KR960003470B1 - 가스 보일러의 열교환기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

가스 보일러의 열교환기

제1도는 듀얼방식 가스 보일러의 구성을 도시한 계통도.

제2도는 듀얼방식 열교환기의 일반적 구성을 보이는 분해 사시도.

제3도는 본 발명에 따른 열교환기의 구성을 보이는 분해사시도.

제4도는 그 결합상태 횡단면도.

제5는 제3도의 열교환기를 채택한 가스 보일러의 구성을 보이는 계통도.

제6도는 본 발명 열교환기의 다른 실시예를 보이는 분해사시도.

제7호는 본 발명 열교환기의 또 다른 실시예를 보이는 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 물자켓(Water jacket) 2 : 난방수 열교환기

3 : 가열관 4 : 핀(fin)

4a : 인입홈 5,6,7 : (물자켓의)전판, 후판, 측판

8 : 자켓핀(jacket fin) 9a,9b : 분리판

본 발명은 가스 보일러에 관한 것으로, 특히 듀얼(dual)방식 가스보일러의 열교환기에 관한 것이다.

보일러는 물을 가열하여 발생시킨 온수 또는 스팀을 이용하여 난방 또는 온수를 제공하는 장치이다. 이러한 보일러는 다양한 연료를 사용하고 있는데, 연료의 가열 특성에 따라 순간가열식과 저탕식(貯湯式)으로 구분될수 있다.

저탕식 보일러는 연탄이나 기름등을 연료로 하여 물을 가열한뒤 이를 온수저장탱크에 저장하여 두고 필요에 따라 난방이나 온수 공급을 행하게 된다. 이에 비하여 순간 가열식 보일러는 보일러 몸체내에 주열교환기 및/또는 온수용 열교환기를 구비하여 필요한경우 즉시 난방 또는 온수를 공급할 수 있다. 가스보일러는 순간 가열식 보일러에 해당하는바, 도시가스의 보급과 사용의 편의성에 의해 최근 가정용 난방 보일러로서 그 보급이 매우 활발하다.

가스 보일러는 또한 난방수와 온수의 공급방식에 따라, 즉 주열교환기의 구성에 따라 싱글(single)방식과 듀얼(dual)방식으로 구분되고 있다.

싱글방식의 시스템은 주열교환기로는 난방수의 열교환만을 수행하고 온수는 별도의 2차 열교환기 또는 온수용 열교환기로 주열교환기에서 가열된 난방수를 이용하여 가열시키게 된다. 한편 듀얼 방식의 시스템은 주열교환기에서 난방수와 온수의 가열을 동시에 수행하게 된다.

제1도에는 상술한 듀얼방식 열교환기를 채택한 듀얼방식의 가스 보일러를 개략적으로 도시하였다. 제1도에서, 버너(B)가 구비된 연소실 상에는 열교환기(X)가 설치되고 그 상부에는 배기후드(俳氣 hood:H)가 설치된다. 부호 F는 배기후드(H)의 배기팬이며 M은 그 모터이다. 듀얼방식 열교환기(X)는 버너(B)의 가스 불꽃에 의해 직접 가열되는 난방수 가열관(12)내에 온수가열관(11:이하 경우에 따라 가열관으로 약칭함)이 구비되어, 온수가 난방수와 열교환함으로써 2차적으로 가열된다. 듀얼방식이라는 명칭은 한 열교환기(X)내에서 난방수와 온수가 한꺼번에 가열된다는 의미이다.

제2도에는 일반적인 구성의 듀얼방식 열교환기(X)를 도시하였다. 제2도에서 모체(13)에 지지되는 다수의 핀(fin:14)을 구비하는 난방수 가열관(12)내에는 온수의 가열을 위한 가열관(11)이 수납된다. 도시된 실시예에서 몸체(13)에는 두 난방수 가열관(12)이 구비되어 일단에서 연결덮개(15)에 의해 그 경로가 상호 연결되고, 연결덮개(15)의 하측에는 양 난방수 가열관(12)에 수납된 온수가열관(11)의 단부가 통과하는 관통구멍(15a)이 형성되어 이를 통해 온수가열관(11)이 연결관(16)과 연결되어 온수의 흐름경로를 형성하게 된다.

