KR102173136B1 - 보일러의 파형 연관 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연관의 열교환 효율을 향상시키도록 하는 보일러의 파형 연관 구조에 관한 것으로, 본체의 길이방향 제 1 측부를 따라 오목하게 형성되는 복수 개의 제 1 오목부와, 상기 제 1 측부와 마주보는 상기 본체의 길이방향 제 2 측부를 따라 오목하게 형성되되 한 쌍의 제 1 오목부 사이에 마주보도록 위치되는 복수 개의 제 2 오목부와, 상기 제 1 측부와 상기 제 2 측부 사이에 구비되는 한 쌍의 측벽부에 형성되는 복수 개의 차단홈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

보일러의 파형 연관 구조{Waveform Tube Structure for Boiler}
본 발명은 보일러의 파형 연관 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연관의 열교환 효율을 향상시키도록 하는 보일러의 파형 연관 구조에 관한 것이다.
일반적으로 가스보일러는 연료를 가스로 하고 열매체를 물로 하여 난방에 사용하고, 온수겸용 보일러의 경우 난방순환수를 보일러 내부에서 순환시키고 간접 열교환 형태로 급수를 가열하여 온수도 사용 가능하게 한 연소기이다. 가스보일러는 가정이나 사무실 혹은 공장 등과 같은 다양한 건축물에 설치되어, 온수나 난방수를 공급하도록 구성되며, 응축수 생성여부에 따라 일반보일러 및 콘덴싱보일러로 구분할 수 있고, 온수공급방식에 따라 순간식보일러 및 저탕식보일러로 구분할 수 있다. 이러한 가스보일러의 기본 구조를 보면, 하우징 내부에 연소장치와 열교환기가 구비된다. 연소장치는 연료 즉, 가스에 의한 화염이 적정한 길이를 갖는 자유화염의 형태로 연소되는 공간이며, 이후에 연소장치에서 나오는 연소가스는 열교환기에서 열매체와 열교환을 한 후에 연통을 통하여 배출되는 구조로 구성된다.
도 1은 종래 보일러를 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래 보일러(10)는 본체(12) 내부에 복수의 연관(15)을 갖는 열교환수단(14)과, 열교환수단(14)의 연관(15)으로 화염을 분출하는 버너부(16)와, 버너부(16)로 공기를 공급하는 흡기부와, 버너부(16)에서 발생되는 연소가스를 외부로 배출시키는 배기부(19)를 포함한다. 그리고 외부로부터 직수가 본체(12) 내부로 공급되면, 상기 직수는 케이스 내부에 구비되는 복수의 연관(15)과 맞닿게 되면서 온수로 열교환이 진행되고, 이렇게 형성된 온수는 순환펌프(미도시) 등에 의하여 온수파이프(미도시)로 공급된다.
도 2는 종래 보일러에 적용되는 연관을 설명하기 위하여 도시한 사시도이고, 도 3은 종래 보일러에 적용되는 연관을 설명하기 위하여 도시한 측면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래 연관(15)은 긴 파이프 형상으로 형성되며, 그 길이방향 일측을 따라 복수 개의 제 1 오목부(15a)가 오목하게 형성되고, 그 길이방향 타측을 따라 복수 개의 제 2 오목부(15b)가 오목하게 형성된다. 그리고 제 1 오목부(15a)와 제 2 오목부(15b)는 지그재그 형상으로 반복되도록 구성되어, 상호 마주보는 한 쌍의 제 1 오목부(15a) 사이에 제 2 오목부(15b)가 위치되도록 구성된다.
도 4는 종래 보일러에 적용되는 연관의 시간에 따른 유체의 유동해석을 설명하기 위하여 도시한 사시도이고, 도 5는 종래 보일러에 적용되는 연관의 시간에 따른 유체의 유동해석을 설명하기 위하여 도시한 측면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 한 쌍의 제 1 오목부(15a) 사이에 제 2 오목부(15b)가 구비되고, 반대로, 한 쌍의 제 2 오목부(15b) 사이에 제 1 오목부(15a)가 구비되므로, 제 1, 2 오목부(15a, 15b)의 중앙이 위치하는 연관(15)의 내부 직경이 작아짐은 물론, 제 1, 2 오목부(15a, 15b)의 단부가 위치하는 연관(15)의 내부 직경 또한 작아지게 된다. 이처럼 연관(15)의 내부 직경이 작아지게 되면, 연관(15)을 따라 이동되는 화염이 작아진 연관(15) 내부를 따라 천천히 이동되므로, 화염의 열기가 효율적으로 연관(15)으로 전달된다.
