KR100764859B1 - 기액 열교환기 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은
- 예정된 제1 방향을 따라 연장되는 길이축(x-x)을 가지며, 열교환기(1)의 액체 순환을 위한 유로(3)를 형성하는 복수의 직선형인 관형 도관(2);
- 상기 관형 도관(2)의 외부방향으로 연장되어 있으며, 서로 대체로 평행한 복수의 핀(4); 및
- 관형 도관(2)의 길이축(x-x)에 대체로 수직인 제2 방향(y-y)에 따라 가스가 흐르도록 하며, 상기 핀(4) 사이에 형성된 복수의 가스 통로(5)
를 포함하는 기액 열교환기(1)에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 관형 도관(2)은 단일 도관(8)과 일체 성형된 연결 엘보(9)에 의해 서로 연결되는 단일 도관(8)의 연속부로 이루어지고, 핀(9)에는 관형 도관(2)을 수용하기 위한 대체로 U-자형의 적어도 하나의 시트(12)가 제공되고 관형 도관(2)의 하류를 따라 그의 말단(12b)에서 관형 도관의 길이축 방향으로 서로 연결된다. 바람직하게, 열교환기는 저가임에도 불구하고 열교환 표면과 전체 크기 사이에 높은 비율을 제공하고, 추가적으로 소형과 경량의 특징 및 높은 열역학적 효율을 제공한다.
열교환기, 핀, 열교환 표면, 열교환율, 관형 도관, 패키지 연결

Description

기액 열교환기 및 그 제조방법 {GAS-LIQUID HEAT EXCHANGER AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기액 열교환기를 도시하는 사시도.
도 2는 도 1의 열교환기 핀을 도시한 확대 사시도.
도 3은 도 2의 핀에 대한 상세한 확대 정면도.
도 4 내지 8은 본 발명에 따르는 기액 열교환기 제조방법의 작업 단계를 개략적으로 나타내는 도면.
도 9는 도 1의 기액 열교환기가 장착된 보일러를 개략적으로 나타낸 도면.
본 발명은 바람직하게, 가정용 및 주거 지역용의 온수기 장치에 사용되는 기액 열교환기(gas-liquid heat exchanger)에 관한 것이나 이것에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 특히 청구의 범위 제1항의 전체부에 정의된 기액 열교환기에 관한 것이다.
본 발명은 또한 기액 열교환기의 개량된 핀(fin) 및 상기에서 정의된 열교환기의 제조방법, 및 상기 열교환기가 사용된 온수기에 관한 것이다.
기액, 또는 공기-액체(air-liquid) 열교환기의 분야에서, 특히 공조 또는 냉동 용도의 물 또는 공기-액체 히터용 가스-물 열교환기의 분야에서, 현재 가장 요구되는 것 중 하나는 작고 경량이며, 저가일 뿐 아니라 높은 열교환율을 보장하는 열교환기를 제공하는 것이다.
이를 위해서, 기액 열교환율을 높이기 위해 핀이 선택적으로 제공되는 관형 열교환기가 공지되어 있다. 이 열교환기는 하우징 셀―여기서, 하우징 셀의 측방향을 따라 가스 유로가 연장되어있음― 및 상기 셀 내에서 가스 흐름의 방향과 대체로 수직인 방향을 따라 연장되는, 액체 순환용의 복수의 관형 도관을 포함하는 수압회로(hydraulic circuit)를 포함한다.
따라서 예를 들면 유럽특허 출원 EP 0 831 281호에서는 액체를 분배하고 수집하기 위해서 핀이 없는 복수의 관이 매니폴드 쌍 사이에 설치된 열교환기가 개시되어 있다. 매니폴드에는 각 관의 자유단이 연결되어 있다.
종래의 가스-물 열교환기는 비록 대체로 상기 목적을 달성하기는 하지만, 관형 도관 및/또는 이의 말단과, 액체의 분배 및 수집 매니폴드들 사이의 피팅 세트 및 열교환기의 여러 부품을 결합하고, 최종적으로 이들 서로를 일체화하는데 관련된 가공비와 인건비 때문에 제조비용을 추가로 저감할 수는 없다.
따라서 본 발명에 부가된 기술적 문제는, 종래의 열교환기에 비해 저가이면서, 동일한 열효율을 가지고, 동시에 시장에서 통용되는 기준이 요구하는 높은 열교환율과 크기가 축소된 기액 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면 상기 문제는 첨부한 청구의 범위 제1항의 특징부에서 제시된 열교환기에 의해 해소된다.
