KR20010097298A - 보일러 - Google Patents

Abstract

열효율을 대폭 향상시켜 에너지 절감 효과를 발휘할 수 있는 동시에 보일러에서 발생되는 각종 유해가스을 충분히 분해시킬 수 있는 환경 친화적인 보일러가 개시된다. 상기 보일러는 케이스, 상기 케이스의 내측 상부에 마련되는 가열관, 상기 케이스의 내측 중앙부에 마련되는 복수의 대류관, 상기 가열관에 이웃하여 마련되는 축열판 및 상기케이스의 내측 하부에 마련되는 가열판을 포함한다. 'M'자형 세라믹 가열판을 대면하여 화염을 수평으로 분사시킴으로 인하여 효과적으로 가열판을 가열시킬 수 있고 내열성과 흡열성이 뛰어난 세라믹 가열판이 고온을 유지할 수 있으므로 연소시 발생되는 유해가스를 상당량 분해할 수 있다. 또한, 복수의 층을 이루며 배열된 가열관의 층 사이마다 삽입된 축열판을 통하여 연소열이 직접 외부로 유출되는 것을 지연시켜 유해가스 분해능력을 더욱 향상시킬 수 있다. 이와 동시에 배출가스 온도를 대폭 떨어뜨려 지구온난화 방지 및 대기 환경 보호의 역할도 한다. 또한, 가열관을 빠져나온 유체는 'ㄱ'자 형상의 대류관을 통과하면서 재가열되므로 보일러의 열효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

Description

보일러{Boiler having ceramic plate}

본 발명은 보일러의 내부구조에 관한 것으로서 보다 상세하게는 열효율을 대폭 향상시킬 수 있고 연소중 발생하는 유해가스를 효과적으로 분해시켜 환경을 보호할 수 있는 구조를 가진 보일러에 관한 것이다.

종래 알려진 보일러는 연소중 발생하는 연소열을 효과적으로 활용하지 못하고 또한 그 내부에서 발생된 유해가스를 제대로 분해하지 못한 상태에서 외부로 방출시키므로 연료소비 측면 뿐만 아니라 환경보호적인 측면에 있어서도 바람직하지 않았다. 상기와 같은 종래 보일러의 문제점은 그 내부구조상 필연적으로 발생할 수 밖에 없다.

즉, 종래의 보일러는 그 내부의 연소열을 보일러 내에 장시간 머무르게 하는 장치를 근원적으로 갖고 있지 않고, 또한, 버너 노즐에서 뿜어져 나오는 화염이 작동유체가 흐르는 가열관을 효과적으로 가열하도록 하는 구조를 갖지 못하므로 상기와 같은 에너지 소비 및 유해물질 다량 배출은 불가피한 상태이다.

따라서, 보일러 내에서 발생된 연소열을 보일러 내부에 보다 장시간동안 머무르게 하는 구조 및 흡열역할, 축열역할 및 복사열 방출 역할을 동시에 효과적으로 수행할 수 있는 재료와 상기 재료로써 구성되는 구조물을 갖춘 보일러를 구현하는 것이 최근 보일러 제조기술의 과제라고 할 수 있다.

도 1은 종래의 통상적인 보일러의 내부를 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 보일러는 속이 빈 함체형의 케이스(11) 내부 하측에 위치한 버너(14)의 연소열로 버너(14) 상부에 마련된 지그재그 형태로 배열된가열관(15)을 가열토록 하고 하부에는 연소용 공기를 공급하는 송풍기(12)가 설치되며, 상부에는 배기가스를 배출시키기 위한 배기구(13)가 뚫어지고 가열관(15)의 흡열면적을 증대시키기 위한 판상의 흡열핀(16)들을 가열관(15)에 다수개 고정 설치하여 구성되어진다.

상기 보일러(10)의 케이스(11) 내부로 배열되는 가열관(15)과 흡열핀(16) 들의 외주면에 일정 조성의 세라믹 코팅(20)이 도착되어져 있다. 상기 보일러(10)는 그 내부로 설치되는 버너(14)의 연소열로써 가열관(15)을 통과하는 물을 가열시켜 난방 및 온수용으로 사용하게 된다.

그러나, 상술한 종래의 보일러는 다음과 같은 몇 가지 필연적인 문제점을 갖고 있다.

먼저, 보일러에서 발생한 연소열이 보일러 내부에 장시간 머무르지 못한 채 배기구를 통해 곧장 유출되어버려 상당한 양의 에너지가 낭비되는 단점이 있다.

그와 동시에, 연소중 발생된 일산화탄소, 아황산가스 및 다이옥신 등의 유해가스가 보일러 내부에서 충분히 열분해 되지 못한 채로 외부로 유출되어져 대기환경을 크게 훼손시키는 단점이 있다.

