KR102254180B1 - 스마트 화목 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 스마트 화목 보일러는: 외관을 형성하도록 구비되며, 내부에는 난방용 용수가 임시 수용되는 저탕조가 형성된 본체; 상기 본체의 내부에서 상기 본체의 외 벽면과의 사이에 상기 저탕조가 형성되도록 상기 저탕조와는 구획되게 구비되며, 내부로는 화목 연료가 투입되어 연소 되도록 구비된 1차 연소실; 상기 1차 연소실의 상부에 구비된 2차 연소실; 상기 본체의 상측에서 상기 2차 연소실에 연통 구비된 연돌부; 상기 저탕조의 상측에 구비되어 난방용 용수의 가열시 열교환에 의해 가열되는 급탕용 용수가 유동 되는 급탕 열교환부; 및, 상기 본체의 상부에 구비되며, 전열핀이 상기 급탕 열교환부를 지나 상기 저탕조로 연장되어 상기 저탕조 내부에 임시 수용된 난방용 용수의 온도가 기준 온도 이하로 떨어지게 되면 난방용 용수의 온도가 다시 설정 온도까지 상승 되도록 가열하는 전기 히터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 화목 연료를 태워 발생하는 열을 난방 및 급탕용으로 이용하는 화목 보일러에서 열효율을 높이기 위한 다단의 연도를 간단한 구조로 형성하여 크기가 소형화되도록 할 수 있고, 겨울철에 동파가 방지되도록 할 수 있으며, 예열을 통하여 열효율이 향상되도록 함과 동시에 전기 소모량이 절약되도록 하여 비용이 절감되고 가격 대비 성능이 향상되도록 할 수 있는 스마트 화목 보일러를 제공할 수 있다.

Description

스마트 화목 보일러 {smart fire wood boiler}

본 발명은 스마트 화목 보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 장작이나 펠릿과 같은 화목 연료를 태워 발생하는 열을 난방 및 급탕용으로 이용하는 화목 보일러에서 열효율을 높이기 위한 다단의 연도를 간단한 구조로 형성하여 크기가 소형화되도록 할 수 있고, 겨울철에 동파가 방지되도록 할 수 있으며, 예열을 통하여 열효율이 향상되도록 함과 동시에 전기 소모량이 절약되도록 하여 비용이 절감되고 가격 대비 성능이 향상되도록 할 수 있는 스마트 화목 보일러에 관한 것이다.

일반적으로 화목 보일러는 농촌 및 산간지방에서 쉽게 구할 수 있는 폐목 등 나무를 연료로 사용하거나 또는 갈탄을 연료로 사용할 수 있어 기름 보일러, 가스 보일러, 전기 보일러에 비하여 연료비가 저렴할 뿐만 아니라, 설치 및 유지관리 또한 용이하여 농어촌 및 산간지방에서 작물의 육성 및 건조와 함께 난방용 보일러로 널리 사용되고 있다.

상기 화목 보일러의 일반적인 구성은, 연료인 장작을 연소시키는 연소실과, 장작을 연소시킴에 따라 발생하는 연기를 배출하는 배기관, 연소실로 장작을 공급하기 위한 투입구, 상기 투입구의 개폐문, 산소 공급을 위한 흡기구, 난방수 및 온수의 공급에 필요한 물탱크 등을 주요 구성으로 한다.

한편, 상기와 같은 일반적인 화목 보일러는 기름이나 가스를 연료로 하는 보일러와 달리 연료의 공급 및 연소량의 조절이 자유롭지 못하기 때문에, 장작을 투입하여 연소시키는 동안 열 에너지의 손실을 최소화할 수 있어야 할 뿐만 아니라, 그 열 에너지를 최대한 보존하여 연소가 끝날 무렵에도 지속적으로 열 에너지가 방출되도록 함으로써 열효율을 향상시켜야 한다.

종래기술에 따른 화목 보일러의 일 예가 대한민국 실용신안 등록번호 제20-0482794호(2017년02월27일자 등록, 이하 '특허문헌 1'이라 함) 등에 개시되어 있다.

