KR101376291B1 - 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 바람직한 일 실시 예에 의하면, 주변의 열을 흡열하거나 주변으로 열이 방열되도록 하는 열교환기에 있어서, 냉매 유동 공간을 가지는 좌측헤드와 우측헤드; 좌측헤드와 상기 우측헤드 사이를 연결하여 연통시키는 다수개의 열교환튜브; 및 열교환기 하측에 배열되는 슬롯;을 포함하여 이루어지며, 열교환튜브의 상면과 하면은 외측을 향해 배부른 곡면으로 형성되며, 열교환튜브의 좌측면 상단과 우측면 상단은 외측으로 볼록하게 이루어지며, 열교환튜브의 하단 일단이 상기 슬롯에 끼워지도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환기가 제공된다.

Description

열교환기 {HEAT EXCHANGER}

본 발명은 열교기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열교환튜브의 하단 일단이 슬롯에 끼워져 대류 및 복사에 의한 열교환이 가능하도록 이루어지는 열교환기에 관한 것이다.

열교환기는 에어컨 등과 같이 주변의 열을 흡열하는 주변의 온도를 낮추는 냉방장치, 온풍기 등과 같이 주변의 온도를 높이는 난방장치를 비롯하여 산업 시설물이나 자동차 등에서의 냉각장치에 흔히 사용되고 있는 것이다.

이러한 열교환기의 구조는 적용되는 해당 장치의 목적이나 구조에 따라서 다양한 형태를 이루게 된다. 특히, 열교환이 필요한 유체의 종류나 온도 상태에 따라서 유체가 통과되는 튜브의 재질이나 형태를 달리 하고 있으며, 자동차의 라디에이터와 같이 공냉이 필요한 부분에 대해서는 튜브의 주변에 수많은 냉각핀이 설치되기도 한다.

한편, 건물의 경우에는 실내외의 공기를 환기시키는 목적의 환기장치에도 열교환기가 적용되어 건물의 냉방장치 및 난방장치의 에너지 효율이 높아지도록 하고 있는 실정이다.

또한, 각종의 연소장치의 경우에는 연소가스의 열을 이용하는 연소장치로 공급되는 연료의 예열이 가능하도록 연료가 통과되는 유로와 연소가스가 통과되는 유로가 교차되도록 하는 방식의 열교환기가 적용되고 있기도 하다.

일반적으로 열교환기의 내부에 배관되는 열교환 튜브들은 단순한 파이프 형태의 원형관, 지그재그 형태로 절곡된 형태의 절곡관, 파이프 자체에 무수한 주름이 형성된 주름관 등이 주로 이용되고 있는 실정이다.

그런데, 이러한 다수개의 열과 행으로 배열되는 열교환튜브는 고온의 응축수가 흐를 경우 대류에 의한 열교환은 가능하나 복사에 의한 열교환효과를 충분히 얻을 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 1단으로 배열되는 열교환튜브의 하단 일단이 슬롯에 끼워지며, 좌우 외측으로 볼록하게 형성되는 열교환튜브의 상단을 통하여 복사에 의한 열교환이 이루어지는 것과 관련된다.

본 발명의 바람직한 일 실시 예에 의하면, 주변의 열을 흡열하거나 주변으로 열이 방열되도록 하는 열교환기에 있어서, 냉매 유동 공간을 가지는 좌측헤드와 우측헤드; 좌측헤드와 상기 우측헤드 사이를 연결하여 연통시키는 다수개의 열교환튜브; 및 열교환기 하측에 배열되는 슬롯;을 포함하여 이루어지며, 열교환튜브의 상면과 하면은 외측을 향해 배부른 곡면으로 형성되며, 열교환튜브의 좌측면 상단과 우측면 상단은 외측으로 볼록하게 이루어지며, 열교환튜브의 하단 일단이 상기 슬롯에 끼워지도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환기가 제공된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시 예에 따르면 첫째, 1단으로 배열되는 열교환튜브의 하단 일단이 슬롯에 끼워지므로, 좌우 외측으로 볼록하게 형성되는 열교환튜브의 상단을 통하여 복사에 의한 열교환이 이루어진다.

