WO2017171276A1 - 관체형 열교환기 - Google Patents

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WO2017171276A1
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tube
guide piece
turbulator
tubular heat
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박준규
이수현
안성준
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주식회사 경동나비엔
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    • F28D2021/0035—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for domestic or space heating, e.g. heating radiators

Definitions

  • the present invention relates to a tubular heat exchanger, and more particularly, to a tubular heat exchanger capable of improving heat exchange efficiency and preventing deformation and breakage even in a high water pressure environment.
  • the heating device is provided with a heat exchanger in which heat exchange is performed between the combustion gas and the heat medium due to the combustion of the fuel to perform heating using the heated heat medium or supply hot water.
  • the tubular heat exchanger of the heat exchanger includes a plurality of tubes through which the combustion gas generated by combustion of the burner flows, and heat exchange is performed between the combustion gas and the heat medium by flowing a heat medium to the outside of the tube.
  • FIGS. 1 and 2 show a heat exchanger disclosed in EP 2508834
  • FIGS. 3 and 4 show a heat exchanger disclosed in EP EP 2437022.
  • the outer jacket has a conical shape in a downward direction based on the upper cover 10, and the combustion chamber 4, the upper plate 2, and the upper plate are disposed inside the outer jacket. It consists of a plurality of associations at the bottom, and a lower plate 3 below it. Three types of diaphragms 5, 6, and 7 are provided between the upper plate 2 and the lower plate 3, and the upper diaphragm 5 has a conical shape (angle 90 ° ⁇ ⁇ 180 °). Has an opening.
  • the middle diaphragm 6 is a plate which is smaller or similar to the diameter of the outer cylinder, and the lower diaphragm 7 has a diameter similar to that of the outer cylinder and has a structure having an opening in the center.
  • the diaphragm is added with regular distribution holes, which are arranged in a single circle or a number of concentric circles.
  • the combustion gas generated through the combustion of the burner fastened to the upper cover 10 is primarily heat exchanged in the combustion chamber 4, and the sensible and latent heat of the combustion gas is transferred to the fluid inside the heat exchanger through a plurality of associations.
  • the fluid inside the heat exchanger flows through the fluid inlet 11 and flows out of the diameter of the intermediate diaphragm 6 through the central opening of the lower diaphragm 7 and into the central opening of the upper diaphragm 5. It is discharged to the outlet 12.
  • the structure is similar to that shown in FIGS. 1 and 2, but the upper plate 2 and the lower plate 3 have a conical shape.
  • the flat type and the emboss is applied to the conventional heat exchanger shown in the case, can be applied to low-pressure boiler, it is related to the high pressure of the environment, such as water heaters and commercial products, large capacity boilers There is a disadvantage that can not be applied because of the high possibility of deformation and breakage. In order to solve this problem, it is necessary to increase the thickness of the applied material, which greatly increases the material cost.
  • the method of increasing the amount of embossing in the latent heat part is impossible to produce more than a certain amount due to the shape and size of the embossing, and even if applied, the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost increases.
  • the inner diaphragm there are disadvantages in that the number of parts is increased due to the different types of shapes due to the conical outer cylinder.
  • the upper diaphragm has a conical shape, which increases machining costs and makes the heat exchanger assembly process difficult. There is this.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a tubular heat exchanger that can improve heat exchange efficiency and prevent deformation and breakage even in a high water pressure environment.
  • Tubular heat exchanger 100 of the present invention for realizing the object as described above, the outer jacket 110 through which the heat medium is introduced and discharged; A combustion chamber 120 coupled to the inner side of the outer jacket 110 so that a heat medium flow path is formed between the outer jacket 110 and burning of a burner; A plurality of tubes 140 having a flat shape to allow the combustion gas generated in the combustion chamber 120 to flow along the inside and to exchange heat with the heat medium; And a turbulator 150 coupled to the inner side of the tube 140 to induce the generation of turbulence in the flow of the combustion gas.
  • the plurality of tubes 140 may be installed in a vertical direction so that the combustion gas generated in the combustion chamber 120 flows downward, and may be radially spaced apart from the circumferential direction.
  • a plurality of tubes 140 may be additionally disposed at the central portion between the plurality of radially disposed tubes 140.
  • Inside the outer jacket 110 may be provided with a multi-stage diaphragm (160, 170, 180) for guiding the flow of the heat medium so that the flow direction of the heat medium is alternately switched inward and outward in the radial direction spaced up and down.
  • a multi-stage diaphragm 160, 170, 180
  • the plurality of tubes 140 may be inserted into and supported by the multi-stage diaphragms 160, 170, and 180.
  • the multi-layered diaphragm 160, 170, 180 may be formed of a plate-shaped upper diaphragm 160, an intermediate diaphragm 170, and a lower diaphragm 180, wherein the upper diaphragm 160 and the lower diaphragm 180 have a heat medium at the center thereof.
  • An opening is formed for the flow of the edge portion, the edge portion is provided to contact the inner surface of the outer jacket 110, the middle diaphragm 170 is formed in the shape of the center blockage, the edge portion of the outer jacket 110 It may be provided to be spaced apart from the inner surface of the heating medium therebetween.
  • the lower end of the combustion chamber 120 is coupled to the upper tube sheet 130 is inserted into the upper end of the plurality of tubes 140, the lower end of the plurality of tubes 140 is inserted into the lower end of the outer jacket 110.
  • the lower tubesheet 190 may be combined.
  • the turbulator 150 divides the inner space of the tube 140 to both sides, and has a flat portion 151 disposed in the longitudinal direction of the tube 140 and a longitudinal direction on both sides of the flat portion 151.
  • a plurality of first guide piece 152 and the second guide piece 153 is formed to be spaced apart along the alternately protruding obliquely protruding.
  • the turbulator 150 includes an upper turbulator 150a provided on the inflow side of the combustion gas and a lower turbulator 150b provided on the discharge side of the combustion gas.
  • a plurality of first guide pieces 152 and second guides formed on the upper turbulator 150a are spaced apart from each other by the plurality of first guide pieces 152 and the second guide pieces 153 which are spaced apart vertically.
