KR20170041007A - 연소실 냉각 및 연소열 회수 구조를 구비한 연소장치 - Google Patents

연소실 냉각 및 연소열 회수 구조를 구비한 연소장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연소실의 냉각구조를 간소화 함과 아울러 연소실에서 발생되는 열을 열교환기 측으로 회수함으로써 열효율을 향상시킬 수 있는 연소실 냉각 및 연소열 회수 구조를 구비한 연소장치를 제공함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명은, 공기를 공급하는 송풍기(100); 상기 공기와 연료의 혼합기를 연소시키는 버너(200); 상기 버너(200)에서 생성된 화염에 의해 연소가 이루어지는 연소실(300); 및 상기 연소실(300)에서 발생한 연소가스와 열매체 간에 열교환이 이루어지는 열교환기(400);를 포함하되, 상기 연소실(300)과 열교환기(400)의 둘레에는, 상기 열교환기(400)의 외측면에 접촉되는 연소실 내벽(310)과, 상기 연소실 내벽(310)과의 사이에 상기 송풍기(100)로부터 공급되는 공기의 일부가 유동하며 상기 연소실(300)에서 방열되는 열을 흡수하기 위한 연소실 냉각유로를 형성하는 연소실 외벽(320)이 구비되고, 상기 연소실 내벽(310)의 외측면에는, 상기 연소실 냉각유로를 향하여 돌출되어 상기 연소실 냉각유로를 통과하는 공기의 열을 상기 열교환기(400) 측으로 전달하기 위한 열교환핀(311,312,313,314,315,316)이 구비된 것을 특징으로 한다.

Description

연소실 냉각 및 연소열 회수 구조를 구비한 연소장치{Combustion apparatus having structure for cooling combustion chamber and combustion heat recovery}
본 발명은 연소실 냉각 및 연소열 회수 구조를 구비한 연소장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 급기공기를 이용하여 연소실의 과열을 방지함과 아울러 연소실에서 발생된 열이 열교환기 측으로 회수되도록 함으로써 열효율을 향상시킨 연소실 냉각 및 연소열 회수 구조를 구비한 연소장치에 관한 것이다.
일반적으로 연소장치는 연소과정에서 발생하는 연소열을 이용하여 열매체를 가열시키고, 가열된 열매체를 배관을 따라 순환시킴으로써 실내 난방용으로 사용하거나 온수용으로 사용할 수 있도록 하는 난방장치에 구비된다.
이러한 연소장치에는 연료가스를 연소시켜 고온의 열에너지를 발생시키는 버너와, 상기 버너에서 발생한 화염에 의해 혼합기의 연소가 이루어지는 연소실이 구비된다. 상기 연소실의 내부에서 발생된 고온의 열에너지가 연소실의 외부로 전달되는 경우에는 연소실 주변의 장치에 열 손상을 일으키게 되므로 이를 방지하기 위하여 연소실을 냉각시키는 장치가 필요하게 된다.
연소실을 냉각시키는 장치로서 종래에 일반적으로 사용된 구조는, 연소실 하우징의 내벽에 단열재를 사용하는 건식 방식과, 연소실 하우징의 외벽에 난방수배관이 감겨진 습식 방식으로 분류할 수 있다.
상기 건식 방식은 구조가 간단한 장점이 있으나, 단열재를 사용해야 하므로 연소실 제작 비용이 상승하고, 단열재를 사용하더라도 연소실 냉각효과가 크지 않은 단점이 있다.
상기 습식 방식은 건식 방식에 비하여 열효율은 높지만, 난방수배관의 설치에 의해 구조가 복잡하고, 제작 비용이 상승하는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위한 선행기술의 일례로서, 등록특허 제10-1216807호에는 송풍기에서 송출되는 급기공기가 연소실을 냉각시킨 후 버너로 공급되도록 연소실 내부에 연소실 냉각유로가 형성된 연소실 냉각구조가 나타나 있다.
