WO2010147334A2

WO2010147334A2 - 콘덴싱 보일러

Info

Publication number: WO2010147334A2
Application number: PCT/KR2010/003735
Authority: WO
Inventors: 민태식
Original assignee: 주식회사 경동나비엔
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2010-12-23
Also published as: KR20100134969A; KR101049411B1; WO2010147334A3

Abstract

본 발명은 콘덴싱 보일러에 관한 것으로, 배기가스의 잠열을 회수하는 잠열열교환기를 포함하는 콘덴싱 보일러에 있어서, 상기 잠열열교환기의 상부측에서 상기 배기가스를 배출하는 배기부, 상기 배기부의 주변을 감싸는 형태로 마련되어 상기 급기되는 공기와 상기 배기가스간에 열교환이 일어나도록 함으로써 상기 배기가스의 온도를 낮추는 급기부로 이루어진 급기배기 열교환기를 더 포함한다. 이와 같은 구성의 본 발명은 배기가스와 보일러 내로 공급되는 공기간에 상호 열교환이 일어날 수 있는 급기배기 열교환기를 더 포함하여 배기가스의 온도를 낮춰 버너가 고온 조건에서 동작하는 경우에도, 그 배기가스를 응축시켜 잠열열교환기에서 그 배기가스의 잠열을 이용할 수 있도록 함으로써, 고온 동작 시에도 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

콘덴싱 보일러

본 발명은 콘덴싱 보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온 운전에서도 열효율의 저하를 방지할 수 있는 콘덴싱 보일러에 관한 것이다.

일반적으로 가스보일러의 경우에 보일러 내에서 열을 충분히 흡수하여 배기가스의 온도를 낮게 하면 보일러 후단에서 수분의 응축이 발생하게 된다. 이 응축열을 회수하기 위하여 보일러 후단에서 연소가스중의 수분이 응축되도록 설계된 보일러를 응축형 보일러 또는 콘덴싱(Condensing) 보일러라고 한다. 이 응축형 보일러는 보일러의 효율을 극대화하기 위하여 도입된 보일러로서 저위발열량을 기준으로 한 보일러 효율이 100%가 넘는 경우도 있다.

이와 같은 콘덴싱 보일러는, 버너에서 발생한 연소 현열을 이용하여 난방수를 가열하는 현열열교환기와, 상기 현열열교환기에서 열교환을 마친 현열의 잔열 및 배기가스 중의 수증기가 응축되면서 기체에서 액체로 변할 때 발생하는 응축잠열을 이용하여 난방수를 가열하는 잠열열교환기를 구비하고 있어 열효율이 높은 장점이 있다.

상기 잠열열교환기는 배기가스에 포함된 수증기를 응축시켜 배기가스의 잠열을 획득하는 것으로, 그 배기가스를 응축시키기 위해서는 배기가스의 온도가 일정 온도 이하인 경우에만 가능하며, 배기가스의 온도가 그 일정 온도 이상인 경우에는 배기가스의 응축이 일어나지 않아 잠열열교환기에 의한 열효율의 증대 효과를 기대할 수 없게 된다.

상기와 같이 배기가스의 온도가 응축이 되지 않을 만큼 높은 경우는 버너의 동작이 최대에 가까운 고온 운전에서 발생하게 되며, 종래 콘덴싱 보일러는 고온 운전 조건에서 효율이 감소하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 고온 조건에서 운전되는 경우 발생하는 고온의 배기가스를 응축시킬 수 있는 콘덴싱 보일러를 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 콘덴싱 보일러는, 배기가스의 잠열을 회수하는 잠열열교환기를 포함하는 콘덴싱 보일러에 있어서, 상기 잠열열교환기의 상부측에서 상기 배기가스를 배출하는 배기부, 상기 배기부의 주변을 감싸는 형태로 마련되어 상기 급기되는 공기와 상기 배기가스간에 열교환이 일어나도록 함으로써 상기 배기가스의 온도를 낮추는 급기부로 이루어진 급기배기 열교환기를 를 더 포함한다.

