KR100725009B1

KR100725009B1 - 잠열회수형 열교환기의 제조방법

Info

Publication number: KR100725009B1
Application number: KR1020060064840A
Authority: KR
Inventors: 신이치 고토; 히데카츠 나루세
Original assignee: 린나이코리아 주식회사; 린나이가부시기가이샤
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2007-06-04
Also published as: JP4574535B2; CN1981983A; JP2007163096A; CN1981983B

Abstract

(과제) 연소배기가 흐르는 몸통부내에 사행(蛇行)형상의 흡열관(41)을 복수개 배치하고, 이들 흡열관의 일단부와 타단부를 각각 유입헤더(42₁)와 유출헤더(42₂)에 접속하여, 유입헤더에서 유출헤더로 상기한 복수개의 흡열관을 통해서 피가열유체를 흐르게 하고, 연소배기중의 수증기를 상기 복수개의 흡열관의 외면에서 응축시켜서 잠열을 회수하도록 한 잠열회수형 열교환기를 가급적 저가로 제조할 수 있도록 한다.

(해결수단) 사행형상으로 굽힘 가공된 복수개의 흡열관(41)의 일단부와 타단부를 각각 유입헤더(42₁)와 유출헤더(42₂)에 삽입하여 서브어셈블리를 조립한 후, 서브어셈블리를 가열로에 투입하여, 상기한 복수개의 흡열관(41)의 각 단부를 각 헤더(42₁,42₂)에 납땜하는 노내 경랍땜(furnace blazing)을 행한다. 그리고 노내 경랍땜공정에서 상기 복수개의 흡열관(41)에 잔류응력을 제거하는 열처리가 실시되도록 한다.

Description

잠열회수형 열교환기의 제조방법{THE MANUFACTURE METHOD OF A LATENT HEAT RECOVERY TYPE HEAT EXCHANGER}

도 1은 본 발명의 제조방법으로 제조된 잠열회수형 열교환기로 이루어지는 부(副) 열교환기를 구비하는 급탕기의 정면도

도 2 는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 의해 절단한 절단 측면도

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 의해 절단한 절단 평면도

도 4는 도 1의 부 열교환기에 형성된 유입헤더의 분해상태의 사시도

도 5는 도 4의 유입헤더의 조립상태의 종단면도

도 6은 도 1의 부 열교환기의 서브어셈블리의 조립상태를 나타내는 사시도

*도면중 주요부분의 부호의 설명*

4 - 부 열교환기(잠열회수형 열교환기) 40 - 몸통부

41 - 흡열관 42_l - 유입헤더

42₂ - 유출헤더 421 - 본체판

422 - 덮개판 421a,422a - 굽힘 가장자리부

423 - 삽입구

일본국 특허공개공보 2004-271109호

본 발명은 연소배기중의 수증기를 응축시켜서 잠열을 회수하도록 한 잠열회수형 열교환기의 제조방법에 관한 것이다.

종래, 이러한 종류의 잠열회수형 열교환기로서, 연소배기가 흐르는 몸통부내에 사행형상의 흡열관을 복수개 배치하고, 이들 흡열관의 일단부와 타단부를 각각 유입헤더와 유출헤더에 접속하여, 유입헤더에서 유출헤더로 상기한 복수개의 흡열관을 통해서 피가열유체를 흐르게 하고, 연소배기중의 수증기를 흡열관의 외면에서 응축시켜서 잠열을 회수하도록 한 것이 알려져 있다.(예를 들면, 특허문헌 1 참조)

이것에서는 각 헤더를 주물제로 해서 각 헤더에 상기 복수개의 흡열관용의 통형상 삽입구를 형성하고, 상기 복수개의 흡열관의 각 단부를 그 외주에 O링을 장착한 상태에서 각 헤더의 삽입구에 삽입하여, 고정구에 의해 빠짐을 방지하고 있다. 하지만, 이것에서는 0링이나 고정구가 필요하게 되어 부품수가 늘어나고, 제조가격이 높아지는 문제점이 있다.

