KR20130085090A - 다단 구조를 갖는 저탕식 콘덴싱 보일러 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다단 구조를 갖는 저탕식 콘덴싱 보일러에 관한 것으로, 특히 화실에 노출된 물탱크의 상부 경판을 다단으로 형성하여 각 부분이 화염에 노출되는 거리를 동일하게 함으로써 물탱크에 채워진 물이 각 부분에서 균등하게 가열되는 다단 구조를 갖는 저탕식 콘덴싱 보일러에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 하부 경판도 상부 경판과 같이 다단으로 형성하여, 상부 경판의 각 단과 하부 경판의 각 단 사이의 거리가 동일하게 함으로써, 상부 경판과 하부 경판을 관통하여 설치되는 각 연관의 길이도 동일하게 하여 생산성을 향상시킴과 동시에 동일한 연소 부하를 제공하는 저탕식 콘덴싱 보일러에 관한 것이다.

Description

다단 구조를 갖는 저탕식 콘덴싱 보일러{Hot water storage type condensing boiler having multistage structure}
본 발명은 다단 구조를 갖는 저탕식 콘덴싱 보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화실에 노출된 물탱크의 상부 경판을 다단으로 형성하여 각 부분이 화염에 노출되는 거리를 동일하게 함으로써 물탱크에 채워진 물이 각 부분에서 균등하게 가열되는 다단 구조를 갖는 저탕식 콘덴싱 보일러에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 하부 경판도 상부 경판과 같이 다단으로 형성하여, 상부 경판의 각 단과 하부 경판의 각 단 사이의 거리가 동일하게 함으로써, 상부 경판과 하부 경판을 관통하여 설치되는 각 연관의 길이도 동일하게 하여 생산성을 향상시킴과 동시에 동일한 연소 부하를 제공하는 저탕식 콘덴싱 보일러에 관한 것이다.
일반적으로 가정, 사무실, 공장 및 각종 공공 건물 등에서 사용되는 보일러는 온수를 가열하는 방식에 따라 저탕식 보일러와 순간식 보일러로 구분된다.
순간식 보일러는 직수관을 통해 공급된 직수가 열교환기로 공급되어 버너에 의해 순간적으로 가열된 후 사용자에게 공급되는 것으로, 가열 속도가 빠른 편이기는 하지만 한번에 가열될 수 있는 직수량이 적어 온수나 난방수를 충분히 공급하지 못한다는 문제점이 있다.
반면, 저탕식 보일러는 직수관을 통해 유입된 직수가 온수탱크 내에 설치된 열교환코일에 의해 항상 적정 고온으로 가열되어 있으므로, 사용자가 온수나 난방수를 바로 사용할 수 있고, 순간식보다는 온수나 난방수 공급량이 많다는 장점이 있다.
한편, 한국공개특허 제2011-0135438호 등을 비롯한 몇몇 문헌에서는 저탕식 콘덴싱 보일러에 있어서, 버너에서 발생된 화염이 분출되는 화실 내부의 경판을 각 부의 높이가 서로 다른 다단으로 형성함으로써 연소열의 집중시 화실과 연관의 내측에 잔존하는 공기층에 의해 비등 소음이 발생하는 것을 방지하고 있다.
그러나, 이상과 같은 종래 기술에서는 비등 소음이 발생하는 것을 방지하기는 하지만 화실에 노출된 물탱크의 각 부와 화염까지의 거리가 동일하게 구성되어 있지 않아서 물 끊김 현상이 일어나는 것을 방지할 수는 없다는 문제점이 있었다.
즉, 물 끊김 현상은 난방수나 온수가 부족한 상태처럼 가동되는 현상으로서, 버너에서 발생된 화염에 의해 물 탱크가 국부적으로 과열되어 물이 100℃ 이상의 수증기로 변화됨에 따라 물탱크 내의 물이 요동치는 것으로, 이를 방지하지 못하면 난방수나 온수의 공급이 원활하지 않고 수충격에 의해 소음이 발생하였다.
