KR20110019174A - 보일러의 응축형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보일러의 응축형 열교환기에 관한 것으로, 주름관을 사용해 전열면적을 확장하고, 서로 다른 방향의 나선형 공급관의 양끝단부가 동일한 높이에서 헤더브라켓에 고정되어 입출구부와 결합되어 부품수를 감소하고 열교환 효율을 증대시키도록 발명된 것이다.

본 발명의 구성은, 케이싱(10)의 내부에 버너(22)가 설치되어 연소가스가 케이싱의 축방향으로 배출되면서 발생되는 연소열로 버너(22)의 외측으로 구비되는 공급관(40) 내부의 물을 가열하여 난방수 또는 온수로 제공하고, 상기 케이싱(10) 양끝단부에는 차단캡(20)(30)이 케이싱(10)에 고정되어 구성된 열교환기(100)에 있어서;

상기 공급관(40)은 장축과 단축을 가지도록 장타원 형상으로 압착하여 내측공급관(41a)과 외측공급관(41b)으로 각각 분리시켜 그 감김 방향을 서로 다르게 코일형상으로 권취시키고,

상기 외측공급관(41b)의 양단부가 각각 굴곡되어 내측공급관(41a)의 양 끝단 굴곡부(B)와 동일한 높이에서 헤더브라켓(50)에 고정되도록 하는 S굴곡부(S)가 형성되는 것이다.

응축형 열교환기, 내측공급관, 외측공급관, 주름관, S굴곡부, 헤더브라켓,

Description

보일러의 응축형 열교환기 {The heat exchanger system by a condensing type boiler}

본 발명은 보일러의 응축형 열교환기에 관한 것으로, 더 상세하게는 소형 사이즈로 넓은 전열면적을 확보하여 고효율을 발휘할 수 있도록 함과 아울러, 내식성과 가공성이 우수한 스테인레스재의 주름관을 사용해 내구성과 에너지 효율을 높여 보다 경제적인 이익을 줄 수 있도록 발명된 것이다.

열교환기는 가스 또는 기타의 연료를 연소시켜, 여기서 발생되는 연소열로 열교환기 내부를 통과하는 공급관을 가열해, 그 내부에 흐르는 작업유체와 열교환되면서 난방수 및 온수를 얻는 것이다.

대부분의 열교환기는 소정 용적을 갖도록 제작된 함체내에 원형의 공급관을 적층형태로 배치하되, 그 내부로 작업유체가 흐르도록 형성하고, 상기 열교환기의 상부 및 하부에 버너부를 설치시켜 발생 되는 연소열로 열교환 시키는 구성으로 되어 있다.

열교환기의 내부에서 연소열이 열교환 되면, 온도가 낮아지면서 산화물질이 함유된 응축수가 발생하게 되고, 연소가스와 응축수는 케이싱에 구성된 배출구를 따라 외부로 배출된다.

그러나, 기존의 열교환기는 소정용적을 갖도록 제작된 함체내에 일반적인 원형의 공급관을 이용하여 롤링 후 압착, 또는 롤링만하여 배열하는 구조로 구성되어 있으며, 공급관 사이의 간격유지를 위하여 돌기 및 별도부재를 추가삽입하는 구조로 구성되어 있다.

공급관의 경우 그 조립체의 강성이 강하여 원형 형상으로 조립체를 구성한 후 공급관의 양쪽 끝단만을 케이싱에 고정해 열교환기를 구성하고 있었다.

그러나, 종래와 같이 표면이 매끈한 파이프로 된 공급관 구조는 그 표면적이 작아 고온의 연소열을 모두 열교환하지 못하는 폐단이 있었다.

또, 고온의 연소열에 맞는 전열면적확보를 위해서는 상기 공급관의 사이즈가 커져 대형화되었고 이에 따라 제조공정이 복잡하게 되는 어려움이 있었다.

즉, 열교환 성능 및 열교환 효율을 극대화하기 위해서 내부구성이 복잡하여 제작이 용이하지 못한 문제점이 있었다.

따라서, 일반 공급관보다 단위 길이당 전열면적이 증가된 주름관을 이용하게 되었지만, 주름관은 고정밀도 형상의 제품 및 압력에 대한 신축, 팽창의 변화폭이 크고 강성이 약하다는 단점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하여 내식성이 강한 스테인레스 재질로 주름관을 형성해 전열면적을 확장시켜 열교환기를 소형화할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은, 서로 다른 방향의 나선형으로 성형된 내측공급관과 외측공급관을 동일한 높이에서 끝단부가 헤더브라켓에 설치되게 외측공급관의 양끝단부를 내측공급관의 끝단과 동일한 높이에서 내측으로 휘어져 다시 입,출구부 방향으로 휜 S자 형태로 형성시킨 보일러의 응축형 열교환기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 내측공급관과 외측공급관의 양끝단부가 서로 동일한 높이에서 헤더브라켓에 용접고정하고, 입,출구부와 체결고정되어 제작이 용이하고 연소가스 누출이 방지되도록 한 보일러의 응축형 열교환기를 제공하는 데 있다.

