KR101821328B1 - 열교환 셀 세트의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 열교환 셀 세트 - Google Patents

Abstract

각각의 열교환 셀(1a-1d)이, 각각의 격납 케이싱(5)에 장착된 적어도 하나의 열 교환기(2)를 포함하여 구성되고, 최소 및 최대 값의 미리 정해진 범위내에 들어가는 열 출력을 가지는, 열 교환기 셀 세트의 제조방법이 기술되며, 그 제조방법은;
a) 상기 셀(1a-1d)의 열 출력이 상기 열 출력 값의 범위내에서 변하여도 일정하고, 그리고 상기 열 출력 값의 범위내의 최소 열 출력을 가지는 상기 셀의 축방향 연장부와 동일한, 축방향 연장부를 가지는, 상기 열 교환기 셀 세트의 복수의 열 교환기 셀(1a-1d) 의 단일 격납 케이싱(5)을 제공하는 단계;
b) 각각 상기 최소 및 최대 값의 범위내에 들어가는 열 출력을 가지며, 복수의 코일체에 의해 헬릭스(helix)의 종축(X-X)의 주위에 감겨진, 제1 열 전달 유체 유동을 위한, 적어도 하나의 관형 덕트(3)를 포함하여 구성되는, 복수의 헬릭스 형상 열 교환기(2)를 제공하는 단계;
c) 상기 열 교환기 셀 세트의 복수의 열 교환기(2)의 적어도 하나의 헬릭스 형상 열 교환기(2)를 상기 단일 격납 케이싱(5)내에 장착하는 단계;를 포함하여 구성되고;
상기 열 교환기 셀 세트의 상기 복수의 열 교환기(2)가, 상기 열 교환기의 열 출력이 상기 열 출력 값 범위내에서 변하여도, 실질적으로 일정한 내부 직경을 가지며; 그리고
상기 적어도 하나의 열 교환기(2)의 상기 적어도 하나의 관형 덕트(3)가, 상기 열 교환기(2)의 열 출력에 비례하는, 코일체의 반경방향 연장부를 가지며, 상기 열 교환기(2)의 반경방향 연장부를 그 열 출력이 변하여도 실질적으로 일정하게 그리고 상기 열 교환기 셀 세트의 상기 열 출력 값 범위내의 최소 열 출력을 가지는 상기 열 교환기(2)의 축방향 연장부와 동일하게 유지함.

Description

열교환 셀 세트의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 열교환 셀 세트{METHOD OF MANUFACTURING A SET OF HEAT EXCHANGE CELLS AND SET OF HEAT EXCHANGE CELLS THUS OBTAINED}

본 발명은 미리 정해진 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위에 속하는 열출력(thermal power)을 가지는 열교환셀들 세트의 제조방법에 관한 것이다.

구체적으로, 본 발명은, 가정용 그리고 거주 가옥 단지, 산업 지역 또는 쇼핑 구역 용 모두를 위한 가열 및 공기 조절 시스템에, 수 가열 장치에 우선적이지만 배타적이 아닌 용도를 가지며, 각각의 격납 케이싱(containment casing)에 장착된 적어도 하나의 열교환기를 각각 가지는 열교환셀들의 세트(이하, '열교환셀 세트'라 칭함)를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한, 상술한 그리고 상기 방법으로 얻을 수 있는 열 교환 셀의 세트에 관한 것이다.
아래의 설명에서 그리고 첨부된 특허청구범위에서, 용어 "열교환셀"은, 각각의 격납 케이싱에 장착된 적어도 하나의 열교환기를 포함하고, 그 열교환기내에 순환되는 제1 열 전달 유체와 그 열교환기 자체의 외측의 격납 케이싱 내에 유동하는 제2 열 전달 매체 사이의 열교환을 수행하도록 구성된, 바람직하게는 모듈 형인 유닛을 나타내기 위해 사용된다.

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일반적인 그리고 구체적으로 수 가열 장치 또는 가열 또는 공기 조절 시스템 용의 열교환셀의 분야에서, 현재 가장 체감되는 욕구(needs)의 하나는, 가능한 한 넓게, 한 편으로는 사용자들의 상이한 욕구를 충족시킬 수 있고, 다른 한 편으로는 극히 감소된 칫수를 가지는 열출력 발생 장치(thermal powers)를, 그러한 장치 또는 시스템의 제조자에게 제공하는 것이다.

현재, 소형인 것, 무게 및 가격 경쟁력 특성이 특히 선호되는 열교환셀은, 각각의 격납 케이싱에 수용된 헬릭스형 열교환기가 장치된 것들이다.

구체적으로, 이러한 헬릭스형 열교환기는, 원하는 열출력에 따라 결정된 값의 단면을 가지는 복수의 코일에 의한 헬릭스(helix)의 종축(longitudinal axis)의 주위에 감겨진 적어도 하나의 관형 덕트를 포함하여 구성된다.

이러한 관형 덕트의 코일체는, 예를 들어, Le Mer 명의의 공개국제특허출원 WO 94/16272 또는 Viessmann Werke 명의의 유럽 특허출원 EP 0 745 813 에 기술된 편평 단면, 또는 예를 들어, Cosmogas 명의의 국제특허출원 WO 2005/080900 및 WO 2012/1569에 기술된 원형 단면을 가질 수 있다.

위의 두 경우에 모두, 이들 열교환셀의 제조자들이, 열교환셀 세트의 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위내에 속하는 필요 열출력에 비례하는, 사전 정의된 수의 코일체를 가지는 하나 이상의 헬릭스형 열교환기를 각각의 전용 격납 케이싱에 장착하여 각각의 열교환셀을 제조하는 것이 통례이다.

헬릭스형 열교환기의 관형 덕트의 코일체가 편평 단면을 가지는 열교환기의 구성의 골격내에서, 미국 특허 출원 No. 2007/0209606 호에 예로서 기술된 바와 같이, 제2 열 전달 유체의 유동 방향에 대한 내부 격벽 요소의 상류와 하류 각각의, 전면부와 후면부에 의해 열교환기를 나누는 것이 또한 알려져 있다.

미국 특허 출원 No. 2007/0209606 호의 제9도에 도시된 하나의 실시예에서, 그리고 열교환 효율을 높이기 위하여, 열교환기의 후면부의 코일체의 반경방향 연장부(루프) - 더 낮은 온도를 가지는 가스 흐름(제2 열 전달 유체)과 관련됨 - 는 전면부의 코일체의 반경방향 연장부보다 더 크다.

따라서 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는

상기한 단점들이 적어도 부분적으로 없고, 미리 정해진 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위 내에 있는 열출력을 가지는 열교환셀들의 세트를 제공하는 것이다. 구체적으로 열교환셀 세트 내에서 열출력이 변화함에 따라

- 상기 세트의 복수의 열교환셀의 단일 격납 케이싱의 일정한 축방향 치수를 가지는 것을 허용하고;

- 상기 세트의 복수의 열교환셀의 단일 격납 케이싱의 최소 축방향 치수를 가지는 것을 허용하고;

- 제2 열전달 유체의 공급 구역에 근접하고 또는 상기 구역에 배치되는 열교환셀의 구성요소들을 규격화하는 것을 허용하고;

- 상기 세트의 단일 열교환셀이 설치되는 장치 또는 시스템에 속하는 상기 세트의 복수의 열교환셀의 단일 격납 케이싱의 외부 지지 요소들을 규격화하는 것을 허용하며; 그리고

- 상기 세트의 복수의 열교환셀의 단일 격납 케이싱의 외부 지지 요소들의 최소 축방향 치수를 가지는 것을 허용하는, 열교환셀 세트를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 측면에 의하면, 본 발명은 첨부하는 청구항 1에서 정의된 방법에 관한 것이며, 상기 방법의 바람직한 특징들이 종속 청구항 2-11에 제시된다.

보다 구체적으로, 본 발명은 미리 정해진 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위 내에 있는 열출력을 가지는 열교환셀 세트의 제조방법에 관한 것이며, 각 열교환셀은 각자의 격납 케이싱에 장착된 적어도 하나의 헬릭스형 열교환기를 포함하여 구성되는 것이고, 상기 방법은

a) 상기 열교환셀의 열출력이 상기한 열출력값 범위 내에서 변화하여도, 상기 열출력값 범위 내에서 최소 열출력을 가지는 상기 열교환셀의 축방향 연장부(extension)와 동일한, 일정한 축방향 연장부를 가지는, 상기 세트의 복수의 열교환셀의 단일 격납 케이싱을 설치하는 단계;

b) 각 헬릭스형 열교환기가 상기한 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위 내에 있는 열출력을 가지며, 복수의 코일에 따른 헬릭스의 종축 둘레에 코일링된 제1 열전달 유체의 플로우를 위한 적어도 하나의 관형 덕트를 포함하여 구성되는, 복수의 헬릭스형 열교환기를 설치하는 단계;

c) 상기 세트의 복수의 헬릭스형 열교환기의 적어도 하나의 헬릭스형 열교환기를 상기 단일 격납 케이싱 내에 장착하는 단계;를 포함하여 구성되며,

상기 세트의 복수의 헬릭스형 열교환기는, 상기 헬릭스형 열교환기의 열출력이 상기 열출력값 범위 내에서 변화하여도 실질적으로 일정한 내경을 가지고,

상기 적어도 하나의 헬릭스형 열교환기의 상기 적어도 하나의 관형 덕트는 헬릭스형 열교환기의 열출력에 비례하여 코일의 반경방향 연장부를 가져서, 그 열출력이 변화함에 따라 헬릭스형 열교환기의 축방향 연장부를 실질적으로 일정하게, 그리고 상기 세트의 상기한 열출력값 범위 내에서 최소 열출력을 가지는 헬릭스형 열교환기의 축방항 연장부와 동일하게 유지하도록 한다.

다음의 상세한 설명 및 첨부하는 특허청구범위에서, 용어 "열출력"은 헬릭스형 열교환기에서 순환하는 제1 열전달 유체와 그 외부에서 순환하는 제2 열전달 유체 사이에서 열 관점에서 단위 시간당 전달되는 에너지의 양을 가리키는데 사용된다.

공지된 바와 같이, 상기 세트의 헬릭스형 열교환기의 헬릭스형 관형 덕트는, 제2 열전달 유체의 공급 구역을 헬릭스형 열교환기에 대해 동축으로 그리고 내부에서 구획한다.

본 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위의 테두리 안에서, 용어 열전달 유체는, 외부 열원으로부터 열을 받고 외부 열원으로 열을 전달할 수 있는, 그리고 상기 유체가 순환하는 장치 또는 시스템의 다양한 포인트로 열을 전달할 수 있는 임의의 유체를 가리키는데 사용된다.

예를 들어, 기-액 열교환셀의 경우에, 제1 열전달 유체는 (가정용 보일러에서와 같이) 가열될 물로 구성되고, 제2 열전달 유체는 버너에서 나오는 고온 연소 가스로 구성되거나, 또는 제1 열전달 유체는 압축 가스 또는 상대적으로 고온인 다른 유체로 구성되고, 제2 열전달 유체는 (공조 시스템과 같은) 적절한 순환 장치에서 나오는 저온 공기로 구성될 수 있다.

대안적으로, 액-액 열교환셀의 경우에, 고온 위생수를 생산하기 위한 가정용 수가열 장치에서와 같이, 제1 열전달 유체는 가열되어야 하는 차가운 액체로 구성되고, 제2 열전달 유체는 워머 가열 액체(warmer heating liquid)로 구성될 수 있다. 따라서 이 경우에, 열교환셀은 실질적으로 액-액 열교환 장치로 작용한다.

