KR102583907B1

KR102583907B1 - 열교환관 및 이를 포함하는 보일러

Info

Publication number: KR102583907B1
Application number: KR1020210120533A
Authority: KR
Inventors: 시종민
Original assignee: 강림중공업 주식회사
Priority date: 2021-09-09
Filing date: 2021-09-09
Publication date: 2023-10-05
Also published as: KR20230037343A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 열교환관은 연소가스가 유동하면서 열교환이 이루어지는 공간인 열교환챔버에 배치되고, 상기 연소가스와 열교환이 이루어지는 물이 흐르는 열교환관에 관한 것으로서, 상기 열교환챔버의 제1 영역에 배치되고, 상기 열교환챔버 내에서 상기 연소가스가 유동하는 방향을 가로지르는 방향을 따라 적어도 일부가 휘어진 제1 열교환관; 및 상기 열교환챔버의 제2 영역에 배치되어서 상기 제1 열교환관에 연결되고, 상기 연소가스가 유동하는 방향을 따라 연장되는 제2 열교환관을 포함한다.

Description

열교환관 및 이를 포함하는 보일러{Heat exchange pipe and boiler including the same}

본 발명은 열교환관 및 이를 포함하는 보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환관 내의 물의 유동시간을 증대시켜서 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 열교환관 및 이를 포함하는 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.

도 1은 종래 기술에 따른 보일러의 열교환관을 확대한 개략적인 정단면도이다.

도 1을 참고하면, 종래 기술에 따른 보일러(100)는 연소챔버(110), 열교환챔버(120), 제1 열교환관(130), 제2 열교환관(140), 및 공급부(150)를 포함한다.

연소챔버(110)는 연료가 연소되는 공간이다. 연소챔버(110)는 열교환챔버(120)에 연결될 수 있다.

열교환챔버(120)는 고온의 연소가스가 유동하면서 열교환이 이루어지는 공간이다. 열교환챔버(120)의 내에는 제1 열교환관(130) 및 제2 열교환관(140)이 배치될 수 있다.

제1 열교환관(130) 및 제2 열교환관(140)은 연소가스와 열교환이 이루어지는 물(1000)이 흐르는 관일 수 있다. 공급부(150)에 저장된 물(1000)은 제1 열교환관(130)과 제2 열교환관(140)을 순차적으로 유동하는 과정에서, 연소가스와 열교환이 이루어질 수 있다. 도 1에 도시된 진한색의 화살표는 물(1000)과 연소가스 사이의 열교환이 이루어지는 것을 모식적으로 도시한 것이다.

여기서, 종래 기술에 따른 보일러(100)는 제1 열교환관(130)의 길이가 비교적 짧게 형성되므로, 물(1000)이 오랜시간 제1 열교환관(130)에 머무르지 못하고 제2 열교환관(140)으로 바로 유동하도록 구현된다. 이에 따라, 종래 기술에 따른 보일러(100)는 제1 열교환관(130) 내에서 물(1000)과 연소가스 사이의 충분한 열교환이 이루어지지 못하므로, 열교환 효율이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 열교환관 내에서 물과 연소가스 사이의 충분환 열교환이 이루어질 수 있는 열교환관 및 이를 포함하는 보일러를 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명은 열교환관 및 보일러를 구현할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 열교환관은 상기 열교환챔버의 제1 영역에 배치되고, 상기 열교환챔버 내에서 상기 연소가스가 유동하는 방향을 가로지르는 방향을 따라 적어도 일부가 휘어진 제1 열교환관, 및 상기 열교환챔버의 제2 영역에 배치되어서 상기 제1 열교환관에 연결되고, 상기 연소가스가 유동하는 방향을 따라 연장되는 제2 열교환관을 포함한다.

또한, 상기 제1 열교환관은, 물을 공급하기 위한 공급부에 연결된 유입관, 상기 제2 열교환관에 연결된 연결관, 및 상기 유입관과 상기 연결관의 각각에 연결되고 유입된 물이 흐르는 방향이 변경되도록 휘어진 라운드관을 포함한다.

또한, 상기 제1 열교환관에 흐르는 물의 유동방향이 변하도록, 상기 유입관, 상기 라운드관, 및 상기 연결관은 서로 다른 방향으로 연장된다.

또한, 상기 유입관은 상기 제2 영역 내에서 상기 연소가스가 유동하는 방향을 가로지르는 방향을 따라 연장된 제1 부분, 및 하방으로 휘어진 제2 부분을 포함하고, 상기 연결관은 상기 제2 영역 내에서 상기 연소가스가 유동하는 방향을 따라 연장된 제3 부분, 및 측방으로 휘어진 제4 부분을 포함하며, 상기 라운드관은 상기 제2 부분과 상기 제4 부분을 연결하되, 유입된 물의 유동 방향이 변경되도록 휘어진다.

또한, 상기 라운드관은, 연료가 연소되는 연소챔버를 향해 하방으로 휘어진 부분을 갖는 제1 라운드관, 및 상기 제1 라운드관에 연결되고 측방으로 휘어진 부분을 갖는 제2 라운드관을 포함한다.

