KR20150012836A - 컨벡션 오븐의 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컨벡션 오븐의 열교환기에 관한 것으로 동일 체적 내에서 발열 면적을 확대하여 열교환기의 효율적인 발열을 유도해 내고 열응력을 낮추면서 내구성을 갖도록 하기 위하여 연소가스를 유도하는 토출구(230), 확장된 관경을 가지는 연소관(220); 연소관(220)의 관경을 축관 하는 제1 레듀샤(250); 이형 엘보우(260); 관경을 축관하여 열교환관과 연결되는 편측 레듀샤(270); U형 엘보우의 한쪽 유로에 결합된 제1 열교환관(280); 종단을 배기구(240)로 처리한 제2 열교환관(281)을 포함하는 컨벡션 오븐의 열교환기가 제공된다.

Description

컨벡션 오븐의 열교환기{HEAT EXCHANGER OF CONVECTION OVEN}

본 발명은 컨벡션 오븐의 열교환기에 관한 것으로 더 상세하게는 컨벡션 오븐의 공간 내에서 발열 면적을 확대하여 열교환기의 효율적인 발열을 유도해 내고 변형은 적고 내구성이 높은 컨벡션 오븐의 열교환기에 관한 것이다.

컨벡션 오븐(Convection Oven)의 가열기로 장착되는 열교환기는 대용량의 조리를 위해 열원인 가스를 발화시켜 연소열을 대류열로 유도하여 컨벡션 오븐의 조리실에 있는 조리물을 가열하는 열원으로 사용된다.

컨벡션 오븐에 열교환기를 가열기로 적용한 사례는 대한민국 특허출원 제10-2011-0072202호(특허문헌 1)에 기재되어 있는데 이 기재를 보면 연소실과 열교환부측 열교환관의 형식 등은 규정된 것이 아니고 컨벡션 오븐의 사양과 설치 조건에 따라 변동될 수 있음을 알 수 있다. 열교환기를 컨벡션 오븐에 가열기로 적용한 다른 사례인 대한민국 특허출원 제10-2009-0051984호(특허문헌 2)에는 다른 형식의 열교환기가 기재되어 있다.

도 1은 컨벡션 오븐(10)에 가열기로 적용된 열교환기(20)의 예로서 특히 연소실(21)이 캐비넷(11)의 하부에 배치되고 열교환관(22)으로 발열 면적을 형성하여 대류팬(12)을 통해 조리실로 공급하도록 설치된 형식의 열교환기(20)의 예이다.

도 1의 열교환기(20)의 배치 형식은 버너(23)가 하부에 있고 그 주변부로 연소실(21)이 위치하여 연소관(24)과 열교환관(22)이 대류팬(12)을 중심으로 주변부에 배치된 형식이다. 버너(23)와 연소실(21) 장치 부분을 제외하면 대부분 열교환관(22)들이 열교환기(20) 구조물을 형성한다. 연소실(21)이 자리하는 연소관(24)은 보통 화염의 확장성과 유체 유동 조건을 충족시키기 위해 다른 부분 보다 확관된 형상이며 연소관(24)의 일단은 관경이 다른 열교환관(22)과 레듀샤(26)를 통해엘보우(25)로 연결되며 열교환관(22)의 종단은 배기구(27)로 처리된다.

도 2는 도 1에서 열교환기(20) 부분을 발췌하여 나타낸 것으로 버너(23)의 연소열이 연소실(21)과 연소관(24) 그리고 레듀샤(26) 및 열교환관(22)과 배기부(27)로 연소 가스를 배출하는 열교환기(20)이다. 그러나 도 2와 같은 형식의 열교환기(20)는 열교환관(22)의 전체 열교환 발열 면적이 작아 대용량 컨벡션 오븐의 가열기로 사용하는데에는 한계가 있다.

도 3은 도 1 및 도 2의 열교환기 형식과 구분되는 다른 형식의 열교환기(30)의 예로서 버너(미도시)에서 발화된 연소열이 토출구(35)를 통해 연소실(31)을 구성하는 박스형상의 연소로(36)에 방사되는 구조이다. 이 구조는 연소로(36)에 토출되는 열원이 연소로(36) 내부를 유동하면서 열교환부(32)측 열교환관(33)을 경유하여 배기부(34)를 통해 연소가스로 배출되는 형식으로서 배출 과정에서 대류팬(37)이 구동하여 열교환관(33)과 열교환이 이루어지는 유동 유체를 대류열로 변환하여 조리실 내로 공급하는 열교환기(30)의 예이다. 도 4는 도 3의 형식과 유사한 컨벡션 오븐에 가열기로 적용된 또 다른 형식의 열교환기(30) 예로서 도 3에 도시된 열교환기의 형식과 비교하면 연소로(36)와 열교환관(33)에서 일부 형상 차이가 있다.

