WO2019124847A1 - 열교환기 - Google Patents

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WO2019124847A1
WO2019124847A1 PCT/KR2018/015660 KR2018015660W WO2019124847A1 WO 2019124847 A1 WO2019124847 A1 WO 2019124847A1 KR 2018015660 W KR2018015660 W KR 2018015660W WO 2019124847 A1 WO2019124847 A1 WO 2019124847A1
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heat medium
medium
flow path
heating medium
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정인철
박준길
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주식회사 경동나비엔
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger, and more particularly, to a heat exchanger in which a flow rate of a heating medium is differentially distributed so that a flow rate of a heating medium passing through a heating medium flow path formed in multiple layers between a plurality of plates can be balanced with an absorbed heat amount, And to a heat exchanger capable of suppressing generation and precipitation of lime and improving heat transfer efficiency.
  • a boiler used for heating or hot water supply is a device for heating a desired area or heating water by heating a heating water or a direct water (hereinafter referred to as "heating medium") by a heat source, and is a device for burning a gas- And a heat exchanger for transferring the combustion heat of the combustion gas to the heating medium.
  • Japanese Patent Registration No. 10-0813807 discloses a heat exchanger comprising a heat exchanger pipe in which a burner is located at the center and a coil is wound around the burner.
  • the heat exchanger disclosed in the prior art has a problem that when the tube is formed into a flat shape, the tube is deformed into a round shape when pressure is applied to the heat transfer medium portion, and the tube is rolled up to make the thickness thicker .
  • the conventional heat exchanger has a structure in which a heat exchange tube is wound around a combustion chamber in the form of a coil so that the heat exchange between the combustion gas and the heat medium is performed only in a local space around the heat exchanger in the form of a coil. There is no disadvantage.
  • a plate heat exchanger having a plurality of plates stacked to form a heat medium flow path and a combustion gas flow path inside the heat exchanger and heat exchange between the heat medium and the combustion gas has been developed.
  • the prior art related to the plate heat exchanger is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-214628.
  • the heat medium in a process in which the heat medium is divided and flowed into the heat medium flow path formed of a plurality of layers, the heat medium is changed from the horizontal direction to the vertical direction, The flow rate of the heat medium to be delivered can be non-uniformly distributed by the inertia and pressure of the heat medium.
  • a plurality of heat medium flow passages (21, 22, 23, 24) formed in a lower heat exchange section (20)
  • the heat medium flowing in one direction flows through the heat medium outlet pipe (not shown) after passing through the plurality of heat medium flow paths 11, 12, 13, 14 formed in the upper heat exchanging portion 10, do.
  • the heating medium passing through the passage switching portion 30 through which the heating medium is switched is supplied with a relatively large amount of the heating medium to the outer heating medium flow path 11 located at the upper side due to inertia and the remaining heating medium flow path 12, 13, and 14), a relatively small amount of heat medium is supplied.
  • the outer plate 10a located at the uppermost end forming the outer heat medium flow path 11 is brought into contact with the outside air and the heat of the combustion gas is transmitted only through the inner plate 10b located below the outer plate 10a. Therefore, the heat medium flow path 11 formed by the outer plate 10a is supplied with a large amount of heat medium even though the amount of heat absorbed is small, and the heat medium flowing through the heat medium path 11 formed by the inner plates 10c, Since the heat of the combustion gas is transferred to the flow paths 12, 13, and 14 through both the plates 10c and 10d, the heat medium having a small flow rate is supplied despite the large amount of heat absorbed. An imbalance occurs.
  • a heat medium differential distribution unit for distributing the flow rate of the heat medium to the parallel heat medium flow channels so that the flow rate of the heat medium passing through the parallel heat medium flow paths and the amount of heat transferred to the plate are balanced, . ≪ / RTI >
  • the heat medium differential distribution unit is configured such that the flow rate of the heat medium flowing through the heat medium flow path formed by the outer plate constituting the outer wall of the heat exchange unit among the plurality of plates passes through the heat medium flow path formed by the plate located inside the heat exchange unit And to differentially distribute the flow rate of the heat medium so that the heat medium having a flow rate relatively smaller than the flow rate of the heat medium is passed therethrough.
  • the heat medium differential distribution unit may have a structure in which a heat medium outlet pipe provided at the heat medium outlet side of the heat exchange unit extends to one side of the parallel heat medium flow path located at the heat medium outlet side.
  • the lower end of the heat medium outlet pipe may be extended to a side of a discharge end of the heat medium flow passage with a discharge end and a clearance of a heat medium flow path formed by the outer plate.
  • the heat medium outlet pipe may be formed with a discharge tube and a clearance formed at one side of the discharge end of the heat medium flow passage, the discharge end of the heat medium flow path formed by the outer plate.
  • the plurality of stacked plates are provided with a sensible heat exchanging part for heating the heating medium by using the sensible heat of the combustion gas generated by the burning of the burner and a latent heat exchanging part for heating the heat medium by using the latent heat of the combustion gas passing through the sensible heat exchanging part. May be integrally formed.
  • the heat medium differential dispenser may be disposed at the same position as the heat medium outlet pipe provided at the heat medium outlet side of the sensible heat exchanger and may be provided at one side of the sensible heat exchanger.
  • the heat medium flow path of the latent heat exchanging part may be formed in parallel.
  • the heat exchange path of the heat exchange body is formed between the sensible heat exchange unit and the latent heat exchange unit, and the heat exchange path of the latent heat exchange unit may be connected in parallel between the heat exchange inlet of the heat transfer body and the connection path of the heat transfer medium.
  • the heat exchanging unit surrounds the outer side of the combustion chamber formed at the center and has a plurality of stacked structures.
  • the direction of flow of the heat medium in the sensible heat exchanging unit formed at one side of the plurality of heat exchanging units may be different from each other.
  • the heat exchanger may include at least two unit heat exchangers, and the unit heat exchanger may be configured to allow the heat medium to flow in both directions.
  • the heat medium flows in both directions in the first heat exchanging part located below the sensible heat exchanging part and the heat medium flows in one direction in the second heat exchanging part located in the middle part of the sensible heat exchanging part, In the three-heat exchanging part, the heat medium may flow in the opposite direction.
  • the heat exchanger includes a plurality of heat exchanger units
  • the heat exchanger unit includes a plurality of heat exchanger units
  • the heat exchanger unit includes a plurality of heat exchanger units arranged in series in the heat exchanger unit, .
  • a through hole through which the heating medium flows and a through hole through which the heating medium flows out are formed at adjacent intervals on one side of the plurality of heat exchanging portions, and a through hole through which the heating medium positioned adjacent in the respective heat exchanging portions flows,
  • the through holes through which the heating medium formed in one of the heat exchanging portions flow out and the through holes through which the heating medium flows out are formed in the other heat exchanging portion where the heat exchanging portions formed in the remaining one heat exchanging portion flows The through holes and the through holes through which the heating medium flows out.
  • the heat exchanging part is provided with a through hole on one side and a through hole on the other side for providing a connecting flow path of the heating medium so that the heating medium flows in one direction between adjacent heat exchanging parts, A clogging portion for guiding the heat medium to flow through the combustion chamber in one direction and toward the other through hole; and a heat medium flowing into the heat medium flow path through the other through hole, A clog for guiding the air to flow toward the one through-hole may be formed.