  • Piece 153 may be arranged at a more dense interval than the space (L1) spaced up and down.
  • the first guide piece 152 is disposed to be inclined to one side on one side of the flat portion 151
  • the second guide piece 153 is disposed to be inclined to the other side on the other side of the flat portion 151
  • the heat medium flowing into the first guide piece 152 and the second guide piece 153 is respectively provided with a second guide piece 153 and a first guide piece disposed adjacent to opposite sides of the planar portion 151. 152 may be sequentially taken over and configured to alternately flow in both spaces of the planar portion 151.
  • the heat medium inlet end of the first guide piece 152 is connected to one end of the flat part 151 by a first connecting piece 152a, and at one end and the first connection piece 152a of the flat part 151 and A first communication port 152b is provided between the first guide piece 152 in fluid communication with both spaces of the flat portion 151, and the heat medium inlet end of the second guide piece 153 is provided with a second connection piece ( 153a is connected to the other end of the plane portion 151 and at the same time both sides of the plane portion 151 between the other end of the plane portion 151 and the second connecting piece 153a and the second guide piece 153
  • the second communication port 153b in fluid communication may be provided.
  • the first guide piece 152 and the second guide piece 153 are partially cut in the planar portion 151 and are bent to both sides of the planar portion 151, respectively, and the first guide piece 152 Through the cut-out portion of the second guide piece 153 may be configured to be in fluid communication to the space on both sides of the flat portion 151.
  • the turbulator 150 includes an upper turbulator 150a provided on the inflow side of the combustion gas and a lower turbulator 150b provided on the discharge side of the combustion gas, and the lower turbulator 150b
  • the flow path area between the inner surface of the tube 140 may be smaller than the flow path area between the upper turbulator 150a and the inner surface of the tube 140.
  • the lower turbulator 150b may have a larger area occupied inside the tube 140 than the upper turbulator 150a.
  • a plurality of protrusions 141 may be formed on an inner side surface of the tube 140 positioned at the discharge side of the combustion gas.
  • Inside the tube 140 may be further provided with a support 142 for supporting the hydraulic pressure.
  • the support portion 142 may be configured as a support that is fixed at both ends on the inner surface of the tube 140.
  • the support part 142 may be configured as an embossed protrusion protruding toward the inner side of the tube 140 on both sides of the tube 140.
  • the outer jacket 110 may be configured in a cylindrical shape.
  • tubular heat exchanger by providing a turbulator and a support inside the tube, it is possible to improve heat exchange efficiency and to prevent deformation and breakage of the tube even in a high water pressure environment. Applicable to combustion equipment of
  • the area of the combustion gas flow path between the turbulator and the tube provided in the latent heat exchanger is smaller than the area of the combustion gas flow path between the turbulator and the tube provided in the sensible heat exchanger. It is possible to improve heat exchange efficiency by reducing the flow resistance of the gas and increasing the latent heat recovery efficiency in the latent heat exchanger.
  • the structure of the heat exchanger can be simplified, the welded part between parts can be reduced, and the tube can be formed in a flat shape to realize a miniaturized high efficiency heat exchanger.
  • the flow path of the heat medium is lengthened, thereby improving heat exchange efficiency and increasing the flow rate of the heat medium, thereby increasing the local flow rate. It is possible to prevent the occurrence of boiling noise and deterioration of thermal efficiency caused by phosphorus overheating and the solidification and deposition of foreign matter contained in the heat medium.
  • FIG. 1 is a cross-sectional perspective view showing an embodiment of a conventional tubular heat exchanger
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG.
  • FIG. 3 is a sectional perspective view showing another embodiment of a conventional tubular heat exchanger
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of FIG.
  • FIG. 5 is an external perspective view of a tubular heat exchanger according to the present invention.
  • FIGS. 6 and 7 are an exploded perspective view of a tubular heat exchanger according to the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view of FIG. 5;
  • FIG. 9 is a sectional perspective view taken along the line A-A of FIG. 8;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 8,
  • FIG. 11 is a perspective view showing (a) the front view and (b) the flow of combustion gas of the turbulator;
  • 13 is a cross-sectional view showing various embodiments of the support structure of the tube.
  • combustion chamber 121 combustion chamber body
  • protrusion 142 support
  • turbulator 150a upper turbulator
  • first guide piece 152a first connecting piece
  • Second Connection 153b Second Communication Port
  • middle diaphragm 171,172 tube insertion opening
  • opening 190 lower tube sheet
  • the tubular heat exchanger 100 so that the flow path of the heat medium is formed between the outer jacket 110, the outer jacket 110, the heat medium is introduced and discharged.
  • the combustion chamber 120 the combustion of the burner is burned, a plurality of the flat shape of the combustion gas generated in the combustion chamber 120 flows along the inside to exchange heat with the heat medium
  • It is configured to include a tube 140, and a turbulator 150 coupled to the inside of the tube 140 to induce the generation of turbulence in the flow of the combustion gas.
  • an upper tube sheet 130 into which upper ends of the plurality of tubes 140 are inserted is coupled to a lower end of the combustion chamber 120, and a flow direction of the heat medium is radially inner and outer surfaces of the tubes 140.
  • Multi-stage diaphragms 160, 170, and 180 for guiding the flow of the heating medium to be alternately shifted outward are spaced up and down, and a lower tube into which the lower ends of the plurality of tubes 140 are inserted at the lower end of the outer jacket 110.
  • the sheet 190 is joined.
  • the plurality of tubes 140 are installed in the vertical direction so that the combustion gas generated in the combustion chamber 120 flows downward, spaced in the circumferential direction and disposed radially, and the plurality of tubes 140 disposed radially.
  • a plurality of tubes 140 may be additionally disposed in the central portion between the plurality of tubes.
  • the outer jacket 110 is formed in a cylindrical shape of the top and bottom open, the lower one side is connected to the heat medium inlet 111, the upper one side is connected to the heat medium outlet 112. As the outer jacket 110 is configured in a cylindrical shape, the pressure resistance performance may be increased.
  • the combustion chamber 120 is composed of a cylindrical combustion chamber body 121 of which upper and lower openings are opened, and a flange portion 122 formed at an upper end of the combustion chamber body 121 and seated on an upper end of the outer jacket 110. .
