KR20130005930A - 공명실을 구비한 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템 - Google Patents

공명실을 구비한 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 버너의 연소시 발생하는 소음을 공명작용을 이용하여 효과적으로 감쇄시킴으로써 보일러 또는 온수기의 조용한 운전을 가능하게 하는 공명실을 구비한 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명은, 송풍기로부터 공급된 공기와 가스밸브로부터 공급된 연소용 가스의 혼합유체를 연소시키는 버너와, 상기 버너의 연소가 이루어지는 연소실과, 상기 버너의 연소에 의해 생성된 연소생성물과 열교환배관 내부를 통과하는 유체 사이에 열교환이 이루어지는 열교환기 및 상기 열교환기를 통과한 연소생성물이 배출되는 배기후드를 포함하는 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템에 있어서, 상기 연소실의 외측에는 외측 커버가 구비되고; 상기 연소실의 내측에는 단열재가 구비되며; 상기 단열재는 상기 외측커버의 내측으로 이격된 위치에 설치되어, 상기 외측커버와 상기 단열재 사이에는 상기 연소실에 연통되어 상기 버너의 연소시 발생하는 소음을 감쇄하는 공명실이 구비된 것;을 특징으로 한다.

Description

공명실을 구비한 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템{COMBUSTION-HEAT EXCHANGER SYSTEM FOR BOILER OR WATER HEATER HAVING RESONANCE CHAMBERS}
본 발명은 공명실을 구비한 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연소실 커버와 그 내측에 구비되는 단열재 사이에 공명실을 마련하여 버너의 연소시 발생하는 소음을 흡음 및 감쇄시킴으로써 보일러 또는 온수기의 조용한 운전을 가능하게 하는 공명실을 구비한 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 가스 보일러 또는 온수기는 가스와 공기의 혼합유체의 연소과정에서 발생하는 연소열을 이용하여 물을 가열시키고, 가열된 물을 배관을 따라 순환시킴으로써 실내 난방용으로 사용하거나 온수용으로 사용할 수 있도록 하는 장치이다.
도 1은 종래 보일러 또는 온기수용 연소-열교환기 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도, 도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.
종래 일반적인 연소-열교환기 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 송풍기(10)로부터 공급된 외부 공기와 가스밸브(25)로부터 공급된 연소용 가스의 혼합유체를 연소시키는 버너(20)와, 상기 버너(20)가 내부에 설치되어 연소가 이루어지는 연소실(30)과, 상기 버너(20)의 연소에 의해 연소실(30)에서 발생된 연소생성물의 연소열을 열교환배관(50) 내부를 따라 흐르는 난방수 또는 온수에 전달하는 열교환기(40)와, 상기 열교환기(40)를 통과한 연소생성물이 외부로 배출되는 배기연도(60)를 포함하여 구성된다.
상기 버너(20)의 연소시, 연소실(30) 내부에서 발생된 고온의 열에너지가 연소실(30) 외부로 전달되는 경우에는 연소실(30) 주변 장치에 열 손상을 일으키게 되므로, 이를 방지하기 위하여 연소실(30)의 외측에는, 도 2에 도시된 바와 같이 좌측 커버(31), 우측 커버(32), 전면 커버(33) 및 후면 커버(34)가 구비되고, 그 각각의 내측면에는 좌측 단열재(35), 우측 단열재(36), 전면 단열재(37) 및 후면 단열재(38)가 설치된 구조로 이루어져 있다.
이와 같이 구성된 연소-열교환기 시스템에서 연소열을 높이기 위하여 버너(20)의 부하를 높이게 되면, 송풍기(10)로부터 공급되는 공기와 가스밸브(25)로부터 공급되는 연소용 가스의 공급량이 증가하게 되고, 이에 연동하여 공기와 가스의 압력변동의 증가로 인해 소음을 유발하게 되며, 이러한 버너(20)의 연소시 발생한 소음은 열교환기(40)와 배기후드(60)를 통해 전파되어 보일러 또는 온수기의 작동중 심한 소음을 배출하게 된다.
