KR100754249B1 - 이동가능한 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주변의 온도와의 사이에서 열을 교환시킬 수 있는 열교환기에 관한 것으로 특히 그 발열면적을 확대시키는 방향이 별도의 발열판이나 핀을 부착하는 방식이 아니고, 일체된 판을 절곡하고 용접하여 그 발열면적을 넓힘으로써 열교환을 용이하게 한 열교환드럼을 구성하여, 상시 열교환드럼에서 배출되는 배기가스는 수직방향으로 빼내고, 배출되는 뜨거운 공기는 수평방향으로 방사되게 구조화한 이동가능한 열교환기에 관한 것이다.

따라서 본 발명은 동절기시 항공기 엔진, 조정석, 랜딩기어와 레이더, 방공포 기지, 선박 및 실내 예열용으로 사용되는 장비로서, 이동이 가능하도록 기체프레임의 하단에 바퀴가 형성되어 있어 어느 장소에도 손쉽게 이동이 가능하다.

또한 본 발명은 전기공급이 필요없는 구조이기에 야전에서도 사용이 가능하며, 열교환드럼이 배기가스의 배출 및 가열된 공기의 배출을 분리하여 배출하는 관계로 연소가스에 의한 인체에 해로운 현상을 미연에 방지한다.

기체프레임, 팬, 연소기, 열교환유니트, 하우징, 열교환드럼

Description

이동가능한 열교환기{The shiftable heat exchanger}

도 1은 종래 열교환기의 일실시예를 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 열교환기의 요부를 분해하여 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 열교환기를 결합하여 도시한 결합사시도,

도 4는 본 발명의 열교환유니트를 평면에서 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 열교환유니트의 정면을 도시한 도면,

도 6은 본 발명의 열교환유니트의 좌측면을 도시한 도면,

도 7은 본 발명의 열교환유니트의 우측면을 도시한 도면,

도 8은 본 발명의 열교환유니트를 절단하여 도시한 단면도,

도 9는 본 발명의 열교환기의 가열된 공기가 배출되는 모습을 도시한 흐름 단면도,

도 10은 본 발명의 열교환기의 배기가스의 흐름을 도시한 도면,

도 11은 본 발명의 요부인 라운드통과 라운드통이 만나는 모습을 도시한 도면이다.

* 도시된 도면의 주요부호에 대한 간단한 설명 *

10; 기체프레임 11; 이동바퀴

20; 하우징 21; 화염공간

30; 열교환드럼 31; 열마감부

32; 라운드통 33; 간격

35; 드럼 40; 연통

50; 열교환유니트 60; 팬

70; 연소기 100; 열교환기

본 발명은 주변의 온도와의 사이에서 열을 교환시킬 수 있는 열교환기에 관한 것으로 특히 일체된 판을 절곡하고 용접하여 그 발열면적을 넓힘으로써 열교환을 용이하게 한 열교환드럼을 구성하여, 상시 열교환드럼에서 배출되는 배기가스는 수직방향으로 빼내고, 배출되는 뜨거운 공기는 수평방향으로 방사되게 구조화한 이동가능한 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기란 서로 온도가 다르고, 고체벽으로 분리된 두 유체 사이에 열교환을 수행하는 장치를 말하는 것으로, 좁은 의미의 열교환기는 일반적으로 상 변화가 없는 두 공정 흐름 사이에 열을 교환하는 장치를 말하고, 넓은 의미로는 냉각기, 응축기 등을 포함한다. 이러한 열교환기는 난방, 공기조화, 동력발생, 냉각, 및 폐열회수 등에 널리 이용된다.

이러한 열교환기 중 대한민국 특허출원 제2006-56820호에 개시된 열교환기의 구성과 작용을 살펴본다. 도시된 도 1에서처럼, 열교환기(100)를 구성하는 방열핀(120)의 상부면 또는 하부면 상에 일정 각도의 통풍안내편(200)과 이 통풍안내편(200)에 의해 형성되는 통풍안내구(210)를 다수 형성하여 블로워(도시하지 않음)에 의한 바람이 통풍안내편(200)과 통풍안내구(210)를 경유하여 방열핀(120)의 하부와 상부로 안내되도록 한 구성으로 이루어진다.

