KR200448105Y1 - 가스 보일러용 열교환 장치 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 상향식 콘덴싱 가스 보일러의 열교환 장치 구조에 관한 것으로서, 송풍 장치가 연소실 하부에 부착된 고부하 상향 연소식 콘덴싱 가스 보일러에서 연소실 상부에 설치된 현열 열교환기를 통하여 1차 열교환된 후, 배기 가스가 2차 열교환기로 들어갈 때, 원활히 배기 가스가 통과되도록 배기 덕트 내에 벤추리 형상의 배기 가스 통로를 설치하여 배기 가스가 벤추리 형상부를 통과시 고압, 고속의 기류가 형성되도록 하여 잠열 열교환기와 현열 열교환기를 배기 가스로부터 완전히 독립된 구조로 하며, 배기 가스가 잠열 열교환기를 통과할 때, 2차 열교환 효율을 높이기 위해 잠열 열교환기 내에서 배기 가스의 흐름을 안내할 수 있으며, 응축수의 배출을 원활하게 할 수 있는 굴곡형 배기 가이드와 V-가이드를 설치함으로써 연소된 배기 가스가 원활히 배출되도록 하고, 응축수의 배출이 원활하도록 한 상향연소식 콘덴싱 가스 보일러의 열교환 장치 구조이다.

가스 보일러, 폐열 회수 장치, 챔버, 덕트, 배기 안내 장치, 배기 가이드

Description

가스 보일러용 열교환 장치 구조{Structure of Heat Exchange Device for Gas Boiler}

본 고안은 상향식 분젠 버너 연소 방식의 가스 보일러에 관한 것으로서, 특히 현열 열교환기를 통과하여 난방수와 열교환을 이루고 배기 가스로 버려지는 폐열을 잠열 열교환기를 통하여 회수하여 열효율을 향상시켜 가스 소비량을 절감시키는 가스 보일러용 폐열 회수 장치에서, 배기 가스를 효율적으로 배기시키고, 응축수를 원활하게 하기 위한 배기 가스 안내 장치를 구비한 열교환 장치 구조에 관한 것이다

일반적으로, 가스 보일러는 가스 등의 연료를 연소시켜 발생된 연소 가스의 열로 연소실의 상부에 배열된 열교환기에서 난방수 등의 물과 열교환을 이루면서 난방 및 물의 가열을 이루도록 되어 있다.

또한, 가스 보일러에서 가스가 연소 된 후에 생성되는 연소 가스가 상기 열교환기에서 열교환을 이룸과 더불어 상기 가스 보일러의 외부로 배기되며, 이 연소된 배기 가스는 최초 연소 가스 온도보다는 낮으나 상온 이상의 열을 가지며, 이러한 배기 가스가 갖는 열의 재활용 방안이 모색되어 왔다.

도 1은 종래 기술에 따른 가스 보일러(10)가 도시되어 있는데, 가스 보일러(10)의 연소실(13) 상부에 폐열 회수 장치(80)가 설치되어 있다.

상기 가스 보일러(10)는 송풍기(11)와, 버너(12)와, 연소실(13)과, 현열 열교환기(20)와 덕트(30), 잠열 열교환기(60)를 수용한 챔버(50)를 포함하여 구성된다.

상기 송풍기(11)는 가스 보일러(10)의 최하단부에 설치되며, 외부 공기를 상기 가스 보일러(10)의 내부로 송풍시키도록 외부 전원의 인가에 따라 회전되는 모터 및 이 모터의 회전력에 의해 회전되면서 외부와 연통된 개구를 통해 공기를 빨아들인 후에 송풍력을 가해 상기 가스 보일러(10)의 내부와 연통된 개구를 통해 송풍하는 송풍팬으로 구성된다.

