KR102536797B1 - 열교환배관을 포함하는 열교환기 유닛 및 이를 이용한 콘덴싱 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 열교환기 유닛은, 연소반응에 의해 생성된 현열을 전달받아 물을 가열하기 위한 현열 열교환 영역에 배치되되, 상기 물을 공급받아 내부를 통해 유동시킴으로써 상기 물이 유동하는 현열유로를 형성하는 현열 열교환배관을 구비하는 현열 열교환부; 및 상기 연소반응 중에 생성된 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향을 기준으로 상기 현열 열교환 영역보다 하류에 위치하고, 상기 연소가스의 상변화시 발생하는 잠열을 전달받아 상기 물을 가열하기 위한 잠열 열교환 영역에 배치되되, 상기 물을 공급받아 내부를 통해 유동시키는 잠열 열교환배관을 구비하는 잠열 열교환부를 포함하고, 상기 잠열 열교환배관은, 상기 제1 기준방향에 직교하는 제2 기준방향을 따라 연장되고, 상기 제1 기준방향과 상기 제2 기준방향에 직교하는 제3 기준방향을 따라 서로 이격되게 나열되되, 상기 물이 유동하고 상기 현열유로에 연통되는 잠열유로를 형성하는 복수 개의 잠열 직선부를 포함하고, 상기 잠열 직선부의 내부공간은, 상기 제3 기준방향에 따른 폭이 상기 제1 기준방향에 따른 길이보다 작도록 납작하게 형성된다.

Description

열교환배관을 포함하는 열교환기 유닛 및 이를 이용한 콘덴싱 보일러 {HEAT EXCHANGER UNIT INCLUDING HEAT EXCHANGE PIPE AND CONDENSING BOILER USING THE SAME}

본 발명은 물이 유동할 수 있는 열교환배관을 포함하는 열교환기 유닛, 콘덴싱 보일러에 관한 것이다.

난방에 사용되는 난방수를 가열하거나, 가열된 물을 배출하기 위해, 물에 열을 전달하는 열교환배관과 이를 이용한 열교환기 유닛이 사용될 수 있다. 열교환배관의 내부로는 가열될 물이 흐르고, 그 외부에서 연소가스와 같은 열매체가 유동하거나 복사열 또는 전도열이 전달되어 물에 열이 전달되는 과정을 거쳐 물이 가열될 수 있다. 열교환기 유닛은 이러한 열교환배관을 포함하고, 열매체를 열교환배관 주변에 배치하도록 구성된다.

이러한 열교환배관이 열매체에 의해 열을 전달받아 내부에서 유동하는 물을 가열하는 효율을 증대시키기 위해, 적절한 형상의 열교환배관과 열교환기 유닛의 디자인이 요구된다.

본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 열교환효율이 증대되는 형상의 열교환배관을 포함하는 열교환기 유닛, 콘덴싱 보일러를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 열교환기 유닛은, 연소반응에 의해 생성된 현열을 전달받아 물을 가열하기 위한 현열 열교환 영역에 배치되되, 상기 물을 공급받아 내부를 통해 유동시킴으로써 상기 물이 유동하는 현열유로를 형성하는 현열 열교환배관을 구비하는 현열 열교환부; 및 상기 연소반응 중에 생성된 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향을 기준으로 상기 현열 열교환 영역보다 하류에 위치하고, 상기 연소가스의 상변화시 발생하는 잠열을 전달받아 상기 물을 가열하기 위한 잠열 열교환 영역에 배치되되, 상기 물을 공급받아 내부를 통해 유동시키는 잠열 열교환배관을 구비하는 잠열 열교환부를 포함하고, 상기 잠열 열교환배관은, 상기 제1 기준방향에 직교하는 제2 기준방향을 따라 연장되고, 상기 제1 기준방향과 상기 제2 기준방향에 직교하는 제3 기준방향을 따라 서로 이격되게 나열되되, 상기 물이 유동하고 상기 현열유로에 연통되는 잠열유로를 형성하는 복수 개의 잠열 직선부를 포함하고, 상기 현열 열교환배관은, 상기 제3 기준방향을 따라 서로 이격되게 나열되고, 상기 제2 기준방향을 따라 연장되되, 상기 물이 유동하고 상기 현열유로를 형성하는 복수 개의 현열 직선부를 포함하고, 상기 잠열 직선부의 내부공간은, 상기 제3 기준방향에 따른 폭이 상기 제1 기준방향에 따른 길이보다 작도록 납작하게 형성되고, 상기 직선부의 내부공간에 대해, 상기 제3 기준방향에 따른 폭을 상기 제1 기준방향에 따른 길이로 나눈 값을 종단비라고 할 때, 상기 잠열 직선부의 종단비는, 상기 현열 직선부의 종단비보다 작고, 상기 제2 기준방향에 수직한 평면으로 상기 직선부를 자른 단면에서, 상기 제1 기준방향을 기준으로 상기 직선부의 내부공간의 가장 상류측과 가장 하류측에 각각 인접한 영역인 내부 상류부와 내부 하류부는 소정의 곡률반경을 가지는 부채꼴의 적어도 일부의 형상으로 형성되며, 상기 제3 기준방향을 기준으로 상기 직선부의 내부공간의 양측인 한 쌍의 내부 측부는 상기 소정의 곡률반경과 다른 곡률반경을 가지는 부채꼴의 적어도 일부의 형상으로 형성된다.

본 발명의 실시예에 따른 열교환배관은, 연소반응 중에 생성된 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향에 직교하는 제2 기준방향을 따라 연장되고, 물이 유동하도록 마련되는 내부공간을 구비하되, 상기 내부공간은, 상기 제1 기준방향 및 상기 제2 기준방향에 직교하는 제3 기준방향에 따른 폭이 상기 제1 기준방향에 따른 길이보다 작도록 납작하게 형성되고, 상기 제3 기준방향에 따른 내부공간의 폭을 상기 제1 기준방향에 따른 내부공간의 길이로 나눈 값은, 0.05 이상 0.3 이하이다.

본 발명의 실시예에 따른 콘덴싱 보일러는, 연소반응을 일으키는 버너조립체; 상기 연소반응 중에 생성된 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향을 기준으로 상기 버너조립체보다 하류에 위치하고, 내부에 상기 연소반응에 의한 화염이 위치하는 연소실; 및 상기 연소반응에 의해 생성된 현열과 연소가스를 전달받아 물을 가열하는 열교환기 유닛을 포함하고, 상기 열교환기 유닛은, 상기 연소반응에 의해 생성된 현열을 전달받아 물을 가열하기 위한 현열 열교환 영역에 배치되되, 상기 물을 공급받아 내부를 통해 유동시키는 현열 열교환배관을 구비하는 현열 열교환부; 및 상기 제1 기준방향을 기준으로 상기 현열 열교환 영역보다 하류에 위치하고, 상기 연소가스의 상변화시 발생하는 잠열을 전달받아 상기 물을 가열하기 위한 잠열 열교환 영역에 배치되되, 상기 물을 공급받아 내부를 통해 유동시키는 잠열 열교환배관을 구비하는 잠열 열교환부를 포함하고, 상기 잠열 열교환배관은, 상기 제1 기준방향에 직교하는 제2 기준방향을 따라 연장되고, 상기 제1 기준방향과 상기 제2 기준방향에 직교하는 제3 기준방향을 따라 서로 이격되게 나열되되, 상기 물이 유동하고 상기 현열 열교환배관에 연통되는 잠열유로를 형성하는 복수 개의 잠열 직선부를 포함하고, 상기 현열 열교환배관은, 상기 제3 기준방향을 따라 서로 이격되게 나열되고, 상기 제2 기준방향을 따라 연장되되, 상기 물이 유동하는 복수 개의 현열 직선부를 포함하고, 상기 현열 직선부의 내부공간과 상기 잠열 직선부의 내부공간은, 상기 제3 기준방향에 따른 폭이 상기 제1 기준방향에 따른 길이보다 작도록 납작하게 형성되고, 상기 직선부의 내부공간에 대해, 상기 제3 기준방향에 따른 폭을 상기 제1 기준방향에 따른 길이로 나눈 값을 종단비라고 할 때, 상기 잠열 직선부의 종단비는, 상기 현열 직선부의 종단비보다 작고, 상기 제2 기준방향에 수직한 평면으로 상기 직선부를 자른 단면에서, 상기 제1 기준방향을 기준으로 상기 직선부의 내부공간의 가장 상류측과 가장 하류측에 각각 인접한 영역인 내부 상류부와 내부 하류부는 소정의 곡률반경을 가지는 부채꼴의 적어도 일부의 형상으로 형성되며, 상기 제3 기준방향을 기준으로 상기 직선부의 내부공간의 양측인 한 쌍의 내부 측부는 상기 소정의 곡률반경과 다른 곡률반경을 가지는 부채꼴의 적어도 일부의 형상으로 형성된다.

이에 따라, 열교환배관이 연소가스와 접촉하는 면적을 극대화하여 열교환이 효율적으로 이루어질 수 있다.

도 1은 예시적인 열교환기 유닛의 일부분의 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환기 유닛 및 이를 이용한 콘덴싱 보일러의 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환기 유닛 및 이를 이용한 콘덴싱 보일러의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환기 유닛의 연소실의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환기 유닛의 현열 열교환기의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환기 유닛의 종단면도 중 현열 열교환배관과 현열 핀이 배치된 영역을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예의 일 변형예에 따른 열교환기 유닛의 종단면도 중 현열 열교환배관과 현열 핀이 배치된 영역을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환기 유닛의 제2 현열 일반측판을 제2 유로캡 플레이트가 포함하는 유로캡들과 함께 소정 방향을 따라 외측으로부터 바라본 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환기 유닛의 제1 현열 일반측판을 제1 유로캡 플레이트가 포함하는 유로캡들과 함께 소정 방향을 따라 내측으로부터 바라본 도면이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 제2 연결 유로캡 플레이트의 외측으로부터 열교환기 유닛을 바라본 도면이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 열교환기 유닛의 제1 연결 유로캡 플레이트를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 열교환기 유닛의 제2 메인 일반측판의 일부 영역을 제2 연결 유로캡 플레이트가 포함하는 유로캡들과 함께 소정 방향을 따라 외측으로부터 바라본 도면이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 열교환기 유닛의 제1 메인 일반측판을 제1 연결 유로캡 플레이트가 포함하는 유로캡들과 함께 소정 방향을 따라 내측으로부터 바라본 도면이다.
도 14는 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 열교환기 유닛의 현열유로와 잠열유로를 도시한 사시도이다.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열교환기 유닛의 종단면도이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시예의 변형예에 따른 열교환기 유닛의 유로캡 플레이트를 각 배관과 같이 나타낸 정면도이다.
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 열교환기 유닛 및 이를 이용한 콘덴싱 보일러의 종단면도이다.
도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 열교환기 유닛 및 이를 이용한 콘덴싱 보일러의 측면도이다.
도 19는 본 발명의 제3 실시예에 따른 열교환기 유닛의 평면도이다.
도 20은 본 발명의 제3 실시예에 따른 열교환기 유닛의 종단면도이다.
도 21은 본 발명의 제3 실시예에 따른 복수의 하류 핀과 그 사이에 위치한 응축수를 도시한 사시도이다.
도 22는 본 발명의 제3 실시예의 제1 변형예에 따른 열교환기 유닛의 종단면도이다.
도 23은 본 발명의 제3 실시예의 제2 변형예에 따른 열교환기 유닛의 종단면도이다.
도 24는 본 발명의 제3 실시예의 제3 변형예에 따른 열교환기 유닛의 종단면도이다.
도 25는 본 발명의 제3 실시예의 제4 변형예에 따른 열교환기 유닛의 종단면도이다.
도 26은 본 발명의 제3 실시예에 따른 열교환기 유닛의 제2 일반측판을 제2 유로캡 플레이트가 포함하는 유로캡들과 함께 도시한 도면이다.
도 27은 본 발명의 제3 실시예에 따른 열교환기 유닛의 제1 일반측판을 제1 유로캡 플레이트가 포함하는 유로캡들과 함께 도시한 도면이다.
도 28은 본 발명의 제3 실시예에 따른 열교환기 유닛이 포함하는 전체 유로를 도시한 사시도이다.
도 29는 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 열교환기 유닛에서연결 유로캡 플레이트들이 분리되어 있는 상황을 도시한 사시도이다.
도 30은 본 발명의 제4 실시예에 따른 물 가열기의 사시도이다.
도 31는 본 발명의 제4 실시예에 따른 열교환기 유닛의 사시도이다.
도 32은 본 발명의 제4 실시예에 따른 열교환기 유닛의 종단면도이다.
도 33는 본 발명의 제4 실시예에 따른 잠열 열교환배관의 종단면도이다.
도 34는 본 발명의 제4 실시예에 따른 현열 열교환배관의 종단면도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

콘덴싱 보일러를 구성하는 버너, 열교환기 및 연소실의 배치 방법으로, 가장 하측에 위치한 버너로부터 상방으로 갈수록, 드라이 타입의 단열재에 의해 둘러싸인 연소실, 핀튜브(fin-tube) 타입의 현열 열교환기 및 플레이트(plate) 타입의 잠열 열교환기를 배열하여 콘덴싱 보일러를 구성하는 방법을 생각할 수 있다. 이러한 콘덴싱 보일러를 상향식 보일러로 지칭하는데, 상향식 보일러의 경우 잠열 열교환기에서 연소가스의 응축으로 인해 발생한 응축수가 낙하하여 현열 열교환기 및 연소실에 위치할 수 있다. 따라서 현열 열교환기와, 연소실을 둘러싼 드라이 타입의 단열재가, 산도가 높은 응축수에 의해 손쉽게 부식되는 문제가 있다. 또한 서로 다른 종류의 열교환기를 서로 연결하므로, 연결부품이 추가로 발생해 제조원가가 상승한다는 문제가 있다.

응축수로 인한 문제를 해결하기 위해, 가장 상측에 위치한 버너로부터 하방으로 갈수록, 단열배관에 의해 둘러싸여 단열이 이루어지는 연소실, 핀튜브 타입의 현열 열교환기 및 플레이트 타입의 잠열 열교환기를 배열하여 콘덴싱 보일러를 구성하는 방법을 생각할 수 있다. 이를 하향식 보일러로 지칭한다. 이러한 경우 잠열 열교환기가 가장 하측에 위치하므로, 응축수는 바로 응축수 받이 등을 통해 배출되어 현열 열교환기나 연소실에 도달하지 않아, 부식의 문제가 해소될 수 있다. 다만 연소실 냉각을 위해 사용된 단열배관을 포함한 많은 부품이 사용되고, 그로 인해 조립 공수가 비대해져 제조원가가 상승한다는 문제가 있다. 또한 서로 다른 종류의 열교환기를 서로 연결하므로, 연결부품이 추가로 발생해 제조원가가 상승한다는 문제가 있다.

도 1은 예시적인 열교환기 유닛의 일부분의 종단면도이다. 도 1과 같이, 하향식 보일러를 사용하되, 연소실(102)과 현열 열교환기(103)를 단열재(101)로 둘러싸서 드라이(Dry) 타입으로 단열하는 방식을 생각할 수 있다. 즉 연소실(102)에 사용된 드라이 타입의 단열재가 현열 열교환기(103) 영역에서 나오는 열의 단열을 위해 배치되는 경우를 생각할 수 있다. 그러나 이러한 경우, 현열 열교환기(103)와, 연소반응을 통해 발생한 화염과, 연소가스에서 발생하는 열이 과도하여 단열재(101)가 손상되고 내구도가 감소할 수 있다는 문제가 있다. 또한 현열 열교환기(103)와 인접한 위치에서는 연소실(102)에 비해 응축수가 발생할 가능성이 높으므로, 도면과 같이 연소실(102)이 하방으로 연장되어 다다르는 위치보다 더 하류측까지 단열재(101)가 연장될 경우, 드라이 타입의 단열재(101)에 응축수가 닿아 손상이 일어날 수 있다는 문제가 있다.

제1 실시예

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환기 유닛 및 이를 이용한 콘덴싱 보일러(1)의 종단면도이다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환기 유닛 및 이를 이용한 콘덴싱 보일러(1)의 측면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환기 유닛은, 현열 열교환기(30)와, 잠열 열교환기(40)와, 현열 단열배관(34)을 포함한다. 열교환기 유닛을 구성하는 상기 구성요소들은, 도시된 것과 같은 위치에 고정될 수 있다.

또한 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환기 유닛을 포함하는 콘덴싱 보일러(1)는, 연소실(20)과, 버너(11)를 포함하는 버너조립체(10)를 포함한다. 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 따라 버너조립체(10)와 열교환기 유닛이 순서대로 배치되고, 열교환기 유닛의 내에서는 동일한 방향을 따라 연소실(20), 현열 열교환기(30), 잠열 열교환기(40) 및 현열 열교환기(30)와 같이 배치된 현열 단열배관(34)의 순서로 구성요소가 배열되어 있으므로, 상술된 배열 순서대로 콘덴싱 보일러(1)의 구성요소에 대해서 설명한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환기 유닛 및 이를 이용한 콘덴싱 보일러(1)는, 연소가스가 연직하방으로 유동하는 하향식의 콘덴싱 보일러(1)를 기준으로 하여 설명된다. 따라서 화살표로 표시된 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)은 콘덴싱 보일러(1)가 설치된 위치에서의 연직하방과 동일할 수 있다. 하향식의 콘덴싱 보일러(1)를 선택함에 따라, 연소가스가 응축하여 발생하는 응축수가 콘덴싱 보일러(1)의 가장 하측에서만 생성되어 바로 하단을 통해 외부로 배출될 수 있다. 따라서 콘덴싱 보일러(1)를 구성하는 구성요소들의 부식이 방지될 수 있다. 그러나 가열된 연소가스가 대류에 의해 상방으로 이동하는 성질을 이용하여 난방수의 경로를 자연스럽게 하방으로 형성할 수 있는, 상향식의 콘덴싱 보일러에 본 발명의 구성이 사용될 수도 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 콘덴싱 보일러(1)는, 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 따라 가장 하류에, 응축수 받이(55)를 배치하여, 잠열 열교환기(40)로부터 발생하는 응축수가 자중에 의해 연직하방으로 낙하할 경우 이를 수집할 수 있다. 응축수 받이(55)는 수집한 응축수가 연직하방으로 연장된 응축수 배출구(53)를 통해 배출될 수 있도록, 응축수 배출구(53)를 향해 경사진 내측면을 가질 수 있다.

또한 응축수 배출과 동시에 잔여 연소가스가 배출될 수 있도록, 배기 덕트(52)가 응축수 받이(55)와 연통되어 형성될 수 있다. 배기 덕트(52)는 연직상방으로 연장되어 형성됨으로써, 잔여 연소가스를 외부로 배출한다.

버너조립체(10)

버너조립체(10)는 열을 발산하는 버너(11)를 포함하여, 연료와 공기를 주입받아 연소반응을 일으킴으로써 연소가스를 생성하는 구성요소이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 콘덴싱 보일러(1)에 사용되는 버너조립체(10)로서, 프리믹스(premix) 버너가 사용될 수 있다. 프리믹스 타입의 버너는, 공기와 연료를 주입받아 소정의 비율로 혼합하여, 발산하는 열을 이용해 혼합된 공기와 연료를 연소시킴으로써 연소가스를 생성하는 장치이다. 이러한 작용을 위해, 본 발명의 제1 실시예에 따른 버너조립체(10)는 연료와 공기를 주입받아 소정의 비율로 혼합하여 연소반응을 위한 혼합연료를 마련하는 공간인 믹스 챔버(12)와, 상기 믹스 챔버(12)가 혼합한 혼합연료에 열을 가하는 버너(11)를 포함할 수 있다. 연소반응에 적합한 비율로 혼합된 공기와 연료를 가열해 연소반응을 일으켜 최적의 연료효율 및 열효율을 얻도록 이와 같은 구조의 버너조립체(10)가 제공된다.

믹스 챔버(12)에 공기를 공급하고, 버너조립체(10)에서 발생한 연소가스를 연직하방으로 송기하기 위해, 본 발명의 콘덴싱 보일러(1)는 송풍기(54)를 더 구비할 수 있다. 송풍기(54)는 믹스 챔버(12)와 연결되어 믹스 챔버(12)의 연직 하방에 연결된 버너조립체(10)를 향해 공기를 압송할 수 있도록, 펌프를 포함하여 구성될 수 있다.

연소실(20)

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연소실(20)의 평면도이다.

도 4를 도 2 및 도 3과 같이 참조하여 연소실(20)에 대해서 설명한다. 연소실(20)은 버너조립체(10)에 의한 연소반응이 발생시키는 화염이 위치할 수 있도록 제공되는 내부공간(22)을 포함하는 구성요소이다. 따라서 연소실(20)은 내부공간(22)을 측벽으로 둘러싸서 형성된다. 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 기준으로 내부공간(22)의 상류측에 버너조립체(10)의 버너(11)가 위치하도록 버너조립체(10)와 연소실(20)이 결합된다.

버너조립체(10)는 공기와 연료에 열을 가하여 연소반응을 일으킨다. 연소반응의 산물로 열에너지를 동반하는 화염과 연소가스가 생성된다. 화염은 연소실(20)의 내부공간(22)에 위치하되 연소가스의 유동방향(D)을 따라 버너조립체(10)로부터 연장되어 형성된다. 연소가스는 내부공간(22)을 통해 유동한다. 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)과 나란한 방향으로 연소실(20)의 내부공간(22)이 연통될 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에서 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)은 연직하방이므로, 연소실(20)의 내부공간(22)은 연직방향으로 연통되어 형성된다.

