KR102658283B1 - 가습된 공기를 제공받는 물 가열기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 물 가열기는, 공기와 연료로부터 연소반응을 일으키게 마련되는 버너를 포함하고, 상기 연소반응에 의해 생성된 열을 이용해 가열수를 생성하도록 마련되는 가열부; 및 상기 연소반응에 의해 생성되어 상기 가열부로부터 배출되는 연소가스를 이용해 물을 증발시킴으로써 수증기를 생성하고, 상기 수증기를 상기 공기와 함께 상기 버너로 제공하도록 마련되는 가습부를 포함한다.

Description

가습된 공기를 제공받는 물 가열기 {WATER HEATING APPARATUS WITH HUMIDIFIED AIR SUPPLY}
본 발명은 가습된 공기를 제공받는 물 가열기에 관한 것이다.
데워진 물을 배수하거나 난방에 사용하기 위해 물을 가열하는 물 가열기는, 일반적으로 연소반응을 발생시키고, 연소반응으로부터 발생하는 열을 물에 전달하여 소기의 목적을 달성한다. 물이 가열되어 생성된 가열수는 난방을 위해 제공되거나, 수요처로 배출되어 사용될 수 있다.
연소반응을 발생시키기 위해 물 가열기는 버너를 가진다. 버너는 유입된 연료와 공기를 점화시켜 연소시킴으로써 연소반응을 일으킬 수 있다. 효율적인 연소를 위해서는 제공되는 공기에 적절한 온도와 습도를 제공하는 것이 필요하다. 적절한 온도와 습도를 가지는 공기를 버너에 급기할 경우, 질소산화물(NOx)의 발생이 저감될 수 있다. 보일러에 대한 대기오염물질 배출기준이 갈수록 강화되는 상황에서, 질소산화물 발생량의 저감은 매우 중요한 문제이다.
일반적으로 물 가열기에는 외부의 공기를 바로 급기하는데, 외부로부터 바로 급기된 공기는 충분한 습도를 포함하지 않거나, 계절 및 주야의 차이에 따라 일정한 습도를 유지하지 못할 수 있다.
본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 가습된 공기를 제공받는 물 가열기를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 물 가열기는, 공기와 연료로부터 연소반응을 일으키게 마련되는 버너를 포함하고, 상기 연소반응에 의해 생성된 열을 이용해 가열수를 생성하도록 마련되는 가열부; 및 상기 연소반응에 의해 생성되어 상기 가열부로부터 배출되는 연소가스를 이용해 물을 증발시킴으로써 수증기를 생성하고, 상기 수증기를 상기 공기와 함께 상기 버너로 제공하도록 마련되는 가습부를 포함하고, 상기 가습부는: 상기 연소가스가 통과하는 공간을 제공하는 건채널; 상기 물이 분사되고 분사된 물이 증발하여 상기 수증기가 생성되고 상기 공기가 통과하는 공간을 제공하는 습채널; 상기 습채널과 상기 건채널을 물질의 출입이 가능하지 않도록 구분하는 격판; 메인 건채널과 메인 습채널을 포함하는 가습몸체; 상기 가열부로부터 배출되는 상기 연소가스를 상기 메인 건채널로 안내하도록 마련되는 제1 유로가이드 건채널과, 상기 메인 습채널로부터 배출되는 상기 공기와 상기 수증기를 상기 버너로 안내하도록 마련되는 제1 유로가이드 습채널을 구비하는 제1 유로가이드부; 및 상기 가습부의 외부로부터 공급되는 상기 공기를 상기 메인 습채널로 안내하도록 마련되는 제2 유로가이드 습채널과, 상기 메인 건채널로부터 배출되는 상기 연소가스를 상기 연소가스의 배출을 위한 덕트로 안내하도록 마련되는 제2 유로가이드 건채널을 구비하는 제2 유로가이드부를 포함하고, 상기 건채널은, 상기 제1 유로가이드 건채널, 상기 메인 건채널 및 상기 제2 유로가이드 건채널이 순서대로 연결되어 형성되고, 상기 습채널은, 상기 제2 유로가이드 습채널, 상기 메인 습채널 및 상기 제1 유로가이드 습채널이 순서대로 연결되어 형성되고, 상기 제1 유로가이드 건채널의 출구와 상기 제1 유로가이드 습채널의 입구는 상기 제1 유로가이드의 측면들 중 상기 가습몸체와 연결되는 면인 제1 몸체면에 같이 배치되되, 상기 제1 유로가이드 건채널의 입구와 상기 제1 유로가이드 습채널의 출구는 상기 제1 유로가이드의 측면들 중 상기 제1 몸체면과 상이한 2개의 면에 각각 배치되고, 상기 제2 유로가이드 건채널의 입구와 상기 제2 유로가이드 습채널의 출구는 상기 제2 유로가이드의 측면들 중 상기 가습몸체와 연결되는 면인 제2 몸체면에 같이 배치되되, 상기 제2 유로가이드 건채널의 출구와 상기 제2 유로가이드 습채널의 입구는 상기 제2 유로가이드의 측면들 중 상기 제2 몸체면과 상이한 2개의 면에 각각 배치된다.
