KR100982793B1 - 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면 다수개로 구비되며, 상·하측 면이 전체적으로 평평하게 형성되어 납작한 튜브형상을 이루고, 양쪽 단부가 전방을 향하도록 활 모양으로 휘어져 형성된 열교환파이프; 이 열교환파이프의 전방에 위치하며, 좌·우측에 열교환파이프의 양쪽 단부가 끼워져 지지되는 결합홀이 일정한 간격을 가지며 형성되고, 중앙부를 통하여 열교환파이프에 연소가스가 공급될 수 있도록 이루어진 전방판; 열교환파이프 후방에서 열교환파이프를 둘러싸도록 형성되되 밀착되지 않게 이루어지며, 양쪽 단부가 전방판에 고정결합되는 후방커버; 열교환파이프의 상측에서 전방판 및 후방커버와 밀폐결합되는 상측판; 및 열교환파이프의 하측에서 전방판 및 후방커버와 밀폐결합되며, 중앙에 배기구가 형성되는 하측판을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기가 제공된다.

열교환, 전열면적, 형상변화, 격막

Description

열교환기{heat exchanger}

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환기의 효율을 높일 수 있으며, 열과 압력에 불구하고 형상변화가 방지될 수 있는 열교환기에 관한 것이다.

열교환기는 온도가 다른 두개의 유체가 전열판에 의해 나뉘며, 양자간에 전열판을 통한 열 교환이 이루어지도록 하는 장치를 말한다. 보일러 등에서 열교환기의 작용을 보면, 버너를 사용하여 연료를 태워 고온의 연소가스를 발생시키고, 이 연소가스가 공급되는 공간에 파이프를 위치시키고 그 내부를 통하여 물이 흐르도록 하여 연소가스와 물 간의 열 교환이 이루어지도록 한다.

열교환기에서는 양 유체간의 신속하고 효과적인 열교환이 무엇보다도 중요하다. 따라서 동일한 연료를 사용하여 연소가스를 발생시킬 때, 보다 많은 양의 연소가스가 물과 열교환이 이루어지도록 할 필요성이 있다. 연소가스가 전열판과 접촉하는 면적을 더욱 크게 하여 이를 용이하게 달성할 수 있다.

이를 위한 방법 중 핀튜브 열교환기는 열교환을 촉진시키고 전열면적을 증가시키기 위해 튜브의 주위에 핀을 용접 혹은 압입하여 열효율을 증가시키고 있다. 튜브는 그 내부로 물이 흐르게 하는 전열판에 해당하며, 튜브의 주위에 연소가스와 접촉하는 다수의 핀을 결합하여 전열면적을 증가시킨다.

핀을 사용하는 대신에, 튜브를 주름진 형상으로 조밀하게 구성하여 열교환 면적을 넓히는 열교환기도 있으며, 이러한 구성을 모두 갖도록 이루어진 열교환기도 있다.

그러나, 이와 같은 열교환기는 구조가 복잡하고 제작이 곤란하며 비용이 증가하는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 일 실시예는 간단한 구조에 의하여 열교환을 촉진시킬 수 있으며, 열 및 압력에 의하여 열교환파이프의 형상변화를 방지할 수 있는 것과 관련된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예는 다수개로 구비되며, 상·하측 면이 전체적으로 평평하게 형성되어 납작한 튜브형상을 이루고, 양쪽 단부가 전방을 향하도록 활 모양으로 휘어져 형성된 열교환파이프; 이 열교환파이프의 전방에 위치하며, 좌·우측에 열교환파이프의 양쪽 단부가 끼워져 지지되는 결합홀이 일정한 간격을 가지며 형성되고, 중앙부를 통하여 열교환파이프에 연소가스가 공급될 수 있도록 이루어진 전방판; 열교환파이프 후방에서 열교환파이프를 둘러싸도록 형성되되 밀착되지 않게 이루어지며, 양쪽 단부가 전방판에 고정결합되는 후방커버; 열교환파이프의 상측에서 전방판 및 후방커버와 밀폐결합되는 상측판; 및 열교환파이프의 하측에서 전방판 및 후방커버와 밀폐결합되며, 중앙에 배기구가 형성되는 하측판을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기가 제공된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면 첫째, 납작한 튜브형상의 열교환파이프의 사이를 연소가스가 통과하도록 하여 간단한 구조에 의하여 열교환을 촉진할 수 있으며, 조립 및 수리가 용이하다.

둘째, 열교환파이프의 양 단부에 걸림부가 형성되도록 하여 전방판에 의해 견고하게 지지되며, 열 및 압력에 의한 형상변화를 용이하게 방지할 수 있다.

