KR101612884B1 - 히터 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히터 조립체에 관한 것으로서, 고온의 열을 발생시키는 히터와, 히터가 삽입되도록 중공이 형성된 방열관과, 히터로부터 방열관으로 전달된 열을 외부로 방출할 수 있도록 방열관의 외주면에 용접되는 것으로서, 히터로부터 방열관으로 열이 전달시 열응력 집중범위를 축소시킬 수 있도록 방열관과의 용접부위들이 일방향을 따라 상호 이격되게 형성된 다수의 방열날개를 구비한다.
본 발명에 따른 히터 조립체는 히터가 내장된 방열관과 방열날개의 용접부위가 일방향을 따라 상호 이격되게 형성되어 있으므로 방열관에 열변형이 발생시 응력 집중 부분이 비교적 협소하여 방열관 및 방열날개에 결함발생을 감소시켜 사용수명을 증가시키는 장점이 있다.

Description

히터 조립체{Heater assembly}

본 발명은 히터조립체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방열관의 열변형시 방열날개 및 방열관의 결함발생을 감소시키는 히터 조립체에 관한 것이다.

일반적으로 보일러는 가열용기 내의 물을 가열함으로써 온수 또는 고온의 증기를 발생시켜 이를 필요한 곳에 공급하기 위한 장치로서, 온수나 증기 발생을 위해 여러 가지 형식이 사용되고 있다.

종래 사용되는 통상의 보일러는 열교환기와 열교환기를 가열하는 히터조립체를 구비하며, 히터조립체로부터 발생된 열원을 이용하여 열교환기를 가열함으로써 스팀과 온수를 발생시키는 구조로 되어 있다.

국내 공개특허공보 제10-2004-0007042호에는 '에너지 절약형 전기 보일러'가 개시되어 있다. 상기 에너지 절약형 전기보일러는 난방지역을 경유하는 난방수관의 양단이 결합되도록 결합관체가 돌출된 온수조 내에 전기에 의해 가열되는 히터를 설치하여 온수조 내의 용수를 가열하도록 한 전기보일러를 구성함에 있어서, 상기 온수조 내측에는 서로 다른 각도로 히터가 내장된 간접가열수단을 설치하되, 상기 간접가열수단으로는 온수조에 용접 고정된 파이프 관체 내측 하단으로 히터가 나사 결합되는 히터내입관을 용접고정하여 히터내입관 양측으로 가열실을 형성하고, 파이프관체 양측단은 커버를 용접하며, 용접된 양측 커버에는 단속밸브가 구비된 주입관체를 배관하여 파이프관체 내부를 진공 구성하며, 진공상태의 파이프관체 내에는 적량의 열매체를 주입하여 히터의 가열에 의해 파이프관체 내에서 대기 순환이 이루어지게 구성한다.

그러나 상기 에너지 절약형 전기보일러를 포함하여 일반적인 보일러에 설치되는 히터가 삽입되는 파이프 외주면에 방열핀이 용접결합되어 있는데, 상기 파이프와 방열핀이 접촉된 부위 전체에 용접하므로 열에 의해 상기 파이프가 변형이 일어나면 파이프 및 방열핀이 접촉된 전체 부분에 응력이 집중되어 방열핀 또는 파이프에 결함이 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 히터가 내장된 방열관과 방열날개의 용접부위가 일방향을 따라 상호 이격되게 형성된 히터 조립체를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 히터 조립체는 고온의 열을 발생시키는 히터와, 상기 히터가 삽입되도록 중공이 형성된 방열관과, 상기 히터로부터 상기 방열관으로 전달된 열을 외부로 방출할 수 있도록 상기 방열관의 외주면에 용접되는 것으로서, 상기 히터로부터 상기 방열관으로 열이 전달시 열응력 집중범위를 축소시킬 수 있도록 상기 방열관과의 용접부위들이 일방향을 따라 상호 이격되게 형성된 다수의 방열날개를 구비한다.

상기 방열날개는 상기 방열관의 길이방향을 따라 연장형성되며, 하면이 상기 방열관의 외주면에 접하도록 용접되되, 상기 방열관과의 용접부위들이 상기 방열관의 길이방향을 따라 상호 이격되게 형성된 접촉부재와, 상기 접촉부재에 형성되며, 상기 방열관의 외주면으로부터 멀어지는 방향으로 돌출된 돌출부재를 구비한다.

