KR101632468B1 - 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 교환기 유닛(20)을 가진 열교환기(1)가 제공되는데, 상기 교환기 유닛(20)은 실질적으로 동축구성인 감겨진 제 1 도관 및 감겨진 제 2 도관(21-23) 중 하나 이상을 포함하고 교환기 유닛(20)을 수용하기 위한 케이싱(2)을 포함한다. 케이싱(2)은 제 1 단부 벽(3), 제 2 단부 벽(4), 및 이 두 단부 벽(3, 4) 사이에 있는 주변부(5)를 가진다. 각각의 도관(21-23)은 유입부와 배출부를 가지며, 제 1 도관(21, 23)의 배출부는 제 2 도관(22)의 유입부에 실질적으로 직렬로 연결된다. 교환기 유닛(20)은 케이싱(2)의 제 1 단부 벽(3)에 의해 지지되고, 제 1 도관(21)의 유입부와 제 2 도관(22)의 배출부는 실질적으로 케이싱(2)의 제 1 단부 벽(3)에 위치된다.

Description

열교환기{HEAT EXCHANGER}

본 발명은 열교환기 특히 응축 타입의 열교환기에 관한 것이다.

열교환기의 기능은 두 유체 사이에서 열에너지를 전달하는 것으로서, 가령, 예를 들어, 가정용 가스 보일러의 경우, 열교환기의 기능은 버너(burner)에 의해 발생된 연소로부터 생성된 고온의 연무(fume)로부터 시작하여 열교환기 내부를 순환하는 물을 가열하는 것이다. 이러한 보일러는 연소 후에 발생되는 열과 연소 연무 내에 함유된 응축 잠열 모두를 이용하기 위해 고려된다. 연무 내에 함유된 열을 회수하기(recover) 위하여, 열교환기는 내부에 물의 순환 경로가 있으며 이를 따라 연무가 흐르도록 형성된 케이싱(casing)을 포함한다.

회수된 응축열의 양은 대개 열교환기로 열이 유입되며 열교환기로부터 물이 회수되고 전달되는 온도에 좌우된다. 게다가, 열교환기의 경로 내부 및 외부에 있는 유체 사이에서 상당한 열교환을 얻기 위하여, 가능한 최대로 연장된 열교환 표면(heat-exchange surface)을 가지는 것이 필요하다. 이를 위해, 위에서 언급한 경로는 복수의 감겨진(coiled) 도관(conduit) 또는 튜브(tube)를 포함할 수 있는데, 상기 복수의 감겨진 도관 또는 튜브는 서로에 대해 실질적으로 동축구성 방식으로 배열되고 복수의 도관 중 최내측 도관이 버너(burner)를 둘러싸고 있다.

첫 번째 타입의 해결책에서, 감겨진 도관은 병렬로 작동하는데(operate in parallel) 즉 각각의 도관은 상응하는 케이싱의 두 축방향 단부에 형성된 열교환기의 유입 챔버(inlet chamber)와 배출 챔버(outlet chamber) 사이에서 연장된다. 이러한 타입의 해결책은 공보 WO 2005/080900호로부터 공지되어 있다.

본 발명에 관한 해결책인 두 번째 타입의 해결책에서, 다수의 감겨진 도관이 실질적으로 U자 형태의 커넥터(connector)를 통해 직렬로(in series) 연결되며, 이에 따라 물이 직렬로 배열된 도관들 중 제 1 도관의 유입부로부터 유입되어 열교환기 내로 통과하고 열교환기로부터 나와서 직렬로 배열된 도관들 중 마지막 도관의 배출부를 통과한다. 이러한 타입의 해결책은 공보 EP-A-1 813 882호로부터 공지되어 있는데, 청구항 제 1항의 전제부는 상기 유럽특허에 기초한다.

감겨진 도관이 직렬로 배열된 공지의 열교환기에서, 다수의 감겨진 도관들에 의해 형성된 나선(helix)은 케이싱의 서로 맞은편에 있는 두 단부 벽(end wall) 사이에 끼워진다(packed). 이는 위에서 언급한 단부 벽에서 상당한 무게를 가진 단열재(thermal insulator)를 고려할 필요성을 수반한다. 게다가, 이러한 타입의 해결책은 열교환기의 케이싱의 축방향 수치(axial dimension)들이 감겨진 도관의 축방향 수치에 의해 결정된다는 사실을 고려할 때 제조에 있어서 융통성을 가질 수 없다. 위에서 언급한 것과 같이, 열교환기의 화력(thermal power)은, 그 외의 다른 요인들 중에서, 열교환 표면에 좌우되며, 이에 따라, 제조 및 제조비용에 있어서 더 이상 복잡해질 필요없이, 상이한 화력을 위해 고려된 열교환기는 다양한 도관의 턴(turn) 개수에 있어서 따라서 상응하는 나선의 축방향 수치에 있어서 서로 다르며, 상기 나선이 케이싱의 두 벽들 사이에 끼워지기 때문에, 적어도 주변부(peripheral part)의 수치에 있어서, 케이싱은 열교환기의 각각의 모델용으로 의도적으로 제조되어야 하며, 연무 배출부와 유입부 및 물의 배출부 커넥터가 일반적으로 상기 주변부 내에 형성된다.

이러한 공지의 해결책들은, 열교환기가 실제로 완전히 조립되었을 때에만 즉 감겨진 도관 세트가 케이싱 내에 장착되었을 때에만 테스트 단계가 수행될 수 있는 추가적인 결점을 가진다. 제조 상에 결점이 있는 경우(예를 들어, 완전하지 못한 용접부(weld) 또는 밀봉부(seal)로 인해 액체가 누수되는 경우), 제품은 일부분 이상 해체되어야 하며, 이에 따라 시간과 비용이 든다.

게다가, 일반적으로, 다수의 감겨진 도관이 직렬로 배열된 공지의 열교환기의 구조는, 가령, 물의 유입 및 배출 커넥터 때문에, 사용자 장치, 가령, 보일러 또는 온탕기(water heater)를 설치할 수 있는 측면에서 융통성을 가질 수 없다.

앞에서 언급한 고려사항들에 비추어 볼 때, 본 발명은, 제조와 설치의 두 측면에 있어서 높은 융통성을 가지며, 테스트하고 제조하기에 간단하고 경제적으로 유리하며, 소형의 수치들을 가지면서도 작동 효율이 좋은 열교환기를 제공하여, 위에서 언급한 결점 중 하나 또는 그 이상의 결점을 해결하는 데 있다. 이러한 목적을 구현하기 위한 관점에 있어서, 본 발명의 주제는 본 발명에 대해 본 명세서에서 제공된 기술적인 사상과 일체로 구성되고 하기 청구범위에서 기술된 특징들을 가지는 열교환기 특히 응축 타입의 열교환기이다.