  • a heat medium differential dispenser for differentially distributing the flow rate of the heat medium so that the flow rate of the heat medium passing through the heat medium flow path formed in multiple layers between the plural plates and the amount of heat transferred to the plate are balanced , Boiling due to local overheating of the heating medium and precipitation of lime can be suppressed, and the heat transfer efficiency can be improved.
  • the structure of the device for realizing the heat medium differentiating portion can be simplified have.
  • the extension part of the heat medium outlet pipe is further formed as necessary,
  • the diaphragm can shield the one side of the heat medium flow path located at the outer periphery with a predetermined clearance to effectively differentially distribute the heat medium flow amount.
  • heat medium flow paths are formed in series between the plurality of heat exchanging portions, and heat medium flow paths are formed in parallel within each heat exchanging portion, The capacity can be increased without reducing the pressure of the heating medium.
  • the number of parts of the heat exchanger can be reduced, and the production process can be simplified, and production automation is possible.
  • FIG. 1 is a view for explaining a problem of imbalance between a flow rate of heat medium and an amount of heat absorbed in a conventional heat exchanger
  • FIG. 2 is a perspective view of a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view of a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a part of a plate constituting a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a flow path of the heating medium
  • Fig. 6 is a sectional view taken along the line A-A in Fig. 3,
  • FIG. 7 is a sectional view taken along the line B-B in FIG. 3,
  • FIG. 10 is a sectional view showing a heat medium outlet pipe of a heat exchanger according to another embodiment of the present invention.
  • 100-1, 100-2 unit plate 100a-1, 100a-2:
  • Second plate 101 Heat medium inlet pipe
  • Heat medium outlet pipe heat medium differential distribution part
  • first flange part 150 second plane part
  • first depression 170 second depression 170:
  • a heat exchanger 1 according to an embodiment of the present invention includes a plurality of combustion chambers C around a combustion chamber C in which combustion heat and combustion gas are generated by combustion of a burner (not shown) And a heat exchange unit (100) in which plates are laminated.
  • the heat exchanging unit 100 includes a sensible heat exchanging unit 100A which surrounds the outside of the combustion chamber C and is formed at one side of the plate and heats the heat medium using the sensible heat of the combustion gas generated by the burning of the burner, And a latent heat exchanging unit 100B which is composed of the other side of the plate and heats the heat medium by using the latent heat generated by condensing the steam contained in the combustion gas after heat exchange in the sensible heat exchanging unit 100A.
  • the sensible heat exchanging part 100A and the latent heat exchanging part 100B are integrally formed by a plurality of stacked plates.
  • the latent heat exchanging part 100B has a heat medium inlet pipe 101 at one side and an heat medium outlet pipe 102 at an upper side of the sensible heat exchanging part 100A.
  • the heating medium outlet pipe 102 functions as a heat medium differential distribution portion described later.
  • the plurality of plates may be composed of twelve unit plates, and FIG. 4 shows only two unit plates 100-1 and 100-2 positioned at the top.
  • the unit plate 100-1 includes a first plate 100a-1 located at an upper portion and a second plate 100b-1 stacked at a lower portion of the unit plate 100-1. And a second plate 100b-2 stacked on the lower plate 100a-2.
  • a heat medium flow path P1 through which the heat medium flows is formed. That is, the heating medium flow path P1 is formed between the first plate 100a-1 and the second plate 100b-1 constituting the unit plate 100-1, A heating medium flow path P1 is formed between the first plate 100a-2 and the second plate 100b-2.
  • the second plate 100b-1 constituting the unit plate 100-1 located at one side of the adjacent unit plates 100-1 and 100-2 and the second plate 100b-1 constituting the unit plate 100-2 A combustion gas flow path P2 through which a combustion gas flows is formed between the first plate 100a and the first plate 100a.
  • the heat medium flow path (P1) and the combustion gas flow path (P2) are alternately formed adjacent to each other between a plurality of plates, and heat exchange is performed between the heat medium and the combustion gas.
  • the heating medium flow path P1 and the combustion gas flow path P2 are formed adjacently and spatially separated from each other so that the heating medium flows into the heating medium flow path P1 and the combustion gas flow path P2 is supplied with combustion gas Flow.
  • the first plate 110 includes a first flat surface 110 and a first opening A1 protruding upward from one side of the first flat surface 110, A second protrusion 130 protruding upward from the other side of the first flat surface portion 110 to form the latent heat exchanging portion 100B, And a first flange portion 140 bent downward from an edge portion of one plate.
  • the second plate includes a second flat surface part 150 and a lower surface side depressed from one side of the second flat surface part 150 to form a heating medium flow path P1 between the first flat surface part 150 and the first protruding part 120, A first depressed portion 160 formed with a second opening A2 corresponding to the first opening A1 and a second depressed portion A2 depressed downward from the other side of the second plane portion 150, And a second flange 180 bent downward from the edge of the second plate 170. The second flange 180 is bent downward from the edge of the second plate.
  • the heat exchanging unit 100 includes a plurality of stacked units and has at least two unit heat exchanging units 100-A, 100-B and 100-C.
  • the unit heat exchanging units 100 -A, 100-B, and 100-C are configured to allow the heat medium to flow in both directions or in opposite directions.
  • the plurality of unit heat exchangers 100 -A, 100 -B and 100-C may include a first heat exchanger 100-A, a second heat exchanger 100-B and a third heat exchanger 100- (100-C).
  • the first heat exchanging part 100-A is composed of four stacked unit pieces located at the upper part
  • the second heat exchanging part 100-B is composed of four stacked unit plates located at the middle part
  • the third heat exchanging unit 100-C may be formed of four stacked unit plates located at the bottom.
  • a heat medium inlet pipe 101 is provided at one side of the latent heat exchanging part 100B, and a heat medium introduced into the heat medium inlet pipe 101 is disposed at a lower side of the heat medium inlet pipe 101.
  • [ Through holes (H1, H5) connected to the heat medium flow path (P1) formed in each unit plate are formed.
  • Through holes H2 and H6 are formed on the other side of the latent heat exchanging part 100B so that the heat medium passing through the heat medium flow path P1 is connected to the third heat exchanging part 100-C of the sensible heat exchanging part 100A.
  • Clog H2 ' is formed on the other side of the first plate 100a-1 located at the uppermost position at a position corresponding to the through hole H2.
  • a heat medium connection path 100 is formed between the through holes H2 and H6 of the latent heat exchanging part 100B and the third heat exchanging part 100-C of the sensible heat exchanging part 100A, (Not shown) is formed.
  • the heat medium flow path P1 of the latent heat exchanging part 100B is connected in parallel between a heat medium inlet to which the heat medium inlet pipe 101 into which the heat medium flows and a connecting flow path of the heat medium to reduce the flow resistance of the heat medium .
  • the heat medium passing through the latent heat exchanger 100B flows in both directions in the third heat exchanger 100-C of the sensible heat exchanger 100A,
  • the refrigerant flows in a counterclockwise direction in the second heat exchanging unit 100-B and is discharged through the heating medium outlet pipe 102 after flowing in the clockwise direction in the first heat exchanging unit 100-A.
  • the through holes H3 and H4 are adjacent to one side portion of the first plate And through holes H7 and H8 are formed at one side of the second plate at positions corresponding to the through holes H3 and H4.