상기 현열 열교환기(20)는 상기 연소실(13)의 내부 상측에 배열되며, 다수개의 난방수가 유통되는 튜브(61)로 형성되어 있으며 난방수의 유통은 잠열 열교환기(60)의 튜브(62)를 거쳐 현열 열교환기(20)의 튜브(61)로 연통되도록 구성된다.

상기 폐열 회수 장치(80)는 현열 열교환기(20) 상측에 설치된 덕트(30)와, 챔버(50)와, 배기 가이드(51)와, 배기 후드(70)와, 잠열 열교환기(60)와, 배수구(53)와, 차열판(40)으로 구성된다.

상기 덕트(30)는 상기 연소실(13)의 현열 열교환기 상측에 설치되며, 상기 덕트(30)의 내부에는 벤츄리 부재(31)가 형성되어 있어서 상기 벤츄리를 통과하는 배기 가스의 유속을 증대시키도록 하여, 상기 연소실(13)에서 이송되는 배기 가스가 덕트(30)의 출구에 이르러 더 빠른 속도로 이동되도록 구성된다. 또한, 상기 덕 트(30) 내부에는 2중벽 구조로 되어 있고 덕트 내부에 단열재가 채워져 있어 덕트(30)에서 일어나는 불필요한 방열에 의한 열손실을 최소화하도록 한다.

상기 챔버(50)는 상기 덕트(30)의 상단에 밀착됨과 더불어, 그 상면이 개방된 박스 형상을 이루고 형성된다. 상기 챔버(50) 하단과 상기 덕트(30)의 상단 사이에는 차열판(40)이 형성되어 있어 불필요한 열전도를 차단하면서 덕트(30)와 챔버(50) 조립부위의 실링을 담당한다.

여기에서, 상기 배기 가스가 갖는 잠열의 활용 방안으로, 최초 연소 가스의 열을 통해 열교환을 이루는 현열 열교환기에서 열교환을 이룬 배기 가스가 상기 현열 열교환기의 상부에 설치된 잠열 열교환기에서 재차 열교환을 이루면서 상기 현열 열교환기와 잠열 열교환기에서 열교환을 이루면서 상기 연소 가스 및 배기 가스의 2중 열교환 활용을 모색하는 방법으로 배기 가스가 바로 배기 후드를 통하여 외부로 배출되어 열효율이 낮다는 문제점이 있었다.

여기에서, 상기 배기 가스가 갖는 잠열의 활용 방안으로, 최초 연소 가스의 열을 통해 열교환을 이루는 현열 열교환기에서 열교환을 이룬 배기 가스가 상기 현열 열교환기의 상부에 설치된 잠열 열교환기에서 재차 열교환을 이루면서 상기 현열 열교환기와 잠열 열교환기에서 열교환을 이루면서 상기 연소 가스 및 배기 가스의 2중 열교환 활용을 모색하는 방법이 있으나, 이는 상기 잠열 열교환기의 열교환 시에 상기 잠열 열교환기의 난방수 통로인 각 튜브에서 생성되는 응축수가 상기 현열 열교환기로 낙수되면서 상기 현열 열교환기의 열효율을 저하시킴은 물론, 상기 현열 열교환기 및 전자 장비 등의 장비에 수분 및 응축수에 함유된 질소산화물이 침투되어 상기 장비에 부식 등의 손상을 주는 문제점이 있었다.

