KR20000057090A

KR20000057090A - 열교환기

Info

Publication number: KR20000057090A
Application number: KR1019990060346A
Authority: KR
Inventors: 구마가이아키라; 이마이히로시
Original assignee: 강성모; 린나이코리아 주식회사; 나이토 스스무; 린나이가부시기가이샤
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2000-09-15
Also published as: TW448288B; JP2000234809A; KR100343475B1; JP3670152B2

Abstract

(과제) 수관에서의 결로방지, 열교환 효율의 저하방지 및 연소 부기체의 내구성 저하방지가 가능한 열교환기를 제공한다.

(해결수단) 열교환 핀(1)의 핀 기판(8)을, 그 좌우 양변이 전 길이에 걸쳐서 연소 부기체(3)의 내벽을 따르는 대략 장방형상으로 형성한다. 열교환 핀(1)에는 그 좌우 양변의 대략 상반부를 따라서 연소 부기체(3)의 내벽으로부터 이간되는 제 1 절곡편(9)과, 그 좌우 양변의 대략 하반부를 따라서 연소 부기체(3)의 내벽에 납땜되는 제 2 절곡편(10)을 각각 핀 기판(8)에 대하여 수직으로 절곡되게 형성한다. 핀 기판(8)의 상부를 관통하는 상부 수관(2a)을 향하여 핀 기판(8)을 그 하변측에서 잘라내어 절결부(14)를 형성한다.

Description

열교환기{HEAT EXCHANGER}

본 발명은 급탕장치등의 열교환기에 관한 것이다.

종래의 급탕장치에서는, 예를 들면 일본국 특허공개 평10-325610호 공보에 개시된 열교환 핀이 사용되고 있다. 도 3은 상기 열교환 핀이 사용된 열교환기의 단면도이다. 도 3에 나타낸 열교환기에서는 복수개의 열교환 핀(a)이 겹쳐지도록 정렬되어 연소 부기체(b) 내부에 배치되어 있다. 열교환 핀(a)에는 그 상·하부에 각각 상부 수관(c,c,…)과 하부 수관(d,d,…)이 관통되도록 설치되어 있다. 열교환 핀(a)의 하측에는 버너(e)가 설치되어 있다.

열교환 핀(a)은, 하반부가 그 좌우 양변이 연소 부기체(b)의 내벽을 따르는 대략 장방형상을 이루고, 상반부가 상측으로 갈수록 좁아지는 대략 사다리꼴 형상을 이루는 핀 기판(f)을 구비하고 있다. 핀 기판(f)에는 그 좌우 양변을 따라서 각각 핀 기판(f)에 대하여 수직으로 절곡(折曲)된 절곡편(g,h)이 형성되어 있다. 또, 핀 기판(f)에는 그 하변측에서 하부 수관(d)을 피해 가면서 상부 수관(c)을 향하여 수직방향으로 잘라낸 절결부(i,i,…)가 형성되어 있다. 열교환 핀(a)은, 절곡편(g)과 연소 부기체(b)의 내벽과의 사이에 형성된 대략 삼각형상의 틈새에 놓여진 납땜재 (R)에 의해서 절곡편(h)이 연소 부기체(b)의 내벽에 납땜된다.

상기한 바와 같이 구성된 열교환기에서는, 버너(e)에서 연소된 연소배기의 열이 직접적으로 또는 열교환 핀(a)을 통해서 간접적으로 상부 수관(c,c,…) 및 하부 수관(d,d,…)에 전달됨으로써 이들 수관내를 흐르는 물이 승온(昇溫)된다. 그런데, 상부 수관(c)은 하부 수관(d)보다도 버너(e)로부터 먼 위치에 설치되어 있기 때문에, 상부 수관(c)에는 열교환 핀(a)에 열을 빼앗겨 그 온도가 저하된 연소배기가 접촉하게 됨으로써 결로가 생기기 쉽다. 이러한 결로를 방지하기 위해서, 연소 부기체(b)의 내벽 근방으로 상승하는 연소배기가 절곡편(g)에 의해서 상부 수관(c)측으로 유도된다. 연소 부기체(b)의 내벽 근방으로 상승하는 연소배기는 버너(e)의 외측둘레측에서 상승하는 신선한 공기와의 혼합비가 크기 때문에 그 노점 온도가 낮고, 이와 같이 노점 온도가 낮은 연소배기를 접촉시킴으로써 상부 수관(c)에서의 결로가 억제된다. 또, 절결부(i)를 형성함에 의해서, 연소배기가 상부 수관(c)에 도달하는 동안에 열교환 핀(a)에 의해서 손실되는 열량이 억제되기 때문에, 고온의 연소배기를 접촉시킴으로써 상부 수관(c)의 결로가 억제된다.

