KR101392241B1 - 핀과 튜브로 구성된 열교환기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 버너의 연소가스 유입측에 위치하는 튜브 하단부가 연소가스와 직접 접촉에 의해 과열되는 것을 방지함으로써 튜브 하단부의 과열시 난방수 내에 포함된 이물질의 침적에 의해 초래되던 비등 소음을 방지하여 보일러의 조용한 운전을 가능하게 하는 핀과 튜브로 구성된 열교환기를 제공하는데 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명은, 내부에 난방수가 흐르는 튜브(110)와, 상기 튜브(110)가 삽입되는 튜브 삽입공(140)이 내부에 형성되고 상기 튜브 삽입공(140) 둘레에 상기 튜브(110)의 길이방향으로 소정 높이로 돌출된 리브(130)가 형성되어 상기 튜브(110)의 외측면에 일정 간격으로 결합되는 다수의 핀(120)으로 구성되어 버너(30)의 연소열을 상기 튜브(110) 내부를 흐르는 난방수에 전달하는 핀과 튜브로 구성된 열교환기에 있어서, 상기 버너(30)의 연소가스가 유입되는 측에 위치한 튜브(110)의 하단부(110a) 둘레에는, 상기 튜브(110)의 하단부(110a)에 연소가스가 직접 접촉되는 것을 방지하기 위해 상기 튜브(110)의 하단부(110a)와 상기 리브(130) 사이에 이격된 공간인 단열 챔버(150)가 형성된 것을 특징으로 한다.
이를 구현하기 위한 본 발명은, 내부에 난방수가 흐르는 튜브(110)와, 상기 튜브(110)가 삽입되는 튜브 삽입공(140)이 내부에 형성되고 상기 튜브 삽입공(140) 둘레에 상기 튜브(110)의 길이방향으로 소정 높이로 돌출된 리브(130)가 형성되어 상기 튜브(110)의 외측면에 일정 간격으로 결합되는 다수의 핀(120)으로 구성되어 버너(30)의 연소열을 상기 튜브(110) 내부를 흐르는 난방수에 전달하는 핀과 튜브로 구성된 열교환기에 있어서, 상기 버너(30)의 연소가스가 유입되는 측에 위치한 튜브(110)의 하단부(110a) 둘레에는, 상기 튜브(110)의 하단부(110a)에 연소가스가 직접 접촉되는 것을 방지하기 위해 상기 튜브(110)의 하단부(110a)와 상기 리브(130) 사이에 이격된 공간인 단열 챔버(150)가 형성된 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 핀과 튜브로 구성된 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연소가스의 유입측에 위치하는 튜브의 하단부에 연소가스와의 직접 접촉을 방지하기 위한 단열 챔버를 형성함으로써 튜브의 하단부의 과열 및 이로 인해 난방수 내에 포함된 이물질이 고형화되어 침적됨으로써 유발되는 비등 소음을 방지할 수 있도록 하는 핀과 튜브로 구성된 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 보일러는 버너를 사용하여 연료를 연소시켜 고온의 연소가스를 발생시키고, 연소가스가 공급되는 공간에 튜브를 설치하여 튜브 내부를 통하여 물이 흐르도록 하여 연소가스와 물 간의 열교환에 의해 물을 가열시켜 난방수 또는 온수를 공급하는 장치이다.
도 1은 종래 가스보일러의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
종래 일반적인 가스보일러는, 난방수가 내부를 따라 흐르는 튜브(11)와, 전열면적을 넓게 확보하기 위해 튜브(11)의 외측면에 결합된 핀(12)으로 구성된 열교환기(10), 송풍기(20)로부터 공급된 공기와 연소용 가스의 혼합기를 연소시키는 버너(30), 난방수의 강제 순환을 위해 난방수의 유로 상에 설치되는 순환펌프(40), 열교환기(10)에서 가열된 난방수를 난방수 공급관(81)을 통해 난방소요처로 공급하거나 바이패스관(83)을 통해 급탕열교환기(60) 측으로 난방수를 선택적으로 공급하기 위해 난방수의 유로를 전환하는 삼방변(50), 바이패스관(83)을 통해 공급되는 난방수의 열을 이용하여 직수를 가열시켜 온수를 공급하도록 내부에 직수관(84)과 온수관(85)이 통과하는 급탕열교환기(60), 난방소요처를 거쳐 난방수 환수관(82)을 통해 환수되는 난방수와 바이패스관(83)을 거쳐 순환되는 난방수가 회수되어 저장되는 팽창탱크(70)를 포함하여 구성된다.
