KR20100002183U - 복층 코일형 가열식 열교환기를 이용한 거꾸로 보일러 - Google Patents

Abstract

본 고안은 복층 코일형 가열식 열교환기를 이용한 거꾸로 보일러에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 통체(2) 내부에 다수의 코일형 열교환관(5)이 서로 밀착되어 가로 벽체를 이루며 나선형으로 배설되는 열 교환기(10)를 이용하되; 상기 열교환기의 양측에 보충수를 공급하는 물공급탱크(20)와, 난방수를 순환 공급하는 난방수저장탱크(30)를 폭 사이즈가 컴팩트하게 상하 장방형으로 구성하고; 상기 열교환기(10)의 통체(2) 내부에는 상하로 수직의 화염 안내부(15) 상부에 화염을 상부에서 하부로 분출하도록 버너(B)를 거꾸로 설치하여 상기 버너의 화염이 상부에서 하부로 다시 하부에서 나선형으로 배설되는 열교환관(5)에 의해 형성되는 나선형 안내공간(6)을 따라 상승 안내하면서 열 교환하도록 제공하므로서; 보일러의 설치에 따른 공간 효율성의 극대화는 물론 버너의 화염의 열교환 효율을 극대화함과, 종래 화염이 단순히 하부에서 상부로 안내되는 타입에서 발생되는 결로현상을 방지하고 완전연소를 이루도록 제공하는데 그 특징이 있다.

열교환기, 거꾸로, 보일러, 코일형, 컴팩트, 열 효율성, 공간 효율성

Description

복층 코일형 가열식 열교환기를 이용한 거꾸로 보일러{A boiler using heat exchanger of heating method several story coil type}

본 고안은 복층 코일형 가열식 열교환기를 이용한 보일러에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 컴팩트한 구조에 의해 공간 효율성의 극대화는 물론 버너의 화염을 상부에서 하부, 다시 하부에서 상부로 거꾸로 이동 안내하되, 열교환 효율이 우수한 본 출원인의 선 출원 열교환기를 적용하여 화염이 나선형으로 상승 안내되면서 열교환 효율을 더욱 극대화하는 복층 코일형 가열식 열교환기를 이용한 거꾸로 보일러에 관한 것이다.

일반적으로 보일러 등에서 난방수 및 온수 공급을 위해 열교환 기술이 적용된다.

이러한 열교환 기술은 버너 등의 가열수단에 의하여 가열탱크 혹은 코일형 가열관 내부를 순환하는 물을 가열하여 반복 순환하는 것이다.

종래 코일형 열 교환기는 단일의 코일형 가열관이 나선형으로 설치되기 때문에 열 교환 효율이 저하되어 상기 가열관을 크게 또는 길게 형성하여야 하므로 장 치가 비대해지는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하고자 본 출원인은 특허출원 제2003-28557호에 복층 코일형 가열식 열 교환기를 선 출원하여 등록받은 바 있다.

이는 하부에 버너가 설치되는 통체 내부에 일측 하부의 입구측에서 부터 타측 상부의 출구측까지 다수의 코일형 열교환관이 상호 맞닿은 상태로 격벽을 이루며 나선형으로 배설되되, 상기 다수의 코일형 열교환관은 하부 입구측에서 상부 출구측으로 공급되는 공급수의 유속이 동일하게 흐르도록 내측에서 외측으로 갈수록 관의 직경을 순차적으로 크게 형성하여 이루어진 것이다.

이러한 열 교환기는 다수의 코일형 열교환관에 의해 컴팩트한 크기에서 열 교환 효율을 극대화하되, 특히 상기 버너의 화염과 열기가 코일형 열교환관에 의해 형성된 나선 방향의 공간을 따라 상승하면서 체류 시간을 길게 확보하여 열 교환 효율을 더욱 극대화하는 것이다.

한편, 종래 보일러 방식은 버너를 하부에서 상부로 가열하는 방식을 주로 적용하므로 상기 버너의 화염과 열기가 열교환관과의 효과적인 열교환 작동이 곤란하기 때문에 열 교환 효율이 저하되고, 그 밖에 결로 현상으로 인해 버너의 완전 연소가 곤란하게 되는 등의 여러 문제점이 있었다.

