KR20000021319U - 열효율을 극대화 시키기 위한 보일러 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안 보일러는 보일러 본체의 상단에 버너를 구비하는 연소실을 형성하고, 배기관이 형성된 난방수저장공간과 배기실, 배기구는 본체의 하단에 형성하므로써, 버너는 난방수저장공간에서 가장 높은 곳에 위치한 온도가 가장 높은 상태의 난방수와 온수파이프를 먼저 데워 이를 난방수저장공간의 상부에 형성된 난방수배출관과 온수배출관을 통해 다른 난방수와 온수에 열을 빼앗기지 않은 상태로 곧바로 배출되므로 사용자들은 매우 신속하게 난방수와 온수를 공급받을 수 있게 되며, 또한 연소실에서 데워진 배기가스는 연소실 하부에 형성된 배기관과 배기실을 거치면서 가장 차가운 상태의 난방수들과 접하게 되면서 최대한 열을 삣긴 상태로 배기구를 통해 보일러 하부로 배출되어 지므로써 동일한 연료소비량으로도 열효율을 극대화 시킬 수 있는 효과를 가지는 것이다.

Description

열효율을 극대화 시키기 위한 보일러 구조{A STRUCTURE OF BOILER}

본 고안은 보일러에 관한 것으로, 특히 종래의 보일러에 비해 열효율을 획기적으로 향상시키고, 난방수 및 온수를 보다 신속하게 데울 수 있는 보일러에 관한 것이다.

보일러는 물을 데워 난방을 하거나, 온수로 사용하기 위한 것으로, 종래의 보일러의 기본적인 구조는 대개 도 1에 도시한 바와 같다.

즉 종래의 보일러(100)는 본체(10) 내부 하측에 버너(20)를 구비하는 연소실(12)을 형성하고, 상기 버너(20)의 화염(A)에 의해 연소실(12)을 가열하고, 상기 가열된 배기가스가 난방수저장공간(16)을 상하로 다수개 관통하는 배기관(13)을 통과하면서 난방수(C)를 데운 다음, 본체(10)의 상부에 형성된 배기실(14)을 거쳐 배기구(15)로 빠져나가는 구조를 갖는다.

따라서 종래의 보일러는 난방수저장공간(16)의 하부에서부터 난방수(C)를 데우고 상기 데워진 난방수는 밀도가 낮아져 상승하면서 주위의 다른 난방수와 온수파이프에 열을 전달하게 되므로 결국 사용자는 난방수저장공간(16)의 모든 난방수(C)가 가열된 다음에야 뜨거운 상태의 난방수와 온수를 공급받게 되는 것이다.

물론 종래의 보일러(100)도 데워진 물이 비중이 낮아져 위로 상승하는 원리를 이용하여 조금이라도 더 따뜻한 물을 사용하기 위해 난방수배출관(18)과 온수배출관(32)은 난방수저장공간(16)의 상부에 형성하고, 난방을 하고난 차가운 난방수와 아직 데워지지 않은 온수가 유입되는 난방수유입관(17)과 온수유입관(31)은 난방수저장공간(16)의 하부에 형성하고는 있긴하나, 이는 가장 뜨거운 열을 얻을 수 있는 연소실(12)에서 가장 차가운 부분의 난방수를 데우므로 이는 열효율이 낮을 수밖에 없는 것이고, 더구나 이미 데워진 난방수저장공간(16)의 상부의 난방수(C)는 아직 열기가 남은 상태로 본체의 상부로 배출되는 배기가스의 열을 충분히 흡수하지 못하게 되므로써 상당한 열손실을 감안할 수밖에 없는 폐단을 갖는 것이다.

상기와 같은 폐단을 가지고 있음에도 불구하고 현재 사용되는 거의 모든 보일러의 구조는 상기한 바와같은 종래의 보일러(100)의 구조와 거의 동일한 구조를 가지는 것으로, 보일러의 종류에 따라 부품의 위치만 차이가 있을 뿐 보일러의 구조에서 연소실은 당연히 본체의 하부, 배기구는 본체의 상부에 형성하는 것을 불문율처럼 지켜 오고 있는 실정이다.