도 2는 도 1에 도시된 열교환기를 확대하여 도시한 정단면도, 도 3은 도 1에 도시된 열교환기를 구성하는 핀의 측면도, 도 4는 도 3에 도시된 핀에 튜브가 결합된 모습을 나타낸 측면도이다.
종래의 열교환기(10)는 구리 또는 알루미늄 등의 금속재질로 이루어지며 난방수가 내부를 통과하는 튜브(11)와, 튜브(11)에 전달되는 연소가스와의 전열면적을 크게 하여 전열효율을 높이기 위해 튜브(11)의 외측면에 일정 간격으로 결합되는 다수의 핀(12)으로 구성된 핀-튜브 방식의 열교환기(10)가 널리 사용되고 있다.
상기 핀(12)에는, 튜브(11)가 삽입되는 튜브 삽입공(14)이 내부에 형성되고, 튜브 삽입공(14)의 둘레에는 튜브(11)의 길이방향으로 소정 높이로 돌출된 리브(13)가 형성되어, 튜브 삽입공(14)의 내측으로 튜브(11)가 압입 또는 용접에 의해 결합된 구조로 이루어져 있다.
이와 같이 구성된 종래의 핀-튜브 방식의 열교환기(10)는, 리브(13)의 내측면에 튜브(11)의 외측면이 맞닿아 접촉되도록 핀(12)의 튜브 삽입공(14)에 튜브(11)가 결합되므로, 버너(30)의 연소에 의해 발생된 연소가스가 유입되는 측에 위치하는 튜브(11)의 하단부(11a)에 화염을 포함한 연소가스가 직접 접촉되어 전도 방식으로 열이 전달되는 구조로 이루어져 있어 튜브(11)의 하단부(11a)가 국부적으로 과열되어 튜브(11) 내부를 통과하는 난방수에 포함된 석회수 등의 이물질이 과열로 인해 용해도가 떨어져 고형화되면서 튜브(11)의 하단부(11a)에 침적물(15)이 침적되어 보일러의 가동 중 비등 소음이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 버너의 연소가스 유입측에 위치하는 튜브 하단부가 연소가스와 직접 접촉에 의해 과열되는 것을 방지함으로써 튜브 하단부의 과열시 난방수 내에 포함된 이물질의 침적에 의해 초래되던 비등 소음을 방지하여 보일러의 조용한 운전을 가능하게 하는 핀과 튜브로 구성된 열교환기를 제공하는데 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 핀과 튜브로 구성된 열교환기는, 내부에 난방수가 흐르는 튜브(110)와, 상기 튜브(110)가 삽입되는 튜브 삽입공(140)이 내부에 형성되고 상기 튜브 삽입공(140) 둘레에 상기 튜브(110)의 길이방향으로 소정 높이로 돌출된 리브(130)가 형성되어 상기 튜브(110)의 외측면에 일정 간격으로 결합되는 다수의 핀(120)으로 구성되어 버너(30)의 연소열을 상기 튜브(110) 내부를 흐르는 난방수에 전달하는 핀과 튜브로 구성된 열교환기에 있어서, 상기 버너(30)의 연소가스가 유입되는 측에 위치한 튜브(110)의 하단부(110a) 둘레에는, 상기 튜브(110)의 하단부(110a)에 연소가스가 직접 접촉되는 것을 방지하기 위해 상기 튜브(110)의 하단부(110a)와 상기 리브(130) 사이에 이격된 공간인 단열 챔버(150)가 형성된 것을 특징으로 한다.
이 경우 상기 튜브(110)의 외측면에 인접하게 결합되는 핀(120) 사이의 피치(L1)와, 상기 리브(130)의 돌출된 높이(L2)는 같은 길이로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 튜브(110)는 버너(30)의 연소가스가 흐르는 방향과 나란한 방향으로 길게 형성된 장방형으로 이루어지고, 상기 리브(130)는, 상기 튜브(110)의 하단부(110a)를 제외한 튜브(110)의 몸체부(110b)의 외측면에 내측면이 맞닿아 결합되는 튜브 결합부(131)와, 상기 튜브(110)의 하단부(110a) 둘레에 이격되어 위치하도록 상기 튜브 결합부(131)의 하단부에서 연장 형성되어 상기 단열 챔버(150)를 형성하는 확장부(132)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 상기 튜브 결합부(131)는 상기 튜브(110)의 외측면에 대응되는 장방형 단면 구조로 이루어지고, 상기 확장부(132)는 상기 튜브(110)의 하단부(110a)를 둘러싸는 원호 형상의 단면 구조로 구성될 수 있다.
