KR100747000B1 - Heat exchanger and condencing boiler involving the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 의한 열교환기의 바람직한 실시예를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a preferred embodiment of a heat exchanger according to the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 열교환기가 적용된 보일러의 바람직한 실시예를 도시한 단면도.Figure 2 is a sectional view showing a preferred embodiment of the boiler to which the heat exchanger according to the present invention is applied.
도 3은 본 발명에 의한 응축잠열회수보일러의 구성도.3 is a configuration diagram of a latent condensation recovery boiler according to the present invention.
<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명><Brief description of the major symbols in the drawings>
10.........연소실 20...........연관10 .........
30...........외피 40.......배기후드30 ..............
50.......상부경판 60.......하부경판50 .......
70.......온수코일 80.........체임버70 .......
90.........배기관 100......열교환기90 .........
X1..........중심축 M.........팬구동모터X1 ............. Center shaft M ......... fan drive motor
I.............송풍기 E.............배풍기I ............. Blower E ............. Floor
B...............버너B ............... Burner
본 발명은 보일러에 제공되는 열교환기와, 이러한 열교환기를 포함하는 응축잠열회수보일러, 즉 콘덴싱 보일러에 제공되는 열교환기에 관한 것이다.The present invention relates to a heat exchanger provided in a boiler and a latent condensation recovery boiler comprising such a heat exchanger, that is, a heat exchanger provided in a condensing boiler.
보일러는 고온의 연소가스와 저온의 물이 열교환을 함으로써, 온수와 난방수를 덥히도록 구성된다. 특히, 콘덴싱 보일러는 보일러의 열 효율을 증대시키기 위해 연소가스가 열교환을 마치고 배기될 때의 온도가 물의 노점(露點; 이슬점) 이하가 되도록 하여, 연소가스 중에 포함된 수증기의 잠열까지 회수할 수 있도록 구성된다.The boiler is configured to heat hot water and heating water by exchanging hot combustion gases with low temperature water. In particular, condensing boilers have a temperature at which the combustion gas is exhausted after exhausting heat exchange to exhaust the dew point of water to increase the thermal efficiency of the boiler, so that the latent heat of steam contained in the combustion gas can be recovered. It is composed.
한편, 전술한 바와 같은 보일러의 열교환기는 외피와, 외피 내부에 배치되는 연소실과, 외피 내부에 상기 연소실과 연통하도록 배치되는 복수 개의 연관과, 상기 연관과 상기 연소실 사이의 공간에 형성되는 체임버와, 상기 체임버 내부에 상기 복수 개의 연관을 둘러싸는 형태로 배치되는 온수 코일을 포함하도록 구성된다. 상기 체임버에는 열교환될 난방수가 공급되어 채워지고, 상기 버너실에서 발생된 연소 가스는 상기 연관을 지나가면서 상기 난방수와 열교환하여 난방수의 온도를 상승시키는 한편, 상기 온수 코일 내부의 온수의 온도를 상승시킨 후 배기된다.On the other hand, the heat exchanger of the boiler as described above, the outer shell, a combustion chamber disposed inside the shell, a plurality of associations arranged to communicate with the combustion chamber inside the shell, a chamber formed in the space between the association and the combustion chamber, It is configured to include a hot water coil disposed in the chamber surrounding the plurality of associations. The chamber is supplied with heating water to be heat-exchanged, and the combustion gas generated in the burner chamber exchanges heat with the heating water while passing through the pipe to increase the temperature of the heating water, while increasing the temperature of the hot water inside the hot water coil. It is raised and then exhausted.
