KR101833149B1 - 온수 및 스팀보일러용 열교환장치 - Google Patents

온수 및 스팀보일러용 열교환장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온수 및 스팀보일러용 열교환장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가열대상유체가 이동하는 다수의 열교환 파이프부를 직립으로 설치하되, 스프링 형태로 권취되는 권취부가 길이방향을 향해 다수번 형성되는 형태를 가지도록 하고, 이러한 열교환 파이프부 중앙에 히터부를 설치하는 구조를 가지도록 함으로써, 열교환 효율을 증대시킨 온수 및 스팀보일러용 열교환장치에 관한 것이다.

Description

온수 및 스팀보일러용 열교환장치{Heat exchanger for hot water or steam boiler}
본 발명은 온수보일러에 사용되어 가열대상유체를 효율적으로 가열시켜 제공할 수 있도록 하는 온수 및 스팀보일러용 열교환장치에 관한 것이다
일반적으로 물을 가열하여 사용되는 온수보일러는 열원에 따라 전기보일러, 가스보일러, 기름보일러, 연탄보일러, 화목보일러 등으로 구분하고 있다.
기름보일러는 열효율이 우수하며, 오일분사량을 제어함으로써 연소상태를 일정하게 유지할 수 있어 보일러의 유지 및 관리가 편리하다는 장점이 있으나 사용되는 연료가 고가라는 단점이 있다. 특히 비산유국의 경우에는 유가의 변동폭이 크기 때문에 기름보일러를 장착한 건물의 경우에는 고유가임에도 불구하고 기름을 이용하여 난방하여야 하는 어려움이 있다.
한편, 축열식 보일러는 심야의 잉여전력을 이용하여 물을 가열시켜 난방하는 것으로서, 난방비가 기름보일러에 비해 저렴하지만 연탄보일러 및 화목보일러에 비해 고가라는 단점과 장비가 복잡하다는 단점이 있다.
연탄보일러는 장시간에 걸쳐 연소하는 연탄의 특징을 이용한 보일러로서, 비산유국인 대한민국의 경우에 연탄의 주성분인 무연탄이 많이 매장되어 있기 때문에 , 고유가의 시기에는 기름보일러를 대용으로 연탄보일러가 많이 사용된다. 특히 연탄보일러의 가장 큰 특징은 저렴하며 공급이 화목보일러에 비해 용이하고 상당 시간 동안 온수 생산이 가능한 장점이 있으나 화력이 낮고, 일산화탄소 가스의 노출로 인해 생명이 위협받을 수 있으며, 화력의 조절이 어렵고 보일러의 유지 및 관리가 어렵다는 문제점이 있다.
화목보일러는 주로 장작을 태워 발생하는 열을 이용하는 것으로서, 구조가 간단하며 저렴한 에너지원을 이용한다는 장점이 있으나, 지속적으로 땔감을 공급하여야 하고 연소상태를 수시로 확인하여야 하는 단점이 있고 화목이나 왕겨, 펠렛등의 고형물을 연소시 발생하는 많은 분진을 처리해야 하고, 화력은 좋으나 지속적으로 화력을유지시키는데 어려움이 있다.
온수보일러는 열원에 따라 여러가지 형태 즉 중공형, 나선형 등으로 수조가 구성되고 있으며 이들은 대체적으로 열원의 벽면에 위치되도록 구성되어 초기에는 열원으로 수조를 일정시간을 가열하면 외곽으로 열이 전달되어 수조의 물이 가열되어 난방 또는 온수를 이용할 수 있게 되므로 신속한 가열이 이루어지지 못하고 있는 것이다. 또 난방초기에 발생되는 열의 상당량이 수조와 접촉되지 못한 상태에서 배기되므로서 초기에 많은양의 열손실이 발생되고 있다.
