KR20210057628A

KR20210057628A - 터뷸레이터 및 이를 이용한 물 가열기용 열교환기

Info

Publication number: KR20210057628A
Application number: KR1020190144623A
Authority: KR
Inventors: 정인철; 박준길; 문성식
Original assignee: 주식회사 경동나비엔
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2021-05-21
Also published as: KR102597633B1

Abstract

본 발명에 따른, 연소가스와의 열교환을 통해 물을 가열하는 열교환기의 튜브 내에 물의 난류화를 위해 삽입되는 터뷸레이터는, 상기 튜브를 따라 상기 물이 수평하게 물 유동방향을 따라 유동하고, 상기 튜브를 가로지르도록 상기 연소가스가 수직하게 상측에서 하측으로 유동한다고 가정할 때, 상기 물 유동방향으로 연장되는 판형으로 형성되되, 자신의 높이방향이 상하방향으로 배치되게 상기 튜브에 삽입되는 연장부와, 상기 연장부의 하단에서 하측으로 돌출되되, 상기 물의 난류화를 유도하게 마련되는 하단 돌출부를 구비하는 몸체부; 및 상기 몸체부를 상기 튜브 내에서 지지하기 위해 상기 연장부에서 상측과 하측으로 각각 연장되는 상측 지지부분과 하측 지지부분을 포함하는 높이방향 지지부를 포함하고, 상기 몸체부는, 상기 상측 지지부분의 상측 말단에서 수평하게 연장되는 가상의 제1 수평선으로부터 하측으로 이격되게 배치되는 가상의 제2 수평선상에 상기 몸체부의 상단이 위치되게 마련된다.

Description

터뷸레이터 및 이를 이용한 물 가열기용 열교환기 {TURBULATOR AND HEAT EXCHANGER FOR WATER HEATING APPARATUS USING THE SAME}

본 발명은 터뷸레이터 및 이를 이용한 물 가열기용 열교환기에 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 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 터뷸레이터는, 상기 튜브를 따라 상기 물이 수평하게 물 유동방향을 따라 유동하고, 상기 튜브를 가로지르도록 상기 연소가스가 수직하게 상측에서 하측으로 유동한다고 가정할 때, 상기 물 유동방향으로 연장되는 판형으로 형성되되, 자신의 높이방향이 상하방향으로 배치되게 상기 튜브에 삽입되는 연장부와, 상기 연장부의 하단에서 하측으로 돌출되되, 상기 물의 난류화를 유도하게 마련되는 하단 돌출부를 구비하는 몸체부; 및 상기 몸체부를 상기 튜브 내에서 지지하기 위해 상기 연장부에서 상측과 하측으로 각각 연장되는 상측 지지부분과 하측 지지부분을 포함하는 높이방향 지지부를 포함하고, 상기 몸체부는, 상기 상측 지지부분의 상측 말단에서 수평하게 연장되는 가상의 제1 수평선으로부터 하측으로 이격되게 배치되는 가상의 제2 수평선상에 상기 몸체부의 상단이 위치되게 마련된다.

본 발명의 실시예에 따른, 연소가스와의 열교환을 통해 물을 가열하는 열교환기의 튜브 내에 삽입되는 터뷸레이터는, 상기 튜브를 따라 상기 물이 수평하게 물 유동방향을 따라 유동하고, 상기 튜브를 가로지르도록 상기 연소가스가 상측에서 하측으로 유동한다고 가정할 때, 상기 튜브에 삽입되게 마련되되, 상기 유동방향으로 연장되는 판형의 연장부와, 상기 연장부의 하단에서 하측으로 돌출되되, 상기 물의 난류화를 유도하게 마련되는 하단 돌출부를 구비하는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체부는, 상기 몸체부가 상기 튜브에 삽입되었을 때 상기 튜브의 내측 상단에서 하측으로 소정 거리만큼 이격되게 배치되는 가상의 수평선상에 상기 몸체부의 상단이 위치되게 마련된다.

