KR20230037342A - 열교환관 및 이를 포함하는 보일러 - Google Patents

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KR20230037342A
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 열교환관은 연소가스가 유동하는 공간인 열교환챔버에 배치되고 상기 연소가스로부터 열을 전달받는 물이 흐르는 열교환튜브, 상기 물을 상기 열교환튜브에 공급하는 공급부에 연결되고, 일 방향으로 연장되도록 상기 열교환튜브에 연결된 유입부, 및 상기 유입부로부터 이격된 위치에서 상기 열교환튜브에 연결되고 타 방향으로 연장되도록 상기 열교환튜브에 연결된 유출부를 포함한다.

Description

열교환관 및 이를 포함하는 보일러{Heat exchange pipe and boiler including the same}
본 발명은 열교환관 및 이를 포함하는 보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소가스로부터 열을 전달받는 물의 원활한 순환을 가능하게 하는 열교환관 및 이를 포함하는 보일러에 관한 것이다.
일반적으로 보일러는, 연료를 연소시킨 연소가스가 물이 흐르는 열교환관을 지나도록 하여 상기 연소가스에 포함된 열을 열교환관으로 전달하여 상기 물을 가열하거나 증기로 만들어 원하는 용도로 사용한다. 이러한 보일러에서 연소가스에 포함된 열이 열교환관으로 전달되는 효율이 떨어지는 경우, 물의 온도를 상승시키거나 증기로의 상변화를 유도하는데 많은 시간이 소요되고 결과적으로 연료비를 증가시켜서 경제적 부담을 가중하는 문제점이 있다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 보일러의 열교환관을 확대한 개략적인 정단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 종래 기술에 따른 보일러(100)는 열교환챔버(110), 열교환관(120), 및 공급부(130)를 포함한다.
열교환챔버(110)는 연료가 연소되는 공간인 연소챔버(미도시)에서 생성된 고온의 연소가스가 유동하면서 물에 열을 전달하는 공간이다. 열교환챔버(110)의 내에는 열교환관(120)이 배치될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 점선의 화살표는 연소가스의 이동방향을 도시한 것이다.
열교환관(120)은 연소가스로부터 열을 전달받는 물이 흐르는 관이다. 도 1 및 도 2에 도시된 실선의 화살표는 물의 이동방향을 도시한 것이다.
열교환관(120)은 물이 흐르면서 연소가스로부터 열을 전달받는 열교환튜브(121), 물이 유입되는 유입부(122), 및 물이 유출되는 유출부(123)를 포함할 수 있다. 공급부(130)에 저장된 물이 유입부(122), 열교환튜브(121), 및 유출부(123)를 순차적으로 유동하는 과정에서, 물은 연소가스로부터 열을 전달받을 수 있다. 유출부(123)를 통해 유출된 물은 보일러 내부를 순환하여 다시 공급부(130)로 공급될 수 있다.
여기서, 종래 기술에 따른 보일러(100)는 다음과 같은 문제가 있다.
우선, 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 보일러(100)는 유입부(122)로 유입되는 물의 방향 및 유출부(123)로 유출되는 방향이 서로 역방향을 이루도록 구현된다. 이에 따라, 종래 기술에 따른 보일러(100)는 물이 역방향으로 이동하는 구간으로 인해, 열교환관(120)의 내에서 물이 원활하게 순환하지 못하는 문제가 있다.
다음, 도 2에 도시된 종래 기술에 따른 보일러(100)는 유입부(122)로 유입되는 물의 방향 및 유출부(123)로 유출되는 방향이 서로 동일한 방향을 이루도록 구현된다. 이에 따라, 종래 기술에 따른 보일러(100)는 물이 동일한 방향으로 이동하는 구간으로 인해 물이 오랜시간 열교환관(120)에 머무르지 못하므로, 물이 연소가스로부터 충분한 양의 열을 전달받지 못하는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 물의 원활한 순환을 가능하게 하고, 물이 연소가스로부터 충분한 양의 열을 전달받을 수 있는 열교환관 및 보일러를 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 열교환관은 연소가스가 유동하는 공간인 열교환챔버에 배치되고 상기 연소가스로부터 열을 전달받는 물이 흐르는 열교환튜브, 상기 물을 상기 열교환튜브에 공급하는 공급부에 연결되고, 일 방향으로 연장되도록 상기 열교환튜브에 연결된 유입부, 및 상기 유입부로부터 이격된 위치에서 상기 열교환튜브에 연결되고 타 방향으로 연장되도록 상기 열교환튜브에 연결된 유출부를 포함한다.
또한, 상기 열교환튜브를 흐르는 상기 물의 유동 속도가 감소되도록, 상기 유출부의 크기는 상기 유입부의 크기에 비해 크다.
또한, 상기 열교환튜브는 상기 열교환챔버에 복수 개 배치되고, 복수 개의 상기 열교환튜브의 각각에는 상기 유입부가 연결되며, 복수 개의 상기 유입부는 서로 다른 방향으로 연장되되, 상기 공급부를 둘러싸는 바디부를 향한다.
또한, 상기 열교환튜브는 상기 열교환챔버에 복수 개 배치되고, 복수 개의 상기 열교환튜브의 각각에는 상기 유출부가 연결되며, 복수 개의 상기 유출부는 서로 다른 방향으로 연장되되, 상기 공급부를 둘러싸는 바디부를 향한다.
또한, 상기 열교환튜브는 상기 열교환챔버에 복수 개 배치되고, 복수 개의 상기 열교환튜브의 각각에는 상기 유입부가 연결되며, 복수 개의 상기 유입부의 방향은, 상기 공급부의 둘레방향을 따라 순차적으로 변경된다.
또한, 상기 열교환튜브는 상기 열교환챔버에 복수 개 배치되고, 복수 개의 상기 열교환튜브의 각각에는 상기 유출부가 연결되며, 복수 개의 상기 유출부의 방향은, 상기 공급부를 둘러싸는 바디부의 둘레방향을 따라 순차적으로 변경된다.
또한, 상기 열교환튜브는 제N 행, 제M 열(N, M은 2 이상의 자연수)의 행열을 이루며 상기 열교환챔버에 복수 개 배치되고, 상기 제M 열 중에서 어느 하나의 열에 배치된 N개의 상기 열교환튜브의 각각에 연결된 복수 개의 상기 유입부는, 서로 다른 방향을 향한다.
또한, 상기 열교환튜브는 제N 행(N은 2 이상의 자연수)의 행을 이루며 상기 열교환챔버에 복수 개 배치되고, 하나의 행에는 적어도 2개 이상의 열교환튜브가 배치되며, 상기 제N 행에 배치된 복수 개의 상기 열교환튜브의 각각에 연결된 복수 개의 상기 유입부는 서로 다른 방향을 향한다.
또한, 상기 열교환튜브는 상기 공급부를 둘러싸는 바디부에 인접하게 배치된 제1 그룹, 및 상기 제1 그룹의 내측 공간에 배치된 제2 그룹을 이루며 상기 열교환챔버에 복수 개 배치되고, 상기 제1 그룹에 포함된 복수 개의 상기 유입부는 외측을 향한다.
