KR100502080B1 - 가스보일러의 연소실 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스보일러의 연소실에 관한 것으로, 본 발명은 연소실(1)을 형성하는 데 있어서, 먼저 연소실 형틀을 제작하고 그 안에 부정형 단열재 또는 내화물을 채운 다음, 형틀을 분리하여 연소실하우징(2) 자체를 부정형 단열재 또는 내화물로 구성하고, 이 연소실하우징 내부에 열교환 성능이 우수한 핀(fin) 타입 열교환기(3)를 넣어 연소실(1)을 구성함으로써, 종래 연소실을 구성할 때에 비해 제조 공정을 간소화하고 제품의 구성요소를 줄임에 따른 원가 절감 효과를 가져올 뿐만 아니라 전열면적을 극대화시켜 열교환기의 효율증대를 가져 올 수 있고, 연소실하우징 벽면의 단열효과에 의해 연소실 외벽의 온도 상승을 저하시킬 수 있는 것이다.

Description

가스보일러의 연소실{Combustion Chamber of Gas Boiler}

본 발명은 가스보일러의 연소실에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소실 형틀을 제작하고 그 안에 부정형 단열재 또는 내화물을 채운 다음, 형틀을 분리하여 연소실하우징 자체를 부정형 단열재 또는 내화물로 구성하고, 이 연소실하우징 내부에 열교환 성능이 우수한 핀(fin) 타입 열교환기를 넣어 연소실을 구성함으로써, 열교환기의 효율증대를 가져 올 수 있고, 연소실하우징 벽면의 단열효과에 의해 연소실 외벽의 온도 상승을 저하시킬 수 있음은 물론, 종래 연소실을 구성할 때에 비해 제조 공정을 간소화하고 제품의 구성요소를 줄임에 따른 원가 절감 효과를 가져올 수 있는 가스보일러의 연소실에 관한 것이다.

일반적으로 가스보일러는 가스를 연료로 하여 연소시키고, 이 연소과정에서 발생되는 연소열을 통해 물을 가열하여 이 가열된 물을 실내의 난방배관을 따라 순환시킴으로써 실내를 난방 하는 한편, 이 가열된 물을 욕실 혹은 부엌의 싱크대 등에 제공하여 온수를 사용할 수 있도록 하는 난방 장치이다.

이러한 가스보일러는 제어방식이나 밀폐상태에 따라 여러 가지 형식으로 나눌 수 있으며, 그밖에도 난방수를 가열하는 열원에 따라 콘덴싱과 비콘덴싱 방식으로 구분할 수 있다.

이때, 상기 콘덴싱 방식은 버너에 의해 연소된 열을 이용하여 직접적으로 난방수를 가열하는 현열부 열교환기와 함께 현열부 열교환기를 통과한 배기가스의 잠열을 이용하여 난방수를 가열하는 잠열부 열교환기를 지니고 있는 것을 말하며, 상기 비콘덴싱 방식은 현열부 열교환기만 구비하고 있는 것을 말한다.

이와 같이 구분되는 종래 가스보일러 중 하나의 실시예가 도 1에 도시되어 있다.

즉, 도 1은 종래 가스보일러의 구성 상태를 개략적으로 보여주는 구성도 이다.

도시된 바와 같이, 통상적인 가스보일러는 내부에서 연료를 연소시키는 버너(3)를 포함하는 연소실(20)이 설치되고, 상기 연소실(20)의 상부 측에는 열교환기(9)가 설치되며, 상기 열교환기(9)의 상부에는 연소가스를 배출하기 위한 배기연도(4)가 설치된다.

이처럼, 상기 연소실(20) 내부의 중앙에는 가스밸브(2)를 통하여 유입된 가스를 공급받아 가스와 공기를 혼합하여 연소시키는 버너(3)가 위치하고 있으며, 연소실(20) 하부에는 버너(3)에서의 연소에 필요한 공기를 공급하는 송풍팬(5)이 설치되어 있다.

