WO2014112740A1 - 급기 예열기를 구비한 연소장치 - Google Patents

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김영모
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    • 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 apparatus having an air supply preheater, and more particularly, by preheating the air to be supplied using waste heat of the exhaust gas discharged after heat exchange with heating water, and recycling a part of the exhaust gas to the air supply side.
  • the present invention relates to a combustion device having an air supply preheater that can improve the thermal efficiency of the combustion device and lower the flame temperature to reduce the emissions of nitrogen oxides and carbon dioxide.
  • a combustion device such as a boiler or a water heater is a device that heats heating water in a closed container by a heat source to heat a desired area or supplies hot water.
  • a burner that burns a mixture of gas and air, and the heat of combustion of combustion gas It consists of a heat exchanger that delivers water directly.
  • the conventional combustion apparatus 10 includes a blower 11 for sucking outside air and supplying air for combustion, a burner 12 for burning a mixer of air and gas supplied through the blower 11, and a mixer.
  • Latent heat of steam included in the combustion chamber 13 in which combustion occurs the sensible heat exchanger 14 absorbing the combustion sensible heat generated in the combustion chamber 13, and the combustion product that has undergone heat exchange in the sensible heat exchanger 14. It comprises a latent heat exchanger (15) for absorbing and the flue (16) through which the combustion product passing through the latent heat exchanger (15) is discharged.
  • the heating water heated while passing through the sensible heat exchanger (14) and the latent heat exchanger (15) is transferred to a heating source through a supply pipe (17) connected to one side of the sensible heat exchanger (14). It is returned to the return pipe 18 connected to one side of the unit 15, is configured to recover the latent heat by condensing the water vapor contained in the combustion product flowing into the latent heat exchanger 15 and passed through the sensible heat exchanger (14) have.
  • the conventional combustion apparatus 10 configured as described above has a structure in which external air is directly introduced into the blower 11 and then supplied to the burner 12 side, so that when the temperature of the external air supplied to the blower 11 is low, In order to raise the temperature of the combustion sensible heat generated during combustion in the burner 12 to the temperature range required for heating the heating water, the combustion load should be increased by that amount, and as a result, the combustion efficiency decreases and the carbon consumption increases as the fuel consumption increases. There is a problem that the emissions of (CO 2 ) are increased.
  • the present invention has been made to solve the above problems, by preheating the air supplied from the outside of the combustion apparatus using the waste heat of the exhaust gas to be supplied to the blower side to reduce the combustion load of the burner and improve the combustion efficiency It is an object of the present invention to provide a combustion apparatus.
  • Another object of the present invention by using a differential pressure of the venturi structure to recycle a portion of the exhaust gas to the supply side by reducing the flame temperature and reducing the consumption of fuel to reduce the emissions of nitrogen oxides and carbon dioxide by eco-friendly combustion apparatus To provide.
  • Combustion apparatus having an air supply preheater of the present invention for realizing the object as described above, the pre-mixing chamber 210 for premixing the gas for combustion and the outside air introduced through the air supply 120, the example A blower 240 for supplying the mixer premixed in the mixing chamber 210 to the burner side, a combustion chamber 260 in which the mixer is burned by ignition of the burner, and heating water using the combustion heat of the combustion chamber 260. And a heat exchanger 270 through which heat exchange is performed, an exhaust gas discharge part 280 through which the exhaust gas passed through the heat exchanger 270 is discharged, and exhaust gas passed through the exhaust gas discharge part 280 are discharged to the outside.
  • the air supply preheater 100 is heat exchanged between the air
  • the air supply preheater 100, a plurality of unit plates (160-1, 160-2, 160-n) are stacked at a predetermined interval, the exhaust gas flow path (160c) and the air supply flow path (160d) is separated from each other therein It characterized in that it comprises a flow path forming member 160 formed adjacent to each other.
  • the unit plates 160-1, 160-2, and 160-n include a first plate 161 and a second plate 162 which are joined to form the exhaust gas flow path 160c therein, and are disposed adjacent to each other.
  • An exhaust gas flow path 160c is connected between the first plate 161 and the second plate 162 of the unit plate by the exhaust gas flow path connecting member 164, and at one side of the unit plate 160-1.
  • An exhaust gas inlet pipe 160a and an exhaust gas discharge pipe 160b connected to the exhaust gas flow path connecting member 164 are formed, and the air supply flow path 160d is formed by spaced spaces between adjacent unit plates. It may consist of.
  • first and second protrusions 163a and 163b protrude from the first plate 161 and the second plate 162 of the unit plate disposed adjacent to each other at a corresponding position at a predetermined interval to protrude.
  • the two surfaces are in contact with each other, and the protruding heights of the first protrusion 163a and the second protrusion 163b between the adjacent unit plates are the same as the height of the exhaust gas passage connecting member 164.
  • the exhaust gas inlet pipe 160a and the exhaust gas discharge pipe 160b are spaced up and down on one side of the unit plate 160-1 located on one side of the unit plates 160-1, 160-2, and 160-n. It may be composed of formed in.
  • the air supply preheater 100 includes a housing 110 in which the flow path forming member 160 is mounted therein, and an air supply unit 120 through which external air is introduced into an upper end and a lower end of the housing 110.
  • first plate 161 and the second plate 162 is formed in a convex shape in the opposite direction to each other, the outer end of the first flange portion 161a and the second flange portion 162a is formed to join the The face may consist of a welded joint.
  • edges of the plurality of unit plates 160-1, 160-2, 160-n may be provided with fixing members 165 which are in close contact with the inner surface of the housing 110 to isolate the air supply flow path 160d between adjacent unit plates. Can be.
  • the flow direction of the exhaust gas passing through the exhaust gas flow path 160c and the flow direction of the air passing through the air supply flow path 160d may be configured to be opposite flow directions.
  • the premixing chamber 210 has a venturi shape having a throat portion having a narrow cross sectional area between an inlet and an outlet through which air passes, and the throat of the premixing chamber 210 includes a gas for combustion.
