KR20120089171A - 질소탱크와 열교환기를 일체로 구비한 보일러 - Google Patents

질소탱크와 열교환기를 일체로 구비한 보일러 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보일러에 관한 것으로서, 난방수 유출입구와 온수 유출입구가 형성된 케이싱과; 상기 케이싱의 하부영역에 구비되어 질소가스가 충진되는 질소충진탱크와; 난방수가 유출입가능하도록 상기 질소충진탱크 내부에 위치하며, 상기 난방수의 유출입에 따라 체적이 탄성적으로 변형되는 탄성주머니와; 상기 케이싱의 상부영역에 구비되어 상기 온수의 온도를 조절하는 온수열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

질소탱크와 열교환기를 일체로 구비한 보일러{BOILER HAVING NITROGEN TANK AN HEAT EXCHANGER IN ONE BODY TYPE}
본 발명은 보일러에 관한 것으로, 구체적으로는 질소가스 충진탱크와 열교환기를 일체로 구비한 보일러에 관한 것이다.
가정용 보일러는 대기와 차단된 압력식 팽창탱크를 구비하여 난방배관이 팽창탱크보다 높은 상행배관의 경우에도 물이 넘치지 않는 구조를 채택하고 있다. 즉, 보일러가 가동되어 배관 내부의 수온이 높아져 부피가 증가하게 되면 배관 내의 압력이 증가하고, 이를 팽창탱크 내부의 격막과 질소충진부가 흡수하게 된다.
따라서, 대기와 차단된 구조로 인하여 배관 내의 용존 산소량이 감소하여 열교환기 및 배관이 부식이 방지되고 내구성이 증가되는 장점을 갖는다.
그러나, 이러한 종래 가정용 보일러는 질소가 충진된 압력식 팽창탱크와 열교환기가 별도로 구비되므로 제조단가가 상승하는 단점이 있다.
또한, 종래 가정용 보일러는 온수를 사용하기 위해 사용자가 온수 수전을 틀더라도 곧바로 더운 물이 나오지 않는 불편함이 있다.
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로 질소가 충진된 질소충진탱크를 열교환기와 일체로 구비한 보일러를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 일정용량의 물이 항상 열교환기와 접촉하고 있어 사용자가 온수 수전을 틀면 즉시 온수를 공급할 수 있는 보일러를 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 보일러에 관한 것이다. 본 발명의 보일러는, 난방수 유출입구와 온수 유출입구가 형성된 케이싱과; 상기 케이싱의 하부영역에 구비되어 질소가스가 충진되는 질소충진탱크와; 난방수가 유출입가능하도록 상기 질소충진탱크 내부에 위치하며, 상기 난방수의 유출입에 따라 체적이 탄성적으로 변형되는 탄성주머니와; 상기 케이싱의 상부영역에 구비되어 상기 온수의 온도를 조절하는 온수열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 온수열교환기는 순환펌프를 통해 유입된 온수에 강제적인 와류구조를 형성시킨다.
한편, 본 발명의 목적은, 제1케이싱과; 난방수 유출입구와 온수 유출입구가 형성되며 상기 난방수가 유동되는 유동공간을 가지며, 상기 제1케이싱과 상호 조립되는 제2케이싱과; 상기 제1케이싱의 내부에 구비되며 질소가스가 충진되는 질소충진탱크와; 상기 질소충진탱크 내부에 위치하며, 상기 제2케이싱의 난방수가 유동가능하게 구비되며 상기 난방수의 유출입에 따라 체적이 탄성적으로 변형되는 탄성주머니와; 상기 제2케이싱의 내부에 구비되어 상기 온수가 유동되는 온수열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 온수열교환기는 나선형으로 복수회 권취된 코일형상으로 구비되고, 상기 코일형상으로 권취된 온수열교환기의 중심영역에는 상기 권취방향에 대해 수직한 방향으로 일정간격으로 복수개 구비되는 물가이드가 구비되고, 상기 물가이드는 상기 난방수가 상기 제2케이싱 내부를 유동할 때 상기 난방수의 흐름을 차폐하여 상기 온수열교환기 측에 와류가 형성되도록 하여 상기 온수열교환기와 상기 난방수의 열교환효율을 증가시킨다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1케이싱과 상기 제2케이싱 사이에 구비되어 두 개의 공간으로 분할하는 격실판을 더 포함하고, 상기 격실판의 표면에는 일정 깊이로 함몰형성되어 상기 난방수의 흐름을 차폐하는 수실포밍이 복수개 형성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2케이싱의 표면에는 내측방향으로 일정 깊이 함몰형성되어 상기 난방수의 흐름을 차폐하는 케이싱수실포밍이 복수개 형성된다.
