KR101188821B1 - 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 열교환기는 난방수가 공급되고 배출되는 공간이 마련된 본체와, 지면에 수직하게 전술한 본체에 내장되고 연소실로부터 발생되는 연소가스가 유동하면서 배출되는 통로이며 전술한 난방수와 열교환을 통하여 전술한 연소가스의 온도가 하강되도록 길이 방향을 따라 복수의 홈이 평행하게 지면과 경사를 이루도록 형성되는 복수의 연관과, 전술한 본체에 장착되어 전술한 난방수와 전술한 연소가스의 열교환에 의하여 전술한 연관 내부에서 발생하면서 중력 방향으로 유동하는 응축수를 외부로 배출시키는 응축수 배출부를 포함하며, 전술한 연관에 형성된 홈의 일측 단부는 전술한 연관과 인접한 연관에 형성된 홈의 타측 단부와 일직선 상에 배치된다.

Description

열교환기{HEAT EXCHANGER}

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 본체에 지면과 수직하게 배치되는 연관을 포함하는 구성에 따라 응축수 배출량을 증가시키면서 열교환 효율을 대폭 향상시키기 위한 열교환기에 관한 것이다.

열교환기는 온도가 다른 두 유체가 전열판에 의하여 분할되고, 양자간에 전열판을 통한 열교환이 이루어지도록 하는 장치로, 온수 공급과 난방을 포함하여 공조기기, 폐열회수장치 등 여러분야에서 널리 사용된다.

열교환기에서 가장 중요한 것은 온도가 다른 두 유체 간의 효과적인 열 교환이므로, 동일한 연료를 사용하여 연소가스를 발생시킬 때 기존의 열교환기보다 더욱 많은 양의 연소가스가 열 유체와 열교환되도록 할 필요가 있다.

보일러에 장착되는 열교환기를 예로써 설명하면 열 유체, 통상은 물이 유동하는 연관이 버너가 장착되는 연소실과 연결시킬 때 기밀 유지를 위하여 용접을 하게 되지만, 전술한 연관을 촘촘히 배열시켜 용접하는 것은 시간과 숙련도가 요구되는 일이다.

상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 안출된 본 발명은 열교환 효율을 향상시킬 수 있도록 한 열교환기를 제공하는 것과 관련된다.

그리고, 본 발명은 설치 공간을 차지하지 않고 응축수의 배출이 신속하고 원활하게 이루어지는 열교환기를 제공하는 것과 관련된다.

본 발명에 따른 열교환기는 난방수가 공급되고 배출되는 공간이 마련된 본체와, 지면에 수직하게 전술한 본체에 내장되고 연소실로부터 발생되는 연소가스가 유동하면서 배출되는 통로이며 전술한 난방수와 열교환을 통하여 전술한 연소가스의 온도가 하강되도록 길이 방향을 따라 복수의 홈이 평행하게 지면과 경사를 이루도록 형성되는 복수의 연관과, 전술한 본체에 장착되어 전술한 난방수와 전술한 연소가스의 열교환에 의하여 전술한 연관 내부에서 발생하면서 중력 방향으로 유동하는 응축수를 외부로 배출시키는 응축수 배출부를 포함하며, 전술한 연관에 형성된 홈의 일측 단부는 전술한 연관과 인접한 연관에 형성된 홈의 타측 단부와 일직선 상에 배치되는 구조를 적용할 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 열교환기는 아래와 같은 이점을 갖는다.

본체에 지면과 수직하게 배열되고 경사진 홈이 형성된 연관을 복수개 배열시켜 배기가스와 본체 내를 유동하는 난방수와의 열교환이 충분히 이루어지도록 하고, 응축수 배출부를 마련하여 난방수와 연소가스의 열교환으로 발생하는 응축수의 배출이 원활하게 이루어질 수 있다.

