WO2014133261A1 - 급배기 열교환기를 구비한 연소장치 - Google Patents

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exhaust
heat exchanger
exhaust gas
air supply
thin film
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박준규
이현식
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주식회사 경동나비엔
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Definitions

  • the present invention relates to a combustion apparatus having an exhaust gas heat exchanger, and more particularly, to a combustion apparatus having an exhaust gas heat exchanger in which a heat exchange is performed between an exhaust gas generated in a burner and exhausted to the outside and an air supply air introduced from the outside. It is about.
  • a combustion apparatus heats water by using combustion heat generated during combustion of a fuel, and circulates the heated water along a pipe so that the combustion apparatus can be used for indoor heating or for hot water, and includes a water heater and a boiler. .
  • Such a combustion apparatus includes a burner that burns fuel gas to generate high-temperature heat energy, a combustion chamber in which a mixture is burned by a flame generated by the burner, and exhaust gas passing through the combustion chamber and water passing through the pipe. And a heat exchanger for exchanging heat, and an exhaust duct for discharging the exhaust gas heat exchanged from the heat exchanger to the outside, and the exhaust duct is connected to the exhaust duct for discharging the exhaust gas to the outside of the building.
  • the material of the flue flue is a low-cost synthetic resin. Since the exhaust gas passing through the heat exchanger is a high temperature, the flue flue is a synthetic resin material. Difficult to use
  • heat loss is performed between the air introduced from the outside and the exhaust gas discharged to the outside, thereby minimizing thermal energy loss.
  • the material of the exhaust flue should be made of metal having good thermal conductivity.
  • the flue flue is made of metal, the price is expensive, which is disadvantageous in terms of economic efficiency.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, by using the waste heat of the high-temperature exhaust gas passing through the heat exchanger to prevent the loss of thermal energy by heating the air supply, improve the thermal efficiency as the temperature of the air supply rises It is an object of the present invention to provide a combustion apparatus having a supply-exchange heat exchanger.
  • Another object of the present invention is to provide a combustion device having a supply / exhaust heat exchanger which can reduce the installation cost by lowering the temperature of the exhaust gas exhausted to the outside to use the exhaust flue as a synthetic resin material.
  • the burner for generating an exhaust gas;
  • a blower for supplying external air to the burner;
  • a main heat exchanger for absorbing heat of exhaust gas generated in the burner;
  • An exhaust duct for discharging the exhaust gas passing through the main heat exchanger to the outside;
  • An air supply duct allowing the external air to flow into the blower;
  • An exhaust / exhaust heat exchanger configured to exchange heat between the external air introduced into the blower and the exhaust gas discharged through the exhaust duct between the thin film plates; It is provided with an exhaust flue for discharging the exhaust gas passed through the supply and exhaust heat exchanger to the outside.
  • the main heat exchanger may include a sensible heat exchanger that absorbs combustion sensible heat generated by the burner, and a latent heat exchanger that absorbs latent heat of exhaust gas passing through the sensible heat exchanger.
  • the supply and exhaust heat exchanger is connected to the exhaust duct and a first spacer for forming a plurality of thin film plate having a flat plate shape, and spaced between the thin film film plate to form an air supply passage connected to the air supply duct;
  • An exhaust passage is formed to exchange heat with the air supply passage, and includes a second spacer disposed alternately with the first spacer.
  • the exhaust duct is provided with a temperature sensor for measuring the temperature of the exhaust gas passing through the inside
  • the control unit may be configured to control to stop the operation of the combustion device when the temperature measured by the temperature sensor is above the set temperature. have.
  • the first spacer and the second spacer has a curved shape so as to form a valley and the floor, the thickness of the thin film plate and the first and second spacer is preferably 20 ⁇ 70 ⁇ m, and the thin film plate and The first and second spacers may be made of thermoplastic resin.
  • the exhaust gas flows from the upper side of the exhaust flow path and flows in the vertical downward direction, and the interval between the thin film plates forming the air supply passage is smaller than the interval between the thin film films forming the exhaust passage.
  • the exhaust flue may be made of a synthetic resin material.
  • a condensate discharge pipe for discharging condensate may be connected to the outlet side exhaust duct connected to the exhaust passage.
  • the efficiency of the combustion apparatus can be improved by heating the air supply air using the waste heat of the exhaust gas exhausted to the outside.
  • the exhaust gas heat exchanger is manufactured by using a thin film to reduce the manufacturing cost, it is possible to manufacture heat exchangers of various sizes, and excellent chemical performance such as water resistance, flame resistance and chemical resistance This can improve the durability of the heat exchanger.
  • the installation cost of the combustion apparatus can be reduced by using the exhaust flue as a synthetic resin material.
  • the heat exchange efficiency of the supply / exhaust heat exchanger can be improved by matching the flow direction of the condensate drop and the flow direction of the exhaust gas.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a combustion apparatus according to the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view showing an exhaust gas heat exchanger according to the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing an exhaust gas heat exchanger according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a perspective view showing an exhaust gas heat exchanger according to another embodiment of the present invention.