열교환기(30)에서 박스형의 연소로(36)는 연소가스를 열교환관(33)으로 무리 없이 유동시키는데 적합하지 않을 뿐만 아니라 제작 및 조립 작업 공수를 증가시킨다. 또한 토출구(35)를 통해 연소실(31) 내부로 유입된 연소열을 포함하는 연소가스가 직접 열교환관(33)을 따라 자유롭게 유동 되지 못하고 연소로(36) 내부 벽면에 일부가 충돌되어 내부에 정체되어 머무르는 현상이 나타날 수 있다.

이와 같이 종래의 다양한 형식의 열교환기들은 컨벡션 오븐의 가열기로 적용하기 위하여 열교환기에 허용되는 체적 범위 내에서 열교환관의 형상을 효율적인 발열이 이루어질 수 있도록 1열 이상으로 굴절시켜 열교환 면적이 증가 되도록 하였지만 고르고 균일한 발열 면적을 확보하는데 한계가 있었다. 그리고 열교환관을 따르는 소스 열원의 유동을 연속적으로 유지하지 못해 연소실과 배기부의 온도 차이가 많이 발생 되었고 조리실 내부로 원활한 유체 흐름을 유도해낼 수 없었다. 그리고 열교환기의 전체 형상을 보면 여러 부품 들을 용접 조합으로 조립하여 구성하였기 때문에 구조적으로 충분한 내구성과 견고성을 갖지 못했다.

또한, 박스형 연소실을 갖는 열교환기는 연소가스를 열교환관으로 무리 없이 유동시키는데 적합하지 않을 뿐만 아니라 제작과 조립이 어렵고 열교환기 제조에서 공수를 증가시켰으며 불량률과 제조 가격을 높이는 문제점이 있었다.

특허문헌 1. 대한민국 특허출원 제10-2011-0072202호 특허문헌 2. 대한민국 특허출원 제10-2009-0051984호

본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은, 연소실내 연소열을 포함하는 유동 유체를 직접 열교환관으로 유도하고 열교환 면적을 확대하여 배기열의 온도를 낮추고 발열 면적을 확대하는 컨벡션 오븐의 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 발열 면적이 확대된 열교환관을 따르는 유동 유체의 흐름을 연속적으로 유지시키면서도 조리실 내부로 원활한 유체 흐름을 유도하는 컨벡션 오븐의 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 송풍 유체의 대류 흐름을 원할 하게 유도하여 대류열을 조리실로 효과적으로 보낼 수 있는 컨벡션 오븐의 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 열교환기를 구성하는 부품수와 용접 작업을 줄여 간결하면서도 내구성 견고성을 갖는 고품질의 컨벡션 오븐의 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 컨벡션 오븐의 열교환기를 간단하면서도 싸게 만드는 제조 기술을 제공하는 것이다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 컨벡션 오븐의 열교환기는,

컨벡션 오븐의 조리실 주변에 설치되어 대류열을 조리실로 보내는 버너와 연소실 그리고 열교환관을 포함하는 컨벡션 오븐의 열교환기에 있어서,

상기 버너에서 발화되는 연소열을 포함하는 연소가스를 방출하는 토출구를 나란한 방향으로 수용하는 확장된 관경을 가지는 연소관;

상기 연소관의 일단과 연결되어 연소관의 관경을 축관 하는 제1 레듀샤;

상기 제1 레듀샤와 굴절된 이형 엘보우를 통해 연결되어 관경을 축관하여 열교환관과 연결되는 편측 레듀샤;

축관된 상기 편측 레듀샤의 유로와 연결되어 수직부를 형성하고 그 수직부로부터 절곡된 수평부를 형성하는 한편 다시 밑으로 향하는 수직부로 구성되어 종단이 U형 엘보우의 한쪽 유로에 결합된 제1 열교환관; 및 상기 제1 열교환관과 구분되는 제2 열교환관;을 포함한다.

