KR200324980Y1 - 보일러용 온수열교환기의 열교환판 - Google Patents

Abstract

본 고안은 보일러용 온수열교환기의 열교환판에 관한 것으로, 그 목적은 열교환판의 코너 접합부위를 개선하여 큰 수압이 걸리더라도 접합부위가 떨어지지 않도록 하는 것이다.

이를 위해, 본 고안에 따른 보일러용 온수열교환기의 열교환판(10)에 의하면, 열교환판(10)들과의 접합면적을 극대화시키기 위해 연통공(11~14)이 천공된 열교환판(10)의 코너부위가 요철비드(50)의 저부와 동일높이로 단차 접합부(60)(70)로 단차지게 형성되어 있다. 따라서 상하로 이웃하는 열교환판(10)들의 접합 시 단차 접합부(60)(70)를 통해 상호 접하면서 접합되는 면적(W)이 보다 넓어지며, 이로 인해 충격수압이 집중되는 연통공(11~14) 주변의 접합부위가 떨어지거나 균열이 발생되는 것을 방지할 수 있고 아울러 제품 신뢰성 역시 높아지는 작용효과가 있다.

Description

보일러용 온수열교환기의 열교환판{Fin of heat exchanger for boiler}

본 고안은 보일러용 온수열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다단으로 적층되어 이들 사이를 지나는 난방수에 의해 직수가 가열되는 보일러용 온수열교환기의 열교환판에 관한 것이다.

일반적으로 보일러는 연료를 연소시켜 물을 가열하고 가열된 물이 소정의 난방지역을 순환하는 동안 난방을 행하는 난방관로와, 온수를 출탕하는 온수관로를 갖추고 있다. 난방관로에는 순환펌프의 동작으로 난방수가 순환하게 된다. 이 때, 난방수는 순환과정에서 버너를 통해 주열교환기에서 가열되어 삼방밸브 측으로 공급되며, 삼방밸브를 지난 난방수는 난방코일을 통과하면서 실질적인 난방기능을 수행하면서 복귀배관을 통해 되돌아온다. 그리고 온수관로에는 직수관을 통해 직수(수돗물)가 온수열교환기 내부를 경유하도록 구성되어 있다. 즉, 온수열교환기에는 난방수가 지나가며, 이로 인해 직수관을 통해 유입되는 직수는 온수열교환기 내부에서 난방수와 열교환되면서 온수로 배출된다.

이러한 기능을 하는 종래 보일러의 온수열교환기는 도 1에 도시한 바와 같이, 복수개의 직수유로(4)와 난방수유로(3)가 상하에 교호적으로 반복 형성되도록 다수개가 적층 접합된 열교환판(1)들과, 이 적층된 열교환판(1)의 최상부에 배치되며 코너부위에 직수유로(4)와 연통되는 직수 입ㆍ출구(2a)(2b)와 난방수유로(3)와 연통되는 난방수 입ㆍ출구(2c)(2d)가 형성된 상판(2)을 갖추고 있어서, 일명 '판형 열교환기'라 칭한다.

그리고 열교환판(1)들의 중심부위에는 직수유로(4)와 난방수유로(3)를 형성하면서 전열면적을 극대화시키기 위해 빗살문양의 요철부(5)가 형성된다. 또한, 열교환판(1)들의 두 곳의 코너부에는 다단으로 형성된 직수유로(4)들이 연통되도록 제1연통공(1a)과 제2연통공(1b)이 천공되며, 열교환판(1)들의 나머지 두 곳의 코너부에도 다단으로 형성된 난방수유로(3)들이 상호 연통되도록 제3연통공(1c)과 제4연통공(1d)이 천공된다. 이 때, 직수유로(4)의 제1연통공(1a)은 직수 입구(2a)와, 이의 제2연통공(1b)은 직수 출구(2b)와 대응하게 이루어진다. 그리고 난방수유로(3)의 제3연통공(1c)은 난방수 입구(2c)와, 이의 제4연통공(1d)은 난방수 출구(2d)와 대응하게 이루어진다.

이러한 열교환판(1)들은 상하 면접부위가 브레이징(BRAZING) 용접수단을 통해 접합되는데, 이를 위해 제1 내지 제4연통공(1a ~ 1d) 주변에는 상하로 이웃하는 열교환판(1)들과 면접촉되도록 원형의 돌출부(1e)가 형성되어 있다.

이에 따라 난방수가 난방수 입구(2c)를 통해 온수열교환기 내부로 유입되면, 제3연통공(1c)들과 칸칸이 형성된 난방수유로(3)들을 순차적으로 지나면서 열교환되고 계속하여 제4연통공(1d)과 난방수 출구(2d)를 통해 빠져나간다(→ 화살표 방향 참조).

