KR100570286B1 - 열교환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스보일러 또는 급탕기 등에서 사용되는 열교환장치에 관한 것으로서, 본 발명은 내부에 연소실이 형성된 연소실커버와, 상기 연소실의 상부 및 하부에 각각 마련된 열교환기 및 버너와, 상기 연소실커버의 외벽면에 복수회 권취되는 수관을 갖는 열교환장치에 있어서, 상기 연소실커버의 내벽에 단열재가 구비되고, 상기 연소실커버의 외벽에 수관을 감싸고 외장커버가 구비되는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 본 발명은 연소실로부터 연소실커버로 통해 외부로 방출되는 열손실을 방지할 수 있고, 상기 연소실커버의 외벽에 외장커버가 구비됨으로써, 사용자 등을 고온으로부터 안전하게 보호할 수 있음은 물론, 열교환장치의 외관을 미려하게 할 수 있는 것이다.

가스보일러, 열교환장치, 연소실커버, 단열재, 외장커버

Description

열교환장치{Heat Exchanger}

도 1은 종래의 습식 열교환기가 적용된 가스보일러의 구성을 보여주는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 열교환장치에서 연소실커버 내벽과 외벽에 각각 단열재 및 외장커버가 구비된 상태를 보여주는 분해 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 도 2에 보인 열교환장치의 결합 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 도 3에 보인 열교환장치의 결합상태를 보여주는 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 연소실커버 1a : 연소실

1b, 2b, 6a : 안착홈 1c : 돌출돌기

2 : 배기덕트 2a : 배기구

3 : 수관 4 : 열교환기

4a : 튜브 4b : 전열핀

5 : 단열재 6 : 외장커버

7 : 연결관 8 : 패킹재

본 발명은 가스보일러 또는 급탕기 등에서 사용되는 열교환장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스보일러 혹은 급탕기 등에 적용되는 습식 열교환기에서 연소실커버의 내부에 단열재를 배치하고, 그 외부에 외장커버를 배치함으로써, 연소실 외부로의 열손실을 방지함과 더불어 사용자를 보호할 수 있도록 한 열교환장치에 관한 것이다.

일반 가정에서 난방 및 온수공급을 위해 주로 사용하는 보일러는 사용연료에 따라서, 기름 보일러와 가스 보일러로 나눌 수 있다.

가스 보일러는 액화석유가스(LPG)를 원료로 사용하는 경우도 있으나, 경유나 등유에 비해 황분을 거의 함유하고 있지 않기 때문에 대기오염을 최소화할 수 있는 청정연료인 LNG를 대부분 사용하고 있다.

가스 보일러는 제어방식이나 밀폐상태에 따라 여러 가지 형식으로 나눌 수 있으며, 그 밖에도 난방수를 가열하는 열원에 따라 콘덴싱과 비콘덴싱 형식으로 구분할 수 있다.

이 중에서 콘덴싱 방식은 버너에 의해 연소된 열을 이용하여 직접적으로 난방수를 가열하는 현열부 열교환기와 함께, 현열부 열교환기를 통과한 배기가스의 잠열을 이용하여 난방수를 가열하는 잠열부 열교환기를 지니고 있으며, 비콘덴싱 방식은 현열부 열교환기만 구비하고 있다.

또한, 가스보일러의 열교환기에 있어서, 통상적인 분류방법으로 건식 열교환기(Dry Type Heat Exchanger)와 습식 열교환기(Wet Type Heat Exchanger)로 분류할 수 있다.

상기 습식 열교환기의 경우, 열교환기 외벽을 열교환기 입구관 혹은 환수관의 형태로 수회 감아 열교환기 몸체의 과열 방지 및 보조 열교환을 할 수 있도록 사용하고 있는 것이고, 건식 열교환기의 경우 열교환기 내부를 석면 등의 단열재로 마감하여 외부로의 방열을 차단함으로써, 단열 효과를 꾀하고 있는 것이다.

종래 습식 열교환기를 적용하는 가스보일러가 도 1에 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 습식 열교환기를 적용하는 가스보일러는 외관을 형성하는 연소실커버(10)와, 연소실커버(10)의 상부에 마련된 배기가스안내판(20)을 갖는다.

