KR20180028942A - 관체형 열교환기용 튜브 조립체 및 이를 포함하는 관체형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열매체와 연소가스 간에 열교환 효율을 향상시킴과 동시에 연소가스의 연소열에 인한 터뷸레이터의 고온산화 및 소손을 방지하고, 수압이 높은 환경에서 발생할 수 있는 튜브의 변형 및 파손을 방지하여 내구성을 향상시킬 수 있는 관체형 열교환기용 튜브 조립체 및 이를 포함하는 관체형 열교환기를 제공함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명의 관체형 열교환기용 튜브 조립체는, 연소실에서 발생하는 연소가스가 내부를 따라 유동하며 외부를 유동하는 열매체와 열교환되도록 하는 납작한 형상으로 이루어진 튜브와, 상기 튜브의 내측에 결합되어 상기 연소가스의 유동에 난류의 발생을 유도하는 터뷸레이터를 포함하여 구성된다.

Description

관체형 열교환기용 튜브 조립체 및 이를 포함하는 관체형 열교환기{Tube assembly for tube frame type heat exchanger and Tube frame type heat exchanger including the same}

본 발명은 관체형 열교환기용 튜브 조립체 및 이를 포함하는 관체형 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열교환 효율을 향상시킴과 아울러 수압이 높은 환경에서도 변형 및 파손을 방지할 수 있는 관체형 열교환기용 튜브 조립체 및 이를 포함하는 관체형 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 난방장치는 연료의 연소에 의한 연소가스와 열매체 간에 열교환이 이루어지는 열교환기를 구비함으로써 가열된 열매체를 이용하여 난방을 수행하거나 온수를 공급하게 된다.

열교환기 중 관체형 열교환기는, 버너의 연소에 의해 발생된 연소가스가 내부를 유동하는 복수의 튜브를 구비하고, 튜브의 외측에는 열매체를 유동시켜 연소가스와 열매체 간에 열교환이 이루어지는 구조로 이루어져 있다.

이와 같은 관체형 열교환기와 관련된 선행기술로서, 도 1과 도 2는 유럽 공개특허공보 EP 2508834에 개시된 열교환기, 도 3과 도 4는 유럽 공개특허공보 EP2437022에 개시된 열교환기를 나타낸 것이다.

도 1과 도 2에 도시된 열교환기의 경우, 외부 자켓의 형태가 상부 덮개(10)를 기준으로 아래 방향으로 원추 형상을 가지며, 외부 자켓의 내부에 연소실(4), 상판(2), 상판 하부에 다수의 연관, 그 아래 하판(3)으로 구성된다. 상판(2)과 하판(3) 사이에는 3종류의 격막(5,6,7)이 설치되어 있으며, 상부 격막(5)은 원뿔 형상으로(각도 90˚<β<180˚)되어 있으며 중앙부에 개구부를 가진다. 중간 격막(6)은 외통의 직경보다 작거나 비슷한 평판이며, 하부 격막(7)은 외통과 비슷한 직경을 가지며 중앙에 개구부를 가진 구조로 되어 있다. 상기의 격막에는 규칙적인 분배 구멍이 추가되어 있으며, 이는 단일 원 또는 동심 원의 수로 배열된 구조이다.

상부 덮개(10)에 체결되는 버너의 연소를 통해 발생되는 연소가스가 연소실 (4)에서 1차 열교환 되며, 연소가스의 현열 및 잠열은 다수의 연관을 통해 열교환기 내부의 유체로 전달된다. 열교환기 내부의 유체는 유체 입구(11)를 통해 유입되어 하부 격막(7)의 중앙 개구부를 거쳐 중간 격막(6)의 직경 외부로 흘러들어 가고, 상부 격막(5)의 중앙 개구부로 흐르게 되며 유체 출구(12)로 배출된다.

도 3과 도 4에 도시된 열교환기의 경우, 상기 도 1과 도 2에 도시된 구조와 유사하나, 상판(2)과 하판(3)이 원추의 형상으로 이루어진 구조이다.

상기 도 1 내지 도 4에 도시된 종래 열교환기에 적용된 납작한 형태 및 엠보가 적용된 연관의 경우, 저압용 보일러에는 적용이 가능하지만, 온수기 및 상업용 제품, 대용량 보일러와 같이 사용환경의 압력이 높은 기기에는 연관의 변형 및 파손 발생 가능성이 높아 적용이 불가능한 단점이 있다. 이를 해결하기 위해서는 적용 소재의 두께를 키워야 하며, 이로 인하여 재료비가 크게 상승하게 된다.

또한, 단위 질량당 체적이 큰 고온의 연소가스가 흐르는 통로인 연관 상부와 열교환 후 저온이 된 연소가스가 흐르는 연관 하부의 연관 구조가 동일하기 때문에 열교환 효율을 높이기 위해 엠보의 적용 수량을 늘릴 경우, 연관 상부에 유동 저항이 크게 발생하게 되며, 이를 해결하기 위해 엠보의 적용 수량을 줄일 경우, 콘덴싱 효과가 발생되는 잠열부의 열교환 효율이 크게 떨어지는 단점이 있다.

잠열부에 엠보 수량을 늘리는 방안은 엠보의 형상 및 사이즈로 인해 일정한 수량 이상으로는 제작이 불가능하며, 설령 적용하더라도 제작 공정이 복잡해져서 제작 비용이 상승하게 된다.

내부의 격막의 경우, 원추형의 외통으로 인해 3종류의 형태가 상이하여 부품 수가 증가하는 단점이 있으며, 특히 상부 격막의 경우 원뿔 형상으로 이루어져 있어 가공 비용이 상승하고, 열교환기의 조립 공정이 난해한 문제점이 있다.

또한, 종래 열교환기에 적용된 납작한 형태가 적용된 튜브의 경우, 저압용 보일러(사용압력 : 6 kg/㎠ 이하)에는 적용이 가능하지만, 온수기 및 상업용 제품, 대용량 보일러와 같이 사용환경의 압력이 높은 기기에는 튜브의 변형 및 파손 발생 가능성이 높아 적용이 불가능한 단점이 있다. 이를 해결하기 위해서는 적용 소재의 두께를 키워야 하며, 이로 인하여 열교환 능력이 저하되고, 가공 난이도의 상승에 따라 제조성이 저하되며, 원가 상승의 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열매체와 연소가스 간에 열교환 효율을 향상시킴과 동시에 연소가스의 연소열에 인한 터뷸레이터의 고온산화 및 소손을 방지하고, 수압이 높은 환경에서 발생할 수 있는 튜브의 변형 및 파손을 방지하여 내구성을 향상시킬 수 있는 관체형 열교환기용 튜브 조립체 및 이를 포함하는 관체형 열교환기를 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 관체형 열교환기용 튜브 조립체는, 연소실에서 발생하는 연소가스가 내부를 따라 유동하며 외부를 유동하는 열매체와 열교환되도록 하는 납작한 형상으로 이루어진 튜브와, 상기 튜브의 내측에 결합되어 상기 연소가스의 유동에 난류의 발생을 유도하는 터뷸레이터를 포함하여 구성된다.

상기 터뷸레이터는, 상기 연소실에 근접한 상기 튜브의 상부 내측에 상기 튜브와 면접촉되도록 결합되어 열전도도를 증대시킴과 아울러 상기 연소가스의 유동에 난류의 발생을 유도하는 상부 터뷸레이터, 및 상기 상부 터뷸레이터의 하측으로 상기 튜브의 내측에 결합되어 상기 연소가스의 유동에 난류의 발생을 유도하는 하부 터뷸레이터로 구성될 수 있다.

상기 상부 터뷸레이터는, 상기 튜브의 일측부와 대응되는 형상으로 이루어져 상기 튜브의 일측부의 내측면에 면접촉되는 제1 튜브 접촉면을 포함하는 제1부분과, 상기 튜브의 타측부와 대응되는 형상으로 이루어져 상기 튜브의 타측부의 내측면에 면접촉되는 제2 튜브 접촉면을 포함하는 제2부분으로 이루어질 수 있다.

상기 상부 터뷸레이터의 제1부분과 제2부분은 하나의 모재 플레이트를 상기 모재 플레이트의 중심선을 기준으로 절곡시켜 가공될 수 있다.

상기 상부 터뷸레이터에는, 상기 제1 튜브 접촉면의 일부를 절개하여 상기 제2 튜브 접촉면의 외측면과 동일 선상에 외측단이 위치하도록 절곡되어 상기 튜브의 타측부를 지지하는 제1 압력지지부와, 상기 제2 튜브 접촉면의 일부를 절개하여 상기 제1 튜브 접촉면의 외측면과 동일 선상에 위치하도록 절곡되어 상기 튜브의 일측부를 지지하는 제2 압력지지부가 형성될 수 있다.

상기 상부 터뷸레이터에는, 상기 제1 튜브 접촉면의 일부를 절개하여 상기 튜브의 내측 공간을 향하도록 절곡된 제1 가이드부와, 상기 제2튜브 접촉면의 일부를 절개하여 상기 튜브의 내측 공간을 향하도록 절곡된 제2 가이드부가 형성되되, 상기 제1 가이드부와 제2 가이드부는 상하로 이격되며 교대로 형성되어 연소가스의 유동방향이 변경되도록 유도할 수 있다.

상기 상부 터뷸레이터에는, 상기 제1 튜브 접촉면에서 절개된 제1절개부 중 일부가 절곡되어 상기 제2 튜브 접촉면을 향하도록 돌출된 제1 압력지지부와, 상기 제2 튜브 접촉면에서 절개된 제2절개부 중 일부가 절곡되어 상기 제1 튜브 접촉면을 향하도록 돌출된 제2 압력지지부가 형성되고, 상기 제1 압력지지부의 돌출된 단부는 상기 제2 튜브 접촉면에 접촉되고, 상기 제2 압력지지부의 돌출된 단부는 상기 제1절개부를 관통하여 상기 튜브의 내측면에 접촉되도록 구성될 수 있다.

상기 제1 압력지지부와 상기 제2 압력지지부는 전후 방향 및 상하 방향으로 이격되어 복수로 구비되되, 상측에 위치하는 제1 압력지지부와 하측에 위치하는 제1 압력지지부는 상하 방향으로 중첩되지 않는 위치에 구비되고, 상측에 위치하는 제2 압력지지부와 하측에 위치하는 제2 압력지지부는 상하 방향으로 중첩되지 않는 위치에 구비될 수 있다.

상기 제1 압력지지부와 상기 제2 압력지지부는, 플레이트 형상으로 이루어지되 면적이 넓은 양측면이 연소가스의 유동방향과 나란하게 배치될 수 있다.

