KR20110058442A - 진공 순환 방식의 보일러 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 본체(10)와 난방기(20)에 연결되고, 진공펌프(24)의 진공압으로 작동되는 보일러에 있어서: 상기 본체(10)와 난방기(20)에 열매체 순환 경로를 형성하도록 연결되고, 내부의 온도, 압력, 수위 감지용 센서를 지니는 응축기(30); 상기 응축기(30)와 진공펌프(24) 사이에 전열기(45)를 개재하여 연결되고, 내부의 냉각수 온도와 수위 감지용 센서를 지니는 냉각기(40); 및 상기 냉각기(40)의 냉각수를 순환하며 방열하도록 설치되는 방열수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 항시 적절한 진공압을 유지하여 작동 신뢰성을 향상하고 진공펌프에 고온이 작용하지 않아 장수명을 보장할 수 있는 효과가 있다.
진공, 보일러, 응축, 냉각, 열교환, 수명

Description

진공 순환 방식의 보일러{A boiler based on vacuum circulation}
본 발명은 진공 순환 방식의 보일러에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 항시 적절한 진공압을 유지하여 작동 신뢰성을 향상하고 진공펌프에 고온이 작용하지 않아 장수명을 보장할 수 있는 진공 순환 방식의 보일러에 관한 것이다.
통상적으로 내부를 진공상태로 유지시켜 작동되는 진공온수보일러는 설비비가 적게 들고 안전할 뿐 아니라 운전효율이 높고 에너지 절감에 유리하다. 그리고 기존 보일러에 비해 끓는 점이 낮고 부식이 적어 3배 이상 수명이 길다. 다만 장시간 난방 중에 진공이 깨지는 현상이 발생하기 쉬운 단점이 있다.
일예로, 한국 등록특허공보 제0347252호의 "진공식 난방 보일러"에 의하면 『수증기발생실(1)과 진공펌프(13)를 포함하고, 부압에 의해 수증기가 순환하면서 난방하는 통상의 진공 보일러에 있어서: 상기 수증기발생실(1)은 증기토출관(1b)이 구비되되 용수를 공급받기 위한 연결파이프(5)가 일단에 연결되고; 상기 용수저장고(3)는 연결관(4)이 연결되되 가열이 이루어지는 가열 벤딩구간(4a)을 이루며; 상기 수증기는 소정구간에서 환수액저장고(8)로 안내되되 냉각밴딩관(6a) 구간은 환수되는 수증기를 냉각시키게 되고; 상기 환수액저장고(8)는 환수액공급파이프(8a) 가 저면에 설치되되 상부에는 수분제거부(9)와 연통 설치되며; 상기 수분제거부(9)는 진공유도관(9a)이 내부에 구비되되 진공유도관(9a) 내측에는 연결파이프(9b)가 소정높이로 형성되고; 상기 진공펌프(13)와 일측이 연통되는 진공탱크(15)는 그 타측이 상기 수분제거부(9)와 연통되는』 구성을 개시한다.
그러나 이는 장시간 동작으로 인해 내부의 진공압이 저하될 경우 상대적으로 수증기의 순환력이 감소하게 되면 버너(2)의 가동을 멈추고 이후 진공펌프(13)를 다시 가동시키는 번거로운 과정을 필요로 한다.
또한, 진공보일러의 실제 가동에 있어서 진공펌프(13)가 고온의 공기나 수증기에 노출되므로 내구성이 급격하게 저하되어 보일러 전체의 수명을 저하시키는 요인이 된다.
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 항시 적절한 진공압을 유지하여 작동 신뢰성을 향상하고 진공펌프에 고온이 작용하지 않아 장수명을 보장할 수 있는 진공 순환 방식의 보일러를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 본체와 난방기에 연결되고, 진공펌프의 진공압으로 작동되는 보일러에 있어서: 상기 본체와 난방기에 열매체 순환 경로를 형성하도록 연결되고, 내부의 온도, 압력, 수위 감지용 센서를 지니는 응축기; 상기 응축기와 진공펌프 사이에 전열기를 개재하여 연결되고, 내부의 냉각수 온도와 수위 감지용 센서를 지니는 냉각기; 및 상기 냉각기의 냉각수를 순환하며 방열하도록 설치되는 방열수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따르면 상기 응축기는 하측에서 솔레노이드체크밸브를 통하여 본체와 연결되고, 상측에서 에어벤트와 솔레노이드밸브를 통하여 대기와 연통되는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따르면 상기 냉각기의 전열기는 표면에 핀을 지닌 튜브를 나선 또는 지그재그로 적층한 방식을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따르면 상기 방열수단은 펌프를 지닌 수조 또는 펌프와 냉각팬을 지닌 방열기를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따르면 상기 냉각기의 출구 배관상에서 본체로 분기하고, 3웨 이밸브와 체크밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명의 진공 순환 방식의 보일러에 의하면, 항시 적절한 진공압을 유지하여 작동 신뢰성을 향상하고 진공펌프에 고온이 작용하지 않아 장수명을 보장할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 보일러의 주요부 연결상태를 나타내는 구성도, 도 2는 본 발명의 변형예에 의한 주요부 연결상태를 나타내는 구성도이다.