대한민국 등록실용신안공보 20-0299288호(2002.12.12.등록)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 온수보일러의 열교환장치를 개선하여 열전달 효율을 증대시킨 것으로서, 열교환면적이 증대되도록 스프링 형태로 권취되면서 각기 다른 직경을 가지도록 가열대상유체가 이동하는 다수의 열교환 파이프부를 구비하고, 이러한 다수의 열교환 파이프부 중앙에 열교환 히터부를 설치하여, 다수의 열교환 파이프부를 이동하는 가열대상유체가 효율적으로 가열될 수 있도록 한, 열효율이 증대된 온수 및 스팀보일러용 열교환장치에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 온수 또는 스팀을 이용한 보일러에 사용되는 열교환장치에 있어서, 가열대상유체가 유입되는 유입관(12)이 설치되어 있으며, 사전설정된 틀로 형성되어 지면과 수평을 이루도록 설치되는 제 1유로부(10); 가열대상유체가 배출되는 배출관(21)이 설치되어 있으며, 상기 제 1유로부(10) 상부에 이격되어 대응설치되는 제 2유로부(20); 상기 제 1, 2유로부(10, 20) 사이에서, 양단이 제 1, 2유로부(10, 20)에 연통되어 수직으로 다수 설치되되, 상기 제 1, 2유로부(10, 20)의 틀 형상을 따라 다수개가 이격설치되며, 내부에 가열대상유체를 제 1유로부(10)에서 제 2유로부(20)로 이동될 수 있도록 하는 열교환 파이프부(30); 상기 다수의 열교환 파이프부(30) 중앙에 위치되도록 직립설치되어, 상단이 제 2유로부(20)의 상면에 배치되는 상판(P)에 고정되어, 상기 다수의 열교환 파이프부(30) 중앙에 위치되도록 직립설치되어, 내부를 순환하는 가열냉매를 통해 다수의 열교환 파이프부(30) 내부를 이동하는 가열대상유체가 온수 또는 스팀의 형태가 되도록 가열시키는 열교환 히터부(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 온수보일러용으로 사용되는 열교환장치를, 가열대상유체가 이동하는 다수의 열교환 파이프부 사이에 열교환 히터부를 설치하고, 상기 열교환 파이프부를 스프링 파이프 형태로 사용함으로써, 열교환 효율이 증대되는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 온수 및 스팀보일러용 열교환장치를 나타낸 일실시예의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 열교환 파이프부의 또 다른 실시예를 나타낸 일실시에의 도면.
본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 일실시예를 살펴보면,
온수 또는 스팀을 이용한 보일러에 사용되는 열교환장치에 있어서, 가열대상유체가 유입되는 유입관(12)이 설치되어 있으며, 사전설정된 틀로 형성되어 지면과 수평을 이루도록 설치되는 제 1유로부(10); 가열대상유체가 배출되는 배출관(21)이 설치되어 있으며, 상기 제 1유로부(10) 상부에 이격되어 대응설치되는 제 2유로부(20); 상기 제 1, 2유로부(10, 20) 사이에서, 양단이 제 1, 2유로부(10, 20)에 연통되어 수직으로 다수 설치되되, 상기 제 1, 2유로부(10, 20)의 틀 형상을 따라 다수개가 이격설치되며, 내부에 가열대상유체를 제 1유로부(10)에서 제 2유로부(20)로 이동될 수 있도록 하는 열교환 파이프부(30); 상기 다수의 열교환 파이프부(30) 중앙에 위치되도록 직립설치되어, 상단이 제 2유로부(20)의 상면에 배치되는 상판(P)에 고정되어, 상기 다수의 열교환 파이프부(30) 중앙에 위치되도록 직립설치되어, 내부를 순환하는 가열냉매를 통해 다수의 열교환 파이프부(30) 내부를 이동하는 가열대상유체가 온수 또는 스팀의 형태가 되도록 가열시키는 열교환 히터부(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열교환 파이프부(30)는 스프링 형태를 가지는 스프링 파이프가 사용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열교환 파이프부(30)는 스프링 형태로 권취되는 권취부(31)가 길이방향을 향해 연속적으로 형성되되, 열팽창을 위해 권취부(31) 상호간이 이격되어 있도록 하며, 상기 각각의 권취부(31)는 직경이 상이한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열교환 파이프부(30)는 스프링 형태로 권취되는 권취부(31) 다수개가 상호간 연속적으로 연결되어 일체를 이루며, 권취부(31) 양단의 직선부(32) 상호간이 연결되는 연결부(33)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 온수 및 스팀보일러용 열교환장치를 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 온수 및 스팀보일러용 열교환장치는 제 1유로부(10), 제 2유로부(20), 열교환 파이프부(30), 열교환 히터부(40)를 포함한다.
상기 제 1유로부(10)는 물 등의 가열대상유체가 유입되는 유입관(12)이 설치되어 있는 파이프 형태의 관으로, 지면과 수평을 이루는 형태로 설치되고, 제 1유로부(10)는 본 발명에서 사각틀 형상으로 형성되어 있지만, 이러한 형상은 사각틀 외에 다양한 형상으로 형성될 수 있음이다.
이러한 제 1유로부(10)를 통해 가열대상유체가 유입된 후, 다수의 열교환 파이프부(30)를 통해 제 2유로부(20)로 이동되는 것이다.
