KR20150108450A - 콘덴싱 가스보일러의 열교환기 - Google Patents

콘덴싱 가스보일러의 열교환기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 난방현열교환부와 난방잠열교환부, 직수열교환부를 복수의 플레이트에 일체로 구비함으로써 빠른 온수 공급이 이루어지고, 제조가 간단한 열교환기를 제공하고자 함에 그 목적이 있다. 본 발명의 열교환기는, 혼합기를 연소시키는 버너(70)에서 생성된 연소가스와 제1/제2열매체 사이에 열교환이 이루어지고, 복수의 플레이트(110,120,210,220,310,320) 사이의 공간에 상기 제1/제2열매체가 유동하는 열매체 유로와 상기 연소가스가 유동하는 연소가스 유로가 인접하게 교대로 형성된 열교환부(1100,1200,1300); 상기 열교환부(1100,1200,1300)를 통과한 연소가스가 배출되는 연소가스 배출부(700);를 포함하되, 상기 열교환부(1100,1200,1300)는, 상기 연소가스의 현열을 흡수하여 상기 제1열매체를 가열하기 위해 대면하는 한 쌍의 플레이트 사이에 제1열매체 현열유로가 형성된 제1열교환부(1100)와, 상기 연소가스의 잠열을 흡수하여 상기 제1열매체를 가열하기 위해 대면하는 한 쌍의 플레이트 사이에 제1열교환부(1100)의 제1열매체 현열유로에 연통하는 제1열매체 잠열유로가 형성된 제2열교환부(1200)와, 상기 연소가스의 잠열을 흡수하여 상기 제2열매체를 가열하기 위해 대면하는 한 쌍의 플레이트 사이에 제2열매체 유로가 형성된 제3열교환부(1300)가 플레이트에 일체로 형성된다.

Description

콘덴싱 가스보일러의 열교환기{HEAT EXCHANGER OF CONDENSING GAS BOILER}
본 발명은 콘덴싱 가스보일러의 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 난방수 가열을 위한 현열교환부와 잠열교환부에 직수 가열을 위한 잠열교환부가 일체로 구비된 콘덴싱 가스보일러의 열교환기에 관한 것이다.
가스 보일러는 버너에서 생성된 연소가스의 응축 잠열을 흡수하는지 여부에 따라 콘덴싱 가스보일러와 비콘덴싱 가스보일러로 구분할 수 있다.
상기 콘덴싱 가스보일러는 연소가스중에 포함된 수증기의 응축잠열(LATENT ENERGY)을 회수하는 보일러로서 잠열을 회수하기 위한 별도의 잠열교환부를 구비한다.
도 1은 종래의 콘덴싱 가스보일러중 하향식 콘덴싱 가스보일러를 나타내는 도면으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 콘덴싱 가스보일러는 난방환수유입관(1)을 통해 유입되는 난방수를 저장하는 팽창탱크(3)와, 상기 팽창탱크(3)에 연결된 난방환수배출관(2)을 통해 배출된 난방수를 순환시키는 순환펌프(4)와, 상기 순환펌프(4)에 의해 압송된 난방수가 열교환이 이루어지는 잠열교환부(5)와, 상기 잠열교환부(5)를 통해 1차적으로 예열된 난방수에 버너(7)의 열에너지를 전달하기 위한 현열교환부(6)와, 난방가동시에는 난방수공급관(8)으로 난방수를 공급하고 온수사용시에는 급탕열교환기(9)측으로 난방수를 공급하는 삼방밸브(10) 및 온수사용시 직수를 가열시켜 사용자에게 온수를 공급하는 급탕열교환기(9)로 구성된다.
도 1에 도시된 종래의 콘덴싱 가스보일러의 동작과정을 살펴본다.
실내 난방시에는, 난방소요처에 열을 빼앗긴 난방수는 난방환수유입관(1)을 지나 팽창탱크(3)에 유입되고, 팽창탱크(3)에서 난방환수배출관(2)으로 배출된 난방수는 순환펌프(4)를 거쳐 잠열교환부(5)로 공급되어 잠열교환부(5)에 설치된 열교환파이프(5a)를 지나면서 연소가스와 열교환됨으로써 온도가 1차적으로 상승한다. 이때 발생된 응축수는 응축수배출구(13)를 통해 외부로 배출되게 된다.
또한 잠열교환부(5)에서 온도가 상승한 난방수는 현열교환부(6)를 통해 연소가스와 2차적으로 열교환되어 온도가 상승된 후, 삼방밸브(10)를 경유하여 난방수공급관(8)을 통해 난방소요처로 공급된다.
온수 사용시에는, 상기 잠열교환부(5)와 현열교환부(6)를 순차 거치면서 가열된 난방수는 삼방밸브(10)를 경유하여 급탕열교환기(9)로 공급되어, 직수유입관(11)을 통해 유입된 직수와 열교환이 이루어지며, 상기 직수는 온수가 되어 온수공급관(12)을 통해 배출되어 사용자에게 공급된다.
상기한 종래의 콘덴싱 가스보일러로서 대한민국 특허등록 제10-0976032호가 개시되어 있다.
그러나 상기와 같은 종래의 콘덴싱 가스보일러는 급탕열교환기(9)를 이용하여 직수를 온수로 가열하기 때문에 직수를 가열하는데 오랜 시간이 걸릴 뿐만 아니라 열효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
또한 현열교환부(6)와 잠열교환부(5)는 각각 별도의 열교환파이프를 이용하여 제작하기 때문에 생산단가가 높고 제조공정이 복잡해지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 연소가스와 난방수의 열교환이 이루어지는 난방현열교환부와 난방잠열교환부, 연소가스와 직수의 열교환이 이루어지는 직수열교환부를 구비함으로써 온수 사용시 직수를 예열하여 빠른 온수 공급이 이루어지도록 하고, 난방잠열교환부와 직수열교환부에서 연소가스의 응축 잠열을 흡수함으로써 열효율을 향상시킬 수 있는 콘덴싱 가스보일러의 열교환기를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 하나의 플레이트에 난방현열교환부와 난방잠열교환부 및 직수열교환부를 일체로 형성하고, 이러한 플레이트를 복수개 접합시킴으로써 제조공정이 간단하고 생산단가를 낮출 수 있는 콘덴싱 가스보일러의 열교환기를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열교환기는, 혼합기를 연소시키는 버너(70)에서 생성된 연소가스와 제1/제2열매체 사이에 열교환이 이루어지고, 복수의 플레이트(110,120,210,220,310,320) 사이의 공간에 상기 제1/제2열매체가 유동하는 열매체 유로와 상기 연소가스가 유동하는 연소가스 유로가 인접하게 교대로 형성된 열교환부(1100,1200,1300); 상기 열교환부(1100,1200,1300)를 통과한 연소가스가 배출되는 연소가스 배출부(700);를 포함하되, 상기 열교환부(1100,1200,1300)는, 상기 연소가스의 현열을 흡수하여 상기 제1열매체를 가열하기 위해 대면하는 한 쌍의 플레이트 사이에 제1열매체 현열유로가 형성된 제1열교환부(1100)와, 상기 연소가스의 잠열을 흡수하여 상기 제1열매체를 가열하기 위해 대면하는 한 쌍의 플레이트 사이에 상기 제1열교환부(1100)의 제1열매체 현열유로에 연통하는 제1열매체 잠열유로가 형성된 제2열교환부(1200)와, 상기 연소가스의 잠열을 흡수하여 상기 제2열매체를 가열하기 위해 대면하는 한 쌍의 플레이트 사이에 제2열매체 유로가 형성된 제3열교환부(1300)로 이루어지고; 상기 열매체 유로를 내부에 형성하기 위해 대면하는 한 쌍의 플레이트에 의해 상기 제1 내지 제3열교환부(1100,1200,1300)가 일체로 형성되도록 이루어진다.
상기 제1열교환부(1100)와 제2열교환부(1200) 및 제3열교환부(1300)는 상기 버너에서 생성된 연소가스가 유동하는 방향을 따라 순차 구비된 것일 수 있다.
상기 복수의 플레이트(110,120,210,220,310,320)는, 열교환기(1000)의 일측을 구성하는 제1엔드플레이트부(100)와 열교환기(1000)의 타측을 구성하는 제2엔드플레이트부(300)와, 상기 제1엔드플레이트부(100)와 제2엔드플레이트부(300) 사이에 구비된 복수의 중간플레이트부(200)로 이루어지고, 상기 제1엔드플레이트부(100)와 중간플레이트부(200)와 제2엔드플레이트부(300) 각각의 내부공간에는 상기 제1열매체 현열유로와 제1열매체 잠열유로 및 제2열매체 유로가 형성되되, 상기 제1엔드플레이트(100)는 가장자리 둘레가 서로 접합된 제1외측플레이트(110)와 제1내측플레이트(120)로 이루어지고, 상기 중간플레이트부(200)는 가장자리 둘레가 서로 접합된 제1중간플레이트(210)와 제2중간플레이트(220)로 이루어지고, 상기 제2엔드플레이트부(300)는 가장자리 둘레가 서로 접합된 제2내측플레이트(310)와 제2외측플레이트(320)로 이루어지며, 상기 제2엔드플레이트부(300)의 경우 제1열매체 현열유로와 제1열매체 잠열유로는 서로 연통하되, 제2열매체 유로와는 각각 격리된 것일 수 있다.