  • the exhaust gas recirculation pipe 230 is connected so that a part of the exhaust gas passing through the heat exchanger 270 and the gas supply part 214 to supply flow in proportion to the differential pressure according to the flow rate of the mixer passing through the throat part. Can be configured.
  • the pre-mixing chamber 210 is formed by splitting the first passage 212 and the second passage 213 to both sides with the partition member 211, the combustion for flowing through the gas supply unit 214.
  • Gas is supplied to the first gas inlet 214a connected to the first passage 212 and the second gas inlet 214b connected to the second passage 213, and the air of the first passage 212 is provided.
  • a gas flow passage in an always open state, and a flow passage of air passing through the second passage 213 and a gas connected to the second passage 213 through the second gas inlet 214b.
  • the flow passage may be configured to be opened and closed by the mixer control unit 220.
  • a burner is burned by stacking a plurality of unit plates and providing an air supply preheater having an exhaust gas flow path and an air supply flow path arranged alternately adjacent to each other in an inner space thereof. It has the advantage of reducing the load and improving the combustion efficiency.
  • 1 is a view schematically showing a conventional combustion device
  • FIG. 2 is a perspective view of a combustion device having an air supply preheater according to the present invention
  • FIG. 3 is a perspective view separately showing the air supply preheater in FIG.
  • Figure 4 is a perspective view showing a flow path forming member installed inside the air supply preheater
  • FIG. 5 is a front view of FIG. 4;
  • FIG. 6 is a plan view of FIG. 4;
  • FIG. 7 is a right side view of FIG. 4;
  • FIG. 8 is a partial cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line B-B of FIG.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a premixing chamber and a blower
  • FIG. 11 is a block diagram showing an exhaust gas recirculation structure.
  • 160a exhaust gas inlet tube 160b: exhaust gas outlet tube
  • first plate 161a first flange portion
  • projection 164 exhaust gas flow path connecting member
  • fixing member 210 premixed chamber
  • partition member 212 first passage
  • mixer outlet 250 mixer supply pipe
  • the combustion apparatus according to the present invention, the air-fuel ratio of the premixing chamber 210 for premixing the outside air and the gas for combustion and the mixer premixed in the premixing chamber 210 is proportional to the combustion load.
  • a mixer supply pipe 250 for supplying a mixer control unit 220, a mixer 240 for supplying a mixer of the premixing chamber 210 to the burner side, and a mixer supplied from the blower 240 to the burner side;
  • the combustion chamber 260 in which the combustion of the mixer is caused by the ignition of the burner, the heat exchanger 270 in which heat exchange is performed with the heating water using the combustion heat generated in the combustion chamber 260, and the exhaust gas passing through the heat exchanger 270.
  • An exhaust gas passing through the exhaust gas discharge unit 280 including an exhaust gas discharge unit 280 from which gas is discharged, and a flue 290 through which the exhaust gas passing through the exhaust gas discharge unit 280 is discharged to the outside; Preheating the outside air using waste heat It is configured to include an air supply preheater 100.
  • an exhaust gas is provided between the exhaust gas discharge part 280 and the premixing chamber 210 so that a part of the exhaust gas discharged through the exhaust gas discharge part 280 is recycled to the premixing chamber 210.
  • Gas recirculation pipe 230 is connected.
  • the air supply preheater 100 has a structure in which a housing 110 and a flow path forming member 160 are mounted therein.
  • the housing 100 includes an upper housing 110a having an upper end and an lower end opened, and a lower housing 110b communicating with a lower side thereof and having an air supply supply pipe 130 connected thereto.
  • An opening formed at an upper end of the upper housing 110a forms an air supply port 120 through which external air is introduced, and an exhaust gas inlet 140 and an exhaust gas outlet 150 are disposed at a lower front and an upper portion of the upper housing 110a. Is formed.
  • the flow path forming member 160 flows in through the exhaust gas inlet 140 from the inside of the upper housing 110a and is discharged through the exhaust gas outlet 150.
  • the air supply flow path 160d which is introduced through the air supply 120 and discharged through the air supply supply pipe 130 is separated from each other and alternately formed adjacent to each other.
  • the flow path forming member 160 has a structure in which a plurality of unit plates 160-1, 160-2, and 160-n are stacked to be spaced apart at predetermined intervals in a horizontal direction.
  • Each unit plate 160-1, 160-2, 160-n includes a first plate 161 and a second plate 162 which are joined to form the exhaust gas flow path 160c therein, and are disposed adjacent to each other.
  • the exhaust gas flow paths 160c are connected to each other by the exhaust gas flow path connecting member 164 between the first plate 161 and the second plate 162 of the plate.
  • An exhaust gas inlet pipe 160a and an exhaust gas discharge pipe 160b connected to the exhaust gas flow path connecting member 164 are formed at one lower side and an upper side of the unit plate 160-1.
  • first and second protrusions 163a and 163b are formed to protrude from the first plate 161 and the second plate 162 at corresponding positions at predetermined intervals so that the protruding surfaces contact each other.
  • the protruding height of the first protrusion 163a and the second protrusion 163b between adjacent unit plates is the same height as that of the exhaust gas flow path connecting member 164, and is spaced between adjacent unit plates. This stays constant, allowing for robust assembly.
  • the air supply flow path 160d is formed by spaced spaces between adjacent unit plates, and thus the exhaust gas flow path 160c and the air supply flow path 160d are alternately formed adjacent to each other to transfer heat between the exhaust gas and the air. It is possible to secure a wide area.
  • the first plate 161 and the second plate 162 have convex shapes in opposite directions to each other, and an exhaust gas flow path 160c is provided therein, and a first flange portion at an outer end thereof. 161a and a second flange portion 162a are formed so that the joint surface between them is joined by welding.
  • Reference numeral 'W' denotes a weld between the first flange portion 161a and the second flange portion 162a.
