KR20100100561A - Heat exchange pipe - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열교환관에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외주면에 나선 형상의 돌기부를 구비하는 열교환관에 관한 것이다.The present invention relates to a heat exchanger tube, and more particularly, to a heat exchanger tube having a spiral protrusion on an outer circumferential surface thereof.
일반적으로 가스보일러의 열교환기는 버너부로부터 배출되는 고온의 배기가스를 나선 형상으로 감긴 열교환관 사이로 배출 또는 유입하여 배기가스와 열교환관과 접촉시킴으로써 고온의 배기가스와 열교환관 내부의 저온의 난방수 사이에서 열교환이 이루어지게 한 것이다.In general, the heat exchanger of a gas boiler discharges or inflows high temperature exhaust gas discharged from a burner into a spiral heat exchanger tube and contacts the exhaust gas and the heat exchanger tube so as to contact the hot exhaust gas and the low temperature heating water inside the heat exchanger tube. Heat exchange at the
특히 열교환관을 통한 배기가스의 응축잠열의 회수율은 열교환관과 배기가스의 접촉시간이 늘어나거나 접촉면적이 클수록 높아지게 되고, 이러한 회수율을 높이기 위하여 열교환관의 구조를 변경하는 연구가 활발히 진행되었다.In particular, the recovery rate of the latent heat of condensation of the exhaust gas through the heat exchanger tube increases as the contact time between the heat exchanger tube and the exhaust gas increases or the contact area increases, and studies to change the structure of the heat exchanger tube in order to increase the recovery rate have been actively conducted.
종래 출원된 응축 열교환장치(WO/2004/097310, 2004.11.11 공개)는 열교환관의 단면을 평평하게 하고 버너부 주위에 열교환관의 회전적층수를 증가시켜 고온가스와 열교환관의 접촉면적을 증가시켜 열교환 효율을 향상시키는 방법을 제시하였다.The conventionally applied condensation heat exchanger (WO / 2004/097310, published on Nov. 11, 2004) flattens the cross section of the heat exchanger tube and increases the number of rotational stacks of the heat exchanger tube around the burner to increase the contact area between the hot gas and the heat exchanger tube. To improve the heat exchange efficiency.
다른 방식의 응축 열교환장치에서는 버너부 둘레에 버너부를 둘러싸는 반경 을 달리 하여 열교환관을 다중으로 설치하여 고온의 가스가 다중의 열교환관을 순차적으로 통과하여 고온의 가스열을 난방수가 회수하도록 하는 방법을 제시하였다.In another type of condensation heat exchanger, a plurality of heat exchanger tubes are installed in a plurality of heat exchanger tubes having different radii that surround the burner unit so that hot gases sequentially pass through multiple heat exchanger tubes to recover hot gas heat. Presented.
이와 같이 종래의 열교환장치는 버너부 둘레에 열교환관의 회전적층수를 증가시키거나 버너부 둘레에 다중의 열교환관을 배치하여 고온의 배기가스와 열교환관의 접촉면적을 증가시켜 열교환 효율을 향상시키는 방식을 이용하였으나, 이는 열교환장치의 전체적인 부피가 증가하는 문제점이 있다.As described above, the conventional heat exchanger improves heat exchange efficiency by increasing the number of rotational stacks of the heat exchanger tube around the burner part or by arranging multiple heat exchanger tubes around the burner part to increase the contact area between the hot exhaust gas and the heat exchanger tube. Although using the method, this is a problem that the overall volume of the heat exchanger increases.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열교환장치의 전체적인 부피를 줄이면서 고온의 배기가스와의 접촉면적을 증가시킴으로써 배기가스와의 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 열교환관을 제공함에 있다.An object of the present invention is to solve such a conventional problem, to provide a heat exchange tube that can improve the heat exchange efficiency with the exhaust gas by increasing the contact area with the high temperature exhaust gas while reducing the overall volume of the heat exchange device. Is in.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 열교환관은, 외부를 통과하는 고온의 배기가스로부터 열을 회수하는 열교환관에 있어서, 열교환관의 길이 방향으로 외주면을 따라 나선 형상으로 감기며, 상기 외주면으로부터 돌출되게 형성되며 상기 외주면상에서 서로 이격되게 배치되는 복수의 나선돌기부; 및 이웃하는 나선돌기부와 상기 이웃하는 나선돌기부 사이의 외주면에 의해 마련되는 가스경로부;를 포함하고, 상기 배기가스가 상기 외주면에 형성된 나선 형상의 가스경로부를 따라 통과함으로써 상기 배기가스와의 접촉면적이 증가하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the heat exchanger tube of the present invention is a heat exchanger tube that recovers heat from a high-temperature exhaust gas passing through the outside, and is wound in a spiral shape along the outer circumferential surface in the longitudinal direction of the heat exchanger tube. A plurality of spiral protrusions formed to protrude from and spaced apart from each other on the outer circumferential surface; And a gas path portion provided by an outer circumferential surface between the neighboring spiral protrusion and the neighboring spiral protrusion, wherein the exhaust gas passes along a spiral gas path portion formed on the outer circumferential surface, thereby making contact with the exhaust gas. It is characterized by increasing.
