KR101578503B1 - 스팀 컨벡션 오븐의 열교환기 - Google Patents

Abstract

열교환기에 관하여 개시한다. 본 발명은 절체 구간을 갖는 열교환관들을 연결하여 열교환부를 구성하는데 있어서 용접 열변형과 절곡 작업 등에 의한 변위를 열교환관에서 자체 흡수 억제하여 치수 공차를 관리하기 위하여 열교환관(250)을 대응되는 상대 구조물 또는 이웃하는 다른 열교환관과 관경 또는 관벽을 맞추어 연결하기 위해 열교환관(250)의 단부에 형성된 확관부(300); 확관부(300)를 따라 삽입하기 위해 분리된 상대 구조물 또는 이웃하는 다른 열교환관(250)의 말단에 형성되는 삽입부; 삽입부와 확관부(300)를 연결하여 이어주는 용접부(W);를 포함하는 열교환기를 제공한다.

Description

스팀 컨벡션 오븐의 열교환기{HEAT EXCHANGER FOR STEM CONVECTION OVEN}

본 발명은 열교환기에 관한 것으로 더 상세하게는 하나의 파이프로 이루어지고 절체 구간을 갖는 열교환관들을 연결하여 열교환부를 구성하는데 있어서 용접 열변형과 절곡 작업 등에 의한 외부 변형의 변위를 열교환관에서 자체 흡수 억제하여 치수 공차를 관리하는 스팀 컨벡션 오븐의 열교환기에 관한 것이다.

보일러 분야에서 정의되는 열교환기는 온도가 다른 2개의 유체를 전열면을 사이에 두고 흐르게 하여 고온의 유체가 가진 열을 저온의 유체로 전달하는 장치로서 가열기에 속하게 된다. 넓은 의미에서 열교환기는 다른 유체 간에 열에너지를 교환하는 기기로 기능 한다.

열교환기를 통한 열전달 방법 중 대류식은 기체나 액체와 같이 유동성이 있는 유체 내에서 일어나는 열전달 방법으로서 온도차에 의해서 생겨난 유체의 흐름에 의해서 열을 전달한다. 음식물을 익힐 때 사용하는 컨벡션 오븐(Convection Oven)은 열교환기의 대류열을 이용한 오븐으로서 음식물에 열을 전달하여 고르게 익히는 가열기로 기능 하는 열교환기를 이용한 대표적인 기기이다.

컨벡션 오븐에 열교환기를 가열기로 적용한 사례는 대한민국 특허출원 제10-2011-0072202호(특허문헌 1)에 기재되어 있는데 이 기재를 보면 연소실과 열교환부측 열교환관의 형식 등은 규정된 것이 아니고 열교환 조건에 따라 변동될 수 있다. 이는 열교환기를 컨벡션 오븐에 가열기로 적용한 다른 사례인 대한민국 특허출원 제10-2009-0051984호(특허문헌 2)에 기재되어 있다.

도 1은 스팀 컨벡션 오븐(10)에 가열기로 적용된 열교환기(20)의 예로서 특히 연소실(21)이 캐비넷(11)의 하부에 배치 지향성을 갖고 열교환관(25)으로 유로를 만들어 대류팬(12)을 통해 조리실로 공급하도록 설치된 형식의 열교환기(20)의 예이다. 도 1에서 열교환기(20) 배치 형식은 버너(23)가 하부에 놓이고 열교환관(25)과 연결된 연소관(24)에 연소실(21)이 자리 잡은 구조이다. 버너(23)와 연소실(21) 장치 부분을 제외하면 대부분 열교환관(25)들이 열교환기(20) 구조물을 형성한다. 연소실(21)이 자리하는 연소관(24)은 보통 화염의 확장성과 유체 유동 조건을 충족시키기 위해 다른 부분 보다 확관된 형상이며 연소관(24)의 일단은 관경이 다른 열교환관(25)과 레듀샤(26)를 통해 연결된다.

도 2는 도 1의 열교환관(25)과는 다르게 가늘고 긴 동일한 관경의 열교환관(25)들을 보다 복잡하게 절곡하여 형성한 연소관(24)을 포함하는 종래의 열교환관(25) 구조를 나타낸 것으로, 도 2의 (a)는 정면도이고, (b)는 좌측면도이다. 도 2 도면을 참조하면, 레듀샤(26)로 연결된 나머지 열교환관(25) 부분은 동일한 관경으로 이어져 있다. 이러한 스트레이트 일관(직선)형 열교환관(25)의 경우 버너부(23) 이후 열교환이 이루어지는 열교환관(25) 부분들을 인위적으로 절곡하여 제조하는데, 절곡 시 또는 버너부(23) 및 배기부(27)와 용접시 열전도 현상에 의해 열교환관(25)의 열변형이나 외부 영향으로 인해 변형이 발생 된다. 도 2의 (a)는 열교환기 제조과정에서 치수 공차에 의해 하부측 열교환관(25)이 종방향으로 변형된 쳐짐에 의한 변형 간격(L1) 형성의 예이고, 도 2의 (b)는 열교환기 제조 과정에서 치수 공차에 의해 열교환관(25)이 횡방향으로 일그러져 변형된 변형 간격(L2)이 나타난 예이다.

