KR20100010003A - 격층 구조의 나선형 물집과, 열기통로를 구비하는열원회수장치 및 그 결합구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보일러 내부에 구비되는 온수조(20)의 둘레에 상하 관통되는 다수개의 순환관(32)을 가지는 나선형물집(30)과, 상기 나선형물집(30)의 각 이격부에 구성되어 상기 온수조(20)와, 나선형물집(30) 및 순환관(32)을 동시에 효율적으로 가열할 수 있도록 구성하여, 열 교환 효율을 극대화 시키고, 보일러의 고출력-소형화가 가능하며, 그 제조가 용이한 특징이 있는 격층 구조의 나선형 물집과, 열기통로를 구비하는 열원회수장치 및 그 결합구조에 관한 것이다.

보일러, 열교환기, 코일식가열기

Description

격층 구조의 나선형 물집과, 열기통로를 구비하는 열원회수장치 및 그 결합구조{Multi spiral type heat exchanger and combination structure of that}

본 발명은 보일러 본체 내부에 구비되는 온수조의 둘레에 상하 관통되는 다수개의 순환관을 가지는 나선형물집과, 상기 나선형물집의 각 이격부에 구성되어 상기 온수조와, 나선형물집 및 순환관을 동시에 효율적으로 가열할 수 있도록 구성하여, 열원회수장치의 효율을 극대화시킴과 동시에 제품의 소형화가 가능할 뿐만 아니라, 제조상의 이점을 얻을 수 있도록 하는 특징이 있는 격층 구조의 나선형물집과 열기통로를 구비하는 열원회수장치 및 그 결합구조에 관한 것이다.

일반적으로 보일러는 연료를 연소시켜 얻은 열원으로 물을 가열하여 생성되는 급탕온수나, 증기를 난방이나 온수이용에 사용하도록 하는 장치로서, 물을 가열하는 형태에 따라 가열식보일러와, 급탕식보일러로 구분할 수 있다.

상기에서 가열식 보일러는 본체 내부에 물을 공급하여 순환 또는 저장시키도록 하는 온수조와, 상기 온수조에 열원을 공급하여 가열하도록 하는 연도와, 상기 온수조와 연도를 내부에 설치하고 기타 부속부품을 연결하는 본체로 대분 구성되어진다.

한편, 현대의 고유가 시대로 오면서는 상기한 보일러의 온수조와 연도를 포함하는 열교환장치의 구조를 개선함으로써, 열효율을 향상시키도록 하는 기술의 개발이 활발히 진행되어 다수 문헌에 기재되고 있으며, 이러한 열원회수장치에 대한 기술이 보일러의 성능을 좌우하는 핵심기술로 인식이 되고 있는 상태이다.

이러한 보일러의 효율을 향상시키고자 개발된 종래의 열원회수장치의 기술을 살펴보면, 국내등록특허 10-0689145호 '보일러의 열교환장치' 에서는 연소실을 형성하는 내통의 외주면에 내통과 난방수의 접촉면적이 증대되도록 길쭉한 형상의 물집이 나선형태의 비드에 의해 구획되는 물집형성부재를 용접 고정한 구성이 게시되어 있으며, 국내등록실용신안공보 20-0430701호 '순간가열식 전기 보일러' 의 기술에서는 케이스 내부에 상하 다단으로 히터를 구성하여 물을 통과시키도록 하되, 각 히터 사이마다 격리판을 설치하고, 히터의 외측 둘레에 가이드 스큐류를 형성하여 온수가 히터와 접촉하는 시간을 연장시킬 수 있도록 하는 구성이 게시되어 있다.

그러나 상기한 종래 기술은 다음과 같은 문제점을 가진다.

먼저 국내등록특허 10-0689145호 '보일러의 열교환장치' 는 챔버 내부에 나선형상의 길쭉한 물집을 형성하여 전열면적을 늘리고자 하였으나, 상기 챔버 내부를 통과하는 열원이 물집과 접촉하는 시간이 짧고, 상하부 물집을 규칙적으로 가열할 수가 없어 큰 효율을 기대하기는 어려운 문제점이 있으며, 국내등록실용신안공보 20-0430701호 '순간 가열식 전기보일러' 는 단순히 물이 열원과 접촉하는 시간 을 증가시키기 위하여 복잡한 구조를 가지며, 다수의 히터를 채택함으로써 제조상의 문제점이 예상된다.