상기 제1열매체는 난방소요처에 공급되는 난방수로서, 상기 제1외측플레이트(110)에 형성된 난방수유입구멍(111c)으로 유입되어, 상기 제1내측플레이트(120)와 제1/제2중간플레이트(210,220)와 제2내측플레이트(310)의 상기 난방수유입구멍(111c)에 대응되는 위치에 각각 형성된 난방수통과구멍(121c,121d,211c,211d,221c,221d,311c,311d)을 순차통과함으로써 상기 제2열교환부(1200)에서 열교환이 이루어진 후, 상기 제2외측플레이트(320)에 의해 막혀 유동방향이 반대방향으로 전환되고, 상기 유동방향이 전환된 난방수는 상기 제1열교환부(1100)에 형성된 열매체유로를 경유하면서 열교환이 이루어진 후 상기 제1외측플레이트(110)에 형성된 난방수배출구멍(111d)을 통해 배출되고; 상기 제2열매체는 사용자에게 온수를 공급하기 위한 직수로서, 상기 제1외측플레이트(110)에 형성된 직수유입구멍(111a)으로 유입되어, 상기 제1내측플레이트(120)와 제1/제2중간플레이트(210,220)와 제2내측플레이트(310)의 상기 직수유입구멍(111a)에 대응되는 위치에 각각 형성된 직수통과구멍(121a,211a,221a)을 순차통과한 후 상기 제2외측플레이트(320)에 의해 막혀 유동방향이 반대방향으로 전환되고, 상기 유동방향이 전환된 직수는 상기 제2내측플레이트(310)와 제2/제1중간플레이트(220,210) 및 제1내측플레이트(120)에 각각 형성된 온수통과구멍(311b,221b,211b,121b)을 순차통과한 후 상기 온수통과구멍(311b,221b,211b,121b)에 대응되는 위치에 형성된 상기 제1외측플레이트(110)의 온수배출구멍(111b)을 통해 급탕열교환기 측으로 배출되는 것일 수 있다.
상기 제2내측플레이트(310)와 제2외측플레이트(320)의 사이 공간에는, 상기 제2열교환부(1200)의 제1열매체 잠열유로와 상기 제3열교환부(1300)의 제1열매체 현열유로를 서로 연결시키기 위해 상기 제2내측플레이트(310)의 난방수통과구멍(311d)에 대응되는 위치에 연결유로부(329)가 형성될 수 있다.
상기 제2외측플레이트(320), 제2내측플레이트(310), 제2중간플레이트(220), 제1중간플레이트(210), 제1내측플레이트(120), 제1외측플레이트(110)의 각 대응되는 위치에는 수평방향으로 현열하부유로돌출부(322,312,222,212,122,112)가 각각 형성되고, 상기 연결유로부(329)의 상측 단부는 상기 제2외측플레이트(320)와 제2내측플레이트(310)의 현열하부유로돌출부(322,312) 사이 공간에 연결되며, 상기 제2외측플레이트(320)의 현열하부유로돌출부(322)에 막혀 유로 방향이 전환된 상기 제1열매체는, 상기 제2중간플레이트(220)와 제1중간플레이트(210)의 현열하부유로돌출부(222,212) 사이의 공간인 현열 하부유로를 경유하여 상기 제1내측플레이트(120)와 제1외측플레이트(110)의 현열하부유로돌출부(122,112) 사이의 공간으로 유입되는 것일 수 있다.
상기 제2내측플레이트(310), 제2중간플레이트(220), 제1중간플레이트(210), 제1내측플레이트(120)에 형성된 현열하부유로돌출부(312,222,212,122)의 양측 단부에는 폐색부(312a,222a,212a,122a)와 관통구멍(312b,222b,212b,122b)이 각각 형성되어 있으며; 상기 복수의 중간플레이트부(200)에서, 상기 연소가스 유로를 형성하기 위해 대면하는 한 쌍의 플레이트에는 상기 폐색부와 관통구멍이 각각 동일한 위치에 형성되고, 상기 제1열매체 현열유로를 형성하기 위해 대면하는 한 쌍의 플레이트에는 상기 폐색부와 관통구멍이 서로 반대방향에 형성되어 있어, 상기 현열 하부유로는 지그재그 형상으로 이루어진 것일 수 있다.
상기 제1외측플레이트(110)의 현열하부유로돌출부(112)의 양측 단부는 폐색되어 있고, 상기 현열하부유로돌출부(112)에서 상기 관통구멍(122b)의 반대측 단부에는 현열유로연결부(113)가 수직방향으로 형성되며, 상기 현열유로연결부(113)의 상측은 상기 현열 하부유로와 유로방향이 반대인 현열 상부유로에 연결된 것일 수 있다.
상기 현열하부유로돌출부(122,212,222,312,322)의 상측 양단에는 제1상부유로관통구멍(123,213,223,313)과 제2상부유로관통구멍(124,214,224,314)이 각각 형성되고, 상기 현열상부유로는 상기 복수의 제1상부유로관통구멍(123,213,223,313)이 연결된 유로와 상기 복수의 제2상부유로관통구멍(124,214,224,314)이 연결된 유로로 구성되는 것일 수 있다.
상기 제1외측플레이트(110)에는 현열하부유로돌출부(112)의 상부에 일단이 폐색되고 타단에 난방수배출구멍(111d)이 형성된 제1현열상부유로돌출부(114)가 형성되고; 상기 제2외측플레이트(320)에는 현열하부유로돌출부(322)의 상부에 양단이 폐색된 제2현열상부유로돌출부(324)가 형성되어; 상기 제1상부유로관통구멍(123,213,223,313)과 제2상부유로관통구멍(124,214,224,314)을 통해 유동하는 제1열매체의 유동방향은 서로 반대방향인 것일 수 있다.
상기 직수유입구멍(111a)과 직수통과구멍(121a,211a,221a,311a), 상기 온수배출구멍(111b)과 온수통과구멍(121b,211b,221b,311b)은 상기 제3열교환부(30)의 일측 하부와 타측 상부에 대각방향으로 각각 형성되고; 상기 난방수통과구멍(121c,121d,211c,211d,221c,221d,311c,311d)은, 상기 제2열교환부(20)의 일측 하부와 타측 상부에 대각방향으로 각각 형성된 제1난방수통과구멍(121c,211c,221c,311c)과 제2난방수통과구멍(121d,211d,221d,311d)으로 이루어진 것일 수 있다.
상기 제1열매체 잠열유로는 제1난방수통과구멍(121c,211c,221c,311c)과 제2난방수통과구멍(121d,211d,221d,311d)에 일측과 타측이 서로 연통하도록 형성되고; 상기 제2열매체 유로는 직수통과구멍(121a,211a,221a,311a)과 온수통과구멍(121b,211b,221b,311b)에 일측과 타측이 서로 연통하도록 형성된 것일 수 있다.
상기 제1내측플레이트(120)와 제1중간플레이트(210)와 제2중간플레이트(220)와 제2내측플레이트(310)와 제2외측플레이트(320)의 하부에는 상기 제1 내지 제3열교환부(1100,1200,1300)를 통과한 연소가스가 통과하는 연소가스연통구멍(128,218,228,318,328)이 형성되고; 상기 연소가스배출부(700)는 상기 제2외측플레이트(320)의 후방에 이격되도록 구비된 배기플레이트(400)와의 사이에 형성된 공간으로 구성되며; 상기 연소가스 유로 및 연소가스연통구멍(128,218,228,318,328)을 순차 경유한 연소가스는 상기 제2외측플레이트(320)와 배기플레이트(400) 사이 공간을 통해 외부로 배출되는 것일 수 있다.
상기 제1외측플레이트부(110)에는 상기 연소가스연통구멍(128,218,228,318,328)에 연통하여 상기 연소가스의 응축으로 생성된 응축수를 배출하기 위한 응축수배출구(650)가 구비된 것일 수 있다.
상기 복수의 플레이트(110,120,210,220,310,320)는, 이웃하는 플레이트의 가장자리 둘레가 서로 접합되고, 상기 이웃하는 플레이트의 평탄부가 서로 접촉되고 각 플레이트의 대면하는 위치에 형성된 요철부 및 돌출부에 의해 상기 제1열매체 현열유로와 제1열매체 잠열유로 및 제2열매체 유로가 형성된 것일 수 있다.