상기 제 2유로부(20)는 전술된 제 1유로부(10)와 동일한 형태 및 형상을 가지는 것으로, 상기 제 2유로부(20)의 상부에 이격되어 제 2유로부(20)와 대응되는 형태가 되도록 한다.
이러한 제 2유로부(20)의 외주연에는 배출관(21)이 설치되어, 제 2유로부(20) 내의 가열대상유체를 외부로 배출할 수 있도록 한다.
물론, 이러한 상기 제 1, 2유로부(10, 20) 상호간이 상, 하로 이격되어 고정배치될 수 있도록, 상기 제 1, 2유로부(10, 20) 사이에서, 제 1, 2유로부(10, 20)의 모서리 부분을 상호간 연결하는 고정프레임(11)이 더 구비될 수 있음이다.
더불어, 상기 제 1유로부(10) 및 제 2유로부(20)에는 내부의 압력을 외부로 배출시킬 수 있도록 하는 안전변(60)이 설치될수 있으며, 상기 제 2유로부(20)에는 내부의 유체 및 이물질을 외부로 배출시켜 제거할 수 있는 드레인관(61)이 설치될 수 있음이다.
상기 열교환 파이프부(30)는 다수개로 이루어지는 것으로서, 전술된 제 1유로부(10)와 제 2유로부(20) 사이에 직립으로 설치되며, 하단은 제 1유로부(10)의 상면에 연통되고, 상단은 제 2유로부(20)의 저면에 연통되는 구조를 가진다.
즉, 다수의 열교환 파이프부(30)가 직립으로 세워져 상호간 이격되면서 제 1, 2유로부(10, 20)의 틀 형상을 따라, 양단이 제 1, 2유로부(10, 20)에 연통되는 구조를 가지는 것이다.
이로써, 상기 제 1유로부(10)로 유입된 가열대상유체는 다수의 열교환 파이프부(30)를 통해 상부로 이동하여, 제 2유로부(20)를 거쳐 제공처로 배출되는 것이다.
더불어, 이러한 열교환 파이프부(30)의 경우, 스프링 형태의 나선형으로 감겨있는 형태의 스프링 파이프가 사용되어 열교환면적이 증대되도록 하며, 이렇게 스프링 형태를 가지는 권취부(31)는 수직 길이방향을 향해 연속적으로 다수번 형성되되, 다수의 권취부(31)는 열팽창을 대비하여 상호간 사전설정간격으로 이격되며 형성되어 있도록 하고, 상기 각각의 권취부(31)는 한개의 파이프부(30) 내에서 연속적으로 형성된 권취부(31) 별로 직경이 상이토록 하여 열전달 효율이 증대될 수 있도록 한다.
또한, 사용자의 또 다른 실시예에 따라, 열교환 파이프부(30)는 수직방향을 향해 지그재그 형태로 다수번 굴곡지는 파이프가 사용되며, 이러한 형상을 가지게 될 경우, 제 1유로부(10) 또는 제 2유로부(20)의 폭 또는 길이방향을 향해, 복수개 또는 다수개가 소정간격 이격되며 연속적으로 상호간 중첩되어 사용되어지는 형태가 되도록 할 수도 있음이다.
또한, 이러한 스프링 형태로 권취되는 권취부(31)는 다수개가 상호간 연속적으로 연결되어 하나의 일체를 이루는 형태가 될 수 있음이며, 스프링 형태의 권취부(31) 양단에는 권취되지 않는 직선부(32)가 형성되어, 이러한 직선부(32)가 상호간 연결되어 연결부(33)를 이룰수 있음이다. 또한 이러한 직선부(32)의 각 단부에는 직선부(32) 상호간을 연결하기 위한 다양한 연결장치(ex: 볼트/너트 등)가 형성되어 있을 수 있음이다.
상기 열교환 히터부(40)는 다수로 이루어지는 열교환 파이프부(30)의 중앙에 위치되도록 직립설치되는 것이다.
이러한 열교환 히터부(40)는 외부의 전원장치와 연결되어 가열되는 것으로, 상단이 제 2유로부(20) 상면에서 고정 프레임(11)과 고정설치되는 상판(C)의 중앙에 고정설치된다. 더욱 자세히는 열교환 히터부(40)의 상단부가 제 2유로부(20)의 상판(P)를 관통하여 외부로 돌출되는 구조를 가지며, 가열냉매가 유입출되는 것이다.
