本发明涉及一种管体型热交换器，尤其涉及一种能够提高热交换效率并且在水压高的环境下也能够防止变形及破损的管体型热交换器。
背景技术
通常，供暖装置配备有用于实现由于燃料的燃烧产生的燃烧气体与热介质之间的热交换的热交换器，从而能够利用被加热的热介质进行供暖或供应热水。
热交换器中的管体型热交换器形成为如下结构：配备有使通过燃烧器的燃烧而产生的燃烧气体流动于内部的多个管道，并且使热介质在管道的外侧流动而实现燃烧气体与热介质之间的热交换。
作为关于如上所述的管体型热交换器的现有技术，图1和图2表示在欧洲公开专利公报ep2508834号中公开的热交换器，图3和图4表示在欧洲公开专利公报ep2437022号中公开的热交换器。
对于图1和图2中示出的热交换器而言，外部护套的形态以上部盖10为基准而具有向下的圆锥形状，并且在外部护套的内部构成有燃烧室4、上板2、上板下部的多个连管、连管下侧的下板3。在上板2和下板3之间设置有三种隔膜5、6、7，其中，上部隔膜5形成为圆锥形状(角度90°<β<180°)，并且在中央部具有开口部。中间隔膜6是直径大于或相近于圆通的直径的平板，下部隔膜7具有与外筒相近的直径，并且形成为在中央具有开口部的结构。在所述隔膜有规律地追加形成有分配孔，上述分配孔为单个圆或排列数个同心圆的结构。
通过结合于上部盖10的燃烧器而产生的燃烧气体在燃烧室4进行一次热交换，燃烧气体的显热及潜热通过多个连管而传递至热交换器内部的流体。热交换器内部的流体通过流体入口11流入，进而经过下部隔膜7的中央开口部而流向中间隔膜6的直径外部，并流向上部隔膜5的中央开口部，并且向流体出口12排出。
对于图3和图4中示出的热交换器而言，与上述的图1和图2中示出的结构类似，但是具有上板2和下板3形成为圆锥形状的结构。
对于所述图1至图4中示出的现有热交换器中应用的扁平的形态及应用凸起的连管而言，可以应用于低压用锅炉，但是对于热水器及商业用产品、大容量锅炉等使用环境的压力较高的设备而言，存在着产生连管的变形及破损的可能性较高而存在无法应用的缺点。为了解决这一问题，需要增加应用材料的厚度，这会导致材料成本大幅上升。
并且，作为流动单位质量的体积较大的高温燃烧气体的通道的连管上部与热交换后成为低温的燃烧气体所流动的连管下部的连管结构相同，因此在为了提高热交换效率而增加凸起的应用数量的情况下，在连管的上部产生较大的流动阻力，并且在为了解决这一问题而减少凸起的应用数量的情况下，存在着产生冷凝效果的潜热部的热交换效率大幅降低的缺点。
对在潜热部增加凸起数量的方案而言，由于凸起的形状及尺寸而导致无法制造成预定数量以上，并且即使得到应用，也会因制造工艺变复杂而导致制造成本上升。
对于内部隔膜而言，由于圆锥形的外筒导致三种的形态不同，从而存在部件数量增加的缺点，尤其对于上部隔膜而言，存在如下的缺点：由于形成为圆锥形状而导致加工成本上升，并且热交换器的组装工序困难。
技术实现要素：
技术问题
本发明为了解决上述问题难题而提出，其目的在于提供一种能够提高热交换效率并在水压较高的环境下也能够防止变形及破损的管体型热交换器。
技术方案
用于实现上述目的的本发明的管体型热交换器包括：外部护套110，使热介质流入及排出；燃烧室120，结合于所述外部护套110的内侧，以在所述燃烧室120与所述外部护套110之间形成热介质流路，并实现燃烧器的燃烧；多个管道140，形成为扁平的形状，使在所述燃烧室120产生的燃烧气体沿着内部流动并与所述热介质进行热交换；以及扰流器150，结合于所述管道140的内侧而引导所述燃烧气体流动中产生湍流。
所述多个管道140可以沿着竖直方向设置以使产生于所述燃烧室120的燃烧气体向下方流动，所述多个管道140沿着圆周方向隔开而布置成辐射状。
在布置成辐射状的所述多个管道140之间的中央部可以追加布置有多个管道140。
在所述外部护套110的内部可以以上下隔开的方式形成有多阶隔膜160、170、180，所述多阶隔膜160、170、180用于引导热介质的流动，将热介质的流动方向交替地转换为半径方向的内侧和外侧。