본 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위의 테두리 안에서, 둘 이상의 대상의 상호 관계에서 용어 "비례적"은 이들 중의 하나의 변화시 다른 것 또는 다른 것들이 대응하는 식으로 변화하는 이들 간의 관계가 있음을 가리키는데 사용된다.

예를 들어, 하나의 대상이 열출력에 대해 "비례적으로 변화하는" 또는 "비례적인"이라고 언급될 때, 이는 헬릭스형 열교환기의 코일의 횡단면 또는 연장부와 같은 대상과 열출력 사이에서, 열출력의 변화시에 상기 대상은 이에 대응하여 변화하는 것을 의미한다.

바람직하게, 본 발명의 테두리 안에서, 둘 이상의 대상 간의 관계는 정비례한다.

본 발명의 목적을 위하여, 상기 적어도 하나의 헬릭스형 열교환기의 (따라서 셀의) 열출력과, 예를 들어 코일의 반경방향 연장부 또는 횡단면 사이의 비례의 관계는, 열교환셀의 특정 제조 및/또는 응용 요건에 따라 당분야의 기술자에 의해 케이스 바이 케이스로 결정될 수 있는 비례의 법칙에 따라, 정비례 형태가 아닐 수도 있다.

본 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위의 테두리 안에서, 열교환셀 또는 그 구성요소의 다양한 "축방향", "종방향", "횡방향" 또는 "반경방향"은, 다르게 명시하지 않는 한, 헬릭스형 열교환기 헬릭스의 종축을 기준으로 한다.

열교환셀의 작동 구조형태에서, 종축은 수평이거나 또는 수직 일수도 있으며, 열교환셀 또는 그 구성요소의 각종 방향 또는 배향은 헬릭스형 열교환기 헬릭스의 종축의 배향을 기준으로 고려된다.

설명을 간결하게 하기 위하여, 제한하고자 하는 것은 아니나, 통상적으로 헬릭스형 열교환기의 종축이 수평인 열교환셀 세트 중의 열교환셀들의 작동 위치를 기준으로 삼아 아래에서 설명된다.

본 발명의 상세한 설명 및 후속하는 특허청구 범위의 테두리 안에서, 량, 정량, 퍼센트 등을 표현하는 수치들 모두는 달리 명시하지 않는 한 용어 "약"이 수치 앞에 있는 것으로 이해하여야 한다. 또한, 수치의 범위들 모두는 아래에서 특정되는 범위에 더하여, 그 최대치와 최소치의 모든 가능한 조합으로 되는 범위, 및 이러한 범위 내에 있는 가능한 모든 중간 범위를 포함한다.

본 발명의 목적을 위하여, 열교환셀의 격납 케이싱은 사용 유형에 적합한 임의의 구조재로 제작될 수 있으며, 이러한 구조재의 예는 알루미늄, 철 또는 화학물질, 화염 및 수증기에 대한 저항성이 있는 고성능 플라스틱, 예를 들어 폴리페닐렌 설파이드(PPS)를 포함한다.

본 발명의 목적을 위해, 상기한 헬릭스형 열교환기는 열교환 목적을 위해 통상적으로 사용되는 고도의 열전도성을 가지는 임의의 물질, 바람직하게 금속 또는 철과 같은 금속으로 제작될 수 있다.

본 출원인은, 본 발명에 의한, 상기 세트의 복수의 열교환셀의 단일 격납 케이싱의 축방향 치수, 이러한 케이싱의 지지요소들의 축방향 치수, 열출력이 변화함에 따른 구성 요소들 및 상기 세트의 복수의 열교환셀의 단일 격납 케이싱의 지지 요소들의 규격화의 관점에서 전술한 특징들의 바람직한 조합은, 동일한 열출력에서 가변적인 축방향 연장부를 가지는 공지 유형의 열교환셀들의 열교환 효율과 같거나 그보다 높은 열교환 효율을 획득하는 것을, 상기 세트에 속하는 열교환셀들의 일련의 특징들을 적절하게 조합하는 것으로 달성할 수 있다는 것을 알아내었다.

보다 구체적으로 본 출원인은,

a) 상기 세트의 열출력값 범위 내에서 최소 열출력값을 가지는 열교환셀의 축방향 연장부와 동일하거나 일정한 축방향 연장부를 가지는 단일 격납 케이싱을 제공하는 것에 의해,

b) 헬릭스형 열교환기의 열출력이 상기한 열출력값 범위 내에서 변화하여도, 실질적으로 일정한 내부직경을 가지는 복수의 헬릭스형 열교환기를 제공하는 것에 의해,

c) 상기 세트의 전술한 복수의 헬릭스형 열교환기 중 적어도 하나의 헬릭스형 열교환기를 전술한 단일 격납 케이싱 내에 장착하는 것에 의해, 그리고

d) 열출력이 변화함에 따라 헬릭스형 열교환기의 축방향 연장부를 실질적으로 일정하게, 그리고 세트의 상기한 열출력값 범위 내에서 최소 열출력을 가지는 헬릭스형 열교환기의 축방향 연장부와 동일하게 유지하도록, 헬릭스형 열교환기의 열출력에 비례하여 코일의 반경방향 연장부를 헬릭스형 열교환기의 관형 덕트에 부여하는 것에 의해,

상기 열교환셀의 열출력이 상기 세트의 열출력값 범위내에서 변화하여도 헬릭스형 열교환기 및 이를 하우징하는 단일 격납 케이싱 모두의 축방향 연장부를 일정하게 그리고 가능한한 최소값으로 유지하는 것이 가능하고, 이와 동시에 상기 헬릭스형 열교환기와 다른 열교환셀들의 구성요소들과 상기 열교환셀들의 단일 격납 케이싱의 외부 지지 요소들 모두의 높은 규격화를 달성하는 것이 가능하다는 것을 확인하였다.

실제로, 상기 세트의 열교환셀의 헬릭스형 열교환기의 목적하는 열출력 증대는, 제1 열전달 유체의 적절한 유량의 순환을 위해 적합한 횡단면을 가지는 관형 덕트를 선택하는 것에 의해, 그리고 열출력이 증가 또는 감소함에 따라 헬릭스형 열교환기의 횡방향을 따라 확대 또는 축소하도록 상기 코일체의 반경방향 연장부를 변화시키는 것에 의해, 열출력이 변화함에 따라 헬릭스형 열교환기와 상기 헬릭스형 열교환기를 수용하는 단일 격납 케이싱 모두의 축방향 연장부를 일정하게 그리고 동일하게 유지하는 상기 세트 내에서 달성된다.

바꿔 말하면, 본 출원인은, 이런 식으로 조작하는 것에 의해, 헬릭스형 열교환기의 축방향 연장부를 변경시킴이 없이, 이에 따른 결과로, 상기 세테의 열출력의 최대값과 최소값 내에서 가급적이면 최소값을 유지하는, 헬릭스형 열교환기의 케이싱의 축방향 연장부를 변경시킴이 없이, 상기 헬릭스형 열교환기의 열출력을 증가 또는 감소시키는 것이 가능하다는 것을 알아내었다.

본 출원인은, 이런 식으로 조작하는 것에 의해, 상기 단일 격납 케이싱의 축방향 치수가 일정하게 그리고 열출력이 변화함에 따라 가능한 한 최소값과 같게 유지하기 때문에, 상기 세트의 특정 열교환셀이 설치된 장치 또는 시스템에 속하는, 상기 세트의 복수의 열교환셀의 단일 격납 케이싱의 외부 지지 요소들의 고도의 규격화를 달성하는 것이 가능함을 알아 내었다.

마지막으로, 상기 헬릭스형 열교환기와 다른 열교환셀의 구성요소들의 목적하는 고도의 규격화는, 상기 세트의 헬릭스형 열교환기들의 열출력이 상기 세트의 열출력값 범위내에서 변화하여도, 상기 세트의 헬릭스형 열교환기들의 축방향 연장부 및 내경 모두를 실질적으로 일정하게 유지하는 것에 의해, 상기 세트 내에서 얻어진다.

이와 같이 하여, 상기 세트의 복수의 열교환셀들의 단일 격납 케이싱 내이서, 그리고 헬릭스형 열교환기에 대해 동축으로 그리고 내부적으로, 제2 열전달 유체의 공급 구역은, 열출력이 변화함에 따라, 반경방향을 따라서 그리고 축방향을 따라서 실질적으로 일정한 치수들을 가지면서 구획된다.

이러한 특징은, 헬릭스형 열교환기와 다른 상기 세트의 복수의 열교환셀의 구성 요소들, 예를 들어 일반적으로 격납 케이싱의 전방 및 후방 구역에서 헬릭스형 열교환기 내측에 놓이는 제2 열전달 유체의 공급 구역과 대면하는 단열 요소들, 상기 케이싱의 전방 클로징 벽, 버너 및 존재하는 경우 대응하는 부속품들 또는 고온 유체의 공급 덕트를 규격화하는 것을 가능하게 하므로 유리하다.

따라서 청구된 특징들의 조합은 다음과 같은 장점들을 달성하게 한다:

- 복수의 헬릭스형 열교환기가 단일 격납 케이싱 내에서 하우징되도록 상기 헬릭스형 열교환기들의 열출력이 변화함에 따라 실질적으로 일정한 최소 축방향 치수를 갖게 하고, 이어서 상기 세트의 복수의 열교환셀의 모든 헬릭스형 열교환기들이 최소 축방향 치수를 갖게 하고;

- 열교환셀의 헬릭스형 열교환기에서 순환하는 유체의 입구 연결 및 출구 연결 사이에서 실질적으로 일정한 축간 거리(interaxial distance)를 유지할 수 있게 하고;

- 제품의 오퍼 및 제품의 창고 관리를 단순화할 수 있게 하고;

- 열교환셀들의 세트의 크기를 단일화하고, 이에 따라 상기 세트의 각 열교환셀이 삽입되는 가열 장치 또는 시스템의 크기를 단일화하며, 상기 가열장치 또는 시스템의 구성요소들 레이-아웃을 단순화하며;

- 상기한 단일 케이싱 내측에서 제2 열전달 유체의 공급 구역을, 열출력이 변화함에 따라 열교환셀들의 세트의 구성요소들의 매우 높은 규격확를 허용하도록, 축방향을 따라 그리고 횡방향을 따라, 실질적으로 일정한 치수들을 갖게 한다.

본 발명의 제2 측면에 의하면, 본 발명은 첨부하는 특허청구범위 제12항에서 정의된 바와 같은 열교환셀들의 세트에 관한 것이며, 상기 열교환셀 세트의 바람직한 특징들은 종속 청구항 제13-20항에 제시된다.

보다 구체적으로, 본 발명은, 미리 정해진 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위 내에서 열출력을 가지는 열교환셀들의 세트에 관한 것이며, 각각의 열교환셀은 상기 세트의 복수의 열교환셀의 적어도 하나의 헬릭스형 열교환기를 포함하여 구성되며, 상기한 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위 내에서 열출력을 가지며,

상기 세트는 상기 세트의 복수의 열교환셀의 상기 적어도 하나의 헬릭스형 열교환기기 장착되는, 상기 세트의 복수의 열교환셀의 단일 격납 케이싱을 포함하여 구성되고;

상기 세트는 상기 세트의 복수의 열교환셀의 상기 적어도 하나의 헬릭스형 열교환기기 장착되는, 상기 세트의 복수의 열교환셀의 단일 격납 케이싱을 포함하여 구성되고;

상기 세트의 복수의 헬릭스형 열교환기들 중 헬릭스형 열교환기 각각은 복수의 코일을 따라 헬릭스의 종축 둘레에 코일링된 제1 열교환유체의 플로우를 위한 적어도 하나의 관형 덕트를 포함하여 구성되고;

상기 세트의 복수의 헬릭스형 열교환기셀의 헬릭스형 열교환기의 상기 적어도 하나의 관형 덕트는, 상기 헬릭스형 열교환기의 열출력이 변화함에 따라 상기 헬릭스형 열교환기의 축방향 연장부를 일정하게, 그리고 상기 열출력값 범위 내에서 최소 열출력을 가지는 상기 헬릭스형 열교환기의 축방향 연장부와 같게 유지하도록, 상기 헬릭스형 열교환기의 열출력에 비례하는 코일체의 반경방향 연장부를 가지며;

상기 세트의 단일 격납 케이싱은 상기 열교환셀의 열출력이 변화함에 따라 일정하고 그리고 상기 열출력값 범위 내의 최소 열출력을 가지는 상기 열교환셀의 축방향 연장부와 동일한, 축방향 연장부를 갖는다.

