KR101717092B1 - 열교환기 - Google Patents

열교환기 Download PDF

Info

Publication number
KR101717092B1
KR101717092B1 KR1020150121959A KR20150121959A KR101717092B1 KR 101717092 B1 KR101717092 B1 KR 101717092B1 KR 1020150121959 A KR1020150121959 A KR 1020150121959A KR 20150121959 A KR20150121959 A KR 20150121959A KR 101717092 B1 KR101717092 B1 KR 101717092B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat
heat medium
flow path
unit
combustion gas
Prior art date
Application number
KR1020150121959A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170025475A (ko
Inventor
정인철
Original Assignee
주식회사 경동나비엔
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 경동나비엔 filed Critical 주식회사 경동나비엔
Priority to KR1020150121959A priority Critical patent/KR101717092B1/ko
Priority to EP16842139.4A priority patent/EP3343126A4/en
Priority to PCT/KR2016/008845 priority patent/WO2017039173A1/ko
Priority to JP2018505736A priority patent/JP6828012B2/ja
Priority to US15/752,158 priority patent/US10598405B2/en
Publication of KR20170025475A publication Critical patent/KR20170025475A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101717092B1 publication Critical patent/KR101717092B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/34—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water chamber arranged adjacent to the combustion chamber or chambers, e.g. above or at side
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/24—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
    • F24H1/30—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle being built up from sections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/24—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
    • F24H1/30—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle being built up from sections
    • F24H1/32—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle being built up from sections with vertical sections arranged side by side
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/44—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with combinations of two or more of the types covered by groups F24H1/24 - F24H1/40 , e.g. boilers having a combination of features covered by F24H1/24 - F24H1/40
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/44—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with combinations of two or more of the types covered by groups F24H1/24 - F24H1/40 , e.g. boilers having a combination of features covered by F24H1/24 - F24H1/40
    • F24H1/445—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with combinations of two or more of the types covered by groups F24H1/24 - F24H1/40 , e.g. boilers having a combination of features covered by F24H1/24 - F24H1/40 with integrated flue gas condenser
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H8/00—Fluid heaters characterised by means for extracting latent heat from flue gases by means of condensation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/0005—Details for water heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F28F3/042—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element
    • F28F3/044—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element the deformations being pontual, e.g. dimples
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/0005—Details for water heaters
    • F24H9/001—Guiding means
    • F24H9/0015—Guiding means in water channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0024—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for combustion apparatus, e.g. for boilers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • F28D21/0005—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases for domestic or space-heating systems
    • F28D21/0007—Water heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D9/005—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/025—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F28F3/042—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element
    • F28F3/046—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element the deformations being linear, e.g. corrugations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Details Of Fluid Heaters (AREA)

Abstract

본 발명은 열효율을 향상시킨 열교환기를 제공함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명은, 복수의 플레이트 사이의 공간에 열매체가 유동하는 열매체유로와, 버너(100)에서 연소된 연소가스가 유동하는 연소가스유로가 인접하게 교대로 형성된 열교환부(200)를 구비하되, 상기 열교환부(200)는, 연소실(C)의 외측을 둘러싸며 상기 플레이트의 일측 영역으로 이루어져 상기 버너(100)의 연소에 의해 발생한 연소가스의 현열을 이용하여 열매체를 가열하는 현열부(200A)와, 상기 플레이트의 타측 영역으로 이루어져 상기 현열부(200A)에서 열교환을 마친 연소가스에 포함된 수증기의 잠열을 이용하여 열매체를 가열하는 잠열부(200B)로 이루어지고, 상기 현열부(200A)와 잠열부(200B) 사이에는 열매체의 연결유로가 형성되며, 상기 잠열부(200B)는, 상기 열매체가 유입되는 열매체 입구(201)와, 상기 복수의 플레이트 사이에 형성되되 상기 열매체 입구(201)에 병렬로 연통되는 복수의 잠열부 열매체유로(P1)로 이루어지고, 상기 현열부(200A)는, 상기 열매체가 유출되는 열매체 출구(202)와, 상기 복수의 플레이트 사이에 형성되되, 상기 잠열부 열매체유로(P1)와 상기 열매체 출구(202) 사이에 직렬로 연결되는 복수의 현열부 열매체유로(P3)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