본 발명의 추가적인 목적, 특징 및 이점들은 전적으로 비-제한적인 예로서 제공된 첨부된 도면들을 참조하여 기술한 하기 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1 및 2는 본 발명의 따른 열교환기를 도시한 투시도이다.
도 3은 도 1 및 2의 열교환기를 도시한 전방도이다.
도 4 및 5는 도 3의 라인 IV-IV 및 V-V를 따라 절단한 단면을 확대하여 도시한 도면이다.
도 6 및 7은 도 1 및 2의 열교환기의 일부분을 분해하여 다른 각도로 도시한 도면이다.
도 8 및 9는 도 1 및 2의 열교환기를 분해하여 축소시켜 다른 각도로 도시한 도면이다.
도 10 및 11은 도 1 및 2의 열교환기의 감겨진 도관 세트를 다른 각도로 도시한 투시도이다.
도 12 및 13은 도 1 및 2의 열교환기를 도시한 전방도 및 후방도로서, 각각, 전방 벽과 케이싱 본체가 제거된 상태이다.
도 14 및 15는 도 1 및 2의 열교환기의 유압연결 부재를 도시한 투시도이다.
도 16은 상응하는 버너가 추가로 제공된 도 1 및 2에 따른 열교환기를 도시한 전방 입면도이다.
도 17은 도 16의 라인 XVII-XVII을 따라 절단한 횡단면도이다.

본 명세서에서 "구체예" 또는 "하나의 구체예"에 대한 언급은 구체예에 관해 기술된 특정 형상(configuration), 구성(structure), 또는 특징(characteristic)이 하나 이상의 구체예를 포함하는 것을 가리키기 위한 것이다. 따라서, 본 발명의 상기 설명의 상이한 관점에서 나타날 수 있는 "한 구체예" 또는 "하나의 구체예와 같은 문장들은 반드시 한 구체예 및 똑같은 구체예를 가리킬 필요는 없다. 게다가, 특정의 형상, 구성, 또는 특징들은 하나 또는 그 이상의 구체예와 적절한 방법으로 조합될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 참조내용들은 단지 편의를 위해 사용되는 것이지 본 발명의 구체예들의 사상 또는 보호범위를 한정하려는 것이 아니다.

본 발명에 따라 제작된 가스 보일러용 열교환기, 특히 콘덴서 타입의 열교환기가 도면에서 전반적으로 도면부호(1)로 표시된다.

열교환기(1)는 2개의 단부 벽(3 및 4)(본 명세서에서는 전방 벽과 후방 벽으로 정의됨), 및 두 벽(3 및 4) 사이에서 연장되는 주변부(5)를 가진 케이싱(2)을 포함한다. 예시된 예에서는, 벽(3 및 4)들은 실질적으로 사변형(quadrangular) 형태이며 주변부(5)는 서로 수직의 4개의 측벽을 가지는데; 한 변형예(도시되지 않음)에서는, 단부 벽들은 원형 형태를 가지며 주변부는 하나의 원통형 벽으로 구성된다.

바람직한 한 구체예에서, 후방 벽(4)과 주변부(5)는 일체형 본체로 제조되어 도면부호(6)로 표시된다. 상기 일체형 본체(6)는 몰딩 플라스틱 또는 합성 재료, 가령, 예를 들어, 폴리프로필렌으로 형성되는 것이 바람직하다. 전방 벽(3)은 코킹(calking)에 의해 본체(6)의 주변부(5)의 상측 가장자리에 결합될 수 있는 것이 바람직한데, 이는 밑에서 설명될 것이다.

연무 배출부(7)와 응축 배출부(8)가 주변부(5) 내에 형성되고, 바람직하게는, 반드시 주변부(5)의 맞은편 영역들 내에 형성될 필요는 없으며, 상기 배출부들은 케이싱(2)의 축에 대해 실질적으로 반경방향에 배열된다(substantially radial). 상기 배출부(7 및/또는 8)의 위치는 상기 구체예에서의 위치와 상이할 수도 있다는 점은 명백한다. 또한, 일체형 본체(6)는 리빙(ribbing) 또는 보강(stiffening) 구성물(formation)(9), 가령, 예를 들어, 주변부(5)의 가장자리에 있는 구성물 뿐만 아니라 고정 플랜지(10)와 일체로 구성되는(integrate) 바람직하다.

벽(3)은 전단가공(shearing) 및 변형 공정에 의해 금속 시트(metal sheet)를 변형하여 얻을 수 있는, 열전도성 재료, 바람직하게는, 스테인리스 스틸로 제조된다. 벽(3)은, 특히, 버너(burner)를 설치하기 위해, 내부를 향해 다소 끌어당겨져 있는(drawn) 중앙 통로(11)를 가진다(예를 들어, 버너가 도면부호(50)로 표시되어 있는 도 16 및 17을 참조하라). 버너를 설치한 뒤에 오는 변형을 방지하기 위하여 개구(11)를 둘러싸고 있는 보강 드로잉(stiffening drawing)(11a)이 제공되는 것이 바람직하다. 상기 보강 드로잉(11a)은 버너의 고정 핀(fixing pin)을 지지할 수 있다.

가열되어야 하는 액체로 가정되는 유체, 특히 물을 위해, 열교환기(1)의 유압연결 부재(12)가 통로(11)에 대해 주변에 배열된(peripheral) 위치에서 벽(3)의 외부에 고정된다. 유압연결 부재(12)는 벽(3)의 코너부분 근처에 고정된다(fixed).

밑에서 더 명확하게 설명되는 것과 같이, 상기 부재(12)는 2개의 내부 도관(conduit)을 가지며 액체를 위한 유입 커넥터(inlet connector) 및 배출 커넥터(outlet connector)로서 작용된다(operate). 하기의 내용에서, 열교환기(1)의 액체를 위한 유입부 및 배출부가 모두 하나의 똑같은 단부 벽 즉 전방 벽(3)에 위치되며, 바람직하게는, 반드시 서로에 대해 인접한 위치일 필요가 없다는 사실은 명백할 것이다.

케이싱(2)은 교환기 유닛(exchanger unit)을 수용하는데(house), 상기 교환기 유닛은 액체를 위한 열교환 경로(heat-exchange path)를 형성하며 실질적으로 동축구성(coaxial)인 복수의 감겨진 도관(coiled conduit)을 포함한다. 위에서 언급한 교환기 유닛은 도 4-7에서 전반적으로 도면부호(20)로 표시되어 있는데, 상기 교환기 유닛은 예를 들어 도 4, 5 및 8, 9에서 도면부호(21 및 22)로 표시된 감겨진 제 1 및 제 2 금속 튜브 또는 도관 중 하나 이상을 포함한다. 도관(21 및 22), 가령, 예를 들어, 스틸로 제작된 도관은 서로 다른 직경의 코일을 가지는데, 도관(22)은 도 4 및 5에서 명확하게 볼 수 있듯이 도관(21)에 의해 형성된 나선(helix) 내에서 연장되는 나선을 형성한다. 본 발명의 바람직한 구체예에서, 유닛(20)은 도면부호(23)로 표시된 하나 이상의 감겨진 제 3 금속 도관 또는 튜브를 포함한다. 예시된 예에서, 상기 도관(23)은 예를 들어 스틸로 제조되며, 이 도관(23)은 도관(21)에 의해 형성된 나선이 연장되는 나선을 형성하기 위해 도관(21)의 턴(turn)보다 더 큰 직경의 턴(turn)을 가진다. 각각의 도관(21-23)은 복수의 유입부(21a, 22a, 23a)와 배출부(21b, 22b 및 23b)를 가진다(도 10 및 11).

