KR102408191B1

KR102408191B1 - 보일러

Info

Publication number: KR102408191B1
Application number: KR1020200137447A
Authority: KR
Inventors: 시종민
Original assignee: 강림중공업 주식회사
Priority date: 2020-10-22
Filing date: 2020-10-22
Publication date: 2022-06-13
Also published as: KR20220053237A

Abstract

본 발명에 따른 보일러는, 연료가 연소되는 연소챔버와, 상기 연소챔버에 의해 연소된 연소가스가 통과하면서 열교환이 이루어지는 열교환챔버를 갖는 챔버부; 상기 열교환챔버에 마련되어 물이 흐르는 제1 열교환관; 및 상기 연소가스의 열을 상기 제1 열교환관 내를 흐르는 물에 전달하도록, 상기 제1 열교환관에 결합되는 열전달핀;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

보일러{Boiler}

본 발명은 보일러에 관한 것으로, 특히 열전달핀을 이용하여 전열면적을 넓게 확보하고, 상기 열전달핀의 배치 구조를 통하여 열교환 효율을 향상시킬 수 있도록 한 보일러에 관한 것이다.

일반적으로 보일러는, 연료를 연소시킨 연소가스가 물이 흐르는 열교환관을 지나도록 하여 상기 연소가스에 포함된 열을 열교환관으로 전달하여 상기 물을 가열하가나 증기로 만들어 원하는 용도로 사용한다. 이러한 보일러에서 연소가스에 포함된 열이 열교환관으로 전달되는 효율이 떨어지는 경우, 물의 온도를 상승시키거나 증기로의 상변화를 유도하는데 많은 시간이 소요되고 결과적으로 연료비를 증가시켜서 경제적 부담을 가중하는 문제점이 있다.

보일러 시스템에 있어서, 열교환 효율을 향상시키는 것은 큰 화두이며, 본 발명은 열교환 효율을 획기적으로 향상시키고, 보일러 운전시 진동을 억제하여 안정적으로 운전될 수 있도록 하는 보일러를 제공하고자 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 요구를 해결하기 위해 안출된 것으로, 열전달핀을 이용하여 전열면적을 넓게 확보하고, 상기 열전달핀의 배치 구조를 통하여 열교환 효율을 향상시킬 수 있도록 한 보일러를 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 보일러는, 연료가 연소되는 연소챔버와, 상기 연소부에 의해 연소된 연소가스가 통과하면서 열교환이 이루어지는 열교환챔버를 갖는 챔버부; 상기 열교환챔버에 마련되어 물이 흐르는 제1 열교환관; 및 상기 연소가스의 열을 상기 제1 열교환관 내를 흐르는 물에 전달하도록, 상기 제1 열교환관에 결합되는 열전달핀;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열전달핀은, 상기 제1 열교환관에 결합되는 결합부와, 상기 결합부로부터 하방으로 절곡되어 연장되는 절곡부를 갖는 제1 핀을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열전달핀은, 상기 제1 열교환관으로부터 방사상으로 연장되어 결합되는 제1 핀을 포함하고, 상기 제1 열교환관을 상측에 보았을 때, 상기 제1 핀의 단부는 상기 제1 열교환관을 중심으로 하는 가상의 정육각형의 각 변에 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 열교환관은 상하 방향으로 배치되고, 상기 연소가스는 상기 열교환챔버의 하측으로부터 상측으로 유동하며, 상기 열전달핀은, 상기 제1 열교환관의 제1 영역에 배치되는 제1 핀과 상기 제1 영역보다 낮은 위치에 마련되는 제2 영역에 배치되는 제2 핀을 포함하며, 상기 제1 핀이 상기 제1 열교환관과 결합되는 일단으로부터 상기 제1 핀의 타단까지 수평으로 잇는 길이는, 상기 제2 핀이 상기 제1 열교환관과 결합되는 일단으로부터 상기 제2 핀의 타단까지 수평으로 잇는 길이보다 긴 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 열교환관은 상하 방향으로 배치되고, 상기 연소가스는 상기 열교환챔버의 하측으로부터 상측으로 유동하며, 상기 열전달핀은, 상기 제1 열교환관의 제1 영역에 배치되는 제1 핀과 상기 제1 영역보다 낮은 위치에 마련되는 제2 영역에 배치되는 제2 핀을 포함하며, 상기 제1 핀은 상기 제1 열교환관에 방사상으로 연장 결합되되, 상기 제1 핀의 단부는 상기 제1 열교환관을 중심으로 하는 가상의 정육각형의 설정할 때 상기 정육각형의 각 변에 위치하도록 배치되고, 상기 제2 핀은 상기 제1 열교환관에 방사상으로 연장 결합되되, 상기 제2 핀의 단부는 상기 제1 열교환관을 중심으로 하는 가상의 원형을 설정할 때, 상기 원의 원주 상에 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 핀부는, 상기 제1 열교환관에 결합되는 결합부와, 상기 결합부로부터 하방으로 절곡되어 연장되는 절곡부를 포함하고, 상기 제2 핀부는 수평 방향으로 연장되어 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 열교환관은 제1 열 내지 제n 열(n은 2 이상의 자연수)의 복수 열로 배치되며, 상기 각 열에 배치된 제1 열교환관은 고정바에 의해 서로 연결되며, 상기 고정바는 상기 각 제1 열교환관이 삽입되도록 이격되어 형성되는 복수의 제1 삽입부와, 인접한 제1 삽입부를 연결하는 제1 연결부를 구비하는 제1 바를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 일단이 상기 제n 열에 배치되는 상기 고정바의 어느 하나의 제1 삽입부에 결합되고, 타단이 상기 제1 삽입부와 인접하는 상기 제n 열의 다른 제1 삽입부에 결합되며, 상기 일단으로부터 타단까지 소정의 곡률을 가지면서 제n-1열의 고정바에 접촉되며 탄성을 갖는 탄성판을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고정바는, 상기 제1 바와 마주하여 배치되며 상기 각 제1 열교환관이 삽입되도록 이격되어 형성되는 복수의 제2 삽입부와, 인접한 제2 삽입부를 연결하는 제2 연결부를 구비하는 제2 바를 포함하며, 상기 제1 바와 제2 바가 서로 결합되어 각 열에 배치된 제1 열교환관을 고정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 챔버부를 감싸며, 상하부가 개방된 바디부; 상기 바디부의 상측에 결합되며, 내부에 물이 채워진 상부드럼; 상기 바디부의 하측에 결합되며, 내부에 물이 채워진 하부드럼; 상기 연소챔버의 상측에 마련되는 버너부;를 포함하며, 상기 제1 열교환관의 상단은 상기 상부드럼에 연결되고, 하단은 상기 하부드럼에 연결되며, 상기 버너부에 의해 상기 연소챔버에서 연소된 상기 연소가스는, 상기 연소챔버의 하측으로 유동하여 상기 열교환챔버의 하측으로 유입된 후 상승하면서 상기 제1 열교환관에 열을 전달하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 챔버부는 다각형으로 이루어지고, 상기 다각형의 각 변에 물이 채워진 제2 열교환관이 서로 이격되어 배치되고, 상기 인접한 제2 열교환관의 사이 공간은 판상의 멤브레인이 결합되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 챔버부를 상기 연소챔버와 상기 열교환챔버로 분할하는 분할벽이 형성되고, 상기 분할벽은 상하 방향으로 서로 이격되어 배치되고 물이 채워진 제3 열교환관과 상기 제3 열교환관의 사이 공간은 판상의 멤브레인이 결합된 것이 바람직하다.