  • combustion apparatus 100 blower
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a combustion apparatus according to the present invention
  • Figure 2 is a perspective view showing an exhaust gas heat exchanger according to the present invention.
  • the combustion apparatus 1 includes a burner 200 for generating exhaust gas by burning a mixture of air and gas, a blower 100 for supplying external air to the burner 200, and the burner 200.
  • the main heat exchanger 300 for absorbing the heat of the exhaust gas generated in the), the exhaust ducts 410 and 420 for discharging the exhaust gas passed through the main heat exchanger 300 to the outside, the outside air flows into the blower 100 Supply duct (110,120), the external air flowing into the blower 100 and the exhaust gas discharged through the exhaust duct (410, 420) to supply heat exchanger heat exchanger between the thin film plate (530, 531, 532, 533) ( 500), the exhaust flue 440 for discharging the exhaust gas passed through the supply and exhaust heat exchanger 500 to the outside.
  • Combustion apparatus 1 of the present invention may be applied to a boiler for heating or a water heater for supplying hot water, or may be applied to a device that combines heating and hot water supply.
  • the main heat exchanger 300 a sensible heat exchanger 310 for absorbing the combustion sensible heat generated by the burner 200, and a latent heat exchanger for absorbing the latent heat of the exhaust gas passing through the sensible heat exchanger 320 ( 320).
  • the condensate outlet 610 is a water trap (Siphon) of the siphon (Siphon) structure so that the condensate is filled to a predetermined level or more to prevent the exhaust gas from entering the room through the condensate outlet 610 during the operation of the boiler Is connected.
  • the air supply and heat exchanger 500 is provided at a point where the air supply ducts 110 and 120 and the exhaust ducts 410 and 420 cross each other, so that heat exchange between the air supply air and the exhaust gas is performed.
  • the air supply ducts 110 and 120 are provided between an inlet side air supply duct 110 for supplying air supply air introduced from the outside to the air supply heat exchanger 500, and between the air supply air exchanger 500 and the blower 100. And the outlet side air supply duct 120 connected to supply the heated air supply air to the blower 100 while passing through the air supply heat exchanger 500.
  • An air supply port 111 is connected to the inlet side air supply duct 110, and an air supply flue (not shown) for introducing external air is provided in the air supply port 111.
  • the outlet side air supply duct 120 is configured to be connected to the blower 100, but it may be configured that there is no outlet air supply duct 120, in this case, passes through the air supply heat exchanger 500 The air supply air is discharged into the internal space of the combustion device 1, and when the blower 100 is operated, air in the internal space of the combustion device 1 flows into the blower 100.
  • the exhaust ducts 410 and 420 include an inlet side exhaust duct 410 for allowing the exhaust gas passing through the main heat exchanger 300 to flow into the supply / exhaust heat exchanger 500, and the air supply from the supply / exhaust heat exchanger 500.
  • An exhaust side exhaust duct 420 is formed to exchange heat with air so that the cooled exhaust gas is discharged to the outside.
  • An exhaust port 421 is connected to the outlet side exhaust duct 420, and an exhaust flue 440 connected to the outside of the building is connected to the exhaust port 421 to discharge the exhaust gas to the outside.
  • the exhaust flue 440 may be made of a synthetic resin material.
  • the manufacturing cost of the combustion device 1 may be lowered.
  • the inlet side exhaust duct 410 is provided with a temperature sensor 430 for measuring the temperature of the exhaust gas passing through the inside.
  • the controller is configured to protect the supply / exhaust heat exchanger 500 made of a thin film of the combustion device 1. Control to shut down.
  • the temperature sensor 430 is illustrated as being provided in the inlet exhaust duct 410, but may be provided in the outlet exhaust duct 420. In this case, it is determined whether it is necessary to protect the supply / exhaust heat exchanger 500 made of a thin film from the temperature of the exhaust gas passing through the outlet side exhaust duct 420.
  • the air supply / exhaust heat exchanger 500 is provided to be spaced apart from the plurality of thin film film plates 530, 531, 532, 533 and the thin film film plates 530, 531, 532, 533 having a flat plate shape and connected to the air supply ducts 110, 120.
  • First spacers 541 and 543 forming 510 and 511 and exhaust ducts 410 and 420 are connected to the exhaust ducts 410 and 420 to form exhaust passages 520 and 521 so that heat exchange is performed between the air supply passages 510 and 511.
  • second spacers 540 and 542 stacked alternately with each other.
  • the thin film plates 530, 531, 532, 533, the first spacers 541, 543, and the second spacers 540, 542 are made of very thin films, and the thickness thereof is preferably in the range of about 20 ⁇ m to 70 ⁇ m in consideration of heat transfer rate.
