KR101905202B1 - 잠열 열교환기 및 급탕 장치 - Google Patents

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Abstract

잠열 열교환기(1)은, 케이싱(2)와, 케이싱(2)내에 수용되는 흡열관(50)과, 유입 헤더(60)과, 유출 헤더(70)을 구비하고, 케이싱(2)는, 케이싱 본체(10)과, 케이싱 본체(10)의 상방 개구부(16)을 폐색하는 천판(40)을 가지며, 케이싱 본체(10)의 배면벽(11), 정면벽(12), 바닥벽(13), 일방측벽(14) 및 타방측벽(15)는, 1장의 금속판을 인발 가공함으로써 일체 성형된다.

Description

잠열 열교환기 및 급탕 장치{LATENT HEAT EXCHANGER AND HOT WATER SUPPLY DEVICE}
본 발명은, 연소 배기중의 수증기를 응축시켜서 잠열을 회수하는 잠열 열교환기 및 상기 잠열 열교환기를 가지는 급탕 장치에 관한 것이다.
종래, 기구 본체내에, 현열 열교환기와 잠열 열교환기를 가지는, 소위, 콘덴싱형의 급탕 장치가 알려져 있다. 이 종류의 급탕 장치에서는, 현열 열교환기에 의해 연소 배기의 현열이 흡수된 후, 또한 잠열 열교환기에 의해 연소 배기의 잠열이 흡수된다. 상기 잠열 열교환기로서는, 소형화나 고열 효율화를 향상시키기 위하여, 예를 들면, 특허문헌 1이나 특허문헌 2의 것이 제안되고 있다. 이들 잠열 열교환기에서는, 도 13이나 도 15에 도시한 바와 같이, 연소 배기가 흐르는 케이싱내에, 직선부와 원호상 반환부가 반복해서 연속되는 배관 구조를 가지는 흡열관(820), (920)이 사행(蛇行)상태나 나선상태로 복수 형성되어 있고, 각 흡열관(820), (920)에 피가열 유체를 유통시키기 위하여, 케이싱의 일방측벽(814), (914)에 설치한 유입 헤더(830), (930)및 유출 헤더(840), (940)에 각각, 각 흡열관(820), (920)의 상류단 및 하류단이 접속되어 있다.
상기와 같은 잠열 열교환기로 연소 배기의 잠열이 흡수될 때, 연소 배기중의 수증기가 노점 이하로 냉각되고, 함유 수증기가 응축되므로서, 케이싱내에서 강산성의 드레인(응축수)가 생성된다. 따라서, 드레인에 의한 부식을 방지하기 위하여, 케이싱이나 흡열관에는, 스테인리스강이나 티타늄 등의 내부식성의 금속제 부재가 이용되고 있다. 또한, 케이싱내에서 조기에 드레인을 배출하기 위하여, 드레인이 적하되는 케이싱의 하방에는, 드레인 배수구가 설치되어 있다.
상기 특허문헌 1의 잠열 열교환기의 조립에 있어서는, 도 14에 도시한 바와 같이, 네모서리로부터 하방으로 연장하도록 돌출 설치된 상부 돌출부(812a)를 가지는 상방 케이스(812)와, 네모서리로부터 상방으로 연장하도록 돌출 설치된 하부 돌출부(813a)를 가지는 하방 케이스(813)을, 상부 돌출부(812a)와 하부 돌출부(813a)가 서로 접촉하도록 용접하여 양측 개구부를 가지는 통형의 케이싱 본체(811)가 우선 제작된다. 이어서, 도 13에 도시한 바와 같이, 케이싱 본체(811)의 양측 개구부의 주연이, 흡열관(820)의 상류단 및 하류단이 납땜된 일방측벽(814) 및 타방측벽(815)에 각각 용접된다. 또한, 상기 특허문헌 2의 잠열 열교환기에서도, 도 16에 도시한 바와 같이, 케이싱은, 천판 부재(915)와, 한 쌍의 측벽(913), (914)과, 정면벽(911a), 배면벽(911b) 및 바닥벽(911c)을 구성하는 단면 오목 형상의 본체부재(911)를 납땜에 의해 접합하여 제작된다.
특허문헌 1 : 일본국 특허공개 2009-180398호 공보 특허문헌 2 : 일본국 특허공개 2008-292032호 공보
상기와 같은 케이싱을 가지는 잠열 열교환기에서는, 운전시에 흡열관으로부터 적하한 강산성의 드레인이 케이싱 하방의 구석부까지 진행되면, 용접이나 납땜으로 접합된 케이싱 본체나 본체부재의 양측 개구부의 주연과 측벽과의 접합부의 간극에 드레인이 침입하기 쉬워지고, 상기 간극에 강산성의 드레인이 장기간 체류할 우려가 있다. 또한, 용접에 의해 금속판이 접합되었을 경우, 그 용접 개소에서 금속판이 변질되어 있을 가능성이 있다. 따라서, 본래적으로는 내부식성이 뛰어난 금속판이 이용되고 있었다고 하더라도, 용접 개소에 있어서는 부분적으로 그 내부식성이 열화되어 있을 경우도 있다. 이로 인해, 드레인이 체류하기 쉬운 케이싱의 양 측방의 하방에서 금속판이 부식되기 쉽다고 하는 문제가 있다. 또한, 상기와 같은 다수의 금속판을 용접이나 납땜에 의해 접합하여 제작되는 잠열 열교환기에서는, 부품점수가 많아진다고 하는 문제나, 접합 개소가 많아지기 때문에, 부착작업이 번잡화된다고 하는 문제도 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 소형화 및 고열 효율화가 요구되는 잠열 열교환기에 있어서, 드레인에 의한 부식을 저감하여, 내구성이 뛰어난 동시에, 용이하게 제조 가능한 잠열 열교환기를 제공하는 것, 및 상기 잠열 열교환기를 이용한 급탕 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 일국면에 의하면, 내부에 연소 배기의 통로를 가지는 케이싱과, 상기 케이싱내에 수용되는 흡열관과, 상기 흡열관에 피가열 유체를 도입하는 유입 헤더와, 상기 흡열관으로부터 피가열 유체를 도출하는 유출 헤더를 구비하는 잠열 열교환기로,
상기 케이싱은, 상방 개구부를 가지는 박스형의 케이싱 본체와, 상기 케이싱 본체의 상방 개구부를 폐색하는 천판을 가지며,
상기 케이싱 본체는, 배면벽과, 정면벽과, 드레인 배수구를 가지는 바닥벽과, 상기 흡열관의 상류단이 삽통되는 상류단 삽통공 및 상기 흡열관의 하류단이 삽통되는 하류단 삽통공을 가지는 일방측벽과 타방측벽을 가지며, 상기 배면벽, 상기 정면벽, 상기 바닥벽, 상기 일방측벽 및 상기 타방측벽은 1장의 금속판을 인발 가공함으로써 일체 성형되어 있으며,
상기 유입 헤더 및 상기 유출 헤더는 각각, 상기 일방측벽의 외부에 배치되어 있는 동시에, 상기 상류단 삽통공 및 하류단 삽통공을 통해서 상기 일방측벽의 외부에 도출되는 상기 흡열관의 상류단 및 하류단과 접속되어 있는 잠열 열교환기가 제공된다.
본 발명에 의하면, 잠열 열교환기의 케이싱의 하방에 용접이나 납땜에 의한 접합부가 형성되지 않으므로, 드레인이 케이싱의 하방에 체류하기 어렵다. 따라서, 드레인을 케이싱의 하방에 설치된 드레인 배수구로부터 원활하게 배출시킬 수 있다. 그 결과, 드레인에 의한 금속판의 부식이 억제되고, 내구성에 뛰어난 잠열 열교환기 및 급탕 장치를 제공할 수 있다. 또, 상기 케이싱은, 인발 가공에 의해 구성벽이 일체 성형된 케이싱 본체의 상방 개구부를 천판으로 폐색함으로서 제작할 수 있기 때문에, 적은 부품점수로 용이하게 잠열 열교환기를 제조할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시예 1에 따른 잠열 열교환기의 일예를 나타내는 개략사시도이다.
도 2는, 도 1의 개략분해사시도이다.
도 3은, 본 발명의 실시예 1에 따른 잠열 열교환기의 타방측벽측의 내부구조를 나타내는 부분개략단면도이다.
도 4는, 본 발명의 실시예 1에 따른 측방 정류판을 나타내는 개략사시도이다.
도 5는, 본 발명의 실시예 1에 따른 흡열관을 나타내는 개략사시도이다.
도 6은, 본 발명의 실시예 1에 따른 흡열관의 원호상 반환부를 나타내는 개략단면도이다.
도 7은, 본 발명의 실시예 1에 따른 흡열관의 직선부를 나타내는 개략단면도이다.
도 8은, 도 1의 A-A선의 절단면을 나타내는 개략단면도이다.
도 9는, 본 발명의 실시예 1에 따른 케이싱 본체와 천판을 접합가공에 의해 접합하는 공정을 나타내는 부분개략단면도로, 도9a는 접합 전을, 도 9b는 접합 후를 나타낸다.
도 10은, 본 발명의 실시예 1에 따른 급탕 장치의 일예를 나타내는 개략구성도이다.
도 11은, 본발명의 실시예 2에 따른 잠열 열교환기의 일예를 나타내는 개략사시도이다.