연소실(20)을 구성하는 연소실의 측벽(21)의 내측면의 적어도 일부 영역에는 연소실 단열부(24)가 형성될 수 있다. 연소실의 측벽(21)은 서로 나란한 2개의 일반측판(211)과, 일반측판(211)에 직교하고 서로 나란한 2개의 단열측판(212)으로 구성되어, 직육면체 형태로 형성될 수 있다. 이 중 단열측판(212)의 내측에는 연소실 단열부(24)가 배치될 수 있다. 연소실 단열부(24)는 열유동을 차단하는 단열재로 구성되어, 연소반응에 의해 생성된 열이 연소실(20)의 내측면을 통해 연소실(20)의 외부 영역으로 전달되는 양을 감소시킬 수 있다. 연소실 단열부(24)에 의해, 연소실(20)의 내부공간(22)으로부터 연소실(20)의 외부로 전달되는 열량을 저감 할 수 있다. 단열재의 일 예로 열유동을 감소시키는 다공성의 폴리스티렌(polystyrene) 패널 또는 무기질인 실리카 재질의 니들 매트가 사용될 수 있으나, 단열재의 종류는 이에 제한되지 않는다.

그러나 연소실(20)의 일반측판(211)에도 연소실 단열부(24)가 배치되어, 연소실(20)의 내부공간(22) 전체를 단열재로 둘러싸 추가적인 단열효과를 가질 수도 있다.

연소실(20)의 주변으로 유체가 흐르는 단열배관을 배치하여 단열을 도모하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 단열배관을 다수 사용하는 경우, 생산에 많은 비용이 소모된다. 그러나 본 발명의 열교환기 유닛은 하향식으로 구성될 수 있어, 연소실(20)에서는 응축수의 응축이 일어나지 않아 부식의 위험성이 없다. 따라서 단열배관에 비해 상대적으로 저렴한 단열재를 연소실 단열부(24)를 구성하는 소재로 사용하는 드라이 타입의 연소실(20)을 구성할 수 있다.

연소실 단열부(24)는 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 기준으로, 후술할 현열 열교환기(30)를 둘러싸지 않고, 연소실(20)의 내부공간(22)만을 둘러싸도록 그 길이가 결정될 수 있다. 즉 연소실 단열부(24)는, 후술할 현열 열교환기 케이스(31)의 내측에 위치하지 않게 마련될 수 있다. 따라서 도 1과 같이 단열재(101)가 배치될 경우, 단열재(101)가 과도한 열과 응축수에 의해 손상될 수 있으나, 본 발명의 제1 실시예에서는 도 2와 같이 연소실 단열부(24)가 배치됨으로써, 현열 열교환기(30)에서 발생하는 과도한 열이 연소실 단열부(24)로 전달되지 않을 수 있다.

현열 열교환기(30)

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환기 유닛의 현열 열교환기(30)의 평면도이다. 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환기 유닛의 종단면도 중 현열 열교환배관(32)과 현열 핀(33)이 배치된 영역을 도시한 도면이다.

도 2, 도 3, 도 5 및 도 6을 참조하여 현열 열교환기(30)의 기본적인 구성에 대해서 설명한다.

연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 기준으로, 연소실(20)보다 하류에 현열 열교환기(30)가 배치된다. 현열 열교환기(30)는 현열 열교환기(30)보다 상부에 위치한 버너조립체(10)가 연소반응을 일으켜 생성되는 현열을 복사열과 연소가스의 대류에 의해 전달받아, 현열 열교환기(30)의 내부에서 흐르는 난방수를 가열하는 구성요소이다.

현열 열교환기(30)는 구체적으로, 내부를 통해 난방수가 흐르며, 연소가스가 주변에서 흐르는 현열 열교환배관(32)을 포함하고, 현열 열교환배관(32)의 양 단부가 끼워지는 현열 열교환기 케이스(31)를 포함한다. 현열 열교환기 케이스(31) 내부에 현열 열교환배관(32)이 위치하고, 연소가스가 현열 열교환배관(32) 주변에서 유동하여, 연소가스와 난방수가 간접적으로 열교환하도록 구성된다.

현열 열교환배관(32)은, 상기 현열 열교환기 케이스(31)의 내부에 형성된 공간에서, 제2 기준방향(D2)을 따라 연장된다. 상기 제2 기준방향(D2)은, 바람직하게는 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)에 직교하는 방향일 수 있다. 현열 열교환배관(32)은, 상기 일 방향과 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)에 직교하는 직교 방향을 따라 각각 서로 이격되어 나열된 복수의 직선부(321, 322, 323, 324)를 포함하여 구성될 수 있다.

복수의 직선부(321, 322, 323, 324)가 나열되고, 후술할 현열 열교환기 케이스(31)의 현열 일반측판(311)에 형성된 삽입 구멍들에 삽입된 각 직선부(321, 322, 323, 324)들의 단부를 연통해주는 후술할 유로캡 플레이트(361, 362)가 존재하여, 직선부(321, 322, 323, 324)의 집합이 하나의 현열 열교환배관(32)을 형성하는 것이다. 따라서 구불구불한 난방수의 연속된 유로를 현열 열교환배관(32)의 배치를 통해 형성할 수 있다.

예를 들어 도 5의 직선부(321, 322, 323, 324)들이 직렬적으로 연결된 경우를 생각해보면, 도 5에 도시된 화살표 방향으로 난방수가 유입되어, 현열 열교환배관(32)이 포함하는 제1 외측 직선부(321)를 따라 도면상 우측으로 흐르고, 제1 외측 직선부(321)의 도면상 하측에 위치하는 중간 직선부(323)를 따라 도면상 좌측으로 흐르며, 토출단계에 이르러서는 도면상 제2 외측 직선부(322)의 상방에 위치하는 중간 직선부(324)를 따라 도면상 우측으로 흐르고, 제2 외측 직선부(322)를 따라 도면상 좌측으로 이동해서 배출되는 방식으로, 난방수가 현열 열교환배관(32) 내부를 지나가면서 연소가스 및 버너조립체(10)의 현열을 전달받아 가열될 수 있다.

현열 열교환배관(32)의 내부에는, 난방수의 흐름을 방해하여 난방수의 흐름을 난류화하는 형상을 가지는 터뷸레이터(turbulator, 미도시)가 배치될 수 있다.

현열 열교환기 케이스(31)는, 제2 기준방향(D2)으로 이격되어 서로 나란한 2개의 일반측판 부분과, 제2 기준방향(D2)에 직교하는 직교 방향을 따라 이격되어 서로 나란한 2개의 단열측판 부분으로 구성되어, 직육면체 형태로 형성될 수 있다. 일반측판 부분과 단열측판 부분은, 서로 별물인 일반측판과 단열측판일 수도 있고, 각각 일체형의 열교환기 케이스의 측판의 일부 영역일 수 있다. 본 발명의 명세서에서는 일반측판 부분과 단열측판 부분이, 서로 별물인 일반측판과 단열측판으로 구성되는 경우를 중심으로 설명한다.

현열 일반측판(311)과 현열 단열측판(312)이 함께 현열 열교환기 케이스(31)의 내부공간을 형성한다. 여기서 현열 단열측판(312)이란, 외부로 전달되는 열량을 감소시켜 단열을 달성하는 측판이라는 의미가 아니라, 현열 단열배관(34)이 인접하게 배치되는 측판이라는 의미로 사용되었다.

현열 일반측판(311)은 제2 기준방향(D2)을 따라 이격된 제1 현열 일반측판(3111)과 제2 현열 일반측판(3112)을 포함하고, 각각에는 현열 열교환배관(32)을 구성하는 직선부(321, 322, 323, 324)들의 양단이 각각 끼워져서, 결과적으로 현열 열교환기 케이스(31) 내부에 직선부(321, 322, 323, 324)들이 수용되는 형태가 될 수 있다. 현열 열교환기 케이스(31)의 내부에 형성된 공간에서 연소가스가 유동하여, 연소실(20)로부터 후술할 잠열 열교환기 케이스(41)로 이동한다.

현열 열교환기(30)에 인접하여 현열 단열배관(34)이 배치될 수 있다. 현열 단열배관(34)은, 내부를 통해 난방수가 유동함으로써 현열 열교환기(30)를 단열하기 위해 배치되는 파이프형의 구성요소이다. 여기서 단열이란, 열이 전달되는 것을 막는 것으로, 어떠한 위치에 열을 가두는 것과, 외부로 최종적으로 배출되는 열량이 전보다 감소하도록, 어떠한 위치에서 외부로 배출되는 열량을 흡수하는 것을 모두 아우르는 의미이다. 이러한 단열의 의미는 본 발명의 다른 실시예 및 그 변형예에서도 동일하게 적용될 수 있다.

구체적으로, 현열 단열측판(312)의 외측면과 인접하게 현열 단열배관(34)이 배치될 수 있다. 2개의 현열 단열측판(312) 중 어느 하나 및 다른 하나에 각각 인접하게 현열 단열배관(34)이 배치될 수 있다. 현열 단열측판(312)의 외측면과 현열 단열배관(34)이 접촉하도록 현열 단열배관(34)이 배치될 수도 있고, 현열 단열측판(312)의 외측면으로부터 이격된 위치에 현열 단열배관(34)이 배치될 수도 있다.

도면을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환기 유닛에서는 제1 현열 단열배관(341)과 제2 현열 단열배관(342)이 서로 이격되어 각각 현열 단열측판(312)의 외측면을 따라 배치된다. 도 5에서는 마치 현열 단열측판(312)의 내측에 현열 단열배관(34)이 위치하는 것처럼 표시되었으나, 이는 현열 단열측판(312)이 현열 단열배관(34)보다 현열 열교환기(30)의 내측에 위치함과 동시에 현열 단열배관(34)을 가리고 있어, 설명의 편의를 위해 현열 단열배관(34)의 위치를 표시한 것이다. 따라서 도 5에서 현열 단열배관(34)으로 표시된 영역에는, 실제론 현열 단열측판(312)에 의해 덮여 있는 현열 단열배관(34)이 위치하여, 평면도상에서 현열 단열배관(34)이 드러나지 않는다.

따라서 현열 단열배관(34)은 연소가스가 통과하는 현열 열교환기 케이스(31)의 외측에 위치하므로, 현열 단열배관(34)은 연소가스와 교차하거나 만나지 않을 수 있다. 현열 단열배관(34)은 연소가스와 난방수의 열교환을 위해서 사용되는 것이 아니라, 난방수를 이용해 현열 열교환기(30)로부터 외부로 열이 배출되는 것을 차단하는 단열 기능만을 수행할 수 있다.

현열 단열배관(34)은 연소실(20)과 접촉하지 않고, 연소실(20)로부터 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 따라 이격되어 배치될 수 있다. 따라서 현열 단열배관(34)은 연소실(20)의 단열을 위해 사용되는 것이 아니라, 현열 열교환기(30)의 단열을 위해서만 사용될 수 있다.

현열 단열배관(34)은, 현열 열교환배관(32)과 함께 난방수가 유동하는 현열유로를 형성한다.

상기 현열 단열배관(34)의 내부공간의 형상은, 도 2 및 도 6과 같이 현열 단열배관(34)이 연장된 방향에 직교하는 평면으로 현열 단열배관(34)을 자른 단면상에서, 타원형으로 형성될 수 있다. 구체적으로는 현열 단열배관(34)의 내부공간이, 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)과 나란한 장축을 가지는 타원형으로 형성될 수 있다.

현열 단열배관(34)은 현열 열교환기(30)의 현열 단열측판(312)과 인접하게 위치하되, 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 기준으로 상류측에 배치될 수 있다. 즉 후술할 잠열 열교환기(40) 보다는 연소실(20)에 인접한 위치에 현열 단열배관(34)이 배치될 수 있다. 연소실(20)에서 버너조립체(10)에 의해 발생하는 화염이 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 기준으로 연소실(20)의 하류측까지 닿을 수 있으므로, 현열 열교환기(30)의 상류측이, 연소실(20)과 맞닿으며 가장 높은 온도를 가질 수 있다. 따라서 현열 단열배관(34)을 현열 열교환기(30)의 상류측과 인접하도록 배치함으로써, 현열 열교환기(30)의 내부공간과 외부의 온도차가 가장 크게 발생하여 많은 양의 열이 발산될 수 있는 현열 열교환기(30)의 상류측을 단열할 수 있다. 그러나 현열 단열배관(34)이 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 기준으로 중앙에 위치할 수도 있다.

현열 열교환기(30)는, 현열 열교환배관(32)의 열전도도를 높일 수 있는 현열 핀(33)을 더 포함하여, 핀튜브 형태의 현열 열교환기(30)를 구성할 수 있다. 현열 핀(33)은, 현열 열교환배관(32)이 연장된 방향에 직교하는 판형으로 형성되고, 현열 열교환배관(32)에 의해 관통된다. 현열 핀(33)은 복수로 구성되어, 현열 열교환배관(32)이 연장된 제2 기준방향(D2)을 따라 소정의 간격만큼 이격되어 배치될 수 있다. 현열 열교환배관(32)과 현열 핀(33)은 열전도도가 높은 금속으로 형성되어, 현열 핀(33)이 현열을 전달받을 수 있는 현열 열교환배관(32)의 표면적을 증가시켜 보다 많은 현열을 난방수로 전달하도록 할 수 있다.

현열 열교환배관(32)이 연장된 제2 기준방향(D2)에 직교하는 평면으로 현열 열교환배관(32)을 자른 단면에서 현열 열교환배관(32)의 내부공간의 형태는, 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 따라 연장된 장공의 형태로 형성될 수 있다. 도 6에서 확인할 수 있듯이 본 발명의 제1 실시예에 따른 현열 열교환배관(32)은, 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 기준으로 한 상기 단면에서의 현열 열교환배관(32)의 내부공간의 길이를, 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)에 수직한 방향에 따른 폭으로 나눈 값이 2 이상이 되도록 형성되어, 납작한 장공의 형태를 가질 수 있다.

이러한 형상의 플랫(flat) 타입 배관을 현열 열교환배관(32)에 도입함으로써, 원형이나 타원형과 같은 다른 형상의 배관이 현열 열교환배관(32)에 도입될 경우와 비교하여, 난방수가 같은 길이의 현열 열교환배관(32)을 따라 흘러도 연소가스와의 관계에서 더 넓은 열교환면적을 가지게 되어 더 많은 열량을 전달받아, 충분히 가열될 수 있다.

현열 핀(33)에는 현열 열교환배관(32)이 통과할 수 있는 관통홀이 형성될 수 있고, 이러한 관통홀의 면적은 현열 열교환배관(32)의 면적과 같거나 다소 작게 형성되어, 현열 열교환배관(32)이 단단하게 끼워질 수 있다. 또한 현열 핀(33)은 현열 열교환배관(32)과 브레이징 용접을 통해 일체로 결합될 수 있다.

다만 현열 단열배관(34)의 경우, 현열 핀(33)과 결합되지 않는다. 현열 단열배관(34)은 현열 핀(33)과 체결되지 않고, 현열 단열측판(312)을 사이에 두고 현열 단열배관(34)과 현열 핀(33)이 서로 반대측에 배치될 수 있다. 현열 핀(33)과 현열 단열배관(34) 각각이 현열 단열측판(312)에 접촉할 수는 있으나, 현열 핀(33)과 현열 단열배관(34)이 직접 접촉하지는 않는다. 현열 단열배관(34)은 상술한 것과 같이 연소가스와 난방수의 열교환을 위해서 배치되는 것이 아니라, 현열 열교환기(30)의 단열을 위해서 배치되는 것이기 때문에, 현열 핀(33)과 현열 단열배관(34)이 서로 직접 연결되지 않는 것이다. 따라서 현열 핀(33)과 현열 단열배관(34)은 서로 교차하지 않게 배치된다.

현열 핀(33)에는, 현열 열교환배관(32)이 연장된 제2 기준방향(D2)을 따라 관통된 루버(louver)홀(331)이 더 형성될 수 있다. 루버홀(331)은 펀칭을 통해 형성되어 그 둘레를 따라 돌출된 버링을 포함하여, 연소가스가 유동할 때 버링에 의해 가로막혀 현열 열교환배관(32)의 주위로 흘러, 연소가스와 난방수 사이의 열교환이 보다 잘 이루어지도록 하는 구성요소이다.

루버홀(331)은 복수개로 구성될 수 있다. 루버홀(331)은 도 6에 도시된 바와 같이 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)에 대해 비스듬한 방향으로 연장되어 형성되며 현열 핀(33)의 가장 외곽에 형성되는 복수의 제1 루버홀(3311)과, 서로 인접한 현열 열교환배관(32)들의 사이에, 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)에 대해 직교하는 방향으로 연장되는 복수의 제2 루버홀(3312)을 포함할 수 있다. 각각의 루버홀(331)은 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 따라 소정의 간격을 두고 이격되어 배치될 수 있다.

현열 핀(33)은 골(334)과 돌출부(333)를 더 포함할 수 있다. 현열 핀(33)은 기본적으로 현열 열교환배관(32)을 둘러싸도록 형성되되, 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 기준으로 현열 열교환배관(32)의 상류측 단부의 테두리로부터 소정의 폭만큼의 영역을, 현열 열교환배관(32)의 나머지 영역과 구별되게 에워쌀 수 있다. 따라서 인접한 현열 열교환배관(32)의 상류측 단부들 사이에 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 따라 파인 골(334)이 현열 핀(33)에 형성될 수 있다. 현열 열교환배관(32)의 상류측 단부와 인접한 현열 핀(33)의 영역은 상대적으로 돌출되어 있으므로, 돌출부(333)가 된다. 불필요한 영역을 골(334)을 형성하여 개방함으로써, 연소가스가 현열 핀(33)과 현열 열교환배관(32) 사이에서 보다 자유롭게 유동하도록 한다.

현열 핀(33)은 오목부(332)를 더 포함할 수 있다. 오목부(332)는 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 기준으로 현열 핀(33)의 하류측 모서리로부터 현열 열교환배관(32)의 하류측 단부를 향해서 파여 형성된다. 오목부(332)의 형성 목적 역시 골(334)의 형성 목적과 유사하다.

제1 실시예의 일 변형예에 따르면, 현열 열교환배관(62), 현열 단열배관(64)과 현열 핀(63)의 형태는 변형될 수 있다. 도 7은 본 발명의 제1 실시예의 일 변형예에 따른 열교환기 유닛의 종단면도 중 현열 열교환배관(62)과 현열 핀(63)이 배치된 영역을 도시한 도면이다.

제1 실시예의 일 변형예에 따르면, 현열 단열배관(64)은, 도시된 현열 열교환배관(62)의 단면이 연장된 방향 중 일 방향인 연소가스의 유동방향을 기준으로 현열 열교환기(60)의 상류측에 인접하게 배치될 수 있으며, 현열 단열배관(64)이 연장된 방향인 소정 방향에 직교하는 평면으로 잘랐을 때 그 단면이 원형으로 형성될 수 있다. 또한 현열 단열배관(64)이 도 6에서와 달리 단열측판(65)의 내측면에 인접하게 배치될 수 있다. 도 6의 제1 실시예와 달리 도 7의 제1 실시예의 일 변형예에서, 현열 열교환배관(62)은 6개로 구성될 수 있으나 그 개수는 이에 제한되지 않는다.

제1 실시예의 일 변형예에 따르면, 현열 핀(63)의 제1 루버홀(6311)은 제2 루버홀(6312)과 같이, 연소가스의 유동방향과 직교하는 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 루버홀(631)의 형태는 이 외에도 다양한 변형이 가능하다.

다시 도 2, 도 3, 도 5, 도 6, 도 8 및 도 9를 참조하여 제1 실시예에 따른 현열 열교환기(30)의 유로캡 플레이트(361, 362)에 대해서 설명한다. 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 현열 일반측판(3112)을 제2 유로캡 플레이트(362)가 포함하는 유로캡들과 함께 제2 기준방향(D2)을 따라 외측으로부터 바라본 도면이다. 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환기 유닛의 제1 현열 일반측판(3111)을 제1 유로캡 플레이트(361)가 포함하는 유로캡들과 함께 제2 기준방향(D2)을 따라 내측으로부터 바라본 도면이다.

도 8은, 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예를 설명하기 위한 도 29를 이용하여 설명하면, 도 29의 제2 연결 유로캡 플레이트(72)로부터 제2 메인 일반측판(5112)과 그에 결합된 배관들(32, 42, 341, 342)을 H-H' 선을 따라 바라본 모습에 대응되는 본 발명의 제1 실시예의 제2 현열 일반측판(3112)과 현열 열교환배관(32)의 직선부(321, 322, 323, 324), 현열 단열배관(341, 342)의 모습에, 제2 유로캡 플레이트(362)의 유로캡(3621, 3622, 3623)들을 점선으로 도시한 것이다. 동일한 방법으로 도 9를 설명하면, 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예를 설명하기 위한 도 29의 G-G'선을 따라 제1 연결 유로캡 플레이트(71)가 끼워지는 제1 메인 일반측판(5111)을 바라본 모습에 대응되는 본 발명의 제1 실시예의 제1 현열 일반측판(3111)과 현열 열교환배관(32)의 직선부(321, 322, 323, 324), 현열 단열배관(341, 342)의 모습에, 제1 유로캡 플레이트(361)의 유로캡(3611, 3612)들을 점선으로 도시한 것이다.

