KR20000074314A - 가정용 보일러의 연통 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가정용 보일러의 연통의 신규한 구성을 개시한다.

종래 이중관 구조의 연통은 배기가스및 수분의 급기유입에 의해 보일러의 열효율을 저하시키고 급기저항이 큰 문제가 있었다.

본 발명에서는 급기구와 배기구의 방향을 직교시킴으로써 급배기 혼입을 방지하고 내관을 상방으로 편심 설치함으로써 급기저항을 감소시키는 동시에, 급기흐름을 하방으로 유도하고, 특히 연결관을 상방으로 설치하여 급기에 혼입되는 수분을 분리및 배출시키도록 하였다.

Description

가정용 보일러의 연통 {FUNNEL FOR A HOME BOILER}

본 발명은 가정용 보일러에 관한 것으로, 특히 그 연통에 관한 것이다.

난방방식은 독립난방방식과 중앙집중난방방식으로 대별되는 바, 일반적으로 독립가옥이나 연립주택등 소규모의 집단주택에는 독립난방방식이, 그리고 아파트등 대규모 집단주택에는 중앙난방방식이 사용되어 오고 있었다. 그런데 일률적인 중앙난방방식의 문제점을 감안하여, 최근에는 대규모의 아파트에도 입주자가 필요에 따라 난방을 조정할수 있도록 각 호별로 가스보일러등의 가정용 보일러를 각각 설치하여 독립난방방식을 채택하는 것이 새로운 경향이다.

중앙집중난방방식의 경우에는 보일러실에 비교적 대형의 연돌(煙突)을 하나만 설치하면 되나, 독립난방방식을 채택하는 경우에는 각 보일러마다 별도의 연통을 설치하지 않으면 안된다.

이러한 연통은 보일러의 원활한 연소를 위한 공기의 공급과 실내오염을 방지하기 위한 효율적인 배기의 기본적 기능외에도, 그 자체가 주택의 마감재이므로 주택의 외관을 좌우하게 된다. 특히 고층등 대형 아파트등의 경우에는 각 호별로 설치된 연통이 일정한 위치에 정확히 시공되어 정렬되지 않으면 아파트 자체의 외관을 버리게 된다.

여기서, 가정용 보일러는 그 흡배기 방식에 따라 자연배기(CF)식, 강제배기(FE)식, 그리고 강제급배기(FF)식으로 대별되는 바, 현재 사용되고 있는 가장 개선된 방식인 강제흡배기(FF)식 보일러시스템은 급개팬과 배기팬을 별도로 구비하여 연통도 도 1에 도시된 바와 같이 이중관구조로 구성된다.

도 1에서, 연통(20)은 내관(P1)과 외관(P2)으로 구성되어, 내관(P1)의 내부가 배기관이되고 내관(P1)과 외관(P2) 사이의 공간이 급기관이 된다. 연통(20)의 내단은 각각 벨로우즈(bellows)관등의 연결관(B1,B2)을 통해 도시되지 않은 가정용 보일러의 급기측및 배기측과 연결되고, 외단은 주택의 외벽(W)에 형성된 관통구멍(H)을 통해 외부로 돌출된다.

연통(20)의 돌출부위에는 급기구와 배기구가 설치되어야 하는데, 이를 위해 외관(P2)에는 복수의 급기구멍(31)이 형성되고 연통(20)의 선단에는 엔드캡(end cap;21)이 결합되어 배기구를 형성하게 된다. 덕트돔(duct dome)으로도 불리우는 엔드캡(21)은 격자(grid)나 구멍에 의해 배기구(22)를 형성하게 되고 그 후단 외주에는 외관(P2)보다 큰 직경으로 연장된 플랜지(flange;23)가 구비되어 급기구멍(31)과 배기구 (22)간의 흡배기 기류의 혼합을 방지하게 된다.

한편 외벽(W)에 뚫린 관통구멍(H)을 마감하기 위해 관통구멍(H)의 내외측에는 가스켓(gasket;G1,G2)이 끼워지게 되고 연통(20)의 고정을 위해 가스켓(G1,G2)과 관통구멍(H)사이의 공간에는 석고(plaster)나 모르타르(mortar)등의 충전재(F)가 채워지게 된다.

