KR200338878Y1 - 가스보일러용 잠열흡수장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 가스보일러용 잠열흡수장치에 관한 것으로, 잠열흡수장치의 잠열열교환기가 현열열교환기 및 외부와 격리되도록 챔버의 내부에 설치됨에 따라 상기 현열열교환기와의 열전이 현상 및 응축수의 타 부재로의 낙수 등이 방지되고, 상기 연소실과 챔버가 연통되는 제1덕트에서 배기가스가 가속되면서 유통되도록 되어 상기 배기가스의 원활한 유통이 유지되도록 된 것이다.

Description

가스보일러용 잠열흡수장치{A Device of Absorption Latent heat for A Boiler}

본 고안은 상향식 분젠버너 연소방식의 가스보일러에 관한 것으로, 특히 현열열교환기를 통과하여 난방수와 열교환을 이루고 배기가스로 버려지는 폐열을 잠열열교환기를 통하여 회수하여 효율을 향상시켜 가스소비량을 절감시키는 가스보일러용 잠열흡수장치에 관한 것이다..

일반적으로, 가스보일러는 가스 등의 연료를 연소시켜 발생된 연소가스의 열로 연소실의 상부에 배열된 열교환기에서 난방수 등의 물과 열교환을 이루면서 난방 및 물의 가열을 이루도록 된다.

또, 상기 가스보일러에서 가스를 연소한 후에 생성되는 연소가스가 상기 열교환기에서 열교환을 이룸과 더불어 상기 가스보일러의 외부로 배기되며, 이 연소된 배기가스는 최초 연소가스 보다는 낮으나 상온 이상의 열을 갖도록 되고, 이 배기가스가 갖는 열의 재활용방안이 모색되어 왔다.

여기서, 상기 배기가스가 갖는 잠열의 활용방안으로, 최초 연소가스의 열을 통해 열교환을 이루는 현열열교환기에서 열교환을 이룬 배기가스가 상기 현열열교환기의 상부에 설치된 잠열열교환기에서 재차 열교환을 이루면서 상기 현열열교환기와 잠열열교환기에서 열교환을 이루면서 상기 연소가스 및 배기가스의 2중 열교환 활용을 모색하는 방법이 있으나, 이는 상기 잠열열교환기의 열교환 시에 상기 잠열열교환기의 난방수 통로인 각 튜브에서 생성되는 응축수가 상기 현열열교환기로 낙수되면서 상기 현열열교환기의 열효율을 저하시킴은 물론, 상기 현열열교환기 및 전자장비 등의 장비에 수분 및 응축수에 함유된 질소산화물이 침투되어 상기 장비에 부식 등의 손상을 주는 문제점이 있었다.

또, 상기 현열열교환기의 상부에 잠열열교환기가 바로 설치됨에 따라, 비교적 높은 온도의 열교환을 이루는 현열열교환기 부분의 온도와, 비교적 낮은 온도의 열교환을 이루는 잠열열교환기 부분의 온도가 각각 상이하도록 되고, 상기 현열열교환기 부분과 잠열열교환기 부분의 온도가 상이함에 따라 열의 전이 또는 써멀플럭스(thermal flux)가 발생되면서 현열열교환기와 잠열열교환기 모두의 열효율이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 현열열교환기의 상부에 잠열열교환기가 설치되면서 문제가 발생됨에 따라 근래에, 상기 현열열교환기의 외부에 잠열열교환기를 설치하여 상기 열교환기가 이중으로 형성된 것이 개발되었으나, 이는 열교환기의 2중 구조에 따라 보일러의 상부에 버너가 설치되고, 이 버너에서 발생된 열이 현열열교환기의 중심을 통해 하방향으로 이동되면서 상기 현열열교환기와 열교환을 이루며, 상기 현열열교환기에서 열교환을 이룬 배기가스가 상기 현열열교환기의 외부에 설치된 잠열열교환기를 통해 상부로 이동되면서 재차 열교환을 이루어 배기되는 구조로, 상기 현열열교환기 및 잠열열교환기의 각 구성품이 상기 버너의 직접 열에 노출되므로, 상기 각 구성품의 높은 내열성이 요구되어 그 제작비용 및 조립이 까다로운 문제점이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 제반 문제점을 해소하기 위해 고안된 것으로, 현열열교환기와 잠열열교환기를 각각 격리시켜 상기 현열열교환기와 잠열열교환기 간의 열전이 및 써멀플랙스 현상을 방지하도록 된 가스보일러용 잠열흡수장치를 제공함에 있다.