또한, 종래에는 비등 소음을 방지하기 위해 화실 내부의 경판을 다단으로 형성하면, 각 단을 관통하여 설치되는 연관의 길이도 서로 다른 것을 사용해야 하므로, 연관 제작시에는 다양한 길이의 연관을 각각 제작해야 하고, 조립시에는 각 단에 맞는 길이의 연관을 찾아 조립해야 하므로 생산성이 현저히 저하된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 화실에 노출된 물탱크의 상부 경판을 다단으로 형성하여 각 부분이 화염에 노출되는 거리를 동일하게 함으로써 물탱크에 채워진 물이 각 부분에서 균등하게 가열되는 다단 구조를 갖는 저탕식 콘덴싱 보일러를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 하부 경판도 상부 경판과 같이 다단으로 형성하여, 상부 경판의 각 단과 하부 경판의 각 단 사이의 거리가 동일하게 함으로써, 상부 경판과 하부 경판을 관통하여 설치되는 각 연관의 길이도 동일하게 하여 생산성을 향상시킴과 동시에 동일한 연소 부하를 제공하는 다단 구조를 갖는 저탕식 콘덴싱 보일러를 제공하고자 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 다단 구조를 갖는 저탕식 콘덴싱 보일러는 내부에 화실을 갖는 보일러 케이싱과; 상기 보일러 케이싱의 상부에 설치되어 상기 화실로 화염을 분출하는 버너와; 상기 화실에 노출되도록 설치된 물탱크의 상판을 구성하며, 상기 화실로 분출된 화염과의 거리가 가장 가까운 중심부에서 상기 화염과의 거리가 가장 먼 외측부로 갈수록 높이가 높아지도록 다단 형상으로 이루어진 상부 경판과; 상기 물탱크의 하판을 구성하며, 상기 상부 경판과 동일한 패턴으로 이루어져 있어서 중심부에서 외측부로 갈수록 높이가 높아지도록 다단 형상으로 이루어진 하부 경판; 및 상기 상부 경판과 하부 경판을 관통하도록 설치되며, 개방된 상단부는 상기 화실에 연결되고, 개방된 하단부는 연소가스 배출부에 연결된 복수개의 연관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 상부 경판의 각 단과 상기 상부 경판의 각 단으로부터 직하부에 있는 하부 경판의 각 단 사이의 거리가 모두 동일한 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수개의 연관들은 서로 동일한 길이를 가지며, 상기 각 단 사이의 거리가 모두 동일한 상기 상부 경판의 각 단과 하부 경판의 각 단에 각각 설치되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연관의 내부에는 주름진 형상의 압출핀이 삽입되어 있는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명에 따른 다단 구조를 갖는 저탕식 콘덴싱 보일러에 의하면, 화실에 노출된 물탱크의 상부 경판을 다단으로 형성하여 각 부분이 화염에 노출되는 거리를 동일하게 한다. 따라서, 물탱크에 채워진 물이 각 부분에서 균등하게 가열되므로 물탱크의 일부분이 국부적으로 과열되어 물 끊김 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있게 한다.
또한, 본 발명은 하부 경판도 상부 경판과 같이 다단으로 형성하여, 상부 경판의 각 단과 하부 경판의 각 단 사이의 거리가 동일하게 함으로써, 상부 경판과 하부 경판을 관통하여 설치되는 각 연관의 길이도 동일하게 한다. 따라서, 연관 제조시 모두 동일한 길이로 일괄 생산하여 서로 간의 구분 없이 조립할 수 있어서 생산성이 향상됨은 물론, 각 연관을 통해 동일한 연소 부하를 제공할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명에 따른 다단 구조를 갖는 저탕식 콘덴싱 보일러를 나타낸 정단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다단 구조를 갖는 저탕식 콘덴싱 보일러를 나타낸 상측면다.
도 3은 본 발명에 따른 다단 구조를 갖는 저탕식 콘덴싱 보일러를 나타낸 하측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 다단 구조를 갖는 저탕식 콘덴싱 보일러의 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다단 구조를 갖는 저탕식 콘덴싱 보일러에 대해 설명한다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다단 구조를 갖는 저탕식 콘덴싱 보일러는 내부에 화실(111)을 갖는 보일러 케이싱(110)과, 직수를 공급하는 공급관(112a)과, 가열된 온수나 난방수를 배출하는 배출관(112b)과, 화실(111)로 화염을 분출하는 버너(151)를 갖는 연소장치(150)를 포함한다.