所述多个管道140可以被插入于所述多阶隔膜160、170、180而被支撑。
所述多阶隔膜160、170、180可以由板形状的上部隔膜160、中间部核膜170及下部隔膜180构成，所述上部隔膜160与下部隔膜180在中央部形成有用于热介质的流动的开口部，并且所述上部隔膜160与下部隔膜180的边缘位置部配备成与所述外部护套110的内侧面相接，并且，所述中间部隔膜170形成为中央部被封堵的形状，所述中间部隔膜170的边缘位置部从所述外部护套110的内侧面隔开，从而使热介质在所述中间部隔膜170的边缘位置与所述外部护套110之间流动。
在所述燃烧室120的下端可以结合有使所述多个管道140的上端部插入的上部管道板130，在所述外部护套110的下端结合有使所述多个管道140的下端部插入的下部管道板190。
所述扰流器150可以包括：平面部151，将所述管道140的内部空间向两侧分割且沿着所述管道140的长度方向布置；以及第一引导片152和第二引导片153，在所述平面部151的两侧面沿着长度方向隔开而交替地倾斜突出。
所述扰流器150可以包括：上部扰流器150a，配备于燃烧气体的流入侧；下部扰流器150b，配备于燃烧气体的排出侧，其中，形成于所述下部扰流器150b的多个第一引导片152与第二引导片153的上下隔开的间距l2布置为，比形成于所述上部扰流器150a的多个第一引导片152与第二引导片153的上下隔开的间距l1更稠密。
所述第二引导片152可以在所述平面部151的一侧面向一侧倾斜地布置，所述第二引导片153在所述平面部151的另一侧面向另一侧倾斜地布置，流入所述第一引导片152的热介质和流入第二引导片153的热介质被依次转移至分别与所述平面部151的相反侧面相邻地布置的第二引导片153和第一引导片152，从而在所述平面部151的两侧空间交替地流动。
所述第一引导片152的热介质流入端可以借助第一连接片152a而连接于所述平面部151的一侧端，与此同时，在所述平面部151的一侧端及第一连接片152a与第一引导片152之间配备有向平面部151的两侧空间进行流体疏通的第一疏通口152b，所述第二引导片153的热介质流入端可以借助第二连接片153a而连接于所述平面部151的另一侧端，与此同时，在所述平面部151的另一侧端及第二连接片153a与第二引导片153之间配备有向平面部151的两侧空间进行流体疏通的第二疏通口153b。
所述第一引导片152和第二引导片153可以构成为：所述平面部151的一部分被切开而分别向所述平面部151的两侧弯曲，并且通过所述第一引导片152和第二引导片153的被切开的部分进行向所述平面部151的两侧空间的流体疏通。
所述扰流器150可以包括：上部扰流器150a，配备于燃烧气体的流入侧；下部扰流器150b，配备于燃烧气体的排出侧，所述下部扰流器150b与所述管道140的内侧面之间的流路面积小于所述上部扰流器150a与所述管道140的内侧面之间的流路面积。
所述下部扰流器150b可以在所述管道140的内侧占有的面积大于上部扰流器150a在所述管道140的内侧占有的面积。
在位于所述燃烧气体的排出侧的管道140的内侧面可以形成有多个突出部141。
在所述管道140的内侧可以追加配备有用于支撑水压的支撑部142。
所述支撑部142包括两端可以固定于所述管道140的内侧面的支撑台。
所述支撑部142可以由在所述管道140的对应的两侧面向所述管道140的内侧突出形成的凸起形成。
所述外部护套110可以形成为圆筒形状。
有益效果
基于根据本发明的管体型热交换器，在管道的内侧配备扰流器和支撑部，从而可以提高热交换效率，并且在高水压环境下也能够防止管道的变形及破损，因此除了锅炉或热水器以外还可以应用于多种用途的燃烧设备。
