KR100449413B1 - 고부하 예혼합 버너를 갖는 콘덴싱 가스보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고부하 예혼합 버너를 구비한 콘덴싱 가스보일러에 관한 것으로써, 내부에 연소실이 마련되고 상부에 배기구가 일체로 형성된 케이싱과; 상기 연소실의 하부에 마련되어 상기 연소실 내를 가열하며, NO_X및 CO의 배출이 비교적 적은 고부하 예혼합 버너와; 상기 케이싱 내에 마련되는 복수의 현열부 열교환기와; 상기 현열부 열교환기의 상부에 상기 예혼합 버너에 의한 연소열이 상기 배기구를 향해 진행하는 수직방향을 따라 상기 현열부 열교환기와 동일한 면적으로 배치되는 복수의 잠열부 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 환경에 악영향을 끼치는 NO_X및 CO의 배출을 줄이면서도 전열면적을 최대화하고 최상의 현열 및 응축 조건을 만들어 열교환 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 장치의 컴팩트화를 추구하면서도 내식성을 확보할 수 있게 되는 것이다.

Description

고부하 예혼합 버너를 갖는 콘덴싱 가스보일러{Condensing Gas Boiler Having High Load Pre-Mixed Burner}

본 발명은 고부하 예혼합 버너를 갖는 콘덴싱 가스보일러에 관한 것으로서,보다 상세하게는 환경에 악영향을 끼치는 NO_X및 CO의 배출을 줄이면서도 전열면적을 최대화하고 최상의 현열 및 응축 조건을 만들어 열교환 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 장치의 컴팩트화를 추구하면서도 내식성을 확보할 수 있도록 한 고부하 예혼합 버너를 갖는 콘덴싱 가스보일러에 관한 것이다.

일반 가정이나 공공 건물 등에 사용되는 보일러는 난방용이나 온수용으로 이용되며, 보일러로 제공되는 연료의 형태에 따라 기름보일러와 가스보일러로 구분된다.

동일한 용량을 갖는 기름 및 가스보일러를 비교해 보면 구입가격에 있어서 기름보일러가 가스보일러에 비해 저렴하나 가스보일러가 기름보일러에 비해 연료 소모량이 적다는 이점이 있다.

그러나, 장기적으로 볼 때, 소비자가 부담해야 하는 경비는 기름 및 가스보일러 모두가 거의 동일하다 할 수 있다.

이에, 도시가스가 공급되는 지역이라면 가스보일러를 사용하고 도시가스가 공급되지 않는 기타의 지역에서는 기름보일러를 많이 이용하게 된다.

한편, 가스보일러의 경우, 가스가 연소하는 과정에서 발생하는 수증기는 저온의 물체나 공기에 접할 때 물(H₂O)로 변하는 과정에서 열에너지를 발생시킨다.

이때, 발생하는 열을 가스보일러가 재흡수하면 그 열효율이 보다 높아지는데 이러한 방식으로 설계된 보일러를 소위, 콘덴싱 가스보일러라 한다.

콘덴싱 가스보일러는 통상의 일반 가스보일러에 비해 그 열효율이 높을 뿐만아니라 연료비가 현격하게 절감되기 때문에 근자에 들어서는 콘덴싱 가스보일러의 사용이 증가되고 있다.

종래의 콘덴싱 가스보일러는 부분예혼합 및 분젠버너 등을 채용하여 가스를 연소시킴으로써 발생되는 연소열을 이용, 직접 난방수를 가열하고 아울러 배기가스의 응축잠열을 재차 흡수함으로써 그 열효율을 높인다.

따라서, 콘덴싱 가스보일러는 그 열효율을 고려하여 동 재질을 널리 채용한다.

그러나, 열교환기 내부에서는 응축시 발생하는 산성 수분과 배기가스 중의 황산화물, 질소산화물 및 연소열에 의해 부식이 발생하는 바, 이를 억제하기 위해 근래에는 내식성을 갖춘 알루미늄 혹은 스테인레스 스틸 재질을 채용하기도 한다.

그런데, 종래의 콘덴싱 가스보일러에 있어서는, 대부분 부분예혼합 및 분젠버너 등을 채용하여 가스를 연소시키고 있기 때문에 NO_X및 CO의 배출이 비교적 많아 환경에 악영향을 끼치는 문제점이 있다.

또한, 부식 방지를 위해 알루미늄 혹은 스테인레스 스틸 재질을 채용한 종래의 콘덴싱 가스보일러의 경우에는, 알루미늄 혹은 스테인레스 스틸 재질이 특성상 내식성은 좋은 반면, 열효율이 낮기 때문에 동일 열량을 확보하기 위해서는 열교환기 자체를 크게 형성해야 하므로 콘덴싱 가스보일러를 컴팩트화 할 수 없다는 결점이 있다.

