KR101436079B1 - 열교환용 나선형 전열관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환용 나선형 전열관에 관한 것으로, 유체가 외면에 접촉하고, 내부에 연소가스가 공급되어 열교환시키는 열교환용 나선형 전열관에 있어서, 내부에 연소가스가 통과되도록 중공부를 가지며 양단부가 개구되고, 전면 및 배면에 경사지면서 패여져 제1 및 제2홈이 다수 형성되며, 상기 제1 및 제2홈들 사이에 각기 형성된 제1 및 제2돌출부가 형성된 튜브; 상기 튜브의 내부에 결합되며, 전면과 배면에 경사진 제3 및 제4홈의 각기 형성되고, 상기 제3 및 제4홈들 사이에 각기 제3 및 제4돌출부가 형성된 배플;을 포함하여 이루어진다.
이에 따르면 높은 압력에도 안정적으로 사용이 가능하고 불연속적인 연소가스의 흐름을 생성하여 열전달을 촉진시키며, 한정된 공간에 촘촘한 배열이 가능하여 열교환 효율이 향상될 수 있다.

Description

열교환용 나선형 전열관{COMBUSTION GAS PIPE FOR HEAT EXCHANGE}

본 발명은 열교환용 나선형 전열관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 압력에도 안정적으로 사용 가능하고 불연속적인 연소가스의 흐름을 생성하여 열전달을 촉진시켜 열교환 효율이 향상될 수 있도록 한 열교환용 나선형 전열관에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 냉방용으로 사용될 때는 응축기 및 증발기와 압축기의 부하를 줄이고자 할 때 사용되며, 난방용으로 사용될 때는 연소가스와 유체 상호간의 열전달을 촉진시켜 보일러의 난방 부하를 줄이고자 할 때 사용되는 것으로, 에너지의 효율적인 사용을 위하여 매우 폭넓게 사용되고 있다.

열교환기는 보일러에 장착되는 것을 예로써 설명하면 동일한 양의 연료를 연소시켜 연소가스를 발생시킬 경우 온도가 다른 두 유체, 즉 난방수와 같은 유체와 전술한 연소가스 상호간의 효과적인 열교환을 위하여 기존의 보일러, 기존의 열교환기보다 더욱 많은 양의 연소가스가 유체와 열적으로 접촉되도록 할 필요가 있다.

상기와 같은 관점에서 열교환기에는 유체와 연소가스 상호간의 열교환을 위하여 양단 관통인 파이프 형상의 전열관을 채용하고 있으며, 전술한 전열관은 열교환 효율을 높이기 위하여 다양한 형상으로 제작되고 있다.

이러한 열교환기용 전열관에 관련된 선행기술로는 국내 등록특허 10-0993035호의 「열교환기용 주름관」이 개시된 바 있다.

한편 열교환기용 전열관은 높은 압력에도 견딜 수 있는 구조가 되어야 하며, 한정된 공간에 더욱 많은 개수의 것을 장착하여 열교환 및 열전달량을 높일 수 있도록 설계되어야 하지만 종래 기술은 이러한 성능 기준을 충족하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 열교환 튜브의 외면에 나선형의 홈이 형성되고, 내측에는 튜브의 나선형 홈의 나선 방향과 상반되는 방향으로 비틀림 가공된 배플이 결합되어 이루어지며, 높은 압력에도 안정적으로 사용이 가능하고 불연속적인 연소가스의 흐름을 생성하여 열전달을 촉진시켜 열교환 효율이 향상될 수 있도록 한 열교환용 나선형 전열관을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 유체가 외면에 접촉하고, 내부에 연소가스가 공급되어 열교환시키는 열교환용 나선형 전열관에 있어서, 내부에 연소가스가 통과되도록 중공부를 가지며 양단부가 개구되고, 외주면에 나선형의 가이드홈이 형성된 튜브; 상기 튜브의 내부에 결합되며, 비틀림 가공되어 나선형의 안내홈이 형성된 배플; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환용 나선형 전열관에 의해 달성될 수 있다.