한편, 연관(15)으로 삽입된 유체의 이동 속도는 베르누이 원리에 의하여 좁은 통로를 지나갈수록 유속이 빨라지고, 넓은 통로를 지나갈수록 유속이 느려진다. 이에 따라, 한 쌍의 제 1 오목부(15a)의 양 단부 부분 및 한 쌍의 제 2 오목부(15b)의 양 단부 부분에서 유속이 상대적으로 느려지고, 제 1 오목부(15a)의 중앙 부분 및 제 2 오목부(15b)의 중앙 부분에서 유속이 상대적으로 빨라짐을 알 수 있다. 이는, 제 1, 2 오목부(15a, 15b)의 양 단부와 인접한 연관(15)의 내부 직경이 상대적으로 크고, 제 1, 2 오목부(15a, 15b)의 중앙과 인접한 연관(15)의 내부 직경이 상대적으로 작도록 형성된다는 것을 의미한다.
이에 따라 한 쌍의 제 1, 2 오목부(15a, 15b)의 양 단부와 인접한 연관(15) 내부 직경 또한 작아지도록 형성되면 연관(15)을 따라 이동되는 화염은 더욱 오랫동안 머무를 수 있으나, 아직 이러한 구조는 개발된 바 없어, 연관(15)의 열교환 효율은 그동안 답보 상태에 놓여 있는 문제점이 있다.
한국등록실용신안공보 제20-0206391호
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 연관의 열교환 효율을 향상시키도록 하는 보일러의 파형 연관 구조를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 보일러에 적용되는 연관에 있어서, 기둥 형상으로 형성되고 내부가 빈 본체와, 상기 본체의 길이방향 제 1 측부를 따라 오목하게 형성되는 복수 개의 제 1 오목부와, 상기 제 1 측부와 마주보는 상기 본체의 길이방향 제 2 측부를 따라 오목하게 형성되되 한 쌍의 제 1 오목부 사이에 마주보도록 위치되는 복수 개의 제 2 오목부와, 상기 제 1 측부와 상기 제 2 측부 사이에 구비되는 한 쌍의 측벽부에 형성되는 복수 개의 차단홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러의 파형 연관 구조를 제공한다.
또한, 상기 측벽부는, 상기 제 1 측부와 상기 제 2 측부 사이의 길이방향 일측에 구비되는 제 1 측벽부와, 상기 제 1 측부와 상기 제 2 측부 사이의 길이방향 타측에 구비되는 제 2 측벽부를 포함하고, 복수 개의 상기 제 1 오목부의 서로 마주보는 단부 사이에 상기 제 2 오목부의 중앙이 마주보도록 위치되고, 상기 차단홈은 상기 제 1 측벽부 및 상기 제 2 측벽부의 길이방향을 따라 복수 개가 형성되되, 복수 개의 상기 제 1 오목부의 서로 마주보는 단부와 상기 제 2 오목부의 중앙 사이에 오목하게 형성되는 것을 특징으로 하는 보일러의 파형 연관 구조를 제공한다.
또한, 상기 차단홈은 반구 형상으로 오목하게 형성되는 것을 특징으로 하는 보일러의 파형 연관 구조를 제공한다.
또한, 한 쌍의 상기 측벽부의 일단부에 오목하게 형성되는 오목단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러의 파형 연관 구조를 제공한다.
또한, 한 쌍의 상기 측벽부의 단부와 가까워질수록 한 쌍의 상기 측벽부 사이의 직경은 상기 오목단부에 의하여 작아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 보일러의 파형 연관 구조를 제공한다.
본 발명은 본체의 측벽부에 차단홈이 형성되므로, 연관을 따라 이동되는 화염은 차단홈 주변에서 더욱 오랫동안 머무르면서, 화염의 열기를 더욱 효율적으로 연관으로 전달할 수 있는 효과가 있다. 또한, 연관을 따라 이동되는 화염은 오목단부 주변에서 더욱 오랫동안 머무르면서, 화염의 열기를 더욱 효율적으로 연관으로 전달할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 보일러를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 2는 종래 보일러에 적용되는 연관을 설명하기 위하여 도시한 사시도이다.
도 3은 종래 보일러에 적용되는 연관을 설명하기 위하여 도시한 측면도이다.
도 4는 종래 보일러에 적용되는 연관의 시간에 따른 유체의 유동해석을 설명하기 위하여 도시한 사시도이다.
도 5는 종래 보일러에 적용되는 연관의 시간에 따른 유체의 유동해석을 설명하기 위하여 도시한 측면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보일러의 파형 연관 구조를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 7은 도 6의 A-A' 단면을 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보일러의 파형 연관 구조를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보일러의 파형 연관 구조를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 10은 도 9의 B-B' 단면도이다.
