KR100433474B1 - 하향 연소식 보일러의 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하향 연소식 보일러에 구비되는 열교환기에 관한 것으로, 연소실(62)이 외통(61)의 중심으로부터 한쪽 방향으로 편향되게 배치되고, 연소가스유도관(64)들이 연소실(62)의 중심으로부터 한쪽 방향으로 편향되게 배치되어진 구조로 되어, 연소실(62)로부터 각 연소가스유도관(64)으로 반전되어 유동되는 연소가스가 고르게 분포되도록 된 것이다.

Description

하향 연소식 보일러의 열교환기{Heat exchange device of a downward combustion type boiler}

본 발명은 하향 연소식 보일러에 구비되는 열교환기에 관한 것으로, 연소실의 연소가스가 반전유도쳄버를 통과하면서 각 연소가스유도관으로 고르게 분포되어 유동되도록 하는 하향 연소식 보일러의 열교환기에 관한 것이다.

종래 하향 연소식 보일러의 열교환기(60)는, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 내부 관통홀의 중심선이 수직으로 배치되는 연소실(62)과, 연소실(62)의 둘레를 따라 소정 간격으로 이격되어 연소실(62)과 평행하게 배치되는 연소가스유도관(64), 연소실(62)의 하단 개구부와 연소가스유도관(64)의 하단 개구부에 연통되는 반전유도쳄버(63) 및, 이들 구성요소들(62,63,64)이 내장되는 외통(61)으로 이루어지되, 연소실(62)과 연소가스유도관(64)의 상단 개구부가 외통(61)의 상부커버(61a)로 개구되고, 반전유도쳄버(63)의 하단이 단열부재(66)에 의해 밀폐되어, 외통(61)과 이들 구성요소들(62,63,64) 사이에 난방수용 쳄버(60a)가 형성되고, 외통(61)에 난방입수관(S1)과 난방출수관(D1)이 연통되어진 구조로 되어 있다.

한편, 온수겸용 난방보일러의 경우에는, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 연소가스유도관(64)들을 감싸면서 난방수용 쳄버(60a)에 내장되는 온수코일(65)이 구비되고, 온수코일(65)의 양쪽 선단이 냉수공급관(S2)과 온수배출관(D2)에 각각 연통된다.

이러한 종래 열교환기(60)를 갖춘 하향 연소식 보일러의 작동상태를 설명해 보면, 우선 팬기구(80)가 작동되면, 흡입되는 외부공기중 일부가 공기유입구(21) → 프론트커버(20) → 공기확산판(30) → 연소실(62)로 유입되면서, 흡입되는 외부공기중 나머지 일부가 공기유입구(21) → 프론트커버(20) → 벤츄리관(도시안됨) 버너(50) → 버너(50)의 염공 → 연소실(62)로 유입된 후, 연소실(62)로 모여진 공기가 연소실(62) → 반전유도쳄버(63) → 연소가스유도관(64) → 배기용 쳄버(71) → 팬기구(80)의 팬 → 배기가스 배출구(90)로 유동되어 외부로 배출된다.

이러한 상태에서 프론트커버(20) 내장된 연료분사기(도시안됨)를 통해서 연료공급관(F)으로부터의 연료가 벤츄리관으로 분사되면, 벤츄리관으로 유입되는 공기와 분사된 연료가 혼합되면서 벤츄리관을 따라 버너(50) 내부로 유동된 후, 버너(50) 내부의 혼합가스가 버너(50)의 염공을 통해서 연소실(62)로 분출하게 되고, 이후 점화기구(40)가 작동되어 연소실(62)로 분출되는 혼합가스가 점화된다. 이때, 공기확산판(30)을 통해서 유입되는 공기에 의해 연소실(62) 내에서의 혼합가스의 연소가 촉진된다.