상기 터뷸레이터에는, 상기 튜브의 내부공간을 양측으로 분할하며 상기 튜브의 길이방향으로 배치된 평면부와, 상기 평면부의 양측면에 길이방향을 따라 이격되어 교대로 경사지게 돌출 형성된 복수의 제1가이드편과 제2가이드편을 포함할 수 있다.

상기 제1가이드편은 상기 평면부의 일측면에 일측으로 경사지게 배치되고, 상기 제2가이드편은 상기 평면부의 타측면에 타측으로 경사지게 배치되며, 상기 제1가이드편과 제2가이드편으로 유입된 열매체는, 각각 상기 평면부의 반대측면에 근접하게 배치된 제2가이드편과 제1가이드편에 순차로 인계되어 상기 평면부의 양측 공간을 교대로 유동하도록 구성될 수 있다.

상기 제1가이드편의 열매체 유입단은 제1연결편에 의해 상기 평면부의 일측단에 연결되는 동시에 상기 평면부의 일측단과 제1연결편 및 제1가이드편 사이에 상기 평면부의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지는 제1소통구가 마련되고, 상기 제2가이드편의 열매체 유입단은 제2연결편에 의해 상기 평면부의 타측단에 연결되는 동시에 상기 평면부의 타측단과 제2연결편 및 제2가이드편 사이에 상기 평면부의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지는 제2소통구가 마련될 수 있다.

상기 제1가이드편과 제2가이드편은 상기 평면부의 일부가 절개되어 각각 상기 평면부의 양측으로 절곡되고, 상기 제1가이드편과 제2가이드편의 절개된 부분을 통해 상기 평면부의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어질 수 있다.

상기 터뷸레이터는, 연소가스의 유입측에 구비되는 상부 터뷸레이터와, 연소가스의 배출측에 구비되는 하부 터뷸레이터로 이루어지되, 상기 하부 터뷸레이터에 형성된 복수의 제1가이드편과 제2가이드편이 상하로 이격된 간격은, 상부 터뷸레이터에 형성된 복수의 제1가이드편과 제2가이드편이 상하로 이격된 간격에 비해 보다 조밀한 간격으로 배치될 수 있다.

상기 터뷸레이터는, 연소가스의 유입측에 구비되는 상부 터뷸레이터와, 연소가스의 배출측에 구비되는 하부 터뷸레이터로 이루어지되, 상기 하부 터뷸레이터와 상기 튜브의 내측면 사이의 유로 면적은, 상기 상부 터뷸레이터와 상기 튜브의 내측면 사이의 유로 면적보다 작게 형성될 수 있다.

상기 하부 터뷸레이터는 상기 상부 터뷸레이터에 비해 상기 튜브의 내측에서 열매체와 접촉하는 면적이 더 크게 형성될 수 있다.

상기 연소가스의 배출측에 위치하는 튜브의 내측면에는 복수의 돌출부가 형성될 수 있다.

상기 하부 터뷸레이터의 상단부와 하단부에는 상기 튜브의 양측면에 맞닿도록 상하로 이격되어 전방과 후방으로 돌출되며 상하로 이격되어 위치하는 지지부가 각각 형성될 수 있다.

상기 하부 터뷸레이터의 상단부와 하단부에는 상기 튜브의 전면과 후면에 맞닿도록 상하로 이격되어 전방과 후방으로 돌출되며 상하로 이격되어 위치하는 지지편이 각각 형성될 수 있다.

상기 튜브의 내측에 형성되어, 상기 튜브의 대향하는 양측면에 작용하는 외부 압력을 지지하기 위한 압력지지부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 압력지지부는, 상기 튜브의 양측면에서 각각 상기 튜브의 내측 공간으로 돌출되어 대면하는 한 쌍의 딤플이 상하로 이격되어 복수로 형성될 수 있다.

상기 딤플은, 상기 튜브의 내측에 상기 터뷸레이터가 삽입된 후에, 상기 튜브의 외측면을 상기 튜브의 내측을 향해 가압하여 형성될 수 있다.

상기 터뷸레이터에는 상기 한 쌍의 딤플이 관통되어 맞닿을 수 있도록 하는 복수의 홀이 형성될 수 있다.

상기 압력지지부는, 상기 터뷸레이터의 양측면에서 각각 외측 방향으로 돌출되어 상기 튜브의 대향하는 내측면에 맞닿는 지지대로 이루어질 수 있다.

상기 지지대는 상기 터뷸레이터의 면의 일부가 절개되어 각각 양측으로 절곡됨으로써 형성될 수 있다.

상기 터뷸레이터에 결합되며 상기 튜브에 작용하는 외부 압력을 지지하기 위한 서포터를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 서포터의 중앙부에는 상단이 막히고 하단이 개구된 형상의 슬릿이 형성되고, 상기 터뷸레이터와 서포터는, 상기 터뷸레이터가 상기 서포터에 형성된 슬릿의 내측에 장방향으로 삽입되어 조립될 수 있다.

상기 서포터의 면에는 상단과 하단이 막힌 형상의 슬릿이 형성되고, 상기 터뷸레이터와 서포터는, 상기 터뷸레이터가 상기 서포터에 형성된 슬릿의 내측에 단방향으로 삽입되어 조립될 수 있다.

상기 터뷸레이터의 면에는 상하로 이격된 복수의 슬릿이 형성되고, 상기 터뷸레이터와 서포터는, 상기 서포터의 일부분이 상기 터뷸레이터에 형성된 슬릿의 내측에 수직방향으로 삽입되어 조립될 수 있다.

상기 슬릿은, 상기 터뷸레이터의 양측면에 맞닿는 너비로 형성된 제1절개부와, 상기 제1절개부보다 큰 너비로 형성된 제2절개부가 상하로 연결되며 교대로 형성되어 구성될 수 있다.

상기 터뷸레이터의 양측면에는 상기 서포터의 양측면을 지지하도록 돌출 형성된 한 쌍의 제1지지편과 제2지지편이 상하로 이격되어 복수로 구비될 수 있다.

상기 서포터의 외측단에는 상기 튜브의 내측면에 맞닿도록 돌출 형성된 복수의 돌출부가 상하로 이격되어 구비될 수 있다.

상기 터뷸레이터의 상단부와 하단부에는 상기 서포터의 양측면을 지지하도록 돌출 형성된 걸림편과 걸림돌기가 형성될 수 있다.

상기 슬릿은, 상기 터뷸레이터의 양측면에 맞닿는 너비로 형성된 제1절개부와, 상기 제1절개부보다 큰 너비로 형성된 제2절개부가 상하로 연결되며 교대로 형성될 수 있다.

상기 터뷸레이터에는 인접하게 위치하는 상기 슬릿의 사이사이에 막힘부가 형성되고, 상기 서포터에는 상기 막힘부에 걸림되는 복수의 지지홈이 형성될 수 있다.

상기 서포터의 외측단에는 상기 튜브의 내측면에 맞닿도록 돌출 형성된 복수의 돌출부가 상하로 이격되어 구비될 수 있다.

본 발명의 관체형 열교환기는, 열매체가 유입 및 배출되는 외부 자켓과, 상기 외부 자켓과의 사이에 열매체의 유로가 형성되도록 상기 외부 자켓의 내측에 결합되고, 버너의 연소가 이루어지는 연소실, 및 전술한 관체형 열교환기용 튜브 조립체를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 복수의 튜브는 상기 연소실에서 발생된 연소가스가 하방향으로 유동하도록 수직 방향으로 설치되되, 원주방향으로 이격되며 방사상으로 배치될 수 있다.

상기 방사상으로 배치된 복수의 튜브 사이의 중앙부에는 복수의 튜브가 추가로 배치될 수 있다.

상기 외부 자켓의 내부에는 열매체의 유동 방향이 반경방향 내측과 외측으로 교대로 전환되도록 열매체의 유동을 안내하기 위한 다단의 격막이 상하로 이격되어 구비될 수 있다.

상기 복수의 튜브는 상기 다단의 격막에 삽입되어 지지될 수 있다.

상기 다단의 격막은, 플레이트 형상의 상부 격막과 중간부 격막 및 하부 격막으로 이루어지되, 상기 상부 격막과 하부 격막은 중앙부에 열매체의 유동을 위한 개구부가 형성되고, 가장자리부는 상기 외부 자켓의 내측면에 접하도록 구비되며, 상기 중간부 격막은 중앙부가 막힌 형상으로 이루어지고, 가장자리부는 상기 외부 자켓의 내측면과 이격되어 그 사이로 열매체가 유동하도록 구비될 수 있다.

상기 연소실의 하단에는 상기 복수의 튜브의 상단부가 삽입되는 상부 튜브시트가 결합되고, 상기 외부 자켓의 하단에는 상기 복수의 튜브의 하단부가 삽입되는 하부 튜브시트가 결합될 수 있다.

상기 외부 자켓은 원통 형상으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 의하면, 튜브의 내측에 터뷸레이터를 구비함으로써 연소가스의 흐름에 난류를 촉진시켜 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

또한 연소실에 근접하게 위치하는 튜브의 상부에는 튜브에 밀착되어 열전도도를 증대시킨 상부 터뷸레이터를 구비함으로써 연소열에 의한 고온산화 및 소손을 방지하고, 상부 터뷸레이터의 하측에는 연소가스의 유동에 난류 발생을 유도하는 하부 터뷸레이터를 구비함으로써, 연소가스와 열매체 간의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

또한 상부 터뷸레이터에는 압력지지부를 구비하고, 하부 터뷸레이터에는 제1지지부와 제2지지부, 및 제1지지편과 제2지지편을 구비함으로써, 수압이 높은 환경에서도 튜브의 변형 및 파손을 방지할 수 있어, 보일러 외에도 온수기(사용압력 : 10 kg/㎠ 이상)와 상업용(대용량) 제품 등에 확대 적용할 수 있다.

또한 상부 터뷸레이터의 대칭되는 형태의 제1부분과 제2부분으로 구성하되, 상부 터뷸레이터의 제1부분과 제2부분은 하나의 모재 플레이트를 그 중심선을 기준으로 절곡시켜 가공함으로써 상부 플레이트의 제작 공정을 간소화 할 수 있다.