또한, 종래의 콘덴싱 가스보일러는 배기가스의 흐름방향을 동일시하기 위해현열부 및 잠열부 열교환기의 수직방향 면적이 서로 다르게 배치되어 바, 열교환 효율이 감소되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 환경에 악영향을 끼치는 NO_X및 CO의 배출을 줄이면서도 전열면적을 최대화하고 최상의 현열 및 응축 조건을 만들어 열교환 효율을 향상시켜 대용량으로 설계할 수 있도록 한 고부하 예혼합 버너를 갖는 콘덴싱 가스보일러를 제공하는데 있는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 장치의 컴팩트화를 추구하면서도 내식성을 확보할 수 있도록 한 고부하 예혼합 버너를 갖는 콘덴싱 가스보일러를 제공하는데 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 콘덴싱 가스보일러의 개략적인 구성도,

도 2는 현열부 열교환기 영역의 확대도,

도 3a 내지 도 3e는 현열부 열교환기에 마련된 배기저항체의 다른 실시예들에 대해 도시한 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 케이싱 12 : 연소실

14 : 배기구 16 : 예혼합 버너

20 : 현열부 열교환기 22 : 난방수출구어댑터

25 : 배기저항체 30 : 잠열부 열교환기

40 : 응축수받이 41 : 단열재

50 : 배기흐름판 54 : 연결부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에 연소실이 마련되고 상부에 배기구가 일체로 형성된 케이싱과; 상기 연소실의 하부에 마련되어 상기 연소실 내를 가열하며, NO_X및 CO의 배출이 비교적 적은 고부하 예혼합 버너와; 상기 케이싱 내에 마련되는 복수의 현열부 열교환기와; 상기 현열부 열교환기의 상부에 상기 예혼합 버너에 의한 연소열이 상기 배기구를 향해 진행하는 수직방향을 따라 상기 현열부 열교환기와 동일한 면적으로 배치되는 복수의 잠열부 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고부하 예혼합 버너를 갖는 콘덴싱 가스보일러를 제공함으로써 달성된다.

여기서, 상기 현열부 및 잠열부 열교환기는 상기 케이싱의 횡단면 수평축선에 대해 소정의 기울기를 가지고 경사 배치되고 소정의 연결부에 의해 부분적으로 연결되어 있다.

그리고, 상기 현열부 및 잠열부 열교환기 중 적어도 어느 하나는 그 내부 및 외부가 각각 동 재질 및 알루미늄 재질 중 어느 하나로 가공되는 것이 보다 유리하다.

상기 현열부 열교환기에는 열교환 효율을 돕는 복수의 배기저항체가 마련되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 콘덴싱 가스보일러는 상기 현열부 열교환기와 상기 잠열부 열교환기 사이에 마련되며 일단은 상기 케이싱의 내측 일벽면에 접촉되고 타단은 상기 케이싱의 내측 타벽면으로부터 이격 배치되는 응축수받이와; 상기 배기구를 향한 상기 잠열부 열교환기의 상부에 마련되며 일단은 상기 케이싱의 내측 일벽면으로부터 이격되고 타단은 상기 케이싱의 내측 타벽면에 접촉되는 배기흐름판을 더 포함하고 있다.

이때, 상기 응축수받이 및 상기 배기흐름판 중 적어도 어느 하나는 이중의 공기층을 가지고 상호 이격 배치되며, 그 측벽은 단열재질로 이루어져 있다.

상기 잠열부 열교환기는 적어도 이단 이상의 다중구조를 가질 수 있다.

이 역시, 열교환 효율을 높이기 위한 하나의 실시예이다.

상기 배기구에 인접한 상기 잠열부 열교환기의 상측에는 상기 복수의 잠열부열교환기 중 어느 하나에 장착된 난방수입구어댑터가 마련되어 있다.

상기 복수의 현열부 열교환기는 측판에 의해 고정되어 있으며, 상기 복수의 현열부 열교환기 중 어느 하나에는 난방수출구어댑터가 장착되어 있다.

상기 케이싱의 측벽에는 연소실 내의 열기 외부로 방출되는 것을 저지하는 단열재가 개재되어 있다.

