KR200464650Y1

KR200464650Y1 - 상향 연소식 콘덴싱 보일러

Info

Publication number: KR200464650Y1
Application number: KR2020120010826U
Authority: KR
Inventors: 강성삼
Original assignee: 강성삼
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2013-01-14
Also published as: CN203286763U

Abstract

본 고안은 가스 또는 등유를 원료로 하며 잠열을 이용하여 재가열하며 열교환면적을 극대화시킴으로써 열효율을 높이기 위한 상향 연소식 콘덴싱 보일러에 관한 것이다. 그 구성은, 상단에 연통(11)이 설치되며 상부는 잠열 열교환부(H2)가 마련되고 하부는 현열 열교환부(H1)가 마련되는 보일러 본체(10); 상기 현열 열교환부(H1)에 수직으로 설치되는 제1연소통(20); 상기 제1연소통(20)의 외주면을 따라 나선 형태로 설치되는 제1열전달판체(21); 상기 제1연소통(20) 내부에 설치되는 점화봉(40); 연료공급부(41); 공기 공급부(42); 상기 잠열 열교환부(H2)에 수직으로 설치되는 제2연소통(30); 상기 제2연소통(30)의 외주면을 따라 나선 형태로 설치되는 제2열전달판체(31); 상기 보일러 본체(10)의 상부에 설치되는 용수공급관(12); 상기 잠열 열교환부(H2)의 하부에 설치되는 제1용수배출관(13); 일단은 상기 제1용수배출관(13)에서 나온 용수가 다시금 상기 보일러 본체(10)로 유입될 수 있도록 상기 현열 열교환부(H1)의 하부에 설치되는 용수유입관(14); 상기 현열 열교환부(H1)의 상부에 설치되는 것으로서 상기 현열 열교환부(H1)에서 가열된 용수가 상기 보일러 본체(10)의 외부로 배출되도록 하는 제2용수배출관(15)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

상향 연소식 콘덴싱 보일러{Uptrend Combustion Typed Condensing Boiler}

본 고안은 보일러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스 또는 등유를 원료로 하며 잠열을 이용하여 재가열하며 열교환면적을 극대화시킴으로써 열효율을 높이기 위한 상향 연소식 콘덴싱 보일러에 관한 것이다.

근래 콘덴싱 보일러가 많이 보급되고 있다. 콘덴싱 보일러는 현열뿐만 아니라 잠열까지도 이용한다는 점이 비콘덴싱 보일러와 다르다. 콘덴싱 보일러에서의 주된 문제 중 하나는 응축수에 의한 장치의 부식이다. 콘덴싱 보일러에 있어서 하향 연소식이라면 응축수를 그대로 받아 배출하면 되므로 열적 흐름이 자연스럽게 되지만 열을 아래로 강제 공급함으로써 여러 가지 난점이 있다. 반면 상향 연소식은 열을 제대로 이용할 수 있지만 응축수가 재차 기화하게 되는 문제와 응축수를 받아내는 문제를 가진다.

아무튼 콘덴싱 보일러는 현열이 이용되는 열교환기와 잠열이 이용되는 열교환기를 각각 구비하는 것이 일반적이다. 국내 특허출원 제10-2000-0082072호(종래기술1)는 열교환기를 2단 구조를 갖도록 하여 열교환시 외부로 방출·손실되는 열을 최소화할 수 있게 하는 보일러 내지 열교환기를 제안하고 있다. 그러나 종래기술1은 하향 연소식이라는 불리한 조건을 가지고 있다.

한편, 질산화물이나 황산화물을 포함하는 응축수에 의해 생기는 문제를 해결하기 위한 다양한 노력도 있었는데, 그 예 중 하나는 국내 특허출원 제10-2001-0059653호(종래기술2)이다. 종래기술2에 의하면, 시스턴탱크에 의해 난방수에 대한 잠열을 어느 정도 회수하는 결과는 얻을 수 있지만, 온수를 가열할 경우에는 잠열을 얻지 못하여 콘덴싱 보일러로서의 의의가 감소되는 문제가 있다. 온수는 시스턴탱크를 통과하지 않고 바로 샤워기나 수전에 공급되는 경우가 대부분이기 때문이다.