상기 요철부는, 상기 제1열매체 잠열유로를 형성하기 위한 제1요철부(115,125,215,225,315,325)와, 상기 제2열매체 유로를 형성하기 위한 제2요철부(116,126,216,226,316,326)로 이루어진 것일 수 있다.
상기 복수의 플레이트(110,120,210,220,310,320) 중 서로 이웃하는 플레이트에 형성된 상기 요철부는 대칭으로서 경사방향이 서로 어긋나도록 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 열교환기에 의하면, 하나의 플레이트에 난방현열교환부, 난방잠열교환부, 직수열교환부를 일체로 형성하고, 이러한 플레이트를 복수개 서로 접합시킴으로써 급탕열교환기에 직수가 공급되기 전에 미리 1차 가열된 후 공급되므로 빠른 온수 공급이 가능하고 열효율을 향상시킬 수 있다.
또한 난방수의 열교환을 위한 난방현열교환부는 현열 상부유로와 현열 하부유로를 구비하고, 이러한 유로들이 열교환기의 전후방을 순환함으로써 열교환시간을 증가시켜 열효율을 향상시킬 수 있다.
또한 각각의 플레이트에 형성된 요철부와 돌출부들은 일체로 성형될 수 있고, 이렇게 일체로 제조된 플레이트들을 접합시킴으로써 열교환기의 제조가 간단해진다.
또한 상기 현열 상부유로는 연소공간을 둘러싸는 구조로 되어 있어 연소공간 외벽을 둘러싸기 위한 별도의 구성이 필요 없으며, 연소공간에서 외측 방향으로 방열되는 열을 현열 상부유로의 난방수가 흡수하게 되므로, 열효율이 향상된다.
도 1은 종래의 콘덴싱 가스보일러중 하향식 콘덴싱 가스보일러를 나타내는 도면
도 2는 본 발명의 열교환기가 구비된 콘덴싱 가스보일러를 나타내는 구성도
도 3은 본 발명의 열교환기를 나타내는 사시도
도 4는 도 3의 열교환기를 나타내는 정면도
도 5는 도 3의 열교환기의 각 구성을 보여주는 분해사시도
도 6은 도 4의 A-A 단면도
도 7은 도 4의 A-A 단면 상태를 보여주는 사시도
도 8은 도 4의 B-B 단면도
도 9는 도 4의 B-B 단면 상태를 보여주는 사시도
도 10은 도 4의 C-C 단면도
도 11은 도 4의 C-C 단면 상태를 보여주는 사시도
도 12는 도 4의 D-D 단면도
도 13은 도 4의 D-D 단면 상태를 보여주는 사시도
도 14는 도 4의 E-E 단면도
도 15는 도 4의 E-E 단면 상태를 보여주는 사시도
도 16은 도 4의 F-F 단면도
도 17은 도 4의 F-F 단면 상태를 보여주는 사시도
도 18은 도 4의 G-G 단면도
도 19는 도 4의 G-G 단면 상태를 보여주는 사시도
도 20은 제2외측플레이트의 연결유로부를 보여주는 절개사시도
도 21은 도 5의 A, B, C, D, E, F, G, H부 확대도
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
<콘덴싱 가스보일러 시스템>
도 2를 참조하여 본 발명의 열교환기가 구비된 콘덴싱 가스보일러에 대해 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 열교환기(1000)가 구비된 콘덴싱 가스보일러는, 난방환수유입관(20)을 통해 유입된 난방수(제1열매체)를 저장하는 팽창탱크(40)와, 상기 팽창탱크(40)로부터 배출된 난방수를 난방환수배출관(31)을 통해 순환시키는 순환펌프(50)와, 버너(70)에서 생성된 연소가스와 난방수 및 직수(제2열매체)와의 사이에 열교환이 이루어지는 열교환기(1000)와, 난방가동시에는 난방수공급관(32)으로 난방수를 공급하고 온수사용시에는 급탕열교환기(80)측으로 난방수를 공급하는 삼방밸브(90)를 포함한다.
상기 열교환기(1000)는, 연소가스의 현열을 이용하여 난방수를 가열하는 난방현열교환부(1100;제1열교환부)와, 상기 난방현열교환부(1100)를 통과한 연소가스의 잠열을 이용하여 난방수를 가열하는 난방잠열교환부(1200;제2열교환부)와, 상기 난방잠열교환부(1200)를 통과한 연소가스의 잠열에 의해 직수가 가열되어 온수를 생성한 후 급탕열교환기(80)로 공급하도록 하는 직수열교환부(1300;제3열교환부)로 이루어진다.
상기 직수열교환부(1300)에서 가열된 온수는 온수배출관(62)을 통해 급탕열교환기(80)로 공급된다. 이 경우 상기 난방현열교환부(1100)로부터 공급된 난방수와 상기 직수열교환부(1300)로부터 공급된 온수는 급탕열교환기(80)에서 열교환이 이루어져, 온수공급관(63)을 통해 사용자가 원하는 온도의 온수를 공급하게 된다.
상기 순환펌프(50)에 의해 압송된 난방수는 난방잠열교환부(1200)로 먼저 공급되어 버너(70)에서 생성된 연소가스와의 열교환이 1차적으로 이루어지고, 상기 난방잠열교환부(1200)를 통과한 난방수는 난방현열교환부(1100)로 공급되어 상기 연소가스와의 열교환이 2차적으로 이루어진 후, 난방수공급관(32)을 통해 난방소요처로 공급된다.
<열교환기>
도 3 내지 도 5, 도 7, 도 9, 도 11, 도 13, 도 15, 도 17, 도 19, 도 20, 도 21을 참조하여, 본 발명의 열교환기에 대해 설명한다.
본 발명의 열교환기(1000)는, 혼합기를 연소시키는 버너(70)에서 생성된 연소가스와 제1열매체(난방수) 및 제2열매체(직수) 사이에 열교환이 이루어지고, 복수의 플레이트(110,120,210,220,310,320) 사이의 공간에 난방수와 직수가 유동하는 열매체 유로와 상기 연소가스가 유동하는 연소가스 유로가 인접하게 교대로 형성된 제1 내지 제3열교환부(1100,1200,1300)와, 상기 제1 내지 제3열교환부(1100,1200,1300)를 통과한 연소가스가 배출되는 연소가스 배출부(700)를 포함한다.
상기 버너(70)는 열교환기(1000)의 상단에 구비된 버너지지플레이트(500)의 하부에 결합되어 있어, 버너(70)에서 발생된 연소가스는 하향흐름이 된다.
상기 제1열교환부(1100)와 제2열교환부(1200) 및 제3열교환부(1300)는 버너(70)에서 생성된 연소가스가 유동하는 방향을 따라 상부에서부터 하부로 순차 구비되어 있다.
상기 제3열교환부(1300)에는, 직수가 유입되는 직수유입구(610)가 일측 하부에 결합되어 있고, 상기 직수유입구(610)를 통해 유입된 직수가 상기 제3열교환부(1300) 내부의 열매체 유로에서 가열된 후 급탕열교환기(80) 측으로 배출하기 위한 온수유출구(620)가 상기 직수유입구(610)의 대각방향 상측에 결합되어 있다.
상기 제2열교환부(1200)에는 순환펌프(50)에 의해 압송된 난방수가 유입되는 난방수유입구(630)가 결합되어, 상기 난방수유입구(630)를 통해 유입된 난방수는 제2열교환부(1200) 내부의 열매체 유로를 통과하면서 연소가스와의 열교환이 이루어진다.
상기 제1열교환부(1100)에는 난방수유출구(640)가 결합되어 있고, 상기 제2열교환부(1200)에서 1차로 가열된 난방수가 상기 제1열교환부(1100) 내부의 열매체 유로를 통과하면서 연소가스에 의해 2차로 가열된 후 상기 난방수유출구(640)를 통해 삼방밸브(90) 측으로 배출된다.
상기 제1열교환부(1100)와 제2열교환부(1200) 및 제3열교환부(1300)는 이웃하는 한 쌍의 대면하는 플레이트와 상기 한 쌍의 플레이트 사이에 형성된 내측공간에 의해 정의되고, 상기 내측공간에는 열매체가 유동하면서 상기 한 쌍의 플레이트의 외측공간을 유동하는 연소가스와의 사이에 열교환이 이루어진다.
상기 제1열교환부(1100)의 내측공간은 제1열매체인 난방수가 유동하는 제1열매체 현열유로가 되고, 상기 제2열교환부(1200)의 내측공간은 상기 난방수가 유동하는 제1열매체 잠열유로가 되며, 상기 제3열교환부(1300)의 내측공간은 직수가 유동하는 제2열매체 유로가 된다.
