KR20090017174A - 장방형 연관을 구비한 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 작은 전열면적으로도 높은 열효율을 낼 수 있도록 함으로써 보일러 및 온수기 등의 제품을 컴팩트하게 제작할 수 있고 제조비용을 낮출 수 있는 장방형 연관을 구비한 열교환기를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기 열교환기는, 연소가스와 난방수의 열교환이 이루어지는 연관이 구비된 열교환기에 있어서, 상기 연관은, 가로변과 세로변의 비가 상이한 장방형의 단면을 가지고; 상기 가로변과 세로변 중 폭이 넓은 변을 형성하는 외측면에는 내측으로 돌출된 내향돌출부가 일정한 패턴으로 다수 개 형성된 것;으로 이루어진다.

열교환기, 연관, 장방형, 내향돌출부, 난류

Description

장방형 연관을 구비한 열교환기{HEAT EXCHANGER HAVING QUADRANGLE TYPE PIPE}

본 발명은 이형연관을 구비한 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보일러의 내부에 설치되어 난방수와 연소가스와의 열교환이 이루어지는 연관의 단면형상을 장방형으로 함과 아울러 내부의 유체 흐름이 난류가 되도록 함으로써 열교환 효율을 증대시킬 수 있는 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 보일러(1)의 내부구조는 도 1에 나타낸 바와 같이 보일러 관체(10), 연료를 분사시켜 화염을 형성시키는 버너(20), 상기 버너(20)의 연료 연소에 의해 연소가스가 생성되는 연소실(30), 상기 연소실(30)에서 생성된 연소가스가 내부를 흐르며 난방수와 열교환이 이루어지는 열교환기(40), 상기 열교환기(40) 외측에 형성된 공간으로서 난방수가 채워지는 물집(50), 온수를 공급하기 위한 급탕코일(60), 응축수를 배출하기 위한 응축수배출구(70) 등으로 이루어진다.

상기 열교환기(40)는 원통형의 연관(41,42,43)이 다수 개 횡방향으로 일정 간격을 유지한 채 세워지는 구조로 설치되고, 상기 연관(41,42,43)의 내부로 연소가스가 통과하면서 외측의 난방수와 열교환이 이루어지게 된다.

이와 같은 보일러에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 연관(41,42,43)의 내부에는 연소가스의 흐름을 지연시켜 열효율을 향상시키기 위한 버플플레이트(45)가 삽입된 구조를 채택하여 왔다.

이 경우 열효율을 향상시키는 목적은 어느 정도 달성할 수 있으나 열교환기의 전열면적이 커져 보일러의 부피가 커지는 문제점이 있고 구조가 복잡하여 제조비용이 증대하는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 작은 전열면적으로도 높은 열효율을 낼 수 있도록 함으로써 보일러 및 온수기 등의 제품을 컴팩트하게 제작할 수 있고 제조비용을 낮출 수 있는 장방형 연관을 구비한 열교환기를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연소가스와 난방수의 열교환이 이루어지는 연관이 구비된 열교환기에 있어서, 상기 연관은, 가로변과 세로변의 비가 상이한 장방형의 단면을 가지고; 상기 가로변과 세로변 중 폭이 넓은 변을 형성하는 외측면에는 내측으로 돌출된 내향돌출부가 다수 개 형성된 것;을 특징으로 한다.

이 경우 상기 내향돌출부는 서로 마주보는 2개의 외측면에 각각 형성된 것으로 구성될 수 있다.

여기서 상기 서로 마주보는 2개의 외측면에 형성된 내향돌출부는 상기 연관의 내측에서 접하는 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 가로변과 세로변의 비는 0.1~0.4인 것으로 구성될 수 있다.

한편 상기 내향돌출부는 상기 연관의 길이방향을 따라 복수개가 S자 모양을 이루도록 형성되는 것으로 구성될 수 있다.

본 발명의 장방형 연관을 구비한 열교환기에 의하면, 열교환기를 구성하는 연관의 단면 형상을 장방형으로 함과 동시에 내향돌출부를 형성함으로써 연관 내부를 흐르는 유체에 난류를 형성시켜 열교환 효율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 종래 버플 플레이트를 삽입하는 구조에 비하여 작은 체적으로도 고효율을 달성할 수 있어 제조비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 가스보일러, 기름보일러, 온수기 등 연소가스와 난방수와의 열전달이 이루어지는 열교환기를 갖춘 것이면 무엇이든 적용가능하다.

열교환기를 구성하는 연관은 그 내부로 연소가스가 흐르는 경우에는 연관의 외측 표면에 난방수가 접촉하게 되거나, 연관 내부로 난방수가 흐르는 경우에는 연관의 외측 표면에 연소가스가 흐르면서 접촉하게 되어 열교환이 이루어진다. 이하에서는 연관 내부로 연소가스가 흐르는 경우를 예를 들어 설명한다.

