WO2012070746A1 - 급기공기를 이용한 연소실 냉각구조 - Google Patents

급기공기를 이용한 연소실 냉각구조 Download PDF

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WO2012070746A1
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combustion chamber
burner
space
combustion
blower
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PCT/KR2011/006117
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민태식
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주식회사 경동나비엔
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    • F23L15/00—Heating of air supplied for combustion
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F23M5/085—Cooling thereof; Tube walls using air or other gas as the cooling medium
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Definitions

  • the present invention relates to a combustion chamber cooling structure using air supply air, and more particularly, by forming a combustion chamber cooling flow path inside the combustion chamber so that the air supplied from the blower cools the combustion chamber and is supplied to the burner.
  • the present invention relates to a combustion chamber cooling structure using the supply air to enable efficient cooling of the combustion chamber by utilizing the supply air even without a cooling device.
  • a boiler is a heating device that heats water by using combustion heat generated during combustion of a fuel, and circulates the heated water along a pipe to be used for indoor heating or for hot water.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a conventional general heating / hot water combined gas boiler.
  • the circulation pump 10 When the heating mode is activated, the circulation pump 10 is operated to transfer the heating water.
  • the transported water is heated by heat exchange in the combustion heat of the burner 12 and the main heat exchanger 11, and is transferred to each chamber in which heating is required via the three-way valve 15.
  • Heating return in which the temperature is lowered by heating in each chamber is reheated in the main heat exchanger (11) via the expansion tank (17).
  • the combustion chamber 13 is surrounded by the outer side of the burner 12, and hot combustion gas rises to the upper side main heat exchanger 11 side.
  • Reference numeral 14 denotes a blower
  • 16 denotes a hot water supply heat exchanger, respectively.
  • a burner 12 is provided in the combustion chamber 13 so that high temperature heat energy is generated by combustion of fuel.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a dry type combustion chamber cooling structure using an insulating material 25 on an inner wall of the combustion chamber housing 21 as an example of a combustion chamber cooling structure of a conventional boiler.
  • the outer wall of the combustion chamber (2) is composed of a combustion chamber housing (21), the inner wall of the combustion chamber housing (21) The heat insulating material 25 is attached.
  • the heat of combustion is prevented from radiating heat to the outside through the combustion chamber housing 21.
  • the heat insulator 25 also serves to prevent the combustion chamber housing 21 from corroding due to high temperature combustion heat.
  • Such a dry combustion chamber cooling structure has a simple structure, but the heat dissipation is large because the structure does not utilize the heat of combustion that radiates heat, and there is a problem that the thermal efficiency is lower than that of the wet combustion chamber cooling structure described later.
  • FIG 3 is a cross-sectional view illustrating a wet type combustion chamber cooling structure in which a heating water pipe 35 is wound on an outer wall of the combustion chamber housing 21 as another example of a combustion chamber cooling structure of a conventional boiler.
  • the heating water pipe 35 through which the heating water flows is wound around the side surface of the combustion chamber 3 in contact with the outer circumference of the combustion chamber housing 21. In the process of dissipating high temperature heat generated inside the combustion chamber 3 to the outside of the combustion chamber 3, some heat is absorbed by the heating water circulating in the heating water pipe 35.
  • the heating water circulating in the heating water pipe 35 absorbs heat and flows into the main heat exchanger 11 in a preheated state, thereby improving thermal efficiency in the heat exchanger 11 as compared to the dry heat chamber cooling structure. There is an advantage to this.
  • the conventional wet combustion chamber cooling structure has a higher thermal efficiency than the dry one, but the structure is complicated, there is a possibility that condensate may occur on the inner wall of the combustion chamber 3, and the manufacturing cost increases when the copper pipe material is formed.
  • a material for example, stainless steel
  • the present invention has been made in order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a combustion chamber cooling structure using the air supply air to improve the thermal efficiency of the boiler while simply configuring the cooling structure of the combustion chamber.
  • Combustion chamber cooling structure using the air supply air of the present invention for achieving the above object, a burner for burning a mixture of air and combustion fuel supplied from the blower, the burner is provided inside and forms the outer wall of the combustion chamber And a combustion chamber cooling structure for absorbing the heat of combustion of the burner radiated through the combustion chamber body, wherein the fluid discharged from the blower is circulated along the inside to cool the combustion chamber.
  • a combustion chamber cooling channel is formed to be supplied to the burner side.
  • the combustion chamber body is composed of a combustion chamber lower body communicating with the blower, and a combustion chamber upper body coupled to an upper side of the combustion chamber lower body and having the burner therein;
  • the combustion chamber upper body includes an outer structure and a double wall of an inner structure spaced apart from the inside of the outer structure; Inside the combustion chamber, a horizontal portion that vertically insulates the space between the combustion chamber lower body and the burner up and down, and extends upward from the edge portion of the horizontal portion to insulate the space between the outer structure and the inner structure in and out, the outer structure
  • the upper space between the inner structure and the inner structure may be configured to be provided with a guide member consisting of a vertical portion spaced apart from the upper end of the upper portion of the combustion chamber upper body so that the inside and the outside communicate.