그런데, 응축형 열교환기에서는 연소배기중의 산화물이 용해되어 강산성이 되는 응축수에 의한 흡열관의 부식을 방지하기 위해, 흡열관을 일반적인 열교환기에 사용하는 동관이 아닌 스테인레스 등의 내식성 금속에 의해 형성하고 있다. 하지만, 이와 같은 흡열관을 사행형상으로 굽힘 가공한 채로는, 잔류응력에 의해 응력부식 갈라짐을 일으킬 가능성이 있다. 그로 인해, 흡열관의 굽힘 가공후에 열처리{고용화(固溶化)처리}를 실시하여, 잔류응력을 제거할 필요가 있게 된다.

본 발명은 사행형상 흡열관의 열처리의 필요성에 착안하여, 가급적 저가로 응축형 열교환기를 제조할 수 있도록 한 방법을 제공하는 것을 그 과제로 하고 있다.

상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 연소배기가 흐르는 몸통부내에 사행형상의 흡열관을 복수개 배치하고, 이들 흡열관의 일단부와 타단부를 각각 유입헤더와 유출헤더에 접속하고, 유입헤더에서 유출헤더로 상기한 복수개의 흡열관을 통해서 피가열유체를 흐르게 하고, 연소배기중의 수증기를 상기 복수개의 흡열관의 외면에서 응축시켜서 잠열을 회수하도록 한 잠열회수형 열교환기의 제조방법에 있어서, 사행형상으로 굽힘 가공된 복수개의 흡열관의 일단부와 타단부를 각각 유입헤더와 유출헤더에 삽입하여 서브어셈블리를 조립하는 공정과, 서브어셈블리를 가 열로에 투입하여, 상기한 복수개의 흡열관의 각 단부를 각 헤더에 납땜하는 노내 경랍땜공정을 구비하고, 노내 경랍땜공정에서 상기 복수개의 흡열관에 잔류응력을 제거하는 열처리가 실시되도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 상기 복수개의 흡열관의 각 단부를 각 헤더에 납땜하기 때문에, 종래와 같은 0링이나 고정구가 불필요하게 되고, 부품수가 삭감된다. 또한 노내 경랍땜공정에서 상기 복수개의 흡열관이 열처리되어 잔류응력이 제거된다. 그로 인해, 흡열관에 별도로 열처리를 할 필요가 없으므로 부품수의 삭감과 아울러, 응축형 열교환기의 제조가격을 가급적 저감시킬 수 있다.

하지만, 유입헤더 및 유출헤더의 경량화와 저가화를 위해서는, 각 헤더를 상기 복수개의 흡열관의 각 단부의 삽입구를 형성한 본체판과, 본체판과의 사이에 폐쇄공간을 구획지어 형성하는 덮개판에 의해 구성되는 판금제로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 일반적으로는 본체판의 주위와 덮개판의 주위에 평면형상의 플랜지부를 형성하고, 본체판의 플랜지부와 덮개판의 플랜지부를 서로 겹치게 한 상태에서 납땜하여 각 헤더를 제조하는 것을 생각할 수 있다. 이 때, 본체판과 덮개판의 결합강도를 확보하려면 플랜지부를 어느 정도 넓은 폭으로 할 필요가 있으므로, 이 넓은 폭의 플랜지부가 헤더의 외측으로 연장되어 헤더가 대형화된다.

이에 비해, 본체판의 주위에 덮개판측으로 직각으로 굴곡되는 굽힘 가장자리부를 형성함과 아울러, 덮개판의 주위에 본체판측으로 직각으로 굴곡되는 굽힘 가장자리부를 형성하고, 본체판과 덮개판을 양자의 굽힘 가장자리부에 있어서 끼워 맞춰서 양자의 굽힘 가장자리부를 납땜하면, 헤더의 외측으로 플랜지부가 연장되지 않으므로, 헤더의 소형화를 꾀할 수 있다. 하지만, 이 경우에는 본체판과 덮개판의 결합강도를 확보하는데 있어서, 양자의 굽힘 가장자리부 사이의 틈새를 가능한 한 작게 할 필요가 있게 되므로, 양자의 굽힘 가장자리부의 간섭에 의해 본체판과 덮개판의 조립작업이 어려워진다.