본 발명에 따른 열교환관에 있어서, 바람직하게는, 상기 나선돌기부는, 열교환관의 길이 방향과 교차하는 방향을 따라 절단한 단면 둘레에 6개 이상 12개 이하가 마련된다.In the heat exchanger tube which concerns on this invention, Preferably, the said spiral protrusion part is provided 6 or more and 12 or less around the cross section cut along the direction which cross | intersects the longitudinal direction of a heat exchanger tube.
본 발명에 따른 열교환관에 있어서, 바람직하게는, 상기 나선돌기부에는 다수의 홈이 형성된다.In the heat exchange tube according to the present invention, preferably, a plurality of grooves are formed in the spiral protrusion.
본 발명에 따른 열교환관에 있어서, 바람직하게는, 상기 나선돌기부는 상기 외주면으로부터 0.2 mm 이상 2.0 mm 이하의 높이로 돌출되게 형성된다.In the heat exchanger tube according to the present invention, preferably, the spiral protrusion is formed to protrude from the outer peripheral surface to a height of 0.2 mm or more and 2.0 mm or less.
본 발명의 열교환관에 따르면, 고온의 배기가스가 통과하는 경로부를 열교환관의 길이 방향으로 열교환관의 외주면을 따라 나선 형상으로 감기도록 형성함으로써, 고온의 배기가스와 열교환관의 접촉면적을 증가시켜 배기가스와 열교환관의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.According to the heat exchange tube of the present invention, the path portion through which the hot exhaust gas passes is formed to be wound in a spiral shape along the outer circumferential surface of the heat exchange tube in the longitudinal direction of the heat exchange tube, thereby increasing the contact area between the hot exhaust gas and the heat exchange tube. The heat exchange efficiency of the exhaust gas and the heat exchanger tube can be improved.
또한 본 발명의 열교환관에 따르면, 가스경로부를 형성하는 나선돌기부에 미세한 홈을 다수 형성함으로써, 배기가스와 열교환관이 접촉하는 유효 열교환 면적을 증가시켜 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, according to the heat exchange tube of the present invention, by forming a plurality of fine grooves in the spiral protrusion forming the gas path portion, it is possible to increase the effective heat exchange area in contact with the exhaust gas and the heat exchange tube to improve the heat exchange efficiency.
