Abstract

본 발명은 연료의 연소를 통해 가열되면서 배기구로 배기가스를 배출시키는 연소실과, 상기 연소실의 하부에 설치된 하부수실과 연소실의 외측면을 둘러싼 상태로 하부수실과 연통되게 설치된 다수개의 수관으로 이루어지며 내부에는 일정수위로 열매수가 저장되는 열매수저장실과, 연소실의 상부에 설치되고 내부가 일정압력으로 감압유지되면서 열매수저장실의 수관과 연통설치되어 열매수의 증발에 따라 발생되는 감압증기가 저장되며 내측 하부에 상부가 개구된 내부수실이 설치되고 내부수실의 후방에는 응축수배출관이 연통되게 설치된 감압증기실과, 상기 감압증기실의 내측에 설치되고 내부를 통과하는 물이 열교환되면서 가온되도록 하되 하부에는 유입관과 연결되면서 내부수실의 내측에 위치되게 설치되는 현열열교환기가 구비되고 현열열교환기의 상부에는 배출관이 연결되면서 현열열교환기와 연결배관을 통해 연결되는 잠열열교환기가 구비된 열교환부와, 연소실의 배기구와 연결되는 배기관이 내측 상방으로 관통되게 설치되고 상부는 응축수배출관이 연통되게 설치되어 내부수실로부터의 응축수가 내측으로 유입되며 하부는 하부수실과 응축수회수관을 통해 연통되게 설치된 폐열회수실로 구성된 것을 특징으로 하는 현열과 잠열을 이용한 진공식 온수보일러에 관한 것이다.

Description

현열과 잠열을 이용한 진공식 온수보일러{The hot water boiler of a vacuum type}

본 발명은 감압증기의 응축 잠열(潛熱)과 응축수의 현열(顯熱)과 배기가스로부터의 폐열을 복합적으로 활용하여 열효율을 증대시킨 진공방식의 온수보일러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료의 연소를 통해 가열되면서 배기구로 배기가스를 배출시키는 연소실과, 상기 연소실의 하부에 설치된 하부수실과 연소실의 외측면을 둘러싼 상태로 하부수실과 연통되게 설치된 다수개의 수관으로 이루어지며 내부에 일정수위로 열매수가 저장되는 열매수저장실과, 상기 연소실의 상부에 설치되고 내부가 일정압력으로 감압유지되면서 열매수저장실의 수관과 연통 설치되어 열매수의 증발에 따라 발생되는 감압증기가 저장되며 내측 하부에는 상부가 개구된 내부수실이 설치되고 내부수실의 후방에는 응축수배출관이 연통되게 설치된 감압증기실과, 상기 감압증기실의 내측에 설치되고 내부를 통과하는 물이 열교환되면서 가온되도록 하되 하부에는 유입관과 연결되면서 내부수실의 내측에 위치되어 응축수에 의해 열교환되게 설치되는 현열열교환기가 구비되고 상부에는 배출관과 연결되면서 내부수실의 상부 외측에 위치되어 감압증기에 의해 열교환되게 설치되는 잠열열교환기가 구비되며 현열열교환기와 잠열열교환기는 연결배관을 통해 연결된 열교환부와, 연소실의 배기구와 연결되는 배기관이 내측 상방으로 관통되게 설치되고 상부는 응축수배출관이 연통되게 설치되어 내부수실로부터의 응축수가 내측으로 유입되며 하부는 하부수실과 응축수회수관을 통해 연통되게 설치된 폐열회수실로 구성된 것을 특징으로 하는 현열과 잠열을 이용한 진공식 온수보일러에 관한 것이다.

일반적으로 온수보일러는 적정 연료를 연소시키고 연료의 연소시 발생되는 연소열로 온수를 발생시켜 난방이나 급탕용 등으로 사용할 수 있도록 만들어진 장치로서, 최근에는 연료비의 부담이 적고 안전성이 뛰어나며 열효율이 높은 진공방식의 온수보일러가 가정용 및 산업용으로 활발하게 개발 사용되고 있는 실정이다.

이러한 종래의 진공식 온수보일러는 송풍기를 통해 공급되는 외부공기를 이용하여 연료를 연소시키는 버너가 연결설치된 연소실과, 상기 연소실의 하부에 설치된 하부수실과 연소실의 외측면을 둘러싼 상태로 하부수실과 연통되게 수직으로 설치된 다수개의 수관으로 이루어지며 내부에는 열매수가 저장되는 열매수저장실과, 상기 연소실의 상부에 설치되고 내부가 진공펌프에 의해 감압된 상태로 유지되면서 열매수저장실의 수관과 연통되게 설치되어 열매수의 증발에 따라 발생되는 감압증기가 저장되는 감압증기실과, 상기 감압증기실의 내측에 설치되고 내부를 통과하는 물이 감압증기에 의해 열교환되면서 가온되도록 하는 열교환기로 구성되어 있어 연료가 버너에 의해 연소되어 연소실이 가열되고 연소실의 가열에 따라 열매수저장실의 열매수가 증발되면서 감압증기가 발생되어 감압증기실에 저장되며 연소에 의해 발생된 배기가스는 연소실의 배기구를 통해 외부와 연결된 배기덕트로 배출되고 열교환기의 유입관을 공급된 물은 감압증기실 내부의 열교환배관에서 열교환되어 가열된 후 배출관를 통해 난방이나 급탕용으로 공급된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 진공식 온수보일러는 배기덕트를 통해 외부로 배출되는 배기가스에 많은 양의 연소열을 포함하고 있으며 이러한 고온의 배기가스가 그대로 배출됨에 따라 열손실이 많을 뿐만 아니라 고온의 배기가스로 인해 배기라인에서 화재가 발생하거나 사용자의 부주의에 의한 안전상의 문제가 있었다.