본 발명의 실시예에 따른, 연소가스와의 열교환을 통해 물을 가열하는 열교환기의 튜브 내에 삽입되는 터뷸레이터는, 상기 튜브를 따라 상기 물이 수평하게 물 유동방향을 따라 유동하고, 상기 튜브를 가로지르도록 상기 연소가스가 상측에서 하측으로 유동한다고 가정할 때, 상기 튜브에 삽입되게 마련되되, 상기 물 유동방향으로 연장되는 판형의 연장부와, 상기 연장부의 하단에서 하측으로 돌출되되, 상기 물의 난류화를 유도하게 마련되는 하단 돌출부를 구비하는 몸체부; 상기 몸체부를 상기 튜브 내에서 지지하기 위해 상기 연장부에서 상측과 하측으로 각각 연장되는 상측 지지부분과 하측 지지부분을 포함하는 높이방향 지지부; 및 상기 물의 유동이 방해받지 않도록 개방되고, 상기 물 유동방향에서의 상류 및 하류측 경계는 상기 상측 지지부분들의 내측단의 경계와 일치하는 부분을 가지고, 하측 경계는 상기 연장부의 상단의 경계와 일치하는 부분을 가지는 직사각형 형태의 유동공간을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른, 연소가스와의 열교환을 통해 물을 가열하는 물 가열기용 열교환기는, 상기 물이 내부에서 유동하게 마련되는 튜브; 상기 튜브에 의해 관통되게 마련되는 판형의 핀; 및 상기 튜브 내에 상기 물의 난류화를 위해 삽입되는 터뷸레이터를 포함하고, 상기 튜브를 따라 상기 물이 수평하게 물 유동방향을 따라 유동하고, 상기 튜브를 가로지르도록 상기 연소가스가 상측에서 하측으로 유동한다고 가정할 때, 상기 터뷸레이터는, 상기 튜브에 삽입되게 마련되되, 상기 물 유동방향으로 연장되는 직사각형의 연장부와, 상기 물의 난류화를 유도하기 위해 상기 연장부의 하단에서 하측으로 돌출되는 하단 돌출부를 구비하는 몸체부; 및 상기 연장부를 상기 튜브 내에서 지지하기 위해 상기 연장부에서 상측과 하측으로 각각 연장되는 상측 지지부분과 하측 지지부분을 포함하되, 수평방향으로 서로 이격되게 배치되는 2개의 높이방향 지지부들을 포함하고, 상기 터뷸레이터는, 상기 높이방향 지지부들 중 어느 하나의 상측 지지부분과 다른 하나의 상측 지지부분 사이에서 직사각형으로 정의되는 영역으로 상기 몸체부의 상단으로부터 돌출되는 부분이 없게 마련된다.

이에 따라, 열교환기의 튜브 상측에서 일어나는 국부과열이 방지되고, 과열에 따라 발생하는 비등이 줄어들어, 비등소음이 억제될 수 있다.

도 1은 튜브와 예시적인 터뷸레이터의 정면도이다.
도 2는 튜브와 예시적인 터뷸레이터의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기용 열교환기의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브와 터뷸레이터의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터의 일단과 인접한 부분을 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터의 중간 부분을 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7의 터뷸레이터를 다른 방향에서 바라본 사시도이다.

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 튜브(120)와 예시적인 터뷸레이터(140)의 정면도이다. 도 2는 튜브(120)와 예시적인 터뷸레이터(140)의 단면도이다.

도 1로부터, 튜브(120)와 예시적인 터뷸레이터(140)에 대해서 확인할 수 있다. 튜브(120)는 도 2에서 도면으로부터 나오는 방향 및 들어가는 방향을 따라 연장될 수 있고, 그 내부를 통해 물이 유동할 수 있다.

튜브(120) 내부에는 예시적인 터뷸레이터(140)가 배치될 수 있다. 예시적인 터뷸레이터(140)의 몸체부(141)의 상단과 튜브(120)의 내측면이 상하방향을 기준으로 서로 이격된 거리(G1)가 도시된 것과 같이 형성될 수 있다. 또한 예시적인 터뷸레이터(140)의 몸체부(141)의 좌우단과 튜브(120)의 내측면이 좌우방향을 기준으로 서로 이격된 거리(G2)가, 도시된 것과 같이 형성될 수 있다. 터뷸레이터(140)가 배치되어, 튜브(120) 내에서 흐르는 물의 난류화가 일어난다.

예시적인 터뷸레이터(140)는 몸체부(141)로부터 상측으로 돌출된 상단 돌출부(142)를 포함한다. 따라서 해당 영역에서 상단 돌출부(142)에 의해 유동 저항이 발생하고, 이로 인해 과열이 발생될 것으로 예상되는 부분으로 흐르는 물의 유량이 감소하게 되어, 국부과열이 일어날 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기용 열교환기(100)의 사시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기용 열교환기(100)는, 연소가스와의 열교환을 통해 물을 가열하는 장치로, 튜브(120), 핀(130) 및 터뷸레이터(1)를 포함할 수 있고, 케이스(110)를 더 포함할 수 있다.

