KR100437667B1 - 상향연소에 의한 응축잠열 회수 콘덴싱 가스보일러 - Google Patents

상향연소에 의한 응축잠열 회수 콘덴싱 가스보일러 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상향연소에 의한 응축잠열 회수 콘덴싱 가스보일러에 관한 것으로서, 연소실(43)과 수직 방향으로 동일한 면적 내에 잠열 열교환기(48)가 배속되도록 하고, 잠열부(49)내에 배기가스가 후면 한곳에 모인 뒤 상기 잠열 열교환기(48)를 통과할 수 있도록 배기가스 안내부재를 설치하며, 잠열 열교환기(48)를 경사지게 설치하여 최적의 조건으로 잠열 열교환기(48)에 응축잠열의 재흡수가 일어날 수 있도록 함으로써, 제품의 고효율, 경량화 및 콤팩트화를 실현할 수 있는 상향연소에 의한 응축잠열 회수 콘덴싱 가스보일러를 제공한다.

Description

상향연소에 의한 응축잠열 회수 콘덴싱 가스보일러{condensing Gas boiler using uptrend combustion type for withdraw latent heat}
본 발명은 상향연소에 의한 응축잠열 회수 콘덴싱 가스보일러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연소실과 수직 방향으로 동일한 면적 내에 잠열 열교환기가 배속되도록 하고, 잠열부내에 배기가스가 후면 한곳에 모인 뒤 상기 잠열 열교환기를 통과할 수 있도록 배기가스 안내부재를 설치하며, 잠열 열교환기를 경사지게 설치하여 최적의 조건으로 잠열 열교환기에 응축잠열의 재흡수가 일어날 수 있도록 함으로써, 제품의 고효율, 경량화 및 콤팩트화를 실현할 수 있는 상향연소에 의한 응축잠열 회수 콘덴싱 가스보일러에 관한 것이다.
일반적으로 가스보일러는 가스를 연료로 하며, 상기 가스를 연소시킬 때 발생하는 연소열을 이용하여 물을 가열하고, 가열되어 축열된 물을 강제적으로 순환시키는 순환펌프에 의해 실내에 설치되어 있는 난방배관으로 순환시켜 실내를 난방하게 되며, 아울러 데워진 물을 욕실과 부엌 등에 온수로 공급하는 장치이다.
이러한 가스보일러 중 콘덴싱 가스보일러는 연소열을 이용하여 직접 난방수를 가열하고, 아울러 배기가스 중에 포함되어 있는 수증기의 응축잠열을 재차 흡수하여 열효율을 극대화시킨 보일러이다.
도 1은 종래 하향연소식 콘덴싱 가스보일러를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 2는 종래 상향연소식 콘덴싱 가스보일러를 개략적으로 도시한 구성도이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 종래 하향연소식 콘덴싱 가스보일러는 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 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 하향연소식 콘덴싱 가스보일러는 배기덕트(17)가 보일러 내부 체적을 과도하게 차지함으로써 경량화 및 콤펙트화가 어렵고, 배기 부하가 과중하여 송풍팬(12)의 부하가 커지는 단점이 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래 상향연소식 콘덴싱 가스보일러는 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 덥혀주게 된다.
상기한 상향연소식 콘덴싱 가스보일러는 주열교환기(22)와 보조 열교환기(23) 사이에 배기가스가 특별한 작용 없이 열을 방출하는 영역인 데드 존(Dead Zone)을 형성함으로써 열효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
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.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연소실과 수직 방향으로 동일한 면적 내에 잠열 열교환기가 배속되도록 하고, 잠열부내에 배기가스가 후면 한곳에 모인 뒤 상기 잠열 열교환기를 통과할 수 있도록 배기가스 안내부재를 설치하며, 잠열 열교환기를 경사지게 설치하여 최적의 조건으로 잠열 열교환기에서 응축잠열의 재흡수가 일어날 수 있도록 함으로써, 열교환 효율이 향상되고, 제품의 경량화 및 콤팩트화를 실현할 수 있으며, 내식성을 확보할 수 있는 상향연소에 의한 응축잠열 회수 콘덴싱 가스보일러를 제공하는데 있다.