바람직하게는, 상기 제2 열교환관이 U형 엘보우와 결합된 수직부를 가지며 연속적으로 동형 엘보우로 연결되어 수평부를 형성하고 다시 동형 엘보우들을 통해 차례대로 수직부-수평부-수직부-수평부로 절곡되어 이어지고 종단은 배기구로 처리된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 편측 레듀샤가 제2 열교환관과 간격을 유지하도록 이형 엘보우와 연결되는 하부 공간 부분이 넓고 상부로 갈수록 제2 열교환관과 대응면이 좁아지는 구배면을 형성하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 열교환기의 제1 열교환관이 제2 열교환관에 비해 짧으며 U형 엘보우를 통해 제1 열교환관과 제2 열교환관이 2-WAY 수직부를 형성한다.

바람직하게는, 상기 제2 열교환관의 하부 수평부가 연소관, 제1 레듀샤 그리고 이형 엘보우의 곡률을 따라 굴절되어 최하부 바닥을 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 컨벡션 오븐의 열교환기에 따르면 연소실내 연소열을 포함하는 유동 유체를 직접 열교환관으로 유도하고 열교환 면적을 확대하여 배기열의 온도를 낮추고 동일 설계 조건에서 발열 면적을 확대하여 효율적으로 운용할 수 있는 컨벡션 오븐의 열교환기를 제공하는 효과가 있다.

또한, 발열 면적이 확대된 열교환관을 따르는 유동 유체의 흐름을 유연 곡선 설계를 통해 연속적으로 유지시키면서도 조리실 내부로 원활한 유체 흐름을 유도 하여 컨벡션 오븐의 가열기로 최적화되는 효과가 있다.

또한, 송풍 유체 흐름을 원할하게 유도하여 대류열을 조리실로 효과적으로 보낼 수 있으며 열교환기를 구성하는 부품수와 용접 작업을 줄여 내구성 견고성이 향상된 고품질의 열교환기를 제작할 수 있다. 또한, 공수 절감을 통해 열교환기를 간단하면서도 싸게 만드는 제조 기술을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 컨벡션 오븐의 가열기로 장착된 종래의 열교환기를 보인 예시도.
도 2는 도 1에서 발췌한 열교환기 구성도.
도 3은 종래의 컨벡션 오븐에 가열기로 장착된 또 다른 열교환기를 보인 예시도.
도 4는 컨벡션 오븐에 사용된 종래의 열교환기.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 컨벡션 오븐의 열교환기 구성도.
도 6은 도 5의 정면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 연소관 종단면도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 측편 레듀샤의 유로 단면.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 열교환기를 컨벡션 오븐의 가열기로 장착한 사용상태 예시도.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예에 따른 컨벡션 오븐의 열교환기는 도 5 내지 도 8에 도시한 바와 같다.

도 5는 본 발명의 열교환기(200)의 전체 구조이다. 본 발명의 열교환기(200)는, 조리실로 대류열을 송풍하는 대류팬(120)을 포함하는 컨벡션 오븐(100)의 가열기로 적합하다. 컨벡션 오븐(100)에서 대류팬(120)을 중심으로 조리실(110) 주변에 용이하게 설치 가능한 구조이며, 버너와 연소실 그리고 배기부를 포함한다(도 9 참조).

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 열교환기(200)를 구성하는 주요 부분이 도시되어 있다. 주요 부분은, 버너(210)의 연소열을 포함하는 연소가스를 유도하는 토출구(230), 토출구(230)를 나란한 방향으로 수용하는 확장된 관경을 가지는 연소관(220)이 구성된다.

그리고, 연소관(220)의 일단과 연결되어 연소관(220)의 관경을 축관 하는 제1 레듀샤(250)가 구성된다. 그리고 한쪽은 제1 레듀샤(250)의 단부와 연결되고 타단은 상부를 향하도록 굴절된 이형 엘보우(260)가 있으며 상부로 향하는 이형 엘보우(260)의 상부 유로와 일단이 연결되고 타단은 관경을 축관하여 열교환관(제1 열교환관)과 연결되는 편측 레듀샤(270)가 구성된다. 이 편측 레듀샤(270)의 구체적 구성은 도 8과 같다.

그리고, 축관된 상기 편측 레듀샤(270)의 유로와 일단이 연결되어 수직부를 형성하고 타단은 동형 엘보우로 연결되어 수평부를 형성하는 한편 다시 밑으로 향하도록 동형 엘보우로 연결하여 수직부를 형성하며 그 종단이 U형 엘보우의 한쪽 유로에 결합된 제1 열교환관(280)으로 구성된다.

