KR20140051525A - 더미 관을 갖는 응축 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 더미 관을 갖는 응축 열교환기에 관한 것으로, 특히 복수개의 응축 열교환관들을 물집으로 연결하여 물이 순환하는 동안 응축 잠열을 회수하고, 또한 물집을 관통하는 더미 관을 응축 열교환관들 사이에 배치하여 물집에 가해지는 압력을 분산시키고 물의 원활한 유동을 안내하는 더미 관을 갖는 응축 열교환기에 관한 것이다.

Description

더미 관을 갖는 응축 열교환기{Condensation heat exchanger having dummy pipe}
본 발명은 더미 관을 갖는 응축 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개의 응축 열교환관들을 물집으로 연결하여 물이 순환하는 동안 응축 잠열을 회수하고, 또한 물집을 관통하는 더미 관을 응축 열교환관들 사이에 배치하여 물집에 가해지는 압력을 분산시키고 물의 원활한 유동을 안내하는 더미 관을 갖는 응축 열교환기에 관한 것이다.
열교환기는 서로 온도가 다른 가열 유체와 피가열 유체를 교차시켜 열전달이 이루어지게 하는 것으로, 보일러 및 공기 조화기를 포함한 그 외 다양한 냉난방 장치에서 난방, 공기조화, 동력발생, 냉각 및 폐열회수용 등으로 널리 사용된다.
특히, 콘덴싱 보일러는 도 1에 도시된 바와 같이 연료의 연소시 발생하는 화염 및 연소가스와 현열 열교환이 이루어지는 현열교환기(1) 및 연소가스와 잠열 열교환이 이루어지는 잠열교환기(2)를 사용한다.
한편, 한국등록특허 제390521호 및 한국등록특허 제386717호 등에서는 이상과 같은 열교환기의 크기를 줄일 수 있도록 열교환기 몸체에 열교환 파이프들을 배치하고, 열교환기 몸체의 외측면에 구비된 물집 혹은 그와 유사한 부품(이하, '물집'이라 함)으로 상기 열교환 파이프들을 연결한 구성을 제안하였다.
그러나, 이상과 같은 종래 기술에 의하면 복수개의 열교환 파이프들이 동시에 물집에 연결되어 있어서 열교환 파이프에서 물집을 향해 유동하는 물에 의한 압력이 커지고, 그에 따라 물집이 변형되거나 이탈되는 등의 고장이 발생하였다.
또한, 이상과 같이 물집으로 열교환 파이프를 연결하면 각 물집마다 복수개의 열교환 파이프로부터 물이 동시에 유입되어 물의 흐름이 원활하지 못하고 물집내 물의 흐름도 하나뿐이어서 물의 순환 시간이 느려진다. 따라서, 조속하게 온수나 난방수를 공급하지 못하게 된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 복수개의 응축 열교환관들을 물집으로 연결하여 물이 순환하는 동안 응축 잠열을 회수하고, 물집을 관통하는 더미 관을 응축 열교환관들 사이에 배치하여 물집에 가해지는 압력을 분산시키고 물의 원활한 유동을 안내하는 더미 관을 갖는 응축 열교환기를 제공하고자 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 더미 관을 갖는 응축 열교환기는 상하부가 개방되도록 측판들로 둘러싸인 열교환기 몸체와; 서로 마주보는 상기 열교환기 몸체의 측판에 관통하여 끼워지고, 고온의 연소가스가 통과하는 간격을 갖도록 밀집된 복수개의 응축 열교환관과; 상기 열교환기 몸체의 측판 외면에 조립되고, 상기 응축 열교환관들을 서로 연결시켜 상기 응축 열교환관들을 통해 물이 유동하게 하는 복수개의 물집; 및 상기 응축 열교환관 사이에 배치되며, 서로 마주보는 상기 열교환기 몸체의 측판과 물집을 관통하여 설치된 더미 관(dummy pipe);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 응축 열교환관은 각각 복수개의 응축 열교환관을 포함하며 서로 이격된 복수개의 열교환관 그룹으로 이루어지고; 상기 물집은 상기 열교환관 그룹들을 서로 연결하며; 상기 더미 관은 상기 열교환관 그룹들 중 어느 하나 이상의 열교환관 그룹에 배치;되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 더미 관은 상기 열교환관 그룹의 중심부에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명에 의하면 열교환기 몸체에 수평하게 설치된 복수개의 응축 열교환관들을 물집으로 연결하여 물이 순환하는 동안 응축 잠열을 회수한다. 따라서, 열교환핀 없는 응축 열교환관들로만 응축 잠열을 회수할 수 있게 한다.
또한, 본 발명은 물집을 관통하는 더미 관을 응축 열교환관들 사이에 배치한다. 따라서, 더미 관이 물집에 가해지는 압력을 분산시키고 물의 원활한 유동을 안내한다.
