KR102031071B1 - 열교환 셀 및 방법 - Google Patents

Abstract

개시된 열교환 셀은, 후방 벽(11d), 전방 벽(22) 및 주변 측벽(11c)을 포함하는 격납 케이싱(11); 복수의 코일에 의한 헬릭스의 종방향 축 둘레에 코일링되고 격납 케이싱(11)에 장착되는, 적어도 하나의 관형 덕트를 포함하는 제1 열전달 유체 플로우용 나선형 열교환기(13); 열교환기(13)에 대해 동축으로 내부에 케이싱(11)에 구획된, 제1 열전달 유체와 열교환을 위한 제2 열전달 유체의 공급 구역; 열교환기(13)의 반경방향 외부 벽과 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c) 사이에서 열교환기(13)에 대해 외부에 구획된 제2 열전달 유체 수집용 제1 챔버(15); 및 적어도 하나의 분리 요소(14)에 적어도 부분적으로 분계된 제2 열전달 유체 수집용 제2 챔버(16)를 포함하여 구성된다. 상기 분리 요소(14)는 분리 요소(14), 주변 측벽(11c) 및 격납 케이싱(11) 후방 벽(11d) 또는e 전방 벽(22) 사이에서 제2 열전달 유체 수집용 제2 챔버(16)를 구획하는 식으로 열교환기(13)에 대해 축방향 외부 위치에 장착되고; 이런 식으로, 제1 수집 챔버(15)와 제2 수집 챔버(16)는 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)에 실질적으로 평행하게 이에 근접하게 제2 열전달 유체의 플로우를 허용하도록 구성된 적어도 하나의 통로(17a, 17a', 17b-17g; 14e)에 의해 서로 유체 연통한다. 상기 분리 요소(14)는, 열교환기(13)의 코일-형상부와 제2 수집 챔버(16) 사이에 열교환을 허용하도록 구성되며 열교환기(13)의 단부 코일의 적어도 하나의 부분과 접촉관계인 열교환부를 포함하여 구성되는 한편, 열교환 셀(10)은 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)의 축방향 단부(11g)와 격납 케이싱(11)의 후방 벽(11d) 또는 전방 벽(22) 사이에서 제2 수집 챔버(16)에 주변에 구획된, 제2 수집 챔버(16)로부터의 유체 출구를 허용하는 적어도 하나의 제2 통로(35)를 더 포함하여 구성된다.

Description

열교환 셀 및 방법{Heat Exchange Cell and Method}

본 발명은 열교환 셀 및 이러한 셀에 의해 수행될 수 있는 열교환 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 각자의 격납 케이싱에 장착된 적어도 하나의 열교환기를 포함하여 구성되며, 가정용으로 그리고 거주 주택 단지, 공업 지역 또는 쇼핑 지역에서 사용하기 위한 가열 시스템 또는 공조 시스템의 물 가열 장치에 이용하기에 바람직한, 열교환 셀에 관한 것이다.

다음의 상세한 설명 및 첨부하는 특허청구범위에서, 용어 "열교환 셀"은 각자의 격납 케이싱에 장착된 적어도 하나의 열교환기를 포함하여 구성되는 유닛, 바람직하게 모듈식 유닛을 가리키는데 사용되는 것으로, 상기 열교환기 내에서 순환하는 제1 열전달 유체와 상기 열교환기 자체에 대해 외부로 상기 격납 케이싱에서 유동하는 제2 열전달 유체 사이에서 열교환을 수행하도록 구성된다.

바람직한 실시예에서, 이후의 설명에서 명백하게 되겠지만, 본 발명은 응축형 열교환 셀 및 방법에 관한 것이다.

알려진 바와 같이, 열교환 셀의 기능은 두 유체(이후로는 정확하게 제1 열전달 유체와 제2 열전달 유체라고 명확하게 칭함) 사이에서 열 에너지를 전달하는 것이다.

예를 들어, 통상의 가정용 가스 보일러의 경우에, 열교환 셀의 기능은 셀에 장착된 열교환기 내측에서 순환하는 물을 버너에 의해 산출된 뜨거운 연소 가스로 가열하는 것이다.

이를 위하여, 응축형의 열교환 셀은, 예를 들어 연소의 결과로 발산된 열과. 연소 가스에 포함된 응축 잠열(latent condensation heat) 모두를 사용하도록 구성된다. 회수된 응축 잠열의 양은 주로 열교환 셀의 저온 측에 들어가는 가열 시스템으로부터의 환수(return water)의 온도에 의존한다.

최근에,(대형 교환표면의 존재와 관련된) 높은 열교환 효율, 콤팩트성, 경쟁력있는 중량 및 코스트의 특징이 있는 것으로 특별히 이해되고 있는 열교환 셀은, 각자의 격납 케이싱에 하우징된 나선형 열교환기가 장착된 열교환 셀이다.

구체적으로, 이러한 열교환기는 원하는 열 출력에 따라 결정되는 값의 단면을 가지는 복수의 코일에 의한 헬릭스(helix)의 종방향 축 둘레에 코일링된 적어도 하나의 관형 덕트를 포함하여 구성된다.

이러한 관형 덕트의 코일들은, 예를 들어 국제특허출원 WO 94/16272(출원인: Le Mer) 또는 유럽특허출원 EP 0 745 813(출원인: Viessmann Werke)에 설명된 바와 같은 평평한 단면을 가지거나, 또는 예를 들어 국제특허출원 WO 2005/080900(출원인: Cosmogas)에 설명된 바와 같은 원형 단면을 가질 수 있다.

위 경우들 모두에서, 간극(interstice)이, 실질적으로 반경방향을 따라, 또는 코일들이 헬릭스의 종방향에 대해 경사진 경우 축-반경 방향(axial-radial direction)을 따라, 제2 열전달 유체(예를 들어 버너에 의해 생성된 고온의 연소가스)의 플로우를 위한 유체 경로를 형성하는 나선형으로 권취된 관형 덕트의 연속 코일들 사이에 구획된다. 나선형으로 권취된 관형 덕트의 연속하는 코일들 사이에 구획된 상기 간극은 사전결정된, 바람직하게 일정한 폭을 갖는다.

나선형 관형 덕트는 수가열 장치용 기-액 열교환 셀에서 일반적으로 버너가 장착되는 제2 열전달 유체의 공급 구역을 열교환기에 대해 동축으로 내부에 구획한다.

이에 따라, 제2 열전달 유체는 실질적인 반경 방향 또는 축-반경 방향에 있는 코일들 사이의 간극들을 통해 유동하여, 그래서 덕트 내부를 순화하는 제1 열전달 유체에 열을 전달하는 경향이 있다.

예를 들어 국제특허출원 WO 2005/080900(출원인: Cosmogas)에, 또는 유럽특허출원 EP 1 160 521(출원인 : Viessmann Werke)에 설명된 바와 같은, 공지된 형태의 열교환 셀의 제1 구조에 있어서, 코일들 사이의 간극들을 통해 유동하게 하면, 제2 열전달 유체는, 열교환기에 대해 외부적으로 구획된, 그리고 상기 케이싱의 측벽들에 의해 외부적으로 구분된 환형 수집 챔버에 도달하는 즉시, 상기 셀 케이싱의 측벽에 형성된 개구를 통해 상기 셀의 외부로 유동한다.

한편, 예를 들어 국제특허출원 WO 94/16272(출원인: Le Mer)에, 또는 국제특허출원 WO 2004/036121(출원인: Giannoni France)에 설명된 바와 같은, 공지된 형태의 열교환 셀의 제2 구조에 있어서, 제2 수집 챔버가 열교환기에 대해 내부에 동축으로 한정된 제2 열전달 유체를 위해 내화재로 만들어진 단열 디스크를 지지하는 칸막이 요소의 후방에 제공된다. 이러한 디스크는 열교환기 내에 배치되어, 이에 의해 형성된 헬릭스를 두 부분, 각각 제2 열전달 유체의 유동 방향에 대해 칸막이 요소의 상류 부분과 하류 부분으로 분할한다

이러한 방식으로, 나선형 열교환기는, 연소가스의 유동 방향에 대해 상기 칸막이 요소의 상류에 위치하여, 버너에 의해 생성된 열에 직접 노출된 전방부, 또는 1차 열교환부와; 상기 칸막이요소의 하류에 위치하여 이에 의해 버너에 대해 차단된 후방부, 또는 2차 열교환부로 분할된다.

열교환 셀의 제2 구조에 의하면, 버너에 의해 생성된 고온 연소가스는- 열교환 셀로부터 방출되기 전에- 순차적으로 먼저 내측에서 외부로 반경 방향으로 또는 축-반경 방향으로 그 코일들을 분리하는 간극을 통과하는 환형 수집 챔버 쪽으로 열교환기의 일차 열교환부를 통해 흐른 다음, 격납 케이싱의 측벽에 대해 실질적으로 수직인 또는 경사진 방향을 따라 외측에서 내부로 반경 방향으로 또는 축-반경 방향으로 그 코일들을 분리하는 간극들을 통과하는 제2 수집 챔버쪽으로 이차(secondary) 열교환부를 통해 흐른다.

기능적인 관점에서, 나선형 열교환기의 두 전방부와 후방부는, 버너에 의해 그리고 칸막이 요소의 상류 연도 가스(flue gases upstream)에 의해 발생된 열을 흡수하여, 제1 열전달 유체의 최대 출구 온도에서 열교환기에 의해 전달될 수 있는 최대 열 출력(thermal power)을 결정하고, 그리고, 각자가 칸막이 요소의 하류 연소 가스의 응축 잠열의 회수를 수행하도록 의도된 것이다.

예를 들어 미국특허 4 901 677호에 기술된 공지의 제3 열교환 셀의 구조에서, 제2 열전달 유체의 상기한 제2 수집 챔버는, 코일형 열교환기에 대해 단열 내화재로 만들어진 디스크를 지지하는 분리 요소의 하류 휜형 관들(finned tubes)로 외부적으로 구획되며, 여기서 상기 분리 요소는 열교환기의 후방에 차례로 장착된다.

따라서, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버는 열교환기의 격납 케이싱의 후방 벽과 분리 요소 사이에서 구획되고, 제2 열전달 유체의 제1 및 제2 수집 챔버는 분리 요소에 대해 반경방향 외측 위치에서 구획된 환형 통로에 의해 서로 유체연통하고, 격납 케이싱의 주변 측벽에 평행하고 그리고 인접한 제2 열전달 유체의 플로우를 허용하도록 구성된다.

국제특허출원 WO 94/16272, WO 2004/036121호와 미국특허 4 901 677에 설명된 구조에 의하면, 제2 수집 챔버는 상기 챔버에 대해 중앙에 배치되고 열교환 셀의 케이싱에 대해 동축으로 배치된 출구 통로를 포함하여 구성되어서, 열교환기의 헬릭스의 종방향 축에 평행한 방향으로 제2 수집 챔버의 연소 가스를 방출하도록 되어 있다.

더 구체적으로, 미국특허 4 901 677호에 기술된 공지의 제3 셀 구조에 의하면, 제2 열전달 유체는 셀 자체의 격납 케이싱의 후방 벽으로부터 축방향으로 그리고 중앙으로 연장하는 배출 채널을 통해 흐름으로써 열교환 셀에서 나온다.

본 출원인은 상기한 공지의 열교환 셀의 구조는 몇몇 단점과 한계를 가지는 것을 알게 되었다.

WO 2005/080900 또는 EP 1 160 521에 기술된 내부 칸막이 요소 없는 상기한 제1 구조를 가지는 열교환 셀의 경우, 본 출원인은 상기 셀이, - 연소 가스와의 열교환 및 복사(radiation) 모두에 의해 발생된 열을 흡수하도록 열교환기의 용량의 완전한 이용(exploitation)을 허용하고, 이에 따라 제1 열 전달 유체의 최대 출구 온도에서 높은 최대 열 출력을 달성하는 것을 허용하는 반면 - 코일들 사이에서 열교환기를 통해 반경방향으로 흐르는 연소가스와, exploitation 열교환기의 관형 덕트를 순환하는 제1 열전달 유체 간에 최적의 열교환을 허용하지 않는다는 사실을 관찰하였다.

실제로, 본 출원인은 연소가스가 열교환 셀의 격납 케이싱 내에서 편중적으로 상기 케이싱의 측벽에 형성된 출구 쪽으로 열교환기의 축방향 연장부, 코일의 일부를 따라 바이패스 하는 경향의 통로를 따라 흐르는데, 그것은 결코 무시해도 좋은 것은 아님을 확인하였다.

이러한 결함은 열교환 셀이 작동 구조형태에서 수평으로 장착되는 경우 특히 느껴지는데, 이는 이 경우에 연소 가스의 출구가 설치의 호기 및 편리함이라는 명백한 이유 때문에 상부 쪽으로 위치되고, 이에 의해 열교환기의 바이패스 통로에 의한 편중적인 형성 현상을 증가시키는 가스의 대류 상승을 촉진시키기 때문이다.

그 결과로 일어나는 열교환 손실은, 이러한 형태의 셀에서 열교환기의 적절한 수의 코일을 사용하는 것에 의해 보상되어야 하며, 코일 수는 버너의 소정의 열 출력을 완전히 이용하는데 원하는 것보다 종종 더 높으며, 열교환기 및 이에 따른 열교환 셀의 축방향 연장부를 더 증가시킨다.

그 외에도, 셀 내에서 연소가스의 편중적인 플로우에 관련된 제한된 열교환 효율은 후자의 제한된 응축용량을 수반하며, 이는 그 전체 효율의 손해를 가져오거나, 또는 동일한 효율을 달성하기 위하여 열교환기의 코일 수의 증가를 필요로 한다.

WO 94/16272 및 WO 2004/036121에 기술된, 열교환기 내에 칸막이 요소를 갖는 상기한 제2 구조를 가지는 열교환 셀에 대해서, 본 출원인은 이러한 셀이 - 칸막이 요소의 하류에 위치한 열교환기의 부분에 의해 달성된 셀의 효율 증대를 갖는 제1 구조의 셀에 비해 더 높은 응축 용량을 달성하는 것을 허용하지만 - 버너의 열 출력의 충분한 이용을 허용하지 않는데, 그 이유는 열교환기의 전방부 만이 버너에 직접 노출되므로, 그 열을 연소가스와의 열교환 및 복사 모두에 의해 흡수할 수 있기 때문이라는 것을 알게 되었다.

따라서 열교환 셀의 동일한 전체 효율에 대해서, 제2 구조의 셀은 더 큰 응축 효율에 의해 제1 구조의 셀 보다 작은 크기를 가지지만, 제1 열전달 유체의 최대 출구 온도에서 최대 열출력을 더 낮게 갖는다.

또한, 본 출원인은 셀의 공지된 제2 및 제3 구조에 대해서 위에서 예시한 선행기술문헌에 제시된 제2 수집 챔버로부터의 연소가스 배출 구조는 열교환기 하류이며 열교환 셀에 대해 외부에 있는 회수 및 수송 요소의 이용을 필요로 하여서, 원치않는 방식으로 후자의 축방향 연장부를 증가시킨다는 것을 관찰하였다.

그런 점에서, 미국특허 4 901 677호에 기술된 공지의 제3 셀 구조는 셀의 격납 케이싱의 후방 벽으로부터 연장하는 제2 열전달 유체의 전술한 축방향 배출 채널의 존재로 인해 축방향 연장의 관점에서 특히 불리하다.

이러한 관계에서, 전체 치수의 축소는, 코스트의 최소화 및 다른 한편으로 압력 손실의 최소화, 그리고 또 다른 한편으로 열교환 효율의 최대화와 함께, 시장에서 점점 더 절박하게 요구하는 사항이다.