또한, 상기 라운드관은 외면의 적어도 일부가 원호(Circular Arc)를 이룬다.

또한, 상기 제1 열교환관을 정면에서 보았을 때, 상기 유입관의 중심축 및 상기 연결관의 중심축에 의하여 나누어지는 사분면이 형성되고, 상기 원호의 중심은 상기 유입관의 중심축 및 상기 연결관의 중심축이 교차하는 교차지점으로부터 이격되되, 상기 사분면의 제2 사분면에 위치한다.

또한, 상기 유입관의 외면, 상기 라운드관의 외면, 및 상기 연결관의 외면은 모서리 없이 서로 연결된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관은 상기 연소가스의 열을 상기 열교환관 내에 흐르는 물에 전달하도록 상기 열교환관에 결합되는 열전달핀을 더 포함한다.

또한, 상기 열전달핀은, 상기 열교환관에 결합되는 결합부와, 상기 결합부로부터 하방으로 절곡되는 절곡부를 갖는 제1 핀을 포함한다.

또한, 상기 열전달핀은, 상기 제2 열교환관으로부터 방사상으로 연장되어 결합되는 제1 핀을 포함하고, 상기 제2 열교환관을 상측에서 보았을 때, 상기 제1 핀의 단부는 상기 제2 열교환관을 중심으로 하는 가상의 정육각형의 각 변에 위치한다.

또한, 상기 제2 열교환관은 상하 방향으로 연장되고, 상기 연소가스는 상기 열교환챔버의 하측에서 상측으로 유동하며, 상기 열전달핀은, 상기 제2 열교환관의 일 영역에 배치되는 제1 핀과, 상기 제1 핀보다 낮은 위치에 배치되는 제2 핀을 포함하고, 상기 제1 핀이 상기 제2 열교환관과 결합되는 일 단으로부터 상기 제1 핀의 타단까지 의 거리는, 상기 제2 핀이 상기 제2 열교환관과 결합되는 일 단으로부터 상기 제2 핀의 타 단까지의 거리보다 길다.

또한, 상기 제2 열교환관은 상하 방향으로 연장되고, 상기 연소가스는 상기 열교환챔버의 하측에서 상측으로 유동하며, 상기 열전달핀은, 상기 제2 열교환관의 일 영역에 배치되는 제1 핀과, 상기 제1 핀보다 낮은 위치에 배치되는 제2 핀을 포함하고, 상기 제1 핀과 상기 열교환챔버의 내벽 사이의 길이는, 상기 제2 핀과 상기 열교환챔버의 내벽 사이의 길이에 비해 더 짧다.

본 발명의 실시예에 따른 보일러는 본 발명의 실시예에 따른 열교환관, 및 상기 열교환관에 흐르는 물과 열교환이 이루어지는 연소가스가 생성되는 공간인 연소챔버와, 상기 연소챔버에 연결되고 상기 열교환관이 배치된 공간이 마련된 열교환챔버를 갖는 챔버부를 포함한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 열교환관 및 이를 포함하는 보일러는 물이 열교환관 내에서 유동하는 전체적인 시간을 증대시킬 수 있으므로, 열교환관 내에서 물과 연소가스 사이의 충분한 열교환이 이루어질 수 있도록 구현된다.

도 1은 종래 기술에 따른 보일러의 열교환관을 확대한 개략적인 정단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 개략적인 정단면도이다.
도 3은 도 2의 III-III선을 기준으로 하여 나타낸 평단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 열교환관을 확대한 개략적인 정단면도이다.
도 5는 도 4의 열교환관의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제1 열교환관을 확대한 개략적인 정단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제2 열교환관을 확대한 개략적인 정면도이다.

실시예들에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

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.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 제한되지 않는다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 개략적인 정단면도이고, 도 3은 도 2의 III-III선을 기준으로 하여 나타낸 평단면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 열교환관을 확대한 개략적인 정단면도이고, 도 5는 도 4의 열교환관의 평면도이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제1 열교환관을 확대한 개략적인 정단면도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제2 열교환관을 확대한 개략적인 정면도이다.

도 2 내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 보일러(1)는 물(10)을 가열하여 고온, 고압의 증기나 온수를 발생시키는 장치로서, 난방 시설이나 목욕탕, 터빈 구동 등에 사용되는 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(3)은 고온의 연소가스가 흐르는 열교환챔버(22)에 배치되어 상기 연소가스와 열교환이 이루어지는 물(10)이 흐르는 관으로, 본 발명의 실시예에 따른 보일러(1)에 포함될 수 있다.

