KR101016858B1 - 열 교환장치 - Google Patents

Abstract

열 교환장치(30)는 직교류의 대체로 균일한 속도를 유지하는 한편 유체의 직교류(36)를 나선의 형태로 유도하기 위하여 외판의 종축에 일정한 각도로 장착된 4분원형의 배플(32)을 갖도록 구성된다.

열 교환장치.

Description

열 교환장치{HEAT EXCHANGER}

본 발명은 열교환장치에 관한 것으로, 보다 상세히 말하면 이에 한정되지는 않지만, 나선형 통로를 따른 유체 흐름의 동일한 속도 및 최대 열전달을 제공하기 위하여 형성된 외판형(shell) 및 튜브형(tube)의 열 교환장치에 대한 것이다.

열-교환 및/또는 열-발생 조립체들에 의해 생산량을 최대화하기 위하여 항시 거론되고 있는 점은 이하의 것을 달성하는 것을 주 목표로 하고 있다.

보다 높은 열 전환 효율;

보다 낮은 압력 저하;

확대하는 성능;

진동에 대한 효과적인 보호; 및

감소된 설치 및 유지 비용.

해저석유 정제장치, 전력, 석유화학제품 또는 종이 및 식품 산업들에 있어서도, 열 교환장치는 종종 상기 산업의 핵심이 된다. 대부분의 열 교환장치의 구성들은 이미 잘 알려져 있고, 다양한 용도로 사용된다. 도 1에 도시된 광범위하게 사용되고 있는 구성, 즉 외판 및 튜브형 열 교환장치는 제1 유체(16)가 파이프(12)를 통하여 통과할 수 있도록 두 말단의 플레이트(14) 사이를 연재(延在)하고 있는 한 묶음의 평행한 파이프(12)를 수용하는 원통 모양의 외판(10)을 포함한다. 한편, 제2 유체(18)는 상기 파이프들과 접촉하도록 두 말단 플레이트들 사이의 공간 속을 통하여 흐른다. 두 유체들 사이의 개선된 열 교환을 제공하기 위하여, 제2 유체(18)의 흐름은 각각의 통로를 형성하는 중간 배플(baffle)(20)에 의해 형성되고, 배플은 제2 유체의 흐름이 1개 통로로 부터 다음 통로로 통과할 때 그 방향을 변하도록 배치된다. 환상형 고리들 및 디스크들로 구성된 상기 배플(20)은 상기 제2 유체(18)의 지그재그의 흐름(24)을 제공하기 위하여 외판(10)의 종축(22)에 대해 수직으로 설치된다.

불리하게, 상기 제2 유체는 외관의 길이를 따라 상기 유체의 흐름의 방향을 여러 번 민첩하게 변경해야만 한다. 이는 제2 유체의 동압 및 제2 유체의 불균일한 유속의 저하를 일으키고, 이들의 조합에 의하여 열교환장치의 성능에 악영향을 미친다.

당업계에서는 외판의 종축에 대한 배플의 수직 위치는 비교적 비능률적인 열 전달 속도/압력 강하 비율의 주된 원인이 되는 것으로 오랫동안 인식하고 있다. 상호 서로 평행하게 뻗은 외판의 종축에 대하여 직각으로 연재하고 있는 인접하는 배플은 인접한 배플 사이의 다수의 급커브 회전을 특징으로 하는 직교류의 진로를 형성한다. 열 전달의 효율은 차폐장치, 배플들 사이의 공간 또는 영역을 줄임으로써 개선될 수 있다. 그러나, 영역의 감소는 외판과 병렬로 된 배플의 외부 가장자리를 따라서는 빠른 유속 및 외판의 중앙 가까이에서는 느린 유속의 결과를 낳는다. 인접한 배플 사이를 획정하는 각각의 세그멘트 이내의 흐름 분포의 불-균일성은 대류적인 열 전달 속도를 감소시키는 파이프 길이의 팽창/수축뿐만 아니라 다수의 소용돌이, 고이는 범위들을 발생시킨다. 감소된 열 전달 속도의 원인이 되는 추가 변수는 제1 유체가 통과한 파이프들이 외판으로부터 일정한 반경의 거리에 위치되어야하는 점에 있다. 따라서, 주위에 위치된 파이프들의 주변 교차 흐름은 중심에 장착된 파이프들 주변보다 더 빠르다.
따라서, 상기 설명된 종래의 차폐장치 배열은 차폐장치, 배플과 외판과의 사이 및 파이프와 차폐장치 사이의 유극을 통하여 우회 흐름을 낳는다. 우회 흐름은 상당한 속도의 변화에 의해 발생된 흐름의 불균형 배치가 비사용구역에서 역류 및 소용돌이가 증가하는 한편 교차 흐름의 열전달이 감소하게 되고, 그 결과 외판쪽에서 엉킴의 비율이 더 증가한다. 상기와 같은 흐름의 불균형은 파이프들의 빠른 열화를 야기하는 주변 파이프들의 부식 및 높은 온도를 야기하고, 그 결과 열 교환 과정에서 역할이 줄어든다. 열 교환장치의 설계가 열 교환 과정에 전체 묶음 각각의 파이프가 균등한 기여를 하는 것에 기초를 두기 때문에, 손상된 상기 파이프들은 이런 요구에 부응할 수 없으며, 교체되어야 한다. 상기와 같은 교체와 관련된 비용은 고가로 되며 열 교환장치의 유지비용도 많이 든다.

