KR940008441B1

KR940008441B1 - Heat exchanger constructing porous

Info

Publication number: KR940008441B1
Application number: KR1019910024279A
Authority: KR
Inventors: 박종진
Original assignee: 주식회사 금성사; 이헌조
Priority date: 1991-12-24
Filing date: 1991-12-24
Publication date: 1994-09-14
Also published as: KR930013663A

Abstract

The porous type heat exchanger enhances the radiative heat transfer rate by use of a porous burner. The heat exchanger comprises an inner porous structure (26) positioned contiguous to the burner; an outer porous structure (27) for preventing the radiative heat loss of the inner porous structure (26); water circulation pipes positioned between the porous structures (26, 27) including a heat transfer pipe (20) for supplying warm water and a heat transfer pipe (30) for warming room. The heat exchanger has merits of making a special burning space unneccessary and preheating the fuel by radiant heat.

Description

Porous Heat Exchanger

제1도는 종래의 열교환장치의 일부 절결 사시도.1 is a partially cutaway perspective view of a conventional heat exchanger.

제2도는 종래의 열교환장치의 정면도.2 is a front view of a conventional heat exchanger.

제3도는 종래의 열교환장치의 원리를 보인 개략도.3 is a schematic view showing the principle of a conventional heat exchanger.

제4도는 종래의 열교환장치의 종단면도.4 is a longitudinal sectional view of a conventional heat exchanger.

제5도는 종래의 열교환장치의 횡단면도.5 is a cross-sectional view of a conventional heat exchanger.

제6도는 종래의 열교환장치의 원리를 보인 개략도.6 is a schematic view showing the principle of a conventional heat exchanger.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

3 : 열방사핀 4 : 버너3: heat radiating fin 4: burner

10 : 열교환기 20 : 온수용 전열관10 heat exchanger 20 hot water pipe

26 : 내부포러스 구조물 27 : 외부포러스 구조물26: internal porous structure 27: external porous structure

30 : 난방용 절연관30: heating insulation tube

본 발명은 포러스(porous) 구조를 이용한 열교환장치를 관한 것으로, 특히 포러스 버너 및 포러스 구조물을 이용하여 복사 전열량을 높인 열교환 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a heat exchanger using a porous structure, and more particularly to a heat exchanger using a porous burner and a porous structure to increase the radiant heat transfer amount.

제1도에 도시된 바와 같이, 종래의 열교환시스템은 핀형(pin type) 열교환기(10)와 다공성의 스틸버너(4)로 구성된다. 원료가 공급되어 이를 연소하기 위한 버너(4)가 중앙부에 설치되고, 열방사핀(3)이 복수개 부착된 열교환기(10)가 상기 버너의 외부에 제공된다. 그리고 열교환장치내에서 열교환을 이루기 위한 몰이 입구(8)을 통하여 들어가서 열교환기 내부에서 고온의 연소가스와 열교환과정을 거친다음 출구(8)를 통하여 배출된다.As shown in FIG. 1, the conventional heat exchange system is composed of a fin type heat exchanger 10 and a porous steel burner 4. As shown in FIG. A burner 4 for supplying raw materials and burning them is installed at the center, and a heat exchanger 10 having a plurality of heat radiating fins 3 is provided outside the burner. Then, a mole for heat exchange in the heat exchanger enters through the inlet 8, undergoes a heat exchange process with a high temperature combustion gas inside the heat exchanger, and then is discharged through the outlet 8.

이러한 종래의 열교환장치에서 공기와 혼합된 원료가스는 버너입구(13)을 통하여 버너내부로 공급되고, 점화유니트(5)에 의하여 점화되어 버너(4)의 표면에 형성된 구멍을 통하여 화염이 형성된다. 버너에서 연소된 연소가스가 열교환기(10)를 거치는 과정에서 유입된 물과 열교환이 이루어지는데 이러한 열전달은 대부분 대류에 의하여 이루어진다. 열교환된 연소가스는 열교환기(10)를 빠져나와 외부의 래퍼(wrapper)를 통하여 배출가스출구(11) 로 배출된다. 상기 열교환기에서 열교환되기 위하여 유입되는 물은 입구(8)을 통하여 들어와서 하부 매니폴드(manifold)(6)를 거쳐 파이프(7)을 통하여 상부 매니폴드로 열교환을 이루면서 유입되고, 상부 매니폴드(4)에 모여진 물은 배플(baffle)(2)에 의하여 분리되고, 다시 파이프(7)을 통하여 하부 매니폴드로 유입된후 출구(9)를 통하여 외부로 공급된다.In such a conventional heat exchanger, the source gas mixed with air is supplied into the burner through the burner inlet 13, and is ignited by the ignition unit 5 to form a flame through the hole formed in the surface of the burner 4. . The combustion gas combusted in the burner undergoes heat exchange with water introduced in the course of passing through the heat exchanger 10. This heat transfer is mostly performed by convection. The heat exchanged combustion gas leaves the heat exchanger 10 and is discharged to the exhaust gas outlet 11 through an external wrapper. Water introduced to exchange heat in the heat exchanger is introduced into the upper manifold through the inlet 8 through the pipe manifold through the lower manifold 6 and the upper manifold ( The water collected in 4) is separated by a baffle 2 and again flows into the lower manifold through the pipe 7 and then supplied to the outside through the outlet 9.