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 연장부(20)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 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기용 열교환기(100)와 그 내부에 위치하는 터뷸레이터(1)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(1)가 삽입된다.

튜브(120)는 상하방향을 기준으로 가지는 높이가, 좌우방향을 기준으로 가지는 폭보다 크게 형성되어, 납작한 형상을 가지는 납작튜브(120)일 수 있다. 구체적인 튜브(120)의 형상은, 도 5에 대한 설명에서 후술한다.

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 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 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)의 정면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브(120)와 터뷸레이터(1)의 단면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)의 일단과 인접한 부분을 도시한 사시도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)의 중간 부분을 도시한 사시도이다. 도 8은 도 7의 터뷸레이터(1)를 다른 방향에서 바라본 사시도이다. 도 5는 도 3의 B-B' 단면을 나타낸 것이기도 하다.

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(10)를 포함하고, 높이방향 지지부(40)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. 이 때 튜브(120)의 내측면의 단면적은 300 제곱밀리미터 이상 500 제곱밀리미터 이하일 수 있다. 상하방향으로 긴 형상의 프로파일을 튜브(120)가 가져, 상하방향으로 유동하는 연소가스와의 관계에서 열교환이 용이하게 이루어질 수 있다.

높이방향 지지부(40)

높이방향 지지부(40)는, 몸체부(10)를 튜브(120) 내에서 지지하는 부분이다. 몸체부(10)를 지지하기 위해, 높이방향 지지부(40)는 연장부(20)에서 상측과 하측으로 각각 연장되는 상측 지지부분(41)과 하측 지지부분(42)을 포함한다. 이러한 높이방향 지지부(40)가 튜브(120)의 내측면에 몸체부(10)보다 먼저 접촉하거나, 몸체부(10)보다 튜브(120)의 내측면에 인접하게 위치하여, 몸체부(10)가 튜브(120)의 내측면에 접촉하지 않고 상하방향을 따라 소정의 간격을 두어 이격되도록 할 수 있다.

높이방향 지지부(40)는 몸체부(10)의 물 유동방향(D1)측 말단과, 물 유동방향(D1) 반대측 말단에 각각 배치될 수 있다. 즉 도시된 것과 같이, 2개의 상측 지지부분(41)이 몸체부(10)의 양단에 하나씩 배치될 수 있고, 2개의 하측 지지부분(42)이 몸체부(10)의 양단에 하나씩 배치될 수 있다. 그러나 높이방향 지지부(40)의 개수 및 배치되는 위치는 이에 제한되지는 않는다.

상측 지지부분(41)과 하측 지지부분(42)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(10)를 안정적으로 지지할 수 있다.

좌우방향 지지부(50)

좌우방향 지지부(50)는, 좌우방향을 기준으로 연장부(20)가 튜브(120)의 내측면으로부터 이격된 상태를 유지하도록, 몸체부(10)의 연장부(20)로부터 좌우방향으로 돌출되는 부분을 의미한다.

좌우방향 지지부(50)는 도시된 것과 같이 좌측으로 볼록하게 연장부(20)로부터 돌출된 좌측 지지부분과, 우측으로 볼록하게 연장부(20)로부터 돌출된 형상의 우측 지지부분을 복수 개 가질 수 있다. 물 유동방향(D1)을 따라가면서 좌측 지지부분이 배치된 후에는 우측 지지부분이 배치되고, 우측 지지부분이 배치된 후에는 좌측 지지부분이 배치되는 방식으로 교번적으로 각 지지부분이 배치되어 좌우방향 지지부(50)를 형성할 수 있다.

몸체부(10) - 연장부(20)

연장부(20)는 물 유동방향(D1)으로 연장되는 판형으로 형성되되, 자신의 높이방향이 상하방향으로 배치되게 튜브(120)에 삽입될 수 있는 부분이다. 연장부(20)는 전체적으로 직사각형의 형상을 가질 수 있다.

하단 돌출부(30)가 연장부(20)로부터 하측으로 연장되어 형성될 수 있으며, 높이방향 지지부(40)가 연장부(20)로부터 상하방향을 따라 연장되어 형성될 수 있고, 중간 날개(60)와 좌우방향 지지부(50)가 연장부(20)로부터 좌우방향으로 연장되어 형성될 수 있다.