열교환기{HEAT EXCHANGER}
본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수개의 단위플레이트를 적층시켜 현열부와 잠열부를 일체로 형성함으로써 조립구조를 간소화함과 아울러 열매체의 유동저항을 줄이면서 한정된 공간 내에 열매체의 유동 경로를 길게 형성하여 열매체와 연소가스 간의 전열 면적을 넓게 확보할 수 있는 열교환기에 관한 것이다.
난방용 또는 온수용으로 사용되는 보일러는 난방수 또는 직수(이하, ‘열매체’라 통칭함)를 열원에 의해 가열시켜 원하는 지역을 난방하거나 온수를 공급하는 장치로서, 가스와 공기의 혼합기를 연소시키는 버너와, 연소가스의 연소열을 열매체로 전달하는 열교환기를 포함하여 구성된다.
초기에 생산된 보일러는 버너의 연소 시 발생하는 현열만을 이용하여 열매체를 가열하는 방식의 열교환기를 사용하였으나, 근래에 생산되는 보일러는 열효율을 향상시키기 위해 연소실에서 발생되는 연소가스의 현열을 흡수하는 현열 열교환기와, 상기 현열 열교환기에서 열교환을 마친 연소가스에 포함되어 있는 수증기가 응축되면서 발생하는 잠열을 흡수하는 잠열 열교환기를 구비한 콘덴싱 보일러가 사용되고 있다. 이러한 콘덴싱 보일러는 가스보일러 뿐만 아니라 기름보일러에도 실용화되어 보일러 효율의 증가 및 연료비 절감에 많은 기여를 하고 있다.
이와 같이 현열 열교환기와 잠열 열교환기로 구성되는 종래의 콘덴싱 방식의 열교환기는, 통상 하우징의 상부에 송풍기와 연료공급노즐 및 버너가 설치되고, 상기 버너의 하측으로 하우징의 내부에는 열교환파이프의 외측에 열교환핀이 결합된 현열 열교환기와 잠열 열교환기가 순차적으로 설치된 구조로 이루어져 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 콘덴싱 방식의 열교환기에 있어서는, 하우징의 상부에 위치하는 송풍기와, 하우징의 내부에 개별적으로 구성된 현열 열교환기와 잠열 열교환기의 구조상 열교환기의 부피가 커지게 되는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해소하고 최소한의 부피를 갖도록 하면서 열교환 효율을 향상시키기 위한 선행기술의 일례로서, 등록특허 제10-0813807호 에는, 중앙에 버너가 위치하고, 버너의 둘레에 코일형태로 감겨진 열교환파이프로 구성된 열교환기가 개시되어 있다.
상기 선행기술 문헌에 소개된 열교환기는, 튜브를 납작한 형태로 성형하여 열전달 매체부에 압력이 가해질 경우 둥근 형태로 변형이 되는 문제를 가지고 있고, 튜브를 말아올려 제작하기 때문에 두께가 두꺼워지는 문제가 있다.　
또한 종래의 열교환기는 열교환관이 연소실의 둘레에 코일형태로 감겨진 구조로 이루어져 있고, 열매체가 열교환관을 따라 일방향으로만 유동하게 되므로 연소가스와 열매체 간의 열교환이 코일형태로 형성되는 열교환기 주변의　국부적인 공간에서만 이루어지므로 전열 면적을 넓게 확보할 수 없는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열매체의 유동 저항을 줄이면서 한정된 공간에 열매체의 유동 경로를 최대한 길게 형성하여 열매체와 연소가스 간의 전열 면적을 넓게 확보하여 열효율을 향상시킨 열교환기를 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 열교환기는, 복수의 플레이트 사이의 공간에 열매체가 유동하는 열매체유로와, 버너(100)에서 연소된 연소가스가 유동하는 연소가스유로가 인접하게 교대로 형성된 열교환부(200)를 구비하되, 상기 열교환부(200)는, 연소실(C)의 외측을 둘러싸며 상기 플레이트의 일측 영역으로 이루어져 상기 버너(100)의 연소에 의해 발생한 연소가스의 현열을 이용하여 열매체를 가열하는 현열부(200A)와, 상기 플레이트의 타측 영역으로 이루어져 상기 현열부(200A)에서 열교환을 마친 연소가스에 포함된 수증기의 잠열을 이용하여 열매체를 가열하는 잠열부(200B)로 이루어지고, 상기 현열부(200A)와 잠열부(200B) 사이에는 열매체의 연결유로가 형성되며, 상기 잠열부(200B)는, 상기 열매체가 유입되는 열매체 입구(201)와, 상기 복수의 플레이트 사이에 형성되되 상기 열매체 입구(201)에 병렬로 연통되는 복수의 잠열부 열매체유로(P1)로 이루어지고, 상기 현열부(200A)는, 상기 열매체가 유출되는 열매체 출구(202)와, 상기 복수의 플레이트 사이에 형성되되, 상기 잠열부 열매체유로(P1)와 상기 열매체 출구(202) 사이에 직렬로 연결되는 복수의 현열부 열매체유로(P3)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열교환기에 의하면, 유사한 패턴으로 제작된 다수의 단위플레이트를 적층시켜 다중 병렬의 열매체유로를 갖는 잠열부와 직렬의 열매체유로를 갖는 현열부를 일체로 형성함으로써, 열매체의 유동저항을 줄이면서도 한정된 공간 내에 열매체의 유동 경로를 최대한 길게 형성하여 열매체와 연소가스 간의 열교환 효율을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 사시도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 우측면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 정면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 분해 사시도,
도 5는 도 4에 도시된 단위플레이트의 일부를 확대하여 도시한 사시도,
도 6은 잠열부와 현열부를 경유하는 열매체의 유동 경로를 나타낸 사시도,
도 7은 도 3의 A-A 선을 따라 절개한 사시도,
도 8은 도 3의 B-B 선을 따라 절개한 사시도,
도 9는 도 3의 C-C 선을 따라 절개한 사시도,
도 10은 도 3의 D-D 선을 따라 절개한 사시도,
도 11은 도 3의 E-E 선을 따라 절개한 사시도,
도 12는 도 3의 F-F 선을 따라 절개한 사시도,
도 13은 도 3의 G-G 선을 따라 절개한 사시도,
도 14는 도 3의 H-H 선을 따라 절개한 사시도,
도 15는 도 3의 I-I 선을 따라 절개한 사시도,
도 16은 잠열부의 하부에 연소가스 통과부가 형성된 모습을 나타낸 사시도,
도 17은 열매체가 가이드부에 의해 연소실의 내측을 향하는 방향으로 유도되는 상태를 보여주는 도면,
