KR102079210B1 - 보일러의 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈 - Google Patents

보일러의 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈 Download PDF

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Abstract

보일러의 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈에 관하여 개시한다. 본 발명은 보일러의 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈 난방수를 순환시키는 펌프; 상기 펌프와 간격을 두어 이격되어 대면하는 곳에 위치하는 온수 열교환기; 및 상기 펌프와 온수 열교환기의 사이 상기 간격에 설치되어 펌프의 난방 환수 유입구와 온수 열교환기의 난방 환수 토출구를 직접 수평적으로 연결하는 난방 환수 소켓;을 포함할 수 있다.

Description

보일러의 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈{Integrated module of boiler pump and hot water heat exchanger}
본 발명은 보일러의 부품수를 줄이거나 크기를 줄여 조립 공수를 절감하고 보일러의 내부 공간 활용성을 높이는 보일러의 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈에 관한 것이다.
가스보일러는 최소의 연료 소모로 열효율을 극대화할 수 있는 방향으로 개발이 이루어져 왔는데 향후에도 이러한 경향이 지속될 것으로 전망되고 있다. 예를 들면, 열효율 제고와 관련하여 콘덴싱 보일러가 알려져 있다. 콘덴싱 보일러는 일반 보일러와 다르게 잠열 흡수와 응축수 처리를 위해 여러 부품들을 추가로 필요로 하고 있으므로 정해진 공간에 부품을 배치하는 문제와 조립 및 제조 비용을 낮추기 위한 설계가 요구되고 있고, 일반 보일러에서도 마찬가지로 부품의 효율적인 배치와 조립 공수를 절감하기 위한 설계가 동일한 기준으로 적용되고 있다. 이와 관련하여 보일러 구성 부품의 모듈화를 통하여 조립 공수를 줄이고 부피를 작게하는 제안들이 소개되어 있다. 예를 들면 국내공개특허공보 10-2016-0060194 및 유럽등록특허 제1 884 723에는 부품의 모듈화를 통해 조립을 간편하게 하고 부품수와 부피를 줄이는 것에 관하여 개시되어 있다. 그러나 기존의 보일러는 난방 환수 측에 난방배관과 연결되는 별도의 연결관으로 펌프와 연결하기 때문에 펌프의 위치에 따라 연결을 위한 다종의 부품이 필요하고 펌프 위치에 따라 부품 길이와 구조가 복잡해져 비용이 추가되는 것과 함께 보일러 내부 공간을 비효율적으로 사용하게 되는 문제점이 있었다.
특허문헌 1. 국내공개특허공보 제10-2016-0060194호(공개일 2016년05월30일)
특허문헌 2. 유럽등록특허 EP 1 884 723 B1(공개일 2008년08월20일)
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 보일러의 펌프와 온수 열교환기가 일체화된 모듈로 제작될 수 있게 하는데 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 펌프에 난방 환수를 공급하기 위한 연결관을 온수 열교환기로 대체하여 조립하는데 있다.