또한 상기 버너(30)에서 발생된 연소열은, 상기 확장부(132)와 단열 챔버(150)를 통해 상기 튜브(110)의 하단부(110a)에 대류 방식으로 열전달되고, 상기 튜브 결합부(131)를 통해 튜브(110)의 몸체부(110b)에 전도 방식으로 열전달되어, 상기 튜브(110)의 하단부(110a)의 과열이 방지되어 상기 튜브(110)의 내부를 흐르는 난방수에 포함된 이물질의 고형화 및 침적에 의한 비등 소음이 방지되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 핀과 튜브로 구성된 열교환기에 의하면, 버너의 연소가스가 유입되는 측에 위치하는 튜브의 하단부 둘레에 버너의 연소가스가 튜브의 하단부에 직접 접촉되는 것을 방지하기 위한 단열 챔버를 형성하여 튜브 하단부의 과열을 방지함으로써, 종래 튜브 하단부의 과열시 난방수 내에 포함된 이물질의 고형화 및 침적에 의해 초래되던 비등 소음을 방지하여 보일러의 조용한 운전이 가능해지는 장점이 있다.
도 1은 종래 가스보일러의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 도 1에 도시된 열교환기를 확대하여 도시한 정단면도,
도 3은 도 1에 도시된 열교환기를 구성하는 핀의 측면도,
도 4는 도 3에 도시된 핀에 튜브가 결합된 모습을 나타낸 측면도,
도 5는 본 발명에 따른 핀과 튜브로 구성된 열교환기의 정단면도,
도 6은 도 5에 도시된 열교환기를 구성하는 핀의 측면도,
도 7은 도 5에 도시된 핀에 튜브가 결합된 모습을 나타낸 측면도.
도 2는 도 1에 도시된 열교환기를 확대하여 도시한 정단면도,
도 3은 도 1에 도시된 열교환기를 구성하는 핀의 측면도,
도 4는 도 3에 도시된 핀에 튜브가 결합된 모습을 나타낸 측면도,
도 5는 본 발명에 따른 핀과 튜브로 구성된 열교환기의 정단면도,
도 6은 도 5에 도시된 열교환기를 구성하는 핀의 측면도,
도 7은 도 5에 도시된 핀에 튜브가 결합된 모습을 나타낸 측면도.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 종래기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 핀과 튜브로 구성된 열교환기의 정단면도, 도 6은 도 5에 도시된 열교환기를 구성하는 핀의 측면도, 도 7은 도 5에 도시된 핀에 튜브가 결합된 모습을 나타낸 측면도이다.
본 발명에 따른 열교환기(100)는, 일정 간격으로 이격되어 다수로 배치되며 난방수가 내부를 따라 흐르는 튜브(110)와, 버너(30)의 연소에 의해 발생된 연소가스와의 전열면적을 확대하기 위하여 튜브(110)의 외측면에 튜브(110)의 길이방향을 따라 일정 간격으로 결합된 다수의 핀(120)으로 구성된 핀-튜브 방식의 열교환기에 있어서, 버너(30)에 대면하는 연소가스의 유입측에 위치하는 튜브(110)의 하단부(110a)가 연소가스와의 직접 접촉에 의해 과열되는 것을 방지하기 위한 단열 챔버(150)가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 튜브(110)는, 연소가스가 흐르는 방향과 나란한 양측 변의 길이는 길게 형성되고, 연소가스의 유입측과 배출측의 변의 길이는 짧게 형성되어, 대략 장방형의 단면 구조로 이루어져 있으며, 구리나 알루미늄 등의 금속재질로 구성된다.
상기 핀(120)은, 튜브(110)가 삽입되는 튜브 삽입공(140)이 내부에 형성되고, 튜브 삽입공(140)의 둘레에는 튜브(110)의 길이방향을 따라 리브(130)가 소정 높이(L2)로 돌출 형성된 구조로 이루어져 있다.
튜브(110)의 외측면에 인접하여 결합되는 핀(120)과 핀(120) 사이의 피치(L1)는 리브(130)의 돌출된 높이(L2)와 같은 길이로 형성되어, 튜브(110)의 외측면 전체 구간은 인접하여 연결된 리브(130)에 의해 둘러싸인 구조로 이루어져 있다. 이에 따라 버너(30)의 점화에 의해 발생된 연소가스의 연소열는 핀(120)과 리브(130)를 매개로 하여 튜브(110)에 전달되는 구조로 이루어져 있다.