본 고안의 다른 목적은, 잠열열교환기에서 생성되어 낙수되는 응축수가 현열열교환기 등의 타 부재와 접촉되는 것을 방지하도록 된 가스보일러용 잠열흡수장치를 제공함에 있다.

본 고안의 또 다른 목적은, 잠열열교환기의 추가로 인한 배기가스의 이동속 저하가 방지되는 가스보일러용 잠열흡수장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 고안에 따른 잠열흡수장치의 요부 단면도,

도 2는 본 고안에 따른 가스보일러의 단면도,

도 3 및 도 4는 본 고안에 따른 튜브의 일부 평면도이다.

<도면의 주요부호에 대한 설명>

10 - 가스보일러 80 - 잠열흡수장치

11 - 송풍기 12 - 버너

13 - 연소실 20 - 현열열교환기

30 - 제1덕트 40 - 차열판

50 - 챔버 51 - 커버

52 - 배수구 60 - 잠열열교환기

61 - 튜브 70 - 제2덕트

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 현열열교환기의 상부에 설치되어 상기 현열열교환기에서 1차로 열교환을 이룬 배기가스로써 2차 열교환을 이루는 잠열열교환기를 상기 현열열교환기가 설치된 연소실에 연통됨과 더불어 외부로 배기를 이룰 수 있도록 연통된 챔버에 수용한 것을 특징으로 한다.

본 고안의 다른 특징은, 상기 챔버에 열교환기 등의 장비조립 및 수리가 용이하도록 커버를 형성한 것을 특징으로 한다.

본 고안의 또 다른 특징은, 상기 챔버에 잠열열교환기에서 생성되어 낙수되는 응축수를 보일러의 외부로 배수시키는 배수구가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 고안의 다른 특징은, 상기 챔버와 현열열교환기가 설치된 연소실이 연결되는 제1덕트의 개구 직경이 협소하게 형성되어 상기 배기가스가 제1덕트를 지나면서 가속되어 상기 잠열열교환기의 설치로 인한 배기부하를 최소화하도록 된 것을 특징으로 한다.

본 고안의 또 다른 특징은, 현열열교환기와 잠열열교환기의 열 전이를 상기 챔버에서 1차로 차단함과 더불어, 상기 챔버의 외부에 부착된 차열판을 통해 2중으로 차단하도록 된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 예시도면을 참조하여 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 잠열흡수장치(80)를 나타낸 것이고, 도 2는 본 고안에 따른 잠열흡수장치(80)가 설치된 가스보일러(10)를 나타낸 것이며, 도 3 및 도 4는 본 고안에 따른 잠열흡수장치(80)의 튜브(61)를 나타낸 것이다.

본 고안은, 가스보일러(10)의 연소실(13) 상부에 잠열흡수장치(80)가 설치된다.

상기 가스보일러(10)는 송풍기(11)와, 버너(12)와, 연소실(13)과, 현열열교환기(20)와 제1덕트(30)를 포함하여 구성된다.

상기 송풍기(11)는 가스보일러(10)의 최 하단부에 설치되며, 외부공기를 상기 가스보일러(10)의 내부로 송풍시키도록 외부전원의 인가에 따라 회전되는 모터 및 이 모터의 회전력에 의해 회전되면서 외부와 연통된 개구를 통해 공기를 빨아들인 후에 송풍력을 가해 상기 가스보일러(10)의 내부와 연통된 개구를 통해 송풍하는 송풍팬으로 구성된다.

상기 버너(12)는 상기 송풍기(11)의 상부에 설치되며, 상기 송풍기(11)에서 송풍된 공기와 연료선을 통해 유입된 가스 등의 연료를 상호 혼합 및 착화시켜 상기 연료 및 공기를 연소시키도록 구성된다.

상기 연소실(13)은 상기 공기와 연료가 착화되어 연소되는 공간으로 외부와 격리된 박스형상을 이루고 형성된다.

