KR20150101306A - 복합 기능성 다목적 열교환 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합 기능성 다목적 열교환 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로, 본 발명의 구성은 내부에 열교환 챔버(14)를 구비한 보일러 배럴(10); 상기 보일러 배럴(10)의 상기 열교환 챔버(14)에 내장된 열교환 파이프(20); 상기 보일러 배럴(10)의 상기 열교환 챔버(14)에 구비되어 상기 열교환 파이프(20)와 함께 열교환 물질의 가열 작용을 수행하는 히터(30)를 포함하며, 상기 열교환 파이프(20)는 상기 보일러 배럴(10) 내부의 상기 열교환 챔버(14) 가운데 부분에 복수개로 배치된 상태에서 상기 보일러 배럴(10)의 길이 방향으로 연장되어 코어 열교환부를 구성하고, 상기 히터(30)는 상기 열교환 파이프(20) 주위에 방사 방향으로 복수개로 배치되어 방사형 가열부를 구성하는 것을 특징으로 한다.

Description

복합 기능성 다목적 열교환 시스템{Multi-functional heat exchange system}

본 발명은 복합 기능성 다목적 열교환 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환 유닛 자체의 열교환의 능력 극대화로 인하여 열에너지를 제대로 활용하지 못하고 낭비하는 경우를 방지하며 최대한 빠른 급수 급탕 등이 필요한 장소에서 아주 유용하게 활용될 수 있는 새로운 복합 기능성 다목적 열교환 시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 물 보일러, 유체(오일) 보일러, 증기 보일러 등과 같이 모든 종류의 보일러에 공통으로 사용할 수 있도록 하는 복합 기능성 다목적 열교환 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 보일러는 연료를 연소시킬 때 발생하는 연소열을 이용하여 물을 가열하고, 가열되어 축열된 물을 강제적으로 순환시키는 순환펌프에 의해 실내에 설치되어 있는 난방배관으로 순환시켜 실내를 난방하게 되며, 아울러 데워진 물을 욕실과 부엌 등에 온수로 공급하는 장치이다. 이러한 보일러 중 콘덴싱 보일러는 연소열을 이용하여 직접 난방수를 가열하고, 아울러 배기가스 중에 포함되어 있는 수증기의 응축잠열을 재차 흡수하여 열효율을 극대화시킨 보일러이다. 단독 주택 및 아파트내에 설치되고 있는 온수보일러는 사용하는 연료종류에 따라 연탄, 기름, 가스 및 전기보일러로 구분하여 설치용도와 평수에 맞도록 다양한 형태로 개발되어 사용하고 있다. 상기 온수보일러중 가스보일러는 가스공급관을 통과하여 공급된 가스가 점화트랜스에 의해 메인버너 및 파이럿 버너를 통해 점화하도록 되어 있고, 또 열교환장치가 설치되어 있어 급수 및 난방배관을 통해 옥상수조나 온수순환펌프등이 설치되어 있다. 여기서, 보일러에는 열교환 유닛이 구비되어 열교환 유닛으로 열교환 매체(화염에 의해 가열된 고온의 가스나 고온의 열교환 오일과 같은 열교환 유체)가 지나가고 열교환 유닛의 주위로 지나가는 열교환 대상(즉, 온수로 데워지기 위한 물 등)에 열교환이 이루어져서 급수 급탕용 온수를 제공하게 된다.

그런데, 기존의 보일러는 열교환 유닛 자체의 열교환의 능력부족으로 열교환 효율이 떨어진다는 단점이 초래된다. 또한, 열교환 효율의 저하뿐만 아니라 대부분의 열교환 매체(예를 들어, 고열의 연소 가스나 고열의 열교환 유체 등)가 그대로 보일러의 연도(열교환 매체가 지나가는 열교환 파이프 등의 통로)를 통해서 외부로 배출되는 경우가 많기 때문에 열에너지를 제대로 활용하지 못하고 낭비하는 문제가 있다.

또한, 기존에는 급수 급탕용 온수를 만들 때까지 비교적 긴 시간 동안 기다려야 하기 때문에 최대한으로 신속하게 급수 급탕이 이루어지지 못하는 문제가 있다. 예를 들어, 농가의 비닐 하우스 등에서는 최대한 빨리 온수의 급수 급탕이 이루어져야 하는 경우가 있는데, 이처럼 가능한 한 가장 빨리 온수를 급수 급탕하고자하는 소비자의 욕구를 만족시키기에는 미흡한 면이 있었던 것이다.

그리고, 기존에는 물 보일러, 유체(오일) 보일러, 증기 보일러와 같이 모든 종류의 보일러에 공통으로 사용할 수 있는 보일러는 나와 있지 않은 실정이다. 모든 종류의 보일러 겸용으로 범용적 사용이 가능한 보일러가 요구된다 하겠다.