본 발명의 실시예에 따른 물 가열기는, 공기와 연료로부터 연소반응을 일으키게 마련되는 버너와, 상기 연소반응에 의해 생성된 연소가스로부터 현열 및 잠열을 전달받아 물을 가열해 난방수를 형성하도록 마련되는 난방수 열교환기와, 상기 난방수와 직수를 열교환하여 온수를 생성하도록 마련되는 온수 열교환기를 포함하는 가열부; 상기 연소가스를 이용해 물을 증발시킴으로써 수증기를 생성하고, 상기 공기가 통과하도록 마련되는 가습부; 상기 연소가스의 응축에 의해 생성되는 응축수가 배출되도록 마련되는 배수배관; 상기 가습부에서 생성된 수증기와 함께 상기 가습부를 통과한 공기를 상기 버너로 제공하도록 상기 가습부와 상기 가열부를 연결하는 급기배관; 및 상기 연소가스가 상기 가습부로 전달되도록 상기 가습부와 상기 가열부를 연결하는 중간배관를 포함하고, 상기 가습부는: 상기 연소가스가 통과하는 공간을 제공하는 건채널; 상기 물이 분사되고 분사된 물이 증발하여 상기 수증기가 생성되고 상기 공기가 통과하는 공간을 제공하는 습채널; 상기 습채널과 상기 건채널을 물질의 출입이 가능하지 않도록 구분하는 격판; 메인 건채널과 메인 습채널을 포함하는 가습몸체; 상기 가열부로부터 배출되는 상기 연소가스를 상기 메인 건채널로 안내하도록 마련되는 제1 유로가이드 건채널과, 상기 메인 습채널로부터 배출되는 상기 공기와 상기 수증기를 상기 버너로 안내하도록 마련되는 제1 유로가이드 습채널을 구비하는 제1 유로가이드부; 및 상기 가습부의 외부로부터 공급되는 상기 공기를 상기 메인 습채널로 안내하도록 마련되는 제2 유로가이드 습채널과, 상기 메인 건채널로부터 배출되는 상기 연소가스를 상기 연소가스의 배출을 위한 덕트로 안내하도록 마련되는 제2 유로가이드 건채널을 구비하는 제2 유로가이드부를 포함하고, 상기 건채널은, 상기 제1 유로가이드 건채널, 상기 메인 건채널 및 상기 제2 유로가이드 건채널이 순서대로 연결되어 형성되고, 상기 습채널은, 상기 제2 유로가이드 습채널, 상기 메인 습채널 및 상기 제1 유로가이드 습채널이 순서대로 연결되어 형성되고, 상기 제1 유로가이드 건채널의 출구와 상기 제1 유로가이드 습채널의 입구는 상기 제1 유로가이드의 측면들 중 상기 가습몸체와 연결되는 면인 제1 몸체면에 같이 배치되되, 상기 제1 유로가이드 건채널의 입구와 상기 제1 유로가이드 습채널의 출구는 상기 제1 유로가이드의 측면들 중 상기 제1 몸체면과 상이한 2개의 면에 각각 배치되고, 상기 제2 유로가이드 건채널의 입구와 상기 제2 유로가이드 습채널의 출구는 상기 제2 유로가이드의 측면들 중 상기 가습몸체와 연결되는 면인 제2 몸체면에 같이 배치되되, 상기 제2 유로가이드 건채널의 출구와 상기 제2 유로가이드 습채널의 입구는 상기 제2 유로가이드의 측면들 중 상기 제2 몸체면과 상이한 2개의 면에 각각 배치된다.
이에 따라, 가습된 공기가 버너로 제공되어, 물 가열기로부터 발생하는 질소산화물의 양이 저감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기의 가습부를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 가습부를 다른 각도에서 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기의 가습부를 상측에서 하방으로 바라본 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기의 가습부를 하측에서 상방으로 바라본 모습을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기의 가습부와 가습부에 연결된 부분들에서 일어나는 유동을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기의 가습부의 습채널과 건채널에서의 유동을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 물 가열기의 개념도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가습부를 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가습부에서 일어나는 유동을 개념적으로 도시한 도면이다.
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.
제1 실시예
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)의 개념도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)는, 가열부(20) 및 가습부(40)를 포함한다. 물 가열기(1)는 다른 구성요소들을 내장하기 위한 케이스(10)와, 케이스(10)를 관통하여 가습부(40)를 통과한 연소가스를 외부로 배출하도록 마련되는 덕트(51)와, 케이스(10)를 관통하여 케이스(10)의 외부 공기를 케이스(10)의 내부로 유입시키는 외부 급기배관(52)을 더 포함할 수 있다. 물 가열기는 난방을 제공하기 위한 보일러나, 온수를 제공하기 위한 온수기(별도의 온수탱크를 구비하지 않는 직수식의 온수기나, 별도의 온수탱크를 구비하는 탱크식의 온수기), 또는 온수기 겸용 보일러 등을 포함할 수 있다. 이하에선 온수기 겸용 보일러를 예로 들어 설명한다.
가열부(20)
가열부(20)는 연소반응을 일으키고 그로부터 발생한 열을 이용해 가열수를 생성하도록 마련된다. 가열수는 난방수와 온수 중 적어도 하나를 포함한다. 가열부(20)는 버너(26)를 포함한다. 가열부(20)는 열교환기를 포함할 수 있다.
버너(26)는 공기와 연료로부터 연소반응을 일으키게 마련된다. 따라서 버너(26)는 공기를 급기받는 버너 급기배관(263)과, 연료를 공급받는 연료배관(262)과, 공급된 공기와 연료를 이용해 연소반응을 일으키는 연소부(261)를 포함할 수 있다.
가열부(20)는 연소반응에 따라 발생한 화염이 위치할 수 있는 연소실을 포함할 수 있다. 가열부(20)는 하우징(21)을 포함하여, 하우징(21) 내에 연소실이 형성될 수 있다. 연소가스가 일정한 범위의 온도를 가지도록, 물이 연소실 내부에 주수될 수 있다. 후술할 가습부(40)에 대한 내용과 같이, 물이 연소실 내부에 노즐 등을 이용해 분무되는 방식으로 주수될 수 있다. 연소실에 주수되는 물은 연소가스의 응축에 의해 형성되는 응축수(CW)일 수도 있다.
