KR100308890B1 - 유니트히터와그히터용열교환기 - Google Patents

Abstract

열교환기를 통과하는 연소가스와 그 열교환기를 통해 가압된 공기사이의 불량한 열교환을 개선한 열교환기는 복수의 소정 간격의 나란한 버너에 의해 발생되는 연소가스와 가압기류와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기로서, 상호 이격된 상부 및 하부헤더(32),(34)와, 대응하는 개구부단를 갖는 헤더(32),(34)사이에 나란하게 배설되어, 각 버너(44)당 하나씩 각 헤더에 장착되는 복수의 튜브(50)로 이루어지고 상가 각 튜브(50)는 연료용연소기로서 동작하여 상기 연소 가스를 발생하는 넓은 단면의 제1 부분(56)과, 연소가스와 가압기류 사이에서 열교환을 행하는 좁은 단면의 제2 부분(70)을 갖고, 상기 각각의 제2 부분은 대략 편평하고, 소정간격의 나란한 벽(58),(60)을 포함하고, 상기 각각의 벽(58),(60)에는 대향하는 다른 벽의 정합딤풀을 향하여 상호 접촉되거나 거의 접촉되는 딤플(74)을 내부에 갖는다.

Description

유니트히터와 그 히터용 열교환기

제1도는 본 발명에 따라 제조된 유니트히터의 측면도.

제2도는 유니트히터내에 채용된 열교환기의 확대측면도.

제3도는 제2도의 열교환기의 우측에서 본 측면도.

제4도는 열교환기내에서 사용되는 튜브의 확대입면도.

제5도는 튜브내에 채용된 하나의 형태의 딤플의 일부확대단면도.

제6도는 튜브내에 채용된 다른 형태의 딤플의 제5도와 유사한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

(10) : 하우징, (24) : 팬모터,

(30) : 열교환기, (32) : 상부헤더,

(34) : 하부헤더, (44) : 버너,

(50) : 튜브, (56) : 연소부,

(62) : 딤플, (70) : 열교환부,

(74) : 딤플

본 발명은 유니트히터에 관한 것으로, 특히 그 유니트히터용 열교환기에 관한 것이다.

소위 "유니트히터"는 상업 및 산업적인 설비에 폭넓게 사용되어 왔다. 이러한 유니트히터는 설치가 비교적 용이하고, 그 유니트히터가 점유하는 공간에 비해 비교적 높은 열량을 제공한다.

통상의 경우에, 이러한 히터들은 복수의 나란한 튜브로 이루어진 열교환기를 포함한다. 이들 튜브는 수직으로 배열되고, 그 하부에는 버너등과 정합되는 비교적 넓은 단면을 가지고 연소기로서 동작한다. 연소에 의해 발생하는 연소가스는 각 튜브내에서 상측으로 이동하여 좁은 부분을 봉과한다. 연소가스가 튜브로부터 배출된 후, 그 연소가스는 통풍구로 멀리 유도된다. 튜브의 외부상에서 그 튜브의 양측을 흐르는 기류는 튜브의 뜨거운 벽에 의해 가열된다.

본 발명은 상기한 종류의 열교환기 특히 향상된 열전달효율을 제공하는 개선된 유니트히터에 적합한 신규의 개선된 튜브구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 주 목적은 열교환기에서 채용되고, 일부분에서는 연소가 이루어지며, 그 연소에 의해 발생되는 연소가스가 열교환부를 통해 이송되어서, 튜브를 통해 흐르는 공기를 가열하는 형태의 신규의 개선된 튜브를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 복수의 튜브로 이루어진 열교환기를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 그 열교환기를 채용하는 신규의 개선된 유니트히터를 제공하는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 복수의 소정 간격의 나란한 버너에 의해 발생되는 연소가스와 가압기뷰와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기에 있어서, 상호 이격된 상부 및 하부헤더와, 대용하는 개구단부를 갖는 헤더사이에 나란하게 배설되어, 각 버너당 하나씩 각 헤더에 장착되는 복수의 튜브로 이루어지고, 상기 각 튜브는 연료용 연소기로서 동작하여 상기 연소가스를 발생하는 넓은 단면의 제1 부분과, 연소가스와 상기 가압기뷰 사이에서 열교환을 행하는 좁은 단면의 제2 부분을 갖고, 상기 각각의 제2 부분은 대략 편평하고, 소정 간격의 나란한 벽을 포함하고, 상기 각각의 벽에는 대향하는 다른 벽과 대략 접촉하도록 그 측벽으로 향하는 딤플을 내부에 갖고, 상기 딤플들은 상기 제2 부분의 이격된 벽을 실질적으로 메우는 것을 특징으로 하는 열교환기를 제공한다.

