KR19990070599A - 콘덴싱가스보일러용 이중구조 열교환기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 콘덴싱가스보일러에 있어 열효율을 향상시킬 수 있는 이중구조 열교환기인 바, 이는 상부의 현열 열교환부와 하부의 잠열 열교환부를 일체화시켜 사용하게 되므로 가스보일러에서 배스가스에 의해 외부로 방출되어 손실되던 에너지를 이용하여 에너지의 절약을 기할 수 있는 콘덴싱가스보일러용 이중구조 열교환기에 관한 것으로, 상하 배열된 열교환파이프(9)의 둘레에 브레이징 용접되어 현열을 흡수하는 현열부 핀(3)과 내부에 열매체가 흐르고 외부의 현열부 핀(3)으로부터 현열을 흡수하여 열매체에 전달하는 열교환파이프(9)로 구성되어 버너(8)에서 발생한 연소 현열을 흡수하는 상부의 현열 열교환부(1)와, 상하 배열된 열교환파이프(10)의 둘레에 브레이징 용접되어 잠열을 흡수하는 잠열부 핀(4)과 내부에 열매체가 흐르고 외부의 잠열부 핀(4)으로부터 잠열을 흡수하여 열매체에 전달하는 열교환파이프(10)로 구성되어 상기 현열 열교환부(1)에서 열교환을 마친 현열의 잔열 및 응축시 발생하는 응축 잠열을 흡수하는 하부의 잠열 열교환부로(2)로 구비된 것을 특징으로 하는 콘덴싱가스보일러용 이중구조 열교환기.
Description
본 발명은 콘덴싱가스보일러에 있어 열효율을 향상시킬 수 있는 이중구조 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상부의 현열 열교환부와 하부의 잠열 열교환부를 일체화시켜 사용하게 되므로 가스보일러에서 배기가스에 의해 외부로 방출되어 손실된 에너지를 이용하여 에너지의 절약을 기할 수 있는 콘덴싱가스보일러용 이중구조 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로, 가정용 온수보일러용 가스보일러는 가스공급관을 통과하여 공급된 가스가 점화트랜스에 의해 메인버너를 통해 점화하도록 되어 있고, 또 열교환장치가 설치되어 있어 급수 및 난방배관을 통해 옥상수조나 온수순환펌등이 설치되어 있다.
여기서, 열교화장치는 온도가 다른 2개의 유체를 전열판을 사이에 두고 흐르게하여 고온의 유체가 가진 열을 저온의 유체로 전달하는 장치이다.
그런데, 통상적으로 가스보일러의 열효율은 약 75% - 80% 정도이고, 나머지 20% - 25 %는 배기가스에 의한 손실인 것이다.
따라서 배기가스가 가지고 나가는 열을 회수할 수 있다. 이 배기가스가 가지고 나가는 열을 회수하는 방법중의 하나가 콘덴싱 열교환기술인데, 상기 배기가스가 나가는 통로에 재생 열교환기를 설치하여 배기가스를 응축시켜 열을 회수하므로 열손실을 최소화하는 것이다. 이렇게 하려면 콘덴싱 열교환기는 몇가지 조건을 갖추어야 하는 데 가장 문제가 되는 부분이 응축시 발생하는 산성기를 가진 응축수 및 가스 연료 연소시 발생하는 배기가스 성분중의 황산화물, 질소산화물 등에 의한 열교환기 구성부의 부식현상을 방지하는 것이다.
즉, 대부분의 콘덴싱 열교환기는 제작상의 이유로 일체형으로 구성되어 있는 관계로 열교환기를 구성하는 각 부의 재질을 동일한 재질로 구성한다. 그런데, 상기 열교환기의 내부에 열매체가 흐르는 열교환파이프의 구성회로가 아래로부터 순차적으로 구성되어 있으므로, 현열부에서는 배기가스의 온도가 낮아져 응축이 발생할 수 있어 내식성의 재질을 사용하지 않을 경우에는 부식이 발생된다는 결점이 있다. 그리고, 상기 일체형으로 된 열교환기에 있어서, 잠열회수시 발생하는 PH 3-4의 산성기를 가지는 응축수 및 연소시 발생하는 배기가스 성분중 황산화물, 질소산화물 등에 의한 열교환기 구성부의 내식성을 확보하기 위하여 내식성을 가진 재질인 알루미늄 합금 또는 스테인레스등의 재질로 열교환기를 일체화시킨다.
따라서, 상기한 바와 같이 내식성을 가진 재질인 알루미늄 합금 또는 스테인레스 등의 재질로 열교환기를 일체화시켜 구성함으로서, 열교환기의 크기가 커지고 무게가 육중해져 가정용 가스보일러에서의 콤팩트화를 저해한다.