  • the lower end of the inner structure may be bent toward the burner side may be configured that the end is coupled around the edge of the burner.
  • combustion chamber cooling passage the fluid discharged from the blower between the space between the combustion chamber lower body and the horizontal portion, the space between the outer structure and the vertical portion, between the upper portion of the outer structure and the upper portion of the inner structure It may be configured to be supplied to the burner side via the communicating space, the space between the inner structure and the vertical portion, and the space between the burner and the horizontal portion in order.
  • an air inlet tube and a combustion gas inlet tube are connected to an inlet end of the blower, and a mixed fluid of air introduced through the air inlet tube and gas introduced through the combustion gas inlet tube is discharged from the blower. It may be configured to be supplied to the burner after passing through the combustion chamber cooling passage.
  • the mixed fluid of the air supply and the combustion gas discharged from the blower is supplied to the burner after cooling the combustion chamber while passing through the combustion chamber cooling flow path formed inside the combustion chamber of the combustion chamber.
  • the fluid discharged from the blower is supplied to the burner in the preheated state by absorbing the combustion heat in the course of passing through the combustion chamber cooling passage, it is possible to improve the thermal efficiency of the boiler.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a conventional common heating / hot water combined gas boiler
  • Figure 2 is a cross-sectional view showing a conventional dry type (dry type) combustion chamber cooling structure
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a conventional wet type combustion chamber cooling structure
  • FIGS. 4 and 5 are perspective views of the combustion chamber to which the combustion chamber cooling structure using the air supply air according to the present invention is viewed from different directions;
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of FIG. 4;
  • FIG. 7 is a partially cutaway perspective view of FIG. 4;
  • Figure 8 is a state diagram showing the flow path of the fluid in the combustion chamber cooling structure using the air supply air according to the present invention.
  • circulation pump 11 main heat exchanger
  • blower 110 air inlet pipe
  • combustion chamber lower body 210a flange portion
  • first fastening portion 230 combustion chamber upper body
  • 230a, 230b flange portion 231: outer structure
  • burner A first space
  • FIG. 4 and 5 are perspective views of the combustion chamber to which the combustion chamber cooling structure using the air supply air according to the present invention is applied from different directions
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of FIG. 4
  • FIG. 7 is a partially cutaway perspective view of FIG. 4.
  • the air inlet pipe 110 is connected to the inlet end blower 100 for supplying the introduced air to the burner 240 side ), A combustion chamber lower body 210 communicating with an upper side of the blower 100 to form a bottom surface of the combustion chamber 200, and a side wall around the combustion chamber 200 coupled to an upper side of the combustion chamber lower body 210. And a combustion chamber upper body 230 provided with a burner 240 therein, the combustion chamber lower body 210 and the combustion chamber upper body 230 constituting the combustion chamber 200 are discharged from the blower 100. It is characterized in that the 'combustion chamber cooling passage' is formed so that the supplied air is cooled to the burner 240 after cooling the combustion chamber 200.
  • the 'combustion chamber cooling passage' means a moving passage of the fluid connected to the lower portion of the burner 240 via the bottom surface and the side wall of the combustion chamber 200 sequentially from the outlet end of the blower 100,
  • the combustion chamber cooling channel is formed by a coupling structure of the guide member 220 and the combustion chamber upper body 230 provided inside the combustion chamber 200 as described below.
  • the gas inlet pipe 120 for combustion is connected to the inlet end of the blower 100 together with the air inlet pipe 110, and is introduced through the air inlet pipe 110. Air and gas introduced through the combustion gas inlet pipe 120 are mixed in the blower 100 so that a mixed fluid of air and gas is sent out through an outlet end of the blower 100 to supply the combustion chamber cooling flow path. It is configured to be supplied to the burner 240 after passing through.
  • the flow rate of the fluid is increased compared to the case where only the air passes through the combustion chamber cooling passage and the combustion heat discharged from the combustion chamber 200 is achieved. Since it is possible to increase the absorption of the combustion chamber it is possible to increase the cooling efficiency.
  • the fluid discharged from the blower 100 is supplied to the burner 240 after absorbing the heat of combustion in the course of passing through the combustion chamber cooling flow path, the combustion gas is directly supplied to the burner. Since the temperature of the combustion gas generated during combustion of the burner 240 may be accelerated to a required temperature within a faster time, the thermal efficiency of the boiler may be improved.
  • the upper side of the blower 100 is coupled to the combustion chamber lower body 210 communicated to the outlet end of the upper blower 100, a pair of fastening grooves (one side of the combustion chamber lower body 210) ( 214 is formed.
  • the guide member 220 coupled to the upper side of the combustion chamber lower body 210 is formed in a rectangular parallelepiped shape in which an upper portion is opened and an empty space is formed therein, and a horizontal portion 220a forming a bottom surface as shown in FIG. 7. ) And a vertical portion 220b constituting a side wall, and a pair of first fastening portions 224 protruding downward and having a hole therein is provided at one side of the horizontal portion 220a. It is inserted into and fixed to the fastening groove 214 formed in the 210.
  • the first fastening portion 224 When coupling between the combustion chamber lower body 210 and the guide member 220, the first fastening portion 224 is disposed between the bottom surface of the combustion chamber lower body 210 and the horizontal portion 220a of the guide member 220.