국내공개특허 특1999-021377호(1999.03.25 공개) 국내공개실용신안 실1999-007846호(1999.02.25 공개)

본 발명의 목적은 열교환의 능력부족으로 열교환 효율이 떨어지는 단점과 열에너지를 제대로 활용하지 못하는 단점 및 최대한 신속하게 급수 급탕 등이 이루어지기 어려운 단점을 감안하여 열교환 유닛 자체의 열교환의 능력 극대화를 달성함으로써 열에너지를 제대로 활용하지 못하고 낭비하는 경우를 방지하며, 최대한 빠른 급수 급탕 등이 필요한 장소에서 아주 유용하게 활용될 수 있도록 하는 복합 기능성 다목적 열교환 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명은 기존에 모든 종류의 보일러로 환경에 맞게 범용 사용이 가능한 보일러가 나와 있지 않은 실정을 감안하여, 물 보일러, 유체(오일) 보일러, 증기 보일러 등과 같이 모든 종류의 보일러에 공통으로 사용할 수 있도록 하는 복합 기능성 다목적 열교환 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 내부에 열교환 챔버를 구비한 보일러 배럴; 상기 보일러 배럴의 상기 열교환 챔버에 내장된 열교환 파이프; 상기 보일러 배럴의 상기 열교환 챔버에 구비되어 상기 열교환 파이프와 함께 열교환 물질의 가열 작용을 수행하는 히터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 복합 기능성 다목적 열교환 시스템이 제공된다.

상기 열교환 파이프는 상기 보일러 배럴 내부의 상기 열교환 챔버 가운데 부분에 복수개로 배치된 상태에서 상기 보일러 배럴의 길이 방향으로 연장되어 코어 열교환부를 구성하고, 상기 히터는 상기 열교환 파이프 주위에 방사 방향으로 복수개로 배치되어 방사형 가열부를 구성하는 것을 특징으로 한다.

상기 히터는 바아형 히터로 구성되어 상기 보일러 배럴의 길이 방향과 교차되는 방향으로 배치된 것을 특징으로 한다.

상기 보일러 배럴 내부는 적어도 하나 이상의 격판에 의해 구획된 적어도 하나 이상의 열교환 챔버로 구성되고, 상기 히터는 상기 격판에 의해 구획된 각각의 열교환 챔버마다 배치되며, 상기 격판에는 각각의 분할된 열교환 챔버를 연결시키는 연통홀이 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 열교환 챔버는 상기 보일러 배럴의 일단부에서 타단부로 갈수록 그 체적이 점점 더 커지도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 히터는 바아형 히터로 구성되어 그 외표면에 세라믹 코팅층이 구비되고, 상기 히터의 기단부측에는 플러그홀이 구비되어 상기 보일러 배럴에 형성된 히터 장착공에 상기 히터의 기단부측이 결합되며, 상기 히터의 플러그홀은 상기 보일러 배럴의 바깥으로 드러나도록 구성된다.

상기 보일러 배럴에는 상기 열교환 챔버와 연통된 포트가 구비되고, 상기 포트와 급수 라인 상에는 예열 히터모듈이 더 구비된다.

상기 포트는 상기 보일러 배럴에 복수개로 구비되고, 상기 복수개의 각 포트와 열교환 물질 순환 라인 사이에는 상기 예열 히터모듈로 열교환 물질이 분산되어 소통되도록 분배하는 분배기가 구비된 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 보일러 배럴 내부의 열교환 챔버에 열교환 파이프를 배치하고, 열교환 파이프 주위에 풍차식으로 복수개의 히터를 배열함으로써 열교환 파이프와 히터의 복합 작용에 의해 신속하게 온수를 공급할 수 있게 된다. 열교환 파이프의 열교환 작용과 히터의 발열 작용이 상승 작용을 일으켜서 온수를 신속하게 공급할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 보일러 배럴의 내부 열교환 챔버를 복수개의 분할된 열교환 챔버로 구획하되 뒤쪽의 열교환 챔버의 체적에 비하여 앞쪽의 열교환 챔버의 체적을 더 작게 구성함으로써 초급속도로 온수를 공급할 수 있는 효과를 가진다. 본 발명에서 제1열교환 챔버의 체적이 제2열교환 챔버의 체적에 비하여 더 작고, 제2열교환 챔버의 체적이 제3열교환 챔버의 체적에 비하여 더 작게 구성함으로써, 보일러 배럴의 앞쪽에서 뒤쪽으로 갈수록 각 열교환 챔버의 체적이 점점 더 크게 구성함으로서, 체적이 가장 작은 열교환 챔버, 다시 말해, 제1열교환 챔버로 열교환수가 들어오게 되면, 가열되는 열교환수의 양이 가장 적기 때문에 제2열교환 챔버와 제3열교환 챔버에서 온수가 만들어질 때보다는 훨씬 빠른 초급속도로 온수가 생성되고, 제1열교환 챔버에서 생성된 온수는 제2열교환 챔버로 빠져나가서 제1열교환 챔버에서보다는 조금 느린 속도(급속도)로 온수가 가열되며, 제2열교환 챔버에서 가열된 온수는 다시 제3열교환 챔버로 투입되어 제2열교환 챔버에서보다는 조금 느린 속도(고속도)로 온수가 가열되므로, 온수 사용처에서 원하는 시간에 맞추어 최대한 빠르게 온수를 공급할 수 있게 된다. 예를 들어, 비닐 하우스 등에서 온수가 최대한 빨리 필요할 때에 이에 맞추어 최대한 빠른 시간 내에 온수를 원활하게 공급할 수 있는 것이다. 제1열교환 챔버에서는 온수의 초급속도 가열이 이루어지는 한편 상대적으로 제2열교환 챔버와 제3열교환 챔버에서 가열되는 온수량보다는 적고, 제2열교환 챔버에서는 온수의 급속도 가열이 이루어지는 한편 상대적으로 제1열교환 챔버에서 가열되는 온수량보다 더 많으며, 제3열교환 챔버에서는 온수의 고속도 가열이 이루어지는 한편 상대적으로 제2열교환 챔버에서 가열되는 온수량은 제2열교환 챔버에서의 가열 온수량보다 많게 된다. 이러한 초급속도, 급속도, 고속도 온수 가열과 온수량의 증대에 의한 복합적인 작용에 의해 기존에는 달성하지 못했던 최대한의 단시간으로 온수를 공급할 수 있는 효과를 가진다는 점에서 의미가 상당하다.

