KR101620208B1 - 타원형 열교환관을 포함한 저탕식 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단면이 타원형인 열교환관을 제공함으로써 동일한 외관 사이즈를 갖는 타 형상의 열교환관 대비 전열면적을 증가시킬 수 있음은 물론, 외관에 열교환 핀을 삽입 압착시 들뜸 현상을 방지하는 타원형 열교환관에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 타원형 열교환관 내부의 열교환 핀 중 일부는 분리형으로 구성하여 열교환율을 높이고, 나머지는 연결형으로 구성하여 열교환관의 변형을 방지하고 생산성을 향상시키는 타원형 열교환관에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 열교환기 몸체에 타원형 열교환관과 원형 열교환관을 복합적으로 배열하여 열교환기의 전체 외경 대비 전열면적을 증가시킨 타원형 열교환관을 포함한 저탕식 열교환기에 관한 것이다.

Description

타원형 열교환관을 포함한 저탕식 열교환기{Elliptic heat exchange tube and Heat exchanger for hot water storage type boiler having the same}
본 발명은 단면이 타원형인 열교환관을 제공함으로써 동일한 외관 사이즈를 갖는 타 형상의 열교환관 대비 전열면적을 증가시킬 수 있음은 물론, 외관에 열교환 핀을 삽입 압착시 들뜸 현상을 방지하는 타원형 열교환관에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 타원형 열교환관 내부의 열교환 핀 중 일부는 분리형으로 구성하여 열교환율을 높이고, 나머지는 연결형으로 구성하여 열교환관의 변형을 방지하고 생산성을 향상시키는 타원형 열교환관에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 열교환기 몸체에 타원형 열교환관과 원형 열교환관을 복합적으로 배열하여 열교환기의 전체 외경 대비 전열면적을 증가시킨 타원형 열교환관을 포함한 저탕식 열교환기에 관한 것이다.
열교환관(heat exchanger pipe)은 보일러, 히트펌프 및 공기조화장치 등을 비롯한 각종 냉난방 장치에 사용되는 것으로, 내부를 따라 유동하는 유체와 외부에 존재하는 유체 간에 열교환이 이루어지게 한다.
한편, 위와 같은 열교환관을 사용하는 대표적인 장치로서 보일러가 있다. 보일러는 가정, 사무실, 공장 및 각종 공공 건물 등에서 사용되며, 저온의 직수를 가열하고 공급하는 방식에 따라 저탕식 보일러와 순간식 보일러로 구분된다.
순간식 보일러는 직수가 버너에 의해 순간적으로 가열된 후 사용자에게 공급되므로 가열 속도가 빠르다. 그러나, 한번에 가열될 수 있는 직수의 양이 적어 온수나 난방수를 충분히 공급하지 못한다는 문제점이 있다.
반면, 저탕식 보일러는 온수탱크 내부에 설치된 저탕식 열교환기에 의해 직수를 항상 적정한 온도로 가열하여 두므로 온수나 난방수를 바로 사용할 수 있고, 순간식보다 풍부한 수량을 공급하는 장점이 있다.
일 예로 한국공개특허 제2013-0085090호에서는 도 1과 같이 다단(121a, 121b, 121c)으로 이루어진 상부 경판(121)과, 다단(122a, 122b, 122c)으로 이루어진 하부 경판(122) 및 그 사이에 각각 설치된 연관(130)을 포함한 저탕식 열교환기를 제안하였다.
따라서, 연소장치(150)의 버너(151)에서 발생한 고온의 연소가스가 연관(130)을 통과한 후 연소가스 배출부(140)를 통해 배출되는 과정에서, 열교환관 역할을 하는 연관(130)에 의해 물탱크(110)에 채워진 저온의 직수를 가열하였다.