并且，配备于潜热交换部的扰流器与管道之间的燃烧气体流路的面积构成为小于配备于显热热交换部的扰流器与管道之间的燃烧气体流路的面积，从而可以在流入燃烧气体的显热热交换部减少燃烧气体的流动阻力，并在潜热热交换部提高潜热的回收效率，进而能够提高热交换效率。
并且，将显热热交换部和潜热热交换部构成为一体型结构，从而能够简化热交换器的结构，并且能够减少部件之间的焊接部位，而且可以将管道构成为扁平的形状，从而实现小型化的高效率的热交换器。
并且，在热介质的流路上布置多阶结构的隔膜而转换热介质的流动方向，从而使热介质的流动路径变长而提高热交换效率，并且可以增加热介质的流速而防止热介质停滞时可能导致的局部过热，以及因此而导致的热介质内包含的异物被固化及沉积所引发的沸腾噪音的产生及热效率降低。
附图说明
图1是示出现有的管体型热交换器的一实施例的剖面立体图。
图2是图1的剖面图。
图3是示出现有的管体型热交换器的另一实施例的剖面立体图。
图4是图3的剖面图。
图5是根据本发明的管体型热交换器的外观立体图。
图6及图7是根据本发明的管体型热交换器的分解立体图。
图8是图5的平面图。
图9是沿着图8的a-a线的剖面立体图。
图10是沿着图8的a-a线的剖面图。
图11是示出扰流器的(a)正视图和(b)燃烧气体的流动的立体图。
图12是示出燃烧气体的排出口侧的管道形状的剖面图。
图13是示出管道的支撑结构的多种的实施例的剖面图。
符号说明
100：热交换器100a:显热热交换部
100b：潜热热交换部110：外部护套
111：热介质流入口112：热介质排出口
120：燃烧室121：燃烧室主体
122：法兰部130：上部管道板
131、132：管道插入口140：管道
141：突出部142：支撑部
150：扰流器150a：上部扰流器
150b：下部扰流器151：平面部
152：第一引导片152a：第二连接片
152b：第一疏通口153：第二引导片
153a：第二连接片153b：第二疏通口
154、155：焊接部160：上部隔膜
161：管道插入口162：开口部
170：中间部隔膜171、172：管道插入口
180：下部隔膜181：管道插入口
182：开口部190：下部管道板
191、192：管道插入口
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施例的构成及作用进行详细说明。
参照图5至图10，根据本发明的管体型热交换器100包括：外部护套110，使热介质流入及排出；燃烧室120，结合于所述外部护套110的内侧以在与所述外部护套110之间形成热介质流路，并实现燃烧器的燃烧；多个管道140，形成为扁平的形状，使在所述燃烧室120产生的燃烧气体沿着内部流动并与所述热介质进行热交换；扰流器150，结合于所述管道140的内侧而引导所述燃烧气体流动中的湍流的产生。
并且，在所述燃烧室120的下端结合有插入所述多个管道140的上端部的上部管道板130，在所述管道140的外侧面以上下隔开的方式形成有多阶隔膜160、170、180，从而将热介质的流动引导为热介质的流动方向交替地转换为半径方向的内侧和外侧，在所述外部护套110的下端结合有插入所述多个管道140的下端部的下部管道板190。
所述多个管道140沿着垂直方向设置，以使产生于所述燃烧室120的燃烧气体向下方流动，并且多个管道140沿着圆周方向隔开而布置成辐射状，布置成辐射状的所述多个管道140之间的中央部可以追加布置有多个管道140。
所述外部护套110形成为上部和下部开放的圆筒形，在下部一侧连接有热介质流入口111，在上部一侧连接有热介质排出口112。由于外部护套110构成为圆筒形，可以提高耐压性能。
所述燃烧室120包括上部和下部开放的圆筒形燃烧室主体121以及形成于所述燃烧室主体121的上端而置于外部护套110的上端的法兰部122。所述燃烧室主体121以从外部护套110的内侧面向内侧隔开的方式布置，从而在燃烧室主体121和外部护套110之间配备有使热介质流动的水泡结构的空间s4。
