KR960005785B1 - 열교환기의 가열관 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

열교환기의 가열관

제1도는 듀얼방식 가스 보일러의 구성을 보이는 계통도.

제2(a)도, 제2(b)도는 종래의 가열관의 제조과정을 보이는 순차적 사시도.

제3도는 종래의 가열관의 설치상태를 보이는 단면도.

제4도는 본 발명 가열관의 절곡 경로도.

제5도는 본 발명에 다른 가열관의 측면도.

제6도는 본 발명 가열관의 열교환기 장착상태를 보이는 분해사시도.

제7도는 본 발명 가열관의 설치상태를 보이는 단면도.

제8도는 본 발명 가열관의 다른 실시예를 보이는 부분절개 측면도.

제9도는 제8도의 IX-IX선 단면도.

제10도는 제8도의 X-X선 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : (온수)가열관 P1-P7 : 경로(path)

B(m,n) : (제 m경로와 제 n경로간의) 절곡부

2 : 스페이서(spacer) 3a,3b : 파지부(holding portion)

4 : 비이드부(bead portinon)

본 발명은 열교환기(heat exchanger)에 관한 것으로, 특히 듀얼(dual) 방식 열교환기 사용되는 가열관에 관한 것이다.

보일러는 물을 가열하여 발생시킨 온수 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 기름등을 연료로 하여 물을 가열한뒤 이를 온수저장탱크에 저장하여 두고 필요에 따라 난방이나 온수공급을 행하게 된다. 이에 비하여 순간 가열식 보일러는 보일러 몸체내에 주열교환기 및/또는 온수용 열교환기를 구비하여 필요한 경우 즉시 난방 또는 온수를 공급할 수 있다. 가스보일러는 순간가열식 보일러에 해당하는바, 도시가스의 보급과 사용의 편의성에 의해 최근 가정용 난방 보일러로서 그 보금이 매우 활발하다.

가스보일러는 또한 난방수와 온수의 공급방식에 따라, 즉 주열교환기의 구성에 따라 싱글(single) 방식과 듀얼(dual) 방식으로 구분되고 있다. 싱글방식의 시스템은, 주열교환기로는 난방수의 열교환만을 수행하고 온수는 별도의 2차 열교환기 또는 온수용 열교환기로 주열교환기에서 강열된 난방수를 이용하여 가열시키게 된다. 한편 듀얼방식의 시스템은 주열교환기에서 난방수와 온수의 가열을 동시에 수행하게 된다.

제1도에는 상술한 듀얼방식 열교환기를 채택한 듀얼방식의 가스보일러를 개략적으로 도시하였다. 제1도에서, 버너(B)가 구비된 연소실 상에는 열교환기(X)가 설치되고 그 상부에는 배기후드(排氣 hood; H)가 설치된다. 부호 F는 배기후드(H)의 배기팬이며 M은 그 모터이다. 듀얼방식 열교환기(X)는 버터(B)의 가스불꽃에 의해 직접 가열되는 난방수 가열관(12)내에 온수가열관(11; 이하 단순히 가열관으로 약칭함)이 구비되어, 온수가 난방수와 열교환하여 2차적으로 가열된다. 듀얼방식이라는 명칭은 한 열교환기(X) 내에서 난방수와 온수가 한꺼번에 가열된다는 의미이다.

제2도에는 이와 같은 열교환기(X)에 사용되던 종래의 가열관(11)의 제조과정을 도시하였다. 제2(a)도에서 동관등 전열성이 양호한 관재(11')를 복수의 루우프(loop; 관재(11')가 감긴 각 층의 경로(path)를 지칭함, 이하같음)을 형성하도록 절곡하여, 제2(b)도와 같이 관재(11')가 복수의 루우프, 예를 들어 제1 내지 제3루우프(11a, 11b, 11c)가 적층되고 그 양측에 물의 출입구가 되는 두 단부를 구비하는 가열관 뭉치 형태의 가열관(11)이 구성된다.