본 발명에 따른 보일러는 케이싱 내부에 질소충진탱크와 열교환기를 일체로 형성하여 보일러의 난방수 순환구조와 전체 구조를 간단히 하므로 제조단가를 절감할 수 있다.
또한, 열교환기 내부에 수용된 일정용량의 물이 항상 난방수와 접촉되게 되므로 사용자가 온수 수전을 틀 경우 기다리는 시간 없이 즉시 온수를 공급할 수 있는 장점이 있다.
또한, 케이싱 내부의 난방수순환 흐름을 물가이드와 수실포밍을 이용해서 온수열교환기 측에 와류가 형성되도록 유도하여 온수의 열교환성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 보일러의 단면구성을 개략적으로 도시한 개략도,
도 2는 본 발명의 보일러가 적용된 보일러시스템의 구성을 개략적으로 도시한 개략도,
도3a와 도3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보일러의 구성을 도시한 도면들,
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보일러의 단면구성을 도시한 단면도,
도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보일러의 조립과정을 도시한 예시도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도1은 본 발명에 따른 보일러(100)의 내부 단면구조를 개략적으로 도시한 개략도이고, 도2는 본 발명에 따른 보일러(100)가 적용된 보일러시스템(1)의 개략적인 구성을 도시한 개략도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 보일러(100)는 케이싱(110)과, 케이싱(110)의 하부영역에 배치된 질소충진탱크(120)와, 질소충진탱크(120) 내부에 구비되어 온수의 유출입에 따라 체적이 탄성적으로 변형되는 탄성주머니(130)와, 케이싱(110)의 상부영역에 배치되어 온수의 온도를 조절하는 온수열교환기(140)를 포함한다.
케이싱(110)은 내부에 질소충진탱크(120)와 온수열교환기(140)를 수용하는 체적을 가지며 내부에 난방수가 순환할 수 있는 공간을 갖는다. 케이싱(110)에는 난방수가 유입 및 유출되는 난방수유입구(111)와 난방수유출구(113)가 구비된다. 또한, 케이싱(110)에는 질소충진탱크(120) 내부로 질소를 충진할 수 있는 질소충진구(115)가 구비된다.
질소충진탱크(120)는 케이싱(110)의 내부에 구비되어 온수의 온도변화에 따라 탄성주머니(130)의 체적이 변화되도록 한다. 질소충진탱크(120)는 밀폐식 압력탱크로 구비되며 질소가 1~2bar의 압력으로 충진되어 있다.
탄성주머니(130)는 질소충진탱크(120) 내부에 구비된다. 탄성주머니(130)는 난방수가 유입 및 유출될 수 있도록 유입구가 케이싱(110) 내부에 개방된 상태로 구비된다. 탄성주머니(130)는 난방수가 케이싱(110) 내부로 보충되어 수위가 상승되면 내부에 난방수를 수용하여 팽창하고, 난방수가 줄어들면 주변의 질소의 압력으로 인해 탄성적으로 형태가 축소된다. 탄성주머니(130)는 고무재질의 풍선형태로 구비된다.
탄성주머니(130)는 보일러(100)가 가동하면서 난방수의 온도가 올라가서 부피팽창을 할 때에 그 팽창한 량이 내부에 수용되게 된다. 반면, 난방수의 온도가 떨어져서 난방수의 부피가 줄어들면 다시 탄성주머니(130) 외측으로 팽창되었던 난방수가 빠져 나가게 된다. 탄성주머니(130)는 보일러(100)의 가동시 이러한 팽창과 수축을 계속해서 반복한다.
열교환기(140)는 난방수가 보유한 열을 온수와 교환하여 케이싱(110) 내부로 유입된 냉수의 온도를 상승시킨다. 본 발명에 따른 열교환기(140)는 열교환 효율을 높이기 위해 나선형으로 감긴 코일형태로 구비된다. 열교환기(140)의 일단부(141)를 통해 냉수가 유입되고, 열교환기(140)의 타단부(143)를 통해 난방수와 열교환을 통해 온도가 상승된 온수가 유출된다.
이 때, 도2에 도시된 바와 같이 순환펌프(300)를 통해 난방수를 강제로 열교환기(140) 주변으로 강제로 순환시키게 되므로 열교환기(140) 주면에 강제적인 와류구조가 형성될 수 있다. 이에 의해 온수와 난방수의 열교환 효율이 극대화될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 보일러(100)의 동작과정을 도1과 도2를 참조하여 설명한다. 보일러시스템(1)이 가동되면 주열교환기(140)에 의해 가열된 난방수는 케이싱(110)의 난방수유입구(111)로 유입된다. 가열된 난방수가 케이싱(110) 내부로 유입되어 수위가 점차 높아지면 탄성주머니(130) 내부로 유입되게 된다.