가열부(20)의 열교환기는 난방수 열교환기(22)와 온수 열교환기(30)를 포함할 수 있다. 난방수 열교환기(22)는 하우징(21)에 내장될 수 있다. 난방수 열교환기(22)는 연소반응에 의해 발생한 복사열과 연소실에 위치한 화염으로부터 생성된 연소가스로부터 현열 및 잠열을 전달받아 물을 가열해 난방수를 생성할 수 있다. 따라서 난방수 열교환기(22)는 물이 유동할 수 있고 외측을 따라 연소가스가 유동할 수 있는 배관의 형태로 형성될 수 있다. 난방수 열교환기(22)는 전열면적 확대를 위해 전열핀을 더 포함할 수 있다. 그러나 난방수 열교환기(22)의 형태는 이에 제한되지 않고, 플레이트 타입일 수도 있다. 난방수 열교환기(22)는 현열을 이용하는 현열 열교환기를 포함하거나, 현열 열교환기와 함께, 잠열을 이용하는 잠열 열교환기를 포함할 수 있다. 난방수는 잠열 열교환기에서 먼저 가열되고, 현열 열교환기에 의해 최종적으로 가열될 수 있다. 도면에서 잠열 열교환기가 하측에, 현열 열교환기가 상측에 위치한 것으로 생각할 수 있다.
가열수는 가열부(20) 외부의 난방이 필요한 난방대상에 위치한 난방배관(70)으로 전달되어 난방수로 사용될 수 있다. 열을 난방대상에 전달한 후, 난방수가 가열부(20) 내부의 난방수 열교환기(22)로 복귀하여 순환하는 폐회로가 형성될 수 있다.
가열수는 난방수 열교환기(22)와 연결된 순환배관(23)에 의해 온수 열교환기(30)로 전달되어 온수를 생성하는데 사용될 수 있다. 순환배관(23)은 양단이 난방수 열교환기(22)에 연결되어, 가열수가 순환하도록 마련될 수 있다. 온수 열교환기(30)는 하우징(21)의 외부에 배치될 수 있으나, 하우징(21) 내부에 배치될 수도 있다. 온수 열교환기(30)는 직수를 전달받아 난방수와 열교환하여 온수를 생성할 수 있다. 온수는 수요처로 배출되어 사용될 수 있다. 온수 열교환기(30)는 직수가 외부로부터 유입되어 외부로 온수화되어 배출되도록 형성된 온수용 직수배관(61)이 지나가도록 마련될 수 있다. 외부로부터 직수를 케이스(10) 내부로 유입시키는 직수배관(60)은, 온수용 직수배관(61)과 가습용 직수배관(62)으로 갈라질 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에서는 열교환기가 난방수 열교환기(22)와 온수 열교환기(30)를 포함하는 것으로 설명하였으나, 난방수 열교환기(22)와 온수 열교환기(30) 중 하나만을 포함할 수도 있고, 연소반응에 의해 발생한 열을 바로 온수 가열에 사용하는 방식의 온수 열교환기(30)가 사용될 수도 있다. 가열부(20)는 본 발명의 제1 실시예에서 기재 및 도시된 것에 제한되지 않고, 저탕식으로 형성될 수도 있다.
연소가스의 응축이 일어나 응축수(CW)가 생성될 수 있다. 응축수(CW)는 가열부(20)의 하단에 위치한 배수배관(25)을 통해 배출될 수 있다. 배수배관(25)에는 연소가스가 이를 통해 빠져나가지 않도록 트랩이 배치될 수 있고, 산성인 응축수(CW)를 중화시켜 배출시키기 위해 중화장치가 배치될 수 있다.
연소가스를 후술할 가습부(40)로 제공하기 위해, 하우징(21)과 가습부(40)를 연결하는 중간배관(24)을 가열부(20)가 더 포함할 수 있다. 중간배관(24)은 열교환기를 통과하여 열교환이 이루어진 연소가스를 가습부(40)로 전달할 수 있다.
가습부(40)
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)의 가습부(40)를 도시한 도면이다. 도 3은 도 2의 가습부를 다른 각도에서 도시한 사시도이다. 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기의 가습부를 상측에서 하방으로 바라본 모습을 도시한 도면이다. 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기의 가습부를 하측에서 상방으로 바라본 모습을 도시한 도면이다. 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)의 가습부(40)와 가습부(40)에 연결된 부분들에서 일어나는 유동을 도시한 도면이다. 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)의 가습부(40)의 습채널(431)과 건채널(432)에서의 유동을 개념적으로 도시한 도면이다.
가습부(40)는 버너(26)에 가습된 공기를 제공하도록 마련되는 구성요소이다. 가습부(40)는 물을 증발시킴으로써 수증기를 생성하고, 수증기를 공기와 함께 버너(26)로 제공하도록 마련된다. 수증기의 생성을 위해, 가습부(40)는 연소반응에 의해 생성되어 가열수에 열을 전달한 뒤 가열부(20)로부터 배출되는 연소가스를 이용할 수 있다. 연소가스가 가열수에 열을 전달한 뒤에도 높은 온도를 가지기 때문에, 가습부(40)에서 연소가스에 남아있는 열을 이용하여 수증기를 생성할 수 있다. 가습부(40)에서 수증기를 발생시키는 작용이 일어나므로, 가습부(40)는 습기로 인해 부식되어 내구성이 저하되는 것을 방지하기 위해 스테인리스 스틸 등의 내식성을 가지는 재질로 구성될 수 있다.