도 2 내지 도 4, 및 도 6을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(3)은 상기 열교환챔버(22)의 제1 영역(A)에 배치되고, 상기 열교환챔버(22) 내에서 상기 연소가스가 유동하는 방향을 가로지르는 방향을 따라 적어도 일부가 휘어진 제1 열교환관(31), 및 상기 열교환챔버(22)의 제2 영역(B)에 배치되어서 상기 제1 열교환관(31)에 연결되고, 상기 열교환챔버(22) 내에서 상기 연소가스가 유동하는 방향을 따라 연장되는 제2 열교환관(32)을 포함한다.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(3)은 도 1에 도시된 종래 기술과 대비하여 볼 때, 휘어진 경로를 따라 상기 제1 영역(A) 내에서 물(10)이 유동하는 경로를 증대시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(3)은 물(10)이 상기 제1 열교환관(31) 내에서 유동하는 시간을 증대시켜 물(10)과 상기 연소가스 사이의 충분한 열교환이 이루어질 수 있도록 구현됨으로써, 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

본 명세서에서 기재되고 있는 상기 유동가스가 유동하는 방향을 가로지르는 방향은, 일 예로 상기 열교환챔버(22) 내에서 상기 연소가스가 유동하는 방향을 교차하는 방향일 수 있다.

또한, 본 명세서에서 기재되고 있는 상하방향, 하방, 측방 등은 본 발명의 실시예에 따른 열교환관을 이루는 하부 구성들의 위치를 구분하거나, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관을 이루는 하부 구성들의 연장된 방향을 구분하기 위한 것이지, 특정 방향을 지칭하는 것이 아니다.

본 발명의 실시예에 따른 열교환관(3)을 설명하기에 앞서, 본 발명의 실시예에 따른 보일러(1)를 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 보일러(1)는 챔버부(2)를 포함한다.

도 2 및 도 6을 참고하면, 상기 챔버부(2)는 물(10)과 상기 연소가스의 사이에 열교환이 이루어지는 공정 공간을 제공한다. 상기 챔버부(2)는 바디부(20, 도 2에 도시됨)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 바디부(20)는 본 발명의 실시예에 따른 보일러(1)의 전체적인 외형을 이루며, 본체로 기능할 수 있다. 상기 바디부(20)는 상기 챔버부(2) 를 감싸며, 상하부가 개방될 수 있다. 상기 바디부(20)는 전체적으로 원통형의 형상으로 형성될 수 있으나, 이는 예시적인 것이며 상기 챔버부(2)를 감싸도록 배치될 수 있는 한 직방체 등 다른 형상으로 형성될 수도 있다.

상기 챔버부(2)는 연소챔버(21), 및 상기 열교환챔버(22)를 포함한다.

상기 연소챔버(21)는 연료가 연소되는 공간으로, 상기 열교환관(3)에 흐르는 물과 열교환이 이루어지는 연소가스가 생성되는 공간이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 연료는 상기 열교환챔버(22)의 내부와 연통된 연소가스 유입부(30, 도 2에 도시됨)로 유입되어 상기 열교환챔버(22)의 내부 공간에서 연소될 수 있다. 상기 연소가스가 유동하는 방향은, 상기 연소챔버(21)에서 상기 열교환챔버(22)를 향하는 방향일 수 있다.

도시되지 않았지만, 상기 연소챔버(21)의 내부에는 버너부가 배치될 수 있다. 버너부는 연료탱크(미도시)로부터 연료를 공급 받아서 상기 연소챔버(21)의 하측에서 연료를 점화시킨다. 이에 따라, 상기 연료가스는 하측에서 상측으로 유동할 수 있다. 상기 연소챔버(21)에서 연소된 상기 연소가스는, 상기 연소챔버(21)의 상측으로 유동하여 상기 열교환챔버(22)의 하측으로 유입된 후 상승하면서 상기 제1 열교환관(31)과 상기 제2 열교환관(32)의 내부의 물(10)에 열을 전달한다.

상기 열교환챔버(22)는 상기 연소챔버(21)에서 연소된 상기 연소가스가 유동하면서 물과 열교환이 이루어지는 공간이다. 상기 열교환챔버(22)는 상기 연소챔버(21)에 연결될 수 있다. 예컨대, 상기 열교환챔버(22)는 상기 연소챔버(21)의 상측에 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 연소챔버(21) 내에서 연소된 상기 연소가스는 상측으로 유동하여 상기 열교환챔버(22)로 유입되고, 물(10)과 열교환이 이루어질 수 있다. 물론 상기 연소가스의 흐름이 상기와 같이 한정되는 것은 아니다. 즉, 도시되진 않았지만, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 보일러에 있어서, 상기 연소챔버(21)는 상기 열교환챔버(22)의 상측에 배치될 수도 있다. 이 경우, 상기 연소챔버(21) 내에서 연소된 상기 연소가스는 하측으로 유동하여 상기 열교환챔버(22)에 유입되고, 물(10)과 열교환이 이루어질 수 있다.

도 2 내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(3)은 상기 연소가스와 열교환이 이루어지는 물(10)이 흐르도록 상기 열교환챔버(22)에 마련된다. 상기 열교환관(3)은 상기 열교환챔버(22)의 내부에 삽입될 수 있다. 상기 열교환관(3)은 상기 연소가스의 열을 전달받을 수 있는 소재를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 열교환관(3)은 구리 등의 금속 소재를 포함할 수 있다.

