KR200238538Y1 - 금속 선재를 이용한 열교환파이프 - Google Patents

Abstract

본 고안은 열교환파이프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 열교환파이프의 외벽에 금속 선재를 연속적인 나선형으로 감고 상기 열교환파이프와 금속 선재와의 접촉부를 브레이징 용접하도록 함으로써, 전열면적을 확대하고 열교환 성능을 향상시키는 금속 선재를 이용한 열교환파이프에 관한 것이다.

Description

금속 선재를 이용한 열교환파이프{Heat exchange pipe using metal line lumber}

본 고안은 열교환파이프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 열교환파이프의 외벽에 금속 선재를 연속적인 나선형으로 감고 상기 열교환파이프와 금속 선재와의 접촉부를 브레이징 용접하도록 함으로써, 전열면적을 확대하고 열교환 성능을 향상시키는 금속 선재를 이용한 열교환파이프에 관한 것이다.

일반 가정에서 사용되고 있는 난방 및 온수 보일러는 사용 연료에 따라 기름보일러와 가스보일러로 나뉘어진다. 이 중에서 최근에는 대기오염이 적고 사용이 편리한 가스보일러를 주로 사용하고 있으며, 그 연료로는 액화천연가스(LNG)를 사용한다.

가스보일러는 난방수를 가열하는 열교환기에 따라 콘덴싱과 비콘덴싱 방식으로 구분한다. 여기서 콘덴싱 방식의 가스보일러는 버너에 의한 연소열을 이용하여 직접 난방수를 가열하는 현열부 열교환기와, 상기 현열부 열교환기를 거쳐 통과한 배기가스의 응축잠열을 이용하는 잠열부 열교환기를 포함한다.

이와 같이 구성된 콘덴싱 방식의 가스보일러에서 열교환기를 배기가스의 온도를 노점온도 이하로 낮추어 재차 응축잠열을 흡수하므로 방열 손실을 최소화하고 열효율을 최대화 한다.

도 1은 종래 공지된 콘덴싱 방식 가스보일러의 일 예를 보여주고 있다.

여기에 도시된 바와 같이, 콘덴싱 방식의 가스보일러는 최상부에 송풍기(1)를 설치하고, 그 아래쪽에 버너(2)를 설치하여 가스(혹은 액체 연료) 분사장치(3)를 통해 공급되는 가스와 공기를 혼합한 후 점화장치(도시생략)에 의해 점화, 연소되게 하며, 그 하부에는 현열 열교환부(4)와 잠열 열교환부(5)로 구성된 열교환기(6)를 설치하여 열교환파이프(7)내로 흐르는 유체(혹은 열매체)와 고온의 배기가스 간에 열교환이 이루어지게 하고, 최하부에는 배기덕트(8)를 설치하여 열교환 과정에서 발생된 응축수를 드레인 사이폰(9)를 통해 배출하며 동시에 나머지 배기가스를 배기구(10)를 통해 외부로 배출한다.

상기 열교환기(6)는 열 효율이 좋은 동 재질로 현열 열교환부(4)를 구성하고, 내식성이 큰 알미늄 혹은 스테인레스 스틸 재질로 잠열 열교환부(5)를 구성한 이중 구조를 취하고 있으며, 열교환파이프(7)에는 다수개의 열교환핀(11)을 설치하여 열교환 면적을 넓힘으로써, 효율을 높이고자 하였다.

상기 열교환핀(11)은 열교환파이프(7)의 둘레에 브레이징 용접되어 현열을 흡수하게 된다.

이와 같이 2 상 간의 열교환을 목적으로 하는 열교환기는 매질의 유동특성에 한정되어 원형 혹은 타원형 관의 내부를 흐르는 액체와 이와 직교류로 흐르는 기체간의 열교환 형식이 일반적이며, 이 같은 형태의 경우 액체가 흐르는 원형관의 외벽 주위에 핀의 형태를 부착하여 열교환 면적을 넓히는 것이 일반화되어 있다.

그리고, 온도차가 있는 고온과 저온매질의 열교환을 위해 일반적으로 온도차가 있는 두 매질간의 직접 접촉을 피하기 위해 관이나 덕트 구조물을 통해 그 경계를 나누며, 경계가 되는 관의 면적, 표면상태, 재질과 두께, 두 매질의 온도차 및 유속 등에 의해 열교환 성능이 좌우되는 것이다.