또, 상기 현열 열교환기의 상부에 잠열 열교환기가 바로 설치됨에 따라, 비교적 높은 온도의 열교환을 이루는 현열 열교환기 부분의 온도와, 비교적 낮은 온도의 열교환을 이루는 잠열 열교환기 부분의 온도가 각각 상이하게 되고, 상기 현열 열교환기 부분과 잠열 열교환기 부분의 온도가 상이함에 따라 열의 전이 또는 써멀 플럭스(thermal flux)가 발생되면서 현열 열교환기와 잠열 열교환기 모두의 열효율이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 현열 열교환기의 상부에 잠열 열교환기가 설치되면서 문제가 발생 됨에 따라 근래에, 상기 현열 열교환기의 외부에 잠열 열교환기를 설치하여 상기 열교환기가 이중으로 형성된 것이 개발되었으나, 이는 열교환기의 2중 구조에 따라 보일러의 상부에 버너가 설치되고, 이 버너에서 발생된 열이 현열 열교환기의 중심을 통해 하방향으로 이동되면서 상기 현열 열교환기와 열교환을 이루며, 상기 현열 열교환기에서 열교환을 이룬 배기 가스가 상기 현열 열교환기의 외부에 설치된 잠열 열교환기를 통해 상부로 이동되면서 재차 열교환을 이루어 배기되는 구조로, 상기 현열 열교환기 및 잠열 열교환기의 각 구성품이 상기 버너의 직접 열에 노출되므로, 상기 각 구성품의 높은 내열성이 요구되어 그 제작 비용 및 조립이 까다로운 문제점이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 제반 문제점을 해소하기 위하여 고안된 것으로서, 그 목적은 현열 열교환기와 잠열 열교환기를 각각 격리시키면서도 현열 열교환기와 잠열 열교환기 사이에 기구적인 송풍 장치나 역류 차단 장치가 없이 덕트로 연결하면서 덕트 내부에 벤추리 구조의 유로를 형성하여 유동 속도를 빠르게 하여 상기 현열 열교환기와 잠열 열교환기 간의 열전이 및 써멀 플랙스 현상을 방지하도록 된 가스 보일러용 배기 폐열 회수 장치를 구비한 열교환장치 구조를 제공함에 있다.

본 고안의 다른 목적은 배기 가스가 배기 후드로 배출되기 전에 잠열 열교환기 내에서 굴곡형 배기 가이드와 V-가이드와 같은 배기 가스 안내 장치의 안내를 받아 열효율을 극대화하고, 응축수의 배출을 원활하게 할 수 있는 배기 가스 안내 장치를 구비한 열교환 장치 구조를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 연소실 상부에 현열 열교환기를 구성하고 상기 현열 열교환기에서 1차로 열교환을 이룬 배기 가스가 현열 열교환기 후단에 연통된 덕트를 통하여 2차 열교환을 이루는 잠열 열교환기를 수용한 챔버를 통하여 배출됨으로써 배기 폐열을 회수하는 것을 특징으로 한다.

본 고안의 다른 특징은, 상기 연소실의 현열 열교환기와 잠열 열교환기 사이에 별도의 배기 장치나 역류 방지 장치가 없이 오직 덕트만으로 연통되도록 하면서 덕트 내의 유동 속도를 증가시켜 덕트에서의 방열 손실을 최소화하고 잠열부 습기 나 낙수가 현열부에 영향을 미치지 않도록 덕트 내부에 벤추리 형상 부재를 구성한 것을 특징으로 한다.

본 고안의 또 다른 특징은, 덕트 내부 벽면을 2중으로 구성하고 상기 덕트 벽면 내부에 단열재로 충진하여 현열 열교환기를 거쳐 1차로 열교환을 이룬 배기 가스가 잠열 열교환기까지 도달하기 전에 발생하는 방열 손실을 최소화한 것을 특징으로 한다.