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더욱이, 종래의 배열은 대부분 24-피트 길이에 이르는 긴 파이프들이 불균일한 속도와 관련된 문제의 해결을 위하여 상당한 거리를 두고 공간적으로 떨어진 배플의 연속적 배열에 의해 유지되기 때문에 높은 흐름이 유발하는 진동 손실이 발생할 것이다. 높은 열적 증감 및 불균일한 교차 흐름으로 인한 진동 장해는 심각하다.

따라서, 하기 목적을 달성할 수 있는 배플 조립체를 구성하는 것이 바람직하다:

개선된 대류 열 교환율을 유도하는 외판내의 직교류(cross-flow)의 균일성;

배플 어셈블리 또는 케이지에 의해 지지되는 복수 파이프들에 관한 복수 배플의 실제 배치의 안정성 및 정확성; 및

배플 어셈블리의 편리한 설치.

본 발명의 목적은 외판쪽에 가상의 나선형 흐름 통로를 생성하도록 외판의 종축에 일정 각도로 각각 위치된 간격사이에 4분원으로 형성된 배플들의 연속물로 종래의 분절 판의 배플들을 교체함으로써 달성된다. 본 발명 구조의 장점들 중 하나는 각도를 이뤄서 장착된 차폐장치, 배플들이 결과적으로 역류 및 소용돌이들을 피하는 각각의 배플들의 상대면을 따라서 대체로 균일한 속도를 가지는 직교류에 관한 가이드 날개(vanes)들의 역할을 한다는 것이다.

따라서, 상기 언급된 종래의 구조에서 직교류를 압축하는 대신에, 기울어진 배플들이 연속한 것은 나선상의 보다 자연스런 나선형 흐름 통로를 따라서 제2 유체를 안내하여 실질적으로 균일한 유속 및 누손을 최소화 한다. 유속이 각각의 배플 양 측면에서 대체로 균일하기 때문에, 배플사이의 압력 변화는 중요하지 않다. 따라서, 배플 사이 또는 이들을 가로질러 또는 통과하는 바람직하지 않은 누설은 없으며, 이론적으로 도안된 바와 같이 흐름은 배플의 표면을 따라서 주로 발생하며 배플은 외판의 내부 벽면을 향하고, 나선형 통로의 정점(peak)을 형성한다. 따라서, 상기 제2 유체가 외판의 종축에 직교하는 축에 대한 배플의 각도에 따라서 더 빠르게 또는 더 느리게 외판의 전체 구간을 통과하는 동안, 유속은 일정하게 유지된다.

더욱이, 요소들을 운반하는 흐름의 팽창 및 수축에서 소모된 흐름 에너지가 최저이기 때문에, 압력의 손실들은 종래의 배플이 있는 열 교환장치들에서 관찰되는 손실 중 단지 작은 것에 불과하다. 따라서, 나선형 배플의 구조는 이용 가능한 압력 저하의 열전달로의 아주 높은 전환을 제공한다.

본 발명의 하나의 구성에 의하면, 나선형의 배플의 4분원들은 타원형 플레이트의 세그멘트로서 표시되어 있다. 외판의 내부 벽면과 병렬로 된 타원상의 외측 표면의 구성은 상기 표면들 사이에 긴밀한 간격을 제공하며, 그 결과 나선상 배플을 갖춘 튜브 다발이 외판 속으로 삽입될 때 누설(leakages)은 최소화된다.