이와 같이 연소실(30)에서 버너(20)의 연소에 의해 발생하는 소음을 억제하기 위한 방안으로, 연소실(30)과 열교환기(40) 및 배기후드(60)로 연결되는 연소생성물의 흐름 경로 상에 흡음재를 구비한 별도의 소음기를 설치할 수도 있으나, 연소-열교환 시스템 내부의 고온·고압에 견디기 위해서는 흡음재가 난연성과 내구성 등의 요건을 충족해야 하므로 사용 가능한 흡음재의 종류에 제약이 따를 뿐만 아니라, 단일 재질로 이루어진 흡음재를 사용할 경우에는 특정 주파수 대역의 소음만을 흡수하게 되므로 다양한 주파수 대역의 소음을 흡수하는데 한계가 있다.
또한 이러한 소음기의 설치를 위해서는 연소-열교환기 시스템 내부에 소음기의 설치공간을 필요로 하게 되어 보일러 또는 온수기의 부피가 증가하게 되고, 소음기의 설치에 따른 공정 수의 증가 및 비용의 상승을 초래하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 버너의 연소시 발생하는 소음을 공명작용을 이용하여 효과적으로 감쇄시킴으로써 보일러 또는 온수기의 조용한 운전을 가능하게 하는 공명실을 구비한 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 이러한 연소 소음의 제거를 위한 수단을 별도의 흡음재를 사용하지 않는 단순한 구조로 구성함으로써 제품의 생산성 및 내구성을 향상시킬 수 있는 공명실을 구비한 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 다양한 주파수 대역을 갖는 소음을 효과적으로 제거할 수 있는 구조로 이루어진 공명실을 구비한 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 공명실을 구비한 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템은, 송풍기로부터 공급된 공기와 가스밸브로부터 공급된 연소용 가스의 혼합유체를 연소시키는 버너와, 상기 버너의 연소가 이루어지는 연소실과, 상기 버너의 연소에 의해 생성된 연소생성물과 열교환배관 내부를 통과하는 유체 사이에 열교환이 이루어지는 열교환기 및 상기 열교환기를 통과한 연소생성물이 배출되는 배기후드를 포함하는 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템에 있어서, 상기 연소실의 외측에는 외측 커버가 구비되고; 상기 연소실의 내측에는 단열재가 구비되며; 상기 단열재는 상기 외측커버의 내측으로 이격된 위치에 설치되어, 상기 외측커버와 상기 단열재 사이에는 상기 연소실에 연통되어 상기 버너의 연소시 발생하는 소음을 감쇄하는 공명실이 구비된 것;을 특징으로 한다.
이 경우 상기 외측 커버는, 좌측 커버, 우측 커버, 전면 커버 및 후면 커버로 이루어지고; 상기 단열재는, 상기 좌측 커버, 우측 커버, 전면 커버 및 후면 커버에 각각 대면하는 위치에 설치된 좌측 단열재, 우측 단열재, 전면 단열재 및 후면 단열재로 구성될 수 있다.
또한 상기 단열재에는 원형 또는 사각형으로 천공된 공명실 연통홀이 한 개씩 형성된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 단열재에는 원형 또는 사각형으로 천공된 공명실 연통홀이 복수로 형성된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 단열재에는 슬릿 형상으로 나란하게 천공된 공명실 연통홀이 복수로 형성된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 좌측 커버와 좌측 단열재 사이에 좌측 공명실이 위치하고, 상기 우측 커버와 우측 단열재 사이에 우측 공명실이 위치하며, 상기 전면 커버와 전면 단열재 사이에 전면 공명실이 위치하고, 상기 후면 커버와 후면 단열재 사이에 후면 공명실이 위치하는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 좌측 공명실, 우측 공명실, 전면 공명실 및 후면 공명실은 서로 독립적으로 위치한 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 좌측 공명실, 우측 공명실, 전면 공명실 및 후면 공명실 중 일부 또는 전부는, 그 내부공간의 체적 및 상기 공명실 연통홀의 형상과 크기 및 개수가 상이하게 형성된 것으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 공명실을 구비한 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템에 의하면, 연소실 외측커버의 내측으로 이격된 위치에 단열재를 설치하여 외측커버와 단열재 사이에 공명실을 마련함으로써, 버너의 연소시 발생하는 소음을 공명작용을 이용하여 효과적으로 감소시켜 보일러 또는 온수기의 조용한 운전이 가능해진다.