또한, 상기 열교환튜브는 상기 공급부를 둘러싸는 바디부에 인접하게 배치된 제1 그룹, 및 상기 제1 그룹의 내측 공간에 배치된 제2 그룹을 이루며 상기 열교환챔버에 복수 개 배치되고, 상기 제2 그룹에 포함된 적어도 하나 이상의 상기 유입부는 상기 제1 그룹을 향한다.
또한, 상기 열교환튜브의 중심축을 기준으로 하여 상기 유입부가 연장된 방향 및 상기 유출부가 연장된 방향 사이의 각도는, 0도 초과 180도 미만이다.
본 발명의 실시예에 따른 보일러는 본 발명의 실시예에 따른 열교환관, 및 상기 열교환관에 흐르는 물과 열교환이 이루어지는 연소가스가 생성되는 공간인 연소챔버와, 상기 연소챔버에 연결되고 상기 열교환관이 배치된 공간이 마련된 열교환챔버를 갖는 챔버부를 포함한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 열교환관 및 보일러는 물의 원활한 순환을 가능하게 하고, 물이 연소가스로부터 충분한 양의 열을 전달받을 수 있도록 구현될 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 보일러에 있어서 열교환관을 확대한 정단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 개략적인 정단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열교환관을 확대한 개략적인 정단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 열교환관의 개략적인 평면도이다.
도 6은 유입부를 통해 유입되는 물의 순환과정을 설명하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 열교환관의 배치 구조에 관한 일 예를 도시한 개략적인 평면도이다.
도 7은 도 6과 다른 유입부의 연결 구조를 갖는 비교예에 따른 열교환관의 배치 구조에 관한 일 예를 도시한 개략적인 평면도이다.
도 8은 유출부를 통해 유출되는 물의 순환과정을 설명하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 열교환관의 배치 구조에 관한 일 예를 도시한 개략적인 평면도이다.
도 9는 도 8과 다른 유출부의 연결 구조를 갖는 비교예에 따른 열교환관의 배치 구조에 관한 일 예를 도시한 개략적인 평면도이다.
도 10 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 보일러에 있어서 열교환관의 배치 구조에 관한 다른 실시예들을 도시한 도면이다.
실시예들에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 발명의 다양한 실시 예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 발명(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 발명의 다양한 실시 예에서 사용한 용어는 단지 특정일 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 다양한 실시 예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 제한되지 않는다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보일러의 개략적인 정단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열교환관을 확대한 개략적인 정단면도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 열교환관의 개략적인 평면도이고, 도 6은 유입부를 통해 유입되는 물의 순환과정을 설명하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 열교환관의 배치 구조에 관한 일 예를 도시한 개략적인 평면도이다. 도 7은 도 6과 다른 유입부의 연결 구조를 갖는 비교예에 따른 열교환관의 배치 구조에 관한 일 예를 도시한 개략적인 평면도이고, 도 8은 유출부를 통해 유출되는 물의 순환과정을 설명하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 열교환관의 배치 구조에 관한 일 예를 도시한 개략적인 평면도이다. 도 9는 도 8과 다른 유출부의 연결 구조를 갖는 비교예에 따른 열교환관의 배치 구조에 관한 일 예를 도시한 개략적인 평면도이고, 도 10 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 보일러에 있어서 열교환관의 배치 구조에 관한 다른 실시예들을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 보일러(1)는 물(41)을 가열하여 고온, 고압의 증기나 온수를 발생시키는 장치로서, 난방 시설이나 목욕탕, 터빈 구동 등에 사용되는 것이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 보일러(1)는 챔버부(10), 바디부(20), 연소가스 유입통로(30), 및 공급부(40)를 포함한다.
상기 챔버부(10)는 물(41)과 상기 연소가스의 사이에 열교환이 이루어지는 공정 공간을 제공한다. 상기 챔버부(10)는 상기 바디부(20)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 바디부(20)는 본 발명의 실시예에 따른 보일러(1)의 전체적인 외형을 이루며, 본체로 기능할 수 있다. 상기 바디부(20)는 상기 챔버부(10)를 감싸며, 상하부가 개방될 수 있다. 상기 바디부(20)는 전체적으로 원통형의 형상으로 형성될 수 있으나, 이는 예시적인 것이며 상기 챔버부(10)를 감싸도록 배치될 수 있는 한 직방체 등 다른 형상으로 형성될 수도 있다.
상기 챔버부(10)는 연소챔버(11), 및 열교환챔버(12)를 포함한다.
상기 연소챔버(11)는 연료가 연소되는 공간으로, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(2)에 흐르는 물과 열교환이 이루어지는 연소가스가 생성되는 공간이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 연료는 상기 연소챔버(11)의 내부와 연통된 연소가스 유입통로(30, 도 3에 도시됨)로 유입되어 상기 연소챔버(11)의 내부 공간에서 연소될 수 있다. 상기 연소가스가 유동하는 방향은, 상기 연소챔버(11)에서 상기 열교환챔버(12)를 향하는 방향일 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 연소챔버(11)의 내부에는 버너부가 배치될 수 있다. 버너부는 연료탱크(미도시)로부터 연료를 공급받아서 상기 연소챔버(11)의 하측에서 연료를 점화시킨다. 이에 따라, 상기 연료가스는 하측에서 상측으로 유동할 수 있다. 상기 연소챔버(11)에서 연소된 상기 연소가스는, 상기 연소챔버(11)의 상측으로 유동하여 상기 열교환챔버(12)의 하측으로 유입된 후 상승하면서 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(2)의 내부의 물(41)에 열을 전달한다.
상기 열교환챔버(12)는 상기 연소챔버(11)에서 연소된 상기 연소가스가 유동하면서 물과 열교환이 이루어지는 공간이다. 상기 열교환챔버(12)는 상기 연소챔버(11)에 연결될 수 있다. 예컨대, 상기 열교환챔버(12)는 상기 연소챔버(11)의 상측에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 연소챔버(11) 내에서 연소된 상기 연소가스는 상측으로 유동하여 상기 열교환챔버(12)로 유입되고, 물(41)과 열교환이 이루어질 수 있다. 물론 상기 연소가스의 흐름이 상기와 같이 한정되는 것은 아니다. 즉, 도시되진 않았지만, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 보일러에 있어서, 상기 연소챔버(11)는 상기 열교환챔버(12)의 상측에 배치될 수도 있다. 이 경우, 상기 연소챔버(11)의 내에서 연소된 상기 연소가스는 하측으로 유동하여 상기 열교환챔버(12)에 유입되고, 물(41)과 열교환이 이루어질 수 있다.
