KR101363366B1 - 연소실과 믹싱챔버가 내부에 구비된 냉각기를 채용한 버너-열교환기 구조체 - Google Patents

연소실과 믹싱챔버가 내부에 구비된 냉각기를 채용한 버너-열교환기 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 버너의 연소시 연소실과 믹싱챔버의 외부로 방열되는 연소열의 열손실을 줄여 열효율을 향상시킴과 아울러 연소실과 믹싱챔버의 과열을 방지하여 내구성을 향상시키고, 연소실과 믹싱챔버의 과열 방지를 위한 냉각기의 구조를 간소화하여 조립성을 향상시킨 버너-열교환기 구조체를 제공함을 목적으로 한다.
이를 구현하기 위한 본 발명은, 송풍기(210)에서 급기된 공기와 연소용 가스가 혼합되는 믹싱챔버(170)와, 상기 믹싱챔버(170)에서 혼합된 혼합기가 버너(220)의 점화에 의해 연소되는 연소실(180)과, 상기 연소실(180)에서 발생된 연소생성물의 연소열을 난방수에 전달하는 열교환기(230)를 포함하는 버너-열교환기 구조체에 있어서, 상부에는 송풍기(210)에 연결되는 송풍기 연결구(150)가 구비되고, 하부에는 열교환기(230)에 연결되는 열교환기 연결구(160)가 구비되며, 상기 송풍기 연결구(150)와 열교환기 연결구(160) 사이 공간에 믹싱챔버(170)와 연소실(180)이 마련되도록 이중벽(110,120)이 구비되고, 상기 이중벽(110,120) 사이의 내부 공간에는 난방수가 흐르는 냉각 유로(130)가 형성된 냉각기(100)를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

연소실과 믹싱챔버가 내부에 구비된 냉각기를 채용한 버너-열교환기 구조체{STRUCTURE BODY OF BURNER-HEAT EXCHANGER ADOPTING COOLER HAVING COMBUSTION CHAMBER AND MIXING CHAMBER THEREIN}
본 발명은 연소실과 믹싱챔버가 내부에 구비된 냉각기를 채용한 버너-열교환기 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 버너의 연소시 연소실과 믹싱챔버의 외부로 방열되는 연소열을 회수하여 난방수의 열원으로 활용함과 아울러 연소실과 믹싱챔버의 과열을 방지하는 냉각기를 구비함으로써 열손실을 줄여 열효율을 향상시킬 수 있는 연소실과 믹싱챔버가 내부에 구비된 냉각기를 채용한 버너-열교환기 구조체에 관한 것이다.
일반적으로 보일러는 연료의 연소과정에서 발생하는 연소열을 이용하여 물을 가열시키고, 가열된 물을 배관을 따라 순환시킴으로써 실내 난방용으로 사용하거나 온수용으로 사용할 수 있도록 하는 난방장치이다.
도 1을 참조하면, 종래 일반적인 가스 보일러는, 난방수의 강제 순환을 위해 난방수의 유로 상에 설치되는 순환펌프(10), 송풍기(20)로부터 공급된 공기와 연소용 가스의 혼합기를 연소시키는 버너(30), 버너(30)의 점화에 의해 혼합기가 연소되어 연소열을 발생시키는 연소실(40), 연소실(40)에서 발생된 연소생성물과의 열교환에 의해 난방수를 가열시키는 열교환기(50), 열교환기(50)를 통과한 연소생성물이 배출되는 배기후드(60), 열교환기(50)에서 가열된 난방수를 난방수 공급관(1)을 통해 난방소요처로 공급하거나 바이패스관(3)을 통해 급탕열교환기(80) 측으로 난방수를 선택적으로 공급하기 위해 난방수의 유로를 전환하는 삼방변(70), 바이패스관(3)을 통해 공급되는 난방수의 열을 이용하여 직수를 가열시켜 온수를 공급하도록 내부에 직수관(4)과 온수관(5)이 통과하는 급탕열교환기(80), 난방소요처를 거쳐 난방수 환수관(2)을 통해 환수되는 난방수와 바이패스관(3)을 거쳐 순환되는 난방수가 회수되어 저장되는 팽창탱크(90)를 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성된 가스 보일러의 버너-열교환기 구조체는, 버너(30)의 연소에 의해 연소실(40)에서 고온의 열에너지가 발생하게 되며, 이때 발생된 열에너지가 연소실(40) 외부로 전달되는 경우에는 연소실(40)의 주변 장치에 열 손상을 일으키게 되므로 이를 방지하기 위하여 연소실(40)을 냉각시키는 장치가 필요하게 된다.
