KR102642538B1 - 고성능 고효율 보일러 - Google Patents

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KR102642538B1
KR102642538B1 KR1020230085577A KR20230085577A KR102642538B1 KR 102642538 B1 KR102642538 B1 KR 102642538B1 KR 1020230085577 A KR1020230085577 A KR 1020230085577A KR 20230085577 A KR20230085577 A KR 20230085577A KR 102642538 B1 KR102642538 B1 KR 102642538B1
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(주)광희보일러
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  • Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)

Abstract

본발명은 판상의 섹션부(10)가 중첩 배치되는 복수의 섹션부(11, 12, 13, 14)를 포함하며, 상기 복수의 섹션부(11, 12, 13, 14) 각각은, 중첩 배치되어 연소가스공간(111a)과 물가열공간(111b)을 형성하는 판상의 섹션본체(111);와, 복수의 상기 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 중첩방향으로 관통되도록 하여 연소실을 형성하는 연소실형성부(112);와, 인접한 상기 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 상기 연소실형성부(112)의 양측에는 상기 연소실에서 생성된 연소가스가 이동되도록 하는 가스유로를 형성하는 가스유로형성부(113);와, 상기 가스유로 후단에 연소가스가 이동되는 영역에 배치되어 복수의 상기 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 중첩방향으로 관통되도록 하는 정압관통구를 형성하는 관통구형성부(114); 및 물(고온수, 포화수)의 이동속도(상승, 하강)을 안내하는 유로가이드를 형성하는 유로가이드형성부(117);를 포함한다.

Description

고성능 고효율 보일러{High Performance High Efficiency Boiler}
본 발명은 고성능 고효율 보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열효율을 최대화시킬 수 있는 고성능 고효율 보일러에 관한 것이다.
일반적으로, 기존의 섹션 연결구조를 가진 주철제 보일러는 상기 섹션내에 연소가스실이 형성되고 이 연소가스실에 버너에 의해 연소되는 연소가스가 진입되어 상기 섹션 가열판을 가열하면서 생성되는 고열로 상기 섹션의 일측에 기 형성된 수로의 물을 가열하여 온수 또는 증기 열원을 발생시켜 공급하므로서 실내 난방은 물론이고 온수의 사용도 가능하게 한다.
도 1은 기존의 주철제 보일러의 주요구성을 나타내며, 주철로 이루어진 다수개의 섹션 가열판이 결합되고 이 섹션 가열판의 하단부 중심에 버너 연소로인 제1의 연소실을 형성한다. 또한 이 제1연소실의 상부에 제2연소실과 제3연소실을 각각 형성하며, 각 섹션 가열판의 하부에는 입수관을 통한 입수로와 상부에는 분출수로가 형성된다.
이러한 구성의 종래의 주철제 보일러는 버너에 의해 연소된 연소가스가 고열로 제1연소실에서 섹션 가열판을 가열하고 반전 진입로에서 일부는 제2연소실로 이동되어 섹션 가열판을 다시 가열한 후에 이 연소가스는 제3연소실로 이동되어 섹션 가열판을 또 다시 가열함으로써 온수 또는 증기 열원을 발생시킨다.
이와 같이 연소가스가 제1연소실, 제2연소실, 제3연소실을 통과하면서 가열판을 가열하는 방식은 연소가스가 지나가는 연소실의 개수가 많아질수록 열 흡수율이 향상되어 그만큼 보일러의 체적도 증가되고 보일러의 제조 단가가 높아지며 설치 공간의 제약에 따른 시공성도 떨어지는 단점이 있다.