  • the heat transfer efficiency between the exhaust gas and the air supply decreases, so that the exhaust gas is discharged at a high temperature, and the air supply is introduced at a low temperature, so that the exhaust side duct 420 is discharged. It is difficult to reduce the cost because it is a synthetic resin material, the efficiency of the mixture can not be increased by increasing the temperature of the mixer flowing into the burner 100, the efficiency is reduced because there is a lot of thermal energy to be waste heat.
  • the first spacers 541 and 543 and the second spacers 540 and 542 have a curved shape so as to form valleys and floors, and serve to support spaced apart from neighboring thin film plates 530, 531, 532 and 533 at a predetermined interval.
  • the thin film plates 530, 531, 532, 533, the first spacers 541, 543, and the second spacers 540, 542 may be made of thermoplastic resin such as polypropylene.
  • thermoplastic resin such as polypropylene.
  • the thermal conductivity of the material itself is not very high, but the thickness can be improved by making the thickness thinner.
  • the exhaust gas heat exchanger 500 is provided to absorb the waste heat of the exhaust gas to increase the energy efficiency, and the combustion air by supplying the burner 200 after heating the air supply using the exhaust gas Since the exhaust gas is discharged to the outside after the temperature is lowered in the exhaust / exhaust heat exchanger 500, the outlet side exhaust duct 420 may be made of synthetic resin to reduce the installation cost of the combustion device 1. .
  • the exhaust gas heat exchanger 500 is manufactured by using a thin film, heat exchangers of various sizes may be manufactured, and durability of the heat exchanger may be improved due to excellent chemical performance such as water resistance, flame resistance, and chemical resistance.
  • FIG. 3 is a view showing an exhaust gas heat exchanger according to another embodiment of the present invention
  • Figure 3 (a) is a view showing a state in which the air supply duct and the exhaust duct is coupled to the air supply heat exchanger
  • Figure 3 (b) A diagram showing a cross-sectional structure of the exhaust heat exchanger.
  • the air supply heat exchanger 500-1 includes external air passing through the inlet air supply duct 110-1 through which external air is introduced and the air supply heat exchanger 500-1.
  • the outlet side air supply duct 120-1 for supplying to the blower 100 side is provided.
  • the inlet-side exhaust duct 410-1 through which the heat exchanged exhaust gas passes in the main heat exchanger 300 and the exhaust gas heat-exchanged with the supply air from the air supply heat exchanger 500-1 are discharged to the outside.
  • the outlet side exhaust duct 420-1 is provided.
  • the air supply duct is provided to be spaced apart from the plurality of thin film plates 530-1, 531-1, 532-1 and the thin film plates 530-1, 531-1, 532-1.
  • First spacers 541-1, 543-1 forming the air supply passages 510-1, 511-1 connected to 110-1, 120-1, and the air supply passages 510, respectively, connected to the exhaust ducts 410-1, 420-1.
  • Exhaust flow paths 520-1 and 521-1 are formed to exchange heat with -1,511-1, and second spacers 540-1 and 542-1 are alternately stacked with the first spacers 541-1 and 543-1. ) Is provided.
  • the inlet side exhaust duct 410-1 is connected to the upper side of the supply / exhaust heat exchanger 500-1, and the outlet side exhaust duct 420-1 is located below the air supply / exhaust heat exchanger 500-1. Connected. When connected in this way, the exhaust gas flows from the upper side of the exhaust passages 520-1 and 521-1 inside the air supply and exhaust heat exchanger 500-1 to flow vertically downward.
  • condensed water may be generated in the exhaust passages 520-1 and 521-1 of the supply / exhaust heat exchanger 500-1, and the condensed water may be discharged through the condensate discharge pipe 450-1 connected to the outlet side exhaust duct 420-1.
  • the condensate discharge pipe (450-1) is connected to the water trap described above so that the exhaust gas is discharged through the exhaust flue rather than exhausted into the room through the condensate discharge pipe (450-1).
  • FIG. 4 is a view showing an exhaust gas heat exchanger according to another embodiment of the present invention.
  • the supply-exhaust heat exchanger 500-2 is spaced apart from the plurality of thin film plates 530-2, 531-2, 532-2, 533-2 and the thin film plates 530-2, 531-2, 532-2, 533-2. Heat exchange between the first spacers 541-2, 543-2, which form air supply passages 510-2, 511-2 connected to the air supply ducts, and the air supply passages 510-2, 511-2 that are connected to the exhaust ducts. Exhaust flow paths 520-2 and 521-2 are formed to achieve this, but second spacers 540-2 and 542-2 are arranged to be alternately arranged up and down with the first spacers 541-2 and 543-2.
  • Condensed water may occur in the exhaust passages 520-2 and 521-2, and between the thin film plates 530-2 to 531-2, 532-2 to 533-2 forming the exhaust passages 520-2 and 521-2.
