KR102173011B1 - 열교환기 - Google Patents

Abstract

열교환기가 개시된다. 실시예에 따르면, 내부에 연소가스가 유입되도록 공간이 형성된 내통과, 상기 내통의 외측에 외통으로 구성되며 물이 배출되는 출수구가 형성된 연소실 본체; 연소실 본체의 하부에 통하도록 형성되며 다수의 방열 패널이 적층되며 연소실 본체로부터 연소가스가 유입되고, 일측에는 물이 공급되는 입수구가 형성된 열교환부;를 포함하고, 연소실 본체는, 내통과 외통 사이에 물이 체류하는 챔버가 형성되고, 외통에는 원주방향으로 함몰부가 형성되어 함몰부가 내통과 접촉되도록 형성되어 챔버를 구획하여 상,하측 저수공간이 형성되며, 함몰부는 부분적으로 형성되어 상,하측 저수공간이 서로 통하도록 하는 통로가 형성되어 이루어진 것으로, 열교환부에서 가열된 물이 하측 저수공간에 저장된 후 통로를 통해 상측 저수공간으로 이동하는 과정에서 체류 시간이 지연되도록 하여 내통의 열에 의해 가열될 수 있다.

Description

열교환기{Heat exchanger}

개시되는 내용은 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온 연소가스와 물을 열교환시켜 난방 효율을 높일 수 있도록 하는 열교환기에 관한 것이다.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

열교환기는 온도가 다른 두개의 유체가 전열판에 의해 나뉘며, 양자간에 전열판을 통한 열 교환이 이루어지도록 하는 장치를 말한다. 열교환기는 난방, 온수공급 등에서 공기조화, 동력발생, 폐열회수 등에 까지 여러 분야에 걸쳐 널리 쓰이고 있다.

열교환기는 대개 보일러에 많이 사용되고 있다.

종래 열교환기는 원통형의 외통과 내통 사이에 챔버가 형성되어 있고, 상기 챔버 내에는 나선형태로 감겨져 온수가 흐르는 온수관이 설치되어 있으며, 상기 외통 및 내통의 상부를 폐쇄하는 상부판에는 배기가스가 배출되는 연통이 설치되어 있다.

내통에 형성되는 연소실의 하부에는 버너가 설치되는 브라켓이 외통을 통과하여 연소실과 통하여지도록 고정되어 있다.

따라서, 버너에 의해 화염이 발생되어 연소실 내의 공기를 가열하면 가열된 고온의 배기가스가 연소실내 배플을 거쳐 연통측으로 빠져나가는 과정에서 챔버에 흐르는 난방수를 가열하게 되므로 난방수를 얻을 수 있게 된다.

그러나, 이러한 구조를 갖는 종래의 열 교환장치는 챔버 내에 많은 량의 난방수를 가열하도록 되어 있어 난방수를 빠른 시간 내에 데우는데 한계가 있기 때문에 고온의 난방수를 사용하기 위해서는 긴 대기 시간이 필요하였음은 물론, 난방수량이 많아 챔버의 크기가 커질 수밖에 없어 제작비가 상승되는 문제점이 발생되었다.

한국 특허출원 10-2006-0040569호

개시되는 내용은 연소실의 고온 연소가스가 다수로 적층된 열교환판을 통과하도록 하고, 다수의 열교환판을 통과하면서 열교환에 의해 가열된 온수가 연소실의 외주면을 통과하면서 더욱 가열되도록 하여 가열효율이 향상될 수 있도록 하는 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