또한, 알루미늄 재질의 경우에는 용접가공이 어려워져서 주물 및 기계가공에 의한 제작으로 제작비의 상승 및 구조의 복잡함을 가져오는 한편, 스테인레스 재질인 경우에는 기계 가공성이 어렵고 용접 또한 고도의 기술을 필요로하여 제작상의 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 열교환기 구성부가 갖고 있는 부식현상의 결점을 해소하기 위해 발명한 것으로, 콘덴싱 열교환부를 스테인레스 재질로 구성하고 열전도도 및 열흡수율을 최대로 하기 위하여 현열 열교환부를 동재질로 구성하고 이 현열 열교환부가 노점 온도이상을 유지할 수 있도록 열교환회로를 구성한 콘덴싱가스보일러용 이중구조 열교환기를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1-본 발명의 실시예에 관한 콘덴싱가스보일러용 이중구조 열교환기를 도시해 놓은 사시도,
도 2- 본 발명의 콘덴싱가스보일러용 이중구조 열교환기를 설명하기 위한 구성도,
도 3- 도 2에 도시된 콘덴싱가스보일러용 이중구조 열교환기를 작동상태를 나타낸 도면.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 현열 열교환부 2 : 잠열 열교환부
3 : 현열부 핀 4 : 잠열부 핀
5 : 열교환 파이프 6 : 송풍기
7 : 송풍기모터 8 : 버너
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 콘덴싱가스보일러용 이중구조 열교환기는, 상하 배열된 열교환파이프(9)의 둘레에 브레이징 용접되어 현열을 흡수하는 현열부 핀(3)과 내부에 열매체가 흐르고 외부의 현열부 핀(3)으로부터 현열을 흡수하여 열매체에 전달하는 열교환파이프(9)로 구성되어 버너(8)에서 발생한 연소 현열을 흡수하는 상부의 현열 열교환부(1)와, 상하 배열된 열교환파이프(10)의 둘레에 브레이징 용접되어 잠열을 흡수하여 잠열부 핀(4)과 내부에 열매체가 흐르고 외부의 잠열부 핀(4)으로부터 잠열을 흡수하여 열매체에 전달하는 열교환파이프(10)로 구성되어 상기 현열 열교환부(1)에서 열교환을 마친 현열의 잔열 및 응축시 발생하는 응축 잠열을 흡수하는 하부의 잠열 열교환부(2)로 구비된 것을 그 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 관한 콘덴싱가스보일러용 이중구조 열교환기를 도시해 놓은 사시도로서, 본 발명은 콘덴싱가스보일러에 있어 열효율을 향상시킬 수 있는 이중구조 열교환기인 바, 이는 상부의 현열 열교환부(1)와 하부의 잠열 열교환부(2)를 일체화시켜 사용하게 되므로 가스보일러에서 배기가스에 의해 외부로 방출되어 손실되던 에너지를 이용하여 에너지의 절약을 기할 수 있도록 구성되어 있다.
먼저, 상기 상부의 현열 열교환부(1)는 버너(8)에서 발생한 연소 현열을 흡수하게 되는 바, 이는 상하 배열된 열교환파이프(9)의 둘레에 브레이징 용접되어 현열을 흡수하는 현열부 핀(3)과 내부에 열매체가 흐르고 외부의 현열부 핀(3)으로부터 현열을 흡수하여 열매체에 전달하는 열교환파이프(9)로 구성되는 한편 동브레이징 가공에 의해 제작된다.
상기 하부의 잠열 열교환부(2)는 상기 현열 열교환부(1)에서 열교환을 마친 현열의 잔열 및 응축시 발생하는 응축 잠열을 흡수하게 되는 바, 이는 상하 배열된 열교환파이프(10)의 둘레에 브레이징 용접되어 잠열을 흡수하는 잠열부 핀(4)과 내부에는 열매체가 흐르고 외부의 잠열부 핀(4)으로부터 잠열을 흡수하여 열매체에 전달하는 열교환파이프(10)로 구성되는 한편 스테인레스 가공에 의해 제작된다.
따라서, 본 발명의 콘덴싱가스보일러용 이중구조 열교환기는 버너 연소시 발생되는 연소열을 흡수하여 열매체에 전달하는 장치이므로 상부의 현열 열교환부(1)와 하부의 잠열 열교환부(2)로서 2중으로 구성하여, 현열을 흡수하는 현열 열교환부(1)는 동으로 해서 열전도도 및 열흡수율을 최적으로 확보하고, 잠열을 흡수하는 잠열 열교환부(2)는 스테인레스로 해서 응축수 및 연소 배기가스성분중 황산화물, 질소 산화물 등에 의한 부식으로부터 내식성을 확보할 수 있다. 상기 현열열교환부(1)위로는 동재질의 연소실 열교환파이프(5)이 감겨져 있다.
