KR200280095Y1 - 콘덴싱 보일러의 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 콘덴싱 보일러의 열교환기에 관한 것으로, 그 목적은 현열 열교환부와 잠열 열교환부를 동일재질로 일체화하여 제품을 보다 콤팩트하게 구성함과 동시에 제조비용을 절감시킬 수 있도록 하는 것이다.

이를 위해 본 고안에 따른 콘덴싱 보일러의 열교환기에 의하면, 케이싱(31)내의 잠열 열교환공간(31d)에는 폐가스의 잠열을 회수하여 난방수를 예열하도록 스테인레스 스틸 파이프를 나선형으로 벤딩한 잠열 열교환파이프(33)가 배치되며, 케이싱(31)내의 현열 열교환공간(31c)에는 잠열 열교환파이프(33)와 연계되며 스테인레스 스틸 파이프를 나선형으로 벤딩한 현열 열교환파이프(34)가 배치되어 있다. 이에 따라 현열 열교환파이프(34)와 잠열 열교환파이프(33)를 동일재질로 일체화하여 제품을 보다 콤팩트하게 구성할 수 있으며, 아울러 제조비용 역시 절감시킬 수 있는 작용효과가 있다. 또한, 버너(20)의 연소열이 현열 열교환파이프(34)를 직접 가열시키기 때문에, 종래에 비해 열교환 효율 역시 향상되는 이점이 있다.

Description

콘덴싱 보일러의 열교환기{HEAT EXCHANGER OF CONDENSING BOILER}

본 고안은 콘덴싱 보일러의 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 현열부와 잠열부를 일체화하여 제품을 보다 콤팩트하게 구성함과 동시에 제조비용을 절감시킬 수 있도록 하는 콘덴싱 보일러의 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 가정에서 사용되는 난방 및 온수보일러는 사용 연료에 따라 기름보일러와 가스보일러로 나뉘어진다. 또한, 가스보일러는 난방수를 가열하는 열원에 따라 콘덴싱과 비콘덴싱 형식으로 구별되는데, 도 1은 종래 콘덴싱 형식의 보일러를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 종래의 콘덴싱 보일러는 공기를 강제 송풍하기 위한 송풍기(1)와, 이 송풍기(1)를 통해 공급되는 공기를 통해 연료를 연소시키는 버너(2)와, 이 버너(2)의 연소열과 열교환하는 열교환기(3)와, 이 열교환기를 지난 폐가스를 외부로 배출시키기 위한 배기덕트(4)를 갖추고 있다.

또한, 종래 콘덴싱 보일러의 열교환기(3)는 외형을 이루며 상부측에 버너(2)가 위치되는 케이스(10)와, 버너(2)의 직하부에 순차적으로 배치되는 현열 열교환부(11) 및 잠열 열교환부(12)로 구성되어 있다. 통상적으로 현열 열교환부(11)는 열교환 효율을 높이기 위해 동 파이프(11a)와 다수의 열전도핀(11b)을 용접하여 제작되며, 잠열 열교환부(12)는 응축수에 의한 부식을 방지하기 위해 스테인레스 파이프(12a)와 열전도핀(12b)을 용접하여 제작된다. 이러한 잠열 열교환부(12)에는 실내에서 열교환작용을 마친 찬 유체가 유입되며, 현열 열교환부(11)에는 잠열 열교환부(12)를 지나 예열된 유체가 유입되게 되도록 구성되어 있다. 그리고 케이스(10)의 하부에는 배기덕트(4)와, 응축수 배출을 위한 배수구(5)가 마련된다.

이와 같이 구성된 종래 콘덴싱 보일러는 송풍기(1)의 작동으로 외부공기가 강제 공급됨과 동시에 버너(2)에서 연소가 이루어지면, 버너(2)에서의 연소열이 현열 열교환부(11)에 직접적으로 전달되어 난방수를 가열하며, 계속하여 잠열 열교환부(12)에서는 배기가스 중의 잠열을 회수하여 난방수를 가열시킨다. 따라서 현열 열교환부(11)로 유입되는 난방수는 잠열 열교환부(12)에서 예열된 상태이기 때문에, 현열 열교환부(11)에서의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

그리고 잠열 열교환부(12)를 지난 배기가스는 배기덕트(4)를 통해 배출되며, 열교환과정에서 발생되는 응축수는 배수구(5)를 통해 외부로 빠져나간다.

