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KR102546285B1 - 열교환기 유닛 - Google Patents

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KR102546285B1
KR102546285B1 KR1020200083879A KR20200083879A KR102546285B1 KR 102546285 B1 KR102546285 B1 KR 102546285B1 KR 1020200083879 A KR1020200083879 A KR 1020200083879A KR 20200083879 A KR20200083879 A KR 20200083879A KR 102546285 B1 KR102546285 B1 KR 102546285B1
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heat exchanger
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pipe
sensible
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박준규
조성철
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주식회사 경동나비엔
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Publication date
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Abstract

본 발명에 따른 열교환기 유닛은, 내부에 연소반응에 의한 화염이 위치하는 연소실; 상기 연소실의 하측에 위치하고, 상기 연소반응에 의해 생성된 열을 전달받아 내부를 통해 유동하는 난방수를 가열하게 마련되는 열교환배관 및 상기 열교환배관을 내부공간에 수용하는 메인 케이스를 포함하는 콘덴싱 보일러용 열교환기; 및 상기 연소실에 인접하게 배치되되, 상기 연소실을 단열하기 위해, 상기 난방수를 공급받아 내부를 통해 유동시키는 연소실 단열배관을 포함한다.

Description

열교환기 유닛 {HEAT EXCHANGER UNIT}
본 발명은 콘덴싱 보일러와 같은 물 가열기에 사용되는 열교환기 유닛에 관한 것이다.
물 가열기는 물을 가열해 제공하는 장치이다. 보일러는 물 가열기의 일종으로, 용기 내의 유체를 가열하여 원하는 지역을 난방하는 장치이다. 따라서 보일러의 난방수를 데우기 위해, 보일러는 열원과 이를 포함하는 버너 및 연소가스 등으로부터 난방수를 가열하는 열교환기 유닛을 일반적으로 가진다. 연소가스의 열을 종합적으로 이용하는 콘덴싱 보일러에서는, 버너에서 발생하는 현열이 난방수에 제공되고, 버너에서 발생한 연소가스의 현열과 연소가스의 상변화에 의한 잠열이 난방수에 제공되어, 난방수가 가열된다.
현열과 잠열을 난방수에 제공하기 위해, 난방수를 보관하는 용기를 연소가스가 유동하는 영역과 현열이 제공되는 열원에 인접하게 위치시키는 방법이 주로 사용된다. 용기를 통해 간접적으로 난방수에 열을 전달하여, 난방수의 온도를 난방에 적합한 온도까지 상승시킨 후, 난방이 이루어져야 하는 지역에 공급한다.
이러한 열전달을 위해 플레이트를 다수 적층하는 플레이트 유형의 열교환기 유닛이 주로 사용되는데, 열효율이 뛰어나지만 제조 공정의 어려움과 고비용 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 핀튜브 타입의 열교환장치가 사용되면서도 열효율이 뛰어난, 콘덴싱 보일러와 같은 물 가열기에 사용되는 열교환기 유닛을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 적합한 단열수단이 사용된, 콘덴싱 보일러와 같은 물 가열기에 사용되는 열교환기 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 열교환기 유닛은 내부에 연소반응에 의한 화염이 위치하는 연소실; 상기 연소실의 하측에 위치하고, 상기 연소반응에 의해 생성된 열을 전달받아 내부를 통해 유동하는 난방수를 가열하게 마련되는 열교환배관 및 상기 열교환배관을 내부공간에 수용하는 메인 케이스를 포함하는 콘덴싱 보일러용 열교환기; 및 상기 연소실에 인접하게 배치되되, 상기 연소실을 단열하기 위해, 상기 난방수를 공급받아 내부를 통해 유동시키는 연소실 단열배관을 포함하고, 상기 연소실은, 상기 화염이 위치하는 내부공간을 형성하는 연소실 케이스와, 상기 연소실 케이스의 하단으로부터 돌출된 연소실 플랜지를 포함하고, 상기 콘덴싱 보일러용 열교환기는, 상기 메인 케이스의 상단으로부터 돌출되고, 상기 연소실 플랜지와 결합되는 열교환기 플랜지를 더 포함하고, 페이스트가 도포되고 가열되는 브레이징에 의해, 상기 연소실과 상기 콘덴싱 보일러용 열교환기가 결합되고, 상기 페이스트는, 상기 연소실 플랜지와 상기 열교환기 플랜지의 사이에 도포된다.
본 발명의 실시예에 따른 열교환기 유닛 제작방법은, 브레이징용 페이스트를 이용해 열교환기를 조립하는 단계; 브레이징용 페이스트를 이용해 연소실을 조립하는 단계; 상기 연소실과 연소실 단열배관을 조립하는 단계; 브레이징용 페이스트를 상기 열교환기와 맞닿을 상기 연소실의 연소실 플랜지의 일면 및 상기 연소실과 맞닿을 상기 열교환기의 열교환기 플랜지의 일면 중 적어도 하나에 도포하는 단계; 상기 연소실에 상기 열교환기를 안착시켜 열교환기 유닛을 형성하는 단계; 및 상기 열교환기 유닛을 가열하여 브레이징하는 단계를 포함한다.
이에 따라, 저렴하고 생산이 용이한 핀튜브 타입의 열교환기 유닛을 사용하면서도 열전달 효율의 저하가 일어나지 않을 수 있다.
이에 따라, 열교환기 유닛 및 콘덴싱 보일러가 높은 단열 효과를 가질 수 있다.
도 1은 예시적인 열교환기 유닛의 일부분의 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴싱 보일러의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴싱 보일러의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴싱 보일러의 종단면의 일부분을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 유닛의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 유닛의 정면에서 연결 어댑터를 제거한 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 유닛의 전체적인 유로를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예의 제1 변형예에 따른 연소실의 정면에서 연결 어댑터를 제거한 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예의 제1 변형예에 따른 열교환기 유닛의 전체적인 유로를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴싱 보일러용 열교환기의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 연소실의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴싱 보일러용 열교환기와 연소실을 결합하는 상황을 도시한 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 유닛의 단면 중 연소실 플랜지와 열교환기 플랜지가 위치한 부분을 상하를 뒤집어 확대하여 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 유닛의 연소실 플랜지와 열교환기 플랜지가 위치한 부분을 도시한 것이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 유닛의 단면 중 패킹 브라켓과 측판 패킹이 위치한 영역을 상하를 뒤집어 도시한 것이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예의 제2 변형예에 따른 열교환기 유닛의 단면 중 보호 브라켓이 위치한 영역을 상하를 뒤집어 도시한 것이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예의 제3 변형예에 따른 열교환기 유닛의 정면도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예의 제3 변형예에 따른 열교환기 유닛의 측면도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예의 제3 변형예에 따른 열교환기 유닛의 연결 어댑터 및 인접한 영역의 종단면도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예의 제4 변형예에 따른 열교환기 유닛의 정면도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예의 제4 변형예에 따른 열교환기 유닛의 측면도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예의 제4 변형예에 따른 열교환기 유닛의 엘보우 파이프 및 인접한 영역의 종단면도이다.
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.
콘덴싱 보일러를 구성하는 버너, 열교환기 및 연소실의 배치 방법으로, 가장 하측에 위치한 버너로부터 상방으로 갈수록, 드라이 타입의 단열재에 의해 둘러싸인 연소실, 핀튜브(fin-tube) 타입의 현열 열교환기 및 플레이트(plate) 타입의 잠열 열교환기를 배열하여 콘덴싱 보일러를 구성하는 방법을 생각할 수 있다. 이러한 콘덴싱 보일러를 상향식 보일러로 지칭하는데, 상향식 보일러의 경우 잠열 열교환기에서 연소가스의 응축으로 인해 발생한 응축수가 낙하하여 현열 열교환기 및 연소실에 위치할 수 있다. 따라서 현열 열교환기와, 연소실을 둘러싼 드라이 타입의 단열재가, 산도가 높은 응축수에 의해 손쉽게 부식되는 문제가 있다. 또한 서로 다른 종류의 열교환기를 서로 연결하므로, 연결부품이 추가로 발생해 제조원가가 상승한다는 문제가 있다.
응축수로 인한 문제를 해결하기 위해, 가장 상측에 위치한 버너로부터 하방으로 갈수록, 단열배관에 의해 둘러싸여 단열이 이루어지는 연소실, 핀튜브 타입의 현열 열교환기 및 플레이트 타입의 잠열 열교환기를 배열하여 콘덴싱 보일러를 구성하는 방법을 생각할 수 있다. 이를 하향식 보일러로 지칭한다. 이러한 경우 잠열 열교환기가 가장 하측에 위치하므로, 응축수는 바로 응축수 받이 등을 통해 배출되어 현열 열교환기나 연소실에 도달하지 않아, 부식의 문제가 해소될 수 있다. 다만 연소실 냉각을 위해 사용된 단열배관을 포함한 많은 부품이 사용되고, 그로 인해 조립 공수가 비대해져 제조원가가 상승한다는 문제가 있다. 또한 서로 다른 종류의 열교환기를 서로 연결하므로, 연결부품이 추가로 발생해 제조원가가 상승한다는 문제가 있다.
도 1은 예시적인 열교환기 유닛의 일부분의 종단면도이다. 도 1과 같이, 하향식 보일러를 사용하되, 연소실(102)과 현열 열교환기(103)를 단열재(101)로 둘러싸서 드라이(Dry) 타입으로 단열하는 방식을 생각할 수 있다. 즉 연소실(102)에 사용된 드라이 타입의 단열재가 현열 열교환기(103) 영역에서 나오는 열의 단열을 위해 배치되는 경우를 생각할 수 있다. 그러나 이러한 경우, 현열 열교환기(103)와, 연소반응을 통해 발생한 화염과, 연소가스에서 발생하는 열이 과도하여 단열재(101)가 손상되고 내구도가 감소할 수 있다는 문제가 있다. 또한 현열 열교환기(103)와 인접한 위치에서는 연소실(102)에 비해 응축수가 발생할 가능성이 높으므로, 도면과 같이 연소실(102)이 하방으로 연장되어 다다르는 위치보다 더 하류측까지 단열재(101)가 연장될 경우, 드라이 타입의 단열재(101)에 응축수가 닿아 손상이 일어날 수 있다는 문제가 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴싱 보일러(3)의 정면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴싱 보일러(3)의 측면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴싱 보일러(3)의 종단면의 일부분을 나타낸 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 유닛의 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기의 일종인 콘덴싱 보일러(3)는, 열교환기 유닛을 포함하고, 메인 유로와 버너조립체(10g) 등을 포함할 수 있다.
물 가열기의 대표적인 예로 콘덴싱 보일러(3)를 가정하여 설명하나, 물 가열기는 온수기 등의 다른 종류일 수 있다.