전술한 바와 같이 종래 기술에 따른 기술은 방열핀(120)의 상부면 또는 하부면 상에 일정 각도의 통풍안내편(200)과 통풍안내구(210)를 다수개 형성하여 블로워(도시하지 않음)에 의한 바람을 통풍안내편(200)과 통풍안내구(210)를 경유하여 방열핀(120)의 면을 스치는 과정에서 방열핀(120)으로부터 방열되는 열을 더욱 빨리 송풍시켜 방열핀(120)의 방열을 원활하게 하도록 하는 데 있다.

여기서 상기 방열핀(120)은 핀몸체(122), 결합공(124), 결합편(126), 및 결합돌기로 이루어진 단일조각편(120a)을 다수 연결하여 이루어진다. 보다 상세하게 설명하자면 상기 하나의 단일조각편(120a) 하부에 다른 단일조각편(120a)을 위치시킨 상태에서 상부측 단일조각편(120a)의 결합편(126)을 하부측 단일조각편(120a)의 결합공(124) 상에 결합하게 되면 상부측 단일조각편(120a)의 결합편(126) 내측면에 형성된 결합돌기가 하부측 단일조각편(120a)의 결합공(124)에 걸림 유지되어 상하 의 두 단일조각편(120a)이 연결된다. 이와 같은 방법으로 계속해서 연결하게 되면 도시된 것과 같은 방열핀(120)이 되는 것이다.

결국 이러한 방식의 열교환기는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 아주 많은 수의 열 교환 방열핀(120)을 제작하여야 하고, 이들을 모두 각각 결합시켜야 한다. 이는 제작상의 어려움도 있고, 그 조립에 따른 수공비의 상승 및 유지비용의 상승을 가져와 경제적인 면에서도 불리하다.

둘째, 상기 방열핀(120)에 통풍안내편(200)을 형성하고, 통풍안내구(210)를 구비하고 있기는 하지만 공기의 흐름을 용이하게 조절하기는 힘들다. 따라서 교환의 목적을 보다 효과적으로 수행하기 힘들다.

상기한 문제점을 해결한 본 발명은 주변의 온도와의 사이에서 열을 교환시킬 수 있는 열교환기에 관한 것으로 특히 그 발열면적을 확대시키는 방향이 별도의 발열판이나 핀을 부착하는 방식이 아니고, 일체된 판을 절곡하고 용접하여 그 발열면적을 넓힘으로써 열교환을 용이하게 한 열교환드럼을 구성하여, 상시 열교환드럼에서 연소된 배기가스는 수직방향으로 빼내고, 외부에서 공급되어 가열된 뜨거운 공기는 수평방향으로 방사되게 구조화한 이동가능한 열교환기를 제공하고자 한다.

따라서 본 발명은 예열용으로 사용되는 열교환기에 있어서, 이동할 수 있도록 형성된 이동바퀴(11)가 비치된 기체프레임(10)과; 상기 기체프레임(10)의 상부에 위치하는 팬(60)과; 상기 팬(60)의 전면에 부착되어 열원을 공급하는 연소기(70)와; 좌우 양단은 개방된 상태로, 외곽을 원통 형태로 둘러싼 하우징(20)과; 상기 하우징(20)의 내부에 금속판을 절곡하고 용접하여 형성하되 양단이 개방되어 공기가 통하는 라운드통(32)을 복수개 모아 그 중심부는 화염공간(21)이 형성되도록 회오리형상으로 용접결합하되 상기 라운드통(32)과 라운드통(32)의 사이에 간격(33)을 형성시키고, 상기 라운드통(32)의 양단측에 상기 간격을 폐쇄하는 열마감부(31)를 가지도록 용접 체결된 원통형의 드럼(35)으로 이루어진 열교환드럼(30)과, 상기 하우징(20)의 상부에 체결되어 상기 간격(33)을 통과한 배기가스를 배출하는 연통(40)으로 이루어지는 열교환유니트(50)가; 결합하되, 기체프레임(10)의 상부 일측에서부터 팬(60), 연소기(70)와 열교환유니트(50)가 각각 순차적으로 결합하여 수평방향으로 가열된 공기를 배출하는 열교환을 달성하는 것을 특징으로 하는 이동가능한 열교환기를 제공하고자 한다.