상기 연소실커버(10)는 통상적으로 사각박스 형상으로 이루어진 것으로, 연소실커버(10) 내에는 연소실(10a)이 형성되어 있다.

이때, 상기 연소실(10a) 내의 하부에는 도시가스와 같은 연료에 의해 작동되어 화염을 발생시키는 가스버너(22)가 마련되어 있고, 연소실(10a)의 상부에는 열교환기(24)가 마련되어 있다.

그리고, 상기 연소실커버(10)의 일측에는 도시 않은 난방 및 온수배관으로부터 물이 환수되는 환수관(12)이 마련되어 있으며, 수관(30) 및 열교환기(24)에 의해 데워진 온수가 다시 난방 및 온수배관으로 공급되는 공급관(14)이 마련되어 있다.

상기 연소실커버(10)의 상부에 마련된 배기가스안내판(20)에는 가스버너(22)에 의해 발생한 배기가스가 외부로 배출되는 배기가스배출공(20a)이 형성되어 있 다.

상기 열교환기(24)는 수관(30)과 더불어 가스버너(22)에 의해 차가운 물을 온수로 데우는 2차의 열교환 과정을 수행한다.

상기 열교환기(24)에는 연결관(26)이 결합되어 있고, 상기 연결관(26)은 그 일단이 열교환기(24)와 결합되고 타단은 연소실커버(10)의 외측으로 노출되게 배치된다.

한편, 상기 연소실커버(10)의 외측으로 노출 배치된 연결관(26)과 환수관(12) 사이에는 양단이 각각 연결관(26) 및 환수관(12)에 연통되는 수관(30)이 마련되어 있다.

상기 수관(30)은 가스버너(22)에 의해 차가운 물을 온수로 데우는 1차의 열교환 과정을 수행한다.

이처럼 습식 열교환기를 적용한 가스보일러에서는 수관(30)이 도시된 바와 같이 연소실커버(10)의 외벽면 둘레방향을 따라 고리형상으로 복수회 권취되어 있다.

따라서, 상기 수관(30)이 연소실커버(10)의 외벽면에 밀착되어 권취됨으로써, 외부로 방열되는 열이 수관을 통해 흡열됨에 따라 결과적으로 가스버너(22)의 연소열에 대한 그 전열면적이 증가되는 효과가 있어 열교환 효율을 보다 높일 수 있게 되는 것이다.

이러한 구성에 의하여, 가스버너(22)가 작동된 상태에서 차가워진 물이 환수관(12)을 통해 연소실커버(10) 내로 유입되면, 유입된 물은 연소실커버(10)의 외벽 면에 마련된 수관(30)의 내부를 따라 유동하는 과정에서 증가된 만큼의 전열면적으로 인해 1차의 열교환 과정이 수행된다.

이렇게 1차의 열교환 과정이 수행된 물은 연결관(26)을 통해 열교환기(24)로 향하여 2차의 열교환 과정이 수행된다.

따라서, 열교환기(24) 단독으로 열교환 과정을 수행하는 통상의 가스보일러에 비해 그 열교환 효율을 현격하게 높일 수 있으며, 상기 수관(30)을 통해 불필요하게 연소실커버(10)의 온도가 상승되는 것을 저지할 수 있다.

그러나, 상기한 습식 열교환기를 적용한 가스보일러의 경우, 연소실커버(10)의 외벽에 감은 수관(30)만으로 방열 손실을 감소시키는 구조를 취하게 됨에 따라 상대적으로 수관과 함께 별도의 외장커버와 내부 단열재를 구비할 때 보다 방열 손실이 더 크게 발생한다고 할 수 있다.

특히, 상기 수관(30)과 연소실커버(10)가 외부에 노출되어 있어, 가스보일러 가동 시 연소에 의해 고온으로 가열된 연소실커버(10)에 사용자 부주의에 의해 접촉할 경우에 화상을 입을 우려가 높다는 문제점이 있었다.