또한, 상기 제3 열교환관은, 상하 일직선으로 배치되는 수직관; 및 상기 연소가스가 상기 열교환챔버로 유입될 수 있도록 하단부가 상기 수직관과 어긋나게 절곡되는 유로형성부를 갖는 절곡관;를 포함하고, 상기 수직관과 상기 절곡관은 서로 번갈아 가면서 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 챔버부의 외측에는 일단부가 상기 상부드럼에 연결되고, 타단부가 상기 하부드럼에 연결되는 순환관이 마련된 것이 바람직하다.

또한, 상기 챔버부에는 상기 버너부에 의한 점화 여부를 식별하기 위한 관찰관이 삽입되어 마련되며, 상기 관찰관의 상단측이 상기 챔버부에 결합되고 하단측은 하향 경사지게 결합된 것이 바람직하다.

또한, 상기 상부드럼은 상기 물이 증기로 상변화할 수 있는 소정의 공간부가 마련되며, 상측에 상기 증기가 배출되는 배출구가 마련된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 보일러는, 열전달핀을 이용하여 전열면적을 넓게 확보하고, 상기 열전달핀의 배치 구조를 통하여 열교환 효율을 향상시키는 효과를 제공한다.

도1은 본 발명 실시예에 따른 보일러의 개략적 단면도,
도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도,
도3은 제1 영역을 발췌하여 도시한 도면,
도4는 제2 영역을 발훼하여 도시한 도면,
도5는 제1 핀이 육각형 구조로 배치된 상태를 보여주는 도면,
도6은 도1의 요부를 발췌하여 도시한 도면,
도7은 분할벽을 도시한 도면,
도8은 챔버부를 확대하여 도시한 도면,
도9는 고정바 및 탄성판을 확대하여 도시한 도면,
도10은 도9의 요부를 발췌하여 도시한 도면,
도11은 제1 열교환관에 고정바가 설치된 상태를 보여주는 도면,
도12는 관찰관의 설치 상태를 보여주는 단면도,
도13은 도12의 XⅢ-XⅢ 선의 단면도이다.

이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나 이는 본 발명의 다양한 실시 예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 다양한 실시 예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.

본 발명의 다양한 실시 예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 발명(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.

본 발명의 다양한 실시 예에서 사용한 용어는 단지 특정일 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 다양한 실시 예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 다양한 실시 예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명 실시예에 따른 보일러의 개략적 단면도이고, 도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이다. 도3은 제1 영역을 발췌하여 도시한 도면이고, 도4는 제2 영역을 발훼하여 도시한 도면이다. 도5는 제1 핀이 육각형 구조로 배치된 상태를 보여주는 도면이고, 도6은 도1의 요부를 발췌하여 도시한 도면이다. 도7은 분할벽을 도시한 도면이고, 도8은 챔버부를 확대하여 도시한 도면이다. 도9는 고정바 및 탄성판을 확대하여 도시한 도면이고, 도10은 도9의 요부를 발췌하여 도시한 도면이며, 도11은 제1 열교환관에 고정바가 설치된 상태를 보여주는 도면이다. 도12는 관찰관의 설치 상태를 보여주는 단면도이고, 도13은 도12의 XⅢ-XⅢ 선의 단면도이다.

도1 및 도2를 참조하면, 본 발명 실시예에 따른 보일러는, 챔버부(10), 제1 열교환관(20), 및 열전달핀(30)을 포함한다.

