KR100391895B1 - 콘덴싱 보일러의 상향 연소식 열교환기 구조 - Google Patents

콘덴싱 보일러의 상향 연소식 열교환기 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구조가 간단하고 배기저항을 줄인 콘덴싱 보일러의 상향 연소식 열교환기 구조에 관한 것으로, 버너에서 연료가 연소될 때 발생되는 현열을 흡수하는 현열부 열교환기(20)와 배기가스에서 잠열을 흡수하는 잠열부 열교환기(30)를 포함하여 이루어진 콘덴싱 보일러의 열교환기 구조에 있어서, 상기 현열부 열교환기(20)가 상향 연소식 버너의 상측에 설치되고, 상기 현열부 열교환기(20)의 상방향으로 잠열부 열교환기(30)를 설치하되 상기 잠열부 열교환기(30)의 하부에는 배기가스의 응축시 발생되어 떨어지는 응축수가 측방의 응축수 배출구(31)로 배출될 수 있도록 삼방향으로 턱(41)이 형성된 판형의 응축수 받이(40)가 경사지게 설치되며, 상기 잠열부 열교환기(30)의 직상방에 배기구(51)가 형성된 덮개(50)가 결합되어, 버너의 연소가스가 현열부 열교환기(20)와 응축수 받이(40)의 측방을 통해 잠열부 열교환기(30)로 전달된후 배기구(51)로 배출됨으로써 직상방향의 배기유로를 형성하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

콘덴싱 보일러의 상향 연소식 열교환기 구조{structure of heat exchanger of condensing boiler}
본 발명은 보일러의 열교환기 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연소실의 상방향에 현열부 열교환기와 잠열부 열교환기 및 배기부를 차례로 설치하는 상향식연소구조에 의해 구조가 간단하면서도 배기저항을 줄일 수 있도록 하는 콘덴싱 보일러의 상향 연소식 열교환기 구조에 관한 것이다.
보일러는 밀폐된 용기내의 물이나 열매체를 열원에 의해 가열하여 원하는 지역을 난방하는 장치로, 연료를 연소시키는 버너와 연소된 고온의 연소공기에서 난방수로 열을 전달시키는 열교환기로 구성된다.
초기 보일러의 열교환기는 버너에서 연소되면서 발생하는 현열만을 이용하고 고온의 연소공기는 그대로 배기구로 배출시켜, 보일러의 열효율이 매우 낮았으며 고온의 난방수를 얻는데 오랜 시간이 소비되었다.
때문에 근래에는 배기구로 배출되는 고온의 배기가스를 이용하기 위해 현열교환기와 별도로 잠열교환기를 설치하는데, 잠열교환기는 연소되어 배출되는 배기가스에서 열을 흡수하는 것이어서 배기가스가 냉각되면서 불순물질을 포함하는 응축수가 발생하였다.
상기 응축수는 연료를 연소시키는 버너와 현열부 열교환기에 낙하하여 연소를 방해하여 보일러의 효율을 떨어뜨리고, 통상 동재질로 형성된 현열부 열교환기를 부식시키는 문제점을 가져왔다.
이러한 문제점을 해결하고자 최근에 사용되는 보일러의 열교환기 구조에서는 도 9에 도시된 바와 같이, 버너(100)를 상측에 설치해 연료를 하향 연소시키고 그 하방으로 현열부 교환기(300)와 잠열부 열교환기(200)를 차례로 설치하고 최하단에 응축수 배출구를 설치 하였다.
이 방법은 잠열부 열교환기(200)에서 열을 빼앗긴 응축수가 버너(100) 또는 현열부 열교환기(300)에 닿지 않으므로 버너의 연소를 방해하거나 현열부 열교환기(300)를 부식시킬 염려가 없으나, 버너에서 연소되어 하방으로 송풍되는 배기가스를 배출하기 위해 별도의 배기관(400)을 보일러 측면에 설치해야 하였다.