이와 같은 변형은 주로 열교환관들을 연결하여 결합하는 용접 작업에 의한 열전도에 의해 형성되거나 외부 변형력(절곡 작업)에 의해 발생 되어 열교환관 설계 치수 관리를 어렵게 하여 불량률을 높이고 원하는 규격의 치수 관리 공차를 만족시키는 열교환기 제작을 어렵게 하는 문제가 있었다. 또한 전체적으로 열교환기의 형상 변형을 일으켜 제품 신뢰성에도 영향을 미치는 문제점이 있었다. 이에 따라 열교환관 설치 시 변형을 억제하거나 제어할 수 있는 방안이 필요하였다.

특허문헌 1. 대한민국 특허출원 제10-2011-0072202호 특허문헌 2. 대한민국 특허출원 제10-2009-0051984호

본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은, 열교환기의 열교환관에 전달되는 열 변형을 흡수 완화시키거나 절곡 작업 등에 의한 열교환관의 변형을 방지하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 열교환기의 열교환관 형상을 사전 규격에 맞추는 치수 공차 관리가 가능하도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 열교환기의 불량률을 저감 시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 열교환기의 조립 공수를 줄여 제조에서 생산성을 높이고 원가를 절감하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 직접 분사방식(DI) 스팀 컨벡션 오븐과 같이 열충격이 가해지는 스팀 컨벡션 오븐의 가열기로 적합한 열교환기를 제공하는 것이다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따르면, 연료를 공급하는 흡입구, 흡입구로 유도된 연료를 발화하여 열을 내는 연소실, 연소열을 이동시키는 유로를 형성하고 열교환을 유도하도록 열교환부를 형성하는 열교환관, 상기 열교환관 속을 경유하는 연소 가스를 포함하는 유체를 내보는 배기구 및 상기 관경이 다른 연소실과 열교환관을 연결하는 레듀샤를 포함하며, 상기 유체를 열교환 하는 하나 또는 그 이상의 열교환관들을 절곡 하거나 형상화하여 연속적으로 상통하도록 연결하여 열교환부로 구성되는 스팀 컨벡션 오븐의 열교환기에 있어서,
상기 열교환관을 이웃하는 다른 열교환관과 관경 또는 관벽을 맞추어 연결하기 위해 열교환관의 단부에 적어도 1곳 이상 형성되는 확관부; 상기 확관부를 따라 삽입하기 위해 분리된 상대 구조물 또는 이웃하는 다른 열교환관의 말단에 형성되는 삽입부; 및 상기 삽입부와 확관부를 연결하여 이어주기 위해 상기 확관부와 삽입부의 경계면을 따라 형성되는 용접부;를 포함하여 이루어지며, 상기 열교환관에 형성하는 확관부는 변형력이 집중되고 연소실의 주변부에 위치하는 직선 스트레이트 형상의 하부측 열교환관 중심부에 형성하여 치수 공차 변위량을 확관부를 통해 흡수 완화시키고, 상기 확관부를 갖는 열교환관의 열교환기가 버너부와 연소실을 포함하는 가열기로 구성되어 스팀 컨벡션 오븐에 가열기로 장착된 스팀 컨벡션 오븐의 열교환기에 의해 달성될 수 있다.

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본 발명의 실시예에 따른 열교환기에 의하면, 열교환기의 열교환관에 전달되는 열변형과 관 축 방향 또는 수직 방향으로 작용 되는 변형력을 자체적으로 흡수 완화시켜 전체 열교환관의 변형을 방지함으로써 열교환기의 치수 공차 변수를 줄여 이를 통해 원하는 설계 규격에 적합한 품질의 열교환기를 제작할 수 있는 효과가 있다.

또한, 열교환관 용접 이음 작업 중 열교환관을 따라 전달되는 열 변형과 그 밖의 절곡 작업 등에 의한 열교환관의 치수 공차 변동을 열교환관을 통해 흡수 완 화 시켜 열교환기의 형상 설계 규격대로 제조할 수 있게 함으로써 불량률을 낮추고 치수 공차 변동을 조정하는 보조 작업이 불필요하여 전체적으로 열교환기의 제조 생산성을 높이는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 열교환기는, 직접 분사식(DI) 스팀 컨벡션 오븐과 같이 열충격이 가해지는 스팀 컨벡션 오븐의 가열기로 적합한 고품질 고신뢰성의 열교환기를 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 스팀 컨벡션 오븐의 가열기로 장착된 일반적인 열교환기를 보인 예시도.
도 2는 종래의 열교환기 및 열교환관의 변형 예를 나타낸 것으로 (a)는 정면도, (b)는 일측면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 열교환기 정면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 열교환기 일측면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 열교환기 저면도.
도 6은 도 5의 상세도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 열교환기 정면도.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예에 따른 스팀 컨벡션 오븐의 열교환기 예는 도 3 내지 도 6에 도시한 바와 같다.

