KR20000059907A - 응축식 가스보일러 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개선된 구성의 응축식 가스보일러 시스템을 개시한다.

종래의 가스보일러 시스템은 배기경로가 Z형으로 형성되어 배기 저항이 큰 문제가 있었던 바, 본 발명에서는 배너의 하향배치로 배기경로를 U형으로 구성하였으며, 판형 연소기를 사용하여 보일러를 소형화하는 동시에 판형 열교환기의 사용을 가능하게 하여 그 효율을 향상시켰다.

Description

응축식 가스보일러 시스템 {Condensing type gas boiler system}

본 발명은 가스보일러 시스템에 관한 것으로, 더 상세히는 응축식(condensing type) 가스보일러 시스템에 관한 것이다.

가스보일러 시스템의 일반적인 구성은 도 1에 도시된 바와 같이, 연소실(M)의 하부에 버너(burner;B)를 설치하고 상부에 열교환기(X1)를 설치하여 이를 통해 냉수를 열수로 가열하여 난방이나 온수사용에 제공하도록 된 구성이다.

이러한 보일러의 열효율의 향상을 위해 배기가스의 폐열(廢熱)을 회수하여 사용하는 것이 일반적인 바, 주(主) 열교환기(X1)의 상부에는 2차 열교환기(X2)가 구비되어 주열교환기(X1)로 유입되는 냉수를 예열하게 된다.

그런데 이와 같은 방식의 보일러는 보일러가 약하게 동작할 때, 즉 버너(B)의 연소량이 낮은 경우는 2차 열교환기(X2)의 회수열량이 충분하지 않은 상태에서 2차 열교환기(X2)에 냉수가 유입되므로 그 표면에 응축수가 발생되기 쉽고, 이 응축수는 주열교환기(X1)와 버너(B)로 낙하되어 고열로 가열된 금속을 급냉(急冷)시킴으로써 이를 손상시키게 되고, 이에 따라 발생된 수증기는 버너(B)를 불완전 연소시켜 연료소비율을 증가시키는 동시에 배기가스에 CO나 NOX, SOX등의 유해성분을 증가시키는 문제를 야기하게 된다.

이에 따라 도 2에 도시된 응축식 가스보일러는 배기가스의 통로(E)를 Z형으로 절곡하여 2차열교환기(X2)를 절곡된 배기통로(E)내에 설치하고, 그 하부에 트랩(trap;T)를 구비하여 2차열교환기(X2)에서 발생된 응축수를 외부로 배출하도록 하고 있다.

한편 도 3에 도시된 구성은 이 응축식 가스보일러의 개량으로 2차열교환기(X2')를 판형(板形)으로 구성함으로써 폐열의 회수효율을 향상시켜 보일러의 열효율을 증대시키고 연료소비율을 저감시키는 구성으로, 본원인이 대우전자(주)와 공동개발및 출원한 구성이다.

일반적으로 가스보일러의 주열교환기(X1)와 2차열교환기(X2)는 핀(fin)형으로 구성되어 온바, 도 4에서는 이와 같은 핀형 열교환기와 판형열교환기를 구분 설명하기로 한다.

먼저 도 4(A)의 핀형 열교환기는 가열관(P)의 둘레에 다수의 진열핀(F)을 부착한 구성인 바, 전열핀(F)은 1 내지 4 경로의 가열관(P)이 통과하도록 블랭킹(blanking) 성형되어 가열관(P)과 결합됨으로써 한 구조의 열교환기를 형성하게 된다.

이와 같은 핀형 열교환기는 전열핀(F) 사이를 통과하는 연소가스등의 열매(熱媒)로부터 전열핀(F)이 열을 전달받은 뒤 전열핀(F)의 전도에 의해 가열관(P)이 가열되므로 그 전열이 간접적이어서 열교환 효율은 그다지 우수하지 못하다. 이에 따라 전열핀(F)도 열전도율이 우수한 동판이나 구리계 합금으로 구성되지 않으면 열교환 효율이 저하되나, 동판등은 구조적으로나 열적으로 취약하여 그 수명이 길지 못한 문제가 있다.

한편 도 4(B)의 판형 열교환기는 그 둘레에 소정높이(X)의 림(rim:R)이 형성되고 이 림(R)과 동일높이의 연통보스(boss)(H1)와 연통구멍(H2)이 형성된 구성판(U)들을 서로 엇갈려 적층및 접합한 구성으로 연통보스(H1)및 연통구멍(H2)에 의해 2층마다 서로 연결되는 두개의 경로가 서로 교호되는 구성을 가진다.

이에 따라 한 경로에 냉수를 통과시키고 다른 경로에 열매를 통과시키면 냉수와 열매는 구성판(U)의 전면적에 걸쳐 열교환이 직접적으로 이뤄지게 되므로 열교환 효율이 매우 우수하다.