이와 같은 가열관(11)은 제3도에 도시된 바와 같이 난방수가열관(12)내에 삽입되어 그 외부의 버너(B)에 의해 가열된 난방수에 의해 가열되어 온수를 공급하도록 되어 있다.

그런데 이와 같은 종래의 가열관(11)은 각 루우프(11a~11c)가 상호 상하로 적층되어 있는 상태이므로 그 표면적이 작고 내부에 순환되지 않는 정체수(停滯水)가 고이며, 특히 난방수 가열관(12)과 겨우 4점 접촉하게 되므로 그 전도열도 작아 온수의 순간 가열이 어려운 문제가 있었다. 또한 복수의 루우프(11a~11c)중 일부 루우프(11a, 11c)만 난방수 가열관(12)으로 부터 직접 전열되므로 국부적인 비등이 발생하여 소음과 진동을 유발하는 문제도 있었다.

이에 따라 본 원인은 가열관의 적어도 한 루우프를 다른 루우프내로 비틀어 삽입한 지그재그형 가열관을 본원과 동일자로 출원하고 있다. 이러한 지그재그형 가열관은 전열효율이 우수하나, 각 루우프간에 정확한 간격을 유지하기 어려워 난방수의 순환장애를 야기할 수 있으며, 난방수 가열관에 삽입시 이를 타격등으로 치수조정을 하게 되므로 찌그러짐이나 균열등이 발생될 우려가 있다. 특히 이 가열관은 열교환이 주로 전도만에 의해 이루어지므로 전열효율에 한계가 있다.

그러므로 본 발명의 목적은 지그재그 가열관과 같이 우수한 전열효율을 발휘하면서 난방수의 순환을 방해하지 않고 별도의 조정작업이 없이도 정확한 형태를 유지할 수 있는 가열관을 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 가열관은 복수의 루우프를 가지도록 지그재그 형태로 형성된 가열관의 각 루우프가 단면에서 보아 서로 방사상(방사放射狀)으로 교차하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징에 의하면 각 루우프 사이에는 원통형 외주를 가지는 스페이서(spacer)가 삽입된다.

이와 같은 구성에 따라 본 발명 가열관은 각 루우프 사이의 간격이 일정하므로 난방수의 순환을 방해하지 않으며, 다점 접촉에 의한 전도열뿐아니라 대류여로 전달 받을 수 있어서 가열효율이 매우 높게 된다.

본 발명의 구체적 특징과 다른 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.

제4도에는 본 발명 가열관을 제조하기 위한 관재의 절곡경로도가 예시되어 있다.도면에서 절곡된 각 루우프는 서로 소정의 중심각 만큼씩 비틀려 양 측면 또는 임의 위치의 단면에서 보아 서로 방사상으로 배치된다. 여기서 각 루우프의 비틀림에 의한 공간각은 (360° 루우프의 개수의 2배)가 되어 도시된 바와 같이 루우프가 세개인 경우는 그 사이의 공간각은 60°가 된다. 이와 같이 각각 루우프가 서로 비틀려 있으므로 본 발명 가열관(1)은 완성된 상태에서는 각 루우프를 명확히 구분할 수 없다. 이에 따라 온수의 흐름을 따라 제1 내지 제7경로(P1~P7)로 가열관(1)을 구분하고, 제 m경로와 제 n경로간의 절곡부를 B(m, n)으로 호칭하기로 한다. 도시의 편의를 위해 제4도의 가열관(1)은 단부가 "ㄷ"형으로 절곡되고 관재의 직경이 가늘게 도시되어 있으나, 이것은 절곡경로의 설명의 목적일분 실제적인 형태는 제5도 이하와 같이 단부가 소정의 곡률로 절곡된 형태로 구성되는 것이 바람직하다.