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환기의 사시도,
도 19는 도 18의 정면도,
도 20은 도 19의 J-J 선을 따라 절개한 사시도.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기(1)는, 공기와 연료의 혼합기를 연소시켜 열소열과 연소가스를 발생시키는 버너(100)와, 상기 버너(100)의 둘레에 구비되어 버너(100)의 연소에 의해 발생하는 연소가스와 열매체 간에 열교환이 이루어지고, 복수의 플레이트가 적층되어 구성되는 열교환부(200)와, 상기 열교환부(200)를 통과한 연소가스가 배출되는 연소가스 배출부(300)를 포함한다.
상기 버너(100)는 원통형 버너로서, 열교환부(200)에 마련되는 연소실(C) 공간에 정면에서부터 수평방향으로 삽입되어 조립되며, 이로써 버너(100)의 탈착 및 열교환기(1)의 유지보수 작업의 편의성을 향상시킬 수 있다.
상기 열교환부(200)는, 연소실(C)의 외측을 둘러싸며 상기 플레이트의 일측 영역으로 이루어져 버너(100)의 연소에 의해 발생한 연소가스의 현열을 이용하여 열매체를 가열하는 현열부(200A)와, 상기 플레이트의 타측 영역으로 이루어져 현열부(200A)에서 열교환을 마친 연소가스에 포함된 수증기가 응축되면서 발생하는 잠열을 이용하여 열매체를 가열하는 잠열부(200B)로 구성된다.
상기 복수의 플레이트는 현열부(200A)가 상부에 위치하고, 잠열부(200B)가 하부에 위치하도록 직립구조로 배치되어 전후방으로 적층된다.
상기 연소가스 배출부(300)는, 잠열부(200B)의 하부를 덮는 하부덮개(310)와, 상기 하부덮개(310)에서 일측으로 연결되어 상측으로 연장되는 연소가스 배출관(320)으로 구성된다. 상기 하부덮개(310)의 하부에는 잠열부(200B)에서 발생하는 응축수를 배출하기 위한 응축수 배출관(311)이 연결된다.
이하, 상기 열교환부(200)를 구성하는 복수의 플레이트와 현열부(200A) 및 잠열부(200B)의 구성 및 작용을 설명한다.
상기 열교환부(200)는, 복수의 플레이트가 전방에서 후방으로 적층되어 구성되고, 상부에 위치하는 현열부(200A)와 하부에 위치하는 잠열부(200B)는 상기 복수의 플레이트에 일체로 형성된다.
일실시예로서, 상기 복수의 플레이트는, 제1 내지 제12단위플레이트(200-1,200-2,200-3,200-4,200-5,200-6,200-7,200-8,200-9,200-10,200-11,200-12)로 구성되고, 상기 각각의 단위플레이트는 전방에 위치하는 제1플레이트(200a-1,200a-2,200a-3,200a-4,200a-5,200a-6,200a-7,200a-8,200a-9,200a-10,200a-11,200a-12)와, 그 후방에 적층되는 제2플레이트(200b-1,200b-2,200b-3,200b-4,200b-5,200b-6,200b-7,200b-8,200b-9,200b-10,200b-11,200b-12)로 구성된다.
도 7 내지 도 13을 참조하면, 상기 각각의 단위플레이트를 구성하는 제1플레이트와 제2플레이트 사이에는 잠열부 열매체유로(P1)와 현열부 열매체유로(P3)가 형성되고, 인접하게 적층되는 단위플레이트 중 일측에 위치하는 단위플레이트를 구성하는 제2플레이트와, 타측에 위치하는 단위플레이트의 제1플레이트 사이에는 잠열부 연소가스유로(P2)와 현열부 연소가스유로(P4)가 형성된다.
도 4와 도 5를 참조하면, 상기 제1플레이트는, 제1평면부(210)와, 상기 제1평면부(210)의 일측에서 전방으로 돌출되고 중앙에는 제1개방구(A1)가 형성되어 상기 현열부(200A)를 구성하는 제1돌출부(220)와, 상기 제1평면부(210)의 타측에서 전방으로 돌출되어 상기 잠열부(200B)를 형성하는 제2돌출부(230), 및 제1플레이트의 가장자리부에서 후방으로 절곡된 제1플랜지부(240)로 이루어진다.
상기 제1플레이트 중 최전방에 위치하는 제1플레이트(200a-1)에는, 잠열부(200B)의 하부 일측에 열매체 입구(201)가 형성되고, 현열부(200A)의 상부 일측에는 열매체 출구(202)가 형성된다.
상기 제1플레이트 중 상기 최전방에 위치하는 제1플레이트(200a-1)의 후방으로 순차 적층되는 제1플레이트(200a-2~200a-12)에는, 잠열부(200B)의 하부 일측에 제1관통구(H1)가 형성되고, 잠열부(200B)의 상부 타측에는 제2관통구(H2)가 형성되며, 현열부(200A)의 하부 타측에는 제3관통구(H3)가 형성되고, 현열부(200A)의 상부 일측에는 제4관통구(H4)가 형성된다.
상기 제2플레이트는, 제2평면부(250)와, 상기 제2평면부(250)의 일측에서 후방으로 함몰되어 상기 제1돌출부(220)와의 사이에 현열부 열매체유로(P3)를 형성하고 중앙에는 상기 제1개방구(A1)와 대응되는 제2개방구(A2)가 형성된 제1함몰부(260)와, 상기 제2평면부(250)의 타측에서 후방으로 함몰되어 상기 제2돌출부(230)와의 사이에 잠열부 열매체유로(P1)를 형성하는 제2함몰부(270), 및 제2플레이트의 가장자리부에서 후방으로 절곡된 제2플랜지부(280)로 이루어진다.
상기 제2플레이트에는, 잠열부(200B)의 하부 일측에 제5관통구(H5)가 형성되고, 잠열부(200B)의 상부 타측에는 제6관통구(H6)가 형성되며, 현열부(200A)의 하부 타측에는 제7관통구(H7)가 형성되고, 현열부(200A)의 상부 일측에는 제8관통구(H8)가 형성된다.
그리고, 제9단위플레이트(200-9)의 제1플레이트(200a-9)와, 제8단위플레이트(200-8)의 제2플레이트(200b-8)에는, 현열부(200A)의 하부 타측에 제1막힘부(H3',H7')가 형성되고, 제5단위플레이(200-5)의 제1플레이트(200a-5)와 제4단위플레이트(200-4)의 제2플레이트(200b-4)에는 현열부(200A)의 상부 일측에 제2막힘부(H4',H8')가 형성된다. 상기 제1막힘부(H3',H7')와 제2막힘부(H4',H8')는 현열부 열매체유로(P3)를 통과하는 열매체의 유동경로를 변환시켜 직렬 유로를 형성하기 위한 구성으로서, 그 작용은 후술하기로 한다.
