KR20090106203A - 보일러시스템용 열증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보일러시스템에서 사용될 수 있는 열등폭관 및 그것을 이용하는 열증폭기에 관한 것이다. 본 발명의 열증폭관은 아스콘 축발열 특성을 이용한 것으로서, 유로용 내관과 동축의 외관 사이에 충진되는 아스콘을 포함한다. 상기 열증폭관은 본 발명의 열증폭기에 전열관으로서 이용되는데, 하우징의 내부에 분리 가능하게 장착된다. 하우징의 내부에 유입된 저온수는 열증폭관을 지나면서 고온으로 증폭되어 난방 배관으로 공급되게 된다.

보일러, 열증폭, 내관, 외관, 아스콘

Description

보일러시스템용 열증폭관 및 그것을 이용한 열증폭기 {Heat amplification pipe for boiler system and heat amplifier using the same}

본 발명은 난방용의 보일러시스템에서 일반적으로 사용되는 열교환기(heat exchanger)를 대체하여 유효하게 적용될 수 있는 열증폭관 및 그것을 이용한 열증폭기에 관한 것이다.

통상의 난방용 보일러시스템은 연소열을 제공하는 보일러와, 상기 보일러에 의해 가열된 유체가 통과하는 열교환기와, 상기 열교환기를 경유하도록 연결된 난방용 배관으로 이루어진다.

도 1을 참조하면, 통상의 보일러시스템에서 일반적으로 사용되는 열교환기가 부호 100으로 표시되어 있다. 상기 열교환기(100)는 전열량(傳熱量)을 고려하여 코일형, 지그재그형, 기타 형태로 특별하게 설계되는 내부 전열(傳熱)관(101)을 포함한다.

상기 열교환용 전열관(101)은 보일러에 의하여 가열된 유체가 순환 통과하면서 고온으로 되고, 이 때 난방배관에서 저온으로 환수된 물이 상기 열교환기(100)를 경유하면서 열전도가 발생되어 고온 난방용으로 급수되는 것이다. 상기 난방배관 상의 환수 및 급수는 순환펌프에 의하여 가능하게 된다.

시스템 상으로는, 순환펌프의 작동으로 환수된 저온의 물이 열교환기의 내부 파이프 및 보일러를 계속 경유하고 다시 열교환기를 통하여 고온 난방용으로 급수되도록 하기도 한다. 난방용 보일러시스템에서 배관은 폐루프 형태의 배관이지만, 온수용 보일러시스템에서는 직·배수 배관일 수 있으며, 시스템에 따라서는 이들이 겸용으로 설계되기도 한다.

상기한 열교환용 전열관(101)으로서 전열을 위하여 당연히 금속관이 사용되며, 용도에 따라서는 단관식, 이중관식, 다중관식 파이프가 사용된다. 지금까지의 보일러시스템에서는 상기한 형태의 열교환기(100) 및 열교환용 전열관(101)이 일반적으로 사용되고 있다. 그러나 이러한 유형의 열교환기들은, 금속 파이프가 열축적에 취약한 관계로, 기본적으로 열손실 및 에너지 손실이 많은 문제가 있다.

이에, 전열관(101)의 한쪽 또는 양쪽에 핀(fin)을 다량으로 설치하기도 하고, 물결모양의 판을 겹쳐서 격판으로 사용하기도 하여, 열교환기의 문제를 해결하 고자 하는 시도들이 있어왔다. 소위 판형 열교환기라는 것이다.

어떠한 형태이든 필요한 정도의 전열량을 얻기 위하여는 구조적으로 매우 복잡하게 설계된다. 그럼에도 단위 면적당 전열량에 한계가 있고, 발휘되는 전열량에 비해 장치는 대형화될 수밖에 없다. 이것은 에너지 효율이 떨어지는 문제, 이를 극복하기 위하여 장치가 복잡해지고 대형화되는 문제를 야기하게 된다.

한편으로, 열교환기에 작동 장애가 발생할 경우에는 그 전체를 대상으로 수리보수 및 교체를 하여야 하므로, 그 보수 작업이 쉽지 않으며 또한 경제적으로도 불리한 문제들이 있다.

