KR20120015631A

KR20120015631A - 급기 예열기가 구비된 잠열 열교환기

Info

Publication number: KR20120015631A
Application number: KR1020100077883A
Authority: KR
Inventors: 민태식
Original assignee: 주식회사 경동나비엔
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2012-02-22
Also published as: KR101199729B1; WO2012020908A2; WO2012020908A3

Abstract

보일러의 외부에서 유입된 공기가 잠열 열교환기를 통과하면서 예열된 후에 송풍기로 공급되도록 함으로써 연소 부하를 절감할 수 있는 급기 예열기가 구비된 잠열 열교환기를 제공함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명은, 송풍기를 통해 공급된 공기와 연료를 연소시키는 버너와, 상기 버너에서 발생된 연소 현열을 흡수하는 현열 열교환기와, 상기 현열 열교환기에서 열교환을 마친 연소생성물에 포함된 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열 열교환기와, 상기 잠열 열교환기를 통과한 연소생성물이 배출되는 배기후드를 포함하여 이루어진 보일러에 있어서, 상기 잠열 열교환기에는 보일러의 외부로부터 공급된 공기가 상기 연소생성물과 열교환되어 예열된 후에 상기 송풍기로 공급되도록 공기의 유로를 형성하는 급기 예열구가 구비된 것을 특징으로 한다.

Description

급기 예열기가 구비된 잠열 열교환기{LATENT HEAT EXCHANGER HAVING AIR INTAKE PREHEATER}

본 발명은 급기 예열기가 구비된 잠열 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보일러의 외부에서 유입된 공기가 잠열 열교환기에 구비된 급기 예열구를 통과하면서 예열된 후에 급기관을 통하여 송풍기로 공급되도록 함으로써 연소 부하를 절감할 수 있는 급기 예열기가 구비된 잠열 열교환기에 관한 것이다.

보일러는 밀폐된 용기 내의 열매체를 열원에 의해 가열시켜 원하는 지역을 난방하는 장치로, 연료를 연소시키는 버너와 연소된 고온의 연소공기에서 난방수로 열을 전달하는 열교환기로 구성된다.

초기 보일러의 열교환기는 버너의 연소시 발생하는 현열만을 이용하고 고온의 연소공기는 배기후드를 통해 그대로 배출시켜, 보일러의 열효율이 매우 낮았으며 고온의 난방수를 얻는데 오랜 시간이 소요되었다.

때문에 근래에 생산되는 보일러는 열효율을 증대시키기 위해 연소실에서 발생되는 연소생성물의 현열을 흡수하는 현열 열교환기와, 상기 현열 열교환기에서 열교환을 마친 연소생성물에 포함되어 있는 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열 열교환기를 구비하는데, 이러한 방식의 보일러를 콘덴싱 보일러라 한다.

이러한 콘덴싱 보일러는 가스보일러 뿐만 아니라 기름보일러에도 실용화되어 보일러 효율의 증가 및 연료비 절감에 많은 기여를 하고 있다.

상기 콘덴싱 보일러는 외부 공기를 흡입하여 연소에 필요한 공기를 공급하는 송풍기, 상기 송풍기를 통해 공급된 공기와 연료의 혼합물을 연소시키는 버너와, 상기 버너에서 발생된 연소 현열을 흡수하는 현열 열교환기와, 상기 현열 열교환기에서 열교환을 마친 연소생성물에 포함된 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열 열교환기와, 상기 잠열 열교환기를 통과한 연소생성물이 배출되는 배기후드를 포함하고, 상기 잠열 열교환기의 하부 일측에는 잠열 열교환기를 통과하는 연소생성물에 포함된 수증기가 응축되면서 생성되는 응축수의 배출구가 형성된 구조로 이루어져 있다.

종래의 콘덴싱 보일러는 외부의 공기가 송풍기로 직접 유입된 후에 버너 측으로 공급되는 구조로 이루어져 있어, 송풍기로 공급되는 외부 공기의 온도가 낮을 경우에는 상기 버너에서의 연소시 발생하는 연소 현열의 온도를 난방수의 가열을 위해 필요한 온도 범위까지 상승시키기 위하여 연소 부하를 그만큼 증대시켜야 하고, 이로 인해 연소 효율이 떨어지고 연료 소모량이 증대되는 문제점이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위한 종래기술 중에는 배기연도를 통해 배출되는 배기가스의 폐열을 회수하여 공기를 1차로 예열하고, 다시 1차 예열된 공기를 보일러를 에워싸는 예열관을 통해 연소열을 흡수하여 2차 예열한 후에 송풍기로 공급하도록 구성된 보일러가 개시된 바 있으나, 이 경우 공기가 경유하는 유로 형성을 위한 추가적인 배관 설비가 과도하게 요구되므로 이로 인해 보일러 외형의 부피가 커지고 제작비 또한 증대되는 문제점이 있었다.