제4도 및 제5도에서, 가열관(1)의 입구가 되는 제1경로(P1)로 부터 시계방향으로 P1-P3-P5-P7-P2-P4-P6의 순서로 각 경로(P1~P7)간의 절곡부는 도면의 좌단에서는 외측으로부터 B(2, 3), B(4, 5), B(6, 7)의 순서로, 도면의 우단에서는 B(1, 2), B(3, 4), B(5, 6)의 순서로 각각 배열된다.

이때 가열관(1)의 입구가 되는 제1경로(P1)는 제3경로(P3)와 제6경로(P6) 사이에, 출구가 되는 제7경로(P7)는 제2경로(P2)와 제5경로(P5) 사이에 위치하게 된다. 이에 따라 각 경로(P1~P7)는 가열관(1)의 장측에 대해 평행한 것이 아니라, 각각 이 장축의 소정의 공간각 만큼 비틀린 상태로 연장된다. 이와 같은 공간각은 각 경로(P1~P7)를 한 뭉치로 모이게 함으로써 가열관(1) 전체적인 진직도(Straightness)를 유지하며 난방수 가열관(제1도 및 제6도의 12) 삽입시 난방수의 흐름에 와류(와류渦流) 형상을 촉진하는 역할을 한다. 이하의 도면에서는 도시의 편의상 이 비틀림각은 도면상에 표시하지 않는다.

이상과 같이 구성된 가열관(1)은 제6도에 도시된 바와 같이 열교환기(X)의 난방수 가열관(12)에 삽입설치된다.

제6도에서, 열교환기(X)는 난방수 가열관(12)에 부착된 다수의 핀(fin : 14)으로 이루어진 몸체(13)를 구비한다. 도시된 실시예에서 난방수 가열관(12)은 두 경로로 이루어지는데, 이 두 경로는 그 일단에서 연결덮개(15)에 의해 상호 연결되고, 연결덮개(15)의 하부에는 각 난방수 가열관(12)에 수납되는 가열관(1)의 단부가 통과하는 관통구멍(15a)이 형성되어, 이를 통해 가열관(1)이 연결관(16)으로 연결됨으로써 온수의 흐름경로를 형성하게 된다.

이와 같이 삽입된 본 발명 가열관(1)은 제7도에 도시된 바와 같이 난방수 가열관(12)과 접촉지지된다. 즉 각 경로(P1~P7)는 는 각각 그 외단에서 난방수 가열관(12)과 접촉한다 .이 실시예에서 경로(P1~P7)는 모두 7개이므로 본 발명 가열관(1)은 난방수 가열관(12)과 7점 접촉하여 지지되며 그 접촉점을 통해 전열된다. 본 발명 가열관(1)은 이러한 전도뿐 아니라, 각 경로(P1~P7)가 방사상으로 배열되어 있으므로 그 사이에 각각 부채꼴 모양의 통로가 형성되어 이를 통해 난방수의 원활한 흐름이 가능하므로 난방수와 대류를 통해서도 전열받을 수 있게 된다. 특히 각 경로(P1~P7)는 가열관(1) 및 장축에 대해 소정의 공간적으로 비틀려 있으므로 난방수의 흐름에 와류를 형성하게 되어 더욱 원활한 열교환이 이루어질 수 있다.

이상과 같은 구성에 있어서는 제일 내측의 절곡부 B(6, 7) 및 B(5, 6)간에 비교적 큰 공간부가 형성되어 그 사이의 난방수가 순환되지 못하고 정체될 우려가 있다.

이에 따라 제8도 이하의 실시예에서는 제일 내측의 절곡부 B(6, 7) 및 B(5, 6) 사이에 원통형의 외주를 가지는 스페이서(2)를 삽입하여 이 공간부를 충전하도록 하고 있다. 이 스페이서(2)는 또한 각 경로(P1~P7)가 소정의 간격을 유지할 수 있게 하며, 가열관(1)의 원활한 절곡 및 전체적인 결합 상태를 보장하는 구실을 수행한다.

