KR100391925B1 - 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, 상기 버너 위에 현열부 열교환기(20), 잠열부 열교환기(30) 및 배기구(51)가 형성된 덮개(50)가 직상향으로 적층되고, 상기 현열부 열교환기(20)와 잠열부 열교환기(30)사이에 잠열부 열교환기(30)로부터 떨어지는 응축수가 배출되도록 형성된 응축수 배출구(31)에 연접되게 응축수 받이(40)가 경사지게 설치됨과 아울러 상기 응축수 받이(40)에는 응축수 배출구(31)와 대향되는 곳에서 연소가스를 잠열부 열교환기(30)로 유도하는 연통홈(61)이 형성되며, 상기 잠열부 열교환기(30)와 덮개(50)사이에는 상기 연통홈(61)과 대향되는 곳에 연통홈이(62)이 형성되어, 버너의 배기가스가 현열부 열교환기(20)와 잠열부 열교환기(30) 및 배기구(50)를 지그재그로 통과하도록 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 덮개를 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 것이여서 배기가스가 냉각되면서 불순물질을 포함하는 응축수가 발생하였다.
상기 응축수는 연료를 연소시키는 버너와 현열부 열교환기에 낙하하여 연소를 방해하여 보일러의 효율을 떨어뜨리고 보일러의 고장을 유발시키며, 통상 동재질로 형성된 현열부 열교환기를 부식시키는 문제점을 가져왔다.
이러한 문제점을 해결하고자 최근에 사용되는 보일러의 열교환기 구조에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 버너(100)를 상측에 설치해 연료를 하향연소시키고 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 고장 및 현열부 열교환기의 부식을 억제할 수 있도록, 열교환기 고정틀에 하측에서 상방향으로 현열부 열교환기, 응축수 받이 및 잠열부 열교환기를 순차적으로 설치하면서도 잠열부 열교환기에서 발생된 응축수가 버너 및 현열부 열교환기에 영향을 미치지 않도록된 콘덴싱 보일러의 상향 연소식 열교환기 구조룰 제공함에 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 분리사시도
도 2는 도 1의 결합사시도
도 3은 도 2의 A - A 종단면도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 종단면도
도 5는 종래 하향식 보일러의 개략도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 현열부 열교환기 21 : 현열파이프
23, 34 : 걸림턱
30 : 잠열부 열교환기 31 : 응축수 배출구
40 : 응축수 받이 41 : 안내판
50 : 덮개 51 : 배기구
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 콘덴싱 보일러의 상향 연소식 열교환기 구조는, 상기 버너 위에 현열부 열교환기, 잠열부 열교환기 및 배기구가 형성된 덮개가 직상향으로 적층되고, 상기 현열부 열교환기와 잠열부 열교환기사이에 잠열부 열교환기로부터 떨어지는 응축수가 배출되도록 형성된 응축수 배출구에 연접되게 응축수 받이가 경사지게 설치됨과 아울러 상기 응축수 받이에는 응축수 배출구와 대향되는 곳에서 연소가스를 잠열부 열교환기로 유도하는 연통홈이 형성되며, 상기 잠열부 열교환기와 덮개사이에는 상기 연통홈과 대향되는 곳에 연통홈이이 형성되어, 버너의 배기가스가 현열부 열교환기와 잠열부 열교환기 및 배기구를 지그재그로 통과하도록 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 편리하도록 사각몸체로 형성되어 있으며, 상측에는 후설할 잠열부 열교환기(30)가 결합되기 쉽도록 걸림턱(23)이 형성되어 있다. 또한, 내부에는 다수의 핀(22)이 결합된 현열파이프(21)가 설치결합되어 있다
상기 현열부 열교환기(20)는 열전달이 잘되는 동재질을 사용하는 것이 바람직하나, 부식이 잘 안되는 스테인레스 스틸재질을 사용하여도 무관하다.
한편, 상기 현열부 열교환기(20)의 윗쪽으로는 배기가스에서 열을 흡수하는 잠열부 열교환기(30)가 걸림턱(23)에 결합설치된다. 이때, 상기 잠열부 열교환기(30)는 앞에서 서술한 현열부 열교환기(20)와 마찬가지로 사각몸체로 되어 있어 있으며, 적층하기 용이하도록 상단에 걸림턱(34)이 형성되어 있다.
상기 잠열부 열교환기(30)는 원형의 핀이 결합된 다수의 핀튜브(32)로 이루어져 있으며, 응축수로 인한 부식을 방지하기 위하여 스테인레스 스틸재질로 형성되어 있다. 이때, 상기 잠열부 열교환기(30)는 배기가스가 횡방향으로 이동하기 쉽도록 상기 핀튜브(32)가 상하 지그재그 형태로 설치되어 있다.
한편, 상기 잠열부 열교환기(30) 사이에는 응축수 받이(40)가 설치되어, 고온의 배기가스가 상기 저온의 잠열부 열교환기(30)를 통과할 때 냉각되면서 발생하는 응축수를 받아낸다.