따라서 보일러의 구조 변경 및 부품 추가를 최소화하고 간단한 구조로 구성하면서 송풍기로 공급되는 공기를 예열시킴으로써 연소 효율 향상과 연료 소비량을 절감할 수 있는 보일러 구조의 개선이 필요하다.

한편, 종래 콘덴싱 보일러는 그 연소 방식에 따라서 상향 연소식 보일러와 하향 연소식 보일러로 구분된다.

종래 상향 연소식 보일러는 최하단에 송풍기가 위치하고, 그 상측으로 상향 연소식 버너와 연소실, 현열 열교환기, 잠열 열교환기 및 배기후드가 순차로 설치된 구조로 이루어진 것으로, 일반적으로 연소생성물이 상측으로 이동하는 배기 방향과 잠열 열교환기에서 생성되는 응축수가 중력에 의해 낙하되어 배출되는 방향이 서로 반대 방향이므로 연소생성물은 배기 저항을 받게 되고 응축수는 배출이 원활하게 이루어지지 못하는 단점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 잠열 열교환기의 상부에는 연소생성물의 흐름 방향을 하향 경사지게 유도하는 상부 가이드가 설치되고, 잠열 열교환기의 하부에는 연소생성물의 흐름 방향을 유도함과 아울러 낙하하는 응축수의 배출 방향이 연소생성물의 배기 방향과 일치되도록 유도하는 하부 가이드가 설치된 잠열 열교환기 구조가 개발된 바 있다.

그러나 이러한 종래의 잠열 열교환기 구조는 연소생성물의 유로를 상기와 같이 전환하기 위하여 잠열 열교환기 내측 상부와 하부의 대부분 영역에 걸쳐 상부 가이드와 하부 가이드를 설치해야 하므로 잠열 열교환기의 구조가 복잡해지는 문제점이 있었다.

또한 연소생성물이 현열 열교환기에서 잠열 열교환기로 이동하는 과정에서 하부 가이드와의 간섭에 의해 배기 저항을 받게 되고, 연소생성물이 잠열 열교환기 내부의 일측에서 타측으로 이동하는 과정에서도 그 내부에 겹겹으로 설치된 다수의 열교환 튜브 및 이에 결합된 열교환핀 사이를 통과하는 과정에서 배기 저항을 받게 되어 연소생성물이 원활하게 배출되지 못하는 문제점이 있었다.

또한 종래 상향 연소식 콘덴싱 보일러는 현열 열교환기의 직상방에 응축수받이 역할을 하는 하부 가이드가 위치함에 따라서 현열 열교환기를 통과한 고온의 연소생성물과의 접촉으로 인해 하부 가이드의 온도가 상당히 높게 가열되며, 이에 따라 연소생성물이 잠열 열교환기를 통과하면서 생성된 응축수가 하부 가이드로 떨어진다 하더라도 가열된 하부 가이드로 인해 상당량의 응축수가 재기화하게 되므로 응축으로 회수된 잠열이 다시 기화열의 형태로 배출되어 최대 응축 효율을 얻을 수 없게 되는 문제점이 있었다.

이와 달리, 종래 하향 연소식 콘덴싱 보일러는, 최상단에 송풍기가 위치하고, 그 하측으로 하향 연소식 버너와 연소실, 현열 열교환기, 잠열 열교환기가 위치하며, 잠열 열교환기의 하측에 응축수받이와 응축수 배출구가 위치하고 그 일측으로 배기후드가 설치된 구조로 이루어져 있다.

이러한 하향 연소식 콘덴싱 보일러의 경우 응축수의 낙하 방향과 연소생성물의 배기 방향이 자연스럽게 일치하게 되는데, 이는 콘덴싱 보일러의 효율 향상에 매우 중요한 요인이 된다.

즉, 잠열 열교환기를 지나면서 연소생성물 내의 수증기가 응축되어 잠열을 난방순환수에 전달한 후에는 연소생성물의 온도가 크게 떨어지게 되므로, 응축수받이 내부의 온도가 매우 낮게 형성되어 응축수로 액화된 수증기의 재기화에 의한 열손실을 최소화할 수 있는 것이다.

이와 같은 하향 연소식 콘덴싱 보일러는 잠열을 최대한 회수할 수 있는 구조라는 점에서 가장 바람직한 콘덴싱 보일러의 구조로 평가되고 있으나, 하향 연소가 가능한 버너가 필수적으로 구비되어야 하는 제한이 따르는 문제점이 있다.

일반적으로 보일러에 적용되는 버너는 예혼합(Pre-mixed) 버너와 분젠(Bunsen) 버너로 구분할 수 있다.