도 2를 참조하면, 종래 건식 연소실 냉각 구조를 채용한 버너-열교환기 구조체는, 연소실(40)의 내벽에 단열재(41)를 부착시켜 단열재(41)에 의해 연소열이 연소실(40)의 외부로 방열되는 것을 방지하도록 구성되어 있다. 이와 같은 건식 연소실 냉각 구조는 구조가 간단한 장점이 있으나, 방열되는 연소열을 활용할 수 없는 구조이므로 열손실이 많아 열효율이 낮은 단점이 있다.
도 3을 참조하면, 종래 습식 연소실 냉각 구조를 채용한 버너-열교환기 구조체는, 연소실(40)의 측면 둘레에 난방수배관(42)이 접촉된 상태로 감겨진 구조로 이루어져, 연소실(40) 내부에서 발생되어 연소실(40)의 외부로 방열되는 열이 난방수배관(42) 내부를 흐르는 난방수에 흡수되어 난방수를 예열시킴으로써 건식 연소실 냉각 구조에 비하여 열효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나 종래 습식 연소실 냉각 구조는, 건식 연소실 냉각 구조에 비하여 구조가 복잡하고 제조비용이 상승하는 문제점이 있다.
또한 버너(30)가 예혼합 버너인 경우에는 송풍기(20)와 버너(30) 사이에 연소용 가스와 공기가 혼합되는 믹싱챔버(25)가 구비되는데, 종래 습식 연소실 냉각 구조에 의하면, 버너(30)에서 발생되는 연소열이 믹싱챔버(25)의 외벽을 통해 외부로 전달되어 열손실이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 버너의 연소시 연소실과 믹싱챔버의 외부로 방열되는 연소열의 열손실을 줄여 열효율을 향상시킴과 아울러 연소실과 믹싱챔버의 과열을 방지하여 내구성을 향상시킨 버너-열교환기 구조체를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 연소실과 믹싱챔버의 과열 방지를 위한 냉각기의 구조를 간소화하여 조립성을 향상시킨 버너-열교환기 구조체를 제공하는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 연소실과 믹싱챔버가 내부에 구비된 냉각기를 채용한 버너-열교환기 구조체는, 송풍기(210)에서 급기된 공기와 연소용 가스가 혼합되는 믹싱챔버(170)와, 상기 믹싱챔버(170)에서 혼합된 혼합기가 버너(220)의 점화에 의해 연소되는 연소실(180)과, 상기 연소실(180)에서 발생된 연소생성물의 연소열을 난방수에 전달하는 열교환기(230)를 포함하는 버너-열교환기 구조체에 있어서, 상부에는 송풍기(210)에 연결되는 송풍기 연결구(150)가 구비되고, 하부에는 열교환기(230)에 연결되는 열교환기 연결구(160)가 구비되며, 상기 송풍기 연결구(150)와 열교환기 연결구(160) 사이 공간에 믹싱챔버(170)와 연소실(180)이 마련되도록 이중벽(110,120)이 구비되고, 상기 이중벽(110,120) 사이의 내부 공간에는 난방수가 흐르는 냉각 유로(130)가 형성된 냉각기(100)를 구비한 것을 특징으로 한다.
이 경우 상기 냉각기(100)의 이중벽(110,120)은, 상부 케이스(110)와, 상기 상부 케이스(110)의 내부에 삽입되는 하부 케이스(120)로 구성되고, 상부 케이스(110)의 상단부(110a)와 하부 케이스(120)의 상단부(120a)가 서로 접촉되고, 상부 케이스(110)의 하단부(110b)와 하부 케이스(120)의 하단부(120b)가 서로 접촉되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 상부 케이스(110)의 하부 일측에는 상기 냉각 유로(130)에 난방수가 유입되는 난방수 유입구(111)가 구비되고, 상기 상부 케이스(110)의 상부 일측에는 상기 냉각 유로(130)를 통과한 난방수가 유출되는 난방수 유출구(112)가 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 냉각기(100)의 내부에는 버너 고정구(140)가 구비되고, 상기 버너 고정구(140)에 조립되는 버너(220)의 상부는 믹싱챔버(170)를 이루고, 상기 버너(220)의 하부는 연소실(180)을 이루는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 냉각기(100)의 일측에는, 냉각기(100)의 내부에 조립되는 버너(220)의 점화장치가 연결되는 점화장치 연결구(113)와, 상기 버너(220)의 연소 상태를 냉각기(100)의 외부에서 확인 가능하도록 화염 감시창(114)이 구비된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 난방수 유출구(112)를 통해 유출되는 난방수는, 상기 열교환기(230)를 거친 후에 난방소요처로 공급되고, 난방소요처를 경유한 난방수는 상기 난방수 유입구(111)를 통해 유입되는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 열교환기(230)는, 연소실(180)에서 발생되는 연소생성물의 현열을 흡수하는 현열 