상기 리브(130)는 장방형 단면 구조로 이루어진 튜브 결합부(131)와, 상기 튜브 결합부(131)에 일체로 연결되며 원호 형상의 단면 구조로 이루어진 확장부(132)로 구성된다.
설명의 편의상, 상기 튜브(110)를 버너(30)와 대면하는 연소가스의 유입측에 위치하는 하단부(110a)와, 상기 하단부(110a)를 제외한 몸체부(110b)로 구분하면, 상기 튜브 결합부(131)는 그 내측면이 튜브(110)의 몸체부(110b)의 외측면에 맞닿아 압입 또는 용접에 의해 결합되고, 상기 확장부(132)는 튜브(110)의 하단부(110a) 둘레에 이격되어 위치하도록 상기 튜브 결합부(131)의 하단부에서 연장 형성되어 튜브(110)의 하단부(110a)의 외측면과 확장부(132)의 내측면 사이에는 소정 간격의 빈 공간으로 이루어진 단열 챔버(150)가 형성된다.
본 실시예에서 상기 확장부(132)는 그 단면이 원형의 일부인 원호 형상으로 구성되어 있으나, 이러한 형상에 한정되는 것은 아니며, 튜브(110)의 하단부(110a)와 사이에 이격되어 빈 공간을 형성할 수 있는 구조라면 기타 다양한 형상으로 변형되어 구성될 수 있다.
이와 같이 튜브(110)의 하단부(110a)에 단열챔버(150)를 형성함에 따라, 버너(30)에서 발생되어 핀(120)과 리브(130)에 전달되는 연소가스의 연소열은, 튜브(110)의 하단부(110a)에는 상기 확장부(132)와 단열 챔버(150)를 통해 대류 방식으로 열전달되고, 상기 튜브(110)의 몸체부(110b)에는 튜브 결합부(131)를 통해 전도 방식으로 열전달된다.
따라서 상기 단열 챔버(150)에 의해 튜브(110)의 하단부(110a)에 버너(30)의 화염 및 연소가스가 직접 접촉되는 것이 방지되고, 튜브(110)의 하단부(110a)에는 단열 챔버(150) 내부에 존재하는 공기를 매개로 하여 대류 방식에 의해 연소열이 간접적으로 전달되므로, 버너(30)의 연소시 튜브(110)의 하단부(100a)가 과열되는 것을 방지할 수 있게 되어, 종래 튜브(110)의 내부를 흐르는 난방수의 국부적인 과열에 의한 용해도의 감소에 따라 이물질이 고형화되어 침적됨으로써 비등 소음이 발생하는 문제를 해결할 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명에서는 튜브(110)의 하단부(110a)와 리브(130)의 확장부(132) 사이에 단열 챔버(150)를 형성하고, 핀(120) 사이의 피치(L1)와 리브(130)의 돌출된 높이(L2)를 같은 길이로 구성하여 튜브(110)의 외측면 전체 구간에 핀(120)과 리브(130)가 위치하도록 결합시킴으로써, 튜브(110)의 내부를 흐르는 난방수의 위치에 관계없이 연소열이 난방수에 균일하게 전달되도록 구성함으로써 난방수의 국부적인 과열로 인한 이물질의 고형화 및 침적에 의해 발생되는 비등 소음을 효과적으로 방지할 수 있게 되며, 이에 따라 보일러의 가동시 소음 발생이 억제되어 조용한 운전을 가능하게 하여 보일러의 품질 향상에 기여할 수 있게 된다.