따라서 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 위에서 언급한 단점들을 완화시키는 것이며, 특히, 셀의 전체 효율이 동일하면서도, 최대의 설치 유연성과 최소한의 축방향 크기를 가지면서 위에서 설명한 공지의 셀구조들의 장점들을 갖게 하는 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 - 셀의 동일한 전체 효율을 가지면서도- 제1 열전달 유체의 최대 출구 온도에서 높은 최대열 출력을 전달할 수 있으며, 이와 동시에 개선된 설치 유연성을 가질 뿐만 아니라, 셀의 최소 축방향 크기로 제1 열전달 유체와 제2 열전달 유체 사이에 향상된 열교환 효율과, 제2 열전달 유체의 최적화된 유체 다이나믹스를 가지는, 열교환 셀을 구현하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 측면에 의하면, 본 발명은 첨부하는 청구항 1에서 정의된 열교환 셀에 관한 것이며, 상기 셀의 바람직한 특징들이 종속청구항 2-5에 제시된다.

본 발명의 상세한 설명 및 후속하는 특허청구범위의 테두리 안에서, 셀 또는 그 구성 요소들의 각종 "축방향의(axial)", "종방향의(longitudinal)", "횡방향의(transverse)" 또는 "반경방향의(radial)" 방향 또는 지향뿐만 아니라, "전방(front)", "후방(rear)" 또는 "측방(side)"과 같은 상기 셀의 구성 요소들의 위치는 달리 나타내지 않는한 열교환기 헬릭스의 종방향 축을 기준으로 한 것이다.

열교환 셀의 작동 형태에 있어서, 이러한 종방향 축은 수평 또는 수직 일 수 있으며, 셀 또는 그 구성 요소들의 다양한 방향, 지향 또는 위치는 열교환기 헬릭스의 종방향 축의 오리엔테이션과 관련하여 고려되어야 함을 따른다.

다음의 상세한 설명에 있어서, 설명의 편의를 위해, 통상적으로 열교환기의 종방향 축이 수평인 열교환 셀의 작동 위치를, 제한하는 것을 의도함이 없이, 기술이 통상적으로 이루어질 것이다.

본 발명의 상세한 설명 및 첨부하는 특허청구범위의 테두리 안에서, "열교환기에 대해 축방향으로 외부 위치에 장착된 분리 요소"라는 문구는 상기 분리 요소가 열교환기의 외부에 장착되고 열교환기 양측에 축방향으로 위치(flanking)하는 것이며, 선행기술의 전술한 제2 구조의 열교환 셀에 의해 예상되는 바와 같은, 코일들 사이에 개재되지 않은 것을 의미한다.

다음의 설명 및 첨부하는 특허청구범위에서, 용어 "열출력(thermal power)"은 열교환기 내에서 순환하는 제1 열전달 유체와 그 외부에서 순환하는 제2 열전달 유체 사이의 열의 측면에서 단위시간 당 전달되는 에너지의 양을 가리키는데 사용된다.

본 발명의 상세한 설명 및 첨부하는 특허청구범위의 테두리 안에서, 용어 '열전달 유체'는 외부 열원으로부터 열을 받고 외부 열원으로 열을 전달할 수 있으며, 상기 열을 상기 유체가 순환하는 장치 또는 시스템의 다양한 포인트들에 열을 전달할 수 있는 임의의 유체를 가리키는데 사용된다.

즉, 예를 들어, 기-액 열교환 셀의 경우에, 제1 열전달 유체는(예를 들어 가정용 보일러에서) 가열될 물로 구성될 수도 있고, 제2 열전달 유체는 고온 가스(예를 들어 버너에서 나온 연소가스)로 구성될 수도 있으며; 또는 제1 열전달 유체는 상대적으로 높은 온도의 압축 가스 또는 다른 유체로 구성될 수도 있고, 제2 열전달 유체는(공조 시스템에 있는 것과 같은) 적절한 순환장치에서 나온 저온 공기로 구성될 수도 있다.

다음의 설명 및 첨부하는 특허청구범위에서, 격납 케이싱 또는 셀의 열교환기의 "크기(size)"라는 용어는, 축방향(즉, 종방향)을 따라 그리고 상기 축방향에 횡단방향으로, 예를 들어 격납 케이싱이 실질적으로 각기둥 형상인(prismatic) 경우 높이 및 폭에서, 또는 격납 케이싱이 실질적으로 원기둥 형상인 경우 반경방향을 따라, 점유되는 공간을 가리키는데 사용된다.

다음의 설명 및 첨부하는 특허청구범위에서, 용어 "상류" 및 "하류"는 각 열전달 유체, 예를 들어 제2 열전달 유체의 흐름 방향을 기준으로 셀의 구성 요소 또는 구성부품의 위치를 가리키는데 사용된다.

본 발명의 상세한 설명 및 첨부하는 특허청구범위의 테두리 안에서, 분리 요소가, 분명히 상기 셀의 작동 조건에서 그 내부에 제2 열전달 유체가 흐르는, 전술한 열교환기의 단부 코일의 적어도 하나의 부분과 제2 수집 챔버 사이에서 열교환을 허용하도록 구성된 열교환부를 포함하여 구성된다는 본 발명에 따르는 특징은, 적어도 상기 분리 요소의 열교환부가 그러한 구조, 예를 들어 열교환기의 단부 코일과 제2 수집 챔버 사이의 열 전달(heat transmission)을 실질적으로 방해하지 않는 두께 및/또는 구조(composition )을 갖는 것을 가리킨다.

그러므로, 본 발명에 따르는 열교환 셀의 분리 요소는, 미국특허 4 901 677호에 기술된 분리 요소, 즉 열교환기의 단부 코일과 분리 요소의 하류에 구획된 제2 열전달 유체의 회수 챔버 사이의 열교환을 방지하도록 구성된 절연 바디로 구성된 분리 요소와 다른 구조를 갖는다.

바람직하게, 적어도 분리요소의 열교환부는, 높은 열전도율(thermal conductivity)을 갖는 물질, 바람직하게 금속, 예를 들어 알루미늄 또는 철로 만들어진다.

다음의 상세한 설명 및 첨부하는 특허청구범위에서, 용어 "높은 열전도율을 갖는 물질"은, 바람직하게 10 W/(m·K) 이상의 열전도율을 가지는 물질을 가리키도록 의도된 것이다.

본 발명의 목적을 위하여, 분리 요소는 하나 그리고 같은 물질로 된 단일 피스로 만들어질 수도 있고, 또는 다른 물질로 만들어진 부품들을 포함하여 구성될 수도 있으되, 분리 요소의 열교환부가 위에서 정의한 바와 같은 구조, 즉 열교환기의 단부 코일과 제2 수집챔버 사이의 열이동을 실질적으로 방해하지 않는 구조를 갖는 것을 전제로 한다.

예를 들어, 분리 요소는 열교환부의 금속 부품; 및 열 스트레스를 적게 받는 부분, 예를 들어 제2 열전달 유체의 공급 구역과 대면하지 않는 부분의, 예를 들어 폴리페닐렌 설파이드(PPS)와 같이, 화학제, 화염 및 수증기에 대한 저항성이 있는 고성능 플라스틱(high-performance plastic) 물질로 된 부품을 포함하여 구성될 수 있다.

분리 요소는 열교환기의 단부 코일과 제2 열전달 유체의 수집 챔버 사이의 열이동을 최대화하기에 적합하게 얇은 두께를 가지면서, 이와 동시에 분리 요소 자체에 기계 저항 특성(characteristics of mechanical resistance)을 부여할 수 있는 것이 바람직하다.

분리요소는 구성물질의 함수로서 0.8 내지 5 mm 사이의 두께를 갖는다. 즉, 예를 들어, 분리요소는 철로 만들어질 경우 0.8 내지 2.4 mm 사이의 두께를 가지며, 알루미늄으로 만들어질 경우 2.2 내지 4.0 mm 사이의 두께를 갖는다.

본 발명의 목적을 위하여, 열교환 셀의 격납 케이싱은 본 사용 유형에 적합한 임의의 구조 물질, 예를 들어 알루미늄, 강 또는 예를 들어 폴리페닐렌 설파이드(PPS)와 같이, 화학제, 화염 및 수증기에 대한 저항성이 있는 고성능 플라스틱과 같은 물질로 제작될 수 있다.

본 발명의 목적을 위하여, 전술한 열교환기는 임의의 물질, 바람직하게 열교환 목적을 위하여 통상적으로 사용되는 높은 열전도율을 가지는 금속, 예를 들어 알루미늄 또는 철로 제작될 수 있다.

본 발명에 의하면, 앞서 설명한 공지된 유형의 셀 구조형태들에 비해 제1 열전달 유체의 최대 출구 온도에서 높은 최대 열 출력을 전달하는 것이 가능하며, 이와 동시에 향상된 열교환 능력 뿐만 아니라 향상된 설치 유연성을 달성하는 것이 가능한 한편, 같은 전체 셀 효율을 가짐과 동시에 셀의 다음에 관한 특성들의 지원에 의해 셀의 최소 축방향 크기를 갖는다는 것을 본 출원인은 알게 되었다:

- 열교환기에 대해 축방향 외부 위치에 있는 분리 요소의 장착 위치;

- 셀의 케이싱의 주변 측벽과 실질적으로 평행하고 이러한 벽에 근접한, 제1 및 제2 수집 챔버로부터의 제2 열전달 유체의 플로우를 허용하도록 구성된 제1 유체 통로의 구조형태;

- 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버로부터 유체 출구를 허용하는 제2 유체 통로의 위치, 셀의 격납 케이싱의 주변 측벽의 축방향 단부와 케이싱 자체의 후방 벽 또는 전방벽 사이에서 제2 수집 챔버에 주변에 구획된 통로; 및

- 열교환기의 단부 코일의 적어도 하나의 부분과 접촉상태인 분리 요소의 열교환부의 구조형태, 열교환기의 단부 코일과 제2 수집 챔버와의 사이에서, 특히 셀이 작동중일 때 후자에서 흐르는 제2 열전달 유체와 열교환을 허용하도록 구성된 구조형태.

본 출원인이 무엇보다도 먼저 실험적으로 확인한 것은, 분리 요소의 징착 위치(열교환기에 대하여 축방향으로 외측인 위치)가 유리한 기술적 효과-버너가 장치된 기-액 열교환 셀의 경우에 특히 그러함-, 즉 열교환기의 축방향 연결부의 전체를 버너에 그리고 연소 가스에 노출시켜서, -셀의 동일한 전체적 효율과 함께- 제1 열전달 유체의 최대 출구 온도에서 높은 최대 열출력을 거두는, 그러한 효과를 얻도록 허용한다는 것이다.

이와 관련하여, 본 출원인은 버너가 제공된 본 발명에 따르는 열교환 셀의 제2 열전달 유체의 최대 출구 온도에서 최대 열 출력은, - 동일한 효율 및 크기의 셀로 - 위에서 설명한 공지의 제2 구조의 셀에 비해 더 커서 유리하다는 것을 발견하였다.

기본적으로, 본 발명의 열교환 셀은 제2 열전달 유체와의 열교환을 균일한 방식으로 그리고 최대 한도로 이용할 수 있으며, 셀에 버너가 설치될 때, 작동 조건들 모두에서 후자에 의해 발생된 열 출력을 최대한도로 이용할 수 있는 장점이 있는데, 이는 열교환기가 그 축방향 연장부 전체가 제2 열전달 유체에, 예를 들어 버너 자체에 의해 발생된 연소 가스에 직접 노출된다는 사실에 기인한다.

또한, 본 출원인은 열교환기에 대해 축방향 외부 위치에 적어도 하나의 분리 요소의 장착함에 의해, 가열 또는 공조 장치, 특히 수가열 장치에 열교환 셀의 설치 유연성을 증대시키는 추가적인 유리한 기술적 효과를 동시에 달성하는 것이 가능하여 유리하다는 것을 발견하였다.

이와 같이 하여, 분리 요소, 격납 케이싱의 주변 측벽과 후자의 후방벽 또는 전방벽의 사이에서 열교환기에 대한 축방향 외부 위치에 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버를 구획하는 것이 사실상 가능하다.

이와 같이 하여, 열교환 셀 자체가, 가열 또는 공조 장치에서의 설치 요건들에, 특히 셀에서 배출된 제2 열전달 유체의 장치로부터 배기 덕트의 위치설정에 -최소 구조 변경으로- 적응하도록 구성하는 것이 가능하여 유리하다.

본 출원인은 또한 제1 및 제2 수집 챔버 사이의 제1 유체 통로의 구조형태, 제2 수집 챔버로부터의 유체 출구를 허용하는 제2 통로의 주변 위치가 상승적으로 협력하여, 셀 내에서 다음과 같은 유리한 기술적 효과를 제공하는 제2 열전달 유체의 특별한 흐름을 달성한다는 것을 실험으로 확인하였다:

i) 실질적으로 반경방향 또는 축-반경 방향을 따른 열교환기를 통한 흐름과, 분리 요소 상류의 셀의 부분의 제1 수집 챔버를 통한 흐름 모두에서, 제2 열전달 유체의 플로우를 균일하게 분배하는 기술적 효과;

ii) 제2 수집 챔버 쪽의 통로로 제2 열전달 유체의 플로우, 즉 셀의 케이싱의 주변부를 따라, 말하자면 케이싱의 주변 측벽과 실질적으로 평행하게 그리고 그러한 벽에 인접하게, 분리 요소에 의해 분배된 플로우를 균일하게 분배하는 기술적 효과; 및

iii) 분리 요소의 하류에 구획된 제2 수집 챔버에 제2 열 전달 유체의 플로우를 균일하게 분배하여, 제2 열 전달 유체의 플로우에 의해 실질적으로 완전하게 채워진(engaged) 제2 수집 챔버 내의 데드 존들(dead zones)을 최대한도로 줄이는, 기술적 효과.

제2 수집 챔버에서 얻은 균일한 플로우는, 열교환기의 단부 코일 내에서 흐르는 제1 열전달 유체와의 열교환을, 셀의 축방향 크기의 실질적인 증대 없이도 증가시키는 추가적인 유리한 효과를 달성한다.

본 출원인은 제1 및 제2 수집 챔버 사이의 제1 유체 통로의 주변 구조형태 및, 제2 수집 챔버로부터 유체 출구를 허용하는 제2 통로의 주변 위치가, 분리 요소의 열교환부의 열교환구조형태의 특징 및(열교환기에 대해 축방향으로 외부에 있는) 장소(location)의 특징과 상승적으로 협력한다는 것을 실험으로 최종 확인하였다.

사실상, 이러한 상승적 협력(synergistic cooperation)은, 제2 수집 챔버에서 흐르는 제2 열전달 유체와 열교환기의 단부 코일 내에서 흐르는 제1 열전달 유체 사이의 열교환을 증대시키는 것을 허용한다.

기본적으로, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버는 제2 열전달 유체의 균일하게 잘 분배된 플로우에 의해 채워진 셀의 추가 열교환 요소를 유리하게 구성하며, 상기 요소는 셀의 열교환 효율을 증가시키는 것, 그리고 특히 -필요로 하는 경우- 열교환 셀 내에서 최저 온도를 가지는 제1 열전달 유체가 작동 중에 공급되는 열교환기의 단부 코일과 차례로 접촉하는, 분리 요소의 열교환부와의 열교환에 따른 응축 효율을 증가시키는 것을 허용한다.

본 발명의 제2 측면에 의하면, 본 발명은 청구항 7에 정의된 열교환 방법에 관한 것이며, 그 바람직한 특징들은 종속 청구항 8에 제시된다.

유리하게, 본 발명의 열교환 방법은 열교환 셀과 관련하여 위에서 설명한 기술적 효과를 달성한다.

본 발명의 제3 측면에 의하면, 본 발명은 본 발명의 상세한 설명에서 정의된 바와 같은 열교환 셀을 포함하여 구성되는 가열 또는 공조 장치에 관한 것이다.

상기한 측면들 중 적어도 하나에서 본 발명은, 다음과 같은 바람직한 특징들을 가지며, 특히 이러한 특징들은 필요한 경우 특정 적용 요건에 부합하도록 서로 조합될 수도 있다.

