KR200148797Y1 - 열교환기의 니플 결합구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 병렬형 열교환기의 구성에 특히 적합한 개선된 니플 결합구조를 개시한다. 종래에는 관로 연결을 니플을 그 내단에 플레어를 형성하여 구성판의 내측으로부터 외측으로 관통 접합시켰으므로 그 조립이 복잡하고 동판에도 플랜지를 구비해야 할뿐아니라 외판과 니플간의 접합이 균일하지 못한 문제도 있었다. 본 고안에서는 외판의 관통구멍에 플랜지를 돌출형성하여 니플의 결합턱을 맞물린 상태로 접합도록 하였으므로 그 조립이 극히 용이하고, 특히 돌출랜드에 의해 접합재의 퍼짐을 방지하여 균일하고 안정된 니플의 접합이 이루어지도록 하였다.

Description

열교환기의 니플 결합구조

제1도는 판형 열교환기를 사용하는 싱글방식 가스보일러의 시스템도.

제2도는 판형 열교환기중 직렬형 열교환기의 순환을 보이는 개략단면도.

제3도는 제2도의 직렬형 열교환기의 구성을 보이는 부분단면도.

제4도는 제3도의 직혈형 열교환기의 제조를 위한 판들의 적층을 보이는 분해단면도.

제5도는 병렬형 열교환기의 구성을 보이는 개략단면도.

제6도는 본 고안 니플결합구조를 보이는 분해 사시단면도.

제7도는 그 결합상태 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명

U : 구성 판 T : 외판

H : 관통구멍 1 : 플랜지(flange)

3 : 돌출랜드(land) N : 니플(nipple)

2 결합턱 R : 접합링(filler ring)

본 고안은 싱글(single)방식 가스보일러 시스템에서 온수 열교환기로 사용되는 열고환기에 관한 것으로, 특히 병혈형(parallel type) 열교환기에 구현되기에 적합한 그 니플(nipple) 결합구조에 관한 것이다.

보일러는 물을 가열하여 발생시킨 가열수 또는 스팀을 이용하여 난방 또는 온수를 제공하는 장치이다. 이러한 보일러는 다양한 연료를 사용하고 있는데, 연료의 가열특성에 따라 순간가열식과 저탕식(貯湯式) 으로 구분될 수 있다.

저탕식 보일러는 연탄이나 기뜸등을 연료로 하여 물을 가열한뒤 이를 온수저장 탱크에 저장하여 두고 필요에 따라 난방이나 온수공급을 행하게 된다. 이에 비하여 순간 가열식 보일러는 보일러 몸체내에 주(主) 열교환기 및/또는 온수용 열교환기를 구비하여 필요경우 즉시 난방 또는 온수를 공급할 수 있다. 가스 보일러는 순간 가열식 보일러에 해당하는 바, 도시가스의 보급과 사용의 편의성에 의해 최근 가정용 난방 보일러로서 그 보급이 매우 활발하다.

가스보일러는 또한 난방수와 온주의 공급방식에 따라 즉 주열교환기의 구성에 따라 싱글(single)방식과 듀얼(dual)방식으로 구분되고 있다. 싱글방식의 시스템은 주열교환기로는 난방수의 열교환기만을 수행하고 온수는 별도의 2차 열교환기 또는 온수용 열고환기로 주열고환기에서 가열된 난방수를 이용하여 가열시키게 된다. 한편 듀얼방식의 시스템은 주열교환기에서 난방수와 온수의 가열을 동시에 수행하게 된다. 제1도에는 상술한 싱글방식을 채택한 가스보일러 시스템을 개략적으로 도시하였다.

제1도에서, 버너(B)의 상측에는 열고환기(X)가 설치되어 난방수를 가열하도록 되어 있다. 보충탱크(도시안됨)가 구비된 개방형 시스템의 경우, 보충탱크로부터 공급되는 순환수는 열교한기(X) 외주에 설치된 예열관(P)을 순환하여 예열된 후 열교환기(X) 내부의 가열관(H)을 통해 가열된 후, 삼방변(three-luay valve;)를 거쳐 난방공급된다.