이러한 구성에 의하면, 종래 건식 및 습식 냉각 방식과 달리 별도의 냉각장치를 구비하지 않더라도 급기공기를 활용하여 연소실의 냉각구조를 구현할 수 있고, 예열된 공기가 버너에 공급되도록 하여 버너의 부하를 줄일 수 있는 장점은 있으나, 종래 일반적인 연소장치와 비교하여, 연소실에서 발생하는 연소열이 열교환기로 공급되는 열량에는 큰 차이가 없으므로 열교환기에서 열매체와 연소가스 간의 열교환 효율을 향상시키는 데에는 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연소실의 냉각구조를 간소화 함과 아울러 연소실에서 발생되는 열을 열교환기 측으로 회수함으로써 열효율을 향상시킬 수 있는 연소실 냉각 및 연소열 회수 구조를 구비한 연소장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 연소실 냉각 및 연소열 회수 구조를 구비한 연소장치(1)는, 공기를 공급하는 송풍기(100); 상기 공기와 연료의 혼합기를 연소시키는 버너(200); 상기 버너(200)에서 생성된 화염에 의해 연소가 이루어지는 연소실(300); 및 상기 연소실(300)에서 발생한 연소가스와 열매체 간에 열교환이 이루어지는 열교환기(400);를 포함하되, 상기 연소실(300)과 열교환기(400)의 둘레에는, 상기 열교환기(400)의 외측면에 접촉되는 연소실 내벽(310)과, 상기 연소실 내벽(310)과의 사이에 상기 송풍기(100)로부터 공급되는 공기의 일부가 유동하며 상기 연소실(300)에서 방열되는 열을 흡수하기 위한 연소실 냉각유로를 형성하는 연소실 외벽(320)이 구비되고, 상기 연소실 내벽(310)의 외측면에는, 상기 연소실 냉각유로를 향하여 돌출되어 상기 연소실 냉각유로를 통과하는 공기의 열을 상기 열교환기(400) 측으로 전달하기 위한 열교환핀(311,312,313,314,315,316)이 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 열교환핀(311,312,313,314,315,316)은 상기 열교환기(400)의 외측면과 상기 연소실(300)의 외측면에 걸쳐 위치하도록 구비될 수 있다.
상기 열교환핀(311,312,313,314,315,316)은 공기의 유동방향을 따라 복수의 열로 분할 형성될 수 있다.
상기 열교환핀(311,312,313,314,315,316)은 요철 형상의 플레이트로 이루어질 수 있다.
상기 열교환핀(311,312,313,314,315,316)은 상기 연소실 냉각유로를 통과하는 공기의 흐름 방향과 나란한 방향으로 형성될 수 있다.
상기 연소실 외벽(320)의 내측으로 상기 버너(200)의 측면 둘레에는, 상기 송풍기(100)로부터 공급되는 공기의 일부를 상기 연소실 냉각유로를 향하도록 유도하기 위한 가이드부재(220)가 구비될 수 있다.
상기 가이드부재(220)는 상기 연소실 내벽(310)의 하측에 위치하되, 상기 연소실 내벽(310)의 하단부와 상기 가이드부재(220)의 상단부 사이에는 유격이 마련되어, 상기 가이드부재(220)와 상기 연소실 외벽(320) 사이의 공간을 따라 유동하는 공기가 상기 연소실 내벽(310)의 외측과 내측으로 분기되어 유동하며 연소실 내벽(310)의 냉각이 이루어지도록 구성될 수 있다.
상기 송풍기(100)와 버너(200) 사이에는, 상기 송풍기(100)로부터 공급되는 공기를 상기 버너(200)와 상기 연소실 냉각유로로 분배하기 위해 다수의 구멍(211)이 형성된 분배판(210)이 구비될 수 있다.