이하, 본 발명에 따른 열교환관의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the heat exchanger tube according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환관을 이용하는 열교환장치의 일례를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 열교환관의 확대도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절단한 단면도이고, 도 4는 도 2의 열교환관의 나선돌기부의 확대도이고, 도 5는 도 2의 열교환관 주변의 배기가스의 흐름을 나타내는 도면이다.1 is a view showing an example of a heat exchanger using a heat exchanger tube according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an enlarged view of the heat exchanger tube of Figure 1, Figure 3 is a line III-III 'of FIG. 4 is an enlarged view of the spiral protrusion of the heat exchange tube of FIG. 2, and FIG. 5 is a view illustrating the flow of exhaust gas around the heat exchange tube of FIG. 2.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 보일러용 열교환장치(100)는 버너부의 열을 공급받아 난방수를 가열하는 것으로서, 버너부(110)와, 열교환관(120)을 포함한다.1 to 5, the
상기 열교환관(120)은 원형의 파이프로서 그 내부에 난방수가 흐르며 열원인 버너부(110) 주위에 배치되는 것으로, 나선돌기부(121)와, 가스경로부(122)를 포함한다. 콘덴싱 보일러의 경우에서는 열교환관(120)이 버너부(110)의 둘레에 배치되 어 현열을 흡수할 뿐만 아니라, 배출되는 배기가스로부터 응축잠열까지 흡수할 수 있는 위치에도 배치되어 열교환 효율을 증가시키고 있다.The
상기 나선돌기부(121)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 열교환관(120)의 외주면으로부터 돌출된 형상으로, 열교환관의 길이 방향(L)으로 열교환관의 외주면을 따라 나선 형상으로 감기도록 형성된다. 나선돌기부(120)는 열교환관의 길이 방향(L)에 대하여 약 30도 이상 60도 이하의 경사각(θ)을 가지며 형성되는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 2, the
상기 나선돌기부(121)는 열교환관의 외주면으로부터 약 0.2 mm 이상 2 mm 이하의 높이로 형성되며, 바람직하게는 0.5mm 이상 1.5 mm 이하의 높이로 형성된다. 열교환관(120)을 서로 밀착시켜 상하 방향 또는 좌우 방향으로 배관할 때 나선돌기부(121)의 돌출된 높이만큼 서로 이웃하는 열교환관(120) 사이에 간극이 형성되고, 이 간극을 통해 배기가스가 통과할 수 있다. 나선돌기부(121)의 높이(H)가 0.2 mm 미만인 경우에는 배기가스의 흐름에 방해가 될 수 있고, 나선돌기부(121)의 높이(H)가 2 mm 초과인 경우에는 서로 이웃하는 열교환관(120) 사이에 간극이 너무 넓어져 후술할 가스경로부(122)의 가이드 기능이 저하될 염려가 있다.The
한편 나선돌기부(121)는 열교환기의 외주면상에서 복수 개가 배치되는데, 열교환관의 원주 방향을 따라 일정 간격 서로 이격되게 배치된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 열교환관의 길이 방향(L)과 교차하는 방향을 따라 절단한 단면을 기준으로 6개가 마련되는데, 6개 이상 12개 이하로 마련될 수 있다.Meanwhile, a plurality of
도 4에 도시된 바와 같이, 나선돌기부(121)에는 미세한 홈(123)이 다수 형성 되어 배기가스와 접촉하는 유효 열교환 면적을 증가시킨다. 열교환 면적을 증가로 인해 고온의 배기가스와 열교환관(120) 내부의 난방수와의 열교환 효율이 향상될 수 있다.As shown in FIG. 4, a plurality of
상기 가스경로부(122)는, 이웃하는 나선돌기부(121)와 그 이웃하는 나선돌기부(121) 사이의 외주면에 의해 마련되는 것으로, 이웃하는 나선돌기부(121)를 양측벽으로 하고 열교환관의 외주면을 바닥면으로 하여 구성된다. 가스경로부(122)의 형상도 나선돌기부(121)와 마찬가지로 열교환관의 길이 방향(L)으로 열교환관의 외주면을 따라 나선 형상으로 감기도록 형성된다. 따라서 도 5에 도시된 바와 같이, 열교환관(120)의 주위로 고온의 배기가스가 통과할 때 배기가스의 경로는 가스경로부(122)에 의해 가이드되고, 배기가스는 대각선 방향으로, 즉 열교환관의 길이 방향(L)과 일정 각도 경사지게 진행됨으로써(도 5의 화살표 방향으로) 열교환관(120)과 배기가스의 접촉면적이 증가하여 열교환 효율 역시 향상될 수 있다.The