도 12는, 본발명의 실시예 2에 따른 급탕 장치의 일예를 나타내는 개략구성도이다.
도 13은, 종래의 잠열 열교환기의 1형태를 나타내는 개략사시도이다.
도 14는, 도 13의 케이싱 본체를 나타내는 개략사시도이다.
도 15는, 종래의 잠열 열교환기의 다른 형태를 나타내는 개략평면단면도이다.
도 16은, 도 15의 케이싱을 나타내는 개략사시도이다.
(실시예1)
이하, 본 실시예의 잠열 열교환기 및 이 잠열 열교환기를 가지는 급탕 장치에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시예 1에 따른 잠열 열교환기의 일예를 나타내는 개략사시도이며, 도 2는, 도 1의 개략분해사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 잠열 열교환기(1)의 케이싱(2)는, 상방 개구부(16)을 가지는 박스형의 케이싱 본체(10)과, 케이싱 본체(10)의 상방 개구부(16)을 폐색하는 천판(40)을 가지고 있다. 이들 케이싱 본체(10) 및 천판(40)은 각각, 스테인리스강등의 내부식성을 가지는 금속으로 이루어진 1장의 박판으로 형성된다.
케이싱 본체(10)은, 배면벽(11), 정면벽(12), 바닥벽(13), 일방측벽(14) 및 타방측벽(15)를 가지고 있다. 이 케이싱 본체(10)은, 1장의 금속판을 인발 가공함으로써, 상방 개구부(16)을 가지는 박스형으로 일체 성형되어 있다. 보다 상세하게 이를 설명하면, 일정 방향으로 연장된 평판상의 바닥벽(13)의 전후 양측연부에서 배면벽(11) 및 정면벽(12)이 기립하고, 이들 벽(11) 및 (12)가 코너부를 개재하여 바닥벽(13)과 일체로 연결되어 있다. 또, 바닥벽(13)의 좌우 양측연부에서 일방측벽(14) 및 타방측벽(15)이 기립하고, 이들 측벽(14) 및 (15)가 코너부를 개재하여 바닥벽(13)과 일체로 연결되어 있다. 또한, 배면벽(11) 및 정면벽(12)의 좌우 양측연부는 각각, 코너부를 개재하여 일방측벽(14) 및 타방측벽(15)과 일체로 연결되어 있다. 이에 따라, 케이싱 본체(10)에는, 배면벽(11), 정면벽(12), 바닥벽(13) 및 양측면벽(14), (15)로 둘러싸인 상방 개구부(16)을 가지는 내부 공간이 형성된다. 또한, 본 실시형태에서는, 배면벽(11), 정면벽(12) 및 양측면벽(14), (15)의 개방단에는, 케이싱 본체(10)과 천판(40)을 접합가공에 의해 접합할 때에 천판(40)을 탑재하기 위한 각 구성벽(11), (12), (14), (15)를 수평 방향으로 굴곡시킨 탑재부(101)과, 후술하는 접합가공에 의해 천판(40)을 접합하기 위한 탑재부(101)에서 상방으로 굴곡시킨 상방 플랜지부(102)가 연결 설치되어 있다.
따라서, 본실시예의 케이싱 본체(10)의 제조에 있어서는, 용접작업이나 납땜작업을 행할 필요가 없다. 또, 이 케이싱 본체(10)을 가지는 케이싱(2)의 하방에는 용접이나 납땜에 의한 접합부가 형성되지 않으므로, 드레인이 발생하여도, 상기 케이싱(2)의 하방에서 드레인이 체류하기 어렵다. 또한, 배면벽(11), 정면벽(12), 바닥벽(13), 일방측벽(14) 및 타방측벽(15)이 인발 가공에 의해 일체 성형되어 있기 때문에, 적은 부품점수로 용이하게 케이싱(2)을 제작할 수 있다.
배면벽(11) 및 정면벽(12)의 상하좌우 대략 중앙부에는 각각, 급탕 장치의 기구본체에 잠열 열교환기(1)이 장착되었을 때에, 연소 배기가 케이싱(2)내에 도입되는 배기 입구(111) 및 연소 배기가 케이싱(2) 밖으로 도출되는 배기 출구(121)이 가로로 긴 직사각형으로 형성되어 있다. 이에 따라, 케이싱(2)내에 배기 입구(111)에서 배기 출구(121)을 연통하는 연소배기 통로가 형성된다. 또한, 배기 입구(111) 및 배기 출구(121)의 형상 및 개구 개소는, 사용 형태에 따라 적당히 변경되어도 된다. 예를 들면, 급탕 장치의 사용 형태에 따라, 바닥벽(13)에 배기 입구(111)이, 천판(40)에 배기 출구(121)이 형성될 수도 있다.
바닥벽(13)은, 드레인 발생시에 드레인을 원활하게 케이싱(2)의 외부로 배출시키기 위하여, 배면벽(11)측에서 정면벽(12)측을 향하여 하방으로 경사져 있으며, 그 경사진 면의 최하위의 위치에, 드레인을 배출하기 위한 드레인 배수구(17)이 설치되어 있다. 이 드레인 배수구(17)은, 도시하지 않은 드레인 배출관을 개재하여 중화기와 접속된다. 또, 바닥벽(13)에는, 케이싱 본체(10)과 천판(40)이 접합되었을 때에, 좌우 방향의 양단(일방측벽(14)측과 타방측벽(15)측의 양단)에서 케이싱(2)의 내부를 향하여 돌출되는 하부 돌출부(131), (131)이 인발 가공에 의해 형성되어 있다. 이 하부 돌출부(131), (131)은 각각, 후술하는 바와 같이 최하단에 위치하는 흡열관(50)의 원호상 반환부(52)에 접촉하는 위치에 설치되어 있다.
일방측벽(14)의 전후 방향의 양단(배면벽(11)측과 정면벽(12)측의 양단)에는, 흡열관(50)의 상류단(53)이 삽통되는 상류단 삽통공(141) 및 흡열관(50)의 하류단(54)가 삽통되는 하류단 삽통공(142)이 각각 흡열관(50)의 수만큼 버링가공에 의해 형성되어 있다. 본 실시예에서는, 상류단 삽통공(141) 및 하류단 삽통공(142)는 각각 2열로, 물떼새형상으로 배열되어 있다. 이들 삽입공(141), (142)의 수 및 배열은, 흡열관(50)의 수에 따라 적당히 선택된다. 또한, 타방측벽(15)은, 상기 상류단 삽통공(141) 및 하류단 삽통공(142)이 형성되어 있지 않은 이외는, 상기 일방측벽(14)와 동일하다.
천판(40)은, 평판상의 천판 본체부(41)과, 천판 본체부(41)의 주연을 전체 주위에 걸쳐 상방으로 굴곡시킨 기립편부(42)와, 기립편부(42)를 전체 주위에 걸쳐 수평방향으로 되접어 꺽은 하측 플랜지부(43)을 가지고 있다. 이 천판(40)은, 케이싱 본체(10)과 마찬가지로, 1장의 금속판을 인발 가공함으로써 형성된다. 기립편부(42)는, 케이싱 본체(10)의 배면벽(11), 정면벽(12), 일방측벽(14) 및 타방측벽(15)로 둘러싸인 상방 개구부(16)의 내주연에 내감(內嵌)되는 크기로 형성되어 있다. 또, 하측 플랜지부(43)은, 탑재부(101)상에 탑재되는 크기로 형성되어 있다. 또한, 천판 본체부(41)에는, 케이싱 본체(10)과 천판(40)이 접합되었을 때에, 좌우방향의 양단(일방측벽(14)측과 타방측벽(15)측의 양단)에서 케이싱(2)의 내부를 향하여 돌출되는 상부 돌출부(144), (144)가 인발 가공에 의해 형성되어 있다. 이 상부 돌출부(144), (144)는 각각, 후술하는 바와 같이 최상단에 위치하는 흡열관(50)의 원호상 반환부(52)에 접촉하는 위치에 설치되어 있다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 천판(40)의 타방측벽(15)측의 하면에는, 평판상의 측방 정류판(45)의 상단이 용접에 의해 접합되어 있다. 이 측방 정류판(45)는, 케이싱 본체(10)과 천판(40)을 접합하였을 때에, 케이싱(2)내에서 평판부(451)이 연소 배기의 통로방향을 따라 연장되도록 배치된다. 즉, 본 실시예의 잠열 열교환기(1)에서는, 인발 가공에 의해 일체 성형된 케이싱 본체(10)이 이용되기 때문에, 흡열관(50)의 상류단(53) 및 하류단(54)의 각각과 일방측벽(14)의 외부에 배치된 유입 헤더(60) 및 유출 헤더(70)을 접속함에 있어서는, 일방측벽(14)에서 흡열관(50)의 상류단(53) 및 하류단(54)를 도출시킬 필요가 있다. 이로 인해, 흡열관(50)의 상류단(53) 및 하류단(54)를 각각, 일방측벽(14)의 상류단 삽통공(141) 및 하류단 삽통공(142)에 삽통시키면, 타방측벽(15)측의 원호상 반환부(52)의 단부와 타방측벽(15)의 내면과의 사이에 일정 크기의 공간이 생긴다. 그 결과, 배기 입구(111)로부터 도입되는 연소 배기가 배기 저항이 적은 상기 공간으로 흘러가버려서, 연소 배기가 흡열관(50)에 효율적으로 접촉하지 않고, 열효율이 저하될 우려가 있다. 그러나, 상기한 바와 같이 타방측벽(15)측의 원호상 반환부(52)의 단부와 타방측벽(15)의 내면과의 사이의 공간에 측방 정류판(45)을 설치하면, 측방 정류판(45)에 의해 연소 배기가 흡열관(50)측으로 흐르기 때문에, 연소 배기가 흡열관(50)과 접촉하기 쉬워지고, 열효율을 높일 수 있다. 그리고, 측방 정류판(45)의 상단이 천판(40)의 하면과 접합되어 있으면, 측방 정류판(45)이 접합된 천판(40)으로 케이싱 본체(10)의 상방 개구부(16)을 폐색하는 것으로 케이싱(2)를 조립할 수 있다.