그리고, 연관의 길이 방향에 직교하는 단면 형상이 타원형으로 제작되어 난방수의 유동에 지장이 없도록 하면서도 전체적으로 본체의 부피를 줄일 수 있도록 함으로써 설치 공간의 효율적인 활용이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기가 장착된 보일러의 전체적인 구성을 나타낸 사시도
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 전체적인 구조를 나타낸 도면
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 주요부인 연관의 구조를 나타낸 측면도

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있으며, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기가 장착된 보일러의 전체적인 구성을 나타낸 사시도이며, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 전체적인 구조를 나타낸 도면이다.

본 고안의 일 실시예에 따른 열교환기는 도시된 바와 같이 본체(100), 연관(200) 및 응축수 배출부(300)를 포함하는 구조임을 알 수 있다.

본체(100)는 난방수(500)가 공급되고 배출되는 공간이 마련된 것으로, 후술할 연관(200)과 응축수 배출부(300)가 장착되는 공간을 제공한다.

연관(200)은 지면에 수직하게 본체(100)에 내장되고, 연소실(400)로부터 발생되는 연소가스(600)가 유동하면서 배출되는 통로의 역할을 한다.

연관(200)은 난방수(500)와 열교환을 통하여 연소가스(600)의 온도가 하강되도록 길이 방향을 따라 복수의 홈이 평행하게 지면과 경사를 이루도록 형성되며, 전술한 복수의 홈을 따라 난방수(500)와 열교환하는 연소가스(600)의 이동에 따라 발생하는 응축수(700)가 하강하는 통로가 되기도 한다.

응축수 배출부(300)는 본체(100)에 장착되어 난방수(500)와 연소가스(600)의 열교환에 의하여 연관(200) 내부에서 발생하면서 중력 방향으로 유동하는 응축수(700)를 외부로 배출시키는 공간을 제공한다.

여기서, 연관(200)에 형성된 홈의 일측 단부는 연관(200)과 인접한 연관(200')에 형성된 홈의 타측 단부와 일직선 상에 배치되는 구조(도 4 참고)를 이룬다.

본 발명은 상기와 같은 실시예에 의하여 적용이 가능하며, 보다 상세한 설명을 위하여 본 발명의 주요부에 대하여 더욱 자세히 살펴보기로 한다.

본체(100)는 전술한 바와 같이 난방수(500)가 공급되고 배출되는 공간이 마련된 것으로 몸체통(110)과, 고정플레이트(120)와 격판(130)을 포함한다.

몸체통(110)은 난방수(500)가 공급되는 입구(111)와 난방수(500)가 배출되는 출구(112)가 각각 마련된 양단 관통인 통 형상의 것으로 전체적으로 타원 기둥의 형상으로 제작되는 것이 바람직하다.

몸체통(110)은 도시된 바와 같이 타원 기둥의 형상으로 제작되도록 함으로써 연소실(400)과 연소실(400) 상부의 주 열교환기(410)와 함께 설치 공간을 최소화할 수 있다.

고정플레이트(120)는 몸체통(110)의 관통된 양단에 각각 장착되어 연관(200)의 양단부를 각각 지지하는 것으로, 난방수(500)와 배기가스(600)의 누설을 막고 기밀을 유지하기 위하여 장착된다.

격판(130)은 연관(200)과 평행하게 몸체통(110)에 내장되어 복수의 연관(200)을 두 개의 군으로 분할한다.

즉, 격판(130)을 기준으로 일측에 배치된 복수의 연관(200)의 군은 연소실(400)과 연통하는 연소가스(600)의 유입통로가 되고, 격판(130)을 기준으로 타측에 배치된 복수의 연관(200)의 군은 연소가스(600)의 배출통로가 되는 것이다.

여기서, 본체(100)에는 연소가스(600)의 유입과 배출을 유도하기 위하여 연통 커버(140)와 배기통(150)을 마련하는 것이 바람직하다.

즉, 연통 커버(140)는 격판(130)을 기준으로 일측에 배치된 복수의 연관(200)의 군과 연소실(400)이 상호 연통되게 본체(100) 상단부와 연소실(400) 상단부를 마감한다.

배기통(150)은 격판(130)을 기준으로 타측에 배치된 복수의 연관(200)의 군이 장착된 본체(100) 상단부를 마감하며 연소실(400)을 통하여 유동하는 연소가스(600)가 배출되는 가이드 역할을 한다.