상기 제1열매체 현열유로와 제1열매체 잠열유로는 서로 연통하고, 상기 제2열매체 유로는 제1열매체 현열유로 및 제1열매체 잠열유로와 서로 격리되어 있다.
상기 제1 내지 제3열교환부(1100,1200,1300)는 복수의 플레이트(110,120,210,220,310,320) 가장자리가 접합된 구조로 이루어져 있다.
상기 복수의 플레이트(110,120,210,220,310,320)는, 열교환기(1000)의 일측을 구성하는 제1엔드플레이트부(100)와, 열교환기(1000)의 타측을 구성하는 제2엔드플레이트부(300)와, 상기 제1엔드플레이트부(100)와 제2엔드플레이트부(300) 사이에 구비된 복수의 중간플레이트부(200)로 이루어져 있다.
상기 제1엔드플레이트부(100)와 중간플레이트부(200)와 제2엔드플레이트부(300) 각각의 내부공간에는 상기 제1열매체 현열유로와 제1열매체 잠열유로 및 제2열매체 유로가 형성되되, 상기 제1엔드플레이트(100)는 가장자리 둘레가 서로 접합된 제1외측플레이트(110)와 제1내측플레이트(120)로 이루어지고, 상기 중간플레이트부(200)는 가장자리 둘레가 서로 접합된 제1중간플레이트(210)와 제2중간플레이트(220)로 이루어지며, 상기 제2엔드플레이트부(300)는 가장자리 둘레가 서로 접합된 제2내측플레이트(310)와 제2외측플레이트(320)로 이루어진다.
상기 제2엔드플레이트부(300)의 경우, 제1열매체 현열유로와 제1열매체 잠열유로는 서로 연통하도록 이루어져 난방수는 제1열매체 잠열유로와 제1열매체 현열유로를 순차 경유하게 되고, 제2열매체 유로는 제1열매체 현열유로와 제1열매체 잠열유로에 대해 격리되어 있어 직수는 제2열매체 유로만을 경유한 후 온수가 되어 급탕열교환기(80)로 공급된다.
또한 상기 제2엔드플레이트부(300)에서는 상기 중간플레이트부(200)로부터 이송되어 온 난방수와 직수를 상기 중간플레이트부(200)를 향해 반대방향으로 유동하도록 유로 전환이 이루어진다.
따라서 제1엔드플레이트부(100)에 유입된 직수와 난방수는 중간플레이트부(200)를 경유한 후 제2엔드플레이트부(300) 내부로 유입되고, 상기 제2엔드플레이트부(300)에서 유동방향이 반대방향으로 전환된 직수와 난방수는 다시 중간플레이트부(200)를 경유한 후 제1엔드플레이트부(100)를 통해 배출된다.
상기 제1외측플레이트(110)에는, 직수가 유입되는 직수유입구멍(111a)과, 상기 직수유입구멍(111a)를 통해 유입된 직수를 상기 제3열교환부(1300)에서 가열한 후 급탕열교환기(80) 측으로 배출하기 위한 온수배출구멍(111b)과, 순환펌프(50)로부터 압송되어 온 난방수를 유입시키기 위한 난방수유입구멍(111c)과, 상기 난방수유입구멍(111c)을 통해 유입된 난방수를 제2열교환부(1200)와 제1열교환부(1100)를 순차 경유하면서 가열한 후 삼방밸브(90) 측으로 배출하기 위한 난방수배출구멍(111d)이 형성되어 있다.
상기 제1내측플레이트(120)에는, 상기 직수유입구멍(111a)과 온수배출구멍(111b)과 난방수유입구멍(111c)에 각각 대응되는 위치에 직수통과구멍(121a)과 온수통과구멍(121b)과 제1난방수통과구멍(121c)이 형성되어 있고, 상기 제1난방수통과구멍(121c)의 대각방향 상측에 제2난방수통과구멍(121d)이 형성되어 있다.
상기 제1중간플레이트(210)와 제2중간플레이트(220)에는, 상기 제1내측플레이트(120)의 직수통과구멍(121a)과 온수통과구멍(121b)과 제1난방수통과구멍(121c) 및 제2난방수통과구멍(121d)에 각각 대응되는 위치에 직수통과구멍(211a,221a)과 온수통과구멍(211b,221b)과 제1난방수통과구멍(211c,221c) 및 제2난방수통과구멍(211d,221d)이 각각 형성되어 있다.
상기 제2내측플레이트(310)에는, 상기 직수통과구멍(211a,221a)과 온수통과구멍(211b,221b)과 제1난방수통과구멍(211c,221c) 및 제2난방수통과구멍(211d,221d)에 각각 대응되는 위치에 직수통과구멍(311a)과 온수통과구멍(311b)과 제1난방수통과구멍(311c) 및 제2난방수통과구멍(311d)이 형성되어 있다.
상기 제2외측플레이트(320)에는, 상기 직수통과구멍(311a)과 온수통과구멍(311b)과 제1난방수통과구멍(311c) 및 제2난방수통과구멍(311d)에 대응되는 위치가 막혀있어, 직수와 난방수의 유로방향이 반대방향으로 전환된다.
상기 제1외측플레이트(110), 제1내측플레이트(120), 제1중간플레이트(210), 제2중간플레이트(220), 제2내측플레이트(310), 제2외측플레이트(320)에는, 상기 제2열교환부(1200)의 영역에 화살표의 머리 모양이 일정간격으로 반복 형성된 제1요철부(115,125,215,225,315,325)가 형성되어 있다.
상기 제1외측플레이트(110)의 제1요철부(115)와 제1내측플레이트(120)의 제1요철부(125)는 서로 반대방향으로 돌출되어 있어 그 내부에 공간이 형성되되, 서로 대칭이 되도록 경사방향이 엇갈리게 형성되어 있다.
따라서 상기 제1외측플레이트(110)와 제1내측플레이트(120)를 맞대어 접합시키면 제1요철부(115,125)와 난방수유입구멍(111c)과 제1난방수통과구멍(121c)과 제2난방수통과구멍(121d)의 외측 둘레를 따라 평면부가 접촉되어 폐색되고, 상기 제1외측플레이트(110)의 제1요철부(115)와 제1내측플레이트(120)의 제1요철부(125)의 대칭 형상으로 인해 상기 제1요철부(115,125) 사이의 내부공간이 형성되어 제1열매체가 유동하는 제1열매체 잠열유로가 된다.
이 경우 상기 제1외측플레이트(110)와 제1내측플레이트(120) 사이의 내부공간 중 난방수유입구멍(111c)과 제1난방수통과구멍(121c)과 제2난방수통과구멍(121d) 및 제1요철부(115,125)가 위치한 내부공간은 서로 연결된 공간이 되어, 난방수유입구멍(111c)을 통해 유입된 난방수는 그 내부공간 전체를 경유하여 제1난방수통과구멍(121c)과 제2난방수통과구멍(121d)을 통해 중간플레이트부(200)로 이동하게 된다.
상기 제1중간플레이트(210)의 제1요철부(215)와 제2내측플레이트(310)의 제1요철부(315)는 상기 제1외측플레이트(110)의 제1요철부(115)와 동일한 형상 및 방향으로 형성되어 있고, 상기 제2중간플레이트(220)의 제1요철부(225)와 제2외측플레이트(320)의 제1요철부(325)는 상기 제1내측플레이트(120)의 제1요철부(125)와 동일한 형상 및 방향으로 형성되어 있다.
따라서 상기 제1중간플레이트(210)와 제2중간플레이트(220)를 맞대어 접합시키면 제1요철부(215,225)와 제1난방수통과구멍(211c,221c)과 제2난방수통과구멍(211d,221d)이 위치한 내부공간은 하나의 연결된 공간으로서 제1열매체 잠열유로를 구성한다.
또한 상기 제2내측플레이트(310)와 제2외측플레이트(320)를 맞대어 접합시키면 제1요철부(315,325)와 제1난방수통과구멍(311c)와 제2난방수통과구멍(311d)이 위치한 내부공간은 하나의 연결된 공간으로서 제1열매체 잠열유로를 구성한다.
한편, 각각의 플레이트(110,120,210,220,310,320)에서 제1요철부(115,125,215,225,315,325)의 하부인 제3열교환부(1300)의 영역에는 제2요철부(116,126,216,226,316,326)가 형성되어 있다.
상기 제1외측플레이트(110)의 제2요철부(116)는 제1요철부(115)와 동일한 형상 및 방향으로 형성되어 있고, 나머지 각각의 플레이트(120,210,220,310,320)에 형성된 제1요철부(125,215,225,315,325)와 제2요철부(126,216,226,316,326)도 각각 동일한 형상 및 방향으로 형성되어 있다.
