KR100797580B1 - 전기히터를 이용한 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화 설비에서 열풍을 공급하기 위해 구비되는 열교환기에 관한 것으로, 더 상세하게는 발열부에 진공부를 형성하고, 열교환부에 소량의 열매체를 주입하여 전기히터가 삽입될 수 있도록 그 열교환부와 다른 이종재질의 장착수단을 구비할 수 있도록 함에 따라 열교환 효율성을 최대한 높일 수 있도록 하기 위하여,

전기히터를 이용하는 열교환기에 있어서, 상기 열교환기는 외주면에 다층으로 방열핀이 형성되고, 내부에는 진공부가 형성되는 발열관이 일정 간격으로 다수 개 형성되는 발열부와; 상기 발열부의 하부에 그 발열관과 통하도록 열매체가 주입되는 열교환관을 형성하고, 상기 열교환관의 내부에는 외부 일측에서 전기히터를 삽입할 수 있도록 그 열교환관과 다른 이종재질의 장착수단이 밀봉되는 열교환부로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기히터를 이용한 열교환기에 관한 것이다.

열교환, 전기히터, 열매체, 발열, 방열, 이종재질

Description

전기히터를 이용한 열교환기{a heat exchanger with an electric heater}

본 발명은 공기조화 설비에서 열풍을 공급하기 위해 구비되는 열교환기에 관한 것으로, 더 상세하게는 발열부에 진공부를 형성하고, 열교환부에 소량의 열매체를 주입하여 전기히터가 삽입될 수 있도록 그 열교환부와 다른 이종재질의 장착수단을 구비할 수 있도록 함에 따라 열교환 효율성을 최대한 높일 수 있도록 한 전기히터를 이용한 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화 설비에 구비되는 열교환기는 그 열교환기의 내부에서 순환되는 고온의 순환매체에 의해 발열하면서 그 발열되는 열을 이용하여 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 구조로, 이 같은 종래의 열교환기는 순환매체를 고온으로 상승시키기 위하여 액체연료를 사용하는 열원에 의해 순환매체를 고온으로 상승시켜 순환시키는 것이 통상적이다.

그에 따라 순환매체를 고온으로 상승시키기 위해 소비되는 열원에 의해 많은 비용이 소요되는 문제점이 발생하였을 뿐만 아니라 액체연료의 연소에 따른 공해물질 또한 발생하는 문제점이 초래되었다.

따라서, 근래에 들어서는 공해물질이 전혀 발생하지 않고 전기에너지를 이용 하는 전기히터를 사용하여 열교환이 이루어질 수 있도록 한 열교환기가 안출되어 사용되고 있는 실정이다.

이렇게, 전기히터를 사용하는 종래의 열교환기에 있어서는 전기히터에서 발열되는 열을 직접적으로 열교환 하는 것이 아니라 열전달매체를 통하여 간접적으로 열전달이 이루어진 후 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 복잡한 구조를 갖도록 구성됨으로써, 간접 열전달에 따른 불필요한 열 손실이 발생하여 열교환 효율성이 저하되는 문제점은 물론 열교환 효율성에 비해 많은 전기에너지가 소모되는 문제점도 초래되었다.

또한, 전기히터를 이용하는 종래의 열교환기에 있어서는 고온으로 열교환이 이루어질 수 있도록 하기 위해서는 많은 갯 수의 전기히터가 필요로 하는 관계로, 이 또한 많은 량의 전기에너지가 소모되는 문제점과 함께 부피 또한 상당히 커져야 하는 문제점을 가지고 있었다.

또, 많은 갯 수의 전기히터를 사용함에 따라 열교환이 이루어질 수 있도록 구비되는 열교환부 또한 상당히 복잡한 구조를 가지게 됨은 물론 그로 인해 부피도 상당히 커지는 문제점이 있었다.

