KR20020000703A - 가스보일러의 콘덴싱 방식 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 버너로부터 공급된 연소가스의 현열과 응축잠열을 이용하여 열교환파이프의 내부로 흐르는 유체를 가열하는 가스보일러의 콘덴싱 방식 열교환기에 관한 것으로서, 상기 버너의 하부에 고온 연소가스를 이용하여 현열교환파이프 내부의 유체를 가열하는 현열 열교환부를 설치하고, 상기 현열 열교환부의 하부에 현열과 응축잠열을 이용하여 현열/잠열교환파이프 내부의 유체를 가열하는 현열/잠열 열교환부 설치하며, 상기 현열/잠열 열교환부의 하부에 응축잠열을 이용하여 잠열교환파이프 내부의 유체를 가열하는 잠열 열교환부를 설치하고, 상기 현열 열교환부와 현열/잠열 열교환부 그리고 잠열 열교환부를 감싸는 케이스 내벽에 방열흡수 열교환파이프를 접촉 설치함으로써, 현열과 응축잠열의 열교환 효율을 극대화시키고 응축 조건으로부터 내식성을 확보하며, 아울러 장치의 경량 및 콤팩트화를 실현한다.

Description

가스보일러의 콘덴싱 방식 열교환기{Condensing heat exchanger of Gas Boiler}

본 발명은 가스용 난방 및 온수 보일러에 관한 것으로서, 특히 현열과 응축잠열의 열교환 효율을 극대화시키고 응축 조건으로부터 내식성을 확보하며, 아울러 장치의 경량 및 콤팩트화를 실현할 수 있도록 하는 가스보일러의 콘덴싱 방식 열교환기에 관한 것이다.

일반 가정에서 사용되고 있는 난방 및 온수 보일러는 사용 연료에 따라 기름보일러와 가스보일러로 나뉘어진다. 이 중에서 최근에는 대기오염이 적고 사용이 편리한 가스보일러를 주로 사용하고 있으며, 그 연료로는 액화천연가스(LNG)를 사용한다.

가스보일러는 난방수를 가열하는 열교환기에 따라 콘덴싱과 비콘덴싱 방식으로 구분한다. 여기서 콘덴싱 방식의 가스보일러는 버너에 의한 연소열을 이용하여 직접 난방수를 가열하는 현열부 열교환기와, 상기 현열부 열교환기를 거쳐 통과한 배기가스의 응축잠열을 이용하는 잠열부 열교환기를 포함한다.

이와 같이 구성된 콘덴싱 방식의 가스보일러에서 열교환기는 배기가스의 온도를 노점온도 이하로 낮추어 재차 응축잠열을 흡수하므로 방열 손실을 최소화하고 열효율을 최대화 한다.

일반적으로 콘덴싱 방식의 열교환기는 열 효율을 고려하여 동 재질을 많이 사용한다. 그러나 열교환기 내부에서는 응축시 발생되는 산성 수분과 배기가스중의 황산화물, 질소산화물 및 연소열에 의해 부식이 발생하는바, 이를 억제하는 것이 항상 문제로 대두되어 왔으며 근래에는 내식성을 갖춘 알미늄 혹은 스테인레스 재질을 사용하게 되었다. 그러나 알미늄 혹은 스테인레스 스틸 재질은 내식성이 좋은 반면, 열효율이 낮기 때문에 동일 열량을 확보하기 위해서는 열교환기 자체를 크게 형성해야만 하는 단점이 있다.

도 1은 종래 공지된 콘덴싱 방식 가스보일러의 일 예를 보여주고 있다.

도시한 콘덴싱 방식의 가스보일러는 최상부에 송풍기(1)를 설치하고, 그 아래쪽에 버너(2)를 설치하여 가스(혹은 액체 연료) 분사장치(3)를 통해 공급되는 가스와 공기를 혼합한 후 점화장치(도시생략)에 의해 점화, 연소되게 하며, 그 하부에는 현열 열교환부(4)와 잠열 열교환부(5)로 구성된 열교환기(6)를 설치하여 열교환파이프(7)내로 흐르는 유체(혹은 열매체)와 고온의 배기가스간에 열교환이 이루어지게 하고, 최하부에는 배기덕트(8)를 설치하여 열교환 과정에서 발생된 응축수를 드레인 사이폰(9)를 통해 배출하며 동시에 나머지 배기가스를 배기구(10)를 통해 외부로 배출한다.