도시되지는 않았지만, 바람직한 구체예에서, 도관(21 및 22)과 같이 오직 두 도관이 제공되는데, 이 도관들은 동일한 유동 단면(flow section)을 가지고 가령, 예를 들어, U자 형태의 연결 부재 등에 의해 서로 직렬로 연결되고, 도관(21)의 배출부(21b)는 도관(22)의 유입부(22a)에 연결된다. 세 도관(21-23)이 제공된 본 발명의 바람직한 구체예에서, 도관(21 및 23)은 서로 병렬로(in parallel) 배치되고(set) 도관(22)에 대해서는 직렬로(in series) 배치되는데, 즉 도관(21 및 23)의 배출부(21b 및 23b)는 도관(22)의 유입부(22a)에 연결된다. 매니폴드 부재(manifold member)에 의해 최외측의 두 도관(21 및 23)이 내부 도관(22)에 연결되는데, 이는 밑에서 설명될 것이다. 세 도관을 포함하는 본 발명의 상기 바람직한 구체예에서, 도관(22)의 통로 단면(passage section) 또는 유동 단면(flow section)은 도관(23)의 유동 단면보다 더 크며, 똑같은 유동 단면을 가지는 것이 바람직하지만 반드시 그럴 필요는 없다. 그 외의 구체예에서 세 도관(21, 22 및 23)은 유동 단면과 동일한 직경을 가질 수 있으나, 상기 구체예에서는 약간 낮은 수준의 성능(performance)을 보여준다.

다수의 동축 나선을 가진 타입의 응축 열교환기(condensation heat exchanger)에서, 버너를 통해 생성된 열의 대부분(약 80%)은 최내측 나선을 형성하는 도관에 생긴다(yield). 이에 대해 제안된 해결책에 따르면, 병렬로 배치되고 더 작은 직경을 가진 두 도관(21 및 23)에 의한 더 큰 직경을 가진 내부 도관(22)이 더 큰 효율을 구현하며, 유체의 적절한 유속(flow rate)을 보장하게 하고, 유닛(20)의 수치 따라서 열교환기(1)의 수치를 전체적으로 소형으로 유지한다.

본 발명에 의해 수행된 실제 테스트는, 열교환기(1)를 가정용 보일러 용도로 제공하는 경우, 약 12mm 내지 약 20mm 사이, 특히 약 16mm의 직경에 해당하는 유동 단면을 가진 도관(21 및 23), 및 약 14mm 내지 약 22mm 사이, 특히 약 16mm의 직경에 해당하는 유동 단면을 가진 도관(22)을 사용하여 매우 효율적인 작동을 얻는 것이 가능하다는 것을 확실하게 한다.

특히 바람직한 구체에에서, 세 도관(21-23)은 각각의 나선이 실질적으로 똑같은 피치(pitch)를 가지도록 하는 형태의 횡단면을 가진다. 이 해결방안은 생산 목적에 있어서 특히 유리한데, 그 이유는 밑에서 설명될 것이다.

예를 들어, 대표적인 구체예에서, 도 4 및 5에서 볼 수 있는 것과 같이, 도관(21 및 23)은 대체로 원형의 횡단면을 가지는 반면, 도관(22)은 대체로 난형(ovalized) 또는 평평한(flattened) 횡단면을 가진다. 도 5에서 볼 수 있듯이, 도관(22)의 난형 횡단면은 일반적으로 상응하는 나선 축에 대해 평행한 단축(minor axis)(Y)을 가지고, 상기 나선은 실질적으로 도관(21 및 23)의 원형 단면의 직경(D)에 상응하며, 이런 방식으로, 세 나선에 대해 일정한 피치(P)가 얻어진다. 물론, 상이한 형태의 횡단면을 가진 도관(21-23)에서도 똑같은 결과를 얻을 수 있다. 한 구체예에 따르면(도시되지 않음), 유닛(20)의 내부 나선을 형성하는 도관(22)은 실질적으로 둥근 횡단면을 가지는 반면, 도관(21) 또는 도관(21 및 23)은 일반적으로 난형 또는 평평한 도관(22)의 유동 단면보다 더 작은 유동 단면을 가진다. 따라서, 이러한 종류의 변형예에서, 도관(21) 또는 도관(21 및 23)의 일반적으로 난형 횡단면 또는 평평한 단면은 상응하는 나선 축에 대해 일반적으로 평행한 장축(major axis)을 가지며, 상기 나선은 실질적으로 도관(22)의 원형 단면의 직경에 상응한다.

도 4 및 5에서 볼 수 있는 것과 같이, 일정한 피치(P)로 인해, 유닛(20)의 도관들에 의해 형성된 나선의 축방향 수치는 동일하며(기본적으로, 세 나선은 똑같은 높이로 구성됨), 같은 이유로, 다양한 나선의 턴(turn)의 횟수도 동일하다.

각각의 턴들 사이의 거리는 똑같은 것이 바람직하다. 이를 위해, 한 구체예에서, 각각의 감겨진 도관은 각각의 턴을 수직 거리(right distance)에 유지하기 위한 적절한 수단을 가지는데, 나선 자체를 따라 일정한 것이 바람직하다. 특히 바람직한 구체예에서, 이 수단은 스페이서(spacer)로서 기능을 수행하도록 형태가 형성된 도관 자체의 국소 부분(localized portion)들에 의해 구성된다(constituted). 특히 문헌 WO 2005/080900호의 원리에 따라, 상기 국소 부분들은 상응하는 도관의 변형을 통해 얻어질 수 있다.

도 4 및 5로부터, 상기 두 도관들 사이에 실질적으로 원통형의 틈(cylindrical gap)이 형성되도록, 열교환기(1)에서, 인접한 두 도관들에 의해 형성된 나선들이 서로로부터 일정한 거리에 어떻게 배열될 수 있는지 볼 수 있다. 이를 위해, 각각의 나선의 턴은 똑같은 직경을 가지는 것이 바람직하다. 도 4 및 5로부터, 하나의 나선의 턴들 사이에 형성된 틈(interstice)은 실질적으로 인접한 나선의 틈을 향하거나 또는 상기 인접한 나선의 틈과 나란하게 정렬되도록(즉 한 나선의 틈은 예를 들어 위에서 언급한 문헌 EP-A-1 813 882호에서와 같이 인접한 나선의 턴을 향하지 않음) 배열되는 것을 볼 수 있다. 본 발명에 의해 수행된 실제 테스트는 어떠한 경우에서도 이러한 배열상태가 열교환기(1)의 효율적인 작동을 확실히 보장하게 한다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 도관(21)의 유입(21a)와 도관(22)의 배출부(22b), 또는 대표적인 바람직한 구체예로서, 도관(21, 23)의 유입부(21a, 23a)와 도관(22)의 배출부(22b)는 밑에서 기술되는 것과 같이 실질적으로 케이싱(2)의 단부 벽(3)에 위치된다.

이를 위해, 예를 들어 도 6 및 10에서 명확하게 볼 수 있는 것과 같이, 대표적인 구체에에서, 각각의 도관은 각을 이룬 중간 굽힘부(bend)를 가지는데, 이 중간 굽힘부는 도면부호(21c, 22c 및 23b)로 표시된다. 이런 방식으로, 두 도관(21 및 23)이 모두 있을 때, 도관(21 및 23) 내에 각각의 도관의 초기 신장부(initial stretch)가 형성되는데, 이 초기 신장부는 도면부호(21d 및 23d)로 표시되고 일반적으로 축방향으로 연장되거나 혹은 상응하는 나선의 높이 방향으로 연장되며, 이와 유사하게, 도관(22) 내에 도관의 최종 신장부(final stretch)가 형성되는데, 이 최종 신장부는 도면부호(22d)로 표시되고 일반적으로 축방향으로 연장되거나 혹은 상응하는 나선의 높이 방향으로 연장된다.