또한, 본 실시예의 측방 정류판(45)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 상단에 천판(40)의 하면과 접합하기 위한 접합부(450)을 가지는 평판부(451)과, 배기 입구(111)측 및 배기 출구(121)측의 각 단부로부터 내부의 흡열관(50)을 향해서 만곡되도록 경사지는 경사면(452), (452)로 형성되어 있다. 이에 따라, 배기 입구(111)로부터 케이싱(2)내에 도입된 연소 배기가 배기 입구(111)측 및 배기 출구(121)측으로 경사면(452), (452)를 따라 흐르기 때문에, 연소 배기가 흡열관(50)에 의해 접촉하기 쉬워지고, 열효율도 높일 수 있다. 또한, 경사면(452), (452)는, 직선형상으로 형성될 수도 있다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 측방 정류판(45)는, 그 하단이 바닥벽(13)의 내면에 접촉하지 않도록 설치되어 있다. 측방 정류판(45)가 바닥벽(13)에 접촉할 만큼 연장 설치되어 있으면, 연소 배기가 케이싱(2)내를 통과할 때, 측방 정류판(45)의 진동이 천판(40) 및 바닥벽(13) 양쪽에 전달되고, 소음이 발생하기 쉽다. 그러나, 측방 정류판(45)이 천판(40)의 하면에만 접촉하고, 바닥벽(13)에 접촉해 있지 않으면, 이와 같은 소음을 방지할 수 있다. 또, 드레인의 흐름이 차단되지 않고, 원활하게 드레인을 배출할 수 있다. 또한, 바닥벽(13)과 측방 정류판(45)과의 사이에서 접합부가 형성되지 않으므로, 드레인에 의한 간극부식을 우려할 필요도 없다.
도 2에 있어서, 천판(40)에는, 천판(40)의 정면벽(12)측의 하면에서 배기 출구(121)의 개구부 상측 에지 전체를 향해서 하방으로 경사지는 상방 정류판(46)이 접합되어 있다. 이에 따라, 배기 입구(111)로부터 도입된 연소 배기는 상방에서도 흡열관(50)측으로 압압되고, 연소 배기가 보다 흡열관(50)에 접촉하기 쉬워지는 동시에, 배기 출구(121)측에서 연소 배기가 상방 정류판(46)을 따라 배기 출구(121)로부터 케이싱(2) 밖으로 원활하게 배출되기 쉬워진다.
케이싱(2)내에는, 피가열 유체인 수도물이 흐르는 복수의 흡열관(50)(본 실시예에서는, 5개)이 연소 배기가 통과 가능한 정도의 간극을 두고 사행(蛇行)상태로 수용되어 있다. 각 흡열관(50)의 상류단(53) 및 하류단(54)는 각각, 상술한 일방측벽(14)의 상류단 삽통공(141) 및 하류단 삽통공(142)로부터 일방측벽(14)의 외부로 도출된다.
도 5는, 복수의 흡열관(50) 중 하나를 나타내는 개략사시도이다. 본 실시예의 흡열관(50)은, 스테인리스강등의 내부식성을 가지는 금속으로 이루어지는 콜게이트관(골짜기부와 산부가 축선방향으로 교대로 연속되는 외면형상을 가지는 관)의 복수개소에 굴곡 가공이 실시되어 형성되어 있다. 또, 흡열관(50)은, 직선부(51)과 원호상 반환부(52)가 반복해서 연속하는 배관 구조를 가지고 있으며, 직선부(51)과 원호상 반환부(52)를 하나의 평면에서 사행시킨 파형 형상을 가지고 있다(단, 도 1, 도 2 등에서는, 번잡화를 피하기 위하여, 직선부(51)의 일부만이 콜게이트관으로 도시되어 있다). 각 흡열관(50)은, 일방측벽(14)과 타방측벽(15) 사이의 좌우 방향으로 직선부(51)이 연장되고, 좌우방향의 양단(일방측벽(14)측과 타방측벽(15)측의 양단)에 원호상 반환부(52)가 위치하도록, 케이싱(2)내에 수용되어 있다. 또한, 직선부(51)과 한방향으로 절곡된 원호상 반환부(52)가 연결된 흡열관(50)을 복수 이용하여, 이들 흡열관(50)이 나선상태로 케이싱(2)내에 형성되어도 된다.
흡열관(50)의 원호상 반환부(52)는, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 흡열관(50)이 겹쳐지는 방향으로 편평화된 단면편평형상을 가지고 있다. 또한, 도 6은 흡열관(50)의 골짜기부를 절단한 형상을 나타내고 있다. 한편, 흡열관(50)의 직선부(51)의 골짜기부는, 도 7에 도시한 바와 같이, 단면원형형상을 가지고 있다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 각 흡열관(50)은, 편평하게 가공된 원호상 반환부(52)에서 서로겹쳐져 있다. 이에 따라, 흡열관(50)이 서로 겹쳐지는 방향으로 인접하는 흡열관(50)의 거리를 좁게 할 수 있고, 흡열관(50)이 밀접하게 형성된다. 그 결과, 잠열 열교환기(1)을 소형화할 수 있는 동시에, 연소 배기를 흡열관(50)에 의해 효율적으로 접촉시킬 수 있다.
또한, 서로 겹쳐지는 흡열관(50) 상호는 굴곡되는 파형의 파장방향에 반 피치만큼 어긋나 있다. 즉, 도 2에 있어서, 위에서 2단째와 아래에서 2단째의 흡열관(50)에 대하여 이들에 인접하는 흡열관(50)은 연소 배기의 가스 유로의 상류방향(배기 입구(111)측)에 반 피치 어긋난 위치에 설치되어 있다.
또한, 좌우방향 양단(일방측벽(14)측과 타방측벽(15)측의 양단)에 위치하는 최상단의 흡열관(50)의 편평화된 원호상 반환부(52)및 최하단의 흡열관(50)의 편평화된 원호상 반환부(52)는 각각, 상술한 천판(40)에 설치된 상부 돌출부(144) 및 바닥벽(13)에 설치된 하부 돌출부(131)과 접촉하고 있다. 이에 따라, 흡열관(50)을 고정하기 위한 별도 부재를 이용하지 않고, 케이싱(2)내에서 흡열관(50)을 안정적으로 고정할 수 있다. 또, 워터해머현상 등에 의한 흡열관(50)의 진동을 억제할 수 있다. 또한, 흡열관(50)을 고정하기 위하여, 연소 배기의 통로내에 흡열관(50) 이외의 별도 부재가 형성되지 않으므로, 연소 배기를 효율적으로 흡열관(50)에 접촉시킬 수 있다.
상술한 것과 같이, 흡열관(50)의 상류단(53) 및 하류단(54)는 각각, 케이싱 본체(10)의 일방측벽(14)에 천설된 상류단 삽통공(141) 및 하류단 삽통공(142)을 통해서 케이싱(2)의 외부에 도출되어 있다. 또한, 도출된 상류단(53) 및 하류단(54)는 각각, 도 1에 도시한 바와 같이, 일방측벽(14)의 외부에 형성된 유입 헤더(60) 및 유출 헤더(70)과 접속되어 있다. 이와 같이, 각 흡열관(50)의 상류단(53) 및 하류단(54)는 각각, 유입 헤더(60) 및 유출 헤더(70)과 연결되어, 전체적으로 복수의 흡열관(50)이 병렬 접속되어 있다. 따라서, 흡열관(50)이 직렬 접속되었을 경우에 비해 통수저항의 경감을 도모할 수 있다.
흡열관(50)의 상류단(53) 및 하류단(54)가 각각 접속되는 유입 헤더(60) 및 유출 헤더(70)은, 케이싱 본체(10)의 일방측벽(14)의 외부에 형성되어 있다. 도 1, 도 2 및 도 1의 A-A선의 절단면을 나타내는 도 8에 도시한 바와 같이, 이들 양 헤더(60), (70)은, 접시형의 헤더 본체(61), (71)과, 헤더 본체(61), (71)에 내감상태로 감합(嵌合)되는 접시형의 헤더 커버체(64), (74)를 가진다. 그리고, 양 헤더(60), (70)은, 헤더 본체(61), (71)과 헤더 커버체(64), (74)의 각 개구부가 대향하도록 이들이 납땜에 의해 접합되어 형성되어 있다. 또한, 본 실시예의 유출 헤더(70)은, 유입 헤더(60)의 헤더 커버체(64)를 상하 반전시킨 헤더 커버체(74)가 이용되고 있는 것 외에는 유입 헤더(60)과 같은 구성을 가진다. 그러므로, 이하에서는 주로 유입 헤더(60)을 예로 들어 설명한다.
