KR101810767B1 - 열교환기용의 전열핀 및 그것을 구비한 열교환기 - Google Patents

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Abstract

(과제) 열교환기의 고열효율화를 도모함과 아울러, 후 비등현상에 수반하는 운전재개시의 고온 출탕을 억제하는 것.
(해결수단) 상하에 개구(301, 302)를 가지는 동체(30)의 측벽(303, 304) 상호간에 세로 방향으로 복수 병설되는 스테인리스계 금속제의 전열핀(31)으로서, 상하 2단으로 복수 병설되는 상하로 긴 타원형의 전열관 삽입구멍(611, 612)과, 상단측 관 삽입구멍(611) 상호 간에 형성되는 상단 절결부(651)와, 하단측 관 삽입구멍(612) 상호간에 형성되는 하단 절결부(652)를 가지며, 상단측 관 삽입구멍(611)과 하단측 관 삽입구멍(612)이 좌우 방향으로 편심한 위치에 배치 설치되고, 상단 절결부(651)가 핀 상단부(311)에서 상단측의 전열관 삽입구멍(611)의 하단을 넘어 하단측의 전열관 삽입구멍(612)의 상단 근방까지 형성되며, 하단 절결부(652)가 핀 하단부(312)에서 하단측의 전열관 삽입구멍(612)의 하단에서 상방까지 형성되고 또한 양측 가장자리 상호간이 하방으로 향하여 폭 확대 형성된 것.

Description

열교환기용의 전열핀 및 그것을 구비한 열교환기{HEAT TRANSFER FIN HEAT EXCHANGERS, HEAT EXCHANGER AND WITH IT}
본 발명은 연소장치에 내장되는 열교환기의 전열핀 및 그 전열핀을 구비한 열교환기에 관한 것이다.
급탕기나 난방용 열원기 등의 연소장치에 내장되는 종래의 열교환기에 있어서, 상하에 개구를 가지는 동체(胴體) 내에 소정의 간극을 가지고 세로 방향으로 복수 병설되는 전열핀과, 전열핀에 대해서 직교하는 방향으로 복수 관통 삽입되는 전열관을 구비하고, 열효율을 고려하여 전열핀이나 전열관을 열전도성이 높은 구리계 금속으로 형성한 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 및 2 참조).
그런데 상기 종래의 열교환기에 있어서, 열효율을 높게 하기 위해 열교환기 내로 도입되는 연소배기가스 중의 잠열을 회수하려고 하면, 전열핀의 표면에서 연소배기가스 중의 수증기가 응축되어 드레인이 생성된다. 그리고 전열핀의 하단부에 다량의 드레인이 부착 체류하면, 연소배기가스의 흐름이 저지되어 열효율의 저하를 초래할 우려가 있다. 게다가, 연소배기가스 중에는 질소산화물이 다량 함유되어 있으므로, 전열핀의 표면에 산성의 드레인이 생성되어 전열핀의 부식을 초래할 우려도 있다.
특허문헌 1: 일본국 특개2001-82808호 공보 특허문헌 2: 일본국 특개2004-37005호 공보
상기한 드레인에 대한 내부식성의 관점으로부터, 내장되는 연소장치에 따라서는, 전열핀을 스테인리스계 금속으로 형성하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 스테인리스계 금속은 구리계 금속에 비하여 열전도성이 낮기 때문에, 전열핀에 있어서의 전열관 삽입구멍으로부터 떨어진 부위가 과열 상태로 되어 변형이나 손상을 초래하고, 오히려 열효율을 저하시킬 우려가 있다. 게다가, 전열핀의 열전도성이 낮으면 그만큼, 운전정지 후의 전열핀의 보유열량이 많아지기 때문에, 운전을 재개했을 때에, 전열핀에서 전열관 내의 탕수로 전파되는 소위 후(後) 비등현상에 의해서 온수이용장소로의 초기 출탕 온도가 고온으로 된다고 하는 문제도 있다.
본 발명은 상기의 사정에 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 열교환기의 고열효율화를 도모함과 아울러, 후 비등현상에 수반하는 운전재개시의 고온 출탕을 억제하는 것에 있다.
본 발명은 상부 개구에서 하부 개구로 연소배기가스가 도통되는 열교환기 동체의 대향하는 2개의 측벽 상호간에 소정의 간극을 가지고 세로 방향으로 복수 병설되는 스테인리스계 금속제의 전열핀으로서, 상하 2단으로 복수 병설되는 상하 방향으로 긴 타원형의 전열관 삽입구멍과, 상단측의 인접하는 전열관 삽입구멍 상호간에 형성되는 상단 절결부와, 하단측의 인접하는 전열관 삽입구멍 상호간에 형성되는 하단 절결부를 가지며, 상단측의 전열관 삽입구멍과 하단측의 전열관 삽입구멍은 그들의 중심 상호가 좌우 방향으로 편심한 위치가 되도록 배치 설치되어 있고, 상단 절결부는 핀 상단부에서 상단측의 전열관 삽입구멍의 하단을 넘어 하단측의 전열관 삽입구멍의 상단 근방까지 형성되며, 하단 절결부는 핀 하단부에서 하단측의 전열관 삽입구멍의 하단에서 상방까지 형성되고, 또한 양측 가장자리 상호간이 하방으로 향하여 폭 확대되도록 형성된 것이다.
이것에서는 상하 방향으로 긴 타원형의 전열관 삽입구멍을 가지고 있으며, 또, 상단측의 전열관 삽입구멍과 하단측의 전열관 삽입구멍이 좌우 방향으로 편심한 위치가 되도록 설치되어 있기 때문에, 각 전열관 삽입구멍에 관통 삽입되는 전열관에 대한 연소배기가스의 접촉시간을 길게 할 수 있다.