아울러 직수(수도물)가 직수 입구(2a)를 통해 온수열교환기 내부로 유입되면, 이것 역시 제1연통공(1a)과 칸칸이 형성된 직수유로(4)들을 지나면서 열교환되어 온수로 변하며 계속하여 직수 출구(2b)를 통해 배출된다(⇒ 화살표 방향 참조).

즉, 직수는 반복 형성된 직수유로(4)들을 순차적으로 지나면서 열교환판(1)들과 열교환되어 온수로 되며, 계속하여 제2연통공(1b)들과 상판(2)의 직수출구(2b)를 통해 외부로 배출된다. 이 때, 제1연통공(1a)들과 제3연통공(1c)들을 통해 온수열교환기 내부로 유입되는 직수 및 난방수는 도 1에 화살표로 도시한 바와 같이, 흐름이 90도 급변하면서 난방수유로(3)들과 직수유로(4)들을 순차적으로 지나간다.

그러나, 이러한 종래 열교환기 구조에서는 제1 내지 제4연통공(1a ~1d)들이 천공된 열교환판(1)들의 코너 접합부위가 취약한 단점이 있다. 즉, 상하로 이웃하는 열교환판(1)들을 접합하기 위해, 제1 내지 제4연통공(1a ~ 1d)들의 주변에는 돌출부(1e)가 원형으로 돌출되게 형성되어 있어서, 실제 용접부위는 링 형태로 이루어져 접합 면적을 넓히는데 그 한계가 있다.

즉, 제1 내지 제4연통공(1a ~ 1d)들을 지나는 난방수 및 직수의 흐름은 90도 급변하는 과정에서 용접부위(원형태의 돌출부;1e)에 상당한 하중을 가하는데, 용접부위가 취약한 경우 제1 내지 제4연통공(1a ~ 1d) 주변이 손상될 우려가 있으며 심한 경우 직수와 난방수가 혼류(混流)될 우려가 있다.

본 고안은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로; 본 고안의 목적은 열교환판의 코너 접합부위를 개선하여 큰 수압이 걸리더라도 접합부위가 떨어지는 것을 방지할 수 있는 보일러용 온수열교환기의 열교환판을 제공하는 것이다.

도 1은 종래 보일러용 온수열교환기의 일부를 발췌하여 보인 단면도이다.

도 2는 본 고안의 제1실시 예에 따른 크로스 타입의 보일러용 온수열교환기의 분해사시도이다.

도 3은 본 고안에 따른 크로스 타입의 열교환판을 발췌하여 보인 사시도이다.

도 4는 도 2의 Ⅳ - Ⅳ선에 따른 단면도로, 난방수 흐름을 보인 것이다.

도 5는 도 2의 Ⅴ - Ⅴ선에 따른 단면도로, 직수 흐름을 보인 것이다.

도 6과 도 7은 본 고안의 제2실시 예에 따른 패럴렐 타입의 온수열교환기를 보인 사시도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

10..열교환판 11~14..연통공

20..상판 30..난방수유로

40..직수유로 50..요철 비드

60(600)제1 단차 접합부 70(700)..제2 단차 접합부

이러한 목적을 달성하기 위한 본 고안은;

다단으로 적층되면서 용접되어 난방수유로와 직수유로를 상호 번갈아가면서형성하며 열교환면적을 증대시키기 위한 요철비드(50)가 전역에 걸쳐 포밍된 열교환판들과, 상기 열교환판들의 상부에 배치되며 직수 입ㆍ출구 및 난방수 입ㆍ출구가 코너부위에 형성된 상판과, 상기 상판의 직수 입구와 대응하는 상기 열교환판들의 코너부위에 형성되어 상기 직수유로들을 상호 연통시키는 제1연통공과, 상기 상판의 직수 출구와 대응하는 상기 열교환판들의 코너부위에 형성되어 상기 직수유로들을 상호 연통시키는 제2연통공과, 상기 상판의 난방수 입구와 대응하는 상기 열교환판들의 코너부위에 형성되어 상기 난방수유로들을 상호 연통시키는 제3연통공과, 상기 상판의 난방수 출구와 대응하는 상기 열교환판들의 코너 부위에 형성되어 상기 난방수유로들을 상호 연통시키는 제4연통공을 갖춘 보일러용 온수열교환기에 있어서,

상기 열교환판들의 코너부위에는 제1 내지 제4연통공이 천공되며 상하로 이웃하는 열교환판들과 면접촉하면서 접합되도록 상기 요철비드의 저부와 동일 높이로 단차 접합부가 단차지게 형성되되,

상기 단차 접합부는 상하로 이웃하는 열교환판들에 교호적으로 이루어 진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안에 따른 하나의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. (본 고안의 제1실시 예에서는 직수의 입ㆍ출구와 난방수의 입ㆍ출구가 크로스 방향으로 이루어 진 크로스 타입의 온수열교환기를 예로 하여 설명하고, 제2실시 예에서는 직수 및 난방수의 입출구가 나란한 방향으로 이루어진 패럴렐 타입의 온수열교환기를 예로 설명한다.)