도 8에 잘 나타낸 바와 같이, 헤더 본체(61)은, 흡열관(50)의 상류단(53)이 접속되는 접속공(160)이 천설된 본체 바닥판(62)와, 헤더 본체(61)과 헤더 커버체(64)가 감합되었을 때에, 본체 바닥판(62)의 주연에서 헤더 커버체(64)측을 향해서 설치하고, 헤더 커버체(64)측으로 개방하는 본체 주벽(63)을 가진다. 또한, 본 실시예에서는, 유입 헤더(60) 및 유출 헤더(70)은 모두, 일방측벽(14)에 근접해서 설치되어 있다. 다만, 흡열관(50)의 상류단(53) 및 하류단(54) 중 어느 한 쪽을 케이싱(2)의 외부에 더 연장시키고, 연장시킨 흡열관(50)의 상류단(53) 또는 하류단(54)가 유입 헤더(60) 또는 유출 헤더(70)과 접속되어도 된다.
헤더 본체(61)의 본체 주벽(63)은, 헤더 본체(61)에 헤더 커버체(64)가 감합되었을 때에, 본체 개방단(630)의 적어도 일부가 단면방향에서 커버체 바닥판(65)의 외주면 이상의 높이가 되도록 연장 설치되어 있다. 또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 헤더 본체(61)의 본체 주벽(63)은, 한 쌍의 장변부(63a)와 한 쌍의 단변부(63b)를 가지는 대략 직사각형으로 형성되어 있다. 또한, 도 8에 나타낸 바와 같이, 이들 장변부(63a)와 단변부(63b)의 본체 개방단(630)은 외방으로 넓어지도록 형성되어 있다. 이에 따라, 헤더 본체(61)과 헤더 커버체(64)를 납땜할 때에, 본체 주벽(63)의 내면과 커버체 주벽(66)의 외면과의 사이에, 납땜 저장부(M)이 형성된다. 그 결과, 본체 주벽(63)의 내면과 커버체 주벽(66)의 외면 사이의 납땜되는 접합 면적을 증가시킬 수 있다. 또한, 납땜 저장부(M)에서 납땜재가 확대되기 때문에, 본체 개방단(630)의 단면에만 납땜재를 도포할 경우에 비해, 납땜 공정에서 불필요한 부분에의 납땜재의 부착도 방지할 수 있다.
또, 본 실시예의 헤더 본체(61)이 대향하는 장변부(63a)의 본체 개방단(630)에는 각각, 헤더 본체(61)과 헤더 커버체(64)가 감합되었을 때에, 헤더 커버체(64)측으로 절곡되는 클로우(claw)부(67), (67)이 형성되어 있다. 이들 클로우부(67), (67)은, 단변부(63b)방향으로 겹치지 않도록 형성되어 있다. 즉, 본 실시예에서는, 헤더 본체(61)과, 헤더 본체(61)에 내감상태로 감합되는 헤더 커버체(64)가 납땜되기 때문에, 납땜 전에 헤더 커버체(64)를 헤더 본체(61)에 압입시킬 필요가 있다. 그러나, 헤더 본체(61) 및 헤더 커버체(64)의 각 주벽(63), (66)은, 제조상의 오차를 가지므로, 압입 후, 헤더 커버체(64)가 헤더 본체(61)로부터 어긋나거나, 헤더 커버체(64)가 헤더 본체(61)로부터 멀어질 경우가 있다. 이 때문에, 상기와 같은 본체 주벽(63)의 본체 개방단(630)에 헤더 커버체(64)측으로 절곡되는 클로우부(67)이 설치된다. 그러므로, 헤더 커버체(64)가 헤더 본체(61)에 감합된 후, 헤더 커버체(64)의 외주면에 접촉하는 클로우부(67)이 헤더 커버체(64)의 움직임을 억제하고, 헤더 커버체(64)의 벗어남이 확실하게 방지된다. 또한, 장변부(63a)의 본체 개방단(630)에 클로우부(67)이 형성되면, 급수관이 접속되는 유입구(164)를 피하여, 헤더 본체(61)에 헤더 커버체(64)를 고정할 수 있다. 클로우부(67)의 수는, 헤더 본체(61)의 크기에 따라, 하나 이어도 되고, 3개 이상이어도 된다. 또한, 본체 주벽(63)의 본체 개방단(630)이 클로우부(67)을 가지는 경우, 본체 개방단(630)은, 바람직하게는, 헤더 본체(61)에 헤더 커버체(64)가 감합되었을 때에, 클로우부(67)이 형성되어 있는 개소를 제외하는 본체 개방단(630)부분이 단면방향에서 커버체 바닥판(65)의 외주면 이상의 높이가 되도록 연장 설치된다.
헤더 본체(61)과 접합되는 헤더 커버체(64)는, 커버체 바닥판(65)과, 헤더 본체(61)과 헤더 커버체(64)가 감합되었을 때에, 커버체 바닥판(65)의 주연으로부터 헤더 본체(61)측을 향해서 설치하고, 헤더 본체(61)측으로 개방하는 커버체 주벽(66)을 가진다. 이 커버체 주벽(66)은, 커버체 주벽(66)의 외면이 본체 주벽(63)의 내면에 내감하도록, 헤더 본체(61)의 본체 주벽(63)과 마찬가지로, 한 쌍의 장변부와 한 쌍의 단변부를 가지는 대략 직사각형으로 형성되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 커버체 바닥판(65)의 상단근방 및 커버체 바닥판(75)의 하단근방에는 각각, 버링 가공에 의해 유입구(164) 및 유출구(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 이들 유입구(164) 또는 유출구에는, 급수관 또는 현열 열교환기의 관체 상류단에 연결되는 접속관을 접속시키기 위한 조인트 실린더(68), (78)이 각각 장착된다. 이에 따라, 유입 헤더(60)로부터 유출 헤더(70)에 복수의 흡열관(50)을 개재하여 피가열 유체가 흐르고, 연소 배기중의 수증기가 흡열관(50)의 외면에서 응축되어, 잠열이 회수된다.
다음에, 본 실시예의 잠열 열교환기의 제작 방법의 일예에 대해서 구체적으로 설명한다.
잠열 열교환기(1)의 제작에 있어서는, 우선 인발 가공에 의해 형성된 케이싱 본체(10)의 일방측벽(14)의 상류단 삽통공(141) 및 하류단 삽통공(142)에, 흡열관(50)의 상류단(53) 및 하류단(54)를 각각 삽입 통과시키고, 일방측벽(14)에서 흡열관(50)의 상류단(53) 및 하류단(54)를 소정 길이 도출시킨다. 그리고, 도출시킨 흡열관(50)의 외면과 상류단 삽통공(141) 및 하류단 삽통공(142)와의 경계에 납땜재(페이스트형의 니켈 납땜재 등)을 도포한다. 이어서, 도출시킨 흡열관(50)의 상류단(53)및 하류단(54)를 각각, 헤더 본체(61), (71)의 접속공(160), (170)에 삽통시키고, 상류단(53) 및 하류단(54)의 외면과 접속공(160), (170)과의 경계에 납땜재를 도포한다. 또한, 납땜재는, 일방측벽(14)의 상류단 삽통공(141) 및 하류단 삽통공(142)의 내면이나, 헤더 본체(61), (71)의 접속공(160), (170)의 내면에 도포해 두어도 된다.
상기와는 별도로, 미리 헤더 커버체(64), (74)의 유입구(164) 및 유출구(도시하지 않음)에 조인트 실린더(68), (78)을 감합하고, 경계에 납땜재를 도포하여 이들을 임시고정한다. 그리고, 헤더 커버체(64), (74)의 개구부가 헤더 본체(61), (71)의 개구부와 대향하도록, 헤더 커버체(64), (74)를 헤더 본체(61), (71)의 본체 주벽(63), (73)에 설치된 지그 유지부(P), (P)와 압입 지그(도시하지 않음)와의 사이에 형성하고, 압입 지그로 헤더 커버체(64), (74)를 헤더 본체(61), (71)에 압입한다. 압입 후, 본체 주벽(63), (73)의 본체 개방단(630), (730)에 설치된 클로우부(67), (77)이 헤더 커버체(64), (74)측으로 각각 절곡되고, 또 본체 주벽(63), (73)의 내면과 커버체 주벽(66), (76)의 외면과의 사이에 형성된 납땜 저장부(M)에 납땜재가 도포된다. 또한, 이 때, 클로우부(67), (77)이 헤더 커버체(64), (74)측으로 각각 절곡되어 있으나, 납땜재의 침투력에 의해 클로우부(67), (77)의 베이스부에도 납땜재가 침투한다.
이어서, 도 9a에 도시한 바와 같이, 케이싱 본체(10)의 상방 개구부(16)의 주연에 설치된 탑재부(101)상에 천판(40)의 하측 플랜지부(43)이 탑재되도록, 케이싱 본체(10)상에 천판(40)이 형성된다. 또한, 이 때, 천판(40)에 설치된 상부 돌출부(144) 및 바닥벽(13)에 설치된 하부 돌출부(131)은 각각, 최상단 및 최하단의 흡열관(50)의 원호상 반환부(52)에 접촉한다. 또, 천판(40)의 타방측벽(15)측의 하면에 설치된 측방 정류판(45)는, 타방측벽(15)측의 원호상 반환부(52)의 단부와 타방측벽(15)의 내면과의 사이에 형성된 공간에 삽입된다. 또한, 천판(40)의 정면벽(12)측의 하면에 설치된 상방 정류판(46)은, 천판(40)의 하면에서 배기 출구(121)의 개구부 상부 가장자리 전체를 향해서 하방으로 경사지게 형성된다.