이는 보일러가 개발된 이래 연소실은 보일러통(난방수저장통 또는 난방수저장공간과 같은 의미)의 저부에 형성되는 것이 당연한 것으로 고정관념화 되어 있고, 이와같은 고정관념에 의해 보일러의 구조를 바꿀 생각은 어느 누구도 하지 못하고 있던 바였다.

그러나 본 고안자는 수십년동안 보일러를 제작 수리하면서 면밀히 살펴본 결과 연소실(12)이 보일러 본체(10)의 하부에 위치해 있고, 배기구(15)가 본체(10)의 상부에 위치하여 있으므로 인해 상당한 열손실이 발생한다는 것을 알게 되었다.

즉 난방수저장공간(16)의 저부에 연소실(12)이 형성된 종래의 보일러는 가장 온도가 높은 상태의 연소실(12)에서 가장 차가운 상태의 난방수를 데우고 있으며, 이로 인해 데워진 난방수 역시 비중이 낮아져 위로 상승하면서 차가운 난방수와 온수파이프에 열을 뺏겨 결국 난방수저장공간(16)의 최상부에 위치한 난방수배출관(18)과 온수배출관(32)으로는 평균화된 온도의 난방수와 온수가 배출될 수밖에 없는 것이다. 이는 사용자가 원하는 온도에 이르는 난방수와 온수를 얻기 위해서는 상당한 시간이 필요함을 의미하며, 또 그 시간만큼 난방수는 보일러 외부로 열을 뺏기고 있는 상태가 되므로 당연히 열효율은 낮을 수밖에 없는 것이다.

난방수를 계속 가열하다보면 결국 난방수저장공간(16)의 최상단부의 난방수가 가장 뜨거운 온도에 이르게 되어 난방수배출관과 온수배출관을 통해 공급할 수는 있겠지만 이를 위해서는 상당한 시간이 필요함은 이미 설명한 바 있으므로 신속한 난방수와 온수를 사용하고자 하는 사용자들의 요구에 부응할 수 없는 폐단을 갖는 것이고, 또한 연소실(12)에서 가열된 배기가스는 역시 상승하는 성질이 있으므로 연소와 동시에 상승하면서 배기관과 배기실. 배기구를 매우 신속하게 빠져나가므로 난방수저장공간(16)의 난방수를 충분히 데우지 못하게 되며, 더구나 이미 난방수들은 상당히 데워진 상태이므로 배기가스에 포함된 열을 최대한 흡수하지 못하게 되므로써 결국 종래의 보일러의 구조로는 당연히 연료의 소비량에 비해 열효율은 극히 낮은 폐단을 가질 수 밖에 없다는 것을 알 수 있는 것이다.

본 고안은 이처럼 종래의 보일러가 필연적으로 가지는 구조적 모순을 획기적으로 개선하여 보일러 본체의 상단에 버너를 구비하는 연소실을 형성하고, 배기관이 형성된 난방수저장공간과 배기실, 배기구는 본체의 하단에 형성한 것이다.

따라서 본체의 상부에 형성된 연소실에 의해 난방수저장공간에 충진된 난방수 중 가장 높은 곳에 위치한 난방수(온도는 가장 높고, 비중은 가장 낮으므로)와온수파이프를 먼저 데우게 되므로 매우 신속하게 물을 데울 수 있을 뿐만 아니라, 상기 데워진 난방수와 온수는 난방수저장공간의 상부에 형성된 난방수배출관과 온수배출관을 통해 다른 난방수와 온수에 열을 빼앗기지 않은 상태로 곧바로 보일러 외부로 배출되므로 사용자들은 매우 빠른 시간내에 가장 뜨거운 난방수와 온수를 공급받을 수 있게 되며, 또한 연소실에서 데워진 배기가스는 연소실 하부에 형성된 배기관과 배기실을 거치면서 가장 차가운 상태의 난방수들과 접하게 되면서 최대한 열을 뺏긴 상태로 배기구를 통해 보일러 하부로 배출되도록 하므로써 동일한 연료소비량으로 열효율을 극대화 시킬 수 있게 되는 것이다.

고안이 이루고자 하는 기술적 과제 누락

도 1 은 종래 보일러의 개략적인 단면도.

