KR101156294B1 - 콘덴싱 보일러의 기둥형 2차 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘덴싱 보일러의 기둥형 2차 열교환기에 관한 것으로, 특히 기둥형의 본체가 수로부를 이루며 그 내부를 관통하는 파이프를 통해 배기가스가 이동되는 것에 의해 본체의 방열을 완전히 차단하여 효율을 극대화 시키고, 유체의 정체를 없애 흡열 유체의 온도를 균일하게 하고, 제조 공정도 간소화 시켜 생산 원가도 저하시킬 수 있도록 발명된 것이다.

본 발명의 구성은, 1차 현열 열교환기(20)의 상부에 배기가이드(21)를 통해 배기가스가 유입되어 열교환되는 2차 열교환기(30)에 있어서,

상기 2차 열교환기(30)는 기둥형의 몸체(31) 양측에 측판(32)이 막혀져 내부에 밀폐된 챔버(C)를 형성하여 입구(34)와 출구(33)를 통해 내부로 수로를 형성하고, 양측 측판(32)의 외측으로 연장되는 배기 배기 파이프(40)들을 챔버(C)내에 다수개 관통시켜 배기가이드(21)의 안내로 1차 열교환기(20)로부터 공급되는 배기가스가 배기 파이프(40)를 통과하여 커버(70)에 연통된 배기구(73)를 통해 배기되도록 하며, 상기 배기 파이프(40)들은 반달형으로 다수개의 조립구멍(51)(61)들이 뚫어진 복수의 디바이더(50)(60)들에 의해 지지 설치된다.

기둥형, 경사, 배기, 응축수, 전열면적, 열교환, 파이프, 디바이더, 압착

Description

콘덴싱 보일러의 기둥형 2차 열교환기{2nd pillar type heat exchanger of condensing boiler}

본 발명은 콘덴싱 보일러의 기둥형 2차 열교환기에 관한 것으로, 특히 기둥형의 본체가 수로부를 이루며 그 내부를 관통하는 파이프를 통해 배기가스가 이동되는 것에 의해 본체의 방열을 완전히 차단하여 효율을 극대화 시키고, 유체의 정체를 없애 흡열 유체의 온도를 균일하게 하고, 제조 공정도 간소화 시켜 생산 원가도 저하시킬 수 있도록 발명된 것이다.

일반적으로, 보일러는 연료를 연소시킬 때 발생하는 연소열을 이용하여 물을 가열하고, 가열되어 축열된 물을 강제적으로 순환시키는 순환펌프에 의해 실내에 설치되어 있는 난방배관으로 순환시켜 실내를 난방하게 되며, 아울러 데워진 물을 욕실과 부엌 등에 온수로 공급하는 기기이다.

이러한 보일러는 제어방식이나 밀폐상태에 따라 여러 가지 형식으로 나눌 수 있으며, 그 밖에도 난방수를 가열하는 열원에 따라 콘덴싱과 비콘덴싱 형식으로 구 분할 수 있다.

콘덴싱 방식은 가스버너에 의해 연소된 열을 이용하여 직접적으로 난방수를 가열하는 현열 열교환기와 함께 현열 열교환기를 통과한 배기가스의 응축 잠열을 재차 흡수하여 열효율을 극대화시키는 잠열 열교환기를 지니고 있는 것을 말한다.

비콘덴싱 방식은 현열 열교환기만 구비하고 있는 것을 말한다.

현열 열교환기와 잠열 열교환기를 각각 갖추고 있는 콘덴싱 가스보일러는 가스가 하측으로 이동하여서 열을 공급하도록 하는 하향 연소방식과, 열이 상측으로 이동하면서 열을 공급하도록 하는 상향 연소방식의 가스보일러로 구분할 수 있다.

