CN108603687B - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种如下的热交换器：使通过热介质流路的热介质的流量均匀地分配，从而能够提高热交换效率，其中，所述热介质流路在多个板之间形成为多层。本发明的热交换器的特征在于，具有：热介质流路，形成于相面对的一对板之间的空间，使热介质流动；燃烧气体流路，形成于所述热介质流路的外侧，以使在燃烧器燃烧的燃烧气体流动；热介质分散部，包括形成于使热介质流入所述热介质流路的流入部或者使热介质从所述热介质流路流出的流出部的开放部和阻断部。

Description

热交换器
技术领域
本发明涉及一种热交换器，具体而言，涉及一种使通过热介质流路的热介质的流量均匀地分配，从而提高热交换效率，其中，所述热介质流路在多个板之间形成为多层。
背景技术
用于供暖或热水的锅炉是一种利用热源加热供暖水或直供水(以下，统称为“热介质”)，从而对所期望的区域进行供暖或供应热水的装置，其构成为包括用于使燃气和空气的混合气体燃烧的燃烧器以及用于将燃烧气体的燃烧热传递至热介质的热交换器。
作为现有的与热交换器相关的现有技术的一例，韩国授权专利第10-0813807号中公开了如下的热交换器：燃烧器位于中央，并且在燃烧器周围利用以线圈形态缠绕的热交换管构成。
在所述现有技术文献中介绍的热交换器由于将管成型为较扁的形态，从而具有在压力被施加到传热介质部的情况下变形为圆形的问题，并且由于以卷起来的方式制造管，因此具有厚度变大的问题。
并且，现有的热交换器由于热交换管以缠绕成线圈形态的结构形成于燃烧室的周围，因此燃烧气体与热介质之间的热交换仅在形成为线圈形态的热交换器周围的局部的空间进行，从而具有无法确保足够宽的传热面积的缺点。
作为用于解决上述问题的方案，近期开发了以如下方式构成的板形热交换器：将多个板层叠，并且在其内部形成热介质流路和燃烧气体流路，从而使热介质与燃烧气体之间形成热交换。
与所述板形热交换器相关的现有技术公开在日本公开专利公报特开2006-214628号公开。对所述现有技术文献中公开的板形热交换器而言，在热介质被分配到形成为多个层的热介质流路而流动的过程中，热介质的流动方向从水平方向转换为竖直方向，并且被分配到各个层的热介质的流量可由于热介质的惯性和压力而不均匀地分配。
如上所述，在热介质的流量被不均匀地分配到热介质流路的情况下，热介质与燃烧气体之间的热交换性能会降低，并且在热介质的流量少的区域中，由于局部的过热，存在由于热介质的沸腾而产生噪声和异物的问题。
发明内容
技术问题
本发明为了解决上述的问题而提出，其目的在于提供一种如下的热交换器：使通过热介质流路的热介质的流量均匀地分配，从而提高热交换效率，其中，所述热介质流路在多个板之间形成为多层。
技术方案
用于解决上述目的的本发明的热交换器的特征在于，具有：热介质流路P1，形成于相面对的一对板之间的空间，使热介质流动；燃烧气体流路P2，形成于所述热介质流路P1的外侧，以使在燃烧器燃烧的燃烧气体流动；热介质分散部123、153，包括形成于使热介质流入所述热介质流路P1的流入部或者使热介质从所述热介质流路P1流出的流出部的开放部123'、153'和阻断部123"、153"。
有益效果
基于根据本发明的热交换器，在使热介质流入热介质流路的流入部或者使热介质从所述热介质流路流出的流出部配备形成有开放部和阻断部的热介质分散部，从而通过在多个板之间形成为多层的热介质流路的热介质的流量可被均匀地分配，因此能够提高热交换效率。
并且，将沿着燃烧室的周围而循环的热介质的流动方向沿着一方向形成，以使热介质的循环顺利地进行，从而使热介质的压力的下降最小化，并防止局部的过热，进而能够提高热交换效率。
并且，在突出部和凹陷部的表面形成台阶，并且使凸起在热介质流路和燃烧气体流路的内部的对应的位置以彼此相接的方式构成，从而诱导热介质与燃烧气体的乱流的发生，进而能够提高热交换效率，同时能够防止流体的压力所导致的板的变形并提高耐压性能。
附图说明
图1是根据本发明的一实施例的热交换器的立体图。
图2是根据本发明的一实施例的热交换器的正视图。
图3是根据本发明的一实施例的热交换器的分解立体图。
图4是将图示于图3的单位板的一部分放大示出的立体图。
图5是示出热介质的流动路径的立体图。
图6是沿着图2的A-A线的剖面图。