온수가열관(11)은 전열(傳熱)효과의 증대를 위해 지그재그(zig-zag)의 경로를 그리며 절곡된 가열관 뭉치 형태로 구성되어 있다. 이러한 온수가열관 뭉치는 동관등을 절곡하여 구성하게 되는데, 가열관 뭉치의 각 경로(path)의 가열관(11)들이 서로 적절한 간격을 유지하지 못하는 경우에는 전열효율이 낮을 뿐 아니라 국부적인 비등이 발생하여 가열관(11)에 이상음이나 진동등을 유발하게 된다. 종래에는 온수가열관 뭉치의 온수가열관(11)들의 적절한 간격의 유지를 위해 난방수가열관(12)과의 틈새에 막대(rod)형태의 스페이서(spacer;17)를 삽입하였으나 이것만으로 적절한 간격의 유지는 어려운 실정이었다.

종래의 열교환기는 이와같이 매우 복잡한 구성과 이에따른 제조 및 기능상의 문제점을 가지고 있을 뿐 아니라, 난방수가열관(12) 및 그 핀(14)에 흡수되지 못한 잔열(殘熱)은 배기후드(H)를 통해 그대로 외부로 방출되어 버리므로 열효율도 그다지 높지 못한 실정이었다.

한편 이와같은 종래의 열교환기(X)에 있어서는, 사용자가 온수변을 개방하면 난방수의 순환이 차단되고 온수가열관(11)내에 직수가 공급되어 난방수 가열관(12)을 통해 연소열을 전달받아 온수로 가열된다. 이에따라 순환관로의 전환을 위한 삼방변(three-way valve)이 필요하고, 난방수의 순환이 자주 차단되어 원활한 난방이 곤란한 문제가 있었다. 더구나 온수가열관 뭉치가 난방수가열관(12)내에 설치되므로 온수를 사용하지 않을 때도 난방수의 순환을 방해하여 순환펌프등에 큰 구동부하를 주는 문제가 있다.

또한 온수의 가열 효율이 그다지 높지 못함에도 난방수가 상당한 열을 온수의 가열에 빼앗기게 되므로 난방수를 충분히 가열해 주기 위해서는 버너(B)의 용량을 증가시켜야 할 뿐 아니라, 이에따른 발생열량의 증가에 의해 핀(14)이 쉽게 과열 및 적열(赤熱)되어 손상됨으로써 열교환기(X)의 수명도 길지못한 문제가 있었다.

이와같이 온수의 가열효율이 높지 못하여 적시에 적절한 양의 온수를 공급할수 없게되는데, 이러한 문제는 순간식 가스 보일러의 가장 큰 문제점이었다.

상술한 종래의 문제점을 감안하여, 본 발명의 목적은 적시에 충분한 양의 온수를 공급할 수 있으며, 연속적인 난방과 온수공급이 가능하고 온수가 난방수와 열교환하여 가열되는 것이 아니라 난방수를 가열하고난 폐열을 회수하여 가열됨으로써 열효율을 현저히 향상시킬수 있고 이에 따라 가스보일러 자체를 소형화 시킬수 있는 열교환기를 제공하는 것이다.

이와같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 열교환기는 소정경로의 가열관과 이에 부착된 복수의 핀을 구비하여, 버너의 상부에 설치되어 그 연소열로 난방수를 가열하는 난방수 열교환기와, 이 난방수 열교환기의 적어도 상부를 덮으며 온수가 순환가열되는 물자켓을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 한 바람직한 특징에 의하면 이 물자켓은 난방수 열교환기의 버너측 하면을 제외한 전 외주를 덮게된다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면 이 물자켓의 상부는 각각 그 내부로 가열될 온수가 순환하는 복수의 자켓핀(jacket fin)이 소정간격으로 이격배열되어, 각 자켓핀 사이로 통과하는 배기가스와 자켓핀간에 열교환이 이루어지게 된다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면 물 자켓의 내부에는 하나 또는 복수의 분리판이 구비되어 물자켓 내부의 온수의 흐름이 소정의 경로를 이루도록 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면 난방수 열교환기의 각 핀의 상부에는 물자켓의 자켓핀이 삽입되는 인입홈이 구비된다.

본 발명의 구체적 특징과 다른 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.

제3도에서, 난방수 열교환기(2)는 소정의 경로를 이루도록 절곡 현성된 가열관(3)과, 이 가열관(3)의 외주에 고정되어 연소열을 흡수하는 복수의 핀(4)의 조립체로 구성되어 있다.

이 난방수 열교환기(2)상에는 본 발명에 따라 온수를 순환가열시키는 물자켓(1)이 구비되는데, 도시된 실시예에서 이물자켓(1)은 난방수 열교환기(2)의 하면을 제외한 나머지 5면을 둘러싸도록 되어있다.