바람직한 실시예들에서, 헬릭스-형 열교환기는 적어도 하나의 베어(bare) 관형 덕트, 달리 말하면, 그 외표면으로부터 연장하는 열교환 휜들(heat exchange fins)이 없는 덕트를 포함하여 구성된다.

이에 따라, 열교환 휜들과 관형 덕트의 외부 표면의 사이의 접촉 구역, 즉 실제로 세정하기 어려운 구역에 스케일의 축적과 관련된, 경시적인 열교환 성능의 저하를 실질적으로 완전한 방식으로 방지하는 것이 가능하여 유리하다.

바람직한 실시예에서, 열교환기의 관형 덕트는 평평한, 바람직하게 타원형, 단면을 갖는다.

바람직하게, 전술한 열교환기의 관형 덕트의 복수의 코일들은, 평평한 단면을 가지며, 그 주축은 열교환기의 헬릭스의 종방향 축에 실질적으로 수직이다.

또 하나의 바람직한 실시예에서, 특정의 적용 요건을 만족시키기 위하여, 열교환기의 관형 덕트의 코일들의 평평한 단면을 갖는 주축은 헬릭스의 종방향 축에 대해 경사져 있다.

바람직하게, 경사 각도는 60° 내지 87°의 사이이다.

바람직한 실시예에서, 상기 케이싱의 주변 측벽은 열교환기 및 제2 열전달 유체의 제1 수집 챔버를 실질적으로 중단없이 둘러싸서 측방향으로 분계한다.

본 발명의 상세한 설명 및 첨부하는 특허청구범위의 테두리 안에서, 이와 같은 바람직한 특성은, 격납 케이싱의 주변 측벽이 셀의 외부와 직접 연통하는, 출구 쪽으로 제2 열전달 유체의 실질적인 플로우를 허용하도록 구성된 개구들이 없어서, 제2 수집 챔버를 실질적으로 바이패스한다는 것을 나타낸다.

바람직하게, 열교환기의 후방 또는 전방에서, 축방향으로 측면에 장착되는 분리 요소는, 열교환기에 대해 동축으로 그리고 내부적으로 구획된 제2 열전달 유체의 공급구역 및 제1 수집 챔버 모두로부터 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버를 구조적으로 분리하도록 구성되어서, 상기 케이싱의 주변 측벽에 실질적으로 평행한 방향을 따라 그리고 상기 주변 측벽에 근접하여 제2 수집 챔버를 향한, 상기 셀의 격납 케이싱 내의 제2 열전달 유체의 주변(peripheral) 플로우를 허용한다.

이를 위하여, 상세하게 후술되는 바와 같이, 상기 분리 요소는 그 목적에 적합한 임의의 형상을 가질 수 있으며, 셀의 격납 케이싱의 형상 및 구조형태와 관련하여 제2 열전달 유체의 통과를 허용하기 위한 관통 개구들이 제공될 수도 또는 제공되지 않을 수도 있다.

바람직하게, 제2 열전달 유체의 제1 및 제2 수집 챔버 사이의 유체 연통을 위한 적어도 하나의 제1 통로가, 적어도 하나의 분리 요소의 주변 가장자리와 격납 케이싱의 주변 측벽 사이에, 그리고/또는 상기 적어도 하나의 분리 요소의 주변 구역에 형성된다.

특히 바람직한 실시예에서, 열교환 셀은, 상기 적어도 하나의 분리 요소의 주변 가장자리와 상기 격납 케이싱의 주변 측벽 사이에, 그리고/또는 분리 요소의 주변 구역에 형성된 복수의 제1 통로를 포함하여 구성된다.

본 출원인은, 제1 및 제2 수집 챔버 사이에 제1 유체 통로(들)의 구조형태를 적절이 조정하는 것에 의해, 실질적으로 반경 방향 또는 축-반경 방향을 따라 열교환기를 통한 흐름, 및 분리 요소 상류의 셀의 부분에서 제1 수집 챔버를 통한 흐름 모두에서, 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스(fluid dynamics)를 최적화하는 추가적인 유리한 기술적 효과를 달성하는 것이 가능하다는 것을 실험으로 확인하였다.

이와 같은 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스의 최적화는 다시, 열교환 효율의 유리한 증대를 가져온다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스의 최적화는, 상기한 적어도 하나의 제1 통로에 의해, 또는 상기한 복수의 제1 통로에 의해 구획된 유체 플로우의 총 횡단면적을 조정하는 것에 의해 용이하게 얻어진다.

특히, 본 출원인은, 상기 적어도 하나의 또는 복수의 제1 통로에 의해 구획된 유체 플로우의 총 횡단면적에, 상기 셀의 케이싱의 전체 내부 횡단면에 대해 유리하게 낮은 값을 부여하는 것에 의해, 분리 요소 상류의 셀의 구역에서 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스의 최적화를 간단하고 효과적인 방식으로 달성하는 것이 가능하다는 것은, 실험으로 확인하였다.

바람직한 실시예에서, 상기 적어도 하나의 또는 복수의 제1 통로에 의해 구획된 유체 플로우의 총 횡단면적은, 격납 케이싱의 총 내부 횡단면의 5% 내지 40% 사이이다.

이와 관련하여, 본 출원인은 격납 케이싱의 총 횡단면의 5% 미만의 유체 플로우의 횡단면적은 열교환 셀의 작동 안정성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 것을 실험으로 확인하였다.

본 출원인은 또한, 격납 케이싱의 총 내부 횡단면의 30%를 초과하는 값의 유체 플로우의 총 횡단면적은, 열교환기를 통해 제1 수집 챔버로 흐르는 동안 전술한 제2 열전달 유체의 균일한 플로우 분포의 상당한 추가 효과를 달성하는 것을 허용하지 않으며, 분리 요소를 통해 제2 수집 챔버로 흐르는 동안 - 위에서 설명한 바와 같은 - 제1 유체 통로(들)의 주변 위치와 관련된 효과를 달성하는 것을 허용하지 않는다는 것을 실험으로 확인하였다.

더 바람직한 실시예에서, 상기 적어도 하나의 또는 상기 복수의 제1 통로에 의해 구획된 유체 플로우의 총 횡단면적은 5% 내지 25% 사이이다.

필요에 따라, 이와 같은 유체 플로우의 총 횡단면적은 다음과 같은 바람직한 범위들 중 하나로 조정될 수 있다. 격납 케이싱의 전체 횡단면의 5% 내지 20% 사이, 15% 내지 30% 사이, 10% 내지 20% 사이, 10% 내지 25% 사이, 15% 내지 25% 사이, 또는 15% 내지 20% 사이.

본 발명의 상세한 설명 및 첨부하는 특허청구범위의 테두리 안에서, 양, 정량, 백분율 등을 표현하는 모두 숫자들은, 달리 명시하지 않는 한, 예를 들어 용어 "약"이 앞에 붙는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 숫자 엔티티들(numerical entities )의 범위들 모두는, 본 출원에서 구체적으로 표시된 것 이외에도, 최대 수치와 최소 수치의 가능한 모든 조합들과, 그 범위들의 가능한 모든 중간 범위들을 포함한다.

특히, 본 출원인은 이와 같은 제1 통로(들)에 의해 구획된 제2 열전달 유체의 유체 플로우의 총 횡단면적의 특정치들을 관찰하는 것에 의해서, - 실질적으로 반경 방향으로 또는 축-반경 방향으로 열교환기를 외측으로 교차하는 - 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스의 효과적인 최적화가, 실질적으로 열교환기의 전체 축방향 연장부를 따라, 실질적으로 전체 주변방향 연장부를 따라 달성되어, 편중적인 유체 경로들(preferential fluid paths) 유의적으로 감소시키고 열교환기의 코일의 바이패스 현상을 유의적으로 감소시킨다는 것을 실험으로 확인하였다.

특히, 본 출원인은 코일들 사이에 구획된 간극들 통해 흐르는, 열교환기를 반경 방향 또는 축-반경 방향으로 교차하는 제2 열전달 유체의 유량(flow rate)은, 열교환기 자체의 축방향 연장부를 따라 실질적으로 일정하게 만들 수 있다는 것을 발견하였다.

또한, 본 출원인은 이러한 유량이 또한 열교환기의 원주방향 연장부를 따라 실질적으로 일정하게 되어, 제2 열전달 유체가 열교환기의 원주방향 연장부를 따라 제1 환형 수집 챔버 내에서 균일하게 흐르는 것을 보장하고, 제1 수집 챔버에 상기 유체 플로우에 의해 관련되지 않은 데드존의 존재를 유의적으로 감소시킨다고 생각한다.

본 출원인은 이와 같은 방식으로 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스를 최적화하고 이에 따라 상기한 유체와 열교환기 사이의 열교환을 최적화하는 것에 의해, - 위에서 예시한 내부 칸막이 요소들이 없는 제1 구조에 비해 - 셀의 열교환 효율을 증가시키는 것이 가능하고, 이에 의해 - 특히 축방향을 따라 - 열교환기의 크기를 줄이는 것이 가능하여서, 코스트, 재료 소비 및 열교환기의 크기와 이를 내장한 열교환 셀의 크기 모두를 줄일 수 있다는 것을 확인하였다.

하나의 실시예에서, 상기 적어도 하나의 또는 상기 복수의 제1 통로에 의해 구획된 유체 플로우의 횡단면적이 격납 케이싱의 주변 측벽의 둘레를 따라 균일하게 분배된다.

이와 같이 하여, 제2 열전달 유체의 원주 방향을 따른 분배를 균일하게 조정하여서 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스를 최적화하는 것이 가능하다.

본 발명에 의해, 상기 적어도 하나의 또는 상기 복수의 제1 통로에 의해 구획된 유체 플로우의 횡단면적은, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버로부터 유체 출구를 허용하는 상기 적어도 하나의 제2 통로의 거리가 증가함에 따라, 셀의 격납 케이싱의 주변 측벽의 둘레를 따라 증가한다.

이러한 특징의 본 발명의 열교환 셀은, 상기 셀이 작동 구조에서 수평으로 장착될 때 특히 유리하다. 실제로 이러한 수평 장착 구조 형태는, 제2 열전달 유체, 예를 들어 버너에서 나오는 연소가스의 대류 상승을 필연적으로 촉진하여, 열교환기의 하부 구역을 바이패스하는 편중적인 경로들의 형성 현상을 증가시킨다.

대조적으로, 이러한 특징의 본 발명의 열교환 셀은, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버로부터 유체 출구를 허용하는 제2 통로에서 가장 멀리 있는 구역들, 예를 들어 셀의 수평 장착의 경우에 하부 구역들을 향한 제2 열전달 유체의 플로우를 -더 낮은 압력 강하에 의해 - 촉진하는 제2 수집 챔버로부터 유체 출구를 허용하는 통로에 근접한 제2 수집 챔버의 구역, 예를 들어 셀의 수평 장착의 경우에 상부 구역 -에서 제2 열전달 유체의 축적 포켓들(accumulation pockets)의 형성을 제한한다.

이와 같이 하여, 열교환기의 외부에 구획된 제1 수집 챔버의 원주방향 연장부를 따른 제2 열전달 유체의 분배가 특별히 최적화되어서, 제1 수집 챔버내 유체 플로우에 관여하지 않는 데드존의 존재를 감소시킨다.

이러한 본 발명의 테두리 안에서, 제2 수집 챔버로부터의 유체 출구를 허용하는 제2 통로로부터의 거리가 증가함에 따른, 셀의 격납 케이싱의 주변 측벽의 둘레를 따라 통로(들)에 의해 구획된 유체 플로우의 횡단면적의 원하는 증대가, 복수의 방식으로 달성될 수 있다.

즉, 제1의 바람직한 구현에서, 상기한 유체 플로우의 횡단면적의 원하는 증대는, 분리 요소의 주변 구역에서(같은 수 만큼의 제1 유체 통로들을 형성하는) 복수의 관통 홀을 형성함으로써 달성될 수 있으며, 상기 관통 홀들은 제2 수집 챔버로부터의 유체 출구를 허용하는 제2 통로로부터의 거리가 증가함에 따라 증가하는 유체 플로우의 횡단면적을 갖는다.

대안적인 바람직한 실시예에서, 유체 플로우의 횡단면적의 원하는 증대는 분리 요소의 주변 가장자리와 격납 케이싱의 주변 측벽 사이에 하나 또는 복수의 유체 통로를 구획하는 것에 의해 달성될 수 있으며, 상기 유체 통로는 제2 수집 챔버로부터의 유체 출구를 허용하는 제2 통로로부터의 거리가 증가함에 따라 증가하는 유체 플로우의 횡단면적을 갖는다.

또 하나의 바람직한 실시예에서, 유체 플로우의 횡단면적의 원하는 증대는 위에서 설명한 방법들을 조합하는 것에 의해 달성될 수 있다.

이러한 실시예들의 테두리 안에서, 제1 유체 통로(들)의 형상은, 제2 수집 챔버로부터의 유체 출구를 허용하는 제2 통로로부터의 거리가 증가함에 따라 제2 열전달 유체의 유체 플로우의 횡단면적의 증대를 허용할 수 있다면 중요하지 않다.

바람직하게, 분리 요소는 실질적으로 평평한 형상 또는 실질적으로 링 형상 몸체를 포함하여 구성된다.

분리 요소가 열교환기에 대해 축방향 외부 및 후방 위치에 장착되는 경우, 상기 분리 요소는 실질적으로 평평한 형상 몸체를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

분리 요소가 열교환기에 대해 축방향 외부 및 전방 위치에 장착되는 경우, 상기 분리 요소는 실질적으로 링 형상 몸체를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 하여, 상기 분리 요소는 간단하게 제작할 수 있는 한편, 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스를 최적화하기에 가장 적합한 제2 열전달 유체의 제1 및 제2 회수 챔버 사이의 유체 연통을 위한 상기 적어도 하나의 통로 구조를 가지도록 간단하고 유연성있는 방식으로 수정되는 분리 요소의 기하학적 구조를 허용한다.

바람직하게, 분리 요소의 몸체는 격납 케이싱의 형상에 본질적으로 부합하는 형상을 갖는다

분리 요소가 열교환기에 대해 축방향 외부 및 후방에 장착되는 바람직한 실시예의 테두리 안에서, 격납 케이싱이 실질적으로 컵 형상이거나 또는 실질적으로 원통형상인 경우, 분리 요소의 몸체는 실질적으로 디스크 형상이 바람직하다.

바람직하게, 분리 요소는 적어도 부분적으로 셀의 격납 케이싱의 횡단면 보다 작은 가로 길이를 가지며, .이와 같이 하여, 제1 및 제2 수집 챔버 사이에서 유체 연통하기 위한 상기한 적어도 하나의 통로는 위에서 설명한 바와 같이 분리 요소의 주변 가장자리와 격납 케이싱의 주변 측벽 사이에 형성된다

이와 같이 하여, 제2 열전달 유체의 제1 및 제2 수집 챔버 사이의 유체 연동을 위한 상기 적어도 하나의 제1 통로를 매우 간단하고 용이한 방법으로 구획하는 것이 가능한 장점이 있으며, 이 경우에 제1 통로는 분리 요소의 주변 가장자리와 케이상의 주변 측벽 사이에서 특정 덕트를 설치하지 않고도 주변으로 연장된다.

바람직하게, 분리 요소는 .분리 요소의 주변 가장자리로부터 측방향으로 연장하며 격납 케이싱의 주변 측벽와 인접관계로 협력하는 적어도 하나의 스페이서 돌출부를 포함하여 구성된다.

더 바람직하게, 분리 요소는 상기 주변 가장자리로부터 측방향으로 연장하는 복수의 스페이서 돌출부를 포함하여 구성된다.