바람직한 구체예에서, 위에서 언급한 도관의 신장부(21d, 22d 및 23d)는 실질적으로 직선이며(rectilinear) 그뿐만 아니라 서로에 대해 실질적으로 평행하고 각각의 도관에 의해 형성된 나선 축에 대해 평행하다. 게다가, 위에서 언급한 도관의 신장부(21d, 22d 및 23d)는 최외측 도관(23)에 의해 형성된 나선의 외부로 연장되고 실질적으로 한 영역 및 케이싱(2)의 벽(3)의 한 영역(3a)(예를 들어, 도 1 및 2를 참조할 것) 즉 연결 부재(12)가 장착되는 영역에 도달하는(reach) 것이 바람직하다. 하지만, 대표적인 바람직한 구체예에서 볼 수 있듯이, 위에서 언급한 신장부들은 벽(3)에 대해 맞은편에 있는 나선의 단부들로부터 연장된다.

도관(22)의 유입 단부(inlet end)와 도관(21)의 배출 단부(outlet end) 및 도관(21 및 23)의 배출 단부에 장착되는 매니폴드 부재에 의해 도관(21) 또는 도관(21 및 23)이 도관(22)에 연결된다.

한 구체예에서, 위에서 언급한 매니폴드 부재는, 일반적으로, 도 5, 8, 9, 12 및 13에서 도면부호(24)로 표시된 캡과 유사한 본체(caplike body)를 포함한다. 상기 캡과 유사한 본체(24)(금속 재료로 제조되는 것이 바람직하지만 반드시 금속 재료로 제조될 필요는 없음)는 내측 표면을 형성하기 위해 일부분 이상이 굽어진 형태를 가지는데, 상기 내측 표면은 일반적으로 굽어져 있으며 장착된 상태에서 도관(22)의 유입부(22a)를 향하고 도관(21 및 23)의 배출부(21b 및 23b)를 향한다.

예시된 예에서, 매니폴드 부재는, 예를 들어 도 5 및 8-11에서 볼 수 있는 것과 같이, 금속 재료로 제조된 플레이트 요소(plate element)를 추가로 포함하는데, 상기 플레이트 요소는 도면부호(25)로 표시된다. 상기 플레이트 요소는 일반적으로 평평한 중앙 부분을 가지는데, 상기 평평한 중앙 부분 내에는 3개의 관통홀(도 8 및 9 참조), 및 유체가 새지않는(fluid-tight) 방식으로 상기 캡과 유사한 본체(24)에 결합되도록 구성된 주변 가장자리(peripheral edge)가 형성된다. 상기 플레이트(25)의 가장자리와 캡과 유사한 본체(24)가 모두 금속으로 제조될 때 플레이트(25)의 가장자리와 캡과 유사한 본체(24) 사이는 예를 들어 용접으로 유체가 새지않는 방식으로 결합될 수 있다. 조립을 위해, 도관(21-23)의 단부는 위에서 언급한 관통홀 내에 삽입되며 그 뒤 유체가 새지않는 방식으로 특히 용접에 의해 플레이트(25)에 고정되는데, 이는 예를 들어 도 11에서 볼 수 있다.

한 구체예에서, 플레이트(25)에 고정되어야 하는, 도관(21 및 23)의 배출 단부와 도관(22)의 유입 단부는 도 11에서 볼 수 있듯이 경사진 절단면(inclined cut)을 가진 상태로 절단된다(cut). 이러한 특징은 매니폴드 부재의 유체동력학적인 특징을 향상시키고 헤드 손실(head loss)을 줄일 수 있게 하는데, 이와 유사한 기능이 캡과 유사한 본체(24)의 내측 표면의 곡률(curvature)로 인해 얻어진다. 플레이트(25) 내에 형성된 관통홀은 도관의 경사진 절단면에 의해 결정되는 횡단면과 균일한 횡단면을 가지는 것은 명백하다.

바람직한 구체예에서, 교환기 유닛(20)은 예를 들어 도 4, 5, 8, 9 및 12에서 볼 수 있듯이 도면부호(26)로 표시된 하나 이상의 제 1 단부 플레이트(end plate)를 포함한다. 열교환기(1)의 조립된 상태에서, 상기 플레이트(26)는 케이싱(2)의 벽(3)을 향하고 있으며 벽(3)과 접촉 상태에 있다. 상기 플레이트(26)는 예를 들어, 금속 시트로 전단가공(shearing) 및 드로잉가공(drawing)에 의해 제조될 수 있으며, 벽(3)의 통로(11)와 연결하기 위해 도 8, 9 및 12에서 도면부호(27)로 표시된 각각의 중앙 통로를 가진다. 두 통로(11 및 27)를 연결하기 위하여, 두 통로 중 하나 이상의 통로가 플레이트(26) 또는 벽(3)의 일반적으로 관형 부분(tubular portion)에 의해 형성되는데, 예시된 예에서, 상기 일반적으로 관형 부분은 플레이트(26)에 속하고(belong) 도 4 및 5에서 도면부호(26a)로 표시된다. 반면, 위에서 언급한 것과 같이, 개구(11)를 형성하는 벽(3)의 내측 가장자리는 도 4 및 5에서 볼 수 있듯이, 내부를 향해 약간 끌어당겨져 있다(slightly drawn inwards). 조립된 상태에서, 플레이트(26)의 관형 부분(26a)의 상측 부분은 용접에 의해 유체가 새지않는 방식으로 벽(3) 특히 개구(11)의 경계를 정하는(delimiting) 벽(3)의 내측 가장자리에 고정된다.

보면 알 수 있듯이, 플레이트(26)는 일반적으로 환형의 플랜지 부분(26b)(도 4 및 5)을 가지는데, 이 환형의 플랜지 부분(26b)으로부터 관형 부분(26a)이 올라오고(rising), 도관(21-23)의 단부 턴(end turn)들이 상기 플랜지 부분(26b) 위에 배열된다(rest).

조립된 상태에서, 플레이트(26)의 환형 부분(26b)은 플레이트와 벽 사이에 일반적으로 환형의 틈이 형성되도록 케이싱의 벽(3)으로부터 일정 거리에 배열된다. 예를 들어 도 4 및 5에서 볼 수 있듯이, 상기 틈은 도면부호(28)로 표시되며 단열재(insulating mass)가 없더라도 벽(3)의 온도가 유지되도록 할 수 있다. 이에 대한 이유는 플레이트(26)가 오직 관형 부분(26a)의 상측 가장자리에서만 벽(11)에 결합되고 도관의 단부 턴들이 벽(11)과 직접 접촉하는 상태에 있기 때문이다. 게다가, 열교환기(1)의 작동 동안, 도관(21-23)의 턴 사이의 틈을 통해, 연무(fume)가 유닛(20)의 외부에 도달할 수 있으며, 이에 따라 틈(28)이 실질적으로 건조되고 도관에 대부분의 열을 산출하여 이에 따라 플레이트(26)와 벽(3) 사이의 틈 영역 내에 상응하게 냉각시킬 수 있다는 점을 이해해야 할 것이다.

