KR102337878B1 - 내부 순환형 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가열된 물을 보일러의 내부에서 순환시킴에 의해 열효율을 향상시킨 내부 순환형 보일러에 관한 것으로, 특히 가열된 온수를 지속적으로 보일러 내부에서 순환시켜 히터봉을 통과하게 함에 따라 열교환 효율을 높일 수 있게 한 내부 순환형 보일러에 관한 것이다.

Description

내부 순환형 보일러{inner circulatory type boiler}

본 발명은 보일러에 관한 것으로 상세하게는 가열된 물을 보일러의 내부에서 순환시킴에 의해 열효율을 향상시킨 내부 순환형 보일러에 관한 것이다.

특히 본 발명은 가열된 온수를 지속적으로 보일러 내부에서 순환시켜 히터봉을 통과하게 함에 따라 열교환 효율을 높일 수 있게 한 내부 순환형 보일러에 관한 것이다.

보일러는 화기, 연소가스, 기타 고온가스 또는 전기에 의해 물 또는 열매(熱媒)를 가열해서 대기압을 넘는 증기(steam) 또는 온수를 생성하고, 생성된 온수나 공기를 원하는 공간으로 공급하는 장치이다.

통상의 보일러는 다양한 원료를 사용하여 열을 발생시키고 발생된 열로 온수나 공기를 가열하여 원하는 장소에 온기를 공급한다.

보일러는 상기한 바와 같이, 석유, 가스 등의 연료와 전기를 에너지원을 사용하고 있고, 이러한 석유, 가스 등의 연료를 에너지원으로 사용하는 연소방식 보일러는 버너에 의하여 연료를 연소하여 열에너지를 발생하며, 열에너지와 펌프의 작동에 의하여 배관을 순환하는 물을 열 교환하여 난방수를 생성한다.

그러나 연소방식 보일러는 연료의 저장, 공급, 연소, 배기 등에 많은 부품이 사용되어 고가이고, 구조가 복잡하여 생산성이 크게 저하되는 단점이 있다. 또한, 연소방식 보일러는 버너의 연소에 필요한 공기의 공급과 배기가스의 누출로 인한 가스중독 사고의 예방을 위하여 통풍이 원활하면서도 난방 영역과 격리되어 있는 별도의 보일러실을 구비해야함에 따라 보일러와 난방 영역 사이에 설비되는 배관의 길이가 복잡하고 길어져 열에너지의 손실이 크고, 시공성이 크게 저하되는 문제가 있다.

이에 전기를 에너지원으로 사용하는 전기보일러가 개발되어 있다.

이러한 전기보일러는 효율을 높이기 위해 다양한 기술이 개발되고 있고, 그 예로 특허문헌 1 내지 3이 있다.

특허문헌 1은 전기가열수단을 이용하여 해당 난방지역을 난방하고 돌아온 유체를 다시 상기 전기가열수단으로 연속 가열하여 순환시키는 전기보일러에 있어서, 전기보일러는 내부에 유체가 충입되는 소정크기의 외부탱크와, 외부탱크의 내측 상부에 설치되며 일측에는 난방지역에 배열되는 유체순환관의 일측단부와 연결 설치되는 제1연결관이 설치된 상부탱크와, 외부탱크의 내측 하부에 설치되며 일측에는 난방지역에 배열되는 유체순환관의 타측단부와 연결 설치되는 제2연결관이 설치된 하부탱크와, 상하부탱크의 사이에 그 상하부탱크를 상호 연결하도록 설치되며 내부로는 유체가 진행하는 다수의 연결관과, 다수의 각 연결관 내부에 설치되어 연결관을 진행하는 유체를 직접가열하는 히팅 선과, 외부탱크의 상부 일측에 설치되어 외부탱크 내의 유체가 부족할 때에 그 부족한 유체를 보충해주는 보조탱크와, 외부탱크 내부의 에어를 배출하는 에어배출구로 이루어진 전기보일러이고,

특허문헌 2는 통형의 탱크본체 내측 상부 및 하부에는 각각의 분리격판을 설치하여 상부공간, 중앙공간, 하부공간으로 구분 형성시키고, 중앙공간에는 하부공간과 상부공간을 상호 연통하는 가열선이 설치된 연결관이 복수 개 설치되며, 하부공간에는 그 하부공간의 유체를 연결관을 통하여 상부공간으로 유도하는 하부유체안내격판을 복수 개 설치하여 복수의 하부유체유도공간을 마련하고, 상부공간에는 그 상부공간의 유체를 연결관을 통하여 하부공간으로 유도하는 상부유체안내격판을 복수 개 설치하여 복수의 상부유체유도공간을 마련하여 유체공급구에서 공급되는 유체가 각 연결관을 진행하며, 가열선에 의해 가열되어 유체배출구로 배출되게 구성시켜 구성된 전기보일러이고,

