KR100513765B1 - 복층 코일형 가열식 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복층 코일형 가열식 열교환기에 관한 것이다.

종래의 가열식 열교환기는 단일의 코일형 가열관이 설치됨으로 화염 및 열기는 그대로 상승하게 되고, 가열관은 화염이 있는 일면에서만 가열이 이루어지게 됨으로 효율을 증대 시키기 위하여는 그에 비례하여 열교환기 크기가 커질 수 밖에 없었으며, 보다 효율을 증대시키기 위한 방법으로 열기를 다시한번 외측으로 하강시켜 열교환을 이루도록 한 것이 있으나, 이 역시 열교환 시간을 좀더 체류시켜 효율을 약간 증대 시킬 수 있을 뿐 완벽한 열교환을 이루기에는 미흡한 결점이 있었다.

본 발명은 내외 2중 통체로된 열교환기 내부에 내경이 서로 다른 여러개의 코일형 동파이프를 빈틈 없이 겹으로 설치하되, 안쪽에서 밖으로 갈수록 동파이프의 내경을 점점 크게하므로써 각 동파이프의 내부 유속을 맞추어 주고, 화염 및 열기의 통로가 스크류형 터널이 되게 하여 하부에서 상부측으로 버너로부터의 화염과 열기를 불어넣어 열기가 회류하면서 상승하는 방식으로 열교환기 내부 체류시간을 늘려주는 동시에 여러개의 동파이프를 맞대어 스크류형으로 구성함으로서 열교환 면적을 넓게하여 콤팩트한 구성과 더불어 열교환 효율이 극대화 될 수 있도록 한 것이다.

Description

복층 코일형 가열식 열교환기{A heat exchanger of heating method several story coil type}

본 발명은 복층 코일형 가열식 열교환기에 관한 것으로, 상세하게는 내외 2중 통체로된 열교환기 내부에 내경이 서로 다른 여러개의 코일형 동 파이프를 빈틈 없이 겹으로 설치하여 화염의 통로가 스크류형 터널이 되게 하므로서, 콤팩트한 구성으로 열교환 효율을 극대화 시킬 수 있도록 한 것이다.

주지하는 바와 같이 가열식 열교환기는 버너 등의 가열수단에 의하여 가열탱크 혹은 가열관 내부를 순환하는 물이나 기름 등의 순환액을 재 가열하여 반복 순환시키는 장치로서, 그 대표적인 것이 보일러이다.

통상 보일러는 하부에 버너가 설치되고, 그 상부측에 가열탱크를 설치하거나 가열관을 코일형으로 설치하여 난방후 식어진 순환액을 재 가열하여 반복 순시키는 작용을 하게되는 것으로, 종래의 가열식 열교환기는 단일의 코일형 가열관이 설치됨으로 화염 및 열기는 그대로 상승하게 되고, 가열관은 화염이 있는 일면에서만 가열이 이루어지게 됨으로 효율을 증대 시키기 위하여는 그에 비례하여 열교환기 크기가 커질 수 밖에 없었으며, 보다 효율을 증대시키기 위한 방법으로 열기를 다시한번 외측으로 하강시켜 열교환을 이루도록 한 것이 있으나, 이 역시 열교환 시간을 좀더 체류시켜 효율을 약간 증대 시킬 수 있을 뿐 완벽한 열교환을 이루기에는 미흡한 결점이 있었다.

이와 같은 종래의 열교환기 구조는 빌딩 등 건물의 라디에이터식 중앙 난방시설, 찜질방, 사우나 시설 등에 있어서는 보일러가 초대형으로 설치 작업이 매우 어렵고 고가이며, 시설 규모에 비하여 연비가 고가로되는 결점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 제결점을 감안 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 내외 2중 통체로된 열교환기 내부에 내경이 서로 다른 여러개의 코일형 동파이프를 빈틈 없이 겹으로 설치하되, 안쪽에서 밖으로 갈수록 동파이프의 내경을 점점 크게하므로써 각 동파이프의 내부 유속을 맞추어 주고, 화염 및 열기의 통로가 스크류형 터널이 되게 하여 하부에서 상부측으로 버너로부터의 화염과 열기를 불어넣어 열기가 회류하면서 상승하는 방식으로 열교환기 내부 체류시간을 늘려주는 동시에 여러개의 동파이프를 맞대어 스크류형으로 구성함으로서 열교환 면적을 넓게하여 콤팩트한 구성과 더불어 열교환 효율이 극대화 될 수 있도록 한 것이다.

이하, 첨부된 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 열교환기(1)는 외통체(2a)와 내통체(2b)의 2중 통체로 구성되어지며, 상기 외통체(2a)의 상, 하부에는 원뿔형과 원추형으로 축소된 경사 축소부(3a)(3b)가 형성되어 있고, 각 단부에 공기 흡입관(4a)과 공기 토출관(4b)이 연결 설치되어 있으며, 외통체(2a)의 내부 중심에는 관상의 내통체(2b)가 상기 외통체(2a)의 경사 축소부(3a)(3b)를 제외한 수직통체 높이보다 상하 약간 길게 설치되어 상하단이 캡(5a)(5b)으로 밀봉되어 있다.