상기 배플의 안내홈은 상기 튜브의 가이드홈과 상반되는 방향으로 비틀림 가공된 것을 특징으로 한다.

상기 배플은 측단이 다수로 절개되어 다수개의 슬릿이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 튜브의 내부에 배플을 결합시켜 보강력을 갖도록 하여 내구성을 강화할 수 있어 높은 압력에도 구조적 안정성을 유지하면서 지속적인 사용이 가능한 효과가 있다.

또한 튜브의 외면에 형성된 홈과 돌출부에 의하여 열전달 면적을 확대할 수 있고, 연소가스의 불연속적인 유동이 형성됨에 따라 열전달이 촉진될 수 있는 효과가 있다.

아울러 튜브 내에 배플이 결합됨으로써 튜브의 내부에서도 연소가스의 체류시간을 연장시킬 수 있어 열전달효율이 향상될 수 있으며, 튜브의 탈부착이 가능함으로써 교체가 용이하여 유지 보수가 용이한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 열교환용 나선형 전열관을 나타낸 분해사시도,
도 2는 본 발명에 따른 열교환용 나선형 전열관을 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 열교환용 전열관에 적용되는 '배플'의 다른 실시예를 나타낸 사시도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면 중에서, 도 1은 본 발명에 따른 열교환용 나선형 전열관을 나타낸 분해사시도, 도 2는 본 발명에 따른 열교환용 나선형 전열관을 나타낸 단면도, 도 3은 본 발명에 따른 열교환용 전열관에 적용되는 '배플'의 다른 실시예를 나타낸 사시도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환용 나선형 전열관은, 유체가 외면에 접촉하고, 내부에 연소가스가 공급되어 열교환시키는 열교환용 나선형 전열관에 있어서, 내부에 연소가스가 통과되도록 중공부를 가지며 양단부가 개구되고, 외주면에 나선형의 가이드홈(22)이 형성된 튜브(2); 상기 튜브(2)의 내부에 결합되며, 비틀림 가공되어 나선형의 안내홈(42)이 형성된 배플(4);을 포함하여 구성된다.

튜브(2)는 단면이 대략 원형인 관체이며, 일정 길이를 갖도록 형성되고, 내부에는 중공부가 형성되고 양단부가 개구되어 연소가스의 출입이 가능하도록 한다.

튜브(2)의 양단부에는 결합 작업이 용이하도록 링 형상의 브라켓(25)이 각기 장착된다.

바람직하게는 튜브(2)는 열전달 효율이 높은 소재가 바람직하며, 주로 알루미늄이나 동 합금재질이 적용된다.

튜브(2)의 형상은 원형 관체로만 한정되지 않고 필요에 따라 타원형이나 각형 등 다양한 형상으로 변형 실시될 수 있음은 당연할 것이다.

한편 튜브(2)의 외주면을 나선형상으로 홈 가공하여 가이드홈(22)을 형성함으로써 가이드홈(22)들 사이에 돌출부(24)가 형성된다.

또는 튜브(2)를 가열시켜 연성을 갖도록 한 후 일 방향으로 비틀어서 가공하여 외면에 가이드홈(22)이 나선형상으로 형성되도록 할 수도 있을 것이다.

따라서 가이드홈(22)의 형성에 의해 가이드홈(22)들 사이에는 돌출부(24)가 자연히 형성된다.

그리고 측면에서 보면 튜브(2)의 외면에 형성된 돌출부(24)는 만곡지게 볼록하게 형성되고, 상대적으로 가이드홈(22)은 오목하게 형성되어 볼록부와 오목부가 연속 반복되도록 형성됨을 알 수 있다.

따라서 튜브(2)의 외면을 타고 흐르는 유체는 가이드홈(22)을 타고 나선형으로 진행하게 되므로 와류를 유발하게 되어 수직되게 흐르는 것보다 시간이 지연될 수 있고, 이렇게 지연됨에 따라 열을 전달시킬 수 있는 시간이 증가하게 되어 열 전달 효율이 향상될 수 있다.

아울러 튜브(2)에 형성된 나선형의 가이드홈(22)과 돌출부(24)에 의해 굴곡을 갖게 되므로 구조적으로도 보강 성능을 발휘하게 되어 내구성이 향상될 수 있다.