열교환관의 외주면에 형성되는 나선돌기부(121)의 수량과 가스경로부(122)의 수량이 증가할수록 고온의 배기가스와 접하는 유효 열교환 면적이 증가하지만, 가스경로부가 13개 이상이 마련되는 경우 배기가스는 열교환관의 외주면을 따라 나선 궤적을 그리며 통과하지 않고, 열교환관의 길이 방향(L)과 거의 직교하는 방향으로 진행하게 된다. 따라서 배기가스와 열교환관(120)의 접촉시간이 감소하고 열교환 효율 또한 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 한편, 열교환관의 외주면에 형성되는 나선돌기부(121)의 수량과 가스경로부(122)의 수량이 5개 이하인 경우 가스경로부는 배기가스가 열교환관의 외주면을 따라 나선 궤적을 그리며 통과하도록 하는 가이드 역할을 충실히 수행할 수 없는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서 열교환관의 외주면에 형성되는 나선돌기부(121)의 수량과 가스경로부(122)의 수량은 열교환관의 길이 방향과 교차하는 방향을 따라 절단한 단면을 기준으로 각각 6개 이상 12개 이하의 범위 내로 마련되는 것이 바람직하다.As the quantity of the
상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 열교환관은, 고온의 배기가스가 통과하는 경로부를 열교환관의 길이 방향으로 열교환관의 외주면을 따라 나선 형상으로 감기도록 형성함으로써, 고온의 배기가스와 열교환관의 접촉경로 및 접촉면적을 증가시켜 배기가스와 열교환관의 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.The heat exchanger tube according to the present embodiment configured as described above is formed so as to spirally form a path portion through which the hot exhaust gas passes in a spiral shape along the outer circumferential surface of the heat exchanger tube in the longitudinal direction of the heat exchanger tube. By increasing the contact path and the contact area of the can be obtained an effect that can improve the heat exchange efficiency of the exhaust gas and the heat exchange tube.
또한 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 열교환관은, 가스경로부를 형성하는 나선돌기부에 미세한 홈을 다수 형성함으로써, 배기가스와 열교환관이 접촉하는 유효 열교환 면적을 증가시켜 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, the heat exchanger tube according to the present exemplary embodiment configured as described above may increase the effective heat exchange area between the exhaust gas and the heat exchanger tube to improve heat exchange efficiency by forming a plurality of fine grooves in the spiral protrusion forming the gas path portion. You can get the effect.
본 실시예에의 나선돌기부는, 도 4에 도시된 바와 같이, 그 단면이 사각 형상을 가지도록 구성되었으나, 사각 형상의 단면 이외에도 다각 형상 또는 라운드 형상 등 다양한 형상을 가지도록 구성될 수 있다.As shown in FIG. 4, the spiral protrusion according to the present embodiment is configured to have a square shape, but may have various shapes such as a polygonal shape or a round shape in addition to the square shape.
본 실시예에 있어서, 배기가스와의 열교환 면적을 넓히는 홈은 나선돌기부에 형성되었으나, 열교환관의 외주면에 형성될 수도 있다.In the present embodiment, the grooves for extending the heat exchange area with the exhaust gas are formed in the spiral protrusion, but may be formed on the outer circumferential surface of the heat exchange tube.
이하, 본 발명에 따른 열교환관을 이용하는 열교환관 유닛의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of a heat exchange tube unit using a heat exchange tube according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 6은 도 2의 열교환관을 이용한 열교환관 유닛의 일례의 도면이고, 도 7은 도 6의 열교환관 유닛의 확대도이고, 도 8은 잘못 구성된 열교환관 유닛의 일례를 나타내는 도면이다.FIG. 6 is a diagram of an example of a heat exchange tube unit using the heat exchange tube of FIG. 2, FIG. 7 is an enlarged view of the heat exchange tube unit of FIG. 6, and FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a heat exchange tube unit configured incorrectly.