본 고안의 목적은, 열교환 면적을 극대화시킴으로써 열효율을 더욱 높일 수 있는 상향 연소식 콘덴싱 보일러를 제공하는 것에 있다.

또한, 콘덴싱 보일러가 가지고 있는 원초적인 문제를 극복할 수 있는 상향 연소식 콘덴싱 보일러를 제공하는 것이 다른 목적이다.

본 고안의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 고안의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

위와 같은 목적은, 직립된 통형상으로서 상단에 연통이 설치되며 상부는 잠열 열교환부가 마련되고 하부는 격판에 의해 상기 잠열 열교환부와 구획되는 현열 열교환부가 마련되는 보일러 본체; 상기 보일러 본체의 현열 열교환부에 수직으로 설치되는 것으로서 상방향을 향해 연소가스가 배출되도록 하는 제1배기관을 가지는 제1연소통; 상기 제1연소통의 외주면을 따라 나선 형태로 설치되는 제1열전달판체; 상기 제1연소통 내부에 설치되는 것으로서 외부에서 공급되는 연료를 착화시켜 화염을 발생시키는 점화봉; 상기 점화봉에 공기를 공급하는 공기 공급부; 상기 점화봉에 연료를 공급하는 연료공급부; 상기 보일러 본체의 잠열 열교환부에 수직으로 설치되는 것으로서, 상방향을 향해 연소가스가 배출되도록 설치되며 상기 연통과 연결되는 제2배기관을 가지는 제2연소통; 상기 제2연소통의 외주면을 따라 나선 형태로 설치되는 제2열전달판체; 상기 제2연소통과 보일러 본체 사이의 공간에 용수를 공급하기 위해 상기 보일러 본체의 상부에 설치되는 용수공급관; 상기 잠열 열교환부의 하부에 설치되는 제1용수배출관; 상기 제1용수배출관에서 나온 용수가 다시금 상기 보일러 본체로 유입될 수 있도록 상기 현열 열교환부의 하부에 설치되는 용수유입관; 상기 현열 열교환부의 상부에 설치되는 것으로서 현열 열교환부에서 가열된 용수가 상기 보일러 본체의 외부로 배출되도록 하는 제2용수배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 상향 연소식 콘덴싱 보일러에 의해 달성된다.

본 고안의 특징에 의하면, 일단은 상기 제2용수배출관에 연결되고 타단은 상기 용수공급관에 연결되는 용수회수관을 더 포함할 수 있다.

본 고안의 다른 특징에 의하면, 상기 제1열전달판체 또는 제2열전달판체중 어느 하나 이상은 내부에 열매체가 충전될 수 있도록 재킷 형태로 되어 있을 수 있다.

본 고안의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1열전달판체 또는 제2열전달판체중 어느 하나 이상은 내부에 열매체가 충전될 수 있도록 재킷 형태로 되어 있으며, 재킷 형태로 되어 있는 것은 상기 제1연소통 또는 제2연소통 내부와 각각 소통될 수 있다.

본 고안의 또 다른 특징에 의하면 일단은 상기 제1용수배출관(13)에 연결되고 타단은 외부 수전에 연결되어 용수로 하여금 난방수로 사용되도록 하는 난방용 순환관(50); 일단은 상기 제1용수배출관에 연결되고 타단은 상기 용수유입관에 연결됨으로써 잠열 열교환부를 빠져나온 용수가 직접 상기 현열 열교환부로 공급되도록 하는 중간 연결관; 상기 제1용수배출관, 난방용 순환관 및 중간 연결관의 교차지점에 설치되어 용수의 흐름방향을 선택할 수 있게 하는 제1밸브를 포함할 수 있다.