한편 이 삼방변(V)의 후류측에는 온수가결 관(W)을 통해 2차 열고환기 (X2)가 연결되는데, 2차 열고환기(X2)는 난방수 관로와 직수관로가 서로 샌드위치(sandwitch)형으로 교차하고 있다. 사용자가 온수면을 개방하는 경우 삼방변(V)은 난방관로의 공급을 차단하고 열고환기(X)에서 가열된 난방수를 온수가열관(W)으로 전환시키게 되고 직수를 온수로 가열한 난방수는 다시 보충탱크를 거쳐 열교환기(X)로 복귀된다.

이와 같은 싱글방식 가스보일러 시스템에 있어서 2차 열교환기(X), 즉 온수 열교환기로는 종래 원통형 열교환기가 주로 사용되고 있었으나, 최근에는 제작과 조립이 용이하고 소형화가 가능한, 제2도에 도시된 판형 열교환기가 주로 사용되고 있다.

제2도에서 판형 열교환기의 한 구성판(U)은 90 간격으로 두 관통구멍(Hl,H2)이 형성되는데, 한 관통구멍(H2)은 원형러브(R3)내에 형성되어 다른 관통구멍(Hl)과 이 리브(Rl∼R3) 높이 만큼의 단차가 형성된다.

이러한 구성의 복수의 구성판(U)을 90 씩 엇갈려 가며 적충하여 접합하면 구성판(U)의 원형리브(R3)내의 관통구멍(H2)이 위의 구성판(U)의 관통구멍(Hl)에 접합되어 구성판(U)들은 하나 걸러 서로 연통되는 판형 열교환기를 구성한다. 이때 각 경로상의 입구와 출구는 180。의 간격을 가져 입구가 되는 관통구멍(Hl)으로 유입된 순환수는 리브들로 형성된 공간내를 복잡한 경로로 유동한 후 위 구성판(U)의 원형리브(R3)내의 관통구멍(H2)을 출구로 상층 또는 하층의 후류측으로 유출된다.

이에 따라 판형 열교환기로 유입된 열교환기(X)로부터 가열수와 직수관으로부터의 직수는 서로 섞이지 않고 열 교환하여 보충탱크로의 귀환수와 온수관으로의 온수로 배출된다.

이러한 열교환기에 있어서 가열수로부터 귀환수까지의 경로와 직수로부터 온수까지의 경로는 서로 복잡하게 교차하지만 각각 단일한 경로를 가진다. 따라서 이와 같은 방식의 열교환기를 직렬형(direct type)으로 호칭하고 있다.

이와 같은 직렬형 열교환기에는 보일러의 주(초) 시스템에 대해 가열수와 귀찬수, 그리고 온수 사용 탭(tap)등에 대해 직수와 온수의 네 관로가 연결되어야 하는 바, 이를 위해서 열교환기에는 적어도 네 니플 (nipple; N)이 결합되어야 한파.

제3도에는' 종래의 열교환기에 사용되던 일반적인 니플 결합구조를 도시하고 있는바, 리브들을 가전 90。씩 엇갈려 적층된 복수의 구성판(U)들의 양면에는 그 보강을 위한 외판(T)이 결합되어 있고, 니플(N)은 내측에 플레어(flare;L)가 형성되어 이 외판(T)에 형성된 관통구멍(H)을 통해 설치되고 접합에 의해 고정된다.

그런데 복수의 구성만(U)과 외판(T)들은 가열수와 직수의 경로를 분리하기 위해 서로 틈새없이 접합되어야 하는바, 이러한 다수의 판(U,T)들을 접합하는데는 제4도에 도시된 바와 같은 로(furnace) 접합방식이 사용된다.

즉 제4도에서 각 구성판(U)들의 사이와 외판(T)간에는 각각 얇은 동판(Cu)이 적충된 상태로 열교환기가 조립되고, 이 조립체를 접합로 (brazing furnace)를 통과시키며 가열하면 동판(Cu)이 녹아 각 구성만(U)들과 외판(T)간을 접합하게 된다.

그런데 니플(N)과 각 구성판(U)의 관통구멍(Hl,H2)간에는 틈새가 발생되면 안되므로 이를 밀착 접합시키기 위해 동판(Cu)의 니플(N) 관통부위에는 일일히 플랜지(flange;G)들을 형성해주지 않으면 안되며, 또 외판(T)의 관통구멍(H)과의 밀착접합을 위해 니플(N)의 외측으로부터 접합링(filler ring;R)이 결합된다.