연소가스의 유동방향인 기준방향을 따라 버너조립체(10g)와 열교환기 유닛이 순서대로 배치되고, 열교환기 유닛의 내에서는 동일한 방향을 따라 연소실(20g), 현열 열교환기(30g), 잠열 열교환기(40g) 및 현열 열교환기(30g)와 같이 배치된 현열 단열배관(34g)의 순서로 구성요소가 배열되어 있다. 연소가스의 유동방향은 도 2 내지 도 4에서 하방일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 유닛 및 이를 이용한 콘덴싱 보일러(3)는, 연소가스가 연직하방으로 유동하는 하향식의 콘덴싱 보일러(3)를 기준으로 하여 설명된다. 따라서 화살표로 표시된 연소가스의 유동방향은 콘덴싱 보일러(3)가 설치된 위치에서의 연직하방과 동일할 수 있다. 하향식의 콘덴싱 보일러(3)를 선택함에 따라, 연소가스가 응축하여 발생하는 응축수가 콘덴싱 보일러(3)의 가장 하측에서만 생성되어 바로 하단을 통해 외부로 배출될 수 있다. 따라서 콘덴싱 보일러(3)를 구성하는 구성요소들의 부식이 방지될 수 있다. 그러나 가열된 연소가스가 대류에 의해 상방으로 이동하는 성질을 이용하여 난방수의 경로를 자연스럽게 하방으로 형성할 수 있는, 상향식의 콘덴싱 보일러에 본 발명의 구성이 사용될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴싱 보일러(3)는, 연소가스의 유동방향을 따라 가장 하류에, 응축수 받이(55g)를 배치하여, 잠열 열교환기(40g)로부터 발생하는 응축수가 자중에 의해 연직하방으로 낙하할 경우 이를 수집할 수 있다. 응축수 받이(55g)는 수집한 응축수가 연직하방으로 연장된 응축수 배출구(53g)를 통해 배출될 수 있도록, 응축수 배출구(53g)를 향해 경사진 내측면을 가질 수 있다.
또한 응축수 배출과 동시에 잔여 연소가스가 배출될 수 있도록, 배기 덕트(52g)가 응축수 받이(55g)와 연통되어 형성될 수 있다. 배기 덕트(52g)는 연직상방으로 연장되어 형성됨으로써, 잔여 연소가스를 외부로 배출한다.
메인 유로
본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 유닛을 포함하는 콘덴싱 보일러(3)는, 메인 유로를 포함한다. 메인 유로는, 난방을 제공하기 위한 난방 유로에 직접적 또는 간접적으로 연통되어 난방수를 난방 유로에 공급하는 배관이다. 메인 유로는 현열 열교환기(30g) 또는 잠열 열교환기(40g)에 직접적 또는 간접적으로 연통되어, 난방수가 데워지도록 열교환기에 난방수를 제공하거나, 가열된 난방수를 열교환기로부터 난방 유로에 제공하는 역할을 한다. 따라서 현열 열교환기(30g) 및 잠열 열교환기(40g)와 연결되어 난방수를 공급하거나 전달받은 난방수관이 메인 유로에 포함될 수 있다.
버너조립체(10g)
버너조립체(10g)는 열을 발산하는 버너를 포함하여, 연료와 공기를 주입받아 연소반응을 일으킴으로써 연소가스를 생성하는 구성요소이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴싱 보일러(3)에 사용되는 버너조립체(10g)로서, 프리믹스(premix) 버너가 사용될 수 있다. 프리믹스 타입의 버너는, 공기와 연료를 주입받아 소정의 비율로 혼합하여, 발산하는 열을 이용해 혼합된 공기와 연료를 연소시킴으로써 연소가스를 생성하는 장치이다. 이러한 작용을 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 버너조립체(10g)는 연료와 공기를 주입받아 소정의 비율로 혼합하여 연소반응을 위한 혼합연료를 마련하는 공간인 믹스 챔버와, 상기 믹스 챔버가 혼합한 혼합연료에 열을 가하는 버너를 포함할 수 있다. 연소반응에 적합한 비율로 혼합된 공기와 연료를 가열해 연소반응을 일으켜 최적의 연료효율 및 열효율을 얻도록 이와 같은 구조의 버너조립체(10g)가 제공된다.
믹스 챔버에 공기를 공급하고, 버너조립체(10g)에서 발생한 연소가스를 연직하방으로 송기하기 위해, 본 발명의 콘덴싱 보일러(3)는 송풍기를 더 구비할 수 있다. 송풍기는 믹스 챔버와 연결되어 믹스 챔버의 연직 하방에 연결된 버너조립체(10g)를 향해 공기를 압송할 수 있도록, 펌프를 포함하여 구성될 수 있다.
현열 열교환기(30g)
열교환기 유닛은 현열 열교환기(30g)와 잠열 열교환기(40g)와, 현열 단열배관(34g)을 포함한다. 열교환기 유닛을 구성하는 상기 구성요소들은, 도시된 것과 같은 위치에 고정될 수 있다.
연소가스의 유동방향을 기준으로, 연소실(20g)보다 하류에 현열 열교환기(30g)가 배치된다. 현열 열교환기(30g)는 현열 열교환기(30g)보다 상부에 위치한 버너조립체(10g)가 연소반응을 일으켜 생성되는 현열을 복사열과 연소가스의 대류에 의해 전달받아, 현열 열교환기(30g)의 내부에서 흐르는 난방수를 가열하는 구성요소이다.
현열 열교환기(30g)는 구체적으로, 내부를 통해 난방수가 흐르며, 연소가스가 주변에서 흐르는 현열 열교환배관(32g)을 포함하고, 현열 열교환배관(32g)의 양 단부가 끼워지는 현열 열교환기 케이스를 포함한다. 현열 열교환기 케이스 내부에 현열 열교환배관(32g)이 위치하고, 연소가스가 현열 열교환배관(32g) 주변에서 유동하여, 연소가스와 난방수가 간접적으로 열교환하도록 구성된다.
현열 열교환배관(32g)은, 상기 현열 열교환기 케이스의 내부에 형성된 공간에서, 소정 방향을 따라 연장된다. 상기 소정 방향은, 바람직하게는 연소가스의 유동방향에 직교하는 방향일 수 있다. 현열 열교환배관(32g)은, 상기 일 방향과 연소가스의 유동방향에 직교하는 직교 방향을 따라 각각 서로 이격되어 나열된 복수의 직선부를 포함하여 구성될 수 있다.
복수의 직선부가 나열되고, 후술할 현열 열교환기 케이스의 현열 일반측판에 형성된 삽입 구멍들에 삽입된 각 직선부들의 단부를 연통해주는 후술할 유로캡 플레이트(361g, 362g)가 존재하여, 직선부의 집합이 하나의 현열 열교환배관(32g)을 형성하는 것이다. 따라서 구불구불한 난방수의 연속된 유로를 현열 열교환배관(32g)의 배치를 통해 형성할 수 있다.
현열 열교환배관(32g)의 내부에는, 난방수의 흐름을 방해하여 난방수의 흐름을 난류화하는 형상을 가지는 터뷸레이터(turbulator)가 배치될 수 있다.
현열 열교환기 케이스는, 소정 방향으로 이격되어 서로 나란한 2개의 일반측판 부분과, 소정 방향에 직교하는 직교 방향을 따라 이격되어 서로 나란한 2개의 단열측판 부분으로 구성되어, 직육면체 형태로 형성될 수 있다. 일반측판 부분과 단열측판 부분은, 서로 별물인 일반측판과 단열측판일 수도 있고, 각각 일체형의 열교환기 케이스의 측판의 일부 영역일 수 있다. 본 발명의 명세서에서는 일반측판 부분과 단열측판 부분이, 서로 별물인 일반측판과 단열측판으로 구성되는 경우를 중심으로 설명한다.
현열 일반측판과 현열 단열측판이 함께 현열 열교환기 케이스의 내부공간을 형성한다. 여기서 현열 단열측판이란, 외부로 전달되는 열량을 감소시켜 단열을 달성하는 측판이라는 의미가 아니라, 현열 단열배관(34g)이 인접하게 배치되는 측판이라는 의미로 사용되었다.
현열 일반측판은 소정 방향을 따라 이격된 2개의 현열 일반측판을 포함하고, 각각에는 현열 열교환배관(32g)을 구성하는 직선부들의 양단이 각각 끼워져서, 결과적으로 현열 열교환기 케이스 내부에 직선부들이 수용되는 형태가 될 수 있다. 현열 열교환기 케이스의 내부에 형성된 공간에서 연소가스가 유동하여, 연소실(20g)로부터 후술할 잠열 열교환기 케이스로 이동한다.
현열 열교환기(30g)에 인접하여 현열 단열배관(34g)이 배치될 수 있다. 현열 단열배관(34g)은, 내부를 통해 난방수가 유동함으로써 현열 열교환기(30g)를 단열하기 위해 배치되는 파이프형의 구성요소이다. 여기서 단열이란, 열이 전달되는 것을 막는 것으로, 어떠한 위치에 열을 가두는 것과, 외부로 최종적으로 배출되는 열량이 전보다 감소하도록, 어떠한 위치에서 외부로 배출되는 열량을 흡수하는 것을 모두 아우르는 의미이다.
구체적으로, 현열 단열측판의 외측면과 인접하게 현열 단열배관(34g)이 배치될 수 있다. 2개의 현열 단열측판 중 어느 하나 및 다른 하나에 각각 인접하게 현열 단열배관(34g)이 배치될 수 있다. 현열 단열측판의 외측면과 현열 단열배관(34g)이 접촉하도록 현열 단열배관(34g)이 배치될 수도 있고, 현열 단열측판의 외측면으로부터 이격된 위치에 현열 단열배관(34g)이 배치될 수도 있다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 유닛에서는 제1 현열 단열배관(341g)과 제2 현열 단열배관(342g)이 서로 이격되어 각각 현열 단열측판의 외측면을 따라 배치된다. 현열 단열배관(34g)은 연소가스가 통과하는 현열 열교환기 케이스의 외측에 위치하므로, 현열 단열배관(34g)은 연소가스와 교차하거나 만나지 않을 수 있다. 현열 단열배관(34g)은 연소가스와 난방수의 열교환을 위해서 사용되는 것이 아니라, 난방수를 이용해 현열 열교환기(30g)로부터 외부로 열이 배출되는 것을 차단하는 단열 기능만을 수행할 수 있다.
현열 단열배관(34g)은 연소실(20g)과 접촉하지 않고, 연소실(20g)로부터 연소가스의 유동방향을 따라 이격되어 배치될 수 있다. 따라서 현열 단열배관(34g)은 연소실(20g)의 단열을 위해 사용되는 것이 아니라, 현열 열교환기(30g)의 단열을 위해서만 사용될 수 있다.
현열 단열배관(34g)은, 현열 열교환배관(32g)과 함께 난방수가 유동하는 현열유로를 형성한다.
상기 현열 단열배관(34g)의 내부공간의 형상은, 도시된 것과 같이 현열 단열배관(34g)이 연장된 방향에 직교하는 평면으로 현열 단열배관(34g)을 자른 단면상에서, 원형으로 형성될 수 있다. 구체적으로는 현열 단열배관(34g)의 내부공간이, 연소가스의 유동방향과 나란한 장축을 가지는 원형으로 형성될 수 있다. 그러나 현열 단열배관의 내부공간의 형상은 타원형으로 형성될 수도 있다.