따라서, 열교환기에서 일어나는 열교환이 원활히 이루어지도록 하기 위해서는 상기 연소 가스가 상기 복수 개의 연관 내부로 골고루 유입되도록 하여야 한다. 그런데, 종래의 열교환기에 있어서는 연소 가스가 생성되는 위치와 각 연관과의 거리가 일정하지 아니하여, 연소 가스가 생성되는 위치에 상대적으로 가까운 연관으로는 더 많은 연소 가스가 유입되고, 연소 가스가 생성되는 위치에서 상대적으로 먼 연관으로는 더 적은 연소 가스가 유입되어, 연소 가스가 복수 개의 연관 내부로 골고루 유입되지 아니하여, 열교환기 내부에서의 온도가 불균형하게 분포되는 문제점이 있었다.Therefore, in order to facilitate the heat exchange occurring in the heat exchanger, the combustion gas should be introduced evenly into the plurality of associated pipes. However, in the conventional heat exchanger, the distance between the position where the combustion gas is generated and the respective association is not constant, so that more combustion gas is introduced into the association relatively close to the position where the combustion gas is generated, and the combustion gas is generated. In a relatively far away position, fewer combustion gases were introduced, and combustion gases were not evenly introduced into the plurality of associations, resulting in an uneven distribution of temperature inside the heat exchanger.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 연소실 내에 배치되는 버너에서 발생된 연소 가스가 복수 개의 연관 내부로 고르게 유입될 수 있도록, 복수 개의 연관의 각 연소 가스 유입구가 버너로부터 일정한 거리가 되도록 구성된 열교환기를 제공하여, 열교환기 및 보일러의 열효율을 증대시키는데 그 목적이 있다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the plurality of associated combustion gas inlets are fixed from the burner so that the combustion gas generated in the burner disposed in the combustion chamber can be evenly introduced into the plurality of associated interiors. It is an object to provide a heat exchanger configured to be a distance, thereby increasing the thermal efficiency of the heat exchanger and the boiler.
전술한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 열교환기는 중심축 상부에 배치되는 버너; 상기 버너를 수용하는 공간을 형성하는 연소실; 상기 중심축에 실질적으로 평행하도록 일측 단부가 상기 하부경판에 형성된 관통공에 대응하여 형성되고, 상기 버너에서 발생하는 연소가스가 유입되는 복수개의 연관; 상기 연관과의 사이에 체임버(chamber)를 형성하면서 상기 연관을 수용하는 외피를 포함하되, 상기 복수개의 연관 상단과 상기 버너와의 직선 거리가 일정하도록, 상기 복수개의 연관 길이는 상기 복수개의 연관과 상기 중심축 간 거리에 비례하여 증가하도록 구성된다.Heat exchanger for achieving the object of the present invention as described above burner disposed on the central axis; A combustion chamber forming a space for accommodating the burner; A plurality of associations, one end of which is formed corresponding to the through hole formed in the lower hard plate so as to be substantially parallel to the central axis, to which combustion gas generated in the burner flows; And a shell for accommodating the association while forming a chamber between the association, wherein the plurality of association lengths are associated with the plurality of associations such that a straight line distance between the plurality of association tops and the burner is constant. And increase in proportion to the distance between the central axes.
본 발명의 명세서에서 "체임버"는 연소 가스와 열교환할 물을 수용하는 공간으로서, 외피와 연소실 또는 외피와 연관 사이의 공간을 나타낸다."Chamber" in the context of the present invention refers to a space containing the water to be heat exchanged with the combustion gas, the space between the shell and the combustion chamber or shell and the associated.
바람직하게는, 상기 외피는 상기 연소실과의 사이에도 체임버를 형성하도록 상기 연소실과 상기 연관을 수용하여 구성된다.
