KR100534492B1 - 보일러용 열교환기 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 보일러용 열교환기 조립체에 의하면; 잠열케이스(42) 내부에 폐가스를 통해 난방수를 예열하기 위한 잠열 열교환기(43)가 별도로 구성되는데, 이 잠열 열교환기(43)는 내부에 가스 통로(43c)를 형성하도록 스테인리스 스틸 파이프를 나선형으로 벤딩하여 이루어져 있다. 이에 따라 잠열 열교환기(43)를 보다 콤팩트하게 구성하며 제조비용 역시 절감할 수 있는 작용효과가 있으며, 폐가스가 잠열 열교환기(43)의 가스 통로(43c) 및 이들의 사이틈새를 지나면서 직접 가열시키기 때문에, 종래에 비해 열교환 효율 역시 향상되는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 기술적 사상을 강제 배기 또는 급기방식의 열교환기 조립체(40)에 모두 적용할 수 있음은 물론이며, 공지된 열교환기에 잠열케이스(42) 및 잠열 열교환기(43)를 부설하여 콘덴싱 기능을 효과적으로 발휘할 수 있다. 이에 따라 보일러 생산업체에서는 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 적용할 수 있고, 부품을 공용화하여 제조비용을 줄일 수 있다.

Description

보일러용 열교환기 조립체{HEAT EXCHANGER ASSEMBLY FOR BOILER}

본 발명은 보일러용 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 현열부와 잠열부를 보다 콤팩트하게 구성함과 동시에 이의 열교환 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 보일러용 열교환기 조립체에 관한 것이다.

일반적으로 가정에서 사용되는 난방 및 온수 보일러는 사용 연료에 따라 기름보일러와 가스보일러로 구별된다. 또한, 가스보일러는 난방수를 가열하는 열원에 따라 콘덴싱과 비콘덴싱 형식으로 구별되는데, 도 1은 종래 콘덴싱 형식의 보일러를 보인 것이다.

도 1을 참조하면, 종래 콘덴싱 보일러는 공기를 강제 송풍하기 위한 송풍기(1)와, 이 송풍기(1)를 통해 공급되는 공기를 통해 연료를 연소시키는 버너(2)와, 이 버너(2)의 연소열과 열교환하는 열교환기 조립체(10)와, 이 열교환기 조립체(10)를 지난 폐가스를 외부로 배출시키기 위한 배기덕트(4)를 갖추고 있다.

또한, 콘덴싱 보일러용 열교환기 조립체(10)는 외형을 이루며 상부측에 버너(2)가 위치되는 케이스(11)와, 버너(2)의 직하부에 순차적으로 배치되는 현열 열교환기(12) 및 잠열 열교환기(13)로 구성된다. 통상적으로 현열 열교환기(12)는 열교환 효율을 높이기 위해 동 파이프(12a)와 다수의 열전도핀(12b)을 용접하여 제작되며, 잠열 열교환기(13)는 응축수에 의한 부식을 방지하기 위해 스테인레스 파이프(13a)와 열전도핀(13b)을 용접하여 제작된다. 이러한 잠열 열교환기(13)에는 실내에서 열교환작용을 마친 찬 유체가 유입되며, 현열 열교환부(12)에는 잠열 열교환부(13)를 지나 예열된 유체가 유입되도록 구성된다. 그리고 케이스(11)의 하부에는 배기덕트(4)와, 응축수 배출을 위한 배수구(5)가 마련된다.

이와 같이 구성된 종래 콘덴싱 보일러는 송풍기(1)의 작동으로 외부공기가 강제 공급됨과 동시에 버너(2)에서 연소가 이루어지면, 버너(2)에서의 연소열이 현열 열교환기(12)에 직접적으로 전달되어 난방수를 가열하며, 계속하여 잠열 열교환부(13)에서는 배기가스 중의 잠열을 회수하여 난방수를 가열시킨다. 따라서 현열 열교환기(12)로 유입되는 난방수는 잠열 열교환기(13)에서 예열된 상태이기 때문에, 현열 열교환부(12)에서의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

그리고 잠열 열교환기(13)를 지난 배기가스는 배기덕트(4)를 통해 배출되며, 열교환 과정에서 발생되는 응축수는 배수구(5)를 통해 외부로 배출된다.