  • the interval h1 is preferably maintained at an interval such that the condensed water can be smoothly discharged.

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Abstract

본 발명은 급배기 열교환기를 구비한 연소장치에 관한 것으로, 배기가스를 생성하는 버너; 상기 버너에 외부 공기를 공급하기 위한 송풍기; 상기 버너에서 생성된 배기가스의 열을 흡수하는 주열교환기; 상기 주열교환기를 통과한 배기가스를 외부로 배출하는 배기덕트; 상기 외부 공기가 상기 송풍기에 유입되도록 하는 급기덕트; 상기 송풍기에 유입되는 외부공기와 상기 배기덕트를 통해 배출되는 배기가스가 박막 필름판을 사이에 두고 열교환되도록 하는 급배기 열교환기; 상기 급배기 열교환기를 통과한 배기가스를 외부로 배출하기 위한 배기연도를 포함한다.

Description

급배기 열교환기를 구비한 연소장치
본 발명은 급배기 열교환기를 구비한 연소장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 버너에서 생성되어 외부로 배기되는 배기가스와 외부에서 유입되는 급기공기 사이에 열교환이 이루어지는 급배기 열교환기를 구비한 연소장치에 관한 것이다.
일반적으로 연소장치는 연료의 연소과정에서 발생하는 연소열을 이용하여 물을 가열시키고, 가열된 물을 배관을 따라 순환시킴으로써 실내 난방용으로 사용하거나 온수용으로 사용할 수 있도록 하는 것으로서, 온수기와 보일러를 포함한다.
이러한 연소장치에는 연료가스를 연소시켜 고온의 열에너지를 발생시키는 버너와, 상기 버너에서 발생한 화염에 의해 혼합기의 연소가 이루어지는 연소실과, 상기 연소실을 통과한 배기가스와 배관 내부를 통과하는 물과의 사이에 열교환이 이루어지는 열교환기와, 상기 열교환기에서 열교환이 이루어진 배기가스를 외부로 배출하기 위한 배기덕트가 구비되어 있으며, 상기 배기덕트에는 배기가스를 건물 외부로 내보내기 위한 배기연도가 연결된다.
상기 배기연도를 통해 외부로 배출되는 배기가스는 고온이므로 상기 배기연도는 내열성에 유리한 금속재질로서 알루미늄이나 스테인리스 재질을 사용하므로, 제조원가가 높아지는 문제점이 있다.
일부 국가의 경우 배기연도를 통해 배출되는 배기가스의 온도가 낮은 경우 배기연도의 재질을 가격이 낮은 합성수지재질로 사용하는 것이 허용되고 있는데, 상기 열교환기를 통과한 배기가스는 고온이므로 배기연도를 합성수지재질로 사용하기 곤란하다.
한편 배기연도를 통해 외부로 배기되는 배기가스는 고온의 열을 함유하고 있어 배기가스를 그대로 외부로 배출할 경우 열에너지 손실이 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 종래 기술의 일례로 대한민국 공개특허 제10-2007-0032866호가 개시되어 있다.
상기 종래기술에 의하면 외부로부터 유입되는 공기와 외부로 배출되는 배기가스 사이에 열교환이 이루어지도록 함으로써 열에너지 손실을 최소화할 수 있도록 되어 있다.
이 경우 배기연도에서 열교환이 이루어지도록 하기 위해서는 배기연도의 재질을 열전도성이 좋은 금속을 사용해야 하는데, 배기연도를 금속재질로 할 경우 가격이 비싸기 때문에 경제성 측면에서 불리한 점이 있다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 열교환기를 통과한 고온의 배기가스의 폐열을 이용하여 급기 공기를 가열함으로써 열에너지의 손실을 방지하고, 급기 공기의 온도 상승에 따라 열효율을 향상시킬 수 있는 급배기 열교환기를 구비한 연소장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 외부로 배기되는 배기가스의 온도를 낮추어 배기연도를 합성수지 재질로 사용할 수 있도록 하여 설치 비용을 절감할 수 있는 급배기 열교환기를 구비한 연소장치를 제공하고자 함에 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 연소장치는, 배기가스를 생성하는 버너; 상기 버너에 외부 공기를 공급하기 위한 송풍기; 상기 버너에서 생성된 배기가스의 열을 흡수하는 주열교환기; 상기 주열교환기를 통과한 배기가스를 외부로 배출하는 배기덕트; 상기 외부 공기가 상기 송풍기에 유입되도록 하는 급기덕트; 상기 송풍기에 유입되는 외부공기와 상기 배기덕트를 통해 배출되는 배기가스가 박막 필름판을 사이에 두고 열교환되도록 하는 급배기 열교환기; 상기 급배기 열교환기를 통과한 배기가스를 외부로 배출하기 위한 배기연도를 구비한다.
