KR20030097212A

KR20030097212A - 이중관의 열교환기를 갖는 보일러

Info

Publication number: KR20030097212A
Application number: KR1020020034491A
Authority: KR
Inventors: 최영표
Original assignee: 서울금속산업주식회사
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2003-12-31

Abstract

본 발명은 이중관의 열교환기를 갖는 보일러에 관한 것으로서, 특히 열교환기의 관이 내관과 외관의 이중관으로 이루어져 보일러 구조의 크기를 줄일 수 있는 동시에 열효율을 증대시킬 수 있는 이중관의 열교환기를 갖는 보일러에 관한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이중관의 열교환기를 갖는 보일러는 열교환기의 관이 이중으로 이루어지고, 그 이중관의 내관 내부로 급탕수가 흐르고 내관과 외관 사이에는 난방수가 순환되도록 구성되어, 보일러의 부피를 획기적으로 줄일 수 있고, 열효율을 극대화시키며, 열의 누수 없이 급탕이 최단시간 내에 이루어지는 효과를 제공한다.

Description

이중관의 열교환기를 갖는 보일러 {Boiler having double pipe-lined heat exchanger}

일반적으로, 보일러는 가스나 기름 등의 연료를 태워 열을 공급받아 생활상 또는 영업상 필요한 곳에 열을 공급하기 위한 기계장치로서, 통상 연소실에 열교환기를 설치하고, 열교환기로부터 데워진 온수를 이용하는 방식을 많이 사용한다. 특히 우리나라는 온돌문화가 발전되어 보일러에 연결된 관들을 바닥에 설치하는 난방방식이 가정 난방의 주류를 이루고 있는 실정이다. 또한 가정 또는 영업적으로 사용되는 보일러는 난방을 주목적으로 하지만, 생활상이 변화되면서 온수를 공급하는 것도 거의 보일러의 주목적에 들어갈 정도로 증대되고 있는 실정이다. 통상 우리나라에서 가정의 난방시설은 건축물의 바닥에 관을 적당한 간격으로 매설하고, 그 관을 보일러의 열교환기에 연결하여 난방을 하는 방식을 사용하고, 그 열교환기에 또한 온수관을 연결하여 급탕에 사용하게 된다.

참조된 도면, 도 1은 종래기술에 의한 보일러의 개략적인 전체 구성도이다.

종래의 보일러는 도 1에 도시된 바와 같이 연소실(10)의 하부에 버너(20)가 설치되어 있고, 그 버너(20) 상부에 열교환기(30)가 설치되어 있다. 따라서버너(20)에서 발생된 화염은 열교환기(30)에 열을 전달한 다음 연소실의 배기구를 통하여 외부로 배기된다. 상기 연소실(10)에 설치되는 열교환기(30)는 통상의 열교환기로서, 유체가 흐르는 관(31)과 그 관(31)에 연결된 다수개의 판형의 핀(32)들로 구성된다. 이러한 열교환기(30)는 열전달이 최대로 이루어지기 위한 목적으로 표면적을 크게 한 구조로서, 많은 종류의 열교환기가 사용되고 있다.

열교환기(30)의 관(31)에는 유체가 흐르게 되는데, 난방용으로는 통상 물을 사용하게 된다. 따라서 실온의 냉수는 열교환기(30)를 통과하면서 열을 전달받고, 난방용 관이 설치된 건축물의 바닥면을 돌면서 건축물에 열을 전달한 다음, 열교환기(30)로 돌아오도록 순환하게 된다. 그러나, 이렇게 건축물을 난방하기 위한 용도로만 보일러가 사용되는 것이 아니라, 급탕의 용도로도 사용되는 경우가 대부분이다. 도 1에는 급탕을 위한 구조도 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 열교환기(30)에는 물이 입수되는 유입관(50)과 물이 배출되는 유출관(50')이 형성되어 있고, 그 유입관(50)과 유출관(50')에는 각각 삼방밸브(40,40')가 연결되어 있으며, 그 삼방밸브(40,40')의 다른 두 개의 연결관에는 난방용 유입관(51) 및 유출관(51')과 급탕용 유입관(52) 및 유출관(52')이 각각 연결되어 있다. 급탕용 유입관(52) 및 유출관(52')은 급탕조(60)의 내부로 연장되어 열교환을 위한 적층관(53)을 형성한다. 급탕조(60)에는 입구(60a) 및 출구(60b)가 형성되어 입구(60a)로 유입된 물은 적층관(53)으로부터 열을 전달받아 빠른 시간 내에 데워진 후 출구(60b)를 통하여 배출되고, 그 데워져 출구(60b)를 통하여 배출되는 물을 사용자가 사용하게 된다.