상기 공급부(40)는 상기 열교환관(2)에 물을 공급하기 위해 상기 바디부(20)에 마련된다. 상기 공급부(40)는 상기 바디부(20)의 내측에 배치됨과 아울러 상기 열교환관(2)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 상기 공급부(40)는 상기 열교환관(2)에 연결될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(2)은 고온의 연소가스로부터 열을 전달받는 물(41)이 흐르는 관으로, 본 발명의 실시예에 따른 보일러(1)에 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열교환관(2)은 상기 연소가스가 유동하는 공간인 상기 열교환챔버(12)에 배치되고, 상기 연소가스로부터 열을 전달받는 물(41)이 흐르는 열교환튜브(21), 물(41)을 상기 열교환튜브(21)에 공급하는 상기 공급부(40)에 연결되고, 일 방향으로 연장되도록 상기 열교환튜브(21)에 연결된 유입부(22), 및 상기 유입부(22)로부터 이격된 위치에서 상기 열교환튜브(21)에 연결되고, 타 방향으로 연장되도록 상기 열교환튜브(21)에 연결된 유출부(23)를 포함한다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(2)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.
우선, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(2)은 상기 유입부(22)로 유입되는 물(41)의 유동방향 및 상기 유출부(23)로 유출되는 물(41)의 방향이 완전히 역방향을 이루지 않게 구현된다. 이에 따라, 도 1에 도시된 종래 기술과 대비하여 볼 때, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(2)의 내에서 물(41)이 원활하게 순환될 수 있다.
다음, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(2)은 상기 유입부(22)로 유입되는 물(41)의 유동방향 및 상기 유출부(23)로 유출되는 물(41)의 유출방향이 완전히 동일한 방향을 이루지 않게 구현된다. 이에 따라, 도 2에 도시된 종래 기술과 대비하여 볼 때, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(2)의 내에서 물(41)의 유동시간을 증대시킬 수 있으므로 물(41)이 상기 연소가스로부터 충분한 양의 열을 전달받을 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(2)을 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. 한편, 도 6 내지 도 15에 도시된 실선의 화살표는 상기 유입부(22)로 유입되는 물의 이동방향을 도시한 것이고, 점선의 화살표는 상기 유출부(23)로 유출되는 물의 이동방향을 도시한 것이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(2)은 상기 열교환튜브(21), 상기 유입부(22), 및 상기 유출부(23)를 포함한다.
상기 열교환튜브(21)는 상기 연소가스로부터 열을 전달받는 물(41)이 흐르도록 상기 열교환챔버(12)에 배치된다. 상기 열교환튜브(21)는 상기 열교환챔버(12)에 삽입될 수 있다. 상기 열교환튜브(21)는 상기 연소가스의 열을 전달받을 수 있는 소재를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 열교환튜브(21)는 구리 등의 금속 소재를 포함할 수 있다.
상기 열교환튜브(21)는 상기 열교환챔버(12)가 연장된 방향과 동일한 방향으로 연장될 수 있다. 물(41)은 상기 열교환튜브(21)의 내부를 유동하면서 상기 연소가스로부터 열을 전달받을 수 있다.
상기 유입부(22)는 물(41)이 저장된 상기 공급부(40)로부터 물(41)을 공급받도록 상기 공급부(40)에 연결될 수 있다. 상기 유입부(22)를 통해 상기 열교환튜브(21)에 공급된 물(41)은 상기 유출부(23)를 통해 유출되기 전까지 상기 열교환튜브(21)의 내에서 상기 연소가스로부터 열을 전달받을 수 있다.
상기 유입부(22)는 일 방향으로 연장되도록 상기 열교환튜브(21)에 연결된다. 이에 따라, 물(41)은 상기 일 방향을 따라 상기 열교환튜브(21)로 유입될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 유입부(22)는 상기 공급부(40)와 상기 열교환튜브(21)의 각각에 연결된 유입관(221), 및 상기 유입관(221)에 형성되고 물(41)이 유동하는 유입공(222)을 포함할 수 있다.
상기 유출부(23)는 상기 유입부(22)로부터 이격된 위치에서, 상기 열교환튜브(21)에 연결된다. 상기 공급부(40)로부터 공급된 물(41)은 상기 유입부(22), 상기 열교환튜브(21), 및 상기 유출부(23)를 순차적으로 유동하여 상기 유출부(23)로 유출될 수 있다. 상기 유출부(23)로 유출된 물(41)은, 본 발명의 실시예에 따른 보일러(1)의 내부를 순환하여 다시 상기 공급부(40)로 공급될 수 있다.
상기 유출부(23)는 타 방향으로 연장되도록 상기 열교환튜브(21)에 연결된다. 이에 따라, 상기 유입부(22)로 유입된 물(41)의 이동방향과 상이한 방향으로 물(41)은 상기 열교환튜브(21)로부터 배출될 수 있다.
상기 유출부(23)가 연장된 방향 및 상기 유입부(22)가 연장된 방향 사이의 끼인각(θ)은, 상기 열교환튜브(21)의 중심축을 기준으로 하여 0도 초과 180도 미만일 수 있다.
상기 끼인각(θ)이 0도인 경우, 상기 열교환튜브(21)를 상측에서 바라보았을 때, 상기 유출부(23) 및 상기 유입부(22)는 중첩되게 배치될 수 있다. 즉, 상기 끼인각(θ)이 0도인 경우, 상기 열교환관(2)은 도 1에 도시된 구조로 구현될 수 있다.
상기 끼인각(θ)이 180도인 경우, 상기 열교환튜브(21)를 상측에서 바라보았을 때, 상기 유출부(23) 및 상기 유입부(22)는 서로 동일한 방향으로 평행하게 연장될 수 있다. 즉, 상기 끼인각(θ)이 180도인 경우, 상기 열교환관(2)은 도 2에 도시된 구조로 구현될 수 있다.
상기 유출부(23)는 상기 유입부(22)에 비해 상측에 위치할 수 있다. 이 경우, 물(41)은 상측으로 유동하면서 상기 열교환튜브(21)의 내에서 상기 연소가스로부터 열을 전달받을 수 있다. 물론 물(41)의 흐름이 상기와 같이 한정되는 것은 아니다. 즉, 도시되진 않았지만, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 보일러에 있어서, 상기 유출부(23)는 상기 유입부(22)에 비해 하측에 위치할 수도 있다. 이 경우, 물(41)은 하측으로 유동하면서 상기 열교환튜브(21)의 내에서 상기 연소가스로부터 열을 전달받을 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 유출부(23)는 상기 열교환튜브(21)에 연결된 유출관(231), 및 상기 유출관(231)에 형성되고 물(41)이 유동하는 유출공(232)을 포함할 수 있다.
도 5를 참고하면, 상기 유입부(22)의 크기(D1)는 상기 유출부(23)의 크기(D2)에 비해 더 작을 수 있다. 이 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(2)은 소위 디퓨져(Diffuser)와 같은 구조로 구현될 수 있다. 디퓨져는 유체의 유속을 줄이기 위해 입구에 비해 큰 크기를 가진 출구를 가진 관을 말한다. 이에 따라, 물(41)이 상기 유입부(22)에서 상기 유출부(23)로 유동하는 과정에서, 물(41)의 유동 속도가 감소될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(2)은 물(41)이 열교환튜브(21)의 내부를 유동하는 시간을 증대시킬 수 있으므로, 물(41)이 상기 연소가스로부터 충분한 양의 열을 전달받을 수 있게 구현될 수 있다. 예컨대, 상기 유입관(221)의 직경은 상기 유출관(231)의 직경에 비해 더 크게 형성될 수 있다.