  • a fixing member 165 is provided at the edges of the plurality of unit plates 160-1, 160-2, and 160-n to closely contact the inner surface of the housing 110 to isolate the air supply flow path 160d between adjacent unit plates.
  • the fixing member 165 is formed to extend from the end of the second plate 162 to be bent in surface contact with the inner surface of the housing 110, the flow path forming member 160 to the inside of the housing 110 When inserted, a rigid assembly is possible by the fixing member 165.
  • the exhaust gas introduced through the exhaust gas inlet pipe 160a is formed of a plurality of unit plates surrounded by the first plate 161 and the second plate 162 through the exhaust gas flow path connecting member 164. After flowing into the internal space and flowing upward, the gas is collected by the exhaust gas flow path connecting member 164 positioned at an upper portion thereof, passes through the exhaust gas discharge pipe 160b, and is discharged to the outside through the flue 290.
  • the outside air introduced through the air supply unit 120 flows downward through the space provided between the unit plates 160-1, 160-2, and 160-n, and then is supplied to the air supply pipe 130 provided in the lower housing 110b. ) Is supplied to the pre-mixing chamber 210 side.
  • the flow direction of the exhaust gas passing through the exhaust gas flow path 160c and the flow direction of the air passing through the air supply flow path 160d are formed in opposite directions in opposite directions, so that the waste heat of the exhaust gas is supplied to the supply air. It is possible to increase the heat exchange efficiency delivered to.
  • the flow path forming member 160 has a plurality of unit plates 160-1, 160-2, and 160-n stacked therein, and the exhaust gas flow path 160c and the air supply flow path 160d are uniformly adjacent to each other in a predetermined pattern. Since it is alternately arranged to have a large heat transfer area, it is possible to reduce the volume and reduce the size of the combustion device.
  • the present invention has a technical feature in that the air supply preheater 100 described above preheats the outside air, and at the same time, a part of the exhaust gas is recycled to the air supply side in proportion to the supplied heat source.
  • the premixing chamber 210 is connected to the inlet side of the blower 240, and the inner space of the premixing chamber 210 is disposed on both sides thereof with the partition member 211 interposed therebetween.
  • the venturi is divided into a first passage 212 and a second passage 213, and has a throat portion having a throat portion having a narrow cross section at an intermediate portion between an inlet through which air is introduced and an outlet through which the mixer is discharged to the blower 240. Consists of That is, the premixing chamber 210 has a shape in which the cross-sectional area of the inlet and the outlet of the air is wide, and the cross-sectional area gradually decreases from the inlet and the outlet toward the throat portion thereof.
  • One side of the throat portion of the pre-mixing chamber 210 is provided with a gas supply portion 214 connected to the combustion gas supply pipe (not shown), the other side of the throat portion is provided with a mixer control unit 220, The other side of the throat portion is formed with an exhaust gas inlet 215 connected to the exhaust gas recirculation pipe 230.
  • the gas supply unit 214 has a first gas supply port 214a connected to the first passage 212 and a second gas supply port 214b connected to the second passage 213.
  • the first passage 212 of the pre-mixing chamber 210 is configured such that the air and gas flow passages are always open, and the air and gas flow passage of the second passage 213 is the mixer control unit 220.
  • the mixer control unit 220 may include a damper (not shown) that is rotated by a motor or moved back and forth by a solenoid to open and close the second passage 213.
  • the exhaust gas recirculation tube 230 provides a flow path of the exhaust gas so that a part of the exhaust gas that has undergone heat exchange is recycled to the premixing chamber 210 and the inlet of the exhaust gas recirculation tube 230 is a heat exchanger ( After passing through the 270 may be installed in any position between the exhaust gas outlet 280 and the flue 290, the exhaust gas inlet 215 is a throat of the pre-mixing chamber 210 In the first passage 212 and the second passage 213, respectively, or may be formed over the first passage 212 and the second passage (213).
  • the mixer of the premixed air, the combustion gas, and the recycled exhaust gas in the premixing chamber 210 is sucked into the blower 240 by the rotation of a fan provided in the blower 240, and then the mixer outlet ( 241 is supplied to the mixer supply pipe 250.
  • the flow rate of air passing through the throat portion is inlet.
  • the differential pressure is generated between the inlet and the outlet and the throat portion, and when the air flow rate is adjusted by the rotation speed control of the blower 240,
  • the flow rate of the air and the gas and the exhaust gas flowing into the throat portion of the pressure can also be proportionally controlled to have a constant air-fuel ratio.
  • the flow rate of externally supplied air is 9
  • the flow rate of gas is 1
  • the total flow rate of exhaust gas discharged after combustion is 11
  • the flow rate of recycled exhaust gas is 1
  • the flow rate of the mixer used for combustion and heat exchange is 11, thereby increasing thermal efficiency and reducing fuel consumption by the increased mixer flow rate, thereby reducing costs and reducing carbon dioxide emissions.
  • the flow rate of the mixer used for combustion and heat exchange is 11, thereby increasing thermal efficiency and reducing fuel consumption by the increased mixer flow rate, thereby reducing costs and reducing carbon dioxide emissions.
  • by recycling a part of the exhaust gas to be recycled to the combustion it is possible to lower the flame temperature of the combustion gas, significantly reducing the emission of nitrogen oxides and improving the combustion efficiency by complete combustion, as well as the entire output from high output to low output load. It is possible to realize a stable combustion system in the load region.

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Abstract

본 발명은 버너의 연소 부하를 줄이고 연소 효율을 향상시킬 수 있는 연소장치에 관한 것으로, 급기구를 통해 유입된 외부 공기와 연소용 가스를 예혼합하는 예혼합실과, 예혼합실에서 예혼합된 혼합기를 버너 측으로 공급하는 송풍기와, 버너의 점화에 의해 혼합기의 연소가 이루어지는 연소실과, 연소실의 연소열을 이용하여 난방수와 열교환이 이루어지는 열교환기와, 열교환기를 통과한 배기가스가 배출되는 배기가스 배출부 및 상기 배기가스 배출부를 통과한 배기가스가 외부로 배출되는 연도를 구비한 연소장치에 있어서, 배기가스 배출부를 통해 연도로 배출되는 배기가스와, 급기구를 통해 예혼합실로 급기되는 공기 간에 열교환이 이루어지는 급기 예열기를 포함하되, 급기 예열기는, 다수의 단위 플레이트가 소정 간격으로 적층되어, 그 내부에 배기가스 유로와 급기 유로가 서로 분리되어 인접하게 교대로 형성된 유로형성부재를 포함한다.