그러나 종래 콘덴싱 보일러의 열교환기 조립체(10)에서는 현열 열교환기(12)를 지나 케이스(10) 하부로 배출되는 폐가스(10)의 일부는 잠열 열교환기(13) 주변을 열교환작용 없이 곧바로 지나는 경우도 발생되며 이로 인해 열교환 효율을 높이는데 그 한계가 있다.

또한, 잠열 열교환기(13)가 다수의 열전도핀(13b)과 동 파이프(13a)를 용접하여 제작되기 때문에, 내식성이 요구되는 고가의 용접재를 사용해야 하며 이러한 것이 제조비용의 상승원인이 된다. 아울러, 케이스(10) 내부에서 잠열 열교환기(13)가 차지하는 공간이 상당하여 콘덴싱 보일러의 전체적인 사이즈를 콤팩트하게 구성하는데 그 한계가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로; 본 발명의 목적은 현열 열교환기를 경유한 폐가스 잠열을 회수하여 난방수를 예열하는 잠열 열교환기를 보다 콤팩트하게 구성하며, 이의 열교환 효율을 보다 향상시킬 수 있는 보일러용 열교환기 조립체를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은;

버너를 통해 난방수를 가열하기 위한 보일러용 열교환기 조립체에 있어서;

이 보일러용 열교환기 조립체는 버너의 직상부에 배치되며 상부에는 폐가스를 배출시키기 위한 배기구가 마련된 현열케이스와; 이 현열케이스의 상부에 배치되어 폐가스가 유입되며 상부에는 폐가스 배출구가 마련된 잠열케이스와; 이 잠열케이스의 내부에 배치되며 폐가스를 통해 난방수를 예열하기 위한 잠열 열교환기와; 이 잠열 열교환기의 아웃렛과 연계되며 현열케이스의 하부에 장착되어 버너를 통해 직접 가열되는 현열 열교환기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 잠열 열교환기는 내부에 가스 통로를 형성하도록 파이프를 나선형으로 벤딩하여 이루어지며, 잠열 열교환기의 가스 통로 일측으로 폐가스가 유입되게 배치된 것을 특징으로 한다.

또한, 잠열 열교환기는 스테인리스 스틸 파이프로 제작되며, 전열면적을 증대시키기 위해 타원형 단면을 갖도록 압착된 것을 특징으로 한다.

또한, 현열케이스와 잠열케이스 사이에는 현열케이스로부터 폐가스를 강제 흡입하여 잠열케이스측으로 내보내기 위한 배기수단이 마련된 것을 특징으로 한다.

또한, 배기수단은 현열케이스의 상부에 배치되며 내부에는 볼류트 공간이 마련되고 볼류트 공간과 접선방향으로 연계되면서 잠열 케이스의 일측과 연통된 토출구를 구비한 팬케이싱과, 이 팬케이싱의 볼류트 공간에 수용 설치되며 모터에 의해 구동되어 폐가스를 현열케이스로부터 강제 흡입하여 잠열케이스측으로 송풍하는 팬을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 버너의 하부에는 외부공기를 강제 급기시키기 위한 급기팬이 마련된 것을 특징으로 한다.

또한, 잠열케이스의 저부에는 응축수 배출을 위한 드레인홀이 마련된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 첨부도면을 간략히 설명하면, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 콘덴싱 보일러용 열교환기 조립체의 전체적인 외형 구조를 개략적으로 보인 것이고, 도 3은 열교환기 조립체의 내부 구조를 보인 것이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 콘덴싱 보일러는 연료를 공급받아 연소열을 발생시키는 버너(20)와, 이 버너(20)의 연소열을 통해 난방수를 가열하는 열교환기 조립체(40)와, 이 열교환기 조립체(40)를 지나면서 열교환작용을 마친 폐가스를 외부로 배출시키기 위한 배기덕트(30)를 갖추고 있다.

버너(20)는 통상 가스연료를 공급받아 공기와 함께 연소시키는 것으로, 본 발명에서는 플레이트 타입으로 이루어져 있다.