그러나 종래 콘덴싱 보일러의 열교환기(3)에서는 현열 열교환부(11)의 재질과 잠열 열교환부(12)의 재질이 서로 다르기 때문에 이종금속간의 이온화현상이 심하게 발생되며, 이로 인해 내부 청소를 자주 해주어야 하는 문제점이 있다.

또한, 현열 열교환부(11) 및 잠열 열교환부(12)가 다수의 열전도핀(11b)(12b)과 금속 파이프(11a)(12a)를 용접하여 제작함에 있어 내식성이 요구되는 고가의 용접재를 사용하기 때문에 이들의 제조비용이 상승하며, 아울러 케이스(10) 내부에서 이들이 차지하는 공간이 상당하여 콘덴싱 보일러의 전체적인 사이즈를 콤팩트하게 구성하는데 그 한계가 있다.

본 고안은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로; 본 고안의 목적은 현열 열교환부와 잠열 열교환부를 동일재질로 일체화하여 제품을 보다 콤팩트하게 구성함과 동시에 제조비용을 절감시킬 수 있는 콘덴싱 보일러의 열교환기를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 콘덴싱 보일러를 보인 개략도이다.

도 2는 본 고안에 따른 콘덴싱 보일러의 열교환기를 개략적으로 보인 사시도이다.

도 3은 도 2의 Ⅲ - Ⅲ선에 따른 단면도로, 본 고안에 따른 열교환기의 내부구조를 보인 것이다.

도 4는 본 고안에 따른 현열/잠열 열교환파이프를 발췌하여 보인 사시도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

30..열교환기 31..케이싱 31c..현열 열교환공간

31d..잠열 열교환공간 31e..인렛 31f..아웃렛

32..배플판 33..잠열 열교환파이프 34..현열 열교환파이프

이러한 목적을 달성하기 위한 본 고안은;

버너를 통해 난방수를 가열하는 열교환기를 갖춘 콘덴싱 보일러에 있어서,

열교환기는 외형 몸체를 이루며 일측에 난방수 인렛이 타측에 아웃렛이 형성된 케이싱과, 케이싱의 내부공간을 버너가 삽입되는 현열 열교환공간과 폐가스가 지나가는 잠열 열교환공간으로 좌우 구획하는 배플판과, 잠열 열교환공간에 배치되면서 인렛과 연계되며 소정의 폭을 갖도록 나선형으로 배관된 잠열 열교환파이프와, 잠열 열교환파이프를 지난 난방수가 유입되도록 현열 열교환공간에 배치되고 아웃렛과 연계되면서 나선형으로 배관된 현열 열교환파이프를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 케이싱의 일측 저부에는 응축수 배출을 위한 드레인홀이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 잠열 열교환파이프와 현열 열교환파이프는 스테인레스 스틸 파이프로 제작되며, 전열면적을 증대시키기 위해 압착된 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면, 현열 열교환파이프와 잠열 열교환파이프를 동일재질로 일체화할 수 있기 때문에 제품을 보다 콤팩트하게 구성함과 동시에 제조비용 역시 절감시킬 수 있게 된다.

이하, 본 고안에 따른 하나의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 첨부도면을 간략히 설명하면, 도 2와 도 3은 본 고안에 따른 콘덴싱 보일러의 전체적인 구조를 개략적으로 도시한 것이고, 도 4는 본 고안에 따른 현열/잠열 열교환파이프를 발췌하여 보인 사시도이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 고안에 따른 콘덴싱 보일러는 연료를 공급받아 연소열을 발생시키는 버너(20)와, 이 버너(20)의 연소열을 통해 난방수를 가열하는 열교환기(30)와, 이 열교환기(30)와 열교환작용을 마친 폐가스를 외부로 배출시키기 위한 배기덕트(40)를 갖추고 있다.

버너(20)는 통상 가스연료를 공급받아 송풍기에 의해 강제 공급되는 공기와 함께 연소시키는 것으로, 본 고안에서는 통 형상으로 이루어져 있다.