도 11은 도 9의 C-C' 단면도이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보일러의 파형 연관 구조의 시간에 따른 유체의 유동해석을 설명하기 위하여 도시한 사시도이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보일러의 파형 연관 구조의 시간에 따른 유체의 유동해석을 설명하기 위하여 도시한 측면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보일러의 파형 연관 구조를 더욱 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보일러의 파형 연관 구조를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 7은 도 6의 A-A' 단면을 도시한 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보일러의 파형 연관 구조는 연관(100)을 포함하고, 연관(100)은 본체(110), 제 1, 2 오목부(120, 122), 차단홈(130) 및 오목단부(140)를 포함한다.
연관(100)은 보일러의 버너에서 발생되는 연소가스가 이동되는 통로로 구성되고, 보일러로 공급되는 외부의 직수는 연관(100)과 맞닿게 되면서 온수로 열교환된다. 이러한 연관(100)은 연소가스가 천천히 이동될수록 연소가스의 열이 연관(100)으로 더욱 많이 전달되어 연관(100)의 열 교환 효율이 향상된다.
본체(110)는 연관(100)의 외관을 형성하는 것으로, 기둥 형상으로 길게 형성되고 내부가 빈 공간이 구비된다. 그리고 버너의 연소가스가 본체(110) 내부의 빈 공간을 통하여 본체(110)의 길이방향 일단부에서 타단부 방향으로 이동된다. 이러한 본체(110)는 길이방향 일측에 제 1 측부(111)가 구비되고, 제 1 측부(111)의 마주보는 본체(110)의 길이방향 타측에 제 2 측부(112)가 구비되며, 제 1 측부(111)와 제 2 측부(112) 사이의 길이방향 일측에 제 1 측벽부(113)가 구비되고, 제 1 측부(111)와 제 2 측부(112) 사이의 길이방향 타측에 제 2 측벽부(114)가 구비된다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보일러의 파형 연관 구조를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보일러의 파형 연관 구조를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 제 1 오목부(120)는 제 1 측부(111)의 길이방향을 따라 복수 개가 파형으로 오목하게 형성된다. 이러한 제 1 오목부(120)는 상호 직렬로 배열되되 상호 마주보는 한 쌍의 제 1 오목부(120)는 상호 이격된다. 제 2 오목부(122)는 제 2 측부(112)의 길이방향을 따라 복수 개가 파형으로 오목하게 형성된다. 이러한 제 2 오목부(122)는 상호 직렬로 배열되되 상호 마주보는 한 쌍의 제 2 오목부(122)는 상호 이격된다. 이때, 제 2 오목부(122)는 한 쌍의 제 1 오목부(120) 사이에 마주보도록 위치되되, 복수 개의 상기 제 1 오목부(120)의 서로 마주보는 단부 사이에 상기 제 2 오목부(122)의 중앙이 마주보도록 위치된다.
차단홈(130)은 상기 제 1 측벽부(113) 및 상기 제 2 측벽부(114)의 길이방향을 따라 복수 개가 형성되되, 복수 개의 상기 제 1 오목부(120)의 서로 마주보는 단부와 상기 제 2 오목부(122)의 중앙 사이에 오목하게 형성된다. 차단홈(130)은 반구 형상으로 오목하게 형성된다. 그리고 한 쌍의 제 1 오목부(120)의 서로 마주보는 단부와 제 2 오목부(122)의 중앙 사이의 직경은 차단홈(130)에 의하여 작아지도록 형성된다.
오목단부(140)는 한 쌍의 상기 측벽부의 일단부에 오목하게 형성된다. 오목단부(140)에 의하여 제 1, 2 측벽부(113, 114)의 단부와 가까워질수록 제 1, 2 측벽부(113, 114) 사이의 직경은 오목단부(140)에 의하여 작아지도록 형성된다.
도 10은 도 9의 B-B' 단면도이고, 도 11은 도 9의 C-C' 단면도이다.
도 6 내지 도 11를 참조하면, 제 1, 2 측벽부(113, 114)에 구비되는 한 쌍의 차단홈(130) 사이의 직경(d2)은 한 쌍의 차단홈(130)이 없는 제 1, 2 측벽부(113, 114) 사이의 직경(d1)보다 작도록 구성된다. 이에 따라 연관(100)을 따라 이동되는 화염은 차단홈(130)에 의하여 블로킹되면서 더욱 천천히 이동된다.
