KR100872965B1

KR100872965B1 - 열교환유로와 연소실냉각유로가 일체화된 보일러의 연소실냉각구조

Info

Publication number: KR100872965B1
Application number: KR1020070084716A
Authority: KR
Inventors: 민태식
Original assignee: 주식회사 경동나비엔
Priority date: 2007-08-23
Filing date: 2007-08-23
Publication date: 2008-12-08

Abstract

본 발명은 연소실로부터 방열되는 열을 흡수하기 위한 연소실냉각유로와 연소가스와 난방수의 열교환이 이루어지는 열교환유로를 일체화시켜 배관구조를 간단히 함과 동시에 연소실냉각유로는 연소실로부터 발생되는 열손실을 최소화하여 열효율을 증대시킬 수 있는 연소장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

이를 구현하기 위한 본 발명은, 연소실로부터 방열되는 열을 흡수하기 위한 연소실냉각유로와 연소가스와 난방수의 열교환이 이루어지는 열교환유로를 구비한 보일러의 연소실 냉각구조에 있어서, 상기 연소실냉각유로와 열교환유로는 상기 난방수가 다수 회 교대로 통과하도록 형성된 것을 특징으로 한다.

연소실, 냉각, 열교환

Description

열교환유로와 연소실냉각유로가 일체화된 보일러의 연소실 냉각구조{COOLING STRUCTURE FOR COMBUSTION CHAMBER OF BOILER INTEGRATED PATH FOR HEAT EXCHANGE AND PATH FOR COOLING COMBUSTION CHAMBER}

본 발명은 열교환유로와 연소실냉각유로가 일체화된 보일러의 연소실 냉각구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 난방수와 연소가스 사이에 열교환이 이루어지는 열교환유로와 연소실 외벽을 통해 방열되는 열을 흡수하기 위한 연소실냉각유로가 일체화된 보일러의 연소실 냉각구조에 관한 것이다.

일반적으로 보일러는 연료의 연소과정에서 발생되는 연소열을 이용하여 물을 가열시키고, 가열된 물을 배관을 따라 순환시킴으로써 실내 난방용으로 사용하거나 온수용으로 사용할 수 있도록 하는 난방장치이다.

도 1은 일반적인 난방/온수 겸용 가스보일러의 개략적인 구성을 보여주는 구성도이다.

난방모드가 작동되면 순환펌프(10)가 작동되어 난방수가 이송된다. 이송되는 난방수는 버너(12)의 연소열과 주열교환기(11)에서 열교환이 이루어져 가열되고 삼방밸브(15)를 거쳐 난방이 요구되는 각 실로 이송되어 난방이 이루어진다.

각 실에서 난방이 이루어져 온도가 하락된 난방환수는 팽창탱크(17) 및 순환펌프(10)를 거쳐 주열교환기(11)에서 재가열이 이루어진다. 상기 버너(12)의 외측으로는 연소실(13)이 둘러싸고 있어 고온의 연소가스가 상측의 주열교환기(11)측으로 상승하도록 되어 있다.

미설명부호 14는 송풍기, 16은 급탕열교환기를 각각 나타낸다.

상기와 같이, 가스보일러(1)를 실내 난방용이나 온수 공급용으로 사용하기 위해 상기 연소실(13)에서는 연료의 연소에 의해 고온의 열에너지가 발생되도록 버너(12)가 구비되어 있다.

이때 연소실(13) 내부에서 발생된 고온의 열에너지가 연소실(13) 외부로 전달되는 경우에는 연소실(13) 주변 장치에 열 손상을 일으키게 되므로 이를 방지하기 위하여 연소실(13)을 냉각시키는 장치가 필요하게 된다.

도 2는 종래 보일러의 연소실 냉각구조의 일실시예로서, 연소실 내벽에 단열재를 사용하는 건식(Dry type) 연소실 냉각구조를 나타내는 단면도이다.

연소실(2)의 중앙에는 버너(12)가 위치하고 있고, 연소실(2)의 외측벽(21) 내측에는 단열재(25)가 부착되어 있다.

그러나, 상기 단열재(25)의 단열능력에는 한계가 있기 때문에 계속적으로 발생하는 열량이 단열재(25)의 단열능력을 초과하는 경우에는 외측벽(21)의 부식 현상이 발생하는 문제가 있다.