또한, 연소중 발생한 가스등을 분해시키기 위해서는 보일러 내부의 온도가 상당한 고온이 되어야 하지만 연소열을 보일러 내부에 오랫동안 축열시키거나 고온의 복사열을 발생시킬 수 있는 세라믹 평판 등의 장치가 없어 연소시 발생되는 가스를 제대로 분해할 수 없는 단점이 있다.

본 발명은 전술한 종래의 보일러의 문제점을 고려하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일 목적은 열효율을 대폭 향상시켜 에너지 절감 효과를 발휘할 수 있는 보일러를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 보일러에서 발생되는 일산화탄소, 아황산가스, 다이옥신 등의 유해가스를 충분히 분해시킬 수 있는 환경 친화적인 보일러를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 보일러의 단면도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 사시도.

도 3은 도 2에 도시된 보일러의 내부 사시도.

도 4는 도 2에 도시된 보일러의 정 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100：케이스 102：외측케이스

104：내측케이스 110：유로부

115：가열관 120：주입부

125：배출부 130：연통부

135：버너노즐구 140：축열판

145：대류관 150：가열판

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면 케이스, 상기 케이스의 내측 상부에 마련되는 가열관, 상기 케이스의 내측 중앙부에 마련되는 복수의 대류관, 상기 가열관에 이웃하여 마련되는 축열판 및 상기케이스의 내측 하부에 마련되는 가열판을 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러가 제공된다.

상기 케이스는 내측케이스와 외측케이스가 소정의 간격을 두고 쉘(shell) 형태로 구성되어지고 상기 내측케이스와 외측케이스 사이의 공간인 유로부내로 상기 가열관 내부의 작동유체가 흘러 들어오게 된다. 즉, 보일러 전체 외주면에 걸쳐 작동유체가 흐를 수 있도록 마련된다.

상기 케이스에는 그 일측면에 작동유체가 최초 주입되는 주입부와 작동유체가 최종 배출되는 배출부 및 보일러 내의 연소가스가 배출되는 연통부가 마련되어진다.

또한, 상기 케이스는 그 측면 하부에 버너노즐을 수용할 수 있는 버너노즐구가 마련되어 버너로부터의 화염을 수용토록 한다.

상기 가열관은 상기 주입부와 연결되어지고 상기 케이스 내측 상부의 수평면 상에 지그재그(zig-zag) 형태로 마련되어진다. 이때, 상기 가열관은 복수개의 수평층에 걸쳐 상기와 같은 지그재그 형태로 더 배열 되어진다.

상기 축열판은 상기 가열관이 배열된 복수개의 층 사이마다 수평하게 마련되어진다. 이때 축열판의 가장자리 중 세개의 면이 상기 내측케이스와 맞닿도록 구성되고 나머지 일개의 맞닿지 않은 통로로는 상기 보일러의 연소가스가 통과하게된다. 또한, 상기 축열판은 흡열 및 축열기능이 탁월한 세라믹으로 구성되어진다. 이와 같이 세라믹 축열판이 보일러 내부에 다수개의 층을 이루면서 배열됨으로써 보일러 내부의 연소열이 연통부를 통해 배출되는 시간이 상당히 지연될 수 있으므로 종래의 보일러에 비해 열효율을 대폭 향상시킬 수 있다.

상기 대류관은 바람직하게는, 'ㄱ'자 모양으로 형성되고, 상기 보일러 내부에 가로질러 마련되며 그 양측 단부는 서로 마주보고 있는 상기 유로부로 통하게 된다.

이때, 상기 대류관은 소정의 간격을 두고 수평면 상에 평행하게 복수개로 마련되어진다.

상기 가열판은 상기 대류관 직하부에 위치하고, 상기 버너노즐구에 대면하도록 마련되며 흡열기능 및 내열이 뛰어난 세라믹으로 구성된다. 바람직하게는, 상기가열판은 그 평면도가 'M'자이고, 병풍 형태로 상기 케이스의 내측 바닥면 상에 세워진다. 이와 같은 구조를 취함으로써, 버너에서 방출된 화염은 'M'자형 가열판 근처에 효과적으로 모아져 가열과 회전을 거듭하게 된다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보일러의 구조를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 사시도이고, 도 3은 도2에 도시된 보일러의 내부 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 정 단면도이다.

도 2, 도 3 및 도4를 참조하면, 케이스(100)는 내측케이스(104)와 외측케이스(102)가 소정의 간격을 두고 쉘(shell) 형태로 구성되어진다. 내측케이스(104)와 외측케이스(102) 사이의 공간인 유로부(110)내로 가열관(115) 내부를 모두 거친 작동유체가 흘러 들어오게 된다. 즉, 작동유체는 보일러의 전체 외주면을 따라 마련된 공간인 유로부(110)에서도 유동하게 된다.