통상적인 일반적인 상향 연소식 콘덴싱 가스보일러의 구조는 가스를 이용하여서 연소실 내부에서 열을 발생하도록 하는 가스버너의 열을 받아서 현열파이프로 이동하는 난방수를 데워주는 1차(현열) 열교환기(20)와, 상기 1차(현열) 열교환기(20)에서 사용된 배기열을 이용하여서 잠열파이프를 통하여 이동하는 난방수에 잠열을 제공하도록 하는 2차(잠열) 열교환기(30)를 갖추고 있다.

따라서, 가스버너의 상부로는 1차(현열) 열교환기(20)가 배치되고, 1차 열교환기(20)에 이어져 그 상부로 2차 열교환을 위한 2차(잠열) 열교환기(30)가 배치된다.

상기 1차 열교환기(20)와 2차 열교환기(30)에서 맺혀진 응축수는 모아서 배출하도록 하는 중화기가 설치되어 있다.

또한, 가스보일러 내부의 일측에는 난방수가 팽창되는 체적을 보전하기 위하여 일정한 공간을 갖는 시스턴탱크도 구비된다.

이와 같은 구성을 갖는 콘덴싱 가스보일러를 작동하게 되면, 송풍팬에 의해 공기가 공급됨과 아울러 가스공급관을 통해 가스가 공급되면서 연소실의 하부에 설치된 가스버너가 점화되어 화염을 발생하게 된다.

이에 따라, 가스버너의 연소열이 직접적으로 1차 열교환기(20)에 전달되어, 그 내부 관로를 흐르는 난방수를 가열하게 되며, 배기덕트의 유로 상에 설치된 2차 열교환기(30)는 배기가스 중의 잠열을 회수하여 난방수를 가열시키게 된다.

그리고, 2차 열교환기(30)를 통과한 배기가스는 배기구를 통해서 외부로 방출되게 된다.

이때, 상기 2차 열교환기(30)쪽에서 응축 잠열을 회수하는 과정에서 응축수가 발생하게 되는 데, 이 응축수는 외부로 배출되어져서 중화기에 모여지게 된다.

한편, 1차 열교환기(20)에서 열을 받아 가열된 난방수는 난방배관을 통과하면서 실내의 난방을 마치게 되고, 이렇게 난방을 마친 난방수는 난방수환수관을 통해 시스턴탱크로 유입되어 체적의 변화를 발생시켜 압력이 완화된 다음, 순환펌프(도시안됨)의 작동에 의해 물공급관을 통해 1차 열교환기(20)로 공급된 다음 1차 열교환기(20)를 지나면서 재차 가열되어 난방수이송관을 통해 다시 난방배관으로 이동하게 된다.

이러한 과정을 반복적으로 수행하여 난방수가 순환되면서 난방 운전을 하게 된다.

한편, 종래의 콘덴싱 가스보일러의 기둥형 2차 열교환기는, 본체 전체가 배기 통로부를 이루고, 본체 내부에 배치되는 파이프를 통해 난방수가 흐르는 수로부를 취하는 것이 일반적이다.

따라서, 본체의 케이스 내측으로는 고온의 배기가스가 접촉되므로 외기 온도차에 의해 배기가스의 방열 손실을 초래하였던 것이다.

또, 기둥형 구조의 열교환기는 본체 수로 형성부가 입출구의 위치 및 속도, 압력 분포에 따라 전체구간이 발생되는 문제점이 있었다.

배기가스 및 난방수가 정체되면 열교환기의 효율을 저하시키는 요인이 되었던 것이다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 기둥형의 본체가 수로부를 이루며 그 내부를 관통하는 파이프를 통해 배기가스가 이동되는 것에 의해 본체의 방열을 완전히 차단하여 효율을 극대화시킬 수 있도록 한 콘덴싱 보일러의 기둥형 2차 열교환기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 유체의 정체를 없애 흡열 유체의 온도를 균일하게 하고, 제조 공정도 간소화 시켜 생산 원가도 저하시킬 수 있도록 한 콘덴싱 보일러의 기둥형 2차 열교환기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 1차 현열 열교환기(20)의 상부에 배기가이드(21)를 통해 배기가스가 유입되어 열교환되는 2차 열교환기(30)에 있어서,