  • the clearance is formed up and down by the protruding height of.
  • the combustion chamber upper body 230 is coupled to the upper side of the combustion chamber lower body 210.
  • the flange portion 210a formed at the upper edge portion of the combustion chamber lower body 210 and the flange portion 230a formed at the lower edge portion of the combustion chamber upper body 230 are fastened to each other and fastened to each other.
  • a pair of second fastening portions 234 protrude downward to one side of the plan portion 230a of 230 to penetrate a hole formed in the first fastening portion 224 formed in the guide member 220. It is coupled to the fastening groove 214 formed in the combustion chamber lower body 210.
  • a flange portion 230b is formed at an upper edge portion of the combustion chamber upper body 230, and a heat exchanger (not shown) is coupled thereto.
  • the side wall of the combustion chamber upper body 230 includes a double wall structure of an outer structure 231 and an inner structure 232 spaced inwardly.
  • the outer structure 231 forms an outer outer wall of the combustion chamber upper body 230, the upper end of the outer structure 231 is connected to the bottom surface of the flange portion 230b formed on the upper end of the combustion chamber upper body 230, The lower end of the outer structure 231 is connected to the flange portion 230a formed at the lower end of the combustion chamber upper body 230.
  • the inner structure 232 has an upper end connected to a bottom surface of a flange portion 230b formed at an upper end of the combustion chamber upper body 230, and a lower end of the inner structure 232 is curved toward the inside of the combustion chamber 200. And a certain length is extended.
  • a case of the burner 240 is coupled to the curved end of the lower end of the inner structure 232 so that the burner 240 is seated inside the combustion chamber upper body 230.
  • the horizontal portion 220a of the guide member 220 is the combustion chamber lower body 210. Space between the bottom of the bottom and the bottom of the burner 240 is to be isolated up and down.
  • the vertical portion 220b of the guide member 220 isolates the space between the outer structure 231 and the inner structure 232 of the combustion chamber upper body 230 inward and outward, and the vertical portion of the guide member 220.
  • the upper end is formed to a height lower than the bottom of the upper flange portion 230b of the combustion chamber upper body 230, so that the upper space between the outer structure 231 and the inner structure 232 is communicated with the inside and the outside. do.
  • Figure 8 is a state diagram showing the flow path of the fluid in the combustion chamber cooling structure using the air supply air according to the present invention.
  • the guide member 220 is coupled to the combustion chamber lower body 210 as described above, the combustion chamber upper body 230 consisting of a double wall of the outer structure 231 and the inner structure 232 is coupled to the upper side, the inner structure
  • the combustion chamber cooling flow path includes a first space A through which the mixed fluid of air and combustion gas is discharged from the blower 100,
  • the second space B formed between the bottom surface of the combustion chamber lower body 210 and the horizontal portion 220a of the guide member 220, and the vertical portion 220b of the outer structure 231 and the guide member 220.
  • a third space C formed therebetween, a fourth space D communicating inward and outward between the upper portion of the outer structure 231 and the upper portion of the inner structure 232, and the inner structure 232.
  • the fifth space E formed between the vertical portions 220b of the guide member 220 and the lower portion of the burner 240 and the guide member 220.
  • a sixth area (F) being formed between pyeongbu (220b) is formed so as to be connected in sequence.
  • the fluid introduced and mixed through the air inlet pipe 110 and the combustion gas inlet pipe 120 is sent to the first space A, and moves vertically upward.
  • the mixed fluid is cooled by the horizontal portion 220a of the guide member 220 to the outside of the horizontal direction to cool the combustion chamber lower body 210 while passing through the second space B, and the second space.
  • Fluid moving horizontally along (B) is a flow path is switched upward from the edge of the lower chamber 210 of the combustion chamber to pass through the third space (C) to cool the outer structure 231 of the upper chamber 230 of the combustion chamber
  • the fluid moving upward along the third space C is moved downward along the fifth space E after the flow path is converted downward again in the fourth space D, and then moves downward of the fluid along the fifth space E.
  • the horizontal portion 220a of the guide member 220 After cooling the inner structure 232, by the horizontal portion 220a of the guide member 220 Again, the flow path is switched toward the inner side in the horizontal direction and supplied to the lower portion of the burner 240 via the sixth space F.
  • the fluid discharged from the blower 100 moves along the combustion chamber cooling flow path, absorbs the heat of combustion emitted from the combustion chamber 200 to cool the combustion chamber 200, and thus the combustion chamber 200.
  • the heat of the combustion is generated inside the combustion chamber 200 because the mixed fluid of air and the combustion gas is supplied to the burner 240 while being preheated while passing heat to the peripheral device.
  • the heat efficiency of the boiler can be improved by preventing heat loss.
  • the combustion chamber cooling structure according to the present invention is provided with a guide member 220 in the combustion chamber 200, through a simple design change to form the combustion chamber upper body 230 to the outer structure 231 and the inner structure 232. Since the cooling structure of the combustion chamber can be easily implemented, the combustion chamber can be made using the boiler's own structure even without a separate cooling device having a complicated structure such as surrounding a heat insulating material or a heating water pipe on the outer wall of the combustion chamber as in the prior art. In addition to cooling, it is possible to improve the thermal efficiency of the boiler by recycling the heat of combustion emitted from the combustion chamber.