본 발명 콘덴싱 보일러는, 배기가스와 보일러 내로 공급되는 공기간에 상호 열교환이 일어날 수 있는 급기배기 열교환기를 더 포함하여 배기가스의 온도를 낮춰 버너가 고온 조건에서 동작하는 경우에도, 그 배기가스를 응축시켜 잠열열교환기에서 그 배기가스의 잠열을 이용할 수 있도록 함으로써, 고온 동작 시에도 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명 콘덴싱 보일러는 상기 급기배기 열교환기를 마련하되, 그 급기배기 열교환기가 잠열열교환기의 인접한 상부에 설치되어, 배기가스의 응축율을 높여 열효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명 콘덴싱 보일러 바람직한 실시예의 단면도이다.

도 2는 도 1에서 배기급기 열교환기의 상세 구조도이다.

도 3은 배기급기 열교환기의 단면도이다.

도 4는 배기급기 열교환기의 다른 실시예의 단면도이다.

도 5는 본 발명 콘덴싱 보일러의 다른 실시예의 단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10:송풍기 20:버너

30:현열열교환기 40:응축수 받이

50:잠열열교환기 60:배기급기 열교환기

61:배기부 62:급기부

63:열교환부 70:케이스

이하, 상기와 같은 본 발명 콘덴싱 보일러의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 콘덴싱 보일러 바람직한 실시예의 단면도이고, 도 2는 도 1에서 급기배기 열교환기의 상세 구조도이다.

도 1과 도 2를 각각 참조하면 본 발명 콘덴싱 보일러의 바람직한 실시예는, 케이스(70) 내에 급기된 공기를 버너(20)로 공급하는 송풍기(10)와, 외부에서 공급된 가스와 상기 송풍기(10)의 공기를 혼합한 연료를 연소시키는 버너(20)와, 상기 버너(20)의 연소열에 의해 물을 가열하는 현열열교환기(30)와, 상기 현열열교환기(30)를 지나 배출되는 배기가스의 체류시간을 지연시킴과 아울러 응축수를 수집하는 응축수 받이(40)와, 상기 배기가스에 포함된 수증기의 잠열을 이용하여 물을 가열하는 잠열열교환기(50)와, 상기 잠열열교환기(50)를 지난 배기가스와 급기되는 공기 간에 열교환이 일어나도록 하여 그 배기가스의 응축률을 향상시키는 급기배기 열교환기(60)를 포함하여 구성된다.

상기 급기배기 열교환기(60)는 상기 잠열열교환기(50)를 지난 배기가스가 그 잠열열교환기(50)의 상부측에서 수직방향으로 배출되도록 하는 배기부(61)와, 상기 배기부(61)의 주변을 감싸 공급되는 공기와 배기가스의 사이에 열교환이 1차로 일어나도록 하는 급기부(62)와, 상기 급기부(62)에 연결되어 급기되는 공기를 케이스(70)의 내로 유도하되 상기 배기부(61)를 관통하여 지나도록 위치하여 상기 급기되는 공기와 배기가스 사이에 열교환이 2차로 일어나도록 하는 열교환부(63)를 포함한다.

상기 급기부(62)에는 외부 공기가 유입되는 입구인 급기구(62a)가 마련되고, 상기 배기부(61)에는 배기가스가 배출되는 출구인 배기구(61a)가 마련되어 있다. 상기 급기구(62a)와 배기구(61a)는 소정 거리 이격되어 있다.

