KR100852491B1 - 입형 온수보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료의 연소에 의한 고열로 물을 가열하는 온수보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원통형의 내통과 상기 내통의 측면과 상면을 에워싸 물이 채워지는 수실을 구비하고, 내통 내부의 연소실과 연실 사이에서 내통의 내부를 수평적으로 가로질러 수실과 연통되는 다수 개의 배플(Baffle)수관을 각각 상하로 임의의 간격을 두고 배설하되, 상하 이웃하는 배플수관끼리의 중심축 방향이 서로 90°로 교차하도록 함으로써, 내통 내부에서의 연소가스 체류시간을 늘리는 동시에 보일러의 전열효율을 향상시켜 용수를 신속하게 가열하고, 연료비를 절감할 수 있도록 하는 입형 온수보일러에 관한 것이다.

온수보일러, 열효율, 연소가스 체류시간, 배플수관, 반전회류, 스크린, 완전연소.

Description

입형 온수보일러{Vertical Burn Pipe Type Hot-Water Boiler}

본 발명은 연료의 연소에 의한 고열로 물을 가열하는 온수보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내통 내부에서의 연소가스 체류시간을 늘리는 동시에 보일러의 전열효율을 높여 용수를 신속하게 가열하고, 연료비를 절감할 수 있도록 하는 입형 온수보일러에 관한 것이다.

일반적으로, 온수보일러는 연료를 연소시킴에 따라 발생하는 고열로 보일러용수를 가열하여 난방이 필요한 곳(이하, 난방필요부로 약칭함)으로 공급하는 장치이다.

도 1은 종래의 통상적인 입형 연관식 온수보일러를 나타내는 도면으로서, (a)는 종단면도이고, (b)는 횡단면도이다.

도면을 참조하면, 종래의 입형 연관식 온수보일러(50)는 가열 순환되는 보일러용수가 통형의 본체하우징(56) 내부로 충진되어 수실(55)이 형성되고, 수실(55) 내부를 상하 방향으로 관통하여 하부의 연소실(51)과 상부의 연실(53)을 연결하는 직선관 형태의 연관(52)을 다수 개 구비한다.

상기한 입형 연관식 온수보일러(50)가 작동 개시되면, 연소실(51)로 공급 분 사되는 연료가 버너(1) 가동에 의해 점화 연소되며, 이로 인해 전방으로 발사되는 화염은 연소실(51) 내부에서 직진한 다음 연소실(51) 내측 벽면에서 반전 회류되면서 연소실(51) 주위를 에워싸는 수실(55) 내부의 보일러용수를 1 차적으로 가열한다.

이어서, 연소실(51)에서 발생하는 화염에 의해 생성된 고열의 연소가스는 연소실(51) 상위의 다수 개 연관(52)을 통과하면서 연관(52) 주위를 에워싸는 수실(55) 내부의 보일러용수를 2 차적으로 가열한다.

물론, 연관(52)을 통과한 연소가스는 연관 상위의 연실(53)에서 모이고, 연실(53)로부터 외부와 연통되는 연도(54)를 통해 외부로 배기된다.

한편, 수실(55)은 적정온도로 가열된 보일러용수를 외부의 난방필요부에 공급하기 위한 송수라인과, 외부의 난방필요부를 순환하면서 방열 냉각된 보일러용수가 되돌아오는 환수라인을 구비하고 있다.

따라서, 이상과 같은 협동 전열작용 및 자체 대류에 의해 일정온도로 가열 상승된 보일러용수는 송수라인을 통해 외부의 난방필요부로 공급되고, 난방에 사용되면서 방열된 후 환수라인을 통해 수실(55)로 되돌아와 다시 가열되어 재 공급되는 과정을 반복적으로 수행하게 된다.

그러나, 이상과 같은 종래의 입형 온수보일러(50)는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 연소실(51)에서 발생된 화염은 연소실(51)의 내측 벽면을 짧은 시간 가열한 후 단순 직선관 형태의 연관(52)을 통해 아무 저항 없이 상방으로 통과 진 행하므로, 연관(52) 내부에서의 체류시간이 짧아져 미처 충분한 열에너지를 보일러용수에 전달하지 못하는 문제점이 있었다. 즉, 연료의 열 효율이 낮고, 보일러용수의 가열시간이 과다하게 소요되는 등 성능 및 경제 면에서 단점이 많았다.