본 고안의 제1실시 예에 따른 크로스 타입의 보일러용 온수열교환기는 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 브레이징 접합을 통해 기밀이 유지되면서 다단으로 적층된 다수의 열교환핀(10)들과, 이 열교환판(10)의 최상부에 배치되며 이들 사이로 직수 및 난방수 출입을 안내하도록 코너부위에 직수 입ㆍ출구(21)(22) 및 난방수 입ㆍ출구(23)(24)가 형성된 상판(20)을 갖추고 있다. 이 때, 직수 입ㆍ출구(21)(22)와 난방수 입ㆍ출구(23)(24)는 상판(20)의 코너부위에 대각방향으로 대응하게 형성되어 크로스 타입의 온수열교환기를 이루게 된다.

다단으로 적층된 열교환판(10)들은 이들 사이에 난방수유로(30)와 직수유로(40)를 수평방향으로 상호 번갈아가면서 형성함과 동시에 열교환 면적을 증대시키기 위한 요철비드(50)가 전역에 걸쳐 포밍 가공되어 있다. 이 때, 요철비드(50)는 "V" 자 형상의 빗살문양으로, 이 요철비드(50)의 방향이 어긋나도록 상호 이웃하는 열교환판(10)들의 방향을 바뀌어 적층함으로써, 열교환판(10)들 사이에는 난방수유로(30)와 직수유로(40)가 번갈아가면서 형성된다.

그리고 도 3 내지 도 5를 참조하면, 열교환판(10)들에는 상판(20)의 직수 입구(21)와 대응하는 일측 코너부위에 직수유로(40)들을 상호 연통시키는 제1연통공(11)들과, 상판(20)의 직수 출구(22)와 대응하는 타측 코너부위에 직수유로(40)들을 상호 연통시키는 제2연통공(12)들이 형성되어 있다. 또한, 열교환판(10)들에는 상판(20)의 난방수 입구(23)와 대응하는 일측 코너부위에 난방수유로(30)들을 상호 연통시키는 제3연통공(13)들과, 상판(20)의 난방수 출구(24)와 대응하는 타측 코너부위에 난방수유로(30)들을 상호 연통시키는 제4연통공(14)들이 형성되어 있다.

아울러, 직수유로(40)를 형성하면서 상부에 위치한 열교환판(10)들의 제3연통공(13)과 제4연통공(14) 주변에는 하부에 위치한 열교환판(10)과 면접촉하면서 접합되어 난방수가 직수유로(40)내로 유입되는 것을 방지하기 위한 제1 단차 접합부(60)가 포밍 형성되어 있다. 또한, 난방수유로(30)를 형성하면서 상부에 위치한 열교환판(10)들의 제1연통공(11)과 제2연통공(12) 주변에도 하부에 열교환판(10)과 면접촉하면서 접합되어 직수가 난방수유로(30)내로 유입되는 것을 방지하기 위한 제2 단차 접합부(70)가 포밍 형성되어 있다.

이 제1 단차 접합부(60)와 제2 단차 접합부(70)들은 열교환판(10)들의 코너부위에서 서로 대각방향으로 포밍 형성되면서 중앙부위에 제1 내지 제4연통공(11~14)이 천공되어 있는데, 이들을 통해 난방수유로(30)와 직수유로(40)가 상호 연통되지 않도록 교호적으로 반복 형성된다.

또한, 이러한 제1 단차 접합부(60)와 제2 단차 접합부(70)들은 열교환판(10)들의 코너부위가 일체로 소정 깊이로 단차지게 함몰되어 이루어져 있다. 이 때, 제1, 단차 접합부(60)와 제2 단차 접하부(70)의 단차 깊이는 요철비드(50)의 저부와 동일 높이로 형성되는데, 이것은 열교환판(10)들의 적층 시 상호 대응하는 코너 부위를 면접촉시키기 위함이다.

결국, 열교환판(10)들의 코너 부위를 단차지게 포밍하여 제1 단차 접합부(60)와 제2 단차 접합부(70)를 일체로 형성한 것은 상하로 이웃하는 열교환판(10)들과의 접촉면적을 극대화시키기 위함이다.

즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 큰 충격수압을 받는 제1 내지 제4연통공(11~14) 주변에서 상하로 이웃하는 열교환판(10)들의 접합부위(W)가 제1 단차 접합부(60) 및 제2 단차 접합부(70) 전역이기 때문에 보다 넓게 이루어진다. 이로 인해, 수격현상에 의한 과수압(過水壓)이 열교환판(10)의 코너부위에 집중되어도 접합부위의 손상이 방지되게 되는데, 이에 대한 것은 작용효과에서 상술한다.

다음에는 이와 같이 구성된 본 고안에 따른 온수열교환기의 작용 및 이에 따른 효과를 도 4와 도 5를 참조하여 설명한다.

먼저, 보일러의 주열교환기(미도시)에서 가열된 난방수가 삼방밸브(미도시)를 통해 난방수 입구(23)를 통해 온수열교환기내로 유입되면, 도 4에 도시한 바와 같이, 이것은 제3연통공(13)들을 통해 다수의 난방수유로(30)로 분배된다. 그리고 분배된 난방수는 난방수유로(30)들을 지나면서 제4연통공(14)을 통해 합류되며, 계속하여 난방수 출구(24)를 통해 외부로 배출된다(화살표 → 방향 참조).

이 때, 제3연통공(13)으로 유입된 난방수의 흐름이 수평방향의 난방수유로(30)측으로 90도 급변하는 과정에서 제3연통공(13) 주변, 즉 열교환판(10)의 코너부위에서는 상당한 충격하중을 받는다. 또한, 요철비드(50)를 지나 열교환작용을 마친 난방수 역시 제4연통공(14)을 통해 빠져나가면서 이의 주변에 상당한 충격하중을 가한다.

이러한 충격하중을 받는 제3연통공(13) 및 제4연통공(14) 주변은 제1 단차 접합부(60)를 통해 상하로 이웃하는 열교환판(10)들과 보다 넓은 면적으로 브레이징 접합(도 3의 W부위)되어 있다. 이에 따라 열교환판(10)들의 코너부위에 수압에의한 충격하중이 집중되어도 접합부위의 손상이 방지된다.

아울러, 직수(수돗물)가 직수 입구(21)를 통해 온수열교환기내로 유입되면, 도 5에 도시한 바와 같이, 이것은 제1연통공(11)들을 통해 다수의 직수유로(40)로 분배된다. 그리고 분배된 직수는 직수유로(40)들을 지나면서 열교환되어 온수로 변하며, 계속하여 제2연통공(12)을 통해 합류되면서 직수 출구(22)를 통해 수도꼭지(미도시)측으로 배출된다(화살표 ⇒ 방향 참조).

이 때, 제1연통공(11)으로 유입된 직수의 흐름 역시 수평방향의 직수유로(40)측으로 90도 급변하는 과정에서 제1연통공(11) 주변에 상당한 충격하중을 가한다. 또한, 요철비드(50)를 지나 열교환된 직수(온수) 역시 제2연통공(12)을 통해 빠져나가면서 이의 주변에 상당한 하중을 가한다.

이러한 충격하중을 받는 제1연통공(11) 및 제2연통공(12) 주변 역시 제2 단차 접합부(70)를 통해 상 하측의 열교환판(10)들과 보다 넓은 면적으로 브레이징 접합(W)되어 있기 때문에, 수압에 의한 충격하중이 집중되어도 접합부위(W)의 손상이 방지된다.

한편, 본 고안의 제1실시 예에서는 크로스 타입의 온수열교환기를 예로 설명하였지만, 이에 국한하지 않고 직수 및 난방수의 입출구가 나란한 방향으로 이루어진 패럴렐 타입의 온수열교환기에 적용하여도 본 고안의 소기 목적을 달성할 수 있음은 물론이다.

즉, 도 6과 도 7에 도시한 바와 같이, 본 고안의 제2실시 예에 따른 패럴렐 타입의 온수열교환기는, 직수유로들과 난방수유로들이 상하에 교호적으로 형성되도록 다수개를 적층하여 브레이징 접합한 열교환판(100)들과, 이 적층된 열교환판(100)의 최상부에 배치되며 코너부위에 직수유로와 연통되는 직수 입ㆍ출구(210)(220) 및 난방수유로와 연통되는 난방수 입ㆍ출구(230)(240)가 패럴렐 방향으로 형성된 상판(200)을 갖추고 있으며, 직수 입ㆍ출구(210)(220)와, 난방수 입ㆍ출구(230)(240)에는 직수 배관(미도시) 및 난방수 배관(미도시)이 상호 패럴렐 방향으로 연결된다.