본 발명에 의한 응축잠열회수보일러는, 중심축 상부에 배치되는 버너; 상기 버너를 수용하는 공간을 형성하는 연소실; 상기 중심축에 실질적으로 평행하도록 일측 단부가 상기 하부경판에 형성된 관통공에 대응하여 형성되고, 상기 버너에서 발생하는 연소가스가 유입되는 복수개의 연관; 상기 연관과의 사이에 체임버(chamber)를 형성하면서 상기 연관을 수용하는 외피; 상기 연관의 일측 단부와 통공(通空) 가능하도록 형성되는 배기 후드; 상기 배기 후드에 연결되어 응축수를 배출하기 위해 형성되는 배수 장치; 상기 버너가 관통하도록 관통공이 형성되어 있고, 외주연이 상기 외피의 상단부에 결합되어 상기 외피의 상단부를 폐쇄하는 상부 경판; 상기 연관의 일측 단부에 대응하도록 복수개의 개구가 형성되어 있고, 외주연이 상기 외피의 하단부에 결합되어 상기 외피의 하단부를 폐쇄하는 하부경판을 포함하되, 상기 복수개의 연관 상단과 상기 버너와의 직선 거리가 일정하도록, 상기 복수개의 연관 길이는 상기 복수개의 연관과 상기 중심축간 거리에 비례하여 증가하도록 구성된다.Preferably, the shell is configured to receive the combustion chamber and the association so as to form a chamber also with the combustion chamber.
The latent condensation recovery boiler according to the present invention comprises: a burner disposed above the central axis; A combustion chamber forming a space for accommodating the burner; A plurality of associations, one end of which is formed corresponding to the through hole formed in the lower hard plate so as to be substantially parallel to the central axis, to which combustion gas generated in the burner flows; An outer shell for receiving the association while forming a chamber between the association; An exhaust hood formed to be in communication with one end of the association; A drainage device connected to the exhaust hood and configured to discharge condensate; A through-hole formed so that the burner penetrates, and an outer circumference is coupled to an upper end of the outer shell to close the upper end of the outer shell; A plurality of openings are formed so as to correspond to one end of the association, the outer periphery is coupled to the lower end of the outer shell including a lower plate for closing the lower end of the outer shell, wherein the plurality of associated upper and the straight line of the burner The plurality of associative lengths are configured to increase in proportion to the distance between the plurality of associations and the central axis so that the distance is constant.
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바람직하게는, 상기 배기 후드에 연결되어 연소 가스를 배출하기 위해 제공되는 배기관 및 상기 배기관의 연소 가스를 강제 배출시키는 배기 팬을 더 포함하도록 구성된다.Preferably, it is further configured to further comprise an exhaust pipe connected to the exhaust hood and provided for exhausting the combustion gas and an exhaust fan forcibly discharging the combustion gas of the exhaust pipe.
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바람직하게는, 상기 배기 후드의 저면은 상기 배수 장치와 연결되는 부분을 향해 경사지도록 구성된다.Preferably, the bottom surface of the exhaust hood is configured to be inclined toward a portion connected with the drainage device.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 열교환기와 응축잠열회수보일러의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the heat exchanger and the latent heat recovery boiler according to the present invention.
도 1은 본 발명에 의한 열교환기의 바람직한 실시예를 도시한 단면도이며, 도2는 본 발명에 의한 열교환기가 적용된 보일러의 바람직한 실시예를 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 응축잠열회수보일러의 구성도이다.1 is a cross-sectional view showing a preferred embodiment of a heat exchanger according to the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view showing a preferred embodiment of a boiler to which the heat exchanger according to the present invention is applied, Figure 3 is a latent heat recovery of condensation according to the present invention A diagram of the boiler.
본 발명에 의한 열교환기(100)는 수직 방향의 중심축(X1)을 중심으로 원통형상으로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 중심축(X1) 상부에는 버너가 장착된다. 이에 대해서는 당업자에게 자명한 사항이므로, 상세한 설명은 생략한다.