위와 같은 구성에 의하면, 하부는 현열 열교환부가 마련되고 상부는 잠열 열교환부가 마련되는 보일러가 제공된다. 현열 열교환부를 통해 1차적으로 열을 흡수한 용수는 그대로 사용될 수도 있고 회수되어 잠열에 의해 재가열될 수도 있다. 제1,2연소통에 설치되는 제1,2열전달판체는 공급되는 용수로 하여금 나선형태로 회전되며 흐르면서 열교환이 이루어지도록 함으로써 열교환 효율을 극대화시킬 수 있게 된다. 따라서 용수의 가열시간을 크게 단축시킬 수 있게 된다. 본 고안의 보일러는 가스 또는 기름을 연료로 사용할 수 있으며 급탕기 또는 난방용 보일러 등에 두루 이용될 수 있다.

도 1은 본 고안의 실시예에 의한 상향 연소식 콘덴싱 보일러의 단면 구성도이다.
도 2는 본 고안의 실시예에 의한 상향 연소식 콘덴싱 보일러의 일부 절개 사시도이다.

이하, 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 실시예를 상세하게 설명한다.

보일러 본체(10)는 직립된 통형상으로서 상단에 연통(11)이 설치되며 미도시된 단열재에 의해 보온된다. 보일러 본체(10)는 용수의 압력에 견딜 수 있는 압력용기의 구조를 가지는 것이 바람직하다.

보일러 본체(10)의 하부에는 현열 열교환부(H1)가 마련되고 상부에는 잠열 열교환부(H2)가 마련된다. 현열 열교환부(H1)와 잠열 열교환부(H2)는 격판(16)에 의해 공간적으로 구획된다.

도 1에 의하면 현열 열교환부(H1)와 잠열 열교환부(H2)의 구성비율은 대등하게 도시되어 있지만, 여러 가지 상황에 의해 구성비율이 달라질 수 있다.

제1연소통(20)이 보일러 본체(10)의 하부 중심, 즉 현열 열교환부(H1)의 중심에 수직으로 설치된다. 제1연소통(20)은 직립 설치되므로 상방향을 향해 연소가스가 배출되는 제1배기관(22)을 가지게 된다. 제1연소통(20) 내부 공간(S1)은 주된 연소공간이 된다.

제1열전달판체(21)가 제1연소통(20)의 외주면을 따라 나선 형태로(도 2의 제2열전달판체(31)와 같음) 설치된다. 제1연소통(20)의 내부 공간(S1)에 설치되는 점화봉(40)은 외부에서 공급되는 연료를 착화시켜 화염을 발생시킨다. 점화봉(40)은 연료공급부(41)로부터 공급되는 가스 또는 등유가 분무되는 봉형상의 연료분사노즐(43)과 연료분사노즐(43)의 외부를 감싸는 형태로 설치되는 열전달관(44)으로 구성될 수 있다. 공기공급부(42)는 점화봉(40), 특히 연료분사노즐(43)과 열전달관(44) 사이의 공간에 공기를 공급하여 연소에 필요한 산소를 공급한다. 또한 연료공급부(41)는 연료펌프(미도시됨)를 포함하며 연료분사노즐(43)에 연료를 공급한다. 점화봉(40)은 소켓(45)을 통해 보일러 본체의 바닥판(10a)에 고정된 상태에서 상방향으로 직립되게 설치될 수 있다.

점화방법 내지 점화스위치는 도시가 생략되었으나 일반적인 방법을 이용하면 된다. 제1연소통(20)의 직경(D1)은 연료봉(40)이 인입될 수 있는 넓이가 되도록 한다. 특히 내부 공간(S1)의 열용량을 높이기 위해 후술되는 제2연소통의 내부 직경(D2)보다 넓게 되어 있다.

제1연소통(20)보다 작은 직경(D2)을 가지는 통형상의 제2연소통(30)이 보일러 본체(10)의 잠열 열교환부(H2)에 수직으로 설치된다. 제2연소통(30)의 내부 공간(S2)은 보조 연소공간 또는 잠열 흡수공간이라 할 수 있다.

제2연소통(30)은 상방향을 향해 연소가스가 배출되도록 상향으로 설치되며 연통(11)과 연결되는 제2배기관(32)을 가진다. 그리고 제1연소통(20)과 마찬가지로 제2연소통(30)에도 그의 외주면을 따라 나선 형태로 제2열전달판체(31)가 설치된다. 제2연소통(30)의 하단에는 용수가 용이하게 제1용수배출관(13)으로 흐를 수 있도록 외측을 향해 경사진 유도판(17)이 설치될 수 있다.