상기 챔버부(10)는 연료가 연소되는 연소챔버(11)와, 상기 연소챔버(11)에 서 연소된 연소가스가 통과하면서 열교환이 이루어지는 열교환챔버(12)를 포함한다. 본 실시예에 따르면, 연료는 상기 연소챔버(11)의 상측에서 연소되고, 하측으로 유동하여, 상기 열교환챔버(12)의 하부로 유입되어 상승하면서 열교환이 이루어진다. 물론, 상기 연소가스의 흐름이 상기와 같이 한정되는 것은 아니다.

상기 제1 열교환관(20)은 상기 열교환챔버(12)에 마련되고, 내부에 물(1)이 흐르면서 상기 연소가스의 열을 전달받도록 구성된다. 본 실시예에 따르면, 상기 제1 열교환관(20)은 상하 방향으로 배치된다.

상기 열전달핀(30)은, 상기 연소가스의 열을 상기 제1 열교환관(20) 내를 흐르는 물(1)에 전달하도록 상기 제1 열교환관(20)에 결합되어 마련된다. 상기 열전달핀(30)은 얇은 봉 형태의 금속 소재로 이루어지며, 그 외주면을 통해 연소가스의 열을 제1 열교환관(20) 내의 물(1)로 전달한다.

본 실시예에 따르면, 상기 열전달핀(30)은 제1 핀(31) 및 제2 핀(32)을 포함한다.

상기 제1 핀(31)은, 도6에 도시된 바와 같이, 상기 제1 열교환관(20)에 결합되는 결합부(311)와 상기 결합부(311)로부터 하방으로 절곡되어 연장되는 절곡부(312)를 포함한다. 제1 핀(31)은 연소가스의 흐름의 역방향으로 절곡된다. 상기 제1 핀(31)이 절곡부(312)를 형성함으로써, 실제 설치되는 상기 제1 핀(31)의 길이는 상기 제1 열교환관(20)으로부터 상기 제1 핀(31)의 끝단까지의 수평 길이(L1)보다 길다. 따라서, 수평으로 설치하는 것에 비하여 길어진 제1 핀(31)에 의해 열교환 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 도6에 도시된 바와 같이, 연소가스에 포함된 그을음은, 상기 절곡부(312)보다 결합부(311) 측에 쌓이게 되어, 동일한 길이의 제1 핀(31)을 수평으로 설치하는 것에 비하여 그을음의 퇴적량을 줄여서 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

도3 및 도5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 핀(31)은 상기 제1 열교환관(20)으로부터 방사상으로 연장되어 결합되는데, 상기 제1 열교환관(20)을 상측에서 보았을 때, 상기 제1 핀(31)의 단부는 상기 제1 열교환관(20)을 중심으로 하는 가상의 정육각형의 각 변에 위치하도록 배치된다. 따라서, 상기 제1 열교환관(20)에 결합된 제1 핀(31)을 하나의 단위 육각형으로 정의할 때, 상기 열교환챔버(12) 내에는 상기 단위 육각형이 서로 인접하게 배치되어 벌집 구조를 이룬다.

이와 같은 배치에 의해 제1 핀(31)에 의한 전열면적을 넓게 확보하게 된다. 상기 단위 육각형을 기준으로, 상기 육각형의 중심으로부터 꼭지점까지의 잇는 선상에 마련된 제1 핀(31)의 길이는, 상기 육각형의 중심으로부터 각 변의 중심 측을 잇는 선상에 마련된 제1 핀(31)의 길이보다 길다. 제1 핀(31)을 방사형으로 육각 형상으로 배열함으로써, 좁은 단위 면적에서 보다 많은 열전달핀(30)을 설치할 수 있으며, 연소가스가 열교환되지 않고 그대로 빠져나가는 것을 방지하여 열교환 효율을 향상시킨다.

상기 제2 핀(32)은, 도1에 도시된 바와 같이, 상기 제1 열교환관(20)에 대하여 제1 핀(31)이 배치되는 제1 영역(A)보다 낮은 위치의 제2 영역(B)에 배치된다. 상기 제1 열교환관(20)은 상하 방향으로 수직으로 배치되므로, 상기 제2 영역(B)은 상기 제1 영역(A)보다 아래에 배치된다.

본 실시예에 따르면, 상기 제1 핀(31)이 상기 제1 열교환관(20)과 결합되는 일단으로부터 상기 제1 핀(31)의 타단까지 수평으로 잇는 길이(L1)는, 상기 제2 핀(32)이 상기 제1 열교환관(20)과 결합되는 일단으로부터 상기 제2 핀(32)의 타단까지 수평으로 잇는 길이(L2)보다 길다. 즉, 상기 제1 핀(31)이 상기 제1 열교환관(20)으로부터 수평으로 돌출되는 길이는, 상기 제2 핀(32)이 상기 제1 열교환관(20)으로부터 수평으로 돌출되는 길이보다 길게 형성된다. 상기 열교환챔버(12)의 하단으로 유입되는 연소가스는 열교환되기 전의 고온의 가스이므로, 제2 핀(32)은 열적 산화에 의한 마모 내지 용융을 방지하기 위해서 제1 핀(31)의 길이보다 짧게 형성한다.