따라서, 상기 하향연소식 콘덴싱 보일러의 구조는 별도의 배기관을 보일러 일측에 설치결합하여야 함으로 보일러의 부피가 커진다는 문제점과 배기가스의 흐름이 순방향으로 이동하는 것이 아니라 위에서 아래로 이동하는 역방향이므로 배기저항이 크다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 배기가스의 흐름이 원활한 상향식 연소구조를 취하면서도 응축수로 인한 보일러의 효율저하와 현열부 열교환기의 부식을 억제할 수 있도록, 열교환기의 하부에 상향 연소식 버너를 설치하고, 상기 상방향으로 현열부 열교환기, 응축수 받이 및 잠열부 열교환기를 순차적으로 설치하여, 버너에 의한 연소가스가 직상방의 현열부 열교환기와 잠열부 열교환기를 통해 배기구로 배출되도록 하면서도 잠열부 열교환기에서 발생된 응축수가 버너 및 현열부 열교환기에 영향을 미치지 않도록 된 콘덴싱 보일러의 상향 연소식 열교환기 구조를 제공하고자 함에 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 분리사시도
도 2는 도 1의 결합사시도
도 3은 도 2의 A - A 종단면도
도 4는 도 2의 B - B 횡단면도
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리사시도
도 6은 도 5의 종단면도
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리사도
도 8은 도 7의 종단면도
도 9은 종래 하향식 콘덴싱 보일러의 개략도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 현열부 열교환기
30 : 잠열부 열교환기
31 : 응축수 배출구
40 : 응축수 받이
41 : 턱
50 : 덮개 51 : 배기구
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 콘덴싱 보일러의 상향 연소식 열교환기 구조는, 버너에서 연료를 연소시 발생되는 현열을 흡수하는 현열부 열교환기와 배기가스에서 잠열을 흡수하는 잠열부 열교환기를 포함하여 이루어진 콘덴싱 보일러의 열교환기 구조에 있어서, 상향 연소식 버너의 상측에 현열부 열교환기를 설치하고, 상기 현열부 열교환기의 상방향으로 잠열부 열교환기를 설치하되, 상기 잠열부 열교환기의 하부에는 배기가스의 응축시 발생되어 떨어지는 응축수를 측방의 응축수 배출구로 배출할 수 있도록 삼방향으로 턱이 형성된 판형의 응축수 받이가 경사지게 설치되고, 상기 잠열부 열교환기의 직상방에 배기구가 형성된 덮개가 결합되어, 버너의 연소가스가 현열부 열교환기와 응축수 받이의 측방을 통해 잠열부 열교환기로 전달된후 배기구로 배출됨으로써 직상방향의 배기유로를 형성하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 분리사시도를 도시한 것으로서, 현열부 열교환기(20)는 상하 결합이 편리하고 단위공간에서 최대의 열교환효과를 거둘 수 있도록 사각몸체로 형성되어 있으며, 내부에는 다수의 핀(22)이 결합된 현열파이프(21)가 설치결합되어 있다. 이때, 상기 현열부 열교환기(20)는 열전달이 잘되는 동재질을 사용하는 것이 바람직하나, 부식이 잘 안되는 스테인레스 스틸 재질을 사용하여도 무관하다.
상기 현열부 열교환기(20)의 윗쪽으로는 'U'자 형태로 형성된 수개의 잠열파이프(32)가 상하 및 내측으로 반복형성되어 배기가스에서 열을 흡수하는 잠열부 열교환기(30)가 결합설치된다. 이때, 상기 잠열파이프(32)는 같은 공간에서 보다 많이 설치될 수 있도록 현열파이프(21)보다 지름이 작은 파이프를 사용한다. 따라서, 상기 잠열파이이프(32)와 배기가스의 접촉면적이 현저히 증대되어 배기가스를 통해 많은 량의 잠열을 흡수 할 수 있다.
한편, 상기 잠열부 열교환기(30) 하단에는 응축수 받이(40)가 설치되어, 고온의 배기가스가 상기 저온의 잠열부 열교환기(30)를 통과할 때 냉각되면서 발생하는 응축수를 받아내며, 잠열부 열교환기(30)의 일측에 형성된 응축수 배출구(31)로 응축수를 배출한다.
상기 응축수 받이(40)의 크기는 상기 잠열부 열교환기(30) 내부에 설치된 잠열파이프(32)가 그리는 형태와 유사하여 상기 잠열파이프(32)에서 떨어지는 응축수를 모두 받아낼 수 있도록 되어 있다.