본 발명은 예열용으로 사용되는 열교환기란 점에서는 종래의 그것과 유사하다. 그러나 열을 교환하기 위해서 필수적인 발열면적을 확대시키는 방향으로 별도의 발열판이나 발열핀을 부착시키는 방식이 아니고 일체형의 금속판을 절곡하는 방식으로 그 발열면적을 넓혔고, 그에 따라 그 내구성은 증대되며, 배기가스와 열교환된 고온의 공기의 배출구조를 별도로 구분하고 있는 발명이다.

따라서 본 발명의 구성을 도시된 도면과 함께 상세히 설명한다.

먼저 본 발명은 도시된 도 2 내지 11에서처럼, 이동할 수 있도록 형성된 이동바퀴(11)가 비치된 사각의 기체프레임(10)이 있고, 상기 기체프레임(10) 상부에서 일측의 열교환유니트(50)에 공기를 공급하는 팬(60)이 있다. 또한 상기 팬(60)의 전면에 부착되어 열원을 공급하는 연소기(70)가 있고, 상기 연소기(70)에 결합되고, 판재를 절곡하여 결합하는 방식으로 발열면적을 확장하며, 배기가스와 가열된 공기의 배출시스템을 분리시킨 열교환유니트(50)가 있다. 따라서 상기 기체프레임(10)의 상부 일측에서부터 팬(60), 연소기(70)와 열교환유니트(50)가 각각 순차적으로 결합하여 열교환을 달성하는 것이다.

즉 본 발명은 도시된 도 2에서처럼, 사각의 기체프레임(10)의 하단에 이동가능한 이동바퀴(11)가 부착되어 있다. 따라서 이 이동바퀴(11)의 지지를 받은 상태로 기체프레임(10)을 밀고 댕기는 동작으로 본 발명의 열교환기(100)를 필요한 장소까지 용이하게 이동시킬 수 있다. 그리고 본 발명은 상기 기체프레임(10)의 상부에 열교환유니트(50)를 부착하고 있는데, 이 열교환유니트(50)는 순수하게 금속판재를 절곡하고 롤링하여 발열면적을 확장시키는 방식으로 제작된다. 그리고 이 열교환유니트(50)는 실질적으로 열이 교환되어 고온화된 가열된 공기는 전면으로 빠져나오게 하며, 열교환을 위하여 열원을 제공하고 배출되는 배기가스나 연소가스는 회전하여 외부로 빠져나오는 2 중적인 순행 경로를 가지고 있다.

따라서 상기 연소기(70)에서 고온의 열원이 제공되면, 이 열원이 보다 원활하게 열을 낼 수 있게 하기 위해 다량의 공기를 그 배후에 부착된 상기 팬(60)이 공급을 한다. 그리고 이 팬(60)의 공기 흐름에 따라 상기 열교환유니트(50)에서는 열교환을 시키고, 외부로 고온의 공기를 배출시키는 것이다. 물론 인체에 해로운 배기가스나 연소가스의 경우는 도시된 연통을 통해 외부로 배출시키게 된다.

여기서, 상기 팬(60)은 내연기관, 예컨대 가솔린 엔진, 디젤 엔진 등에 의해 구동되도록 하여, 팬(60)을 구동시키는 전원이 없이도 사용할 수도 있다.

그런데 앞에서 언급한 열교환유니트(50)는 아주 다양하게 제작이 가능하다. 따라서 본 발명에서는 이러한 열교환유니트(50) 중 가장 바람직한 형태의 유니트를 도시된 도면과 함께 상세히 설명한다.