이와 같이 된 내통체(2b)와 외통체(2a)의 사이에는 6겹의 코일형 열교환관(6)들이 상호 밀착되게 설치되어 가로 벽체를 이루면서 나선 구조로 설치되는데, 상기 코일형 열교환관(6)의 내부를 하부측에서 상부측으로 회류하는 온수의 유속이 상호 동일 유속으로 흐로도록 하기 위하여 내측에서 외측으로 갈수록 관의 경을 순차적으로 크게 형성하여 설치된다.

즉, 맨 안쪽의 관 외경이 ∮10이라 하면 그 다음의 관은 ∮11, 그 다음의 관은 ∮12 순으로 외경을 점점 크게하여 설치되는 것으로, 이는 상기 예시에 한정되는 것은 아니며, 설계상 외통체(2b)의 길이와 열교환관(6)들의 감김수와 높이 등을 감안하여 설정되어 지는 것으로 큰 외경의 관과 작은 외경의 관의 유속차를 감안하여 내외간 동일한 유속으로 흐르도록 하기 위함이다.

이와 같이 열교환관(6)들이 가로벽을 형성하여 나선 구조를 이룸에 따라 열교환관(6)들의 층간 간격부는 자연히 나선형 터널(7)이 형성되어 화염 및 열기가 회류하면서 상승하는 구조를 갖게되며, 상기 나선형 터널(7)에 화염 및 열기를 불어 넣어주기 위하여 외통체(2a) 하측의 공기 흡입관(4a) 내부에는 가스 및 기름에 의하여 연소되는 버너(8)가 설치된다.

한편, 상기 열교환관(6)들의 상하단은 외통체(2a)의 외부로 유도되게 배열 돌출시킨후 각 외측에 온수 유입관(9a)과 온수 토출관(9b)을 접속 설치하여 반복 순환 열교환이 이루어 질 수 있도록 구성할수 있으며, 다른 실시예로서, 열교환관 일부는 난방용으로 쓰고, 다른 일부는 목용탕용 혹은 세면대용으로 분리 인출하여 사용할 수 있도록 구성된 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

난방을 이루고 난 후 식어진 온수는 열교환기(1)의 하부 일측의 온수 유입관(9a)으로 유입된 후 열교환관(6)들의 내부로 분산 유입되어 나선형으로 상승 한 후 상부측의 온수 토출관(9b)으로 빠져나가 난방 배관을 반복 순환하게 되며, 버너(8)에 의하여 연소된 화염 및 열기는 열교환관(6)들의 층간 사이사이에 형성된 나선형 터널(7)을 회류 상승하면서 열교환관(6) 내부를 흐르는 온수와 열교환을 이루고 상부측 공기 토출관(4b)으로 빠져나가게 된다.

이때, 상기 열교환관(6)들은 작은 경으로 말리는 내측의 것보다 크게 말리는 외측의 것이 유속이 느려짐을 감안하여 내측보다 외측의 것을 외경을 크게하므로써 전체적인 유속이 같아지도록 설계되었다.

상기한 바와 같은 본 발명은 화염 및 열기의 열교환기 내 체류시간을 늘려주게 됨으로 콤팩트한 구조를 가지면서도 열교환 효율은 크게 향상될 뿐만 아니라 코일형의 동관들을 조립하여 맞추어 끼워주기만 하면 되기 때문에 조립 및 제조가 간편하고, 소형화 경량화 할 수 있게되어 시공의 편의성과 더불어 저가에 고효율의 열교환기를 제공할 수 있게되어 기존의 열교환기(보일러)에 비하여 연비를 현저히 절감하여 에너지 절약에도 크게 기여할 수 있게되는 우수한 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 부분절개 사시도

도 2는 본 발명의 조립 단면도

도 3은 본 발명의 열고환관 일부를 확대하여 보인 단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 열교환기 2a : 외통체

2b : 내통체 6 : 열교환관

7 : 나선형 터널 8 : 버너

Claims (3)

1. 삭제
2. 버너에 의한 화염 및 열기로 코일형 열교환관의 내부를 흐르는 온수를 가열시켜 열교환을 이루도록 된 코일형 열교환기의 외통체(2a)와 내통체(2b)의 2중 통체 내부에 복수의 코일형 열교환관(6)들을 상호 밀착시켜 가로 벽체를 이루도록 설치하되, 열교환관(6)들의 층간 간격부가 나선형 터널(7)이 형성되게 한 것에 있어서, 상기 열교환관(6)들을 내측에서 외측으로 갈수록 외경을 크게하여 각 관내를 흐르는 냉매가스의 유속을 맞추어 줄 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 복층 코일형 가열식 열교환기.
3. 삭제