몸체부(10)는, 높이방향 지지부(40)의 상측 지지부분(41)의 말단에서 수평하게 연장되는 가상의 제1 수평선(H1)으로부터 하측으로 이격되게 배치되는 가상의 제2 수평선(H2)상에 상단이 위치되게 마련될 수 있다. 도시된 것과 같이 몸체부(10)의 가장 상측에 위치하는 부분이 연장부(20)가 될 수 있으므로, 연장부(20)의 상단(21)이 제2 수평선(H2)상에 위치할 수 있다.

제2 수평선(H2)은, 상측 지지부분(41)의 하측 말단에서 수평하게 연장되는 선일 수 있다. 또한 제2 수평선(H2)은, 몸체부(10)가 튜브(120)에 삽입되었을 때 튜브(120)의 내측 상단에서 하측으로 소정 거리만큼 이격되게 배치되는 가상의 수평선일 수 있다.

연장부(20)의 상단(21)과 튜브(120)의 내측면이 상하방향을 기준으로 서로 이격된 거리(G3)가 도시된 것과 같이 형성될 수 있다. 이러한 거리(G3)를 튜브(120)의 내측면의 높이로 나눈 값은, 0.15 이상 0.20 이하일 수 있고, 예시적인 터뷸레이터(도 1, 2의 140)가 사용될 때 확인할 수 있는 연장부(도 2의 141)의 상단과 튜브(120)의 내측면 사이의 거리(도 2의 G1)를 튜브(120)의 내측면의 높이로 나눈 값보다 크게 형성될 수 있다. 따라서, 예시적인 터뷸레이터(도 1, 2의 140)가 사용되는 경우에 비해, 물의 유동이 방해받는 정도가 줄어들어, 연장부(20)의 상단(21)을 통한 유량이 증가하고, 국부과열이 덜 발생할 수 있다.

이러한 제2 수평선(H2)에 몸체부(10)의 상단인 연장부(20)의 상단(21)이 위치함으로써, 몸체부(10)와 상측 지지부분(41)에 의해, 유동공간(A)이 정의될 수 있다. 유동공간(A)이란, 몸체부(10)가 튜브(120)에 삽입되었을 때 몸체부(10)의 상측으로 유동하는 물의 유량을 증가시켜, 열교환 중에 몸체부(10)의 상측에서 물이 비등하는 것을 억제하기 위해 형성되는 공간으로, 제1 수평선(H1)과 제2 수평선(H2)의 사이에 형성된다.

유동공간(A)은, 물이 방해없이 유동하기 위해, 터뷸레이터(1)의 구성요소들이 배치되지 않는 개방된 공간일 수 있다. 따라서 몸체부(10)의 상단인 연장부(20)의 상단(21)으로부터 유동공간(A)으로 돌출되는 부분이 없도록, 몸체부(10)가 마련될 수 있다.

상측 지지부분(41)이 상술한 것과 같이 2개 배치될 수 있으므로, 어느 하나의 상측 지지부분(41)과 다른 하나의 상측 지지부분(41) 사이에서 유동공간(A)이 정의될 수 있다. 구체적으로, 물 유동방향(D1)에서의 유동공간(A)의 상류 및 하류측 경계는 상측 지지부분(41)들의 내측단의 경계와 일치하는 부분을 가지고, 유동공간(A)의 하측 경계는 연장부(20)의 상단(21)의 경계와 일치하는 부분을 가져, 유동공간(A)이 직사각형의 형태로 정의될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)가 이러한 유동공간(A)을 형성하여, 예시적인 터뷸레이터(도 1, 2의 140)에서 상단 돌출부에 의해서 일어나던 터뷸레이터(1) 상측의 유량의 감소가 사라지고, 상측의 유량이 증가할 수 있다. 따라서 유량 감소로 인한 유속 감소에 따라 예시적인 터뷸레이터(도 1, 2의 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(10)의 상단은 제2 수평선(H2)에 위치하는 상단 직선부(211)와, 상단 직선부(211)보다 하측으로 파여 형성되는 상단 홈(212)을 포함할 수 있다. 이러한 상단 홈(212)은 복수 개 형성될 수 있고, 좌우방향을 따라 보았을 때 삼각형 모양을 가질 수 있다. 이러한 상단 홈(212)의 일 모서리를 따라 좌우방향 중 적어도 어느 한 방향으로 돌출된 상단 날개(71)가 형성될 수 있다. 상단 날개(71)는 도시된 것과 같이 상단 홈(212)의 모서리 중 물 유동방향(D1)에 대해 상측으로 경사진 모서리에 형성되되, 우측으로만 돌출될 수 있으나, 상단 날개(71)가 배치되는 모서리와 상단 날개(71)가 돌출되는 방향은 이에 제한되지 않는다.