즉, 가열되는 이러한 열교환 히터부(40)가 다수의 열교환 파이프부(30) 중앙에 직립위치된다는 것은, 다수의 열교환 파이프부(30)가 열교환 히터부(40)의 외주연에 인접되어 외주연 둘레에 빙둘러 위치된다는 의미가 되기에, 상기 열교환 히터부(40) 내부를 순환하는 가열냉매를 통해 다수의 열교환 파이프부(30) 내부를 이동하는 가열대상유체를 가열시켜, 가열대상유체가 온수 또는 스팀의 형태가 되어 제공되도록 하는 것이다. 가열대상유체가 스팀의 형태로 제공하기 위해서는 이동되는 가열대상유체의 양을 온수의 형태로 사용할 때보다 상대적으로 적게 유동시키거나, 열교환 파이프부(30)의 직경을 더 작은 것으로 사용하면 되는 것이다.
또한, 이러한 상기 제 1, 2유로부(10, 20) 및 열교환 파이프부(30) 및 열교환 히터부(40)를 감싸는 외부 케이스(50)가 더 구비되어, 내부가 밀폐되는 형태가 되도록 한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.
10: 제 1유로부 11: 고정 프레임
20: 제 2유로부 30: 열교환 파이프부
31: 권취부 32: 직선부
33: 연결부 40: 열교환 히터부
50: 외부 케이스
P: 상판

Claims (5)

  1. 온수 또는 스팀을 이용한 보일러에 사용되는 열교환장치에 있어서,
    가열대상유체가 유입되는 유입관(12)이 설치되어 있으며, 사전설정된 틀로 형성되어 지면과 수평을 이루도록 설치되는 제 1유로부(10);
    가열대상유체가 배출되는 배출관(21)이 설치되어 있으며, 상기 제 1유로부(10) 상부에 이격되어 대응설치되는 제 2유로부(20);
    상기 제 1, 2유로부(10, 20) 사이에서, 양단이 제 1, 2유로부(10, 20)에 연통되어 수직으로 다수 설치되되, 상기 제 1, 2유로부(10, 20)의 틀 형상을 따라 다수개가 이격설치되며, 내부에 가열대상유체를 제 1유로부(10)에서 제 2유로부(20)로 이동될 수 있도록 하는 열교환 파이프부(30);
    상기 다수의 열교환 파이프부(30) 중앙에 위치되도록 직립설치되며, 상단이 제 2유로부(20)의 상면에 배치되는 상판(P)에 고정되고, 내부를 순환하는 가열냉매를 통해 다수의 열교환 파이프부(30) 내부를 이동하는 가열대상유체가 온수 또는 스팀의 형태가 되도록 가열시키는 열교환 히터부(40);를 포함하고,
    상기 열교환 히터부(40)는 외부의 전원장치와 연결되어 가열되는 것으로, 상단이 제 2유로부(20) 상면에서 고정 프레임(11)과 고정설치되는 상판(C)의 중앙에 고정설치되며, 열교환 히터부(40)의 상단부가 제 2유로부(20)의 상판(P)를 관통하여 외부로 돌출되는 구조로 형성되어 가열냉매가 유입출되고,
    상기 열교환 파이프부(30)는
    스프링 형태를 가지는 스프링 파이프가 사용되며,
    상기 열교환 파이프부(30)는
    수직방향을 향해 지그재그 형태로 다수번 굴곡지는 파이프가 사용되며,
    제 1유로부(10) 또는 제 2유로부(20)의 폭 또는 길이방향을 향해, 복수개 또는 다수개가 상호간 중첩되어 사용되고,
    상기 열교환 파이프부(30)는
    스프링 형태로 권취되는 권취부(31)가 길이방향을 향해 연속적으로 형성되되, 열팽창을 위해 권취부(31) 상호간이 이격되어 있도록 하며, 상기 각각의 권취부(31)는 한개의 파이프부(30) 내에서 연속적으로 형성된 권취부(31) 별로 직경이 상이하며,
    상기 열교환 파이프부(30)는
    스프링 형태로 권취되는 권취부(31) 다수개가 상호간 연속적으로 연결되어 일체를 이루며, 권취부(31) 양단의 직선부(32) 상호간이 연결되는 연결부(33)가 형성되고,
    상기 제 1유로부(10) 및 제 2유로부(20)에는 내부의 압력을 외부로 배출시킬 수 있도록 하는 안전변(60)이 설치될수 있으며, 상기 제 2유로부(20)에는 내부의 유체 및 이물질을 외부로 배출시켜 제거할 수 있는 드레인관(61)이 설치될 수 있는 것을 특징으로 하는 온수 및 스팀보일러용 열교환장치.
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KR100967085B1 (ko) * 2009-12-15 2010-07-01 벽산건설 주식회사 지중열교환기 및 지중열교환기 시공방법

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