특히, 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 딤플은 이들이 향하는 벽과 접촉되거나 거의 접촉되고, 하나의 벽의 딤플은 대향하는 다른 벽의 딤플과 정합되며, 그 정합딤플들은 상호 접촉되거나 거의 접촉되는 것이 바람직하다.

접촉되는 딤플이 있는 곳에서, 그 접촉되는 딤플중 최소한 일부는 상호 고착된다.

보다 바람직한 실시예에 있어서, 각 벽의 딤플은 지그재그패턴으로 배열되고, 바람직하게는 이 지그재그패턴은 허니콤(honey comb)패턴으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 흡기구와 배기구를 갖는 하우징과, 유로를 통해 흡기구로부터 배기구로 공기를 이송시키는 팬, 하우징내의 유로 바로 아래에 배설된 복수의 소정간격의 나란한 버너, 및 이 버너 바로 위에서 상기 유로내에 배설되어 대응하는 버너당 하나씩 복수의 편평한 수직튜브를 갖는 열교환기로 이루어지고, 상기 각 튜브는 대응하는 버너위에 위치하는 비교적 넓은 하부개구단부와 유로내에서 소정간격의 나란한 측벽을 형성하는 좁은 상단부를 갖는 히터에 있어서, 최소한 하나의 측벽은 대향하는 다른 측벽으로 향하는 복수의 딤플들을 갖고, 이들 딤플들은 다른 측벽에 접촉되거나 거의 접촉되는 것을 특징으로 하는 히터를 제공한다.

또한, 본 발명은 열교환기 또는 유니트히터의 열교환기의 제1 부분에서 최소한 일부의 듀브는 인접한 제1 부분과 상호 접촉되는 딤플을 포함한다.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 첨부도면을 참조하여 다음에 상세히 설명하는 예시적인 실시예로부터 명백해질 것이다.

본 발명에 의해 제조된 유니트히터의 예시적인 실시예가 제1도에 도시되어 있고, 참조부호(10)으로 표시된 종래의 구성의 하우징을 포함하여 이루어진다. 그러나, 본 발명의 원리는 유니트히터에서 단독으로 사용하는 것에 한정되지 않고, 노(盧)와 같은 다른 형태에 채용해도 같은 효과를 얻을 수 있다. 하우징(10)은 전방(12)에 열기(熱氣)출구인 배기구(14)를 포함하고, 이 배기구(14)에는 주지된 바와 같이 기류의 방향을 조정하기 위해 일련의 피봇된 무버(16)가 설치될 수 있다.

또한, 하우징(10)은 후방(18)에 흡기구(20)를 포함하고, 그 후방(18)에 고정된 모터지지체(22)에는 샤프트(26)를 가지고, 흡기구내에서의 회전을 위해 팬블레이드(28)가 내장된 팬보터(24)가 장착된다. 주지된 바와 같이, 모터(24)와 블레이드(28)로 이루어진 팬은 하우징(10)을 통해 배기구 외부로 공기를 이송한다.

하우징(10)의 내부는 대부분 열교환기(30)에 의해 점유된다. 상세히 후술하는 열교환기(30)는 흡기구(20)로부터 배기구(14)까지의 가압기류 유로의 상·하부를 이루는 상부헤더(32)와 하부헤더(24)를 포함한다.

하우징(10)의 상단에는 연소가스를 이송하는 통풍구 등에 접속가능한 통풍구접속체(36)가 설치된다. 이 통풍구접속체(36)는 하우징(10)내에서 연료콜렉터(40)와 결합되는 동시에, 상부헤더(32)에 결합된다.

천연가스 또는 LP 가스 등과 같은 연료원에 접속하기 위해 연료 파이프(42)가 하우징(10)내로 연장되어 복수의 길고, 대체로 상호 나란한 버너(44)들과 결합된다. 이러한 결합은 종래의 방식으로 배열될 수 있는 적절한 제어밸브(46)와 측정장치(47)를 통해 이루어진다. 하우징(10)에는 주지된 바와 같이 모터(24)와 밸브 (46)용 제어장치를 수용하는 전기접속함(48)이 장착될 수 있다.