상기 목적들은, 본 발명에 따르면, 난방수를 순환시키는 펌프; 상기 펌프와 간격을 두어 이격되어 대면하는 곳에 위치하는 온수 열교환기; 및 상기 펌프와 온수 열교환기의 사이 상기 간격에 설치되어 펌프의 난방 환수 유입구와 온수 열교환기의 난방 환수 토출구를 직접 수평적으로 연결하는 난방 환수 소켓;을 포함하는, 보일러의 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈로부터 달성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 상기 온수 열교환기의 난방 환수 토출구에 상기 난방 환수 소켓의 일단이 코킹되어 고정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 상기 펌프는 보일러의 케이싱 캐비넷 내부 바닥면을 따라 브라켓에 의해 지지되고, 상기 온수 열교환기는 캐비넷의 내부 측벽면에 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 상기 펌프의 난방 환수 유입구와 상기 온수 열교환기의 난방 환수 토출구는 동심이 일치하는 동일한 기준 높이를 갖도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 상기 난방 환수는 온수 열교환기의 포밍부를 통해 펌프측 난방 환수 유입구로 유입되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 상기 온수 열교환기는 난방 환수를 펌프측으로 유도하는 유로가 개설된 포밍부를 포함하며, 상기 포밍부의 일단은 난방 환수 도입구를, 상기 난방 환수 토출구와 상기 난방 환수 도입구 사이에는 난방수 보충구를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 상기 온수 열교환기는 수원측의 직수가 유입되는 직수 유입구; 난방 환수에 의해 열교환된 온수를 내보내는 온수 배출구; 및 주열교환기측 난방수가 유입되는 난방수 유입구;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 상기 펌프의 난방 환수 유입구를 중심으로 그 주변부에 난방 환수의 수위를 검지하는 수위검지센서와 상기 온수 열교환기로 난방 환수를 유입시키는 난방 환수 도입구를 중심으로 그 주변부에 위치하는 난방 환수 연결관에는 상기 펌프의 난방 환수 유입구측보다 낮은 위치에 수위검지센서를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 상기 난방 환수를 펌프측으로 유도하는 유로가 개설된 포밍부는, 난방 환수를 팽창탱크로 보내는 난방 환수 유출구와 연결된 연장 포밍부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은, 보일러의 펌프 주변 난방 환수 유로부 및 그 주변부의 연결관의 조립과 연결을 구조적으로 간단히 하여 조립 공수 및 생산성을 개선하고 부품수와 유로 연결을 위한 방향 전환 개소를 최소화하여 보일러의 내부 공간을 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은, 온수 열교환기의 잔열이 남아있을 경우 환수되어 온도가 낮아진 난방수의 온도를 난방 열교환 전에 일부 가열할 수 있으므로 보일러의 성능 개선 설계에 활용될 수 있다.
도 1은 보일러의 내부를 나타낸 예시이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈이 적용된 부분을 발췌하여 나타낸 보일러의 예시이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈이 적용된 부분을 발췌하여 나타낸 설치 단면 구조의 예시이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈의 외관을 나타낸 예시이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈에서 난방환수의 흐름을 나타낸 예시이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 온수 열교환기의 표면 구조의 예시이다.
도 7은 도 6의 A-A선 단면도이다.
도 8은 도 6의 B-B선 단면도이다.
도 9는 도 6의 C-C선 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 온수 열교환기에서 온수 유동 흐름을 나타낸 예시이다.
도 11은 본 발명의 일시예에 따른 온수 열교환기에서 난방 유동 흐름을 나타낸 예시이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 '보일러의 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈'을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 가스보일러의 내부를 나타낸 예시이다. 도 1에 도시된 바와 같이 가스보일러(100)는 버너(110)의 연소열에 의해 난방수를 가열하고 가열된 난방수를 난방소요처로 공급하여 난방에 사용하거나 가열된 난방수와 직수 간의 열교환에 의해 온수를 공급할 수 있도록 되어 있다. 가스보일러는 버너의 연소열에 의해 난방수를 가열하는 주열교환기(120), 난방수의 강제 순환을 위해 난방수의 유로에 설치되는 펌프(130), 주열교환기(120)에서 가열된 난방수와 직수 간의 열교환에 의해 온수를 공급하는 급탕열교환기(140), 난방소요처를 거쳐 환수되는 난방수와 급탕열교환기를 거쳐 순환되는 난방수가 회수되어 저장되는 팽창탱크(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
기존의 경우 펌프에 난방 환수를 공급하여 순환시키기 위하여 난방 환수 배관에서 펌프까지 연결이 필요하고 이를 위해 여러 번의 방향 전환이 필요하여 부품의 수량 및 크기가 커지는 원인이 되고 있다. 그리고, 난방 환수 측에 난방 배관과 연결되는 별도의 연결관으로 펌프와 연결하기 때문에 펌프의 위치에 따라 연결을 위한 다종의 부품이 필요할 수 있다. 또한, 펌프 위치에 따라 부품 길이와 구조가 복잡해져 비용이 추가되는 것과 함께 보일러 내부 공간을 지나치게 많이 차지하고 있다.