또한, 본 실시예에 따르면, 상기 제1 핀(31)은, 상술한 바와 같이 제1 열교환관(20)에 방사상으로 연장 결합되고 제1 핀(31)의 단부는 상기 제1 열교환관(20)을 중심으로 하는 가상의 정육각형의 각 변에 위치하도록 배치되고, 한편 도4에 도시된 바와 같이, 제2 핀(32)은 상기 제1 열교환관(20)에 방사상으로 연장 결합되되 제2 핀(32)의 단부는 상기 제2 열교환관(40)을 중심으로 하는 가상의 원형을 설정할 때, 상기 가상의 원의 원주 상에 배치된다. 상기 제2 핀(32)이 설치되는 제2 영역(B)은 상기 열교환챔버(12)의 하측의 고온부에 마련되고, 상기 열교환챔버(12)의 하측에는 상기 연소챔버(11) 측에서 상기 연소가스가 순간적으로 급격하게 유입되므로, 상기 연소가스가 원활하게 상승할 수 있도록 상기 제2 핀(32)이 설치되는 제2 영역(B)은 상기 제1 핀(31)이 설치되는 제1 영역(A)에 비하여 상대적으로 연소가스가 빠져나가는 공간을 넓게 확보한다.

본 실시예에 따르면, 도1에 도시된 바와 같이, 바디부(80), 상부드럼(90), 하부드럼(100), 및 버너부(110)를 구비한다.

상기 바디부(80)는 상기 챔버부(10)를 감싸며, 상하부가 개방된 통형으로 형성된다. 상기 바디부(80)는 상기 상부드럼(90)과 하부드럼(100) 사이에 배치된다. 본 실시예에 있어서, 상기 바디부(80)는 원통형으로 이루어진다. 다만, 상기 바디부(80)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 상부드럼(90)은, 상기 바디부(80)의 상측에 결합되며, 내부에 물(1)이 채워진다. 상기 상부드럼(90)을 상기 연소가스로부터 전달받은 열에 의해 물(1)이 증기로 상변화할 수 있도록 소정의 공간부(91)가 마련된다. 즉, 상기 상부드럼(90)에는 물(1)이 완전히 채워지지 않은 상태를 유지한다. 상기 상부드럼(90)의 상측에는 상기 증기가 배출되는 배출구(92)가 마련된다. 상기 증기에 의한 압력이 소정의 목적 내지 용도를 위해서 가용한 수준으로 도달하면, 상기 배출구(92)를 개방하여 상기 증기를 원하는 곳으로 이송 공급한다.

상기 하부드럼(100)은, 상기 바디부(80)의 하측에 결합되며, 내부에 물(1)이 채워진다. 상기 하부드럼(100)에 수용된 물(1)은 상기 연소가스에 의해 가열되어 상기 상부드럼(90) 측으로 상승한다. 구체적으로, 상기 상부드럼(90) 및 하부드럼(100)에는 제1 열교환관(20), 제2 열교환관(40), 및 제3 열교환관(70)이 연결된다. 제1,2,3 열교환관(20,40,70))의 상단은 상기 상부드럼(90)에 연결되고, 하단은 상기 하부드럼(100)에 연결되며, 상기 상부드럼(90), 하부드럼(100), 제1,2,3 열교환관(20,40,70))은 물(1)이 채워진 상태를 유지한다. 상기 연소가스에 의해 상기 물(1)이 가열되면 상기 물(1)은 상기 하부드럼(100), 제1,2,3 열교환관(20,40,70)), 상부드럼(90)을 거치고 다시 하부드럼(100)으로 회수되어 순환한다. 상기 챔버부(10)의 외측에는 일단부가 상기 상부드럼(90)에 연결되고, 타단부가 상기 하부드럼(100)에 연결되는 순환관(120)이 마련된다. 즉, 상기 순환관(120)은 상기 바디부(80)와 상기 챔버부(10)의 사이에 마련된다. 상기 순환관(120)은 챔버부(10)의 외측에 마련되어 상대적으로 챔버부(10) 내부보나 온도가 낮으며, 상기 제1,2,3 열교환관(20,40,70))을 통해 상측으로 상승한 물(1)은 상기 순환관(120)을 통해 하부드럼(100)으로 내려가면서 순환된다.

상기 버너부(110)는, 상기 연소챔버(11)의 상측에 마련되며, 연료탱크(미도시)로부터 연료를 공급받아서 상기 연소챔버(11)의 상측에서 상기 연료를 점화시키고, 연소가스는 상측에서 하측으로 유동한다. 연소챔버(11)에서 연소된 연소가스는, 연소챔버(11)의 하측으로 유동하여 열교환챔버(12)의 하측으로 유입된 후 상승하면서 상기 제1 열교환관(20)에 열을 전달한다. 상기 제2 열교환관(40) 및 제3 열교환관(70) 역시 상기 제1 열교환관(20)과 마찬가지로 연소가스의 열을 전달받은데, 상기 제2,3 열교환관(40,70)에 대하여는 후술한다.

본 실시예에 따르면, 도2에 도시된 바와 같이, 상기 챔버부(10)는 다각형으로 이루어지는데, 상기 다각형의 각 변에 물(1)이 채워지는 제2 열교환관(40)이 서로 이격되어 배치된다. 서로 인접한 상기 제2 열교환관(40) 사이 공간은 판상의 멤브레인(50)이 결합된다. 상기 멤브레인(50)은 상하방향으로 길게 연장되는 판상의 부재이다. 따라서, 상기 챔버부(10)는 복수의 제2 열교환관(40) 및 멤브레인(50)이 둘레를 형성하고, 그 둘레는 전체적으로 다각형의 형상을 이룬다.