  • the combustion chamber body 121 is disposed to be spaced inward from the inner surface of the outer jacket 110, a space (S4) of the blister structure in which the heat medium flows between the combustion chamber body 121 and the outer jacket 110 is provided. .
  • the upper tube sheet 130 seals a lower portion of the combustion chamber 120, and a plurality of tube insertion holes 131 and 132 are inserted into and coupled to the upper end of the tube 140.
  • the multi-stage diaphragms 160, 170, and 180 are spaced up and down on the outer surface of the tube 140, thereby switching the heat medium flow path and supporting the tube 140.
  • the multi-stage diaphragms 160, 170, and 180 may include a plate-shaped upper diaphragm 160, an intermediate diaphragm 170, and a lower diaphragm 180.
  • the upper diaphragm 160 has a tube insertion hole 161 formed in a radial direction, a tube 140 penetrates through the center portion of the upper diaphragm 160, and an opening 162 for flowing the heat medium is formed, and the upper diaphragm ( The edge portion of the 160 is provided to contact the inner surface of the outer jacket 110.
  • a plurality of tube insertion holes 171 and 172 are formed in the middle diaphragm 170, and an area in which the tube insertion holes 171 and 172 are not formed is formed in a clogged shape, and an edge portion of the middle diaphragm 170 has the outer jacket ( A flow passage of the heat medium is provided in the space G between the inner surface of the 110.
  • the lower diaphragm 180 has the same structure as the upper diaphragm 160, and the tube insertion hole 181 is formed radially, and the tube 140 penetrates through the central portion of the lower diaphragm 180 and the flow of the heat medium.
  • An opening 182 is formed, and an edge portion of the lower diaphragm 180 is provided to contact an inner surface of the outer jacket 110.
  • the lower tube sheet 190 seals a lower portion of the outer jacket 110 and has a plurality of tube insertion holes 191 and 192 into which the lower end of the tube 140 is inserted.
  • the tubular heat exchanger 100 of the present invention includes a sensible heat exchanger 100a in which heat is exchanged between the sensible heat generated in the combustion chamber 120 and the heat medium, and the sensible heat exchanger 100a.
  • the latent heat exchange part 100b which heat-exchanges between the latent heat of the combustion gas which passed through the heat exchanger, and a heat medium is comprised integrally.
  • the combustion gas generated in the combustion chamber 120 flows downward along the inner space of the tube 140.
  • the heat medium flowing into the first space S1 inside the outer jacket 110 through the heat medium inlet 111 passes through the plurality of tubes 140, and then the lower diaphragm. It passes through the opening 182 formed in 180 and flows to the center portion of the second space S2 provided above.
  • the heat medium flowing outwardly from the second space S2 flows through the space G spaced between the middle diaphragm 170 and the outer jacket 110 and flows into the third space S3 provided above. .
  • the heat medium flowing inwardly in the third space S3 passes through the opening 162 formed in the center of the upper diaphragm 160 to form the fourth space S4 provided between the combustion chamber body 121 and the outer jacket 110. After passing through the heat medium is discharged through the outlet 112.
  • the flow path of the heat medium becomes longer, thereby improving heat exchange efficiency, and increasing the flow rate of the heat medium, thereby causing boiling due to local overheating which may be caused during stagnation of the heat medium. The phenomenon can be prevented.
  • the turbulator 150 divides the inner space of the tube 140 to both sides and has a flat portion 151 disposed in the longitudinal direction of the tube 140 and a longitudinal direction on both sides of the flat portion 151.
  • the first guide piece 152 and the second guide piece 153 which are spaced apart and alternately protrude inclined, may be configured.
  • the first guide piece 152 is disposed to be inclined to one side on one side of the flat portion 151
  • the second guide piece 153 is disposed to be inclined to the other side on the other side of the flat portion 151. Accordingly, the heat medium flowing into the first guide piece 152 and the second guide piece 153 is respectively disposed in the second guide piece 153 and the first guide adjacent to the opposite side surface of the planar portion 151.
  • the pieces 152 are sequentially taken over and alternately flow in both spaces of the planar portion 151.
  • the heat medium inlet end of the first guide piece 152 is connected to one end of the flat part 151 by a first connecting piece 152a, and at one end and the first connection piece 152a of the flat part 151 and A first communication port 152b is provided between the first guide piece 152 in fluid communication with both spaces of the flat portion 151.
  • the heat medium inlet end of the second guide piece 153 is connected to the other end of the flat part 151 by a second connection piece 153a, and the other end and the second connection piece 153a of the flat part 151 and A second communication port 153b is provided between the second guide piece 153 in fluid communication with both spaces of the flat portion 151.
  • the first guide piece 152 and the second guide piece 153 have a portion of the flat portion 151 cut and bent to both sides of the flat portion 151, respectively, and the flat portion 151 is cut out.
  • the portion may be configured to be in fluid communication with both sides of the planar portion 151 through the portion.
  • the flat part 151 may be formed by welding parts 154 and 155 protruding from both sides to abut on the inner surface of the tube 140 to be welded between the welded parts 154 and 155 and the inner surface of the tube 140. have. Therefore, the area and the location of the welded portion between the turbulator 150 and the tube 140 can be reduced.
  • a configuration of the turbulator 150 as shown by the arrow in Fig. 11 (b) is the combustion gas of the tube 110 by the first guide piece 152 and the second guide piece 153. Since the flow direction is continuously changed to one side and the other side in the inner space to promote turbulent flow, it is possible to improve the heat exchange efficiency between the combustion gas and the heat medium.
  • the temperature of the combustion gas gradually decreases due to heat exchange with the heat medium. Therefore, in the sensible heat exchanger 100a in which the combustion gas is introduced, the volume of the combustion gas is increased due to the high temperature of the combustion gas, and in the latent heat exchanger 100b in which the combustion gas is discharged, the volume of the combustion gas is lowered and the volume is reduced.