Description

급기 예열기를 구비한 연소장치
본 발명은 급기 예열기를 구비한 연소장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 난방수와 열교환을 마치고 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 급기되는 공기를 예열시킴과 아울러 배기가스의 일부를 급기 측으로 재순환시킴으로써 연소장치의 열효율을 향상시키고 화염온도는 낮추어 질소산화물과 이산화탄소의 배출량을 감소시킬 수 있는 급기 예열기를 구비한 연소장치에 관한 것이다.
보일러나 온수기 등 연소장치는 밀폐된 용기 내의 난방수를 열원에 의해 가열시켜 원하는 지역을 난방하거나 온수를 공급하는 장치로, 가스와 공기의 혼합기를 연소시키는 버너와, 연소가스의 연소열을 난방수 또는 직수로 전달하는 열교환기로 구성된다.
도 1은 종래 연소장치를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 콘덴싱 보일러를 예로 들어 설명한다. 종래 연소장치(10)는, 외부 공기를 흡입하여 연소에 필요한 공기를 공급하는 송풍기(11)와, 상기 송풍기(11)를 통해 공급된 공기와 가스의 혼합기를 연소시키는 버너(12)와, 혼합기의 연소가 이루어지는 연소실(13)과, 상기 연소실(13)에서 발생된 연소 현열을 흡수하는 현열 열교환기(14)와, 상기 현열 열교환기(14)에서 열교환을 마친 연소생성물에 포함된 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열 열교환기(15)와, 상기 잠열 열교환기(15)를 통과한 연소생성물이 배출되는 연도(16)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 현열 열교환기(14)와 잠열 열교환기(15)를 경유하면서 가열된 난방수는 현열 열교환기(14))의 일측에 연결된 공급관(17)을 통해 난방소요처로 이송되어 열에너지를 전달한 후 잠열 열교환기(15)의 일측에 연결된 환수관(18)으로 환수되며, 잠열 열교환기(15)로 유입되어 현열 열교환기(14)를 통과한 연소생성물에 포함된 수증기를 응축시켜 잠열을 회수하도록 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 종래의 연소장치(10)는 외부 공기가 송풍기(11)로 직접 유입된 후에 버너(12) 측으로 공급되는 구조로 이루어져 있어, 송풍기(11)로 공급되는 외부 공기의 온도가 낮을 경우에는 상기 버너(12)에서의 연소시 발생하는 연소 현열의 온도를 난방수의 가열을 위해 필요한 온도 범위까지 상승시키기 위하여 연소 부하를 그만큼 증대시켜야 하고, 이로 인해 연소 효율이 떨어지고 연료 소모량이 증가함에 따라 이산화탄소(CO2)의 배출량이 증가하는 문제가 있다.
또한, 종래의 연소장치(10)는 열교환을 거친 연소가스가 연도(16)를 통하여 대기중으로 그대로 배출되므로 배기가스의 온도 및 연소가스의 화염 온도가 높아 질소산화물(NOx)의 발생량이 증가되어 환경오염을 유발하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연소장치의 외부에서 공급되는 공기를 배기가스의 폐열을 이용하여 예열한 후에 송풍기 측으로 공급되도록 함으로써 버너의 연소 부하를 줄이고 연소 효율을 향상시킬 수 있는 연소장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 벤츄리 구조에 의한 차압을 이용하여 배기가스의 일부를 급기 측으로 재순환시켜 화염 온도는 낮추고 연료의 소모량을 절감함으로써 질소산화물과 이산화탄소의 배출량을 감소시킬 수 있는 친환경적인 연소장치를 제공하는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 급기 예열기를 구비한 연소장치는, 급기구(120)를 통해 유입된 외부 공기와 연소용 가스를 예혼합하는 예혼합실(210)과, 상기 예혼합실(210)에서 예혼합된 혼합기를 버너 측으로 공급하는 송풍기(240)와, 상기 버너의 점화에 의해 혼합기의 연소가 이루어지는 연소실(260)과, 상기 연소실(260)의 연소열을 이용하여 난방수와 열교환이 이루어지는 열교환기(270)와, 상기 열교환기(270)를 통과한 배기가스가 배출되는 배기가스 배출부(280) 및 상기 배기가스 배출부(280)를 통과한 배기가스가 외부로 배출되는 연도(290)를 구비한 연소장치에 있어서, 상기 배기가스 배출부(280)를 통해 연도(290)로 배출되는 배기가스와, 상기 급기구(120)를 통해 예혼합실(210)로 급기되는 공기 간에 열교환이 이루어지는 급기 예열기(100)를 포함하되, 상기 급기 예열기(100)는, 다수의 단위 플레이트(160-1,160-2,160-n)가 소정 간격으로 적층되어, 그 내부에 배기가스 유로(160c)와 급기 유로(160d)가 서로 분리되어 인접하게 교대로 형성된 유로형성부재(160)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 경우 상기 단위 플레이트(160-1,160-2,160-n)는, 상기 배기가스 유로(160c)가 내부에 형성되도록 접합되는 제1플레이트(161)와 제2플레이트(162)로 구성되고, 인접하게 배치되는 단위 플레이트의 제1플레이트(161)와 제2플레이트(162) 간에는 배기가스 유로 연결부재(164)에 의해 배기가스 유로(160c)가 연결되며, 상기 단위 플레이트(160-1)의 일측에는 상기 배기가스 유로 연결부재(164)에 연결되는 배기가스 유입관(160a)과 배기가스 배출관(160b)이 형성되며, 상기 급기 유로(160d)는 인접하게 배치되는 단위 플레이트 사이의 이격된 공간에 의해 형성되는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 인접하게 배치되는 단위 플레이트의 제1플레이트(161)와 제2플레이트(162)에는 일정 간격을 두고 대응되는 위치에 제1돌기(163a)와 제2돌기(163b)가 돌출 형성되어 그 돌출된 면이 서로 접촉되고, 상기 인접하게 배치되는 단위 플레이트 사이에서 상기 제1돌기(163a)와 제2돌기(163b)의 돌출된 높이는 상기 배기가스 유로 연결부재(164)의 높이와 동일하게 구성될 수 있다.