그리고, 상기 버너(3)에는 외부의 가스가 유입되는 가스유입관(1)이 연결되고, 상기 가스유입관(1)상에는 버너(3)로 공급되는 가스의 압력을 조절하는 가스밸브(2)가 마련된다.

이때, 상기 연소실(20)과 열교환기(9), 열교환기(9)와 배기연도(4) 사이에는 연소가스가 누설되는 것을 방지하기 위하여 고온에 견딜 수 있도록 밀봉되어 있다.

또한, 상기 가스보일러는 상기와 같은 구성 이외에도 난방을 행하는 실내의 난방배관(미도시)으로 부터의 난방수가 환수되는 난방환수관(6)과, 이 난방환수관 (6)상에 설치되어 복귀하는 난방수를 일시 저장하는 물탱크(7)와, 난방수를 순환시키고 난방 및 온수 사용시 난방수의 흐름을 선택 변경하는 순환펌프(8)와, 가열된 난방수를 난방배관으로 공급하는 난방수공급관(10)과, 난방수를 보충하는 물보충관 (11)과, 상기 물보충관(11)상에 설치된 자동보충수밸브(12)와, 온수 사용 시 직수를 열교환기(9)로 공급하는 직수공급관(13)과, 상기 열교환기(9)에서 가열된 온수를 배출하는 온수공급관(14) 및 온수 사용 시 직수의 흐름을 감지하는 플로우스위치(flow switch)(15)등이 구성되어 있다.

여기서, 상기 순환펌프(8)의 어느 한 배출구(8a)와 물탱크(7)사이에는 우회관(16)이 연결되어 있고, 상기 물탱크와(7)와 열교환기(9)사이에는 유입관(17)이 연결되어 있으며, 상기 열교환기(9)와 순환펌프(8)의 유입구(8b)사이에는 유출관 (18)이 설치되어 있다.

그리고, 상기 난방수공급관(10)은 순환펌프(8)의 다른 배출구(8c)에 연결되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래 가스보일러의 작동 상태를 살펴보면 다음과 같다.

상기 난방환수관(6)을 통해서 환수되는 난방수는 순환펌프(8)에 의해서 물탱크(7)와 유입관(17)을 통해서 열교환기(9)로 들어가고, 열교환기(9)에서 가열된 난방수는 유출관(18), 순환펌프(8) 및 난방수공급관(10)을 통하여 각방의 난방배관으로 공급된다.

이때, 상기 순환펌프(8)는 우회관(16)쪽의 배출구(8a)를 막고 난방수공급관 (10)쪽의 배출구(8c)를 열어서 난방수를 난방수공급관(10)쪽으로 공급한다.

그리고, 온수 사용 시에 난방수는 온수와의 열교환 효율을 높이기 위해서 각방의 난방배관으로 흐르지 않고 보일러 내부에서만 순환하도록 되어 있다.

즉, 온수 사용 시에는 순환펌프(8)의 회전방향이 바뀌도록 되어 있는데, 이 경우에 순환펌프(8)는 우회관(16)쪽의 배출구(8a)를 열고 난방수공급관(10)쪽의 배출구(8c)를 막아서 난방수를 우회관(16)쪽으로 공급한다.

따라서, 난방수는 열교환기(9), 유출관(18), 순환펌프(8), 우회관(16) 및 유입관(17)으로 이루어지는 통로를 순환한다.

이와 같이 가스보일러는 난방과 온수를 개별 혹은 동시에 사용 가능하도록 되어 있는데 온수 사용, 즉 직수공급관(13)에 직수가 흐르는 상태는 플로우스위치 (15)에서 감지하고, 난방수의 흐름전환은 전술한 바와 같이 플로우스위치(15)의 온수 사용 상태 감지에 따라 회전방향이 변경되는 순환펌프(8)에 의해서 이루어진다.