이러한 본 발명의 목적은, 케이싱(10)의 내부에 버너(22)가 설치되어 연소가스가 케이싱의 축방향으로 배출되면서 발생되는 연소열로 버너(22)의 외측으로 구비되는 공급관(40) 내부의 물을 가열하여 난방수 또는 온수로 제공하고, 상기 케이싱(10) 양끝단부에는 차단캡(20)(30)이 케이싱(10)에 고정되어 구성된 열교환기(100)에 있어서;

상기 공급관(40)은 장축과 단축을 가지도록 장타원 형상으로 압착하여 내측공급관(41a)과 외측공급관(41b)으로 각각 분리시켜 그 감김 방향을 서로 다르게 코 일형상으로 권취시키고,

상기 외측공급관(41b)의 양단부가 각각 굴곡되어 내측공급관(41a)의 양 끝단 굴곡부(B)와 동일한 높이에서 헤더브라켓(50)에 고정되도록 하는 S굴곡부(S)가 형성되는 것에 의해 달성된다.

이러한 본 발명의 구성에 의하면, 단열면적이 큰 주름관을 다수개 이용하면서도 동일한 입출구부 갖게 하여 케이싱 크기를 소형화하면서, 열교환 효율의 상승과, 열교환기의 제조 공정을 간단히 할 수 있다.

또, 공급관의 양끝단부가 동일한 높이에서 헤더브라켓에 용접되고 헤더브라켓은 케이싱 벽면에 밀착되어 연소가스가 누출되는 것을 방지하게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 응축형 열교환기의 분해 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 응축형 열교환기가 조립된 상태를 도시한 전단면도이다.

도 3은 본 발명의 공급관을 분해하여 도시한 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 공급관이 조립된 상태를 도시한 평면도이다.

도 5는 본 발명에 공급관의 결합상태를 도시한 확대 단면도이다.

도 6은 본 발명의 공급관(40)이 주름관 형태로 성형되는 과정을 도시한 사시도이다.

본 발명인 응축형 열교환기의 공급관 결합구조는, 스테인레스재의 주름관을 사용한 복수개의 공급관이 케이싱 내측으로 설치되고, 공급관 양끝단이 동일한 높이에서 입,출구부와 체결되도록 하여 열교환 효율증대와 부품 수를 감소시켜 열교환기를 소형화시키도록 한 것이다.

보일러의 케이스 내부에 장착되는 열교환기는 공급관(40)이 도 6에서와 같이 코일형으로 권취되는데, 보일러의 조립상태에서 그 상측 내부에는 버너(22)가 위치된다.

버너(22)는 속이 빈 원통형으로 도시하지 않은 공급관으로부터 가스와 공기가 혼합된 상태로 내부로 공급받아 도시하지 않은 점화플러그에서 스파크를 발생시켜 혼합 공기가 연소되면서 원통 외부에서 화염이 형성되며 연소열을 생성하게 된다.

이 버너(22)는 버너고정대에 고정된 상태로 상부캡(20)에 체결 고정한다.

상기 상부캡(20)은 중앙부에 홀을 형성하고 그 외측에 버너고정대가 끼워진 상태에서 원통형의 케이싱(10) 상부에 끼워진 후 내부가 밀폐되도록 고정된다.

또, 케이싱(10)의 하부에도 하부캡(30)으로 밀폐 고정되며, 패킹에 의해 기밀을 유지한 상태로 단열재(1)에 의해 열기가 상하 상부캡(20)과 하부캡(30)을 통해 바로 방출되는 것을 차단하게 된다.

하부캡(30)에는 돌출부(31)를 수개 형성하여, 하측 단열재(1)를 받치는 받침 판(2)의 사이 틈새로 연소가스가 안내되는 유도통로를 형성하게 된다.

따라서, 버너(22)에서 발생된 고온의 연소열은 열교환기의 상부와 하부가 차단되어 있으므로 주름관으로 코일형으로 권취된 공급관(40)의 틈새를 통해 케이싱(10)의 내측벽으로 이동된다.

하부캡(30)에는 케이싱(10)의 외측으로 접속구(32)가 마련되어, 이 접속구(32)에 도시하지 않은 배기관이 접속된다.

배기관에는 연소가스와 응축수를 외부로 보다 원활하게 배출하기 위한 드레인용 팬이 장착되어 버너(22)의 연소열이 내측공급관(41a)과 외측공급관(41b)을 통과하면서 열교환이 이루어지도록 한 후 케이싱(10) 내측벽으로 유도한 후 하부캡(30)을 향해 흡입시킨 다음 접속구(32)에 연결된 배기관을 통해 강제 배기시키는 것이다.