둘째, 열교환튜브의 양끝단에는, 세로방향으로 긴 장공 형상의 연결관이 구비되므로, 좌측헤드나 우측헤드와의 연결 작업이 용이하게 이루어진다.

셋째, 좌측헤드나 우측헤드의 하단과 상단에는, 냉매가 유입되는 냉매유입구와 냉매가 유출되는 냉매유출구가 각각 내측으로 연장되므로, 열교환기 측면 공간 활용이 가능해진다.

넷째, 열교환튜브의 하면 중심선을 따라 일직선의 용접라인이 형성되므로 열교환 성능을 해치지 않고 열교환튜브를 제작하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 열교환기의 측단면도,
도 3은 도 1에 도시된 열교환기의 정면도,
도 4는 도 1에 도시된 열교환기의 평면도,
도 5는 도 1에 도시된 열교환기의 측면도,
도 6은 도 1에 도시된 열교환기의 열교환튜브에 대한 사시도,
도 7은 도 6에 도시된 열교환튜브에 대한 단면도,
도 8은 도 1에 도시된 열교환기의 버너단열판에 대한 사시도,
도 9는 도 1에 도시된 열교환기 좌측헤드내의 좌측워터재킷에 대한 사시도,
도 10은 도 1에 도시된 열교환기 우측헤드내의 우측워터재킷에 대한 사시도,
도 11은 도 1에 도시된 열교환기의 전면튜브와 후면튜브에 대한 사시도,
도 12는 도 1에 도시된 열교환기의 슬롯에 대한 사시도이다.

이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

아울러, 아래의 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시 예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기의 사시도, 도 2는 도 1에 도시된 열교환기의 측단면도, 도 3은 도 1에 도시된 열교환기의 정면도, 도 4는 도 1에 도시된 열교환기의 평면도, 도 5는 도 1에 도시된 열교환기의 측면도, 도 6은 도 1에 도시된 열교환기의 열교환튜브에 대한 사시도, 도 7은 도 6에 도시된 열교환튜브에 대한 단면도, 도 8은 도 1에 도시된 열교환기의 버너단열판에 대한 사시도, 도 9는 도 1에 도시된 열교환기 좌측헤드내의 좌측워터재킷에 대한 사시도, 도 10은 도 1에 도시된 열교환기 우측헤드내의 우측워터재킷에 대한 사시도, 도 11은 도 1에 도시된 열교환기의 전면튜브와 후면튜브에 대한 사시도, 도 12는 도 1에 도시된 열교환기의 슬롯에 대한 사시도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열교환기는, 주변의 열을 흡열하거나 주변으로 열이 방열되도록 하는 열교환기에 있어서, 냉매 유동 공간을 가지는 좌측헤드(100)와 우측헤드(110); 상기 좌측헤드(100)와 상기 우측헤드(110) 사이를 연결하여 연통시키는 다수개의 열교환튜브(200); 및 상기 열교환기 하측에 배열되는 슬롯(300);을 포함하여 이루어지며, 상기 열교환튜브(200)의 상면과 하면은 외측을 향해 배부른 곡면으로 형성되며, 상기 열교환튜브(200)의 좌측면 상단과 우측면 상단은 외측으로 볼록하게 이루어지며, 상기 열교환튜브(200)의 하단 일단이 상기 슬롯(300)에 끼워지도록 이루어진다.

도 1 및 도3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 열교환기는 좌측헤드(100)와 우측헤드(110)와 열교환튜브(200)와 슬롯(300)을 포함하여 이루어진다.

열교환기는 전체적으로 전방플레이트(500), 후방플레이트(510), 좌측헤드(100), 우측헤드(110)에 의해서 육면체 형상으로 이루어지며, 좌측헤드(100)와 우측헤드(110) 사이에 열교환튜브(200)가 구비된다.

도 9와 도 10에 나타난 바와 같이, 좌측헤드(100)와 우측헤드(110)내에는 좌측워터재킷(700)과 우측워터재킷(710)이 각각 구비되어, 열교환튜브(200)를 통과한 유체의 이동이 이루어진다.