가습부(40)는 복수의 습채널(431)과 복수의 건채널(432)을 포함할 수 있다. 건채널(432)은 연소가스가 통과하는 공간을 제공하고, 습채널(431)은 외부로부터 전달된 공기가 유동 및 통과하고, 물이 분사되며, 분사된 물이 증발하여 수증기가 생성되는 공간을 제공한다. 습채널(431)과 건채널(432)은 서로 물질의 출입이 가능하지 않도록 구분될 수 있다.
열교환이 효율적으로 이루어지도록, 복수의 건채널(432)과 복수의 습채널(431)은 교번적으로 배치될 수 있다. 교번적으로 건채널(432)과 습채널(431)이 배치되므로, 열교환 면적이 넓어져, 건채널(432)을 통과하는 연소가스의 열이 습채널(431)에서 분사되어 습채널(431)의 내측면에 맺힌 물방울(D)에 효율적으로 전달될 수 있다. 또한 습채널(431)과 건채널(432) 내에서 각각 유동하는 유체들이, 서로 직접적으로 만나지 않고 간접적으로 열교환할 수 있다.
가습부(40)는 복수의 격판(433)을 포함할 수 있다. 판형으로 형성되는 복수의 격판(433)이 평행하게 소정의 간격마다 배치되어, 복수의 습채널(431)과 복수의 건채널(432)을 형성할 수 있다.
가습부(40)는 복수의 전열핀을 더 포함할 수 있다. 전열핀은 서로 인접한 격판(433) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 전열핀이 서로 인접한 격판(433) 중 적어도 하나에 접촉하여, 격판(433)의 전열면적을 증가시킬 수 있다. 전열핀은 격판(433)의 표면에, 표면으로부터 돌출된 형태로 배치될 수 있다. 복수의 전열핀 중 서로 대향하는 방향으로 돌출되어 서로 마주보는 전열핀은 서로 맞닿을 수 있다. 전열핀은 습채널(431)과 건채널(432)의 내측에 배치되어, 각 채널에서 일어나는 열교환 효율을 증대시킬 수 있다. 도면에서는 별도로 전열핀을 도시하지는 않았다.
격판(433)의 측면 중 습채널(431)의 내측면을 이루는 측면은, 친수성 표면일 수 있다. 습채널(431)의 내측면에 친수성 처리가 이루어져 친수성 표면이 될 수 있다. 친수성 처리로, 화학적 에칭, 졸-겔법, 표면 코팅법, 음이온 교환 방법 등이 사용될 수 있다. 물이 맺혀 열전달이 잘 일어날 수 있도록, 습채널(431)의 내측면에 요철이 형성될 수도 있다. 습채널(431)의 내측면이 친수성을 가지므로, 분사된 물이 습채널(431)의 내측면에 용이하게 위치할 수 있고, 건채널(432)을 통과하는 연소가스의 열을 용이하게 전달받아 증발할 수 있다.
가습부(40)는 노즐(44)을 더 포함할 수 있다. 노즐(44)은 물을 복수의 습채널(431)에 분사하도록 마련된다. 노즐(44)은 복수의 습채널(431)의 상측에 배치되어, 분사된 물이 자중에 의해 하강하여 습채널(431)에 고르게 분포되도록 할 수 있다. 노즐(44)은 물을 습채널(431)에 직사할 수도 있으나, 물을 상방으로 분사하도록 상방을 바라보며 배치될 수도 있다. 노즐(44)은 작은 물방울의 형태로 물을 분무할 수도 있다.
물은 적어도 수원으로부터 전달되는 직수에 의해 마련될 수 있다. 따라서 노즐(44)은 직수압을 이용해 직수를 복수의 습채널(431)에 분사할 수 있다. 노즐(44)은 가습용 직수배관(62)에 연결되어 직수를 전달받을 수 있다.
가습부(40)는 가습몸체(43), 제1 유로가이드부(41) 및 제2 유로가이드부(42)를 포함할 수 있다. 가습몸체(43)의 하측에 제1 유로가이드부(41)가, 가습몸체(43)의 상측에 제2 유로가이드부(42)가 배치될 수 있으나, 그 배치가 이에 제한되지는 않는다.
가습몸체(43)는 메인 건채널과 메인 습채널을 포함할 수 있다. 제1 유로가이드부(41)는 제1 유로가이드 건채널과 제1 유로가이드 습채널을 포함하고, 제2 유로가이드부(42)는 제2 유로가이드 건채널과 제2 유로가이드 습채널을 포함할 수 있다. 건채널(432)은, 제1 유로가이드 건채널, 상기 메인 건채널 및 제2 유로가이드 건채널이 순서대로 이어져 형성될 수 있다. 습채널(431)은, 제2 유로가이드 습채널, 메인 습채널 및 제1 유로가이드 습채널이 순서대로 이어져 형성될 수 있다. 건채널(432)을 따라서는 가열부(20)로부터 외부로 연소가스가 유동하여 배출되는 연소가스 배출유로가 형성되고, 습채널(431)을 따라서는 외부로부터 버너(26)로 공기와 수증기가 유입되는 급기유로가 형성된다. 급기유로에 의해 공급되는 급기와 연소가스 배출유로에 의해서 배출되는 연소가스가 가습부(40)에서 서로 교차하며 열교환이 일어난다. 특히 가습몸체(43)에서, 급기와 연소가스는 도시된 것과 같이 서로 반대방향으로 교차하여 흐르면서(counter-flow) 열교환이 일어날 수 있다.