상기 2차 열교환기(30)는 기둥형의 몸체(31) 양측에 측판(32)이 막혀져 내부에 밀폐된 챔버(C)를 형성하여 입구(34)와 출구(33)를 통해 내부로 수로를 형성하고,

양측 측판(32)의 외측으로 연장되는 배기 파이프(40)들을 챔버(C)내에 다수개 관통시켜 배기가이드(21)의 안내로 1차 열교환기(20)로부터 공급되는 배기가스가 배기 파이프(40)를 통과하여 커버(70)에 연통된 배기구(73)를 통해 배기되도록 하며,

상기 배기 파이프(40)들은 반달형으로 다수개의 조립구멍(51)(61)들이 뚫어진 복수의 디바이더(50)(60)들에 의해 지지 설치되는 것에 의해 달성된다.

여기서, 배기 파이프(40)들의 중간부를 수직하게 압착부(41)를 압착시켜 드레인 접촉면적을 최소화시켜 흐름을 원활하게 유도하는 것이 좋다.

또, 배기 파이프(40)들이 관통되는 몸체(31)는 배기가스의 입구측 보다 출구측이 낮게 경사지게 배치 고정된다.

그리고, 상기 배기 파이프(40)들에 형성된 압착부(41)를 교차 설치하여 그 경계부에 디바이더(50)(60)들이 걸려지게 배치한다.

이 반달형 디바이더(50)(60)는 서로 수직면의 위치가 반대가 되도록 교차 설치하게 된다.

또, 몸체(31)의 배기가스 출구측에는 커버(70)에 일체로 배기가스의 흐름을 억제하기 위한 제어판(71)이 설치된다.

이 제어판(71)에는 통과홀(72)들을 뚫어 배기가스의 일부가 통과될 수 있도록 한다.

또, 커버(70)에는 배기가스의 온도를 검출하기 위한 서미스터(74)가 설치된다.

이러한 구조로 이루어진 본 발명의 기둥형 2차 열교환기에 의하면, 기존 콘덴싱 보일러의 경우 배기 통로를 구성하는데 많은 부품이 필요하여 원가 상승의 주요 원인이 되었으나, 본 발명은 단지 직관 배기 파이프(40)의 배치로 배기 통로부를 구성할 수 있다.

따라서, 필요 부품을 획기적으로 줄여 제조 효율 상승과 원가를 절감시켜 경제적인 이익을 줄 수 있는 것이다.

또, 가스 보일러의 용량별 제품군을 구성할 때 몸체(31)의 크기 및 배기 파이프(40)의 수량 조절에 의해 수량별 제품군을 쉽게 구현할 수 있으므로, 용량 증대에 따른 신규 투자비용도 줄일 수 있다.

그리고, 제품 구조의 단순화로 자동화 설비 구현이 수월하여 대량 생산이 용이하고, 외기에 접하는 본체구멍(51)(61)의 내부에 수로가 형성되어 배기가스의 온도를 보호하는 단열재 역할을 하므로 열효율을 극대화 시킬 수 있는 것이다.

이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성과 작동 및 효과를 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 기둥형 2차 열교환기(30)가 1차 열교환기(20)의 상부에 설치된 상태를 보인 설치상태 사시도이다.

도 2은 본 발명의 설치상태 단면도이다.

도 3은 본 발명의 디바이더(50)(60)에 뚫어지는 조립구멍(51)(61)을 통해 배기가스가 이동되는 배기 파이프(40)들이 끼워 설치되는 상태를 보인 요부 사시도이다.

도 4는 본 발명의 디바이더(50)(60) 형상을 보인 정면도이다.

도 5는 배기 파이프(40)의 중간부가 수직하게 압착부(41)가 압착되어 그 경계부에 디바이더(50)(60)가 설치되는 상태를 보인 단면도이다.