따라서 제1외측플레이트(110)와 제1내측플레이트(120) 사이의 공간으로서 제2요철부(116,126)와 직수유입구멍(111a)과 온수배출구멍(111b)과 직수통과구멍(121a)과 온수통과구멍(121b)이 위치한 내부공간, 제1중간플레이트(210)와 제2중간플레이트(220) 사이의 공간으로서 제2요철부(216,226)와 직수통과구멍(211a,221a)과 온수통과구멍(211b,221b)이 위치한 내부공간, 제2내측플레이트(310)와 제2외측플레이트(320) 사이의 공간으로서 제2요철부(316,326)와 직수통과구멍(311a)과 온수통과구멍(311b)이 위치한 내부공간은 각각 하나의 연결된 공간이 되고, 이들 내부공간들은 직수통과구멍(121a,211a,221a,311a)과 온수통과구멍(121b,211b,221b,311b)을 통해 모두 연통하도록 되어 있어 제2열매체 유로를 형성하게 된다.
상기와 같은 구성에 의하면, 모든 플레이트(110,120,210,220,310,320)에서 서로 대면하는 플레이트에 형성된 제1요철부는 서로 대칭으로 형성되어 경사방향이 엇갈리도록 되어 있고, 서로 대면하는 플레이트에 형성된 제2요철부도 서로 대칭으로 되어 경사방향이 엇갈리도록 되어 있다.
따라서 각 플레이트 사이의 제1열매체 잠열유로와 제2열매체 유로는 상기 제1,제2요철부에 의해 지그재그 형상으로 이루어져 난방수 및 직수가 통과하면서 난류가 형성되어 연소가스와의 열교환 효율이 향상된다.
또한 상기 제1내측플레이트(120)와 제1중간플레이트(210) 사이의 공간, 서로 이웃하는 중간플레이트부(200) 사이의 공간, 제2내측플레이트(310)와 마지막 중간플레이트부(200)의 제2중간플레이트(220) 사이의 공간은 연소가스가 유동하는 연소가스 유로가 되고, 이들 플레이트에서 서로 대면하는 플레이트에 형성된 제1요철부와 제2요철부도 서로 대칭으로 되어 경사방향이 엇갈리도록 되어 있어, 연소가스가 연소가스 유로를 통과할 때 난류가 형성되어 열매체 유로를 유동하는 난방수 및 직수와의 열교환 효율이 향상된다.
한편, 상기 제1열교환부(1100)에 해당하는 각 플레이트(110,120,210,220,310,320) 사이의 공간에는 제1열매체 현열유로로서, 현열하부유로와 상기 현열하부유로의 상측에 위치한 현열상부유로가 구비된다.
상기 현열하부유로를 형성하기 위해 각 플레이트(110,120,210,220,310,320)에는 수평방향으로 긴 직사각형 형상의 현열하부유로돌출부(112,122,212,222,312,322)가 형성되어 있다.
상기 제1외측플레이트(110)와 제1내측플레이트(120)에 각각 형성된 현열하부유로돌출부(112,122)는 서로 반대방향으로 돌출되어 있어, 마주보는 한 쌍의 현열하부유로돌출부(112,122)에 의해 둘러싸인 내부공간이 현열하부유로를 형성하게 된다.
상기 제1내측플레이트(120), 제1중간플레이트(210), 제2중간플레이트(220), 제2내측플레이트(310)에 형성된 현열하부유로돌출부(122,212,222,312)의 양측 단부에는 막힌 형상의 폐색부(122a,212a,222a,312a)와 원형으로 뚫린 관통구멍(122b,212b,222b,312b)이 각각 형성되어 있다.
상기 제1외측플레이트(110)의 현열하부유로돌출부(112)는 양단이 막힌 형상이고, 제2외측플레이트(320)의 현열하부유로돌출부(322)도 양단이 막힌 형상으로 되어 있다.
상기 복수의 중간플레이트부(200)에서, 내부에 연소가스 유로를 형성하기 위해 대면하는 한 쌍의 플레이트(210,220)에는 상기 폐색부와 관통구멍이 각각 동일한 위치에 형성되고, 내부에 제1열매체 현열유로를 형성하기 위해 대면하는 한 쌍의 플레이트에는 상기 폐색부와 관통구멍이 서로 반대방향에 형성되어 있다.
즉, 하나의 중간플레이트부(200)를 구성하는 제2중간플레이트(220)의 폐색부(222a)와 관통구멍(222b)에 대응하는 위치에는 이웃하는 다른 중간플레이트부(200)를 구성하는 제1중간플레이트(210)의 폐색부(212a)와 관통구멍(212b)가 각각 형성되어, 폐색부(222a)와 폐색부(212a)의 면이 서로 접촉하고, 관통구멍(222b)과 관통구멍(212b)이 서로 연결된다.
또한 하나의 중간플레이트부(200)를 구성하는 제1중간플레이트(210)의 폐색부(212a)와 관통구멍(212b)에 대응하는 위치에는 동일한 중간플레이트부(200)를 구성하는 제2중간플레이트(220)의 관통구멍(222b)과 폐색부(222a)가 각각 대응되도록 형성되어 있어, 폐색부와 관통구멍이 서로 반대방향에 형성된 구조로 되어 있다.
또한 제1내측플레이트(120)의 폐색부(122a)와 관통구멍(122b)은 이웃하는 제1중간플레이트(210)의 폐색부(212a)와 관통구멍(212b)에 각각 대응하는 위치에 형성되어 있어, 폐색부(122a)와 폐색부(212a)의 면이 서로 접촉하고, 관통구멍(122b)과 관통구멍(212b)이 서로 연결된다.
또한 제2내측플레이트(310)의 폐색부(312a)와 관통구멍(312b)은 이웃하는 제2중간플레이트(220)의 폐색부(222a)와 관통구멍(222b)에 각각 대응하는 위치에 형성되어 있어, 폐색부(312a)와 폐색부(222a)의 면이 서로 접촉하고, 관통구멍(312b)과 관통구멍(222b)이 서로 연결된다.
따라서 상기 제1외측플레이트(110)의 현열하부유로돌출부(112)와 제1내측플레이트(120)의 현열하부유로돌출부(122) 사이의 공간과, 복수의 중간플레이트부(200)에서 하나의 중간플레이트부(200)를 구성하는 제1중간플레이트(210)의 현열하부유로돌출부(212)와 제2중간플레이트(220)의 현열하부유로돌출부(222) 사이의 공간과, 제2내측플레이트(310)의 현열하부유로돌출부(312)와 제2외측플레이트(320)의 현열하부유로돌출부(322) 사이의 공간은 모두 연통하도록 되어 있어 상기 제1열매체 현열유로 중 현열 하부유로를 구성하게 된다. 이 경우 제1열매체 현열유로를 형성하기 위해 대면하는 한 쌍의 플레이트의 폐색부와 관통구멍을 서로 반대방향으로 배치함으로써 상기 현열 하부유로는 지그재그 형상을 이루게 된다.
한편, 상기 제1열매체 잠열유로와 현열 하부유로는 연결유로부(329)에 의해 연결된다. 즉, 상기 제2내측플레이트(310)의 난방수통과구멍(311d)에 대응되는 위치의 상기 제2외측플레이트(320)에는 열교환기의 후방으로 돌출된 연결유로부(329)가 상하방향으로 소정길이 형성되어 있고, 상기 연결유로부(329)의 상단은 현열하부유로돌출부(322)에 연결되어 있다.
따라서 난방수유입구멍(111c)과 제1열매체 잠열유로를 순차 경유하여 온 난방수는 상기 연결유로부(329)를 거쳐 제2내측플레이트(310)의 현열하부유로돌출부(312)와 제2외측플레이트(320)의 현열하부유로돌출부(322) 사이의 공간으로 유입되고, 상기 현열하부유로돌출부(322)에 막혀 유로방향이 반대방향으로 전환된 후, 지그재그 형상의 상기 현열 하부유로를 따라 유동하게 된다.
한편, 상기 제1외측플레이트(110)의 현열하부유로돌출부(112)의 일측 단부에는 상방향으로 연장된 직사각형 형상으로서 열교환기의 전방으로 돌출된 현열유로연결부(113)가 형성되어 있다.
상기 현열유로연결부(113)의 상부 측부에는 열교환기의 전방으로 돌출되고 난방수배출구멍(111d)이 형성된 대략 직사각형의 제1현열상부유로돌출부(114)가 형성되어 있다.