그리고, 도 9b에 도시한 바와 같이, 천판(40)의 하측 플랜지부(43)에 대하여, 케이싱 본체(10)의 상측 플랜지부(102)를 절곡하는 접합 가공이 행하여지고, 케이싱 본체(10)의 상방 개구부(16)이 천판(40)으로 폐색된다. 이에 따라, 흡열관(50)이나 유입 헤더(60)등이 임시고정된 서브 어셈블리가 조립된다. 상술한 바와 같이, 본 실시예에서는, 1장의 금속판을 인발 가공함으로써 케이싱 본체(10)의 구성벽(11), (12), (13), (14), (15)가 일체 성형되어 있으며, 드레인의 영향이 적은 케이싱 본체(10)의 상방 개구부(16)만이 천판(40)으로 폐색된다. 따라서, 용접이나 납땜을 행하지 않고, 접합 가공에 의해 케이싱 본체(10)과 천판(40)을 접합하는 것만으로, 내부식성에 뛰어난 케이싱(2)를 제작할 수 있다.
마지막으로, 상기 서브 어셈블리가 가열로에 투입되고, 로중에서 납땜 처리가 행해진다. 이것에 의해 납땜재가 도포된 개소에서 각 부재가 납땜되고, 잠열 열교환기(1)이 제작된다. 또, 납땜 처리중에 케이싱 본체(10) 및 흡열관(50)이 열처리(고용화 처리)되기 때문에, 딥 드로잉가공에 의해 생긴 케이싱 본체(10)이나 원호상 반환부(52)에 있어서의 잔류 응력이 제거되고, 강산성의 드레인과의 접촉이 있더라도, 응력부식 갈라짐의 발생을 방지할 수 있다.
다음에, 본 실시예의 급탕 장치의 일예에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 10은, 본 실시예의 급탕 장치를 나타내는 개략 구성도이다. 기구본체(도시하지 않음)내에는, 현열 열교환기(3)과 상기 잠열 열교환기(1)이 구비되어 있다.
도 10에 도시한 바와 같이, 현열 열교환기(3)은, 잠열 열교환기(1)의 하방에 형성되어 있다. 또, 현열 열교환기(3)의 하방에는, 가스 공급관으로부터 공급되는 가스를 연소시키는 가스 버너(4)가 형성되어 있고, 또 가스 버너(4)의 하방에는, 가스 버너(4)에 연소용 공기를 송풍하는 송풍 팬(5)가 형성되어 있다.
현열 열교환기(3)은, 병설된 다수의 핀군(332)와, 이들 핀군(332)를 관통하는 사행형의 관(331)로 구성되어 있다. 현열 열교환기(3)과 잠열 열교환기(1)과는, 잠열 열교환기(1)의 케이싱 본체(10)의 바닥벽(13)에 의해 상하로 구획되어 있다.
현열 열교환기(3)과 잠열 열교환기(1)과는, 상술한 배기 입구(111)을 개재하여 연통되어 있다. 현열 열교환기(3)에서 배기 입구(111)을 개재하여 잠열 열교환기(1)내에 보내진 연소 배기는, 잠열 열교환기(1)내를 통과한 후, 배기 출구(121)로부터 기구본체의 외부로 배출된다.
본 실시예의 급탕 장치에서는, 가스 버너(4)의 연소에 의해 연소 배기가 생성되고, 이 연소 배기에 의해 현열 열교환기(3) 및 잠열 열교환기(1)이 가열된다. 그리고, 현열 열교환기(3)에 의해 상기 연소 배기의 현열이 흡수되고, 잠열 열교환기(1)에 의해 상기 현열이 흡수된 후의 연소 배기로부터 잠열이 흡수된다. 이 때, 연소 배기중의 수증기가 노점 이하로 냉각되어 함유 수증기가 응축됨으로서, 잠열 열교환기(1)내에서 강산성의 드레인이 생성되고, 잠열 열교환기(1)내에서 발생한 드레인은 케이싱 본체(10)의 바닥벽(13)상에 적하한다. 그러나, 상술한 바와 같이, 본 실시예의 잠열 열교환기(1)은, 인발 가공에 의해 구성벽(11), (12), (13), (14), (15)가 일체 성형된 케이싱 본체(10)을 가지므로, 케이싱(2)의 하방에 용접이나 납땜에 의한 접합부가 형성되지 않는다. 그러므로 케이싱(2)의 하방에서 드레인이 체류하기 어렵고, 바닥벽(13)에 설치된 드레인 배수구(17)로부터 중화기에 드레인을 원활하게 배출시킬 수 있다. 그 결과, 드레인에 의한 케이싱(2)의 부식이 억제되고, 높은 내구성을 가지는 급탕 장치가 얻어진다.
유입 헤더(60)의 조인트 실린더(68)은, 수도관 등의 급수원으로부터의 냉수를 유도하는 급수관과 접속되어 있으며, 유출 헤더(70)의 조인트 실린더(78)은, 현열 열교환기(3)의 관(331)의 상류단에 연통되는 접속관과 접속되어 있다. 따라서, 급수관으로부터의 냉수는, 잠열 열교환기(1) 및 현열 열교환기(3)을 통과하는 사이에 가열되어 온수가 되고, 상기 온수는 현열 열교환기(3)의 관(331)의 하류단이 접속되어 있는 급탕 공급 파이프로부터, 욕실이나 부엌 등의 급탕 단말기로 보내진다.
(실시예 2)
상기 실시예 1에서는, 하나의 가열 회로를 가지는 급탕 장치에 사용되는 잠열 열교환기에 대해서 설명하였으나, 본 실시예 2에서는, 2개의 가열 회로를 가지는 급탕 장치에 사용되는 잠열 열교환기에 대해서 설명한다. 또한, 실시예 1에 있어서의 잠열 열교환기 및 급탕 장치와 동일한 구성에 대해서는, 동일 부호를 부여하고, 설명은 생략한다.
도 11은, 본 실시예 2의 잠열 열교환기(1a)를 배면측에서 본 개략 사시도이다.
도 11에 도시한 바와 같이, 잠열 열교환기(1a)의 케이싱은, 실시예 1과 마찬가지로, 케이싱 본체(10)과, 케이싱 본체(10)의 상방 개구부를 폐색하는 천판(40)을 가진다. 다만, 케이싱의 내부는 간막이벽(W)에 의해 일방측벽(14)측의 제1 영역과 타방측벽(15)측의 제2 영역으로 형성되고, 좌우방향으로 병렬하는 각 영역에 제1 흡열관(50a)와 제2 흡열관(50b)가 수용되어 있다. 이들 제1 및 제2 흡열관(50a), (50b)의 구성은, 상기 실시예 1과 동일하다.
케이싱 본체(10)은, 실시예 1과 마찬가지로, 1장의 금속판을 인발 가공함으로써 배면벽(11), 정면벽(12), 바닥벽(13), 일방측벽(14) 및 타방측벽(15)이 일체 성형되어 있다. 또, 배면벽(11)에는, 제1 영역 및 제2 영역 각각에 연소 배기를 도입하기 위하여 2개의 배기 입구(111a), (111b)가 개구되어 있다. 또한, 도 12에 도시한 바와 같이, 정면벽(12)에는, 제1 및 제2 영역과 연통되는 1개의 배기 출구(121)이 형성되어 있다. 다만, 배면벽(11)과 마찬가지로, 정면벽(12)에 2개의 배기 출구가 형성되어도 된다. 또한, 도시하지 않으나, 일방측벽(14)에는, 제1 흡열관(50a)의 상류단 및 하류단이 각각 삽통되는 제1 상류단 삽통공 및 제1 하류단 삽통공이 천설되어 있고, 타방측벽(15)에는, 제2 흡열관(50b)의 상류단 및 하류단이 각각 삽통되는 제2 상류단 삽통공 및 제2 하류단 삽통공이 천설되어 있다. 그리고, 바닥벽(13)에는, 제1 흡열관(50a) 및 제2 흡열관(50b)의 원호상 반환부와 접촉하는 하부 돌출부(131) 및 드레인을 배출하기 위한 드레인 배수구(17)이 설치되어 있다.
따라서, 본 실시예의 잠열 열교환기(1a)에 있어서도, 케이싱 본체(10)은 용접이나 납땜된 접합부를 가지고 있지 않고, 케이싱 본체(10)의 조립에 용접 작업이나 납땜 작업을 실시할 필요가 없다. 또, 케이싱의 하방에 용접이나 납땜에 의한 접합부가 형성되지 않으므로, 드레인이 발생하더라도, 상기 케이싱의 하방에 있어서의 드레인이 체류하기 어렵다. 또한, 배면벽(11), 정면벽(12), 바닥벽(13), 일방측벽(14) 및 타방측벽(15)이 인발 가공에 의해 일체 성형되어 있기 때문에, 적은 부품점수로 용이하게 케이싱을 제작할 수 있다. 그리고, 드레인의 영향이 적은 케이싱 본체(10)의 상방 개구부만이 천판(40)으로 폐색되므로, 용접이나 납땜을 행하는 일 없이, 접합 가공에 의해 케이싱 본체(10)과 천판(40)을 접합하는 것으로, 내부식성에 뛰어난 케이싱을 제작할 수 있다.