도 6은 본 발명의 배기 파이프(40)가 수직하게 압착부(41)가 압착되어 하부에 드레인이 형성된 상태를 보인 측면도이다.

본 발명이 적용되는 콘덴싱 보일러는, 상향 연소식 콘덴싱 보일러 중에서 주로 가스를 연료로 사용되는 가스 보일러로서 가스를 연소시켜서 연소실 내부에서 열을 발생하도록 하는 가스버너의 열을 받아서 난방수를 데워주는 1차(현열) 열교환기(20)와, 상기 1차(현열) 열교환기(20)에서 사용된 열을 이용하여서 파이프를 통하여 이동하는 난방수에 잠열을 제공하도록 하는 2차(잠열) 열교환기(30)를 갖추고 있다.

그리고, 2차 열교환기(30)에서 맺혀진 응축수를 받아 모여진 응축수는 중화기로 보내게 된다.

또한, 가스보일러 내부의 일측에는 난방수가 팽창되는 체적을 보전하기 위하여 일정한 저장공간을 갖는 시스턴이 구비된다.

2차 열교환기(30)는 몸체(31)가 기둥형으로 양측에는 측판(32)이 각각 막혀져 내부에 밀폐된 챔버(C)를 형성하게 된다.

도 1은 2차 열교환기(30)의 몸체(31)를 떼어 내어 가상선으로 표시하고, 그 내부 구성을 보인 사시도이다.

이 도면에서와 같이 챔버(C)의 외측으로는 입구(34)와 출구(33)가 각각 구비되어 1차 열교환기에서 가열된 물이 파이프를 통해 2차 열교환기(30)의 입구(34)를 통해 접속되어 내부로 인입된 후 배기 파이프(40)의 내부를 통과하는 배기가스에 의해 2차 열교환 과정을 마친 후 출구(33)를 통해 가열된 물을 배출시키게 되는 것이다.

이때, 상기 몸체(31)에 접속되는 입구(34)는 몸체(31)의 양측을 가로막는 측판(32)에서 배기파이프(75)측의 측판(32) 하부 방향에 형성되고, 출구(33)는 상기 입구(34)의 타측 상부로 배치시켜 물의 흐름을 좋게 설계하는 것이 좋다.

챔버(C)를 형성하기 위해 몸체(31)의 양측을 가로 막는 측판(32)의 외측으로는 다수개의 배기 파이프(40)들의 양 단부가 연장된 상태로 다수개 관통시키게 된다.

따라서, 배기가이드(21)의 안내로 1차 열교환기(20)로부터 공급되는 배기가스가 배기 파이프(40)의 입구측(도 2의 우측)에서부터 내부를 통과하여 출구측으로 이동되며 챔버(C)에 채워지는 물과 2차 열교환 하는 것이다.

배기 파이프(40)의 출구측에는 속이 빈 커버(70)가 덮어지고, 이 커버(70)에 연통된 배기구(73)를 통해 배기가스가 외부로 배출된다.

챔버(C)의 내부를 관통하는 배기 파이프(40)들은 디바이더(50)(60)에 의해 지지된 상태로 유동되지 않고 고정 설치된다.

디바이더(50)(60)는 도 3 및 도 4에서 도시한 바와 같이 대략 반달형의 판재에 조립구멍(51)(61)들이 다수개 뚫어지고, 설치 상태에서는 반달 수직면의 방향이 서로 교차되게 배치된다.

따라서, 이 조립구멍(51)(61)을 통해 배기 파이프(40)가 관통되는데, 도 3 및 도 5에서 도시한 바와 같이 배기 파이프(40)들의 중간부를 수직하게 압착부(41)를 압착시켜 원통부와 압착부(41)의 경계부 위치에서 디바이더(50)(60)들이 걸려지게 배치한다.