또한, 화실(111)에 노출되도록 설치된 물탱크(120)의 상판을 구성하는 상부 경판(121)과, 물탱크(120)의 하판을 구성하는 하부 경판(122)과, 고온의 연소가스와 물을 열교환 시키는 연관(130) 및 상기 연관(130)을 통과한 저온의 연소가스를 외부로 배출하는 연소가스 배출부(140)를 포함한다.
이때, 보일러 케이싱(110)은 보일러의 몸체를 구성하는 것으로, 상단에는 버너(151)를 포함한 연소장치(150)가 하향 설치되어 있고, 버너(151)의 염공이 배치되는 내측 상부에는 버너(151)에서 발생한 화염이 분출되는 화실(111)을 가지며, 내부에는 경판에 의해 둘러싸인 물탱크(120)가 화실(111)에 노출되도록 설치되어 있다.
또한, 일 예로 보일러 케이싱(110)의 하부에는 공급관(112a)이 연결되어 있고, 상부에는 배출관(112b)이 연결되어 있는데, 공급관(112a)은 보일러 케이싱(110)을 통해 물탱크(120)까지 연결되어 있어서 직수(혹은, 예열수)를 공급하고, 배출관(112b)은 물탱크(120)를 경유하면서 가열된 온수나 난방수를 부하측으로 배출한다.
연소장치(150)는 공지된 바와 같이 버너(151)와, 송풍팬(152) 및 연료 흡입구(153)로 이루어지는데, 특히 버너(151)는 공급된 연료와 공기를 적절한 비율로 예혼합함으로써 연소 특성을 향상시키고, 그에 따라 질소산화물(NOx)의 발생을 감소시키는 저 질소산화물 발생 버너(151)인 것이 바람직하다. 이러한 버너(151)는 연소시 발생된 화염 및 고온의 연소가스를 화실(111) 측으로 분출한다.
상부 경판(121)은 화실(111)에 노출되도록 설치된 물탱크(120)의 상판을 구성하는 것으로, 각 부(121a, 121b, 121c)의 높이가 보일러 케이싱(110)의 바닥면과 비교하여 서로 다르도록 다단 형상으로 이루어져 있다. 특히 본 발명은 버너(151)에서 화실(111)로 분출된 화염과의 거리가 가장 가까운 중심부에서 화염과의 거리가 가장 먼 외측부로 갈수록 높이가 높아지도록 되어 있다.
예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상부 경판(121)은 제1단(121a), 제2단(121b) 및 제3단(121c) 부분으로 구획된 3단으로 이루어져 있고, 최외측부인 제1단(121a) 부분의 높이가 가장 높고, 중심부인 제3단(121c) 부분의 높이가 가장 낮으며, 그 사이의 제2단(121b) 부분은 중간 높이를 갖는다. 또한, 각 단(121a, 121b, 121c)은 화염으로부터 전달되는 열량이 모두 동일하도록 높이가 조절되어 있다.
버너(151)에서 분출된 화염에 의한 열은 방사상으로 전달되므로 중심부에서 상부 경판(121)까지의 거리가 가장 가깝고 외측으로 갈수록 점차 멀어지는데, 그에 대응하여 상부 경판(121)의 구조를 중심부에서 외측으로 갈수록 높아지게 함으로써 상부 경판(121)의 각 단(121a, 121b, 121c)이 화염에 노출되는 거리를 동일하게 한다.
따라서, 상부 경판(121)을 다단으로 형성하면 버너(151)에서 발생된 화염에 의해 상부 경판(121)의 각 단(121a, 121b, 121c)으로 전달되는 열량이 모두 동일하게 되므로, 물탱크(120)에 채워진 물이 각 부분에서 균등하게 가열되고 물탱크(120)의 일부분이 국부적으로 과열되어 물 끊김 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있게 한다.