특히, 이것에서는 열교환기 동체의 상부 개구로부터 도입되는 연소배기가스의 일부가 상단 절결부를 통해서 직접적으로 하단측의 전열관 삽입구멍의 형성부 주변에 도달한다, 즉, 충분한 열량을 보유한 연소배기가스가 하단측의 전열관 삽입구멍의 주변까지 널리 퍼지기 때문에 부분적인 과열에 기인하는 변형이나 손상이 발생하기 어렵고, 전열핀의 상단부에서 하단부에 이르는 전체적으로 균일하게 연소배기가스 중의 열을 회수할 수 있다.
또, 이것에서는 하단 절결부의 양측 가장자리 상호간이 하방으로 향하여 폭 확대되도록 형성되어 있기 때문에, 가령 전열핀의 표면에서 드레인이 생성되더라도, 그 드레인은 하단 절결부의 측 가장자리를 타고 핀 하단부에 있어서의 하단측의 전열관 삽입구멍의 하방 위치에 모아져 하단측의 전열관 삽입구멍 상호간의 하방 위치에는 체류하기 어렵다. 따라서, 상기 전열핀을 조밀하게 병설해도 핀 하단부에서 드레인의 체류에 기인하는 환기 불량이 발생하기 어려워 전열핀 상호의 간극으로 연소배기가스를 원활하게 유통시킬 수 있다.
또한, 이것에서는 인접하는 2개의 상단측의 전열관 삽입구멍 상호의 각 간극에 핀 상단부에서 하단측의 전열관 삽입구멍의 상방 가장자리 근방 위치까지 절결부(상단 절결부)가 설치되고, 또, 인접하는 2개의 하단측의 전열관 삽입구멍 상호의 각 간극에도 핀 하단부에서 하단측의 전열관 삽입구멍의 하방 가장자리에서 상방 위치까지 절결부(하단 절결부)가 설치되어 있기 때문에, 그만큼, 운전정지 후의 보유열량도 적다. 따라서, 운전을 재개했을 때에 전열관 내의 탕수로 전파되는 열량을 저감시킬 수 있다.
또, 바람직하게는, 상기 전열핀에 있어서, 상단측의 전열관 삽입구멍의 하방에 형성되는 버링 구멍을 가지며, 버링 구멍의 상단은 상단 절결부의 하방 가장자리보다도 상방에 위치하고, 버링 구멍의 하단은 하단측의 전열관 삽입구멍의 상단보다도 하방에 위치하도록 형성된다.
이것에서는 상단측의 전열관 삽입구멍 상호간을 통과한 후의 연소배기가스가 하단측의 전열관 삽입구멍과 버링 구멍 둘레 가장자리의 기립 플랜지의 사이를 통하여 핀 하단부측으로 흐른다, 즉, 연소배기가스가 하단측의 각 전열관 삽입구멍 근방의 위치를 흐르기 때문에, 하단측의 각 전열관 삽입구멍 주변의 흡열 정도에 편차가 발생하기 어렵다.
또, 바람직하게는, 상기 전열핀에 있어서, 핀 상단부에 있어서의 상단측의 전열관 삽입구멍의 외주 상방의 단 가장자리는 하단 절결부의 내측 단 가장자리와 대략 동일 형상을 가진다.
이것에서는 핀 상단부에 있어서의 상단측의 전열관 삽입구멍의 외주 상방의 단 가장자리가 하단 절결부와 마찬가지로, 하방으로 향하여 폭 확대되도록 형성되어 있기 때문에, 상방에서 상단측의 전열관 삽입구멍의 형성부 주변으로 향하여 흐르는 연소배기가스의 일부가 핀 상단부의 상기 외주 상방의 단 가장자리를 따라서 상단 절결부로 유도되어 하단측의 전열관 삽입구멍의 형성부 주변에 도달한다. 따라서, 전열핀의 상단부에서 하단부에 이르는 전체적으로 더욱 균일하게 연소배기가스 중의 열을 회수할 수 있다. 또한, 핀 상단부의 상기 외주 상방의 단 가장자리와 하단 절결부의 내측 단 가장자리를 대략 동일 형상으로 한 것에 의해, 1장의 판재로부터 펀칭 가공에 의해 상하로 복수장 나열하여 형성할 때의 재료 로스를 적게 할 수도 있다.
또, 바람직하게는, 상기 전열핀에 있어서, 상단측의 전열관 삽입구멍의 둘레 가장자리를 따라서 형성되는 상단측 지지 플랜지를 가지며, 상단측 지지 플랜지는 상단측의 전열관 삽입구멍의 상단 근방에 절결부를 가지고 있고, 핀 상단부에 있어서의 상단측의 전열관 삽입구멍의 외주 상방의 단 가장자리는 상단측 지지 플랜지의 절결부의 상방에 오목부를 가진다.
이것에서는 상단측의 전열관 삽입구멍의 둘레 가장자리를 따라서 상단측 지지 플랜지가 설치되어 있기 때문에, 상단측의 전열관 삽입구멍에 관통 삽입되는 전열관과 전열핀의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 따라서, 상단측의 전열핀에서 회수한 열을 상기 전열관의 전체로 더욱 균일하게 전달할 수 있다.
또, 상단측 지지 플랜지에는 상단측의 전열관 삽입구멍의 상방 가장자리 근방에 절결부가 설치되어 있는 한편, 핀 상단부에는 상단측 지지 플랜지의 절결부의 상방에 오목부가 설치되어 있기 때문에, 전열관을 상단측의 전열관 삽입구멍에 납땜함에 있어서, 핀 상단부의 오목부에 납땜재를 부착시키면, 그 납땜재는 절결부를 통해서 상단측의 전열관 삽입구멍의 주변으로 흐른다. 따라서, 전열핀과 전열관을 소량의 납땜재로 확실하게 납땜할 수 있다.