또한 현열 열교환부에 구비되는 터뷸레이터와 튜브 간의 연소가스 유로의 면적에 비해 잠열 열교환부에 구비되는 터뷸레이터와 튜브 간의 연소가스 유로의 면적을 작게 구성함으로써, 연소가스가 유입되는 현열 열교환부에서는 연소가스의 유동저항을 줄이고, 잠열 열교환부에서는 잠열의 회수 효율을 높임으로써 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

또한 현열 열교환부와 잠열 열교환부를 일체형 구조로 형성함으로써, 열교환기의 구조를 단순화 할 수 있고, 부품 간의 용접부위를 줄일 수 있으며, 튜브를 납작한 형태로 구성함으로써 소형화 된 고효율의 열교환기를 구현할 수 있다.

또한 터뷸레이터와 서포터가 장방향, 단방향 또는 수직방향으로 끼워진 후에 튜브의 내측으로 삽입되어 조립되므로, 튜브 조립체의 조립 구조를 단순화 할 수 있다.

또한 서포터의 외측면에는 요철 형상의 돌출부를 형성하여 서포터와 튜브 간의 접촉 면적을 감소시킴으로써, 서포터와 튜브 간의 접촉 면적이 큰 경우에 열매체가 정체됨에 따라 초래될 수 있는 틈새 부식의 발생을 방지할 수 있어, 튜브 조립체의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한 열매체의 유로 상에 다단 구조의 격막을 배치하여 열매체의 유동방향을 전환시킴으써, 열매체의 유동 경로가 길어져 열교환 효율을 향상시킴과 아울러 열매체의 유속을 증가시켜 열매체의 정체시 초래될 수 있는 국부적인 과열 및 이로 인해 열매체 내에 포함된 이물질이 고형화 및 침적됨으로써 유발되는 비등 소음 발생 및 열효율 저하를 방지할 수 있다.

도 1은 종래 관체형 열교환기의 일실시예를 나타낸 단면 사시도,
도 2는 도 1의 단면도,
도 3은 종래 관체형 열교환기의 다른 실시예를 나타낸 단면 사시도,
도 4는 도 3의 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 관체형 열교환기의 외관 사시도,
도 6과 도 7은 본 발명에 따른 관체형 열교환기의 분해 사시도,
도 8은 도 5의 평면도,
도 9는 도 8의 A-A선을 따르는 단면 사시도,
도 10은 도 8의 A-A선을 따르는 단면도,
도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체의 투시 사시도,
도 12는 도 11의 평면도,
도 13은 본 발명의 제1실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체의 조립 과정을 보여주는 분해 사시도,
도 14는 본 발명의 제1실시예에 따른 상부 터뷸레이터와 하부 터뷸레이터의 정면도,
도 15는 도 14의 B-B 선을 따르는 (a) 단면도와, (b) 단면 사시도,
도 16은 본 발명의 제1실시예에 따른 상부 터뷸레이터의 형상 구현을 위한 가공 과정을 설명하기 위한 측면도,
도 17은 본 발명의 제1실시예에 따른 상부 터뷸레이터의 형상 구현을 위한 가공 과정을 설명하기 위한 정면도,
도 18은 본 발명의 제2실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체의 상부 터뷸레이터의 사시도,
도 19는 도 18의 평면도,
도 20은 도 19의 D-D 선을 따르는 (a) 단면도와, (b) 단면 사시도,
도 21은 도 18의 좌측면도,
도 22는 본 발명의 제3실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체의 외관 사시도,
도 23은 본 발명의 제3실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체의 투시 사시도,
도 24는 본 발명의 제3실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체의 조립 및 가공 과정을 보여주는 분해 사시도,
도 25는 본 발명의 제3실시예에 따른 터뷸레이터의 정면도,
도 26은 본 발명의 제3실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체의 (a) 정면도와, (b) E-E 선을 따르는 단면도,
도 27은 본 발명의 제4실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체의 투시 사시도,
도 28은 본 발명의 제4실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체의 조립 과정을 보여주는 분해 사시도,
도 29는 본 발명의 제4실시예에 따른 터뷸레이터의 정면도,
도 30은 도 27의 평면도,
도 31은 본 발명의 제5실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체의 조립 과정을 보여주는 분해 사시도,
도 32는 도 31에 도시된 터뷸레이터의 (a) 정면도와 (b) 연소가스의 흐름을 나타낸 사시도,
도 33은 본 발명의 제5실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체의 연소가스의 배출구 측의 튜브 형상을 나타낸 단면도,
도 34는 튜브의 지지구조의 다양한 실시예들을 나타낸 단면도,
도 35는 본 발명의 제6실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체의 투시 사시도,
도 36은 도 35의 평면도,
도 37은 본 발명의 제6실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체의 조립 과정을 보여주는 분해 사시도,
도 38은 본 발명의 제6실시예에 따른 (a) 터뷸레이터의 정면도와, (b) 서포터의 측면도,
도 39는 본 발명의 제7실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체의 투시 사시도,
도 40은 본 발명의 제7실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체의 조립 과정을 보여주는 분해 사시도,
도 41은 본 발명의 제7실시예에 따른 (a) 터뷸레이터의 정면도와, (b) 서포터의 측면도,
도 42는 본 발명의 제8실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체의 투시 사시도,
도 43은 본 발명의 제8실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체의 조립 과정을 보여주는 분해 사시도,
도 44는 본 발명의 제8실시예에 따른 (a) 터뷸레이터의 정면도와, (b) 서포터의 측면도.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5 내지 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 관체형 열교환기(1000)는, 열매체가 유입 및 배출되는 외부 자켓(1100), 상기 외부 자켓(1100)과의 사이에 열매체의 유로가 형성되도록 상기 외부 자켓(1100)의 내측에 결합되고, 버너의 연소가 이루어지는 연소실(1200), 상기 연소실(1200)에서 발생된 연소가스가 내부를 따라 유동하며 상기 열매체와 열교환되도록 하는 납작한 형상으로 이루어진 복수의 튜브 및 상기 튜브의 내측에 결합되어 상기 연소가스의 유동에 난류의 발생을 유도함과 아울러 튜브를 지지하는 터뷸레이터를 구비한 튜브 조립체(100)를 포함하여 구성된다. 상기 튜브와 터뷸레이터를 구비한 튜브 조립체(100)의 다양한 실시예들(100-1~100-8)의 구성 및 작용은 후술하기로 한다.

그리고, 상기 연소실(1200)의 하단에는 상기 복수의 튜브의 상단부가 삽입되는 상부 튜브시트(1300)가 결합되고, 상기 튜브(1400)의 외측면에는 열매체의 유동 방향이 반경방향 내측과 외측으로 교대로 전환되도록 열매체의 유동을 안내하기 위한 다단의 격막(1600,1700,1800)이 상하로 이격되어 구비되며, 상기 외부 자켓(1100)의 하단에는 상기 복수의 튜브의 하단부가 삽입되는 하부 튜브시트(1900)가 결합된다.

상기 복수의 튜브는 상기 연소실(1200)에서 발생된 연소가스가 하방향으로 유동하도록 수직 방향으로 설치되되, 원주방향으로 이격되며 방사상으로 배치되고, 상기 방사상으로 배치된 복수의 튜브 사이의 중앙부에는 복수의 튜브가 추가로 배치될 수 있다.

상기 외부 자켓(1100)은 상부와 하부가 개방된 원통형으로 이루어지고, 하부 일측에는 열매체 유입구(1110)가 연결되고, 상부 일측에는 열매체 배출구(1120)가 연결된다. 외부 자켓(1100)이 원통형으로 구성됨에 따라 내압 성능을 높일 수 있다.

상기 연소실(1200)은 상부와 하부가 개방된 원통형의 연소실 몸체(1210)와, 상기 연소실 몸체(1210)의 상단에 형성되어 외부 자켓(1100)의 상단에 안착되는 플랜지부(1220)로 구성된다. 상기 연소실 몸체(1210)는 외부 자켓(1100)의 내측면에서 내측으로 이격되도록 배치되어, 연소실 몸체(1210)와 외부 자켓(1100) 사이에는 열매체가 유동하는 물집 구조의 공간(S4)이 마련된다.

도 7을 참조하면, 상기 상부 튜브시트(1300)는 연소실(1200)의 하부를 밀폐하고, 튜브(1400)의 상단부가 삽입되어 결합되는 복수의 튜브 삽입구(1310,1320)가 형성되어 있다.

상기 다단의 격막(1600,1700,1800)은, 튜브의 외측면에 상하로 이격되어 결합됨으로써, 열매체의 유로를 전환시킴과 아울러 튜브를 지지하게 된다.

상기 다단의 격막(1600,1700,1800)은, 플레이트 형상의 상부 격막(1600)과 중간부 격막(1700) 및 하부 격막(1800)으로 구성될 수 있다.

상기 상부 격막(1600)에는 튜브 삽입구(1610)가 방사상으로 형성되고, 상부 격막(1600)의 중앙부에는 튜브(1400)가 관통됨과 아울러 열매체의 유동을 위한 개구부(1620)가 형성되며, 상부 격막(1600)의 가장자리부는 상기 외부 자켓(1100)의 내측면에 접하도록 구비된다.

상기 중간부 격막(1700)에는 복수의 튜브 삽입구(1710,1720)가 형성되고, 상기 튜브 삽입구(1710,1720)가 형성되지 않은 영역은 막힌 형상으로 이루어지며, 중간부 격막(1700)의 가장자리부는 상기 외부 자켓(1100)의 내측면과 이격되어 그 사이 공간(G)에 열매체의 유동 통로가 마련된다.

상기 하부 격막(1800)은 상기 상부 격막(1600)과 동일한 구조로 이루어져, 튜브 삽입구(1810)가 방사상으로 형성되고, 하부 격막(1800)의 중앙부에는 튜브가 관통됨과 아울러 열매체의 유동을 위한 개구부(1820)가 형성되며, 하부 격막(1800)의 가장자리부는 상기 외부 자켓(1100)의 내측면에 접하도록 구비된다.

상기 하부 튜브시트(1900)는 외부 자켓(1100)의 하부를 밀폐하며, 튜브의 하단부가 삽입되는 복수의 튜브 삽입구(1910,1920)가 형성되어 있다.

도 9와 도 10을 참조하면, 본 발명의 관체형 열교환기(1000)는, 연소실(1200)에서 발생하는 연소 현열과 열매체 간에 열교환이 이루어지는 현열 열교환부(1000a)와, 상기 현열 열교환부(1000a)를 통과한 연소가스의 잠열과 열매체 간에 열교환이 이루어지는 잠열 열교환부(1000b)가 일체형으로 구성되어 있다.

상기 연소실(1200)에서 발생된 연소가스는 튜브의 내부 공간을 따라 하방향으로 유동하게 된다.