이러한 종래의 열교환장치의 원리가 제3도에 도시되었다. 공기와 혼합된 연료가 버너내에서 연소되고, 고온의 연소가스가 방열핀(3)과 접촉하면서 열교환이 이루어진다. 그리고 공급되는 물은 입구(8)를 통하여 들어가서, 방열판 내부에 위치한 열교환파이프(7)에서 연소가스의 열을 빼앗은 후 출구(9)로 나와서 온수로 사용되는 것이다.The principle of this conventional heat exchanger is shown in FIG. The fuel mixed with the air is burned in the burner, and heat exchange is performed while the hot combustion gas is in contact with the heat radiating fins 3. Then, the supplied water enters through the inlet 8, takes heat of the combustion gas from the heat exchange pipe 7 located inside the heat sink, and then exits the outlet 9 to be used as hot water.

이와 같은 종래의 열교환장치는 다음과 같은 결점이 있다.Such a conventional heat exchanger has the following drawbacks.

종래의 열교환장치의 열전달은 대부분 대류에 의하여 이루어지기 때문에 전열량을 증가시키기 위해서는 전열면적을 크게 하거나, 방열핀과 같은 복잡항 형상의 방열수단을 장착하여야 한다. 따라서 장치가 대형화되어야 한다. 또한 대류에 의존하는 전열량에도 한계가 있음은 자명한 사실이다.Since heat transfer of the conventional heat exchanger is mostly performed by convection, in order to increase the amount of heat transfer, the heat transfer area must be increased or a heat dissipation means of a complicated shape such as a heat dissipation fin must be installed. Therefore, the apparatus must be enlarged. It is also clear that there is a limit to heat transfer that depends on convection.

종래의 연소장치는 화염형성을 위한 최소공간이 필요하며, 미연소가스의 예열을 위하여는 재순환(recirculation)장치가 필요하고, 열교환부내에서 대류는 항상 일정한 방향으로 유지되기 때문에 열교환기의 일부, 즉 버너의 화염이 일치하는 부분에서는 열응력이 집중되고 전열핀의 표피가 이탈하여 전열핀 사이를 막게 되어 압력강하를 증대시키게 되고, 따라서 연소용 공기의 균일한 순환이 이루어지지 못하고, 결국은 불완전 연소를 유발하게 되는 문제점이 있다.Conventional combustion apparatus requires a minimum space for flame formation, requires a recirculation apparatus for preheating unburned gas, and convection is always maintained in a constant direction in the heat exchanger, so that part of the heat exchanger, that is, In the area where the flames of the burners coincide, the thermal stress is concentrated and the skin of the heating fins is separated to block the heating fins, thereby increasing the pressure drop. Therefore, the uniform circulation of the combustion air is not achieved. There is a problem that causes.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복수전열량을 높인 열교환장치를 제공하고자 한다. 이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 열교환장치는 원료를 연소하기 위한 포러스버너와, 상기 버너에 의한 열을 복사하기 위하여 버너 외부에 설치되는 포러스 구조물과, 열교환하기 위한 물을 순환하기 위하여 상기 구조물 내에 설치되는 전열관으로 구성된다.The present invention is to solve the above problems, to provide a heat exchanger device having a plurality of heat transfer amount. In order to achieve this object, the heat exchange apparatus according to the present invention is a porous burner for burning the raw material, a porous structure installed outside the burner to radiate heat by the burner, and the water for circulating the heat It consists of a heat pipe installed in the structure.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

본 고안은 중심부에서 연료를 연소하기 위한 포러스(porous)버너(24)와 상기 버너에 의한 발생한 열을 복사하기 위하여 철망등과 같은 포러스구조물(26), 그리고 열교환을 위하여 공급되는 물을 안내하는 전열관등을 포함하여 구성된다.The present invention is a porous burner 24 for burning fuel in the center, a porous structure 26 such as a wire mesh to radiate heat generated by the burner, and a heat pipe guiding water supplied for heat exchange. And the like.