한편, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 연관 내부에 그 중심축 방향을 따라 상하로 흡열판을 배설함으로써 연관 내부에서의 연소가스 체류시간을 늘리기도 하였으나, 흡열판에 흡수된 열이 수실 내부의 보일러용수로 전달되는 비율이 낮아 열 효율이 그다지 개선되지 않는 반면에 흡열판의 설치에 따른 보일러의 제작 비용 및 시간이 증가하는 문제점이 있었다.

둘째, 연소실(51) 주위에 바로 수실(55)이 존재하므로, 버너(1)에서 분사된 화염은 고가의 버너를 이용하지 않는 한 수실(55) 내부의 보일러용수의 낮은 온도 영향으로 연소실(51)에서 완전히 연소되지 못하는 문제점이 있었다.

이러한 연료의 불완전연소가 계속되면 회분 등의 불연성고형물이 누적된 단열층이 연소실 및 연관 내측에 형성되어 전열효율은 저하시키면서 많은 연료를 소모한다. 또한, 이러한 연료의 불완전연소는 유해한 연소가스를 외부로 배출시켜 환경오염을 유발한다.

셋째, 이상과 같은 이유로 불연성고형물이 누적된 연소실(51) 및 연관(52) 내측을 청소하고자 하여도 일체형 구조로 되어있으므로 어려움이 있었다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 연료의 연소가스를 유도하는 내통의 중간부분을 달리하여 내통 내부에서의 연소가스 체류시간을 늘리는 동시에 보일러의 전열효율을 높여 용수를 신속하게 가열하고, 연료비를 절감할 수 있도록 하는 입형 온수보일러를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이에 더하여, 본 발명은 연소실에서 연료의 완전 연소를 유도하여 유해가스를 배기시키지 않을 뿐만 아니라 유지/관리 비용 및 시간을 줄일 수 있는 환경친화적 입형 온수보일러를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서, 본 발명은 원통형의 내통과 상기 내통을 에워싸 물이 충진되는 수실을 구비하는 온수보일러에 있어서, 상기 내통 내부의 연소실 및 연실 사이에서 상기 내통의 마주보는 양 측면부분을 통해 상기 수실과 연통되어 상기 내통의 중심축 방향과 직교하는 방향으로 상기 내통의 내부를 가로지르고, 상기 내통의 중심축 방향을 따라 각각 상하로 임의의 간격을 두고 배설되는 다수 개의 배플수관을 구비하되, 상하 이웃하는 배플수관끼리의 중심축 방향이 서로 교차하도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 상하 이웃하는 배플수관끼리의 중심축 방향은 서로 90°로 교차하는 것을 특징으로 한다.

상기 각 배플수관은 상기 내통의 중심축을 기준으로 대칭형상인 것을 특징으 로 한다.

이때, 상기 배플수관은 상기 내통의 중심축과 직교하는 평면상에서 서로 마주하는 꼭지점을 잇는 직선이 서로 직교하는 것을 특징으로 한다.

상기 배플수관은 5 개인 것을 특징으로 한다.

상기 배플수관의 상,하부면 중 어느 한 면은 전열면적을 넓히기 위하여 울퉁불퉁하게 가공 처리한 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 입형 온수보일러에 있어서, 상기 연소실에는 연료의 연소에 의한 화염을 가로질러 연료의 완전연소를 유도하는 스크린이 더 배설되는 것을 특징으로 한다.