상기 주열교환기는, 상기 버너에서 생성된 연소 현열을 흡수하는 현열열교환기와, 상기 현열열교환기를 통과한 배기가스의 잠열을 흡수하는 잠열열교환기로 구성될 수 있다.
상기 급배기 열교환기는, 평판 형상으로 이루어진 복수의 박막 필름판과, 상기 박막 필름판들 사이를 이격시키도록 구비되어 상기 급기덕트와 연결된 급기유로를 형성시키는 제1스페이서와, 상기 배기덕트와 연결되어 상기 급기유로와의 사이에 열교환이 이루어지도록 배기유로를 형성시키되 상기 제1스페이서와 교대로 배치된 제2스페이서를 포함한다.
상기 배기덕트에는 그 내부를 통과하는 배기가스의 온도를 측정하는 온도센서가 구비되고, 제어부에서는 상기 온도센서에서 측정된 온도가 설정된 온도 이상인 경우 연소장치의 가동을 중단시키도록 제어하는 것으로 구성될 수 있다.
상기 제1스페이서와 제2스페이서는 골과 마루가 형성되도록 굴곡진 형상이고, 상기 박막 필름판들과 제1,제2스페이서의 두께는 20~70㎛인 것이 바람직하며, 상기 박막 필름판들과 제1,제2스페이서는 열가소성수지로 이루어질 수 있다.
상기 배기가스는 상기 배기유로의 상측으로부터 유입되어 수직 하방향으로 유동하고, 상기 급기유로를 형성하는 박막 필름판들 사이의 간격은 상기 배기유로를 형성하는 박막 필름판들 사이의 간격보다 작은 것이 바람직하며, 상기 배기연도는 합성수지재질로 이루어질 수 있다.
상기 배기유로에 연결된 출구측 배기덕트에는 응축수의 배출을 위한 응축수 배출관이 연결될 수 있다.
본 발명의 연소장치에 의하면, 외부로 배기되는 배기가스의 폐열을 이용하여 급기공기를 가열함으로써 연소장치의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 기존의 고가의 금속판으로 이루어진 열교환기 대신 급배기 열교환기를 박막 필름을 이용하여 제조함으로써 제조비용을 절감할 수 있고, 다양한 크기의 열교환기 제조가 가능하며, 내수성과 내염성 및 내화학성 등 우수한 화학적 성능으로 인해 열교환기의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한 외부로 배기되는 배기가스의 온도를 낮출 수 있어 배기연도를 합성수지재질로 함으로써 연소장치의 설치 비용을 절감할 수 있다.
또한 응축수 낙하방향과 배기가스의 유동방향을 일치시킴으로써 급배기 열교환기에서의 열교환효율을 향상시킬 수 있다.
또한 급기유로를 형성하는 박막 필름판 사이의 간격을 배기유로를 형성하는 박막 필름판 사이의 간격보다 더 작게 함으로써 열교환면적을 증가시켜 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 연소장치를 보여주는 단면 개략도,
도 2는 본 발명에 의한 급배기 열교환기를 보여주는 사시도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 급배기 열교환기를 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 급배기 열교환기를 보여주는 사시도.
** 부호의 설명 **
1 : 연소장치 100 : 송풍기
110,110-1 : 입구측 급기덕트 120,120-1 : 출구측 급기덕트
200 : 버너 300 : 주열교환기
310 : 현열열교환기 320 : 잠열열교환기
410 : 입구측 배기덕트 420 : 출구측 배기덕트
430 : 온도센서 440 : 배기연도
500,500-1,500-2 : 급배기 열교환기
510,510-1,510-2,511,511-1,511-2 : 급기유로
520,520-1,520-2,521,521-1,521-2 : 배기유로
530,530-1,530-2,531,531-1,531-2,532,532-1,532-2,533,533-1,533-2 : 박막 필름판
541,541-1,541-2,542,542-1,542-2 : 제1스페이서
540,540-1,540-2,542,542-1,542-2 : 제2스페이서
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 연소장치를 보여주는 단면 개략도, 도 2는 본 발명에 의한 급배기 열교환기를 보여주는 사시도이다.
본 발명에 의한 연소장치(1)는, 공기와 가스의 혼합기를 연소하여 배기가스를 생성하는 버너(200), 상기 버너(200)에 외부 공기를 공급하기 위한 송풍기(100), 상기 버너(200)에서 생성된 배기가스의 열을 흡수하는 주열교환기(300), 상기 주열교환기(300)를 통과한 배기가스를 외부로 배출하는 배기덕트(410,420), 상기 외부 공기가 상기 송풍기(100)에 유입되도록 하는 급기덕트(110,120), 상기 송풍기(100)에 유입되는 외부 공기와 상기 배기덕트(410,420)를 통해 배출되는 배기가스가 박막 필름판(530,531,532,533)을 사이에 두고 열교환되도록 하는 급배기 열교환기(500), 상기 급배기 열교환기(500)를 통과한 배기가스를 외부로 배출하기 위한 배기연도(440)를 포함한다.