그러나, 도 2와 같이 종래 기술에서는 각 단에 설치된 연관(130)들 모두 그 단면이 원형인 원형관으로 이루어져 있다. 따라서, 전열면적을 늘리기 위해서는 많은 수의 연관(130)이 필요하고, 나아가 저탕식 열교환기의 전체 외경이 커지는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단면이 타원형인 열교환관을 제공함으로써 동일한 외관 사이즈를 갖는 타 형상의 열교환관 대비 전열면적을 증가시킬 수 있음은 물론, 외관에 열교환 핀을 삽입 압착시 들뜸 현상을 방지하는 타원형 열교환관을 제공하고자 한다.
더 나아가, 본 발명은 타원형 열교환관 내부의 열교환 핀 중 일부는 분리형으로 구성하여 열교환율을 높이고, 나머지는 연결형으로 구성하여 열교환관의 변형을 방지하고 생산성을 향상시키는 타원형 열교환관을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 열교환기 몸체에 타원형 열교환관과 원형 열교환관을 복합적으로 배열하여 열교환기의 전체 외경 대비 전열면적을 증가시킨 타원형 열교환관을 포함한 저탕식 열교환기를 제공하고자 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 타원형 열교환관은 단면이 타원형으로 이루어지며, 열원이 유동하도록 중공부를 갖는 관 형상의 열교환 튜브; 및 상기 열교환 튜브(241)의 내주면으로부터 돌출 형성된 복수개의 열교환 핀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 복수개의 열교환 핀은 상기 열교환 튜브(241)의 일측 내주면으로부터 타측 내주면을 향하는 연장선상에 배치되되, 상기 열교환 튜브의 장축 방향을 따라 이격 배치되며, 상기 열교환 핀 중 일부분은 그 길이 방향에 대한 중간 부분이 분리된 분리형 열교환 핀이고, 상기 분리형 열교환 핀을 제외한 나머지는 그 길이 방향으로 전체가 연결된 연결형 열교환 핀인 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수개의 열교환 핀들 중에는 하나 이상의 상기 연결형 열교환 핀이 연속하여 배치된 연결 핀 그룹이 포함되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연결 핀 그룹은 적어도 하나 이상이며, 상기 분리형 열교환 핀들로 이루어진 구역 사이에 상기 연결 핀 그룹이 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연결 핀 그룹에 의해 구획된 부분에 있는 상기 분리형 열교환 핀들은 그 단부를 가상의 선으로 차례로 연결하면 'S'자 형상을 이루도록 길이가 조절되어 있는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 저탕식 열교환기는 원판의 중심부에 구비된 제1 상측 스테이지 및 상기 제1 상측 스테이지의 둘레에 구비된 제2 상측 스테이지로 이루어진 상부 경판과; 원판의 중심부에 구비된 제1 하측 스테이지 및 상기 제1 하측 스테이지의 둘레에 구비된 제2 하측 스테이지로 이루어진 하부 경판과; 각각 상단부는 상기 제1 상측 스테이지에 관통 연결되고, 하단부는 상기 제1 하측 스테이지에 관통 연결되며, 단면이 원형인 복수개의 원형 열교환관; 및 각각 상단부는 상기 제2 상측 스테이지에 관통 연결되고, 하단부는 상기 제2 하측 스테이지에 관통 연결된 상기 타원형 열교환관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 복수개의 타원형 열교환관은 상기 제2 상측 스테이지 및 제2 하측 스테이지를 따라 방사상으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명의 타원형 열교환관은 그 단면이 타원형인 열교환관을 제공한다. 따라서, 동일한 외관 사이즈를 갖는 타 형상의 열교환관 대비 전열면적을 증가시킨다. 나아가, 외관에 열교환 핀을 삽입 압착시 외관과 열교환 핀 사이의 들뜸 현상을 방지한다.
또한, 본 발명은 타원형 열교환관에 구비된 열교환 핀 중 일부는 분리형 열교환 핀으로 구성하고, 나머지는 분리된 부분이 없는 연결형 열교환 핀으로 구성하여 복합적인 구성을 제공한다.
따라서, 분리형 열교환 핀에 의해 열교환율을 높임은 물론, 연결형 열교환 핀에 의해 제공되는 보강력에 의해 열교환 튜브의 변형을 원천적으로 방지하고, 그에 따라 변형 방지를 별도의 작업공정 개선이나 추가를 불필요하게 하므로 생산성을 향상시킨다.