도 6 내지 도 15를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(2)은 상기 열교환챔버(12)에 복수 개 배치될 수 있다. 이 경우, 하나의 상기 열교환튜브(21)에는 하나의 상기 유입부(22), 및 하나의 상기 유출부(23)가 각각 연결될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(2)의 배치 구조에 관한 여러가지 실시예들을 순차적으로 살펴본다. 열교환관(2)의 배치 구조는 후술할 구체적인 실시예에 한정되지 않으며, 여기에는 다른 변형이 포함될 수도 있다.
도 6 내지 도 9를 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(2)의 배치 구조에 관한 제1 실시예를 설명한다. 도 6 및 도 7에는 상기 열교환튜브(21)에 상기 유입부(22)만이 연결된 것이 도시되어 있고, 도 8 및 도 9에는 상기 열교환튜브(21)에 상기 유출부(23)만이 연결된 것이 도시되어 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환관(2)은 제N 행, 제M 열(N, M은 2 이상의 자연수)의 행열을 이루며 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 열교환튜브(21)는 제2 행, 제2 열을 이루며 상기 열교환챔버(12)에 배치될 수 있다.
복수 개의 상기 열교환튜브(21, 21', 21'', 21''')의 각각에 연결된 복수 개의 상기 유입부(22, 22', 22'', 22''')는 도 6에 도시된 바와 같이 서로 다른 방향으로 연장되되, 상기 공급부(40)를 둘러싸는 바디부(20)를 향할 수 있다. 즉, 복수 개의 상기 유입부(22, 22', 22'', 22''')는 외측을 향할 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 상기 유입부(22, 22', 22'', 22''') 중에서 적어도 2개 이상의 상기 유입부(22)가 서로를 향해 배치되거나 복수 개의 상기 유입부(22, 22', 22'', 22''')가 상기 공급부(40)의 중심을 향해 배치된 비교예와 대비하여 볼 때, 물(41)은 상기 공급부(40)로부터 복수 개의 상기 유입부(22, 22', 22'', 22''')로 원활하게 유입될 수 있다.
복수 개의 상기 유입부(22, 22', 22'', 22''')의 방향은, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 공급부(40)의 둘레방향을 따라 순차적으로 변경될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환관(2)은 물(41)을 상기 공급부(40)의 내에서 원활하게 순환시킬 수 있다. 이를 도 6과 다른 유입부의 연결 구조를 갖는 비교예와 대비하여 설명하면, 다음과 같다.
여기서, 제1 행 제1 열에 배치된 열교환튜브(21)에 연결된 유입부를 제1 유입부(22), 제1 행 제2 열에 배치된 열교환튜브(21')에 연결된 유입부를 제2 유입부(22'), 제2 행 제1 열에 배치된 열교환튜브(21'')에 연결된 유입부를 제3 유입부(22''), 및 제2 행 제2 열에 배치된 열교환튜브(21''')에 연결된 유입부를 제4 유입부(22''')로 정의한다.
우선 도 7을 참고하면, 비교예는 상기 제1 유입부(22) 및 상기 제3 유입부 (22'')가 동일한 방향으로 연장되는 구조를 가질 수 있다. 또한, 비교예는 상기 제2 유입부(22') 및 상기 제4 유입부(22''')가 동일한 방향으로 연장되는 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 유입부(22) 및 상기 제3 유입부(22'')를 통해 유입되는 물(41)의 유동방향은 서로 동일하고, 상기 제2 유입부(22') 및 상기 제4 유입부(22''')를 통해 유입되는 물(41)의 유동방향은 서로 동일할 수 있다.
복수 개의 상기 유입부(22, 22', 22'', 22''')는 상기 공급부(40)로부터 계속해서 물(41)을 공급받으므로, 상기 공급부(40)에는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제1 유입부(22)와 상기 제3 유입부(22'')에 인접한 부분, 및 상기 제2 유입부(22')와 상기 제4 유입부(22''')의 인접한 부분에 물(41)이 부족한 제1 영역(A1)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 영역(A1)이 형성됨으로써, 상기 공급부(40) 상에는 순간적으로 물(41)이 과잉 존재하는 제2 영역(A2)이 형성될 수 있다.
이처럼, 비교예는 상기 제1 영역(A1) 및 상기 제2 영역(A2)이 형성되므로, 물(41)이 공급부(40) 상에 고르게 분포하지 못하여 물(41)이 원활하게 순환하지 못하는 문제가 있다.
다음 도 6을 참고하면, 본 발명의 제1 실시예는 복수 개의 상기 유입부(22, 22', 22'', 22''')의 방향이 상기 공급부(40)의 둘레방향을 따라 순차적으로 변경되는 구조를 가질 수 있다.
복수 개의 상기 유입부(22, 22', 22'', 22''')는 상기 공급부(40)의 서로 다른 영역으로부터 물(41)을 공급받으므로, 제1 실시예는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 공급부(40)의 둘레방향을 따라 이동하는 물(41)의 순환경로가 형성될 수 있다. 도 6에는 도시된 물(41)의 순환경로가 시계방향인 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것이며 물(41)의 순환경로는 반시계방향으로 형성될 수도 있다.
이처럼, 제1 실시예는 비교예와 대비하여 볼 때 상기 제1 영역(A1) 및 상기 제2 영역(A2)이 형성되지 않고 상기 공급부(40) 상에 물(41)이 고르게 분포되게 구현될 수 있으므로, 물(41)을 공급부(40)의 내에서 원활하게 순환시킬 수 있다.
복수 개의 상기 열교환튜브(21, 21', 21'', 21''')의 각각에 연결된 복수 개의 상기 유출부(23, 23', 23'', 23''')는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 바디부(20)를 향할 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 상기 유출부(23, 23', 23'', 23''') 중에서 적어도 2개 이상의 상기 유출부(23)가 서로를 향해 배치된 비교예 및 복수 개의 상기 유출부(23, 23', 23'', 23''')가 상기 바디부(20)의 중심을 향해 배치된 비교예와 대비하여 볼 때, 물(41)은 상기 바디부(20)를 향해 외측으로 원활하게 유출될 수 있다.
복수 개의 상기 유출부(23, 23', 23'', 23''')의 방향은, 도 8에 도시된 바와 같이 서로 다른 방향으로 연장되되, 상기 바디부(20)의 둘레방향을 따라 순차적으로 변경될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환관(2)은 물(41)을 상기 바디부(20)를 향해 원활하게 배출시킬 수 있다. 이를 도 8과 다른 유출부의 연결 구조를 갖는 비교예와 대비하여 설명하면, 다음과 같다.
