KR200414752Y1 - 화염 와류형 보일러 - Google Patents

Abstract

본 고안은 각종 산업현장이나 가정용으로 사용되는 보일러(1)에 관한 것으로서, 보일러(1)를 이루는 본체(2)의 내부를 상하로 구획토록 격판(2a)을 설치하여 하부로는 제1열교환실(3)을 상부로는 제2열교환실(4)을 형성하고, 본체(2) 상부에 배출구(7a)를 갖도록 제3열교환실(7)을 일체로 형성하며, 제1열교환실(3)의 내부에 열매체챔버(5)를 설치하며, 열매체챔버(5)에 의해 하부에 제1열기모임실(6)을 구획 형성하며, 제1열기모임실(6)과 수개의 열교환파이프(9)에 의해 연통되도록 제3열교환실(7)의 내부에 제2열기모임실(8)을 설치한다.

상기 열매체챔버(5)와 제3열교환실(7)을 상호 연통되게 구성하며 수개의 열교환파이프(9)를 외측에서 각각 둘러싼 이중관 형태의 열매체전열파이프(10)를 수개 설치하고, 열매체챔버(5)에 입설(立設)된 수개의 열매체전열파이프(10) 상에 화염이 직접 분사되도록 제1열교환실(3)의 일측에 버너(11)를 설치하며, 제1열교환실(3)에 분사된 화염에 의해 발생된 열원을 제1열기모임실(6)로 공급하기 위해 열매체챔버(5)를 상하 관통되게 제1열원공급수단(12)을 구성하며, 제2열기모임실(8)의 열원을 제2열교환실(4)에 공급하기 위해 제2열원공급수단(13)을 설치하며, 제2열교환실(4)의 일측으로 폐 가스를 배출토록 연도(14)를 연통 설치한 것을 특징으로 하는 바, 상기한 구성의 본 고안은 열매체의 전열면적을 극대화함과 동시에 별도의 연소실을 없애 보일러(1)를 소형화하면서도 전열효과를 상승시켜 열효율이 대폭 상승토록 하고, 버너(11)의 화염을 열매체전열파이프(10)에 직접 분사하여 와류를 형 성시킴으로써 보일러(1) 전반에 고른 열 분산으로 인한 높은 열효율과 보일러(1)의 수명을 극대화할 수 있는 등 다수의 효과를 기대할 수 있는 것이다.

와류, 보일러, 열교환실, 열원체류유도격판, 열매체챔버, 열기모임실, 열교환파이프, 열매체전열파이프, 열원공급수단

Description

화염 와류형 보일러{A parasitic fire boiler}

도 1은 본 고안에서 제공하는 화염 와류형 보일러의 바람직한 일례를 보인 단면구성도

도 2는 본 고안에서 제공하는 화염 와류형 보일러의 측단면도

도 3은 본 고안에서 제공하는 화염 와류형 보일러의 A-A선 단면도

도 4는 본 고안에서 제공하는 화염 와류형 보일러의 제2실례를 보인 단면구성도

도 5는 본 고안에서 제공하는 화염 와류형 보일러의 B-B선 단면도

도 6은 본 고안에서 제공하는 화염 와류형 보일러의 제3실례를 보인 단면구성도

도 7은 본 고안에서 제공하는 화염 와류형 보일러의 C-C선 단면도

◀ 도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명 ▶

1:(화염 와류형)보일러 2:본체

2a:격판 3:제1열교환실

4:제2열교환실 4a:열원체류유도격판

5:열매체챔버 5a:열매체공급파이프

6:제1열기모임실 7:제3열교환실

7a:배출구 8:제2열기모임실

9:열교환파이프 10:열매체전열파이프

11:버너 12:제1열원공급수단

13:제2열원공급수단 14:연도

15:관통파이프 16:관통공

16a:고정구 17:대구경관통파이프

18:연통구 19:대구경연통구

19a:개구

본 고안은 각종 산업현장이나 가정용으로 사용되는 보일러에 관한 것으로서, 보다 상세히 설명하면 기존의 보일러에서 연소실을 없애서 보일러의 전열면적을 크게 하고, 자체 크기를 대폭 줄이며, 버너에서 분사되는 화염이 열매체전열파이프에 의해 와류가 발생되게 하여 열 분산에 의한 보일러의 열손실을 방지하여 보일러수명을 장구히 하고, 높은 열효율을 얻을 수 있도록 한 화염 와류형 보일러를 제공코자 하는 것이다.