또한 상기 단위 플레이트(160-1,160-2,160-n) 중 일측에 위치하는 단위 플레이트(160-1)의 일측면에는 상기 배기가스 유입관(160a)과 배기가스 배출관(160b)이 상하로 이격된 위치에 형성된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 급기 예열기(100)는 상기 유로형성부재(160)가 내부에 장착되는 하우징(110)을 포함하고, 상기 하우징(110)의 상단부와 하단부에는, 외부 공기가 유입되는 급기구(120)와, 예열된 공기가 배출되는 급기 공급관(130)이 구비되고, 상기 하우징(110)의 하부 일측면과 상부 일측면에는, 상기 배기가스 유입관(160a)에 연통되는 배기가스 유입구(140)와, 상기 배기가스 배출관(160b)에 연통되는 배기가스 배출구(150)가 형성된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 제1플레이트(161)와 제2플레이트(162)는 서로 반대방향으로 볼록한 형상으로 이루어지고, 그 외측단에는 제1플랜지부(161a)와 제2플랜지부(162a)가 형성되어 그 접합면이 용접 결합된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 다수의 단위 플레이트(160-1,160-2,160-n)의 가장자리부에는 상기 하우징(110)의 내측면에 밀착되어 인접한 단위 플레이트 간의 급기 유로(160d)를 격리하는 고정부재(165)가 구비될 수 있다.
또한 상기 배기가스 유로(160c)를 통과하는 배기가스의 유동방향과, 상기 급기 유로(160d)를 통과하는 공기의 유동방향은 대향류 방향인 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 예혼합실(210)은 공기가 통과하는 입구와 출구 사이에 단면적이 좁아지는 스로트부를 구비한 벤츄리 형상으로 이루어지고, 상기 예혼합실(210)의 스로트부에는, 연소용 가스를 공급하는 가스공급부(214)와, 상기 열교환기(270)를 통과한 배기가스의 일부가 상기 스로트부를 통과하는 혼합기의 유량에 따른 차압에 비례하여 유입되도록 배기가스 재순환관(230)이 연결된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 예혼합실(210)은 칸막이부재(211)를 사이에 두고 제1통로(212)와 제2통로(213)가 양측으로 분할 형성되고, 상기 가스공급부(214)를 통해 유입된 연소용 가스는 상기 제1통로(212)에 연결되는 제1가스유입구(214a)와 상기 제2통로(213)에 연결되는 제2가스유입구(214b)로 공급되며, 상기 제1통로(212)의 공기 및 가스의 흐름 통로는 상시 개방 상태에 있고, 상기 제2통로(213)를 통과하는 공기의 흐름 통로와, 상기 제2가스유입구(214b)를 통하여 상기 제2통로(213)에 연결되는 가스의 흐름 통로는, 혼합기 조절부(220)에 의해 개폐되는 것으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 급기 예열기를 구비한 연소장치에 의하면, 다수의 단위 플레이트를 적층시켜 그 내부 공간에 서로 분리되어 인접하게 교대로 배치된 배기가스 유로와 급기 유로가 형성된 급기 예열기를 구비함으로써 버너의 연소 부하를 줄이고 연소 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 벤츄리 구조에 의한 차압을 이용하여 배기가스의 일부를 급기 측으로 재순환시켜 화염 온도를 낮추고 연료의 소모량을 절감할 수 있게 되어 질소산화물과 이산화탄소의 배출량을 감소시킴으로써 친환경적인 연소장치를 구현할 수 있다.
도 1은 종래 연소장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 급기 예열기를 구비한 연소장치의 사시도,
도 3은 도 2에서 급기 예열기를 분리하여 나타낸 사시도,
도 4는 급기 예열기 내부에 설치되는 유로형성부재를 나타낸 사시도,
도 5는 도 4의 정면도,
도 6은 도 4의 평면도,
도 7은 도 4의 우측면도,
도 8은 도 5의 A-A 선 부분 단면도,
도 9는 도 5의 B-B 선 단면도,
도 10은 예혼합실과 송풍기를 나타낸 사시도,
도 11은 배기가스 재순환 구조를 나타낸 블록도.