본 출원인은 실제로 ―비슷한 열용량을 가지는 종래의 가장 값비싼 열교환기에 대체로 견줄 수 있는 열교환율을 얻으면서― 열교환기 제조비의 추가 절감이 다음의 방법으로 달성될 수 있다는 것을 발견하였다:
- 동일한 도관 내에 일체 성형된 적합한 연결 엘보를 구비한, 대체로 코일 형상인 단일 도관에 열교환기의 관형 도관을 일체 성형하고,
- 관형 도관에서 연장된 핀 사이에 형성된 통로로 가스가 통과하는 동안 기상(氣相)의 유체역학의 최적화에 의해
달성하였다.
특히, 하우징 시트의 말단에 관형 도관의 하류에서, 핀의 측면을 연결하여 가스가 빈 공간(free space)으로 우회하는 바람직하지 않은 현상을 방지하여 핀 사이에 형성된 통로 속을 흐르는 가스와, 핀 차체 사이의 탁월한 열교환을 보장할 수 있다.
다음의 상세한 설명과, 첨부한 청구의 범위에서 "상류(upstream)" 및 "하류(downstream)"의 용어는 열교환기 자체를 횡단하는 가스의 흐름이 각각 먼저 접촉하고, 나중에 접촉하는 열교환기의 부분을 가리키도록 사용된 것이다.
바람직하게, 본 발명에 따르면, 높은 기액 열교환율 및 열교환 표면과 전체 크기 사이의 비가 높은 열교환기를 제공하는 것이 가능하다. 본 발명의 장치는 따라서 소형이고 열역학적으로 효과가 있는 것이다.
바람직하게, 관형 도관에서 연장된 핀 사이로 형성되는 가스 통로는 열교환기 내에서 관형 도관에 대해 수직방향으로 연장되어 있으며, 관형 도관은 횡단하는 기상과 접촉한다.
이 방식에서는, 열교환기의 측방향의 크기를 바람직하게 최소화하는 것이 가능하다.
바람직하게, 상기 관형 도관은 서로 평행하고 동일한 평면 내에 있거나 또는 평행면에 교대로 존재하고 있어서, 열교환기의 폭을 더욱 감소시키도록 지그재그로 배치된 도관을 제공할 수 있다.
후자의 경우, 이들 평행하는 면사이의 거리는 당업자에 의해서 인접한 도관에서 연장된 핀 사이의 간섭을 방지하도록 알맞게 설정될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 핀은 관형 도관을 수용하는 시트의 말단을 따라 소정의 길이로 각 핀에서 수직의 방향으로 연장되어 있는 한 쌍의 립에 의해 관형 도관 하류에서 관형 도관의 길이축 방향으로 서로 연결된다.
상기 립은 핀과, 열교환기의 길이 방향으로 바로 인접한 핀 사이를 물리적으로 연결할 수 있도록 소정의 적합한 폭을 가진다. 립의 폭은 1 내지 8 ㎜인 것이 바람직하고, 3 내지 6 ㎜인 것이 더욱 바람직하다.
다음의 상세한 설명 및 첨부된 청구의 범위에서 핀 소재의 '폭'은 핀의 바디에 대해 수직방향(즉, 관형 도관의 길이축에 평행한 방향)을 따라 상기 핀소재가 연장되어 있는 폭을 의미하는 것이다.
이 방법에서, 핀을 적합하게 성형하고 관형 도관을 따라 적절한 간격을 두고 함께 연결하면, 관형 도관의 하류에 존재하는 자유 공간으로, 가스의 바람직하지 않은 우회를 방지할 수 있는 연속적으로 폐쇄된 벽을 가진 '복합체'를 얻을 수 있다.
바람직하게, 상기 립은 종래의 대량 생산 프레스 가공 공정에 의해 핀과 일체로 성형하여 열교환기의 생산 단가를 바람직하게 저감할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는 경제적인 관점에서는 덜 바람직하지만, 핀이 적절한 폭을 가진 직사각형의 금속 포일 또는 바람직하게 감소된 두께를 가진 U-자형 채널에 의해 관형 도관의 하류에 관형 도관의 길이축 방향으로 연결되고, 관형 도관은 이의 자유 공간에 삽입되어 동일한 관형 도관의 하우징 시트의 말단에 수용될 수도 있다.
바람직하게, 관형 도관의 하우징 시트는 적어도 부분적으로 소정의 길이로 핀의 말단에 핀에 대해 수직방향으로 연장되는 칼라가 제공된다. 더욱 바람직하게는, 칼라는 관형 도관의 하우징 시트의 바닥부의 길이와 동일한 폭으로 핀에 대해 수직방향으로 연장된다.
이 방법에서 관형 도관과 하우징 시트 사이의 연결을 보다 영구적으로 만들어 각 관형 도관과 하우징 시트 사이의 접촉면을 증가시키는 것이 바람직하게 가능하다. 이 작업은 종래의 브레이즈 용접 작업에 의해 실행된다.
본 발명의 목적에 따라, 상기 칼라의 폭은 핀이 관형 도관의 길이축 방향으로 연결되도록 적용된 립의 폭과 같거나 조금 작을 수 있다.