물 끊김 현상은 버너(151)에서 발생된 화염에 의해 물탱크(120)의 일부분이 다른 부분보다 국부적으로 과열되어 물이 100℃ 이상의 수증기로 변화됨에 따라 물이 요동치는 것으로, 본 발명처럼 물탱크(120)가 균등 가열되면 국부적인 과열이 방지되고 물의 대류에 의한 순환은 잘 이루어져서 난방수나 온수를 끊김 없이 원활히 공급한다. 또한, 물이 연속적으로 대류하므로 수충격에 의한 소음 역시 없앤다.
또한, 본 발명은 상부 경판(121)의 하측에 나란히 설치되어 있는 하부 경판(122)도 다단으로 이루어져 있는데, 이때 하부 경판(122)은 상부 경판(121)과 같은 패턴을 갖는다. 즉, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 하부 경판(122)도 제1단(122a), 제2단(122b) 및 제3단(122c) 부분으로 구획된 3단으로 이루어져 있으며, 최외측인 제1단(122a)에서 중심부인 제3단(122c) 측으로 갈수록 높이가 더 낮아짐으로써 버너(151)와의 거리는 반대로 멀어진다.
특히, 상부 경판(121)의 각 단(121a, 121b, 121c)과 그에 대응하는 하부 경판(122)의 각 단(122a, 122b, 122c)의 위치가 상하 방향으로 동일한 위치에 있고, 그와 동시에 각 단들 간의 높이 차이(예: 121a와 121b의 높이차와 122a와 122b의 높이차)도 서로 동일하여, 상부 경판(121)의 각 단(121a, 121b, 121c)과 상기 상부 경판(121)의 각 단(121a, 121b, 121c)으로부터 직하부에 있는 하부 경판(122)의 각 단(122a, 122b, 122c) 사이의 거리가 모두 동일하도록 되어 있다.
따라서, 상부 경판(121)과 하부 경판(122)을 관통하도록 설치된 복수개의 연관(130)들의 길이 역시 서로 동일하게 되므로, 연관(130) 제작시에는 동일한 공정을 사용하여 동일한 길이의 연관(130)을 복수개 제작하고, 조립시에는 각 단(121a, 121b, 121c/122a, 122b, 122c)에 맞는 길이의 연관(130)을 구분할 필요없이 아무것이나 사용하면 되므로 종래에 비해 생산성이 현저히 향상된다.
또한, 각 연관(130)들을 통해 배출되는 연소가스의 온도가 서로 동일함과 동시에 각 연관(130)들의 길이 역시 동일하여, 각 연관(130)을 통해 동일한 연소 부하를 제공하므로 물탱크(120) 내부에 채워진 물을 전체적으로 균일하게 가열하고, 어느 특정의 연관(130)에 열량이 과도하게 집중되면서 그 특정의 연관(130)이 다른 연관(130)보다 일찍 손상되는 것을 방지한다.
연관(130)은 그 내부를 통해 고온의 연소가스가 배출되는 유로를 제공하여 배출중인 고온의 연소가스와 물탱크(120)에 채워진 물 사이에 열교환이 이루어지게 하는 것으로, 본 발명은 버너(151)에 의해 발생된 화염이 직접 물탱크(120)를 가열하는 것에 더해 고온의 연소가스로도 물탱크(120)의 물을 가열함으로써 열효율이 높은 콘덴싱 방식의 보일러를 구성한다.
이를 위해, 복수개의 연관(130)은 각각 상부 경판(121)과 하부 경판(122)을 관통하도록 설치됨으로써, 개방된 상단부는 화실(111)에 연결되고, 개방된 하단부는 연소가스 배출부(140)에 연결되며, 그 사이는 물이 채워진 물탱크(120)의 내부에 위치하게 되며, 이때 모든 연관(130)들의 길이는 상술한 바와 같이 모두 동일하다.