한편, 본 발명의 저탕식 열교환기는 원둘레가 큰 경판의 외측에는 전열면적이 큰 타원형 열교환관을 배치하고, 원둘레가 작은 경판의 중심에는 전열면적이 작은 원형 열교환관을 배치하여 열교환관들을 복합적인 배열로 구성한다.
따라서, 열교환기의 전체 외경 대비 열교환관에 의한 전열면적을 월등히 증가시킬 수 있으며, 동일한 열효율을 제공함에 있어서 상대적으로 적은 개수의 열교환관을 사용하므로 열교환기의 크기를 줄일 수 있게 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 저탕식 보일러를 나타낸 정단면도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 저탕식 열교환기를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명에 따른 타원형 열교환관을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 타원형 열교환관과 타 형상의 열교환관을 비교한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 타원형 열교환관을 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 타원형 열교환관을 포함한 저탕식 열교환기를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 타원형 열교환관을 포함한 저탕식 열교환기를 나타낸 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 타원형 열교환관을 포함한 저탕식 열교환기를 나타낸 정면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 타원형 열교환관 및 그를 포함한 저탕식 열교환기에 대해 설명한다.
먼저, 도 3과 같이 본 발명에 따른 타원형 열교환관(heat exchange tube) (240)은 보일러, 히트펌프 및 공기조화장치를 비롯한 각종 냉난방 장치의 일 구성으로 사용되는 것으로 단면이 타원형이며 일정 길이를 갖는다.
이러한 타원형 열교환관(240)은 그 내부를 따라 유동하는 유체와 외부에 존재하는 유체 간에 열교환이 이루어지게 함으로써 온수나 난방수는 물론 온기나 냉기 등을 공급할 수 있게 한다.
예컨대, 타원형 열교환관(240)의 내부를 따라 유동하는 유체로는 보일러의 버너에서 발생한 고온의 연소가스이고, 타원형 열교환관(240)의 외부에 존재하는 유체는 직수와 같은 저온의 액체이다.
따라서, 고온의 연소가스가 타원형 열교환관(240) 내부를 통해 유동하는 동안 직수와 열교환 함으로써 주택, 공장 혹은 사무실 등의 난방부하에 온수나 난방수를 공급하게 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 타원형 열교환관(240)은 타원형으로 이루어진 열교환 튜브(241) 및 상기 열교환 튜브(241) 내측의 중공부를 향해 돌출되어 전열면적을 증가시키고 열교환율을 높이는 복수개의 열교환 핀(242)을 포함한다.
다만, 열교환 튜브(241)와 열교환 핀(242) 사이에 접촉 쉘(SH)(contact shell)을 더 배치할 수 있으며, 이러한 경우 접촉 쉘(SH)의 내측면에 열교환 핀(242)을 돌출시키고, 접촉 쉘(SH)의 외측면은 열교환 튜브(241)의 내측에 면접시켜 열전달이 일어나게 한다.
이상과 같은 열교환 핀(242)은 일 실시예로서 열전도율이 높은 금속성 원재(예: 스테인레스) 등을 인발(drawing)하여 성형하며, 인발시에는 접촉 쉘(SH)을 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이 제작된 열교환 핀(242)은 열교환 튜브(241) 내측에 삽입 조립된다.
한편, 상기한 열교환 튜브(241)는 단면이 타원형으로 이루어지며, 그 내부를 통해 열원(즉, 유체)이 유동하도록 중공부를 갖는 관 형상으로 이루어진다. 또한, 열교환 핀(242)은 열교환 튜브(241)의 내주면으로부터 돌출 형성되며, 열교환율을 높이도록 복수개 구비된다.
본 발명에서 열교환 튜브(241)를 타원형으로 한 이유는 열교환 튜브(241)의 장축(apsidal line)을 길게 함으로써 열교환 유체(예: 연소가스)의 유동량을 증가시키기 위한 것으로, 장축 길이는 열교환 용량에 따라 적절히 조절된다.
