KR20180007984A

KR20180007984A - 열교환기의 연소열 손실 방지 구조

Info

Publication number: KR20180007984A
Application number: KR1020160089674A
Authority: KR
Inventors: 박덕식; 박준규
Original assignee: 주식회사 경동나비엔
Priority date: 2016-07-15
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2018-01-24
Also published as: KR102506012B1

Abstract

본 발명은 열교환기 내에 구비되는 핀팩과 엔드플레이트 사이의 틈새로 연소가스가 통과하는 것을 차단함으로써 연소열의 손실을 방지할 수 있는 열교환기의 연소열 손실 방지 구조를 제공함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명은, 연소실(30)에서 발생된 연소가스의 연소열과 열교환되는 열매체가 내부를 따라 유동하는 복수의 튜브(43); 상기 튜브(43)의 외측면에 길이방향을 따라 일정 간격으로 결합된 전열핀(44); 상기 튜브(43)의 양측단이 고정 지지되는 엔드플레이트(46); 및 상기 튜브(43)의 양측 단부에서 상기 전열핀(44)이 결합되지 않은 영역을 통과하는 연소가스를 상기 전열핀(44)을 향하는 방향으로 유도하기 위한 스크린핀(90)을 포함하여 구성된다.

Description

열교환기의 연소열 손실 방지 구조{Structure for preventing combustion heat loss of heat exchanger}

본 발명은 열교환기의 연소열 손실 방지 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열교환기 내에 구비되는 튜브와 전열핀의 조립체와 열교환기의 양측면에 구비되는 엔드플레이트 사이의 틈새로 연소가스가 통과하여 연소열이 손실되는 것을 방지함과 아울러 연소열에 의한 열교환기 부품의 손상을 방지하기 위한 열교환기의 연소열 손실 방지 구조에 관한 것이다.

보일러는 밀폐된 용기 내의 열매체를 열원에 의해 가열시켜 원하는 지역을 난방하는 장치로, 연료를 연소시키는 버너와 연소된 고온의 연소가스에서 난방수로 열을 전달하는 열교환기로 구성된다.

초기 보일러의 열교환기는 버너의 연소시 발생하는 현열만을 이용하고 고온의 연소가스는 배기덕트를 통해 그대로 배출시켜, 보일러의 열효율이 매우 낮았으며 고온의 난방수를 얻는데 오랜 시간이 소요되었다.

때문에 근래에 생산되는 보일러는 열효율을 증대시키기 위해 연소실에서 발생되는 연소가스의 현열을 흡수하는 현열 열교환기와, 상기 현열 열교환기에서 열교환을 마친 연소가스에 포함되어 있는 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열 열교환기를 구비하는데, 이러한 방식의 보일러를 콘덴싱 보일러라 한다.

상기 콘덴싱 보일러는 외부 공기를 흡입하여 연소에 필요한 공기를 공급하는 송풍기, 상기 송풍기를 통해 공급된 공기와 연료의 혼합물을 연소시키는 버너와, 상기 버너에서 발생된 연소 현열을 흡수하는 현열 열교환기와, 상기 현열 열교환기에서 열교환을 마친 연소가스에 포함된 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열 열교환기와, 상기 잠열 열교환기를 통과한 연소가스가 배출되는 배기덕트를 포함하고, 상기 잠열 열교환기의 하부 일측에는 잠열 열교환기를 통과하는 연소가스에 포함된 수증기가 응축되면서 생성되는 응축수를 수집하여 외부로 배출하는 응축수 받이가 형성된 구조로 이루어져 있다.

일반적으로 콘덴싱 온수기 및 보일러의 현열 열교환기에는, 열매체가 유동하는 튜브와 그 외측면에 전열핀이 결합된 핀팩(Fin pack)을 이용한 핀-튜브 방식의 열교환기가 사용된다. 상기 핀팩은 튜브의 외측면에 길이방향을 따라 일정한 간격으로 전열핀을 끼워 결합하는 설비의 공정 특성상 튜브의 양측 단부에는 전열핀이 결합되지 않은 영역이 존재하게 된다.

연소가스가 상기 전열핀이 결합되지 않은 영역을 통하여 전열핀과의 열교환 없이 그대로 통과하게 되면, 연소열의 손실이 발생하게 되어 열교환 효율이 저하되는 문제점이 있다.

한편, 콘덴싱 온수기 및 보일러는, 현열 열교환기와 잠열 열교환기가 별도의 모듈로 제작되고, 현열 열교환기와 잠열 열교환기의 연결부는 볼트와 너트 등의 체결수단에 의해 결합되며, 상기 연결부에는 연소가스의 누설을 방지하기 위한 팩킹이 구비된다.