탄성주머니(130)로 난방수가 유입되고 난방수의 온도가 점차 상승하면 난방수의 부피팽창으로 인해 탄성주머니는 도1에 도시된 바와 같이 줄어든 상태에서 도2에 도시된 바와 같이 탄성적으로 팽창하게 된다.
난방수는 난방수유출구(113)를 통해 유출되고 순환펌프(300)와 삼방밸브(400)를 거쳐 라디에이터 또는 난방처(500)로 공급된다.
한편, 난방수가 순환펌프(300)에 의해 케이싱(110) 내부로 강제순환 될 때 열교환기(140) 내부에는 항상 일정량의 물이 저장되어 있으므로 난방수와의 열교환에 의해 따뜻한 온도를 유지하게 된다. 따라서, 사용자가 온수 수전을 틀 경우 즉시 온수를 공급할 수 있게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 보일러는 케이싱 내부에 질소충진탱크와 열교환기를 일체로 형성하여 보일러의 난방수 순환구조와 전체 구조를 간단히 함으로써 제조단가를 절감할 수 있다.
또한, 열교환기 내부에 수용된 일정 용량의 물이 항상 난방수와 접촉되게 되므로 사용자가 온수 수전을 틀 경우 기다리는 시간 없이 즉시 온수를 공급할 수 있는 장점이 있다.
한편, 도3a 내지 도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보일러(100a)의 구조를 도시한 도면들이다.
앞서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보일러(100)는 질소충진탱크(120))와 열교환기(140)가 상하로 수직하게 배열된 구조를 가졌다. 반면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 보일러(100a)는 한 쌍의 케이싱(110a,110b)의 좌우에 질소충진탱크(120a)와 열교환기(140a)가 수평하게 배열된 구조를 갖는다.
이에 따라 케이싱(110a)의 내부로 유입되는 난방수의 유량에 따라 탄성주머니(130a)가 팽창 및 수축하고, 난방수와 열교환기(140a)가 열을 교환하여 온수를 가열하게 된다.
도3a와 도3b는 제1케이싱(110a)와 제2케이싱(110b) 내부의 구조를 도시한 사시도이고, 도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보일러(100a)의 단면구조를 도시한 단면도이고, 도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보일러(100a)의 조립구조를 도시한 예시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 보일러(100a)는 제1케이싱(110a) 내부에 질소충진탱크(120a)가 일체로 구비되고, 질소충진탱크(120a) 내부에 탄성주머니(130a)가 구비된다.
그리고, 제2케이싱(110b)는 난방수가 유동되는 유동공간을 형성하고, 내부에 열교환기(140a)가 구비된다. 제2케이싱(110b)에는 난방수가 유입 및 유출되는 유입구(111)와 유출구(113)가 각각 구비되어 내부에 난방수가 순환된다.
열교환기(140a)는 도시된 바와 같이 코일형상으로 권취되도록 형성된다.
여기서, 제1케이싱(110a)과 제2케이싱(110b) 사이에는 도5에 도시된 바와 같이 각각의 공간을 서로 분리시키는 격실판(150)이 구비된다. 격실판(150)은 제2케이싱(110b)의 내측에 밀착되게 조립된다. 격실판(150)의 판면에는 제2케이싱(110b)의 난방수가 탄성주머니(130a)로 유동되도록 하는 연통공(151)이 일정간격으로 복수개 형성된다. 또한, 격실판(150)의 판면에는 제2케이싱(110b) 방향으로 일정 깊이 함몰형성된 트렌치 형상의 수실포밍(153)이 구비된다. 수실포밍(153)은 일정 깊이로 함몰 형성되므로 제2케이싱(110b) 내부를 유동하는 난방수의 유동을 차폐하거나 차단하는 역할을 한다.
또한, 도4에 도시된 바와 같이 제2케이싱(110b)의 판면에도 내부를 향해 함몰형성된 케이싱수실포밍(115)이 복수개 형성된다. 케이싱수실포밍(115)도 제2케이싱(110b) 내부를 유동하는 난방수의 유동흐름을 차폐한다.
그리고, 제2케이싱(110b)에는 열교환기(140a)의 권취방향에 수직한 방향으로 물가이드(170)가 복수개 형성된다. 물가이드(170)는 제2케이싱(110b) 내부에 일정간격으로 구비되어 제2케이싱(110b)을 유동하는 난방수의 흐름을 방해하는 역할을 한다.
