KR200483843Y1

KR200483843Y1 - 고효율 난방보일러

Info

Publication number: KR200483843Y1
Application number: KR2020150006601U
Authority: KR
Inventors: 정문교
Original assignee: 동서메탈(주)
Priority date: 2015-10-07
Filing date: 2015-10-07
Publication date: 2017-07-04
Also published as: KR20170001376U

Abstract

본 고안은 고효율 난방보일러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가열탱크의 구조를 난방용 물을 가열하는 시간을 최대로 증가시켜 물에 대한 열교환 효율을 극대화시킬 수 있는 구조로 새롭게 개선시킨 고효율 난방보일러에 관한 것이다.
즉, 본 고안은 가열탱크의 내부 공간을 여러개로 분할하고, 각 내부공간 중 특정의 내부공간에 히트파이프를 내설하여, 가열탱크내로 급수되는 물이 각 내부공간을 따라 유동되며 순환하는 동시에 특정 내부공간에 존재하는 히트파이프와 접촉되도록 함으로써, 물에 대한 히트파이프의 접촉시간 및 가열시간을 최대한 늘려서 물에 대한 히트파이프의 열교환 효율을 증대시킬 수 있는 고효율 난방보일러를 제공하고자 한 것이다.

Description

고효율 난방보일러{High Efficiency Electric Boiler}

본 고안은 고효율 난방보일러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가열탱크의 구조를 난방용 물을 가열하는 시간을 최대로 증가시켜 물에 대한 열교환 효율을 극대화시킬 수 있는 구조로 새롭게 개선시킨 고효율 난방보일러에 관한 것이다.

일반적으로, 전기보일러는 히트파이프로 물을 가열하여 생활용수로 공급하거나, 가열된 물을 온수관을 따라 이동시키면서 주변의 매체를 가열하여 난방에 이용되도록 하는 장치를 말하며, 열효율이 뛰어나고, 오염물질이 유발되지 않으며, 순간 급탕이 가능하다는 이점으로 인하여 다양한 분야에서 광범위하게 사용되고 있다.

대부분의 전기보일러는 가열탱크와, 이 가열탱크의 내부에 내설되는 히트파이프와, 가열탱크 내로 물을 공급하는 급수라인과, 가열탱크 내에서 가열된 온수를 생활용수나 난방이 필요한 난방부(예, 실내 바닥에 깔린 난방관 등)로 배출하는 배수라인과, 물 순환을 위한 순환펌프 등을 포함하여 구성된다.

그러나, 종래기술에 따른 전기보일러의 가열탱크는 다음과 같은 문제점이 있다

첫째, 급수라인으로부터 가열탱크내로 공급된 물이 가열탱크내에 장착된 히트파이프와 고르게 접촉하지 않을 뿐만 아니라, 그 접촉 시간 또한 짧아서 열교환 효율이 크게 떨어지는 문제점이 있다.

둘째, 가열탱크의 형상이 단순히 직사각형의 넓은 통 형상으로 되어 있기 때문에 가열탱크의 내부공간이 넓을 수 밖에 없고, 그에 따라 가열탱크내에 채워진 물을 하나의 히트파이프로 가열시키는데 한계가 있다.

대한민국 등록특허 등록번호 제10-1120247호(2012.02.17)

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 가열탱크의 내부 공간을 여러개로 분할하고, 각 내부공간 중 특정의 내부공간에 히트파이프를 내설하여, 가열탱크내로 급수되는 물이 각 내부공간을 따라 유동되며 순환하는 동시에 특정 내부공간에 존재하는 히트파이프와 접촉되도록 함으로써, 물에 대한 히트파이프의 접촉시간 및 가열시간을 최대한 늘려서 물에 대한 히트파이프의 열교환 효율을 증대시킬 수 있는 고효율 난방보일러를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안은: 상부 및 하부가 개방된 가열탱크 몸체프레임; 양쪽에 각각 밸브 장착홀 및 센서류 장착홀이 형성되고, 중간부분에는 히트파이프 장착홀이 형성된 구조로 구비되어, 상기 가열탱크 몸체프레임의 상부에 장착되는 상부 판체; 양쪽에 각각 급수라인 연결홀 및 배수라인 연결홀이 형성된 구조로 구비되어, 상기 가열탱크 몸체프레임의 하부에 장착되는 하부판체; 및 상부 또는 하부에 복수의 물 순환홀이 관통 형성된 판체 구조로 구비되어, 상기 상부판체의 저면과 하부판체의 상면 간에 연결되는 동시에 가열탱크내의 공간을 물이 히팅 가능하게 순환 흐름되는 3개 이상의 수조공간으로 분할하는 복수개의 배플플레이트; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고효율 난방보일러를 제공한다.

바람직하게는, 상기 배플플레이트의 상단 및 하단에 결합돌기가 형성되고, 상기 상부판체 및 하부판체에는 결합돌기가 삽입 결합되는 결합홀이 형성된 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 배플플레이트의 전단 및 후단에 결합돌기가 더 형성되고, 상기 가열탱크 몸체프레임의 전면 및 후면에는 결합돌기가 삽입 결합되는 결합홀이 더 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 결합돌기가 결합홀에 삽입 조립된 상태에서 일체화 및 수밀화를 위하여 결합돌기와 결합홀이 서로 알곤용접된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 복수개의 배플플레이트는: 상기 상부판체의 히트파이프 장착홀과 센서류 장착홀 간의 경계부에 상단끝이 결합되고, 하단끝이 수직 배열된 상태에서 하부판체에 결합되며, 하단부에 제1물 순환홀이 관통 형성된 제1배플플레이트와; 상기 상부판체의 히트파이프 장착홀과 밸브 장착홀 간의 경계부에 상단끝이 결합되고, 하단끝이 수직 배열된 상태에서 하부판체에 결합되며, 상단부에 제2물 순환홀이 관통 형성된 제2배플플레이트; 상단부에 제3물 순환홀이 형성된 구조로 구비되어, 히트파이프를 사이에 두고 상하로 배열되는 제3배플 플레이트; 로 구성되고, 상기 제1,2,3배플플레이트에 의하여 가열탱크내의 공간이 4개의 수조공간으로 분할되며, 물이 제1수조공간과, 제2수조공간의 제1공간 및 제2공간과, 제3수조공간을 따라 흐르도록 한 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 고안은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 고안에 따르면, 전기보일러용 가열탱크의 내부 공간을 물의 순환 흐름 가능한 여러개의 가열수조 공간으로 분할하고, 각 가열수조 공간 중 특정의 내부공간에 히트파이프를 내설하여, 가열탱크내로 급수되는 물이 각 가열수조 공간을 따라 유동되며 순환하는 동시에 특정 내부공간에 존재하는 히트파이프와 접촉되도록 함으로써, 물에 대한 히트파이프의 접촉시간 및 가열시간을 최대한 늘릴 수 있고, 그에 따라 물에 대한 히트파이프의 열교환 효율을 극대화시킬 수 있다.

