KR20050000126A

KR20050000126A - Structure of Heat Exchanger For Combustion Apparatus

Info

Publication number: KR20050000126A
Application number: KR1020030040707A
Authority: KR
Inventors: 신연철
Original assignee: 주식회사 경동보일러
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2005-01-03

Abstract

PURPOSE: A structure of a heat exchanger for combustion equipment is provided to improve the heat exchange efficiency by enlarging heat transfer areas of a heat exchange pipe and a heat transfer fin. CONSTITUTION: A plurality of tubular heat exchange pipes(3) are arranged at regular gaps, wherein water circulates on the heat exchange pipes. The heat exchange pipe has an elliptical section. A plurality of heat transfer fins(1) are formed on an outer peripheral surface of the heat exchange pipe through form rolling, wherein the heat transfer fin has an elliptical shape or square shape with round corners.

Description

Heat exchanger structure for combustor {Structure of Heat Exchanger For Combustion Apparatus}

본 발명은 연소기기용 열교환기 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보일러나 온수기 등의 연소기기의 열교환기를 구성하는 열교환파이프의 단면을 타원형으로 형성하고, 그 외주면에 전조 가공을 통해 타원형 혹은 사각형 형상을 갖는 전열핀을 형성함으로써, 열교환파이프 및 전열핀 자체의 전열면적을 종래 보다 상대적으로 넓게 형성함에 따른 동일한 규격의 열교환기를 비교할 때 열교환 효율을 향상시킬 수 있도록 한 연소기기용 열교환기 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a heat exchanger structure for a combustion device, and more particularly, to form an oval cross section of a heat exchange pipe constituting a heat exchanger of a combustion device such as a boiler or a water heater, and to form an oval or square shape by rolling the outer peripheral surface thereof. By forming a heat transfer fin having a heat exchanger pipe and the heat transfer fin itself, the heat exchanger structure for the combustion device to improve the heat exchange efficiency when compared to the heat exchanger of the same standard formed by forming a relatively larger heat transfer area than the conventional.

주지하는 바와 같이 연소실 내에서 열교환파이프 내부를 따라 흐르는 물을 버너를 이용하여 가열할 수 있는 구성을 가진 연소기기에는 크게 보일러와 온수기 등을 들 수 있다.As is well known, a combustion apparatus having a configuration capable of heating water flowing along an inside of a heat exchange pipe in a combustion chamber by using a burner may include a boiler and a water heater.

즉, 일반 가정이나 공공건물 등에 사용되는 보일러는 난방용이나 온수용으로 이용되고, 온수기는 냉수를 단시간 내에 소정의 온도로 가열하여 사용자가 편리하게 온수를 사용할 수 있도록 하는 것이다.That is, a boiler used in a general home or a public building is used for heating or hot water, and a water heater heats cold water to a predetermined temperature within a short time so that a user can conveniently use hot water.

이러한 보일러 및 온수기와 같은 연소기기는 대부분 기름 혹은 가스를 연료로 사용하여 버너를 통해 연소시킨 다음, 이 연소과정에서 발생하는 연소열을 이용하여 물을 가열하고, 이 가열된 물(온수)을 사용자의 필요에 따라 제공할 수 있는 시스템을 가지고 있다.Most combustors such as boilers and water heaters use oil or gas as fuel to combust through a burner, and then heat water using combustion heat generated during the combustion process, and the heated water (hot water) I have a system that can provide it as needed.

그런데, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 통상적으로 상기 보일러 및 온수기와 같은 연소기기에서 사용되는 열교환기(10)는, 단면이 원형으로 된 열교환파이프(13)가 좌우에 마련된 지지플레이트(12) 사이에 일정간격으로 배치되고, 서로 인접한 열교환파이프(13)는 U자형 파이프(14)로 연결되어 전체가 하나의 라인으로연결되며, 이렇게 연결된 열교환파이프(13) 내부로 물이 순환할 수 있는 구조로 되어 있다.However, as illustrated in FIGS. 1 to 3, a heat exchanger 10 typically used in a combustion device such as a boiler and a water heater includes a support plate having right and left heat exchange pipes 13 having a circular cross section. 12) disposed at regular intervals between the heat exchange pipes 13 adjacent to each other are connected by a U-shaped pipe 14 so that the whole is connected by a single line, and water can circulate inside the heat exchange pipes 13 connected to each other. It is a structure that there is.