본 고안의 또 다른 특징은, 다수의 튜브로 구성된 잠열 열교환기를 수용하는 챔버 내부에 배기 유로를 형성하도록 굴곡형 배기 가이드를 구성하고, 상기 굴곡형 배기 가이드에 "V"자 형상의 V-가이드를 연속하여 형성함으로써 배기 가스 유동 방향을 하향으로 바꾸어 응축수 배출이 원활하도록 구성하고, 하향 유동이 끝나는 부분에서 응축수가 모아져서 별도의 배출구를 통하여 밖으로 배출되도록 하고, 열효율을 극대화하도록 한 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 고안에 의하면, 연소실 상부에 현열 열교환기를 구성하고 상기 현열 열교환기에서 1차로 열교환을 이룬 배기 가스가 현열 열교환기 후단에 연통된 덕트를 통하여 2차 열교환을 이루는 잠열 열교환기를 수용한 챔버를 통하여 배출됨으로써 배기 폐열을 회수하는 장치에 있어서, 현열 열교환기와 잠열 열교환기 사이에 별도의 배기 장치나 역류 방지 장치가 없이도 덕트 내부에 벤추리 형상 부재를 구성하여 덕트 내의 유동 속도를 증가시켜 덕트에서의 방열 손실을 최 소화하고 잠열부 습기나 낙수가 현열부에 영향을 미치지 않도록 함으로써 상기 각 열교환기의 열교환 효율이 증대되는 효과가 있다.

본 고안의 다른 효과는, 잠열 열교환기가 챔버에 의해 가스 보일러의 타 부재들과 격리됨에 따라 상기 잠열 열교환기에서 생성되는 응축수가 상기 타 부재에 접촉되어 손상을 유발시키는 것이 방지되는 효과가 있다.

본 고안의 또 다른 효과는, 송풍기에 의해 송풍되는 배기 가스가 덕트 내의 벤추리 부재에서 가속되어 이동됨에 따라, 상기 배기 가스가 현열 열교환기 및 잠열 열교환기로 유통되면서 이동속도가 저감되는 것이 방지되어 원활한 열교환 및 배기가 구현됨은 물론, 상기 잠열 열교환기의 추가로 인한 배기 가스의 송풍력 증대를 위한 또 다른 장치 및 구조의 추가를 회피할 수 있는 효과가 있다.

본 고안의 또 다른 효과는, 잠열 열교환기를 수용하는 챔버 내부에 배기 유로를 형성하도록 굴곡형 배기 가이드를 구성하고, 상기 굴곡형 배기 가이드에 "V"자 형상의 V-가이드를 연속하여 형성함으로써 배기 가스 유동방향을 하향으로 바꾸어 열효율을 극대화하며, 응축수 배출이 원활하도록 하는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 고안에 따른 가스 보일러(10)의 배기 가스 안내 장치를 도시한 도면이다. 도 1과 같은 부품에 대하여는 동일한 도면 부호를 붙여 이하에서 설명한다.

도 2에서, 굴곡형 배기 가이드(51')에 부착된 V-가이드(52) 형상은 덕트(30)를 지나 챔버(50)로 유입된 배기 가스의 유로를 하향으로 형성하도록 하여 열교환 효율을 높이고, 응축수의 배출을 용이하도록 하며, 상기 굴곡형 배기 가이드(51') 끝 부분에서 배기 가스가 하향 유동에서 상향 유동으로 바뀌게 된다. 상기 V-가이드(52)의 갯수는 도 2에서 한 개만 도시되어 있으나, 필요에 따라 복수 개 설치될 수도 있다. 상기 굴곡형 배기 가이드(51')는 하향 굴곡되어 있다. 또한, 상기 굴곡형 배기 가이드(51')의 형상은 도면에 도시된 것과 다른 굴곡 형상이어도 됨은 물론이다. 상기 굴곡형 배기 가이드(51') 및 V-가이드(52)는 잠열 열교환기(60)의 상부에 부착 설치되어 있다.

이때, 잠열 열교환기(60)에서 발생하는 응축수는 상기 굴곡형 배기 가이드(51') 끝 부분의 배기 가스가 하향 유동일 때, 저면으로 가라앉고, 기체상태의 배기 가스는 배기 후드(70)를 거쳐 외부로 배출된다. 이때, 응축수는 배수구(53)를 통해 밖으로 배출된다.

여기에서, 배기 가스는 상기 챔버(50)와 덕트(30)와의 연통부와, 상기 굴곡형 배기 가이드(51')와 배기 후드(70)와의 연통부를 통해 이동한다.