또한, 단면이 타원형인 열교환관을 제공함으로써 동일한 외관(즉, 튜브) 사이즈를 갖는 타 형상의 열교환관 대비 전열면적을 증가시킬 수 있고, 외관에 열교환 핀을 삽입 압착시 들뜸 현상을 방지할 수 있기 때문이다.
구체적으로 본 발명과 같이 열교환관이 타원형으로 이루어진 경우와 그 외 다른 형상의 열교환관 즉, 열교환관이 원형이나 장공형으로 등으로 이루어진 경우를 비교하여 보면 다음과 같다.
도 4의 (a)는 단면이 원형인 일반적인 원형 열교환관을 나타낸 평면도이고, 도 4의 (b)는 본 발명의 타원형 열교환관(240)이며, 도 4의 (c)는 단면이 장공형인 장공형 열교환관이다.
먼저, 도 4의 (a)와 같은 원형 열교환관은 곡률 반경이 매우 작아서 물리적으로 그 직경 치수를 늘리더라도 많은 수의 열교환 핀을 효율적으로 배치할 수 없고, 하나의 원형 열교환관에 수용 가능한 열교환 핀의 개수가 매우 적다.
또한, 도 4의 (b)와 같은 타원형 열교환관(240)과 도 4의 (c)와 같은 장공형 열교환관의 장축 길이(D2, D3)가 동일(D2=D3)한 경우 타원형 열교환관의 전열면적을 더 넓게 할 수 있다.
즉, 일 예로써 타원형 열교환관(240)의 열교환 핀의 폭 치수를 늘리면 16개의 열교환 핀으로 장공형 열교환관의 17개의 열교환 핀과 동일한 전열 효과를 제공한다.
따라서, 본 발명의 타원형 열교환관(240)은 장공형 열교환관에 비해 열교환 핀의 폭 치수를 늘리는 대신 동일한 전열면적을 제공하기 위해 상대적으로 작은 개수의 열교환 핀이 필요함을 알 수 있다.
또한, 장공형 열교환관은 평행하게 이격 배치된 직선부와 그 양단부를 연결하는 곡선부로 이루어지는데, 이때 장공형 열교환 튜브 내부에 열교환 핀을 삽입 압착시 직선부와 열교환 핀 사이에 들뜸 현상이 발생하여 제작이 어렵고, 불량 발생시 열전달이 정상적으로 이루어지지 않는다.
반면, 본 발명의 타원형 열교환관(240)은 전체 형상에서 직선부를 제거하고 오직 곡선부로만 구성되게 함으로써 위와 같은 들뜸 현상을 제조과정에서부터 미연에 방지하고, 이를 통해 열전달율(즉, 열교환율)을 월등히 높인다.
나아가, 위와 같은 본 발명의 열교환 핀(242)은 복수개로 이루어지며 열교환 튜브(241)의 일측 내주면으로부터 타측 내주면을 향하는 연장선상에 배치되되, 열교환 튜브(241)의 장축 방향을 따라 이격 배치된다.
이때, 본 발명의 다른 실시예는 도 5와 같이 열교환 핀(242) 중 일부분은 그 길이 방향에 대한 중간 부분이 분리된 '분리형 열교환 핀(242a)'이고, 그외 나머지는 그 길이 방향으로 전체가 연결된 '연결형 열교환 핀(242b)'으로 이루어진다.
따라서, 분리형 열교환 핀(242a)에 의해서는 연소가스와 같은 유체의 유동량을 증가시킴은 물론 유동중인 유체가 요동(fluctuation)치게 함으로써 열교환율을 높인다.
반면, 연결형 열교환 핀(242b)에 의해서는 열교환 튜브(241)의 변형을 방지하고, 생산성을 높이며, 유체가 분할되어 배출되는 분할 배기부하를 갖도록 한다. 연결형 열교환 핀(242b)이 강한 지지력(혹은 보강력)을 제공하고, 열교환 튜브(241) 내부를 구획하는 기능을 하기 때문이다.