Abstract

본 발명은 연소실의 냉각구조를 간단하게 구성하면서도 보일러의 열효율을 향상시킬 수 있는 급기공기를 이용한 연소실 냉각구조를 제공함에 그 목적이 있다. 이를 구현하기 위한 본 발명은, 송풍기에서 급기된 공기와 연소용 연료의 혼합물을 연소시키는 버너와, 상기 버너가 내부에 구비되고 연소실의 외벽을 형성하는 연소실 몸체를 구비하고, 상기 연소실 몸체를 통해 방열되는 상기 버너의 연소열을 흡수하는 연소실 냉각구조에 있어서, 상기 연소실 몸체 내부에는 상기 송풍기에서 송출된 유체가 내부를 따라 순환되면서 상기 연소실을 냉각시킨 후에 상기 버너 측으로 공급되도록 연소실 냉각 유로가 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

급기공기를 이용한 연소실 냉각구조
본 발명은 급기공기를 이용한 연소실 냉각구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 송풍기에서 송출되는 급기공기가 연소실을 냉각시킨 후 버너로 공급되도록 연소실 내부에 연소실 냉각 유로를 형성함으로써 연소실의 냉각을 위한 별도의 냉각장치를 구비하지 않더라도 급기공기를 활용하여 연소실을 효율적으로 냉각시킬 수 있도록 하는 급기공기를 이용한 연소실 냉각구조에 관한 것이다.
일반적으로 보일러는 연료의 연소과정에서 발생하는 연소열을 이용하여 물을 가열시키고, 가열된 물을 배관을 따라 순환시킴으로써 실내 난방용으로 사용하거나 온수용으로 사용할 수 있도록 하는 난방장치이다.
도 1은 종래 일반적인 난방/온수 겸용 가스보일러의 개략적인 구성도이다.
난방모드가 작동되면 순환펌프(10)가 작동되어 난방수가 이송된다. 이송되는 난방수는 버너(12)의 연소열과 주열교환기(11)에서 열교환이 이루어져 가열되고 삼방밸브(15)를 거쳐 난방이 요구되는 각 실로 이송되어 난방이 이루어진다.
각 실에서 난방이 이루어져 온도가 떨어진 난방환수는 팽창탱크(17)를 거쳐 주열교환기(11)에서 재가열이 이루어진다. 상기 버너(12)의 외측으로는 연소실(13)이 둘러싸고 있어 고온의 연소가스가 상측의 주열교환기(11) 측으로 상승하도록 되어 있다.
미설명부호 14는 송풍기, 16은 급탕열교환기를 각각 나타낸다.
상기와 같이 가스보일러(1)를 실내 난방용이나 온수 공급용으로 사용하기 위해 상기 연소실(13)에서는 연료의 연소에 의해 고온의 열에너지가 발생되도록 버너(12)가 구비되어 있다.
이때 연소실(13) 내부에서 발생된 고온의 열에너지가 연소실(13) 외부로 전달되는 경우에는 연소실(13) 주변 장치에 열 손상을 일으키게 되므로 이를 방지하기 위하여 연소실(13)을 냉각시키는 장치가 필요하게 된다.
도 2는 종래 보일러의 연소실 냉각구조의 일례로서, 연소실하우징(21)의 내벽에 단열재(25)를 사용하는 건식 (Dry type) 연소실 냉각구조를 보여주는 단면도이다.
연소실(2)의 중앙에는 유입된 가스와 공기를 혼합하여 연소시키는 버너(12)가 위치하고 있고, 연소실(2)의 외벽은 연소실하우징(21)으로 이루어져 있으며, 상기 연소실하우징(21)의 내벽에는 단열재(25)가 부착되어 있다.
상기 단열재(25)에 의해 연소열이 연소실하우징(21)을 통해 외부로 방열되는 것이 방지된다. 또한 상기 단열재(25)는 고온의 연소열로 인하여 연소실하우징(21)이 부식되는 현상도 방지하는 역할을 한다.
이와 같은 건식 연소실 냉각구조는 구조가 간단한 장점이 있으나, 방열되는 연소열을 활용할 수 없는 구조이므로 열손실이 크고, 후술하는 습식 연소실 냉각구조에 비하여 열효율이 낮은 문제점이 있다.
도 3은 종래 보일러의 연소실 냉각구조의 다른 예로서, 연소실하우징(21)의 외벽에 난방수배관(35)이 감겨진 습식(Wet type) 연소실 냉각구조를 보여주는 단면도이다.
연소실(3)의 측면 둘레에는 난방수가 흐르는 난방수배관(35)이 연소실하우징(21)의 외측 둘레에 접촉된 상태로 감겨져 있다. 연소실(3) 내부에서 발생된 고온의 열이 연소실(3) 외부로 방열되는 과정에서 일부의 열은 상기 난방수배관(35) 내부를 순환하는 난방수에 흡수된다.