실시예의 목적은, 내부에 연소가스가 유입되도록 공간이 형성되며 하부 일측에는 물이 공급되는 입수구가 형성되는 내통과, 내통의 외측에 결합되며 소정 간격으로 이격되게 형성되는 외통으로 구성되며 상부에는 물이 배출되는 출수구가 형성된 연소실 본체; 내통의 하부에 통하도록 형성되며 다수의 방열 패널이 적층되어 이루어지고, 연소실 본체로부터 연소가스가 유입되어 입수구를 통해 유입된 물을 가열토록 하는 열교환부;를 포함하고, 연소실 본체는, 내통과 외통 사이에 물이 체류하는 챔버가 형성되고, 외통에는 원주방향으로 함몰부가 형성되어 함몰부가 내통과 접촉되도록 형성되어 챔버를 구획하여 상,하측 저수공간이 형성되며, 함몰부는 부분적으로 형성되어 상,하측 저수공간이 서로 통하도록 하는 통로가 형성되어 이루어진 것으로, 열교환부에서 가열된 물이 하측 저수공간에 저장된 후 통로를 통해 상측 저수공간으로 이동하는 과정에서 체류 시간이 지연되도록 하여 내통의 열에 의해 가열될 수 있도록 한 열교환기에 의해 달성될 수 있다.

개시된 실시예에 따르면, 연소실의 고온 연소가스가 다수로 적층된 열교환판을 통과하도록 하고, 다수의 열교환판을 통과하면서 열교환에 의해 가열된 온수가 연소실의 외주면을 통과하면서 더욱 가열되도록 하여 가열효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 실시예에 따른 열교환기에 대한 사시도,
도 2는 실시예에 따른 열교환기를 분해한 사시도,
도 3은 실시예에 따른 열교환기의 결합된 단면도,
도 4는 실시예에 따른 열교환기의 단면 사시도,
도 5는 상기 도 4에서 일부분을 확대하여 본 단면 사시도,
도 6은 실시예에 따른 열교환기의 분해 단면사시도,
도 7은 실시예에 따른 열교환기에 대한 정면도,
도 8은 다른 실시예에 따른 열교환기를 나타낸 분해사시도,
도 9는 다른 실시예에 따른 열교환기를 나타낸 결합된 사시도.

이하 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 설명될 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있으며, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 함을 밝혀둔다.

첨부된 도 1은 실시예에 따른 열교환기에 대한 사시도, 도 2는 실시예에 따른 열교환기를 분해한 사시도, 도 3은 실시예에 따른 열교환기의 결합된 단면도, 도 4는 실시예에 따른 열교환기의 단면 사시도, 도 5는 상기 도 4에서 일부분을 확대하여 본 단면 사시도, 도 6은 실시예에 따른 열교환기의 분해 단면사시도, 도 7은 실시예에 따른 열교환기에 대한 정면도이다.

도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 열교환기(A)는,

내부에 연소가스가 유입되도록 공간이 형성되며 하부 일측에는 물이 공급되는 입수구(143)가 형성되는 내통(140)과, 상기 내통(140)의 외측에 결합되며 소정 간격으로 이격되게 형성되는 외통(120)으로 구성되며 상부에는 물이 배출되는 출수구(124)가 형성된 연소실 본체(100);

상기 내통(140)의 하부에 통하도록 형성되며 다수의 방열 패널(4)이 적층되어 이루어지고, 연소실 본체(100)로부터 연소가스가 유입되어 입수구(143)를 통해 유입된 물을 가열토록 하는 열교환부(200);

를 포함한다.

도시하지는 않았지만 연소실 본체(100)의 상부에는 버너를 포함하는 연소부가 형성된다.

연소실 본체(100)의 하부, 즉 열교환부(200)에 통하는 입수구(143)에는 냉수를 공급하는 냉수공급부가 연결되고, 연소실 본체(100)의 상부에 형성된 출수구(124)에는 가열된 온수를 저장하거나 곧바로 사용처로 공급하는 온수공급부가 형성된다.

연소실 본체(100)는, 내통(140)과, 내통(140)의 외부에 형성되는 외통(120)으로 구성되되 내통(140)과 외통(120) 사이에 물이 체류하는 챔버(160)가 형성된다.

챔버(160)는 내통(140)의 전체 외주면에 형성되므로 저수 용적은 상당히 크다.