그리고, 상기 가스보일러가 작동하는 과정에서 난방배관의 난방수의 양은 증발 등의 원인에 의해서 조금씩 감소하는데, 난방수의 양이 일정수준 이상으로 감소하면, 물탱크(7)내의 플로트스위치(float switch)(7a)가 이를 감지하여 자동보충수밸브(12)를 개방시킨다.

상기 자동보충수밸브(12)가 개방되면, 난방배관에 물이 보충되고, 물이 일정수준 보충되면 플로트스위치(7a)가 다시 이를 감지하여 자동보충수밸브(12)를 닫음으로써, 가스보일러가 원활하게 작동되게 된다.

한편, 상기와 같은 종래의 가스보일러에서 연소가 이루어지는 연소실을 구성함에 있어서, 연소실 내벽에 보드판형 단열재를 쓰고 연소실하우징을 동판과 같은 판재를 사용하여 제작하거나, 연소실하우징 재질로 동판을 사용하고 그 외부에 동관(난방수가 순환되는 관)을 용접하는 방식으로 연소실을 구성하는 것이 보통이었다.

즉, 도 2에는 종래 가스보일러의 연소실의 일 실시예로서, 연소실 내벽에 단열재를 쓰는 경우를 보여주고 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 내부 중앙에 가스밸브(2)를 통하여 유입된 가스를 공급받아 가스와 공기를 혼합하여 연소시키는 버너(3)가 위치하고 있는 연소실(20)은 그 외벽이 연소실하우징(21)으로 이루어져 있고, 이 연소실하우징(21)의 내면에 단열재(22)가 밀착되게 부착되어 있다.

이는 연소실(20)의 내부에 상기 버너(3)에서 생성된 연소열로 인해 고온이 발생함에 따라 이 연소실(20) 내벽, 즉 연소실하우징(21)을 통해 외부로 전달되는 것을 방지하기 위해 열을 외부와 차단시키기 위함이고, 더불어 고열에 의해서 연소실하우징(21)이 소손되어 부식되는 현상도 방지하기 위한 것이다.

그러나, 상기 단열재(22)의 단열능력은 한정되어 있기 때문에 연소실(20)내에서 계속적으로 발생하는 열량이 단열재(22)의 단열능력을 초과하는 경우에 연소실하우징(21)이 소손되어 부식이 발생하는 문제점이 있었다.

이와 같은 소손 현상이 지속될 경우에는 연소실하우징(21)을 교체하여야 한다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 종래에는 단순히 단열재(22)의 두께를 크게 하거나, 연소실하우징(21)의 재질을 변경 혹은 연소실하우징(21)의 두께를 변경하는 조치를 취해야 하나, 이는 원가상승을 초래하는 문제점이 있었다.

다시 말해, 종래에는 상기 단열재(22)의 두께를 약 10mm정도로 크게 하거나, 또는 연소실(20) 자체의 체적을 크게 하거나, 또는 연소실(20)의 재질을 고 내열용의 특수강판을 사용하여 구성하는 방법들을 강구하였다.

그러나, 이와 같은 경우, 단열재의 원가, 연소실의 제조원가 또는 특수강판을 사용하는데 따른 원가 상승의 요인이 있었던 것이다.

한편, 도 3에는 종래 가스보일러의 연소실에 대한 다른 실시예가 도시되어 있다.

즉, 도 3에 도시된 연소실은 동판으로 이루어진 연소실하우징에 동관이 권선되어 있는 형태를 보여주고 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 연소실(20)의 하단에는 난방수가 유입되는 난방수유입관(25)이 연소실하우징(21) 외부에 권선되어 있고, 연소실(20)의 내부에는 열교환을 위해 상기 난방수유입관(25)과 연결되는 파이프로 이루어진 열교환기(30)가 구비되어 있다.

이때, 파이프로 이루어진 열교환기(30)의 외부에는 다수의 핀(35)이 용접되어 있다.

그리고, 상기 연소실(20)의 하부에는 유입된 공기를 연소시키는 버너(미도시)가 구비되어 가스연료를 연소시키게 된다.