이러한 습식 연소실 냉각구조는 난방수배관(35)을 순환하는 난방수가 열을 흡수하여 예열된 상태에서 주열교환기(11)로 유입되므로 건식 열소실 냉각구조에 비하여 열교환기(11)에서의 열효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
그러나 종래 습식 연소실 냉각구조는 건식에 비하여 열효율을 높지만, 구조가 복잡하고, 연소실(3) 내벽에 응축수가 발생할 가능성이 있으며, 동파이프 재질로 구성할 경우 제조비가 상승하는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 응축수에 강한 재질(예를 들면 스테인레스)을 사용할 경우에는 제작이 어려운 문제점이 있다.
상기와 같이 종래의 연소실 냉각구조에서, 건식의 경우 열효율이 낮은 문제가 있고, 습식의 경우 구조가 복잡하고 제조비 상승 및 제작이 용이하지 않은 문제점이 있으며, 상기 건식과 습식 모두 연소실 냉각을 위해서는 연소실 내벽에 단열재를 설치하거나, 연소실의 외벽 둘레에 난방수배관이 경유하도록 설치하는 구조를 요하게 되므로 어느 방식을 따르더라도 연소실 냉각을 위한 추가적인 설비를 요하게 되어 연소실의 구조가 복잡해지고, 이에 따라 연소실의 제작 비용이 상승하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연소실의 냉각구조를 간단하게 구성하면서도 보일러의 열효율을 향상시킬 수 있는 급기공기를 이용한 연소실 냉각구조를 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 급기공기를 이용한 연소실 냉각구조는, 송풍기에서 급기된 공기와 연소용 연료의 혼합물을 연소시키는 버너와, 상기 버너가 내부에 구비되고 연소실의 외벽을 형성하는 연소실 몸체를 구비하고, 상기 연소실 몸체를 통해 방열되는 상기 버너의 연소열을 흡수하는 연소실 냉각구조에 있어서, 상기 연소실 몸체 내부에는 상기 송풍기에서 송출된 유체가 내부를 따라 순환되면서 상기 연소실을 냉각시킨 후에 상기 버너 측으로 공급되도록 연소실 냉각 유로가 형성된 것을 특징으로 한다.
이 경우 상기 연소실 몸체는, 상기 송풍기에 연통되는 연소실 하부 몸체와, 상기 연소실 하부 몸체의 상측에 결합되고 내부에는 상기 버너가 구비되는 연소실 상부 몸체로 이루어지고; 상기 연소실 상부 몸체는, 외측 구조물과, 상기 외측 구조물의 내측으로 이격되어 위치하는 내측 구조물의 이중벽으로 이루어지며; 상기 연소실 내부에는, 상기 연소실 하부 몸체와 상기 버너 사이의 공간을 상하로 격리하는 수평부와, 상기 수평부의 가장자리부에서 상측으로 연장되어 상기 외측 구조물과 내측 구조물 사이 공간을 내외측으로 격리하되 상기 외측 구조물과 내측 구조물 사이의 상부 공간은 내외측이 소통되도록 상기 연소실 상부 몸체의 상단으로부터 하측으로 이격되어 상단이 위치하는 수직부로 이루어진 가이드부재가 구비된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 내측 구조물의 하단부는 버너 측으로 만곡되어 그 끝단이 상기 버너의 가장자리 둘레에 결합된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 연소실 냉각 유로는, 상기 송풍기에서 송출되는 유체가 연소실 하부 몸체와 상기 수평부 사이의 공간과, 외측 구조물과 상기 수직부 사이의 공간과, 상기 외측 구조물의 상부와 상기 내측 구조물의 상부 사이의 연통된 공간과, 상기 내측 구조물과 수직부 사이의 공간 및 상기 버너와 수평부 사이의 공간을 순차로 경유하여 상기 버너 측으로 공급되도록 형성된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 송풍기의 입구단에는 공기 유입관과 연소용 가스 유입관이 연결되어, 상기 공기 유입관을 통해 유입된 공기와 상기 연소용 가스 유입관을 통해 유입된 가스의 혼합 유체가 상기 송풍기에서 송출되어 상기 연소실 냉각 유로를 경유한 후에 상기 버너로 공급되는 것으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 급기공기를 이용한 연소실 냉각구조에 의하면, 송풍기에서 송출되는 급기공기와 연소용 가스의 혼합 유체가 연소실 내부에 형성된 연소실 냉각 유로를 경유하면서 연소실을 냉각시킨 후에 버너로 공급되도록 함으로써 연소실의 냉각구조를 간단하게 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 송풍기에서 송출되는 유체가 연소실 냉각 유로를 통과하는 과정에서 연소열을 흡수하여 예열된 상태에서 버너로 공급되므로 보일러의 열효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 일반적인 난방/온수 겸용 가스보일러의 개략적인 구성도,
도 2는 종래 건식(Dry type) 연소실 냉각구조를 보여주는 단면도,
도 3은 종래 습식(Wet type) 연소실 냉각구조를 보여주는 단면도,
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 급기공기를 이용한 연소실 냉각구조가 적용된 연소실을 서로 다른 방향에서 바라본 외관 사시도,
도 6은 도 4의 분해 사시도,
도 7은 도 4의 일부 절개 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 급기공기를 이용한 연소실 냉각구조에서 유체의 흐름 경로를 보여주는 상태도이다.