이러한 종래 진공식 온수보일러의 문제점을 개선하기 위하여 대한민국 등록특허공보 등록번호 제 10-1322219호에서는 온수보일러의 배기구와 플랜지로 착탈가능하게 연결되어 온수보일러에서 배출되는 배기가스가 유입되는 배기연결부; 상기 배기연결부의 상부로 이어져 구성되고, 내부에 수평방향으로 적어도 하나의 폐열회수관이 구성되며, 상기 배기연결부를 통해 유입된 고온의 배기가스와 상기 폐열회수관을 이동하는 유체간의 열교환을 통해 폐열을 회수하는 폐열회수부; 및 상기 폐열회수부에서 열교환된 저온의 배기가스를 외부로 배출시키는 배기부;를 포함하고, 상기 폐열회수부의 적어도 일측에 구성되어 상기 폐열회수관과 공간적으로 연결되는 열교환수실을 더 포함하며, 상기 열교환수실은 상부연결관을 통해 온수보일러의 상부감압증기실과 플랜지에 의해 공간적으로 연결되고, 하부연결관을 통해 온수보일러의 하부수실과 플랜지에 의해 공간적으로 연결되며, 상기 폐열회수부의 하부에는 배기가스의 온도저하로 인해 발생된 응축수를 외부로 배출시킬 수 있는 응축수배출구가 개폐가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하고, 상기 폐열회수관은 외부면에 나선형의 열교환스크류가 형성되거나, 외부면에 적어도 하나의 열교환편이 형성되는 것을 특징으로 하는 음압형 증기식 온수보일러용 폐열회수장치가 개시되었으으나, 상기 종래기술은 감압증기가 저장되는 상부감압증기실에서 열교환기를 통과하는 물이 감압증기의 응축 잠열(潛熱)에 의해서만 단순 가온되는 구조로 이루어져 있어 전체적인 열효율이 크게 증대되지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위한 것으로 감압증기실의 내측에는 상부가 개구된 내부수실을 설치하고 상기 내부수실의 내측에는 열교환부의 현열열교환기를 위치시키며 현열열교환기의 상부에는 잠열열교환기를 상하 평행하게 위치시켜 감압증기실의 감압증기가 잠열열교환기를 따라 흐르는 물을 응축 잠열(潛熱)로 열교환되게 하면서 이때 발생되는 응축수가 내부수실에 저장되게 하여 현열열교환기가 응축수의 현열(顯熱)에 의해 열교환되게 하고, 상기 내부수실의 후방 상부에는 응축수배출관을 폐열회수실과 연통되게 설치하여 온도가 낮아진 내부수실의 응축수가 폐열회수실로 보내지면서 폐열회수실의 내측을 상방으로 관통하는 배기관의 배기가스에 의해 가온된 상태로 열매수저장실의 하부수실로 보내지도록 하여 감압증기의 응축 잠열과 응축수의 현열과 배기가스로부터의 폐열을 복합적으로 활용하여 열효율을 증대시킨 온수보일러를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여연료의 연소를 통해 가열되면서 배기구로 배기가스를 배출시키는 연소실과, 상기 연소실의 하부에 설치된 하부수실과 연소실의 외측면을 둘러싼 상태로 하부수실과 연통되게 설치된 다수개의 수관으로 이루어지며 내부에 일정수위로 열매수가 저장되는 열매수저장실과, 상기 연소실의 상부에 설치되고 내부가 일정압력으로 감압유지되면서 열매수저장실의 수관과 연통 설치되어 열매수의 증발에 따라 발생되는 감압증기가 저장되며 내측 하부에는 상부가 개구된 내부수실이 설치되고 내부수실의 후방에는 응축수배출관이 연통되게 설치된 감압증기실과, 상기 감압증기실의 내측에 설치되고 내부를 통과하는 물이 열교환되면서 가온되도록 하되 하부에는 유입관과 연결되면서 내부수실의 내측에 위치되어 응축수에 의해 열교환되게 설치되는 현열열교환기가 구비되고 상부에는 배출관과 연결되면서 내부수실의 상부 외측에 위치되어 감압증기에 의해 열교환되게 설치되는 잠열열교환기가 구비되며 현열열교환기와 잠열열교환기는 연결배관을 통해 연결된 열교환부와, 연소실의 배기구와 연결되는 배기관이 내측 상방으로 관통되게 설치되고 상부는 응축수배출관이 연통되게 설치되어 내부수실로부터의 응축수가 내측으로 유입되며 하부는 하부수실과 응축수회수관을 통해 연통되게 설치된 폐열회수실로 구성된 것에 본 발명의 특징이 있다.

