KR200467804Y1 - 열교환용 연관 - Google Patents

Abstract

본 고안에 따른 열교환용 연관은 내부에 연소가스가 통과하는 양단 관통인 것으로, 열유체가 외면에 접촉하여 상기 연소가스와 열교환하는 본관과, 전술한 연소가스의 통과 방향과 평행하게 상호 대향으로 근접하게 배치되는 상기 본관의 양측면에 형성되며 전술한 연소가스의 통과 방향을 따라 내부 공간이 좁아지고 넓어지는 패턴을 형성하면서 전술한 연소가스의 불연속적인 흐름을 생성하는 복수의 홈을 포함하며, 전술한 본관의 일단은 중력 방향으로 지향되고, 전술한 홈은 전술한 본관의 길이 방향에 대하여 경사지게 형성된다.

Description

열교환용 연관{COMBUSTION GAS PIPE FOR HEAT EXCHANGE}

본 고안은 열교환용 연관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 압력에도 안정적으로 사용이 가능하고 불연속적인 연소가스의 흐름을 생성하여 열전달을 촉진시키며, 한정된 공간에 촘촘한 배열이 가능하여 열교환 효율이 향상될 수 있도록 하는 열교환용 연관에 관한 것이다.

열교환기는 냉방용으로 사용될 때는 응축기 및 증발기와 압축기의 부하를 줄이고자 할 때 사용되며, 난방용으로 사용될 때는 연소가스와 열유체 상호간의 열전달을 촉진시켜 보일러의 난방 부하를 줄이고자 할 때 사용되는 것으로, 에너지의 효율적인 사용을 위하여 매우 폭넓게 사용되는 장치라 할 수 있다.

열교환기는 보일러에 장착되는 것을 예로써 설명하면 동일한 양의 연료를 연소시켜 연소가스를 발생시킬 경우 온도가 다른 두 유체, 즉 난방수와 같은 열유체와 전술한 연소가스 상호간의 효과적인 열교환을 위하여 기존의 보일러, 기존의 열교환기보다 더욱 많은 양의 연소가스가 열유체와 열적으로 접촉되도록 할 필요가 있다.

상기와 같은 관점에서 열교환기에는 열유체와 연소가스 상호간의 열교환을 위하여 양단 관통인 파이프 형상의 연관을 채용하고 있으며, 전술한 연관은 열교환 효율을 높이기 위하여 다양한 형상으로 제작되고 있다.

여기서, 연관은 높은 압력에도 견딜 수 있는 구조가 되어야 하며, 한정된 공간에 더욱 많은 개수의 것을 장착하여 열교환 및 열전달량을 높일 수 있도록 해야하는 것이다.

따라서, 높은 압력에도 안정적인 사용이 가능하고, 열전달을 촉진시키면서 한정된 공간 내에서 열교환 및 열전달량을 높일 수 있는 연관의 개발이 절실하다고 하겠다.

상기와 같은 관점에서 안출된 본 고안은 높은 압력에도 안정적인 사용이 가능한 열교환용 연관을 제공하기 위한 것이다.

그리고, 본 고안은 열전달을 촉진시키며, 열교환 효율이 향상될 수 있도록 하는 열교환용 연관을 제공하기 위한 것이다.

본 고안에 따른 열교환용 연관은 내부에 연소가스가 통과하는 양단 관통인 것으로, 열유체가 외면에 접촉하여 상기 연소가스와 열교환하는 본관과, 전술한 연소가스의 통과 방향과 평행하게 상호 대향으로 근접하게 배치되는 상기 본관의 양측면에 형성되며 전술한 연소가스의 통과 방향을 따라 내부 공간이 좁아지고 넓어지는 패턴을 형성하면서 전술한 연소가스의 불연속적인 흐름을 생성하는 복수의 홈을 포함하며, 전술한 본관의 일단은 중력 방향으로 지향되고, 전술한 홈은 전술한 본관의 길이 방향에 대하여 경사지게 형성되는 구조를 적용할 수 있다.

전술한 바와 같이 본 고안에 따른 열교환용 연관은 아래와 같은 이점을 갖는다.

우선, 연소가스의 이동 방향에 대하여 경사지게 형성된 홈과, 전술한 홈에 형성된 다양한 보강 구조에 의하여 높은 압력에도 구조적 안정성을 유지하면서 지속적인 사용이 가능하다.