용수공급관(12)이 제2연소통(30)과 보일러 본체(10) 사이의 공간에 용수를 공급하기 위해 보일러 본체(10)의 상부에 설치된다. 용수공급관(12)은 상수원(56)으로부터 용수를 공급받으며, 보일러 본체(10)로 유입된 용수는 제2열전달판체(31)에 의해 나선형으로 맴돌면서 중력에 의해 하방으로 흐르게 된다. 용수는 이 과정에서 제2연소통(30) 내부의 가열된 공기와 열교환을 겪으며 열에너지를 공급받게 되는 것이다.

잠열 열교환부(H2)에서 잠열을 공급받은 용수는 잠열 열교환부(H2)의 하부에 설치되는 제1용수배출관(13)을 통해 보일러 본체(10)의 외부로 배출된다. 제1용수배출관(13)에서 배출된 용수는 난방용 순환관(50)을 순환함으로써 난방수로 활용되거나 보일러 본체(10)의 하부에 설치된 용수유입관(14)으로 공급된다. 제1용수배출관(13)과 용수유입관(14)은 중간연결관(52)에 의해 직접 연결될 수 있다.

용수유입관(14)은 제1용수배출관(13)에서 나온 용수가 다시금 보일러 본체(10)로 유입될 수 있도록 현열 열교환부(H1)의 하부에 설치된다. 그래서 현열 열교환부(H1)에 유입되는 용수는 점화봉(40)에 의해 생성되는 현열에 의해 가열된다. 마찬가지로 제1연소통(20)이 나선형태로 되어 있기 때문에 현열 열교환부(H1)에 유입된 용수는 제1연소통(20) 내부에서 발생되는 열에 의해 가열된다. 따라서 용수는 대류작용 또는 미도시된 펌프의 수두차에 의해 나선형태로 맴돌면서 상방향을 향하게 된다.

각 도면에 도시된 바와 같이 제1,2열전달판체(21,31)의 끝단이 보일러 본체(10)의 측벽에 밀착되도록 하는 것이 바람직하다. 제1,2연소통(20,30)의 외주를 따라 용수가 나선형태로 유동되도록 하는 것이 본 고안의 의도이기 때문이다.

현열 열교환부(H1)의 끝까지 다다른 용수는 현열 열교환부(H1)의 상부에 설치되는 제2용수배출관(15)을 통해 보일러 본체(10)의 외부로 배출된다. 제2용수배출관(15)을 통해 배출된 용수는 필요에 따라 잠열 열교환부(H2)로 회수되어 난방수로 재사용되거나 직접 온수로 사용된다. 온수 사용부에는 샤워기나 수도꼭지와 같은 수전(57)이 설치된다.

용수회수관(53)은 제2용수배출관(15)을 통해 배출된 용수를 회수하기 위해 일단이 제2용수배출관(15)에 연결되고 타단이 용수공급관(12)과 상수원(56) 사이에 연결된다.

보일러 본체(10)를 중심으로 곳곳에 밸브(51,54,55)가 설치될 수 있다. 이들 밸브(51,54,55)는 자동적으로 또는 사용자의 조작에 의해 유로의 흐름방향을 전환할 수 있게 하는 삼방밸브일 수 있다.

제1밸브(51)는 제1용수배출관(13), 난방용 순환관(50) 및 중간 연결관(52)의 교차지점에 설치되어 잠열 열교환부(H2)를 빠져나온 용수가 난방용 순환관(50)을 거치거나 또는 직접 현열 열교환부(H1)로 공급되도록 선택할 수 있게 한다. 제2밸브(54)는 제2용수배출관(15), 수전(57) 연결관 및 용수회수관(53)의 교차지점에 설치되어 현열 열교환부(H1)를 빠져나온 용수가 수전(57)으로 공급되어 온수로 사용되게 하거나 또는 용수회수관(53)을 통해 잠열 열교환부(H2)로 공급되도록 선택할 수 있게 한다. 제3밸브(55)는 용수공급관(12)과 용수회수관(53)의 연결부위에 설치되는 것으로서 상수원(56) 또는 현열 열교환부(H1)에서 회수되는 용수중 어느 하나를 선택할 수 있게 한다.