열교환기(230a)와, 상기 현열 열교환기(230a)에서 열교환을 마친 연소생성물에 포함된 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열 열교환기(230b)로 구성되고, 상기 난방수 유출구(112)를 통해 유출되는 난방수는, 상기 잠열 열교환기(230b)와 현열 열교환기(230a)를 순차로 경유한 후에 난방소요처로 공급되며, 난방소요처를 경유한 난방수는 상기 난방수 유입구(111)를 통해 유입되는 것으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 연소실과 믹싱챔버가 내부에 구비된 냉각기를 채용한 버너-열교환기 구조체에 의하면, 연소실과 믹싱챔버를 둘러싸는 이중벽 구조의 냉각기를 구비하고, 이중벽 사이의 내부 공간에 냉각수가 흐르는 냉각 유로를 형성함으로써 버너의 연소시 발생하는 연소열의 열손실을 줄여 열효율을 향상시킴과 동시에 연소실과 믹싱챔버의 과열을 방지하여 장치의 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면, 상부 케이스의 내측으로 하부 케이스를 삽입시켜 이중벽을 구성하고, 하부 케이스의 내부에 구비된 버너 고정구에 버너를 조립하여 버너의 상측과 하측에 믹싱챔버와 연소실이 마련되도록 구성함으로써 냉각기의 구조를 간소화할 수 있게 된다.
도 1은 종래 가스 보일러의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 종래 건식 연소실 냉각 구조를 채용한 버너-열교환기 구조체를 나타낸 도면,
도 3은 종래 습식 연소실 냉각 구조를 채용한 버너-열교환기 구조체를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 버너-열교환기 구조체의 외관을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 냉각기의 평면도,
도 6은 도 5의 A-A 단면도,
도 7은 도 5의 B-B 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 냉각기에 버너가 장착된 모습을 나타낸 상태도.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 버너-열교환기 구조체의 외관을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 버너-열교환기 구조체는, 연소용 가스와 공기가 예혼합되어 버너(200)에서 하향 연소되는 구조로 이루어진 것으로, 상부에는 연소용 가스와 공기를 공급하는 송풍기(210)가 구비되고, 송풍기(210)의 하부에는 연소용 가스와 공기가 혼합되어 연소가 이루어짐과 동시에 열손실 방지를 위한 냉각기(100)가 구비되며, 냉각기(100)의 하부에는 연소생성물과의 열교환에 의해 난방수를 가열시키는 열교환기(230)가 연결되고, 열교환기(230)의 하부 일측으로 연결되어 연소생성물이 배출되는 배기후드(240)를 포함한다.
상기 열교환기(230)는, 단일 구조의 비콘덴싱 구조로 구성될 수도 있고, 본 실시예에서와 같이 연소생성물의 현열을 흡수하는 현열 열교환기(230a)와, 상기 현열 열교환기(230a)에서 열교환을 마친 연소생성물에 포함된 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열 열교환기(230b)로 구성된 콘덴싱 구조로 구성될 수도 있다.
이하, 본 발명의 특징적 구성인 냉각기(100)의 구성 및 작용을 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 냉각기의 평면도, 도 6은 도 5의 A-A 단면도, 도 7은 도 5의 B-B 단면도, 도 8은 본 발명에 따른 냉각기에 버너가 장착된 모습을 나타낸 상태도이다.
본 발명에 따른 냉각기(100)는, 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)의 이중벽(110,120)으로 둘러싸인 구조로 이루어지고, 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120) 사이의 공간에는 난방수가 흐르는 냉각 유로(130)가 형성되어 있다.
이중벽(110,120)은 상부 케이스(110)의 내측으로 하부 케이스(120)가 삽입되어 조립되는 구조로 이루어진다. 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)가 조립된 상태에서, 상부 케이스(110)의 상단부(110a)와 하부 케이스(120)의 상단부(120a)는 서로 접촉되고, 상부 케이스(110)의 하단부(110b)와 하부 케이스(120)의 하단부(120b)는 서로 접촉되며, 이중벽(110,120)의 상단부(110a,120a)와 하단부(110b,120b) 사이의 중간부에는 상부 케이스(110)의 내측면과 하부 케이스(120)의 외측면 사이가 서로 이격되어 난방수가 흐르는 냉각 유로(130)가 형성된다.