상기 연소실 냉각유로를 통과한 공기는, 연소실 내벽(310)의 끝단과 연소실 외벽(320)의 끝단 사이의 이격된 공간을 통과하여 상기 열교환기(400)의 상면에 열을 전달한 후에 배기될 수 있다.
상기 열교환기(400)는 다수개의 적층된 플레이트로 이루어지고, 상기 다수개의 플레이트 사이에는 열매체유로와 연소가스유로가 인접하게 교대로 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 송풍기에서 공급되는 공기가 연소실 내벽과 연소실 외벽 사이에 마련되는 연소실 냉각유로를 통과하여 유동하면서 연소실에서 발생된 연소열을 흡수하여 연소실을 냉각시키고, 연소열을 흡수하여 가열된 공기는 연소실 내벽의 외측면에 형성된 열교환핀에 열을 전달하여 열교환기 측으로 열이 회수되도록 구성함으로써, 연소실의 냉각구조를 간소화함과 아울러 연소장치의 열효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연소실 냉각 및 연소열 회수 구조를 구비한 연소장치의 외관 사시도,
도 2는 열교환기와 연소실 케이스의 분해 사시도,
도 3은 도 1의 평면도,
도 4는 도 3의 A-A 선 단면도,
도 5는 도 3의 A-A 선 단면 사시도,
도 6은 도 3의 B-B 선 단면도,
도 7은 도 3의 B-B 선 단면 사시도,
도 8은 열교환기의 정면도,
도 9는 도 8의 C-C 선 단면도.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 연소실 냉각 및 연소열 회수 구조를 구비한 연소장치(1)는, 공기를 공급하는 송풍기(100), 상기 공기와 연료의 혼합기를 연소시키는 버너(200), 상기 버너(200)에서 생성된 화염에 의해 연소가 이루어지는 연소실(300), 및 상기 연소실(300)에서 발생된 연소가스와 열매체 간에 열교환이 이루어지는 열교환기(400)를 포함한다.
상기 연소실(300)과 열교환기(400)의 둘레에는, 열교환기(400)의 외측면에 접촉되는 연소실 내벽(310)과, 상기 연소실 내벽(310)과의 사이에 송풍기(100)로부터 공급되는 공기의 일부가 유동하며 연소실(300)에서 방열된 열을 흡수하기 위한 연소실 냉각유로(S6)를 형성하는 연소실 외벽(320)이 구비된다.
상기 연소실 내벽(310)의 외측면에는, 상기 연소실 냉각유로(S6)를 향하여 돌출되어 연소실 냉각유로(S6)를 통과하는 공기의 열을 상기 열교환기(400) 측으로 전달하기 위한 열교환핀(311,312,313,314,315,316)이 결합된다.
상기 열교환기(400)의 상부에는, 열교환기(400)를 통과한 연소가스와 연소실 냉각유로(S6)를 통과한 공기가 배기되는 연도(500)가 연결된다.
상기 송풍기(100)는 외부의 공기를 흡입하여 상기 버너(200) 측으로 공급되는 연소용 공기와, 상기 연소실 냉각유로(S6) 측으로 공급되는 연소실 냉각용 공기를 제공한다.
상기 송풍기(100)의 출구단(S1)과 버너(200) 사이의 공간(S2)에는 송풍기(100)로부터 공급되는 공기를 상기 버너(200)와 연소실 냉각유로(S6) 측으로 분배하기 위한 구성으로서, 다수의 구멍(211)이 형성된 분배판(210)이 구비된다.
일실시예로, 상기 분배판(210)은 버너(200)의 하측에 상하 간격을 두고 배치되는 이중의 분배판(210-1,210-2)으로 구성될 수 있다. 이 경우 송풍기(100)로부터 공급되는 공기가 버너(200) 하부의 전체 영역과, 그 가장자리 둘레에 형성되는 공간(S3,S4)으로 고르게 분배될 수 있다.