또, 바람직하게는, 상기 전열핀에 있어서, 하단측의 전열관 삽입구멍의 둘레 가장자리를 따라서 형성되는 하단측 지지 플랜지를 가지며, 하단측 지지 플랜지는 하단측의 전열관 삽입구멍의 상단 근방에 절결부를 가지고 있고, 상단 절결부의 하방 가장자리는 하단측 지지 플랜지의 절결부의 상방에 오목부를 가진다.
이것에서는 하단측의 전열관 삽입구멍의 둘레 가장자리를 따라서 하단측 지지 플랜지가 설치되어 있기 때문에, 하단측의 전열관 삽입구멍에 관통 삽입되는 전열관과 전열핀의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 따라서, 하단측의 전열핀에서 회수한 열을 상기 전열관의 전체로 더욱 균일하게 전달할 수 있다.
또, 하단측 지지 플랜지에는 하단측의 전열관 삽입구멍의 상방 가장자리 근방에 절결부가 설치되어 있는 한편, 상단 절결부의 하단 가장자리에는 하단측 지지 플랜지의 절결부의 상방에 오목부가 설치되어 있기 때문에, 전열관을 하단측의 전열관 삽입구멍에 납땜함에 있어서, 상단 절결부의 오목부에 납땜재를 부착시키면, 그 납땜재는 절결부를 통해서 하단측의 전열관 삽입구멍의 주변으로 흐른다. 따라서, 전열핀과 전열관을 소량의 납땜재로 확실하게 납땜할 수 있다.
또, 본 발명은 상기 어느 하나의 전열핀과, 상하 방향으로 긴 단면 타원형의 전열관을 가지는 열교환기로서, 전열관이 열교환기 동체의 대향하는 2개의 측벽 상호간에 전열핀에 대해서 직교하는 방향으로 각 전열관 삽입구멍에 관통 삽입시킨 상태에서 복수 연장 설치된 것이다.
이것에서는 상부 개구에서 열교환기 동체 내로 도입되는 연소배기가스의 일부가 전열핀의 상단 절결부를 통하여 직접적으로 하단측의 전열관 삽입구멍의 형성부 주변에 도달하기 때문에, 전열핀의 부분적인 과열에 기인하는 변형이나 손상이 발생하기 어려워 전열핀의 상단부에서 하단부에 이르는 전체적으로 균일하게 연소배기가스 중의 열을 회수할 수 있다.
또, 이것에서는 핀 하단부에 양측 가장자리 상호간이 하방으로 향하여 폭 확대하는 하단 절결부가 설치되어 있기 때문에, 가령 전열핀의 표면에서 드레인이 생성되더라도, 그 드레인은 하단 절결부의 측 가장자리를 타고 핀 하단부에 있어서의 하단측의 전열관의 하방 위치에 모아져 하단측의 전열관 상호의 각 간극의 하방 위치에는 체류하기 어렵다. 따라서, 상기 전열핀이 조밀하게 병설된 것으로 해도, 핀 하단부에서 드레인의 체류에 기인하는 환기 불량이 발생하기 어려워 전열핀 상호의 간극에 연소배기가스를 원활하게 유통시킬 수 있다.
게다가, 이것에서는 상하 방향으로 긴 단면 타원형의 전열관이 열교환기 동체의 대향하는 2개의 측벽 상호간에 상하 2단으로 또한 전열핀에 대해서 직교하는 방향으로 각 전열관 삽입구멍에 관통 삽입시킨 상태에서 복수 연장 설치되며, 또, 상단측의 전열관과 하단측의 전열관이 좌우 방향으로 편심한 위치가 되도록 설치되기 때문에, 단면 원형의 전열관을 복수 병설한 종래의 열교환기에 비하여 각 전열관에 대한 연소배기가스의 접촉 시간을 길게 할 수 있다.
또한, 이것에서는 전열핀의 인접하는 2개의 상단측의 전열관 삽입구멍 상호의 각 간극에 핀 상단부에서 하단측의 전열관 삽입구멍의 상방 가장자리 근방 위치까지 절결부(상단 절결부)가 설치됨과 아울러, 인접하는 2개의 하단측의 전열관 삽입구멍 상호의 각 간극에도 핀 하단부에서 하단측의 전열관 삽입구멍의 하방 가장자리에서 상방 위치까지 절결부(하단 절결부)가 설치되어 있기 때문에, 그만큼, 운전정지 후의 열교환기 전체의 보유열량도 적다. 따라서, 운전을 재개했을 때에 전열관 내의 탕수로 전파되는 열량을 저감시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 각 전열관 삽입구멍에 관통 삽입되는 전열관에 대한 연소배기가스의 접촉 시간을 길게 할 수 있음과 아울러, 전열핀의 상단부에서 하단부에 이르는 전체적으로 균일하게 연소배기가스의 열을 회수할 수도 있기 때문에, 열효율이 향상된다. 또, 핀 하단부에서 드레인의 체류에 기인하는 환기 불량이 발생하기 어려워 전열핀 상호의 간극에 연소배기가스를 원활하게 유통시킬 수 있기 때문에, 열효율이 한층 향상한다. 또한, 운전재개시에 전열관 내의 탕수로 전파되는 열량을 저감시킬 수 있기 때문에, 후 비등현상에 수반하는 운전재개시의 고온 출탕을 억제할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관련되는 전열핀을 구비한 열교환기의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 관련되는 전열핀을 구비한 열교환기의 좌전(左前) 상방 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 관련되는 전열핀의 좌전 상방 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 관련되는 전열핀의 전방 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 관련되는 전열핀의 좌전 상방 사시도이다.