도 6 내지 도 8에 있어서, 도 1 내지 도 5에 도시된 부재들과 동일한 부재번호에 의해 지칭되는 부재들은 동일한 구성 및 기능을 가지는 것으로서, 그들 각각에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.6 to 8, members referred to by the same reference numerals as the members shown in FIGS. 1 to 5 have the same configuration and function, and detailed descriptions thereof will be omitted.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 실시예의 열교환관 유닛(220)은, 서로 다른 방향으로 나선돌기부 및 가스경로부가 감기도록 형성된 한 쌍의 열교환관을 이용하는 것으로서, 제1열교환관(230)과, 제2열교환관(240)을 포함한다.6 to 8, the heat
상기 제1열교환관(230)은, 도 2에 도시된 열교환관과 동일하게, 열교환관의 길이 방향(L)으로 외주면을 따라 나선 형상으로 감기며 돌출되게 형성되는 복수의 나선돌기부(121)와, 이웃하는 나선돌기부(121)와 그 사이의 외주면에 의해 마련되는 가스경로부(122)를 포함한다. 제1열교환관(230)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 나선돌기부(121)와 가스경로부(122)가 오른나사 방향으로 열교환관의 외주면을 감기도록 형성된다.The first
상기 제2열교환관(240)도, 도 2에 도시된 열교환관과 동일하게, 열교환관의 길이 방향(L)으로 외주면을 따라 나선 형상으로 감기며 돌출되게 형성되는 복수의 나선돌기부(121)와, 이웃하는 나선돌기부(121)와 그 사이의 외주면에 의해 마련되는 가스경로부(122)를 포함한다. 제2열교환관(240)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 나선돌기부(121)와 가스경로부(122)가 감기는 방향이 제1열교환관(230)과 반대이 며, 나선돌기부(121)와 가스경로부(122)가 왼나사 방향으로 열교환관의 외주면을 감기도록 형성된다.Similarly to the heat exchanger tube illustrated in FIG. 2, the second
본 실시예의 열교환관 유닛(220)은, 제1열교환관(230)과 제2열교환관(240)이 상하 방향으로 적층되는 것을 특징으로 한다. 가스경로부(122)의 형성 방향이 서로 다른 제1열교환관(230)과 제2열교환관(240)을 서로 접하도록 배치하면, 접하는 지점에서의 제1열교환관의 가스경로부(122)와 제2열교환관의 가스경로부(122)는 배기가스를 동일한 방향으로 가이드함으로써 제1열교환관(230)과 제2열교환관(240)의 사이를 통과하는 배기가스를 원활하게 통과시킬 수 있다.The heat
도 8을 참조하면, 오른나사 방향으로 가스경로부(122)가 형성된 제1열교환관(230) 한 쌍이 상하 방향으로 적층된다. 배기가스가 상측 제1열교환관(230)과 하측 제1열교환관(230)의 사이로 통과하는 과정에서, 진행 경로 상에서 상측 제1열교환관(230)과 부딪히는 배기가스는 상측 제1열교환관(230)의 가스경로부(122)에 의해 그 진행 경로가 가이드되어 화살표(A1)로 표시된 바와 같이 우측 하방으로 진행하면서 열교환관들의 틈새를 통과하고, 진행 경로 상에서 하측 제1열교환관(230)과 부딪히는 배기가스는 하측 제1열교환관(230)의 가스경로부(122)에 의해 그 진행 경로가 가이드되어 화살표(A2)로 표시된 바와 같이 좌측 상방으로 진행하면서 열교환관들의 틈새를 통과한다. 이 때 상측 제1열교환관(230)의 가스경로부(122)에 의해 통과하는 배기가스와 하측 제1열교환관(230)의 가스경로부(122)에 의해 통과하는 배기가스가 서로 충돌하게 되어 배기가스의 통과속도가 저하된다. 열전달계수(heat transfer coefficient, h)는 배기가스의 통과속도와 비례하는데, 배기가스 의 낮은 통과속도로 인해, 배기가스와 열교환관의 열교환 효율이 떨어지는 문제가 발생한다.Referring to FIG. 8, a pair of first