이후, 버너(50)로부터의 고온의 연소가스는 연소실(62)을 따라서 하방향으로 유동된 후, 반전유도쳄버(63)를 통해서 연소가스유도관(64)으로 반전되어, 연소가스유도관(64)을 따라서 상방향으로 유동되어 열교환기(60)로부터 배출되고, 이후 연소가스유도관(64)으로부터 배출되어진 배기가스는 메인커버(70)에 의해 밀폐되어진 배기용 쳄버(71)를 거쳐서 팬기구(80)에 의해 강제적으로 배기가스 배출구(90)를 통해서 외부로 배출된다. 이때, 버너(50)로부터의 고온의 연소가스는 연소실(62)과 연소가스유도관(64)을 따라서 유동되면서 난방수용 쳄버(60a)에 저장된 난방수에 고온의 열에너지를 전도하게 되어 난방수가 가열된다. 이렇게 가열된 난방수용 쳄버(60a)의 난방수는 순환모터(M ; 도 2a 참조)에 의해 난방출수관(D1)으로 출수되어 난방부하부(도시안됨)에 고온의 열을 전도한 후 냉각되고, 냉각된 난방수는 난방입수관(S1)을 통해서 다시 난방수용 쳄버(60a)로 리턴되어 재가열된다. 한편, 온수겸용 난방보일러의 경우, 난방수용 쳄버(60a)의 난방수가 가열되면, 난방수로부터의 고온의 열에너지가 온수코일(65)을 통해서 온수코일(65)의 냉수에 전도되어 냉수가 가열되고, 또한 사용자가 온수배출관(D2)으로부터 온수를 출수하여 사용하게 되면, 냉수공급관(S2)을 통해서 연속적으로 공급되는 냉수가 온수코일(65)을 따라 흐르면서 가열된 후에 온수배출관(D2)을 통해서 배출된다.

그러나, 상기 종래 기술에 따른 열교환기(60)는, 연소실(62)이 외통(61)의 중심에 배치되고, 연소가스유도관(64)들이 연소실(62)의 둘레를 따라서 등간격으로 배치되어진 구조로 되어 있어서, 팬기구(80)가 메인커버(70)의 어느 한쪽으로 편향되게 설치될 수 밖에 없는데, 팬기구(80)로부터 멀리 배치될수록 팬기구(80)의 흡인력은 작아지므로, 연소실(62)로부터 반전유도쳄버(63)를 통해 반전되어 각 연소가스유도관(64)으로 유동되는 연소가스의 유동량이 불균일하게 된다. 다시말하면, 팬기구(80)에 근접된 위치의 연소가스유도관(64)으로는 연소가스의 유동량이 많게 되고, 연소가스유도관(64)의 위치가 팬기구(80)로부터 멀어질수록 연소가스의 유동량은 작아진다. 이와 같이, 연소가스유도관(64)을 따라 유동되는 연소가스의 유동량이 불균일하게 되면 열교환효율이 저하되는데, 이는 팬기구(80)에 근접된 위치의 연소가스유도관(64)을 따라 유동되는 연소가스는 유동량이 많기때문에 고온의 열에너지를 난방수에 충분히 전도하지 못한 상태로 배기용 쳄버(71)로 배출되게 되고, 팬기구(80)로부터 멀리 배치되어진 연소가스유도관(64)을 따라 유동되는 연소가스는 유동량이 적어서 난방수를 충분히 가열하지 못하게 된다.

따라서, 열교환기(60)의 열교환성능이 크게 저하되어, 보일러의 난방효율이 저하되고, 연료가 불필요하게 많이 소비되는 문제가 발생되었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 종래에는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 메인커버(70)의 상면을 경사지게 형성해서 팬기구(80)로부터 멀어질수록 배기용 쳄버(71)의 단면적이 감소되도록 하여, 팬기구(80)에 근접된 위치의 연소가스유도관(64)으로부터의 배기가스의 유동속도는 늦춰지고, 팬기구(80)로부터 멀리 이격된 위치의 연소가스유도관(64)으로부터의 배기가스의 유동속도는 빨라지도록 하여, 반전유도쳄버(63)로부터의 연소가스가 각 연소가스유도관(64)으로 가능한 한 고르게 분포되어 유동되도록 하고 있지만, 이러한 방법은 그 구조상의 문제로 인해서 한계가 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 발명된 것으로, 연소실의 연소가스가 반전유도쳄버를 통과하면서 각 연소가스유도관으로 고르게 분포되어 유동되도록 하는 하향 연소식 보일러의 열교환기를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1a는 종래 기술에 따른 열교환기를 갖춘 하향 연소식 보일러를 개략적으로 도시한 도면,

도 1b는 도 1a에 도시된 열교환기의 평면도,

도 2a는 본 발명에 따른 열교환기의 제1실시예를 도시한 도면으로서, 도 1a에 대한 대응도,

도 2b는 도 2a에 도시된 열교환기의 평면도,

도 3은 본 발명에 따른 열교환기의 제2실시예를 도시한 도면으로서, 도 2b에 대한 대응도,

도 4는 본 발명에 따른 열교환기의 제3실시예를 도시한 도면으로서, 도 2a에 대한 대응도,

도 5a는 본 발명에 따른 열교환기의 제4실시예를 도시한 도면으로서, 도 2a에 대한 대응도,

도 5b는 도 5a의 X부를 확대도시한 단면도이다.