그런데 이와같은 종래의 연통구조에 있어서는 엔드캡(21)의 플랜지(23)가 관통구멍(H)의 직경보다 크게 되므로, 연통(20)만을 관통구멍(H)을 통해 돌출시킨 뒤 외벽(W) 바깥에서 이 연통(20)에 엔드캡(21)을 결합하여 시공해야 한다. 이러한 문제는 외측의 가스켓 (G1)에 대해서도 마찬가지인바, 단독주택이나 소규모 연립주택등에 있어서도 이러한 엔드캡(21)과 가스켓(G1)의 시공에는 사다리작업이 필요하게 되고, 특히 고층아파트등의 경우에는 리프트(lift)나 밧줄등을 타고 시공하지 않으면 안되므로 작업의 위험성이 매우 높고 시공비가 고가인 문제가 발생된다.

이에 따라 본원인은 도 2에 도시된 바와 같은 연통을 1995년 실용신안등록출원 제16140호로 출원한 바 있다.

도 2에서, 이 연통(10)은 외관(P2)의 선단보다 소정길이만큼 돌출하는 내관(P1)의 선단에, 외관(P1)과의 결합부와 내관(P1)과의 접촉부 사이에 급기구(12)가 형성되고 내관(P1)과의 접촉부와 선단부의 사이에 배기구(13)가 형성되는 대략 원추형의 엔드캡(11)을 구비한다. 나머지부호 14는 내관(P1)의 선단과의 결합턱이다.

이러한 연통(10)은 건물의 내측으로부터 시공할 수 있어 그 설치가 매우 용이할 뿐아니라 급기효율이 우수하며 급배기간의 차압(差壓)이 작아지는등, 여러 가지 이점이 있어 현재 널리 보급 사용되고 있다.

그런데 1997년에 개정된 가스보일러 설치기준에 의하면 연통의 접속부에 30kg의 인장내력(耐力)과 시간당 1㎥ 이하의 누설량 기준을 요구하고 있다.

여기서 인장력 기준은 외력에 의해 연통을 잡아 빼는 경우의 안전성에 대한 기준인 바, 이러한 기준에 의하면 엔드캡(11,21)을 사용하는 구조나 신축(伸縮; periscope) 방식의 내외관(P1,P2) 구조의 사용이 불가능해 질뿐아니라, 충전재(F)에 의한 연통(10,20)의 고정도 불가능하게 된다.

즉 연통(10,20)은 외벽(W)에 대해 석고나 모르타르등의 충전재(F)로 고정되나 이러한 기준에 의하면 취약한 석고는 전혀 사용할 수 없고, 모르타르를 사용한 다고 하더라도 연통(10,20)의 표면에는 이러한 충전재(F)가 앵커링(anchoring)될만한 구조가 없어 파지력이 약하므로 기준에 요구되는 인장내력을 달성할 수 없게 된다. 설사 연통(10,20)의 표면에 모르타르등 충전재(F)에 매립(埋立)될 플랜지(flange)나 앵커볼트(anchor bolt)를 구비한다고 하더라도, 연통(10,20)에 대한 인장력이 외관(P2)에 대한 전단력(shearing force)으로 작용하게 되므로 기준을 통과할 만한 내력을 얻기 위해서는 외관(P2)을 상당한 후판(厚板)으로 구성하지 않으면 안된다.

한편 누설량 기준을 만족시키기 위해서는 내외관(P1,P2)을 상호 결합상태로 구성하지 않으면 안되는 바, 그러면 연통(10,20)의 신축이 불가능해져 설치장소별로 별도 규격의 연통(10,20)을 구성하지 않으면 안되므로 그 제조 및 관리원가를 현저하게 상승시키게 된다.

이에따라 도 3에 도시된 바와 같은 연통이 개발되어 사용되고 있다. 도 3에서, 이 연통(31)은 강제 급배기를 위한 이중관 구조의 형성을 위해 상호 동축(同軸)으로 결합된 내관(P1)과 외관(P2)을 구비하여, 외벽(W)에 형성된 관통구멍(H)을 관통한 뒤 외벽(W) 내외측에 가스켓(G1,G2)을 끼워 그 사이의 공간에 석고나 모르타르등의 충전재(F)의 충전으로 고정된다.