그리고, 본관의 외면에 형성된 홈과 다양한 구조에 의하여 열전달 면적을 확대할 수 있음은 물론, 전술한 홈에 의하여 본관의 내부가 좁아지고 넓어지는 패턴을 형성함으로써 연소가스의 불연속적인 유동이 형성됨에 따라 열전달이 촉진될 수 있다.

그리고, 홈이 형성된 본관의 양측면이 평행을 이루면서 상호 근접하게 대면하는 구조를 채택함으로써 한정된 공간에 더욱 많은 개수의 연관을 배치할 수 있으므로, 더욱 많은 양의 연소가스와 열유체가 상호 열교환하므로, 보일러의 연소 부하를 낮추고 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1 내지 도 5는 본 고안의 일 실시예에 따른 열교환용 연관의 전체적인 구조를 나타낸 도면
도 6 및 도 7은 본 고안의 일 실시예에 따른 열교환용 연관의 주요부인 제1, 2 홈에 형성된 제3 홈 및 보강 리브의 구조를 나타낸 사시도
도 8 내지 도 11는 본 고안의 다른 실시예에 따른 열교환용 연관의 전체적인 구조 및 사용 상태를 나타낸 도면

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 고안의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

이는 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 고안을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 고안의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있으며, 본 고안의 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 한다.

도 1 내지 도 5는 본 고안의 일 실시예에 따른 열교환용 연관의 전체적인 구조를 나타낸 도면이며, 참고로 도 3 및 도 4에서 일점쇄선으로 표시된 화살표는 연소가스를, 실선으로 표시된 화살표는 열유체를 각각 나타내며, 이하의 도면에서도 마찬가지로 적용한다.

본 고안은 도시된 바와 같이 본관(100)의 외면에 홈이 형성된 구조임을 파악할 수 있다.

본관(100)은 내부에 연소가스가 통과하는 양단 관통인 것으로, 열유체가 외면에 접촉하여 연소가스와 열교환하게 된다.

홈은 연소가스의 통과 방향과 평행하며 상호 대향으로 근접하게 배치되는 본관(100)의 양측면에 형성되는 복수의 것으로, 연소가스의 통과 방향을 따라 도 4와 같이 내부 공간이 좁아지고 넓어지는 패턴을 형성하면서 연소가스의 불연속적인 흐름을 생성한다.

여기서, 본관(100)의 일단은 중력 방향을 지향하도록 배치되고, 전술한 홈은 본관(100)의 길이 방향에 대하여 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.

이는 본관(100)이 중력 방향, 즉 지면과 수직하게 배치되면 연소가스가 통과하면서 열유체와 열교환을 할 때 본관(100)의 내면에 형성되는 응축수가 중력의 영향을 받아 원활하게 배출되도록 하기 위한 기술적 수단이다.

이때, 홈이 본관(100)의 길이 방향에 대하여 직교되게 형성되는 경우는 응축수가 홈에 의하여 형성되는 산과 골의 반복적인 패턴을 따라 배출됨에 있어서 일부가 배출되지 못하고 적체되는 경우가 있기 때문이다.

또한, 홈이 본관(100)의 길이 방향을 따라 형성되는 경우는 응축수가 충분한 열교환을 하지 못하고 그대로 지면을 향해 배출되어버리기 때문이다.

본 고안은 상기와 같은 실시예에 의하여 적용이 가능하며, 보다 상세한 설명을 위하여 본 고안의 주요부에 대하여 더욱 자세히 살펴보기로 한다.

본관(100)은 전술한 바와 같이 내부를 통과하는 연소가스와 외면의 열유체가 상호 열교환하는 부분으로, 양단부의 외측 가장자리에는 도 10에 도시된 열교환기 본체(400) 또는 도 11에 도시된 원판에 장착의 편의를 위하여 슬리브(101)가 형성되는 것이 바람직하다.

홈은 전술한 바와 같이 본관(100)의 외면에 장착되어 열교환을 위한 전열면적을 증대시키 위하여 형성되는 것으로, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이 제1 홈(200)과 제2 홈(300)을 포함하는 구조를 적용할 수 있다.