여기서, 제1 행 제1 열에 배치된 열교환튜브(21)에 연결된 유출부를 제1 유출부(23), 제1 행 제2 열에 배치된 열교환튜브(21')에 연결된 유출부를 제2 유출부(23'), 제2 행 제1 열에 배치된 열교환튜브(21'')에 연결된 유출부를 제3 유출부(23''), 및 제2 행 제2 열에 배치된 열교환튜브(21''')에 연결된 유출부를 제4 유출부(23''')로 정의한다.
우선 도 9을 참고하면, 비교예는 상기 제1 유출부(23) 및 상기 제3 유출부(23'')가 동일한 방향으로 연장되는 구조를 가질 수 있다. 또한, 비교예는 상기 제2 유출부(23') 및 상기 제4 유출부(23''')가 동일한 방향으로 연장되는 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 유출부(23) 및 상기 제3 유출부(23'')를 통해 유출되는 물(41)의 유동방향은 서로 동일하고, 상기 제2 유출부(23') 및 상기 제4 유출부(23''')를 통해 유출되는 물(41)의 유동방향은 서로 동일할 수 있다.
복수 개의 상기 유출부(23, 23', 23'', 23''')는 상기 바디부(20)를 향해 계속해서 물(41)을 배출하므로, 상기 바디부(20)에는 도 9에 도시된 바와 같이 상기 제1 유출부(23)와 상기 제3 유출부(23'')의 인접한 부분, 및 상기 제2 유출부(23')와 상기 제4 유출부(23''')의 인접한 부분에 물(41)이 과잉되는 제3 영역(A3)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 제3 영역(A3)이 형성됨으로써, 상기 바디부(20) 상에는 순간적으로 물(41)이 부족한 제4 영역(A4)이 형성될 수 있다.
이처럼, 비교예는 상기 제3 영역(A3) 및 상기 제4 영역(A4)이 형성되므로, 물(41)이 바디부(20) 상에 고르게 분포하지 못하여 원활하게 순환 배출되지 못하는 문제가 있다.
다음 도 8을 참고하면, 본 발명의 제1 실시예는 복수 개의 상기 유출부(23, 23', 23'', 23''')의 방향이 상기 바디부(20)의 둘레방향을 따라 순차적으로 변경되는 구조를 가질 수 있다.
복수 개의 상기 유출부(23, 23', 23'', 23''')는 상기 바디부(20)의 서로 다른 영역으로 물(41)을 배출하므로, 제1 실시예는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 바디부(20)의 둘레방향을 따라 이동하는 물(41)의 순환경로가 형성될 수 있다. 도 8에는 도시된 물(41)의 순환경로가 시계방향인 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것이며 물(41)의 순환경로는 반시계방향으로 형성될 수도 있다.
이처럼, 제1 실시예는 비교예와 대비하여 볼 때 상기 제3 영역(A3) 및 상기 제4 영역(A2)이 형성되지 않고 상기 바디부(20) 상에 물(41)이 고르게 분포되게 구현될 수 있으므로, 물(41)을 상기 바디부(20)를 향해 원활하게 순환 배출시킬 수 있다.
상기 제1 실시예에서, 상기 제M 열 중에서 어느 하나의 열에 배치된 N개의 상기 유입부(22)는, 서로 다른 방향을 향할 수 있다. 또한, 상기 제M 열 중에서 어느 하나의 열에 배치된 N개의 상기 유출부(23)는, 서로 다른 방향을 향할 수 있다.
상기 제1 실시예에서, 상기 제N 행에 배치된 M개의 상기 유입부(22)는 서로 다른 방향을 향할 수 있다. 또한, 상기 제N 행에 배치된 M개의 상기 유출부(23)는 서로 다른 방향을 향할 수 있다.
도 10을 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(2)의 배치 구조에 관한 제2 실시예를 설명한다. 이하에서는 앞서 제1 실시예와 중복되는 구체적인 설명은 생략하고 간략하게 서술한다. 도 10에는 상기 열교환튜브(21)에 상기 유입부(22) 및 상기 유출부(23)가 각각 연결된 것이 도시되어 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 열교환관(2)은 제N 행, 제M 열(N, M은 2 이상의 자연수)의 행열을 이루며 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 열교환튜브(21)는 제3 행, 제2 열을 이루며 상기 열교환챔버(12)에 배치될 수 있다.
복수 개의 상기 열교환튜브(21)의 각각에 연결된 복수 개의 상기 유입부(22)는 상기 바디부(20)를 향할 수 있다. 복수 개의 상기 유입부(22)의 방향은, 상기 공급부(40)의 둘레방향을 따라 순차적으로 변경될 수 있다.
복수 개의 상기 열교환튜브(21)의 각각에 연결된 복수 개의 상기 유출부(23)는 상기 바디부(20)를 향할 수 있다. 복수 개의 상기 유출부(23)의 방향은, 상기 바디부(20)의 둘레방향을 따라 순차적으로 변경될 수 있다.
상기 제2 실시예에서, 상기 제M 열 중에서 어느 하나의 열에 배치된 N개의 상기 유입부(22)는, 서로 다른 방향을 향할 수 있다. 또한, 상기 제M 열 중에서 어느 하나의 열에 배치된 N개의 상기 유출부(23)는, 서로 다른 방향을 향할 수 있다.
상기 제2 실시예에서, 상기 제N 행에 배치된 M개의 상기 유입부(22)는 서로 다른 방향을 향할 수 있다. 상기 제N 행에 배치된 M개의 상기 유출부(23)는 서로 다른 방향을 향할 수 있다.
도 11을 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(2)의 배치 구조에 관한 제3 실시예를 설명한다. 이하에서는 제1, 2 실시예와 중복되는 구체적인 설명은 생략하고 간략하게 서술한다. 도 11에는 상기 열교환튜브(21)에 상기 유입부(22) 및 상기 유출부(23)가 각각 연결된 것이 도시되어 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 열교환관(2)은 제N 행(N은 2 이상의 자연수)의 행을 이루며 배치될 수 있다. 하나의 행에는 적어도 2개 이상의 상기 열교환튜브(21)가 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 열교환튜브(21)는 제3 행을 이루며 상기 열교환챔버(12)에 배치될 수 있다.
복수 개의 상기 열교환튜브(21)의 각각에 연결된 복수 개의 상기 유입부(22)는 상기 바디부(20)를 향할 수 있다.
복수 개의 상기 열교환튜브(21)의 각각에 연결된 복수 개의 상기 유출부(23)는 상기 바디부(20)를 향할 수 있다.
상기 제3 실시예에서, 상기 제N 행에 배치된 복수 개의 상기 열교환튜브(21)의 각각에 연결된 복수 개의 상기 유입부(22)는 서로 다른 방향을 향할 수 있다. 상기 제N 행에 배치된 복수 개의 상기 열교환튜브(21)의 각각에 연결된 복수 개의 상기 유출부(23)는 서로 다른 방향을 향할 수 있다.