  • the flow resistance of the combustion gas is reduced by making the flow path area of the combustion gas which passes through the sensible heat exchange part 100a large, and the flow path area of the combustion gas is relative to the latent heat exchange part 100b. It is preferable to configure small.
  • the turbulator 150, the upper turbulator (150a) provided on the inlet side of the combustion gas, and the lower turbulator (150b) provided on the discharge side of the combustion gas is made of an integrated structure
  • the lower turbulator 150b has an upper portion such that the flow path area between the lower turbulator 150b and the inner surface of the tube 140 is smaller than the flow channel area between the upper turbulator 150a and the inner surface of the tube 140.
  • the area occupied inside the tube 140 may be larger than that of the turbulator 150a.
  • an interval L2 in which the plurality of first guide pieces 152 and the second guide pieces 153 are vertically spaced apart from each other is formed in the lower turbulator 150b.
  • the plurality of first guide pieces 152 and the second guide pieces 153 formed on the radar 150a may be configured to be arranged at a more dense interval than the space L1 spaced up and down.
  • intervals spaced vertically apart from the plurality of first guide pieces 152 and the second guide pieces 153 formed on the turbulator 150 are spaced apart from the inflow side of the combustion gas toward the discharge side of the combustion gas. This can be formed to narrow gradually.
  • a plurality of protrusions 141 may be formed on an inner surface of the tube 140 positioned on the discharge side of the combustion gas to reduce a flow path area of the discharge side of the combustion gas. Can be.
  • support parts 142; 142a, 142b, and 142c may be further provided inside the tube 140 to support hydraulic pressure of the heat medium.
  • the support 142 is a straight support 142a, both ends of which are fixed to the inner surface of the tube 140, as shown in (a) of FIG. 13, as shown in (b) and (c) of FIG. Both ends may be configured to support (142b) is fixed to the inner surface of the tube 140.
  • the supporter 142b and the turbulator 150 are first coupled during the fabrication of the tube 140, and the combination of the supporter 142b and the turbulator 150 is connected to the tube ( 140 may be pressed into the inside to be coupled.
  • the support part 142 may be configured as an emboss 142c protruding toward the inside of the tube 140 at both sides of the tube 140, as shown in (d) of FIG. have. According to such a configuration, when high water pressure acts outside the tube 140, the emboss 145 formed at the corresponding position may be brought into contact with each other to prevent deformation of the tube 140.
  • the tube 140 combined with the support 142 may be applied to a combustion device for various uses in addition to a boiler or a water heater.

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Abstract

본 발명은 열교환 효율을 향상시킴과 아울러 수압이 높은 환경에서도 변형 및 파손을 방지할 수 있는 관체형 열교환기를 제공함에 그 목적이 있다. 이를 구현하기 위한 본 발명은, 열매체가 유입 및 배출되는 외부 자켓; 상기 외부 자켓과의 사이에 열매체의 유로가 형성되도록 상기 외부 자켓의 내측에 결합되고, 버너의 연소가 이루어지는 연소실; 상기 연소실에서 발생된 연소가스가 내부를 따라 유동하며 상기 열매체와 열교환되도록 하는 납작한 형상으로 이루어진 복수의 튜브; 및 상기 튜브의 내측에 결합되어 상기 연소가스의 유동에 난류의 발생을 유도하는 터뷸레이터를 포함하여 구성된다.

Description

관체형 열교환기
본 발명은 관체형 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열교환 효율을 향상시킴과 아울러 수압이 높은 환경에서도 변형 및 파손을 방지할 수 있는 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.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열교환 효율을 향상시킴과 아울러 수압이 높은 환경에서도 변형 및 파손을 방지할 수 있는 관체형 열교환기를 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 관체형 열교환기(100)는, 열매체가 유입 및 배출되는 외부 자켓(110); 상기 외부 자켓(110)과의 사이에 열매체의 유로가 형성되도록 상기 외부 자켓(110)의 내측에 결합되고, 버너의 연소가 이루어지는 연소실(120); 상기 연소실(120)에서 발생된 연소가스가 내부를 따라 유동하며 상기 열매체와 열교환되도록 하는 납작한 형상으로 이루어진 복수의 튜브(140); 및 상기 튜브(140)의 내측에 결합되어 상기 연소가스의 유동에 난류의 발생을 유도하는 터뷸레이터(150)를 포함하여 구성된다.
상기 복수의 튜브(140)는 상기 연소실(120)에서 발생된 연소가스가 하방향으로 유동하도록 수직 방향으로 설치되되, 원주방향으로 이격되며 방사상으로 배치될 수 있다.
상기 방사상으로 배치된 복수의 튜브(140) 사이의 중앙부에는 복수의 튜브(140)가 추가로 배치될 수 있다.
상기 외부 자켓(110)의 내부에는 열매체의 유동 방향이 반경방향 내측과 외측으로 교대로 전환되도록 열매체의 유동을 안내하기 위한 다단의 격막(160,170,180)이 상하로 이격되어 구비될 수 있다.
상기 복수의 튜브(140)는 상기 다단의 격막(160,170,180)에 삽입되어 지지될 수 있다.
상기 다단의 격막(160,170,180)은, 플레이트 형상의 상부 격막(160)과 중간부 격막(170) 및 하부 격막(180)으로 이루어지되, 상기 상부 격막(160)과 하부 격막(180)은 중앙부에 열매체의 유동을 위한 개구부가 형성되고, 가장자리부는 상기 외부 자켓(110)의 내측면에 접하도록 구비되며, 상기 중간부 격막(170)은 중앙부가 막힌 형상으로 이루어지고, 가장자리부는 상기 외부 자켓(110)의 내측면과 이격되어 그 사이로 열매체가 유동하도록 구비될 수 있다.
상기 연소실(120)의 하단에는 상기 복수의 튜브(140)의 상단부가 삽입되는 상부 튜브시트(130)가 결합되고, 상기 외부 자켓(110)의 하단에는 상기 복수의 튜브(140)의 하단부가 삽입되는 하부 튜브시트(190)가 결합될 수 있다.