상기 제1내측플레이트(120)의 일측 단부에는 열교환기의 후방으로 돌출된 제1관통구멍돌출부(123a)와 상기 제1관통구멍돌출부(123a)를 관통하여 상하방향의 슬롯 형상으로 이루어진 제1상부유로관통구멍(123)이 형성되어 있고, 상기 제1내측플레이트(120)의 타측 단부에는 상기 제1관통구멍돌출부(123a) 및 제1상부유로관통구멍(123)과 동일한 형상의 제2관통구멍돌출부(124a)와 제2상부유로관통구멍(124)이 형성되어 있으며, 상기 제1/제2관통구멍돌출부(123a,124a) 사이에는 평판 형상의 평판부(127)가 구비된다.
따라서 상기 제1외측플레이트(110)와 제1내측플레이트(120)를 맞대어 접합시키면, 상기 현열유로연결부(113)와 제1관통구멍돌출부(123a) 사이, 상기 제1현열상부유로돌출부(114)와 평판부(127) 사이, 상기 제1현열상부유로돌출부(114)의 측단부(114a)와 제2관통구멍돌출부(124a) 사이에는 각각 공간이 형성되어 현열 상부유로를 구성하게 된다.
또한 상기 제1내측플레이트(120)에 이웃하는 제1중간플레이트(210)에도 상기 제1내측플레이트(120)의 제1관통구멍돌출부(123a)와 제1상부유로관통구멍(123), 제2관통구멍돌출부(124a)와 제2상부유로관통구멍(124)에 각각 대응되는 제1관통구멍돌출부(213a)와 제1상부유로관통구멍(213), 제1관통구멍돌출부(214a)와 제2상부유로관통구멍(214)이 일측과 타측에 각각 형성되어 있다.
이 경우 상기 제1중간플레이트(210)의 제1/제2관통구멍돌출부(213a,214a)는 열교환기의 전방으로 돌출되어 있어, 상기 제1내측플레이트(120)의 제1/제2관통구멍돌출부(123a,124a)와 반대방향으로 돌출되어 있다. 따라서 제1내측플레이트(120)와 제1중간플레이트(210)를 맞대어 접합시키면 제1중간플레이트(210)의 제1/제2관통구멍돌출부(213a,214a)의 상단 플랜지부(213b,214b)와 제1내측플레이트(120)의 제1/제2관통구멍돌출부(123a,124a)의 상단 플랜지부(123b,124b)가 각각 서로 접촉하여, 제1상부유로관통구멍(123,213)이 서로 연결되고, 제2상부유로관통구멍(124,214)이 서로 연결됨으로써 현열 상부유로를 구성하게 된다.
또한 상기 제1중간플레이트(210)에 대면하는 제2중간플레이트(220)에는 상기 제1내측플레이트(120)에 형성된 제1/제2관통구멍돌출부(123a,124a)와 제1/제2상부유로관통구멍(123,124)와 동일한 형상 및 방향으로 돌출된 제1/제2관통구멍돌출부(223a,224a)와 제1/제2상부유로관통구멍(223,224)이 형성되어 있다.
따라서 상기 제1중간플레이트(210)와 제2중간플레이트(220)를 맞대어 접합하면, 제1중간플레이트(210)의 제1/제2관통구멍돌출부(213a,214a)와 제2중간플레이트(220)의 제1/제2관통구멍돌출부(223a,224a) 사이에는 공간이 각각 형성되어, 현열 상부유로를 구성하게 된다.
이 경우 제1중간플레이트(210)의 제1/제2관통구멍돌출부(213a,214a) 사이, 제2중간플레이트(220)의 제1/제2관통구멍돌출부(223a,224a) 사이에는 각각 공간부(210a,220a)가 형성되어 있어, 버너(70)에서 연소를 위한 연소공간(71;도 19)을 제공하게 된다.
또한 중간플레이트부(200)의 마지막에 구비된 제2중간플레이트(220)에 대면하는 제2내측플레이트(310)에는 상기 제2중간플레이트(220)의 제1/제2관통구멍돌출부(223a,224a)와 제1/제2상부유로관통구멍(223,224)과 대응되도록 제1/제2관통구멍돌출부(313a,314a)와 제1/제2상부유로관통구멍(313,314)이 각각 형성되어 있고, 상기 제2내측플레이트(310)에 대면하는 제2외측플레이트(320)에는 양측 단부(324a,324b)가 제1/제2관통구멍돌출부(313a,314a)에 각각 대응되고 수평방향으로 직사각형의 형상으로 열교환기의 후방으로 돌출된 현열상부유로돌출부(324)가 형성되어 있다.
따라서 상기 현열유로연결부(113)의 상측, 제1상부유로관통구멍(123,213,223,313), 제2현열상부유로돌출부(324), 제2상부유로관통구멍(314,224,214,124), 제1현열상부유로돌출부(114)가 순차 연결되어 현열 상부유로를 구성하게 된다.
한편, 상기 제2외측플레이트(320)의 후방에는 소정 간격 이격되어 배기플레이트(400)가 구비되고, 상기 연소가스 배출부(700)는 상기 배기플레이트(400)와 제2외측플레이트(320) 사이의 공간으로 이루어진다.
또한 상기 제1내측플레이트(120)와 제1중간플레이트(210)와 제2중간플레이트(220)와 제2내측플레이트(310)와 제2외측플레이트(320)의 하부에는 상기 제1 내지 제3열교환부(1100,1200,1300)를 하방향으로 통과한 연소가스가 수평방향으로 통과하는 연소가스연통구멍(128,218,228,318,328)이 형성된다.
따라서 상기 연소가스 유로를 통과한 연소가스는 상기 연소가스연통구멍(128,218,228,318,328)에서 유동 방향이 상방향으로 전환된 후 상기 제2외측플레이트(320)와 배기플레이트(400) 사이 공간을 통해 외부로 배출된다.
또한 상기 제1외측플레이트부(110)에는 상기 연소가스연통구멍(128,218,228,318,328)에 연통하는 응축수배출구(650)가 구비되어, 상기 연소가스의 응축으로 생성된 응축수는 상기 응축수배출구(650)를 통해 외부로 배출된다.
이와 같이 본 발명은 현열 상부유로, 현열 하부유로, 제1열매체 잠열유로, 제2열매체 유로를 대면하는 한 쌍의 플레이트 내부 공간에 형성하되, 상기 유로들을 형성하기 위한 요철부와 돌출부를 각각의 플레이트에 일체로 형성하고, 이들 플레이트를 서로 접합함으로써 간단한 제조공정에 의해 열교환기를 일체로 제조할 수 있다.
<제1열매체 잠열유로>
도 10 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 제1열매체 잠열유로에 대해 설명한다.
도 12와 도 13에 나타난 바와 같이, 난방수유입구(630)를 통해 유입된 난방수는 난방수유입구멍(111c), 제1난방수통과구멍(121c,211c,221c,311c)을 순차통과한다. 이와 동시에 상기 난방수는 제1외측플레이트(110)의 제1요철부(115)와 제1내측플레이트(120)의 제1요철부(125) 사이의 공간, 제1중간플레이트(210)의 제1요철부(215)와 제2중간플레이트(220)의 제1요철부(225) 사이의 공간, 제2내측플레이트(310)의 제1요철부(315)와 제2외측플레이트(320)의 제1요철부(325) 사이의 공간을 병렬로 통과한다.
또한 도 10과 도 11에 나타난 바와 같이, 상기 요철부들 사이의 공간을 통과한 난방수는 제2난방수통과구멍(121d,211d,221d,311d)을 순차통과한 후 연결유로부(329)를 통해 상측으로 유동하여 제1열매체 현열유로로 이동한다.
이와 같이 난방수는 제1열매체 잠열유로를 통과하면서 연소가스의 잠열을 흡수하여 1차로 가열된 후 제1열매체 현열유로로 유입된다.
<제1열매체 현열유로>
도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 제1열매체 현열유로에 대해 설명한다.
도 8과 도 9에 나타난 바와 같이, 상기 제1열매체 잠열유로를 통과한 난방수는 연결유로부(329)를 통해 상측으로 유동하여 제2내측플레이트(310)와 제2외측플레이트(320)의 현열하부유로돌출부(312,322) 사이의 공간으로 유입된 후 그 길이방향을 따라 도 8의 우측방향으로 유동한다.
상기 수평으로 유동한 난방수는 제2내측플레이트(320)와 제2중간플레이트(220)의 관통구멍(312b,222b)을 통과한 후 유로방향이 90도 전환되어 제2중간플레이트(220)의 현열하부유로돌출부(222)와 제1중간플레이트(210)의 현열하부유로돌출부(212) 사이의 공간을 통해 도 8의 좌측방향으로 유동한다.
이와 같은 방법으로 제1중간플레이트(210)와 제2중간플레이트(220) 사이의 공간을 지그재그 형태로 순차 통과한 난방수는, 제1외측플레이트(110)의 현열하부유로돌출부(112)와 제1내측플레이트(120)의 현열하부유로돌출부(122) 사이의 공간으로 유입된 후 도 8의 우측방향으로 유동하여 현열유로연결부(113)의 위치까지 이송된다.