상기 제3 실시예에서, 본 발명의 실시예에 따른 상기 열교환관(2)은 그룹을 이루며 상기 열교환챔버(12)에 복수 개 배치될 수 있다. 상기 그룹들 중에서 제1 그룹(G1)은, 바디부(20)에 인접하게 배치되어서 상기 그룹들 중에서 제2 그룹(G2)에 대해 외측에 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 그룹(G1)은 상기 제2 그룹(G2)에 비해 상기 바디부(20)에 가깝게 배치되고, 상기 제2 그룹(G2)은 상기 제1 그룹(G1)의 내측 공간에 배치될 수 있다. 상기 제1 그룹(G1)에는 복수 개의 상기 열교환관(2)이 포함될 수 있고, 상기 제2 그룹(G2)에는 적어도 하나 이상의 상기 열교환관(2)이 포함될 수 있다.
상기 제1 그룹(G1)에 포함된 복수 개의 상기 유입부(22)는 외측을 향할 수 있다. 따라서, 상기 제1 그룹(G1)에 포함된 상기 유입부(22)는 상기 제2 그룹(G2)에 간섭을 받지않고, 상기 공급부(40)로부터 물(41)을 전달받을 수 있다.
상기 제1 그룹(G1)에 포함된 복수 개의 상기 유출부(23)는 외측을 향할 수 있다. 따라서, 상기 제1 그룹(G1)에 포함된 상기 유출부(23)는 상기 제2 그룹(G2)에 간섭을 받지않고, 물(41)을 유출할 수 있다.
상기 제1 그룹(G1)에 포함된 복수 개의 상기 유입부(22)의 방향은, 상기 공급부(40)의 둘레방향을 따라 순차적으로 변경될 수 있다. 상기 제1 그룹(G1)에 포함된 복수 개의 상기 유출부(23)의 방향은, 상기 바디부(20)의 둘레방향을 따라 순차적으로 변경될 수 있다.
상기 제2 그룹(G2)에 포함된 적어도 하나 이상의 유입부(22)는 상기 제1 그룹(G1)을 향할 수 있다. 상기 제2 그룹(G2)에 포함된 적어도 하나 이상의 유출부(23)는 상기 제1 그룹(G1)을 향할 수 있다.
도 12를 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(2)의 배치 구조에 관한 제4 실시예를 설명한다. 이하에서는 제1 내지 제3 실시예와 중복되는 구체적인 설명은 생략하고 간략하게 서술한다. 도 12에는 상기 열교환튜브(21)에 상기 유입부(22) 및 상기 유출부(23)가 각각 연결된 것이 도시되어 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 열교환관(2)은 제N 행, 제M 열(N, M은 2 이상의 자연수)의 행열을 이루며 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 열교환튜브(21)는 제3 행, 제3 열을 이루며 상기 열교환챔버(12)에 배치될 수 있다.
복수 개의 상기 열교환튜브(21)의 각각에 연결된 복수 개의 상기 유입부(22)는 상기 바디부(20)를 향할 수 있다.
복수 개의 상기 열교환튜브(21)의 각각에 연결된 복수 개의 상기 유출부(23)는 상기 바디부(20)를 향할 수 있다.
상기 제4 실시예에서, 상기 제M 열 중에서 어느 하나의 열에 배치된 N개의 상기 유입부(22)는, 서로 다른 방향을 향할 수 있다. 또한, 상기 제M 열 중에서 어느 하나의 열에 배치된 N개의 상기 유출부(23)는, 서로 다른 방향을 향할 수 있다.
상기 제4 실시예에서, 본 발명의 실시예에 따른 상기 열교환관(2)은 그룹을 이루며 상기 열교환챔버(12)에 복수 개 배치될 수 있다. 상기 그룹들 중에서 제1 그룹(G1)은, 바디부(20)에 인접하게 배치되어서 상기 그룹들 중에서 제2 그룹(G2)에 대해 외측에 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 그룹(G1)은 상기 제2 그룹(G2)에 비해 상기 바디부(20)에 가깝게 배치되고, 상기 제2 그룹(G2)은 상기 제1 그룹(G1)의 내측 공간에 배치될 수 있다. 상기 제1 그룹(G1)에는 복수 개의 상기 열교환관(2)이 포함될 수 있고, 상기 제2 그룹(G2)에는 적어도 하나 이상의 상기 열교환관(2)이 포함될 수 있다.
상기 제1 그룹(G1)에 포함된 복수 개의 상기 유입부(22)는 외측을 향할 수 있다. 상기 제1 그룹(G1)에 포함된 복수 개의 상기 유출부(23)는 외측을 향할 수 있다.
상기 제1 그룹(G1)에 포함된 복수 개의 상기 유입부(22)의 방향은, 상기 공급부(40)의 둘레방향을 따라 순차적으로 변경될 수 있다. 상기 제1 그룹(G1)에 포함된 복수 개의 상기 유출부(23)의 방향은, 상기 바디부(20)의 둘레방향을 따라 순차적으로 변경될 수 있다.
상기 제2 그룹(G2)에 포함된 적어도 하나 이상의 유입부(22)는 상기 제1 그룹(G1)을 향할 수 있다. 상기 제2 그룹(G2)에 포함된 적어도 하나 이상의 유출부(23)는 상기 제1 그룹(G1)을 향할 수 있다.
도 13을 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(2)의 배치 구조에 관한 제5 실시예를 설명한다. 이하에서는 제1 내지 제4 실시예와 중복되는 구체적인 설명은 생략하고 간략하게 서술한다. 도 13에는 상기 열교환튜브(21)에 상기 유입부(22) 및 상기 유출부(23)가 각각 연결된 것이 도시되어 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 열교환관(2)은 제N 행, 제M 열(N, M은 2 이상의 자연수)의 행열을 이루며 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 열교환튜브(21)는 제3 행, 제4 열을 이루며 상기 열교환챔버(12)에 배치될 수 있다.
복수 개의 상기 열교환튜브(21)의 각각에 연결된 복수 개의 상기 유입부(22)는 상기 바디부(20)를 향할 수 있다.
복수 개의 상기 열교환튜브(21)의 각각에 연결된 복수 개의 상기 유출부(23)는 상기 바디부(20)를 향할 수 있다.
상기 제5 실시예에서, 상기 제M 열 중에서 어느 하나의 열에 배치된 N개의 상기 유입부(22)는, 서로 다른 방향을 향할 수 있다. 또한, 상기 제M 열 중에서 어느 하나의 열에 배치된 N개의 상기 유출부(23)는, 서로 다른 방향을 향할 수 있다.
상기 제5 실시예에서, 본 발명의 실시예에 따른 상기 열교환관(2)은 그룹을 이루며 상기 열교환챔버(12)에 복수 개 배치될 수 있다. 상기 그룹들 중에서 제1 그룹(G1)은, 바디부(20)에 인접하게 배치되어서 상기 그룹들 중에서 제2 그룹(G2)에 대해 외측에 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 그룹(G1)은 상기 제2 그룹(G2)에 비해 상기 바디부(20)에 가깝게 배치되고, 상기 제2 그룹(G2)은 상기 제1 그룹(G1)의 내측 공간에 배치될 수 있다. 상기 제1 그룹(G1)에는 복수 개의 상기 열교환관(2)이 포함될 수 있고, 상기 제2 그룹(G2)에는 적어도 하나 이상의 상기 열교환관(2)이 포함될 수 있다.