이를 해결하고자 거꾸로 방식의 보일러가 제공된 바 있는데, 이는 상기 상부의 버너에서 화염을 하부로 분사하면, 상기 화염이 상부에서 하부로 수직 안내된 후 다시 하부에서 상부로 수직 안내되어 배출되는 과정에 의해 열 교환 효율을 개선과 함께 완전연소를 이루도록 하는 방식이었다.

그러나 상기한 종래 거꾸로 방식의 보일러도 버너의 화염 체류시간, 접촉면적의 개선으로 일부 열교환 효율을 개선하기는 하나 화염이 수직 안내되어 배출되면서 열교환 효율의 한계를 갖고 있었다.

따라서, 본 출원인은 전술한 바와 같이 열교환 효율이 우수한 본 출원인의 선 출원 기술과 거꾸로 보일러의 기술을 응용하여 열교환 효율을 혁신적으로 개선하므로 고 유가 시대에 부응하는 보일러를 개발하고자 노력하였다.

본 고안은 상기한 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 해결하고자 고안된 것으로서, 컴팩트한 구조에 의해 공간 효율성의 극대화는 물론 버너의 화염을 상부에서 하부, 다시 하부에서 상부로 거꾸로 이동 안내하되, 열교환 효율이 우수한 본 출원인의 선 출원 열교환기를 적용하여 화염이 나선형으로 상승 안내되면서 열교환 효율을 더욱 극대화하므로 경제성을 우수하게 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 본 고안은,

통체 내부에 하부에서 상부로 다수의 코일형 열교환관이 서로 밀착되어 가로 벽체를 이루며 나선형으로 배설되는 열 교환기를 이용하되,

상기 열교환기의 양측에 보충수를 공급하는 물공급탱크와, 난방수를 순환 공급하는 난방수저장탱크를 폭 사이즈가 컴팩트하게 상하 장방형으로 구성하고,

상기 열교환기의 통체 내부에는 상하로 수직의 화염 안내를 설치하여 상부에 화염을 상부에서 하부로 분출하도록 버너를 거꾸로 설치하여 상기 버너의 화염이 상부에서 하부로 다시 하부에서 나선형으로 배설되는 열교환관에 의해 형성되는 나선형 안내공간을 따라 상승 안내하면서 열 교환하도록 함에 의해 달성된다.

본 고안의 상기 난방수저장탱크는 상하로 난방을 위한 난방수를 순환 공급하는 난방 배관과, 내부에 나선형으로 배설되어 난방수와의 열교환에 의해 온수를 공 급하는 다수의 온수용 코일형 열교환관을 설치 구성함에 그 특징이 있다.

이러한 본 고안은 열교환 효율이 우수한 본 출원인의 선 출원 열교환기 양측에 보충수를 공급하는 물공급탱크와 난방 및 온수 공급을 위한 난방수저장탱크를 상하 장방형으로 구성하여 전체적인 장치를 일반 보일러의 1/4~1/5 크기로 컴팩트하게 제공하므로 설치 공간 효율성을 극대화함은 물론 버너의 화염을 상부에서 하부, 다시 하부에서 상부로 거꾸로 이동 안내하되 열교환 효율이 우수한 본 출원인의 선 출원 열교환기를 적용하여 화염이 나선형으로 상승 안내되면서 열교환 효율을 더욱 극대화함과 종래 하부에서 상부로 화염을 안내하는 타입에서 발생되는 결로 현상 등의 문제를 방지하여 완전 연소를 이루므로 경제성을 우수하게 제공하는 효과를 갖는 것이다.

이하, 상기한 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

본 고안의 복층 코일형 가열식 열교환기를 이용한 거꾸로 보일러는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 통체(2) 내부에 일측 하부의 입구측(3)에서 부터 타측 상부의 출구측(4)까지 다수의 코일형 열교환관(5)이 서로 밀착되어 가로 벽체를 이루며 나선형으로 배설되는 열 교환기(10)를 이용한다.

그리고 상기 열교환기(10)의 양측에 열교환기의 열교환관(5) 입구측에 연결되어 보충수를 공급하는 물공급탱크(20)와, 열교환기의 열교환관(5) 출구측(4)에 연결되어 난방수를 순환 공급하는 난방수저장탱크(30)를 폭 사이즈가 컴팩트하게 상하 장방형으로 구성한다.