그러나, 절결부(i)를 크게 형성할 수록 연소배기의 열손실이 적어지게 됨으로써 상부 수관(c)에서의 결로를 확실하게 방지할 수는 있지만, 반면에 열교환 핀(a)의 면적이 작아짐으로써 열교환 효율이 저하된다. 따라서, 상부 수관(c)내를 흐르는 물을 효율좋게 승온시키는 것이 곤란하게 될 우려가 있다. 여기서, 절결부 (i)를 형성함에 의해서 손실되는 열교환 핀(a)의 면적을 보충하기 위해서, 절곡편 (g)과 연소 부기체(b)의 내벽과의 사이에 형성되는 대략 삼각형상의 틈새를 메우도록 하여 핀 기판(f)을 확장시키는 것을 생각할 수 있다.

이 경우, 열교환 핀의 좌우 양변은 전 길이에 걸쳐서 연소 부기체(b)의 내벽을 따르는 대략 장방형상을 이루게 되는데, 열교환 핀의 좌우 양변을 전 길이에 걸쳐서 연소 부기체(b)의 내벽에 맞닿게 하면, 다음과 같은 문제점이 생긴다. 연소 부기체(b)의 상부에는 버너(e)의 연소배기를 배출하기 위한 덕트가 설치된다. 여기서, 예를 들면 일본국 실용신안공개 평6-22743호 공보에 개시된 바와 같이 배기경로의 입구가 열교환 핀(a)의 좌측 또는 우측으로 치우쳐 있는 덕트를 사용하는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 연소배기가 연소 부기체(b)내를 좌측 또는 우측으로 치우쳐서 상승하게 된다. 따라서, 연소배기의 열이 열교환 핀(a)의 상부에 있어서의 좌측 또는 우측으로 집중되게 되고, 이 열이 전달된 부분에서 연소 부기체(b)가 과도하게 고온으로 됨으로써 내구성이 저하될 우려가 있다.

본 발명은 상기한 문제점들을 감안하여 이루어진 것으로서, 수관에서의 결로방지, 열교환 효율의 저하방지 및 연소 부기체의 내구성 저하방지가 가능한 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 실시형태의 열교환기를 나타낸 단면도

도 2는 본 실시형태의 열교환기에 사용되는 열교환 핀(1)의 요부를 나타낸 사시도

도 3은 종래의 열교환기를 나타낸 단면도

도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 - 열교환 핀 2a - 상부 수관

2b - 하부 수관 3 - 연소 부기체(燃燒缶器體)

8 - 핀 기판 9 - 제 1 절곡편

10 - 제 2 절곡편 14 - 절결부

15 - 납땜재용 절결부 16 - 경사부

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 열교환기는, 「수관이 관통되게 설치됨과 아울러 연소 부기체내에 복수개가 정렬되어 배치되는 열교환 핀을 구비한 열교환기에 있어서, 상기 열교환 핀은, 좌우 양변이 전 길이에 걸쳐서 상기 연소 부기체의 내벽을 따르는 대략 장방형상의 핀 기판과; 상기 핀 기판의 좌우 양변의 대략 상반부를 따라서 상기 핀 기판에 대하여 수직으로 절곡되어 형성되며, 상기 연소 부기체의 내벽으로부터 이간(離間)되는 제 1 절곡편과; 상기 핀 기판의 좌우 양변의 대략 하반부를 따라서 상기 핀 기판에 대하여 수직으로 절곡되어 형성되며, 상기 연소 부기체의 내벽에 납땜되는 제 2 절곡편;으로 구성되고, 상기 수관 중 상기 핀 기판의 상부를 관통하는 상부 수관을 향하여 상기 핀 기판을 하변측에서 잘라낸 절결부가 형성되어 있는 것」을 특징으로 한다.