그리고 열교환기 조립체(40)는 버너(20)의 직상부에 배치되는 현열케이스(41)와, 이 현열케이스(41) 상부에 배치되어 폐가스 유입되며 상부에는 배출구(42a)가 마련된 잠열케이스(42)와, 현열케이스(41)로부터 폐가스를 강제 흡입하여 잠열케이스(42)측으로 내보내기 위한 배기수단(50)과, 잠열케이스(42) 내부에 배치되며 폐가스를 통해 난방수를 예열하기 위한 잠열 열교환기(43)와, 이 잠열 열교환기(43)의 아웃렛(43b)과 연결되며 현열케이스(41)의 하부에 장착된 현열 열교환기(44)를 구비하고 있는데, 각 구성요소들의 상세한 구조는 다음과 같다.

먼저, 현열케이스(41)는 금속 플레이트를 벤딩하여 대략 함체상으로 제작되며, 이의 상부에는 폐가스를 배출시키기 위한 배기구(41a)가 마련된다.

잠열케이스(42)는 상부가 돔형태로 이루어진 함체로 구성되며, 현열케이스(41) 상부에 배치되어 폐가스가 유입되게 된다. 이러한 잠열케이스(42)의 상부에는 배기덕트(30)가 결합되는 폐가스 배출구(42a)가 마련되고, 잠열케이스(42)의 저부에는 잠열 열교환기(43)에서 발생되는 응축수를 외부로 배출시키기 위한 드레인홀(42b)이 마련된다. 이 드레인홀(42b)에는 배수호스(미도시)가 연결된다.

그리고 배기수단(50)은 현열케이스(41)로부터 폐가스를 강제 흡입하여 잠열케이스(42)측으로 내보내기 위한 것으로, 현열케이스(41)의 상부에 배기구(41a)를 덮도록 배치되는 팬케이싱(51)과, 이 팬케이싱(51)의 내부에 배치되는 팬(52)과 이를 구동시키기 위한 팬모터(53)를 구비한다.

팬케이싱(51)은 팬(52)이 수용되면서 현열케이스(41)의 상부에 배기구(41a)를 덮도록 장착되는 것으로, 이의 내부에는 팬모터(53)의 회전축에 결합되는 팬(52)이 회전 가능하게 수용되는 볼류트공간(51a)과, 이 볼류트공간(51a)과 접선방향으로 연계되도록 토출구(51b)가 마련된다. {본 발명의 실시 예에서 팬(52)은 소음이 적으며 배기성능이 우수한 블로워 팬(blower fan)으로 적용하였다.) 볼류트공간(51a)은 팬(52)이 회전 가능하게 수용 설치되는 공간으로, 이의 내면은 토출구(51b) 부위까지 팬(52)의 회전 중심으로부터의 거리가 회전각에 비례하여 커지는 와선(渦線), 즉 아르키메데스의 와선(Spiral of Archimedes)으로 소정의 곡률을 갖도록 구성된다. 이러한 것은 팬(52)의 회전 시 회전반경 방향으로 토출되는 공기를 토출구(51b)측으로 원활하게 안내하기 위함이다.

토출구(51b)는 볼류트 공간(51a)과 접선방향으로 연계되도록 이루어지며, 이의 단부는 잠열케이스(42) 일측 중앙에 연통된다. 이에 따라 팬(52)이 기동하게 되면, 현열케이스(41) 내부의 폐가스는 팬케이싱(51)내로 흡입되게 되며, 계속하여 토출구(51b)를 통해 잠열케이스(42) 내부로 송풍되게 된다.

또한, 잠열 열교환기(43)는 폐가스를 통해 난방수가 예열되도록 잠열케이스(42) 내부에 배치되는 것으로, 내부에 가스 통로(43c)를 형성하도록 나선형으로 벤딩된 열교환 파이프로 이루어져 있다. 이러한 잠열 열교환기(43)는 스테인리스 스틸 파이프를 통해 나선형으로 벤딩하여 제작한 것으로, 전열면적을 증대시키기 위해 타원형 단면을 갖도록 압착하는 것이 바람직하다. 또한, 잠열 열교환기(43)의 아웃렛(43b)은 현열 열교환기(44)의 인렛(44a)측과 연결파이프(45)를 통해 직결되며, 잠열 열교환기(43)의 인렛(43a)은 난방코일(미도시)의 출구측과 연결된다.