열교환튜브(200)는 기체상태 또는 액체상태의 유체가 자유스럽게 흐를 수 있도록 상면과 하면은 외측을 향해 볼록하게 이루어진다.

또한 고온의 유체와 연소가스 사이의 대류에 의한 열전달 뿐만 아니라 열교환튜브(200) 자체의 복사에 의한 열교환이 가능하도록 하기 위하여 열교환튜브(200)의 좌우측면 상단은 외측으로 볼록하게 형성된다.

열교환튜브(200) 하단 일단은 슬롯(300)에 끼워지므로, 열교환튜브(200) 하단과 슬롯(300) 사이의 열교환이 이루어진다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열교환기에 있어서, 상기 열교환튜브(200)의 하면 중심선을 따라 일직선의 용접라인이 형성된다.

열교환튜브(200)를 용이하게 제작하기 위하며, 하면 중심선을 따라 용접라인이 구비된다. 따라서 용접라인을 기준으로 좌측과 우측을 분리 성형한 다음 별도의 접합 과정을 통해 열교환튜브(200)가 형성되도록 이루어지는 것이 가능하다.

또한 용접라인이 세로로 형성되므로, 가로 용접에 비하여 용접효율이 향상되도록 이루어진다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열교환기에 있어서, 상기 슬롯(300)은, 열교환기 바닥에 위치되며, 상기 좌측헤드(100)와 우측헤드(110)와 나란히 배열되는 수직편(310); 및 상기 수직편(310)에서 상측으로 연장되며, 일단에 홀이 형성된 다수개의 연장편(320); 및 상기 연장편(320) 좌우 양단에서 절곡되어 이루어지는 절곡편(330);을 포함하여 이루어지며, 상기 열교환튜브(200)는 상기 절곡편(330)과 인접한 절곡편(330) 사이에 끼워져, 열교환기 하단에 하나의 행과 다수개의 열로 배열된다.

도 12에 나타난 바와 같이, 슬롯(300)이 구비된다.

슬롯(300)은 수직편(310)과 연장편(320)과 절곡편(330)을 포함하여 이루어진다.

수직편(310)은 좌측헤드(100)나 우측헤드(110)와 나란히 배열되며, 전체적으로 열교환기 바닥에 수직으로 배열된다. 수직편(310) 상측에는 열교환튜브(200) 하면에 대응되는 다수개의 홈이 형성되어, 열교환튜브(200) 하면이 안착되도록 이루어지는 것이 바람직하다.

연장편(320)은 홈이 형성되지 않는 수직편(310) 상측에서 연장되어 이루어진다. 연장편(320) 편과 연장편(320) 사이에 열교환튜브(200) 측면이 위치되므로, 연장편(320) 좌우측면은 유선형으로 이루어진다. 연장편(320) 중단에는 홀이 형성되어, 홀을 통한 열교환이 유도된다.

절곡편(330)은 연장편(320) 좌우 양단에서 절곡되어 이루어진다. 절곡편(330)에 의해서 열교환튜브(200) 좌우 양측면과의 밀착이 이루어져, 열교환튜브(200) 자체의 유동이 방지되며, 열교환튜브(200)와 슬롯(300) 사이의 열교환이 촉진된다.

슬롯(300)은 다수개가 연속적으로 배열되며, 열교환튜브(200)는 하나의 행과 다수개의 열로 배열되므로, 온돌마루와 유사한 1단 열교환기에 의해서 대류뿐만 아니라 복사에 의한 열교환도 용이하게 이루어진다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열교환기에 있어서, 상기 열교환튜브(200)의 양끝단에는, 세로방향으로 긴 장공 형상의 연결관(210)이 구비된다.

도 6에 나타나 바와 같이, 열교환튜브(200)의 양 끝단에는 연결관(210)이 구비된다.

도 9와 도 10에 나타난 바와 같은 워터 재킷을 용이하게 구현할 수 있도록, 연결관(210)은 긴 장공 형상으로 이루어진다.