상기와 같이 본 발명에 의하면 감압증기실의 내측에 상부가 개구된 내부수실이 설치되고 상기 내부수실의 내측에는 열교환부의 현열열교환기가 위치되며 현열열교환기의 수직 상부에는 잠열열교환기가 상하 평행하게 위치되어 감압증기실의 감압증기가 잠열열교환기를 따라 흐르는 물을 응축 잠열(潛熱)로 열교환하면서 이때 발생되는 응축수가 내부수실로 떨어져 저장되고 현열열교환기가 응축수의 현열(顯熱)에 의해 열교환되도록 하며, 상기 내부수실의 후방 상부에는 응축수배출관이 폐열회수실과 연통되게 설치되어 있어 온도가 낮아진 내부수실의 응축수가 폐열회수실로 보내지면서 폐열회수실의 내측을 상방으로 관통하는 배기관의 배기가스에 의해 가온된 상태로 열매수저장실의 하부수실로 보내짐으로써 감압증기의 응축 잠열과 응축수의 현열과 배기가스로부터의 폐열을 복합적으로 활용하여 높은 열효율을 나타낼 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 진공식 온수보일러의 측면개략도
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 진공식 온수보일러의 단면개략도
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 진공식 온수보일러의 연소실로부터의 연소열에 의해 감압증기가 발생되는 상태의 단면개략도
도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 진공식 온수보일러에서 감압증기실로부터의 감압증기에 의해 잠열열교환기가 1차 열교환되고 내부수실의 응축수에 의해 현열열교환기가 2차 열교환되며 폐열회수실에서 응축수가 배기가스에 의해 열교환되는 상태의 단면개략도
도 5는 도 4의 A-A'선의 단면개략도
도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 진공식 온수보일러의 단면개략도
도 7은 본 발명의 제 3실시예에 따른 진공식 온수보일러의 단면개략도
도 8은 본 발명의 제 3실시예에 따른 진공식 온수보일러의 작동상태를 도시한 단면개략도

이하 본 발명에 따른 바람직한 구성을 각 실시예에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

< 제 1 실시예 >

본 발명의 제 1실시예에 따른 현열과 잠열을 이용한 진공식 온수보일러(1)는 도 1 내지 6에 도시된 바와 같이 감압증기의 응축 잠열(潛熱)과 응축수의 현열(顯熱)과 배기가스로부터의 폐열을 복합적으로 활용하여 열효율을 증대시킨 진공방식의 온수보일러로서, 연료의 연소를 통해 가열되면서 배기구(5)로 배기가스를 배출시키는 연소실(2)과, 상기 연소실(2)의 하부에 설치된 하부수실(7)과 연소실(2)의 외측면을 둘러싼 상태로 하부수실(7)과 연통되게 설치된 다수개의 수관(8)으로 이루어지며 내부에는 일정수위로 열매수가 저장되는 열매수저장실(6)과, 상기 연소실(2)의 상부에 설치되고 내부가 일정압력으로 감압유지되면서 열매수저장실(6)의 수관(8)과 연통 설치되어 열매수의 증발에 따라 발생되는 감압증기가 저장되며 내측 하부에는 상부가 개구된 내부수실(12)이 설치되고 내부수실(12)의 후방에는 응축수배출관(13)이 연통되게 설치된 감압증기실(11)과, 상기 감압증기실(11)의 내측에 설치되고 내부를 통과하는 물이 열교환되면서 가온되도록 하되 하부에는 유입관(16)과 연결되면서 내부수실(12)의 내측에 위치되어 응축수에 의해 열교환되게 설치되는 현열열교환기(17)가 구비되고 상부에는 배출관(18)과 연결되면서 내부수실(12)의 상부 외측에 위치되어 감압증기에 의해 열교환되게 설치되는 잠열열교환기(20)가 구비되며 현열열교환기(17)와 잠열열교환기(20)는 연결배관(19)을 통해 연결된 열교환부(15)와, 연소실(2)의 배기구(5)와 연결되는 배기관(22)이 내측 상방으로 관통되게 설치되고 상부는 응축수배출관(13)이 연통되게 설치되어 내부수실(12)로부터의 응축수가 내측으로 유입되며 하부는 하부수실(7)과 응축수회수관(23)을 통해 연통되게 설치된 폐열회수실(21)로 구성된다.

상기 연소실(2)은 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 버너(3)의 연소열에 의해 가열되는 부분으로, 수직으로 세워진 케이스형태로 이루어지며 전방에는 화구(4)가 연통되게 설치되어 있어 통상의 송풍기(도시하지 않음)를 통해 공급되는 외부공기를 이용하여 연료를 연소시키는 버너(3)가 화구(4)와 연통되게 설치되어 있으며 상기 버너(3)로부터의 연소열이 화구(4)를 통해 연소실(2) 내부를 일정온도로 가열하여 외측을 둘러싼 열매수저장실(6)의 열매수를 증발시키도록 되어 있고, 상기 연소실(2)의 후방에는 배기구(5)가 연통되게 설치되어 있으며 상기 배기구(5)는 폐열회수실(21)의 내측을 상방으로 관통하는 배기관(22)과 연결되어 연소실(2)로부터의 배기가스를 배기관(22)을 통해 배출시키도록 되어 있다.

상기 열매수저장실(6)은 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 감압증기를 발생시키기 위한 열매수가 저장되는 부분으로, 상기 연소실(2)의 하부에 설치된 하부수실(7)과 연소실(2)의 외측면을 둘러싼 상태로 하부수실(7)과 연통되게 수직으로 설치된 다수개의 수관(8)으로 이루어져 내부에 일정수위로 열매수가 저장되도록 되어 있되, 상기 다수개의 수관(8)은 하단부가 하부수실(7)의 상면부와 연통되게 설치되어 있고 상단부는 감압증기실(11)의 하면부와 연통되게 설치되어 있어 수관(8)의 내부에 일정수위로 저장된 열매수가 연소실(2)로부터의 연소열에 의해 가열되면서 증발되어 상부의 감압증기실(11)로 감압증기를 보내도록 되어 있으며, 상기 하부수실(7)의 후방에는 응축수회수관(23)이 폐열회수실(21)의 하부와 연통되게 설치되어 있어 폐열회수실(21)에 저장되는 응축수가 배기관(22)의 배기가스에 의한 폐열에 의해 일정온도로 가온된 상태로 응축수회수관(23)을 통해 하부수실(7)로 보내지도록 되어 있다.