상기 현열열교환기(20)는 상기 연소실(13)의 내부 상측에 배열되며, 단일개 혹은 다수개의 난방수가 유통되는 튜브(61)가 대략 박스형상을 이루도록 다수부에서 절곡 및 굴곡되어 형성된다.

상기 제1덕트(30)는 상기 연소실(13)의 최 상단에 설치되며, 상기 연소실(13)과 연통됨과 더불어 외부와 연통되는 관형상으로 형성된다.

또, 상기 제1덕트(30)는 상기 연소실(13)과 연통된 면적이 후술하는 챔버(50)와 연통된 면적보다 크게 형성되어, 상기 연소실(13)에서 이송되는 배기가스가 제1덕트(30)의 출구에 이르러 더 빠른 속도로 이동되도록 구성된다.

상기 잠열흡수장치(80)는 챔버(50)와, 커버(51)와, 제2덕트(70)와, 잠열열교환기(60)와, 배수구(52)와, 차열판(40)으로 구성된다.

상기 챔버(50)는 상기 제1덕트(30)의 상단에 밀착됨과 더불어, 그 상면이 개방된 박스형상을 이루고 형성된다.

또, 상기 챔버(50)는 상기 제1덕트(30)의 개구면과 연통되도록 상기 제1덕트(30)와의 접합부가 개구된다.

상기 커버(51)는 상기 챔버(50)의 개구된 상면을 덮어 막도록 판형상을 이루고 형성되며, 후술하는 제2덕트(70)와 연통되도록 상기 제2덕트(70)와 접합되는 부위가 개구되어 형성된다.

또, 상기 커버(51)는 상기 챔버(50)의 내부에 설치되는 잠열열교환기(60) 등의 조립 및 보수 시에 상기 챔버(50)의 상단에서 분리되어 상기 챔버(50)의 상면을 개방하도록 볼트 등 재 결합이 가능한 부재를 매개로 상기 챔버(50)에 체결된다.

여기서, 상기 챔버(50)와 제1덕트(30)와의 연통부와, 상기 커버(51)와 제2덕트(70)와의 연통부가 대칭되는 단부에 형성되어 상기 배기가스가 챔버(50)의 일측에서 타측으로 이동되도록 형성된다.

상기 제2덕트(70)는 상기 커버(51)의 상단에 밀착되도록 형성됨과 더불어, 상기 커버(51)의 일단에 개구된 개구와 연통되도록 그 일측 하단이 개구되고, 타측 상단이 개구되어 상기 가스보일러(10)의 외부로 연통되는 관형상으로 형성된다.

상기 잠열열교환기(60)는 상기 현열열교환기(20)의 형상과 유사한 형상을 이루도록 단일개 또는 다수개의 튜브(61)가 다수부에서 절곡 및 굴곡되어 대략 박스형상으로 형성되며, 상기 챔버(50)의 내부에 안착되어 고정되도록 챔버(50)의 내부형상과 유사한 형상을 이루고 형성된다.

상기 배수구(52)는 상기 챔버(50)의 일측 바닥면에 상기 챔버(50)의 내부에 충진된 응축수를 외부로 배출시키도록 개구되어 형성되며, 소정 폭의 관이 돌출된 형상으로 형성된다.

본 실시에에서 상기 챔버(50)의 일측단에 제1덕트(30)가 연통되고, 타측단의 커버(51)에 제2덕트(70)가 연통되며, 상기 제2덕트(70)가 연통된 챔버(50)의 타측 바닥면에 상기 배수구(52)가 외부로 연통되어 설치된다.

또, 상기 챔버(50)는 상기 배수구(52)를 통해 응축수가 외부로 용이하게 배출되도록 상기 배수구(52) 방향의 챔버(50) 바닥면이 다른 부분에 비해 더 낮게 형성된다.

상기 차열판(40)은 상기 챔버(50)의 저면에 부착되도록 판형상을 이루면서상기 챔버(50)의 저면 형상과 동일한 형상을 이루고 형성된다.

또, 상기 차열판(40)은 상기 챔버(50)와 제1덕트(30)가 접하는 사이 지점에 삽입되어 그 일측면이 상기 챔버(50)의 저면에 접합되고, 또 다른 일면이 상기 제1덕트(30)의 상면에 접합되도록 형성된다.