또한, 사방향으로 턱(41)이 형성되고 잠열부 열교환기(30) 일측에 경사지게 설치되므로 응축수가 상기 응축수 받이(40) 외측으로 유출되지 않는다. 한편, 상기 응축수 받이(40)의 일측면에는 상기 응축수 배출구(31)와 일치되게 배출구(42)가 형성되어 있으며, 이와 별도로 상기 잠열부 열교환기(30)와 볼트, 리벳 등의 수단에 의해 체결될 수 있도록 구멍(43)이 형성되어 있다. 상기 면의 타측에는 체결구멍(45)이 형성되어 있는 지지대(44)가 형성되어 있어 상기 응축수 받이(40)가 상기 잠열부 열교환기(30)에 단단히 결합고정시킨다.
상기 잠열부 열교환기(30) 상단에는 원형의 배기구(51)가 형성된 덮개(50)가 결합된다. 상기 덮개(50)의 중간부분에는 아래방향으로 돌출된 턱(52)이 형성되어있어 잠열파이프(32)와 밀착되며, 배기가스가 잠열부 열교환기(30)를 지나야만 상기 배기구(51)로 배출된다.
도 2는 도 1의 결합사시도를 도시한 것으로서, 현열부 열교환기(20), 잠열부 열교환기(30) 및 덮개(50)가 차례로 적층되어 컴팩트한 열교환기 구조를 보여주고 있다. 따라서, 어느 형태의 보일러에나 설치가 용이 하다는 장점이 있다.
도 3는 도2의 A - A 종단면도를 도시한 것으로서, 버너(100)에서 연소되면서 발생된 연소공기는 1차로 현열부 열교환기(20)를 가열하고, 2차로 잠열부 열교환기(30)를 지나면서 일부 열을 빼앗기면서 배기구(51)로 배출된다.
상기 배기구(51)는 도 4에 도시된 바와 같이 'U'로 형성된 잠열부 열교환기(30)의 중앙에 위치하고 있으며, 상기 잠열부 열교환기(30) 하단에는 응축수 받이(40)가 설치되어 있어, 버너에서 연소되고 현열부 열교환기(20)를 통과해온 공기의 대부분은 상기 잠열부 열교환기(30)를 통과하게 된다.
한편, 상기 덮개(50)의 하단에는 배기가스가 되도록 많은 수의 잠열파이프(32)을 통과한 후 상기 배기구(51)로 배출될 수 있도록 턱(52)이 형성되어 있다. 상기 턱(52)은 최상에 위치한 잠열파이프(32)와 맞닿을 정도록 돌출되어 배기가스의 흐름을 상기 잠열파이프(32) 방향으로 유도한다.
또한, 상기 턱(52)은 상기 덮개(50) 바닥면에 냉각되어 맺힌 응축수가 응축수 받이(40)로 떨어지도록 유도하는 역할을 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리사시도를 도시한 것으로써, 잠열부 열교환기(30)에 설치결합되는 응축수 받이(60)가 폭이 넓은 모래삽처럼 형성되어 좌우 측면에 결합된다. 이때, 상기 응축수 받이(60)는 응축수 배출구(31)가 형성된 전면으로 경사지게 설치되어 응축수가 쉽게 배출구(31)로 배출될 수 있도록 하였다.
한편, 상기 응축수 받이(60)의 상측으로는 도 6에 도시된 바와 같이 잠열파이프(80)가 설치되며, 좌우 응축수 받이(60)의 사이에는 안내판(70)이 설치된다. 상기 안내판(70)은 가운데를 기준으로 좌우가 하향경사진 형태로, 상기 응축수 받이(60)가 미치지 못하는 범위에서 발생된 응축수를 상기 응축수 받이(60)로 유도하는 역할을 한다.
따라서, 배기구(51)로 배출되면서 냉각되어 발생된 응축수는 항상 상기 안내판(70)에 의해 응축수 받이(60)로 유도되어 모아지므로, 잠열부 열교환기(30) 하단에 결합되는 현열부 열교환기(20)에는 영향을 미치지 못한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리사시도를 도시한 것으로서, 잠열부 열교환기(30) 하단에는 기와가 나열되듯이 다수의 응축수 받이(61)와 안내판(71)이 설치되고 상단에 잠열파이프(81)가 결합설치된다.
상기 응축수 받이(61)는 앞에 설명되었던 응축수 받이와 마찬가지로 응축수 배출구(31)가 형성된 쪽으로 기울어져 설치되어 있으며, 상기 응축수 받이(61) 사이사이에 설치되는 안내판(71)은 배기가스가 충분히 유동할 수 있도록 위쪽으로 떨어져서 설치되어 있다.