앞에서 언급한 것과 같이, 조립된 상태에서, 도관(21-23)의 단부 턴은 플레이트(26)와 접촉 상태에 있다. 플레이트(26)는 도관(21-23)에 의해 형성된 나선의 단부 턴을 위치시키기 위해 시트(seat) 또는 함몰부(depression)를 형성하도록 형태가 형성되는 것이 바람직한데, 이 시트 또는 함몰부 중 일부가 도 12에서 도면부호(29)로 표시된다. 이 예에서, 상기 시트(29)는 외주(circumference)의 호(arc)와 실질적으로 유사하게 형태가 형성된 제 1 부분(prevalent part)과 실질적으로 직선인 말단부(terminal part)를 가지는데, 상기 말단부는 거의 접선방향으로 연장된다. 시트(29)는 위에서 언급한 단부 턴 따라서 상응하는 나선을 적절하게 위치시킬 수 있게 하며, 위에서 언급한 시트(29)의 접선방향 신장부(tangential stretch)는 도관의 각각의 직선 부분들을 도관(23)(도 10-12 참조)에 의해 형성된 나선을 최대한 외부로 멀리 위치시킬 수 있게 하며, 도관의 상기 부분들의 단부에 위에서 언급한 매니폴드 부재(23-25)가 제공된다.

본 발명의 바람직한 구체예에서, 유닛(20)은 도 4, 5, 8, 9 및 13에서 도면부호(30)로 표시된 제 2 단부 플레이트를 포함하며, 상기 제 2 단부 플레이트(30)는 플레이트(26)와 실질적으로 유사한 방식으로 제조되지만 중앙 개구가 없는 것이 바람직하다. 조립된 상태에서, 제 2 단부 플레이트(30)는 케이싱(2)의 벽(4)을 향하고 케이싱(2)의 벽(4)으로부터 일정 거리에 배열된다. 벽(3)의 맞은편에 있는 나선의 단부 턴들이 제 2 단부 플레이트(30) 위에 배열된다. 또한, 제 2 단부 플레이트(30)에는 상응하는 배치 시트(31)가 제공되는데, 예를 들어 도 13에서 볼 수 있듯이, 배치 시트(31)는 플레이트(26)의 시트(29)의 형상과 기능에 비슷한 형상과 기능을 가진다. 또한, 이 경우, 시트(31)의 접선방향 신장부는 도관의 각각의 직선 부분들의 위치를 도관(23)에 의해 형성된 나선의 최대한 외부에 배치시킬 수 있게 하며, 상기 부분들의 단부에는 각을 이룬 중간 굽힘부(21c, 22c 및 23c)가 제공된다(예를 들어 도 7 및 13을 참조하라).

본 발명의 한 형태에서, 교환기 유닛(20)은 케이싱(2)의 단부 벽(3)에 의해 즉 열교환기(1)를 통해 흐를 수 있는 액체를 위한 유입부와 배출부가 위치되는 동일한 벽에 의해 지지된다.

이를 위해, 유닛(20)은 한 단부에서 벽(3)에 의해 지지되고 다른 단부에서는 도관(21-23) 세트를 지지하는 타이(tie) 형태의 지지 요소를 포함하는 것이 바람직하다. 예시된 비-제한적인 예에서, 위에서 언급한 타이(도 8 및 9에서 도면부호(32)로 표시되고 오직 타이의 일부분 만이 예시됨)는 플레이트(30)를 통해 도관(21-23) 세트를 지지하고 플레이트(26)를 통해 벽(3)에 의해 간접적으로 지지된다.

앞에서 언급한 것과 같이, 유닛(20)의 인접한 두 도관에 의해 형성된 나선은 두 도관 사이에서 실질적으로 원통형의 틈을 형성하게 하도록 서로 일정한 거리에 배열된다. 타이(32)는 상기 틈에서 실질적으로 도관(21-23)에 의해 형성된 나선의 축방향으로 연장된다. 이 해결책은 유닛(20)을 가로방향으로 차단하고(lateral encumbrance) 나선 세트를 축방향으로 고정시킬(axially stabilize) 수 있게 한다.

타이(32)는 금속 시트로 형성되고 일반적으로 평평한 평상을 가지는 것이 바람직하다. 타이와 결합하기 위하여, 플레이트(26 및 30)는 도면에 도시되지는 않았지만 각각의 슬릿(slit)을 가진다. 타이(32)는 처음에는 실질적으로 직선 형상을 가지며, 조립을 위해, 플레이트(26 및 30)의 상기 슬릿을 통과하도록 장착된다. 플레이트(26 및 30)로부터, 각각, 벽(3 및 4)을 향해 돌출하는 타이(32)의 단부는 예를 들어 도 12 및 13에서 명확하게 볼 수 있는 것과 같이 실질적으로 직각으로 굽어진다. 타이(32)의 상기 굽어진 단부를 용접함으로써 완료되어 상응하는 플레이트(26 또는 30)에 고정되는 것이 바람직하다.

도 14 및 15는 외부를 향해 연결되어야 하는 도관(21-23)의 단부가 위치되는 영역(3a)에 상응하는 위치에서 벽(3)의 외부에 고정된 연결 부재(12)를 예시한다. 연결 부재(12)는 금속 또는 플라스틱 본체를 가지며, 두 도관(12a 및 12b)을 형성한다. 도관(12a)은 도관(22)의 배출부(22b)에 연결되어야 하며 도관(22)의 유동 단면과 실질적으로 똑같은 유동 단면을 가지는 반면, 도관(12b)은 유입부를 가지고 상기 유입부의 유동 단면은 도관(12a)의 유동 단면과 실질적으로 똑같으며, 두 배출부(12c)로 분기하고(branch off), 상기 배출부(12c)는 도관(21 및 23)의 유동 단면과 실질적으로 똑같은 유동 단면을 가지며, 상기 배출부(12c)는 상기 도관의 유입부(21a 및 23a)과 연결되는 부분에 배열된다.

열교환기(1)의 구성요소를 제조하는 과정은 간단하다. 위에서 언급한 것과 같이, 케이싱의 본체(6)는 열가소성 재료, 가령, 폴리프로필렌을 몰딩함으로써 얻을 수 있다. 벽(3), 플레이트(26 및 30), 및 타이(32)는 금속 시트로부터 시작하여, 섹터(sector) 내에서 경화되는(consolidated) 기술을 사용하여 전단가공 및/또는 변형 공정을 통해 얻어질 수 있다. 또한, 금속 도관(21-23)은 섹터 내에서 알려진 기술을 이용하여 기술된 형상에서 얻어질 수 있다. 연결 부재(12)의 본체 및 매니폴드 부재의 구성요소(24, 25)의 제작과정도 간단하다.

또한, 열교환기(1)의 조립도 매우 간단하며 일부분 이상이 자동화될 수 있다.

타이(32)의 제 1 단부가 플레이트(26)의 상응하는 슬릿을 통과하고, 이 후, 일정 각도로 굽혀져서 플레이트 자체에 용접된다. 세 도관(21-23)에 의해 형성된 나선은 시트(29)(도 12)의 형태와 일치하고 타이(32)가 인접한 나선 사이에 형성된 하나 또는 그 이상의 틈 내에 연장되도록 플레이트(26) 위에 동축구성 방식으로 배열된다(arraged coaxially). 플레이트(26)와 나선의 제 1 단부의 턴 사이에, 밀봉 재료(sealant material), 가령, 예를 들어, 고온에 저항성을 지닌 실리콘 재료가 배열될 수 있다.