또한, 상기 차열판(40)은 상기 연소실(13)과 상기 챔버(50) 내의 온도차로 인한 열 전이가 이루어지지 않도록 열이 차단되도록 된 세라믹 등의 재질로 형성된다.

또, 상기 튜브(61)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 원통형의 관형상으로 형성됨과 더불어, 그 외부에 다수개의 핀이 상기 배기가스의 이송방향과 동일한 방향으로 배열된 형상(High Finned Tube)과, 관의 내부와 외부에 나선형상의 돌출부 및 홈이 형성된 형상(Spiral Tube)으로 형성되어 상기 튜브(61)가 상기 챔버(50) 내에 충진되는 배기가스와 보다 넓은 면적으로 접하게 함은 물론, 상기 챔버(50) 내로 유통되는 배기가스의 이동을 간섭하지 않도록 형성된다.

또한, 상기 튜브(61)는 내식성을 갖는 알루미늄 재질 또는 STS재질로 구성되는 것이 바람직하다.

다음에는 이와 같이 구성된 본 고안 가스보일러용 잠열흡수장치의 작용을 설명한다.

사용자의 선택적 조작에 의해 가스보일러(10)가 작동되면서 송풍기(11)에 외부전원이 인가되어 상기 가스보일러(10) 외부의 공기가 상기 송풍기(11)를 통해 상기 송풍기(11)의 상부에 설치된 연소실(13)로 송풍된다.

상기 송풍기(11)에 의해 송풍되는 공기가 상기 송풍기(11)의 상부에 설치된 버너(12)에서 가스 등의 연료와 혼합됨과 더불어 착화되어 상기 연소실(13)에서 연소된다.

상기 가스 및 공기가 상기 연소실(13)에서 연소되면서 열 및 열을 포함한 배기가스가 생성되고, 이 열 및 배기가스가 상기 연소실(13)의 상부에 설치된 현열열교환기(20)의 각 튜브(61)에 전달되어 상기 튜브(61)의 내부로 유동되는 난방수가 가열된다.

상기 현열열교환기(20)의 튜브(61) 및 튜브(61) 내의 난방수를 가열시킨 상기 배기가스가 상기 현열열교환기(20)의 상부에 설치된 제1덕트(30)를 통해 잠열흡수장치(80)로 이동된다.

이때, 상기 제1덕트(30)의 출구가 좁게 형성됨에 따라 상기 연소실(13)에서 제1덕트(30)로 이동되는 배기가스가 상기 제1덕트(30)의 출구를 지나면서 더 빠른 속도를 갖도록 된다.

상기 제1덕트(30)에서 가속된 배기가스가 상기 제1덕트(30)와 연통된 잠열흡수장치(80)의 챔버(50) 내로 이동되고, 이 챔버(50) 내로 이동된 배기가스가 상기 챔버(50)의 내부에 설치된 잠열열교환기(60)로 이동되어 상기 잠열열교환기(60)의 각 튜브(61)에서 열교환을 이루면서 상기 튜브(61)내의 난방수를 가열하게 된다.

상기 튜브(61)에서 열교환을 이룬 배기가스가 상기 챔버(50)의 상부에 제2덕트(70)와 연통된 개구를 통해 상기 가스보일러(10)의 외부로 배출된다.

이때, 상기 잠열열교환기(60)의 각 튜브(61)로 이동된 배기가스는 상기튜브(61)의 형상이 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 배기가스의 이동방향으로 배열된 다수의 핀 및 외측으로 비교적 적게 돌출된 나선형의 튜브(61)에 의해 가스의 이동저항이 축소되면서 원활히 이동된다.

본 실시예에서 상기 튜브(61)는 배기가스의 원활한 유통을 위해 핀이 가스의 이동방향으로 배열되거나, 나선형으로 돌출된 핀의 형태를 갖는 것으로 하였으나, 상기 배기가스의 유통저항이 저감되도록 각 핀에 천공이 형성된 핀의 형태 등으로 형성될 수 있음은 물론이다.

또, 상기 연소실(13)의 온도와 상기 챔버(50)의 온도가 상이함에 따라 비교적 온도가 높게되는 현열열교환기(20)에서 상기 잠열열교환기(60)로의 열전이 현상이 상기 잠열열교환기(60)를 격리시키는 챔버(50)에 의해 차단되고, 상기 잠열열교환기(60)에서의 열교환이 외부와 격리된 챔버(50) 내에서 외부와의 열전이 형상이 방지되면서 보다 효율적으로 이루어진다.