상호에 관해 또 이들 배플을 통하여 후에 설치된, 장착된 파이프들의 다발에 관하여 복수 배플의 바람직한 배치를 확실히 하기 위하여, 본 발명은 배플의 연속한 것을 서로 연결하는 다양한 형태상의 보강 부재를 제공한다. 일실시예에 따르면, 개개의 종축 봉합 스트립(strip)들은 인접한 배플의 배플 단부에 가부착 용접된다. 또 다른 방법으로, 스페이서 스트립은 공간 간격사이에 배플을 확보하도록 형성된 타이 로드(tie road)를 가교할 수 있다. 마지막으로, 각각 배플의 마주보는 반경 방향의 측면은 이들 파이프에 의해 횡단되는 완전히 형성된 구멍으로 구비된, 경사를 이루며 연장하는 플랜지(flange)를 갖출 수 있고, 그렇지 않으면 인접하는 배플의 상대 단부를 따라 형성되는 개구된 반-구멍(semihole)에 확보될 수도 있다.

본 발명의 또 다른 구성은 이중 나선 형태를 형성하는 두 배플의 스트링(string)을 포함하는 나선형의 배플 설비를 제공한다. 상기와 같은 구조는 흐름의 균일한 속도에 영향은 없지만, 특별히 파이프들의 긴 스팬(span)을 보강하는데 특히 유리하다.

본 발명의 구조는 현존 플랜트 및 농업용의 용도에도 동일하게 유리하다. 전자에서, 본 발명의 구조의 장점은 유지 비용은 더 낮추는 한편 용량은 증가하도록 하는 것이다. 실제로, 기계적 고장 및 부식 때문에 교체될 필요가 있는 파이프들의 비율은 소용돌이들 또는 역혼합의 배제 결과 상당히 줄어든다. 농업용 용도로서, 본 발명의 구조는 부지(plot) 공간, 에너지 비용 및 투자금액을 줄이도록 도와준다.

따라서 본 발명의 목적은 교차 흐름, 직교류 속도의 불균일성을 최소화하고, 열 교환율을 최대화 하도록 형성된 외판 및 파이프의 열 교환장치에 있어서 개선된 배플의 배열을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 외판의 내면과 배플 배치 사이의 유극을 최소화하기 위하여 형성된 4분원형의 배플 플레이트를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 4분원형의 배플에 있어 파이프들의 삽입이 용이하고, 소정의 위치를 확보하도록 형성된 보강장치를 구비한 4분원형의 배플들의 연속물을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 흐름이 유발하는 진동들에 대비하여 다발의 일체성을 높이도록 형성된 4분원형의 배플들의 이중 나선 배열을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 이중 나선 배열의 설치에 힘이 들지 않도록 4분원형의 배플들을 구성하는데 있다.

상기 및 다른 목적들, 특징들 및 장점들은 일련의 도면들이 동반된 하기 설명으로부터 더욱더 쉽고 분명하게 될 것이다:

도 1은 종래의 외판 및 튜브 열 교환장치의 흐름 분포의 도식도 이다;

도 2는 본 발명의 열 교환장치의 투시도이다;

도 3은 배플 케이지의 투시도이다;

도 4는 4개의 4분원형의 배플 조립체의 입면등각도이다;

도 5는 본 발명에 따라 형성된 단일 배플의 도면이다;

도 6은 길이 방향의 봉합 스트립들을 설명하는 도 2에 나타난 본 발명의 열 교환장치의 측면도이다;

도 7은 보강재의 스트립들을 설명하는 본 발명의 열 교환장치의 입면도이다;

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 형성된 본 발명의 4분원형의 배플의 입면도이다;

도 9는 본 발명의 나선형 4분원형의 배플 배열의 이중 나선 구조의 도식도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 나선상 배플이 있는 열 교환장치(30)는 외판(34)의 종축 A-A에 수직의 선 N-N에 대하여 각 λ로 설치된 각각 배치된 4분원형 조각의 배플 플레이트(32)로 구성되어 있다. 상기 배플의 4분원형 플레이트(32)(이하 배플들이라 칭함)는 외판쪽 직교류(36)를 나선상 패턴, 그리고 배플 상이의 감소한 미지지 파이프 스팬으로 안내한다. 그 결과 이용 가능한 압력 저하의 열 전달으로의 유효한 전환과 또 다른 유체에 의해 횡단되는 파이프(40)의 진동의 최소화로 인한 위험성이 줄어든 외판쪽의 일정한 교차 흐름, 직교류가 생긴다. 부착에 관계하는 직교류(36)를 따른 데드스폰(dead spot)은 전혀 없고, 소용돌이 또는 역 혼합의 소모적인 에너지는 상당히 제거된다. 도면들에 나타난 바와 같이 배플(32)은 편평할지라도, 각각의 배플의 맞은편은 만곡하여 나선상 형태를 따라 직교류(36)를 유도할 수 있다.