상기 챔버부(10)는 상기 제2 열교환관(40)과 멤브레인(50)을 이용하여 형성되므로, 원형이 아니 소정의 각도를 갖는 다각형으로 형성된다. 직사각형 형태의 멤브레인(50)과 상기 열교환관을 연결하여 다양한 형태의 챔버부(10)를 구성할 수 있다. 또한 원형으로 제작하는 것에 비하여, 직사각형 형태의 멤브레인(50)을 자동화하여 생산하기 쉽기 때문에 제작 및 설치가 용이하여 제품의 원가를 줄일 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 상기 챔버부(10)는 상기 연소챔버(11)와 열교환챔버(12)를 분할하는 분할벽(60)을 구비한다. 도2에 도시된 바와 같이, 상기 분할벽(60)은 제3 열교환관(70)과 멤브레인(50)을 포함한다. 상기 제2 열교환관(40)은 상하 방향으로 서로 이격되어 배치되고 물(1)이 채워지며, 상기 멤브레인(50)은 인접한 상기 제3 열교환관(70) 사이 공간에 결합된다. 상기 멤브레인(50)은 상하 방향으로 길게 연장되는 판상의 부재로 이루어진다.

도7에 도시된 바와 같이, 상기 제3 열교환관(70)은 수직관(71)과 절곡관(72)으로 이루어진다.

상기 수직관(71)은 상하 일직선으로 배치되는 관이다. 상기 절곡관(72)은 상기 연소가스가 상기 열교환챔버(12)로 유입될 수 있도록 하단부가 상기 수직관(71)과 어긋나게 절곡된다. 상기 절곡관(72)에서 상기 수직관(71)과 어긋나게 절곡된 부분은 상기 연소가스가 유입되는 유로형성부(73)를 형성한다. 상기 수직관(71)과 상기 절곡관(72)은 서로 번갈아 가면서 배치된다.

또한, 본 발명 실시예에 따르면, 상기 제1 열교환관(20)의 진동 및 그 진동으로 인한 소음을 방지하기 위해서, 고정바(140) 및 탄성판(150)을 포함한다.

도8에 도시된 바와 같이, 상기 제1 열교환관(20)은 제1 열 내지 제n 열(n은 2 이상의 자연수)의 복수 열로 배치된다. 각 열에 배치되는 상기 제1 열교환관(20)의 개수는 열교환챔버(12)의 크기 내지 배치 구조에 따라 변경 가능한다.

상기 고정바(140)는 상기 각 열에 배치되는 제1 열교환관(20)을 서로 연결하여 고정하기 위해서 마련된다. 본 실시예에 따르면, 상기 고정바(140)는, 제1 바(141) 및 제2 바(142)에 의해 이루어진다.

도9를 참조하면, 상기 제1 바(141)는 상기 각 제1 열교환관(20)이 삽입되도록 이격되어 제1 삽입부(1411)가 형성된다. 따라서, 상기 제1 바(141)에는 복수의 제1 삽입부(1411)가 이격 형성된다. 또한, 상기 제1 바(141)는 인접한 상기 제1 삽입부(1411)를 연결하는 제1 연결부(1412)가 구비된다. 도10을 참조하면, 상기 제1 바(141)의 일측 단부는 상기 각 열의 제1 열교환관(20)을 고정하기 위해 설치되는 다른 제1 바(141)의 일측 단부와 측판(143)에 의해 연결된다. 또한, 상기 제1 바(141)의 타측 단부는 상기 각 열의 제1 열교환관(20)을 고정하기 위해 설치되는 다른 제1 바(141)의 일측과 단부와 측판(143)에 의해 연결된다.

상기 제2 바(142)는 상기 제1 바(141)와 마주하여 배치되고, 실질적으로 상기 제1 바(141)와 동일한 구성을 갖는다. 상기 제2 바(142)는, 상기 제1 바(141)와 마주하여 상기 각 제1 열교환관(20)이 삽입되도록 이격되어 형성되는 복수의 제2 삽입부(1421)와, 인접한 상기 제2 삽입부(1421)를 연결하는 제2 연결부(1422)를 구비한다. 상기 제2 바(142)의 양단부는 상기 제1 바(141)와 함께 상기 측판(143)에 의해 각각 연결된다.

상기 제1 바(141) 및 제2 바(142)는 서로 결합되어 각 열에 배치된 상기 제1 열교환관(20)을 고정한다. 본 실시예에 따르면, 상기 제1 바(141) 및 제2 바(142)는 상기 제1 열교환관(20)을 서로 포획하는 방식으로 감싼 후, 서로 스폿 용접되어 결합된다. 제1 바(141) 및 제2 바(142)는 각 열에 배치된 제1 열교환관(20)을 서로 구속하여 상기 제1 열교환관(20)이 상기 제1 바(141) 또는 제2 바(142)가 연장되는 방향으로 진동되는 것을 방지한다. 상기 제1 열교환관(20)의 진동이 방지되고, 진동에 의한 소음 역시 저감하는 효과를 제공한다.

도8에 도시된 바와 같이, 상기 탄성판(150)은, 상기 제1 열교환관(20)이 상기 제1 바(141) 또는 제2 바(142)의 연장 방향에 수직한 방향으로의 진동을 방지하기 위해서 마련된다.

구체적으로, 상기 탄성판(150)은 일단이 상기 제n 열에 배치되는 상기 고정바(140)의 어느 하나의 제1 삽입부(1411)에 결합되고, 타단이 상기 제1 삽입부(1411)와 인접하는 상기 제n 열의 다른 제1 삽입부(1411)에 결합되고, 상기 일단으로부터 타단까지는 소정의 곡률을 가지면서 제n-1 열의 고정바(140)에 접촉되는 탄성을 갖는 판으로 이루어진다. 제n 열에 마련되는 탄성판(150)은 그 양단이 제n 열에 배치되는 제1 삽입부(1411)에 결합되고, 일단으로부터 타단으로 가면서 곡률을 가지면서 휘어지는 부분은 제n-1열의 고정바(140)에 접촉되어서, 상기 제1 열교환관(20)이 상기 고정바(140)가 연장되는 방향에 수직한 방향으로 진동할 때, 그 진동을 완충하고 저감하는 작용을 한다. 이처럼, 상기 제1 열교환관(20)은 상기 고정바(140)가 연장되는 방향으로의 진동뿐만 아니라, 상기 고정바(140)가 연장되는 방향에 수직한 방향으로의 진동을 완충 및 저감하고, 그로 인한 소음을 감소시킨다.