도 1은 본 고안에 따른 고효율 난방보일러의 가열탱크 조립 전 상태를 도시한 분리 사시도,
도 2는 본 고안에 따른 고효율 난방보일러의 가열탱크의 조립 상태를 도시한 조립 사시도,
도 3 및 도 4는 본 고안에 따른 고효율 난방보일러의 가열탱크를 도시한 사시도 및 단면도,
도 5는 본 고안에 따른 가열탱크를 포함하는 고효율 난방보일러를 도시한 정단면도.
도 6은 본 고안에 따른 고효율 난방보일러의 가열탱크에 대한 다른 실시예를 도시한 단면도.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 5를 참조하면, 대부분의 전기보일러는 가열탱크(100)와, 이 가열탱크(100)의 내부에 내설되는 히트파이프(10)와, 가열탱크(100) 내로 물을 공급하는 급수라인(20)과, 가열탱크(100) 내에서 가열된 온수를 생활용수나 난방이 필요한 난방부(50: 예, 실내 바닥에 깔린 난방관 등)로 배출하는 배수라인(30)과, 물 순환을 위한 순환펌프(40)와, 전기보일러의 전반적인 작동 제어를 위한 제어부(60) 등을 포함하여 구성된다.

따라서, 상기 급수라인(20)을 통하여 가열탱크(100)내로 물이 공급되는 단계와, 가열탱크(100)내로 공급된 물이 히트파이프(10)와의 열교환에 의하여 가열되는 단계와, 가열된 물이 배수라인(30)을 통하여 배출되어 난방부(50)로 난방 가능하게 공급되는 단계 등이 반복되는 난방 흐름이 이루어진다.

그러나, 종래에는 가열탱크내로 공급된 물이 가열탱크내에 머무르는 시간이 짧고, 또한 히트파이프와의 접촉시간이 짧아서 열교환 효율이 크게 떨어지는 문제점이 있다.

본 고안은 위와 같은 종래의 문제점을 해소하고자, 가열탱크의 구조를 물이 머무르는 시간을 길게 연장하는 동시에 히트파이프 간의 접촉시간을 증가시킬 수 있는 구조로 개선하여, 열교환 효율을 극대화시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

첨부한 도 1 및 2는 본 고안에 따른 고효율 난방보일러용 가열탱크의 조립 전 상태를 도시한 분리 사시도이고, 도 2는 본 고안에 따른 고효율 난방보일러용 가열탱크의 조립 상태를 도시한 조립 사시도이다.

도 1 및 도 2에서, 도면부호 110은 가열탱크(100)의 전후좌우 벽면을 구성하는 가열탱크 몸체프레임(110)을 지시한다.

상기 가열탱크 몸체프레임(110)은 금속(예, 스테인리스) 재질로서 상부 및 하부가 개방된 중공의 직사각체 형상으로 절곡 구비된다.

상기 가열탱크 몸체프레임(110)의 상부 개방부 및 하부 개방부에는 각각 상부판체(120)와 하부판체(130)가 수밀 가능하게 용접 등을 이용하여 장착된다.

이때, 상기 상부판체(120)는 가열탱크 몸체프레임(110)의 상부 개방부 형태인 직사각 플레이트 형상으로 구비되며, 양쪽에 각각 밸브 장착홀(122) 및 센서류 장착홀(124)이 관통 형성되고, 중간부분에는 히트파이프 장착홀(126)이 형성된다.

또한, 상기 하부판체(130)는 가열탱크 몸체프레임(110)의 하부 개방부 형태인 직사각 플레이트 형상으로 구비되며, 양쪽에 각각 급수라인 연결홀(132) 및 배수라인 연결홀(134)이 형성된다.

첨부한 도 2를 참조하면, 상기 상부판체(120) 및 하부판체(130)를 가열탱크 몸체 프레임(110)에 장착하기 전에 상부판체(120)의 저면과 하부판체(130)의 상면 간에 가열탱크내의 공간을 3개 이상으로 분할하기 위한 복수개의 배플플레이트(140)가 먼저 연결된다.

상기 배플플레이트(140)는 상부 또는 하부에 복수의 물 순환홀(142)이 관통 형성된 판체 구조로 구비되어, 상기 상부판체(120)의 저면과 하부판체(130)의 상면 간에 연결되는 동시에 가열탱크(100)내의 공간을 물이 히팅 가능하게 순환 흐름되는 3개 이상의 수조공간(102,104,106)으로 분할하게 된다.

바람직하게는, 상기 배플플레이트(140)의 상단 및 하단에 결합돌기(144)가 형성되고, 이 결합돌기(144)와 대응되는 상부판체(120) 및 하부판체(130)의 위치에 결합홀(146)이 형성되는 바, 상기 결합돌기(144)를 결합홀(146)내에 삽입시킨 상태에서 결합돌기(144)와 결합홀(146) 간을 일체화 및 수밀화를 위하여 서로 알곤 용접시킨다.