** 부호의 설명 **
100 : 급기 예열기 110 : 하우징
110a : 상부 하우징 110b : 하부 하우징
120 : 급기구 130 : 급기 공급관
140 : 배기가스 유입구 150 : 배기가스 배출구
160 : 유로형성부재 160-1,160-2,160-n : 단위 플레이트
160a : 배기가스 유입관 160b : 배기가스 배출관
160c : 배기가스 유로 160d : 급기 유로
161 : 제1플레이트 161a : 제1플랜지부
162 : 제2플레이트 162a : 제2플랜지부
163 : 돌기 164 : 배기가스 유로 연결부재
165 : 고정부재 210 : 예혼합실
211 : 칸막이부재 212 : 제1통로
213 : 제2통로 214 : 가스공급부
215 : 배기가스 유입구 220 : 혼합기 조절부
230 : 배기가스 재순환관 240 : 송풍기
241 : 혼합기 배출구 250 : 혼합기 공급관
260 : 연소실 270 : 열교환기
280 : 배기가스 배출부 290 : 연도
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 연소장치는, 외부 공기와 연소용 가스를 예혼합하는 예혼합실(210)과, 예혼합실(210)에서 예혼합되는 혼합기의 공연비를 연소 부하에 비례하여 조절하기 위한 혼합기 조절부(220)와, 예혼합실(210)의 혼합기를 버너 측으로 공급하는 송풍기(240)와, 송풍기(240)로부터 송출된 혼합기가 버너 측으로 공급되는 혼합기 공급관(250)과, 버너의 점화에 의해 혼합기의 연소가 이루어지는 연소실(260)과, 연소실(260)에서 발생된 연소열을 이용하여 난방수와 열교환이 이루어지는 열교환기(270)와, 열교환기(270)를 통과한 배기가스가 배출되는 배기가스 배출부(280)와, 배기가스 배출부(280)를 통과한 배기가스가 외부로 배출되는 연도(290)를 포함하고, 배기가스 배출부(280)를 통과한 배기가스의 폐열을 이용하여 급기되는 외부 공기를 예열하기 위한 급기 예열기(100)를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 배기가스 배출부(280)와 예혼합실(210) 사이에는 배기가스 배출부(280)를 통과하여 배출되는 배기가스의 일부가 예혼합실(210)로 재순환되도록 유로를 제공하는 배기가스 재순환관(230)이 연결되어 있다.
도 2와 도 3을 참조하면, 상기 급기 예열기(100)는 하우징(110)과 그 내부에 유로형성부재(160)가 장착된 구조로 이루어져 있다.
상기 하우징(100)은 상단와 하단이 개방된 상부 하우징(110a)과, 그 하부에 연통되며 일측에는 급기 공급관(130)이 연결 설치된 하부 하우징(110b)으로 구성된다. 상기 상부 하우징(110a)의 상단에 형성된 개구부는 외부 공기가 유입되는 급기구(120)를 형성하고, 상부 하우징(110a)의 전면 하부와 상부에는 배기가스 유입구(140)와 배기가스 배출구(150)가 형성되어 있다.
도 4 내지 도 9를 참조하면, 유로형성부재(160)는, 상부 하우징(110a)의 내부에서 배기가스 유입구(140)를 통해 유입되어 배기가스 배출구(150)를 통해 배출되는 배기가스 유로(160c)와, 급기구(120)를 통해 유입되어 급기 공급관(130)을 통해 배출되는 급기 유로(160d)가 서로 분리되어 인접하게 교대로 형성된 구조로 이루어져 있다.
상기 유로형성부재(160)는 다수의 단위 플레이트(160-1,160-2,160-n)가 횡방향으로 소정 간격으로 이격되어 적층된 구조로 이루어진다. 각각의 단위 플레이트(160-1,160-2,160-n)는 상기 배기가스 유로(160c)가 내부에 형성되도록 접합되는 제1플레이트(161)와 제2플레이트(162)로 구성되고, 인접하게 배치되는 단위 플레이트의 제1플레이트(161)와 제2플레이트(162) 간에는 배기가스 유로 연결부재(164)에 의해 배기가스 유로(160c)가 서로 연결된다. 상기 단위 플레이트(160-1)의 일측 하부와 상부에는 상기 배기가스 유로 연결부재(164)에 연결되는 배기가스 유입관(160a)과 배기가스 배출관(160b)이 형성되어 있다.
또한 인접하게 배치되는 단위 플레이트의 제1플레이트(161)와 제2플레이트(162) 사이는 돌기(163;163a,163b)에 의해 간격이 유지된다. 상기 제1플레이트(161)와 제2플레이트(162)에는 일정 간격을 두고 대응되는 위치에 제1돌기(163a)와 제2돌기(163b)가 돌출 형성되어 그 돌출된 면이 서로 접촉되고, 상기 인접하게 배치되는 단위 플레이트 사이에서 상기 제1돌기(163a)와 제2돌기(163b)의 돌출된 높이는 상기 배기가스 유로 연결부재(164)와 동일한 높이로 구성되어, 인접하게 배치되는 단위 플레이트 간에 간격이 일정하게 유지되면서 견고한 조립이 가능해진다.
상기 급기 유로(160d)는 인접하게 배치되는 단위 플레이트 사이의 이격된 공간에 의해 형성되며, 이에 따라 배기가스 유로(160c)와 급기 유로(160d)는 인접하게 교대로 형성되어 배기가스와 공기 간의 전열 면적을 넓게 확보할 수 있게 된다.
도 8을 참조하면, 상기 제1플레이트(161)와 제2플레이트(162)는 서로 반대방향으로 볼록한 형상으로 이루어져 그 내부에 배기가스 유로(160c)가 마련되고, 그 외측단에는 제1플랜지부(161a)와 제2플랜지부(162a)가 형성되어 이들 사이의 접합면이 용접으로 결합된다. 도면부호 'W'는 제1플랜지부(161a)와 제2플랜지부(162a) 간의 용접부를 나타낸 것이다.
또한 상기 다수의 단위 플레이트(160-1,160-2,160-n)의 가장자리부에는 하우징(110)의 내측면에 밀착되어 인접한 단위 플레이트 간의 급기 유로(160d)를 격리하는 고정부재(165)가 구비된다. 상기 고정부재(165)는 제2플레이트(162)의 단부에서 연장 형성되어 하우징(110)의 내측면에 면접촉되도록 절곡된 구조로 이루어져, 유로형성부재(160)가 하우징(110)의 내측에 삽입될 경우 상기 고정부재(165)에 의해 견고한 조립이 가능해진다.
도 9를 참조하면, 배기가스 유입관(160a)을 통해 유입된 배기가스는 배기가스 유로 연결부재(164)를 통하여 제1플레이트(161)와 제2플레이트(162)로 둘러싸인 다수의 단위 플레이트의 내부 공간으로 유입되어 상향으로 유동한 후에 상부에 위치하는 배기가스 유로 연결부재(164)에 의해 취합되어 배기가스 배출관(160b)을 통과하여 연도(290)를 통해 외부로 배출된다.