  • the first plate located at the uppermost end of the third heat exchanging unit 100-C has a clogged portion H3 'formed at a position corresponding to the through hole H3 and the second heat exchanging unit 100-
  • the first plate located at the uppermost end of the second heat exchanging part 100-B is provided with a through hole H7 'at a position corresponding to the through hole H7 in the second plate located at the lowermost end of the second heat exchanging part 100-
  • a clogged portion H4 ' is formed at a position corresponding to the through hole H4 and a clogged portion H8' is formed at a position corresponding to the through hole H8 in the second plate located at the lowermost end of the first heat exchanging portion 100-
  • the first plate located at the uppermost end of the first heat exchanging unit 100-A has a clogged portion H3 'formed at a position corresponding to the through hole H3.
  • Through holes H7 and H8 through which the heating medium flows and through holes H4 and H3 through which the heating medium flows out are formed at one side of each of the plurality of heat exchanging portions 100A, 100B, and 100C,
  • the through holes H7 and H8 through which the heating mediums positioned adjacent to each other in the respective heat exchanging parts flow into and the through holes H4 and H3 through which the heating medium flows out are formed in a clogged shape.
  • the through holes through which the heating medium formed in any one of the heat exchanging units and the through holes through which the heating medium flows out from the heat exchanging units adjacent to each other are formed in the through holes through which the heating medium formed in the remaining one heat exchanging unit flows, And is formed at an opposite position to the sphere. That is, the third heat exchanging part 100-C among the third heat exchanging part 100-C and the second heat exchanging part 100-B which are stacked next to each other is provided with a through hole H4 through which the heating medium flows, And a through hole H3 through which the heating medium flows out is formed on the other side of the second heat exchanging part 100-B.
  • the second heat exchanging part 100-B of the second heat exchanging part 100-B and the first heat exchanging part 100-A which are stacked next to each other is provided with a through hole H8 through which the heating medium flows, And a through hole H4 through which the heating medium flows out is formed on the other side of the first heat exchanging part 100-A, and a through hole H4 through which the heating medium flows is formed on the other side of the first heat exchanging part 100- .
  • the heat medium flow path P1 is formed in series between the plurality of heat exchanging units 100-A, 100-B and 100-C, and the heat exchanging units 100-A and 100- -B, and 100-C, the heating medium flow path P1 is formed in parallel.
  • the heat medium flow paths P1 are formed in parallel to reduce the flow resistance of the heat medium.
  • the heat medium flow paths P1 are formed in series, It is possible to improve the thermal efficiency by minimizing the pressure drop of the heat medium and preventing local overheating.
  • the combustion gas generated by the burning of the burner in the combustion chamber C is discharged radially outward of the heat exchange section 100 and then toward one side (right side in the figure).
  • the first flange portion 140 of the first plate and the second plate And a combustion gas outlet (D) through which a combustion gas flowing through the combustion gas flow path (P2) is discharged is formed in a part of the edges of the first plate and the second plate, .
  • the combustion gas discharged through the combustion gas outlet (D) is discharged through an exhaust hood (not shown).
  • the heat medium differential distribution unit may be configured such that the flow rate of the heat medium passing through the heat medium flow path P1-1 formed by the outer plate 100a-1 constituting the outer wall of the heat exchange unit 100 among the plurality of plates, Relative to the flow rate of the heat medium flowing through the heat medium flow paths P1-2, P1-3, and P1-4 formed by the remaining plates located on the inner side of the heat exchanging part 100 below the heat exchanger 100a-1, And is configured to differentially distribute the flow rate of the heat medium so that the heat medium having a small flow rate is passed therethrough.
  • the heat medium differential distribution unit includes a heat medium outlet pipe (102) provided at the heat medium outlet side of the heat exchange unit (100) so as to be positioned at one side of the parallel heat medium flow path It can be made of an elongated structure.
  • the lower end portion 102a of the heating medium outlet pipe 102 is spaced apart from the discharge end P1-1 'of the heating medium flow path P1-1 formed by the outer plate 100a-1 at a predetermined clearance (P1-1 ') of the heat medium passage (P1-1).
  • Reference numeral 102b denotes a fixing portion for fixing the heating medium outlet pipe 102 to the first plate 100a-1.
  • the arrow indicates the direction in which the heating medium flows
  • the length of the arrow in the first heat exchanging part 100-A indicates the magnitude of the heating medium flow rate
  • the thick dotted line indicates the heat exchanging part 100- , 100-B, and 100-C.
  • the heat medium flow paths P1-9, P1-10, P1-11, and P1-12 of the third heat exchanging portion 100-C of the sensible heat exchanging portion 100A The heat medium flowing in both directions passing through the heat medium flow paths P1-5, P1-6, P1-7, and P1-8 of the second heat exchanging portion 100-B flows in one direction, P1-2, P1-3, and P1-4 of the first heat exchanging unit 100-A, flows in the opposite direction, and then is discharged through the heating medium outlet pipe 102 do.
  • the lower end portion 102a of the heating medium outlet pipe 102 (heat medium differential distribution portion) is configured to be positioned at one side of the discharge end P1-1 'of the surrounding heat transfer medium flow path P1-1 with a predetermined clearance as described above ,
  • the heat medium passing through the outer heat medium flow path P1-1 is blocked by the clearance between the heat medium outlet pipe 102 and the heat medium body different distribution portion,
  • the flow rate of the heat medium passing through the outer heat transfer path P1-1 among the heat transfer paths P1-1, P1-2, P1-3, and P1-4 is set to the remaining heat transfer paths P1-2, P1-3, It is possible to reduce the flow rate of the heat medium passing through them. That is, the flow rate of the heat medium passing through the remaining heat medium flow paths P1-2, P1-3, and P1-4 can be increased compared to the flow rate of the heat medium passing through the outer heat medium flow path P1-1.
  • the heat medium flow path P1-1 formed by the outer first plate 100a-1 and the second plate 100b-1 located at the outermost periphery and in contact with the outside air, 2 plate 100b-1, and the amount of heat absorbed is relatively small, so that a relatively small amount of heat medium flows through the heat medium flow path P1-1.
  • the flow rate of the heat medium is differentially distributed so that the flow rate of the heat medium passing through the heat medium flow path formed in multiple layers between the plural plates and the amount of heat absorbed by the plate are balanced, Generation and lime precipitation can be suppressed and the heat transfer efficiency can be improved.
  • the heating medium outlet pipe 102 is provided with a discharge end P1-1 'of the heating medium passage P1-1 formed by the outer plate 100a-1, And an expanded portion 102c positioned at one side of the discharge end P1-1 'of the heating medium flow path P1-1 with a gap therebetween.
  • the heat medium flow path P1-1 located at the outer periphery of the heat exchanger 102c can form a diaphragm at a predetermined clearance to effectively differentially distribute the heat medium flow rate.

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Abstract

본 발명은 열매체의 국부적인 과열로 인한 비등 발생 및 라임 석출을 억제함과 동시에 전열 효율을 향상시킬 수 있는 열교환기를 제공함에 그 목적이 있다. 이를 구현하기 위한 본 발명의 열교환기는, 복수의 적층된 플레이트의 내부에 열매체가 유동하는 열매체유로와, 연소가스가 유동하는 연소가스유로가 인접하게 교대로 형성된 열교환부를 구비하고, 상기 열교환부에는, 상기 열교환부의 병렬의 열매체유로를 통과하는 열매체의 유량과 상기 플레이트에 전달되는 흡수 열량이 균형을 이루도록 상기 열매체의 유량이 상기 병렬의 열매체유로에 차등 분배되도록 하는 열매체 차등분배부가 구비된 것을 특징으로 한다.