도 1은 종래 하향연소식 콘덴싱 가스보일러를 개략적으로 도시한 구성도,
도 2는 종래 상향연소식 콘덴싱 가스보일러를 개략적으로 도시한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 상향연소식 콘덴싱 가스보일러의 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 상향연소식 콘덴싱 가스보일러의 잠열부를 도시한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
41 : 버너부 43 : 연소실
45 : 현열 열교환기 46 : 현열부
48 : 잠열 열교환기 49 : 잠열부
50 : 잠열부전면커버 51 : 잠열부후면커버
53 : 배기구 54 : 상부 안내판
56: 하부 안내판 60 : 응축수배출구
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연소실의 하부에 설치되어 열을 공급하는 버너와, 상기 버너에서 발생하는 열을 흡수하는 현열 열교환기가 구비된 현열부와, 상기 현열부를 통과한 배기가스의 열을 흡수하는 잠열 열교환기가 구비된 잠열부로 구성된 상향연소식 콘덴싱 가스보일러에 있어서,
상기 연소실과 일체형으로 이루어진 현열부의 상부에 잠열부가 수직방향으로적층되어 일체로 이루어지고, 상기 잠열부내에 배기가스가 후면 한곳에 모인 후 전면으로 유동되도록 배기가스 안내부재가 설치되며, 상기 배기가스가 후면에서 전면으로 유동하는 유로상에 잠열 열교환기가 구비되고, 상기 잠열부의 상단에 배기가스를 외부로 배출하는 배기구가 형성되는 것을 특징으로 하는 상향연소에 의한 응축잠열 회수 콘덴싱 가스보일러를 제공한다.
이때, 상기 배기가스 안내부재는 연소실로부터 유입되는 배기가스를 잠열부의 후면 한곳에 모일 수 있도록 안내하는 하부 안내판과, 후면 한곳에 모인 배기가스가 전면으로 유동하여 배기구를 통해 상향 배출 될 수 있도록 하는 상부 안내판으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 상부 안내판과 하부 안내판 사이에 설치되는 잠열 열교환기는 이중 및 다중구조로 이루어지며, 전열면적을 최대로 하기 위해 경사지게 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부 안내판에는 응축수를 응축수 배출관으로 배출하는 응축수 배출구가 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하도록 한다.
이때, 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이며 종래의 기술과 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 명칭을 부여하고 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 상향연소식 콘덴싱 가스보일러의 구성도이고, 도 4는본 발명에 따른 상향연소식 콘덴싱 가스보일러의 잠열부를 도시한 도면이다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 상향연소에 의한 응축잠열 회수 콘덴싱 가스보일러는 버너(40)가 연소를 하여 열을 발생시키는 버너부(41)와, 상기 버너부(41)의 상부에 형성되는 연소실(43)에서 발생하는 열을 직접적으로 열교환하는 현열 열교환기(45)가 구비되는 현열부(46)와, 상기 현열부(46)를 통과한 배기가스의 열을 흡수하는 잠열 열교환기(48)가 구비되는 잠열부(49)가 수직방향으로 적층되어 일체로 구성된다.
그리고, 상기 잠열부(49)의 상단에는 배기가스를 외부로 배출하는 배기구(53)가 일체로 형성된다.
이때, 상기 잠열부(49)에는 연소실(43)로부터 유입된 배기가스가 후면 상단으로 유동된 뒤 다시 전면 하단으로 유동될 수 있도록 유로를 형성하는 배기가스 안내부재가 설치된다.