본 발명의 연소장치(1)는 난방을 수행하는 보일러 또는 온수를 공급하는 온수기로 적용될 수도 있고, 난방과 온수 공급을 겸용하는 장치에 적용될 수도 있다.
상기 주열교환기(300)는, 상기 버너(200)에서 생성된 연소 현열을 흡수하는 현열열교환기(310)와, 상기 현열열교환기(320)를 통과한 배기가스의 잠열을 흡수하는 잠열열교환기(320)로 구성된다.
상기 잠열열교환기(320)에서는 배기가스의 잠열 흡수로 인해 응축수가 발생하게 되는데, 상기 응축수는 응축수 배출구(610)를 통해 배출된다. 상기 응축수 배출구(610)에는 보일러 가동 중 배기가스가 응축수 배출구(610)를 통해 실내로 유입되지 않도록 하기 위해 응축수가 일정 수위 이상 채워진 상태가 되도록 하는 사이폰(Siphon)구조의 워터트랩(미도시)이 연결된다.
상기 급배기 열교환기(500)는 급기덕트(110,120)와 배기덕트(410,420)가 교차하는 지점에 구비되어, 급기공기와 배기가스와의 열교환이 이루어지도록 한다.
상기 급기덕트(110,120)는, 외부로부터 유입된 급기공기를 급배기 열교환기(500)로 공급하는 입구측 급기덕트(110)와, 상기 급배기 열교환기(500)와 송풍기(100) 사이에 구비되어 급배기 열교환기(500)를 통과하면서 가열된 급기공기를 송풍기(100)에 공급하도록 연결된 출구측 급기덕트(120)로 이루어진다.
상기 입구측 급기덕트(110)에는 급기구(111)가 연결되고, 상기 급기구(111)에는 외부 공기를 유입하기 위한 급기연도(미도시)가 구비된다.
본 실시예에서는 출구측 급기덕트(120)가 송풍기(100)에 연결되는 것으로 구성하였으나, 출구측 급기덕트(120)가 없는 것으로 구성할 수도 있으며, 이 경우에는 급배기 열교환기(500)를 통과한 급기공기는 연소장치(1) 내부 공간으로 배출되고, 송풍기(100)를 작동시키면 연소장치(1) 내부 공간의 공기가 송풍기(100)로 유입된다.
상기 배기덕트(410,420)는, 주열교환기(300)를 통과한 배기가스가 급배기 열교환기(500)에 유입되도록 하는 입구측 배기덕트(410)와, 상기 급배기 열교환기(500)에서 상기 급기공기와의 열교환이 이루어져 냉각된 배기가스가 외부로 배출되도록 하는 출구측 배기덕트(420)로 이루어진다.
상기 출구측 배기덕트(420)에는 배기구(421)가 연결되고, 상기 배기구(421)에는 배기가스를 외부로 배출하기 위해 건물 외부와 연결되는 배기연도(440)가 연결된다.
상기 배기가스는 급배기 열교환기(500)를 통과하면서 급기공기와 열교환에 의해 온도가 낮아진 상태로 외부로 배기되므로, 상기 배기연도(440)는 합성수지재질로 구성할 수 있다. 상기 배기연도(440)를 합성수지 재질로 하면 연소장치(1)의 제조비용을 낮출 수 있다.
상기 입구측 배기덕트(410)에는 그 내부를 통과하는 배기가스의 온도를 측정하는 온도센서(430)가 구비된다. 상기 온도센서(430)에서 측정된 온도가 제어부(미도시)에 설정된 온도 이상인 경우에는 박막의 필름(film)으로 이루어진 급배기 열교환기(500)를 보호하기 위해 상기 제어부는 연소장치(1)의 가동을 중단시키도록 제어한다.
본 실시예에서는 상기 온도센서(430)가 입구측 배기덕트(410)에 구비된 것으로 예시하였으나, 출구측 배기덕트(420)에 구비될 수도 있다. 이 경우 출구측 배기덕트(420) 내부를 통과하는 배기가스의 온도로부터 박막의 필름으로 이루어진 급배기 열교환기(500)를 보호할 필요가 있는지 여부를 판단하게 된다.
상기 급배기 열교환기(500)는, 평판 형상으로 이루어진 복수의 박막 필름판(530,531,532,533)과, 상기 박막 필름판(530,531,532,533) 사이를 이격시키도록 구비되어, 상기 급기덕트(110,120)와 연결된 급기유로(510,511)를 형성시키는 제1스페이서(541,543)와, 상기 배기덕트(410,420)와 연결되어 상기 급기유로(510,511)와의 사이에 열교환이 이루어지도록 배기유로(520,521)를 형성시키되 상기 제1스페이서(541,543)와 교대로 적층 배치된 제2스페이서(540,542)를 포함한다.