이러한 구성을 갖는 연소실(20)은 난방수가 유입되는 난방수유입관(25)을 연소실하우징(21)의 외부에 권선하여 설치하였기 때문에 연소실하우징(21)에 전달되는 열원 및 외부로 방출되는 열원을 부분적으로만 흡수할 수 있었고, 연소실(20)의 외관이 복잡하게 형성되어 연소실(20)의 소형화 및 콤팩트화를 달성하는 데에 문제점이 있었다.

또한, 상기 연소실하우징(21) 외부에 권선되어 있는 난방수유입관(25)의 흡열을 위하여 연소실(20)을 단열할 수 없어 전체적으로 연소실(20) 자체에서 외부로 방열되는 열 손실이 많아 연소실(20) 자체의 열 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 연소실의 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 가스보일러의 연소실을 구성함에 있어서, 연소실하우징 자체를 부정형 단열재 또는 내화물로 구성하고, 이 연소실하우징 내부에 열교환 성능이 우수한 핀(fin) 타입 열교환기를 넣어 연소실을 구성함으로써, 종래 연소실을 구성할 때에 비해 제조 공정을 간소화하고 제품의 구성요소를 줄임에 따른 원가 절감 효과를 가져올 수 있고, 전열면적 확대에 따른 열교환기의 효율증대를 가져 올 수 있으며, 연소실하우징 벽면의 단열효과에 의해 연소실 외벽의 온도 상승을 저하시킬 수 있는 가스보일러의 연소실를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연소실하우징으로 밀폐 구성되는 가스보일러의 연소실에 있어서, 상기 연소실하우징을 제작할 때, 연소실 형틀을 제작하고 그 안에 부정형 단열재 또는 내화물을 채운 다음, 형틀을 분리하여 연소실하우징 자체를 부정형 단열재 또는 내화물로 구성하고, 이 연소실하우징 내부에 핀(fin) 타입 열교환기를 넣어 구성하는 것을 특징으로 하는 가스보일러의 연소실를 제공함으로써 달성된다.

여기서, 상기 핀 타입 열교환기는 핀 높이가 전조가공을 통해 9㎜ 이상 상승시킨 하이핀 튜브(high fin tube) 타입 열교환기로 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 첨부도면을 참조하여 자세히 설명하기로 한다.

이때, 본 발명에서 연소실을 제외한 가스보일러의 구성은 종래 기술에서 설명하고 있는 가스보일러의 구성과 동일하거나 유사함으로, 본 발명의 첨부도면에서는 가스보일러의 구성은 생략하고 단순히 연소실 만을 한정하여 설명하기로 한다.

더불어, 종래 기술을 인용한 가스보일러의 구성에 대해서는 종래 도면을 참조하면서 동일명칭 및 동일부호를 부여하여 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 부정형 단열재 혹은 내화물로 제작한 연소실하우징 내부에 핀(fin) 타입 열교환기가 배치된 상태를 보여주는 개략적인 사시도 이고, 도 5는 본 발명에 따른 도 4의 일부를 절개한 사시도 이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스보일러의 연소실(1)은, 종래 동판 등으로 연소실하우징(21)을 구성하고 그 내벽에 단열재(22)를 부착하던 것을 변경하여 연소실하우징(2) 자체를 부정형 단열재 혹은 내화물로 제작하고, 이 연소실하우징(21) 내부에 열교환 성능이 우수한 핀 튜브(fin) 타입 열교환기(3)를 넣어 구성하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명은 가스보일러의 연소실(1)을 구성함에 있어서, 먼저 연소실 형틀(도시 안됨)을 제작하고, 이 연소실 형틀 안에 부정형 단열재 또는 내화물을 채운 다음, 연소실 형틀을 분리하여 연소실하우징(2) 자체를 부정형 단열재 또는 내화물로 구성한 후, 상기 연소실하우징(2) 내부에 열교환 성능이 우수한 핀 튜브 (fin) 타입 열교환기(3)를 넣어 구성하는 것이다.