이러한 방법으로 대부분의 배기 파이프(40)들은 배기가스의 유입부(도 2의 우측)은 기둥형을 유지하고, 좌측 디바이더구멍(51)(61)를 통과한 위치는 수직하게 압착부(41)를 압착시켜 내부를 통과하는 배기가스의 유속을 제어할 수 있는 것이다.

또, 압착부(41)를 형성하는 것에 의해 드레인 접촉면적을 최소화시켜 흐름을 원활하게 유도하는 것이다.

이 압착부(41)에 의하면 내부를 통과하는 배기가스와 외부에서 접촉되는 물과의 거리를 좁히는 결과로 열전달 효과도 향상된다.

또, 도 4에서와 같이 대략 4-6개의 배기 파이프(40)들의 수직하게 압착부(41)를 압착한 방향을 반대로 설치하여 우측에 위치되는 디바이더(50)(60)들이 그 경계부에 걸려지게 배치한다.

따라서, 디바이더(50)(60)에는 배기 파이프(40)들의 원통부와 수직 압착부(41)가 각각 통과될 수 있도록 조립구멍(51)(61)의 형상을 다르게 뚫게 된다.

여기서, 배기 파이프(40)들이 관통되는 몸체(31)는 배기가스의 입구측 보다 출구측이 낮게 경사지게 배치하여 내부를 통과하는 배기가스의 흐름 속도를 지체시켜 열교환 시간을 증대할 수 있도록 한다.

그리고, 몸체(31)의 배기가스 출구측에는 커버(70)에 일체로 배기가스의 흐름을 억지하기 위한 제어판(71)이 대략 수직하게 설치된다.

이 제어판 또한 배기가스의 흐름 속도를 지체시켜 열교환 시간을 증대할 수 있도록 한다.

이때 제어판(71)에는 작은 통과홀(72)들을 수개 뚫어서 배기가스의 일부가 통과될 수 있도록 하므로서 정체를 방지한다.

또, 커버(70)에는 배기가스의 온도를 검출하기 위한 서미스터(74)가 설치된다.

이러한 본 발명은 배기 통로부 역할을 하는 배기 파이프(40)와, 수로부를 형성하는 챔버(C)의 단면적과 체적을 효율적으로 안배하여 최적의 효율을 구현할 수 있는 것이다.

또, 배기 파이프(40)를 수직하게 압착부(41)를 압착하는 것에 의해 응축수가 접촉될 수 있는 면적을 축소시켜 빠른 배출이 가능하게 하여 잠열 열교환기의 전체 효율을 높일 수 있다.

그리고, 이 배기 파이프(40)를 압착하여 압착부(41)를 성형하는 것에 의해 배기가스의 속도가 균일하게 제어할 수 있고, 반달형 디바이더(50)(60)의 배치 방향을 교차시켜 챔버(C) 내의 수로부가 정체 및 고립공간이 없게 된다.

또, 배기 파이프(40)의 압착부(41) 방향을 교차하여 그 경계에서 디바이더(50)(60)들이 걸려져 설치될 수 있도록 하므로써 배기 파이프(40)과 디바이더(50)(60)들은 별도의 고정수단 없이도 안정되게 설치할 수 있는 것이다.

본 발명에서 기둥형 몸체(31)는 다각형의 기둥형상으로 제작되는데, 그중에 원통형이 가장 바람직함을 밝혀둔다.

도 1은 본 발명의 기둥형 2차 열교환기가 1차 열교환기의 상부에 설치된 상태를 보인 설치상태 사시도.

도 2은 본 발명의 설치상태 단면도.

도 3은 본 발명의 디바이더에 뚫어지는 조립구멍을 통해 배기가스가 이동되는 파이프들이 끼워 설치되는 상태를 보인 요부 사시도.

도 4는 본 발명의 디바이더 형상을 보인 정면도.

도 5는 파이프의 중간부가 수직하게 압착되어 그 경계부에 디바이더가 설치되는 상태를 보인 단면도.

