KR102546693B1

KR102546693B1 - 연소열에 의한 열교환기 부품의 소손 방지 구조

Info

Publication number: KR102546693B1
Application number: KR1020160089600A
Authority: KR
Inventors: 박덕식; 박준규
Original assignee: 주식회사 경동나비엔
Priority date: 2016-07-15
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2023-06-22
Also published as: KR20180007933A

Abstract

본 발명은 현열 열교환기와 잠열 열교환기의 연결부에 구비되는 팩킹이 연소가스의 연소열에 의해 소손되는 문제를 방지함과 아울러 현열 열교환기의 전면과 후면이 연소가스의 연소열에 의해 변색되는 것을 방지할 수 있는 연소열에 의한 열교환기 부품의 소손 방지 구조를 제공함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명은, 연소실(30)에서 발생된 연소 현열을 흡수하는 현열 열교환기(40); 상기 현열 열교환기(40)에서 열교환을 마친 연소가스에 포함된 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열 열교환기(50); 상기 현열 열교환기(40)와 상기 잠열 열교환기(50)가 연결되는 현열 연결부(410)와 잠열 연결부(510) 사이에 구비되어 연소가스의 누설을 방지하는 팩킹(80); 및 상기 연소가스의 열소열이 상기 팩킹(80)에 직접 전달되지 않도록 차단하는 연소열 차단수단(100)을 포함하여 구성된다.

Description

연소열에 의한 열교환기 부품의 소손 방지 구조{Structure for preventing damage of heat exchanger components by combustion heat}

본 발명은 연소열에 의한 열교환기 부품의 소손 방지 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 현열 열교환기와 잠열 열교환기의 연결부에 구비되어 연소가스의 누설을 방지하기 위한 팩킹이 연소열에 의해 소손되는 것을 방지함과 아울러 현열 열교환기의 벽면이 연소열에 의해 변색되는 것을 방지할 수 있는 연소열에 의한 열교환기 부품의 소손 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 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.

한편, 콘덴싱 온수기 및 보일러에는, 열매체의 예열 및 연소실 냉각을 위한 수단으로, 연소실의 외벽에 상하 간격을 두고 수배관이 설치되고, 현열 열교환기에는 열매체가 유동하는 튜브와 그 외측면에 결합된 전열핀이 설치되는데, 최하단에 설치되는 수배관과 이에 인접한 튜브 사이의 공간과 대면하는 열교환기의 양측벽은 열매체와의 이격거리가 상대적으로 멀어지게 되어 열에 취약하므로 연소열이 직접 접촉할 경우에는 변색되어 내구성이 저하되고, 변색된 부분은 외관상 좋지 않은 문제점이 있다.

상기와 같은 연소가스의 연소열에 의한 팩킹의 소손 및 열교환기의 변색이 발생되는 문제점을 지적하고, 이에 대한 해결수단을 제시한 선행기술은 검색되지 않았다.

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

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 현열 열교환기와 잠열 열교환기의 연결부에 구비되는 팩킹이 연소가스의 연소열에 의해 소손되는 문제를 방지함과 아울러 현열 열교환기의 전면과 후면이 연소가스의 연소열에 의해 변색되는 것을 방지할 수 있는 연소열에 의한 열교환기 부품의 소손 방지 구조를 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 연소열에 의한 열교환기 부품의 소손 방지 구조는, 연소실(30)에서 발생된 연소 현열을 흡수하는 현열 열교환기(40); 상기 현열 열교환기(40)에서 열교환을 마친 연소가스에 포함된 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열 열교환기(50); 상기 현열 열교환기(40)와 상기 잠열 열교환기(50)가 연결되는 현열 연결부(410)와 잠열 연결부(510) 사이에 구비되어 연소가스의 누설을 방지하는 팩킹(80); 및 상기 연소가스의 열소열이 상기 팩킹(80)에 직접 전달되지 않도록 차단하는 연소열 차단수단(100)을 을 포함하되, 상기 연소실(30)과 현열 열교환기(40)의 전면과 후면에는 외벽을 형성하는 현열 판넬(41)이 구비되고, 상기 연소실(30)의 전면과 후면에는 상기 현열 판넬(41)의 외측에 위치하며 상하로 이격 배치된 복수의 수배관(42)이 구비되며, 상기 현열 열교환기(40)에는 열매체가 내부를 따라 유동하는 복수의 튜브(43)가 구비되고, 상기 수배관(42)과, 상기 수배관(42)에 인접하게 구비되는 튜브(43) 사이에 위치하는 상기 현열 판넬(41)의 내측면에는, 연소가스가 상기 튜브(43)를 향하여 유동하도록 안내하며 상기 수배관(42)의 내측면을 감싸는 히팅 가이드(90)가 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 현열 연결부(410)에는 상기 팩킹(80)의 상면에 접하는 현열 플랜지부(411)가 형성되고, 상기 잠열 연결부(510)에는 상기 팩킹(80)이 안착되는 잠열 플랜지부(511)가 형성되며, 상기 연소열 차단수단(100)은, 상기 잠열 플랜지부(511)의 내측단에서 상기 현열 플랜지부(411)의 내측단의 내측에 위치하도록 연장 형성된 연소열 유입방지 돌기(512)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 현열 연결부(410)에는 상기 팩킹(80)의 상면에 접하는 현열 플랜지부(411)가 형성되고, 상기 잠열 연결부(510)에는 상기 팩킹(80)이 안착되는 잠열 플랜지부(511)가 형성되며, 상기 연소열 차단수단(100)은, 상기 잠열 플랜지부(511)의 내측단에서 상기 현열 플랜지부(411)의 내측단의 저면에 접하도록 연장 형성된 연소열 유입방지 돌기(513)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 연소열 유입방지 돌기(513)는 상기 현열 플랜지부(411)의 내측단의 저면에 면접촉되는 것으로 구성될 수 있다.