일반적으로 보일러는 버너의 화염을 연소실로 공급하고, 연소실에서 발생되는 열원을 전열받아 열매체(용수)를 가온시키며, 열 변형이 이루어진 열매체(스팀 내지 온수)가 발생되도록 한 것이다.

종래 보일러의 구조는 버너, 연소실, 연소실과 연통된 수개의 전열파이프, 연소실 외부의 열매체챔버 및 전열파이프가 관통되어 열매체(=열전달매체)로 열교환이 이루어지는 열교환실로 구성되어 보일러 크기가 커지고, 보일러의 크기에 비해 구조적으로 전열면적이 작아 열효율이 떨어지며, 버너에서 뿜어져 나오는 화염이 연소실의 일측으로만 공급되어 연소실 일측은 열 집중현상이 일어나며 타측은 온도가 낮아 열효율이 저하되므로 에너지의 낭비가 많고, 에너지 비용이 다대하게 소모되었으며, 열교환파이프의 열에 의한 손실이 커져 보일러의 수명도 단축되는 등의 문제점을 가지고 있어 상기 문제점들을 개선 및 해소할 수 있는 장치의 개발이 시급히 요구되었던 것이다.

이에 본 고안에서는 상기한 바와 같은 종래 보일러의 제반 문제점을 개선 및 해소할 수 있는 새로운 구성을 갖는 보일러를 제공코자 안출한 것으로서, 본 고안은 종래 보일러의 연소실을 제거하고 버너의 화염을 전열파이프 및 열매체챔버에 직접 분사하여 전열파이프에 의해 화염이 와류를 일으키도록 하여 열을 분산시킴으로써 보일러의 전열면적을 크게 하고, 보일러 자체 크기를 대폭 줄이며, 열효율을 높이고, 보일러의 수명을 장구히 할 수 있는 화염 와류형 보일러를 제공함에 고안의 기술적 과제를 두고 본 고안을 완성한 것이다.

도 1은 본 고안에서 제공하는 화염 와류형 보일러의 바람직한 일례를 보인 단면구성도이고, 도 2는 화염 와류형 보일러의 측단면도이며, 도 3은 화염 와류형 보일러의 A-A선 단면도를 도시한 것으로서 이를 통하여 본 고안을 이하에 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안은 각종 산업현장이나 가정용으로 사용되는 보일러(1)에 있어서, 상기 보일러(1)를 이루는 본체(2)의 내부를 상하로 구획하는 격판(2a)을 설치하여 하부로는 제1열교환실(3)을 상부로는 제2열교환실(4)을 구성하고, 본체(2) 내측 격판(2a) 하부, 즉 제1열교환실(3)의 내부에는 본체(2) 외부에서 관통된 열매체공급파이프(5a)를 연통되게 설치한 열매체챔버(5)를 설치하여 열매체챔버(5)에 의해 하부에 제1열기모임실(6)이 형성되도록 구성한다.

상기 열매체(=열전달매체)로는 물, 유체 및 공기와 같은 기체 등의 여러 가지 열전달매체 중 사용자의 기호나 보일러(1)의 설치환경에 맞도록 선택하여 사용하면 되는 것이다.

본체(2) 상부에는 가온에 의한 열 변형이 이루어진 열매체의 배출구(7a)를 갖는 제3열교환실(7)을 형성하고, 제3열교환실(7)의 내부에는 제2열기모임실(8)을 설치하여 본체(2) 내부 하측에 형성된 제1열기모임실(6)과 수개의 열교환파이프(9) 에 의해 연통되도록 구성하며, 상기 열매체챔버(5)와 제3열교환실(7)은 열교환파이프(9)를 외측에서 둘러싼 이중관 형태의 열매체전열파이프(10)로 상호 연통되게 수개 구성한다.

상기 제1열교환실(3)은 내부에 설치된 열매체챔버(5)에 입설(立設)된 수개의 열매체전열파이프(10) 상에 화염이 직접 분사되도록 일측에 버너(11)를 설치하여 버너(11)에서 분사된 화염이 수개의 열매체전열파이프(10)에 의해 소용돌이(=와류(渦流))치도록 구성하여 열 분산이 일어나도록 한 구성이다.