좌우방향을 기준으로 상단 날개(71)의 폭은 후술할 하단 날개(31, 32)와 유사하게, 연장부(20)로부터 좌측 또는 우측을 따라 튜브(120)의 내측면에 이르는 거리의 절반보다 클 수 있다.

몸체부(10) - 하단 돌출부(30)

하단 돌출부(30)는 물의 난류화를 유도하기 위한 부분으로, 연장부(20)의 하단(22)에서 하측으로 돌출된다. 하단 돌출부(30)는 연장부(20)의 하단(22)으로부터 ‘V’자 형으로 돌출될 수 있다. 하단 돌출부(30)는 하단 날개(31, 32)와 하단 돌출부 본체(33)를 포함할 수 있다. 하단 날개(31, 32)는 제1 하단 날개(31)와 제2 하단 날개(32)를 포함할 수 있다.

하단 돌출부 본체(33)는, 연장부(20)의 하단(22)으로부터 물 유동방향(D1)과 하측으로 연장되되 연장부(20)와 평행한 판형으로 형성될 수 있다. 각 하단 날개(31, 32)는 이러한 하단 돌출부 본체(33)로부터 좌우방향으로 돌출될 수 있다. 구체적으로, 제1 하단 날개(31)는 하단 돌출부 본체(33)로부터 좌측으로, 제2 하단 날개(32)는 하단 돌출부 본체(33)로부터 우측으로 돌출될 수 있다.

제1 하단 날개(31)는 연장부(20)의 하단(22)으로부터 물 유동방향(D1)과 하측으로 연장되며 좌측으로 돌출될 수 있다. 제2 하단 날개(32)는, 물 유동방향(D1)과 상측으로 연장되며 우측으로 돌출되어 연장부(20)의 하단(22)에 연결될 수 있다. 제2 하단 날개(32)는 하단 돌출부 본체(33)의 하단으로부터 물 유동방향(D1)과 상측으로 연장되어, 하단 돌출부 본체(33)의 하단과 연장부(20)의 하단(22)을 연결할 수 있다.

제2 하단 날개(32)와 하단 돌출부 본체(33)가 연장부(20) 하단으로부터 각각 돌출되되 서로 연결됨에 따라, 좌우방향을 따라 살펴볼 때 'V'자 형의 하단 돌출부(30)가 형성될 수 있고, 삼각형 모양의 구멍을 하단 돌출부(30)와 연장부(20)의 하단(22)이 둘러싸 형성할 수 있다.

제1 하단 날개(31)는, 하단 돌출부 본체(33)의, 물 유동방향(D1)과 하측을 향해 연장된 2개의 모서리 중 하측에 위치한 모서리의 일부분으로부터 좌측으로 돌출되어 형성될 수 있다. 또한 제2 하단 날개(32)는 하단 돌출부 본체(33)의 하단까지 연장되고, 제1 하단 날개(31)는 하단 돌출부 본체(33)의 하단에 미치지 않아, 제2 하단 날개(32)와 제1 하단 날개(31)가 서로 만나지 않을 수 있다. 제1 하단 날개(31)와 제2 하단 날개(32)가 튜브(120)의 내부의 하측에 해당하는 부분을 막아 물의 흐름을 지나치게 방해하지 않도록 하기 위해서, 이와 같은 하단 날개(31, 32)의 형상을 가질 수 있다.

예시적인 터뷸레이터(도 1, 2의 140)와 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 터뷸레이터(1)가 제1 하단 날개(31)를 더 가짐으로써, 튜브(120)의 내부에서 하측으로 유동하는 물이 하측에만 머무르지 않고, 상측으로 유도되어 흐를 수 있다.

하단 날개(31, 32)가 연장부(20)로부터 좌측 또는 우측으로 돌출된 폭은, 연장부(20)로부터 좌측 또는 우측을 따라 튜브(120)의 내측면에 이르는 거리의 절반보다 클 수 있다. 예시적인 하단 날개(도 2의 143)가 좌우방향을 기준으로 튜브(120)의 내측면으로부터 이격된 거리(도 2의 G2)를 튜브(120)의 폭으로 나눈 값보다, 본 발명의 일 실시예에 따른 하단 날개(31, 32)가 튜브(120)의 내측면으로부터 이격된 거리(G4)를 튜브(120)의 폭으로 나눈 값이 더 클 수 있다. 따라서 예시적인 하단 날개(도 2의 143)가 튜브(120)의 내측면에 접근한 것에 비해, 본 발명의 일 실시예에 따른 하단 날개(31, 32)가 튜브(120)의 내측면에 더 접근하여, 물의 흐름을 방해하는 효과가 증가하고, 열교환이 더 잘 일어날 수 있다.