열교환기 유닛은, 현열 단열배관(34)과 현열 단열배관(34)에 인접한 상기 현열 열교환배관(32)의 단부를 연통하거나, 복수의 직선부(321, 322, 323, 324) 중 서로 인접한 직선부(321, 322, 323, 324)들을 연통하는 복수의 유로캡들을 포함하는 복수의 유로캡 플레이트(361, 362)를 구비할 수 있다. 유로캡 플레이트(361, 362)는 유로캡들을 포함하여, 서로 이격되어 있는 직선부(321, 322, 323, 324)들을 연통시켜 난방수가 현열 열교환기(30) 내에서 흐르는 유로를 형성할 수 있다.

구체적으로, 현열 열교환기 케이스(31)의 현열 일반측판(311)에는 현열 열교환배관(32)이 포함하는 직선부(321, 322, 323, 324) 및 현열 단열배관(34)들의 양 단부가 끼워지나, 각각의 단부가 폐쇄되지 않고 개방된 상태이다. 현열 열교환배관(32)이 포함하는 각 직선부(321, 322, 323, 324)와 현열 단열배관(34)들은 현열 일반측판(311) 중 어느 하나에서 다른 하나까지 연장되어, 각각의 양측 단부가 현열 일반측판(311)의 외측으로 노출되게 마련된다. 유로캡 플레이트(361, 362)가 현열 일반측판(311)을 외측으로부터 덮으면서 현열 일반측판(311)에 결합된다. 따라서 유로캡 플레이트(361, 362)의 유로캡이, 현열 일반측판(311)과 함께 직선부(321, 322, 323, 324)의 단부 및 현열 단열배관(34)의 단부를 에워싸는 연통공간을 형성한다.

유로캡 플레이트(361, 362)가 포함하는 유로캡은, 현열 일반측판(311)과 그 내측면 사이에 유체가 유동 가능한 빈 연통공간을 형성한다. 내부에 이러한 연통공간을 가지는 유로캡은, 현열 일반측판(311)에 삽입되는 복수의 직선부(321, 322, 323, 324) 중 서로 인접한 2개의 직선부들을 연통하거나, 현열 단열배관(34)과 현열 단열배관(34)에 인접한 직선부를 연통할 수 있다. 유로캡 플레이트(361, 362)는 현열 일반측판(311)에 브레이징 용접되어 결합되거나, 끼움결합될 수 있으나, 그 결합 방법은 이에 제한되지 않는다.

각각의 유로캡들이 동시에 연통하는 직선부(321, 322, 323, 324) 또는 현열 단열배관(34)의 개수는 도면에 도시된 내용에 제한되지는 않는다. 따라서 하나의 유로캡 플레이트(361, 362)가 포함하는 유로캡의 개수 역시 도시된 내용에 제한되지 않으며, 변형이 가능하다.

유로캡은 하나의 배관의 입구와 다른 하나의 배관의 출구가 연통되는 직렬유로를 형성하거나, 연결된 배관의 입구와 출구가 공통되는 병렬유로를 형성할 수 있다. 여기서 입구란 난방수가 배관으로 유입되는, 배관의 일단의 개구를 의미하며, 출구란 난방수가 배관으로부터 배출되는, 배관의 타단의 개구를 의미한다. 배관은 직선부(321, 322, 323, 324)와 제1, 2 현열 단열유로(341, 342)를 포함한다. 배관을 이용해 직렬유로를 형성하는 경우, 난방수가 천천히 흘러 과열되어 발생할 수 있는 비등소음을 감소시킬 수 있도록, 난방수를 빠르게 유동시킬 수 있다. 이러한 직렬유로에 병렬유로가 적어도 일부 포함된 경우, 난방수를 압송하는 펌프의 부하를 감소시킬 수 있다.

현열 열교환배관(32)의 단부 중 일단이 위치하고 직교 방향을 기준으로 가장 외측에 위치한 직선부는 제1 외측 직선부(321)로 지칭한다. 제1 외측 직선부(321)와 인접한 현열 단열배관은 제1 현열 단열배관(341)으로 지칭한다.

또한 제1 현열 단열배관(341)과 직교 방향에서 반대측에 위치하는 현열 단열배관을 제2 현열 단열배관(342)으로, 제2 현열 단열배관(342)과 인접한 직선부를 제2 외측 직선부(322)로, 제1 외측 직선부(321)와 제2 외측 직선부(322) 사이에 위치한 직선부를 중간 직선부(323, 324)로 지칭한다.

제1 현열 단열배관(341), 제1 외측 직선부(321), 중간 직선부(323, 324), 제2 외측 직선부(322) 및 제2 현열 단열배관(342)은 차례로 연통되어 직렬적으로 연결되는 1개의 현열유로를 형성하거나, 이 중 적어도 일부의 입구와 출구가 공통되는 병렬유로를 형성할 수 있다. 이 중 일 중간 직선부(323)와 다른 중간 직선부(324) 역시 직렬로 연결될 수 있다.

배관들을 직렬적으로만 연결하여 현열유로를 구성할 수 있다. 예를 들어, 배관들 중 서로 인접한 배관들의 입구와 출구를 직렬적으로 연결하여, 제1 현열 단열배관(341)으로부터 순서대로 제1 외측 직선부(321), 인접한 중간 직선부(323), 제2 외측 직선부(322)에 인접한 중간 직선부(324), 제2 외측 직선부(322) 및 제2 현열 단열배관(342)으로 난방수가 전달되는 현열유로를 형성할 수 있다. 직렬로만 구성된 현열유로에 대해서는, 도 10 내지 도 14를 참조하여 설명된 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 열교환기 유닛이 포함하는 현열유로에 대한 설명에서 자세히 후술한다.

현열유로는 병렬유로를 일부 포함할 수 있으므로, 도 8 및 도 9를 참조하여 설명되는 본 발명의 일 실시예에 따른 현열유로에 대한 설명에서는, 직선부(321, 322, 323, 324) 중 일부가 병렬로 연결되는 경우에 대해서 설명한다.

예를 들어, 다음과 같은 병렬유로의 구성이 가능하다. 제1 현열 단열배관(341)과 제1 외측 직선부(321)가 병렬유로를 형성할 수 있고, 제2 현열 단열배관(342)과 제2 외측 직선부(322)가 병렬유로를 형성할 수 있고, 중간 직선부(323, 324)가 병렬유로를 형성할 수 있고, 제1 외측 직선부(321)와 중간 직선부(323)가 병렬유로를 형성할 수 있고, 제2 외측 직선부(322)와 중간 직선부(324)가 병렬유로를 형성할 수 있다.

또한 상기 병렬유로 중 복수의 병렬유로를 직렬유로와 조합하여 전체 현열유로를 구성할 수 있다. 예를 들어, 제1 현열 단열배관(341)과 제1 외측 직선부(321)가 병렬유로를 형성할 때, 이에 따른 병렬유로, 중간 직선부(323, 324), 제2 외측 직선부(322) 및 제2 현열 단열배관(342)이 차례로 연통되어 하나의 현열유로를 형성할 수 있다. 반대로 제2 현열 단열배관(342)과 제2 외측 직선부(322)가 병렬유로를 형성할 때, 제1 현열 단열배관(341), 제1 외측 직선부(321), 중간 직선부(323, 324) 및 이에 따른 병렬유로가 차례로 연통되어 하나의 현열유로를 형성할 수 있다. 또한 상술한 두 부분에서 모두 병렬유로가 형성되는 경우, 각 병렬유로들이 사이에 위치한 중간 직선부(323, 324)와 연통되어 하나의 현열유로를 형성할 수 있다.

현열 열교환기(30)로 난방수가 유입될 때, 병렬유로가 가장 먼저 난방수를 유입받는 경우를 본 발명의 제1 실시예에서 설명한다. 제1 외측 직선부(321)와 제1 현열 단열배관(341)은, 병렬로 연통되어 난방수를 같이 유입받고 배출할 수 있다. 난방수 공급구(371)가, 제2 현열 일반측판(3112)를 덮는 제2 유로캡 플레이트(362)가 포함하는 유로캡 중 입구 유로캡(3621)에 형성될 수 있다. 난방수 공급구(371)는 난방수를 난방수관으로부터 전달받아 입구 유로캡(3621)에 전달하는 개구인데, 잠열 열교환기(40)에서 배출된 난방수를 전달받음으로써 현열유로와 잠열유로를 연결할 수 있다.

입구 유로캡(3621)은, 제1 외측 직선부(321)의 일단과, 상기 제1 외측 직선부(321)의 일단과 인접한 제1 현열 단열배관(341)의 일단을 연통한다. 난방수 공급구(371)를 통해 난방수가 입구 유로캡(3621)으로 공급되면서, 입구 유로캡(3621)에 연통된 제1 외측 직선부(321)의 일단과 제1 현열 단열배관(341)의 일단으로 상기 난방수가 유입되어 유동한다.

난방수는, 제1 외측 직선부(321)와 제1 현열 단열배관(341)을 통과해서, 현열 열교환배관(32)을 기준으로 제2 유로캡 플레이트(362)의 반대측에 위치한 제1 유로캡 플레이트(361)의 제1 유로캡(3611)에 도달한다. 제1 유로캡(3611)은 제1 현열 단열배관(341)의 타단, 제1 외측 직선부(321)의 타단 및 제1 외측 직선부(321)에 인접한 중간 직선부(323)를 연통한다. 따라서 제1 외측 직선부(321)와 제1 현열 단열배관(341)은, 제1 유로캡(3611)에서 상기 인접한 중간 직선부(323)와 직렬로 연통되어, 제1 외측 직선부(321)와 제1 현열 단열배관(341)을 통과한 난방수를 전달받는다.

상기 제1 외측 직선부(321)에 인접한 중간 직선부(323)와, 후술할 제2 외측 직선부(322)와 인접한 중간 직선부(324)는, 제2 유로캡 플레이트(362)에 위치한 중간 유로캡(3623)에서 연통되어, 일 중간 직선부(323)로부터 다른 중간 직선부(324)로 난방수를 전달할 수 있다. 중간 유로캡(3623)에서 두 중간 직선부(323, 324)가 난방수 유로의 일부를 직렬로 형성하는 것이다.

현열 열교환기(30)로부터 난방수가 배출될 때, 병렬의 유로를 통해 배출되는 경우를 설명한다. 난방수가 배출되는 현열 단열배관(34)인 제2 현열 단열배관(342)과 인접하게 배치되는 직선부는 제2 외측 직선부(322)이다.

제2 외측 직선부(322)와 제2 현열 단열배관(342)은, 병렬로 연통되어 난방수를 같이 유입받고 배출할 수 있다. 제2 외측 직선부(322)의 일단과, 제2 외측 직선부(322)의 일단에 인접한 제2 현열 단열배관(342)의 일단은, 제1 현열 일반측판(3111)을 덮는 제1 유로캡 플레이트(361)가 포함하는 유로캡 중 제2 유로캡(3612)에서, 제2 외측 직선부(322)에 인접한 다른 직선부(324)와 직렬로 연통된다. 따라서 인접한 다른 직선부(324)를 통해서 제2 유로캡(3612)으로 전달된 난방수가, 제2 외측 직선부(322)의 일단 및 제2 현열 단열배관(342)의 일단으로 유입된다.

상기 난방수는, 제2 외측 직선부(322)와 제2 현열 단열배관(342)을 통과해서, 제2 외측 직선부(322)의 타단과 제2 현열 단열배관(342)의 타단으로 배출된다. 제2 외측 직선부(322)의 타단과 제2 현열 단열배관(342)의 타단은 제2 유로캡 플레이트(362)에 형성된 유로캡 중 하나인 출구 유로캡(3622)에 연통되어 있으므로, 출구 유로캡(3622)에 난방수가 위치하게 된다. 출구 유로캡(3622)은 난방수 배출구(372)를 구비하고 있어, 출구 유로캡(3622)으로 토출된 난방수는 난방수 배출구(372)를 통해 배출된다. 난방수관이 가열된 난방수를 난방수 배출구(372)를 통해 전달받아 난방수를 메인 유로로 전달할 수 있다.

이와 같은 제1 실시예의 현열유로의 구성에 대한 설명이, 본 발명의 다른 실시예 및 그 변형예에도 적용될 수 있다.

잠열 열교환기(40)

다시 도 2 및 도 3을 참조하여 잠열 열교환기(40)에 대해 설명한다. 잠열 열교환기(40)가 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 기준으로 현열 열교환기(30)보다 하류측에 배치될 수 있다. 잠열 열교환기(40)는, 연소가스의 상변화시 발생하는 잠열을 전달받아 난방수를 가열한다. 따라서 현열 열교환기(30)를 통과한 연소가스가 잠열 열교환기(40)에 전달되고, 난방수가 잠열 열교환기(40) 내부에서 흘러 난방수와 연소가스 간에 간접적으로 열교환이 일어난다.

잠열 열교환기(40)는 현열 열교환기(30)와 유사하게, 내부를 통해 난방수가 흐르며, 연소가스가 주변에서 흘러 연소가스의 상변화에 의한 잠열을 난방수로 전달할 수 있는 잠열 열교환배관(42)을 포함할 수 있고, 잠열 열교환배관(42)의 양 단부가 끼워지는 잠열 열교환기 케이스(41)를 포함할 수 있다. 잠열 열교환배관(42)은 현열 열교환배관(32)과 유사하게 형성되고, 잠열 열교환기 케이스 역시 현열 열교환기 케이스(31)와 유사하게 형성될 수 있으므로, 예외적인 특징은 후술하되 전체적인 설명은 현열 열교환기(30)에 대한 설명에 갈음한다. 다만 잠열 열교환배관(42)의 주변에서는 연소가스의 상변화가 일어나 응축수가 발생하고, 중력에 의해 응축수 받이(55)로 낙하하는 현상이 일어날 수 있다.

잠열 열교환기(40) 역시 현열 열교환기(30)와 같이 핀튜브 방식일 수 있다. 따라서 잠열 열교환배관(42)이 연장된 제2 기준방향(D2)에 직교하는 판형으로 잠열 핀(43)이 형성되고, 잠열 열교환배관(42)에 의해 잠열 핀(43)이 관통된다. 잠열 핀(43)은, 잠열을 전달받을 수 있는 잠열 열전도배관(42)의 표면적을 증가시켜 보다 많은 잠열을 난방수로 전달하도록 할 수 있다.

잠열 핀(43)은 복수로 구성되어, 잠열 열교환배관(42)이 연장된 제2 기준방향(D2)을 따라 소정의 간격만큼 이격되어 배치될 수 있다. 잠열 핀(43)이 이격된 간격은, 인접한 잠열 핀(43) 사이에서 형성되는 응축수가 배출되기에 용이한 간격일 수 있다. 응축수가 배출되기에 용이한 간격이란, 잠열 핀(43) 사이에서 형성된 응축수의 무게가, 잠열 핀(43)과 응축수 사이에 작용하는 장력의 연직방향 합력보다 큰 상태에서의 잠열 핀(43) 간의 간격을 의미한다. 잠열 핀(43) 사이에서 형성되는 응축수의 높이와, 상기 응축수가 배출되기에 용이한 잠열 핀(43)의 최소 간격은 서로 반비례하는 관계에 있으므로, 잠열 열교환기(40)로부터 배출시키고자 하는 응축수의 적절한 높이를 선택함으로써, 응축수가 배출되기에 용이한 간격을 결정할 수 있다.

잠열 핀(43)의 개수는 현열 핀(33)의 개수보다 적을 수 있다. 따라서 인접한 잠열 핀(43)이 서로 이격된 간격은, 인접한 현열 핀(33)이 서로 이격된 간격에 비해 크거나 같을 수 있다. 현열 핀(33)과 잠열 핀(43)의 개수 및 간격에 대한 구체적인 설명은, 제3 실시예에서 후술될 내용에 갈음한다. 잠열 열교환배관(42)이 연장된 방향에 수직한 평면으로 자른 잠열 열교환배관(42)의 내부공간의 단면적은, 현열 열교환배관(32)이 연장된 방향에 수직한 평면으로 자른 현열 열교환배관(32)의 내부공간의 단면적보다 작게 형성될 수 있다. 잠열 열교환배관(42)이 연장된 방향 역시 제2 기준방향(D2)일 수 있다. 상술한 잠열 핀(43)에 대한 설명과 유사하게, 잠열 열교환배관(42)의 크기를 현열 열교환배관(32)의 크기보다 작게 하여, 동일한 부피 내에서 잠열 열교환배관(42)이 현열 열교환배관(32)의 표면적보다 넓은 표면적을 가지도록 할 수 있다. 잠열 열교환배관(42)의 표면적을 넓힘에 따라, 잠열 열교환배관(42)을 따라 흐르는 난방수와 응축수간에 더 많은 양의 열교환이 일어날 수 있다.

제2 기준방향(D2)에 수직한 평면으로 자른 잠열 열교환배관(42)의 단면 형상은, 현열 열교환배관(32)과 같이 장공 형태일 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에서, 잠열 열교환기(40)는 단열을 위한 수단이 존재하지 않는 것으로 도시되었다. 그러나 다양한 변형예에서 잠열 열교환기(40) 역시 현열 단열배관(34)과 동일한 형식으로 배치되는 잠열 단열배관(미도시)을 가질 수 있다. 잠열 단열배관은 잠열 열교환기 케이스와 인접하게 배치되고, 난방수가 내부를 따라 유동해 잠열 열교환기(40)를 단열할 수 있다.

현열 열교환기 케이스(31)와 잠열 열교환기 케이스(41)는 서로 별개로 설명되었으나, 도면에서 표시된 것과 같이 일체로 형성될 수 있다. 이러한 경우 현열 열교환기 케이스(31)와 잠열 열교환기 케이스(41)를 모두 포함하고 일체형으로 형성되는 메인 케이스(51)를 생각할 수 있다. 따라서 현열 열교환기(30)의 현열 단열측판(312)과 잠열 열교환기(40)의 잠열 단열측판(412)이 일체로 메인 단열측판(512)를 형성할 수 있고, 현열 열교환기(30)의 현열 일반측판(311)과 잠열 열교환기(40)의 잠열 일반측판(411)이 일체로 메인 잠열 일반측판(411)을 형성할 수 있다. 마찬가지로, 메인 일반측판(511)이 포함하는 제1 메인 일반측판(5111)은 제2 기준방향(D2)을 따라 같은 측에 위치한 제1 현열 단열측판(3111)과 제1 잠열 단열측판(4111)을 포함하고, 메인 일반측판(511)이 포함하는 제2 메인 일반측판(5112)은 제2 기준방향(D2)을 따라 또 다른 같은 측에 위치한 제2 현열 단열측판(3112)과 제2 잠열 단열측판(4112)을 포함할 수 있다.

이하 도 10 내지 도 14 및 도 29를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 열교환기 유닛의 열교환기(30, 40)들이 연결 유로캡 플레이트(71, 72)에 의해서 연결되어, 서로 연결된 현열유로와 잠열유로를 형성하는 상황에 대해서 설명한다.

도 10은 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 제2 연결 유로캡 플레이트(72)의 외측으로부터 열교환기 유닛을 바라본 도면이다. 도 11은 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 열교환기 유닛의 제1 연결 유로캡 플레이트(71)를 도시한 도면이다. 도 12는 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 열교환기 유닛의 제2 메인 일반측판(5112)의 일부 영역을 제2 연결 유로캡 플레이트(72)가 포함하는 유로캡들과 함께 소정 방향을 따라 외측으로부터 바라본 도면이다. 도 13은 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 열교환기 유닛의 제1 메인 일반측판(5111)을 제1 연결 유로캡 플레이트(71)가 포함하는 유로캡들과 함께 소정 방향을 따라 내측으로부터 바라본 도면이다. 도 14는 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 열교환기 유닛의 현열유로와 잠열유로를 도시한 사시도이다. 도 29는 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 열교환기 유닛에서연결 유로캡 플레이트들이 분리되어 있는 상황을 도시한 사시도이다.

도 12는, 도 29의 제2 연결 유로캡 플레이트(72)로부터 H-H' 선을 따라 바라본, 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 제2 메인 일반측판(5112)과 현열 열교환배관(32)의 직선부(321, 322, 323, 324), 현열 단열배관(341, 342)의 모습에, 제2 연결 유로캡 플레이트(72)의 유로캡(722, 723, 724, 725)들을 점선으로 도시한 것이다. 도 13은, 도 29의 G-G'선을 따라 바라본 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 제1 메인 일반측판(5111)과 현열 열교환배관(32)의 직선부(321, 322, 323, 324), 현열 단열배관(341, 342)의 모습에, 제1 유로캡 플레이트(71)의 유로캡(712, 713, 714)들을 점선으로 도시한 것이다.

