KR101243026B1

KR101243026B1 - 응축수 증발기가 구비된 보일러

Info

Publication number: KR101243026B1
Application number: KR1020110035652A
Authority: KR
Inventors: 민태식
Original assignee: 주식회사 경동나비엔
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2013-03-12
Also published as: KR20120118211A

Abstract

본 발명은 연소생성물에 포함된 수증기의 결로현상에 의해 열교환기 표면에 형성되는 응축수의 처리를 위한 별도의 관리를 요하지 않으며 보일러의 열효율을 향상시킬 수 있는 응축수 증발기가 구비된 보일러를 제공함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명은, 연료를 연소시키는 버너와, 상기 버너의 연소에 의해 생성된 연소생성물과 난방수 간에 열교환이 이루어지는 열교환기를 포함하는 보일러에 있어서, 상기 연소생성물에 포함된 수증기의 응축에 의해 상기 열교환기에 형성된 응축수를 증발시켜 상기 보일러의 외부로 배출시키는 증발기를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

응축수 증발기가 구비된 보일러{BOILER HAVING CONDENSED WATER EVAPORATOR}

본 발명은 응축수 증발기가 구비된 보일러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연소생성물에 포함된 수증기의 결로현상에 의해 열교환기 표면에 생성되는 응축수가 증발기에서 연소생성물의 열에 의해 증발되어 연소생성물과 함께 배기연도를 통해 배출되도록 함으로써 응축수의 처리를 위한 별도의 관리를 요하지 않는 응축수 증발기가 구비된 보일러에 관한 것이다.

보일러는 난방수를 열원에 의해 가열시켜 원하는 지역을 난방하는 장치로, 연료를 연소시키는 버너와, 버너의 연소에 의해 발생된 연소생성물의 열을 난방수로 전달하는 열교환기를 포함한다.

보일러의 종류에는 버너의 연소시 발생하는 연소생성물의 현열만을 이용하는 일반 보일러(비콘덴싱 보일러)와, 보일러의 열효율을 증대시키기 위해 연소생성물의 현열을 흡수하는 현열 열교환기 및 상기 현열 열교환기에서 열교환을 마친 연소생성물에 포함되어 있는 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열 열교환기를 구비한 콘덴싱 보일러가 있다.

비콘덴싱 보일러와 콘덴싱 보일러는 공통적으로 연소생성물이 열교환기를 통과하면서 열교환기 내부에 설치된 난방배관을 따라 흐르는 난방수에 열을 전달하는 과정에서 연소생성물의 온도가 이슬점 이하로 낮아지게 되면 연소생성물에 포함되어 있던 수증기가 응축되어 열교환기 표면에 응축수가 맺히게 된다. 특히, 콘덴싱 보일러의 잠열 열교환기에서는 잠열을 회수하는 열전달 구조의 특성상 비콘덴싱 보일러의 열교환기에 비해 더 많은 양의 응축수가 발생하게 된다.

통상 분젠식 가스 버너에서 생성된 연소생성물의 이슬점 온도는 55℃ 전후이고, 예혼합 가스 버너에서 생성된 연소생성물의 이슬점 온도는 45℃ 전후인데, 상기와 같이 열교환기에 응축수가 맺히는 결로현상은 비록 연소생성물의 온도가 이슬점 온도보다 높은 경우라도 난방배관 내부의 난방수 온도가 이슬점 온도 이하인 경우에 발생한다.

이와 같이 열교환기 표면에 발생한 응축수가 보일러 내부에 고이게 되면, 버너의 연소를 방해하거나 배기가스 중에 포함된 황산화물이나 질소산화물과 반응하여 산성용액이 되고, 이렇게 생성된 산성용액은 보일러 부품의 부식을 초래하여 보일러의 내구성을 저하시키게 된다. 이러한 문제를 방지하기 위하여 종래에는 열교환기에 맺힌 응축수를 모아서 별도로 처리하는 방식으로 운용되었다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 응축수 처리장치를 구비한 콘덴싱 보일러의 구조를 설명한다.

도 1은 종래 상향 연소식 콘덴싱 보일러의 구조를 보여주는 개략도이다.

종래 상향 연소식 콘덴싱 보일러는, 최하단에 송풍기(11)가 위치하고, 그 상측으로 상향 연소식 버너(12)와 연소실(13), 현열 열교환기(14), 잠열 열교환기(15) 및 배기후드(18)가 순차로 설치되어 있다.

