KR100474175B1 - 콘덴싱 가스보일러의 열교환기 배치구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 내부에 연소실이 마련된 케이싱과, 상기 연소실 내의 하부에 마련된 가스버너를 갖는 콘덴싱 가스보일러의 열교환기 배치구조에 관한 것으로서, 상기 케이싱 내부에 케이싱의 횡단면 수평축선에 대해 소정의 기울기를 가지고 경사 배치되어 있는 현열부 열교환기와; 상기 현열부 열교환기의 상부에 현열부 열교환기와 동일한 면적으로 서로 평행하게 배치되는 잠열부 열교환기와; 상기 현열부 열교환기와 상기 잠열부 열교환기 사이에 서로 평행하게 마련되며 일단은 상기 케이싱의 내측 일벽면에 접촉되고 타단은 상기 케이싱의 내측 타벽면으로부터 이격배치되는 응축수받이와; 상기 잠열부 열교환기의 외벽에 서로 평행하게 마련되며 일단은 상기 케이싱의 내측 일벽면으로부터 이격되고 타단은 상기 케이싱의 내측 타벽면에 접촉되어 응축수 및 배기가스의 흐름을 동일 방향으로 유도하는 배기흐름판을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 전열면적을 최대화하고 현열 및 응축 조건을 만들어 열교환 효율을 향상시키며 장치의 컴팩트화 및 내식성을 확보할 수 있도록 한 콘덴싱 가스보일러가 제공된다.

Description

콘덴싱 가스보일러의 열교환기 배치구조{Arrangement structure of heat exchanger in condensing gas boiler}

본 발명은 콘덴싱 가스보일러의 열교환기 배치구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전열면적을 최대화하고 현열 및 응축 조건을 만들어 열교환 효율을 향상시키며 장치의 컴팩트화 및 내식성을 확보할 수 있도록 한 콘덴싱 가스보일러의 열교환기 배치구조에 관한 것이다.

일반 가정이나 공공건물 등에 사용되는 보일러는 난방용이나 온수용으로 이용된다. 이러한 보일러는 제공되는 연료의 형태에 따라 기름보일러와 가스보일러로 구분된다.

동일한 용량을 갖는 기름 및 가스보일러를 비교해보면 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, 가스가 연소하는 과정에서 발생하는 수증기는 저온의 물체나 공기에 접할 때 물(H₂O)로 변하는 과정에서 열에너지를 발생시킨다. 이 때, 발생하는 열을 가스보일러가 재흡수하여 열효율을 높이도록 설계된 방식을 콘덴싱 가스보일러라 한다. 이러한 콘덴싱 가스보일러는 통상의 일반 가스보일러에 비해 그 열효율이 높을 뿐만 아니라 연료비가 현격하게 절감되기 때문에 근자에 들어서는 콘덴싱 가스보일러의 사용이 증가되고 있다.

콘덴싱 가스보일러는 연소열을 이용하여 직접 난방수를 가열하고 아울러 배기가스의 응축잠열을 재차 흡수하므로 그 열효율을 높인다. 이에 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, 알루미늄 혹은 스테인레스 스틸 재질은 내식성이 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 위해 현열부 및 잠열부 열교환기의 수직방향 면적이 서로 다르게 배치되어 있는 바, 열교환 효율이 감소되는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서,본 발명의 목적은 전열면적을 최대화하고 현열 및 응축 조건을 만들어 열교환 효율을 향상시키며 장치의 컴팩트화 및 내식성을 확보할 수 있도록 한 콘덴싱 가스보일러의 열교환기 배치구조를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 내부에 연소실이 마련된 케이싱과, 상기 케이싱의 상부에 관통 형성되어 있는 배기구와, 상기 연소실 내의 하부에 마련된 가스버너를 갖는 콘덴싱 가스보일러에 있어서, 상기 가스버너에 의한 연소열로부터 현열을 흡수하도록 상기 케이싱 내부에 케이싱의 횡단면 수평축선에 대해 소정의 기울기를 가지고 경사 배치되어 있는 현열부 열교환기와; 연소 시 발생하는 배기가스가 케이싱의 상부에 관통 형성된 배기구를 향해 진행하도록 상기 현열부 열교환기의 상부에 현열부 열교환기와 동일한 면적으로 서로 평행하게 배치되는 잠열부 열교환기와; 상기 현열부 열교환기와 상기 잠열부 열교환기 사이에 서로 평행하게 마련되며 일단은 상기 케이싱의 내측 일벽면에 접촉되고 타단은 상기 케이싱의 내측 타벽면으로부터 이격배치되는 응축수받이와; 상기 잠열부 열교환기의 외벽에 서로 평행하게 마련되며 일단은 상기 케이싱의 내측 일벽면으로부터 이격되고 타단은 상기 케이싱의 내측 타벽면에 접촉되어 응축수 및 배기가스의 흐름을 동일 방향으로 유도하는 배기흐름판을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘덴싱 가스보일러의 열교환기 배치구조에 의해 달성된다.