셋째, 규칙적으로 배열되어 있는 열교환파이프의 사이에 격판이 배치되도록 하여 유로를 연장시키며, 격판을 통과하는 연소가스의 유속을 증가시켜 열교환을 촉진할 수 있다.

넷째, 열교환파이프의 외주면에 돌기를 형성하여 연소가스의 유동을 증가시키며, 전열면적을 넓힐 수 있다.

도 1 과 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기를 도시한 사시도 및 를 분해사시도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기(1)는 다수개로 구비되며, 상·하측 면이 전체적으로 평평하게 형성되어 납작한 튜브형상을 이루고, 양쪽 단부가 전방을 향하도록 활 모양으로 휘어져 형성된 열교환파이프(10); 상기 열교환파이프(10)의 전방에 위치하며, 좌·우측에 상기 열교환파이프(10)의 양쪽 단부가 끼워져 지지되는 결합홀(21)이 일정한 간격을 가지며 형성되고, 중앙부를 통하여 상기 열교환파이프(10)에 연소가스가 공급될 수 있도록 이루어진 전방판(20); 상기 열교환파이프(10) 후방에서 상기 열교환파이프(10)를 둘러싸도록 형성되되 밀착되지 않게 이루어지며, 양쪽 단부가 상기 전방판(20)에 고정결합되는 후방커버(30); 상기 열교환파이프(10)의 상측에서 상기 전방판(20) 및 후방커버(30)와 밀폐결합되는 상측판(40); 및 상기 열교환파이프(10)의 하측에서 상기 전방판(20) 및 후방커버(30) 와 밀폐결합되며, 중앙에 배기구(51)가 형성되는 하측판(50)을 포함한다.

상기 열교환파이프(10)는 다수개로 이루어지며 본 발명인 열교환기(1)의 중앙에 위치한다. 상기 열교환파이프(10) 내부에는 난방수 또는 온수로 사용되기 위한 물이 흐르도록 이루어진다.

상기 열교환파이프(10)는 납작한 파이프의 형상을 하고 있으며, 다수개의 상기 열교환파이프(10)는 일정한 간격을 가지며 배열된다. 따라서 상기 열교환파이프(10) 간에는 틈이 형성되며 이러한 틈을 통하여 연소가스가 통과한다. 상기 열교환파이프(10) 외주면 전체에서 연소가스가 골고루 접촉을 하여야 열 교환이 더욱 효과적으로 이루어지므로 이와 같은 틈이 형성되지 않는다면 상기 열교환파이프(10)에서 연소가스가 진입하는 방향의 반대방향은 직접 고온의 연소가스가 접촉하기 어렵다.

상기 열교환파이프(10) 간에 형성된 틈의 간격이 동일하다면, 본 발명에서와 같이 상기 열교환파이프(10)를 납작하게 형성하는 경우 연소가스와 열 교환이 이루어지는 물의 양을 더욱 증가시킬 수 있다. 상기 열교환파이프(10)가 납작하게 형성되는 것이 아니라 단면의 형상이 원형인 경우를 가정한다면, 이를 쉽게 비교할 수 있다. 즉, 상기 열교환파이프(10) 내부에 동일한 양의 물이 차있을 때, 원형인 경우보다는 납작하게 형성된 경우가 연소가스와 접촉하는 면적이 더욱 넓으므로 열 교환이 더욱 신속하게 이루어진다.

또한, 상기 열교환파이프(10)를 납작하게 형성함으로써, 동일한 공간에 더욱 많은 상기 열교환파이프(10)가 수용되도록 할 수 있으며, 상기 열교환파이프(10) 사이의 틈을 통과하는 연소가스의 유속이 증가되므로 열교환이 더욱 신속하게 이루어지도록 할 수 있다.

상기 열교환파이프(10)의 양쪽 단부는 전방을 향하도록 휘어져 상기 전방판(20)과 결합된다. 상기 열교환파이프(10)의 단부는 상기 전방판(20)의 전방으로 돌출된다. 상기 전방판(20)의 전방에는 물집(80)이 결합되어, 상기 열교환파이프(10) 내부로 물이 흐를 수 있도록 한다.

상기 전방판(20)은 상기 열교환파이프(10)를 수용하는 틀의 일부를 구성하며 상기 열교환파이프(10)가 결합되는 부분이다.