그리고, U형 엘보우의 나머지 유로와 결합되어 위로 향하는 수직부를 가지며 연속적으로 동형 엘보우를 통해 수평부를 형성하고 다시 동형 엘보우들을 통해 차례대로 수직부-수평부(283)-수직부-수평부로 절곡되어 이어지고 종단은 배기구(240)로 처리된 제2 열교환관(281)이 구성된다.

바람직하게는, 제1 열교환관(280)과 제2 열교환관(281)이 동일한 관경을 갖는다. 관경의 동일성은 사용하는 재료의 일관성, 치수 제어, 품질 관리, 그리고 작업 전반을 계획적으로 할 수 있게 하며, 특별히 유체 유동에 영향을 주지 않는다.

열교환기에서 열교환관은 발열 면적을 형성하는 부분이다. 다만 대류열을 효과적으로 이동시키는 컨벡션 타입의 가열기로 기능 하는 경우 유선형 관의 외형이 다른 형상에 비해 유리할 수 있다.

본 발명에 따른 열교환기(200)는 도 7에 도시된 바와 같이, 연소관(220) 속에 위치하는 토출구(230) 유로가 연소관(220)의 중심 또는 중심 위치를 벗어나는 편심 위치에 놓일 수 있다. 도 7을 참조하면 토출구(230)가 중심에서 조금 어긋난 상태로 나타나 있으나 열효율이나 유체 유동에서 이 정도의 차이는 무시된다. 그러나 연소관(220)의 유로와 토출구(230)의 유로 방향은 같은 방향을 향하도록 하는 것이 유체 유동을 보다 활성화시켜 열교환관으로 전달하는데 유리하다.

도면을 참조하면 토출구(230)는 제1 레듀샤(250)와 직선상으로 마주보는 대응 위치에 놓여 있는데 이는 토출구(230)로부터 방사되는 연소열을 포함하는 연소가스가 충돌이나 저항 그리고 교란 없이 바로 제1 레듀샤(250)를 통해 열교환관측을 향하도록 한다. 따라서 유동 유체의 이차 유동 기준으로 보면 박스형 연소실과 비교되며 구조상으로도 박스형에 비해 연소관(220)은 간결한 구조를 갖는 동시에 다른 유로들과 연결할 때, 예를 들면 제1 레듀샤(250)와 단순 접합 또는 결합으로 바로 연결되므로 작업도 간결하고 간단하다.

본 발명에 따른 열교환기(200)를 구성하는 구성 부품으로 쓰이는 편측 레듀샤(270)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 제2 열교환관(281)과 간격을 유지하도록 이형 엘보우(260)와 연결되는 하부 공간 부분이 넓고 상부로 갈수록 제2 열교환관(281)과 대응면이 좁아지는 구배면(273)이 형성된다. 이를 통해 서로 이웃하는 제1 및 제2 열교환관(280)(281)들을 적정 간격으로 벌려주면서도 체적 공간의 증가 없이 발열 면적을 확장시킨다. 도면 도 5 및 도 6을 참조하면 제1 열교환관(280)은 제2 열교환관(281)의 안쪽에 위치하고 서로 접촉되지 않고 적정 간격으로 유지되어 발열 면적이 확장되었음을 알 수 있다.

한편 제1 열교환관(280)과 제2 열교환관(281)은 체적 증가 없이 발열 면적을 확장하기 위하여 제1 열교환관(280)을 안쪽에 제2 열교환관(281)을 외곽에 두도록 되어 있는데, 이 조건을 만족시키기 위하여 이들이 합류 교차하는 부분은 제1 열교환관(280)을 제2 열교환관(281)에 비해 짧게 하고 이들은 U형 엘보우를 통해 2-WAY 수직부(282)를 형성하여 열교환 유로를 형성한다. 이러한 제1 열교환관(280)과 제2 열교환관(281)이 만나는 합류 부분의 연결 구조는 다른 복잡한 형상 설계 없이 제1 열교환관(280)과 제2 열교환관(281)을 간결하면서도 단순하게 연결한다.

또한, 제2 열교환관(281)은 발열 면적을 확대하고 열교환 효율을 높이기 위해 연소관(220), 제1 레듀샤(250) 그리고 이형 엘보우(260)의 곡률을 따라 굴절되어 최하부 바닥을 형성하는 수평부(283)를 통해 각 공간을 경유하는 구조로서 별도의 복잡한 구조물 설치나 보조 시설물 없이 단순한 구조로 발열 면적이 충분히 확보된다.