천판(40)은, 실시예 1과 동일한 구성을 가지고 있으나, 측방 정류판(45)는, 일방측벽(14)측의 제1 영역에만 설치되어 있다. 또한, 제2 영역에도 측방 정류판을 설치할 수 있다. 다만, 예를 들면, 제2 흡열관(50b)를 케이싱 본체(10)내에 수용한 후에 간막이벽(W)를 설치하면, 간막이벽(W)를 제2 흡열관(50b)의 원호상 반환부의 단부에 근접시켜 배치할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 측방 정류판(45)는, 제1 영역 또는 제2 영역 중 어느 하나에 설치된다.
또, 일방측벽(14)의 외부에는, 제1 흡열관(50a)의 상류단 및 하류단과 각각 접속되는 제1 유입 헤더(60a) 및 제1 유출 헤더(70a)가 형성되어 있고, 타방측벽(15)의 외부에는, 제2 흡열관(50b)의 상류단 및 하류단과 각각 접속되는 제2 유입 헤더(60b) 및 제2 유출 헤더(70b)가 형성되어 있다. 또한, 이들 헤더는, 모두 실시예 1과 동일한 헤더 본체 및 헤더 커버체를 가진다.
도 12는, 상기 잠열 열교환기(1a)를 가지는 급탕 장치의 일 예를 나타내는 개략 구성도이다.
이 급탕 장치에서는, 제1 가스 버너(4a)에 의해 발생된 연소 배기가 송풍 팬(5a)에 의해 제1 현열 열교환기(3a)에 보내져서 현열이 회수되고, 또 잠열 열교환기(1a)의 제1 영역에 보내져서 잠열이 회수된다. 마찬가지로, 제2 가스 버너(4b)에 의해 발생된 연소 배기가 송풍 팬(5b)에 의해 제2 현열 열교환기(3b)에 보내져서 현열이 회수되고, 또 잠열 열교환기(1a)의 제2 영역에 보내져서 잠열이 회수된다. 이 급탕 장치에 의하면, 예를 들면, 일방의 가열 회로를 온수공급용 가열 회로에 사용하고, 타방의 가열 회로를 난방용 가열 회로에 사용할 수 있다.
(그 밖의 실시예)
(1) 상기 실시예에서는, 케이싱 본체에 상부 플랜지부를 설치하는 것에 의해 케이싱 본체에 천판이 코킹되고 있다. 그러나, 천판에 상부 플랜지부를 설치함으로써, 천판으로 케이싱 본체가 코킹되어도 된다.
(2) 상기 실시예에서는, 천판의 이면에 측방 정류판이 접합되어 있다. 그러나, 접합되어 있지 않은 별도 부재의 측방 정류판과 천판을 이용하여, 케이싱 본체내에 흡열관이 수용된 후, 케이싱 본체와 천판과의 접합 전에, 바닥벽에 측방 정류판이 접합되어도 된다. 이 경우, 상술한 소음을 고려하여, 측방 정류판의 상단이 천판의 이면에 접촉할 때까지 연장되어 있지 않는 것이 바람직하다.
이상, 상세하게 본 발명을 설명했으나, 본 발명의 개요는 이하와 같다.
본 발명의 일국면에 의하면, 내부에 연소 배기의 통로를 가지는 케이싱과, 상기 케이싱내에 수용되는 흡열관과, 상기 흡열관에 피가열 유체를 도입하는 유입 헤더와, 상기 흡열관으로부터 피가열 유체를 도출하는 유출 헤더를 구비하는 잠열 열교환기로,
상기 케이싱은, 상방 개구부를 가지는 박스형의 케이싱 본체와, 상기 케이싱 본체의 상방 개구부를 폐색하는 천판을 가지며,
상기 케이싱 본체는, 배면벽과, 정면벽과, 드레인 배수구를 가지는 바닥벽과, 상기 흡열관의 상류단이 삽통되는 상류단 삽통공 및 상기 흡열관의 하류단이 삽통되는 하류단 삽통공을 가지는 일방측벽과, 타방측벽을 가지며, 상기 배면벽, 상기 정면벽, 상기 바닥벽, 상기 일방측벽 및 상기 타방측벽은 1장의 금속판을 인발 가공함으로써 일체 성형되어 있고,
상기 유입 헤더 및 상기 유출 헤더는 각각, 상기 일방측벽의 외부에 배치되어 있는 동시에, 상기 상류단 삽통공 및 하류단 삽통공을 통해서 상기 일방측벽의 외부에 도출되는 상기 흡열관의 상류단 및 하류단과 접속되어 있는 잠열 열교환기가 제공된다.
상기 잠열 열교환기에 의하면, 케이싱 본체의 배면벽, 정면벽, 바닥벽, 일방측벽 및 타방측벽이 1장의 금속판을 인발 가공함으로써 일체 성형되어 있기 때문에, 케이싱 본체의 조립에 용접 작업이나 납땜 작업을 실시할 필요가 없다. 또, 케이싱의 하방에 용접이나 납땜에 의한 접합부가 형성되지 않으므로, 드레인이 발생하더라도, 상기 케이싱의 하방에 있어서의 드레인이 체류하기 어렵다. 그 때문에, 바닥벽에 설치된 드레인 배수구로부터 드레인을 원활하게 케이싱 밖으로 배출시킬 수 있다. 또한, 상기 케이싱 본체는, 배면벽, 정면벽, 바닥벽, 일방측벽 및 타방측벽이 일체 성형되어 있기 때문에, 적은 부품점수로 용이하게 케이싱을 제작할 수 있다.
상기 잠열 열교환기에 있어서, 상기 케이싱 본체와 상기 천판은 접합 가공에 의해 접합되어 있어도 된다.
상기 케이싱에서는, 1장의 금속판을 인발 가공함으로써 케이싱 본체의 구성벽이 일체 성형되어 있기 때문에, 케이싱의 조립에 있어서는, 드레인의 영향이 적은 케이싱 본체의 상방 개구부만이 천판으로 폐색되면 된다. 따라서, 접합 가공에 의해 케이싱 본체와 천판을 접합하는 것만으로, 우수한 내부식성을 가지는 케이싱을 제작할 수 있다.
바람직하게는, 상기 잠열 열교환기는, 상기 케이싱내에서, 상기 일방측벽과 상기 타방측벽과의 사이에서 연장되는 직선부와, 일방측벽측 및 타방측벽측의 각 단부에 위치하는 원호상 반환부가 반복해서 연속하는 배관 구조를 가지는 흡열관을 구비한다. 보다 바람직하게는, 상기 구조의 흡열관을 가지는 잠열 열교환기는, 또한 상기 흡열관의 타방측벽측의 원호상 반환부와 상기 타방측벽의 내면과의 사이에, 평판상의 측방 정류판을 구비한다.
상기 구조를 가지는 흡열관을 이용함으로써, 케이싱내에서 흡열관이 조밀하게 형성되기 때문에, 소형으로, 고열효율의 잠열 열교환기가 얻어진다. 또, 상기 잠열 열교환기에서는, 인발 가공에 의해 구성벽이 일체 성형된 케이싱 본체가 이용되기 때문에, 흡열관과 일방측벽의 외부에 배치된 유입 헤더 및 유출 헤더를 접속함에 있어서는, 일방측벽으로부터 흡열관의 상류단 및 하류단을 도출시킬 필요가 있다. 이로 인해, 흡열관의 상류단 및 하류단을 각각, 일방측벽의 상류단 삽통공 및 하류단 삽통공에 삽통하면, 흡열관의 타방측벽측의 원호상 반환부와 타방측벽의 내면과의 사이에 일정 크기의 공간이 생기게 된다. 그 결과, 배기 입구로부터 도입되는 연소 배기가 저항이 적은 상기 공간으로 흘러가버려서, 연소 배기가 흡열관에 효율적으로 접촉하지 않고, 열효율이 저하할 우려가 있다. 이에 대하여, 상기한 바와 같이 흡열관의 타방측벽측의 원호상 반환부와 타방측벽의 내면과의 사이의 공간에 평판상의 측방 정류판이 설치되면, 연소 배기가 흡열관과 접촉하기 쉬워지고, 높은 열효율이 얻어진다.
상기 잠열 열교환기에 있어서, 상기 배면벽 및 상기 정면벽이 각각, 배기 입구 및 배기 출구를 가지고 있을 경우, 상기 측방 정류판은, 배기 입구측 및 배기 출구측의 양단에 상기 흡열관을 향해 경사지는 경사면을 가지고 있어도 된다.
상기 잠열 열교환기에서는, 배면벽의 배기 입구와 정면벽의 배기 출구와의 사이에서 연소 배기의 통로가 형성된다. 그리고, 측방 정류판이, 배기 입구측 및 배기 출구측의 각 단부에서 흡열관측을 향해서 경사지는 경사면을 가지고 있으면, 경사면에 따라 연소 배기가 흐른다. 따라서, 상기 잠열 열교환기에 의하면, 연소 배기가 흡열관에 의해 접촉하기 쉬워지고, 또한 높은 열효율이 얻어진다.