상기 현열 연결부(410)에는 상기 팩킹(80)의 상면에 접하는 현열 플랜지부(411)가 형성되고, 상기 잠열 연결부(510)에는 상기 팩킹(80)이 안착되는 잠열 플랜지부(511)가 형성되며, 상기 연소열 차단수단(100)은, 상기 현열 플랜지부(411)의 내측단에서 상기 잠열 플랜지부(511)의 내측단의 상면에 접하도록 절곡된 연소열 유입방지 돌기(412)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 연소열 유입방지 돌기(412)는 상기 잠열 플랜지부(511)의 내측단의 상면에 면접촉되는 것으로 구성될 수 있다.

삭제

상기 히팅 가이드(90)는, 상기 수배관(42)의 내측면을 감싸는 형상으로 이루어진 곡면부(91)와, 상기 곡면부(91)의 하단에서 상기 튜브(43)를 향하는 방향으로 경사지게 연장 형성된 가이드부(92)로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 연소열에 의한 열교환기 부품의 소손 방지 구조에 의하면, 현열 열교환기와 잠열 열교환기의 연결부에 연소열 차단수단을 구비함으로써, 팩킹이 연소열에 의해 경화 및 탄화되어 소손되는 문제를 방지하여 부품의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한 수배관과 튜브 사이에 연소가스의 흐름을 튜브 측으로 유도하는 히팅 가이드를 구비함으로써, 연소가스의 연소열에 의해 현열 열교환기의 전면과 후면에 구비되는 현열 판넬이 변색되어 내구성이 저하되는 문제를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 콘덴싱 보일러를 개략적으로 보여주는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 연소열에 의한 팩킹의 소손을 방지하기 위한 연소열 차단수단의 일실시예를 보여주는 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 연소열에 의한 팩킹의 소손을 방지하기 위한 연소열 차단수단의 다른 실시예를 보여주는 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 연소열에 의한 팩킹의 소손을 방지하기 위한 연소열 차단수단의 또 다른 실시예를 보여주는 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 연소열에 의한 현열 열교환기의 전후면의 변색을 방지하기 위한 히팅 가이드의 설치 구조를 보여주는 단면도,
도 6은 본 발명이 적용되는 콘덴싱 보일러의 현열 열교환기의 사시도,
도 7은 도 6의 정면도,
도 8은 도 7의 C-C 선을 따르는 (a) 단면도와, (b) 단면 사시도,
도 9는 히팅 가이드를 서로 다른 방향에서 바라본 사시도.

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

도 1과 도 2를 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)으로 구성될 수 있다.

상기 열매체는, 열매체 유입구(40a, 도 7 참조)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 하단에 형성된 현열 연결부(410)와, 잠열 열교환기(50)의 상단에 형성된 잠열 연결부(510)는, 볼트와 너트 등의 체결수단에 의해 결합된다.

연소가스가 현열 연결부(410)와 잠열 연결부(510) 사이의 틈새를 통하여 외부로 누설되는 것을 방지하기 위하여 현열 연결부(410)와 잠열 연결부(510) 사이에는 팩킹(80)이 구비된다.

