KR101789090B1 - 배열회수용 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선단측에 제1유입구, 제1배출구, 제2유입구 및 제2배출구가 형성되는 하우징; 상기 하우징 내의 선단 측에 배치되며 일 부위에 제1개구부 형성되는 제1구획벽; 상기 하우징내 의 후단 측에서 상기 제1구획벽과 나란히 이격 배치되는 제2구획벽; 일면이 상기 제1구획벽의 선단측면에 기밀하게 결합되며, 타면이 상기 제1유입구와 연통되어 제1유입구를 통해 제1유체가 유입되는 제1챔버; 상기 제1챔버보다 큰 직경으로 상기 제2구획벽의 후단측면에 기밀하게 결합되고, 상기 제1챔버와는 상기 제1구획벽 및 제2구획벽을 관통하는 복수의 제1전열관을 통해 연결되어 상기 제1챔버 내의 제1유체가 상기 제1전열관을 통해 유입되는 제2챔버; 상기 제1챔버와 이격된 상태에서 제1챔버를 감싸는 형태로 상기 제1배출구와 연통되고, 상기 제2챔버와는, 상기 제1전열관보다 외측에 배열되며 상기 제1구획벽 및 제2구획벽을 관통하는 복수의 제2전열관에 의해 연결되어, 상기 제2전열관을 통해 유입되는 상기 제2챔버 내의 제1유체를 상기 제1배출구로 배출시키는 제3챔버; 관 형태로 그 일단 및 타단이 각각 상기 제1구획벽 및 제2구획벽에 기밀하게 결합되어 그 내측 영역에는 상기 제1전열관이, 그 외측 영역에는 상기 제2전열관이 배치되며, 후단 상측에는 제2개구부가 형성되는 구획관; 상기 하우징의 내주면으로부터 상기 제3챔버를 감싸도록 구성되며 상기 제2유입구와 연통되어 제2유입구를 통해 제2유체가 유입되는 제4챔버; 상기 하우징의 내주면으로부터 상기 제2챔버를 감싸도록 구성되며, 상기 제4챔버와는 상기 구획관의 외측영역을 통해 연결되어 상기 제4챔버 내의 제2유체가 상기 제2전열관에 접촉한 상태로 유입되는 제5챔버; 및 상기 하우징의 선단 내측에서 상기 제1챔버 및 제3챔버 사이에 개재되며, 상기 제5챔버 내의 제2유체가 상기 구획관의 제2개구부를 통해 상기 제1전열관에 접촉하도록 상기 구획관의 내측영역을 통과한 후, 상기 제1구획벽에 형성된 제1개구부를 통해 유입되며 상기 제2배출구와 연통되는 제6챔버;를 포함하여 유로부를 형성하는 별도의 배관이 필요 없어 그 부피 및 크기가 컴팩트 해져 설치장소 및 위치에 제약을 받지 않으며, 또한, 하우징과 구획관에 의한 2중관 구조를 취하고, 제2유체가 구획관의 외측영역과 내측영역을 차례로 통과하면서 제1유체와의 입체적인 열교환이 이루어져 열교환 효율이 크게 개선되는 장점이 있는 배열회수용 열교환기에 관한 것이다.

Description

배열회수용 열교환기{Heat exchanger for heat recovery}

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 버너 등 열 발생장치에 연결시켜 배출되는 고온의 연소가스 열을 회수하도록 구성되는 배열회수용 열교환기에 관한 것이다.

열교환기(Heat Exchanger)란 양 유체 간에 열에너지를 유효하게 전도와 대류의 열전달을 통하여 이동시키는 기기로서, 석유화학공업, 일반화학공업, 식품 설비, 발전소 등에서 많이 사용되는 설비이며, 고온 물질의 열을 재이용하기 위하여 회수하는 목적과 반응을 제어하기 위하여 온도 조건을 유지하기 위한 목적 등으로 사용하게 된다.

이러한 열교환기는 유체의 특성 및 열교환 되는 환경 및 제반 사항에 따라서 그 형상 및 구조가 다양하게 제작되어 설치되는 바, 크게 판형 방식(Plate Type)과 셀&튜브 방식(Shell & Tube Type)이 사용되게 된다.