이 중 예혼합 버너는 연소용 가스와 공기를 혼합실에서 미리 혼합한 예혼합 가스를 연소시키는 방식으로, 화염길이가 매우 짧고 화염밀도가 높기 때문에 상향이나 하향, 측향 등 연소방향에 무관하게 버너를 설치할 수 있는 장점이 있다.

이에 반해 분젠 버너는 가스를 분사하는 노즐부에서 연소에 필요한 1차 공기를 공급하고, 화염이 형성되는 부위에 과잉 2차공기를 공급하여 완전연소를 실현시키는 버너로서, 2차공기와 반응하는 화염의 길이가 길고 화염밀도가 낮아 화염이 상방향으로 향하는 경향을 가지고 있기 때문에 상향 연소식에만 적용이 가능한 단점이 있다.

따라서 종래 하향 연소식 콘덴싱 보일러의 경우 하향 연소가 가능한 예혼합 버너의 사용이 필수적이지만, 예혼합 버너는 연소안정성이 떨어지고 매우 복잡한 연소제어를 구현하기 위하여 고가의 제어시스템이 사용되어야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 보일러의 외부에서 유입된 공기가 잠열 열교환기를 통과하면서 예열된 후에 송풍기로 공급되도록 함으로써 연소 부하를 절감할 수 있는 급기 예열기가 구비된 잠열 열교환기를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 연소생성물의 배기 방향과 응축수의 배출 방향이 일치되도록 하여 연소생성물의 배기 저항을 감소시키고 잠열 열교환기에서 발생하는 응축수가 원활하게 배출될 수 있도록 하여 잠열 회수 효율을 향상시킬 수 있는 급기 예열기가 구비된 잠열 열교환기를 제공하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 급기 예열기가 구비된 잠열 열교환기는, 송풍기를 통해 공급된 공기와 연료를 연소시키는 버너와, 상기 버너에서 발생된 연소 현열을 흡수하는 현열 열교환기와, 상기 현열 열교환기에서 열교환을 마친 연소생성물에 포함된 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열 열교환기와, 상기 잠열 열교환기를 통과한 연소생성물이 배출되는 배기후드를 포함하여 이루어진 보일러에 있어서, 상기 잠열 열교환기에는 보일러의 외부로부터 공급된 공기가 상기 연소생성물과 열교환되어 예열된 후에 상기 송풍기로 공급되도록 공기의 유로를 형성하는 급기 예열구가 구비된 것을 특징으로 한다.