바람직하게, 칼라는 인접한 핀 사이를 서로 연결하는 립의 폭보다 작은 것으로 일반적으로 1.5 내지 5.5 ㎜이 바람직하다. 칼라는 중단없이 연결되도록 상기 립과 일체로 성형되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 관형 도관의 양쪽에서 핀의 양쪽 말단으로부터 수직방향으로 연장되어 있는 한 쌍의 측벽에 의해 핀은 관형 도관의 길이축 방향으로 패키지-연결(package-connected)된다.
바람직하게, 상기 측벽은 핀과 열교환기의 길이방향을 따라 바로 인접한 핀 사이를 물리적으로 연결되도록 적용된 소정의 폭을 가진다.
이 방법에서, 측벽 및 상기의 립에 적절한 폭을 부여하여 대체로 기밀하게 밀폐시켜, 핀 사이에 복수의 가스 통로를 형성하는 것이 가능하다. 따라서 관형 도관의 하류에 존재하는 공간으로 가스가 바람직하지 않게 우회하는 것을 방지하고, 이 공간 내에서 가스 흐름의 유체역학이 최적화될 수 있다.
바람직하게, 일단 핀들이 관형 도관에 안정하게 결합되면 이들 가스 통로가 핀 사이에 형성되며, 상기 설명과 같이 동일한 관형 도관의 길이축에 대해 수직방향으로 연장된다.
바람직하게, 본 발명의 열교환기는 일정 피치 간격으로 핀을 설치하기 위한 적합한 수단을 포함한다. 상기 수단은 앞에서 언급한 칼라, 립으로 구성되거나 또는 핀과 일체로 형성된 적절한 스페이서를 이용할 수도 있다.
상기 수단은 상기 가스통로의 폭을 바람직하게 형성하여, 열교환기를 통과하 는 가스 흐름의 바람직한 유체 역학적 특성을 달성하도록 한다.
바람직하게, 핀 사이의 피치는 요구되는 가스 흐름의 압력 및 유체역학적 특성에 따라 당업자에 의해 선택될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 핀과 바로 인접한 핀의 립 및/또는 측벽을 용접할 필요없이, 관형 도관에 대해 하류를 따라 적절한 기밀을 바람직하게 보장할 수 있다,
이것은 핀의 립 및/또는 측벽에, 핀의 바디에 대해 소정의 기울기를 부여하여 얻어질 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 립의 기울기는 핀의 바디에 대해서 90°내지 105°의 각(α1)을 확보하는 것이 바람직하고 측벽의 기울기는 바디에 대해서 80°내지 105°의 각(α2)을 확보하는 것이 바람직하다.
바람직하게, 핀의 립 및/또는 측벽은 핀의 바디에 대해서 96°내지 100°의 각(α1 및 α2)을 형성하여 대체로 나팔꽃 모양으로 벌어진다.
이 방법에서, 열교환기를 결합하는 동안 핀 사이의 피치를 립 및/또는 측벽의 폭보다 약간 작은 값으로 적절하게 조정하여, 립 및/또는 측벽의 말단과 인접한 핀의 립 및/또는 측벽 사이가 부분적으로 겹쳐지게 되는 것이 바람직하다.
바람직하게, 또한 핀 사이의 피치를 조정하여 열교환기의 효율(이것은 대체로 핀의 개수에 비례함)을 바람직한 값으로 쉽게 조정하는 것이 가능하다.
본 발명의 또 다른 실시예에서 열교환기에 복수의 평행 관형 도관이 제공된 경우, 핀에는 하나의 관형 도관을 수용하도록 적용된 대체로 U-자형의 복수의 시트가 제공되어 있다.
이 경우에서, 가스와 핀 사이의 열교환율을 더욱 증가시키기 위해서, 핀에는 인접한 관형 도관의 하우징 시트들 사이에 형성된 적어도 하나의 리브(rib)가 제공되어, 인접하는 핀 사이에 형성된 가스 통로 속으로 흐르는 가스 흐름의 난류를 증가시키도록 할 수도 있다.
바람직하게, 열교환기는 대체로 코일형인 도관의 양쪽 말단에 조합되는 결합되는 퀵-커넥팅 파이프 피팅을 추가로 포함한다.
상기 퀵-커넥팅 파이프 피팅을 사용하여 열교환기가 장착되는 장치(예를 들면 보일러)의 수압회로로 인출하는 액체의 분배 및 회수 도관에 열교환기를 결합하는 작업이 상당히 편리하게 된다.
본 발명의 제2 특징은 첨부된 청구범위 제9항에 제시되고 본 명세서의 앞부분에서 예시한 기액 열교환기용 핀에 관한 것이다.
본 발명의 제3 특징은 상기에서 설명된 종류의 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 예를 들면 보일러와 같은 물 가열장치에 관한 것이다.