도 1은 본 발명에 의한 복합 기능성 다목적 열교환 시스템의 외관 사시도
도 2는 본 발명의 내부 구조를 보여주는 종단면도
도 3은 도 2에 도시된 주요부인 열교환 파이프와 히터의 구조를 개략적으로 보여주는 평면도
도 4는 본 발명의 다른 실시예의 구조를 개략적으로 보여주는 도면
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예의 구조를 개략적으로 보여주는 도면

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 상기 본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다

또한, 본 발명에서 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 복합 기능성 다목적 열교환 시스템은 내부에 열교환 챔버(14)를 구비한 보일러 배럴(10)과, 이 보일러 배럴(10)의 열교환 챔버(14)에 내장되어 열교환 매체(연소 가스, 오일 등의 유체, 증기 등)가 통과되는 열교환 파이프(20)와, 보일러 배럴(10)의 열교환 챔버(14)에 구비되어 열교환 파이프(20)와 함께 열교환 물질의 가열 작용을 수행함으로써 열교환 물질(예를 들어, 온수 등)의 가열 속도를 최대한 신속하게 하는 것이 주요 특징 중의 하나이다.

상기 보일러 배럴(10)은 내부에 열교환 챔버(14)를 구비한 통형상으로 구성된다. 보일러 배럴(10)의 상단부와 하단부는 상부판과 하부판으로 구성된다. 또한, 보일러 배럴(10) 내부의 열교환 챔버(14)는 적어도 하나 이상의 격판(12)에 의해 적어도 하나 이상의 열교환 챔버(14)로 구획된다. 본 발명에서는 두 개의 격판(12)에 의해 보일러 배럴(10) 내부가 세 개의 열교환 챔버(14)로 구획된다. 열교환 챔버(14)는 보일러 배럴(10)의 하단부에서부터 제1열교환 챔버(14A), 제2열교환 챔버(14B), 제3열교환 챔버(14C)로 구획된다. 이때, 상기 열교환 챔버(14)들은 보일러 배럴(10)의 일단부에서 타단부(즉, 하단부에서 상단부)로 갈수록 그 체적이 점점 더 커지도록 구성된다. 제1열교환 챔버(14A)의 체적에 비하여 제2열교환 챔버(14B)의 체적이 더 크고, 제2열교환 챔버(14B)의 체적에 비하여 제3열교환 챔버(14C)의 체적이 더 크게 구성된다. 제1열교환 챔버(14A)의 체적이 2라고 가정하면, 제2열교환 챔버(14B)의 체적은 3이고, 제3열교환 챔버(14C)의 체적은 5이다. 즉, 제1열교환 챔버(14A)와 제2열교환 챔버(14B) 및 제3열교환 챔버(14C)의 체적 비율은 2:3:5가 된다. 물론, 제1열교환 챔버(14A)와 제2열교환 챔버(14B) 및 제3열교환 챔버(14C)의 체적 비율은 상황에 따라 달라질 수 있다. 제1열교환 챔버(14A)측에서 제3열교환 챔버(14C)측으로 갈수록 그 체적이 점점 더 커진다는 것이 중요하다. 정리하면, 앞쪽의 열교환 챔버(14)의 체적이 뒤쪽의 열교환 챔버(14)의 체적에 비하여 더 작게 구성된다. 보일러 배럴(10)의 양단부측에 열교환 파이프(20)의 양단부가 배치되는데, 열교환 파이프(20)의 열교환 매체(연소 가스, 열교환 유체(오일), 증기 등)가 유입되는 단부를 투입단이라 하고 열교환 파이프(20)의 열교환 매체가 배출되어 회수되는 단부를 배출단이라 하면 상기 열교환 파이프(20)의 투입단에 더 가까운 앞쪽의 열교환 챔버(14)의 체적보다 상기 투입단보다 더 먼 뒤쪽의 열교환 챔버(14)의 체적이 더 크게 구성된 것이다. 또한, 보일러 배럴(10)은 열교환 챔버(14)와 연통되는 아울렛 포트(16OT)가 구비된다. 본 발명에서는 제일 마지막 열교환 챔버(14)인 제3열교환 챔버(14C)에 아울렛 포트(16OT)가 구비된다. 아울렛 포트(16OT)는 열교환수(온수)가 나가는 통로이다.