유리하게, 본 발명의 열교환셀 세트는 그 제조방법에 관한 상기한 기술적 효과들을 달성한다.

상기한 측면들 중 적어도 하나에서, 본 발명은 후술하는 바람직한 특징들 중 적어도 하나의 특징을 가질 수 있으며, 특히 상기 특징들은 특정 적용 요건들에 부합하는데 필요할 때 서로 조합될 수도 있다.

바람직하게, 전술한 세트의 복수의 열교환기들의 각 열교환기의 코일의 수는, 상기 세트의 전술한 열출력값 범위 내의 최소 열출력을 가지는 열교환기의 코일의 수와 동일하다.

이와 같이 하여, 열출력이 변화함에 따라, 헬릭스형 열교환기의 대향하는 축방향 단부들과 인접 관계로 그리고 유체-밀봉 식으로 협력하는 열교환셀의 요소들의 구조 형태를 실질적으로 변화시키지 않고 유지하면서, 상기 세트의 헬릭스형 열교환기들의 필요한 그리고 일정한 축방향 연장부를 달성할 수 있어 유리하다.

예를 들어, 상기한 요소들은 셀의 격납 케이싱의 전방 벽 및 후방 벽일 수 있으며, 또는 상기 격납 케이싱 내측에 위치한 다른 인접 요소들일 수 있다.

바람직하게, 열교환셀 세트의 단일 격납 케이싱 내에서 헬릭스형 열교환기의 장착 구조형태는, 헬릭스형 열교환기를 통해 외부로 실질적인 반경 방향 또는 축-반경 방향을 따라 제2 열전달 유체의 공급 구역에서 나가는 제2 열전달 유체의 플로우를 열교환셀 내에 갖게 하는 것을 유리하게 허용하는, 제2 열전달 유체의 공급 구역을 상기 케이싱에 구획하도록 설정된다.

이와 같이 바람직한, 열교환셀 세트의 단일 격납 케이싱 내에서 헬릭스형 열교환기의 장착 구조형태는, 특히, 제2 열전달 유체가 버너에서 나오는 고온 연소 가스 또는 적절한 순환 장치에서 나오는 저온 가스이고, 제1 열전달 유체가 가열될 또는 냉각될 액체일 때, 헬릭스형 열교환기들이 설치된 기-액 열교환셀들의 실질적인 전체에 의해 예상되는 것이어서 유리하다.

바람직하게, 열교환셀 세트는, 상기한 미리 정해진 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위 내에서 증가하는 열출력을 가지는 열교환셀을 2 내지 8개, 바람직하게 2 내지 6개, 더욱 바람직하게 2 내지 4개 포함하여 구성된다.

이와 같이 하여, 단일 격납 케이싱이 상기 세트의 다양한 열출력을 가지는 헬릭스형 열교환기들 모두에 사용되는 경우에 필요한 케이싱의 수에서 최대한의 감소가 수반된, 최종 사용자에게 열출력의 오퍼에 높은 유연성을 달성할 수 있어 유리하다.

바람직하게, 열교환셀 세트는 다음과 같은 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위들 중의 하나로 선택된 열출력을 갖는다: 1 내지 12kW, 바람직하게 2 내지 10 kW의 제1 범위; 15 내지 35 kW, 바람직하게 16 내지 32 kW의 제2 범위; 35 내지 65 kW, 바람직하게 40 내지 62 kW의 제3 범위; 및 65 kW 보다 높은, 바람직하게 70 내지 115 kW의 제4 범위.

본 발명의 상세한 설명 및 첨부하는 특허청구범위의 테두리 안에서, "낮은" 열출력은 상기한 제1 및 제2의 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위를 포괄하여 가리키고, "중간" 열출력은 상기한 제3의 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위를 가리키며, "높은" 열출력은 상기한 제4의 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위를 가리킨다.

바람직한 실시예에서, 상기 세트의 복수의 열교환셀의 단일 격납 케이싱을 제공하는 단계 a)는 상기 열교환셀의 열출력이 상기한 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위내에서 변화하여도 일정한 미리 정해진 크기를 가지는 격납 케이싱을 제공하는 것에 의해 수행된다.

다음의 설명 및 첨부하는 청구범위에서, 용어: 격납 케이싱 또는 열교환셀의 헬릭스형 열교환기의 "크기"는, 달리 명시하지 않는 한, 예를 들어 격납 케이싱이 실질적으로 각기둥 형상인 경우 예를 들어 높이 및 폭에서, 축 방향 (즉, 종방향)을 따라 그리고 헬릭스형 열교환기의 축방향에 대해 또는 종축에 대해 횡단하는 방향을 따라 점유되는 공간, 또는 격납 케이싱이 실질적으로 원기둥형상인 경우 반경 방향을 따라 점유되는 공간을 가리키는데 사용된다.

하나의 바람직한 실시예에서, 상기 세트는 세트의 열교환셀들 모두의 단일 격납 케이싱을 포함한다.

이와 같이 하여, 열교환셀의 격납 케이싱의 축방향 연장부가, 세트의 열출력값들 모두에 대하여 유리하게 단일화된다. 따라서, 제조되고, 저장되며, 최종 사용자의 장치 또는 시스템에 장치될 구성요소들의 수의 관점에서 현저한 단순화를 달성할 수 있어 유리하다.

이와 같은 바람직한 실시예의 테두리 안에서, 열교환셀 세트의 상기한 단일 격납 케이싱의 횡방향 연장부가, 열교환셀 세트 내의 최대 반경방향 크기의 헬릭스형 열교환기를 내장하도록 구성된 하우징 시트(housing seat)를 상기 케이싱에 훨씬 구획되어 또한 바람직하다.

이와 같이 하여, 상기 세트의 헬릭스형 열교환기 모두를 위한 단일 격납 케이싱을 사용할 수 있어 유리하고, 단일화된 전체 크기를 가지며, 상기 세트의 각 열교환셀이 설치된 열적 장치 또는 시스템의 크기를 단일화시킬 수 있으면서 최종 사용자에게 열출력의 제안에 높은 유연성을 갖는 추가적인 장점을 달성할 수 있다.

하나의 바람직한 실시예에서, 상기 세트의 단일 격납 케이싱의 축방향 연장부는, 다음과 같은 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위들 중 하나로부터 선택된다: 상기한 제1 및 제2의 열교환셀 열출력(낮은 열출력) 범위를 위한 80 내지 190 mm, 바람직하게 120 내지 180 mm의 제1 범위; 상기한 제3의 열교환셀 열출력(중간 열출력) 범위를 위한 200 내지 360 mm, 바람직하게 약 320 내지 350 mm의 제2 범위; 상기한 제4의 열교환셀 열출력 범위(높은 열출력)를 위한 360 내지 660 mm, 바람직하게 400 mm 내지 660 mm의 제3 범위.

이와 같이 하여, 상기 세트의 격납 케이싱이 목적하는 열출력들과 화합할 수 있는 최소 축방향 연장부를 가지면서, 일반적으로 주택에서, 주거 단지에서, 그리고 상업 및 산업 단지에서 예상되는 사용에 가장 필요한 상기한 세 가지의 열출력을 최종 사용자에게 제안할 수 있는 높은 유연성을 가지는 장점을 달성할 수 있어 유리하다.

이것 모두는 상기한 열출력 범위 각각에 대해 단일화된 축방향 연장부를 가지는 격납 케이싱의 사용과 결합되고, 이는 다시 상기 케이싱이 상기 세트의 각 열교환셀이 설치된 열적 장치 또는 시스템의 전체 크기를 표준화하는 것을 허용하고, 상기한 가열 장치 또는 시스텝의 구성요소들의 레이아웃을 단순화하는 것을 허용한다.

하나의 바람직한 구체예에서, 상기한 헬릭스형 열교환기의 단일 격납 케이싱은, 제2 열전달 유체의 가능한 방출 캡의 크기를 제외하고, 다음의 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위들 중 하나 내에서 구성된 횡방향 크기(즉, 헬릭스형 열교환기의 종축에 대해 횡단하는 케이싱에 의해 점유되는 공간)을 갖는다: 상기 제1의 열교환셀 열출력 범위를 위한 100 내지 220 mm, 바람직하게 40 내지 200 mm의 제1 범위; 상기 제2의 열교환셀 열출력을 위한 220 내지 300 mm, 바람직하게 240 내지 290 mm의 제2 범위; 상기 제3의 열교환셀 열출력을 위한 300 내지 400 mm, 바람직하게 약 310 내지 350 mm의 제3 범위; 상기 제4의 열교환셀 열출력을 위한 400 내지 660 mm, 바람직하게 430 내지 600 mm의 제4 범위.

이와 같이 하여, 상기 세트의 격납 케이싱이 목적하는 열출력들과 화합할 수 있는 최소 전체 크기를 가지면서, 상기한 열출력 범위들 각각에 대해 단일화된 크기를 가지는 단일의 매우 컴팩트한 격납 케이싱을 사용하는 것에 의해 일반적으로 예상되는 용도들에 가장 필요한 열출력의 세가지 범위를 최종 사용자에게 제안하는데 높은 유연성을 가지는 상기한 장점들을 제공할 수 있어 유리하다.

상기 세트의 복수의 헬릭스형 열교환기의 내부 직경은 열출력이 변화함에 따라 실질적으로 일정하며, 상기한 세트의 열출력 범위 내에서 최소 열출력을 가지는 열교환기의 내부 직경과 동일한 것이 바람직하다.

이와 같이 하여, 상기 세트의 복수의 헬릭스형 열교환기와 이를 수용하는 열교환셀 세트의 단일 격납 케이싱 모두의 컴팩트화 관점에서 그로부터 파생하는 장점들을 가지면서, 제2 열전달 유체의 공급 구역이 반경방향을 따른 최소 치수를 갖게 할 수 있어 유리하다.

상기 세트의 복수의 헬릭스형 열교환기의 내부 직경이 열정하고, 헬릭스형 열교환기의 열출력, 따라서 이를 수용하는 열교환셀의 열출력의 함수로서 60mm와 540mm 사이 값의 범위 내에서 변화하는 것이 바람직하다.

바람직하게, 헬릭스형 열교환기는 다음의 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위들 중 하나 내에 포함되는 헬릭스의 내부 직경을 갖는다: 상기 제1의 열교환셀 열출력 범위를 위한 60 내지 120 mm, 바람직하게 70 내지 110 mm의 제1 범위; 상기 제2의 열교환셀 열출력 범위를 위한 120 내지 190 mm, 바람직하게 150 내지 180 mm의 제2 범위; 상기 제3의 열교환셀 열출력 범위를 위한 190 내지 260 mm, 바람직하게 200 내지 250 mm의 제3 범위; 상기 제4의 열교환셀 열출력 범위를 위한 260 내지 540 mm, 바람직하게 290 내지 480 mm의 제4 범위.