图7是示出燃烧气体通过部形成于热交换器的下部的情形的局部分解立体图。
图8是沿着图2的B-B线的剖面立体图。
图9是用于说明热介质分散部的作用的局部立体图。
图10是用于说明热介质分配部的作用的沿图2的C-C线的剖面图。
图11是沿图2的D-D线的剖面立体图。
图12是沿图2的E-E线的剖面立体图。
符号说明
1：热交换器 100：热交换部
100-1～100-12：单位板 100a-1～100a-12：第一板
100b-1～100b-12：第二板 100-A：第一热交换部
100-B：第二热交换部 100-C：第三热交换部
101：热介质入口 102：热介质出口
110：第一平面部 120：突出部
120a：第一突出片 120b：第二突出片
121：第一凸起 122：第二凸起
123：第一热介质分散部 123'：开放部
123"：阻断部 124：第一热介质分配部
130：第一法兰部 131：第一剖切部
140：第二平面部 150：凹陷部
150a：第一凹陷片 150b：第二凹陷片
151：第三凸起 152：第四凸起
153：第二热介质分散部 153'：开放部
153"：阻断部 154：第二热介质分配部
160：第二法兰部 161：第二剖切部
A1：第一开放口 A2：第二开放口
H1～H4：贯通口 H1'、H3'：第一阻挡部
H2'、H4'：第二阻挡部 P1：热介质流路
P2：燃烧气体流路
具体实施方式
以下，参照附图而对本发明的优选实施例的构成及作用进行说明。
参照图1至图7，根据本发明的一实施例的热交换器1利用多个板层叠于燃烧室C的周围而构成的热交换部100构成，其中，在所述燃烧室中通过燃烧器(未示出)的燃烧而产生燃烧热和燃烧气体。
在所述热交换部100以由多个板沿纵方向直立且从前方向后方层叠的方式构成，并且可以构成为多个热交换部100-A、100-B、100-C层叠的结构。因此，在所述燃烧室C中，燃烧器可以从正面沿水平方向插入而被组装，据此，能够提高燃烧器的装卸和热交换器1的维修的便利性。
作为一实施例，所述多个板可以通过第一至第十二单位板100-1、100-2、100-3、100-4、100-5、100-6、100-7、100-8、100-9、100-10、100-11、100-12构成，并且各个所述单位板可以通过位于前方的第一板100a-1、100a-2、100a-3、100a-4、100a-5、100a-6、100a-7、100a-8、100a-9、100a-10、100a-11、100a-12和分别层叠于所述第一板的后方的第二板100b-1、100b-2、100b-3、100b-4、100b-5、100b-6、100b-7、100b-8、100b-9、100b-10、100b-11、100b-12构成。
在构成各个所述单位板的第一板和第二板之间形成有供热介质流动的热介质流路P1，并且在构成相邻地层叠的单位板中的位于一侧的单位板的第二板和构成位于另一侧的单位板的第一板之间，形成有供燃烧气体流动的燃烧气体流路P2。所述热介质流路P1和燃烧气体流路P2在多个板之间相邻而交替地形成，从而在热介质和燃烧气体之间形成热交换。
参照图3至图5，所述第一板包括：第一平面部110，在中央处形成有第一开放口A1；突出部120，从所述第一平面部110，一部分区间沿周围方向连通并朝向前方突出地形成；以及第一法兰部130，从所述第一平面部110的边缘部向后方延伸。
所述第二板包括：第二平面部140，在中央处形成有沿前后方向与所述第一开放口A1对应的第二开放口A2，并且与所述第一平面部110相接；凹陷部150，从所述第二平面部140，一部分区间沿周围方向连通并朝向后方凹入地形成，从而在与所述突出部120之间形成所述热介质流路P1；以及第二法兰部160，从所述第二平面部140的边缘部向后方延伸，从而与相邻地布置的单位板的第一法兰部130结合。
在图3和图5中，箭头标记表示热介质的流动方向。
参照图5，所述热交换部100构成为层叠有多个的结构，作为一实施例，可以利用第一热交换部100-A、第二热交换部100-B以及第三热交换部100-C构成。多个所述热交换部100-A、100-B、100-C中的热介质流路P1构成为热介质的流动方向仅沿一方向形成。即，热介质的流动方向在多个所述热交换部100-A、100-B、100-C中的相邻地层叠的热交换部之间沿一方向形成，并且以彼此形成反方向(顺时针方向和逆时针方向)的方式串联形成。并且，热介质流路P1以并联方式形成于构成多个所述热交换部100-A、100-B、100-C的多个单位板。