이와 같이 하여, 제2 열전달 유체의 제1 및 제2 수집 챔버 사이의 유체 연통을 위한 전술한 적어도 하나의 또는 복수의 제1 통로를 똑같이 간단한 방법으로 형성하기 위하여, 케이싱에 대한 분리 요소의 완벽한 센터링 및 정확한 위치설정을 매우 간단한 방법으로 얻는 것이 가능하게 되는 장점이 있다.

임의선택적으로, 위에서 설명한 바와 같이, 스페이서 돌출부(들)이, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버로부터의 유체 출구를 허용하는 제2 통로로부터의 거리가 증가함에 따라 상기 적어도 하나의 제1 통로에 의해 구획된 유체 플로우의 횡단면적이 증가하는 전술한 바람직한 구조를 매우 간단한 방법으로 얻는 것을 허용한다.

바람직하게, 열교환 셀은 제2 수집 챔버의 하류에 구획된 제2 열전달 유체의 제3 수집 챔버를 더 포함하여 구성되며, 상기 제3 수집 챔버는 제2 수집 챔버로부터의 유체 출구를 허용하는 제2 통로와 유체 연통하고, 상기 제3 수집 챔버 하류에 구획된 열교환 셀로부터의 제2 열전달 유체의 출구 개구와 유체 연통한다.

실시예에서, 본 발명에 개시된 열교환 셀은, 케이싱의 주변 측벽과 적어도 하나의 분리 요소의 주변 가장자리의 일부 사이에서 연장하는 적어도 하나의 클로징 격벽(closing partition wall)을 더 포함하여 구성되며, 여기서 상기 클로징 격벽은 제2 열전달 유체의 제1 및 제2 수집 챔버 사이의 직접 유체연통을 제한하는 구조로 된다.

이와 같이 하여, 이러한 격벽의 기하학적 구조 및/또는 크기를 수정하는 것에 의해, 특히 위에서 설명한 바와 같이 상기 적어도 하나의 제1 통로에 의해 구획된 유체 플로우의 횡단면적을 조정하는 것에 의해서, 특히 제1 및 제2 수집 챔버 사이의 통로에서 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스를 최적화하는 것이 가능하다.

하나의 실시예에서, 상기 적어도 하나의 클로징 격벽은 상기 적어도 하나의 분리 요소의 주변 가장자리의 상기한 부위로부터, 또는 셀의 격납 케이싱의 주변 측벽으로부터 연장한다.

하나의 실시예에서, 셀이 작동 구조에서 수평으로 장착되는 경우, 전술한 적어도 하나의 클로징 격벽이 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버로부터 유체 출구를 허용하는 위에서 언급한 적어도 하나의 제2 통로에서, 셀의 격납 케이싱의 주변 측벽으로부터, 또는 상기 적어도 하나의 분리 요소의 주변 가장자리의 상기한 부위로부터 연장하는 것이 특히 유리하다.

이와 같이 하여, 상기 주변 측벽의 축방향 단부와 셀의 격납 케이싱의 후방 벽 또는 전방 벽 사이에서 제2 수집 챔버에 구획된 유체 출구를 허용하는 제2 통로 쪽으로, 제2 수집 챔버로부터 흐르는 제2 열전달 유체의 바이패스 현상을 제한하는 것이 가능하여 유리하다.

이 경우에, 제2 열전달 유체는 열교환기의 단부 코일로의 원하는 추가 열전달이 발생하는 제2 수집 챔버의 다른 구역들을 향하여 지향되고, 상기 추가 열전달은 분리 요소의 위에서 언급한 열교환부에 의해 유리하게 조정된다.

하나의 바람직한 실시예에서, 제2 열전달 유체의 제3 수집 챔버가 케이싱의 주변 측벽에서 연장하는 캡(캡)에 구획되어, 제2 수집 챔버로부터 유체 출구를 허용하는 위에서 언급한 적어도 하나의 제2 통로의 하류에 위치된다.

이와 같이 하여, 상기한 외부 캡을 적용 요건들의 함수로서 적절하게 구성하고 위치설정하는 것에 의해 제3 수집 챔버에 적절한 구조형태를 부여하는 것이 가능하게 되는 장점이 있다.

하나의 바람직한 실시예에서, 상기한 캡은 .케이싱의 주변 측벽의 두께부에서 적어도 부분적으로 형성된 내측 개구에서 셀의 격납 케이싱의 주변 측벽으로 연장하며; 이 경우에 분리 요소는 케이싱의 주변 측벽과 평행하게 연장하며 상기 내측 개구에 형상 결합관계로 하우징되는 판-형상부를 더 포함하여 구성된다.

이와 같이 하여, 제2 열전달 유체의 제1 수집 챔버로부터 제3 수집 챔버로 흐르는 제2 열전달 유체의 바이패스 현상을 제한하는 것이 가능하여 유리하며, 대신에 열교환기로 추가 열전달이 발생하는 제2 수집 챔버를 향한 제2 열전달 유체를 편중적으로 지향하는 것이 분리 요소의 전술한 열교환부에 의해 유리하게 조정된다.

하나의 실시예에서, 상기 적어도 하나의 클로징 격벽은, 케이싱의 주변 측벽에 평행하게 그리고 이에 근접하게, 제2 수집 챔버로부터의 유체 출구를 허용하는 전술한 적어도 하나의 제2 통로를 향해 제1 로부터 제2 열전달 유체의 플로우를 허용하도록 구성된 적어도 하나의 제1 통로를 포함하여 구성된다.

이와 같이 하여, 클로징 격벽이 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버로부터의 유체 출구를 허용하는 전술한 적어도 하나의 제2 통로에서 연장하는 셀의 바람직한 구조 형태에서 제2 수집 챔버로부터의 유체 통로를 허용하는 제2 통로를 향한 제2 열전달 유체의 2차 플로우를 지향시키는 것, 및 제2 수집 챔버를 향한 제1로부터 제2 열전달 유체의 통로의 총 횡단면적의 값을 조정하는 것 모두에 의해, 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스의 조정 가능성을 높일 수 있어 유리하다.

이와 같은 열교환 셀의 실시예에서, 셀이 작동 구조에서 수평으로 장착될 때, 전술한 적어도 하나의 클로징 격벽에 형성된 전술한 적어도 하나의 제1 통로가 제2 열전달 유체의 대류 상승으로 인한 제1 수집 챔버의 상부 구역에서 제2 열전달 유치의 축적 포켓들의 형성을 유리하게 저지하여 특히 유리하다.

위에서 언급한 바람직한 실시예들의 테두리 안에서, 전술한 적어도 하나의 제1 통로는, 전술한 클로징 격벽에 형성되며, 달성될 유체 다이나믹스 조절 유형의 함수로서 적합한 형상 및 크기를 가지는 하나 이상의 관통 공 또는 관통 슬릿을 포함하여 구성될 수 있다.

하나의 특히 바람직한 실시예에서, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버는 실질적으로 환형인 구조 형태를 갖는다.

제2 수집 챔버가 분리 요소, 셀의 격납 케이싱의 주변 측벽 및 후방 벽 사이에서 열교환기에 대해 축방향 외부 위치에서 구획된 바람직한 실시예에서, 상기한 실질적으로 환형인 제2 수집 챔버의 구조형태는, 분리 요소 및/또는 셀의 격납 케이싱의 후방벽을 적절하게 성형함으로써 - 바람직하고 유리한 방식으로 - 얻을 수 있다.

유리하게, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버의 상기 실질적으로 환형인 구조 형태는 제2 챔버를 통한 그 흐름에서 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스를 최적화하는 것을 허용하여서, 열교환기의 단부 코일 내에서 흐르는, 그리고 분리 요소의 전술한 열교환부에 의해 조정된 제2 열전달 유체와 열교환 관계인, 제1 열전달 유체와의 열교환을 증대시킨다.

구체적으로, 실질적으로 환형인 구조형태로 된 제2 수집 챔버는 다음과 같은 기술적 효과를 달성한다:

- 셀의 열교환 효율을 더 증대시키는데, 특히, 필요로 하는 경우, 제2 열전달 유체(예를 들어 연소 가스)의 응축 효율을 더 증대시키는 데, 특히 효과적인 셀의 추가 열교환 요소를 형성하는 것을 허용하며, 이는, 열교환 셀 내에 최소 온도를 가지는 제1 열전달 유체가 작동시에 유리하게 공급되는 열교환기의 단부 코일과 열교환 관계이며, 바람직하게 직접 접촉관계인, 분리 요소의 열교환부와의 열교환으로 인한 것이다;

- 제2 수집 챔버로부터의 유체 출구를 허용하는 제2 통로를 향한 직접 통과를 저지하는 유동을 제2 열전달 유체에 부여하는 것을 허용하여서, 제2 열전달 유체의 열전달을 증대시키며, 필요로하는 경우, 셀의 제2 수집 챔버의 응축 능력을 증대시킨다.

하나의 바람직한 실시예에서, 전술한 적어도 하나의 분리 요소는 실질적으로 판형상의 몸체를 포함하며, 제2 열전달 유체의 공급 구역을 대면하는 단열 디스크가 중앙에 제공된다.

유리하게, 상기 단열 디스크는 매우 높은 온도를 가지는 제2 열전달 유체의 공급 구역과 초기 열의 대부분을 전달하고 흐르는 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버와의 사이에서 적절한 단열을 달성하는 것을 허용한다.

셀리 수가열 장치용 기-액 열교환 셀인 상기 바람직한 실시예에서, 제2 열전달 유체는, 용어 "연소 챔버"에 대하여 설명하게 되는 상기한 공급 구역에 하우징된 버너의 연소 가스에 의해 바람직하게 형성된다.

더 바람직하게, 상기 단열 디스크는 분리 요소의 몸체에 중앙에 형성된 각자의 하우징 시트(housing seat)에 하우징된다.

바람직하게, 상기 단열 디스크는 열교환기에 대해 동축으로 내부에 전체가 수용된다.

이와 같이 하여, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버로부터 그리고 격납 케이싱의 후방 벽으로부터 - 셀의 가장 뜨거운 부분인 - 제2 열전달 유체의 공급 구역을 단열하여서, 제2 수집 챔버의 응축능력을 증대시키고, 필요로 하는 경우, 격납 케이싱 재료를 열적으로 보호하는 것이 가능하여 유리하다.

하나의 바람직한 실시예에서, 분리 요소의 몸체는 실질적으로 판형상인 한편, 분리 요소의 열교환부는 상기한 실질적으로 판형상의 몸체의 변부 크라운(peripheral crown )을 포함하여 구성된다.

이와 같이 하여, 상기 분리요소의 몸체의 변부 크라운이 열교환기의 단부 코일 내에서 흐르는 제1 열전달 유체와 제2 수집 챔버 내에서 흐르는 제2 열전달 유체 사이의 최적의 열교환을 허용하는 열교환부로 작용함과 동시에, 열교환 셀 내에서 열교환기를 제위치에 견고하게 유지하는데 도움을 주고 열교환 셀 내에서 열교환기의 장착 조작을 용이하게 하는, 열교환기의 제1 코일을 커플링하는 실질적인 형상을 바람직하게 수용하도록 구성된 수용 시트를 형성할 수 있다.

이와 같은 바람직한 경우에 분리 요소의 몸체의 변부 크라운에 의해 형성된 분리 요소의 열교환부는, 열교환기 내부에서 순환하는 제1 유체가 최저 온도를 가지는 열교환기의 제1 입구 코일과, 중간공간들(interspaces)을 남기지 않고 그리고 단열 요소의 개재 없이, 직접 접촉 상태인 것이 바람직하다.

이와 같이 하여, 열교환기이의 분리 요소의 후방 면을 래핑하는(lap) 제2 열전달 유체와 특히 그 제1 코일과의 사이에서 열교환을 증대시킬 수 있고, 필요로 하는 경우 응축 잠열을 회수하는 열교환 셀의 능력을 증대시킬 수 있어 유리하다.

하나의 특히 바람직한 실시예에서, 상기 변부 크라운은 단열 디스크의 하우징 시트에 대해 반경방향 외부이다.

이와 같이 하여, 단열디스크에 의해 흡수된 열의 일부를 분리 요소의 열교환부, 그리고 후자로부터 열교환기의 단부코일로 전달하여서. 셀의 열전달 효율을 증대시킬 수 있어 유리하다.

하나의 특히 바람직한 실시예에서, 분리 요소의 실질적으로 판형상인 몸체의 변부 크라운은 열교환기의 코일로 이를 권취하는 피치와 실질적으로 동일한 피치로 나선형으로 적어도 부분적으로 연장한다.

바람직하게, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버는 또한 원주방향을 따라 가변적인 유체 플로우의 횡단면적을 갖는다.

이러한 바람직한 특징을 가져오는 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버의 실질적으로 환형이면서 나선형인 구조 형태의 도움으로, 제2 열전달 유체의 유체다이나믹스를 제2 챔버를 통한 그 흐름에서 더욱 최적화하는 것이 가능하여서, 분리 요소의 전술한 열교환부에 의해 조정된 제2 열전달 유체와 열교환 관계인 열교환기의 단부 코일 내에서 흐르는 제1 열전달 유체와의 열교환을 증대시킬 수 있어 유리하다.

특히, 실질적으로 환형 구조로 된 제2 수집 챔버는, 균일하면서 지향된 식으로 제2 수집 챔버로부터의 유체 출구를 허용하는 제2 통로를 향한 제2 열전달 유체의 플로우를 운반하는 일종의 추가적인 단일-코일 나선형 덕트(spiral duct)를 형성한다.

이와 같은 단일-코일 나선형 덕트는, 셀의 열교환 효율을 더 증대시키는, 특히 -필요로 하는 경우 - 열교환 셀 내에서 최소온도를 가지는 열전달 유체가 작동 중에 유리하게 공급되는 열교환기의 단부 코일과 접촉 상태인 분리 요소와의 열교환으로 인해 연소 가스의 응축 효과를 더 증가시키는 것을 허용하는, 추가적인 나선형 열교환 요소로서 실질적으로 작용한다.

분리 요소의 실질적인 판형상인 몸체의 변부 크라운의 적어도 부분적인 나사선식 전개에 의해, 그리고 상기한 바람직한 특징들의 조합으로부터 파생하는 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버의 실질적으로 환형이면서 나선형인 구조형태에 의해, 위에서 언급한 셀의 열교환 효율의 증대를 달성함과 동시에 셀 자체의 축방향 크기를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

이와 같은 바람직한 실시예에서, 실제로, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버는 열교환기에 의해 점유되는 용적으로 부분적으로 상호 관통하며(partially interpenetrating in the volume),(축방향으로 오프셋 평면들에 놓인) 그 단부 코일에 의해 발생하는 그 자체의 권취 피치를 가지며, 그 용적은 이러한 유형의 열교환기가 설치되는 선행기술의 셀의 경우에서처럼 사용되지 않은 채 남아있는 대신에, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버에 의한 열교환 목적으로 유리하게 이용된다.

상기 변부 크라운의 대향 단부들이 축방향으로 스태거된 평면들(axially staggered planes)에 놓이기 때문에, 상기 단부들은 경사 연결 벽에 의해 연결되는 것이 바람직하다.

유리하게, 상기 경사 연결 벽은, 열전달 유체의 유체 다이나믹스에 부정적인 영향을 미치는 요부들 또는 단턱들을 만드는 것을 방지하는데, 특히 상기 변부 크라운의 대향하는 축방향 오프셋 단부들 사이에서 일어날 수 있는 임의의 와류 현상을 감쇠하는 것에 의해 방지한다.

바람직하게, 상기 단열 디스크의 하우징 시트는, 상기 하우징 시트의 후방 벽으로부터 사전결정된 거리에 상기 디스크를 유지하는 구조로 된 적어도 하나의 스페이서 릴리프(spacer relief)가 내부에 형성된 저부 벽을 포함하여 구성된다.