또한 본 발명에 의하면, 연소실에 설치되는 단열재를 외측커버의 내측으로 이격된 위치에 설치하는 간단한 구성을 통해 그 사이에 공명실을 마련함으로써 흡음재가 구비된 별도의 소음기를 설치하지 않더라도 연소시 발생하는 소음을 효과적으로 감쇄시킬 수 있게 되므로 별도의 소음기를 구비할 경우에 소요되는 추가 공정 및 비용을 절감할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면, 각 공명실의 체적을 달리 구성하거나 단열재에 천공되는 공명실 연통홀의 크기와 개수를 달리 구성할 경우 다양한 주파수 대역의 소음을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
도 1은 종래 보일러 또는 온기수용 연소-열교환기 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도,
도 2는 도 1의 A-A 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템의 연소실 구조를 보여주는 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 연소실에 구비되는 단열재의 다양한 실시예를 보여주는 사시도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 종래기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템의 연소실 구조를 보여주는 단면도, 도 4는 본 발명에 따른 연소실에 구비되는 단열재의 다양한 실시예를 보여주는 사시도이다.
본 발명에 따른 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템은, 도 1에 도시된 종래 연소-열교환기 시스템과 동일한 구성으로, 송풍기(10)로부터 공급된 외부 공기와 가스밸브(25)로부터 공급된 연소용 가스의 혼합유체를 연소시키는 버너(20)와, 상기 버너(20)가 내부에 설치되어 연소가 이루어지는 연소실(300)과, 상기 버너(20)의 연소에 의해 연소실(300)에서 발생된 연소생성물의 연소열을 열교환배관(50) 내부를 따라 흐르는 난방수 또는 온수에 전달하는 열교환기(40)와, 상기 열교환기(40)를 통과한 연소생성물이 외부로 배출되는 배기연도(60)를 포함하고, 본 발명에서는 상기 연소실(300) 내부에는 버너(20)의 연소시 발생하는 소음을 흡수 및 감쇄하기 위한 공명실(315,325,335,345)이 구비된 점에 특징이 있다.
이하, 도 3을 참조하여 상기 연소실(300) 내부 구성을 중심으로 설명한다.
연소실(300)의 외측에는 외측 커버(310,320,330,340)가 구비되고, 연소실(300)의 내측에는 상기 외측 커버(310,320,330,340)의 내측으로 이격된 위치에 단열재(350,360,370,380)가 설치되어, 외측 커버(310,320,330,340)와 단열재(350,360,370,380) 사이 공간에 공명실(315,325,335,345)이 마련된다.
본 실시예에서는 연소실(300)이 사각형 단면의 육면체 구조로 이루어진 것으로, 상기 외측 커버(310,320,330,340)는 좌측 커버(310), 우측 커버(320), 전면 커버(330) 및 후면 커버(340)로 구성되고, 상기 단열재(350,360,370,380)는 좌측 단열재(350), 우측 단열재(360), 전면 단열재(370) 및 후면 단열재(380)로 구성된다.
상기 좌측 단열재(350), 우측 단열재(360), 전면 단열재(370) 및 후면 단열재(380)는 각각 상기 좌측 커버(310), 우측 커버(320), 전면 커버(330) 및 후면 커버(340)에 대면하는 위치에 설치된다.
따라서 좌측 커버(310)와 좌측 단열재(350) 사이에는 좌측 공명실(315)이 위치하고, 우측 커버(320)와 우측 단열재(360) 사이에는 우측 공명실(325)이 위치하며, 전면 커버(330)와 전면 단열재(370) 사이에는 전면 공명실(335)이 위치하고, 후면 커버(340)와 후면 단열재(380) 사이에는 후면 공명실(345)이 위치하게 된다.
본 실시예에서 상기 좌측 단열재(350)와 우측 단열재(360)의 양단은 각각 전면 커버(330)와 후면 커버(340)의 내측면에 결합되고, 전면 단열재(370)와 후면 단열재(380)의 양단은 각각 좌측 단열재(350)와 우측 단열재(360)의 내측면에 결합되어, 상기 좌측 공명실(315)과 우측 공명실(325)과 전면 공명실(335) 및 후면 공명실(345)은 서로 격리되어 독립적으로 위치하게 된다.
상기 각 공명실(315,325,335,345)의 내부 공간은 다양한 주파수 대역의 소음을 흡수하기 위하여 서로 다른 체적으로 형성됨이 바람직하다.