상기 터뷸레이터(150)는, 상기 튜브(140)의 내부공간을 양측으로 분할하며 상기 튜브(140)의 길이방향으로 배치된 평면부(151)와, 상기 평면부(151)의 양측면에 길이방향을 따라 이격되어 교대로 경사지게 돌출 형성된 복수의 제1가이드편(152)과 제2가이드편(153)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 터뷸레이터(150)는, 연소가스의 유입측에 구비되는 상부 터뷸레이터(150a)와, 연소가스의 배출측에 구비되는 하부 터뷸레이터(150b)로 이루어지되, 상기 하부 터뷸레이터(150b)에 형성된 복수의 제1가이드편(152)과 제2가이드편(153)이 상하로 이격된 간격(L2)은, 상부 터뷸레이터(150a)에 형성된 복수의 제1가이드편(152)과 제2가이드편(153)이 상하로 이격된 간격(L1)에 비해 보다 조밀한 간격으로 배치될 수 있다.
상기 제1가이드편(152)은 상기 평면부(151)의 일측면에 일측으로 경사지게 배치되고, 상기 제2가이드편(153)은 상기 평면부(151)의 타측면에 타측으로 경사지게 배치되며, 상기 제1가이드편(152)과 제2가이드편(153)으로 유입된 열매체는, 각각 상기 평면부(151)의 반대측면에 인접하게 배치된 제2가이드편(153)과 제1가이드편(152)에 순차로 인계되어 상기 평면부(151)의 양측 공간을 교대로 유동하도록 구성될 수 있다.
상기 제1가이드편(152)의 열매체 유입단은 제1연결편(152a)에 의해 상기 평면부(151)의 일측단에 연결되는 동시에 상기 평면부(151)의 일측단과 제1연결편(152a) 및 제1가이드편(152) 사이에 평면부(151)의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지는 제1소통구(152b)가 마련되고, 상기 제2가이드편(153)의 열매체 유입단은 제2연결편(153a)에 의해 상기 평면부(151)의 타측단에 연결되는 동시에 상기 평면부(151)의 타측단과 제2연결편(153a) 및 제2가이드편(153) 사이에 평면부(151)의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지는 제2소통구(153b)가 마련될 수 있다.
상기 제1가이드편(152)과 제2가이드편(153)은 상기 평면부(151)의 일부가 절개되어 각각 상기 평면부(151)의 양측으로 절곡되고, 상기 제1가이드편(152)과 제2가이드편(153)의 절개된 부분을 통해 상기 평면부(151)의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지도록 구성될 수 있다.
상기 터뷸레이터(150)는, 연소가스의 유입측에 구비되는 상부 터뷸레이터(150a)와, 연소가스의 배출측에 구비되는 하부 터뷸레이터(150b)로 이루어지되, 상기 하부 터뷸레이터(150b)와 상기 튜브(140)의 내측면 사이의 유로 면적은, 상기 상부 터뷸레이터(150a)와 상기 튜브(140)의 내측면 사이의 유로 면적보다 작게 형성될 수 있다.
상기 하부 터뷸레이터(150b)는 상기 상부 터뷸레이터(150a)에 비해 상기 튜브(140)의 내측에서 점유하는 면적이 더 크게 형성될 수 있다.
상기 연소가스의 배출측에 위치하는 튜브(140)의 내측면에는 복수의 돌출부(141)가 형성될 수 있다.
상기 튜브(140)의 내측에는 수압을 지지하기 위한 지지부(142)가 추가로 구비될 수 있다.
상기 지지부(142)는 상기 튜브(140)의 내측면에 양단이 고정되는 지지대로 구성될 수 있다.
상기 지지부(142)는 상기 튜브(140)의 대응되는 양측면에서 튜브(140)의 내측을 향하여 돌출 형성된 엠보로 구성될 수 있다.
상기 외부 자켓(110)은 원통 형상으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 관체형 열교환기에 의하면, 튜브의 내측에 터뷸레이터와 지지부를 구비함으로써 열교환 효율을 향상시킴과 아울러 수압이 높은 환경에서도 튜브의 변형 및 파손을 방지할 수 있어, 보일러나 온수기 외에도 다양한 용도의 연소기기에 적용이 가능하다.
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 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 터뷸레이터의 (a) 정면도와 (b) 연소가스의 흐름을 나타낸 사시도,
도 12는 연소가스의 배출구 측의 튜브 형상을 나타낸 단면도,
도 13은 튜브의 지지구조의 다양한 실시예들을 나타낸 단면도.
** 부호의 설명 **
100 : 열교환기 100a : 현열 열교환부
100b : 잠열 열교환부 110 : 외부 자켓
111 : 열매체 유입구 112 : 열매체 배출구
120 : 연소실 121 : 연소실 몸체
122 : 플랜지부 130 : 상부 튜브시트
131,132 : 튜브 삽입구 140 : 튜브
141 : 돌출부 142 : 지지부
150 : 터뷸레이터 150a : 상부 터뷸레이터
150b : 하부 터뷸레이터 151 : 평면부
152 : 제1가이드편 152a : 제1연결편
152b : 제1소통구 153 : 제2가이드편
153a : 제2연결편 153b : 제2소통구
154,155 : 용접부 160 : 상부 격막
161 : 튜브 삽입구 162 : 개구부
170 : 중간부 격막 171,172 : 튜브 삽입구
180 : 하부 격막 181 : 튜브 삽입구
182 : 개구부 190 : 하부 튜브시트
191,192 : 튜브 삽입구
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(100)는, 열매체가 유입 및 배출되는 외부 자켓(110), 상기 외부 자켓(110)과의 사이에 열매체의 유로가 형성되도록 상기 외부 자켓(110)의 내측에 결합되고, 버너의 연소가 이루어지는 연소실(120), 상기 연소실(120)에서 발생된 연소가스가 내부를 따라 유동하며 상기 열매체와 열교환되도록 하는 납작한 형상으로 이루어진 복수의 튜브(140), 및 상기 튜브(140)의 내측에 결합되어 상기 연소가스의 유동에 난류의 발생을 유도하는 터뷸레이터(150)를 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 연소실(120)의 하단에는 상기 복수의 튜브(140)의 상단부가 삽입되는 상부 튜브시트(130)가 결합되고, 상기 튜브(140)의 외측면에는 열매체의 유동 방향이 반경방향 내측과 외측으로 교대로 전환되도록 열매체의 유동을 안내하기 위한 다단의 격막(160,170,180)이 상하로 이격되어 구비되며, 상기 외부 자켓(110)의 하단에는 상기 복수의 튜브(140)의 하단부가 삽입되는 하부 튜브시트(190)가 결합된다.