이하, 상기 구성에 따른 보일러에 작용 내지 효과를 상세히 설명한다.

연료탱크로부터 버너부(110)로 연료가 공급되면, 상기 버너부(110)는 상기 연소챔버(11)의 상측에서 연료를 점화시키고, 연소가스는 하향류를 형성하면서 연소챔버(11)의 하측으로 유동한다. 이때, 도12 및 도13에 도시된 바와 같이, 사용자는 상기 연료의 점화 여부를 관찰관(130)을 통해서 확인할 수 있으며, 상기 관찰관(130)을 통해서 화염에 의한 열이 방출되지 않도록 상기 관찰관(130)의 전단에는 열 방출 방지 수단, 예컨대, 상기 관찰관(130)의 단부에 에어 커튼 방식으로 에어를 공급하여 열이 관찰관(130) 외부로 배출되지 않도록 할 수 있다.

상기 연소챔버(11)의 하측으로 유동한 연소가스는 상기 분할벽(60)의 하측으로 이동하고, 상기 분할벽(60)을 이루는 절곡관(72)이 형성하는 유로형성부(73)를 통해서 열교환챔버(12)로 유입된다. 상기 열교환챔버(12)의 내부에는 상하 방향으로 배치되는 제1 열교환관(20)이 마련된다. 상기 제1 열교환관(20)의 상부는 상부드럼(90)에 연결되고, 하부는 하부드럼(100)에 연결되어 있으며, 상기 연소가스의 열을 전달받으면 상기 물(1)은 상기 제1 열교환관(20)을 타고 상측의 상부드럼(90)으로 유동한다. 상기 상부드럼(90)에서 상대적으로 온도가 낮은 물(1)은 순환관(120)을 통해서 하부드럼(100)으로 내려와 순환한다.

상기 연소가스가 상기 열교환챔버(12) 내에서 상승할 때, 상기 제1 열교환관(20)은 열을 전달받으며, 이때 열전달핀(30)에 의해 전열면적이 확대되어 열교환 효율이 향상되게 된다. 상기 제1 열교환관(20)의 제2 영역(B)에는 원형으로 배치되는 제2 핀(32)에 의해 1차적으로 열교환이 이루어지고, 상기 제2 영역(B)의 상부에 배치되는 제1 영역(A)에 배치되는 제1 핀(31)에 의해 2차적으로 열교환이 이루어진다. 상기 제1 핀(31)은 육각형의 벌집 구조를 갖도록 배치됨으로써, 한정된 공간에 제1 핀(31)을 최대한 많이 배치하여 열교환 효율을 높일 수 있으며, 상기 제1 핀(31)은 절곡부(312)를 구비하여 한정된 수평 방향에 대하여 더 길어진 핀을 배치하여 전열 면적을 확대한다. 본 실시예에 따르면, 상기 제1 영역(A)의 상측에는 복수의 제2 영역(B)이 마련된다. 상기 제1 열교환관(20)의 길이에 따라서, 상기 제2 영역(B)은 복수로 마련될 수 있다. 상기 제1 영역(A) 및 제2 영역(B)은 소정의 간격으로 떨어져 있으며, 상기 제1 영역(A)과 제2 영역(B)의 사이 또는 상기 제2 영역(B)과 또 다른 제2 영역(B)의 사이는 고정바(140)가 결합되는 공간을 제공될 수 있다(도11 참조).

또한, 상기 제1 핀(31)의 절곡부(312)에 의해 연소가스의 유동 중 그을음의 퇴적이 완화되어 보일러의 수명을 연장하는 효과를 제공한다. 상기 제1 열교환관(20)에 열전달을 마친 상기 연소가스는 상기 열교환챔버(12)의 상측에 마련된 배출부(121)를 통해 배출된다.

보일러가 가동되면, 연소가스의 열은, 제1 열교환관(20)뿐만 아니라 제2 열교환관(40) 및 제3 열교환관(70)에도 전달되어 상기 하부드럼(100)에 수용된 물(1)이 상부드럼(90)으로 유동하도록 한다. 상기 제2 열교환관(40) 및 제3 열교환관(70)을 통해 상기 상부드럼(90)으로 유동하나 물(1)은, 순환관(120)을 통해 다시 하부드럼(100)으로 이동하여 순환한다. 상기 제2 열교환은 챔버부(10)의 외벽을 형성하고, 상기 제3 열교환관(70)은 분할벽(60)을 형성하면서, 상술한 바와 같이 연소가스의 열을 흡수하는 기능을 아울러 수행한다. 또한, 본 실시예에 따르면, 상기 제2 열교환관(40) 및 멤브레인(50)에 의해 챔버부(10)를 형성하므로, 원형으로 챔버부(10)를 구성하는 것에 비하여 제작이 간편하고 다양한 형태의 챔버부(10)를 구성할 수 있는 효과를 제공한다.

이와 같이 상부드럼(90)으로 이동한 물(1)은 증기로 상변화하고 상기 증기압이 소정의 수준에 도달하면 배출구(92)를 개방하여 원하는 장소로 공급된다.