상기 배기가스 안내부재는 상부 안내판(54)과 하부 안내판(56)으로 이루어지는데, 상기 하부 안내판(56)은 잠열부(49) 전면의 하부에서 후면의 상부쪽으로 연결되어 절곡된 형상으로 이루어지고, 상기 상부 안내판(54)은 잠열부(49) 후면의 상부에서 전면의 하부쪽으로 연결되어 절곡된 형상으로 이루어진다.
즉, 상기 상부 안내판(54)과 하부 안내판(56)은 잠열부(49)내에서 서로 대칭되도록 설치되는데, 배기가스가 큰 저항없이 안내될 수 있도록 부드러운 곡선부를 이루는 것이 바람직하고, 상기와 같은 배기유로를 형성하는 범위내에서 다양한 형상으로 변형되어 이루어질 수 있다.
상기 상부 안내판(54)과 하부 안내판(56)에 의해 생성된 배기유로에서, 배기가스가 후면 상단에서 전면 하단으로 안내되는 유로상에는 잠열 열교환기(48)가 설치된다.
즉, 상기 상부 안내판(54)과 하부 안내판(56) 내부에 상기 잠열 열교환기(48)가 설치되는데, 상기 잠열 열교환기(48)는 이중 및 다중구조로 설치될 수 있으며, 전열면적을 크게 하기 위해 경사지게 설치된다.
이때, 상기 잠열 열교환기(48)의 파이프중 임의의 하나는 난방수유입관(72)과 연결되고, 또 다른 하나는 현열 열교환기(45)에 연결되게 된다.
그리고, 상기 잠열 열교환기(48)에는 배기가스로부터 열교환되는 과정에서 응축수가 생성되게 되는데, 상기 응축수는 상기 하부 안내판(56)의 상측면에 낙하하게 된다.
그러므로, 상기 하부 안내판(56) 상측면의 일측에는 응축수를 응축수배출관(70)으로 배출하는 응축수배출구(60)가 형성된다.
이때, 상기 하부 안내판(56)의 상측면은 한쪽으로 경사지게 이루어져, 그 위로 떨어진 응축수가 한쪽으로 집수될 수 있도록 하고, 경사진 부분의 저면에 상기 응축수배출구(60)가 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 잠열부(49)의 외벽과 상부 안내판(54) 및 하부 안내판(56)은 배기가스가 유동하면서 직접적으로 접촉하게 되는 부분으로서 공기층에 의한 보온효과로 열손실을 방지하기 위해 그 내부에 공기층을 가지는 이중구조로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 현열부(46)의 현열 열교환기(45)는 열교환율을 높이기 위해 동 재질이나 알루미늄 재질의 파이프를 전조 가공하여 사용한다.
그리고, 상기 잠열부(49)의 잠열 열교환기(48)는 응축수에 의한 부식을 방지하기 위해 내부는 동 재질의 파이프로 하고, 외부는 알루미늄 재질의 파이프를 전조 가공하여 사용하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 살펴보도록 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 상향연소에 의한 응축잠열 회수 콘덴싱 가스보일러는 버너(40)가 연소를 하여 열을 발생시키는 버너부(41)와, 상기 버너부(41)의 상부에 형성되는 연소실(43)에서 발생하는 열을 직접적으로 열교환하는 현열 열교환기(45)가 구비되는 현열부(46)와, 상기 현열부(46)를 통과한 배기가스의 열을 흡수하는 잠열 열교환기(48)가 구비되는 잠열부(49)가 수직방향으로 적층되어 일체로 이루어진다.
그리고, 상기 잠열부(49)내에 배기가스가 후면 한곳에 모인 후 전면으로 유동되도록 안내하는 하부 안내판(56)과 상부 안내판(54)이 설치되고, 상기 배기가스가 후면에서 전면으로 안내되는 유로상에 잠열 열교환기(48)가 구비되며, 상기 잠열부(49)의 상단에 배기가스를 외부로 배출하는 배기구(53)가 형성된다.
또한, 상기 하부 안내판(56)의 일측에는 집수되는 응축수를 배출하기 위한 응축수배출구(60)가 형성된다.