여기서, 내화물이란 고온에서 쉽게 무르거나 녹지 않고 견디는 비금속 무기 재료를 일컫는 말로, 내화 재료라고도 부르는 것이다.

이처럼 내화물은 일반적으로 여러 가지 원료나 재료를 사용 특성에 맞도록 잘 조합하여 일정한 형상으로 만들어 열을 가하거나 높은 온도로 구워 만드는 것을 말한다.

따라서, 내화물은 높은 열이나 갑작스런 열의 변화에 견뎌야할 뿐만 아니라 용적이 안정되고, 기계적 강도가 높아야 하며, 가스나 용융체 또는 고체 등과 접촉할 때 서로 반응하지 않고 침식되거나 마모되지 않는 특성을 지녀야 한다.

이때, 상기 내화물은 일정한 형상을 갖춘 것을 정형 내화물, 일정한 형상이 없이 크고 작은 입자로 된 재료를 혼합시켜 분말 상태로 된 것을 부정형 내화물로 구분하고 있다.

본 발명은 상기와 같이 구분되는 내화물 중 부정형 내화물을 이용하여 연소실 자체를 제작하는 것을 특징으로 하고 있는 것이다.

여기서, 상기 부정형 단열재 혹은 내화물로는, 캐스터블 내화물, 단열(경량) 캐스터블 내화물, 플라스틱 내화물 등을 들 수 있다.

상기 캐스터블 내화물은 내화성(耐火性) 골재를 적절한 입도로 구성하고 알루미나 시멘트를 결합재로 사용하여 혼련 제조한 분말상의 내화물(耐火物)로서 적당량의 첨가 수분에 의하여 수화반응으로 강도가 나타나는 내화물(耐火物)이다.

상기 단열(경량) 캐스터블 내화물은 단열성(斷熱性)이 우수한 경량(輕量) 내화(耐火) 골재와 수경성 시멘트 등을 혼합한 것에 물을 혼합하여 유입 시공한 후 일정시간 경과 후 경화하는 내화물로서 내화성(耐火性)과 단열효과(斷熱效果)를 동시에 얻을 수 있는 내화물(耐火物)이다.

상기 플라스틱 내화물은 내화성 골재에 가소성이 있는 재료를 첨가해서 적당한 물을 섞어 연토 상으로 한 내화물로서 비교적 저온에서 경화되도록 특수바인더를 첨가한 내화물이다.

이처럼 본 발명에 적용되는 부정형 단열재 또는 내화물은 그 종류가 매우 다양하여 사용처, 용도, 사용온도 등의 다양한 조건 및 특성에 적합한 것을 선택하여 사용할 수 있으며, 그 시공성이 매우 뛰어난 것으로 알려져 있다.

한편, 상기 연소실하우징(2)의 내부에 설치되는 핀(fin) 타입 열교환기(3)는 전열핀을 열교환파이프(4) 상에 경납 용접을 통해 제작한 열교환기 뿐만 아니라 열교환파이프의 외주면에 전조 가공을 통해 핀(5; fin)을 가공한 타입의 열교환기를 포함한다.

특히, 열교환파이프(4)의 외주면에 전조가공을 통해 핀(5; fin)을 가공한 핀(fin) 타입 열교환기(3)의 경우, 로우핀(low fin) 타입, 미들핀(middle fin) 타입, 하이핀(high fin) 타입으로 구분될 수 있다.

이때, 로우핀 타입 열교환기는 전조 가공된 핀 높이가 대략 1.4㎜정도인 것을 말하고, 미들핀 타입 열교환기는 전조 가공된 핀 높이가 대략 3㎜정도인 것을 말하며, 하이핀 타입 열교환기는 전조 가공된 핀 높이가 대략 9㎜이상인 것을 말한다.

여기서, 본 발명은 상기 핀(fin) 타입 열교환기(3)를 적용함에 있어 전열면적을 최대한 높여 열 효율을 크게 향상시킬 수 있는 하이핀 타입 열교환기를 적용하는 것이 바람직하다.