본 발명은 보일러의 펌프와 온수 열교환기를 일체화된 모듈로 제작할 수 있도록 제시된다. 또한 펌프에 난방 환수를 공급하기 위한 연결관을 별도의 연결용 부품 소요 없이 직접 온수 열교환기로 대체하여 조립할 수 있도록 제시된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈이 적용된 부분을 발췌하여 나타낸 보일러의 예시이다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈이 적용된 부분을 발췌하여 나타낸 설치 단면 구조의 예시이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈의 외관을 나타낸 예시이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈에서 난방환수의 흐름을 나타낸 예시이다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 온수 열교환기의 표면 구조의 예시이다.
본 발명의 실시 예에 따른 보일러의 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈은 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 난방수를 순환시키는 펌프(130), 펌프(130)와 간격(L1)을 두어 이격되어 대면하는 곳에 위치하는 온수 열교환기(160), 펌프(130)와 온수 열교환기(160)의 사이 간격에 설치되어 펌프(130)의 난방 환수 유입구(131)와 온수 열교환기(160)의 난방 환수 토출구(161)를 수평적으로 직접 연결하는 난방 환수 소켓(170)으로 구성될 수 있다.
또한, 온수 열교환기(160)의 난방 환수 토출구(161)에는 도 3에 도시된 바와 같이 난방 환수 소켓(170)의 일단을 코킹으로 고정하여 구성할 수 있다.
또한, 온수 열교환기(160)의 난방 환수 토출구(161)에는 도 3에 도시된 바와 같이 난방 환수 소켓(170)의 일단을 코킹으로 고정한 후 브레이징 용접하여 구성할 될 수도 있다.
난방 환수 소켓(170)의 일단을 온수 열교환기(160)의 난방 환수 토출구(161)에 코킹 고정하여 고정해 놓으면 펌프(130)의 난방 환수 유입구(131)와 온수 열교환기(160)를 연결할 때 한쪽만 연결하면 되므로 조립성이 개선되고 정밀한 연결이 가능하고 연결 부분의 내구성이 강화되어 누수를 방지하는데 유리할 수 있다.
또한, 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈(200)은 도 3에 도시된 바와 같이 펌프(130)를 보일러의 케이싱 캐비넷(190) 내부 바닥면을 따라 브라켓(180)을 통해 지지될 수 있고, 온수 열교환기(160)는 캐비넷(190)의 내부 측벽면(191)에 간단히 설치될 수 있으므로, 복잡한 펌프(130)의 위치 결정과 주변 유로 연결관 연결 작업이 대부분 생략될 수 있다. 이에 따라 조립성이 개선되고 및 펌프(130)를 중심으로 주변부에 설치되는 복잡한 연결관 이음 부품들의 소요를 효과적으로 줄일 수 있다. 전체적으로 작은 부피의 난방 환수 유로를 형성하는데 유리할 수 있다.
또한, 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈(200)은 도 3에 도시된 바와 같이 펌프(130)의 난방 환수 유입구(131)와 온수 열교환기(160)의 난방 환수 토출구(161)는 직선적으로 대응하여 동심이 일치하는 동일한 기준 높이를 갖도록 설치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 온수 열교환기의 표면 구조의 예시이다.도 7은 도 6의 A-A선 단면도이다. 도 8은 도 6의 B-B선 단면도이다. 도 9는 도 6의 C-C선 단면도이다.
도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈(200)의 온수 열교환기(160)를 통과하는 난방 환수는 온수 열교환기(160)의 포밍부(162)를 통해 펌프(130)측 난방 환수 유입구(131)로 유입되도록 유도될 수 있다.
또한, 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈(200)을 구성하는 온수 열교환기(160)는 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이 난방 환수를 펌프(130)측으로 유도하는 유로(163)가 포밍부(162)에 개설되어 유로를 따라 유입되는 난방 환수는 난방 환수 토출구(161)에 조립된 난방 환수 소켓(170)을 통해 펌프(130)의 흡입력으로 펌프(131)의 난방 환수 순환유로(132)를 따라 순환될 수 있다.