특허문헌 3은 내부에 열매체유가 저장되며, 매개체를 일정 온도로 가열시키는 내부 프레임과, 이 내부 프레임의 외부에 구성되어 진공 상태를 유지하며, 고열 방출을 방지하기 위해 이중 프레임으로 구성된 외부 프레임으로 이루어진 본체부; 내부 프레임의 내측 하부 및 중앙부에 설치되어 열매체유를 일정 온도로 가열시키는 히팅부재; 히팅부재의 상측에 구비되며, 내부 프레임에 고정 설치되어 상기 매개체를 공급받아 가열된 열매체유를 통해 가열시키고, 가열된 매개체를 배출하는 순환라인; 순환라인과 연결되어 가열된 매개체의 온도를 조절한 후, 배출하는 온도 조절부재; 온도 조절부재와 연결되어 온도 조절이 이루어진 매개체를 공급받아 공급처로 공급하고, 순환라인측으로 냉수로 이루어진 매개체를 공급하는 저장탱크; 및 본체부의 일측에 구성되어 매개체 가열을 위한 전원 공급 여부, 온수 공급, 온수의 온도조절 및 히팅 온도제어가 이루어지는 순환 제어부를 포함하는 순환식 전기 보일러이다.

이와 같이 다양한 전기 보일러와 관련된 기술이 개발되고 있으나, 이들은 열효율이 떨어지는 단점이 있다.

전기히터봉에 의해 가열된 물을 직접 난방 배관을 통해 난방 공간에 공급하거나 가열된 물을 통과하는 온수배관의 물과 열교환하여 온수를 공급함에 의해 온수나 난방수가 충분히 가열되지 않는 단점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-0817504호 대한민국 공개특허 제10-2013-0096106호 대한민국 등록특허 제10-1383327호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 히터봉에 의해 발생된 열이 난방수나 온수와 충분히 열교환되게 함에 따라 열효율을 높인 내부 순환형 보일러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히 본 발명은 가열된 물을 보일러의 내부에서 순환시킴에 의해 열효율을 향상시킨 내부 순환형 보일러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

더욱이 본 발명은 가열된 온수를 지속적으로 보일러 내부에서 순환시켜 히터봉을 통과하게 함에 따라 열교환 효율을 높일 수 있게 한 내부 순환형 보일러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 내부 순환형 보일러는 다수의 히터봉이 설치된 물탱크와, 물탱크의 물을 난방배관으로 펌핑하는 난방순환펌프를 구비한 보일러에 있어서, 상기 물탱크에는 물탱크에 설치된 히터봉에 의해 가열된 물을 온수와 열교환하는 증폭기와, 상기 증폭기 내부의 물을 내부순환배관으로 펌핑하여 물탱크로 순환시키는 내부순환펌프를 더 구비하고, 상기 증폭기는 상기 물탱크와 연결되고 내부에 물 저장공간을 갖는 증폭탱크와, 상기 증폭탱크의 내부에 미앤더구조로 배열된 온수열교환관; 상기 온수열교환관들 사이에 형성된 다수의 격벽으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 온수열교환관은 온수입구와 온수출구가 증폭탱크의 바닥을 관통하여 설치되고, 온수열교환관은 증폭탱크의 중앙에 좌우로 반복하여 배열되고, 상기 격벽은 온수열교환관들 사이에 설치되는 수평격벽들과 수평격벽들의 양단에 각각 수직격벽을 설치하되, 일측 수직격벽에는 통수홀을 형성하여 격벽들 사이를 통과하는 순환수 중 일부가 통수홀을 통과하게 하는 것이 바람직하다.

상기 내부순환펌프와 물탱크 사이의 내부순환관의 중간에는 열교환기를 더 구비하고, 상기 열교환기는 상수공급관과 연결되어 상수도로부터 물탱크로 공급되는 물이 내부순환펌프에 의해 순환되는 온수와 열교환하여 예열된 상태로 물탱크로 공급되게 할 수 있다.

상기 내부순환배관의 중간에는 3방밸브를 구비하여 순환하는 순환수가 상기 열교환기로 흐르거나 물탱크로 흐르게 제어되는 것이 바람직하다.

상기 상수공급관에는 3방밸브를 구비하여 공급되는 상수가 열교환기를 통과하여 물탱크에 공급되거나 직접 물탱크로 공급되게 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 내부 순환형 보일러는 증폭기를 더 구비하여 히터봉에 의해 발생된 열이 난방수나 온수와 충분히 열교환 되게 함에 따라 열효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 히터봉에 의해 가열된 물을 보일러의 내부에서 순환시켜 온수와 열교환이 이루어지게 함에 따라 열효율을 향상시킬 수 있다.

