KR101045910B1 - 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 내부가 양방으로 관통되어 열기가 흐르도록 하는 하우징(10); 상기 하우징(10)의 내부 전체에 대해 열기류와 직교되는 방향으로 연속 배치되는 복수의 수류관(20); 상기 하우징(10) 외부로 노출되어 있는 전체 수류관(20)의 양단부를 밀봉되게 덮어씌우되 서로 인접하는 수류관(20)끼리는 서로 연결되도록 하고 맞은편과는 서로 엇갈리게 하여 수류가 지그재그 형상으로 흐르도록 하는 구획벽(31)이 마련된 한 쌍의 수류안내덮개(30); 상기 수류안내덮개(30) 상에 수류관(20)으로 연결되어 물을 공급하는 물유입구(40); 및 상기 수류관(20)을 경유하여 열교환이 이루어진 물을 배출시키는 물배출구(50)를 포함하여 구성되는 열교환기에 있어서, 상기 물유입구(40)와 물배출구(50)가 서로 반대방향을 향하도록 하여 대각선상에 배치된 것을 특징으로 한다. 따라서, 물이 전체 수류관을 경유하는 경로 길이 및 시간을 동일하게 하여 전체 물에 대한 열교환이 균등하게 이루어지면서 열교환 후의 물에 대한 온도분포가 고르게 되도록 하고, 또한, 물유입구로 유입된 물이 최장 경로를 통해 물배출구에 도달되도록 함으로써, 열교환율이 최대가 되어 열효율이 대폭 상승하게 되는 등의 효과를 얻는다.

열교환기, 하우징, 수류관, 수류안내덮개, 물유입구, 물배출구

Description

열교환기{Heat exchanger}

본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 물유입구와 물배출구가 동일 수류안내커버의 대각선상에서 서로 반대 방향을 향하도록 하는 동시에 수류관과 직각을 이루도록 배치함으로써, 물유입구로 유입되는 물이 전체 수류관을 경유하여 물배출관으로 배출되는 경로 길이 및 시간을 동일하게 하여 전체 물에 대한 열교환이 균등하게 이루어지면서 열교환 후의 물에 대한 온도분포가 고르게 되도록 하고, 또한, 물유입구로 유입된 물이 최장 경로를 통해 물배출구에 도달되도록 함으로써, 장시간 수류가 흐르는 동안 열교환율이 최대가 되어 열효율이 대폭 상승하게 되는 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 고온의 유체가 가진 열에너지를 저온유체로 보내는 장치를 말하며, 가열기, 냉각기, 증발기 등에 사용된다. 유체로는 기체나 액체가 사용되며 고체와 유체를 함께 사용하는 경우도 있다. 열교환 형식으로는 두 유체 사이에 격판이 있는 격판식, 축열기를 장착하여 열을 전달하는 축열식(재생식) 및 두 유체가 직접 접촉하는 열전달이 이루어지는 직접접촉식 등이 있다.

격판식은 두 유체가 완전히 분리되어 있기 때문에 화학공업, 식품공업 등에 서와 같이 유체의 혼합을 피해야 하는 경우나 연소가스로 가열하는 보일러 등에 쓰이고, 여기서 사용되는 전열면은 대체로 금속관이 쓰이며, 이중관식, 다관식 등이 보급되어 있다. 또한, 금속관의 한쪽면 또는 양면에 핀을 설치하는 경우도 있고, 물결모양의 판을 겹쳐서 격판으로 사용할 때도 많다. 격판식은 단위면적당 전열량에 한계가 있고 전열량에 비해 대형 구조를 갖는다.

축열식의 가장 일반적인 형식은 다공성 재질이나 물결모양의 금속판을 겹친 회전축열체를 두 유체속으로 교대로 통과시켜 열을 교환하는 방식이다. 장치의 규모에 비하여 전열량은 크지만 두 유체가 혼합되는 결점이 있다.

직접접촉식은 가장 효과적으로 열교환이 되지만 두 유체가 혼합되기 때문에 기체와 액체처럼 분리 가능한 유체 사이에서만 사용된다.