상기 전방판(20)의 좌·우측에는 상하방향으로 형성된 일련의 상기 결합홀(21)이 형성된다. 상기 결합홀(21)은 상기 열교환파이프(10)가 결합되는 부분이며, 상기 전방판(20)을 관통하여 형성된다. 상기 결합홀(21)은 일정한 간격을 갖도록 형성되어 상기 열교환파이프(10)가 상기 전방판(20)에 결합시 동일한 간격을 가지고 배열되도록 한다. 상기 결합홀(21)은 상기 열교환펌프 간의 간격을 고려하여 형성된다.

상기 전방판(20)의 중앙부를 통하여 연소가스가 유입되는데, 상기 전방판(20)에 직접 연소가스가 유입될 수 있는 개구부를 형성할 수도 있으나, 도 2에서 도시된 바와 같이 버너연결구(70)가 상기 전방판(20)의 중앙부에 결합되도록 할 수 있다. 상기 버너연결구(70)를 통하여 유입되는 고온·고압의 연소가스는 상기 전방판(20)의 후방에 위치하는 상기 열교환파이프(10)를 지난다.

상기 후방커버(30)는 상기 열교환파이프(10)의 후방을 둘러싸도록 둥글게 형 성되며 양쪽 단부는 상기 전방판(20)에 결합된다. 상기 후방커버(30)는 상기 열교환파이프(10)와는 밀착되지 않도록 이격되어 형성된다. 이는 연소가스가 상기 열교환파이프(10)에 의하여 흐름이 차단되지 않으며 상기 열교환파이프(10)의 외주면의 모든 면에서 골고루 접촉할 수 있도록 하기 위함이다.

상기 열교환파이프(10)의 상측과 하측에는 상기 상측판(40) 및 하측판(50)이 각각 위치하며, 상기 배기구(51)를 통해서만 연소가스가 배출되도록 상기 전방판(20) 및 후방커버(30)와 밀착되게 결합된다.

도 3(a) 와 도 3(b)는 도 1과 도 2 에서 도시된 열교환파이프를 도시한 사시도 및 평면도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기(1)에서, 상기 열교환파이프(10)의 양쪽 단부에는, 상기 결합홀(21)에 끼워져 이탈이 저지되도록 하는 걸림부가 형성된다.

상기 열교환파이프(10)는 그 단부가 상기 전방판(20)에 결합되도록 하여 본 발명인 열교환기(1)에서 고정된 위치를 가지며, 달리 상기 열교환파이프(10)를 고정지지하는 구성이 없도록 할 수 있다.

상기 열교환파이프(10)는 상기 전방판(20)에 고정된 상태에서 견고하게 지지되어야 하며 이탈이 방지되어야 한다. 상기 열교환파이프(10)는 고온·고압의 연소가스에 의하여 열팽창에 의한 형상변화가 유발될 수 있으며, 이는 열교환기(1)의 파손 및 열 교환의 효율을 떨어뜨리는 원인이 될 수 있다.

상기 열교환파이프(10)의 단부에 상기 걸림부를 형성하여 상기 전방판(20) 상에서 안정적으로 고정되도록 할 수 있다.

상기 열교환파이프(10)의 단부는 지름이 약간 축소되도록 형성된다. 열교환의 효율을 최대로 할 수 있도록 상기 열교환파이프(10) 사이의 공간을 최소로 한 상태에서 상기 열교환파이프(10)를 상기 전방판(20)에 결합시 작업공간을 확보하기 위함이다.

도 4 는 도 1 및 도 2 에서 도시된 열교환기를 도시한 단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기(1)는, 판 형상으로 이루어져 일측 단부가 상기 전방판(20)의 중앙부 아래에 결합되어, 상기 열교환파이프(10)가 차지하는 공간의 일부를 구획 짓되, 상기 후방커버(30)와는 밀착되지 않도록 이루어진 격판(60)을 더 포함한다.

상기 격판(60)은 반원 모양의 판형상을 하고 있으며, 본 발명인 열교환기(1) 내부에서 상기 전방판(20)의 배면에 결합된다. 도 4 에서 도시된 바와 같이 상기 격판(60)은 규칙적으로 배열되어 있는 상기 열교환파이프(10)의 틈에 삽입되는 구조로 배치되어 본 발명인 열교환기(1) 내부의 공간이 나뉘도록 한다.

상기 격판(60)이 없는 경우를 가정한다면 상기 버너연결구(70)를 통하여 유입된 연소가스는 열교환기(1) 내부에서 오랜 시간 동안 머무르지 않고 상기 배기구(51)를 통하여 쉽게 배출되게 된다. 이는 연소가스가 상기 열교환파이프(10) 내부의 물을 데우는데 필요한 충분한 시간을 제공하기 어렵게 하고, 연소가스의 낭비 가 되며 열교환 효율이 저하된다. 이러한 문제점은 후술하는 바와 같이 상기 격판(60)에 의해 해소된다.