그 중 일반적인 종래의 셀&튜브 방식(Shell & Tube Type)의 열교환기의 경우 유로부를 형성하는 별도의 배관이 다수 적용되므로 열교환기의 부피 및 크기가 상당하여 설치장소 및 위치에 제약을 받게 되며, 크기에 비하여 열교환 효율이 저하되는 문제점을 갖게 된다.

대한민국 등록특허 제10-0500697호

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열교환기에 있어 유로부를 형성하는 별도의 배관이 필요 없어 그 부피 및 크기가 컴팩트 해져 설치장소 및 위치에 제약을 받지 않으며, 열교환 효율이 향상되는 배열회수용 열교환기를 제공하고자 함이다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제에 의한 배열회수용 열교환기는 선단측에 제1유입구, 제1배출구, 제2유입구 및 제2배출구가 형성되는 하우징; 상기 하우징 내의 선단 측에 배치되며 일 부위에 제1개구부 형성되는 제1구획벽; 상기 하우징내 의 후단 측에서 상기 제1구획벽과 나란히 이격 배치되는 제2구획벽; 일면이 상기 제1구획벽의 선단측면에 기밀하게 결합되며, 타면이 상기 제1유입구와 연통되어 제1유입구를 통해 제1유체가 유입되는 제1챔버; 상기 제1챔버보다 큰 직경으로 상기 제2구획벽의 후단측면에 기밀하게 결합되고, 상기 제1챔버와는 상기 제1구획벽 및 제2구획벽을 관통하는 복수의 제1전열관을 통해 연결되어 상기 제1챔버 내의 제1유체가 상기 제1전열관을 통해 유입되는 제2챔버; 상기 제1챔버와 이격된 상태에서 제1챔버를 감싸는 형태로 상기 제1배출구와 연통되고, 상기 제2챔버와는, 상기 제1전열관보다 외측에 배열되며 상기 제1구획벽 및 제2구획벽을 관통하는 복수의 제2전열관에 의해 연결되어, 상기 제2전열관을 통해 유입되는 상기 제2챔버 내의 제1유체를 상기 제1배출구로 배출시키는 제3챔버; 관 형태로 그 일단 및 타단이 각각 상기 제1구획벽 및 제2구획벽에 기밀하게 결합되어 그 내측 영역에는 상기 제1전열관이, 그 외측 영역에는 상기 제2전열관이 배치되며, 후단 상측에는 제2개구부가 형성되는 구획관; 상기 하우징의 내주면으로부터 상기 제3챔버를 감싸도록 구성되며 상기 제2유입구와 연통되어 제2유입구를 통해 제2유체가 유입되는 제4챔버; 상기 하우징의 내주면으로부터 상기 제2챔버를 감싸도록 구성되며, 상기 제4챔버와는 상기 구획관의 외측영역을 통해 연결되어 상기 제4챔버 내의 제2유체가 상기 제2전열관에 접촉한 상태로 유입되는 제5챔버; 및 상기 하우징의 선단 내측에서 상기 제1챔버 및 제3챔버 사이에 개재되며, 상기 제5챔버 내의 제2유체가 상기 구획관의 제2개구부를 통해 상기 제1전열관에 접촉하도록 상기 구획관의 내측영역을 통과한 후, 상기 제1구획벽에 형성된 제1개구부를 통해 유입되며 상기 제2배출구와 연통되는 제6챔버;를 포함하여 구성되는 것이 특징이다.

이때, 상기 제1유입구는 상기 제1챔버와 연장관에 의해 연결되고, 상기 제6챔버는 상기 제1챔버 및 상기 연장관을 감싸는 형태로 구성되는 것이 특징이다.

또한, 상기 제1구획벽은 그 상단에 제1개방구가 형성되어, 상기 제4챔버로 유입되는 제2유체가 상기 제1개방구를 통해 상기 구획관의 외측영역으로 유입되는 것이 특징이다.

아울러, 상기 제2구획벽은 그 하단에 제2개방구가, 그 상단에는 제3개방구가 형성되어, 상기 제1개방구로부터 상기 구획관의 외측영역을 통해 유입되는 제2유체가 상기 제2개방구를 통해 상기 제5챔버로 유입된 후, 상기 제3개방구를 통해 배출되는 것이 특징이다.