바람직하게, 상기 헬릭스형 열교환기의 적어도 하나의 관형 덕트는 헬릭스형 열교환기 자체의 열출력에 비례하는 코일체의 횡단면을 갖는다.

이와 같이 하여, 상기 헬릭스형 열교환기의 적어도 하나의 관형 덕트 내에서 흐르는 제2 열전달 유치의 유량과 헬릭스형 열교환기 자체의 열출력 사이에서 비례관계를 얻을 수 있어 유리하다.

상기 비례관계는 다음과 같은 기술적 효과들을 달성하는 것을 허용하는 장점이 있다.

제1의 유리한 기술적 효과는, 열교환기의 열출력이 변화함에 따른 압력 강하기 실질적으로 일정하고, 그 결과 제1 열전달 유체의 순환 장치(예를 들어, 펌프)의 선정 및 이에 관련된 작동 코스트의 관점에서 이익이 있는 기술적 효과이다.

제2의 유리한 기술적 효과는

제1 열전달 유체가 실질적으로 일정한 속도를 가져서, 그 결과 열교환 셀 세트가 설치되는 다양한 유형의 가열 또는 공조 시스템의 이용 및 적응의 유연성이 증대되는 기술적 효과이다.

하나의 바람직한 실시예에서, 상기한 복수의 헬릭스형 열교환기를 제공하는 단계 b)는

i) 전달되는 열출력에 비례하는 사전결정된 값의 유체 플로우의 횡단면을 가지는 관형 덕트를 제공하는 단계,

ii) 복수의 코일을 얻기 위하여 상기 관형 덕트를 헬릭스 형으로 조형하는 단계,를 포함하여 구성된다.

이와 같이 하여, 상기 헬릭스형 열교환기의 적어도 하나의 관형 도관 내에서 흐르는 제1 열전달 유체의 유량과 열교관기의 열출력 사이에 전술한 바람직한 비례 관계에 부합하는 상기 복수의 헬릭스형 열교환기의 각자의 헬릭스형 열교환기를 상기 세트의 각 열교환셀에 제공하여 헬릭스형 열교환기의 열출력이 변화함에 따라 실질적으로 일정한 제1 열전달 유체의 유속 및 압력 강하를 갖게 할 수 있고, 위에서 강조한 이익들을 제공할 수 있어, 유리하다.

하나의 바람직한 구체예에서, 상기 복수의 헬릭스형 열교환기들중 상기 헬릭스형 열교환기의 적어도 하나의 관형 덕트의 상기한 복수의 코일들의 코일체는 헬릭스의 종축에 실질적으로 수직이거나 또는 상기 축에 대해 예각을 이룬다.

이와 같이 하여, 제1 밍 제2 열전달 유체 사이의 최적의 열교환을 달성함과 동시에 헬릭스형 열교환기의 제한된 축방향(즉, 종방향) 연장부를 유지할 수 있어 유리하다.

하나의 바람직한 구체예에서, 헬릭스형 열교환기의 관형 덕트의 횡단면 형상과 관계없이, 상기 열교환셀은, 예를 들어 원형 횡단면의 경우에 국제특허출원 WO 2005/080900에 기술된 바와 같이 덕트의 편평면들에서 연장하는 리브들(ribs), 예를 들어 미국특허 출원 공개 2007/0209606호에 기술된 바와 같이 상기 편평면들 사이에 개재된 빗-형상 스페이서 요소들과 같은, 공지의 적절한 스페이서 요소들을 포함하여 구성된다.

유리하게, 상기 스페이서 요소들은 덕트의 편평면들 사이에서 사전 결정된 바람직하게 일정한 폭을 가지며 실질적인 반경 또는 축-반경 방향으로 제2 열전달 유체의 플로우를 위한 유체 통로를 형성하는 간극(interstice)을 구획하도록 구성된다.

본 발명의 상세한 설명 및 첨부하는 특허청구범위의 테두리 안에서, 헬릭스형 열교환기의 관형 덕트의 편평면들 사이에 구획된 간극의 "폭"은 상기 면들에 수직인 방향을 따라 측정한 상기 면들 사이의 거리를 가리키는데 사용된다.

하나의 바람직한 실시예에서, 상기 헬릭스형 열교환기의 관형 덕트의 코일체가 편평한 횡단면을 가지는 경우, 전술한 복수의 헬릭스형 열교환기를 제공하는 단계 b)는, 장축이 헬릭스의 종축에 실질적으로 수직이거나 또는 상기 축에 대해 예각을 이루는 편평한 횡단면을 가지는 복수의 코일들을 얻기 위하여 반경 또는 축/반경 방향을 따라 상기 코일체를 가소적으로 변형시키는 단계를 더 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 가소적인 변형 단계는, 상기한 관형 덕트의 유체 플로우의 횡단면과 상기한 복수의 헬릭스형 열교환기의 축방향 연장부 모두를 실질적으로 일정하게 유지하는 방식으로 수행된다.

이와 같이 하여, 제1 및 제2 열전달 유체 간의 최적의 열교환을 달성함과 동시에 상기 복수의 헬릭스형 열교환기의 제한된 축방향(즉, 종방향) 연장부를 갖게 할 수 있고, 그리고 상기 헬릭스형 열교환기의 적어도 하나의 관형 덕트 내에서 흐르는 제1 열전달 유체의 유량과 상기 헬릭스형 열교환기의 열출력 사이에서 전술한 비례 관계를 얻을 수 있어 유리하다.

대안적인 바람직한 실시예에서, 헬릭스형 열교환기의 관형 덕트의 코일체가 편평한 횡단면을 가지는 경우, 전술한 복수의 헬릭스형 열교환기를 제공하는 단계 b)는, 바람직하게

iii) 열출력에 비례하는 사전 결정된 값의 유체 플로의 편평한 횡단면을 가지는 관형 덕트를 제공하는 단계;

iv) 편평한 횡단면을 가지는 복수의 코일들이 헬릭스의 종축에 대해 실질적으로 수직이거나 또는 상기 축에 대해 예각을 이루는 장축을 확보하도록 상기 관형 덕트를 헬릭스형상으로 조형하는 단계;를 포함하여 구성되며,

여기서, 상기 조형 단계는, 상기 복수의 열교환기들의 열교환기의 축방향 연장부를 그 출력이 변화함에 따라 실질적으로 일정하게 유지하도록 수행된다.

상기한 단계 iii)를 수행하는데 바람직한 방식은 다음의 단계들을 수행하는 것으로 구상된다:

- 열출력에 비례하는 사전결정된 값의 유체 플로우의 원형 횡단면를 가지는 관형 덕트를 제공하는 단계; 및

- 편평한 횡단면을 확보하기 위하여 상기 관형 덕트를 헬릭스형상으로 가소적으로 변형하는 단계;를 수행하는 것으로 구상된다.

상기한 단계들은 예를 들어 국제특허출원 WO 94/16272에 설명된 기술 및 시스템에 의해 수행될 수 있다.

대안적으로, 전술한 단계 iii)은, 적절한 금속재의 스트립을 출발물질로 하여 레이저 용접과 같은 종방향 용접으로 편평한 횡단면을 가지는 관형 덕트를 형성시키는 것으로 수행하는 것도 가능하다.

이 경우에도, 제1 및 제2 열전달 유체 간의 최적의 열교환을 달성함과 동시에 상기 복수의 헬릭스형 열교환기들의 제한된 헬릭스형 열교환기들의 축방향(즉, 종방향) 연장부를 가질 수 있고, 그리고 상기 헬릭스형 열교환기의 적어도 하나의 관형 덕트 내에서 흐르는 제1 열전달 유체의 유량과 상기한 복수의 헬릭스형 열교환기들의 열출력 사이에 전술한 비례 관계를 확보할 수 있는 장점이 있다.

하나의 바람직한 실시예에서, 헬릭스형 열교환기의 관형 덕트의 코일체가 편평한 횡단면을 가지는 경우, 상기 관형 덕트의 횡단면의 장축 및 단축에 대해 각각 측정된, 상기한 복수의 헬릭스형 열교환기들의 헬릭스형 열교환기들의 관형 덕트의 각 코일의 내부 폭 및 내부 높이 간의 비율이, 헬릭스형 열교환기의 열출력에 비례하는 값을 갖는다.

이와 같이 하여, 헬릭스형 열교환기의 열출력이 증가함에 따라 헬릭스형 열교환기의 관형 덕트에 의해 형성된 코일체의 편평면들 사이의 간극에 구획된 제2 열전달 유체의 플로우를 위한 유체 경로의 반경방향을 따른 연장부도 증가하기 때문에, 헬릭스형 열교환기의 열출력에 비례하는 제1 및 제2 열전달 유체 간의 최적의 열교환을 달성할 수 있어 유리하다.

바람직하게, 상기한 비율은, 헬릭스형 열교환기의 열출력의 함수로서, 2.5 이상, 더 바람직하게 2.5와 5 사이의 값을 갖는다.

특히, 본 출원인은, 세트의 열교환셀들이 버너에서 나오는 연소가스와 가열될 물 사이의 열교환셀인, 본 발명의 바람직한 실시예의 태두리 안에서, 헬릭스형 열교환기의 관형 덕트의 각 코일의 내부 폭과 내부 높이 사이의 비율이 2.5 이상이면, 헬릭스형 열교환기를 반경방향으로 나가는 연소가스의 온도를 열교환셀을 나가는 가열된 물의 온도(일반적으로 40 내지 80°C 사이)보다 낮은 값으로 낮출 수 있어 유리하다는 것을 알게되었다.

이와 같은 낮은 값의 연소 가스 온도는, 열응력을 줄이는 것을 허용하여, 셀의 격납 케이싱을 구성하는 재료의 작동 수명을 길게 하고, 상기 재료로 예를 들어 플라스틱과 같은 비금속재를 사용할 수 있게 하며, 예를 들어 국제특허출원 WO 2004/036121 (출원인: Giannoni France)에 설명된 것과 같이 열교환기 둘레에 금속 돌출 페룰들(ferrules)을 설치할 필요가 없게 하는 장점이 있다.

하나의 바람직한 구체예에서, 전술한 복수의 헬릭스형 열교환기들의 헬릭스형 열교환기들은 단일 코일을 형성하는 단일 관형 덕트를 포함하여 구성된다.

대안적인 바람직한 구체예에서, 전술한 복수의 헬릭스형 열교환기들의 헬릭스형 열교환기들은, 임의선택적으로 축방향으로 인접하고 그리고/또는 서로 연합된, 복수의 관형 덕트를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 이와 같은 복수의 관형 덕트들은 단일 코일을 형성한다.

전술한 코일의 권취 피치는 일정한 것이 바람직하다.

이와 같이 하여, 제조 조작들을 용이하게 할 수 있고 상기 세트의 헬릭스형 열교환기들의 생산 코스트를 낮출 수 있어 유리하다.

하나의 바람직한 구체예에서, 상기 세트의 복수의 열교환 셀들의 단일 격납 케이싱을 제공하는 단계 a)는, 단일 격납 케이싱의 주변 측벽으로부터 연장하며, 열출력값 범위 내에서 셀의 열출력이 변화함에 따라 일정한 축간 거리를 가지는 적어도 한 쌍의 슬리브를 제공하는 것을 포함하여 구성된다.

이와 같은 바람직한 실시예에서, 상기 세트의 복수의 헬릭스형 열교환셀들의 전술한 적어도 하나의 헬릭스형 열교환기를 단일 격납 케이싱에 장착하는 단계 c)는, 전술한 헬릭스형 열교환기의 적어도 하나의 관형 덕트의 대향 단부들을 전술한 슬리브 쌍의 각자의 슬리브에 위치시키는 것을 포함하여 구성된다.