상기 복수의 튜브(140)는 상기 연소실(120)에서 발생된 연소가스가 하방향으로 유동하도록 수직 방향으로 설치되되, 원주방향으로 이격되며 방사상으로 배치되고, 상기 방사상으로 배치된 복수의 튜브(140) 사이의 중앙부에는 복수의 튜브(140)가 추가로 배치될 수 있다.
상기 외부 자켓(110)은 상부와 하부가 개방된 원통형으로 이루어지고, 하부 일측에는 열매체 유입구(111)가 연결되고, 상부 일측에는 열매체 배출구(112)가 연결된다. 외부 자켓(110)이 원통형으로 구성됨에 따라 내압 성능을 높일 수 있다.
상기 연소실(120)은 상부와 하부가 개방된 원통형의 연소실 몸체(121)와, 상기 연소실 몸체(121)의 상단에 형성되어 외부 자켓(110)의 상단에 안착되는 플랜지부(122)로 구성된다. 상기 연소실 몸체(121)는 외부 자켓(110)의 내측면에서 내측으로 이격되도록 배치되어, 연소실 몸체(121)와 외부 자켓(110) 사이에는 열매체가 유동하는 물집 구조의 공간(S4)이 마련된다.
도 7을 참조하면, 상기 상부 튜브시트(130)는 연소실(120)의 하부를 밀폐하고, 튜브(140)의 상단부가 삽입되어 결합되는 복수의 튜브 삽입구(131,132)가 형성되어 있다.
상기 다단의 격막(160,170,180)은, 튜브(140)의 외측면에 상하로 이격되어 결합됨으로써, 열매체의 유로를 전환시킴과 아울러 튜브(140)를 지지하게 된다.
상기 다단의 격막(160,170,180)은, 플레이트 형상의 상부 격막(160)과 중간부 격막(170) 및 하부 격막(180)으로 구성될 수 있다.
상기 상부 격막(160)에는 튜브 삽입구(161)가 방사상으로 형성되고, 상부 격막(160)의 중앙부에는 튜브(140)가 관통됨과 아울러 열매체의 유동을 위한 개구부(162)가 형성되며, 상부 격막(160)의 가장자리부는 상기 외부 자켓(110)의 내측면에 접하도록 구비된다.
상기 중간부 격막(170)에는 복수의 튜브 삽입구(171,172)가 형성되고, 상기 튜브 삽입구(171,172)가 형성되지 않은 영역은 막힌 형상으로 이루어지며, 중간부 격막(170)의 가장자리부는 상기 외부 자켓(110)의 내측면과 이격되어 그 사이 공간(G)에 열매체의 유동 통로가 마련된다.
상기 하부 격막(180)은 상기 상부 격막(160)과 동일한 구조로 이루어져, 튜브 삽입구(181)가 방사상으로 형성되고, 하부 격막(180)의 중앙부에는 튜브(140)가 관통됨과 아울러 열매체의 유동을 위한 개구부(182)가 형성되며, 하부 격막(180)의 가장자리부는 상기 외부 자켓(110)의 내측면에 접하도록 구비된다.
상기 하부 튜브시트(190)는 외부 자켓(110)의 하부를 밀폐하며, 튜브(140)의 하단부가 삽입되는 복수의 튜브 삽입구(191,192)가 형성되어 있다.
도 9와 도 10을 참조하면, 본 발명의 관체형 열교환기(100)는, 연소실(120)에서 발생하는 연소 현열과 열매체 간에 열교환이 이루어지는 현열 열교환부(100a)와, 상기 현열 열교환부(100a)를 통과한 연소가스의 잠열과 열매체 간에 열교환이 이루어지는 잠열 열교환부(100b)가 일체형으로 구성되어 있다.
상기 연소실(120)에서 발생된 연소가스는 튜브(140)의 내부 공간을 따라 하방향으로 유동하게 되다.
도 10에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 열매체 유입구(111)를 통해 외부 자켓(110)의 내부의 제1공간(S1)으로 유입된 열매체는, 복수의 튜브(140) 사이를 경유하한 후, 하부 격막(180)에 형성된 개구부(182)를 통과하여 그 상측에 마련된 제2공간(S2)의 중앙부로 유동한다. 제2공간(S2)에서 외측방향으로 유동한 열매체는 중간부 격막(170)과 외부 자켓(110) 사이의 이격된 공간(G)을 통과하여 그 상측에 마련된 제3공간(S3)으로 유동한다. 제3공간(S3)에서 내측방향으로 유동한 열매체는 상부 격막(160)의 중앙에 형성된 개구부(162)를 통과하여 연소실 몸체(121)와 외부 자켓(110) 사이에 마련된 제4공간(S4)을 경유한 후에 열매체 배출구(112)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, 도 11을 참조하여, 상기 터뷸레이터(150)의 구성 및 작용을 설명한다.
상기 터뷸레이터(150)는, 튜브(140)의 내부공간을 양측으로 분할하며 상기 튜브(140)의 길이방향으로 배치된 평면부(151)와, 상기 평면부(151)의 양측면에 길이방향을 따라 이격되어 교대로 경사지게 돌출 형성된 제1가이드편(152)과 제2가이드편(153)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1가이드편(152)은 상기 평면부(151)의 일측면에 일측으로 경사지게 배치되고, 상기 제2가이드편(153)은 상기 평면부(151)의 타측면에 타측으로 경사지게 배치된다. 따라서, 상기 제1가이드편(152)과 제2가이드편(153)으로 유입된 열매체는, 각각 상기 평면부(151)의 반대측면에 인접하게 배치된 제2가이드편(153)과 제1가이드편(152)에 순차로 인계되어 상기 평면부(151)의 양측 공간을 교대로 유동하게 된다.