한편, 본 발명에 따른 히터 조립체는 상기 히터가 상기 방열관에 고정될 수 있도록 상기 히터의 단부에 형성된 제1플랜지부재에 결합될 수 있도록 상기 방열관의 단부에 용접되는 제2플랜지부재를 더 구비하고, 상기 제2플랜지부재는 상기 방열관이 관통될 수 있도록 관통구가 마련되고, 상기 방열관과의 용접부위들이 상기 방열관의 원주방향을 따라 상호 이격되게 형성된 것이 바람직하다.

상기 제2플랜지부재는 상기 방열관에 열변형이 발생시 상기 방열관을 간섭하는 것을 방지하기 위해 상기 관통구가 상기 방열관의 외경보다 더 큰 내경을 갖도록 형성된다.

본 발명에 따른 히터 조립체는 히터가 내장된 방열관과 방열날개의 용접부위가 일방향을 따라 상호 이격되게 형성되어 있으므로 방열관에 열변형이 발생시 응력 집중 부분이 비교적 협소하여 방열관 및 방열날개에 결함발생을 감소시켜 사용수명을 증가시키는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 히트 조립체가 설치된 보일러에 대한 부분 절개 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 히트 조립체에 대한 분리 사시도이고,
도 3 및 4는 도 1의 히트 조립체에 대한 단면도이고,
도 4는 도 1의 히트 조립체에 대한 정면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 히터 조립체를 더욱 상세하게 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따른 히터 조립체가 설치된 보일러(100)에 대한 사시도이다.

도면을 참조하면, 상기 보일러(100)는 저수탱크(200)와, 히터조립체(300)를 구비한다.

상기 저수탱크(200)는 물이 수용될 수 있는 저수공간(201)이 마련된 원통으로 형성되고, 저수공간(201)으로 물이 유입되는 유입구(202)가 하부에 형성되며, 저수공간(201)으로부터 외부로 물이 배출되는 배출구(203)가 상부에 형성되어 있다.

저수탱크(200)의 외주면에는 저수공간(201)에 수용된 물의 온도 및 저수공간(201) 내의 압력을 측정하는 측정계(204)가 설치되어 있고, 후술되는 히터조립체(300)의 히터(310)에 공급되는 전류의 양을 조절하기 위한 컨트롤러(205)가 설치되어 있다.

여기서, 저수탱크(200)는 도시된 바와 같이 원통 형상의 것으로만 제한하지 않으며, 물이 수용될 수 있는 저수공간(201)이 형성된 구조이면 어떠한 구조라도 적용이 가능하다.

저수공간(201)으로 유입된 물이 히터조립체(300)에 의해 가열되지 않은 상태로 배출구(203)로 배출되지 않도록 유입구(202)는 저수탱크(200)의 하부에 형성되어 있고, 배출구(203)는 저수탱크(200)의 상부에 형성되는 것이 바람직하다.

하부에서 유입되고 상부로 배출되는 구조를 히터조립체(300)에 의해 하부에서 가열된 물이 새로 유입되는 유입수와 비중의 차이에 의해 자동적으로 상부로 이동하게 되는 대류현상을 용이하게 구현할 수 있어 저수공간(201) 내의 물의 온도분포를 비교적 균일하게 유지시킬 수 있다.

한편, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 히터 조립체(300)를 상세히 설명하면, 다음과 같다.

상기 히터 조립체(300)는 고온의 열을 발생시키는 히터(310)와, 상기 히터(310)가 삽입되도록 중공(321)이 형성된 방열관(320)과, 상기 히터(310)로부터 상기 방열관(320)으로 전달된 열을 외부로 방출할 수 있도록 상기 방열관(320)의 외주면에 용접되는 다수의 방열날개를 구비한다.

상기 히터(310)는 지지봉(311), 제1플랜지부재(313), 전열선(314)을 구비한다.

지지봉(311)은 소정길이로 연장된 환봉형으로 형성되며, 일측 외주면에 나사산이 형성되어 있다. 또한, 지지봉(311)의 타측에는 결합부재(312)가 지지봉(311)의 외주면을 감싸도록 형성되어 있으며, 상기 결합부재(312)에는 전열선(314)이 나선 형상으로 감겨있다.

제1플렌지부재는 중앙부에는 지지봉(311)이 삽입되는 홀이 형성되어 있고, 지지봉(311)에 형성된 나사산에 나사결합되는 너트(315)에 의해 지지봉(311)의 일단부에 고정된다. 상기 제1플렌지부재는 고정볼트가 관통되도록 가장자리에 원주방향을 따라 다수의 제1결합구가 상호 이격되게 형성되어 있다.