상기 열교환관(3)은 물(10)이 저장된 공급부(5)로부터 물(10)을 공급받도록 상기 공급부(5)에 연결될 수 있다. 상기 열교환관(3)은 상기 공급부(5)에 연통된 유입공(3a)을 통해 상기 공급부(5)로부터 물(10)을 전달받을 수 있다. 상기 유입공(3a)을 통해 상기 열교환관(3)에 공급된 물(10)은 배출공(3b)을 통해 배출되기 전까지 상기 열교환챔버(22) 내에서 상기 연소가스로부터 열을 전달받을 수 있다. 상기 배출공(3b)으로 배출된 물(10)은, 상기 공급부(5)로 다시 유동할 수 있다. 상기 공급부(5)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 열교환관(3)의 외측을 둘러싸도록 배치될 수 있다.

상기 열교환관(3) 및 상기 열교환챔버(22)는 복수 개가 상기 바디부(20)의 내부에 배치될 수 있다. 복수 개의 상기 열교환관(3) 각각은, 복수 개의 상기 열교환챔버(22)의 내부에 삽입될 수 있다. 즉, 하나의 상기 열교환관(3)은 하나의 상기 열교환챔버(22)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 열교환관(3)이 삽입되어 있는 복수 개의 상기 열교환챔버(22)는 서로 이격되어 상기 바디부(20)의 내부에 배치될 수 있다. 도 3에는 9개의 상기 열교환관(3) 및 상기 열교환챔버(22)를 도시하였으나, 이는 예시적인 것이며 상기 열교환관(3) 및 상기 열교환챔버(22)의 개수에는 제한이 없다.

도 2, 도 4 내지 도 7을 참고하면, 상기 열교환관(3)은 제1 열교환관(31) 및 제2 열교환관(32)을 포함한다.

상기 제1 열교환관(31)은 상기 열교환챔버(22)의 제1 영역(A)에 배치된다. 상기 제1 영역(A)은 상기 제1 열교환관(31) 내의 물(10)이 상기 연소가스와 열교환이 이루어지는 상기 열교환챔버(22)의 일 영역일 수 있다. 상기 제1 열교환관(31)은 상기 열교환챔버(22) 내에서 상기 연소가스가 유동하는 방향을 가로지르는 방향을 따라 적어도 일부가 휘어진 관일 수 있다. 상기 제1 열교환관(31)은 상기 공급부(5)에 연결될 수 있다.

상기 제2 열교환관(32)은 상기 열교환챔버(22)의 제2 영역(B)에 배치된다. 상기 제2 영역(B)은 상기 제2 열교환관(32) 내의 물(10)이 상기 연소가스와 열교환이 이루어지는 상기 열교환챔버(22)의 일 영역일 수 있다. 즉, 상기 제2 영역(B) 및 상기 제1 영역(A)은 상기 열교환챔버(22)의 서로 다른 일 영역들일 수 있다. 상기 제2 영역(B)은 상기 제1 영역(A)의 상부에 위치할 수 있다.

상기 제2 열교환관(32)은 상기 제1 열교환관(31)에 연결될 수 있다. 상기 제2 열교환관(32)은 상기 열교환챔버(22) 내에서 상기 연소가스가 유동하는 방향을 따라 연장될 수 있다. 상기 공급부(5)로부터 공급된 물(10)은, 상기 제1 열교환관(31)과 상기 제2 열교환관(32)을 순차적으로 유동하여 상기 배출공(3b)으로 배출될 수 있다. 상기 배출공(3b)은 상기 제2 열교환관(32)의 상부에 위치할 수 있다. 상기 연소가스는 상기 열교환챔버(22) 내에서 상기 제1 열교환관(31)과 상기 제2 열교환관(32)의 주위를 지나면서 물(10)에 열을 전달할 수 있다.

상기 제2 열교환관(32)은 상기 제1 열교환관(31)의 상측에 배치될 수 있다. 이 경우, 물(10)은 상측으로 유동하면서 상기 제1 열교환관(31)과 상기 제2 열교환관(32) 내에서 상기 연소가스로부터 열을 전달받을 수 있다. 물론 물(10)의 흐름이 상기와 같이 한정되는 것은 아니다. 즉, 도시되진 않았지만, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 보일러에 있어서, 상기 제2 열교환관(32)은 상기 제1 열교환관(31)의 하측에 배치될 수도 있다. 이 경우, 물(10)은 하측으로 유동하면서 상기 제1 열교환관(31)과 상기 제2 열교환관(32) 내에서 상기 연소가스로부터 열을 전달받을 수 있다.

상기 제1 열교환관(31)은 상기 제2 열교환관(32)과 일체로 형성될 수도 있다.

도 6을 참고하면, 상기 제1 열교환관(31)은 유입관(311), 연결관(312), 및 라운드관(313)을 포함할 수 있다.

상기 유입관(311)은 상기 공급부(5)에 연결된다. 상기 유입관(311)에는 상기 유입공(3a)이 형성될 수 있다. 상기 유입관(311)은 상기 연소가스가 유동하는 방향을 가로지르는 방향을 따라 연장된 제1 부분, 및 하방으로 휘어진 제2 부분을 포함할 수 있다. 상기 유입관(311)을 흐르는 물(10)은, 상기 제2 부분을 지나면서 하방으로 흐를 수 있다. 상기 유입관(311)의 제1 부분은, 상기 도 6에 도시된 바와 같이 상기 연소가스가 유동하는 방향에 수직인 방향으로 연장될 수 있다. 그러나, 상기 유입관(311)의 제1 부분이 상기 공급부(5)에 연결될 수 있는 한 연장되는 방향에는 제한이 없다.