다음에, 본 발명의 실시형태에 관련되는 전열핀 및 그것을 구비한 열교환기에 대해서 첨부도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 관련되는 전열핀(31)을 구비한 열교환기(3)는 급탕기나 난방용 열원기 등의 연소장치(1)에 내장되고, 급수관(11)에서 전열관(32, 33)으로 공급되는 물을 가스 버너(2)로부터 방출된 연소배기가스에 의해 열교환 가열한 후, 출탕관(12)을 통해서 도시하지 않는 온수이용장소로 공급하도록 구성된다.
열교환기(3)의 외곽을 구성하는 동체(30)는 상하에 개구(301, 302)를 가지는 직사각형 상자 형상으로 형성되어 있고, 상부 개구(301)에는 가스 버너(2)를 수용하는 연소실 하우징(20)이 연결된다. 한편, 하부 개구(302)에는 가스 버너(2)에서 동체(30) 내로 송출된 연소배기가스를 급탕기(1)의 외부로 유도하는 배기실 하우징(40)이 연결된다.
또한, 연소실 하우징(20)의 상부에는 가스 버너(2)의 연소용 공기로서 급탕기(1) 외부의 공기를 연소실 하우징(20) 내로 송출하는 팬 유닛(5)이 접속되어 있으며, 가스 버너(2)로부터 방출된 연소배기가스는 팬 유닛(5)에 의해서 연소실 하우징(20) 내로 송출된 공기와 함께 상부 개구(301)에서 열교환기(3)의 동체(30) 내로 도입된 후, 하부 개구(302)에서 배기실 하우징(40)을 통해서 급탕기(1)의 외부로 배출된다. 또, 배기실 하우징(40)에는 열교환기(3)에서 연소배기가스 중의 잠열을 회수할 때에, 전열핀(31)의 표면에 생성되는 드레인을 받기 위한 드레인 받이(41)가 설치되어 있으며, 드레인 받이(41)에 회수된 드레인은 드레인 관(42)에서 도시하지 않는 드레인 중화기를 통하여 외부로 배출된다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 동체(30) 내의 대향하는 전방 측벽(303) 및 후방 측벽(304)의 상호간에는 스테인리스계 금속으로 형성된 복수의 판 형상의 전열핀(31)이 소정의 간극을 가지고 또한 전방 측벽(303) 및 후방 측벽(304)과 평행하게 세로 방향으로 병설되어 있다. 또, 동체(30) 내의 대향하는 전방 측벽(303) 및 후방 측벽(304)의 상호간에는 스테인리스계 금속으로 형성된 직관 형상의 전열관(32, 33)이 복수 연장 설치되어 있다. 또한, 본 명세서에서는 전방 측벽(303)의 외측면을 열교환기(3)의 정면으로 하고, 동체(30)를 정면측에서 보았을 때의 깊이 방향을 전후 방향, 폭 방향을 좌우 방향, 높이 방향을 상하 방향이라 한다.
전열관(32, 33)은 동체(30) 내의 대략 하반(下半) 영역의 공간에, 상하 2단으로 또한 중심 상호가 하단측과 상단측으로 좌우 방향으로 반 피치 편심한 위치가 되도록 소위 지그재그 형상으로 병설되는 상하 방향으로 긴 단면 타원형의 제 1 전열관(32)과, 동체(30) 내의 대략 상반 영역의 공간에, 좌우의 측벽(305, 306)을 따라서 병설되는 단면 원형의 제 2 전열관(33)으로 이루어지며, 상부 개구 (301)에서 동체(30) 내로 도입된 연소배기가스 중의 현열의 일부를 제 2 전열관 (33)에서 회수한 후, 추가로 제 1 전열관(32)에서 상기 연소배기가스 중의 현열 및 잠열을 회수하도록 구성되어 있다. 이와 같이, 동체(30) 내의 상부 개구(301) 근방의 위치에 측벽(305, 306)을 따라서 제 2 전열관(33)을 배치 설치한 것에 의해, 측벽(305, 306)의 과열이 방지된다.
제 1 전열관(32) 및 제 2 전열관(33)의 각 관단(管端) 상호는 전방 측벽 (303) 및 후방 측벽(304)의 외측에서 연결 헤더(34)에 의해 접속되고, 1개의 열교환 관로(300)를 구성하고 있다(도 1 참조). 급수관(11)은 열교환 관로(300)의 입구측의 연결 헤더(34)에 접속되고, 출탕관(12)은 열교환 관로(300)의 출구측의 연결 헤더(34)에 접속된다. 따라서, 급수관(11)을 통해서 상기 입구측의 연결 헤더(34)에 공급된 물은 제 1 전열관(32), 제 2 전열관(33)의 순서로 흐른 후, 상기 출구측의 연결 헤더(34)에서 출탕관(12)으로 도출된다.
도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 전열핀(31)에는 버링 가공에 의해서, 제 1 전열관(32)을 삽입하기 위한 복수(여기에서는, 13개)의 전열관 삽입구멍(61)과, 동체(30)의 상부 개구(301)에서 전열핀(31) 상호의 간극(H1)으로 도입되는 연소배기가스의 흐름을 편향시키기 위한 복수(여기에서는, 7개)의 버링 구멍(62)이 개방 설치되어 있다.
전열관 삽입구멍(61)은 제 1 전열관(32)의 외주와 동일 형상의 상하 방향으로 긴 타원형의 통공(通孔)으로서, 제 1 전열관(32)의 배치와 마찬가지로, 상하 2단으로 또한 중심 상호가 하단측과 상단측으로 좌우 방향으로 반 피치 편심한 위치가 되도록 지그재그 형상으로 병설되어 있다.