아울러 열교환튜브(200)와 연결관(210) 사이의 단면적 변화에 따라 유체의 이동이 촉진된다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열교환기에 있어서, 상기 좌측헤드(100)나 우측헤드(110)의 하단과 상단에는, 냉매가 유입되는 냉매유입구(400)와 냉매가 유출되는 냉매유출구(410)가 각각 내측으로 연장되어 마련된다.

도 1에 나타난 바와 같이, 냉매유입구(400)와 냉매유출구(410)가 구비된다.

냉매유출구(410)와 냉매유입구(400)가 우측헤드(110) 내측으로 각각 연장되어 이루어지므로, 외측으로 연장되는 경우와, 좌측헤드(100)와 우측헤드(110) 각각으로부터 연장되는 경우에 비하여 열교환기 측면 공간 활용성이 증대된다.

열교환기 상단에는 버너가 구비되는 것이 가능하며, 버너와의 접촉시에 버너와 열교환기 사이의 열차단을 위하여 버너단열판(800)이 구비되는 것이 가능하다. 도 8에 나타난 바와 같이, 버너단열판(800)은 ㄱ 형상으로 이루어지는 것이 가능하다. 따라서 두 개의 버너단열판(800)이 열교환기 상면 내주면을 따라 배열되도록 이루어진다.

도 11에 나타나 바와 같이, 전면튜브(600)와 후면튜브(610)가 구비되는 것이 가능하다. 전면튜브(600)와 후면튜브(610)는 전방플레이트(500)와 후방플레이트(510)에 각각 부착되어 배열되며, 상면과 하면이 외측으로 볼록하게 이루어지며, 측면은 플랫하게 형성된다. 전면튜브(600)와 후면튜브(610)에 의해서 냉매유입구(400)를 통해서 유입된 냉매가 열교환튜브(200)를 거쳐서 냉매유출구(410)로 빠져나가게 된다.

100 : 좌측헤드, 110 : 우측헤드
200 : 열교환튜브, 210 : 연결관
300 : 슬롯, 310 : 수직편, 320 : 연장편, 330 : 절곡편
400 : 냉매유입구, 410 : 냉매유출구
500 : 전방플레이트, 510 : 후방플레이트
600 : 전면튜브, 610 : 후면튜브
700 : 좌측워터재킷, 710 : 우측워터재킷
800 : 버너단열판

Claims (5)

1. 주변의 열을 흡열하거나 주변으로 열이 방열되도록 하는 열교환기에 있어서,
   냉매 유동 공간을 가지는 좌측헤드와 우측헤드;
   긴 파이프 형상으로 상기 좌측헤드와 상기 우측헤드 사이를 연결하여 연통시키는 다수개의 열교환튜브; 및
   상기 열교환기 하측에 배열되는 슬롯;을 포함하여 이루어지며,
   상기 열교환튜브의 상면과 하면은 외측을 향해 배부른 곡면으로 형성되며, 상기 열교환튜브의 좌측면 상단과 우측면 상단은 외측으로 볼록하게 이루어지되,
   상기 슬롯은, 열교환기 바닥에 위치되며, 상기 좌측헤드와 우측헤드와 나란히 배열되는 수직편; 상기 수직편에서 상측으로 연장되며, 일단에 홀이 형성된 다수개의 연장편; 및 상기 연장편 좌우 양단에서 절곡되어 이루어지는 절곡편;을 포함하여 이루어지며,
   상기 열교환튜브는 상기 절곡편과 인접한 절곡편 사이에 끼워져, 열교환기 하단에 하나의 행과 다수개의 열로 배열되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 열교환튜브의 하면 중심선을 따라 일직선의 용접라인이 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
   
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 열교환튜브의 양끝단에는, 세로방향으로 긴 장공 형상의 연결관이 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 좌측헤드나 우측헤드의 하단과 상단에는, 냉매가 유입되는 냉매유입구와 냉매가 유출되는 냉매유출구가 각각 내측으로 연장되어 마련되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
   

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