상기 제1가이드편(152)의 열매체 유입단은 제1연결편(152a)에 의해 상기 평면부(151)의 일측단에 연결되는 동시에 상기 평면부(151)의 일측단과 제1연결편(152a) 및 제1가이드편(152) 사이에 평면부(151)의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지는 제1소통구(152b)가 마련된다.
상기 제2가이드편(153)의 열매체 유입단은 제2연결편(153a)에 의해 상기 평면부(151)의 타측단에 연결되는 동시에 상기 평면부(151)의 타측단과 제2연결편(153a) 및 제2가이드편(153) 사이에 평면부(151)의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지는 제2소통구(153b)가 마련된다.
상기 제1가이드편(152)과 제2가이드편(153)은 상기 평면부(151)의 일부가 절개되어 각각 상기 평면부(151)의 양측으로 절곡되고, 상기 평면부(151)의 절개된 부분을 통해 상기 평면부(151)의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지도록 구성될 수 있다.
또한 상기 평면부(151)에는 튜브(140)의 내측면에 맞닿도록 용접부(154,155)가 양측으로 돌출 형성되어, 상기 용접부(154,155)와 튜브(140)의 내측면 간에 용접 결합되는 것으로 구성될 수 있다. 따라서, 터뷸레이터(150)와 튜브(140) 간의 용접부위의 면적과 개소를 줄일 수 있다.
이와 같은 터뷸레이터(150)의 구성에 의하면, 도 11의 (b)에 화살표로 도시된 바와 같이 연소가스는 제1가이드편(152)과 제2가이드편(153)에 의해 튜브(110)의 내부 공간에서 일측과 타측으로 유동 방향이 계속 변화되어 난류 흐름이 촉진되므로 연소가스와 열매체 간의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 연소가스가 현열 열교환부(100a)와 잠열 열교환부(100b)를 순차로 통과하는 과정에서 연소가스는 열매체와의 열교환에 의해 온도가 점차 낮아지게 된다. 따라서, 연소가스가 유입되는 현열 열교환부(100a)에서는 연소가스의 온도가 높아 부피가 팽창하고, 연소가스가 배출되는 잠열 열교환부(100b)에서는 연소가스의 온도가 낮아져 부피가 줄어들게 된다.
따라서, 열교환 효율을 향상시키기 위해서는, 상기 현열 열교환부(100a)를 통과하는 연소가스의 유로 면적을 크게 구성하여 연소가스의 유동저항을 줄이고, 잠열 열교환부(100b)에서는 연소가스의 유로 면적을 상대적으로 작게 구성함이 바람직하다.
이를 위한 구성으로, 상기 터뷸레이터(150)는, 연소가스의 유입측에 구비되는 상부 터뷸레이터(150a)와, 연소가스의 배출측에 구비되는 하부 터뷸레이터(150b)가 일체형 구조로 이루어지되, 하부 터뷸레이터(150b)와 튜브(140)의 내측면 사이의 유로 면적은, 상부 터뷸레이터(150a)와 튜브(140)의 내측면 사이의 유로 면적보다 작게 형성되도록 하부 터뷸레이터(150b)는 상부 터뷸레이터(150a)에 비해 상기 튜브(140)의 내측에서 점유하는 면적이 더 크게 형성될 수 있다.
일실시예로, 도 11에 도시된 바와 같이 하부 터뷸레이터(150b)에 형성된 복수의 제1가이드편(152)과 제2가이드편(153)이 상하로 이격된 간격(L2)은, 상부 터뷸레이터(150a)에 형성된 복수의 제1가이드편(152)과 제2가이드편(153)이 상하로 이격된 간격(L1)에 비해 보다 조밀한 간격으로 배치되도록 구성할 수 있다.
이 경우, 상기 터뷸레이터(150)에 형성된 복수의 제1가이드편(152)과 제2가이드편(153)의 상하로 이격된 간격은 연소가스의 유입측에서 연소가스의 배출측으로 갈수록 이격되는 간격이 점차 좁아지도록 형성될 수 있다.
다른 실시예로, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 연소가스의 배출측에 위치하는 튜브(140)의 내측면에는 복수의 돌출부(141)가 형성되도록 구성하여 연소가스의 배출측의 유로 면적을 줄일 수 있다.
도 13을 참조하면, 튜브(140)의 내측에는 열매체의 수압을 지지하기 위한 지지부(142;142a,142b,142c)가 추가로 구비될 수 있다.
상기 지지부(142)는 도 13의 (a)에 도시된 바와 같이 양단이 튜브(140)의 내측면에 고정되는 일자형 지지대(142a), 도 13의 (b)와 (c)에 도시된 바와 같이 양단이 절곡되어 튜브(140)의 내측면에 고정되는 지지대(142b)로 구성할 수 있다.
도 13의 (a)와 (b)에 도시된 구조의 경우, 튜브(140)의 제작시 지지대(142a,142b)의 일측단은 튜브(140)가 형성될 모재에 용접하고, 모재를 튜브(140)의 형상으로 말아 가공한 후에 모재의 양측 끝단부와 지지대(142a,142b)의 타측단을 각각 용접하고, 지지대(142a,142b)의 양측으로 터뷸레이터(150)를 각각 삽입하여 결합하게 된다.
도 13의 (c)에 도시된 구조의 경우, 튜브(140)의 제작시 지지대(142b)와 터뷸레이터(150)를 먼저 결합하고, 지지대(142b)와 터뷸레이터(150)의 결합체를 튜브(140)의 내측에 압입하여 결합할 수 있다.
다른 실시예로, 상기 지지부(142)는 도 13의 (d)에 도시된 바와 같이, 튜브(140)의 대응되는 양측면에서 튜브(140)의 내측을 향하여 돌출 형성된 엠보(142c)로 구성할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 튜브(140)의 외부에서 높은 수압이 작용하는 경우 상기 대응되는 위치에 형성된 엠보(145)가 맞닿게 되어 튜브(140)의 변형을 방지할 수 있다.