상기 열교환기(6)는 열 효율이 좋은 동 재질로 현열 열교환부(4)를 구성하고, 내식성이 큰 알미늄 혹은 스테인레스 스틸 재질로 잠열 열교환부(5)를 구성한 이중 구조를 취하고 있으며, 열교환파이프(7)에는 열교환핀(11)을 설치하여 효율을 높이고자 하였다.

앞서 설명한 종래기술의 가스보일러에서 이중 구조의 열교환기(6)는 알미늄 혹은 스테인레스 스틸을 사용할 때의 단점을 다소 해결하고 있기는 하지만, 여전히 동 재질로 된 현열 열교환부(4)가 응축 조건으로 되지 않도록 현열 열교환부(4)와 잠열 열교환부(5) 사이의 온도를 노점 온도 이상으로 정확하게 유지해야 하므로 설계상 제약이 따르게 된다.

또한 종래의 열교환기(6)는 알미늄 혹은 스테인레스 스틸을 사용하는 잠열 열교환부(5)에서 응축잠열의 이용 효율이 낮기 때문에, 제품을 크고 무겁게 만드는 문제점이 있다.

이와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 현열과 응축 잠열의 흡수율을 극대화하여 고효율의 열교환이 이루어지도록 함으로써, 스테인레스 스틸을 사용하면서도 경량 및 콤팩트화를 실현할 수 있도록 하고, 응축 과정의 부식 조건으로부터 내식성을 확보할 수 있도록 한 가스보일러의 콘덴싱 방식 열교환기를 제공함에 그 목적을 두고 있다.

도 1은 일반적인 콘덴싱 방식 가스보일러를 도시한 전체 구성도이고,

도 2는 본 발명에 의한 콘덴싱 방식 가스보일러를 도시한 전체 구성도이며,

도 3은 본 발명의 열교환기를 확대 도시한 단면 구성도이고,

도 4는 본 발명의 열교환기에 열교환회로캡이 결합되는 상태를 도시한 개략도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2-버너 4-현열 열교환부

7-현열교환파이프 11-열교환핀

12-연소실 13-현열/잠열교환파이프

14-현열/잠열 열교환부 15-잠열교환파이프

16-잠열 열교환부 17-케이스

18-방열차단벽 19-방열흡수 열교환파이프

60-열교환기

상기 목적에 따라 본 발명에서는 버너로부터 공급된 연소가스의 현열과 응축잠열을 이용하여 열교환파이프의 내부로 흐르는 유체를 가열하는 가스보일러의 콘덴싱 방식 열교환기에 있어서, 상기 버너의 하부에 고온 연소가스를 이용하여 현열교환파이프 내부의 유체를 가열하는 현열 열교환부를 설치하고, 상기 현열 열교환부의 하부에 현열과 응축잠열을 이용하여 현열/잠열교환파이프 내부의 유체를 가열하는 현열/잠열 열교환부 설치하며, 상기 현열/잠열 열교환부의 하부에 응축잠열을 이용하여 잠열교환파이프 내부의 유체를 가열하는 잠열 열교환부를 설치하고, 상기 현열 열교환부와 현열/잠열 열교환부 그리고 잠열 열교환부를 감싸는 케이스 내벽에 방열흡수 열교환파이프를 접촉 설치함을 특징으로 한다.

상기 케이스 내부에는 방열차단벽을 설치하고, 그 방열차단벽의 내면에 방열흡수 열교환파이프를 접촉 설치할 수 있다.

바람직하게 본 발명의 열교환기는 전체 구성을 스테인레스 스틸로 형성함을 기본으로 하며, 특히 상기 현열 열교환부, 현열/잠열 열교환부, 그리고 상기 현열 열교환부와 현열/잠열 열교환부의 옆으로 설치된 방열흡수 열교환파이프의 일부를 알미늄 혹은 동으로 형성할 수 있다.

바람직하게 상기 케이스에는 현열교환파이프, 현열/잠열교환파이프, 잠열교환파이프 그리고 방열흡수 열교환파이프와 연통된 유로를 갖는 열교환회로캡을 설치할 수 있다.

또한 상기 현열교환파이프, 현열/잠열교환파이프, 잠열교환파이프 그리고 방열흡수 열교환파이프는 동일 구경 혹은 다른 구경을 갖도록 형성한다.