또한, 상기 수관(30)이 연소실커버(10)의 외벽에 수회 감겨 있는 구성을 취하므로, 상기 열교환장치의 외관이 미려하지 못하다는 단점을 가진다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 목적은 습식 열교환기를 적용한 열교환장치의 연소실커버 내부에 단열재를 구비하고, 수관으로 감싼 연소실커버 외부에 별도의 외장커버를 구비함으로써, 열 손실을 줄이고 사용자를 안전하게 보호할 수 있으며 외관을 미려하게 할 수 있는 열교환장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 내부에 연소실이 형성된 연소실커버와, 상기 연소실의 상부 및 하부에 각각 마련된 열교환기 및 버너와, 상기 연소실커버의 외벽면에 복수회 권취되는 수관을 갖는 열교환장치에 있어서, 상기 연소실커버의 내벽에 단열재가 구비되고, 상기 연소실커버의 외벽에 수관을 감싸고 외장커버가 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치를 제공함으로써 달성된다.

이때, 상기 연소실커버 상단의 사방 가장자리면에 돌출된 복수의 돌출돌기가 형성되어 상기 돌출돌기를 기준으로 단열재가 장착됨에 따라 상기 연소실커버의 내벽과 상기 단열재 사이에 이격 간격으로 인한 공기층이 형성되는 것이 바람직하다.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 열교환장치의 일실시예에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 열교환장치에서 연소실커버 내벽과 외벽에 각각 단열재 및 외장커버가 구비된 상태를 보여주는 분해사시도 이고, 도 3은 본 발명에 따른 도 2에 보인 열교환장치의 결합사시도 이며, 도 4는 본 발명에 따른 도 3에 보인 열교환 장치의 결합상태를 보여주는 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환장치는, 내부에 연소실(1a)을 형성하는 연소실커버(1)와, 연소실커버(1)의 상부에 마련되어 배기구(2a)가 구비된 배기덕트(2)를 갖는다.

여기서, 상기 연소실커버(1)에 의해 내부에 형성된 연소실(1a)의 하부에는 도시가스와 같은 연료에 의해 작동되어 화염을 발생시키는 도시되지 않은 버너가 마련되게 된다.

그리고, 상기 연소실커버(1)의 외벽면 둘레방향을 따라 고리형상으로 수관(3)이 복수회 권취되고, 상기 연소실커버(1)와 배기덕트(2) 사이 즉, 상기 연소실(1a)의 상부에는 복수 단을 갖는 열교환기(4)가 장착되게 된다.

이때, 상기 연소실커버(1)의 상단 양 모서리 및 배기덕트(2) 하단 양 모서리에는 각각 상기 열교환기(4)를 끼움 조립할 수 있는 안착홈(1b,2b)이 마련되어 있다.

상기 열교환기(4)는 내부에 물이 순환되는 관상의 튜브(4a:Tube)를 일렬로 나란히 배치하고, U자형 연결관(7)으로 연결한 것으로, 상기 튜브(4a)의 외측에 전열면적을 넓히기 위해 판면으로부터 반경방향 외측으로 연장된 복수의 전열핀(4b; fin)이 구비되어 있다.

이때, 상기 전열핀(4b)은 직접적인 연소열 및 배기가스와 접촉을 통해 전열면적을 높이고자 형성하는 것이다.

그리고, 상기 수관(3)과 열교환기(4)는 상호 연결되어 난방수가 순환할 수 있도록 되어 있다.

특히, 상기 연소실커버(1)는 통상적으로 사각박스 형상으로 이루어지나, 본 발명에서는 상기 연소실커버(1)의 네모서리 부위를 반원 형태를 갖도록 곡면을 형성함으로써, 상기 연소실커버(1)의 외벽에 수관(3)을 권취할 때 보다 용이하게 조 립할 수 있도록 하고 있다.

그리고, 상기 연소실커버(1)의 일측에는 수관(3)과 연결되면서 난방 및 온수배관으로부터 물이 환수되는 도시되지 않은 환수관이 마련되게 되고, 타측에는 상기 열교환기(4)에 의해 데워진 온수가 다시 난방 및 온수배관으로 공급될 수 있는 도시되지 않은 공급관이 마련되게 된다.

상기 배기덕트(2)의 배기구(2a)는 도시되지 않은 버너에 의해 연소되는 과정에서 발생하는 배기가스를 외부로 배출하는 역할을 하는 것으로, 상기 배기구(2a)에는 도시 않은 연통이 연결되어 배기가스를 외부로 배출시킬 수 있게 된다.