즉, 도시된 도 4 내지 8에 도시된 것처럼, 본 발명의 열교환유니트(50)는 외곽의 하우징(20)과, 열교환드럼(30) 및 연통(40)으로 이루어진다. 좌우 양단은 개방된 상태로, 외곽을 원통 형태로 둘러싼 하우징(20)이 있고, 상기 하우징(20)의 내부에 판재를 절곡하여 중심부는 화염공간(21)을 형성하고, 그 화염공간(21)에서 가열된 공기의 배출은 수평된 방향으로, 배기가스는 수직된 방향으로 배출시키는 열교환드럼(30)이 있다. 그리고 상기 하우징(20)의 상부에 체결되어 배기가스를 빼주는 연통(40)이 형성된다. 따라서 상기 하우징(20) 내부에 열교환드럼(30)이 설치되고, 상기 하우징(20)의 상부로 돌출되게 상기 연통(40)을 체결하여, 열교환기(100)의 수직방향인 연통으로 배기가스를 배출시키지만 수평방향으로는 열교환되어 가열된 공기를 배출하여 주위를 예열시키는 것이다.

이 열교환유니트(50)는 본 발명의 열교환기(100)에서 요부로서 내부에 화염공간(21)이 형성된 열교환드럼(30)이 비치된다. 이 열교환드럼(30)의 가장 바람직한 구성은 금속판을 절곡하고 용접하여 형성하되, 양단이 개방되어 그 내부공간(B)에 팬(60)에 의하여 공기가 통하는 라운드통(32)을 만들고, 상기 라운드통(32)을 다수 개 모아 그 중심부는 화염공간(21)이 형성되고, 회오리형상으로 용접 결합하되 상기 라운드통(32)과 라운드통(32)의 사이에 간격(33)을 형성시키고, 라운드통(32)의 양단측에 간격(33)을 폐쇄하는 열마감부(31)를 가지도록 용접 체결된 원통형의 드럼(35)으로 이루어진다. 즉, 도 8에 도시된 것처럼 길게 형성하되 양단이 개방된 통형의 라운드통(32)을 결합 용접하여 열교환드럼(30)을 제작하는 것이다. 이렇게 판형의 긴 통을 만들되, 그 단면을 직선으로 제작하는 것이 아니고, 회전하는 회오리의 형상처럼 라운드진 형태로 제작하는 것이다. 그리고 이러한 다수의 라운드통(32)을 일정한 간격을 형성한 상태로 둥글게 용접 결합하게 된다. 이때 주의할 것은 상기 라운드통(32)이 결합될 때 그 내부는 빈 화염공간(21)을 형성시킬 수 있게 결합하고, 상기 라운드통(32)과 라운드통(32)의 결합은 일정한 간격(33)을 형성한 상태를 유지할 수 있는 용접결합을 한다는 것이다.

그리고 그 결합의 형태도 도시된 도 5, 6과 7에서처럼 회오리의 형태를 띠게 다수 개로 결합시키게 된다. 이때 중요한 것은 본 발명의 라운드통(32)은 양단이 개방된 통형상이고, 라운드통(32)의 양단측에 라운드통 사이의 간격(33)을 폐쇄하도록 용접되어 열로 마감한 열마감부(31)를 가지고 있다. 이 열마감부(31)는 도시된 도 6와 7에 상세히 도시되어 있는데, 도시된 도 8에는 표시되지 않는다.

이유는 상기 도 8은 라운드통(32)의 중심부가 절단된 상태의 단면도를 도시한 것이기에 공간부(B)는 상기 라운드통(32)의 내부 공간을 의미하게 된다. 결국 본 발명의 열교환드럼(30)은 이러한 라운드통(32)이 다수 개 결합하여 그 중심부에는 화염공간(21)을 형성한 상태로 체결되는 것이다. 그리고 이렇게 체결된 열교환드럼(30)은 하우징(20)에 용접을 통해 결합하게 된다. 즉, 도시된 도면들에서처럼, 상기 열교환기드럼(30)의 외부는 원통형으로 제작된 하우징(20)이 용접결합되는데, 최 상단에는 연통이 체결될 수 있는 배출공(A)이 형성되어 있다. 따라서 이 배출공(A)에 연통(40)이 용접 결합되는 것이다.

