WO2022225373A1 - 물 가열기 - Google Patents

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WO2022225373A1
WO2022225373A1 PCT/KR2022/005812 KR2022005812W WO2022225373A1 WO 2022225373 A1 WO2022225373 A1 WO 2022225373A1 KR 2022005812 W KR2022005812 W KR 2022005812W WO 2022225373 A1 WO2022225373 A1 WO 2022225373A1
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heat
heat exchange
sensible
latent
heat exchanger
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PCT/KR2022/005812
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English (en)
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박준규
박덕식
박준길
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주식회사 경동나비엔
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Publication date
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    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/08—Hot-water central heating systems in combination with systems for domestic hot-water supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/40—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water tube or tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H8/00—Fluid heaters characterised by means for extracting latent heat from flue gases by means of condensation
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    • F24H9/18—Arrangement or mounting of grates or heating means
    • F24H9/1809—Arrangement or mounting of grates or heating means for water heaters
    • F24H9/1832—Arrangement or mounting of combustion heating means, e.g. grates or burners
    • F24H9/1836—Arrangement or mounting of combustion heating means, e.g. grates or burners using fluid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Definitions

  • FIG. 11 is a longitudinal sectional view of the internal structure of a water heater according to a sixth embodiment of the present invention.
  • One contemplated is an exemplary water heater and a Flue Gas Heat Recovery unit coupled to this exemplary water heater.
  • the exemplary waste heat recovery device is connected to a flue in which the combustion gas discharged through the heat exchanger of the water heater flows, receives the combustion gas, and transfers residual heat to another heating medium. As the flue extends upward, the waste heat recovery device can be placed above the water heater.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a water heater 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • the water heater 1 may include a case 70 .
  • Other components of the water heater 1 may be disposed inside the case 70 .
  • the burner 10 , the combustion chamber 20 , the latent heat heat exchanger 40 , and the waste heat recoverer 50 may be sequentially disposed inside the case 70 from the top to the bottom. Accordingly, the combustion gas generated from the burner 10 may flow downward and be discharged through the combustion chamber 20 , the sensible heat heat exchanger 30 , the latent heat heat exchanger 40 , and the waste heat recovery device 50 .
  • the sensible heat exchanger 30 may be disposed inside the combustion chamber 20 .
  • the water heater 1 may include an insulating pipe 22 , and the insulating pipe 22 may include a sensible heat insulating pipe 222 and a combustion chamber insulating pipe 221 . .
  • the heat insulation pipe 22 may be disposed adjacent to the outside of the heat insulation side plate 212 in the left and right direction. Water flows from the inside of the heat insulation pipe 22 to insulate the combustion chamber 20 and the sensible heat heat exchanger 30 .
  • the sensible heat fin 32 may be formed in a plate shape orthogonal to the direction in which the sensible heat heat exchange pipe 31 extends.
  • the sensible heat fins 32 may be plural and may be penetrated by the sensible heat heat exchange pipe 31 .
  • the sensible heat heat exchanger 30 can expand the heat transfer area.
  • the latent heat housing 41 may be formed by coupling the first latent heat housing unit 41-1 and the second latent heat housing unit 41-2 in the left and right directions for ease of assembly.
  • the latent heat exchanger 40 according to the first embodiment of the present invention may include a latent heat side packing 83 .
  • the latent heat side packing 83 may be disposed at the boundary between these two latent heat housing units 41-1 and 41-2.
  • the latent heat side packing 83 may be formed of an elastic material such as rubber, and may contact the two latent heat housing units 41-1 and 41-2, respectively, to maintain the airtightness of the above-described boundary.
  • the heat exchange elements of the latent heat exchanger 40 are the latent heat plate assembly 42 in the first embodiment of the present invention. may include.
  • the heat exchange element of the latent heat exchanger may be other mechanical elements such as the latent heat heat exchange pipe 43c rather than the latent heat plate assembly.
  • the latent heat heat exchanger 40 may include a latent heat lower surface packing 82 .
  • the latent heat lower packing 82 is formed in an annular shape with a material having elasticity, is disposed at the boundary between the latent heat housing 41 and the waste heat recoverer 50, and comes in contact with the latent heat housing 41 and the waste heat recoverer 50 to contact the boundary. can maintain the confidentiality of That is, since the latent heat lower flange 414 and the waste heat flange 515 of the latent heat housing 41 are in contact with each other to form a boundary, the latent heat between the latent heat lower flange 414 and the waste heat flange 515 is the packing 82 can be placed.
  • the waste heat recovery body 51 may include a drain unit 513 .
  • the drain unit 513 is disposed on one side of the condensate receiver 512, can receive the condensed water guided by the condensate receiver 512, and serves to discharge the received condensate to the outside toward the bottom.
  • a trap may be disposed in the drain unit 513 to prevent combustion gas from escaping therethrough, and a neutralizer may be disposed to neutralize and discharge acidic condensate.
  • the water heater 1 may include a hot water heat exchanger 60 .
  • the hot water heat exchanger 60 may be disposed inside the case 70 , and may be disposed below the waste heat recovery device 50 .
  • the hot water heat exchanger 60 is provided to generate hot water by heating the direct water preheated by the waste heat recoverer 50 using water.
  • FIG. 8 is a longitudinal cross-sectional view of the internal structure of the water heater according to the third embodiment of the present invention.
  • the water heater according to the third embodiment of the present invention is basically similar to the structure of the water heater 1 according to the first embodiment, but has some different configurations, so that the water heater according to the first embodiment
  • the description of each component of (1) may be applied as it is, and only different configurations will be further described.
  • the housing may not include a latent heat housing, but a heat exchanger housing formed by including a sidewall of the sensible heat exchanger 30c and a sidewall of the latent heat exchanger 40c. Components of the sensible heat exchanger 30c may not enter the combustion chamber.
  • the water heater according to the third embodiment of the present invention has a sensible heat exchanger 30c having a long hole sensible heat heat exchange pipe as in the first embodiment, and a waste heat recovery unit 50c which is a plate heat exchanger as in the first embodiment. ), but, unlike the first embodiment, has a latent heat heat exchanger 40c, which is a heat exchanger having a long hole type latent heat heat exchange pipe 43c.
  • the latent heat heat exchanger 40c may include a plurality of latent heat fins 45c formed in a plate shape transverse to the extending direction of the latent heat heat exchange pipe 43c and penetrated by the latent heat heat exchange pipe 43c.
  • the holding section may be located adjacent to each heat exchange pipe in the left and right directions.
  • the housing has only a reduction section, excessive combustion gas flows into the space between the inner surface of the housing and the heat exchange pipe, and the amount of heat received from a part of the heat exchange pipe located at the center side along with overheating of the housing decreases, resulting in a decrease in thermal efficiency due to imbalance in heat transfer can happen
  • an imbalance in the flow of combustion gas occurs, an imbalance in the amount of condensed water generated may also occur, and the decrease in thermal efficiency may intensify due to the imbalance in the amount of condensate generated. Accordingly, as the housing has the holding section, the imbalance of heat transfer is reduced, and thus, proper thermal efficiency can be secured.
  • the water heater according to the fifth embodiment of the present invention has a latent heat exchanger 40e and a waste heat recovery unit 50e, which are plate heat exchangers as in the first embodiment, but unlike the first embodiment, it forms an elliptical cross section. It has a sensible heat heat exchanger (30e) provided with a sensible heat heat exchange pipe (31e).

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Abstract

본 발명에 따른 물 가열기는, 연소반응을 일으키게 마련되는 버너; 상기 연소반응에 의해 생성된 열을 전달받아 내부를 통해 유동하는 물을 가열하게 마련되는 현열 열교환기; 상기 연소반응에 의해 생성되어 기준방향을 따라 유동하는 연소가스의 잠열을 이용해 내부를 통해 유동하는 물을 가열하게 마련되는 잠열 열교환기; 및 상기 잠열 열교환기를 통과한 연소가스의 잠열을 이용하여 외부로부터 유입된 직수를 가열하게 마련되는 폐열회수기를 포함한다.

Description

물 가열기
본 발명은 물 가열기에 관한 것이다.
데워진 물을 배수하거나 난방에 사용하기 위해 물을 가열하는 물 가열기는, 일반적으로 연소반응을 발생시키고, 연소반응으로부터 발생하는 열을 내부의 폐쇄된 유로에 내장된 물에 전달하여 소기의 목적을 달성한다.
가열된 물은 난방을 위해 난방이 필요한 위치로 제공되어 열을 전달하고 돌아와 순환할 수 있다. 또한 가열된 물은, 수요처로 배출되는 물을 가열하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 수요처로 배출되는 물은, 외부로부터 유입된 직수를 상술한 물을 이용해 가열함으로써 형성될 수 있다. 따라서 물 가열기는 이상적인 상황에서는 폐회로에 물을 보충하거나 배출할 필요 없이, 폐회로에 내장된 물을 순환시켜, 지속적인 열전달이 일어나도록 할 수 있다. 물 가열기는 외부로 배출되는 온수만큼의 직수만을 외부로부터 유입받아, 상술한 순환하는 물에 의해 가열되도록 할 수 있다.
한편 물 가열기가 연소반응에 의해 생성하는 연소가스는 열교환기를 거치면서 물에 열을 전달하나, 열교환기를 전부 거친 뒤에도 상온보다는 훨씬 높은 온도를 가진다. 따라서 물 가열기의 외부로 배출되는 연소가스는 소정의 처리를 거쳤다 하더라도 높은 온도를 가질 수 있고, 높은 온도로 인해 물 가열기를 구성하는 부분의 부식 또는 파손을 초래하거나, 원치 않는 부산물들을 발생시킬 수 있다.
본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 연소가스의 폐열을 회수할 수 있는 물 가열기를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 물 가열기는, 연소반응을 일으키게 마련되는 버너; 상기 연소반응에 의해 생성된 열을 전달받아 내부를 통해 유동하는 물을 가열하게 마련되는 현열 열교환기; 상기 연소반응에 의해 생성되어 기준방향을 따라 유동하는 연소가스의 잠열을 이용해 내부를 통해 유동하는 물을 가열하게 마련되는 잠열 열교환기; 및 상기 잠열 열교환기를 통과한 연소가스의 잠열을 이용하여 외부로부터 유입된 직수를 가열하게 마련되는 폐열회수기를 포함한다.
이에 따라, 연소가스의 폐열을 회수하여 온수의 가열에 사용할 수 있다.
폐열을 회수하여 온수를 예열하되, 단순화된 구조를 가지고 저감된 크기를 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기의 개념도이다.
도 2는 예시적인 물 가열기의 일부분을 도시한 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기의 내부구조의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기의 내부구조의 종단면을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기의 내부구조의 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기의 분해사시도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 물 가열기의 내부구조의 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 물 가열기의 내부구조의 종단면도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 물 가열기의 내부구조의 종단면도이다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 물 가열기의 내부구조의 종단면도이다.
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 물 가열기의 내부구조의 종단면도이다.
본 출원은 2021년 4월 23일에 출원된 한국특허출원 제10-2021-00530894호 및 2022년 4월 22일에 출원된 한국특허출원 제10-2022-0050263호에 기초한 우선권을 주장하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
예시적인 물 가열기와, 이러한 예시적인 물 가열기에 결합된 폐열회수(Flue Gas Heat Recovery)기를 생각할 수 있다. 예시적인 폐열회수기는 물 가열기의 열교환기를 거쳐 배출되는 연소가스가 유동하는 연도에 연결되어, 연소가스를 전달받아 잔열을 다른 열매체에 전달할 수 있다. 연도가 상방으로 연장되므로, 폐열회수기는 물 가열기의 상측에 배치될 수 있다.
이러한 폐열회수기는 물 가열기의 케이스의 외측에 별도로 구비되므로, 물 가열기와 별도로 추가 설치공간을 필요로 한다. 또한 물 가열기에 대해 폐열회수기가 가지는 상대적인 위치를 고정하기 위한 구조, 추가로 사용되는 열매체의 유동을 위한 구조 및 연소가스의 최종 배출을 위한 구조물을 추가로 필요로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)의 개념도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)는 버너(10), 현열 열교환기(30), 잠열 열교환기(40) 및 폐열회수기(50)를 포함한다.
기준방향을 따라 각 구성요소들이 나열될 수 있다. 여기서 기준방향이란 하방일 수 있다. 본 명세서에서 전후, 좌우 및 상하 방향은 설명의 편의를 위해서 지칭된 것으로, 서로에 대해 직교하는 방향일 수 있다. 그러나 이러한 방향은 물 가열기(1)가 배열된 방향에 대해 상대적으로 결정되는 것이며, 상하방향이라 하여 반드시 연직방향을 의미하지는 않을 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)는 케이스(70)를 포함할 수 있다. 케이스(70)의 내측에 물 가열기(1)의 다른 구성요소들이 배치될 수 있다. 케이스(70)의 내부에서 가장 상측부터 하방으로 가면서 버너(10), 연소실(20), 잠열 열교환기(40) 및 폐열회수기(50)가 순서대로 배치될 수 있다. 따라서 버너(10)에서 발생한 연소가스가 하방으로 유동하여 연소실(20), 현열 열교환기(30), 잠열 열교환기(40) 및 폐열회수기(50)를 거쳐 배출될 수 있다. 현열 열교환기(30)는 연소실(20)의 내부에 배치될 수 있다.
폐열회수기(50)가 케이스(70)에 내장되고, 연소가스의 유동방향을 따라 연도보다 하류측에 위치하는 것이 아니라 상류측에 위치하게 되므로, 별도로 폐열회수기(50)를 위한 설치공간이나 구조물을 구비하여야 하는 경우보다 크기가 줄어들고 공간이 절약되면서도 구조가 단순해지며, 그러면서도 폐열회수 및 온수 예열기능을 수행할 수 있다.
도 2는 예시적인 물 가열기(100)의 일부분을 도시한 종단면도이다.
도 2에 도시된 것과 같은 예시적인 물 가열기(100)를 생각할 수 있다. 예시적인 물 가열기(100)는 연소실(102), 현열 열교환기(103) 및 잠열 열교환기(104)를 포함하는데, 현열 열교환기(103)가 포함하는 현열 열교환배관(1031)의 내측면의 단면이 도시된 것과 같이 타원형으로 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)의 내부구조의 사시도이다. 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)의 내부구조의 종단면을 나타낸 사시도이다. 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)의 내부구조의 종단면도이다. 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)의 분해사시도이다.
버너(10)
버너(10)는 공기와 연료로부터 연소반응을 일으키게 마련된다. 따라서 버너(10)는 연료와 공기를 전달받아 혼합물을 형성하는 믹싱챔버(11)와, 믹싱챔버(11)에서 공기와 연료의 혼합에 의해 형성되는 혼합물에 스파크를 일으켜 점화하는 점화 플러그와, 점화된 화염이 고정될 수 있는 화염 매트(12)를 포함할 수 있다. 화염 매트(12)는 얇은 금속 섬유로 형성되는 다공성의 매트일 수 있다. 버너(10)는 믹싱챔버(11)에 대한 공기의 공급을 위한 공기 블로어(13)를 포함할 수 있다. 버너(10)는 연료의 공급을 위한 연료 펌프를 포함할 수 있다.
연소실(20)과 현열 열교환기(30)
본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)는 연소실(20)을 포함할 수 있다. 연소실(20)은 내부에 연소반응에 의한 화염이 위치할 수 있다. 연소실(20)은 상하로 개방된 박스와 같은 형태로 형성될 수 있는데, 상단에는 버너(10)가 연결되고, 하단에는 잠열 열교환기(40)가 연결될 수 있다. 따라서 연소가스가 버너(10)에서 발생하여 연소실(20)을 거쳐 현열 열교환기(30) 및 잠열 열교환기(40)로 전달될 수 있다.
연소실(20)은 측벽(21)을 가질 수 있다. 연소실(20)의 측벽(21)은 전후방향을 따라 서로 이격된 2개의 일반측판(211)과, 좌우방향을 따라 서로 이격된 2개의 단열측판(212)을 포함할 수 있다. 이러한 일반측판(211)과 단열측판(212)이 서로 결합되어 연소공간(200)을 형성될 수 있다. 전후방향을 따라 일반측판(211)의 외측에는 연소실(20)의 외측으로 돌출된 부분인 유로캡을 구비하는 유로캡 플레이트(23)가 각각 결합될 수 있다. 따라서 일반측판(211)과 유로캡 사이에 물이 유동할 수 있는 공간이 형성되고, 이러한 공간이 후술할 서로 인접한 단열배관(22)들 또는 서로 인접한 현열 열교환배관(31)들에 연통되어, 단열배관(22)들로 구성된 단열유로 또는 현열 열교환배관(31)들로 구성된 현열유로의 일부분을 형성할 수 있다.
연소실(20)의 측벽(21)은, 일반측판(211)과 단열측판(212)의 하단으로부터 좌우방향 및 전후방향을 기준으로 외측으로 연장된 연소 플랜지(213)를 포함할 수 있다.
현열 열교환기(30)의 적어도 일부가 연소실(20) 내로 삽입될 수 있다. 연소실(20)의 내부에 현열 열교환기(30)가 배치될 수 있다. 따라서 후술할 현열 핀(32)이 연소실(20)의 내측면에 접촉할 수 있다. 현열 열교환기(30)는 연소실(20)의 내부공간인 연소공간(200)의 하부에 배치될 수 있다. 연소공간(200)의 상부에는 버너(10)에 의한 화염이 위치할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)는 단열배관(22)을 포함할 수 있고, 단열배관(22)은 현열 단열배관(222)과 연소실 단열배관(221)을 포함할 수 있다. 단열배관(22)은 좌우방향을 기준으로 단열측판(212)의 외측과 인접하게 배치될 수 있다. 단열배관(22)의 내부에서 물이 흘러 연소실(20)과 현열 열교환기(30)를 단열할 수 있다.
현열 단열배관(222)은 현열 열교환기(30)에 인접하게 배치될 수 있다. 다만 단열배관(22)이 단열측판(212)의 외측면에 접촉하므로, 현열 단열배관(222)은 단열측판(212)을 중심으로 하여 현열 열교환기(30)와 반대되는 위치에 배치될 수 있다. 이러한 배치가 가능하도록, 현열 단열배관(222)은 전후방향에 직교하는 평면으로 자른 단면에서 좌우방향을 기준으로 현열 열교환기(30)와 중첩될 수 있도록, 상하방향을 기준으로 현열 열교환기(30)와 유사한 높이에 배치될 수 있다.
현열 열교환기(30)는 버너(10)에서 발생한 연소반응에 의해 생성된 열을 전달받아 내부를 통해 유동하는 물을 가열하게 마련된다. 현열 열교환기(30)는 현열 열교환배관(31)과 현열 핀(32)을 포함할 수 있다. 현열 열교환배관(31)은 연소반응에 의해 생성된 열을 전달받아 내부를 통해 유동하는 물을 가열하게 마련되는 배관이다. 현열 열교환배관(31)의 내부로 물이 흐르고, 주변에서는 연소가스가 유동하여 현열 열교환배관(31)을 매개로 열교환할 수 있다.
현열 열교환배관(31)은 전후방향을 따라 연장되되 좌우방향을 따라 나열될 수 있다. 현열 열교환배관(31)의 양단은 상술한 것과 같이 유로캡이 형성하는 공간에 연통되어 현열유로를 형성할 수 있다. 현열 열교환배관(31) 중 좌우방향을 따라 양단에 위치한 현열 열교환배관(31) 중 하나는 잠열 열교환기(40)에 연결되어 현열유로의 입구가 될 수 있고, 다른 하나는 단열배관(22)과 연결되어 현열유로의 출구가 될 수 있다.
현열 열교환배관(31)이 연장된 전후방향에 직교하는 평면으로 현열 열교환배관(31)을 자른 단면에서, 현열 열교환배관(31)의 내부공간의 형태는, 상하방향을 따라 연장된 장공의 형태일 수 있다. 현열 열교환배관(31)의 내부공간은, 단면에서 상하방향에 따른 길이를 좌우방향에 따른 폭으로 나눈 값이 2 이상인 형태를 가질 수 있다.
현열 열교환배관(31)의 내부공간의 좌우측 둘레는, 상하방향을 따라 연장된 직선을 중심으로 서로 대칭되게 배치되는, 좌우방향을 기준으로 외측으로 돌출된 곡선의 형태를 가질 수 있다. 현열 열교환배관(31)의 내부공간의 상하측 둘레는, 좌우방향을 따라 연장된 직선을 중심으로 서로 대칭되게 배치되는, 상하방향을 기준으로 외측으로 돌출된 곡선의 형태를 가질 수 있다. 현열 열교환배관(31)의 내부공간의 좌우측 둘레와 상하측 둘레를 구성하는 곡선의 곡률반경들은 서로 다를 수 있다. 이 때, 좌우측 둘레를 구성하는 곡선의 곡률반경이, 상하측 둘레를 구성하는 곡선의 곡률반경보다 클 수 있다. 또한 상하측 둘레의 길이보다 좌우측 둘레의 길이가 클 수 있다.
상술한 형태의 현열 열교환배관(31)을 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)가 가져, 타원형의 열교환배관을 가질 경우보다 유효전열면적이 증대될 수 있다. 따라서 현열 열교환기(30)를 통과하는 연소가스가 현열 열교환기(30)에 제공하는 열량이 증가하고, 잠열 열교환기(40)에서 연소가스의 응축을 위해 흡수해야 하는 열량이 감소하여, 잠열 열교환기(40)가 상하방향을 따라 가지는 길이가 줄어들 수 있다.
현열 핀(32)은 현열 열교환배관(31)이 연장된 방향에 직교하는 판형으로 형성될 수 있다. 현열 핀(32)은 복수 개일 수 있고, 현열 열교환배관(31)에 의해 관통될 수 있다. 현열 핀(32)을 이용하여, 현열 열교환기(30)는 전열면적을 확대할 수 있다.
현열 핀(32)의 상부는 현열 열교환배관(31)의 둘레를 따라 형성되어, 상방으로 돌출된 형태를 가질 수 있다. 현열 핀(32)의 하부에는 전후방향을 따라 개방된 루버 홀과, 루버 홀의 둘레로부터 전후방향을 따라 돌출된 루버가 형성되어 연소가스의 흐름을 현열 열교환배관(31) 주변으로 가이드할 수 있다.
현열 열교환기(30)가 가지는, 물과 연소가스의 열교환을 위한 구성요소를 열교환요소라고 할 때, 현열 열교환기(30)의 열교환요소는 본 발명의 제1 실시예에서 현열 열교환배관(31)을 포함할 수 있다. 그러나 현열 열교환기의 종류에 따라서 현열 열교환기의 열교환요소는 현열 열교환배관이 아닌 다른 기계요소일 수도 있다.
잠열 열교환기(40)
잠열 열교환기(40)는 연소반응에 의해 생성되어 유동하는 연소가스의 잠열을 이용해 내부를 통해 유동하는 물을 가열하게 마련된다. 잠열 열교환기(40)는 복수의 잠열판이 적층되어 형성되는 판형 열교환기일 수 있다. 따라서 잠열 열교환기(40)는 잠열 하우징(41)을 포함하고, 잠열 하우징(41) 내에 배치되는 복수의 잠열판을 구비한 잠열판 조립체(42)를 포함할 수 있다. 굴곡이 있는 복수의 잠열판이 적층됨으로써 잠열판 조립체(42)에 형성되는 사이 공간으로 연소가스와 물의 유로가 각각 형성되고, 연소가스와 물이 서로 만나지 않으면서 흘러 잠열판을 매개로 열교환할 수 있다. 그러나 잠열 열교환기(40)의 형식이 이에 제한되지는 않는다.
잠열 하우징(41)은 조립의 용이성을 위해 제1 잠열 하우징 유닛(41-1)과 제2 잠열 하우징 유닛(41-2)이 좌우방향을 따라 결합되어 형성될 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 잠열 열교환기(40)는 잠열 측면 패킹(83)을 포함할 수 있다. 잠열 측면 패킹(83)은 이러한 두 잠열 하우징 유닛(41-1, 41-2)의 경계에 배치될 수 있다. 잠열 측면 패킹(83)은 고무와 같은 탄성이 있는 재질로 형성되어, 두 잠열 하우징 유닛(41-1, 41-2)에 각각 접촉해 상술한 경계의 기밀을 유지할 수 있다.
잠열 하우징(41)은 잠열측판(411)을 포함할 수 있다. 잠열측판(411)은 전후방향에 직교하는 부분과 좌우방향에 직교하는 부분을 포함하여, 잠열판 조립체(42)를 둘러쌀 수 있다. 잠열 상측플랜지(412)는 잠열측판(411)의 상단으로부터 좌우방향 및 전후방향 중 적어도 하나를 기준으로 외측으로 돌출되어 형성될 수 있다. 잠열 하측플랜지(414)는 잠열측판(411)의 하단으로부터 좌우방향 및 전후방향을 기준으로 외측으로 돌출되어 형성될 수 있다. 이 문단 이하에서 좌우방향 및 전후방향 중 적어도 하나라는 표현은, 좌우방향, 전후방향, 좌우방향 및 전후방향을 모두 포함하는 집합에서 고른 어느 하나를 의미한다.
상하방향에 직교하는 형태로 형성되는 플랜지들이 결합되어 안정적으로 각 부분이 서로에 대해 지지될 수 있다. 잠열 상측플랜지(412)와 연소 플랜지(213)가 서로 넓은 면적에 걸쳐 접촉되고 결합될 수 있다. 따라서 연소실(20)에 대해 잠열 열교환기(40)가 안정적으로 지지될 수 있다. 잠열 하측플랜지(414)와 폐열 플랜지(515)가 서로 넓은 면적에 걸쳐 접촉되고 결합될 수 있다. 따라서 잠열 열교환기(40)에 대해 폐열회수기(50)가 안정적으로 지지될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)가 포함하는 플랜지들은 상하방향에 직교하는 부분과, 이러한 상하방향에 직교하는 부분의 가장 외측으로부터 상방으로 꺾여 연장된 부분을 포함할 수 있다. 따라서 플랜지들이 서로 접촉하여 형성되는 경계가 꺾이도록 해서, 각 플랜지 사이의 경계에서의 기밀 및 수밀이 보다 잘 유지되도록 할 수 있다.
잠열 하우징(41)은 잠열 가이드부(413)를 포함할 수 있다. 잠열 가이드부(413)는 잠열측판(411)의 상단으로부터 좌우방향 및 전후방향 중 적어도 하나를 기준으로 내측으로 돌출될 수 있다. 잠열 가이드부(413)의 상면은 잠열 상측플랜지(412)의 상면으로부터 연속되게 형성될 수 있다. 잠열 가이드부(413)가 배치되어, 현열 열교환기(30)로부터 전달된 연소가스가 잠열판 조립체(42)의 외측부와 잠열측판(411)으로 전달되는 것을 방해할 수 있다. 따라서 잠열판 조립체(42)의 외측부와 잠열측판(411)에 연소가스가 다량 공급되어 과열이 일어나고 열효율이 저감되는 것을 잠열 가이드부(413)가 방해할 수 있다.
연소가스는 현열 열교환기(30)를 거쳐 잠열 열교환기(40)로 전달될 수 있다. 물은 잠열 열교환기(40)에서 먼저 가열되고, 현열 열교환기(30)에 의해 이차적으로 가열될 수 있다.
물은 물 가열기(1) 외부의 난방이 필요한 난방대상에 위치한 난방배관으로 전달되어 난방수로 사용됨에 따라 난방을 제공할 수 있다. 열을 난방대상에 전달한 후, 물이 물 가열기(1)로 복귀하여 순환하는 폐회로가 형성될 수 있다. 또한 물은 순환배관(91)에 의해 온수 열교환기(60)로 전달되어 배출되기 위한 온수를 생성하는데 사용될 수 있다.
상술한 것과 같이 현열 열교환기(30)가 장공형의 현열 열교환배관(31)을 채택하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 잠열 열교환기(40)는, 예시적인 경우보다 연소가스가 유동하는 유로의 길이를 짧게 가질 수 있고, 상하방향을 따라 가지는 높이가 단축될 수 있다. 잠열 열교환기(40)의 높이가 단축됨에 따라 생긴 여유공간에 후술할 폐열회수기(50)가 배치될 수 있다.
잠열 열교환기(40)가 가지는, 물과 연소가스의 열교환을 위한 구성요소를 열교환요소라고 할 때, 잠열 열교환기(40)의 열교환요소는 본 발명의 제1 실시예에서 잠열판 조립체(42)를 포함할 수 있다. 그러나 본 발명의 다른 실시예들에서와 같이 잠열 열교환기의 종류에 따라서 잠열 열교환기의 열교환요소는 잠열판 조립체가 아닌 잠열 열교환배관(43c) 등의 다른 기계요소일 수도 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 잠열 열교환기(40)는 잠열 상면 패킹(81)을 포함할 수 있다. 잠열 상면 패킹(81)은 탄성을 가지는 소재로 고리형으로 형성되고, 잠열 하우징(41)과 연소실(20)의 경계에 배치되어 잠열 하우징(41)과 연소실(20)에 접촉하여 그 경계의 기밀을 유지할 수 있다. 즉 잠열 하우징(41)의 잠열 상측플랜지(413)와 연소 플랜지(213)가 서로 접촉되어 경계가 형성되므로, 잠열 상측플랜지(413)와 연소 플랜지(213)의 사이에 잠열 상면 패킹(81)이 배치될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 잠열 열교환기(40)는 잠열 하면 패킹(82)을 포함할 수 있다. 잠열 하면 패킹(82)은 탄성을 가지는 소재로 고리형으로 형성되고, 잠열 하우징(41)과 폐열회수기(50)의 경계에 배치되어 잠열 하우징(41)과 폐열회수기(50)에 접촉하여 그 경계의 기밀을 유지할 수 있다. 즉 잠열 하우징(41)의 잠열 하측플랜지(414)와 폐열 플랜지(515)가 서로 접촉되어 경계가 형성되므로, 잠열 하측플랜지(414)와 폐열 플랜지(515)의 사이에 잠열 하면 패킹(82)이 배치될 수 있다.
폐열회수기(50)
폐열회수기(50)는 직수를 가열하도록 마련된다. 폐열회수기(50)는 잠열 열교환기(40)를 통과한 연소가스의 잠열을 이용하여 외부로부터 유입된 직수를 예열하게 마련된다. 폐열회수기(50)는 복수의 판이 적층되어 형성되는 판형 열교환기일 수 있으나, 그 종류가 이에 제한되지는 않는다. 폐열회수기(50)는 잠열 열교환기(40)의 하측에 배치될 수 있다. 따라서 잠열 열교환기(40)를 통과한 연소가스가 폐열회수기(50)를 통과하며 열을 폐열회수기(50)를 통과하는 직수에 전달할 수 있다.
폐열회수기(50)는 폐열회수 하우징과, 복수의 폐열회수판을 포함하는 폐열회수판 조립체(52)를 포함할 수 있다. 폐열회수 하우징은 비금속재질로 형성될 수 있다. 폐열회수 하우징은 폴리카보네이트 등의 플라스틱을 포함하는 재질로 형성될 수 있다. 따라서 접촉하고 있는 잠열 하우징(41)과의 환원전위차로 인해 발생할 수 있는 부식 또는 산성의 응축수에 의한 폐열회수 하우징의 부식이 방지될 수 있다. 폐열회수 하우징은 상방으로 개구되어 형성되고, 상단이 잠열 열교환기(40)의 하단과 연결되어 연소가스를 잠열 열교환기(40)로부터 전달받으며, 내부에 폐열회수판 조립체(52)가 배치될 수 있는 공간을 가질 수 있다.
폐열회수 하우징은 폐열회수 커버(53)와 폐열회수 몸체(51)를 포함할 수 있다. 폐열회수 몸체(51)에 좌우방향을 따라 개구된 개구가 형성되고, 이러한 개구를 폐열회수 커버(53)가 덮으며 폐열회수 몸체(51)에 결합될 수 있다.
폐열회수 하우징이 상술한 구조를 가져, 폐열회수기(50)의 분해 및 조립이 용이하게 이루어질 수 있다. 사용자가 폐열회수 커버(53)를 제거한 후 폐열회수판 조립체(52)를 폐열회수 몸체(51)의 외부로 용이하게 빼낼 수 있고, 폐열회수 몸체(51)의 외부로부터 내부로 폐열회수판 조립체(52)를 용이하게 집어넣을 수도 있다.
잠열 하우징(41) 및 연소실(20)의 측벽(21)이 하우징을 형성할 수 있다. 하우징은 폐열회수 하우징을 포함할 수 있다. 하우징에 의해서 현열 열교환기(30)의 열교환요소 및 잠열 열교환기(40)의 열교환요소가 배치될 수 있는 열교환 영역이 정의될 수 있다. 열교환 영역은 후술할 폐열회수기(50)의 열교환요소가 배치될 수 있는 폐열 열교환 영역을 포함할 수 있다. 기준방향을 따라 현열 열교환 영역, 잠열 열교환 영역, 폐열 열교환 영역이 배치될 수 있다. 열교환 영역은 하우징에 의해 둘러싸여 형성된다.
이하에서 기준방향에 수직한 평면에서 정의되는 열교환 영역의 단면적을 기준 단면적이라 한다. 도면에서 확인할 수 있듯이, 현열 열교환 영역의 기준 단면적은, 잠열 열교환 영역의 기준 단면적보다 클 수 있다. 잠열 열교환 영역의 기준 단면적은, 폐열 열교환 영역의 기준 단면적보다 클 수 있다. 즉 현열 열교환 영역의 기준 단면적은, 폐열 열교환 영역의 기준 단면적보다 클 수 있고, 기준방향을 따라 현열 열교환 영역, 잠열 열교환 영역 및 폐열 열교환 영역의 순서로 가면서 기준단면적이 줄어들 수 있다.
열교환 영역은 기준방향을 따라 가면서 전체적으로 테이퍼(taper)진 형상을 가질 수 있다. 다만 제1 실시예에서는 경사진 측벽을 하우징이 가지는 것이 아니라, 순차적으로 열교환 영역의 기준 단면적이 계단식으로 감소하여 하우징이 이러한 형상을 가질 수 있으나, 후술할 다른 실시예에서는 하우징의 측벽이 경사지게 형성되어 열교환 영역이 테이퍼진 형상을 가질 수도 있다. 이렇게 열교환 영역의 기준 단면적이 작아지도록 하우징(5120)이 형성됨에 따라, 연소가스가 잠열 열교환 영역에서 유동할 때 특정한 위치에서 유속이 매우 감소함으로써 열전달 효율이 매우 떨어지는 데드존(dead zone)이 발생하는 것을 베르누이의 원리에 의해 방지할 수 있다. 열교환 영역의 상술한 형상에 따라 연소가스의 유속이 저하되는 정도를 줄일 수 있다. 따라서 만약 잠열 열교환 영역 및 폐열 열교환 영역에서 응축수가 발생해 연소가스의 유로를 차단한다 하더라도, 적절한 유속을 확보한 연소가스가 응축수를 밀어내, 연소가스의 흐름을 원활하게 하여 충분한 열효율을 확보할 수 있다.
폐열회수 커버(53)와 폐열회수 몸체(51)의 경계의 기밀을 유지하도록, 폐열회수기(50)는 폐열회수 패킹(54)을 포함할 수 있다. 폐열회수 패킹(54)은 폐열회수 몸체(51)에 형성되는 개구의 둘레를 따라 고리형으로 형성될 수 있으며, 고무와 같은 탄성이 있는 재질로 형성되어, 폐열회수 커버(53)와 폐열회수 몸체(51)에 접촉해 상술한 경계의 기밀을 유지할 수 있다.
복수의 폐열회수판이 상술한 잠열 열교환기(40)에서와 같은 방식으로 적층되어, 폐열회수판 조립체(52)에는 연소가스와 직수가 흐를 수 있는 유로가 각각 형성되고, 연소가스와 직수가 서로 만나지 않으면서 흘러 폐열회수판을 매개로 열교환할 수 있다. 그러나 폐열회수기(50)의 형식이 이에 제한되지는 않는다.
폐열회수 몸체(51)는 판고정부재(511)와 응축수받이(512)를 포함할 수 있다. 판고정부재(511)에는 폐열회수 커버(53)가 결합된다. 판고정부재(511)는 폐열회수판 조립체(52)가 배치되는 내부공간을 형성한다. 응축수받이(512)는 판고정부재(511)의 하측에 위치하여, 폐열회수판 조립체(52)로부터 낙하하는 응축수가 낙하하면 응축수를 일측으로 가이드할 수 있다. 따라서 응축수받이(512)는 응축수를 그 자중을 이용해 가이드하기 위해, 일측으로 가는 방향에 대해 하방으로 경사진 형상을 가질 수 있다. 여기서 일측은 좌측일 수 있으나, 그 방향이 이에 제한되지는 않으며, 상하방향을 가로지르는 방향이면 다른 방향의 선택이 가능하다. 판고정부재(411)의 상단으로부터 좌우방향 및 전후방향 중 적어도 하나를 기준으로 외측으로 돌출되는 폐열 플랜지(515)를 폐열회수 몸체(51)가 포함할 수 있다.
연소가스의 응축이 일어나 응축수가 생성될 수 있다. 응축수는 잠열 열교환기(40)와 폐열회수기(50)에서 생성될 수 있다. 잠열 열교환기(40)와 폐열회수기(50)는 현열 열교환기(30)에 의해 열을 일부 빼앗긴 연소가스를 전달받아, 연소가스의 잠열을 이용해 물 또는 직수를 가열하기 때문이다.
폐열회수 몸체(51)는 배수부(513)를 포함할 수 있다. 배수부(513)는 응축수받이(512)의 일측에 배치되어, 응축수받이(512)가 가이드한 응축수를 전달받을 수 있고, 전달받은 응축수를 하방을 향해 외부로 배출하는 역할을 한다. 배수부(513)에는 연소가스가 이를 통해 빠져나가지 않도록 트랩이 배치될 수 있고, 산성인 응축수를 중화시켜 배출시키기 위해 중화장치가 배치될 수 있다.
폐열회수 몸체(51)는 연도 어댑터(514)를 포함할 수 있다. 연도 어댑터(514)는 연도가 연결되도록 마련되는 부분으로, 응축수받이(512)를 통과한 연소가스가 연도로 전달되는 통로이다. 연도 어댑터(514)는 상측으로 개구된 관형을 가질 수 있으며, 배수부(513)의 상측에 배치될 수 있으나, 그 형상 및 위치가 이에 제한되지는 않는다.
폐열회수 몸체(51)가 상술한 것과 같이 판고정부재(511), 응축수받이(512), 배수부(513) 및 연도 어댑터(514)를 포함하되 단일체로 구성되어, 폐열회수기(50)의 조립공정이 단순화될 수 있다.
폐열회수기(51)가 가지는, 물과 연소가스의 열교환을 위한 구성요소를 열교환요소라고 할 때, 폐열회수기(51)의 열교환요소는 본 발명의 제1 실시예에서 폐열회수판 조립체(52)를 포함할 수 있다. 그러나 본 발명의 다른 실시예들에서와 같이 폐열회수기의 종류에 따라서 폐열회수기의 열교환요소는 폐열회수판 조립체가 아닌 폐열 열교환배관 등의 다른 기계요소일 수도 있다.
온수 열교환기(60)
본 발명의 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)는 온수 열교환기(60)를 포함할 수 있다. 온수 열교환기(60)는 케이스(70)의 내부에 배치되되, 폐열회수기(50)보다 하측에 배치될 수 있다. 온수 열교환기(60)는 폐열회수기(50)에 의해 예열된 직수를 물을 이용해 가열하여 온수를 생성하게 마련된다.
순환배관(91)을 통해 가열된 물이 온수 열교환기(60)로 전달되고, 온수 열교환기(60)에서 냉각된 물이 잠열 열교환기(40)로 회송될 수 있다. 온수 열교환기(60)는 폐열회수기(50)에서 예열된 직수를 전달받아 물과 열교환하여 온수를 생성할 수 있다. 온수는 수요처로 배출되어 사용될 수 있다. 온수 열교환기(60)는 직수가 외부로부터 유입되어 외부로 온수화되어 배출되기 위해 제공되는 직수배관(92)이 지나가도록 마련될 수 있다.
온수 열교환기(60)로 유입되는 직수는 폐열회수기(50)에서 예열되어 도달하므로, 예열 없이 직수를 물로 가열하여 배출하여야 하는 온수 열교환기(60)에 비해, 본 발명의 제1 실시예에 따른 온수 열교환기(60)는 비교적 작은 용량을 필요로 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 물 가열기의 내부구조의 종단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 물 가열기는 기본적으로 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)의 구조와 유사하나 일부 상이한 구성을 가지므로, 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)의 각 구성요소에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있어, 상이한 구성에 대해서만 더 설명한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 물 가열기는, 제1 실시예와 같은 장공형의 현열 열교환배관을 가지는 현열 열교환기(30b)를 가지고, 제1 실시예와 같은 판형 열교환기인 잠열 열교환기(40b)를 가지나, 제1 실시예와 달리 장공형의 폐열 열교환배관(55b)과, 폐열 열교환배관(55b)에 의해 관통되는 폐열 핀(56b)을 가지는 핀튜브 타입의 열교환기인 폐열회수부(50b)를 가진다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 물 가열기의 내부구조의 종단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 물 가열기는 기본적으로 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)의 구조와 유사하나 일부 상이한 구성을 가지므로, 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)의 각 구성요소에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있어, 상이한 구성에 대해서만 더 설명한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 물 가열기에서는 하우징이 잠열 하우징이 아닌, 현열 열교환기(30c)의 측벽과 잠열 열교환기(40c)의 측벽을 포함하여 형성되는 열교환기 하우징을 포함할 수 있다. 연소실의 내부로는 현열 열교환기(30c)의 구성요소들이 진입하지 않을 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 물 가열기는, 제1 실시예와 같은 장공형의 현열 열교환배관을 가지는 현열 열교환기(30c)를 가지고, 제1 실시예와 같은 판형 열교환기인 폐열회수부(50c)를 가지나, 제1 실시예와 달리 장공형의 잠열 열교환배관(43c)을 가지는 열교환기인 잠열 열교환기(40c)를 가진다. 잠열 열교환기(40c)는 잠열 열교환배관(43c)이 연장된 방향을 가로지르는 판형으로 형성되고 잠열 열교환배관(43c)에 의해 관통되는 복수의 잠열 핀(45c)을 포함할 수 있다.
제3 실시예에 따른 잠열 열교환기(40c)가 가지는 잠열 열교환배관(43c)은 상하방향을 따라 복수의 층으로 구성될 수 있다. 기준방향을 따라 상류측에 위치하는 잠열 열교환배관(43c)은 상류 열교환배관(431c)이고, 상류 열교환배관(431c)의 하류측에 위치하는 잠열 열교환배관(43c)은 하류 열교환배관(432c)일 수 있다. 잠열 핀(45c) 역시 복수의 층으로 구성될 수 있다. 상류 열교환배관(431c)에 의해 관통되는 잠열 핀(45c)은 상류 핀(451c)이고, 하류 열교환배관(432c)에 의해 관통되는 잠열 핀(45c)은 하류 핀(452c)일 수 있다.
열교환 영역은, 하방으로 가면서 기준 단면적이 줄어드는 구간인 감소구간을 포함하여, 잠열 열교환배관(43c) 사이에 형성되는 응축수가 연소가스에 의해 원활하게 배출되도록 할 수 있다. 감소구간은 현열 열교환 영역에 형성될 수 있다. 현열 열교환 영역에 형성되는 감소구간을 현열 감소구간이라 한다. 기준방향을 기준으로 핀 또는 열교환배관의 가장 상류 측을 입구단, 가장 하류 측을 출구단이라 할 때, 현열 단열배관(222c)보다 하측에 위치한 현열 핀(32c)의 일 개소로부터 현열 핀(32c)의 출구단 사이에 감소구간이 형성될 수 있다.
감소구간은 잠열 열교환 영역에 형성될 수 있다. 잠열 열교환 영역에 형성되는 감소구간을 잠열 감소구간이라 한다. 잠열 감소구간은 상류 열교환배관(431c)의 출구단보다 상측에 위치하는 일 개소와, 하류 열교환배관(432c)의 입구단보다 하측에 위치하는 일 개소 사이에 형성될 수 있다. 상류 열교환배관(431c)의 출구단과 하류 열교환배관(432c)의 입구단 사이의 구간이 이러한 잠열 감소구간의 일부분일 수 있다. 상류 핀(451c)의 출구단과 하류 핀(452c)의 입구단 사이의 구간이 이러한 잠열 감소구간의 일부분일 수 있다.
열교환 영역은, 하방으로 가면서 기준 단면적이 유지되는 구간인 유지구간을 포함할 수 있다. 유지구간을 감소구간과 함께 가짐으로써, 전후방향으로 연장되고 좌우방향을 따라 배치된 열교환배관의 각 부분을 최대한 많이 열교환 영역 내에 배치하여, 연소가스와 열교환배관이 만날 수 있는 단면적을 극대화 하면서도, 응축수 등으로 인한 연소가스의 정체로 인해 발생하는 열효율의 저하를 방지할 수 있다.
또한 유지구간이 각 열교환배관과 좌우방향을 기준으로 인접하게 위치할 수 있다. 하우징이 감소구간만을 가질 경우 하우징의 내측면과 열교환배관 사이 공간으로 지나치게 많은 연소가스가 몰려 하우징의 과열과 함께 중심측에 위치한 열교환배관의 일부에서 전달받는 열량이 줄어들어 열전달의 불균형으로 인한 열효율의 감소가 일어날 수 있다. 연소가스 흐름의 불균형이 발생할 경우 응축수 생성량에 있어서도 불균형이 발생하고, 응축수 생성량의 불균형으로 인해서도 열효율 감소가 심화될 수 있다. 따라서 유지구간을 하우징이 가짐에 따라, 열전달의 불균형이 감소하여 적절한 열효율이 확보될 수 있다.
유지구간 중 상류 유지구간은 현열 감소구간과 잠열 감소구간 사이에 형성될 수 있다. 유지구간 중 하류 유지구간은 잠열 감소구간의 하류측에 형성될 수 있다.
현열 열교환기(30c)의 외측에, 현열 열교환기(30c)의 단열을 위해 내부를 통해 물이 흐를 수 있는 현열 단열배관(222c)이 배치될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 물 가열기의 내부구조의 종단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 물 가열기는 기본적으로 제3 실시예에 따른 물 가열기(의 구조와 유사하나 일부 상이한 구성을 가지므로, 제3 실시예에 따른 물 가열기의 각 구성요소에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있어, 상이한 구성에 대해서만 더 설명한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 물 가열기는, 제3 실시예와 같은 장공형의 현열 열교환배관을 가지는 현열 열교환기(30d), 원형의 단면을 가지는 현열 단열배관(22d) 및 장공형의 잠열 열교환배관(43d)을 가지는 잠열 열교환기(40d)를 가지나, 제3 실시예와 달리 장공형의 폐열 열교환배관(55d)과 폐열 열교환배관(55d)에 의해 관통되는 폐열 핀(56d)을 가지는 핀튜브 타입의 열교환기인 폐열회수부(50d)를 가진다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 물 가열기의 내부구조의 종단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 물 가열기는 기본적으로 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)의 구조와 유사하나 일부 상이한 구성을 가지므로, 제1 실시예에 따른 물 가열기(1)의 각 구성요소에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있어, 상이한 구성에 대해서만 더 설명한다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 물 가열기는, 제1 실시예와 같은 판형 열교환기인 잠열 열교환기(40e)와 폐열회수부(50e)를 가지나, 제1 실시예와 달리 타원형의 단면을 형성하는 현열 열교환배관(31e)을 구비하는 현열 열교환기(30e)를 가진다.
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 물 가열기의 내부구조의 종단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 물 가열기는 기본적으로 제5 실시예에 따른 물 가열기의 구조와 유사하나 일부 상이한 구성을 가지므로, 제5 실시예에 따른 물 가열기의 각 구성요소에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있어, 상이한 구성에 대해서만 더 설명한다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 물 가열기는, 제5 실시예와 같은 타원형의 단면을 형성하는 현열 열교환배관을 구비하는 현열 열교환기(30f)를 가지고, 판형 열교환기인 잠열 열교환기(40f)를 가지나, 제5 실시예와 달리 장공형의 폐열 열교환배관(55f)과 폐열 열교환배관(55f)에 의해 관통되는 폐열 핀(56f)을 가지는 핀튜브 타입의 열교환기인 폐열회수부(50f)를 가진다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 연소반응을 일으키게 마련되는 버너;
    상기 연소반응에 의해 생성된 열을 전달받아 내부를 통해 유동하는 물을 가열하게 마련되는 현열 열교환기;
    상기 연소반응에 의해 생성되어 기준방향을 따라 유동하는 연소가스의 잠열을 이용해 내부를 통해 유동하는 물을 가열하게 마련되는 잠열 열교환기; 및
    상기 잠열 열교환기를 통과한 연소가스의 잠열을 이용하여 외부로부터 유입된 직수를 가열하게 마련되는 폐열회수기를 포함하는, 물 가열기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폐열회수기는, 상기 기준방향을 기준으로 상기 잠열 열교환기의 하류측에 배치되는, 물 가열기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 현열 열교환기는,
    상기 연소반응에 의해 생성된 열을 전달받아 내부를 통해 유동하는 물을 가열하게 마련되는 현열 열교환배관을 포함하는, 물 가열기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 현열 열교환배관이 연장된 방향에 직교하는 평면으로 상기 현열 열교환배관을 자른 단면에서 상기 현열 열교환배관의 내부공간의 형태는, 상기 기준방향을 따라 연장된 장공의 형태인, 물 가열기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 내부공간은, 상기 단면에서 상기 기준방향에 따른 길이를 상기 기준방향에 수직한 방향에 따른 폭으로 나눈 값이 2 이상인 형태인, 물 가열기.
  6. 제3항에 있어서,
    내부에 상기 연소반응에 의한 화염이 위치하는 연소실; 및
    상기 현열 열교환기에 인접하게 배치되되, 상기 현열 열교환기를 단열하기 위해, 상기 물을 공급받아 내부를 통해 유동시키는 현열 단열배관을 더 포함하고,
    상기 현열 열교환기는, 상기 현열 열교환배관이 연장된 방향을 가로지르는 판형으로 형성되고 상기 현열 열교환배관에 의해 관통되는 현열 핀을 더 포함하고,
    상기 현열 핀이 상기 연소실의 내측면에 접촉하도록, 상기 현열 열교환기의 적어도 일부가 상기 연소실 내로 삽입되고,
    상기 현열 단열배관은, 상기 현열 핀과의 사이에 상기 연소실의 측벽이 배치되도록 상기 연소실의 외측면에 접촉하는, 물 가열기.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 잠열 열교환기는, 상기 연소반응에 의해 생성된 열을 전달받아 내부를 통해 유동하는 물을 가열하게 마련되는 잠열 열교환배관 및 상기 잠열 열교환배관이 연장된 방향을 가로지르는 판형으로 형성되고 상기 잠열 열교환배관에 의해 관통되는 잠열 핀을 포함하고,
    상기 현열 열교환배관과 상기 잠열 열교환배관이 배치되는 열교환 영역을 둘러싸서, 자신의 내측에서 상기 열교환 영역을 정의하는 하우징을 더 포함하고,
    기준방향에 수직한 평면에서 정의되는 상기 열교환 영역의 단면적을 기준 단면적이라 할 때,
    상기 열교환 영역에는, 기준방향을 따라 상기 기준 단면적이 줄어드는 구간인 감소구간이 형성되는, 물 가열기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 감소구간의 적어도 일부는, 상기 열교환 영역 중 상기 현열 열교환배관이 배치되는 현열 열교환 영역에 형성되는, 물 가열기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 잠열 열교환기는, 상기 잠열 열교환배관이 연장된 방향을 가로지르는 판형으로 형성되고 상기 잠열 열교환배관에 의해 관통되는 잠열 핀을 더 포함하고,
    상기 잠열 핀은, 기준방향을 기준으로 상류 측에 위치하는 상류 핀과 하류 측에 위치하는 하류 핀을 포함하고,
    상기 감소구간의 적어도 일부는, 상기 상류 핀과 상기 하류 핀 사이에 형성되는, 물 가열기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 현열 열교환기의 열교환요소와 상기 잠열 열교환기의 열교환요소가 배치되는 열교환 영역을 둘러싸서, 자신의 내측에서 상기 열교환 영역을 정의하는 하우징을 더 포함하고,
    기준방향에 수직한 평면에서 정의되는 상기 열교환 영역의 단면적을 기준 단면적이라 할 때,
    상기 열교환 영역 중 상기 현열 열교환기의 열교환요소가 배치되는 현열 열교환 영역의 기준 단면적은, 상기 열교환 영역 중 상기 잠열 열교환기의 열교환요소가 배치되는 잠열 열교환 영역의 기준 단면적보다 큰, 물 가열기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 잠열 열교환기의 열교환요소와 상기 폐열회수기의 열교환요소가 배치되는 열교환 영역을 둘러싸서, 자신의 내측에서 상기 열교환 영역을 정의하는 하우징을 더 포함하고,
    기준방향에 수직한 평면에서 정의되는 상기 열교환 영역의 단면적을 기준 단면적이라 할 때,
    상기 열교환 영역 중 상기 잠열 열교환기의 열교환요소가 배치되는 잠열 열교환 영역의 기준 단면적은, 상기 열교환 영역 중 상기 폐열회수기의 열교환요소가 배치되는 폐열 열교환 영역의 기준 단면적보다 큰, 물 가열기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 폐열회수기에 의해 가열된 직수를 상기 물을 이용해 가열하여 온수를 생성하게 마련되는 온수 열교환기를 더 포함하는, 물 가열기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 잠열 열교환기와 상기 폐열회수기는, 복수의 판이 적층되어 형성되는 판형 열교환기인, 물 가열기.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 폐열회수기는, 비금속재질로 형성되는 폐열회수 하우징과, 상기 폐열회수 하우징에 내장되는 복수의 폐열회수판을 포함하는, 물 가열기.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 기준방향은 하방인, 물 가열기.
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