상기 보일러 배럴(10) 내부에 구비된 격판(12)은 각각의 열교환 챔버(14)를 연결시키는 연통홀(12h)이 구비된다. 한쪽 격판(12)의 연통홀(12h)에 의해 제1열교환 챔버(14A)와 제2열교환 챔버(14B)가 연결되고, 다른 격판(12)의 연통홀(12h)에 의해 제2열교환 챔버(14B)와 제3열교환 챔버(14C)가 연결된다. 또한, 상기 격판(12)의 중앙부 위치에는 열교환 파이프(20)를 결합하기 위한 파이프 결합홀이 구비되어 있다. 파이프 결합홀은 동심원 형태로 복수개로 격판(12) 중앙부 위치에 배열되어 있다. 또한, 보일러 배럴(10)의 상단부와 하단부를 구성하는 상부판과 하부판에도 파이프 결합홀이 구비되어 있다. 보일러 배럴(10)의 파이프 결합홀과 각 격판(12)의 파이프 결합홀은 동일 선상에 배치되어 있다.

상기 열교환 파이프(20)는 보일러 배럴(10)의 열교환 챔버(14)에 내장되어 그 내부로 열교환 매체가 지나가게 된다. 열교환 파이프(20)가 보일러 배럴(10)의 파이프 결합홀과 각 격판(12)의 파이프 결합홀에 끼워져 결합된다. 복수개의 열교환 파이프(20)가 보일러 배럴(10) 내부의 열교환 챔버(14) 중앙부 위치에 배치되어 있는 구조이다. 즉, 열교환 파이프(20)는 보일러 배럴(10) 내부의 열교환 챔버(14) 가운데 부분에 복수개로 배치된 상태에서 보일러 배럴(10)의 길이 방향으로 연장됨으로써 코어 열교환부를 구성한다. 열교환 파이프(20)의 열교환 매체 투입단은 열교환 매체가 들어오는 공급단에 연결된다. 본 발명을 가스 보일러로 사용할 경우 열교환 파이프(20)의 열교환 매체 투입단은 연소실에 연결되고, 열교환 매체는 고열의 연소 가스가 될 것이다. 또한, 열교환 파이프(20)의 열교환 매체 배출단과 상기 열교환 매체 공급단 사이는 미도시된 순환 라인(순환 덕트 등)으로 연결되어, 상기 순환라인에 의해 열교환 매체가 열교환 파이프(20) 내부로 순환된다.

상기 보일러 배럴(10)의 열교환 챔버(14)에는 히터(30)가 내장 설치된다. 이때, 히터(30)는 바아형 히터(30)로 구성된다. 히터(30)의 기단부측에는 플러그홀(32)이 구비된다. 즉, 플러그홀(32)을 구비한 소켓부에 석영관과 같은 재질로 된 일자형 발열부가 구비되는데, 이러한 소켓부와 발열부가 히터(30)를 구성한다. 또한, 히터(30)의 외표면에는 세라믹 코팅층이 구비된다. 히터(30)의 바아형 발열부 외표면에 세라믹 코팅층이 구비된 것이다.

상기 히터(30)는 보일러 배럴(10)에 형성된 히터(30) 장착홀에 끼워져 결합된다. 히터(30) 장착홀을 보일러 배럴(10)의 중심부를 기준으로 방사 방향으로 복수개로 분산 배치되는데, 이러한 복수개의 히터(30) 장착홀바다 히터(30)가 끼워져 결합된다. 구체적으로, 히터(30)를 구성하는 소켓부가 히터(30) 장착홀에 끼워져 고정된다. 복수개의 히터(30)가 보일러 배럴(10)에 형성된 각각의 히터(30) 장착홀에 끼워져 고정됨으로써 열교환 파이프(20) 주위에 방사 방향으로 복수개로 배치되어 방사형 가열부를 구성한다. 이때, 상기 히터(30)는 바아형 히터(30)로 구성되어 보일러 배럴(10)의 길이 방향과 교차되는 방향(직교하는 방향)으로 배치된다. 보일러 배럴(10)의 중심부를 기준으로 풍차식으로 복수개의 히터(30)가 배열된 것이라 할 수 있다. 보일러 배럴(10)의 중심부 위치에 복수개의 열교환 파이프(20)가 배치되므로, 복수개의 열교환 파이프(20) 주위에 풍차식으로 복수개의 히터(30)가 배열된 것이라고도 할 수 있다. 이때, 상기 히터(30)는 보일러 배럴(10) 내부의 각 분할된 열교환 챔버(14)의 2분의 1이 되는 높이 지점에 배치된다. 즉, 제1열교환 챔버(14A)와 제2열교환 챔버(14B) 및 제2열교환 챔버(14B)의 2분의 1의 높이가 되는 지점에 히터(30)가 배치된 것이다. 상기와 같이, 히터(30)는 바아형 히터(30)로 구성되어 그 외표면에 세라믹 코팅층이 구비되고, 상기 히터(30)의 기단부측에는 플러그홀(32)이 구비되어 보일러 배럴(10)에 형성된 히터(30) 장착공에 상기 히터(30)의 기단부측이 결합됨으로써 히터(30)의 플러그홀(32)이 보일러 배럴(10)의 바깥으로 드러나도록 구성된다. 따라서, 상기 보일러 배럴(10) 바깥에서 히터(30)의 플러그홀(32)에 전원 공급용 플러그를 끼우게 되면 히터(30)에 발열을 위한 전원이 공급될 수 있고, 스위치 등의 전기적 연결수단에 의해 히터(30)에 전원을 공급하면 히터(30)의 발열 구동이 이루어지게 된다.