이 후, 타이(32)의 제 2 단부가 플레이트(30)의 상응하는 슬릿에 끼워맞춰지며(fitted) 시트(31)의 형태와 일치하도록 나선의 제 2 단부의 턴과 접촉하게 된다(도 13). 플레이트(30)를 배치하고 고정하기 전에, 도 4-5 및 8-9에서 도면부호(34)로 표시되고 예를 들어 세라믹 섬유 또는 질석(vermiculite)으로 제조된 단열체(insulating body)가 도관(22)에 의해 형성된 나선의 바닥 개구에 억지 끼워맞춤(interference fit) 방식으로 삽입되는 것이 바람직하다. 그 뒤, 타이(32)의 제 2 단부가 굽어지고 플레이트(30)에 용접된다. 또한, 이 경우, 나선의 제 2 단부의 턴, 단열체(34), 및 플레이트(30) 사이에 위에서 언급된 타입의 밀봉재가 배열될 수 있다.

이런 방식으로, 도관(21-23)은 플레이트(26 및 30) 사이에 채워진다(packed). 위에서 언급한 것과 같이, 타이(32)와 조합하여, 플레이트(26 및 30)의 시트(29 및 32)는 나선을 적절하게 배치시킬 수 있게 한다. 이 경우, 플레이트(26 및 30)는 나선 축에 대해 실질적으로 수직 방향으로 여러 나선들의 턴 사이에서 나란하게 정렬될 수 있도록 형태가 형성되는데, 이를 위해 내부에 시트(29 및 31)가 형성된 플레이트(26 및 30) 영역은 코일(coil)로서 일부분 이상 연장되고(develop), (도 8 및 9에서 일부분을 볼 수 있듯이) 작은 각도로 기울어진 벽(small inclined wall)에서 시작하고 종료된다.

유닛(20)은, 우선, 위에서 언급한 것과 같이(도 10-11), 플레이트(25)를 도관(21-23)의 상응하는 단부 영역에 배열하고, 그 뒤, 상응하는 용접을 통해, 분배기 부재(distributor member)(23-25)로 완료된다(completed). 그 뒤, 캡과 유사한 본체(24)가, 이 경우, 예를 들어 용접에 의해 유체가 새지않는 방식으로 플레이트(25)에 결합된다(associated).

유닛(20)이 조립되면, 도관(21d-23d)의 신장부의 단부는 예를 들어 도 10과 11에서 볼 수 있듯이 나선을 초과하는 높이에서 돌출된다. 그 뒤, 도관(21-23)의 상기 단부는 벽(3)을 약간 초과하여 돌출하기 위해 영역(3a)(도 7 참조) 내에 제공된 각각의 홀 내에 삽입된다. 벽(3) 위에서, 연결 부재(12)가 예를 들어 나사(screw) 또는 이와 유사한 것을 사용하고 밀봉 링(seal ring)이 삽입되어(interposition) 영역(3a)과 도관의 상기 단부에 상응하는 위치에 고정되며, 이에 따라 두 갈래로 갈라진 도관(12b-12c)(도 14-15)이 도관(21 및 23)의 유입부(21a 및 23a)와 소통하고(in communication) 도관(12a)은 도관(22)의 배출부(22b)와 소통한다. 마지막으로, 플레이트(26)의 관형 부분(26a)의 가장자리는 벽(3)의 개구(11)의 벌려진(flared) 내측 가장자리를 따라 용접된다.

이 유닛은 벽(3)의 주변 가장자리가 주변부(5)의 가장자리 위에 배열될 때까지 본체(6)의 내측을 향해 삽입될 수 있다. 벽(3)의 가장자리는 주변부(5)의 가장자리 위에 직접 코킹된다(calked)(도면에서는 코킹 과정(calking operation) 전의 결합 상태가 도시되어 있다). 이를 위해, 플라스틱 본체(6)의 주변부(5)의 가장자리는 도 4-7에서 도면부호(5a)로 표시되고 외부 방향으로 돌출하는 주변 플랜지(peripheral flange)를 가지며, 벽(3)은 위에서 언급한 플랜지(5a)가 내부로 삽입되는 주변 시트(3b)를 제공하도록 형태가 형성된다. 벽(3)의 외측 가장자리는 상기 시트(3b)에 상응하는 위치에서 어떠한 밀봉 요소(seal element)를 삽입할 필요 없이도 플랜지(5a) 위에 코킹될 수 있다.

이제, 도 16 및 17을 참조하여, 열교환기 자체에 가정용 타입의 가스 보일러가 구비된 열교환기(1)의 작동과정이 간략하게 기술될 것이다. 이 경우, 제 1 열교환 유체는 예를 들어 라디에이터 시스템에서 순환되어야 하는 가열 액체, 또는 위생 시스템(sanitary system)의 물이며, 제 2 열교환 유체는 연소에 의해 생성된 연무이다.

시스템으로부터 나와서 가열되어야 하는 액체는 연결 부재(12)의 도관(12b)을 통해 열교환기(1) 내에 유입된다. 두 갈래로 갈라진 도관(12b)에 의해, 상기 액체는 매니폴드 부재(24-25)에 도달할 때까지 병렬로 배열된 도관(21 및 23)에 공급된다. 매니폴드 부재를 통해, 도관(21 및 23)으로부터 배출되는 물은 도관(22) 내로 이송된다. 그 뒤, 이 액체는 연결 부재(12)의 도관(12a)에 도달하기 위해 도관(22) 즉 버너(50)에 가장 가까운 나선을 통해 흐른다.

상이한 통로의 두 단면들로 인해, 상이한 유속을 가진 액체가 각각의 도관의 열교환 용량(capacity)에 비례하는 양으로 통과하고, 세 도관(21-23)이 가장 뜨거운 내부 도관(22)으로부터 시작하여 가장 차가운 최외측 도관(23)을 향해 개별적이고 내려가는 온도에서 작동하며, 따라서 연무의 응축 현상을 결정하는 방식을 지지한다(favouring). 각각의 도관에서, 액체는 상이한 양의 열을 흡수하려 하는데, 열의 대부분은 버너(50)에 의해 생성된 방사선(irradiation)에 의해 열을 흡수하는 최내측 도관(22)에 의해 흡수되고, 중간 도관(21)과 최외측 도관(23)은 연무의 잔여 에너지(residual energy)를 흡수한다. 도관(21 및 23)의 낮은 온도로 인해, 연무로부터 매우 많은 양의 에너지를 흡수하는 것이 가능하며, 점차 저하되고(progressively impoverished) 점점 더 차가워지는 액체와 만남으로써(encountering) 효율적으로 응축될 수 있다.

그 뒤, 연결 부재(12)의 도관(12a)으로부터 배출되는 액체는 시스템 내로 재유입된다. 열교환기(1) 내에 생성된 응축물(condensate)은 수거되어 배출부(8)를 통해 배출되며, 잔여 연무는 배출부(7)를 통해 방출된다.

열교환기(1)는, 전체적으로, 금속 시트의 간단한 전단가공 및 변형 공정 뿐만 아니라 (본체(6)가 상기 재료로 제조될 때) 플라스틱 재료의 몰딩을 통해, 최소량의 섬유 단열재 등을 가진 고효율의 재활용 재료로 제조될 수 있다. 구성요소의 조립도 이와 유사하게 간단하다.