바람직하게는, 상기 잠열 열교환기에 있어서,
상기 측방 정류판은, 그 상단이 상기 천판의 하면에 접합되고, 그 하단이 상기 바닥벽에 접촉하지 않도록 구성된다.
상기 잠열 열교환기에 의하면, 측방 정류판이 접합된 천판으로 케이싱 본체의 상방 개구부를 폐색하는 것으로, 측방 정류판이 소정 위치에 배치된 상태로 케이싱이 조립된다. 또한, 측방 정류판이 바닥벽에 접촉할 만큼 연장 설치되어 있으면, 연소 배기가 케이싱내를 통과할 때, 측방 정류판의 진동이 천판 및 바닥벽의 양방에 전달되고, 소음이 발생하기 쉽다. 이에 대하여, 측방 정류판이 천판의 하면에만 접촉하고, 바닥벽에 접촉해있지 않으면, 이와 같은 소음을 방지할 수 있다. 또한, 드레인의 흐름이 차단되지 않고, 원활하게 드레인을 배출할 수 있다. 또한, 바닥벽과 측방 정류판과의 사이에서 접합부가 형성되지 않으므로, 드레인에 의한 간극부식을 우려할 필요도 없다.
또, 케이싱내에 형성된 복수의 흡열관을 안정적으로 고정하는 것을 목적으로 할 경우, 본 발명의 바람직한 1형태에 의하면, 상기 잠열 열교환기에 있어서,
상기 흡열관은 복수, 상기 케이싱내에 수용되어 있고,
상기 각 흡열관은, 상기 케이싱내에서, 직선부와 원호상 반환부가 반복해서 연속하는 배관 구조를 가지며,
상기 복수의 흡열관은, 상기 천판과 상기 바닥벽과의 사이에서 적어도 상기 원호상 반환부가 겹치게 형성되어 있고,
상기 원호상 반환부는, 상기 흡열관이 겹쳐지는 방향으로 편평화된 단면편평형상을 가지며,
상기 천판 및 바닥벽은 각각, 상기 케이싱의 내부를 향해서 돌출되는 상부 돌출부 및 하부 돌출부를 가지며,
상기 상부 돌출부는, 상기 천판측에 위치하는 최상단의 원호상 반환부에 접촉하고, 상기 하부 돌출부는 상기 바닥벽측에 위치하는 최하단의 원호상 반환부에 접촉한다.
상기 잠열 열교환기에 의하면, 천판과 바닥벽과의 사이에 겹치도록 배열된 흡열관의 원호상 반환부가 단면편평형상을 가지므로, 단면원형형상의 흡열관에 비해 각 흡열관을 조밀하게 형성할 수 있고, 따라서 흡열관이 겹쳐지는 방향의 높이가 억제된다. 또한, 흡열관의 배치 밀도가 높아지기 때문에, 흡열관에 접촉하지 않고 케이싱 외부로 배출되는 불필요한 연소 배기의 양이 적어짐으로서, 높은 열효율이 얻어진다. 한편, 상기와 같이, 천판과 바닥벽과의 사이에서 복수의 흡열관이 겹쳐져 있을 경우, 흡열관의 진동이나 변형이 생기기 쉽다. 그러나, 상기 잠열 열교환기에 의하면, 천판 및 바닥벽이 각각, 케이싱의 내부를 향해서 돌출되는 상부 돌출부 및 하부 돌출부를 가지고 있으며, 이들 상부 돌출부 및 하부 돌출부가 상기 편평화된 원호상 반환부에 접촉해있으므로, 흡열관을 고정하는 고정 부재를 별도로 이용하지 않고, 흡열관을 안정적으로 고정할 수 있다. 또한, 상기 케이싱은, 배면벽, 정면벽, 바닥벽, 일방측벽 및 타방측벽이 일체 성형된 케이싱 본체의 상방 개구부를 천판으로 폐색함으로써 제작할 수 있기 때문에, 별도의 고정 부재를 이용하지 않고, 천판에 의한 상방 개구부의 폐색시에 흡열관을 고정할 수 있다. 이로 인하여, 높은 작업성을 얻을 수 있다.
또, 바람직하게는, 상기 복수의 흡열관을 구비하는 잠열 열교환기에 있어서,
상기 각 흡열관은, 상기 케이싱내에서, 상기 일방측벽과 상기 타방측벽과의 사이에서 연장되는 직선부와, 상기 일방측벽측 및 상기 타방측벽측의 양단에 위치하는 원호상 반환부가 반복해서 연속하는 배관 구조를 가지며,
상기 천판은, 상기 일방측벽측 및 상기 타방측벽측의 양단에 각각 상기 상부 돌출부를 가지며,
상기 양단의 상부 돌출부는 각각, 상기 최상단의 양단의 원호상 반환부에 접촉하고,
상기 바닥벽은, 상기 일방측벽측 및 상기 타방측벽측의 양단에 각각 상기 하부 돌출부를 가지며,
상기 양단의 하부 돌출부는 각각, 상기 최하단의 양단의 원호상 반환부에 접촉한다.
상기 잠열 열교환기에 의하면, 일방측벽측과 타방측벽측의 양단에 편평화된 원호상 반환부가 형성되고, 이들 양단의 원호상 반환부의 최상단 및 최하단이 각각, 천판 및 바닥벽에 설치된 상부 돌출부 및 하부 돌출부와 접촉해있기 때문에, 보다 안정적으로 흡열관을 케이싱내에 고정할 수 있다.
또한, 헤더로부터의 누수를 방지하는 것을 목적으로 하는 본 발명의 바람직한 다른 형태에 의하면, 상기 잠열 열교환기에 있어서,
상기 유입 헤더 및 상기 유출 헤더의 적어도 일방은, 접시형의 헤더 본체와, 상기 헤더 본체에 내감상태로 감합되는 접시형의 헤더 커버체를 가지며, 각 개구부가 대향하도록 상기 헤더 본체와 상기 헤더 커버체가 납땜에 의해 접합되어 형성되어 있으며,
상기 헤더 본체는, 상기 흡열관의 상류단 또는 하류단이 접속되는 접속공을 가지는 본체 바닥판과, 상기 본체 바닥판의 주연에서 상기 헤더 커버체측을 향해서 연장 설치되며, 상기 헤더 커버체측으로 개방하는 본체 주벽을 구비하고,
상기 헤더 커버체는, 유입구 또는 유출구를 가지는 커버체 바닥판과, 상기 커버체 바닥판의 주연에서 상기 헤더 본체측을 향해서 연장 설치되며, 상기 헤더 본체측으로 개방하는 커버체 주벽을 구비하고 있고,
상기 헤더 본체와 상기 헤더 커버체가 감합되었을 때에, 상기 본체 주벽의 내면에 상기 커버체 주벽의 외면이 내감되는 동시에, 상기 본체 주벽의 내면과 상기 커버체 주벽의 외면과의 사이에, 납땜 저장부가 형성되도록, 상기 본체 주벽과 상기 커버체 주벽이 형성된다.
종래의 헤더 본체 및 헤더 커버체의 접합에 있어서는, 본체 주벽의 본체 개방단 상에만 납땜재가 도포되어 있기 때문에, 납땜재의 비산이나 흘림이 생기기 쉬워, 확실하게 헤더 본체와 헤더 커버체를 접합하는 것이 어렵다. 이에 대하여, 상기 잠열 열교환기에 의하면, 접시형의 헤더 본체와 접시형의 헤더 커버체를 납땜에 의해 접합하기 위하여 헤더 본체와 헤더 커버체가 감합되었을 때, 본체 주벽의 내면과 커버체 주벽의 외면과의 사이에 납땜 저장부가 형성된다. 따라서, 종래의 방법과 같이 헤더 본체의 본체 개방단 상에만 납땜재가 도포되는 경우보다도, 납땜 공정에 있어서의 납땜재의 비산이나 흘림 등의 문제를 회피할 수 있는 동시에, 본체 주벽의 내면과 커버체 주벽의 외면의 접합 면적을 크게 할 수 있다.
상기 구조의 헤더를 구비하는 잠열 열교환기에 있어서,
상기 본체 주벽은, 본체 개방단이 외측을 향해서 넓어지게 형성되어 있을 수도 있다.
상기 잠열 열교환기에 의하면, 용이하게 본체 주벽의 내면과 커버체 주벽의 외면의 접합 면적을 증가시킬 수 있다.
상기 구조의 헤더를 구비하는 잠열 열교환기에 있어서,
상기 헤더 본체와 상기 헤더 커버체가 감합되었을 때에, 상기 본체 주벽의 본체 개방단의 적어도 일부는 단면방향에 있어서 상기 커버체 바닥판의 외주면 이상의 높이까지 연장 설치되어도 된다.
상기 잠열 열교환기에 의하면, 또한 본체 주벽의 내면과 커버체 주벽의 외면의 접합 면적을 증가 시킬 수 있다.
상기 구조의 헤더를 구비하는 잠열 열교환기에 있어서,
상기 본체 주벽의 본체 개방단은, 상기 헤더 본체와 상기 헤더 커버체가 감합되었을 때에, 헤더 커버체측을 향해서 절곡되는 클로우부를 가지고 있을 수도 있다.