방열관(320)은 내부에 히터(310)가 삽입되는 중공(321)이 마련되며, 지지봉(311)의 길이방향을 따라 연장된 원통형으로 형성된다. 방열관(320)은 일단부에 제2 및 제3플렌지부재가 용접고정되며, 타단부는 폐쇄되도록 형성되어 있다.

방열관(320)은 내부에 설치된 히터(310)로부터 열이 용이하게 전달되도록 열전달율 및 내부식성이 우수한 스테인레스 스틸과 같은 금속성 소재로 형성되는 것이 바람직하다.

제2플렌지부재는 방열관(320)의 일단부에 용접고정되는 것으로서, 중앙부에 방열관(320)이 관통되는 관통구(324)가 형성되어 있고, 가장자리에는 제1플랜지부재(313)의 제1결합구들에 대향되는 위치에 제2결합구가 형성되어 있다. 제1결합구를 통과한 고정볼트는 제2결합구에 삽입되고, 단부에 고정너트가 결합되어 제1플랜지부재(313) 및 제2플랜지부재(322)를 상호 결합한다.

이때, 제2플랜지부재(322)는 상기 방열관(320)에 열변형이 발생시 상기 방열관(320)을 간섭하는 것을 방지하기 위해 상기 관통구(324)가 상기 방열관(320)의 외경보다 더 큰 내경을 갖도록 형성되며, 방열관(320)과의 용접부위(325)들은 상기 방열관(320)의 원주방향을 따라 상호 이격되게 형성된다. 작업자는 방열관(320)의 외주면과 제2플랜지부재(322)의 내주면 사이에 용접봉을 위치시킨 다음 용접작업을 수행하여 방열관(320)에 제2플랜지부재(322)를 고정시킨다.

히터(310)에 전원이 공급되는 열이 방열관(320)으로 전달되는데, 이 열에 의해 방열관(320)은 열변형이 일어난다. 이때, 제2플랜지부재(322)의 관통구(324)는 방열관(320)의 외경보다 더 큰 내경을 갖고 있으므로 방열관(320)에 반경방향으로 열변형이 발생하더라도 제2플렌지부재의 간섭이 방지되어 방열관(320)의 결함발생을 감소시킨다. 특히, 열이 방열관(320)에 인가시 용접부위(325)에 열응력이 집중되는 데, 제2플랜지부재(322)와 방열관(320)의 용접부위(325)는 제2플랜지부재(322)에 대향되는 방열관(320) 외주면 전체가 아니라 원주방향을 따라 다수개가 상호 이격되게 형성되어 있으므로 열응력 집중에 따른 크랙 발생을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

제3플랜지부재(323)는 방열관(320)에 설치되어 결합볼트에 의해 저수탱크(200)의 외측면에 고정되는 것으로서, 제2플랜지부재(322)로부터 방열관(320) 타단방향으로 이격된 위치에 설치된다. 제3플랜지부재(323)는 중앙부에 방열관(320)이 관통되는 삽입구가 형성되어 있고, 결합볼트가 관통될 수 있도록 가장자리에는 원주방향을 따라 다수의 제3결합구가 형성되어 있다.

제3플랜지부재(323)는 상기 방열관(320)에 열변형이 발생시 상기 방열관(320)을 간섭하는 것을 방지하기 위해 상기 삽입구가 상기 방열관(320)의 외경보다 더 큰 내경을 갖도록 형성되며, 방열관(320)과의 용접부위들은 상기 방열관(320)의 원주방향을 따라 상호 이격되게 형성된다. 작업자는 방열관(320)의 외주면과 제3플랜지부재(323)의 내주면 사이에 용접봉을 위치시킨 다음 용접작업을 수행하여 방열관(320)에 제3플랜지부재(323)를 고정시킨다.

방열날개(330)는 다수개가 방열관(320)의 외주면에 원주방향을 따라 상호 이격되게 설치되어 있다. 방열날개(330)는 접촉부재(331)와 돌출부재(332)를 구비한다.

접촉부재(331)는 소정의 두께를 갖는 판형으로 형성되며, 방열관(320)의 길이방향과 나란하게 소정길이 연장된다. 접촉부재(331)는 하면이 방열관(320) 외주면의 곡률에 대응되는 곡률로 만곡되게 형성되는 것이 바람직하다.