내통(140)은 상하 개구되고 내부에 통로가 형성된 원통형 관체로 이루어지며, 도 6에 도시된 바와 같이, 하부 일측에 입수구(143)가 형성되며, 그 상부에는 유수공(145)이 형성된다.

유수공(145)은 챔버(160), 즉 하측 저수공간(164)과 통하도록 형성되며, 열교환부(200)에서 가열된 온수가 유수공(145)을 통해 챔버(160)로 공급될 수 있다(도 3 참조).

외통(120)에는 원주방향으로 함몰부(122)가 형성되고, 함몰부(122)가 내통(140)과 접촉되도록 형성됨으로써 챔버(160)를 적어도 2개소로 구획하게 된다.

챔버(160)는 함몰부(122)의 형성에 의해 대략 상,하측 저수공간(162,164)으로 구분되어질 수 있다.

물론 함몰부(122)의 갯수는 증감이 가능할 것이며, 함몰부(122)의 갯수에 따라 챔버(160)의 구획되는 저수공간의 갯수도 증감될 수 있음은 당연하다.

또한 함몰부(122)는 수평하게 형성되거나 비스듬히 형성될 수 있다.

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 한줄의 수평으로 함몰부(122)가 형성되는 것이며, 이 한줄의 함몰부(122)로 인해 상,하측 저수공간(162,164)이 구획되는 형상인 것이다.

함몰부(122)는 외통(120)의 외주면에 원주방향으로 한줄로 연속되게 형성되다가 일부 구간에서는 함몰부(122)가 형성되지 않는다.

따라서 함몰부(122)는 도 2 또는 도 6에 도시된 바와 같이, 외통(120)에 부분적으로만 형성된다.

이렇게 함몰부(122)가 형성되지 않은 부분은 상,하측 저수공간(162,164)이 서로 통하도록 하는 통로(166)가 된다.

이렇게 함몰부(122)에 의해 챔버(160)를 구획하여 상,하측 저수공간(162,164)이 형성됨으로써 도 7에 도시된 바와 같이, 열교환부(200)에서 가열된 물이 먼저 하측 저수공간(164)에 저장된 후 좁은 통로(166)를 통과하여 상측 저수공간(162)으로 이동하는 과정에서 체류 시간이 지연되도록 함으로써 내통(140)의 열에 의해 가열될 수 있는 시간이 제공될 수 있다.

한편 도 8은 다른 실시예에 따른 열교환기를 나타낸 분해사시도이고, 도 9는 다른 실시예에 따른 열교환기를 나타낸 결합된 사시도이다.

도 8 및 도 9를 참조해보면, 외통(120)의 함몰부(122C)가 나선형으로 형성된다.

이렇게 나선형의 함몰부(122C)가 형성됨으로써 챔버(160C)도 나선 형상으로 구획 형성되고, 이렇게 챔버(160C)가 나선형으로 형성됨에 따라 내부의 온수가 챔버(160C) 형상을 따라서 나선형태로 순환되면서 상승하게 된다.

하부의 함몰부(122C)는 유수공(145)에 근접하여 형성되므로 점차 챔버(160C)가 상부로 나선형상으로 형성되면서 내부의 용적도 증가하도록 형성되는 것이다.

한편 열교환부(200)는 내통(140)의 하부에 형성되는 것으로, 다수의 방열 패널(4)이 적층되어 형성된다.

상기 다수의 방열 패널(4) 각각은 원판형상이면서 상,하면에는 직선형의 요부(42)와 철부(44)가 교대로 형성된다.

따라서 요부(42)와 철부(44)로 인해 물이 통과되는 이송로(46)가 형성될 수 있다.

한개의 방열 패널(4)을 좀 더 살펴보면, 원판 형상이되 일측 또는 양측에 가스가 통과하도록 가스이송공(48)이 천공되어 형성된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 방열 패널(4a~4d)은 2개 또는 3개씩 한조를 이루게 되고, 각 조를 구성하는 방열 패널(4a~4d)은 소정 위치에 가스이송공(48)이 형성되어 연소가스가 통과될 수 있도록 하였다.