구체적으로 연결형 열교환 핀(242b)은 열교환 튜브(241)의 내부를 가로지르도록 일체로 형성(혹은 2개의 튜브 끝단이 서로 접합)되어 있기 때문에 열교환 튜브(241)의 직선부 사이에 삽입된 보강재로 사용된다. 따라서, 열교환 튜브(241)의 변형을 방지한다.
또한, 열교환 튜브(241)에 변형이 발생하면 각 열교환 핀(242)과 열교환 튜브(241) 사이에 틈이 발생하고 열접촉이 해제되는데, 이러한 문제를 반복된 작업공정 개선이나 추가 공정으로 해결하는 대신 한 번의 설계변경에 의해 해결하므로 생산성을 향상시킨다.
또한, 연결형 열교환 핀(242b)에 의해 열교환 튜브(241)의 내부가 복수개의 구역으로 구획되므로, 실질적으로는 하나의 열교환관으로 복수개의 열교환관을 제공하는 역할을 하고 더 나아가 연소가스 등의 유체가 분할 배기부하로 되게 한다.
특히, 이상과 같은 열교환 튜브(241)는 하나 이상의 연결형 열교환 핀(242b)이 연속하여 배치된 '연결 핀 그룹(G1)'을 포함하는 것이 바람직하다.
예컨대, 도 5의 (a) 및 (b)와 같이 열교환 튜브(241)에 3개의 연결형 열교환 핀(242b)을 연속 배치한 연결 핀 그룹(G1)을 구비한다.
물론, 하나의 연결 핀 그룹(G1)에 속한 연결형 열교환 핀(242b)의 개수는 2개, 4개 혹은 5개 등을 비롯하여 다양하게 조절이 가능하다.
다만, 연결 핀 그룹(G1)에 포함된 연결형 열교환 핀(242b)의 개수가 많을수록 보강력이 커지고 열교환 튜브(241)의 변형을 방지하지만, 그에 반해 분리형 열교환 핀(242a)의 개수가 줄어들게 되므로 적절히 조절할 필요가 있다.
또한, 연결 핀 그룹(G1)은 적어도 하나 이상(즉, 하나 또는 복수개)이며, 분리형 열교환 핀(242a)들로 이루어진 구역 사이에 연결 핀 그룹(G1)이 배치되는 것이 바람직하다.
즉, 열교환 튜브(241)의 내부가 연결 핀 그룹(G1)에 의해 구획됨으로써 분리형 열교환 핀(242a)들로 이루어진 '분리 핀 그룹(G2)'과 그 외 '연결 핀 그룹(G1)'이 번갈아가며 배치되는 것이 바람직하다.
예컨대, 도 5의 (a)와 같이 연결 핀 그룹(G1)이 열교환 튜브(241)의 장축 방향에 대한 중심부에 1개 배치되면, 그에 의해 구획된 좌측 및 우측 구역에 각각 분리형 열교환 핀(242a)들이 배치된다.
도 5의 (b)와 같이 2개의 연결 핀 그룹(G1)을 갖는 경우라면 서로 이격된 2개의 연결 핀 그룹(G1) 사이의 구역과 그 외측 구역에 각각 분리형 열교환 핀(242a)들이 배치되게 하는 등 좀더 많은 수의 연결 핀 그룹(G1)을 구비할 수도 있다.
다만, 연결 핀 그룹(G1)에 의해 구획된 부분에 연속하여 배치된 분리형 열교환 핀(242a)들은 그 단부를 가상의 선으로 차례로 연결하면 'S'자 형상을 이루도록 그 개수 및 길이가 각각 조절되어 있는 것이 바람직하다.
상술한 'S'자 형상은 하나의 분리 핀 그룹(G2)에 의해 형성되거나, 혹은 인접 혹은 이격된 여러개의 분리 핀 그룹(G2)에 의해 형성되는 등 어느 경우나 가능하다.
따라서, 분리형 열교환 핀(242a)들이 배치된 각 구역에서 유체가 'S'자 형상으로 요동치게 되므로 열교환율이 더욱 높아진다.