상기 패킹(80)을 현열 열교환기(40)와 잠열 열교환기(50)의 연결부에 결합하기 위한 구성으로, 상기 현열 연결부(410)에는 팩킹(80)의 상면에 접하는 현열 플랜지부(411)가 형성되고, 상기 잠열 연결부(510)에는 상기 팩킹(80)이 안착되는 안착홈(510a)이 마련된 잠열 플랜지부(511)가 형성된다.

본 발명에서는 연소가스의 연소열이 팩킹(80)에 직접 전달되지 않도록 차단하기 위한 연소열 차단수단(100;100-1,100-2,100-3)이 구비된다.

상기 연소열 차단수단(100)은 현열 열교환기(40)를 통과한 고온(약 300℃)의 연소가스가 현열 플랜지부(411)와 잠열 플랜지부(511) 사이의 틈새로 유입되어 팩킹(80)에 직접 접촉될 경우에 초래될 수 있는 팩킹(80)의 경화 및 탄화에 의한 소손을 방지하는 기능을 한다.

일실시예로서, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 연소열 차단수단(100-1)은, 상기 잠열 플랜지부(511)의 내측단에서 현열 플랜지부(411)의 내측단의 내측에 위치하도록 상측으로 연장 형성된 연소열 유입방지 돌기(512)로 구성된다.

다른 실시예로서, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 연소열 차단수단(100-2)은, 상기 잠열 플랜지부(511)의 내측단에서 상기 현열 플랜지부(411)의 내측단의 저면에 접하도록 상측으로 연장 형성된 연소열 유입방지 돌기(513)로 구성된다.

상기 연소열 유입방지 돌기(513)를 상기 현열 플랜지부(411)의 내측단의 저면에 면접촉되도록 구성할 경우, 연소가스가 팩킹(80) 측으로 유입되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.

또 다른 실시예로서, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 연소열 차단수단(100-3)은, 상기 현열 플랜지부(411)의 내측단에서 상기 잠열 플랜지부(511)의 내측단의 상면에 접하도록 절곡된 연소열 유입방지 돌기(412)로 구성된다.

상기 연소열 유입방지 돌기(412)를 상기 잠열 플랜지부(511)의 내측단의 상면에 면접촉되도록 구성할 경우, 연소가스가 팩킹(80) 측으로 유입되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.

한편, 도 1과 도 5 내지 도 9를 참조하면, 본 발명에서는 최하측에 위치하는 수배관(42)과 이에 인접하게 배치되는 튜브(43) 사이의 공간으로 연소가스가 유입되어, 도 7에 도시된 바와 같이 현열 판넬(41)이 과열될 경우에 초래될 수 있는 변색부(41a)의 발생에 의해 내구성에 저하되고 외관을 해치게 되는 문제를 해결하기 위한 수단으로서, 최하측에 위치하는 수배관(42)을 통과한 연소가스의 흐름이 튜브(43)를 향하여 유동하도록 안내하는 히팅 가이드(90)를 포함하여 구성된다.

상기 히팅 가이드(90)는 도 9에 도시된 바와 같이 상기 수배관(42)의 내측면을 감싸는 형상으로 이루어진 곡면부(91)와, 상기 곡면부(91)의 하단에서 상기 튜브(43)를 향하는 방향으로 경사지게 연장 형성된 가이드부(92)로 구성된다.

상기 히팅 가이드(90)의 구성에 의하면, 도 8에서 연소가스의 유동 방향을 화살표로 나타낸 바와 같이 연소실(30)의 전면과 후면을 따라 하측으로 유동하는 연소가스가 최하측에 위치하는 수배관(42)과 이에 인접하게 배치된 튜브(43) 사이의 공간으로 유입된 후에는, 히팅 가이드(90)의 곡면부(91)와 가이드부(92)에 의해 유동방향이 튜브(43)를 향하는 경사진 방향으로 유도됨으로써, 고온의 열에 취약한 부분에 연소가스가 접촉되는 것을 차단할 수 있어, 현열 판넬(41)의 내구성을 향상시킬 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
41a : 변색부 42 : 수배관
43 : 튜브 44 : 전열핀
410 : 현열 연결부 411 : 현열 플랜지부
412 : 연소열 유입방지 돌기 50 : 잠열 열교환기
510 : 잠열 연결부 510a : 안착홈
511 : 잠열 플랜지부 512,513 : 연소열 유입방지 돌기
60 : 응축수 받이 70 : 배기덕트
80 : 팩킹 90 : 히팅 가이드
91 : 곡면부 92 : 가이드부
100 : 연소열 차단수단