상기 현열부 및 잠열부 열교환기는 상기 연소실의 크기에 따라 상호 겹쳐지거나 분리되어 설계될 수 있을 것이다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 대해 상세히 설명하며, 실시예의 설명 중, 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 콘덴싱 가스보일러의 개략적인 구성도 이고, 도 2는 현열부 열교환기 영역의 확대도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 콘덴싱 가스보일러는 외관을 형성하며 내부에 연소실(12)이 형성된 케이싱(10)을 갖는다.

상기 케이싱(10)의 측벽에는 연소실(12) 내의 열기가 외부로 방열되는 것을 저지하여 연소 효율을 높이기 위한 단열재(10c)가 충진되어 있고, 케이싱(10)의 상부에는 배기구(14)가 형성되어 있다.

본 실시예에서는 별도의 배기가스안내판(미도시) 없이 후술할 잠열부 열교환기(30) 측의 케이싱(10) 상부에 배기구(14)가 일체로 마련되어 있다.

따라서, 제품의 컴팩트화를 추구할 수 있을 뿐만 아니라 배기가스안내판을없앰으로써 그만큼의 원가 절감 효과를 거둘 수 있다.

상기 케이싱(10)의 하부에는 상향 연소방식으로 연소실(12) 내를 가열하는 한편, 가열시 환경에 유해한 NO_X및 CO의 배출이 비교적 적을 뿐만 아니라 고부하의 효율을 갖는 예혼합 버너(18)가 마련되어 있다.

이러한 예혼합 버너(18)로 인해 장치의 컴팩트화를 추구하면서도 가스보일러를 대용량으로 설계할 수 있게 된다.

상기 연소실(12)의 중앙 영역에는 측판(21)에 의해 고정되어 일렬로 배치된 복수의 현열부 열교환기(20)가 마련되어 있다.

이 현열부 열교환기(20)는 예혼합 버너(18)에 의해 연소된 열을 이용하여 직접 난방수를 가열한다.

이러한 현열부 열교환기(20)는 배기흐름이 원활해 질 수 있을 뿐만 아니라 전열면적이 최대로 이루어질 수 있도록 케이싱(10)의 횡단면 수평축선에 대해 소정의 기울기를 가지고 배치되어 있다.

그리고, 상기 현열부 열교환기(20)는 내부식성을 가질 수 있도록 그 내부는 동 재질의 파이프로 채용하고 외부는 알루미늄 재질로 전조 가공하여 사용될 수 있다.

그러나, 경우에 따라서는 내부 및 외부를 모두 알루미늄 전조 가공물로 채용할 수도 있는 것이다.

상기 현열부 열교환기(20)들 중 어느 하나에는 난방수가 배출되는 난방수출구어댑터(22)가 장착되어 있다.

한편, 각 현열부 열교환기(20)의 상부에는 배기저항에 따른 현열부 열교환기(20) 후면에 이르기까지 최대한의 열교환 효율이 이루어지도록 복수의 배기저항체(25)가 마련되어 있다.

이때, 각 배기저항체(25)는 배기흐름을 위한 공간부(25a)를 가지고 상호 이격 배치된 대략 "Ｖ" 형상을 이룬다.

상기 현열부 열교환기(20)의 상부에는 복수의 잠열부 열교환기(30)가 마련되어 있고, 이 잠열부 열교환기(30) 역시, 현열부 열교환기(20)와 마찬가지로 케이싱(10)의 횡단면 수평축선에 대해 소정의 기울기를 가지고 경사 배치되어 있다.

이때, 상기 잠열부 열교환기(30)는 예혼합 버너(18)에 의한 연소열이 배기구(14)를 향해 진행하는 수직방향을 따라 현열부 열교환기(20)와 동일한 면적으로 배치되어 있다.

따라서, 전열면적을 최대화하고 현열 및 응축 조건을 만들어 열교환 효율을 향상시키며 장치의 컴팩트화를 이룰 수 있다.

상기 잠열부 열교환기(30) 역시, 현열부 열교환기(20)와 마찬가지로 내부식성을 가질 수 있도록 그 내부는 동 재질로 채용하고 외부는 알루미늄 재질로 전조 가공하여 사용될 수 있을 것이다.

본 실시예에서 잠열부 열교환기(30)는 측방향을 따라 일렬로 배열되어 있으나, 2단, 다중구조 및 다중 배열 방식으로 구성할 수도 있으며, 필요에 따라 달리분리하여 배열할 수도 있을 것이다.

상기 잠열부 열교환기(30)의 일단에는 난방수가 입수되는 난방수입구어댑터(32)가 마련되어 있으며, 각 잠열부 열교환기(30) 중 어는 하나와 현열부 열교환기(20)의 일단에는 이들을 상호 연결하는 연결부(54)가 마련되어 있다.