먼저 연통(31)의 외단부를 살펴보면 도면의 우측의 선단 가까이에서 내관(P1)과 외관(P2)은 분리플랜지(2)에 의해 상호 지지결합되는데, 이러한 분리플랜지(32)는 내외관(P1,P2)을 상호 지지결합하는 동시에 내외관(P1,P2) 사이의 공간을 선단측과 내측으로 분리하게 되는 바, 외관(P2)에는 이 분리플랜지(32)의 내측의 외주에 다수의 급기구멍(33)이 형성되어 있고, 내관(P1)에는 분리플랜지(32)의 외측에 다수의 배기구멍(34)이 형성되어 있다. 내관(P1)의 외단은 단부판(end platep;35)에 의해 마감되어 우설(雨雪)등의 유입이 방지된다.

이에 따라 보일러로 유입되는 급기는 외관(P2)의 급기구멍(33)을 통해 유입되어 내외관(P1,P2)사이의 공간을 통해 연결관(B)에 연결된 보일러로 공급되고, 보일러로부터의 배기는 연장관(36)을 통해 내관(P1) 내부로 유입된 후 배기구멍(34)을 통해 배출된다.

그런데 이와 같은 도 1 내지 도 3의 종래의 연통들은 공통적으로 급기저항이 상당히 커서 대용량의 블로워(blower)가 필요하며, 배기가 급기에 혼입(混入)되기 쉬울뿐아니라 내관(P1)과 외관(P2) 사이의 급기경로를 통해 우수(雨水)등이 유입되어 보일러의 열효율을 저하시키게 되며 심한 경우 적열(赤熱)상태의 버너(burner)를 손상시키는 문제를 야기하게 된다.

또한 내관(P1)과 외관(P2)간의 온도차이가 큰 동절기의 보일러 작동초기나 미약한 가동시 외관(P2)의 내부에 결로(結露)현상을 일으켜 우수 유입시와 유사한 문제를 야기하게 된다.

이와 같은 우수와 결로등에 의한 문제의 해결을 위해 연통 설치기준은 연통을 외측으로 몇도정도 경사설치하도록 되어 있으나, 건물의 벽면을 관통하여 모르타르등으로 연통을 고정하는 현재의 설치환경에서 정확한 강도의 설정도 어렵고, 약간의 외적인 충격에 의해서도 몇도의 각도는 쉽게 변화되므로 우수등의 배출이 어려운 문제가 있다.

이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 본 발명의 목적은 급기저항이 작으며 급기와 배기의 효율을 방지할 수 있고 우수등의 유입의 차단할 수 있는 연통을 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 연통구조를 보이는 단면도,

도 2는 본원인의 선출원 연통구조를 보이는 요부 단면도,

도 3은 최근 사용되고 있는 다른 연통구조를 보이는 연통의 단면도,

도 4는 본 발명 연통의 구조를 보이는 단면도,

도 5는 본 발명 연통의 요부확대및 일부분해 사시도,

도 6은 본 발명 연통의 다른 실시예를 보이는 요부사시도,

도 7은 본 발명 연통의 급배기분리를 보이는 요부단면도,

도 8(A) 및 (B)는 본 발명 연통의 유로저항 감소원리를 보이는 비교단면도,

도 9는 본 발명 연통의 기수분리 작용을 보이는 단면도이다.

<도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명>

1: (본 발명) 연통 P1: 내관(배기측)

P2: 외관(급기측) 2:배기구

3: 급기구 4,5: 연결관

6: 단부판

이러한 목적의 달성을 위해 본 발명에 의한 연통은 내관이 외관에 대해 상방으로 편심 설치되며,

내관의 배기구가 내관의 축방향으로 형성되고, 외관의 급기구가 반경방향으로 형성되며, 급기구와 배기구간이 단부판으로 차단되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성에 의하면 난류(亂流)역(域)이 감소되므로 급기저항이 감소되며 급기의 흐름이 외관 하부로 집중되어 우수배출이 용이해지고, 급기와 배기의 방향이 직교하므로 급배기의 혼입이 방지될 수 있다.

그 결과 보일러의 열효율이 향상되고 블로워의 소요용량이 작아져 소음과 진동이 작은 정숙한 고효율 가스보일러의 구현이 가능하게 된다.