상기한 문제점을 해소하려면, 본체판의 주위와 덮개판의 주위에 서로 동일한 방향으로 경사지게 굴곡되는 굽힘 가장자리부를 형성하고, 본체판의 굽힘 가장자리부와 덮개판의 굽힘 가장자리부를 서로 겹치게 한 상태에서 납땜하여 각 헤더를 제조하는 것이 바람직하다. 이것에 의하면, 본체판과 덮개판을 양자의 굽힘 가장자리부의 간섭을 일으키지 않고 용이하게 조립할 수 있고, 또한 굽힘 가장자리부가 평면형상의 플랜지부에 비해 헤더 외측으로 연장되는 부분이 작으므로, 헤더의 소형화를 꾀하는 것도 가능하다.

또한, 서브어셈블리의 조립에 앞서, 본체판의 굽힘 가장자리부와 덮개판의 굽힘 가장자리부를 납땜해 두는 것도 가능하지만, 본체판의 굽힘 가장자리부와 덮개판의 굽힘 가장자리부의 납땜을 상기 노내 경랍땜공정에서 행하도록 하면, 제조가격의 삭감을 한층 더 꾀할 수 있다.

(발명의 실시형태)

도 1을 참조하여, 1은 급탕기의 외장 케이스이고, 외장 케이스(1)내에, 버너(도시생략)를 내장하는 연소실(2)과, 연소실(2) 상측의 주(主) 열교환기(3)와, 주 열교환기(3) 상측의 부(副) 열교환기(4)를 배치하고 있다. 또한, 연소실(2)의 하측에는 연소실(2)내에 연소용 공기를 공급하는 연소팬(5)이 배치되어 있다.

주 열교환기(3)는 버너의 연소배기가 흐르는 몸통부(30)내에 전후 방향(도 1에 있어서의 전후방향)의 간격을 가지고 적층한 다수의 흡열핀(도시생략)과, 이 흡열핀을 관통하는 전후 방향으로 긴 복수개의 흡열관(31)을 구비하고 있다. 그리고 몸통부(30) 전후의 판의 외면에 있어서, 도 1, 도 2에 나타낸 바와 같이, 주 열교환기(3)의 상기 복수개의 흡열관(31)을 2개마다 U자형 곡관(32)을 통해서 접속하고, 상류단의 흡열관(31-S)에서 하류단의 흡열관(31-E)에 이르는 일련의 열교환수로를 구성하고 있다. 주 열교환기(3)의 상류단의 흡열관(31-S)에는 부 열교환기(4)를 개재하여 급수관(Kl)이 접속되고, 하류단의 흡열관(31-E)에는 출탕관(K2)이 접속되어 있다. 그리고 출탕관(K2) 하류단의 출탕밸브(도시생략)가 개방되어 부 열교환기(4) 및 주 열교환기(3)에 물이 공급되었을 때, 버너가 점화되어 부 열교환기(4) 및 주 열교환기(3)에서 가열된 온수가 출탕밸브에서 출탕되도록 하고 있다.

부 열교환기(4)는 잠열회수형 열교환기로서, 도 2, 도 3에 나타낸 바와 같이, 몸통부(40)내에 배치한 사행형상의 복수개(본 실시형태에서는 6개)의 흡열관(41)을 구비하고 있다. 몸통부(40)는 후측이 올라가도록 경사지어지는 저판부(401)를 가지고 있고, 저판부(401)의 후부에 배기도입구(402)가 형성되어 있다. 그리고 주 열교환기(3)를 통과한 버너의 연소배기가 주 열교환기(3)위의 배기후드(33)를 통해서 배기도입구(402)에서 몸통부(40)내로 유입되도록 하고 있다. 또한 몸통부(40)의 전면에는 배기배출구(403)가 형성되어 있고, 몸통부(40)내에서 배기배출구(403)를 향하여 연소배기가 흐른다.