도 2 는 본 고안의 개략적인 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 보일러 10: 본체 11: 버너장착구 12: 연소실 13: 배기관

14: 배기실 15: 배기구 16: 난방수저장공간 17: 난방수유입관

18: 난방수배출관 20: 버너 21: 화염분사구 30: 온수파이프

31: 온수유입관 32: 온수배출관

100: 종래의 보일러 A: 화염 B: 케이스 C: 난방수

본 고안의 구성을 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 고안 보일러(1)의 구조를 보이기 위한 개략적인 단면도를 도시한 것으로, 버너(20)가 장착된 연소실(12)을 구비하는 본체(10)와, 상기 본체(10)의 내부에 다수개의 배기관(13)이 관통하는 난방수저장공간(16)과, 상기 난방수저장공간(16) 내부에 나선상태로 배관된 온수파이프(30)와, 상기 난방수저장공간(16)과 온수파이프(30)에 연결되어 난방수와 온수를 얻기위한 배관으로 구성된 공지의 보일러에 있어서 상기 본체(10)의 상부에 연소실(12)을 형성하고, 상기 연소실(12)의 측면와 하부에 난방수저장공간(16)이 형성되도록 하며, 상기 연소실(12)의 하부에 배기관(13)과 배기실(14)을 형성하므로써 배기가스가 본체(10)의 하부에 형성된 배기구(15)를 통해 배출되기 전 난방수(C)를 예열할 수 있도록 한 구성을 갖는다.

상기 버너(20)는 연소실(12)의 중앙 일측에 형성된 버너장착구(11)에 장착되어 설치되며, 상기 난방수저장공간(16)에는 난방수를 유입하고 배출시키기 위한 배관이 형성되어지되, 난방수유입관(17)은 난방수저장공간(16)의 최하단부에 형성되고, 난방수배출관(18)과 난방수저장공간(16)의 최상단부에 형성되어진다.

온수를 유입시키고 배출시키기 위한 온수파이프(30) 역시 온수유입관(31)은 난방수저장공간(16)의 최하부에 형성되고, 온수배출관(32)은 난방수저장공간(16)의 최상단부에 형성되어진다.

따라서 상기 연소실(12)의 버너장착구(11)에 장착된 버너(20)가 작동되어지면 화염(A)은 가장 먼저 연소실(12) 내벽을 가열하게 되고 이는 곧 난방수저장공간(16)의 최상부를 가열하는 것을 의미하므로, 이는 다시 난방수저장공간(16)의 난방수 중 가장 온도가 높은 상태의 난방수(C)를 가장 먼저 데우는 것을 의미하게 된다. 따라서 난방수저장공간(16)의 하부의 차가운 상태의 난방수(C)를 데우는 것보다 보다 신속하게 난방수를 데울 수 있음은 당연하다 할 것이다.

또한 이렇게 데워진 난방수(C)는 연소실(12)을 감싸고 있는 난방수저장공간(16)에 매우 촘촘한 간격, 보일러의 크기와 종류에 따라 매우 차이가 커 이를 한정하기는 곤란하나, 본 고안에서는 지름이 300mm이고 높이가 250mm인 연소실을 감싸고 있는 난방수저장공간에 직경이 7∼12mm인 동관을 7∼12바퀴 감아서 배관하였고, 배기관이 지나는 부분(지름이 300mm이고 높이가 460mm)의 난방수저장공간에는 직경이 7∼12mm인 동관을 2∼4바퀴만을 감아서 배관하였다.

현재까지 안출된 종래의 보일러에는 본체 하부의 연소실 외주를 감싸고 있던 난방수저장공간에는 온수파이프를 배관한 적이 없었다. 왜냐하면 이는 매우 당연한 일로 난방수저장공간의 최하부는 가장 차가운 난방수가 위치하고 있기 때문에 온수파이프를 배관할 의미가 없었기 때문이다.

따라서 본고안은 연소실(12)을 본체(10)에 위치시키고 상기 연소실(12)의 주변의 난방수저장공간(16)에도 온수파이프(30)를 배관하므로써 온수 역시 매우 신속하게 데울 수 있도록 하였다.

따라서 본 보일러에 있어서 난방수와 온수는 종래 보일러에 비해 매우 빠르게 데워지며, 또한 이들은 다른 난방수와 온수파이프에 의해 거의 열을 빼앗기지 않는 상태로, 즉 가장 뜨겁게 데워진 상태로 난방수저장공간(16)의 상부에 형성된 난방수배출관(18)과 온수배출관(32)을 통해 곧바로 배출될 수 있도록 하므로써 사용자들에게 매우 신속하게 난방수와 온수를 공급할 수 있게 되는 것이다.