도 10에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 열매체 유입구(1110)를 통해 외부 자켓(1100)의 내부의 제1공간(S1)으로 유입된 열매체는, 복수의 튜브 사이를 경유한 후, 하부 격막(1800)에 형성된 개구부(1820)를 통과하여 그 상측에 마련된 제2공간(S2)의 중앙부로 유동한다. 제2공간(S2)에서 외측방향으로 유동한 열매체는 중간부 격막(1700)과 외부 자켓(1100) 사이의 이격된 공간(G)을 통과하여 그 상측에 마련된 제3공간(S3)으로 유동한다. 제3공간(S3)에서 내측방향으로 유동한 열매체는 상부 격막(1600)의 중앙에 형성된 개구부(1620)를 통과하여 연소실 몸체(1210)와 외부 자켓(1100) 사이에 마련된 제4공간(S4)을 경유한 후에 열매체 배출구(1120)를 통해 배출된다.

이와 같이 열매체의 유동방향이 반경방향 내측과 외측으로 교대로 전환됨에 따라 열매체의 유동 경로가 길어져 열교환 효율이 향상되고, 열매체의 유속을 증가시켜 열매체의 정체시 초래될 수 있는 국부적인 과열로 인한 비등 현상을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체(100)의 실시예들을 설명한다.

<제1실시예>

도 11 내지 도 17을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체(100-1)는, 연소실에서 발생하는 연소가스가 내부를 따라 유동하며 외부를 유동하는 열매체와 열교환되도록 하는 납작한 형상으로 이루어진 튜브(110-1)와, 상기 연소실에 근접한 상기 튜브(110-1)의 상부 내측에 상기 튜브(110-1)와 면접촉되도록 결합되어 열전도도를 증대시킴과 아울러 상기 연소가스의 유동에 난류의 발생을 유도하는 상부 터뷸레이터(120-1), 및 상기 상부 터뷸레이터(120-1)의 하측으로 상기 튜브(110-1)의 내측에 결합되어 상기 연소가스의 유동에 난류의 발생을 유도하는 하부 터뷸레이터(130-1)를 포함하여 구성된다.

상부 터뷸레이터(120-1)는, 튜브(110-1)의 내측면에 밀착되는 튜브 접촉면(121a-1,121b-1 ;121-1)과, 상기 튜브 접촉면(121a-1,121b-1 ;121-1)에서 절개된 부분을 절곡시켜 형성된 압력지지부(122a-1,122b-1 ;122-1)와 가이드부(123a-1,123b-1 ;123-1)를 포함하여 구성된다.

상기 튜브 접촉면(121-1)은 튜브(110-1)의 일측부의 내측면에 면접촉되는 제1 튜브 접촉면(121a-1)과, 튜브(110-1)의 타측부의 내측면에 면접촉되는 제2 튜브 접촉면(121b-1)이 대칭된 구조로 구성된다.

상기 압력지지부(122-1)는, 열매체의 수압에 의한 튜브(110-1)의 변형 및 파손을 방지하기 위한 구성으로서, 상기 제1 튜브 접촉면(121a-1)의 일부를 절개하여 상기 제2 튜브 접촉면(121b-1)의 외측면과 동일 선상에 외측단이 위치하도록 절곡되어 튜브(110-1)의 타측부를 지지하는 제1 압력지지부(122a-1)와, 상기 제2 튜브 접촉면(121b-1)의 일부를 절개하여 상기 제1 튜브 접촉면(121a-1)의 외측면과 동일 선상에 위치하도록 절곡되어 상기 튜브(110-1)의 일측부를 지지하는 제2 압력지지부(122b-1)로 구성된다.

상기 가이드부(123-1)는, 상부 터뷸레이터(120-1)의 내부를 통과하는 연소가스의 유동방향을 변경함으로써 열교환 효율을 향상시키기 위한 구성으로서, 상기 제1 튜브 접촉면(121a-1)의 일부를 절개하여 상기 튜브(100-1)의 내측 공간을 향하도록 절곡된 제1 가이드부(123a-1)와, 상기 제2튜브 접촉면(121b-1)의 일부를 절개하여 상기 튜브(100-1)의 내측 공간을 향하도록 절곡된 제2 가이드부(123b-1)로 구성된다.

상기 제1 가이드부(123a-1)와 제2 가이드부(123b-1)는 상하로 이격되며 교대로 형성된다. 따라서, 연소가스는 도 15의 (a)에 화살표로 도시된 바와 같이 수직방향을 기준으로 좌우로 변경되면서 유동하게 된다.

도 16과 도 17을 참조하면, 상기 상부 터뷸레이터(120-1)는 하나의 모재 플레이트를 그 중심선(C)을 기준으로 일측에 위치하는 제1부분(120a-1)과 타측에 위치하는 제2부분(120b-1)을 절곡시켜 가공한다.

먼저, 상기 모재 플레이트의 제1부분(120a-1)에는 상기 제1 튜브 접촉면(121a-1)과 제1압력지지부(122a-1) 및 제1가이드부(123a-1)가 가공되고, 상기 모재 플레이트의 제2부분(120b-1)에는 상기 제2 튜브 접촉면(121b-1)과 제2압력지지부(122b-1) 및 제2가이드부(123b-1)가 가공된다. 그리고, 상기 중심선(C)을 기준으로 제1부분(120a-1)과 제2부분(120b-1)을 도 16의 (b)에 화살표 방향으로 절곡시켜 상부 터뷸레이터(120-1)를 제작한다. 이러한 구성에 의하면, 대칭된 형태로 구성된 제1부분(120a-1)과 제2부분(120b-1)을 중심선(C)을 기준으로 절곡시킴으로써, 상부 터뷸레이터(120-1)의 구현을 위한 제작 공정을 간소화 할 수 있다.

상기 상부 터뷸레이터(120-1)의 구성에 의하면, 상부 터뷸레이터(120-1)의 튜브 접촉면(121-1)과 튜브(110-1)의 내측면이 밀착되어, 상부 터뷸레이터(120-1)와 튜브(110-1) 간에 열전도도를 증대시킬 수 있다. 따라서, 연소가스가 상부 터뷸레이터(120-1)에 직접 접촉되더라도 상부 터뷸레이터(120-1)에 전달된 연소가스의 연소열은 열전도에 의해 튜브(110-1) 측으로 원활하게 전달되므로 상부 터뷸레이터(120-1)의 과열을 방지할 수 있으며, 이로써 상부 터뷸레이터(120-1)의 고온산화 및 소손을 효과적으로 방지할 수 있다.

이하, 하부 터뷸레이터(130-1)의 구성 및 작용을 설명한다.

상기 하부 터뷸레이터(130-1)는, 튜브(110-1)의 내부공간을 양측으로 분할하며 상기 튜브(110-1)의 길이방향으로 배치된 평면부(131-1)와, 상기 평면부(131-1)의 양측면에 길이방향을 따라 이격되어 교대로 경사지게 돌출 형성된 제1가이드편(132-1)과 제2가이드편(133-1)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1가이드편(132-1)은 상기 평면부(131-1)의 일측면에 일측으로 경사지게 배치되고, 상기 제2가이드편(133-1)은 상기 평면부(131-1)의 타측면에 타측으로 경사지게 배치된다. 따라서, 상기 제1가이드편(132-1)과 제2가이드편(133-1)으로 유입된 열매체는, 각각 상기 평면부(131-1)의 반대측면에 인접하게 배치된 제2가이드편(133-1)과 제1가이드편(132-1)에 순차로 인계되어 상기 평면부(131-1)의 양측 공간을 교대로 유동하게 된다.

상기 제1가이드편(132-1)의 열매체 유입단은 제1연결편(132a-1)에 의해 상기 평면부(131-1)의 일측단에 연결되는 동시에 상기 평면부(131-1)의 일측단과 제1연결편(132a-1) 및 제1가이드편(132-1) 사이에 평면부(131-1)의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지는 제1소통구(132b)가 마련된다.

상기 제2가이드편(133)의 열매체 유입단은 제2연결편(133a)에 의해 상기 평면부(131)의 타측단에 연결되는 동시에 상기 평면부(131)의 타측단과 제2연결편(133a) 및 제2가이드편(133) 사이에 평면부(131)의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지는 제2소통구(133b-1)가 마련된다.

상기 제1가이드편(132-1)과 제2가이드편(133-1)은 상기 평면부(131-1)의 일부가 절개되어 각각 상기 평면부(131-1)의 양측으로 절곡되고, 상기 평면부(131-1)의 절개된 부분을 통해 상기 평면부(131-1)의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지도록 구성될 수 있다.

또한 하부 터뷸레이터(130-1)의 상단부와 하단부에는 상기 튜브(110-1)의 양측면에 맞닿도록 상하로 이격되어 전방과 후방으로 돌출되며 상하로 이격되어 위치하는 제1지지부(134-1)와 제2지지부(135-1)가 각각 형성되어 있다.

그리고, 하부 터뷸레이터(130-1)의 상단부와 하단부에는 상기 튜브(110-1)의 전면과 후면에 맞닿도록 상하로 이격되어 전방과 후방으로 돌출되며 상하로 이격되어 위치하는 제1지지편(136a-1,136b-1 ;136-1)과 제2지지편(137a-1,137b-1 ;137-1)이 각각 형성되어 있다.

하부 터뷸레이터(130-1)에 상기 제1지지부(134-1)와 제2지지부(135-1), 제1지지편(136-1)과 제2지지편(137-1)을 구비함으로써, 수압이 높은 환경에서도 튜브의 변형 및 파손을 방지할 수 있어, 보일러 외에도 온수기(사용압력 : 10 kg/㎠ 이상)와 상업용(대용량) 제품 등에 확대 적용할 수 있다.

<제2실시예>

도 18 내지 도 21을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체(100-2)는, 전술한 제1실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체(100-1)의 구성 중 상부 터뷸레이터의 구성을 변경한 것으로, 튜브(110-1)와 하부 터뷸레이터(130-1)는 동일한 구조로 구성될 수 있다.

본 실시예에 따른 상부 터뷸레이터(120-1-1)는, 튜브(100-1)의 내측면에 밀착되는 튜브 접촉면(124a-1,124b-1 ;124-1)과, 상기 튜브 접촉면(124a-1,124b-1 ;124-1)의 절개된 부분(126a-1,126b-1 ;126-1)에서 절곡되어 형성된 압력지지부(125a-1,125b-1 ;125-1)를 포함하여 구성된다.