도 6는 본 발명의 파이프가 수직하게 압착되어 내부 하측에 드레인이 형성된 상태를 보인 측면도.

*도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명*

20 - 1차 연교환기 30 - 2차 열교환기

31 - 몸체 32 - 측판

33 - 출구 34 - 입구

40 - 배기 파이프 41 - 압착부

50,60 - 디바이더 51,61 - 조립구멍

70 - 커버 71 - 제어판

Claims (10)

1차 현열 열교환기(20)의 상부에 배기가이드(21)를 통해 배기가스가 유입되어 열교환되는 2차 열교환기(30)에 있어서,

상기 2차 열교환기(30)는 기둥형의 몸체(31) 양측에 측판(32)이 막혀져 내부에 밀폐된 챔버(C)를 형성하여 입구(34)와 출구(33)를 통해 내부로 수로를 형성하고,

양측 측판(32)의 외측으로 연장되는 배기 파이프(40)들을 챔버(C)내에 다수개 관통시켜 배기가이드(21)의 안내로 1차 열교환기(20)로부터 공급되는 배기가스가 배기 파이프(40)를 통과하여 커버(70)에 연통된 배기구(73)를 통해 배기되도록 하며,

상기 배기 파이프(40)들은 반달형으로 다수개의 조립구멍(51)(61)들이 뚫어진 복수의 디바이더(50)(60)들에 의해 지지 설치되는 것을 특징으로 한 콘덴싱 보일러의 기둥형 2차 열교환기.

청구항 1에 있어서, 상기 배기 파이프(40)들은 수직하게 압착부(41)를 압착시켜 드레인 접촉면적을 최소화시키는 것을 특징으로 한 콘덴싱 보일러의 기둥형 2차 열교환기.

청구항 1에 있어서, 상기 배기 파이프(40)들이 관통되는 몸체(31)는 배기가스의 입구측 보다 출구측이 낮게 경사지게 배치 고정되는 것을 특징으로 한 콘덴싱 보일러의 기둥형 2차 열교환기.

청구항 2에 있어서, 상기 배기 파이프(40)들의 중간부에 형성된 압착부(41)를 교차 설치하여 그 경계부에 디바이더(50)(60)들이 걸려지게 배치하는 것을 특징으로 한 콘덴싱 보일러의 기둥형 2차 열교환기.

청구항 1에 있어서, 상기 반달형 디바이더(50)(60)는 서로 수직면의 위치가 반대가 되도록 교차 설치되는 것을 특징으로 한 콘덴싱 보일러의 기둥형 2차 열교환기.

청구항 1에 있어서, 상기 몸체(31)의 배기가스 출구측에는 커버(70)에 일체로 배기가스의 흐름을 억제하기 위한 제어판(71)이 설치되는 것을 특징으로 한 콘덴싱 보일러의 기둥형 2차 열교환기.

청구항 1에 있어서, 상기 커버(70)에는 배기가스의 온도를 검출하기 위한 서미스터(74)가 설치되는 것을 특징으로 한 콘덴싱 보일러의 기둥형 2차 열교환기.

청구항 1에 있어서, 상기 몸체(31)에 접속되는 입구(34)는 몸체(31)의 양측을 가로막는 측판(32)에서 배기파이프(75)측의 측판(32) 하부 방향에 형성되고, 출구(33)는 상기 입구(34)의 타측 상부로 배치되는 것을 특징으로 한 콘덴싱 보일러의 기둥형 2차 열교환기.

청구항 1 또는 청구항 8중 어느 한 항에 있어서, 상기 몸체(31)는 원통형으로 성형되는 것을 특징으로 한 콘덴싱 보일러의 기둥형 2차 열교환기.

청구항 6에 있어서, 상기 제어판(71)에는 통과홀(72)들을 뚫어 배기가스의 일부가 통과될 수 있도록 구성됨을 특징으로 한 콘덴싱 보일러의 기둥형 2차 열교환기.

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