KR102624652B1 - 열교환기용 터뷸레이터 - Google Patents

열교환기용 터뷸레이터 Download PDF

Info

Publication number
KR102624652B1
KR102624652B1 KR1020200089890A KR20200089890A KR102624652B1 KR 102624652 B1 KR102624652 B1 KR 102624652B1 KR 1020200089890 A KR1020200089890 A KR 1020200089890A KR 20200089890 A KR20200089890 A KR 20200089890A KR 102624652 B1 KR102624652 B1 KR 102624652B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
upstream
water flow
flow direction
turbulator
water
Prior art date
Application number
KR1020200089890A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220011017A (ko
Inventor
정인철
박준길
문성식
Original Assignee
주식회사 경동나비엔
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 경동나비엔 filed Critical 주식회사 경동나비엔
Priority to KR1020200089890A priority Critical patent/KR102624652B1/ko
Priority to US17/370,910 priority patent/US11788806B2/en
Priority to CN202121644042.0U priority patent/CN215598200U/zh
Publication of KR20220011017A publication Critical patent/KR20220011017A/ko
Priority to KR1020230197362A priority patent/KR20240005669A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102624652B1 publication Critical patent/KR102624652B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/0005—Details for water heaters
    • F24H9/001—Guiding means
    • F24H9/0015—Guiding means in water channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/40—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water tube or tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/48—Water heaters for central heating incorporating heaters for domestic water
    • F24H1/52—Water heaters for central heating incorporating heaters for domestic water incorporating heat exchangers for domestic water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/0005—Details for water heaters
    • F24H9/001—Guiding means
    • F24H9/0026—Guiding means in combustion gas channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F28D1/05383—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with multiple rows of conduits or with multi-channel conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • F28D21/0005—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases for domestic or space-heating systems
    • F28D21/0007—Water heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1615—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits being inside a casing and extending at an angle to the longitudinal axis of the casing; the conduits crossing the conduit for the other heat exchange medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1615—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits being inside a casing and extending at an angle to the longitudinal axis of the casing; the conduits crossing the conduit for the other heat exchange medium
    • F28D7/1623—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits being inside a casing and extending at an angle to the longitudinal axis of the casing; the conduits crossing the conduit for the other heat exchange medium with particular pattern of flow of the heat exchange media, e.g. change of flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1684—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D7/1692—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section with particular pattern of flow of the heat exchange media, e.g. change of flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/14—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending longitudinally
    • F28F1/16—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending longitudinally the means being integral with the element, e.g. formed by extrusion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/40—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/42—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being both outside and inside the tubular element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0024—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for combustion apparatus, e.g. for boilers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

본 발명에 따른, 연소가스와의 열교환을 통해 물을 가열하는 열교환기의 튜브 내에 물의 난류화를 위해 삽입되는 터뷸레이터는, 상기 튜브를 따라 물이 수평하게 물 유동방향을 따라 유동하고, 상기 튜브를 가로지르도록 상기 연소가스가 수직하게 상측에서 하측으로 유동한다고 가정하고, 상기 물 유동방향과 상하방향에 모두 직교하는 방향을 좌우방향이라 할 때, 상기 물 유동방향을 따라 연장되고 상기 좌우방향에 직교하는 판형으로 형성되며 상기 튜브에 삽입되는 몸체부; 및 물이 상기 몸체부의 상측으로 안내되도록, 상기 물 유동방향을 기준으로 상기 몸체부의 상류측 부분으로부터 상기 좌우방향 중 적어도 한 방향을 따라 돌출되되 상기 물 유동방향에 대해 상방으로 경사진 방향으로 연장된 상류 날개부를 포함한다.