제1 유로가이드 건채널은 가열부(20)로부터 배출되는 연소가스를 메인 건채널로 안내하도록 마련된다. 따라서 제1 유로가이드 건채널은 중간배관(24) 및 가습몸체(43)에 연결될 수 있다. 제1 유로가이드 습채널은, 메인 습채널로부터 배출되는 공기와 수증기를 버너(26)로 안내하도록 마련된다. 따라서 제1 유로가이드 습채널은 버너 급기배관(263)과 가습몸체(43)에 연결될 수 있다.
제2 유로가이드 습채널은 가습부(40)의 외부로부터 공급되는 공기를 메인 습채널로 안내하도록 마련된다. 따라서 제2 유로가이드 습채널은 외부로 개방되어 외부의 공기가 유입되는 배관인 외부 급기배관(52)과 가습몸체(43)에 연결될 수 있다. 제2 유로가이드 건채널은 메인 건채널로부터 배출되는 연소가스를 덕트(51)로 안내하도록 마련된다. 따라서 제2 유로가이드 건채널은 덕트(51)와 가습몸체(43)에 연결될 수 있다.
제1 유로가이드는 가습몸체(43)와 연결되는 면인 제1 몸체면(411)을 가질 수 있다. 제1 유로가이드 건채널의 출구와 제1 유로가이드 습채널의 입구는 제1 유로가이드의 측면들 중 가습몸체(43)와 연결되는 면인 제1 몸체면(411)에 같이 배치될 수 있다. 그러나 제1 유로가이드 건채널의 입구와 제1 유로가이드 습채널의 출구는, 제1 유로가이드의 측면들 중 제1 몸체면(411)과 상이한 2개의 면인 제1 유로가이드 입구면(413)과 제1 유로가이드 출구면(412)에 각각 배치될 수 있다. 즉 도 6과 같은 방향에서 바라볼 때, 제1 유로가이드는 삼각형의 형상을 가질 수 있다. 제1 유로가이드 출구면(412)은 하방을 바라보도록 형성될 수 있으므로, 제1 유로가이드 출구면(412)에 형성되는 습채널(431)의 출구는 하방을 바라보도록 개방될 수 있다. 따라서 습채널(431)을 통해 제공되는 급기에 포함된 수증기나, 습채널(431)에 주수된 물은 습채널(431)을 따라 흘러내리거나 낙하하여 버너 급기배관(263)의 입구에 도달할 수 있다. 가습부(40)의 출구는, 제1 유로가이드부(41)에 형성되는 습채널(431)의 출구와, 제2 유로가이드부(42)에 형성되는 건채널(432)의 출구를 포함할 수 있다.
제2 유로가이드는 가습몸체(43)와 연결되는 면인 제2 몸체면(421)을 가질 수 있다. 제2 유로가이드 건채널의 입구와 제2 유로가이드 습채널의 출구는 제2 유로가이드의 측면들 중 가습몸체(43)와 연결되는 면인 제2 몸체면(421)에 같이 배치될 수 있다. 그러나 제2 유로가이드 건채널의 출구와 제2 유로가이드 습채널의 입구는, 제2 유로가이드의 측면들 중 제2 몸체면(421)과 상이한 2개의 면인 제2 유로가이드 출구면(422)과 제2 유로가이드 입구면(423)에 각각 배치될 수 있다. 즉 도 6과 같은 방향에서 바라볼 때, 제2 유로가이드는 삼각형의 형상을 가질 수 있다. 그러나 제1 유로가이드와 제2 유로가이드의 형상이 이에 제한되지는 않는다.
제1 유로가이드는 브레이징 용접에 의해 가열부(20)의 중간배관(24)에 직접 또는 간접적으로 결합될 수 있다. 제2 유로가이드는 브레이징 용접에 의해 덕트(51)와 결합될 수 있다. 따라서 가습부(40)는 다른 구성요소들과 용이하게 결합될 수 있다. 또한 가습부(40)의 구성요소들도 브레이징 용접에 의해 단일체로 형성되거나, 전부 또는 일부 구성요소들이 사출 등의 방식을 통해 일체로 형성될 수 있다. 즉 명세서에서는 제1 유로가이드부(41), 제2 유로가이드부(42) 및 가습몸체(43)를 별개의 구성요소로 설명하였으나, 이 중 적어도 일부가 일체의 구성요소를 구성할 수도 있다. 상술한 브레이징 용접되는 부분에서는 다른 수단을 더 사용하여 실링이 더 이루어질 수도 있다.
가습부(40)와 연소부(261)를 연결하는 버너 급기배관(263)의, 가습부(40)측에 연결되는 입구에는 사이펀부(83)가 연결될 수 있다. 사이펀부(83)는 사이펀(siphon) 현상을 일으키도록 'U'자 형의 부분을 가지고 굽이친 형상을 가지는 파이프일 수 있다. 버너 급기배관(263)으로 배출되는 수증기를 포함한 급기로부터 다시 응축되어 발생한 물 또는 가습부(40)에 주수되었으나 미처 증발되지 못하고 흘러내려 낙하한 물이 사이펀부(83)에 모일 수 있다. 모인 물은 사이펀부(83) 내에 수집되어 'U'자형 트랩을 형성할 수 있다. 사이펀부(83)에 물이 소정 부피 이상 모일 경우, 사이펀 현상이 일어나면서 트랩을 형성하던 물이 외부로 일시에 배출될 수 있다.