상기 연결관(312)은 상기 제2 열교환관(32)에 연결된다. 상기 연결관(312)은 상기 연소가스가 유동하는 방향을 따라 연장되는 제3 부분, 및 측방으로 휘어진 제4 부분을 포함할 수 있다. 상기 연결관(312)에 흐르는 물(10)은, 상기 제4 부분을 지나면서 측방으로 흐를 수 있다. 상기 연결관(312)의 제3 부분은 상기 연소가스가 유동하는 방향와 평행한 방향으로 연장될 수 있다. 그러나, 상기 연결관(312)의 제3 부분이 상기 제2 열교환관(32)에 연결될 수 있는 한 연장되는 방향에는 제한이 없다.

상기 라운드관(313)은 상기 유입관(311)과 상기 연결관(312)의 각각에 연결된다. 상기 라운드관(313)은 상기 제2 부분과 상기 제4 부분을 연결하되, 상기 유입관(311)으로부터 유입된 물(10)의 유동 방향이 변경되도록 휘어진다. 공급부(5)로부터 공급된 물(10)은 상기 유입관(311), 상기 라운드관(313), 및 상기 연결관(312)을 순차적으로 이동하여 상기 제2 열교환관(32)으로 유동할 수 있다. 상기 라운드관(313), 상기 유입관(311), 및 상기 연결관(312)은 일체로 형성될 수도 있다.

상기 라운드관(313), 상기 연결관(312), 및 상기 유입관(311)은 서로 다른 방향으로 연장될 수 있다. 이에 따라, 물(10)의 유동방향은 상기 제1 열교환관(31) 내에서 계속해서 변경될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 보일러(1)는 물(10)의 유동방향이 일정한 비교예와 대비하여 볼 때, 상기 제1 영역(A)에서 물(10)의 유동방향이 변경되는 시간 만큼 물(10)이 상기 제1 영역(A)을 유동하는 시간을 증대시킬 수 있다.

상기 라운드관(313)의 외면, 상기 연결관(312)의 외면, 상기 유입관(311)의 외면은 모서리 없이 서로 연결될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 보일러(1)는 물(10)이 상기 제1 열교환관(31)의 내부에서 원활하게 유동할 수 있도록 구현될 수 있다.

상기 라운드관(313)은 상기 연소가스가 유동하는 방향을 가로지르는 방향을 따라 휘어진 부분을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 라운드관(313)은 상기 연소챔버(21)를 향해 휘어질 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(3)은 상기 연소가스의 흐름의 역방향으로 물(10)을 유동시킬 수 있으므로, 상기 제1 열교환관(31)에서 물(10)이 머무르는 시간을 증대시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(3)은 역방향으로 물(10)이 흐르는 시간 동안, 상기 제1 영역(A)에서 물(10)이 상기 연소가스로부터 충분한 열을 전달받을 수 있게 구현될 수 있다.

상기 라운드관(313)은 외면의 적어도 일부가 원호(CA)를 이루도록 만곡될 수 있다. 상기 원호(CA)의 중심(C)은, 상기 라운드관(313)의 일 단 및 타 단으로부터 동일한 이격거리(R)로 이격될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(3)은 상기 원호(CA)의 중심(C)을 기준으로 하여 상기 제1 열교환관(31)의 내부를 유동하는 물(10)의 흐름을 형성할 수 있다. 상기 제1 열교환관(31)을 흐르는 물(10)은 상기 원호(CA)의 중심(C)을 기준으로 하여 시계 또는 반시계 방향으로 흐를 수 있다.

상기 원호(CA)의 중심(C)은 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 유입관(311)의 중심축(311C) 및 상기 연결관(312)의 중심축(312C)의 각각으로부터 이격된 위치에 형성될 수 있다. 상기 유입관(311)의 중심축(311C) 및 상기 연결관(312)의 중심축(312C)이 만나는 지점에는 교차지점(CP)이 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 열교환관(3)에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 제1 열교환관(31)을 정면에서 보았을 때, 상기 교차지점(CP)을 기준으로 상기 유입관(311)의 중심축(311C) 및 상기 연결관(312)의 중심축(312C)에 의하여 나누어지는 사분면(Quadrant)(A1, A2, A3, A4)이 형성될 수 있는데, 상기 원호(CA)의 중심(C)은 제2 사분면(A2)에 위치할 수 있다.

상기 원호(CA)의 중심(C)이 제1 사분면(A1)에 위치한 제1 비교예는, 상기 원호(CA)의 중심(C)이 제2 사분면(A2)에 위치한 실시예보다 라운드관(313)이 제2 열교환관(32)을 기준으로 더 측방에 위치할 수 있다. 따라서, 상기 제1 비교예는 라운드관(313)이 측방에 위치한 바디부(20) 또는 공급부(5)와 같은 구조물과 간섭될 가능성이 증대되는 문제가 있다.