물가이드(170)와 수실포밍(153) 및 케이싱수실포밍(115)는 난방수의 흐름을 차폐하여 제2케이싱(110b)의 열교환기(140a) 측에 와류가 형성되도록 한다. 이렇게 형성된 와류는 열교환기(140a)와 난방수의 열교환효율을 촉진시키는 역할을 한다.
이러한 물가이드(170)와 수실포밍(153) 및 케이싱수실포밍(115)이 없는 경우, 열교환기(140a)와 질소충진탱크(120a) 표면에 열이 정체되어 열교환이 제대로 이루어지지 않는 경우가 발생된다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 보일러(100a)는 물가이드(170)와 수실포밍(153) 및 케이싱수실포밍(115)의 기하학적 구조에 의해 발생된 와류에 의해 정체되어 있는 열을 에너지로 사용할 수 있게 된다.
도5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 보일러(100a)의 조립구조를 개략적으로 설명한다.
먼저, 제2케이싱(110b) 내부에 열교환기(140a)를 코일형상으로 배치하고, 열교환기(140b)의 중심영역에 물가이드(170)를 복수개 배치한다.
그리고, 제2케이싱(110b)의 전면에 격실판(150)을 조립한다. 격실판(150)은 제2케이싱(110b)의 내측면에 압입하여 삽입되고, 결합영역은 코킹한다. 결실판(150)의 외측으로 탄성주머니(130a)를 배치하고, 그 외측에 제1케이싱(110a)을 배치한다. 제1케이싱(110a)은 제2케이싱(110b)의 내부로 압입하여 위치를 고정시킨다.
이렇게 조립이 완료된 보일러는 케이싱 내부에 질소충진탱크와 열교환기를 일체로 형성하여 보일러의 난방수 순환구조와 전체 구조를 간단히 함으로써 제조단가를 절감할 수 있고, 와류를 형성하여 열교환 효율을 높일 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 보일러의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100 : 보일러 110 : 케이싱
120 : 질소충진탱크 130 : 탄성주머니
140 : 열교환기 150 : 격실판
151 : 연통공 153 : 수실포밍
170 : 물가이드

Claims (6)

  1. 보일러에 있어서,
    난방수 유출입구와 온수 유출입구가 형성된 케이싱과;
    상기 케이싱의 하부영역에 구비되어 질소가스가 충진되는 질소충진탱크와;
    난방수가 유출입 가능하도록 상기 질소충진탱크 내부에 위치하며, 상기 난방수의 유출입에 따라 체적이 탄성적으로 변형되는 탄성주머니와;
    상기 케이싱의 상부영역에 구비되어 상기 온수의 온도를 조절하는 온수열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온수열교환기는 순환펌프를 통해 유입된 온수에 강제적인 와류구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 보일러.
  3. 보일러에 있어서,
    제1케이싱과;
    난방수 유출입구와 온수 유출입구가 형성되며 상기 난방수가 유동되는 유동공간을 가지며, 상기 제1케이싱과 상호 조립되는 제2케이싱과;
    상기 제1케이싱의 내부에 구비되며 질소가스가 충진되는 질소충진탱크와;
    상기 질소충진탱크 내부에 위치하며, 상기 제2케이싱의 난방수가 유동가능하게 구비되며 상기 난방수의 유출입에 따라 체적이 탄성적으로 변형되는 탄성주머니와;
    상기 제2케이싱의 내부에 구비되어 상기 온수가 유동되는 온수열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 온수열교환기는 나선형으로 복수회 권취된 코일형상으로 구비되고,
    상기 코일형상으로 권취된 온수열교환기의 중심영역에는 상기 권취방향에 대해 수직한 방향으로 일정간격으로 복수개 구비되는 물가이드가 구비되고,
    상기 물가이드는 상기 난방수가 상기 제2케이싱 내부를 유동할 때 상기 난방수의 흐름을 차폐하여 상기 온수열교환기 측에 와류가 형성되도록 하여 상기 온수열교환기와 상기 난방수의 열교환효율을 증가시키는 것을 특징으로 하는 보일러.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제1케이싱과 상기 제2케이싱 사이에 구비되어 두 개의 공간으로 분할하는 격실판을 더 포함하고,
    상기 격실판의 표면에는 일정 깊이로 함몰형성되어 상기 난방수의 흐름을 차폐하는 수실포밍이 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 보일러.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2케이싱의 표면에는 내측방향으로 일정 깊이 함몰형성되어 상기 난방수의 흐름을 차폐하는 케이싱수실포밍이 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 보일러.
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