KR950010472B1 - 발열장치가 내장된 열교환기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

발열장치가 내장된 열교환기

제 1 도는 본 발명에 따른 발열장치가 내장된 열교환기의 사시도.

제 2 도는 본 발명에 따른 발열장치가 내장된 열교환기의 일부절개 사시도.

제 3 도는 제 1 도에서의 A-A선 단면도.

제 4 도는 제 1 도에서의 B-B선 단면도로서 열매체의 흐름상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 열교환기 11 : 온수공급탱크

12 : 급수저장탱크 13 : 판형케이스

14 : 보온 및 단열층 15 : 절연층

16 : 판상발열체 17 : 절연핀

18 : 온수순환기 19 : 유출구

20 : 유입구 21 : 연결로

22 : 접속구 23 : 외벽

24 : 판형케이스 안착부

본 발명은 판상발열체를 배설한 보일러식 열교환식에 관한 것으로, 특히 열효율을 극대화하고 설치면적을 최소화할 수 있는 발열장치가 내장된 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 연도가 다른 2개의 유체를 간접으로 접촉시켜 열을 교환시키는 장치로서, 여기서 열교환기라 함은 보일러용 열교환기를 말하며, 이와 같은 열교환기의 주열원으로는 종래 화석연료를 사용하거나 코일형 열교환기에서와 같이 전기를 주열원으로 사용하기도 한다.

이와 같이, 종래 보일러의 열교환기에는 주로 화석연료를 사용함에 따른 부속장치의 장착이 불가피하게 되었고 이에 따른 넓은 설치공간을 점유할 수 밖에 없었으며, 연소중에 고온의 배기가스 방출에 따른 열손실과, 더나아가서 나날이 심화되어가는 난방용 연료에 의한 대기 환경오염을 방지하고 쾌적한 공간유지에 대한 필요성이 요구되어 왔던 것이다.

본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 박판형으로 형성한 열교환기를 적층조합하여 공간점유율을 최소화하는 동시에 전열효과가 뛰어나고 제어가 용이한 전기에너지를 주열원으로 함으로써 열효율을 극대화할 수 있는 발열장치가 내장된 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적은 본 발명에 따라 상하부에 온수공급탱크 및 급수저장탱크가 형성된 판형케이스와, 팡형케이스 내부에서 급수저장탱크로부터 온수공급탱크로 유체의 이동이 가능하도록 설치된 온수순환기와, 온수순환기 양측면으로 절연층을 개재하여 설치되고 열원으로 하여 온수순환기 내부의 유체를 가열하기 위한 판상 발열체와, 판형케이스 내측면과 판상 발열체 사이에 설치되어 판사발열체에서 발생되는 열이 외부로 발산되는 것을 방지하는 보온 및 단열층을 포함하고, 상기 온수순환기 상하부 일측에 각각 온수공급탱크 및 급수저장탱크와 연통되는 연결로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 보일러식 열교환기에 의해 달성된다.

이하, 첨부도면을 참고로 하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1 도 및 제 2 도를 참조하면, 본 발명의 보일러식 열교환기(10)는 온수공급탱크(11) 및 급수공급탱크(12)가 형성된 판형케이스(13)를 가지며, 이 판형케이스(13) 내부에 보온 및 단열층(14)과 절연층(15)을 개재하여 전기를 열원으로 하는 판상발열체(16)가 전열핀(17)가 형성된 온수순환기(18)의 양측면으로 설치된다. 온수순환기(18)의 상·하부면의 대략 중심위치에 상기 온수공급탱크(11) 및 급수공급탱크(12)와 각각 연통되기 위한 구멍, 즉 연결로(21)가 형성되어 있다.

특히, 상기 열교환기(10)는 2개 판형케이스(13)을 서로 반대방향으로 조합하여 평판형을 이루게 함으로써 복수개의 적층설치가 가능하게 되며, 따라서 설치공간 점유율의 최소화를 이룰 수 있다.