이와 같이, 잠열 열교환기(43)가 스텐인리스 스틸 파이프를 통해 이루어지기 때문에, 이의 생산성 및 조립 설치가 용이하여 제조비용을 절감시킬 수 있으며, 제품을 보다 콤팩트하게 구성할 수 있다. 또한, 잠열 열교환기(43)의 벤딩 단수를 조절함으로써 열교환기의 용량 가변을 손쉽게 할 수 있다.

그리고 현열 열교환기(44)는 버너(20)에 의해 직접 가열되도록 현열케이스(41) 하부에 배치되는 것으로, 이는 병렬로 배치된 열교환핀(44c)들과, 이 열교환핀(44c)들을 수차례 관통하도록 U 형태로 벤딩한 열교환파이프(44d)를 구비하여 플레이트 타입으로 이루어져 있다. 이러한 현열 열교환기(44)의 인렛(44a)은 앞서 기술한 바와 같이 잠열 열교환기(43)의 아웃렛(43b)과 연결되며, 현열 열교환기(44)의 아웃렛(44b)은 난방코일(미도시)의 입구측과 연결된다.

다음에는 이와 같이 구성된 열교환기 조립체의 작동 및 이에 따른 효과를 설명한다.

먼저, 실내 난방코일에서 열교환작용을 마친 난방수는 순환펌프(미도시)에 의해 잠열 열교환기(43) → 연결파이프(45) → 현열 열교환기(44) → 현열 열교환기(44)의 아웃렛(44b)을 통해 다시 실내로 순환한다.

그리고 버너(20)에 가스연료가 공급되어 연소가 진행되고 배기수단(50)의 팬모터(53)가 구동되면, 연소열에 의해 현열케이스(41)에 배치된 현열 열교환기(44)가 직접 가열됨으로써 이의 아웃렛(44b)으로는 가열된 난방수가 빠져나간다.

계속하여, 연소 폐가스는 현열케이스(41)와, 팬케이싱(51)과, 토출구(51b)를 통해 잠열케이스(42)로 내부로 강제 송풍되며, 잠열 열교환기(43)의 핀피치 틈새를 지나가면서 배출구(42a)와 배기덕트(30)를 통해 빠져나간다. 이로 인해 잠열 열교환기(43)가 가열됨으로써 난방코일에서 열교환작용을 마친 후 유입되는 난방수는 현열 열교환기(44)로 공급되기 이전에 예열된다. 즉, 잠열케이스(42)에는 연소 작용을 마친 후 외부로 배출되는 폐가스 중의 잠열을 회수하여 난방수가 가열된다.

따라서 현열 열교환기(41)에는 잠열 열교환기(43)를 지나면서 예열된 난방수가 들어오기 때문에, 이의 열교환 효율이 월등하게 향상된다. 또한, 잠열 열교환기(43)는 종래 열전도핀과 금속파이프가 조합된 방식과는 달리 폐가스에 의해 직접 가열되기 때문에, 순간 열전달 반응속도가 종래에 비해 월등하게 빠르며 좁은 공간에서도 넓은 전열면적을 확보할 수 있다.

한편, 이러한 기술적 사상은 현열케이스(41)와 잠열케이스(42) 사이에 폐가스를 강제 흡입하여 잠열케이스(42) 측으로 배기하는 배기수단(50)을 설치한 것으로 기술하였는데, 이에 국한하지 않고 버너(20) 하부에 강제 급기수단을 설치한 것에도 적용할 수 있다.

즉, 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 열교환기 조립체를 보인 것으로, 버너(20) 하부에 급기팬(61;브로워 팬)을 갖춘 급기수단(60)을 설치하여도 본 발명의 소기 목적을 달성할 수 있음은 물론이다. (본 발명의 일 실시 예의 구성과 동일한 것에 대한 설명은 생략한다.)