본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에서는, 잠열 열교환배관(42)에 의해 현열유로에 연통되는, 난방수가 흐르는 경로인 잠열유로가 형성되고, 현열 열교환배관(32)과 현열 단열배관(34)에 의해, 난방수가 흐르는 경로인 현열유로가 형성된다. 도 14에서, 잠열유로는 잠열 열교환배관(42)을 통해 지나가는 화살표의 형태로 표현되었고, 현열유로는 현열 열교환배관(32)과 현열 단열배관(341, 342)을 통해 지나가는 화살표의 형태로 표현되었다. 각 유로가 지나가는 영역에 대한 이해의 편의를 돕기 위해, 도 14에서는 열교환기 유닛의 각 일반측판과 단열측판 및 핀을 제거한 상태에서, 각 연결 유로캡 플레이트(71, 72)의 유로캡을 도시하지 않았다. 현열유로와 잠열유로가 연통되어, 일체의 난방수 유로를 형성한다. 이러한 현열유로는 적어도 일부 구간에서 직렬유로를 포함하고, 잠열유로는 적어도 일부 구간에서 병렬유로를 포함할 수 있다. 도 10 내지 도 14 및 도 29에 도시된 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에서는, 현열유로는 직렬유로만을 포함하도록 구성되되, 잠열유로는 병렬유로를 포함하도록 구성되었다.

이러한 난방수 유로를 별도의 관체에 의한 연결 없이 형성하기 위해, 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에서는, 현열 열교환기(30)와 잠열 열교환기(40)를 각각 연결하는 연결 유로캡 플레이트(71, 72)가 배치될 수 있다.

유로캡 플레이트의 일종인 연결 유로캡 플레이트(71, 72)는, 메인 케이스(도 2의 51)의 2개의 메인 일반측판(5111, 5112)의 외측으로 노출되는 잠열 열교환배관(42), 현열 열교환배관(32) 및 현열 단열배관(34)의 개구를 연통하기 위해, 메인 일반측판(511)과의 사이에 상기 개구를 에워싸는 연통공간을 마련하는 유로캡들을 구비하는 구성요소이다.

이러한 연결 유로캡 플레이트(71, 72) 중 제2 기준방향(D2) 일측에 위치하는 어느 하나는, 2개의 메인 일반측판(5111, 5112) 중 어느 하나인 기준측판의 외측으로 노출되고 잠열 열교환배관(42)에 의해 형성된 잠열유로의 출구와, 기준측판의 외측으로 노출되고 현열 단열배관(34)으로 난방수를 유입시키는 현열유로의 입구를 연통하기 위해, 기준측판과의 사이에 잠열유로의 출구와 현열유로의 입구를 에워싸는 연통공간을 마련하는 연결 유로캡을 구비한다.

본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에서, 기준측판은 제2 메인 일반측판(5112)이고, 어느 하나의 연결 유로캡 플레이트(71, 72)는 연결 유로캡(722)이 구비되는 제2 연결 유로캡 플레이트(72)이다. 그러나 기준측판이 배치되는 위치가 이에 제한되지는 않는다.

연결 유로캡(722)은 적층된 현열 열교환기(30)와 잠열 열교환기(40)를 연결하기 위해, 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 따라 연장되어 형성된다. 또한 연결 유로캡(722)은 잠열 열교환배관(42)이 포함하는 복수의 직선부와 현열 단열배관(34)을 연결하므로, 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 따라 연장됨과 동시에 잠열 열교환기(40)의 내측으로 연장될 수 있다. 따라서 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)과 완전히 나란하지 않고, 경사진 형태의 부분을 가지는 연결 유로캡(722)이 형성될 수 있다.

제2 연결 유로캡 플레이트(72)에는, 난방수 공급구(7211)가 형성되는 입구 유로캡(721)과, 현열유로의 출구인 난방수 배출구(7251)가 형성되는 출구 유로캡(725)이 형성된다. 현열유로의 출구는 제2 현열 단열배관(342)의 출구에 의해 구현된다. 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에서는 난방수 공급구(7211)를 통해 잠열 열교환기(40)로 난방수가 유입되어, 연결 유로캡(722)을 통해 현열 열교환기(30)로 난방수가 유동하며, 현열 열교환기(30)로부터 난방수 배출구(7251)를 통해 난방수가 데워져 배출되는 상황을 가정하였다. 그러나 입구 유로캡(721) 및 난방수 공급구(7211)가 현열 열교환기(30)와 연결되도록 배치되고, 출구 유로캡(725) 및 난방수 배출구(7251)가 잠열 열교환기(40)와 연결되도록 배치되어, 현열 열교환기(30)를 통과한 난방수가 잠열 열교환기(40)로 향하도록 반대방향으로 형성된 난방수 유로를 형성할 수도 있다.

입구 유로캡(721)에는 잠열 열교환배관(42)이 포함하는 복수의 직선부가 병렬로 연통되어, 난방수 공급구(7211)를 통해 유입된 난방수가 병렬유로를 따라 이동할 수 있다. 출구 유로캡(725)에는 제2 현열 단열배관(342)의 출구가 연통되어, 현열유로를 거쳐 가열된 난방수를 제2 현열 단열배관(342)으로부터 전달받아 배출할 수 있다.

잠열 열교환기(40)와 현열 열교환기(30)를 모두 수용하는 가상의 직육면체를 가정할 때, 잠열유로의 입구인 난방수 공급구(7211)와 현열유로의 출구인 난방수 배출구(7251)가, 직육면체의 여섯 면 중 어느 하나인 기준면 측에 함께 마련될 수 있다. 달리 표현하여, 메인 케이스(도 1의 51)를 구성하는 측판 중 하나를 덮는 유로캡 플레이트에 난방수 공급구(7211)와 난방수 배출구(7251)가 모두 마련될 수 있다. 이러한 어느 하나의 측판은, 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에서, 제2 연결 유로캡 플레이트(72)의 유로캡들과 함께 연통공간을 형성하는 제2 메인 일반측판(5111)일 수 있고, 이를 덮는 유로캡 플레이트는 제2 연결 유로캡 플레이트(72)이다. 따라서 열교환기 유닛의 측면 중 제2 연결 유로캡 플레이트(72)가 배치되는 측면을 통해 난방수가 열교환기 유닛으로 유입되고, 난방수가 열교환기 유닛으로부터 배출되는 것이다. 그러나 기준면은 이에 한정되지 않고 달리 배치될 수도 있다.

열교환기 유닛의 동일한 측면에 난방수 공급구(7211)와 난방수 배출구(7251)가 배치되므로, 난방수 공급구(7211)를 통해 난방수가 유입되는 방향과, 난방수 배출구(7251)를 통해 난방수가 배출되는 방향은 서로 반대될 수 있다. 난방수가 동일한 측면을 통해 유입되고 배출됨으로써, 난방수 공급구(7211)와 난방수 배출구(7251)에 연결되는 난방수관을 배치하기 위해 필요한 공간을 절약할 수 있다. 그러나 난방수 공급구(7211)와 난방수 배출구(7251)는 서로 반대되는 측면에 배치될 수도 있다.

난방수 공급구(7211)와 난방수 배출구(7251)가 동일한 측면에 위치하도록 하기 위해서, 난방수 유로는 제2 기준방향(D2)의 일측으로부터 타측 또는 타측으로부터 일측으로 난방수가 향하는 구간을 총 짝수 개 포함할 수 있다. 즉 제2 기준방향(D2)을 기준으로 열교환기 유닛의 어느 일측면으로부터 다른 일측면으로 난방수가 향하는 횟수는, 전체 난방수 유로에서 짝수 회일 수 있다. 달리 표현하여, 제2 기준방향(D2)의 일측으로부터 타측 또는 타측으로부터 일측으로 진행 방향이 바뀌는 것 만을 방향전환 횟수로 계산할 때, 난방수 유로는 총 홀수 회 방향을 전환할 수 있다. 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에서는, 전체 난방수 유로가 총 7회 방향을 전환하나, 그 횟수가 이에 제한되는 것은 아니다. 달리 표현하여, 잠열유로와 현열유로에서, 기준면으로부터 기준면의 반대측에 위치한 면으로 유동한 난방수가 다시 기준면으로 돌아오도록, 제2 기준방향(D2)을 따라 기준면과 기준면의 반대측에 위치한 면을 연결하는 구간은, 짝수 개일 수 있다.

이와 같은 제1 실시예의 난방수 공급구(7211)와 난방수 배출구(7251)의 위치에 대한 설명은, 본 발명의 다른 실시예 및 그 변형예에도 적용될 수 있다.

제2 연결 유로캡 플레이트(72)는, 상술한 입구 유로캡(721), 출구 유로캡(725), 연결 유로캡(722) 외에, 현열 열교환배관(32)이 포함하는 서로 인접한 직선부(321, 322, 323, 324)들을 연통시키는 제2 현열 유로캡(723), 제4 현열 유로캡(724)을 포함한다. 이 중 제2 현열 유로캡(723)은 제1 외측 직선부(321)와 중간 직선부(323)를 직렬로 연결할 수 있고, 제3 현열 유로캡(724)은 제2 외측 직선부(322)와 중간 직선부(324)를 직렬로 연결할 수 있다.

제1 연결 유로캡 플레이트(71)는, 현열 열교환기(30)와 잠열 열교환기(40)를 기준으로 제2 연결 유로캡 플레이트(72)의 반대측에서 제1 메인 일반측판(5111)에 결합된다. 따라서 연결 유로캡(722)이 형성되지 않고, 잠열 열교환배관(42)이 포함하는 서로 인접한 직선부들을 연통시키는 잠열 유로캡(722)과, 현열 열교환배관(32)이 포함하는 서로 인접한 직선부들을 연통시키는 제1 현열 유로캡(712), 제3 현열 유로캡(713), 제5 현열 유로캡(714)을 포함한다. 도 11에서 잠열 유로캡(711)은 하나로 형성되나, 그 개수는 이에 제한되지 않고 복수 개로 형성될 수도 있다.

잠열 유로캡(711)은 잠열 열교환배관(42)이 포함하는 복수의 직선부들의 단부와 전부 연통될 수 있다. 따라서 잠열 열교환배관(42)이 포함하는 복수의 직선부들이 병렬유로를 형성할 수 있다. 제1 현열 유로캡(712)은 제1 현열 단열배관(341)과 제1 외측 직선부(321)를 연통하고, 제3 현열 유로캡(713)은 중간 직선부(323, 324)들을 연통하고, 제5 현열 유로캡(714)은 제2 외측 직선부(322)와 제2 현열 단열배관(342)을 연통할 수 있다.

이와 같은 제1 실시예의 병렬유로를 포함하는 잠열유로의 구성에 대한 설명이, 본 발명의 다른 실시예 및 그 변형예에도 적용될 수 있다.

상술한 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 제1 연결 유로캡 플레이트(71) 및 제2 연결 유로캡 플레이트(72)가 형성하는 난방수 유로를, 난방수의 흐름을 따라 설명한다. 난방수는 제2 연결 유로캡 플레이트(72)의 입구 유로캡(721)에 형성된 난방수 공급구(7211)를 통해 잠열 열교환기(40)로 유입된다. 입구 유로캡(721)은 잠열 열교환배관(42)이 포함하는 복수의 직선부를 병렬로 연결하고 있으므로, 입구 유로캡(721)에 연결된 복수의 잠열 열교환배관(42)을 통해 난방수는 제2 연결 유로캡 플레이트(72)에 형성된 잠열 유로캡(711)으로 병렬유로를 따라 전달된다.

잠열 유로캡(722)은 배치된 잠열 열교환배관(42)들을 모두 병렬로 연결하고 있으므로, 입구 유로캡(712)과 연결되지 않고 연결 유로캡(713)과 병렬로 연결된 복수의 잠열 열교환배관(42)들을 통해 연결 유로캡(713)으로 난방수를 전달한다. 즉 난방수 유로 중 잠열 열교환기(40)에 해당하는 영역에서는, 병렬로 난방수가 유동한다.

연결 유로캡(722)은 제1 현열 단열배관(341)과 연결된다. 제1 현열 단열배관(341)을 통해 난방수가 흘러 제1 연결 유로캡 플레이트(71)의 제1 현열 유로캡(712)으로 난방수를 전달하면서 현열 열교환기(30)의 열손실을 차단한다.

제1 현열 유로캡(712)에 연결된 제1 외측 직선부(321)으로 난방수가 전달되어, 난방수는 제2 현열 유로캡(723)에 전달된다. 제2 현열 유로캡(723)에는 중간 직선부(323)가 연통되어 있으므로, 난방수가 중간 직선부(323)를 따라 흘러 제3 현열 유로캡(713)에 전달된다. 제3 현열 유로캡(713)에는 중간 직선부(324)가 연통되어 있으므로, 난방수가 중간 직선부(324)를 따라 흘러 제4 현열 유로캡(724)에 전달된다. 제4 현열 유로캡(724)에는 제2 외측 직선부(322)가 연통되어 있으므로, 난방수가 제2 외측 직선부 직선부(322)를 따라 흘러 제5 현열 유로캡(714)에 전달된다. 제5 현열 유로캡(714)에는 제2 현열 단열배관(342)이 연통되어 있으므로, 난방수가 제2 현열 단열배관(342)을 따라 흘러 출구 유로캡(725)에 전달된다.

즉, 난방수는 현열유로를 따라 직렬로 흐르면서 제1 연결 유로캡 플레이트(71) 및 제2 연결 유로캡 플레이트(72)의 사이를 왕복하며 현열에 의해 가열되고, 제2 현열 단열배관(342)까지 전달된다.

제2 현열 단열배관(342)은 난방수를 출구 유로캡(725)으로 전달하면서 현열 열교환기(30)의 열손실을 차단하고, 난방수 배출구(7251)를 통해 난방수가 배출되어 난방에 사용되도록 한다.

메인 유로

본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환기를 포함하는 콘덴싱 보일러(1)는, 메인 유로를 포함한다. 메인 유로는, 난방을 제공하기 위한 난방 유로에 직접적 또는 간접적으로 연통되어 난방수를 난방 유로에 공급하는 배관이다. 메인 유로는 현열 열교환기(30) 또는 잠열 열교환기(40)에 직접적 또는 간접적으로 연통되어, 난방수가 데워지도록 열교환기에 난방수를 제공하거나, 가열된 난방수를 열교환기로부터 난방 유로에 제공하는 역할을 한다. 따라서 상술하였던 현열 열교환기(30) 및 잠열 열교환기(40)와 연결되어 난방수를 공급하거나 전달받은 난방수관이 메인 유로에 포함될 수 있다.

제2 실시예

도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열교환기 유닛의 종단면도이다.

도 15를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 열교환기 유닛은, 현열 열교환기(81)와, 2열로 구성된 잠열 열교환기(82)를 가질 수 있다. 이 중 연소가스의 유동방향을 기준으로 상류측에 위치한 제1 잠열 열교환기(821)가 직교 방향을 따라서 가지는 폭이, 제2 잠열 열교환기(822)가 가지는 폭보다 클 수 있다.

또한 본 발명의 제2 실시예에 따른 열교환기 유닛은, 본 발명의 제1 실시예 및 본 발명의 제1 실시예의 일 변형예보다 더 많은 개수의 잠열 열교환배관이 포함하는 직선부(8211)의 개수와, 현열 열교환배관이 포함하는 직선부(811)의 개수를 가질 수 있다. 그 중에서도 제1 잠열 열교환기(821)가 가지는 직선부의 개수가 제2 잠열 열교환기(821)가 가지는 직선부의 개수보다 많을 수 있다.

도 16은 본 발명의 제2 실시예의 변형예에 따른 열교환기 유닛의 유로캡 플레이트(90)를 각 배관과 같이 나타낸 정면도이다. 배관은 점선으로 표시되었다.

도 16을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예의 변형예에 따른 열교환기 유닛의 유로캡 플레이트(90)는, 유로캡에 개구되어 형성되지 않고, 유로캡 플레이트(90)에 바로 개구되어 형성되는 난방수 배출구(91)를 구비한다. 이러한 난방수 배출구(91)는 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 따라 현열 열교환배관(95)보다 하류측에 위치하지 않고, 직교 방향을 따라 동일한 선상에 인접하게 배치될 수 있다.

본 발명의 제2 실시예의 변형예에 따른 유로캡 플레이트(90)는, 변형된 연결 유로캡(92)을 포함할 수 있다. 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 연결 유로캡(도 10의 722)에 비해, 직교 방향 및 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)에 나란하지 않고 비스듬하게 형성된 경사부(922)의 길이가, 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 따라 연장된 부분(923) 및 직교 방향을 따라 연장된 부분(921)의 길이보다 작게 형성된다. 또한 직교 방향을 따라 연장된 부분(921) 대비 경사부(922)의 폭이, 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 연결 유로캡(도 10의 722)에 비해서 적게 줄어든다.

이러한 난방수 배출구(912)의 위치와 연결 유로캡(92)의 형상에 의해, 유로캡 플레이트(90)는, 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)과 나란한 직선을 기준으로 선대칭하지 않은 비대칭한 구조를 가질 수 있다. 유로캡 플레이트(90)가 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 따라 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼진 형상을 가질 수 있는데, 도 16 상에서 좌측의 경사부(93)와 우측의 경사부(94)가 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 기준으로 서로 상이한 개소로부터 또 다른 서로 상이한 개소까지 테이퍼진 외측면을 가지도록 구성될 수 있다. 불필요한 영역에 해당하는 부분은 잘라내어 소재 낭비를 줄이기 위함이다.

제2 실시예에 따른 현열 열교환기(81) 및 잠열 열교환기(82)의 형상이나, 제2 실시예의 변형예에 따른 유로캡 플레이트(90)의 형상은, 본 발명의 다른 실시예 및 그 변형예에도 적용될 수 있다.

제3 실시예

도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 열교환기 유닛 및 이를 이용한 콘덴싱 보일러(2)의 종단면도이다. 도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 열교환기 유닛 및 이를 이용한 콘덴싱 보일러(2)의 측면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 콘덴싱 보일러(2)는, 연소실(20)과, 열교환기 유닛을 포함한다.

또한 본 발명의 제3 실시예에 따른 열교환기 유닛을 포함하는 콘덴싱 보일러(2)는, 버너(11)를 포함하는 버너조립체(10)를 포함한다. 연소가스의 유동방향인 기준방향(D1)을 따라 버너조립체(10)와 열교환기 유닛이 순서대로 배치되고, 열교환기 유닛 내에서는 동일한 방향을 따라 연소실(20) 및 열교환기 유닛의 순서로 구성요소가 배열되어 있으므로, 상술된 배열 순서대로 콘덴싱 보일러(2)의 구성요소에 대해서 설명한다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 열교환기 유닛 및 이를 이용한 콘덴싱 보일러(2)가 포함하는 버너조립체(10), 연소실(20), 응축수 받이(55), 응축수 배출구(53) 및 배기 덕트(52)의 구성은, 제1 실시예의 대응되는 구성요소와 동일 또는 매우 유사하므로, 그 설명은 제1 실시예에 대해 전술된 내용으로 대신한다.

열교환기 유닛

도 19는 본 발명의 제3 실시예에 따른 열교환기 유닛의 평면도이다. 도 20은 본 발명의 제3 실시예에 따른 열교환기 유닛의 종단면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 열교환기 유닛은, 현열 열교환부(300)와, 잠열 열교환부(400)를 포함한다. 또한 본 발명의 열교환기 유닛은, 이러한 각 열교환부(300, 400)가 배치되는 현열 열교환 영역과 잠열 열교환 영역을 둘러싸서 그 내측에서 열교환 영역들을 정의하는 하우징(510)을 포함할 수 있다.

현열 열교환 영역과 잠열 열교환 영역에는, 각각 현열 열교환부(300)와 잠열 열교환부(400)가 배치될 수 있다. 현열 열교환 영역과 잠열 열교환 영역이 연결되어, 연소실(20)로부터 전달된 연소가스가 그 유동방향인 기준방향(D1)을 따라서 현열 열교환 영역과 잠열 열교환 영역에서 유동할 수 있다.

열교환기 유닛 - 현열 열교환부(300)

현열 열교환 영역은 기준방향(D1)을 기준으로 연소실(20)보다 하류에 위치하고, 상류에서 발생하는 현열을 전달받아 난방수를 가열하기 위한 영역이다. 현열 열교환 영역은, 하우징(510)에 둘러싸인 공간 중 기준방향(D1)을 따라 현열 열교환부(300)의 가장 상류측부터 가장 하류측까지 이르는 공간으로 그 크기가 결정된다. 따라서 현열 열교환 영역은 연소실(20)의 내부공간(22)과 연통되어, 연소가스가 유동할 수 있고, 버너(11)로부터 복사열을 전달받을 수 있다. 또한 현열 열교환 영역에서는 난방수에 현열을 전달할 수 있어야 하므로, 현열 열교환 영역에는, 현열 열교환배관(320)과 현열 핀(330)을 포함하는 현열 열교환부(300)가 배치된다.

현열 열교환배관(320)은 내부를 통해 난방수가 흐르며 연소가스가 주변에서 흐르는 파이프형의 구성요소이다. 현열 열교환배관(320)은, 현열 열교환 영역(32)에서, 제2 기준방향(D2)을 따라 연장된다. 상기 제2 기준방향(D2)은, 바람직하게는 기준방향(D1)에 직교하는 방향일 수 있다. 현열 열교환배관(320)이 제2 기준방향(D2)을 따라 연장되어, 하우징(510)에 결합될 수 있다.

현열 열교환배관(320)은, 복수 개의 현열 직선부를 포함할 수 있다. 이러한 현열 직선부들은 제2 기준방향(D2)에 직교하는 타 방향인 직교 방향을 따라 각각 서로 이격되어 나열될 수 있다. 현열 열교환배관(320)의 복수의 현열 직선부가 후술할 하우징(510)의 유로캡 플레이트(363, 364)에 결합됨으로써, 난방수가 흐르는 하나의 현열유로를 형성할 수 있다.