그러나, 종래기술에 따른 화목 보일러는 단순히 화목 연료의 연소가 용이하도록 연소실 및 흡·배기구를 형성하기 때문에 연소실에서 발생한 열 에너지와 화염이 배기구를 통하여 쉽게 외부로 방출되어 상당한 열손실이 발생하고, 연료의 소모량도 증가하며, 투입된 화목 연료의 연소가 끝날 무렵부터는 연소실이 급격히 냉각되어 지속적인 난방 및 온수의 공급이 어려워질 수 있다는 문제점이 있다.

특히, 겨울철에는 화목 연료의 연소가 새벽에 일찍 끝나기 때문에 동파가 쉽게 발생 될 수 있다는 문제점이 있다.

또한, 이러한 화목 보일러의 열효율을 증가시키기 위해 연도를 다단, 예컨대 3 pass 타입으로 구성하는 경우에는 그 구조가 많이 복잡해지고 크기가 대형화되어 제작 및 설치 비용이 증가 될 수 있다는 문제점이 있다.

대한민국 실용신안 등록번호 제20-0482794호(2017년02월27일자 등록)

본 발명의 목적은, 화목 연료를 태워 발생하는 열을 난방 및 급탕용으로 이용하는 화목 보일러에서 열효율을 높이기 위한 다단의 연도를 간단한 구조로 형성하여 크기가 소형화되도록 할 수 있고, 겨울철에 동파가 방지되도록 할 수 있으며, 예열을 통하여 열효율이 향상되도록 함과 동시에 전기 소모량이 절약되도록 하여 비용이 절감되고 가격 대비 성능이 향상되도록 할 수 있는 스마트 화목 보일러를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 스마트 화목 보일러는: 외관을 형성하도록 구비되며, 내부에는 난방용 용수가 임시 수용되는 저탕조가 형성된 본체; 상기 본체의 내부에서 상기 본체의 외 벽면과의 사이에 상기 저탕조가 형성되도록 상기 저탕조와는 구획되게 구비되며, 내부로는 화목 연료가 투입되어 연소 되도록 구비된 1차 연소실; 상기 1차 연소실의 상부에 구비된 2차 연소실; 상기 본체의 상측에서 상기 2차 연소실에 연통 구비된 연돌부; 상기 저탕조의 상측에 구비되어 난방용 용수의 가열시 열교환에 의해 가열되는 급탕용 용수가 유동 되는 급탕 열교환부; 및, 상기 본체의 상부에 구비되며, 전열핀이 상기 급탕 열교환부를 지나 상기 저탕조로 연장되어 상기 저탕조 내부에 임시 수용된 난방용 용수의 온도가 기준 온도 이하로 떨어지게 되면 난방용 용수의 온도가 다시 설정 온도까지 상승 되도록 가열하는 전기 히터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 본체에는 상기 저탕조 내부에 임시 수용된 난방용 용수의 온도가 동파 기준 온도 이하로 떨어지게 되면 상기 전기 히터를 제어하여 난방용 용수의 온도가 다시 동파 방지 설정 온도까지 상승 되도록 하거나 난방용 용수의 온도가 예열 기준 온도 이하로 떨어지게 되면 상기 전기 히터를 제어하여 난방용 용수의 온도가 다시 예열 설정 온도까지 상승 되도록 하는 제어부가 구비된 것이 바람직하다.