한편, 도 10과 도 13을 참조하면, 상기 관통구(H3,H7)에는 상기 연소가스유로를 향하여 돌출되어 돌출된 단부가 맞닿는 제1플랜지부(H3-1)와 제2플랜지부(H7-1)가 형성되고, 상기 관통구(H4,H8)에는 상기 연소가스유로를 향하여 돌출되어 돌출된 단부가 맞닿는 제1플랜지부(H4-1)와 제2플랜지부(H8-1)가 형성된다.
상기 제1플랜지부(H3-1,H4-1)와 제2플랜지부(H7-1,H8-1)의 구성에 의하면, 현열부 열매체유로(P3)와 현열부 연소가스유로(P4)가 공간적으로 분리됨과 아울러 현열부 연소가스유로(P4)의 간격을 일정하게 유지할 수 있다.
그리고, 도 4와 도 15를 참조하면, 상기 현열부(200A)의 후방에는 잠열부(200B)의 열매체유로를 통과한 열매체가 현열부(200A)의 열매체유로로 유동하도록 열매체의 연결유로를 제공함과 아울러 상기 연소실(C)의 단열을 위한 물집냉각부(B)가 형성된다.
상기 물집냉각부(B)는, 최후방에 위치하는 단위플레이트(200-12)의 제1플레이트(200a-12)에 형성된 제1단열판(B1)과 제2플레이트(200b-12)에 형성된 제2단열판(B2) 사이에 열매체가 충진된 것으로 구성된다. 상기 제1단열판(B1)과 제2단열판(B2)에는 빗살 형태를 갖는 돌출부와 함몰부가 서로 교차되도록 형성되어 상기 물집냉각부(B)를 통과하는 열매체의 유동에 난류가 발생되도록 구성할 수 있다.
이와 같은 물집냉각부(B)의 구성에 의하면, 별도의 단열재를 설치하지 않더라도 연소실(C)의 단열이 가능해져 열교환기(1)의 과열을 방지할 수 있고, 잠열부 열매체유로(P1)와 현열부 열매체유로(P3)를 연결하는 열매체의 연결유로를 제1단열판(B1)과 제2단열판(B2) 사이의 공간에 넓게 확보할 수 있어 열매체의 유로 저항을 감소시킬 수 있다. 그리고, 상기 연소실(C)을 둘러싸는 외벽에는 열매체가 흐르는 현열부 열매체유로(P3)가 마련되어 연소실(C) 외벽의 단열이 가능하므로, 상기 연소실(C)은 상기 물집냉각부(B)와 현열부 열매체유로(P3)에 의해 전체 영역에 걸쳐 단열이 가능해진다.
한편, 상기 제2돌출부(230)와 제2함몰부(270)는 상반된 방향으로 절곡된 빗살 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1플레이트와 제2플레이트의 적층 시, 상기 제1평면부(210)와 제2평면부(250)는 맞닿게 되고, 하나의 단위플레이트에서 상반된 방향으로 절곡된 제2돌출부(230)와 제2함몰부(270)의 사이에는 열매체가 유동하는 잠열부 열매체유로(P1)가 형성되고, 인접하게 적층되는 일측의 단위플레이트의 제2함몰부(270)와 타측의 단위플레이트의 제2돌출부(230) 사이에는 연소가스가 유동하는 잠열부 연소가스유로(P2)가 형성된다.
이와 같이 제2돌출부(230)와 제2함몰부(270)는 상반된 방향으로 절곡된 빗살 형태로 구성함으로써, 잠열부 열매체유로(P1)를 통과하는 열매체와, 잠열부 연소가스유로(P2)를 통과하는 연소가스의 유동에 난류를 발생시켜 열교환 효율을 높일 수 있다.
도 7과 도 16을 참조하면, 상기 제1플레이트와 제2플레이트의 적층 시, 상기 제1플랜지부(240)와 제2플랜지부(280)는 일부가 중첩되며, 중첩된 부위가 용접 결합됨으로써, 열교환부(200)의 외벽을 형성하게 된다.
그리고, 이웃하는 플레이트의 제1플랜지부(240)와 제2플랜지부(280)가 중첩된 상태에서 상기 복수의 플레이트의 가장자리 중 일부 영역에는 상기 잠열부 연소가스유로(P2)를 유동하는 연소가스가 연소가스 배출부(300)를 향하여 통과하는 연소가스 통과부(D)가 형성된다.
이를 위한 구성으로, 상기 제1플랜지부(240)의 연소가스 배출측에는 복수의 제1절개부(241)가 형성되고, 상기 제2플랜지부(280)의 연소가스 배출측에는 복수의 제2절개부(281)가 형성되며, 상기 제1플레이트와 제2플레이트의 적층시, 상기 제1절개부(241)와 제2절개부(281)의 일부영역에 상기 연소가스 통과부(D)가 형성된다.
상기 연소가스 통과부(D)는 잠열부(200A)의 하부에 횡방향과 종방향으로 일정 간격 이격되어 다수로 형성되며, 이로써 잠열부(200A)를 통과한 연소가스가 잠열부(200A) 하부의 전체 영역에 걸쳐 균일한 유량씩 분배되어 배출될 수 있어, 잠열부(200A)를 통과하여 연소가스 배출부(300) 측으로 배출되는 연소가스의 유동 저항을 감소시키고 소음 및 진동을 방지하는 기능을 한다.
한편, 상기 현열부(200A)의 열매체유로(P3)에는 열매체가 연소실(C)의 중앙을 향하여 유동하도록 유도하는 가이드부(221,261)가 형성된다. 상기 가이드부(221,261)는 현열부(200A)의 외측부에 둘레방향으로 이격되어 복수로 형성된다.
여기서, 상기 현열부(200A)의 외측부는, 현열부(200A)의 너비 중간부와 외측단 사이의 영역으로서, 상기 현열부(200A)의 외측단에 근접하는 영역을 지칭한다.
상기 가이드부(221,261)는, 제1플레이트에서 현열부 열매체유로(P3)를 향하여 돌출된 복수의 제1가이드부(221)와, 제2플레이트에서 현열부 열매체유로(P3)를 향하여 돌출되며 상기 제1가이드부(221)와 대응되는 위치에 형성된 복수의 제2가이드부(261)로 구성된다.
도 11과 도 17을 참조하면, 상기 제1가이드부(221)의 돌출된 단부와, 제2가이드부(261)의 돌출된 단부는 맞닿도록 형성되어, 제1플레이트와 제2플레이트 간의 결합강도를 향상시킬 수 있다.
상기 제1가이드부(221)는, 열매체의 유동방향을 기준으로 전방에 위치하는 제1가이드(221a)와, 상기 제1가이드(221a)의 후방에서 연소실(C)을 향하는 사선 방향으로 이격되어 위치하는 제2가이드(221b)와, 상기 제1가이드(221a)의 후방으로 이격되어 위치하는 제3가이드(221c)로 구성될 수 있으며, 제2가이드부(226) 또한 상기 제1가이드부(221)와 대응되도록 구성될 수 있다.
이와 같은 가이드부(221,261)의 구성에 의하면, 도 17에서 화살표로 도시된 바와 같이, 현열부 열매체유로(P3)를 따라 유동하는 열매체는 상기 가이드부(221,261)에 의해 그 유동경로가 연소실(C)을 향하는 방향으로 유도되므로, 연소실(C) 내에 장착되는 버너(100)와 열매체 간의 이격 거리가 가까워져 버너(100)의 연소열이 열매체에 효과적으로 전달되고, 열매체의 유동에 난류발생이 촉진되어 열전달 효율을 향상시킬 수 있다.