삭제

상기 케이싱의 측벽이 단열재질로 이루어져 있는 것이 유리하다.

상기 현열부 및 잠열부 열교환기 중 적어도 어는 하나는 그 내부 및 외부가 동 재질 및 알루미늄 재질 중 어느 하나로 전조 가공되는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 대해 상세히 설명하며 동일 구성에 대해서는 동일부호를 부여한다.

삭제

도 1은 본 발명에 따른 콘덴싱 가스보일러의 개략적인 구성도이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 콘덴싱 가스보일러는 외관을 형성하며 내부에 연소실(12)이 형성된 케이싱(10)을 갖는다.

케이싱(10)의 측벽에는 연소실(12) 내의 열기가 외부로 방열되는 것을 저지하여 연소 효율을 높이기 위한 단열재(10c)가 충진되어 있다. 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 원가를 절감할 수 있다.

케이싱(10) 내의 연소실(12) 하부에는 가스버너(16)가 마련되어 있다. 본 발명에 따른 콘덴싱 가스보일러는 하향 연소식이 아닌 상향 연소식을 채용하고 있는 바, 가스버너(16)로는 분젠식버너 등을 이용할 수 있을 것이다.

상기 연소실(12)의 상부에는 현열부 열교환기(20)가 마련되어 있다. 상기 현열부 열교환기(20)는 가스버너(16)에 의해 연소된 열을 이용하여 직접 난방수를 가열한다. 이러한 상기 현열부 열교환기(20)는 배기흐름이 원활해 질 수 있을 뿐만 아니라 전열면적이 최대로 이루어질 수 있도록 케이싱(10)의 횡단면 수평축선에 대해 소정의 각도를 가지고 경사 배치되어 있다.

상기 현열부 열교환기(20)는 내부식성을 가질 수 있도록 그 내부는 동 재질로 채용하고 외부는 알루미늄 재질로 전조 가공하여 사용될 수 있다. 그러나, 경우에 따라서는 내부 및 외부를 모두 알루미늄 전조 가공물로 채용할 수도 있는 것이다.이를 부연 설명하면, 상기 현열부 열교환기(20)는 내부식성을 가질 수 있도록 그 내부는 동 재질의 파이프로 채용하고, 외부는 알루미늄 재질의 파이프로 형성하여 이중구조를 갖으며, 외부의 알루미늄 재질 파이프의 외주면에는 전조 가공을 통해 흡열핀(21)을 형성하여 사용될 수 있다.물론, 경우에 따라서는 상기 현열부 열교환기(20)는 응축수에 의한 부식의 영향을 거의 받지 않기 때문에, 현열부 열교환기(20)를 내부 및 외부의 이중구조로 나누지 않고, 전체를 단일구조로 하여 그 외주면에 전조 가공을 통해 흡열핀(21)을 형성할 수도 있다는 것이다. 상기 현열부 열교환기(20)의 일단에는 난방수가 배출되는 난방수출구어댑터 (22)가 장착되어 있다.

상기 현열부 열교환기(20)의 상부에는 잠열부 열교환기(30)가 마련되어 있다. 상기 잠열부 열교환기(30) 역시, 현열부 열교환기(20)와 마찬가지로 케이싱(10)의 횡단면 수평축선에 대해 소정의 기울기를 가지고 경사 배치되어 있다. 결국, 본 실시예에서 현열부 열교환기(20)와 잠열부 열교환기(30)는 상호 평행하게 배치된다. 따라서, 열교환 효율이 더욱 향상될 수 있다.

이 때, 잠열부 열교환기(30) 및 현열부 열교환기(20)는 응축수 및 배기가스의 흐름이 동일시 되도록 상호 동일한 각도를 가지고 경사배치되는 것이 유리하다. 또한, 잠열부 열교환기(30)는 가스버너(16)에 의한 연소열이 배기구(14)를 향해 진행하는 수직방향을 따라 현열부 열교환기(20)와 동일한 면적으로 배치되어 있다. 따라서, 배기가스가 배출되는 동안 상기 잠열부 열교환기(30)를 따라 차례대로 열교환이 이루어져 끝단부까지 최대한 많은 열교환이 이루어짐으로써, 배기가스에 의한 잠열 및 응축 조건을 만들어 전열면적을 최대화시켜 열교환 효율을 향상시킬수 있으며, 동시에 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.이를 부연 설명하면, 상기 잠열부 열교환기(30)는, 응축수에 의한 부식의 우려가 크기 때문에, 현열부 열교환기(20)와 마찬가지로, 내부식성을 가질 수 있도록 그 내부는 동 재질의 파이프로 채용하고, 외부는 알루미늄 재질의 파이프로 형성하여 이중구조를 갖으며, 외부의 알루미늄 재질 파이프의 외주면에는 전조 가공을 통해 흡열핀(31)을 형성하여 사용한다는 것이다.본 실시예에서 잠열부 열교환기(30)는 측방향을 따라 일렬로 배열되어 있으나, 2단, 다중구조 및 다중 배열 방식으로 구성할 수도 있으며, 필요에 따라 달리 분리하여 배열할 수도 있을 것이다.