또한, 열교환판(100)들의 패럴렐방향 코너부에는 다단으로 형성된 직수유로들이 연통되도록 제1연통공(110)과 제2연통공(120)이 천공되며, 열교환판(100)들의 다른 패럴렐방향 코너부에도 다단으로 형성된 난방수유로들이 상호 연통되도록 제3연통공(130)과 제4연통공(140)이 천공되어 있다. 이 때, 직수유로의 제1연통공(110)은 직수 입구(210)와, 이의 제2연통공(120)은 직수 출구(220)와 대응하게 이루어진다. 그리고 난방수유로의 제3연통공(130)은 난방수 입구(230)와, 이의 제4연통공(140)은 난방수 출구(240)와 대응하게 이루어진다.

그리고 제1,제2연통공(110)(120) 및 제3,4연통공(130)(140)이 천공된 열교환판(100)들의 코너에는 상하로 이웃하는 열교환판(100)들과 상호 면접촉하면서 브레이징되어 직수유로와 난방수유로가 연통되는 것을 방지하는 제1,제2 단차 접합부(600)(700)가 교호적으로 포밍 가공되어 있다. 이 때, 패럴렐 타입의 온수열교환기용 열교환판(100)에서는 제1,제2 단차 접합부(600)(700) 역시 열교환판(100)의 코너부위에 패럴렐방향으로 포밍된다.

이러한 패럴렐 타입용 열교환판(100)에서도 제1,제2 단차 접합부(600)(700)는 역시 크로스 타입의 경우와 동일하게 코너부위 전체를 요철비드(500)의 저부와 동일 높이로 단차지게 포밍함으로써 이루어진다. 이에 따라 패럴렐 타입의 열교환판(100)에서도 제1 내지 제4연통공(110~140) 주변에서 이웃하는 것과의 접촉되면서 접합되는 면적이 극대화되며, 이로 인해 제1 내지 제4연통공(110~140) 주변에서 충격수압에 의한 손상을 방지할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 보일러용 온수열교환기의 열교환판에 의하면, 열교환판들과의 접합면적을 극대화시키기 위해 연통공이 천공된 열교환판의 코너부위가 요철비드의 저부와 동일높이로 단차 접합부로 단차지게 형성되어 있다. 따라서 상하로 이웃하는 열교환판들의 접합 시 단차 접합부를 통해 상호 접하면서 접합되는 면적이 보다 넓어지며, 이로 인해 충격수압이 집중되는 연통공 주변의 접합부위가 떨어지거나 균열이 발생되는 것을 방지할 수 있고 아울러 제품 신뢰성 역시 높아지는 작용효과가 있다.

Claims (1)

1. 다단으로 적층되면서 용접되어 난방수유로(30)와 직수유로(40)를 상호 번갈아가면서 형성하며 열교환면적을 증대시키기 위한 요철비드(50)가 전역에 걸쳐 포밍된 열교환판(10)들과, 상기 열교환판(10)들의 상부에 배치되며 직수 입ㆍ출구(21)(22) 및 난방수 입ㆍ출구(23)(24)가 코너부위에 형성된 상판(20)과, 상기 상판(20)의 직수 입구(21)와 대응하는 상기 열교환판(10)들의 코너부위에 형성되어 상기 직수유로(40)들을 상호 연통시키는 제1연통공(11)과, 상기 상판(10)의 직수 출구(22)와 대응하는 상기 열교환판(10)들의 코너부위에 형성되어 상기 직수유로(40)들을 상호 연통시키는 제2연통공(12)과, 상기 상판(20)의 난방수 입구(23)와 대응하는 상기 열교환판(10)들의 코너부위에 형성되어 상기 난방수유로(30)들을 상호 연통시키는 제3연통공(13)과, 상기 상판(20)의 난방수 출구(24)와 대응하는 상기 열교환판(10)들의 코너 부위에 형성되어 상기 난방수유로(30)들을 상호 연통시키는 제4연통공(14)을 갖춘 보일러용 온수열교환기에 있어서,

   상기 열교환판(10)들의 코너부위에는 제1 내지 제4연통공(11~14)이 천공되며 상하로 이웃하는 열교환판(10)들과 면접촉하면서 접합되도록 상기 요철비드(50)의 저부와 동일 높이로 단차 접합부(60)(70)가 단차지게 형성되되,

   상기 단차 접합부(60)(70)는 상하로 이웃하는 열교환판(10)들에 교호적으로 이루어 진 것을 특징으로 하는 보일러용 온수열교환기의 열교환판.