상기 원호(CA)의 중심(C)이 제3 사분면(A3)에 위치한 제2 비교예는, 상기 원호(CA)의 중심(C)이 제2 사분면(A2)에 위치한 실시예보다 라운드관(313)이 상기 공급부(5)를 기준으로 더 하방에 위치할 수 있다. 따라서, 상기 제2 비교예는 라운드관(313)이 하방에 위치한 고온의 연소챔버(21)의 내부에 배치되게 되어 열에 의해 손상될 가능성이 증대되는 문제가 있다.

상기 원호(CA)의 중심(C)이 제4 사분면(A1)에 위치한 제3 비교예는, 라운드관(313)이 측방에 위치한 바디부(20) 또는 공급부(5)와 같은 구조물과 간섭될 가능성이 증대되고, 라운드관(313)이 하방에 위치한 고온의 연소챔버(21)의 내부에 배치되어서 열에 의한 손상될 가능성이 증대되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(3)은 상기 원호(CA)의 중심(C)이 제2 사분면(A2)에 위치함으로써, 상기 제1 영역(A) 내에서 물(10)이 유동하는 경로를 증대시킬 수 있으면서도, 라운드관(313)이 바디부(20) 또는 공급부(5)와 같은 구조물과 간섭될 가능성 및 연소챔버(21)의 열에 의한 손상될 가능성을 감소시킬 수 있는 효과를 도모할 수 있다.

상기 제1 열교환관(31)의 길이는, 상기 유입관(311)과 상기 교차지점(CP)의 사이의 거리 및 상기 연결관(123)과 상기 교차지점(CP)의 사이의 거리 간의 합보다 더 클 수 있다.

도 6을 참고하면, 상기 라운드관(313)은 제1 라운드관(3131), 및 제2 라운드관(3132)을 포함할 수 있다.

상기 제1 라운드관(3131)은 상기 연소챔버(21)를 향해 하방으로 적어도 일부가 휘어질 수 있다.

상기 제1 라운드관(3131)은 상기 유입관(311)으로부터 하방으로 휘어질 수 있다. 이에 따라, 상기 유입관(311)에서 유입된 물(10)이 상기 제1 라운드관(3131)으로 유동하는 과정에서, 하방으로 우회하는 물(10)의 유동경로가 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(3)은 하방으로 증가된 경로를 이동하는 시간만큼 물(10)이 상기 제1 영역(A)을 유동하는 시간을 증대시킴으로써, 상기 제1 영역(A) 내에서 물과 상기 연소가스의 사이에 충분한 열전달이 이루어지도록 구현될 수 있다.

상기 제2 라운드관(3132)은 상기 제1 라운드관(3131)에 연결된다. 상기 제2 라운드관(3132)은 측방으로 적어도 일부가 휘어질 수 있다.

상기 제2 라운드관(3132)은 상기 연결관(312)으로부터 측방으로 휘어질 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 라운드관(3132)을 유동한 물(10)이 상기 연결관(312)으로 유동하는 과정에서, 측방으로 우회하는 물(10)의 유동경로가 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(3)은 측방으로 증가된 경로를 이동하는 시간만큼 물(10)이 상기 제1 영역(A)을 유동하는 시간을 증대시킴으로써, 상기 제1 영역(A) 내에서 물과 상기 연소가스의 사이에 충분한 열전달이 이루어지도록 구현될 수 있다.

상기 제2 라운드관(3132)은 상기 제1 라운드관(3131)과 모서리 없이 일체로 형성될 수 있다.

도 2, 도 4, 도 5, 및, 도 7을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(3)은 열전달핀(4)을 더 포함할 수 있다.

상기 열전달핀(4)은 상기 연소가스의 열을 상기 열교환관(3) 내를 흐르는 물(10)에 전달하도록 상기 열교환관(3)에 결합되어 마련된다. 상기 열전달핀(4)은 얇은 봉 형태의 금속 소재로 이루어지며, 그 외주면을 통해 연소가스의 열을 상기 열교환관(3) 내의 물(10)로 전달한다. 예컨대, 상기 열전달핀(4)은 구리 등의 소재를 포함할 수 있다. 상기 열전달핀(4)은 상기 열교환관(3)과 일체로 형성될 수도 있다.

이하의 실시예에서는 상기 열전달핀(4)이 상기 제2 열교환관(32)에 결합된 것을 기준으로 하여 설명하나, 이는 예시적인 것이며 이로부터 상기 열전달핀(4)이 상기 제1 열교환관(31)에 결합된 실시예를 도출하는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.

상기 열전달핀(4)은 상기 제2 열교환관(32)의 외면에 둘레방향을 따라 복수 개가 배치될 수 있다.

도 7을 참고하면, 상기 열전달핀(4)은 제1 핀(41) 및 제2 핀(42)을 포함할 수 있다.