상기 잠열 열교환기(15)의 하부 일측에는 잠열 열교환기(15)에서 생성된 응축수가 배출되는 응축수배출구(17)가 형성되어 있고, 현열 열교환기(14)와 잠열 열교환기(15) 사이에는 잠열 열교환기(15)에서 발생된 응축수를 상기 응축수배출구(17) 측으로 유도함과 동시에 응축수가 버너(12)에 낙하하는 것을 방지하기 위한 응축수받이(16)가 구비되어 있다.

이러한 상향 연소식 보일러 구조에 의하면, 응축수의 배출을 위해 현열 열교환기(14)와 잠열 열교환기(15) 사이에 응축수받이(16)를 설치해야 하므로 보일러의 설치구조가 복잡해지고, 잠열 열교환기(15)의 하부 일측에 응축수배출구(17)를 구비해야 하므로 보일러의 부피가 커지게 되며, 응축수배출구(17)를 통해 배출된 응축수를 모은 후 별도로 처리해야 하므로 보일러의 관리가 용이하지 않고, 응축수를 외부로 빼내기 어려운 곳에 보일러를 설치할 경우에는 설치공간에 제약이 따르는 문제점이 있다.

도 2는 종래 하향 연소식 콘덴싱 보일러의 구조를 보여주는 개략도이다.

종래 하향 연소식 콘덴싱 보일러는, 최상단에 송풍기(21)가 위치하고, 그 하측으로 하향 연소식 버너(22)와 연소실(23), 현열 열교환기(24), 잠열 열교환기(25)가 위치하며, 잠열 열교환기(25)의 하측에 응축수받이(27)와 응축수배출구(28)가 위치하고, 그 일측으로 배기후드(29)가 설치되어 있다.

미설명부호 26a, 26b는 난방수 공급관과 환수관을 나타낸다.

이러한 하향 연소식 보일러 구조에서도 잠열 열교환기(25)의 하측에 응축수받이(27)와 응축수배출구(28)를 구비해야 하므로 상향 연소식 보일러에서와 마찬가지로 응축수의 처리를 위한 관리상의 문제점이 있다.

한편, 종래 비콘덴싱 보일러에서 열효율을 향상시키기 위해서는 과잉 공기의 양을 줄여야 하는데, 이 경우 연소생성물의 이슬점 온도가 내려가 응축수가 쉽게 발생하게 되므로 응축수의 발생을 감소시키기 위해서는 보일러의 열효율을 높이는데 한계가 있다.

또한 바닥난방(온돌)에서 난방공급수의 온도는 50℃, 난방환수의 온도는 30℃ 정도가 되도록 버너에서의 연소량을 설정함이 바람직한데, 이때 열교환기에서 국부적으로 응축수가 발생하게 되며, 이러한 응축수의 발생을 방지하기 위해서는 난방공급수 온도 80℃, 난방환수 온도 60℃ 정도의 고온난방을 실시해야 하는데, 이러한 온도범위는 바닥난방에 부적당한 문제가 있다.

또한 보일러 뿐만 아니라 온수기의 경우에도 직수의 온도가 낮아 열교환기에서 응축수의 발생량이 많아지게 된다.

이와 같이 보일러나 온수기에서 열효율을 높이기 위해서는 열교환기에서 응축수의 발생이 불가피하므로 발생된 응축수를 간편하게 처리할 수 있는 구조를 갖는 보일러의 개발이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연소생성물에 포함된 수증기의 결로현상에 의해 열교환기 표면에 형성되는 응축수의 처리를 위한 별도의 관리를 요하지 않으며 보일러의 열효율을 향상시킬 수 있는 응축수 증발기가 구비된 보일러를 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 응축수 증발기가 구비된 보일러는, 연료를 연소시키는 버너와, 상기 버너의 연소에 의해 생성된 연소생성물과 난방수 간에 열교환이 이루어지는 열교환기를 포함하는 보일러에 있어서, 상기 연소생성물에 포함된 수증기의 응축에 의해 상기 열교환기에 형성된 응축수를 증발시켜 상기 보일러의 외부로 배출시키는 증발기를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 버너의 하측에 상기 열교환기가 위치하고, 상기 열교환기의 하측에 상기 증발기가 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 열교환기에 형성된 응축수는 상기 증발기에 낙하되고, 상기 버너에서 생성된 연소생성물은 상기 열교환기를 통과한 후에 상기 증발기를 통과하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 증발기로 낙하된 응축수는 상기 증발기를 통과하는 연소생성물의 열에 의해 증발되고, 상기 응축수의 증발된 수증기는 상기 연소생성물과 함께 배기연도를 통해 보일러의 외부로 배출되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 증발기는, 상기 연소생성물의 흐름방향과 나란하게 횡방향으로 서로 이격되어 배치되는 복수의 격판과, 파형의 단면을 가지며 상기 격판 사이에 결합되고 표면에는 다수의 구멍이 형성된 굴곡판으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 응축수 증발기가 구비된 보일러에 의하면, 연소생성물에 포함된 수증기의 응축에 의해 열교환기에 형성되는 응축수를 증발시켜 연소생성물과 함께 외부로 배출시키는 증발기를 구비함으로써 응축수 처리를 위한 별도의 관리를 요하지 않으므로 종래 응축수의 처리를 위한 시간과 노력 및 비용의 낭비를 방지할 수 있고, 보일러 주변의 환경을 청결하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 응축수의 발생에 관계없이 연료와 공기의 비율을 최적으로 설정할 수 있고, 보일러를 바닥난방 등의 사용조건에 맞는 온도로 설정하여 가동시킬 수 있게 되므로 보일러의 효율 향상 및 에너지 절감에 기여할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 상향 연소식 콘덴싱 보일러의 구조를 보여주는 개략도,
도 2는 종래 하향 연소식 콘덴싱 보일러의 구조를 보여주는 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 응축수 증발기가 구비된 보일러의 구조를 보여주는 개략도,
도 4는 도 3에 도시된 응축수 증발기의 일실시예를 나타낸 부분 절개 사시도이다.