다음에, 제2도 및 제3도를 참조하여 열교환기(30)에 대하여 상세히 설명한다.

제2도에 도시된 바와 같이, 상기 열교환기는 헤더(32),(34)사이에 배설되는 복수의 튜브(50)들로 이루어지고, 제2도와 제3도를 참조하여 알 수 있는 바와 같이 튜브(50)들은 편평한 단면을 갖는다. 이 튜브(50)는 바람직한 형태로 하부헤더(34)에 장착된 하부개구단부(52)를 포함한다. 이 하부단부(52)는 상부단부(54)에 비해 비교적 넓고 각 버너(44)당 하나씩 배치되어 그 버너로부터 배출되는 연료와 1차공기의 혼합가스뿐만 아니라 하부개구단부(52)에 유입되는 2차 공기를 받아들인다. 따라서, 각 튜브(50)의 하부단부(52)는 각 튜브(50)의 연소부로서 동작하며, 그 내부에서 연료가 이루어진다. 일반적으로, 하부단부(52)의 구성은 연소부내에서 연소가 완전히 연소하여 일산화탄소가 발생하지 않도록 하는 주지의 종래의 구성들중 어느 하나의 구성으로 할 수 있다.

설명을 간단하게 하기 위해, 전술한 튜브(50)의 연소부는 참조부호(56)으로 표시하고, 제2도와 제3도에 도시된 바와 같이, 연소부(56)의 각 측벽(58) 또는 (60)에는 돌출딤품(62)을 포함한다. 이들 딤플(62)은 바로 인접한 튜브(50)의 측벽 (58),(60)으로 향하고, 제2도의 좌하부에 도시된 바와 같이 상호 접촉한다.

딤플(62)의 용도는 염교환동작중에 인접한 튜브(50)들의 연소부(56)가 소정간격을 유지하도록 하는 것이다. 특히, 주지된 바와 같이 일반적으로 튜브(50)들은 시트금속으로 제조되므로, 가열되거나 동결될 경우 열팽창의 결과로서 변위되기 쉽다. 만일 하나의 튜브측벽(58)이 인접한 튜브의 측벽(60)으로 변위될 때, 딤플(62)들이 존재하지 않으면, 그 측벽들 사이의 기류공간이 완전히 또는 일부 차단되고, 그 차단된 유로의 튜브의 표면이 열전달동작을 행할 수 없게 되므로, 열전달효율에 영향을 미치게 된다. 또한, 국부적인 과열에 의해 열교환기가 손상될 가능성이 증가된다. 그러나, 이러한 것들은 딤플(62)을 사용하여 소정의 간격을 유지함으로써 방지된다.

각 튜브(50)는 연소부(56)의 상부에 열교환부(70)를 포함한다. 이 열교환부 (70)는 튜브(50)내에서 상측으로 흐르는 연소가스와 팬(24),(28)에 의해 흡기구 (20)로부터 배기구(14)로 이송되는 공기사이의 열교환을 행한다. 열교환부(70)는 벽(58),(60)들이 절극되어 연소부(56)들 형성하기 시작하는 지점 또는 선(72)까지 상부헤더플레이트(32)로부터 하측으로 연장되는 각 튜브(50)의 부분에 의해 형성된다. 열교환부(70)에서 각 튜브(50)의 벽(58),(60)은 제4도에 외곽선으로 표시된 복수의 돌출딤플(74)로 실질적으로 메운다. 이들 딤플(74)은 지그재그패턴 바람직하게는 허니콤패턴으로 열교환부의 상부에서 하부까지 배열된다. 여기서, 딤플(74)의 패턴은 벽변에 완전한 딤플이 더 들어갈 공간이 남지 않도록 각 측벽(58),(60)을 실질적으로 완전히 메운다.

제4도에 도시된 바와 같이, 각 튜브(50)는 (78)에서 함께 결합되는 2개의 동일한 튜브의 부분(76)으로 구성할 수도 있다.

또한, 제3도와 제4도에 도시된 바와 같이 상부에서 하부까지 A, B, C, D, E, F, G, H로 표시된 8개의 수평의 딤플행이 있다.

제4도에 따르면, 튜브(50)의 측벽(58),(60)의 양측에는 일측벽(58)의 딤플(74)들이 다른 벽(60)의 딤플(74)들에 정합되도록 딤플들이 배치된다.