상기 제1 핀(41)은 제1 길이(L1, 도 7에 도시됨)로 형성된다. 제1 길이(L1)는 상기 제1 핀(41)이 상기 제2 열교환관(32)과 결합되는 일 단으로부터 상기 제1 핀(41)의 타단까지의 거리일 수 있다. 즉, 상기 제1 길이(L1)는 상기 제2 열교환관(32)이 연장된 방향에 수직한 방향을 기준으로, 상기 제2 열교환관(32)으로부터 상기 제1 핀(41)의 끝단까지의 수평 길이일 수 있다.

상기 제1 핀(41)은 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제2 열교환관(32)의 일 영역에 배치된다. 예컨대, 상기 제1 핀(41)은 상기 제2 영역(B)에 포함되는 일 영역들(B1, B2) 중에서 상부영역(B1)에 배치될 수 있다.

상기 제2 핀(42)은 제2 길이(L2, 도 7에 도시됨)로 형성된다. 제2 길이(L2)는 상기 제2 핀(42)이 상기 제2 열교환관(32)과 결합되는 일 단으로부터 상기 제2 핀(42)의 타단까지의 거리일 수 있다. 즉, 상기 제2 길이(L2)는 상기 제2 열교환관(32)이 연장된 방향에 수직한 방향을 기준으로, 상기 제2 열교환관(32)으로부터 상기 제2 핀(42)의 끝단까지의 수평 길이일 수 있다.

상기 제2 핀(42)은 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1 핀(41)보다 낮은 위치에 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 제2 핀(42)은 상기 제2 영역(B)에 포함되는 일 영역들(B1, B2) 중에서 하부영역(B2)에 배치될 수 있다. 상기 제2 열교환관(32)은 상하방향으로 수직하게 배치되므로, 상기 제2 핀(42)은 상기 제1 핀(41)보다 아래에 배치될 수 있다.

도 7을 참고하면, 상기 제1 길이(L1)는 상기 제2 길이(L2)보다 길다. 즉, 상기 제1 핀(41)이 상기 제2 열교환관(32)으로부터 수평으로 돌출되는 길이는, 상기 제2 핀(42)이 상기 제2 열교환관(32)으로부터 수평으로 돌출되는 길이보다 길게 형성된다. 상기 열교환챔버(22)의 하단으로 유입되는 연소가스는 열교환되기 전의 고온의 가스이므로, 상기 제2 핀(42)은 열적 산화에 의한 마모 내지 용융을 방지하기 위해서 상기 제1 핀(41)의 길이보다 짧게 형성한다. 이 경우, 상기 제1 핀(41)과 상기 열교환챔버(22)의 내벽(22i, 도 7에 도시됨) 사이의 길이(L3)는, 상기 제2 핀(42)과 상기 열교환챔버(22)의 내벽(22i, 도 7에 도시됨) 사이의 길이(L4)에 비해 더 짧게 형성될 수 있다.

상기 제2 핀(42)이 설치되는 상기 하부영역(B2)은 상기 열교환챔버(22)의 하측의 고온부에 마련되고, 상기 열교환챔버(22)의 하측에는 상기 연소챔버(21)로부터 상기 연소가스가 순간적으로 급격하게 유입되므로, 상기 연소가스가 원활하게 상승할 수 있도록 상기 제2 핀(42)이 설치되는 상기 하부영역(B2)은 상기 제1 핀(41)이 설치되는 상기 상부영역(B1)에 비하여 상대적으로 연소가스가 빠져나가는 공간을 넓게 확보한다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 보일러에 있어서, 상기 연소챔버(21)가 상기 열교환챔버(22)의 상측에 배치된 경우, 상기 제1 핀(41)은 상기 제2 핀(42)의 하부에 배치될 수도 있다.본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 보일러 2 : 챔버부
3 : 열교환관 3a : 유입공
3b : 배출공 4 : 열전달핀
5 : 공급부 10 : 물
20 : 바디부 21 : 연소챔버
22 : 열교환챔버 31 : 제1 열교환관
32 : 제2 열교환관 41 : 제1 핀
42 : 제2 핀 311 : 유입관
312 : 연결관 313 : 라운드관
3131 : 제1 라운드관 3132 : 제2 라운드관
A : 제1 영역 B : 제2 영역
B1 : 상부영역 B2 : 하부영역