특히 본 발명은 가열된 난방수를 지속적으로 보일러 내부에서 순환시켜 히터봉을 통과하게 함에 따라 열교환 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 내부 순환형 보일러의 일예의 사시도
도 2는 본 발명에 따른 내부 순환형 보일러의 일예의 정면도
도 3은 본 발명에 따른 내부 순환형 보일러의 일부를 생략한 상태의 사시도
도 4는 본 발명에 따른 내부 순환형 보일러의 증폭기의 내부 구조도

본 발명은 다양한 변경을 가하여 실시할 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명을 통해 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 증폭기를 더 구비하여 히터봉에 의해 발생된 열이 난방수나 온수와 충분히 열교환되게 함에 따라 열효율을 높일 수 있다.

본 발명에 따른 내부 순환형 보일러는 다수의 히터봉(11)이 설치된 물탱크(10)와, 물탱크의 물을 난방배관으로 펌핑하는 난방순환펌프(20)를 구비한 보일러에 있어서, 상기 물탱크에는 물탱크에 설치된 히터봉에 의해 가열된 물을 온수와 열교환하는 증폭기(30)와, 상기 증폭기 내부의 물을 내부순환배관(41)으로 펌핑하여 물탱크로 순환시키는 내부순환펌프(40)를 더 구비하고 있다

이러한 본 발명의 보일러는 통상의 전기보일러와 동일 유사한 것으로, 상기 물탱크(10)는 내부에 물이 저장되어 있고, 물탱크 내부를 관통하여 상기 히터봉(11)이 설치되어 있다.

물론, 상기 히터봉(11)은 전기를 공급받아 발열하는 전열 도체로, 전기의 누전을 방지하기 위해 도체의 외부에는 절연체가 설치되어 있다.

상기 난방순환펌프(20)는 물탱크의 가열된 물을 난방배관으로 펌핑하기 위한 수단으로, 통상의 펌프가 사용될 수 있다.

또한 본 발명의 보일러는 온수를 공급하기 위한 온수배관을 구비하고 있으며, 이 온수배관은 아래에서 설명하는 증폭기를 구성하는 온수열교환관(32)과 연결되어 상수도관을 통해 유입된 물을 온수열교환관을 통과하면서 열교환하여 가열한 후 온수배관을 통해 공급한다.

본 발명의 요지가 되는 기술은 상기한 바와 같이 구성된 통상의 전기 보일러에 상기 증폭기(30)와 내부순환펌프(40)를 설치하여 히터봉에 의해 가열된 물이 증폭기를 순환하게 함에 의해 증폭기를 통과하는 온수를 보다 빠르게 가열할 수 있게 한 것이다.

상기 증폭기(30)는 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 물탱크와 연결되고 내부에 물 저장공간을 갖는 증폭탱크(31)와, 상기 증폭탱크의 내부에 미앤더(meander)구조로 배열된 온수열교환관(32); 상기 온수열교환관들 사이에 형성된 다수의 격벽(33)으로 이루어진다.

도 1, 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이 상기 증폭탱크(31)는 내부에 물이 저장되고, 저장된 물은 상기 물탱크를 순환한다.

상기 증폭탱크는 함체 형상을 이루고 있으며, 상기 온수열교환관(32)가 다열로 배치되고 각 열의 온수열교환관은 서로 연결되어 미앤더 구조를 이루고 있어 증폭탱크의 내부를 순환하는 온수와 열교환 면적이 넓어지게 하였다.

상기 온수열교환관(32)은 온수를 공급하기 위한 것으로, 온수입구(32i)와 온수출구(32o)가 증폭탱크의 바닥을 관통하여 설치되고, 온수열교환관은 증폭탱크의 중앙에 좌우로 반복하여 배열되고, 상기 격벽(33)은 온수열교환관들 사이에 설치되는 수평격벽(33a)들과 수평격벽들의 양단에 각각 수직격벽(33b)을 설치하되, 일측 수직격벽에는 통수홀(33h)을 형성하여 격벽들 사이를 통과하는 순환수 중 일부가 통수홀을 통과하게 하였다.

특히 상기 통수홀(33h)은 물탱크를 경유한 온수가 유입되는 부분의 수직격벽에 형성함에 따라 상대적으로 고온의 온수가 온수열교환관측으로 흐르게 함에 따라 열교환효율을 높일 수 있게 하였다.

상기 격벽(33)은 도시한 바와 같이 상기 온수열교환관이 지나는 통로 역할을 할 뿐만 아니라, 내부순환펌프의 구동에 의해 증폭탱크의 내부에서 흐르는 물의 흐름 방향이 온수열교환관의 표면으로 유도되게 함에 의해 온수열교환관의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명의 보일러는 상기 내부순환펌프(40)와 물탱크(10) 사이의 내부순환관의 중간에는 열교환기(50)를 더 구비하고 있다.