더욱 바람직하게는, 상기 배플플레이트(140)의 전단 및 후단에 결합돌기(144)가 더 형성되고, 상기 가열탱크 몸체프레임(110)의 전면 및 후면에는 결합돌기(144)가 삽입 결합되는 결합홀(146)이 더 형성되는 바, 마찬가지로 상기 결합돌기(144)를 결합홀(146)내에 삽입시킨 상태에서 결합돌기(144)와 결합홀(146) 간을 일체화 및 수밀화를 위하여 서로 알곤 용접시킨다.

이렇게 도 2에서 보듯이 상기 복수의 배플플레이트(140)를 상부판체(120)의 저면과 하부판체(130)의 상면 간에 조립하고, 연결된 배플플레이트(140)와 가열탱크 몸체프레임(110) 간을 조립함으로써, 가열탱크 몸체프레임(110)의 상부 및 하부 개방부에 각각 상부판체(120) 및 하부판체(130)가 위치하고, 그 내부가 배플플레이트(140)에 의하여 여러개의 수조공간으로 분할된 본 고안의 가열탱크(100)가 완성된다.

한편, 본 고안의 바람직한 실시예로서 상기 배플플레이트(140)는 제1배플플레이트(140a)와 제2배플플레이트(140b)로 구성될 수 있다.

상기 제1배플플레이트(140a)는 상부판체(120)의 히트파이프 장착홀(126)과 센서류 장착홀(124) 간의 경계부에 상단끝이 결합되고(상기와 같이 결합돌기(144)가 결합홀(146)내에 삽입되어 알곤 용접됨), 하단끝이 수직 배열된 상태에서 하부판체(130)에 결합되며(상기와 같이 결합돌기(144)가 결합홀(146)내에 삽입되어 알곤 용접됨), 하단부에 제1물 순환홀(142a)이 관통 형성된 구조로 구성된다.

상기 제2배플플레이트(140b)는 상부판체(120)의 히트파이프 장착홀(126)과 밸브 장착홀(122) 간의 경계부에 상단끝이 결합되고(상기와 같이 결합돌기(144)가 결합홀(146)내에 삽입되어 알곤 용접됨), 하단끝이 수직 배열된 상태에서 하부판체(130)에 결합되며(상기와 같이 결합돌기(144)가 결합홀(146)내에 삽입되어 알곤 용접됨), 상단부에 제2물 순환홀(142b)이 관통 형성된 구조로 구성된다.

따라서, 상기 제1배플플레이트(140a) 및 제2배플플레이트(140b)에 의하여 가열탱크(100)내의 공간이 제1 및 제2물 순환홀(142a,142b)을 통하여 물이 히팅 가능하게 순환되도록 한 제1수조공간(102)과 제2수조공간(104)과 제3수조공간(106) 등 3개의 수조공간으로 분할된다.

첨부한 도 3 및 도 4는 본 고안에 따른 고효율 난방보일러용 가열탱크를 도시한 사시도 및 단면도로서, 히트파이프를 비롯하여 각종 밸브 및 센서류 등이 조립된 상태를 나타낸다.

도 3 및 도 4에서 보듯이, 상기 가열탱크(100)의 수조공간(102,104,106) 중 가운데에 위치한 제2수조공간(104)내에 히트파이프 장착홀(126)을 통해 삽입 장착되는 히트파이프(10)가 내재된다.

또한, 상기 상부판체(120)의 밸브 장착홀(122)에는 기포와 같은 에어가 배출되도록 한 안전밸브(72)가 장착되고, 센서류 장착홀(124)에는 온도센서(74) 및 수위센서(76)가 장착된다.

또한, 상기 하부판체(130)의 급수라인 연결홀(132)에는 급수라인(20)을 연결하기 위한 급수라인 연결구(82)가 장착되고, 배수라인 연결홀(134)에는 배수라인(30)을 연결하기 위한 배수라인 연결구(84)가 장착된다.

여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 고안의 고효율 난방보일러에 대한 작동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 급수라인(20)을 통하여 가열탱크(100)의 제1수조공간(102)으로 물이 공급된 후, 제1수조공간(102)과 제2수조공간(104)을 분할하는 제1배플플레이트(140a)의 하단부에 형성된 제1물 순환홀(142a)을 통하여 제2수조공간(104)내에 물이 흐르게 된다.

이에, 상기 제2수조공간(104)내에 공급된 물이 히트파이프(10)에 의하여 용이하게 가열된다.

특히, 상기 제2수조공간(104)내에 공급된 물은 제2수조공간(104)내에 가득 찰 땔까지, 바람직하게는 제2수조공간(104)과 제3수조공간(106)을 분할하는 제2배플플레이트(140b)의 상단부에 형성된 제2물 순환홀(142b)에 도달할 때까지 히트파이프(10)에 의하여 지속적으로 가열된다.

이어서, 상기 제2수조공간(104)내에서 가열된 물은 제2배플플레이트(140b)의 상단부에 형성된 제2물 순환홀(142b)을 통과하여 제3수조공간(106)내로 흐르게 된다.

연이어, 상기 제3수조공간(106)내로 흐른 가열된 물은 배수라인(30)을 통하여 배출된 후, 난방부(50)로 난방 가능하게 공급된다.

이와 같이, 상기 가열탱크(100)내의 가열수조 공간 즉, 제1 내지 제3수조공간(102,104,106)을 따라 물이 순환 흐름되도록 함으로써, 물에 대한 히트파이프의 접촉시간 및 가열시간을 최대한 늘릴 수 있고, 그에 따라 물에 대한 히트파이프의 열교환 효율을 극대화시킬 수 있으므로, 난방보일러에 유용하게 적용할 수 있다.

한편, 본 고안의 바람직한 실시예로서, 첨부한 6에서 보듯이 상기 제2수조공간(104)내에 히트파이프(10)를 사이에 두고 제3배플 플레이트(140c)가 더 배치되며, 이 제3배플 플레이트(140c)는 상단부에 제3물 순환홀(142c)이 형성된 구조로 구비된다.