일례로써, 상기 제1구획벽 및 제2구획벽 사이에서 상기 구획관 내측영역에는 상기 제1전열관이 관통되는 복수의 내배플이 상하 지그재그로 상호 이격 배치되는 것이 특징이다.

이에 더하여, 상기 제1구획벽 및 제2구획벽 사이에서 상기 구획관의 외측영역에는 상기 제2전열관이 관통되는 복수의 외배플이 상하 지그재그로 상호 이격 배치되는 것이 특징이다.

본 발명에 따른 배열회수용 열교환기는 유로부를 형성하는 별도의 배관이 필요 없어 그 부피 및 크기가 컴팩트 해져 설치장소 및 위치에 제약을 받지 않으며, 또한, 하우징과 구획관에 의한 2중관 구조를 취하고, 제2유체가 구획관의 외측영역과 내측영역을 차례로 통과하면서 제1유체와의 입체적인 열교환이 이루어져 열교환 효율이 크게 개선되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 배열회수용 열교환기의 일 실시 예를 나타내는 사시도.
도 2는 도 1의 측단면도.
도 3은 도 2의 사시도.
도 4는 본 발명의 일 구성인 구획관의 내측영역을 나타내는 사시도.
도 5는 본 발명의 일 구성인 구획관의 외측영역을 나타내는 사시도.
도 6은 도 2에서 제1유체의 흐름을 나타내는 도면.
도 7은 도 2에서 제2유체의 흐름을 나타내는 도면.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 배열회수용 열교환기의 일 실시 예를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 측단면도이며, 도 3은 도 2의 사시도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 구성인 구획관의 내측영역을 나타내는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 구성인 구획관의 외측영역을 나타내는 사시도이며, 도 6은 도 2에서 제1유체의 흐름을 나타내는 도면이다. 그리고, 도 7은 도 2에서 제2유체의 흐름을 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 배열회수용 열교환기(1)는 버너(미도시) 등 열 발생장치에 연결시켜 배출되는 연소가스의 열을 회수하도록 구성되는 것으로, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 하우징(10), 제1구획벽(20), 제2구획벽(30), 제1챔버(40), 제2챔버(50), 제3챔버(60), 구획관(70), 제4챔버(80), 제5챔버(90) 및 제6챔버(100)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

설명에 앞서, 본 발명에서는 제1유체 및 제2유체가 하우징(10) 내에서 각각 차단되는 구조로 순환하면서 차단된 면을 통해 상호 간에 열교환이 이뤄지도록 구성되는 것으로, 이때, 상기 제1유체로는 버너 등에서 배출되는 고온의 연소가스 등이 적용될 수 있으며, 제2유체로는 저온의 액체, 가령 물 등이 적용될 수 있으나, 각 유체는 상기한 바에 한정되는 것은 아니다.

먼저, 상기 하우징(10)은 도 1에서와 같이 내측에 밀폐된 공간이 형성되는 원통 형상으로 마련되며, 그 선단측에는 제1유입구(11), 제1배출구(12), 제2유입구(13) 및 제2배출구(14)가 서로 간섭없이 형성된다.

그리고, 본 발명에서 제1유체는 상기 제1유입구(11)로 유입되어 제1챔버(40) 내지 제3챔버(60)를 순환한 후 제1배출구(12)로 배출되게 되는 것이고, 제2유체는 상기 제2유입구(13)로 유입되어 제4챔버(80) 내지 제6챔버(100)를 순환하여 상기 제1유체의 열을 회수한 후 상기 제2배출구(14)로 배출되도록 구성되는 것으로, 상기 제1챔버(40) 내지 제3챔버(60), 제4챔버(80) 내지 제6챔버(100)는 상기 하우징(10) 내에서 상호 간 닿는 면적을 증대시켜 제1유체와 제2유체 간 열교환 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

이러한 상기 하우징(10)의 형상은 도면에서와 같이 원통형상으로 구성할 수 있으나, 본 발명에서는 그 형상이 원통형에 한정되는 것이 아니라 사각, 육각 기둥 형 등 다양한 형상으로 구성시킬 수 있음은 당연한 바이다.