또한, 상기 보일러 배럴(10)에는 열교환 챔버(14)와 연통된 인렛 포트(16)가 구비되고, 상기 인렛 포트(16)와 열교환 물질 순환 라인(19b) 상에는 예열 히터모듈(18)이 더 구비된다. 상기 보일러 배럴(10)의 아울렛 포트(16OT)에는 배관 등을 통해 온수통(6)이 연결되고, 온수통(6)에는 온수 사용처(예를 들어, 아파트나 빌라 등의 방바닥)에 구비되는 난방 코일(8)(나선형으로 깔리는 배관 형태임)이 연결되고 난방 코일(8)에 상기 인렛 포트(16)가 연결되며, 상기 인렛 포트(16)에 연결된 급수 라인(19a)의 일측으로는 급수 밸브와 급수 라인(19a)이 연결되며, 인렛 포트(16)와 난방 코일(8) 라인 상에는 순환 펌프가 구비된다. 따라서, 열교환 물질 순환 라인(19b)은 급수 라인(19a)과 난방 코일(8)을 거쳐 회수되어 들어오는 온수 회수 라인이라 할 수 있다. 이러한 열교환 물질 순환 라인(19b)과 보일러 배럴(10)의 인렛 포트(16) 사이에 예열 히터모듈(18)이 구비된 것이다. 이하에서는 설명의 편의상 열교환 물질은 열교환수라 칭하고, 열교환 물질 순환 라인(19b)은 열교환수 공급 라인으로 칭하기로 하며, 히터(30)와 열교환 파이프(20)에 의해 가열된 열교환수는 온수라 칭하기로 한다.

상기 예열 히터모듈(18)은 모듈 하우징 내부에 적어도 하나 이상의 히터(30)핀이 내장되도록 구성될 수 있고, 히터(30)핀은 핀하우징의 내부에 단열재와 판형 발열판이 교대로 적층되도록 구성될 수 있다. 모듈 하우징의 양단부는 각각 배관 등의 연결수단에 의해 각각 보일러 배럴(10)의 인렛 포트(16)와 열교환수 공급 라인에 연결된다. 따라서, 열교환수 공급 라인에서 예열 히터모듈(18)의 내부로 들어온 열교환수가 히터(30)핀에 의해 가열되어 1차 가열 열교환수로 만들어지고, 이러한 예열된 열교환수는 보일러 배럴(10)의 인렛 포트(16)를 통해서 열교환 챔버(14)로 유입된다. 본 발명에서는 제1열교환 챔버(14A)에 연통되도록 인렛 포트(16)가 구비되어 예열 히터모듈(18)에 의해 예열된 열교환수가 제1열교환 챔버(14A)로 유입된다.

이때, 본 발명에서 인렛 포트(16)는 보일러 배럴(10)에 복수개로 구비(보일러 배럴(10)의 중심부를 기준으로 방사 방향으로 복수개로 구비)되고, 상기 복수개의 각각의 포트(16)와 열교환 물질 순환 라인(19b) 사이에는 예열 히터모듈(18)로 열교환 물질이 분산되어 통과되도록 하는 분배기(19)가 구비된다. 즉, 분배기(19)가 예열 히터모듈(18)의 열교환수 투입단과 열교환수 공급 라인에 배관 등의 연결수단으로 연결되어 있고, 복수개의 예열 히터모듈(18)은 각각의 인렛 포트(16)에 연결되어 있어서, 열교환수가 분배기(19)를 통해 나뉘어져 각각의 예열 히터모듈(18)로 들어오고, 각각의 예열 히터모듈(18)로 나뉘어져 들어온 열교환수는 예열 히터모듈(18)에 의해 예열되어 보일러 배럴(10)의 인렛 포트(16)로 유입된다.

이하, 상기한 구성의 본 발명에 의한 복합 기능성 보일러의 작동을 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 열교환수 공급 라인을 통해 분배기(19)로 열교환수가 들어오면 각각의 예열 히터모듈(18)로 열교환수가 나뉘어져 들어가서 각각의 예열 히터모듈(18)에 의해 열교환수가 1차로 예열 된다.