이하, 이상과 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 타원형 열교환관을 포함한 저탕식 열교환기에 대해 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 타원형 열교환관을 포함한 저탕식 열교환기는 그 내부에 물 저장공간을 구비한 열교환기 몸체(210)를 포함한다.
이러한 열교환기 몸체(210)는 그 하부에 저온의 직수(혹은 예열수)가 유입되는 유입구(IN)가 설치되고, 상부에는 열교환을 통해 가열된 온수나 난방수가 배출되는 배출구(OUT)가 구비된다.
또한, 열교환기 몸체(210)의 상부에는 하향식 버너(도 1의 '151' 참조)가 설치되며, 열교환기 몸체(210)의 상부 내측에 구비된 소정의 공간은 화염 및 연소가스가 분출되는 연소실(211)로 사용된다.
이때, 열교환기 몸체(210)의 내부에는 상부 경판(220-T)(top end plate), 하부 경판(220-B)(bottom end plate), 원형 열교환관(230) 및 타원형 열교환관(240)이 설치된다.
상부 경판(220-T)과 하부 경판(220-B)은 열교환기 몸체(210) 내부에서 상하 방향으로 일정 거리 이격 배치되고, 이들 사이에는 복수개의 원형 열교환관(230) 및 타원형 열교환관(240)이 각각 수직하게 끼워진다.
위와 같은 구성에 따른 본 발명의 저탕식 열교환기는 열교환기 몸체(210) 내부의 연소가스와 그 외부의 직수 사이에 열교환이 이루어지게 하며, 열교환을 통해 가열된 직수는 온수나 난방수로 공급된다.
이를 위해 상부 경판(220-T) 상측의 연소실(211)은 버너(도 1의 151)에 노출되고, 하부 경판(220-B)은 연소가스 배출부(도 1의 140)에 연결되어 버너에서 발생한 고온의 연소가스가 각 열교환관(230, 240)들을 통과한 후 외부로 배출된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상부 경판(220-T)은 원판 형상으로 이루어져 있으며, 그 중심부에는 제1 상측 스테이지(220a-T)가 구비되고, 제1 상측 스테이지(220a-T)의 둘레(즉, 외측)에는 제2 상측 스테이지(220b-T)가 구비된다.
제1 상측 스테이지(220a-T)에는 원형 열교환관(230)이 끼워지도록 원형 조립공들이 복수개 관통 형성되어 있고, 제2 상측 스테이지(220b-T)에는 타원형 열교환관(240)이 끼워지도록 타원형 조립공이 관통 형성되어 있다.
그와 유사하게 하부 경판(220-B) 역시 원판 형상으로 이루어져 있으며, 그 중심부에는 제1 하측 스테이지가 구비되고, 제1 하측 스테이지의 둘레(즉, 외측)에는 제2 하측 스테이지가 구비된다.
하부 경판(220-B)은 열교환기 몸체(210)의 하단부에 구비되며, 상부 경판(220-T)의 하측으로 평행하게 이격 배치된다. 따라서, 상부 경판(220-T), 하부 경판(220-B) 및 열교환기 몸체(210)에 의해 둘러싸인 공간에 수실을 형성하고 수실에 열교환관(230, 240)들이 배치된다.
하부 경판(220-B)도 상부 경판(220-T)과 마찬가지로 제1 하측 스테이지에는 복수개의 원형 열교환관(230)이 끼워지는 원형 조립공들이 관통 형성되어 있고, 제2 하측 스테이지에는 복수개의 타원형 열교환관(240)이 끼워지는 타원형 조립공이 관통 형성되어 있다.
원형 열교환관(230)은 그 상하측의 개방 단부가 각각 상부 경판(220-T) 및 하부 경판(220-B)에 연결된다. 원형 열교환관(230)은 단면이 원형인 원형 관이므로 상술한 상부 경판(220-T) 및 하부 경판(220-B)의 원형 조립공에 끼워져 조립된다.
특히, 원형 열교환관(230)은 상하부 경판(220-B)의 중심부에 배치된다. 즉, 원형 열교환관(230)의 상단부는 상부 경판(220-T)의 제1 상측 스테이지(220a-T)에 관통 연결되고, 하단부는 하부 경판(220-B)의 제1 하측 스테이지에 관통 연결된다.