상기 튜브 접촉면(124-1)은 튜브(110-1)의 일측부의 내측면에 면접촉되는 제1 튜브 접촉면(124a-1)과, 튜브(110-1)의 타측부의 내측면에 면접촉되는 제2 튜브 접촉면(124b-1)이 대칭된 구조로 구성된다.

상기 압력지지부(125-1)는, 열매체의 수압에 의한 튜브(110-1)의 변형 및 파손을 방지하기 위한 구성으로서, 제1 튜브 접촉면(124a-1)의 제1절개부(126a-1) 중 일부가 절곡되어 제2 튜브 접촉면(124b-1)을 향하도록 돌출된 제1 압력지지부(125a-1)와, 제2 튜브 접촉면(124b-1)의 제2절개부(126b-1) 중 일부가 절곡되어 제1 튜브 접촉면(124a-1)을 향하도록 돌출된 제2 압력지지부(125b-1)로 구성된다.

상기 제1절개부(126a-1)의 절개된 면적은 제2절개부(126b-1)의 절개된 면적보다 크게 형성되고, 상기 제1 압력지지부(125a-1)의 돌출된 단부는 제2 튜브 접촉면(124b-1)에 접촉되고, 압력지지부(125-1)를 튜브(110-1)의 내측에 삽입하면 상기 제2 압력지지부(125b-1)의 돌출된 단부는 상기 제1절개부(126a-1)를 관통하여 튜브(110-1)의 내측면에 접촉되도록 구비된다.

이러한 구성에 의하면, 상기 제1 압력지지부(125a-1)는 수압의 작용시 제1 튜브 접촉면(124a-1)과 제2 튜브 접촉면(124b-1)의 형태를 견고하게 유지하도록 지지하고, 상기 제2 압력지지부(125b-1)는 제1 튜브 접촉면(124a-1)과 제2 튜브 접촉면(124b-1)에 의해 지지되는 튜브(110-1)를 한층 더 견고하게 지지하게 된다.

그리고, 도 21에 도시된 바와 같이, 상기 제1 압력지지부(125a-1)와 제2 압력지지부(125b-1)는 전후 방향 및 상하 방향으로 이격되어 복수로 구비되되, 상측에 위치하는 제1 압력지지부(125a'-1)와 하측에 위치하는 제1 압력지지부(125a"-1)는 상하 방향으로 중첩되지 않는 위치에 구비되고, 상측에 위치하는 제2 압력지지부(125b'-1)와 하측에 위치하는 제2 압력지지부(125b"-1) 또한 상하 방향으로 중첩되지 않는 위치에 구비된다. 이러한 구성에 의하면, 상부 터뷸레이터(120-1-1)의 전체 면적에 걸쳐서 전후 및 상하 방향으로 지그재그 형태를 이루며 구비된 제1 압력지지부(125a-1)와 제2 압력지지부(125b-1)에 의해 튜브(110-1)에 작용하는 수압이 고르게 분산되어 튜브(110-1)의 변형 및 파손을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 상기 제1 압력지지부(125a-1)와 제2 압력지지부(125b-1)는, 플레이트 형상으로 이루어지되 면적이 넓은 양측면이 연소가스의 유동방향과 나란한 방향을 이루도록 배치된 구조로 이루어져, 도 20의 (a)에서 화살표로 나타낸 바와 같이 연소가스의 유동시 연소가스가 제1 압력지지부(125a-1)와 제2 압력지지부(125b-1)를 통과하는 과정에서 유동 저항을 최소화 할 수 있다.

본 실시예에 따른 튜브 조립체(100-2)의 가공은, 전술한 제1실시예와 마찬가지로 하나의 모재 플레이트를 그 중심선(C)을 기준으로 일측에 위치하는 제1부분(120a-1)과 타측에 위치하는 제2부분(120b-1)을 절곡시켜 가공할 수 있다.

<제3실시예>

도 22 내지 도 26을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체(100-3)는, 연소가스가 내부를 따라 유동하며 외부를 유동하는 열매체와 열교환되도록 하는 납작한 형상으로 이루어진 튜브(110-2)와, 상기 튜브(110-2)의 내측에 결합되어 상기 연소가스의 유동에 난류의 발생을 유도하는 터뷸레이터(120-1-2), 및 상기 튜브(110-2)의 내측에 형성되어, 상기 튜브(110-2)의 대향하는 양측면에 작용하는 외부 압력을 지지하기 위한 압력지지부를 포함하여 구성된다.

상기 압력지지부는, 상기 튜브(110-2)의 양측면에서 각각 상기 튜브(110-2)의 내측 공간으로 돌출되어 대면하는 한 쌍의 딤플(111a-2,111b-2 ;111-2)이 상하로 이격되어 복수로 형성된 것으로 구성된다.

도 24와 도 26을 참조하면, 상기 딤플(111a-2,111b-2 ;111-2)은, 튜브(110-2)의 내측에 상기 터뷸레이터(120-1-2)가 삽입된 후에, 도 24의 화살표로 표시된 바와 같이 상기 튜브(110-2)의 외측면을 상기 튜브(110-2)의 내측을 향해 가압하는 공정에 의해 형성된다. 그리고, 상기 터뷸레이터(120-1-2)에는 외부 압력의 상승 시 상기 한 쌍의 딤플(111a-2,111b-2 ;111-2)이 관통되어 맞닿을 수 있도록 하는 복수의 홀(128-2)이 형성되어 있다.

이와 같이 터뷸레이터(120-1-2)가 삽입된 튜브(110-2)의 외측면에 딤플(111a-2,111b-2 ;111-2)을 형성하여 압력지지부를 구현함으로써, 별도 부품의 추가 없이도 압력지지부를 구현할 수 있게 되므로, 내압 성능이 우수한 튜브 조립체의 제작 비용을 절감할 수 있다.

도 25를 참조하면, 상기 터뷸레이터(120-1-2)는, 튜브(110-2)의 내부공간을 양측으로 분할하며 상기 튜브(110-2)의 길이방향으로 배치된 평면부(121-2)와, 상기 평면부(121-2)의 양측면에 길이방향을 따라 이격되어 교대로 경사지게 돌출 형성된 제1가이드편(122-2)과 제2가이드편(123-2)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1가이드편(122-2)은 상기 평면부(121-2)의 일측면에 일측으로 경사지게 배치되고, 상기 제2가이드편(123-2)은 상기 평면부(121-2)의 타측면에 타측으로 경사지게 배치된다. 따라서, 상기 제1가이드편(122-2)과 제2가이드편(123-2)으로 유입된 열매체는, 각각 상기 평면부(121-2)의 반대측면에 인접하게 배치된 제2가이드편(123-2)과 제1가이드편(122-2)에 순차로 인계되어 상기 평면부(121-2)의 양측 공간을 교대로 유동하게 된다.

상기 제1가이드편(122-2)의 열매체 유입단은 제1연결편(122a-2)에 의해 상기 평면부(121-2)의 일측단에 연결되는 동시에 상기 평면부(121-2)의 일측단과 제1연결편(122a-2) 및 제1가이드편(122-2) 사이에 평면부(121-2)의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지는 제1소통구(122b-2)가 마련된다.

상기 제2가이드편(123-2)의 열매체 유입단은 제2연결편(123a-2)에 의해 상기 평면부(121-2)의 타측단에 연결되는 동시에 상기 평면부(121-2)의 타측단과 제2연결편(123a-2) 및 제2가이드편(123-2) 사이에 평면부(121-2)의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지는 제2소통구(123b-2)가 마련된다.

상기 제1가이드편(122-2)과 제2가이드편(123-2)은 상기 평면부(121-2)의 일부가 절개되어 각각 상기 평면부(121-2)의 양측으로 절곡되고, 상기 평면부(121-2)의 절개된 부분을 통해 상기 평면부(121-2)의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지도록 구성될 수 있다.

또한 상기 터뷸레이터(120-1-2)의 상단부와 하단부에는 상기 튜브(110-2)의 양측면에 맞닿도록 상하로 이격되어 전방과 후방으로 돌출되며 상하로 이격되어 위치하는 제1지지부(124-2)와 제2지지부(125-2)가 각각 형성되어 있다.

그리고, 상기 터뷸레이터(120-1-2)의 상단부와 하단부에는 상기 튜브(110-2)의 전면과 후면에 맞닿도록 상하로 이격되어 전방과 후방으로 돌출되며 상하로 이격되어 위치하는 제1지지편(126a-2,126b-2 ;126-2)과 제2지지편(127a-2,127b-2 ;127-2)이 각각 형성되어 있다.

상기와 같이 튜브(110-2)에 딤플(111a-2,111b-2 ;111-2)을 형성하고, 터뷸레이터(120-1-2)에 상기 제1지지부(124-2)와 제2지지부(125-2), 제1지지편(126-2)과 제2지지편(127-2)을 구비함으로써, 수압이 높은 환경에서도 튜브의 변형 및 파손을 방지할 수 있어, 보일러 외에도 온수기(사용압력 : 10 kg/㎠ 이상)와 상업용(대용량) 제품 등에 확대 적용할 수 있다.

<제4실시예>

도 27 내지 도 30을 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체(100-4)는, 전술한 제3실시예와 비교하여 압력지지부의 구성에 있어서 차이가 있으며, 기타의 구성은 제3실시예와 동일하게 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 제4실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체(100-4)의 구성 및 작용을 설명하되, 전술한 제3실시예와 동일한 구성요소에는 동일한 도면부호를 부여하고, 그에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 제4실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체(100-4)는, 연소가스가 내부를 따라 유동하며 외부를 유동하는 열매체와 열교환되도록 하는 납작한 형상으로 이루어진 튜브(110-2)와, 상기 튜브(110-2)의 내측에 결합되어 상기 연소가스의 유동에 난류의 발생을 유도하는 터뷸레이터(120-2-2), 및 상기 튜브(110-2)의 내측에 형성되어, 상기 튜브(110-2)의 대향하는 양측면에 작용하는 외부 압력을 지지하기 위한 압력지지부를 포함하여 구성된다.

상기 압력지지부는, 터뷸레이터(120-2-2)의 양측면에서 각각 외측 방향으로 돌출되어 상기 튜브(110-2)의 대향하는 내측면에 맞닿는 지지대(129a-2,129b-2 ;129-2)로 구성된다.

상기 지지대(129-2)는, 터뷸레이터(120-2-2)의 일측면에서 전방으로 돌출된 제1지지대(129a-2)와, 터뷸레이터(120-2-2)의 타측면에서 후방으로 돌출된 제2지지대(129b-2)로 구성된다. 상기 제1지지대(129a-2)와 제2지지대(129b-2)는 양측으로 이격되어 형성되고, 터뷸레이터(120-2-2)의 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 다수로 형성되어 있다.