한편, 연관(200)은 전술한 바와 같이 난방수(500)와 내부를 유동하며 배출되는 연소가스(600)의 상호 열교환을 위하여 마련된 것으로, 본관(210)과 제1 홈(220)과 제2 홈(230)을 포함한다.

본관(210)은 양단 관통인 원형관의 일측 외주면과 타측 외주면이 상호 근접하게 압착되어 단면이 타원 형상을 이루는 것으로, 타원 기둥인 본체(100)의 형상에 대응되게 비교적 한정된 공간에 많은 수의 연관(200)이 배치되도록 하기 위한 기술적 수단이다.

즉, 본관(210)은 도 3과 같이 타원 기둥인 본체(100) 내에 촘촘히 배치되어 있으면서도 본체(100)의 입구(111)를 통하여 유입되는 난방수(500)의 유동 및 출구(112)를 통한 배출에 전혀 지장을 주지 않는 유선형의 외곽 구조를 하고 있으므로 난방수(500)의 적체를 방지하면서도 연소가스(600)와의 충분한 열교환이 가능한 구조이다.

제1 홈(220)은 도 5 및 도 6과 같이 본관(210)의 길이 방향을 따라 일측 외주면에 지면과 상향 경사를 이루며 평행하게 이격하여 형성되는 복수의 것이며, 제2 홈(230)은 도 5 및 도 6과 같이 본관(210)의 길이 방향을 따라 타측 외주면에 지면과 하향 경사를 이루며 평행하게 이격하여 형성되는 복수의 것이다.

단, 제2 홈(230)의 시점 또는 종점은 상기 제1 홈(220)과 인접한 제1 홈(220)의 시점 또는 종점 사이에 형성되어 제1 홈(220)의 시점 또는 종점이 상기 제2 홈(230)의 시점 또는 종점과 이어지면서 전체적으로 나선형을 이루게 됨을 알 수 있다.

전술한 바와 같은 제1, 2 홈(220, 230)의 배치 및 형상은 난방수(500)와 연소가스(600)가 본관(210)을 기준으로 각각 외부 및 내부에서 열적 접촉을 통한 열교환을 하면서 발생하는 응축수(700)가 본관(210)의 내면을 따라 후술할 응축수 배출부(300)측으로 원활하게 배출되도록 하기 위한 기술적 수단이다.

여기서, 제1, 2 홈(220, 230)이 본관(210)에 대하여 이루는 경사각은 연관(200)이 장착되는 열교환기의 종류 및 장소, 그리고 열교환기의 처리 용량에 따라 달라진다.

특히, 제1, 2 홈(220, 230)이 본관(210)에 대하여 이루는 경사각은 본관(210) 내부에 형성된 응축수(700)가 적체되지 않고 전량 후술할 응축수 배출부(300)측으로 배출될 수 있을 정도로 형성되어야 한다.

전술한 경사각은 또한 본관(210)의 길이에 따라서 가변되는 것이 바람직할 것이다.

즉, 전술한 경사각은 본관(210)의 길이가 길어지면 지면과 이루는 경사각이 상대적으로 작아지게 되고, 본관(210)의 길이가 짧아지면 지면과 이루는 경사각이 상대적으로 커지게 되는 식으로 적절하게 제작할 수 있다.

따라서, 응축수(700)는 전체적으로 각각의 시점과 종점이 상호 연결되면서 나선형을 이루며 응축수 배출부(300)측으로 향하는 제1, 2 홈(220, 230)의 형성 방향을 따라 흘러내릴 수 있게 되는 것이다.

한편, 응축수 배출부(300)는 전술한 바와 같이 난방수(500)와 연소가스(600)의 열교환에 의하여 연관(200)의 내면에서 발생하는 응축수(700)를 받아들여 배출하는 공간으로 응축수 트레이(310)와 드레인관(320)을 포함한다.

응축수 트레이(310)는 개방된 일측이 본체(100)와 결합되고 하부측으로 갈수록 경사를 이루는 사면(312)이 형성되는 사발 형상(도 4 참고)으로 제작되는 것이 바람직하다.