이와 같이 하여, 효과적인 단열이 제2 열전달 유체의 공급 구역, 예를 들어 고온의 연소 가스(제2 열전달 유체)가 발생되는 셀의 연소 챔버를 경계를 이루면서 고온을 갖는 디스크와 하우징 시트의 저부 사이에서 얻어진다. 그래서, 단열 디스크의 하우징 시트의 저부 벽을 향한 열분산은, - 단열 디스크의 하우징 시트 둘레에서 측방향으로 연장하는 - 분리 요소의 열교환부가 추가 열교환 요소의 기능, 예를 들어 제2 열전달 유체의 응축 효과를 가장 양호하게 수행한다.

바람직하게, 단열 디스크의 하우징 시트는 케이싱의 후방 벽 쪽으로 연장하는 적어도 하나의 스페이서 릴리프가 외부에 형성된 저부 벽을 포함하여 구성된다.

이와 같이 하여, 디스크와의 접촉이 고온에서인 디스크의 하우징 시트와 셀의 격납 케이싱의 후방벽 사이에서 더 양호한 단열을 얻을 수 있는 장점이 있다. 이는 셀 격납 케이싱을 향한 열 손실을 줄이고, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버에서 셀의 응축 능력을 증대시킨다.

바람직하게, 상기 디스크의 하우징 시트는 전방에서 분리요소로부터 연장하는 원주방향 릴리프에 의해 적어도 부분적으로 주변으로 분계된다.

유리하게, 디스크의 하우징 시트 둘레에 형성된 상기한 원주방향 릴리프는 제1 열교환기의 제1 코일용 하우징 시트로 작용하는 분리 요소의 몸체의 변부 크라운을 분계하여서, 분리 요소에 대해서 그리고 셀의 격납 케이싱에 대해서 열교환기의 정확한 위치에서 자기-센터링(self-centering) 및 로킹(locking)을 보장한다.

이와 같은 열교환기의 정확한 위치에서 로킹의 도움으로, 격납 케이싱의 대응하는 입구 및 출구 슬리브들에 접면관계로 장착되고 밀폐식으로 장착된, 열교환기의 입구 및 출구 연결부들이, 제1 열전달 유체에 의해 가해진 압력의 결과로서 상기 슬리브에서 나오지 않는 것을 방지할 수 있어서 유리하다.

바람직하게, 분리 요소의 몸체의 변부 크라운은 열교환기의 직선형 말단부에 대해 측방향으로 연장하는 직선부를 포함하여 구성된다.

이와 같이 하여, 열교환기의 제1 코일을 형성하는 관형 덕트의 직선부와 접면 관계로 수용하고 바람직하게 협력하는 구조로 된 분리요소의 직선부가 두 피스를 함께 조립하기 위한 정밀한 각도 기준을 제공하기 때문에 셀 내에 열교환기의 설치를 더 용이하게 할 수 있어 유리하다.

하나의 바람직한 실시예에서, 케이싱의 후방 벽 쪽으로 후방으로 연장하는 전술한 적어도 하나의 스페이서 릴리프가 바람직하게 형성된 단열 디스크의 하우징 시트의 후방 벽이, 케이싱의 후방 벽과 실질적인 접촉관계로 되어 있다.

이와 같이 하여, 케이싱의 후방 벽 쪽으로 연장하며 이와 동시에 셀의 최소 축방향 크기를 가지는 단열 디스크의 하우징 시트를 사용하는 것에 의해 전술한 실질적인 환형 구조형태를 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버에 부여할 수 있어 유리하다.

이와 같이 하여, 또한, 유체에 열을 방출할 수 있는 상대적인 고온을 가지는 디스크의 하우징 시트의 후방 벽과 셀의 격납 케이싱의 후방 벽 사이에 제2 열전달 유체의 통로를 방지하여, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버의 -필요로 하는 경우 응축하는- 열교환 능력을 증가시킬 수 있어 유리하다.

하나의 바람직한 실시예에 있어서, 단열 디스크의 하우징 시트의 측벽은 상기 하우징 시트의 후방벽 쪽으로 테이퍼진 부위를 포함하여 구성된다.

이와 같이 하여, 제2 수집 챔버에서 흐르는 제2 열전달 유체의 압력손실을 줄여서, 열교환 셀로 제2 열전달 유체를 공급하는데 필요한 공급 디바이스(일반적으로 휀)의 동력을 줄이고 그 작동의 정확성을 보장하는 것을 허용하는 것이 가능하여 유리하다.

하나의 바람직한 실시예에서, 열교환 셀은 격납 케이싱의 전방 벽에 연게되어 제2 열전달 유체의 공급 구역과 대면하는 실질적인 환형 단열 요소를 포함하여 구성된다.

이와 같이 하여, 제2 열전달 유체의 공급 구역으로부터 격납 케이싱의 전방 벽을 - 특히 버너가 존재하는 경우 통상적으로 고온에서- 단열하여, 상기 전방 벽 재료를 열적으로 보호할 수 있어 유리하다.

바람직하게, 전순한 실질적인 환형 단열 요소는 셀의 격납 케이싱의 전방 벽에 형성된 각자의 하우징 시트에 하우징된다.

제1의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 실질적인 환형 단열 요소의 하우징 시트는, 격납 케이싱의 전방벽에 형성되어 셀에서 제2 열전달 유체의 버너 또는 다른 공급 수단을 수용하도록 구성된, 바람직하에 셀의 종방향 축에 동축인, 개구에 대해 동축으로 외부에 형성된다.

제2의 바람직한 실시예에서, 상기 실질적인 환형 단열 요소의 하우징 시트는, 격납 케이싱의 전방 벽에 형성되어, 예를 들어 셀이 복열 장치(heat recuperator)로 작용하는 경우에 발생하는 바와 같은 냉각될 고온 유체의 공급 덕트와의 연결을 허용하도록 구성된, 바람직하게 셀의 종방향 축에 동축방향의, 개구의 내벽에 의해 구획된다.

하나의 바람직한 실시예에서, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버는, 전술한 적어도 하나의 분리 요소, 격납 케이싱의 주변 측벽, 전방 벽 사이에서 열교환기에 대해 축방향 외부 위치에, 그리고 전술한 실질적인 환형 단열 요소에 대해 적어도 부분적으로 동축으로 외부에, 구획된다.

이와 같이 하여, 상기 실질적인 환형 단열 요소의 축방향 크기의 일부가 셀의 전방 벽에서 제2 열전달 유체의 제2 수집챔버를 - 상기 요소에 대해 동축으로 외부에 - 구획하는데 활용되기 때문에, 열교환 셀의 축방향 크기의 최대 감소를 달성할 수 있어 유리하다.

또한, 이와 같은 셀의 바람직한 구조는, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버, 상기 실질적인 환형 단열 요소에 대해 실제로 동축으로 외부에 구획된 수집 챔버의 효율적인 단열과 같은 추가적인 유리한 기술적 효과를 달성하는 것을 허용한다.

그 결과, 제2 수집 챔버 및 열교환기의 전방 단부 코일에서 각각 흐르는 제2 및 제1 열전달 유체 간의 열교환 향상이 달성되고, -필요로 하는 경우 - 제2 수집 챔버의 응축 능력 향상이 달성된다.

제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버가 셀의 전방 구역에서 구획되는 상기한 바람직한 실시예의 테두리 안에서, 바람직하게 분리 요소는 실질적인 링-형상 몸체를 포함하여 구성되는 한편, 열교환기의 단부 코일의 적어도 하나의 부위(이 경우에 전방부)와 접촉 상태로 있는 분리요소의 열교환부는 상기 실질적인 링-형상 몸체의 일부, 바람직하게 전부,를 포함한다.

이와 같이 하여, 제2 수집 챔버 및 열교환기의 전방 단부 코일에서 각각 흐르는 제2 및 제1 열전달 유체 간의 열교환을 극대화할 수 있어 유리하다.

바람직하게, 열교환기의 단부 코일의 적어도 하나의 부위와 열교환관계인 분리 요소의 열교환부는, 사이 공간들을 남김이 없이 그리고 단열 요소들의 개입 없이, 최저온도를 가지는 제1 열전달 유체가 작동 중에 유리하게 공급되는 상기 단부 코일과 직접 접촉한다.

이와 같은 바람직한 구조는 위에서 설명한 것과 마찬가지로,

분리 요소의 전방 면을 터치하는 제2 열전달 유체와 열교환기 간의 열교환, 특히 제2 열전달 유체와 열교환기의 제1 코일 간의 열교환,을 증가시키는 것을 허용하여서, 필요로 하는 경우, 열교환 셀의 응축 능력을 증대시킨다.

특히 바람직한 실시예에서, 판-형상 몸체가 형성된 분리 요소의 전술한 실시예와 마찬가지로, 전방 분리 요소의 실질적인 링-형상 몸체는 상기 실질적인 환형 단열 요소 둘레에서 측방향으로, 예를 들어 단열 요소에 대한 반경방향 외부 위치에 연장된다.

이 경우에도, 분리 요소의 열교환부로, 그리고 분리 요소로부터 열교환기의 단부 코일로, 상기 실질적인 환형 단열 요소에 의해 흡수된 열열의 일부를 전달할 수 있어서, 셀의 열교환 효율을 증가시키는 장점이 있다.

하나의 바람직한 실시예에서, 판-형상 몸체를 구비한 분리 요소의 전술한 실시예와 마찬가지로, 전방 분리 요소의 실질적인 링-형상 몸체는, 적어도 부분적으로, 열교환기의 코일과 동일한 권취 피치로 나사선 식으로 연장된다.

바람직하게, 이 경우에도, 셀의 전방 구역에 구획된 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버는, 바람직하게, 원주 방향을 따라 가변적인 유체 플로우의 횡단면적을 갖는다.

이와 같은 바람직한 특징을 가져오는, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버의 상기 실질적인 환형 및 나선형 구조에 의해, -필요한 변경으르 하여 - 위에서 설명한 기술적 효과들, 바꿔 말하면 제2 챔버를 통한 흐름에서 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스를 더욱 최적화하는 효과, 열교환기의 단부 코일(이 경우에 전방 단부 코일) 내에서 흐르는, 말하자면 전술한 적어도 하나의 분리 요소에 의해 매개된 제2 열전달 유체와 열교환 관계인, 제1 열전달 유체와의 열교환을 증대시키는 효과를 달성함과 동시에 열교환 셀의 축방향 확장을 최소화할 수 있어 유리하다.

이 경우에도 또한, 실질적인 환형 구조로 된 제2 수집 챔버는 제2 수집 챔버로부터의 유체 출구를 허용하는 제2 통로를 향해 균일하게 지향된 식으로 제2 열전달 유체를 운반하는 일종의 추가 단일-코일 나선형 덕트를 형성하며, 상기 추가 단일-코일 나선형 덕트는 실질적으로 셀의 추가 나선형 열교환 요소로 거동하며, 부분적으로 나선형 열교환기의 부피에 부분적으로 서로 침투 관통(interpenetrating ) 한다.

위에서 설명한 바와 같이 이들 모두는, 최소 축방향 크기를 갖는 셀의 열교환 효율을 더 증대시키는 것을 허용한다.

하나의 바람직한 실시예에서, 분리 요소는 케이싱의 후방 벽 쪽으로 대면하는 분리 요소의 전술한 열교환 부의 후방 면으로부터, 또는 셀의 격납 케이싱의 전방 벽 쪽으로 대면하는 분리요소의 전술한 열교환부의 전방 면으로부터 연장하는 복수의 열교환 돌출부(heat exchange protrusions)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 하여, 분리요소의 열교환면을 증대시킬 수 있어서, 제2 수집 챔버가 셀의 후방 또는 전방 구역에 구획된 상기한 바람직한 실시예들 모두에서, 제2 열전달 유체와 제2 수집 챔버 내의 분리 요소의 열교환부(그러므로 열교환기) 사이의 열교환 정도(extent)를 증대시킬 수 있어 유리하다

하나의 바람직한 실시예에서, 전술한 복수의 열교환 돌출부는, 실질적인 반경방향을 따라 그리고/또는 상기 실질적인 반경 방향에 대해 경사진 방향을 따라 연장하는, 적어도 하나의 채널, 더더욱 바람직하게 복수의 통로 채널을 구획하는 것과 같은 방식으로 분포된다.

이와 같이 구획되는 통로 채널은 유리하게 제2 수집 챔버의 중앙 쪽으로, 따라서 열교환 돌출부가 제공된 구역 쪽으로 제2 열전달 유체의 플로우를 직접 지향시켜서, 셀의 제2 수집 챔버의 응축 능력 및 전체 열교환을 더 증대시킨다.

바람직하게, 열교환 돌출부 내에 구획된 제2 열전달 유체의 통로 채널은 직선형이거나 곡선형일 수 있다.

바람직하게, 열교환 돌출부는 열교환면을 최대화하기 위하여 실질적으로 페그(peg) 및/또는 휜(fin) 형상으로 된다.

하나의 바람직한 실시예에서, 분리 요소는 분리 요소의 주변 가장자리로부터 연장하는 복수의 방향전환 휜(diverting fins)읖 포함하여 구성되며, 상기 방향전환 휜은 케이싱의 주변 측벽 쪽으로 반경방향을 따라, 그리고 임의선택적으로 케이싱의 후방 벽 또는 전방 벽 쪽으로 축방향을 따라 전개부(development)를 갖는다

유리하게. 방향전환 휜은, 제2 열 전달 유체의 유체 다이나믹스를 더 조절(regulate)하여, 제2 수집 챔버의 내측에서 흐르는, 열교환 돌출부가 위치할 수도 있는 분리요소의 중앙 쪽으로(즉, 셀 및 제2 수집 챔버의 종방향 축 쪽으로) 제2 열전달 유체를 반경방향으로 지향시켜서, 제2 수집 챔버로부터의 유체 출구 쪽으로 제2 열전달 유체의 가능한 바이패스들에 의해 케이싱의 주변 측벽에 근접한 제2 열전달 유체의 순전히 지엽적인 흐름을 저지하는 것을 허용한다.

하나의 바람직한 실시예에서, 상기 적어도 하나의 분리 요소는 상기 단열 디스크에 근접하게 또는 상기 실질적인 환형 요소에 근접하에 위치된 적어도 하나의 실질적인 슬롯-형상 관통 슬릿을 더 포함하여 구성된다.

더 바람직하게, 상기 적어도 하나의 관통 슬릿은 단열 디스크의 하우징 시트에 근접하게 또는 상기 실질적인 환형 단열 요소에 근접하게 형성된다.

유리하게, 분리 요소에 하나 이상의 슬릿의 존재는, 상기 디스크 또는 상기 단열 요소의 실질적인 환형 단열 요소 및 이를 하우징하기 위한 시트, 그리고 예상되는 경우 단열 디스크 보다 상당히 차가운 열교환기의 제1 입구 코일과 접촉하는 분리 요소의 몸체의 열교환부, 또는 상기 실질적인 환형 단열 요소의 열교환부 사이에서 사이에서 부분적인 열적 디커플링(partial thermal decoupling )을 달성하는 것을 허용한다.

이와 같이 하여, 분리 요소의 열교환부의 온도를 제한하여서, 필요로 할 때 열교환 셀의 응축 능력을 증가시킬 수 있어 유리하다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에서 제2 열전달 유체는 열교환기에 대해 동축으로 내부적으로 케이싱에 구획된 제2 열전달 유체(연소 가스)의 공급 구역에 장착되도록 구성된 버너에 의해 발생된 연소 가스이다.

이 경우에 위에서 설명한 바와 같이, 셀은 바람직하게 응축 열교환 셀이다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에서, 제2 열전달 유체는 열교환기에 대해 동축으로 내부적으로 케이싱에 구획된 제2 열전달 유체의 공급 구역에 보내진 고온 가스(가급적 연소 가스)이다.

이 경우에 위에서 언급한 바와 같이, 셀은 바람직하게 복열 장치이다.