상기 스크린은 상기 내통의 내부를 수평적으로 가로지르는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 입형 온수보일러는 보일러용수가 충진되는 수실에 의해 에워싸인 원통형의 내통 내부의 구조를 개선, 즉 연실 및 연소실 사이의 내통부분에 내통의 내부를 수평적으로 가로질러 수실과 연통되고 내통의 중심축 방향을 따라 상하로 임의의 간격을 두고 배설되는 다수 개의 배플수관을 구비하되, 상하 이웃하는 배플수관끼리의 중심축 방향이 서로 교차하도록 함으로써, 내통 내부에서의 연소가스가 상기 각 배플수관을 순차적으로 지날 때마다 상기 각 배플수관의 하부면에서 반전 회류되도록 하여 내통 내부에서의 연소가스 체류시간을 늘릴 수 있을 뿐만 아니라 보일러의 전열효율을 높여 용수를 신속하게 가 열하고, 연료비를 절감할 수 있게 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 입형 온수보일러는 연소실에서 연소에 따른 화염을 가로지르는 스크린을 구비함으로써, 연소실에서 연료의 완전연소를 유도하여 대기 중에 배기되는 유해가스 양을 줄일 수 있고, 연소실 및 연실 내부에 누적되어 보일러의 성능을 저하시킬 수 있는 회분 등의 불연성고형물을 현저하게 감소시키며, 나아가서는 그에 따른 보일러의 유지/관리 비용 및 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 입형 온수보일러를 나타내는 도면으로서, (a)와 (b)는 서로 직교하는 방향의 종단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 입형 온수보일러를 나타내는 도면으로서, (a)는 도 2의 (a)를 AA'면으로 자른 횡단면도, (b)는 도 2의 (a)를 BB'면으로 자른 횡단면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 입형 온수보일러는 연료의 연소에 의해 발생하는 고온의 연소가스를 유도하는 통형의 내통(10)과, 상기 내통(10)을 감싸 수용하는 본체하우징(30)으로 대별되고, 상기 내통(10)과 상기 본체하우징(30) 사이의 빈 공간에는 가열하고자 하는 보일러용수가 상기 내통(10)의 상면과 측면을 에워싸도록 충진되는 수실(20)이 형성된다.

상기 내통(10) 내 하부에는 연료를 점화하여 연소시키기 위한 버너(1)가 설치되고, 버너(1) 가동에 따른 화염 및 고열의 연소가스가 발생되는 연소실(11)이 마련되어 있다.

상기 내통(10) 내 상부에는 상기 연소실(11)에서 발생된 연소가스가 최종적으로 모이는 연실(18)이 마련되어 있다.

상기 내통(10) 내 연소실(11)과 연실(18) 사이의 중간부분은, 본 발명의 요부로서, 상기 내통(10)의 마주보는 양 측면부분을 통해 상기 수실(20)과 연통되어 상기 내통(10)의 내부를 가로지르고, 상기 내통(10)의 중심축(AX) 방향을 따라 각각 상하로 임의의 간격을 두고 순차적으로 배설된 다수 개의 배플수관(13 내지 17)을 구비한다.

이때, 상기 내통(10)의 중심축(AX) 방향과 직교하는 평면상에서 상기 각 배플수관(13 내지 17)이 차지하는 면적이 상기 내통(10)의 면적보다 작기 때문에 상기 각 배플수관(13 내지 17)의 양측으로 형성되는 개구를 통해 상기 연소실(11)과 연실(18)이 서로 연통된다.

상기 각 배플수관(13 내지 17)은 상기 내통(10)의 내부를 가로지르되, 상기 내통(10)의 중심축(AX) 방향과 직교하는 방향으로 배설되도록 하고, 상하 이웃하는 배플수관끼리의 중심축 방향은 서로 교차하도록 함이 바람직하다.

이때, 상기 상하 이웃하는 배플수관끼리의 중심축 방향은 서로 90°로 교차하도록 함이 더욱 바람직하다.

일 예로, 도면에서와 같이 5 개의 배플수관(13 내지 17)을 이용할 경우에 연소실로부터 가까운 순으로 각각 제1 배플수관(13), 제2 배플수관(14), 제3 배플수관(15), 제4 배플수관(16), 제5 배플수관(17)이라고 명명한다면, 상기 제1,2 배플 수관(13, 14)끼리, 제2,3 배플수관(14, 15)끼리, 제3,4 배플수관(15, 16)끼리, 제4,5 배플수관(16, 17)끼리는 그 중심축 방향 교차각이 각각 90°를 이루도록 함으로써, 상기 제1,3,5 배플수관(13, 15, 17)끼리의 중심축 방향이 동일하고, 상기 제2,4 배플수관(14, 16)끼리의 중심축 방향이 동일해진다.