바람직하게는 대략 4개조의 방열 패널(4a~4d) 군을 구성하되 상부에서 하부로 갈수록 연소가스의 이송방향이 변경되도록 형성된다.

즉, 다수의 방열 패널(4a~4d)이 상,하부에 적층되되, 상부 방열 패널(4a,4c)의 가스이송공(48)과 하부 방열 패널(4b,4d)의 가스이송공(48)이 서로 상반되게 배열되는 것이다.

예를들어 상부의 방열 패널(4a)은 우측에 가스이송공(48)이 형성되어 우측으로부터 가스가 유입되도록 하고, 그 하부의 방열 패널(4b)은 좌측에 가스이송공(48)이 형성되어 좌측에서 이송된 가스가 방향이 바뀌면서 좌측의 가스이송공(48)으로 통과되도록 함으로써 대략 지그재그 형태로 이송될 수 있도록 하는 것이다.

또는 가스이송공(48)은 방열 패널(4)의 양측에 대칭 형성되거나 일측에만 형성될 수도 있다.

일 예에 따르면, 가스이송공(48)은 반원형으로 형성된다. 물론 이는 하나의 예시일 뿐이며 반드시 이에 한정될 필요는 없다.

이렇게 가스의 이송방향이 좌,우로 변경되도록 함으로써 가스의 체류시간이 길어질 수 있게 되고, 이로 인해 가스와 물의 열교환율이 향상될 수 있어 가열 효율이 증가될 수 있는 것이다.

비록 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

4 : 방열 패널 100 : 연소실 본체
120 : 외통 122 : 함몰부
140 : 내통 162, 164 : 저수공간
166 : 통로

Claims (7)

1. 내부에 연소가스가 유입되도록 공간이 형성되며 하부 일측에는 물이 공급되는 입수구가 형성되는 내통과, 상기 내통의 외측에 결합되며 소정 간격으로 이격되게 형성되는 외통으로 구성되며 상부에는 물이 배출되는 출수구가 형성된 연소실 본체;
   상기 내통의 하부에 통하도록 형성되며 다수의 방열 패널이 적층되어 이루어지고, 연소실 본체로부터 연소가스가 유입되어 입수구를 통해 유입된 물을 가열토록 하는 열교환부;를 포함하고,
   상기 외통에는 원주방향으로 함몰부가 형성되며,
   상기 함몰부가 내통과 접촉되도록 형성되어 챔버를 구획하여 상,하측 저수공간이 형성되며,
   상기 함몰부는 부분적으로 형성되어 상,하측 저수공간이 서로 통하도록 하는 통로가 형성되고,
   상기 열교환부에서 가열된 물이 하측 저수공간에서 통로를 통해 상측 저수공간으로 이동하는 과정에서 체류 시간이 지연되도록 한 것이며,
   상기 열교환부는
   상기 다수의 방열 패널 각각은 요부와 철부가 교대로 형성되어 물이 통과되는 이송로가 형성되며, 가스가 통과하도록 가스이송공이 천공되어 이루어지고,
   다수의 방열 패널이 상,하부에 적층되고, 상부 방열 패널의 가스이송공과 하부 방열 패널의 가스이송공이 상반되게 배열되며,
   상기 가스이송공은 반원형이고 방열 패널의 양측에 대칭 형성되거나 일측에만 형성되는 것이며,
   상기 내통은 상하 개구되고 내부에 통로가 형성되고, 하부 일측에 입수구가 형성되며, 상기 입수구의 상부에 유수공이 형성된 것으로,
   상기 유수공은 챔버의 하측 저수공간과 통하도록 형성되며,
   상기 열교환부에서 가열된 온수가 유수공을 통해 챔버의 하측 저수공간으로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
   
   
   
   
   
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제

Images