따라서 판형 열교환기는 핀형 열교환기에 비해 소형으로 구성할 수 있을 뿐 아니라 구조적 강도가 높은 동판뿐아니라 스테인리스강등으로 구성할 수 있어 취급도 용이해진다.

이와 같은 판형 열교환기의 제조및 작용상의 문제는 복수의 구성판(U)간의 접합문제인 바, 일부 구성판(U)간에 틈새가 형성되면 이를 통해 냉수나 열매가 누출되는 문제가 발생된다. 가스보일러에 사용되는 경우 열매는 연소가스나 배기가스가 되므로 결국 냉수가 누출되는 문제이며, 이 경우 응축수 발생시와 유사한 문제를 야기한다.

그러므로 판형 열교환기는 버너(B)의 화염및 열기가 직접 접촉하게 되는 주 열교환기(X1)로는 사용되기 어려웠으며, 핀형 열교환기도 그 전열핀(F)이 적열(赤熱)및 소손(燒損)되어 손상되므로 그 수명이 그다지 길지 못하였다.

그런데 도 2및 도 3과 같은 응축식 보일러는 응축수의 문제는 해결되나 배기통로(E)가 Z형으로 2차 절곡되어 있어서 배가저항이 매우 커지며 이에 따라 공기를 공급하는 블로워(blower)의 용량도 커져 전력소모가 커지고 보일러에 작동 소음이나 진동등이 발생될 우려가 있다.

이와 같은 문제를 감안하여 본 발명의 목적은 응축식 보일러의 문제인 배기 저항을 해결하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 보일러의 크기를 소형화하고 그 열효율을 향상시켜 그 제조비와 연료소비율을 저감시키는 것이다.

도 1은 일반적 가스보일러의 구성을 보이는 시스템도,

도 2는 응축식 가스보일러의 구성을 보이는 시스템도,

도 3은 본원인의 선출원 가스보일러의 구성을 보이는 시스템도,

도 4(A)및 (B)는 각각 판형 열교환기와 판형 열교환기의 구성을 보이는 개략 사시도 및 단면도,

도 5는 본 발명 시스템의 한 구성을 보이는 시스템도,

도 6은 본 발명 시스템의 다른 구성을 보이는 시스템도,

도 7(A) 내지 (C)는 판형 연소기의 여러가지 구성을 보이는 단면도 및 사시도들,

도 8은 도 6의 시스템의 개략적인 구성 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 연소실 2: (핀형) 주열교환기

2': (판형) 주열교환기 3: (분젠식) 버너

3': 판형 연소기 4: (판형) 2차열교환기

5: 배기통로

상술한 목적의 달성을 위해 본 발명에 의한 보일러 시스템은

연소실의 상부에 버너를 하향으로 배치하고 주연소기를 연소실의 하부에 구비하는 것이다.

그러면 배기통로가 U형으로 형성되어 1회만 변곡되므로 배기저항의 현저한 저하가 이뤄지고, 이에 따라 블로워의 용량과 전력소모도 저하되며 보일러의 작동 소음과 진동도 저하될 수 있게 된다.

한편 본 발명의 다른 목적의 달성을 위해서 하향 배치된 버너는 판형 연소기로 구성된다.

그러면 화염이 작아지므로 주연소기를 근접 배치할 수 있어 보일러의 크기가 작아지며, 주열교환기도 판형으로 구성할 수 있어 열효율의 더욱 비약적인 향상이 가능해진다.

이에 따라 본 발명은 더욱 소형이며 열효율이 높아 제조비와 연료소비율및 전력소모가 작은 응축식 가스보일러 시스템을 제공하게 된다.

실시예

이와 같은 본 발명의 구체적 특징과 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.

도 5에서, 본 발명에 의한 가스보일러 시스템은, 연소실(1)의 상부에 버너(3)가 설치되고 하부에 주열교환기(2)가 배치됨으로써, 그 하부 일측에 배기통로(5)를 설치하면 전체적으로 연소가스의 배기통로는 U형으로 형성될 수 있다. 배기통로(5)내에는 배기가스의 폐열을 회수하는 2차 열교환기(4)가 구비되고, 그 하부에는 응축수가 배출되는 트랩(6)이 형성된다.

이러한 구성에서 2차 열교환기(4)는 도 3의 선출원과 마찬가지로 판형 열교환기로 구성되나, 주열교환기(2)는 핀형으로 구성되어 있다.