물자켓(1)은 전판(5)과 후판(6), 그리고 두 측판(7)과 두 측판(7)사이에 배열된 복수의 자켓핀(8)을 구비한다. 각 구성판들은 각각 그 내부에 온수가 순환될 수 있는 캐비티(cavity)를 구비하는 편평한 직육면체형으로 구성되며 서로 접합되어 한 조립체로서의 물자켓(1)을 이루게 된다.

전판(5)의 전면(5a)에는 직수가 공급되는 유입관(P1)과 가열된 온수가 배출되는 유출관(P2)이 구비되고, 후면(5b)에는 자켓핀(8)의 일단 개구부(opening;8a)와 측판(7)의 슬롯(slot;7a)과 연통되도록 결합될 복수의 슬롯(5c)이 형성되어 있다.

자켓핀(8)은 편평한 장방형의 단면을 가지는 중공(中空)의 사각 기둥이며, 난방수열교환기(2)의 측면을 덮으며 상방으로 연장되는 두 측판(7)의 양단 상측에는 자켓핀(8)의 개구부(8a)와 대략 동일한 형상 및 크기의 슬롯(7a)이 형성되어 있다. 한편 후판(6)의 전면(6a)에도 자켓핀(8)의 타단 개구부(8b)와 측판(7)의 슬롯(7b)에 연통되도록 결합될 복수의 슬롯(6b)이 형성되어 있다. 이 실시예에서 전판(5)은 그 하부의 난방수 열교환기(2)의 가열관(3)의 입구(3a) 및 출구(3b)의 설치 및 결합을 위해 후판(6)보다 작은 크기로 물자켓(1)의 상측으로 인입하여 위치하게 된다.

이와같은 물자켓(1)은 전판(5)과 후판(6)을 자켓핀(8) 및 측판(7)의 양단에 용접등의 방법으로 접합하여 한 조립체를 구성함으로써 제조된다. 이 물자켓(1)의 내부에는 유입관(P1)을 통해 공급된 직수가 통과하며 가열됨으로써 온수가 되어 유출관(P2)으로 배출되는데, 이 흐름이 물자켓(1)의 전 내부공간을 순환하는 경로를 형성하도록 하기위해 하나 또는 복수의 분리판(9a,9b)이 구비되는 것이 바람직하다.

이에따라 전판(5)의 내부에는 상하방향으로 연장되어 유입관(P1)측과 유출관(P2)측을 분리하는 분리판(9a)이 구비되고, 후판(6)의 내부에는 하방이 연통되는 분리판(9b)이 구비된다. 이에따라 전판(5)의 유입관(P1)으로 유입된 직수는 도면의 좌측 측판(7)과 두 자켓핀(8)을 통해 후판(6)에 도달한뒤, 분리판(9b)의 하부를 돌아 도면의 우측의 측판(7) 및 두 자켓핀(8)을 통해 전판(5)의 유출관(P1)으로 배출된다. 이 과정에서 본 발명물자켓(1)은 난방수 열교환기(2)를 가열하고 난 폐열을 흡수하여 직수가 온수로 가열된다.

한편 난방수 열교환기(2)의 핀(4)의 상부는 물자켓(1)의 자켓핀(8)과의 결합을 위해 각 대응 위치에 복수의 인입홈(4a)이 형성된다. 이러한 구성에 의하면 핀(4)의 상부는 자켓핀(8)의 흡열핀 역할을 수행하여 자켓핀(8)의 열교환을 촉진하게 된다.

이에따라 본 발명 열교환기는 결합상태에서 제4도에 도시된 바와같은 구성을 가지게 된다. 즉 제4도에서, 난방수 열교환기(2)는 물자켓(1)에 하부를 제외하고는 완전히 둘러싸이고 핀(4)의 상부의 인입홈(4a)에는 물자켓(1)의 자켓핀(8)이 삽입된 상태이다. 바람직하기로 핀(4)과 자켓핀(8)간의 접촉부는 전열의 촉진을 위해 서로 접합되는 것이 바람직하다.

이와같은 구성의 본 발명 열 교환기를 구비하는 가스보일러는 대략 제5도와 같이 구성될수 있다. 버너(B)가 구비된 연소실 사웁에는 본 발명에 따른 열교환기(1,2)가 설치되고, 열교환기의 상부에는 배기팬(F) 및 모터(M)가 구비된 배기후드(H)가 설치된다. 버너(B)에서 가스의 연소열은 먼저 난방수 열교환기(2)의 핀(4)을 통해 가열관(3)을 가열함으로써 그 입구(3a)를 통해 유입된 물이 난방수가 되어 출구(3b)를 통해 배출되어 난방관로로 공급된다.