Description

열교환기
본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 플레이트 사이에 다층으로 형성되는 열매체유로를 통과하는 열매체의 유량과 흡수 열량의 균형을 맞출 수 있도록 열매체의 유량이 차등 분배되도록 함으로써, 열매체의 비등 발생 및 라임 석출을 억제함과 동시에 전열 효율을 향상시킬 수 있는 열교환기에 관한 것이다.
난방용 또는 온수용으로 사용되는 보일러는 난방수 또는 직수(이하, ‘열매체’라 통칭함)를 열원에 의해 가열시켜 원하는 지역을 난방하거나 온수를 공급하는 장치로서, 가스와 공기의 혼합기를 연소시키는 버너와, 연소가스의 연소열을 열매체로 전달하는 열교환기를 포함하여 구성된다.
종래의 열교환기와 관련된 선행기술의 일례로서, 등록특허 제10-0813807호 에는, 중앙에 버너가 위치하고, 버너의 둘레에 코일형태로 감겨진 열교환파이프로 구성된 열교환기가 개시되어 있다.
상기 선행기술 문헌에 소개된 열교환기는, 튜브를 납작한 형태로 성형하여 열전달 매체부에 압력이 가해질 경우 둥근 형태로 변형이 되는 문제를 가지고 있고, 튜브를 말아올려 제작하기 때문에 두께가 두꺼워지는 문제가 있다.　
또한 종래의 열교환기는 열교환관이 연소실의 둘레에 코일형태로 감겨진 구조로 이루어져 있어 연소가스와 열매체 간의 열교환이 코일형태로 형성되는 열교환기 주변의　국부적인 공간에서만 이루어지므로 전열 면적을 넓게 확보할 수 없는 단점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로서 근래에는 다수 개의 플레이트를 적층시켜 그 내부에 열매체유로와 연소가스유로를 형성하여 열매체와 연소가스 간에 열교환이 이루어지도록 구성된 판형 열교환기가 개발되고 있다.
상기 판형 열교환기와 관련된 선행기술은, 일본 공개특허공보 특개2006-214628호에 나타나 있다. 상기 선행기술 문헌에 개시된 판형 열교환기의 경우, 열매체가 복수의 층으로 형성된 열매체유로로 분배되어 유동하는 과정에서, 열매체는 유동방향이 수평방향에서 수직방향으로 전환되고, 각 층의 열매체유로로 분배되는 열매체의 유량은 열매체의 관성과 압력에 의해 불균일하게 분배될 수 있다.
이 경우의 문제점을 설명하기 위한 도 1을 참조하면, 다수개의 플레이트를 적층하여 형성된 판형 열교환기에서, 하부 열교환부(20)에 형성된 복수의 열매체유로(21,22,23,24)를 통과하여 일방향으로 유동한 열매체는, 유로가 반대방향으로 전환되어 상부 열교환부(10)에 형성된 복수의 열매체유로(11,12,13,14)를 통과한 후에 열매체 출구관(미도시됨)을 통하여 배출된다. 상기 열매체가 전환되는 유로전환부(30)를 통과하는 열매체는, 관성에 의하여 상측에 위치하는 외곽 열매체유로(11)에 상대적으로 많은 유량의 열매체가 공급되고, 그 하측에 위치하는 나머지 열매체유로(12,13,14)에는 상대적으로 적은 유량의 열매체가 공급되게 된다.
상기 외곽 열매체유로(11)를 형성하는 최상단에 위치하는 외곽 플레이트(10a)는 외부의 공기와 접하게 되고, 그 하측에 위치하는 내측의 플레이트(10b)를 통해서만 연소가스의 열이 전달되게 된다. 따라서, 상기 외곽 플레이트(10a)에 의해 형성되는 열매체유로(11)에는 흡수 열량이 적음에도 불구하고 많은 유량의 열매체가 공급되고, 그 하측에 위치하는 내측 플레이트(10c,10d)에 의해 형성되는 열매체유로(12,13,14)에는 두 개의 플레이트(10c,10d) 모두를 통하여 연소가스의 열이 전달되어 흡수 열량이 많음에도 불구하고 적은 유량의 열매체가 공급되게 되므로, 열매체의 유량과 흡수 유량 간에 불균형이 발생하게 된다.
이와 같이 각 층의 열매체유로에 열매체의 유량이 플레이트를 통하여 열매체로 전달되는 흡수 열량과 균형을 이루지 못하는 경우에는, 열매체와 연소가스 간의 열교환 성능이 저하되고, 열매체의 유량이 적은 영역에서는 국부적인 과열에 의해 열매체의 끓음에 의한 소음 발생 및 라임(Lime,석회) 등의 이물질이 석출되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열매체의 국부적인 과열로 인한 비등 발생 및 라임 석출을 억제함과 동시에 전열 효율을 향상시킬 수 있는 열교환기를 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 열교환기는, 복수의 적층된 플레이트의 내부에 열매체가 유동하는 열매체유로와, 연소가스가 유동하는 연소가스유로가 인접하게 교대로 형성된 열교환부를 구비하고; 상기 열교환부에는, 상기 열교환부의 병렬의 열매체유로를 통과하는 열매체의 유량과 상기 플레이트에 전달되는 흡수 열량이 균형을 이루도록 상기 열매체의 유량이 상기 병렬의 열매체유로에 차등 분배되도록 하는 열매체 차등분배부가 구비된 것;을 특징으로 한다.
상기 열매체 차등분배부는, 상기 복수의 플레이트 중 상기 열교환부의 외벽을 이루는 외곽 플레이트에 의해 형성되는 열매체유로를 통과하는 열매체의 유량이, 상기 열교환부의 내측에 위치하는 플레이트에 의해 형성되는 열매체유로를 통과하는 열매체의 유량에 비해 상대적으로 적은 유량의 열매체가 통과하도록 열매체의 유량을 차등 분배하는 것으로 구성될 수 있다.
상기 열매체 차등분배부는, 상기 열교환부의 열매체 출구측에 구비되는 열매체 출구관이 상기 열매체 출구측에 위치하는 상기 병렬의 열매체유로의 일측으로 연장된 구조로 이루어질 수 있다.
상기 열매체 출구관의 하단부는 상기 외곽 플레이트에 의해 형성되는 열매체유로의 배출단과 유격을 두고 상기 열매체유로의 배출단의 일측에 위치하도록 연장된 것으로 구성될 수 있다.
상기 열매체 출구관에는 상기 외곽 플레이트에 의해 형성되는 열매체유로의 배출단과 유격을 두고 상기 열매체유로의 배출단의 일측에 위치하는 확관부가 형성될 수 있다.
상기 복수의 적층된 플레이트에는, 버너의 연소에 의해 발생하는 연소가스의 현열을 이용하여 열매체를 가열하는 현열교환부와, 상기 현열교환부를 통과한 연소가스의 잠열을 이용하여 열매체를 가열하는 잠열교환부가 일체로 형성될 수 있다.
상기 열매체 차등분배부는, 상기 현열교환부의 열매체 출구측에 구비되는 열매체 출구관과 같은 위치상에 놓여 있고, 상기 현열교환부의 일측에 구비될 수 있다.