상기 버너(24)는 표면에 구멍의 형성된 포러스(porous)버너이며, 그 내부에는 철망등으로 구성되는 복사차폐막(28)이 제공된다. 공기가 혼합된 원료는 상기 복사차폐막(28)을 통하여 포러스버너(24)에 공급된다. 그리고 포러스버너의 외부에는 열을 복사하기 위한 포러스구조물(26)이 설치되는데, 포러스 구조물은 철망과 같은 망사형으로 구성되어 있으며, 버너의 열을 전달받아 전열관과 복사형태로 열교환한다.The burner 24 is a porous burner having a hole formed on the surface thereof, and a radiation shielding film 28 made of a wire mesh or the like is provided therein. The raw material mixed with air is supplied to the porous burner 24 through the radiation shielding film 28. And the outer surface of the porous burner is provided with a porous structure 26 for radiating heat, the porous structure is composed of a mesh type such as a wire mesh, and receives heat of the burner to exchange heat with the heat transfer tube and the radiant form.

본 발명의 포러스 구조물은 2중으로 설치되는데 전열관(20, 30)이 내부에 삽입되는 내부 포러스 구조물(26)과, 상기 내부 포러스 구조물의 외부에 다시 외부 포러스 구조물(27)을 설치하여 복사에 의한 열전달 효율을 향상시킨다.The porous structure of the present invention is installed in a double, the inner porous structure 26 is inserted into the heat pipes 20, 30 and the outer porous structure 27 is installed on the outside of the inner porous structure again by heat transfer by radiation Improve the efficiency.

본 발명에 의한 전열관은 난방용 전열관(30)과 온수를 직접 사용하기 위한 온수용 전열관(20)으로 구성된다.The heat exchanger tube according to the present invention includes a heat transfer tube 30 for heating and a heat transfer tube 20 for directly using hot water.

난방용 전열관(30)은 직접 온수를 사용하지 않고 난방용으로 사용되기 위한 것으로써, 상기 버너의 외부에 있는 포러스구조물(26)속에 적정수 배열된다. 따라서 난방용 전열관(30)은 상기 버너의 표면 및 포러스구조물(26)에 의한 복사열과 연소가스에 의한 대류열에 의하여 열교환 과정을 거치게 된다. 제5도에는 포러스 버너(24)주위에 여러개 원형으로 배열된 난방용 전열관(30)이 도시되어 있다. 그리고 온수용 전열관(20)은 난방용 전열관(30)내에 설치되어 난방용 전열관의 물과 열교환과정을 거치게 된다. 그리고 제4도에 도시된 바와 같이, 버너(24) 및 포러스구조물(26)의 상하단은 상하부 매니폴드(321, 32)에 의하여 폐쇄되는데, 상기 상하부 매니폴드(32, 32)는 단열재질로 형성되기 때문에 상기 버너는 외부와 열적으로 차단된 상태가 된다.Heating heat pipe 30 is to be used for heating without using hot water directly, the appropriate number is arranged in the porous structure (26) outside the burner. Therefore, the heating tube 30 is subjected to a heat exchange process by the radiant heat by the surface of the burner and the porous structure 26 and the convection heat by the combustion gas. FIG. 5 shows heating tubes 30 arranged in a plurality of circles around the porous burner 24. And the hot water heat pipe 20 is installed in the heat pipe 30 for heating is subjected to a heat exchange process with water of the heat pipe. As shown in FIG. 4, the upper and lower ends of the burner 24 and the porous structure 26 are closed by upper and lower manifolds 321 and 32, and the upper and lower manifolds 32 and 32 are formed of a heat insulating material. As a result, the burner is thermally cut off from the outside.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 작용을 살펴보기로 한다.The operation of the present invention configured as described above will be described.