그리고, 별도 조립되는 상기 연소실커버(1)와 배기덕트(2)의 접촉면에는 패킹재(8)를 삽입하여 접촉면에서 이종금속간의 부식 문제 등을 방지할 수 있도록 하고 있다.

이러한 구성을 갖는 열교환장치의 작용효과를 살펴보면, 상기 연소실(1a) 내에서 도시되지 않은 버너가 연소를 시작하여 연소열을 발생함과 동시에 난방 혹은 온수 제공에 필요한 물이 환수관(도시안됨)을 통해 연소실커버(1)의 외벽을 감싸고 있는 수관(3)내로 유입되고, 이렇게 유입된 물은 수관(3)의 내부를 따라 유동하는 과정에서 연소실(1a) 외부로 방출되는 열에 인해 1차의 열교환 과정이 수행된다.

그리고, 1차의 열교환 과정이 수행된 물은 상기 수관(3)에 연결된 열교환기(4)로 향하여 2차의 열교환 과정이 수행된다.

이때, 2차의 열교환 과정이 수행되는 과정에서 상기 열교환기(4)는 튜브(4a)와, 튜브(4a)의 판면에 구성된 복수의 전열핀(4b, fin)으로 인해 전열면적이 증가 되어 열교환 효율이 현격하게 높아지게 되는 것이다.

그리고, 상기 수관(3) 및 열교환기(4)에 의해 각각 열교환된 물은 도시되지 않은 공급관을 통해 난방 및 온수배관으로 향하게 되는 것이다.

이처럼 상기와 같은 구성 및 작용은 통상의 습식 열교환기를 적용하는 열교환장치에서는 쉽게 찾아 볼 수 있는 구성이다.

본 발명은 이러한 구성을 갖는 열교환장치에 있어서, 상기 버너의 연소과정에서 연소실커버(1)의 내벽이 상당한 열과 압력을 받게 되고, 이러한 열과 압력은 연소실커버(1)의 수명을 단축시킴은 물론, 내부의 열이 외부로 빠져나가 열효율을 떨어뜨리는 결과를 초래하는 문제점을 개선하기 위해 안출된 것이다.

즉, 본 발명은 상기한 바와 같은 구성을 갖는 열교환장치에 있어서, 상기 연소실커버(1)의 내벽에 단열재(5)가 구비되는 것을 특징으로 함과 동시에 상기 연소실커버(1)의 외벽에 외장커버(6)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 단열재(5)는 고온에도 견딜 수 있으면서도 연소실 외부로 방출되는 열을 최대한 단열함으로써, 열손실을 방지하는 역할을 하게 된다.

이때, 상기 단열재(20)는 연소실커버(1)의 내벽 전체에 마련되는 것이 바람직하기 때문에, 연소실커버(1)와 동일한 면적 및 거의 동일한 구조로 연소실커버(1) 내벽에 설치되게 된다.

특히, 본 발명에서는 상기 단열재(5)를 연소실커버(1)의 내벽에 설치함에 있어서, 단열재(5)는 연소실커버(1)의 내벽과 일정간격 이격(h)시켜 설치하도록 되어 있다.

이는 연소실커버(1)와 단열재(5) 사이에 공기층을 형성함으로써, 고온의 단열재(5)가 1차 단열이 이루어짐과 동시에 상기 이격(h) 공간에 따른 공기층에서 2차 단열이 이루어지도록 하기 위함이며, 이와 더불어 단열재(5)와 연소실커버(1)의 직접적으로 접촉되는 면적을 줄여 단열재(5)가 단열기능을 하면서 흡입된 열이 직접적인 접촉을 통한 전도에 의해 연소실커버(1)로 열이 과도하게 전달되는 것을 방지하기 위함이다.

이를 위해 상기 연소실커버(1) 상단의 사방 가장자리면에는 일정간격을 두고 내측으로 돌출된 복수의 돌출돌기(1c)가 마련되어 있다.

즉, 상기 돌출돌기(1c)는 연소실커버(1)와 단열재(5) 사이를 일정 거리만큼 이격(h)시키는 기능을 하는 것으로, 상기 단열재(5)가 연소실커버(1)의 내측에 설치될 때, 상기 돌출돌기(1c)를 기준으로 배치되기 때문에 연소실커버(1)의 사방을 감싸는 단열재(5)가 연소실커버(1)와 동일한 간격을 유지한 체 배치될 수 있는 것이다.