또, 각 전열관 삽입구멍(61)의 내측 둘레 가장자리에는 전열핀(31)의 전면측에서 전방으로 향하여 상기 간극(H1)과 대략 동일 높이의 전열관 지지 플랜지(63)가 대략 전체 둘레에 걸쳐서 돌출 형성되어 있다. 제 1 전열관(32)은 전열핀(31)에 대해서 직교하는 방향으로 상기 각 전열관 삽입구멍(61)에 관통 삽입되고, 그 외주면과 전열관 지지 플랜지(63)의 내주면의 접합부가 납땜에 의해 고정된다.
버링 구멍(62)은 상단측의 전열관 삽입구멍(이하, 「상단측 관 삽입구멍」이라 한다, 611)의 세로 중심선 위의 하방 위치에 설치되어 있다. 또, 버링 구멍(62)은 상단이 후술하는 상단 절결부(651)의 하방 가장자리보다도 상방에 위치하고, 하단이 하단측의 전열관 삽입구멍(이하, 「하단측 관 삽입구멍」이라고 한다, 612)의 상단보다도 하방에 위치하도록 설치되어 있다. 또한, 버링 구멍(62) 둘레 가장자리의 기립 플랜지(64)는 전열핀(31)의 전면측에서 전방으로 향하여 돌출 형성되어 있으며, 전열핀(31) 상호의 간극(H1)과 동일 높이로 설정되어 있다. 따라서, 상부 개구(301)에서 동체(30) 내로 도입된 연소배기가스는 인접하는 상단측 관 삽입구멍(611) 둘레 가장자리의 전열관 지지 플랜지(이하, 「상단측 지지 플랜지」라고 한다, 631) 상호의 간극을 통과한 후, 버링 구멍(62)의 기립 플랜지(64)와 하단측 관 삽입구멍(612) 둘레 가장자리의 전열관 지지 플랜지(이하, 「하단측 지지 플랜지」라고 한다, 632)의 사이를 통과하고, 또한 하단측 지지 플랜지(632)의 측면을 따라서 핀 하단부(312)측으로 흐른다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 기립 플랜지(64)의 외주면 하단은 하단측 지지 플랜지(632)의 외주면 상단보다 하방에 위치하고 있다. 또, 기립 플랜지(64)의 외경은 각 전열관 지지 플랜지(63)의 외주 단경(短徑)보다 작고, 또한, 좌우에 인접하는 2개의 상단측 지지 플랜지(631) 상호의 이간 거리(S1)와 동일의 크기로 설정되어 있다. 또한, 기립 플랜지(64)의 외경은 기립 플랜지(64)와 전열관 지지 플랜지(63)의 간극에 있어서의 연소배기가스의 유통을 저해하지 않으면, 전열관 지지 플랜지(63)의 외주 단경 이상의 크기로 설정해도 좋다.
핀 상단부(311)이며 또한 좌우로 인접하는 2개의 상단측 관 삽입구멍(611) 상호간의 중앙 위치에는 하단측 관 삽입구멍(612)의 단경보다 좁은 폭의 상단 절결부(651)가 형성되어 있다. 또, 핀 하단부(312)이며 또한 좌우로 인접하는 2개의 하단측 관 삽입구멍(612) 상호간의 중앙 위치에는 상방으로 오목한 대략 타원호 형상의 하단 절결부(652)가 형성되어 있다.
상단 절결부(651)는 핀 상단부(311)에서 상단측 관 삽입구멍(611)의 하단보다 하방이며 또한 하단측 관 삽입구멍(612)의 상단 근방 위치까지 연장 돌출 형성되어 있다. 따라서, 상부 개구(301)에서 동체(30) 내로 도입된 연소배기가스의 일부는 상단 절결부(651)를 통해서 직접적으로 하단측 관 삽입구멍(612)의 형성부 주변에 도달한다. 또, 상단 절결부(651)의 폭(S2)은 전열관 지지 플랜지(63)의 외주 단경보다 작게 설정되어 있기 때문에, 상단 절결부(651)를 흐른 연소배기가스는 하단측 지지 플랜지(632)의 외주면 상단으로 향하여 흐른다.
상단 절결부(651)의 하방 가장자리에서 하단측 지지 플랜지(632)의 외주면 상단까지의 거리(S3)는 핀 상단부(311)에 있어서의 각 상단측 관 삽입구멍(611)의 외주 상방의 단 가장자리(이하, 「상단 플랜지」라 한다, 66)에서 상단측 지지 플랜지(631)의 외주면 상단까지의 거리(S4)와 동일(예를 들면, 4㎜)하게 설정되어 있다. 또한, 상단 절결부(651)의 하방 가장자리에서 하단측 지지 플랜지(632)의 외주면 상단까지의 거리(S3)는 제 1 전열관(32)과 하단측 지지 플랜지(632)를 적절하게 납땜 가능한 거리이면, 상단측 지지 플랜지(631)의 외주면 상단에서 상단 플랜지(66)까지의 거리(S4)보다 크게 설정해도 좋다.
하단 절결부(652)는 핀 하단부(312)에서 하단측 관 삽입구멍(612)의 하단에서 상방 위치까지 연장 돌출 형성되어 있다. 또, 하단 절결부(652)의 내측 단 가장자리(67)는 양측 가장자리 상호간이 하방으로 향하여 폭 확대되도록 원호 형상으로 형성되어 있다. 즉, 내측 단 가장자리(67)의 양측 가장자리는 하단측 관 삽입구멍(612)의 하방으로 향하여 경사 하향으로 만곡 형성되어 있다. 따라서, 전열핀(31)의 표면에서 드레인이 생성된 경우에, 하단 절결부(652)까지 흘러 떨어진 드레인은 내측 단 가장자리(67)의 측 가장자리부를 타고 하단측 관 삽입구멍(612)의 하방의 단 가장자리에 모아져 그 단 가장자리에서 상기한 드레인 받이(41) 위로 적하한다. 또한, 내측 단 가장자리(67)의 측 가장자리부는 소정 각도로 경사 하방 외향(예를 들면, 수직에 대해서 30도 외향)의 직선 형상으로 형성된 것으로 해도 좋다.
