KR100949756B1 - 이물질 세척기능을 갖는 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기의 하우징 내부에 설치되는 열교환관의 표면에 이물질이 묻어 열 방출의 효율이 저하되는 것을 방지하도록 상기 하우징의 내부에 이물질세척수단인 에어공급수단을 설치하여 된 것으로, 그 구성은 내부가 중공인 밀폐된 하우징(11)의 일 측에 제1유체유입구(12) 및 제2유체유입구(14)가 설치되고, 상기 하우징의 타 측에 제1유체배출구(13) 및 제2유체배출구(15)가 형성되며, 상기 제1유체유입구 및 제1유체배출구의 사이 하우징의 내부에는 열교환관(16)이 설치되고, 상기 열교환관이 위치한 하우징의 내부에는 제1유체유입구(12)로 유입돼 들어온 유체에 예열된 에어를 골고루 공급하는 밸브(24)를 갖으며 에어분출공(22)이 형성된 에어공급파이프(21)가 설치되며, 그 에어공급파이프의 후단에는 예열된 에어를 상기 에어공급파이프로 공급하는 예열에어공급수단(30)이 설치되고, 상기 제1유체배출구(13)의 일 측에는 에어배출밸브(13a)가 설치된 내부 청소기능을 갖는 열교환기에 있어서, 상기 하우징(11)의 내부에는 제1유체의 진행을 정체시키는 격벽(11b)이 설치되고, 그 격벽이 설치된 하우징은 주름 관(11a) 형태로 이루어지며, 상기 하우징의 내부에는 열 방출수단을 하나 더 설치하되 그 열 방출수단은 전극봉임.

열교환기. 열교환관. 에어공급수단. 예열에어공급수단

Description

이물질 세척기능을 갖는 열교환기{Heat exchanger have grime washing function}

본 발명은 이물질 세척기능을 갖는 열교환기에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 열교환기의 하우징 내부에 설치되는 열교환관의 표면에 이물질이 묻어 열 방출의 효율이 저하되는 것을 방지하도록 상기 하우징의 내부에 이물질세척수단인 에어공급수단을 설치하여 된 이물질 세척기능을 갖는 열교환기에 관한 것이다.

열교환기는 온도가 다른 2개의 유체를 직접 또는 간접으로 접촉시킴에 의해 고온의 유체가 가진 고온의 열에너지를 저온유체로 전달하여 그 저온의 유체온도는 목적하는 온도로 열 교환하는 장치로서, 가열기, 냉각기, 증발기, 응축기 등 다양한 개소에 사용되며, 일반적으로 유체는 기체나 액체가 사용되나, 고체와 유체를 함께 사용하는 특수한 경우도 있다.

이러한 열교환기의 형식은 대개 두 유체 사이가 격판 등에 의해 서로 분리되어 간접으로 열 교환하는 방식과, 어느 하나의 유체가 가진 열에너지를 축열에 의 해 다른 하나의 유체로 전달하는 방식과, 두 유체가 직접 접촉되어 열 교환하는 방식을 포함한다.

상기한 열교환기의 형식 중 유체 사이가 격판 등에 의해 서로 분리되어 간접으로 열 교환하는 방식은 유체의 혼합을 피해야하는 화학공업, 식품공업 등이나 연소가스로 가열하는 보일러 및 냉매와 공기의 열 교환이 이루어지는 냉동사이클 시스템에 널리 사용되며, 유체의 열 교환 부위인 전열면은 대체적으로 열전도율이 높은 동 파이프 및 각종 재질의 파이프로 형성된다.

그리고 상기 동 파이프의 배치구조는 이중관 형태나 다관 형태(또는 쉘과 튜브 타입의 형태) 등과 같은 다양한 형태의 것이 알려져 있으며, 동 파이프의 표면적을 증가시켜 보다 많은 양의 열 교환이 수행되도록 핀이 갖춰진 구조가 널리 사용된다.

도1은 종래 기술에 따른 간접 열 교환 방식의 열교환기를 나타낸 개략도로서, 이를 통하여 제1유체 및 제2유체의 열 교환 원리를 설명하면 다음과 같다.