또, 열효율을 높이기 위해 고온의 온도까지 상승되는 전기히터를 사용하고자 하였으나, 통상적으로 열교환부는 열팽창계수가 높은 동 재질로 제작됨으로 인해, 고온의 온도까지 상승되는 전기히터와는 이종재질인 관계로, 열교환부와 이종재질의 전기히터를 접목시키지 못하는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하고자 안출한 것으로, 발열부에 진공부를 형성하고, 열교환부에 소량의 열매체를 주입하여 전기히터가 삽입될 수 있도록 그 열교환부와 다른 이종재질의 장착수단을 구비할 수 있도록 함에 따라 열교환 효율성을 최대한 높일 수 있도록 하는 주된 목적을 갖는 것이다.

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또, 가열에 따른 열매체에서 발생되는 불응축 가스의 배기 또한 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 데 있다.

또, 열교환 효율성을 극대화할 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명은 전기히터를 이용한 열교환기에 있어, 발열부에 진공부를 형성하고, 열교환부에 소량의 열매체를 주입하여 전기히터가 삽입될 수 있도록 그 열교환부와 다른 이종재질의 장착수단을 구비함으로써, 고온의 발열 및 방열에 의해 열교환 효율을 최대한 높일 수 있는 것이다.

본 발명은 전기히터를 이용한 열교환기에 있어, 최소한의 전기에너지로 고온 으로 발열할 수 있도록 열교환부에 그 열교환부와 다른 이종재질의 전기히터를 삽입할 수 있는 장착수단을 구비함으로써, 적은 전기에너지로 발열부가 고온으로 발열 및 방열할 수 있도록 하여 열교환 효율성을 최대화할 수 있는 효과를 가지는 것이다.

또한, 일체로 형성되어 발열관의 외측면으로 나선 형태로 결합되는 방열핀에 의해 발열부에서 최대한의 방열 효율을 가질 수 있도록 하는 데 있다.

또, 발열수단인 전기히터를 한 쌍으로 구비함으로써, 하나의 히터가 이상시 다른 하나의 히터를 이용하여 끊김 없이 발열이 지속적으로 이루어질 수 있도록 하므로서, 열교환이 지속적으로 이루어질 수 있는 효과를 가지는 것이다.

또, 열교환부의 열매체에서 발생되는 불응축 가스를 충진 후 용이하게 배기가 이루어질 수 있도록 함으로써, 불응축 가스로 인한 위험성을 방지할 수 있는 효과도 갖는 것이다.

또, 열교환부의 발열부를 한 쌍으로 구비함으로써, 열교환 효율성을 극대화할 수 있는 효과도 갖는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명을 개략적으로 나타낸 요부 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 결합된 상태의 개략적인 요부 절개 사시도이며, 도 3은 도 2에 따른 개략적인 요부 종단면도이다.

도시된 바와 같이 전기히터를 이용하는 열교환기에 있어서,

본 발명은, 최소한의 전기에너지로 최대한의 발열이 이루어져 열교환 효율성을 최대한 높일 수 있도록 하기 위하여,

상기 열교환기(1)는 외주면에 내부에서 전달되는 열이 신속하게 방열될 수 있도록 다층으로 방열핀(12)이 형성되고, 내부에는 전달되는 열의 손실 없이 최대한 신속하게 전달될 수 있는 진공부(14)가 형성되는 발열관(15)이 일정 간격으로 다수 개 형성되는 발열부(10)와;

상기 발열부(10)의 하부에 그 발열관과 통하도록 신속하게 가열되어 열을 전달시키는 통상의 열매체(21)가 주입되는 열교환관(22)을 형성하고, 상기 열교환관(22)의 내부에는 외부 일측에서 고온의 온도까지 발열이 이루어지는 공지의 전기히터(H)를 삽입할 수 있도록 그 열교환관과 다른 이종재질의 장착수단(25)이 용가제(filler metal)를 개재시켜 공지된 브레이징 용접 등을 통하여 열교환관과 밀봉되는 열교환부(20)로 구성되는 것을 나타낸 것이다.

상기 방열핀(12)은 제작시 일체로 형성되어 그 발열관(15)의 외측면에서 나선 형태로 통상의 용접방식에 의해 결합되도록 함으로써, 상기 발열관으로 전달된 열이 그 발열관의 외측면에 일체로 결합된 방열핀에서 균일하고 신속하게 방열이 이루어질 수 있는 조건을 가지게 되는 것이다.