상기 연소실의 수직방향 하부에는 복수개의 연관(20)이 상기 중심축(X1)에 대해 실질적으로 평행하도록 배치된다. 상기 연관(20)은 중공이 형성된 파이프 형상으로 제작되는 것이 일반적이다.Under the vertical direction of the combustion chamber, a plurality of
이 때, 연소실(10) 내부의 연소 가스가 상기 연관(20)으로 유입될 수 있도록 연관(20)의 일측 단부에는 개구가 형성된다. 한편, 상기 연관의 타측 단부에는 열교환된 연소가스가 배기후드(40)로 유입될 수 있도록 상기 하부경판(60)과 대응되도록 개구가 형성된다.At this time, an opening is formed at one end of the
상기 연소실(10)과 상기 연관(20)은 열교환기(100)의 외피(30)에 의해 수용된다. 상기 외피(30)는 소정의 이격된 공간을 가지면서 연관(20)과 연소실(10)을 수용하도록 하고, 상기 이격된 공간이 체임버(80)이다. 상기 체임버(80)에는 전술한 바와 같이 연소 가스와 열교환할 물이 배치되는데, 도 1에 도시된 바와 같이 저온의 물이 난방환수구(31)를 통해 유입되어, 상기 연관(20) 내의 연소가스와 열교환된 후 고온이 되면 난방공급구(33)로 유출되어 난방에 사용된다.The
종래에는 연소실(10)과 외피(30) 사이에는 별도의 체임버(80)가 형성되지 아니하였었으나, 외피(30)와 연소실(10) 사이에도 체임버(80)를 형성하여 열교환량을 늘려 열교환 효율을 증대시키도록 구성하는 것이 바람직하다.In the related art, a
도 1 또는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 체임버(80)에는 상기 연관(20)과 상기 연소실(10) 외부를 감싸는 형태로 온수 코일(70)이 배치되는 것이 바람직한데, 온수 코일(70)에도 연소 가스와 열교환할 물이 배치되고, 온수 코일의 일단부에 형성되는 냉수공급구(73)에서 저온의 물이 유입되고, 연소 가스와 열교환하여 고온이 된 물은 온수 코일의 타단부에 형성되는 난방공급구(33)로 유출되어 온수로 사용된다. 한편, 상기 외피(30)의 하부는 전술한 하부경판(60)에 의해 열교환을 마친 배기 가스가 배출되기 위한 개구를 제외하여 패쇄되고, 상부는 상부경판(50)에 의해 버너가 관통하는 관통구를 제외하여 폐쇄되어 체임버(80) 내부의 물이 새어나가지 않도록 구성된다.As shown in FIG. 1 or 3, it is preferable that a
본 발명에 의한 열교환기는 특히 복수 개의 연관이 종래에는 모두 동일한 길이를 갖도록 배치된 것에 비해, 버너가 배치되는 중심축(X1)을 중심으로 중심축(X1)과의 거리가 가까운 연관(21, 21')의 길이가, 중심축(X1)과의 거리가 먼 연관(22, 22', 23, 23')에 비해 짧게 배치됨으로써, 중심축(X1)을 중심으로 연관(20)의 길이가 다르게 구성된다.The heat exchanger according to the present invention has a close relationship with the central axis (X1) centered on the central axis (X1) in which the burner is arranged, in particular, a plurality of associations are conventionally arranged to have the same length (21, 21) ') Has a shorter length than the associated
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이와 같이 구성하게 되면, 각 연관들의 중심축(X1)상에 배치되는 버너(B)로부터 연관(20)의 연소 가스 유입구까지의 거리가 일정하게 되어, 종래 버너로부터 각 연관과의 거리가 일정하지 아니하여, 연소 가스가 생성되는 위치에 상대적으로 가까운 연관으로는 더 많은 연소 가스가 유입되고, 연소 가스가 생성되는 위치에서 상대적으로 먼 연관으로는 더 적은 연소 가스가 유입되어, 연소 가스가 복수 개의 연관 내부로 골고루 유입되지 아니함으로써, 열교환기 내부에서의 온도 분포가 불균형하게 분포되는 문제점이 해결되므로, 열교환의 효율이 저하되는 문제를 해결할 수 있게 된다.In this configuration, the distance from the burner B disposed on the central axis X1 of the respective associations to the combustion gas inlet of the
이하에서는, 도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명에 의한 응축잠열회수보일러의 바람직한 실시예에 대해 설명하도록 하겠다.Hereinafter, a preferred embodiment of the latent condensation recovery boiler according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