따라서, 딤플(74)들은 대향하는 벽으로 향하고, 이 딤플들은 돌출되어 다른 벽에 형성된 딤플과 정합하여 접촉되거나 거의 접촉되는 것이 바람직하다.

제5도는 기본적으로 원추형이지만 경우에 따라서 약간 구형으로 할 수 있는 일반적인 딤플(74)을 나타낸다. 이 정합된 딤플(74)들의 정점(80)들은 접촉되거나 거의 접촉된다. 일반적으로 최하위의 1행 또는 몇개의 행에서는 정합딤플(74)들 사이에 어느 정도 공간이 존재하게 하는 방면에 행 (A),(B),(C)과 같은 상위 행위 정합딤플들 사이에서는 실제로 접촉시키는 것이 필요하다. 따라서, 제4도에서 행 (H)의 딤플들은 약간 이격되게 도시되어 있다.

어느 경우에는, 딤플들의 돌출상면이 평탄부(82)로 형성되며, 이 경우 정합딤플의 평단부(82)는 상호 계합되고, 예를 들면 점용접(84)에 의해 상고 고착된다. 이 구성은 내부열응력으로 인한 벽(58),(60)의 비틀림 도는 오일캐닝현상을 방지함으로써 운전중에 치수안정성을 제공한다. 점용점(84)을 갖는 딤플(74)의 위치가 제3도에 예시되어 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 각 위치에서 각 딤플의 높이는 0.350인치로 하며, 이 치수는 딤프행(A),(B),(C)에 대해 적용된다. 점용접(84)이 많지 않은 행(D)의 딤플(74)들은 대응하는 치수 0.325인치로 하고, 행(E)에서는 대응부가 0.350인치의 치수로 제조된다. 평탄부의 딤플(점용점)이 아닌 행(F)의 딤플은 대응하는 치수 0.290인치로 하고, 행(G)의 딤플의 높이는 좌에서 우로 0.350∼0.300인치로 교번으로 한다.

행(H)의 딤플들의 높이는 모드 0.240인치이다.

딤플(74)들을 그 대향하는 벽에 접촉 또는 거의 접촉시키는 목적은 딤플의 정점(80)과 그 정점의 대향하는 벽사이의 연소가스 통로의 면적을 최소화하기 위한 것이다. 따라서, 딤플을 지그재그 구조로 하여 연소가스가 만곡통로를 통과하도록 가압됨으로써 난류가 증대되고, 가스로부터 튜브(50)로의 열전담이 향상된다.

튜브(50)의 하단보다 딤플의 높이를 크게 하여 상단근처의 대향하는 딤플들사이의 접촉을 많게 하는 이유는 딤플을 갖는 튜브내부의 전체단면적중 일부를 차단하여 만곡통로내의 가스를 연속하여 가압하기 위한 것이다. 가스가 튜브(60)내에서 상측으로 이동함에 따라 냉각되어 그 체적이 감소하는 것을 알 수 있다. 튜브상단의 딤플들 사이에서 접촉이 증가되어 단면적이 적어져서 가스의 체적이 동시에 감소되는 것에 대응한다.

본 발명에 따라 제조된 열교환기에 의하면 본 출원인에 의해 제조된 유니트히터에 현재까지 채용된 종래의 튜브를 사용한 같은 버너 설비에 대해 튜브(50)를 통해 흐르는 공기에 대한 열교환이 3∼8%의 범위로 증가된 것이 측정되었다. 물론 전술한 범위내의 실제 비율은 선택된 특정 버너설비에 따른다.

이 열교환은 튜브의 벽에 딤플을 형성하여 연소가스에 노출되는 표면적을 증가시키고 연소가스가 만곡통로를 흐르도록 가압되어 유도되는 난류에 의해 연소가스측의 열전단계수를 증가시킴으로써 증대된다. 본 발명에 의해 제조된 열교환기에 딤플을 사용함으로써 측정가능하고 확실한 열교환효율을 얻을 수 있다.