이중벽(110,120)의 상단부(110a,120a)와 하단부(110b,120b)는 용접에 의해 결합되거나, 별도의 체결부재(미도시됨)에 의해 결합될 수 있다.
이중벽(110,120)의 상부에는 송풍기(210)에 연결되는 송풍기 연결구(150)가 구비되고, 이중벽(110,120)의 하부에는 열교환기(230)에 연결되는 열교환기 연결구(160)가 구비된다. 이중벽(110,120)은 상부에서 하부를 향하여 단면적이 점차로 넓어지는 형상으로 구성될 수 있으며, 이 경우 송풍기 연결구(150)를 통해 유입된 연소용 가스와 공기는 냉각기(100) 상부의 좁은 공간에서 혼합된 후에, 냉각기(100) 하부의 넓은 공간으로 확산되어 이동하게 된다.
상부 케이스(110)의 하부 일측에는, 난방수가 냉각 유로(130)로 유입되는 난방수 유입구(111)가 구비되고, 상부 케이스(110)의 상부 일측에는 냉각 유로(130)를 통과한 난방수가 유출되는 난방수 유출구(112)가 구비되어 있다.
하부 케이스(110)의 내벽 중간부에는, 버너(220)의 조립을 위한 버너 고정구(140)가 구비되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 버너 고정구(140)에 버너(220)가 조립되면, 버너(220)의 상부는 송풍기 연결구(150)와의 사이 공간에 연소용 가스와 공기가 혼합되는 공간인 믹싱챔버(170)를 이루게 되고, 버너(220)의 하부는 버너(220)의 점화에 의해 연소용 가스와 공기의 혼합기가 연소되어 열소열을 발생시키는 공간인 연소실(180)을 이루게 된다.
그리고 상부 케이스(110)의 일측에는 버너(220)의 점화장치(미도시됨)가 연결되는 점화장치 연결구(113)와, 버너(220)의 연소 상태를 냉각기(100)의 외부에서 육안으로 확인 가능하도록 화염 감시창(114)이 구비되어 있다. 점화장치 연결구(113)와 화염 감시창(114)은 이중벽(110,120)의 일측으로 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)를 관통하여 형성된다.
이하, 본 발명에 따른 버너-열교환기 구조체에서의 난방수의 흐름 및 냉각기(100)의 작용을 설명한다.
일실시예로, 열교환기(230)가 비콘덴싱 보일러 구조로 구성되는 경우, 난방수 유출구(112)를 통해 유출되는 난방수는 상기 열교환기(230)를 거친 후에 난방소요처로 공급되고, 난방소요처를 경유한 난방수는 상기 난방수 유입구(111)를 통해 유입되는 것으로 구성될 수 있다.
다른 실시예로, 열교환기(230)가 현열 열교환기(230a)와 잠열 열교환기(230b)로 이루어진 콘덴싱 보일러 구조로 구성되는 경우, 난방수 유출구(112)를 통해 유출되는 난방수는 상기 잠열 열교환기(230b)와 현열 열교환기(230a)를 순차로 경유한 후에 난방소요처로 공급되며, 난방소요처를 경유한 난방수는 상기 난방수 유입구(111)를 통해 유입되는 것으로 구성될 수 있다.
상기 실시예들에서, 냉각기(100) 내부에 구비된 버너(220)의 연소에 의해 하부 케이스(120) 내부의 믹싱챔버(170)와 연소실(180)에서 발생하는 고온의 연소열은 냉각 유로(130)를 통과하는 난방수에 흡수되어, 난방수가 예열된 상태에서 열교환기(230)에서 재차 열교환이 이루어지게 되므로, 연소열의 열손실을 방지하여 보일러의 열효율을 향상시킬 수 있게 되며, 믹싱챔버(170)와 연소실(180)의 과열이 방지되어 과열로 인해 초래되는 장치에 열적 손상을 방지함으로써 보일러의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.