또한, 상기 열매수저장실(6)은 다수개의 수관(8) 중 어느 하나에 상부와 하부를 연결하는 바이패스관(9)이 연통되게 설치되어 있으며 각 바이패스관(9)에는 통상의 수면계(10)가 설치되어 있어 수면계(10)를 통해 열매수저장실(6)에 일정수위로 열매수를 저장 유지하도록 되어 있다.

상기 감압증기실(11)은 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 내부가 일정압력으로 감압유지되면서 열매수의 증발에 따라 발생되는 감압증기가 저장되는 부분으로, 상기 연소실(2)의 상부에 설치되고 통상의 진공펌프(도시하지 않음)에 의해 내부가 일정한 압력으로 감압된 상태로 유지되면서 열매수저장실(6)의 수관(8)과 상하 연통되게 설치되어 열매수의 증발에 따라 발생되는 감압증기가 저장되도록 되어 있다.

또한, 상기 감압증기실(11)은 내측 하부에 내부수실(12)이 설치되어 있으며 상기 내부수실(12)은 상부가 개구된 케이스형태로 감압증기실(11)의 내측 바닥면과 상하 일정간격 이격된 상태로 전방이 감압증기실(11)의 내측 전면부에 고정장착되면서 전후수평방향으로 설치되도록 되어 있으며 내부수실(12)의 내측에는 열교환부(15)의 현열열교환기(17)가 전후수평으로 위치되게 설치되어 있어 도 4 및 5에 도시된 바와 같이 현열열교환기(17)의 상부에 상하 평행하게 위치된 잠열열교환기(20)의 외측면에 감압증기가 응축 잠열(潛熱)로 열교환되면서 발생되는 응축수가 내부수실(12)로 떨어져 저장되도록 되어 있으며, 상기 내부수실(12)의 후방에는 응축수배출관(13)이 전후수평방향으로 연통되게 설치되어 있고 상기 응축수배출관(13)은 감압증기실(11)을 관통하여 외측으로 돌출된 상태로 폐열회수실(21)의 외측면 상부에 연통되게 설치되어 있어 내부수실(12)에 저장되는 응축수가 현열열교환기(17)와 현열(顯熱)을 이용하여 열교환되면서 온도가 낮아진 상태로 응축수배출관(13)을 통해 폐열회수실(21)로 보내지도록 되어 있다.

또한, 상기 감압증기실(11)은 외측면 상부에 통상의 진공스위치(14)가 설치되어 있어 감압증기실(11) 내부의 진공도가 진공스위치(14)에 의해 일정하게 감압된 상태로 유지되게 자동제어되도록 되어 있다.

상기 열교환부(15)는 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 감압증기실(11)의 내측에 설치된 상태로 내부를 순환하는 물이 감압증기실(11)의 감압증기와 응축수에 의해 열교환식으로 가열되면서 온수를 발생시켜 난방용이나 급탕용으로 공급하는 부분으로, 상기 감압증기실(11)의 내측에 설치되고 내부를 통과하는 물이 감압증기와 응축수에 의해 열교환되면서 가온되도록 하되 하부에는 유입관(16)과 연결되면서 내부수실(12)의 내측에 위치되어 응축수에 의해 열교환되게 설치되는 현열열교환기(17)가 구비되고 상부에는 배출관(18)과 연결되면서 내부수실(12)의 상부 외측에 위치되어 감압증기에 의해 열교환되게 설치되는 잠열열교환기(20)가 구비되며 현열열교환기(17)와 잠열열교환기(20)는 연결배관(19)을 통해 연결되어 있다.

상기 현열열교환기(17)는 감압증기실(11)의 전방 또는 좌우측 하부에 수평으로 관통설치되면서 전방끝부분이 감압증기실(11)의 외측으로 돌출되게 설치되어 있고 감압증기실(11)의 외측으로 돌출된 부분에는 외부로부터의 물이 내측으로 유입되는 유입관(16)이 연통되게 설치되어 있으며 내부수실(12)의 내측에 위치된 부분은 잠열열교환기(20)로부터 떨어지는 응축수에 잠겨진 상태로 응축수의 현열(顯熱)에 의해 열교환되면서 유입관(16)으로부터의 물이 1차 가온되도록 되어 있고, 상기 잠열열교환기(20)는 감압증기실(11)의 전방 또는 좌우측 상부에 수평으로 관통설치되면서 전방끝부분이 감압증기실(11)의 외측으로 돌출되게 설치되어 있고 감압증기실(11)의 외측으로 돌출된 부분에는 현열열교환기(17)와 서로 연통되게 하는 연결배관(19)과 함께 현열열교환기(17)로부터 1차 가온된 물이 연결배관(19)을 통해 잠열열교환기(20)를 거치면서 2차 가온된 상태로 외부로 공급되게 하는 배출관(18)이 연통 설치되어 있으며 감압증기실(11)의 내측에 위치된 부분은 현열열교환기(17)와 상하 일정간격 이격된 상태로 평행하게 설치되어 있어 도 4 및 5에 도시된 바와 같이 감압증기실(11)에 채워진 감압증기가 잠열열교환기(20)의 외측면에 맞닿으면서 응축 잠열(潛熱)에 의해 열교환되면서 현열열교환기(17)로부터의 1차 가온된 물을 좀더 높은 온도로 2차 가온시켜 배출관(18)을 통해 난방용이나 급탕용으로 공급하도록 되어 있고 이때 발생되는 응축수는 하부에 위치된 내부수실(12)로 떨어져 저장되면서 현열열교환기(17)가 응축수의 현열(顯熱)에 의해 열교환되도록 되어 있어 감압증기의 응축 잠열과 응축수의 현열에 의해 열교환부(15)를 순환하는 흐르는 물을 효율적으로 가온시킴으로써 진공식 온수보일러(1)의 열효율을 증대시키도록 되어 있다.