또한 상기 두 종래 기술에서는 한 개의 수조만 구비하여 가열을 하는 구성만을 게시하고 있어, 폐열의 낭비에 기인한 열 교환 성능 향상에 한계를 가지는 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출해낸 것으로서, 열원과 물과 접촉하는 전열면적을 보다 증대시킴과 동시에, 순간 가열에 의한 증폭방식으로 물을 가열토록 하는 격층구조의 열기통로를 열원회수장치에 적용토록 함으로써, 열교환의 효율을 극대화 시킬 수 있도록 함은 물론, 소형의 제품으로 큰 출력을 얻을 수 있도록 하며, 그 제조가 용이한 특징이 있는 격층 구조의 나선형 물집과 열기통로를 구비하는 열원회수장치 및 그 결합구조를 제공함에 주안점을 두고 그 기술적 과제로써 완성해낸 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 보일러 본체 내부의 중앙에 형성되는 온수조의 외측 둘레부를 상하 이격부를 가지도록 감은 나선 형태로 구성하여, 하부에 형성되는 급수관으로 투입되는 물을 가열하여 생성되는 증기를 상부의 증기배출관으로 배출시키는 나선형물집; 상기 나선형물집을 따라서 형성되는 상하 이격부에 수직의 관을 각각 연결하여 상기 물집의 물을 상부로 통과시키도록 하는 다수개의 순환관; 상기 나선형물집의 이격부가 상기 본체 내측벽에 의해 각각 밀폐되어 격층 구조를 가짐으로서, 하부에 형성되는 열기투입구로 투입되는 열기를 통과시켜 온수조의 외측벽과, 상기 나선형물집의 상하부와, 순환관을 각각 가열한 후, 상부에 형성되는 열기배출구로 배출되도록 하는 열기통로로 구성되는 것을 특징으로 하는 나선형 물집과 열기통로를 구비하는 열원회수장치가 제공된다.

또한 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 보일러 내부의 중앙에 형성되는 온수조의 외측 둘레부를 상하 이격부를 가지도록 감은 나선 형태로 구성하여, 하부에 형성되는 급수관으로 투입되는 물을 가열하여 생성되는 증기를 상부의 증기배출관으로 배출시키는 나선형물집과, 상기 나선형물집을 따라서 형성되는 상하 이격부에 수직의 관을 각각 연결하여 상기 물집의 물을 상부로 통과시키도록 하는 다수개의 순환관을 구비하고, 상기 나선형물집의 이격부의 외측을 밀폐시켜 하부로 투입되는 열기를 통과시켜 상기 온수조의 외측벽과, 나선형물집의 상하부와, 순환관을 가열토록 하는 열기통로로 구성하되, 상기 나선형물집의 외측에 내측 둘레부가 결합되어 상기 이격부의 외측과 접촉면을 형성하면서 밀폐시키는 튜브형상의 외부수조를 형성하고, 상부와 하부에 각각 상판과 바닥판을 결합하여 내부를 밀폐시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 나선형 물집과 열기통로를 구비하는 열원회수장치 및 그 결합구조가 제공된다.