본 발명에 따른 열교환기(200)에 의하면 열교환관의 유기적 형상 설계를 통해 가능한 많은 열교환이 이루어짐으로써 배기열은 낮추고 발열 체적은 대면적으로 확보된다. 종래의 열교환기는 여러 부품의 조합을 용접 접합을 통해 형상화하였기 때문에 고온의 발열로부터 필요로 하는 내구성을 확보하기가 어려웠으나 본 발명은 최소 단위의 부품을 사용함으로써 열교환관의 배열과 연결에 대한 견고성과 내구성이 향상된다.

본 발명에 따른 열교환기(200)는 꺾임, 절체 등의 부분이 거의 없어 고온의 연소열을 포함하는 연소가스 유체의 유동 흐름으로 인한 열응력 작용 부분을 줄여줌으로써 연소가스의 누설이나 내구성 저하 등의 문제를 방지한다. 또한, 컨벡션 오븐에서는 최적의 조리 성능을 유지하기 위해 대류팬에서 발생되는 송풍 유체가 열교환기의 유연 곡선 형상에 따라 정체됨이 없이 유연한 흐름으로 유도되어 전체적으로 열유체 유동을 안정화시키고 열효율을 높이며, 간단하면서도 견고하게 만들 수 있고 제조 공수를 줄여 저비용으로 제작가능하다.

본 발명은 실시 예로 한정되지 않으며 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있다. 수정과 변형이 이루어진 것은 본 발명의 기술 사상에 포함된다.

100: 컨벡션 오븐
110: 조리실
120: 대류팬
200: 열교환기
220: 연소관
230: 토출구
240: 배기구
250: 제1 레듀샤
260: 이형 엘보우
270: 편측 레듀샤
271: 제1 열교환관 연결 유로
272: 이형 엘보우 연결 유로
280: 제1 열교환관
281: 제2 열교환관
282: 2-WAY 수직부
283: 수평부

Claims (5)

1. 컨벡션 오븐(100)의 조리실(110) 주변에 설치되어 대류열을 조리실로 보내는 버너와 연소실 그리고 열교환관을 포함하는 컨벡션 오븐의 열교환기에 있어서,
   상기 버너에서 발화되는 연소열을 포함하는 연소가스를 방출하는 토출구(230)를 나란한 방향으로 수용하는 확장된 관경을 가지는 연소관(220);
   상기 연소관(220)의 일단과 연결되어 연소관(220)의 관경을 축관 하는 제1 레듀샤(250);
   상기 제1 레듀샤(250)와 굴절된 이형 엘보우(260)를 통해 연결되어 관경을 축관하여 열교환관과 연결되는 편측 레듀샤(270);
   축관된 상기 편측 레듀샤(270)의 유로와 연결되어 수직부를 형성하고 그 수직부로부터 절곡된 수평부를 형성하는 한편 다시 밑으로 향하는 수직부로 구성되어 종단이 U형 엘보우의 한쪽 유로에 결합된 제1 열교환관(280); 및
   상기 제1 열교환관(280)과 구분되는 제2 열교환관(281);을 포함하는 컨벡션 오븐의 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2 열교환관(281)은 U형 엘보우와 결합된 수직부를 가지며 연속적으로 동형 엘보우로 연결되어 수평부를 형성하고 다시 동형 엘보우들을 통해 차례대로 수직부-수평부(283)-수직부-수평부로 절곡되어 이어지고 종단은 배기구(240)로 처리된 컨벡션 오븐의 열교환기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 편측 레듀샤(270)는 상기 제2 열교환관(281)과 간격을 유지하도록 이형 엘보우(260)와 연결되는 하부 공간 부분이 넓고 상부로 갈수록 제2 열교환관(281)과 대응면이 좁아지는 구배면(273)이 형성된 컨벡션 오븐의 열교환기.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 열교환기(200)의 제1 열교환관(280)이 상기 제2 열교환관(281)에 비해 짧으며 U형 엘보우를 통해 상기 제1 열교환관(280)과 상기 제2 열교환관(281)이 2-WAY 수직부(282)를 형성하는 컨벡션 오븐의 열교환기.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 열교환관(281)의 하부 수평부(283)가 연소관(220), 제1 레듀샤(250) 그리고 이형 엘보우(260)의 곡률을 따라 굴절되어 최하부 바닥을 형성하는 컨벡션 오븐의 열교환기.
   
   

Images