상기 폐열회수실(21)은 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 연소실(2)로부터 배출되는 배기가스의 폐열로 저온의 응축수를 가온시켜 열매수저장실(6)로 보내는 부분으로, 상기 연소실(2)의 배기구(5)와 연결되는 배기관(22)이 내측 상방으로 관통되게 설치되고 상부는 응축수배출관(13)이 연통되게 설치되어 내부수실(12)로부터의 응축수가 내측으로 유입되며 하부는 하부수실(7)과 응축수회수관(23)을 통해 연통되게 설치되어 있되, 상기 폐열회수실(21)은 수직으로 세워진 케이스형상으로 연소실(2)의 후방 외측에 전후 일정간격 이격되게 설치되어 있고 전면 하부에는 연소실(2)의 배기구(5)가 내측에 연통되게 설치되어 있으며 상기 배기구(5)의 끝단에는 배기관(22)이 연통되게 설치되면서 폐열회수실(21)의 내측 상방으로 관통 설치되며 배기관(22)의 상부는 폐열회수실(21)의 상부 외측으로 돌출되게 설치되고 폐열회수실(21)의 전면 하부에는 열매수저장실(6)의 하부수실(7)과 응축수회수관(23)을 통해 연통되게 설치되어 있어 열매수저장실(6)에 저장된 열매수가 동일한 수위로 폐열회수실(21)에 저수되도록 되어 있으며 폐열회수실(21)의 전면 상부에는 내부수실(12)로부터의 응축수배출관(13)이 연통되게 설치되어 있어 내부수실(12)에 저장된 응축수가 응축수배출관(13)을 통해 흘러넘치면서 폐열회수실(21)로 보내지도록 되어 있고 폐열회수실(21)로 보내진 응축수는 배기관(22)을 통과하는 배기가스의 폐열에 의해 열교환식으로 가온되면서 응축수회수관(23)을 통해 하부수실(7)로 보내져 전체적인 열효율을 증대시키도록 되어 있다.

< 제 2 실시예 >

본 발명의 제 2실시예에 따른 현열과 잠열을 이용한 진공식 온수보일러(1)는 도 6에 도시된 바와 같이 열교환부(15)에 현열열교환기(17)와 잠열열교환기(20)를 상하로 평행하게 설치하는 대신 하나의 열교환기(24)로 잠열과 현열을 이용하여 열교환되도록 되어 있는데, 이 경우에는 연료의 연소를 통해 가열되면서 배기구(5)로 배기가스를 배출시키는 연소실(2)과, 상기 연소실(2)의 하부에 설치된 하부수실(7)과 연소실(2)의 외측면을 둘러싼 상태로 하부수실(7)과 연통되게 설치된 다수개의 수관(8)으로 이루어지며 내부에 일정수위로 열매수가 저장되는 열매수저장실(6)과, 상기 연소실(2)의 상부에 설치되고 내부가 일정압력으로 감압유지되면서 열매수저장실(6)의 수관(8)과 연통 설치되어 열매수의 증발에 따라 발생되는 감압증기가 저장되며 내측 하부에는 상부가 개구된 내부수실(12)이 설치되고 내부수실(12)의 후방에는 응축수배출관(13)이 연통되게 설치된 감압증기실(11)과, 상기 감압증기실(11)의 내측에 설치되고 내부를 통과하는 물이 열교환되면서 가온되도록 하되 하부에는 유입관(16)과 연결되면서 내부수실(12)의 내측에 위치되어 응축수에 의해 열교환되게 설치되는 현열열교환배관(25)이 구비되고 상부에는 배출관(18)과 연결되면서 내부수실(12)의 상부 외측에 위치되어 감압증기에 의해 열교환되게 설치되는 잠열열교환배관(27)이 구비되며 현열열교환배관(25)과 잠열열교환배관(27)은 연결관(26)을 통해 연결된 열교환기(24)와, 연소실(2)의 배기구(5)와 연결되는 배기관(22)이 내측 상방으로 관통되게 설치되고 상부는 응축수배출관(13)이 연통되게 설치되어 내부수실(12)로부터의 응축수가 내측으로 유입되며 하부는 하부수실(7)과 응축수회수관(23)을 통해 연통되게 설치된 폐열회수실(21)로 구성된다.

상기 열교환기(24)는 일직선형의 관형상으로 수직 상하부에 위치되어 서로 평행하게 설치된 현열열교환배관(25)과 잠열열교환배관(27)이 구비되며 감압증기실(11)의 전방 하부 외측으로 돌출된 현열열교환배관(25)의 전방끝단에 유입관(16)이 연결되고 감압증기실(11)의 전방 상부 외측으로 돌출된 잠열열교환배관(27)의 전방끝단에는 배출관(18)이 연결되며 감압증기실(11)의 내측에 위치된 현열열교환배관(25)과 잠열열교환배관(27)의 후방끝단에는 연결관(26)이 수직으로 연결되어 내부의 물이 서로 연통되도록 되어 있다.