이와 같이, 본 발명의 기술적 사상을 강제 배기 또는 급기방식의 열교환기 조립체(40)에 모두 적용할 수 있음은 물론이며, 공지된 열교환기에 잠열케이스(42) 및 잠열 열교환기(43)를 부설하여 콘덴싱 기능을 효과적으로 발휘할 수 있다. 이에 따라 보일러 생산업체에서는 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 적용할 수 있고, 부품을 공용화하여 제조비용을 줄일 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 보일러용 열교환기 조립체에 의하면; 잠열케이스 내부에 폐가스를 통해 난방수를 예열하기 위한 잠열 열교환기가 별도로 구성되는데, 이 잠열 열교환기는 내부에 가스 통로를 형성하도록 스테인리스 스틸 파이프를 나선형으로 벤딩하여 이루어져 있다. 이에 따라 잠열 열교환기를 보다 콤팩트하게 구성하며 제조비용 역시 절감할 수 있는 작용효과가 있으며, 폐가스가 잠열 열교환기의 가스 통로 및 이들의 사이틈을 지나면서 직접 가열시키기 때문에, 종래에 비해 열교환 효율 역시 향상되는 이점이 있다.

도 1은 종래 콘덴싱 보일러의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 콘덴싱 보일러용 열교환기 조립체를 개략적으로 보인 사시도이다.

도 3은 도 2의 Ⅲ - Ⅲ선에 따른 단면도로, 열교환기 조립체의 내부구조를 보인 것이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예를 보인 것이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

40..열교환기 조립체 41..현열케이스

42..잠열케이스 43..잠열 열교환기

43c..가스 통로 44..현열 열교환기

50..배기수단 51..팬케이싱

52..팬 53..팬모터

Claims (7)

1. 버너를 통해 난방수를 가열하기 위한 보일러용 열교환기 조립체에 있어서;

   상기 보일러용 열교환기 조립체(40)는;

   상기 버너(20)의 직상부에 배치되며 상부에는 폐가스를 배출시키기 위한 배기구(41a)가 마련된 현열케이스(41)와;

   상기 현열케이스(41)의 상부에 배치되어 폐가스가 유입되며 상부에는 폐가스 배출구(42a)가 마련된 잠열케이스(42)와;

   상기 잠열케이스(42)의 내부에 배치되며 폐가스를 통해 난방수를 예열하기 위한 잠열 열교환기(43)와;

   상기 잠열 열교환기(43)의 아웃렛(43b)과 연계되며 상기 현열케이스(41)의 하부에 장착되어 상기 버너(20)를 통해 직접 가열되는 현열 열교환기(44)를; 구비하는 것을 특징으로 하는 보일러용 열교환기 조립체.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 잠열 열교환기(43)는 내부에 가스 통로(43c)를 형성하도록 파이프를 나선형으로 벤딩하여 이루어지며,

   상기 잠열 열교환기(43)의 가스 통로(43c) 일측으로 폐가스가 유입되게 배치된 것을 특징으로 하는 보일러용 열교환기 조립체.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 잠열 열교환기(43)는 스테인리스 스틸 파이프로 제작되며, 전열면적을 증대시키기 위해 타원형 단면을 갖도록 압착된 것을 특징으로 하는 보일러용 열교환기 조립체.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 현열케이스(41)와 상기 잠열케이스(42) 사이에는 상기 현열케이스(41)로부터 폐가스를 강제 흡입하여 상기 잠열케이스(42)측으로 내보내기 위한 배기수단(50)이 마련된 것을 특징으로 하는 보일러용 열교환기 조립체.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 배기수단(50)은,

   상기 현열케이스(41)의 상부에 배치되며 내부에는 볼류트 공간(51a)이 마련되고 상기 볼류트 공간(51a)과 접선방향으로 연계되면서 상기 잠열케이스(42)의 일측과 연통된 토출구(51b)를 구비한 팬케이싱(51)과,

   상기 팬케이싱(51)의 볼류트 공간(51a)에 수용 설치되며 모터(53)에 의해 구동되어 폐가스를 상기 현열케이스(41)로부터 강제 흡입하여 상기 잠열케이스(42)측으로 송풍하는 팬(53)을 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러용 열교환기 조립체.
6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한항에 있어서,

   상기 버너(20)의 하부에는 외부공기를 강제 급기시키기 위한 급기팬(61)이 마련된 것을 특징으로 하는 보일러용 열교환기 조립체.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 잠열케이스(42)의 저부에는 응축수 배출을 위한 드레인홀(42b)이 마련된 것을 특징으로 하는 보일러용 열교환기 조립체.