도 12를 참조하면, 상기 제1돌출부(220)에는 현열부 연소가스유로(P4)를 향하여 돌출된 복수의 제1간격유지부(222)가 형성되고, 상기 제1함몰부(260)에는 현열부 연소가스유로(P4)를 향하여 돌출되며 상기 제1간격유지부(222)와 대응되는 위치에 형성된 복수의 제2간격유지부(262)가 형성된다. 상기 제1간격유지부(222)의 돌출된 단부와 상기 제2간격유지부(262)의 돌출된 단부는 맞닿도록 형성된다.
이와 같은 제1간격유지부(222)와 제2간격유지부(262)의 구성에 의하면, 전술한 제1플랜지부(H3-1,H4-1)와 제2플랜지부(H7-1,H8-1)의 구성과 더불어 현열부 연소가스유로(P4)의 간격을 일정하게 유지하고, 제1플레이트와 제2플레이트 간의 결합강도를 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 현열부 연소가스유로(P4)를 통과하는 연소가스의 유동에 국부적인 층류를 형성함으로써 연소가스와 열매체 간에 열교환 효율을 향상시킬 수 있도록 상기 현열부 연소가스유로(P4)의 상하로 이격된 간격은 0.8~1.6mm의 범위에서 설정됨이 바람직하다.
그리고, 도 11과 도 12 및 도 15에 도시된 바와 같이, 연소실(C)의 둘레에 위치하는 제1플레이트의 단부와 제2플레이트의 단부 중 어느 하나는 절곡되어 다른 하나에 밀착되도록 시밍(Seaming) 가공되어 용접 결합된다. 이 경우, 시밍 가공된 단부(S)의 과열을 방지하고 용접 품질을 유지할 수 있도록 상기 시밍 가공된 제1플레이트와 제2플레이트의 단부(S)의 길이는 1~5mm의 범위로 설정됨이 바람직하다.
한편, 도 17을 참조하면, 상기 현열부(200A)를 구성하는 플레이트의 영역 중, 잠열부(200B)를 향하는 측 영역의 너비(E1)가 상기 잠열부(200B)의 반대측 영역의 너비(E2)보다 크게 형성됨이 바람직하다. 이는, 연소실(C)에서 발생된 연소가스는 대부분 잠열부(B)를 향하여 유동하게 되므로 잠열부(200B)를 향하는 측 영역의 너비(E1)를 잠열부(200B)의 반대측 영역의 너비(E2)보다 크게 형성함으로써, 열교환이 활발하게 이루어지는 영역의 전열면적을 더욱 넓게 확보하기 위함이다.
이하, 본 발명에 따른 열교환기(1)에서 연소가스의 유동 경로와 열매체의 유동 경로를 설명한다.
먼저, 도 14를 참조하여 연소가스의 유동 경로를 설명한다. 도 14에서 화살표시는 연소가스의 유동 방향을 나타낸 것이다.
버너(100)의 연소에 의해 발생한 연소가스는, 연소실(C) 내에서 방사상의 외측방향으로 유동하여 현열부(200A)의 단위플레이트 사이에 형성된 현열부 연소가스유로(P4)를 통과하게 되며, 이 과정에서 현열부 열매체유로(P3)를 통과하는 열매체에 연소가스의 현열을 전달하게 된다.
상기 현열부 연소가스유로(P4)를 경유하여 하향 이동하는 연소가스는 잠열부(200B)의 단위플레이트 사이에 형성된 잠열부 연소가스유로(P2)를 통과하여 하향 이동하게 되며, 이 과정에서 연소가스의 수증기에 포함된 응축수의 잠열은 현열부 열매체유로(P1)를 통과하는 열매체에 전달되어 열매체를 예열하게 된다.
상기 잠열부 연소가스유로(P2)의 하부에 다다른 연소가스는 잠열부(200B)의 하부에 일정 간격을 두고 다수로 형성된 연소가스 통과부(D)를 통과하여 하방향으로 배출된다. 이때, 상기 연소가스는 일정 간격으로 형성된 연소가스 통과부(D)에 의해 잠열부(200B)의 하부 영역 전체에 걸쳐서 균일한 유량씩 나뉘어 배출됨에 따라 연소가스가 일측으로 쏠리는 현상이 방지되어 연소가스의 유동저항을 줄일 수 있고, 아울러 소음 및 진동의 발생을 최소화할 수 있다.
상기 연소가스 통과부(D)를 통과한 연소가스는 하부덮개(310)와 연소가스 배출관(320)을 통하여 상측으로 배출되고, 응축수는 하부덮개(310)의 하부에 연결된 응축수 배출관(311)을 통하여 배출된다.
이하, 도 4와 도 6을 참조하여 열매체의 유동 경로를 설명한다. 도 4와 도 6에서 화살표시는 열매체의 유동 방향을 나타낸 것이다.
먼저, 잠열부(200B)에서의 열매체의 유동 경로를 설명한다.
다수의 플레이트 중 전면에 위치하는 제1플레이트(200a-1)에 형성된 열매체 입구(201)로 유입된 열매체는, 그 후방에 적층되는 다수의 플레이트(200b-1~200a-12)에 형성된 제1관통구(H1) 및 제5관통구(H5)를 순차로 통과하여 최후방에 위치하는 단위플레이트(200-12)의 제1플레이트(200a-12)와 제2플레이트(200b-12) 사이에 마련되는 물집냉각부(B)를 향하여 유동한다. 그리고, 상기 제1관통구(H1) 및 제5관통구(H5)를 순차로 통과하는 열매체 중 일부 유량의 열매체는 각각의 단위플레이트(200-1~200-11)의 내부에 병렬구조로 마련된 잠열부 열매체유로(P3)를 통과하여 상기 제1관통구(H1) 및 제5관통구(H5)와 대각선 방향에 위치하는 제2관통구(H2) 및 제6관통구(H6)를 순차로 통과하여 상기 제1플레이트(200a-12)와 제2플레이트(200b-12) 사이에 마련되는 물집냉각부(B)를 향하여 유동한다.
이와 같이 잠열부(200B)의 열매체유로는 다중 병렬로 구비되므로, 잠열부 열매체유로(P1)를 통과하는 열매체의 유동저항을 감소시킴과 아울러 잠열부 열매체유로(P1)는 잠열부 연소가스유로(P2)와 인접하게 교대로 배치되므로, 잠열부 열매체유로(P1)를 통과하는 열매체는 연소가스에 포함된 수증기의 잠열을 효과적으로 흡수하여 예열될 수 있다.
다음으로, 현열부(200A)에서의 열매체의 유동 경로를 설명한다.
상기 물집냉각부(B)를 통과한 열매체는 연소실(C)의 후방으로 전달되는 열을 흡수한 후에, 제12단위플레이트(200-12)의 제1플레이트(200a-12)에 형성된 제3관통구(H3)와 그 전방에 순차로 적층되는 플레이트(200b-11~200b-9)에 형성된 제3관통구(H3)와 제7관통구(H7)를 순차로 통과한다.
그리고, 그 전방에 적층되는 플레이트(200a-9,200b-8)에는 제1막힘부(H3',H7')가 형성되므로, 상기 제3관통구(H3)와 제7관통구(H7)를 순차로 통과하여 각각의 단위플레이트(200-12~200-9)에 형성된 현열부 열매체유로(P3)로 유입된 열매체 중 일부는 양방향으로 분기되어 제3관통구(H3)와 제7관통구(H7)의 대각선 방향에 위치하는 제4관통구(H4)와 제8관통구(H8)를 향하는 방향으로 유동한 후에 상기 제4관통구(H4)와 제8관통구(H8)를 순차로 통과하여 전방으로 유동하게 된다.