또한, 제 1, 2 측벽부(113, 114)에 구비되는 한 쌍의 오목단부(140) 사이의 직경(d4)은 한 쌍의 오목단부(140)가 없는 제 1, 2 측벽부(113, 114) 사이의 직경(d3)보다 작도록 구성된다. 이에 따라 연관(100)을 따라 이동되는 화염은 오목단부(140)에 의하여 블로킹되면서 더욱 천천히 이동된다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보일러의 파형 연관 구조의 시간에 따른 유체의 유동해석을 설명하기 위하여 도시한 사시도이고, 도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보일러의 파형 연관 구조의 시간에 따른 유체의 유동해석을 설명하기 위하여 도시한 측면도이다.
도 4 내지 도 13을 참조하면, 연관(100)으로 삽입된 유체의 이동 속도는 베르누이 원리에 의하여 좁은 통로를 지나갈수록 유속이 빨라지고, 넓은 통로를 지나갈수록 유속이 느려진다. 이러한 법칙을 토대로 하여, 먼저, 도 4 및 도 5를 참조하면, 유체의 이동 속도는 제 1, 2 오목부(15a, 15b)의 중앙 부분에서 유속이 상대적으로 빨라짐을 알 수 있다.
이어서, 도 12 및 도 13을 참조하면, 유체의 이동 속도는 제 1, 2 오목부(120, 122)의 중앙 부분은 물론, 한 쌍의 제 1 오목부(120)의 양 단부 주변의 유속 또한, 상대적으로 빨라짐을 알 수 있다. 이는, 한 쌍의 제 1 오목부(120)의 양 단부와 제 2 오목부(122)의 중앙 사이에 형성되는 차단홈(130)으로 인하여, 차단홈(130) 주변의 직경이 상대적으로 작도록 형성된다는 것을 의미하며, 이에 따라 연관(100)을 따라 이동되는 화염은 차단홈(130) 주변에서 더욱 오랫동안 머무르면서, 화염의 열기를 더욱 효율적으로 연관(100)으로 전달할 수 있는 효과가 있다.
또한, 유체의 이동 속도는 오목단부(140) 주변에서도 상대적으로 빨라짐을 알 수 있다. 이는, 한 쌍의 오목단부(140)로 인하여, 오목단부(140) 주변의 직경이 상대적으로 작도록 형성된다는 것을 의미하며, 이에 따라 연관(100)을 따라 이동되는 화염은 오목단부(140) 주변에서 더욱 오랫동안 머무르면서, 화염의 열기를 더욱 효율적으로 연관(100)으로 전달할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상기 실시예에서 상세히 설명되었지만, 본 발명을 이로 한정하지 않음은 당연하고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.
100: 연관 110: 본체
111: 제 1 측부 112: 제 2 측부
113: 제 1 측벽부 114: 제 2 측벽부
120: 제 1 오목부 122: 제 2 오목부
130: 차단홈 140: 오목단부

Claims (5)

  1. 보일러에 적용되는 연관에 있어서,
    기둥 형상으로 형성되고 내부가 빈 본체와, 상기 본체의 길이방향 제 1 측부를 따라 오목하게 형성되는 복수 개의 제 1 오목부와, 상기 제 1 측부와 마주보는 상기 본체의 길이방향 제 2 측부를 따라 오목하게 형성되되 한 쌍의 제 1 오목부 사이에 마주보도록 위치되는 복수 개의 제 2 오목부와, 상기 제 1 측부와 상기 제 2 측부 사이에 구비되는 한 쌍의 측벽부에 형성되는 복수 개의 차단홈을 포함하고,
    상기 측벽부는, 상기 제 1 측부와 상기 제 2 측부 사이의 길이방향 일측에 구비되는 제 1 측벽부와, 상기 제 1 측부와 상기 제 2 측부 사이의 길이방향 타측에 구비되는 제 2 측벽부를 포함하고,
    복수 개의 상기 제 1 오목부의 서로 마주보는 단부 사이에 상기 제 2 오목부의 중앙이 마주보도록 위치되고,
    상기 차단홈은 상기 제 1 측벽부 및 상기 제 2 측벽부의 길이방향을 따라 복수 개가 형성되되, 복수 개의 상기 제 1 오목부의 서로 마주보는 단부와 상기 제 2 오목부의 중앙 사이에 오목하게 형성되고,
    상기 차단홈은 반구 형상으로 오목하게 형성되고,
    상기 차단홈과 상기 제 2 오목부 사이는 상호 이격되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 보일러의 파형 연관 구조.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    한 쌍의 상기 측벽부의 일단부에 오목하게 형성되는 오목단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러의 파형 연관 구조.
  5. 제 4 항에 있어서,
    한 쌍의 상기 측벽부의 단부와 가까워질수록 한 쌍의 상기 측벽부 사이의 직경은 상기 오목단부에 의하여 작아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 보일러의 파형 연관 구조.
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