먼저 밀폐된 중공의 하우징(2)이 구비되며, 그 하우징(2)의 일 측에 형성된 제1유체유입구(4)를 통해 제1유체가 유입되어 열교환관(8)을 통하여 진행하면서 상기 하우징(2)의 타 측에 형성된 제1유체배출구(5)로 배출되고, 제2유체는 하우징(2)의 일 측에 형성된 제2유체유입구(6)를 통해 유입되어 타 측에 형성된 제2유체배출구(7)로 배출된다.

그리고 상기 제2유체유입구(6)와 제2유체배출구(7)의 사이 하우징(2)의 내부에는 열교환관(8)이 설치되고 그 열교환관(8)은 열전도율이 좋은 금속파이프(동파 이프, 스테인레스파이프)로 형성되며, 상기와 같은 재질의 열교환관(8)을 통해 진행하는 제2유체의 열기는 열교환관(8)으로 방출된다.

그에 따라 상기 제1유체유입구(4)를 통해 제1유체배출구(5)로 배출되는 제1유체는 상기 열교환관(8)으로 방출되는 열기와 열 교환되게 되는 것이다.

이와 같은 방식의 열교환기(1)에서 가장 중요한 점은 제1유체와 제2유체가 충분히 열 교환될 수 있도록 하는 구조를 갖추어야 하는 것이며 그를 갖추기 위하여 상기 하우징(2)의 내부에 위치하는 열교환관(8)의 형태를 코일스프링 또는 나선형으로 절곡시켜 전열면적을 최대화시켰다.

그러나 상기 열교환관(8)의 표면에 의해 제공되는 전열면적을 크게 하는 것에는 한계가 있고, 게다가 제1유체유입구(4)를 통해 하우징(2)의 내부로 유입되어 제1유체배출구(5)를 통해 하우징(2)의 외부로 배출되는 제1유체가 하우징(2)의 내부에서 정체되는 시간이 매우 짧아 제1유체와 제2유체의 열 교환 효율이 매우 낮은 문제점을 갖는다.

따라서 상기 문제점을 극복하기 위하여 도2에 나타낸 바와 같이 하우징(2)의 내부에 제1유체의 진행을 정체시키기 위하여 격벽(9)을 설치함으로서 유체의 열 교환 효율을 향상시켰다.

상술한 바와 같은 종래 도1 및 도2의 열교환기는 열교환관(8)의 구조변경 ?? 하우징(2)의 내부구조를 변경시킴으로써, 제1 및 제2유체의 열 교환 효율은 어느 정도 향상되었으나 상기의 구조를 갖는 열교환기(1)의 열교환관(8) 표면에는 제1유체에 존재하는 이물질이 부착되게 되고 그 이물질의 부착이 계속적으로 이루어져 일정두께를 형성하게 되면 열교환관(8)의 열 방출효율이 떨어져 유체의 열 교환 효율이 현격하게 저하됨으로 에너지 낭비의 원인이 되었다.

또한 상기 문제점을 해소하기 위해서는 열교환관(8)의 표면에 부착되는 이물질을 제거해야 되고 그러기 위해서는 하우징(2)을 분해한 후 열교환관(8)의 표면에 부착된 이물질을 세척해야 하는 문제점이 있는바, 상기 하우징(2)은 용접에 의해서 밀폐된 것으로 하우징(2)을 분해하기가 매우 어려움은 물론, 분해 후 다시 밀폐하기 위해서는 새로 하우징을 제작하는 공정과 동일함으로 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 열교환관이 내설되는 하우징의 내부에 에어공급 관을 설치하여 그 에어공급 관에서 공급되는 에어 압에 의해 하우징내부의 유체를 교반 또는 와류시켜 상기 종래 문제점의 원인인 열방출관의 표면에 이물질이 부착되는 것을 방지함은 물론, 부착된 이물질을 세척할 수 있도록 함으로써 유체의 열 교환 효율을 향상시킬 수 있도록 한 이물질 세척기능을 갖는 열교환기를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제해결수단은, 내부가 중공인 밀폐된 하우징(11)의 일 측에 제1유체유입구(12) 및 제2유체유입구(14)가 설치되고, 상기 하우징의 타 측에 제1유체배출구(13) 및 제2유체배출구(15)가 형성되며, 상기 제1유체유입구 및 제1유체배출구의 사이 하우징의 내부에는 열교환관(16)이 설치되고, 상기 열교환관이 위치한 하우징의 내부에는 제1유체유입구(12)로 유입돼 들어온 유체에 예열된 에어를 골고루 공급하는 밸브(24)를 갖으며 에어분출공(22)이 형성된 에어공급파이프(21)가 설치되며, 그 에어공급파이프의 후단에는 예열된 에어를 상기 에어공급파이프로 공급하는 예열에어공급수단(30)이 설치되고, 상기 제1유체배출구(13)의 일 측에는 에어배출밸브(13a)가 설치된 내부 청소기능을 갖는 열교환기에 있어서, 상기 하우징(11)의 내부에는 제1유체의 진행을 정체시키는 격벽(11b)이 설치되고, 그 격벽이 설치된 하우징은 주름 관(11a) 형태로 이루어지며, 상기 하우징의 내부에는 열 방출수단을 하나 더 설치하되 그 열 방출수단은 전극봉으로 이루어진다.