원형 열교환관(230)의 내주면에는 상술한 타원형 열교환관(240)과 마찬가지로 열교환 핀(heat exchange fin)이 삽입되어 있다. 열교환 핀은 연소가스와의 접촉 표면적을 넓힘으로써 열전달량을 증가시킨다.
타원형 열교환관(240)은 그 상하측의 개방 단부가 각각 상부 경판(220-T) 및 하부 경판(220-B)에 연결된다. 타원형 열교환관(240)은 단면이 타원형인 타원형 관이므로 상부 경판(220-T) 및 하부 경판(220-B)의 타원형 조립공에 끼워져 조립된다.
특히, 타원형 열교환관(240)은 상하부 경판(220-B)(230)의 외측에 배치된다. 즉, 타원형 열교환관(240)의 상단부는 상부 경판(220-T)의 제2 상측 스테이지(220b-T)에 관통 연결되고, 하단부는 하부 경판(220-B)의 제2 하측 스테이지에 관통 연결된다.
도 3 및 도 4 등을 참조하여 설명한 바와 같이 타원형 열교환관(240)의 내주면에는 열교환 핀(242)이 삽입되어 있어서 연소가스와의 접촉 표면적을 넓히고 열전달량을 증가시킨다.
이상과 같이 타원형 열교환관(240)의 장반경은 원형 열교환관(230)의 반경보다 2배 이상 길기 때문에 전열 면적이 월등히 넓어지고, 타원형 열교환관(240)의 단반경 역시 타원형 열교환관(240)의 반경보다 크다.
그러므로 원둘레가 큰 경판의 외측(즉 ,제2 스테이지)에는 타원형의 타원형 열교환관(240)을 배치하고, 원둘레가 작은 경판의 중심(즉, 제1 스테이지)에는 원형의 원형 열교환관(230)을 배치한다.
따라서, 타원형 열교환관(240)에 의해 저탕식 열교환기 전체의 외경 대비 전체 열교환관(220, 230)에 의한 전열면적을 월등히 증가시키고, 동일한 열효율을 제공함에 있어서 상대적으로 적은 개수의 열교환관을 사용하므로 저탕식 열교환기의 크기를 줄일 수 있게 한다.
또한, 본 발명은 복수개의 타원형 열교환관(240)들을 제2 상측 스테이지(220b-T) 및 제2 하측 스테이지를 따라 방사상으로 배치한다.
따라서, 제2 상측 스테이지(220b-T)(혹은, 제2 하측 스테이지)의 전체 면적 대비 타원형 열교환관(240)의 전체 단면적 비율이 매우 크다.
즉, 타원형 열교환관(240)들의 밀집도가 매우 높아지므로, 전열면적이 더욱 커지고 열교환율은 더욱 높아지게 된다.
또한, 본 발명의 상부 경판(220-T)은 제2 상측 스테이지(220b-T)가 제1 상측 스테이지(220a-T)보다 높이가 높은 다단식 상부 경판(220-T)인 것이 바람직하다.
이를 통해 버너에서 발생한 열원(화염 및 연소가스)이 방사상으로 분출될 때, 제1 상측 스테이지(220a-T) 및 제2 상측 스테이지(220b-T)까지의 도달거리를 균일하게 한다.
따라서, 열교환기 몸체(210)의 내부에 구비된 수실 중 특정 부분에 열전달이 집중되는 것을 방지함으로써 저온의 직수를 고르게 가열한다.
또한, 본 발명은 다단식 상부 경판(220-T) 중 제1 상측 스테이지(220a-T)와 제2 상측 스테이지(220b-T) 사이에 구비된 연결부(220c-T)를 슬로프(slope) 형상(점선 표시 부분)으로 한다.
슬로프 형상의 연결부(220c-T)는 연소가스와 같은 유체의 유동을 원할하게 하므로, 연소가스가 원형 열교환관(230) 및 타원형 열교환관(240)으로 안내되면서 열효율을 증가시킨다.