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

도 3은 본 발명에 따른 응축수 증발기가 구비된 보일러의 구조를 보여주는 개략도, 도 4는 도 3에 도시된 응축수 증발기의 일실시예를 나타낸 부분 절개 사시도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 하향 연소식 콘덴싱 보일러(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이 최상단에 송풍기(110)가 위치하고, 그 하측으로 하향 연소식 버너(120)와 연소실(130), 현열 열교환기(140), 잠열 열교환기(150)가 위치하며, 잠열 열교환기(150)의 하측에 증발기(170)가 위치하고, 증발기(170)의 하부 일측으로 상향의 배기후드(180)가 설치된 구조로 이루어져 있다.

그리고 상기 현열 열교환기(140)의 일측에는 난방수의 공급관(161)이 연결되고, 잠열 열교환기(150)의 일측에는 환수관(162)이 연결되어 있으며, 현열 열교환기(140)와 잠열 열교환기(150) 내부에는 상기 공급관(161)과 환수관(162)에 연결되어 난방수가 순환하는 난방배관(미도시됨)이 설치되어 있다.

도 4를 참조하면, 상기 증발기(170)는 연소생성물의 흐름방향과 나란하게 횡방향으로 이격되어 배치되는 복수의 격판(171)과, 파형의 단면을 가지며 상기 복수의 격판(171) 사이에 결합되고 표면에는 다수의 구멍(173)이 형성된 굴곡판(172)으로 구성될 수 있다.

상기 격판(171)과 굴곡판(172)은 현열 열교환기(140) 또는 잠열 열교환기(150)의 표면에 맺힌 응축수가 낙하된 후 얇게 퍼져 확산되는 면을 제공하게 되고, 상기 굴곡판(172)의 표면에 다수의 작은 구멍(173)이 형성되도록 표면처리를 함으로써 굴곡판(172)의 표면으로 낙하된 응축수의 확산을 촉진시킬 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 작용을 설명한다.

상기 잠열 열교환기(150)와 현열 열교환기(140)를 경유하면서 가열된 난방수는 현열 열교환기(140)의 일측에 연결된 공급관(161)을 통해 난방소요처로 이송되어 열에너지를 전달한 후 냉각되어 잠열 열교환기(150)의 일측에 연결된 환수관(162)으로 환수되며, 상기 환수관(162)으로 환수된 난방수는 다시 잠열 열교환기(150)로 유입되어 연소생성물에 포함된 수증기를 응축시켜 잠열을 회수하게 된다.

이 경우 환수관(162)을 통해 잠열 열교환기(150)로 유입되는 난방수의 온도가 연소생성물의 이슬점 온도 이하인 경우에는 잠열 열교환기(150)의 표면에 응축수가 맺히게 되며, 응축수의 양이 많아질 경우 응축수는 잠열 열교환기(150)의 하측에 구비된 증발기(170)로 낙하하게 된다.