또한, 기존의 세미 반전 연소방식의 연소가스 통로 구성의 주철제 보일러는 기체 연료 연소 시 순간적인 화염의 날리는 비산 현상으로 연소화염이 균일하게 분포되지 않아 화염날림(Lift-off) 현상의 불완전 연소가 발생되며, 일산화탄소와 질소산화물의 발생량이 증가하여 연소효율이 낮아지고 매연과 녹스(질소산화물) 발생이 증가하는 등의 단점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 연소실 화염이 균일하게 분포되도록 하여 연소효율을 증가시킬 수 있는 고성능 고효율 보일러를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고성능 고효율 보일러는 판상의 섹션부(10)가 중첩 배치되는 복수의 섹션부(11, 12, 13, 14)를 포함하며, 상기 복수의 섹션부(11, 12, 13, 14) 각각은, 중첩 배치되어 연소가스공간(111a)과 물가열공간(111b)을 형성하는 판상의 섹션본체(111);와, 복수의 상기 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 중첩방향으로 관통되도록 하여 연소실을 형성하는 연소실형성부(112);와, 인접한 상기 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 상기 연소실형성부(112)의 양측에는 상기 연소실에서 생성된 연소가스가 이동되도록 하는 가스유로를 형성하는 가스유로형성부(113);와, 상기 가스유로 후단에 연소가스가 이동되는 영역에 배치되어 복수의 상기 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 중첩방향으로 관통되도록 하는 정압관통구를 형성하는 관통구형성부(114);와, 상기 물가열공간(111b)의 하단으로 물이 유입되는 유입관을 형성하는 섹션하부물유입통로부(115);와, 인접한 상기 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 상기 유입관으로 유입된 물이 상기 연소실의 외측을 따라 이동되는 온수주관을 형성하는 온수주관형성부(116);와, 복수의 상기 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 중첩방향으로 관통되도록 하여 연소가스가 배출되도록 하는 연소배출구를 형성하는 연소배출형성부(118);와, 복수의 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 고온수 및 포화수가 중첩방향으로 유동되도록 온수연결통로구를 형성하는 섹션상부고온수연결통로부(121); 및 복수의 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 가열된 고온수 및 포화수의 증기가 외부로 배출되도록 배출송출구를 형성하는 유체배출송출부(122);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 섹션부(11, 12, 13, 14) 각각은, 물이 이동되는 상기 온수주관의 후단에 형성되어 물의 이동을 안내하는 유로가이드를 형성하는 유로가이드형성부(117)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유로가이드형성부(117)는, 상기 온수주관의 상부측에 위치한 상태에서 수직방향으로 형성되는 직선안내구간(117a) 및 상기 직선안내구간(117a)의 말단으로부터 외측방향으로 경사지게 형성되는 경사안내구간(117b)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 섹션부(11, 12, 13, 14) 각각은, 상기 연소배출구로 배출되는 연소가스가 상기 연소배출구로 하방유입되도록 가이드하는 연소가스가이드를 형성하는 연소가스가이드형성부(119)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 섹션부(11, 12, 13, 14) 각각은, 인접한 상기 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치되어 형성된 상기 연소가스공간(111a)으로 상기 섹션본체(111) 복수의 영역으로부터 돌출 형성된 전열핀형성부(120)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 기존의 열효율이 떨어지는 것을 개선하기 위한 정압관통구로 인하여 연소실 화염이 균일하게 분포되도록 하므로 완전연소가 이루어질 수 있도록 하며 이로 인하여 물을 가열하는 열전달률이 증가하므로 에너지효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 물가열공간 내에서의 물의 순환이 자연스럽게 이루어질 수 있으므로 연소가스공간의 열이 물가열공간으로 전달되는 열전달율이 향상될 수 있고, 물가열공간과 연소가스공간의 열접촉면적이 증가하므로 열전달효율이 증가할 수 있는 효과가 있다.
또한, 연소가스공간에서 연소가스가 상측공간으로 거쳐 연소배출구로 우회하여 이동할 수 있으므로 연소가스가 연소가스공간에 오래 머물 수 있으므로 열전달효율이 향상될 수 있고, 연소가스의 흐름을 난류화시키며서 동시에 연소가스의 체류시간을 연장시키므로 물가열공간으로의 전열효과가 향상될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 기존의 보일러의 구조 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고성능 고효율 보일러의 예시도이다.
도 3 및 도 4는 연소가스의 흐름을 나타내는 예시도이다.
도 5는 온수의 흐름을 나타내는 예시도이다.
도 6은 섹션부를 다수개 중첩한 상태를 보인 예시도이다.
도 7은 섹션부의 고온수 및 포화증기부 수면의 위치를 나타내는 예시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고성능 고효율 보일러(1)를 상세히 설명한다.