케이스(100) 상부면에는 작동유체가 최초 주입되는 주입부(120)와 작동유체가 최종 배출되는 배출부(125) 및 보일러 내의 연소가스가 배출되는 연통부(130)가 마련되어진다.

또한, 케이스(100)는 그 측면 하부에 버너노즐을 수용할 수 있는 버너노즐구(135)가 마련되어 버너로부터의 화염을 수용토록 한다.

가열관(115)은 주입부(120)와 연결되어지고 보일러 내측 상부의 수평면 상에 지그재그(zig-zag) 형태로 마련되어진다. 이때, 가열관(115)은 복수개의 수평층에 걸쳐 상기와 같은 지그재그 형태로 더 배열 되어진다.

축열판(140)은 가열관(115)이 배열된 복수개의 층 사이마다 수평하게 마련되어진다. 이때 축열판(140)의 가장자리 중 세개의 면이 상기 내측케이스(104)와 맞닿도록 구성되고 나머지 일개의 맞닿지 않은 통로로는 가열관(115)과 보일러의 연소가스가 통과하게된다. 또한, 축열판(140)은 흡열 및 축열기능이 탁월한 세라믹으로 구성되어진다. 이와 같이 세라믹 축열판(140)이 보일러 내부에 다수개의 층을 이루면서 배열됨으로써 보일러 내부의 연소가스는 층별로 배치된 축열판(140)을 지그재그식으로 상부쪽으로 돌아올라가서 연통부(130)를 통해 배출되는 시간이 최대한 지연될 수 있으므로 종래의 보일러에 비해 열효율을 대폭 향상시킬 수 있다. 종래의 보일러의 연소가스 배출온도가 섭씨 270도 내지 320도 정도가 되는데 비해 본 발명에 따른 보일러의 연소가스 배출온도는 섭씨 70도 내지 80도 정도로 획기적인 열효율 향상을 이룰수 있다.

대류관(145)은 바람직하게는 'ㄱ'자 모양으로 형성되고, 상기 보일러 내부에 복수개로 가로질러 마련되며 그 양측 단부는 서로 마주보고 있는 유로부(110)로 통하게 된다. 이때, 대류관(145)의 형상은 'ㄱ'자 형상 뿐만 아니라 기타 형상으로 다양하게 형성될 수 있다.

이때, 대류관(145)은 소정의 간격을 두고 수평면 상에 평행하게 마련되어진다. 가열관(115)을 빠져나와 유로부(110) 내로 진입된 작동유체 중, 'ㄱ'자 형상의 꺽여져 내려온 대류관(145)의 일측단부에 맞닿은 작동유체는 그 중심부가 집중적으로 가열되는 대류관(145)내 작동유체의 대류작용에 의해서, 대류관(145) 타측단부로 유동하게된다. 이와같은 과정을 거친후 유로부(110)내의 작동유체는 배출부(125)를 통해 보일러 외부로 빠져나가게 된다.

가열판(150)은 대류관(145) 직하부에 위치하고, 버너노즐구(135)에 대면하도록 마련되며 흡열기능 및 내열이 뛰어난 세라믹으로 구성된다. 가열판(150)은 화염을 효과적으로 직접 받으면서 가열될 수 있는 형상으로 제작된다. 즉,가열판(150)은 그 중심부가 상기 버너노즐구(135)에 근접하게 형성되고, 그 중심 세로선을 기준선으로 하여 대칭을 이루며 양쪽으로 가열판(150)이 후퇴하는 형태로 구성되어진다. 바람직하게는, 가열판(150)은 그 평면도가 'M'자이고, 병풍 형태로 보일러의 내측 바닥면 상에 세워진다. 이와 같은 구조를 취함으로써, 버너에서 방출된 화염은 'M'자형 가열판(150) 근처에 효과적으로 모아져 가열과 회전을 거듭하게 된다.

이하, 본 발명에 따른 보일러의 가열과정을 정리하면 다음과 같다.

외측케이스의 일측면에 마련된 주입부를 통해 주입된 작동유체는 지그재그 식으로 배열된 가열관으로 진입된다. 가열관은 수평면 상에 지그재그 형태로 복수의 층으로 마련되어지므로 가열관 내부로 흐르는 작동유체는 충분한 흡열시간을 갖고 가열되어진다. 또한, 상기 복수의 층으로 구성된 가열관의 각 층 사이에 세라믹 축열판이 가열관에 근접하여 수평으로 배치되어 있어서, 가열관은 세라믹 축열판으로부터 지속적으로 많은 복사열을 전달받게 된다. 이때, 수평으로 마련된 복수의 세라믹판은 보일러내의 연소열이 용이하게 배출되는 것을 방지한다.