난방수 열교환기(2)를 가열하고난 여열(餘熱)은 물자켓(1)의 자켓핀(8)사이의 공간을 통과하며 자켓핀(8)과 열교환하여 그 내부에 순환되는 물을 가열한다. 이에따라 유입구(P1)로 유입된 직수는 온수가 되어 유출구(P2)로 배출된다. 한편 난방수 열교환기(2)의 측방으로 복사되는 복사열도 이를 둘러싸는 전판(5) 및 후판(6)과 측판(7)에서 흡수되어 온수의 가열에서 사용된다.

이와같이 본 발명에 의하면 온수는 난방수를 가열하고난 여열만으로 가열되므로 난방효율을 저하시키지 않으며, 열효율을 극대화하여 보일러 자체를 소형화할수 있게된다. 또한 물자켓(1)이 난방수 열교환기(2)의 냉각역할을 수행하게 되므로 핀(4)의 과열에 의한 손상등을 방지하여 열교환기의 수명을 연장시킬수 있게된다.

이상에서 본 발명을한 특정한 실시예를 통해 설명하였으나 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 예를들어 온수만의 가열을 목적으로 하는 경우에는 측판(7)과 후판(6)을 난방수 열교환기(2)의 하부까지 연장할 필요없이 복수의 자켓핀(8)이 난방수 열교환기(2)의 상면만을 덮도록 구성하는 것으로 족하다. 상술한 실시예에서 특판(7)과 후판(6)의 연장부분은 주로 난방수 열교환기(2)로 부터의 복사열을 회수하는 역할을 수행하게 된다.

한편 본 발명 열교환기는 제6도 및 제7도에 도시한 바와같이 구성될수도 있다. 제6도의 실시예에서는 난방수 열교환기(2)의 핀(4)의 상부에 자켓핀(1)의 인입홈(제3도 및 제4a도)이 형성되지 않는다. 이에따라 자켓핀(8)은 핀(4)으로부터 직접 열전달되지 않게 되는데, 이와같은 구성은 가스보일러가 대용량으로 구성되는 경우, 자켓핀(8)내의 온수가 과도하게 가열되지 않게 한다.

한편 제7도에 도시된 구성은 물자켓(1)의 유입구(P1) 및 유출구(P2)와 난방수 열교환기(2)의 가열관(3)의 입구(3a) 및 출구(3b)가 서로 직교하도록 구성되어 있는바, 전판(5)대신 측판(7)이 가열관(3)의 입구(3a) 및 출구(3b)의 형성을 위해 상측으로 인입형성되어 있다. 이러한 구성은 난방수 열교환기(2)의 핀(4)과 자켓핀(8)이 서로 평행하게 되므로 배기가스의 배출이 촉진되어 대용량 보일러의 경우 열교환기의 과열을 방지할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 순간식 가스 보일러의 가장 큰 약점이었던 연속적인 온수 공급을 가능하게 하였을 뿐 아니라 온수의 가열도 난방수를 가열하고난 폐열을 이용함으로써 열 효율을 극대화 하였다. 또한 온수 공급시 난방의 차단이 불필요하여 별도의 삼방변이 불필요 하게 된다. 이에따라 가스 보일러의 소형화가 가능하고 가스 사용량의 절감과 보일러의 연장이 연장되는 등의 여러가지 유용한 효과를 발휘하게 된다.

Claims (5)

1. 소정경로의 가열관과 이에 부착된 복수의 핀을 구비하며, 버너의 상부에 설치되어 그 연소열로 난방수를 가열하는 난방수 열교환기와, 상기 난방수 열교환기의 적어도 상부를 덮으며 그 내부로 온수가 순환가열 되는 물자켓을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 보일러의 열교환기.
2. 제1항에 있어서, 상기 물자켓이 상기 난방수 열교환기의 상기 버너측 하면을 제외한 전 외주를 덮는 것을 특징으로 하는 가스 보일러의 열교환기.
3. 제1항에 있어서, 상기 물자켓의 상부가, 각각 그 내부로 가열될 온수가 순환하는 복수의 자켓핀이 소정간격으로 이격 배열되어 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 보일러의 열교환기.
4. 제1항에 있어서, 상기 물자켓의 내부에, 상기 온수의 흐름이 소정의 경로를 이루도록 하는 하나 또는 복수의 분리판을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 보일러의 열교환기.
5. 제3항에 있어서, 상기 난방수 열교환기의 각 핀의 상부에 상기 물자켓의 자켓핀이 삽입되는 복수의 인입홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 보일러의 열교환기.