그리고, 드레인관(320)은 응축수 트레이(310)의 바닥면에 관통되어 연관(200)으로부터 발생되어 하강하는 응축수(700)가 배출되는 통로의 역할을 한다.

이상과 같이 본 발명은 열교환 효율을 향상시킬 수 있고, 설치 공간을 차지하지 않으며 응축수의 배출이 신속하고 원활하게 이루어지는 열교환기를 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

100...본체 110...몸체통
111...입구 112...출구
120...고정 플레이트 130...격판
140...연통 커버 150...배기통
200...연관 210...본관
220...제1 홈 230...제2 홈
300...응축수 배출부 310...응축수 트레이
320...드레인관 400...연소실
410...주 열교환기 500...난방수
600...연소가스 700...응축수

Claims (5)

1. 난방수가 공급되고 배출되는 공간이 마련된 본체;
   지면에 수직하게 상기 본체에 내장되고, 연소실로부터 발생되는 연소가스가 유동하면서 배출되는 통로이며, 상기 난방수와 열교환을 통하여 상기 연소가스의 온도가 하강되도록 길이 방향을 따라 복수의 홈이 평행하게 지면과 경사를 이루도록 형성되는 복수의 연관; 및
   상기 본체에 장착되어 상기 난방수와 상기 연소가스의 열교환에 의하여 상기 연관 내부에서 발생하면서 중력 방향으로 유동하는 응축수를 외부로 배출시키는 응축수 배출부;를 포함하며,
   상기 연관에 형성된 홈의 일측 단부는 상기 연관과 인접한 연관에 형성된 홈의 타측 단부와 일직선 상에 배치되되,
   상기 본체는,
   상기 난방수가 공급되는 입구와 상기 난방수가 배출되는 출구가 각각 마련된 양단 관통의 몸체통과,
   상기 몸체통의 관통된 양단에 장착되어 상기 연관의 양단부를 각각 지지하는 고정플레이트와,
   상기 연관과 평행하게 상기 몸체통에 내장되어 복수의 연관을 두 개의 군으로 분할하는 격판을 포함하며,
   상기 격판을 기준으로 일측에 배치된 복수의 연관의 군은 상기 연소실과 연통하는 상기 연소가스의 유입통로가 되고, 상기 격판을 기준으로 타측에 배치된 복수의 연관의 군은 상기 연소가스의 배출통로가 되는 열교환기.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 연관은,
   양단 관통인 원형관의 일측 외주면과 타측 외주면이 상호 근접하게 압착되어 단면이 타원 형상을 이루는 본관과,
   상기 본관의 길이 방향을 따라 일측 외주면에 지면과 상향 경사를 이루며 평행하게 이격하여 형성되는 복수의 제1 홈과,
   상기 본관의 길이 방향을 따라 타측 외주면에 지면과 하향 경사를 이루며 평행하게 이격하여 형성되는 복수의 제2 홈을 포함하며,
   상기 제2 홈의 시점 또는 종점은 상기 제1 홈과 인접한 제1 홈의 시점 또는 종점 사이에 형성되어 상기 제1 홈의 시점 또는 종점이 상기 제2 홈의 시점 또는 종점과 이어지면서 전체적으로 나선형을 이루는 열교환기.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 응축수 배출부는,
   개방된 일측이 상기 본체와 결합되고 하부측으로 갈수록 경사를 이루는 사면이 형성되는 응축수 트레이와,
   상기 응축수 트레이의 바닥면에 관통되어 상기 연관으로부터 상기 응축수가 배출되는 드레인관을 포함하는 열교환기.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 본체는,
   상기 격판을 기준으로 일측에 배치된 복수의 연관의 군과 상기 연소실이 상호 연통되게 상기 본체 상단부와 상기 연소실 상단부를 마감하는 연통 커버와,
   상기 격판을 기준으로 타측에 배치된 복수의 연관의 군이 장착된 상기 본체 상단부를 마감하며 상기 연소실을 통하여 유동하는 상기 연소가스가 배출되는 배기통을 포함하는 열교환기.
   

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