상기 제1구획벽(20)은 상기 하우징(10)의 내경과 대응되는 판 형태로써, 도 2 내지 도 3에서와 같이 상기 하우징(10)의 선단 내측에 배치되며, 복수의 관통홀(H)을 형성시켜 상기 관통홀(H)에 하기에서 설명할 제1전열관(52) 및 제2전열관(62)의 일단부가 기밀하게 체결되도록 구성된다.

또한, 상기 제1구획벽(20)의 일 부위에는 도 4에서와 같이 제1개구부(22)를 형성시켜 이하에서 설명하게 될 제2유체가 제6챔버(100)로 유입되는 통로로 활용될 수 있게 된다.

이어서, 상기 제2구획벽(30)은 상기 하우징(10)의 후단 내측에서 상기 제1구획벽(20)과 나란히 이격 배치되는 것으로, 상기 제2구획벽(30)에는 상기 제1구획벽(20)과 마찬가지로 복수의 관통홀(H)을 형성시켜, 관통홀(H)에는 하기의 제1전열관(52) 및 제2전열관(62)의 타단부가 기밀하게 체결될 수 있게 된다.

상기 제1챔버(40)는 도 2 내지 도 3에서와 같이 상기 하우징(10) 내에 마련되되, 그 일면이 상기 제1구획벽(20)의 선단측면에 기밀하게 결합되며, 그 타면은 상기 제1유입구(11)와 연통되도록 구성하여, 상기 제1유입구(11)를 통해 제1유체가 유입되도록 구성된다.

상기 제2챔버(50)는 하우징(10) 내의 후단측에 배치되는 것으로, 상기 제2구획벽(30)의 후단측면에 기밀하게 결합된다.

이때, 상기 제2챔버(50)와 상기 제2챔버(50)는 상기한 바와 같이 제1구획벽(20) 및 제2구획벽(30)의 관통홀(H)을 연결하는 복수의 제1전열관(52)으로 연결되어 상기 제1챔버(40) 내의 제1유체가 제2챔버(50)로 유입될 수 있게 된다.

그리고, 상기 제2챔버(50)는 상기 제1챔버(40)보다 큰 직경으로 마련시킴이 바람직한 바, 상기 제2챔버(50)에는 상기 제1챔버(40)의 직경보다 큰 부위 즉, 도 2에서와 같이 상기 제1전열관(52)보다 외곽에 제2전열관(62)이 연결되고, 상기 제2전열관(62)을 통해 상기 제2챔버(50)에 유입된 제1유체가 이하의 제3챔버(60)로 전달될 수 있게 된다.

이러한, 상기 제3챔버(60)는 도시된 바와 같이 상기 제1챔버(40)와 이격된 상태에서 제1챔버(40)를 감싸는 형태로 구성되고 상기 제2챔버(50)와는 상기 제2전열관(62)을 통해 연결되며 상기 제1배출구(12)와 연통하도록 구성된다.

즉, 상기 제2챔버(50)를 거친 제1유체는 상기 제2전열관(62)을 통해 제3챔버(60)로 유입된 후 상기 제1배출구(12)를 통해 외부에 배출되는 것으로, 이때, 상기 제1배출구(12)는 도 1에서와 같이 상기 하우징(10)의 외측에서 제3챔버(60)와 직결되도록 구성된다.

상기와 같은 구성에 의해 제1유체는 제1유입구(11)를 통해 제1챔버(40)로 유입되고 제1챔버(40)의 제1유체는 제1전열관(52)을 통해 제2챔버(50)를 거친 후, 제2전열관(62)을 통해 제3챔버(60)로 유입된 후 제1배출구(12)를 통해 배출될 수 있게 된다.

또한, 상기 구획관(70)은 도 2 및 도 5에 나타낸 바와 같이 관 형태로 마련되어 그 일단 및 타단이 각각 상기 제1구획벽(20) 및 제2구획벽(30)에 기밀하게 결합되는 것으로, 구획관의 내측영역(a)에는 상기 제1전열관(52)이 배치되고, 구획관의 외측영역(b)에는 상기 제2전열관(62)이 배치되도록 구성된다.

이때, 상기 구획관(70)의 후단 상측에는 도 2에서와 같이 제2개구부(72)를 마련하여 구획관의 내측영역(a)과 외측영역이 상기 제2개구부(72)를 통해 연통하도록 구성하여 이하에서 제2유체가 구획관의 외측영역(b)을 거쳐 구획관의 내측영역(a)으로 유입될 수 있게 되는 것으로 그 구체적인 설명은 추후에 하기로 한다.

이어서, 상기 제4챔버(80)는 상기 하우징(10)의 내주면으로부터 상기 제3챔버(60)를 감싸도록 구성되며, 일측에 제2유입구(13)가 연통되는 것으로, 제2유체는 상기 제2유입구(13)를 통해 제4챔버(80)에 유입되게 된다.

또한, 상기 제5챔버(90)는 상기 하우징(10)의 내주면으로부터 상기 제2챔버(50)를 감싸도록 구성되며, 상기 제4챔버(80)와는 상기 구획관의 외측영역(b)을 통해 연결되는 것으로, 상기 제4챔버(80) 내의 제2유체가 상기 구획관의 외측영역(b)에 배치되는 제2전열관(62)의 외면에 접촉되어 제5챔버(90)로 유입되도록 구성된다.

아울러, 상기 제6챔버(100)는 상기 하우징(10)의 선단 내측에 배치되되, 상기에서도 언급한 바와 같이 상기 제1챔버(40)와 제3챔버(60) 간 이격된 사이 공간에 배치되는 것으로, 상기 제5챔버(90) 내의 제2유체가 상기 제2구획벽(30)에 형성된 제2개구부(72)를 통해 상기 구획관의 내측영역(a)으로 유입됨으로써, 제2유체는 상기 구획관의 내측영역(a)에 배치되는 상기 제1전열관(52)에 접촉한 상태로 상기 제1구획벽(20)에 형성된 제1개구부(22)를 통해 상기 제6챔버(100)에 유입될 수 있게 된다.

이때, 상기 제6챔버(100)에는 상기 제2배출구(14)와 연통하는 것으로 제6챔버(100)에 유입된 제2유체는 상기 제2배출구(14)를 통해 배출되게 된다.

또한, 상기 제1유입구(11)는 도 2에서와 같이 연장관(11a)에 의해 제1챔버(40)와 연결되는 것으로, 상기 제6챔버(100)는 상기 제1챔버(40) 및 상기 연장관(11a)을 감싸는 형태로 구성하여 제2배출구(14)를 통해 배출되는 제2유체는, 제1유체가 최초 유입되어 비교적 더 고온인 제1챔버(40) 및 연장관(11a)에 맞닿는, 제6챔버(100) 내에서 최종적으로 열교환이 이뤄지게 되므로 그 효율이 배가될 수 있게 된다.

한편, 상기 제1구획벽(20)은 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 그 상단에 제1개방구(24)가 형성되어 상기 제4챔버(80)로 유입되는 제2유체가 제4챔버(80) 내에서 상승하여 제1구획벽(20)의 상단에 형성된 상기 제1개방구(24)를 통해 상기 구획관의 외측영역(b)에 유입되도록 구성된다.

그리고, 제2구획벽(30) 역시 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 그 하단에 제2개방구(34)가, 그 상단에는 제3개방구(36)가 형성되어, 상기 제1개방구(24)로부터 상기 구획관의 외측영역(b)을 통해 유입되는 제2유체가 상기 제2구획벽(30)의 하단에 형성된 상기 제2개방구(34)를 통해 제5챔버(90)로 유입된 후, 제5챔버(90)에 유입된 제2유체는 다시 제2구획벽(30)의 상단에 형성된 제3개방구(36)를 통해 배출되되, 제3개방구(36)를 통해 배출되는 제2유체는 상기 구획관(70)에 형성된 제2개구부(72)를 통과하여 구획관의 내측영역(a)에 유입될 수 있게 된다.

이때, 상기 제1개구부(22)로부터 구획관의 외측영역(b)을 통해 유입되는 제2유체는 상기 제5챔버(90)를 거치지 않고 상기 구획관(70)에 형성된 제2개구부(72)로 유입되도록 구성할 수도 있으며, 바람직하게는 상기 구획관의 외측영역(b)을 통해 유입되는 제2유체의 일부는 제5챔버(90)를 거쳐 제2개구부(72)로, 나머지는 제5챔버(90)를 거치지 않고 직접 제2개구부(72)에 유입되도록 구성할 수 있다.

이하, 도 4 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 배열회수용 열교환기(1)에 내배플(110) 및 외배플(120)이 더 구성되는 예에 대해 살펴보기로 한다.

먼저, 도 4는 상기 제1구획벽(20) 및 제2구획벽(30) 사이에서 상기 구획관(70)이 제거된 상태를 나타낸 도면으로, 도시된 바와 같이 제1구획벽(20) 및 제2구획벽(30) 사이에서 상기 구획관의 내측영역(a)에는 상기 제1전열관(52)이 관통되도록 복수의 관통홀(H)이 마련되는 내배플(110)이 상하 지그재그로 상호 이격 배치된다.

이때, 상기 내배플(110)은 그 외경이 상기 구획관(70)의 내경과 대응되며, 도시된 바와 같이 상하면이 교번으로 절개된 형상으로 마련하여 상기 구획관(70) 내에서의 제2유체의 유동 시, 내배플(110)의 구조에 의해 상하 지그재그로 유동하도록 유도함으로써, 상기 구획관의 내측영역(a)에 배치되며 내부에 제1유체가 통과하는 제1전열관(52)과의 보다 능동적인 접촉이 이뤄지도록 구성하여 열교환 효율이 더욱 개선될 수 있게 된다.

또한, 도 5는 상기 제1구획벽(20) 및 제2구획벽(30) 사이에서 상기 구획관(70)의 외측영역에 상기 제2전열관(62)이 관통되도록 복수의 관통홀(H)이 마련되는 외배플(120)이 상하 지그재그로 상호 이격 배치된다.

이러한 상기 외배플(120)은 그 외경이 상기 하우징(10)의 내경과 대응되며, 도시된 바와 같이 상하면이 교번으로 절개된 형상으로 마련하여 상기 구획관(70) 외측영역에서 제2유체의 유동 시, 외배플(120)의 구조에 의해 상하 지그재그로 유동하도록 유도하여 제 2유입구를 통해 유입되는 제2유체는 상기 제4챔버(80)를 거쳐 제5챔버(90) 또는 제2개구부(72)를 향해 상하 지그재그로 유동하게 되므로 상기 구획관(70)의 외측영역에 배치되는 제2전열관(62)과의 능동적인 열교환이 이뤄질 수 있게 된다.

도 6 내지 도 7은 각각 상기 제1유체 및 제2유체의 흐름을 도시한 도면으로, 이하에서는 도 6 내지 도 7을 참조하여 상기에서 언급하였던 실시 예들에 따른 본 발명에 따른 배열회수용 열교환기(1)에서 제1유체 및 제2유체의 각 흐름에 대해 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.

먼저, 도 6은 제1유체의 흐름을 도시한 도면으로, 도시된 바와 같이 제1유체의 흐름을 화살표 모양으로 도시하였으며, 설명의 편의를 위해 제1유체의 진행 순서대로 화살표에 번호를 부여하였다.

도시된 바와 같이, 제1유체는 제1유입구(11)와 연장관(11a)을 통해 제1챔버(40)에 유입①된다.

이후, 제1유체는 제1챔버(40)와 제2챔버(50)를 연결하는 제1전열관(52)을 통과②하여 제2챔버(50)에 전달③되고, 제2챔버(50)에 유입된 제1유체는 상기 제2구획벽(30)에서 상기 제1전열관(52)보다 외측에 배열되는 제2전열관(62)을 통해 제3챔버(60)에 도달④ 한 후, 제3챔버(60)에 연통되는 제1배출구(12)를 통해 배출⑤되는 구조를 갖는다.

즉, 제1유체는 연장관(11a), 제1챔버(40), 제1전열관(52), 제2챔버(50), 제2전열관(62) 및 제3챔버(60)를 가열한 후 배출되는 구조를 갖게 되는 것이다.

한편, 도 7은 제2유체의 흐름을 도시한 도면으로, 도시된 바와 같이 제2유체의 흐름을 화살표 모양으로 도시하였으며, 설명의 편의를 위해 제2유체의 진행 순서대로 화살표에 부호를 부여하였다.

도시된 바와 같이, 제2유체는 제2유입구(13)를 통해 제4챔버(80)에 유입㉠된다.

여기서, 제4챔버(80)는 가열된 제3챔버(60)를 감싸는 구조인 것으로 유입된 제2유체는 제4챔버(80) 내에서 가열될 수 있게 된다.

이후, 제4챔버(80)에 유입된 제2유체는 제4챔버(80) 내에서 수위가 상승하면서 제1구획벽(20)의 상단에 형성된 제1개방구(24)를 통해 상기 구획관의 외측영역(b)에 전달㉡된다.

이때, 상기 구획관의 외측영역(b)에는 상기 실시 예에서 제시한 바와 같이 상하 지그재그로 배열되는 외배플(120)이 마련되어 상기 구획관의 외측영역(b)을 통과하는 제2유체는 상하 지그재그로 유동한 후 제2구획벽(30)의 하단에 형성된 제2개방구(34)를 통해 상기 제5챔버(90)에 유입㉢될 수 있게 된다.

상기 구획관의 외측영역(b)에는 제2전열관(62)이 배치되는 것으로 상기와 같이 제2유체가 구획관의 외측영역(b)을 지그재그로 통과하는 과정에서 가열된 제2전열관(62)과의 보다 효과적인 열교환이 이뤄질 수 있게 되는 것이다.

여기서, 제5챔버(90)는 가열된 제2챔버(50)와 접촉되므로 제5챔버(90) 내에서 유입된 제2유체가 가열되는 구조를 갖게된다.

또한, 상기 제5챔버(90)에 유입된 제2유체는 상기 제2구획벽(30)의 상단에 형성된 제3개방구(36)를 통해 상기 구획관(70)의 후단 상측에 형성된 제2개구부(72)를 통해 구획관의 내측영역(a)으로 유입㉣된다.

한편, 상기 제4챔버(80)로부터 유입되어 구획관의 외측영역(b)을 통과하는 제2유체는 상기 제5챔버(90)에 유입되지 않고 제2개구부(72)를 향해 상승㉢'하여 제2개구부(72)를 통해 구획관의 내측영역(a)으로 유입㉣되도록 구성할 수도 있다.

이어서, 제2유체는 상기 구획관의 내측영역(a)에 배치되는 제1전열관(52)에 접촉된 상태로 제6챔버(100)를 향해 유동㉤하되, 상기 구획관의 내측영역(a)에는 복수의 내배플(110)에 의해 제2유체는 상하 지그재그로 유동하여 제1유체에 의해 가열된 제1전열관(52)과의 효과적인 열교환이 이뤄지게 된다.

이후, 구획관의 내측영역(a)의 제2유체는 제1구획벽(20)에 형성된 제1개구부(22)를 통해 제6챔버(100)에 유입㉥되게 되는데, 이때, 상기 제6챔버(100)는 고온의 제1유체가 제1유입구(11)로부터 최초 유입되는 연장관(11a)과 제1챔버(40)를 감싸는 형태로 구성되므로, 제2유체가 제6챔버(100) 내에서 최종적으로 가장 높은 온도의 제1유체와의 열교환을 통해 가열㉦되게 되며, 여러 단계를 입체적으로 거쳐 가열된 제2유체는 제6챔버(100)와 연통하는 제2배출구(14)를 통해 배출㉧되게 된다.