그리고, 상기 2차 연소실에는 외부로부터 2차 연소 공기가 상기 1차 연소실의 상측으로 공급되도록 하여 상기 1차 연소실에서 나오는 열기를 재차 가열하면서 연소열과 가열 공기가 지연 배출되도록 하는 버플 어셈블리가 인입 착탈 가능하게 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 화목 연료를 태워 발생하는 열을 난방 및 급탕용으로 이용하는 화목 보일러에서 열효율을 높이기 위한 다단의 연도를 간단한 구조로 형성하여 크기가 소형화되도록 할 수 있고, 겨울철에 동파가 방지되도록 할 수 있으며, 예열을 통하여 열효율이 향상되도록 함과 동시에 전기 소모량이 절약되도록 하여 비용이 절감되고 가격 대비 성능이 향상되도록 할 수 있는 스마트 화목 보일러를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스마트 화목 보일러의 내부 구성을 도시한 측면 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 스마트 화목 보일러의 내부 구성을 도시한 정면 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 전기 히터를 확대 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 스마트 화목 보일러의 제어 블록도,
도 5는 본 발명에 따른 버플 어셈블리를 확대 도시한 사시도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 스마트 화목 보일러는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 외관을 형성하도록 구비되며 내부에는 난방용 용수가 임시 수용되는 저탕조(110)가 형성된 본체(100)와, 본체(100)의 내부에서 본체(100)의 외 벽면과의 사이에 저탕조(110)가 형성되도록 저탕조(110)와는 구획되게 구비되며 내부로는 화목 연료가 투입되어 연소 되도록 구비된 1차 연소실(200)과, 1차 연소실(200)의 상부에 구비된 2차 연소실(300)과, 본체(100)의 상측에서 2차 연소실(300)에 연통 구비된 연돌부(400)와, 저탕조(110)의 상측에 구비되어 난방용 용수의 가열시 열교환에 의해 가열되는 급탕용 용수가 유동 되는 급탕 열교환부(500)와, 본체(100)의 상부에 구비되며 전열핀(610)이 급탕 열교환부(500)를 지나 저탕조(110)로 연장되어 저탕조(110) 내부에 임시 수용된 난방용 용수의 온도가 기준 온도 이하로 떨어지게 되면 난방용 용수의 온도가 다시 설정 온도까지 상승 되도록 가열하는 전기 히터(600)를 포함한다.

이에 따라, 화목 연료를 태워 발생하는 열을 난방 및 급탕용으로 이용하는 화목 보일러에서 열효율을 높이기 위한 다단의 연도를 간단한 구조로 형성하여 크기가 소형화되도록 할 수 있고, 겨울철에 동파가 방지되도록 할 수 있으며, 예열을 통하여 열효율이 향상되도록 함과 동시에 전기 소모량이 절약되도록 하여 비용이 절감되고 가격 대비 성능이 향상되도록 할 수 있는 스마트 화목 보일러를 제공할 수 있다.

본체(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 외벽과 1차 연소실(200) 및 2차 연소실(300)의 사이에 난방용 용수가 임시로 수용되어 1차 연소실(200) 및 2차 연소실(300)에서 나오는 열기에 의해 가열되도록 하는 저탕조(110)가 형성되고, 1차 연소실(200)이 형성된 본체(100)의 전방 하부에는 1차 연소실 3중 단열 도어(130)가 1차 연소실(200)을 개폐하도록 구비되며, 1차 연소실(200) 및 2차 연소실(300)의 사이에는 1차 연소실(200)에서 나오는 화염이 2차 연소실(300)로 직접 전달되는 것을 차단하는 화염 차단부(140)가 구비되고, 2차 연소실(300)이 형성된 본체(100)의 전방 상부에는 2차 연소실 2중 도어(150)가 2차 연소실(300)을 개폐하도록 구비되며, 본체(100)의 상부 내벽에는 후술할 버플 어셈블리(310)의 2차 연소공기 공급관(320)까지 연장되어 버플 어셈블리(310)를 청소해주는 청소 스크레이퍼(160)가 구비된다.

한편, 본 발명에 따른 저탕조(110)는 난방용 용수의 저탕량이 최대 150 리터 정도가 되게 마련되도록 할 수 있다.

도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 2차 연소실(300)에는 외부로부터 2차 연소 공기가 1차 연소실(200)의 상측으로 공급되도록 하여 1차 연소실(200)에서 나오는 열기를 재차 가열하면서 연소열과 가열 공기가 지연 배출되도록 하는 버플 어셈블리(310)가 인입 착탈 가능하게 구비되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 화목 보일러의 구조에 있어서, 열 교환율을 높이기 위해 연도를 2단의 간단한 다단 구조로 마련하더라도 버플 어셈블리(310)에 의해 열이 세 번 꺾여 빠져나가는 3 pass 타입이 되게 구성함으로써, 종래에 3 pass 타입의 연도 구조를 형성할 때에 구조가 복잡해지고 필요 이상으로 대형화되는 문제가 해결되도록 할 수 있다.