본 발명의 제4 특징은 청구범위 제14항에 제시되고 상기에서 설명한 종류의 기액 열교환기 제조방법에 관한 것이다.
바람직하게, 상기 방법으로 최소 인력 투입에 의해 본 발명의 기액 열교환기를 대량 생산하여 열교환기의 비용 절감을 달성할 수 있다.
바람직하게, 관형 도관의 반경방향 압축(radial compression) 및 팽창단계(expansion step)는 종래의 장치를 이용한 냉간 소성변형 방법에 의해 수행된다.
바람직하게, 또한 핀을 관형 도관에 안정하게 결합하는 단계는 공지의 장치 및 기술을 이용한 종래의 브레이즈 용접에 의해 수행된다.
추가의 실시예에서, 본 발명의 방법은 한 쌍의 퀵커넥팅 파이프 피팅을 유로를 형성하는 도관의 양쪽 말단에 결합하는 단계를 추가로 포함할 수도 있다.
본 발명의 방법에 의해, 경제적이고 소형이며, 또 열역학적으로 효율적인 열교환기를 저가로 단순한 기술을 이용하여 제조하는 것이 가능하고, 제조된 열교환기의 성능의 반복성 및 재현성을 대규모로 보장할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 더욱 상세하게 설명한다.
[실시예]
본 발명에 따르는 기액 열교환기의 추가적인 특징과 이점은 첨부 도면을 참조한 다음의 바람직한 실시예의 설명으로 보다 잘 알 수 있을 것이다. 이 실시예들은 바람직하지만 이것에 한정되는 것은 아니다.
이들 도면에서 참조부호 1은 온수기용 가스-물 열교환기, 특히 이하에서 설명하고자 하는, 도 9에 개략적으로 도시된 종래의 보일러(6)의 일차 온수 또는 난방용 물을 가열하기 위한 열교환기를 나타낸다.
열교환기(1)는 복수의 대체로 직진하는 복수의 관형 도관(2)―여기서 관형 도관은 예정된 제1 방향을 따라 x-x 방향으로 연장되는 길이축을 가지며, 물의 순환을 위한 통로(3)를 형성함―을 포함한다.
복수의 핀(4)은 대체로 서로에 대해 평행하고 일정한 피치 간격을 유지하며 관형 도관(2)에 대해 외부로 연장되어 있으며, 예를 들면 브레이즈 용접에 의해 안정하게 결합하고 양쪽 마감판(closing plate: 20, 21)사이에 패킹된다. 상기 마감판(20, 21)은 열교환기(1)의 양쪽 말단부에서 관형 도관(2)과 결합된다.
관형 도관(2)의 길이축인 x-x에 대체로 수직인 제2 방향 y-y 축을 따라 가스가 흐르도록 하는 복수의 가스 통로(5)는 핀(4) 사이에 형성된다.
바람직하게는, 핀(4)은 구리와 같은 우수한 열전도성을 가진 적합한 금속으로 제조된다.
본 발명의 실시예에서, 가스 통로(5)에서 열교환기(1)를 통해 흐르는 가스는 원칙적으로 보일러(6)의 버너(7)에서 오는 연소가스에 의해 구성된다(도 9).
관형 도관(2)은 기본적으로 대체로 코일형상인 단일 도관(8)의 연속부로 구성된다. 이 연속부는 동일한 도관(8)에 일체 형성된 연결 엘보(9)에 의해 서로 연결된다.
바람직하게는, 도관(8)은 예를 들면, 구리와 같은 열전도성이 우수한 적합한 금속으로 제조된다.
바람직하게는, 도관(8)은 보일러(6) 수압회로와의 연결작업을 용이하게 하도록 적용된 각각의 퀵커넥팅 피팅(quick-connecting fitting: 10a, 10b)이 그 양쪽 끝(8a, 8b)에 제공되어 있다.
본 실시예에서, 그리고 도 2 및 3에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 열교환기(1)의 핀(4)은 예를 들면, 0.2 내지 0.7 ㎜의 적절하게 감소된 두께를 가 진 판형의 바디(11)를 포함한다.
바람직하게는, 핀(4)의 바디(11)에는 관형 도관(2)을 수용하기 위한 대체로 U-자형의 복수의 시트(12)가 제공되어 있다.
각각의 시트(12)는 다음을 포함한다:
- 관형 도관의 형상에 대체로 일치하는 형상을 가지고, 특히 관형 도관과 접촉, 수용하도록 설정되는 제1부 또는 바닥부(12a), 및
- 관형 도관(2)의 하류방향으로 개방되고, 이하에서 설명되는 관형 도관(2)에 핀(4)을 결합할 때 이용되도록 설계된 제2 부 또는 말단부(12b).