한편 배플(4)은 튜브(2)의 내부에 삽입되어 착탈이 가능하도록 한 금속판재이며, 대략 직사각형으로 형성되는데 비틀림 가공 작업에 의해 나선형으로 비틀려져 형성된다.

따라서 배플(4)은 꽈배기 형상으로 비틀어짐으로써 나선형의 안내홈(42)이 형성될 수 있으므로 이 안내홈(42)을 통해 연소가스의 흐름을 나선형으로 유도할 수 있게 된다.

바람직하게는 상기 배플(4)의 안내홈은 상기 튜브(2)의 가이드홈(22)과 상반되는 나선 방향으로 비틀림 가공된다.

따라서 예를들어 튜브(2)의 내부에 흐르는 연소가스는 배플(4)의 안내홈(42)을 따라 시계방향으로 이동되고, 이와 반대로 튜브(2)의 외부를 타고 흐르는 유체는 가이드홈(22)을 따라 반시계방향으로 흐르도록 하는 것이다.

한편 본 발명의 다른 실시예에 따른 배플(4)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 판재를 나선형태로 비틀어 안내홈(42)이 형성되록 하되, 측단을 절개시켜 다수개의 슬릿(46')을 등간격으로 다수 형성시킨다.

이렇게 형성된 다수개의 슬릿(46')은 부채꼴 형상으로 배열되고, 연소가스가 이들 다수개의 슬릿(46')을 통과함으로써 분산되어 난류를 형성하게 되므로 체류시간이 연장될 수 있도록 하여 이를 통해 열 전달 효율이 증가될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

튜브(2)를 열교환기에 결합시키되 튜브(2)의 상단 및 하단 브라켓(25)을 각기 열교환기의 프레임(미도시)에 장착하며, 열교환 효율을 증진시키기 위해 튜브(2)는 적어도 하나 이상 다수개가 밀집되어 장착된다.

이후 튜브(2)의 내부에 유체 또는 가스 상태인 열매체를 공급하고, 열교환기가 장입된 열교환 탱크의 내부에 저장된 물을 가열하게 된다.

열매체는 튜브(2)의 내부에 공급되어 열을 전달하게 되는데, 배플(4)의 안내홈(46')을 타고 이송되는 동안 안내홈(46')의 나선 방향을 따라 와류를 형성하면서 일방향 회전하게 된다.

그리고 튜브(2)의 외면에 접촉되는 유체는 가이드홈(22)을 지나면서 와류를 형성하면서 상기 배플(4)을 지나는 연소가스의 회전방향과 상반되는 방향으로 와류를 형성하면서 흐르게 된다.

따라서 튜브(2)의 내부를 흐르는 연소가스와 외부를 흐르는 유체의 이송방향이 상반되고, 상호 나선형상의 와류를 일으키면서 이송되므로 체류시간의 연장으로 인해 열 접촉시간이 증가될 수 있어 가열 효율이 향상될 수 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

2 : 튜브 4,4' : 배플
22 : 가이드홈 24 : 돌출부
25 : 브라켓 42 : 안내홈

Claims (3)

1. 유체가 외면에 접촉하고, 내부에 연소가스가 공급되어 열교환시키는 열교환용 나선형 전열관에 있어서,
   내부에 연소가스가 통과되도록 중공부를 가지며 양단부가 개구되고, 외주면에 나선형으로 가이드홈과 돌출부가 형성된 튜브;
   상기 튜브의 내부에 삽입되어 착탈이 가능하도록 한 직사각형의 금속판재를 비틀림 가공하여 나선형의 안내홈이 형성된 배플;을 포함하고,
   상기 배플의 안내홈은 상기 튜브의 가이드홈과 상반되는 방향으로 형성된 것이며,
   상기 배플의 측단을 절개시켜 다수개의 슬릿이 형성되고, 상기 다수개의 슬릿은 부채꼴 형상으로 배열되도록 한 것을 특징으로 하는 열교환용 나선형 전열관.
   
   
   
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