상기 잠열교환부의 열매체유로는 병렬로 형성될 수 있다.
상기 현열교환부와 잠열교환부 사이에는 열매체의 연결유로가 형성되고, 상기 잠열교환부의 열매체유로는, 열매체가 유입되는 열매체 입구와 상기 열매체의 연결유로 사이에 병렬로 연결될 수 있다.
상기 열교환부는 중앙에 형성된 연소실의 외측을 둘러싸며 복수 개가 적층 구조로 구비되되, 상기 복수 개의 열교환부의 일측에 형성되는 현열교환부에서의 열매체 유동방향은 서로 다르게 형성될 수 있다.
상기 열교환부는 적어도 2개의 단위 열교환부를 가지며, 상기 단위 열교환부는 열매체가 양방향 또는 반대방향으로 유동하도록 구성될 수 있다.
상기 현열교환부의 하부에 위치하는 제1열교환부에서는 열매체가 양방향으로 유동하고, 상기 현열교환부의 중간부에 위치하는 제2열교환부에서는 열매체가 일방향으로 유동하며, 상기 현열교환부의 상부에 위치하는 제3열교환부에서는 열매체가 반대방향으로 유동하는 것으로 구성될 수 있다.
상기 열교환부는 중앙에 형성된 연소실의 외측을 둘러싸며 복수 개가 적층 구조로 구비되되, 상기 복수 개의 열교환부 간에는 상기 열매체유로가 직렬로 형성되고, 상기 각각의 열교환부의 내부에는 상기 열매체유로가 병렬로 형성될 수 있다.
상기 복수의 열교환부의 일측부에는, 각각 열매체가 유입되는 관통구와 열매체가 유출되는 관통구가 인접한 간격을 두고 형성되되, 상기 각각의 열교환부에서 인접하게 위치하는 열매체가 유입되는 관통구와 열매체가 유출되는 관통구 사이는 막힌 형상으로 이루어지고, 이웃하게 적층되는 열교환부 중, 어느 하나의 열교환부에 형성된 열매체가 유입되는 관통구 및 열매체가 유출되는 관통구는, 나머지 하나의 열교환부에 형성된 열매체가 유입되는 관통구 및 열매체가 유출되는 관통구와 상반된 위치에 형성될 수 있다.
상기 열교환부의 상부 일측부에는, 인접하게 적층되는 열교환부 간에 열매체가 일방향으로 유동하도록 열매체의 연결유로를 제공하기 위한 일측의 관통구와 타측의 관통구와, 상기 일측의 관통구를 통해 열매체유로로 유입된 열매체가 상기 연소실의 둘레를 일방향으로 경유하여 상기 타측의 관통구를 향하여 유동하도록 유도하기 위한 막힘부, 및 상기 타측의 관통구를 통해 열매체유로로 유입된 열매체가 상기 연소실의 둘레를 반대방향으로 경유하여 상기 일측의 관통구를 향하여 유동하도록 유도하기 위한 막힘부가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 열교환기에 의하면, 복수의 플레이트 사이에 다층으로 형성되는 열매체유로를 통과하는 열매체의 유량과 플레이트에 전달되는 흡수 열량이 균형을 이루도록 열매체의 유량이 차등 분배되도록 하는 열매체 차등분배부를 구비함으로써, 열매체의 국부적인 과열로 인한 비등 발생 및 라임 석출을 억제함과 동시에 전열 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 외곽에 위치하는 열매체유로의 일측에 열매체 출구관이 위치하도록 열매체 출구관의 하단부를 열교환부의 내측으로 연장시켜 열매체 차등분배부를 구성함으로써, 열매체 차등분배부의 구현을 위한 장치의 구조를 간소화 할 수 있다.
또한, 열매체 출구관의 연장된 부분에는 필요에 따라 확관부를 추가로 형성함으로써, 열매체 출구관의 직경이 외곽에 위치하는 열매체유로의 일측을 소정 유격을 두고 가로막기에 충분하지 않은 크기인 경우에도, 확관부에 의해 외곽에 위치하는 열매체유로의 일측을 소정 유격을 두고 가로막을 수 있어 열매체 유량을 효과적으로 차등 분배할 수 있다.
또한, 연소실을 둘러싸며 적층되는 복수의 열교환부를 구비하고, 복수의 열교환부 간에는 열매체유로를 직렬로 형성하고, 각각의 열교환부의 내부에는 열매체유로를 병렬로 형성함으로써, 열교환기의 용량 증대 시 병렬 유로의 수를 조절하여 열매체의 압력강하 없이 용량을 증대시킬 수 있다.
또한, 복수의 플레이트를 적층시켜 현열교환부와 잠열교환부를 일체형으로 구성함으로써, 열교환기의 부품수를 줄일 수 있고, 생산 공정이 간소화되어 생산 자동화가 가능하다.
도 1은 종래 열교환기에서 열매체의 유량과 흡수 열량의 불균형 문제를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 사시도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 평면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기를 구성하는 플레이트의 일부를 보여주는 사시도,
도 5는 열매체의 유동 경로를 나타낸 사시도,
도 6은 도 3의 A-A 선을 따르는 단면도,
도 7은 도 3의 B-B 선을 따르는 단면도,
도 8은 도 3의 C-C 선을 따르는 단면도,
도 9는 도 3의 D-D 선을 따르는 단면도,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환기의 열매체 출구관을 보여주는 단면도.
** 부호의 설명 **
10 : 상부 열교환부 10a : 외곽 플레이트
10b,10c,10d : 내측 플레이트 11,12,13,14 : 상부 열교환부의 열매체유로
20 : 하부 열교환부 21,22,23,24 : 하부 열교환부의 열매체유로
30 : 유로 전환부 1 : 열교환기
100 : 열교환부 100A : 현열교환부
100B : 잠열교환부 100-A : 제1열교환부
100-B : 제2열교환부 100-C : 제2열교환부
100-1,100-2 : 단위플레이트 100a-1,100a-2 : 제1플레이트
100b-1,100b-2 : 제2플레이트 101 : 열매체 입구관
102 : 열매체 출구관(열매체 차등분배부)
102a : 열매체 출구관의 하단부 102b : 열매체 출구관의 고정부
102c : 열매체 출구관의 확관부 110 : 제1평면부
120 : 제1돌출부 130 : 제2돌출부
140 : 제1플랜지부 150 : 제2평면부
160 : 제1함몰부 170 : 제2함몰부
180 : 제2평면부 A1 : 제1개방구
A2 : 제2개방구 C : 연소실
D : 연소가스 배출구 H1~H8 : 관통구
H2',H3',H4',H7',H8' : 막힘부 P1 : 열매체유로
P1-1,P1-2,P1-3,P1-4 : 제1열교환부의 열매체유로
P1-5,P1-6,P1-7,P1-8 : 제2열교환부의 열매체유로
P1-9,P1-10,P1-11,P1-12 : 제3열교환부의 열매체유로
P2 : 연소가스유로
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기(1)는, 버너(미도시됨)의 연소에 의해 연소열과 연소가스가 발생하는 연소실(C)의 둘레에 복수 개의 플레이트가 적층되어 이루어진 열교환부(100)로 이루어진다.