또한, 본 발명의 하부 경판(220-B) 역시 제2 하측 스테이지가 제1 하측 스테이지보다 높이가 높은 다단식 하부 경판(220-B)이고, 다단식 하부 경판(220-B)은 다단식 상부 경판(220-T)과 동일한 단차로 이루어져 있다.
도 8과 같이 하부 경판(220-B)의 중심부에 구비된 제1 하측 스테이지가 그 둘레에 구비된 제2 하측 스테이지보다 높이가 낮은 위치에 배치되므로, 정면에서 바라볼 때 제1 하측 스테이지만 보인다.
따라서, 원형 열교환관(230)과 타원형 열교환관(240)의 길이가 동일하게 되므로, 원형 열교환관(230)과 타원형 열교환관(240)을 통해 유동하는 연소가스의 유동 길이를 동일하게 하고 물탱크(120) 내부 전체에 고르게 열을 전달한다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
210: 열교환기 몸체
220: 경판
220a: 제1 상측 스테이지
220b: 제2 상측 스테이지
220c: 연결부
230: 원형 열교환관
240: 타원형 열교환관
241: 열교환 튜브
242: 열교환 핀
242a; 분리형 열교환 핀
242b: 연결형 열교환 핀

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 단면이 타원형으로 이루어지고, 열원이 유동하도록 중공부를 갖는 관 형상의 열교환 튜브(241)와 상기 열교환 튜브(241)의 내주면으로부터 돌출 형성된 복수개의 열교환 핀(242)을 포함하고,
    상기 복수개의 열교환 핀(242)은 상기 열교환 튜브(241)의 일측 내주면으로부터 타측 내주면을 향하는 연장선상에 배치되되, 상기 열교환 튜브(241)의 장축(apsidal line) 방향을 따라 이격 배치되며, 상기 열교환 핀(242) 중 일부분은 그 길이 방향에 대한 중간 부분이 분리된 분리형 열교환 핀(242a)이고, 상기 분리형 열교환 핀(242a)을 제외한 나머지는 그 길이 방향으로 전체가 연결된 연결형 열교환 핀(242b)이고,
    상기 복수개의 열교환 핀(242)들 중에는 하나 이상의 상기 연결형 열교환 핀(242b)이 연속하여 배치된 연결 핀 그룹(G1)이 포함되어 있고, 상기 연결 핀 그룹(G1)은 적어도 하나 이상이고, 상기 분리형 열교환 핀(242a)들로 이루어진 구역 사이에 상기 연결 핀 그룹(G1)이 배치되며,
    상기 연결 핀 그룹(G1)에 의해 구획된 부분에 있는 상기 분리형 열교환 핀(242a)들은 그 단부를 가상의 선으로 차례로 연결하면 'S'자 형상을 이루도록 길이가 조절되어 있는 타원형 열교환관(240)을 포함한 저탕식 열교환기(200)에 있어서,
    원판의 중심부에 구비된 제1 상측 스테이지(220a-T) 및 상기 제1 상측 스테이지(220a-T)의 둘레에 구비된 제2 상측 스테이지(220b-T)로 이루어진 상부 경판(220-T)과;
    원판의 중심부에 구비된 제1 하측 스테이지 및 상기 제1 하측 스테이지의 둘레에 구비된 제2 하측 스테이지로 이루어진 하부 경판(220-B)과;
    각각 상단부는 상기 제1 상측 스테이지(220a-T)에 관통 연결되고, 하단부는 상기 제1 하측 스테이지에 관통 연결되며, 단면이 원형인 복수개의 원형 열교환관(230); 및
    각각 상단부는 상기 제2 상측 스테이지(220b-T)에 관통 연결되고, 하단부는 상기 제2 하측 스테이지에 관통 연결된 상기 타원형 열교환관(240);을 포함하는 것을 특징으로 하는 저탕식 열교환기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수개의 타원형 열교환관(240)은 상기 제2 상측 스테이지(220b-T) 및 제2 하측 스테이지를 따라 방사상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 저탕식 열교환기.
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