이 경우 상기 급기 예열구의 일측단은 보일러의 외부로 개방되어 외부의 공기가 유입되고, 상기 급기 예열구의 타측단은 급기관에 의해 상기 송풍기 측으로 연결되어, 상기 급기 예열구를 통과하면서 예열된 공기가 상기 급기관을 통하여 상기 송풍기로 공급되는 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 버너에서 연소된 연소생성물은 상기 현열 열교환기를 통과한 후, 상기 잠열 열교환기로 유입되어, 상기 잠열 열교환기에 구비된 난방수 가열구의 외측을 통과한 후에, 상기 급기 예열구의 외측을 통과하여 상기 배기후드로 배출되는 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 난방수 가열구와 급기 예열구는 납작한 튜브 형상이며, 상기 잠열 열교환기 내측의 전방과 후방에 각각 상하 간격을 두고 다수로 구비되되, 상기 잠열 열교환기의 전후방 외측을 향하여 하향 경사지게 배치되어, 상기 연소생성물은 상기 현열 열교환기를 통과하여 상기 잠열 열교환기로 수직 상승한 후, 수평면과 예각을 이루면서 비스듬히 하강하여 상기 난방수 가열구와 급기 예열구의 외측을 통과한 후 상기 배기후드로 배출되는 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 난방수 가열구와 급기 예열구의 외측에는 길이 방향으로 소정 간격을 두고 다수의 열교환핀이 각각 결합되어 있는 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 잠열 열교환기의 내측 상부에는 전후방 양단부가 상기 난방수 가열구와 급기 예열구의 경사각에 대응되는 경사면으로 이루어진 상부 가이드가 구비된 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 잠열 열교환기의 하부 일측에는 응축수 배출구가 구비되고, 상기 잠열 열교환기의 내측 전후방으로 상기 난방수 가열구와 급기 예열구의 하측에는 상기 잠열 열교환기에서 생성되어 낙하하는 응축수를 상기 응축수 배출구 측으로 유도하는 하부 가이드가 구비된 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 난방수 가열구와 급기 예열구의 양측단은 이에 대응되는 형상의 삽입홀이 형성된 좌측 엔드플레이트와 우측 엔드플레이트에 각각 결합되고, 상기 좌측 엔드플레이트와 우측 엔드플레이트의 외측에는 상기 난방수 가열구의 내부를 흐르는 난방수의 유로가 상기 잠열 열교환기 내부에서 좌측에서 우측으로, 그리고 우측에서 좌측으로 교번하여 전환되도록 유도하는 좌측 유로캡과 우측 유로캡이 각각 결합되어 있는 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 좌측 유로캡은, 입구관으로 유입된 난방수를 상기 전후방 양측의 난방수 가열구로 분할 공급하는 상부 유로캡과, 전후방 양측에 상하로 구비되어 난방수의 유로를 전환하는 중간부 유로캡과, 상기 전후방 양측의 난방수 가열구를 통과해 온 난방수를 취합하여 출구관으로 배출하는 하부 유로캡의 집합으로 이루어지고, 상기 우측 유로캡은, 전후방 양측에 상하로 구비되어 난방수의 유로를 전환하는 복수의 유로캡의 집합으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 급기 예열기가 구비된 잠열 열교환기에 의하면, 보일러의 외부에서 유입된 공기가 잠열 열교환기에 구비된 급기 예열구를 통과하면서 예열된 후에 급기관을 통하여 송풍기로 공급되므로 연소 부하를 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 잠열 열교환기 내측의 전후방에 하향 경사진 난방수 가열구와 급기 예열구를 상하 간격을 두고 다수 배치하여 연소생성물의 배기 방향과 응축수의 배출 방향을 일치시킴으로써 연소생성물의 배기 저항이 감소되고 응축수가 원활하게 배출될 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 난방수 가열구와 급기 예열구, 열교환핀, 좌우측 엔드플레이트 및 좌우측 유로캡의 간단한 결합구조를 통하여 잠열 열교환기 내부에서 난방수 가열구를 통과하는 난방수의 흐름 방향이 좌,우측으로 교번하여 전환되도록 유로를 형성함으로써 열교환 효율을 향상시킬 수 있고, 외부로부터 유입되는 공기가 잠열 열교환기 내부를 가로질러 설치된 급기 예열구를 통과하면서 예열된 상태로 급기관을 거쳐 송풍기로 공급되므로 연소 부하를 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 콘덴싱 보일러를 좌측에서 바라본 개략도,
도 2는 본 발명이 적용되는 콘덴싱 보일러를 좌측에서 바라본 종단면도,
도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 급기 예열기가 구비된 잠열 열교환기의 사시도,
도 4는 도 3a의 분해 사시도,
도 5는 도 3a에서 A-A 선을 기준으로 절개한 콘덴싱 보일러를 정면에서 바라본 종단면도,
도 6은 도 3a에서 B-B 선을 기준으로 절개한 콘덴싱 보일러를 정면에서 바라본 종단면도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명이 적용되는 콘덴싱 보일러를 좌측에서 바라본 개략도, 도 2는 본 발명이 적용되는 콘덴싱 보일러를 좌측에서 바라본 종단면도이다.

본 발명에 따른 콘덴싱 보일러는, 송풍기(10)의 상측에 화염이 상향으로 형성되는 상향 연소식 버너(20)와 연소실(30)이 구비되고, 그 상측으로는 상기 버너(20)에서 발생된 연소 현열을 흡수하는 현열 열교환기(40)와, 상기 현열 열교환기(40)에서 열교환을 마친 연소생성물(배기가스)에 포함된 수증기의 잠열을 회수하는 잠열 열교환기(100)와, 상기 잠열 열교환기(100)를 통과한 연소생성물이 배출되는 배기후드(50)가 설치되며, 상기 잠열 열교환기(100)의 하부 일측에는 잠열 열교환기(100)에서 생성된 응축수가 배출되는 응축수 배출구(101)가 형성되어 있다.

본 발명은 잠열 열교환기(100) 내부에 급기 예열기를 구비하여 외부로부터 유입된 공기가 잠열 열교환기(100)를 통과하면서 예열된 상태에서 송풍기(10)로 공급되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

이를 위한 구성으로, 상기 잠열 열교환기(100) 내부의 전방(도 1과 도 2에서 우측)과 후방(도 1과 도 2에서 좌측)에는 각각 전방과 후방을 향하여 수평면을 기준으로 예각을 이루면서 비스듬히 하향 경사진 다수의 급기 예열구(150,150a)가 상하 간격을 두고 설치되어 있다.

상기 급기 예열구(150,150a)는 납작한 튜브 형상으로 이루어진 것으로, 그 일측단이 보일러의 외부로 개방되어 외부의 공기가 유입되고, 그 타측단은 급기관(200, 도 5 참조)에 연결되어, 상기 급기 예열구(150,150a)를 통과하면서 예열된 공기가 상기 급기관(200)을 거쳐서 송풍기(10)로 직접 공급되도록 구성되어 있다.