상기 배기 후드(70)는 상기 굴곡형 배기 가이드(51')의 상단에 밀착되도록 형성됨과 더불어, 상기 굴곡형 배기 가이드(51')의 일단에 개구된 개구와 연통되도록 그 일측 하단이 개구되고, 타측 상단이 개구되어 상기 가스 보일러(10)의 외부로 연통되는 관형상으로 형성된다.

상기 잠열 열교환기(60)는 상기 현열 열교환기(20)의 형상과 유사한 형상을 이루도록 단일 개 또는 다수 개의 튜브(61)가 다수부에서 절곡 및 굴곡되어 대략 박스 형상으로 형성되며, 상기 챔버(50)의 내부에 안착되어 고정되도록 챔버(50)의 내부 형상과 유사한 형상을 이루고 형성된다.

상기 배수구(53)는 상기 챔버(50)의 일측 바닥면에 상기 챔버(50)의 내부에 충진된 응축수를 외부로 배출시키도록 개구되어 형성되며, 소정 폭의 관이 돌출된 형상으로 형성된다.

본 실시예에서 상기 챔버(50)의 일측단에 덕트(30)가 연통되고, 타측단의 굴곡형 배기 가이드(51')에 배기 후드(70)가 연통되며, 상기 배기 후드(70)가 연통된 챔버(50)의 타측 바닥면에 상기 배수구(53)가 외부로 연통되어 설치된다.

또, 상기 챔버(50)는 상기 배수구(53)를 통해 응축수가 외부로 용이하게 배출되도록 상기 배수구(53) 방향의 챔버(50) 바닥면이 다른 부분에 비해 더 낮게 형성된다.

상기 현열 열교환기와 잠열 열교환기를 연결시켜 주는 배기 덕트 내에 단열재(32)를 넣어 잠열 열교환기 내의 응축수와 낮은 배기 가스 온도가 현열 열교환기로 전도되는 것을 차단한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 폐열 회수 장치의 단면도.

도 2는 본 고안에 따른 가스 보일러의 단면도.

<도면의 주요부호에 대한 부호의 설명>

10 : 가스 보일러 11 : 송풍기

12 : 버너 13 : 연소실

20 : 현열 열교환기 30 : 덕트

31 : 벤츄리 부재 32 : 단열재

40 : 차열판 50 : 챔버

51 : 배기 가이드 52 : V-가이드

53 : 배수구 60 : 잠열 열교환기

61 : 현열 열교환기 튜브 62 : 잠열 열교환기 튜브

70 : 배기 후드 80 : 폐열 회수 장치

Claims (3)

1. 송풍 장치가 연소실 전단에 부착된 고부하 상향 연소식 콘덴싱 보일러의 현열 열교환기에서 1차 열교환후 잠열 열교환기로 들어가기 전 배기 덕트 내에 벤추리 형상의 고압, 고속의 통로를 설치함으로써 현열 열교환기와 잠열 열교환기가 연소후 배기 가스로부터 완전 독립된 구조로 구성된 열교환 장치에 있어서.

   현열 열교환기에서 1차 열교환 된 후, 배출되는 배기 가스가 배기 덕트를 통과한 후, 잠열 열교환기에서 2차 열교환시 생성되는 응축수의 원활한 배출과, 열교환 효율을 높이기 위해 잠열 열교환기의 상부에 설치되어 배기 가스 흐름을 안내할 수 있는 굴곡형 배기 가이드와 V-가이드가 설치된 것을 특징으로 하는 열교환 장치 구조.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 현열 열교환기와 잠열 열교환기를 연결시켜 주는 배기 덕트 내에 단열재를 넣어 잠열 열교환기 내의 응축수와 낮은 배기 가스 온도가 현열 열교환기로 전도되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 열교환 장치 구조.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 V-가이드가 복수 개 설치되고, 상기 굴곡형 배기 가이드가 하향 굴곡되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환 장치 구조.

Images