그럼 본 발명의 열교환기(100)의 작동상태를 상세히 설명하자면 다음과 같다. 먼저 경유나 등유에 의해 화염이 붙어 상기 열교환드럼(30) 내부의 화염공간(21)에 연소기(70)는 불을 뿜어주게 된다. 이때 상기 연소기(70)의 외부에 부착된 상기 팬(60)은 회전을 하여 상기 연소기(70)가 보다 큰 화염을 발산할 수 있도록 바람을 넣어 주며, 이 바람에 의해 공기의 흐름이 생겨 배기가스는 배출되고, 고온으로 열교환된 공기는 외부로 방사되는 순환구조를 이루게 된다. 즉, 상기 팬(70)에서 불어오는 바람이 상기 화염공간(21)에서 고온으로 히팅되어 고온을 배출하는 배기가스를 몰아 주게 되는데, 상기 열교환드럼(30)의 열린 공간은 상기 라운드통(32)과 라운드통(32)의 사이의 간격(33)만이 있다. 따라서 이 간격(33)을 통해 배기가스는 도 10에서처럼 배출되어 회전하게 된다. 즉, 상기 라운드통(32)이나 간격(33)이 모두 단면이 회오리의 형태로 형성되어 있기에 공기의 흐름은 회전하는 회오리 형태로 흐르게 될 것이다. 따라서 상기 열교환드럼(30)의 외부를 감싼 하우 징(20)의 내주면과 상기 열교환드럼(30)의 외주면을 타고 회전하다가 상부에 형성된 연통(40)을 배출구로 빠져나가게 되는 것이다.

이에 반하여 열교환된 고온의 공기가 배출되는 흐름은 도 9와 함께 살펴본다. 즉, 상기 팬(60)을 통해 상기 화염공간(21)으로 불어 넣어진 공기는 상기 연소기(70)의 화염에 의해 상기 열교환드럼(30)의 라운드통(32)이 전체적으로 가열이 될 때 온도가 상승하게 된다. 즉, 화염에 의해 또는 상기 라운드통(32) 사이의 간격(33)으로 빠져나가는 배기가스의 온도에 의해 상기 라운드통(32)은 전면적으로 온도가 올라가 고온이 되는 것이다. 따라서 이 양단이 개방된 라운드통(32)의 내부공간(B)을 지나는 공기는 자연적으로 온도가 상승하게 된다. 그런데 본 발명의 열교환드럼(30)에서 개방된 공간이라고는 전면부와 상부의 연통(40)부위뿐이다. 따라서 상기 팬(60)의 회전에 따라 전면으로 공기의 흐름이 잡혀 있는 상태에서, 상기 양단이 개방된 라운드통(32)의 내부공간(B)을 지나며 고온으로 바뀐 공기는 직진하여 빠져나오게 된다. 물론 이렇게 고온이 된 이 공기를 이용하여 본 발명에서는 동절기시 항공기 엔진, 조정석, 랜딩기어와 레이더, 방공포 기지, 선박 및 실내 예열용으로 사용하게 된다.

그리고 본 발명에서 상기 라운드통(32)의 내부에는, 가열되는 열원에 의해 라운드통(32)이 찌그러지는 것을 방지하기 위한 제1스페이서(37)를 삽입시키는 것이 바람직하다. 즉, 상기 라운드통(32)은 본 발명의 열교환기(100)가 작동되면 가장 큰 열을 받아 온도 변화가 가장 높을 구성이다. 따라서 이렇게 큰 온도변화가 다수 회 반복 되다 보면 절곡될 우려가 있고, 높은 온도로 가온된 상태에서 약간의 충격만으로 그 내부가 좁혀지게 서로 붙어 버리는 결과를 가져올 소지가 많다. 따라서 본 발명에서는 이를 해결하기 위해 상기 라운드통(32)의 내부에 도시된 제1스페이서(37)를 결합시켜 항상 일정한 간격을 유지할 수 있도록 배려하고 있다.