이와 같이 잠열 열교환기(100) 내부 공간을 활용하여 급기 예열구(150,150a)가 전후방의 외측을 향하여 경사진 형태로 상하 배치됨에 따라 잠열 열교환기(100)를 통과하는 연소생성물에 포함된 수증기의 잠열을 회수하여 공기를 예열시킬 수 있을 뿐만 아니라 후술하는 바와 같이 잠열 열교환기(100)를 통과하는 연소생성물의 배기 방향이 응축수의 배출 방향과 일치하도록 유도하게 된다.

본 발명의 또 다른 특징은 버너(20)에서 연소된 연소생성물이 현열 열교환기(40)와 잠열 열교환기(100)를 통과하여 배기후드(50)로 배출되는 과정에서 배기 저항을 감소시키고 잠열 열교환기(100)에서 생성되는 응축수의 배출이 원활하게 이루어질 수 있도록 연소생성물의 배기 방향과 응축수의 배출 방향이 일치되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

이를 위한 구성으로, 상기 잠열 열교환기(100) 내부의 전방과 후방에는 상기 급기 예열구(150,150a)의 내측에 각각 전방과 후방을 향하여 수평면을 기준으로 예각을 이루면서 비스듬히 하향 경사진 다수의 난방수 가열구(140,140a)가 상하 간격을 두고 설치되어 있다.

상기 난방수 가열구(140,140a)는 납작한 튜브 형상으로 이루어진 것으로, 상하로 배치된 상기 난방수 가열구(140,140a) 사이로 연소생성물이 통과하게 된다.

그리고 상기 잠열 열교환기(100)의 내측 상부에는 전후방 양단부가 상기 난방수 가열구(140,140a)와 급기 예열구(150,150a)의 경사각에 대응되는 경사면으로 이루어진 상부 가이드(180)가 구비되어 있다.

또한 상기 잠열 열교환기(100)의 내측 전후방으로 상기 난방수 가열구(140,140a)와 급기 예열구(150,150a)의 하측에는 연소생성물에 포함된 수증기가 잠열 열교환기(100)를 통과하면서 응축되어 상기 난방수 가열구(140,140a)와 급기 예열구(150,150a)의 외측면에 고여서 하측으로 낙하하는 응축수를 상기 응축수 배출구(101) 측으로 유도하는 전면 하부가이드(190)와 후면 하부 가이드(190a)가 구비되어 있다.

상기 하부 가이드(190,190a)는 현열 열교환기(40)에서 수직으로 상승하는 연소생성물을 잠열 열교환기(100) 내부의 중앙부로 유도하는 역할도 한다.

이와 같은 잠열 열교환기(100)의 구조에 의하면, 버너(20)에 의해 연소된 연소생성물은 현열 열교환기(40)를 통과하여 잠열 열교환기(100) 내부의 중앙부를 향해 수직으로 상승하고, 수직 상방향으로 이동한 연소생성물은 상부 가이드(180)와 경사 배치된 난방수 가열구(140,140a) 및 급기 예열구(150,150a)에 의해 유로가 전환되어 수평면과 예각을 이루면서 전후방으로 비스듬히 하강하여 난방수 가열구(140,140a)의 외측면과 급기 예열구(150,150a)의 외측면을 순차로 통과하면서 난방수 가열구(140,140a)의 내부를 흐르는 난방수 및 급기 예열구(150,150a) 내부를 통과하는 공기와 열교환이 이루어진 후, 잠열 열교환기(100)의 전후방 벽면에 의해 그 흐름이 다시 수직 상방향으로 전환되어 취합된 후에 배기후드(50)를 통해 외부로 배출된다.

이때 난방수 가열구(140,140a) 사이와 급기 예열구(150,150a) 사이를 통과하여 연소생성물의 배기 방향과 난방수 가열구(140,140a) 및 급기 예열구(150,150a)의 외측면에 고인 후에 상기 난방수 가열구(140,140a) 및 급기 예열구(150,150a)의 표면을 타고 하향 경사지게 흘러내리는 응축수의 흐름 방향 및 하부 가이드(190,190a)의 상면으로 낙하하여 응축수 배출구(101) 측으로 유도되는 응축수의 배출 방향이 서로 일치하게 되므로 연소생성물의 저항을 받지 않으면서 응축수가 원활하게 배출될 수 있게 된다.

종래기술에서는 하부 가이드가 현열 열교환기의 직상측에 넓은 영역을 점유하면서 설치됨에 따라서 하부 가이드의 상면으로 낙하한 응축수가 재기화하여 잠열 회수 효율이 떨어지고 연소생성물의 배기 저항이 커지게 되는 문제점이 있었다.

그러나 본 발명에서는 응축수가 낙하하는 하부 가이드(190,190a)가 현열 열교환기(40) 상측의 전후방에 각각 좁은 영역을 점유하면서 설치되므로 연소열에 의해 하부 가이드(190,190a)가 가열되더라도 응축수와 하부 가이드(190,190a)가 접촉하는 면적과 시간이 종래기술에 비해서 상대적으로 감소하게 되므로 응축수가 재기화하는 비율을 줄일 수 있게 된다.