이와 같은 구조를 좀더 상세히 설명하면, 제 2 도는 본 발명에 따른 발열장치가 내장된 열교환기(10)의 일부절결 사시도로서, 상기 열교환기(10)는 판형케이스(13)의 내부중심에 전열핀(17)과 외벽(23)으로 구성된 온수순환기(18)가 설치되고 그 양측면으로 절연층(15), 판상발열체(16), 절연층(15'), 보온 및 단열층(14)이 각각 적층되는 구성을 이루며 이러한 각 구성요소들을 살펴보면, 상기 판형케이스(13)의 상·하부에는 온수공급탱크(11) 및 급수공급탱크(12)가 일체로 형성되고, 온수공급탱크(11)의 일측에는 유출구(19)가, 급수공급탱크(12)의 일측에는 유입구(20)가 각각 외부로 돌출 형성되는 동시에 내부에는 온수순환기(18)와 연통되는 연결로(21)가 형성되어서, 유입구(20)로 공급되는 열매체(유체)가 온수순환기(18)를 거친후 유출구(19)를 통해서 배출되도록 되어 있다.

또한, 온수공급탱크(11) 및 급수공급탱크(12)는 그 일출부가 판형케이스(13)의 상하부에서 측면으로 돌출형성되어 판형케이스 안착부(24)를 형성하게 되고, 이에 따라 2개 판형케이스(13) 조합시 상호 걸림단 및 가이드 역할을 수행한다. 또한, 판형케이스(13)의 일측면에는 판성발열체(16)로 전원공급을 위한 외부전원 접속구(22)가 형성되어 있다.

상기 판형케이스(13)의 내부에 설치되어서 그 상·하부양측이 온수공급탱크(11)와 급수공급탱크(12)에 각각 연통되는 온수순환기(18)는 제 4 도의 도시와 같이 외부가 박판상자형으로 형성되며, 내부는 전열면적(예컨데, 물의 열흡수표면즉)의 최적조건을 갖기 위해 격자형상의 격리용 칸막이 박판으로써 전열핀(17)이 형성되고, 각 전열핀(17)의 양측 모서리와 중심부가 서로 교대로 절개되어서 열매체의 유로가 형성된다.

또한, 상기 절연핀(17)은 일정한 두께를 갖도록 제작되어, 온수순환기(18)뿐만 아니라 열교환기(10)의 구조학상 강성을 유지시켜주는 보강부재로서의 역할을 수행한다.

한편, 상기 온수순환기(18)의 양측면 외벽(23) 사이의 간격은 1cm 이하가 되도록 형성되는데, 열매체가 열을 흡수하는데 있어서 이상적인 두께가 6mm 이상으로 이루어지는 것이 최적의 상태임이 실험을 통해서 밝혀졌으므로 온수순환기(18)의 양측벽 외벽(23)은 6mm 이상 1cm 이하의 내측간격이 유지되도록 제작하는 것이 바람직하다. 또한, 온수순환기(18)의 외벽(23)과 전열핀(17)의 재질은 알루미늄 합금으로 구성하여, 열의 전도 및 방사에 우수한 기능을 나타내는 동시에 열교환기(10)의 경량화에 기여한다.

그리고, 상기 온수순환기(18)의 양측에 적층설치되어 직접 온수순환기(18)의 외벽(23)에 열을 전달(공급)하는 판상발열체(16)는 고분자 화합물 65%, 카본 25%, 세라믹 5%, 기타 5%의 혼합물을 재료로 하여 판상에 코팅 및 필름형으로 접합된 발열체로 구성된다. 이 판상발열체는 원적외선 방사에 뛰어난 효과를 갖고 있으며, 상기 판형케이스(13)의 외측에 부착 설치된 접속구(22)를 통하여 직류 또는 교류 전원을 공급받아 발열작용을 한다.

또한, 판상발열체(16)의 에너지원은 태양전지나 풍력으로 얻는 적은 량의 직류전기로도 사용가능하도록 되어 있으므로 그 적용 및 설치에 있어서 선택의 폭을 확대할 수 있도록 되어 있다.

여기서, 판상발열체(16)의 표면에는 엷은 막으로 이루어진 절연층(15)이 증착 피복되어서, 온수순환기(18)의 외벽 또는 보온 및 단열층(14)을 통한 외부 케이스와의 통전이 차단된다.

또한, 판상발열체(16)와 판형케이스(13) 내측면 사이의 공간에는 공기층이 풍부한 글래스 울(GLASS WOOL) 등과 같은 보온 및 단열층(14)이 내장됨으로서 판상발열체(16)에서 발생된 열이 온수순환기(18)로만 전량 공급되고 외부로 발산되는 것을 막아 열손실을 줄이는 동시에 외부기온과의 격차로 인한 열교환기(10)의 성능(효율) 저하를 방지하게 된다.