상기 제1열교환실(3)에 분사된 화염에 의해 발생된 열원을 열매체챔버(5) 하부의 제1열기모임실(6)로 공급하기 위해 열매체챔버(5)를 상하 관통하는 제1열원공급수단(12)을 형성하고, 상기 제2열기모임실(8)과 제2열교환실(4)이 연통되도록 제2열원공급수단(13)을 형성하며, 제2열교환실(4)의 일측으로는 수차례의 열교환이 이루어지고 남은 폐 가스를 배출할 수 있는 연도(14)를 설치한다.

상기 제1열원공급수단(12)은 도 1 내지 도 3에서와 같이 열매체챔버(5) 가장자리에 상하로 관통되는 수개의 관통파이프(15)로 구성할 수 있고, 도 4 내지 도 5에서 보는 바와 같이 열매체챔버(5)의 외경을 본체(2) 내경과 일정 간격을 두고 형성하며 열매체챔버(5)의 방사상으로 본체(2)에 열매체챔버(5)를 고정하기 위한 수개의 고정구(16a)에 의해 관통공(16)이 형성되도록 구성할 수도 있으며, 도 6 내지 도 7에서와 같이 제1열교환실(3)과 제1열기모임실(6)이 연통되도록 열매체챔버(5)의 가운데 상기 관통파이프(15) 직경의 10~12배 정도의 대구경관통파이프(17)를 상하로 관통되게 구성하여 열원을 제1열기모임실(6)로 공급할 수 있는 구성이다.

그리고 상기 제2열원공급수단(13)은 도 1 내지 도 5와 같이 제2열기모임실(8)의 가장자리에 설치된 수개의 연통구(18)를 제2열교환실(4)과 연통되도록 형성하고, 제2열교환실(4) 상에 일측이 상하로 개방된 열원체류유도격판(4a)을 형성하여 열원을 지속적으로 체류토록 하여 전열효율이 향상되게 구성할 수 있고, 경우에 따라서는 도 6 또는 도 7에서와 같이 제2열기모임실(8)과 제2열교환실(4)을 연통하는 대구경연통구(19)를 가운데 연통되게 구성하되, 상기 대구경연통구(19)는 연도(14)의 반대측 하부가 개방되도록 개구(19a)를 형성하여 열원이 제2열교환실(4)에서 충분히 체류하면서 전열된 후 연도(14)로 폐 가스만이 배출되도록 구성한다.

도면 중의 미 설명부호 20은 안전변 장착부, 21은 압력게이지 장착부, 23은 투시창, 24는 버너(11)가 설치되는 버너설치구를 도시한 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 고안은 본체(2) 일측에 형성된 버너설치구(24)에 장착되는 버너(11)에서 화염을 제1열교환실(3)의 열매체전열파이프(10)에 직접 분사하여 와류를 일으키고, 화염의 와류에 의해 열을 분산시켜 보일러(1)의 결함을 없애 수명을 장구히 하며, 이와 더불어 별도의 연소실을 설치하지 않아 보일러(1)의 자체 용적을 줄임으로써 크기를 소형화하고, 사용 및 시공 시 편의성을 제공하는 것으로 이하에서 보다 구체적인 작용설명을 기재토록 한다.

우선 열원의 순환과정을 살펴보면 버너(11)에서 본체(2) 하부의 제1열교환실(3)로 화염을 분사하게 되면 열매체챔버(5)에 입설된 열매체전열파이프(10)에 의해 화염이 와류현상(도 3, 도 5, 도 7을 참조)을 일으키며 제1열교환실(3)에 고르게 분포 및 분산되어 열원을 발생하고, 제1열원공급수단(12)을 통하여 제1열기모임실(6)로 열원이 모인 후, 제1열기모임실(6)과 열교환파이프(9)에 의해 연통되는 제2열기모임실(8)로 열원이 모인 다음, 제2열원공급수단(13)을 통하여 제2열교환실(4)로 공급되어 최종적으로 전열이 이루어지고 남은 폐 가스만이 연도(14)를 통해서 외부로 배출이 일어나는 것이다.