이와 같이 구성된 상태에서, 상기 버너부(41)의 버너(40)가 가동되면 연소실(43)에서 연소를 하여 열을 발생시키고, 상기 연소실(43)의 상부에 구비된현열 열교환기(45)에 직접적으로 열이 전달된다.
상기 현열 열교환기(45)를 통과한 배기가스는 그 상부에 위치한 잠열부(49)로 유입되는데, 상기 배기가스는 잠열부(49)내에서 배기가스 안내부재, 즉 상부 안내판(54)과 하부 안내판(56)을 따라 안내되어 유동하게 된다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 연소실(43)로부터 잠열부(49)내로 유입된 배기가스는 하부 안내판(56)에 의해 유도되어 상기 하부 안내판(56)과 잠열부후면커버(51) 사이의 공간으로 운집하여 상승하게 된다.
이후, 상기 상부 안내판(54)에 의해 유도되어 잠열부(49)의 전면으로 유동하면서 상기 상부 안내판(54)과 하부 안내판(56) 사이에 설치된 잠열 열교환기(48)를 통과하여 열을 전달한 후 상부 안내판(54)과 잠열부전면커버(50) 사이의 공간을 통해 상부로 유도된 후 배기구(53)로 상향 배기된다.
이때, 상기 배기구(53)는 잠열부(49)의 상단에 일체로 구성되어 있어, 배기가스를 안내하는 별도의 배기덕트를 필요로 하지 않게 된다.
그리고, 잠열부(49)내에서 고온의 배기가스가 후면의 한곳에 모인 뒤 잠열 열교환기(48)를 통과함에 따라 최적의 조건으로 응축잠열의 흡수가 가능하게 되며, 상기 잠열 열교환기(48)가 경사지게 설치되어 전열면적이 커짐에 따라 열교환 효율이 더욱 향상되게 된다.
또한, 상기 잠열 열교환기(48)를 통과한 저온의 배기가스가 잠열부(49)의 전면으로 유도되어 배기구(53)를 통해 배출되므로 잠열부전면커버(50)의 온도를 낮출 수 있게 된다.
이 과정에서 상기 잠열 열교환기(48)의 표면에 생성된 응축수는 낙하하여 경사진 하부 안내판(56)을 통해 저면으로 이동하고, 상기 하부 안내판(56)의 일측에 형성된 응축수배출구(60)로 유도되어 응축수배출관(70)을 통해 배출된다.
상기한 열전달 과정을 이용하는 난방수의 순환을 살펴보면, 난방을 수행하고 식혀진 난방수가 난방수유입관(72)을 통해 잠열 열교환기(48)에 유입되어 각 파이프를 순차적으로 이동하면서 배기가스의 열을 흡수하여 열교환하면서 예열된다.
상기 과정을 거쳐 열을 흡수한 난방수는 연결관(75)을 통해 연소실(43)의 상부에 위치한 현열 열교환기(45)로 유입되어 연소열을 직접적으로 흡수하고 난방수 배출관(74)으로 배출되어 난방하고자 하는 공간을 난방시키고 다시 난방수유입관(72)으로 유입되는 과정을 반복하게 된다.
이상에서, 상기 잠열 열교환기(48)는 3열로 배치되는 것을 예시 및 도시하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않고 잠열 열교환기(48)가 여러가지 다중구조로 이루어질 수 있음은 당연하다 하겠다.
그리고, 상기 잠열부(49)의 상단에 배기구(53)가 형성되어 배기가스를 배출하기 위한 별도의 배기덕트를 필요로 하지 않아 제품의 크기를 줄일 수 있게 된다.