상기 열매체(21)는 열교환관(22)과 접한 발열관(15)의 하단까지 주입되는, 즉 열교환관의 내부와 발열관의 내부 공간을 합친 면적의 약 20~25% 정도만 주입되도록 하여, 전기히터로부터 발열된 열에 의해 신속하게 가열됨과 동시에 발열관의 진공부로 열전달 또한 신속하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 열매체를 열교환관과 발열관의 내부로 100%로 가득 주입할 경우에는 그 열매체를 가열하기 위한 시간 및 전기에너지의 소모가 더 많이 되는 것이다.

상기 장착수단(25)은 열교환관(22) 내부에서 처지지 않게 다수 개의 지지부재(24)에 의해 지지되고, 상기 전기히터(H)가 삽입되는 일단은 그 열교환관(22)의 끝단 보다 더 돌출되게 형성되는 삽입관(26)으로 구성함으로써, 전기에너지에 의해 발열이 이루어지는 전기히터가 하부나 측으로 편중되지 않고 중간에 위치하도록 하여 균일한 발열이 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기에서, 지지부재(24)는 삽입관(26)이 삽입되는 링부(24a)와 그 링부와 연결되어 열교환관의 내측면에 고정되는 지지대(24b)로 형성하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은, 열교환부의 열교환관과 용가제를 개재시켜 공지의 브레이징 용접에 의해 용접되는 이종재질로 구비된 장착수단의 삽입관으로 고온의 온도까지 발열하는 공지의 전기히터를 삽입하여 전기를 인가시킨다.

그에 따라 전기히터는 고온으로 발열하게 되고, 그 고온으로 발열되는 열은 삽입관을 통하여 열매체를 신속하게 가열시키며, 그 가열된 열매체로부터 발생되는 열은 각 발열관의 진공부를 통하여 신속하게 전달되면서 발열관으로부터 발열이 이루어짐과 동시에 그 발열관의 외측면에 다층으로 결합되어 있는 방열핀을 거쳐 고온의 열로 방열하게 되는 것이다.

다시말해서, 열원인 상기 전기히터로부터 발열되는 고온의 열이 열교환관의 내부로 주입된 소량의 열매체를 신속하게 가열하고, 그 가열된 열은 다시 발열관 내부의 진공부를 통하여 열손실 없이 신속하게 전달되어 져 단시간 내에 고온으로 열을 발열과 함께 방열하게 되는 것이다.

그에 따라 전기히터로부터 발열하는 직접 열이 열손실 없이 최대한으로 전달되도록 하여 최소한의 전기에너지로 높은 온도로 발열 및 방열이 이루어질 수 있도록 함으로써, 높은 온도로 발열 및 방출되는 열에 의해 열교환 효율성을 최대한 높일 수 있는 조건을 가지게 되는 것이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예를 개략적으로 나타낸 요부도이다.

도시된 바와 같이 상기한 구성에서, 상기 열교환관에 전기히터를 삽입할 수 있도록 그 열교환관과 다른 이종재질로 구비되는 장착수단을 하나가 아닌 한쌍으로 구비하여, 하나의 전기히터 이상 시 다른 전기히터를 사용하여 발열이 이루어질 수 있도록 하기 위하여,

상기 열교환부(20)의 열교환관(22)에 구비되는 장착수단(25)은 그 장착수단(25)의 측으로 또 다른 전기히터를 삽입할 수 있도록 나란하게 하나 더 구비하는 것을 나타낸 것이다.

그에 따라 열교환관에 구비되는 장착수단을 한 쌍으로 구비함에 따라 필요에 따라 하나의 전기히터를 삽입하여 사용하거나 또는 한 쌍의 전기히터를 삽입하여 사용할 수 있음은 물론 하나의 전기히터가 이상 시 나머지 다른 하나의 전기히터를 사용할 수 있도록 함으로써, 고온의 열을 끊기지 않고 발열할 수 있도록 함에 따라 열교환을 지속적으로 행할 수 있는 조건도 가지게 되는 것이다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예를 개략적으로 나타낸 요부도이다.