공기와 혼합된 혼합연료가 버너(24)의 입구를 통하여 공급되면 복사차폐막(28)을 거쳐 버너내부로 들어간다. 점화유니트(33)에 의해 점화되고 화염 안정시간을 거친후 버너(24)의 상부에는 화염이 형성되는데, 이때 화염의 온도는 단열화염의 온도보다 훨씬 높다. 이것은 미연가스가 복사에 의하여 예열되어 현열량을 증가시키기 때문이다.When the mixed fuel mixed with air is supplied through the inlet of the burner 24, it enters the burner through the radiation shielding film 28. After ignition by the ignition unit 33 and passing through the flame stabilization time, a flame is formed on the top of the burner 24, where the temperature of the flame is much higher than the temperature of the adiabatic flame. This is because unburned gas is preheated by radiation to increase the amount of sensible heat.

화염이 형성되면 버너의 표면은 고온의 복사면을 유지하게 되고 포러스 구조물 역시 복사에 의하여 열전달을 하게 되는 것이다. 즉, 고온의 연소가스는 각각의 전열관과 대류에 의하여 열교환을 하게 된다. 즉, 고온의 연소가스는 포러스구조물(26)사이를 통과하면서 열교환과정이 이루어지고, 포러스 구조물에서 나온 연소가스는 외부에 있는 래퍼(wrapper)(35)에 의하여 가스배출구(36)로 배출된다.When the flame is formed, the burner surface maintains a high-temperature radiant surface, and the porous structure is also thermally transferred by radiation. That is, the hot combustion gas is heat exchanged by the respective heat pipes and convection. That is, the hot combustion gas passes through the porous structure 26 and undergoes a heat exchange process, and the combustion gas from the porous structure is discharged to the gas outlet 36 by a wrapper 35 outside.

본 발명에 의한 난방용 전열관(30)은 상기 포러스 구조물(26)의 내부에서 위치하기 때문에 포러스 구조물(26)에 의한 복사와 연소가스에 의한 대류에 의하여 열전달되고, 온수용 전열관(20)은 상기 난방용 전열관(30)의 내부에 위치하므로 난방용 전열관(30)의 온수에 의하여 열을 전달받는다. 그리고 외부 포러스구조물(27)에 의하여 내부 포러스 구조물의 고온유지가 가능하기 때문에 열전달 효율이 향상되는 것이다.Since the heating tube 30 for heating according to the present invention is located inside the porous structure 26, heat is transferred by convection by radiation and combustion gas by the porous structure 26, and the heating tube 20 for hot water is used for the heating. Since it is located inside the heat transfer tube 30 receives heat by the hot water of the heat transfer tube 30 for heating. The heat transfer efficiency is improved because the internal porous structure can be maintained at a high temperature by the external porous structure 27.

상술한 바와 같이 구성되는 본 발명은 연소가스의 대류에 의존하는 종래의 열교환장치와는 달리 복사에 의한 열전달 효율을 극대화함으로써 열전달 효율을 높일 수 있으며, 장치의 소형화할 수 있는 잇점이 있다. 그리고 포러스 구조물내의 포러스 버너에서 화염이 형성되기 때문에 연소를 위한 별도의 공간이 필요없으며 원료를 복사열에 의하여 예열시킬 수 있어서 높은 연소효율을 얻을 수 있어서 연료를 절약할 수 있으며 배기가스의 질소 산화물을 줄일 수 있는 효과가 있는 것이다.The present invention configured as described above can increase the heat transfer efficiency by maximizing the heat transfer efficiency by radiation, unlike the conventional heat exchanger that relies on the convection of combustion gas, and has the advantage of miniaturizing the device. And since the flame is formed in the porous burner in the porous structure, there is no need for a separate space for combustion, and the raw material can be preheated by radiant heat, so that high combustion efficiency can be obtained, saving fuel and reducing nitrogen oxides in exhaust gas. It can be effective.

Claims

A porous burner for burning raw materials; An internal porous structure installed adjacent to the burner for radiating heat by the burner; An outer porous structure installed outside the inner porous structure to prevent radiation loss of the inner porous structure; And a heat transfer tube disposed between the inner porous structure and the outer porous structure to circulate water for heat exchange.

The method of claim 1; The heat transfer pipe, a heating heat transfer pipe installed between the porous structure; Heat exchanger, characterized in that consisting of a hot water heat pipe installed in the heating heat pipe.

The heat exchange apparatus of claim 2, wherein the porous structure is made of a mesh type such as a wire mesh.

The method of claim 3; Heat exchanger, characterized in that the radiation shielding film is formed in a mesh type such as a wire mesh inside the burner.