도 3 및 도 4에 예증된 바와 같이, 각 λ로 장착되고 복수의 타이로드(28)에 의해 상호 접속하고 있는 연속적인 배플 또는 4분원 형 플레이트(32)의 결합체인 배플케이지(26)는 직교류(36)를 위한 나선상의 가이드 및 복수 파이프(40)를 위한 지지체로서 작용한다. 바람직하게, 상기 케이지(cage)는 외판내에 복수의 파이프들(40)의 효과적인 설치에 요구되는 연속적인 배플(32)의 구멍(50) 사이의 정렬을 특징으로 하는 각각의 소망의 경사진 위치에서 각각의 배플을 지지하는 중심 파이프(38)를 갖추고 있다(도 4참조). 배플(32)의 적절한 경사의 위치를 따라 케이지(26)의 구조상의 정확성을 확보하기 위하여, 각각의 배플의 정점은 배플(32)의 중심 파이프(38)를 따라서 이동하면서 각도 ∝를 유지하도록 형성된 유일한 각도를 갖고 있는 노치(notch)(42)로 천공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 도 3 및 도 6에 예증된 바와 같이, 배플(32) 사이의 길이 방향의 봉합 스트립(44)의 설치는 케이지(26)의 정확도를 높여준다. 배플(32)의 구조는 서로 상대하는 배플(32)의 주위단부(46)의 코너 팁(tip)(48)을 가지도록 형성된다. 상기 배플들이 지지되지 않은 채 남아 있다면, 최저의 구조적 불규칙성 및 흐름 부하들은 연속하는 배플의 파이프 구멍(50)의 오 정렬을 초래할 것이다. 상기 지지되지 않은 말단 영역들, 코너 팁(48)을 봉합 스트립(44)에 연결하는 것은 파이프 구멍 (50) 사이의 정렬을 개선하며 배플이 바람직한 위치를 확보할 수 있고 파이프(40)의 효과적인 설치를 가능하게 한다.

상기 봉합 스트립(44)은 배플의 적절한 위치 및 이들 배플에 공통한 파이프의 신뢰성 확보를 확실하게 하는 간단하고, 능률적이며 코스트에 유리한 구조를 제공한다. 장점으로, 상기 봉합 스트립(44)은 배플의 외측 단부(46)(도 4, 도 5 참조)와 외판 내측과의 사이의 유극 내에서 위치되고, 직교류에 의한 간섭을 피하며 다각형 또는 고리모양 형태를 포함하여 다양하게 형성될 수 있다. 각각의 봉합 스트립(44)은 케이지(26)의 전체 길이를 따라서 연속적으로 뻗어 있으며, 코너팁(48)으로 점 용접 또는 가부착 용접된다.

도 7에 나타낸 실시예에 따르면, 인접한 배플 사이의 바람직한 유극은 타이로드(28) 사이에 스페이서 편 또는 보강편(56)을 설치함으로써 달성될 수 있고 이들 각각은 도 3에서 설명된 바와 같이, 인접한 배플(32) 각각에 결합한다. 상기 보강 배열은 일부, 바로 위에 언급한 실시예와 동일한 목적을 가지며, 배플(32)의 파이프 구멍(50) 사이의 바람직한 정렬을 만든다. 보강 플레이트(56)의 설치로부터 생기는 추가적인 장점은 인접한 배플(32)에 공통한 파이프(80)의 신뢰할 수 있는 결합을 가능하게 한다(도 3 및 도 9). 인접한 배플들의 측면(54)을 따라서 형성된 반원형의 노치(notch: 52, 도 4 및 도 5)는 상대하는 면으로부터의 공통의 파이프(80)와 결합한다. 보강 플레이트(56)에 의해 보강되는 것은, 배플(32)은 상호 경사지면서 보강되어 인접한 배플들에 형성된 노치(52)가 그들 사이에의 파이프(80)를 확실하게 결합한다.

본 발명의 보강 부재에 대한 또 한 실시예에 따르면, 인접한 배플(32)의 말단 영역(49)은 도 8에 나타난 바와 같이 공통 파이프의 1이상의 열 들에 의해 보강된다. 특히, 배플(32)의 말단 영역(49)은 적어도 하나 이상의 개구를 갖는 돌출 또는 확장 부분(58)으로써 형성된다. 인접한 배플들의 확장 부분(58)은 개구(60)가 상호 일직선 상이고 1개 이상의 파이프(들)(40)에 의해 통과되도록 배치된다. 상기 실시예는 도 6 및 도 7에 나타난 바와 같이 사용되면, 제조, 설치 및 유지 비용들이 증가하는 인접한 배플에 대한 추가 보강 부재를 필요하지 않기 때문에 특히 이로운 점이 있다.