본 발명의 열교환 방법의 테두리 안에서 위에서 설명한 바와 같이, 제1 수집 챔버로부터 제2 수집 챔버로 제2 열전달 유체를 공급하는 단계는, 상기 적어도 하나의 분리 요소의 주변 가장자리와 격납 케이싱의 주변 측벽 사이에 그리고/또는 상기 적어도 하나의 분리요소의 주변 구역에 형성된 상기한 적어도 하나의 제1 통로에 의해 수행된다.

이와 같이 하여, 셀 내에서 제2 열전달 유체를 균일하게 분배할 수 있어 유리하다.

하나의 실시예에서, 열교환 방법은 케이싱의 주변 측벽과 분리 요소 사이에서 연장하는 위에서 설명한 상기한 적어도 하나의 클로징 격벽에 의해 제1 수집 챔버로부터 제1 수집 챔버로 제2 열전달 유체의 직접 통과를 제한하는 단계를 포함하여 구성된다.

이와 같이 하면 위에서 설명한 바와 같이, 제1 및 제2 수집 챔버 사이의 유체 통로의 횡단면을 조정하는 것에 의해, 단순히 상기 클로징 격벽의 형상 및/또는 크기를 변화시키는 것에 의해, 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스를 조정할 수 있어 유리하다.

하나의 바람직한 실시예에서, 본 발명의 열교환 방법은 제2 챔버로부터의 유체 출구를 허용하는 전술한 적어도 하나의 제2 통로와 그리고 셀로부터의 제2 열전달 유체의 출구 개구와 유체연통관계로, 제2 수집 챔버로부터 제1 챔버의 하류에 구획된 제3 수집 챔버로 제2 열전달 유체를 공급하는 단계를 더 포함하여 구성된다

하나의 실시예에서, 본 발명의 열교환 방법은, 제2 수집 챔버로부터의 유체 출구를 허용하는 전술한 적어도 하나의 제2 통로 쪽으로, 제1 수집 챔버로부터의 제2 열전달 유체의 일부, 또는 이차(secondary) 플로우를 공급하는 단계를 더 포함하여 구성된다.

이와 같이 하면 위에서 설명한 바와 같이, 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스의 조정 및 최적화 가능성을 증대시킬 수 있어 유리하다.

위에서 설명한 바와 같이, 이와 같은 본 발명의 방법의 실시예는, 셀이 작동 구조에서 수평으로 장착될 때 특히 유리한데, 그 이유는 제2 수집 챔버로부터의 유체 출구를 허용하는 통로를 직접적으로 향해 제2 제2 열전달 유체의 상기한 이차 플로우를 공급하는 것이, 제2 열전달 유체의 대류 상승으로 인해 제1 수집 챔버의 상부 구역에 제2 열전달 유체의 축적 포켓들의 형성을 효과적으로 저지할 수 있기 때문이다.

하나의 바람직한 실시예어서, 본 발명의 열교환 방법은, 셀의 케이싱의 후방 벽 쪽으로 대면하는 전술한 분리 요소의 열교환부의 후방 벽으로부터, 또는 케이싱의 전방 벽 쪽으로 대면하는 전술한 분리 요소의 열교환부의 후방 면으로부터 연장하는 복수의 열교환 돌출부를 통해 제2 열전달 유체의 플로우를 운반하는 단계를 더 포함하여 구성된다.

이와 같이 하면 위에서 이미 설명한 바와 같이, 더 큰 열교환면의 존재에 의해 제2 열전달 유체와 분리 요소의 열교환부(그리고 분리 요소의 열교환부와 열교환 관계인 열교환기의 단부 코일) 사이에서 열교환을 증대시킬 수 있어 유리하다.

하나의 바람직한 실시예에서, 본 발명의 열교환 방법은 제2 수집 챔버의 중앙부 쪽으로 반경 방향을 따라 그리고.또는 상기 실질적인 반경 방향에 대해 경사진 방향을 따라 제2 열전달 유체의 플로우를 운반하는 단계를 더 포함하여 구성된다.

이와 같이 하면 위에서 설명한 바와 같이, 제2 수집 챔버의 중앙부 쪽으로, 그래서 열교환 돌출부가 제공된 구역 쪽으로 제2 열전달 유체의 플로우를 지향시켜, 셀의 제2 수집 챔버의 응축 능력 및 전체 열교환을 더 증대시킬 수 있으므로 유리하다.

하나의 바람직한 실시예에서, 본 발명의 열교환 방법은 분리 요소의 주변 가장자리로부터 연장하는 복수의 방향전환 휜에 의해 제2 열전달 유체의 플로우를 방향전환하는 단계를 더 포함하여 구성되며, 상기 방향전환 휜은 케이싱의 주변 측벽 쪽으로 반경방향을 따르는 그리고 임의선택적으로 케이싱의 후방벽 또는 전방벽 쪽으로 축방향을 따르는 전개부를 갖는다.

이와 같이 하면 위에서 설명한 바와 같이, 제2 수집 챔버를 흐르는, 열교환 돌출부가 위치될 수도 있는 분리 요소의 중앙 쪽으로(즉, 셀 및 제2 수집 챔버의 종방향 축 쪽으로) 반경방향으로 제2 열교환 유체를 지향시키는, 셀의 출구 개구 쪽으로 제2 열전달 유체의 가능한 바이패스들에 의해 케이싱의 주변 측벽에 근접한 제2 열전달 유체의 순전히 지엽적인 플로우를 저지하는, 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스를 더 조절할 수 있어 유리하다.

하나의 바람직한 실시예에서, 본 발명의 열교환 방법은, 상기 적어도 하나의 분리 요소의 주변 가장자리와 격납 케이싱의 주변 측벽 사이에서, 그리고/또는 상기 적어도 하나의 분리 요소의 주변 구역에서, 형성된 상기 적어도 하나의 제1 통로의 유체 플로우의 총 횡단면적을 조정하는 것에 의해 제2 수집 챔버 쪽으로 공급된 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스를 조정하는 단계를 더 포함하여 구성된다.

이와 같이 하면 위에서 설명한 바와 같이, 복잡한 구조들에 의존함이 없이 또는 추가의 조정 요소들에 의존함이 없이 매우 간단한 방식으로 셀 내측에서 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스를 최적화하는 것이 가능하여 유리하다.

하나의 실시예에서, 상기한 조정 단계는 상기 주변 측벽의 둘레를 따라 제2 수집 챔버 쪽으로 공급된 제2 열전달 유체의 유량을 균일하게 분배하는 단계를 포함한다.

이와 같이 하면 위에서 설명한 바와 같이, 제2 열전달 유체의 원주 방향을 따라 분배를 균일하게 조정할 수 있어서, 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스를 최적화할 수 있어 유리하다.

셀이 작동 구조형태에서 수평으로 장착되는 경우, 특히 유리한, 본 발명의 특징에 따라, 상기한 조정 단계는, 제2 수집 챔버로부터의 유체 출구를 허용하는 상기한 적어도 하나의 제2 통로로부터의 거리가 증가함에 따라 제2 열전달 유체의 유량을 증가시키기 위하여, 제2 수집 챔버 쪽으로 보낸 제2 열전달 유체의 플로우를 케이싱의 주변 측벽의 둘레를 따라 분배하는 단계를 포함하는 것이 특히 유리하다.

이와 같이 하면 위에서 설명한 바와 같이, 제2 수집 챔버로부터의 유체 출구를 허용하는 통로에 근접한 제2 수집 챔버의 구역, 예를 들어 셀의 수평 장착의 경우에 상부 구역,에서 제2 열전달 유체의 축적 포켓들의 형성을 저지하여, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버로부터의 유체 출구를 허용하는 제2 통로에서 가장 먼 구역들, 예를 들어 셀의 수평 장착의 경우의 하부 구역들, 쪽으로 제2 열전달 유체의 플로우를 - 낮은 압력 강하의 도움으로 - 촉진할 수 있어서 유리하다.

이와 같이 하여, 열교환기에 대해 외부에 구획된 제1 수집 챔버의 원주방향 연장부를 따른 제2 열전달 유체의 분배가 최적화되어서, 제1 수집 챔버에서 제2 열전달 유체가 흐르지 않은 데드존을 상당히 줄일 수 있다.

본 발명의 추가 특징들 및 장점들은 첨부 도면을 참조하여 후술하는 본 발명의 몇몇 바람직한 실시예들의 상세한 설명으로부터 더 명백하게 될 것이다.
하나의 구조 형태들에서 다른 특징들이 위 설명에 따라 필요로 하는 경우 서로 조합될 수 있으며, 그때마다 성취는 특정 조합에서 특정 방식으로 얻어지는 바람직한 장점들이다. .
첨부 도면들에서,
- 도 1은 본 발명에 따르는 열교환 셀의 바람직한 실시예의 세부 구성요소들(details)이 일부 생략된 부분 분해 사시도이고;
- 도 2a 및 2b는 각각 도 1의 열교환 셀의 평면도 및 저면도이고;
- 도 3은 도 1의 열교환 셀의 실시예의 분해사시도이고;
- 도 4는 도 2a의 IV-IV선에 따라 취한, 도 1의 열교환 셀의 실시예의 축 A-A에 평행한 길이방향 단면도이고;
- 도 5는 도 1의 열교환 셀의 실시예의 부분 단면에서 배면 사시도이고;
- 도 6은 도 2a의 VI-VI선에 따라 취한, 도 1의 열교환 셀의 실시예의 축 A-A에 수직인 단면도이고;
- 도 7a 및 7b는 각각 도 1의 열교환 셀의 분리 요소의 실시예의 정면 사시도 및 배면 사시도이고;
- 도 8은 도 4와 유사한 열교환 셀의 축 A-A에 평행한 종방향 단면도로서, 셀의 분리 요소의 제2 실시예를 도시하며;
- 도 9a 및 9b는 각각 본 발명에 따르는 열교환 셀의 분리 요소의 제3 실시예의 정면 사시도 및 배면 사시도이고;
- 도 10 및 11은 도 6과 유사한 열교환 셀의 축 A-A에 수직인 여러 단면도들로서, 그 각각은 본 발명에 의한 셀의 분리 요소의 바람직한 실시예를 도시하며;
- 도 12a 및 12b는 각각 본 발명에 따르는 열교환 셀의 분리요소의 추가 실시예의 정면 사시도 및 배면사시도이고;
- 도 13a 및 13b는 각각 본 발명에 따르는 열교환 셀의 분리요소의 추가 실시예의 정면 사시도 및 배면사시도이도;
- 도 14a 및 14b는 각각 본 발명에 따르는 열교환 셀의 분리요소의 추가 실시예의 정면 사시도 및 배면사시도이도;
- 도 15는 도 4와 유사한 열교환 셀의 축 A-A에 평행한 종방향 단면도로서, 셀의 분리 요소의 추가 실시예를 도시하며;
- 도 16은 제2 열전달 유체의 제1 및 제3 수집 챔버 사이의 클로징 격벽의 실시예의 확대된 일부 상세 구성요소들의 부분 단면도이고;
- 도 17은 제2 열전달 유체의 제1 및 제3 수집 챔버 사이의 클로징 격벽의 실시예의 확대된 일부 상세 구성요소들의 부분 단면도이고;
- 도 18은 본 발명에 따르는 열교환 셀의 바람직한 추가 실시예의 사시도이고;
- 도 19는 더욱 명확하게 하기 위하여 일부 상세 구성요소들이 제거된 도 18의 열교환 셀의 사시도이다.

다음의 상세한 설명에서, 도면의 도시를 위하여 동일한 도면 부호가 같은 기능을 가지는 구성 요소들을 나타내는데 사용된다. 또한, 도시를 명확하게 하기 위하여, 일부 도면 부호는 모든 도면에 반복되지 않는다.

도면들에서, 열교환 셀은 전반적으로 도면 부호 10로 나타낸다.

도 1-7에 도시된 실시예에서, 열교환 셀(10)은 예를 들어 가열될 물로 구성되는 제1 열전달 유체와, 예를 들어 첨부 도면들에서 도면 부호 20으로 개략적으로 지시되는 버너에서 나오는 연소 가스로 구성되는 제2 열전달 유체와의 사이에서 열교환이 제공되는, 소위 응축형의 기-액 열교환 셀이다.

특히, 도 1-7에 도시된 바람직한 제1 실시예에서, 열교환 셀(10)은 나선형 열교환기(13)가 장착되는 격납 케이싱(11)을 포함하여 구성된다.

바람직하게, 격납 케이싱(11)은 이러한 유형의 사용에 적합한 구조재, 예를 들어 알루미늄, 강 또는 예를 들어 폴리페닐렌 설파이드(PPS)와 같은 고성능 플라스틱 물질로 제작된다.

바람직하게, 열교환기(13)는 각각 제1 열전달 유체의 입구 연결부(13c) 및 제1 열전달 유체의 출구 연결부(13d) 에서 시작과 끝이 되는 복수의 코일에 의한 헬릭스의 종방향 축 A-A 둘레에서 코일링된 제1 열전달 유체 플로우용 관형 덕트를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 열교환기는 예를 들어 강 또는 알루미늄과 같이 열전도율이 높은 금속 물질로 만들어진다.

제1 열전달 유체의 입구 연결부(13c) 및 출구 연결부(13d)는, 열교환기 내로/로부터 제1 열전달 유체(가열될 물)의 입구 및 출구를 각각 허용하는 식으로 구성된다.

제1 열전달 유체의 입구 및 출구는 도면에 화살포 L로 지시된다.

도시된 바람직한 실시예에서, 관형 덕트는 평평한, 바람직하게 타원형, 단면를 갖는다(도 3 및 4 참조).

바람직하게, 열교환기(13)의 관형 덕트의 상기한 복수의 코일의 코일들은 평평한 횡단면을 가지며, 그 주축(major axis)은 헬릭스의 종방향 축 A-A에 수직이다.

또 하나의 바람직한 실시예(도시안됨)에서 특정 적용 요건에 부합하도록 하기 위하여, 열교환기(13)의 관형 덕트의 코일들의 평형한 횡단면의 주축은 예각, 예를 들어 헬릭스의 종방향 축 A-A에 대해 60° 내지 87° 사이의 각도를 형성할 수도 있다.

바람직하게 실질적으로 일정한 폭을 갖는 간극(13b)이, 사전결정된 바람직하게 일정한 두께를 가지는, 실질적인 반경 방향(또는 경사진 코일들의 경우에 실질적인 축-반경 방향)을 따른 제2 열전달 유체의 통로용 유체 경로를 형성하는, 관형 덕트의 2개의 연속하는 코일들의 평평한 표면들 사이에 위치한다.

이를 위하여, 셀(10)에는, 도면에 잘 보여지지 않지만, 관형 덕트의 평평한 면들 사이에서 간극(13b)을 구획하기 위하여 구성된, 적절한 스페이서 요소, 예를 들어 관형 덕트의 평평한 면으로부터 연장하는 리브 또는 상기 평평한 면들 사이에 개재된 빗-형상 스페이서 요소가 형성된다.

본 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위의 테두리 안에서, 열교환기의 덕트의 평평한 면들 사이에 구획된 간극의 "폭"은 상기 면들에 직각인 방향을 따라 측정된 상기 면들 사이의 간격을 나타내기 위하여 사용된다.

바람직하게, 나선형 열교환기(13)는 제2 열전달 유체의 공급 구역(21)을 격납 케이싱(11)에 구획하는 식으로 상기 케이싱(11) 내에 장착되며, 이 경우에 제2 열전달 유체는 버너(20)에 의해 발생된 고온 연소가스로 구성된다.

바람직하게, 제2 열전달 유체의 공급 구역(21)은 격납 케이싱(11) 내에 열교환기(13)에 대해 동축으로 내부에 구획된다.

이와 같이 하여, 공급 구역(21)로부터 나선형 열교환기(13)의 코일들 사이에 구획된 간극들(13b)을 통해 외부, 반경 방향으로(또는 경사진 코일의 경우에 실질적인 축-반경 방향으로) 가는 제2 열전달 유체의 플로우를 얻는 것과 같은, 상기한 열교환 셀(10) 내의 구조를 가질 수 있어 유리하다.