또한, 상기 잠열부(49)의 잠열 열교환기(48)의 내부는 열전달율이 좋은 동 재질의 파이프로 이루어지고, 외부는 알루미늄 재질의 파이프로 이루어져, 응축수가 동관에 접촉되어 부식되는 것이 방지된다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 상향연소에 의한 응축잠열 회수 콘덴싱 가스보일러에 의하면, 연소실과 수직 방향으로 동일한 면적 내에 잠열 열교환기가 배속되도록 하고, 잠열부내에 배기가스가 후면 한곳에 모인 뒤 잠열 열교환기를 통과할 수 있도록 배기가스 안내부재를 설치하며, 잠열 열교환기를 경사지게 설치하여 최적의 조건으로 잠열 열교환기에서 응축잠열의 재흡수가 일어날 수 있도록 함으로써, 열교환 효율이 향상되고, 제품의 경량화 및 콤팩트화를 실현할 수 있으며, 내식성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 연소실(43)의 하부에 설치되어 열을 공급하는 버너(40)와, 상기 버너(40)에서 발생하는 열을 흡수하는 현열 열교환기(45)가 구비된 현열부(46)와, 상기 현열부(46)의 상부에 수직방향으로 적층되어 상기 현열부(46)를 통과한 배기가스의 열을 흡수하는 잠열 열교환기(48)가 구비된 잠열부(49)로 구성된 상향연소식 콘덴싱 가스보일러에 있어서,
    상기 연소실(43)과 현열부(46) 및 잠열부(49)를 수직방향으로 동일한 면적 내에 구성하여 잠열부(49)의 잠열 열교환기(48)가 경사지게 설치되고,
    상기 잠열부(49)내에 배기가스가 후면 한곳에 모인 후 전면으로 유동되도록 잠열부(49) 전면 하단에서 후면 상단으로 절곡된 형상을 가지고 연결되어 배기가스를 잠열부(49)의 후면 상단에 모일 수 있도록 안내하는 하부 안내판(56), 잠열부(49) 후면 상단에서 전면 하단으로 절곡된 형상을 가지고 연결되어 배기가스를 전면 하단으로 안내하는 상부 안내판(54)으로 이루어진 배기가스 안내부재가 설치되며,
    상기 잠열부(49)의 상단에서 배기가스를 외부로 배출하는 배기구(53)가 상기 잠열부(49)에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 상향연소에 의한 응축잠열 회수 콘덴싱 가스보일러.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 잠열 열교환기(48)의 파이프중 임의의 하나는 난방수유입관(72)과 연결되고, 또 다른 하나는 현열 열교환기(45)에 연결되는 것을 특징으로 하는 상향연소에 의한 응축잠열 회수 콘덴싱 가스보일러.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 잠열 열교환기(48)는 전열면적을 최대로 하기 위해 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 상향연소에 의한 응축잠열 회수 콘덴싱 가스보일러.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 하부 안내판(56)의 상측면 일측에 응축수를 응축수배출관(70)으로 배출하는 응축수배출구(60)가 형성되는 것을 특징으로 하는 상향연소에 의한 응축잠열 회수 콘덴싱 가스보일러.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 잠열 열교환기(48)는 다중구조 및 다중배열로 구성되는 것을 특징으로하는 상향연소에 의한 응축잠열 회수 콘덴싱 가스보일러.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 잠열 열교환기(48)는 부식 방지를 위해 내부는 동 재질의 파이프를 사용하고, 외부는 알루미늄 재질의 파이프를 전조 가공하여 사용하는 것을 특징으로 하는 상향연소에 의한 응축잠열 회수 콘덴싱 가스보일러.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 현열 열교환기(45)는 동 재질의 파이프를 전조 가공하여 사용하는 것을 특징으로 하는 상향연소에 의한 응축잠열 회수 콘덴싱 가스보일러.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 현열 열교환기(45)는 알루미늄 재질의 파이프를 전조 가공하여 사용하는 것을 특징으로 하는 상향연소에 의한 응축잠열 회수 콘덴싱 가스보일러.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 잠열 열교환기(48) 및 배기가스 안내부재는 열손실을 방지하기 위하여 그 내부에 공기층을 가지는 이중구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상향연소에 의한 응축잠열 회수 콘덴싱 가스보일러.
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