한편, 본 발명 실시예에 따르면, 보일러의 가동 중에 고정바(140) 및 탄성판(150)에 의해 진동 및 그로 인한 소음 발생을 저감시킨다. 상기 고정바(140)는 각 열에 배치된 제1 열교환관(20)을 서로 연결하여, 상기 고정바(140)가 연장되는 방향으로 진동을 방지한다. 상기 고정바(140)에 마련되는 제1 삽입부(1411) 또는 제2 삽입부(1421)는 상기 제1 열교환관(20)의 수축 및 팽창에 의한 변화를 수용할 정도의 갭(gap)을 가지나, 상기 고정바(140)의 양단부가 상기 열교환챔버(12)에 각각 연결되어 고장바가 연장되는 방향으로의 진동을 방지하게 된다.

또한, 상기 제1 열교환관(20)이 상기 고정바(140)의 연장 방향과 수직한 방향으로 흔들리면, 상기 탄성판(150)이 충격을 흡수하고 완충함으로써, 상기 고정바(140)의 연장 방향에 대하여 수직한 방향으로의 진동을 방지하는 효과를 제공한다.

이처럼, 본 발명에 따른 보일러는 열전달핀(30)에 의해 전열 면적을 확대하여 열교환 효율을 향상시키고, 고정바(140) 및 탄성판(150)에 의해 진동을 방지하여 보일러 운전 중 소음을 저감하고, 수명을 연장하는 효과를 제공한다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 많은 변형이 제공될 수 있다.

10... 챔버부 11... 연소챔버
12... 열교환챔버 121... 배출부
20... 제1 열교환관 30... 열전달핀
31... 제1 핀 311... 결합부
312... 절곡부 32... 제2 핀
40.. 제2 열교환관 50... 멤브레인
60... 분할벽 70... 제3 열교환관
71... 수직관 72... 절곡관
73... 유로형성부 80... 바디부
90... 상부드럼 91... 공간부
92... 배출구 100... 하부드럼
110... 버너부 120... 순환관
130... 관찰관 140... 고정바
141... 제1 바 1411.. 제1 삽입부
1412... 제1 연결부 142... 제2 바
1421... 제2 삽입부 1422... 제2 연결부
150... 탄성판 1... 물
A... 제1 영역 B... 제2 영역