접촉부재(331)는 방열날개(330)의 외주면에 하면이 접촉되도록 설치하고, 방열날개(330)에 용접한다. 이때, 접촉부재(331)와 방열관(320)의 용접부위(333)들은 방열관(320)의 길이방향을 따라 상호 이격되게 형성되도록 용접된다. 작업자는 점용접 방식으로 방열관(320)과 접촉부재(331)를 용접할 수 있다.

히터(310)로부터 열이 방열관(320)에 인가시 용접부위(333)에 열응력이 집중되는 데, 접촉부재(331)와 방열관(320)의 용접부위(333)는 접촉부재(331)가 접하는 방열관(320) 외주면 전체가 아니라 길이방향을 따라 다수개가 상호 이격되게 형성되어 있으므로 열응력 집중부분이 비교적 협소하여 방열관(320)의 결함발생을 감소시킬 수 있다.

돌출부재(332)는 접촉부재(331)의 단부에, 방열관(320)의 외주면으로부터 멀어지는 방향으로 돌출된다. 이때, 돌출부재(332)는 접촉부재(331)의 길이방향을 따라 소정길이 연장된다. 상기 언급된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 방열날개(330)는 열전달율 및 내부식성이 우수한 스테인레스 스틸과 같은 금속성 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 본 발명에 따른 히터조립체(300)는 복수개가 저수탱크(200)에 상하로 이격되게 설치되어 있다. 이때, 상기 히터조립체(300)는 방열날개(330)가 저수탱크(200)의 저수공간(201)으로 인입되게 설치되는 것이 바람직하다.

상기 언급된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 히터 조립체(300)는 히터(310)가 내장된 방열관(320)과 방열날개(330)의 용접부위(333)가 일방향을 따라 상호 이격되게 형성되어 있으므로 방열관(320)에 열변형이 발생시 응력 집중 부분이 협소하여 방열관(320) 및 방열날개(330)에 결함발생을 감소시켜 사용수명을 증가시키는 장점이 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

100: 보일러
200: 저수탱크
300: 히터 조립체
310: 히터
311: 지지봉
312: 결합부재
314: 전열선
320: 방열관
321: 중공
330: 방열날개
331: 접촉부재
332: 돌출부재

Claims (4)

1. 고온의 열을 발생시키는 히터와;
   상기 히터가 삽입되도록 중공이 형성된 방열관과;
   상기 히터로부터 상기 방열관으로 전달된 열을 외부로 방출할 수 있도록 상기 방열관의 외주면에 용접되는 것으로서, 상기 히터로부터 상기 방열관으로 열이 전달시 열응력 집중범위를 축소시킬 수 있도록 상기 방열관과의 용접부위들이 일방향을 따라 상호 이격되게 형성된 다수의 방열날개와;
   상기 히터가 상기 방열관에 고정될 수 있도록 상기 히터의 단부에 형성된 제1플랜지부재에 결합될 수 있도록 상기 방열관의 일단부에 용접되는 제2플랜지부재와;
   상기 방열관이 저수탱크에 고정될 수 있도록 상기 제2플랜지부재로부터 상기 방열관의 타단부 방향으로 이격된 위치의 상기 방열관에 용접되는 제3플랜지부재;를 구비하고,
   상기 방열날개는
   상기 방열관의 길이방향을 따라 연장형성되며, 하면이 상기 방열관의 외주면에 접하도록 용접되되, 상기 방열관과의 용접부위들이 상기 방열관의 길이방향을 따라 상호 이격되게 형성된 접촉부재와,
   상기 접촉부재에 형성되며, 상기 방열관의 외주면으로부터 멀어지는 방향으로 돌출된 돌출부재를 구비하고,
   상기 제2플랜지부재는 상기 방열관이 관통될 수 있도록 관통구가 마련되고, 상기 방열관과의 용접부위들이 상기 방열관의 원주방향을 따라 상호 이격되게 형성되고,
   상기 제3플랜지부재는 상기 방열관이 관통될 수 있도록 삽입구가 마련되고, 상기 방열관과의 용접부위들이 상기 방열관의 원주방향을 따라 상호 이격되게 형성된 것을 특징으로 하는 히터조립체.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2플랜지부재는
   상기 방열관에 열변형이 발생시 상기 방열관을 간섭하는 것을 방지하기 위해 상기 관통구가 상기 방열관의 외경보다 더 큰 내경을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 히터조립체.
   
   
   
   
   
   

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