헤더 본체와 헤더 커버체를 납땜함에 있어서는, 먼저 헤더 커버체가 헤더 본체에 압입된다. 그러나, 이들 부재의 양 주벽의 제조상의 오차로부터, 압입 후에, 헤더 커버체가 헤더 본체로부터 벗어날 경우가 있다. 그 결과, 정밀도 좋게 헤더 본체와 헤더 커버체가 접합되기 어렵다. 이에 대하여, 본체 주벽의 본체 개방단이 헤더 커버체측을 향해서 절곡되는 클로우부를 가지고 있으면, 헤더 본체로의 헤더 커버체의 압입 후, 상기 클로우부를 절곡함으로서, 이러한 헤더 커버체의 벗어남을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 구조의 헤더를 구비하는 잠열 열교환기에 있어서, 상기 본체 주벽은, 한 쌍의 장변부와 한 쌍의 단변부를 가지는 대략 직사각형으로 형성되어 있고, 상기 한 쌍의 장변부의 적어도 하나의 본체 개방단이, 상기 클로우부를 가진다. 보다 바람직하게는, 상기 본체 주벽의 대향하는 한 쌍의 장변부의 본체 개방단이 각각, 상기 클로우부를 가지며, 상기 각 장변부의 본체 개방단의 클로우부는, 단변부 방향으로 겹치지 않도록 형성된다.
상기 잠열 열교환기에 의하면, 헤더 본체와 헤더 커버체를 감합시킬 때의 헤더 커버체의 벗어남을 확실하게 방지할 수 있다.
그리고, 복수의 가열 회로를 가지는 급탕 장치를 제조하는 것을 목적으로 하는 본 발명의 바람직한 다른 형태에 의하면, 상기 잠열 열교환기는,
또한, 상기 케이싱내에 상기 흡열관과 병렬로 수용되는 제2 흡열관과, 상기 제2 흡열관에 제2 피가열 유체를 도입하는 제2 유입 헤더와, 상기 제2 흡열관으로부터 제2 피가열 유체를 도출하는 제2 유출 헤더를 구비하고,
상기 타방측벽은, 상기 제2 흡열관의 상류단이 삽통되는 제2 상류단 삽통공 및 상기 제2 흡열관의 하류단이 삽통되는 제2 하류단 삽통공을 가지며,
상기 제2 유입 헤더 및 상기 제2 유출 헤더는 각각, 상기 타방측벽의 외부에 배치되어 있는 동시에, 상기 제2 상류단 삽통공 및 제2 하류단 삽통공을 통해서 상기 타방측벽의 외부에 도출되는 상기 제2 흡열관의 상류단 및 하류단과 접속된다.
상기 잠열 열교환기에 의하면, 복수의 가열 회로를 가지는 급탕 장치에 이용되는 잠열 열교환기에 있어서, 드레인에 의한 부식을 억제할 수 있는 동시에, 용이하게 잠열 열교환기를 제작할 수 있다.
그리고, 본 발명에 의하면, 상기에 기재한 잠열 열교환기를 가지는 급탕 장치가 제공된다.
본 특허출원은, 모두 2010년12월27일에 출원된 일본국 특허출원 제2010-290153호, 일본국 특허출원 제2010-290154호 및 일본국 특허출원 제2010-290155호에 대해서 파리 조약상의 우선권을 주장하는 것으로, 이들을 참조함으로써, 그 전체가 본 명세서 중에 편입되는 것으로 한다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명에 의하면, 내구성에 뛰어난 동시에, 용이하게 제조 가능한 잠열 열교환기 및 급탕 장치를 제공할 수 있다.
1 : 잠열 교환기 2 : 케이싱
3 : 현열 열교환기 10 : 케이싱 본체
11 : 배면벽 12 : 정면벽
13 : 바닥벽 14 : 일방 측벽
15 : 타방 측벽 16 : 상방 개구부
40 : 천판 50 : 흡열관
60 : 유입 헤더 70 : 유출 헤더

Claims (11)

  1. 내부에 연소 배기의 통로를 가지는 케이싱과, 상기 케이싱 내에 수용되는 흡열관과, 상기 흡열관에 피가열 유체를 도입하는 유입 헤더와, 상기 흡열관으로부터 피가열 유체를 도출하는 유출 헤더를 구비하는 잠열 열교환기로,
    상기 케이싱은, 상방 개구부를 가지는 박스형 케이싱 본체와, 상기 케이싱 본체의 상방 개구부를 폐색하는 천판을 가지며,
    상기 케이싱 본체는 배면벽, 정면벽, 드레인 배수구를 가지는 바닥벽, 상기 흡열관의 상류단이 삽통되는 상류단 삽통공 및 상기 흡열관의 하류단이 삽통되는 하류단 삽통공을 가지는 일방 측벽 및 타방 측벽을 가지며, 상기 배면벽, 상기 정면벽, 상기 바닥벽, 상기 일방 측벽 및 상기 타방 측벽은 1장의 금속판을 인발 가공함으로써, 상기 바닥벽의 전후 양측연부로부터 각각 상기 배면벽 및 상기 정면벽이 코너부를 개재하여 기립하는 것과 함께, 상기 바닥벽의 좌우 양측연부로부터 각각 상기 일방 측벽 및 상기 타방 측벽이 코너부를 개재하여 기립하고, 상기 배면벽 및 상기 정면벽의 좌우 양측연부로부터 각각 상기 일방 측벽 및 상기 타방 측벽이 코너부를 개재하여 연결되도록 일체 성형되어 있으며,
    상기 흡열관은 상기 케이싱 내에서 상기 일방 측벽과 상기 타방 측벽 사이에서 연장되는 직선부와, 상기 일방 측벽 측 및 타방 측벽 측의 각 단부에 위치하는 원호상 반환부가 반복해서 연속하는 배관 구조를 가지고,
    상기 유입 헤더 및 상기 유출 헤더는 각각, 상기 일방측벽의 외부에 배치되어 있는 동시에, 상기 상류단 삽통공 및 하류단 삽통공을 통해서 상기 일방측벽의 외부에 도출되는 상기 흡열관의 상류단 및 하류단과 접속되어 있고,
    상기 흡열관의 타방 측벽 측의 원호상 반환부와 상기 타방 측벽의 내면 사이에 평판상의 측방 정류판이 설치되며,
    상기 측방 정류판의 상단은 상기 천판의 하면에 접합되어 있고, 상기 측방 정류판의 하단은 상기 바닥벽의 내면에 접촉되어 있지 않는 잠열 열교환기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 케이싱 본체와 상기 천판은 접합 가공에 의해 접합된 잠열 열교환기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 배면벽은 상기 케이싱 내에 상기 연소 배기가 도입되는 배기 입구를 가지며, 상기 정면벽은 상기 케이싱으로부터 상기 연소 배기가 도출되는 배기 출구를 가지고 있고,
    상기 측방 정류판은 상기 배기 입구측 및 상기 배기 출구측의 양단에 상기 흡열관측을 향해서 경사지는 경사면을 갖는 잠열 열교환기.
  4. 제1항에 기재된 잠열 열교환기를 가지는 급탕 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 천판 및 바닥벽은 각각, 상기 케이싱의 내부를 향해서 돌출되는 상부 돌출부 및 하부 돌출부를 가지며,
    상기 상부 돌출부는 상기 천판측에 위치하는 최상단의 원호상 반환부에 접촉하고,
    상기 하부 돌출부는 상기 바닥벽측에 위치하는 최하단의 원호상 반환부에 접촉하는 잠열 열교환기.
  6. 제3항에 있어서, 상기 천판의 정면벽 측의 하면에서 상기 배기 출구의 개구부 상연을 향해서 하방으로 경사진 상방 정류판을 갖는 잠열 열교환기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 케이싱 내에는 복수의 흡열관이 배설되어 있고,
    상기 각흡열관의 원호상 반환부는 상기 흡열관이 겹쳐지는 방향으로 편평화된 단면 편평 형상을 가지며,
    상기 복수의 흡열관은 상기 천판과 상기 바닥벽 사이에서 상기 편평화된 원호상 반환부로 겹쳐져 있는 잠열 열교환기.
  8. 제1항에 따른 잠열 열교환기의 제조방법으로서,
    상기 흡열관의 상류단 및 하류단을 각각, 상기 일방측벽의 상류단 삽통공 및 하류단 삽통공에 삽입하고,
    상기 흡열관의 상류단 및 하류단을, 상기 일방측벽의 외부로 도출시키고,
    상기 도출시킨 흡열관의 외면과, 상기 일방측벽의 상류단 삽통공 및 하류단 삽통공의 사이에 납땜재를 부여하고,
    상기 도출시킨 상기 흡열관의 상류단 및 하류단을 각각, 상기 유입 헤더의 접속공 및 상기 유출 헤더의 헤더 본체의 접속공에 삽입하고,
    상기 흡열관의 상류단 및 하류단의 외면과, 상기 접속공과의 사이에 납땜재를 부여하고,
    상기 헤더 본체의 개구부를 각각, 헤더 커버로 폐색하고,
    상기 헤더 본체의 본체 주벽의 내면과, 상기 헤더 커버의 커버체 주벽의 외면과의 경계에 납땜재를 부여하고,
    상기 케이싱 본체의 상방 개방부를 상기 천판으로 폐색하고, 상기 케이싱 본체, 상기 천판, 상기 흡열관, 상기 유입 헤더, 및 상기 유출 헤더가 일체화된 서브 어셈블리를 작성하고,
    상기 서브 어셈블리를 로 내에서 가열하는 공정을 갖는 잠열 열교환기 제조방법.
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