또한, 상기 각 배플수관(13 내지 17)은 상기 내통(10)의 중심축(AX)을 기준으로 대칭되게 형성되도록 함이 바람직하다. 이는 상기 각 배플수관(13 내지 17)의 하부면(13a 내지 17a)에서 연소가스가 반전 회류하여 상기 각 배플수관(13 내지 17)의 양측 개구를 통해 상부로 빠져나가게 되는데, 이때 각 개구를 통해 상부로 이동하는 연소가스의 양을 등분하여 상기 수실(20) 내부의 보일러용수에 두루 전열하기 위함이다.

이때, 상기 각 배플수관(13 내지 17)은 상기 내통(10)의 중심축(AX)과 직교하는 평면상에서 서로 마주하는 꼭지점을 잇는 직선이 서로 직교하도록 함이 더욱 바람직하다. 즉, 상기 각 배플수관(13 내지 17)의 내부가 상기 수실(20)과 연통되도록 하기 위하여 상기 내통(10)의 마주하는 측면부분에 각각 관통공이 형성되는데, 상기 각 관통공이 상기 내통(10)의 원주상에서 상기 내통(10)의 중심축(AX)에 대하여 90°에 해당하는 원호의 길이만큼 차지하도록 한다.

이로써, 상기 연소실(11)에서 발생하여 싱부로부터 진행하는 대부분의 연소가스는 상기 각 배플수관(13 내지 17)을 순차적으로 지나면서 그 하부면(13a 내지 17a)에서 연속적으로 회류하여 상기 내통(10) 내부에서의 체류시간이 길어지고, 그에 따라서 상기 각 배플수관(13 내지 17) 내부의 보일러용수는 물론이고 상기 내 통(10)을 에워싸는 수실(20) 내부의 보일러용수에 더 많은 열을 전달하게 된다.

아울러, 상기한 본 발명에 따른 입형 온수보일러에 있어서, 상기 연소실(11)에는 연료의 연소에 의한 화염을 가로지르는 금속 망의 스크린(12)을 더 배설함이 바람직하다.

일 예로, 상기한 스크린(12)은 연료의 완전연소를 유도하는 것으로서, 더욱 바람직하게는 상기 내통(10)의 중심축(AX) 방향과 직교하는 평면상에서 상기 연소실(11) 내부를 수평적으로 가로지르도록 한다.

한편, 상기 내통(10)의 내부에 배설되는 배플수관의 수는 도면에서와 같이 5 개로 함이 바람직하나, 이에 한정되는 것이 아니라 경우에 따라서는 그 수의 변경이 가능함은 물론이다.

또한, 상기 각 배플수관(13 내지 17)의 상부면 및 하부면(13a 내지 17a) 중 적어도 어느 한 면은 전열면적을 더욱 넓히기 위해 울퉁불퉁하게 엠보싱 가공 처리할 수도 있다.

도 4는 본 발명에 따른 입형 온수보일러에 있어서, 내통 내부에서의 연소가스의 이동경로를 도시한 사시도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 입형 온수보일러에 있어서 그 내부에서의 연소가스 진행경로는 내통(10) 내 하부의 연소실(11)로부터 상부의 연실(18)을 향하되, 상기 연소실(11)과 연실(18) 사이에서는 사슬모양으로 진행함을 알 수 있다.

더욱 상세하게는, 상기 연소실(11)과 연실(18) 사이에서의 연소가스는 상기 내통(10)의 중심축(AX) 방향을 따라 상하로 가로지르는 각 배플수관(13 내지 17)을 순차적으로 거치면서 그 하부면(13a 내지 17a)에서 반전 회류하여 상기 각 배플수관(13 내지 17)의 양측 개구를 통해 진행한다.

따라서, 본 발명에 따른 입형 연관식 보일러가 작동 개시되면, 상기 연소실(11)로 공급 분사되는 연료가 버너(1) 가동에 의해 점화 연소되며, 이로 인해 전방으로 발사되는 화염은 상기 연소실(11) 내부에서 직진한 다음 상기 연소실(11) 내측 벽면에서 반전 회류되면서 상기 연소실(11) 주위를 에워싸는 수실(20) 내부의 보일러용수를 1 차적으로 가열한다.