또한 본 발명에서 상기 라운드통(32)과 라운드통(32)의 사이에 형성된 간격(33)에는, 가열되는 열원에 의해 간격(33)이 막히는 것을 방지하기 위해 제2스페이서(38)를 삽입시키는 것이 바람직하다. 물론 이 제2스페이서(38)의 설치목적이나 그 효과는 전술된 제1스페이서(37)의 설치목적과 효과와 유사하다.

이상의 설명에서처럼, 본 발명은 동절기시 항공기 엔진, 조정석, 랜딩기어와 같은 항공기의 각부분과, 이를 지원하는 지상장비, 레이더, 방공포 기지, 선박 및 실내 예열용으로 사용되는 장비로서, 이동이 가능하도록 기체프레임의 하단에 바퀴가 형성되어 있어 어느 장소에도 손쉽게 이동이 가능하다.

또한 본 발명은 전기공급이 필요없는 구조이기에 야전에서도 사용이 가능하며, 열교환드럼이 배기가스의 배출 및 가열된 공기의 배출을 분리하여 배출하는 관 계로 연소가스에 의한 인체에 해로운 현상을 미연에 방지시킨다.

더불어 본 발명은 열교환 시 파이프나 발열핀 등을 사용하지 않고 판재를 절곡, 롤링하는 방식으로 발열면적을 극대화하며, 그 가열된 열교환기의 판재를 공기가 통과하면서 뜨거운 공기로 변화하여 공급하는 방식을 따르기에 그 내구성도 높다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 예열용으로 사용되는 열교환기에 있어서,

   이동할 수 있도록 형성된 이동바퀴(11)가 비치된 기체프레임(10)과;

   상기 기체프레임(10)의 상부에 위치하는 팬(60)과;

   상기 팬(60)의 전면에 부착되어 열원을 공급하는 연소기(70)와;

   좌우 양단은 개방된 상태로, 외곽을 원통 형태로 둘러싼 하우징(20)과;

   상기 하우징(20)의 내부에 금속판을 절곡하고 용접하여 형성하되 양단이 개방되어 공기가 통하는 라운드통(32)을 복수개 모아 그 중심부는 화염공간(21)이 형성되도록 회오리형상으로 용접결합하되 상기 라운드통(32)과 라운드통(32)의 사이에 간격(33)을 형성시키고, 상기 라운드통(32)의 양단측에 상기 간격을 폐쇄하는 열마감부(31)를 가지도록 용접 체결된 원통형의 드럼(35)으로 이루어진 열교환드럼(30)과, 상기 하우징(20)의 상부에 체결되어 상기 간격(33)을 통과한 배기가스를 배출하는 연통(40)으로 이루어지는 열교환유니트(50)가; 결합하되,

   기체프레임(10)의 상부 일측에서부터 팬(60), 연소기(70)와 열교환유니트(50)가 각각 순차적으로 결합하여 수평방향으로 가열된 공기를 배출하는 열교환을 달성하는 것을 특징으로 하는 이동가능한 열교환기.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 라운드통(32)의 내부에는,

   가열되는 열원에 의해 라운드통(32)이 찌그러지는 것을 방지하기 위한 제1스페이서(37)를 삽입시킨 것을 특징으로 하는 이동가능한 열교환기.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 라운드통(32)과 라운드통(32)의 사이에 형성된 간격(33)에는,

   가열되는 열원에 의해 간격(33)이 막히는 것을 방지하기 위해 제2스페이서(38)를 삽입시킨 것을 특징으로 하는 이동가능한 열교환기.

Images