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

현열부 열교환기(20)와 잠열부 열교환기(30) 사이에는 응축수받이(40)가 서로 평행하게 마련되어 있다. 응축수받이(40)는 그 일단이 케이싱(10)의 내측 일벽면(10a)에 접촉되고 타단이 케이싱(10)의 내측 타벽면(10b)으로부터 이격배치된다. 타벽면(10b)으로부터 이격배치된 이격간격으로는 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 외벽에는 현열부 열교환기(20)를 거친 배기의 흐름을 안내하는 배기흐름판(50)이 설치되어 있다. 상기 배기흐름판(50)은 그 일단이 케이싱(10)의 내측 일벽면(10a)으로부터 이격되고 타단이 케이싱(10)의 내측 타벽면(10b)에 접촉되어 상기 잠열부 열교환기(30)와 서로 평행하게 마련된다.즉, 상기 배기흐름판(50)은 잠열부 열교환기(30)와의 사이에서 배기가스의 흐름을 응축수가 떨어지는 방향과 동일하도록 유도하는 배기가스의 유로 역할을 한다.

이러한 구성에 의해, 가스버너(16)가 동작되어 연소되면 배기가스는 현열부 열교환기(20)를 통과하면서 열교환된다. 열교환된 배기가스는 응축수받이(40)의 하부에서 케이싱(10)의 타벽면(10b)으로부터 이격배치된 이격간격으로 유도된다.

유도된 배기가스는 배기흐름판(50)의 하부에 설치된 잠열부 열교환기(30)들과 차례로 열교환된다. 잠열부 열교환기(30)의 열교환 작용시 발생하는 응축수는 응축수받이(40)에 모인 후, 응축수배출구(42)를 통해 배출된다.

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.

이와 같이, 본 발명의 콘덴싱 가스보일러에 의하면, 전열면적을 최대화하고 현열 및 응축 조건을 만들어 열교환 효율을 향상시키며 장치의 컴팩트화 및 내식성을 확보할 수 있다.

전술한 실시예에서는 높이방향을 따라 현열부 열교환기와 잠열부 열교환기가 상호 이격되어 있으나, 연소실의 크기에 따라 이들은 겹쳐져 있을 수도 있는 것이다. 또한, 연결부에 의해 현열부 열교환기와 잠열부 열교환기가 상호 연결되어 있으나, 이들 역시 분리될 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전열면적을 최대화하고 현열 및 응축 조건을 만들어 열교환 효율을 향상시키며 장치의 컴팩트화 및 내식성을 확보할 수 있도록 한 콘덴싱 가스보일러가 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 콘덴싱 가스보일러의 개략적인 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 케이싱 12 : 연소실

14 : 배기구 16 : 가스버너

20 : 현열부 열교환기 30 : 잠열부 열교환기

40 : 응축수받이 50 : 배기흐름판

Claims (5)

1. 내부에 연소실이 마련된 케이싱과, 상기 케이싱의 상부에 관통 형성되어 있는 배기구와, 상기 연소실 내의 하부에 마련된 가스버너를 갖는 콘덴싱 가스보일러에 있어서,

   상기 가스버너에 의한 연소열로부터 현열을 흡수하도록 상기 케이싱 내부에 케이싱의 횡단면 수평축선에 대해 소정의 기울기를 가지고 경사 배치되어 있는 현열부 열교환기와;

   연소 시 발생하는 배기가스가 케이싱의 상부에 관통 형성된 배기구를 향해 진행하도록 상기 현열부 열교환기의 상부에 현열부 열교환기와 동일한 면적으로 서로 평행하게 배치되는 잠열부 열교환기와;

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

   상기 잠열부 열교환기의 외벽에 서로 평행하게 마련되며 일단은 상기 케이싱의 내측 일벽면으로부터 이격되고 타단은 상기 케이싱의 내측 타벽면에 접촉되어 응축수 및 배기가스의 흐름을 동일 방향으로 유도하는 배기흐름판을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘덴싱 가스보일러의 열교환기 배치구조.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 케이싱의 측벽에는 연소실 내의 열기가 외부로 방열되는 것을 저지하여 연소 효율을 높이기 위한 단열재가 충진되는 것을 특징으로 하는 콘덴싱 가스보일러의 열교환기 배치구조.
4. 제1항에 있어서,

   상기 현열부 열교환기와 잠열부 열교환기는 각각 그 내부가 동 재질의 파이프로 구성됨과 동시에 외부가 알루미늄 재질의 파이프로 구성된 이중구조를 갖으며, 상기 외부의 알루미늄 재질로 된 파이프 외주면에 전조 가공을 통해 흡열핀이 형성되는 것을 특징으로 하는 콘덴싱 가스보일러의 열교환기 배치구조.
5. 삭제