KR100956127B1

KR100956127B1 - 보일러의 연소실 냉각구조

Info

Publication number: KR100956127B1
Application number: KR1020080068046A
Authority: KR
Inventors: 민태식
Original assignee: 주식회사 경동나비엔
Priority date: 2008-07-14
Filing date: 2008-07-14
Publication date: 2010-05-06
Also published as: KR20100007417A

Abstract

본 발명은 제작이 간단하면서도 열효율을 향상시킬 수 있는 보일러의 연소실 냉각구조를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

이를 구현하기 위한 본 발명은, 내부에 연소실이 형성되는 연소실하우징을 구비하고 상기 연소실하우징을 통해 방열되는 열을 난방수가 흡수하도록 하는 보일러의 연소실 냉각구조에 있어서, 상기 연소실하우징을 통해 방열되는 열은 열전달매체를 통해 난방수로 전달되는 것을 특징으로 한다.

보일러, 연소실, 냉각, 파이프, 이중벽, 열전달매체

Description

보일러의 연소실 냉각구조{COOLING STRUCTURE FOR COMBUSTION CHAMBER OF BOILER}

본 발명은 보일러의 연소실 냉각구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소실 외벽을 통해 방열되는 열을 난방수가 흡수할 수 있는 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(20)에서 재가열이 이루어진다. 상기 버너(12)의 외측 으로는 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, 연소실하우징 내벽에 단열재를 사용하는 건식(Dry type) 연소실 냉각구조를 나타내는 단면도이다.

연소실(2)의 중앙에는 유입된 가스와 공기를 혼합하여 연소시키는 버너(12)가 위치하고 있고, 연소실(2)의 외벽은 연소실하우징(21)으로 이루어져 있으며, 상기 연소실하우징(21)의 내벽에는 단열재(25)가 부착되어 있다.

상기 단열재(25)에 의해 연소열이 연소실하우징(21)을 통해 외부로 방열되는 것이 방지된다. 또한 고온의 연소열로 인하여 연소실하우징(21)이 부식되는 현상도 방지하기 위한 것이다.

이와 같은 건식 연소실 냉각구조는 구조가 간단한 장점이 있으나, 방열되는 연소열을 난방수에 이용할 수 없으므로 후술하는 습식(Wet type) 연소실 냉각구조에 비하여 열효율이 떨어지는 단점이 있다.

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

연소실(3)의 측면 둘레에는 난방수가 흐르는 난방수배관(35)이 연소실하우징(21) 외측 둘레에 접촉된 상태로 감겨져 있다. 연소실(30) 내부에서 발생된 고온의 열이 연소실(3) 외부로 방열되는 과정에서 일부의 열은 상기 난방수배관(35) 내부를 순환하는 난방수에 흡수된다. 통상 상기 난방수배관(35)은 동파이프로 구성되고 연소실하우징(21)의 외측에 용접결합된다.

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

그러나 종래 습식 연소실 냉각구조는 건식에 비하여 열효율은 좋으나, 연소실 내벽에 응축수가 발생할 가능성이 있고 동파이프 재질로 구성할 경우 제조비를 상승시키는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 응축수에 강한 재질(예를 들면 스텐레스)을 사용할 경우 제작이 어려운 문제가 있다. 또한 동파이프 재질을 사용할 경우에는 응축수에 약하므로 응축수 발생을 감소시키기 위해 온도 차이를 작게 하면 열효율향상에 한계가 생긴다.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 제작이 간단하면서도 열효율을 향상시킬 수 있는 보일러의 연소실 냉각구조를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에 연소실이 형성되는 연소실하우징을 구비하고 상기 연소실하우징을 통해 방열되는 열을 난방수가 흡수하도록 하는 보일러의 연소실 냉각구조에 있어서, 상기 연소실하우징을 통해 방열되는 열은 열전달매체를 통해 난방수로 전달되는 것을 특징으로 한다.

상기 연소실하우징은 내측구조물과 외측구조물의 이중벽으로 이루어지고, 상기 열전달매체는 상기 내측구조물과 외측구조물 사이의 매체수용공간에 수용된 것으로 구성될 수 있다.

상기 난방수가 흐르는 냉각파이프는 상기 매체수용공간 내부에 위치되고; 상기 냉각파이프는 양측끝단이 상기 외측벽의 개구부를 덮는 덮개를 관통하여 상기 내측구조물의 외부 둘레를 감싸도록 설치된 것으로 구성될 수 있다.

상기 냉각파이프의 양측끝단은 상기 덮개의 외측면에서 어댑터에 의해 난방수배관과 연결되는 것으로 구성될 수 있다.