如果对用于如上所述的热介质的一方向流动的构成进行说明则如下。
参照图3和图4，在所述第一板的上部一侧部，第一贯通口H1和第二贯通口H2彼此相邻地形成，并且在所述第二板的上部一侧部，形成有与所述第一贯通口H1对应的第三贯通口H3和与所述第二贯通口H2对应的第四贯通口H4。
在位于最前方的第一板100a-1的上部一侧部，第一阻挡部H1'形成于与所述第一贯通口H1对应的位置，并且热介质出口102形成于与所述第二贯通口H2对应的位置。
在位于最后方的第二板100b-12的上部一侧部，热介质入口101形成于所述第三贯通口H3对应的位置，并且第四阻挡部H4'形成于与所述第四贯通口H4对应的位置。
并且，在第四单位板100-4的第二板100b-4，第四阻挡部H4'形成于与所述第四贯通口H4对应的位置，在第五单位板100-5的第一板100a-5，第二阻挡部H2'形成于与所述第二贯通口H2对应的位置，在第八单位板100-8的第二板100b-8，第三阻挡部H3'形成于与所述第三贯通口H3对应的位置，在第九单位板100-9的第一板100a-9，第一阻挡部H1'形成于与所述第一贯通口H1对应的位置。
因此，通过在位于最后方的第十二单位板100-12的第二板100b-12形成的热介质入口101而流入到第十二单位板100-12的热介质流路P1的热介质，通过形成于第十二至第九单位板100-12、100-11、100-10、100-9的第一至第四贯通口H1、H2、H3、H4而向前方流动，与此同时，在第九单位板100-9的第一板100a-9形成有第一阻挡部H1'，从而在第十二至第九单位板100-12、100-11、100-10、100-9内部的热介质流路P1中，热介质会沿顺时针方向流动。
并且，通过在第九单位板100-9的第一板100a-9形成的第二贯通口H2和在第八单位板100-8的第二板100b-8形成的第四贯通口H4而流入到第八单位板100-8的热介质流路P1的热介质，通过形成于第八至第五单位板100-8、100-7、100-6、100-5的第一至第四贯通口H1、H2、H3、H4而向前方流动，与此同时，在第五单位板100-5的第一板100a-5形成有第二阻挡部H2'，从而在第八至第五单位板100-8、100-7、100-6、100-5内部的热介质流路P1中，热介质会沿逆时针方向流动。
并且，通过在第五单位板100-5的第一板100a-5形成的第一贯通口H1和在第四单位板100-4的第二板100b-4形成的第三贯通口H3而流入到第四单位板100-4的热介质流路P1的热介质，通过形成于第四至第一单位板100-4、100-3、100-2、100-1的第一至第四贯通口H1、H2、H3、H4而向前方流动，与此同时，在第一单位板100-1的第一板100a-1形成有第一阻挡部H1'，从而在第四至第一单位板100-4、100-3、100-2、100-1内部的热介质流路P1中，热介质会沿顺时针方向流动。
如上所述地，热交换部100在纵方向上直立的结构中，形成用于使热介质沿一方向流动的热介质流路P1和由第一至第四贯通口H1、H2、H3、H4构成的热介质的连接流路，以使沿燃烧室C的周围流动的热介质的循环顺利地执行，从而能够最小化热介质的压力的降低，并防止局部的过热，进而能够提高热效率。
并且，在热交换器的容量增大时，通过调节各个热交换部100-A、100-B、100-C中的并联流路的数量，能够以没有热介质的压力下降的方式增大容量。
参照图6和图7，在燃烧室C通过燃烧器的燃烧而产生的燃烧气体通过热交换部100的下部而向下方排出。
作为用于使所述燃烧气体通过多个燃烧气体流路P2而均匀地排出的构成，在层叠第一板和第二板时，第一板的第一法兰部130和第二板的第二法兰部160局部重叠，并且在所述第一板和第二板的边缘位置中的一部分区域中形成有使通过燃烧气体流路P2而流动的燃烧气体排出的燃烧气体通过部D。
在所述第一法兰部130的燃烧气体排出侧形成有多个第一剖切部131，在所述第二法兰部160的燃烧气体排出侧形成有多个第二剖切部161，并且在层叠所述第一板和第二板时，所述第一剖切部131和第二剖切部161的局部区域形成有所述燃烧气体通过部D。