현열 단열배관(34g)은 현열 열교환기(30g)의 현열 단열측판과 인접하게 위치하되, 연소가스의 유동방향을 기준으로 상류측에 배치될 수 있다. 즉 후술할 잠열 열교환기(40g) 보다는 연소실(20g)에 인접한 위치에 현열 단열배관(34g)이 배치될 수 있다. 연소실(20g)에서 버너조립체(10g)에 의해 발생하는 화염이 연소가스의 유동방향을 기준으로 연소실(20g)의 하류측까지 닿을 수 있으므로, 현열 열교환기(30g)의 상류측이, 연소실(20g)과 맞닿으며 가장 높은 온도를 가질 수 있다. 따라서 현열 단열배관(34g)을 현열 열교환기(30g)의 상류측과 인접하도록 배치함으로써, 현열 열교환기(30g)의 내부공간과 외부의 온도차가 가장 크게 발생하여 많은 양의 열이 발산될 수 있는 현열 열교환기(30g)의 상류측을 단열할 수 있다. 그러나 현열 단열배관(34g)이 연소가스의 유동방향을 기준으로 중앙에 위치할 수도 있다.
현열 열교환기(30g)는, 현열 열교환배관(32g)의 열전도도를 높일 수 있는 현열 핀(33g)을 더 포함하여, 핀튜브 형태의 현열 열교환기(30g)를 구성할 수 있다. 현열 핀(33g)은, 현열 열교환배관(32g)이 연장된 방향에 직교하는 판형으로 형성되고, 현열 열교환배관(32g)에 의해 관통된다. 현열 핀(33g)은 복수로 구성되어, 현열 열교환배관(32g)이 연장된 소정 방향을 따라 소정의 간격만큼 이격되어 배치될 수 있다. 현열 열교환배관(32g)과 현열 핀(33g)은 열전도도가 높은 금속으로 형성되어, 현열 핀(33g)이 현열을 전달받을 수 있는 현열 열교환배관(32g)의 표면적을 증가시켜 보다 많은 현열을 난방수로 전달하도록 할 수 있다.
현열 열교환배관(32g)이 연장된 소정 방향에 직교하는 평면으로 현열 열교환배관(32g)을 자른 단면에서 현열 열교환배관(32g)의 내부공간의 형태는, 연소가스의 유동방향을 따라 연장된 장공의 형태로 형성될 수 있다. 도면에서 확인할 수 있듯이 본 발명의 일 실시예에 따른 현열 열교환배관(32g)은, 연소가스의 유동방향을 기준으로 한 상기 단면에서의 현열 열교환배관(32g)의 내부공간의 길이를, 연소가스의 유동방향에 수직한 방향에 따른 폭으로 나눈 값이 2 이상이 되도록 형성되어, 납작한 장공의 형태를 가질 수 있다.
이러한 형상의 플랫(flat) 타입 배관을 현열 열교환배관(32g)에 도입함으로써, 원형이나 타원형과 같은 다른 형상의 배관이 현열 열교환배관(32g)에 도입될 경우와 비교하여, 난방수가 같은 길이의 현열 열교환배관(32g)을 따라 흘러도 연소가스와의 관계에서 더 넓은 열교환면적을 가지게 되어 더 많은 열량을 전달받아, 충분히 가열될 수 있다.
현열 핀(33g)에는 현열 열교환배관(32g)이 통과할 수 있는 관통홀이 형성될 수 있고, 이러한 관통홀의 면적은 현열 열교환배관(32g)의 면적과 같거나 다소 작게 형성되어, 현열 열교환배관(32g)이 단단하게 끼워질 수 있다. 또한 현열 핀(33g)은 현열 열교환배관(32g)과 브레이징 용접을 통해 일체로 결합될 수 있다.
다만 현열 단열배관(34g)의 경우, 현열 핀(33g)과 결합되지 않는다. 현열 단열배관(34g)은 현열 핀(33g)과 체결되지 않고, 현열 단열측을 사이에 두고 현열 단열배관(34g)과 현열 핀(33g)이 서로 반대측에 배치될 수 있다. 현열 핀(33g)과 현열 단열배관(34g) 각각이 현열 단열측판에 접촉할 수는 있으나, 현열 핀(33g)과 현열 단열배관(34g)이 직접 접촉하지는 않는다. 현열 단열배관(34g)은 상술한 것과 같이 연소가스와 난방수의 열교환을 위해서 배치되는 것이 아니라, 현열 열교환기(30g)의 단열을 위해서 배치되는 것이기 때문에, 현열 핀(33g)과 현열 단열배관(34g)이 서로 직접 연결되지 않는 것이다. 따라서 현열 핀(33g)과 현열 단열배관(34g)은 서로 교차하지 않게 배치된다.
현열 핀(33g)에는, 현열 열교환배관(32g)이 연장된 소정 방향을 따라 관통된 루버(louver)홀이 더 형성될 수 있다. 루버홀은 펀칭을 통해 형성되어 그 둘레를 따라 돌출된 버링을 포함하여, 연소가스가 유동할 때 버링에 의해 가로막혀 현열 열교환배관(32g)의 주위로 흘러, 연소가스와 난방수 사이의 열교환이 보다 잘 이루어지도록 하는 구성요소이다.
현열 핀(33g)은 골과 돌출부를 더 포함할 수 있다. 현열 핀(33g)은 기본적으로 현열 열교환배관(32g)을 둘러싸도록 형성되되, 연소가스의 유동방향을 기준으로 현열 열교환배관(32g)의 상류측 단부의 테두리로부터 소정의 폭만큼의 영역을, 현열 열교환배관(32g)의 나머지 영역과 구별되게 에워쌀 수 있다. 따라서 인접한 현열 열교환배관(32g)의 상류측 단부들 사이에 연소가스의 유동방향을 따라 파인 골이 현열 핀(33g)에 형성될 수 있다. 현열 열교환배관(32g)의 상류측 단부와 인접한 현열 핀(33g)의 영역은 상대적으로 돌출되어 있으므로, 돌출부가 된다. 불필요한 영역을 골을 형성하여 개방함으로써, 연소가스가 현열 핀(33g)과 현열 열교환배관(32g) 사이에서 보다 자유롭게 유동하도록 한다.
잠열 열교환기(40g)
잠열 열교환기(40g)가 연소가스의 유동방향을 기준으로 현열 열교환기(30g)보다 하류측에 배치될 수 있다. 잠열 열교환기(40g)는, 연소가스의 상변화시 발생하는 잠열을 전달받아 난방수를 가열한다. 따라서 현열 열교환기(30g)를 통과한 연소가스가 잠열 열교환기(40g)에 전달되고, 난방수가 잠열 열교환기(40g) 내부에서 흘러 난방수와 연소가스 간에 간접적으로 열교환이 일어난다.
잠열 열교환기(40g)는 현열 열교환기(30g)와 유사하게, 내부를 통해 난방수가 흐르며, 연소가스가 주변에서 흘러 연소가스의 상변화에 의한 잠열을 난방수로 전달할 수 있는 잠열 열교환배관을 포함할 수 있고, 잠열 열교환배관의 양 단부가 끼워지는 잠열 열교환기 케이스를 포함할 수 있다. 잠열 열교환배관은 현열 열교환배관(32g)과 유사하게 형성되고, 잠열 열교환기 케이스 역시 현열 열교환기 케이스와 유사하게 형성될 수 있으므로, 예외적인 특징은 후술하되 전체적인 설명은 현열 열교환기(30g)에 대한 설명에 갈음한다. 다만 잠열 열교환배관의 주변에서는 연소가스의 상변화가 일어나 응축수가 발생하고, 중력에 의해 응축수 받이(55g)로 낙하하는 현상이 일어날 수 있다.
잠열 열교환기(40g) 역시 현열 열교환기(30g)와 같이 핀튜브 방식일 수 있다. 따라서 잠열 열교환배관이 연장된 소정 방향에 직교하는 판형으로 잠열 핀이 형성되고, 잠열 열교환배관에 의해 잠열 핀이 관통된다. 잠열 핀은, 잠열을 전달받을 수 있는 잠열 열교환배관의 표면적을 증가시켜 보다 많은 잠열을 난방수로 전달하도록 할 수 있다.
잠열 핀은 복수로 구성되어, 잠열 열교환배관이 연장된 소정 방향을 따라 소정의 간격만큼 이격되어 배치될 수 있다. 잠열 핀이 이격된 간격은, 인접한 잠열 핀 사이에서 형성되는 응축수가 배출되기에 용이한 간격일 수 있다. 응축수가 배출되기에 용이한 간격이란, 잠열 핀 사이에서 형성된 응축수의 무게가, 잠열 핀과 응축수 사이에 작용하는 장력의 연직방향 합력보다 큰 상태에서의 잠열 핀 간의 간격을 의미한다. 잠열 핀 사이에서 형성되는 응축수의 높이와, 상기 응축수가 배출되기에 용이한 잠열 핀의 최소 간격은 서로 반비례하는 관계에 있으므로, 잠열 열교환기(40g)로부터 배출시키고자 하는 응축수의 적절한 높이를 선택함으로써, 응축수가 배출되기에 용이한 간격을 결정할 수 있다.
잠열 핀의 개수는 현열 핀(33g)의 개수보다 적을 수 있다. 따라서 인접한 잠열 핀이 서로 이격된 간격은, 인접한 현열 핀(33g)이 서로 이격된 간격에 비해 크거나 같을 수 있다.
잠열 열교환배관이 연장된 방향에 수직한 평면으로 자른 잠열 열교환배관의 내부공간의 단면적은, 현열 열교환배관(32g)이 연장된 방향에 수직한 평면으로 자른 현열 열교환배관(32g)의 내부공간의 단면적보다 작게 형성될 수 있다. 잠열 열교환배관이 연장된 방향 역시 소정 방향일 수 있다. 상술한 잠열 핀에 대한 설명과 유사하게, 잠열 열교환배관의 크기를 현열 열교환배관(32g)의 크기보다 작게 하여, 동일한 부피 내에서 잠열 열교환배관이 현열 열교환배관(32g)의 표면적보다 넓은 표면적을 가지도록 할 수 있다. 잠열 열교환배관의 표면적을 넓힘에 따라, 잠열 열교환배관을 따라 흐르는 난방수와 응축수간에 더 많은 양의 열교환이 일어날 수 있다.
소정 방향에 수직한 평면으로 자른 잠열 열교환배관의 단면 형상은, 현열 열교환배관(32g)과 같이 장공 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 잠열 열교환기(40g)는 단열을 위한 수단이 존재하지 않는 것으로 도시되었다. 그러나 다양한 변형예에서 잠열 열교환기(40g) 역시 현열 단열배관(34g)과 동일한 형식으로 배치되는 잠열 단열배관(미도시)을 가질 수 있다. 잠열 단열배관은 잠열 열교환기 케이스와 인접하게 배치되고, 난방수가 내부를 따라 유동해 잠열 열교환기(40g)를 단열할 수 있다.
