KR20120108205A

KR20120108205A - 진공 보일러

Info

Publication number: KR20120108205A
Application number: KR1020110025834A
Authority: KR
Inventors: 민태식
Original assignee: 주식회사 경동나비엔
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2012-10-05
Also published as: CN102692077A

Abstract

본 발명은 관체 내부에 물보다 비등점이 높은 열매수를 충진시키고 버너의 연소에 의한 가열에 의해 높은 온도에서 증발하는 열매수의 응축열을 온수관 내부를 흐르는 유체에 전달하여 가열시킴으로써 간접 가열 방식으로 열교환이 이루어지는 진공 보일러 구조에서 출력되는 온수의 온도를 고온으로 높일 수 있도록 하는 진공 보일러를 제공함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명은, 내부가 진공상태를 유지하면서 밀폐 형성되는 관체; 상기 관체 내측의 하부에 구비된 연소실에 연소열을 발생시키는 버너; 상기 연소실의 외벽에 접촉되며 상기 관체 내부에 충진되는 열매수; 및 상기 열매수의 가열에 따른 증발 기체와의 접촉으로 열교환이 이루어지도록 상기 관체의 상부 측벽을 관통하여 상기 열매수의 수면 위로 배치되는 온수관으로 이루어진 간접 열교환기;를 포함하되, 상기 열매수는 그 비등점이 물의 비등점보다 높은 용액 중에서 선택되는 것을 특징으로 한다.

Description

진공 보일러{A VACUUM BOILER}

본 발명은 진공 보일러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 관체 내부에 물보다 비등점이 높은 열매수를 충진시키고 버너의 연소에 의한 가열에 의해 증발하는 열매수의 응축열을 이용하여 온수관 내부를 흐르는 유체를 간접 가열시킴으로써 고온의 난방수 및 온수의 공급이 가능한 진공 보일러에 관한 것이다.

일반적으로 보일러는 연료의 연소열을 이용하여 물을 가열하고, 가열된 물을 순환시켜 원하는 지역을 난방하거나 온수를 공급하는 장치로서, 버너에서 발생된 연소생성물의 연소열을 가열하고자 하는 물에 열전달하는 방식에 따라 직접 가열 방식의 일반 보일러와 간접 가열 방식의 진공 보일러가 있다.

직접 가열 방식의 일반 보일러는, 연소생성물의 연소열이 열교환기에서 배관을 흐르는 물에 직접 전달되므로 출력되는 온수의 온도를 고온으로 높일 수 있는 장점이 있으나, 보일러 내부의 압력이 높아 폭발의 위험이 있고, 난방수가 흐르는 배관이 외부공기와 접촉되어 부식이 발생할 염려가 있으며, 설비의 수명이 간접 가열 방식의 진공 보일러에 비해 상대적으로 짧은 단점이 있다.

간접 가열 방식의 진공 보일러는, 연소생성물의 연소열에 의해 열매수가 직접 가열되고, 열매수가 가열되어 비등점 이상으로 온도가 높아지면서 증발되는 열매수의 증기에 의해 물이 간접 가열되는 방식으로 이루어진 것이다.

도 1을 참조하면, 종래 진공 보일러는, 내부가 진공상태를 유지하면서 밀폐 형성되는 관체(10), 상기 관체(10) 내측의 하부에 구비된 연소실(30)에 연소열을 발생시키는 버너(20), 상기 연소실(30)의 외벽에 접촉되며 상기 관체(10) 내부에 충진되는 열매수(40) 및 상기 열매수(40)의 가열에 따른 증발 기체와의 접촉으로 열교환이 이루어지도록 상기 관체(10)의 상부 측벽을 관통하는 냉수유입구(51a)와 온수유출구(51b)에 연결되며 열매수(40)의 수면 위로 배치되는 온수관(51)으로 이루어진 간접 열교환기(50)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 진공 보일러는 관체(10) 내부의 압력이 대기압 이하의 진공 상태를 유지하게 되므로 관체(10) 내부의 압력이 낮아 폭발의 위험이 없고, 내부가 밀폐되어 외부 공기와의 접촉이 차단되므로 온수관(51)에 부식이 발생할 염려가 없어 일반 보일러에 비해 설비의 수명이 긴 장점이 있다.

그러나 종래 진공 보일러에서는 비등점이 낮은 열매수(40)를 사용하여 낮은 온도에서도 액체에서 기체 상태로 증발되고, 열교환 후 쉽게 응축될 수 있는 물질을 사용하였으며, 대표적인 예로 물을 사용하였다.