< 제 3 실시예 >

본 발명의 제 3실시예에 따른 현열과 잠열을 이용한 진공식 온수보일러(1)는 도 7 및 8에 도시된 바와 같이 통상의 노통 연관식으로 구성된 보일러에 적용될 수 있으며, 이 경우에는 연료의 연소를 통해 가열되면서 배기가스를 전,후방회류실(28)(29) 사이에 설치된 다수개의 연통관(30a)(30b)을 거쳐 배기덕트(31)로 배출하는 연소실(2)과, 상기 연소실(2)의 외측면을 일정간격 이격되게 둘러싼 상태로 내부에 일정수위로 열매수가 저장되는 열매수저장실(6)과, 상기 열매수저장실(6)의 상부에 연통되게 설치되고 내부가 일정압력으로 감압유지되면서 열매수의 증발에 따라 발생되는 감압증기가 저장되며 내측 하부에는 상부가 개구된 내부수실(12)이 설치되고 내부수실(12)의 후방에는 응축수배출관(13)이 연통되게 설치된 감압증기실(11)과, 상기 감압증기실(11)의 내측에 설치되고 내부를 통과하는 물이 감압증기와 응축수에 의해 열교환되면서 가온되도록 하되 하부에는 유입관(16)과 연결되면서 내부수실(12)의 내측에 위치되게 설치되는 현열열교환기(17)가 구비되고 현열열교환기(17)의 상부에는 배출관(18)이 연결되면서 현열열교환기(17)와 연결배관(19)을 통해 연결되는 잠열열교환기(20)가 구비된 열교환부(15)와, 연소실(2)의 배기덕트(31)와 연결되는 배기관(22)이 내측 상방으로 관통되게 설치되고 상부는 응축수배출관(13)이 연통되게 설치되어 내부수실(12)로부터의 응축수가 내측으로 유입되며 하부는 열매수저장실(6)의 하부와 응축수회수관(23)을 통해 연통되게 설치된 폐열회수실(21)로 구성되어 있되, 상기 내부수실(12)은 상부가 개구된 케이스형태로 전방이 감압증기실(11)의 내측 전면부에 고정장착되면서 전후수평으로 설치되며 내부수실(12)의 내측에 전후수평으로 설치된 현열열교환기(17)의 상부에는 잠열열교환기(20)가 내부수실(12)의 상부 외측에 평행하게 위치되어 있어 잠열열교환기(20)의 외측면에 감압증기의 응축 잠열로 열교환되면서 발생되는 응축수가 내부수실(12)로 떨어져 저장되도록 되어 있다.

제 3실시예에 따른 연소실(2)은 수평으로 위치된 케이스형태로 이루어지며 전방에는 화구(4)가 연통되게 설치되어 있어 통상의 송풍기(도시하지 않음)를 통해 공급되는 외부공기를 이용하여 연료를 연소시키는 버너(3)가 화구(4)와 연통되게 설치되어 있으며 상기 버너(3)로부터의 연소열이 화구(4)를 통해 연소실(2) 내부를 일정온도로 가열하여 외측을 둘러싼 열매수저장실(6)의 열매수를 증발시키도록 되어 있고, 상기 연소실(2)의 후방 좌우양측에는 각각 연소실(2)의 후방 내측과 직접 연통되는 후방회류실(29)이 형성되어 있으며 연소실(2)의 전방 좌우양측에는 전방회류실(28)이 형성되어 있고 상기 후방회류실(29)과 전방회류실(28)은 좌우수평으로 위치된 다수개의 연통관(30a)에 의해 서로 연통되게 설치되어 있으며 전방회류실(28)의 하부와 연소실(2)의 후방 하부에 설치된 배기덕트(31) 사이에는 좌우수평으로 위치된 다수개의 연통관(30b)에 의해 서로 연통되게 설치되어 있어 도 8에 도시된 바와 같이 연소실(2) 내부에서 발생된 배기가스 및 열기는 연소실(2)의 후방에 연통설치된 후방회류실(29)을 통해 다수개의 연통관(30a)을 거쳐 전방회류실(28)로 이송되고 상기 전방회류실(28)에 모인 배기가스는 다수개의 연통관(30b)을 거쳐 배기덕트(31)를 통해 폐열회수실(21)의 배기관(22)으로 보내져 배출된다.

삭제

이하 본 발명의 작용은 다음과 같다.

본 발명에 따른 현열과 잠열을 이용한 진공식 온수보일러(1)를 통해 외부로부터 공급되는 물을 열교환식으로 가온시켜 난방용이나 급탕용으로 사용하고자 하는 경우에는, 먼저 도 3에 도시된 바와 같이 연소실(2)의 버너(3)를 통해 연료를 연소시켜 연소실(2) 내부를 가열시키고 상기 연소실(2)의 가열에 따라 열매수저장실(6)의 하부수실(7)과 다수개의 수관(8)에 일정수위로 저장된 열매수가 연소실(2)의 연소열에 의해 증발되면서 감압증기를 발생시키며, 상기 감압증기는 다수개의 수관(8) 상부에 상하 연통되게 설치되면서 통상의 진공펌프(도시하지 않음)에 의해 압력이 일정하게 감압된 상태로 유지되는 감압증기실(11) 내부로 상승하여 저정된다.