하단 절결부(652)의 하단 개방부의 폭(S5)은 좌우로 인접하는 2개의 하단측 지지 플랜지(632) 상호의 이간 거리(S1)보다 크고, 또한, 하단측 관 삽입구멍(612)의 중심 상호간의 거리(피치, S6)보다 작게 설정되어 있다. 즉, 인접하는 2개의 하단 절결부(652) 상호의 이간 거리(S7)는 하단측 지지 플랜지(632)의 외주 단경보다 작게 설정되어 있다. 또한, 상기 하단 개방부의 폭(S5)은 인접하는 2개의 하단 절결부(652) 상호간에 체류한 드레인에 의해서 연소배기가스의 원활한 흐름이 저해되지 않으면, 전열관 지지 플랜지(63)의 측면 상호의 간극(S1) 이하로 설정해도 좋다.
핀 하단부(312)에서 하단측 지지 플랜지(632)의 외주면 하단까지의 거리(S8)는 상단 절결부(651) 하방 가장자리에서 하단측 지지 플랜지(632)의 외주면 상단까지의 거리(S3)보다 크게(예를 들면, 8㎜) 설정되어 있다.
상단 플랜지(66)는 하단 절결부(652)의 내측 단 가장자리(67)와 대략 동일 형상의 상방으로 볼록한 원호 형상으로 형성되어 있으며, 상단 플랜지(66)의 양측 가장자리는 상단 절결부(651)로 향하여 경사 하향으로 만곡 형성되어 있다. 따라서, 상부 개구(301)에서 상단측 관 삽입구멍(611)의 형성부 주변으로 향하여 흐르는 연소배기가스의 일부는 상단 플랜지(66)를 따라서 상단 절결부(651)로 유도되고, 상단 절결부(651)를 통과해서 직접적으로 하단측 관 삽입구멍(612)의 형성부 주변에 도달한다.
상단 절결부(651)의 하방 가장자리 중앙 및 상단 플랜지(66)의 중앙에는 각각, 반원호 형상의 오목부(68)가 설치되어 있으며, 내장할 때, 오목부(68)에 페이스트 형상의 납땜재를 부착하고, 로(爐) 내에서 가열 용융시킨다. 그 결과, 용융된 납땜재는 전열관 지지 플랜지(63)의 외주면을 타고 전열관 지지 플랜지(63)와 제 1 전열관(32)의 접합부로 돌아 들어가고, 그 후의 냉각 공정을 거쳐 고화(固化)한다. 이에 따라, 전열핀(31)과 제 1 전열관(32)이 고정된다.
또한, 스테인리스계 금속은 구리계 금속에 비하여 납땜하기 어렵기 때문에, 페이스트 형상의 납땜재를 이용하여 가열 공정을 실행하는 전단계에서 각 전열관 지지 플랜지(63)와 제 1 전열관(32)의 접합부에 납땜재를 도포하여 둘 필요가 있다. 그러나 이것에서는 핀 상단부(311)에서 하단측 관 삽입구멍(612)의 상단 근방 위치까지 상단 절결부(651)가 설치되어 있기 때문에, 하단측 관 삽입구멍(612)과 하단측의 제 1 전열관(32)의 접합부에 대해서도 핀 상단부(311)측으로부터 용이하게 납땜재를 도포할 수 있다. 또, 전열핀(31)과 제 1 전열관(32)의 납땜이 적절하게 이루어져 있는지 아닌지를 확인하는 검사공정에 있어서, 하단측 관 삽입구멍 (612)과 하단측의 제 1 전열관(32)의 접합부의 납땜 상태를 동체(30)의 상부 개구 (301)에서 상단 절결부(651)를 통해서 육안 혹은 검사 카메라에 의해서 확실하게 눈으로 확인할 수도 있다.
이와 같이, 상기 실시형태에 따르면, 상부 개구(301)에서 동체(30) 내로 도입된 연소배기가스의 일부가 상단 절결부(651)를 통해서 직접적으로 하단측 관 삽입구멍(612)의 형성부 주변에 도달한다, 즉, 충분한 열량을 보유한 연소배기가스가 하단측 삽입구멍(612)의 주변까지 널리 퍼지기 때문에, 부분적인 과열에 기인하는 변형이나 손상이 발생하기 어려워 전열핀(31)의 상단부에서 하단부에 이르는 전체적으로 균일하게 연소배기가스의 열을 회수할 수 있다. 특히, 이것에서는 상단측 관 삽입구멍(611)의 형성부 주변으로 향하여 흐르는 연소배기가스의 일부가 핀 상단부(311)의 상단 플랜지(66)를 따라서 상단 절결부(651)로 유도되어 하단측 관 삽입구멍(612)의 형성부 주변에 도달하기 때문에, 전열핀(31)의 전체로 더욱 균일하게 연소배기가스의 열을 회수할 수 있다. 따라서, 열효율이 향상한다.
또, 전열핀(31)에 변형이나 손상이 발생하면, 동체(30) 내의 환기 저항이 증가하고, 가스 버너(2)로부터 방출된 연소배기가스가 동체(30) 내에 정상적으로 도입되지 않게 되어 불완전 연소를 초래할 우려가 있다. 그러나 이것에서는 상기한 바와 같이, 전열핀(31)의 부분적인 과열에 기인하는 변형이나 손상이 발생하기 어렵기 때문에, 가스 버너(2)의 불완전 연소도 방지할 수 있다.