이때, 상기 열교환기(10)의 일단에는 난방수가 유입되는 난방수입구(16)가 마련되어 있고, 상기 열교환기(10)의 타단에는 가열된 난방수가 배출되는 난방수출구(15)가 형성되어 있다.In this case, one end of the heat exchanger 10 is provided with a heating inlet 16 through which heating water is introduced, and a heating outlet 15 through which the heated heating water is discharged is formed at the other end of the heat exchanger 10. .

그리고, 상기 열교환파이프(13)의 외부에는 보다 효과적인 열교환을 위해 다수의 전열핀(fin:11)이 브레이징(경납) 용접을 통해 체결 조립되어 있다.In addition, a plurality of heat transfer fins (fin: 11) are fastened and assembled by brazing (brazing) welding to the outside of the heat exchange pipe 13 for more efficient heat exchange.

그런데, 종래 상기와 같이 열교환파이프(13)의 외주면에 브레이징 용접을 통해 전열핀(11)을 형성한 열교환기(10)의 경우에는 열전달 성능이 떨어져 열교환 효율이 낮다는 문제점이 있었다.However, in the case of the heat exchanger 10 in which the heat transfer fins 11 are formed on the outer circumferential surface of the heat exchange pipe 13 by brazing welding as described above, there is a problem in that heat transfer performance is low and heat exchange efficiency is low.

따라서, 전열면적을 확보하기 위해 전열핀(11)을 더 많이 사용하게 되면, 사용하는 전열핀(11) 수 만큼의 재료비가 상승하게 되고, 더불어 제품의 사이즈가 커지면서 전열핀(11)의 별도 생산, 용접 공정의 추가 등으로 인한 생산비용이 상승하는 문제점을 가지게 되는 것이다.Therefore, when the heat transfer fins 11 are used more to secure the heat transfer area, the material cost is increased by the number of heat transfer fins 11 used, and as the size of the product increases, the separate production of the heat transfer fins 11 is performed. , The production cost due to the addition of the welding process will have a problem.

이에, 최근에는 열교환 효율을 보다 향상시킬 수 있는 방안의 하나로, 상기 열교환파이프(13)의 외주면에 형성되는 다수의 전열핀(11)이 전조 가공을 통해 일체로 형성된 구조를 갖는 열교환기(도시되지 않음)가 제안되어 사용되고 있기도 하다.Therefore, in recent years, as one of the ways to further improve the heat exchange efficiency, a heat exchanger having a structure in which a plurality of heat transfer fins (11) formed on the outer circumferential surface of the heat exchange pipe (13) integrally formed through a rolling process (not shown) Not used).

그러나, 이와 같은 전조 가공을 통해 전열핀이 열교환파이프의 외주면에 일체로 형성되는 경우에도 열교환파이프가 원형 단면을 가지면서 전열핀의 형상이 원형을 이루고 있기 때문에 동일한 규격에서 전열면적을 확대하는 데 한계가 있으며, 열교환파이프 및 전열핀의 사이즈를 보다 크게 하는 것은 전열면적을 확보하는 측면에서는 바람직할지 모르지만, 이 역시 상대적으로 제품의 사이즈가 커지면서 재료비 상승에 따른 생산비용이 상승한다는 문제점이 있었다.However, even when the heat transfer fin is integrally formed on the outer circumferential surface of the heat exchanger pipe through such a rolling process, since the heat exchanger pipe has a circular cross section and the shape of the heat transfer fin is circular, there is a limit to expanding the heat transfer area in the same standard. In addition, it may be desirable to increase the size of the heat exchanger pipe and the heat transfer fin in terms of securing the heat transfer area, but this also has a problem that the production cost increases due to the increase in the material cost as the size of the product increases.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 원형보다는 타원형이 동일한 규격에서는 상대적으로 열교환 효율이 높다는 점에 착안하여 연소기기의 열교환기를 구성하는 열교환파이프의 단면을 타원형으로 형성하고, 그 외주면에 전조 가공을 통해 타원형 혹은 사각형 형상을 갖는 전열핀을 형성함으로써, 열교환파이프 및 전열핀 자체의 전열면적을 종래 보다 상대적으로 넓게 형성함에 따른 열교환 효율을 향상시킬 수 있도록 한 연소기기용 열교환기 구조를 제공하는 데 있다.Therefore, the present invention has been made to improve the above problems, the object of the present invention is to focus on the fact that the heat exchange efficiency is relatively high in the same standard elliptical rather than circular, the cross section of the heat exchange pipe constituting the heat exchanger of the combustion equipment By forming the elliptical shape and the heating fin having an elliptical or square shape by rolling on the outer circumferential surface, it is possible to improve the heat exchange efficiency by forming the heat transfer area of the heat exchange pipe and the heating fin itself relatively wider than before. The present invention provides a heat exchanger structure for a combustion device.