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 오른나사 방향으로 가스경로부(122)가 형성된 제1열교환관(230)과 왼나사 방향으로 가스경로부(122)가 형성된 제2열교환관(240)이 상하 방향으로 접하도록 적층되면, 진행 경로 상에서 상측의 제1열교환관(230)과 부딪히는 배기가스는 제1열교환관(230)의 가스경로부(122)에 의해 그 진행 경로가 가이드되어 화살표(A1)로 표시된 바와 같이 우측 하방으로 진행하면서 열교환관들의 틈새를 통과하고, 진행 경로 상에서 하측의 제2열교환관(240)과 부딪히는 배기가스는 제2열교환관(240)의 가스경로부(122)에 의해 그 진행 경로가 가이드되어 화살표(A3)로 표시된 바와 같이 우측 상방으로 진행하면서 열교환관들의 틈새를 통과한다. 따라서 제1열교환관(230)의 가스경로부(122)에 의해 통과하는 배기가스와 제2열교환관(240)의 가스경로부(122)에 의해 통과하는 배기가스는 동일한 방향을 향해 합류하기 때문에 배기가스의 통과속도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.On the other hand, as shown in Figure 7, the first
상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 열교환관 유닛은, 서로 다른 방향으로 형성된 가스경로부를 가지는 한 쌍의 열교환관을 접하도록 배치함으로써, 열교환관들의 틈새를 통과하는 배기가스의 통과속도가 저하되는 것을 방지하고, 이를 통해 배기가스와 열교환관의 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.The heat exchanger tube unit according to the present embodiment configured as described above is arranged to contact a pair of heat exchanger tubes having gas path portions formed in different directions, whereby the passage speed of the exhaust gas passing through the gaps of the heat exchanger tubes is decreased. It can be prevented, and through this it is possible to obtain the effect of improving the heat exchange efficiency of the exhaust gas and the heat exchange tube.
한편, 도 9는 도 2의 열교환관을 이용한 열교환관 유닛의 다른 일례의 도면 이고, 도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ'선을 따라 절단한 단면도이고, 도 11은 도 9의 열교환관 유닛의 열교환 상태를 정량적으로 표시한 것이고, 도 12는 종래의 열교환관 유닛의 열교환 상태를 정량적으로 표시한 것이다.9 is a view of another example of the heat exchange tube unit using the heat exchange tube of FIG. 2, FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII 'of FIG. 9, and FIG. 11 is a view of the heat exchange tube unit of FIG. 9. The heat exchange state is displayed quantitatively, and FIG. 12 shows the heat exchange state of the conventional heat exchange tube unit quantitatively.
도 9 내지 도 12에 있어서, 도 1 내지 도 8에 도시된 부재들과 동일한 부재번호에 의해 지칭되는 부재들은 동일한 구성 및 기능을 가지는 것으로서, 그들 각각에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.In FIGS. 9 to 12, members referred to by the same reference numerals as the members illustrated in FIGS. 1 to 8 have the same configuration and function, and detailed descriptions thereof will be omitted.
본 실시예의 열교환관 유닛(320)은 버너부(110)를 중심으로 하여 열교환관을 서로 다른 반경을 형성하며 나선 형태로 감기도록 배치함으로써 배기가스로부터의 열회수율을 증가시킬 수 있는 것으로서, 제1둘레부(321)와, 제2둘레부(322)를 포함한다.The heat
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1둘레부(321)는, 버너부의 중심축(C)을 기준으로 제1반경(R1)을 형성하며 나선 형태로 감기는 제1열교환관(230)과, 제1열교환관(230)의 상측 또는 하측에서 접하면서 버너부의 중심축(C)을 기준으로 제1반경(R1)을 형성하며 나선 형태로 감기는 제2열교환관(240)을 구비한다.As shown in FIG. 1, the first