상기 플레이트(200a-9,200b-8)의 제4관통구(H4)와 제8관통구(H8)를 통과한 열매체는 그 전방에 순차로 적층되는 플레이트(200a-8~200b-5)에 형성된 제4관통구(H4)와 제8관통구(H8)를 순차로 통과한다.
그리고, 그 전방에 적층되는 플레이트(200a-5,200b-4)에는 제2막힘부(H4',H8')가 형성되므로, 상기 제4관통구(H4)와 제8관통구(H8)를 순차로 통과하여 각각의 단위플레이트(200-8~200-5)에 형성된 현열부 열매체유로(P3)로 유입된 열매체 중 일부는 양방향으로 분기되어 제4관통구(H4)와 제8관통구(H8)에서 대각선 방향에 위치하는 제3관통구(H3)와 제7관통구(H7)를 향하는 방향으로 유동한 후에 제3관통구(H3)와 제7관통구(H7)를 순차로 통과하여 전방으로 유동하게 된다.
상기 플레이트(200a-5,200b-4)의 제3관통구(H3)와 제7관통구(H7)를 통과한 열매체는 그 전방에 순차로 적층되는 플레이트(200a-4~200b-1)에 형성된 제3관통구(H3)와 제7관통구(H7)를 순차로 통과한다.
그리고, 최전방에 위치하는 플레이트(200a-1)에는 상기 제3관통구(H3) 및 제7관통구(H7)와 대응되는 부위가 막혀 있으므로, 상기 제3관통구(H3)와 제7관통구(H7)를 순차로 통과하여 각각의 단위플레이트(200-4~200-1)에 형성된 현열부 열매체유로(P3)로 유입된 열매체 중 일부는 양방향으로 분기되어 제3관통구(H3)와 제7관통구(H7)에서 대각선 방향에 위치하는 제4관통구(H4)와 제8관통구(H8)를 향하는 방향으로 유동한 후에 상기 제4관통구(H4)와 제8관통구(H8)를 순차로 통과하여 최전방에 위치하는 플레이트(200a-1)에 형성된 열매체 출구(202)를 통하여 배출된다.
도 6은 상기 설명한 잠열부(200B)와 현열부(200A)에서의 열매체의 유동 경로를 플레이트군 단위로 나타낸 것으로, 본 실시예에서는 전방에서 후방으로 8개씩의 플레이트의 집합으로 이루어진 제1플레이트군(200-A)과 제2플레이트군(200-B) 및 제3플레이트군(200-C)으로 구성된 경우를 예로들어 설명하였으나, 본 발명에서 적층되는 전체 플레이트의 개수 및 각 플레이트군을 구성하는 플레이트의 개수는 이와 달리 설정되어 실시될 수 있음은 물론이다.
상기와 같이 현열부(200A)에서 열매체의 유동 경로는 직렬로 연결되도록 구성함으로써, 현열부(200A)의 한정된 공간 내에서 열매체의 유동경로를 최대한 길게 형성할 수 있어 열매체와 연소가스 간의 열교환 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.
이하, 도 18 내지 도 20을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환기(1')의 구성을 설명한다.
본 실시예에 따른 열교환기(1')는 전술한 실시예에 따른 열교환기(1)와 비교하여, 잠열부(200B)의 열매체유로에 있어서 차이가 있으며, 기타의 구성은 동일하게 구성된다. 따라서, 전술한 실시예와 동일한 부재에는 동일한 도면부호를 부여하고, 그에 대한 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 열교환기(1')에서, 잠열부(200B)는 열매체 차단부(290)를 사이에 두고 양측에 제1잠열부(200B-1)와 제2잠열부(200B-2)로 분할 형성되고, 상기 제1잠열부(200B-1)와 제2잠열부(200B-2)의 열매체유로는 상기 열매체 차단부(290)의 일측에 형성된 열매체 연결유로(P1')를 통해 연통된 구조로 이루어진다.
상기 제1잠열부(200B-1)의 하부 일측에는 열매체 입구(201)와 상기 제1잠열부(200B-1)의 열매체유로에 연통되는 관통구(H1,H5)가 형성되고, 상기 제2잠열부(200B-2)의 상부 일측에는 상기 제2잠열부(200B-2)의 열매체유로와 상기 현열부 열매체유로(P3)에 연통되는 관통구(H2,H6)가 형성되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 열매체 입구(201)를 통해 유입된 열매체는, 도 19에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 제1잠열부(200B-1)의 열매체유로를 따라 일측으로 이동한 후에 상기 열매체 연결유로(P1')를 통과하며 유동 방향이 반대로 전환되어 제2잠열부(200B-2)의 열매체유로를 따라 타측으로 이동한 후에 전술한 실시예에서와 마찬가지로 물집냉각부(B)와 현열부 열매체유로(P3)를 따라 유동하게 된다.
본 실시예에 의하면, 전술한 실시예와 비교하여 잠열부(200B)에서의 열매체유로를 더 길게 형성할 수 있어 잠열의 흡수 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
1,1' : 열교환기 100 : 버너
200 : 열교환부 200A : 현열부
200B : 잠열부 200B-1 : 제1잠열부
200B-2 : 제2잠열부 200-1~200-12 : 단위플레이트
200a-1~200a-12 : 제1플레이트 200b-1~200b-12 : 제2플레이트
200-A : 제1플레이트군 200-B : 제2플레이트군
200-C : 제3플레이트군 201 : 열매체 입구
202 : 열매체 출구 210 : 제1평면부
220 : 제1돌출부 221 : 제1가이드부
222 : 제1간격유지부 230 : 제2돌출부
240 : 제1플랜지부 241 : 제1절개부
250 : 제2평면부 260 : 제1함몰부
261 : 제2가이드부 262 : 제2간격유지부
270 : 제2함몰부 280 : 제2플랜지부
281 : 제2절개부 290 : 열매체 차단부
300 : 연소가스 배출부 310 : 하부덮개
311 : 응축수 배출관 320 : 연소가스 배출관
A1 : 제1개방구 A2 : 제2개방구
B : 물집냉각부 B1 : 제1단열판
B2 : 제2단열판 C : 연소실
D : 연소가스 통과부 H1~H8 : 관통구
H3',H7' : 제1막힘부 H4',H8' : 제2막힘부
H3-1,H4-1 : 제1플랜지부 H7-1,H8-1 : 제2플랜지부
P1 : 잠열부 열매체유로 P1' : 열매체 연결유로
P2 : 잠열부 연소가스유로 P3 : 현열부 열매체유로
P4 : 현열부 연소가스유로