이 연결부(54)는 도시된 것과는 다른 방식으로 현열부 및 잠열부 열교환기(20,30)를 연결할 수도 있다.

한편, 상기 현열부 열교환기(20)와 잠열부 열교환기(30) 사이에는 응축수받이(40)가 마련되어 있다.

상기 응축수받이(40)는 그 일단이 케이싱(10)의 내측 일벽면(10a)에 접촉되고 타단이 케이싱(10)의 내측 타벽면(10b)으로부터 이격 배치된다.

상기 타벽면(10b)으로부터 이격 배치된 이격 간격으로는 배기의 흐름이 이루어진다.

그리고, 응축수받이(40)의 일단에는 잠열부 열교환기(30)의 열교환 작용시 발생하여 응축수받이(40)에 모인 응축수를 배출시키는 응축수배출구(42)가 형성되어 있다.

상기 잠열부 열교환기(30)의 상측에는 현열부 열교환기(20)를 거친 배기의 흐름을 안내하는 배기흐름판(50)이 설치되어 있다.

이 배기흐름판(50)은 그 일단이 케이싱(10)의 내측 일벽면(10a)으로부터 이격되고 타단이 케이싱(10)의 내측 타벽면(10b)에 접촉된다.

상기 응축수받이(40)와 배기흐름판(50)은 열효율이 저하되는 것을 방지하기 위해 이중의 공기층을 가질 수 있으며, 그 측벽은 단열재(41,51)로 이루어져 있다.

한편, 도시하고 있지는 않으나, 응축수받이(40)와 배기흐름판(50)에는 잠열부 열교환기(30) 전역에서 열교환이 이루어질 수 있도록 소정의 이격간격을 두고 잠열부 열교환기(30)를 향해 판면으로부터 돌출된 복수의 배기저항돌출부(미도시)가 형성될 수도 있다.

만일, 배기저항돌출부를 형성하게 되면, 이들이 배기가스의 흐름을 최대로 저지시킴으로써 잠열부 열교환기(30)에 의한 열교환 효율이 보다 높아질 수 있도록 할 것이다.

또, 상기 응축수받이(40)와 배기흐름판(50) 역시, 현열부 열교환기(20) 및 잠열부 열교환기(30)와 마찬가지로 경사 배치된다.

이러한 구성에 의해, 예혼합 버너(18)가 동작되어 가스를 연소시키면, 현열부 열교환기(20)를 통과한 배기가스가 상호 이격 배치된 배기저항체(25)의 공간부(25a)를 통과하여 응축수받이(40)로 향한다.

그리고, 배기가스는 응축수받이(40)의 하부에서 케이싱(10)의 타벽면(10b)으로부터 이격 배치된 이격 간격으로 유도된다.

이렇게 유도된 배기가스는 배기흐름판(50)의 하부에 2중으로 배열된 잠열부 열교환기(30)들과 차례로 열교환 된다.

이때, 잠열부 열교환기(30)의 열교환 작용시 발생하는 응축수는 응축수받이(40)에 모인 후, 응축수배출구(42)를 통해 배출된다.

상기 잠열부 열교환기(30)를 차례로 거치면서 열교환된 배기가스는 배기흐름판(50)의 일단과 케이싱(10)의 내측 일벽면(10a) 사이의 이격간격으로 유도된 후, 상측으로 부상하여 케이싱(10)의 상부 배기구(14)를 통해 외부로 배출된다.

이러한 방식에 의해 연소되는 본 발명의 콘덴싱 가스보일러에 의하면, 예혼합 버너(18)로 인해 환경에 악영향을 끼치는 NO_X및 CO의 배출을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 대용량으로 설계할 수 있다.

또한, 종래와 대별되는 상기의 진보적인 구성에 의해 전열면적이 최대화되어 최상의 현열 및 응축 조건을 만들 수 있어 열교환 효율을 향상시킬 수 있으면서도 장치의 컴팩트화를 추구할 수 있게 된다.

한편, 도 3a 내지 도 3e는 현열부 열교환기에 마련된 배기저항체의 다른 실시예들에 대해 도시한 도면이다.

즉, 도 3a에 도시된 배기저항체(25a)는 원형상으로 이루어져 있으며, 도 3b에 도시된 배기저항체(25b)는 마름모꼴 형상을 갖는다.

그리고, 도 3c에 도시된 배기저항체(25c)는 각 변이 절곡된 마름모꼴 형상을 이루고 있고, 도 3d에 도시된 배기저항체(25d)는 역삼각형 형상을 가지며, 도 3e에 도시된 배기저항체(25e)는 갈매기 형상을 갖는다.