그러나 이와 같이 비등점이 낮은 물질을 사용할 경우 진공 보일러의 간접 열교환기(50)에서 응축열을 흡수하여 출력되는 난방수 및 온수의 온도를 100℃ 이상의 고온으로 가열시킬 수 없는 한계가 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 관체 내부에 물보다 비등점이 높은 열매수를 충진시키고 버너의 연소에 의한 가열에 의해 높은 온도에서 증발하는 열매수의 응축열을 온수관 내부를 흐르는 유체에 전달하여 가열시킴으로써 간접 가열 방식으로 열교환이 이루어지는 진공 보일러 구조에서 출력되는 온수의 온도를 고온으로 높일 수 있도록 하는 진공 보일러를 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 진공 보일러는, 내부가 진공상태를 유지하면서 밀폐 형성되는 관체; 상기 관체 내측의 하부에 구비된 연소실에 연소열을 발생시키는 버너; 상기 연소실의 외벽에 접촉되며 상기 관체 내부에 충진되는 열매수; 및 상기 열매수의 가열에 따른 증발 기체와의 접촉으로 열교환이 이루어지도록 상기 관체의 상부 측벽을 관통하여 상기 열매수의 수면 위로 배치되는 온수관으로 이루어진 간접 열교환기;를 포함하되, 상기 열매수는 그 비등점이 물의 비등점보다 높은 용액 중에서 선택되는 것을 특징으로 한다.

이 경우 상기 열매수는 용매로서 물을 사용하고, 상기 물에 녹아 비등점을 높이는 용질을 사용한 용액으로 구성될 수 있다.

또한 상기 열매수는 진공 상태에서의 비등온도가 100℃ 이상인 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 용질은 소금 또는 설탕으로 구성될 수 있다.

또한 상기 열매수는 부동액이 포함된 것으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 진공 보일러에 의하면, 관체 내부에 충진되는 열매수를 물보다 비등점이 높은 용액을 사용함으로써 진공 보일러에서 출력되는 온수의 온도를 고온으로 높일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 열매수의 비등점이 높아짐과 더불어 어는점 또한 낮아지게 되어 겨울철 보일러의 동파를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 진공 보일러의 일례를 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 진공 보일러의 일실시예를 나타낸 구성도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 진공 보일러의 일실시예를 나타낸 구성도이다.

본 발명에 따른 진공 보일러는, 내부가 진공상태를 유지하면서 밀폐 형성되는 관체(10), 상기 관체(10) 내측의 하부에 구비된 연소실(30)에 연소열을 발생시키는 버너(20), 상기 연소실(30)의 외벽에 접촉되며 상기 관체(10) 내부에 충진되는 열매수(40a) 및 상기 열매수(40a)의 가열에 따른 증발 기체와의 접촉으로 열교환이 이루어지도록 상기 관체(10)의 상부 측벽을 관통하는 냉수유입구(51a)와 온수유출구(51b)에 연결되며 열매수(40a)의 수면 위로 배치되는 온수관(51)으로 이루어진 간접 열교환기(50)를 포함하여 구성되며, 상기 열매수(40a)는 그 비등점이 물의 비등점(100℃)보다 높은 용액 중에서 선택되는 것을 특징으로 한다.

상기 열매수(40a)는 용매로서 물을 사용하고, 상기 물에 녹아 물의 비등점을 높이는 용질을 사용한 용액으로 구성될 수 있으며, 일례로 물에 소금 또는 설탕을 투입하여 혼합된 용액이 사용될 수 있고, 겨울철 보일러의 동파방지용으로 사용되는 부동액이 포함된 용액이 사용될 수 있다.

또한 상기 진공 보일러에는, 도시되어 있지는 않지만 관체(10) 내부를 진공상태로 형성하기 위한 진공펌프와, 관체(10) 내부의 압력과 온도 및 수위 측정을 위한 압력센서와 온도센서 및 수위센서가 구비될 수 있고, 열매수(40a)의 보충 및 회수를 위한 열매수 보충회수관이 구비될 수 있으며, 연소실(30)에서 발생하는 연소생성물의 배출을 위한 배기연도가 구비될 수 있다. 또한 관체(10) 내부의 온도가 설정된 온도 이상으로 상승할 경우 관체(10) 내부의 증기를 배출하기 위한 안전밸브가 구비될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 진공 보일러의 작용을 설명한다.