이에, 상기 제1,2,3배플플레이트(140a,140b,140c)에 의하여 가열탱크(100)내의 공간이 제1 내지 제3수조공간(102,104,106)으로 분할되되, 제2수조공간(104)이 제3배플 플레이트(140c)에 의하여 제1공간(104a) 및 제2공간(104b)으로 더 나누어진다.

따라서, 상기 급수라인(20)을 통하여 가열탱크(100)의 제1수조공간(102)으로 물이 공급된 후, 제1수조공간(102)과 제2수조공간(104)을 분할하는 제1배플플레이트(140a)의 하단부에 형성된 제1물 순환홀(142a)을 통하여 제2수조공간(104)의 제1공간(104a)내에 물이 흐른 다음, 제3물 순환홀(142c)을 통하여 제2수조공간(104)의 제2공간(104b)내로 물이 순환됨으로써, 물이 히트파이프(10)에 의하여 더욱 긴 시간 동안 가열된다.

이어서, 상기 제2수조공간(104)의 제2공간(104b) 내에서 가열된 물은 제2배플플레이트(140b)의 상단부에 형성된 제2물 순환홀(142b)을 통과하여 제3수조공간(106)내로 흐르게 된다.

이와 같이, 물이 제1수조공간(102)과, 제2수조공간(104)의 제1공간(104a) 및 제2공간(104b)과, 제3수조공간(106)을 따라 흐르도록 함으로써, 물에 대한 히트파이프의 접촉시간 및 가열시간을 최대한 늘릴 수 있고, 그에 따라 물에 대한 히트파이프의 열교환 효율을 더욱 극대화시킬 수 있다.

한편, 가열탱크 몸체프레임(110)의 둘레에는 마모방지코팅층이 형성될 수 있다. 이 마모방지코팅층은, 산화크롬(Cr₂O₃) 96∼98중량% 및 이산화티타늄(TiO₂) 2∼4중량%가 혼합되어 이루어진 분말이 가열탱크 몸체프레임(110)에 용사되어서 이루어지고, 50∼600㎛의 두께로 이루어지며, 경도는 900∼1000HV를 유지하도록 플라즈마 코팅된다.

가열탱크 몸체프레임(110)에 세라믹 코팅을 하는 이유는 마모 방지 및 부식 방지가 주목적이다. 세라믹 코팅은 크롬도금 또는 니켈크롬도금에 비해 내부식성, 내스크래치성, 내마모성, 내충격성 및 내구성이 뛰어나다.

산화크롬(Cr₂O₃)은, 금속 내부로 침입하는 산소를 차단시키는 부동태피막(Passivity Layer)의 역할을 함으로써 녹이 잘 슬지 않도록 하는 역할을 한다.

이산화티타늄(TiO₂)은, 물리화학적으로 매우 안정적이고 은폐력이 높아서 백색안료로 많이 된다. 또한 굴절율이 높아서 고굴절율의 세라믹스에도 많이 이용되고 있다. 그리고 광촉매적 특성과 초친수성의 특성을 갖는다. 이산화티타늄(TiO₂)은, 공기정화 작용, 항균작용, 유해물질 분해작용, 오염방지 기능, 변색 방지기능의 역할을 수행한다. 이러한 이산화티타늄(TiO₂)은, 마모방지코팅층이 가열탱크 몸체프레임(110)의 외주면에 확실하게 피복되도록 하며, 마모방지코팅층에 부착된 이물질을 분해, 제거하여 마모방지코팅층의 손상을 방지시킨다.

여기서, 산화크롬(Cr₂O₃)과 이산화티타늄(TiO₂)을 혼합하여서 사용할 경우, 이들의 혼합 비율은, 산화크롬(Cr₂O₃) 96∼98중량%에 이산화티타늄(TiO₂) 2∼4중량%가 혼합되는 것이 바람직하다.

산화크롬(Cr₂O₃)의 혼합비율이 96∼98%보다 적을 경우, 고온 등의 환경에서 산화크롬(Cr₂O₃)의 피복이 파괴되는 경우가 종종 발생되었으며, 이에 따라 가열탱크 몸체프레임(110)의 외주면의 녹방지 효과가 급격이 저하되었다.

이산화티타늄(TiO₂)의 혼합비율이 2∼4중량%보다 적을 경우, 이를 산화크롬(Cr₂O₃)에 혼합하는 목적이 퇴색될 정도로 이산화티타늄(TiO₂)의 효과가 미미하였다. 즉, 이산화티타늄(TiO₂)은 가열탱크 몸체프레임(110)의 외주면 둘레에 부착되는 이물질을 분해, 제거하여서 가열탱크 몸체프레임(110)의 외주면이 부식되거나 손상되는 것을 방지시키는데, 그 혼합비율이 2∼4중량%보다 작을 경우, 부착된 이물질을 분해하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

이러한 재료들로 이루어진 코팅층은, 가열탱크 몸체프레임(110)의 외주면 둘레에 50∼600㎛의 두께로 이루어지고, 경도는 900∼1000HV, 표면조도는 0.1∼0.3㎛를 유지하도록 플라즈마 코팅된다.

이러한 마모방지코팅층은, 상기의 분말가루와 1400℃의 가스를 마하 2정도의 속도로 가열탱크 몸체프레임(110)의 외주면의 둘레에 제트분사하여서 50∼600㎛으로 용사한다.

마모방지코팅층의 두께가 50㎛ 미만일 경우, 상술한 세라믹 코팅층에 의한 효과가 보장되지 못하게 되며, 마모방지코팅층의 두께가 600㎛을 초과할 경우, 상술한 효과의 증대는 미미한 반면 과다한 세라믹코팅에 의해 작업시간 및 재료비가 낭비되는 문제점이 있다.