바람직하게 상기 현열교환파이프와 잠열교환파이프에는 열교환핀을 설치한다. 상기 현열 열교환부, 현열/잠열 열교환부 그리고 잠열 열교환부를 감싸는 케이스의 하부를 경사 형성한다.

이하, 첨부 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명하기로 한다. 참고로 종래기술의 도면에서 이미 설명한 구성에 대하여는 동일 부호를 부여하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 콘덴싱 방식 가스보일러의 전체 구성을 보여주고 있으며, 도 3은 본 발명의 요부로서 열교환기의 확대 도시한 상태를 보여주고 있다.

도시한 바와 같이 본 발명의 가스보일러는 최상부에 송풍기(1)를 설치하고, 그 아래쪽에 버너(2)를 설치하여 가스(혹은 액체 연료)와 공기를 혼합한 후 연소실(11)에서 점화, 연소되게 하며, 그 하부에는 본 발명의 특징적인 구성을 갖는 열교환기(60)를 설치하여 열교환되게 하고, 최하부에는 배기덕트(8)를 설치하여 열교환 과정에서 발생된 응축수를 드레인 사이폰(9)으로 그리고 나머지 배기가스를 배기구(10)를 통해 외부로 배출한다.

특히 본 발명의 특징적인 구성을 갖는 열교환기(60)는 버너(2)의 하부에 현열교환파이프(7)와 열교환핀(11)으로 구성된 현열 열교환부(4)를 설치하고, 그 하부에 현열/잠열교환파이프(13) 및 열교환핀(11)로 구성된 현열/잠열 열교환부(14)를 설치하며, 그 하부에 잠열교환파이프(15)를 포함하는 잠열 열교환부(16)를 설치하고, 상기 현열 열교환부(4)와 현열/잠열 열교환부(14) 그리고 잠열 열교환부(16)를 감싸는 케이스(17)의 내부에 방열차단벽(18)을 설치하며, 그 방열차단벽(18)의 내면에 방열흡수 열교환파이프(19)를 접하여 브레이징 용접에 의해 고정 설치한다.

상기 방열흡수 열교환파이프(19)는 방열차단벽(18)을 생략할 때 케이스(17)의 내벽에 직접 설치할 수 있다. 도면에서 현열교환파이프(7)와 현열/잠열교환파이프(13)의 구경을 크게 형성하고 잠열교환파이프(15)와 방열흡수열교환파이프(19)의 구경을 작게 형성한 상태를 보여주고 있지만, 각 파이프의 구경은 필요에 따라 동일하게 형성한다. 또한 상기한 구성에서 열교환핀(11)은 열교환기의 필요 용량에 따라 생략할 수도 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저 연소실(11)에서 발생된 고온의 연소가스는 현열 열교환부(4)에서 현열교환파이프(7) 내부의 유체를 가열하고, 이후 현열/잠열 열교환부(14)에서 현열/잠열교환파이프(13) 내부의 유체를 가열하며, 다시 잠열 열교환부(16)에서 잠열교환파이프(15)의 유체를 가열한 후 응축수와 배기가스로 되어 배기덕트(8)로 보내진다.

즉 본 발명의 열교환기(60)는 종래의 이중구조와 달리 현열 열교환부(4), 현열/잠열 열교환부(14), 잠열 열교환부(16) 그리고 방열흡수 열교환파이프(19)로 구성하고, 더욱 방열흡수 열교환파이프(19)는 케이스(17)를 통하여 외부로 방열되는 현열을 재차 흡수하므로, 전열 면적을 확대하고 연소가스와 유체의 열교환 효율을 극대화한다.

따라서 본 발명은 열교환기(60)의 전체 구성을 스테인레스 스틸로 형성하여 내식성을 좋게 유지하면서도 고효율의 열교환을 실현할 수 있고, 제품을 경량 콤팩트하게 형성할 수 있다.

또한 본 발명에서는 필요시 현열 열교환부(4), 현열/잠열 열교환부(14), 그리고 상기 현열 열교환부(4)와 현열/잠열 열교환부(14)의 옆으로 설치된 방열흡수 열교환파이프(19)의 상측 일부를 알미늄 혹은 동으로 형성하여, 열교환 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

한편 본 발명의 열교환기(60)는 응축수의 배수를 용이하게 실현하기 위해 케이스(17) 및 방열차단벽(18)의 하부를 경사 형성한다.