도 1은 종래 연소기기에 사용되는 열교환기의 구성을 보여주는 도면,1 is a view showing the configuration of a heat exchanger used in a conventional combustion device,

도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 열교환기의 좌우 측면에서 각각 살펴본 도면,2 and 3 are views respectively seen from the left and right sides of the heat exchanger shown in FIG.

도 4는 본 발명에 따른 연소기기에 사용되는 열교환기의 구성을 보여주는 도면,4 is a view showing the configuration of a heat exchanger used in the combustion apparatus according to the present invention;

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 도 3에 도시된 열교환기의 좌우 측면에서 살펴본 도면.5 and 6 are views seen from the left and right sides of the heat exchanger shown in FIG. 3 according to the present invention.

도 7은 도 6과 대응되는 도면으로써, 본 발명에 따른 타원형 열교환파이프의 외주면에 형성된 전열핀의 형상 중 다른 하나의 실시예를 보여주는 도면.Figure 7 is a view corresponding to Figure 6, showing another embodiment of the shape of the heat transfer fin formed on the outer peripheral surface of the elliptical heat exchange pipe according to the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

1 : 전열핀 2 : 지지플레이트1: heat transfer fin 2: support plate

3 : 열교환파이프 4 : U자형 파이프3: heat exchange pipe 4: U-shaped pipe

5 : 난방수출구 6 : 난방수입구5: heating outlet 6: heating outlet

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 내부에 물이 순환되는 관상의 열교환파이프가 일정간격으로 배치되고, 상기 열교환파이프의 외주면에 다수의 전열핀이 형성되는 구조를 갖는 연소기기의 열교환기 구조에 있어서, 상기 열교환파이프가 타원형 단면을 갖고, 상기 전열핀이 전조 가공을 통해 열교환파이프의 외주면에 일정간격을 두고 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 연소기기의 열교환기 구조를 제공함으로써 달성된다.The present invention for realizing the above object is a heat exchanger of a combustion apparatus having a structure in which a tubular heat exchange pipe circulating water therein is arranged at regular intervals, and a plurality of heat transfer fins are formed on an outer circumferential surface of the heat exchange pipe. In the structure, the heat exchange pipe has an elliptical cross section, the heat transfer fin is achieved by providing a heat exchanger structure of the combustion device, characterized in that a plurality of formed at regular intervals on the outer peripheral surface of the heat exchange pipe through a rolling process.

이때, 상기 전열핀이 타원형 형상 혹은 사방 모서리가 라운드 진 사각형 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the heating fin is formed in any one of an elliptical shape or a rectangular shape with rounded corners.

그리고, 상기 열교환파이프의 내부는 동(銅) 재질의 파이프가 사용되고, 외부는 알루미늄 재질의 파이프가 사용되는 이중구조를 갖는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the inside of the heat exchange pipe has a double structure in which a copper pipe is used and the outside is an aluminum pipe.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

또한, 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이며, 종래 기술에서 설명하고 있는 열교환기를 대상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 적용 제시하기로 한다.In addition, the present embodiment is not intended to limit the scope of the present invention, but is presented by way of example only, and the present invention will be applied to a preferred embodiment of the present invention for a heat exchanger described in the prior art.

도 4는 본 발명에 따른 연소기기에 사용되는 열교환기의 구성을 보여주는 도면이고, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 도 3에 도시된 열교환기의 좌우 측면에서 살펴본 도면이다.4 is a view showing the configuration of a heat exchanger used in the combustion apparatus according to the present invention, Figures 5 and 6 are views from the left and right sides of the heat exchanger shown in Figure 3 according to the present invention.

도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 열교환기는 종래기술에서 설명하고 있는 열교환기와 그 배치관계가 동일하다.4 to 6, the heat exchanger to which the present invention is applied has the same arrangement relationship with the heat exchanger described in the prior art.