그리고, 본 발명의 또 다른 특징인 상기 외장커버(6)는 상기 연소실커버(1)의 외벽에 권취된 수관(3) 전체를 감싸는 구조를 갖는 것으로, 상기 외장커버(6)는 단열재와 마찬가지로 연소실커버(1)와 동일한 형상인 것이 바람직하다.

즉, 상기 외장커버(10)의 상단 양 모서리에는 연소실커버(1)의 상단 양 모서리에 구비된 안착홈(1b)에 대응하는 복수의 안착홈(6a)들이 마련되어 상기 열교환기를 안착시킬 수 있도록 되어 있다.

특히, 상기 외장커버(6)는 금속재질을 이용하여 연소실커버(1)를 통해 연소 실에서 방출되는 열을 일정정도 흡수 가능하고, 연소실커버(1)의 외부를 사용자로부터 격리하여 사용자가 안전하게 사용할 수 있도록 함과 동시에 연소실커버(1) 및 연소실커버(1)의 외벽에 권취된 수관(3)이 외부에 노출되지 않도록 함에 따라 외관이 미려해지도록 하는 역할을 하게 된다.

즉, 상기 단열재(5)를 통해 연소실커버(1)로 방열되는 열을 최대한 방지하였다고 하더라도 연소실(1a)의 고온의 연소열이 일정정도 연소실커버(1)를 통해 외부로 배출될 수 있는 바, 이때 상기 연소실커버(1)의 외벽에 권취된 수관(3)에서 이를 흡열하여 1차 열교환하여 열손실을 최소화함 동시에 상기 외장커버(6)에서 방출되는 열을 차단함으로써 보다 더 열손실을 방지할 수 있는 것이다.

특히, 상기 외장커버(6)의 경우에는 상대적으로 흡열되는 열이 적기 때문에 외장커버(6)의 표면온도가 현저히 하게 떨어져 사용자가 부주의하여 접촉하더라도 화상 발생 등의 위험을 줄일 수 있는 것이다.

여기서, 미 설명된 도면부호 9는 상기 외장커버(6)를 통해 화력을 감시할 수 있는 화력감시창을 도시하고 있는 것이다.

한편, 전술한 실시예에서는 현열을 흡열할 수 있는 열교환기가 장착된 비콘덴싱 방식의 열교환장치를 그 예로 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 현열을 흡열하는 열교환기의 상부에 배기가스로부터 잠열을 흡열할 수 있는 잠열열교환기를 배치한 콘덴싱 방식의 열교환장치에도 적용 가능함은 물론이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환장치는 연소실 기능을 하 는 연소실커버의 외벽에 수관이 권취됨과 동시에 그 내벽에 단열재를 구비함으로써, 연소실 커버를 통해 연소실 외부로 방출되는 열손실을 줄일 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 발명에 따른 열교환장치는 연소실커버의 외벽에 권취된 수관을 감싸는 형태의 외장커버를 구비함으로써, 연소실 외부로의 열손실을 줄임과 동시에 사용자 등을 고온으로부터 안전하게 보호하고, 열교환장치의 외관을 미려하게 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 내부에 연소실이 형성된 연소실커버와, 상기 연소실의 상부 및 하부에 각각 마련된 열교환기 및 버너와, 상기 연소실커버의 외벽면에 복수회 권취되는 수관을 갖는 열교환장치에 있어서,

   상기 연소실커버의 내벽에 단열재가 구비되고, 상기 연소실커버의 외벽에 수관을 감싸고 외장커버가 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 연소실커버 상단의 사방 가장자리면에 돌출된 복수의 돌출돌기가 형성되어 상기 돌출돌기를 기준으로 단열재가 장착됨에 따라 상기 연소실커버의 내벽과 상기 단열재 사이에 이격 간격으로 인한 공기층이 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 연소실커버의 네모서리 부위를 반원 형태를 갖도록 곡면을 형성함으로써, 상기 연소실커버의 외벽에 수관을 권취할 때 보다 용이하게 조립할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 열교환장치.

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