10 : 열교환기 11 : 튜브
12 : 핀 13 : 리브
14 : 튜브 삽입공 15 : 침적물
20 : 송풍기 30 : 버너
40 : 순환펌프 50 : 삼방변
60 : 급탕열교환기 70 : 팽창탱크
81 : 난방수 공급관 82 : 난방수 환수관
83 : 바이패스관 84 : 직수관
85 : 온수관 100 : 열교환기
110 : 튜브 110a : 튜브의 하단부
110b : 튜브의 몸체부 120 : 핀
130 : 리브 131 : 튜브 결합부
132 : 확장부 140 : 튜브 삽입공
150 : 단열 챔버
12 : 핀 13 : 리브
14 : 튜브 삽입공 15 : 침적물
20 : 송풍기 30 : 버너
40 : 순환펌프 50 : 삼방변
60 : 급탕열교환기 70 : 팽창탱크
81 : 난방수 공급관 82 : 난방수 환수관
83 : 바이패스관 84 : 직수관
85 : 온수관 100 : 열교환기
110 : 튜브 110a : 튜브의 하단부
110b : 튜브의 몸체부 120 : 핀
130 : 리브 131 : 튜브 결합부
132 : 확장부 140 : 튜브 삽입공
150 : 단열 챔버
Claims (5)
- 내부에 난방수가 흐르는 튜브(110)와, 상기 튜브(110)가 삽입되는 튜브 삽입공(140)이 내부에 형성되고 상기 튜브 삽입공(140) 둘레에 상기 튜브(110)의 길이방향으로 소정 높이로 돌출된 리브(130)가 형성되어 상기 튜브(110)의 외측면에 일정 간격으로 결합되는 다수의 핀(120)으로 구성되어 버너(30)의 연소열을 상기 튜브(110) 내부를 흐르는 난방수에 전달하는 핀과 튜브로 구성된 열교환기에 있어서,
상기 버너(30)의 연소가스가 유입되는 측에 위치한 튜브(110)의 하단부(110a) 둘레에는, 상기 튜브(110)의 하단부(110a)에 연소가스가 직접 접촉되는 것을 방지하기 위해 상기 튜브(110)의 하단부(110a)와 상기 리브(130) 사이에 이격된 공간인 단열 챔버(150)가 형성되고;
상기 튜브(110)는 버너(30)의 연소가스가 흐르는 방향과 나란한 방향으로 길게 형성된 장방형으로 이루어지며;
상기 리브(130)는, 상기 튜브(110)의 하단부(110a)를 제외한 튜브(110)의 몸체부(110b)의 외측면에 내측면이 맞닿아 결합되는 튜브 결합부(131)와, 상기 튜브(110)의 하단부(110a) 둘레에 이격되어 위치하도록 상기 튜브 결합부(131)의 하단부에서 연장 형성되어 상기 단열 챔버(150)를 형성하는 확장부(132)로 이루어진 것을 특징으로 하는 핀과 튜브로 구성된 열교환기. - 제1항에 있어서,
상기 튜브(110)의 외측면에 인접하게 결합되는 핀(120) 사이의 피치(L1)와, 상기 리브(130)의 돌출된 높이(L2)는 같은 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 핀과 튜브로 구성된 열교환기. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 튜브 결합부(131)는 상기 튜브(110)의 외측면에 대응되는 장방형 단면 구조로 이루어지고, 상기 확장부(132)는 상기 튜브(110)의 하단부(110a)를 둘러싸는 원호 형상의 단면 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 핀과 튜브로 구성된 열교환기. - 제1항에 있어서,
상기 버너(30)에서 발생된 연소열은, 상기 확장부(132)와 단열 챔버(150)를 통해 상기 튜브(110)의 하단부(110a)에 대류 방식으로 열전달되고, 상기 튜브 결합부(131)를 통해 튜브(110)의 몸체부(110b)에 전도 방식으로 열전달되어, 상기 튜브(110)의 하단부(110a)의 과열이 방지되어 상기 튜브(110)의 내부를 흐르는 난방수에 포함된 이물질의 고형화 및 침적에 의한 비등 소음이 방지되는 것을 특징으로 하는 핀과 튜브로 구성된 열교환기.
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| KR1020120053063A KR101392241B1 (ko) | 2012-05-18 | 2012-05-18 | 핀과 튜브로 구성된 열교환기 |
| PCT/KR2013/003796 WO2013172577A1 (ko) | 2012-05-18 | 2013-05-02 | 핀과 튜브로 구성된 열교환기 |
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|---|---|---|---|
| KR1020120053063A KR101392241B1 (ko) | 2012-05-18 | 2012-05-18 | 핀과 튜브로 구성된 열교환기 |
Publications (2)
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| KR20130128899A KR20130128899A (ko) | 2013-11-27 |
| KR101392241B1 true KR101392241B1 (ko) | 2014-05-07 |
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- 2012-05-18 KR KR1020120053063A patent/KR101392241B1/ko active IP Right Grant
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2013
- 2013-05-02 WO PCT/KR2013/003796 patent/WO2013172577A1/ko active Application Filing
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2000193323A (ja) * | 1998-12-25 | 2000-07-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 熱交換器を備えた燃焼装置 |
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