한편 본 발명의 일 실시예의 변형예에서는, 사이펀부(83) 대신에 별도의 밸브와 외부로 연결되는 배관을 포함하는 급기 물 배출부가 버너 급기배관(263)에 연결되도록 더 형성될 수 있다. 사이펀부(83)와 유사하게, 급기 물 배출부에 물이 수집될 수 있고, 밸브의 개방에 의해 외부로 물이 배출될 수 있다.
제2 실시예
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 물 가열기(2)의 개념도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 물 가열기(2)는 기본적으로 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)와 일부분을 제외하면 동일한 구성을 가진다. 따라서 차이가 있는 부분에 대해서만 더 설명한다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 물 가열기(2)에서는, 직수 대신 응축수(CW)가 노즐(44)로 공급될 수 있다. 따라서 물 가열기(2)는 펌프(82)와 응축수배관(81)을 포함하고, 가습용 직수배관(도 1의 62)이 갈라져 나오지 않는 직수배관(600)을 가질 수 있다. 응축수배관(81)은 응축수(CW)가 모이는 배수배관(25)과 노즐(44)을 연결하고, 펌프(82)는 응축수배관(81)에 배치되어 응축수(CW)를 가습부(40)로 압송하도록 마련된다. 노즐(44)은 펌프(82)가 응축수(CW)에 가한 압력을 이용해 응축수(CW)를 복수의 습채널(431)에 분사할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예와 제2 실시예에서 각각 직수와 응축수(CW)가 노즐(44)에 의해 분사되는 것으로 설명하였으나, 물은 직수와 응축수(CW) 중 적어도 하나에 의해 마련되어 분사될 수 있는 것으로, 직수와 응축수가 모두 노즐에 의해 분사되거나 선택적으로 분사되는 물 가열기가 실시될 수도 있다.
본 발명의 물 가열기의 가습기에서와 같이 급기에 물을 분사하고, 연소가스와 열교환하는 방식을 이용함으로써, 가습된 급기를 전달받은 버너에서 발생한 화염이 안정화되고 화염온도가 하강할 수 있다. 따라서 질소산화물과 그을음의 발생이 줄어들 수 있다. 급기의 수증기 농도가 증가하므로 복사 전열 및 래디컬 농도를 증가시킬 수 있어 공해물질 발생의 저감이 이루어질 수 있다. 또한 연소가스의 폐열회수 효율이 높아지므로 응축수가 더 생성되어, 미세먼지와 수용성 질소산화물의 포집 역시 용이하게 이루어질 수 있다.
단순히 급기에 물을 분사하는 방식으로 가습을 수행하는 경우보다, 본 발명의 물 가열기에서 사용하는 방식과 같이 연소가스의 열을 전달하여 물을 가열해 가습하는 방식을 사용하여, 보다 높은 급기 중의 수증기 농도를 얻을 수 있다.
본 발명의 가습부와 유사한 구조를 가지는 증발냉각장치의 경우, 실내로부터 배출되는 공기가 습채널을 지나가며 증발에 의해 가습되도록 하고, 실내로 유입되는 외부공기가 건채널을 지나가며 증발시의 잠열에 의해 냉방되도록 할 수 있다. 본 발명의 가습부의 경우 고온으로 가열된 연소가스가 건채널을 지나가고, 외부 공기가 습채널을 지나가며 증발에 의해 가습되도록 한다. 증발냉각장치에서는 온도차가 극명하지 않은 외부공기와 실내공기의 열교환이 일어나도록 하나, 본 발명의 가습부에서는 고온의 연소가스와 외부공기의 온도차가 상대적으로 커서, 연소가스로부터 외부공기와 분무된 물로의 열전달이 더욱 효과적으로 일어날 것임을 알 수 있다. 또한 증발냉각장치에서는 외부로 배출되는 실내공기가 가열되어 얻는 이점이 미미하다. 그러나 본 발명의 가습부는 배출되는 연소가스를 냉각함으로써, 연소가스의 배출에 사용되는 덕트 등의 구성요소로 내열성이 상대적으로 낮은 PVC와 같은 소재가 사용될 수 있게 해 소재 선택폭을 넓힐 수 있고, 연소가스의 배출에 사용되는 구성요소의 내구성을 상승시킬 수 있다는 이점을 가진다.
제3 실시예
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가습부(40b)를 도시한 사시도이다. 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가습부(40b)에서 일어나는 유동을 개념적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 가습부(40b)는 제1 실시예에 따른 가습부(40)의 구성과 유사하되, 형상과 일부 구성에서만 차이가 있으므로, 차이가 있는 부분만을 추가로 설명한다. 도면을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 가습부(40b)는, 도시된 것과 같이 직육면체의 형상을 가질 수 있다. 습채널(431b)과 건채널(432b)은 상하방향을 따라 교번적으로 적층되어 배치될 수 있다. 따라서 습채널(431b)과 건채널(432b)에서 각각 유동하는 급기와 연소가스는 서로 직접 만나지 않고 간접적으로 열교환 할 수 있다.
도면에서 보이는 가습부(40b)의 전면과 후면에는 각각 습채널(431b)의 입구와 출구가 배치되고, 가습부(40b)의 좌측면과 우측면에는 각각 건채널(432b)의 입구와 출구가 배치될 수 있다. 따라서 도면에서 볼 수 있듯이, 습채널(431b)을 통해 유동하는 급기와 건채널(432b)을 통해 유동하는 연소가스가 가습부(40b)의 내부에서 서로 직교형태(cross-flow)로 간접적으로 교차할 수 있다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 가습부(40b)가 도시된 것과 같이 형성됨에 따라, 구성이 간소화되고 부피가 저감된 가습부(40b)를 구성할 수 있다.