또한 본 발명은 열교환기를 구성하는 연관의 형상에 관한 것이므로, 종래기술과 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 열교환기(100)를 구성하는 연관(110,120,130)은 그 단면 형상이 가로변(w)과 세로변(h)의 비가 상이한 장방형으로 이루어진다.

이와 같은 장방형 단면을 가진 연관(110,120,130)을 사용하게 되면 그 내부 를 흐르는 유체의 흐름이 빨라져 열전달효율이 향상되게 된다.

이 경우 상기 세로변(h)과 가로변(w)의 비는 0.1~0.4가 되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 비율이 0.1보다 작은 경우에는 유속이 지나치게 빨라져 불완전 연소가 일어날 수 있고, 0.4보다 큰 경우에는 열전달효율 향상의 효과가 크지 않기 때문이다.

상기 다수의 연관(110,120,130)은 보일러의 용량에 따라 설치되는 개수와 길이가 달라질 수 있고, 상기 세로변(h)과 가로변(w)의 비도 각각의 연관(110,120,130) 마다 달리 적용하는 구성도 가능하다.

상기 다수의 연관(110,120,130)은 그 형상이 모두 동일하므로 하나의 연관(110)에 대해서만 설명한다.

상기 연관(110)의 외측면(110a)에는 연관(110)의 내측을 향하여 돌출된 내향돌출부(110c)가 상측에서 하측에 이르기까지 일정한 패턴으로 다수 개 형성되어 있다. 상기 내향돌출부(110c)는 철판을 눌러 성형하는 방법에 의해 제조가 가능하다.

상기 내향돌출부(110c)는 연관(110) 내부를 흐르는 연소가스에 대해 저항요소로 작용하므로, 연소가스가 내향돌출부(110c)에 충돌하게 되면 연소가스는 난류가 되어 외부의 난방수와의 열전달 효율이 증대하게 된다.

상기 내향돌출부(110c)는 하나의 연관(110)에서 서로 대향되는 2개의 외측면(110a,110b) 중 어느 하나의 외측면에만 형성시킬 수도 있으나, 도 5에 도시된 바와 같이 2개의 외측면(110a,110b)에 각각 형성시키는 것이 바람직하다.

또한 2개의 외측면(110a,110b)에 각각 내향돌출부(110c,110d)를 형성시키는 경우에는 상기 내향돌출부(110c,110d)의 끝단이 서로 접하도록 형성시키는 것이 바람직하다. 이 경우 연관(110) 내부의 연소가스 유로는 2개의 유로(111,112)로 분리되어 유속이 빨라져 열전달 효율이 증대하게 된다.

한편 상기 내향돌출부(110c,110d)는 상기 연관(110)의 길이방향을 따라 반복되는 S자 모양을 이루도록 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 내향돌출부(110c,110d)가 S자 모양을 이루게 되면 연소가스의 난류 형성이 촉진되어 열전달 효율이 향상되게 된다.

이와 같은 구조에 의하면, 작은 전열면적으로도 고효율을 달성할 수 있어 종래 단면이 원형인 연관 내부에 버플 플레이트를 삽입한 구조에 비하여 컴팩트한 열교환기 구조를 구현할 수 있어 보일러 등 연소장치의 부피를 줄일 수 있게 된다.

이상, 본 발명을 실시 예를 사용하여 설명하였으나 이들 실시예는 예시적인 것에 불과하며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상에서 벗어나지 않으면서 다양한 수정과 변경을 가할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 일반적인 보일러 내부구조를 보여주는 측면개략도,

도 2는 종래의 열교환기를 구성하는 연관 내부를 보여주는 측면개략도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 열교환기의 연관을 보여주는 사시도,

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 연관을 보여주는 정면도,

도 5는 도 4에 도시된 연관의 A-A선 단면도,

도 6은 도 4에 도시된 연관을 B방향에서 바라본 저면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

110 : 연관 110a, 110b : 외측면

110c, 110d : 내향돌출부 111,112 : 유로

Claims (5)

1. 연소가스와 난방수의 열교환이 이루어지는 연관이 구비된 열교환기에 있어서,

   상기 연관은,

   가로변과 세로변의 비가 상이한 장방형의 단면을 가지고;

   상기 가로변과 세로변 중 폭이 넓은 변을 형성하는 외측면에는 내측으로 돌출된 내향돌출부가 다수 개 형성된 것;

   을 특징으로 하는 장방형 연관을 구비한 열교환기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 내향돌출부는 서로 마주보는 2개의 외측면에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 장방형 연관을 구비한 열교환기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 서로 마주보는 2개의 외측면에 형성된 내향돌출부는 상기 연관의 내측에서 접하는 것을 특징으로 하는 장방형 연관을 구비한 열교환기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 세로변과 가로변의 비는 0.1~0.4인 것을 특징으로 하는 장방형 연관을 구비한 열교환기.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 내향돌출부는 상기 연관의 길이방향을 따라 복수개가 S자 모양을 이루도록 형성된 것을 특징으로 하는 장방형 연관을 구비한 열교환기.

Images