Description

열교환기용 터뷸레이터 {TURBULATOR FOR HEAT EXCHANGER}
본 발명은 열교환기용 터뷸레이터에 관한 것이다.
데워진 물을 배수하거나 난방에 사용하기 위해 물을 가열하는 물 가열기는, 일반적으로 연료를 주입받아 연소시킨 뒤, 그로부터 발생하는 열을 물에 전달하여 소기의 목적을 달성한다.
물 가열기에서 발생한 열을 물에 전달하기 위해, 열교환기가 사용된다. 다양한 종류의 열교환기 중, 가열되어야 할 난방수를 튜브를 통해 유동시키면서, 발생한 열에 의해 튜브가 가열됨에 따라 난방수에 열이 전달되는 튜브 타입의 열교환기가 사용될 수 있다.
난방수가 흐르는 튜브의 일부분은 열이 발생하는 열원과 인접하게 위치할 수 있다. 열원으로부터 멀리 떨어진 튜브의 다른 일부분이 전달받는 열의 양에 비해, 이러한 일부분이 열원에 의해서 전달받는 열의 양이 월등히 많을 수 있다. 이로 인해 열원과 인접한 튜브의 일부분에서는 과열이 일어날 수 있다. 튜브가 국부과열됨에 따라 물이 끓어 진동과 비등소음이 발생할 수 있다는 문제가 있다.
한편, 튜브의 내부에는, 층류로 흐르는 난방수를 난류화하기 위해, 난방수의 흐름을 방해하여 난류화 할 수 있는 터뷸레이터가 배치될 수 있다.
본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 국부과열을 방해할 수 있는 터뷸레이터 및 이를 이용한 물 가열기용 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른, 연소가스와의 열교환을 통해 물을 가열하는 열교환기의 튜브 내에 물의 난류화를 위해 삽입되는 터뷸레이터에 있어서, 상기 튜브를 따라 물이 수평하게 물 유동방향을 따라 유동하고, 상기 튜브를 가로지르도록 상기 연소가스가 수직하게 상측에서 하측으로 유동한다고 가정하고, 상기 물 유동방향과 상하방향에 모두 직교하는 방향을 좌우방향이라 할 때, 상기 물 유동방향을 따라 연장되고 상기 좌우방향에 직교하는 판형으로 형성되며 상기 튜브에 삽입되는 몸체부; 상기 몸체부의 하단에서 하측으로 돌출되는 하단 돌출부; 상기 몸체부를 상기 튜브 내에서 지지하기 위해 상기 몸체부로부터 상측과 하측으로 각각 연장되는 상측 지지부분과 하측 지지부분을 구비하는 높이방향 지지부; 및 물이 상기 몸체부의 상측으로 안내되도록, 상기 물 유동방향을 기준으로 상기 몸체부의 상류측 부분으로부터 상기 좌우방향 중 적어도 한 방향을 따라 돌출되되 상기 물 유동방향에 대해 상방으로 경사진 방향으로 연장된 상류 날개부를 포함하고, 상기 하단 돌출부는, 상기 물 유동방향을 기준으로 상기 몸체부의 상류측 부분의 하단으로부터 하방으로 돌출되는 상류측 하단 돌출부를 포함하고, 상기 높이방향 지지부는, 상기 물 유동방향을 기준으로 상기 상류측 하단 돌출부의 상류측에 배치되어, 상기 상류측 하단 돌출부와 연결되고, 상기 상류측 하단 돌출부는: 상기 물 유동방향을 기준으로 상기 몸체부의 상류측 부분의 하단으로부터 하방으로 돌출되고, 상기 높이방향 지지부로부터 상기 물 유동방향을 따라 돌출되며, 상기 좌우방향에 직교하는 판형으로 형성되는 상류측 하단 돌출판; 및 물이 상기 몸체부의 상측으로 안내되도록, 상기 상류측 하단 돌출판으로부터 상기 좌우방향 중 적어도 한 방향을 따라 돌출되되 상기 물 유동방향에 대해 상방으로 경사진 방향으로 연장된 상류측 하단 날개를 포함한다.
이에 따라, 열교환기의 튜브 상측에서 일어나는 국부과열이 방지되고, 과열에 따라 발생하는 비등이 줄어들어, 비등소음이 억제될 수 있다.
도 1은 예시적인 물 가열기용 열교환기의 사시도이다.
도 2는 예시적인 따른 튜브와 터뷸레이터를 나타낸 도면이다.
도 3은 예시적인 터뷸레이터의 측면도이다.
도 4는 예시적인 터뷸레이터의 정면도이다.
도 5와 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터의 측면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터의 정면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터와 튜브를 나타낸 도면이다.
도 10과 도 11은 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 터뷸레이터의 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 터뷸레이터의 정면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터와 예시적인 터뷸레이터 주변에서의 유속 프로파일을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터와 예시적인 터뷸레이터 가 사용되는 경우, 튜브 내측 온도분포를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터와 예시적인 터뷸레이터가 사용되는 경우, 핀 끝단에서의 온도와 연소가스 온도를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 예시적인 물 가열기용 열교환기(100)의 사시도이다. 도 2는 예시적인 따른 튜브(120)와 터뷸레이터(140)를 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1의 B-B' 단면을 나타낸 도면이기도 하다.
도 1과 2를 참조하면, 예시적인 물 가열기용 열교환기(100)는, 연소가스와의 열교환을 통해 물을 가열하는 장치로, 튜브(120), 핀(130) 및 터뷸레이터(140)를 포함할 수 있고, 케이스(110)를 더 포함할 수 있다. 튜브(120)는 도 2에서 도면으로부터 나오는 방향과 들어가는 방향을 따라 연장될 수 있고, 그 내부를 통해 물이 유동할 수 있다. 튜브(120) 내부에는 예시적인 터뷸레이터(140)가 배치될 수 있다. 터뷸레이터(140)가 배치되어, 튜브(120) 내에서 흐르는 물의 난류화가 일어난다.
본 발명의 명세서에서, 튜브(120)를 따라 물이 수평하게 물 유동방향(D1)을 따라 유동하고, 튜브(120)를 가로지르도록 연소가스가 수직하게 상측에서 하측으로 유동한다고 가정하자. 또한 물 유동방향(D1)을 따라 터뷸레이터(140)를 바라봤을 때의 좌측과 우측을 향하는 방향을 좌우방향이라 하자. 좌우방향은 물 유동방향(D1)과 상기 상하방향에 모두 직교하는 방향일 수 있다. 물 유동방향(D1)은 인접한 튜브(120) 간에 서로 나란하나 반대될 수 있다.
이러한 방향의 정의는 물 가열기용 열교환기(100)와 그 내부에 위치하는 터뷸레이터(140)를 설명하기 위해서 예시적으로 사용한 것이며, 물 가열기의 배치에 따라 바뀔 수 있다.
튜브(120)는 물이 내부에서 유동하게 마련되는 구성요소로, 도시된 것과 같이 물 유동방향(D1)을 따라 연장될 수 있고, 열교환기(100)에 복수개가 좌우방향을 따라 배치될 수 있다. 튜브(120) 내에는 물의 난류화를 위해 터뷸레이터(140)가 삽입된다.
튜브(120)는 상하방향을 기준으로 가지는 높이가, 좌우방향을 기준으로 가지는 폭보다 크게 형성되어, 납작한 형상을 가지는 납작튜브일 수 있다.
판형의 핀(130)은 튜브(120)에 의해 관통되게 마련되는 구성요소로, 하나의 튜브(120)를 복수 개의 핀(130)이 관통할 수 있다. 핀(130)은 복수 개로 구성되어 물 유동방향(D1)을 따라 배열될 수 있는데, 핀(130)이 미도시된 튜브(120)의 중심 영역에도 핀(130)이 배치될 수 있다.