이러한 밸브들(40,40'), 버너(20) 그리고 펌프(미도시) 등은 통상적으로 전기적인 신호에 의해 동작되는 제어부에 연결되어 있고, 그 제어부의 출력운전에 따라 동작하게 된다. 따라서, 사용자가 제어부를 통하여 난방운전을 입력하게 되면, 버너(20)가 동작하여 연료를 연소실(10)에서 연소하게 하는 동시에 펌프를 동작시키고, 또한 삼방밸브(40,40')를 조절하여 열교환기(30)에서 데워진 물이 난방용 유입관(51)과 유출관(51')을 통하여 순환하면서 건축 난방을 하도록 동작하게 된다.

사용자가 제어부를 통하여 급탕운전을 입력하게 되면, 마찬가지로 버너(20)가 동작하여 연료를 연소실(10)에서 연소하는 동시에 펌프를 동작시키고, 또한 삼방밸브(40,40')를 제어하여 열교환기(30)로부터 데워진 물이 급탕용 유입관(52) 및 유출관(52')으로 순환하도록 동작한다. 따라서, 급탕조(60)의 입구(60a)를 통하여 공급된 물은 적층관(53)으로부터 열전달을 받아 출구(60b)로 배출되어 사용자가 사용하도록 되어 있다.

그러나, 종래의 보일러는 급탕을 하기 위하여 급탕조 및 적층관 등을 설치하여야 하기 때문에 그 부피가 증대되어 설치시 많은 공간을 차지하게 되는 문제점이 있다.

더불어, 종래의 보일러는 급탕을 하기 위하여 열교환기로부터 데워진 물이 적층관으로 이동된 다음 새로이 공급되는 물을 간접적으로 데운 후 배출되는 구조이기 때문에 열전달이 낮을 뿐만 아니라 데워지는 시간도 많이 소요되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열교환기의 관을 이중관으로 구성하여 보일러의 크기를 획기적으로 줄이는 동시에 열효율을 대폭 향상시킬 수 있는 이중관의 열교환기를 갖는 보일러를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래기술에 의한 보일러의 구성도,

도 2는 본 발명에 의한 이중관의 열교환기를 갖는 보일러의 개략적인 전체 구성도,

도 3은 본 발명에 의한 이중관의 열교환기를 갖는 보일러의 일부구성요소인 열교환기의 부분 종단면도,

도 4는 도 3에 도시된 Ⅳ-Ⅳ선에 의한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

110 : 연소실 120 : 버너

130 : 열교환기 131 : 외관

131a : 난방용 유입관 131b : 난방용 유출관

140 : 내관 140a : 급탕용 유입관

140b : 급탕용 유출관

본 발명에 의한 이중관의 열교환기를 갖는 보일러는 다수개의 핀과 관으로 이루어진 열교환기가 연소실에 설치되어 난방수와 급탕수를 공급하는 보일러에 있어서, 상기 열교환기의 관이 핀이 외면에 형성된 외관과, 그 외관의 내부에 일정간격을 두고 설치되는 내관이 설치되어 이중관 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 이중관의 열교환기를 갖는 보일러는 상기 내관의 외면에 상기 외관 내측면과 일정한 간격이 유지되도록 관의 길이 방향을 따라 일정간격을 두고 원주 방향을 따라 다수개의 리브가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 이중관의 열교환기를 갖는 보일러는 상기 원주방향을 따라 형성된 리브가 90도마다 형성되어 4개가 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 이중관의 열교환기를 갖는 보일러는 상기 리브가 상기 내관과 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 이중관의 열교환기를 갖는 보일러는 상기 내관의 단면적이 외관과 내관에 의해 이루어진 단면적보다 크거나 같은 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 이중관의 열교환기를 갖는 보일러는 상기 외관에 난방용수가 흐르고, 상기 내관에는 급탕용수가 흐르는 것을 특징으로