몸통부(40)의 횡방향 일측의 측판(404)의 내면에는 복수개의 흡열관(41)의 일단부를 접속하는 전측의 유입헤더(42₁)와, 상기한 복수개의 흡열관(41)의 타단부를 접속하는 후측의 유출헤더(42₂)가 부착되어 있다. 그리고 유입헤더(42₁)에 급수관(Kl)을 접속함과 아울러, 유출헤더(42₂)에 주 열교환기(3) 상류단의 흡열관(31-S)에서 연속되어 있는 접속관(K3)을 접속하고 있다. 출탕밸브를 열면 유입헤더(42₁)에서 유출헤더(42₂)로 복수개의 흡열관(41)을 통해서 피가열유체인 물이 흐르고, 연소배기중의 수증기가 상기 복수개의 흡열관(41)의 외면에서 응축되어 잠열이 회수된다. 이렇게 잠열에 의해 예열된 물이 부 열교환기(4)에서 주 열교환기(3)에 공급된다.

상기 복수개의 흡열관(41)은 내식성 금속, 예를 들면 스테인레스제의 파형관(波形管)을 사행형상으로 굽힘 가공하여 형성된다. 이 때, 스테인레스제의 관을 굽힘 가공한 채로는 응력이 잔류하여, 잔류응력에 의한 응력부식 갈라짐을 일으킬 가능성이 있기 때문에, 열처리(고용화처리)에 의해 잔류응력을 제거할 필요가 있다.

또한 유입헤더(42₁)와 유출헤더(42₂)는 경량화와 저가화를 위해서, 모두 판금제로 하고 있다. 이것을 상세히 설명하면, 각 헤더(42₁,42₂)는 도 4, 도 5에 나타낸 바와 같이, 스테인레스제의 본체판(421)과, 본체판(421)과의 사이에 폐쇄공간을 구획지어 형성하는 스테인레스제의 덮개판(422)으로 구성되어 있다. 본체판(421)에 는 상기 복수개의 흡열관(41)용의 삽입구(423)가 이들 흡열관(41)에 대응하여 복수개 형성되고, 덮개판(422)에는 급수관(Kl)이나 접속관(K3)용의 단일의 조인트부(424)가 형성되어 있다. 그리고 본체판(421)의 주위와 덮개판(422)의 주위에 서로 동일한 방향으로 비스듬히 굴곡되는 굽힘 가장자리부(421a,422a)를 형성하고, 본체판(421)의 굽힘 가장자리부(421a)와 덮개판(422)의 굽힘 가장자리부(422a)를 서로 겹치게 한 상태에서 납땜하여 각 헤더(42₁,42₂)를 제조하고 있다.

또한, 본 실시형태에서는 본체판(421)에서 덮개판(422)을 향하는 방향을 횡방향 외측으로 하여, 본체판(421)과 덮개판(422)의 양자의 굽힘 가장자리부(421a,422a)를 횡방향 외측으로 굴곡시키고 있다. 그리고 몸통부(40)의 측판(404)에 대한 각 헤더(42_l,42₂)의 부착부(425)를 본체판(421)의 굽힘 가장자리부(421a)의 선단에 형성하고 있다. 또한, 굽힘 가장자리부(421a,422a)의 굴곡방향을 횡방향 내측으로 하는 것도 가능하다. 이것은 상기한 실시형태에서 유입헤더(42₁)와 유출헤더(42₂)가 상하 반전되어 있을 뿐 전부 동일하다.