상기 열전달매체는 급수밸브의 개방에 의해 공급되는 직수로 이루어지고; 상기 열전달매체의 수위를 감지하는 수위감지센서의 신호에 의해 상기 급수밸브의 개 폐동작이 이루어지며; 상기 열전달매체는 일정 수위 이상인 경우 오버플로우되는 것으로 구성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 종래 습식형 연소실 구조에 비하여 용접 과정이 생략되므로 제작이 간단하다. 또한 연소실을 통해 방열되는 열을 열전달매체를 통해 난방수에 간접적으로 전달하게 되므로 응축수의 발생을 최대한 억제하면서도 열효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

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

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연소실 냉각구조를 보여주는 사시도, 도 5는 도 4에 도시된 연소실 냉각구조의 측단면도, 도 6은 도 4에 도시된 내측구조물을 보여주는 사시도, 도 7a,b는 도 6에 도시된 내측구조물의 A-A 및 B-B단면도, 도 8은 도 4에 도시된 외측구조물을 보여주는 사시도, 도 9a,b는 도 8에 도시된 외측구조물의 C-C 및 D-D단면도, 도 10은 도 4에 도시된 덮개를 보여주는 사시도, 도 11은 도 5에 도시된 냉각파이프를 보여주는 사시도, 도 12는 도 5에 도시된 어댑터가 결합된 부분의 부분단면도이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예의 연소실 냉각구조는, 내부에 연소실(110a)이 형성된 내측구조물(110), 상기 내측구조물(110)과의 사이에 열전달매체를 수용하기 위한 매체수용공간(120b)이 형성되는 외측구조물(120), 상기 외측구조물(120)의 일 측 개구부(122)를 덮는 덮개(130), 상기 덮개(130)에 결합되어 냉각파이프(140)를 난방수배관(200)과 연결시키는 어댑터(150), 연소실(110a)의 바닥을 형성하는 바닥판(160)이 구비된다.

상기 열전달매체는 상기 내측구조물(110)을 통해 방열되는 열을 상기 냉각파이프(140) 내부를 흐르는 난방수에 전달하기 위한 것으로 일례로, 직수가 될 수 있다.

도 6, 도 7을 참조하면 상기 내측구조물(110)은 중앙부에 연소실(110a)을 위한 공간이 형성되어 있다. 상기 연소실(110a)의 하부에는 버너(12)가 설치된다. 상기 내측구조물(110)은 몸체(112)의 상단부에 둘레를 따라 돌출형성된 플랜지부(111)가 형성되어 있다. 상기 플랜지부(111)의 측면에는 둘레를 따라 홈(113)이 형성되어 있어 오링(O-ring;191)이 삽입된다. 또한 상기 몸체(112)의 하단부에 둘레를 따라 홈(114)이 형성되어 있어 이 홈(114)에 오링(O-ring;195)이 삽입된다.

도 8과 도 9를 참조하면, 상기 외측구조물(120)은 중앙부에 상기 내측구조물(110)이 삽입되는 공간(120a)이 형성되어 있다. 몸체(121)의 일측에는 대략 사각형 모양의 개구부(122)가 형성되어 있고, 상기 개구부(122)의 둘레에는 오링(O-ring;192)이 삽입되는 홈(123)이 형성되어 있다. 상기 몸체(121)의 하단부에는 내측방향으로 절곡된 플랜지부(124)가 형성되어 있어 상기 내측구조물(120)과의 사이에 매체수용공간(120b)을 형성시키게 된다.

도 10을 참조하면, 상기 개구부(122)를 덮는 덮개(130)가 구비된다. 상기 덮개(130)는 개구부(122)를 덮을 수 있도록 대략 사각형의 판 형상으로 이루어진다. 상기 덮개(130)에는 대각선 방향의 위치에 상기 냉각파이프(140)의 양측 끝단(140a,140b)이 통과할 수 있도록 2개의 관통구멍(130a,130b)이 형성되어 있다.

도 11을 참조하면, 상기 냉각파이프(140)는 상기 내측구조물(110)의 몸체(112) 둘레를 다수 회 감는 형상으로 이루어지고 내부에는 난방수가 흐르게 된다. 내부의 난방수는 상기 매체수용공간(120b)에 저장된 열전달매체와의 열교환에 의해 상기 내측구조물(110)의 몸체(112)를 통해 방열되는 열을 상기 열전달매체를 통하여 간접적으로 흡수하게 된다. 냉각파이프(140)의 양측 끝단부(140a,140b)는 난방수의 입구와 출구가 된다.

도 12를 참조하면, 상기 냉각파이프(140)의 끝단부(140a,140b)에는 난방수배관(200)과 연결시키기 위한 어댑터(150)가 결합된다. 상기 어댑터(150)는 원통형의 몸통(150a) 끝단부에 플랜지부(150b)가 형성되어 있다. 상기 몸통(150a) 내부에는 상기 냉각파이프(140)의 일측 끝단과 상기 난방수배관(200)의 일측 끝단이 삽입된다. 상기 몸통(150a)의 내측과 상기 플랜지부(150b)의 바닥면에는 홈(150c,150d)이 형성되어 있어 기밀유지를 위한 오링(O-ring;193,194)이 각각 삽입된다.