외판 및 튜브 구성의 열 교환장치의 구조적 특징들에 따르면, 각각의 배플(32)은 외판(34)의 내벽(62)으로부터 반경 거리에서 끝난다(도2 참조). 종래는, 배플 플레이트는 외판의 원형 아치를 형성하는 주변 말단을 갖추고 있다. 각도 λ로 환상형 차폐장치들을 장착하는 것은 외판의 원형 내벽(62)과 배플 외측의 주위 단부 사이의 불균일한 유극을 반드시 제공해야 할 것이다. 따라서, 불-균일한 유극을 통한 직교류의 속도는 마찬가지로 불-균일하게 된다. 상기 불-균일을 교정하기 위하여, 본 발명의 배플들은 도 4 및 도 5에 나타난 바와 같이, 타원형의 표면의 단편으로써 형성된 외부 외면의 단부(46)를 각각 갖추고, 이들은 배플(32)의 각도 λ로 장착될 때, 외판의 내벽(62)으로부터 균일하게 간격을 두고 배치된다.

도 9는 본 발명에 따라서 형성된 이중 나선 배플 배치(90)를 예시한다. 배플(32)의 수를 증가시키는 것은, 파이프(40)의 미지지 스팬은 실질적으로 균일하게 유지되는 직교류의 속도에 영향을 주지않고, 반으로 줄어든다.

간격이 부족 때문에, 배플(32)의 수를 증가하는 것은 케이지(26)에서 인접한 배플의 배치에 문제를 지닌다. 도 4 및 도 9에 나타난 바와 같이, 각각 제1 나선(96) 및 제2 나선(98)의 배플(94) 및 (94')은 각각 바람직한 각도 λ로 천공되고 중심 파이프(38)(도 4)를 포위하고 그를 따라 활주되는 치수를 갖는 구멍(100)을 갖추고 있다. 따라서, 중심 파이프(38)에 대하여 상기 배플들이 회전하는 것은 그들의 바람직한 경사진 위치들을 가능하게 하고, 상기 위치가 확립될 때, 노치된 정점(42, 도4)에 의해 각각 형성된 직경 방향으로 상대하는 배플(92') 및 (92)은 중심 파이프(38)를 따라서 쉽게 방향을 바꿀 수 있어서 배플(94) 및 (94')의 정점과의 간섭을 피할 수 있게 된다.

본 명세서에 설명된 실시예들은 다양한 변형들로 만들어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 상기 설명은 단지 바람직한 실시예들의 예증으로써 해석되어 야지, 제한되어 해석되면 않 될 것이다. 당업계의 종사자라면 본 명세서에 첨부된 청구항들의 원리 및 범위 이내에서 다른 변형예들이 가능하다는 것을 이해할 것이다.

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Claims (28)

1. 종축(A-A)을 구비하며 제1유체를 수용하도록 구성된 외판(34)과, 종축(A-A)에 대한 수직선(N-N)에 관하여 각도 ∝로 외판(34)에 각기 장착되어 균일한 속도로 외판(34)을 통하여 제1유체 흐름을 나선상 패턴으로 안내하며 그의 소정 위치에서 제2유체를 지지하는 복수의 축상 연장하는 파이프(40)에 의해 횡단되도록 구성된 복수의 간격을 두고 떨어져 있는 구멍(50)과 편평 또는 만곡되도록 구성된 각각 한쌍의 상대하는 면을 갖추고 있는 복수의 4분원형의 배플(32)들로 이루어지는 열 교환장치에 있어서,

   상기 각도 ∝가 0°와는 다르며:

   각각의 4분원형의 배플(32)의 상대하는 면들이, 균일한 반경방향에서 그로부터 간격을 두고 외판(34) 내측을 향하는 타원상의 외측단부(46)를 그들 사이에 형성하는 한편, 제1유체가 4분원형의 배플(32)의 타원상의 외측단부와 외판(34)의 내측과의 사이를 균일한 속도로 흐를때 제1유체는 각각 4분원형의 배플(32)의 상대하는 면을 따라서 균일한 압력을 발생하며:

   상기 열교환장치가 평행하는 4분원형의 배플(32)의 각각 열의 외측 단부의 말단 영역을 각각 관통하고 있는 복수의 축방향으로 연장하는 타이로드(28)와, 인접하는 4분원형 배플(32)의 말단영역 사이에 인접하는 타이로드(28)를 연결하여 4분원형 배플(32)의 소정위치를 확보하고 진동을 감소하는 복수의 보강 스트립(56)으로 더 이루어지며;