기준방향을 기준으로 동일한 위치에 있는 잠열 핀들이 배치되는 적어도 하나의 층이 형성될 수 있다. 이러한 층 중 현열 핀(33g)과 가장 인접한 층에 배치되는 잠열 핀의 총 개수는, 현열 핀(33g)의 총 개수보다 적을 수 있다.
유로캡 플레이트(361g, 362g)
열교환기 유닛은, 현열 단열배관(34g)과 현열 단열배관(34g)에 인접한 상기 현열 열교환배관(32g)의 단부를 연통하거나, 복수의 직선부 중 서로 인접한 직선부들을 연통하는 복수의 유로캡들을 포함하는 복수의 유로캡 플레이트(361g, 362g)를 구비할 수 있다. 유로캡 플레이트(361g, 362g)는 유로캡(3621g)들을 포함하여, 서로 이격되어 있는 직선부들을 연통시켜 난방수가 현열 열교환기(30g) 내에서 흐르는 유로를 형성할 수 있다.
구체적으로, 현열 열교환기 케이스의 현열 일반측판에는 현열 열교환배관(32g)이 포함하는 직선부 및 현열 단열배관(34g)들의 양 단부가 끼워지나, 각각의 단부가 폐쇄되지 않고 개방된 상태이다. 현열 열교환배관(32g)이 포함하는 각 직선부와 현열 단열배관(34g)들은 현열 일반측판 중 어느 하나에서 다른 하나까지 연장되어, 각각의 양측 단부가 현열 일반측판의 외측으로 노출되게 마련된다. 유로캡 플레이트(361g, 362g)가 현열 일반측판을 외측으로부터 덮으면서 현열 일반측판에 결합된다. 따라서 유로캡 플레이트(361g, 362g)의 유로캡이, 현열 일반측판과 함께 직선부의 단부 및 현열 단열배관(34g)의 단부를 에워싸는 연통공간을 형성한다.
유로캡 플레이트(361g, 362g)가 포함하는 유로캡은, 현열 일반측판과 그 내측면 사이에 유체가 유동 가능한 빈 연통공간을 형성한다. 내부에 이러한 연통공간을 가지는 유로캡(3621g)은, 현열 일반측판에 삽입되는 복수의 직선부 중 서로 인접한 2개의 직선부들을 연통하거나, 현열 단열배관(34g)과 현열 단열배관(34g)에 인접한 직선부를 연통할 수 있다. 유로캡 플레이트(361g, 362g)는 현열 일반측판에 브레이징 용접되어 결합되거나, 끼움결합될 수 있으나, 그 결합 방법은 이에 제한되지 않는다.
각각의 유로캡(3621g)들이 동시에 연통하는 직선부 또는 현열 단열배관(34g)의 개수는 도면에 도시된 내용에 제한되지는 않는다. 따라서 하나의 유로캡 플레이트(361g, 362g)가 포함하는 유로캡(3621g)의 개수 역시 도시된 내용에 제한되지 않으며, 변형이 가능하다.
유로캡(3621g)은 하나의 배관의 입구와 다른 하나의 배관의 출구가 연통되는 직렬유로를 형성하거나, 연결된 배관의 입구와 출구가 공통되는 병렬유로를 형성할 수 있다. 여기서 입구란 난방수가 배관으로 유입되는, 배관의 일단의 개구를 의미하며, 출구란 난방수가 배관으로부터 배출되는, 배관의 타단의 개구를 의미한다. 배관은 직선부와 제1, 2 현열 단열유로(341g, 342g)를 포함한다. 배관을 이용해 직렬유로를 형성하는 경우, 난방수가 천천히 흘러 과열되어 발생할 수 있는 비등소음을 감소시킬 수 있도록, 난방수를 빠르게 유동시킬 수 있다. 이러한 직렬유로에 병렬유로가 적어도 일부 포함된 경우, 난방수를 압송하는 펌프의 부하를 감소시킬 수 있다.
현열 열교환기(30g)와 잠열 열교환기(40g)는, 각각 구성되어 각각 현열 열교환기 케이스와 잠열 열교환기 케이스를 가질 수 있으나, 도시된 것과 같이 일체로 형성되어 콘덴싱 보일러용 열교환기(50g)를 구성할 수 있다.
마찬가지로, 현열 열교환기 케이스와 잠열 열교환기 케이스는 서로 별개일수도 있으나, 도면에서 표시된 것과 같이 일체로 형성될 수 있다. 이러한 경우 메인 케이스(51g)가 현열 열교환기 케이스와 잠열 열교환기 케이스를 모두 포함하고 일체형으로 형성될 수 있다. 따라서 현열 열교환기(30g)의 현열 단열측판과 잠열 열교환기(40g)의 잠열 단열측판이 일체로 메인 단열측판(512g)를 형성할 수 있고, 현열 열교환기(30g)의 현열 일반측판과 잠열 열교환기(40g)의 잠열 일반측판이 일체로 메인 일반측판(511g)을 형성할 수 있다.
잠열 열교환배관에 의해 현열유로에 연통되는, 난방수가 흐르는 경로인 잠열유로가 형성되고, 현열 열교환배관(32g)과 현열 단열배관(34g)에 의해, 난방수가 흐르는 경로인 현열유로가 형성된다. 현열유로와 잠열유로가 연통되어, 일체의 난방수 유로를 형성한다. 이러한 현열유로는 적어도 일부 구간에서 직렬유로를 포함하고, 잠열유로는 적어도 일부 구간에서 병렬유로를 포함할 수 있다.
이러한 난방수 유로를 별도의 관체에 의한 연결 없이 형성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에서는, 현열 열교환기(30g)와 잠열 열교환기(40g)를 연결하는 유로캡 플레이트(361g, 362g)가 배치될 수 있다.
유로캡 플레이트(361g, 362g)는, 메인 케이스(51g)의 2개의 메인 일반측판(511g)의 외측으로 노출되는 잠열 열교환배관, 현열 열교환배관(32g) 및 현열 단열배관(34g)의 개구를 연통하기 위해, 메인 일반측판(511g)과의 사이에 상기 개구를 에워싸는 연통공간을 마련하는 유로캡들(3621g)을 구비하는 구성요소이다.
이러한 유로캡 플레이트(361g, 362g) 중 소정 방향 일측에 위치하는 어느 하나는, 2개의 메인 일반측판(511g) 중 어느 하나인 기준측판의 외측으로 노출되고 잠열 열교환배관에 의해 형성된 잠열유로의 출구와, 기준측판의 외측으로 노출되고 현열 단열배관(34g)으로 난방수를 유입시키는 현열유로의 입구를 연통하기 위해, 기준측판과의 사이에 잠열유로의 출구와 현열유로의 입구를 에워싸는 연통공간을 마련하는 연결 유로캡을 구비한다.
열교환 영역의 형상
기준방향에 수직한 평면에서 정의되는 각 열교환 영역의 단면적을 기준 단면적이라고 하자. 메인 케이스(51g)는, 기준방향을 기준으로 가장 상류측의 기준 단면적보다 가장 하류 측의 기준 단면적이 작아지게 마련될 수 있다. 현열 열교환 영역에서 연소가스가 유동하는 속도보다, 잠열 열교환 영역에서 연소가스가 유동하는 속도가 증가하도록, 열교환 영역의 기준 단면적이 기준방향을 따라 점차 줄어드는 적어도 하나의 구간이 형성되도록 마련될 수 있다.
현열 열교환 영역은 기준방향을 기준으로 연소실(20g)보다 하류에 위치하고, 상류에서 발생하는 현열을 전달받아 난방수를 가열하기 위한 영역이다. 현열 열교환 영역은 연소실(20g)의 내부공간과 연통되어, 연소가스가 유동할 수 있고, 버너로부터 복사열을 전달받을 수 있다. 또한 현열 열교환 영역에서는 난방수에 현열을 전달할 수 있어야 하므로, 현열 열교환 영역에는, 현열 열교환배관(32g)과 현열 핀(33g)이 배치될 수 있다.
잠열 열교환 영역은 기준방향을 기준으로 현열 열교환 영역보다 하류에 위치하고, 연소가스의 상변화시 발생하는 잠열을 전달받아 난방수를 가열하기 위한 영역이다. 잠열 열교환 영역에는, 내부를 통해 난방수가 흐르며 연소가스가 주변에서 흐르는 잠열 열교환배관 및 판형으로 형성되고 잠열 열교환배관에 의해 관통되는 잠열 핀이 배치될 수 있다.
기준 단면적이 상기 기준방향을 따라 갈수록 줄어드는 구간을 적어도 하나 포함하도록 형성될 수 있다. 따라서 열교환 영역은 전체적으로 기준방향을 따라 갈수록 테이퍼(taper)진 형상을 가질 수 있다. 이렇게 열교환 영역의 기준 단면적이 작아지도록 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. 특히, 본 발명의 일 실시예와 같이 잠열 열교환배관이 2개 이상의 층으로 형성되는 경우, 응축수가 잠열 핀 사이의 공간을 가로막거나, 잠열 열교환 영역의 기준방향을 따른 길이가 길어져, 열효율이 저해될 수 있는데, 이와 같은 테이퍼진 형상을 열교환 영역이 가짐으로써 극복이 가능하다. 구체적으로, 직교 방향에서의 열교환 영역의 폭이, 기준방향을 따라 가면서 줄어드는 구간을 적어도 하나 포함하도록 형성되고, 소정 방향에서의 열교환 영역의 폭이, 기준방향을 따라 갈수록 일정하게 유지되도록 형성될 수 있다. 즉, 기준방향을 따라가면서 소정 방향에서의 폭은 유지되는 상태로, 직교 방향의 폭만 줄어들어서, 기준 단면적을 감소시키는 것이다. 이와 같은 형상을 형성하기 위해, 일반측판(511g)은 일반적인 판형으로 형성되되, 단열측판(512g)이 도시된 것과 같이 구부러져 형성될 수 있다.
기준방향을 기준으로 각 핀의 가장 상류 측을 입구단, 가장 하류 측을 출구단이라 지정하여 이러한 열교환 영역의 형상을 설명할 수 있다. 현열 핀(33g)의 출구단 측에서 잠열 핀의 입구단 측으로 기준방향을 따라 갈수록 기준 단면적이 점차 줄어들게 마련될 수 있다. 즉 현열 핀(33g)의 출구단이 위치하는 지점에서, 잠열 핀의 입구단이 위치하는 지점까지 이르는 구간이, 기준방향을 따라 갈수록 기준 단면적이 점차 줄어들도록 형성될 수 있다.
현열 열교환 영역의 일부 구간의 기준 단면적 역시 기준방향을 따라 갈수록 줄어들도록 형성될 수 있다.
열교환 영역의 폭이 상술한 바와 같이 변화하므로, 기준방향을 따라 갈수록, 직교 방향에서의 폭이 줄어드는 구간을 각 핀이 가질 수 있다.