몸체부(10)의 하단은 임의의 수평선에 위치하는 하단 직선부(221)와, 하단 직선부(221)보다 상측으로 파여 형성되는 하단 홈(222)을 포함할 수 있다. 이러한 하단 홈(222)은 복수 개 형성될 수 있고, 좌우방향을 따라 보았을 때 삼각형 모양을 가질 수 있다. 이러한 하단 홈(222)의 일 모서리를 따라 좌우방향 중 어느 한 방향으로 돌출된 보조 날개(721, 722)가 형성될 수 있다. 보조 날개(721, 722)는 도시된 것과 같이 하단 홈(222)의 모서리 중 하단 날개(31, 32)와 이어지는 모서리를 따라 형성되어, 하단 날개(31, 32)로부터 연속적으로 이어진 형태를 가질 수 있다. 하단 날개(31, 32)는 제1 하단 날개(31)와 제2 하단 날개(32)를 포함할 수 있으므로, 보조 날개(721, 722) 역시 제1 하단 날개(31)로부터 이어지는 제1 보조 날개(721)와, 제2 하단 날개(32)로부터 이어지는 제2 보조 날개(722)가 있을 수 있다.

좌우방향을 기준으로 보조 날개(721, 722)의 폭 역시 하단 날개(31, 32)와 유사하게, 연장부(20)로부터 좌측 또는 우측을 따라 튜브(120)의 내측면에 이르는 거리의 절반보다 클 수 있다.

중간 날개(60)

중간 날개(60)는, 상하방향을 기준으로 연장부(20)의 중심 영역에서 좌우방향을 따라 돌출되는 날개이다. 터뷸레이터(1)는 중간 날개(60)를 복수 개 포함할 수 있다. 중간 날개(60)는 물 유동방향(D1)을 따라가면서 상측 또는 하측으로 비스듬하게 형성될 수 있다.

또한 연장부(20) 중 중간 날개(60)가 형성된 부분과 인접한 부분은 관통되어, 중간 개구(61)를 형성할 수 있다.

좌우방향을 기준으로 중간 날개(60)의 폭 역시 하단 날개(31, 32)와 유사하게, 연장부(20)로부터 좌측 또는 우측을 따라 튜브(120)의 내측면에 이르는 거리의 절반보다 클 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 : 터뷸레이터
10 : 몸체부
20 : 연장부
21 : 연장부의 상단
22 : 연장부의 하단
30 : 하단 돌출부
31 : 제1 하단 날개
32 : 제2 하단 날개
33 : 하단 돌출부 본체
40 : 높이방향 지지부
41 : 상측 지지부분
42 : 하측 지지부분
50 : 좌우방향 지지부
60 : 중간 날개
61 : 중간 개구
71 : 상단 날개
100 : 열교환기
110 : 케이스
120 : 튜브
130 : 핀
140 : 예시적인 터뷸레이터
141 : 예시적인 몸체부
142 : 예시적인 상단 돌출부
143 : 예시적인 하단 돌출부
211 : 상단 직선부
212 : 상단 홈
221 : 하단 직선부
222 : 하단 홈
721 : 제1 보조 날개
722 : 제2 보조 날개
1101 : 유로캡
A : 유동공간
D1 : 물 유동방향
H1 : 제1 수평선
H2 : 제2 수평선