시트(12)의 말단부(12b)는, 핀(4)의 바디(11) 내에 형성되며, 특히 대체로 U-자형 시트(12)의 양쪽 가지부(branch) 사이에 존재하는 것이다(도 2).
본 발명의 실시예에서, 핀(4)은, 시트(12)의 말단부(12b)의 길이 전체가 각 핀(4)에 대해 수직으로 연장되는 한 쌍의 립(13a,b)에 의해, 관형 도관(2)의 하류에서 관형 도관의 길이축 방향으로 서로 연결된다.
바람직하게, 립(13a,b)은 핀(4)과 일체로 형성되고, 핀과 관형 도관(2)의 길이축 x-x에 평행한 방향―이 경우 열교환기(1)의 길이 방향과도 일치함―으로 바로 인접한 핀과 물리적으로 연결되도록 적용된 약 4㎜에 해당하는 길이'ls'를 가진다.
본 발명의 실시예에서는, 시트(12)의 바닥부(12a)에는 바닥부의 길이와 대체로 동일한 길이―이 경우, 칼라는 핀(4)과 관형 도관(2) 사이의 접촉영역의 길이와 일치함― 정도로 핀(4)에 대해 수직으로 연장되어 있는 칼라(14)가 제공된다.
바람직하게는, 칼라(14)는 약 2 ㎜에 해당하는 길이 'lc'를 가지고, 중단없이 연결되도록 립(13a,b)과 일체로 성형된다.
열교환기(1)의 핀(4)은 관형 도관(2)의 양쪽에서 한 쌍의 측벽(15a, b)에 의해 관형 도관의 길이축 방향으로 서로 팩키지-연결된다. 상기 한 쌍의 측벽(15a,b)은 핀(4) 양쪽의 말단과 수직방향으로 연장되어 있다.
바람직하게, 측벽(15a,b)은 핀과, 관형 도관(2)의 길이축 x-x와 평행한 방향―이 경우, x-x축은 열교환기(1)의 길이방향과 일치함―으로 바로 인접한 핀 사이가 물리적으로 연결되도록 하는 소정의 폭을 가진다. 바람직하게, 측벽(15a,b)의 폭'lp'은 립(13a,b)의 폭보다 약간 길어서 약 5 ㎜에 해당한다.
이 방법으로 핀(4) 사이에 형성된 가스 통로(5)는, 대체로 기밀이 유지되도록 밀폐되어, 가스가 관형 도관(2)의 하류에 존재하는 자유 공간(시트(12)의 단부(12b))으로의 바람직하게 않게 우회하는 것을 방지하고, 또한 가스 통로를 통한 가스 흐름의 유체역학을 최적화한다.
바람직하게, 또한 핀(4)의 립(13a,b) 및 측벽(15a,b)은 일정 피치 간격을 유지하여 가스 통로(5)의 적합한 폭이 형성되고 열교환기를 횡단하는 가스의 바람직한 유체역학적 특성을 달성할 수 있다.
바람직하게 핀(4) 사이에서 피치는 본 실시예에서 약 3.2㎜이다.
본 발명의 실시예에서, 핀(4)의 립(13a,b)과 측벽(15a,b)은 핀(4)의 바디(11)에 대해서 약 98.5°의 각도 α1, α2의 소정의 기울기를 가진다.
립(13a,b)과 측벽(15a,b)을 나팔꽃 모양으로 벌어지게 하여 립(13a,b) 및 측벽(15a,b)과 인접한 핀(4)의 립(13a,b)의 자유단 및 측벽(15a,b)의 말단 사이가 일부 겹쳐지게 포개어서 핀(4)을 패킹하는 방법으로 결합하는 것이 가능하다.
이 방법으로, 바람직하게, 하나의 핀(4)과 바로 인접한 핀의 립들(13a,b) 및 측벽들(15a,b) 사이를 용접작업을 하지 않고도 적합한 기밀을 유지하게 밀봉하는 특성에 의해, 통로(5)의 관형 도관의 길이축 방향으로 폐쇄가 가능하다.
또한, 특정 범위 내에서 핀(4) 사이의 피치를 조절하여, 그것에 의해 다시 가스 통로(5)의 폭을 조절함으로써, 기상(氣相)의 압력강하 및 유체역학적 특성을 조정하는 것이 가능하다.
핀(4) 사이에 형성된 가스 통로(5)에서 흐르는 가스의 난류(亂流), 즉 열교환기(1)의 교환율을 증가시키기 위해, 핀에는 인접한 관형 도관(2)의 하우징 시트(12) 사이에 바디(11)와 일체로 성형된 한 쌍의 반구형의 리브(16, 17)가 제공된다.
바람직하게, 리브(16, 17)는 립(13a,b)과 측벽(15a,b) 사이에 있는 핀(4)의 바디(11) 부분에도 이를 형성할 수 있다.