가습부(40b)의 전면과 인접하게, 습채널(431b)에 물을 분사하기 위한 노즐(44b)이 배치될 수 있다. 노즐(44b)은 습채널(431)의 입구가 상방을 바라보도록 형성되어 물을 낙하시키는 방식으로 주수할 수 있었던 제1 실시예의 노즐(44)과 달리, 후방을 향해 강하게 물을 분사하는 방식으로 증발용 물을 습채널(431b)에 가할 수 있다. 노즐(44b)은 가습부(40b)의 전면보다 전측에 배치되되, 전면의 상단과 인접하게 배치되고, 하방에 대해 가습부(40b)의 전면에 가까워지는 방향으로 경사져, 습채널(431b)에 물을 골고루 분사할 수 있다.
제3 실시예에서 가습부(40b)의 습채널(431b)과 건채널(432b)은 수평한 방향을 향하도록 배치된 것으로 설명하였으나, 이는 설명의 편의를 위해 상대적인 방향을 나타낸 것이며, 가습부(40b)가 배치된 각도에 따라서 습채널(431b)과 건채널(432b)이 향하는 방향은 변화할 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 : 물 가열기
10 : 케이스
20 : 가열부
21 : 하우징
22 : 난방수 열교환기
23 : 순환배관
24 : 중간배관
25 : 배수배관
26 : 버너
30 : 온수 열교환기
40, 40b : 가습부
41 : 제1 유로가이드부
42 : 제2 유로가이드부
43 : 가습몸체
44, 44b : 노즐
51 : 덕트
52 : 외부 급기배관
60, 600 : 직수배관
61 : 온수용 직수배관
62 : 가습용 직수배관
70 : 난방배관
81 : 응축수배관
82 : 펌프
83 : 사이펀부
261 : 연소부
262 : 연료배관
263 : 버너 급기배관
411 : 제1 몸체면
412 : 제1 유로가이드 출구면
413 : 제1 유로가이드 입구면
421 : 제2 몸체면
422 : 제2 유로가이드 출구면
423 : 제2 유로가이드 입구면
431, 431b : 습채널
432, 432b : 건채널
433 : 격판
D : 물방울
CW : 응축수

Claims (15)

  1. 공기와 연료로부터 연소반응을 일으키게 마련되는 버너를 포함하고, 상기 연소반응에 의해 생성된 열을 이용해 가열수를 생성하도록 마련되는 가열부; 및
    상기 연소반응에 의해 생성되어 상기 가열부로부터 배출되는 연소가스를 이용해 물을 증발시킴으로써 수증기를 생성하고, 상기 수증기를 상기 공기와 함께 상기 버너로 제공하도록 마련되는 가습부를 포함하고,
    상기 가습부는:
    상기 연소가스가 통과하는 공간을 제공하는 건채널;
    상기 물이 분사되고 분사된 물이 증발하여 상기 수증기가 생성되고 상기 공기가 통과하는 공간을 제공하는 습채널;
    상기 습채널과 상기 건채널을 물질의 출입이 가능하지 않도록 구분하는 격판;
    메인 건채널과 메인 습채널을 포함하는 가습몸체;
    상기 가열부로부터 배출되는 상기 연소가스를 상기 메인 건채널로 안내하도록 마련되는 제1 유로가이드 건채널과, 상기 메인 습채널로부터 배출되는 상기 공기와 상기 수증기를 상기 버너로 안내하도록 마련되는 제1 유로가이드 습채널을 구비하는 제1 유로가이드부; 및
    상기 가습부의 외부로부터 공급되는 상기 공기를 상기 메인 습채널로 안내하도록 마련되는 제2 유로가이드 습채널과, 상기 메인 건채널로부터 배출되는 상기 연소가스를 상기 연소가스의 배출을 위한 덕트로 안내하도록 마련되는 제2 유로가이드 건채널을 구비하는 제2 유로가이드부를 포함하고,
    상기 건채널은, 상기 제1 유로가이드 건채널, 상기 메인 건채널 및 상기 제2 유로가이드 건채널이 순서대로 연결되어 형성되고,
    상기 습채널은, 상기 제2 유로가이드 습채널, 상기 메인 습채널 및 상기 제1 유로가이드 습채널이 순서대로 연결되어 형성되고,
    상기 제1 유로가이드 건채널의 출구와 상기 제1 유로가이드 습채널의 입구는 상기 제1 유로가이드의 측면들 중 상기 가습몸체와 연결되는 면인 제1 몸체면에 같이 배치되되, 상기 제1 유로가이드 건채널의 입구와 상기 제1 유로가이드 습채널의 출구는 상기 제1 유로가이드의 측면들 중 상기 제1 몸체면과 상이한 2개의 면에 각각 배치되고,
    상기 제2 유로가이드 건채널의 입구와 상기 제2 유로가이드 습채널의 출구는 상기 제2 유로가이드의 측면들 중 상기 가습몸체와 연결되는 면인 제2 몸체면에 같이 배치되되, 상기 제2 유로가이드 건채널의 출구와 상기 제2 유로가이드 습채널의 입구는 상기 제2 유로가이드의 측면들 중 상기 제2 몸체면과 상이한 2개의 면에 각각 배치되는, 물 가열기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 건채널과 상기 습채널은 각각 복수로 구성되고,