상기 열교환부(63)는 급기되는 공기와 배기되는 배기가스간의 열교환이 원활하도록 다수로 설치하여 열교환면적을 증가시키는 구조일 수 있으며, 그 열교환부(63)는 상기 잠열열교환기(50)의 인접한 상부에 설치되어 그 잠열열교환기(50)의 응축효율을 보다 높일 수 있는 구조일 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 콘덴싱 보일러의 바람직한 실시예의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 보일러의 동작시 송풍기(10)에 의해 케이스(70) 내로 유입된 공기가 버너(20)로 공급됨과 아울러 외부에서 가스가 공급되며, 그 버너(20)에서는 가스와 공기가 혼합된 연료를 연소시키며, 그 연소에 따른 연소가스가 발생한다.

상기 연소가스에는 수증기가 포함되어 있으며, 콘덴싱 보일러는 그 연소가스에 포함된 수증기가 응축될 때 발생하는 잠열을 회수하여 열효율을 높이는 구조이다.

상기 버너(20)의 상부측에는 연소실인 공간부가 위치하며, 그 공간부에는 그 버너(20)의 연소열에 의해 지나는 물을 가열하는 현열열교환기(30)가 위치한다.

상기 현열열교환기(30)를 지난 상기 연소가스는 잠열열교환기(50)의 하부측에 경사지게 위치하는 응축수 받이(40)를 지나면서 그 공간내에서 체류하는 시간이 많아지게 되며, 잠열열교환기(50)에서 발생한 응축수는 상기 응축수 받이(40)를 통해 수집한 후 별도로 저장하게 된다.

상기 잠열열교환기(50)의 내부에는 연소가스와 열교환이 이루어지도록 물이 흐르고 있으며, 연소가스의 온도가 노점온도 이하가 되면 연소가스에 포함된 수증기가 응축되면서 잠열을 발생시키는데 이 잠열을 회수하게 된다.

앞서 설명한 바와 같이 연소가스의 온도가 잠열열교환기(50)를 지나면서도 응축되지 않을 만큼 높은 경우, 즉 버너(10)가 고온 동작모드로 동작하는 경우에는 그 잠열을 충분히 회수할 수 없게 되나,

본 발명에서는 그 잠열열교환기(50)외에 배기가스의 온도를 낮출 수 있는 급기배기 열교환기(60)를 더 포함하여 고온 동작을 하는 경우에도 그 배기가스의 온도를 낮춰 배기가스에 포함된 수증기의 응축률을 높일 수 있다.

도 3은 상기 급기배기 열교환기(60)의 단면도이다.

도 3과 아울러 도 1 및 도 2를 각각 참조하면 상기 급기배기 열교환기(60)는 상기 송풍기(10)의 동작에 따라 케이스(70)의 내부 압력이 낮아지면서 외부의 공기가 케이스(70) 내로 유입되며, 이 외부의 공기는 배기가스에 비하여 낮은 온도이므로, 그 급기되는 공기에 의해 배기가스의 온도를 낮출 수 있다.

이때 배기가스와 급기되는 공기의 접촉면적을 증가시키기 위하여 배기부(61)는 원통형으로 상기 잠열열교환기(50)의 상부측에서 상향으로 배기가스를 배출하는 구조를 가지며, 그 배기부(61)를 완전히 감싸는 형태로 급기부(62)를 구성한다.

또한 도 1에 도시된 바와 같이, 급기배기 열교환기(60)의 열교환 효율을 높이기 위하여 상기 배기부(61)를 감싸는 급기부(62)의 부분(62b)과 그 하측의 급기부(62) 다른 부분(62c)을 형성하고, 그 다른 부분(62c)에 연결되어 상기 배기부(61)를 관통하여 지나는 열교환부(63)를 더 포함할 수 있다.

상기 열교환부(63)의 내측에는 상기 급기부(62)와 배기부(61) 사이에서 열교환이 일어난 급기 공기가 지나게 되며, 그 열교환부(63)가 상기 배기부(61)를 관통하여 설치되어 있기 때문에 그 외부에는 배기가스가 지나게 되어, 열교환에 의하여 배기가스의 온도는 더 낮아진다.