다음, 각각의 인렛 포트(16)로 나뉘어져 들어온 예열 열교환수가 제1열교환 챔버(14A)에서 열교환 파이프(20)에 의해 열교환되면서 가열됨과 동시에 제1열교환 챔버(14A)에 내장된 히터(30)에 의해서도 가열되어 온수로 만들어진다.

상기 제1열교환 챔버(14A)에서 가열된 온수가 격판(12)에 형성된 연통홀(12h)에 의해 다음 단의 제2열교환 챔버(14B)로 유입되고, 제2열교환 챔버(14B)에서도 열교환 파이프(20)의 열교환 작용과 히터(30)의 발열 작용에 의해 온수가 가열된다.

상기 제2열교환 챔버(14B)에서 가열된 온수는 위쪽의 격판(12)에 형성된 연통홀(12h)을 통해서 그 다음 단의 제3열교환 챔버(14C)로 넘어간다. 제3열교환 챔버(14C)에서도 열교환 파이프(20)의 열교환 작용과 히터(30)의 발열에 의한 가열 작용으로 인하여 온수가 가열되고, 제3열교환 챔버(14C)에서 최종적으로 가열된 온수가 아웃렛 포트(16)를 통해 온수통(6)에 공급되면, 온수통(6)에 공급된 온수는 순환펌프에 의해 난방 코일(8)을 지나서 다시 분배기(19) 쪽으로 순환된다. 상기와 같은 열교환수의 가열과 온수의 순환 작용을 통해서 온수 사용처에 급수 급탕용 온수를 제공할 수 있게 된다.

상기와 같은 작용을 하는 본 발명의 복합 기능성 다목적 열교환 시스템의 효과는 다음과 같다.

첫째, 보일러 배럴(10) 내부의 열교환 챔버(14)에 열교환 파이프(20)를 배치하고, 열교환 파이프(20) 주위에 풍차식으로 복수개의 히터(30)를 배열함으로써 열교환 파이프(20)와 히터(30)의 복합 작용에 의해 신속하게 온수를 공급할 수 있게 된다. 열교환 파이프(20)의 열교환 작용과 히터(30)의 발열 작용이 상승 작용을 일으켜서 온수를 신속하게 공급할 수 있는 것이다.

둘째, 보일러 배럴(10)의 내부 열교환 챔버(14)를 복수개의 분할된 열교환 챔버(14)로 구획하되 뒤쪽의 열교환 챔버(14)의 체적에 비하여 앞쪽의 열교환 챔버(14)의 체적을 더 작게 구성함으로써 초급속도로 온수를 공급할 수 있는 효과를 가진다. 본 발명에서 제1열교환 챔버(14A)의 체적이 제2열교환 챔버(14B)의 체적에 비하여 더 작고, 제2열교환 챔버(14B)의 체적이 제3열교환 챔버(14C)의 체적에 비하여 더 작게 구성함으로써, 보일러 배럴(10)의 앞쪽에서 뒤쪽으로 갈수록 각 열교환 챔버(14)의 체적이 점점 더 크게 구성한 것이다.

따라서, 체적이 가장 작은 열교환 챔버(14), 다시 말해, 제1열교환 챔버(14A)로 열교환수가 들어오게 되면, 가열되는 열교환수의 양이 가장 적기 때문에 제2열교환 챔버(14B)와 제3열교환 챔버(14C)에서 온수가 만들어질 때보다는 훨씬 빠른 초급속도로 온수가 생성되고, 제1열교환 챔버(14A)에서 생성된 온수는 제2열교환 챔버(14B)로 빠져나가서 제1열교환 챔버(14A)에서보다는 조금 느린 속도(급속도)로 온수가 가열되며, 제2열교환 챔버(14B)에서 가열된 온수는 다시 제3열교환 챔버(14C)로 투입되어 제2열교환 챔버(14B)에서보다는 조금 느린 속도(고속도)로 온수가 가열되므로, 온수 사용처에서 원하는 시간에 맞추어 최대한 빠르게 온수를 공급할 수 있게 된다. 예를 들어, 비닐 하우스 등에서 온수가 최대한 빨리 필요할 때에 이에 맞추어 최대한 빠른 시간 내에 온수를 원활하게 공급할 수 있는 것이다. 제1열교환 챔버(14A)에서는 온수의 초급속도 가열이 이루어지는 한편 상대적으로 제2열교환 챔버(14B)와 제3열교환 챔버(14C)에서 가열되는 온수량보다는 적고, 제2열교환 챔버(14B)에서는 온수의 급속도 가열이 이루어지는 한편 상대적으로 제1열교환 챔버(14A)에서 가열되는 온수량보다 더 많으며, 제3열교환 챔버(14C)에서는 온수의 고속도 가열이 이루어지는 한편 상대적으로 제2열교환 챔버(14B)에서 가열되는 온수량은 제2열교환 챔버(14B)에서의 가열 온수량보다 많게 된다. 이러한 초급속도, 급속도, 고속도 온수 가열과 온수량의 증대에 의한 복합적인 작용에 의해 기존에는 달성하지 못했던 최대한의 단시간으로 온수를 공급할 수 있는 효과를 가진다는 점에서 의미가 아주 크다 하겠다.