도 3은 열교환기(200)를 설명하는 도면으로서 열교환기(200)가 연료를 공급하는 흡입구, 흡입구로 유도된 연료를 발화하여 열을 내는 연소실(240), 연소열을 이동시키는 유로를 형성하고 그 과정에서 열교환을 유도하도록 열교환부(220)를 형성하는 열교환관(250), 열교환관(250) 속을 경유하는 연소 가스를 포함하는 유체를 내보는 배기구를 포함하는 가열기 형식의 열교환기(200)의 정면 형상의 예이다. 관경이 다른 구조물들 즉 연소실(240)과 열교환관(250)은 레듀샤(260)를 통해 연결되어 있다.

도 4는 여러 개로 절체된 복수의 열교환관(250)들을 상통 가능하도록 유로로 연결하여 열교환부(220)를 구성한 열교환기(200)의 일측면 형상으로서 연소실(240)이 하부에 위치하는 예이다.

도 5는 열교환기(200)의 저면 형상으로서 여러 개로 절체된 복수의 열교환관(250)들을 상통 가능하도록 유로로 연결하여 열교환부(220)를 구성하고 연소실(240)과 열교환관(250)이 연결된 열교환기(200)의 예이다.

본 발명은 도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이 열교환관(250)을 대응되는 상대 구조물 또는 이웃하는 다른 열교환관과 관경 또는 관벽을 맞추어 연결하기 위해 열교환관(250)의 단부에 확관부(300)가 형성된다. 여기서, 확관부(300)를 형성하는 방법은 열교환관(250)의 일부 위치를 선정하여 절단하여 전단면을 형성하고 그 전단면을 따라 별도의 확관용 도구, 예를 들면 열교환관(250)의 관경을 초과하는 부피 단면을 갖는 도구를 압입하여 절단된 열교환관(250)의 관경을 확장하는 방법일 수 있다. 열교환관(250)에 자체적으로 확관부(300)를 두는 것도 가능하다.

그리고, 확관부(300)를 따라 삽입하기 위해 분리된 상대 구조물 또는 이웃하는 다른 열교환관(250)의 말단은 삽입부(251)가 형성된다. 삽입부(251)는 별도로 형성될 수 있으나 확관부(300)에 삽입되는 열교환관(250) 단면부 또는 다른 상대 구조물일 수 있다.

그리고, 삽입부(251)와 확관부(300)를 연결하여 이어주는 용접부(W)가 형성된다. 용접부(W)는 도 6에 도시된 바와 같이 확관부(300)와 삽입부(251)의 경계면을 따라 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 열교환관(250)에 형성하는 확관부(300)는 직선 스트레이트 형상을 갖는 열교환관(250)을 선택하여 형성된다. 열 전도에 의한 변형 또는 절곡 작업에 의한 변위는 곡률이 주어진 열교환관(250)에 비해 곧게 뻗은 스트레이트 형상의 열교환관(250)에서 보다 큰 변위량으로 나타나는데 예를 들면 도 2의 'L1'과 같은 휨 변위를 일으킬 수 있다.

또한, 열교환관(250)에 형성하는 확관부(300)는 열전도가 높고 변형력이 집중되는 하부측 직선 스트레이트 형상을 갖는 열교환관(250)의 중심부를 선택하여 형성하는 것이 바람직하다. 직선 스트레이트 형상의 열교환관(250)은 중심부에서의 변위량이 가장 크다. 확관부(300)를 중심부에 두면 변위량의 대부분을 확관부(300)를 통해 흡수 완화시킬 수 있게 된다.

도 3 및 도 4를 참조하면 확관부(300)를 가지는 곧게 뻗은 직선 스트레이트형 열교환관(250)의 형상은 원래 열교환관(250)에 주어진 위치 L1, L2의 간격 변화가 없음을 나타낸다. 즉 용접 시 고열에 의한 열전달이 일어나서 치수 공차에 변동이 일어날 경우, 확관부(300)를 가지는 열교환관(250)은 상대측 구조물 또는 열교환관의 단부에 마련되는 삽입부(251)를 따라 이동 가능하기 때문에 열전달에 의해 치수 공차의 변형이 일어나더라도 해당 열교환관(250)은 원래 직선 스트레이트 형상을 거의 그대로 유지하면서 다른 열교환관들과 접합할 수 있다. 즉 구부리거나 휘지 않고 치수 공차의 변위량이 확관부(300)에서 대부분 소멸 된다. 도 6을 참조하면 확관부(300)에 삽입된 열교환관의 삽입부(251) 단부가 'L3'의 이동량을 갖는 것으로 표시되었는데 이는 열교환관들의 치수 공차에 변화가 일어났을 때 변위량을 흡수하면서 나타난 이동량일 수 있다.