상기 제2둘레부(322)는 버너부(110)를 중심으로 제1둘레부(321)의 외측에서 제1둘레부(321)를 감싸도록 형성된다. 제2둘레부(322)는 버너부의 중심축(C)을 기준으로 제1반경(R1)보다 큰 제2반경(R2)을 형성하며 나선 형태로 감기는 제1열교환관(230)과, 제1열교환관(230)의 상측 또는 하측에서 접하면서 버너부의 중심축(C)을 기준으로 제2반경(R2)을 형성하며 나선 형태로 감기는 제2열교환관(240)을 구비한다.The
이 때 제1둘레부(321)와 제2둘레부(322)를 구성하는 열교환관(230,240)들을 서로 연통시킴으로써, 저온의 난방수가 외측에 배치된 제2둘레부(322)의 제1열교환관(230) 및 제2열교환관(240)을 통과하면서 데워지고, 이후 내측에 배치된 제1둘레부(321)의 제1열교환관(230) 및 제2열교환관(240)을 통과하면서 데워지게 된다.At this time, by communicating the
도 10에 도시된 바와 같이, 제1둘레부의 열교환관들과 제2둘레부의 열교환관들을 배치할 때, 제1둘레부(321)의 제1열교환관(230)과 제2열교환관(240)이 접하는 위치(P1)와 제2둘레부(322)의 제1열교환관(230) 또는 제2열교환관(240)의 중심 위치(P2)가 수평이 되도록, 제1둘레부(321)의 열교환관들과 제2둘레부(322)의 열교환관들을 배치하는 것이 바람직하다. 버너부(110)에서 발생된 배기가스가 제1둘레부(321)의 내측에서 제2둘레부(322)의 외측으로 진행하는 과정에서 위와 같은 열교환관의 배치 상태로 인해 배기가스의 진행 경로가 지그재그 형태로 형성될 수 있다(도 10의 화살표 참조). 따라서 제1둘레부(321)와 제2둘레부(322)를 통과하는 배기가스의 진행 경로가 길게 형성됨으로써, 배기가스와 열교환관의 접촉면적 및 접촉경로가 증가하여 열교환 효율이 향상될 수 있다.As shown in FIG. 10, when arranging the heat exchanger tubes of the first peripheral portion and the heat exchanger tubes of the second peripheral portion, the first
도 11은 본 실시예의 열교환관 유닛의 열교환 상태를 정량적으로 표시한 것으로서, 6개의 나선돌기부(121)와 가스경로부(122)를 구비하는 열교환관이 서로 다른 반경으로 3중으로 배치된다. 각 둘레부는 오른나사 방향으로 외주면을 따라 나선 형상으로 형성된 가스경로부(122)를 가지는 제1열교환관(230)과 왼나사 방향으로 외주면을 따라 나선 형상으로 형성된 가스경로부(122)를 가지는 제2열교환관(240)이 상하 방향으로 접하도록 배치된다.11 is a quantitative display of the heat exchange state of the heat exchanger tube unit of the present embodiment, in which a heat exchanger tube having six
도 12는 종래의 열교환관 유닛의 열교환 상태를 정량적으로 표시한 것으로서, 본 실시예의 열교환관과 동일한 직경을 가지며 나선돌기부 및 가스경로부가 없는 원형의 열교환관이 3중으로 배치된다. 여기서 열교환관들 사이의 간격은 도 11의 열교환관들 사이의 간격과 동일하다.12 is a quantitative display of the heat exchange state of a conventional heat exchanger tube unit, in which a circular heat exchanger tube having the same diameter as the heat exchanger tube of this embodiment and having no spiral protrusion and gas path portion is disposed in three. Here, the spacing between the heat exchange tubes is equal to the spacing between the heat exchange tubes of FIG. 11.
도 11 및 도 12의 실험예에서 열교환관 사이를 통과하는 배기가스의 온도는 1073K로 하였고, 유량은 75m3/h으로 하였다. 또한, 열교환관을 통해 이송되는 난방수의 온도는 300K로 하였고, 유량은 1L/min 으로 하였다.In the experimental examples of FIGS. 11 and 12, the temperature of the exhaust gas passing between the heat exchange tubes was 1073 K, and the flow rate was 75 m 3 / h. In addition, the temperature of the heating water conveyed through the heat exchanger tube was 300K, and the flow rate was 1L / min.
