KR100391256B1 - 상향연소식 가정용 콘덴싱 가스보일러의 열교환기 - Google Patents

상향연소식 가정용 콘덴싱 가스보일러의 열교환기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘덴싱 방식 보일러의 열교환기에 관한 것으로서, 버너부와 현열부와 잠열부가 수직으로 일체로 형성되고, 상기 잠열부에는 배기가스의 유동을 극대화하는 배기가스 안내부재가 구비되고, 상기 배기가스에 내포된 응축잠열의 흡수를 극대화하기 위해 잠열부 열교환기가 2단배열로 형성되어, 전열 면적을 최대화하고 현열 및 응축조건을 만들어 열교환 효율을 향상시키며, 장치의 콤팩트화 (compact) 및 내식성을 확보할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 상향연소식 가정용 콘덴싱 가스보일러의 열교환기에 관한 것이다.

Description

상향연소식 가정용 콘덴싱 가스보일러의 열교환기 { THE CONDENSING GAS BOILER'S HEAT EXCHANGER FOR HOME USE WHICH HAS A TYPE OF UPWARD BURNING }
본 발명은 콘덴싱 방식 보일러의 열교환기에 관한 것으로서, 버너부와 현열부와 잠열부가 수직으로 일체로 형성되고, 상기 잠열부에는 배기가스의 유동을 극대화하는 배기가스 안내부재가 구비되고, 상기 배기가스에 내포된 응축잠열의 흡수를 극대화하기 위해 잠열부 열교환기가 2단배열로 형성되어, 전열 면적을 최대화하고 현열 및 응축조건을 만들어 열교환 효율을 향상시키며, 장치의 콤팩트화 (compact) 및 내식성을 확보할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 상향연소식 가정용 콘덴싱 가스보일러의 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로, 가정에서 사용되고 있는 난방 및 온수 보일러는 사용 연료에 따라 기름보일러와 가스보일러로 나뉘어진다. 이 중에서 최근에는 대기오염이 적고사용이 편리한 가스보일러를 주로 사용하고 있으며, 그 연료로는 액화천연가스 (LNG)를 주로 사용한다. 가스 보일러는 제어방식이나 밀폐상태에 따라 여러가지 형식으로 나눌 수 있으며, 그밖에도 난방수를 가열하는 열원에 따라 콘덴싱과 비콘덴싱 형식으로 구분할 수 있다.
도 1은 하향 연소방식의 종래 콘덴싱 보일러를 개략적으로 도시한 구성도 인데, 도시된 바와 같이, 송풍팬(12)에 의해 소정량의 공기와 가스가 버너(13)에 공급됨으로써 화염(14)이 발생하고, 상기 화염(14)의 열이 열교환기(15)에 전달되어 열교환을 일으킴으로써 내부관로를 흐르는 저온수를 고온수로 바꾸어 준다.
또한, 열에 직접 노출되지 않는 하부의 열교환기(15)들은 고온의 배기가스와 접촉함으로써 열교환이 이루어지는데, 상기 배기가스의 열방출에 의해 발생되는 응축수는 배수관(16)을 통해 외부로 배출되고, 열교환을 통해 노점온도 이하로 낮아진 배기가스는 배기덕트(17)를 통해 외부로 배출된다.
그러나, 상기한 하향 연소식 콘덴싱 보일러는 배기덕트(17)가 보일러 내부 체적을 과도하게 차지함으로써 경량화 및 콤팩트화가 어렵고, 배기 부하가 과중하여 송풍팬(12)의 부하가 커지는 단점이 있다.
도 2는 상향 연소방식의 종래 콘덴싱 보일러를 개략적으로 도시한 구성도 인데, 도시된 바와 같이, 송풍팬(12)에 의해 소정량의 공기와 가스가 버너(13)에 공급됨으로써 화염(14)이 발생하고, 상기 화염(14)의 열이 주열교환기(22)에 전달되어 주열교환기(22)의 내부관로를 흐르는 난방수를 고온으로 만들어 준다.
또한, 배기가스가 배기덕트(17)의 유로상에 설치된 보조열교환기(23)와 접촉하여 열교환됨으로써, 보조열교환기(23)의 내부를 흐르는 난방수를 일차적으로 덥혀주게된다.