또한 상기 연소실(12)의 하부에 배기관(13)과 배기실(14)을 형성하고 본체(10)의 하부에 배기구(15)를 형성하므로써 본체(10)의 상부 연소실(12)에서 데워진 배기가스가 배기관(13)과 배기실(14)을 통과하면서 밑으로 갈수록 점차 차가운 난방수들에 의해 열을 빼앗기도록 하여 최대한 많은 열이 난방수에 의해 흡수되도록 하므로써 열효율을 극대화 시킬 수 있게 되는 것이다.

이처럼 배기가스에 의해 예열된 난방수들은 다시 상승하여 난방수저장공간 상부, 즉 연소실에서 다시 최대로 데워져 난방용 및 온수용으로 사용되어지므로 동일한 연료로 열효율을 극대화 시킬 수 있게 되는 것이다.

상기와 같은 구조, 즉 연소실을 본체의 상부로, 배기구를 본체의 하부에 형성한 보일러의 구조는 도면에 도시한 바와같이 기름보일러 뿐만 아니라 전기 및 가스보일러에도 동일하게 적용할 수 있는 것이며, 본 고안은 보일러의 종류에 구애받지 않는다.

종래 보일러는 배기가스가 본체의 상부로 곧바로 배출되므로 많은 열을 손실을 가져오고, 또 연소실이 본체(난방수저장공간)의 하부에 위치하므로써 난방수 전체의 물이 데워지기 전에는 따뜻한 난방수와 온수의 공급이 불가능하던 것에 비해 본 고안 보일러는 배기가스를 본체의 하부에 형성한 배기실과 배기구를 통해 빠져 나가면서 차가운 난방수를 예열하는데 활용하므로써 종래 보일러보다 더 많은 열을 뺏을 수 있도록 하므로써 열손실을 최소화 하였으며, 빠른 속도로 물을 데울 수 있도록 하였으며, 연소실을 본체(난방수저장공간)의 상부에 위치하도록 하므로써 매우 빨리 난방수를 데울 수 있도록 하였으며, 더욱이 데워진 난방수와 온수는 다른 난방수에 의해 열을 빼앗기지 않는 상태로 곧바로 난방수저장공간의 상부에 형성된 난방수배출관과 온수배출관을 통해 배출할 수 있게 되므로 종래의 보일러에 비해 난방수와 온수를 매우 신속하게 공급받을 수 있게 되는 것이다.

이처럼 본 고안은 오랜 관찰과 실험 끝에 매우 획기적인 발상을 통해 전체적으로 보아서는 보일러의 구조를 크게 변형하지 않아 제작에 큰 무리가 따르지 않게 하면서도, 같은 양의 연료로도 열효율을 극대화 할 수 있었으며, 이로인해 소비자들에게 경제적 이득을 줄 수 있고, 국가적으로도 연료의 절약으로 인한 막대한 이득과 대기의 오염방지등의 효과를 얻을 수 있도록 하는 매우 유용한 고안인 것이다.

Claims (2)

1. 버너가 장착된 연소실을 구비하는 본체와 상기 본체의 내부에 다수개의 배기관이 관통하는 난방수저장공간과, 상기 난방수저장공간 내부에 나선상태로 배관된온수파이프와, 상기 난방수저장공간과 온수파이프에 연결되어 난방수와 온수를 얻기위한 배관으로 구성된 공지의 보일러에 있어서 상기 본체(10)의 상부에 연소실(12)을 형성하고, 상기 연소실(12)의 측면와 하부에 난방수저장공간(16)이 형성되도록 하며, 상기 연소실(12)의 하부에 배기관(13)과 배기실(14), 배기구(15)를 순차적으로 형성하도록 하여 연소실에서 가열된 배기가스가 난방수를 예열한 다음 배기구(15)를 통해 배출되도록 구성함을 특징으로 하는 열효율을 극대화 시키기 위한 보일러 구조.
2. 제 1항에 있어서 연소실(12)의 외주를 감싸고 있는 난방수저장공간(16)에 나선상으로 배관되는 온수파이프(30)를 배관함을 특징으로 하는 열효율을 극대화시키기 위한 보일러 구조.