한편, 일례로 종래 기술의 열교환기에 대해 개략적으로 살펴보면, 도 1 내지 도 3에서 나타낸 것과 같이, 내부가 양방으로 관통되어 열기가 흐르도록 하는 하우징(1)과, 이 하우징(1)의 내부 전체에 대해 기류와 직교되는 방향으로 연속 배치되어 그 양단부가 하우징(1) 외부로 관통 노출되고 각각 일정간격 이격되어 있는 복수의 수류관(2)과, 상기 하우징(1) 외부로 노출되어 있는 전체 수류관(2)의 양단부를 밀봉되게 덮어씌우되 그 내부에 서로 인접하는 수류관(2)끼리는 서로 연결되도록 하고 맞은편과는 서로 엇갈리게 하여 수류가 지그재그 형상으로 흐르도록 하는 구획벽(3a)이 마련된 한 쌍의 수류안내덮개(3)와, 이 수류안내덮개(3)의 어느 일단부에 연통되어 수류관(2)으로 연결되는 물유입구(4) 및 수류안내덮개(3)의 어느 타단부에 연통되어 전체 수류관(20)을 경유하여 열교환이 이루어진 물을 배출시키는 물배출구(50)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

그리고, 상기 물유입구(4)와 물배출구(5)는 동일 수류안내덮개(3) 상에서 서로 같은 방향을 향하도록 하여 인접 설치되어 있다.

미 설명 부호 3c는 하우징(1)과 수류안내덮개(3)의 테두리 전체 및 각 구획벽(3a) 간을 서로 방수시킬 수 있도록 이들 사이에 밀봉 개재되는 실링부재를 나타낸 것이다.

이러한 구성을 갖는 종래 기술의 열교환기는 물유입구(4)를 통해 물이 유입되면 수류안내덮개(3) 내의 구획벽(3a)에 의해 구획되는 수류안내덮개(3) 자체의 공간부(3b)하고만 연통되는 수류관(2)들을 통해서 물이 흐르게 되고 다시 반대편의 수류안내덮개(3)의 구획벽에 의해 구획된 공간부(3b)를 거쳐 이 공간부(3b)와 연통되어 있는 인접 수류관(2)들을 통해 또 다시 반대편의 수류안내덮개(3)로 흐르는 과정을 되풀이하면서 결과적으로 수류가 지그재그 형상으로 수류관(2) 전체를 경유하여 열교환 과정을 거친 후 최종적으로 물배출구(5)로 배출되도록 하는 것이다.

그러나, 이러한 종래 기술의 열교환기는 물유입구와 물배출구가 같은 방향을 향하도록 하여 인접 측부에 나란히 배치된 구조이기 때문에 물유입구로 유입되는 물은 수류관 전체를 경유하기는 하지만 수류의 경유거리가 각 수류관마다 서로 다르게 되며, 즉 물유입구에서 가까운 수류관을 따라 경유하는 물은 그 경유길이가 짧아질테고, 이와 반대로 물유입구에서 먼 수류관을 따라 경유하는 물은 그 경유길이가 당연히 길어지게 되면서 이들 간에 서로 경유거리의 차이가 생기게 되며 이는 결국 열교환의 차이로 이어지게 되어 공급되는 전체 물의 열교환율이 균등치 못해서 열교환 후의 물에 대한 온도분포가 고르지 못하게 되어 이는 결과적으로 열효율의 하락으로 이어지게 되는 등의 문제점을 갖고 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 물유입구와 물배출구가 동일 수류안내커버의 대각선상에서 서로 반대 방향을 향하도록 하는 동시에 수류관과 직각을 이루도록 배치함으로써, 물유입구로 유입되는 물이 전체 수류관을 경유하여 물배출관으로 배출되는 경로 길이 및 시간을 동일하게 하여 전체 물에 대한 열교환이 균등하게 이루어지면서 열교환 후의 물에 대한 온도분포가 고르게 되도록 하고, 또한, 물유입구로 유입된 물이 최장 경로를 통해 물배출구에 도달되도록 함으로써, 장시간 수류가 흐르는 동안 열교환율이 최대가 되어 열효율이 대폭 상승하게 되는 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열교환기는 내부가 양방으로 관통되어 열기가 흐르도록 하는 하우징; 상기 하우징의 내부 전체에 대해 열기류와 직교되는 방향으로 연속 배치되어 그 양단부가 하우징 외부로 관통 노출되고 각각 일정간격 이격되어 있는 복수의 수류관; 상기 하우징 외부로 노출되어 있는 전체 수류관의 양단부를 밀봉되게 덮어씌우되 그 내부에 서로 인접하는 수류관끼리는 서로 연결되도록 하고 맞은편과는 서로 엇갈리게 하여 수류가 지그재그 형상으로 흐르도록 하는 구획벽이 마련된 한 쌍의 수류안내덮개; 상기 수류안내덮개 상에 수류관으로 연결되어 물을 공급하는 물유입구; 및 상기 수류관을 경유하여 열교환이 이루어진 물을 배출시키는 물배출구를 포함하여 구성되는 열교환기에 있어서, 상기 물유입구와 물배출구가 서로 반대방향을 향하도록 하여 대각선상에 배치된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기에 있어서, 상기 물유입구와 물배출구는 서로 같은 수류안내덮개에 각각 설치된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기에 있어서, 상기 물유입구와 물배출구는 유입되는 물이 물유입구 인접부의 수류관에서 물유입구와 가장 먼 끝단부 수류관까지 골고루 전달될 수 있도록 수류관들과 서로 직각을 이루는 방향으로 설치된 것이 바람직하다.