실시예

이와 같은 본 발명의 구체적 특징과 이점은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.

도 4에서, 본 발명에 의한 연통(1)은 종래와 같이 배기통로가 되는 내관(P1)이 외관(P2)내에 설치되어 내외관(P1,P2)간의 공간이 급기통로를 형성하는 이중관 구조로 구성된다. 내관(P1)및 외관(P2)에는 각각 연결관(4,5)이 설치되어 도시되지 않은 가스보일러의 배기측 및 급기측으로 연결된다.

본 발명 특징에 따라 내관(P1)은 외관(P2)에 대해, 종래와 같은 동축(同軸)상태가 아니라 상방으로 편심된 상태로 설치되고, 배기구(2)는 내관(P1)은 축방향으로 형성되고 급기구(3)는 외관(P2)의 반경방향으로 형성된다. 배기구(2)와 급기구(3)간은 내외관(P1,P2)간을 지지하는 단부판(6)에 의해 차단된다.

바람직하기로 급기구(3)는 외관(P2)에 장공(長孔)형태로 슬롯(slot)을 복수로 형성하여 구성되는데, 그 배열은 도 5에 보이듯 외관(P2)의 외주에 방사상으로 형성하든가, 도 6에 보이듯 하반부에만 형성할 수 있다.

도 6의 구성은 우천시등의 우수의 유입을 차단하는데 효과적이지만, 도 5와 같은 구성에 있어서도 후술하는 우수 배출의 효율과 연결관(5)에 의한 기수(氣水)분리작용에 의해 별다른 문제는 야기되지 않는다.

한편 배기구(2)는 내관(P1) 단부의 개방으로 형성되나 쥐나 다른 이물질의 유입을 차단하기 위해 플러그(plug;7)로 차단된다. 도시된 플러그(7)는 절곡스프링으로 구성되어 배기구(2)에 탄성적으로 결합되는 형태로, 동일자 본원인의 출원(출원번호 추후보정)의 특징에 의한 것이다.

이와 같은 구성에 의하면 도 7에 도시된 바와 같이 배기구(2)를 통한 배기의 배출방향과 급기구(3)를 통한 급기의 유입방향이 서로 직교하므로 급배기간의 혼입이 없어 보일러의 연소 효율 저하가 방지된다.

특히 내관(P1)이 상방으로 편심된 본원 구성에 있어서, 도 6과 같이 급기구(3)가 외관(P2)의 하반부에만 형성되는 경우에는 배기구(2)와 급기구(3)간의 거리가 멀어지므로 급배기 혼입현상이 더욱 효율적으로 차단될 수 있게 된다.

또한 급기구(3)가 장공형태의 긴 슬롯으로 형성되어 있으므로 유입되거나 결로된 우수(W)의 배출이 용이하게 된다.

본 발명에 의해 편심 구성된 연통(1)은 특히 급기저항을 크게 저하시켜 블로워의 소요 용량을 감소시킴으로써 전력소모를 감소시키는 동시에 소음과 진동이 작은 정숙한 보일러를 구현하게 된다. 이를 도 8를 통해 살펴보기로 한다.

먼저 도 8(A)에는 도 1 내지 도 3의 동축형 연통이 도시되어 있는 바, 내외간(P1,P2)간을 흐르는 급기의 속도는 내외관(P1,P2)의 표면에서 0이 되고 이로부터 멀어질수록 증가되어 어느 이상의 거리에서는 일정해진다.

이러한 속도 분포는 급기의 흐름을 층류(層流; laminar flow)로 해석한 결과이나 실제적으로는 층간의 속도차이에 의해 급기 흐름에 반경방향의 흐름이 발생됨으로써 소용돌이, 즉 와류(渦流)가 발생되고, 이 와류에 의해 급기의 흐름이 난류(亂流; turbulent flow)로 변환된다.

이러한 난류는 흐름이 축방향 뿐아니라 반경방향으로 불규칙하게 소용돌이치므로 큰 흐름 저항을 발생시키게 되는 바, 도 8(A)의 종래 연통에서는 크로스해칭(cross hatching)으로 표시한 바와 같이 내외관(P1,P2)표면으로부터 상당두께까지 난류역(T)이 형성되어 급기가 저항없이 흐를 수 있는 층류역(L)은 얇은 고리형태로 형성되므로 급기저항이 매우 크게 된다.