케이스(110)는 연소가스가 유동할 수 있는 공간을 형성하고, 튜브(120)가 고정될 수 있는 뼈대가 되는 구성요소이다. 케이스(110)는 도시된 것과 같이 상하방향으로 개구된 박스 형태로 형성될 수 있으나, 그 형상이 이에 제한되지는 않는다.
물 유동방향(D1)을 따라 케이스(110)의 양측에 위치하는 외벽을 튜브(120)의 양단이 관통할 수 있고, 이러한 튜브(120)의 양단을 각각 덮도록 유로캡(1101) 플레이트가 배치될 수 있다. 유로캡(1101) 플레이트의 유로캡(1101)이 서로 인접한 적어도 2개의 튜브(120)의 말단을 서로 연결해, 튜브(120)를 통해 흐르는 물이 유로캡(1101)을 거쳐 인접한 다른 튜브(120)로 전달될 수 있도록 하여 전체적인 유로를 형성할 수 있다. 그러나 유로가 형성되는 방법이 이에 제한되는 것은 아니다.
케이스(110)는 열이 발생하고 연소가스가 발생하는 버너의 하측에 배치될 수 있다. 따라서 케이스(110)의 상측에 형성된 개구를 통해 연소가스가 유동하여 케이스(110)의 하측에 형성된 개구로 배출될 수 있다. 이와 같이 연소가스가 케이스(110)의 내부를 통과하며 유동함에 따라, 튜브(120) 및 핀(130)이 연소가스와 열교환하고, 튜브(120)의 내부를 통해 흐르는 물이 연소가스의 열을 전달받을 수 있다. 버너가 발생시킨 현열 및 연소가스의 응축시 발생하는 잠열이 튜브(120)를 통해 물로 더 전달될 수 있다. 이러한 과정을 거쳐 열교환기(100)로 유입된 물이 가열된 뒤 배출될 수 있다. 배출된 물은 수전 등을 통해 외부로 배출되어 온수로 사용될 수 있고, 난방유로를 통해 순환하여 난방에 사용될 수 있다.
다만 상술한 설명은 예시적으로 연소가스가 아래로 유동하는 하향식 물 가열기에서 열교환기(100)와 그 배치 방향 및 순서에 대해 설명한 것이며, 상향식 물 가열기에서는 그 배치 방향 및 순서가 반대가 될 수 있다.
도 3은 예시적인 터뷸레이터(140)의 측면도이다. 도 4는 예시적인 터뷸레이터(1)의 정면도이다.
도 3과 도 4로부터, 튜브(120)와 예시적인 터뷸레이터(140)에 대해서 확인할 수 있다. 예시적인 터뷸레이터(140)는 물 유동방향(D1)을 따라 연장된 몸체부(141)의 상단이, 'V'자 형으로 하방으로 파인 홈을 가지는 것을 제외하면 물 유동방향(D1)을 따라 연장된 수평선(H)을 따라 경계를 형성하고 있음을 알 수 있다. 물 유동방향(D1)으로 몸체부(141)의 상류측 하단에서 하방으로 돌출되어 형성된 돌출부(142)에, 좌우방향을 따라 개구된 홀이 형성되어 있음을 알 수 있다. 몸체부(141)로부터 좌우방향을 따라 좌우방향 지지부(143)가 볼록하게 돌출된 것을 알 수 있다. 또한 몸체부(141)로부터 좌우방향을 따라 돌출된 날개(144)가 복수 개 배치되되, 물 유동방향(D1)에 대해 상하로 경사져 서로 교차되도록 배치됨을 확인할 수 있다.
상술한 것과 같이 연소가스가 튜브(120)의 상측으로부터 하방으로 흐르는 상황에 놓인 열교환기에서, 튜브(120)의 상단과 인접하게 배치되는 예시적인 터뷸레이터(140)의 몸체부(141)의 상측에 형성되는 유동영역에서 유동하는 물의 과열이 발생될 것으로 예상할 수 있다. 유동영역으로 흐르는 물의 유량이 감소하게 되어, 국부과열이 일어날 수 있는 것이다. 특히, 터뷸레이터(140)의 하단과 인접하게 유입된 물의 경우, 상방으로 유동을 안내하는 구성이 없어 돌출부(142)에 형성된 홀을 따라 좌우로 교차하며 유동하여 터뷸레이터(140)의 하단과 인접하게 남아있을 수 있다. 이에 따라 물이 예시적인 터뷸레이터(1)의 상단으로 충분히 공급되지 않아, 과열이 일어날 수 있다.
도 5와 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)의 사시도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)의 측면도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)의 정면도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)와 튜브(120)를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)를 열교환기(도 1의 100)에 적용하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기를 구성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기는, 예시적인 터뷸레이터(도 3, 4의 140)를 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)로 교체하였다는 것을 제외하면 예시적인 열교환기(도 1의 100)와 동일한 구성을 가질 수 있으므로, 다른 구성요소들에 대한 설명은 생략한다.
터뷸레이터(1)는 연소가스와의 열교환을 통해 물을 가열하는 열교환기(100)의 튜브(120) 내에 물의 난류화를 위해 삽입되는 구성요소이다. 물을 난류화 하기 위해, 터뷸레이터(1)는 인위적으로 튜브(120) 내의 물의 유동을 방해하는 구성요소들을 가질 수 있다. 터뷸레이터(1)는, 몸체부(11)를 포함하고, 높이방향 지지부(30)와 좌우방향 지지부(50)를 더 포함할 수 있다.
터뷸레이터(1)가 삽입되는 튜브(120)의 내측면을 물 유동방향(D1)에 직교하는 평면으로 자른 단면의 프로파일이 좌우방향을 기준으로 가지는 폭보다, 프로파일이 상기 상하방향을 기준으로 가지는 높이가 더 크게 형성되어, 납작한 튜브(120)를 구성할 수 있다. 구체적으로, 튜브(120)의 내측면의 프로파일이 상하방향을 기준으로 가지는 높이로, 프로파일이 좌우방향을 기준으로 가지는 폭을 나눈 값을 튜브(120)의 종단비라고 할 때, 튜브(120)의 종단비는, 0.15 이상 0.3 이하일 수 있다. 상하방향으로 긴 형상의 프로파일을 튜브(120)가 가져, 상하방향으로 유동하는 연소가스와의 관계에서 열교환이 용이하게 이루어질 수 있다.
높이방향 지지부(30)
높이방향 지지부(30)는, 몸체부(11)를 튜브(120) 내에서 지지하는 부분이다. 몸체부(11)를 지지하기 위해, 높이방향 지지부(30)는 몸체부(11)에서 상측과 하측으로 각각 연장되는 상측 지지부분(31)과 하측 지지부분(32)을 포함한다. 이러한 높이방향 지지부(30)가 튜브(120)의 내측면에 몸체부(11)보다 먼저 접촉하거나, 몸체부(11)보다 튜브(120)의 내측면에 인접하게 위치하여, 몸체부(11)가 튜브(120)의 내측면에 접촉하지 않고 상하방향을 따라 소정의 간격을 두어 이격되도록 할 수 있다.
높이방향 지지부(30)는 몸체부(11)의 물 유동방향(D1)측 말단과, 물 유동방향(D1) 반대측 말단에 각각 배치될 수 있다. 즉 도시된 것과 같이, 2개의 상측 지지부분(31)이 몸체부(11)의 양단에 하나씩 배치될 수 있고, 2개의 하측 지지부분(32)이 몸체부(11)의 양단에 하나씩 배치될 수 있다. 그러나 높이방향 지지부(30)의 개수 및 배치되는 위치는 이에 제한되지는 않는다.
상측 지지부분(31)과 하측 지지부분(32)의 말단은 도시된 것과 같이 두 갈래로 갈라지되 좌우방향을 따라 서로 반대되는 방향으로 구부러질 수 있다. 구부러진 말단이 각각 튜브(120)의 내측면 상하측에 접촉하여, 몸체부(11)를 안정적으로 지지할 수 있다.
좌우방향 지지부(50)
좌우방향 지지부(50)는, 좌우방향을 기준으로 몸체부(11)가 튜브(120)의 내측면으로부터 이격된 상태를 유지하도록, 몸체부(11)로부터 좌우방향으로 돌출되는 부분을 의미한다. 복수의 좌우방향 지지부(50)가 물 유동방향(D1)을 따라 나열되어 몸체부(11)에 배치될 수 있다.