상기와 같이 가열관을 통해 가열된 작동유체는 외측케이스와 내측케이스 사이에 마련된 공간인 유로부로 빠져 나오게 된다. 이와 같이 유로부로 흘러 진입된작동유체는, 보일러 내부의 화염이 주로 조성되는 'M'자 구조의 가열판 직상부를 가로지르며 마련된 'ㄱ'자 형상의 대류관을 통과하면서 또다시 가열되는 과정을 거치게 된다. 이와 같이 가열관을 빠져나와 유로부 내로 진입된 작동유체 중, 'ㄱ'자 형상의 꺽여져 내려온 대류관의 일측단부에 맞닿은 작동유체는 그 중심부가 집중적으로 가열되는 대류관내 작동유체의 대류작용에 의해서, 대류관 타측단부로 유동하게된다. 이와같은 과정을 거친후 유로부내의 작동유체는 배출부를 통해 보일러 외부로 빠져나가게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 'M'자형 세라믹 가열판에 화염을 수평으로 분사시킴으로 인하여 그 분사된 화염은 분산되지 않고 효과적으로 가열판 근처에 모여 소용돌이치며 지속적으로 가열판을 가열시킬 수 있다. 따라서, 내열성과 흡열성이 뛰어난 세라믹 가열판이 상당한 고온을 유지할 수 있으므로 연소에 의해 발생되는 유해가스를 분해할 수 있다.

또한, 복수의 층을 이루며 지그재그식으로 배열된 가열관의 층 사이마다 삽입되어진 세라믹 축열판을 통하여 보일러 내부의 연소열이 직접 외부로 유출되는 것을 최대한 지연시키므로 연소가스 분해능력을 향상시키고, 가열관으로의 열전달을 크게 증가시킬 수 있다. 이와 동시에 배출가스 온도를 대폭 떨어뜨려 지구온난화 방지 및 대기 환경 보호의 역할도 한다.

또한, 'ㄱ'자 형상의 대류관에 의해 가열관을 빠져나온 유체는 또다시 가열되므로 보일러의 열효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보일러를 설명 및 도시하였으나 본 발명은 전술한 실시예에 의해 한정되지 않고 하기의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경 실시함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (13)

1. 케이스;

   상기 케이스의 내측 상부에 마련되는 가열관;

   상기 케이스의 내측 중앙부에 마련되는 복수의 대류관;

   상기 가열관에 이웃하여 마련되는 축열판; 및

   상기케이스의 내측 하부에 마련되는 가열판을 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러.
2. 제1항에 있어서, 상기 케이스는 소정의 간격을 가지는 내측케이스와 외측케이스로 구성되고, 상기 내측케이스와 외측케이스 사이의 공간인 유로부로 작동유체가 흐르는 것을 특징으로 하는 보일러.
3. 제1항에 있어서, 상기 케이스에는 그 일측면에 작동유체가 주입되는 주입부, 작동유체가 배출되는 배출부 및 연소가스가 배출되는 연통부가 마련되는 것을 특징으로 하는 보일러.
4. 제1항에 있어서, 상기 케이스는 그 측면 하부에 버너노즐을 수용할 수 있는 버너노즐구가 마련되는 것을 특징으로 하는 보일러.
5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 가열관은 그 일측이 상기 주입부와 연결되고 상기 보일러 내부의 상부 위치에 수평면 상에 지그재그(zig-zag) 형태로 마련되며 상기 가열관의 타측 종단부는 상기 내측케이스와 외측케이스 사이의 공간으로 통하게 된 것을 특징으로 하는 보일러.
6. 제5항에 있어서, 상기 가열관은 복수의 층을 이루며 마련되는 것을 특징으로 하는 보일러.
7. 제5항에 있어서, 상기 축열판은 상기 가열관이 배열된 각 층 사이에 수평하게 마련되는 것을 특징으로 하는 보일러.
8. 제1항에 있어서, 상기 축열판은 그 표면이 세라믹으로써 구성되는 것을 특징으로 하는 보일러.
9. 제2항에 있어서, 상기 대류관은 상기 보일러 내부를 가로질러 마련되며 그 양측 단부는 상기 유로부로 연결되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 보일러.
10. 제9항에 있어서, 상기 대류관은 수평면상에 소정의 간격을 두고 평행하게 복수개가 마련되는 것을 특징으로 하는 보일러.
11. 제4항에 있어서, 상기 가열판은 상기 대류관 직하부에 위치하고, 상기 버너노즐구에 대면하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 보일러.
12. 제11항에 있어서, 상기 가열판은 그 중심부가 상기 버너노즐구에 근접하게 형성되고, 그 중심 세로선을 기준선으로 하여 대칭을 이루며 양쪽으로 가열판이 후퇴하는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 보일러.
13. 제1항에 있어서, 상기 가열판의 표면은 세라믹으로 구성되는 것을 특징으로 하는 보일러.