또한 이러한 문제를 해결하기 위하여 단열재(25)의 두께를 두껍게 하거나, 외측벽(21)의 재질을 변경하는 경우에는 원가 상승을 초래하는 문제점이 있고, 단 열재(25)를 사용하는 건식(Dry type) 연소실 냉각구조는 후술하는 습식(Wet type) 연소실 냉각구조에 비하여 열효율이 떨어지는 단점이 있다.

도 3은 종래 보일러의 연소실 냉각구조의 다른 실시예로서, 연소실하우징 외벽에 난방수유입관이 감겨진 습식(Wet type) 연소실 냉각구조를 나타내는 단면도이다.

연소실(3)의 측면 둘레에는 난방수가 유입되는 난방수배관(35)이 외측벽(21) 둘레에 접촉된 상태로 감겨져 있어, 연소실(3) 내부에서 발생된 고온의 열이 연소실(3) 외부로 방열되는 과정에서 일부의 열은 상기 난방수배관(35) 내부를 순환하는 난방수에 흡수되도록 하는 구조로 되어 있다. 통상 상기 난방수배관(35)은 동파이프로 구성된다.

이러한 습식 연소실 냉각구조는 난방수배관(35)을 순환하는 난방수가 열을 흡수하여 예열된 상태에서 열교환기(15)로 유입되므로 건식 연소실 냉각구조에 비하여 열교환기(15)에서의 열효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

그러나 종래 습식 연소실 냉각구조는 동파이프 재질로 구성됨으로써 제조비를 상승시키고, 외측벽(21) 일부분에만 난방수배관(35)이 감겨진 구조로 되어 있어 난방수배관(35)이 감겨져 있지 않은 부분을 통하여 연소실(3)의 열이 외부로 그대로 방열될 뿐만 아니라 연소실의 열을 흡수하기 위한 난방수배관(35)과 열교환기(11)를 구성하는 열교환배관이 별도로 설치되어 있어 배관구조가 복잡해지는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 연소실로부터 방열되는 열을 흡수하기 위한 연소실냉각유로와 연소가스와 난방수의 열교환이 이루어지는 열교환유로를 일체화시켜 배관구조를 간단히 함과 동시에 연소실냉각유로는 연소실로부터 발생되는 열손실을 최소화하여 열효율을 증대시킬 수 있는 연소실 냉각구조를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연소실로부터 방열되는 열을 흡수하기 위한 연소실냉각유로와 연소가스와 난방수의 열교환이 이루어지는 열교환유로를 구비한 연소장치에 있어서, 상기 연소실냉각유로와 열교환유로는 상기 난방수가 다수 회 교대로 통과하도록 형성된다.

이 경우 상기 연소실냉각유로는 연소실을 둘러싸는 제1내측판, 제2내측판, 제3내측판, 제4내측판의 전면을 통해 방열되는 열을 흡수할 수 있도록 구성될 수 있다.

또한 상기 제1내측판과 그 외측 공간을 밀폐하는 제1외측판과의 사이에 제1연소실냉각유로가 형성되고; 상기 제1내측판은 일측단이 폐쇄되고 타측단이 개방되어 제2내측판과 연결되는 제1열교환배관부와 연결되고; 상기 제2내측판과 그 외측 공간을 밀폐하는 제2외측판과의 사이에 제2연소실냉각유로가 형성되고; 양측단이 개방되어 일측단은 상기 제2내측판과 연결되고 타측단은 제3내측판과 연결되는 제2열교유로가 설치되고; 상기 제3내측판과 그 외측 공간을 밀폐하는 제3외측판과의 사이에 제3연소실냉각유로가 형성되고; 일측단이 개방되고 타측단은 폐쇄되어, 개방단이 제3연소실냉각유로의 제3내측판에 연결되어 제3연소실냉각유로에 있는 난방수의 이동통로가 되는 제3열교환유로가 설치되고; 양측단이 폐쇄되어, 입구는 상기 제3열교환유로의 출구에 연결되고 출구는 제4내측판에 연결되는 제4열교환유로가 설치되고; 상기 제4내측판과 그 외측 공간을 밀폐하는 제4외측판과의 사이에 제4연소실냉각유로가 형성되는 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 제1외측판과 제2외측판과 제3외측판 및 제4외측판은 합성수지재질로 구성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 연소실냉각유로와 열교환유로를 일체화시킴으로써 배관구조의 단순화와 그로 인해 제조비용이 절감되는 효과가 있고, 연소실에서 발생하여 외부로 방열되는 고온의 열을 난방수로 흡수시켜 연소실 주변 장치의 고온에 의한 열적 손상을 방지할 수 있고, 외측판은 합성수지 재질로 함으로써 제조비용을 절감시킬 수 있으며, 연소실냉각유로에서 예열된 상태의 난방수가 열교환배관으로 유입되도록 함으로써 열효율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명은 연소실로부터 방열되는 열을 흡수하기 위한 복수의 연소실냉각유로(201,202,203,204)와 연소가스와 난방수의 열교환이 이루어지는 복수의 열교환유로(150,160,170,180)가 교대로 연결된 것으로 이루어진다.