   상기 보강스트립(56)은 연결된 타이로드(28)의 상단에 각기 고정된 플레이트인 것을 특징으로 하는 열교환장치.
2. 제 1항에 있어서, 각각의 4분원형의 배플(32)의 상대하는 면이, 반-구멍(52)의 열로 각기 형성된 한쌍의 측면(54)을 그들 사이에 형성하고, 인접하는 4분원형의 배플(32)의 반-구멍(52)은 인접하는 4분원형의 배플(32)에 공통한 파이프(40)와 그의 소정위치에서 결합하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
3. 제 1항 또는 제2항에 있어서, 각도를 가지고 종축에 설치되어 제1유체 흐름의 제1나선상 패턴을 형성하는 복수의 4분원형의 배플(32)이 외측단부로부터 수렴하여 외판(34)의 종축에서 종결하는 정점을 형성하는 각기 한쌍의 측면(54)을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 4분원형의 배플(32)의 각각의 정점이 상기 외판(34)의 종축을 따라 중심을 둔 중심파이프(38)의 외측 표면과 일치하도록 형성된 각각의 노치(42)를 갖는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
5. 제 3항에 있어서, 각도 ∝를 두고 외판(34)에 설치되어 제1유체흐름을 나선상 패턴으로 안내하는 또 다른 복수의 4분원형 배플(32)을 더 포함하며, 상기 열교환장치가 제1유체흐름의 균일한 속도를 유지하면서 연속하는 4분원형의 배플(32)사이에 파이프(40)의 미지지 스팬을 감소하는 이중 나선구조로 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
6. 제 5항에 있어서, 또 다른 복수의 4분원형의 배플(32)의 일부가 각기 중심파이프(38)에 의해 관통된 각각의 구멍을 구비한 각각의 정점을 갖추고 있으며, 4분원형의 배플(32)이 종축에 중심을 두고 있는 중심파이프(38) 주위를 소정위치로 회전 가능 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
7. 제 4항에 있어서, 제2유체 운반파이프(40) 다발에 의해 횡단되는 이중나선 배치를 형성하고 종축에 각도를 가지고 위치되어 균일한 속도로 제1유체를 나선패턴으로 안내하는 4분원형배플(32)의 제1스트링 및 4분원형 배플(32)의 제2스트링으로이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
8. 제 7항에 있어서, 각각의 4분원형 배플(32)이 외측 원추형 주위 단부와 2개의 측면을 갖추고 있으며, 상기 측면이 원추형 주위 선단으로부터 상호를 향하여 수렴하여 4분원형 배플(32)의 제1스트링 및 제2스트링이 상호에 관하여 확보되기 전에 연속방식으로 종축에 관하여 4분원형 배플(32)의 각각의 각도를 이루는 배치가 가능하도록 90°가 아닌 각도로 형성된 노치를 구비한 정점을 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
9. 제 7항에 있어서, 상기 4분원형의 배플(32) 모두의 정점(42)이 슬롯으로 각을 이루어 천공된 구멍으로 구비되어 이중나선 배치를 위한 4분원형의 배플(32)의 두개 스트링의 위치를 용이하게 하는 이중나선 배치를 수반하는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
10. 종축(A-A)을 구비하며 제1유체를 수용하도록 구성된 외판(34)과, 종축(A-A)에 대한 수직선(N-N)에 관하여 각도 ∝로 외판(34)에 각기 장착되어 균일한 속도로 외판(34)을 통하여 제1유체 흐름을 나선상 패턴으로 안내하며 그의 소정 위치에서 제2유체를 지지하는 복수의 축상 연장하는 파이프(40)에 의해 횡단되도록 구성된 복수의 간격을 두고 떨어져 있는 구멍(50)과 편평 또는 만곡되도록 구성된 각각 한쌍의 상대하는 면을 갖추고 있는 복수의 4분원형의 배플(32)들로 이루어지는 열 교환장치에 있어서,

    상기 각도 ∝가 0°와는 다르며:

    각각의 4분원형의 배플(32)의 상대하는 면들이, 균일한 반경방향에서 그로부터 간격을 두고 외판(34) 내측을 향하는 타원상의 외측단부(46)를 그들 사이에 형성하는 한편, 제1유체가 4분원형의 배플(32)의 타원상의 외측단부와 외판(34)의 내측과의 사이를 균일한 속도로 흐를때 제1유체는 각각 4분원형의 배플(32)의 상대하는 면을 따라서 균일한 압력을 발생하며:

    상기 열교환장치가, 평행하는 4분원형의 배플(32)의 각각 열의 외측 단부의 말단 영역을 각각 관통하고 있는 복수의 축방향으로 연장하는 타이로드(28)와, 외판(34)의 종축에 병행하여 연장하며 각기 4분원형 배플(32)의 외측단부(46)를 연결하여 인접하는 4분원형 배플(32)의 구멍(50)들이 정렬되는 그의 소정위치를 확보하고 제1유체 흐름에 노출된 파이프(40)에 의해 야기된 진동을 최소화하는 각을 이루며 간격을 두고 떨어져 있는 복수의 봉합스트립(44)으로 더 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
11. 제 10항에 있어서, 각각의 봉합 스트립(44)이 다각형 또는 환상 단면을 가지며 일렬로 서로 병행하여 배치된 연속하는 4분원형의 배플(32)의 외측단부의 말단영역(49)에 고정된 연속하는 로드인 것을 특징으로 하는 열교환장치.
12. 제 10항에 있어서, 각각의 4분원형의 배플(32)의 상대하는 면이, 반-구멍(52)의 열로 각기 형성된 한 쌍의 측면(54)을 그들 사이에 형성하고, 인접하는 4분원형의 배플(32)의 반-구멍(52)은 인접하는 4분원형의 배플(32)에 공통한 파이프(40)와 그의 소정위치에서 결합하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
13. 제 10항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 각도를 가지고 종축에 설치되어 제1유체 흐름의 제1나선상 패턴을 형성하는 복수의 4분원형의 배플(32)이 외측단부로부터 수렴하여 외판(34)의 종축에서 종결하는 정점을 형성하는 각기 한쌍의 측면(54)을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
14. 제 13항에 있어서, 상기 4분원형의 배플(32)의 각각의 정점이 상기 외판(34)의 종축을 따라 중심을 둔 중심파이프(38)의 외측 표면과 일치하도록 형성된 각각의 노치(42)를 갖는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
15. 제 13항에 있어서, 각도 ∝를 두고 외판(34)에 설치되어 제1유체흐름을 나선상 패턴으로 안내하는 또 다른 복수의 4분원형 배플(32)을 더 포함하며, 상기 열교환장치가 제1유체흐름의 균일한 속도를 유지하면서 연속하는 4분원형의 배플(32)사이의 파이프(40)의 미지지 스팬을 감소하는 이중 나선구조로 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
16. 제 15항에 있어서, 또 다른 복수의 4분원형의 배플(32)의 일부가 각기 중심파이프(38)에 의해 관통된 각각의 구멍을 구비한 각각의 정점을 갖추고 있으며, 4분원형의 배플(32)이 종축에 중심을 두고 있는 중심파이프(38) 주위를 소정위치로 회전 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
17. 제 14항에 있어서, 제2유체 운반파이프(40) 다발에 의해 횡단되는 이중나선 배치를 형성하고 종축에 각도를 가지고 위치되어 균일한 속도로 제1유체를 나선패턴으로 안내하는 4분원형배플(32)의 제1스트링 및 4분원형 배플(32)의 제2스트링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
18. 제 17항에 있어서, 각각의 4분원형 배플(32)이 외측 원추형 주위 단부와 2개의 측면을 갖추고 있으며, 상기 측면이 원추형 주위 선단으로부터 상호를 향하여 수렴하여 4분원형 배플(32)의 제1스트링 및 제2스트링이 상호에 관하여 확보되기 전에 연속방식으로 종축에 관하여 4분원형 배플(32)의 각각의 각도를 이루는 배치가 가능하도록 90°가 아닌 각도로 형성된 노치를 구비한 정점을 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
19. 제 17항에 있어서, 상기 4분원형의 배플(32) 모두의 정점(42)이 슬롯으로 각을 이루어 천공된 구멍으로 구비되어 이중나선 배치를 위한 4분원형의 배플(32)의 두개 스트링의 위치를 용이하게 하는 이중 나선 배치를 수반하는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
20. 종축(A-A)을 구비하며 제1유체를 수용하도록 구성된 외판(34)과, 종축(A-A)에 대한 수직선(N-N)에 관하여 각도 ∝로 외판(34)에 각기 장착되어 균일한 속도로 외판(34)을 통하여 제1유체 흐름을 나선상 패턴으로 안내하며 그의 소정 위치에서 제2유체를 지지하는 복수의 축상 연장하는 파이프(40)에 의해 횡단되도록 구성된 복수의 간격을 두고 떨어져 있는 구멍(50)과 편평 또는 만곡되도록 구성된 각각 한쌍의 상대하는 면을 갖추고 있는 복수의 4분원형의 배플(32)들로 이루어지는 열 교환장치에 있어서,

    상기 각도 ∝가 0°와는 다르며:

    각각의 4분원형의 배플(32)의 상대하는 면들이, 균일한 반경방향에서 그로부터 간격을 두고 외판(34) 내측을 향하는 타원상의 외측단부(46)를 그들 사이에 형성하는 한편, 제1유체가 4분원형의 배플(32)의 타원상의 외측단부와 외판(34)의 내측과의 사이를 균일한 속도로 흐를 때 제1유체는 각각 4분원형의 배플(32)의 상대하는 면을 따라서 균일한 압력을 발생하며:

    상기 열교환장치가, 평행하는 4분원형의 배플(32)의 각각 열의 외측 단부의 말단 영역을 각각 관통하고 있는 복수의 축방향으로 연장하는 타이로드(28)를 더 구비하며;

    상기 4분원형 배플(32)의 소정위치에서 인접하는 4분원형 배플(32)의 연장부분을 중첩하도록 구성되고 측면(54)쌍 중 각각의 하나를 각기 걸치고 있는 연장하는 말단 부분(49)으로부터 떨어져 간격을 두고 있는 각각의 외측단부로 부터 서로를 향해 수렴하는 한 쌍의 측면(54)을 각각의 4분원형의 배플(32)은 갖추고 있으며;

    상기 연장하는 말단 부분(49) 각각은 4분원형 배플(32)의 소정위치에서 인접한 4분원형 배플(32)의 연장하는 말단 부분(49)의 각각의 구멍(60)과 정렬된 복수의 구멍(60) 중 하나를 구비하며;

    인접하는 배플(32)의 연장부분(49)에 형성된 구멍(60)은 각각의 파이프에 의해 횡단되어 4분원형 배플(32)의 소정 위치를 확보하는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
21. 제 20항에 있어서, 각각의 4분원형의 배플(32)의 상대하는 면이, 반-구멍(52)의 열로 각기 형성된 한 쌍의 측면(54)을 그들 사이에 형성하고, 인접하는 4분원형의 배플(32)의 반-구멍(52)은 인접하는 4분원형의 배플(32)에 공통한 파이프(40)와 그의 소정위치에서 결합하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
22. 제 20항 또는 제 21항에 있어서, 각도를 가지고 종축에 설치되어 제1유체 흐름의 제1나선상 패턴을 형성하는 복수의 4분원형의 배플(32)이 외측단부로부터 수렴하여 외판(34)의 종축에서 종결하는 정점을 형성하는 각기 한 쌍의 측면(54)을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
23. 제 22항에 있어서, 상기 4분원형의 배플(32)의 각각의 정점이 상기 외판(34)의 종축을 따라 중심을 둔 중심파이프(38)의 외측 표면과 일치하도록 형성된 각각의 노치(42)를 갖는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
24. 제 22항에 있어서, 각도 ∝를 두고 외판(34)에 설치되어 제1유체 흐름을 나선상 패턴으로 안내하는 또 다른 복수의 4분원형 배플(32)을 더 포함하며, 상기 열교환장치가 제1유체 흐름의 균일한 속도를 유지하면서 연속하는 4분원형의 배플(32)사이에 파이프(40)의 미지지 스팬을 감소하는 이중 나선구조로 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
25. 제 24항에 있어서, 또 다른 복수의 4분원형의 배플(32)의 일부가 각기 중심파이프(38)에 의해 관통된 각각의 구멍을 구비한 각각의 정점을 갖추고 있으며, 4분원형의 배플(32)이 종축에 중심을 두고 있는 중심파이프(38) 주위를 소정위치로 회전 가능 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
26. 제 23항에 있어서, 제2유체 운반파이프(40) 다발에 의해 횡단되는 이중나선 배치를 형성하고 종축에 각도를 가지고 위치되어 균일한 속도로 제1유체를 나선패턴으로 안내하는 4분원형배플(32)의 제1스트링 및 4분원형 배플(32)의 제2스트링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
27. 제 26항에 있어서, 각각의 4분원형 배플(32)이 외측 원추형 주위 단부와 2개의 측면을 갖추고 있으며, 상기 측면이 원추형 주위 선단으로부터 상호를 향하여 수렴하여 4분원형 배플(32)의 제1스트링 및 제2스트링이 상호에 관하여 확보되기 전에 연속방식으로 종축에 관하여 4분원형 배플(32)의 각각의 각도를 이루는 배치가 가능하도록 90°가 아닌 각도로 형성된 노치를 구비한 정점을 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
28. 제 26항에 있어서, 상기 4분원형의 배플(32) 모두의 정점(42)이 슬롯으로 각을 이루어 천공된 구멍으로 구비되어 이중나선 배치를 위한 4분원형의 배플(32)의 두개 스트링의 위치를 용이하게 하는 이중나선 배치를 수반하는 것을 특징으로 하는 열교환장치.

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