상기 박막 필름판(530,531,532,533)과 제1스페이서(541,543)와 제2스페이서(540,542)는 매우 얇은 필름(film)으로 이루어지는데, 그 두께는 열전달율을 고려하여 대략 20~70㎛ 범위인 것이 바람직하다.
만약 필름의 두께가 두꺼운 경우에는 배기가스와 급기공기와의 사이에 열전달 효율이 떨어져 배기가스는 온도가 높은 상태로 배출되고, 급기공기는 온도가 낮은 상태로 유입되어, 출구측 배기덕트(420)를 합성수지재질로 하기가 어려워 비용을 절감할 수 없고, 버너(100)로 유입되는 혼합기의 온도를 높일 수 없어 효율이 저하되며, 폐열로 버려지는 열에너지가 많아 효율이 저하된다.
상기 제1스페이서(541,543)와 제2스페이서(540,542)는 골과 마루가 형성되도록 굴곡진 형상으로 이루어져, 이웃하는 박막 필름판(530,531,532,533) 사이를 일정 간격으로 이격시키도록 지지하는 역할을 한다.
상기 박막 필름판(530,531,532,533)과 제1스페이서(541,543)와 제2스페이서(540,542)는 폴리프로필렌(polypropylene)과 같은 열가소성수지로 이루어질 수 있다. 이 경우 소재 자체의 열전도율은 그다지 높지 않으나 두께를 얇게 함으로써 열전도율을 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 구성에 의하면, 급배기 열교환기(500)가 구비되어 배기가스의 폐열을 흡수하여 에너지 효율을 높일 수 있고, 급기공기를 배기가스를 이용하여 가열한 후 버너(200)에 공급함으로써 연소 효율을 향상시킬 수 있으며, 배기가스는 급배기 열교환기(500)에서 온도가 하락한 후 외부로 배출되므로 출구측 배기덕트(420)를 합성수지 재질로 하면 연소장치(1)의 설치비용을 낮출 수 있다.
또한 박막 필름을 이용하여 급배기 열교환기(500)를 제조하므로, 다양한 크기의 열교환기 제조가 가능하며, 내수성과 내염성 및 내화학성 등 우수한 화학적 성능으로 인해 열교환기의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 급배기 열교환기를 보여주는 도면으로서, 도 3(a)는 급배기 열교환기에 급기덕트와 배기덕트가 결합된 상태를 보여주는 도면이고, 도 3(b)는 급배기 열교환기의 단면 구조를 보여주는 도면이다.
도 3(a)를 참조하면, 급배기 열교환기(500-1)에는 외부 공기가 유입되는 입구측 급기덕트(110-1)와 상기 급배기 열교환기(500-1)를 통과한 외부 공기를 송풍기(100) 측으로 공급하기 위한 출구측 급기덕트(120-1)가 구비된다. 또한 주열교환기(300)에서 열교환이 이루어진 배기가스가 통과하는 입구측 배기덕트(410-1)와 상기 급배기 열교환기(500-1)에서 상기 급기공기와 열교환이 이루어진 배기가스를 외부로 배출시키기 위한 출구측 배기덕트(420-1)가 구비된다.
도 3(b)를 참조하면, 복수의 박막 필름판(530-1,531-1,532-1)과, 상기 박막 필름판(530-1,531-1,532-1)들 사이를 이격시키도록 구비되어 상기 급기덕트(110-1,120-1)와 연결된 급기유로(510-1,511-1)를 형성시키는 제1스페이서(541-1,543-1)와, 상기 배기덕트(410-1,420-1)와 연결되어 상기 급기유로(510-1,511-1)와의 사이에 열교환이 이루어지도록 배기유로(520-1,521-1)를 형성시키되 상기 제1스페이서(541-1,543-1)와 교대로 적층 배치된 제2스페이서(540-1,542-1)가 구비된다.
여기서 상기 입구측 배기덕트(410-1)는 급배기 열교환기(500-1)의 상측에 연결되고, 상기 출구측 배기덕트(420-1)는 급배기 열교환기(500-1)의 하측에 연결된다. 이와 같이 연결되면 상기 배기가스는 급배기 열교환기(500-1) 내부의 배기유로(520-1,521-1)의 상측으로부터 유입되어 수직 하방향으로 유동하게 된다.
도 2에서와 같이 배기유로(520,521)가 수평방향으로 되어 있다면 급배기 열교환기(500)에서 발생한 응축수가 배기유로(520,521)내에서 낙하하면서 수평방향으로 유동하는 배기가스와 접촉하여 열교환효율을 저하시키게 된다.
도 3의 실시예의 경우 배기유로(520-1,521-1)에서의 배기가스 유동방향과 응축수의 낙하방향을 일치시킴으로써 급배기 열교환기(500-1)에서의 열교환효율 저하를 방지할 수 있다.