즉, 제1 홈(200)은 본관(100)의 일측 외면을 따라 상호 평행하게 복수로 형성되고 본관(100)의 길이 방향에 대하여 일측으로 경사지게 형성되는 것이며, 제2 홈(300)은 본관(100)의 타측 외면을 따라 상호 평행하게 복수로 형성되고 본관(100)의 길이 방향에 대하여 타측으로 경사지게 형성되는 구조이다.

제1 홈(200)과 인접한 제1 홈(200) 사이 및 제2 홈(300)과 인접한 제2 홈(300) 사이, 즉 본관(100)의 기존 외면이 각각 돌기부가 되는 구조이다.

그리고, 제1 홈(200)의 양단부는 제2 홈(300, 도 2의 점선 표시 부분 참고)의 양단부와 상호 연결되어 전체적으로 제1, 2 홈(200, 300)의 형성 방향을 이어보면 전체적으로 나선 형상을 이루는 구조임을 알 수 있다.

여기서, 제1, 2 홈(200, 300)의 폭은 돌기부의 폭보다 넓고, 제1 홈(200)은 제2 홈(300)보다 하나 적게 형성되는 구조가 되므로, 본관(100)의 양단부 부근은 도 4와 같이 제1, 2 홈(200, 300)이 형성된 부분에 비하여 상대적으로 내부 공간이 커지게 되어 본관(100)의 단부 부근에서 열유체와 충분한 열교환이 이루어진 상태로 연소가스가 이동할 수 있게 된다.

즉, 제1, 2 홈(200, 300)이 형성된 부위는 본관(100)의 나머지 부분에 비하여 내부 공간이 좁게 형성되며, 제1, 2 홈(200, 300)은 일측에서, 즉 도 1의 A 시점에서 바라보았을 때는 상호 반대방향으로 경사를 이루므로, 제1 홈(200)의 형성 방향을 따라 단면 상태를 살펴보면 도 5와 같이 복잡한 형상을 이룸을 알 수 있다.

다시 말해, 제1, 2 홈(200, 300)이 형성된 본관(100)의 내부 구조는 좁아지면서도 넓어지는 패턴이 일률적으로 형성되는 것이 아니라, 연소가스의 통과 방향에 대하여 경사진 제1, 2 홈(200, 300)의 특성상 상호 어긋나게 형성되므로, 연소가스가 도 5의 단면 부분을 지나칠 때 난류 및 소용돌이를 일으키면서 잠깐동안 지체되는 현상이 발생하게 된다.

그러나, 전술한 연소가스의 적체되는 현상이라 함은 본관(100) 내부를 따라 연소가스가 유동함에 지장을 줄 정도의 지체라기보다는 본관(100) 외면에 접하는 열유체와 열교환하기에 충분한 정도의 지체라고 할 수 있다.

이러한 제1, 2 홈(200, 300)의 형성은 전열면적을 확장시키는 의미 외에도 구조적 강도 향상을 도모하고 내압력성을 높이기 위한 것이다.

또한, 제1, 2 홈(200, 300)에는 도 6과 같이 본관(100)의 길이 방향을 따라 평행하게 복수의 제3 홈(210, 310)이 각각 더 형성되는 구조를 채택할 수 있다.

제3 홈(210, 310)은 제1, 2 홈(200, 300)과 함께 전열면적을 더욱 확장시키고 구조적 강도를 더욱 높이기 위하여 마련된 것이다.

또한, 본관(100)에는 도 7과 같이 제1, 2 홈(200, 300)을 형성하는 면의 일부를 상호 접합시켜 형성되는 보강 리브(500)가 적어도 하나 이상 형성되도록 함으로써 제1, 2 홈(200, 300)이 형성된 면을 따라 발생하는 압력에 대하여 구조적으로 내구성을 유지할 수 있을 것이다.

그리고, 본관(100)에는 특별히 도시하지 않았으나, 도 6에 도시된 제3 홈(210, 310)과 함께 제1, 2 홈(200, 300)의 면 일부를 상호 접합시킨 도 7의 보강 리브(500)를 함께 형성하는 구조를 적용할 수도 있음은 물론이다.

한편, 본 고안은 도 8 및 도 9와 같이 본관(100')을 따라 형성되는 제1 홈(200')과 제2 홈(300')이 일정한 폭과 간격을 유지하면서 배치되도록 하여 제1, 2 홈(200', 300')과 인접한 제1, 2 홈(200', 300') 사이에 형성되는 돌기부와 제1, 2 홈(200', 300')의 폭이 동일하게 이루어지도록 할 수도 있다.