    상기 연소가스의 열이 상기 물에 전달되도록, 상기 복수의 건채널과 상기 복수의 습채널은 교번적으로 배치되는, 물 가열기.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 격판은, 평행하게 소정의 간격마다 배치되어 상기 복수의 습채널과 상기 복수의 건채널을 형성하도록 복수로 형성되는, 물 가열기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가습부는, 상기 복수의 격판의 사이에 배치되는 복수의 전열핀을 더 포함하는, 물 가열기.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 습채널의 내측면은, 친수성 표면인, 물 가열기.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 가습부는, 상기 물을 상기 복수의 습채널에 분사하도록 마련되는 노즐을 더 포함하는, 물 가열기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 노즐은, 상기 복수의 습채널의 상측에 배치되고, 상기 물을 상방으로 분사하도록 상방을 바라보며 배치되는, 물 가열기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 물은, 적어도 수원으로부터 전달되는 직수에 의해 마련되고,
    상기 노즐은, 직수압을 이용해 상기 직수를 상기 복수의 습채널에 분사하는, 물 가열기.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 연소가스의 응축에 의해 생성되는 응축수를 상기 가습부로 압송하는 펌프를 더 포함하고,
    상기 물은, 적어도 상기 응축수에 의해 마련되고,
    상기 노즐은, 상기 펌프가 상기 응축수에 가한 압력을 이용해 상기 응축수를 상기 복수의 습채널에 분사하는, 물 가열기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 가습부는, 내부에서 상기 공기와 상기 연소가스가 서로 반대방향으로 교차하여 흐르면서 열교환이 일어나도록 마련되는, 물 가열기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 가습부는, 내부에서 상기 공기와 상기 연소가스가 서로 직교하는 방향으로 교차하여 흐르면서 열교환이 일어나도록 마련되는, 물 가열기
  14. 제1항에 있어서,
    상기 버너로 제공할 상기 공기와 상기 수증기가 배출되는 상기 가습부의 출구는, 하방을 바라보도록 형성되고,
    상기 가습부의 출구와 상기 버너를 연결하는 버너 급기배관; 및
    상기 버너 급기배관에서 흘러내린 물이 수집되어 트랩을 형성하다가, 수집된 물의 부피가 소정의 부피 이상이 될 경우 사이펀 현상에 의해 배출되도록, 'U'자 형의 부분을 가지고 상기 버너 급기배관의 하측에 연결되는 사이펀부를 더 포함하는, 물 가열기.
  15. 공기와 연료로부터 연소반응을 일으키게 마련되는 버너와, 상기 연소반응에 의해 생성된 연소가스로부터 현열 및 잠열을 전달받아 물을 가열해 난방수를 형성하도록 마련되는 난방수 열교환기와, 상기 난방수와 직수를 열교환하여 온수를 생성하도록 마련되는 온수 열교환기를 포함하는 가열부;
    상기 연소가스를 이용해 물을 증발시킴으로써 수증기를 생성하고, 상기 공기가 통과하도록 마련되는 가습부;
    상기 연소가스의 응축에 의해 생성되는 응축수가 배출되도록 마련되는 배수배관;
    상기 가습부에서 생성된 수증기와 함께 상기 가습부를 통과한 공기를 상기 버너로 제공하도록 상기 가습부와 상기 가열부를 연결하는 급기배관; 및
    상기 연소가스가 상기 가습부로 전달되도록 상기 가습부와 상기 가열부를 연결하는 중간배관를 포함하고,
    상기 가습부는:
    상기 연소가스가 통과하는 공간을 제공하는 건채널;
    상기 물이 분사되고 분사된 물이 증발하여 상기 수증기가 생성되고 상기 공기가 통과하는 공간을 제공하는 습채널;
    상기 습채널과 상기 건채널을 물질의 출입이 가능하지 않도록 구분하는 격판;
    메인 건채널과 메인 습채널을 포함하는 가습몸체;
    상기 가열부로부터 배출되는 상기 연소가스를 상기 메인 건채널로 안내하도록 마련되는 제1 유로가이드 건채널과, 상기 메인 습채널로부터 배출되는 상기 공기와 상기 수증기를 상기 버너로 안내하도록 마련되는 제1 유로가이드 습채널을 구비하는 제1 유로가이드부; 및
    상기 가습부의 외부로부터 공급되는 상기 공기를 상기 메인 습채널로 안내하도록 마련되는 제2 유로가이드 습채널과, 상기 메인 건채널로부터 배출되는 상기 연소가스를 상기 연소가스의 배출을 위한 덕트로 안내하도록 마련되는 제2 유로가이드 건채널을 구비하는 제2 유로가이드부를 포함하고,
    상기 건채널은, 상기 제1 유로가이드 건채널, 상기 메인 건채널 및 상기 제2 유로가이드 건채널이 순서대로 연결되어 형성되고,
    상기 습채널은, 상기 제2 유로가이드 습채널, 상기 메인 습채널 및 상기 제1 유로가이드 습채널이 순서대로 연결되어 형성되고,
    상기 제1 유로가이드 건채널의 출구와 상기 제1 유로가이드 습채널의 입구는 상기 제1 유로가이드의 측면들 중 상기 가습몸체와 연결되는 면인 제1 몸체면에 같이 배치되되, 상기 제1 유로가이드 건채널의 입구와 상기 제1 유로가이드 습채널의 출구는 상기 제1 유로가이드의 측면들 중 상기 제1 몸체면과 상이한 2개의 면에 각각 배치되고,
    상기 제2 유로가이드 건채널의 입구와 상기 제2 유로가이드 습채널의 출구는 상기 제2 유로가이드의 측면들 중 상기 가습몸체와 연결되는 면인 제2 몸체면에 같이 배치되되, 상기 제2 유로가이드 건채널의 출구와 상기 제2 유로가이드 습채널의 입구는 상기 제2 유로가이드의 측면들 중 상기 제2 몸체면과 상이한 2개의 면에 각각 배치되는, 물 가열기.
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