더불어, 본 발명에 의한 이중관의 열교환기를 갖는 보일러는 상기 핀이 전조 가공에 의해 상기 외관과 일체로 형성되고, 나선모양을 형성하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 참조된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선 참조된 도면, 도 2는 본 발명에 의한 이중관의 열교환기를 갖는 보일러의 개략적인 전체 구성도이고, 도 3은 본 발명에 의한 이중관의 열교환기를 갖는 보일러의 일부구성요소인 열교환기의 부분 종단면도이며, 도 4는 도 3에 도시된 Ⅳ-Ⅳ선에 의한 단면도이다.

본 발명에 의한 이중관의 열교환기를 갖는 보일러 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 연소실(110) 하부에 버너(120)가 설치되고, 그 연소실(110)의 버너(120) 상부에 열교환기(130)가 설치되어 있다. 열교환기(130)는 관(131)과 핀(132)으로 구성되고, 핀(132)은 관(131)의 외면에 전조 가공에 의해 나선모양으로 관(131)과 일체로 형성되어 있다. 물론, 판형의 핀에 관을 박아서 이루어지는 열교환기를 사용할 수도 있다.

여기서, 특히 열교환기(130)의 관(131)은 이중관으로 구성된다. 도 3 및 도 4의 단면도에 도시된 바와 같이 열교환기(130)의 외관(131)의 내부에는 그 내측면과 일정간격을 두고 내관(140)이 설치되어 있다. 내관(140)의 외면에는 길이 방향을 따라 일정 간격으로, 원주방향을 따라 다수개의 돌기인 리브(140c)가 형성되어 외관(131) 내측면과 내관(140) 외측면이 일정한 간격을 유지하도록 한다. 본 실시예에서는 리브(140c)를 원주 방향을 따라 90도마다 4개를 형성하였다. 이러한 리브(140c)는 내관(140)과 일체로 형성될 수도 있고 다른 부재로 형성할 수 있음은 물론이다. 또한, 이러한 이중관 구조에서 내관(140)의 단면적은 내관(140) 외면과 외관(131) 내면에 의해 이루어지는 단면적보다 적어도 같거나 큰 것이 바람직하다. 이것은 내관(140)과 외관(131)을 흐르는 유체의 흐름을 원활하게 유지하기 위함이다. 외관(131)의 외면에는 상기한 바와 같이 외관(131)을 전조 가공하여 나선모양으로 일체로 핀(132)들이 형성되어 있어, 판형의 핀에 관을 박는 방식의 열교환기에 비하여 더욱 향상된 열효율을 유지할 수 있다.

또한, 연소실 및 연도(煙道)의 설계 변경에 의하여, 상부 열 교환기, 하부 버너의 구조를 치환한, 상부 버너 하부 및 중간 부위에 이중관 열교환기를 설치한 하향연소식(下向燃燒式) 보일러로 응용이 또한 가능하다.

이렇게 이중관을 갖는 열교환기가 설치된 본 발명에 의한 보일러의 동작은 다음과 같다.

제어부를 통하여 사용자가 난방운전을 선택하게 되면, 버너(120)가 동작하게 되고, 유체인 물은 외관(131)이 연장된 난방용 유입관(131a)을 통하여 유입되고, 그 물은 내관(140)과 외관(131) 사이의 공간을 통하여 열교환기(130)를 순환한 다음, 역시 외관(131)이 연장되어 이루어진 난방용 유출관(131b)을 통하여 배출된 후, 건축물에 설치된 난방용 관을 통과하고 다시 난방용 유입관(131a)을 통하여 유입되는 사이클을 제어부의 신호에 따라 행하게 된다. 이때, 내관(140) 내면에는 유체의 흐름이 발생하지 않는다.