이상에서와 같이, 본 발명의 열교환기는 물유입구와 물배출구가 동일 수류안내커버의 대각선상에서 서로 반대 방향을 향하도록 하는 동시에 수류관과 직각을 이루도록 배치함으로써, 물유입구로 유입되는 물이 전체 수류관을 경유하여 물배출관으로 배출되는 경로 길이 및 시간을 동일하게 하여 전체 물에 대한 열교환이 균등하게 이루어지면서 열교환 후의 물에 대한 온도분포가 고르게 되도록 하고, 또한, 물유입구로 유입된 물이 최장 경로를 통해 물배출구에 도달되도록 함으로써, 장시간 수류가 흐르는 동안 열교환율이 최대가 되어 열효율이 대폭 상승하게 되는 등의 효과를 얻는다.

이하, 첨부된 도면에 의거 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 4 내지 도 6에서 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기는 양방이 관통된 하우징(10)과, 이 하우징(10)의 내부 전체에 배치되는 복수의 수류관(20)과, 상기 하우징(10) 외부로 노출되어 있는 수류관(20)의 양단부를 밀봉되게 덮어씌우는 한 쌍의 수류안내덮개(30)와, 이 수류안내덮개(30)에 설치된 물유입구(40) 및 물배출구(50)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

상기 하우징(10)은 내부가 양방으로 관통되어 열기가 흐르도록 하는 관체 형상으로 되어 있다.

상기 수류관(20)은 하우징(10)의 내부 전체에 대해 열기류와 직교되는 방향으로 촘촘하게 연속 배치되는 원관체 형상으로, 그 양단부가 하우징(10) 외측면과 동일 평면에 놓이도록 하여 외부로 관통 노출되고 각각 일정간격 이격되어 있는 복수개로 이루어져 있다.

상기 수류안내덮개(30)는 하우징(10) 외부로 노출되어 있는 전체 수류관(20) 의 양단부를 밀봉되게 덮어씌우되 그 내부에 서로 인접하는 수류관(20)끼리는 서로 연결되도록 하고 맞은편과는 서로 엇갈리게 하여 수류가 지그재그 형상으로 흐르도록 하는 복수의 구획벽(31)과 이 구획벽(31)에 의해 구획된 각각의 공간부(32)가 마련된 덮개 형상으로 되어 있다.

예를 들어, 상기 하우징(10)의 외측벽면으로 노출되어 있는 수류관(20)은 열기류가 흐르는 길이 방향을 따라 4열이라고 가정하면, 이에 대응되는 한 쌍의 수류안내덮개(30) 중 일측의 수류안내덮개(30)는 1열과 2,3열 사이 및 2,3열과 4열 사이를 각각 구획하여 밀봉되게 덮어씌울 수 있도록 구획벽(31)들이 마련되고, 그 타측의 수류안내덮개(30)는 1,2열과 3,4열 사이를 각각 구획하여 밀봉되게 덮어씌울 수 있도록 구획벽(31)을 마련함으로써, 전체적인 수류의 흐름이 1열에서부터 4열까지 지그재그 형상을 하여 순차적으로 진행될 수 있게 되는 것이다.

즉, 수류의 흐름을 개략적으로 살펴보면, 물유입구(40)에서 제1열의 수류관(20)을 거쳐온 물은 그 반대편의 수류안내덮개(30)의 공간부(32)를 거쳐 제2열의 수류관(20)으로 안내되고, 다시 수류관(20)을 경유하며 그 건너편의 수류안내덮개(30)의 공간부(32)를 통해 제3열의 수류관(20)으로 안내되는 과정을 지그재그로 반복하면서 4열의 수류관(20)까지 안내되는 동안 물과 열기류 간의 열교환이 이루어지게 된다.

미 설명 부호 35는 하우징(10)과 수류안내덮개(30)의 테두리 전체 및 각 구획벽(31) 간을 서로 방수시킬 수 있도록 이들 사이에 밀봉 개재되는 실링부재를 나타낸 것이다.

상기 물유입구(40)는 수류안내덮개(30) 상에 수류관(20)으로 연결되어 물을 공급하는 관체 형상으로 되어 있다.