즉, 난방수는 제1연소실냉각유로(201), 제1열교환유로(150), 제2연소실냉각유로(202), 제2열교환유로(160), 제3연소실냉각유로(203), 제3열교환유로(170), 제4열교환유로(180)를 순차로 거친 후 제4연소실냉각유로(204)를 통해 난방이 요구되는 장소로 이송된다.

여기서 연소실은 제1내측판(112), 제2내측판(122), 제3내측판(132), 제4내측판(142)에 의해 둘러싸이는 내부 공간이 된다.

상기 연소실냉각유로(201,202,203,204)는 연소실을 둘러싸는 제1내측판(112), 제2내측판(122), 제3내측판(132), 제4내측판(142)의 전면을 통해 방열되는 열이 난방수로 흡수될 수 있도록 형성된다.

이를 위해 상기 제1연소실냉각유로(201)는 제1내측판(112)과 그 외부를 밀폐하는 제1외측판(111)에 의해 둘러싸여 형성되는 내부공간으로 구성되고, 그 내부공간으로 난방수입구(115)를 통해 난방수가 유입된다.

상기 제1연소실냉각유로(201)에 유입된 난방수는 제1내측판(112)을 사이에 두고 연소실의 연소가스와 열교환이 이루어져 연소실 외부로 방열되는 열을 차단시키게 된다. 상기 제1연소실냉각유로(201)를 통과하면서 가열된 난방수는 제1열교환유로(150)로 유입된다.

또한 제2연소실냉각유로(202)는 제2내측판(122)과 그 외부를 밀폐하는 제2외측판(121), 제3연소실냉각유로(203)는 제3내측판(132)과 그 외부를 밀폐하는 제3외측판(131), 제4연소실냉각유로(204)는 제4내측판(142)과 그 외부를 밀폐하는 제4외측판(141)에 의해 각각 둘러싸여 형성되는 내부공간으로 구성된다.

상기 제1,2,3,4외측판(111,121,131,141)은 평평한 평판으로 이루어진 평판부(111a,121a,131a,141a)와 상기 평판부(111a,121a,131a,141a)의 네 모서리부분에 형성된 플랜지부(111b,121b,131b,141b)로 이루어진다.

또한 상기 제1,2,3,4내측판(112,122,132,142)은 평평한 평판으로 이루어진 평판부(112a,122a,132a,142a)와 상기 평판부(112a,122a,132a,142a)의 네 모서리부분을 절곡시켜 형성된 플랜지부(112b,122b,132b,142b)로 이루어진다.

상기 제1,2,3,4외측판(111,121,131,141)의 플랜지부(111b,121b,131b,141b)는 제1,2,3,4내측판(112,122,132,142)의 플랜지부(112b,122b,132b,142b) 내측으로 삽입된다.

상기 제1,2,3,4외측판(111,121,131,141)의 플랜지부(111b,121b,131b,141b) 끝단에는 둘레를 따라 홈(111c,121c,131c,141c)이 형성되고, 상기 홈(111c,121c,131c,141c)에는 오링(116,126,136,146)이 삽입되어 제1,2,3,4내측판(112,122,132,142)의 평판부(112a,122a,132a,142a) 내측면과의 사이에 기밀이 이루어진다.

상기 제2,3내측판(122,132)의 평판부(122a,132a) 상측에는 후술하는 열교환배관의 양끝단이 삽입될 수 있도록 다수 개의 배관삽입구멍(122c,132c)이 일정간격으로 형성되어 있다.

상기 제1열교환유로(150)는 일례로, 단면이 대략 직사각형의 파이프 형상인 3개의 열교환배관(151,152,153)으로 구성된다. 이하 제2,3,4열교환유로(160,170,180)의 열교환배관(161,162,163,171,172,173,181,182,183)의 형상도 동 일하다.