설명에 앞서, 본 발명은 전열판 기능의 섹션부(10)가 하나 이상 일렬로 결합되어 이루어진 고성능 고효율 주철제 보일러로서, 상기 섹션부(10)의 내부 구성을 통해 연소가스 및 온수이 이동되는 경로의 형상과 배치를 중심으로 설명한다는 것에 유의하여야 한다.
고성능 고효율 보일러(1)는 섹션부(10)를 포함하여 이루어지며, 도 6에 나타낸 것과 같이, 복수의 섹션부(11, 12, 13, 14)가 중첩 결합되어 고성능 고효율 보일러를 형성할 수 있다.
섹션부(10)는 판상으로 중첩 배치되는 복수의 구성이다. 섹션부(10)는 제1섹션부(11), 제2섹션부(12), 제3섹션부(13) 및 제4섹션부(14)를 포함한다. 필요한 경우 섹션부(10)는 8개 내지 16개로 이루어질 수 있다. 섹션부(10)의 수는 한정되지 않는다.
상기 복수의 섹션부(11, 12, 13, 14)는 도 2 또는 도 3에 나타낸 것과 같이, 섹션본체(111), 연소실형성부(112), 가스유로형성부(113), 관통구형성부(114), 섹션하부물유입통로부(115), 온수주관형성부(116), 유로가이드형성부(117), 연소배출형성부(118), 연소가스가이드형성부(119), 전열핀형성부(120), 섹션상부고온수연결통로부(121) 및 유체배출송출부(122)를 포함한다.
섹션본체(111)는 중첩 배치되어 연소가스공간(111a)과 물가열공간(111b)을 형성하는 판상의 형태이다.
연소실형성부(112)는 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 중첩방향으로 관통되도록 하여 연소실을 형성한다.
한편, 연소실형성부(112)는 최선단의 섹션부(11)와 연결된 버너(200)에 의해 연소된 연소가스가 유입되어 연소가 가장 많이 주로 일어나는 공간이다.
가스유로형성부(113)는 인접한 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 연소실에서 생성된 연소가스가 이동되도록 하는 가스유로를 형성한다.
관통구형성부(114)는 가스유로 후단에 연소가스가 이동되는 영역에 배치되어 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 중첩방향으로 관통되도록 하는 정압관통구를 형성한다. 정압관통구는 기체 연료 연소 시 순간적인 화염의 날리는 비산 현상으로 연소화염이 균일하게 분포되지 않아 화염날림(Lift-off) 현상의 불완전 연소가 발생되는 것을 방지해 줄 수 있다. 연소실 화염이 균일하게 분포되도록 하므로 완전연소가 이루어질 수 있도록 하며 이로 인하여 물을 가열하는 열전달률이 증가하므로 에너지효율이 향상될 수 있다.
섹션하부물유입통로부(115)는 물가열공간(111b)의 하단으로 물(고온수, 포화수)이 유입되는 유입관을 형성할 수 있다.
온수주관형성부(116)는 인접한 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 유입관으로 유입된 물(고온수, 포화수)이 연소실의 외측을 따라 이동되는 온수주관을 형성할 수 있다.
유로가이드형성부(117)는 물이 이동되는 온수주관형성부(116)의 후단에 형성되어 물(고온수, 포화수)의 이동을 안내하는 유로가이드를 형성할 수 있다.
한편, 도 5에 나타낸 것과 같이, 상기 유로가이드형성부(117)는 상기 온수주관의 상부측에 위치한 상태에서 수직방향으로 형성되는 직선안내구간(117a) 및 상기 직선안내구간(117b)의 말단으로부터 외측방향으로 경사지게 형성되는 경사안내구간(117)으로 이루어져 섹션부(10) 내부에서 이동하는 물(고온수, 포화수)의 상승 및 하강 이동을 원활하게 해 준다.
연소배출형성부(118)는 복수의 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 중첩방향으로 관통되도록 하여 연소가스가 배출되도록 하는 연소배출구를 형성할 수 있다.
여기서, 연소배출부는 물가열공간의 물(고온수, 포화수)의 수위보다 하측에 형성되도록 하여 낭비되는 열이 없도록 하여 에너지효율을 향상시킬 수 있다.