본 발명은 종래 보일러시스템에서 사용되는 열교환기의 문제점을 해결하고자 제안된 것이다. 본 발명의 목적은 규모가 크거나 복잡하지 않아도 우수한 열효율, 에너지 효율을 얻을 수 있는 열증폭관을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 비교적 간단한 구조로 구현이 가능하요 제작이 간편하며, 장애가 발생할 경우의 수리 및 교체를 위한 작업이 쉽고 경제적으로 이루어질 수 있는 열증폭기를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 열증폭관은 아스콘을 이용한다. 구체적으로 본 발명의 열증폭관은:

고온 또는 저온의 물이 통과하는 유로용 금속 내관과;

상기 내관의 외부에 동축적으로 배치되는 금속 외관과;

상기 내관과 외관 사이에 충진되는 아스콘과;

상기 아스콘을 실링하기 위하여 상기 외관의 상·하부에 제공되는 실링부재;

를 포함한다.

바람직하게, 상기 열증폭관은 상기 내관과 외관 사이에 배치되는 열전도체를 더 포함한다.

본 발명의 열증폭기는:

내부의 상·하 파티션에 의해 상·중·하로 구분된 공간을 갖는 하우징과;

상기 상·하 파티션에 형성된 장착공에 양측 단부가 끼워져 상기 중공간에 배치되는 전열관과;

상기 하우징의 일측에 형성되고 상기 중공간을 매개로 연통하는 배관측 환수포트와 공급포트;

상기 하우징의 타측에 형성되고 상기 상·하공간과 내관을 매개로 연통하는 보일러측 환수포트와 공급포트;

를 포함한다.

바람직하게 상기 전열관은 상기한 열증폭관이며, 하우징에 분리 가능하게 결합된다.

본 발명의 열증폭관 및 열증폭기는 아스콘의 축발열특성을 이용한 것이다. 따라서 간단한 구조로 경제적인 구현이 가능한 동시에 규모가 크지 않아도 우수한 열효율, 에너지 효율을 얻을 수 있는 효과가 있다.

한편, 상기 열증폭기는 간단한 구조로 구현되며, 전열관으로서의 열증폭관은 분리 가능하게 장착된다. 따라서 경제적으로 설계 가능하며, 장애가 발생할 경우의 수리 및 교체를 위한 작업이 쉽고 경제적인 효과가 있다.

위에 기재한 또는 기재하지 않은 본 발명의 특징과 효과들은, 이하에서 첨부도면을 참조하여 설명하는 실시예 기재를 통하여 보다 명확해질 것이다. 아래에서, 실시예 1은 열증폭관을 예시하고, 실시예 2는 그 열증폭관을 이용한 열증폭기를 예시하는 것으로 한다.

[실시예 1]

도 2을 참조하면, 본 발명의 열증폭관은 부호 10으로 표시된다. 상기 열증폭관(10)은 고온 또는 저온의 물이 통과하는 유로용 금속 내관(11)과, 상기 내관(11)의 외부에 동축적으로 배치되는 금속 외관(12)과, 상기 내관(11)과 외관(12) 사이에 충진되는 아스콘(13)을 포함한다.

상기 내관(11)과 외관(12)는 동축적으로 배치되며, 상기 외관(12)의 길이는 내관(11)에 비하여 짧다. 따라서 배치된 상태에서 상기 내관(11)의 상·하 단부는 외관(12)으로부터 돌출된다. 도시된 바와 같이, 내관(11)과 외관(12)이 단순 직선형일 수 있는 것은 양관(11,12) 사이에 증폭 전열을 위한 아스콘(13) 및 열전도체(15)가 충진되기 때문이다.

상기 내관(11)과 외관(12) 사이에는 아스콘(13)이 충진되며, 상기 아스콘(13)을 실링하기 위하여 상기 내관(11)을 중심으로 끼워지면서 상기 외관(12)의 상·하부에 제공되는 캡(14a,14b)을 포함한다.