도 2는 본 발명의 콘덴싱가스보일러용 이중구조 열교환기를 설명하기 위한 구성도로서, 도 1와 같이 상부의 현열 열교환부(1)와 하부의 잠열 열교환부(2)로서 2중으로 구성하는 콘덴싱 열교환기는 연소용 가스 및 공기를 연소 최적조건으로 혼합하여 연소시키는 버너(8), 송풍기모터(7) 및 연소에 필요한 연소용 공기를 공급하고 연소가 되어 발생된 배기가스를 외부로 배출토록 하는 송풍기(6)와 연결되는 열교환구성도인 것이다. 그리고, 버너(8)와 현열 열교환부(1)사이의 연소실(11)는 연소실 열교환파이프(5)가 감겨져 있고, 상기 버너(8)에 가스노즐(12)이 설치되어 가스유입이 되고 있다.
즉, 버너(8)에서 연소시 발생한 700-1200℃의 고온을 흡수하기 위하여 열전도도가 높은 동재질로 구성된 현열 열교환부(1)와, 이 현열 열교환부(1)에서 열교환을 마치고 나온 130-200℃의 현열의 잔열 및 응축시 발생하는 응축열을 흡수하기 위하여 노점온도 이하의 조건에서 내식 성능을 가지는 스테인레스 재질로 구성된 잠열 열교환부(2)로 구성되어져 있으며, 각각 현열 열교환부(1)와 잠열 열교환부(2)는 서로 독립된 구조로 제작되어 시스템 구성시 조립되어지는 구조인 것이다.
상기 현열 열교환부(1)는 버너(8)면에서 접하는 부분에 연소실(11)이 위치하고, 이 연소실(11) 주위에는 버너연소시 발생하는 고온(700-1200℃)의 연소가스에 의한 벽면에서의 방열 열손실 및 벽면의 과열을 방지하기 위하여 열교환파이프(5)가 설치되어 있으며, 하부면, 즉 잠열 열교환부(2)와 접하는 곳에 열교환파이프(9)가 설치되어 있고, 이 열교환파이프(9)주위에는 다수의 현열부핀(3)이 브레이징 용접되어 버너 연소실 발생되는 현열(연소열)을 흡수한다.
상기 잠열 열교환부(2)는 현열 열교환부(1)와 맞닿는 곳에 마찬가지로 열교환파이프(10)가 설치되고 주위에는 잠열부핀(4)이 설치되어, 현열 열교환부(1)에서 열교환을 마친 잔열의 현열 및 응축시 발생하는 응축잠열을 흡수하고 응축과정에서 발생된 응축수는 하부의 배기덕트(13)를 통하여 외부로 배출된다. 이 배기덕트(13)에는 배기온도가 30-80℃이다.
이상과 같이 구성되는 본 발명의 콘덴싱가스보일러용 이중구조 열교환기는 현열 열교환부(1)가 동재질로 이루어지고 잠열 열교환부(2)가 스테인레스 재질로 이루어져, 열매체의 열교환 회로구성이 찬 열매체가 잠열 열교환부(2)의 하부로 인입되어 순차적으로 열교환을 하여 응축에 의한 잠열을 흡수하고, 현열 열교환부(1)의 연소실(11) 상부 열교환파이프(5)로 들어가 열교환을 하여 현열을 흡수하고, 다시 현열 열교환부(1)의 현열부핀(3)의 열교환파이프(9)를 거치면서 현열을 흡수토록 회로를 구성하여, 동재질로 구성된 현열 열교환부(1)가 노점온도 이상이 되도록 하여 응축에 의한 부식으로부터 내식성을 확보한 것이다.
이는 열매체가 흐르는 열교환파이프의 회로를 도 3에 도시된 바와 같이, 잠열 열교환부(2)를 아래로부터 순차적으로 현열 열교환부(1)이 상부 연소실(11)벽면에서부터 시작하여 현열흡수 열교환파이프의 상부로 들어가 하부로 나오므로하여, 현열 열교환부(1)와 잠열 열교환부(2)가 맞닿는 부분의 배기가스 온도가 노점 온도 이상을 유지하게 되어 현열 열교환부(1)를 동재질로 제작하여도 부식으로부터 내식성을 확보하고 열전도도 및 열 흡수율을 최대로 확보하여 현열을 흡수하며, 잠열 열교환부(2)는 스테인레스 재질로 응축시 발생하는 잠열을 흡수하고 내식성을 확보한다.