열교환 영역 내에 위치한 현열 핀(33g)이나 잠열 핀은, 기준방향에 수직한 방향에서 정의되는 핀의 폭을 기준으로, 기준 단면적이 점차 줄어드는 것에 대응되게, 기준방향을 따라 폭이 점차 줄어들게 마련될 수 있다.
연소실(20g)
연소실(20g)은 버너조립체(10g)에 의한 연소반응이 발생시키는 화염이 위치할 수 있도록 제공되는 내부공간(22g)을 포함하는 구성요소이다. 따라서 연소실(20g)은 내부공간(22g)을 측벽으로 둘러싸서 형성된다. 연소가스의 유동방향을 기준으로 내부공간(22g)의 상류측에 버너조립체(10g)의 버너가 위치하도록 버너조립체(10g)와 연소실(20g)이 결합된다.
버너조립체(10g)는 공기와 연료에 열을 가하여 연소반응을 일으킨다. 연소반응의 산물로 열에너지를 동반하는 화염과 연소가스가 생성된다. 화염은 연소실(20g)의 내부공간(22g)에 위치하되 연소가스의 유동방향을 따라 버너조립체(10g)로부터 연장되어 형성된다. 연소가스는 내부공간(22g)을 통해 유동한다. 연소가스의 유동방향과 나란한 방향으로 연소실(20g)의 내부공간(22g)이 연통될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 연소가스의 유동방향은 연직하방이므로, 연소실(20g)의 내부공간(22g)은 연직방향으로 연통되어 형성된다.
연소실의 단열을 단열재를 이용하기 위해 연소실 단열부를 배치하는 경우, 분진에 의해 단열재의 작업성이 저하될 수 있고, 단열재가 이탈할 우려가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 유닛의 연소실(20g)은, 단열재를 배치하여 단열을 실시하는 연소실 단열부 대신, 연소실 단열배관(24g)을 가질 수 있다. 연소실 단열배관(24g)은 연소실(20g)에 인접하게 배치되되, 연소실(20g)을 단열하기 위해, 난방수를 공급받아 내부를 통해 유동시키는 배관이다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시예에서는 단열재를 이용하여 연소실(20g)의 단열을 유지하는 것 보다 반영구적 사용이 가능한 연소실 단열배관(24g)을 이용해 개선된 단열성능을 유지할 수 있다.
일 실시예에서 연소실 단열배관(24g)과 현열 단열배관(34g)의 단면은 원형일 수 있다. 그러나 다른 실시예들에서 설명된 것과 같이 타원형의 파이프가 각각의 단열배관으로 사용될 수도 있다.
현열 단열배관(34g)은 도 4에서 현열 열교환기(30g)의 좌측과 인접하게 배치되는 제1 현열 단열배관(341g)과 우측과 인접하게 배치되는 제2 현열 단열배관(342g)을 포함할 수 있으나, 그 개수와 위치가 이에 제한되지는 않는다.
연소실 단열배관(24g)은, 복수로 구성될 수 있다. 복수의 연소실 단열배관(241g, 242g, 243g, 244g)은 도 4에서 연소실(20g)의 좌우측에 인접하여, 상하로 이격되어 배치될 수 있다. 도면에선 연소실 단열배관(24g)이 총 4개 배치되되, 연소실(20g)의 좌측에 2개가 서로 상하로 이격되어 배치되고, 연소실(20g)의 우측에 2개가 서로 상하로 이격되어 배치되는 것으로 도시하였다.
도 4에서 연소실(20g)의 좌측에 배치되는 연소실 단열배관(24g)은 아래로부터 제1 연소실 단열배관(241g) 및 제3 연소실 단열배관(243g)이고, 연소실(20g)의 우측에 배치되는 연소실 단열배관(24g)은 아래로부터 제2 연소실 단열배관(242g) 및 제4 연소실 단열배관(244g)으로 지칭할 수 있다. 그러나 연소실 단열배관(24g)의 배치와 개수가 이에 제한되지는 않는다.
연소실 단열배관(24g)들 중 가장 하측에 위치한 연소실 단열배관(24g)의 하단은, 현열 열교환기(30g)가 포함하는 현열 핀(33g)의 상단보다 상측에 위치할 수 있다. 이 때 버너조립체(10g)의 하단으로부터 현열 핀(33g)의 상단까지 이르는 거리(H1)는 80mm 이상 85mm 이하일 수 있다. 이와 같은 구성을 통해, 일산화탄소의 ??칭(quenching) 현상이 줄어들 수 있다.
일산화탄소의 ??칭 현상이란, 연소를 통해 발생한 일산화탄소가 연소실(20g) 내의 고온 영역에서 산소를 만나 이산화탄소로 변환되어 배출되지 못하고, 온도가 상대적으로 낮은 현열 열교환기(30g)에 접촉하면서 일산화탄소 상태 그대로 배출되는 현상을 의미한다.
연소실(20g)은 연소실 케이스(21g)를 포함할 수 있다. 연소실 케이스(21g)는 버너조립체(10g)에의한 화염이 위치하는 내부공간(22g)을 둘러싸 형성하는 부분이다. 연소실 케이스(21g)는 전후 방향으로 서로 이격되게 배치되는 2개의 연소실의 일반측판 부분과, 좌우로 서로 이격되게 배치되어, 2개의 연소실의 일반측판 부분과 함께 연소실(20g)의 내부공간(22g)을 형성하는 2개의 연소실의 단열측판 부분을 포함하여, 상하가 개방된 직육면체의 형상으로 형성될 수 있다. 그러나 연소실 케이스(21g)의 형상이 이에 제한되지는 않는다.
연소실의 일반측판 부분과 연소실의 단열측판 부분은, 서로 별물인 연소실의 일반측판(211g)과 연소실의 단열측판(212g)일 수도 있고, 각각 연소실 케이스(21g)의 측판의 일부 영역일 수 있다. 본 발명의 명세서에서는 연소실의 일반측판 부분과 연소실의 단열측판 부분이, 서로 별물인 연소실의 일반측판(211g)과 연소실의 단열측판(212g)으로 구성되는 경우를 중심으로 설명한다.
연소실의 단열측판(212g)의 외측면에 연소실 단열배관(24g)이 접촉하여, 연소실(20g)을 단열할 수 있다. 연소실 단열배관(24g)을 통해 난방수가 흘러, 연소반응에 의해 생성된 열이 연소실 케이스(21g)를 통해 연소실(20g)의 외부 영역으로 전달되는 양을 감소시킬 수 있다.
연소실 단열배관(24g)이 접촉하는 연소실의 단열측판(212g)의 일부는, 연소실 단열배관(24g)의 외관에 대응되도록, 내측으로 볼록하게 돌출된 형상을 가질 수 있다. 따라서 연소실의 단열측판(212g)이 단순한 평판형으로 형성되는 경우보다, 연소실 단열배관(24g)의 외측면이 연소실의 단열측판(212g)과 보다 넓은 영역에 걸쳐 접촉할 수 있다.
연소실(20g)은 연소실의 일반측판(211g)의 외측에 배치되는 연소실 유로캡 플레이트(251g, 252g)를 포함할 수 있다. 연소실 유로캡 플레이트(251g, 252g)는, 후면에 위치하는 제1 연소실 유로캡 플레이트(251g)와, 정면에 위치하는 제2 연소실 유로캡 플레이트(252g)를 포함할 수 있다. 연소실 유로캡 플레이트(251g, 252g)가 포함하는 연소실 유로캡(2511g, 2512g, 2521g, 2522g)은, 연소실의 일반측판(211g)과의 사이에 연통공간을 마련할 수 있다. 연소실 유로캡(2511g, 2512g, 2521g, 2522g)이 아닌 연소실 유로캡 플레이트(251g, 252g)의 다른 부분은 연소실의 일반측판(211g)에 접촉하거나 결합될 수 있다. 그러나 연소실 유로캡(2511g, 2512g, 2521g, 2522g)은 연소실의 일반측판(211g)으로부터 이격되어, 난방수가 수용될 수 있는 연통공간을 형성할 수 있다.
연통공간은, 연소실 단열배관(24g)들을 연통하기 위해, 연소실 단열배관(24g)들의 단부에 형성되는 개구들을 에워싼다. 따라서 연통공간에 의해 연소실 단열배관(24g)들이 서로 유체적으로 연결될 수 있고, 연소실 단열배관(24g)과 연통공간에 의해 난방수가 유동하는 연소실 유로가 형성될 수 있다. 연소실 유로는, 입구인 연소실 공급구(261g)로 유입된 난방수가 출구인 연소실 배출구(262g)를 통해 배출되기 전 까지, 연소실 단열배관(24g)과 연통공간에 의해서 유동하는 경로일 수 있다.
열교환기 유닛이 포함할 수 있는 연결 어댑터(61g)를 이용하여, 현열 열교환기(30g)의 현열 열교환배관(32g)과 유로캡들에 의해 형성되는 현열유로와, 연소실 단열배관(24g)에 의해서 형성되는 연소실 유로가 연결될 수 있다. 연결 어댑터(61g)는 도시된 것과 같이 정면에 위치하여 난방수 공급구(371g)가 형성되는 제2 유로캡 플레이트(362g)에 형성되는 난방수 배출구(372g)와, 연소실 유로캡 플레이트(251g, 252g)에 형성되는 연소실 공급구(261g)를 연결하도록 상하방향에 대해 좌우로 경사지게 배치될 수 있다. 후면에는 제1 유로캡 플레이트(361g)가 배치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 유닛의 정면에서 연결 어댑터(61g)를 제거한 상태를 도시한 도면이다. 도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 유닛의 전체적인 유로를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7을 더 참조하여 본 발명의 일 실시예의 연소실 유로(CR1)에 대해 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연소실 유로(CR1)는 병렬로 형성될 수 있다. 열교환기 유로(HR)과 연결되어 난방수를 전달받는 연소실(20g)의 좌측에 배치된 연소실 단열배관들(241g, 243g)의 입구는 서로 공통될 수 있다. 연소실 공급구(261g)가 형성된 제1 연소실 유로캡(2521g)에 난방수가 유입되고, 이러한 제1 연소실 유로캡(2521g)에 연소실(20g)의 좌측에 배치된 연소실 단열배관들(241g, 243g)이 연통될 수 있다. 따라서 연소실(20g)의 좌측에 배치된 연소실 단열배관들(241g, 243g)의 입구가 공통되어, 난방수가 제1 연소실 단열배관(241g)과 제3 연소실 단열배관(243g)을 통해 갈라져 흘러갈 수 있다.
제1 연소실 단열배관(241g) 및 제3 연소실 단열배관(243g)을 통해 갈라져, 흘러간 난방수는, 각각 제2 연소실 유로캡(2511g)과 제3 연소실 유로캡(2512g)에 도달한다. 제3 연소실 유로캡(2512g)은 제2 연소실 유로캡(2511g)과 같은 제1 연소실 유로캡 플레이트(251g)에서, 그 상측에 배치될 수 있다. 따라서 제1 연소실 단열배관(241g)에 의해서 제1 연소실 유로캡(2521g)과 제2 연소실 유로캡(2511g)이 연통될 수 있고, 제2 연소실 단열배관(242g)에 의해서 제1 연소실 유로캡(2521g)과 제3 연소실 유로캡(2512g)이 연통될 수 있다.