상기 열교환배관(151,152,153)은 일측단은 보조판(134)에 의해 폐쇄되어 제3연소실냉각유로(203)와의 연결이 차단되고, 타측단은 개방되어 상기 제2내측판(122)의 배관삽입구멍(122c)에 삽입됨으로써 제2연소실냉각유로(202)와 연결된다.

상기 제1내측판(112)의 배관연결구멍(112c)은 열교환배관(151)의 외주면에 돌출된 배관연결부(151a)와 연결되고, 각각의 열교환배관(151,152,153)도 배관연결부(151b,152a)에 의해 서로 연결된다.

따라서 상기 제1연소실냉각유로(201)로 유입된 난방수는 제1열교환유로(150)를 경유하면서 열교환배관(151,152,153)의 외주면을 통해 연소가스와의 열교환이 이루어져 가열된다.

상기 제1열교환유로(150)를 통과한 난방수는 제2연소실냉각유로(202)로 유입된다.

상기 제2연소실냉각유로(202)에 유입된 난방수는 제2내측판(122)을 사이에 두고 연소실의 연소가스와 열교환이 이루어져 연소실 외부로 방열되는 열을 차단시키게 된다. 상기 제2연소실냉각유로(202)를 통과하면서 가열된 난방수는 제2열교환유로(160)로 유입된다.

상기 제2열교환유로(160)도 일례로, 3개의 열교환배관(161,162,163)으로 구성된다.

상기 열교환배관(161,162,163)의 양단은 개방되어 일측단은 제2내측판(122) 의 배관삽입구멍(122c)에 삽입되어 제2연소실냉각유로(202)와 연결되고, 타측단은 제3내측판(132)의 배관삽입구멍(132c)에 삽입되어 제3연소실냉각유로(203)와 연결된다.

상기 제3연소실냉각유로(203)에 유입된 난방수는 제3내측판(132)을 사이에 두고 연소실의 연소가스와 열교환이 이루어져 연소실 외부로 방열되는 열을 차단시키게 된다.

상기 제3연소실냉각유로(203)를 통과하면서 가열된 난방수는 일례로, 3개의 열교환배관(171,172,173)으로 이루어진 제3열교환유로(170)로 유입된다.

상기 제3열교환유로(170)의 열교환배관(171,172,173)은 일측단은 제3내측판(132)의 배관삽입구멍(132c)에 삽입되어 제3연소실냉각유로(203)와 연결되고, 타측단은 보조판(123)에 의해 폐쇄되어 제2연소실냉각유로(202)와의 연결이 차단된다.

또한 상기 열교환배관(171,172,173)은 외주면으로 돌출된 배관연결부(171a,172a,172b)에 의해 서로 연결되어 난방수가 통과하도록 되어 있다.

상기 제3열교환유로(170)는 3개의 열교환배관(181,182,183)으로 이루어진 제4열교환유로(180)와 연결된다.

상기 제4열교환유로(180)의 열교환배관(181,182,183)도 외주면으로 돌출된 배관연결부가 형성되어 난방수가 통과하도록 되어 있다.

상기 열교환배관(181,182,183)의 양측단은 보조판(123,133)에 의해 각각 폐쇄되어 있어 제4열교환유로(180)로 유입된 난방수는 3개의 열교환배 관(181,182,183) 내부를 경유하여 배관연결부(183a)의 구멍과 맞대어져 있는 제4내측판(142)의 배관연결구멍(142c)을 통해 제4연소실냉각유로(204)로 유입된다.

상기 제4연소실냉각유로(204)로 유입된 난방수는 제4내측판(142)을 사이에 두고 연소실의 연소가스와 열교환이 이루어져 연소실 외부로 방열되는 열을 차단시킨 후 난방수출구(145)를 통해 난방이 요구되는 각 실로 이송된다.

상기에서는 제3연소실냉각유로(203)를 통과한 난방수가 제3열교환유로(170) 및 제4열교환유로(180)를 경유하는 것으로 구성되어 있으나, 보일러의 용량에 따라서는 제3연소실냉각유로(203)와 제4연소실냉각유로(204)를 직접 연결함으로써 제3,4열교환유로(170,180)가 생략되는 구성도 가능하며, 그 이상의 열교환유로를 부가하는 구성도 가능하다.

종래의 연소실 냉각구조와는 달리, 본 발명에서의 연소실냉각유로(201,202,203,204)는 연소실 외벽(즉, 제1,2,3,4내측판) 전면에 걸쳐 난방수가 접촉되도록 형성되어 있어 연소실에서 발생하는 고온의 열이 최대한 연소실냉각유로(201,202,203,204) 내부를 통과하는 난방수로 전달되도록 하여 연소실 주변으로 열이 확산되는 것을 차단할 수 있게 된다.