상기 열교환부(100)는, 연소실(C)의 외측을 둘러싸며 상기 플레이트의 일측 영역으로 이루어져 버너의 연소에 의해 발생한 연소가스의 현열을 이용하여 열매체를 가열하는 현열교환부(100A)와, 상기 플레이트의 타측 영역으로 이루어져 상기 현열교환부(100A)에서 열교환을 마친 연소가스에 포함된 수증기가 응축되면서 발생하는 잠열을 이용하여 열매체를 가열하는 잠열교환부(100B)로 구성된다.
상기 현열교환부(100A)와 잠열교환부(100B)는 복수 개의 적층된 플레이트에 의해 일체형 구조로 형성된다.
상기 잠열교환부(100B)의 상부 일측에는 열매체 입구관(101)이 구비되고, 상기 현열교환부(100A)의 상부 일측에는 열매체 출구관(102)이 구비된다. 상기 열매체 출구관(102)은 후술되는 열매체 차등분배부로서 기능한다.
일실시예로서, 상기 복수의 플레이트는 12개의 단위플레이트로 구성될 수 있으며, 도 4에는 상부에 위치하는 2개의 단위플레이트(100-1,100-2)만을 나타낸 것이다. 상기 단위플레이트(100-1)는 상부에 위치하는 제1플레이트(100a-1)와, 그 하부에 적층되는 제2플레이트(100b-1)로 이루어지고, 상기 단위플레이트(100-2)는 상부에 위치하는 제1플레이트(100a-2)와, 그 하부에 적층되는 제2플레이트(100b-2)로 이루어진다.
도 4와 도 7을 함께 참조하면, 상기 각각의 단위플레이트(100-1,100-2)를 구성하는 제1플레이트(100a-1,100a-2)와 제2플레이트(100b-1,100b-2) 사이에는 열매체가 유동하는 열매체유로(P1)가 형성된다. 즉, 단위플레이트(100-1)를 구성하는 제1플레이트(100a-1)와 제2플레이트(100b-1) 사이에 열매체유로(P1)가 형성되고, 단위플레이트(100-2)를 구성하는 제1플레이트(100a-2)와 제2플레이트(100b-2) 사이에 열매체유로(P1)가 형성된다.
그리고, 인접하게 적층되는 단위플레이트(100-1,100-2) 중 일측에 위치하는 단위플레이트(100-1)를 구성하는 제2플레이트(100b-1)와, 타측에 위치하는 단위플레이트(100-2)를 구성하는 제1플레이트(100a-2) 사이에는 연소가스가 유동하는 연소가스유로(P2)가 형성된다.
상기 열매체유로(P1)와 연소가스유로(P2)는 복수의 플레이트 사이에 인접하게 교대로 형성되어, 열매체와 연소가스 간에 열교환이 이루어진다. 상기 열매체유로(P1)와 연소가스유로(P2)는 인접하게 형성되되, 공간적으로는 서로 분리된 구조로 이루어져, 열매체유로(P1)에는 열매체가 유동하고, 연소가스유로(P2)에는 연소가스가 유동한다.
도 4를 참조하면, 상기 제1플레이트는, 제1평면부(110)와, 상기 제1평면부(110)의 일측에서 상측으로 돌출되고 중앙에는 제1개방구(A1)가 형성되어 상기 현열교환부(100A)를 구성하는 제1돌출부(120)와, 상기 제1평면부(110)의 타측에서 상측으로 돌출되어 상기 잠열교환부(100B)를 형성하는 제2돌출부(130), 및 제1플레이트의 가장자리부에서 하측으로 절곡된 제1플랜지부(140)로 이루어진다.
상기 제2플레이트는, 제2평면부(150)와, 상기 제2평면부(150)의 일측에서 하측으로 함몰되어 상기 제1돌출부(120)와의 사이에 열매체유로(P1)를 형성하고 중앙에는 상기 제1개방구(A1)와 대응되는 제2개방구(A2)가 형성된 제1함몰부(160)와, 상기 제2평면부(150)의 타측에서 하측으로 함몰되어 상기 제2돌출부(130)와의 사이에 열매체유로(P1)를 형성하는 제2함몰부(170), 및 제2플레이트의 가장자리부에서 하측으로 절곡된 제2플랜지부(180)로 이루어진다.
도 5를 참조하면, 상기 열교환부(100)는 복수 개가 적층된 구조로 이루어지고, 적어도 2개의 단위 열교환부(100-A,100-B,100-C)를 가지며, 상기 단위 열교환부(100-A,100-B,100-C)는 열매체가 양방향 또는 반대방향으로 유동하도록 구성된다. 일실시예로, 상기 복수의 단위 열교환부(100-A,100-B,100-C)는, 제1열교환부(100-A)와 제2열교환부(100-B) 및 제3열교환부(100-C)로 구성될 수 있다. 상기 제1열교환부(100-A)는 상부에 위치하는 4개의 적층된 단위플레이로 구성되고, 상기 제2열교환부(100-B)는 중간부에 위치하는 4개의 적층된 단위플레이트로 구성되며, 상기 제3열교환부(100-C)는 하부에 위치하는 4개의 적층된 단위플레이트로 구성될 수 있다.
도 5에서 화살표는 열매체의 유동 방향을 나타낸 것이다.
도 4와 도 5를 함께 참조하면, 상기 잠열교환부(100B)의 일측에는 열매체 유입관(101)이 구비되고, 상기 열매체 유입관(101)의 하측에는 열매체 유입관(101)으로 유입된 열매체가 각각의 단위플레이트에 형성된 열매체유로(P1)로 연결되는 관통구(H1,H5)가 형성된다. 잠열교환부(100B)의 타측에는 열매체유로(P1)를 통과한 열매체가 현열교환부(100A)의 제3열교환부(100-C)로 연결되도록 관통구(H2,H6)가 형성되어 있다. 최상단에 위치하는 제1플레이트(100a-1)의 타측에는 상기 관통구(H2)와 대응되는 위치에 막힘부(H2')가 형성되어 있다.
도 2와 도4 및 도 5를 참조하면, 상기 잠열교환부(100B)의 관통구(H2,H6)와 상기 현열교환부(100A)의 제3열교환부(100-C) 사이에는 열매체 연결유로(미도시됨)가 형성되어 있다.
상기 잠열교환부(100B)의 열매체유로(P1)는 열매체가 유입되는 열매체 입구관(101)이 연결되는 열매체 입구와 상기 열매체의 연결유로 사이에 병렬로 연결되어 열매체의 유동저항을 감소시킬 수 있다.
도 5에서 화살표로 열매체의 유동방향을 나타낸 바와 같이, 상기 잠열교환부(100B)를 통과한 열매체는, 현열교환부(100A)의 제3열교환부(100-C)에서 양방향으로 유동한 후에, 제2열교환부(100-B)에서는 반시계방향으로 유동하고, 제1열교환부(100-A)에서는 시계방향으로 유동한 후에 열매체 출구관(102)을 통하여 배출된다.