가열탱크 몸체프레임(110)의 외주면에 마모방지코팅층이 코팅되는 동안 가열탱크 몸체프레임(110)의 온도는 상승되는데, 가열된 가열탱크 몸체프레임(110)의 외주면의 변형이 방지되도록 가열탱크 몸체프레임(110)이 냉각장치(미도시)로 냉각되어서 150∼200℃의 온도를 유지하도록 된다.

마모방지코팅층의 둘레에는 금속계 유리 석영 계통으로 이루어진 무수크롬산(CrO₃)으로 이루어진 실링재가 더 도포될 수 있다. 무수크롬산은 무기실링재로써 크롬니켈 분말로 이루어진 코팅층 둘레에 도포된다.

무수크롬산(CrO₃)은, 높은 내마모, 윤활성, 내열성, 내식성, 이형성을 필요로 하는 곳에 사용되며, 대기중에서 변색이 안되고, 내구성이 크며, 내마모성과 내식성이 좋다. 실링재의 코팅 두께는 0.3∼0.5㎛ 정도가 바람직하다. 실링재의 코팅두께가 0.3㎛ 미만이면 약간의 스크래치홈에도 실링재가 쉽게 파이면서 벗겨지게 되므로 상술한 효과를 얻을 수 없게 된다. 실링재의 코팅두께가 0.5㎛를 초과할 정도로 두껍게 하면 도금면에 핀홀(pin hole), 균열 등이 많게 된다. 따라서 실링재의 코팅두께는 0.3∼0.5㎛ 정도가 바람직하다.

따라서 가열탱크 몸체프레임(110)에 내마모성 및 내산화성이 뛰어난 코팅층이 형성되므로 가열탱크 몸체프레임(110)이 마모되거나 산화되는 것이 방지되고, 이에 따라 제품의 수명이 연장된다.

또한, 상부판체(120)는 FCD주철로 이루어질 수 있다. 이 FCD주철을 1600∼1650℃로 가열시켜서 용탕으로 만든 다음 탈황처리를 하며, 마그네슘이 0.3∼0.7중량% 정도 포함된 구상화 처리제를 넣고 1500∼1550℃에서 구상화 처리를 실시한 후 열처리하여 이루어진다.

FCD주철은, 일반 회주철의 용탕에 마그네슘 등을 첨가하여 응고과정에서 흑연이 구상으로 정출된 주철이므로 회주철에 비하여 흑연의 형태가 구상이다. 이러한 FCD주철은 노치효과가 적기 때문에 응력 집중 현상이 감소되어 강도와 인성이 크게 향상된다.

본 고안의 상부판체(120)는 FCD주철을 1600∼1650℃로 가열시켜서 용탕으로 만든 다음 탈황처리를 하며, 마그네슘이 0.3∼0.7중량% 정도 포함된 구상화 처리제를 넣고 1500∼1550℃에서 구상화 처리를 실시한 후 열처리하여 이루어진다.

여기서, FCD주철을 1600℃ 미만으로 가열하면 전체 조직이 충분히 용융되지 못하며, 1650℃를 초과하여 가열시키면 불필요하게 에너지가 낭비된다. 그러므로 FCD주철을 1600∼1650℃로 가열하는 것이 바람직하다.

용융된 FCD주철에는 마그네슘이 0.3∼0.7중량% 정도 포함된 구상화 처리제를 넣는 바, 마그네슘이 0.3중량% 미만이면 구상화 처리제를 투입효과가 극히 미미해 지며, 0.7중량%를 초과하면 구상화 처리제의 투입효과가 크게 향상되지 않는 반면에, 고가의 재료비가 증가되는 문제점이 있다. 그러므로 구상화 처리제의 마그네슘 혼합비율은 0.3∼0.7중량% 정도가 적합하다.

용융된 FCD주철에 구상화 처리제가 투입되면 이를 1500∼1550℃에서 구상화 처리를 실시한다. 구상화 처리 온도가 1500℃ 미만이면 구상화 처리가 제대로 이루어지지 않으며, 1550℃를 초과하면 구상화 처리 효과가 크게 개선되지 않는 반면에 불필요하게 에너지가 낭비된다. 그러므로 구상화 처리 온도는 1500∼1550℃가 적합하다.

이와 같이 본 고안의 상부판체(120)가 FCD주철로 이루어지므로 노치효과가 적기 때문에 응력 집중 현상이 감소되어 강도와 인성이 크게 향상된다.

그리고, 제어부(60)의 외부케이스에는 온도에 따라 색이 변화하는 변색부가 도포될 수 있다. 이 변색부는, 소정의 온도 이상이 되었을 때 색이 변하는 두 가지 이상의 온도변색물질이 제어부(60)의 외부케이스 표면에 코팅되어 온도 변화에 따라 두 개 이상의 구간으로 분리됨으로써 단계적인 온도 변화를 판단할 수 있고, 변색부 위에는 변색부가 손상되는 것을 방지하기 위한 보호막층이 코팅된다.

여기서, 변색부는, 각각 40℃ 이상 및 60℃ 이상의 변색온도를 갖는 온도변색물질을 코팅하여 형성될 수 있다. 변색부는 제어부(60)의 외부케이스 온도에 따라 색이 변화하여 도료의 온도 변화를 감지하기 위한 것이다.

이러한 변색부는 소정의 온도 이상이 되었을 때 색깔이 변하는 온도변색물질이 제어부(60)의 외부케이스 표면에 코팅됨으로써 형성될 수 있다. 또한, 온도변색물질은 일반적으로 1~10㎛의 마이크로캡슐 구조로 구성되어 있고, 마이크로캡슐 내에 전자 공여체와 전자 수용체의 온도에 따른 결합 및 분리현상으로 인해 유색 및 투명색을 나타내도록 할 수 있다.

또한, 온도변색물질은 색의 변화가 빠르고, 40℃, 60℃, 70℃, 80℃, 등의 다양한 변색온도를 가질 수 있으며, 이러한 변색온도는 여러 방법으로 쉽게 조정될 수 있다. 이러한 온도변색물질은 유기화합물의 분자 재배열, 원자단의 공간 재배치 등의 원리에 의한 다양한 종류의 온도변색물질이 이용될 수 있다.