즉, 제1그룹의 연관(130)들은 원형 띠 형상으로 이루어진 상부 경판(121)의 제1단(121a)과 하부 경판(122)의 제1단(122a)을 따라 일정 간격마다 설치되고, 제1그룹과 동일한 제2그룹의 연관(130)들은 상부 경판(121)의 제2단(121b)과 하부 경판(122)의 제2단(122b)을 따라 설치되며, 제1그룹과 동일한 제3그룹의 연관(130)들은 상부 경판(121)의 제3단(121c)과 하부 경판(122)의 제3단(122c)을 따라 설치된다.
다만, 각 연관(130)들의 내부에는 도 4에 도시된 바와 같이 주름진 형상의 압출핀(130a)이 삽입되어 있는 것이 바람직한데, 압출핀(130a)의 외주면이 연관(130)의 내주면과 접하도록 연관(130) 내부에 압출핀(130a)을 끼워넣으면, 압출핀(130a)에 의해 연소가스와의 접촉 표면적이 증가하게 되므로 열전달량이 많아지면서 물과의 열교환율이 높아지게 한다.
한편, 위에서 설명을 생략한 연소가스 배출부(140)는 보일러 케이싱(110)의 하부에 설치되어 있고, 내부에는 연관(130)의 하단부가 연통하도록 설치된다. 따라서, 보일러가 연료를 연소시켜 발생한 고온의 연소가스가 연관(130)을 통해 배출되고, 연관(130)을 통과하는 과정에서 열을 빼앗겨 온도가 낮아진 연소가스는 당해 연소가스 배출부(140)를 통해 외부로 배출되게 한다.
다만, 연소가스 배출부(140)를 통해 배출되는 연소가스는 저온인 관계로 연소가스가 응축된 응축수가 발생되므로, 일측에는 응축수 배출용 드레인관(미도시)이 설치되어 있는 것이 바람직할 것이다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
110: 보일러 케이싱 111: 화실
112a: 공급관 112b: 배출관
120: 물탱크 121: 상부 경판
122: 하부 경판 121a, 122a: 제1단
121b, 122b: 제2단 121c, 122c: 제3단
130: 연관 140: 연소가스 배출부
150: 연소장치 151: 버너
152: 송풍팬 153: 연료 흡입구

Claims (4)

  1. 내부에 화실(111)을 갖는 보일러 케이싱(110)과;
    상기 보일러 케이싱(110)의 상부에 설치되어 상기 화실(111)로 화염을 분출하는 버너(151)와;
    상기 화실(111)에 노출되도록 설치된 물탱크(120)의 상판을 구성하며, 상기 화실(111)로 분출된 화염과의 거리가 가장 가까운 중심부에서 상기 화염과의 거리가 가장 먼 외측부로 갈수록 높이가 높아지도록 다단 형상(121a, 121b, 121c)으로 이루어진 상부 경판(121)과;
    상기 물탱크(120)의 하판을 구성하며, 상기 상부 경판(121)과 동일한 패턴으로 이루어져 있어서 중심부에서 외측부로 갈수록 높이가 높아지도록 다단 형상(122a, 122b, 122c)으로 이루어진 하부 경판(122); 및
    상기 상부 경판(121)과 하부 경판(122)을 관통하도록 설치되며, 개방된 상단부는 상기 화실(111)에 연결되고, 개방된 하단부는 연소가스 배출부(140)에 연결된 복수개의 연관(130);을 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 구조를 갖는 저탕식 콘덴싱 보일러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 경판(121)의 각 단(121a, 121b, 121c)과 상기 상부 경판(121)의 각 단(121a, 121b, 121c)으로부터 직하부에 있는 하부 경판(122)의 각 단(122a, 122b, 122c) 사이의 거리가 모두 동일한 것을 특징으로 하는 다단 구조를 갖는 저탕식 콘덴싱 보일러.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수개의 연관(130)들은 서로 동일한 길이를 가지며, 상기 각 단 사이의 거리가 모두 동일한 상기 상부 경판(121)의 각 단(121a, 121b, 121c)과 하부 경판(122)의 각 단(122a, 122b, 122c)에 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 다단 구조를 갖는 저탕식 콘덴싱 보일러.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 연관(130)의 내부에는 주름진 형상의 압출핀(130a)이 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 다단 구조를 갖는 저탕식 콘덴싱 보일러.
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