제2 연소실 유로캡(2511g)과 제3 연소실 유로캡(2512g)은 좌우로 연장된 형태로 형성될 수 있다. 제2 연소실 유로캡(2511g)과 제3 연소실 유로캡(2512g)은, 각각 연소실(20g)의 우측에 배치된 제2 연소실 단열배관(242g) 및 제4 연소실 단열배관(244g)과 연통될 수 있다. 연소실(20g)의 우측에 배치된 연소실 단열배관들(242g, 244g)은, 제1 연소실 유로캡(2521g)과 같은 제2 연소실 유로캡 플레이트(252g)에 형성되고 연소실 배출구(262g)가 형성되는 제4 연소실 유로캡(2522g)과 연통될 수 있다. 따라서 연소실(20g)의 우측에 배치되는 연소실 단열배관들(242g, 244g)의 출구가 공통되어, 유체적으로 연결된 연소실 단열배관(24g)들이 전체적으로 병렬인 연소실 유로(CR1)를 형성할 수 있다. 이러한 병렬유로를 가지는 연소실(20g) 구조는, 특히 콘덴싱 보일러(3)에서 적합하게 사용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예의 제1 변형예에 따른 연소실(20g)의 정면에서 연결 어댑터(61g)를 제거한 상태를 도시한 도면이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예의 제1 변형예에 따른 열교환기 유닛의 전체적인 유로를 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9를 더 참조하여 본 발명의 일 실시예의 제1 변형예에 따른 제3 연소실 유로캡 플레이트(253g)에 의해 형성되는 연소실 유로에 대해 설명한다. 본 발명의 일 실시예의 제1 변형예에 따르면, 제2 연소실 유로캡 플레이트(252g) 대신 제3 연소실 유로캡 플레이트(253g)에 의해, 열교환기 유로(HR)과 연결되어 난방수를 전달받는 연소실 유로(CR2)가 직렬로 형성될 수 있다.
제1 연소실 단열배관(241g)이 연소실 공급구(261g)와 연통되고, 제1 연소실 단열배관(241g)이 제2 연소실 유로캡(2511g)에 의해서 제2 연소실 단열배관(242g)과 연통되고, 제2 연소실 단열배관(242g)이 제3 연소실 유로캡 플레이트(253g)에 형성되는 제1 연소실 유로캡(2531g)에 의해서 제3 연소실 단열배관(243g)과 연통되고, 제3 연소실 단열배관(243g)이 제3 연소실 유로캡(2512g)에 의해서 제4 연소실 단열배관(244g)과 연통되어, 연소실 배출구(262g)로 난방수가 배출될 수 있다. 따라서 각 연소실 유로캡(2511g, 2512g, 2531g)과 연소실 단열배관(241g, 242g, 243g, 244g)들이, 하나씩 차례로 연통되어 직렬적으로 연결된 직렬의 연소실 유로(CR2)를 형성할 수 있다. 이러한 직렬유로를 가지는 연소실(20g)의 구조는, 특히 온수기에 적합하게 사용될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴싱 보일러용 열교환기(50g)의 모습을 나타낸 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에서의 콘덴싱 보일러용 열교환기(50g)는, 상술하였던 것과 같은 구성요소들을 조립하여 형성될 수 있다. 별물일 수 있는 현열 단열배관(34g), 현열 열교환배관(32g), 현열 핀(33g), 메인 단열측판(512g), 메인 일반측판(511g), 유로캡 플레이트(361g, 362g) 등을 서로 조립하되, 도 10에 도시된 것과 현열부가 아래로 향하도록 콘덴싱 보일러용 열교환기(50g)를 배치할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 연소실(20g)의 모습을 나타낸 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에서의 연소실(20g)은, 상술한 것과 같은 구성요소들을 조립하여 형성될 수 있다. 별물일 수 있는 연소실 단열배관(24g), 연소실의 단열측판(212g), 연소실의 일반측판(211g) 및 연소실 유로캡 플레이트(251g, 252g) 등을 서로 조립하여 연소실(20g)을 구성하고 연소실 단열배관(24g)을 더 조립할 수 있고, 도 11에 도시된 것과 같이 연소실 공급구(261g)가 연소실 배출구(262g)보다 상측에 위치하도록 연소실(20g)을 배치할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴싱 보일러용 열교환기(50g)와 연소실(20g)을 결합하는 상황을 도시한 사시도이다.
열교환기와 연소실을 기계요소를 이용하여 서로 결합하는 경우를 생각할 수 있다. 이러한 경우 조립불량의 발생이 빈번할 수 있고, 조립 과정이 번잡스러워져 조립에 필요한 비용이 상승할 수 있다.
도면을 참조하면, 도 11의 연소실(20g) 상에 도 10의 콘덴싱 보일러용 열교환기(50g)를 안착하고 서로 결합시켜 열교환기 유닛을 형성할 수 있다. 이 때, 콘덴싱 보일러용 열교환기(50g)와 연소실(20g)은, 금속성의 브레이징용 페이스트를 도포하고 가열하여 용접하는 브레이징 방식으로 서로 결합될 수 있다. 콘덴싱 보일러용 열교환기(50g)와 맞닿을 연소실(20g)의 일면 및 연소실(20g)와 맞닿을 콘덴싱 보일러용 열교환기(50g)의 일면 중 적어도 하나에 페이스트를 도포하고, 연소실(20g) 상에 콘덴싱 보일러용 열교환기(50g)을 안착시켜 열교환기 유닛을 형성하고 브레이징 할 수 있다.
연소실(20g)과 콘덴싱 보일러용 열교환기(50g)를 조립할 때에도, 각각의 구성요소 간에 페이스트를 도포하여, 후에 가열을 통해 브레이징으로 각 구성요소들을 견고하게 결합할 수 있다. 조립과정에서의 비용이 감소하므로, 단열재에 비해 더 많은 비용이 요구되는 연소실 단열배관(24g)의 사용이 가능할 수 있다.
연소실(20g)과 메인 케이스(51g)가 견고하게 접합될 수 있도록, 연소실(20g)과 콘덴싱 보일러용 열교환기(50g)에는 서로 접촉하는 면적을 충분히 확보하기 위한 구조가 형성될 수 있다. 연소실(20g)은 연소실 플랜지(213g)를 포함하고, 현열 열교환기(30g)는 연소실 플랜지(213g)와 맞닿는 열교환기 플랜지(513g)를 포함할 수 있다. 열교환기 플랜지(513g)와 연소실 플랜지(213g) 사이에 페이스트를 도포하여 도 12와 같은 형태로 서로 접촉시킨 뒤, 로(furnace)에 진입시켜 가열함에 따라, 페이스트가 용융되고 젖음 현상 및 모세관 현상에 의해 두 부재 사이에 스며들어 브레이징이 이루어질 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 유닛의 단면 중 연소실 플랜지(213g)와 열교환기 플랜지(513g)가 위치한 부분을 상하를 뒤집어 확대하여 도시한 도면이다.
연소실 플랜지(213g)는 연소실 케이스(21g)의 하단으로부터 외측으로 돌출되어 형성될 수 있다. 열교환기 플랜지(513g)는, 현열 열교환기 케이스의 상단으로부터 외측으로 돌출되어 연소실 플랜지(213g)와 결합될 수 있다. 따라서 브레이징에 의해, 연소실(20g)과 현열 열교환기(30g)가 결합될 수 있다.
연소실 플랜지(213g)는 연소실 케이스(21g)의 좌우측에 배치되어 연소실의 단열측판(212g)으로부터 연장될 수 있고, 연소실(20g)은 연소실 케이스(21g)의 전후측에 배치되어 연소실의 일반측판(211g)으로부터 연장되는 전후 연소실 플랜지(214g)를 더 포함할 수 있다. 이에 대응하여, 현열 열교환기(30g)는 현열 열교환기 케이스의 좌우측에 배치되어 메인 단열측판(512g)으로부터 연장되는 열교환기 플랜지(513g)와, 현열 열교환기 케이스의 전후측에 배치되어 메인 일반측판(511g)으로부터 연장되는 전후 열교환기 플랜지(514g)를 포함할 수 있다.
연소실 플랜지(213g)와 열교환기 플랜지(513g)가 서로 결합되고, 전후 연소실 플랜지(214g)와 전후 열교환기 플랜지(514g)가 서로 결합될 수 있다. 다만 이하에서 연소실 플랜지(213g) 및 열교환기 플랜지(513g)에 대해 설명하는 내용은, 전후 연소실 플랜지(214g) 및 전후 열교환기 플랜지(514g)에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 유닛의 연소실 플랜지(213g)와 열교환기 플랜지(513g)가 위치한 부분을 도시한 것이다.
도 14를 더 참조하여 플랜지 돌기(5133g)와 플랜지 개구(2133g)에 대해 설명한다. 연소실 플랜지(213g)는, 제1 결합부를 포함하고, 열교환기 플랜지(513g)는, 제1 결합부의 위치에 대응되는 위치에 배치되어, 제1 결합부가 결합될 수 있는 제2 결합부를 포함할 수 있다. 제1 결합부와 제2 결합부 중 하나는 플랜지로부터 돌출되어 형성되는 플랜지 돌기(5133g)이고, 다른 하나는 돌기가 삽입되어 고정될 수 있도록 관통되어 형성되는 플랜지 개구(2133g)일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 제2 결합부로 플랜지 돌기(5133g)가 형성되고, 제1 결합부로 플랜지 개구(2133g)가 형성되는 경우를 예시적으로 설명하나, 그 구성이 이에 제한되지는 않는다.
플랜지 개구(2133g)에 플랜지 돌기(5133g)가 삽입되도록 형성되어, 메인 케이스(51g)가 연소실(20g)에 안착되는 것이 가이드될 수 있다. 플랜지 개구(2133g)와 플랜지 돌기(5133g) 없이 메인 케이스(51g)를 연소실(20g)에 안착시키면, 올바른 위치와 배열을 가지지 못한 채로 두 부재가 접촉 및 결합되어 불량을 유발할 수 있으나, 서로 대응되는 위치에 형성된 플랜지 개구(2133g)와 플랜지 돌기(5133g)가 올바른 위치 및 배열을 가지고 메인 케이스(51g)가 연소실(20g)에 안착되도록 할 수 있다.
열교환기 플랜지(513g)는, 메인 케이스(51g)의 열교환기 케이스에 해당하는 부분으로부터 외측으로 연장되는 열교환기 플랜지 몸체(5131g)를 포함할 수 있다. 이러한 열교환기 플랜지 몸체(5131g)로부터, 열교환기 플랜지 벤딩부(5131g)와 열교환기 플랜지 엠보(5132g)가 돌출되어 형성될 수 있다. 열교환기 플랜지 벤딩부(5131g)는 열교환기 플랜지 몸체(5131g)의 외측 말단으로부터 하방으로 꺾여 연장될 수 있다. 열교환기 플랜지 엠보(5132g)는 열교환기 플랜지 몸체(5131g)로부터 상방으로 돌출되어 형성될 수 있다.