상기 응축수 받이(40)는 상기 잠열부 열교환기(30) 횡단면의 4/5정도의 크기의 판형으로, 잠열부 열교환기(30) 하단에 형성된 응축수 배출구(31)쪽으로 기울어져 설치되어, 상기 핀튜브(32)에서 냉각되어 떨어지는 응축수를 상기 응축수 배출구(31)로 배출시킨다. 한편, 상기 응축수 배출구(31)는 고온의 배기가스가 지나지 못하도록 작게 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 잠열부 열교환기(30) 위에는 현열부 열교환기(20)를 거쳐온 배기가스가 바로 배기구(51)로 배출되지 않도록 안내판(41)이 설치된다. 상기 안내판(41)은 응축수 받이(40)와 같은 각도로 기울어져 있으나, 개방부위가 상기 응축수 받이(40)와 반대편에 형성되어 있다.
따라서, 현열부 열교환기(20)를 지나온 배기가스는 상기 도 3에 도시된 바와 같이 응축수 받이(40)에 의해 상기 잠열부 열교환기(30)의 일측으로 유입되고 핀튜브(32)를 지난 후 안내판(41)이 개방된 부분을 통해 상기 배기구(51)로 배기되므로, 충분한 시간동안 상기 잠열부 열교환기(30)에 열을 전달 할 수 있다.
도 2는 도 1의 결합사시도를 도시한 것으로서, 현열부 열교환기(20), 잠열부 열교환기(30), 응축수 받이(40) 및 안내판(41)이 순차적으로 결합되어 하나의 구조물을 이룬다. 따라서, 열교환기가 보일러에서 차지하는 부피를 줄일 수 있는 장점이 있으며, 현열부 열교환기(20)와 잠열부 열교환기(30)을 일체화 할 수 있어 보일러에 설치하기도 용이하다.
도 3는 도 2의 A - A 종단면도를 도시한 것으로서, 버너(100)에서 연소되면서 발생된 연소공기는 1차로 현열부 열교환기(20)을 가열하고, 잠열부 열교환기(30) 하단에 형성된 연통홈(61)을 지나 2차로 핀튜브(32) 지나면서 일부 열을 빼앗긴 후, 상기 잠열부 열교환기(30) 상단에 형성된 연통홈(62)을 통해 배기구(51)로 배출된다.
이때, 상기 배기가스는 잠열부 열교환기(30) 하단에 형성된 연통홈(61)을 지나 상단에 형성된 연통홈(62)을 통해 이동되므로, 잠열부 열교환기(30)의 핀튜브(32)를 모두 통과한 후에 배기구(51)로 배출된다.
따라서, 버너에서 연소되고 현열부 열교환기(20)를 통과해온 공기는 상기 잠열부 열교환기(30)를 통과하면서 열을 빼앗기고, 배기가스가 냉각되어 발생된 응축수는 모두 응축수 받이(40)에 모아져, 잠열부 열교환기(30) 일측에 형성된 응축수 배출구(31)를 통해 외부로 배출된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 종단면도를 도시한 것으로서, 핀튜브(32)를 지름이 작은 관(35)으로 대체하고 이들 관(35)을 상하 반복 배치함으로써, 배기가스와 접촉하는 표면적을 크게 넓히고 배기가스의 흐름도 보다 원활하도록 하였다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 좁은 공간에서 보다 효율적으로 배기가스의 열을 재활용 할 수 있어 보일러의 열효율을 증대시킬 수 있으며, 배기가스의 배출방향이 아래에서 위로 배기되는 순방향이므로 배기저항이 종래의 하향식 연소방식보다 작다는 장점과 보일러의 핵심을 이루는 열교환기구조를 보다 간단하게 하여 보일러의 크기를 작게할 수 있다는 장점이 있다.
아울러, 조립구조가 간단한 열교환기 구조를 제공하여 작업공정수를 줄일 수 있는 효과와 보다 컴팩트한 열교환기 구조를 제공하여 보일러의 경량화를 가져오는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 버너에서 연료를 연소시켜 발생된 현열을 흡수하는 현열부 열교환기(20)와 배기가스에서 잠열을 흡수하는 잠열부 열교환기(30)로 이루어진 콘덴싱 보일러의 열교환기 구조에 있어서,
    상기 버너 위에 현열부 열교환기(20), 잠열부 열교환기(30) 및 배기구(51)가 형성된 덮개(50)가 직상향으로 적층되고, 상기 현열부 열교환기(20)와 잠열부 열교환기(30)사이에 잠열부 열교환기(30)로부터 떨어지는 응축수가 배출되도록 형성된 응축수 배출구(31)에 연접되게 응축수 받이(40)가 경사지게 설치됨과 아울러 상기 응축수 받이(40)에는 응축수 배출구(31)와 대향되는 곳에서 연소가스를 잠열부 열교환기(30)로 유도하는 연통홈(61)이 형성되며, 상기 잠열부 열교환기(30)와 덮개(50)사이에는 상기 연통홈(61)과 대향되는 곳에 연통홈이(62)이 형성되어, 버너의 배기가스가 현열부 열교환기(20)와 잠열부 열교환기(30) 및 배기구(50)를 지그재그로 통과하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 콘덴싱 보일러의 상향 연소식 열교환기 구조.
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