이하에서는 이전에서 설명한 기액 열교환기의 제조를 위한 본 발명의 방법이 설명될 것이다.
첫 번째 단계에서, 코일상의 도관(8)은 적절한 길이를 가진 직선형 도관에서 시작하는 소성변형의 종래 작업에 의해 제공된다.
이렇게 하여 상기 도관(8)과 일체로 성형된 연결 엘보(9)에 의해 서로 연결 된 대체로 직선형인 관형 도관(2)이 형성된다.
본 발명에 의한 방법의 바람직한 실시예에서는, 퀵커넥팅 파이프 피팅(10a,b)은 관형 도관(2)이 형성되기 전후 도관(8)의 양쪽 끝(8a,b)과 결합시키거나, 바람직하게는 일체로 성형된다.
도 4 내지 6에 개념적으로 도시되어 있는 바와 같이, 관형 도관(2)은 측면이 소정의 길이로 압착되어서, 그 부분이 서로 대체로 평행하게 수정된 측면(2a,b)이 형성된다.
바람직하게, 수정 단계는 종래의 냉각 소성변형 기구, 예를 들면 제거가능한 방식으로 위치한 지지용 인서트(19) 사이에 복수의 편리함 형상의 조(jaw: 18)가 제공된 프레스와 같은 기계에 의해 실행될 수 있다.
관형 도관(2)의 부분 수정의 마지막 단계에서 관형 도관의 수정된 부분은 대체로 서로에 대해서 평행하고 관형 도관(2)을 수용하기 위해 시트(12)의 말단부(12b)에 형성된 개구부와 대체로 동일한 폭('l')을 가지는 양쪽 측면(2a,b)을 가지는 것이다.
이어지는 단계에서, 측벽(15a,b)과 립(13a,b)의 부분 겹침의 결과, 복수의 핀(4)은 서로에 대해서 일정한 피치 간격을 유지하여, 관형 도관(2)의 부분 수정부 내로 삽입된다.
바람직하게, 상기 작업에서, 말단부(12b)와 립(13a,b)은 도관을 최종적으로 수용하기 위해 설계된 시트(12)의 바닥부(12a)에 도관이 정확히 위치하도록 도와주기 위해 적용된, 관형 도관(2)의 슬라이딩을 유도하기 위한 많은 수단으로서 구성 된다.
시트(12)의 바닥부(12a)에 있는 관형 도관(2)의 위치는 도 8에 점선으로 도시된다.
계속되는 단계에서 관형 도관(2) 수정부의 양측면(2a,b)의 측면 팽창이 실시되고, 양측면(2a,b)이 시트(12)의 바닥부(12a)의 형상에 대체로 일치하는 형상이 된다.
바람직하게, 관형 도관(2)의 측면 팽창 단계는 소성변형, 예를 들면 종래의 장치에 의해 수행되는 수압성형에 의해 수행된다.
관형 도관(2)의 최종 위치 구성은 도 8의 실선으로 도시된다.
이 시점에서 관형 도관(2)에 패키지 장착된 핀(4)은, 상기 도관과 종래의 브레이즈 용접 작업에 의해 영구적으로 결합된다―만약 마감판(20, 21)이 존재한다면, 이 안에 삽입한 후―. 예를 들면, 구리/인 합금과 같은 이 목적에 적합한 금속 합성을 사용하여 700 내지 800℃의 온도의 로속에서 이 용접이 실행된다.
도 9를 참조하면, 상기의 기액 열교환기가 설치된 보일러가 도시되어 있다.
일반적으로 참조부호 6으로 기재된 상기 보일러는 소위 조합형이며, 버너(7), 및 나중에 배기 후드(23)에 의해 배출되는 연소가스(G)가 가로질러 횡단하는 가스-물 열교환기(1)가 수용된 연소 모듈(22)을 포함하는 것이다.
보일러(6)는 또한 다음을 포함하는 일차 온수 또는 난방용 물을 순환시키는 일차 수압회로(24)를 포함한다:
- 난방 설비(도시 안됨)에서 오는 일차 온수를 열교환기(1)에 공급하기 위한 도관(25);
- 순환 펌프(26);
- 열교환기(1)에서 나온 일차 가열수를 제공하는 도관(27);
- 3방향 밸브(28); 및
- 열교환기(1)로부터 나온 일차 가열수를 다시 난방 설비 또는 물-물 열교환기, 또는 위생 온수를 만들도록 설계된 이차 열교환기(31)에 공급하는 각각의 임무를 맡은 한 쌍의 도관(29, 20).
일차 수압회로(24)는 이차 교환기(31)를 통해 나온 일차 가열수를 공급도관(25)으로 재순환시키기 위한 도관(32) 및 일차 가열수의 열팽창을 보상하기 위한 팽창탱크(33)를 포함한다.