상기한 상향연소식 콘덴싱 보일러는 주열교환기(22)와 보조 열교환기(23) 사이에 배기가스가 특별한 작용 없이 열을 방출하는 영역인, 데드 존(Dead Zone)을 형성함으로써 열효율이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 배기덕트(17)의 유로를 측면으로 배치하여 연소실을 돌아나가는 구조로서 배기 저항을 많이 받게 되며, 제한된 공간에서 배기 연도로 인한 공간의 제약을 많이 받게 된다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로서, 본 발명은 가스보일러의 잠열부 열교환기의 재질을 알루미늄 전조, 내부에 열전달율이 좋은 동관을 이용하여 직접 응축수가 동관에 접촉되는 것을 방지하기 위한 이중구조의 열교환부를 채택하고, 연소실과 수직 방향으로 동일한 면적 내에 잠열부 열교환기를 배속되도록 하여 열교환부의 효율을 극대화하고 보일러를 소형, 경량화 시키는 상향연소식 가정용 콘덴싱 가스보일러의 열교환기를 제공하는 데 있다.
도 1은 종래 하향 연소방식의 콘덴싱 보일러를 개략적으로 도시한 구성도.
도 2는 종래 상향 연소방식의 콘덴싱 보일러를 개략적으로 도시한 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 콘덴싱 보일러의 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 잠열부의 상세 단면도.
-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-
31 : 버너부 32 : 버너
33 : 난방수 유입관 34 : 응축수 배출관
35 : 난방수 배출관 41 : 현열부
42 : 연소실 43 : 현열부 열교환기
44 : 연결관 51 : 잠열부
52 : 제1잠열부 열교환기 53 : 제2잠열부 열교환기
54 : 동파이프 55 : 알루미늄 파이프
56 : 응축수 배출구 57 : 배기구
58 : 외측유로 61 : 배기가스 안내부재
62 : 하부판 63 : 분기돌기
64 : 상부판 65 : 지지돌부
71 : 제1열교환파이프 72 : 제2열교환파이프
73 : 제3열교환파이프 74 : 제4열교환파이프
75 : 제5열교환파이프 76 : 제6열교환파이프
77 : 제7열교환파이프 78 : 제8열교환파이프
상기의 목적을 달성하고자 본 발명에서는 버너에 의해 가열된 열이 현열부와 잠열부를 통해 이동하는 유체를 가열하여 난방을 수행하는 상향연소식 가정용 콘덴싱 가스보일러의 열교환기에 있어서,
상기 버너가 연소를 하여 열을 발생시키는 버너부와; 상기 버너부의 상부에 형성되어 상기 버너에서 발생된 열을 직접적으로 열교환하는 현열부 열교환기가 형성되는 현열부와; 상기 현열부의 상부에 형성되어 배기가스의 열을 흡수하는 잠열부가 수직방향으로 적층되어 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 상향연소식 가정용 콘덴싱 가스보일러의 열교환기를 제공한다.
그리고, 본 발명에서 상기 잠열부는 배기가스의 열을 흡수하는 제1,제2잠열부 열교환기와; 상기 제1,제2잠열부 열교환기를 고정시키면서 배기가스 및 응축수를 안내하는 배기가스 안내부재와; 상기 배기가스 안내부재에 떨어지는 응축수를 응축수 배출관으로 배출하는 응축수 배출구와; 상기 잠열부의 상단에 형성되어 배기가스를 외부로 배출하는 배기구로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1잠열부 열교환기를 이루는 제1,제2,제3,제4열교환파이프와, 제2잠열부 열교환기를 이루는 제5,제6,제7,제8열교환파이프는 2단, 다중구조 및 다중배열로 경사를 이루면서 층배열되어 열을 흡수하는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명에서 상기 제1,제2,제3,제4,제5,제6,제7,제8열교환파이프는 부식 방지를 위해 내부는 동재질의 동파이프를 사용하고, 외부는 알루미늄파이프로 전조하여 적층한 구조를 가지며, 상기 제1,제2,제3,제4,제5,제6,제7,제8열교환파이프 중 임의의 하나가 난방수 유입관과 연결될 때, 또 다른 하나는 연결관에 연결되는 것이 효과적이다.
