KR20040047994A - 열효율을 극대화한 열교환 유니트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온의 열에너지를 교환하여 온수 또는 난방수로 사용되게 한 열교환 유니트에 관한 것으로, 외통체의 내부에 상향 곡선상으로 이루어진 중공상의 열교환팬이 나선상으로 연속하여 형성되고 그 열교환팬의 상,하면에는 다수의 나선상 열교환핀이 연속하여 형성된 열교환 유니트를 열에너지 공급부에 장착함으로서,

중공의 나선상 열교환팬 및 다수의 열교환핀에 의해 열에너지와의 접촉면적을 극대화하여 집열 및 열전도 효율이 극대화되게 하고, 나선상의 유통경로에 의해 열에너지의 흐름을 지연하므로 비교적 적은 열에너지만으로도 충분한 열교환이 이루어지므로, 동일 용량의 열교환장치에 비해 고효율의 성능을 갖게 됨은 물론 동일한 효율을 기준으로 종래의 그것에 비해 보다 적은 에너지의 소모량을 요구하므로 매우 경제적인 효과가 있으며, 외통체와 내부 열교환팬의 분리가 가능하여 청소 및 소제가 용이한 열교환 유니트이다.

Description

열효율을 극대화한 열교환 유니트 {heat exchange unit having maximal thermal efficiency}

본 발명은 고온의 열에너지를 교환하여 온수 또는 난방수로 사용되게 한 열교환 유니트에 관한 것으로, 특히 외통체의 내부에 테두리부가 상향 곡선상으로 이루어진 중공상의 열교환팬 및 상하 표면의 방열핀이 나선상으로 연속하여 형성된 열교환 유니트에 의해, 폐온수를 이용한 온수공급장치나 가스보일러 등 고온의 열에너지를 이용한 온수 또는 난방수 사용수단에 적용함으로서 그 열효율이 극대화되게 한 것이다.

통상적으로 사용되는 열교환 유니트는 열전도성 또는 방열 효과가 좋은 기계적인 특성을 갖는 금속재로 사용되는 것이 일반적이고, 이러한 열교환 유니트를 이용한 장치로는 온수공급장치 및 가스보일러 등이 보편적으로 사용되고 있다.

상기한 온수공급장치는 본 발명 출원인에 의해 안출된 실용신안등록 제238538호와 같이, 저면에 사용수 저장공간이 절곡형성된 사용수 저장파이프를 부착한 폐온수조와, 사용수조를 별도로 구성하여 사용수 저장파이프의 하측부와 사용수조의 저면을 사용수 공급파이프로 연결하되,

사용수 저장파이프의 내부에는 상측은 폐온수조에 연통되고 하측은 사용수 저장파이프의 외측으로 돌출되어 개폐장치와 폐온수 배출구가 형성된 순환관 연결파이프와 연결된 다수의 폐온수 순환관을 절곡하여 설치하고, 폐온수 순환관 사이에는 일정한 간격을 유지되게끔 다수의 간격유지구를 설치하며,

사용수 저장파이프의 상부일측에는 개폐장치가 구비된 사용수 배출구를 설치하여 구성함으로서, 산업 현장에서 버려지는 폐온수를 이용하여 물을 가열할 수 있는 온수공급장치를 구성함으로서, 폐온수의 재활용에 의한 에너지 절감에 따른 경제적인 이익을 얻을 수 있는 폐온수를 이용한 온수 공급장치를 제안한 바 있다.

또한, 각종 가스보일러에는 다수의 열교환파이프를 내장하여 버너에 의해 가열되는 고온의 열교환파이프를 이용하여 내부의 온수 및 난방수가 가온되게 하는 것이다.

그러나. 상기한 온수공급장치 및 가스보일러에 적용되는 열교환파이프는 단순히 파이프체 또는 주름관상으로 형성된 것으로서, 고온의 열기를 신속하게 흡수하거나 전도하지 못하므로 어느정도의 열교환 효과가 이루어진다 하더라도 대부분의 열에너지는 폐온수상태 또는 배기열의 상태로 방출되는 비경제적인 문제점이 있는 것이다.

즉, 상기한 열교환파이프의 경우에는 고온의 열에너지로부터 지속적으로 노출되게 한 상태에서 이러한 열에너지의 지속적인 공급이 있어야 원활한 열교환이 이루어지는 것으로서, 지속적인 열에너지의 공급에 따른 필요이상의 에너지가 소모되는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 전기한 바와 같은 문제점을 제거코자 안출된 것으로서, 외통체의 내부에 테두리부가 상향 곡선상으로 이루어진 중공상의 열교환팬과 다수의 열교환핀이 나선상으로 연속하여 형성된 열교환 유니트를 열에너지 공급부에 장착함으로서,