한편, 상기 안내판(71)은 위로 둥글게 형성되어 있어, 표면에 떨어지는 응축수가 항시 좌우에 설치된 응축수 받이(61)로 흘러내려간다.
도 8은 도 7의 종단면도를 도시한 것으로서, 현열부 열교환기(20)를 통해 올라온 배기가스는 상기 응축수 받이(61)와 안내판(71)이 이루는 공간을 통과한 후 다수의 잠열파이프(81) 거쳐 배기구(51)로 배출된다. 이때, 배기가스가 상기 잠열파이프(81)에 의해 냉각되어 발생된 응축수는 상기 응축수 받이(61)와 안내판(71)에 떨어지고, 응축수 받이(61)에 모아져 응축수 배출구(31)로 배출된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 조립구조가 간단한 열교환기구조를 제공하여 작업공정수를 줄일 수 있는 효과와 보다 컴팩트한 열교환기 구조를 제공하여 보일러의 경량화를 가져오는 효과가 있다.
아울러, 좁은 공간에서 보다 효율적으로 배기가스의 열을 재활용 할 수 있어 보일러의 열효율을 증대시킬 수 있으며, 보일러의 핵심을 이루는 열교환기구조를 보다 간단하게 하여 보일러의 크기를 작게 할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (4)

  1. 버너에서 연료가 연소될 때 발생되는 현열을 흡수하는 현열부 열교환기(20)와 배기가스에서 잠열을 흡수하는 잠열부 열교환기(30)를 포함하여 이루어진 콘덴싱 보일러의 열교환기 구조에 있어서, 상기 현열부 열교환기(20)가 상향 연소식 버너의 상측에 설치되고, 상기 현열부 열교환기(20)의 상방향으로 잠열부 열교환기(30)를 설치하되 상기 잠열부 열교환기(30)의 하부에는 배기가스의 응축시 발생되어 떨어지는 응축수가 측방의 응축수 배출구(31)로 배출될 수 있도록 삼방향으로 턱(41)이 형성된 판형의 응축수 받이(40)가 경사지게 설치되며, 상기 잠열부 열교환기(30)의 직상방에 배기구(51)가 형성된 덮개(50)가 결합되어, 버너의 연소가스가 현열부 열교환기(20)와 응축수 받이(40)의 측방을 통해 잠열부 열교환기(30)로 전달된후 배기구(51)로 배출됨으로써 직상방향의 배기유로를 형성하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 콘덴싱 보일러의 상향 연소식 열교환기 구조.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 잠열부 열교환기(30)의 잠열파이프(32)가 상기 응축수 받이(40)를 벗어나지 않는 크기의 'U'자 형태로 형성되어 상하 및 내측으로 반복형성된 것을 특징으로 하는 콘덴싱 보일러의 상향 연소식 열교환기 구조.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 잠열부 열교환기(30)의 잠열파이프(80)가 양측으로 분리배열되어 설치되고, 상기 잠열파이프(80)의 하방에 상기 잠열파이프(80)의 길이방향을 따라 양측으로 분리된 응축수 받이(60)가 각각의 응축수 배출구(31) 방향으로 경사지게 설치되며, 상기 잠열파이프(80)의 상방에는 각 응축수 받이(60)방향으로 하향경사신 안내판(70)이 설치되어, 현열부 열교환기(20)로 부터 올라온 배기가스가 양측에 설치된 잠열파이프(80)를 지나 상기 안내판(70) 위에 형성된 배기구(51)로 배출되도록 배기유로가 형성된 것을 특징으로 하는 콘덴싱 보일러의 상향 연소식 열교환기 구조.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 잠열부 열교환기(30)의 잠열파이프(81)가 잠열부 열교환기(30) 전체에 걸쳐 일정간격으로 고르게 배열되어 설치되고, 상기 잠열파이프(81)의 하부에 중앙으로 하향경사지고 가장자리에 턱이 형성된 응축수 받이(61)가 다수 설치되며, 상기 응축수 받이(61)간의 인접공간에는 중앙이 반원모양으로 상향만곡된 안내판(71)이 상기 인접공간을 덮을 수 있도록 설치되어 잠열파이프(81)에서 발생되는 응축수가 안내판(71)을 통해 응축수 받이(61)로 유도되어 배출구(31)로 배출될 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 콘덴싱 보일러의 상향 연소식 열교환기 구조.
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