상기 열원의 순환과정에 열매체의 순환과정을 덧붙여 설명하면 보일러(1)의 작동 시 버너(11)에서 화염이 제1열교환실(3)로 분사되는 동시에 열매체공급파이프(5a)를 통해 열매체챔버(5) 내로 열매체가 공급되면서 열매체는 열매체전열파이프(10)를 타고 상승하고, 열원은 제1열교환실(3)에서 제1열원공급수단(12)을 통해 제1열기모임실(6)을 거쳐 열교환파이프(9)를 타고 상승하면서 1차로 제1열교환실(3)에서 열매체를 내외부 이중으로 가온하는 것으로 내부에서는 열교환파이프(9) 내의 열원에 의해서 가온되며 외부에서는 버너(11)에서 분사되는 화염 및 열원에 의해 가온되는 것이며, 이때 열매체챔버(5)는 상하의 제1열교환실(3)과 제1열기모임실(6)의 열원과 제1열원공급수단(12)을 관통하는 열원에 의해 가온되는 것이다.

2차로 제2열교환실(4)에서 역시 내외부 이중으로 열매체를 가온하게 되는 바, 이의 작용을 보면 열매체전열파이프(10)를 타고 상승하는 열매체를 내부의 열교환파이프(9) 내의 열원에 의해 계속적으로 가온하게 되고, 열교환파이프(9)를 거쳐 제2열기모임실(8)에서 모인 열원이 제2열원공급수단(13)을 통해 제2열교환실(4)로 내려와서 외부에서 열매체전열파이프(10)를 감싸며 열매체를 가온하게 되는 것이다.

그리고 3차로 열매체전열파이프(10)를 타고 열매체가 제3열교환실(7)로 공급되면 제3열교환실(7) 내부에 설치된 제2열기모임실(8)의 열원에 의해 가온되어 열 변형이 이루어진 형태(물을 열매체로 사용할 경우 스팀 내지 온수의 형태로 열 변형이 이루어짐)로 배출구(7a)를 통해 배출되는 것으로서, 종래 보일러(1)에서와 같이 별도의 연소실을 가지지 않으므로 보일러(1)의 전체 용적을 줄여 소형화되면서도 제1, 제2, 제3열교환실(7)을 통해 열매체를 가온하여 전열면적이 넓어지므로 열효율이 대폭 상승하게 되고, 버너(11)의 화염을 열매체전열파이프(10)에 직접 분사하여 전체적으로 고른 열 분포에 의한 분산작용으로 종래 보일러(1)에 반하여 열 집중현상에 의한 파이프의 열 손실을 해소하여 보일러(1)의 수명을 극대화할 수 있는 것이다.

또한 상기 제1열원공급수단(12)은 열매체챔버(5)를 다양하게 형성하여 수개의 관통파이프(15), 고정구(16a)에 의한 수개의 관통공(16), 대구경관통파이프(17) 등으로 이루어지도록 하되, 최적의 열효율을 얻을 수 있는 구성을 취사선택하면 되는 것이고, 제2열원공급수단(13)은 상기 구성설명에서 보는 바와 같이 제2열기모임실(8)의 가장자리에 형성되어 제2열교환실(4)과 연통되게 형성된 수개의 연통구(18)와 제2열교환실(4)에 형성된 열원체류유도격판(4a)의 구성이나 연도(14)의 반대측 하부에 개구(19a)를 갖는 대구경연통구(19)로 이루어진 구성을 제1열원공급수단(12)에 맞춰 선택 구성하면 되는 것으로서, 상기 열원체류유도격판(4a)은 제2열교환실(4)을 상하로 나누는 판상으로 일측(연도(14)와 멀리 떨어진 부위)을 상하로 개방하여 제2열기모임실(8)에서 공급된 열원이 열원체류유도격판(4a)에 의해 오래 체류할 수 있도록 하면 되는 것이다.