또한, 이것에서는 상단측 관 삽입구멍(611) 상호간을 통과한 후의 연소배기가스가 하단측 관 삽입구멍(612)과 버링 구멍(62)의 기립 플랜지(64)의 사이를 통과해서 핀 하단부(312)측으로 흐른다, 즉, 연소배기가스가 각 하단측 관 삽입구멍 (612)의 둘레 가장자리[하단측 지지 플랜지(632)의 외주 측면]를 따라서 흐르기 때문에, 각 하단측 관 삽입구멍(612)의 주변에서 흡열 정도에 편차가 발생하기 어렵다. 따라서, 열효율이 한층 향상한다.
또, 이것에서는 하단 절결부(652)의 양측 가장자리 상호간이 하방으로 향하여 폭 확대되도록 형성되어 있기 때문에, 가령 전열핀(31)의 표면에서 드레인이 생성되더라도, 그 드레인은 하단 절결부(652)의 측 가장자리부를 타고 핀 하단부 (312)에 있어서의 하단측 관 삽입구멍(612) 하방의 끝으로 갈수록 좁아진 부위에 모아져 드레인 받이(41)에 적하하기 때문에, 하단측 관 삽입구멍(612) 상호간의 하방 위치에 드레인이 체류하기 어렵다. 따라서, 동체(30) 내에 전열핀(31)을 조밀하게 병설해도, 핀 하단부(312)에서 드레인의 체류에 기인하는 환기 불량이 발생하기 어려워 전열핀(31) 상호의 간극(H1)에 연소배기가스를 원활하게 유통시킬 수 있다. 따라서, 열효율이 한층 향상한다.
또한, 이것에서는 상하 방향으로 긴 단면 대략 타원형의 전열관(제 l 전열관, 32)을 동체(30) 내에 상하 2단으로 지그재그 형상으로 배치한 것에 의해, 단면 원형의 전열관을 복수 병설한 종래의 열교환기에 비하여 각 제 1 전열관(32)의 표면에 대한 연소배기가스의 접촉 시간이 길어지기 때문에 열효율이 더욱 한층 향상한다. 또, 단면 원형의 전열관을 복수 배치한 종래의 열교환기보다도 좌우 폭[전열핀(31)의 좌우 방향]을 작게 할 수도 있기 때문에, 콤팩트하고 또한 열효율이 높은 연소장치를 제공할 수 있다.
또, 이것에서는 인접하는 2개의 상단측 관 삽입구멍(611) 상호의 각 간극에 핀 상단부(311)에서 하단측 관 삽입구멍(612)의 상단 근방 위치까지 절결부(상단 절결부, 651)가 설치됨과 아울러, 핀 하단부(312)에 있어서의 각 상단측 관 삽입구멍(611)의 하방 위치에도 절결부(하단 절결부, 652)가 설치되고, 또한 상단측 관 삽입구멍(611)과 하단측 관 삽입구멍(612)의 사이에 버링 구멍(62)이 설치되어 있으며, 그만큼, 전열핀(31)에 있어서의 운전정지 후의 보유열량도 적어지기 때문에, 운전을 재개했을 때에 제 1 전열관(32) 내의 탕수로 전파되는 열량을 저감시킬 수 있다. 따라서, 후 비등현상에 수반하는 운전재개시의 고온 출탕을 억제할 수 있다.
또한, 핀 상단부(311)에 있어서의 상단측 관 삽입구멍(611)의 외주 상방의 단 가장자리(상단 플랜지, 66)와 하단 절결부(652)의 내측 단 가장자리(67)를 동일 형상으로 한 것에 의해, 복수의 전열핀(31)을 1장의 판재로부터 펀칭 가공에 의해 상하로 나열하여 형성할 때의 재료 로스를 적게 할 수도 있기 때문에, 생산성도 향상한다.
또, 전열핀(31)에 스테인리스계 금속을 채용한 것에 의해, 가령 전열핀(31)의 표면에서 강산성의 드레인이 생성되더라도 부식하기 어렵기 때문에, 부식을 기인으로 하여 전열핀(31)의 상호의 간극(H1)의 일부가 막힐 우려도 적다. 따라서, 그만큼, 전열핀이 구리계 금속으로 형성된 종래의 열교환기보다도, 전열핀(31) 상호의 간극(H1)을 좁게 설정할 수 있다. 따라서, 더욱 콤팩트하고 또한 열효율이 높은 연소장치를 제공할 수 있다.
상기 실시형태에서는 각 전열관 삽입구멍(61)의 내부 둘레 가장자리의 전체 둘레에 걸쳐서 전열관 지지 플랜지(63)가 돌출 형성된 것을 설명했지만, 도 5에 나타내는 전열핀(31A)과 같이, 상단측 지지 플랜지(631)에 있어서의 상단측 관 삽입구멍(611)의 상단 상방 및 하단측 지지 플랜지(632)에 있어서의 하단측 관 삽입구멍(612)의 상단 상방에 각각, 소정 폭[예를 들면, 오목부(68)의 상단 개방부의 폭보다 큰 폭]의 절결부(69)가 설치되어 있으며, 상단측 지지 플랜지(631)의 절결부 (69)의 상방에 상단 플랜지(66)의 오목부(68)가 설치되고, 하단측 지지 플랜지 (632)의 절결부(69)의 상방에 상단 절결부(651)의 오목부(68)가 설치된 것으로 해도 좋다.