상기 연소실 외벽(320)의 내측으로 버너(200)의 측면 둘레에는, 송풍기(100)로부터 공급되는 공기의 일부를 연소실 냉각유로(S6)를 향하도록 유도하기 위한 가이드부재(220;220-1,220-2,220-3,220-4)가 구비된다.
상기 가이드부재(220)의 상단에는 상기 연소실 냉각유로(S6)를 향하도록 절곡되어 소정 길이 연장된 플랜지부(221)가 형성되어, 상기 가이드부재(220)와 연소실 외벽(320) 사이의 공간(S4)으로 유입되는 공기의 흐름이 상기 연소실 냉각유로(S6)를 향하는 방향으로 유도되도록 구성할 수 있다.
상기 버너(200)의 하부 일측에는 가스공급관(230)과 노즐(240)이 연결되고, 버너(200)의 상부에는 상기 노즐(240)을 통해 공급된 가스와 상기 송풍기(100)로부터 공급된 공기의 혼합기가 점화장치(미도시됨)에 의해 연소되어 화염을 생성하는 염공부(250)가 구비된다.
상기 분배판(210)을 통과하여 가이드부재(220)의 내측 영역(S3)으로 유입된 공기는 버너(200)의 염공부(250)를 향하도록 유도되고, 상기 분배판(210)의 가장자리부를 통과하여 가이드부재(220)의 외측 영역(S4)으로 유입된 공기는 연소실 냉각유로(S6)를 향하도록 유도된다.
상기 연소실(300)과 열교환기(400)의 외측 둘레에는 연소실 내벽(310;310-1,310-2,310-3,310-4)이 구비되고, 상기 연소실 내벽(310)의 외측에는 상기 버너(200)와 연소실(300) 및 열교환기(400)를 둘러싸며 연소장치(1)의 케이스를 형성하는 연소실 외벽(320;320-1,320-2,320-3,320-4)이 구비된다.
상기 가이드부재(220)는 연소실 내벽(310)의 하측에 위치하되, 연소실 내벽(310)의 하단부와 가이드부재(220)의 상단부 사이에는 유격(S5)이 마련된다.
이러한 구성에 의하면, 가이드부재(220)와 연소실 외벽(320) 사이의 공간(S4)을 따라 상측으로 유동하는 공기 중 일부는 연소실 내벽(310)의 외측에 위치하는 연소실 냉각유로(S6)를 따라 상측으로 유동하고, 나머지 공기는 연소실 내벽(310)의 내측으로 분기되어 연소실 내벽(310)의 내측면을 따라 상측으로 유동하게 된다. 따라서, 연소실 내벽(310)의 외측면과 내측면은 급기 공기에 의해 동시에 냉각되므로 연소실(300)의 냉각 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 연소실 내벽(310;310-1,310-2,310-3,310-4) 중, 전방에 위치한 연소실 내벽(310-1)과 후방에 위치한 연소실 내벽(310-2)의 외측면에는 열교환기(400)의 전면과 후면에 대응되는 위치에 열교환핀(311,312)이 결합되고, 좌측에 위치한 연소실 내벽(310-3)과 우측에 위치한 연소실 내벽(310-4)에는 열교환기(400)의 좌우 측면과 연소실(300)의 좌우 측면에 걸쳐서 공기의 유동방향을 따라 상하로 분할된 이중의 열교환핀(313,314,315,316)이 결합된다.
상기 열교환핀(311,312,313,314,315,316)은 연소실 냉각유로(S6)를 통과하며 연소열의 흡수에 의해 가열된 공기의 열을 전달받아 연소실 내벽(310)을 통하여 열교환기(400) 측으로 전달하기 위한 구성이다.
일실시예로, 상기 열교환핀(311,312,313,314,315,316)은 가열된 공기와의 전열면적을 증대시킬 수 있도록 요철 형상으로 절곡된 플레이트로 구성될 수 있다. 다만, 상기 열교환핀(311,312,313,314,315,316)은 요철 형상 이외에도 전열면적을 증대시킬 수 있는 다양한 형태로 변형 실시될 수 있다.