또한 연소실냉각유로(201,202,203,204)와 열교환유로(150,160,170,180)를 교대로 배치하여 하나의 단일유로로 일체화시킴으로써 배관구조를 간단하게 할 수 있다.

또한 상기 외측판(111,121,131,141)은 합성수지 재질로 이루어져 사출성형에 의해 제조된다. 따라서 종래 동파이프 재질로 구성하는 경우와 비교하여 원가절감 을 이룰 수 있게 된다.

이 경우 연소실에서 발생된 열은 연소실냉각유로(201,202,203,204)에 가득채워진 난방수에 의해 열전달이 차단되므로 외측판(111,121,131,141)은 합성수지 재질로 구성하더라도 열에 의한 변형 문제는 발생하지 않는다.

도 1은 일반적인 난방/온수 겸용 가스보일러의 개략적인 구성을 보여주는 구성도,

도 2는 종래의 건식 연소실 냉각구조를 보여주는 단면도,

도 3은 종래의 습식 연소실 냉각구조를 나타내는 단면도,

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 연소실 냉각구조를 보여주는 사시도,

도 5는 도 4에 도시된 연소실 냉각구조를 보여주는 분해사시도,

도 6은 도 4의 A방향에서 바라본 정면도,

도 7은 도 6의 B-B' 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

111 : 제1외측판 112 : 제1내측판

115 : 난방수입구 121 : 제2외측판

122 : 제2내측판 123,133,134 : 보조판

131 : 제3외측판 132 : 제3내측판

141 : 제4외측판 142 : 제4내측판

145 : 난방수출구 150 : 제1열교환유로

160 : 제2열교환유로 170 : 제3열교환유로

180 : 제4열교환유로 201 : 제1연소실냉각유로

202 : 제2연소실냉각유로 203 : 제3연소실냉각유로

204 : 제4연소실냉각유로

Claims

연소실로부터 방열되는 열을 흡수하기 위한 연소실냉각유로와 연소가스와 난방수의 열교환이 이루어지는 열교환유로를 구비한 보일러의 연소실 냉각구조에 있어서,

상기 연소실냉각유로와 열교환유로는 상기 난방수가 다수 회 교대로 통과하도록 형성된 것을 특징으로 하는 열교환유로와 연소실냉각유로가 일체화된 보일러의 연소실 냉각구조.
제1항에 있어서,

상기 연소실냉각유로는 연소실을 둘러싸는 제1내측판, 제2내측판, 제3내측판, 제4내측판의 전면을 통해 방열되는 열을 흡수할 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 열교환유로와 연소실냉각유로가 일체화된 보일러의 연소실 냉각구조.
제2항에 있어서,

상기 제1내측판과 그 외측 공간을 밀폐하는 제1외측판과의 사이에 제1연소실냉각유로가 형성되고;

상기 제1내측판은 일측단이 폐쇄되고 타측단이 개방되어 제2내측판과 연결되는 제1열교환유로와 연결되고;

상기 제2내측판과 그 외측 공간을 밀폐하는 제2외측판과의 사이에 제2연소실냉각유로가 형성되고;

양측단이 개방되어 일측단은 상기 제2내측판과 연결되고 타측단은 상기 제3내측판과 연결되는 제2열교환유로가 설치되고;

상기 제3내측판과 그 외측 공간을 밀폐하는 제3외측판과의 사이에 제3연소실냉각유로가 형성되고;

일측단이 개방되고 타측단은 폐쇄되어, 개방단이 제3연소실냉각유로의 제3내측판에 연결되어 제3연소실냉각유로에 있는 난방수의 이동통로가 되는 제3열교환유로가 설치되고:

양측단이 폐쇄되어, 입구는 상기 제3열교환유로의 출구에 연결되고 출구는 제4내측판에 연결되는 제4열교환유로가 설치되고;

상기 제4내측판과 그 외측 공간을 밀폐하는 제4외측판과의 사이에 제4연소실냉각유로가 형성되는 것;

을 특징으로 하는 열교환유로와 연소실냉각유로가 일체화된 보일러의 연소실 냉각구조.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 제1외측판과 제2외측판과 제3외측판 및 제4외측판은 합성수지재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 열교환유로와 연소실냉각유로가 일체화된 보일러의 연소실 냉각구조.