도 1은 종래 기술에 따른 열교환기를 채택한 콘덴싱 보일러를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 더미 관을 갖는 응축 열교환기의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 더미 관을 갖는 응축 열교환기의 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 더미 관을 갖는 응축 열교환기의 정면도 및 A-A 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 더미 관을 갖는 응축 열교환기에 대해 설명한다.
다만, 이하에서는 버너가 설치된 방향을 상측으로 정하고 그 반대측을 하측으로 정하나, 버너의 설치 위치에 따라 상하 방향이 바뀔 수 있음은 자명하다.
또한, 이하에서는 입수구와 출수구를 특정하나 설계 변경에 의해 물의 흐름을 바꾸면 입수구가 출수구로 되고 출수구가 입수구로 될 수 있음은 자명하다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 더미 관을 갖는 응축 열교환기는 열교환기 몸체(110)와, 내부에 물이 유동하는 응축 열교환관(120)과, 상기 응축 열교환관(120)들을 연결하는 물집(130) 및 상기 물집(130)에 가해지는 압력을 분산하고 물의 유동을 원활하게 하는 더미 관(140)(dummy pipe)을 포함한다.
따라서, 본 발명은 열교환기 몸체(110)에 수평하게 설치된 복수개의 응축 열교환관(120)들을 물집(130)으로 연결하여 물이 순환하는 동안 응축 잠열을 회수하므로, 열교환핀(heat exchange fin) 없는 응축 열교환관(120)으로만 응축 잠열을 회수할 수 있게 한다.
또한, 본 발명은 물집(130)을 관통하는 더미 관(140)이 응축 열교환관(120)들 사이에 배치되어 있기 때문에 더미 관(140)에 의해 물집(130)에 가해지는 압력을 분산시키고 물의 원활한 유동을 안내한다.
이를 위해 열교환기 몸체(110)는 전/후/좌/우 측판들로 이루어져 있어서 상하부가 개방된다. 즉, 전/후/좌/우 측판에 둘러싸인 형상으로 이루어져 있어서 버너에서 연료를 연소시켜 발생한 고온의 연소가스가 상부에서 하부로 또는 하부에서 상부로 통과하게 한다.
응축 열교환관(120)은 복수개로 이루어지고 각각 서로 마주보는 열교환기 몸체(110)의 측판을 관통하여 수평하게 끼워진다.
또한, 응축 열교환관(120)들의 사이를 통해 고온의 연소가스가 통과함으로써 모든 응축 열교환관(120)에서 열교환이 일어날 수 있도록 서로 간격을 갖고 밀집 배치된다.
이러한 응축 열교환관(120)들은 도시된 바와 같이 단면이 원형인 관이 사용될 수 있으나 그 단면이 타원형 혹은 계란형인 오발(oval) 관을 비롯한 다양한 형상의 관(혹은, '튜브'라고도 함)이 사용될 수 있음은 자명하다.
또한, 응축 열교환관(120)들은 도시된 바와 같이 그 직경이 모두 동일한 것이 사용될 수 있으나, 열교환기 몸체(110) 내에서의 조립된 위치에 따라 서로 다른 직경을 갖는 것을 사용할 수도 있다.
물집(130)은 응축 열교환관(120)의 개방된 양단부가 노출된 열교환기 몸체(110)의 측판 외면에 조립된다. 즉, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 서로 마주보는 양측 측판에 각각 물집(130)이 구비되어 있다.
이러한 물집(130)은 응축 열교환관(120)들의 개방된 단부를 덮어 밀폐하고 내부에 물이 채워져 유동하는 공간을 갖는다. 이를 통해 모든 응축 열교환관(120)을 통해 순차로 물이 유동한다.
또한, 일 실시예로서 일측 측판에 구비된 물집(130) 중 하나에는 입수구(IN)가 설치되 있고, 그와 마주보는 타측 측판에 구비된 물집(130) 중 하나에는 출수구(OUT)가 설치되어 있다.
따라서, 입수구(IN)를 통해 공급된 물이 응축 열교환관(120)들을 따라 순환한 후 출수구(OUT)를 통해 배출된다. 출수구(OUT)를 통해 배출된 물은 열교환을 마친 것으로 온수나 난방수 등으로 사용된다.
더미 관(140)은 응축 열교환관(120) 사이에 배치되며, 서로 마주보는 열교환기 몸체(110)의 측판과 물집(130)을 관통하여 설치된다. 더미 관(140)을 통해서는 물이 유동하지 않고, 그 양단부가 물집(130) 등을 관통하여 외부로 노출된다.
이러한 더미 관(140)은 그 양단부가 막힌 것 또는 개방된 것 중 어느 것이나 사용될 수 있다.
이와 같이 응축 열교환관(120) 중 일부를 물이 흐르지 않는 더미 관(140)으로 대체하면 그만큼 물의 유동량이 줄어 각각의 물집(130)에 인가되는 수압을 낮출 수 있게 한다. 즉, 더미 관(140)이 압력을 분산시키는 역할을 한다.