또한, 확관부(300)는 도 7에 도시한 바와 같이 열교환부(220)를 구성하는 열교환관(250)들을 선택하여 적어도 1 곳 이상 다수로 둘 수 있다. 이 경우 열교환기(200)의 열교환부(220)를 용접 제조하는 단계에서 열교환관들의 열변형에 의한 치수 공차의 변형에 대응하는 것을 포함하여, 설치 후 연소실(240)의 열소열로 인해 가해지는 직간접적인 열 충격 변형 등을 흡수 완화시켜 전체 열교환관(250)의 변형을 방지할 수도 있다.

본 발명에 따른 열교환기에 의하면, 버너부 이후 열교환이 이루어지는 열교환관의 절곡 제조에서 관 절곡 시 또는 버너부 및 배기부와 용접 시 용접 열 변형으로 인해 발생 되는 변형을 확관부(300)를 통해 흡수 억제하여 정밀한 열교환관(250)의 치수 공차 관리가 가능하므로 규격화된 열교환관들을 용이하게 연결할 수 있고 이렇게 제조된 열교환기(200)는 사전 규정된 규격으로 제작 가능하므로 스팀 컨벡션 오븐 등과 같은 기기에 가열기로 장착할 경우 설치 불능과 같은 문제에 대비할 할 수 있도록 해준다.

그리고, 열교환관(250)의 치수 공차를 정밀하게 관리하여 고품질 고신뢰성의 열교환기를 제조할 수 있으므로 비교적 설치 조건이 까다로운 직접 분사식 스팀 컨벡션 오븐에 장치하여 가열기로 사용될 수 있는 적합한 열교환기(200)를 제공할 수 있으며, 스팀 컨벡션 오븐을 포함하여 다양한 사용 목적을 갖는 열교환기에서 열교환관을 상대 구조물 또는 이웃하는 다른 열교환관들과 용접 접합으로 유로를 이어주는 용도로 광범위하게 적용될 수 있다.

본 발명은 실시 예로 한정되지 않으며 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있다. 수정과 변형이 이루어진 것은 본 발명의 기술 사상에 포함된다.

200: 열교환기 220: 열교환부
240: 연소실 250: 열교환관
251: 삽입부 260: 레듀샤
300: 확관부 W: 용접부

Claims (5)

1. 연료를 공급하는 흡입구, 흡입구로 유도된 연료를 발화하여 열을 내는 연소실(240), 연소열을 이동시키는 유로를 형성하고 열교환을 유도하도록 열교환부(220)를 형성하는 열교환관(250), 상기 열교환관(250) 속을 경유하는 연소 가스를 포함하는 유체를 내보는 배기구 및 상기 관경이 다른 연소실(240)과 열교환관(250)을 연결하는 레듀샤(260)를 포함하며, 상기 유체를 열교환 하는 하나 또는 그 이상의 열교환관(250)들을 절곡 하거나 형상화하여 연속적으로 상통하도록 연결하여 열교환부(220)로 구성되는 스팀 컨벡션 오븐의 열교환기(200)에 있어서,
   상기 열교환관(250)을 이웃하는 다른 열교환관과 관경 또는 관벽을 맞추어 연결하기 위해 열교환관(250)의 단부에 적어도 1곳 이상 형성되는 확관부(300); 상기 확관부(300)를 따라 삽입하기 위해 분리된 상대 구조물 또는 이웃하는 다른 열교환관(250)의 말단에 형성되는 삽입부(251); 및 상기 삽입부(251)와 확관부(300)를 연결하여 이어주기 위해 상기 확관부(300)와 삽입부(251)의 경계면을 따라 형성되는 용접부(W);를 포함하여 이루어지며,
   상기 열교환관(250)에 형성하는 확관부(300)는 변형력이 집중되고 연소실(240)의 주변부에 위치하는 직선 스트레이트 형상의 하부측 열교환관 중심부에 형성하여 치수 공차 변위량을 확관부(300)를 통해 흡수 완화시키고, 상기 확관부(300)를 갖는 열교환관(220)의 열교환기(200)가 버너부와 연소실(240)을 포함하는 가열기로 구성되어 스팀 컨벡션 오븐에 가열기로 장착된 것을 특징으로 하는 컨벡션 오븐의 열교환기.
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