Claims

연소가스와의 열교환을 통해 물을 가열하는 열교환기의 튜브 내에 물의 난류화를 위해 삽입되는 터뷸레이터에 있어서,
상기 튜브를 따라 상기 물이 수평하게 물 유동방향을 따라 유동하고, 상기 튜브를 가로지르도록 상기 연소가스가 수직하게 상측에서 하측으로 유동한다고 가정할 때,
상기 물 유동방향으로 연장되는 판형으로 형성되되, 자신의 높이방향이 상하방향으로 배치되게 상기 튜브에 삽입되는 연장부와, 상기 연장부의 하단에서 하측으로 돌출되되, 상기 물의 난류화를 유도하게 마련되는 하단 돌출부를 구비하는 몸체부; 및
상기 몸체부를 상기 튜브 내에서 지지하기 위해 상기 연장부에서 상측과 하측으로 각각 연장되는 상측 지지부분과 하측 지지부분을 포함하는 높이방향 지지부를 포함하고,
상기 몸체부는, 상기 상측 지지부분의 상측 말단에서 수평하게 연장되는 가상의 제1 수평선으로부터 하측으로 이격되게 배치되는 가상의 제2 수평선상에 상기 몸체부의 상단이 위치되게 마련되는, 터뷸레이터.
제1항에 있어서,
상기 몸체부는, 상기 몸체부가 상기 튜브에 삽입되었을 때 상기 몸체부의 상측으로 유동하는 물의 유량을 증가시켜, 상기 열교환 중에 상기 몸체부의 상측에서 상기 물이 비등하는 것을 억제하기 위해, 상기 제1 수평선과 상기 제2 수평선의 사이에, 상기 물이 방해없이 유동하기 위한 유동공간을 제공하는, 터뷸레이터.
제1항에 있어서,
상기 몸체부는, 상기 상측 지지부분의 하측 말단에서 수평하게 연장되는 상기 제2 수평선상에 상기 몸체부의 상단이 위치되게 마련되는, 터뷸레이터.
제1항에 있어서,
상기 몸체부의 상단으로부터 상기 상측 지지부분의 상측 말단에 이르는 높이를 상기 높이방향 지지부의 높이로 나눈 값은, 0.15 이상 0.20 이하인, 터뷸레이터.
제1항에 있어서,
상기 물 유동방향을 따라 상기 연장부를 바라봤을 때의 좌측과 우측을 향하는 방향을 좌우방향이라 할 때,
상기 하단 돌출부는, 상기 물 유동방향과 하측으로 연장되며 좌측으로 돌출되는 제1 하단 날개와, 상기 물 유동방향과 상측으로 연장되며 우측으로 돌출되는 제2 하단 날개를 포함하며, 상기 연장부의 하단으로부터 ‘V’자 형으로 돌출되는, 터뷸레이터.
제5항에 있어서,
상기 하단 돌출부는,
상기 연장부의 하단으로부터 상기 물 유동방향과 하측으로 연장되되 상기 연장부와 평행한 판형으로 형성되는 하단 돌출부 본체를 더 포함하고,
상기 제1 하단 날개는, 상기 하단 돌출부 본체로부터 좌측으로 돌출되며,
상기 제2 하단 날개는, 상기 하단 돌출부 본체로부터 우측으로 돌출되고, 상기 하단 돌출부 본체의 하단으로부터 상기 물 유동방향과 상측으로 연장되어, 상기 하단 돌출부 본체의 하단과 상기 연장부의 하단을 연결하는, 터뷸레이터.
제6항에 있어서,
상기 제1 하단 날개는, 상기 하단 돌출부 본체의, 상기 물 유동방향과 하측을 향해 연장된 2개의 모서리 중 하측에 위치한 모서리의 일부분으로부터 좌측으로 돌출되는, 터뷸레이터.
제6항에 있어서,
상기 제1 하단 날개는, 상기 하단 돌출부 본체의 하단에 미치지 않아, 상기 제2 하단 날개와 만나지 않는, 터뷸레이터.
제1항에 있어서,
상기 물 유동방향을 따라 상기 연장부를 바라봤을 때의 좌측과 우측을 향하는 방향을 좌우방향이라 할 때,
상기 좌우방향을 기준으로 상기 연장부가 상기 튜브의 내측면으로부터 이격된 상태를 유지하도록, 상기 연장부로부터 상기 좌우방향으로 돌출되는 좌우방향 지지부를 더 포함하는, 터뷸레이터.
제1항에 있어서,
상기 물 유동방향과 상기 상하방향에 모두 직교하는 방향을 좌우방향이라 할 때,
상기 연장부로부터 상기 좌우방향을 따라 돌출되는 복수의 중간 날개를 더 포함하는, 터뷸레이터.
연소가스와의 열교환을 통해 물을 가열하는 열교환기의 튜브 내에 삽입되는 터뷸레이터에 있어서,