상기와 같은 난방수의 이동유로는 제1열매체 현열유로 중 현열 하부유로에 해당한다.
상기 현열 하부유로를 경유한 난방수는 현열유로연결부(113)를 통해 도 6과 도 7에 나타난 현열 상부유로로 유동한다.
도 6과 도 7에 나타난 바와 같이, 현열유로연결부(113)를 통해 상측으로 이송된 난방수는 제1상부유로관통구멍(123,213,223,313,323)을 순차 통과한 후 제2내측플레이트(310)의 평판부(317)와 제2외측플레이트(320)의 현열상부유로돌출부(324) 사이의 공간으로 유입되어 도 6의 좌측방향으로 유동한다.
상기 현열상부유로돌출부(324)의 일측 단부(324b) 위치까지 이송된 난방수는 유로가 90도 전환되어 제2상부유로관통구멍(324,314,224,214,124)를 순차 통과한 후 제1외측플레이트(110)의 제1현열상부유로돌출부(114)와 제1내측플레이트(120)의 평판부(127) 사이의 공간으로 유입되고, 이렇게 유입된 난방수는 유로방향이 90도 전환되어 도 6의 우측방향으로 유동한 후 난방수유출구(640)를 통해 배출된다.
이와 같이 난방수는 제1열매체 잠열유로와 현열 하부유로 및 현열 상부유로를 순차 경유하면서 연소가스와 열교환이 이루어지므로, 연소가스와 난방수의 열교환시간이 길어지므로 열효율이 높아지게 된다.
또한 상기 현열 상부유로는 연소공간(71)을 둘러싸는 구조로 되어 있어 연소공간(71) 외벽을 둘러싸기 위한 별도의 구성이 필요 없으며, 연소공간(71)에서 외측 방향으로 방열되는 열을 현열 상부유로의 난방수가 흡수하게 되므로, 열효율이 향상된다.
<제2열매체 유로>
도 14 내지 도 17을 참조하여 본 발명의 제2열매체 유로에 대해 설명한다.
도 16과 도 17에 나타난 바와 같이, 직수유입구(610)를 통해 유입된 직수는 직수유입구멍(111a), 직수통과구멍(121a,211a,221a,311a)을 순차 통과한다.
이와 동시에 상기 직수는 제2내측플레이트(310)의 제2요철부(316)와 제2외측플레이트(320)의 제2요철부(326) 사이의 공간, 제1중간플레이트(210)의 제2요철부(216)와 제2중간플레이트(220)의 제2요철부(226) 사이의 공간, 제1외측플레이트(110)의 제2요철부(116)와 제1내측플레이트(120)의 제2요철부(126) 사이의 공간으로 병렬로 통과한다.
그 후 상기 직수는 온수통과구멍(311c,221c,211c,121c), 온수배출구멍(111b)를 순차 통과한 후 가열된 온수가 되어 온수유출구(620)를 통해 배출되어 급탕열교환기(80) 측으로 이송된다.
이와 같이 직수는 난방수가 유동하는 유로와는 격리된 상태에서 제2열매체 유로를 유동하면서 연소가스와 열교환되어 온수가 된다.
<연소가스 유로>
도 18과 도 19를 참조하여 본 발명의 연소가스 유로에 대해 설명한다.
도 18과 도 19에 나타난 바와 같이, 버너(70)에서 생성된 연소가스는 하향 흐름이 되어 제1엔드플레이트부(100)와 그에 이웃하는 중간플레이트부(200) 사이의 공간, 복수의 중간플레이트부(200)가 이웃하는 중간플레이트부(200) 사이의 공간, 제2엔드플레이트부(300)와 그에 이웃하는 중간플레이트부(200) 사이의 공간을 통해 하방향으로 유동하게 된다.
이 경우 연소가스는 경사진 방향이 어긋난 제1요철부들(115,125,215,225,315,325) 사이 공간을 통과하게 되는데, 이 과정에서 연소가스의 난류가 형성되어 난방수와의 열교환 효율이 상승한다.
상기와 같이 하방향으로 유동한 연소가스는 유동방향이 90도 전환되어 도 18의 우측방향으로 유동하게 되는데, 이 경우 연소가스는 연소가스연통구멍(128,218,228,318,328)을 통과한 후 배기플레이트(400)와 제2외측플레이트(320) 사이의 공간으로 유동한 후 연소가스 배출부(700)를 통해 외부로 배기된다.
이 과정에서 생성된 응축수는 응축수배출구(650)를 통해 외부로 배출된다.
상기에서는 하향 연소 방식의 가스보일러에 관해 설명하였으나, 상향 연소 방식의 가스보일러에도 본 발명이 적용될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 변형실시가 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.
100 : 제1엔드플레이트부 110 : 제1외측플레이트
120 : 제1내측플레이트 200 : 중간플레이트부
210 : 제1중간플레이트 220 : 제2중간플레이트
300 : 제2엔드플레이트부 310 : 제2내측플레이트
320 : 제2외측플레이트 400 : 배기플레이트
111a : 직수유입구멍 111b : 온수배출구멍
111c : 난방수유입구멍 111d : 난방수배출구멍
112,122,212,222,312,322 : 현열하부유로돌출부
113 : 현열유로연결부
114,324 : 현열상부유로돌출부
115,125,215,225,315,325 : 제1요철부
116,126,216,226,316,326 : 제2요철부
121a,211a,221a,311a : 직수통과구멍
121b,211b,221b,311b :온수통과구멍
121c,211c,221c,311c : 제1난방수통과구멍
121d,211d,221d,311d : 제1난방수통과구멍
128,218,228,318,328 : 연소가스연통구멍
123,213,223,313 : 제1상부유로관통구멍
124,214,224,314 : 제2상부유로관통구멍
610 : 직수유입구 620 : 온수유출구
630 : 난방수유입구 640 : 난방수유출구
650 : 응축배출구

Claims (17)

  1. 혼합기를 연소시키는 버너(70)에서 생성된 연소가스와 제1/제2열매체 사이에 열교환이 이루어지고, 복수의 플레이트(110,120,210,220,310,320) 사이의 공간에 상기 제1/제2열매체가 유동하는 열매체 유로와 상기 연소가스가 유동하는 연소가스 유로가 인접하게 교대로 형성된 열교환부(1100,1200,1300);
    상기 열교환부(1100,1200,1300)를 통과한 연소가스가 배출되는 연소가스 배출부(700);를 포함하되,
    상기 열교환부(1100,1200,1300)는,
    상기 연소가스의 현열을 흡수하여 상기 제1열매체를 가열하기 위해 대면하는 한 쌍의 플레이트 사이에 제1열매체 현열유로가 형성된 제1열교환부(1100)와, 상기 연소가스의 잠열을 흡수하여 상기 제1열매체를 가열하기 위해 대면하는 한 쌍의 플레이트 사이에 상기 제1열교환부(1100)의 제1열매체 현열유로에 연통하는 제1열매체 잠열유로가 형성된 제2열교환부(1200)와, 상기 연소가스의 잠열을 흡수하여 상기 제2열매체를 가열하기 위해 대면하는 한 쌍의 플레이트 사이에 제2열매체 유로가 형성된 제3열교환부(1300)로 이루어지고;
    상기 열매체 유로를 내부에 형성하기 위해 대면하는 한 쌍의 플레이트에 의해 상기 제1 내지 제3열교환부(1100,1200,1300)가 일체로 형성되도록 이루어진 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1열교환부(1100)와 제2열교환부(1200) 및 제3열교환부(1300)는 상기 버너에서 생성된 연소가스가 유동하는 방향을 따라 순차 구비된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 플레이트(110,120,210,220,310,320)는, 열교환기(1000)의 일측을 구성하는 제1엔드플레이트부(100)와 열교환기(1000)의 타측을 구성하는 제2엔드플레이트부(300)와, 상기 제1엔드플레이트부(100)와 제2엔드플레이트부(300) 사이에 구비된 복수의 중간플레이트부(200)로 이루어지고,
    상기 제1엔드플레이트부(100)와 중간플레이트부(200)와 제2엔드플레이트부(300) 각각의 내부공간에는 상기 제1열매체 현열유로와 제1열매체 잠열유로 및 제2열매체 유로가 형성되되,
    상기 제1엔드플레이트(100)는 가장자리 둘레가 서로 접합된 제1외측플레이트(110)와 제1내측플레이트(120)로 이루어지고, 상기 중간플레이트부(200)는 가장자리 둘레가 서로 접합된 제1중간플레이트(210)와 제2중간플레이트(220)로 이루어지고, 상기 제2엔드플레이트부(300)는 가장자리 둘레가 서로 접합된 제2내측플레이트(310)와 제2외측플레이트(320)로 이루어지며,
    상기 제2엔드플레이트부(300)의 경우 제1열매체 현열유로와 제1열매체 잠열유로는 서로 연통하되, 제2열매체 유로와는 각각 격리된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1열매체는 난방소요처에 공급되는 난방수로서, 상기 제1외측플레이트(110)에 형성된 난방수유입구멍(111c)으로 유입되어, 상기 제1내측플레이트(120)와 제1/제2중간플레이트(210,220)와 제2내측플레이트(310)의 상기 난방수유입구멍(111c)에 대응되는 위치에 각각 형성된 난방수통과구멍(121c,121d,211c,211d,221c,221d,311c,311d)을 순차통과함으로써 상기 제2열교환부(1200)에서 열교환이 이루어진 후, 상기 제2외측플레이트(320)에 의해 막혀 유동방향이 반대방향으로 전환되고, 상기 유동방향이 전환된 난방수는 상기 제1열교환부(1100)에 형성된 열매체유로를 경유하면서 열교환이 이루어진 후 상기 제1외측플레이트(110)에 형성된 난방수배출구멍(111d)을 통해 배출되고;