관체(10) 내부가 진공을 유지하면서 밀폐된 상태에서 버너(20)를 점화시켜 연소실(30)에서 연소가 이루어지면, 연소실(30)에서 발생된 연소열은 연소실(30) 주위를 둘러싸며 충진되어 있는 열매수(40a)로 전달된다.

통상 진공 보일러에서는 상기 버너(20)에 의해 가열되는 열매수(40a)의 온도가 일정한 최고 온도 이하가 되도록 제한하여 가열하기 때문에 관체(10) 내부의 압력은 대기압을 넘지 않도록 유지되고, 관체(10) 내부의 압력이 대기압을 넘지 않은 상태에서는 진공이 파괴되지 않고 유지될 수 있다.

종래기술에서와 같이 열매수로 물을 사용하는 경우에는 이와 같은 진공 상태에서 가열된 물은 대기압 하에서의 비등점인 100℃보다 낮은 온도에서 끓어 증발하게 되며, 간접 열교환기(50)에서 증발된 수증기와 열교환되어 온수관(51)을 통해 출력되는 온수의 온도는 최대 90℃ 이하로 제한된다.

이에 반해 본 발명에서는 상기 열매수(40a)의 비등점이 물의 비등점보다 높은 용액을 사용하므로 열매수(40a)의 가열온도가 관체(10) 내부의 압력을 진공으로 유지할 수 있는 범위를 만족하면서 상기 물의 진공상태에서의 비등온도 보다 높은 온도, 즉 진공 상태에서의 비등온도가 100℃ 이상인 열매수(40a)를 선택하여 사용할 수 있다.

이에 따라 연소실(30)의 열을 전달받은 열매수(40)의 증발기체는 관체(10) 내부의 진공상태에서 상측으로 이동한 후 온수관(51)의 표면에 접촉되어 냉수유입구(51a)로 유입되어 온수관(51) 내부를 통과하는 물과 접촉되면서 응축열을 전달하게 되고, 증발기체의 응축열을 흡수한 물은 고온의 온도로 가열되어 온수유출구(51b)를 통해 난방수 또는 온수로 사용된다.

그리고 응축열을 빼앗긴 열매수(40a)의 증발기체는 온수관(51) 표면에 맺힌 후 중력에 의해 자연낙하하여 다시 액상의 열매수(40a)로 환원된다.

이와 같이 본 발명에 따른 진공 보일러는 물보다 비등점이 높은 열매수(40a)를 사용함으로써 증발 기체의 온도를 물의 비등점 보다 높일 수 있게 되고, 이에 따라 온수관(51)을 통과하는 물에 보다 높은 온도의 응축열을 전달시켜 온수유출구(51b)를 통해 고온수를 출력할 수 있는 이점이 있다.

또한 상기 열매수(40a)는 순수한 물에 비해 비등점이 높아짐과 동시에 어느점 또한 낮아지게 되므로 겨울철 혹한기에 보일러의 동파를 방지함으로써 열전달효율의 향상과 더불어 보일러의 수명을 연장시킬 수 있는 이점이 있다.

10 : 관체 20 : 버너
30 : 연소실 40,40a : 열매수
50 : 간접 열교환기 51 : 온수관
51a : 냉수유입구 51b : 온수유출구

Claims

내부가 진공상태를 유지하면서 밀폐 형성되는 관체;
상기 관체 내측의 하부에 구비된 연소실에 연소열을 발생시키는 버너;
상기 연소실의 외벽에 접촉되며 상기 관체 내부에 충진되는 열매수; 및
상기 열매수의 가열에 따른 증발 기체와의 접촉으로 열교환이 이루어지도록 상기 관체의 상부 측벽을 관통하여 상기 열매수의 수면 위로 배치되는 온수관으로 이루어진 간접 열교환기;를 포함하되,
상기 열매수는 그 비등점이 물의 비등점보다 높은 용액 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 진공 보일러.
제1항에 있어서,
상기 열매수는 용매로서 물을 사용하고, 상기 물에 녹아 비등점을 높이는 용질을 사용한 용액으로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공 보일러.
제1항에 있어서,
상기 열매수는 진공 상태에서의 비등온도가 100℃ 이상인 것을 특징으로 하는 진공 보일러.
제2항에 있어서,
상기 용질은 소금 또는 설탕인 것을 특징으로 하는 진공 보일러.
제1항에 있어서,
상기 열매수는 부동액이 포함된 것을 특징으로 하는 진공 보일러.