도시된 바람직한 실시예에서, 격납 케이싱(11)은 실질적으로 컵-형상이며, 주변 측벽(11c) 및 후방 벽(11d)을 구비한다.

이와 같은 바람직한 실시예의 격납 케이싱(11)은 실질적인 환형 전방 벽(22)의 전방 단부에서 밀폐식으로 폐쇄되고, 그 위에 도시되지 않은 통상적인 버너(20)의 지지판이 제거가능하게 설치되어 역시 밀폐식으로 고정된다.

바람직하게, 상기 전방 벽(22)은 주변 측벽(11c)에 고정되는 제1 환형 요소(22a) 및 제1 환형 요소(22a)에 제거가능하게 연계되는 제2 환형 요소(22b)를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 제2 환형 요소(22b)는, 예를 들어 O-링(31)에 의해, 제1 환형 요소(22a)에 그 내부 주변 가장자리에 그 자체로 공지된 방식으로 밀폐식으로 제거가능하게 고정된다.

이와 같은 셀(10)의 전방 벽(22)의 바람직한 구조에서, 케이싱(11)은 제2 환형 요소(22b)에 연계된 버너(20)의 지지 판에 의해 실질적인 밀폐식으로 폐쇄된다.

이러한 바람직한 실시예에서, 셀(10)은 제2 열전달 유체의 공급 구역(21)을 대면하는 실질적인 환형 요소(33)을 더 포함하여 구성된다. .

상기 실질적인 환형 요소(33)에는 열교환기(13)의 헬릭스의 종방향 축 A-A(이러한 바람직한 실시예에서 열교환 셀 10의 종방향 축과 일치함)와 동축인 개구(36)가 중앙에 형성된다

상기 단열 요소(33)는 고온에 있는 제2 열전달 유체의 공급 구역(21)으로부터 격납 케이싱(11)의 전방 벽(22)을 단열하여서, 상기 벽 재료를 열적으로 보호하는 것이 유리하다.

바람직하게, 단열 요소(33)는 격납 케이싱(11)의 전방 벽(22)에 형성된 각각의 하우징 시트(34)에 하우징된다.

바람직하게, 단열 요소(33)의 하우징 시트(34)는, 격납 케이싱(11)의 전방 벽의 제2 환형요소에 형성된, 헬릭스의 길이방향 축 A-A와 동축인, 개구(32)에 대해 동축으로 외부에 형성된다.

이와 같이 하여, 버너(20)가, 각각 셀(10)의 전방 벽(22)의 제2 환형 요소 및 단열 요소(33)의 중앙에 구획된 개구들(32 및 36)에 수용되어 제2 열전달 유체의 공급 구역(21)에 장착된다.

도시된 바람직한 실시예에서, 격납 케이싱(11)은 특히 실질적인 원통 형상을 가지며, 두 개의 적절한 형상의 하프-쉘(half-shell)(11a, 11b)를 포함하여 구성된다.

바람직하게 수평인, 작동 구조에 있어서, 열교환 셀(10)은, 바람직하게 격납 케이싱(11)의 측벽(11c) 상에 또는 거기에 결합된 추가 요소들에 형성된 복수의 개구(12a-12d )에 의해, 상기 셀이 장착되는 장치 또는 시스템의 부분을 형성하는 외부 구성부품(도시 안됨)과 유체 연통한다

그래서, 도시된 바람직한 실시예에서, 제1 개구(12a)는 셀(10)로부터 제2 열전달 유체의 출구를 허용하도록 구성되며, 바람직하게 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)에 외부에 결합된 제2 열전달 유체의 방출 캡(11e)에 형성된다.

후에 더 상세하게 설명하겠지만, 방출 캡(11e)은 셀의 요소 수를 적절히 줄임으로써, 그리고 그 조립 조작을 간략화함으로써 셀의 제조를 단순화하기 위하여 하프쉘(11a)과 일체로 하는 것이 바람직하다.

도 1에 도시된 열교환 셀(10)의 바람직한 실시예의 바람직한 작동 구조형태(수평)에서, 출구 개구(12a)는 수직 축을 가지며 위를 향하는 식으로 위치되는 것이 바람직하다.

제2 및 제3 개구.(12b, 12c)는 격납 케이싱(11)의 주변 벽(11c)으로부터 연장하는 각자의 슬리이브(28,29)의 자유단에 형성되는 것이 바람직하며, 케이싱(11)의 하부 하프쉘(11b)과 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

바람직하게, 열교환기(13)의 제1 열전달 유체의 입구 및 출구 연결부(13c, 13d)는 슬리이브(28,29) 내에 접합 관계(abutment relationship)로 장착되어, 셀(10)이 설치되는 가열 장치 또는 시스템(도시 안됨)의 유압 구성요소들과 연결을 위하여 도1에 도시된 바와 같이 상기 개구들(12b 및 12c)로부터 약간 돌출된다.

따라서, 개구들(12b, 12c)은 각각 제1 열전달 유체(가열될 물)의 열교환기로의 입구 및 열교환기로부터의 출구를 위에서 설명한 바와 같이 허용하는 열교환기의 입구 및 출구 연결부(13c, 13d)를 수용하도록 구성되는 것이 바람직하다.

열교환 셀(10)의 작동 구조에 있어서, 격납 케이싱의 개구(12b, 12c)는 각각 열교환기(13)의 헬릭스의 종방향 축 A-A를 따른 셀(10)의 축방향 전개에 대해 서로 상대하여 전방 및 후방에 위치하며, 셀(10)이 설치될 가열 장치 또는 시스템의 외부 구성요소들(도시 안됨)과 연결을 용이하게 하기 위하여 아래쪽으로 향한다. .

열교환 셀(10)의 도시된 바람직한 실시예에서, 상기한 셀은 응축형이기 때문에, 격납 케이싱(11)은 격납 케이싱(11)의 주변 벽(11c)로부터 연장하는 각자의 슬리이브의 자유단에 형성된 제4 개구(12d)가 형성되는 것이 또한 바람직하며, 케이싱의 하프쉘(11b)과 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

개구(11d)는 두 열전달 유체 사이에서 열교환 중에 발생된 응축액을 방출하기 위하여 구성되며, 이 응축액은 격납 케이싱(11)의 하부 파트에 수집된다.

본 발명에 따르는 열교환 셀(10)은 열교환기(13)의 반경방향 외부 벽(13a)과 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c) 사이에서 열교환기(13) 대해 외부에 구획된 제2 열전달 유체의 제1 수집 챔버(15)를 포함하여 구성된다.

이 경우에, 열교환기(13)가 나선형 관형 덕트에 의해 형성되기 때문에, 외부 벽(13a)은 불연속이며, 즉 열교환기의 연속하는 코일들 사이에 구획된 간극(13b)에 의해 축방향으로 중단되며, 관형 덕트 자체의 코일들의 반경방향 외부 면에 의해 형성된다.

상기한 제1 수집 챔버(15)는 전방 벽(20)에 의해(구체적으로 환형 요소 22a에 의해) 전방에서 분계되고, 분리 요소(14)에 의해 후방에서 분계된다.

이와 같은 바람직한 실시예에서, 분리 요소(14)는 후방에 장착되고, 열교환기(13) 측면에 축방향으로 위치하며, 후에 더 설명될 실질적인 판-형상 몸체를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다

이러한 바람직한 구조의 열교환 셀(10)에 있어서, 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)은, 실질적으로 중단(interruptions) 없이 그 전체 축방향 연장부에 대하여 제2 열전달 유체의 제1 수집 챔버(15) 및 열교환기(13) 둘러싸고 측면으로 분계한다(laterally delimits)(참조 도 4 및 5).

바람직하게, 분리 요소(14)는, 열교환기(13) 내에서 동축으로 구획된 제2 열전달 유체의 공급 구역(21) [이 바람직한 실시예에서 연소 챔버(21)라고 칭해지기도 하는 구역]을 후방에서 실질적으로 완전하게 폐쇄한다.

그래서, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버(16)는, 분리요소(14), 주변 측벽(11c) 및 격납 케이싱의 후방 측벽(11d) 사이에서, 열교환기에 대해 축방향 외부 위치에서 셀(10)에 구획된다.

기본적으로, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버(16)는, 분리 요소(14)에 의해 정면에서 분계되고, 주변 측벽(11c)에 의해 측면에서 분계되며, 격납 케이싱(11)의 후방 측벽(11d)에 의해 배면에서 분계된다.

제2 열전달 유체의 제1 수집 챔버(15)는, 제1 수집챔버(15)로부터 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)에 실질적으로 평행하게 근접한 제2 수집 챔버(16)로의 제2 열전달 유체의 플로우를 허용하도록 구성된 복수의 제1 통로(17a-17f )를 통해, 분리 요소(14)에 의해 구조적으로 분리된 제2 수집 챔버(16)와 유체 연통한다(특히, 도 6 참조).

열교환 셀(10)은, 주변 측벽(11c)의 축방향 단부(11g)와 격납 케이싱(11)의 후방 벽(11d) 사이에서 제2 수집 챔버 주변에 구획된, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버(16)의 유체 출구를 허용하는 제2 통로(35)를 더 포함하여 구성된다.

하나의 실시예에서, 분리 요소(14)는 - 바람직하게 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버(16)로부터의 유체 출구를 허용하는 제2 통로(35)가 만들어진 각 위치(angular position)에서 - 제2 수집 챔버(16)와 제1 수집 챔버(15) 사이의 유체 통로를 바람직하게 그 구역에서 폐쇄하기 위하여 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)과 분리 요소(14)의 주변 가장자리의 일부 사이에서 연장하는 클로징 격벽(14d)을 포함하여 구성될 수 있다 (특히, 도 3-5 및 도 7 참조).

이와 같이 하여, 제1 수집 챔버(15)로부터 제2 통로(35) 쪽으로 흘러 제2 수집 챔버(16)로부터의 유체 출구를 허용하는 제2 열전달 유체의 직접 바이패스 현상을 가능한 한 최대로 제한할 수 있으며, 제2 열전달 유체가 제1 수집 챔버(16)를 떠나기 전에 제2 수집 챔버의 다른 구역 쪽으로 유리하게 지향시킬 수 있는 장점이 있다.

도시된 실시예에서, 후술하는 설명에서 더 명백하게 되겠지만, 주변 측벽(11c)은, 하프-쉘(11a)에 의해 부분적으로 형성되고, 주변 측벽(11c)의 두께부에 동일평면-장착되는(flush-mounted) 분리요소(14)의 판-형상부(14c)에 의해 부분적으로 형성되며, 클로징 격벽(14d)으로부터 일체로 연장한다.

이에 따라, 상기 실시예에서, 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)의 축방향 단부(11g)는, 클로징 격벽(14d)과 판-형상 부(14c) 사이의 접합 구역(joining zone)에서 실질적으로 구획되는 주변 측벽(11c)의 후방 축방향 단부에서 구획된다.

바람직하게, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버(16)는, 제2 열전달 유체의 제3 수집 챔버(18)와 하류에서 유체연통하고, 순차적으로 상기 제3 수집 챔버는 제2 수집 챔버(16)로부터 유체 출구를 허용하는 제2 통로(35)와 유체연통하고, 제3 수집 챔버(18)의 하류에 구획된 셀(10)로부터의 제2 열전달 유체의 출구 개구(12a)와 연통하며, 이는 도 4에 도시된 바와 같다.

제2 열전달 유체의 제3 수집 챔버(18)는, 케이싱(11)의 외부 반경방향으로, 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)로부터 연장하는 캡(11e)에 구획되며, 거기에 출구 개구(12a)가 형성된다.

따라서, 이 바람직한 실시예의 셀(10)에서, 캡(11e)은 제2 수집 챔버(16)로부터 유체 출구를 허용하는 제2 통로(35)의 하류에 위치한다.

이 바람직한 실시예의 열교환 셀(10)의 구조형태의 추가 세부사항들, 구체적으로 주변 측벽(11c), 분리요소(14), 클로징 격벽(14d), 제2 및 제4 수집 챔버(16,18), 제2 플로우 통로(35)의 세부사항은 도 16에 한데 모아 설명하기로 한다.

도 1-7 및 도 16에 도시된 실시예에서, 캡(11e)은 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)의 두께부에서 형성된 내부 개구(11)(도 15에 잘 도시되어 있음)에서 만들어져, 형상 커플링(shape coupling )으로, 분리 요소(14)의 판-형상부(14c)를 받아들이도록 구성된다.

이 실시예에서, 캡(11e)은 열교환 셀(10)의 중심선 평면 축선에 있으며, 위에서 설명한 바와 같이, 바람직하게 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)과 일체로 형성된다.

도시되지 않은 대안적인 실시예에서, 캡(11e)이 적절한 고정 요소들(fastening elements)에 의해 케이싱(11)의 주변 측벽(11e)에 고정되는 별도의 요소로 구성될 수도 있다.

도 7a-7b에 도시된 분리 요소의 실시예에 있어서, 분리 요소(14)는 격납 케이싱(11)의 형상에 실질적으로 부합하는 형상을 갖을 갖는다. .

이와 같이 하여, 통로들(17a-17f)이 분리 요소(14)의 주변 가장자리와 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c) 사이에 형성되어 바람직하다(특히, 도 6 참조).

이를 위하여, 분리 요소(14)는 적어도 부분적으로 격납 케이싱(11)의 횡단면 보다 작은 횡방향 확장부를 갖는다.

도 1-7b에 도시된 실시예에서, 위에서 설명된 복수의 제1 플로우 통로에 의해 구획된 유체 플로우의 총 횡단면적은 격납 케이싱(11)의 총 내부 횡단면의 15% 내지 30% 사이이다. .

이 경우에 있어서, 본 출원인은 제1 통로(17a-17f)에 의해 구획된 제2 열전달 유체의 유체 플로우의 총 횡단면적의 상기한 특정 값을 관찰하면서 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스의 효과적인 최적화가 달성된다는 것을 실험으로 확인하였다.

이러한 유체는, 열교환기(13)를 통해 실질적인 그 전체 축방향 연장부를 따라 그리고 실질적인 그 전체 원주방향 연장부를 따라, 실질적인 반경 방향으로 또는 축-반경 방향으로 흘러서, 편중적인 유체 경로 및 열교환기(13)의 코일들의 바이패스 현상을 유의적으로 줄여준다.

특히, 본 출원인은 한 코일과 또 하나의 코일 사이에 구획된 간극에서 반경 방향으로 또는 축-반경 방향으로 열교환기(13)를 통해 흐르는, 제2 열전달 유체의 유량이 열교환기 자체의 축방향 연장부를 따라 실질적으로 일정하게 될수 있다는 것을 확인하였다.

본 출원인은 또한 이러한 유량이 열교환기(13)의 원주방향 연장부를 따라서도 실질적으로 일정하게 되어서, 제2 열전달 유체가 열교환기(13)의 원주방향 연장부를 따라 제1 수집 챔버에서 균일하게 흐르고, 이에 따라 제1 챔버에서 상기 유체가 흐르지 않는 데드존을 유의적으로 감소시키는 것을 보장한다는 것을 확인하였다.

본 출원인은 이러한 식으로 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스 및 이에 따른 상기 유체와 열교환기 사이의 열교환을 최적화하는 것에 의해, 위에서 설명한 내부 칸막이 요소들이 없는 선행기술의 제1 구조형태의 셀에 비해 본 발명 셀(10)의 열교환 효율을 증대시킬 수 있으며, 이에 의해 열교환기(13)의 크기, 특히 축방향을 따른 크기를 감소시킬 수 있으며, 그 결과로서 코스트, 재료의 소비, 열교환기(13) 및 이를 내장한 열교환 셀(10)의 크기 모두를 줄일 수 있는 장점이 있다는 것을 확인하였다.