이상에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 고안에서 제공하는 화염 와류형 보일러(1)는 버너(11)의 화염에 의한 열원이 제1열교환실(3)에서 열매체챔버(5)와 열매체전열파이프(10)를 가온하도록 구성하고, 열매체전열파이프(10) 내부에는 열원이 이동하는 열교환파이프(9)를 내입하며 외부에는 각각 제1, 제2열교환실(4)이 감싸도록 구성하며, 제3열교환실(7)에서는 내부에 설치된 제2열기모임실(8)에 의해 열매체를 가온토록 구성하여, 열매체의 전열면적을 극대화함과 동시에 별도의 연소실을 없애 보일러(1)를 소형화하면서도 전열효과를 상승시켜 열효율이 대폭 상승토록 하고, 버너(11)의 화염을 열매체전열파이프(10)에 직접 분사하여 와류를 형성시킴으로써 보일러(1) 전반에 고른 열 분산으로 인한 높은 열효율과 보일러(1)의 수명을 극대화할 수 있는 등 그 기대되는 효과가 다대한 고안이다.

Claims (6)

1. 각종 산업현장이나 가정용으로 사용되는 보일러(1)를 구성함에 있어서;

   보일러(1)를 이루는 본체(2)의 내부를 상하로 구획토록 설치한 격판(2a)에 의해 하부에 형성된 제1열교환실(3) 및 상부에 형성된 제2열교환실(4)과,

   상기 본체(2) 상부에 배출구(7a)를 갖도록 일체로 형성한 제3열교환실(7)과,

   상기 제1열교환실(3)의 내부에 본체(2) 외부에서 관통된 열매체공급파이프(5a)를 연통되게 설치한 열매체챔버(5)와,

   상기 열매체챔버(5)에 의해 하부에 구획 형성된 제1열기모임실(6)과,

   상기 제1열기모임실(6)과 수개의 열교환파이프(9)에 의해 연통되도록 제3열교환실(7)의 내부에 설치한 제2열기모임실(8)과,

   상기 수개의 열교환파이프(9)를 외측에서 각각 둘러싼 이중관 형태로 열매체챔버(5)와 제3열교환실(7)을 상호 연통되게 수개 구성한 열매체전열파이프(10)와,

   상기 열매체챔버(5)에 입설(立設)된 수개의 열매체전열파이프(10) 상에 화염이 직접 분사되도록 제1열교환실(3)의 일측에 설치한 버너(11)와,

   상기 제1열교환실(3)에 분사된 화염에 의해 발생된 열원을 제1열기모임실(6)로 공급하기 위해 열매체챔버(5)를 상하 관통토록 구성한 제1열원공급수단(12)과,

   상기 제2열기모임실(8)의 열원을 제2열교환실(4)에 공급하기 위해 설치한 제2열원공급수단(13)과,

   상기 제2열교환실(4)의 일측으로 폐 가스를 배출토록 연통 설치한 연도(14) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 화염 와류형 보일러.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 제1열원공급수단(12)은 열매체챔버(5) 가장자리에 상하로 관통되는 수개의 관통파이프(15)로 구성한 것을 특징으로 하는 화염 와류형 보일러.
3. 제 1 항에 있어서;

   상기 제1열원공급수단(12)은 열매체챔버(5)의 외경을 본체(2) 내경과 일정 간격을 두고 형성하고, 열매체챔버(5)의 방사상으로 본체(2)에 고정하기 위한 수개의 고정구(16a)에 의해 관통공(16)이 형성되도록 구성한 것을 특징으로 하는 화염 와류형 보일러.
4. 제 1 항에 있어서;

   상기 제1열원공급수단(12)은 열매체챔버(5)의 가운데 대구경관통파이프(17)를 상하로 관통되게 구성한 것을 특징으로 하는 화염 와류형 보일러.
5. 제 1 항에 있어서;

   상기 제2열원공급수단(13)은 제2열기모임실(8)의 가장자리에 제2열교환실(4)과 연통되도록 형성한 수개의 연통구(18)와,

   제2열교환실(4) 상에 형성한 일측이 상하로 개방된 열원체류유도격판(4a)을 포함하는 것을 특징으로 하는 화염 와류형 보일러.
6. 제 1 항에 있어서;

   상기 제2열원공급수단(13)은 연도(14)의 반대측 하부로 개구(19a)가 형성되고, 제2열기모임실(8)과 제2열교환실(4)을 가운데로 상호 연통되게 구성한 대구경연통구(19)를 포함하는 것을 특징으로 하는 화염 와류형 보일러.

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