현열 핀(330)은 현열 열교환배관(320)이 연장된 방향을 가로지르는 판형으로 형성되고 현열 열교환배관(320)에 의해 관통되는 구성요소이다. 현열 핀(330)이 현열 열교환배관(320)에 의해 관통되는 형상을 가짐으로써, 현열 열교환부(300)는 핀튜브(fin-tube) 형태의 열교환부를 구성할 수 있다.

현열 핀(330)을 현열 열교환부(300)가 포함함으로써, 현열 열교환배관(320)의 열전도도를 높일 수 있다. 현열 핀(330)은 복수로 구성되어, 현열 열교환배관(320)이 연장된 제2 기준방향(D2)을 따라 소정의 간격만큼 이격되어 배치될 수 있다. 현열 핀(330)이 현열을 전달받을 수 있는 현열 열교환배관(320)의 표면적을 증가시켜 보다 많은 현열을 난방수로 전달하도록 할 수 있다. 따라서 효과적으로 열전달이 일어나도록 하기 위해, 현열 열교환배관(320)과 현열 핀(330)은 열전도도가 높은 금속으로 형성될 수 있다.

현열 열교환배관(320)이 연장된 제2 기준방향(D2)에 직교하는 평면으로 현열 열교환배관(320)을 자른 단면은, 기준방향(D1)을 따라 연장된 장공의 형태로 형성될 수 있다. 도면에서 확인할 수 있듯이 본 발명의 제3 실시예에 따른 현열 열교환배관(320)은, 기준방향(D1)을 기준으로 한 상기 단면에서의 내부공간의 길이를, 기준방향(D1)에 수직한 방향에 따른 폭으로 나눈 값이 2 이상이 되도록 형성된 납작한 형태를 가진다. 이러한 형상의 플랫(flat) 타입 배관을 현열 열교환배관(320)에 도입함으로써, 원형이나 타원형과 같은 다른 형상의 배관이 현열 열교환배관(320)에 도입될 경우와 비교하여, 난방수가 같은 길이의 현열 열교환배관(320)을 따라 흘러도 연소가스와의 관계에서 더 넓은 열교환면적을 가지게 되어 더 많은 열량을 전달받아, 충분히 가열될 수 있다.

현열 핀(330)에는 현열 열교환배관(320)이 통과할 수 있는 관통홀이 형성될 수 있고, 이러한 관통홀의 면적은 현열 열교환배관(320)의 면적과 같거나 다소 작게 형성되어, 현열 열교환배관(320)이 단단하게 끼워질 수 있다. 또한 현열 핀(330)은 현열 열교환배관(320)과 브레이징(brazing) 용접을 통해 일체로 결합될 수 있다. 현열 핀(330)과 현열 열교환배관(320)을 브레이징 용접하는 방법에 대해서는, 도 15 및 도 16에 대한 설명에서 상술한다.

현열 핀(330)에는, 현열 열교환배관(320)이 연장된 방향을 따라 관통된 루버(louver)홀(3303, 3304)이 더 형성될 수 있다. 루버홀(3303, 3304)은 펀칭을 통해 형성되어 그 둘레를 따라 돌출된 버링을 포함하여, 연소가스가 유동할 때 버링에 의해 가로막혀 현열 열교환배관(320)의 주위로 흘러, 연소가스와 난방수 사이의 열교환이 보다 잘 이루어지도록 하는 구성요소이다. 루버홀(3303, 3304)은 복수개로 구성될 수 있다. 루버홀 (3303, 3304)은 도면에 도시된 바와 같이 기준방향(D1)에 대해 비스듬한 방향으로 연장되어 형성되는 제1 루버홀(3303)과, 현열 열교환배관(320)의 서로 인접한 현열 직선부들의 사이에, 기준방향(D1)에 대해 직교하는 직교 방향으로 연장되어 형성되는 제2 루버홀(3304)을 포함할 수 있다. 각각의 루버홀(3303, 3304)은 기준방향(D1)을 따라 소정의 간격을 두고 이격되어 배치될 수 있다.

현열 핀(330)은 골(3302)과 돌출부(3301)를 더 포함할 수 있다. 현열 핀(330)은 기본적으로 현열 열교환배관(320)을 둘러싸도록 형성되되, 기준방향(D1)을 기준으로 현열 열교환배관(320)의 상류측 단부의 테두리로부터 소정의 폭만큼의 영역을, 현열 열교환배관(320)의 나머지 영역과 구별되게 에워쌀 수 있다. 따라서 인접한 현열 열교환배관(320)의 상류측 단부들 사이에 기준방향(D1)을 따라 파인 골(3302)이 현열 핀(330)에 형성될 수 있다. 현열 열교환배관(320)의 상류측 단부와 인접한 현열 핀(330)의 영역은 상대적으로 돌출되어 있으므로, 돌출부(3301)가 된다. 불필요한 영역을 골(3302)을 형성하여 개방함으로써, 연소가스가 현열 핀(330)과 현열 열교환배관(320) 사이에서 보다 자유롭게 유동하도록 한다.

열교환기 유닛 - 잠열 열교환부(400)

잠열 열교환 영역은 기준방향(D1)을 기준으로 현열 열교환 영역보다 하류에 위치하고, 연소가스의 상변화시 발생하는 잠열을 전달받아 난방수를 가열하기 위한 영역이다. 잠열 열교환 영역은, 하우징(510)에 둘러싸인 공간 중 기준방향(D1)을 따라 잠열 열교환부(400)의 가장 상류측부터 가장 하류측까지 이르는 공간으로 그 크기가 결정된다. 잠열 열교환 영역에는, 내부를 통해 난방수가 흐르며 연소가스가 주변에서 흐르는 잠열 열교환배관(420) 및 잠열 열교환배관(420)이 연장된 제2 기준방향(D2)을 가로지르는 판형으로 형성되고 잠열 열교환배관(420)에 의해 관통되는 잠열 핀(430)을 포함하는 잠열 열교환부(400)가 배치된다.

잠열 열교환배관(420)과 잠열 핀(430)의 구성은, 현열 열교환배관(320)과 현열 핀(330)과 유사하다. 따라서 잠열 열교환배관(420)과 잠열 핀(430)의 기본적인 구조에 대한 설명은, 현열 열교환배관(320)과 현열 핀(330)의 구조에 대한 위 설명에 갈음한다. 따라서 잠열 열교환부(400)도 핀튜브 유형으로 구성될 수 있다.

잠열 열교환배관(420)은, 복수의 상류 직선부(421) 및 상류 직선부(421)보다 기준방향(D1)을 기준으로 하류 측에 위치하고, 복수의 상류 직선부(421) 중 하나의 상류 직선부(421)와 어느 하나가 연통되는 복수의 하류 직선부(422)를 포함할 수 있다. 즉, 잠열 열교환배관(420)이 2열로 배치될 수 있다. 잠열 열교환배관(420)은 2열보다 많은 수의 열을 가지도록 배치될 수도 있다. 이와 같이 여러 열의 직선부를 잠열 열교환배관(420)이 가짐으로써, 핀튜브 방식을 이용함에 따라 자칫 떨어질 수 있는 열효율을 증대시킬 수 있다.

도 20에서는 상류 직선부(421)가 4개, 하류 직선부(422)가 3개 배치되도록 하였다. 후술할 내용과 같이 잠열 열교환 영역의 기준 단면적이 기준방향(D1)을 따라 갈수록 줄어들 수 있기 때문이다. 그러나 각 잠열 열교환배관(420)을 구성하는, 제2 기준방향(D2)으로 연장된 복수의 잠열 직선부(421, 422)의 개수는 이에 제한되지 않는다.

잠열 열교환배관(420)이 2열로 배치되는 만큼, 잠열 핀(430) 역시 각 잠열 열교환배관(420)에 맞추어 분리되어 배치될 수 있다. 즉, 상류 직선부(421)에는 잠열 핀(430)이 포함할 수 있는 상류 핀(431)이 결합되고, 하류 직선부(422)에는 잠열 핀(430)이 포함할 수 있는 하류 핀(432)이 결합될 수 있다.

잠열 열교환배관(420)이 2열로 배치됨에 따라, 잠열 열교환 영역에서 전열면적의 부족으로 인해 연소가스가 충분히 난방수에 열을 전달하지 못하는 상황을 방지할 수 있고, 전체 연소가스에 대해 넓은 면적에 걸쳐서 충분히 열교환이 일어남에 따라 연소가스가 상변화하지 못하고 배출되는 분율을 줄일 수 있다.

잠열 열교환배관(420)의 잠열 직선부(421, 422)의 내부공간의 단면적은, 현열 열교환배관(320)의 현열 직선부의 내부공간의 단면적보다 작게 형성될 수 있다. 현열 직선부의 내부공간의 단면적과 현열 열교환배관(320)의 총연장의 곱이, 잠열 직선부(421, 422)의 내부공간의 단면적과 잠열 열교환배관(420)의 총연장의 곱에 대응되는 수치를 유지할 수 있도록, 잠열 직선부(421, 422) 의 단면적이 현열 직선부의 내부공간의 단면적보다 작게 형성되는 대신, 현열 직선부들의 총 개수가 잠열 직선부(421, 422)의 총 개수보다 적게 형성될 수 있다.

달리 표현하여, 현열 열교환배관(320)이 연장된 방향에 수직한 평면으로 현열 열교환배관(320)을 자른 단면에서, 상기 현열 직선부의 둘레가 형성하는 폐곡선의 개수는, 상기 잠열 직선부(421, 422)의 둘레가 형성하는 폐곡선의 개수보다 적도록, 잠열 열교환배관(420)이 형성될 수 있다. 잠열 직선부(421, 422) 보다 더 넓은 단면적을 가지는 배관이 동일하거나 더 많은 개수만큼 현열 열교환부(300) 에 배치되면, 인접한 현열 열교환배관(320)으로 유로캡 플레이트(363, 364)를 거쳐 난방수가 이동할 때, 유로가 급격하게 꺾이는 구간에서 발생하는 난방수의 급격한 압력강하로 인해 효율적인 난방수의 순환이 이루어지지 않을 수 있다. 따라서 이와 같이 현열 열교환배관(320)과 잠열 열교환배관(420)의 단면적과 총 개수를 조절하는 것이다. 이러한 열교환배관의 단면적과 총 개수에 대한 내용은, 다른 실시예 및 그 변형예에도 적용될 수 있다.잠열 핀(430) 역시 현열 핀(330)과 같이, 복수로 구성되어, 잠열 열교환배관(420)이 연장된 방향을 따라서 소정의 간격을 두고 이격되어 배치된다.

기준방향(D1)을 기준으로 동일한 위치에 있는 잠열 핀(430)들이 배치되는 적어도 하나의 층이 형성될 수 있다. 이러한 층 중 현열 핀(330)과 가장 인접한 층에 배치되는 잠열 핀(430)의 총 개수는, 현열 핀(330)의 총 개수보다 적을 수 있다.

도면을 참조하여 설명하면, 상류 핀(431)에 의해 형성되는 하나의 층과, 하류 핀(432)에 의해 형성되는 하나의 층을 포함하여 총 2개의 층이 배치될 수 있다. 이러한 층 중에서 현열 핀(330)과 가장 인접한 층에는 상류 핀(431)이 배치된다. 상류 핀(431)의 총 개수가 현열 핀(330)의 총 개수보다 적을 수 있다.

인접한 2개의 잠열 핀(430)들이 서로 이격된 거리는, 인접한 2개의 현열 핀(330)들이 서로 이격된 거리보다 길 수 있다. 응축수가 잠열 핀(430) 사이에서 쉽게 맺혀 연소가스의 이동을 방해하는 것을 방지하기 위해서, 현열 핀(330) 간의 간격보다 큰 잠열 핀(430) 간의 간격을 가지는 것이다. 잠열 핀(430) 내에서도, 인접한 2개의 하류 핀(432)들이 서로 이격된 거리가, 인접한 2개의 상류 핀(431)들이 서로 이격된 거리보다 길 수 있다.

인접한 잠열 핀(430)이 제2 기준방향(D2)을 따라 이격된 거리인 소정의 간격은, 인접한 잠열 핀(430) 사이에서 연소가스가 응축되어 형성되는 응축수가 인접한 잠열 핀(430)을 서로 연결하지 않을 만큼의 거리일 수 있다. 즉, 인접한 잠열 핀(430) 간의 거리는, 응축수가 배출되기에 용이한 간격일 수 있다.

도 21은 본 발명의 제3 실시예에 따른 복수의 하류 핀(432)과 그 사이에 위치한 응축수(W)를 도시한 사시도이다. 도 21을 참조하여 잠열 핀(430) 중 하류 핀(432)을 예시로, 인접한 잠열 핀(430) 간의 거리에 대해 설명한다.

하류 핀(432)의 표면에 응축수 물방울이 형성되어 부착되어 있을 수 있는데, 인접한 하류 핀(432)의 표면에 형성된 응축수 물방울들이 합쳐져 잠열 핀(430) 사이의 공간을 막는 큰 응축수(W) 물방울이 되어, 연소가스가 원활하게 기준방향(D1)을 따라 이동하지 못하도록 하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 하류 핀(432)을 소정의 간격 이상으로 이격시켜 배치함으로써, 응축수 물방울들이 서로 합쳐지지 않아 인접한 하류 핀(432) 사이로 연소가스가 유동할 수 있게 된다.

구체적으로, 응축수(W)가 배출되기에 용이한 간격이란, 하류 핀(432) 사이에서 형성된 응축수(W)의 무게가, 하류 핀(432)과 응축수(W) 사이에 작용하는 장력(T)의 연직방향 합력보다 큰 상태에서의 인접한 하류 핀(432) 간의 간격을 의미한다.

도면을 살펴보면, 응축수(W)가 서로 d만큼의 거리를 두고 떨어진, 서로 인접하고 제2 기준방향(D2)으로 b만큼의 폭을 가진 하류 핀(432) 사이를 막고 있다. 이 때 h만큼의 높이로 형성되는 응축수(W)의 체적력인 무게는, 응축수(W)의 체적인, 거리 d와 폭 b와 높이 h의 곱에, 응축수(W)의 비중인 Υ을 곱한 값으로 나타난다. 이러한 무게는 응축수에 연직하방으로 작용한다.

한편, 이러한 응축수(W)에 연직상방으로 작용하는 힘은, 표면장력의 합력으로 형성된다. 응축수(W)의 수면을 연장한 선이 각 하류 핀(432)과 이루는 각도를 θ라 하고, 응축수(W)가 하류 핀(432)에 의해 당겨지는 표면장력을 T라고 할 때, 아래 수학식을 만족하는 거리 d가, 응축수(W)가 배출되기에 용이한 간격이다.

여기서 g는 중력가속도이다. 다른 조건이 동일하다고 하고 상기 수학식 1을 등식으로 바꿔서 사용하면, 응축수(W)의 높이(h)와, 응축수(W)가 배출되기에 용이한 하류 핀(432)의 간격(d)은 서로 반비례하는 관계에 있으므로, 잠열 열교환기(40)로부터 배출시키고자 하는 응축수의 적절한 높이를 선택함으로써, 응축수가 배출되기에 용이한 간격을 결정할 수 있다.

일 상황에서 측정된 장력 T는 0.073N/m이다. 상온을 가정하면 응축수의비중은 1000kg/m³ 이고, θ는 0도로 근사할 수 있으며, g는 9.8m/s²으로 근사할 수 있다. 응축수의 높이인 h가 주로 5mm 이상 8mm 이하의 구간에 분포하므로, 소정의 간격인 d는, 상기 값들을 대입하여 구하면, 일 상황에서 1.9mm 이상 3mm 이하로 형성될 수 있다. 이러한 핀의 개수와 간격에 대한 설명은, 본 발명의 다른 실시예 및 그 변형예에도 적용될 수 있다.

열교환기 유닛 - 하우징(510)과 유로캡 플레이트(363, 364)

다시 도 17 내지 도 20을 참조하여 하우징(510)에 대해 설명한다. 하우징(510)은 현열 열교환 영역과 잠열 열교환 영역을 둘러싸서 정의하는 구성요소로, 단열측판(5120)과 일반측판(5110)을 포함할 수 있다. 일반측판(5110)은 제2 기준방향(D2)을 따라 이격된 제1 일반측판(5113)과 제2 일반측판(5114)을 포함하고, 유로캡 플레이트(363, 364)에 의해 각각 덮일 수 있다.단열측판(5120)은 기준방향(D1) 및 제2 기준방향(D2)을 따라서 연장되는 판형의 구성요소이다. 단열측판(5120)은 2개로 구성되어, 직교 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 따라서 단열측판(5120)가 열교환기 유닛의 두 측면을 형성한다. 단열측판(5120)의 내측면의 형상에 따라, 현열 열교환 영역과 잠열 열교환 영역의 측면 형상이 결정되는 것이다.

여기서 단열측판(5120)이란, 외부로 전달되는 열량을 감소시켜 단열을 달성하는 측판이라는 의미가 아니라, 현열 단열배관(340)이 인접하게 배치되는 측판이라는 의미로 사용되었다. 단열측판(5120)과 인접하게, 현열 단열배관(340)이 더 배치될 수 있다. 현열 단열배관(340)은, 현열 열교환 영역을 둘러싼 하우징(510)과 인접하게 배치되고, 내부를 통해 난방수가 유동함으로써, 현열 열교환 영역의 열이 하우징(510)의 외부로 빠져나가는 양을 감소시키는 파이프형의 구성요소이다. 현열 단열배관(340)은 도시된 것과 같이 2개로 구성되어, 현열 열교환배관(320)이 연장된 방향과 동일한 제2 기준방향(D2)으로 연장되어 배치될 수 있다.

현열 단열배관(340)은, 도면과 같이 현열 단열배관(340)이 연장된 방향에 직교하는 평면으로 현열 단열배관(340)을 자른 단면상에서, 타원형으로 형성될 수 있다. 구체적으로는 현열 단열배관(340)이, 기준방향(D1)과 나란한 장축을 가지는 타원형으로 형성될 수 있다. 제3 실시예의 현열 단열배관(340)에는, 제1 실시예의 현열 단열배관(도 2의 34)에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.

일반측판(5110)과 유로캡 플레이트(363, 364)는 기준방향(D1) 및 직교 방향을 따라 연장되는 판형의 구성요소이다. 일반측판(5110)은 2개로 구성되어, 현열 열교환배관(320)이나 잠열 열교환배관(420)이 연장된 제2 기준방향(D2)으로 이격되어 각각 배치될 수 있다. 2개의 일반측판(5110)이 배치될 때, 각 현열 직선부와 각 잠열 직선부(421, 422)의 양단에 각각 배치될 수 있다. 이러한 현열 직선부와 잠열 직선부(421, 422)의 양단이 2개의 일반측판(5113, 5114)을 관통하여 결합될 수 있다. 유로캡 플레이트(363, 364)도 마찬가지로 2개로 구성되어, 일반측판(5110)을 외측으로부터 덮으며 결합될 수 있다. 따라서, 일반측판(5110)과 유로캡 플레이트(363, 364)가, 단열측판(512)이 덮지 않은 열교환기 유닛의 나머지 2개의 측면을 형성할 수 있다. 일반측판(5110)의 내측면의 형상에 따라, 현열 열교환 영역과 잠열 열교환 영역의 다른 측면 형상이 결정되는 것이다.

유로캡 플레이트(312, 313)는 복수의 유로캡이 형성되는 제2 유로캡 플레이트(364)와 제1 유로캡 플레이트(363)를 포함하여, 각각이 제2 일반측판(5114)과 제1 일반측판(5113)을 덮어, 현열 직선부 또는 잠열 직선부(421, 422) 의 양단에 인접하게 배치될 수 있다. 그 중 제2 유로캡 플레이트(364)에는 난방수 공급구(3710)와 난방수 배출구(3720)가 배치될 수 있다. 난방수 공급구(3710)는 외부로부터 잠열 열교환배관(420)이 형성하는 일체의 잠열유로의 일단으로 난방수를 공급할 수 있는 개구로, 잠열유로의 입구가 될 수 있으며, 난방수 배출구(3720)는 현열 열교환배관(320)이 형성하는 일체의 현열유로의 일단으로부터 외부로 난방수를 배출할 수 있는 개구로, 현열유로의 출구가 될 수 있다.

기준방향(D1)을 기준으로 상대적으로 하류측에 위치하는 난방수 공급구(3710)를 통해서 난방수가 외부로부터 유입되어, 잠열 열교환배관(420)에 난방수가 전달될 수 있다. 기준방향(D1)을 기준으로 상대적으로 상류측에 위치하는 난방수 배출구(3720)를 통해, 현열 열교환배관(320)에서 가열된 난방수가 외부로 배출될 수 있다. 다만 난방수 공급구(3710)와 난방수 배출구(3720)의 위치는 이에 제한되지 않는다.