상기 열교환기에 있어서는, 열교환 핀은 제 1 절곡편을 연소 부기체의 내벽으로부터 이간시킨 상태에서 제 2 절곡편이 연소 부기체에 납땜되어 부착되어 있다. 따라서, 열교환 핀의 상부에서 연소 부기체의 내벽으로의 열전달을 방지할 수 있다. 또, 제 1 절곡편에 의해서 열교환 핀의 상부로 상승하는 연소배기와 연소 부기체의 내벽과의 접촉을 방지할 수 있다. 따라서, 연소배기가 열교환 핀의 상부에 있어서의 좌측 또는 우측으로 집중된 경우, 이 집중된 연소배기의 열이 연소 부기체로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 연소 부기체가 부분적으로 과도하게 고온으로 되어 그 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

또, 절결부를 형성함에 의해서 연소배기의 열이 상부 수관에 도달하기까지의 열손실이 억제되기 때문에, 상부 수관에 고온의 연소배기를 충분히 접촉시킴으로써 상부 수관에서의 결로발생을 방지할 수 있다.

또, 핀 기판은 그 좌우 양변이 전 길이에 걸쳐서 상기 연소 부기체의 내벽을 따르는 장방형상으로 형성되어 있다. 따라서, 절결부가 형성된 부분만큼 손실된 열교환 핀의 면적이 핀 기판의 상부 양변부에 보충됨으로써, 열교환 효율의 저하를 방지할 수 있음과 아울러, 나아가서는 수관내를 흐르는 물을 효율좋게 승온시킬 수 있다.

열교환 핀을 연소 부기체의 내벽에 그 제 2 절곡편을 납땜하여 부착하기 위해서는, 제 1 절곡편과 연소 부기체 사이의 가장 하측에 납땜재를 설치하는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 납땜에 필요한 양에 대응하는 크기의 납땜재를 설치할 공간이 제 1 절곡편과 연소 부기체의 내벽과의 사이에 확보되어 있을 필요가 있다. 그러나, 상기한 바와 같이 열교환 핀의 상부에서 연소 부기체로의 열전달 방지 및 열교환 핀의 면적 보충을 위해서, 열교환 핀의 좌우 양변의 대략 상반부는 연소 부기체에 대하여 이간시키면서도 가능한 접근시키는 것이 바람직하다.

여기서, 본 발명의 열교환기는, 「상기 구성의 열교환기에 있어서, 상기 열교환 핀에는 상기 제 2 절곡편과 상기 핀 기판을 연속해서 잘라낸 납땜재용 절결부가 형성되고, 상기 열교환 핀은 상기 납땜재용 절결부에 설치된 납땜재에 의해서 상기 연소 부기체의 내벽에 상기 제 2 절곡편이 납땜됨으로써 부착되는 것」을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 열교환기에 있어서는, 납땜재용 절결부에 납땜재를 설치할 수 있으며, 이 납땜재에 의해서 열교환 핀을 연소 부기체의 내벽에 그 제 2 절곡편을 납땜함으로써 부착할 수 있다. 따라서, 납땜재를 설치하기 위해서 제 1 절곡편과 연소 부기체의 내벽과의 사이의 공간을 확보할 필요가 없다. 따라서, 열교환 핀의 좌우 양변의 상반부를 연소 부기체에 대하여 이간시키면서도 가능한 접근시키도록 열교환 핀의 상반부를 확장시킬 수 있다.

또, 본 발명의 열교환기는, 「상기 구성의 열교환기에 있어서, 상기 납땜재용 절결부는 상기 핀 기판의 내측에서 상기 제 2 절곡편을 향하여 하측으로 경사지는 경사부를 가지는 것」을 특징으로 한다.

이 경우, 납땜재용 절결부에 설치되어 용융된 납땜재를, 경사부를 따라서 제 2 절곡편과 연소 부기체의 내벽과의 사이로 확실하게 흘러 들어가게 할 수 있다.