그러나, 종래의 콘덴싱 온수기 및 보일러 구조에서는, 고온의 연소가스가 상기 팩킹에 직접 접촉되는 것을 차단할 수 있는 수단이 미비하여, 연소가스의 연소열에 의해 팩킹이 경화 및 탄화되어 소손됨으로써, 팩킹의 내구성이 저하되는 문제점이 있다.

상기와 같은 핀-튜브 방식의 열교환기 구조에서 연소열이 손실되는 문제점과, 연소가스의 연소열에 의해 팩킹의 소손되어 내구성이 저하되는 문제점을 지적하고, 이에 대한 해결수단을 제시한 선행기술은 검색되지 않았다.

다만, 콘덴싱 보일러와 관련된 선행기술로서, 등록특허 제10-1199621호와 등록특허 제10-1109856호에는 핀-튜브 방식의 열교환기의 구성이 나타나 있고, 등록특허 제10-0473083호에는 현열 열교환기와 잠열 열교환기가 별도의 모듈로 제작되어 그 연결부가 조립되는 구조의 콘덴싱 보일러의 열교환기가 나타나 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열교환기 내에 구비되는 핀팩과 엔드플레이트 사이의 틈새로 연소가스가 통과하는 것을 차단함으로써 연소열의 손실을 방지할 수 있는 열교환기의 연소열 손실 방지 구조를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 현열 열교환기와 잠열 열교환기의 연결부에 구비되는 팩킹이 연소가스의 연소열에 의해 소손되는 문제를 방지함으로써 열교환기 부품의 내구성을 향상시킬 수 있는 열교환기의 연소열 손실 방지 구조를 제공하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 열교환기의 연소열 손실 방지 구조는, 연소실(30)에서 발생된 연소가스의 연소열과 열교환되는 열매체가 내부를 따라 유동하는 복수의 튜브(43); 상기 튜브(43)의 외측면에 길이방향을 따라 일정 간격으로 결합된 전열핀(44); 상기 튜브(43)의 양측단이 고정 지지되는 엔드플레이트(46); 및 상기 튜브(43)의 양측 단부에서 상기 전열핀(44)이 결합되지 않은 영역을 통과하는 연소가스를 상기 전열핀(44)을 향하는 방향으로 유도하기 위한 스크린핀(90)을 포함하여 구성된다.

상기 열교환기는, 연소실(30)에서 발생된 연소 현열을 흡수하는 현열 열교환기(40)와, 상기 현열 열교환기(40)에서 열교환을 마친 연소가스에 포함된 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열 열교환기(50)로 이루어지고, 상기 현열 열교환기(40)와 상기 잠열 열교환기(50)의 연결부에는 연소가스의 누설을 방지하는 팩킹(80)이 구비되며, 상기 스크린핀(90)은 상기 연소가스의 연소열이 상기 팩킹(80)에 직접 전달되지 않도록 연소가스의 유로를 상기 전열핀(44)을 향하는 방향으로 유도할 수 있다.

상기 스크린핀(90)은, 상기 엔드플레이트(46)의 내측면에 밀착되는 판형의 몸체부(91)와, 상기 튜브(43)의 저면을 감싸는 형상으로 상기 몸체(91)의 상단에 형성된 튜브 안착부(92)와, 상기 몸체부(91)의 하단에서 상기 전열핀(44)을 향하는 방향으로 경사지게 연장 형성된 가이드부(93)로 구성될 수 있다.

상기 튜브 안착부(92)는, 상기 튜브(43)의 양측 단부에서 최외측에 결합된 전열핀(44)과 엔드플레이트(46) 사이의 간격에 대응되는 길이를 갖는 플랜지 형상으로 구성될 수 있다.

상기 복수의 튜브(43)는 일정 간격으로 이격되어 배치되고, 상기 스크린핀(90)의 몸체부(91)의 상단에는, 상기 튜브 안착부(92)가 상기 튜브(43)의 개수와 대응되는 개수로 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 열교환기의 연소열 손실 방지 구조에 의하면, 열교환기 내에 구비되는 튜브와 전열핀의 조립체(핀팩)와 튜브의 양측단이 고정 지지되는 엔드플레이트 사이의 틈새로 연소가스가 통과하는 것을 차단하고, 연소가스의 유동방향을 전열핀을 향하도록 유도하는 스크린핀을 구비함으로써, 연소열의 손실을 방지하여 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