상기 증발기(170)로 낙하된 응축수는 증발기(170)의 격판(171)과 굴곡판(172)의 표면에 퍼져 확산되고, 상기 버너(120)의 연소에 의해 생성된 연소생성물은 현열 열교환기(140)와 잠열 열교환기(150)를 통과한 후 증발기(170)를 통과하는 과정에서 증발기(170)에 낙하된 응축수를 가열 및 증발시키게 된다.

상기 증발기(170)로 유입되는 연소생성물은 현열 열교환기(140)와 잠열 열교환기(150)를 통과하는 과정에서 난방배관 내부를 따라 흐르는 난방수에 열을 전달하게 되므로 버너(120)에서의 연소에 의한 발생 초기의 연소생성물의 온도에 비해서는 온도가 낮아진 상태에 있지만 연소생성물의 이슬점 온도 보다는 고온이므로 증발기(170)에 낙하된 응축수를 가열시켜 증발시키기에 충분한 고온 상태에 있다.

따라서 증발기(170)로 낙하된 응축수는 증발기(170)를 통과하는 연소생성물의 열에 의해 증발되고, 응축수의 증발된 수증기는 연소생성물과 함께 배기연도(180)를 통해 보일러(100)의 외부로 배출된다.

상기와 같이 본 발명에는 열교환기(140,150)에 생성된 응축수를 열교환기(140,150)와 배기연도(180) 사이의 연소생성물의 유동통로 상에 구비된 증발기(170)에서 증발시켜 연소생성물과 함께 배기연도(180)를 통해 외부로 배출되도록 구성함으로써, 종래 응축수의 처리를 위한 응축수받이와 응축수배출구의 설비를 요하지 않게 되어 보일러의 부피를 줄일 수 있고, 응축수의 배출을 위한 별도의 처리작업을 요하지 않으므로 보일러의 관리가 간편해지는 이점이 있다.

또한 본 발명에 따르면 응축수의 발생량이 많아지더라도 증발기(170)에서 응축수의 증발 작용에 의한 배출이 계속적으로 원활하게 이루어지므로, 응축수의 발생에 관계없이 연료와 공기의 혼합비를 최적의 효율이 되도록 설정할 수 있고, 보일러를 바닥난방 등의 사용조건에 알맞는 온도로 설정하여 가동시킬 수 있게 된다.

본 실시예에서는 하향 연소식 콘덴싱 보일러를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 열교환기가 단일 구조로 이루어진 비콘덴싱 보일러에도 적용되고, 보일러 이외에 온수기에도 실시될 수 있음은 자명하다.

11,21 : 송풍기 12,22 : 버너
13,23 : 연소실 14,24 : 현열 열교환기
15,25 : 잠열 열교환기 16,27 : 응축수받이
17,28 : 응축수배출구 18,29 : 배기후드
26a : 공급관 26b: 환수관
100 : 보일러 110 : 송풍기
120 : 버너 130 : 연소실
140 : 현열 열교환기 150 : 잠열 열교환기
161 : 공급관 162 : 환수관
170 : 증발기 171 : 격판
172 : 굴곡판 173 : 구멍
180 : 배기연도

Claims

연료를 연소시키는 버너와, 상기 버너의 연소에 의해 생성된 연소생성물과 난방수 간에 열교환이 이루어지는 열교환기를 포함하는 보일러에 있어서,
상기 연소생성물에 포함된 수증기의 응축에 의해 상기 열교환기에 형성된 응축수를 증발시켜 상기 보일러의 외부로 배출시키는 증발기를 구비하되,
상기 증발기는, 상기 연소생성물의 흐름방향과 나란하게 횡방향으로 서로 이격되어 배치되는 복수의 격판과, 파형의 단면을 가지며 상기 격판 사이에 결합되고 표면에는 다수의 구멍이 형성된 굴곡판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 응축수 증발기가 구비된 보일러.
제1항에 있어서,
상기 버너의 하측에 상기 열교환기가 위치하고, 상기 열교환기의 하측에 상기 증발기가 위치하는 것을 특징으로 하는 응축수 증발기가 구비된 보일러.
제2항에 있어서,
상기 열교환기에 형성된 응축수는 상기 증발기에 낙하되고, 상기 버너에서 생성된 연소생성물은 상기 열교환기를 통과한 후에 상기 증발기를 통과하는 것을 특징으로 하는 응축수 증발기가 구비된 보일러.
제3항에 있어서,
상기 증발기로 낙하된 응축수는 상기 증발기를 통과하는 연소생성물의 열에 의해 증발되고, 상기 응축수의 증발된 수증기는 상기 연소생성물과 함께 배기연도를 통해 보일러의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 응축수 증발기가 구비된 보일러.
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