또한 상기 열교환핀(311,312,313,314,315,316)은 공기의 유동에 간섭을 일으키지 않도록 연소실 냉각유로(S6)를 통과하는 공기의 흐름 방향과 나란한 방향으로 형성됨이 바람직하다.
상기와 같은 열교환핀(311,312,313,314,315,316)의 구성에 의하면, 연소실 내벽(310)을 통해 전달되는 연소열과 연소실 냉각유로(S6)를 통과하며 가열된 공기의 열이 열교환핀(311,312,313,314,315,316)에 전달되고, 상기 열교환핀(311,312,313,314,315,316)에서 흡수한 열은 열교환기(400)에 전도 방식에 의해 전달되므로 연소실(300)에서 발생된 연소열이 열교환기(400) 측으로 회수되도록 하여 연소장치(1)의 열효율을 극대화할 수 있다.
상기 연소실 냉각유로(S6)를 통과한 공기는, 연소실 내벽(310)의 끝단과 연소실 외벽(320)의 끝단 사이의 이격된 공간(S7)을 통과하여 열교환기(400)의 상면에 열을 다시 한번 전달한 후에 연도(500)를 통하여 배기된다.
도 4와 도 6에는 송풍기(100)로부터 공급되는 공기가 연소실 냉각유로(S6)와 열교환핀(311,312,313,314,315,316)을 경유하여 유동하는 경로를 화살표로 나타내었다.
한편, 도 6, 도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 열교환기(400)는 다수개의 적층된 플레이트로 이루어지고, 상기 다수개의 플레이트 사이에는 열매체유로와 연소가스유로가 인접하게 교대로 형성된 판형 열교환기로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 다수개의 적층된 플레이트는 일측으로 볼록한 형상의 제1플레이트(411)와, 타측으로 볼록하게 형성되어 상기 제1플레이트(411)에 테두리부가 접합되는 제2플레이트(412)로 구성된 단위플레이트(410)가 적층되어, 제1플레이트(411)와 제2플레이트(412) 사이에는 열매체유로가 형성되고, 인접하게 배치되는 단위플레이트(410,410') 사이에는 연소가스유로가 형성된다.
도 9에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 열매체 유입구(401)로 유입된 열매체는 열교환기(400)의 내부에 형성된 열매체유로를 따라 유로의 방향을 전환하며 유동한 후에 열매체 유출구(402)를 통해 배출되도록 구성할 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 의하면, 연소실 내벽(310)과 연소실 외벽(320) 사이에 연소실 냉각유로(S6)를 형성하고, 송풍기(100)로부터 공급되는 공기 중의 일부가 연소실 냉각유로(S6)를 통과하여 유동하도록 구성함으로써 열소실(300)의 냉각 구조를 간소화 할 수 있고, 연소실 냉각유로(S6)를 통과하며 가열된 공기의 열을 열교환핀(311,312,313,314,315,316)에 의해 열교환기(400) 측으로 회수되도록 구성함으로써 연소장치(1)의 열효율을 극대화 할 수 있다.