열교환기의 구성은 상당히 소형이며, 이와 동시에, 유체가 적절하게 흐름으로써 높은 열효율을 보장한다. 이러한 이점들은, 감겨져 있는 두 외부 도관들이 병렬로 단일의 내부 도관에 공급되는 경우 더욱 증가한다. 제안된 해결책은 비용대 성능 비율을 최적화하도록 유닛(20)을 제조하기 위해 사용되어야 하는 재료를 선택하는 문제에 관하여 넓은 융통성을 제공한다. 예를 들어, 외측 도관은 내부 도관에 비해 낮은 값을 가진 재료로 제조될 수 있으며 및/또는 부식(corrosion)에 대해 저항성을 가지고 (앞에서 언급한 것과 같이, 외측 도관은 열이 덜 가해지지만 응축에는 더 많이 노출됨) 내부 도관 용도로 사용되는 재료에 비해 열에 대해 저항성을 덜 가지는 재료로 제조될 수 있다. 이와 유사하게, 도관의 두께는 서로 다를 수 있는데, 가령, 예를 들어, 외측 도관은 내측 도관보다 더 얇다.

교환기 유닛이 실질적으로 "자체-지지(self-supporting" 즉 케이싱의 단일 벽에 의해 전체적으로 지지되는 사실로 인해 단일의 동일한 케이싱 본체를 사용할 수 있게 되며, 상이한 화력(thermal power)을 위한 열교환기를 얻게 되고, 이에 따라 코일의 상이한 축방향 수치들에 의해 구분된다. 예를 들어, 그 외의 모든 조건들이 동일한 상태이면, 도관(21-23)의 나선이 9개의 턴을 가진 앞에서 기술된 구성 요소들은 열교환기가 32 kW의 파워를 가지게 하는 반면, 동일한 요소이지만 단지 6개의 턴을 가진 도관(21-23)은 20kW의 열교환기가 얻어질 수 있게 하고, 선택되는 턴 갯수에 따라 계속된다. 상이한 턴 갯수를 가진 나선이 있는 교환기 유닛(20)은 어느 경우에서라도 똑같은 타입의 케이싱(2)에 조합될 수 있는데, 이는 제작 측면에 있어서 명백한 이점을 가진다. 이러한 이점들은 다양한 나선에 대한 일정한 피치(P) 따라서 다양한 나선에 대한 동일한 축방향 수치를 고려하는 해결책으로 인해 명백하게 증가된다.

교환기 유닛이 케이싱의 단일 벽에 의해 지지되는 사실로 인해, 단열재(insulator) 개수를 줄일 수 있는 이점이 있다. 이러한 이점은 환형 틈(28)이 있어서 벽(3)을 가열하면 그로부터 나오는 이점들이 있기 때문에 추가로 증가된다.

종래 기술에 따른 교환기와 다르게, 케이싱의 단일의 단부 벽에 의해 교환기 유닛이 지지되는 것은 케이싱(2) 내에 삽입되기 전에 유닛(20)을 테스트할 수 있게 하는 실제 이점을 결정한다. 따라서 제작에 있어서의 발생가능한 결점들은 간단하고 신속하게 교정될 수 있다.

또한, 위에서 언급한 이점들은 유체의 유입부와 배출부가 교환기 유닛을 지지하는 똑같은 단부 벽에 위치된다는 사실에 연관된다. 이러한 특징은 최종적인 적용분야에 있어서 열교환기를 설치할 때 심지어 더 많은 융통성을 제공한다. 예를 들어, 벽(3)이 주변부(5), 전체 유닛(20) 따라서 연결 부재에 대해 단순하게 회전하여(simple angular rotation) 대안의 위치 특히 연무 배출부(7) 및 응축 배출부(9)에 대한 위치를 가질 수(assume) 있다는 사실을 이해해야 할 것이다. 이러한 특징은 위에서 언급한 것과 같이 다양한 타입의 보일러에 대해 최종적으로 적용되는 분야에 따라 커넥터(12)의 위치를 변경(modification)할 수 있기 때문에 유용한 것으로 입증된다.

물론, 본 발명의 원리 하에서, 구체예들과 상세한 구성은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도, 본 명세서에서 단지 예로서 기술되고 예시된 구체예에 대해 폭넓게 변경될 수 있다.

앞에서 기술된 대표적인 구체에에서, 열교환기(1)의 축은 수평 방향으로 배열되지만 이에 대해서만 제한되는 것으로 고려되어서는 안 된다. 이와 유사하게, 본 발명은 가정용 타입의 제품, 가령, 보일러, 온탕기(water heater) 등에만 제한되는 것으로 이해되어서는 안 되며, 본 발명에 따른 열교환기는 사실 다른 분야에도 사용가능하다는 사실에 유의해야 한다.

예시된 구체예에서, 열교환기의 유입부와 배출부는 벽(3)에서 서로 가까이 배열되지만, 이러한 타입의 위치배열에만 제한되는 것으로 이해해서는 안 된다. 사실, 도관(21-23)의 형태를 적절하게 형성함으로써, 유입부와 배출부는 서로 거리가 떨어지도록 설정된 위치를 점유하는데, 예를 들어, 유입부는 벽(3)의 제 1 코너부분에 근접한 위치에 배열되고 배출부는 벽(3)의 제 2 코너부분에 근접한 위치에 배열되며, 예를 들어, 제 2 코너부분은 제 1 코너부분에 대해 대각선 방향으로 맞은편에 있다.

도관(23)의 배출부(21b, 23b)가 단일의 배출부 도관으로 합류(confluence)되는 것은, 연결 부재(12)의 도관(12b-12c)에 대해 앞에서 기술된 것과 비슷하게, 두 유입부와 한 배출부를 가진 적절한 헤더(header)를 고려함으로써, 케이싱(2) 내에 얻어질 수 있는 것이 가능하다.

본체(6)는 플라스틱 대신 금속 재료, 가령, 예를 들어, 스틸로 제조될 수 있다.

Claims (15)