이를 위해, 변색부는 서로 다른 변색 온도를 가지는 두 가지 이상의 온도변색물질을 코팅하여 온도 변화에 따라 두 개 이상의 구간으로 분리되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이 온도변색층은 상대적으로 저온의 변색온도를 갖는 온도변색물질과 상대적으로 고온의 변색온도를 갖는 온도변색물질을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 40℃이상 및 60℃이상의 변색온도를 갖는 온도변색물질을 사용하여 변색부를 형성할 수 있다.

이를 통해, 제어부(60)의 온도 변화를 단계적으로 확인할 수 있어 도료의 온도변화를 감지할 수 있으며, 이에 따라 제어부(60)를 최적의 상태에서 운용할 수 있으며, 과열에 의한 제어부(60)의 손상을 미연에 방지시킬 수 있다.

또한, 보호막층은 변색부 위에 코팅되어서 외부의 충격으로 인해 변색부가 손상되는 것을 방지하며, 변색부의 변색 여부를 쉽게 확인함과 동시에 온도변색물질이 열에 약한 것을 고려하여 단열 효과를 가지는 투명 코팅재를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 온도센서(74)의 표면에는 온도센서(74)의 오지시 및 수명단축의 원인이 되는 표면오염문제를 해결하기 위하여 실리콘 성분을 포함한 코팅층이 형성될 수 있다. 상기 코팅층은 미생물 및 부유물 등의 부착을 억제하여 오지시를 방지하고 온도센서(74)의 사용기간을 반영구적으로 연장할 수 있게 된다.

상기 코팅액을 제조하는 방법에 대하여 간략하게 설명하자면, 우선 에틸아세테이트(ethyl acetate)용액에 디메틸디클로로실란 용액을 부피비로 2-5% 용해시켜 코팅액을 제조한다. 이때, 상기 디메틸디클로로실란 용액의 함량이 2%에 미치지 못하면 코팅의 효과를 충분히 얻을 수 없고, 5%를 초과하면 코팅층이 너무 두꺼워져 효율이 떨어진다. 상기와 같은 비율로 용해된 코팅액은 코팅시간 및 코팅두께를 고려하여 용액의 점도가 0.8-2cp(센티포아제)의 범위인 것이 바람직하다. 이는 점도가 너무 낮으면 코팅시간을 오래해야 하며, 점도가 너무 높으면 코팅이 두껍게 일어나고 건조가 안되며 또한 불균일한 코팅으로 인하여 센서의 오지시를 유발할 수 있기 때문이다.

본 고안에서는 상기와 같이 제조된 코팅용액으로 온도센서(74)의 표면을 1㎛이하의 두께로 코팅한다. 이때, 코팅층의 두께가 1㎛를 초과하면 오히려 온도센서(74)의 감도를 저하시키기 때문에 본 고안에서는 코팅층의 두께를 1㎛이하로 한정한다. 또한, 상기와 같은 두께로 코팅하는 방법으로서는 온도센서(74) 표면에 2-3회 정도 분사하는 스프레이 방법이 사용될 수 있다.

한편, 가열탱크 몸체프레임(110)의 내측에는 흡음층이 도포될 수 있다.

상기 흡음층을 구성하는 부직포로는 니들펀치 부직포가 사용될 수 있다.

니들펀치 부직포로 이루어진 흡음층을 구성하는 섬유의 종류는, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 아크릴 섬유, 천연 섬유 등이 있다.

상기 흡음층의 두께는, 0.3 ~ 15㎜인 것이 바람직하다. 상기 흡음층의 두께가 0.3㎜ 미만에서는 충분한 흡음 효과가 얻어지지 않고, 15㎜를 초과하면 가열탱크 몸체프레임(110)의 내부 공간이 감소되어서 스페이스가 충분히 얻어지지 않는 단점이 되므로 바람직하지 않다.

상기 흡음층의 단위 무게는 10 ~ 1000g/m² 로 하는 것이 바람직하다. 10g/m² 미만에서는 충분한 흡음효과가 얻어지지 않고, 또한 1000g/m² 을 넘으면 가열탱크 몸체프레임(110)의 경량성을 확보할 수 없으므로 바람직하지 않다.

상기 흡음층을 구성하는 섬유의 섬도는 0.1 ~ 30데시텍스의 범위인 것이 바람직하다. 0.1데시텍스 미만에서는 저주파 소음의 흡수가 어렵고, 쿠션성도 저하되므로 바람직하지 않다. 또한 30데시텍스를 넘으면 고주파 소음의 흡수가 어려우므로 바람직하지 않다. 그 중에서도 흡음층을 구성하는 섬유의 섬도는 0.1 ~ 15데시텍스의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.

이러한 상기 흡음층이 가열탱크 몸체프레임(110)의 내측에 구비되므로 고효율 난방보일러의 구동시 소음을 저감시킬 수 있다.

또한, 상부판체(120) 및 하부판체(130)는 아연도 강판 또는 알루미늄 소재 등의 재질로 구성될 수 있으며, 이러한 상부판체(120) 및 하부판체(130)는 먼지, 오염물질 등으로부터 표면의 부식현상을 방지시키기 위해 금속재의 표면 도포재료로 도포층이 형성되어 있다. 이 도포층은 알루미나 분말 60중량%, NH₄Cl 30중량%, 아연 2.5중량%, 구리 2.5중량%, 마그네슘 2.5중량%, 티타늄 2.5중량%로 구성된다.