이와 같은 현열교환부(100A)에서의 열매체 유동 방향 형성을 위한 구성으로, 도 4와 도 5 및 도 7을 함께 참조하면, 상기 제1플레이트의 일측부에는 관통구(H3,H4)가 인접하게 형성되고, 상기 제2플레이트의 일측부에는 상기 관통구(H3,H4)와 대응되는 위치에 관통구(H7,H8)가 형성되어 있다. 그리고, 제3열교환부(100-C)의 최상단에 위치하는 제1플레이트에는 관통구(H3)와 대응되는 위치에 막힘부(H3')가 형성되고, 상기 제2열교환부(100-B)의 최하단에 위치하는 제2플레이트에는 관통구(H7)와 대응되는 위치에 막힘부(H7')가 형성되며, 상기 제2열교환부(100-B)의 최상단에 위치하는 제1플레이트에는 관통구(H4)와 대응되는 위치에 막힘부(H4')가 형성되고, 제1열교환부(100-A)의 최하단에 위치하는 제2플레이트에는 관통구(H8)와 대응되는 위치에 막힘부(H8')가 형성되며, 제1열교환부(100-A)의 최상단에 위치하는 제1플레이트에는 관통구(H3)와 대응되는 위치에 막힘부(H3')가 형성되어 있다.
상기 복수의 열교환부(100A,100B,100C)의 일측부에는, 각각 열매체가 유입되는 관통구(H7,H8)와 열매체가 유출되는 관통구(H4,H3)가 인접한 간격을 두고 형성되되, 상기 각각의 열교환부에서 인접하게 위치하는 열매체가 유입되는 관통구(H7,H8)와 열매체가 유출되는 관통구(H4,H3) 사이는 막힌 형상으로 이루어진다.
또한, 이웃하게 적층되는 열교환부 중, 어느 하나의 열교환부에 형성된 열매체가 유입되는 관통구 및 열매체가 유출되는 관통구는, 나머지 하나의 열교환부에 형성된 열매체가 유입되는 관통구 및 열매체가 유출되는 관통구와 상반된 위치에 형성된다. 즉, 이웃하게 적층되는 제3열교환부(100-C)와 제2열교환부(100-B) 중, 제3열교환부(100-C)에는 열매체가 유출되는 관통구(H4)가 일측에 형성되고, 제2열교환부(100-B)에는 열매체가 유출되는 관통구(H3)가 타측에 형성된다. 또한, 이웃하게 적층되는 제2열교환부(100-B)와 제1열교환부(100-A) 중, 제2열교환부(100-B)에는 열매체가 유입되는 관통구(H8)가 일측에 형성되고 열매체가 유출되는 관통구(H3)가 타측에 형성되며, 제1열교환부(100-A)에는 열매체가 유입되는 관통구(H7)가 타측에 형성되고 열매체가 유출되는 관통구(H4)가 일측에 형성된다.
따라서, 도 5에 도시된 바와 같이 복수 개의 열교환부(100-A,100-B,100-C) 간에는 상기 열매체유로(P1)가 직렬로 형성되고, 상기 각각의 열교환부(100-A,100-B,100-C)의 내부에는 상기 열매체유로(P1)가 병렬로 형성된다. 이와 같이 잠열교환부(100B)에서는 열매체유로(P1)가 병렬로 형성되어 열매체의 유동저항을 감소시킬 수 있고, 현열교환부(100A)에서는 열매체유로(P1)가 직렬로 형성되어 열매체의 순환이 원활하게 이루어져 열매체의 압력강하를 최소화하고 국부적인 과열을 방지함으로써 열효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 6을 참조하면, 연소실(C)에서 버너의 연소에 의해 발생된 연소가스는 열교환부(100)의 방사상 외측으로 유동한 후에 일측(도면에서 우측)을 향하여 배출된다. 상기 연소가스가 복수의 연소가스유로(P2)를 통과하여 균일하게 배출되도록 하기 위한 구성으로, 제1플레이트와 제2플레이트의 적층 시, 제1플레이트의 제1플랜지부(140)와 제2플레이트의 제2플랜지부(180)는 일부가 중첩되며, 상기 제1플레이트와 제2플레이트의 가장자리 중 일부 영역에는 연소가스유로(P2)를 통과하여 유동하는 연소가스가 배출되는 연소가스 배출구(D)가 형성된다. 상기 연소가스 배출구(D)를 통해 배출된 연소가스는 배기후드(미도시됨)를 통하여 배출된다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 상기 현열교환부(100A)의 열매체 출구측에는 병렬의 열매체유로(P1)를 통과하는 열매체의 유량과 상기 복수의 플레이트에 전달되는 흡수 열량이 균형을 이루도록 상기 열매체의 유량이 상기 병렬의 열매체유로(P1)에 차등 분배되도록 하는 열매체 차등분배부가 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 열매체 차등분배부는, 상기 복수의 플레이트 중 상기 열교환부(100)의 외벽을 이루는 외곽 플레이트(100a-1)에 의해 형성되는 열매체유로(P1-1)를 통과하는 열매체의 유량이, 상기 외곽 플레이트(100a-1)의 하측으로 열교환부(100)의 내측에 위치하는 나머지 플레이트들에 의해 형성되는 열매체유로(P1-2,P1-3,P1-4)를 통과하는 열매체의 유량에 비해 상대적으로 적은 유량의 열매체가 통과하도록 열매체의 유량을 차등 분배하기 위한 구성이다.
일실시예로, 상기 열매체 차등분배부는, 상기 열교환부(100)의 열매체 출구측에 구비되는 열매체 출구관(102)이 상기 열매체 출구측에 위치하는 상기 병렬의 열매체유로의 일측에 위치하도록 하측으로 연장된 구조로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 열매체 출구관(102)의 하단부(102a)는 상기 외곽 플레이트(100a-1)에 의해 형성되는 열매체유로(P1-1)의 배출단(P1-1')과 소정의 유격을 두고 상기 열매체유로(P1-1)의 배출단(P1-1')의 일측에 위치하도록 연장된 것으로 구성될 수 있다. 미설명부호 102b는 열매체 출구관(102)을 제1플레이트(100a-1)에 고정하기 위한 고정부를 나타낸 것이다.
도 8과 도 9에서 화살표는 열매체가 유동하는 방향을 나타낸 것이며, 제1열교환부(100-A)에서의 화살표의 길이는 열매체 유량의 크기를 나타낸 것이며, 굵은 점선은 각 열교환부(100-A,100-B,100-C)의 경계부를 나타낸 것이다.
도 5와 도 8 및 도 9를 함께 참조하면,현열교환부(100A)의 제3열교환부(100-C)의 열매체유로(P1-9,P1-10,P1-11,P1-12)를 통과하여 양방향으로 유동한 열매체는, 제2열교환부(100-B)의 열매체유로(P1-5,P1-6,P1-7,P1-8)를 통과하여 일방향으로 유동한 후에, 유동 방향이 반대로 전환되어 제1열교환부(100-A)의 열매체유로(P1-1,P1-2,P1-3,P1-4)를 통과하여 반대방향으로 유동한 후에 열매체 출구관(102)을 통하여 배출된다.
상기와 같이 열매체 출구관(102, 열매체 차등분배부)의 하단부(102a)가 외곽 열매체유로(P1-1)의 배출단(P1-1')의 일측에 소정의 유격을 두고 위치하도록 구성할 경우, 상기 외곽 열매체유로(P1-1)를 통과하는 열매체는 상기 열매체 출구관(102, 열매체 차등분배부)에 의해 유격을 사이에 두고 가로막히게 되므로, 제1열교환부(100-A)의 열매체유로(P1-1,P1-2,P1-3,P1-4) 중 외곽 열매체유로(P1-1)를 통과하는 열매체의 유량을 나머지 열매체유로(P1-2,P1-3,P1-4)를 각각 통과하는 열매체의 유량보다 줄일 수 있게 된다. 즉, 상기 외곽 열매체유로(P1-1)를 통과하는 열매체의 유량에 비해 나머지 열매체유로(P1-2,P1-3,P1-4)를 각각 통과하는 열매체의 유량를 증가시킬 수 있게 된다.