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상술한 바와 같은 본 발명에 따른 이물질 세척기능을 갖는 열교환기는 종래 문제점인 열방출관의 표면에 이물질이 부착됨으로 인하여 발생하던 열 방출효능 저하에 따른 유체의 열 교환 효율의 저하를 방지하도록 열교환관이 내설되는 하우징의 내부에 에어공급수단을 설치하여 그 에어공급수단에서 공급되는 에어 압에 의해 하우징내부의 유체를 교반 또는 와류시켜 상기 종래 열방출관의 표면에 이물질이 부착되는 것을 방지함은 물론, 부착된 이물질을 세척할 수 있도록 함으로써 유체의 열 교환 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

상기 효과를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이물질 세척기능을 갖는 열교환기를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도3은 본 발명에 따른 제1실시예의 열교환기 구성을 나타낸 단면도로써, 이는 밀폐된 중공의 하우징(11)이 구비되며, 그 하우징(11)의 일 측에 형성된 제1유체유입구(12)를 통해 제1유체 즉 가열되지 않은 유체(물)가 유입되어 열교환관(16)을 통하여 진행하면서 상기 하우징(11)의 타 측에 형성된 제1유체배출구(13)로 배출되고, 제2유체 즉 가열된 유체(물, 가스, 기름)는 하우징(11)의 일 측에 형성된 제2유체유입구(14)를 통해 유입되어 타 측에 형성된 제2유체배출구(15)로 배출된다.

그리고 상기 제2유체유입구(14)와 제2유체배출구(15)의 사이 하우징(11)의 내부에는 열교환관(16)이 설치되고 그 열교환관(16)은 열전도율이 좋은 금속파이 프(동파이프, 스테인레스파이프)로 형성되며, 상기와 같은 재질의 열교환관(16)을 통해 진행하는 제2유체의 열기는 열교환관(16)으로 방출된다.

그에 따라 상기 제1유체유입구(12)를 통해 유입되어 하우징(11)을 거쳐 제1유체배출구(13)로 배출되는 제1유체는 상기 열교환관(16)으로 방출되는 열기와 열 교환되어 도7에 나타낸 바와 같은 목적지(실내의 난방을 위해 배열된 유체순환 관 또는 온수저장탱크)로 배출되는 것이다.

이때 상기 하우징(11) 내부로 들어오는 제1유체에는 이물질(물때)이 함유되어 있고 그에 따라 상기 이물질이 열교환관(16)의 표면에 묻어 누적되면서 상기 열교환관(16)으로 방출되는 열기를 차단하는 단열현장을 유발하게 된다.

따라서 상기 열교환관(16)으로 방출되는 열기와 열 교환 되어야 하는 제1유체는 열 교환 효율이 떨어지게 되고 그에 따라 에너지는 더욱 낭비되게 됨으로 상기 열교환관(16)의 표면에 이물질이 부착되지 못하게 함은 물론, 부착 후 누적되는 것을 방지하는 것이 그 무엇보다 중요하다.