상기 제1 그룹(G1)에 포함된 복수 개의 상기 유입부(22)는 외측을 향할 수 있다. 상기 제1 그룹(G1)에 포함된 복수 개의 상기 유출부(23)는 외측을 향할 수 있다.
상기 제2 그룹(G2)에 포함된 적어도 하나 이상의 유입부(22)는 상기 제1 그룹(G1)을 향할 수 있다. 상기 제2 그룹(G2)에 포함된 적어도 하나 이상의 유출부(23)는 상기 제1 그룹(G1)을 향할 수 있다.
도 14를 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(2)의 배치 구조에 관한 제6 실시예를 설명한다. 이하에서는 제1 내지 제5 실시예와 중복되는 구체적인 설명은 생략하고 간략하게 서술한다. 도 14에는 상기 열교환튜브(21)에 상기 유입부(22) 및 상기 유출부(23)가 각각 연결된 것이 도시되어 있다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 열교환관(2)은 제N 행(N은 2 이상의 자연수)의 행을 이루며 배치될 수 있다. 하나의 행에는 적어도 2개 이상의 상기 열교환튜브(21)가 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 열교환튜브(21)는 제4 행을 이루며 상기 열교환챔버(12)에 배치될 수 있다.
복수 개의 상기 열교환튜브(21)의 각각에 연결된 복수 개의 상기 유입부(22)는 상기 바디부(20)를 향할 수 있다.
복수 개의 상기 열교환튜브(21)의 각각에 연결된 복수 개의 상기 유출부(23)는 상기 바디부(20)를 향할 수 있다.
상기 제6 실시예에서, 본 발명의 실시예에 따른 상기 열교환관(2)은 그룹을 이루며 상기 열교환챔버(12)에 복수 개 배치될 수 있다. 상기 그룹들 중에서 제1 그룹(G1)은, 바디부(20)에 인접하게 배치되어서 상기 그룹들 중에서 제2 그룹(G2)에 대해 외측에 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 그룹(G1)은 상기 제2 그룹(G2)에 비해 상기 바디부(20)에 가깝게 배치되고, 상기 제2 그룹(G2)은 상기 제1 그룹(G1)의 내측 공간에 배치될 수 있다. 상기 제1 그룹(G1)에는 복수 개의 상기 열교환관(2)이 포함될 수 있고, 상기 제2 그룹(G2)에는 적어도 하나 이상의 상기 열교환관(2)이 포함될 수 있다.
상기 제1 그룹(G1)에 포함된 복수 개의 상기 유입부(22)는 외측을 향할 수 있다. 상기 제1 그룹(G1)에 포함된 복수 개의 상기 유출부(23)는 외측을 향할 수 있다.
상기 제2 그룹(G2)에 포함된 적어도 하나 이상의 유입부(22)는 상기 제1 그룹(G1)을 향할 수 있다. 상기 제2 그룹(G2)에 포함된 적어도 하나 이상의 유출부(23)는 상기 제1 그룹(G1)을 향할 수 있다.
도 15를 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 열교환관(2)의 배치 구조에 관한 제7 실시예를 설명한다. 이하에서는 제1 내지 제6 실시예와 중복되는 구체적인 설명은 생략하고 간략하게 서술한다. 도 15에는 상기 열교환튜브(21)에 상기 유입부(22) 및 상기 유출부(23)가 각각 연결된 것을 도시하였다.
본 발명의 제7 실시예에 따른 열교환관(2)은 제M 열(M은 2 이상의 자연수)의 행을 이루며 배치될 수 있다. 하나의 열에는 적어도 2개 이상의 상기 열교환튜브(21)가 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 열교환튜브(21)는 제5 열을 이루며 상기 열교환챔버(12)에 배치될 수 있다.
복수 개의 상기 열교환튜브(21)의 각각에 연결된 복수 개의 상기 유입부(22)는 상기 바디부(20)를 향할 수 있다.
복수 개의 상기 열교환튜브(21)의 각각에 연결된 복수 개의 상기 유출부(23)는 상기 바디부(20)를 향할 수 있다.
상기 제7 실시예에서, 본 발명의 실시예에 따른 상기 열교환관(2)은 그룹을 이루며 상기 열교환챔버(12)에 복수 개 배치될 수 있다. 상기 그룹들 중에서 제1 그룹(G1)은, 바디부(20)에 인접하게 배치되어서 상기 그룹들 중에서 제2 그룹(G2)에 대해 외측에 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 그룹(G1)은 상기 제2 그룹(G2)에 비해 상기 바디부(20)에 가깝게 배치되고, 상기 제2 그룹(G2)은 상기 제1 그룹(G1)의 내측 공간에 배치될 수 있다. 상기 제1 그룹(G1)에는 복수 개의 상기 열교환관(2)이 포함될 수 있고, 상기 제2 그룹(G2)에는 적어도 하나 이상의 상기 열교환관(2)이 포함될 수 있다.
상기 제1 그룹(G1)에 포함된 복수 개의 상기 유입부(22)는 외측을 향할 수 있다. 상기 제1 그룹(G1)에 포함된 복수 개의 상기 유출부(23)는 외측을 향할 수 있다.
상기 제2 그룹(G2)에 포함된 적어도 하나 이상의 유입부(22)는 상기 제1 그룹(G1)을 향할 수 있다. 상기 제2 그룹(G2)에 포함된 적어도 하나 이상의 유출부(23)는 상기 제1 그룹(G1)을 향할 수 있다.
다시 도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 보일러(1)는 열전달핀(3)을 더 포함할 수 있다.
상기 열전달핀(3)은 상기 연소가스의 열을 상기 열교환관(2) 내를 흐르는 물(41)에 전달하도록 상기 열교환관(2)에 결합되어 마련된다. 상기 열전달핀(3)은 얇은 봉 형태의 금속 소재로 이루어지며, 그 외주면을 통해 연소가스의 열을 상기 열교환관(2) 내의 물(41)로 전달한다. 예컨대, 상기 열전달핀(3)은 구리 등의 소재를 포함할 수 있다. 상기 열전달핀(3)은 상기 열교환관(2)과 일체로 형성될 수도 있다.
상기 열전달핀(3)은 상기 열교환관(2)의 외면에 둘레방향을 따라 복수 개가 배치될 수 있다.
도시되지 않았지만, 열전달핀(3)은 제1 핀, 및 제2 핀을 포함할 수 있다.
제1 핀은 제1 길이로 형성된다. 제1 길이는 상기 제1 핀이 상기 열교환관(2)과 결합되는 일 단으로부터 상기 제1 핀의 타단까지의 거리일 수 있다. 즉, 상기 제1 길이는 상기 열교환관(2)이 연장된 방향에 수직한 방향을 기준으로, 상기 열교환관(2)으로부터 상기 제1 핀의 끝단까지의 수평 길이일 수 있다.