좌우방향 지지부(50)는 도시된 것과 같이 좌측으로 몸체부(11)로부터 돌출된 좌측 지지부분(51)과, 우측으로 몸체부(11)로부터 돌출된 형상의 우측 지지부분(52)을 복수 개 가질 수 있다. 도시된 것과 같이 우측 지지부분(52)이 좌측 지지부분(51)으로부터 상방으로 이격된 위치에 배치될 수 있으나, 그 배치가 이에 제한되지는 않는다.
좌우방향 지지부(50)는 상하방향에 직교하는 판형으로 형성될 수 있다. 몸체부(11)가 좌우방향 지지부(50)의 형상과 같이 뚫려 좌우방향 개구(510, 520)를 형성하면서 좌우방향을 따라 벤딩되어, 좌우방향 지지부(50)가 형성될 수 있다. 따라서 좌측 개구(510)의 둘레 중 물 유동방향(D1)에 평행한 부분으로부터 좌측 지지부분(51)이 돌출되고, 우측 개구(520)의 둘레 중 물 유동방향(D1)에 평행한 부분으로부터 우측 지지부분(52)이 돌출된 형태를 가질 수 있다. 좌우방향 지지부(50)는 도시된 것과 같이 대략적인 삼각형의 형상을 가질 수 있으나, 그 형상이 이에 제한되지는 않는다.
예시적인 터뷸레이터(1)가 포함하는 좌우방향 지지부(50)의 형상과는 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)의 좌우방향 지지부(50)가 평판형으로 형성되어, 금형 타발시 크랙이 발생하는 문제가 줄어들 수 있다.
몸체부(11)
몸체부(11)는 물 유동방향(D1)으로 연장되는 판형으로 형성되되, 자신의 높이방향이 상하방향으로 배치되게 튜브(120)에 삽입될 수 있는 부분이다. 즉 몸체부(11)는 좌우방향에 직교하는 판형으로 형성될 수 있다. 몸체부(11)는 전체적으로 직사각형의 형상을 가질 수 있다.
하단 돌출부(20)가 몸체부(11)로부터 하측으로 연장되어 형성될 수 있으며, 높이방향 지지부(30)가 몸체부(11)로부터 상하방향을 따라 연장되어 형성될 수 있고, 중간 날개(61, 62)와 상류 날개부(70)와 좌우방향 지지부(50)가 몸체부(11)로부터 좌우방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)가 이러한 유동공간을 형성하여, 예시적인 터뷸레이터(도 3, 4의 140)에서 얻을 수 있는 터뷸레이터(도 3, 4의 140) 상측의 유량보다 증가한 유량을 가질 수 있다. 따라서 유량 감소로 인한 유속 감소에 따라 예시적인 터뷸레이터(도 3, 4의 140)에서 일어날 수 있었던 국부과열이 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)에서는 국부적인 유량증가와 이로 인한 유속 증가로 인해 저감되고, 비등소음이 감소할 수 있다.
몸체부(11)의 상단은 수평선을 따라 형성되는 상단 직선부(111)와, 상단 직선부(111)보다 하측으로 파여 형성되는 상단 홈(1110)을 포함할 수 있다. 이러한 상단 홈(1110)은 복수 개 형성될 수 있고, 좌우방향을 따라 보았을 때 삼각형 모양을 가질 수 있다. 이러한 상단 홈(1110)의 일 모서리를 따라 좌우방향 중 적어도 어느 한 방향으로 돌출된, 날개 중 일부인 상단 날개(63)가 형성될 수 있다. 상단 날개(63)는 도시된 것과 같이 상단 홈(1110)의 모서리 중 물 유동방향(D1)에 대해 상측으로 경사진 모서리에 형성되되, 좌측으로만 돌출될 수 있으나, 상단 날개(63)가 배치되는 모서리와 상단 날개(63)가 돌출되는 방향은 이에 제한되지 않는다.
좌우방향을 기준으로 상단 날개(63)의 폭은 몸체부(11)로부터 좌측 또는 우측을 따라 튜브(120)의 내측면에 이르는 거리의 절반보다 클 수 있다.
하단 돌출부(20)
하단 돌출부(20)는 물의 난류화를 유도하기 위한 부분으로, 몸체부(11)의 하단에서 하측으로 돌출된다. 하단 돌출부(20)는 몸체부(11)의 하단으로부터 ‘V’자 형으로 돌출될 수 있다. 하단 돌출부(20)는 하단 날개(21, 22)와 하단 돌출부 몸체(23)를 포함할 수 있다. 하단 날개(21, 22)는 제1 하단 날개(21)와 제2 하단 날개(22)를 포함할 수 있다.
하단 돌출부 몸체(23)는, 몸체부(11)의 하단으로부터 물 유동방향(D1)과 하측으로 연장되되 몸체부(11)와 평행한 판형으로 형성될 수 있다. 각 하단 날개(21, 22)는 이러한 하단 돌출부 몸체(23)로부터 좌우방향으로 돌출될 수 있다. 구체적으로, 제1 하단 날개(21)는 하단 돌출부 몸체(23)로부터 좌측으로, 제2 하단 날개(22)는 하단 돌출부 몸체(23)로부터 우측으로 돌출될 수 있다.
제1 하단 날개(21)는 몸체부(11)의 하단으로부터 물 유동방향(D1)과 하측으로 연장되며 좌측으로 돌출될 수 있다. 제2 하단 날개(22)는, 물 유동방향(D1)과 상측으로 연장되며 우측으로 돌출되어 몸체부(11)의 하단에 연결될 수 있다. 제2 하단 날개(22)는 하단 돌출부 몸체(23)의 하단으로부터 물 유동방향(D1)에 대해 상측으로 경사진 방향으로 연장되어, 하단 돌출부 몸체(23)의 하단과 몸체부(11)의 하단을 연결할 수 있다.
제2 하단 날개(22)와 하단 돌출부 몸체(23)가 연장부 하단으로부터 각각 돌출되되 서로 연결됨에 따라, 좌우방향을 따라 살펴볼 때 'V'자 형의 하단 돌출부(20)가 형성될 수 있고, 삼각형 모양의 구멍을 하단 돌출부(20)와 연장부의 하단이 둘러싸 형성할 수 있다.
제1 하단 날개(21)는, 하단 돌출부 몸체(23)의, 물 유동방향(D1)과 하측을 향해 연장된 2개의 모서리 중 하측에 위치한 모서리의 일부분으로부터 좌측으로 돌출되어 형성될 수 있다. 또한 제2 하단 날개(22)는 하단 돌출부 몸체(23)의 하단까지 연장되고, 제1 하단 날개(21)는 하단 돌출부 몸체(23)의 하단에 미치지 않아, 제2 하단 날개(22)와 제1 하단 날개(21)가 서로 만나지 않을 수 있다. 제1 하단 날개(21)와 제2 하단 날개(22)가 튜브(120)의 내부의 하측에 해당하는 부분을 막아 물의 흐름을 지나치게 방해하지 않도록 하기 위해서, 이와 같은 하단 날개(21, 22)의 형상을 가질 수 있다.
하단 날개(21, 22)가 연장부로부터 좌측 또는 우측으로 돌출된 폭은, 연장부로부터 좌측 또는 우측을 따라 튜브(120)의 내측면에 이르는 거리의 절반보다 클 수 있다. 따라서 하단 날개(21, 22)가 튜브(120)의 내측면에 최대한 접근하여, 물의 흐름을 방해하는 효과가 증가하고, 열교환이 더 잘 일어날 수 있다.
몸체부(11)의 하단은 상술한 수평선에 평행한 선을 따라 형성되는 하단 직선부(112)와, 하단 직선부(112)보다 상측으로 파여 형성되는 하단 홈(1120)을 포함할 수 있다. 이러한 하단 홈(1120)은 복수 개 형성될 수 있고, 좌우방향을 따라 보았을 때 삼각형 모양을 가질 수 있다. 이러한 하단 홈(1120)의 일 모서리를 따라 좌우방향 중 어느 한 방향으로 돌출된 보조 날개가 형성될 수 있다. 보조 날개는 도시된 것과 같이 하단 홈(1120)의 모서리 중 하단 날개(21, 22)와 이어지는 모서리를 따라 형성되어, 하단 날개(21, 22)로부터 연속적으로 이어진 형태를 가질 수 있다. 하단 날개(21, 22)는 제1 하단 날개(21)와 제2 하단 날개(22)를 포함할 수 있으므로, 보조 날개 역시 제1 하단 날개(21)로부터 이어지는 제1 보조 날개와, 제2 하단 날개(22)로부터 이어지는 제2 보조 날개가 있을 수 있다.
좌우방향을 기준으로 보조 날개의 폭 역시 하단 날개(21, 22)와 유사하게, 몸체부(11)로부터 좌측 또는 우측을 따라 튜브(120)의 내측면에 이르는 거리의 절반보다 클 수 있다.