또한 종래기술에서는 현열 열교환기로부터 잠열 열교환기를 경유하는 연소생성물의 유로가 현열 열교환기의 상부에서 일측으로 모아진 후 상측으로 이동하여 잠열 열교환기의 일측단에서 타측단을 향하여 일방향으로 이동하면서 겹겹이 배치된 열교환 튜브와 열교환핀 사이를 통과하는 과정에서 배기 저항을 많이 받는 문제점이 있었다.

그러나 본 발명에서는 연소생성물이 현열 열교환기(40)로부터 잠열 열교환기(100) 내부 중앙부를 향하여 간섭을 받지 않고 수직 상승한 후에 전후방으로 나뉘어져 전방측에 상하로 배치된 난방수 가열구(140) 사이와 급기 예열구(150) 사이 및 후방측에 상하로 배치된 난방수 가열구(140a) 사이와 급기 예열구(150a) 사이를 통과하여 비스듬히 이동한 후에 다시 수직 상승하여 배기후드(50)를 통해 배출되므로 종래기술에 비해 연소생성물의 배기 저항을 현저히 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

이하에서는 잠열 열교환기(100) 내부에 난방수 가열구(140,140a)와 급기 예열구(150,150a)가 설치되는 구조와, 난방수 가열구(140,140a) 내부를 흐르는 난방수의 유로 및 급기 예열구(150,150a)를 통과하여 송풍기(10) 측으로 공급되는 공기의 유로에 대해 설명한다.

도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 급기 예열기가 구비된 잠열 열교환기의 사시도로서, 도 3a는 좌측에서 바라본 사시도, 도 3b는 우측에서 바라본 사시도를 나타낸 것이고, 도 4는 도 3a의 분해 사시도, 도 5는 도 3a에서 A-A 선을 기준으로 절개한 콘덴싱 보일러를 정면에서 바라본 종단면도, 도 6은 도 3a에서 B-B 선을 기준으로 절개한 콘덴싱 보일러를 정면에서 바라본 종단면도를 나타낸 것이다.

도 3a 내지 도 4를 참조하면, 잠열 열교환기(100) 내부의 전방과 후방에 상하로 이격되어 경사지게 배치되는 난방수 가열구(140,140a)와 급기 예열구(150,150a)는 연소생성물이 통과하는 측면의 폭이 전후 양단의 높이보다 길게 형성되어 그 단면이 납작한 타원형상의 튜브로 이루어진 것으로, 이와 같은 형상으로 구성될 경우 연소생성물과의 전열 면적이 증대됨과 동시에 연소생성물의 흐름 저항을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 상기 난방수 가열구(140,140a)와 급기 예열구(150,150a)의 외측에는 길이방향(도면에서는 좌우측 방향)으로 소정 간격을 두고 판 형상으로 이루어진 다수개의 열교환핀(130,130a)이 결합된다.

즉, 잠열 열교환기(100)의 전방측에 상하로 배치되는 난방수 가열구(140;141,142,143,144,145,146)와 급기 예열구(150;151,152,153,154,155,156)의 외측에는 이들의 외주면 형상에 대응되는 난방수 예열구 삽입홀(131)과 급기 예열구 삽입홀(132)이 상하로 형성된 다수의 전면 열교환핀(130)이 결합되고, 잠열 열교환기(100)의 후방측에 상하로 배치되는 난방수 가열구(140a;141a,142a,143a,144a,145a,146a)와 급기 예열구(150a;151a,152a,153a,154a,155a,156a)의 외측에는 이들의 외주면 형상에 대응되는 난방수 예열구 삽입홀(131a)과 급기 예열구 삽입홀(132a)이 상하로 형성된 다수의 후면 열교환핀(130a)이 결합된다.

그리고 상기 난방수 가열구(140,140a)와 급기 예열구(150,150a)의 좌측단은 각각 이에 대응되는 난방수 가열구 삽입홀(121,121a)과 급기 예열구 삽입홀(122,122a)이 형성된 좌측 엔드플레이트(120)에 결합되고, 상기 난방수 가열구(140,140a)와 급기 예열구(150,150a)의 우측단은 각각 이에 대응되는 난방수 가열구 삽입홀(161,161a)과 급기 예열구 삽입홀(162,162a)이 형성된 우측 엔드플레이트(160)에 결합된다.

또한 상기 좌측 엔드플레이트(120)와 우측 엔드플레이트(160)의 외측에는 상기 난방수 가열구(140,140a)의 내부를 흐르는 난방수의 유로가 상기 잠열 열교환기(100) 내부에서 좌,우측으로 교번하여 전환되도록 유도하는 좌측 유로캡(110)과 우측 유로캡(170)이 각각 결합된다.