본 발명에 따른 열원회수장치에 따르면, 보일러 내부의 온수조에 나선형물집과, 상기 나선형물집과 격층 구조를 가지는 열기통로를 형성함으로써, 두 개 이상의 온수조 또는 물집을 동시에 효과적으로 가열할 수 있도록 함과 동시에, 상기 나선형물집의 상하부를 통과시키는 작은 지름의 순환관에 의하여 물을 순간 가열을 가하여, 지속적으로 가열이 증폭되는 구조를 채택함으로서, 열원회수장치의 열 교환 효율을 극대화 시키고, 보일러의 고출력-소형화가 가능하며, 그 제조가 용이한 장점이 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 따른 보일러를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 보일러를 나타낸 종단면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 보일러를 나타낸 횡단면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 보일러를 나타낸 종단면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 보일러를 나타낸 횡단면도로서, 본 발명에 바람직한 실시예에 따른 열원회수장치의 구성을 살펴보면, 도 1 내지 도 3에서 도시한바와 같이, 보일러 본체의 내부 중앙에 구비되는 온수조(20)와, 상기 온수조(20)의 둘레부에 구비되는 나선형물집(30)과, 상기 나선형물집(30)을 상하로 연결하는 순환관(32) 및 상기 나선형물집(30)의 상하 각각의 이격부에 격층 구성되는 열기통로(40)로 대분 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 온수조(20)는 도시한바와 같이, 보일러의 내부 중앙에 구비되어 내부에 물을 저장할 수 있도록 하는 통 형상으로 형성되고, 내부에 물을 공급할 수 있도록 상부 일측에 구비되어 상기 온수조(20) 내부로 물을 공급하는 급수관(24)과, 하부 일측에 구비되어 상기 온수조(20) 내부의 가열된 물을 사용하도록 배출하는 배수관 (26) 및 상기 온수조(20)의 가열로 인한 내부 압력의 증가를 방지토록 하는 압력도피관(22)이 구비된다.

상기 나선형물집(30)은 도시한바와 같이, 내부로 물이 통과하는 관이 상기 온수조(20)의 외측 둘레부를 하부에서 상부로 상하 이격토록 다수 회를 감아 올린 형태의 다층의 나선형 형상으로 구성하여, 하부의 끝부에 급수관(34)을 연결하고, 상부의 끝부에는 증기배출관(36)을 각각 연결하여, 상기 급수관을 통해 나선형물집의 하부로 물을 투입하여 보일러 내부를 선회하여 가열된 후, 상기 증기배출관(36)으로 증기를 배출하도록 구성된다.

여기서 상기 나선형물집(30)은 직사각형 형상의 정단면을 가지도록 구성하여 상하부에 각각 일정 면이 형성이 되도록 구성함이 바람직하며, 상기 나선형물집(30)의 외측은 보일러 내부를 밀폐시키는 본체(10)의 내측벽에 결합되어, 상기 나선형물집(30)의 상하 이격부를 각각 밀폐시킴으로서, 나선형물집(30) 사이로 열기가 통과하여 접촉하는 면을 가열하도록 하는 열기통로(40)가 상호 격층을 이루도록 구성된다.

따라서 상기 열기통로(40)의 외측은 상기 나선형물집(30)의 외측과 결합되는 본체(10) 내측벽에 의해 막혀서 밀폐가 이루어지고, 내측은 상기 온수조(20)와, 상부와 하부는 상기 나선형물집(30)의 상, 하부면과 각각 접촉면을 가지도록 구성되는 것이다.

여기서, 상기 본체(10)는 내부를 밀폐시키도록 하는 통 형상으로 단열성 소재로 구성되며, 이러한 본체의 내측벽을 상기 나선형물집(30)의 외측에 용접으로 결합하여 구성함이 바람직하다.

또한, 상기 열기통로(40) 하부의 끝부는 보일러의 하부 일측을 연통하여 버너에 의한 열기를 내부로 투입할 수 있도록 하는 열기투입구(42)를 형성하여 열기가 공급될 수 있도록 하고, 상부의 끝부는 보일러 상부를 연통하는 열기배출구(44)를 형성하여 열교환을 수행한 열기가 외부로 배출될 수 있도록 구성된다.

그리고 상기 순환관(32)은 상기 나선형물집(30) 간의 이격부의 상하 마주하는 면에 대략 수직하는 관을 상호 연통시킴으로서, 상기 나선형물집(30)을 통과하는 물의 일부가 상기 순환관(32)을 통해 상부로 이동하면서 상기 열기통로(40)를 통과하도록 구성된다.