所述燃烧气体通过部D在热交换部100的下部以沿横向和纵向彼此隔开预定间距而形成多个，据此，通过热交换部100的燃烧气体可以跨越热交换部100下部的整体区域而按均匀的流量分配而排出，从而能够起到降低排出的燃烧气体的流动阻力，并且防止噪声和振动的功能。
另外，多个所述热交换部100-A、100-B、100-C中的热介质的流动方向被转换的区间，即从第三热交换部100-C连接到第二热交换部100-B的区间或者从第二热交换部100-B连接到第一热交换部100-A的区间内，向形成于各个热交换部100-A、100-B、100-C的热介质流路P1流动的热介质的流量因惯性和压力而具有不均匀地分配的倾向。
如上所述，在向多个热介质流路P1分配的流量变得不均匀的情况下，热交换性能会降低，并且在流量少的区域中，存在着由于局部过热而发生热介质的沸腾所引起的噪声和异物的问题。
作为用于解决这种热介质流量的不均匀的分配的问题的手段，如图8和图9所示，在热介质流入所述热介质流路P1的流入部或者热介质从所述热介质流路P1流出的流出部中，具备形成有开放部123'、153'和阻断部123"、153"的热介质分散部123、153。
所述热介质分散部123、153沿热介质的流动方向彼此隔开而配备成多个，并且相邻地布置的热介质分散部123、153之间，所述开放部123'、153'和阻断部123"、153"配备成沿热介质的流动方向而彼此交叉。
所述热介质分散部123、153中，所述开放部123'、153'和阻断部123"、153"沿圆周方向而交替地形成。
因此，如图9中的箭头所示地通过形成于第一热介质分散部123的第一开放部123'的热介质碰撞到位于第一热介质分散部123的后方的第二热介质分散部153的第二阻断部153"而分散，并且通过形成于第二热介质分散部153的第二开放部153'的热介质碰撞到位于第二热介质分散部153的后方的第一热介质分散部123的第二阻断部123"而分散，通过上述的分散作用，能够缓解热介质的惯性，从而能够将流动至各层的热介质流路P1的热介质的流量均匀地调节。
作为用于解决上述热介质流量的不均匀分配的问题的另一手段，如图8和图10所示，在热介质流路P1中的转换热介质的流动方向的部分配备有能够使流路较窄地形成的热介质分配部124、154。
所述热介质分配部124、154在热介质流入所述热介质流路P1的部分和热介质从热介质流路P1流出的部分可以形成为朝向热介质流路P1突出的浮雕形状。
因此，在形成于第一板的第一热介质分配部124和形成于第二板的第二热介质分配部154之间的热介质流路P1的截面积形成为比形成于第一板和第二板之间的热介质流路P1的截面积窄，据此，能够防止热介质集中流入各层的热介质流路P1中的一部分热介质流路P1，从而能够将通过各层的热介质流路P1流动的热介质的流量均匀地调节。
另外，参照图4，形成于所述第一板的突出部120构成为将沿前后方向具有不同的高度的第一突出片120a和第二突出片120b沿周围方向交替地布置，并且，形成于所述第二板的凹陷部150构成为将沿前后方向具有不同的高度的第一凹陷片150a和第二凹陷片150b沿周围方向交替地布置。如上所述，通过在突出部120和凹陷部150分别形成台阶，以在热介质和燃烧气体的流动中活跃地形成乱流的方式进行引导，从而能够提高热交换效率。
参照图11，在所述突出部120形成有朝向所述第一热介质流路P1突出的多个第一凸起121，并且在所述凹陷部150形成有朝向所述热介质流路P1突出并与所述第一凸起121相接的多个第三凸起151。并且，参照图12，在所述突出部120形成有朝向所述燃烧气体流路P2突出的多个第二凸起122，并且在所述凹陷部150形成有朝向所述燃烧气体流路P2突出并与所述第二凸起122相接的多个第四凸起152。如上所述，使第一凸起121和第三凸起151向热介质流路P1的内侧突出而相接，并且使第二凸起122和第四凸起152向燃烧气体流路P2的内侧突出而相接，从而引导热介质和燃烧气体的流动中发生乱流，进而能够在提高热交换效率的同时防止流体的压力所引起的板的变形，并能够提高耐压性能。

Claims (11)

1.一种热交换器，其特征在于，具有：
热介质流路(P1)，形成于相面对的一对板之间的空间，使热介质流动；
燃烧气体流路(P2)，形成于所述热介质流路(P1)的外侧，以使在燃烧器燃烧的燃烧气体流动；