셋째, 보일러 배럴(10)의 각 열교환 챔버(14)마다 복수개의 히터(30)를 내장함으로써 온수 공급 속도를 더욱 높여주는 효과가 있다.

넷째, 상기 히터(30)는 바아형 히터(30)로 구성되되, 열교환 파이프(20) 주위에 풍차식으로 복수개로 배열됨으로써 온수가 속속들이 히터(30)에 접촉되기 때문에 온수 생성 효율과 속도가 더욱더 높아지는 효과가 있다.

다섯째, 상기 보일러 배럴(10)의 코어 열교환부를 구성하는 열교환 파이프(20)도 하나만 설치된 것이 아니고 동심원 형태로 복수개로 배열되어 있으므로, 온수가 각 열교환 파이프(20)마다 지나가면서 열교환이 이루어지므로 열교환 효율면에서 상당히 좋다.

여섯째, 상기 보일러 배럴(10)에 가열대상 열교환수를 나누어서 배급하는 분배기(19)를 설치하고, 분배기(19)에서 쪼개져 배급되는 열교환수는 예열 히터모듈(18)에 의해 미리 예열한 다음 보일러 배럴(10) 내부의 열교환 챔버(14)에 공급하므로 최대한 빠른 속도의 온도 공급이 이루어지는데 보다 많은 도움이 된다. 가열 대상 열교환수를 나누어서 배급하지 않고 작게 나누어서 배급하고 예열 히터모듈(18)에 의해 예열하면 열교환수의 가열 체적이 그만큼 줄어들게 되고, 열교환수의 가열 체적이 줄어드는 만큼 열교환수를 가열하여 온수를 만드는 속도를 더 빨리 가져갈 수 있는 것이다.

일곱째, 본 발명은 물 보일러, 유체(오일) 보일러, 증기 보일러, 과열 증기 보일러와 같이 모든 종류의 보일러에 범용적으로 사용이 가능한 효과가 있다. 여러 분야에 사용되는 보일러에 아주 쓸모 있게 본 발명을 적용할 수 있다는 점에서 상당한 의미가 있다.

여덟째, 본 발명의 주요부인 히터(30)에 세라믹 코팅층을 구비함으로 인하여 물, 공기 양용 발열체로서 활용이 가능한 효과가 있다. 공기용 발열체로 히터(30)를 사용할 경우 과열로 히터(30)가 깨질 여지가 있으나 히터(30) 외주면의 세라믹 코팅층이 이러한 깨짐 현상을 방지하므로, 얼마든지 히터(30)를 물, 공기 양용 발열체로 활용이 가능한 것이다.

아홉째, 보일러 배럴(10)의 각각의 분할된 열교환 챔버(14), 다시 말해, 제1열교환 챔버(14A)와 제2열교환 챔버(14B) 및 제3열교환 챔버(14C)의 2분의 1 높이에 히터(30)를 배치함으로써 히터(30)의 위아래에서 균일하게 온수가 접촉되어 가열되므로, 균일한 온수 가열에 있어서 보다 효율이 좋다.

한편, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 5에 의하면, 상기 제1파이프 바디(120)는 미들 바디편(120a)의 양단부에 나란하게 한 쌍의 브릿지 바디편(120b)을 구비한 단면 형상으로 구성되어 원의 중심부를 기준으로 할 때에 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배치되고, 상기 제2파이프 바디(124)는, 일정한 길이의 단면 띠형상 부재로 구성되어 제1파이프 바디(120)의 상기 브릿지 바디편(120b)에 그 양쪽 측단부가 연결되도록 구성되며, 상기 제2파이프 바디(124)의 내측에 코어 열교환 공간부가 형성되고 제1파이프 바디(120)의 내부에 코어 열교환 공간부와 연통된 방사 열교환 공간부가 형성된다.