이런 식으로, 열교환기셀 세트가, 전술한 바람직한 특징들을 가지는 상기 세트의 복수의 열교환셀들의 단일 격납 케이싱 및 열교환기를 포함하여 구성되므로 바람직하다.

이와 같이 하여, 헬릭스형 열교환기의 관형 덕트의 단부들이, 많은 수의 열교환셀들에 사용되는 구조형태에 따라 상기 세트의 복수의 열교환셀들의 단일 격납 케이싱의 주변 측벽으로부터 돌출되는 경우에도, 열교환셀의 헬릭스형 열교환기에서 순환하는 유체의 입구 연결부와 출구 연결부 사이의 축간 거리를 실질적으로 일정하게 유지할 수 있어 유리하다.

본 발명의 다른 특징 및 이점이, 본 발명에 의한 열교환셀 세트 및 그 열교환 셀 세트의 제조방법의 바람직한 실시예에 대한 아래의 기술에 의해 더욱 더 명백해질 것이며, 그 기술은 지금부터 첨부 도면을 참조하여 예를 들어 비한정적으로 설명하는 방법으로 이루어진다. 첨부 도면에서;
- 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 열교환셀 세트의 열교환셀의 바람직한 실시예의 사시도이고,
도 2는 도 1의 열교환셀의 정면도이며,
도 3은 도 1의 열교환셀의 배면도이고,
도 4a 내지 4d는 열교환셀 세트의 미리 정해진 최소 및 최대 열출력값들의 범위내에서 점진적으로 증가하는 열출력을 가지는 열교환셀 세트의 각각의 열교환셀의, 도 2의 IV-IV 선 개략 단면도이며,
도 5는 도 4c의 상부의 확대도이고,
도 6a 내지 6d는 대안적인 실시예의 헬릭스형 열교환기를 구비한 열교환셀 세트의 각각의 열교환셀의, 도 4a 내지 4d에 유사한, 개략 단면도이다.

다음의 상세한 설명에서, 도면들의 도시를 위하여 동일한 도면 부호들이 동일한 기능을 가지는 구성 요소들을 가리키기 위하여 사용된다. 도시를 간결하게 하기 위하여 일부 도면부호들을 도면들 모두에서 반복되지 않는다.

도 1 내지 3에서, 본 발명에 의한 세트의 바람직한 실시예에 속하는 열교환셀은 일반적으로 1a로 표시된다.

상기 셀은, 사전결정된 최소값과 최대값의 범위에 속하는, 예를 들어 위에서 설명한 범위들 중 하나에 열출력을 가지는 열교환셀들(1a 내지 1d)의 세트에 속한다. 상기한 열교환셀들(1a 내지 1d)의 세트는 예를 들어 후술되는 도 4a 내지 4d에 개략적으로 도시된다.

도시되는 바람직한 실시예에서, 상기 세트의 열교환셀들(1a 내지 1d)은, 열교환이 예를 들어 가열될 물로 구성되는 제1 열전달 유체와 첨부 도면들에서 4로 개략적으로 나타낸 버너에서 나오는 고온 연소가스로 구성되는 제2 열전달 유체 사이에 제공되는 응축형의 기-액 열교환셀들이며, 상기 제2 열전달 유체의 플로우는 G자로 개략적으로 표시된다.

상기 세트의 각 열교환셀(1a 내지 1d)은, 전술한 최소값과 최대값의 범위 내에 속하는 열출력을 가지는 헬릭스형 열교환기(2)이다.

헬릭스형 열교환기(2)는 열교환셀들(1a 내지 1d)의 세트의 열출력값 범위 내에서 최소 열출력을 가지는 헬릭스형 열교환기(10)의 축방향 연장부와 동일한 미리 정해진 축방향 연장부를 갖는다.

바람직하게, 헬릭스형 열교환기(2)는, 제1 열전달 유체의 입구 연결부(3a)에 시작하여 통상적으로 상기한 유체의 출구 연장부(3b)에서 끝나는, 복수의 코일에 의한 헬릭스의 종축(X-X) 둘레에 코일링된 제1 열전달 유체의 플로우를 위한 단일 관형 덕트(3)를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 관형 덕트(3)에 의해 형성된 단일 코일의 권취 피치는 일정하다.

바람직하게, 헬릭스형 열교환기(2)의 코일체의 수는 상기 세트의 열출력값 범위내에서 최소 열출력을 가지는 헬릭스형 열교환기의 코일체의 수와 동일하다.

이와 같이 하여, 위에서 설명한 바와 같이, 열출력이 변화함에 따라, 헬릭스형 열교환기(2)의 대향 축방향 단부들과 유체-밀폐 식으로 그리고 인접 관계로 협력하는 열교환셀들(1a 내지 1d)의 요소들의 구조형태를 실질적으로 변경시키지 않고 유지하면서, 상기 세트의 헬릭스형 열교환기들(2)의 목적하는 그리고 일정한 축방향 연장부를 달성할 수 있어 유리하다.

예를 들어, 이러한 요소들은 후술되는 바와 같이 열교환셀(1a 내지 1d)의 격납 케이싱(5)의 전방 벽 및 후방 벽일 수 있거나, 또는 상기 격납 케이싱 내측에 위치된 다른 인접 요소들(도시안됨)일 수 있다.

바람직하게, 헬릭스형 열교환기(2)는, 실질적으로 일정하며, 바람직하게 상기 세트의 열출력값들의 범위 내의 최소 열출력을 가지는 열교환기의 내부 직경과 동일한, 내부 직경을 갖는다.

구체적으로, 도 1 내지 5에 도시된 바람직한 제1 실시예를 참조하면, 열교환 셀들(1a 내지 1d)의 세트는, 미리 설정된 출력을 가지는 헬릭스형 열교환기(2)가 장착된, 상기 세트의 열교환기들 모두를 위한 하나의 격납 케이싱(5)을 포함하여 구성된다.

격납 케이싱(5)은 열교환셀(1a)의 열출력이 변화함에 따라 일정하고, 전술한 열출력값 범위 내의 최소 열출력을 가지는 열교환셀(1a 내지 1d)의 축방향 연장부(extension)와 동일한 축방향 연장부를 갖는다.

이 바람직한 실시예의 격납 케이싱(5)은 버너의 지지판(도시안됨)에 의해 전방 단부에서 밀폐식으로 폐쇄된다.

도시된 바람직한 실시예에서, 관형 덕트(3)는 편평한 타원형상의 횡단면을 가지며; 특히 헬릭스형 열교환기(2)의 관형 덕트(3)의 상기한 복수의 코일들의 코일체는 편평한 횡단면들 가지며, 그 장축은 헬릭스의 종축(X-X)에 실질적으로 수직이다.

바람직하게 실질적으로 일정한 폭을 갖는 간극(6)이 관형 덕트(3)의 2개의 연속하는 코일들의 편평한 표면들 사이에 위치한다.

이를 위하여, 위에서 이미 설명한 바와 같이, 셀들(1a 내지 1d)의 각각은, 도면에 도시되지는 않지만, 덕트(3)의 편평면들로부터 연장하는 리브들 또는 상기한 편평면들 사이에 개재되는 빗-형상 스페이서 요소들과 같은, 적절한 스페이서 요소들이 바람직하게 제공된다.

바람직하게, 헬릭스형 열교환기(2)는, 버너(4)에서 발생된 고온 연소가스에 의해 제2 열전달 유체가 구성되는 경우에, 제2 열전달 유체의 공급구역(7)을 단일 격납 케이싱(5)에 구획하는 식으로 상기 단일 격납 케이싱 내에 장착된다.

바람직하게, 제2 열전달 유체의 공급 구역(7)은, 열교환기(2)에 대해서 동축으로 그리고 내부적으로 상기 격납 케이싱(5) 내에 특별하게 구획된다.

이와 같이 하여, 상기 세트의 열교환셀(1a 내지 1d)의 각각 내에서 상기한 구조 형태가, 헬릭스형 열교환기(2)의 코일들 사이에 구획된 간극들(6)을 통해 외부 반경방향으로 공급구역(7)에서 나간 제2 열전달 유체의 플로우를 얻을 수 있어 유리하다.

바람직하게, 제2 열전달 유체의 공급 구역(7)은, 헬릭스형 열교환기들(1a-1d)의 세트 내에서, 실질적으로 일정하며, 헬릭스형 열교환기(2)의 열출력의 변화함에 따라 가능한 한 최소 크기와 동일한 크기를 갖는다.

이와 같은, 제2 열전달 유체의 공급 구역(7)의 바람직한 구조 형태는, 상기 세트의 최대 열출력값과 최소 열출력값의 범위내에서 최소 열출력을 가지는 헬릭스형 열교환기(20)의 축방향 연장부와 동일하며 실질적으로 일정한 축방향 연장부를 가지며, 최소 열출력을 가지는 헬릭스형 열교환기의 내부 직경과 동일하고 실질적으로 일정한 내부 직경을 가지는, 헬릭스형 열교환기의 바람직한 구조형태로부터 파생한다.

유리하게는, 위에서 설명한 바와 같이, 헬릭스형 열교환기(2)의 바람직한 구조형태 및 제2 열전달 유체의 공급 구역(7)의 바람직한 구조 형태는, 헬릭스형 열교환기(2)와 다른 세트의 복수의 열교환셀들(1a-1d)의 구성요소들을 규격화할 수 있게 하고, 열교환셀들(1a-1d)의 세트의 출력값들의 범위 내에서 열출력이 변화함에 따라 가능한 한 낮게 격납 케이싱(5)의 횡방향 크기를 유지할 수 있게 한다.

도시된 바람직한 실시예에서, 격납 케이싱(5)은 대체로 컵-형상이고, 주변 측벽(5c) 및 후방 측벽(5d)을 포함하여 구성된다.

바람직하게, 격납 케이싱(5)은 통상적인 것이어서 상세하게 도시하지 않지만, 열교환셀의 전방 벽에 속하는, 주변 측벽(5c)에 고정되는 환형 요소(8)가 전방에 제공되고, 여기에 버너(4)의 지지판이 케이싱(5)을 실질적인 밀폐식으로 폐쇄하도록 결합된다.

도시된 바람직한 실시예에서, 격납 케이싱(5)은 특히 대체로 원통형상을 가지면, 2개의 적절한 형상의 하프쉘(5a, 5b)을 포함하여 구성된다.

작동 구조형태에 있어서, 상기 세트의 열교환셀들(1a 내지 1d)의 격납 케이싱(5)은, 바람직하게 케이싱(5) 자체의 측벽(5c)에 형성된 복수의 개구부들(9-12)에 의해, 셀들이 장착되는 장치 또는 시스템의 부품을 형성하는 외부 구성요소(도시 안됨)와 유체 연통한다.

제1 개구부(9)는 케이싱(5)로부터 제2 열전달 유체의 유출을 위해 구성되고, 바람직하게 제2 열전달 유체의 방출 캡(14)에 형성된다.

상기 세트의 도시된 바람직한 실시예에 의해 열교환셀들(1a 내지 1d)의 작동 구조형태에서, 출구 개구부(9)는 바람직하게 수직 축을 가져서 위쪽을 향하도록 배치된다.

제2 및 제3 개구부(10,11)는 바람직하게 격납 케이싱(5)의 주변 측벽(5c)으로부터 연장하는 각자의 슬리브(18,19)의 자유단에 형성되며, 바람직하게 케이싱(5)의 하부 하프쉘(5b)과 일체로 형성된다.

바람직하게 슬리브(18,19)는, 열교환셀들(1a-1d)의 열출력이 열교환셀들(1a-1d)의 세트의 최대 열출력값과 최소 열출력값의 범위 내에서 변화함에 따라, 일정한 축간 거리를 갖는다.