또한, 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈(200)을 구성하는 온수 열교환기(160)는 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이 포밍부(162)의 일단은 난방 환수 도입구(164)를 구비하고, 난방 환수 토출구(161)와 난방 환수 도입구(164) 사이에 난방수 보충구(165)를 구비할 수 있다. 이를 통해 난방 환수와 구분되는 고온의 난방수를 난방수 보충 파이프(165a)를 통해 유입시켜 필요에 따라 온수 열교환기(160)로 보충하여 유동시킬 수 있다.
또한, 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈(200)을 구성하는 온수 열교환기(160)는 도 3 내지 도 9에 도시된 바와 같이 수원측의 직수가 유입되는 직수 유입구(166)를 구비할 수 있다. 직수는 난방 환수에 의해 열교환된 온수로 변화될 수 있으며 온수를 내보내는 온수 배출구(167)를 구비할 수 있다. 그리고, 주열교환기(110)측 난방수가 유입되는 난방수 유입구(168)를 구비할 수 있다.
또한, 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈(200)을 구성하는 온수 열교환기(160)는 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이 펌프(130)의 난방 환수 유입구(131)를 중심으로 그 주변부에 난방 환수의 수위를 검지하는 수위검지센서(230)와 난방 환수의 온도를 검지하는 환수온도센서(220)를 구비하고, 온수 열교환기(160)로 난방 환수를 유입시키는 난방 환수 도입구(164)를 중심으로 그 주변부에 위치하는 난방 환수 연결관(164a)에는 펌프(130)의 난방 환수 유입구(131)측보다 낮은 위치에 수위검지센서(210)를 구비할 수 있다.
이를 통해 온수 열교환기(160)를 따라 유동되는 난방 환수의 온도 및 수위를 복잡한 부품을 사용하지 않고 실시간으로 체크하여 제어부를 통해 판단할 수 있으므로, 보일러의 운전을 효과적으로 제어하는데 유리할 수 있다.
또한, 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈(200)을 구성하는 온수 열교환기(160)는 도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이 난방 환수를 펌프(130)측으로 유도하는 유로(163)가 개설된 포밍부(162)는, 난방 환수를 팽창탱크(150)로 보내는 난방 환수 유출구(169)와 연결된 연장된 연장 포밍부(162a)를 포함하여 구성될 수 있다.
온수 열교환기(160)의 연장 포밍부(162a)는 난방수와 동일한 압력을 유지할 수 있는 연결부를 갖출 수 있도록 난방 환수 유출구(169)를 통해 팽창탱크(150)로 연결될 수 있다. 여기서 난방 환수 유출구(169)는 팽창탱크(150) 이외에 팽창탱크(150)를 대신할 수 있는 다른 부품이 연결될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 온수 열교환기에서 온수 유동 흐름을 나타낸 예시이다. 도 11은 본 발명의 일시예에 따른 온수 열교환기에서 난방 유동 흐름을 나타낸 예시이다.
본 발명에 따른 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈(200)을 통한 온수의 유동흐름을 도 10을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 10에 도시된 바와 같이 난방수가 난방 환수 도입구(164)로 들어오고 직수가 직수 유입구(166)로 유입되면 직수는 난방 환수와 열교환되어 온수 배출구(167)를 통해 온수로 배출될 수 있다.
이때 펌프(130)가 작동하면 온수 열교환기(160)로 유입된 난방수는 난방 환수 토출구(161)로 토출되면서 펌프(130)측으로 유동하여 난방 환수 순환유로(132)를 따라 순환될 수 있다.
이에 따라 온수 열교환기(160)로 유입되는 난방수는 직수를 열교환시켜 온수로 변화시켜 출수되도록 할 수 있고, 펌프(130)의 작동 유무에 따라 난방수를 복잡한 유로 구조 없이 온수 열교환기(160)를 중심으로 순환 시킬 수 있다.