따라서, 상기 제1파이프 바디(120)와 제2파이프 바디(124)에 의해 형성된 코어 열교환 공간부와 이러한 코어 열교환 공간부에 방사 방향으로 연통되도록 배치된 복수개의 방사 열교환 공간부로 인하여 열교환 파이트의 내부로 지나가는 열교환 매체(예를 들어, 가스 보일러에 채용될 경우 연소 가스 등)가 코어 열교환 공간부는 물론 방사 열교환 공간부로 속속들이 접촉되도록 지나가고 상기 열교환 파이프의 외측으로 지나가는 열교환 물질(열교환에 의해 데워질 물 등)은 제2파이프 바디(124)의 외표면에 접촉되어 열교환이 이루어짐은 물론 제1파이프 바디(120) 사이로 속속들이 들어와서 제1파이프 바디(120) 자체를 통해서로 열교환이 이루어지게 되므로, 열교환 물질에 대한 열교환 효율을 상당히 높일 수 있게 된다. 열교환 물질이 방사 방향으로 배치된 각각의 제1파이프 바디(120) 사이의 공간부로 속속들이 들어와서 열교환 작용이 일어나서 열교환 매체와 열교환 물질 사이의 열교환 접촉 체적을 상당히 늘려주기 때문에, 기존에 비하여 열교환 효율이 현저하게 향상되는 효과를 가지는 것이다. 열교환 파이프(20) 자체에서 열교환 매체와 열교환 물질 사이의 열교환 효율을 극대화함으로써 결과적으로 본 발명의 열교환 시스템의 열효율을 굉장히 높일 수 있는 것이며, 이는 에너지 효율 등의 여러 가지 측면에서 상당히 바람직하고 유용한 결과를 취득할 수 있다는 것을 의미한다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10. 보일러 배럴 12. 격판
12h. 연통홀 14. 열교환 챔버
14A. 제1열교환 챔버 14B. 제2열교환 챔버
14C. 제3열교환 챔버 16. 포트
16OT. 아울렛 포트 18. 예열 히터모듈
19. 분배기 19a. 급수 라인
19b. 열교환 물질 순환 라인 20. 열교환 파이프
30. 히터 32. 플러그홀

Claims (9)

1. 내부에 열교환 챔버(14)를 구비한 보일러 배럴(10);
   상기 보일러 배럴(10)의 상기 열교환 챔버(14)에 내장된 열교환 파이프(20);
   상기 보일러 배럴(10)의 상기 열교환 챔버(14)에 구비되어 상기 열교환 파이프(20)와 함께 열교환 물질의 가열 작용을 수행하는 히터(30);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 복합 기능성 다목적 열교환 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 열교환 파이프(20)는 상기 보일러 배럴(10) 내부의 상기 열교환 챔버(14) 가운데 부분에 복수개로 배치된 상태에서 상기 보일러 배럴(10)의 길이 방향으로 연장되어 코어 열교환부를 구성하고, 상기 히터(30)는 상기 열교환 파이프(20) 주위에 방사 방향으로 복수개로 배치되어 방사형 가열부를 구성하는 것을 특징으로 하는 복합 기능성 다목적 열교환 시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 히터(30)는 바아형 히터(30)로 구성되어 상기 보일러 배럴(10)의 길이 방향과 교차되는 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 복합 기능성 다목적 열교환 시스템.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 보일러 배럴(10) 내부는 적어도 하나 이상의 격판(12)에 의해 구획된 적어도 하나 이상의 열교환 챔버(14)로 구성되고, 상기 히터(30)는 상기 격판(12)에 의해 구획된 각각의 열교환 챔버(14)마다 배치되며, 상기 격판(12)에는 각각의 분할된 열교환 챔버(14)를 연결시키는 연통홀(12h)이 구비된 것을 특징으로 하는 복합 기능성 다목적 열교환 시스템.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 열교환 챔버(14)는 상기 보일러 배럴(10)의 일단부에서 타단부로 갈수록 그 체적이 점점 더 커지도록 구성된 것을 특징으로 하는 복합 기능성 다목적 열교환 시스템.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 히터(30)는 바아형 히터(30)로 구성되어 그 외표면에 세라믹 코팅층이 구비되고, 상기 히터(30)의 기단부측에는 플러그홀(32)이 구비되어 상기 보일러 배럴(10)에 형성된 히터(30) 장착공에 상기 히터(30)의 기단부측이 결합되며, 상기 히터(30)의 플러그홀(32)은 상기 보일러 배럴(10)의 바깥으로 드러나도록 구성된 것을 특징으로 하는 복합 기능성 다목적 열교환 시스템.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 보일러 배럴(10)에는 상기 열교환 챔버(14)와 연통된 포트(16)가 구비되고, 상기 포트(16)와 급수 라인(19a) 상에는 예열 히터모듈(18)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 복합 기능성 다목적 열교환 시스템.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 포트(16)는 상기 보일러 배럴(10)에 복수개로 구비되고, 상기 복수개의 각 포트(16)와 열교환 물질 순환 라인(19b) 사이에는 상기 예열 히터모듈(18)로 열교환 물질이 분산되어 소통되도록 분배하는 분배기(19)가 구비된 것을 특징으로 하는 복합 기능성 다목적 열교환 시스템.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 열교환 파이프는,
   내부에 공간부를 구비하고 상기 공간부는 내측 방향으로 연통되어 원의 중심부를 기준으로 할 때에 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배치된 복수개의 제1파이프 바디(120);
   상기 제1파이프 바디(120)에 양쪽 측단부가 연결되어 상기 제1파이프 바디(120) 사이의 스페이스를 막아주는 제2파이프 바디(124);를 포함하며,
   상기 제2파이프 바디(124)의 내측에 코어 열교환 공간부가 형성되고 제1파이프 바디(120)의 내부에 코어 열교환 공간부와 연통된 방사 열교환 공간부가 형성된 것을 특징으로 하는 복합 기능성 다목적 열교환 시스템.

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