1. 열교환기 특히 응축 열교환기로서,
   상기 열교환기는:
   - 제 1 유체를 위해 서로 동축구성인 복수의 감겨진 도관(21-23)을 포함하는 교환기 유닛(20)을 포함하며, 상기 복수의 감겨진 도관(21-23)은 제 1 도관 및 제 2 도관(21-22) 중 하나 이상을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 도관(21-23)은 상이한 직경의 코일을 가지며, 제 2 도관(22)은 제 1 도관(21, 23)에 의해 형성된 나선(helix) 내에서 연장되는 나선을 형성하고;
   - 교환기 유닛(20)을 수용하기 위한 케이싱(2)을 포함하고, 상기 케이싱(2)은 제 1 단부 벽(3), 제 2 단부 벽(4) 및 이 두 단부 벽(3, 4) 사이에 있는 주변부(5)를 가지며, 상기 케이싱(2)은 제 1 유체와의 열교환을 위해 제 2 유체를 수용하도록 구성되고, 상기 제 1 단부 벽(3)은 관통 개구(11) 특히 버너(50)를 위한 관통 개구(11)를 가지며;
   각각의 도관(21-23)은 유입부(21a, 22a, 23a) 및 배출부(21b, 22b, 23b)를 가지고, 제 1 도관(21, 23)의 배출부(21b, 23b)는 제 2 도관(22)의 유입부(22a)와 직렬로(in series) 연결되는 열교환기에 있어서,
   상기 교환기 유닛(20)은 케이싱(2)의 제 1 단부 벽(3)에 의해 지지되고, 제 1 도관(21)의 유입부(21a) 및 제 2 도관(22)의 배출부(22b)는 케이싱(2)의 제 1 단부 벽(3)에 위치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,
   - 복수의 감겨진 도관(21-23)은 제 1 및 제 2 도관(21, 22)에 대해 동축구성이며 제 1 유체를 위한 제 3 도관(23)을 포함하며, 상기 제 3 도관(23)은 제 1 도관(21)의 코일 직경보다 더 큰 직경을 가진 코일을 가지고, 제 3 도관(23)은 제 1 도관(21)에 의해 형성된 나선이 연장되는 나선을 형성하며;
   - 제 3 도관(23)의 유입부(23a)는 케이싱(2)의 제 1 벽(3)에 위치하고 제 3 도관(23)의 배출부(23b)는 제 1 도관(21)과 병렬로(in parallel) 제 2 도관(22)의 유입부(22a)에 연결되며, 제 2 도관(22)의 유동 단면(flow section)은 제 1 도관(21)의 유동 단면보다 더 크고 제 3 도관(23)의 유동 단면보다 더 큰 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제 2 항에 있어서,
   - 제 2 도관(22)은 제 1 및 제 3 도관(21, 23)의 유동 단면보다 더 큰 유동 단면을 가지며;
   - 제 1, 제 2 및 제 3 도관(21-23)은 각각의 나선이 동일한 피치(P)를 가지도록 하는 횡단면 형태를 가지며, 특히 제 1 및 제 3 도관(21, 23)은 원형의 횡단면을 가지며 제 2 도관(22)은 난형(ovalized) 또는 평평한(flattened) 횡단면을 가지고, 제 2 도관(22)의 난형 횡단면은 상응하는 나선 축에 대해 평행한 단축(Y)을 가지며, 상기 나선은 제 1 및 제 3 도관(21, 23)의 원형 단면의 직경(D)과 동일한 것을 특징으로 하는 열교환기.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   각각의 도관(21-23)은, 각각, 도관의 초기 신장부(21d, 23d) 또는 도관의 최종 신장부(22d)를 형성하기 위해 각을 이룬 중간 굽힘부(21c-23c)를 가지며, 상기 최종 신장부(22d)는 상응하는 나선의 축방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
5. 제 4 항에 있어서,
   도관의 신장부(21d-23d)는 직선이고 서로에 대해 평행하며 각각의 도관(21-23)에 의해 형성된 나선 축에 대해 평행하고, 특히 케이싱(2)의 제 2 벽(4)에 근접한 나선의 단부로부터 시작하여, 도관(21-23)의 최외측 도관(22)에 의해 형성된 나선의 외부로 연장되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 도관(21-23)들 중 인접한 두 도관들에 의해 형성된 나선은 상기 인접한 두 도관들 사이에 원통형의 틈이 형성되도록 서로로부터 거리가 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
7. 제 6 항에 있어서,
   교환기 유닛(20)은 도관(21-23)들에 의해 형성된 나선의 축방향으로 상기 원통형의 틈에서 연장되는 복수의 타이 요소(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
8. 제 1 항에 있어서,
   - 교환기 유닛(20)은 하나의 제 1 단부 플레이트(26)를 포함하는데, 상기 제 1 단부 플레이트(26)는 동축구성이고(coaxial) 케이싱(2)의 제 1 벽(3)의 관통 개구(11)에 연결된 각각의 관통 개구(27)를 가지며 케이싱(2)의 제 1 벽(3)을 향하고, 상기 개구들 중 하나 이상의 개구는 제 1 플레이트(26) 또는 제 1 벽(3)의 관형 부분(26a)에 의해 형성되며, 제 1 플레이트(26)는 특히 용접에 의해 제 1 벽(3)에 고정되고,
   - 도관(21-23)에 의해 형성된 나선의 제 1 단부에 있는 코일들은 제 1 플레이트(26)와 접촉 상태에 있으며,
   - 제 1 플레이트(26)의 하나 이상의 환형 부분(26b)이 케이싱(2)의 제 1 벽(3)으로부터 거리가 떨어져 있어서, 제 1 플레이트(26)의 상기 환형 부분(26b)과 제 1 벽(3) 사이에 환형의 틈(28)이 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
9. 제 8 항에 있어서,
   교환기 유닛(20)은 제 2 단부 플레이트(30)를 포함하는데, 상기 제 2 단부 플레이트(30)는 서로 거리가 떨어져 있는 케이싱(2)의 제 2 벽(4)을 향하고, 도관(21-23)에 의해 형성된 나선의 제 2 단부에 있는 코일들은 제 2 플레이트(30)와 접촉 상태에 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 플레이트(26, 30)는 도관(21-23)에 의해 형성된 나선의 각각의 단부의 코일을 위한 배치 시트(29, 31)를 형성하도록 형태가 정해지는 것을 특징으로 하는 열교환기.
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 도관(21-23)들 중 인접한 두 도관들에 의해 형성된 나선은 상기 인접한 두 도관들 사이에 원통형의 틈이 형성되도록 서로로부터 거리가 떨어져 있고,
    교환기 유닛(20)은 도관(21-23)들에 의해 형성된 나선의 축방향으로 상기 원통형의 틈에서 연장되는 복수의 타이 요소(32)를 포함하며,
    타이 요소(32)는 각각 제 1 및 제 2 플레이트(26, 30)에 고정된 서로 맞은편에 있는 단부들을 가지며, 플레이트(26, 30)는 특히 타이 요소(32)를 위해 관통 슬롯(through slot)을 가지는 것을 특징으로 하는 열교환기.
12. 제 2 항에 있어서,
    열교환기는 케이싱(2)의 제 1 벽(3) 위에 장착된 커넥터 부재(12)를 포함하고, 상기 커넥터 부재(12)는 제 1 및 제 2 통로(12a, 12b)를 형성하며, 상기 제 1 통로(12a)는 제 2 도관(22)의 배출부(22b)에 연결되고 상기 제 2 통로(12b)는 각각 제 1 및 제 3 도관(21, 23)의 유입부(21a, 23a)에 연결된 두 배출부(12c)와 유입부를 가지는 것을 특징으로 하는 열교환기.
13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    열교환기는 제 2 도관(22)의 유입 단부(22a) 및 제 1 도관(21)의 배출 단부(21b), 또는 각각 제 1 및 제 3 도관(21, 23)의 배출 단부(21b, 23b)에 장착된 매니폴드 부재(24-25)를 포함하며,
    상기 매니폴드 부재(24-25)는:
    - 상기 유입 단부(22a) 및 상기 배출 단부 또는 배출 단부(21b, 23b)를 향하는 굽어진 표면(curved surface)을 형성하는 캡 본체(24);
    - 상기 유입 단부(22a)와 상기 배출 단부 또는 배출 단부(21b, 23b)가 특히 용접에 의해 밀봉 고정되는(sealing secured) 관통 개구를 가진 플레이트 요소(25), 중에 하나 이상을 가지는 것을 특징으로 하는 열교환기.
14. 제 12 항에 있어서,
    도관(21-23)은 경사진 절단면(inclined cut)으로 상기 유입 단부(22a)와 상기 배출 단부 또는 단부(21b, 23b)에서 절단되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
15. 제 1 항에 있어서,
    케이싱(2)의 주변부(5)와 제 2 단부 벽(4)은 플라스틱 합성 재료의 일체형 본체(6)로 형성되며, 특히, 제 1 벽(3)은 코킹(calking)에 의해 일체형 본체(6)의 주변부(5)의 가장자리(5a)에 결합되는 것을 특징으로 하는 열교환기.

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