상기 격판(60)은 상기 후방커버(30)와는 밀착되지 않으며 일정한 틈을 형성한다. 이러한 틈을 통하여 연소가스는 열교환기(1)의 아래로 이동하여 배기구(51)를 통하여 배출될 수 있다. 상기 버너연결구(70)를 통하여 유입된 연소가스는 아래로 이동하면서 상기 격판(60)에 부딪혀 열교환기(1) 내부에서 유동하므로 바로 배기구(51)로 배출되는 것이 아니라 대부분 일정시간 상기 격판(60)의 상측에 머무르게 된다. 따라서 연소가스가 본 발명인 열교환기(1) 내부에서 유동하여 상기 열교환파이프(10) 사이를 순환하면서 상기 열교환파이프(10) 내부의 물과 열교환 할 수 있는 충분한 시간이 마련된다.

상기 버너연결구(70)를 통하여 고온의 연소가스가 본 발명인 열교환기(1) 내부로 계속 공급되므로 기존의 연소가스는 상기 격판(60)과 후방커버(30)와의 틈을 통하여 아래로 이동한다. 틈을 통하여 배출되는 이 연소가스는 기압차에 의하여 상기 열교환파이프(10)의 중심의 공간으로 이동하며, 이 과정에서 상기 격판(60) 아래에 위치한 상기 열교환파이프(10)와도 열교환이 일어난다.

이와 같이 상기 격판(60)을 본 발명인 열교환기(1) 내부에 형성되도록 함으로써 연소가스가 상기 열교환파이프(10) 내부의 물과 충분한 열교환이 일어날 수 있다.

도 5 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환파이프를 도시한 사시도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기(1)에서, 상기 열교환파이프(10) 상에는 다수개의 돌기(12)가 형성된다.

상기 돌기(12)는 열전달을 촉진하기 위한 구성이며, 상기 열교환파이프(10)의 상·하측 면에서 전체적으로 형성된다. 상기 돌기(12)는 상기 열교환파이프(10)에서 표면적이 확장된 부분이므로 연소가스와의 접촉면적이 증가하여 열교환을 증가시킬 수 있다.

연소가스가 상기 돌기(12)를 지나는 경우 상기 돌기(12)에 부딪혀 유동이 증가할 수 있으며 상기 열교환파이프(10)의 전체 면에 접촉하여 열 교환이 일어날 수 있다.

도 1 과 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기를 도시한 사시도 및 를 분해사시도,

도 3(a) 와 도 3(b)는 도 1과 도 2 에서 도시된 열교환파이프를 도시한 사시도 및 평면도,

도 4 는 도 1 및 도 2 에서 도시된 열교환기를 도시한 단면도,

도 5 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환파이프를 도시한 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 열교환기 10 : 열교환파이프

11 : 걸림부 12 : 돌기

20 : 전방판 30 : 후방커버

40 : 상측판 50 : 하측판

51 : 배기구 60 : 격판

70 : 버너연결구 80 : 물집

Claims (4)

1. 다수개로 구비되며, 상·하측 면이 전체적으로 평평하게 형성되어 납작한 튜브형상을 이루고, 양쪽 단부가 전방을 향하도록 활 모양으로 휘어져 형성된 열교환파이프;

   상기 열교환파이프의 전방에 위치하며, 좌·우측에 상기 열교환파이프의 양쪽 단부가 끼워져 지지되는 결합홀이 일정한 간격을 가지며 형성되고, 중앙부를 통하여 상기 열교환파이프에 연소가스가 공급될 수 있도록 이루어진 전방판;

   상기 열교환파이프 후방에서 상기 열교환파이프를 둘러싸도록 형성되되 밀착되지 않게 이루어지며, 양쪽 단부가 상기 전방판에 고정결합되는 후방커버;

   상기 열교환파이프의 상측에서 상기 전방판 및 후방커버와 밀폐결합되는 상측판; 및

   상기 열교환파이프의 하측에서 상기 전방판 및 후방커버와 밀폐결합되며, 중앙에 배기구가 형성되는 하측판을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 열교환파이프의 양쪽 단부에는, 상기 결합홀에 끼워져 이탈이 저지되도록 하는 걸림부가 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제 1 항에 있어서,

   판 형상으로 이루어져 일측 단부가 상기 전방판의 중앙부 아래에 결합되어, 상기 열교환파이프가 차지하는 공간의 일부를 구획 짓되, 상기 후방커버와는 밀착되지 않도록 이루어진 격판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 열교환파이프 상에는 다수개의 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.

Images