다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 감압증기실(11)의 전방 하부에 설치된 열교환부(15)의 현열열교환기(17)에 연결설치된 유입관(16)을 통해 외부로부터 물이 유입되고 상기 현열열교환기(17)와 연결배관(19)을 통해 연결된 감압증기실(11) 전방 상부의 잠열열교환기(20)를 따라 내부의 물이 흐르는 과정에서 감압증기실(11)의 감압증기에 의해 열교환식으로 가온되면서 온수를 발생시키고 잠열열교환기(20)와 연결된 배출관(18)을 통해 난방용이나 급탕용으로 공급되게 하되, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 감압증기실(11) 내부의 감압증기가 잠열열교환기(20)와 열교환되면서 발생되는 응축수가 하방으로 떨어지면서 감압증기실(11)의 내측 하부에 설치된 내부수실(12)에 응축수가 저장되고 내부수실(12)의 응축수에 잠겨진 상태로 설치되는 현열열교환기(17)의 내부를 따라 흐르는 물이 응축수의 현열(顯熱)에 의해 열교환되면서 유입관(16)으로부터의 물이 1차 가온되고 잠열열교환기(20)의 내부를 따라 흐르는 물은 감압증기실(11)에 채워진 감압증기가 잠열열교환기(20)의 외측면에 맞닿으면서 응축 잠열(潛熱)에 의해 열교환되면서 현열열교환기(17)로부터의 1차 가온된 물을 좀더 높은 온도로 2차 가온시켜 배출관(18)을 통해 난방용이나 급탕용으로 공급하게 된다.

또한, 상기 내부수실(12)에 저장된 응축수는 내부수실(12)의 후방에 설치된 응축수배출관(13)을 통해 흘러 넘치면서 폐열회수실(21)의 상부로 보내지고 폐열회수실(21)로 보내진 응축수는 배기관(22)을 통과하는 배기가스의 폐열에 의해 열교환식으로 가온되면서 폐열회수실(21)의 하부에 설치된 응축수회수관(23)을 통해 열매수저장실(6)의 하부수실(7)로 순환되게 보내지면서 온수보일러(1)의 전체적인 열효율을 증대시키게 된다.

1. 진공식 온수보일러 2. 연소실
3. 버너 4. 화구
5. 배기구 6. 열매수저장실
7. 하부수실 8. 수관
9. 바이패스관 10. 수면계
11. 감압증기실 12. 내부수실
13. 응축수배출관 14. 진공스위치
15. 열교환부 16. 유입관
17. 현열열교환기 18. 배출관
19. 연결배관 20. 잠열열교환기
21. 폐열회수실 22. 배기관
23. 응축수회수관 24. 열교환기
25. 현열열교환배관 26. 연결관
27. 잠열열교환배관 28. 전방회류실
29. 후방회류실 30a, 30b. 연통관
31. 배기덕트 32. 열교환증기실
33. 증기연통관