상기 좌측 유로캡(110)은, 입구관(111a)으로 유입된 난방수를 전후방 양측 상부에 구비된 난방수 가열구(141,141a)로 분할 공급하는 상부 유로캡(111)과, 전후방 양측 중간부에 상하로 구비되어 난방수 가열구(142,143,144,145,142a,143a,144a,145a) 내부를 흐르는 난방수의 유로를 전환하는 중간부 유로캡(112,113,112a,113a)과, 전후방 양측 하부에 구비된 난방수 가열구(146,146a)를 통과해 온 열매체를 취합하여 출구관(114a)으로 배출하는 하부 유로캡(114)의 집합으로 구성된다.

상기 좌측 엔드플레이트(120)의 외측에 좌측 유로캡(110)이 결합될 경우, 좌측 엔드플레이트(120)에 형성된 급기 예열구 삽입홀(122,122a)에 결합된 급기 예열구(150,150a)의 좌측단은 보일러의 외측으로 개방된 상태가 되어 외부의 공기가 유입되게 된다.

상기 우측 유로캡(170)은, 전후방 양측 상부에 구비된 난방수 가열구(141,142,141a,142a)의 유로를 전환하는 상부 유로캡(171,171a)과, 전후방 양측 중간부에 구비된 난방수 가열구(143,144,143a,144a)의 유로를 전환하는 중간부 유로캡(172,172a)과, 전후방 양측 하부에 구비된 난방수 가열구(145,146,145a,146a)의 유로를 전환하는 하부 유로캡(173,173a)의 집합으로 구성된다.

상기 우측 엔드플레이트(160)의 외측에 우측 유로캡(170)이 결합될 경우, 우측 엔드플레이트(160)에 형성된 급기 예열구 삽입홀(162,162a)에 결합된 급기 예열구(150,150a)의 우측단은 그 후방의 급기관(200)과 연통된다.

이와 같은 결합구조에 의하면, 도 5에 도시된 바와 같이 잠열 열교환기(100)의 좌측 상부에 형성된 입구관(111a)으로 유입된 난방수는 화살표로 표시된 바와 같이 난방수 가열구(141,142,143,144,145,146)를 좌측에서 우측으로, 그리고 우측에서 좌측으로 교번하여 전환되는 유로를 거쳐서 잠열 열교환기(100)의 좌측 하부에 형성된 출구관(114a)을 통하여 현열 열교환기(40)를 거친 후 배출되어 난방소요처로 공급되므로, 잠열 열교환기(100) 내부의 한정된 공간에서 연소생성물과 난방수가 접촉하는 전열 면적과 시간을 증대시킬 수 있어 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

또한 도 6에 도시된 바와 같이 보일러가 가동되어 송풍기(10)가 작동되면 외부 공기는 잠열 열교환기(100) 내부에 구비된 급기 예열구(151,152,153,154,155,156)를 통과하면서 연소생성물의 잠열을 흡수하여 예열된 후에, 급기관(200)을 통하여 송풍기(10)로 직접 유입되므로 차가운 외부 공기가 예열되지 않은 상태로 송풍기(10)에 그대로 유입되는 경우에 비하여 연소 부하를 절감할 수 있게 된다.

또한 본 발명에서는 잠열 열교환기(100) 내측 전후방에 난방수 가열구(140,140a)와 급기 예열구(150,150a)가 나란히 설치되고, 그 외측에 전면 열교환핀(130)과 후면 열교환핀(130a)이 결합되며, 그 양측으로 좌,우측 엔드플레이트(120,160)와 좌,우측 유로캡(110,170)이 결합되고, 그 우측 후방으로 급기관(200)이 결합되는 간단한 구조로 구성되므로 제작이 용이하고 보일러의 소형 제작이 가능하다.

10 : 송풍기 20 : 버너
30 : 연소실 40 : 현열 열교환기
100 : 잠열 열교환기 101 : 응축수 배출구
110 : 좌측 유로캡 111 : 상부 유로캡
111a : 입구관 112,112a,113,113a : 중간부 유로캡
114 : 하부 유로캡 114a : 출구관
120 : 좌측 엔드플레이트 121,121a : 난방수 가열구 삽입홀
122,122a : 급기 예열구 삽입홀 130 : 전면 열교환핀
130a : 후면 열교환핀 131,131a : 난방수 가열구 삽입홀
132,132a : 급기 예열구 삽입홀 140,140a : 난방수 가열구
150,150a : 급기 예열구 160 : 우측 엔드플레이트
161,161a : 난방수 가열구 삽입홀 162,162a : 급기 예열구 삽입홀
170 : 우측 유로캡 171,171a : 상부 유로캡
172,172a : 중간부 유로캡 173,173a : 하부 유로캡
180 : 상부 가이드 190 : 전면 하부 가이드
190a : 후면 하부 가이드 200 : 급기관