1 : 연소장치 100 : 송풍기
200 : 버너 210,210-1,210-2 : 분배판
211 : 구멍 220,220-1,220-2,220-3,220-4 : 가이드부재
221 : 플랜지부 230 : 가스공급관
240 : 노즐 250 : 염공부
300 : 연소실 310,310-1,310-2,310-3,310-4 : 연소실 내벽
311,312,313,314,315,316 : 열교환핀
320,320-1,320-2,320-3,320-4 : 연소실 외벽
400 : 열교환기 401 : 열매체 유입구
402 : 열매체 유출구 410,410' : 단위 플레이트
411 : 제1플레이트 412 : 제2플레이트
500 : 연도

Claims (10)

  1. 공기를 공급하는 송풍기(100);
    상기 공기와 연료의 혼합기를 연소시키는 버너(200);
    상기 버너(200)에서 생성된 화염에 의해 연소가 이루어지는 연소실(300); 및
    상기 연소실(300)에서 발생한 연소가스와 열매체 간에 열교환이 이루어지는 열교환기(400);를 포함하되,
    상기 연소실(300)과 열교환기(400)의 둘레에는, 상기 열교환기(400)의 외측면에 접촉되는 연소실 내벽(310)과, 상기 연소실 내벽(310)과의 사이에 상기 송풍기(100)로부터 공급되는 공기의 일부가 유동하며 상기 연소실(300)에서 방열되는 열을 흡수하기 위한 연소실 냉각유로를 형성하는 연소실 외벽(320)이 구비되고,
    상기 연소실 내벽(310)의 외측면에는, 상기 연소실 냉각유로를 향하여 돌출되어 상기 연소실 냉각유로를 통과하는 공기의 열을 상기 열교환기(400) 측으로 전달하기 위한 열교환핀(311,312,313,314,315,316)이 구비된 것을 특징으로 하는 연소실 냉각 및 연소열 회수 구조를 구비한 연소장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열교환핀(311,312,313,314,315,316)은 상기 열교환기(400)의 외측면과 상기 연소실(300)의 외측면에 걸쳐 위치하도록 구비된 것을 특징으로 하는 연소실 냉각 및 연소열 회수 구조를 구비한 연소장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열교환핀(311,312,313,314,315,316)은 공기의 유동방향을 따라 복수의 열로 분할 형성된 것을 특징으로 하는 연소실 냉각 및 연소열 회수 구조를 구비한 연소장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열교환핀(311,312,313,314,315,316)은 요철 형상의 플레이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 연소실 냉각 및 연소열 회수 구조를 구비한 연소장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열교환핀(311,312,313,314,315,316)은 상기 연소실 냉각유로를 통과하는 공기의 흐름 방향과 나란한 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 연소실 냉각 및 연소열 회수 구조를 구비한 연소장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연소실 외벽(320)의 내측으로 상기 버너(200)의 측면 둘레에는, 상기 송풍기(100)로부터 공급되는 공기의 일부를 상기 연소실 냉각유로를 향하도록 유도하기 위한 가이드부재(220)가 구비된 것을 특징으로 하는 연소실 냉각 및 연소열 회수 구조를 구비한 연소장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가이드부재(220)는 상기 연소실 내벽(310)의 하측에 위치하되,
    상기 연소실 내벽(310)의 하단부와 상기 가이드부재(220)의 상단부 사이에는 유격이 마련되어, 상기 가이드부재(220)와 상기 연소실 외벽(320) 사이의 공간을 따라 유동하는 공기가 상기 연소실 내벽(310)의 외측과 내측으로 분기되어 유동하며 연소실 내벽(310)의 냉각이 이루어지는 것을 특징으로 하는 연소실 냉각 및 연소열 회수 구조를 구비한 연소장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 송풍기(100)와 버너(200) 사이에는, 상기 송풍기(100)로부터 공급되는 공기를 상기 버너(200)와 상기 연소실 냉각유로로 분배하기 위해 다수의 구멍(211)이 형성된 분배판(210)이 구비된 것을 특징으로 하는 연소실 냉각 및 연소열 회수 구조를 구비한 연소장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 연소실 냉각유로를 통과한 공기는, 연소실 내벽(310)의 끝단과 연소실 외벽(320)의 끝단 사이의 이격된 공간을 통과하여 상기 열교환기(400)의 상면에 열을 전달한 후에 배기되는 것을 특징으로 하는 연소실 냉각 및 연소열 회수 구조를 구비한 연소장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기(400)는 다수개의 적층된 플레이트로 이루어지고,
    상기 다수개의 플레이트 사이에는 열매체유로와 연소가스유로가 인접하게 교대로 형성된 것을 특징으로 하는 연소실 냉각 및 연소열 회수 구조를 구비한 연소장치.
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