본 발명은 상기와 같은 이유에서 중요시되고 있는 열교환관(16)의 표면에 부착 또는 부착 후 누적되는 것을 방지하기 위하여 열교환관(16)이 위치한 하우징(11)의 내부에 제1유체에 예열된 에어를 골고루 공급하는 밸브(24)를 갖는 에어공급수단(20)을 설치하였고, 그 에어공급수단(20)의 후단에는 예열된 에어를 상기 에어공급수단(20)으로 공급하는 예열에어공급수단(30)을 설치하였으며, 상기 제1유체배출구(13)의 일 측에는 에어배출밸브(13a)를 설치하였다.

상기 밸브(24)를 갖는 에어공급수단(20)을 설치하는 이유는 하우징(11) 내부 의 제1유체에 에어를 고압으로 골고루 분사하여 제1유체를 교반 및 와류시킴으로써, 상기 열교환관(16)의 표면에 부착된 이물질을 세척함은 물론, 상기 이물질이 부착되지 못하게 하기 위함이다.

상기 에어공급수단(20)의 형태는 도4에 나타낸 바와 같이 하우징(11)의 내부 길이방향을 따라 4방으로 에어가 분출되는 에어분출공(22)이 형성된 에어공급파이프(21)를 어느 선택된 어느 1곳 또는 다수 곳에 설치하거나, 도5에 나타낸 바와 같이 하우징(11)의 내부 길이방향을 따라 4방으로 형성된 에어분출공(22)에 에어분사노즐(23)을 설치하여 사용할 수 있다.

상기와 같은 방법 외에도 에어공급수단(20)의 형태는 하우징(11)에 직접 다수의 에어분사노즐을 설치하고(도면이 표현되지 않았음) 그 노즐을 통하여 고압의 에어를 분사함으로써 열교환관(16)의 표면에 부착된 이물질을 세척함은 물론, 상기 이물질이 부착되지 못하게 할 수도 있다.

또 상기 에어공급파이프(21) 및 하우징(11)에 직접 설치되는 에어분사노즐로 공급되는 에어는 예열된 에어로서 별도의 예열에어공급수단(30)을 이용하여 에어를 예열하여 공급함이 바람직하고, 그 외에도 도7에 나타낸 바와 같은 보일러에 설치되는 에어콤프레샤에서 발생하는 예열된 에어를 공급할 수도 있다.

그리고 상기 에어공급파이프(21) 및 하우징(11)에 직접 설치되는 에어분사노즐에 공급되는 에어를 예열된 에어로 하는 이유는 제1유체의 열 교환 온도를 저하시키지 않도록 하기 위함이다.

또한 상기 에어공급수단(20)에 밸브(24)를 설치하는 이유는 하우징(11)의 내 부 제1유체에 계속해서 에어를 공급하는 것이 아니고 일정 주기로 에어를 공급하는 것임으로 그 공급할 때 즉 열교환관(16)을 세척할 때 밸브(24)를 오픈하고 세척하지 않을 때는 크로스하기 위함이다.

한편 상기 밸브(24)는 전자 변으로 함이 바람직한데 그 이유는 제어부(40)와 연결 설치하여 일정 주기마다 자동으로 열교환관(16)을 세척할 수 있도록 하기 위함이다. 상기 제어부(40)에는 전자 변을 일정기간마다 ON/OFF하고 상기 전자변의 ON작동시간을 제어하는 타이머가 구비되어 있음으로 열교환관(16)의 세척주기 및 세척시간을 제어부(40)에 입력 하면 그 입력조건에 따라 에어가 하우징(11)의 제1유체에 공급되어 열교환관(16)을 세척하게 된다.

또 상기 제1유체배출구(13)의 일 측에는 에어배출밸브(13a)가 설치되는데 그 에어배출밸브(13a)를 설치하는 이유는 에어공급수단(20)으로부터 하우징(11)으로 공급되는 에어를 외부로 배출하기 위함이다.

상기 에어배출밸브(13a)는 시중에서 시판되고 있는 일반적인 에어배출밸브로써, 급수, 급탕, 난방배관 등에 설치하여 배관 내의 공기를 신속하게 자동으로 배출하는 물용 공기 자동 배출밸브 임(모델명 : 원일산업에서 생산하는 WAV-10)

또한 상기 하우징(11)의 내부에는 제1유체의 진행을 정체시키는 격벽(11b)을 설치하여 사용하는데 그 이유는 하우징(11) 내부로 진행하는 제1유체의 진행속도를 완화시켜 열 교환이 충분히 이루어지도록 하기 위함이다.