중공의 나선상 열교환팬 및 다수의 열교환핀에 의해 열에너지와의 접촉면적을 극대화하여 집열 및 열전도 효율이 극대화되게 하고, 나선상의 경로에 의해 배출되는 열에너지의 흐름을 지연하므로 비교적 적은 열에너지만으로도 충분한 열교환이 이루어지므로, 동일 용량의 열교환장치 비해 고효율의 성능을 갖게 됨은 물론 동일한 효율을 기준으로 종래의 그것에 비해 보다 적은 에너지의 소모량을 요구하므로 매우 경제적인 효과가 있으며, 외통체와 열교환팬의 분리가 가능하여 청소 및 소제가 가능한 열교환 유니트를 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

도 1은 본 발명 열교환 유니트의 부분사시도

도 2는 본 발명 열교환 유니트의 측단면도

도 3은 본 발명 열교환 유니트를 이용한 온수공급장치의 적용단면도

도 4는 본 발명 열교환 유니트를 이용한 가스보일러의 적용단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 제1유통로2,2' : 열교환팬

3: 중심부4 : 테두리부

5 : 외통체6,6' : 열교환핀

7 : 제2유통로8 : 유입관

9 : 배출관

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명 열교환 유니트의 사시도이고, 도 2는 본 발명 열교환 유니트의 측단면도이다.

외통체(5)의 내부에는 상하단에 각각 배출관(9)과 유입관(8)을 갖는 중공상의 열교환팬(2)(2')이 나선상 일체로 형성되게 하여, 열교환팬(2)(2')의 내부에는 나선상의 제1유통로(1)가 형성되고, 열교환팬(2)(2')의 외부와 외통체(5)의 내부에는 나선상의 제2유통로(7)가 형성되게 하되,

전기한 열교환팬(2)(2')의 상,하측 표면에는 나선상의 열교환핀(6)(6')을 다수 형성하고, 상기한 열교환팬(2)(2')의 테두리부(4)는 만곡의 곡률에 의해 중심부(3)보다 상승되게 한 것이다.

이러한 구성의 열교환 유니트를 열교환장치에 적용하는 경우

즉, 온수공급장치에 적용하는 경우에는 상기한 열교환 유니트의 외통체(5) 상단은 폐온수조(11)의 저면에 결합하고, 하단의 유입관(8)은 사용수공급관(22)과 결합하면 되는 것이다.

사용수조(12)로부터 제공되는 사용수(19)가 폐온수(18)에 의해 가열된 열교환팬(2)(2')의 제1유통로(1)를 따라 나선상으로 이동하며 배출관(9)을 통해 고온으로 배출되게 하는 것이며,

상기한 열교환 유니트를 가스보일러에 적용하는 경우에는,

송풍기(31)로부터 토출되는 바람과 분사장치(33)에 의해 제공되는 연료 및 연료를 점화시켜 불꽃을 토출하는 버너(32)의 하부에 상기한 열교환 유니트의 외통체(5)를 장착하되,

열교환 유니트의 유입관(8)은 온수유입측과 연결되게 하고, 배출관(9)은 온수배출측과 연결되게 하여, 버너(32)에 의한 고온의 열기가 열교환 유니트 내부의 열교환팬(2)(2') 주변에 형성된 제2유통로(7)를 따라 나선상으로 점진적인 하강을 하며 열교환이 극대화되게 한 것이다.

이상과 같은 열교환 유니트의 작용을 첨부도면에 의해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

열교환 유니트의 특성으로는 내열성을 기본적으로 갖추어야 함은 물론, 열의 흡수 및 방열 특성이 뛰어나야 하는 것으로서, 본 발명 열교환 유니트는 상기한 기계적인 특성을 강화하는 것이 아니라, 열교환 유니트에 제공되는 열기의 이동속도 지연 또는 열기와의 접촉면을 극대화한 것으로서,

열기의 이동속도가 지연되므로 상대적으로 배출되는 열기의 소요량이 감소하므로 연료 소비량이 감소하게 되는 것이며, 열기와의 접촉면이 극대화되므로 열효율 또는 크게 향상되는 것이다.

즉, 내부에 제1유통로(1)를 갖는 나선상의 열교환팬(2)(2')은 각각 독립된 것이 아니라 나선상으로 연속하여 형성된 것으로, 그 내부의 제1유통로(1)를 따라 이동하는 온수 또는 난방수는 그 이동경로가 나선상의 제1유통로(1)를 따라 열교환장치의 높이에 비해 상대적으로 긴 거리를 이동하게 되는 것이며, 제2유통로(7)를 따라 유동하는 열기 및 폐온수 역시 비례적으로 매우 긴거리를 유동하게 되는 것이므로 열교환 후 배출되는 폐온수 및 배기열에 의한 열손실이 대폭 감소하는 것이다.

따라서, 동일한 높이의 장치로도 매우 긴 거리의 유체 및 열원의 이동공간을 갖게 되므로 사용수 또는 난방수가 종래에 비해 상대적으로 보다 장시간동안 열원에 노출되므로 보다 효율적인 열교환이 이루어지는 것이다.