热介质分散部(123、153)，包括形成于使热介质流入所述热介质流路(P1)的流入部或者使热介质从所述热介质流路(P1)流出的流出部的开放部(123'、153')和阻断部(123"、153")，
在所述热介质分散部(123、153)中，所述开放部(123'、153')和阻断部(123"、153")沿着圆周方向而交替地形成。
2.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，
所述热介质分散部(123、153)沿着所述热介质的流动方向隔开而配备多个，
在相邻地布置的热介质分散部(123、153)之间，所述开放部(123'、153')和阻断部(123"、153")配备成沿着热介质的流动方向而彼此交叉。
3.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，
配备有在多个板之间的空间相邻而交替地形成有所述热介质流路(P1)和所述燃烧气体流路(P2)的热交换部，
所述热交换部包围中央处的燃烧室(C)空间的外侧，并且配备成层叠多个的结构，
所述热介质分散部(123、153)配备于多个所述热交换部中的热介质的流动方向被转换的流路。
4.如权利要求3所述的热交换器，其特征在于，
所述热介质流路(P1)以如下方式串联而形成：使多个所述热交换部中的相邻地层叠的热交换部之间的热介质的流动沿一方向连接，并且彼此朝向相反方向。
5.如权利要求4所述的热交换器，其特征在于，
在各个所述热交换部的内部，所述热介质流路(P1)并联地形成。
6.如权利要求3所述的热交换器，其特征在于，
所述多个板通过将由第一板和第二板层叠而成的多个单位板层叠而构成，
在所述第一板形成有：第一平面部(110)，中央处形成有第一开放口(A1)；突出部(120)，在所述第一平面部(110)，一部分区间沿周围方向连通并朝向前方突出地形成；以及第一法兰部(130)，从所述第一平面部(110)的边缘部向后方延伸，
在所述第二板形成有：第二平面部(140)，中央处形成有沿前后方向与所述第一开放口(A1)对应的第二开放口(A2)，并且与所述第一平面部(110)相接；凹陷部(150)，在所述第二平面部(140)，一部分区间沿周围方向连通并朝向后方突出地形成，从而在与所述突出部(120)之间形成所述热介质流路(P1)；以及第二法兰部(160)，从所述第二平面部(140)的边缘部向后方延伸，从而与相邻地布置的单位板的第一法兰部(130)结合。
7.如权利要求6所述的热交换器，其特征在于，
在所述热交换部的一侧部形成有：
一侧的贯通口(H1、H3)和另一侧的贯通口(H2、H4)，提供热介质的连接流路，以使热介质在相邻地层叠的热交换部之间沿一方向流动；
第一阻挡部(H1'、H3')，通过引导而使通过所述一侧的贯通口(H1、H3)而流入热介质流路(P1)的热介质沿一方向经由所述燃烧室(C)的周围而朝向所述另一侧的贯通口(H2、H4)流动；以及
第二阻挡部(H2'、H4')，通过引导而使通过所述另一侧的贯通口(H2、H4)而流入热介质流路(P1)的热介质沿所述一方向的反方向经由所述燃烧室(C)的周围而朝向所述一侧的贯通口(H1、H3)流动。
8.如权利要求7所述的热交换器，其特征在于，
所述热介质分散部(123、153)分别配备于所述一侧的贯通口(H1、H3)和另一侧的贯通口(H2、H4)。
9.如权利要求6所述的热交换器，其特征在于，
所述突出部(120)包括：第一突出片(120a)和第二突出片(120b)，沿周围方向交替地布置，并且在前后方向上具有彼此不同的高度；
所述凹陷部(150)包括：第一凹陷片(150a)和第二凹陷片(150b)，沿周围方向交替地布置，并且在前后方向上具有彼此不同的高度。
10.如权利要求6所述的热交换器，其特征在于，
在所述突出部(120)形成有朝向所述热介质流路(P1)突出的多个第一凸起(121)，
在所述凹陷部(150)形成有朝向所述热介质流路(P1)突出并与所述第一凸起(121)相接的第三凸起(151)。
11.如权利要求6所述的热交换器，其特征在于，
在所述突出部(120)形成有朝向所述燃烧气体流路(P2)突出的多个第二凸起(122)，
在所述凹陷部(150)形成有朝向所述燃烧气体流路(P2)突出并与所述第二凸起(122)相接的第四凸起(152)。
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