이와 동시에 급기구(120)를 통해 유입된 외부 공기는 단위 플레이트(160-1,160-2,160-n) 사이사이에 마련된 공간을 통과하여 하향으로 유동한 후에 하부 하우징(110b)에 구비된 급기 공급관(130)을 통하여 예혼합실(210) 측으로 공급된다.
이와 같이 배기가스 유로(160c)를 통과하는 배기가스의 유동방향과, 급기 유로(160d)를 통과하는 공기의 유동방향은 서로 반대 방향이 되는 대향류 방향으로 형성되므로, 배기가스의 폐열이 급기 공기로 전달되는 열교환 효율을 높일 수 있다. 또한 상기 유로형성부재(160)는 다수의 단위 플레이트(160-1,160-2,160-n)가 적층되어 그 내부에 배기가스 유로(160c)와 급기 유로(160d)가 서로 분리된 상태에서 인접하게 일정한 패턴을 가지며 교대로 배치되므로, 전열 면적을 넓게 확보하는 동시에 부피를 줄여 연소장치의 소형 제작이 가능해진다.
한편, 본 발명에서는 전술한 급기 예열기(100)에 의해 외부 공기를 예열하는 동시에, 공급되는 열원에 비례하여 배기가스의 일부가 급기 측으로 재순환되는 구조를 구비한 점에도 기술적 특징이 있다.
도 10과 도 11을 참조하면, 예혼합실(210)은 송풍기(240)의 입구 측에 연결 설치되고, 예혼합실(210)의 내부 공간은 칸막이부재(211)를 사이에 두고 그 양측으로 제1통로(212)와 제2통로(213)로 분할 형성되며, 공기가 유입되는 입구와 혼합기가 송풍기(240) 측으로 배출되는 출구 사이의 중간부에는 단면적이 좁아지는 스로트부를 구비한 벤츄리 형상으로 이루어져 있다. 즉, 상기 예혼합실(210)은 공기의 입구와 출구의 단면적은 넓게 형성되고, 입구와 출구로부터 그 중간의 스로트부로 갈수록 단면적이 점차 좁아지는 형상으로 이루어져 있다.
상기 예혼합실(210)의 스로트부의 일측에는 연소용 가스공급관(미도시됨)에 연결되는 가스공급부(214)가 구비되고, 상기 스로트부의 타측에는 혼합기 조절부(220)가 구비되며, 상기 스로트부의 다른 측면에는 배기가스 재순환관(230)에 연결되는 배기가스 유입구(215)가 형성되어 있다.
상기 가스공급부(214)에는, 제1통로(212)에 연결되는 제1가스공급구(214a)와, 제2통로(213)에 연결되는 제2가스공급구(214b)가 형성되어 있다.
상기 예혼합실(210)의 제1통로(212)는 공기와 가스의 흐름 통로가 항상 개방된 상태로 구성되고, 제2통로(213)의 공기와 가스의 흐름 통로는 혼합기 조절부(220)의 작동에 의해 연소 부하가 설정된 부하 이상인 경우에는 개방되고, 설정된 부하 미만인 경우에는 차단되도록 구성되어 있다. 상기 혼합기 조절부(220)는 모터에 의해 회전되거나 솔레노이드에 의해 전후진 이동되어 상기 제2통로(213)를 개폐하는 댐퍼(미도시됨)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 배기가스 재순환관(230)은 열교환을 마친 배기가스의 일부가 예혼합실(210)로 재순환되어 유입되도록 배기가스의 유로를 제공하는 것으로, 배기가스 재순환관(230)의 유입부는 열교환기(270)를 통과한 후에 위치하는 배기가스 배출부(280)와 연도(290) 사이의 임의의 위치에 연결 설치될 수 있으며, 상기 배기가스 유입구(215)는 예혼합실(210)의 스로트부에서 제1통로(212)와 제2통로(213)에 각각 형성되거나, 제1통로(212)와 제2통로(213)에 걸쳐서 형성될 수 있다.
상기 예혼합실(210)에서 예혼합된 공기와 연소용 가스 및 재순환된 배기가스의 혼합기는 송풍기(240)에 구비된 팬(fan)의 회전에 의해 송풍기(240)로 흡입된 후에 혼합기 배출구(241)를 통해 혼합기 공급관(250)으로 공급된다.
이와 같이 예혼합실(210)을 벤츄리 형상으로 구성하고, 스로트부의 일측에 가스공급부(214)와 배기가스 재순환관(230)이 연결된 구성에 의하면, 상기 스로트부를 통과하는 공기의 유속은 입구와 출구의 유속에 비해 상대적으로 빠르고 압력은 낮아지게 되어 입구 및 출구와 스로트부 간에 차압이 발생되며, 송풍기(240)의 회전수 제어에 의해 공기의 유량을 조절하게 되면, 압력차에 의해 낮은 압력의 스로트부 내부로 유입되는 공기와 가스 및 배기가스의 유량 또한 일정한 공연비가 되도록 비례적으로 제어할 수 있게 된다.
도 11을 참조하면, 외부에서 공급되는 급기의 유량이 9, 가스의 유량이 1이고, 연소 후 배출되는 배기가스의 총 유량이 11이고, 재순환 되는 배기가스의 유량이 1인 것으로 가정할 경우, 점선으로 표시된 영역에서는 연소 및 열교환에 사용되는 혼합기의 유량이 11이 되므로, 그 증가한 혼합기 유량만큼 열효율을 높이고 연료의 소모량을 절감할 수 있게 되어 비용 절감 및 이산화탄소의 배출량을 줄일 수 있게 된다. 또한, 배기가스의 일부를 재순환시켜 연소에 재활용함으로써 연소가스의 화염 온도를 낮출 수 있게 되어 질소산화물의 배출량을 대폭 줄이고 완전 연소에 의해 연소효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 고출력에서 저출력 부하에 이르는 전부하 영역에서 안정된 연소시스템을 구현할 수 있게 된다.