상기 튜브를 따라 상기 물이 수평하게 물 유동방향을 따라 유동하고, 상기 튜브를 가로지르도록 상기 연소가스가 상측에서 하측으로 유동한다고 가정할 때,
상기 튜브에 삽입되게 마련되되, 상기 유동방향으로 연장되는 판형의 연장부와, 상기 연장부의 하단에서 하측으로 돌출되되, 상기 물의 난류화를 유도하게 마련되는 하단 돌출부를 구비하는 몸체부를 포함하고,
상기 몸체부는, 상기 몸체부가 상기 튜브에 삽입되었을 때 상기 튜브의 내측 상단에서 하측으로 소정 거리만큼 이격되게 배치되는 가상의 수평선상에 상기 몸체부의 상단이 위치되게 마련되는, 터뷸레이터.
연소가스와의 열교환을 통해 물을 가열하는 열교환기의 튜브 내에 삽입되는 터뷸레이터에 있어서,
상기 튜브를 따라 상기 물이 수평하게 물 유동방향을 따라 유동하고, 상기 튜브를 가로지르도록 상기 연소가스가 상측에서 하측으로 유동한다고 가정할 때,
상기 튜브에 삽입되게 마련되되, 상기 물 유동방향으로 연장되는 판형의 연장부와, 상기 연장부의 하단에서 하측으로 돌출되되, 상기 물의 난류화를 유도하게 마련되는 하단 돌출부를 구비하는 몸체부;
상기 몸체부를 상기 튜브 내에서 지지하기 위해 상기 연장부에서 상측과 하측으로 각각 연장되는 상측 지지부분과 하측 지지부분을 포함하는 높이방향 지지부; 및
상기 물의 유동이 방해받지 않도록 개방되고, 상기 물 유동방향에서의 상류 및 하류측 경계는 상기 상측 지지부분들의 내측단의 경계와 일치하는 부분을 가지고, 하측 경계는 상기 연장부의 상단의 경계와 일치하는 부분을 가지는 직사각형 형태의 유동공간을 포함하는, 터뷸레이터.
연소가스와의 열교환을 통해 물을 가열하는 열교환기로서,
상기 물이 내부에서 유동하게 마련되는 튜브;
상기 튜브에 의해 관통되게 마련되는 판형의 핀; 및
상기 튜브 내에 상기 물의 난류화를 위해 삽입되는 터뷸레이터를 포함하고,
상기 튜브를 따라 상기 물이 수평하게 물 유동방향을 따라 유동하고, 상기 튜브를 가로지르도록 상기 연소가스가 상측에서 하측으로 유동한다고 가정할 때,
상기 터뷸레이터는,
상기 튜브에 삽입되게 마련되되, 상기 물 유동방향으로 연장되는 직사각형의 연장부와, 상기 물의 난류화를 유도하기 위해 상기 연장부의 하단에서 하측으로 돌출되는 하단 돌출부를 구비하는 몸체부; 및
상기 연장부를 상기 튜브 내에서 지지하기 위해 상기 연장부에서 상측과 하측으로 각각 연장되는 상측 지지부분과 하측 지지부분을 포함하되, 수평방향으로 서로 이격되게 배치되는 2개의 높이방향 지지부들을 포함하고,
상기 터뷸레이터는, 상기 높이방향 지지부들 중 어느 하나의 상측 지지부분과 다른 하나의 상측 지지부분 사이에서 직사각형으로 정의되는 영역으로 상기 몸체부의 상단으로부터 돌출되는 부분이 없게 마련되는, 물 가열기용 열교환기.
제13항에 있어서,
상기 물 유동방향과 상하방향에 모두 직교하는 방향을 좌우방향이라 할 때,
상기 하단 돌출부는, 상기 물 유동방향을 따라가면서 하측을 향하다가 상측을 향함으로써, 상기 연장부의 하단으로부터 ‘V’자 형으로 돌출되는 경계를 가지고, 상기 좌우방향을 따라 돌출되는 하단 날개를 포함하고,
상기 하단 날개가 상기 연장부로부터 좌측 또는 우측으로 돌출된 폭은, 상기 연장부로부터 상기 좌측 또는 우측을 따라 상기 튜브의 내측면에 이르는 거리의 절반보다 큰, 물 가열기용 열교환기.
제13항에 있어서,
상기 물 유동방향과 상하방향에 모두 직교하는 방향을 좌우방향이라 할 때,
상기 튜브의 내측면을 상기 물 유동방향에 직교하는 평면으로 자른 단면의 프로파일이 상기 좌우방향을 기준으로 가지는 폭보다, 상기 프로파일이 상기 상하방향을 기준으로 가지는 높이가 더 큰, 물 가열기용 열교환기.
제15항에 있어서,
상기 튜브의 내측면의 프로파일이 상기 좌우방향을 기준으로 가지는 폭을 상기 상하방향을 기준으로 가지는 높이로 나눈 값을 상기 튜브의 종단비라고 할 때,
상기 튜브의 종단비는, 0.15 이상 0.3 이하인, 물 가열기용 열교환기.