본 발명에 따른 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈(200)을 통한 난방 유동 흐름을 도 11을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 11에 도시된 바와 같이 난방 환수가 난방 환수 도입구(164)를 통해 온수 열교환기(160)로 유입된 상태에서 펌프(130)가 작동하면 온수 열교환기(160)로 유입된 난방 환수는 난방 환수 토출구(161)로 토출되면서 펌프(130)측으로 유동하여 난방 환수 순환유로(132)를 따라 주열교환기(110)로 순환되어 난방수로 가열되어 난방으로 출탕될 수 있다.
이때 온수 열교환기(160)로 유입되는 난방 환수의 일부는 난방 환수 유출구(169)를 통해 이와 연결된 팽창탱크(150)로 보내질 수 있고, 주열교환기(120)측 난방수가 난방수 유입구(168)를 통해 유입되는 경우는 온수 사용시 온수 열교환기(160)의 열교환 능력을 상승시킬 수 있다.
이에 따라 온수 열교환기(160)로 유입되는 난방 환수는 펌프(130)의 작동 유무에 따라 난방 환수를 복잡한 유로 구조 없이 온수 열교환기(160)를 중심으로 순환 시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 실시예로 한정되지 않으며 본 발명의 요지를 벗어나지 않은 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있으며 수정과 변형이 이루어진 것은 본 발명의 기술 사상에 포함된다.
100: 보일러 110: 버너
120: 주열교환기 130: 펌프
131: 난방 환수 유입구 132: 난방 환수 순환유로
160: 온수 열교환기 161: 난방 환수 토출구
162: 온수 열교환기의 포밍부
162a: 온수 열교환기의 연장 포밍부
163: 유로 164: 난방 환수 도입구
165: 난방수 보충구 166: 직수 유입구
167: 온수 배출구 168: 난방수 유입구
169: 난방 환수 유출구 180: 브라켓
200: 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈

Claims (8)

  1. 난방수를 순환시키는 펌프; 상기 펌프와 간격을 두고 이격되어 대면하는 곳에 위치하는 온수 열교환기; 및
    상기 펌프와 온수 열교환기의 사이 상기 간격에 설치되어 펌프의 난방 환수 유입구와 온수 열교환기의 난방 환수 토출구를 직접 수평적으로 연결하는 난방 환수 소켓;을 포함하여 이루어지며,
    상기 난방 환수는 온수 열교환기의 포밍부를 통해 펌프측 난방 환수 유입구로 유입되도록 구성된, 보일러의 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온수 열교환기의 난방 환수 토출구에 상기 난방 환수 소켓의 일단이 코킹되어 고정된, 보일러의 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프는 보일러의 케이싱 캐비넷 내부 바닥면을 따라 브라켓에 의해 지지되고, 상기 온수 열교환기는 캐비넷의 내부 측벽면에 설치된, 보일러의 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프의 난방 환수 유입구와 상기 온수 열교환기의 난방 환수 토출구는 동심이 일치하는 동일한 기준 높이를 갖는, 보일러의 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 온수 열교환기는 난방 환수를 펌프측으로 유도하는 유로가 개설된 포밍부를 포함하며, 상기 포밍부의 일단은 난방 환수 도입구를, 상기 난방 환수 토출구와 상기 난방 환수 도입구 사이에는 난방수 보충구를 구비하는, 보일러의 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 온수 열교환기는 수원측의 직수가 유입되는 직수 유입구; 난방 환수에 의해 열교환된 온수를 내보내는 온수 배출구; 및 주열교환기측 난방수가 유입되는 난방수 유입구;를 포함하는, 보일러의 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프의 난방 환수 유입구를 중심으로 그 주변부에 난방 환수의 수위를 검지하는 수위검지센서와 상기 온수 열교환기로 난방 환수를 유입시키는 난방 환수 도입구를 중심으로 그 주변부에 위치하는 난방 환수 연결관에는 상기 펌프의 난방 환수 유입구측보다 낮은 위치에 수위검지센서를 구비하는, 보일러의 펌프와 온수 열교환기 일체형 모듈.
















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