제1밸브(51)와 제2밸브(54)를 서로 연동시킴으로써 수전(57)을 통해 물을 사용하는지 여부에 따라 온수가 난방용 순환관(50)을 거치지 않고 직접 수전(57)으로 공급되도록 할 수 있다.

이상의 3개의 밸브(51,54,55)는 본 고안의 실시예에 의하여 예시된 것에 불과하며 설계에 따라 필요한 곳에 더 추가되거나 제거될 수 있다. 또한 이들 밸브는 서로 연동될 수 있고 다양한 모드로 사용될 수 있다.

본 고안의 특징에 의하면, 제1열전달판체(21)와 제2열전달판체(31)는 단지 한장의 판으로 되어 있는 것보다는 내부에 열매체가 충전될 수 있도록 재킷 형태로 되어 있을 수 있다. 다만 제작비용을 고려하여 제1열전달판체(21)와 제2열전달판체(31)중 어느 하나만을 이렇게 재킷 형태로 할 수 있다. 재킷이라 함은 도시된 것처럼 내부에 공기 등 유체가 흐를 수 있는 납작한 공간을 가진 형태를 의미한다.

나아가 재킷 형태로 되어 있는 열전달판체는 각각의 연소통 내부와 소통될 수 있다. 도시된 바에 의하면 제1,2열전달판체(21,31)가 모두 재킷 형태로 되어 있고, 이들 모두는 제1,2연소통(20,30)의 내부와 소통되어 있다. 다시 말하면 제1,2열전달판체(21,31)의 공간(P1,P2)은 제1,2연소통(20,30) 내부의 공간(S1,S2)과 각각 소통되어 있다는 것이다. 이로써 제1,2연소통(20,30) 내부의 공기는 제1,2열전달판체(21,31)를 통해 그의 외부를 흐르는 용수와 열교환을 하게 된다.

이러한 구조에 의해 열교환 면적이 극대화되며 열효율을 높일 수 있게 되는 것이다. 현열 열교환부(H1)에서 가열된 공기는 제1배기관(22)을 통해 제1화살표(A1)를 따라 잠열 열교환부(H2)로 유입되고 잠열 열교환부(H2)를 통과한 공기는 제2배기관(32)을 통해 제2화살표(A2)를 따라 연통(11)을 통해 대기로 방출된다.

한편, 잠열 열교환부(H2)는 현열 열교환부(H1)에서 배출되는 가열공기가 열을 빼앗기면서 응축하는 과정에서 생성되는 응축수를 배출하기 위한 시스템을 가진다. 응축수는 제2연소통(30) 내벽을 따라 아래로 흐르면서 제3화살표(A3)를 따라 집수통(61)에 떨어지고, 집수통(61)에 수거된 응축수는 그의 일단이 집수통(61) 바닥에 연결되고 타단이 보일러 본체(10)를 관통하여 외부로 연장된 배수관(60)을 통해 보일러 본체(10)의 외부로 방출된다. 제2연소통(30) 및 제2연전달판체(31)는 응축수가 집수통(61)으로 용이하게 흘러 모일 수 있도록 설계되어야 할 것이다. 단면 형태로 도시된 바와 같이 집수통(61)은 제1배기관(22)의 외주를 따라 고리 형태로 설치되고 있다.

이상에서 설명된 것들은 본 고안의 기술적 사상에 의거한 예시에 불과하다. 당업자는 청구범위를 통해 표현되는 본 고안의 기술적 사상의 범위를 넘지 않는 선에서 예시된 바를 활용하여 다양한 변형실시를 할 수 있을 것이다.