아스콘은 석유 정제 후 생성되는 아스팔트와 골재를 혼합한 것으로 주로 도로포장 재료로 쓰이는 것을 말하며, 흔히 점성 및 축발열 특성이 뛰어난 것으로 알려져 있다. 재료 특성상 아스콘은 전열성 충진재로서 충분한 능력이 있음을 알 수 있으나, 특히 보일러 시스템에 적용되고 있지 않다.

본 발명에서는 상기 아스콘(13)이 상기 내관(11)과 외관(12) 사이에 충진되는 방법으로 이용되며, 상기 외관(12)의 상·하부에 제공되는 캡(14a,14b)으로 실링된다. 따라서 본 발명의 열증폭관(10)은 재료 자체의 원가면에서 이익이 있으며, 간단한 구조로 구현될 수 있는 것이다.

상기 열증폭관(10)은 상기 내관(11)과 외관(12) 사이에 배치되는 열전도체(15)를 더 포함한다. 바람직하게, 상기 열전도체(15)는 금속 코일형이다. 상기 열전도체(15)는 상기 아스콘(13)에 매립 배치되어, 아스콘(13)을 이용한 열전달이 보다 고온으로 보다 신속하게 이루어질 수 있다.

보일러 시스템에 따라서는, 상기 내관(11)을 통과하는 고온의 물이 외관(12) 의 표면을 지나는 저온의 물을 가열시키거나, 또는 상기 내관(11)을 통과하는 저온의 물이 외관(12)의 표면을 지나는 고온의 물에 의하여 가열되는 것이다.

전열은 상기 내관(11) 및 외관(12) 사이에 배치되는 아스콘(13) 및 열전도체(15)에 의하여 효율적으로 이루어진다. 본 실시예에서 내관(11)과 외관(12), 열전도체(15) 등은 열전도율이 좋은 스텐인레스를 사용한다.

[실시예 2]

도 3를 참조하면, 본 발명의 열증폭기는 부호 20으로 표시된다. 상기 열증폭기(20)는 전열관으로서 [실시예 1]의 열증폭관(10)을 이용한다. 그러므로 여기에서는 전열관 및 열증폭관(10)에 대한 설명은 생략한다. 본 발명의 상기 열증폭기(20)는 내부 공간이 형성된 하우징(21)과, 상기 하우징(21)의 내부 공간에 장착되는 다수의 열증폭관(10)을 포함한다.

상기 하우징(21)은 내벽에 고정된 상·하 파티션(22,23)에 의해 상·중·하로 구분된 공간(S1,S2,S3)을 갖는다. 바람직하게, 상기 파티션(22,23)의 적어도 어느 하나는 분리 가능하게 고정된다. 도 4를 참조하면, 상기 파티션(22,23)에는 다수의 장착공(24)이 형성되며, 이 장착공(24)에 상기 내관(11)의 단부가 끼워지는 것이다.

이와 같이 상기 장착공(24)에 상기 내관(11)의 상·하 단부가 끼워지는 방법으로, 다수의 열증폭관(10)이 하우징(21)의 중공간(S2)에 배치된다. 당연하게, 상기 열증폭관(10)의 외관(12) 표면이 중공간(S2)에 노출되어 있다. 이러한 구조에서, 다수의 열증폭관(10)은 개별적으로 분리, 결합될 수 있다. 따라서 열증폭기(20)의 수리 보수가 간편하게 이루어질 수 있다.

한편, 상기 하우징(21)의 일측에는 상기 중공간(S2)을 매개로 연통하는 배관측 환수포트(25)와 공급포트(26)이형성되고, 상기 하우징(21)의 타측에는 상기 상·하공간(S1,S3)과 열증폭관(10)의 내관(11)을 매개로 연통하는 보일러측 환수포트(27)와 공급포트(28)를 포함한다. 도 2에서 부호 29는 중공간(S2) 및 상·하공간(S1,S3)에 각각 형성되는 드레인이다.

보일러 시스템에서, 상기 하우징(21)의 하공간(S3) 내 저온수는 환수포트(27)을 통하여 보일러측으로 환수되고 가열된 후 공급포트(28)을 통하여 하우징(21)의 상공간(S1) 내로 공급된다. 이 고온수는 상기 열증폭관(10)의 내관(11)을 경유하여 하공간(S3)으로 순환된다(도 3의 검은색 화살표 참조).