제8도에서, 스페이서(2)는 제일 내측의 절곡부 B(5, 6) 및 B(6, 7)간에 연장되는데, 바람직하기로 그 양단에는 노치(notch) 형태의 두 파지부(holding portion : 3a, 3b)가 형성되어 각각 두 절곡부 B(5, 6) 및 B(6, 7)에 결합되도록 되어 있다. 두 파지부(3a, 3b)의 노치방향은 두 절곡부 B(5, 6) 및 B(6, 7)의 연장방향에 따라 상호간에 소정의 비틀림각을 가지게 된다.

한편 스페이서(2)의 중간에는 제9도에 도시된 바와 같이 이를 "-"자 또는 "+"자로 압착 성형한 비이드부(bead portion; 4)가 구비되는 것이 바람직하다. 비이드부(4)는 중공(中空)원통인 스페이서(2)를 보강함과 동시에 그 내부를 흐르는 난방수의 흐름을 차단하는 역할을 수행한다.

이와 같은 스페이서(2)의 구비에 따라 가열관(1)의 각 경로(P1~P7)는 제10도에 도시된 바와 같이 스페이서(2)의 외주에 방사상으로 배열된다. 이때 스페이서(2)는 적어도 세 경로(P5, P6, P7)를 그 양단의 파지부(3a, 3b)에 의해 고정지지하고 있으므로 각 경로(P1~P7)는 별도의 고정구조 없이도 한 조립체로서의 가열관(1)으로 유지된다. 또한 취급시 변형이 발생된 경우에도 난방수 가열관(12)에 삽입하면 각 경로(P1~P7)가 난방수 가열관(12)의 내주와 스페이서(2)의 외주 사이에 접촉지지되므로 별도의 치수조정이 없이도 가열관(1)은 항상 일정한 형태 및 경로(P1~P7)간의 상호관계를 가지고 난방수 가열관(12)에 삽입될 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명에 의하면 가열관의 각 경로를 방사상으로 배치함으로써 각 경로가 난방수 가열관에 일정한 간격으로 접촉하여 균일하고, 신속한 온수가열이 가능하게 된다. 또한 가열관의 각 경로사이에 난방수가 이동가능한 충분한 간격이 형성되므로 난방수의 순환을 방해하지 않으며 온수가 전도뿐 아니라 대류에 의해서도 가열될수 있어 더욱 신속한 가열이 가능하며, 각 경로가 소정의 공간각으로 가지고 있어서 난방수의 흐름에 와류를 형성하여 더욱 효과적인 열교환을 가능하게 한다. 특히 가열관의 내부에 본 발명에 따른 스페이서를 설치하는 경우에는 가열관의 절곡과 결합상태의 유지가 더욱 용이해지며, 가열관의 각 경로의 확실한 접촉과 간격유지가 이루어진다.

이에 따라 본 발명 가열관은 특히 가스보일러를 포함한 보일러의 열교환기에 사용되어 열교환의 효율을 크게 향상시키는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 열교환기의 난방수 가열관에 삽입되어 온수를 가열하며 복수의 루우프를 형성하도록 지그재그 형태로 구성된 가열관에 있어서, 상기 가열관의 각 루우프가 단면에서 보아 서로 방사상으로 교차하도록 상기 각 루우프를 형성하는 각 경로가 소정의 공간각으로 비틀려 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 가열관.
2. 제1항에 있어서, 상기 각 경로의 내측에 원통형의 외주를 가지는 스페이서가 삽입되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 가열관.
3. 제2항에 있어서, 상기 스페이서의 양단에 상기 각 경로간의 절곡부를 끼워 지지하는 파지부가 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 가열관.
4. 제3항에 있어서, 상기 스페이서의 중간의 적어도 한 위치에 "-"자 또는 "+"자 형태로 압착성형한 비이드부(4)가 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 가열관.