그런데, 본체판(421)과 덮개판(422)을 양자의 주위에 형성한 평면형상의 플랜지부에 있어서 서로 겹치게 하여 납땜하는 것도 생각할 수 있지만, 이것에서는 플랜지부가 헤더(42₁,42₂)의 외측으로 크게 연장되어, 헤더(42₁,42₂)가 대형화 된다. 또한 본체판(421)의 주위에 덮개판(422)측으로 직각으로 굴곡되는 굽힘 가장자리부를 형성함과 아울러, 덮개판(422)의 주위에 본체판(421)측으로 직각으로 굴곡되는 굽힘 가장자리부를 형성하고, 본체판(421)과 덮개판(422)의 양자의 굽힘 가장자리 부를 끼워 맞춰서 납땜하는 것도 생각할 수 있다. 하지만, 이 경우에는 본체판(421)과 덮개판(422)의 결합강도를 확보하는 데 있어서, 양자의 굽힘 가장자리부 사이의 틈새를 가능한 한 작게 할 필요가 있게 되고, 양자의 굽힘 가장자리부의 간섭에 의해 본체판(421)과 덮개판(422)의 조립작업이 어려워진다. 이에 비해, 본 실시형태에서는 본체판(421)과 덮개판(422)을 양자의 굽힘 가장자리부(421a,422a)의 간섭을 일으키지 않고 용이하게 조립시킬 수 있기 때문에, 작업성이 좋아지고, 또한 굽힘 가장자리부(421a,422a)는 평면형상의 플랜지부에 비해 헤더(42₁,42₂)의 외측으로 연장되는 부분이 작으므로, 헤더(42₁,42₂)의 소형화를 꾀할 수도 있다.

부 열교환기(4)의 제조에 있어서는 우선, 사행형상으로 굽힘 가공된 열처리전의 복수개의 흡열관(41)의 일단부와 타단부를, 그 외면에 땜납재(페이스트형상의 니켈 땜납재 등)를 도포한 상태에서 유입헤더(42₁)와 유출헤더(42₂)의 본체판(421)의 삽입구(423)에 삽입한다. 다음으로, 각 헤더(42_l,42₂)의 본체판(421)에 덮개판(422)을 양자의 굽힘 가장자리부(421a,422a)가 서로 겹치도록 조립하여, 도 6에 나타낸 서브어셈블리를 조립한다. 이 때, 본체판(421)의 굽힘 가장자리부(421a)와 덮개판(422)의 굽힘 가장자리부(422a)의 적어도 일측에 미리 땜납재를 도포해 둔다.

다음으로, 서브어셈블리를 가열로(도시생략)에 투입하여, 노내 경랍땜처리를 행한다. 이것에 의해 복수개의 흡열관(41)의 일단부와 타단부가 각각 유입헤더(42₁) 와 유출헤더(42₂)에 납땜됨과 아울러, 각 헤더(42₁,42₂)의 본체판(421)과 덮개판(422)이 납땜된다. 또한, 노내 경랍땜처리중에 상기 복수개의 흡열관(41)이 열처리(고용화처리)되고, 흡열관(41)의 잔류응력이 제거된다.

노내 경랍땜처리후에는 서브어셈블리를 유입헤더(42₁) 및 유출헤더(42₂)의 부착부(425)에 있어서 측판(404)에 부착한다. 이 때, 각 헤더(42₁,42₂)의 조인트부(424)가 측판(404)을 통해서 그 외면으로 돌출된다. 마지막으로, 측판(404)을 몸통부(40)의 일측면에 부착하여 상기 복수개의 흡열관(41)을 몸통부(40)에 수납한다.

이상의 방법에 의해 부 열교환기(4)를 제조하면, 각 복수개의 흡열관(41)을 0링 및 고정구를 사용하지 않은 채로 각 헤더(42₁,42₂)에 접속할 수 있으므로, 부품수를 삭감할 수 있다. 게다가, 흡열관(41)에 잔류응력을 제거하기 위한 열처리를 별도로 실시하지 않아도 되므로 부품수의 삭감과 아울러, 부 열교환기(4)의 제조가격을 가급적 저감할 수 있다.