따라서, 최외곽에 위치하며 외부 공기와 접하는 외곽 제1플레이트(100a-1)와 이에 결합되는 제2플레이트(100b-1)에 의해 형성되는 열매체유로(P1-1)에는 연소가스의 열이 제2플레이트(100b-1)를 통해서만 전달되어 흡수 열량이 상대적으로 적으므로, 상기 열매체유로(P1-1)에는 상대적으로 적은 유량의 열매체가 유동하도록 한다. 이에 반하여, 상기 외곽 제1플레이트(100a-1)와 제2플레이트(100a-2)의 하측에 위치하는 제1플레이트와 제2플레이트에 의해 형성되는 열매체유로(P1-2,P1-3,P1-4)에는 제1플레이트와 제2플레이트 모두를 통하여 연소가스의 열이 동시에 전달되어 흡수 열량이 상대적으로 많으므로, 상기 열매체유로(P1-2,P1-3,P1-4)에는 상대적으로 많은 유량의 열매체가 유동하도록 한다.
이와 같은 구성에 의하면, 복수의 플레이트 사이에 다층으로 형성되는 열매체유로를 통과하는 열매체의 유량과 플레이트에 전달되는 흡수 열량이 균형을 이루도록 열매체의 유량이 차등 분배됨으로써, 열매체의 국부적인 과열로 인한 비등 발생 및 라임 석출을 억제함과 동시에 전열 효율을 향상시킬 수 있다.
다른 실시예로, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 열매체 출구관(102)에는 상기 외곽 플레이트(100a-1)에 의해 형성되는 열매체유로(P1-1)의 배출단(P1-1')과 유격을 두고 상기 열매체유로(P1-1)의 배출단(P1-1')의 일측에 위치하는 확관부(102c)가 형성된 것으로 구성될 수 있다.
상기 확관부(102c)의 구성에 의하면, 열매체 출구관(102)의 직경이 외곽에 위치하는 열매체유로(P1-1)의 일측을 소정 유격을 두고 가로막기에 충분하지 않은 크기인 경우에도, 확관부(102c)에 의해 외곽에 위치하는 열매체유로(P1-1)의 일측을 소정 유격을 두고 가로막을 수 있어 열매체 유량을 효과적으로 차등 분배할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 변형실시가 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 복수의 적층된 플레이트의 내부에 열매체가 유동하는 열매체유로와, 연소가스가 유동하는 연소가스유로가 인접하게 교대로 형성된 열교환부를 구비하고;
    상기 열교환부에는, 상기 열교환부의 병렬의 열매체유로를 통과하는 열매체의 유량과 상기 플레이트에 전달되는 흡수 열량이 균형을 이루도록 상기 열매체의 유량이 상기 병렬의 열매체유로에 차등 분배되도록 하는 열매체 차등분배부가 구비된 것;
    을 특징으로 하는 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열매체 차등분배부는, 상기 복수의 플레이트 중 상기 열교환부의 외벽을 이루는 외곽 플레이트에 의해 형성되는 열매체유로를 통과하는 열매체의 유량이, 상기 열교환부의 내측에 위치하는 플레이트에 의해 형성되는 열매체유로를 통과하는 열매체의 유량에 비해 상대적으로 적은 유량의 열매체가 통과하도록 열매체의 유량을 차등 분배하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열매체 차등분배부는, 상기 열교환부의 열매체 출구측에 구비되는 열매체 출구관이 상기 열매체 출구측에 위치하는 상기 병렬의 열매체유로의 일측으로 연장된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 열교환기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열매체 출구관의 하단부는 상기 외곽 플레이트에 의해 형성되는 열매체유로의 배출단과 유격을 두고 상기 열매체유로의 배출단의 일측에 위치하도록 연장된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열매체 출구관에는 상기 외곽 플레이트에 의해 형성되는 열매체유로의 배출단과 유격을 두고 상기 열매체유로의 배출단의 일측에 위치하는 확관부가 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 적층된 플레이트에는, 버너의 연소에 의해 발생하는 연소가스의 현열을 이용하여 열매체를 가열하는 현열교환부와, 상기 현열교환부를 통과한 연소가스의 잠열을 이용하여 열매체를 가열하는 잠열교환부가 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열매체 차등분배부는, 상기 현열교환부의 열매체 출구측에 구비되는 열매체 출구관과 같은 위치상에 놓여 있고, 상기 현열교환부의 일측에 구비된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 잠열교환부의 열매체유로는 병렬로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 현열교환부와 잠열교환부 사이에는 열매체의 연결유로가 형성되고,
    상기 잠열교환부의 열매체유로는, 열매체가 유입되는 열매체 입구와 상기 열매체의 연결유로 사이에 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 열교환부는 중앙에 형성된 연소실의 외측을 둘러싸며 복수 개가 적층 구조로 구비되되,
    상기 복수 개의 열교환부의 일측에 형성되는 현열교환부에서의 열매체 유동방향은 서로 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 열교환부는 적어도 2개의 단위 열교환부를 가지며, 상기 단위 열교환부는 열매체가 양방향 또는 반대방향으로 유동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 현열교환부의 하부에 위치하는 제1열교환부에서는 열매체가 양방향으로 유동하고, 상기 현열교환부의 중간부에 위치하는 제2열교환부에서는 열매체가 일방향으로 유동하며, 상기 현열교환부의 상부에 위치하는 제3열교환부에서는 열매체가 반대방향으로 유동하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 열교환부는 중앙에 형성된 연소실의 외측을 둘러싸며 복수 개가 적층 구조로 구비되되,
    상기 복수 개의 열교환부 간에는 상기 열매체유로가 직렬로 형성되고,
    상기 각각의 열교환부의 내부에는 상기 열매체유로가 병렬로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 열교환부의 상부 일측부에는,
    인접하게 적층되는 열교환부 간에 열매체가 일방향으로 유동하도록 열매체의 연결유로를 제공하기 위한 일측의 관통구와 타측의 관통구와,
    상기 일측의 관통구를 통해 열매체유로로 유입된 열매체가 상기 연소실의 둘레를 일방향으로 경유하여 상기 타측의 관통구를 향하여 유동하도록 유도하기 위한 막힘부, 및
    상기 타측의 관통구를 통해 열매체유로로 유입된 열매체가 상기 연소실의 둘레를 반대방향으로 경유하여 상기 일측의 관통구를 향하여 유동하도록 유도하기 위한 막힘부가 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 열교환부의 일측부에는, 각각 열매체가 유입되는 관통구와 열매체가 유출되는 관통구가 인접한 간격을 두고 형성되되,
    상기 각각의 열교환부에서 인접하게 위치하는 열매체가 유입되는 관통구와 열매체가 유출되는 관통구 사이는 막힌 형상으로 이루어지고,
    이웃하게 적층되는 열교환부 중, 어느 하나의 열교환부에 형성된 열매체가 유입되는 관통구 및 열매체가 유출되는 관통구는, 나머지 하나의 열교환부에 형성된 열매체가 유입되는 관통구 및 열매체가 유출되는 관통구와 상반된 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
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