그런데, 종래의 열교환기(6)에서 사용되는 열교환파이프(7)의 둘레에 용접되는 열교환핀(11)은 핀 형상의 판재를 개별적으로 열교환파이프에 용접하는 방식을 사용하거나 열교환파이프의 재료 두께를 이용한 전조가공방식을 이용하였다.

그러나, 로울러 다이를 이용하여 재료 자체의 두께에 산과 골 형상의 나사를 형성하는 전조가공방식은 재질의 연성에 극히 제약을 받으며, 재료에 따라 열교환핀의 두께와 높이를 가공하기 어려운 제작방식이고, 스테인레스 스틸과 같은 연성이 적은 재질의 경우 전조가공방식을 이용할 수 없는 취약점이 있었다.

또한, 핀 형상의 판재를 개별적으로 용접하는 방식은 판재를 이용 상기 열교환핀(11)을 가공하면서 발생되는 재료의 손실과 가공된 상기 열교환핀(11)을 열교환파이프(7)에 용접하기 위해 다수개의 열교환핀(11)을 정렬해야 하는 어려움과 비용이 발생하는 문제점이 있다.

그리고, 상기 다수개의 열교환핀(11)의 정렬상태가 용접상태에 영향을 미치므로 용접성이 좋지 않은 경우 상기 열교환파이프(7)와 열교환핀(11) 간에 밀착이 되지 않아 열교환기(6)의 성능 저하 요인이 되는 문제점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 고안은 열교환파이프의 외벽에 결합한 판재 형식의 열교환핀 대신에 금속 선재를 연속적인 나선형으로 감고 상기 열교환파이프와 금속 선재와의 접촉부를 브레이징 용접하도록 함으로써, 전열면적을 확대하고 열교환 성능을 향상시키는 금속 선재를 이용한 열교환파이프를 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 콘덴싱 방식 가스보일러를 도시한 전체 구성도이고,

도 2는 본 고안에 따른 콘덴싱 방식 가스보일러를 도시한 전체 구성도이고,

도 3은 본 고안에 따른 금속 선재를 이용한 열교환파이프의 정면도이고,

도 4는 본 고안에 따른 금속 선재를 이용한 열교환파이프의 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

1 : 송풍기 2 : 버너

3 : 분사장치 4 : 현열 열교환부

5 : 잠열 열교환부 6 : 열교환기

7 : 열교환파이프 8 : 배기덕트

9 : 드레인 사이폰 10 : 배기구

11 : 열교환핀 20 : 금속 선재

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 열교환파이프의 외벽에 금속선재를 연속적인 나선형으로 감고 상기 열교환파이프와 금속 선재와의 접촉부를 브레이징 용접하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 금속 선재의 단면은 일반적으로 원형으로 사용하지만 상기 열교환파이프와 금속 선재간의 접촉면적을 확보하기 위하여 다각형으로 사용할 수도 있다.

그리고, 본 고안은 금속 선재를 열교환파이프에 감아 핀군을 형성하는 과정에서 일정한 장력을 유지하여 종래에 판재의 열교환핀과 열교환파이프의 치수 공차에 따른 간격발생으로 용접 불량이 일어날 가능성을 배제시킬 수 있는 특징이 있다.

이하, 상기한 바와 같은 본 고안을 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세히 설명한다.

또한, 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이며 종래 구성과 동일한 부분은 동일한 부호 및 명칭을 사용한다.

도 2는 본 고안에 따른 콘덴싱 방식 가스보일러를 도시한 전체 구성도이고, 도 3은 본 고안에 따른 금속 선재를 이용한 열교환파이프를 나타낸 정면도이고, 도 4는 본 고안에 따른 금속 선재를 이용한 열교환파이프를 나타낸 단면도이다.

여기에 도시된 바와 같이, 콘덴싱 방식의 가스보일러는 최상부에 송풍기(1)를 설치하고, 그 아래쪽에 버너(2)를 설치하여 가스(혹은 액체 연료) 분사장치(3)를 통해 공급되는 가스와 공기를 혼합한 후 점화장치(도시생략)에 의해 점화, 연소되게 하며, 그 하부에는 현열 열교환부(4)와 잠열 열교환부(5)로 구성된 열교환기(6)를 설치하여 열교환파이프(7)내로 흐르는 유체(혹은 열매체)와 고온의 배기가스 간에 열교환이 이루어지게 하고, 최하부에는 배기덕트(8)를 설치하여 열교환 과정에서 발생된 응축수를 드레인 사이폰(9)를 통해 배출하며 동시에 나머지 배기가스를 배기구(10)를 통해 외부로 배출한다.

상기 열교환기(6)는 열 효율이 좋은 동 재질로 현열 열교환부(4)를 구성하고, 내식성이 큰 알미늄 혹은 스테인레스 스틸 재질로 잠열 열교환부(5)를 구성한 이중 구조를 취하고 있는 것은 종래 기술에서 설명하고 있는 기술 내용과 동일하다.

다만 본 고안은 상기 열교환기를 이루는 상기 열교환파이프(7)의 외벽에 금속 선재(20)를 연속적인 나선형으로 감고, 상기 열교환파이프(7)와 금속 선재(20)와의 접촉부를 브레이징 용접하는 구성으로 되어 있다는 데 그 특징이 있다.

또한, 상기 금속 선재(20)의 단면은 일반적으로 원형으로 사용하지만 상기 열교환파이프(7)와 금속 선재(20)간의 접촉면적을 확보하기 위하여 타원형 혹은 다각형으로 사용할 수도 있다.

또한, 상기 금속 선재(20)의 재질로는 상기 열교환파이프(7)의 재질과 동일하거나 다른 재질로도 사용할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 고안은 금속 선재를 이용하여 열교환파이프에 일정 간격으로 감아 종래의 판재를 이용한 열교환핀과 열교환파이프로 이루어진 열교환기를 구성하는 것과 동일한 핀군을 형성할 수 있고, 재질의 연성에 따른 제약을 받지 않음으로 열교환파이프와 동종 혹은 이종의 선재를 사용할 수 있게 되는 것이다.

그리고, 요구되는 열교환핀(11)의 높이를 상기 금속 선재(20)의 지름 선택시 다양하게 고려될 수 있고, 종래 다수개의 개별 핀을 이용한 열교환핀(11)을 정렬하는 과정은 제작 공정 상 다소 번거로움이 있었으나, 상기 금속 선재(20)를 감는 과정에서 열교환파이프의 일정한 회전과 금속 선재의 축방향 이송에 의해 수행됨으로써, 제작 공정을 크게 줄일 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 고안은 금속 선재를 열교환파이프에 감아 핀군을 형성하는 과정에서 일정한 장력을 유지하여 종래에 판재의 열교환핀과 열교환파이프의 치수 공차에 따른 간격발생으로 용접 불량이 일어날 가능성을 배제시킬 수 있는 장점이 있다.

따라서, 상기한 바와 같이 본 고안에 의하면, 열교환파이프의 외벽에 결합한 개별적인 판잴르 이용한 열교환핀 대신에 금속 선재를 연속적인 나선형으로 감고 상기 열교환파이프와 금속 선재와의 접촉부를 브레이징 용접하도록 함으로써, 전열면적을 확대하고 열교환 성능을 향상시키는 이점이 있다.

또한, 상기 금속 선재를 열교환파이프에 감아 종래의 열교환핀과 같이 형성하는 과정에서 일정한 장력을 유지하여 상기 금속 선재와 열교환파이프의 외벽을 밀착시킴으로써, 종래의 열교환핀과 열교환파이프의 치수 공차에 다른 간격발생으로 용접 불량이 일어나는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 연소실에 다수개의 열교환파이프를 구비하는 열교환기에 있어서,

   상기 열교환파이프의 외벽에 금속 선재를 감고 상기 열교환파이프와 금속 선재와의 접촉부를 브레이징 용접하여 이루어진 것을 특징으로 하는 금속 선재를 이용한 열교환파이프.
2. 제1항에 있어서,

   상기 금속 선재는 상기 열교환파이프의 외벽에 연속적인 나선형으로 감는 것을 특징으로 하는 금속 선재를 이용한 열교환파이프.
3. 제1항에 있어서,

   상기 금속 선재의 단면은 타원형 혹은 다각형의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 금속 선재를 이용한 열교환파이프.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 금속 선재를 열교환파이프에 감을 때, 열교환파이프의 일정한 회전과금속선재의 축방향 이송에 의해 수행되고, 금속선재에 일정한 장력을 유지하여 열교환파이프 외벽에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 금속 선재를 이용한 열교환파이프.
5. 제1항에 있어서,

   상기 금속 선재의 재질은 상기 열교환파이프의 재질과 동종 재질 및 이종 재질 모두를 사용 가능한 것을 특징으로 하는 금속 선재를 이용한 열교환파이프.