그리고 열교환기(30)는 외형 몸체를 이루는 케이싱(31)과, 이 케이싱(31)의 내부공간을 현열 열교환공간(31c)과 잠열 열교환공간(31d)으로 좌우 구획하는 배플판(32)과, 잠열 열교환공간(31d)에 배치되어 난방수를 예열하기 위한 잠열 열교환파이프(33)와, 현열 열교환공간(31c)에 배치되며 버너(20)에 의해 직접 가열되는 현열 열교환파이프(34)를 구비하고 있는데, 각 구성요소들의 상세한 구조는 다음과 같다.

먼저, 케이싱(31)은 금속 플레이트를 벤딩하여 제작되며, 이의 일단 중앙에는 버너(20)가 축방향으로 삽입되도록 삽입구(31a)가 형성되며, 타단 중앙에는 폐가스를 배출시키기 위해 배기덕트(40)가 연결되는 배기구(31b)가 형성되어 있다. 그리고 케이싱(31)의 측면부에는 실내에서 난방작용을 마친 난방수가 유입되는 인렛(31e)과, 가열된 난방수가 빠져나가는 아웃렛(31f)이 형성되어 있다. 또한, 케이싱(31)의 일측 하부에는 잠열 열교환파이프(33)에서 발생되는 응축수를 외부로 배출시키기 위한 드레인홀(31g)이 마련되어 있다.

배플판(32;deflector)는 케이싱(31) 내부공간을 좌우로 구획하는 것으로, 이것에 의해 버너(20)에서 발생하는 연소열은 현열 열교환파이프(34)를 직접적으로 가열하게 되며, 폐가스는 배플판(32) 외측을 돌아나가면서 잠열 열교환파이프(33)를 가열하게 된다. 즉, 배플판(32)은 케이싱(31) 내부를 구획하여 버너(20)에서 발생한 연소열의 흐름을 돌아나가도록 안내하는 것이다.

잠열 열교환파이프(33)는 폐가스를 통해 난방수가 예열되도록 잠열 열교환공간(31d)에 배치되는 것으로, 소정의 폭을 갖도록 나선형으로 벤딩된 스테인레스 스틸 파이프로 이루어져 있다. 이러한 잠열 열교환파이프(33)의 일단은 케이싱(31) 내부에서 인렛(31e)과 직결된다.

그리고 현열 열교환파이프(34)는 버너(20)에 의해 직접 가열되도록 현열 열교환공간(31c)에 배치되는 것으로, 이것 역시 소정의 폭을 갖도록 나선형으로 벤딩된 스테인레스 스틸 파이프로 구성된다. 따라서 현열 열교환파이프(34)의 내부공간에는 버너(20)가 축방향으로 위치되게 된다. 이러한 현열 열교환파이프(34)의 일단은 잠열 열교환파이프(33)의 타단과 연결되며, 현열 열교환파이프(34)의 타단은 케이싱(31) 내부에서 아웃렛(31f)과 직결된다.

이 잠열 열교환파이프(33)와 현열 열교환파이프(34)는 도 4에 도시한 바와 같이, 소정의 폭을 갖도록 스테인레스 스틸 파이프를 통해 나선형으로 벤딩하여 제작한 것으로, 전열면적을 증대시키기 위해 압착하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 잠열 열교환파이프(33)와 현열 열교환파이프(34)는 동일 재질인 스테인레스 스틸 파이프를 사용하여 일체화되게 배치되기 때문에, 이의 조립 및 생산성을 향상시킬 수 있으며 이로 인해 제조비용 역시 절감시킬 수 있다. 또한, 현열 열교환파이프(34)의 연결 단수를 조절함으로써, 열교환기(30)의 용량 가변을 손쉽게 할 수 있다.

다음에는 이와 같이 구성된 콘덴싱 보일러 열교환기의 작용 및 이에 따른 작용효과를 설명한다.

먼저, 실내에서 열교환작용을 마친 난방수는 순환펌프(미도시)에 의해 인렛(31e)을 통해 열교환기(30) 내부로 유입되면서 잠열 열교환파이프(33) ??현열 열교환파이프(34) ?? 아웃렛(31f)을 통해 다시 실내로 순환하게 된다.