따라서, 현열 열교환부(1)와 잠열 열교환부(2)로 이루어진 이중구조의 콘덴싱 열교환기의 열교환파이프(5, 9, 10)내부의 열매체(통상 물) 흐름순서, 즉 열교환 순서는 동재질의 현열 열교환부(1)(잠열 열교환부(2)와 맞닿는 곳)를 열교환시 발생할 수 있는 부식으로부터 보호하기 위하여 노점온도 이상으로 유지하도록 회로를 구성한다.
즉, 찬열매체는 잠열 열교환부(2)의 하부 열교환파이프(10)인 파이프(a)로 들어오고, 순차적으로 통과하여 파이프(g)를 거친 열매체는 현열 열교환부(1) 상부 연소실(11)주위에 브레이징 용접으로 감겨진 열교환파이프(5)인 파이프(h-k)에서 현열을 흡수하고, 현열 열교환부(1)의 열교환파이프(9)인 파이프(l-r)를 통하여 열교환을 함으로써 뜨거운 열매체가 된다.
이때 현열 열교환부(1)하단, 즉 잠열 열교환부(2) 상단과 맞닿는 곳은 열교환시 배기온도가 130-200℃가 되어, 노점온도 이상을 유지하게 되므로 부식으로부터 안전할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 종래의 열교환기 구성부가 갖고 있는 부식현상을 방지하기 위하여 콘덴싱 열교환부를 스테인레스 재질로 구성하고 열전도도 및 열흡수율을 최대로 하기 위하여 현열부를 동재질로 구성하고 이 현열부가 노점 온도이상을 유지할 수 있도록 열교환회로를 구성한 콘덴싱가스보일러용 이중구조 열교환기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 콘덴싱가스보일러용 이중구조 열교환기는 콘덴싱 열교환기를 실용화함으로써 가스보일러에 있어 배기가스에 의해 외부로 방출되어 손실되고 있던 에너지를 이용하게 되어 에너지 절약을 기할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 에너지 사용효율을 높힐 수 있으므로 에너지 사용량이 감소되어 환경 유해물질의 배출을 줄일 수 있다.
Claims (2)
- 상하 배열된 열교환파이프(9)의 둘레에 브레이징 용접되어 현열을 흡수하는 현열부 핀(3)과 내부에 열매체가 흐르고 외부의 현열부 핀(3)으로부터 현열을 흡수하여 열매체에 전달하는 열교환파이프(9)로 구성되어 버너(8)에서 발생한 연소 현열을 흡수하는 상부의 현열 열교환부(1)와, 상하 배열된 열교환파이프(10)의 둘레에 브레이징 용접되어 잠열을 흡수하는 잠열부 핀(4)과 내부에 열매체가 흐르고 외부의 잠열부 핀(4)으로부터 잠열을 흡수하여 열매체에 전달하는 열교환파이프(10)로 구성되어 상기 현열 열교환부(1)에서 열교환을 마친 현열의 잔열 및 응축시 발생하는 응축 잠열을 흡수하는 하부의 잠열 열교환부(2)로 구비된 것을 특징으로 하는 콘덴싱가스보일러용 이중구조 열교환기.
- 현열 열교환부(1)가 동재질로 이루어지고 잠열 열교환부(2)가 스테인레스 재질로 이루어져, 열매체의 열교환 회로구성이 찬 열매체가 잠열 열교환부(2)의 하부로 인입되어 순차적으로 열교환을 하여 응축에 의한 잠열을 흡수하고, 현열 열교환부(1)의 연소실(11)상부 열교환파이프(5)로 들어가 열교환을 하여 현열을 흡수하고, 다시 현열 열교환부(1)의 현열부핀(3)의 열교환파이프(9)를 거치면서 현열을 흡수토록 회로를 구성하여, 동재질로 구성된 현열 열교환부(1)가 노점온도 이상이 되도록하여 응축에 의한 부식으로부터 내식성을 확보한 것을 특징으로 하는 콘덴싱가스보일러용 이중 구조 열교환기.
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| KR100361553B1 (ko) * | 2000-07-18 | 2002-11-18 | 주식회사 두발가스엔지니어링 | 가스연소장치의 열교환기와 그 열교환기에 구비된전열핀의 용접방법 |
| KR100353761B1 (ko) * | 2000-12-26 | 2002-09-28 | 주식회사 롯데기공 | 콘덴싱 가스보일러의 열교환기 구조 |
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| KR20180007933A (ko) * | 2016-07-15 | 2018-01-24 | 주식회사 경동나비엔 | 연소열에 의한 열교환기 부품의 소손 방지 구조 |
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