이때, 상기 순환관(32)은 작은 체적을 가지도록 구성하여, 둘레부에 접해지는 열기에 의해 순간적인 가열이 이루어지도록 구성함이 바람직하다.

또한, 상기 나선형물집(30)은 도 2 및 도 4에서 보는바와 같이, 상하 전체길이에서 상부의 일정지점까지만 물을 공급도록 하여, 상기 물이 채워진 지점의 상부는 증기(V)를 생성하는 증기실을 형성하도록 구성되는 것이며, 바람직하게는 상기 나선형물집(30)의 최상부에 형성되는 순환관(32a)까지 물을 채우도록 구성하여, 나선형물집(30)의 최상부에서 증기(V)가 형성될 수 있도록 구성함이 바람직하며, 상기에서 나선형물집(32)에 채워지는 높이를 하부에서 상부로 약 80∼90％지점까지 채우도록 구성함이 바람직하다.

따라서 상기한 구성에 따르는 본 발명의 열원회수장치에 의하면, 도 2에서 보는바와 같이, 상기 열기통로(40)의 내측은 상기 온수조(20)와, 상하부는 나선형 물집(30)의 상하부면과 각각 접촉면을 가짐으로서, 열기 투입에 의해 상기 온수조(20)와 나선형물집(30)을 동시에 가열하도록 하는 작용을 가지는 것이며, 상기 나선형물집(30)의 물이 작은 체적의 순환관(32)을 통과하면서 추가 가열이 된 후 상부층의 나선형물집(30)에 유입시켜 가열을 증폭시키고, 이러한 과정을 반복하면서 나선형 구조에 따른 전열 시간 증가에 의해 지속적인 가열이 이루어져 열효율을 극대화 시킬 수 있도록 하는 작용을 하는 것이다.

또한, 상기한 열교환 효율의 극대화와 함께 상술한바와 같이, 보일러 내부의 온수조(20)와, 나선형물집(30)을 각각 마련하여 동시에 가열이 이루어지도록 함으로써, 상기 온수조(20)의 가열된 물은 난방 또는 온수공급에 이용하고, 상기 나선형물집(30)에 의한 고온, 고압의 수증기는 상업용 설비나, 발전설비 등에 공급하여 사용할 수 있도록 하는 기능상의 이점이 발생된다.

한편 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 도 4 및 도 5에서 보는바와 같이, 앞선 실시예에서 살펴본 온수조(20)와, 나선형물집(30)과, 순환관(32) 및 열기통로(40)를 상부의 상판(10a)과, 하부의 바닥판(10b) 사이에 설치하고, 상기 나선형물집(30)의 외측에 결합되어 열기통로(40)를 밀폐시키도록 하는 구성을 앞서 살펴본 내부를 밀폐시키도록 하는 본체(10)의 구성이 아닌, 상기 열기통로(40)의 외측에 내경둘레부가 접촉하도록 결합되는 튜브형상의 외부온수조(200)를 상기 상판(10a)과 바닥판(10b)에 볼팅으로 결합하여 구성한 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 나선형물집(30)의 외측과 결합하여 열기통로(40)와 접촉면을 가지는 외부온수조(200)의 내측 둘레부는 전열성 소재로 구성이 되어, 상기 나선형 물집(30)에 외부온수조(200)를 결합하는 과정에서 같은 성질의 소재끼리 결합시키도록 구성되어진다.

또한, 상기한 구성에 의한 보일러를 제조할 시, 바닥판(10b)의 상부에 외부 온수조(200)를 결합하되, 내측으로 나선형물집(30)을 선 결합하여 구성한 후, 볼팅에 의하여 상기 바닥판(10b)에 결합시키고, 상기 나선형물집(30)의 중앙으로 내부의 온수조(20)를 삽입하여 결합하여 상부를 상판(10a)으로 막아 볼팅으로 결합토록 함으로써, 매우 용이하게 제조할 수 있도록 하는 효과가 있음은 물론, 열기통로(40)에 공급되는 열을 보다 광범위하게 이용하여 열효율을 보다 높이고, 보일러의 사용 용도의 확대를 가져올 수 있는 이점이 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 따른 보일러를 나타낸 사시도