버플 어셈블리(310)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 본체(100)의 외부에서 연소용 공기가 2차 연소실(300) 내로 공급되도록 긴 중공 파이프 내지 중공 형강 축 부재로 마련된 2차 연소공기 공급관(320)과, 2차 연소공기 공급관(320) 상에서 2차 연소실(300) 내부를 향한 후방 단부의 2차 공기 출구(323)에 인접되게 구비되어 연소열과 가열 공기가 차단되어 한번 더 꺾임에 의해 3 pass 타입의 연도 구조를 이루는 버플 플레이트(330)와, 2차 연소공기 공급관(320) 상에서 2차 연소실 2중 도어(150)를 향한 전방 단부의 2차 공기 입구(321)에 인접되게 구비되어 2차 연소실(300)을 구획하는 2차 연소실 막음판(340)을 포함한다.

이에 따라, 버플 어셈블리(310)의 2차 연소공기 공급관(320)을 통해 본체(100)의 외부에서 신선한 연소용 공기가 공급되면 1차 연소실(200)에서 나오는 열기와 격자 형태로 만나면서 불꽃이 가장 세게 일어나는 화점이 형성되도록 함으로써, 연소 효율이 더욱 높아지도록 할 수 있다.

급탕 열교환부(500)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 스테인리스 주름 관으로 마련되는 온수 파이프를 포함하며, 내부에는 목욕탕 물과 같은 급탕 용수가 저탕조(110)에서 가열되는 난방용 용수와의 열교환에 의해 가열되며 유동 되도록 한다.

이에 따라, 저탕조(110)에 수용되는 난방 용수는 본 발명에 따른 스마트 화목 보일러에 의해 가열되어 난방용으로 공급되도록 할 수 있고, 급탕 열교환부(500)를 통해 유동 되는 급탕 용수는 목욕탕 물과 같은 급탕 용수로 데워져 사용되도록 할 수 있다.

한편, 급탕 열교환부(500)의 온수 파이프는 대략 15 ~ 20 m 정도가 감긴 형태로 구비되고, 일측 단부는 후술할 급수부(120)의 수도관에 연결된 니플(121) 중 어느 하나에 연결되게 구비된다.

급수부(120)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 본체(100)의 상부에 구비되되 상면은 경사지게 구비되고, 일측에는 수도관에 연결되는 니플(121)이 세 개가 병렬로 구비되되 그 중 하나는 급탕 열교환부(500)에 연결되며 다른 두 개 중 적어도 하나는 저탕조(110)에 연결되도록 구비되고, 니플(121)에 연결되며 저탕조(110)의 내부로 띄워지는 볼탑을 포함하는 자동급수용 볼탑 밸브(123)를 포함한다.

전기 히터(600)는, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 스프링 바이메탈 또는 서미스터(thermistor)를 포함하여 마련되고, 급수부(120)의 상부에 안착 구비되며, 220 V의 전압 인가에 의해 동작 되도록 구비되고, 저탕조(110)에 수용되는 난방용 용수를 전기 저항 열 에너지에 의해 가열하도록 저탕조(110)에 수용되는 난방용 용수 속으로 잠기도록 하부에서 연장된 전열핀(610)과, 온도 설정 표시 눈금을 포함하며 다이얼 식으로 조절되도록 구비된 온도 조절기(620)를 포함한다.

이에 따라, 겨울철에 장작을 때지 않아 난방용 용수가 얼게 된 경우에는 쉽게 동파 될 수 있지만 전기 히터(600)의 가열 목표 온도를 5 ~ 10℃ 정도로만 설정해주면 전력 소모량을 최소화하면서 겨울철에 동파가 방지되도록 할 수 있으며, 주로 사용시엔 화목 보일러에 의한 난방 목표 온도를 50℃ 정도로 설정하고 전기 히터(600)의 작동 설정 온도를 40 ~ 45 ℃ 정도로만 설정해주면 화목 연료의 연소시엔 전기 히터(600)의 작동이 멈춰있다가 화목 연료의 연소가 거의 다 끝나가게 되는 새벽 시간대에 난방용 용수가 식어버리게 되면 예열을 통하여 다시 화목 보일러의 난방 목표 온도까지 난방용 용수가 다시 가열되도록 함으로써, 열효율이 향상되도록 함과 동시에 전기 소모량이 절약되도록 하여 비용이 절감되고 가격 대비 성능이 향상되도록 할 수 있다.