뿐만 아니라, 더미 관(140)은 물집(130)을 관통하여 외부로 노출되게 설치되므로 물집(130) 내부를 당해 더미 관(140)으로 구획한다.
따라서, 물의 흐름이 여러 갈래가 되므로 물의 흐름을 안내하고 원활한 흐름을 보장한다. 즉, 더미 관(140)에 의해 물이 갈라져 유동한다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이 응축 열교환관(120)은 서로 이격 배치된 복수개의 열교환관 그룹(G)으로 이루어지는 것이 바람직하다. 열교환관 그룹(G)은 각각 복수개의 응축 열교환관(120)을 포함한다.
서로 이격 배치된 복수개의 열교환관 그룹(G)에 의해 열교환기 몸체(110)의 상부에서 하부 또는 하부에서 상부를 통과하는 연소가스의 유동을 더욱 원활하게 한다.
연소가스의 유동을 느리게 하면 열교환을 하는 시간이 늘어나 열효율이 높아지지만 과열시 응축 열교환관(120) 및 열교환기 몸체(110) 등이 변형되어 열교환기의 기능이 저하될 수 있다.
따라서, 서로 이격된 복수개의 열교환관 그룹(G)을 구비하되, 이들의 간격을 적절히 조절함으로써 연소가스의 원활한 유동과 충분한 열교환 시간을 모두 보장하는 것이 바람직하다.
다만, 이상과 같이 복수개의 열교환관 그룹(G)을 포함하면 각 물집(130)은 서로 이웃한 2개의 열교환관 그룹(G)을 연결하도록 그 크기 및 형상이 결정된다.
아울러 더미 관(140)은 열교환관 그룹(G)들을 중 어느 하나 이상의 열교환관 그룹(G)에 배치된다. 하나의 열교환관 그룹(G)에 하나 또는 복수개의 더미 관(140)을 배치할 수 있고, 필요에 따라 열교환관 그룹(G) 중 어느 것은 더미 관(140)을 포함하지 않을 수도 있다.
도 4에서는 모든 열교환관 그룹(G)에 더미 관(140)을 포함하되, 열교환관 그룹(G)마다 각각 하나의 더미 관(140)이 배치된 것을 예로 들었다.
특히 도시된 바와 같이 더미 관(140)을 열교환관 그룹(G)의 중심부에 배치하면 자연히 더미 관(140)이 물집(130)의 중심부를 관통하고, 그에 따라 여러 갈래로 갈라진 물의 유동량이 어느 한쪽으로 편중되지 않게 한다.
다만, 열교환기 몸체(110)의 하부에는 열교환을 통해 연소가스의 온도가 하강하면서 부피가 감소되는 것에 대응하여 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 가이드(111)가 있는 것이 보통이다.
따라서, 가이드(111)에 의해 열교환관 그룹(G)을 구성하는 응축 열교환관(120)의 개수가 달라짐에 따라 더미 관(140)을 응축 열교환관(120)들의 정중앙에 배치할 수 없는 경우라면 최대한 응축 열교환관(120)들의 중심부에 가깝게 배치해야할 것이다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
110: 열교환기 몸체 111: 가이드
120: 응축 열교환관 130: 물집
140: 더미 관(dummy pipe) G: 열교환관 그룹

Claims (3)

  1. 상하부가 개방되도록 측판들로 둘러싸인 열교환기 몸체(110)와;
    서로 마주보는 상기 열교환기 몸체(110)의 측판에 관통하여 끼워지고, 고온의 연소가스가 통과하는 간격을 갖도록 밀집된 복수개의 응축 열교환관(120)과;
    상기 열교환기 몸체(110)의 측판 외면에 조립되고, 상기 응축 열교환관(120)들을 서로 연결시켜 상기 응축 열교환관(120)들을 통해 물이 유동하게 하는 복수개의 물집(130); 및
    상기 응축 열교환관(120) 사이에 배치되며, 서로 마주보는 상기 열교환기 몸체(110)의 측판과 물집(130)을 관통하여 설치된 더미 관(140)(dummy pipe);을 포함하는 것을 특징으로 하는 더미 관을 갖는 응축 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 응축 열교환관(120)은 각각 복수개의 응축 열교환관(120)을 포함하며 서로 이격된 복수개의 열교환관 그룹(G)으로 이루어지고;
    상기 물집(130)은 상기 열교환관 그룹(G)들을 서로 연결하며;
    상기 더미 관(140)은 상기 열교환관 그룹(G)들 중 어느 하나 이상의 열교환관 그룹(G)에 배치;되어 있는 것을 특징으로 하는 더미 관을 갖는 응축 열교환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 더미 관(140)은 상기 열교환관 그룹(G)의 중심부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 더미 관을 갖는 응축 열교환기.
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