이 때 고온수가 열증폭관(10)의 내관(11)을 지남에 따라 고열이 발생하며, 상기 열전도체(15) 및 아스콘(13)을 경유하면서 축발열되고, 동시에 보다 고온으로 외관(12)에 전열된다. 예를 들어, 상기 고온수의 온도가 70℃인 경우에 아스콘(13) 을 경유하면서 전열되는 온도는 약 85℃에 이르는 것으로 실험결과 확인되었다. 이것은 한 여름 대기의 온도가 34℃ 정도에서 아스콘 포장된 도로의 온도가 50~60℃에 이르게 되는 것과 같은 이치이다.

한편, 상기 환수포트(25)를 통하여 중공간(S2)으로 유입된 저온수는 다수의 열증폭기(10)의 외관(12)을 지나면서 고열로 증폭되고, 공급포트(26)을 통하여 배관을 순환한다(도 3의 흰색 화살표 참조). 이와 같은 방법으로 난방용 보일러시스템이 가동될 수 있다.

상기 열증폭기(20)에 사용된 열증폭관(10)의 갯수, 규모 등에 따라 조금씩 달라지겠지만, 도 3 및 4에서: 상공간(S1)으로 공급된 고온수의 온도가 70℃이고, 중공간(S2)으로 유입된 저온수의 온도가 43~47℃인 경우, 공급포트(26)을 통하여 출력된 고온수의 온도는 65~68℃에 이르는 것으로 실험결과 확인되었다.

도 1은 종래 열교환기를 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 열증폭관의 구성을 보인 도면.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 열증폭기의 구성을 보인 도면.

도 4는 도 3에 적용된 파티션 부분의 평면을 보인 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10. 열증폭관 11. 내관

12. 외관 13. 아스콘

14a,14b. 캡 20. 열증폭기

21. 하우징 22,23. 파티션

24. 장착공 25,27. 환수포트

26,28. 공급포트

Claims (7)

1. 고온 또는 저온의 물이 통과하는 유로용 금속 내관과;

   상기 내관의 외부에 동축적으로 배치되는 금속 외관과;

   상기 내관과 외관 사이에 충진되는 아스콘과;

   상기 아스콘을 실링하기 위하여 상기 외관의 상·하부에 제공되는 실링부재;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러시스템용 열증폭관.
2. 제1항에 있어서,

   상기 열증폭관은 상기 내관과 외관 사이에 배치되는 열전도체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러시스템용 열증폭관.
3. 제2항에 있어서,

   상기 열전도체는 코일형 금속인 것을 특징으로 하는 보일러시스템용 열증폭관.
4. 내부의 상·하 파티션에 의해 상·중·하로 구분된 공간을 갖는 하우징과; 상기 상·하 파티션에 형성된 장착공에 양측 단부가 끼워져 상기 중공간에 배치되는 전열관과;

   상기 하우징의 일측에 형성되고 상기 중공간을 매개로 연통하는 배관측 환수 포트와 공급포트;

   상기 하우징의 타측에 형성되고 상기 상·하공간과 내관을 매개로 연통하는 보일러측 환수포트와 공급포트;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러시스템용 열증폭기.
5. 제4항에 있어서,

   상기 전열관은: 고온 또는 저온의 물이 통과하는 유로용 금속 내관과; 상기 내관의 외부에 동축적으로 배치되는 금속 외관과; 상기 내관과 외관 사이에 충진되는 아스콘과; 상기 아스콘을 실링하기 위하여 상기 내관을 중심으로 끼워지면서 상기 외관의 상·하부에 제공되는 캡을 포함하는 열증폭관이며; 상기 내관의 양측 단부가 상기 장착공에 끼워져 중공간에 배치되는 것을 특징으로 하는 보일러시스템용 열증폭기.
6. 제5항에 있어서,

   상기 전열관은 상기 내관과 외관 사이에 배치되는 열전도체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러시스템용 열증폭기.
7. 제4항, 제5항 또는 제6항에 있어서,

   상기 전열관은 상기 하우징으로부터 분리 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 보일러시스템용 열증폭기.

Images