즉, 본 발명에 따른 열교환기는, 열교환파이프(3)가 좌우에 마련된 지지플레이트(2) 사이에 일정간격으로 배치되고, 서로 인접한 열교환파이프(3)는 U자형 파이프(4)로 연결되어 전체가 하나의 라인으로 연결되며, 이렇게 연결된 열교환파이프(3) 내부로 물이 순환할 수 있는 구조를 갖는다.That is, the heat exchanger according to the present invention, the heat exchange pipe 3 is arranged at regular intervals between the support plates 2 provided on the left and right, the heat exchange pipes 3 adjacent to each other are connected by a U-shaped pipe (4) It is connected in one line and has a structure in which water can circulate into the heat exchange pipe 3 connected in this way.

그리고, 서로 연결된 열교환파이프(3)의 일단에는 난방수가 유입되는 난방수입구(6)가 마련되어 있고, 반대편 타단에는 가열된 난방수가 배출되는 난방수출구(5)가 형성되어 있다.One end of the heat exchange pipes 3 connected to each other is provided with a heating inlet 6 through which heating water is introduced, and a heating outlet 5 through which the heated heating water is discharged.

여기서, 본 발명은 상기 열교환파이프(3)가 타원형 단면을 갖으며, 이 타원형 단면을 갖는 열교환파이프(3)의 외주면에 전열핀(1)이 전조가공을 통해 형성되는 것으로 특징으로 한다.Here, the present invention is characterized in that the heat exchange pipe (3) has an elliptical cross section, and the heat transfer fin (1) is formed on the outer circumferential surface of the heat exchange pipe (3) having the elliptical cross section by rolling.

이때, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 전열핀(1)은 그 형상이 타원형 형상 혹은 사방 모서리가 라운드 진 사각형 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.At this time, as shown in Figure 6 and 7, the heat transfer fin (1) is characterized in that the shape is formed in any one of the shape of an oval shape or a square shape rounded corners.

즉, 동일한 규격에서는 원형보다 타원형이 그 접촉 면적이 넓다는 것은 자명하기 때문에, 본 발명에 따라 열교환파이프(3)를 타원형 단면을 갖는 파이프를 사용하고, 상기와 같이 전열핀(1)을 타원형 혹은 사각형 형상으로 형성함으로써, 동일한 규격의 열교환기에서 상대적으로 전열면적을 넓힐 수 있게 됨에 따라 결과적으로 열교환 효율이 향상시킬 수 있는 장점을 가지게 되는 것이다.That is, in the same standard, it is obvious that the contact area of the elliptical shape is larger than that of the circular shape. Therefore, according to the present invention, the heat exchange pipe 3 uses an elliptical cross-section, and the heat transfer fin 1 is elliptical or By forming a rectangular shape, it is possible to increase the heat transfer area relatively in the heat exchanger of the same standard, as a result will have the advantage that the heat exchange efficiency can be improved.

특히, 타원형 파이프의 외주면에 전조 가공을 통해 핀을 형성하는 기술이 최근에 연구 개발됨에 따라 상기와 같은 타원형 단면을 갖는 열교환파이프(3)의 외주면에 전조 가공을 통해 타원형 혹은 사방 모서리가 라운드 진 사각형 형상의 전열핀(1)을 구성할 수 있게 된 것이다.In particular, as a technique for forming a pin through the rolling process on the outer circumferential surface of the elliptical pipe has recently been researched and developed, a square having a rounded oval or rounded corners by rolling on the outer circumferential surface of the heat exchange pipe 3 having the elliptical cross section as described above. It is possible to configure the heat transfer fin (1) of the shape.

이때, 상기 전열핀(1)은 핀의 높이에 따라 크게 9㎜ 이상의 하이핀(high fin) 및 하이핀 보다 핀 높이가 순차적으로 낮은 미들핀(middle fin), 로우핀(low fin) 등으로 구분될 수 있다.At this time, the heating fin (1) is divided into a high fin (high fin) of 9mm or more according to the height of the fin and the middle fin (low fin), and the like, the fin height sequentially lower than the high fin Can be.

한편, 통상적으로 연소기기 등에 사용되는 열교환기에 있어서, 상기 열교환파이프의 재질은 내식성을 갖춘 알루미늄 혹은 스테인레스 스틸 재질을 채용하는것이 보통이었다.On the other hand, in a heat exchanger which is usually used in a combustion device or the like, the material of the heat exchange pipe was generally adopted to be aluminum or stainless steel material with corrosion resistance.