Claims (10)

  1. 급기구(120)를 통해 유입된 외부 공기와 연소용 가스를 예혼합하는 예혼합실(210)과, 상기 예혼합실(210)에서 예혼합된 혼합기를 버너 측으로 공급하는 송풍기(240)와, 상기 버너의 점화에 의해 혼합기의 연소가 이루어지는 연소실(260)과, 상기 연소실(260)의 연소열을 이용하여 난방수와 열교환이 이루어지는 열교환기(270)와, 상기 열교환기(270)를 통과한 배기가스가 배출되는 배기가스 배출부(280) 및 상기 배기가스 배출부(280)를 통과한 배기가스가 외부로 배출되는 연도(290)를 구비한 연소장치에 있어서,
    상기 배기가스 배출부(280)를 통해 연도(290)로 배출되는 배기가스와, 상기 급기구(120)를 통해 예혼합실(210)로 급기되는 공기 간에 열교환이 이루어지는 급기 예열기(100)를 포함하되,
    상기 급기 예열기(100)는, 다수의 단위 플레이트(160-1,160-2,160-n)가 소정 간격으로 적층되어, 그 내부에 배기가스 유로(160c)와 급기 유로(160d)가 서로 분리되어 인접하게 교대로 형성된 유로형성부재(160)를 포함하는 것을 특징으로 하는 급기 예열기를 구비한 연소장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단위 플레이트(160-1,160-2,160-n)는, 상기 배기가스 유로(160c)가 내부에 형성되도록 접합되는 제1플레이트(161)와 제2플레이트(162)로 구성되고, 인접하게 배치되는 단위 플레이트의 제1플레이트(161)와 제2플레이트(162) 간에는 배기가스 유로 연결부재(164)에 의해 배기가스 유로(160c)가 연결되며, 상기 단위 플레이트(160-1)의 일측에는 상기 배기가스 유로 연결부재(164)에 연결되는 배기가스 유입관(160a)과 배기가스 배출관(160b)이 형성되며,
    상기 급기 유로(160d)는 인접하게 배치되는 단위 플레이트 사이의 이격된 공간에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 급기 예열기를 구비한 연소장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 인접하게 배치되는 단위 플레이트의 제1플레이트(161)와 제2플레이트(162)에는 일정 간격을 두고 대응되는 위치에 제1돌기(163a)와 제2돌기(163b)가 돌출 형성되어 그 돌출된 면이 서로 접촉되고,
    상기 인접하게 배치되는 단위 플레이트 사이에서 상기 제1돌기(163a)와 제2돌기(163b)의 돌출된 높이는 상기 배기가스 유로 연결부재(164)의 높이와 동일한 것을 특징으로 하는 급기 예열기를 구비한 연소장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 단위 플레이트(160-1,160-2,160-n) 중 일측에 위치하는 단위 플레이트(160-1)의 일측면에는 상기 배기가스 유입관(160a)과 배기가스 배출관(160b)이 상하로 이격된 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 급기 예열기를 구비한 연소장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 급기 예열기(100)는 상기 유로형성부재(160)가 내부에 장착되는 하우징(110)을 포함하고,
    상기 하우징(110)의 상단부와 하단부에는, 외부 공기가 유입되는 급기구(120)와, 예열된 공기가 배출되는 급기 공급관(130)이 구비되고,
    상기 하우징(110)의 하부 일측면과 상부 일측면에는, 상기 배기가스 유입관(160a)에 연통되는 배기가스 유입구(140)와, 상기 배기가스 배출관(160b)에 연통되는 배기가스 배출구(150)가 형성된 것을 특징으로 하는 급기 예열기를 구비한 연소장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1플레이트(161)와 제2플레이트(162)는 서로 반대방향으로 볼록한 형상으로 이루어지고, 그 외측단에는 제1플랜지부(161a)와 제2플랜지부(162a)가 형성되어 그 접합면이 용접 결합된 것을 특징으로 하는 급기 예열기를 구비한 연소장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 다수의 단위 플레이트(160-1,160-2,160-n)의 가장자리부에는 상기 하우징(110)의 내측면에 밀착되어 인접한 단위 플레이트 간의 급기 유로(160d)를 격리하는 고정부재(165)가 구비된 것을 특징으로 하는 급기 예열기를 구비한 연소장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배기가스 유로(160c)를 통과하는 배기가스의 유동방향과, 상기 급기 유로(160d)를 통과하는 공기의 유동방향은 대향류 방향인 것을 특징으로 하는 급기 예열기를 구비한 연소장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 예혼합실(210)은 공기가 통과하는 입구와 출구 사이에 단면적이 좁아지는 스로트부를 구비한 벤츄리 형상으로 이루어지고,
    상기 예혼합실(210)의 스로트부에는, 연소용 가스를 공급하는 가스공급부(214)와, 상기 열교환기(270)를 통과한 배기가스의 일부가 상기 스로트부를 통과하는 혼합기의 유량에 따른 차압에 비례하여 유입되도록 배기가스 재순환관(230)이 연결된 것을 특징으로 하는 급기 예열기를 구비한 연소장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 예혼합실(210)은 칸막이부재(211)를 사이에 두고 제1통로(212)와 제2통로(213)가 양측으로 분할 형성되고,
    상기 가스공급부(214)를 통해 유입된 연소용 가스는 상기 제1통로(212)에 연결되는 제1가스유입구(214a)와 상기 제2통로(213)에 연결되는 제2가스유입구(214b)로 공급되며,
    상기 제1통로(212)의 공기 및 가스의 흐름 통로는 상시 개방 상태에 있고,
    상기 제2통로(213)를 통과하는 공기의 흐름 통로와, 상기 제2가스유입구(214b)를 통하여 상기 제2통로(213)에 연결되는 가스의 흐름 통로는, 혼합기 조절부(220)에 의해 개폐되는 것을 특징으로 하는 급기 예열기를 구비한 연소장치.
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