보일러(6)는 또한 다음을 포함하는 위생 온수를 순환시키기 위한 이차 수압회로(34)를 포함한다:
- 물공급 네트워크에서 나온 위생 냉수를 제2 열교환기(31)로 공급하는 도관(35);
- 3방향 밸브(28);
- 2차 열교환기(31); 및
- 이차 열교환기(31)에서 나온 위생 온수를 보일러(6) 외부로의 인출 지점으로 공급하는 도관(36).
보일러(6)는 적절한 가스 연료, 예를 들면 메탄 가스를 버너(7)에 공급하기 위한 도관(37) 및 이 도관(37)을 차단하는 작용을 하여, 상기 버너로 가는 가스 유량을 조절하는 밸브(38)를 포함한다.
상기 도관들(25, 29, 35, 36, 37)에는 각각 상기 도관들을 난방 시설, 물 공급 네트워크, 위생 수도, 및 가스 분배 네트워크에 연결하도록 하는 피팅들(25', 29', 35', 36', 및 37')이 제공되어 있다.
상기의 보일러(6) 동작은 자체로 공지된 장치에 의해 운전되는 것으로 전적으로 종래의 방법에 따른 것이므로 도시하지 않고 이하에서도 상세하게 설명하지는 않을 것이다.
상기에서 기재된 기액 열교환기(1)의 작동에서 기상(G)―여기서 기상은 보일러(6)의 버너(7)에 의해 발생된 연소가스로 이루어짐―은 핀(4) 사이에 형성된 가스 통로(5)에서 y-y축 방향을 따라 바닥에서 위로 상승하며 흘러간다.
가스 통로(5)를 횡단하는 동안, 연소가스는 핀(4)을 통과하므로, 핀은 현열(sensible heat)의 일부를 흡수한다.
관형 도관(2)의 하류에서 핀 사이의 관형 도관의 길이축 방향으로 연결되기 때문에, 연소가스는 가스 통로(5)를 우회할 수 없고, 가스통로를 완전히 통과한 후에서야 열교환기(1)를 벗어나므로 현열의 일부를 핀(4)에 효과적으로 전달할 수 있다.
핀에 전달된 열의 일부는 전도에 의해서 도관(8) 속에 형성된 액체 유로(3) 속을 흐르는 난방용 물에 전달되어, 상기 물이 원하는 온도로 가열된다.
본 발명에 따르는 열교환기(1)로 복수의 반복 테스트를 실시한 후, 출원인은 본 발명의 열교환기가 종래의 열교환기보다 훨씬 저가이면서도, 동일한 열용량을 가지는 종래의 열교환기의 열교환율에 견줄만한 열교환율에 도달할 수 있다는 것을 알아냈다.
상기 설명에 따르면 본 발명에 의해서 달성되는 장점은 이미 명백하다.
다음과 같은 장점을 예로 들 수 있을 것이다:
- 단순한 구조의 열교환기, 특별히 고가의 재료 및 특별히 복잡한 작업 공정을 적용하지 않고도 제작될 수 있으므로 현재 시판되고 있는 제품보다 저가의 열교환기를 제공할 수 있다;
- 열교환 표면과 전체 크기 사이의 비율이 높기 때문에 열역학적으로 효과적인 동시에, 작고 경량의 열교환기를 제공할 수 있다.

Claims (17)

  1. - 단일 도관(8)에 일체로 형성된 연결 엘보(9)에 의해 서로 연결되는 단일 도관(8)의 연속부로 이루어진 복수의 직선형 관형 도관(2); 및
    - 상기 관형 도관(2)에 패키지 장착되고, 하나 이상의 U자형 시트(12)가 구비된 판형(plate-shaped)의 바디를 포함하는 서로 평행한 복수의 핀(4);
    을 포함하며,
    상기 관형 도관(2)은 사전에 정해진 제1 방향을 따라 연장되는 길이축(x-x)을 가지며, 열교환기(1) 내의 액체의 순환을 위한 유로(3)를 형성하고,
    상기 U자형 시트(12)는,
    i) 상기 관형 도관(2)의 형상과 일치하는 형상을 가지고 상기 관형 도관(2)을 수용하는 제1 부(12a); 및
    ii) 상기 열교환기를 횡단하는 가스 유로에 대해 상기 관형 도관(2)의 하류 방향으로 개방된 제2 부(12b);를 포함하고,
    상기 제2 부(12b)는 상기 U자형 시트(12)의 양쪽 가지부(branch) 사이에 형성되고,
    상기 핀(4)은 상기 관형 도관(2)의 상기 길이축(x-x)에 대해 수직인 제2 방향(y-y)을 따라 가스가 흐르도록 하는 복수의 가스 통로(5)를 형성하고,
    상기 핀(4)들은, 상기 제2 부(12b)로의 가스의 우회를 방지할 수 있는 연속적으로 폐쇄된 벽을 제공하도록, 상기 관형 도관(2)의 하류를 따라 상기 시트(12)의 상기 제2 부(12b)에서 상기 길이축(x-x) 방향으로 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 기액 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 핀(4)에는, 관형 도관(2)을 수용하기 위한 상기 시트(12)의 상기 제2 부(12b)에, 상기 시트(12)의 상기 제2 부(12b)를 따라 소정의 길이와 소정의 폭을 가지고 핀(4)에 대해 수직방향으로 연장되는 한 쌍의 립(13a,b)이 제공되고,
    상기 핀(4)들은, 상기 립(13a,b)에 의해 상기 관형 도관(2)의 하류에서 상기 길이축(x-x) 방향으로 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 기액 열교환기.