Claims (14)

  1. 복수의 플레이트 사이의 공간에 열매체가 유동하는 열매체유로와, 버너(100)에서 연소된 연소가스가 유동하는 연소가스유로가 인접하게 교대로 형성된 열교환부(200)를 구비하되,
    상기 열교환부(200)는, 연소실(C)의 외측을 둘러싸며 상기 플레이트의 일측 영역으로 이루어져 상기 버너(100)의 연소에 의해 발생한 연소가스의 현열을 이용하여 열매체를 가열하는 현열부(200A)와, 상기 플레이트의 타측 영역으로 이루어져 상기 현열부(200A)에서 열교환을 마친 연소가스에 포함된 수증기의 잠열을 이용하여 열매체를 가열하는 잠열부(200B)로 이루어지고,
    상기 현열부(200A)와 잠열부(200B) 사이에는 열매체의 연결유로가 형성되며,
    상기 잠열부(200B)는, 상기 열매체가 유입되는 열매체 입구(201)와, 상기 복수의 플레이트 사이에 형성되되 상기 열매체 입구(201)에 병렬로 연통되는 복수의 잠열부 열매체유로(P1)로 이루어지고,
    상기 현열부(200A)는, 상기 열매체가 유출되는 열매체 출구(202)와, 상기 복수의 플레이트 사이에 형성되되, 상기 잠열부 열매체유로(P1)와 상기 열매체 출구(202) 사이에 직렬로 연결되는 복수의 현열부 열매체유로(P3)로 이루어지고,
    상기 복수의 플레이트는, 제1플레이트와 제2플레이트가 적층된 단위플레이트가 다수로 적층되어 이루어지고,
    상기 단위플레이트의 제1플레이트와 제2플레이트 사이에 상기 열매체유로가 형성되고, 인접하게 적층되는 단위플레이트 중 일측에 위치하는 단위플레이트를 구성하는 제2플레이트와, 타측에 위치하는 단위플레이트의 제1플레이트 사이에 상기 연소가스유로가 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1플레이트는, 제1평면부(210)와, 상기 제1평면부(210)의 일측에서 전방으로 돌출되고 중앙에는 제1개방구(A1)가 형성되어 상기 현열부(200A)를 구성하는 제1돌출부(220)와, 상기 제1평면부(210)의 타측에서 전방으로 돌출되어 상기 잠열부(200B)를 형성하는 제2돌출부(230)로 이루어지고,
    상기 제2플레이트는, 제2평면부(250)와, 상기 제2평면부(250)의 일측에서 후방으로 함몰되어 상기 제1돌출부(220)와의 사이에 현열부 열매체유로(P3)를 형성하고 중앙에는 상기 제1개방구(A1)와 대응되는 제2개방구(A2)가 형성된 제1함몰부(260)와, 상기 제2평면부(250)의 타측에서 후방으로 함몰되어 상기 제2돌출부(230)와의 사이에 잠열부 열매체유로(P1)를 형성하는 제2함몰부(270)로 이루어진 것을 특징으로 하는 열교환기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1플레이트와 제2플레이트의 적층 시, 상기 제1평면부(210)와 제2평면부(250)는 맞닿고,
    상기 제2돌출부(230)와 제2함몰부(270)는 상반된 방향으로 절곡된 빗살 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 열교환기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1돌출부(220)에는 상기 연소가스유로를 향하여 돌출된 복수의 제1간격유지부(222)가 형성되고, 상기 제1함몰부(260)에는 상기 연소가스유로를 향하여 돌출되며 상기 제1간격유지부(222)와 대응되는 위치에 형성된 복수의 제2간격유지부(262)가 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1간격유지부(222)의 돌출된 단부와 상기 제2간격유지부(262)의 돌출된 단부는 맞닿도록 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 현열부 열매체유로(P3) 사이에는 현열부 연소가스유로(P4)가 마련되고,
    상기 잠열부 열매체유로(P1) 사이에는 상기 현열부 연소가스유로(P4)와 연통되는 잠열부 연소가스유로(P2)가 마련된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  8. 복수의 플레이트 사이의 공간에 열매체가 유동하는 열매체유로와, 버너(100)에서 연소된 연소가스가 유동하는 연소가스유로가 인접하게 교대로 형성된 열교환부(200)를 구비하되,
    상기 열교환부(200)는, 연소실(C)의 외측을 둘러싸며 상기 플레이트의 일측 영역으로 이루어져 상기 버너(100)의 연소에 의해 발생한 연소가스의 현열을 이용하여 열매체를 가열하는 현열부(200A)와, 상기 플레이트의 타측 영역으로 이루어져 상기 현열부(200A)에서 열교환을 마친 연소가스에 포함된 수증기의 잠열을 이용하여 열매체를 가열하는 잠열부(200B)로 이루어지고,
    상기 현열부(200A)와 잠열부(200B) 사이에는 열매체의 연결유로가 형성되며,
    상기 잠열부(200B)는, 상기 열매체가 유입되는 열매체 입구(201)와, 상기 복수의 플레이트 사이에 형성되되 상기 열매체 입구(201)에 병렬로 연통되는 복수의 잠열부 열매체유로(P1)로 이루어지고,
    상기 현열부(200A)는, 상기 열매체가 유출되는 열매체 출구(202)와, 상기 복수의 플레이트 사이에 형성되되, 상기 잠열부 열매체유로(P1)와 상기 열매체 출구(202) 사이에 직렬로 연결되는 복수의 현열부 열매체유로(P3)로 이루어지고,
    상기 잠열부(200B)에는 상기 잠열부 열매체유로(P1)를 병렬로 연결하기 위해 상기 잠열부 열매체유로(P1)와 연통되는 일측의 관통구(H1,H5)과 타측의 관통구(H2,H6)가 대각선 방향에 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  9. 복수의 플레이트 사이의 공간에 열매체가 유동하는 열매체유로와, 버너(100)에서 연소된 연소가스가 유동하는 연소가스유로가 인접하게 교대로 형성된 열교환부(200)를 구비하되,
    상기 열교환부(200)는, 연소실(C)의 외측을 둘러싸며 상기 플레이트의 일측 영역으로 이루어져 상기 버너(100)의 연소에 의해 발생한 연소가스의 현열을 이용하여 열매체를 가열하는 현열부(200A)와, 상기 플레이트의 타측 영역으로 이루어져 상기 현열부(200A)에서 열교환을 마친 연소가스에 포함된 수증기의 잠열을 이용하여 열매체를 가열하는 잠열부(200B)로 이루어지고,
    상기 현열부(200A)와 잠열부(200B) 사이에는 열매체의 연결유로가 형성되며,
    상기 잠열부(200B)는, 상기 열매체가 유입되는 열매체 입구(201)와, 상기 복수의 플레이트 사이에 형성되되 상기 열매체 입구(201)에 병렬로 연통되는 복수의 잠열부 열매체유로(P1)로 이루어지고,
    상기 현열부(200A)는, 상기 열매체가 유출되는 열매체 출구(202)와, 상기 복수의 플레이트 사이에 형성되되, 상기 잠열부 열매체유로(P1)와 상기 열매체 출구(202) 사이에 직렬로 연결되는 복수의 현열부 열매체유로(P3)로 이루어지고,
    상기 잠열부(200B)는 열매체 차단부(290)를 사이에 두고 양측에 제1잠열부(200B-1)와 제2잠열부(200B-2)로 분할 형성되고,
    상기 제1잠열부(200B-1)와 제2잠열부(200B-2)의 열매체유로는 상기 열매체 차단부(290)의 일측에 형성된 열매체 연결유로(P1')를 통해 연통되며,
    상기 제1잠열부(200B-1)의 일측에는 상기 열매체 입구(201)와 상기 제1잠열부(200B-1)의 열매체유로에 연통되는 관통구(H1,H5)가 형성되고,
    상기 제2잠열부(200B-2)의 일측에는 상기 제2잠열부(200B-2)의 열매체유로와 상기 현열부 열매체유로(P3)에 연통되는 관통구(H2,H6)가 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  10. 제8항에 있어서,
    일측의 관통구(H3,H7)를 통해 현열부 열매체유로(P3)로 유입된 열매체는 양방향으로 분기되어 대각선 방향의 타측에 형성된 관통구(H4,H8)를 향하여 유동하고, 상기 관통구(H4,H8)를 통해 현열부 열매체유로(P3)로 유입된 열매체는 양방향으로 분기되어 대각선 방향의 타측에 형성된 상기 관통구(H3,H7)를 향하여 유동하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 현열부(200A)에는,
    상기 일측의 관통구(H3,H7)를 통해 현열부 열매체유로(P3)로 유입된 열매체가 대각선 방향의 타측에 형성된 관통구(H4,H8)를 향하여 유동하도록 유도하기 위한 제1막힘부(H3',H7')와,
    상기 타측의 관통구(H4,H8)를 통해 현열부 열매체유로(P3)로 유입된 열매체가 대각선 방향의 타측에 형성된 관통구(H3,H7)를 향하여 유동하도록 유도하기 위한 제2막힘부(H4',H8')가 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  12. 제8항에 있어서,
    관통구(H3,H7)에는 상기 연소가스유로를 향하여 돌출되어 돌출된 단부가 맞닿는 제1플랜지부(H3-1)와 제2플랜지부(H7-1)가 형성되고,
    관통구(H4,H8)에는 상기 연소가스유로를 향하여 돌출되어 돌출된 단부가 맞닿는 제1플랜지부(H4-1)와 제2플랜지부(H8-1)가 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 현열부(200A)에는 상기 현열부 열매체유로(P3)를 직렬로 연결하기 위해 상기 현열부 열매체유로(P3)와 연통되는 일측의 관통구(H3,H7)와 타측의 관통구(H4,H8)가 대각선 방향에 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  14. 제1항, 제8항, 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 현열부(200A)의 연소가스유로는, 일측 단부에서는 막힌 형상으로 이루어지고, 타측 단부에서는 상기 잠열부(200B)의 연소가스유로와 연통된 구조로 이루어져,
    상기 버너(100)의 연소에 의해 발생한 연소가스는, 상기 버너(100)에서 방사상 외측으로 유동한 후에 상기 플레이트의 일측 영역에서 타측 영역을 향하여 유동하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
KR1020150121959A 2015-08-28 2015-08-28 열교환기 KR101717092B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150121959A KR101717092B1 (ko) 2015-08-28 2015-08-28 열교환기
EP16842139.4A EP3343126A4 (en) 2015-08-28 2016-08-11 Heat Exchanger
PCT/KR2016/008845 WO2017039173A1 (ko) 2015-08-28 2016-08-11 열교환기
JP2018505736A JP6828012B2 (ja) 2015-08-28 2016-08-11 熱交換器
US15/752,158 US10598405B2 (en) 2015-08-28 2016-08-11 Heat exchanger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150121959A KR101717092B1 (ko) 2015-08-28 2015-08-28 열교환기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170025475A KR20170025475A (ko) 2017-03-08
KR101717092B1 true KR101717092B1 (ko) 2017-03-27