이와 같이 터뷸레이터(120-2-2)의 전방과 후방을 향하여 다수개의 제1지지대(129a-2)와 제2지지대(129b-2)를 절곡하여 형성함으로써, 별도 부품의 추가 없이도 압력지지부를 구현할 수 있게 되므로, 내압 성능이 우수한 튜브 조립체의 제작 비용을 절감할 수 있다.

<제5실시예>

도 31 내지 도 34을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체(100-5)는, 연소가스가 내부를 따라 유동하며 외부를 유동하는 열매체와 열교환되도록 하는 납작한 형상으로 이루어진 튜브(110-3)와, 상기 튜브(110-3)의 내측에 결합되어 상기 연소가스의 유동에 난류의 발생을 유도하는 터뷸레이터(150-3)를 포함하여 구성된다.

상기 터뷸레이터(150-3)는, 튜브(110-3)의 내부공간을 양측으로 분할하며 상기 튜브(110-3)의 길이방향으로 배치된 평면부(151-3)와, 상기 평면부(151-3)의 양측면에 길이방향을 따라 이격되어 교대로 경사지게 돌출 형성된 제1가이드편(152-3)과 제2가이드편(153-3)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1가이드편(152-3)은 상기 평면부(151-3)의 일측면에 일측으로 경사지게 배치되고, 상기 제2가이드편(153-3)은 상기 평면부(151-3)의 타측면에 타측으로 경사지게 배치된다. 따라서, 상기 제1가이드편(152-3)과 제2가이드편(153-3)으로 유입된 열매체는, 각각 상기 평면부(151-3)의 반대측면에 인접하게 배치된 제2가이드편(153-3)과 제1가이드편(152-3)에 순차로 인계되어 상기 평면부(151-3)의 양측 공간을 교대로 유동하게 된다.

상기 제1가이드편(152-3)의 열매체 유입단은 제1연결편(152a-3)에 의해 상기 평면부(151-3)의 일측단에 연결되는 동시에 상기 평면부(151-3)의 일측단과 제1연결편(152a-3) 및 제1가이드편(152-3) 사이에 평면부(151-3)의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지는 제1소통구(152b-3)가 마련된다.

상기 제2가이드편(153-3)의 열매체 유입단은 제2연결편(153a-3)에 의해 상기 평면부(151-3)의 타측단에 연결되는 동시에 상기 평면부(151-3)의 타측단과 제2연결편(153a-3) 및 제2가이드편(153-3) 사이에 평면부(151-3)의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지는 제2소통구(153b-3)가 마련된다.

상기 제1가이드편(152-3)과 제2가이드편(153-3)은 상기 평면부(151-3)의 일부가 절개되어 각각 상기 평면부(151-3)의 양측으로 절곡되고, 상기 평면부(151-3)의 절개된 부분을 통해 상기 평면부(151-3)의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지도록 구성될 수 있다.

또한 상기 평면부(151-3)에는 튜브(110-3)의 내측면에 맞닿도록 용접부(154-3,155-3)가 양측으로 돌출 형성되어, 상기 용접부(154-3,155-3)와 튜브(110-3)의 내측면 간에 용접 결합되는 것으로 구성될 수 있다. 따라서, 터뷸레이터(150-3)와 튜브(110-3) 간의 용접부위의 면적과 개소를 줄일 수 있다.

이와 같은 터뷸레이터(150-3)의 구성에 의하면, 도 32의 (b)에 화살표로 도시된 바와 같이 연소가스는 제1가이드편(152-3)과 제2가이드편(153-3)에 의해 튜브(110-3)의 내부 공간에서 일측과 타측으로 유동 방향이 계속 변화되어 난류 흐름이 촉진되므로 연소가스와 열매체 간의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 연소가스가 전술한 도 10에 도시된 현열 열교환부(1000a)와 잠열 열교환부(1000b)를 순차로 통과하는 과정에서 연소가스는 열매체와의 열교환에 의해 온도가 점차 낮아지게 된다. 따라서, 연소가스가 유입되는 현열 열교환부(1000a)에서는 연소가스의 온도가 높아 부피가 팽창하고, 연소가스가 배출되는 잠열 열교환부(1000b)에서는 연소가스의 온도가 낮아져 부피가 줄어들게 된다.

따라서, 열교환 효율을 향상시키기 위해서는, 상기 현열 열교환부(1000a)를 통과하는 연소가스의 유로 면적을 크게 구성하여 연소가스의 유동저항을 줄이고, 잠열 열교환부(1000b)에서는 연소가스의 유로 면적을 상대적으로 작게 구성함이 바람직하다.

이를 위한 구성으로, 상기 터뷸레이터(150-3)는, 연소가스의 유입측에 구비되는 상부 터뷸레이터(150a-3)와, 연소가스의 배출측에 구비되는 하부 터뷸레이터(150b-3)가 일체형 구조로 이루어지되, 하부 터뷸레이터(150b-3)와 튜브(110-3)의 내측면 사이의 유로 면적은, 상부 터뷸레이터(150a-3)와 튜브(110-3)의 내측면 사이의 유로 면적보다 작게 형성되도록 하부 터뷸레이터(150b-3)는 상부 터뷸레이터(150a-3)에 비해 상기 튜브(110-3)의 내측에서 열매체와 접촉하는 면적이 더 크게 형성될 수 있다.

일실시예로, 도 32에 도시된 바와 같이 하부 터뷸레이터(150b-3)에 형성된 복수의 제1가이드편(152-3)과 제2가이드편(153-3)이 상하로 이격된 간격(L2)은, 상부 터뷸레이터(150a-3)에 형성된 복수의 제1가이드편(152-3)과 제2가이드편(153-3)이 상하로 이격된 간격(L1)에 비해 보다 조밀한 간격으로 배치되도록 구성할 수 있다.

이 경우, 상기 터뷸레이터(150-3)에 형성된 복수의 제1가이드편(152-3)과 제2가이드편(153-3)의 상하로 이격된 간격은 연소가스의 유입측에서 연소가스의 배출측으로 갈수록 이격되는 간격이 점차 좁아지도록 형성될 수 있다.

다른 실시예로, 도 33에 도시된 바와 같이 상기 연소가스의 배출측에 위치하는 튜브(110-3)의 내측면에는 복수의 돌출부(111-3)가 형성되도록 구성하여 연소가스의 배출측의 유로 면적을 줄일 수 있다.

도 34을 참조하면, 튜브(110-3)의 내측에는 열매체의 수압을 지지하기 위한 지지부(142-3;142a-3,142b-3,142c-3)가 추가로 구비될 수 있다.

상기 지지부(142-3)는 도 34의 (a)에 도시된 바와 같이 양단이 튜브(110-3)의 내측면에 고정되는 일자형 지지대(142a-3), 도 34의 (b)와 (c)에 도시된 바와 같이 양단이 절곡되어 튜브(110-3)의 내측면에 고정되는 지지대(142b-3)로 구성할 수 있다.

도 34의 (a)와 (b)에 도시된 구조의 경우, 튜브(110-3)의 제작시 지지대(142a-3,142b-3)의 일측단은 튜브(110-3)가 형성될 모재에 용접하고, 모재를 튜브(110-3)의 형상으로 말아 가공한 후에 모재의 양측 끝단부와 지지대(142a-3,142b-3)의 타측단을 각각 용접하고, 지지대(142a-3,142b-3)의 양측으로 터뷸레이터(150-3)를 각각 삽입하여 결합하게 된다.

도 34의 (c)에 도시된 구조의 경우, 튜브(110-3)의 제작시 지지대(142b-3)와 터뷸레이터(150-3)를 먼저 결합하고, 지지대(142b-3)와 터뷸레이터(150-3)의 결합체를 튜브(110-3)의 내측에 압입하여 결합할 수 있다.

다른 실시예로, 상기 지지부(142-3)는 도 34의 (d)에 도시된 바와 같이, 튜브(110-3)의 대응되는 양측면에서 튜브(140)의 내측을 향하여 돌출 형성된 엠보(142c-3)로 구성할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 튜브(110-3)의 외부에서 높은 수압이 작용하는 경우 상기 대응되는 위치에 형성된 엠보(142c-3)가 맞닿게 되어 튜브(110-3)의 변형을 방지할 수 있다.

이와 같이 튜브(110-3)의 내측에 지지부(142-3)가 결합됨에 따라 튜브(110-3)의 외측면에 열매체의 수압이 크게 작용하는 경우에도 튜브(110-3)의 변형을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 지지부(142-3)와 결합된 튜브(110-3)는 보일러나 온수기 외에도 다양한 용도의 연소기기에 적용이 가능하다.

<제6실시예>

도 35 내지 도 38을 참조하면, 본 발명의 제6실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체(100-6)는, 연소가스가 내부를 따라 유동하며 외부를 유동하는 열매체와 열교환되도록 하는 납작한 형상으로 이루어진 튜브(110-4)와, 상기 튜브(110-4)의 내측에 결합되어 상기 연소가스의 유동에 난류의 발생을 유도하는 터뷸레이터(120-1-4), 및 상기 터뷸레이터(120-1-4)에 결합되며 상기 튜브(110-4)에 작용하는 외부 압력을 지지하기 위한 서포터(130-1-4)를 포함하여 구성된다.

본 발명의 제6실시예에 따른 튜브 조립체(100-6)를 구성하는 터뷸레이터(120-1-4)와 서포터(130-1-4)의 구성 및 조립구조를 설명한다.

도 38에 도시된 바와 같이 상기 서포터(130-1-4)의 몸체부(131-4)의 중앙부에는 상단이 막히고 하단이 개구(132c-4)된 형상의 슬릿(132-1-4;132-4)이 형성되고, 도 37에 도시된 바와 같이 터뷸레이터(120-1-4)가 서포터(130-1-4)에 형성된 슬릿(132-1-4)의 내측에 장방향으로 삽입됨으로써 터뷸레이터(120-1-4)와 서포터(130-1-4)가 조립되는 구조로 이루어져 있다.

상기 슬릿(132-1-4)은, 터뷸레이터(120-1-4)의 양측면에 맞닿는 너비로 형성된 제1절개부(132a-4)와, 상기 제1절개부(132a-4)보다 큰 너비로 형성된 제2절개부(132b-4)가 상하로 연결되며 교대로 형성된 구조로 이루어져 있다. 따라서, 상기 제1절개부(132a-4)에 터뷸레이터(120-1-4)의 양측면이 밀착되어 지지되고, 상기 제2절개부(132a-4)와 터뷸레이터(120-1-4) 사이에 마련되는 공간을 통하여 연소가스가 유동될 수 있다.