연소실 플랜지(213g)는, 연소실 케이스(21g)로부터 외측으로 연장되는 연소실 플랜지 몸체(2131g)를 포함할 수 있다. 이러한 연소실 플랜지 몸체(2131g)로부터, 연소실 플랜지 벤딩부(2131g)와 연소실 플랜지 엠보(2132g)가 돌출되어 형성될 수 있다. 연소실 플랜지 벤딩부(2131g)는 연소실 플랜지 몸체(2131g)의 외측 말단으로부터 하방으로 꺾여 연장될 수 있다. 연소실 플랜지 엠보(2132g)는 연소실 플랜지 몸체(2131g)로부터 상방으로 돌출되어 형성될 수 있다.
연소실 플랜지 벤딩부(2131g)는 열교환기 플랜지 벤딩부(5131g)를 외측으로부터 감싸도록 배치될 수 있다. 따라서 연소실(20g)이 메인 케이스(51g)로부터 좌우 또는 전후로 이탈하려 해도, 연소실 플랜지 벤딩부(2131g)의 내측면이 열교환기 플랜지(513g)에 의해 걸려, 이탈하지 못하도록 할 수 있다. 연소실 플랜지 벤딩부(2131g)와 열교환기 플랜지 벤딩부(5131g)가 서로 접촉하도록 배치되거나, 서로 이격된 간격을 매우 작게 둘 경우, 연소실 플랜지 벤딩부(2131g) 및 열교환기 플랜지 벤딩부(5131g)는 열교환기 유닛의 제작 과정에서 연소실(20g)과 메인 케이스(51g)가 올바른 위치 및 배열을 가지도록 하는 역할을 할 수 있다.
연소실 플랜지 엠보(2132g)는 열교환기 플랜지 엠보(5132g)의 위치에 대응되는 위치에 형성되어, 열교환기 플랜지 엠보(5132g)의 하측에 형성되는 홈에 삽입될 수 있다. 따라서 연소실 플랜지 엠보(2132g)와 열교환기 플랜지 엠보(5132g)는, 도 12와 같이 열교환기 유닛이 뒤집혀 배치된 상태에서, 연소실 플랜지(213g)와 열교환기 플랜지(513g) 사이에 도포되는 페이스트가 연소실(20g)과 현열 열교환기(30g)의 내측으로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 각 엠보(2132g, 5132g)와 인접하게 배치되는 페이스트가 중력에 의해 흘러내려, 연소실 플랜지 엠보(2132g)에 의해 형성되는 오목한 골에 위치하려 할 것이므로, 페이스트가 열교환기 유닛의 내측으로 유입되어 불량이 발생하는 것을 막을 수 있다.
도시된 것과 같이, 전후 연소실 플랜지(214g)에도 전후 플랜지 개구(2143g)가 형성될 수 있고, 전후 열교환기 플랜지(514g)에도 전후 플랜지 돌기(5143g)가 형성되어 동일한 작용을 할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 유닛의 단면 중 패킹 브라켓(71g)과 측판 패킹(72g)이 위치한 영역을 상하를 뒤집어 도시한 것이다.
도 15를 더 참조하여, 측판 패킹(72g)과 패킹 브라켓(71g)에 대해 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열교환기 유닛의 내측에서, 현열 단열배관(34g)과 연소실 단열배관(24g) 사이의 위치에 배치되는 측판 패킹(72g)을 열교환기 유닛이 더 포함해, 메인 케이스(51g)의 현열 열교환기 케이스에 해당하는 부분의 내측면에 접촉할 수 있다. 측판 패킹(72g)은 연소실(20g)을 향해 더 연장되어, 연소실 케이스(21g)의 내측면에 더 접촉할 수 있다.
현열 단열배관(34g)과 연소실 단열배관(24g) 사이의 영역은 단열 또는 냉각이 이루어지지 않아 과열될 위험이 있다. 다른 실시예들과 같이 단열재를 사용하여 연소실(20g)을 단열하는 경우, 이러한 과열 가능 영역이 단열재에 의해 가려져, 과열될 위험이 상대적으로 적을 수 있다. 그러나 일 실시예와 같이 과열 가능 영역이 노출되는 경우, 과열로 인해 변색이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해, 측판 패킹(72g)이 과열 가능 영역에 배치 및 접촉되어, 현열 열교환기 케이스로 열이 전달되는 것을 방해할 수 있다.
열교환기 유닛은 패킹 브라켓(71g)을 더 포함할 수 있다. 패킹 브라켓(71g)은 측판 패킹(72g)이 현열 열교환기 케이스에 해당하는 메인 케이스(51g)의 일부분의 내측면에 접촉하도록, 현열 열교환기 케이스에 해당하는 메인 케이스(51g)의 일부분의 내측면과 함께 측판 패킹(72g)을 샌드위치하여 지지하는 브라켓이다.
패킹 브라켓(71g)은, 패킹 브라켓 몸체(711g)와 패킹 브라켓 결합부(712g)와 패킹 브라켓 가이드(713g)를 포함할 수 있다. 패킹 브라켓 결합부(712g)가 메인 케이스(51g)의 내측면에 결합되고, 패킹 브라켓 결합부(712g)로부터 내측으로 돌출된 패킹 브라켓 몸체(711g)는 메인 케이스(51g)의 내측면으로부터 내측으로 이격되어, 측판 패킹(72g)이 삽입될 수 있는 공간을 형성한다. 패킹 브라켓 몸체(711g)가 측판 패킹(72g)을 외측으로 가압하여 과열 가능 영역에 밀착시킬 수 있다. 패킹 브라켓 가이드(713g)는 패킹 브라켓 몸체(711g)의 일단에서 상방으로 가면서 내측으로 경사지게 형성되어, 측판 패킹(72g)이 패킹 브라켓 몸체(711g)가 형성한 공간으로 삽입되는 것을 가이드할 수 있다.
패킹 브라켓 결합부(712g)는 패킹 브라켓 몸체(711g)의 하단에 연결되되, 현열 열교환기 케이스에 해당하는 메인 케이스(51g)의 메인 단열측판(512g)을 사이에 두고 현열 단열배관(34g)과 만나도록, 현열 열교환기 케이스에 해당하는 메인 케이스(51g)의 내측면에 접촉할 수 있다. 현열 단열배관(34g)에 의해서 이에 간접적으로 접촉하고 있는 패킹 브라켓 결합부(712g)의 냉각이 이루어질 수 있어, 과열 가능 영역으로 열전달 되는 것을 방해하는 측판 패킹(72g)의 작용을 도울 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예의 제2 변형예에 따른 열교환기 유닛의 단면 중 보호 브라켓(73g)이 위치한 영역을 상하를 뒤집어 도시한 것이다.
도 16을 더 참조하여, 본 발명의 일 실시예의 제2 변형예에 따른 열교환기 유닛이 포함할 수 있는 보호 브라켓(73g)에 대해 설명한다.
보호 브라켓(73g)은 과열 가능 영역으로 열이 빠져나가는 것을 방해하도록, 단열을 위한 공기층을 형성하는 브라켓이다. 보호 브라켓(73g)은 현열 단열배관(34g)과 연소실 단열배관(24g) 사이에서, 현열 열교환기 케이스에 해당하는 메인 케이스(51g)의 내측면과 연소실(20g)의 내측면으로부터 내측으로 이격되는 부분인 보호 브라켓 몸체(731g)를 가지고, 현열 열교환기 케이스에 해당하는 메인 케이스(51g)의 내측면 및 연소실 케이스(21g)의 내측면에 결합될 수 있다.
보호 브라켓 몸체(731g)의 상하 양단에는 각각 보호 브라켓 상측 결합부(733g)와, 보호 브라켓 하측 결합부(732g)가 형성되어 각각 연소실 케이스(21g)의 내측면과 메인 케이스(51g)의 내측면에 결합될 수 있다. 따라서 보호 브라켓(73g)과 메인 케이스(51g)의 내측면 및 연소실 케이스(21g)의 내측면에 의해서, 소정의 공간이 형성되고, 공기가 위치할 수 있다. 이러한 공간에 위치하는 공기에 의해 공기층이 형성되고, 공기층이 단열재 역할을 하여 과열 가능 영역으로 열이 전달되는 것을 방해할 수 있다.
보호 브라켓 하측 결합부(732g)는 현열 열교환기 케이스에 해당하는 메인 케이스(51g)를 사이에 두고 현열 단열배관(34g)과 만나도록, 메인 케이스(51g)의 내측면에 접촉할 수 있다. 또한 보호 브라켓 상측 결합부(733g)는 연소실 케이스(21g)를 사이에 두고 연소실 단열배관(24g)과 만나도록, 연소실 케이스(21g)의 내측면에 접촉할 수 있다. 따라서 현열 단열배관(34g)과 연소실 단열배관(24g)에 의해 보호 브라켓(73g)의 냉각이 이루어져, 보호 브라켓(73g)이 상술한 공기층의 단열작용을 도울 수 있다.
보호 브라켓(73g)은, 보호 브라켓 하측 결합부(732g)와 보호 브라켓 몸체(731g) 사이에 위치한 보호 브라켓 연결부(734g)를 더 포함할 수 있다. 보호 브라켓 연결부(734g)는, 메인 케이스(51g)의 내측면에 밀착할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예의 제3 변형예에 따른 열교환기 유닛의 정면도이다. 도 18은 본 발명의 일 실시예의 제3 변형예에 따른 열교환기 유닛의 측면도이다. 도 19는 본 발명의 일 실시예의 제3 변형예에 따른 열교환기 유닛의 연결 어댑터(62g) 및 인접한 영역의 종단면도이다.
도 17 내지 도 19를 더 참조하여 본 발명의 일 실시예의 제3 변형예에 따른 열교환기 유닛의 연결 어댑터(62g)에 대해서 설명한다.
일 실시예의 제3 변형예에 따른 열교환기 유닛이 포함할 수 있는 연결 어댑터(62g)를 이용하여, 현열 열교환기(30g)의 현열 열교환배관(32g)과 유로캡(3631g)들에 의해 형성되는 현열유로와, 연소실 단열배관(24g)에 의해서 형성되는 연소실 유로가 연결될 수 있다. 연결 어댑터(62g)는 도시된 것과 같이 정면에 위치한 제3 유로캡 플레이트(363g)에 형성되는 난방수 배출구(373g)와, 제2 연소실 유로캡 플레이트(252g)에 형성되는 연소실 공급구(261g)를 연결하도록 상하방향으로 연장되어 배치될 수 있다. 이러한 유로 구조가 가능하도록, 제3 유로캡 플레이트(363g)의 형상이 도 6의 제2 유로캡 플레이트(362g)의 형상과 다르게, 난방수 배출구(373g)와 연소실 공급구(261g)가 동일한 측에 배치되도록 형성될 수 있다.