한편, 제어부를 통하여 사용자가 급탕운전을 선택하게 되면 마찬가지로, 버너(120)가 동작하여 연소실(10)에서 연료의 연소가 이루어지면서 열을 열교환기(130)에 전달하는 동시에 내관(140)의 급탕용 유입관(140a)을 통하여 물이 유입된 다음, 열교환기(130)를 순환한 후, 급탕용 유출관(140b)을 거쳐 사용자가 사용하고자 하는 목적지로 배관을 따라 이동하게 된다. 내관(140)을 순환하는 물은 열교환기(130)를 순환하면서 직접 열에 노출되어 있기 때문에 아주 빠른 시간 내에 데워지게 된다.

특히, 본 발명에 의하면, 난방운전을 하는 도중에도 급탕이 아주 빠른 시간 내에 이루어질 수 있는데, 그 이유는 열교환기(130)의 관(131)이 이중관으로 이루어져 있기 때문에 내관(140)이 어느 정도 데워진 상태를 유지하기 때문에 난방운전을 하는 도중이더라도 급탕운전을 시작하더라도 이미 데워진 물이 곧바로 배출될 수 있다.

상기한 실시 예에서는, 내관(140) 내부에는 급탕을 위한 물이 외관(131)과 내관(140) 사이에는 난방을 위한 물이 순환하도록 구성되어 있으나, 그 반대로 구성할 수 있음은 물론이다.

이와 같이, 본 발명에 의한 이중관의 열교환기를 갖는 보일러는 열교환기의 관이 이중관으로 이루어져 난방운전 및 급탕운전이 가능하기 때문에 급탕조와 같은 장치를 제거할 수 있어 보일러의 부피를 획기적으로 줄일 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명에 의한 이중관의 열교환기를 갖는 보일러는 직접 버너의 열을 전달받는 열교환기에 급탕운전을 위한 관이 설치되어 있기 때문에 급탕조에서와 같이 간접적인 열전달과 같은 열에너지의 누수가 방지되어 열효율을 극대화시키는 효과를 제공한다.

더불어, 본 발명에 의한 이중관의 열교환기를 갖는 보일러는 난방용 관과 급탕용 관이 이중으로 형성되어 열교환기를 구성하기 때문에 급탕이 최단시간 내에 이루어지는 효과를 제공한다.

본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변형 실시될 수 있다.

Claims

다수개의 핀과 관으로 이루어진 열교환기가 연소실에 설치되어 난방수와 급탕수를 공급하는 보일러에 있어서,

상기 열교환기의 관은 핀이 외면에 형성된 외관과, 그 외관의 내부에 일정간격을 두고 설치되는 내관이 설치되어 이중관 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 이중관의 열교환기를 갖는 보일러.
제1항에 있어서,

상기 내관의 외면에는 상기 외관 내측면과 일정한 간격이 유지되도록 관의 길이 방향을 따라 일정간격을 두고 원주 방향을 따라 다수개의 리브가 형성된 것을 특징으로 하는 이중관의 열교환기를 갖는 보일러.
제1항에 있어서,

상기 원주방향을 따라 형성된 리브는 90도마다 형성되어 4개가 설치된 것을 특징으로 하는 이중관의 열교환기를 갖는 보일러.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 리브는 상기 내관과 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 이중관의 열교환기를 갖는 보일러.
제1항에 있어서,

상기 내관의 단면적은 외관과 내관에 의해 이루어진 단면적보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 이중관의 열교환기를 갖는 보일러.
제1항에 있어서,

상기 외관에는 난방용수가 흐르고, 상기 내관에는 급탕용수가 흐르는 것을 특징으로 하는 이중관의 열교환기를 갖는 보일러.
제1항에 있어서,

상기 핀은 전조 가공에 의해 상기 외관과 일체로 형성되고, 나선모양을 형성하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이중관의 열교환기를 갖는 보일러.