이때, 상기 열교환기(10)의 통체(2) 내부에는 상하로 수직의 화염 안내부(15)를 설치하고, 상기 화염안내구의 상부에 화염을 상부에서 하부로 분출하도록 버너(B)를 거꾸로 설치하여 상기 버너의 화염이 상부에서 하부로 다시 하부에서 나선형으로 배설되는 열교환관(5)에 의해 형성되는 나선형 안내공간(6)을 따라 상승 안내하면서 열 교환하도록 이루어진다.

또한, 상기 난방수저장탱크(30)는 상하로 난방을 위한 난방수를 순환 공급하는 난방 배관(32)과, 내부에 나선형으로 배설되어 난방수와의 열교환에 의해 온수를 공급하는 다수의 온수용 코일형 열교환관(35)이 설치 구성된다.

그리고 본 고안의 열교환기(10)의 다수의 열교환관(5)은 내부 위치로 공급되는 공급수의 유속이 동일하게 흐르도록 내측에서 외측으로 갈수록 관(5a-5b-5c-5d-5e)의 직경을 순차적으로 크게 형성한다.

미설명부호로서, 2a는 통체(2)의 상부 배기구, 33은 난방수저장탱크에서 난방 후 복귀된 난방수를 열교한기(10)로 재 순환 공급하는 순환공급관, 34는 난방수저장탱크의 드레인관을 나타내는 것이다.

다음은 상기와 같이 구성되는 본 고안의 작동 및 작용에 대해 살펴보기로 한 다.

본 고안은 열교환 효율이 우수한 본 출원인의 선 출원 열교환기 기술을 적용하되, 화염이 상부에서 하부로 다시 하부에서 상부로 나선형 안내되는 거꾸로 타입을 적용하여 열교환 효율에 따른 난방 및 온수 제공이 우수하고 전체적으로 컴팩트한 구조를 제공하여 설치 공간 효율성이 우수하게 되는 특징을 갖는 것이다.

이러한 본 고안의 작동에 대해 좀더 구체적으로 설명하면, 먼저 열교환기(10)의 통체(2) 내부 중앙에 설치된 화염안내부(15)의 상부에 거꾸로 설치된 버너(B)를 온 작동하여 가열하게 된다.

그리고 상기 열교환기(10)의 입구측(3)으로 물공급탱크(20)에서 난방을 위한 공급수(또는 보충수)를 공급하여 열교환기(10)의 통체(2) 내부에 설치된 다수의 코일형 열교환관(5)을 따라 이동하면서 열교환에 의해 난방수를 가열 공급하여 난방수저장탱크(30) 상부로 공급 저장하게 된다.

이때 상기 버너(B)의 화염과 열기는 통체(2) 내부 중앙에 상하로 수직 설치된 화염안내부(15)를 따라 상부에서 하부로 안내되면서 1차적으로 열교환관(5)과의 열교환을 이루게 된다.

그리고 상기 화염안내부(15)를 통과한 버너(B)의 화염과 열기는 다시 하부에서 상부로 안내되면서 2차적으로 열교환관(5)과의 열교환을 이루게 된다.

특히, 상기 상부로 안내되는 버너(B)의 화염과 열기는 나선형으로 배설되는 열교환관(5)에 의해 형성된 나선형 안내공간(6)을 통해 나선 형태로 상승 안내되면서 체류시간을 길게 갖게 되어 열교환관(5)과의 열교환 효율을 더욱 우수함은 물론 상기 열교환관(5)은 공급수가 다수의 열교환관(5)을 통해 분배된 상태로 이동하므로 열 교환 면적이 더욱 증대되어 열교환 효율을 더욱 우수하게 제공하게 되는 것이다.

또한, 상기 다수의 코일형 열교환관(5)은 내측에서 외측으로 갈수록 관의 직경을 순차적으로 크게 형성하고 있기 때문에 공급수의 유속이 동일하게 흐르면서 전체적인 난방수를 일정하게 가열 공급할 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 열교환기(10)의 열교환관(5)을 통과하면서 효과적으로 가열되어 난방수저장탱크(30) 상부로 공급 저장되는 난방수는

그리고 상기 난방수저장탱크(30) 상부로 공급되는 난방수는 상부의 난방 배관(32)을 통해 순환 공급되어 난방을 행한 후에 다시 난방수저장탱크(30) 하부로 회수되게 된다.