또 상기 하우징(11)의 형태를 도6에 나타낸 바와 같이 주름 관(11a) 형태로 하여 사용할 수도 있는 데 그 이유는 하우징(11) 내부로 진행하는 제1유체의 진행 속도를 완화시켜 열 교환이 충분히 이루어지도록 하기 위함이다.

그리고 상기 주름 관(11a) 형태의 하우징 내부에도 격벽(11b)을 설치하여 사용하면 하우징(11) 내부로 진행하는 제1유체의 진행속도를 더욱 완화시켜 열 교환이 충분히 이루어진다.

한편 상기 하우징(11)의 내부에는 열 방출수단을 하나 더 설치하여 사용할 수도 있는데 그 이유는 하우징(11) 내부로 진행하는 제1유체의 열 교환을 더욱 빠른 시간에 하기 위함이고, 상기 열 방출수단은 전기공급과 동시에 열이 발생하는 전극봉으로써, 이는 제어부(40)와 연결 설치된다.

이상과 같은 본 발명은 종래 문제점인 열방출관의 표면에 이물질이 부착됨으로 인하여 발생하던 열 방출효능 저하에 따른 유체의 열 교환 효율의 저하를 방지하도록 열교환관이 내설되는 하우징의 내부에 에어공급수단을 설치하여 그 에어공급수단에서 공급되는 에어 압에 의해 하우징내부의 유체를 교반 또는 와류시켜 상기 종래 열방출관의 표면에 이물질이 부착되는 것을 방지함은 물론, 부착된 이물질을 세척할 수 있도록 함으로써 유체의 열 교환 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도1은 종래 제1실시예의 열교환기 구성을 나타낸 단면도,

도2는 종래 제2실시예의 열교환기 구성을 나타낸 단면도,

도3은 본 발명에 따른 제1실시예의 열교환기 구성을 나타낸 단면도,

도4는 본 발명에 따른 열교환기의 에어공급수단 제1실시예를 나타낸 정면도,

도5는 본 발명에 따른 열교환기의 에어공급수단 제2실시예를 나타낸 정면도,

도6은 본 발명에 따른 제2실시예의 열교환기 구성을 나타낸 단면도,

도7은 본 발명에 따른 열교환기가 적용된 상태의 보일러 개략도.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

10 : 열교환기 11 : 하우징

11a : 주름 관 11b : 격벽

12 : 제1유체유입구 13 : 제1유체배출구

13a : 에어배출밸브 14 : 제2유체유입구

15 : 제2유체배출구 16 : 열교환관

20 : 에어공급수단 21 : 에어공급파이프
22 : 에어분출공 23 : 에어분사노즐
24 : 밸브 30 : 예열에어공급수단
40 : 제어부

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Claims (9)

1. 내부가 중공인 밀폐된 하우징(11)의 일 측에 제1유체유입구(12) 및 제2유체유입구(14)가 설치되고, 상기 하우징의 타 측에 제1유체배출구(13) 및 제2유체배출구(15)가 형성되며, 상기 제1유체유입구 및 제1유체배출구의 사이 하우징의 내부에는 열교환관(16)이 설치되고, 상기 열교환관이 위치한 하우징의 내부에는 제1유체유입구(12)로 유입돼 들어온 유체에 예열된 에어를 골고루 공급하는 밸브(24)를 갖으며 에어분출공(22)이 형성된 에어공급파이프(21)가 설치되며, 그 에어공급파이프의 후단에는 예열된 에어를 상기 에어공급파이프로 공급하는 예열에어공급수단(30)이 설치되고, 상기 제1유체배출구(13)의 일 측에는 에어배출밸브(13a)가 설치된 내부 청소기능을 갖는 열교환기에 있어서,

   상기 하우징(11)의 내부에는 제1유체의 진행을 정체시키는 격벽(11b)이 설치되고, 그 격벽이 설치된 하우징은 주름 관(11a) 형태로 이루어지며, 상기 하우징의 내부에는 열 방출수단을 하나 더 설치하되 그 열 방출수단은 전극봉임을 특징으로 하는 내부 청소기능을 갖는 열교환기.
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