(발명의 실시형태)

본 발명의 열교환기를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 실시형태의 열교환기를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 실시형태의 열교환기에 사용되는 열교환 핀의 요부를 나타낸 사시도이다.

도 1 및 도 2에 나타낸 본 실시형태의 열교환기에 있어서, 열교환 핀(1)에는 그 상·하부에 각각 상부 수관(2a,2a,…)과 하부 수관(2b,2b,…)이 관통되게 설치되어 있다. 열교환 핀(1)은 복수개가 겹쳐지도록 정렬되어 대략 사각 통형상의 연소 부기체(3) 내부에 배치되어 있다. 연소 부기체(3)의 하측에는 버너(4)가 설치되어 있다. 연소 부기체(3)의 상부 외벽에는 플랜지(5)가 형성되어 있으며, 이 플랜지 (5)에는 버너(4)의 연소배기를 배출하는 덕트(6)가 그 부착부위가 코킹되어 부착되어 있다. 덕트(6)의 배기경로(7)의 입구는 도 1에 나타낸 바와 같이 우측으로 치우쳐서 형성되어 있으며, 버너(4)의 연소배기는 화살표로 나타낸 바와 같이 연소 부기체(3)의 우측으로 치우쳐서 상승한다.

열교환 핀(1)은 그 좌우 양변이 전 길이에 걸쳐서 연소 부기체(3)의 내벽을 따르는 대략 장방형상으로 형성된 핀 기판(8)을 구비하고 있다. 열교환 핀(1)에는 핀 기판(8)의 좌우 양변의 상반부 및 하반부를 따라서 각각 핀 기판(8)에 대하여 수직으로 절곡된 제 1 절곡편(9)과 제 2 절곡편(10)이 형성되어 있으며, 이 제 1 절곡편(9)은 연소 부기체(3)의 내벽으로부터 이간되어 있고, 제 2 절곡편(10)은 연소 부기체(3)의 내벽에 납땜되어 있다. 열교환 핀(1)에는 핀 기판(8)의 상변의 좌우 양단부를 따라서 핀 기판(8)에 대하여 수직으로 절곡되는, 제 1 절곡편(9)에 연속한 제 3 절곡편(11)도 형성되어 있다. 열교환 핀(1)의 상부에는 핀 기판(8)을 부분적으로 잘라내어 좌우방향으로 연장되도록 대략 U자형상으로 세운 블레이드(12)가 복수개 형성되어 있다. 핀 기판(8)의 블레이드(12,12,…)를 잘라낸 위치에는 핀 기판 (8)의 표면과 이면을 연통시키는 연통구멍(13,13,…)이 형성되고, 열교환 핀(1)의 하변에는 상부 수관(2a)을 향하여 하부 수관(2b)을 피해 가면서 핀 기판(8)을 그 하변측에서 수직방향으로 잘라낸 절결부(14,14,…)가 형성되어 있다. 또, 제 2 절곡편(10)의 상부와 핀 기판(8)을 연속해서 잘라낸 납땜재용 절결부(15)가 형성되어 있으며, 이 납땜재용 절결부(15)는 핀 기판(8)의 내측에서 제 2 절곡편(10)을 향하여 하측으로 경사지는 경사부(16)를 가지고 있다. 또한, 납땜재용 절결부(15)를 형성함에 있어서, 제 2 절곡편(10)이 그 폭방향으로 부분적으로 잘라내어져 있는데, 이것은 제 2 절곡편(10)의 강도를 확보하기 위한 것이다.