- 첨부도면의 주요 부분에 대한 용어설명 -

10 ; 본체, 20 ; 프론트커버,

21 ; 공기유입구, 30 ; 공기확산판,

40 ; 점화기구, 50 ; 버너,

60 ; 열교환기, 60a,60b ; 난방수용 쳄버,

61 ; 외통, 61a ; 상부커버,

61b ; 기저부, 61b' ; 돌출부,

62 ; 연소실, 63 ; 반전유도쳄버,

63a ; 체결부, 63b ; 지지돌기부,

64,64' ; 연소가스유도관, 65 ; 온수코일,

66 ; 단열부재, 70 ; 메인커버,

71 ; 배기용 쳄버, 80 ; 팬기구,

90 ; 배기가스 배출구, B1 ; 체크밸브,

B2 ; 솔레노이드밸브, B3 ; 가스밸브,

D1 ; 난방출수관, D2 ; 온수배출관,

F ; 연료공급관, M ; 순환모터,

S ; 급수관, S1 ; 난방입수관,

S2 ; 냉수공급관, S3 ; 보충수공급관.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상하 개구부가 수직으로 배치되는 원통형의 연소실과, 연소실의 둘레로부터 소정 간격으로 이격되어 연소실과 평행하게 배치되는 다수의 연소가스유도관, 연소실의 하단 개구부와 연소가스유도관의 하단 개구부에 연통되는 반전유도쳄버 및, 이들 구성요소들이 내장되는 원통형의 외통으로 이루어지되, 연소실과 연소가스유도관의 상단 개구부가 외통의 상부커버 외부로 개구되고, 외통과 이들 구성요소들 사이에 난방수용 쳄버가 형성되며,난방입수관과 난방출수관이 각각 외통에 연통되어진 하향 연소식 보일러의 열교환기에 있어서, 상기 연소실이 외통의 중심으로부터 한쪽 방향으로 편향되게 배치되고, 연소가스유도관들이 연소실의 중심으로부터 한쪽 방향으로 편향되게 배치되어진 것을 특징으로 하는 구조로 되어 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2a 내지 도 5b는 본 발명을 도시한 도면으로서, 종래 기술을 도시한 도 1a 및 도 1b와 동일한 부위에는 동일한 참조부호를 붙이면서 그 설명은 생략하기로 한다.

도 2a 및 도 2b에 의하면, 본 발명에 따른 열교환기(60)는, 상하 개구부가 수직으로 배치되는 원통형의 연소실(62)과, 연소실(62)의 둘레로부터 소정 간격으로 이격되어 연소실(62)과 평행하게 배치되는 다수의 연소가스유도관(64), 연소실(62)의 하단 개구부와 연소가스유도관(64)의 하단 개구부에 연통되는 반전유도쳄버(63) 및, 이들 구성요소들(62,63,64)이 내장되는 원통형의 외통(61)으로 이루어지되, 상기 연소실(62)이 외통(61)의 중심으로부터 한쪽 방향으로 편향되게 배치되고, 연소가스유도관(64)들이 연소실(62)의 중심으로부터 한쪽 방향으로 편향되게 배치된다. 또한, 연소실(62)과 연소가스유도관(64)의 상단 개구부가 외통(61)의 상부커버(61a) 외부로 개구되고, 외통(61)과 이들 구성요소들(62,63,64) 사이에 난방수용 쳄버(60a)가 형성되며, 난방입수관(S1)과 난방출수관(D1)이 각각 외통(61)에 연통되어, 반전유도쳄버(63)의 하단이 단열부재(66)에 의해 밀폐되어 본체(10)에 얹혀져 지지된다.

상기 본 발명에 따른 열교환기(60)를 이용하게 되면, 도 2a에 도시된 바와 같이, 프론트커버(20)의 설치위치와, 메인커버(70)의 설치위치가 서로 간섭되지 않도록 할 수 있게 되며, 연소실(62)로부터 편향되게 배치되어진 연소가스유도관(64)들이 팬기구(80)의 흡기부분으로부터 가능한 한 고르게 분포되도록 할 수 있게 된다.

따라서, 버너(50)로부터의 고온의 연소가스는 연소실(62)을 따라서 하방향으로 유동된 후, 반전유도쳄버(63)를 통해서 연소가스유도관(64)으로 반전되어, 연소가스유도관(64)을 따라서 상방향으로 유동된 후에 열교환기(60)로부터 배출되고, 이후 연소가스유도관(64)으로부터 배출되어진 배기가스는 메인커버(70)에 의해 밀폐되어진 배기용 쳄버(71)를 거쳐서 팬기구(80)에 의해 강제적으로 배기가스 배출구(90)를 통해서 외부로 배출되는데, 팬기구(80)에 의한 흡인력이 각 연소가스유도관(64)들에 고르게 가해지게 되므로, 연소실(62)로부터의 연소가스가 반전유도쳄버(63)에서 각 연소가스유도관(64)들로 고르게 반전되어 유동된다.