또한 스크린핀의 구성에 의하면, 현열 열교환기와 잠열 열교환기의 연결부에 구비되는 팩킹에 연소가스가 직접 접촉되는 것을 차단함으로써, 팩킹이 연소열에 의해 경화 및 탄화되어 소손되는 문제를 방지할 수 있어 열교환기 부품의 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 콘덴싱 보일러를 개략적으로 보여주는 도면,
도 2는 본 발명이 적용되는 콘덴싱 보일러의 현열 열교환기의 사시도,
도 3은 도 2의 평면도,
도 4는 도 2의 저면도,
도 5는 도 3의 A-A 선을 따르는 단면도,
도 6은 스크린핀이 설치된 모습을 보여주는 사시도,
도 7은 튜브와 전열핀의 조립체(핀팩)와 스크린핀의 결합구조를 보여주는 사시도,
도 8은 스크린핀을 서로 다른 방향에서 바라본 사시도.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명이 적용되는 콘덴싱 보일러(1)는, 급기 공기를 공급하는 송풍기(10)와, 연소용 가스와 상기 송풍기(10)에서 공급된 공기의 혼합기를 점화시키는 버너(20)와, 혼합기의 연소가 이루어지는 연소실(30)과, 상기 연소실(30)에서 발생하는 연소가스의 현열을 흡수하여 열매체를 가열하는 현열 열교환기(40)와, 상기 현열 열교환기(40)에서 열교환을 마친 연소가스에 포함된 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열 열교환기(50)와, 상기 잠열 열교환기(50)에서 발생하는 응축수를 수집하여 외부로 배출하는 응축수 받이(60)와, 연소가스가 배기되는 배기덕트(70)를 포함하여 구성된다.

상기 연소실(30)과 현열 열교환기(40)의 전면과 후면에는 연소실(30)과 현열 열교환기(40)의 외벽을 형성하는 현열 판넬(41)이 구비된다.

상기 연소실(30)의 전면과 후면에는 상기 현열 판넬(41)의 외측에 위치하며 상하로 이격 배치된 복수의 수배관(42)이 구비된다. 상기 수배관(42)을 따라 유동하는 열매체는, 연소실(30)에서 발생하는 연소열을 흡수하여 예열되고, 연소실(30)의 과열을 방지하는 연소실 냉각 기능을 수행한다.

상기 현열 열교환기(40)는, 상기 수배관(42)을 통과한 열매체가 유동하는 튜브(43)와, 상기 튜브(43)의 외측면에 길이방향을 따라 일정 간격으로 결합되는 복수의 전열핀(44)의 조립체인 핀팩(45)을 포함하여 구성된다. 상기 핀팩(45)은 현열 열교환기(40)의 내부에서 전후 방향으로 일정 간격을 두고 복수로 배치된다.

상기 현열 열교환기(40)의 양측면에는 상기 튜브(43)의 양측단이 고정 지지되는 엔드플레이트(46)가 구비된다.

상기 열매체는, 열매체 유입구(40a)를 통해 유입되어 상기 잠열 열교환기(50)에 구비된 열매체유로(미도시됨)를 통과하면서 잠열을 흡수한 후에, 상기 현열 열교환기(40)에 구비된 수배관(42)과 튜브(43)를 순차로 통과하면서 현열을 흡수하여 가열되고, 가열된 열매체는 열매체 유출구(40b)를 통해 배출되어 난방용 또는 온수용으로 사용될 수 있다.

상기 현열 열교환기(40)와 잠열 열교환기(50)는 별도의 모듈로 제작되고, 현열 열교환기(40)의 하단과, 잠열 열교환기(50)의 상단의 연결부는 각각 플랜지 형상으로 이루어져 볼트와 너트 등의 체결수단에 의해 결합된다.

상기 현열 열교환기(40)의 하단과 잠열 열교환기(50)의 상단 사이의 틈새를 통하여 연소가스가 외부로 누설되는 것을 방지하기 위한 구성으로, 상기 현열 열교환기(40)의 하단과 잠열 열교환기(50)의 상단의 연결부에는 팩킹(80)이 구비된다.

상기 팩킹(80)은 상기 연결부에 둘레 방향을 따라 구비된다.

한편, 상기 핀팩(45)은 도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 튜브(43)의 외측면에 길이방향을 따라 일정한 간격으로 전열핀(44)을 끼워 결합하는 설비의 공정 특성상 튜브(43)의 양측 단부에는 전열핀(44)이 결합되지 않은 영역(G)이 존재하게 된다. 연소가스가 상기 역역(G)을 통하여 전열핀(44)과의 열교환 없이 그대로 통과하게 되면, 연소열의 손실이 발생하게 되어 열교환 효율이 저하될 뿐만 아니라, 상기 팩킹(80)에 연소가스의 연소열이 직접 접촉하게 되어 팩킹(80)이 경화 및 탄화되어 소손되는 문제가 발생하게 된다.

이러한 문제를 방지하기 위한 구성으로, 본 발명에서는 상기 튜브(43)의 양측 단부에서 전열핀(44)이 결합되지 않은 영역(G)을 통과하는 연소가스를 도 5에 화살표로 도시된 바와 같이 상기 전열핀(44)을 향하는 방향으로 유도하기 위한 스크린핀(90)이 구비된다.