이에 비할때 도 8(B)와 같이 내관(P1)이 상방으로 편심 배치된 본 발명으 연통(1)에 있어서는 상붕에서는 내외관(P1,P2)으로부터의 난류역(T)이 서로 겹쳐 하부에 큰 면적의 초생달 형태의 층류역(L)이 형성된다. 이러한 난류역(L)의 감소와 층류역(L)의 확장에 따라 급기저항이 감소되는 것이다.

그런데 본 발명 연통(1)에 있어 난류역(T)이 주로 상부에 형성되고, 층류역(L)이 주로 하부에 형성된다는 것은, 급기의 흐름이 주로 하부로 이루어진다는 의미가 된다. 이와 같은 현상은 내관(P1)에 고온의 배기가스가 흐르게 되므로 내외관(P1,P2)간의 공간중 상부공간이 더 고온이 되어 팽창되므로 급기흐름을 하방으로 밀어 더욱 현저하게 발생된다.

이와 같은 급기의 하부 유도는 급기에 우수등이 혼입되는 경우 비중이 큰 우수를 외관(P2) 하부로 유도할 뿐아니라 상대적으로 저온인 외관(P2) 하면과 접촉시켜 응집시킴으로써 급기에 혼입된 우수등의 수분을 하방으로 모아주는 역할을 수행한다.

도 5에서 설명되지 않은 도 1 내지 도 3의 종래 연통과의 다른 차이는 급기측의 연결관(5)이 바람직하기로 상방을 향하고 있다는 점인바, 이러한 구성에 의하면, 급기는 도 9에 도시된 바와 같이 내외관(P1,P2)간의 공간의 하방을 흘러 그 우단에서 상향되어 연결관(5)을 통해 급기측으로 공급된다.

이에 따라 급기중에 포함되어 있던 우수등의 잔류 수분은 자중이 크므로 연결관(5)측으로 함께 유입되지 못하고 외관(P2) 하부에 잔류하는 기수분리 작용이 이루어지게 된다.

이와 같은 본 발명 연통(1)은 편심 구성에 의한 급기흐름의 하방유도와 연결관(5)의 상부설치에 따른 기수분리의 2중 작용에 의해 급기에 혼입된 우수등의 수분을 분리하게 되고, 분리된 수분은 긴 슬롯 형태의 급기구(3)로 용이하게 배출될 수 있게 된다.

이에 따라 본 발명은 배기가스와 수분이 혼입되지 않은 급기를 제공하여 보일러의 열효율을 향상시키게 됨으로써 가스소모량을 절감시키고 유해가스의 발생을 저감시키게 된다.

그러므로 본 발명은 정숙한 고효율의 가스보일러를 제공하는 큰 효과가 있다.

Claims (4)

1. 보일러의 배기측과 연결관으로 연결되는 내관이, 보일러의 급기측과 연결관으로 연결되는 외관내에 설치되어 이중관구조로 구성된 가정용 보일러의 연통에 있어서,

   상기 내관(P1)이 상기 외관(P2)의 상측으로 편심 설치되며,

   상기 내관(P1)의 배기구(2)가 내관(P1)의 축방향으로 형성되고,

   상기 외관(P2)의 급기구(3)가 외관(P2)의 반경방향으로 형성되며,

   상기 배기구(2)와 급기구(3)가 상기 내관(P1)과 외관(P2)간을 지지하는 단부판(6)으로 차단되는 것을 특징으로 하는 가정용 보일러의 연통.
2. 제1항에 있어서,

   상기 급기구(3)가 장공형태의 슬롯으로 구성되어 상기 외관(P2)의 외주에 복수로 형성되는 것을 특징으로 하는 가정용 보일러의 연통.
3. 제2항에 있어서,

   상기 복수의 급기구(3)가 상기 외관(P2)의 하반부에 형성되는 것을 특징으로 하는 가정용 보일러의 연통.
4. 제1항에 있어서,

   상기 급기측의 연결관(5)이 상기 외관(P2)의 상부에 상방으로 연결되는 것을 특징으로 하는 가정용 보일러의 연통.