배기 후드(40)의 일측에 형성된 연결부(41)에 배기관(90)의 일측 단부를 연결하고, 이 배기관(90)의 타측 단부를 배풍기(E)에 연결한다. 한편, 버너(B)를 중심축(X1) 상에 오도록 형성하고, 버너(B)에는 외부 공기가 버너(B) 내부로 유입되도록 송풍기(I)를 형성한다. 바람직하게는 이들 송풍기(I)와 배풍기(E)는 도2에 도시된 바와 같이 단일의 모터(M)에 의해 구동되는 팬을 갖도록 구성하는 것이 바람직한데, 이와 같은 팬의 구성은 대한민국 공개특허출원 2002-0090432에 상세하게 개시되어 있다. 한편, 송풍기(I)와 배풍기(E)를 도 3에 도시된 바와 같이 분리하여 구성할 수도 있다.One end of the
응축잠열회수보일러에 있어서는 종래에는 배풍기(E)를 별도로 구성하지 아니하였는데, 특히 응축잠열회수보일러에 있어서는 배풍기(E)에서 배기되는 배기 가스 온도가 물의 노점 이하가 되기 때문에, 배풍기 팬(미도시)이 부식되는 문제가 있었기 때문이다. 따라서, 배풍기의 팬과 구동 축(미도시)은 바람직하게는 스테인레스 스틸 등 내부식성이 강한 금속으로 제작하는 것이 바람직하다. 한편, 이와 같이 응축잠열회수보일러에 있어서 배풍기(E)를 두게 되면, 배기 가스의 배출이 원활해지므로 열교환기에서의 열교환 효율을 더욱 증대시킬 수 있게 된다.In the latent condensation recovery boiler, the exhaust fan (E) has not been separately configured. In particular, in the latent condensation recovery boiler, since the exhaust gas temperature exhausted from the exhaust fan (E) becomes below the dew point of the water, the fan is not shown. This is because there was a problem of being corroded. Therefore, the fan and the drive shaft (not shown) of the air blower are preferably made of a metal having high corrosion resistance such as stainless steel. On the other hand, if the exhaust fan (E) in the condensation latent heat recovery boiler in this way, it is possible to further increase the heat exchange efficiency in the heat exchanger because the exhaust gas is smoothly discharged.
한편, 전술한 바와 같이 응축잠열회수보일러의 배기가스 온도는 물의 노점 이하가 되므로, 배기 후드(40)에는 액체 상태의 물과, 기체 상태의 배기 가스가 동시에 존재하게 된다. 이 때, 기체 상태의 배기 가스는 전술한 바와 같이 배기관을 통해 외부로 배출되며, 액체 상태의 물은 배기 후드(40)의 일단부에 형성된 드레인 홀(43)로 출수(出水)되도록 구성된다. 한편, 물의 원활한 출수를 위해서 도 3에 도시된 바와 같이 배기후드(40)의 바닥면(41)은 드레인 홀(43)에서 최하점이 형성되도록 경사면으로 구성하는 것이 바람직하다.On the other hand, as described above, since the exhaust gas temperature of the condensation latent recovery boiler is equal to or lower than the dew point of the water, the liquid hood and the gaseous exhaust gas are simultaneously present in the
드레인 홀(43)에는 통상 배수 장치(45)를 연결하는데, 도 3에 도시된 바와 같이 사이폰(Siphon) 장치로 구성하거나, 응축수를 저장하였다가 사용자가 선택적으로 이를 배출 할 수 있도록 구성되는 응축수 트랩(trap)으로 구성할 수 있으며, 응축된 물을 배출하기 위해 알려진 다양한 방법으로 구성할 수 있다.The
본 발명에 의한 응축잠열회수보일러의 전체적인 작동에 대해 설명하면, 거버너(G; Governor)를 통해 버너(B)로 가스 연료가 공급되고, 공급된 연료는 송풍기(I)에서 유입되는 외부 공기와 혼합된다. 버너(B)가 작동하여 연소 가스가 발생하면, 발생된 연소가스는 연소실(10)에서 연관(20)으로 유입되고, 연관 주위에 형성된 체임버(80) 내부의 물 또는 온수 코일(70) 내부의 물과 열교환한다. 열교환한 연소 가스는 배기 후드(40)로 유입되고, 응축잠열이 회수되어 발생된 배기 가스 내의 수증기는 액화되어 드레인 홀(43)에 연결된 배수 장치(45)로 출수되고, 배기 가스 중 기체 성분은 배풍기(E)에 의해 배기관(90)을 통해 외부로 배출된다. 한편, 체임버(80)에 공급되는 물은 난방환수구(31)를 통해 유입되고, 난방출수구(33)를 통해 유출되고, 펌프(P)에 의해 각 난방 목표 지점으로 보내지고, 체임버(80) 내부의 온수 코일(70)에 배치되는 물은 냉수공급구(73)을 통해 유입되었다가, 온수공급구(71)로 유출된다.Referring to the overall operation of the condensation latent recovery boiler according to the present invention, the gas fuel is supplied to the burner (B) through the governor (G; Governor), the fuel supplied is mixed with the outside air introduced from the blower (I) do. When burner B is operated to generate combustion gas, the generated combustion gas flows into