바람직하게, 열교환기(2)의 관형 덕트(3)의 대향 단부들은, 상기 슬리브 쌍의 각자의 슬리브(18,19)에 위치한다.

바람직하게, 헬릭스형 열교환기(2)의 관형 덕트(5)로 그리고 관형 덕트(5)로부터 제1 열전달 유체의 입구(3a) 및 출구 연결부(3b)는, 도 1-3에 잘 도시된 바와 같이, 상기 세트의 특정 열교환셀(1a - 1d)이 설치되는 장치 또는 시스템의 외부 구성요소들(도시 안됨)과 연결을 위하여 개구부(10 및 11)로부터 약간 돌출하도록, 슬리브(18,19)에 인접 관계로 장착된다.

따라서 상기 개구부들(10 및 11)은, 바람직하게, 헬릭스형 열교환기(2)의 관형 덕트(3)로 그리고 관형 덕트(3)로부터 제1 열전달 유체의 입구 및 출구 연결부(3a, 3b)를 수용하도록 구성된다.

상기 세트의 열교환셀들(1a-1d)의 작동 구조형태에 있어서, 격납 케이싱(5)의 개구들(10,11)은 헬릭스형 열교환기(2)의 종축(X-X)을 따른 열교환셀들의 축방향 전개에 대해, 상호간의 후방 및 전방에 각각 배치되고, 상기 세트의 특정 열교환셀들(1a-1d)이 설치되는 장치 또는 시스템의 외부 구성요소들(도시 안됨)과의 연결을 용이하게 하기 위하여 아래 쪽으로 향한다.

열교환셀들(1a 내지 1d)의 세트의 도시된 바람직한 구체예에서, 상기한 셀들이 응축형이기 때문에, 격납 케이싱(5)은, 바람직하게 격납 케이싱(5)의 주변 측벽(5c)으로부터 연장하는 각자의 슬리브(20)가 자유단에 형성되며, 바람직하게 케이싱(5)의 하부 쉘(5b)와 일체로 형성된 제4의 개구부(12)가 추가로 제공된다.

상기 개구부(12)는 두 열전달 유체 사이의 열교환 과정 중에 발생되어, 격납 케이싱(5)의 하부에 수집되는, 응축액을 방출하기 위하여 구성된다.

도 4a 내지 4d에 잘 도시된 바와 같이, 세트의 열교환셀들(1a 내지 1d)은, 헬릭스형 열교환기(2)의 반경방향 외부 벽(2a)과 격납 케이싱(5)의 측벽(5c) 사이에서 헬릭스형 열교환기(2)에 대해 외부에 구획된 제2 열전달 유체의 수집 챔버(13)를 포함하여 구성된다.

보다 간결하게 하기 위하여, 헬릭스형 열교환기(2)의 반경방향 외부 벽(2a)의 대한 접선이 도 4a-4d의 점선으로 도시된다. 이 경우에, 관형 덕트(3)에 의해 형성된 열교환기(2)가 헬릭스형이기 때문에, 상기 외부 벽(2a)은 불연속이며, 즉 열교환하기의 연속하는 코일들 사이에 구획된 간극에 의해 축방향으로 중단되며, 관형 덕트(3)의 코일체의 반경방향 외부 면에 의해 형성된다.

도 4a 내지 4d에 도시된 바와 같이, 수집 챔버(13)는, 상기 셀의 전방벽의 일부를 이루는 환형 커버(8)에 의해 전방에서 폐쇄되고, 격납 케이싱(5)의 후방 벽(5d)에 의해 배면에서 폐쇄되며, 제2 열전달 유체(고온 연소 가스)의 방출 캡(14)과 유체연통한다.

바람직하게, 수집 챔버(13)로부터 직접 방출 캡(14)으로 제2 열전달 유체의 원치않는 바이패스를 제한하기 위하여, 격납 케이싱(5)은,

격납 케이싱(5)의 주변 측벽(5c)의 두께부에 적어도 부분적으로 형성된 캡(14)의 내부 개구부 내에 형상 결합으로 하우징되는, 대체로 판-형상의 폐쇄 요소(15)가 내부에 설치된다.

공지된 방식으로, 외부 환경쪽으로의 열 손실을 제한하고, 격납 케이싱(5)의 후방 벽(5d)의 과도한 열응력을 제한하기 위하여, 상기 세트의 열교환셀들(1a 내지 1d)은, 단열재료로 만들어지고 제2 열전달 유체의 공급 구역(7)에 근접하게 구성되는 디스크(16)가 설치된 것이 바람직하다.

바람직하게, 상기 세트의 열교환셀들(1a 내지 1d)은, 또한, 통상적인 것이므로 도시하지 않은, 상기 셀의 전방벽에 의해 공지된 식으로 지지되는 단열재로 만들어진 대체로 환형이 요소가 설치된다.

디스크(16)는, 스크류(17)와 같이, 그 자체로 통상적인 체결 요소에 의해 후벽(5d)의 중앙에 장착되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의해 그리고 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이, 세트의 열교환셀(1a 내지 1d)의 헬릭스형 열교환기(2)의 관형 덕트(3)는 열교환기의 열출력에 비례하고, 그 열출력이 변화하여도 열교환기의 축방향 길이부를 실질적으로 일정하게 유지하기 위한 그리고 세트의 열출력 값의 상기 범위내에 드는 최소 열출력을 가지는 열교환기(2)의 축방향 연장부와 동일한, 코일체의 반경방향 연장부를 가진다.

이러한 후자의 특성으로 인해 그리고 열교환셀(1a 내지 1d) 세트의 단일 격납 케이싱(5)의축방향 연장부가, 셀의 열출력이 변해도 동일하게 일정하고 상술한 범위의 열출력 값안에 드는 최소 열출력을 가지는 셀의 축방향 연장부와 동일한 사실로 인해, 가능한 최소 칫수를 가지며 또한 동시에, 세트의 단일 열교환셀이 설치되는 장치 또는 시스템에 속하는 세트의 열교환셀그ㅎ(1a 내지 1d)의 단일 격납 케이싱(5)의 외부 지지 요소들의 높은 표준화를 성취할 가능성을 가지는, 한 세트의 열교환셀들(1a 내지 1d)을 가지는 것이 가능한 장점이 있다.

슬리브(18, 19)사이의 축간 거리(interaxial distance)는 통일되고 일정한 것이 바람직하고, 열교환셀들(1a 내지 1d)의 단일 격납 케이싱(5)의 외부 지지 요소의 칫수는셀들의 열출력이 변화해도 통일되고 동일하다.

상술한 바와 같이 그리고 헬릭스형 열교환기(2)가 대체로 일정한 내부 반경을 가진다는 사실로 인해, 그에 상응하게 제2 열 전달 유체의 공급 구역(7)은 - 열출력이 세트의 최소 및 최대 열출력값들의 범위내에서 변화하여도- 대체로 일정한 칫수를 가지게 되는데, 이것은, 헬릭스형 열교환기와 상이한 세트의 열교환셀(1a 내지 1d)의 구성 부품의 높은 표준화를 또한 달성할 수 있도록 해주는 이로운 특징이다.

예를 들어, 다음과 같은 것을 표준화하는 것이 가능한 이점이 있다;

- 단열 절연 물질로 만든 디스크(16) 및 열교환셀(1a 내지 1d)의 전방 벽에 의해 지지된 단열 절연 물질로 만들어진 대체로 환형인 요소의 칫수,

- 세트의 단일 케이싱(5)의 전방 페쇄 벽의 칫수,

- (세트의 셀(1a 내지 1d)이 첨부 도면에 도시된 바람직한 케이스의 물-가열 장치용 열교환 셀일 때) 버너 및 그에 상응하는 액세서리의 칫수 및 (세트의 셀(1a 내지 1d)이 복열 창치일 때) 열 유체의 공급 덕트의 칫수.

첨부 도면에 도시된 바람직한 실시예에서, 열교환셀(1a 내지 1d)의 세트는, 단순히 예시적이고 비한정적인 예의 방법에 의해, 소위 저출력 열교환셀의 경우에, 상기 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위내, 예를 들어 15 내지 35kW사이에서 증가하는 열 출력을 가지는 4개의 열교환셀(1a 내지 1d)을 포함하여 구성된다.

바람직하게, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 세트의 모든 열교환 셀(1a 내지 1d)의 단일 격납 케이싱(5)은, 열출력의 상기 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위내에서 열교환셀의 열출력이 변화하여도 일정한 크기를 가지며, 세트의 열 출력 값의 범위내의 최소 열출력을 가지는 셀의 격납 케이싱(5)과 동일한 크기를 가진다.

격납 케이싱(5)의 크기는, 상술한 바람직한 값의 범위내의 열교환셀의 열출력의 함수로서 선택되는 것이 이점이 있다.

바람직하게는, 열교환셀(1a 내지 1d)의 세트의 단일 격납 케이싱(5)의 가로 연장부는, 도 4d에 잘 나타나 있는 바와 같이, 열교환셀의 세트내의 최대 반경 크기의 헬릭스형 열교환기(2)를 포함하도록 구성되는 케이싱(5)의 하우징 시트(housing seat)를 정의하는 것이다.

도시된 바람직한 실시예에서, 헬릭스형 열교환기((2)의 관형 덕트(3)는, 헬릭스형 열교환기(2)의 열출력에 비례하는 코일체의 단면을 가진다.

바람직하게, 이러한 단면은, 본 설명에 예시된 적합한 단면의 관형 덕트를 제공함으로써 얻어진다.

그러므로 본 발명에 의한 열교환셀(1a 내지 1d)의 세트의 골격내에서, 바람직한 비례 원칙의 관계(relationship of proportionalit)가 다음의 개체들(entities) 사이에 존재한다;

i) 헬릭스형 열교환기(2)의 관형 덕트(3)의 코일체의 단면, 코일체의 반경방향 연장부 및 상기 관형 덕트에 흐르는 제1 열 전달 유체의 유량 flow rate); 및

ii) 헬릭스형 열교환기(2)의 열출력.

유리하게, 이러한 바람직한 비례 원칙의 관계는, 열출력이 변화하는데 따른 헬릭스형 열교환기(2)내의 제1 열 전달 유체의 압력 및 흐름 속도의 강하를 일정하게 유지하도록 해주는데, 이것은, 가열 및 공조 장치와 시스템의 제조회사들이 특별히 환영하는 기술적 효과이다.

바람직하게. 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 관형 덕트(3)의 단면의 장축과 단축에 평행하게 각각 측정된, 헬릭스형 열교환기(2)의 각 코일의 내측 너비(W)와 내측 높이(H)의 비율은, 헬릭스형 열교환기(2)의 열출력에 또한 비례한다.

위에서 이미 언급한 바와 같이, 이러한 W/H 비율은, 헬릭스형 열교환기(2)의 열출력에 대한 함수로서, 2.5 보다 큰 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 2.5와 5 사이로 이루어지는 것이다.

본 출원인은, 헬릭스형 열교환기(2)의 관형 덕트(3)의 각 코일의 내측 너비와 내측 높이의 W/H 비율이 2.5보다 클 때, 버너(4)에 의해 발생되고 헬릭스형 열교환기(2)로부터 반경방향으로 떠나는 연소 가스의 이들 온도 값들을, 세트의 열교환셀(1d 내지 1d)을 떠나 가열될 물의 온도(일반적으로 40 내지 80°C 사이)보다 낮은 값으로, 감소시키는 것이 가능하여 유리하다는 것을 실험적으로 관찰하였다.

유리하게, 연소 가스의 이들 온도 값들은, 필요에 따라, 플라스틱 물질로 만들 수 있고, 금속제 보호 덮개(ferrule)가 없는, 격납 케이싱(5)의 재료에 대한 열 응력을 감소시킬 수 있다.