하단 돌출부(20)는, 물 유동방향(D1)을 기준으로 몸체부(11)의 상류측 부분의 하단으로부터 하방으로 돌출되는 상류측 하단 돌출부(13)를 포함한다. 상류측 하단 돌출부(13)는, 상류측 하단 돌출판(131)과 상류측 하단 날개(132)를 포함할 수 있다. 상류측 하단 돌출판(131)은 물 유동방향(D1)을 기준으로 몸체부(11)의 상류측 부분의 하단으로부터 하방으로 돌출되고, 좌우방향에 직교하는 판형으로 형성될 수 있다. 예시적인 터뷸레이터(도 3, 4의 140)의 하단에 형성되는 돌출부(142)와, 다른 하단 돌출부(20)에 좌우방향으로 개구된 구멍이 형성되는 것과 달리, 상류측 하단 돌출부(13)에는 이러한 구멍이 형성되지 않아, 터뷸레이터(1)의 상류측 하단과 인접한 위치에서는, 물이 좌우방향으로 터뷸레이터(1)를 교차하며 유동하지 않을 수 있다. 따라서 터뷸레이터(1) 상류측 하단의 유량이 상단으로 유도되지 못하고 좌우로 유실되는 것을 방지할 수 있다.
상류측 하단 날개(132)는, 물이 몸체부(11)의 상측으로 안내되도록, 물 유동방향(D1)을 기준으로 상류측 하단 돌출판(131)으로부터 좌우방향 중 적어도 한 방향을 따라 돌출되되 물 유동방향(D1)에 대해 상방으로 경사진 방향으로 연장된 형태를 가질 수 있다. 따라서 상류측 하단 날개(132)에 의해, 상류측 하단 돌출부(13)와 인접하게 유동하는 물 이 상방으로 안내될 수 있다. 따라서 터뷸레이터(1)의 상측에 많은 유량이 안내되어 과열을 방지할 수 있다.
높이방향 지지부(30)는 상류측 하단 돌출부(13)와 연결될 수 있다. 높이방향 지지부(30)의 하측 지지부분(32) 중 하나가 물 유동방향(D1)을 기준으로 상류측 하단 돌출부(13)의 상류측에 배치되기 때문이다. 높이방향 지지부(30)와 상류측 하단 돌출부(13) 사이에 좌우방향으로 개구된 구멍뿐 아니라 좌우방향으로 열린 홈 역시 형성되지 않아, 물이 터뷸레이터(1)를 좌우방향으로 교차하면서 상단으로 유도되지 못하고 유실되는 것을 방해할 수 있다.
상류 날개부(70)
상류 날개부(70)는 물 유동방향(D1)을 기준으로 터뷸레이터(1)의 상류측에서 물이 몸체부(11)의 상측으로 안내되도록 하는 구성요소이다. 상류 날개부(70)는 물 유동방향(D1)을 기준으로 몸체부(11)의 상류측 부분으로부터 좌우방향 중 적어도 한 방향을 따라 돌출되되, 물 유동방향(D1)에 대해 상방으로 경사진 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다.
상류 날개부(70)는, 물 유동방향(D1)에 대해 상방으로 경사진 방향으로 형성되고, 서로 평행하되 이격되어 배치되는 복수의 상류 날개(71, 72)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 상류 날개부(70)가 제1 상류 날개(71)와, 제1 상류 날개(71)보다 물 유동방향(D1)을 기준으로 하류측에 위치하는 제2 상류 날개(72)를 포함한다. 그러나 상류 날개(71, 72)의 개수는 이에 제한되지 않을 수 있다.
상류 날개(71, 72)는 상류 개구(710, 720)로부터 돌출된 형태로 배치될 수 있다. 상류 개구(710, 720)는 물 유동방향(D1)을 기준으로 몸체부(11)의 상류측 부분에서 좌우방향을 따라 관통되어 형성될 수 있다. 이러한 상류 개구(710, 720)의 둘레의 일부분으로부터 상류 날개부(70)가 돌출된 형태를 가질 수 있다. 따라서 상류 개구(710, 720)는 상류 날개(71, 72)의 개수에 대응되는 개수로 형성될 수 있고, 각각의 상류 개구(710, 720)에 상류 날개(71, 72)가 배치될 수 있다. 상류 날개(71, 72)의 형상에 대응되는 형상으로 몸체부(11)가 뚫려 상류 개구(710, 720)가 형성되고, 상류 날개(71, 72)는 뚫린 몸체부(11)의 일부가 좌우방향으로 벤딩되어 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 제1 상류 날개(71)와 제2 상류 날개(72)가 존재하므로, 각각의 상류 날개(71, 72)에 대응되는 제1 상류 개구(710)와 제2 상류 개구(720)가 형성될 수 있다.
도시된 것과 같이, 상류 날개(71, 72)는 물 유동방향(D1)에 대해 상방으로 경사진 상류 개구(710, 720)의 모서리 중 물 유동방향(D1)을 기준으로 하류측에 위치하는 모서리로부터 돌출된 형태를 가질 수 있다. 따라서 이러한 상류 날개(71, 72)의 배치에 따라, 하측에서 유동하는 물을 상방을 향해 효과적으로 안내할 수 있다.
복수의 상류 날개(71, 72) 중 서로 인접한 2개의 상류 날개(71, 72)가 각각 돌출되는 몸체부(11)의 2개의 개소는, 상하방향을 따라 적어도 일부분이 중첩되도록 배치될 수 있다. 따라서 상류 날개(71, 72)들이 몸체부(11)의 상류측에 밀집하여 배치되어 몸체부(11)의 상단을 향해 물을 효과적으로 안내할 수 있다.
복수의 상류 날개(71, 72) 중 서로 인접한 2개의 상류 날개(71, 72)는, 몸체부(11)로부터 서로 반대방향으로 돌출될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 제1 상류 날개(71)는 우측으로 돌출되고, 제2 상류 날개(72)는 좌측으로 돌출된다. 그러나 상류 날개(71, 72)가 돌출되는 방향이 이에 제한되지는 않는다.
상류 날개부(70)는, 상기 좌우방향 중 적어도 한 방향을 따라 상기 몸체부(11)로부터 돌출된 날개들 중, 상기 물 유동방향(D1)을 기준으로 몸체부(11)의 상류측 말단에 가장 인접한 날개를 상류 날개(71, 72)로서 포함한다. 날개라 함은 상류 날개(71, 72)와 중간 날개(61, 62)를 모두 포함하는데, 중간 날개(61, 62)보다 상류측에 상류 날개(71, 72)가 배치된다. 또한 상류 날개(71, 72)와 몸체부(11)의 상류측 말단 사이에 다른 날개가 배치되지 않을 수 있다. 따라서 예시적인 터뷸레이터(1)와 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 몸체부(11)의 상류측 말단과 인접한 날개들이 전부 물 유동방향(D1)에 대해 상방으로 경사져, 터뷸레이터(1)의 주변으로 유입되는 물이 하방으로 가기 전 상방으로 최대한 안내되도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)는, 물 유동방향(D1)을 기준으로 몸체부(11)의 상류측 부분의 상단에서 상측으로 돌출된 상단 돌출부(12)를 더 포함할 수 있다. 상단 돌출부(12)는 높이방향 지지부(30)의 상측 지지부분(31) 중 물 유동방향(D1)을 기준으로 상류측에 배치되는 상측 지지부분(31)과 연결될 수 있다.
상류 개구(710, 720)의 일부분은 상단 돌출부(12)와 몸체부(11)에 걸쳐 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 제1 상류 개구(710)의 일부분이 상단 돌출부(12)에 형성되고, 나머지 부분이 몸체부(11)에 형성된다. 그러나 다른 변형예에 따르면 제2 상류 개구(720)의 일부도 상단 돌출부(12)에 배치될 수 있다.
상단 돌출부(12)의 상측 경계는, 높이방향 지지부(30)로부터 물 유동방향(D1)을 따라 연장되다가, 물 유동방향(D1)에 대해 하방으로 경사진 방향으로 연장되어 몸체부(11)의 상단과 만날 수 있다.
중간 날개(61, 62)