한편, 본 발명에서 상기 배기가스 안내부재는 상기 제1,제2잠열부 열교환기의 일측면부를 고정시키면서 배기가스 및 응축수를 안내하도록, 상기 제1,제2잠열부 열교환기 각각의 하부에 형성되어 배기가스를 중앙으로 모으면서 떨어지는 응축수를 응축수배출구로 보내는 하부판과; 상기 하부판에 의해 상부로 이동하는 배기가스를 양쪽으로 분기시키는 분기돌기가 중앙에 형성되고, 상기 제1,제2잠열부 열교환기를 고정시키는 지지돌부가 양끝단에 구비되어, 분기된 배기가스가 상기 제1,제2잠열부 열교환기를 각각 통과하여 열교환을 한 후 외측유로를 통해 배기구로 토출되도록 안내하는 상부판으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제1,제2잠열부 열교환기 및 배기가스 안내부재는 열손실을 방지하기 위해 중공부를 형성하거나 단열재가 내삽되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 현열부의 현열부 열교환기는 동파이프 또는 알루미늄 파이프를 전조 가공하여 사용하는 것이 효과적이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이며 종래 구성과 동일한 부분은 동일한 부호 및 명칭을 사용한다.
도 3은 본 발명에 따른 콘덴싱 보일러의 구성도 이고, 도 4는 본 발명에 따른 잠열부의 상세 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 콘덴싱 방식 보일러의 열교환기는 버너(32)가 연소를 하여 열을 발생시키는 버너부(31)와; 상기 버너부(31)의 상부에 형성되는 연소실(42)에서 발생하는 열을 직접적으로 열교환하는 현열부 열교환기(43)가 상기 연소실(42)을 감고 있는 현열부(41)와; 상기 현열부(41)의 상부에 형성되어 배기가스의 열을 흡수하는 잠열부(51)가 수직방향으로 적층되어 일체로 구성된다.
그리고, 상기 잠열부(51)는 배기가스의 열을 흡수하는 제1,제2잠열부 열교환기(52,53)가 중심에 대칭 되도록 좌우로 내삽 되고, 상기 제1,제2잠열부 열교환기(52,53)를 고정시키면서 배기가스 및 응축수를 안내하는 배기가스 안내부재(61)가 상기 제1,제2잠열부 열교환기(52,53)를 감싸도록 장착되며, 상기 배기가스 안내부재(61)에 떨어지는 응축수를 응축수 배출관(34)으로 배출하는 응축수 배출구(56)가 양측 끝단의 배기가스 안내부재(61) 상측면에 배치된다.
그리고, 상기 잠열부(51)의 상단에는 배기가스를 외부로 배출하는 배기구(57)가 형성된다.
이때, 상기 제1잠열부 열교환기(52)는 제1,제2,제3,제4열교환파이프(71,72, 73,74), 상기 제2잠열부 열교환기(53)는 제5,제6,제7,제8열교환파이프(75,76,77, 78)가 2단으로 경사를 이루면서 층배열되어 형성되는데, 상기 제1,제2,제3,제4, 제5,제6,제7,제8열교환파이프(71,72,73,74,75,76,77,78)는 부식 방지를 위해 내부는 동재질의 동파이프(54)를 사용하고, 외부는 알루미늄파이프(55)를 전조하여 적층한 구조를 취한다.
그리고, 본 발명의 다양한 형상 변화 및 효율적인 설계를 위해 상기 제1,제2,제3,제4,제5,제6,제7,제8열교환파이프(71,72,73,74,75,76,77,78) 중 임의의 하나가 난방수 유입관(33)과 연결되고, 또 다른 하나는 현열부(41)의 현열부 열교환기(43)로 통하는 연결관(44)에 연결되는 것이 효과적이다.
한편, 상기 배기가스 안내부재(61)는 상기 제1,제2잠열부 열교환기(52,53)의 일측면부를 고정시키면서 배기가스 및 응축수를 안내하도록, 상기 제1,제2잠열부 열교환기(52, 53) 각각의 하부에 형성되어 배기가스를 중앙으로 모으면서 떨어지는 응축수를 응축수배출구(56)로 보내도록 기울기를 가지는 하부판(62)과; 상기 하부판(62)에 의해 상부로 이동하는 배기가스를 양쪽으로 분기시키는 분기돌기(63)가 중앙에 형성되고, 상기 제1,제2잠열부 열교환기(52,53)를 고정시키는 지지돌부(65)가 양끝단에 구비되어, 분기된 배기가스가 상기 제1,제2잠열부 열교환기(52,53)를 각각 통과한 후 외측유로(58)를 통해 배기구(57)로 토출되도록 안내하는 상부판(64)으로 구성된다.