한편, 케이싱(10)에는 도 3 및 도 5에서와 같이 내측을 행해 간격유지돌기(11)들을 복수개 돌출 성형하여 공급관(40)의 외측공급관(41b)과 간격유지돌기(11)가 접촉하도록 하여 공급관(40)의 유동을 방지하게 된다.

여기서 케이싱(10)의 내측으로 돌출 형성되는 간격유지돌기(11)는 적어도 3개이상으로 설치되는데, 바람직 하게는 간격유지돌기(11)가 120ㅀ씩 분할된 위치에서 3개가 각각 동일 크기로 돌출하여 그 내부로 조립되는 원통형의 공급관(40)의 조립위치가 동심을 이루도록 가이드하는 것이다.

이 간격유지돌기(11)는 도면에서와 같이 케이싱(10)의 상부에서 하부로 일체로 돌출 성형하는 것이다.

그러나, 이 간격유지돌기(11)는 도시하지는 않았지만 케이싱(10)의 상부에서 하부로 별도의 간격유지부재가 고정 부착되어도 무방함을 밝혀둔다.

간격유지돌기(11)는 케이싱(10)을 프레스로 성형하는 과정에서 상부금형과 하부금형의 설계에 의해 동시 성형되는데, 제작성과 공급관(40)의 조립시에 보다 원활한 공정을 위해 간격유지돌기(11)의 끝단부와 케이싱(10)의 각 경계부에는 라운드를 주게 된다.

따라서, 케이싱(10) 내부로 공급관(40)을 조립할 때 동심으로 그 조립위치를 정확의 안내함과 아울러, 도 4에서와 같이 케이싱(10)과 공급관(40) 사이에 일정한 간격을 형성하여 연소가스 및 연소열의 배출이 균일하게 유도될 수 있도록 하는 것이다.

이러한, 케이싱(10)의 간격유지돌기(11)는 공급관(40)의 조립시에 가이드 역할 은 물론, 공급관(40)의 유동방지를 위한 고정 역할과, 공급관(40)의 내부압력 상승시 팽창을 방지할 수 있는 것이다.

본 발명에서 공급관(40)은 내측공급관(41a)과 외측공급관(41b)으로 분리 구성되는데, 도 6에서와 같이 스테인레스재의 주름관으로 된 것을 코일형으로 권취시켜 직경이 작은 내측공급관(41a)과 이보다 직경이 큰 외측공급관(41b)으로 2중관으로 제작하게 된다.

이때, 내측공급관(41a)과 외측공급관(41b)은 모두 주름관을 눌러 장축과 단축으로 이루어진 장타원 형상으로 압착시킨 후 서로 다른 나선 방향을 갖으며 코일형으로 성형하게 되며, 내측과 외측 2중으로 형성된 상태에서 양 끝단부가 헤더브 라켓(50)에 동일 수평위치에서 접속하게 된다.

따라서, 버너의 연소열이 압착되어 상, 하부면이 비교적 수평에 가깝게 압착된 내측공급관(41a)과 외측공급관(41b)의 틈새로 이동될 때 그 열교환에 필요한 표면적을 향상시킬 수 있는 것이다.

또한 내측공급관(41a)과 외측공급관(41b)이 상하로 적층된 상태에서 주름의 골과 산에 의해 틈새가 형성되므로, 이 틈새를 통해 연소열 및 배기 가스가 통과할 수 있는 것이다.

상기와 같이 형성된 내측공급관(41a)과 외측공급관(41b)은 양 끝단부가 동일 높이에서 헤더브라켓(50)에 고정된다.

헤더브라켓(50)은 케이싱(10)의 내측면에 위치된 상태에서 외부로부터 순환관을 접속하기 위한 출입니플(60)(61)에 각각 밀착된 후 기밀유지용 패킹을 사이에 두고 나사 등으로 출입니플(60)(61)과 헤더브라켓(50)을 연결하게 된다.

출입니플(60)(61)에는 온수관 또는 난방관이 각각 접속되어 하측 출입니플(60)로부터 유입된 물이 내측공급관(41a)과 외측공급관(41b)을 따라 상측의 출입니플(61)로 이동되면서 연소열에 의해 열교환 된 후 가열된 온수가 난방수 등으로 사용되도록 배관하는 것이다.

판형상으로 된 헤더브라켓(50)이 공급관(40)의 중심에 축직각방향으로 위치된 상태에서 내측공급관(41a)과 외측공급관(41b)의 양단부가 각각 헤더브라켓(50)을 향해 굴곡부(B)와 S굴곡부(S)를 각각 절곡시켜야 한다.