Claims

송풍기를 통해 공급된 공기와 연료를 연소시키는 버너와, 상기 버너에서 발생된 연소 현열을 흡수하는 현열 열교환기와, 상기 현열 열교환기에서 열교환을 마친 연소생성물에 포함된 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열 열교환기와, 상기 잠열 열교환기를 통과한 연소생성물이 배출되는 배기후드를 포함하여 이루어진 보일러에 있어서,
상기 잠열 열교환기에는 보일러의 외부로부터 공급된 공기가 상기 연소생성물과 열교환되어 예열된 후에 상기 송풍기로 공급되도록 공기의 유로를 형성하는 급기 예열구가 구비된 것을 특징으로 하는 급기 예열기가 구비된 잠열 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 급기 예열구의 일측단은 보일러의 외부로 개방되어 외부의 공기가 유입되고, 상기 급기 예열구의 타측단은 급기관에 의해 상기 송풍기 측으로 연결되어, 상기 급기 예열구를 통과하면서 예열된 공기가 상기 급기관을 통하여 상기 송풍기로 공급되는 것을 특징으로 하는 급기 예열기가 구비된 잠열 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 버너에서 연소된 연소생성물은 상기 현열 열교환기를 통과한 후, 상기 잠열 열교환기로 유입되어, 상기 잠열 열교환기에 구비된 난방수 가열구의 외측을 통과한 후에, 상기 급기 예열구의 외측을 통과하여 상기 배기후드로 배출되는 것을 특징으로 하는 급기 예열기가 구비된 잠열 열교환기.
제3항에 있어서,
상기 난방수 가열구와 급기 예열구는 납작한 튜브 형상이며, 상기 잠열 열교환기 내측의 전방과 후방에 각각 상하 간격을 두고 다수로 구비되되, 상기 잠열 열교환기의 전후방 외측을 향하여 하향 경사지게 배치되어, 상기 연소생성물은 상기 현열 열교환기를 통과하여 상기 잠열 열교환기로 수직 상승한 후, 수평면과 예각을 이루면서 비스듬히 하강하여 상기 난방수 가열구와 급기 예열구의 외측을 통과한 후 상기 배기후드로 배출되는 것을 특징으로 하는 급기 예열기가 구비된 잠열 열교환기.
제3항에 있어서,
상기 난방수 가열구와 급기 예열구의 외측에는 길이 방향으로 소정 간격을 두고 다수의 열교환핀이 각각 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 급기 예열기가 구비된 잠열 열교환기.
제3항에 있어서,
상기 잠열 열교환기의 내측 상부에는 전후방 양단부가 상기 난방수 가열구와 급기 예열구의 경사각에 대응되는 경사면으로 이루어진 상부 가이드가 구비된 것을 특징으로 하는 급기 예열기가 구비된 잠열 열교환기.
제3항에 있어서,
상기 잠열 열교환기의 하부 일측에는 응축수 배출구가 구비되고,
상기 잠열 열교환기의 내측 전후방으로 상기 난방수 가열구와 급기 예열구의 하측에는 상기 잠열 열교환기에서 생성되어 낙하하는 응축수를 상기 응축수 배출구 측으로 유도하는 하부 가이드가 구비된 것을 특징으로 하는 급기 예열기가 구비된 잠열 열교환기.
제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 난방수 가열구와 급기 예열구의 양측단은 이에 대응되는 형상의 삽입홀이 형성된 좌측 엔드플레이트와 우측 엔드플레이트에 각각 결합되고, 상기 좌측 엔드플레이트와 우측 엔드플레이트의 외측에는 상기 난방수 가열구의 내부를 흐르는 난방수의 유로가 상기 잠열 열교환기 내부에서 좌측에서 우측으로, 그리고 우측에서 좌측으로 교번하여 전환되도록 유도하는 좌측 유로캡과 우측 유로캡이 각각 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 급기 예열기가 구비된 잠열 열교환기.
제8항에 있어서,
상기 좌측 유로캡은, 입구관으로 유입된 난방수를 상기 전후방 양측의 난방수 가열구로 분할 공급하는 상부 유로캡과, 전후방 양측에 상하로 구비되어 난방수의 유로를 전환하는 중간부 유로캡과, 상기 전후방 양측의 난방수 가열구를 통과해 온 난방수를 취합하여 출구관으로 배출하는 하부 유로캡의 집합으로 이루어지고,
상기 우측 유로캡은, 전후방 양측에 상하로 구비되어 난방수의 유로를 전환하는 복수의 유로캡의 집합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 급기 예열기가 구비된 잠열 열교환기.