** 부호의 설명 **
1 : 가스보일러 2,3 : 연소실
10 : 순환펌프 11 : 주열교환기
12 : 버너 13 : 연소실
14 : 송풍기 15 : 삼방밸브
16 : 급탕열교환기 21 : 연소실하우징
25 : 단열재 35 : 난방수배관
100 : 송풍기 110 : 공기 유입관
120 : 연소용 가스 유입관 200 : 연소실
210 : 연소실 하부 몸체 210a : 플랜지부
214 : 체결홈 220 : 가이드부재
224 : 제1체결부 230 : 연소실 상부 몸체
230a,230b : 플랜지부 231 : 외측 구조물
232 : 내측 구조물 234 : 제2체결부
240 : 버너 A : 제1공간
B : 제2공간 C : 제3공간
D : 제4공간 E : 제5공간
F : 제6공간
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 급기공기를 이용한 연소실 냉각구조가 적용된 연소실을 서로 다른 방향에서 바라본 외관 사시도, 도 6은 도 4의 분해 사시도, 도 7은 도 4의 일부 절개 사시도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 급기공기를 이용한 연소실 냉각구조는, 도 4에 도시된 바와 같이 공기 유입관(110)이 입구단에 연결되어 유입된 공기를 버너(240) 측으로 급기하는 송풍기(100)와, 상기 송풍기(100)의 상측에 연통되어 연소실(200)의 바닥면을 구성하는 연소실 하부 몸체(210)와, 상기 연소실 하부 몸체(210)의 상측에 결합되어 연소실(200) 둘레의 측벽을 구성하고 내부에는 버너(240)가 구비되는 연소실 상부 몸체(230)를 포함하되, 상기 연소실(200)을 구성하는 연소실 하부 몸체(210)와 연소실 상부 몸체(230)에는 송풍기(100)에서 송출된 급기공기가 연소실(200)을 냉각시킨 후에 버너(240)로 공급되도록 하는 '연소실 냉각 유로'가 형성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 '연소실 냉각 유로'란 상기 송풍기(100)의 출구단으로부터 상기 연소실(200)의 바닥면과 측벽을 순차로 경유하여 상기 버너(240)의 하부로 연결되는 유체의 이동 통로를 의미하며, 상기 연소실 냉각 유로는 후술하는 바와 같이 연소실(200) 내부에 구비되는 가이드부재(220)와 연소실 상부 몸체(230)의 결합구조에 의해 형성된다.
그리고 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 송풍기(100)의 입구단에는 공기 유입관(110)과 함께 연소용 가스 유입관(120)이 연결되어 있어, 상기 공기 유입관(110)을 통해 유입된 공기와 상기 연소용 가스 유입관(120)을 통해 유입된 가스가 상기 송풍기(100) 내부에서 혼합되어 공기와 가스의 혼합 유체가 상기 송풍기(100)의 출구단을 통해 송출되어 상기 연소실 냉각 유로를 경유한 후에 버너(240)로 공급되도록 구성되어 있다.
이와 같이 공기와 가스의 혼합 유체가 연소실 냉각 유로를 경유하도록 구성할 경우, 상기 연소실 냉각 유로를 통과하여 공기만이 통과하도록 구성하는 경우에 비하여 유체의 유량이 증대되어 연소실(200)로부터 방출되는 연소열의 흡수량을 높일 수 있게 되므로 연소실 냉각 효율을 높일 수 있게 된다.
또한 송풍기(100)에서 송출되는 유체가 연소실 냉각 유로를 통과하는 과정에서 연소열을 흡수하여 예열된 후에 버너(240)로 공급되므로, 종래 연소용 가스가 버너에 직접 공급되는 연소 방식에 비하여, 발화가 촉진되어 버너(240)의 연소시 발생하는 연소가스의 온도를 보다 빠른 시간 내에 요구되는 온도까지 상승시킬 수 있게 되므로 보일러의 열효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이하, 도 6과 도 7을 참조하여 본 발명의 구성요소 간의 결합구조를 설명한다. 도 6을 참조하면, 상기 송풍기(100)의 상측에는 송풍기(100) 상부의 출구단에 연통되는 연소실 하부 몸체(210)가 결합되고, 연소실 하부 몸체(210)의 일측에는 한 쌍의 체결홈(214)이 형성되어 있다.
상기 연소실 하부 몸체(210)의 상측에 결합되는 가이드부재(220)는, 상부가 개방되고 내부에 빈 공간이 형성된 직육면체 형상으로 이루어진 것으로, 도 7에 도시된 바와 같이 바닥면을 이루는 수평부(220a)와 측벽을 이루는 수직부(220b)로 구성되고, 상기 수평부(220a)의 일측에는 하측으로 돌출되고 내부에 홀이 형성된 한 쌍의 제1체결부(224)가 구비되어 상기 연소실 하부 몸체(210)에 형성된 체결홈(214)에 삽입되어 고정된다.