상기 단열재(350,360,370,380)에는 공명실 연통홀(351,361,371,381)이 천공되어, 연소실(300)의 내부 공간과 각 공명실(315,325,335,345)이 연통된 구조로 이루어져 있다.
상기 단열재(350,360,370,380)에 천공되는 공명실 연통홀(351,361,371,381)은 다양한 형상과 크기 및 서로 다른 개수로 구성될 수 있으며, 도 4에 예시된 바와 같이, (a) 단열재(350a)에 하나의 공명실 연통홀(351a)이 원형으로 형성된 구조, (b) 단열재(350b)에 하나의 공명실 연통홀(351b)이 사각형으로 형성된 구조, (c) 단열재(350c)에 복수의 공명실 연통홀(351c)이 원형으로 형성된 구조, (d) 단열재(350d)에 복수의 공명실 연통홀(351d)이 사각형으로 형성된 구조, (e) 단열재(350e)에 복수의 공명실 연통홀(351e)이 슬릿 형상으로 나란하게 형성된 구조 등 다양한 구성이 가능하다.
그리고 상기 복수의 공명실 연통홀(351c,351d,351e)은 동일한 크기로 형성될 수도 있으나, 다양한 주파수 대역의 소음을 효과적으로 흡수하기 위해 서로 다른 크기로 형성됨이 바람직하며, 공명실 연통홀의 형상과 크기 및 개수는 도 4에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 다양하게 변형 실시될 수 있다.
이하, 본 발명의 작용을 설명한다.
연소-열교환기 시스템이 작동되면, 연소 부하에 따라 송풍기(10)의 회전수 및 가스밸브(25)의 개도량이 조절되고, 송풍기(10)로부터 공급된 공기와 가스밸브(25)로부터 공급된 연소용 가스의 혼합유체는 버너(20)에서 점화되어 연소실(300) 내부에서 연소가 이루어지게 된다. 버너(20)의 연소시에는 공기와 연소용 가스의 유동 및 압력변화에 따른 소음과 함께 혼합유체의 점화에 따른 연소 소음이 발생하게 되며, 부하의 크기에 비례하여 이러한 연소 소음은 더욱 심해진다.
단열재(350,360,370,380)로 둘러싸인 연소실(300)의 내부공간에서 버너(20)의 연소에 의해 생성된 연소생성물의 유동과 함께 전파되는 소음은 단열재(350,360,370,380)에 천공된 공명실 연통홀(351,361,371,381)을 통해 외측 커버(310,320,330,340)와 단열재(350,360,370,380) 사이에 형성된 공명실(315,325,335,345) 내부로 유입되고, 공명실(315,325,335,345) 내부로 유입된 소음은 공명실(315,325,335,345)의 체적 및 공명실 연통홀(351,361,371,381)의 크기 및 개수에 의해 결정되는 특정 주파수 대역에서 공명작용에 의해 감쇄하게 된다.
즉, 공명실(315,325,335,345)에서의 공명작용은 연소실(300)에서 발생한 소음이 공명실 연통홀(351,361,371,381)을 통과하여 공명실(315,325,335,345) 내로 전파되어 공명실(315,325,335,345) 내부 공간에서 이동하는 과정에서 소음의 음파에너지가 열에너지로 변환되어 소음이 흡음 및 감쇄되며, 일반적인 소음기에 설치되는 별도의 흡음재를 사용하지 않더라도 소음을 효과적으로 억제할 수 있게 된다.
이 경우 공명실(315,325,335,345)은 서로 격리되어 독립적으로 위치하고 있으므로, 각 공명실(315,325,335,345)에서는 서로 다른 특정 주파수 대역의 소음을 감쇄시킬 수 있게 되어 다양한 주파수 대역의 소음을 동시에 억제할 수 있는 효과가 있으며, 각 공명실(315,325,335,345)의 체적 및 공명실 연통홀(351,361,371,381)의 형상과 크기 및 개수는 연소실(300)에서 발생하는 소음의 주파수 대역을 고려하여 다양하게 설계될 수 있다.