중간 날개(61, 62)는, 상하방향을 기준으로 몸체부(11)의 중심 영역에서 좌우방향 중 적어도 한 방향을 따라 돌출되는 날개이다. 중간 날개(61, 62)는 몸체부(11)로부터 좌방향으로 돌출된 제1 중간 날개(61)와, 우방향으로 돌출된 제2 중간 날개(62)를 포함할 수 있다. 터뷸레이터(1)는 중간 날개(61, 62)를 복수 개 포함할 수 있다. 중간 날개(61, 62)는 물 유동방향(D1)을 따라가면서 상측 또는 하측으로 경사진 상태로 배치될 수 있다. 중간 날개(61, 62)는 상술한 상류 날개부(70)보다 물 유동방향(D1)을 기준으로 하류측에 배치될 수 있다. 중간 날개(61, 62)가 물 유동방향(D1)에 대해 상하로 경사진 형태를 가지므로, 물이 상하로 안내될 수 있다.
몸체부(11) 중 중간 날개(61, 62)가 형성된 부분과 인접한 부분은 관통되어, 중간 개구(60)를 형성할 수 있다.
좌우방향을 기준으로 중간 날개(61, 62)의 폭 역시 하단 날개(21, 22)와 유사하게, 몸체부(11)로부터 좌측 또는 우측을 따라 튜브(120)의 내측면에 이르는 거리의 절반보다 클 수 있다.
변형예
도 10과 도 11은 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 터뷸레이터(1b)의 사시도이다. 도 12는 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 터뷸레이터(1b)의 정면도이다.
본 발명의 일 실시에의 변형예에 따른 터뷸레이터(1b)는, 기본적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)와 유사하므로, 동일한 부분에 대해서는 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)에 대한 설명으로 갈음하고, 차이점이 있는 부분에 대해서만 더 설명한다.
본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 터뷸레이터(1b)가 포함하는 좌우방향 지지부의 좌측 지지부분(51b)이 우측 지지부분(52b)으로부터 상방으로 이격된 위치에 배치될 수 있다. 몸체부(11b)에 형성된 좌우방향 개구(510b, 520b)의 크기와 형상은, 본 발명의 일 실시에에서는 좌우방향 지지부가 포함하는 좌측 지지부분(51b) 및 우측 지지부분(52b)의 크기와 형상에 상응할 수 있으나, 변형예에서는 좌우방향 개구(510b, 520b)의 크기가 좌측 지지부분(51b) 및 우측 지지부분(52b)의 크기보다 크게 형성될 수 있다.
상류 날개(71b, 72b)는 물 유동방향(D1)에 대해 상방으로 경사진 상류 개구(710b, 720b)의 모서리 중 물 유동방향(D1)을 기준으로 상류측에 위치하는 모서리로부터 돌출된 형태를 가질 수 있다. 따라서 제1 상류 날개(71b)가 상단 돌출부(12b)와 몸체부(11b)에 걸쳐 배치될 수 있다.
하단 돌출부는 하류측 하단 돌출부(25b)를 더 포함할 수 있다. 하류측 하단 돌출부(25b)는 물 유동방향(D1)을 기준으로 몸체부(11b)의 하류측의 하단에서 하방으로 돌출될 수 있다. 따라서 하류측에 위치한 높이방향 지지부(30b)의 하측 지지부분(32b)과 연결될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)와 예시적인 터뷸레이터(140) 주변에서의 유속 프로파일을 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, 예시적인 터뷸레이터(140)의 상단의 유동영역인 제1유동영역(A1)에서의 유속 프로파일과, 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)의 상단의 유동영역인 제2 유동영역(A2)에서의 유속 프로파일의 차이를 확인할 수 있다. 예시적인 터뷸레이터(140)에서보다, 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)에서 상류측 상단으로 안내되는 유량이 많아, 제1 유동영역(A1)의 상류측에서보다 제2 유동영역(A2)의 상류측에서의 유속이 빠름을 확인할 수 있다. 또한 전체적으로도, 제2 유동영역(A2)에서 형성되는 유속 역시 제1 유동영역(A1)에서의 유속보다 빠르게 나타남을 확인할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)와 예시적인 터뷸레이터(140) 가 사용되는 경우, 튜브(120) 내측 온도분포를 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, 예시적인 터뷸레이터(140)를 배치한 경우 튜브(120) 내측의 상류측 상단에서 국부과열이 발생해 고온의 영역이 발생하나, 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)를 배치한 경우에는 튜브(120) 내측에서 고온의 영역이 발생하지 않음을 확인할 수 있다. 표를 참조하면, 예시적인 터뷸레이터(140)가 배치된 경우 튜브(120)의 좌측, 상단, 우측 최대온도가 각각 107.2℃, 125.7℃, 107.2℃로 나타나지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)가 배치되는 경우 튜브(120)의 좌측, 상단, 우측 최대온도가 각각 105.4℃, 109.4℃, 108.8℃이다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)의 사용 시, 튜브(120) 상단이 튜브(120)의 다른 부분과 비교적 적은 차이를 가질 수 있음을 알 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)와 예시적인 터뷸레이터(140)가 사용되는 경우, 핀(130) 끝단에서의 온도와 연소가스 온도를 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, 예시적인 터뷸레이터(140)를 배치한 경우 튜브(120)에 끼워진 핀(130)의 상단에서 국부과열이 발생해 268.9℃의 온도를 가지나, 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)를 배치한 경우 핀(130)의 상단에서 263.2℃의 비교적 적은 온도를 가짐을 확인할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1, 1b : 터뷸레이터
11, 11b : 몸체부
12, 12b : 상단 돌출부
13 : 상류측 하단 돌출부
20 : 하단 돌출부
21 : 제1 하단 날개
22 : 제2 하단 날개
23 : 하단 돌출부 몸체
25b : 하류측 하단 돌출부
30 : 높이방향 지지부
31 : 상측 지지부분
32 : 하측 지지부분
50 : 좌우방향 지지부
51, 51b : 좌측 지지부분
52, 52b : 우측 지지부분
60 : 중간 개구
61 : 제1 중간 날개
62 : 제2 중간 날개
63 : 상단 날개
70 : 상류 날개부
71, 71b : 제1 상류 날개
72, 72b : 제2 상류 날개
100 : 열교환기
110 : 케이스
111 : 상단 직선부
112 : 하단 직선부
120 : 튜브
130 : 핀
131 : 상류측 하단 돌출판
132 : 상류측 하단 날개
140 : 예시적인 터뷸레이터
141 : 예시적인 몸체부
142 : 예시적인 돌출부
143 : 예시적인 좌우방향 지지부
144 : 예시적인 날개
510, 510b : 좌측 개구
520, 520b : 우측 개구
710, 710b : 제1 상류 개구
720, 720b : 제2 상류 개구
1101 : 유로캡
1110 : 상단 홈
1120 : 하단 홈
A1 : 제1 유동영역
A2 : 제2 유동영역
D1 : 물 유동방향
H : 수평선