상기 연소가스유도관(64)으로는, 도 2a 및 도 2b에 도시된 제1실시예의 경우와 같이, 원통형으로 형성되어진 것을 이용하는 것이 일반적이지만, 도 3에 도시된 바와 같이, 직사각형의 통형으로 형성되되, 양쪽 측면이 원호를 이루는 연소가스유도관(64')을 이용할 수도 있다.

또한, 도 4 내지 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 반전유도쳄버(63)와 외통(61) 사이에 난방수용 쳄버(60b)가 형성되도록 할 수 있는데, 이러한 경우, 별도의 단열부재(66)가 불필요하게 되고, 난방수의 전열면적이 증대되어 열교환효율이 증대되는 효과가 있다. 도 4에 도시된 제3실시예의 경우에는, 반전유도쳄버(63)의 둘레면에 체결부(63a)가 형성되고, 외통(61)의 둘레면 내측에 체결부(63a)가 고정되어, 반전유도쳄버(63)가 외통(61)의 기저부(61b)로부터 들려올려져서 지지되도록 하고, 도 5a 및 도 5b에 도시된 제4실시예의 경우에는, 반전유도쳄버(63)의 저면에 다수의 지지돌기부(63b)가 형성되고, 외통(61)의 기저부(61b)에 다수의 돌출부(61b')가 형성되며, 기저부(61b)의 돌출부(61b')에 지지돌기부(63b)가 얹혀져서, 반전유도쳄버(63)가 외통(61)의 기저부(61b)에 얹혀져서 지지되도록 하여, 반전유도쳄버(63)와 외통(61) 사이에 난방수용 쳄버(60b)가 형성되도록 하고 있다.

한편, 온수겸용 난방보일러의 경우에는, 도 2a와 도 4 및 도 5a에 도시된 바와같이, 연소실(62)과 연소가스유도관(64)들을 감싸면서 난방수용 쳄버(60a)에 내장되는 온수코일(65)이 구비되고, 냉수공급관(S2)과 온수배출관(D2)이 온수코일(65)에 각각 연통된다.

이상 상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 연소실이 외통의 중심으로부터 한쪽 방향으로 편향되게 배치되고, 연소가스유도관들이 연소실의 중심으로부터 한쪽 방향으로 편향되게 배치되어진 구조로 되어, 연소실로부터 각 연소가스유도관으로 반전되어 유동되는 연소가스가 고르게 분포되므로(팬기구의 흡인력이 각 연소가스유도관들에 고르게 가해지도록 할 수 있게 되므로), 열교환기의 열교환성능이 크게 향상된다. 따라서, 보일러의 난방효율이 향상되고, 연료비용이 절감되는 효과가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구범위를 벗어나지 않는 한도내에서, 다양하게 변형 실시될 수 있음은 물론이다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 상하 개구부가 수직으로 배치되는 원통형의 연소실(62)과, 연소실(62)의 둘레로부터 소정 간격으로 이격되어 연소실(62)과 평행하게 배치되는 다수의 연소가스유도관(64), 연소실(62)의 하단 개구부와 연소가스유도관(64)의 하단 개구부에 연통되는 반전유도쳄버(63) 및, 이들 구성요소들(62,63,64)이 내장되는 원통형의 외통(61)으로 이루어지되, 연소실(62)과 연소가스유도관(64)의 상단 개구부가 외통(61)의 상부커버(61a) 외부로 개구되고, 외통(61)과 이들 구성요소들(62,63,64) 사이에 난방수용 쳄버(60a)가 형성되며, 난방입수관(S1)과 난방출수관(D1)이 각각 외통(61)에 연통되고, 상기 연소실(62)이 외통(61)의 중심으로부터 한쪽 방향으로 편향되게 배치되고, 연소가스유도관(64)들이 연소실(62)의 중심으로부터 한쪽 방향으로 편향되게 배치되는 하향 연소식 보일러의 열교환기에 있어서,

   상기 연소실(62)과 연소가스유도관(64)들을 감싸면서 난방수용 쳄버(60a)에 내장되는 온수코일(65)이 구비되고, 냉수공급관(S2)과 온수배출관(D2)이 온수코일(65)에 각각 연통되어진 것을 특징으로 하는 하향 연소식 보일러의 열교환기.