그리고, 상기 서포터(130-1-4)의 외측단에는 튜브(110-4)의 내측면에 맞닿도록 요철 형상으로 돌출 형성된 복수의 돌출부(133-4)가 상하로 이격되어 구비된다. 이러한 돌출부(133-4)의 구성에 의하면, 서포터(130-1-4)와 튜브(110-4) 간의 접촉 면적은 돌출부(133-4)가 형성된 면적 만큼으로 제한되므로 접촉 면적을 줄일 수 있게 된다. 따라서, 서포터와 튜브 간의 접촉 면적이 큰 경우에 표면장력에 의해 열매체가 정체됨에 따라 초래될 수 있는 틈새 부식의 발생을 방지할 수 있어, 튜브 조립체의 내구성을 향상시킬 수 있다.

상기 터뷸레이터(120-1-4)는, 튜브(110-4)의 내부공간을 양측으로 분할하며 상기 튜브(110-4)의 길이방향으로 배치된 평면부(121-4)와, 상기 평면부(121-4)의 양측면에 길이방향을 따라 이격되어 교대로 경사지게 돌출 형성된 제1가이드편(122-4)과 제2가이드편(123-4)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1가이드편(122-4)은 상기 평면부(121-4)의 일측면에 일측으로 경사지게 배치되고, 상기 제2가이드편(123-4)은 상기 평면부(121-4)의 타측면에 타측으로 경사지게 배치된다. 따라서, 상기 제1가이드편(122-4)과 제2가이드편(123-4)으로 유입된 열매체는, 각각 상기 평면부(121-4)의 반대측면에 인접하게 배치된 제2가이드편(123-4)과 제1가이드편(122-4)에 순차로 인계되어 상기 평면부(121-4)의 양측 공간을 교대로 유동하게 된다.

상기 제1가이드편(122-4)의 열매체 유입단은 제1연결편(122a-4)에 의해 상기 평면부(121-4)의 일측단에 연결되는 동시에 상기 평면부(121-4)의 일측단과 제1연결편(122a-4) 및 제1가이드편(122-4) 사이에 평면부(121-4)의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지는 제1소통구(122b-4)가 마련된다.

상기 제2가이드편(123-4)의 열매체 유입단은 제2연결편(123a-4)에 의해 상기 평면부(121-4)의 타측단에 연결되는 동시에 상기 평면부(121-4)의 타측단과 제2연결편(123a-4) 및 제2가이드편(123-4) 사이에 평면부(121-4)의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지는 제2소통구(123b-4)가 마련된다.

상기 제1가이드편(122-4)과 제2가이드편(123-4)은 상기 평면부(121-4)의 일부가 절개되어 각각 상기 평면부(121-4)의 양측으로 절곡되고, 상기 평면부(121-4)의 절개된 부분을 통해 상기 평면부(121-4)의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지도록 구성될 수 있다.

또한 상기 터뷸레이터(120-1-4)의 상단부와 하단부에는 상기 튜브(110-4)의 양측면에 맞닿도록 상하로 이격되어 전방과 후방으로 돌출되며 상하로 이격되어 위치하는 제1지지부(124-4)와 제2지지부(125-4)가 각각 형성되어 있다.

그리고, 상기 터뷸레이터(120-1-4)의 양측면에는 상기 서포터(130-1-4)의 양측면을 지지하도록 돌출 형성된 한 쌍의 제1지지편(126-4)과 제2지지편(127-4)이 상하로 이격되어 복수로 구비되어 있다.

따라서, 터뷸레이터(120-1-4)를 서포터(130-1-4)의 슬릿(132-1-4)에 장방향으로 삽입하는 경우, 서포터(130-1-4)가 상기 제1지지편(126-4)과 제2지지편(127-4)에 의해 지지되므로, 터뷸레이터(120-1-4)와 서포터(130-1-4)의 위치를 고정시킬 수 있다.

이와 같은 터뷸레이터(120-1-4)의 구성에 의하면, 연소가스는 제1가이드편(122-4)과 제2가이드편(123-4)에 의해 튜브(110-4)의 내부 공간에서 일측과 타측으로 유동 방향이 계속 변화되어 난류 흐름이 촉진되므로 연소가스와 열매체 간의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

<제7실시예>

도 39 내지 도 41을 참조하면, 본 발명의 제7실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체(100-7)는, 연소가스가 내부를 따라 유동하며 외부를 유동하는 열매체와 열교환되도록 하는 납작한 형상으로 이루어진 튜브(110-4)와, 상기 튜브(110-4)의 내측에 결합되어 상기 연소가스의 유동에 난류의 발생을 유도하는 터뷸레이터(120-2-4), 및 상기 터뷸레이터(120-2-4)에 결합되며 상기 튜브(110-4)에 작용하는 외부 압력을 지지하기 위한 서포터(130-2-4)를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명의 제7실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체(100-7)를 구성하는 터뷸레이터(120-2-4)와 서포터(130-2-4)의 구성 및 조립구조를 설명하되, 전술한 제6실시예와 동일한 구성요소에는 동일한 도면부호를 부여하고, 그에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에서, 도 41에 도시된 바와 같이 서포터(130-2-4))의 몸체부(131-4))에는 상단과 하단이 막힌 형상의 슬릿(132-2-4))이 형성되고, 도 40에 도시된 바와 같이 터뷸레이터(120-2-4))와 서포터(130-2-4))는, 상기 터뷸레이터(120-2-4))가 서포터(130-2-4))에 형성된 슬릿(132-2-4))의 내측에 단방향으로 삽입되어 조립되는 구조로 이루어져 있다.

상기 슬릿(132-2-4))은, 상기 터뷸레이터(120-2-4))의 양측면에 맞닿는 너비로 형성된 제1절개부(132d-4))와, 상기 제1절개부(132d-4))보다 큰 너비로 형성된 제2절개부(132e-4))가 상하로 연결되며 교대로 형성된 구조로 이루어져 있다.

따라서, 상기 제1절개부(132d-4))에 터뷸레이터(120-2-4))의 양측면이 밀착되어 지지되고, 상기 제2절개부(132e-4))와 터뷸레이터(120-2-4)) 사이에 마련되는 공간을 통하여 연소가스가 유동될 수 있다.

본 실시예에 따른 터뷸레이터(120-2-4))의 상단부와 하단부에는 서포터(130-2-4))의 양측면을 지지하도록 돌출된 걸림편(128a-4))과 걸림돌기(128b-4))가 형성되어 있다.

상기 걸림편(128-4))은 평면부(121-4))의 일부를 절개하여 수직으로 절곡시켜 형성되고, 상기 걸림돌기(128b-4))는 서포터(130-2-4))의 두께에 대응되는 간격 만큼 상기 걸림편(128a-4))의 일측으로 이격된 위치에 엠보 형태로 구비될 수 있다. 따라서, 터뷸레이터(120-2-4))가 서포터(130-2-4))에 형성된 슬릿(132-2-4))의 내측에 단방향으로 삽입되면, 상기 걸림돌기(128b-4))는 슬릿(132-2-4))에 걸림돌기(128b-4))의 형태로 형성된 관통부(132f-4))를 통과하고, 이때 상기 걸림편(128a-4))은 서포터(130-2-4))의 몸체부(131-4))에 밀착 되므로, 상기 서포터(130-2-4))는 상기 걸림편(128a-4))과 걸림돌기(128b-4))에 의해 지지되어, 터뷸레이터(120-2-4))와 서포터(130-2-4))의 위치를 고정시킬 수 있다.

<제8실시예>

도 42 내지 도 44을 참조하면, 본 발명의 제8실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체(100-8)는, 연소가스가 내부를 따라 유동하며 외부를 유동하는 열매체와 열교환되도록 하는 납작한 형상으로 이루어진 튜브(110-4)와, 상기 튜브(110-4)의 내측에 결합되어 상기 연소가스의 유동에 난류의 발생을 유도하는 터뷸레이터(120-3-4), 및 상기 터뷸레이터(120-3-4)에 결합되며 상기 튜브(110-4)에 작용하는 외부 압력을 지지하기 위한 서포터(130-3-4)를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명의 제8실시예에 따른 관체형 열교환기용 튜브 조립체(100-3)를 구성하는 터뷸레이터(120-3-4)와 서포터(130-3-4)의 구성 및 조립구조를 설명하되, 전술한 제6실시예 및 제7실시예와 동일한 구성요소에는 동일한 도면부호를 부여하고, 그에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에서, 도 44에 도시된 바와 같이 터뷸레이터(120-3-4)의 평면부(121-4)에는 상하로 이격된 복수의 슬릿(129-4)이 형성되고, 도 43에 도시된 바와 같이 상기 터뷸레이터(120-3-4)와 서포터(130-3-4)는, 상기 서포터(130-3-4)의 일부분이 상기 터뷸레이터(120-3-4)에 형성된 슬릿(129-4)의 내측에 수직방향으로 삽입되어 조립되는 구조로 이루어져 있다.

상기 터뷸레이터(120-3-4)에는 인접하게 위치하는 상기 슬릿(129-4)의 사이사이에 막힘부(129a-4)가 형성되고, 상기 서포터(130-3-4)에는 상기 막힘부(129a-4)에 걸림되는 복수의 지지홈(135-4)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 서포터(130-3-4)의 외측단에는 튜브(110-4)의 내측면에 맞닿도록 돌출 형성된 복수의 돌출부(134-4)가 상하로 이격되어 구비됨으로써, 튜브(110-4)와 서포터(130-3-4) 간의 접촉 면적을 줄여 틈새 부식을 방지할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 변형실시가 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.