이러한 결합구조는 동판(Cu)의 구성이 복잡하여 그 제작과 조립이 곤란할 뿐아니라, 특히 니플(N)이 플레어(L)를 가지므로 각 판(U,T,Cu) 들에 대해 내측으로부터 외측을 향해 조립되지 않으면 안되어 그 조립과정이 더욱 번잡해지게 된다. 또한 접합로내에서 접합링(R)의 용융시 그 퍼짐이 심해 니플(N)과 외판(T)간의 접합상태가 고르지 못하고 심한 경우 열교환기에 누설이 발생되는 문제도 있다.

그런데 직렬형 열교환기는 상술한 바와 같이 복잡한 경로를 가지게 되므로 관로저항이 상당히 커서 압력손실도 크며, 이에 따라 직수압력이 낮은 저수압대에서는 사용이 곤란한 문제가 있으며 열교환효율도 낮은 문제가 있었다.

이러한 압력손실의 문제는 특히 직수가압설비가 없는 저층아파트의 상부층에서 충분한 온수공급이 이루어지지 못하게 하고 있으며, 사용자는 이러한 문제를 보일러 시스템에 기인하는 것으로 판단하기 쉬워 보일러 시스템의 신뢰성을 크게 손상시키고 있다.

이에 따라 주로 대용량의 산업용 보일러에 사용되고 있던 병렬형 열교환기를 소형화하여 가정용 가스보일러 시스템의 온수 열교환기로 사용하고자 하는 시도가 이루어지고 있다.

이러한 병렬형 열교환기는 제5도에 도시된 바와 같이, 각 구성판 (U)에는 관통구멍(Hl)과 차폐리브(R3)내의 관통구멍(H2)이 각각 2개씩 형성되어 있어서, 가열수 입구로 진입한 가열수가 복수의 경로를 통해 귀환수 출구로 배출되고, 직수입구로 진입한 직수가 역시 복수의 경로를 통해 온수 출구로 배출된다.

이에 따라 관로저항이 직렬식에 비해 크게 감소되고 열교환효율이 향상되어 열교환기의 크기를 축소시킬수 있게 된다.

이와 같이 병렬식의 열교환기를 구성하는 경우에는 그 경로가 단순해져 제3도에서와 같이 니플(N)이 복잡한 경로를 관통하여 설치될 필요는 없으나, 역시 그 기본적인 결합구조는 플레어(L)를 가지는 니플(N)을 구성판(U')과 외판(T)들에 관통설치하는 구성이 된다.

또한 종래의 결합구조는 니플(N)이 외판(T)과 구성판(U')에 관통된 상태로 지지되어야 하므로, 큰 강도의 외판(T)이 없으면 니플(N)에 인가된 외력이 내측의 구성만(U)들을 변형시켜 버리는 문제가 발생된다.

이에 따라 본 고안의 목적은 니플의 설치가 극히 용이하고 접합상태도 균일하며 구성판만으로 열교환기의 구성이 가능한 결합구조를 제공하는 것이다.

상술한 목적의 달성을 위해 본 고안에 의한 니플결합구조는 외판 또는 구성판등 최외측판에 형성되는 관통구멍 주위에 외측으로 돌출하는 플랜지을 형성하고, 니플의 내주에 이 플랜지에 맞물리는 결합턱을 형성하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면 최외측판의 플랜지상에 니플의 결합턱을 맞물린후 니플의 하단과 최외측판간을 접합링등의 가열로 접합함으로써 매우 용이하게 니플을 설치할 수 있게 된다.

한편 최외측판의 플랜지의 외측에는 이에 맞물리는 니플의 외경보다 큰 내경의 돌출랜드(land)를 고리(ring)형으로 형성하게 된다.

그러면 접합로의 가열시 용융된 접합링은 돌출랜드에 의해 퍼짐이 제한되어 니플과 최외측판간에 균일하고 완전한 접합이 보장된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 한 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

제6도및 제7도에서, 구성판(U)의 외단에 설치되어 이를 보강하는 외판(T)에는 구성판(U)들의 관통구멍(Hl,H2)에 따른 순환수의 경로에 대응하는 위치에 관통구멍(H)이 형성되는데, 이 관통구멍(H)의 외주에는 본 고안 특징에 따라 플랜지(1)가 돌출형성된다.