본 발명은 본체(10)와 난방기(20)에 연결되고, 진공펌프(24)의 진공압으로 작동되는 보일러에 관련된다. 본체(10)는 원통식 보일러에 적용하는 것으로 도시하지만 다관식 관류 보일러 비롯한 다른 방식에도 적용이 가능하다. 본체(10)에는 버너(22) 외에 온도센서(11), 압력센서(12), 상위레벨센서(13), 하위레벨센서(14)가 설치된다. 진공펌프(24)는 필수적 요소로서 본체(10)에서 이격되지만 체크밸브(26)와 함께 설치되는 것이 좋다.
또, 본 발명에 따르면 내부의 온도, 압력, 수위 감지용 센서를 지니는 응축기(30)가 상기 본체(10)와 난방기(20)에 열매체 순환 경로를 형성하도록 연결된다. 열매체가 본체(10)에서 난방기(20)를 거쳐 응축기(30)에 이르고 다시 본체(10)로 순환되는 경로를 구성한다. 응축기(30)의 용량은 본체(10)에 비하여 작으나 높은 위치에 설치하는 것이 좋다. 응축기(30)에는 온도센서(31), 압력센서(32), 상위레벨센서(33), 하위레벨센서(34)가 설치된다.
이때, 상기 응축기(30)는 하측에서 솔레노이드체크밸브(36)를 통하여 본체(10)와 연결되고, 상측에서 에어벤트(35)와 솔레노이드밸브(37)를 통하여 대기와 연통된다. 응축기(30)의 하위레벨센서(34)보다 낮은 위치에서 본체(10)의 하위레벨센서(14)보다 낮은 위치로 배관을 연결하고, 그 배관 상에 솔레노이드체크밸브(36)를 설치한다. 응축기(30)에서 상위레벨센서(33)보다 높은 위치에 에어벤트(35)와 함께 솔레노이드밸브(37)를 설치한다. 상기 솔레노이드체크밸브(36)와 솔레노이드밸브(37)는 전기 구동식이 좋다.
또, 본 발명에 따르면 내부의 냉각수 온도와 수위 감지용 센서를 지니는 냉각기(40)가 상기 응축기(30)와 진공펌프(24) 사이에 전열기(45)를 개재하여 연결된다. 냉각기(40)는 응축기(30)와 마찬가지로 밀폐된 통형 구조이고 2개의 유로가 만나 열교환을 수행한다. 냉각기(40)의 일측 유로는 출구 배관과 입구 배관을 통하여 냉각수를 순환하고, 타측 유로는 전열기(45)와 진공펌프(24)를 통하여 응축기(30)의 공기를 배출시킨다. 냉각기(40)에는 온도센서(41)와 상위 및 하위레벨센서(43)가 설치된다. 냉각기(40)의 냉각수 수위는 항상 일정해야 하므로 상위 및 하위레벨센서(43)는 매우 인접하여 설치된다.
이때, 상기 냉각기(40)의 전열기(45)는 표면에 핀을 지닌 튜브를 나선 또는 지그재그로 적층한 방식을 사용한다. 튜브는 열전도율이 높은 소재(동합금이나 알루미늄합금)를 원형 또는 타원형 단면으로 성형한 구조이다. 상기한 나선형(도시된 방식)이든 지그재그형(라디에터 방식)이든 전열기(45)는 진공펌프(24)에 의해 이동하는 공기의 유동 길이를 충분히 확보하도록 형성하는 것이 좋다.
또, 본 발명에 따르면 상기 냉각기(40)의 냉각수를 순환하며 방열하도록 방열수단이 설치된다. 방열수단은 냉각기(40)의 냉각수가 설정된 온도 이상 상승하지 않도록 하는 수단이다. 물론 이러한 설정 온도는 본체(10)의 용량 및 냉각기(40)와 전열기(45)의 용량에 의해 결정된다.
이때, 본 발명의 상기 방열수단은 펌프(54)를 지닌 수조(52) 또는 펌프(64)와 냉각팬(58)을 지닌 방열기(57)를 사용할 수 있다.
본 발명의 제1실시예(도 1)에 의하면 냉각기(40)의 출구 배관과 입구 배관을 수조(52)와 연결한다. 이는 수조(52)의 저면에 수중식 펌프(54)를 설치하고 냉각수를 순환시키는 방식이다.
본 발명의 제2실시예(도 2)에 의하면 냉각기(40)의 출구 배관과 입구 배관을 방열기(57)와 펌프(64)에 연결한다. 이는 방열기(57)의 일측에 냉각팬(58)을 설치하여 보다 강제적으로 냉각하는 방식이다.