1000 : 관체형 열교환기 1000a : 현열 열교환부
1000b : 잠열 열교환부 1100 : 외부 자켓
1110 : 열매체 유입구 1120 : 열매체 배출구
1200 : 연소실 1300 : 상부 튜브시트
1600 : 상부 격막 1700 : 중간부 격막
1800 : 하부 격막 1900 : 하부 튜브시트
100 : 튜브 조립체 110 : 튜브
120 : 터뷸레이터 120-1 : 상부 터뷸레이터
130-1 : 하부 터뷸레이터 122-1,125-1 : 압력지지부
123-1 : 가이드부 130-1-1~130-1-4 : 서포터

Claims (28)

1. 연소실에서 발생하는 연소가스가 내부를 따라 유동하며 외부를 유동하는 열매체와 열교환되도록 하는 납작한 형상으로 이루어진 튜브;
   상기 튜브의 내측에 결합되어 상기 연소가스의 유동에 난류의 발생을 유도하는 터뷸레이터;
   를 포함하는 관체형 열교환기용 튜브 조립체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 터뷸레이터는,
   상기 연소실에 근접한 상기 튜브의 상부 내측에 상기 튜브와 면접촉되도록 결합되어 열전도도를 증대시킴과 아울러 상기 연소가스의 유동에 난류의 발생을 유도하는 상부 터뷸레이터; 및
   상기 상부 터뷸레이터의 하측으로 상기 튜브의 내측에 결합되어 상기 연소가스의 유동에 난류의 발생을 유도하는 하부 터뷸레이터;
   로 이루어진 관체형 열교환기용 튜브 조립체.
3. 제2항에 있어서,
   상기 상부 터뷸레이터는,
   상기 튜브의 일측부와 대응되는 형상으로 이루어져 상기 튜브의 일측부의 내측면에 면접촉되는 제1 튜브 접촉면을 포함하는 제1부분과, 상기 튜브의 타측부와 대응되는 형상으로 이루어져 상기 튜브의 타측부의 내측면에 면접촉되는 제2 튜브 접촉면을 포함하는 제2부분으로 이루어진 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기용 튜브 조립체.
4. 제3항에 있어서,
   상기 상부 터뷸레이터의 제1부분과 제2부분은 하나의 모재 플레이트를 상기 모재 플레이트의 중심선을 기준으로 절곡시켜 가공된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기용 튜브 조립체.
5. 제3항에 있어서,
   상기 상부 터뷸레이터에는,
   상기 제1 튜브 접촉면의 일부를 절개하여 상기 제2 튜브 접촉면의 외측면과 동일 선상에 외측단이 위치하도록 절곡되어 상기 튜브의 타측부를 지지하는 제1 압력지지부와,
   상기 제2 튜브 접촉면의 일부를 절개하여 상기 제1 튜브 접촉면의 외측면과 동일 선상에 위치하도록 절곡되어 상기 튜브의 일측부를 지지하는 제2 압력지지부가 형성된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기용 튜브 조립체.
6. 제3항에 있어서,
   상기 상부 터뷸레이터에는,
   상기 제1 튜브 접촉면의 일부를 절개하여 상기 튜브의 내측 공간을 향하도록 절곡된 제1 가이드부와,
   상기 제2튜브 접촉면의 일부를 절개하여 상기 튜브의 내측 공간을 향하도록 절곡된 제2 가이드부가 형성되되,
   상기 제1 가이드부와 제2 가이드부는 상하로 이격되며 교대로 형성되어 연소가스의 유동방향이 변경되도록 유도하는 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기용 튜브 조립체.
7. 제3항에 있어서,
   상기 상부 터뷸레이터에는,
   상기 제1 튜브 접촉면에서 절개된 제1절개부 중 일부가 절곡되어 상기 제2 튜브 접촉면을 향하도록 돌출된 제1 압력지지부와, 상기 제2 튜브 접촉면에서 절개된 제2절개부 중 일부가 절곡되어 상기 제1 튜브 접촉면을 향하도록 돌출된 제2 압력지지부가 형성되고,
   상기 제1 압력지지부의 돌출된 단부는 상기 제2 튜브 접촉면에 접촉되고, 상기 제2 압력지지부의 돌출된 단부는 상기 제1절개부를 관통하여 상기 튜브의 내측면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기용 튜브 조립체.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 압력지지부와 상기 제2 압력지지부는 전후 방향 및 상하 방향으로 이격되어 복수로 구비되되,
   상측에 위치하는 제1 압력지지부와 하측에 위치하는 제1 압력지지부는 상하 방향으로 중첩되지 않는 위치에 구비되고,
   상측에 위치하는 제2 압력지지부와 하측에 위치하는 제2 압력지지부는 상하 방향으로 중첩되지 않는 위치에 구비된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기용 튜브 조립체.
9. 제7항에 있어서,
   상기 제1 압력지지부와 상기 제2 압력지지부는, 플레이트 형상으로 이루어지되 면적이 넓은 양측면이 연소가스의 유동방향과 나란하게 배치된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기용 튜브 조립체.
10. 제1항에 있어서,
    상기 터뷸레이터에는, 상기 튜브의 내부공간을 양측으로 분할하며 상기 튜브의 길이방향으로 배치된 평면부와, 상기 평면부의 양측면에 길이방향을 따라 이격되어 교대로 경사지게 돌출 형성된 복수의 제1가이드편과 제2가이드편을 포함하는 관체형 열교환기용 튜브 조립체.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1가이드편은 상기 평면부의 일측면에 일측으로 경사지게 배치되고,
    상기 제2가이드편은 상기 평면부의 타측면에 타측으로 경사지게 배치되며,
    상기 제1가이드편과 제2가이드편으로 유입된 열매체는, 각각 상기 평면부의 반대측면에 근접하게 배치된 제2가이드편과 제1가이드편에 순차로 인계되어 상기 평면부의 양측 공간을 교대로 유동하는 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기용 튜브 조립체.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제1가이드편의 열매체 유입단은 제1연결편에 의해 상기 평면부의 일측단에 연결되는 동시에 상기 평면부의 일측단과 제1연결편 및 제1가이드편 사이에 상기 평면부의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지는 제1소통구가 마련되고,
    상기 제2가이드편의 열매체 유입단은 제2연결편에 의해 상기 평면부의 타측단에 연결되는 동시에 상기 평면부의 타측단과 제2연결편 및 제2가이드편 사이에 상기 평면부의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지는 제2소통구가 마련된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기용 튜브 조립체.
13. 제11항에 있어서,
    상기 제1가이드편과 제2가이드편은 상기 평면부의 일부가 절개되어 각각 상기 평면부의 양측으로 절곡되고,
    상기 제1가이드편과 제2가이드편의 절개된 부분을 통해 상기 평면부의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지는 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기용 튜브 조립체.
14. 제10항에 있어서,
    상기 터뷸레이터는, 연소가스의 유입측에 구비되는 상부 터뷸레이터와, 연소가스의 배출측에 구비되는 하부 터뷸레이터로 이루어지되,
    상기 하부 터뷸레이터에 형성된 복수의 제1가이드편과 제2가이드편이 상하로 이격된 간격은, 상부 터뷸레이터에 형성된 복수의 제1가이드편과 제2가이드편이 상하로 이격된 간격에 비해 보다 조밀한 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
15. 제10항에 있어서,
    상기 터뷸레이터는, 연소가스의 유입측에 구비되는 상부 터뷸레이터와, 연소가스의 배출측에 구비되는 하부 터뷸레이터로 이루어지되,
    상기 하부 터뷸레이터와 상기 튜브의 내측면 사이의 유로 면적은, 상기 상부 터뷸레이터와 상기 튜브의 내측면 사이의 유로 면적보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
16. 제15항에 있어서,
    상기 하부 터뷸레이터는 상기 상부 터뷸레이터에 비해 상기 튜브의 내측에서 열매체와 접촉하는 면적이 더 크게 형성된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
17. 제15항에 있어서,
    상기 연소가스의 배출측에 위치하는 튜브의 내측면에는 복수의 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
18. 제2항에 있어서,
    상기 하부 터뷸레이터의 상단부와 하단부에는 상기 튜브의 양측면에 맞닿도록 상하로 이격되어 전방과 후방으로 돌출되며 상하로 이격되어 위치하는 지지부가 각각 형성된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기용 튜브 조립체.
19. 제2항에 있어서,
    상기 하부 터뷸레이터의 상단부와 하단부에는 상기 튜브의 전면과 후면에 맞닿도록 상하로 이격되어 전방과 후방으로 돌출되며 상하로 이격되어 위치하는 지지편이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기용 튜브 조립체.
20. 제1항에 있어서,
    상기 튜브의 내측에 형성되어, 상기 튜브의 대향하는 양측면에 작용하는 외부 압력을 지지하기 위한 압력지지부를 더 포함하는 관체형 열교환기용 튜브 조립체.
21. 제20항에 있어서,
    상기 압력지지부는,
    상기 터뷸레이터의 양측면에서 각각 외측 방향으로 돌출되어 상기 튜브의 대향하는 내측면에 맞닿는 지지대로 이루어진 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기용 튜브 조립체.
22. 제21항에 있어서,
    상기 지지대는 상기 터뷸레이터의 면의 일부가 절개되어 각각 양측으로 절곡됨으로써 형성된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기용 튜브 조립체.
23. 제1항에 있어서,
    상기 터뷸레이터에 결합되며 상기 튜브에 작용하는 외부 압력을 지지하기 위한 서포터를 더 포함하는 관체형 열교환기용 튜브 조립체.
24. 열매체가 유입 및 배출되는 외부 자켓;
    상기 외부 자켓과의 사이에 열매체의 유로가 형성되도록 상기 외부 자켓의 내측에 결합되고, 버너의 연소가 이루어지는 연소실; 및
    제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 기재된 관체형 열교환기용 튜브 조립체;
    를 포함하는 관체형 열교환기.
25. 제24항에 있어서,
    상기 복수의 튜브는 상기 연소실에서 발생된 연소가스가 하방향으로 유동하도록 수직 방향으로 설치되되, 원주방향으로 이격되며 방사상으로 배치된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
26. 제24항에 있어서,
    상기 외부 자켓의 내부에는 열매체의 유동 방향이 반경방향 내측과 외측으로 교대로 전환되도록 열매체의 유동을 안내하기 위한 다단의 격막이 상하로 이격되어 구비되고, 상기 복수의 튜브는 상기 다단의 격막에 삽입되어 지지되는 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
27. 제26항에 있어서,
    상기 다단의 격막은, 플레이트 형상의 상부 격막과 중간부 격막 및 하부 격막으로 이루어지되,
    상기 상부 격막과 하부 격막은 중앙부에 열매체의 유동을 위한 개구부가 형성되고, 가장자리부는 상기 외부 자켓의 내측면에 접하도록 구비되며,
    상기 중간부 격막은 중앙부가 막힌 형상으로 이루어지고, 가장자리부는 상기 외부 자켓의 내측면과 이격되어 그 사이로 열매체가 유동하도록 구비된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
28. 제26항에 있어서,
    상기 연소실의 하단에는 상기 복수의 튜브의 상단부가 삽입되는 상부 튜브시트가 결합되고,
    상기 외부 자켓의 하단에는 상기 복수의 튜브의 하단부가 삽입되는 하부 튜브시트가 결합된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.

Images