또한, 종래와 같이 다수의 관체를 이용하여 열교환을 하는 경우에는 구성이 복잡하면서도 그 사용수명이 짧았으나, 하나의 유니트를 사용하여도 열기에 노출되는 접촉면이 매우 넓어 열의 흡수 또는 전도가 매우 빨리 이루어지므로 구성의 단순화가 이루어지면서도 그 필요부품의 감소에 의해 그 사용수명이 연장되는 것이다.

또한, 그 테두리부(4)는 중심부(3) 보다 상측에 위치하는 만곡의 곡률로 형성된 것으로서, 이러한 상향 접시형상의 유니트는 상부로부터 제공되는 열기를 보다 집중적으로 흡수하게 됨은 물론 상부에서 낙하하는 고온의 폐온수를 보다 효과적으로 집중되게 하는 역할도 하게 되는 것이며, 열교환팬(2)(2')의 상,하 표면에 형성된 다수의 나선상 열교환핀(6)(6')은 열원으로부터 제공되는 고온의 열에너지를 보다 빠르게 전도시켜 사용수 또는 난방수가 효과적으로 가열되게 하는 것이다.

이러한 열교환 유니트를 온수공급장치에 작용하게 되면,

도 3의 도시와 같이, 폐온수조(11)로부터 제공되는 폐온수(18)는 상기한 열교환 유니트의 내부 제2유통로(7)로 흐르게 되는 것이며, 나선상의 제2유통로(7)를 따라 이동하는 폐온수(18)에 의해 매우 넓은 노출면을 갖는 열교환 유니트의 표면에는 상기한 폐온수(18)의 열을 흡수하여 내부로 전도하는 것이다.

따라서, 사용수조(12)로부터 제공되어 사용수공급관(22)을 통해 유입관(8)과 연결되어 배출관(9) 측으로 유동하는 사용수(19)는 폐온수(18)의 열기에 의해 가온되면서 온수로 배출되는 것이다.

또한, 상기한 폐온수(18)는 상기한 열교환 유니트를 순식간에 지나버리는 것이 아니라, 연속하여 형성된 제2유통로(7)의 나선모양을 따라 점진적으로 하강하게 되므로 비교적 적은 량으로도 사용수(19)의 충분한 가온을 가능케 하는 것이다.

또한, 도 4의 도시와 같이 본 발명 열교환 유니트를 가스보일러에 적용하는 경우에도,

버너(32)로부터 제공되는 고온의 열기는 종래와 같이 직선상으로 이동하며배기되는 것이 아니라, 상기한 열교환팬(2)(2')의 나선홈을 따라 점진적으로 이동하므로 종래에 비해 열손실이 최소화되므로 비교적 적은 량의 연료만으로도 충분한 가온이 가능한 것이며, 동일한 연료를 사용하는 경우 종래에 비해 보다 고온으로 가온시킬 수 있는 것이다.

또한, 온수 및 난방수를 사용하기 위해서는 열교환팬(2)(2')의 최하단에 형성된 유입관(8)을 온수유입측에 연결하고, 열교환팬(2)(2')의 배출관(9)은 온수배출측에 연결하여 열교환 유니트의 내부 제1유통로(1)를 따라 이동하는 온수 또는 난방수가 나선상의 열교환팬(2)(2') 및 열전도핀(6)(6')에 의해 충분히 가온되어 배출되는 것이다.

이러한 산업용 온수공급장치 및 가스보일러 등에 적용하여 사용하는 경우 상기 외통체(5)와 내부의 열교환팬(2)(2')이 분리 가능하므로 일정주기마다 상기 열교환팬(2)(2')을 그 외통체(5)로부터 분리하여 청소 및 소제를 할 수 있어 그 사용수명을 보다 연장시킬 수 있는 것이다.

이상과 같은 작용의 본 발명 열효율을 극대화한 열교환 유니트는, 외통체 내부에 결합된 중공의 나선상 열교환팬 및 다수의 열교환핀에 의해 열에너지와의 접촉면적을 극대화하여 집열 및 열전도 효율이 극대화되게 하고, 나선상의 경로에 의해 열에너지의 흐름을 지연하므로 비교적 적은 열에너지만으로도 충분한 열교환이 이루어지므로, 동일 용량의 열교환장치 비해 고효율의 성능을 갖게 됨은 물론 동일한 효율을 기준으로 종래의 그것에 비해 보다 적은 에너지의 소모량을 요구하므로 매우 경제적인 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 외통체(5)의 내부에는 상하단에 각각 배출관(9)과 유입관(8)을 갖는 중공상의 열교환팬(2)(2')이 나선상으로 형성되게 하여, 열교환팬(2)(2')의 내부에는 나선상의 제1유통로(1)가 형성되고, 열교환팬(2)(2')의 외부와 외통체(5)의 내부에는 나선상의 제2유통로(7)가 형성되게 하되,

   전기한 열교환팬(2)(2')의 상,하측 표면에는 나선상의 열교환핀(6)(6')을 다수 형성하고, 상기한 열교환팬(2)(2')의 테두리부(4)는 만곡의 곡률에 의해 중심부(3)보다 상승되게 함을 특징으로 하는 열효율을 극대화한 열교환 유니트.