특히 외측공급관(41b)은 내측공급관(41a)의 끝단부와 동일한 높이를 유지하 기 위하여 대략 영문자 'S'자 형태로 큰 곡선을 그리는 S굴곡부(S)를 성형하게 된다.

한편, 상기 공급관(40)은 외측공급관(41b)과 내측공급관(41a)의 두 개로 구성되어도 무방하나, 도면에서와 같이 내측공급관(41a)의 내부로 또 다른 중앙공급관(41c)이 배관될 수도 있다.

이 중앙공급관(41c)도 스테인레스와 같이 내부식성이 우수한 파이프재로 코일형으로 권취한 후 그 양 끝단부는 헤더브라켓(50)의 중앙측에 끼워져 용접으로 기밀을 유지한 상태로 고정하게 된다.

중앙공급관(41c)은 주름관이 아닌 표면이 매끄러운 파이프부재로 선택하여도 무방하다.

이러한 본 발명의 구성에 의하면, 주름관을 이용하여 컴팩트한 실린더형 응축형 열교환기 어셈블리를 제공할 수 있다.

또, 제조 공정이 간단하고 열효율이 우수하여 보다 저렴한 가격으로 공급이 가능할 뿐만 아니라, 에너지 절감으로 인하여 사용자로 하여금 경제적인 이익을 줄 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 응축형 열교환기의 분해 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 응축형 열교환기가 조립된 상태를 도시한 전단면도.

도 3은 본 발명의 공급관을 도시한 분해 사시도.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 공급관의 조립상태를 도시한 평면도.

도 5는 본 발명에 공급관의 결합상태를 도시한 일부 확대 단면도.

도 6은 본 발명의 공급관이 주름관 형태로 성형되는 과정을 도시한 사시도.

*도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 - 케이싱 11 - 간격유지돌기

20 - 상부캡 22 - 버너

30 - 하부캡 31 - 돌출부

32 - 접속구 40 - 공급관

41a - 내측공급관 41b - 외측공급관

41c - 중앙공급관 50 - 헤더브라켓

60, 61 - 출입니플 100 - 열교환기

Claims (8)

1. 케이싱(10)의 내부에 버너(22)가 설치되어 연소가스가 케이싱의 축방향으로 배출되면서 발생되는 연소열로 버너(22)의 외측으로 구비되는 공급관(40) 내부의 물을 가열하여 난방수 또는 온수로 제공하고, 상기 케이싱(10) 양끝단부에는 차단캡(20)(30)이 케이싱(10)에 고정되어 구성된 열교환기(100)에 있어서;

   상기 공급관(40)은 장축과 단축을 가지도록 장타원 형상으로 압착하여 내측공급관(41a)과 외측공급관(41b)으로 각각 분리시켜 그 감김 방향을 서로 다르게 코일형상으로 권취시키고,

   상기 외측공급관(41b)의 양단부가 각각 굴곡되어 내측공급관(41a)의 양 끝단 굴곡부(B)와 동일한 높이에서 헤더브라켓(50)에 고정되도록 하는 S굴곡부(S)가 형성되는 것을 특징으로 한 보일러의 응축형 열교환기.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 공급관(40)은 내측공급관(41a)의 내부로 중앙공급관(41c)을 더 구비하여 헤더브라켓(50)에 끼워 접속하는 것을 특징으로 한 보일러의 응축형 열교환기.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 공급관(40)은 내측공급관(41a)과 외측공급관(41b) 은 주름관으로 성형됨을 특징으로 한 응축형 열교환기.
4. 청구항 1 내지 청구항 3중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급관(40)을 감싸는 케이싱(10)에는 공급관(40)과의 설치 간격을 일정하게 유지하기 위한 간격유지돌기(11)가 돌출 성형됨을 특징으로 한 응축형 열교환기.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 간격유지돌기(11)는 120ㅀ씩 분할된 각도에서 3개가 각각 동일 크기로 돌출하여 그 내부로 조립되는 원통형의 공급관(40)의 조립위치가 동심을 이루도록 가이드하는 것을 특징으로 한 응축형 열교환기.
6. 청구항 4에 있어서, 상기 간격유지돌기(11)의 끝단부와 케이싱(10)의 각 경계부에는 라운드를 형성하는 것을 특징으로 한 응축형 열교환기.
7. 청구항 4에 있어서, 상기 간격유지돌기(11)는 케이싱(10)의 끝단부에서 반대끝단부로 길게 돌출 성형됨을 특징으로 한 응축형 열교환기의 케이스.
8. 청구항 4에 있어서, 상기 간격유지돌기(11)는 케이싱(10)의 끝단부에서 반대끝단부로 별도의 부재가 고정 부착되는 것을 특징으로 한 응축형 열교환기의 케이스.

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