상기 연소실 하부 몸체(210)와 가이드부재(220) 간의 결합시, 상기 연소실 하부 몸체(210)의 바닥면과 상기 가이드부재(220)의 수평부(220a) 사이에는 상기 제1체결부(224)의 돌출된 높이에 의해 상하로 유격이 형성된다.
상기 연소실 하부 몸체(210)에 가이드부재(220)가 결합된 상태에서, 연소실 하부 몸체(210)의 상측에는 연소실 상부 몸체(230)가 결합된다.
이때 상기 연소실 하부 몸체(210)의 상단 가장자리부에 형성된 플랜지부(210a)와 상기 연소실 상부 몸체(230)의 하단 가장자리부에 형성된 플랜지부(230a)가 서로 맞대어져 체결됨과 동시에, 상기 연소실 상부 몸체(230)의 플랜부부(230a)의 일측에는 한 쌍의 제2체결부(234)가 하측으로 돌출되어 상기 가이드부재(220)에 형성된 제1체결부(224)의 내부에 형성된 홀을 관통하여 상기 연소실 하부 몸체(210)에 형성된 체결홈(214)에 결합된다.
그리고 상기 연소실 상부 몸체(230)의 상단 가장자리부에는 플랜지부(230b)가 형성되어, 그 상측으로 열교환기(미도시됨)가 결합된다.
도 7을 참조하면, 상기 연소실 상부 몸체(230)의 측벽은 외측 구조물(231)과, 그 내측으로 이격되어 위치하는 내측 구조물(232)의 이중벽 구조로 이루어져 있다.
상기 외측 구조물(231)은 연소실 상부 몸체(230)의 바깥측 외벽을 이루는 것으로, 외측 구조물(231)의 상단은 연소실 상부 몸체(230)의 상단에 형성된 플랜지부(230b)의 저면에 연결되고, 외측 구조물(231)의 하단은 연소실 상부 몸체(230)의 하단에 형성된 플랜지부(230a)에 연결되어 있다.
그리고 상기 내측 구조물(232)은 그 상단이 상기 연소실 상부 몸체(230)의 상단에 형성된 플랜지부(230b)의 저면에 연결되고, 내측 구조물(232)의 하단부는 연소실(200)의 내측을 향해 만곡되어 일정 길이 연장되어 있다.
그리고 상기 내측 구조물(232)의 하단부에 만곡된 끝단에는 버너(240)의 케이스가 결합되어 연소실 상부 몸체(230)의 내부에 버너(240)가 안착된다.
상기 연소실 하부 몸체(210) 상에 가이드부재(220)와 연소실 상부 몸체(230)가 결합되면, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 가이드부재(220)의 수평부(220a)는 연소실 하부 몸체(210)의 바닥면과 버너(240)의 하부 사이의 공간을 상하로 격리하게 된다.
그리고 상기 가이드부재(220)의 수직부(220b)는 연소실 상부 몸체(230)의 외측 구조물(231)과 내측 구조물(232) 사이의 공간을 내외측으로 격리하되, 상기 가이드부재(220)의 수직부(220b) 상단은 연소실 상부 몸체(230)의 상단 플랜지부(230b)의 저면보다 낮은 높이까지 형성되어 있어 상기 외측 구조물(231)과 내측 구조물(232) 사이의 상부 공간은 내외측으로 소통되는 구조가 된다.
이하, 본 발명에 따른 급기공기를 이용한 연소실 냉각구조의 작용을 설명한다. 도 8은 본 발명에 따른 급기공기를 이용한 연소실 냉각구조에서 유체의 흐름 경로를 보여주는 상태도이다.
상기와 같이 연소실 하부 몸체(210) 상에 가이드부재(220)가 결합되고, 그 상측으로 외측 구조물(231)과 내측 구조물(232)의 이중벽으로 구성된 연소실 상부 몸체(230)가 결합되며, 내측 구조물(232)의 하단부에 버너(240)가 안착되면, 도 8에 도시된 바와 같이 연소실 냉각 유로는, 송풍기(100)로부터 공기와 연소용 가스의 혼합 유체가 송출되는 제1공간(A)과, 연소실 하부 몸체(210)의 바닥면과 가이드부재(220)의 수평부(220a) 사이에 형성되는 제2공간(B)과, 외측 구조물(231)과 가이드부재(220)의 수직부(220b) 사이에 형성되는 제3공간(C)과, 상기 외측 구조물(231)의 상부와 상기 내측 구조물(232)의 상부 사이에 내외측으로 연통되는 제4공간(D)과, 상기 내측 구조물(232)과 가이드부재(220)의 수직부(220b) 사이에 형성되는 제5공간(E) 및 상기 버너(240)의 하부와 가이드부재(220)의 수평부(220b) 사이에 형성되는 제6공간(F)이 순차로 연결되도록 형성된다.