이때 상기 난방수저장탱크(30)로 회수된 난방수는 열교환에 의해 온도가 저감된 상태이기 때문에 순환공급관(33)을 통해 열교환기(10)로 재 순환되어 가열되게 되고, 나머지는 난방수저장탱크(30) 내부의 다수의 온수용 코일형 열교환관(35)에 의해 형성된 나선형 공간을 따라 상승하면서 상기 온수용 코일형 열교환관(35)을 통과하는 물을 전술한 열교환기와 동일한 원리로 열교환에 의해 가열하여 온수를 제공하게 되는 것이다.

한편, 상기한 열교환기(10)에 의해 가열 공급되는 난방수의 양이 줄어들면, 상기 물보충탱크(20)에서 열교환기(10)의 입구측(3)을 통해 보충수를 자동 공급하게 된다.

이와 같은 본 고안의 보일러는 본 출원인에 의해 선 출원된 열 교환이 우수한 열교환기를 이용하되, 상기 열교환기의 양측으로 보충수를 공급하는 물공급탱크(20)와 난방수를 공급하는 난방수저장탱크(30)를 상하 장방형으로 형성하여 기존 보일러에 비해 1/4~1/5의 컴팩트한 크기(거의 시중에 판매되는 순간 온수기 정도의 크기)로 제조되기 때문에 설치 공간의 제약이 거의 없이 간편하게 설치 사용이 가능함은 물론 열 교환 효율이 우수하여 난방수 및 온수 공급의 효율을 우수하게 제공하게 되는 것이다.

이와 같은 본 고안의 거꾸로 보일러는 본 출원인에 의해 선 출원된 열 교환이 우수한 열교환기를 이용하되, 상기 열교환기 양측으로 보충수를 공급하는 물공급탱크와 난방 및 온수 공급을 위한 난방수저장탱크를 상하 장방형으로 구성하여 일반 보일러의 1/4~1/5 크기로 컴팩트하게 제공함은 물론, 버너의 화염을 상부에서 하부, 다시 하부에서 상부로 나선형으로 안내하면서 열교환 효율을 극대화함과 종래 하부에서 상부로 화염을 안내하는 타입에서 발생되는 결로 현상 등의 문제를 방지하여 완전 연소를 이루도록 제공하게 되는 것이다.

도 1은 본 고안의 전체적인 구성을 보여주는 구성도.

도 2는 본 고안의 열교화기를 보여주는 구성도.

도 3은 본 고안의 난방수저장탱크를 보여주는 단면 구성도.

도 4는 본 고안의 열교환관을 보여주는 단면 구성도.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

2: 통체 5, 35: 열교환관

10: 열교환기 15: 화염안내구

20: 물공급탱크 30: 난방수저장탱크

32: 난방배관

Claims (2)

1. 난방 및 온수를 제공하는 보일러에 있어서,

   통체(2) 내부에 일측 하부의 입구측(3)에서 부터 타측 상부의 출구측(4)까지 다수의 코일형 열교환관(5)이 서로 밀착되어 가로 벽체를 이루며 나선형으로 배설되는 열 교환기(10)를 이용하되,

   상기 열교환기(10)의 양측에 열교환기의 열교환관(5) 입구측에 연결되어 보충수를 공급하는 물공급탱크(20)와, 열교환기의 열교환관(5) 출구측(4)에 연결되어 난방수를 순환 공급하는 난방수저장탱크(30)를 폭 사이즈가 컴팩트하게 상하 장방형으로 구성하고,

   상기 열교환기(10)의 통체(2) 내부에는 상하로 수직의 화염 안내부(15)를 설치하고, 상기 화염안내구의 상부에 화염을 상부에서 하부로 분출하도록 버너(B)를 거꾸로 설치하여 상기 버너의 화염이 상부에서 하부로 다시 하부에서 나선형으로 배설되는 열교환관(5)에 의해 형성되는 나선형 안내공간(6)을 따라 상승 안내하면서 열 교환하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 복층 코일형 가열식 열교환기를 이용한 거꾸로 보일러.
2. 제1항에 있어서,

   상기 난방수저장탱크(30)는 상하로 난방을 위한 난방수를 순환 공급하는 난 방 배관(32)과, 내부에 나선형으로 배설되어 난방수와의 열교환에 의해 온수를 공급하는 다수의 온수용 코일형 열교환관(35)이 설치 구성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 복층 코일형 가열식 열교환기를 이용한 거꾸로 보일러.

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