이어서, 상기 연소실(11)에서 발생하는 화염에 의해 생성된 고열의 연소가스는 상기 연소실(11) 상위의 내통 내부를 통과하면서 상기 연소실(11)로부터 상기 각 배플수관(13 내지 17)의 하부면(13a 내지 17a)을 순차적으로 가열하여 상기 각 배플수관(13 내지 17) 내부의 보일러용수를 2 차적으로 가열한다.

이와 더불어, 상기 각 배플수관(13 내지 17)의 하부면(13a 내지 17a)에서 반전 회류되는 연소가스는 상기 내통(10)의 내측 벽면을 가열하여 상기 내통(10)의 중간부분을 에워싸는 수실(20) 내부의 보일러 용수를 3 차적으로 가열한다.

따라서, 이상과 같은 협동 전열작용 및 자체 대류에 의해 일정온도로 가열 상승된 보일러용수는 송수라인(미도시)을 통해 외부의 난방필요부로 공급되고, 난방에 사용되면서 방열된 후 환수라인(미도시)을 통해 상기 수실(20)로 되돌아와 다시 가열되어 재 공급되는 과정을 반복적으로 수행하게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가 진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 종래의 통상적인 입형 온수보일러를 나타내는 도면으로서, (a)는 종단면도, (b)는 횡단면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 입형 온수보일러를 나타내는 도면으로서, (a)와 (b)는 서로 직교하는 방향의 종단면도이고,

도 3은 본 발명에 따른 입형 온수보일러를 나타내는 도면으로서, (a)는 도 2의 (a)를 AA'면으로 자른 횡단면도, (b)는 도 2의 (a)를 BB'면으로 자른 횡단면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 입형 온수보일러에 있어서, 연소실로부터 연실까지의 연소가스 이동경로를 도시한 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

1 : 버너 10 : 내통

11 : 연소실 12 : 스크린

13 내지 17 : 배플수관 18 : 연실

19 : 연도 20 : 수실

30 : 본체하우징

Claims (8)

1. 원통형의 내통과 상기 내통을 에워싸 물이 충진되는 수실을 구비하는 온수보일러에 있어서,

   상기 내통 내부의 연소실 및 연실 사이에서 상기 내통의 마주보는 양 측면부분을 통해 상기 수실과 연통되어 상기 내통의 중심축과 직교하는 방향으로 상기 내통의 내부를 가로지르고, 상기 내통의 중심축 방향을 따라 각각 상하로 임의의 간격을 두고 배설되는 다수 개의 배플수관을 구비하되,

   상하 이웃하는 배플수관끼리의 중심축 방향이 서로 교차하도록 하여 상기 연소실에서 발생된 연소가스가 상기 각 배플수관을 지날 때마다 그 하부면에서 반전 회류하도록 하는 것을 특징으로 하는 입형 온수보일러.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 상하 이웃하는 배플수관끼리의 중심축 방향은 서로 90°로 교차하도록 하는 것을 특징으로 하는 입형 온수보일러.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 각 배플수관은 상기 내통의 중심축을 기준으로 대칭형상인 것을 특징으로 하는 온수보일러.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 배플수관은 상기 내통의 중심축과 직교하는 평면상에서 서로 마주하는 꼭지점을 잇는 직선이 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 입형 온수보일러.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 배플수관은 5 개인 것을 특징으로 하는 입형 온수보일러.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 배플수관의 상,하부면 중 어느 한 면은 전열면적을 넓히기 위하여 엠보싱 가공 처리한 것을 특징으로 하는 입형 온수보일러.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 연소실에는 연료의 연소에 의한 화염을 가로질러 연료의 완전연소를 유도하는 스크린이 더 배설되는 것을 특징으로 하는 입형 온수보일러.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 스크린은 상기 내통의 중심축과 직교하는 방향으로 상기 내통의 내부를 가로지르는 것을 특징으로 하는 입형 온수보일러.

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