도시된 바와 같이 상기한 구성에서, 전기히터의 가열에 의해 열매체에서 일부 발생하는 불응축 가스로 인한 위험한 요소를 해소하기 위하여,

상기 발열관(15)의 상단에는 가열에 의해 열매체에서 발생되는 불응축 가스를 충진한 후, 배기할 수 있는 통상의 개폐밸브 등과 같은 개폐수단(32)이 구비되는 안전관(30)이 연결되는 것을 나타낸 것이다.

그에 따라 전기히터의 발열에 의해 가열되는 열매체로부터 발생하는 일부의 불응축 가스는 안전관으로 충진된 후, 적정한 시기에 개폐수단을 통하여 배기시킴으로써, 위험요소 없이 안전하게 사용할 수 있는 조건 또한 가지게 되는 것이다.

또한, 상기 안전관은 불응축 가스를 충진 후 배기시의 용도 뿐만 아니라 발열관의 진공부를 형성하고자 공기를 빼낼 때 상기 다수 개의 발열관을 연결시킨 구조로 인하여 보다 효율적으로 공기를 빼낼 수 있는 것이다.

또, 상기 본 발명의 열교환기를 구성하는 발열관을 상기 안전관에 의해 연결한 후 각 열교환기에 형성된 안전관을 서로 통상적인 연결방식인 연결수단으로 연결함에 따라 전체적으로 열교환기에서 발열되는 발열 량을 증대시킬 수 있는 것이다. 즉 각 열교환기의 발열관을 안전관으로 서로 연결하여 열교환기 전체가 연결된 형태로 인하여 발열 또한 전체적으로 이루어져 각 열교환기에서 발열되는 것에 비하여 전체적으로 발열됨으로 인해 발열 량이 증대되는 부수적인 조건도 가지게 되는 것이다.

도 1은 본 발명을 개략적으로 나타낸 요부 분해 사시도.

도 2는 도 1에 따른 결합된 상태의 개략적인 요부 절개 사시도.

도 3은 도 2에 따른 개략적인 요부 종단면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예를 개략적으로 나타낸 요부도.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예를 개략적으로 나타낸 요부도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 열교환기 10 : 발열부

12 : 열교환핀 14 : 진공부

15 : 발열관 20 : 열교환부

21 : 열매체 22 : 열교환관

24 : 지지부재 24a : 링부

24b : 지지대 25 : 장착수단

26 : 삽입관 30 : 안전관

32 : 개폐수단

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 전기히터를 이용하는 열교환기에 있어서,

   상기 열교환기는 외주면에 다층으로 방열핀이 형성되고, 내부에는 진공부가 형성되는 발열관이 일정 간격으로 다수 개 형성되는 발열부와;

   상기 발열부의 하부에 그 발열관과 통하도록 열매체가 주입되는 열교환관을 형성하고, 상기 열교환관의 내부에는 외부 일측에서 전기히터를 삽입할 수 있도록 그 열교환관과 다른 이종재질의 장착수단이 밀봉되는 열교환부를 구성하되,

   상기 장착수단은 열교환관 내부에서 처지지 않게 다수 개의 지지부재에 의해 지지되고, 상기 전기히터가 삽입되는 일단은 그 열교환관의 끝단 보다 더 돌출되게 형성되는 삽입관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기히터를 이용한 열교환기.
6. 제5항에 있어서, 상기 발열관의 상단에는 열매체에서 발생되는 불응축 가스를 충진한 후, 배기할 수 있는 개폐수단이 구비되는 안전관이 연결되게 구비하는 것을 특징으로 하는 전기히터를 이용한 열교환기.
7. 제5항에 있어서, 상기 발열관과 열교환관은 열전도율이 높은 동 재질로 형성하고, 상기 장착수단의 삽입관은 스테인레스 재질로 형성하는 것을 특징으로 하는 전기히터를 이용한 열교환기.

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