한편, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본체(100)에는 저탕조(110) 내부에 임시 수용된 난방용 용수의 온도가 동파 기준 온도 이하(예컨대, 3 ~ 4℃ 정도)로 떨어지게 되면 전기 히터(600)를 제어하여 난방용 용수의 온도가 다시 동파 방지 설정 온도(예컨대, 5 ~ 10℃ 정도)까지 상승 되도록 하거나 난방용 용수의 온도가 예열 기준 온도(예컨대, 40 ~ 45 ℃ 정도) 이하로 떨어지게 되면 전기 히터(600)를 제어하여 난방용 용수의 온도가 다시 예열 설정 온도(예컨대, 50℃ 정도)까지 상승 되도록 하는 제어부(700)가 구비된 것이 바람직하다.

또한, 제어부(700)는 본 발명에 따른 화목 보일러의 1차 연소실(200) 및 2차 연소실(300)에서의 연소를 제어하도록 구비된 것이 바람직하다.

이에 따라, 제어부(700)의 제어에 의해 본 발명에 따른 전기 히터(600)와 화목 보일러 간의 동기 제어가 용이하게 이뤄지도록 할 수 있다.

한편, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(700)에는 사용자로부터 제어 명령 값을 직접 입력받는 입력부(710)가 구비되고, 온도계를 포함하며 저탕조(110)의 내부에 수용된 난방용 용수의 온도를 감지하여 이를 제어부(700)로 전달하는 난방용 온도 센서(720)가 본체(100)에 구비된 것이 바람직하다.

상기에 의해 설명되고 첨부된 도면에서 그 기술적인 면이 기술되었으나, 본 발명의 기술적인 사상은 그 설명을 위한 것이고, 그 제한을 두는 것은 아니며 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술적인 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적인 사상을 이하 후술 될 특허청구범위에 기재된 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 본체 110 : 저탕조
200 : 1차 연소실 300 : 2차 연소실
310 : 버플 어셈블리 400 : 연돌부
500 : 급탕 열교환부 600 : 전기 히터
610 : 전열핀 700 : 제어부

Claims (3)

1. 외관을 형성하도록 구비되며, 내부에는 난방용 용수가 임시 수용되는 저탕조가 형성된 본체;
   상기 본체의 내부에서 상기 본체의 외 벽면과의 사이에 상기 저탕조가 형성되도록 상기 저탕조와는 구획되게 구비되며, 내부로는 화목 연료가 투입되어 연소 되도록 구비된 1차 연소실;
   상기 1차 연소실의 상부에 구비된 2차 연소실;
   상기 본체의 상측에서 상기 2차 연소실에 연통 구비된 연돌부;
   상기 저탕조의 상측에 구비되어 난방용 용수의 가열시 열교환에 의해 가열되는 급탕용 용수가 유동 되는 급탕 열교환부; 및
   상기 본체의 상부에 구비되며, 전열핀이 상기 급탕 열교환부를 지나 상기 저탕조로 연장되어 상기 저탕조 내부에 임시 수용된 난방용 용수의 온도가 기준 온도 이하로 떨어지게 되면 난방용 용수의 온도가 다시 설정 온도까지 상승 되도록 가열하는 전기 히터;
   를 포함하고,
   상기 2차 연소실에는 외부로부터 2차 연소 공기가 상기 1차 연소실의 상측으로 공급되도록 하여 상기 1차 연소실에서 나오는 열기를 재차 가열하면서 연소열과 가열 공기가 지연 배출되도록 하는 버플 어셈블리가 인입 착탈 가능하게 구비되며,
   상기 버플 어셈블리는, 상기 본체의 외부에서 연소용 공기가 상기 2차 연소실 내로 공급되도록 긴 중공 파이프로 마련된 2차 연소공기 공급관과, 상기 2차 연소공기 공급관 상에서 상기 2차 연소실 내부를 향한 후방 단부의 2차 공기 출구에 인접되게 구비되어 연소열과 가열 공기가 차단되어 한번 더 꺾임에 의해 3 pass 타입의 연도 구조를 이루는 버플 플레이트와, 상기 2차 연소공기 공급관 상에서 2차 연소실 2중 도어를 향한 전방 단부의 2차 공기 입구에 인접되게 구비되어 상기 2차 연소실을 구획하는 2차 연소실 막음판을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 화목 보일러.
   
   
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