유로캡 플레이트(363, 364) 중 어느 하나는, 하우징(510)을 구성하는 측판들 중 어느 하나의 외측으로 노출되는 잠열유로의 출구와, 상기 어느 하나의 외측으로 노출되는 현열유로의 입구를 연통하기 위해, 상기 어느 하나와의 사이에 잠열유로의 출구와 현열유로의 입구를 에워싸는 연통공간을 마련하는 유로캡을 구비할 수 있다. 본 발명의 제3 실시예에서는, 이러한 유로캡은 제2 유로캡 플레이트(364)에 구비되는 제2 유로캡(3642)이 될 수 있다. 따라서 측판 중 어느 하나는, 제2 유로캡 플레이트(364)와 함께 연통공간을 마련하는 제2 일반측판(5112)이 된다. 그러나 현열유로의 입구와 잠열유로의 출구를 연통하는 측판과 유로캡 플레이트가 이에 제한되지는 않는다.

본 발명의 제3 실시예의 난방수 공급구(3710)와 난방수 배출구(3720)에 연결될 수 있는 난방수관과 메인 유로에 대해서, 제1 실시예의 난방수관과 메인 유로에 대한 설명이 적용될 수 있다.

하우징(510)이 형성하는 열교환 영역의 형상

기준방향(D1)에 수직한 평면에서 정의되는 각 열교환 영역의 단면적을 기준 단면적이라고 하자. 하우징(510)은, 기준방향(D1)을 기준으로 가장 상류측의 기준 단면적보다 가장 하류 측의 기준 단면적이 작아지게 마련될 수 있다. 현열 열교환 영역에서 연소가스가 유동하는 속도보다, 잠열 열교환 영역에서 연소가스가 유동하는 속도가 증가하도록, 열교환 영역의 기준 단면적이 기준방향(D1)을 따라 점차 줄어드는 적어도 하나의 구간이 형성되도록, 하우징(510)이 마련될 수 있다.

기준 단면적이 상기 기준방향(D1)을 따라 갈수록 줄어드는 구간을 적어도 하나 포함하도록 하우징(510)이 형성될 수 있다. 따라서 열교환 영역은 전체적으로 기준방향(D1)을 따라 갈수록 테이퍼(taper)진 형상을 가질 수 있다. 이렇게 열교환 영역의 기준 단면적이 작아지도록 하우징(5120)이 형성됨에 따라, 연소가스가 잠열 열교환 영역에서 유동할 때 특정한 위치에서 유속이 매우 감소함으로써 열전달 효율이 매우 떨어지는 데드존(dead zone)이 발생하는 것을 베르누이의 원리에 의해 방지할 수 있다. 특히, 본 발명의 제3 실시예와 같이 잠열 열교환배관(420)이 2개 이상의 층으로 형성되는 경우, 응축수가 잠열 핀(430) 사이의 공간을 가로막거나, 잠열 열교환 영역의 기준방향(D1)을 따른 길이가 길어져, 열효율이 저해될 수 있는데, 이와 같은 테이퍼진 형상을 하우징에 의해 열교환 영역이 가짐으로써 극복이 가능하다. 구체적으로, 직교 방향에서의 열교환 영역의 폭이, 기준방향(D1)을 따라 가면서 줄어드는 구간을 적어도 하나 포함하도록 하우징(510)이 형성되고, 제2 기준방향(D2)에서의 열교환 영역의 폭이, 기준방향(D1)을 따라 갈수록 일정하게 유지되도록 형성될 수 있다. 즉, 기준방향(D1)을 따라가면서 제2 기준방향(D2)에서의 폭은 유지되는 상태로, 직교 방향의 폭만 줄어들어서, 기준 단면적을 감소시키는 것이다. 이와 같은 형상을 형성하기 위해, 일반측판(5110)은 일반적인 판형으로 형성되되, 단열측판(5120)이 도시된 것과 같이 구부러져 형성될 수 있다.

구체적으로, 도 20을 참조하면, 잠열 열교환 영역에 해당하는 구간은 상류 핀(431)의 입구단이 위치하는 제2 지점(A2)으로부터 하류 핀(432)의 출구단이 위치하는 지점까지의 구간이다. 잠열 열교환 영역에서 기준방향(D1)을 따라 기준 단면적이 줄어드는 구간이, 제2 지점(A2)과 제3 지점(A3) 사이 및 제4 지점(A4)과 제6 지점(A6) 사이에 형성된다. 반대로, 기준 단면적이 유지되는 구간이, 제3 지점(A3)과 제4 지점(A4) 사이 및 제6 지점(A6)과 하류 핀(432)의 출구단 사이에 형성된다. 또한 잠열 열교환 영역에는 해당하지 않으나, 열교환 영역의 일부인 제1 지점(A1)과 제2 지점(A2)의 사이 구간 역시 기준방향(D1)을 따라 갈수록 기준 단면적이 줄어드는 구간이다.

도 20에서는, 열교환 영역이, 기준방향(D1)을 따라 갈수록 직교 방향에서의 폭이 줄어드는 적어도 하나의 구간과, 직교 방향에서의 폭이 일정하게 유지되는 적어도 하나의 구간을 포함하도록 형성되어 있음을 확인할 수 있다.

구체적으로, 제2 지점(A2)으로부터 제3 지점(A3)에 이르는 구간 및 제4 지점(A4)에서 제6 지점(A6)에 이르는 구간에서는 잠열 열교환 영역의 직교 방향에서의 폭이 기준방향(D1)을 따라 갈수록 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 반면 제3 지점(A3)에서 제4 지점(A4)에 이르는 구간과, 제6 지점(A6)에서 하우징(510)의 가장 하류측에 이르는 구간에서는 직교 방향에서의 폭이 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.

잠열 열교환배관(420)의 각 직선부(421, 422)가 위치하는 구간에서는, 직교 방향에서의 폭이 대략적으로 일정하게 유지되어 열교환이 충분히 이루어질 수 있도록 하고, 각 직선부 사이에 위치한 구간에서는 유속이 빨라지도록, 기준방향(D1)을 따라 갈수록 기준 단면적이 감소함을 알 수 있다.

기준방향(D1)을 기준으로 각 핀(330, 431, 432)의 가장 상류 측을 입구단, 가장 하류 측을 출구단이라 지정하여 이러한 열교환 영역의 형상을 설명할 수 있다. 하우징(510)은, 현열 핀(330)의 출구단 측에서 잠열 핀(430)의 입구단 측으로 기준방향(D1)을 따라 갈수록 기준 단면적이 점차 줄어들게 마련될 수 있다. 즉 도 20에서는, 현열 핀(330)의 출구단이 위치하는 제1 지점(A1)에서, 잠열 핀(430)의 입구단이 위치하는 제2 지점(A2)까지 이르는 구간이, 기준방향(D1)을 따라 갈수록 기준 단면적이 점차 줄어들도록 하우징(510)이 형성될 수 있다.

상류 핀(431)의 입구단측의 기준 단면적보다, 하류 핀(432)의 입구단 측의 기준 단면적이 작아지도록, 하우징(510)이 마련될 수 있다. 즉 상류 핀(431)의 입구단이 위치하는 제2 지점(A2)에서의 기준 단면적보다, 하류 핀(432)의 입구단이 위치하는 제5 지점(A5)에서의 기준 단면적이 더 작게 형성되도록, 제2 지점(A2)과 제5 지점(A5) 사이의 구간이, 기준방향(D1)을 따라 갈수록 기준 단면적이 줄어드는 구간을 적어도 하나 포함한다.

도 20을 참조하면, 현열 열교환 영역의 일부 구간의 기준 단면적 역시 기준방향(D1)을 따라 갈수록 줄어들도록 하우징(510)이 형성될 수 있다.

열교환 영역의 폭이 상술한 바와 같이 변화하므로, 기준방향(D1)을 따라 갈수록, 직교 방향에서의 폭이 줄어드는 구간을 각 핀이 가질 수 있다.

열교환 영역 내에 위치한 현열 핀(330)이나 잠열 핀(430) 중 하우징(510)의 내측면과 맞닿는 영역은, 기준방향(D1)에 수직한 방향에서 정의되는 핀의 폭을 기준으로, 기준 단면적이 점차 줄어드는 것에 대응되게, 기준방향(D1)을 따라 폭이 점차 줄어들게 마련될 수 있다. 도 20을 참조하면, 현열 핀(330)의 출구단과 인접한 영역 및 제4 지점(A4)에서 상류 핀(431)의 출구단에 이르는 구간에 위치한 상류 핀(431)의 폭이, 하우징(510)의 내측면의 형상에 따라 기준방향(D1)으로 갈수록 줄어드는 것을 확인할 수 있다.

도 22는 본 발명의 제3 실시예의 제1 변형예에 따른 열교환기 유닛의 종단면도이다.

도 22에서는 본 발명의 제3 실시예와 같이 1열의 현열 열교환배관(320)과 2열의 잠열 열교환배관(420)을 가지는 제3 실시예의 제1 변형예에 따른 열교환기 유닛의 형상을 확인할 수 있다.

제3 실시예의 제1 변형예에 따른 하우징(510b) 역시, 기준방향(D1)을 기준으로 가장 상류 측의 기준 단면적보다 가장 하류 측의 기준 단면적이 작아지게 마련될 수 있다.

하우징(510b)은, 현열 열교환 영역에서 연소가스가 유동하는 속도보다 잠열 열교환 영역에서 연소가스가 유동하는 속도가 증가하도록, 기준방향(D1)을 따라 기준 단면적이 점차 줄어드는 적어도 하나의 구간이 형성되게 마련될 수 있다. 기준 단면적이 줄어드는 구간이 배치됨에 따라 열교환기 유닛이 얻을 수 있는 효과는, 도 20에 대해 설명된 내용에 갈음한다.

하우징(510b)은, 현열 핀(330b)의 출구단 측에서 잠열 핀(430b)의 입구단 측으로 갈수록 기준 단면적이 점차 줄어들게 마련될 수 있다. 현열 핀(330b)의 출구단이 위치하는 제1 지점(B1)으로부터, 잠열 핀(430b)의 입구단이 위치하는 제2 지점(B2)까지 이르는 구간의 기준 단면적이, 기준방향(D1)을 따라 갈수록 점차 줄어들도록 하우징(510b)이 형성될 수 있다.

잠열 핀(430b)의 입구단이 위치하는 제2 지점(B2)으로부터 하류 핀(432b)의 출구단까지 이르는 구간에서, 열교환 영역이 그 기준 단면적이 기준방향(D1)을 따라 갈수록 줄어드는 구간과 유지되는 구간만을 가질 수 있다. 따라서 제2 지점(B2)에서의 기준 단면적보다, 하류 핀(432b)의 출구단에서의 기준 단면적이 더 작을 수 있다.

하우징(510b)은, 잠열 핀(430b)의 입구단 측에서 잠열 핀(430b)의 출구단 측으로 갈수록 기준 단면적이 점차 줄어들게 마련될 수 있다. 잠열 핀(430b)의 일종인 상류 핀(431b)의 입구단이 위치한 제2 지점(B2)으로부터 상류 핀(431b)의 출구단이 위치한 제3 지점(B3)에 이르는 구간의 기준 단면적이, 기준방향(D1)을 따라 갈수록 줄어들도록 형성될 수 있다.

하우징(510b)은, 상류 핀(431b)의 입구단 측의 기준 단면적보다 하류 핀(432b)의 입구단 측의 기준 단면적이 작아지게 마련될 수 있다. 상류 핀(431b)의 입구단이 위치하는 제2 지점(B2)으로부터 하류 핀(432b)의 입구단이 위치하는 제4 지점(B4)에 이르는 구간에서, 기준 단면적이 기준방향(D1)을 따라 갈수록 줄어들도록 하우징(510b)이 마련되어, 이러한 조건을 만족할 수 있다.

도면을 참조하면, 잠열 열교환 영역은, 기준 단면적이 기준방향(D1)을 따라 갈수록 줄어드는 구간인 제2 지점(B2)부터 제5 지점(B5)에 이르는 구간과, 기준 단면적이 일정하게 유지되는 구간인 제5 지점(B5)부터 하류 핀(432b)의 출구단에 이르는 구간을 가질 수 있다.

잠열 핀(430b) 중 하우징(510b)의 내측면과 맞닿는 영역은, 직교 방향에서 정의되는 핀의 폭을 기준으로, 기준 단면적이 점차 줄어드는 것에 대응되게, 기준방향(D1)을 따라 폭이 점차 줄어들게 마련될 수 있다. 도면을 참조하면, 잠열 열교환 영역이 포함하는, 상류 핀(431b)의 입구단이 위치하는 제2 지점(B2)부터 출구단이 위치하는 제3 지점(B3)까지의 구간의 기준 단면적이, 기준방향(D1)을 따라 갈수록 줄어들도록 하우징(510b)이 마련된다. 따라서 상류 핀(431b)의 직교 방향에서 정의되는 폭이 기준방향(D1)을 따라 갈수록 줄어들도록 테이퍼진 형상으로 형성될 수 있다.

도 23은 본 발명의 제3 실시예의 제2 변형예에 따른 열교환기 유닛의 종단면도이다.

도 23에서는 본 발명의 제3 실시예와 같이 1열의 현열 열교환배관(320c)과 2열의 잠열 열교환배관(420c)을 가지는 제3 실시예의 제2 변형예에 따른 열교환기 유닛의 형상을 확인할 수 있다. 제3 실시예와 본 제2 변형예의 열교환배관은, 본 변형예에서 현열 열교환배관(320c)의 직선부가 총 5개, 상류 직선부(421c)가 총 6개 배치되었다는 점에서 차이가 있으나, 그 개수가 이에 제한되지는 않는다.

제3 실시예의 제2 변형예에 따른 하우징(510c) 역시, 기준방향(D1)을 기준으로 가장 상류 측의 기준 단면적보다 가장 하류 측의 기준 단면적이 작아지게 마련될 수 있다.

하우징(510c)은, 현열 열교환 영역에서 연소가스가 유동하는 속도보다 잠열 열교환 영역에서 연소가스가 유동하는 속도가 증가하도록, 기준방향(D1)을 따라 기준 단면적이 점차 줄어드는 적어도 하나의 구간이 형성되게 마련될 수 있다. 기준 단면적이 줄어드는 구간이 배치됨에 따라 열교환기 유닛이 얻을 수 있는 효과는, 도 20에 대해 설명된 내용에 갈음한다.

하우징(510c)은, 현열 핀(330c)의 출구단 측에서 잠열 핀(430c)의 입구단 측으로 갈수록 기준 단면적이 점차 줄어들게 마련될 수 있다. 현열 핀(330c)의 출구단이 위치하는 제1 지점(C1)으로부터, 잠열 핀(430c)의 입구단이 위치하는 제2 지점(C2)까지 이르는 구간의 기준 단면적이, 기준방향(D1)을 따라 갈수록 점차 줄어들도록 하우징(510c)이 형성될 수 있다.

하우징(510c)은, 잠열 핀(430c)의 입구단이 위치하는 제2 지점(C2)으로부터 하류 핀(432c)의 출구단까지 이르는 구간에서, 열교환 영역이 그 기준 단면적이 기준방향(D1)을 따라 갈수록 줄어드는 구간과 유지되는 구간만을 가지도록 마련 될 수 있다. 따라서 제2 지점(C2)에서의 기준 단면적보다, 하류 핀(432c)의 출구단에서의 기준 단면적이 더 작을 수 있다.

이러한 잠열 열교환 영역의 형상을 보다 구체적으로 한정하여, 하우징(510c)은, 상류 핀(431c)의 입구단 측의 기준 단면적보다 하류 핀(432c)의 입구단 측의 기준 단면적이 작아지게 마련될 수 있다. 상류 핀(431c)의 입구단이 위치하는 제2 지점(C2)으로부터 하류 핀(432c)의 입구단이 위치하는 제5 지점(C5)에 이르는 구간에서, 기준 단면적이 기준방향(D1)을 따라 갈수록 줄어들도록 하우징(510c)이 마련되어, 이러한 조건을 만족할 수 있다.

도면을 참조하면, 잠열 열교환 영역은, 기준 단면적이 기준방향(D1)을 따라 갈수록 줄어드는 구간인 제2 지점(B2)으로부터 제3 지점(C3)에 이르는 구간 및 제5 지점(C5)으로부터 제6 지점(C6)에 이르는 구간과, 기준 단면적이 일정하게 유지되는 구간인 제3 지점(C3)으로부터 제4 지점(C4)에 이르는 구간 및 제6 지점(C6)으로부터 하류 핀(432c)의 출구단에 이르는 구간을 가질 수 있다.

본 발명의 제3 실시예의 제2 변형예에 따르면, 잠열 핀(430c) 중 어느 하나의 입구단은 다른 핀과 같이 골과 돌출부를 복수 개 가지는 것이 아니라, 평평하게 형성될 수도 있다.

도 24는 본 발명의 제3 실시예의 제3 변형예에 따른 열교환기 유닛의 종단면도이다.

도 24를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예의 제3 변형예에 따른 열교환기 유닛은, 1열의 현열 열교환배관(320e)과 1열의 잠열 열교환배관(420e)을 포함한다. 현열 열교환배관(320e)이 포함하는 직선부는 4개로, 잠열 열교환배관(420e)이 포함하는 직선부는 6개로 구성되나, 그 개수가 이에 제한되지는 않는다.

제3 실시예의 제3 변형예에 따른 하우징(510e) 역시, 기준방향(D1)을 기준으로 가장 상류 측의 기준 단면적보다 가장 하류 측의 기준 단면적이 작아지게 마련될 수 있다.

하우징(510e)은, 현열 열교환 영역에서 연소가스가 유동하는 속도보다 잠열 열교환 영역에서 연소가스가 유동하는 속도가 증가하도록, 기준방향(D1)을 따라 기준 단면적이 점차 줄어드는 적어도 하나의 구간이 형성되게 마련될 수 있다. 기준 단면적이 줄어드는 구간이 배치됨에 따라 열교환기 유닛이 얻을 수 있는 효과는, 도 20에 대해 설명된 내용에 갈음한다.

하우징(510e)은, 현열 핀(330e)의 출구단 측에서 잠열 핀(430e)의 입구단 측으로 갈수록 기준 단면적이 점차 줄어들게 마련될 수 있다. 현열 핀(330e)의 출구단이 위치하는 제1 지점(E1)으로부터, 제1 지점(E1)보다 하류측에 위치하는 제2 지점(E2)까지의 구간은 기준 단면적이 유지되도록 형성되고, 제2 지점(E2)으로부터 잠열 핀(430e)의 입구단이 위치하는 제3 지점(E3)까지 이르는 구간의 기준 단면적이, 기준방향(D1)을 따라 갈수록 점차 줄어들도록 하우징(510e)이 형성될 수 있다. 따라서 현열 핀(330e)의 출구단 측에서 잠열 핀(430e)의 입구단 측으로 갈수록 기준 단면적이 증가하지 않는다.

하우징(510e)은, 잠열 핀(430e)의 입구단이 위치하는 제3 지점(E3)으로부터 잠열 핀(430e)의 출구단이 위치한 제5 지점(E5)까지 이르는 구간에서, 열교환 영역이 그 기준 단면적이 기준방향(D1)을 따라 갈수록 줄어드는 구간과 유지되는 구간만을 가지도록 마련될 수 있다. 잠열 핀(430c)의 입구단이 위치하는 제3 지점(E3)으로부터 제3 지점(E3)보다 하류측에 위치하는 제4 지점(E4)에 이르는 구간에서, 기준 단면적이 기준방향(D1)을 따라 갈수록 줄어들 수 있고, 제4 지점(E4)으로부터 제5 지점(E5)에 이르는 구간에서는 기준 단면적이 일정하게 유지됨으로써, 잠열 핀(430e)의 입구단이 위치한 제3 지점(E3)에서의 기준 단면적보다, 잠열 핀(430e)의 출구단이 위치한 제5 지점(E5)에서의 기준 단면적이 더 작을 수 있다.

하우징(510e)은, 현열 핀(330e)의 출구단 측에서 잠열 핀(430e)의 입구단 측으로 갈수록 기준 단면적이 점차 줄어드는 제1 구간과, 잠열 핀(430e)이 하우징(510e)과 맞닿는 영역에서 기준방향(D1)을 기준으로 가장 상류 측과 잠열 핀(430e)의 출구단 측의 사이에서 기준 단면적이 유지되는 제2 구간이 형성되게 마련될 수 있다. 제1 구간은 현열 핀(330e)의 출구단과 인접한 제2 지점(E2)으로부터 잠열 핀(430e)의 입구단이 위치한 제3 지점(E3)에 이르는 구간이고, 제2 구간은 제4 지점(E4)으로부터 제5 지점(E5)에 이르는 구간이다. 잠열 핀(430e)의 영역 중 하우징(510e)의 내측면과 맞닿는 영역은, 기준방향(D1)에 수직한 방향인 직교 방향에서 정의되는 핀의 폭을 기준으로, 제2 구간에 대응되는 부분에서의 폭이 일정하게 유지되게 마련될 수 있다.

도면을 참조하면, 잠열 열교환 영역은, 기준 단면적이 기준방향(D1)을 따라 갈수록 줄어드는 구간인 제2 지점(E2)으로부터 제4 지점(E4)에 이르는 구간 과, 기준 단면적이 일정하게 유지되는 구간인 제1 지점(E1)으로부터 제2 지점(E2)에 이르는 구간 및 제4 지점(E4)으로부터 제5 지점(E5) 에 이르는 구간을 가질 수 있다.

도 25는 본 발명의 제3 실시예의 제4 변형예에 따른 열교환기 유닛의 종단면도이다.