  3. 제2항에 있어서,
    관형 도관(2)을 수용하기 위한 시트(12)에는, 소정의 폭으로 핀(4)에 대해 수직방향으로 연장되는 칼라(14)가 부분적으로 또는 전체적으로 둘레에 제공되고,
    상기 칼라(14)는 상기 립(13a,b)과 일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 기액 열교환기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핀(4)의 양쪽 말단에는 소정의 폭으로 핀(4)에 대해 수직방향으로 연장된 한 쌍의 측벽(15a,b)이 제공되고,
    상기 핀(4)들은 상기 측벽(15a,b)에 의해 상기 길이축(x-x) 방향으로 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 기액 열교환기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 핀(4) 사이에 서로에 대해 일정 피치 간격을 유지하도록 하는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기액 열교환기.
  6. 제4항에 있어서,
    - 핀(4)의 립(13a,b)이 핀(4)의 바디에 대해 90° 내지 105°의 각도(α1)를 형성하고,
    - 상기 측벽(15a,b)이 핀(4)의 바디에 대해 80°내지 105°의 각도(α2)를 형성하는 것을 특징으로 하는 기액 열교환기.
  7. 제1항에 있어서,
    핀(4)에는 상기 핀(4)의 상기 바디(11)의 상기 시트들(12) 사이에 하나 이상의 리브(16, 17)가 제공되어서 상기 가스 통로(5) 내로 흐르는 가스의 난류를 증가시키는 것을 특징으로 하는 기액 열교환기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 도관(8)의 양쪽 말단에 결합되는 한 쌍의 퀵커넥팅 피팅(10a,b)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기액 열교환기.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제1항에 따르는 열교환기를 포함하는 온수 장치.
  14. - 도관(8)과 일체로 형성된 연결 엘보(9)에 의해 서로 연결되는 복수의 원통형의 직선형 관형 도관(2)으로 이루어지는 소정의 길이를 가지는 도관(8)을 제공하는 단계;
    - 상기 원통형의 관형 도관(2)을 소정의 길이 부분을 따라 측면을 가압하여 상기 길이 부분에 서로 평행하는 한 쌍의 수정된 면(2a,b)을 형성하는 단계;
    - 상기 관형 도관(2)의 형상과 일치하는 형상을 가지고, 상기 관형 도관(2)을 수용하는 제1 부(12a); 및 열교환기를 횡단하는 가스 유로에 대해 상기 관형 도관(2)의 하류 방향으로 개방되고, U자형 시트(12)의 양쪽 가지부 사이에 형성된 제2 부(12b);를 포함하는 하나 이상의 U자형 시트(12)가 구비된 판형의 바디를 포함하는 복수의 핀(4)으로, 상기 수정된 면이 형성된 상기 길이 부분을 수용하는 단계;
    - 상기 수정된 면(2a,b)을 팽창시켜 핀(4)에 형성된 각각의 하우징 시트(12)의 제1 부(12a)의 형상과 일치하는 형상을 가지는 타원형의 단면을 상기 길이 부분에 부여하는 단계; 및
    - 상기 관형 도관(2)에 상기 핀(4)을 결합시키고, 상기 제2 부(12b)로의 가스의 우회를 방지할 수 있는 연속적으로 폐쇄된 벽을 제공하도록 상기 관형 도관(2)의 하류를 따라 상기 시트(12)의 상기 제2 부(12b)에서 상기 핀(4)들을 상기 관형 도관(2)의 길이축(x-x) 방향으로 서로 연결시키는 단계;
    를 포함하는 제1항에 따르는 기액 열교환기를 제조하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 관형 도관(2)의 압축 단계 및 팽창 단계는 소성변형에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 기액 열교환기의 제조방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 관형 도관(2)에 상기 핀(4)을 결합시키는 단계는 브레이즈 용접에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 기액 열교환기의 제조방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 도관(8)의 양쪽 말단(8a,b)에 한 쌍의 퀵커넥팅 피팅(10a,b)을 결합시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기액 열교환기의 제조방법.
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