상기와 같이 본 발명에서는 연소-열교환기 시스템에 별도의 소음기를 설치하지 않고, 외측 커버(310,320,330,330)의 내측으로 이격된 위치에 단열재(350,360,370,380)를 설치하여 그 사이 공간에 서로 독립적으로 위치하는 공명실(315,325,335,345)을 마련하고, 단열재(350,360,370,380)에는 연소실(300) 내부공간과 공명실(315,325,335,345)을 연통하는 공명실 연통홀(351,361,371,381)을 형성하는 간단한 구조에 의해 연소실(300)에서 발생하는 소음을 효과적으로 제거할 수 있게 되므로, 보일러나 온수기와 같은 연소-열교환기 시스템의 부하의 크기에 관계없이 조용한 운전이 가능해진다.
10 : 송풍기 20 : 버너
25 : 가스밸브 30 : 연소실
31 : 좌측 커버 32 : 우측 커버
33 : 전면 커버 34 : 후면 커버
35 : 좌측 단열재 36 : 우측 단열재
37 : 전면 단열재 38 : 후면 단열재
40 : 열교환기 50 : 열교환배관
60 : 배기후드 300 : 연소실
310 : 좌측 커버 315 : 좌측 공명실
320 : 우측 커버 325 : 우측 공명실
330 : 전면 커버 335 : 전면 공명실
340 : 후면 커버 345 : 후면 공명실
350 : 좌측 단열재 351 : 공명실 연통홀
360 : 우측 단열재 361 : 공명실 연통홀
370 : 전면 단열재 371 : 공명실 연통홀
380 : 후면 단열재 381 : 공명실 연통홀
350a,350b,350c,350d,350e : 단열재
351a,351b,351c,351d,351e : 공명실 연통홀

Claims (8)

  1. 송풍기로부터 공급된 공기와 가스밸브로부터 공급된 연소용 가스의 혼합유체를 연소시키는 버너와, 상기 버너의 연소가 이루어지는 연소실과, 상기 버너의 연소에 의해 생성된 연소생성물과 열교환배관 내부를 통과하는 유체 사이에 열교환이 이루어지는 열교환기 및 상기 열교환기를 통과한 연소생성물이 배출되는 배기후드를 포함하는 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템에 있어서,
    상기 연소실의 외측에는 외측 커버가 구비되고;
    상기 연소실의 내측에는 단열재가 구비되며;
    상기 단열재는 상기 외측커버의 내측으로 이격된 위치에 설치되어, 상기 외측커버와 상기 단열재 사이에는 상기 연소실에 연통되어 상기 버너의 연소시 발생하는 소음을 감쇄하는 공명실이 구비된 것;을 특징으로 하는 공명실을 구비한 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외측 커버는, 좌측 커버, 우측 커버, 전면 커버 및 후면 커버로 이루어지고;
    상기 단열재는, 상기 좌측 커버, 우측 커버, 전면 커버 및 후면 커버에 각각 대면하는 위치에 설치된 좌측 단열재, 우측 단열재, 전면 단열재 및 후면 단열재로 이루어진 것;을 특징으로 하는 공명실을 구비한 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 단열재에는 원형 또는 사각형으로 천공된 공명실 연통홀이 한 개씩 형성된 것을 특징으로 하는 공명실을 구비한 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 단열재에는 원형 또는 사각형으로 천공된 공명실 연통홀이 복수로 형성된 것을 특징으로 하는 공명실을 구비한 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 단열재에는 슬릿 형상으로 나란하게 천공된 공명실 연통홀이 복수로 형성된 것을 특징으로 하는 공명실을 구비한 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 좌측 커버와 좌측 단열재 사이에 좌측 공명실이 위치하고,
    상기 우측 커버와 우측 단열재 사이에 우측 공명실이 위치하며,
    상기 전면 커버와 전면 단열재 사이에 전면 공명실이 위치하고,
    상기 후면 커버와 후면 단열재 사이에 후면 공명실이 위치하는 것을 특징으로 하는 공명실을 구비한 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 좌측 공명실, 우측 공명실, 전면 공명실 및 후면 공명실은 서로 독립적으로 위치한 것을 특징으로 하는 공명실을 구비한 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 좌측 공명실, 우측 공명실, 전면 공명실 및 후면 공명실 중 일부 또는 전부는, 그 내부공간의 체적 및 상기 공명실 연통홀의 형상과 크기 및 개수가 상이하게 형성된 것을 특징으로 하는 공명실을 구비한 보일러 또는 온수기용 연소-열교환기 시스템.
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