한편 이에 결합될 니플(N)의 내주에는 외판(T)의 플랜지(1)에 맞물리는 결합력(2)이 형성되어, 외판(T)의 플랜지(1)상에 니플(N)의 결합턱(2)이 맞물려 얹히게 되면 니플(N)의 하단은 플랜지(1) 주위의 외판(T) 상면에 거의 닿게 된다.

또한 바람직하기로 외판(T)의 플랜지(1) 주위에는 니플(N)의 외경보다 약간 큰 내경을 가지는 돌출랜드(3)가 고리 형으로 돌출형성된다.

이에 따라 니플(N)을 플래지(1)상에 결합한 뒤 그 외주에 접합재 (filler metal)로 된 접합링(R; 제7도에 점선표시)를 끼워주면 이 접합링(R)은 니플(N)의 외주와 돌출랜드(3)의 내주 사이에 위치하게 된다.

여기서 외판(T)은 동판등 열전도성이 우수한 재질의 박판으로 구성되는 구성판(U)이 강도가 취약하여 외력에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해 스테인리스강등으로 구성하여 적충된 구성판(U)의 상하부 또는 그 일부에 적층되어 구성판(U)을 보강하는 것이므로 열교환기 구성에 반드시 필수적인 것은 아니다.

그런데 본 고안에서는 니플(N)이 최외측판에 접합되므로 외력에 의해 내부 구성판(U)이 변형되는 문제가 없으므초 외판(T)없이 구성판(U)의 적층만으로 열교환기를 구성할 수 있게 되며, 이 경우 플랜지(1) 및/또는 돌출랜드(3)등은 적층된 구성판(U)중 가장 외측에 위치한 최외측 구성만(U)에 형성될 수 있다.

이러한 조립체를 접합로에 투입하여 가열하면 종래와 같이 구성판(U)들과 외판(T) 사이에 삽입된 동판(제4도 참조)들이 용융되는 것과 동시에 접합링(R)도 용융되는데, 용융된 접합링(R)은 돌출랜드(3)에 의해 퍼짐이 제한되어 니플(N)의 하단 외주와 돌출랜드(3) 사이에 유지 된다.

그 결과 접합로데서 배출되어 냉각되면 접합링(R)은 니플(N) 외단과 접합랜드(3) 사이에 접합층을 형성하게 되므로, 니플(N)의 안정되고 균일한 접합이 이루어지게 된다.

이상과 같이 본 고안에 의하면 니플(N)이 구성판(U)이나 외판(T)을 관통하지 않고 구성판(U) 또는 외판(T)등 최외측판의 외측에서 결합되므로 열고환기의 조립이 극히 용이해지고, 특기 돌출랜드(3)에 의해 니플(N)이 안정되고 균일하게 접합될 수 있게 된다.

이에 따라 본 고안은 열교환기의 구조를 간단히 하고 크기를 감소시키며 제조공수를 절감하고 그 품질을 크게 향상시켜, 특히 병렬형 열교환기의 제조에 특히 적합한 장점이 있다.

Claims (3)

1. 복수의 구성판을 포함하는 복수의 판을 적층하여 구성되는 열교환기에 외부관로와 연결될 니플을 결합하는 구조에 있어서, 상기 적층된 복수의 판중 최외측판(T)에 형성된 관통구멍(H) 주위에 외측으로 돌출하는 플랜지(1)를 형성하고, 상기 니플(N)의 내주에 상기 플랜지(1)에 맞물리는 결합턱(2)을 형성하며, 상기 니플(N)의 결합턱(2)을 상기 최외측판(T)의 플랜지(1)에 맞물린 상태로 상기 니플(N)의 외주에 접합링(R)을 결합하여, 상기 접합링(R)을 가열용융시킴으로써 상기 니플(N)의 하단을 상기 최외측판(T)에 접합하며, 상기 최외측판(T)의 플랜지(1) 외주에 상기 니플(N)의 외경보다 큰 내경을 가지는 돌출랜드(3)를 고리형으로 형성하여, 상기 접합링(R) 용융시의 퍼짐을 제한하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 니플 결합구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 열교환기가 복수의 구성판(U)의 적층으로 구성되어, 상기 최외측판이 최외측의 구성판(U)이 되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 니플 결합구조.
3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 구성판(U)의 적어도 어느 일측에 이들을 보강하는 외판(T )이 구비되어 , 상기 외판(T)이 상기 최외측판이 되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 니플 결합구조.