한편, 본 발명에 의하면 상기 냉각기(40)의 출구 배관상에서 본체(10)로 분기하고, 3웨이밸브(55)와 체크밸브(56)를 더 구비하는 구성도 가능하다. 냉각기(40)의 출구 배관을 통과하는 가온된 냉각수의 일부를 본체(10)로 보내어 보충하기 위한 용도이다. 응축기(30)의 응축수가 본체(10)에 대한 보충수 역할을 주로 수행하고 냉각기(40)의 냉각수는 보조적인 역할을 수행한다. 3웨이밸브(55)는 전동식 볼밸브 형태를 사용하며 냉각기(40)의 냉각수를 본체(10) 또는 수조(52)에 선택적 으로 보낸다. 본체(10)에 인접하여 설치되는 체크밸브(56)는 본체(10) 내부의 고압 수증기가 3웨이밸브(55) 측으로 역류하는 것을 방지한다.
본 발명의 응축기(30)와 냉각기(40)는 별도의 케이싱(60)에 수용하는 것도 가능하다. 이 경우 본체(10)와 수조(52)에 배관연결하기 위한 다수의 플랜지(62)를 설치한다. 이와 같이 별도의 케이싱(60)을 사용하여 모듈화하면 운반과 시공이 용이하다.
작동에 있어서, 진공펌프(24)를 온(on)하여 본체(10), 난방기(20), 응축기(30), 전열기(45) 상에 약 10~15 Torr 정도의 진공압이 형성되면 진공펌프(24)를 오프(off)하고, 보일러의 버너(22)를 점화하여 본체(10)의 온도센서(11)에서 95℃를 감지하면 진공펌프(24)를 온상태로 함에 따라 본체(10)의 수증기가 난방기(20)를 거치면서 난방이 지속된다. 만일 응축기(30)의 온도센서(31)에서 90℃를 감지하면 진공펌프(24)와 버너(22)를 오프한다. 통상 방열수단의 펌프(54) 또는 냉각팬(58)은 진공펌프(24)와 거의 동시에 온오프 되도록 한다.
이어서, 버너(22)가 오프되어 일정 시간이 경과되고 응축기(30)의 압력센서(32) 값이 본체(10)의 압력센서(12) 값보다 높을 때 솔레노이드체크밸브(36)를 온하면 응축수가 본체(10)로 신속히 보충된다. 만일 본체(10)의 수위가 충분하지 않으면 3웨이밸브(55)를 개방하여 냉각기(40)의 가온된 냉각수를 보충한다. 응축기(30)의 응축수가 본체(10)에 보충되는 시간은 3~5분 정도로 설계하며, 이때 응축기(30)의 솔레노이드밸브(37)를 온하여 에어벤트(35)를 개방한다. 본체(10)의 수위가 적정치에 이르고 응축기(30)의 온도센서(31)에서 80℃로 감지되면 다시 버 너(22)를 가동하고 상기한 작동을 반복적으로 수행한다.
한편, 도시하지 않으나 본 발명은 본체(10)와 응축기(30) 사이의 배관에 응축수의 강제 이송을 위한 펌프를 더 구비할 수도 있다.
이와 같이 하면 진공압에 의한 열매체 순환이 원활하게 수행되고, 강제 순환을 병용하는 자동제어가 용이하며, 진공펌프(24)에 고온이 작용하지 않아 내구성과 작동 신뢰성이 향상된다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 보일러의 주요부 연결상태를 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명의 변형예에 의한 주요부 연결상태를 나타내는 구성도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 본체 11, 31, 41: 온도센서
12, 32: 압력센서 13, 14, 33, 34, 43: 레벨센서
20: 난방기 24: 진공펌프
26, 56: 체크밸브 30: 응축기
35: 에어벤트 36: 솔레노이드체크밸브
37: 솔레노이드밸브 40: 냉각기
45: 전열기 52: 수조
54, 64: 펌프 55: 3웨이밸브
57: 방열기 58: 냉각팬
60: 케이싱 62: 플랜지

Claims (5)

  1. 본체(10)와 난방기(20)에 연결되고, 진공펌프(24)의 진공압으로 작동되는 보일러에 있어서:
    상기 본체(10)와 난방기(20)에 열매체 순환 경로를 형성하도록 연결되고, 내부의 온도, 압력, 수위 감지용 센서를 지니는 응축기(30);
    상기 응축기(30)와 진공펌프(24) 사이에 전열기(45)를 개재하여 연결되고, 내부의 냉각수 온도와 수위 감지용 센서를 지니는 냉각기(40); 및
    상기 냉각기(40)의 냉각수를 순환하며 방열하도록 설치되는 방열수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공 순환 방식의 보일러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 응축기(30)는 하측에서 솔레노이드체크밸브(36)를 통하여 본체(10)와 연결되고, 상측에서 에어벤트(35)와 솔레노이드밸브(37)를 통하여 대기와 연통되는 것을 특징으로 하는 진공 순환 방식의 보일러.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각기(40)의 전열기(45)는 표면에 핀을 지닌 튜브를 나선 또는 지그재그로 적층한 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 진공 순환 방식의 보일러.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방열수단은 펌프(54)를 지닌 수조(52) 또는 펌프(64)와 냉각팬(58)을 지닌 방열기(57)를 사용하는 것을 특징으로 하는 진공 순환 방식의 보일러.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 냉각기(40)의 출구 배관상에서 본체(10)로 분기하고, 3웨이밸브(55)와 체크밸브(56)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 진공 순환 방식의 보일러.
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