10 : 보일러 본체 11 : 연통
12 : 용수공급관 13 : 제1용수배출관
14 : 용수유입관 15 : 제2용수배출관
16 : 격판 17 : 유도판
20, 30 : 제1,2연소통 21,31 : 제1,2열전달판체
22, 32 : 제1,2배기관 40 : 점화봉
41 : 연료공급부 42 : 공기공급부
43 : 연료분사노즐 44 : 열전달관
45 : 소켓 50 : 난방용 순환관
51,54,55 : 제1,2,3 밸브 52 : 중간 연결관
53 : 용수 회수관 56 : 상수원
57 : 수전 60 : 배수관
61 : 집수통

Claims

직립된 통형상으로서 상단에 연통(11)이 설치되며 상부는 잠열 열교환부(H2)가 마련되고 하부는 격판(16)에 의해 상기 잠열 열교환부(H2)와 구획되는 현열 열교환부(H1)가 마련되는 보일러 본체(10);
상기 현열 열교환부(H1)에 수직으로 설치되는 것으로서 상향으로 연소가스가 배출되도록 하는 제1배기관(22)을 가지는 제1연소통(20);
상기 제1연소통(20)의 외주면을 따라 나선 형태로 설치되는 제1열전달판체(21);
상기 제1연소통(20) 내부에 설치되는 것으로서 외부에서 공급되는 연료를 착화시켜 화염을 발생시키는 점화봉(40);
상기 점화봉(40)에 연료를 공급하는 연료공급부(41);
상기 점화봉(40)에 공기를 공급하는 공기 공급부(42);
상기 잠열 열교환부(H2)에 수직으로 설치되는 것으로서, 상향으로 연소가스가 배출되도록 하며 연통(11)과 연결되는 제2배기관(32)을 가지는 제2연소통(30);
상기 제2연소통(30)의 외주면을 따라 나선 형태로 설치되는 제2열전달판체(31);
상기 제2연소통(30)과 보일러 본체(10) 사이의 공간에 용수를 공급하기 위해 상기 보일러 본체(10)의 상부에 설치되는 용수공급관(12);
상기 잠열 열교환부(H2)의 하부에 설치되는 제1용수배출관(13);
일단은 상기 제1용수배출관(13)에서 나온 용수가 다시금 상기 보일러 본체(10)로 유입될 수 있도록 상기 현열 열교환부(H1)의 하부에 설치되는 용수유입관(14); 및
상기 현열 열교환부(H1)의 상부에 설치되는 것으로서 상기 현열 열교환부(H1)에서 가열된 용수가 상기 보일러 본체(10)의 외부로 배출되도록 하는 제2용수배출관(15);을 포함하는 것을 특징으로 하는 상향 연소식 콘덴싱 보일러.
제1항에 있어서,
일단은 상기 제2용수배출관(15)에 연결되고 타단은 상기 용수공급관(12)에 연결되는 용수회수관(53)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상향 연소식 콘덴싱 보일러.
제1항에 있어서,
상기 제1열전달판체(21) 또는 제2열전달판체(31)중 어느 하나 이상은 내부에 열매체가 충전될 수 있도록 재킷 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 상향 연소식 콘덴싱 보일러.
제1항에 있어서,
상기 제1열전달판체(21) 및 상기 제2열전달판체(31)는 내부에 열매체가 충전될 수 있도록 재킷 형태로 되어 있으며, 각각 상기 제1연소통(20) 및 상기 제2연소통 내부와 각각 소통되는 것을 특징으로 하는 상향 연소식 콘덴싱 보일러.
제1항에 있어서,
일단은 상기 제1용수배출관(13)에 연결되고 타단은 외부 수전에 연결되어 용수로 하여금 난방수로 사용되도록 하는 난방용 순환관(50);
일단은 상기 제1용수배출관(13)에 연결되고 타단은 상기 용수유입관(14)에 연결됨으로써 상기 잠열 열교환부(H2)를 빠져나온 용수가 상기 현열 열교환부(H1)로 직접 공급되도록 하는 중간 연결관(52); 및
상기 제1용수배출관(13), 난방용 순환관(50) 및 중간 연결관(52)의 교차지점에 설치되어 용수의 흐름방향을 선택할 수 있게 하는 제1밸브(51);를 포함하는 것을 특징으로 하는 상향 연소식 콘덴싱 보일러.