상기 제2 핀은 제2 길이로 형성된다. 제2 길이는 상기 제2 핀이 상기 열교환관(2)과 결합되는 일 단으로부터 상기 제2 핀의 타단까지의 거리일 수 있다. 즉, 상기 제2 길이는 상기 열교환관(2)이 연장된 방향에 수직한 방향을 기준으로, 상기 열교환관(2)으로부터 상기 제2 핀의 끝단까지의 수평 길이일 수 있다.
상기 제1 핀은 상기 제2 핀에 비해 높은 위치에 배치될 수 있다.
상기 제1 길이는 상기 제2 길이보다 길다. 즉, 상기 제1 핀이 상기 열교환관(2)으로부터 수평으로 돌출되는 길이는, 상기 제2 핀이 상기 제2 열교환관(2)으로부터 수평으로 돌출되는 길이보다 길게 형성된다. 상기 열교환챔버(12)의 하단으로 유입되는 연소가스는 열교환되기 전의 고온의 가스이므로, 상기 제2 핀은 열적 산화에 의한 마모 내지 용융을 방지하기 위해서 상기 제1 핀의 길이보다 짧게 형성한다. 상기 제2 핀이 설치되는 위치는 상기 열교환챔버(12)의 하측의 고온부에 마련되고, 상기 열교환챔버(12)의 하측에는 상기 연소챔버(11)로부터 상기 연소가스가 순간적으로 급격하게 유입되므로, 상기 연소가스가 원활하게 상승할 수 있도록 상기 제2 핀이 설치되는 위치는 상기 제1 핀이 설치되는 위치에 비하여 상대적으로 연소가스가 빠져나가는 공간을 넓게 확보한다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 보일러 2 : 열교환관
3 : 열전달핀 21 : 열교환튜브
22 : 유입부 23 : 유출부
10 : 챔버부 11 : 연소챔버
12 : 열교환챔버 20 : 바디부
30 : 연소가스 유입통로 40 : 공급부

Claims (12)

  1. 연소가스가 유동하는 공간인 열교환챔버(12)에 배치되고, 상기 연소가스로부터 열을 전달받는 물(41)이 흐르는 열교환튜브(21);
    상기 물(41)을 상기 열교환튜브(21)에 공급하는 공급부(40)에 연결되고, 일 방향으로 연장되도록 상기 열교환튜브(21)에 연결된 유입부(22); 및
    상기 유입부(22)로부터 이격된 위치에서 상기 열교환튜브(21)에 연결되고, 타 방향으로 연장되도록 상기 열교환튜브(21)에 연결된 유출부(23);를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환관.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열교환튜브(21)를 흐르는 상기 물(41)의 유동 속도가 감소되도록, 상기 유출부(23)의 크기(D2)는 상기 유입부(22)의 크기(D1)에 비해 큰 것을 특징으로 하는 열교환관.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열교환튜브(21)는 상기 열교환챔버(12)에 복수 개 배치되고,
    복수 개의 상기 열교환튜브(21)의 각각에는 상기 유입부(22)가 연결되며,
    복수 개의 상기 유입부(22)는 서로 다른 방향으로 연장되되, 상기 공급부(40)를 둘러싸는 바디부(20)를 향하는 것을 특징으로 하는 열교환관.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열교환튜브(21)는 상기 열교환챔버(12)에 복수 개 배치되고,
    복수 개의 상기 열교환튜브(21)의 각각에는 상기 유출부(23)가 연결되며,
    복수 개의 상기 유출부(23)는 서로 다른 방향으로 연장되되, 상기 공급부(40)를 둘러싸는 바디부(20)를 향하는 것을 특징으로 하는 열교환관.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열교환튜브(21)는 상기 열교환챔버(12)에 복수 개 배치되고,
    복수 개의 상기 열교환튜브(21)의 각각에는 상기 유입부(22)가 연결되며,
    복수 개의 상기 유입부(22)의 방향은, 상기 공급부(40)의 둘레방향을 따라 순차적으로 변경되는 것을 특징으로 하는 열교환관.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열교환튜브(21)는 상기 열교환챔버(12)에 복수 개 배치되고,
    복수 개의 상기 열교환튜브(21)의 각각에는 상기 유출부(23)가 연결되며,
    복수 개의 상기 유출부(23)의 방향은, 상기 공급부(40)를 둘러싸는 바디부(20)의 둘레방향을 따라 순차적으로 변경되는 것을 특징으로 하는 열교환관.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열교환튜브(21)는 제N 행, 제M 열(N, M은 2 이상의 자연수)의 행열을 이루며 상기 열교환챔버(12)에 복수 개 배치되고,
    상기 제M 열 중에서 어느 하나의 열에 배치된 N개의 상기 열교환튜브(21)의 각각에 연결된 복수 개의 상기 유입부(22)는, 서로 다른 방향을 향하는 것을 특징으로 하는 열교환관.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열교환튜브(21)는 제N 행(N은 2 이상의 자연수)의 행을 이루며 상기 열교환챔버(12)에 복수 개 배치되고,
    하나의 행에는 적어도 2개 이상의 열교환튜브(21)가 배치되며,
    상기 제N 행에 배치된 복수 개의 상기 열교환튜브(21)의 각각에 연결된 복수 개의 상기 유입부(22)는 서로 다른 방향을 향하는 것을 특징으로 하는 열교환관.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열교환튜브(21)는 상기 공급부(40)를 둘러싸는 바디부(20)에 인접하게 배치된 제1 그룹(G1), 및 상기 제1 그룹(G1)의 내측 공간에 배치된 제2 그룹(G2)을 이루며 상기 열교환챔버(12)에 복수 개 배치되고,
    상기 제1 그룹(G1)에 포함된 복수 개의 상기 유입부(22)는 외측을 향하는 것을 특징으로 하는 열교환관.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 열교환튜브(21)는 상기 공급부(40)를 둘러싸는 바디부(20)에 인접하게 배치된 제1 그룹(G1), 및 상기 제1 그룹(G1)의 내측 공간에 배치된 제2 그룹(G2)을 이루며 상기 열교환챔버(12)에 복수 개 배치되고,
    상기 제2 그룹(G2)에 포함된 적어도 하나 이상의 상기 유입부(22)는 상기 제1 그룹(G1)을 향하는 것을 특징으로 하는 열교환관.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 열교환튜브(21)의 중심축을 기준으로 하여 상기 유입부(22)가 연장된 방향 및 상기 유출부(23)가 연장된 방향 사이의 각도는, 0도 초과 180도 미만인 것을 특징으로 하는 열교환관.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 열교환관(2); 및
    상기 열교환관(2)에 흐르는 물(41)과 열교환이 이루어지는 연소가스가 생성되는 공간인 연소챔버(11)와, 상기 연소챔버(11)에 연결되고 상기 열교환관(2)이 배치된 공간이 마련된 열교환챔버(12)를 갖는 챔버부(10);를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러.
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