연소가스가이드형성부(119)는 연소배출구로 배출되는 연소가스가 연소배출구로 하방유입되도록 가이드하는 연소가스가이드를 형성할 수 있다.
전열핀형성부(120)는 인접한 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치되어 형성된 연소가스공간으로 섹션본체(111) 복수의 영역으로부터 돌출 형성될 수 있다.
전열핀은 이동되는 연소가스의 흐름을 난류화시킴과 동시에 체류시간을 연장하기 위한 것으로서, 다수 개의 전열핀 사이로 연소가스가 통과함에 따라 연소가스의 이동경로를 연장시키고, 연소가스가 섹션부의 가스유로에 되도록 오랜 시간 체류되도록 함으로써 결과적으로 전열효과를 향상시킬 수 있다.
섹션상부고온수연결통로부(121)는 중첩방향으로 온수연결통로구가 형성되어 복수의 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 물(고온수, 포화수)이 유동되는 것을 가능하게 한다.
유체배출송출부(122)는 복수의 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 상기 섹션상부고온수연결통로부(121)를 통해 유동되는 가열된 고온수 및 포화수증기가 외부로 배출되는 것을 가능하게 한다.
도 3 및 도 4는 연소가스의 흐름을 나타내는 예시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면 연소실로 연소가스가 유입되어 연소가 시작되며, 연소가스는 가스유로형성부(113)에 의해 형성된 복수의 섹션부(111) 사이의 복수의 가스유로로 이동하여 연소가스공간(111a)으로 이동되며 관통구형성부(114)에 의해 형성되는 정압관통구에 의해 연소가스가 수평이동 흐름을 순식간에 가짐과 동시에 연소실 화염이 균일하게 분포되도록 하므로 완전연소가 이루어질 수 있도록 한다. 이 후 연소가스는 상측으로 이동된 후 연소가스가이드에 의해 우회되면서 하측의 연소배출구로 이동되어 외부로 배출된다.
도 5는 물가열공간의 물(고온수, 포화수)의 흐름을 나타내는 예시도이다.
섹션하부물유입통로부(115)에 의해 형성된 유입관으로 물이 유입되며 온수주관형성부(116)에 의해 형성된 온수주관을 이동하여 상측의 물가열공간(111b)으로 이동되는데 온수주관 사이에는 슬릿이 형성되어 내측과 외측으로 나뉘어 물(고온수, 포화수)이 이동하게 되며 유로가이드형성부(117)에 의해 형성된 유로가이드에 의해 순환이 전체적으로 이루어지게 되며 가열된 물이 상호 열교환을 하면서 균일한 온도분포를 갖게 되면서 온수배출구로 배출되게 된다.
여기서, 물가열공간(111b)의 온수의 최상측 수위면은 적어도 연소가스가 배출되는 연소배출구의 최상측보다 상측에 위치하도록 하여 연소가스의 열이 물(고온수, 포화수)로 효율적으로 전달되어 열전달효율이 향상될 수 있도록 한다.
한편, 도 7에 나타낸 것과 같이, 수면계(130)를 통해 연소배출구의 최상측이 온수의 최저수위보다 하측에 배치되도록 운영되는 것이 바람직하다.
상기의 고성능 고효율 보일러로 인하여, 기존의 열효율이 떨어지는 것을 개선하기 위한 정압관통구로 인하여 연소실 화염이 균일하게 분포되도록 하므로 완전연소가 이루어질 수 있도록 하며 이로 인하여 물을 가열하는 열전달률이 증가하므로 에너지효율이 향상될 수 있다.
또한, 물가열공간(111b) 내에서의 물(고온수, 포화수)의 순환이 자연스럽게 이루어질 수 있으므로 연소가스공간(111a)의 열이 물가열공간으로 전달되는 열전달율이 향상될 수 있고, 물가열공간(111b)과 연소가스공간(111a)의 열접촉면적이 증가하므로 열전달효율이 증가할 수 있다.
또한, 연소가스공간(111a)에서 연소가스가 상측공간으로 거쳐 연소배출구로 우회하여 이동할 수 있으므로 연소가스가 연소가스공간(111a)에 오래 머물 수 있으므로 열전달효율이 향상될 수 있고, 연소가스의 흐름을 난류화시키며서 동시에 연소가스의 체류시간을 연장시키므로 물가열공간(111b)으로의 전열효과가 향상될 수 있다.