그리고, 배기가스와 접하게 되는 상기 제1,제2잠열부 열교환기(52,53) 및 배기가스 안내부재(61)는 공기층에 의한 보온효과로 열손실을 방지하기 위해 중공부를 형성하거나 단열재가 내삽 된다.
또한, 상기 현열부(41)의 현열부 열교환기(43)는 열교환율을 높이기 위해 동재질이나 알루미늄을 재질로 하는 파이프를 전조 가공하여 사용한다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
버너부(31)의 버너(32)가 가동되면 연소실(42)에서 연소를 하여 열을 발생시켜 상기 연소실(42)을 휘감고 있는 현열부 열교환기(43)에 직접적으로 열을 전달하고, 연소과정에서 발생하는 배기가스는 잠열부(51)로 토출되는데, 상기 배기가스는 하부판(62)에 의해 중앙으로 운집하여 상승하다가 분기돌기(63)에 의해 제1잠열부 열교환기(52)와 제2잠열부 열교환기(53)를 통과하면서 열을 전달한 후 상부판(64)을 따라 상부로 이동하여 배기구(57)로 토출된다.
상기한 열전달 과정을 이용하는 난방수의 순환을 살펴보면, 난방을 수행하고 식혀진 난방수가 난방수 유입관(33)을 통해 제1잠열부 열교환기(52) 또는 제2잠열부 열교환기(53) 중 임의의 열교환파이프에 유입되어 각각의 열교환 파이프를 순차적으로 이동하면서 배기가스의 열을 흡수한다.
상기 과정을 거쳐 열을 흡수한 난방수는 상기 제1잠열부 열교환기(52) 또는 제2잠열부 열교환기(53) 중 임의의 열교환파이프에서 토출되어 연결관(44)으로 흘러 들어간다.
상기 연결관(44)을 통과한 난방수는 연소실(42)을 휘감아 도는 현열부 열교환기(43)로 유입되어 연소열을 직접적으로 받아들인 후 난방수 배출관(35)으로 배출되어 난방 하고자하는 영역을 난방시키고 다시 난방수 유입관(33)으로 유입된다.
즉, 본 발명은 버너(32)에서 생성된 연소 배기가스의 현열을 흡수하는 현열부 열교환기(43)는 연소실(42)과 일체형으로 되어 있으며, 상기 연소실(42) 외벽에는 동파이프를 감아서 열을 흡수하도록 구성되어 있다.
그리고, 고온 연소가스의 통로로 잠열부(51)와 일체로 된 배기가스 안내부재(61)를 설치하고, 고온의 배기가스를 잠열부(51) 전체로 유동시켜 고온의 연소가스의 유동을 극대화하기 위해 이중구조, 다중구조 및 다중배열로 된 제1,제2잠열부 열교환기(52,53)에서 열교환을 할 수 있도록 설치하는 구조이며, 약간 경사지게 설치되어 있는 제1,제3열교환파이프(71,73) 및 제5,제7열교환파이프(75,77)를 지나 제2,제4열교환파이프(72,74) 및 제6,제8열교환파이프(76,78)를 배기가스가 통과함으로써 많은 양의 응축잠열을 재흡수 하게 된다.
이는 순차적으로 고온의 배기가스의 응축잠열을 차례로 흡수하게 되어 많은 양의 열교환을 할 수 있게 되어 있다.
이때 발생하는 응축수는 배기가스 안내부재(61)의 하부판(62)에 의해 받아져 응축수 배출구(56)를 통해 응축수 배출관(34)으로 배출되고, 잠열부(51)에서 열교환 과정을 통해 온도가 식혀진 배기가스는 상기 잠열부(51)와 일체로 구성된 배기구(57)에 의해 연도부로 배출된다.
따라서, 상기한 바와 같이 본 발명은 상향연소 방식의 구조임에 따라 분젠식 버너를 채택할 수 있는 이점이 있다.
그리고, 배기가스 안내부재를 통해 배기가스의 유동을 극대화시키고, 제1,제2잠열부 열교환기를 통해 배기가스에 내포된 응축잠열의 흡수를 극대화하는 효과가 있다.
또한, 종래의 콘덴싱 보일러와는 달리 응축수 받이를 따로 설치하지 않고 배기가스 안내부재의 하부판을 이용함으로써 생산단가를 줄이고 제품의 경량화가 가능하다는 이점이 있다.