상기 물배출구(50)는 수류관(20)을 경유하여 열교환이 이루어진 물을 배출시키는 관체 형상으로 되어 있다.

여기서, 상기 물유입구(40)와 물배출구(50)는 서로 같은 수류안내덮개(30) 상에 설치되되 서로 반대방향을 향하도록 하여 수류안내덮개(30)의 대각선상에 배치되어 있다.

그리고, 상기 물유입구(40)와 물배출구(50)는 유입되는 물이 물유입구(40) 인접부의 수류관(20)에서 물유입구(40)와 가장 먼 끝단부 수류관(20)까지 골고루 전달될 수 있도록 수류관(20)들과 서로 직각을 이루는 방향으로 설치되어 있다.

이러한 구성을 갖는 종래 기술의 열교환기는 물유입구(40)를 통해 물이 유입되면 수류안내덮개(30) 내의 구획벽(31)에 의해 구획되는 수류안내덮개(30) 자체의 공간부(32)하고만 연통되는 수류관(20)들을 통해서 물이 흐르게 되고 다시 반대편의 수류안내덮개(30)의 구획벽(31)에 의해 구획된 공간부(32)를 거쳐 이 공간부(32)와 연통되어 있는 인접 수류관(20)들을 통해 또 다시 반대편의 수류안내덮개(30)로 흐르는 과정을 되풀이하면서 결과적으로 수류가 지그재그 형상으로 수류관(20) 전체를 경유하여 열교환 과정을 수행한 후 최종적으로 물배출구(50)로 배출되도록 하는 것이다.

그리고, 본 발명의 물유입구(40)와 물배출구(50)는 동일 수류안내덮개(30)의 대각선상에서 서로 반대방향을 향하도록 배치되어 있으므로, 물유입구(40)로 유입 되어 해당 공간부(32)와 연통되는 모든 수류관(20)에 대해 흐르는 물, 즉 물유입구(40)와 인접되는 수류관(20)에서부터 물유입구(40)와 가장 먼 위치에 배치되어 있는 수류관(20)으로 흐르는 모든 물은 최종적으로 물배출구(50)로 배출되는 동안 이들 모든 수류관(20)에 대해 동일 유량을 갖게 되는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 열교환기를 나타낸 사시도이다.

도 2는 종래 기술에 따른 열교환기를 나타낸 분해사시도이다.

도 3은 종래 기술에 따른 열교환기의 전체 수류 경로를 나타낸 개념도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기를 나타낸 사시도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기를 나타낸 분해사시도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 전체 수류 경로를 나타낸 개념도이다.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

1 : 하우징 2 : 수류관

3 : 수류안내덮개 3a : 구획벽

3b : 공간부 3c : 실링부재

4 : 물유입구 5 : 물배출구

10 : 하우징 20 : 수류관

30 : 수류안내덮개 31 : 구획벽

32 : 공간부 35 : 실링부재

40 : 물유입구 50 : 물배출구

Claims (3)

1. 내부가 양방으로 관통되어 열기가 흐르도록 하는 하우징(10);

   상기 하우징(10)의 내부 전체에 대해 열기류와 직교되는 방향으로 연속 배치되어 그 양단부가 하우징(10) 외부로 관통 노출되고 각각 일정간격 이격되어 있는 복수의 수류관(20);

   상기 하우징(10) 외부로 노출되어 있는 전체 수류관(20)의 양단부를 밀봉되게 덮어씌우되 그 내부에 서로 인접하는 수류관(20)끼리는 서로 연결되도록 하고 맞은편과는 서로 엇갈리게 하여 수류가 지그재그 형상으로 흐르도록 하는 구획벽(31)이 마련된 한 쌍의 수류안내덮개(30);

   상기 수류안내덮개(30) 상에 수류관(20)으로 연결되어 물을 공급하는 물유입구(40); 및

   상기 수류관(20)을 경유하여 열교환이 이루어진 물을 배출시키는 물배출구(50);

   를 포함하여 구성되는 열교환기에 있어서,

   상기 물유입구(40)와 물배출구(50)가 서로 반대방향을 향하도록 하여 대각선 상에 배치되고,

   상기 물유입구(40)와 물배출구(50)는 서로 같은 수류안내덮개(30)에 각각 설치된 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 물유입구(40)와 물배출구(50)는 유입되는 물이 물유입구(40) 인접부의 수류관(20)에서 물유입구(40)와 가장 먼 끝단부 수류관(20)까지 골고루 전달될 수 있도록 수류관(20)들과 서로 직각을 이루는 방향으로 설치된 것을 특징으로 하는 열교환기.

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