상기 알루미나 분말은 고온으로 가열될 때 소결, 엉킴, 융착 방지 등의 목적으로 첨가된다. 이러한 알루미나 분말이 60중량% 미만으로 첨가되면, 소결, 엉킴, 융착 방지의 효과가 떨어지며, 알루미나 분말이 60중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에, 재료비가 크게 증가된다. 따라서, 알루미나 분말은 60중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 NH₄Cl은 증기 상태의 알루미늄, 아연, 주식, 구리 및 마그네슘과 반응하여 확산 및 침투를 활성화시키는 역할을 한다. 이러한 NH₄Cl은 30중량% 첨가된다. NH₄Cl이 30중량% 미만으로 첨가되면, 증기 상태의 알루미늄, 아연, 주식 구리 및 마그네슘과 반응이 제대로 이루어지지 않으며 이에 따라 확산 및 침투를 활성화시키지 못한다. 반면에, NH₄Cl이 30중량% 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에, 재료비가 크게 증가된다. 따라서 NH₄Cl은 30중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 아연은 물에 닿는 금속의 부식을 방지하는 것과 전기 방식용으로 사용되도록 배합된다. 이러한 아연은 2.5중량%가 혼합된다. 아연의 혼합비율이 2.5중량%를 초과하면 물에 닿는 금속의 부식을 제대로 방지시키지 못하게 된다. 반면에 아연의 혼합비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비가 크게 증가된다. 따라서 아연은 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.

상기 구리는 상기 알루미늄과 조합하여 금속의 경도 및 인장강도를 높이게 된다. 이러한 구리는 2.5중량% 혼합된다. 구리의 혼합 비율이 2.5중량% 미만이면, 알루미늄과 조합될시 금속의 경도 및 인장강도를 제대로 높이지 못하게 된다. 반면에 구리의 혼합 비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비가 크게 증가된다. 따라서 구리는 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.

상기 마그네슘의 순수한 금속은 구조강도가 낮으므로 상기 아연 등과 함께 조합하여 금속의 경도, 인장강도 및 염수에 대한 내식성을 높이는 용도로 배합된다. 이러한 마그네슘은 2.5중량% 혼합된다. 마그네슘의 혼합 비율이 2.5중량% 미만이면, 아연 등과 함께 조합될 시 금속의 경도, 인장강도 및 염수에 대한 내식성이 크게 개선되지 않는다. 반면에 마그네슘의 혼합 비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비가 크게 증가된다. 따라서 마그네슘는 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.

상기 티타늄은 가볍고 단단하고 내부식성이 있는 전이 금속 원소로 은백색의 금속광택이 있는바, 뛰어난 내식성과 비중이 낮아 강철 대비 무게는 60% 밖에 되지 않으므로 금속모재에 도포되는 도포재의 중량은 줄이되 광택을 높이고 뛰어난 방수성 및 내식성을 갖도록 배합된다.

이러한 티타늄은 2.5중량% 혼합된다. 티타늄의 혼합 비율이 2.5중량% 미만이면, 금속모재에 도포되는 도포재의 중량이 그다지 경감되지 않고, 광택성, 방수성, 내식성이 크게 개선되지 않는다. 반면에, 티타늄의 혼합 비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비는 크게 증가된다. 따라서 티타늄은 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.

본 고안에 따른 상부판체(120) 및 하부판체(130)의 표면도포방법은 다음과 같다.

도포층이 형성되어야 할 모재와 상기 구성으로 배합된 도포재료를 폐쇄로 내에 함께 투입시키고 폐쇄로 내부에는 모재의 산화를 방지하기 위하여 2 L/min의 비율로 아르곤 가스를 주입시킨다, 아르곤 가스가 주입된 상태에서 700℃ 내지 800℃의 온도로 4 ~ 5 시간 동안 유지한다.

상기 단계를 수행하여 증기 상태의 알루미나 분말, 아연, 구리, 마그네슘 및 티타늄이 폐쇄로 내부에 형성되고, 알루미늄 분말, 알루미나 분말, 아연, 구리, 마그네슘 및 티타늄 배합물은 모재의 표면에 침투하여 도포층이 형성된다.

도포층이 형성된 후 폐쇄로 내부의 온도를 도포 물질/기재 복합물이 800℃~900℃로 하여 30 ~ 40시간을 유지하면 모재의 표면에는 부식 방지용 도포층이 형성되어 모재의 표면과 외기를 격리시키게 된다. 이때 상기 공정을 수행함에 있어 급격한 온도 변화는 모재 표면의 도포층이 박리될 수 있으므로 60℃/hr의 비율로 온도 변화를 시킨다.

본 고안의 도포층은 다음과 같은 장점이 있다.

본 고안의 도포층은 매우 넓은 범위의 용도를 가지므로 커튼 도포, 스프레이 페인팅, 딥 도포, 플루딩(flooding) 등과 같은 여러 가지 방법에 의해 도포될 수 있다.

본 고안의 도포층은 부식 및/또는 스케일에 대한 원칙적인 보호 기능에 추가하여 도포가 매우 얇은 층두께로 도포될 수 있어 전기전도성을 개선하는 것은 물론 물질 및 비용 절감이 가능하다. 열간 성형 과정 이후에도 높은 전기전도성이 바람직하다면 얇은 전기전도성 프라이머가 도포층의 상부에 도포될 수 있다.

성형 과정 또는 열간 성형 과정 이후, 도포 물질은 기재의 표면상에 유지될 수 있으며, 예를 들어,긁힘 내성을 증가시키며, 부식 보호를 개선하고, 미적 외관을 충족시키며, 변색을 방지하고, 전기전도성을 변화시키며 종래 다운스트림 공정(예, 침린 및 전기이동 딥 도포)용 프라이머로 제공될 수 있다.

이러한 본 고안은 본 고안의 상부판체(120) 및 하부판체(130)가 아연도 강판 또는 알루미늄 소재 등의 재질로 구성되고, 이와 같은 재질의 상부판체(120) 및 하부판체(130)에 알루미나 분말, NH₄Cl, 아연, 구리, 마그네슘, 티타늄으로 이루어진 도포층이 도포되므로 먼지, 오염물질 등으로부터 상부판체(120) 및 하부판체(130)의 표면 부식현상을 방지시킬 수 있다.