도면과 명세서에서 최적 실시 예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 고성능 고효율 보일러
10: 섹션부 11: 제1섹션부
12: 제2섹션부 13: 제3섹션부
14: 제4섹션부
111: 섹션본체 111a: 연소가스공간
111b: 물가열공간 112: 연소실형성부
113: 가스유로형성부 114: 관통구형성부
115: 섹션하부물유입통로부 116: 온수주관형성부
117: 유로가이드형성부 117a: 직선안내구간
117b: 경사안내구간 118: 연소배출형성부
119: 연소가스가이드형성부 120: 전열핀형성부
121: 섹션상부고온수연결통로부 122: 유체배출송출부
123: 입수구 130: 수면계
200: 버너

Claims (5)

  1. 고성능 고효율 보일러에 있어서,
    판상의 섹션부(10)가 중첩 배치되는 복수의 섹션부(11, 12, 13, 14)를 포함하며,
    상기 복수의 섹션부(11, 12, 13, 14) 각각은,
    중첩 배치되어 연소가스공간(111a)과 물가열공간(111b)을 형성하는 판상의 섹션본체(111);
    복수의 상기 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 중첩방향으로 관통되도록 하여 연소실을 형성하는 연소실형성부(112);
    인접한 상기 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 상기 연소실형성부(112)의 양측에는 상기 연소실에서 생성된 연소가스가 이동되도록 하는 가스유로를 형성하는 가스유로형성부(113);
    상기 가스유로 후단에 연소가스가 이동되는 영역에 배치되어 복수의 상기 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 중첩방향으로 관통되도록 하는 정압관통구를 형성하는 관통구형성부(114);
    상기 물가열공간(111b)의 하단으로 물이 유입되는 유입관을 형성하는 섹션하부물유입통로부(115);
    인접한 상기 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 상기 유입관으로 유입된 물이 상기 연소실의 외측을 따라 이동되는 온수주관을 형성하는 온수주관형성부(116);
    복수의 상기 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 중첩방향으로 관통되도록 하여 연소가스가 배출되도록 하는 연소배출구를 형성하는 연소배출형성부(118);
    복수의 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 고온수 및 포화수가 중첩방향으로 유동되도록 온수연결통로구를 형성하는 섹션상부고온수연결통로부(121); 및
    복수의 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치된 상태에서 가열된 고온수 및 포화수의 증기가 외부로 배출되도록 배출송출구를 형성하는 유체배출송출부(122);를 포함하고,
    상기 복수의 섹션부(11, 12, 13, 14) 각각은,
    물이 이동되는 상기 온수주관의 후단에 형성되어 물의 이동을 안내하는 유로가이드를 형성하는 유로가이드형성부(117)를 포함하며,
    상기 유로가이드형성부(117)는,
    상기 온수주관의 상부측에 위치한 상태에서 수직방향으로 형성되는 직선안내구간(117a) 및
    상기 직선안내구간(117a)의 말단으로부터 외측방향으로 경사지게 형성되는 경사안내구간(117b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 고효율 보일러(1).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 섹션부(11, 12, 13, 14) 각각은,
    상기 연소배출구로 배출되는 연소가스가 상기 연소배출구로 하방유입되도록 가이드하는 연소가스가이드를 형성하는 연소가스가이드형성부(119)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 고효율 보일러(1).
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 섹션부(11, 12, 13, 14) 각각은,
    인접한 상기 섹션본체(111)가 판상으로 중첩 배치되어 형성된 상기 연소가스공간(111a)으로 상기 섹션본체(111) 복수의 영역으로부터 돌출 형성된 전열핀형성부(120)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 고효율 보일러(1).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001304787A (ja) * 2000-02-18 2001-10-31 Denso Corp 排気熱交換器
KR100986637B1 (ko) * 2010-01-19 2010-10-08 (주)광희보일러 소형화 및 열효율이 향상된 이중주관식 보일러
KR20120045249A (ko) * 2010-10-29 2012-05-09 린나이코리아 주식회사 플레이트 접합형 열교환기

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