1 : 난방수 공급관 2 : 난방수 환수관
3 : 바이패스관 4 : 직수관
5 : 온수관 10 : 순환펌프
20 : 송풍기 25 : 믹싱챔버
30 : 버너 40 : 연소실
41 : 단열재 42 : 난방수배관
50 : 열교환기 60 : 배기후드
70 : 삼방변 80 : 급탕열교환기
90 : 팽창탱크 100 : 냉각기
110 : 상부 케이스 110a : 상부 케이스의 상단부
110b : 상부 케이스의 하단부 111 : 난방수 유입구
112 : 난방수 유출구 113 : 점화장치 연결구
114 : 화염 감시창 120 : 하부 케이스
120a : 하부 케이스의 상단부 120b : 하부 케이스의 하단부
130 : 냉각 유로 140 : 버너 고정구
150 : 송풍기 연결구 160 : 열교환기 연결구
170 : 믹싱챔버 180 : 연소실
210 : 송풍기 220 : 버너
230 : 열교환기 230a : 현열 열교환기
230b : 잠열 열교환기 240 : 배기후드

Claims (7)

  1. 송풍기(210)에서 급기된 공기와 연소용 가스가 혼합되는 믹싱챔버(170)와, 상기 믹싱챔버(170)에서 혼합된 혼합기가 버너(220)의 점화에 의해 연소되는 연소실(180)과, 상기 연소실(180)에서 발생된 연소생성물의 연소열을 난방수에 전달하는 열교환기(230)를 포함하는 버너-열교환기 구조체에 있어서,
    상부에는 송풍기(210)에 연결되는 송풍기 연결구(150)가 구비되고, 하부에는 열교환기(230)에 연결되는 열교환기 연결구(160)가 구비되며, 상기 송풍기 연결구(150)와 열교환기 연결구(160) 사이 공간에 믹싱챔버(170)와 연소실(180)이 마련되도록 이중벽(110,120)이 구비되고, 상기 이중벽(110,120) 사이의 내부 공간에는 난방수가 흐르는 냉각 유로(130)가 형성된 냉각기(100)를 구비하고,
    상기 냉각기(100)의 이중벽(110,120)은, 상부 케이스(110)와, 상기 상부 케이스(110)의 내부에 삽입되는 하부 케이스(120)로 구성되고,
    상부 케이스(110)의 상단부(110a)와 하부 케이스(120)의 상단부(120a)가 서로 접촉되고, 상부 케이스(110)의 하단부(110b)와 하부 케이스(120)의 하단부(120b)가 서로 접촉되는 것을 특징으로 하는 연소실과 믹싱챔버가 내부에 구비된 냉각기를 채용한 버너-열교환기 구조체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부 케이스(110)의 하부 일측에는 상기 냉각 유로(130)에 난방수가 유입되는 난방수 유입구(111)가 구비되고, 상기 상부 케이스(110)의 상부 일측에는 상기 냉각 유로(130)를 통과한 난방수가 유출되는 난방수 유출구(112)가 구비된 것을 특징으로 하는 연소실과 믹싱챔버가 내부에 구비된 냉각기를 채용한 버너-열교환기 구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉각기(100)의 내부에는 버너 고정구(140)가 구비되고,
    상기 버너 고정구(140)에 조립되는 버너(220)의 상부는 믹싱챔버(170)를 이루고, 상기 버너(220)의 하부는 연소실(180)을 이루는 것을 특징으로 하는 연소실과 믹싱챔버가 내부에 구비된 냉각기를 채용한 버너-열교환기 구조체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 냉각기(100)의 일측에는, 냉각기(100)의 내부에 조립되는 버너(220)의 점화장치가 연결되는 점화장치 연결구(113)와, 상기 버너(220)의 연소 상태를 냉각기(100)의 외부에서 확인 가능하도록 화염 감시창(114)이 구비된 것을 특징으로 하는 연소실과 믹싱챔버가 내부에 구비된 냉각기를 채용한 버너-열교환기 구조체.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 난방수 유출구(112)를 통해 유출되는 난방수는, 상기 열교환기(230)를 거친 후에 난방소요처로 공급되고, 난방소요처를 경유한 난방수는 상기 난방수 유입구(111)를 통해 유입되는 것을 특징으로 하는 연소실과 믹싱챔버가 내부에 구비된 냉각기를 채용한 버너-열교환기 구조체.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 열교환기(230)는, 연소실(180)에서 발생되는 연소생성물의 현열을 흡수하는 현열 열교환기(230a)와, 상기 현열 열교환기(230a)에서 열교환을 마친 연소생성물에 포함된 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열 열교환기(230b)로 구성되고,
    상기 난방수 유출구(112)를 통해 유출되는 난방수는, 상기 잠열 열교환기(230b)와 현열 열교환기(230a)를 순차로 경유한 후에 난방소요처로 공급되며, 난방소요처를 경유한 난방수는 상기 난방수 유입구(111)를 통해 유입되는 것을 특징으로 하는 연소실과 믹싱챔버가 내부에 구비된 냉각기를 채용한 버너-열교환기 구조체.

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KR20110010208A (ko) * 2009-07-24 2011-02-01 한국가스안전공사 예혼합 버너와 2단 열교환기를 이용한 저 ＮＯｘ 보일러

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