도 7과 도 8을 참조하면, 상기 스크린핀(90)은, 상기 엔드플레이트(46)의 내측면에 밀착되는 판형의 몸체부(91)와, 상기 튜브(43)의 저면을 감싸는 형상으로 상기 몸체(91)의 상단에 형성된 튜브 안착부(92)와, 상기 몸체부(91)의 하단에서 상기 전열핀(44)을 향하는 방향으로 경사지게 연장 형성된 가이드부(93)로 구성된다. 상기 튜브 안착부(92)는, 상기 튜브(43)의 양측 단부에서 최외측에 결합된 전열핀(44)과 엔드플레이트(46) 사이의 간격에 대응되는 길이를 갖는 플랜지 형상으로 구성된다. 상기 몸체부(91)의 상단에는, 상기 튜브 안착부(92)가 튜브(43)의 개수와 대응되는 개수로 형성되어 각각 대응되는 튜브(43)의 저면에 밀착된다.

따라서, 핀팩(45)의 양측 단부를 통하여 하향으로 유동하는 연소가스는, 상기 스크린핀(90)에 의해 유동방향이 전환되어 인접하게 배치되는 핀팩(45) 사이의 이격된 공간으로 유도되어 전열핀(44)에 연소열을 전달함으로써, 열손실을 방지하여 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

그리고, 상기 핀팩(45) 사이의 이격된 공간을 통하여 하측으로 이동한 연소가스는 스크린핀(90)의 가이드부(93)에 의해 엔드플레이트(46)를 향하는 방향으로의 유동이 차단되므로, 연소가스가 현열 열교환기(40)와 잠열 열교환기(50)의 연결부에 구비되는 팩킹(80)에 직접 접촉되는 것을 차단할 수 있어, 팩킹(80)이 연소가스의 연소열에 의해 경화 및 탄화되어 소손되는 문제를 방지할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 변형실시가 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.

1 : 콘덴싱 보일러 10 : 송풍기
20 : 버너 30 : 연소실
40 : 현열 열교환기 41 : 현열 판넬
42 : 수배관 43 : 튜브
44 : 전열핀 45 : 핀팩
46 : 엔드플레이트 50 : 잠열 열교환기
60 : 응축수 받이 70 : 배기덕트
80 : 팩킹 90 : 스크린핀
91 : 몸체부 92 : 튜브 안착부
93 : 가이드부

Claims

연소실(30)에서 발생된 연소가스의 연소열과 열교환되는 열매체가 내부를 따라 유동하는 복수의 튜브(43);
상기 튜브(43)의 외측면에 길이방향을 따라 일정 간격으로 결합된 전열핀(44);
상기 튜브(43)의 양측단이 고정 지지되는 엔드플레이트(46); 및
상기 튜브(43)의 양측 단부에서 상기 전열핀(44)이 결합되지 않은 영역을 통과하는 연소가스를 상기 전열핀(44)을 향하는 방향으로 유도하기 위한 스크린핀(90);을 포함하는 열교환기의 연소열 손실 방지 구조.
제1항에 있어서,
상기 열교환기는, 연소실(30)에서 발생된 연소 현열을 흡수하는 현열 열교환기(40)와, 상기 현열 열교환기(40)에서 열교환을 마친 연소가스에 포함된 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열 열교환기(50)로 이루어지고,
상기 현열 열교환기(40)와 상기 잠열 열교환기(50)의 연결부에는 연소가스의 누설을 방지하는 팩킹(80)이 구비되며,
상기 스크린핀(90)은 상기 연소가스의 연소열이 상기 팩킹(80)에 직접 전달되지 않도록 연소가스의 유로를 상기 전열핀(44)을 향하는 방향으로 유도하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 연소열 손실 방지 구조.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 스크린핀(90)은,
상기 엔드플레이트(46)의 내측면에 밀착되는 판형의 몸체부(91)와,
상기 튜브(43)의 저면을 감싸는 형상으로 상기 몸체(91)의 상단에 형성된 튜브 안착부(92)와,
상기 몸체부(91)의 하단에서 상기 전열핀(44)을 향하는 방향으로 경사지게 연장 형성된 가이드부(93)로 이루어진 것을 특징으로 하는 열교환기의 연소열 손실 방지 구조.
제3항에 있어서,
상기 튜브 안착부(92)는, 상기 튜브(43)의 양측 단부에서 최외측에 결합된 전열핀(44)과 엔드플레이트(46) 사이의 간격에 대응되는 길이를 갖는 플랜지 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열교환기의 연소열 손실 방지 구조.
제3항에 있어서,
상기 복수의 튜브(43)는 일정 간격으로 이격되어 배치되고,
상기 스크린핀(90)의 몸체부(91)의 상단에는, 상기 튜브 안착부(92)가 상기 튜브(43)의 개수와 대응되는 개수로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기의 연소열 손실 방지 구조.