Claims

연료의 연소로 가열되면서 배기구(5)로 배기가스를 배출시키는 연소실(2)과, 연소실(2)의 하부에 설치된 하부수실(7)과 연소실(2)의 외측면을 둘러싼 상태로 하부수실(7)과 연통되게 설치된 다수개의 수관(8)으로 이루어지며 내부에 일정수위로 열매수가 저장되는 열매수저장실(6)과, 연소실(2)의 상부에 설치되고 내부가 일정압력으로 감압유지되면서 수관(8)과 연통되게 설치되어 열매수의 증발로 발생되는 감압증기가 저장되며 내측 하부에는 내부수실(12)이 설치되고 내부수실(12)의 후방에는 전후수평으로 응축수배출관(13)이 연통 설치된 감압증기실(11)과, 감압증기실(11)의 내측에 설치되고 내부를 통과하는 물이 열교환되면서 가온되도록 하되 하부에는 유입관(16)과 연결되면서 내부수실(12)의 내측에 위치되어 응축수에 의해 열교환되는 현열열교환기(17)가 구비되고 상부에는 배출관(18)이 연결되면서 현열열교환기(17)와 연결배관(19)을 통해 연결되는 잠열열교환기(20)가 구비된 열교환부(15)와, 연소실(2)의 배기구(5)와 연결되는 배기관(22)이 내측상방으로 관통설치되고 상부는 응축수배출관(13)이 연통 설치되며 하부는 하부수실(7)과 응축수회수관(23)을 통해 연통 설치된 폐열회수실(21)로 구성되어 있되, 상기 내부수실(12)은 상부가 개구된 케이스형태로 감압증기실(11)의 내측 바닥면과 상하 일정간격 이격된 상태로 전방이 감압증기실(11)의 내측 전면부에 고정장착되면서 전후수평으로 설치되며 내부수실(12)의 내측에 전후수평으로 설치된 현열열교환기(17)의 상부에는 잠열열교환기(20)가 내부수실(12)의 상부 외측에 평행하게 위치되어 있어 잠열열교환기(20)의 외측면에 감압증기의 응축 잠열로 열교환되면서 발생되는 응축수가 내부수실(12)로 떨어져 저장되는 것을 특징으로 하는 현열과 잠열을 이용한 진공식 온수보일러.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 현열열교환기(17)는 감압증기실(11)의 전방 또는 좌우측 하부에 수평으로 관통설치되면서 전방끝부분이 감압증기실(11)의 외측으로 돌출설치되고 감압증기실(11)의 외측으로 돌출된 부분에는 외부로부터의 물이 내측으로 유입되는 유입관(16)이 연통되게 설치되며 내부수실(12)의 내측에 위치된 부분은 잠열열교환기(20)로부터 떨어지는 응축수에 잠겨진 상태로 응축수의 현열에 의해 열교환되면서 유입관(16)으로부터의 물이 1차 가온되고, 상기 잠열열교환기(20)는 감압증기실(11)의 전방 또는 좌우측 상부에 수평으로 관통설치되면서 전방끝부분이 감압증기실(11)의 외측으로 돌출설치되고 감압증기실(11)의 외측으로 돌출된 부분에는 현열열교환기(17)와 서로 연통되게 하는 연결배관(19)과 함께 현열열교환기(17)로부터 1차 가온된 물이 연결배관(19)을 통해 잠열열교환기(20)를 거치면서 2차 가온된 상태로 외부로 공급되게 하는 배출관(18)이 연통설치되며 감압증기실(11)의 내측에 위치된 부분은 현열열교환기(17)와 상하 일정간격 이격되어 평행하게 설치된 것을 특징으로 하는 현열과 잠열을 이용한 진공식 온수보일러.
연료의 연소로 가열되면서 배기구(5)로 배기가스를 배출시키는 연소실(2)과, 연소실(2)의 하부에 설치된 하부수실(7)과 연소실(2)의 외측면을 둘러싼 상태로 하부수실(7)과 연통되게 설치된 다수개의 수관(8)으로 이루어지며 내부에 일정수위로 열매수가 저장되는 열매수저장실(6)과, 연소실(2)의 상부에 설치되고 내부가 일정압력으로 감압유지되면서 수관(8)과 연통되게 설치되어 열매수의 증발로 발생되는 감압증기가 저장되며 내측 하부에는 내부수실(12)이 설치되고 내부수실(12)의 후방에는 전후수평으로 응축수배출관(13)이 연통 설치된 감압증기실(11)과, 감압증기실(11)의 내측에 설치되고 내부를 통과하는 물이 열교환되면서 가온되도록 하되 하부에는 유입관(16)과 연결되면서 내부수실(12)의 내측에 위치되어 응축수에 의해 열교환되는 현열열교환배관(25)이 구비되고 상부에는 배출관(18)이 연결되면서 현열열교환배관(25)과 연결관(26)을 통해 연결되는 잠열열교환배관(27)이 구비된 열교환기(24)와, 연소실(2)의 배기구(5)와 연결되는 배기관(22)이 내측상방으로 관통설치되고 상부는 응축수배출관(13)이 연통설치되며 하부는 하부수실(7)과 응축수회수관(23)을 통해 연통 설치된 폐열회수실(21)로 구성되어 있되, 상기 내부수실(12)은 상부가 개구된 케이스형태로 감압증기실(11)의 내측 바닥면과 상하 일정간격 이격된 상태로 전방이 감압증기실(11)의 내측 전면부에 고정장착되면서 전후수평으로 설치되며 내부수실(12)의 내측에 전후수평으로 설치된 현열열교환배관(25)의 상부에는 잠열열교환배관(27)이 내부수실(12)의 상부 외측에 평행하게 위치되어 있어 잠열열교환배관(27)의 외측면에 감압증기의 응축 잠열로 열교환되면서 발생되는 응축수가 내부수실(12)로 떨어져 저장되는 것을 특징으로 하는 현열과 잠열을 이용한 진공식 온수보일러.
제 4항에 있어서, 상기 열교환기(24)는 일직선형의 관형상으로 수직 상하부에 위치되어 서로 평행하게 설치된 현열열교환배관(25)과 잠열열교환배관(27)이 구비되며 감압증기실(11)의 전방 하부 외측으로 돌출된 현열열교환배관(25)의 전방끝단에 유입관(16)이 연결되고 감압증기실(11)의 전방 상부 외측으로 돌출된 잠열열교환배관(27)의 전방끝단에는 배출관(18)이 연결되며 감압증기실(11)의 내측에 위치된 현열열교환배관(25)과 잠열열교환배관(27)의 후방끝단에는 연결관(26)이 수직으로 연결되어 내부의 물이 연통되는 것을 특징으로 하는 현열과 잠열을 이용한 진공식 온수보일러.
연료의 연소로 가열되면서 배기가스를 전,후방회류실(28)(29) 사이에 설치된 다수개의 연통관(30a)(30b)을 거쳐 배기덕트(31)로 배출하는 연소실(2)과, 연소실(2)의 외측면을 일정간격 이격되게 둘러싼 상태로 내부에 일정수위로 열매수가 저장되는 열매수저장실(6)과, 열매수저장실(6)의 상부에 연통되게 설치되고 내부가 일정압력으로 감압유지되면서 열매수의 증발로 발생되는 감압증기가 저장되며 내측 하부에는 내부수실(12)이 설치되고 내부수실(12)의 후방에는 전후수평으로 응축수배출관(13)이 연통 설치된 감압증기실(11)과, 감압증기실(11)의 내측에 설치되고 내부를 통과하는 물이 열교환되면서 가온되도록 하되 하부에는 유입관(16)과 연결되면서 내부수실(12)의 내측에 위치되어 응축수에 의해 열교환되는 현열열교환기(17)가 구비되고 상부에는 배출관(18)이 연결되면서 현열열교환기(17)와 연결배관(19)을 통해 연결되는 잠열열교환기(20)가 구비된 열교환부(15)와, 연소실(2)의 배기덕트(31)와 연결되는 배기관(22)이 내측상방으로 관통설치되고 상부는 응축수배출관(13)이 연통 설치되며 하부는 열매수저장실(6)의 하부와 응축수회수관(23)을 통해 연통 설치된 폐열회수실(21)로 구성되어 있되, 상기 내부수실(12)은 상부가 개구된 케이스형태로 전방이 감압증기실(11)의 내측 전면부에 고정장착되면서 전후수평으로 설치되며 내부수실(12)의 내측에 전후수평으로 설치된 현열열교환기(17)의 상부에는 잠열열교환기(20)가 내부수실(12)의 상부 외측에 평행하게 위치되어 있어 잠열열교환기(20)의 외측면에 감압증기의 응축 잠열로 열교환되면서 발생되는 응축수가 내부수실(12)로 떨어져 저장되는 것을 특징으로 하는 현열과 잠열을 이용한 진공식 온수보일러.
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