이와 같이 튜브(140)의 내측에 지지부(142)가 결합됨에 따라 튜브(140)의 외측면에 열매체의 수압이 크게 작용하는 경우에도 튜브(140)의 변형을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 지지부(142)와 결합된 튜브(140)는 보일러나 온수기 외에도 다양한 용도의 연소기기에 적용이 가능하다.
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.

Claims (19)

  1. 열매체가 유입 및 배출되는 외부 자켓(110);
    상기 외부 자켓(110)과의 사이에 열매체의 유로가 형성되도록 상기 외부 자켓(110)의 내측에 결합되고, 버너의 연소가 이루어지는 연소실(120);
    상기 연소실(120)에서 발생된 연소가스가 내부를 따라 유동하며 상기 열매체와 열교환되도록 하는 납작한 형상으로 이루어진 복수의 튜브(140); 및
    상기 튜브(140)의 내측에 결합되어 상기 연소가스의 유동에 난류의 발생을 유도하는 터뷸레이터(150);를 포함하는 관체형 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 튜브(140)는 상기 연소실(120)에서 발생된 연소가스가 하방향으로 유동하도록 수직 방향으로 설치되되, 원주방향으로 이격되며 방사상으로 배치된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방사상으로 배치된 복수의 튜브(140) 사이의 중앙부에는 복수의 튜브(140)가 추가로 배치된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 외부 자켓(110)의 내부에는 열매체의 유동 방향이 반경방향 내측과 외측으로 교대로 전환되도록 열매체의 유동을 안내하기 위한 다단의 격막(160,170,180)이 상하로 이격되어 구비된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 튜브(140)는 상기 다단의 격막(160,170,180)에 삽입되어 지지되는 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 다단의 격막(160,170,180)은, 플레이트 형상의 상부 격막(160)과 중간부 격막(170) 및 하부 격막(180)으로 이루어지되,
    상기 상부 격막(160)과 하부 격막(180)은 중앙부에 열매체의 유동을 위한 개구부가 형성되고, 가장자리부는 상기 외부 자켓(110)의 내측면에 접하도록 구비되며,
    상기 중간부 격막(170)은 중앙부가 막힌 형상으로 이루어지고, 가장자리부는 상기 외부 자켓(110)의 내측면과 이격되어 그 사이로 열매체가 유동하도록 구비된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 연소실(120)의 하단에는 상기 복수의 튜브(140)의 상단부가 삽입되는 상부 튜브시트(130)가 결합되고,
    상기 외부 자켓(110)의 하단에는 상기 복수의 튜브(140)의 하단부가 삽입되는 하부 튜브시트(190)가 결합된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 터뷸레이터(150)는, 상기 튜브(140)의 내부공간을 양측으로 분할하며 상기 튜브(140)의 길이방향으로 배치된 평면부(151)와, 상기 평면부(151)의 양측면에 길이방향을 따라 이격되어 교대로 경사지게 돌출 형성된 복수의 제1가이드편(152)과 제2가이드편(153)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 터뷸레이터(150)는, 연소가스의 유입측에 구비되는 상부 터뷸레이터(150a)와, 연소가스의 배출측에 구비되는 하부 터뷸레이터(150b)로 이루어지되,
    상기 하부 터뷸레이터(150b)에 형성된 복수의 제1가이드편(152)과 제2가이드편(153)이 상하로 이격된 간격(L2)은, 상부 터뷸레이터(150a)에 형성된 복수의 제1가이드편(152)과 제2가이드편(153)이 상하로 이격된 간격(L1)에 비해 보다 조밀한 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1가이드편(152)은 상기 평면부(151)의 일측면에 일측으로 경사지게 배치되고,
    상기 제2가이드편(153)은 상기 평면부(151)의 타측면에 타측으로 경사지게 배치되며,
    상기 제1가이드편(152)과 제2가이드편(153)으로 유입된 열매체는, 각각 상기 평면부(151)의 반대측면에 인접하게 배치된 제2가이드편(153)과 제1가이드편(152)에 순차로 인계되어 상기 평면부(151)의 양측 공간을 교대로 유동하는 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1가이드편(152)의 열매체 유입단은 제1연결편(152a)에 의해 상기 평면부(151)의 일측단에 연결되는 동시에 상기 평면부(151)의 일측단과 제1연결편(152a) 및 제1가이드편(152) 사이에 평면부(151)의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지는 제1소통구(152b)가 마련되고,
    상기 제2가이드편(153)의 열매체 유입단은 제2연결편(153a)에 의해 상기 평면부(151)의 타측단에 연결되는 동시에 상기 평면부(151)의 타측단과 제2연결편(153a) 및 제2가이드편(153) 사이에 평면부(151)의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지는 제2소통구(153b)가 마련된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1가이드편(152)과 제2가이드편(153)은 상기 평면부(151)의 일부가 절개되어 각각 상기 평면부(151)의 양측으로 절곡되고, 상기 제1가이드편(152)과 제2가이드편(153)의 절개된 부분을 통해 상기 평면부(151)의 양측 공간으로 유체 소통이 이루어지는 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 터뷸레이터(150)는, 연소가스의 유입측에 구비되는 상부 터뷸레이터(150a)와, 연소가스의 배출측에 구비되는 하부 터뷸레이터(150b)로 이루어지되,
    상기 하부 터뷸레이터(150b)와 상기 튜브(140)의 내측면 사이의 유로 면적은, 상기 상부 터뷸레이터(150a)와 상기 튜브(140)의 내측면 사이의 유로 면적보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 하부 터뷸레이터(150b)는 상기 상부 터뷸레이터(150a)에 비해 상기 튜브(140)의 내측에서 점유하는 면적이 더 크게 형성된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 연소가스의 배출측에 위치하는 튜브(140)의 내측면에는 복수의 돌출부(141)가 형성된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 튜브(140)의 내측에는 수압을 지지하기 위한 지지부(142)가 추가로 구비된 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 지지부(142)는 상기 튜브(140)의 내측면에 양단이 고정되는 지지대로 이루어진 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 지지부(142)는 상기 튜브(140)의 대응되는 양측면에서 튜브(140)의 내측을 향하여 돌출 형성된 엠보로 이루어진 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 외부 자켓(110)은 원통 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 관체형 열교환기.
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