    상기 제2열매체는 사용자에게 온수를 공급하기 위한 직수로서, 상기 제1외측플레이트(110)에 형성된 직수유입구멍(111a)으로 유입되어, 상기 제1내측플레이트(120)와 제1/제2중간플레이트(210,220)와 제2내측플레이트(310)의 상기 직수유입구멍(111a)에 대응되는 위치에 각각 형성된 직수통과구멍(121a,211a,221a)을 순차통과한 후 상기 제2외측플레이트(320)에 의해 막혀 유동방향이 반대방향으로 전환되고, 상기 유동방향이 전환된 직수는 상기 제2내측플레이트(310)와 제2/제1중간플레이트(220,210) 및 제1내측플레이트(120)에 각각 형성된 온수통과구멍(311b,221b,211b,121b)을 순차통과한 후 상기 온수통과구멍(311b,221b,211b,121b)에 대응되는 위치에 형성된 상기 제1외측플레이트(110)의 온수배출구멍(111b)을 통해 급탕열교환기 측으로 배출되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2내측플레이트(310)와 제2외측플레이트(320)의 사이 공간에는, 상기 제2열교환부(1200)의 제1열매체 잠열유로와 상기 제3열교환부(1300)의 제1열매체 현열유로를 서로 연결시키기 위해 상기 제2내측플레이트(310)의 난방수통과구멍(311d)에 대응되는 위치에 연결유로부(329)가 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2외측플레이트(320), 제2내측플레이트(310), 제2중간플레이트(220), 제1중간플레이트(210), 제1내측플레이트(120), 제1외측플레이트(110)의 각 대응되는 위치에는 수평방향으로 현열하부유로돌출부(322,312,222,212,122,112)가 각각 형성되고,
    상기 연결유로부(329)의 상측 단부는 상기 제2외측플레이트(320)와 제2내측플레이트(310)의 현열하부유로돌출부(322,312) 사이 공간에 연결되며,
    상기 제2외측플레이트(320)의 현열하부유로돌출부(322)에 막혀 유로 방향이 전환된 상기 제1열매체는, 상기 제2중간플레이트(220)와 제1중간플레이트(210)의 현열하부유로돌출부(222,212) 사이의 공간인 현열 하부유로를 경유하여 상기 제1내측플레이트(120)와 제1외측플레이트(110)의 현열하부유로돌출부(122,112) 사이의 공간으로 유입되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2내측플레이트(310), 제2중간플레이트(220), 제1중간플레이트(210), 제1내측플레이트(120)에 형성된 현열하부유로돌출부(312,222,212,122)의 양측 단부에는 폐색부(312a,222a,212a,122a)와 관통구멍(312b,222b,212b,122b)이 각각 형성되어 있으며;
    상기 복수의 중간플레이트부(200)에서, 상기 연소가스 유로를 형성하기 위해 대면하는 한 쌍의 플레이트에는 상기 폐색부와 관통구멍이 각각 동일한 위치에 형성되고, 상기 제1열매체 현열유로를 형성하기 위해 대면하는 한 쌍의 플레이트에는 상기 폐색부와 관통구멍이 서로 반대방향에 형성되어 있어, 상기 현열 하부유로는 지그재그 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열교환기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1외측플레이트(110)의 현열하부유로돌출부(112)의 양측 단부는 폐색되어 있고, 상기 현열하부유로돌출부(112)에서 상기 관통구멍(122b)의 반대측 단부에는 현열유로연결부(113)가 수직방향으로 형성되며, 상기 현열유로연결부(113)의 상측은 상기 현열 하부유로와 유로방향이 반대인 현열 상부유로에 연결된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 현열하부유로돌출부(122,212,222,312,322)의 상측 양단에는 제1상부유로관통구멍(123,213,223,313)과 제2상부유로관통구멍(124,214,224,314)이 각각 형성되고, 상기 현열상부유로는 상기 복수의 제1상부유로관통구멍(123,213,223,313)이 연결된 유로와 상기 복수의 제2상부유로관통구멍(124,214,224,314)이 연결된 유로로 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1외측플레이트(110)에는 현열하부유로돌출부(112)의 상부에 일단이 폐색되고 타단에 난방수배출구멍(111d)이 형성된 제1현열상부유로돌출부(114)가 형성되고;
    상기 제2외측플레이트(320)에는 현열하부유로돌출부(322)의 상부에 양단이 폐색된 제2현열상부유로돌출부(324)가 형성되어;
    상기 제1상부유로관통구멍(123,213,223,313)과 제2상부유로관통구멍(124,214,224,314)을 통해 유동하는 제1열매체의 유동방향은 서로 반대방향인 것을 특징으로 하는 열교환기.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 직수유입구멍(111a)과 직수통과구멍(121a,211a,221a,311a), 상기 온수배출구멍(111b)과 온수통과구멍(121b,211b,221b,311b)은 상기 제3열교환부(30)의 일측 하부와 타측 상부에 대각방향으로 각각 형성되고;
    상기 난방수통과구멍(121c,121d,211c,211d,221c,221d,311c,311d)은, 상기 제2열교환부(20)의 일측 하부와 타측 상부에 대각방향으로 각각 형성된 제1난방수통과구멍(121c,211c,221c,311c)과 제2난방수통과구멍(121d,211d,221d,311d)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열교환기.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 제1열매체 잠열유로는 제1난방수통과구멍(121c,211c,221c,311c)과 제2난방수통과구멍(121d,211d,221d,311d)에 일측과 타측이 서로 연통하도록 형성되고;
    상기 제2열매체 유로는 직수통과구멍(121a,211a,221a,311a)과 온수통과구멍(121b,211b,221b,311b)에 일측과 타측이 서로 연통하도록 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 제1내측플레이트(120)와 제1중간플레이트(210)와 제2중간플레이트(220)와 제2내측플레이트(310)와 제2외측플레이트(320)의 하부에는 상기 제1 내지 제3열교환부(1100,1200,1300)를 통과한 연소가스가 통과하는 연소가스연통구멍(128,218,228,318,328)이 형성되고;
    상기 연소가스배출부(700)는 상기 제2외측플레이트(320)의 후방에 이격되도록 구비된 배기플레이트(400)와의 사이에 형성된 공간으로 구성되며;
    상기 연소가스 유로 및 연소가스연통구멍(128,218,228,318,328)을 순차 경유한 연소가스는 상기 제2외측플레이트(320)와 배기플레이트(400) 사이 공간을 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1외측플레이트부(110)에는 상기 연소가스연통구멍(128,218,228,318,328)에 연통하여 상기 연소가스의 응축으로 생성된 응축수를 배출하기 위한 응축수배출구(650)가 구비된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  15. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 플레이트(110,120,210,220,310,320)는, 이웃하는 플레이트의 가장자리 둘레가 서로 접합되고, 상기 이웃하는 플레이트의 평탄부가 서로 접촉되고 각 플레이트의 대면하는 위치에 형성된 요철부 및 돌출부에 의해 상기 제1열매체 현열유로와 제1열매체 잠열유로 및 제2열매체 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 요철부는, 상기 제1열매체 잠열유로를 형성하기 위한 제1요철부(115,125,215,225,315,325)와, 상기 제2열매체 유로를 형성하기 위한 제2요철부(116,126,216,226,316,326)로 이루어진 것을 특징으로 하는 열교환기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 플레이트(110,120,210,220,310,320) 중 서로 이웃하는 플레이트에 형성된 상기 요철부는 대칭으로서 경사방향이 서로 어긋나도록 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
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