한편 급배기 열교환기(500-1)의 배기유로(520-1,521-1)에서는 응축수가 발생할 수 있는데, 상기 응축수는 출구측 배기덕트(420-1)에 연결된 응축수 배출관(450-1)을 통해 배출되도록 하였다. 상기 응축수 배출관(450-1)은 앞서 설명한 워터트랩에 연결되어 배기가스는 응축수 배출관(450-1)을 통해 실내로 배기되지 않고 배기연도를 통해 배출되도록 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 급배기 열교환기를 보여주는 도면이다.
급배기 열교환기(500-2)는, 복수의 박막 필름판(530-2,531-2,532-2,533-2)과, 상기 박막 필름판(530-2,531-2,532-2,533-2)들 사이를 이격시키도록 구비되어, 급기덕트와 연결된 급기유로(510-2,511-2)를 형성시키는 제1스페이서(541-2,543-2)와, 배기덕트와 연결되어 상기 급기유로(510-2,511-2)와의 사이에 열교환이 이루어지도록 배기유로(520-2,521-2)를 형성시키되 상기 제1스페이서(541-2,543-2)와 상하 교대로 적층 배치된 제2스페이서(540-2,542-2)가 구비된다.
상기 배기유로(520-2,521-2)에서는 응축수가 발생할 수 있어, 상기 배기유로(520-2,521-2)를 형성하는 박막 필름판(530-2~531-2,532-2~533-2)들 사이의 간격(h1)은 응축수가 원활히 배출될 수 있는 정도의 간격을 유지하는 것이 바람직하다.
이에 반해 상기 급기유로(510-2,511-2)에서는 공기만이 유동하므로, 상기 배기유로(520-2,521-2)를 형성하는 박막 필름판(531-2,532-2) 사이의 간격(h2)보다 급기유로(510-2,511-2)를 형성하는 박막 필름판(532-2,533-2) 사이의 간격(h1)을 더 작게 할 수 있다.
이와 같이 급기유로(510-2,511-2)를 형성하는 박막 필름판(532-2,533-2) 사이의 간격(h1)을 작게 하면 동일한 크기의 급배기 열교환기(500-2) 내에 급기유로(510-2,511-2)와 배기유로(520-2,521-2)의 개수 증가와 함께 열교환이 이루어지는 면적이 넓어져 효율을 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 변형실시가 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.

Claims (11)

  1. 배기가스를 생성하는 버너;
    상기 버너에 외부 공기를 공급하기 위한 송풍기;
    상기 버너에서 생성된 배기가스의 열을 흡수하는 주열교환기;
    상기 주열교환기를 통과한 배기가스를 외부로 배출하는 배기덕트;
    상기 외부 공기가 상기 송풍기에 유입되도록 하는 급기덕트;
    상기 송풍기에 유입되는 외부공기와 상기 배기덕트를 통해 배출되는 배기가스가 박막 필름판을 사이에 두고 열교환되도록 하는 급배기 열교환기;
    상기 급배기 열교환기를 통과한 배기가스를 외부로 배출하기 위한 배기연도를 포함하는 연소장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주열교환기는, 상기 버너에서 생성된 연소 현열을 흡수하는 현열열교환기와, 상기 현열열교환기를 통과한 배기가스의 잠열을 흡수하는 잠열열교환기로 이루어진 것을 특징으로 하는 연소장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 급배기 열교환기는,
    평판 형상으로 이루어진 복수의 박막 필름판과, 상기 박막 필름판들 사이를 이격시키도록 구비되어, 상기 급기덕트와 연결된 급기유로를 형성시키는 제1스페이서와, 상기 배기덕트와 연결되어 상기 급기유로와의 사이에 열교환이 이루어지도록 배기유로를 형성시키되 상기 제1스페이서와 교대로 적층 배치된 제2스페이서를 포함한 것을 특징으로 하는 연소장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배기덕트에는 그 내부를 통과하는 배기가스의 온도를 측정하는 온도센서가 구비되고, 제어부에서는 상기 온도센서에서 측정된 온도가 설정된 온도 이상인 경우 연소장치의 가동을 중단시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연소장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1스페이서와 제2스페이서는 골과 마루가 형성되도록 굴곡진 형상인 것을 특징으로 하는 연소장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 박막 필름판들과 제1,제2스페이서의 두께는 20~70㎛인 것을 특징으로 하는 연소장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 박막 필름판들과 제1,제2스페이서는 열가소성수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 연소장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 배기가스는 상기 배기유로의 상측으로부터 유입되어 수직 하방향으로 유동하는 것을 특징으로 하는 연소장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배기유로에 연결된 출구측 배기덕트에는 응축수의 배출을 위한 응축수 배출관이 연결된 것을 특징으로 하는 연소장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 급기유로를 형성하는 박막 필름판들 사이의 간격은 상기 배기유로를 형성하는 박막 필름판들 사이의 간격보다 작은 것을 특징으로 하는 연소장치.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 배기연도는 합성수지재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 연소장치.
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