이에 따라 송풍기(100)가 작동되면, 공기 유입관(110)과 연소용 가스 유입관(120)을 통해 유입되어 혼합된 유체는 상기 제1공간(A)으로 송출되고, 수직 상방향으로 이동하는 혼합 유체는 상기 가이드부재(220)의 수평부(220a)에 의해 수평 방향의 외측으로 유로가 전환되어 제2공간(B)을 통과하면서 연소실 하부 몸체(210)를 냉각하게 되고, 상기 제2공간(B)을 따라 수평 이동하는 유체는 연소실 하부 몸체(210)의 가장자리부에서 상향으로 유로가 전환되어 제3공간(C)을 통과하면서 연소실 상부 몸체(230)의 외측 구조물(231)을 냉각하게 되며, 제3공간(C)을 따라 상향으로 이동하는 유체는 제4공간(D)에서 다시 유로가 하향으로 전환된 뒤에, 제5공간(E)을 따라 하향 이동되면서 연소실 상부 몸체(230)의 내측 구조물(232)을 냉각시킨 후에, 가이드부재(220)의 수평부(220a)에 의해 다시 수평 방향의 내측을 향해 유로가 전환되어 제6공간(F)을 경유하여 버너(240)의 하부에 공급된다.
이와 같이 본 발명에 따른 연소실 냉각구조에 의하면, 송풍기(100)로부터 송출된 유체가 상기 연소실 냉각 유로를 따라 이동하면서 연소실(200)로부터 방출되는 연소열을 흡수하여 연소실(200)을 냉각시킴으로써 연소실(200) 주변 장치에 열이 전달되는 것을 차단시킴과 동시에, 상기 연소실 냉각 유로를 통과하면서 예열된 상태로 공기와 연소용 가스의 혼합 유체가 버너(240)로 공급되므로 연소실(200) 내부에서 발생하는 연소열의 열손실을 방지함으로써 보일러의 열효율을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연소실 냉각구조는 연소실(200) 내부에 가이드부재(220)를 구비하고, 연소실 상부 몸체(230)를 외측 구조물(231)과 내측 구조물(232)로 성형하는 간단한 설계 변경을 통해 연소실의 냉각구조를 용이하게 구현할 수 있게 되므로, 종래기술에서와 같이 단열재나 난방수배관을 연소실 외벽면에 둘러싸는 것과 같은 복잡한 구조의 냉각장치를 별도로 구비하지 않더라도 보일러의 자체 구조를 이용하여 연소실을 냉각시킬 수 있을 뿐만 아니라 연소실에서 방출되는 연소열을 재활용함으로써 보일러의 열효율을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (5)

  1. 송풍기에서 급기된 공기와 연소용 연료의 혼합물을 연소시키는 버너와, 상기 버너가 내부에 구비되고 연소실의 외벽을 형성하는 연소실 몸체를 구비하고, 상기 연소실 몸체를 통해 방열되는 상기 버너의 연소열을 흡수하는 연소실 냉각구조에 있어서, 상기 연소실 몸체 내부에는 상기 송풍기에서 송출된 유체가 내부를 따라 순환되면서 상기 연소실을 냉각시킨 후에 상기 버너 측으로 공급되도록 연소실 냉각 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 급기공기를 이용한 연소실 냉각구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연소실 몸체는, 상기 송풍기에 연통되는 연소실 하부 몸체와, 상기 연소실 하부 몸체의 상측에 결합되고 내부에는 상기 버너가 구비되는 연소실 상부 몸체로 이루어지고;
    상기 연소실 상부 몸체는, 외측 구조물과, 상기 외측 구조물의 내측으로 이격되어 위치하는 내측 구조물의 이중벽으로 이루어지며;
    상기 연소실 내부에는, 상기 연소실 하부 몸체와 상기 버너 사이의 공간을 상하로 격리하는 수평부와, 상기 수평부의 가장자리부에서 상측으로 연장되어 상기 외측 구조물과 내측 구조물 사이 공간을 내외측으로 격리하되 상기 외측 구조물과 내측 구조물 사이의 상부 공간은 내외측이 소통되도록 상기 연소실 상부 몸체의 상단으로부터 하측으로 이격되어 상단이 위치하는 수직부로 이루어진 가이드부재가 구비된 것;을 특징으로 하는 급기공기를 이용한 연소실 냉각구조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 내측 구조물의 하단부는 버너 측으로 만곡되어 그 끝단이 상기 버너의 가장자리 둘레에 결합된 것을 특징으로 하는 급기공기를 이용한 연소실 냉각구조.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 연소실 냉각 유로는,
    상기 송풍기에서 송출되는 유체가 연소실 하부 몸체와 상기 수평부 사이의 공간과, 외측 구조물과 상기 수직부 사이의 공간과, 상기 외측 구조물의 상부와 상기 내측 구조물의 상부 사이의 연통된 공간과, 상기 내측 구조물과 수직부 사이의 공간 및 상기 버너와 수평부 사이의 공간을 순차로 경유하여 상기 버너 측으로 공급되도록 형성된 것을 특징으로 하는 급기공기를 이용한 연소실 냉각구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 송풍기의 입구단에는 공기 유입관과 연소용 가스 유입관이 연결되어,
    상기 공기 유입관을 통해 유입된 공기와 상기 연소용 가스 유입관을 통해 유입된 가스의 혼합 유체가 상기 송풍기에서 송출되어 상기 연소실 냉각 유로를 경유한 후에 상기 버너로 공급되는 것을 특징으로 하는 급기공기를 이용한 연소실 냉각구조.
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