이는 상기 열교환기에서 열교환파이프(3)를 지나가는 물을 가열하는 연소 과정 중에 열교환기의 내부와 주변 온도차에 의한 응축수가 발생할 수 있고, 이와 같이 열교환기에서 응축 시 발생하는 산성 수분과 연소 과정에서 발생하는 배기가스 중의 황산화물, 질소산화물 및 연소열로 인해 열교환파이프가 쉽게 부식이 발생할 수 있기 때문에 이를 억제하기 위해 내식성을 갖춘 알루미늄 혹은 스테인레스 스틸 재질을 사용하였던 것이다.This may occur during the combustion process of heating the water passing through the heat exchange pipe (3) in the heat exchanger condensed water due to the difference in the internal and ambient temperature of the heat exchanger, and thus occurs in the combustion process with acidic moisture generated during condensation in the heat exchanger In order to prevent corrosion of the heat exchange pipe due to sulfur oxides, nitrogen oxides, and combustion heat in the exhaust gas, aluminum or stainless steel materials having corrosion resistance were used.

그런데, 알루미늄 혹은 스테인레스 스틸 재질은 내식성이 좋은 반면, 열효율이 낮다는 단점을 가지고 있다.By the way, aluminum or stainless steel material has a good corrosion resistance, but has a disadvantage of low thermal efficiency.

따라서, 본 발명에서는 열교환 효율을 보다 극대화시키면서 내부식성에 대처할 수 있는 방안의 하나로, 상기 타원형의 열교환파이프(3)를 구성함에 있어서, 내부는 열교환 효율이 상대적으로 높은 동 재질의 파이프로 채용하고, 외부는 내부식성을 가질 수 있는 알루미늄 재질의 파이프로 형성한 이중구조의 열교환파이프(3)를 사용하도록 하고 있다.Therefore, in the present invention, one of the ways to cope with the corrosion resistance while maximizing the heat exchange efficiency more, in the configuration of the elliptical heat exchange pipe (3), the inside is used as a pipe made of copper material having a relatively high heat exchange efficiency, The outside is to use a heat exchange pipe 3 of a dual structure formed of an aluminum pipe that can have corrosion resistance.

물론, 상기 열교환파이프(3) 전체가 열교환 효율이 좋은 동 재질의 파이프로만 이루어진 단일구조로 형성될 수도 있다.Of course, the heat exchange pipe 3 as a whole may be formed in a unitary structure made of a copper pipe having good heat exchange efficiency.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 열교환기를 구성하는 열교환파이프의 단면을 타원형으로 형성하고, 그 외주면에 전조 가공을 통해 타원형 혹은 사각형 형상을 갖는 전열핀을 형성함으로써, 열교환파이프 및 전열핀 자체의 전열면적을종래 보다 상대적으로 넓게 형성함에 따른 동일한 규격의 제품에서 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by forming an elliptical cross section of the heat exchange pipe constituting the heat exchanger, and forming a heat transfer fin having an elliptical or square shape by rolling on the outer peripheral surface thereof, the heat transfer pipe and the heat transfer fin itself As the area is formed relatively wider than before, there is an effect of improving heat exchange efficiency in a product of the same standard.

Claims

In the heat exchanger structure of the combustor having a structure in which a tubular heat exchange pipe circulating water therein is arranged at regular intervals, and a plurality of heat transfer fins are formed on the outer circumferential surface of the heat exchange pipe,

The heat exchanger pipe has an elliptical cross section, and the heat exchanger fin is formed in plural number on the outer circumferential surface of the heat exchanger pipe through a rolling process at a predetermined interval.

The method of claim 1,

Heat exchanger structure of the combustion device, characterized in that the heat transfer fin has an elliptical shape.

The method of claim 1,

Heat exchanger structure of the combustion device, characterized in that the heat transfer fin has a square shape with rounded corners.

The method according to any one of claims 1 to 3,

The inside of the heat exchange pipe is a pipe made of copper material, the outside of the heat exchanger structure of the combustion device, characterized in that it has a dual structure is used the aluminum pipe.

The method according to any one of claims 1 to 3,

The heat exchange pipe is a heat exchanger structure of the combustion device, characterized in that formed using a copper pipe of only a single structure.