일반적으로 가스보일러에 사용되는 버너(3)는 소위 분젠식 버너로서 그 화염의 길이가 상당히 길며, 전술한 바와 같이 판형 열교환기는 화염및 열기의 직접 접촉시 누출의 위험이 있어, 주열교환기(2)는 핀형으로 구성되고 있다. 그럼에도 불구하고 핀형 열교환기의 전열핀(F)의 적열및 소손의 방지를 위해 버너(3)와 주열교환기(2)간에는 상당한 간격(d1)이 이격되어 있다.

그런데 도 6에 도시된 바와 같이 버너(3)를 판형 연소기(3')로 구성하는 경우에는 주열교환기(2')와의 간격(d2)을 대폭적으로 감소시킬수 있어 보일러의 높이를 단축시켜 소형화시킬수 있을 뿐아니라, 주열교환기(2')도 핀형보다 열효율이 월등한 판형으로 구성할 수 있다.

여기서 판형 연소기(3')는 "전일차 표면 연소 버너"로도 호칭되는 것으로, 도 7에 도시된 바와 같이 연소기 몸체(31)에 형성된 미세한 염공(炎孔;32)들을 통해 연소가 이뤄지므로 형성되는 화염이 미세하여 전체적인 표면 연소가 이뤄지는 것이다.

도 7(A)의 구성은 세라믹 몸체(31)에 염공(32)을 형성한 구성이며, 도 7(B)의 구성은 물결판(33)을 상호 접합하여 그 사이에 염공(32)이 형성되도록 한 본원인의 선특허출원 96-15716 "가스보일러의 판형 연소기"의 구성이다. 그리고 도 7(C)의 구성은 금속 섬유를 압축성형하여 그 사이로 미세한 염공(34)들이 형성되도록 한 구성이다.

어느 방식의 판형 연소기(3')를 사용하건 그 연소 효율이 우수하면서도 화염이 표면에 낮은 높이로 분산되므로 도 6의 보일러 구성이 가능하게 된다.

도 8에는 설명의 편의를 위해 도 6의 구성을 좀더 구체화하여 도시하고 있다.

사용자 또는 제어부의 제어에 의해 비례제어되는 밸브(V)의 개방으로 공급되는 가스와 이 밸브(V)의 개방정도에 연통되는 블로워(B)에 의해 공급되는 공기는 혼합기가 되어 연소실(1) 상부의 판형 연소기(3')로 공급되고, 연소된 배기가스는 하방으로 이동하여 판형 열교환기로 구성된 주 열교환기(2')를 통과한 뒤, 연소실(1)의 하부에 연결된 배기통로(5)를 따라 1차 절곡되어 2차 열교환기(4)를 통과하여 배기된다.

냉수는 배기통로(5)내의 2차 열교환기(4)를 통과하여 예열된 뒤 연소실(1)내의 주열교환기(2')를 통과하며 가열되어 열수로 배출되고, 배출된 열수는 난방수 또는 온수로 사용된다.

한편 2차열교환기(4)에서 발생되는 응축수는 하부의 트랩(6)을 통해 배출된다.

이상과 같이 본 발명 보일러 시스템은 연소기의 하향배치에 의해 종래의 Z형 시스템과 달리 연소가스의 배기경로가 U형이므로 그 배기저항이 작아져 블로워(B)의 소요 용량이 작아지며 이에 따라 그 전력소모와 소음진동도 저하된다.

한편 연소기를 판형 연소기(3')로 구성하는 경우에는 주열교환기(2')를 작은간격(d2)으로 설치할 수 있어 보일러의 전체적 크기가 소형화될 뿐아니라, 주열교환기(2')를 판형으로 구현할 수 있어 열효율의 비약적 향상이 가능하게 된다.

본 발명자의 예측에 의하면 본 발명 시스템은 종래의 응축식 시스템의 2/3의 크기로 구성할 수 있으며, 열효율이 20% 이상 높아 연료소비율도 20% 저감되며, 블로워의 전력소모도 종래의 70%로 작동소음과 진동이 발생되지 않는 가스보일러 시스템을 구현할 수있다.

Claims (3)

1. 연소실내에 버너와 주열교환기가 구비되고, 배기통로내에 2차 열교환기가 구비되며, 이 2차 열교환기의 응축수를 배기통로의 하부로 배출하는 응축식 가스보일러 시스템에 있어서,

   상기 버너가 상기 연소실의 상부에 하향배치되고, 상기 주열교환기가 연소실의 하부에 배치되어,

   상기 버너의 연소가스의 배기경로가 U형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 응축식 가스보일러 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 2차 열교환기가 판형 열교환기로 구성되는 것을 특징으로 하는 응축식 가스보일러 시스템.
3. 제1항 또는 제2항중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 주열교환기가 판형 열교환기로 구성되는 것을 특징으로 하는 응축식 가스보일러 시스템.