Claims (12)

  1. 연소가스와의 열교환을 통해 물을 가열하는 열교환기의 튜브 내에 물의 난류화를 위해 삽입되는 터뷸레이터에 있어서,
    상기 튜브를 따라 물이 수평하게 물 유동방향을 따라 유동하고, 상기 튜브를 가로지르도록 상기 연소가스가 수직하게 상측에서 하측으로 유동한다고 가정하고, 상기 물 유동방향과 상하방향에 모두 직교하는 방향을 좌우방향이라 할 때,
    상기 물 유동방향을 따라 연장되고 상기 좌우방향에 직교하는 판형으로 형성되며 상기 튜브에 삽입되는 몸체부;
    상기 몸체부의 하단에서 하측으로 돌출되는 하단 돌출부;
    상기 몸체부를 상기 튜브 내에서 지지하기 위해 상기 몸체부로부터 상측과 하측으로 각각 연장되는 상측 지지부분과 하측 지지부분을 구비하는 높이방향 지지부; 및
    물이 상기 몸체부의 상측으로 안내되도록, 상기 물 유동방향을 기준으로 상기 몸체부의 상류측 부분으로부터 상기 좌우방향 중 적어도 한 방향을 따라 돌출되되 상기 물 유동방향에 대해 상방으로 경사진 방향으로 연장된 상류 날개부를 포함하고,
    상기 하단 돌출부는, 상기 물 유동방향을 기준으로 상기 몸체부의 상류측 부분의 하단으로부터 하방으로 돌출되는 상류측 하단 돌출부를 포함하고,
    상기 높이방향 지지부는, 상기 물 유동방향을 기준으로 상기 상류측 하단 돌출부의 상류측에 배치되어, 상기 상류측 하단 돌출부와 연결되고,
    상기 상류측 하단 돌출부는:
    상기 물 유동방향을 기준으로 상기 몸체부의 상류측 부분의 하단으로부터 하방으로 돌출되고, 상기 높이방향 지지부로부터 상기 물 유동방향을 따라 돌출되며, 상기 좌우방향에 직교하는 판형으로 형성되는 상류측 하단 돌출판; 및
    물이 상기 몸체부의 상측으로 안내되도록, 상기 상류측 하단 돌출판으로부터 상기 좌우방향 중 적어도 한 방향을 따라 돌출되되 상기 물 유동방향에 대해 상방으로 경사진 방향으로 연장된 상류측 하단 날개를 포함하는, 터뷸레이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상류 날개부는, 상기 물 유동방향에 대해 상방으로 경사진 방향으로 형성되고, 서로 평행하되 이격되어 배치되는 복수의 상류 날개를 포함하는, 터뷸레이터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 상류 날개 중 서로 인접한 2개의 상류 날개가 각각 돌출되는 상기 몸체부의 2개의 개소는, 상하방향을 따라 적어도 일부분이 중첩되도록 배치되는, 터뷸레이터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 상류 날개 중 서로 인접한 2개의 상류 날개는, 상기 몸체부로부터 서로 반대방향으로 돌출되는, 터뷸레이터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상류 날개부는, 상기 좌우방향 중 적어도 한 방향을 따라 상기 몸체부로부터 돌출된 날개들 중, 상기 물 유동방향을 기준으로 상기 몸체부의 상류측 말단에 가장 인접한 날개를 상류 날개로서 포함하는, 터뷸레이터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부가 상기 좌우방향을 따라 관통되어, 상기 물 유동방향을 기준으로 상기 몸체부의 상류측 부분에 상류 개구가 형성되고,
    상기 상류 개구의 둘레의 일부분으로부터 상기 상류 날개부가 돌출되는, 터뷸레이터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 물 유동방향을 기준으로 상기 몸체부의 상류측 부분의 상단에서 상측으로 돌출된 상단 돌출부를 더 포함하고,
    상기 상류 개구의 일부분은 상기 상단 돌출부와 상기 몸체부에 걸쳐 형성되는, 터뷸레이터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 높이방향 지지부는, 상기 물 유동방향을 기준으로 상기 상단 돌출부의 상류측에 배치되어, 상기 상단 돌출부와 연결되는, 터뷸레이터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하단 돌출부는, 물의 난류화를 유도하게 마련되는, 터뷸레이터.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 좌우방향을 기준으로 상기 몸체부가 상기 튜브의 내측면으로부터 이격된 상태를 유지하도록, 상기 몸체부로부터 상기 좌우방향으로 돌출되는 좌우방향 지지부를 더 포함하고,
    상기 좌우방향 지지부는, 상기 상하방향에 직교하는 판형인, 터뷸레이터.
KR1020200089890A 2020-07-20 2020-07-20 열교환기용 터뷸레이터 KR102624652B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200089890A KR102624652B1 (ko) 2020-07-20 2020-07-20 열교환기용 터뷸레이터
US17/370,910 US11788806B2 (en) 2020-07-20 2021-07-08 Turbulator for heat exchanger
CN202121644042.0U CN215598200U (zh) 2020-07-20 2021-07-19 用于热交换器的湍流器
KR1020230197362A KR20240005669A (ko) 2020-07-20 2023-12-29 열교환기용 터뷸레이터