전산유체역학을 이용하여 계산한 결과, 도 11의 본 실시예의 열교환관 유닛(320)의 총전열량은 5.95 kW이고, 도 12의 종래의 열교환관 유닛의 총전열량은 3.25 kW로 계산되었다. 나선돌기부 및 가스경로부를 가지는 열교환관으로 구성된 열교환관 유닛(320)의 전열량이 종래의 열교환관 유닛의 전열량보다 약 80%가 더 향상됨을 알 수 있다.As a result of calculation using computational fluid dynamics, the total heat transfer amount of the heat
상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 열교환관 유닛은, 버너부를 중심으로 여러 겹의 열교환관을 배치함으로써, 열교환장치의 내측에서 외측으로 배출되는 배기가스와 열교환관의 접촉면적 및 접촉경로가 증가하여 열교환 효율이 향상될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In the heat exchanger tube unit according to the present embodiment configured as described above, by arranging several heat exchanger tubes around the burner part, the contact area and the contact path between the exhaust gas discharged from the inside of the heat exchanger to the outside and the heat exchanger tube are increased. Thus, an effect of improving heat exchange efficiency may be obtained.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, but may be embodied in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. Without departing from the gist of the invention claimed in the claims, it is intended that any person skilled in the art to which the present invention pertains falls within the scope of the claims described in the present invention to various extents which can be modified.
이 발명을 지원한 국가연구개발사업은 "지식경제부"의 지원사업으로, 과제고유번호는 "MM9350"이고, 연구사업명은 "전략기술개발사업 고효율 친환경 가정용 콘덴싱 가스보일러 개발"이며, 연구과제명은 "시스템 인테그레이션 및 요소부품 개발"이고, "한국기계연구원"의 주관으로 "2006년 11월 1일부터 2009년 10월 31일"까지 수행된다.The national research and development project that supported this invention is a support project of "Ministry of Knowledge Economy", the project unique number is "MM9350", and the research project name is "Strategic technology development project, high efficiency eco-friendly condensing gas boiler development". System Integration and Development of Element Components ", and will be carried out from" November 1, 2006 to October 31, 2009 "under the supervision of" Korea Institute of Machinery and Materials ".
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환관을 이용하는 열교환장치의 일례를 도시한 도면이고,1 is a view showing an example of a heat exchanger using a heat exchanger tube according to an embodiment of the present invention,
도 2는 도 1의 열교환관의 확대도이고,2 is an enlarged view of the heat exchanger tube of FIG. 1,
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절단한 단면도이고,3 is a cross-sectional view taken along line III-III 'of FIG. 2,
도 4는 도 2의 열교환관의 나선돌기부의 확대도이고,4 is an enlarged view of the spiral protrusion of the heat exchanger tube of FIG. 2;
도 5는 도 2의 열교환관 주변의 배기가스의 흐름을 나타내는 도면이고,5 is a view showing the flow of exhaust gas around the heat exchange tube of FIG.
도 6은 도 2의 열교환관을 이용한 열교환관 유닛의 일례의 도면이고,6 is a view of an example of a heat exchanger tube unit using the heat exchanger tube of FIG. 2,
도 7은 도 6의 열교환관 유닛의 확대도이고,7 is an enlarged view of the heat exchanger tube unit of FIG. 6,
도 8은 잘못 구성된 열교환관 유닛의 일례를 나타내는 도면이고,8 is a view showing an example of a misconfigured heat exchanger tube unit,
도 9는 도 2의 열교환관을 이용한 열교환관 유닛의 다른 일례의 도면이고,9 is a view of another example of a heat exchanger tube unit using the heat exchanger tube of FIG. 2,
도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ'선을 따라 절단한 단면도이고,10 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII 'of FIG. 9,
도 11은 도 9의 열교환관 유닛의 열교환 상태를 정량적으로 표시한 것이고,11 is a quantitative display of the heat exchange state of the heat exchange tube unit of FIG.
도 12는 종래의 열교환관 유닛의 열교환 상태를 정량적으로 표시한 것이다.12 quantitatively displays the heat exchange state of a conventional heat exchange tube unit.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100: 열교환장치 110: 버너부100: heat exchanger 110: burner unit
120: 열교환관 121: 나선돌기부120: heat exchange tube 121: spiral protrusion
122: 가스경로부 220: 열교환관 유닛122: gas path portion 220: heat exchange tube unit
230: 제1열교환관 240: 제2열교환관230: first heat exchanger tube 240: second heat exchanger tube
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