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 보일러를 나타낸 종단면도

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 보일러를 나타낸 횡단면도

도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 보일러를 나타낸 종단면도

도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 보일러를 나타낸 횡단면도

(도면 주요부호에 대한 설명)

10: 본체 20: 온수조 22: 압력도피관

24: 급수관 26: 배수관 30: 나선형물집

32: 순환관 34: 급수관 36: 증기배출관

40: 열기통로 42: 열기투입구 44: 열기배출구

10a: 상판 10b: 바닥판 200: 외부온수조

Claims (6)

1. 보일러 본체 내부의 중앙에 형성되는 온수조와, 상기 온수조의 외측 둘레부를 상하 이격부를 가지도록 감은 나선 형태로 구성하여, 하부에 형성되는 급수관으로 투입되는 물을 가열하여 생성되는 증기를 상부의 증기배출관으로 배출시키는 나선형물집과, 상기 나선형물집을 따라서 형성되는 상하 이격부에 수직의 관을 각각 연결하여 상기 물집의 물을 상부로 통과시키도록 하는 다수개의 순환관과, 상기 나선형물집의 이격부가 상기 본체 내측벽에 의해 각각 밀폐되어 격층 구조를 가짐으로서, 하부에 형성되는 열기투입구로 투입되는 열기를 통과시켜 온수조의 외측벽과, 상기 나선형물집의 상하부와, 순환관을 각각 가열한 후, 상부에 형성되는 열기 배출구로 배출되도록 하는 열기통로로 구성되는 것을 특징으로 하는 나선형 물집과 열기통로를 구비하는 열원회수장치
2. 제 1항에 있어서,

   상기 본체의 내측벽은 상기 나선형물집의 외측 둘레부에 용접 결합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 나선형 물집과 열기통로를 구비하는 열원회수장치
3. 보일러 내부의 중앙에 형성되는 온수조의 외측 둘레부를 상하 이격부를 가지도록 감은 나선 형태로 구성하여, 하부에 형성되는 급수관으로 투입되는 물을 가열하여 생성되는 증기를 상부의 증기배출관으로 배출시키는 나선형물집과, 상기 나선 형물집을 따라서 형성되는 상하 이격부에 수직의 관을 각각 연결하여 상기 물집의 물을 상부로 통과시키도록 하는 다수개의 순환관을 구비하고, 상기 나선형물집의 이격부의 외측을 밀폐시켜 하부로 투입되는 열기를 통과시켜 상기 온수조의 외측벽과, 나선형물집의 상하부와, 순환관을 가열토록 하는 열기통로로 구성하되, 상기 나선형물집의 외측에 내측 둘레부가 결합되어 상기 이격부의 외측과 접촉면을 형성하면서 밀폐시키는 튜브형상의 외부수조를 형성하고, 상부와 하부에 각각 상판과 바닥판을 결합하여 내부를 밀폐시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 나선형 물집과 열기통로를 구비하는 열원회수장치
4. 제 3항에 있어서,

   상기 상판과, 바닥판은 외부수조의 상하부에 각각 볼팅으로 결합되는 것을 특징으로 하는 나선형물집과 열기통로를 구비하는 열원회수장치의 결합구조
5. 제 1항 내지 제 4항 가운데 어느 한 항에 있어서,

   상기 나선형물집은 하부로부터 상부의 약 80-90％ 지점까지 물을 채우도록 하여, 최상부에 하부의 물의 가열에 의한 증기를 생성하는 증기실을 형성하는 것을 특징으로 포함하는 나선형 물집과 열기통로를 구비하는 열원회수장치 및 그 결합구조
6. 제 1항 내지 제 4항 가운데 어느 한 항에 있어서,

   상기 나선형물집은 최상부에 형성되는 순환관 까지 물을 채우도록 구성하여 상기 최상부의 순환관 상부의 관에서 증기를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 나선형 물집과 열기통로를 구비하는 열원회수장치 및 그 결합구조

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