또한, 상기 연소실(13)과 챔버(50)의 온도차로 인한 열전이 현상이 상기 연소실(13)과 챔버(50)의 사이에 설치된 차열판(40)에 의해 더 차단됨에 따라 상기 연소실(13)과 챔버(50) 내의 열교환이 외부의 영향 없이 보다 안정적으로 이루어지게 된다.

또, 상기 챔버(50)의 바닥면이 챔버(50)의 일측 저면에 설치된 배수구(52)의 방향으로 가면서 낮아지도록 형성됨에 따라 상기 잠열열교환기(60)에서 생성되는 응축수가 상기 챔버(50)의 바닥면으로 낙수됨과 더불어 상기 챔버(50) 바닥면의 형상을 따라 상기 배수구(52)의 방향으로 중력에 의해 이동되면서 상기 배수구(52)를통해 가스보일러(10)의 외부로 배출된다.

또한, 상기 챔버(50)에 잠열열교환기(60)를 설치하거나, 상기 잠열열교환기(60)의 수리 등을 실시하기 위해 상기 챔버(50)의 상단에 체결된 커버(51)를 상기 챔버(50)의 상단에서 분리하여 상기 챔버(50)의 상면을 개방시킨 상태에서 상기 잠열열교환기(60) 등의 조립 및 보수를 이루도록 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게된다.

이상 설명한 바와 같이 본 고안에 의하면, 잠열열교환기가 챔버에 의해 현열열교환기와 격리됨에 따라, 상기 잠열열교환기와 현열열교환기의 열전이 현상 및 써멀플럭스가 방지되어 상기 각 열교환기의 열교환효율이 증대되는 효과가 있다.

본 고안의 다른 효과는, 잠열열교환기가 챔버에 의해 가스보일러의 타 부재들과 격리됨에 따라 상기 잠열열교환기에서 생성되는 응축수가 상기 타 부재에 접촉되어 손상을 유발시키는 것이 방지되는 효과가 있다.

본 고안의 또 다른 효과는, 송풍기에 의해 송풍되는 배기가스가 제1덕트에서 가속되어 이동됨에 따라, 상기 배기가스가 현열열교환기 및 잠열열교환기로 유통되면서 이동속도가 저감되는 것이 방지되어 원활한 열교환 및 배기가 구현됨은 물론, 상기 잠열열교환기의 추가로 인한 배기가스의 송풍력 증대를 위한 또 다른 장치 및구조의 추가를 폐지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 가스보일러의 연소실 상부에 설치된 현열열교환기에서 유통된 배기가스의 열을 재차 흡수하도록 상기 연소실에 연통되도록 설치된 잠열열교환기가 구비된 가스보일러에 있어서,

   상기 연소실과 격리되도록 됨과 더불어 외부와 격리되도록 박스형상을 이루고 형성되고,

   그 일단이 상기 연소실과 연통된 제1덕트와 연통되며,

   그 타단이 외부와 연통된 제2덕트와 연통되고,

   그 내부에 난방수가 유통되는 다수의 튜브가 배열된 상기 잠열열교환기가 수용된 챔버가 구비된 것을 특징으로 하는 가스보일러용 잠열흡수장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 챔버는 그 상면이 개방된 박스형상으로 형성되고,

   상기 챔버의 개방된 상면을 덮어 막음과 더불어 상기 제2덕트와 연통되는 개구가 형성된 커버가 구비된 것을 특징으로 하는 가스보일러용 잠열흡수장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 챔버의 바닥면이 일측방향으로 가면서 낮게 형성되고,

   상기 챔버의 바닥면 일측에 가스보일러의 외부로 개구된 배수구가 더 구비된것을 특징으로 하는 가스보일러용 잠열흡수장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제1덕트의 챔버와의 연통면적이 상기 연소실과의 연통면적 보다 작게 형성되어 상기 제1덕트에서 이동되는 배기가스가 가속되어 상기 챔버로 이동되도록 구성된 것을 특징으로 하는 가스보일러용 잠열흡수장치.