Claims (16)

1. 흡기구와 배기구를 갖는 하우징과, 유로를 통해 흡기구로부터 배기구로 공기를 이송시키는 팬, 하우징내의 유로 바로 아래에 배설된 복수의 소정간격의 나란한 버너, 및 이 버너 바로 위에서 상기 유로내에 배설되어 대응하는 버너당 하나씩 복수의 편평한 수직튜브를 갖는 열교환기로 이루어지고, 상기 각 튜브는 대응하는 버너위에 위치하는 비교적 넓은 하부개구단부와 유로내에서 소정간격의 나란한 측벽을 형성하는 좁은 단부를 갖는 히터에 있어서, 최소한 하나의 측벽은 대향하는 다른 측벽으로 향하는 복수의 딤플들을 갖고, 이들 딤플들은 다른 측벽에 근접하는 것을 특징으로 하는 히터.
2. 제1항에 있어서, 상기 딤플들은 대향하는 다른 측벽에 형성된 정합딤플에 근접하는 것을 특징으로 하는 히터.
3. 제2항에 있어서, 상기 딤플들 중 일부는 접하고, 나머지 딤플들은 서로 가깝게 접근하는 것을 특징으로 하는 히터.
4. 제1항에 있어서, 상기 딤플들은 튜브의 상부에서 하부로 지그재그패턴으로 배열되는 것을 특징으로 하는 히터.
5. 제4항에 있어서, 상기 딤플들은 상기 비교적 좁은 상부단부의 일측벽을 실질적으로 메우는 것을 특징으로 하는 히터.
6. 제5항에 있어서, 상기 딤플들은 허니콤패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 히터.
7. 제1항에 있어서, 상기 각각의 하부단부는 그 양측측벽상에서 인접한 튜브의 측벽상의 대향하는 딤플을 향해 돌출하는 딤플을 포함하고, 이 딤플은 대향하는 튜브의 딤플과 계합되는 것을 특징으로 하는 히터.
8. 제1항에 있어서, 상기 딤플중 최소한 일부는 상기 다른 측벽과 접촉되고, 상기 접촉되는 딤플 중 최소한 일부는 상기 다른 측벽과 고착되는 것을 특징으로 하는 히터.
9. 복수의 소정간격의 나란한 버너에 의해 발생되는 연소가스와 가압기류와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기에 있어서, 상호 이격된 상부 및 하부헤더와, 대응하는 개구단부를 갖는 헤더사이에 나란하게 배설되어, 각 버너당 하나씩 각 헤더에 장착되는 복수의 튜브로 이루어지고, 상기 각 튜브는 연료용 연소기로서 동작하여 상기 연소가스를 발생하는 넓은 단면의 제1 부분과, 연소가스와 상기 가압기류사이에서 열교환을 행하는 좁은 단면의 제2 부분을 갖고, 상기 각각의 제2 부분은 편평하고, 소정간격의 나란한 벽을 포함하고, 상기 각각의 벽에는 대향하는 다른 벽에 근접하도록 그 측벽으로 향하는 딤플을 내부에 갖고, 상기 딤플들은 상기 제2 부분의 이격된 벽을 실질적으로 메우는 것을 특징으로 하는 열교환기.
10. 제9항에 있어서, 상기 딤플들은 이들이 향하는 벽에 근접하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
11. 제10항에 있어서, 하나의 벽의 딤플은 대향하는 다른 벽의 딤플과 정합되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
12. 제11항에 있어서, 상기 딤플들은 허니콤패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
13. 제9항에 있어서, 상기 각 벽의 딤플은 지그재그패턴이며, 대향하는 다른 벽의 딤플들과 정합되고, 그 정합딤플은 상호 근접하고, 접하는 딤플들 중 최소한 일부는 상호 고착되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
14. 복수의 소정 간격의 나란한 버너에 의해 발생되는 연소가스와 가압기류와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기에 있어서, 상고 이격된 상부 및 하부헤더와, 대응하는 개구단부를 갖는 해더사이에 나란하게 배설되어, 각 버너당 하나씩 각 헤더에 장착되는 복수의 튜브로 이루어지고, 상기 각 튜브는 연료용 연소기로서 동작하여 상기 연소가스를 발생하는 넓은 단면의 제1 부분과, 연소가스와 상기 가압기류사이에서 열교환을 행하는 좁은 단면의 제2 부분을 갖고, 상기 각각의 제2 부분은 편평하고, 소정간격의 나란한 벽을 포함하고, 상기 각각의 벽에는 대향하는 다른 벽의 정합딤플을 향하여 상호 근접하는 딤플을 내부에 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기.
15. 제14항에 있어서, 상기 딤플들은 허니콤 패턴으로 상기 제2 부분의 벽을 실질적으로 메우는 것을 특징으로 하는 열교환기.
16. 제15항에 있어서, 상기 제1 부분에서 최소한 일부의 튜브는 인접한 튜브의 제1 부분과 상호 접촉되는 딤플을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.