Claims

연소실(30)에서 발생된 연소 현열을 흡수하는 현열 열교환기(40);
상기 현열 열교환기(40)에서 열교환을 마친 연소가스에 포함된 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열 열교환기(50);
상기 현열 열교환기(40)와 상기 잠열 열교환기(50)가 연결되는 현열 연결부(410)와 잠열 연결부(510) 사이에 구비되어 연소가스의 누설을 방지하는 팩킹(80); 및
상기 연소가스의 열소열이 상기 팩킹(80)에 직접 전달되지 않도록 차단하는 연소열 차단수단(100);
을 포함하되,
상기 연소실(30)과 현열 열교환기(40)의 전면과 후면에는 외벽을 형성하는 현열 판넬(41)이 구비되고,
상기 연소실(30)의 전면과 후면에는 상기 현열 판넬(41)의 외측에 위치하며 상하로 이격 배치된 복수의 수배관(42)이 구비되며,
상기 현열 열교환기(40)에는 열매체가 내부를 따라 유동하는 복수의 튜브(43)가 구비되고,
상기 수배관(42)과, 상기 수배관(42)에 인접하게 구비되는 튜브(43) 사이에 위치하는 상기 현열 판넬(41)의 내측면에는, 연소가스가 상기 튜브(43)를 향하여 유동하도록 안내하며 상기 수배관(42)의 내측면을 감싸는 히팅 가이드(90)가 구비된 것을 특징으로 하는 연소열에 의한 열교환기 부품의 소손 방지 구조.
제1항에 있어서,
상기 현열 연결부(410)에는 상기 팩킹(80)의 상면에 접하는 현열 플랜지부(411)가 형성되고,
상기 잠열 연결부(510)에는 상기 팩킹(80)이 안착되는 잠열 플랜지부(511)가 형성되며,
상기 연소열 차단수단(100)은, 상기 잠열 플랜지부(511)의 내측단에서 상기 현열 플랜지부(411)의 내측단의 내측에 위치하도록 연장 형성된 연소열 유입방지 돌기(512)를 포함하는 연소열에 의한 열교환기 부품의 소손 방지 구조.
제1항에 있어서,
상기 현열 연결부(410)에는 상기 팩킹(80)의 상면에 접하는 현열 플랜지부(411)가 형성되고,
상기 잠열 연결부(510)에는 상기 팩킹(80)이 안착되는 잠열 플랜지부(511)가 형성되며,
상기 연소열 차단수단(100)은, 상기 잠열 플랜지부(511)의 내측단에서 상기 현열 플랜지부(411)의 내측단의 저면에 접하도록 연장 형성된 연소열 유입방지 돌기(513)를 포함하는 연소열에 의한 열교환기 부품의 소손 방지 구조.
제3항에 있어서,
상기 연소열 유입방지 돌기(513)는 상기 현열 플랜지부(411)의 내측단의 저면에 면접촉되는 것을 특징으로 하는 연소열에 의한 열교환기 부품의 소손 방지 구조.
제1항에 있어서,
상기 현열 연결부(410)에는 상기 팩킹(80)의 상면에 접하는 현열 플랜지부(411)가 형성되고,
상기 잠열 연결부(510)에는 상기 팩킹(80)이 안착되는 잠열 플랜지부(511)가 형성되며,
상기 연소열 차단수단(100)은, 상기 현열 플랜지부(411)의 내측단에서 상기 잠열 플랜지부(511)의 내측단의 상면에 접하도록 절곡된 연소열 유입방지 돌기(412)를 포함하는 연소열에 의한 열교환기 부품의 소손 방지 구조.
제5항에 있어서,
상기 연소열 유입방지 돌기(412)는 상기 잠열 플랜지부(511)의 내측단의 상면에 면접촉되는 것을 특징으로 하는 연소열에 의한 열교환기 부품의 소손 방지 구조.
삭제
제1항에 있어서,
상기 히팅 가이드(90)는, 상기 수배관(42)의 내측면을 감싸는 형상으로 이루어진 곡면부(91)와, 상기 곡면부(91)의 하단에서 상기 튜브(43)를 향하는 방향으로 경사지게 연장 형성된 가이드부(92)로 이루어진 것을 특징으로 하는 연소열에 의한 열교환기 부품의 소손 방지 구조.