한편 도 5에 도시된 바와 같이, 외측구조물(120)에는 상기 열전달매체의 수위를 감지하기 위한 수위센서(170)와 상기 열전달매체인 직수를 공급하기 위한 급수밸브(180)가 설치될 수 있다. 상기 매체수용공간(120b) 내부에 열전달매체의 수위를 감지하여 수위가 일정 이하로 되면 상기 급수밸브(180)를 개방시켜 직수가 급수되도록 한다. 또한 직수는 직수유입구(126)를 통해 유입되고, 열전달매체의 수위가 일정수위 이상이 되면 외측구조물(120)의 상측에 형성된 배출구(127)를 통해 오 버플로우(overflow)되도록 한다.

한편 상기 내측구조물(110)의 재질은 응축수 발생시에도 부식이 발생하지 않는 알루미늄으로 구성할 수 있다. 이 경우 상기 외측구조물(120)의 재질은 알루미늄으로 할 수도 있으나 상기 열전달매체로 인해 버너(12)의 연소열이 직접 전달되지 않기 때문에 플라스틱으로 하는 것이 바람직하다.

상기 구조에 의한 열전달과정을 설명한다. 버너(12)에서 연소가 이루어지면 연소열은 내측구조물(110)의 몸체(112)를 통해 방열된다. 이렇게 방열된 열은 매체수용공간(120b)에 저장된 열전달매체에 전달되고, 상기 열전달매체에 전달된 열은 냉각파이프(140) 내부를 흐르는 난방수에 전달된다. 이와 같이 예열된 난방수는 난방수배관(200) 내부를 흘러 보일러에 설치된 열교환기 측으로 공급된다.

이와 같은 구성의 본 발명은 종래 구조에 비하여 용접 과정이 생략되므로 제작이 간단하다. 또한 종래에는 응축수 발생으로 인해 열효율 향상에 한계가 있었으나 본 발명은 연소실을 통해 방열되는 열을 열전달매체를 통해 난방수에 간접적으로 전달하게 되므로 응축수의 발생을 최대한 억제하면서 열효율을 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

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

도 2는 종래 단열재를 사용하는 건식(Dry type) 연소실 냉각구조를 나타내는 단면도,

도 3은 종래 습식(Wet type) 연소실 냉각구조를 나타내는 단면도,

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

도 5는 도 4에 도시된 연소실 냉각구조의 측단면도,

도 6은 도 4에 도시된 내측구조물을 보여주는 사시도,

도 7a,b는 도 6에 도시된 내측구조물의 A-A 및 B-B단면도,

도 8은 도 4에 도시된 외측구조물을 보여주는 사시도,

도 9a,b는 도 8에 도시된 외측구조물의 C-C 및 D-D단면도,

도 10은 도 4에 도시된 덮개를 보여주는 사시도,

도 11은 도 5에 도시된 냉각파이프를 보여주는 사시도,

도 12는 도 5에 도시된 어댑터가 결합된 부분의 부분단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 내측구조물 111 : 플랜지부

112 : 몸체 113,114 : 홈

120 : 외측구조물 121 : 몸체

122 : 개구부 123 : 홈

124 : 플랜지부 126 : 직수유입구

127 : 배출구 130 : 덮개

140 : 냉각파이프 150 : 어댑터

160 : 바닥판 170 : 수위센서

180 : 급수밸브 191,192,193,194,195 : 오링

Claims

내부에 연소실이 형성되는 연소실하우징을 구비하고 상기 연소실하우징을 통해 방열되는 열을 난방수가 흡수하도록 하는 보일러의 연소실 냉각구조에 있어서,

상기 연소실하우징을 통해 방열되는 열은 열전달매체를 통해 난방수로 전달되는 것을 특징으로 하는 보일러의 연소실 냉각구조.
제1항에 있어서,

상기 연소실하우징은 내측구조물과 외측구조물의 이중벽으로 이루어지고, 상기 열전달매체는 상기 내측구조물과 외측구조물 사이의 매체수용공간에 수용된 것을 특징으로 하는 보일러의 연소실 냉각구조.
제2항에 있어서,

상기 난방수가 흐르는 냉각파이프는 상기 매체수용공간 내부에 위치되고; 상기 냉각파이프는 양측끝단이 상기 외측구조물의 개구부를 덮는 덮개를 관통하여 상기 내측구조물의 외부 둘레를 감싸도록 설치된 것;을 특징으로 하는 보일러의 연소실 냉각구조.
제3항에 있어서,

상기 냉각파이프의 양측끝단은 상기 덮개의 외측면에서 어댑터에 의해 난방수배관과 연결되는 것을 특징으로 하는 보일러의 연소실 냉각 구조.
제2항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 열전달매체는 급수밸브의 개방에 의해 공급되는 직수로 이루어지고; 상기 열전달매체의 수위를 감지하는 수위감지센서의 신호에 의해 상기 급수밸브의 개폐동작이 이루어지며; 상기 열전달매체는 일정 수위 이상인 경우 오버플로우되는 것;을 특징으로 하는 보일러의 연소실 냉각 구조.