이상의 본 발명에 따른 연소실(1) 구성에 의하면, 본 발명은 연소실하우징 (2)을 부정형 단열재 또는 내화물로 제작함에 따라 종래 동판 등으로 연소실하우징 (21)을 제작할 때에 비해 동판 자체를 절곡하여 연소실 형상을 형성하거나 별도의 단열재(22) 삽입하여 단열해야 함에 따른 여러 가지 가공 공수 및 가공비용을 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 연소실하우징(2)의 내부에 하이핀 타입 열교환기를 배치함으로써, 전열면적을 최대한 확장함에 따라 열교환기의 효율증대를 가져 올 수 있는 장점을 가진다.

더불어, 본 발명에 따른 연소실(1)의 경우, 그 구조가 간단하여 타 부품과의 결합 시 조립 공수의 절감 효과도 기대할 수 있다.

한편, 본 발명은 상기와 같은 가스보일러의 연소실 구성에 한정하지 않고 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 당업자라면 인지할 수 있을 것이다.

즉, 타 연소기기에서 연소실을 구성함에 있어서, 가스보일러의 연소실과 같이 동판이나 기타 고 내열성 특수강판 등으로 연소실을 구성하는 경우, 상기 본 발명의 사상을 적용 가능함은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 연소실을 구성하는 연소실하우징을 부정형 단열재 또는 내화물로 제작하고 이 연소실하우징 내부에 핀 파입 열교환기를 배치함으로써, 종래 연소실을 구성할 때에 비해 제조 공정을 간소화하고 제품의 구성요소를 줄임에 따른 원가 절감 효과를 가져올 뿐만 아니라 연소실하우징 외벽의 단열효과에 의해 연소실 외벽의 온도 상승을 저하시킬 수 있는 효과를 가짐은 물론, 전열면적을 최대한 확장함에 따라 열교환기의 효율증대를 가져 올 수 있는 효과를 가진다.

결과적으로, 본 발명은 연소실의 제조원가를 낮추고, 열 전달량이 극대화되면서 컴팩트화 시킬 수 있는 제품 즉, 성능이 우수한 제품을 설계 생산할 수 있는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.

도 1은 종래 가스보일러의 구성 상태를 개략적으로 보여주는 구성도,

도 2는 종래 가스보일러의 연소실의 일 실시예로서, 연소실 내벽에 단열재를 쓰는 경우를 보여주는 단면도,

도 3은 종래 가스보일러의 연소실에 대한 다른 실시예로서, 동판으로 이루어진 연소실하우징에 동관이 권선되어 있는 형태를 보여주는 도면,

도 4는 본 발명에 따른 부정형 단열재 혹은 내화물로 제작한 연소실하우징 내부에 핀(fin) 타입 열교환기가 배치된 상태를 보여주는 개략적인 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 도 4의 일부를 절개한 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 연소실 2 : 연소실하우징

3 : 핀(fin) 타입 열교환기 4 : 열교환파이프

5 : 핀(fin)

Claims (2)

1. 연소실하우징으로 밀폐 구성되는 가스보일러의 연소실에 있어서,

   상기 연소실하우징을 제작할 때,

   연소실 형틀을 먼저 제작하고, 이 연소실 형틀에 부정형 단열재 또는 내화재를 채운 다음, 연소실 형틀을 분리하여 연소실하우징 자체를 부정형 단열재 또는 내화재로 제작하고, 이 연소실하우징 내부에 핀(fin) 타입 열교환기를 넣어 구성하는 것을 특징으로 하는 가스보일러의 연소실.
2. 제1항에 있어서,

   상기 핀 타입 열교환기는 핀 높이가 전조가공을 통해 9㎜ 이상 상승시킨 하이핀 튜브(high fin tube) 타입 열교환기 인 것을 특징으로 하는 가스보일러의 연소실.