Family

ID=58188019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150121959A KR101717092B1 (ko) 2015-08-28 2015-08-28 열교환기

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10598405B2 (ko)
EP (1) EP3343126A4 (ko)
JP (1) JP6828012B2 (ko)
KR (1) KR101717092B1 (ko)
WO (1) WO2017039173A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102637239B1 (ko) 2017-02-27 2024-02-19 현대모비스 주식회사 차량용 압력감지장치
JP7256951B2 (ja) * 2018-10-29 2023-04-13 株式会社ノーリツ プレート式熱交換器およびこれを備えた温水装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015077364A1 (en) 2013-11-19 2015-05-28 7Ac Technologies, Inc. Methods and systems for turbulent, corrosion resistant heat exchangers

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001099590A (ja) 1999-09-30 2001-04-13 Hisaka Works Ltd プレート式熱交換器
KR100424854B1 (ko) 2000-12-27 2004-04-03 주식회사 두발가스엔지니어링 응축 가스 보일러의 일체형 열교환기
KR20030071249A (ko) * 2002-02-28 2003-09-03 차승식 판형 열교환기
JP4462054B2 (ja) 2005-02-02 2010-05-12 株式会社ノーリツ プレート式熱交換器、これを備えた温水装置および暖房装置
ITBO20070143A1 (it) * 2007-03-02 2008-09-03 Gas Point S R L Caldaia a condensazione
KR20110083195A (ko) 2010-01-14 2011-07-20 한국기계연구원 콘덴싱 보일러
KR101156249B1 (ko) * 2010-10-29 2012-06-13 린나이코리아 주식회사 플레이트 접합형 열교환기
KR101331825B1 (ko) * 2011-11-14 2013-11-22 주식회사 두발 콘덴싱 보일러용 열교환기
KR101389465B1 (ko) * 2013-10-10 2014-04-28 (주)동일브레이징 열효율을 높인 보일러용 잠열교환기
KR101576667B1 (ko) * 2014-03-17 2015-12-11 주식회사 경동나비엔 콘덴싱 가스보일러의 열교환기
KR101717091B1 (ko) * 2015-08-28 2017-03-27 주식회사 경동나비엔 열교환기

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015077364A1 (en) 2013-11-19 2015-05-28 7Ac Technologies, Inc. Methods and systems for turbulent, corrosion resistant heat exchangers

Also Published As

Publication number Publication date
EP3343126A4 (en) 2019-05-15
WO2017039173A1 (ko) 2017-03-09
JP6828012B2 (ja) 2021-02-10
US20180238585A1 (en) 2018-08-23
JP2018525598A (ja) 2018-09-06
KR20170025475A (ko) 2017-03-08
US10598405B2 (en) 2020-03-24
EP3343126A1 (en) 2018-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101717097B1 (ko) 열교환기
KR101717096B1 (ko) 열교환기
CN108713126A (zh) 热交换器
KR101717091B1 (ko) 열교환기
KR101717092B1 (ko) 열교환기
KR101717093B1 (ko) 열교환기
KR101717094B1 (ko) 열교환기
KR101717095B1 (ko) 열교환기
CN108603687A (zh) 热交换器

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191210

Year of fee payment: 4