도 25를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예의 제4 변형예에 따른 열교환기 유닛은, 1열의 현열 열교환배관(320f)과 1열의 잠열 열교환배관(420f)을 포함한다. 현열 열교환배관(320f)이 포함하는 직선부는 6개로, 잠열 열교환배관(420f)이 포함하는 직선부는 6개로 구성되나, 그 개수가 이에 제한되지는 않는다.

제3 실시예의 제4 변형예에 따른 하우징(510f) 역시, 기준방향(D1)을 기준으로 가장 상류 측의 기준 단면적보다 가장 하류 측의 기준 단면적이 작아지게 마련될 수 있다.

하우징(510f)은, 현열 열교환 영역에서 연소가스가 유동하는 속도보다 잠열 열교환 영역에서 연소가스가 유동하는 속도가 증가하도록, 기준방향(D1)을 따라 기준 단면적이 점차 줄어드는 적어도 하나의 구간이 형성되게 마련될 수 있다. 기준 단면적이 줄어드는 구간이 배치됨에 따라 열교환기 유닛이 얻을 수 있는 효과는, 도 20에 대해 설명된 내용에 갈음한다.

하우징(510f)은, 현열 핀(330f)의 출구단 측에서 잠열 핀(430f)의 입구단 측으로 갈수록 기준 단면적이 점차 줄어들게 마련될 수 있다. 현열 핀(330f)의 출구단이 위치하는 제1 지점(F1)으로부터, 잠열 핀(430f)의 입구단이 위치하는 제2 지점(E2)까지 이르는 구간의 기준 단면적이, 기준방향(D1)을 따라 갈수록 점차 줄어들도록 하우징(510f)이 형성될 수 있다. 따라서 현열 핀(330f)의 출구단 측에서 잠열 핀(430f)의 입구단 측으로 갈수록 기준 단면적이 증가하지 않는다.

하우징(510f)은, 잠열 핀(430f)의 입구단이 위치하는 제2 지점(F2)으로부터 잠열 핀(430f)의 출구단까지 이르는 구간에서, 열교환 영역이 그 기준 단면적이 기준방향(D1)을 따라 갈수록 줄어드는 구간과 유지되는 구간만을 가지도록 마련될 수 있다. 잠열 핀(430f)의 입구단이 위치하는 제2 지점(F2)으로부터 제2 지점(F2)보다 하류측에 위치하는 제3 지점(F3)에 이르는 구간에서, 기준 단면적이 기준방향(D1)을 따라 갈수록 줄어들 수 있고, 제3 지점(F3)으로부터 잠열 핀(430f)의 출구단에 이르는 구간에서는 기준 단면적이 일정하게 유지됨으로써, 잠열 핀(430f)의 입구단이 위치한 제2 지점(F2)에서의 기준 단면적보다, 잠열 핀(430f)의 출구단에서의 기준 단면적이 더 작을 수 있다.

도면을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예의 제4 변형예에 따른 잠열 핀(430f)은, 그 가장 하류측 단부에, 뽀족부(4201f)를 구비할 수 있다. 뾰족부(4201f)는 기준방향(D1)을 따라 갈수록 기준방향(D1)에 수직한 직교 방향에서의 폭이 좁아져, 뾰족하게 형성되는 부분으로, 직교 방향을 따라 복수 개 구비될 수 있다. 뾰족부는, 연소가스의 상변화에 의해 잠열 핀(430f)에서 형성된 응축수가 모일 수 있도록, 상술한 형상을 가질 수 있다.

이와 같은 제3 실시예의 각 변형예에 따른 하우징의 구성에 대한 설명이, 본 발명의 다른 실시예 및 그 변형예에도 적용될 수 있다.

도 26은 본 발명의 제3 실시예에 따른 열교환기 유닛의 제2 일반측판(5114)을 제2 유로캡 플레이트(364)가 포함하는 유로캡들과 함께 도시한 도면이다. 도 27은 본 발명의 제3 실시예에 따른 열교환기 유닛의 제1 일반측판(5113)을 제1 유로캡 플레이트(363)가 포함하는 유로캡들과 함께 도시한 도면이다. 도 28은 본 발명의 제3 실시예에 따른 열교환기 유닛이 포함하는 전체 유로를 도시한 사시도이다.

도 26 내지 도 28을 이용하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 열교환기 유닛의 현열 열교환배관(320), 잠열 열교환배관(420) 및 유로캡 플레이트(363, 364)에 의해서 형성되는 유로에 대해서 설명한다. 각 유로가 지나가는 영역에 대한 이해의 편의를 돕기 위해, 도 28에서는 열교환기 유닛의 일반측판(5110)과 단열측판(5120) 및 핀을 제거한 상태에서, 각 유로캡 플레이트(363, 364)의 유로캡을 도시하지 않았다.

도 26은, 도 29의 제1 실시예의 다른 변형예를 이용하여 설명하면, 도 29의 제2 연결 유로캡 플레이트(72)로부터 H-H' 선을 따라 열교환기 유닛을 바라본 모습에 대응되는 본 발명의 제3 실시예의 제2 일반측판(5114)과 현열 열교환배관(320), 잠열 열교환배관(420), 현열 단열배관(3410, 3420)의 모습에, 제2 유로캡 플레이트(364)의 유로캡(3641, 3642, 3643, 3644, 3645)들을 점선으로 도시한 것이다. 동일한 방법으로 도 9를 설명하면, 도 29의 G-G'선을 따라 제1 연결 유로캡 플레이트(71)가 끼워지는 제1 메인 일반측판(5111)을 바라본 모습에 대응되는 본 발명의 제3 실시예의 제1 현열 일반측판(5111)과 현열 열교환배관(320), 잠열 열교환배관(420), 현열 단열배관(3410, 3420)의 모습에, 제1 유로캡 플레이트(363)의 유로캡(3631, 3632, 3633, 3634)들을 점선으로 도시한 것이다.

현열 직선부들은, 난방수가 유동하는 현열유로를 형성하고, 잠열 직선부(421, 422)들은 난방수가 유동하고 상기 현열유로에 연통되는 잠열유로를 형성할 수 있다. 이러한 현열유로는 적어도 일부 구간에서 직렬유로를 포함할 수 있고, 잠열유로는 적어도 일부 구간에서 병렬유로를 포함할 수 있다.

유로캡 플레이트(363, 364)는 상술한 바와 같이 제1 유로캡 플레이트(363)와 제2 유로캡 플레이트(364)를 포함할 수 있다. 제2 유로캡 플레이트(364)에는 제1 유로캡(3641), 제2 유로캡(3642), 제3 유로캡(3643), 제4 유로캡(3644) 및 제5 유로캡(3645)이 형성되고, 제1 유로캡 플레이트(363)에는 제6 유로캡(3631), 제 7 유로캡(3632), 제 8 유로캡(3633) 및 제 9 유로캡(3634)이 형성될 수 있다. 각 유로캡 플레이트(363, 364)에 형성되는 유로캡은, 열교환기 유닛의 외측을 향해 볼록한 형태로 형성되고, 현열 열교환배관(320)이 포함하는 직선부들 또는 잠열 열교환배관(420)이 포함하는 직선부들(421, 422)의 단부와 연통되어, 난방수가 내부에서 유동할 수 있도록 형성된다. 유로캡 플레이트(363, 364)의 유로캡이 일반측면(도 17의 5110)을 덮을 때 일반측면과 유로캡의 내부에 형성되는 공간에서, 난방수가 유동하는 것이다.

기준방향(D1)을 기준으로 제2 유로캡 플레이트(364)의 가장 하류측에 위치하는 제1 유로캡(3641)에는 난방수 공급구(3710)가 형성된다. 난방수 공급구(3710)를 통해서 난방수가 열교환기 유닛 내부로 유입된다. 유입된 난방수는 제1 유로캡(3641)에 일단이 연통된 하류 직선부(422)들을 통해서 유동한다. 따라서, 하류 직선부(422)들이 병렬 유로를 형성할 수 있다.

하류 직선부(422)을 통해서, 하류 직선부(422)의 타단이 연통된 제6 유로캡(3631)에 난방수가 도달한다. 제6 유로캡(3631)에는, 하류 직선부(422)의 타단과 상류 직선부(421)들의 일단이 연통된다. 따라서 난방수는 제6 유로캡(3631)에서 상류 직선부(421)들로 유입되어, 상류 직선부(421)들을 따라 유동한다. 따라서, 상류 직선부(421)들이 병렬 유로를 형성할 수 있다.

상류 직선부(421)들의 타단은 제2 유로캡(3642)에 연통되어, 상류 직선부(421)들을 따라 유동한 난방수를 제2 유로캡(3642)으로 전달한다. 제2 유로캡(3642)은 제1 현열 단열배관(3410)과 연통되어, 제1 현열 단열배관(3410)으로 난방수를 전달한다.

제1 현열 단열배관(3410)을 따라 이동한 난방수는, 제1 현열 단열배관(3410)이 연통된 제7 유로캡(3632)에 도달한다. 제7 유로캡(3632)으로부터 순서대로 배치되고 직렬로 연결될 수 있는 현열 직선부들을 따라서 지그재그 형태의 현열유로가 형성되는데, 난방수는 현열유로를 따라 제7 유로캡(3632)으로부터 제3 유로캡(3643)으로, 제3 유로캡(3643)으로부터 제8 유로캡(3633)으로, 제8 유로캡(3633)으로부터 제4 유로캡(3644)으로, 제4 유로캡(3644)으로부터 제9 유로캡(3634)으로 유동한다. 이러한 현열유로는, 본 발명의 제3 실시예와 같이 현열 단열배관(3410, 3420)들이 배치되는 경우, 현열 단열배관(3410, 3420)과 현열 열교환배관(320)이 포함하는 직선부들의 연결에 의해 구현될 수 있다.

제 9 유로캡(3634)은 제2 현열 단열배관(3420)과도 연통되어, 제2 현열 단열배관(3420)을 따라서 난방수가 유동해 제5 유로캡(3645)에 도달한다. 제5 유로캡(3645)은 난방수 배출구(3720)와 연통되어, 제2 현열 단열배관(3420)을 통해 전달된 난방수가 난방수 배출구(3720)를 통해 가열된 상태로 배출된다. 하류 직선부(422)의 타단과 상류 직선부(421)의 일단이 연통되어 난방수가 전달되고, 상류 직선부(421)의 타단과 현열유로의 타단이 연통되어 난방수가 전달되는 이러한 전체 유로가 도 28에 화살표로 도시되어 있다. 전체 유로를 따라가면서, 난방수가 가열되어 배출된다.

제4 실시예

도 30은 본 발명의 제4 실시예에 따른 물 가열기(3)의 사시도이다. 도 31는 본 발명의 제4 실시예에 따른 열교환기 유닛의 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 물 가열기(3)는, 버너조립체(10), 연소실(20) 및 열교환기 유닛을 포함한다. 본 발명의 제4 실시예들에서는, 도 30에 도시된 형태의 보일러를 중심으로 물 가열기(3)를 설명한다. 물 가열기(3)는 제1 내지 제3 실시예에서 설명된 콘덴싱 보일러(1, 2)와 동일하게, 콘덴싱 보일러(1, 2)일 수 있다. 본 발명의 제4 실시예에 따른 물 가열기(3)의 버너조립체(10) 및 연소실(20)은, 제1 내지 제3 실시예에서 설명된 콘덴싱 보일러(1, 2)의 버너조립체(10) 및 연소실(20)과 동일 또는 유사할 수 있다. 따라서 이에 대한 설명 중 상술한 내용과 동일한 부분은 주로 생략하고, 차이점이 있는 부분에 대해서만 후술한다.

열교환기 유닛

도 32은 본 발명의 제4 실시예에 따른 열교환기 유닛의 종단면도이다. 도 33는 본 발명의 제4 실시예에 따른 잠열 열교환배관(420g)의 종단면도이다. 도 34는 본 발명의 제4 실시예에 따른 현열 열교환배관(320g)의 종단면도이다.

열교환기 유닛은 연소반응의 산물을 이용해 물을 가열시키는 구성요소이다. 따라서 물이 흐름과 동시에 열을 전달받도록 열교환기 유닛이 마련된다.

열교환기 유닛은 현열 열교환부(300g)와 잠열 열교환부(400g)를 포함하고, 하우징(510g)을 더 포함할 수 있다. 현열 열교환부(300g)는 연소반응에 의해 생성된 현열을 물에 전달하여 물을 가열하는 구성요소이고, 잠열 열교환부(400g)는 연소반응에 의해 생성된 연소가스의 상변화시 발생하는 잠열을 물에 전달하여 물을 가열하는 구성요소이다.

하우징(510g)은 후술할 열교환 영역들을 둘러싸서, 자신의 내측에서 열교환 영역들을 정의하는 구성요소이다. 따라서 후술할 현열 열교환부(300g) 및 잠열 열교환부(400g)가 하우징(510g)의 내부에 수용될 수 있다.

하우징(510g)은 제2 기준방향(D2)으로 이격되어 서로 나란한 2개의 일반측판 부분과, 제1 기준방향(D1)과 제2 기준방향(D2)에 직교하는 제3 기준방향(D3)을 따라 이격되어 서로 나란한 2개의 단열측판 부분으로 구성되어, 직육면체 형태로 형성될 수 있다. 일반측판 부분과 단열측판 부분은, 서로 별물인 일반측판(5110g)과 단열측판(5120g)일 수도 있고, 각각 일체형의 하우징(510g)의 측판의 일부 영역일 수 있다. 본 발명의 명세서에서는 일반측판 부분과 단열측판 부분이, 서로 별물인 일반측판(5110g)과 단열측판(5120g)으로 구성되는 경우를 중심으로 설명한다. 또한 단열측판(5120g)이란, 외부로 전달되는 열량을 감소시켜 단열을 달성하는 측판이라는 의미가 아니라, 물이 흐름으로써 열교환기 유닛을 단열시키는 단열배관(340g)이 인접하게 더 배치될 수 있는 측판이라는 의미로 사용되었다.

일반측판(5110g)에는 유로캡 플레이트(363g)가 덮이면서 결합될 수 있다. 후술할 열교환배관(320g, 420g)들의 직선부(3200g, 4200g)들이 일반측판(5110g)을 관통하며 일반측판(5110g)에 결합될 수 있는데, 일반측판(5110g)과의 사이에서 물이 유동할 수 있는 유동공간을 형성하는 유로캡을 구비하는 유로캡 플레이트(363g)가 일반측판(5110g)에 결합될 수 있다. 따라서 서로 분절되어 배치될 수 있는 직선부(3200g, 4200g)들이 유로캡에 의해 연결되어, 후술할 일체의 현열유로 또는 잠열유로를 형성하고, 현열유로와 잠열유로가 서로 연결될 수 있다.

유로캡은 하나의 직선부(3200g, 4200g)의 입구와 다른 하나의 직선부(3200g, 4200g)의 출구가 연통되는 직렬유로를 형성하거나, 연결된 직선부(3200g, 4200g)의 입구와 출구가 공통되는 병렬유로를 형성할 수 있다. 여기서 입구란 물이 직선부(3200g, 4200g)로 유입되는, 직선부(3200g, 4200g)의 일단의 개구를 의미하며, 출구란 물이 직선부(3200g, 4200g)로부터 배출되는, 직선부(3200g, 4200g)의 타단의 개구를 의미한다.

제1 기준방향(D1)에 수직한 평면에서 정의되는 열교환 영역의 단면적을 기준 단면적이라 할 때, 하우징(510g)은, 제1 기준방향(D1)을 기준으로 가장 상류측의 기준 단면적보다 가장 하류측의 기준 단면적이 작아지게 마련될 수 있다. 따라서 하우징(510g)은 제1 기준방향(D1)을 따라 갈수록 기준 단면적이 점차 줄어들도록 형성되거나, 기준 단면적이 제1 기준방향(D1)을 따라 가면서 줄어드는 적어도 하나의 구간을 포함할 수 있다.

기준 단면적이 제1 기준방향(D1)을 따라 가면서 줄어듦에 따라, 연소가스의 유동속도가 증가하거나 감소하는 정도가 줄어들어, 잠열 열교환부(400g)에서 발생할 수 있는 응축수에 의한 유동 저해가 방지될 수 있고, 응축수가 원활하게 배출됨에 따라 잠열 열교환부(400g)의 열교환 효율이 증대될 수 있다. 응축수는 물 가열기(3)가 포함하는 응축수 받이를 통해 배출되고, 남은 연소가스는 덕트를 통해 후처리되어 배출될 수 있다.

현열 열교환배관(320g)은 현열 핀(330g)을, 잠열 열교환배관(420g)은 잠열 핀(430g)을 관통할 수 있다. 현열 핀(330g)과 잠열 핀(430g)은, 각각의 열교환배관(320g, 420g)들이 보다 효율적으로 열교환할 수 있도록 연소가스 또는 복사열과 접촉하는 면적을 증가시키는 역할을 하는 구성요소로, 제2 기준방향(D2)에 수직한 판체로 형성될 수 있다. 각 핀에는 연소가스가 유동하는 방향과 위치를 변경할 수 있는 루버가 더 형성될 수 있다.

이러한 현열 핀(330g)이 복수로 구성될 수 있는데, 도 31에서는 제2 기준방향(D2)을 기준으로 현열 열교환배관(320g)이 포함하는 현열 직선부(3200g)의 양단과 인접하게 현열 핀(330g)들이 배치되는 것으로 도시하였으나, 현열 직선부(3200g)의 양단과 인접한 영역 이외의 영역에도 현열 핀(330g)이 배치될 수 있다. 이러한 설명은 잠열 핀(430g) 및 잠열 열교환배관(420g)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.

현열 열교환부(300g)는 연소반응에 의해 생성된 현열을 전달받아 물을 가열하기 위한 현열 열교환 영역에 배치된다. 현열 열교환부(300g)는 물을 공급받아 내부를 통해 유동시킴으로써 물이 유동하는 현열유로를 형성하는 현열 열교환배관(320g)을 구비한다. 현열 열교환배관(320g)은 내부를 통해서는 물을 유동시킴과 동시에 외부에서는 버너조립체(10)의 연소반응에 의해 발생한 현열에 노출되어, 물이 가열될 수 있도록 마련될 수 있다.

잠열 열교환부(400g)는 상기 연소가스의 상변화시 발생하는 잠열을 전달받아 물을 가열하기 위한 잠열 열교환 영역에 배치된다. 잠열 열교환 영역은 연소반응 중에 생성된 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향(D1)을 기준으로 현열 열교환 영역보다 하류에 위치한다. 잠열 열교환부(400g)는 물을 공급받아 내부를 통해 유동시키는 잠열 열교환배관(420g)을 구비한다.

잠열 열교환배관(420g)은, 제2 기준방향(D2)을 따라 연장되고, 제3 기준방향(D3)을 따라 서로 이격되게 나열되되, 물이 유동하고 현열유로에 연통되는 잠열유로를 형성하는 복수 개의 잠열 직선부(4200g)를 포함한다. 잠열 직선부(4200g)들은 상술한 유로캡에 의해 연결되어, 물이 유동하는 잠열유로를 형성할 수 있다. 이러한 잠열유로는 적어도 일부 구간에서 병렬유로를 포함할 수 있다.

현열 열교환배관(320g)은, 제3 기준방향(D3)을 따라 서로 이격되게 나열되고, 제2 기준방향(D2)을 따라 연장되되, 물이 유동하고 현열유로를 형성하는 복수 개의 현열 직선부(3200g)를 포함할 수 있다. 현열 직선부(3200g)들은 상술한 유로캡에 의해 연결되어, 물이 유동하는 현열유로를 형성할 수 있다. 이러한 현열유로는 적어도 일부 구간에서 직렬유로를 포함할 수 있다.

잠열 열교환 영역에서, 제1 기준방향(D1)을 기준으로 각각 동일한 위치에 있는 잠열 직선부(4200g)들이 배치되는 복수의 층이 형성될 수 있다. 도면에서는 2개의 층이 형성되는 것으로 잠열 열교환부(400g)를 도시하였으나, 그 층의 개수가 이에 제한되지는 않는다. 잠열 열교환배관(420g)을 복수의 층으로 형성함에 따라, 잠열 열교환배관(420g)의 총 전열면적을 극대화할 수 있어서, 잠열 열교환부(400g)에서 효율적으로 열교환이 일어날 수 있다. 여기서 전열면적이란, 열교환이 일어날 수 있는 각 열교환배관(320g, 420g)의 표면적을 의미한다.

각 직선부(3200g, 4200g)는 관체형으로 형성되므로, 내측면(3220g, 4220g)에 의해 정의되며 물이 유동할 수 있는 내부공간(3210g, 4210g)과, 연소가스와 접촉할 수 있는 외측면(3230g, 4230g)을 구비한다. 직선부(3200g, 4200g)의 내측면(3220g, 4220g)과 외측면(3230g, 4230g)의 형상은 서로 상이하게 형성될 수도 있으나, 본 발명의 제4 실시예에 따른 각 직선부(3200g, 4200g)를 설명함에 있어서는, 제2 기준방향(D2)에 수직한 평면으로 각 직선부(3200g, 4200g)를 자른 단면에서, 그 두께가 대체로 균일하게 형성되도록 내측면(3220g, 4220g)과 외측면(3230g, 4230g)의 형상이 서로 대응되게 형성되는 것으로 상정한다. 이하 제2 기준방향(D2)에 수직한 평면으로 각 직선부(3200g, 4200g)를 자른 단면을 기준 단면이라 하자.