参照图7，所述上部管道板130封闭燃烧室120的下部，并且形成有使管道140的上端部插入结合的多个管道插入口131、132。
所述多阶的隔膜160、170、180在管道140的外侧面上下隔开地结合，从而转换热介质的流路并支撑管道140。
所述多阶隔膜160、170、180可以由板形状的上部隔膜160、中间部核膜170及下部隔膜180构成。
管道插入口161在所述上部隔膜160形成为辐射状，并且管道140贯通上部隔膜160的中央部，从而形成用于热介质的流动的开口部162，上部隔膜160的边缘部以与所述外部护套110的内侧面相接的方式配备。
在所述中间部隔膜170形成有多个管道插入口171、172，没有形成所述上部管道插入口171、172的区域形成为被封堵的形状，并且中间部隔膜170的边缘位置部从所述外部护套110的内侧面隔开，从而在它们之间的空间g配备有热介质的流动通路。
所述下部隔膜180形成为与所述上部隔膜160相同的结构，由于管道插入口181形成为辐射状，并且在下部隔膜180的中央部贯通有管道140，从而形成用于热介质的流动的开口部182，并且下部隔膜180的边缘位置部以与所述外部护套110的内侧面相接的方式配备。
所述下部管道板190封闭外部护套110的下部，并且形成有插入管道140的下端部的多个管道插入口191、192。
参照图9和图10，在本发明的管体型热交换器100中，一体地构成有：显热热交换部100a和潜热热交换部100b，其中，显热热交换部100a实现产生于燃烧室120的燃烧显热与热介质之间的热交换，潜热热交换部100b实现通过所述显热热交换部100a的燃烧气体的潜热与热介质之间的热交换。
在从所述燃烧室120产生的燃烧气体沿着管道140的内部空间向下方流动。
如图10中的箭头所示，通过热介质流入口111而流入外部护套110内部的第一空间s1的热介质经过多个管道140之间，然后通过形成于下部隔膜180的开口部182而向配备于其上侧的第二空间s2的中央部流动。在第二空间s2向外侧方向流动的热介质通过中间部隔膜170与外部护套110之间的相隔的空间g而向配备于上侧的第三空间s3流动。在第三空间s3向内侧方向流动的热介质通过形成于上部隔膜160的中央的开口部162，并经过配备于燃烧室主体121与外部护套110之间的第四空间s4，然后通过热介质排出口112排出。
如上所述，随着热介质的流动方向交替地转换为半径方向的内侧和外侧，热介质的流动路径变长而提高热交换效率，并且能够增加热介质的流速而防止热介质停滞时可能引起的局部过热所导致的沸腾现象。
以下，参照图11对所述扰流器150的构成及作用进行说明。
所述扰流器150可以包括：平面部151，将管道140的内部空间向两侧分割且沿着所述管道140的长度方向布置；第一引导片152和第二引导片153，在所述平面部151的两侧面沿着长度方向相隔而交替地倾斜突出。
所述第一引导片152在所述平面部151的一侧面向一侧倾斜地布置，所述第二引导片153在所述平面部151的另一侧面向另一侧倾斜地布置。因此，流入所述第一引导片152的热介质和流入第二引导片153的热介质被依次转移至分别与所述平面部151的相反侧面的相反侧相邻地布置的第二引导片153和第一引导片152，从而在所述平面部151的两侧空间交替地流动。
所述第一引导片152的热介质流入端借助第一连接片152a而连接于所述平面部151的一侧端，与此同时，在所述平面部151的一侧端及第一连接片152a与第一引导片152之间配备有向平面部151的两侧空间进行流体疏通的第一疏通口152b。
所述第一引导片153的热介质流入端借助第二连接片153a而连接于所述平面部151的另一侧端，与此同时，在所述平面部151的另一侧端及第二连接片153a与第二引导片153之间配备有向平面部151的两侧空间进行流体疏通的第二疏通口153b。
所述第一引导片152和第二引导片153可以构成为，所述平面部151的一部分被切开而分别向所述平面部151的两侧弯曲，并且通过所述平面部151的被切开的部分能够进行向所述平面部151的两侧空间的流体疏通。