마찬가지로, 종래의 콘덴싱 보일러와는 달리 배기가스를 배출시키는 통로를 따로 설치하지 않고 잠열부 안에 설치하여 제품의 사이즈를 최대한 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 버너에 의해 가열된 열이 현열부와 잠열부를 통해 이동하는 유체를 가열하여 난방을 수행하는 상향연소식 가정용 콘덴싱 가스보일러의 열교환기에 있어서,
    상기 버너(32)가 연소를 하여 열을 발생시키는 버너부(31)와;
    상기 버너부(31)의 상부에 형성되어 상기 버너(32)에서 발생된 열을 직접적으로 열교환하는 현열부 열교환기(43)를 형성하는 현열부(41)와;
    상기 현열부(41)의 상부에 형성되어 배기가스의 열을 흡수하는 잠열부(51)가 수직방향으로 적층되어 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 상향연소식 가정용 콘덴싱 가스보일러의 열교환기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 잠열부(51)는 배기가스의 열을 흡수하도록 중심에 대하여 대칭되도록 형성된 제1,제2잠열부 열교환기(52,53)와;
    상기 제1,제2잠열부 열교환기(52,53)를 고정시키면서 배기가스를 안내하고 응축수를 모아주는 배기가스 안내부재(61)와;
    상기 배기가스 안내부재(61)에 떨어지는 응축수를 응축수 배출관(34)으로 배출하는 응축수 배출구(56)와;
    상기 잠열부(51)의 상단에 형성되어 배기가스를 외부로 배출하는 배기구(57)로 구성되는 것을 특징으로 하는 상향연소식 가정용 콘덴싱 가스보일러의 열교환기.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제1잠열부 열교환기(52)를 이루는 제1,제2,제3,제4열교환파이프(71,72,73,74)와, 제2잠열부 열교환기(53)를 이루는 제5,제6,제7,제8열교환파이프(75, 76,77,78)는 2단, 다중구조 및 다중배열로 경사를 이루면서 층배열되어 열을 흡수하는 것을 특징으로 하는 상향연소식 가정용 콘덴싱 가스보일러의 열교환기.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제1,제2,제3,제4,제5,제6,제7,제8열교환파이프(71, 72,73,74,75,76,77,78)는 부식 방지를 위해 내부는 동재질의 동파이프(54)를 사용하고, 외부는 알루미늄파이프(55)로 전조하여 적층한 것을 특징으로 하는 상향연소식 가정용 콘덴싱 가스보일러의 열교환기.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 제1,제2,제3,제4,제5,제6,제7,제8열교환파이프(71, 72,73,74,75,76,77,78) 중 임의의 하나가 난방수 유입관(33)과 연결되고, 또 다른 하나는 연결관(44)에 연결되는 것을 특징으로 하는 상향연소식 가정용 콘덴싱 가스보일러의 열교환기.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 배기가스 안내부재(61)는 상기 제1,제2잠열부 열교환기(52,53)의 일측면부를 고정시키면서 배기가스 및 응축수를 안내하도록, 상기 제1,제2잠열부 열교환기(52,53) 각각의 하부에 형성되어 배기가스를 중앙으로 모으면서 떨어지는 응축수를 응축수배출구(56)로 보내는 하부판(62)과;
    상기 하부판(62)에 의해 상부로 이동하는 배기가스를 양쪽으로 분기시키는 분기돌기(63)가 중앙에 형성되고, 상기 제1,제2잠열부 열교환기(52,53)를 고정시키는 지지돌부(65)가 양끝단에 구비되어, 분기된 배기가스가 상기 제1,제2잠열부 열교환기(52,53)를 각각 통과하여 열교환을 한 후 외측유로(58)를 통해 배기구(57)로 토출되도록 안내하는 상부판(64)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 상향연소식 가정용 콘덴싱 가스보일러의 열교환기.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 제1,제2잠열부 열교환기(52,53) 및 배기가스 안내부재(61)는 열손실을 방지하기 위해 중공부를 형성하거나 단열재가 내삽되는 것을 특징으로 하는 상향연소식 가정용 콘덴싱 가스보일러의 열교환기.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 현열부(41)의 현열부 열교환기(43)는 동파이프를 전조 가공하여 사용하는 것을 특징으로 하는 상향연소식 가정용 콘덴싱 가스보일러의 열교환기.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 현열부(41)의 현열부 열교환기(43)는 알루미늄 파이프를 전조 가공하여 사용하는 것을 특징으로 하는 상향연소식 가정용 콘덴싱 가스보일러의 열교환기.
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