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200089890A KR102624652B1 (ko) 2020-07-20 2020-07-20 열교환기용 터뷸레이터

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230197362A Division KR20240005669A (ko) 2020-07-20 2023-12-29 열교환기용 터뷸레이터

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220011017A KR20220011017A (ko) 2022-01-27
KR102624652B1 true KR102624652B1 (ko) 2024-01-15

Family

ID=79292114

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200089890A KR102624652B1 (ko) 2020-07-20 2020-07-20 열교환기용 터뷸레이터
KR1020230197362A KR20240005669A (ko) 2020-07-20 2023-12-29 열교환기용 터뷸레이터

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230197362A KR20240005669A (ko) 2020-07-20 2023-12-29 열교환기용 터뷸레이터

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11788806B2 (ko)
KR (2) KR102624652B1 (ko)
CN (1) CN215598200U (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109059294A (zh) * 2018-08-31 2018-12-21 广东万和新电气股份有限公司 一种燃气热水器用扰流片

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4262659A (en) * 1980-01-24 1981-04-21 Valley Industries, Inc. Solar radiation absorbing panel
KR980010326A (ko) * 1996-07-10 1998-04-30 이영서 가스보일러의 열교환기 구조
KR200142434Y1 (ko) 1996-08-05 1999-06-01 원종균 건축용 앵글의 고정설치구조
KR101329675B1 (ko) * 2011-08-12 2013-11-15 주식회사 경동나비엔 열교환기의 분리가 가능한 연소장치
KR101400833B1 (ko) * 2012-12-26 2014-05-29 주식회사 경동나비엔 핀-튜브 방식의 열교환기
KR20180011613A (ko) * 2016-07-25 2018-02-02 주식회사 두발 배플 플레이트 및 이를 포함하는 핀 튜브 열 교환기
KR101946629B1 (ko) * 2016-09-09 2019-02-11 주식회사 경동나비엔 관체형 열교환기용 튜브 조립체

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109059294A (zh) * 2018-08-31 2018-12-21 广东万和新电气股份有限公司 一种燃气热水器用扰流片

Also Published As

Publication number Publication date
CN215598200U (zh) 2022-01-21
US11788806B2 (en) 2023-10-17
KR20240005669A (ko) 2024-01-12
KR20220011017A (ko) 2022-01-27
US20220018616A1 (en) 2022-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106016692B (zh) 燃烧装置
KR102354854B1 (ko) 난류 형성구 및 이것을 이용한 열교환기 및 급탕장치
KR20070096808A (ko) 마이크로회로를 위한 진보된 터뷸레이터 장치
JP2008205421A (ja) 熱交換器
CN104661494B (zh) 冷却元件
JP2010027963A (ja) 冷却器
CN106098656A (zh) 散热器
KR102597633B1 (ko) 터뷸레이터 및 이를 이용한 물 가열기용 열교환기
KR102624652B1 (ko) 열교환기용 터뷸레이터
JP4872410B2 (ja) 内部に冷却通路を有する部材及びその冷却方法
WO2018076543A1 (zh) 油汀取暖器
WO2012114955A1 (ja) ヒートシンク及びヒートシンクの使用方法
JP2014033015A (ja) 冷却器
KR101384568B1 (ko) 변압기용 방열기
JP2019079850A (ja) 液冷式冷却装置
JP2019079908A (ja) 冷却装置及びこれを備えた半導体モジュール
JP2019054103A (ja) 液冷式冷却装置
TW201124691A (en) Heat dissipation device
KR102635810B1 (ko) 열교환기
JP2017069522A (ja) コールドプレート
JP2019179836A (ja) 冷却装置
KR102537514B1 (ko) 핀튜브 타입 열교환기의 전열핀
TWM459691U (zh) 散熱器及其散熱鰭片
JPH0743023A (ja) 燃焼器の熱交換装置
WO2022130660A1 (ja) 冷却装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant