KR101795989B1 - 열 공급용 열교환기 - Google Patents

Abstract

버너의 연소에 의한 열에너지를 유체의 대류 순환에 의해 효율적으로 회수할 수 있는 구조를 갖는 열 공급용 열교환기가 제공된다. 일측에는 버너가 결합되어 그 내부를 연소실로 형성하고, 타측은 개구되어 배기가스 배출통로를 형성하는 제1격벽과; 배출통로를 지난 배기가스가 열교환기의 외부 열매체와 열교환을 하면서 이동하게 하는 열교환기 캡과; 상기 제1격벽의 둘레를 감싸는 형태로 설치되며, 상기 하측 개구로 유입되는 물 또는 기름 등의 열매체를 상기 버너의 배기가스에 의해 가열하여 상측 개구로 배출하는 제2격벽과; 상기 배기가스 배출통로를 감싸는 형태로 설치되고, 상기 배기가스 배출통로는 일측의 원주면에 형성된 연도(stack)에 연결된 열교환기 외통으로 구성된다.

Description

열 공급용 열교환기{Heat exchanger for thermal energy supply}

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 버너의 연소에 의한 열에너지를 유체의 대류 순환에 의해 효율적으로 회수할 수 있는 구조를 갖는 열 공급용 열교환기에 관한 것이다.

열교환기는 온도가 높은 열매체로부터 전열부를 통해서 온도가 낮은 열매체에 열을 전달하는 장치로서, 광범위한 분야에 널리 사용되고 있다. 식기 세척기, 온수기, 튀김기 등은 버너의 화염 또는 고온의 배기가스의 열에너지를 이용하여 물과 기름 등과 같은 열매체를 가열하는 방식을 주로 이용하고 있다.

식기세척기에서 사용하는 열교환기의 종래기술은 아래 특허문헌 1(특허 제10-1183490호, 2012. 09. 11. 등록)에 기재된 "열교환기 온도가 높은 열매체로부터 전열부를 통해서 온도가 낮은 열매체로 열을 전달하는 장치"가 있다.

위 특허문헌 1에 기재된 종래의 열교환기는 버너의 화염으로 연소실내에 배치된 내측 열교환 유로내의 열매체를 가열하고, 상기 가열된 열매체의 열을 연소실의 외부에 의하여 물수용부에 수용된 물과 접촉되는 외측 열교환 유로에 공급하여 물수용부에 수용된 물을 간접적으로 가열하도록 구성되어 있다.

튀김기에서 사용하는 열교환기의 종래기술은 아래 특허문헌 2(공개실용신안공보 제20-2012-0120755, 2012. 11. 02. 공개)에 기재된 "화재방지를 위한 차유관을 구비한 튀김기"가 있다. 위 특허문헌 2에는 열매체저장부의 하부 일측에 설치된 버너부에서 발생되는 열을 상기 열매체저장부로 전달하는 열교환기를 전달하는 열교환기를 구비하고 있다.

그러나, 특허문헌 2에 기재된 종래의 열교환기는 열매체저장부의 하부측 버너에서 생성된 배기가스를 열매체저장부의 내부에 설치된 열교환기의 전열관으로 흐르게 하여 열교환을 하는 구조로서, 제작방법이 복잡하고 용량에 비하여 크기가 크고 열교환 효율이 떨어지는 등의 문제가 있었다.

또한 기존 기술은 배기가스 유로가 길게 형성되어 온도 불균일성이 나타나고, 이로 인하여 조리물이 일부는 타거나 일부는 덜 익는 등의 문제가 있다.

10-1183490 B1(2012. 09. 11. 등록) 20-2012-0120755 A1(2012. 11. 02. 공개)

따라서 본 발명의 목적은 위와 같은 제반의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 버너에서 생성된 고온의 배기가스에 의해 제1격벽을 통해서 제1격벽의 외측으로 유동하는 물 또는 기름 등의 열매체와 열교환하여 열을 공급하는 구조를 갖는 열 공급용 열교환기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 제1격벽을 통해서 1차 열교환된 배기가스가 열교환기 캡을 따라서 이동하면서 열교환기 외부의 열매체와 2차 열교환하는 구조를 갖는 열 공급용 열교환기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 연소실의 외측에 하측 개구와 상측 개구가 형성된 제2격벽과 그 둘레를 감싸고 있는 열교환기 외통을 설치하고, 상기 열교환 캡을 따라서 열교환된 배기가스가 제2격벽과 열교환기 외통 사이를 이동하면서 3차 열교환이 이루어지며, 상기 제2격벽과 열교환기 외통 사이에 배기가스의 열을 회수하는 전열부를 장착하여 상기 제2격벽에 전달되는 열매체의 전열효과를 극대화하여 효율적으로 열교환을 가능하게 한 열 공급용 열교환기를 제공함에 있다.

또한 본 발명은 물, 기름 등의 용기에 열교환기를 용접하지 않는 구조로 장착되어 내구성이 향상되며, 전열면적을 크게 높일 수 있어서 열효율이 향상되고 온도상승 시간이 단축되며, 연료 또한 절약되는 효과를 얻을 수 있다. 더불어 열교환기 설치 및 조립이 용이하고 청소가 쉬운 장점이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일측에는 버너가 결합되어 그 내부를 연소실로 형성하고, 타측은 개구되어 배기가스 배출통로를 형성하는 제1격벽과; 상기 배기가스 배출통로를 지난 배기가스가 열교환기의 외부 열매체와 열교환을 하면서 이동하게 하는 열교환기 캡과; 상기 제1격벽의 둘레를 감싸는 형태로 설치되며, 상기 하측 개구로 유입되는 물 또는 기름 등의 열매체를 상기 버너의 배기가스에 의해 가열하여 상측 개구로 배출하는 제2격벽과; 상기 배기가스 배출통로를 감싸는 형태로 설치되고, 상기 배기가스 배출통로는 일측의 원주면에 형성된 연도(stack)에 연결된 열교환기 외통으로 구성함을 특징으로 한다.

상기 배기가스 배출통로는 상기 버너에서 생성된 배기가스를 열교환기 캡에 따라서 방향이 180도 바뀌면서 제2격벽과 열교환기 외통 사이를 이동하면서 상기 연도로 배출하도록 형성된 것임을 특징으로 한다. 이 때 배기가스는 열교환기 캡과 열교환기 외통을 거치면서 지속적으로 열매체와 열교환을 수행하게 된다.

상기 배기가스와 열교환하는 전열부는 열교환 핀 또는 전열관 중 어느 하나가 제2격벽과 열교환기 외통 사이에 설치된 것임을 특징으로 한다.

상기 열 공급용 열교환기는 열매체의 입구부와 출구부가 형성된 열매체용기에 넣어져 결합됨을 특징으로 한다.

본 발명에 실시 예에 따른 열 공급용 열교환기는 원통 형상으로 버너를 감싸는 연소실의 둘레에 형성된 제1격벽과 연소실을 거쳐서 이동하는 열교환기 캡, 그리고 제1격벽 둘레에 형성된 제2격벽과 제2격벽의 둘레에 형성된 열교환기 외통을 지나면서 열교환을 하고, 열교환기 하부로 유입된 열매체를 가열하여 상부로 이동되는 과정에서 대류 순환을 함으로써 열전달과 열교환의 효율을 증대시킬 수 있는 이점이 있다. 또한, 열 공급용 열교환기를 감싸는 형상을 한 열매체용기에 열매체 입구부와 출구부가 형성됨으로써, 상기 열매체용기에 수용된 열매체가 열교환기의 하부로 유입된 후 열교환이 이루어져 상부로 이동되는 과정에서 대류 순환이 지속 반복됨으로써 열매체용기에 수용된 열매체를 빠른 시간에 가열할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열 공급용 열교환기의 외관 사시도로, 도 1a는 정면 사시도이고, 도 1b는 저면사시도이다.
도 2는 도 1a에 도시된 열 공급용 열교환기의 A-A선 단면도.
도 3은 도 1a에 도시된 열 공급용 열교환기의 B-B선 단면도.
도 4는 도 1a에 도시된 열 공급용 열교환기의 C-C선 단면도.
도 5와 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열교환기의 열매체용기에 도 1에 도시된 열 공급용 열교환기를 장착한 상태를 타나낸 도면.
도 7은 도 1에 도시된 열 공급용 열교환기에 연소 버너부가 장착된 상태를 나타낸 도면이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 아래 설명되는 본 발명의 실시 예는 당업자에게 본 발명의 사상을 충분하게 전달하기 위한 것임에 유의하여야 한다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열 공급용 열교환기(1)는 제1격벽(10); 제2격벽(20); 열교환기캡(30); 및 열교환기 외통(31);을 포함한다. 제1격벽(10)은 원통 형상이되 일측은 버너(12)가 결합된 연소실 플랜지(18)에 의해 폐쇄되고, 타측은 개방된 상태로 내부 중앙에 설치되며, 그 내부에는 연소실(14)이 형성된다. 이러한 제1격벽(10)의 타측 개방 부위에는 열교환기 캡(30)이 결합된다.

제2격벽(20)은 원통 형상이고 제1격벽(10)을 감싸는 형태로 그 외측 둘레(외주면)에 설치되며, 상기 제1,2격벽(10,20) 사이에는 물 또는 기름 등의 열매체가 이동하는 열매체 가열통로(15)가 형성된다. 이때, 상기 열매체가 잘 이동될 수 있도록 열매체 가열통로를 이루는 제1,2격벽(10,20) 사이는 충분히 이격된 상태로 설치되어야 한다.

상기 제2격벽(20)의 하측과 상측에는 각각 열매체가 유입 및 유출되도록 하측 개구(21)와 상측 개구(22)가 형성되며, 이러한 하측 개구 및 상측 개구는 도 1a 내지 도 3에 도시된 바와 같이 열 공급용 열교환기(1)의 길이방향을 따라 길게 형성된다.

열교환기 외통(31)은 제2격벽(20)을 감싸는 형태로 그 외측 둘레에 이격 설치되고, 상기 제2격벽과 열교환기 외통 사이에는 배기가스 배출통로(16)가 형성된다. 즉, 상기 열교환기 외통(31)은 하측 개구(21)와 상측 개구(22)를 제외한 제2격벽의 나머지 부분과 배기가스 배출통로(16)를 감싸는 형태로 설치된다. 이때, 상기 배기가스 배출통로(16)는 제2격벽(20)의 일측 상단에 형성된 연도(stack : 32)에만 연결되도록 설치된다.

이에 따라 상기 제2격벽(20)의 하측 개구(21)로부터 물이나 기름 등의 열매체가 유입되어 그 내부에 채워진 상태에서, 제1격벽(10) 내부에 설치된 버너(12)의 연소에 의해 생성된 배기가스가 연소실(14) 내부를 채우면서 제1격벽으로 전달되면, 제1격벽(10)과 제2격벽(20) 사이 즉, 열매체 가열통로(15)를 이동하는 열매체로 열이 직접적으로 전달되면서 1차로 열교환이 이루어진다.

이에 따라 상기 버너(12)의 배기가스는 열교환기 캡(30)과 열교환기 외통(31)의 내측면을 통과하여 배기가스 배출통로(16)를 따라 열교환이 이루어지면서 연도(32)로 배출되는 것이다.

이와 같이 제1격벽(10) 내에 설치된 버너(12)에 의해 생성된 배기가스가 배기가스 배출통로(16)로 배출되는 과정에서 열교환기 캡(30)과, 제2격벽(20) 및 열교환기 외통(31)을 통해 이동하면서 열교환기 내,외부의 열매체와 2,3차로 열교환이 이루어지는 것이다.

이때, 제2격벽(20)과 열교환기 외통(31) 사이에 형성된 배기가스 배출통로(16)로 배출되는 고온의 배기가스로부터 효과적으로 폐열을 회수하기 위하여 상기 배기가스 배출통로 상에는 전열부(40)가 설치되며, 상기 전열부는 배기가스 배출통로(16)로 배출되는 고온의 배기가스와 접촉면적을 극대화함으로써 배기가스의 열을 효과적으로 회수하게 된다.

상기 전열부(40)는 열교환핀 또는 전열관 중에서 선택된다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 열 공급용 열교환기(1)는 열교환 과정에서 버너(12)의 연소에 의한 배기가스가 제1격벽(10)을 가열하여 그 외측에 형성된 열매체 가열통로(15)로 유동되는 열매체를 가열함으로써 1차 열교환을 하고, 이어서 상기 가열된 열매체가 열교환기 캡(30)을 따라 이동하면서 열교환기 외부(예컨대, 열매체 용기)의 열매체와 2차 열교환을 하며, 다음으로 제2격벽(20)과 열교환기 외통(31) 사이의 배기가스 배출통로(16)를 이동하면서 3차 열교환을 이어가게 된다. 이때, 상기 배기가스 배출통로(16)를 이동하면서 그 내부에 설치된 열교환핀과 같은 전열부(40)에 의해 열교환이 더욱 효과적으로 이루어짐에 따라 열전달 및 열교환 효율의 상승 효과를 꾀할 수 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기의 열매체용기에 도 1에 도시된 열 공급용 열교환기를 장착한 상태를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 열매체용기의 열교환을 설명하기 위한 도면이다. 그리고 도 7은 도 1에 도시된 열 공급용 열교환기(1)에 연소 버너부를 구성하는 송풍기(60) 등이 장착된 상태를 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 열매체용기(50)에는 물이나 기름과 같은 열매체를 그 내부로 공급하고, 열교환이 이루어진 열매체를 외부로 배출하도록 열매체 입구부(51) 및 출구부(52)가 설치되어 있다.

따라서 버너(12)에서 생성된 연소가스를 제1격벽(10) 내의 연소실로 제공하면, 앞서 기술한 바와 같이 배기가스가 제1격벽(10)을 1차적으로 가열하여 외측으로 이동하는 열매체를 가열하고, 열교환기 캡(30)을 따라 이동하면서 열교환기 외부의 열매체와 2차 열교환을 하며, 이후 제2격벽과 열교환기 외통 사이를 이동하면서 지속적으로 3차 열교환을 하게 된다.

이때 열교환기(1)의 제2격벽(20)의 하부로 유입되는 열매체가 가열되어 도 6과 같이 상부로 이동되는 과정에서 열매체용기(50)에 저장된 열매체가 대류 순환에 의해 신속하게 열교환이 이루어진다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 열 공급용 열교환기(1)는 제1격벽(10)과 열교환기 캡(30), 그리고 제2격벽(20)과 열교환기 외통을 열매체가 이동하는 과정에서 열교환이 이루어지도록 하고, 열매체용기(50)에 채워진 열매체가 열교환기 외부에서 대류순환되도록 함으로써 열전달 및 열교환 효율을 상승시키는 효과를 극대화할 수 있다.

1 : 열 공급용 열교환기, 10 : 제1격벽,
12 : 버너, 14 : 연소실,
16 : 배기가스 배출통로, 18 : 연소실 플랜지,
20 : 제2격벽, 21 : 하측 개구,
22 : 상측 개구, 30 : 열교환기 캡,
31 : 열교환기 외통, 32 : 연도
40 : 열교환 핀, 50 : 열매체 용기,
51 : 열매체 입구부, 52 : 열매체 출구부,
60 : 송풍기,

Claims (4)

1. 물 또는 기름으로 된 열매체가 저장된 열매체용기 내에 장착되는 열교환기에 있어서,
   일측은 원통형 버너(12)가 결합됨과 아울러 내부에 연소실(14)을 이루도록 폐쇄되고 타측은 배기가스가 배출되도록 개방되며, 그 외측에 형성된 열매체 가열통로(15)를 이동하는 열매체에 의해 열교환하도록 이루어진 제1격벽(10);
   상기 제1격벽의 타측 개방 부위에 결합되고 연소실에서 배출된 배기가스의 이동방향이 180° 전환되도록 유도하면서 열매체용기 내의 열매체와 열교환하도록 이루어진 열교환기 캡(30);
   상기 제1격벽을 감싸도록 그 외측 둘레에 이격 설치되고 상기 열매체 가열통로로 열매체가 유입되도록 하측에 형성되는 하측 개구(21) 및 열교환된 열매체가 유출되도록 상측에 형성되는 상측 개구(22)를 갖는 제2격벽(20);
   상기 제2격벽을 감싸도록 그 외측 둘레에 이격 설치되고 제2격벽과의 사이에 형성된 배기가스 배출통로(16)를 이동하면서 열교환하도록 이루어진 열교환기 외통(31);를 포함하며,
   상기 배기가스 배출통로를 통과하는 배기가스가 외부로 배출되도록 열교환기 외통에 연결된 연도(32)를 더 포함하며,
   상기 하측 개구(21) 및 상측 개구(22)는 길이방향으로 길게 형성된 것임을 특징으로 하는 열 공급용 열교환기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   배기가스와의 접촉면적을 넓히도록 상기 배기가스 배출통로(16) 상에 설치되는 전열부(40)를 더 포함하며, 상기 전열부는 열교환핀 또는 전열관 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열 공급용 열교환기.
4. 삭제

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