본 발명에 의해 열교환셀의 세트의 제조 방법의 바람직한 실시예, 구체적으로 상술한 열교환셀(1a 내지 1d)을 제조하는 방법을 이제 도 1 내지 도 5를 특히 참조하여 아래에 설명하기로 한다.

본 발명의 초기 단계에서, 세트의 복수의 열교환셀(1a 내지 1d)의 단일 격납 케이싱(5)이 제공되는데, 그 케이싱(5)은, 열교환셀의 열출력이 열 출력의 미리 정해진 범위내에서 변화해도 일정하고, 상기한 열출력값 범위내의 최소 열출력을 가지는 셀의 축방향 연장부와 동일한, 축방향 연장부를 가진다.

바람직한 실시예에서, 단일 격납 케이싱(5)을 제공하는 단계는, 세트의 셀(1a -1d)의 열 출력이 열 출력 값의 미리 정해진 범위내에서 변화해도, 일정한 축간 거리를 갖도록 주변 측벽(5c)으로부터 뻗는 슬리브(18, 19)를 제공하는 것을 포함한다.

그 다음 단계에서, 각각 상기 최소 및 최대 열출력값들의 범위내에 드는 열출력을 가지며, 복수의 코일이 헬릭스의 총축(X-X) 주위에 감겨지고 제1 열교환 유체가 흐르도록 하기 위한 관형 덕트(3)를 각각 포함하는, 복수의 헬릭스형 열교환기(2)가 제공된다.

바람직한 실시예에서 그리고 상술한 바와 같이, 관형 덕트(3)의 코일의 수는, 상기 세트의 열출력값 범위내의 최소 열출력을 가지는 헬릭스형 열교환기(2)의 코일의 수와 동일하다.

바람직한 실시예에서, 상기 복수의 헬릭스형 열교환기(2)를 제공하는 단계는 다음 단계를 포함하여 구성된다;

i) 미리 정해지고, 전달될 열출력에 비례하는 유체 흐름 단면을 가지는 관형 덕트(3)를 제공하는 단계; 및

ii) 복수의 코일을 얻기 위해 상기 덕트(3)를 헬릭스 형상으로 성형하는 단계.

바람직하게, 관형 덕트(3)는 본질적으로 원통 형상이고, 헬릭스형으로 성형되면 열교환기(2)에 주어질 최종 길이와 같은, 미리 정해진 길이를 얻기 위해, 통상적인 압출 작업에 의해 i) 단계에서 제공된다.

도 1 내지 도 5에 도시된 열교환셀들(1a 내지 1d)의 세트의 바람직한 실시예의 제조 방법에서, 상기 복수의 헬릭스 형상 열교환기(2)의 제공 단계는, 바람직하게, 그 주 축이 헬릭스의 총축(X-X)에 대체로 수직인 편평 단면을 가지는 코일을 얻기 위한 방법으로 열교환기)2)의 관형 덕트(3)의 코일을 반경 방향을 따라 가소적으로 변형하는(plastically deform) 단계를 포함한다.

이러한 가소적 변형 단계는, 예를 들어, Le Mer 명의의 상기 국제 특허출원 WO 94/16272호에 기술된 기술과 장치에 의해 수행될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 가소적 변형 단계는, 하기 사항을 대체로 일정하게 유지하기 위한 방법으로 수행된다;

- 관형 덕트(3)의 유체 흐름의 단면;

- 상기 세트의 열출력값의 범위내의 최소 열출력을 가지는 헬릭스형 열교환기(2)의 축 방향 연장부와 동일한 헬릭스형 열교환기들(2)의 축 방향 연장부, 및

- 헬릭스형 열교환기(2)의 내부 직경

바람직한 대안적 실시예에서 그리고 상술한 바와 같이, 상기 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)을 제공하는 단계는 다음 단계를 포함하여 구성된다;

iii) 미리 정해진 값 및 열출력에 비례하는 유체 흐름의 편평 단면을 가지는 관형 덕트(3)를 제공하는 단계;

iv) 그 장축이 헬릭스(helix)의 종축(X-X)에 대체로 수직인, 편평 단면을 가지는 관형 덕트(3)를 제공하는 단계.

관형 덕트(3)를 헬릭스형으로 성형하는 단계는 그 자체로서 공지된 기술과 장치에 의해 수행될 수 있다.

또한 이 경우에, 관형 덕트(3)를 헬릭스형으로 성형하는 상기 단계는, 상기 복수의 헬릭스형 열교환기(2)의 축 방향 연장부와 관형 덕트(3)의 유체 흐름의 단면 모두를 대체로 일정하게 유지하기 위한 방법으로 수행된다.

본 방법의 추가 단계에서, 버너(4)에 의해 발생된 연소 가스의 공급 구역(7)을 단일 격납 케이싱(5)내에 그리고 헬릭스형 열교환기(2)에 대해 동축으로 그리고 내부에 정의하도록 하기 위해, 원하는 열출력을 가지며 상기 복수의 헬릭스형 열교환기들중에서 선택된 헬릭스형 열교환기(2)를 단일 격납 케이싱(5)에 장착하는 것이 예상된다.

열출력이 변화해도 상기 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)이 대체로 일정한 내부 직경을 가지므로, 단일 격납 케이싱(5)내에 장착된 특정 헬릭스형 열교환기(2)의 열 출력이 변화해도 공급 구역(7)도 또한 대체로 일정한 반경방향 칫수를 가지며, 이러한 반경방향 칫수는 가능한한 최소 칫수인 것이 바람직하다.

열교환셀들(1a 내지 1d)의 세트를 제조하는 방법에 의해, 헬릭스형 열교환기(2)의 관형 덕트(3)는, 헬릭스형 열교환기(2)의 열출력에 비례하는 코일체 반경방향 연장부를 가지도록 그리고 그 열출력이 변화해도 헬릭스형 열교환기(2)의 반경방향 연장부를 대체로 일정하게 그리고 상기 세트의 열출력값 범위내의 최소 열출력을 가지는 헬릭스형 열교환기(2)의 반경방향 연장부와 동일하게 유지하도록, 구성된다(arranged).

그러므로, 단일 격납 케이싱(5)내에 장착된 특정 헬릭스형 열교환기(2)의 열 출력이 변화해도, 공급 구역(7)은 또한 대체로 일정한 축 방향 연장부를 가지며, 그 축 방향 연장부는 가능한 최소 축 방향 연장부인 것이 바람직하다.

바람직한 실시예에서, 단일 격납 케이싱(5)내에 헬릭스형 열교환기(2)를 장착하는 단계는, 관형 덕트(3)의 대향하는 두 단부를 단일 격납 케이싱(5)의 주변 측벽(5c)으로부터 연장된 각각의 슬리브(18, 19)내에 위치시키는 것을 포함하여 구성된다.

이들 바람직한 실시예에 의해, 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이, 상이한 열출력을 가지지만, 축 방향 연장부가 일정하고 가능한 최소의 축 방향 연장부인 단일 격납 케이싱(5)을 가지는, 열교환셀들(1a 내지 1d)의 세트를 얻는 것이 가능한 이점이 있다.

본 발명에 의한 세트의 열교환셀들(1a 내지 1d)의 작동은 공지의 유형의 열교환셀의 작동과 다르지 않다.

실제로, 열교환은, 이 예시적이고 비한정적인 케이스에서 헬릭스형 열교환기(2)에 대하여 동축으로 그리고 내부에 장착된 버너(4)에 의해 연소 가스(G)를 발생시킴에 의해, 제2 열전달 유체를 공급 구역(7)에 공급함으로써 제2 열전달 유체와 제1 열전달 유체 사이에 수행된다.

제2 열전달 유체[연소 가스(G)]는 열교환기(2)를 통해 반경방향으로 흘러서 관형 덕트(3)의 연속되는 두 코일체 사이에 형성된 간극(interstices)(6)을 통과하여, 제2 열전달 유체의 흐름에 대하여 대체로 역류로 관형 덕트(3)내에 흐르는 제1 열전달 유체(가열될 물)에 열을 전달한다.

헬릭스형 열교환기(2)를 반경방향으로 가로지른 후에, 제2 열전달 유체[연소 가스(G)]는 열교환기(2)에 대하여 외부에 구획된 수집 챔버(13)에 수집되고, 그 후에 배출 캡(14)안으로 흐르고, 그 다음에 개구(9)를 통해 열 교환 셀(1a 내지 1d)을 떠난다.

유리하게, 제2 열전달 유체의 흐름은, 도 4a 내지 도 4d에 개략적으로 도시된 바와 같이, 직접 바이패스를 제한하기 위한 방법으로 폐쇄 요소(closing element)(15)에 의해 배출 캡(14)쪽으로 안내된다.

이제 도 6a 내지 도 6d를 참조하여, 본 발명에 의한 열교환셀들(1a 내지 1d)의 세트의 다른 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

아래의 설명에서 그리고 해당 도면에서, 도 1 내지 도 5를 참조하여 상술한 것과 구조적으로 그리고 기능적으로 동일한 셀의 요소에 대하여는 더 설명하지 않기로 한다.

도 6a 내지 도 6d에 도시된 바람직한 실시예에서, 헬릭스형 열교환기(2)는, 관형 덕트(3)가 그 장축이 헬릭스(helix)의 종축(X-X)에 대하여 예각(α)을 이루는 편평 단면을 가지는 점에서 상이하다.

바람직하게, 그 각도(α)는 60°와 87° 사이를 이루는 값을 갖는다.

관형 덕트(3)의 코일체의 이러한 경사진 구조형태는, 헬릭스(helix)의 종축(X-X)에 대하여 예각(α)을 이루는 방향을 따르는 가소적 변형을 제공함으로써 상술한 방법에 의해 얻을 수 있다.

이러한 가소적 변형은, 예를 들어, Le Mer 명의의 상기 국제특허출원 WO 94/16272에 기술된 기술과 장치에 의해 수행될 수 있다.

유리하게, 이 바람직한 실시예의 관형 덕트(3)의 코일체의 경사진 구조형태는 버너에 노출된 관형 덕트(3)의 표면을 증대시켜서, 헬릭스형 열교환기(2)에, 그리고 그에 따라, 제1 열전달 유체에 보내진 복사 에너지의 증가를 가져오게 하고, 그리고 제2 열전달 유체를 케이싱(5)의 후방부(5d)쪽으로 그리고 그에 따라 배출 캡(14)쪽으로 효과적으로 이송할 수 있게 해준다.

당 분야의 기술자가, 구체적인 그리고 비확정적인(contingen) 적용 요건을 맞추기 위해 여하튼 첨부된 특허청구범위에 정의된 보호 범위에 속하는, 상술한 본 발명의 수정과 번형을 도입할 수 있음은 명백하다.