Claims

연소가스가 유동하면서 열교환이 이루어지는 공간인 열교환챔버(22)에 배치되고, 상기 연소가스와 열교환이 이루어지는 물이 흐르는 열교환관(3)에 있어서,
상기 열교환챔버(22)의 제1 영역(A)에 배치되고, 상기 열교환챔버(22) 내에서 상기 연소가스가 유동하는 방향을 가로지르는 방향을 따라 적어도 일부가 휘어진 제1 열교환관(31); 및
상기 열교환챔버(22)의 제2 영역(B)에 배치되어서 상기 제1 열교환관(31)에 연결되고, 상기 열교환챔버(22) 내에서 상기 연소가스가 유동하는 방향을 따라 연장되는 제2 열교환관(32);을 포함하고,
상기 제1 열교환관(31)은,
물(10)을 공급하기 위한 공급부(5)에 연결된 유입관(311), 상기 제2 열교환관(32)에 연결된 연결관(312), 및 상기 유입관(311)과 상기 연결관(312)의 각각에 연결되고 유입된 물(10)이 흐르는 방향이 변경되도록 휘어진 라운드관(313)을 포함하고,
상기 제1 열교환관(31)에 흐르는 물(10)의 유동방향이 변하도록, 상기 유입관(311), 상기 라운드관(313), 및 상기 연결관(312)은 서로 다른 방향으로 연장되며,
상기 유입관(311)은 상기 연소가스가 유동하는 방향을 가로지르는 방향을 따라 연장된 제1 부분, 및 하방으로 휘어진 제2 부분을 포함하고,
상기 연결관(312)은 상기 연소가스가 유동하는 방향을 따라 연장된 제3 부분, 및 측방으로 휘어진 제4 부분을 포함하며,
상기 라운드관(313)은 상기 제2 부분과 상기 제4 부분을 연결하되, 유입된 물(10)의 유동 방향이 변경되도록 휘어진 것을 특징으로 하는 열교환관.
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제1항에 있어서,
상기 라운드관(313)은,
연료가 연소되는 연소챔버(21)를 향해 하방으로 적어도 일부가 휘어진 제1 라운드관(3131), 및 상기 제1 라운드관(3131)에 연결되고 측방으로 적어도 일부가 휘어진 제2 라운드관(3132)을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환관.
제1항에 있어서,
상기 라운드관(313)은 외면의 적어도 일부가 원호(CA, Circular Arc)를 이루는 것을 특징으로 하는 열교환관.
제6항에 있어서,
상기 제1 열교환관(31)을 정면에서 보았을 때, 상기 유입관(311)의 중심축(311C) 및 상기 연결관(312)의 중심축(312C)에 의하여 나누어지는 사분면(A1, A2, A3, A4)이 형성되고,
상기 원호(CA)의 중심(C)은 상기 유입관(311)의 중심축(311C) 및 상기 연결관(312)의 중심축(312C)이 교차하는 교차지점(CP)으로부터 이격되되, 상기 사분면의 제2 사분면(A2)에 위치하는 것을 특징으로 하는 열교환관.
제1항에 있어서,
상기 유입관(311)의 외면, 상기 라운드관(313)의 외면, 및 상기 연결관(312)의 외면은 모서리 없이 서로 연결된 것을 특징으로 하는 열교환관.
제1항에 있어서,
상기 연소가스의 열을 상기 열교환관(3) 내에 흐르는 물(10)에 전달하도록 상기 열교환관(3)에 결합되는 열전달핀(4);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환관.
제9항에 있어서,
상기 열전달핀(4)은,
상기 열교환관(3)에 결합되는 결합부(411)와, 상기 결합부(411)로부터 하방으로 절곡되는 절곡부(412)를 갖는 제1 핀(41)을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환관.
제9항에 있어서,
상기 열전달핀(4)은,
상기 제2 열교환관(32)으로부터 방사상으로 연장되어 결합되는 제1 핀(41)을 포함하고,
상기 제2 열교환관(32)을 상측에서 보았을 때, 상기 제1 핀(41)의 단부는 상기 제2 열교환관(32)을 중심으로 하는 가상의 정육각형의 각 변에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환관.
제9항에 있어서,
상기 제2 열교환관(32)은 상하 방향으로 연장되고,
상기 연소가스는 상기 열교환챔버(22)의 하측에서 상측으로 유동하며,
상기 열전달핀(4)은, 상기 제2 열교환관(32)의 일 영역에 배치되는 제1 핀(41)과, 상기 제1 핀(41)보다 낮은 위치에 배치되는 제2 핀(42)을 포함하고,
상기 제1 핀(41)이 상기 제2 열교환관(32)과 결합되는 일 단으로부터 상기 제1 핀(41)의 타단까지의 거리는, 상기 제2 핀(42)이 상기 제2 열교환관(32)과 결합되는 일 단으로부터 상기 제2 핀(42)의 타 단까지의 거리보다 긴 것을 특징으로 하는 열교환관.
제9항에 있어서,
상기 제2 열교환관(32)은 상하 방향으로 연장되고,
상기 연소가스는 상기 열교환챔버(22)의 하측에서 상측으로 유동하며,
상기 열전달핀(4)은, 상기 제2 열교환관(32)의 일 영역에 배치되는 제1 핀(41)과, 상기 제1 핀(41)보다 낮은 위치에 배치되는 제2 핀(42)을 포함하고,
상기 제1 핀(41)과 상기 열교환챔버(22)의 내벽 사이의 길이는, 상기 제2 핀(42)과 상기 열교환챔버(22)의 내벽 사이의 길이에 비해 더 짧은 것을 특징으로 하는 열교환관.
제1항, 제5항 내지 제13항 중 어느 한 항의 열교환관(3); 및
상기 열교환관(3)에 흐르는 물(10)과 열교환이 이루어지는 연소가스가 생성되는 공간인 연소챔버(21)와, 상기 연소챔버(21)에 연결되고 상기 열교환관(3)이 배치된 공간이 마련된 열교환챔버(22)를 갖는 챔버부(2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러.