이처럼 배기가스의 온도를 급기되는 공기를 이용하여 낮출 수 있기 때문에 고온 동작을 하는 경우에도 배기가스에 포함된 수증기를 응축시킬 수 있어 열효율을 높일 수 있다.

도 4는 급기배기 열교환기의 다른 실시 구성도이다.

도 4를 참조하면 열교환부(63)는 다수의 열교환배관으로 구성된다. 즉, 급기되는 공기는 다수의 열교환배관 내부를 흐르게 되고, 그 열교환배관 사이를 배기가스가 흐르면서 열교환이 이루어진다. 이 경우 급기되는 공기와 배기되는 배기가스의 접촉면적을 보다 증가시킬 수 있으므로 배기가스의 온도를 더욱 낮춰 용이하게 응축이 일어나도록 할 수 있다.

또한 상기 열교환부(63)는 상기 배기가스의 잠열을 회수하는 잠열열교환기(50)의 인접한 상부에 위치하여, 그 잠열열교환기(50)를 지난 배출가스가 즉시 그 열교환부(63)의 외측 표면을 지나면서 열교환이 일어나도록 하여 응축율을 높일 수 있다.

도 5는 본 발명 콘덴싱 보일러 다른 실시예의 단면 구성도이다.

도 5를 참조하면 본 발명 콘덴싱 보일러의 다른 실시예는, 다른 구성은 상기 도 1에 도시한 본 발명의 바람직한 실시예와 동일하나 급기부(62)의 형태가 변경된 것이다.

도 1에서는 급기구(62a)와 배기구(61a)가 소정 거리 서로 이격된 구조로 된 것이나, 도 5에 도시한 본 발명의 다른 실시예에서는 급기구(62a)가 배기구(61a)의 외측 둘레를 감싸는 형태이다. 이러한 구조의 일례로 급기구(62a)와 배기구(61a)는 동축 구조로 이루어질 수 있다.

이와 같은 구조는 그 구조가 보다 더 간단한 것이며, 급기되는 공기와 배기되는 배기가스간에 열교환을 통해 응축율을 높이는 작용은 위에서 상세히 설명한 본 발명의 바람직한 실시예와 동일하다.

이와 같이 본 발명은 급기되는 공기를 이용하여 배기가스의 온도를 보다 낮춰 그 배기가스에 포함된 수증기의 응축률을 높이며, 잠열열교환기(50)에서 회수되는 잠열의 열량을 증가시킬 수 있어, 열효율을 높일 수 있게 된다.

이상에서는 상향 연소방식에 대해서 설명하였으나, 하향 연소방식의 경우에도 상기와 같은 구조의 급기배기 열교환기를 구성할 수 있다.

Claims

배기가스의 잠열을 회수하는 잠열열교환기를 포함하는 콘덴싱 보일러에 있어서,

상기 잠열열교환기의 상부측에서 상기 배기가스를 배출하는 배기부, 상기 배기부의 주변을 감싸는 형태로 마련되어 상기 급기되는 공기와 상기 배기가스간에 열교환이 일어나도록 함으로써 상기 배기가스의 온도를 낮추는 급기부로 이루어진 급기배기 열교환기를 더 포함하는 콘덴싱 보일러.
제1항에 있어서,

상기 급기배기 열교환기는,

일측이 상기 급기부에 연결됨과 아울러 상기 배기부를 관통하도록 마련되어, 상기 급기되는 공기와 상기 배기가스가 열교환되도록 하는 열교환부를 더 포함하는 콘덴싱 보일러.
제2항에 있어서,

상기 열교환부는 소정 거리 이격된 다수의 열교환배관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘덴싱 보일러.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 열교환부는 상기 잠열열교환기의 인접한 상부에 설치된 것을 특징으로 하는 콘덴싱 보일러.
제1항에 있어서,

상기 급기부의 급기구는 상기 배기부의 배기구 외측 둘레를 감싸는 동축 구조인 것을 특징으로 하는 콘덴싱 보일러.