并且，在所述平面部151，焊接部154、155以与管道140的内侧面相接的方式向两侧突出形成，从而可以构成为在所述焊接部154、155与管道140的内侧面之间焊接结合。因此，可以减少扰流器150与管道140之间的焊接部位的面积和数量。
根据如上所述的扰流器150的构成，如图11的(b)的箭头所示，由于第一引导片152和第二引导片153，燃烧气体的流动方向在管道110的内部空间向一侧和另一侧不断地变化，从而促进湍流流动，因此能够提高燃烧气体与热介质之间的热交换效率。
另外，在燃烧气体依次通过显热热交换部100a和潜热热交换部100b的过程中，燃烧气体的温度由于与热介质之间的热交换而逐渐降低。因此，流入燃烧气体的显热热交换部100a中，由于燃烧气体的温度较高而导致体积膨胀，并且在排出燃烧气体的潜热热交换部100b中，燃烧气体的温度降低而导致体积减小。
因此，为了提高热交换效率，优选将通过所述显热热交换部100a的燃烧气体的流路面积构成为较大而减少燃烧气体的流动阻力，并在潜热热交换部100b中，使燃烧气体的流路面积构成为相对小。
作为用于此的构成，所述扰流器150形成为配备于燃烧气体的流入侧的上部扰流器150a以及配备于燃烧气体的排出侧的下部扰流器150b一体地形成的结构，并且可以形成为，下部扰流器150b在所述管道140的内侧占有的面积大于上部扰流器150a在所述管道140的内侧占有的面积，从而使下部扰流器150b与管道140的内侧面之间的流路面积小于上部扰流器150a与管道140的内侧面之间的流路面积。
在一实施例中，如图11所示，形成于下部扰流器150b的多个第一引导片152与第二引导片153的上下隔开的间距l2可以布置为，相比于形成于上部扰流器150a的多个第一引导片152与第二引导片153的上下隔开的间距l1更稠密的间距。
在此情况下，形成于所述扰流器150的多个第一引导片152与第二引导片153的上下隔开的间距可以形成为，从燃烧气体的流入侧向燃烧气体的排出侧逐渐变窄。
作为另一实施例，如图12所示，构成为在位于所述燃烧气体的排出侧的管道140的内侧面形成多个突出部141，从而可以减少燃烧气体的排出侧的流路面积。
参照图13，在管道140的内侧可以追加配备有用于支撑热介质的水压的支撑部142:142a、142b、142c。
所述支撑部142可以包括：一字型支撑台142a，两端如图13的(a)所示地固定于管道140的内侧面；支撑台142b，两端如图13的(b)和(c)所示地弯曲而固定于管道140的内侧面。
对于图13的(a)和(b)中示出的结构而言，在制造管道140时，支撑台142a、142b的一侧端焊接于将形成管道140的母材，并将母材卷绕加工成管道140的形状后，将母材的两侧末端部和支撑台142a、142b的另一侧端分别焊接，并向支撑台142a、142b的两侧分别插入扰流器150而结合。
对于图13的(c)中示出的结构而言，在制造管道140时，可以首先结合支撑台142b和扰流器150，并将支撑台142b和扰流器150的结合体压入到管道140的内侧而结合。
作为另一实施例，如图13的(d)所示，所述支撑部142可以构成为在管道140的对应的两侧面朝向管道140的内侧突出形成的凸起142c。由于这种构成，在高水压作用于管道140的外部的情况下，在所述对应的位置形成的凸起145抵接而能够防止管道140的变形。
如上所述，由于支撑部142结合于管道140的内侧，在热介质的水压较大地作用于管道140的外侧面的情况下，也能够防止管道140的变形。因此，与所述支撑部142结合的管道140不仅可以应用于锅炉或热水器，还可以应用于多种用途的燃烧设备。
如上所述，本发明不限于上述实施例，在不脱离权利要求书中请求的本发明的技术思想的情况下，本发明所属技术领域中具有基本知识的人员可以进行显然的变形实施，并且这种变形实施属于本发明的范围。