상기한 바와 같이 구성된 열교환기에 있어서, 열교환 핀(1)을 연소 부기체 (3)에 납땜하여 부착할 때에는, 우선 열교환 핀(1)을 복수개 겹쳐지도록 정렬하고, 그 정렬방향을 따라서 도시하지 않은 봉형상의 납땜재를 납땜재용 절결부(15)에 설치한다. 그리고, 상기한 상태의 복수개의 열교환 핀(1)을 연소 부기체(3)의 소정 위치에 배치한 후, 가열에 의해서 용융된 납땜재를 제 2 절곡편(10)과 연소 부기체 (3)의 내벽과의 틈새로 흘러 들어가게 한다. 이 때, 용융된 납땜재는 핀 기판(8)의 내측에서 제 2 절곡편(10)을 향하여 하측으로 경사진 경사부(16)에 의해서 상기 틈새로 확실하게 흘러 들어가게 된다. 따라서, 열교환 핀(1)은 제 1 절곡편(9)을 연소 부기체(3)의 내벽으로부터 이간시킨 상태에서 제 2 절곡편(10)이 연소 부기체 (3)의 내벽에 납땜됨으로써 부착된다.

상기 열교환기의 사용시에는, 버너(4)에서 연소된 연소배기의 열이 상부 수관(2a) 및 하부 수관(2b)에 직접적으로 또는 열교환 핀(1)을 통해서 간접적으로 전달됨으로써 상부 수관(2a)과 하부 수관(2b)내를 흐르는 물이 승온된다. 상기한 바와 같이 버너(4)의 연소배기는 도 1에 화살표로 나타낸 바와 같이 연소 부기체(3)내를 우측으로 치우쳐서 상승한 후, 덕트(6)의 배기경로(7)를 통해서 외부로 배출된다. 따라서, 도 1에 나타낸 열교환기에서는 연소배기가 집중되는 열교환 핀(1)의 우측 상부가 다른 부분보다도 고온으로 된다.

그러나, 상기한 바와 같이 열교환 핀(1)은 제 1 절곡편(9)을 연소 부기체(3)의 내벽으로부터 이간시킨 상태에서 제 2 절곡편(10)만이 연소 부기체(3)에 납땜되어 부착되어 있다. 따라서, 열교환 핀(1)의 상부에서 연소 부기체(3)로의 열전달을 방지할 수 있다. 또, 제 1 절곡편(9) 및 제 3 절곡편(11)에 의해서 열교환 핀(1)의 상부로 상승하는 연소배기와 연소 부기체(3)의 내벽과의 접촉을 방지할 수 있다. 따라서, 열교환 핀(1)의 우측 상부로 집중되는 연소배기의 열이 연소 부기체(3)로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 연소 부기체(3)가 부분적으로 과도하게 고온으로 되어 그 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

또, 절결부(14)를 형성함에 의해서 연소배기의 열이 상부 수관(2a)에 도달하기까지의 열손실이 억제되기 때문에, 상부 수관(2a)에 고온의 연소배기를 충분히 접촉시킴으로써 상부 수관(2a)에서의 결로발생을 방지할 수 있다. 또, 연소 부기체 (3)의 내벽 근방으로 상승하는 연소배기는 버너(4)의 외측둘레측에서 상승하는 신선한 공기와의 혼합비가 크기 때문에 노점 온도가 비교적 낮다. 이 연소 부기체(3)의 내벽 근방의 연소배기가 블레이드(12)에 부딪쳐서 발생하는 난류(亂流)를 타고서 상부 수관(2a)에 접촉되기 때문에 상부 수관(2a)에서의 결로가 방지된다.

또한, 핀 기판(8)은 그 좌우 양변이 전 길이에 걸쳐서 연소 부기체(3)의 내벽을 따르는 장방형상으로 형성되어 있다. 또, 열교환 핀(1)에 형성된 납땜재용 절결부(15)에 도시하지 않은 납땜재를 설치할 수 있으며, 이 납땜재에 의해서 열교환 핀(1)을 연소 부기체(3)의 내벽에 그 제 2 절곡편(10)을 납땜함으로써 부착할 수 있다. 따라서, 납땜재를 설치하기 위해서 제 1 절곡편(9)과 연소 부기체(3)의 내벽과의 사이에 공간을 확보할 필요가 없다. 이 결과, 열교환 핀(1)의 좌우 양변의 상반부를 연소 부기체(3)에 대하여 이간시키면서 가능한 근접하게 되도록 열교환 핀(1)의 상반부를 확장시킬 수 있다. 이것에 의해서, 절결부(14)가 형성된 부분만큼 손실된 열교환 핀(1)의 면적이 핀 기판(8)의 상부 양변부에 보충됨으로써 열교환 핀(1)의 열교환 효율의 저하가 방지된다. 또, 연소배기가 블레이드(12)에 부딪치면서 상승함과 동시에 연통구멍(13)을 통하여 핀 기판(8)의 일측면에서 타측면을 따라 흐르게 됨으로써 열교환 핀(1)이 연소배기의 열을 보다 효율좋게 흡수하게 된다. 따라서, 본 실시형태의 열교환기에서는 상부 수관(2a)과 하부 수관(2b)내를 흐르는 물을 효율좋게 승온시킬 수 있다.

또한, 상기한 바와 같이 연소 부기체(3)의 상부 외벽에 형성된 플랜지(5)에 덕트(6)가 코킹되어 부착되는데, 이 코킹에 의해서 연소 부기체(3)의 상부가 내측으로 휨변형되는 경우가 있다. 이 경우, 제 1 절곡편(9)과 연소 부기체(3)의 내벽과의 사이에 형성되는 틈새에 의해서 이 휨변형이 흡수됨으로써, 연소 부기체(3)의 변형 스트레스가 열교환 핀(1)에 가해지는 사태를 회피할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 열교환기에 의하면, 열교환 핀은 제 1 절곡편을 연소 부기체의 내벽으로부터 이간시킨 상태에서 제 2 절곡편만이 연소 부기체에 납땜되어 부착되어 있기 때문에, 열교환 핀의 상부에서 연소 부기체의 내벽으로의 열전달을 방지할 수 있다. 또, 제 1 절곡편에 의해서 열교환 핀의 상부로 상승하는 연소배기와 연소 부기체의 내벽과의 접촉을 방지할 수 있다. 따라서, 연소배기가 열교환 핀의 상부에 있어서의 좌측 또는 우측으로 집중된 경우, 이 집중된 연소배기의 열이 연소 부기체로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 연소 부기체가 부분적으로 과도하게 고온으로 되어 그 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

또, 핀 기판은 그 좌우 양변이 전 길이에 걸쳐서 상기 연소 부기체의 내벽을 따르는 장방형상으로 형성되어 있기 때문에, 절결부가 형성된 부분만큼 손실된 열교환 핀의 면적이 핀 기판의 상부 양변부에 보충됨으로써, 열교환 효율의 저하를 방지할 수 있음과 아울러, 나아가서는 수관내를 흐르는 물을 효율좋게 승온시킬 수 있다.

Claims

수관이 관통되게 설치됨과 아울러 연소 부기체내에 복수개가 정렬되어 배치되는 열교환 핀을 구비한 열교환기에 있어서,

상기 열교환 핀은, 좌우 양변이 전 길이에 걸쳐서 상기 연소 부기체의 내벽을 따르는 대략 장방형상의 핀 기판과; 상기 핀 기판의 좌우 양변의 대략 상반부를 따라서 상기 핀 기판에 대하여 수직으로 절곡되어 형성되며, 상기 연소 부기체의 내벽으로부터 이간되는 제 1 절곡편과; 상기 핀 기판의 좌우 양변의 대략 하반부를 따라서 상기 핀 기판에 대하여 수직으로 절곡되어 형성되며, 상기 연소 부기체의 내벽에 납땜되는 제 2 절곡편;으로 구성되고, 상기 수관 중 상기 핀 기판의 상부를 관통하는 상부 수관을 향하여 상기 핀 기판을 하변측에서 잘라낸 절결부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
청구항 1에 있어서,

상기 열교환 핀에는 상기 제 2 절곡편과 상기 핀 기판을 연속해서 잘라낸 납땜재용 절결부가 형성되고, 상기 열교환 핀은 상기 납땜재용 절결부에 설치된 납땜재에 의해서 상기 연소 부기체의 내벽에 상기 제 2 절곡편이 납땜됨으로써 부착되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
청구항 2에 있어서,

상기 납땜재용 절결부는 상기 핀 기판의 내측에서 상기 제 2 절곡편을 향하여 하측으로 경사지는 경사부를 가지는 것을 특징으로 하는 열교환기.