상기와 같은 구조로 구성되는 본 발명에 따른 배열회수용 열교환기(1)는 하우징(10)과 구획관(70)에 의한 2중관 구조를 취하고, 제2유체가 구획관의 외측영역(b)과 내측영역(a)을 차례로 통과하면서 제1유체와의 입체적인 열교환이 수행되어, 종래 열교환기에 비해 크기가 컴팩트 해지면서도 열교환 효율이 크게 개선될 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1 : 배열회수용 열교환기 10 : 하우징
20 : 제1구획벽 30 : 제2구획벽
40 : 제1챔버 50 : 제2챔버
60 : 제3챔버 70 : 구획관
80 : 제4챔버 90 : 제5챔버
100 : 제6챔버 110 : 내배플
120 : 외배플

Claims (6)

1. 선단측에 제1유입구, 제1배출구, 제2유입구 및 제2배출구가 형성되는 하우징; 상기 하우징 내의 선단 측에 배치되며 일 부위에 제1개구부 형성되는 제1구획벽; 상기 하우징내 의 후단 측에서 상기 제1구획벽과 나란히 이격 배치되는 제2구획벽; 일면이 상기 제1구획벽의 선단측면에 기밀하게 결합되며, 타면이 상기 제1유입구와 연통되어 제1유입구를 통해 제1유체가 유입되는 제1챔버; 상기 제1챔버보다 큰 직경으로 상기 제2구획벽의 후단측면에 기밀하게 결합되고, 상기 제1챔버와는 상기 제1구획벽 및 제2구획벽을 관통하는 복수의 제1전열관을 통해 연결되어 상기 제1챔버 내의 제1유체가 상기 제1전열관을 통해 유입되는 제2챔버; 상기 제1챔버와 이격된 상태에서 제1챔버를 감싸는 형태로 상기 제1배출구와 연통되고, 상기 제2챔버와는, 상기 제1전열관보다 외측에 배열되며 상기 제1구획벽 및 제2구획벽을 관통하는 복수의 제2전열관에 의해 연결되어, 상기 제2전열관을 통해 유입되는 상기 제2챔버 내의 제1유체를 상기 제1배출구로 배출시키는 제3챔버; 관 형태로 그 일단 및 타단이 각각 상기 제1구획벽 및 제2구획벽에 기밀하게 결합되어 그 내측 영역에는 상기 제1전열관이, 그 외측 영역에는 상기 제2전열관이 배치되며, 후단 상측에는 제2개구부가 형성되는 구획관; 상기 하우징의 내주면으로부터 상기 제3챔버를 감싸도록 구성되며 상기 제2유입구와 연통되어 제2유입구를 통해 제2유체가 유입되는 제4챔버; 상기 하우징의 내주면으로부터 상기 제2챔버를 감싸도록 구성되며, 상기 제4챔버와는 상기 구획관의 외측영역을 통해 연결되어 상기 제4챔버 내의 제2유체가 상기 제2전열관에 접촉한 상태로 유입되는 제5챔버; 및 상기 하우징의 선단 내측에서 상기 제1챔버 및 제3챔버 사이에 개재되며, 상기 제5챔버 내의 제2유체가 상기 구획관의 제2개구부를 통해 상기 제1전열관에 접촉하도록 상기 구획관의 내측영역을 통과한 후, 상기 제1구획벽에 형성된 제1개구부를 통해 유입되며 상기 제2배출구와 연통되는 제6챔버;를 포함하고,
   상기 제1유입구는 상기 제1챔버와 연장관에 의해 연결되며,
   상기 제6챔버는 상기 제1챔버 및 상기 연장관을 감싸는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 배열회수용 열교환기.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제1구획벽은 그 상단에 제1개방구가 형성되어,
   상기 제4챔버로 유입되는 제2유체가 상기 제1개방구를 통해 상기 구획관의 외측영역으로 유입되는 것을 특징으로 하는 배열회수용 열교환기.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제2구획벽은 그 하단에 제2개방구가, 그 상단에는 제3개방구가 형성되어,
   상기 제1개방구로부터 상기 구획관의 외측영역을 통해 유입되는 제2유체가 상기 제2개방구를 통해 상기 제5챔버로 유입된 후, 상기 제3개방구를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 배열회수용 열교환기.
5. 제 3항에 있어서,
   상기 제1구획벽 및 제2구획벽 사이에서 상기 구획관의 내측영역에는 상기 제1전열관이 관통되는 복수의 내배플이 상하 지그재그로 상호 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배열회수용 열교환기.
6. 제 3항에 있어서,
   상기 제1구획벽 및 제2구획벽 사이에서 상기 구획관의 외측영역에는 상기 제2전열관이 관통되는 복수의 외배플이 상하 지그재그로 상호 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배열회수용 열교환기.

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