그리고 버너(20)에 가스연료가 공급되어 연소가 진행되면, 연소열에 의해 현열 열교환공간(31c)에 배치된 현열 열교환파이프(34)가 직접 가열됨으로써 아웃렛(31f)으로는 가열된 난방수가 빠져나간다.

계속하여 연소 가스는 도 3의 화살표 방향과 같이, 현열 열교환파이프(34)의 핀피치 틈새와 배플판(32)을 돌아 잠열 열교환공간(31d)을 지나가면서 배기구(31b)와 배출덕트(40)로 빠져나간다. 이로 인해 잠열 열교환파이프(33)가 가열됨으로써 인렛(31e)으로 유입되는 난방수는 현열 열교환파이프(34)로 공급되기 이전에 예열된다. 즉, 잠열 열교환공간(31d)에서는 연소 작용을 마친 후 외부로 배출되는 폐가스 중의 잠열을 회수하여 난방수가 가열된다.

따라서 현열 열교환파이프(34)에는 잠열 열교환파이프(33)를 지나면서 예열된 난방수가 들어오기 때문에, 이의 열교환 효율이 월등하게 향상된다.

또한, 현열 열교환파이프(34)는 종래의 열전도핀과 금속파이프가 조합된 방식과는 달리 버너(20)에 의해 직접 가열되기 때문에, 순간 열전달 반응속도가 종래에 비해 월등하게 빠르며 좁은 공간에서도 넓은 전열면적을 확보할 수 있다.

또한, 현열 열교환파이프(34)와 잠열 열교환파이프(33)는 동일재질로 제작되기 때문에, 금속 이온화현상 역시 종래에 비해 적게 발생되며 내부 청소 주기가 길어진다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 콘덴싱 보일러의 열교환기에 의하면, 케이싱내의 잠열 열교환공간에는 폐가스의 잠열을 회수하여 난방수를 예열하도록 스테인레스 스틸 파이프를 나선형으로 벤딩한 잠열 열교환파이프가 배치되며, 케이싱내의 현열 열교환공간에는 잠열 열교환파이프와 연계되며 스테인레스 스틸 파이프를 나선형으로 벤딩한 현열 열교환파이프가 배치되어 있다. 이에 따라 현열 열교환파이프와 잠열 열교환파이프를 동일재질로 일체화하여 제품을 보다 콤팩트하게 구성할 수 있으며, 아울러 제조비용 역시 절감시킬 수 있는 작용효과가 있다. 또한, 버너의 연소열이 현열 열교환파이프를 직접 가열시키기 때문에, 종래에 비해 열교환 효율 역시 향상되는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 버너(20)를 통해 난방수를 가열하는 열교환기(30)를 갖춘 콘덴싱 보일러에 있어서,

   상기 열교환기(30)는;

   외형 몸체를 이루며 일측에 난방수 인렛(31e)이 타측에 아웃렛(31f)이 형성된 케이싱(31)과,

   상기 케이싱(31)의 내부공간을 상기 버너(20)가 삽입되는 현열 열교환공간(31c)과 폐가스가 지나가는 잠열 열교환공간(31d)으로 좌우 구획하는 배플판(32)과,

   상기 인렛(31e)과 연계되도록 잠열 열교환공간(31d)에 배치되며 소정의 폭을 갖도록 나선형으로 벤딩한 잠열 열교환파이프(33)와,

   상기 잠열 열교환파이프(33)를 지난 난방수가 유입되도록 상기 현열 열교환공간(31c)에 배치되며 나선형으로 벤딩되어 상기 아웃렛(31f)과 연계된 현열 열교환파이프(34)를 구비하는 것을 특징으로 하는 콘덴싱 보일러의 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 케이싱(31)의 일측 저부에는 응축수 배출을 위한 드레인홀(31g)이 형성된 것을 특징으로 하는 콘덴싱 보일러의 열교환기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 잠열 열교환파이프(33)와 상기 현열 열교환파이프(34)는 스테인레스 스틸 파이프로 제작되며, 전열면적을 증대시키기 위해 압착된 것을 특징으로 하는 콘덴싱 보일러의 열교환기.