이것에서는 제 1 전열관(32)을 상단측 관 삽입구멍(611) 및 하단측 관 삽입구멍(612)에 납땜함에 있어서, 핀 상단부(311)의 오목부(68) 및 상단 절결부(651)의 오목부(68)에 각각 페이스트 형상의 납땜재를 부착시키면, 그 납땜재는 가열 공정에서 용융되고, 절결부(69)를 통해서 각 전열관 지지 플랜지(63)와 제 1 전열관 (32)의 접합부로 흘러서 냉각 공정을 거쳐 고화된다. 따라서, 전열핀(31)과 제 1 전열관(32)을 소량의 납땜재로 확실하게 납땜할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는 버링 구멍(62)과 하단측 관 삽입구멍(612)의 사이를 통과한 연소배기가스는 인접하는 2개의 하단측 관 삽입구멍(612) 상호간을 통과하여 그대로 하방으로 흐르도록 구성되어 있지만, 핀 하단부(312)에서 하방으로의 연소배기가스의 원활한 유출을 저해하지 않고, 또한, 하단 절결부(652)까지 흘러 떨어진 드레인이 내측 단 가장자리(67)의 측 가장자리부를 타고 하단측 관 삽입구멍(612)의 하방의 단 가장자리로 유도되는 것을 저해하지 않으면, 하단 절결부 (652)의 내측 단 가장자리(67)의 전체 영역 또는 일부 영역에 전열핀(31)의 전방으로 향하여 기립하는 플랜지를 설치하고, 인접하는 2개의 하단측 관 삽입구멍(612) 상호간을 통과한 연소배기가스가 그들 각 하단측 관 삽입구멍(612)의 하방으로 유도되도록 구성된 것으로 해도 좋다. 이것에서는 연소배기가스가 하단측 지지 플랜지(632)의 외주 상면에서 측면을 통과하여 외주 하면까지 돌아 들어가도록 흐르기 때문에, 각 하단측 관 삽입구멍(612)의 주변에서 흡열 정도에 한층 편차가 발생하기 어렵다. 따라서, 열효율이 더욱 한층 향상한다.
상기 열교환기(3)는 콘덴싱 급탕기, 저탕식 급탕 시스템의 열원기, 욕조 재가열 기능을 가지는 급탕기, 급탕 기능만 가지는 급탕기, 급탕 난방용 열원기, 온수 난방기 등의 연소장치에 내장되는 열교환기에 적용할 수 있다.
3: 열교환기
30: 동체
301: 상부 개구
302: 하부 개구
303, 304: 측벽
31: 전열핀
311: 핀 상단부
312: 핀 하단부
32: 제 1 전열관(전열관)
611: 상단측 관 삽입구멍(전열관 삽입구멍)
612: 하단측 관 삽입구멍(전열관 삽입구멍)
62: 버링 구멍
631: 상단측 지지 플랜지(전열관 지지 플랜지)
632: 하단측 지지 플랜지(전열관 지지 플랜지)
651: 상단 절결부
652: 하단 절결부
68: 오목부
69: 절결부

Claims (6)

  1. 상부 개구에서 하부 개구로 연소배기가스가 도통되는 열교환기 동체의 대향하는 2개의 측벽 상호간에 소정의 간극을 가지고 세로 방향으로 복수 병설되는 스테인리스계 금속제의 전열핀으로서,
    상하 2단으로 복수 병설되는 상하 방향으로 긴 타원형의 전열관 삽입구멍과,
    상단측의 인접하는 전열관 삽입구멍 상호간에 형성되는 상단 절결부와,
    하단측의 인접하는 전열관 삽입구멍 상호간에 형성되는 하단 절결부를 가지며,
    상단측의 전열관 삽입구멍과 하단측의 전열관 삽입구멍은 그들 중심 상호가 좌우 방향으로 편심한 위치가 되도록 배치 설치되어 있고,
    상단 절결부는 핀 상단부에서 상단측의 전열관 삽입구멍의 하단을 넘어 하단측의 전열관 삽입구멍의 상단 근방까지 형성되며,
    하단 절결부는 핀 하단부에서 하단측의 전열관 삽입구멍의 하단에서 상방까지 형성되고 또한, 양측 가장자리 상호간이 하방으로 향하여 폭 확대되도록 형성되고,
    상단측의 전열관 삽입구멍의 하방에 형성되는 버링 구멍을 가지며,
    버링 구멍의 상단은 상단 절결부의 하방 가장자리보다도 상방에 위치하고,
    버링 구멍의 하단은 하단측의 전열관 삽입구멍의 상단보다도 하방에 위치하도록 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기용의 전열핀.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    핀 상단부에 있어서의 상단측의 전열관 삽입구멍의 외주 상방의 단 가장자리는 하단 절결부의 내측 단 가장자리와 동일 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 열교환기용의 전열핀.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상단측의 전열관 삽입구멍의 둘레 가장자리를 따라서 형성되는 상단측 지지 플랜지를 가지며,
    상단측 지지 플랜지는 상단측의 전열관 삽입구멍의 상단 근방에 절결부를 가지고 있고,
    핀 상단부에 있어서의 상단측의 전열관 삽입구멍의 외주 상방의 단 가장자리는 상단측 지지 플랜지의 절결부의 상방에 오목부를 가지는 것을 특징으로 하는 열교환기용의 전열핀.
  5. 청구항 1에 있어서,
    하단측의 전열관 삽입구멍의 둘레 가장자리를 따라서 형성되는 하단측 지지 플랜지를 가지며,
    하단측 지지 플랜지는 하단측의 전열관 삽입구멍의 상단 근방에 절결부를 가지고 있고,
    상단 절결부의 하방 가장자리는 하단측 지지 플랜지의 절결부의 상방에 오목부를 가지는 것을 특징으로 하는 열교환기용의 전열핀.
  6. 청구항 1 또는 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 열교환기용의 전열핀과, 상하 방향으로 긴 단면 타원형의 전열관을 가지는 열교환기로서,
    전열관이 열교환기 동체의 대향하는 2개의 측벽 상호간에 전열핀에 대해서 직교하는 방향으로 각 전열관 삽입구멍에 관통 삽입시킨 상태에서 복수 연장 설치 된 것을 특징으로 하는 열교환기.
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