또 한편으로 본 발명의 케이스(17)는 도 4에 도시함과 같이 현열교환파이프(7), 현열/잠열교환파이프(13), 잠열교환파이프(15) 그리고 방열흡수 열교환파이프(19)와 연통된 유로를 갖는 별도의 열교환회로캡(20)을 설치하여, 효과적인 열교환이 이루어지도록 구성할 수 있다.

상기 열교환회로캡(20)은 알루미늄, 스테인레스 스틸 또는 내열플라스틱 중 어느 하나로 형성할 수 있으며, 상기 열교환회로캡(20)을 스테인레스 스틸로 형성하고 상기 케이스(17)와 스테인레스 브레이징 용접으로 결합하여 형성하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 현열, 현열/잠열 그리고 잠열을 흡수하도록 3단 열교환부를 형성하고, 더욱 케이스 벽으로 방출되는 열을 차단 및 재사용 하기 위한 방열흡수 열교환파이프를 설치하므로, 현열과 응축 잠열의 흡수율을 극대화하여 고효율의 열교환을 실현할 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면 스테인레스 스틸을 사용하면서도 경량 및 콤팩트화를 실현할 수 있고, 응축 과정의 부식 조건으로부터 내식성을 확보하는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (10)

1. 버너로부터 공급된 연소가스의 현열과 응축잠열을 이용하여 열교환파이프의 내부로 흐르는 유체를 가열하는 가스보일러의 콘덴싱 방식 열교환기에 있어서,

   상기 버너의 하부에 설치되어 고온 연소가스를 이용하여 현열교환파이프 내부의 유체를 가열하는 현열 열교환부와; 상기 현열 열교환부의 하부에 설치되어 현열과 응축잠열을 이용하여 현열/잠열교환파이프 내부의 유체를 가열하는 현열/잠열 열교환부와; 상기 현열/잠열 열교환부의 하부에 설치되어 응축잠열을 이용하여 잠열교환파이프 내부의 유체를 가열하는 잠열 열교환부를 포함하는 가스보일러의 콘덴싱 방식 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 현열 열교환부, 현열/잠열 열교환부 그리고 잠열 열교환부를 감싸는 케이스 내부에 방열차단벽을 설치하고, 그 방열차단벽의 내면에 방열흡수 열교환파이프를 접촉 설치한 것을 특징으로 하는 가스보일러의 콘덴싱 방식 열교환기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 현열 열교환부, 현열/잠열 열교환부, 그리고 상기 현열 열교환부와 현열/잠열 열교환부의 옆으로 설치된 방열흡수 열교환파이프를 스테인레스 스틸로 형성한 것을 특징으로 하는 가스보일러의 콘덴싱 방식 열교환기.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 케이스는 현열교환파이프, 현열/잠열교환파이프, 잠열교환파이프 그리고 방열흡수 열교환파이프와 연통된 유로를 갖는 열교환회로캡을 포함하고, 상기 열교환회로캡은 알루미늄, 스테인레스 스틸 또는 내열플라스틱중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로하는 가스보일러의 콘덴싱 방식 열교환기.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 열교환회로캡을 스테인레스 스틸로 형성하고 상기 케이스와 스테인레스 브레이징 용접으로 결합하여 형성하는 것을 특징으로 하는 가스보일러의 콘덴싱 방식 열교환기.
6. 제 2 항에 있어서, 상기 잠열교환파이프와 방열흡수 열교환파이프는 현열교환파이프 및 현열/잠열교환파이프 보다 작은 구경을 갖는 것을 특징으로 하는 가스보일러의 콘덴싱 방식 열교환기.
7. 제 2 항에 있어서, 상기 현열교환파이프, 현열/잠열교환파이프, 잠열교환파이프 그리고 방열흡수 열교환파이프는 동일 구경을 갖는 것을 특징으로 하는 가스보일러의 콘덴싱 방식 열교환기.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 잠열 열교환부를 스테인레스 스틸로 형성한 것을 특징으로 하는 가스보일러의 콘덴싱 방식 열교환기.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 현열교환파이프와 현열/잠열교환파이프에는 열교환핀을 설치한 것을 특징으로 하는 가스보일러의 콘덴싱 방식 열교환기.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 현열 열교환부, 현열/잠열 열교환부 그리고 잠열 열교환부를 감싸는 케이스의 하부를 경사 형성한 것을 특징으로 하는 가스보일러의 콘덴싱 방식 열교환기.