Claims

연료가 연소되는 연소챔버(11)와, 상기 연소챔버(11)에 의해 연소된 연소가스가 통과하면서 열교환이 이루어지는 열교환챔버(12)를 갖는 챔버부(10);
상기 열교환챔버(12)에 마련되어 물(1)이 흐르는 제1 열교환관(20); 및
상기 연소가스의 열을 상기 제1 열교환관(20) 내를 흐르는 물(1)에 전달하도록, 상기 제1 열교환관(20)에 결합되는 열전달핀(30);을 포함하고,
상기 제1 열교환관(20)은 제1 열 내지 제n 열(n은 2 이상의 자연수)의 복수 열로 배치되며,
각 상기 열에 배치된 제1 열교환관(20)은 고정바(140)에 의해 서로 연결되며,
상기 고정바(140)는 각 상기 제1 열교환관(20)이 삽입되도록 이격되어 형성되는 복수의 제1 삽입부(1411)와, 인접한 제1 삽입부(1411)를 연결하는 제1 연결부(1412)를 구비하는 제1 바(141)를 포함하며,
일단이 상기 제n 열에 배치되는 상기 고정바(140)의 어느 하나의 제1 삽입부(1411)에 결합되고, 타단이 상기 제1 삽입부(1411)와 인접하는 상기 제n 열의 다른 제1 삽입부(1411)에 결합되며, 상기 일단으로부터 타단까지 소정의 곡률을 가지면서 제n-1열의 고정바(140)에 접촉되며 탄성을 갖는 탄성판(150)을 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러.
제1항에 있어서,
상기 열전달핀(30)은,
상기 제1 열교환관(20)에 결합되는 결합부(311)와, 상기 결합부(311)로부터 하방으로 절곡되어 연장되는 절곡부(312)를 갖는 제1 핀(31)을 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러.
제1항에 있어서,
상기 열전달핀(30)은,
상기 제1 열교환관(20)으로부터 방사상으로 연장되어 결합되는 제1 핀(31)을 포함하고,
상기 제1 열교환관(20)을 상측에 보았을 때, 상기 제1 핀(31)의 단부는 상기 제1 열교환관(20)을 중심으로 하는 가상의 정육각형의 각 변에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 보일러.
제1항에 있어서,
상기 제1 열교환관(20)은 상하 방향으로 배치되고,
상기 연소가스는 상기 열교환챔버(12)의 하측으로부터 상측으로 유동하며,
상기 열전달핀(30)은, 상기 제1 열교환관(20)의 제1 영역(A)에 배치되는 제1 핀(31)과 상기 제1 영역(A)보다 낮은 위치에 마련되는 제2 영역(B)에 배치되는 제2 핀(32)을 포함하며,
상기 제1 핀(31)이 상기 제1 열교환관(20)과 결합되는 일단으로부터 상기 제1 핀(31)의 타단까지 수평으로 잇는 길이는, 상기 제2 핀(32)이 상기 제1 열교환관(20)과 결합되는 일단으로부터 상기 제2 핀(32)의 타단까지 수평으로 잇는 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 보일러.
제1항에 있어서,
상기 제1 열교환관(20)은 상하 방향으로 배치되고,
상기 연소가스는 상기 열교환챔버(12)의 하측으로부터 상측으로 유동하며,
상기 열전달핀(30)은, 상기 제1 열교환관(20)의 제1 영역(A)에 배치되는 제1 핀(31)과 상기 제1 영역(A)보다 낮은 위치에 마련되는 제2 영역(B)에 배치되는 제2 핀(32)을 포함하며,
상기 제1 핀(31)은 상기 제1 열교환관(20)에 방사상으로 연장 결합되되, 상기 제1 핀(31)의 단부는 상기 제1 열교환관(20)을 중심으로 하는 가상의 정육각형의 설정할 때 상기 정육각형의 각 변에 위치하도록 배치되고,
상기 제2 핀(32)은 상기 제1 열교환관(20)에 방사상으로 연장 결합되되, 상기 제2 핀(32)의 단부는 상기 제1 열교환관(20)을 중심으로 하는 가상의 원형을 설정할 때, 상기 원의 원주 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 보일러.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 제1 핀(31)부는, 상기 제1 열교환관(20)에 결합되는 결합부(311)와, 상기 결합부(311)로부터 하방으로 절곡되어 연장되는 절곡부(312)를 포함하고,
상기 제2 핀(32)부는 수평 방향으로 연장되어 배치되는 것을 특징으로 하는 보일러.
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제1항에 있어서,
상기 고정바(140)는, 상기 제1 바(141)와 마주하여 배치되며 각 상기 제1 열교환관(20)이 삽입되도록 이격되어 형성되는 복수의 제2 삽입부(1421)와, 인접한 제2 삽입부(1421)를 연결하는 제2 연결부(1422)를 구비하는 제2 바(142)를 포함하며,
상기 제1 바(141)와 제2 바(142)가 서로 결합되어 각 열에 배치된 제1 열교환관(20)을 고정하는 것을 특징으로 하는 보일러.
제1항에 있어서,
상기 챔버부(10)를 감싸며, 상하부가 개방된 바디부(80);
상기 바디부(80)의 상측에 결합되며, 내부에 물(1)이 채워진 상부드럼(90);
상기 바디부(80)의 하측에 결합되며, 내부에 물(1)이 채워진 하부드럼(100);
상기 연소챔버(11)의 상측에 마련되는 버너부(110);를 포함하며,
상기 제1 열교환관(20)의 상단은 상기 상부드럼(90)에 연결되고, 하단은 상기 하부드럼(100)에 연결되며,
상기 버너부(110)에 의해 상기 연소챔버(11)에서 연소된 상기 연소가스는, 상기 연소챔버(11)의 하측으로 유동하여 상기 열교환챔버(12)의 하측으로 유입된 후 상승하면서 상기 제1 열교환관(20)에 열을 전달하는 것을 특징으로 하는 보일러.
제10항에 있어서,
상기 챔버부(10)는 다각형으로 이루어지고,
상기 다각형의 각 변에 물(1)이 채워진 제2 열교환관(40)이 서로 이격되어 배치되고, 인접한 상기 제2 열교환관(40)의 사이 공간은 판상의 멤브레인(50)이 결합되는 것을 특징으로 하는 보일러.
제1항에 있어서,
상기 챔버부(10)를 상기 연소챔버(11)와 상기 열교환챔버(12)로 분할하는 분할벽(60)이 형성되고,
상기 분할벽(60)은 상하 방향으로 서로 이격되어 배치되고 물(1)이 채워진 제3 열교환관(70)과 상기 제3 열교환관(70)의 사이 공간은 판상의 멤브레인(50)이 결합된 것을 특징으로 하는 보일러.
연료가 연소되는 연소챔버(11)와, 상기 연소챔버(11)에 의해 연소된 연소가스가 통과하면서 열교환이 이루어지는 열교환챔버(12)를 갖는 챔버부(10);
상기 열교환챔버(12)에 마련되어 물(1)이 흐르는 제1 열교환관(20); 및
상기 연소가스의 열을 상기 제1 열교환관(20) 내를 흐르는 물(1)에 전달하도록, 상기 제1 열교환관(20)에 결합되는 열전달핀(30);을 포함하고,
상기 챔버부(10)를 상기 연소챔버(11)와 상기 열교환챔버(12)로 분할하는 분할벽(60)이 형성되고,
상기 분할벽(60)은 상하 방향으로 서로 이격되어 배치되고 물(1)이 채워진 제3 열교환관(70)과 상기 제3 열교환관(70)의 사이 공간은 판상의 멤브레인(50)이 결합되며,
상기 제3 열교환관(70)은,
상하 일직선으로 배치되는 수직관(71); 및
상기 연소가스가 상기 열교환챔버(12)로 유입될 수 있도록 하단부가 상기 수직관(71)과 어긋나게 절곡되는 유로형성부(73)를 갖는 절곡관(72);를 포함하고,
상기 수직관(71)과 상기 절곡관(72)은 서로 번갈아 가면서 배치되는 것을 특징으로 하는 보일러.
제10항에 있어서,
상기 챔버부(10)의 외측에는 일단부가 상기 상부드럼(90)에 연결되고, 타단부가 상기 하부드럼(100)에 연결되는 순환관(120)이 마련된 것을 특징으로 하는 보일러.
제10항에 있어서,
상기 챔버부(10)에는 상기 버너부(110)에 의한 점화 여부를 식별하기 위한 관찰관(130)이 삽입되어 마련되며, 상기 관찰관(130)의 상단측이 상기 챔버부(10)에 결합되고 하단측은 하향 경사지게 결합된 것을 특징으로 하는 보일러.
제10항에 있어서,
상기 상부드럼(90)은 상기 물(1)이 증기로 상변화할 수 있는 소정의 공간부(91)가 마련되며, 상측에 상기 증기가 배출되는 배출구(92)가 마련된 것을 특징으로 하는 보일러.