상기 열교환기(50)는 상수도관으로부터 유입되는 물을 예열시킴에 의해 보다 빨리 물이 가열될 수 있게 하기 위한 것으로, 상수공급관(60)과 연결되어 상수도로부터 물탱크로 공급되는 물이 내부순환펌프에 의해 순환되는 온수와 열교환하여 예열된 상태로 물탱크로 공급되게 한다.

즉, 상기 열교환기는 이미 보일러의 내부에 유입되어 히터봉에 의해 가열된 물이 선택적으로 새로 유입된 물에 접촉되게 함에 의해 새로 유입되는 물을 예열시켜 보다 빨리 물의 온도를 높일 수 있게 한다.

상기 내부순환배관(41)의 중간에는 3방밸브(41v)를 구비하여 순환하는 순환수가 상기 열교환기로 흐르거나 물탱크로 흐르게 제어하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 3방밸브(41v)를 설치하여 내부순환펌프(40)에 의해 펌핑된 물이 열교환기를 경유하여 물탱크로 유입되게 하거나, 열교환기를 경유하지 않고 바로 물탱크로 유입되게 할 수 있는 것이다.

또한 본 발명의 보일러는 상기 상수공급관(60)에 3방밸브(61v)를 구비하여 공급되는 상수가 열교환기를 통과하여 물탱크에 공급되거나 직접 물탱크로 공급되게 할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 보일러는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 메인콘트롤러(71), 메인전원차단기(72), 전자수위조절기(73), 고열안전센서(74), 물온도센서(75), 스팀배출구(76) 및 저수위센서(77)를 더 구비할 수 있으나, 이는 통상적인 보일러에 구비된 구성요소로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

10: 물탱크
11: 히터봉 11c: 히터제어기
20: 난방순환펌프
21i: 난방입수관 21o: 난방출수관
22i: 온수입수관 22o: 온수출수관
30: 증폭기
31: 증폭탱크
32: 온수열교환관 32i: 온수입구 32o: 온수출구
33: 격벽 33a: 수평격벽 33b: 수직격벽
33h: 통수홀
40: 내부순환펌프
41: 내부순환배관 41v: 3방밸브
50: 열교환기
60: 상수공급관 60v: 3방밸브
71: 메인콘트롤러 72: 메인전원차단기
73: 전자수위조절기 74: 고열안전센서
75: 물온도센서 76: 스팀배출구
77: 저수위센서

Claims (5)

1. 다수의 히터봉(11)이 설치된 물탱크(10)와, 물탱크의 물을 난방배관으로 펌핑하는 난방순환펌프(20)를 구비한 보일러에 있어서,
   상기 물탱크에는 물탱크에 설치된 히터봉에 의해 가열된 물을 온수와 열교환하는 증폭기(30)와, 상기 증폭기 내부의 물을 내부순환배관(41)으로 펌핑하여 물탱크로 순환시키는 내부순환펌프(40)를 더 구비하고,
   상기 증폭기(30)는 상기 물탱크와 연결되고 내부에 물 저장공간을 갖는 증폭탱크(31)와, 상기 증폭탱크의 내부에 미앤더(meander)구조로 배열된 온수열교환관(32); 상기 온수열교환관들 사이에 형성된 다수의 격벽(33)으로 이루어지며,
   상기 온수열교환관(32)은 온수입구(32i)와 온수출구(32o)가 증폭탱크의 바닥을 관통하여 설치되고, 온수열교환관은 증폭탱크의 중앙에 좌우로 반복하여 배열되고, 상기 격벽(33)은 온수열교환관들 사이에 설치되는 수평격벽(33a)들과 수평격벽들의 양단에 각각 수직격벽(33b)을 설치하되, 일측 수직격벽에는 통수홀(33h)을 형성하여 격벽들 사이를 통과하는 순환수 중 일부가 통수홀을 통과하게 하며,
   상기 내부순환펌프(40)와 물탱크(10) 사이의 내부순환관의 중간에는 열교환기(50)를 더 구비하고,
   상기 열교환기(50)는 상수공급관(60)과 연결되어 상수도로부터 물탱크로 공급되는 물이 내부순환펌프에 의해 순환되는 온수와 열교환하여 예열된 상태로 물탱크로 공급되게 하며,
   상기 내부순환배관(41)의 중간에는 3방밸브(41v)를 구비하여 순환하는 순환수가 상기 열교환기로 흐르거나 물탱크로 흐르게 제어하고,
   상기 상수공급관(60)에는 3방밸브(60v)를 구비하여 공급되는 상수가 열교환기를 통과하여 물탱크에 공급되거나 직접 물탱크로 공급되게 한 것을 특징으로 하는 내부 순환형 보일러.
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