연결 어댑터(62g)는, 난방수 배출구(373g)와 연소실 공급구(261g)에 분리 가능하게 결합될 수 있다. 연결 어댑터(62g)는 상하에 각각 서로 연결되는 연결 어댑터 상부(622g)와 연결 어댑터 하부(621g)를 가져, 각각이 난방수 배출구(373g)와 연소실 공급구(261g)에 연결됨에 따라 난방수 배출구(373g)와 연소실 공급구(261g)의 연결이 이루어지도록 할 수 있다. 연결 어댑터 상부(622g)는 난방수 배출구(373g)에 결합되는 일단인 어댑터 상측 연결부(6221g)를 가질 수 있고, 연결 어댑터 하부(621g)는 연소실 공급구(261g)에 결합되는 일단인 어댑터 하측 연결부(6211g)를 가질 수 있다.
연결 어댑터(62g)는 연결 어댑터 오링(623g)을 더 포함할 수 있다. 연결 어댑터 오링(623g)은 연결 어댑터 상부(622g)와 연결 어댑터 하부(621g)가 연결되는 어댑터 상측 결합부(6222g)와 어댑터 하측 결합부(6212g)의 사이에 배치되는 부재로, 탄성을 가져 연결 어댑터 상부(622g)와 연결 어댑터 하부(621g) 사이의 수밀을 유지할 수 있다.
어댑터 상측 결합부(6222g)는 어댑터 하측 결합부(6212g)의 내측으로 삽입되어 결합될 수 있다. 난방수가 연결 어댑터(62g)를 통해 흐를 때, 연결 어댑터 오링(623g)에 의해서도 수밀을 유지하지 못하는 상황이 발생한다 하더라도, 바로 난방수가 누출되는 상황을 방지하기 위함이다.
연결 어댑터 상부(622g)와 연결 어댑터 하부(621g)가 서로 결합되는 부분에는 연결 어댑터 클립(624g)이 배치되어, 두 부분을 내측으로 가압하여 보다 견고하게 결합할 수 있다. 또한 연결 어댑터(62g)가 각 난방수 배출구(373g)와 연소실 공급구(261g)에 결합되는 부분에도 별도의 클립이 배치되어 결합을 보다 견고하게 할 수 있다.
연결 어댑터 상부(622g)와 연결 어댑터 하부(621g)는 'L'자로 꺾인 형태를 가질 수 있다. 따라서 두 부재가 결합하여 형성하는 연결 어댑터(62g)는 각진 'U'자 형으로 형성될 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예의 제4 변형예에 따른 열교환기 유닛의 정면도이다. 도 21은 본 발명의 일 실시예의 제4 변형예에 따른 열교환기 유닛의 측면도이다. 도 22는 본 발명의 일 실시예의 제4 변형예에 따른 열교환기 유닛의 엘보우 파이프(63g) 및 인접한 영역의 종단면도이다.
도 20 내지 도 22를 더 참조하여 본 발명의 일 실시예의 제4 변형예에 따른 열교환기 유닛의 엘보우 파이프(63g)에 대해서 설명한다. 엘보우 파이프(63g)는 스테인리스 스틸로 구성될 수 있으나, 그 재질이 이에 제한되지는 않는다. 기본적으로 일 실시예의 제4 변형예는 일 실시예의 제3 변형예와 동일하나, 연결 어댑터(도 17의 62g) 대신 엘보우 파이프(63g)가 배치된다는 점에서 차이가 있으므로, 차이점에 대해서만 구체적으로 설명한다.
엘보우 파이프(63g)는, 난방수 배출구(373g)와 연소실 공급구(261g)에 분리 가능하게 결합될 수 있다. 엘보우 파이프(63g)는 상하에 각각 서로 연결되는 엘보우 파이프 상부(632g)와 엘보우 파이프 하부(631g)를 가져, 각각이 난방수 배출구(373g)와 연소실 공급구(261g)에 연결됨에 따라 난방수 배출구(373g)와 연소실 공급구(261g)의 연결이 이루어지도록 할 수 있다. 엘보우 파이프 상부(632g)는 난방수 배출구(373g)에 결합되는 일단인 파이프 상측 연결부(6321g)를 가질 수 있고, 엘보우 파이프 하부(631g)는 연소실 공급구(261g)에 결합되는 일단인 파이프 하측 연결부(6311g)를 가질 수 있다.
엘보우 파이프 상부(632g)와 엘보우 파이프 하부(631g)는 곡선을 그리며 만곡된 형태를 가질 수 있다. 따라서 두 부재가 결합하여 형성하는 엘보우 파이프(63g)는 'U'자 형으로 형성될 수 있다.
파이프 상측 결합부(6322g)와 파이프 하측 결합부(6312g)가 결합되는 지점, 파이프 상측 연결부(6321g)가 연소실 공급구(261g)와 결합되는 지점, 파이프 하측 연결부(6311g)가 난방수 배출구(373g)와 결합되는 지점에는 페이스트가 도포될 수 있다. 따라서 브레이징이 이루어짐에 따라, 각 결합되는 부분이 견고하게 결합되고, 해당 부분의 수밀을 유지할 수 있다.
이러한 페이스트의 도포가 원활하게 이루어질 수 있도록, 파이프 상측 결합부(6322g)의 내측으로 파이프 하측 결합부(6312g)가 삽입되어 결합될 수 있다. 도 12에서와 같이, 조립 및 브레이징 과정에서는 전체 열교환기 유닛의 상하가 뒤집어진 상태에서 각 과정이 이루어진다. 따라서 도 22에 도시된 엘보우 파이프(63g)는 조립 과정에서는 뒤집혀 배치되므로, 브레이징 전의 페이스트 도포 과정에서 파이프 하측 결합부(6312g)와 파이프 상측 결합부(6322g)의 사이에 배치된 페이스트가 자중에 의해 외부로 흘러내리지 않도록, 파이프 상측 결합부(6322g)의 내측으로 파이프 하측 결합부(6312g)가 삽입되도록 구성될 수 있다.
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.
3 : 콘덴싱 보일러
10g : 버너조립체
20g : 연소실
21g : 연소실 케이스
22g : 내부공간
24g : 연소실 단열배관
30g : 현열 열교환기
32g : 현열 열교환배관
33g : 현열 핀
34g : 현열 단열배관
40g : 잠열 열교환기
50g : 콘덴싱 보일러용 열교환기
51g : 메인 케이스
52g : 배기 덕트
53g : 응축수 배출구
55g : 응축수 받이
61g, 62g : 연결 어댑터
63g : 엘보우 파이프
71g : 패킹 브라켓
72g : 측판 패킹
73g : 보호 브라켓
211g : 연소실의 일반측판
212g : 연소실의 단열측판
213g : 연소실 플랜지
214g : 전후 연소실 플랜지
241g : 제1 연소실 단열배관
242g : 제2 연소실 단열배관
243g : 제3 연소실 단열배관
244g : 제4 연소실 단열배관
251g, 252g, 253g : 연소실 유로캡 플레이트
261g : 연소실 공급구
262g : 연소실 배출구
341g : 제1 현열 단열배관
342g : 제2 현열 단열배관
361g : 제1 유로캡 플레이트
362g : 제2 유로캡 플레이트
363g : 제3 유로캡 플레이트
371g : 난방수 공급구
372g, 373g : 난방수 배출구
511g : 메인 일반측판
512g : 메인 단열측판
513g : 열교환기 플랜지
514g : 전후 열교환기 플랜지
621g : 연결 어댑터 하부
622g : 연결 어댑터 상부
623g : 연결 어댑터 오링
624g : 연결 어댑터 클립
631g : 엘보우 파이프 하부
632g : 엘보우 파이프 상부
711g : 패킹 브라켓 몸체
712g : 패킹 브라켓 결합부
713g : 패킹 브라켓 가이드
731g : 보호 브라켓 몸체
732g : 보호 브라켓 하측 결합부
733g : 보호 브라켓 상측 결합부
734g : 보호 브라켓 연결부
2131g : 연소실 플랜지 몸체
2132g : 연소실 플랜지 엠보
2133g : 플랜지 개구
2131g : 연소실 플랜지 벤딩부
2143g : 전후 플랜지 개구
2511g, 2512g, 2521g, 2522g, 2531g : 연소실 유로캡
3621g, 3631g : 유로캡
5131g : 열교환기 플랜지 몸체
5132g : 열교환기 플랜지 엠보
5133g : 플랜지 돌기
5131g : 열교환기 플랜지 벤딩부
5143g : 전후 플랜지 돌기
6211g : 어댑터 하측 연결부
6212g : 어댑터 하측 결합부
6221g : 어댑터 상측 연결부
6222g : 어댑터 상측 결합부
6311g : 파이프 하측 연결부
6312g : 파이프 하측 결합부
6321g : 파이프 상측 연결부
6322g : 파이프 상측 결합부

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  15. 내부에 연소반응에 의한 화염이 위치하는 연소실;
    상기 연소실의 하측에 위치하고, 상기 연소반응에 의해 생성된 열을 전달받아 내부를 통해 유동하는 난방수를 가열하게 마련되는 열교환배관 및 상기 열교환배관을 내부공간에 수용하는 메인 케이스를 포함하는 콘덴싱 보일러용 열교환기; 및
    상기 연소실에 인접하게 배치되되, 상기 연소실을 단열하기 위해, 상기 난방수를 공급받아 내부를 통해 유동시키는 연소실 단열배관을 포함하고,
    상기 콘덴싱 보일러용 열교환기는,
    상기 연소실의 하측에 위치하고, 상기 연소반응에 의해 생성된 열을 전달받아 내부를 통해 유동하는 난방수를 가열하게 마련되는, 상기 열교환배관 중 하나인 현열 열교환배관 및 상기 현열 열교환배관을 내부공간에 수용하고 상기 메인 케이스를 구성하는 현열 열교환기 케이스를 포함하는 현열 열교환기; 및
    상기 현열 열교환기의 하측에 위치하고, 상기 연소반응에 의해 생성된 연소가스의 상변화시 발생하는 잠열을 전달받아 상기 난방수를 가열하게 마련되는 잠열 열교환기를 포함하고,
    상기 현열 열교환기 케이스에 인접하게 배치되되, 상기 현열 열교환기를 단열하기 위해, 상기 난방수를 공급받아 내부를 통해 유동시키는 현열 단열배관; 및
    상기 현열 단열배관과 상기 연소실 단열배관 사이에서, 상기 현열 열교환기 케이스로 열이 전달되는 것을 방해하는 공기층을 형성하도록, 상기 현열 열교환기 케이스의 내측면과 상기 연소실의 내측면으로부터 내측으로 이격되는 부분을 가지고, 상기 현열 열교환기 케이스 및 상기 연소실에 결합되는 보호 브라켓을 포함하고,
    상기 보호 브라켓은, 상기 현열 열교환기 케이스를 사이에 두고 상기 현열 단열배관과 만나도록, 상기 현열 열교환기 케이스의 내측면에 접촉하고, 상기 연소실을 사이에 두고 상기 연소실 단열배관과 만나도록, 상기 연소실의 내측면에 접촉하는, 열교환기 유닛.
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