이상과 같이 구성된 열교환기(10)이 사용예를 살펴보면, 제 1 도에 도시된 바와 같이, 상호 엇갈리게 배치된 2개의 열교환기(10)를 조합하되, 각 열교환기(10)의 일측면을 접촉시키는 동시에 상대측 판형케이스(13)의 일부분을 온수공급탱크(11)와 급수공급탱크(12)의 돌출부가 이루고 있는 판형케이스 안착부(24)사이에 삽이하여 일체형으로 이루도록 조합하며, 조합된 한쌍의 열교환기(10)를 수직을 세운 상태에서 일정간격을 두고(또는, 밀착시켜서) 적정갯수를 일방향나열식으로 설치한 후, 열교환기(10)의 온수공급탱크(11) 및 급수공급탱크(12)에 형성된 각각의 유출구(19)와 유입구(20)를 메인공급관과 메인급수관(도시되지 않음)에 연결하여, 단위유니트로 이루어진 열교환장치를 구성한다.

이와 같은 열교환기(10)의 작용 및 효과를 살펴보면, 열교환기(10)를 이용하여 난방 및 급탕온수보급에 필요한 온수를 얻기 위해서는 상기 메인급수관으로 열매체로서의 급수가 이루어지고 공급된 열매체(냉수)는 급수공급탱크(12)의 유입구(20)를 통하여 급수공급탱크(12)에 저장되어 진다.

이때 저장된 열매체는 강제순환 또는 자연순환방식에 의해 온수순환기(18)로 이동되는데, 이미 판형케이스(13)의 일측면에 부착된 전기 접속구(22)를 통하여 판상발열체(16)로의 전원공급이 이루어져 판상발열체(16)에서는 열매체가 흡수하기 좋은 원적외선 열선을 방출하고, 이때의 방출된 원적외선 열선은 온순환기(18)의 외벽(23)과 내부의 절연핀(17)으로 전달되어진다.

따라서, 온수순환기(18)의 내측으로 유입된 열매체는 격자형의 내부에 형성된 유로를 따라 이동하면서 전열핀(17)과 외벽(23)으로부터 열을 흡수하며, 판형케이스(13)의 상부에 형성된 온수공급탱크(11)에는 높은 온도를 가지는 열매체(온수)의 저장이 이루어지고 필요에 따라서는 메인공급관을 통하여 외부로 공급할 수 있는 것이다.

여기서, 상기 메인공급관을 통하여 공급하는 온수의 온도는 70℃~90℃를 유지하는 것이 적합하므로 이를 위해서 상기 판상발열체(16)의 열원의 온도는 열손실과 열교환기(10)의 용량 및 성능을 감안하여 130℃~180℃로 유지되도록 전기 공급량 및 공급시간을 조절하는 것이 바람직하다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 열교환기는 제작 및 설치가 간단하며 공간적 점유율이 매우 적은 효과를 나타냄으로써 건물내에 특별히 보일러실을 만들 필요가 없는 등의 장점이 있는 것이다.

Claims (4)

1. 보일러식 열교환기에 있어서, 상하부에 온수공급탱크(11) 및 급수저장탱크(12)가 형성된 판형케이스(13)와, 판형케이스(13) 내부에서 상기 급수저장탱크로부터 온수공급탱크로 유체의 이동이 가능하도록 설치된 온수순환기(18)와, 온수순환기(18) 양측면에 절연층을 개재하여 설치되고 전기를 열원으로 하여 온수순환기 내부의 유체를 가열하기 위한 판상발열체(16)와, 판형케이스(13) 내측면과 판상발열체(16) 사이에 설치되어 판상발열체로부터 발생되는 열이 케이스 외부로 발산되는 것을 방지하는 보온 및 단열층(14)으로 이루어지고, 상기 온수순환기 상하부 일측에 각각 온수공급탱크 및 급수저장탱크와 연통되는 연결로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발열장치가 내장된 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열교화기(10)는 2개 판형케이스(13)를 서로 반대방향으로 조합하여 평판형을 이루게 함으로써 복수개의 적층설치가 가능한 것을 특징으로 하는 발열장치가 내장된 열교환기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 온수순환기(18)의 양측면 외벽(23)의 내측간격은 6mm 이상 1cm 이하로 유지되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 발열장치가 내장된 열교환기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 판상발열체(16)는 고분자 화합물 65%, 카본 25%, 세라믹 5%, 기타 5%의 혼합물로질로 구성된 재료를 판상에 코팅 및 필름형으로 접합하여서 된 것을 특징으로 하는 발열장치가 내장된 열교환기.