Claims (20)

1. 미리 정해진 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위 내에 들어가는 열출력을 가지는 열교환셀들(1a-1d) 각각이, 각각의 격납 케이싱(5)에 장착된 헬릭스형 열교환기(2)를 포함하여 구성되는, 열교환셀(1a-1d) 세트의 제조방법으로서,
   a) 상기 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위내의 최소 열출력을 가지는 열교환셀의 축방향 연장부와 동일하며, 상기 열교환셀(1a-1d)의 열출력이 상기 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위내에서 변하여도 일정한, 축방향 연장부를 가지는, 상기 열교환셀 세트의 복수의 열교환셀(1a-1d)의 단일 격납 케이싱(5)을 제공하는 단계;
   b) 각 헬릭스형 열교환기(2)가, 상기 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위내에 들어가는 열출력을 가지며, 복수의 코일체들에 의해 헬릭스(helix)의 종축(X-X)의 둘레에 감겨진 제1 열 전달 유체 유동을 위한 적어도 하나의 관형 덕트(3)를 포함하여 구성되는, 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)을 제공하는 단계;
   c) 상기 열교환셀 세트의 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)의 미리 설정된 열출력을 가지는 헬릭스형 열교환기(2)를 상기 단일 격납 케이싱(5)내에 장착하는 단계;를 포함하여 구성되고;
   상기 열교환셀 세트의 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)은, 상기 헬릭스형 열교환기들의 열출력이 상기 열교환셀 세트의 상기 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위내에서 변하여도 일정한 축방향 연장부 및 내부 직경을 가져셔, 열출력이 변하여도 일정한 축방향을 따르는 치수와 반경방향을 따르는 치수를 가지는 제2 열전달 유체의 공급 구역(7)을 헬릭스형 열교환기(2)에 대해 내부에서 동축으로 구획하며;
   상기 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)의 적어도 하나의 관형 덕트(3)가, 헬릭스형 열교환기(2)의 열출력의 변화시 대응하는 식으로 변화하는 코일체의 반경방향 연장부를 가져서, 상기 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)의 축방향 연장부 및 내부 직경을, 상기 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)의 열출력이 상기 열교환셀 세트의 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위내에서 변하여도 일정하게 유지하고, 상기 열교환셀 세트의 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위내의 최소 열출력을 가지는 헬릭스형 열교환기(2)의 축방향 연장부 및 내부 직경과 동일하게 유지하는,
   열교환셀 세트의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 열교환셀(1a-1d) 세트가, 상기 미리 정해진 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위내에서 증가하는 열출력을 가지는 2개 내지 8개의 열교환셀(1a-1d)을 포함하여 구성되는, 열교환셀 세트의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 열교환셀 세트의 복수의 열교환셀(1a-1d)의 단일 격납 케이싱(5)을 제공하는 a) 단계가, 상기 열교환셀(1a-1d)의 열출력이 상기 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위내에서 변하여도 일정한 미리 정해진 크기를 가지는 격납 케이싱(5)을 제공함으로써 수행되는, 열교환셀 세트의 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 열교환셀(1a-1d) 세트의 상기 단일 격납 케이싱(5)의 횡단 연장부가, 상기 열교환셀(1a-1d) 세트의 최대 반경방향 크기의 헬릭스형 열교환기(2)를 격납하도록 구성된 하우징 시트(housing seat)를 상기 케이싱(5)내에 한정하는(define) 크기인, 열교환셀 세트의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 헬릭스형 열교환기(2)의 적어도 하나의 관형 덕트(3)가 상기 헬릭스형 열교환기(2)의 열출력에 비례하는 코일체의 단면을 가지는, 열교환셀 세트의 제조방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)을 제공하는 b) 단계가;
   i) 공급될 열출력에 비례하고, 미리 정해진 값의 유체 유동 단면을 가지는 관형 덕트(3)를 제공하는 단계; 및
   ii) 복수의 코일체를 얻기 위해 상기 관형 덕트(3)를 헬릭스형으로 성형하는 단계를 포함하여 구성되는, 열교환셀 세트의 제조방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)의 상기 적어도 하나의 관형 덕트의 상기 복수의 코일체들의 코일체들은, 장축이 상기 헬릭스의 종축(X-X)에 수직이거나 또는 상기 종축(X-X)에 대하여 예각(α)을 형성하는 편평 단면을 가지는, 열교환셀 세트의 제조방법.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
   상기 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)을 제공하는 b) 단계가;
   장축이 상기 헬릭스의 종축(X-X)에 수직이거나 또는 상기 종축(X-X)에 대하여 예각(a)을 형성하는 편평 단면을 가지는, 상기 복수의 코일체들을 얻기 위하여, 상기 코일체들을 반경방향 방향 또는 축방향/반경방향 방향을 따라 가소적으로(plastically) 변형시키는(deforming) 단계를 더 포함하여 구성되고;
   상기 가소적 변형 단계가, 상기 관형 덕트(3)의 유체 유동의 단면과 상기 복수의 헬릭스형 열교환기들의 헬릭스형 열교환기(2)의 축방향 연장부를 모두 일정하게 유지하기 위한 방법으로 수행되는, 열교환셀 세트의 제조방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)을 제공하는 b) 단계가;
   iii) 미리 정해진 값의 유체 유동과 열출력에 비례하는 유체 유동의 단면을 가지는 관형 덕트(3)를 제공하는 단계; 및
   iv) 장축이 상기 헬릭스의 종축(X-X)에 수직이거나 또는 상기 종축(X-X)에 대하여 예각(α)을 형성하는 편평 단면을 가지는, 복수의 코일체들을 얻기 위하여, 상기 관형 덕트(3)를 헬릭스형으로 성형하는 단계를 포함하여 구성되는, 열교환셀 세트의 제조방법.
10. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 헬릭스형 열교환기들의 헬릭스형 열교환기들(2)의 각 코일체의 내측 폭(W)과 내측 높이(H) 간의 비율이, 상기 관형 덕트(3)의 편평 단면의 장축과 단축에 각각 평행하게 측정했을 때, 상기 헬릭스형 열교환기의 열출력에 비례하는 값을 가지는, 열교환셀 세트의 제조방법.
11. 제1항에 있어서,
    상기 열교환셀 세트의 복수의 열교환셀(1a-1d)의 단일 격납 케이싱(5)을 제공하는 a) 단계가, 상기 단일 격납 케이싱(5)의 주변 측벽(5c)으로부터 연장되고, 상기 열교환셀(1a-1d)의 열출력이 상기 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위내에서 변하여도 일정한 축간 거리(interaxial distance)를 가지는 적어도 한 쌍의 슬리브(18, 19)를 제공하는 단계를 포함하여 구성되고;
    상기 열교환셀 세트의 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)의 미리 설정된 열출력을 가지는 상기 헬릭스형 열교환기(2)를 단일 격납 케이싱(5)내에 장착하는 c) 단계가, 상기 적어도 하나의 관형 덕트(3)의 양 단부들(opposite ends)을 상기 쌍의 슬리브들(18, 19)의 각각의 슬리브(18, 19)에 위치시키는 단계를 포함하는, 열교환셀 세트의 제조방법.
12. 미리 정해진 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위내에 들어가는 열출력을 가지는 열교환셀(1a-1d)의 세트로서, 각각의 열교환셀(1a-1d)이 상기 열교환셀 세트의 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)의 상기 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위내에 들어가는 미리 설정된 열출력을 가지는 헬릭스형 열교환기(2)를 포함하여 구성되고,
    상기 열교환셀 세트는, 상기 열교환셀 세트의 복수의 열교환셀들(1a-1d)의 단일 격납 케이싱(5)을 포함하고, 상기 격납 케이싱(5) 내에 상기 열교환셀 세트의 복수의 헬릭스형 열교환기들의 상기 미리 설정된 열출력을 가지는 헬릭스형 열교환기(2)가 장착되며;
    상기 열교환셀 세트의 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)의 각 헬릭스형 열교환기(2)가, 복수의 코일체에 의해 헬릭스(helix)의 종축(X-X) 둘레에 감겨진 제1 열 전달 유체의 유동을 위한 적어도 하나의 관형 덕트(3)를 포함하여 구성되고;
    상기 열교환셀 세트의 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)은, 헬릭스형 열교환기(2)의 열출력이 상기 열교환셀 세트의 상기 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위내에서 변하여도 일정한 축방향 연장부 및 내부 직경을 가져서, 상기 열출력이 변하여도 일정한 축 방향을 따르는 치수와 반경 방향을 따르는 치수를 가지는 제2 열전달 유체의 공급 구역(7)을 헬릭스형 열교환기(2)에 대해 내부에서 동축으로 구획하며;
    상기 열교환셀 세트의 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)의 적어도 하나의 관형 덕트(3)가, 헬릭스형 열교환기(2)의 열출력의 변화시 이에 대응하는 식으로 변화하는 코일체의 반경방향 연장부를 가져서, 상기 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)의 축방향 연장부 및 내부 직경을, 헬릭스형 열교환기들의 열출력이 상기 열교환셀 세트의 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위내에서 변하여도 일정하게 유지하고, 상기 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)의 축방향 연장부 및 내부 직경을 상기 열교환셀 세트의 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위내의 최소 열출력을 가지는 헬릭스형 열교환기(2)의 축방향 연장부 및 내부 직경과 동일하게 유지하며;
    상기 열교환셀 세트의 단일 격납 케이싱(5)이 상기 열교환셀(1a-1d)의 열출력이 변하여도 일정한 축방향 연장부를 가지며, 상기 격납 케이싱(5)의 축방향 연장부는 상기 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위내의 최소 열출력을 가지는 열교환셀의 축방향 연장부와 동일한,
    열교환셀 세트.
13. 제12항에 있어서,
    상기 미리 정해진 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위내에서 증가하는 열출력을 가지는 2개 내지 8개의 열교환셀(1a-1d)을 포함하여 구성되는, 열교환셀 세트.
14. 제12항에 있어서,
    상기 열교환셀 세트의 복수의 열교환셀(1a-1d)의 단일 격납 케이싱(5)이, 상기 열교환셀(1a-1d)의 열출력이 상기 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위내에서 변하여도 일정한 미리 정해진 크기를 가지는, 열교환셀 세트.
15. 제14항에 있어서,
    상기 열교환셀(1a-1d) 세트의 단일 격납 케이싱(5)의 횡단 연장부가, 상기 열교환셀(1a-1d) 세트의 최대 반경방향 크기의 헬릭스형 열교환기(2)를 격납하도록 구성된 하우징 시트(housing seat)를 상기 케이싱(5)내에 한정하는(define) 크기인, 열교환셀 세트.
16. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)의 상기 헬릭스형 열교환기(2)의 적어도 하나의 관형 덕트(3)가, 헬릭스형 열교환기(2)의 열출력에 비례하는 코일체의 단면을 가지는, 열교환셀 세트.
17. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 헬릭스형 열교환기들의 상기 헬릭스형 열교환기(2)의 적어도 하나의 관형 덕트의 상기 복수의 코일체들의 코일체가, 장축이 상기 헬릭스의 종축(X-X)에 수직이거나 또는 상기 종축(X-X)에 대하여 예각(α)을 형성하는 편평 단면을 가지는, 열교환셀 세트.
18. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)의 상기 헬릭스형 열교환기(2)의 각 코일체의 내측 폭(W)과 내측 높이(H) 간의 비율이, 각각 상기 관형 덕트(3)의 단면의 장축과 단축에 평행하게 측정했을 때, 헬릭스형 열교환기(2)의 열출력에 비례하는 값을 가지는, 열교환셀 세트.
19. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)의 각 코일체의 내측 폭(W)과 내측 높이(H) 간의 비율이, 헬릭스형 열교환기(2)의 열출력의 함수로서 2.5보다 큰 값을 가지는, 열교환셀 세트.
20. 제12항에 있어서,
    상기 열교환셀 세트의 단일 격납 케이싱(5)이, 단일 격납 케이싱(5)의 주변 측벽(5c)으로부터 연장되고, 열교환셀(1a-1d)의 열출력이 상기 최소 열출력값과 최대 열출력값의 범위내에서 변하여도 일정한 축간 거리(interaxial distance)를 가지는 적어도 한 쌍의 슬리브(18, 19)를 포함하여 구성되고,
    상기 복수의 헬릭스형 열교환기들(2)의 상기 헬릭스형 열교환기(2)의 적어도 하나의 관형 덕트(3)의 양 단부들(opposite ends)이, 상기 쌍의 슬리브(18, 19)의 각각의 슬리브(18, 19)에 위치되는, 열교환셀 세트.
    

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