한편, 보일러 내부의 물과 난방수 등의 온도는 통상 20℃에서 80℃까지 온도가 변화하게 되고, 물의 온도 변화에 따라 부피가 팽창하게 되므로, 팽창한 물에 의한 파이프 파괴 등을 방지하기 위해 별도의 팽창수 수용 탱크(C)를 도 3에 도시된 바와 같이 배관에 더 포함시키는 것이 바람직하다. 또한, 목욕수 등으로 사용되는 온수와 방 등을 덥히는데 사용되는 난방수가 섞이게 되면 온수가 오염되어 목욕수로 사용되기 곤란한 문제가 발생할 수 있으므로 온수와 난방수의 혼합을 방지하도록, 보일러가 온수를 덥힐 목적으로 작동할 때와 난방수를 덥힐 목적으로 작동할 때 물의 흐름을 제어할 수 있도록 삼방 밸브(W)를 도 3에 도시된 바와 같이 배관에 더 포함시키는 것이 바람직하다.On the other hand, the temperature of the water and heating water in the boiler is usually 20 ℃ to 80 ℃ temperature changes, and the volume is expanded in accordance with the temperature change of the water, so to prevent pipe destruction by expanded water, etc. It is preferable to further include the expansion water receiving tank (C) of the pipe as shown in FIG. In addition, when hot water used for bathing water and heating water used to heat a room are mixed, the hot water may be contaminated and difficult to use as bath water. Therefore, the boiler may prevent hot water from mixing with the hot water. It is preferable to further include a three-way valve (W) in the piping as shown in FIG. 3 so as to control the flow of water when operating for warming purposes and when operating for heating water.
이상 본 발명에 의한 열교환기와, 이와 같은 열교환기가 적용된 응축잠열회수보일러의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 살펴보았는데, 본 발명의 권리범위를 실시예로 한정하여 해석하여서는 아니된다.Although the preferred embodiment of the heat exchanger according to the present invention and the condensation latent heat recovery boiler to which such a heat exchanger is applied has been described with reference to the accompanying drawings, the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments.
또한, 후술할 특허청구범위의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 발명과 실질적으로 동일한 발명뿐 아니라, 일부 구성요소를 균등한 것으로 치환한 발명에 까지 미치는 것으로 해석되어야 한다.In addition, the scope of the claims to be described later should be construed to extend not only to the invention substantially the same as the invention described in the claims, but also to the invention in which some components are replaced with equivalents.
본 발명에 의하면, 버너에서 발생한 연소 가스가 복수개의 연관 내부로 고르게 유입됨으로써, 복수개의 연관의 온도 분포가 고르게 되므로, 열교환기 및 이를 이용한 응축잠열회수 보일러의 열효율이 증대되는 효과가 있다.According to the present invention, since the combustion gas generated in the burner is evenly introduced into the plurality of associated pipes, the temperature distribution of the plurality of pipes is evenly distributed, thereby increasing the thermal efficiency of the heat exchanger and the condensation latent heat recovery boiler using the same.
Claims (7)
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