또한, 서브어셈블리의 조립전에 각 헤더(42₁,42₂)의 본체판(421)과 덮개판 (422)을 납땜하여 각 헤더(42₁,42₂)를 제조해 둘 수도 있지만, 서브어셈블리의 노내 경랍땜공정에서 본체판(421)과 덮개판(422)을 납땜하는 편이 가격적으로 유리하다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 몸통부(40)의 측판(404)을 유입헤더(42₁)와 유 출헤더(42₂)에 공통의 본체판으로 해서, 측판(404)의 외면에 유입헤더(42₁)용과 유출헤더(42₂)용의 덮개판을 납땜하여도 된다. 또한 상기한 실시형태에서는 급탕기의 부 열교환기(4)로 이루어지는 잠열회수형 열교환기의 제조에 본 발명을 적용하고 있지만, 급탕기 이외에서 사용하는 잠열회수형 열교환기의 제조에도 같은 형태로 본 발명을 적용할 수 있다.

본 발명에 의하면, 흡열관의 각 단부를 각 헤더에 납땜하기 때문에, 종래와 같은 0링이나 고정구가 불필요하게 되고, 또한 본체판의 굽힘 가장자리부와 덮개판의 굽힘 가장자리부의 납땜을 상기 노내 경랍땜공정에서 행하도록 했기 때문에, 부품수가 삭감됨과 아울러, 제조가격의 삭감을 한층 더 꾀할 수 있다.

또한 본체판의 주위와 덮개판의 주위에 서로 동일한 방향으로 경사지게 굴곡되는 굽힘 가장자리부를 형성하고, 본체판의 굽힘 가장자리부와 덮개판의 굽힘 가장자리부를 서로 겹치게 한 상태에서 납땜하여 각 헤더를 제조하는 것으로 했기 때문에, 본체판과 덮개판을 양자의 굽힘 가장자리부의 간섭을 일으키지 않고 용이하게 조립할 수 있음과 아울러, 헤더의 소형화를 꾀하는 것도 가능하다.

또한 노내 경랍땜공정에서 흡열관이 열처리되어 잔류응력이 제거되어, 흡열관에 별도로 열처리를 할 필요가 없으므로, 부품수의 삭감과 아울러, 응축형 열교환기의 제조가격을 가급적 저감시킬 수 있다.

Claims

연소배기가 흐르는 몸통부 내에 사행(蛇行)형상의 흡열관을 복수개 배치하고, 이들 흡열관의 일단부와 타단부를 각각 유입헤더와 유출헤더에 접속하여, 유입헤더에서 유출헤더로 상기 복수개의 흡열관을 통해서 피가열유체를 흐르게 하고, 연소배기중의 수증기를 흡열관의 외면에서 응축시켜서 잠열을 회수하도록 한 잠열회수형 열교환기의 제조방법에 있어서,

사행형상으로 굽힘 가공된 복수개의 흡열관의 일단부와 타단부를 각각 유입헤더와 유출헤더에 삽입하여 서브어셈블리를 조립하는 공정과,

서브어셈블리를 가열로에 투입하여, 상기 복수개의 흡열관의 각 단부를 각 헤더에 납땜하는 노내 경랍땜(furnace blazing)공정을 구비하고,

노내 경랍땜공정에서 상기 복수개의 흡열관에 잔류응력을 제거하는 열처리가 실시되도록 한 것을 특징으로 하는 잠열회수형 열교환기의 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 각 헤더는, 상기 복수개의 흡열관용의 삽입구를 형성한 본체판과, 본체판과의 사이에 폐쇄공간을 구획지어 형성하는 덮개판으로 구성되고, 본체판의 주위와 덮개판의 주위에 서로 동일한 방향으로 경사지게 굴곡되는 굽힘 가장자리부를 형성하고, 본체판의 굽힘 가장자리부와 덮개판의 굽힘 가장자리부를 서로 겹치게 한 상태에서 납땜하여 각 헤더를 제조하는 것을 특징으로 하는 잠열회수형 열교환기의 제조방법.
청구항 2에 있어서,

상기 본체판의 굽힘 가장자리부와 상기 덮개판의 굽힘 가장자리부의 납땜은 상기 노내 경랍땜공정에서 행해지는 것을 특징으로 하는 잠열회수형 열교환기의 제조방법.