10 : 히트파이프 20 : 급수라인
30 : 배수라인 40 : 순환펌프
50 : 난방부 60 : 제어부
72 : 안전밸브 74 : 온도센서
76 : 수위센서 82 : 급수라인 연결구
84 : 배수라인 연결구 100 : 가열탱크
102 : 제1수조공간 104 : 제2수조공간
104a : 제1공간 104b : 제2공간
106 : 제3수조공간 110 : 가열탱크 몸체프레임
120 : 상부판체 122 : 밸브 장착홀
124 : 센서류 장착홀 126 : 히트파이프 장착홀
130 : 하부판체 132 : 급수라인 연결홀
134 : 배수라인 연결홀 140 : 배플플레이트
140a : 제1배플플레이트 140b : 제2배플플레이트
140c : 제3배플플레이트 142 : 물 순환홀
142a : 제1물 순환홀 142b : 제2물 순환홀
142c : 제3물 순환홀 144 : 결합돌기
146 : 결합홀

Claims

상부 및 하부가 개방된 가열탱크 몸체프레임(110);
양쪽에 각각 밸브 장착홀(122) 및 센서류 장착홀(124)이 형성되고, 중간부분에는 히트파이프 장착홀(126)이 형성된 구조로 구비되어, 상기 가열탱크 몸체프레임(110)의 상부에 장착되는 상부판체(120);
양쪽에 각각 급수라인 연결홀(132) 및 배수라인 연결홀(134)이 형성된 구조로 구비되어, 상기 가열탱크 몸체프레임(110)의 하부에 장착되는 하부판체(130);
상부 또는 하부에 복수의 물 순환홀(142)이 관통 형성된 판체 구조로 구비되어, 상기 상부판체(120)의 저면과 하부판체(130)의 상면 간에 연결되는 동시에 가열탱크(100)내의 공간을 물이 히팅 가능하게 순환 흐름되는 3개 이상의 수조공간(102,104,106)으로 분할하는 복수개의 배플플레이트(140); 및
상기 3개의 수조공간(102,104,106) 중 가운데에 위치한 수조공간(104)내에 히트파이프 장착홀(126)을 통해 삽입 장착되는 히트파이프(10)를 포함하여 구성되고;
상기 배플플레이트(140)의 상단 및 하단에 결합돌기(144)가 형성되고, 상기 상부판체(120) 및 하부판체(130)에는 결합돌기(144)가 삽입 결합되는 결합홀(146)이 형성되며;
상기 배플플레이트(140)의 전단 및 후단에 결합돌기(144)가 더 형성되고, 상기 가열탱크 몸체프레임(110)의 전면 및 후면에는 결합돌기(144)가 삽입 결합되는 결합홀(146)이 더 형성되고;
상기 결합돌기(144)가 결합홀(146)에 삽입 조립된 후 일체화 및 수밀화를 위하여 서로 알곤 용접되며;
상기 복수개의 배플플레이트(140)는:
상기 상부판체(120)의 히트파이프 장착홀(126)과 센서류 장착홀(124) 간의 경계부에 상단끝이 결합되고, 하단끝이 수직 배열된 상태에서 하부판체(130)에 결합되며, 하단부에 제1물 순환홀(142a)이 관통 형성된 제1배플플레이트(140a)와;
상기 상부판체(120)의 히트파이프 장착홀(126)과 밸브 장착홀(122) 간의 경계부에 상단끝이 결합되고, 하단끝이 수직 배열된 상태에서 하부판체(130)에 결합되며, 상단부에 제2물 순환홀(142b)이 관통 형성된 제2배플플레이트(140b);
상단부에 제3물 순환홀(142c)이 형성된 구조로 구비되어, 히트파이프(10)를 사이에 두고 상하로 배열되는 제3배플 플레이트(140c);
로 구성되고, 상기 제1,2,3배플플레이트(140a,140b,140c)에 의하여 가열탱크(100)내의 공간이 4개의 수조공간(102,104a,104b,106)으로 분할되며, 물이 제1수조공간(102)과, 제2수조공간(104)의 제1공간(104a) 및 제2공간(104b)과, 제3수조공간(106)을 따라 흐르도록 하며;
가열탱크 몸체프레임(110)의 둘레에는 마모방지코팅층이 형성되되, 상기 마모방지코팅층은, 산화크롬(Cr₂O₃) 96∼98중량% 및 이산화티타늄(TiO₂) 2∼4중량%가 혼합되어 이루어진 분말이 가열탱크 몸체프레임(110)에 용사되어서 이루어지고, 50∼600㎛의 두께로 이루어지며, 경도는 900∼1000HV를 유지하도록 플라즈마 코팅되고;
상기 마모방지코팅층의 둘레에는 무수크롬산(CrO₃)으로 이루어진 실링재가 더 도포되되, 상기 실링재의 코팅 두께는 0.3∼0.5㎛ 이며;
상부판체(120)는 FCD주철로 이루어지되, 상기 FCD주철을 1600∼1650℃로 가열시켜서 용탕으로 만든 다음 탈황처리를 하며, 마그네슘이 0.3∼0.7중량% 정도 포함된 구상화 처리제를 넣고 1500∼1550℃에서 구상화 처리를 실시한 후 열처리하여 이루어지고;
가열탱크 몸체프레임(110)의 내측에는 흡음층이 도포되되, 상기 흡음층을 구성하는 부직포로는 니들펀치 부직포가 사용되며, 상기 흡음층의 두께는, 0.3 ~ 15㎜이고, 상기 흡음층의 단위 무게는 10 ~ 1000g/m² 이고, 상기 흡음층을 구성하는 섬유의 섬도는 0.1 ~ 30데시텍스이며;
상부판체(120) 및 하부판체(130)는 금속재의 표면 도포재료로 도포층이 형성되되, 상기 도포층은 알루미나 분말 60중량%, NH₄Cl 30중량%, 아연 2.5중량%, 구리 2.5중량%, 마그네슘 2.5중량%, 티타늄 2.5중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 고효율 난방보일러.
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