잠열 직선부(4200g)의 내부공간(4210g)은, 제3 기준방향(D3)에 따른 폭(W1)이 제1 기준방향(D1)에 따른 길이(L1)보다 작도록 납작하게 형성된다. 잠열 직선부(4200g)가 납작하게 형성된다는 말은, 직선부(3200g, 4200g)의 내부공간(3210g, 4210g)에 대해, 제3 기준방향(D3)에 따른 폭을 제1 기준방향(D1)에 따른 길이로 나눈 값을 종단비라고 할 때, 잠열 직선부(4200g)의 종단비가 1보다 작게 형성된다는 의미이다. 한편, 현열 직선부(3200g)의 내부공간(3210g) 역시 제3 기준방향(D3)에 따른 폭(W2)이 제1 기준방향(D1)에 따른 길이(L2)보다 작도록 납작하게 형성될 수 있다.

잠열 직선부(4200g)의 종단비는, 현열 직선부(3200g)의 종단비보다 작게 형성될 수 있다. 따라서 현열 직선부(3200g)보다 잠열 직선부(4200g)가 더 납작하게 형성될 수 있다. 구체적으로, 잠열 직선부(4200g)의 종단비는, 0.05 이상 0.3 이하일 수 있다. 현열 직선부(3200g)의 종단비는, 0.15 이상 0.5 이하일 수 있다.

기준단면에서 직선부(3200g, 4200g)의 내부공간(3210g, 4210g)의 둘레의 길이를 직선부(3200g, 4200g)의 내부치수라고 할 때, 잠열 직선부(4200g)의 내부치수는, 현열 직선부(3200g)의 내부치수보다 작을 수 있다. 내부치수에 대응되는 직선부(3200g, 4200g)의 총 길이를 곱하면, 해당 열교환배관(320g, 420g)이 가지는 총 전열면적을 얻을 수 있다. 이러한 종단비와 내부치수 관계에 의해, 현열 열교환배관(320g)에서는 보다 적은 압력강하가 일어나고, 비등소음이 발생하는 문제와, 석회(lime)가 석출되는 문제가 감소한다. 반면 현열 열교환 영역에 비해 더 작은 크기를 잠열 열교환 영역이 가진다 하더라도, 잠열 열교환배관(420g)은 현열 직선부(3200g)보다 더 작은 내부치수의 잠열 직선부(4200g)를 가져, 잠열 열교환 영역이 여유있는 크기로 형성되지 않아도, 다수의 잠열 직선부(4200g)가 배치될 수 있다. 이에 따라 잠열 열교환부(400g)는 충분한 잠열 직선부(4200g)의 총 길이를 확보하여, 열교환하기에 충분한 총 전열면적을 확보할 수 있다.

기준단면에서, 직선부(3200g, 4200g)의 외측면(3230g, 4230g)의 둘레의 길이를 직선부(3200g, 4200g)의 외부치수라고 하고, 제1 기준방향(D1)을 기준으로 직선부(3200g, 4200g)의 가장 상류측(214, 314)으로부터 직선부(3200g, 4200g)에 대한 상기 연소가스의 박리점(separation point, 3250g, 4250g)까지의 상기 직선부(3200g, 4200g)의 외측면(3230g, 4230g)의 둘레의 길이를 접촉길이라고 하자.

여기서 박리점(3250g, 4250g)이란, 직선부(3200g, 4200g)의 외측면(3230g, 4230g)에서 제3 기준방향(D3)을 따라 연소가스의 속도의 변화율이 0인 지점이다. 즉, 직선부(3200g, 4200g)의 표면인 외측면(3230g, 4230g)을 따라 흐르면서 직선부(3200g, 4200g)의 외측면(3230g, 4230g)에 전단응력을 발생시키던 연소가스가 유동 박리를 일으키면서 직선부(3200g, 4200g)의 외측면(3230g, 4230g)으로부터 떨어져 나가는 지점이 박리점(3250g, 4250g)이다.

직선부(3200g, 4200g)의 외측면(3230g, 4230g)과 인접하게 위치하여 유동하던 연소가스는 박리점(3250g, 4250g) 이후 소용돌이 형태의 후류(wake)가 되어, 직선부(3200g, 4200g)에 유효하게 열을 전달하지 못한다. 직선부(3200g, 4200g)의 외측면(3230g, 4230g)으로부터 연소가스가 떨어져 나간 상태이기 때문이다. 따라서 접촉길이는, 직선부(3200g, 4200g)의 외측면(3230g, 4230g)의 둘레의 길이 중 연소가스로부터 유효하게 열을 전달받을 수 있는 길이범위를 의미한다.

잠열 직선부(4200g)의 접촉길이를 잠열 직선부(4200g)의 외부치수로 나눈 값은, 현열 직선부(3200g)의 접촉길이를 현열 직선부(3200g)의 외부치수로 나눈 값보다 클 수 있다. 잠열 직선부(4200g)와 현열 직선부(3200g)가 동일한 외부치수를 가지고 있다고 할 때, 현열 직선부(3200g)의 접촉길이보다 더 큰 접촉길이를 가질 수 있는 형태로, 잠열 직선부(4200g)가 형성되는 것이다. 이러한 형상을 잠열 직선부(4200g)가 가져, 잠열 직선부(4200g)가 연소가스로부터 전달받을 수 있는 열량을 극대화 할 수 있다.

기준단면에서, 제1 기준방향(D1)을 기준으로 직선부(3200g, 4200g)의 내부공간(3210g, 4210g)의 상류측과 하류측에 각각 인접한 영역인 내부 상류부(3211g, 4211g)와 내부 하류부(3213g, 4213g)는, 소정의 곡률반경을 가지는 부채꼴의 적어도 일부의 형상으로 형성될 수 있다. 제3 기준방향(D3)을 기준으로 직선부(3200g, 4200g)의 내부공간(3210g, 4210g)의 양측인 한 쌍의 내부 측부(3212g, 4212g)는, 내부 상류부(3211g, 4211g) 및 내부 하류부(3213g, 4213g)의 소정의 곡률반경과 다른 곡률반경을 가지는 부채꼴의 적어도 일부의 형상으로 형성될 수 있다. 현열 직선부(3200g)의 한 쌍의 내부 측부(3212g)는 서로 동일한 형상을 가지되, 제1 기준방향(D1)과 나란한 직선을 기준으로 서로 선대칭되는 형상으로 형성될 수 있다. 잠열 직선부(4200g)의 한 쌍의 내부 측부(4212g) 역시 서로 동일한 형상을 가지되, 제1 기준방향(D1)과 나란한 직선을 기준으로 서로 선대칭되는 형상으로 형성될 수 있다.

즉 내부 상류부(3211g, 4211g) 및 내부 하류부(3213g, 4213g)를 정의하는 직선부(3200g, 4200g)의 내측면 중 곡면(3221g, 3223g, 4212g, 4223g)의 프로파일이, 기준단면에서 소정의 곡률반경을 가지는 호의 형상으로 형성될 수 있다. 내부 상류부(3211g, 4211g)와 내부 하류부(3213g, 4213g)의 형상은 본 발명의 제4 실시예에서 서로 같지만 선대칭되게 형성되는 것으로 도시되었으나, 서로 다를 수도 있다. 내부 측부(3212g, 4212g)를 형성하는 직선부(3200g, 4200g)의 내측면 중 곡면(3222g, 4222g)의 프로파일이, 기준단면에서 내부 상류부(3211g, 4211g) 및 내부 하류부(3213g, 4213g)의 소정의 곡률반경과 다른 곡률반경을 가지는 호의 형태로 형성될 수 있다.

내부 측부(3212g, 4212g)가 가지는 곡률반경이, 내부 상류부(3211g, 4211g) 및 내부 하류부(3213g, 4213g)가 가지는 곡률반경보다 클 수 있다. 내부 측부(3212g, 4212g)가 가지는 곡률반경은 무한대로 형성되어, 내부 측부(3212g, 4212g)를 구성하는 직선부(3200g, 4200g)의 내측면의 일부(3222g, 4222g)의 기준단면에서의 프로파일이 제1 기준방향(D1)과 나란한 직선으로 형성될 수 있다.

기준단면에서, 제1 기준방향(D1)을 기준으로 내부 상류부(3211g, 4211g)의 가장 상류측(2114, 3114)으로부터 내부 하류부(3213g, 4213g)와 내부 측부(3212g, 4212g)가 만나는 개소(3215g, 4215g)까지의 길이를 유효전열길이라고 하자. 즉 내부 상류부(3211g, 4211g)의 가장 상류측(3214g, 4214g)으로부터, 직선부(3200g, 4200g)의 내측면(3220g, 4220g)의 하류측 영역 중 변곡점에 해당하는 위치까지의 내측면(3220g, 4220g)의 둘레가 유효전열길이가 될 수 있다. 이러한 변곡점은 박리점(3250g, 4250g)과 일치할 수도 있으나, 상이할 수도 있다.

잠열 직선부(4200g)의 유효전열길이를 잠열 직선부(4200g)의 내부치수로 나눈 값은, 현열 직선부(3200g)의 유효전열길이를 현열 직선부(3200g)의 내부치수로 나눈 값보다 클 수 있다. 잠열 직선부(4200g)와 현열 직선부(3200g)가 동일한 내부치수를 가지고 있다고 할 때, 현열 직선부(3200g)의 유효전열길이보다 더 큰 유효전열길이를 가질 수 있는 형태로, 잠열 직선부(4200g)가 형성되는 것이다. 이러한 형상을 잠열 직선부(4200g)가 가져, 잠열 직선부(4200g)가 연소가스로부터 전달받을 수 있는 열량을 극대화 할 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에서 설명된 직선부(3200g, 4200g)들의 형상은, 본 발명의 다른 실시예 및 그 변형예들에서도 동일하게 사용될 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1, 2 : 콘덴싱 보일러
3 : 물 가열기
10 : 버너조립체
11 : 버너
12 : 믹스 챔버
20 : 연소실
21 : 연소실의 측벽
22 : 내부공간
24 : 연소실 단열부
30, 60, 81 : 현열 열교환기
31 : 현열 열교환기 케이스
32, 62, 95, 320g : 현열 열교환배관
33, 63, 330g : 현열 핀
34, 64 : 현열 단열배관
40, 82 : 잠열 열교환기
41 : 잠열 열교환기 케이스
42, 420g : 잠열 열교환배관
43, 430, 430g : 잠열 핀
51 : 메인 케이스
52 : 배기 덕트
53 : 응축수 배출구
54 : 송풍기
55 : 응축수 받이
71 : 제1 연결 유로캡 플레이트
72 : 제2 연결 유로캡 플레이트
90 : 유로캡 플레이트
211 : 연소실의 일반측판
212 : 연소실의 단열측판
300, 300g : 현열 열교환부
311, 611 : 현열 열교환기 케이스의 일반측판
312, 612 : 현열 열교환기 케이스의 단열측판
321 : 제1 외측 직선부
322 : 제2 외측 직선부
323, 324 : 중간 직선부
331, 631 : 루버홀
332 : 오목부
333 : 돌출부
334 : 골
340g : 단열배관
341 : 제1 현열 단열배관
342 : 제2 현열 단열배관
361 : 제1 유로캡 플레이트
362 : 제2 유로캡 플레이트
363g : 유로캡 플레이트
371, 3710, 7211 : 난방수 공급구
372, 3720, 7251 : 난방수 배출구
400, 400g : 잠열 열교환부
411 : 잠열 열교환기 케이스의 일반측판
412 : 잠열 열교환기 케이스의 단열측판
420 : 잠열 직선부
421 : 상류 직선부
422 : 하류 직선부
431 : 상류 핀
432 : 하류 핀
510, 510g : 하우징
511 : 메인 일반측판
512 : 메인 단열측판
711 : 잠열 유로캡
712, 713, 714, 723, 724 : 현열 유로캡
722 : 연결 유로캡
821 : 제1 잠열 열교환기
822 : 제2 잠열 열교환기
922 : 경사부
3111 : 제1 현열 일반측판
3112 : 제2 현열 일반측판
3200g : 현열 직선부
3210g, 4210g : 내부공간
3220g, 4220g : 직선부의 내측면
3230g, 4230g : 직선부의 외측면
3250g, 4250g : 박리점
3211g, 4211g : 내부 상류부
3212g, 4212g : 내부 측부
3213g, 4213g : 내부 하류부
3311, 6311 : 제1 루버홀
3312, 6312 : 제2 루버홀
3611 : 제1 유로캡
3612 : 제2 유로캡
3621, 721 : 입구 유로캡
3622, 725 : 출구 유로캡
3623 : 중간 유로캡
4111 : 제1 잠열 일반측판
4112 : 제2 잠열 일반측판
4200g : 잠열 직선부
5110, 5110g : 일반측판
5111 : 제1 메인 일반측판
5112 : 제2 메인 일반측판
5120, 5120g : 단열측판
D1 : 제1 기준방향
D2 : 제2 기준방향
D3 : 제3 기준방향

Claims (13)

1. 연소반응에 의해 생성된 현열을 전달받아 물을 가열하기 위한 현열 열교환 영역에 배치되되, 상기 물을 공급받아 내부를 통해 유동시킴으로써 상기 물이 유동하는 현열유로를 형성하는 현열 열교환배관을 구비하는 현열 열교환부; 및
   상기 연소반응 중에 생성된 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향을 기준으로 상기 현열 열교환 영역보다 하류에 위치하고, 상기 연소가스의 상변화시 발생하는 잠열을 전달받아 상기 물을 가열하기 위한 잠열 열교환 영역에 배치되되, 상기 물을 공급받아 내부를 통해 유동시키는 잠열 열교환배관을 구비하는 잠열 열교환부를 포함하고,
   상기 잠열 열교환배관은, 상기 제1 기준방향에 직교하는 제2 기준방향을 따라 연장되고, 상기 제1 기준방향과 상기 제2 기준방향에 직교하는 제3 기준방향을 따라 서로 이격되게 나열되되, 상기 물이 유동하고 상기 현열유로에 연통되는 잠열유로를 형성하는 복수 개의 잠열 직선부를 포함하고,
   상기 현열 열교환배관은, 상기 제3 기준방향을 따라 서로 이격되게 나열되고, 상기 제2 기준방향을 따라 연장되되, 상기 물이 유동하고 상기 현열유로를 형성하는 복수 개의 현열 직선부를 포함하고,
   상기 잠열 직선부의 내부공간은, 상기 제3 기준방향에 따른 폭이 상기 제1 기준방향에 따른 길이보다 작도록 납작하게 형성되고,
   상기 직선부의 내부공간에 대해, 상기 제3 기준방향에 따른 폭을 상기 제1 기준방향에 따른 길이로 나눈 값을 종단비라고 할 때,
   상기 잠열 직선부의 종단비는, 상기 현열 직선부의 종단비보다 작고,
   상기 제2 기준방향에 수직한 평면으로 상기 직선부를 자른 단면에서, 상기 제1 기준방향을 기준으로 상기 직선부의 내부공간의 가장 상류측과 가장 하류측에 각각 인접한 영역인 내부 상류부와 내부 하류부는 소정의 곡률반경을 가지는 부채꼴의 적어도 일부의 형상으로 형성되며, 상기 제3 기준방향을 기준으로 상기 직선부의 내부공간의 양측인 한 쌍의 내부 측부는 상기 소정의 곡률반경과 다른 곡률반경을 가지는 부채꼴의 적어도 일부의 형상으로 형성되는, 열교환기 유닛.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 기준방향에 수직한 평면으로 상기 직선부를 자른 단면에서, 상기 직선부의 내부공간의 둘레의 길이를 상기 직선부의 내부치수라고 할 때,
   상기 잠열 직선부의 내부치수는, 상기 현열 직선부의 내부치수보다 작은, 열교환기 유닛.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2 기준방향에 수직한 평면으로 상기 직선부를 자른 단면에서, 상기 직선부의 둘레의 길이를 상기 직선부의 외부치수라고 하고,
   상기 제2 기준방향에 수직한 평면으로 상기 직선부를 자른 단면에서, 상기 제1 기준방향을 기준으로 상기 직선부의 가장 상류측으로부터 상기 직선부에 대한 상기 연소가스의 박리점(separation point)까지의 상기 직선부의 둘레의 길이를 접촉길이라고 할 때,
   상기 잠열 직선부의 접촉길이를 상기 잠열 직선부의 외부치수로 나눈 값은, 상기 현열 직선부의 접촉길이를 상기 현열 직선부의 외부치수로 나눈 값보다 크고,
   상기 박리점은, 상기 직선부의 표면에서 상기 제3 기준방향을 따라 상기 연소가스의 속도의 변화율이 0인 지점인, 열교환기 유닛.
6. 제1항에 있어서,
   상기 단면에서, 상기 제1 기준방향을 기준으로 상기 내부 상류부의 가장 상류측으로부터 상기 내부 하류부와 상기 내부 측부가 만나는 개소까지의 길이를 유효전열길이라고 할 때,
   상기 잠열 직선부의 유효전열길이를 상기 잠열 직선부의 내부치수로 나눈 값은, 상기 현열 직선부의 유효전열길이를 상기 현열 직선부의 내부치수로 나눈 값보다 큰, 열교환기 유닛.
7. 제6항에 있어서,
   상기 잠열 직선부의 내부 측부의 곡률반경은, 무한대인, 열교환기 유닛.
8. 제1항에 있어서,
   상기 잠열 직선부의 내부공간에 대해, 상기 제3 기준방향에 따른 폭을 상기 제1 기준방향에 따른 길이로 나눈 값을 종단비라고 할 때,
   상기 잠열 직선부의 종단비는, 0.05 이상 0.3 이하인, 열교환기 유닛.
9. 제1항에 있어서,
   상기 열교환 영역들을 둘러싸서, 자신의 내측에서 상기 열교환 영역들을 정의하는 하우징을 더 포함하고,
   상기 제1 기준방향에 수직한 평면에서 정의되는 상기 열교환 영역의 단면적을 기준 단면적이라 할 때,
   상기 하우징은, 상기 제1 기준방향을 기준으로 가장 상류측의 기준 단면적보다 가장 하류측의 기준 단면적이 작아지게 마련되는, 열교환기 유닛.
10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 잠열 직선부들은, 상기 제1 기준방향을 기준으로 각각 동일한 위치에 있는 잠열 직선부들이 배치되는 복수의 층을 형성하는, 열교환기 유닛.
11. 제1항에 있어서,
    상기 잠열유로는, 적어도 일부 구간에서 병렬유로를 포함하는, 열교환기 유닛.
12. 삭제
13. 연소반응을 일으키는 버너조립체;
    상기 연소반응 중에 생성된 연소가스의 유동방향인 제1 기준방향을 기준으로 상기 버너조립체보다 하류에 위치하고, 내부에 상기 연소반응에 의한 화염이 위치하는 연소실; 및
    상기 연소반응에 의해 생성된 현열과 연소가스를 전달받아 물을 가열하는 열교환기 유닛을 포함하고,
    상기 열교환기 유닛은,
    상기 연소반응에 의해 생성된 현열을 전달받아 물을 가열하기 위한 현열 열교환 영역에 배치되되, 상기 물을 공급받아 내부를 통해 유동시키는 현열 열교환배관을 구비하는 현열 열교환부; 및
    상기 제1 기준방향을 기준으로 상기 현열 열교환 영역보다 하류에 위치하고, 상기 연소가스의 상변화시 발생하는 잠열을 전달받아 상기 물을 가열하기 위한 잠열 열교환 영역에 배치되되, 상기 물을 공급받아 내부를 통해 유동시키는 잠열 열교환배관을 구비하는 잠열 열교환부를 포함하고,
    상기 잠열 열교환배관은, 상기 제1 기준방향에 직교하는 제2 기준방향을 따라 연장되고, 상기 제1 기준방향과 상기 제2 기준방향에 직교하는 제3 기준방향을 따라 서로 이격되게 나열되되, 상기 물이 유동하고 상기 현열 열교환배관에 연통되는 잠열유로를 형성하는 복수 개의 잠열 직선부를 포함하고,
    상기 현열 열교환배관은, 상기 제3 기준방향을 따라 서로 이격되게 나열되고, 상기 제2 기준방향을 따라 연장되되, 상기 물이 유동하는 복수 개의 현열 직선부를 포함하고,
    상기 현열 직선부의 내부공간과 상기 잠열 직선부의 내부공간은, 상기 제3 기준방향에 따른 폭이 상기 제1 기준방향에 따른 길이보다 작도록 납작하게 형성되고,
    상기 직선부의 내부공간에 대해, 상기 제3 기준방향에 따른 폭을 상기 제1 기준방향에 따른 길이로 나눈 값을 종단비라고 할 때,
    상기 잠열 직선부의 종단비는, 상기 현열 직선부의 종단비보다 작고,
    상기 제2 기준방향에 수직한 평면으로 상기 직선부를 자른 단면에서, 상기 제1 기준방향을 기준으로 상기 직선부의 내부공간의 가장 상류측과 가장 하류측에 각각 인접한 영역인 내부 상류부와 내부 하류부는 소정의 곡률반경을 가지는 부채꼴의 적어도 일부의 형상으로 형성되며, 상기 제3 기준방향을 기준으로 상기 직선부의 내부공간의 양측인 한 쌍의 내부 측부는 상기 소정의 곡률반경과 다른 곡률반경을 가지는 부채꼴의 적어도 일부의 형상으로 형성되는, 콘덴싱 보일러.
    
    
    

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