이러한 배기저항체(25a~25e)들 역시 각 부분 사이에 배기가스가 흐르는 공간부(미도시)를 가지며, 현열부 열교환기(20)의 열교환 효율을 높이기 위해 채용된 것이므로 이들에 도시된 것과는 다른 형상이 채용될 수 있음은 물론이다.

전술한 실시예에서는 높이방향을 따라 현열부 열교환기(20)와 잠열부 열교환기(30)가 상호 이격되어 있으나, 연소실(12)의 크기에 따라 이들은 겹쳐져 있을 수도 있는 것이다.

또한, 연결부(54)에 의해 현열부 및 잠열부 열교환기(20,30)가 상호 연결되어 있으나, 이들 역시 분리될 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 환경에 악영향을 끼치는 NO_X및 CO의 배출을 줄이면서도 전열면적을 최대화하고 최상의 현열 및 응축 조건을 만들어 열교환 효율을 향상시켜 대용량으로 설계할 수 있는 효과가 있다.

또한, 장치의 컴팩트화를 추구하면서도 내식성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 내부에 연소실이 마련되고 상부에 배기구가 일체로 형성된 케이싱과;

   상기 연소실의 하부에 마련되어 상기 연소실 내를 가열하며, NO_X및 CO의 배출이 비교적 적은 고부하 예혼합 버너와;

   상기 케이싱 내에 마련되는 복수의 현열부 열교환기와;

   상기 현열부 열교환기의 상부에 상기 예혼합 버너에 의한 연소열이 상기 배기구를 향해 진행하는 수직방향을 따라 상기 현열부 열교환기와 동일한 면적으로 배치되는 복수의 잠열부 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고부하 예혼합 버너를 갖는 콘덴싱 가스보일러.
2. 제1항에 있어서,

   상기 현열부 및 잠열부 열교환기는 상기 케이싱의 횡단면 수평축선에 대해 소정의 기울기를 가지고 경사 배치되고 소정의 연결부에 의해 부분적으로 연결되어 있으며;

   상기 현열부 및 잠열부 열교환기 중 적어도 어는 하나는 그 내부 및 외부가 각각 동 재질 및 알루미늄 재질 중 어느 하나로 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 고부하 예혼합 버너를 갖는 콘덴싱 가스보일러.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 현열부 열교환기에는 열교환 효율을 돕는 복수의 배기저항체가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 고부하 예혼합 버너를 갖는 콘덴싱 가스보일러.
4. 제1항에 있어서,

   상기 현열부 열교환기와 상기 잠열부 열교환기 사이에 마련되며 일단은 상기 케이싱의 내측 일벽면에 접촉되고 타단은 상기 케이싱의 내측 타벽면으로부터 이격배치되는 응축수받이와;

   상기 배기구를 향한 상기 잠열부 열교환기의 상부에 마련되며 일단은 상기 케이싱의 내측 일벽면으로부터 이격되고 타단은 상기 케이싱의 내측 타벽면에 접촉되는 배기흐름판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고부하 예혼합 버너를 갖는 콘덴싱 가스보일러.
5. 제4항에 있어서,

   상기 응축수받이 및 상기 배기흐름판 중 적어도 어느 하나는 이중의 공기층을 가지고 상호 이격 배치되며, 그 측벽은 단열재질로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 고부하 예혼합 버너를 갖는 콘덴싱 가스보일러.
6. 제1항에 있어서,

   상기 잠열부 열교환기는 적어도 이단 이상의 다중구조를 갖는 것을 특징으로하는 고부하 예혼합 버너를 갖는 콘덴싱 가스보일러.
7. 제1항에 있어서,

   상기 배기구에 인접한 상기 잠열부 열교환기의 상측에는 상기 복수의 잠열부 열교환기 중 어느 하나에 장착된 난방수입구어댑터가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 고부하 예혼합 버너를 갖는 콘덴싱 가스보일러.
8. 제1항에 있어서,

   상기 복수의 현열부 열교환기는 측판에 의해 고정되어 있으며, 상기 복수의 현열부 열교환기 중 어느 하나에는 난방수출구어댑터가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 고부하 예혼합 버너를 갖는 콘덴싱 가스보일러.
9. 제1항에 있어서,

   상기 케이싱의 측벽에는 단열재가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 고부하 예혼합 버너를 갖는 콘덴싱 가스보일러.
10. 제1항에 있어서,

    상기 현열부 및 잠열부 열교환기는 상기 연소실의 크기에 따라 상호 겹쳐지거나 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는 고부하 예혼합 버너를 갖는 콘덴싱 가스보일러.