그리고, 본 고안은 전술한 바와 같이 연소가스의 통과 방향에 대하여 직교되는 부분의 단면 형상이 단축에 비하여 장축의 길이가 3 내지 4배 정도인 납작한 타원형인 것으로 도시하고 있으나, 이에 국한되지 아니한다.

즉, 본 고안은 도 1 내지 도 7에 도시된 제1, 2 홈(200, 300) 및 도 8 및 도 9에 도시된 제1, 2 홈(200', 300')이 형성되는 부분을 한 쌍의 평판 형상으로 하고, 전술한 한 쌍의 평판의 가장자리를 상호 연결하는 사각 기둥 형상으로 제작하는 등의 응용 및 변형 또한 가능함은 물론일 것이다.

본관(100, 100')의 전술한 단면 형상, 즉 납작한 타원 형상은 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 한정된 공간과 면적에 촘촘히 배치하여 더욱 많은 량의 연소가스가 물과 열교환을 수행할 수 있도록 하기 위함이다.

따라서, 본 고안은 도 10과 같이 비교적 좁은 내부 공간이 마련된 열교환기 본체(400)에도 다수의 본관(100)을 장착하여 전술한 본관(100)에 연소가스를 통류시키고 입구(401)로부터 공급된 열유체가 본관(100)과 충분한 열교환을 한 후 출구(402)를 통하여 배출되도록 할 수 있다.

이상과 같이 본 고안은 높은 압력에도 안정적인 사용이 가능하고, 열전달을 촉진시키며 열교환 효율이 향상될 수 있도록 하는 열교환용 연관을 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

이상에서 본 고안에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 고안의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

100, 100'...본관 200, 200'...제1 홈
210, 310...제3 홈 300, 300'...제2 홈
400...열교환기 본체 500...보강 리브

Claims (7)

1. 내부에 연소가스가 통과하는 양단 관통인 것으로, 열유체가 외면에 접촉하여 상기 연소가스와 열교환하는 본관; 및
   상기 연소가스의 통과 방향과 평행하게 상호 대향으로 근접하게 배치되는 상기 본관의 양측면에 형성되며, 상기 연소가스의 통과 방향을 따라 내부 공간이 좁아지고 넓어지는 패턴을 형성하면서 상기 연소가스의 불연속적인 흐름을 생성하는 복수의 홈;을 포함하되,
   상기 홈은,
   상기 본관의 길이 방향에 대하여 경사지게 형성되고,
   상기 본관의 일측 외면을 따라 상호 평행하게 복수로 형성되고 상기 본관의 길이 방향에 대하여 일측으로 경사지게 형성되는 제1 홈과, 상기 본관의 타측 외면을 따라 상호 평행하게 복수로 형성되고 상기 본관의 길이 방향에 대하여 타측으로 경사지게 형성되는 제2 홈을 포함하며,
   상기 제1 홈과 인접한 제1 홈 사이 및 상기 제2 홈과 인접한 제2 홈 사이에는 각각 돌기부가 형성되고,
   상기 제1 홈의 양단부는 상기 제2 홈의 양단부와 상호 연결되어 전체적으로 나선 형상을 이루며;
   상기 본관의 일단은 중력 방향으로 지향되고,
   상기 본관에는 상기 제1, 2 홈을 형성하는 면의 일부를 상호 접합시켜 형성되는 보강 리브가 적어도 하나 이상 형성되는 열교환용 연관.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1, 2 홈의 폭은 상기 돌기부의 폭보다 넓고, 상기 제1 홈은 상기 제2 홈보다 하나 적게 형성되는 열교환용 연관.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1, 2 홈의 폭은 상기 돌기부의 폭과 같은 열교환용 연관.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1, 2 홈에는,
   상기 본관의 길이 방향을 따라 평행하게 복수의 제3 홈이 더 형성되는 열교환용 연관.
   
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 본관에는,
   상기 제1, 2 홈을 형성하는 면의 일부를 상호 접합시켜 형성되는 적어도 하나 이상의 보강 리브와,
   상기 본관의 길이 방향을 따라 상기 제1, 2 홈에 평행하게 형성되는 복수의 제3 홈이 더 포함되는 열교환용 연관.
   

Images