이 실시예에서, 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 또한, 제1 통로(17a-17f)에 의해 구획된 유체 플로우의 횡단면적은 격납 케이싱(11)의 주변 측벽의 둘레를 따라 실질적으로 균일하게 분포되고, 셀(10)의 수직 중앙선 평면에 대해 실질적으로 대칭으로 분포된다.

이와 같이 하여, 원주 방향을 따른 제2 열전달 유체의 분포를 균일하게 조정할 수 있어 상기 유체의 유체 다이나믹스를 최적화할 수 있으므로 유리하다.

도 10을 참조하여 후술될, 보 발명에 의한 바람직한 실시예에서, 분리 요소(14)는 주변 측벽(11c)의 치수들을 적어도 부분적으로 보완하는 치수들을 가지며, 제2 열전달 유체의 플로우 통로들(17a-17f)은 분리 요소에 그 주변 구역에 부분적으로 만들어지며, 복수의 적당한 형상의 개구, 예를 들어 홀 또는 슬롯을 포함하여 구성된다.

상기 도면에 도시된 바람직한 실시예에서, 분리 요소(14)의 몸체는 실질적인 디스크-형상이다.

또한, 상기 분리 요소(14)는 열교환기(13)의 단부 코일의 적어도 하나의 부분(이 경우에 후방 단부)과 접촉상태이며, 상기 코일의 상기 부분과 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버(16) 사이에서 열교환을 허용하도록 구성된 열교환부를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 분리 요소(14)의 열교환부는 상기 요소의 몸체와 일체이다.

바람직하게, 상기 분리 요소(14)의 열교환부는 높은 열전도율을 가지는 물질, 바람직하게 금속, 예를 들어 알루미늄 또는 강과 같은 금속으로 만들어진다.

바람직하게, 분리요소(14)의 몸체는, 단열재로된 디스크(19)이 연소 챔버(21) [셀(10)의 제2 열전달 유체의 공급 구역] 쪽으로 대면하는 식으로, 상기 디스크가 하우징되는 하우징 시트(14a)를 중앙에 구획한다.

이 바람직한 실시예에서, 분리 요소(14)의 몸체의 평면에 대해, 하우징 시트(14a)는 격납 케이싱(11)의 후방 벽(11d)을 향해 축방향으로 연장하므로 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버(16)는 실질적인 환형 형상을 갖는 것이 바람직하다.

이 바람직한 실시예에서, 분리 요소(14)의 몸체는 상기 시트(14a)에 대해 외부 반경방향 위치에서 변부 크라운(14b)을 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 변부 크라운(14b)은, 열교환기(13)의 단부 코일의 적어도 하나의 부분과 접촉 및 열교환 관계인 분리요소(14)의 열교환부를 구성한다.

이와 같이 하여, 분리 요소(14)의 단열디스크(19)에 의해 흡수된 열의 일부를 열교환부를 구성하는 변부 크라운(14b)에, 그리고 거기서 열교환기(13)의 단부 코일로 전달할 수 있어, 셀(10)의 열교환 효율을 증대시키는 장점이 있다.

바람직하게, 변부 크라운(14b)은 적어도 부분적으로 나선형으로, 그리고 열교환기(13)의 코일들과 실질적으로 동일한 권취 피치로 전개한다.

따라서, 도시된 바람직한 실시예에서, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버(16)는 원주방향을 따라 가변적인 유체 플로우의 횡단면적을 갖는다.

이 바람직한 실시예에서, 위에서 설명한 바와 같이, 제2 수집 챔버(16)의 구조 형태는 다음과 같은 유리한 기술적 효과들을 달성하는 것을 허용한다:

-셀(10)의 열교환 효과를 더 증대시키는데 특히 효과적인 셀(10)(기본적으로 단일-코일 나선형 덕트)의 추가적인 열교환 요소의 형성, 구체적으로 분리 요소(14)의 열교환부를 형성하는 변부 크라운(14b) [열교환기(13) 내의 제1 유체의 입구 코일, 셀(10) 내에서 최소 온도를 가지는 제1 유체가 유리하게 공급되는, 입구 코일과 열교환 관계로 직접 접촉하는 변부 크라운(14b)]과 열교환에 의한 제2 열전달 유체 [이 경우에 버너(20)에 의해 발생된 연소 가스]의 응축 효과;

- 제2 수집 챔버(16)로부터 유체 출구를 허용하는 제2 통로(35)를 향한 직접 통과를 저지하는 운동을 제2 열전달 유체에 부여하여, 상기 유체에 의한 열전달 및 셀(10)의 제2 수집 챔버(16)의 응축 능력을 증대시키는 효과.

제2 수집 챔버(16)가 그 자체의 권취 피치를 가지는, 열교환기(13)에 의해 점유되는 볼륨으로 부분적으로 서로 관통하고, 그래서 이 경우에 열교환 목적으로 제2 수집 챔버에 의해 유리하게 이용되는 볼륨을 발생시키도록 구성되기 때문에, 상기한 기술적 효과들이 달성됨과 동시에 어떤 경우이든 열교환기(13)에 의해 점유되는 공간의 최적 이용이 달성되는 장점이 있다.

바람직하게, 변부 크라운(14b)의 대향 단부들은, 그 저부들에서, 변부 크라운(14b)의 대향하는 축방향으로 오프셋된 단부들 사이에 공동 또는 단턱 연결의 존재로 인해 발생되는 난류를 완화시키도록 구성된 경사진 연결 벽(14b')에 의해 연결된다.

디스크(19)의 하우징 시트(14a)는, 하우징 시트(14a)의 저부 벽(14a')에서 사전결정된 거리를 두고 디스크(19)을 유지하도록 구성된 적어도 제1 스페이서 릴리프(14i)가 바람직하게 내부에 형성된 저부 벽(14a')을 포함한다. .

디스크(19)은 예를 들어 대응하는 나사공이 형성된 하우징 시트와 협력하도록 구성된 나사와 같은, 통상의 적절한 고정 요소들(도시되지 않음)에 의해 하우징 시트(14a)에 고정된다.

하우징 시트(14a)의 저부 벽(14a')은 또한 분리요소(14)로부터 케이싱(11)의 후방 벽(11d) 쪽으로 외부 후방으로 연장하여, 케이싱(11)의 후방 벽(11d)과 시트(14)의 저부 벽(14a')의 실질적인 접촉 관계로 분리요소(14)을 유지하도록 구성된 제2 스페이서 릴리프(14j)를 포함한다.

이와 같이 하여, 제2 열전달 유체가, 셀(10)의 응축 능력을 해칠 수 있는 단열 디스크(19)에 의해 제2 열전달 유체의 가능한 가열 현상과 함께 케이싱(11)의 후방 벽(11d)과 시트(14a)의 저부 벽(14a') 사이를 실질적으로 통과하는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

디스크(19)의 하우징 시트(14a)는, 분리 요소(14) 및 케이싱(11)에 대한 열교환기(13)의 정확한 위치에서 로킹 및 자기-센터링을 보장하는 원주방향 릴리프(14g)에 의해 정면 주변으로 분계된다.

이와 같은 열교환기(13)의 정확한 위치에서의 로킹에 의해, 위에서 설명한 바와 같이, 격납 케이싱(11)의 대응하는 입구 및 출구 슬리이브(28,29)에서 인접 관계로 열교환기(13)의 두 단부에 밀폐가능하게 장착된 열교환기(13)의 입구 및 출구 연결부(13c, 13d)가 제1 열전달 유체에 의해 가해진 압력의 결과로 드러나는 것을 방지할 수 있어 유리하다.

원주방향 릴리프(14g)는, 분리 요소(14)의 몸체의 변부 크라운(14b)에 형성된 직선형부를 측면으로 분계하고, 열교환기(13)의 직선형 단부를 수용하도록 구성된 직선부(14h)로 끝난다.

도시된 이 바람직한 실시예에서, 분리 요소(14)는 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)와 인접 관계로 협력하도록 분리 요소(14)의 주변 가장자리로부터 측방향으로 연장하는 적어도 하나의 스페이서 돌출부, 바람직하게 복수의 스페이서 돌출부(14f)를 포함하여 구성된다.

유리하게, 스페이서 돌출부(14f)는 케이싱(11) 내에 결합된 열교환기(13) 및 분리 요소(14)의 정확한 장착 및 센터링을 보장한다.

스페이서 돌출부(14f)는 또한 분리 요소(14)의 주변 가장가리와 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c) 사이의 제1 플로우 통로(17a-17f)를 구획하는데 기여한다.

위에서 설명한 바와 같이, 상기 실시예에서, 내부 개구(11f)를 통해 제1 수집 챔버(15)로부터 제3 수집 챔버(18)로의 제2 열전달 유체의 직접 통과를 제한하기 위하여, 분리 요소(14)의 클로징 격벽(14d)은 내부 개구(11f)에 적어도 부분적으로 상호보완되게, 그리고 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)에 평행하는 연장하는 식으로 구성된 판-형상 부(14c)를 포함하여 구성된다.

조립된 구조 형태에서, 판-형상부(14c)는 주변 측벽(11c)의 내부 개구(11f)에 형상 커플링으로 하우징되어서, 주변 측벽(11c)의 두께부에 동일평면으로 장착되고, 제2 열전달 유체의 제1 및 제3 수집 챔버(15, 18) 사이의 직통로를 폐쇄한다.

기본적으로, 이 실시예에서, 그리고 셀(10)의 조립 구조 형태에서, 판-형상부(14c)는 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)의 일체부(integral part)를 형성한다.

하나의 실시예에서, 분리 요소(14)의 판-형상부(14c)는 상기 요소의 열교환부의 재질과 다른 재질, 예를 들어 폴리페닐렌 설파이드(PPS)와 같이 화학물질, 화염 및 수증기에 대해 내성이 있는 고성능 플라스틱 물질로 제작될 수 있다.

이 경우에 분리 요소(14)는 복합재 형태를 가지며, 당 분야의 기술자에게 알려진 기술로 공동-주조(co-molding)하여 제작할 수 있다.

도 8에 도시된 분리요소(14)의 대안적인 바람직한 실시예에서, 단열 디스크(19)의 하우징 시트(14a)의 측면 벽은 하우징 시트(14a)의 저부 벽(14a')을 향하여 테이퍼진 부위를 포함하여 구성된다. .

이와 같이 하여, 제2 수집 챔버(16)에서 흐르는 제2 열전달 유체의 압력 손실을 줄일 수 있어서, 열교환 셀(10) 내에 상기 유체를 공급하는데 필요한 공급 디바이스들(일반적으로 홴)의 동력을 줄일 수 있는 한편, 그 작동을 정확하게 할 수 있는 장점이 있다.

도 9a-9b에 도시된 분리 요소(14)의 실시예에서, 클로징 격벽(14d)은 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)에 실질적으로 평행하게 그리고 근접하게 제1 수집챔버(15)로부터 제2 수집챔버(16)로의 제2 열전달 유체의 플로우를 허용하도록 구성된 다수의 제1 통로를 구획하도록 구성된 복수의 홀(14e)이 형성된다.

구체적으로, 이러한 추가 제1 플로우 통로들(14e)는 제2 수집챔버(16)로부터 유체 출구를 허용하는 제2 통로(35)를 향한 제1 수집 챔버(15)로부터의 제2 열전달 유체의 플로우를 허용하도록 구성된다.

이와 같이 하여, 위에서 설명한 바와 같이, 제2 수집 챔버(16)를 향한 제1 수집 챔버로부터의 제2 열전달 유체의 통로의 총 횡단면적의 값을 조정하는 것과, 제2 수집 챔버(16)로부터의 유체 출구를 허용하는 제2 통로(35)를 향한 제2 열전달 유체의 이차 플로우를 지향시키는 것 모두에 의해서, 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스의 조정의 가능성을 증대시킬 수 있어 유리하다

또한, 이 경우에, 도 1-7b에 도시된 실시예에 대해서 위에서 설명한 바와 같이, 상기 복수의 제1 플로우 통로에 의해 구획된 유체 플로우의 총 횡단면적, 이 경우에 통로(17a-17f)에 의해 그리고 홀(14e)에 의해 형성된 유체 플로우의 총 횡단면적은, 격납 케이싱(11)의 총 내부 횡단면의 15% 내지 30% 사이로 되어서, 위에서 설명한 유체 다이나믹스 조정의 기술적 효과를 달성한다.

또한, 이 실시예의 셀(10)에서, 도 9a 및 9b에서 이해할 수 있는 바와 같이, 제1 통로(17a-17f 및 14e)에 의해 구획된 유체 플로우의 횡단면적은 격납 케이싱(11)의 주변 측벽의 둘레를 따라 실질적으로 균일하게, 그리고 셀(10)의 수직 중심선 평면에 대해 실질적인 대칭으로 분포되어, 제2 열전달 유체의 원주 방향을 따른 분포를 균일하게 조정하여서 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스를 최적화한다.

이 실시예의 열교환 셀(10)에서, 상기 셀이 작동 구조형태에서 수평으로 장착되고, 또한 클로징 격벽(14d)에 형성된 홀들(14e)이 제2 열전달 유체의 대류 상승으로 인한 제1 수집 챔버의 상부 구역에서 제2 열전달 유체의 축적 포켓의 형성을 저지하는 경우, 특히 유리하다.

바람직하게, 도 9a-9b에 도시된 바람직한 실시예에 예를 들어 도시된 바와 같이, .분리 요소(14)는 디스크(19)의 하우징 시트(14a)에 근접하게 위치한 복수의 실질적인 슬롯-형상 관통 슬리트(26)를 포함하여 구성된다.

유리하게, 분리 요소(14)에 슬리트(26)의 존재는, 분리요소(14)의 열교환부를 구성하는 분리 요소(14)의 몸체의 변부 크라운(14b)과 단열 디스크(19)을 하우징하는 시트(14a)와 단열 디스크(19) 사이의 부분적인 열적 디커플링으로 이어진다.

이와 같이 하여, 셀(10)의 응축 능력을 조정할 수 있고, 이 경우에 상기 응축 능력을 증대시킬 수 있으며, 분리 요소(14)의 몸체의 변부 크라운(14b)(열교환부)의 온도를 제한할 수 있어 유리하다.

본 발명에 의한 셀(10)의 하나의 실시예에서, 예를 들어 도 10 및 11에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 플로우 통로에 의해 구획된 유체 플로우의 횡단면적은, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버(16)로부터 유체 출구를 허용하는 제2 통로(35)의 거리가 증가함에 따라 셀(10)의 격납 케이싱(11)의 주변 측벽의 둘레를 따라 증가한다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 특징은, 셀(10)이 작동 구조형태에서 수평으로 장착되는 경우에 특히 유리한데, 그 이유는 복수의 제1 플로우 통로에 의해 구획된 유체 플로우의 횡단면적의 이러한 변화 형태가 제2 수집 챔버(16)으로부터 유체 출구를 허용하는 통로(35)에 근접한 제1 수집 챔버의 상부 구역에서 제2 열전달 유체의 축적 포켓의 형성을 저지하기 때문이다.

이와 같이 하여, 제1 수집 챔버(15)의 원주방향 연장부를 따른 제2 열전달 유체의 분포가 최적화되어, 상기 유체가 흐르지 않는 데드존의 존재를 유의적으로 줄일 수 있다.

하나의 바람직한 실시예에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 열전달 유체의 유체 플로우의 횡단면적의 필요한 증대가 먼저 복수의 관통홀(17a') 을 배열하고, 분리 요소(14)의 변부 크라운(14b)의 상부 구역에 그만큼 제2 유체 통로를 형성하는 것에 의해 달성된다.

바람직하게, 관통홀(17a')은 제2 수집 챔버(16)로부터 제2 유체 출구 통로(35)의 거리가 증가함에 따라 증가하는 유체 플로우의 횡단면적을 갖는다.

이차적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 열전달 유체의 유체 플로우의 횡단면적의 필요한 증대는, 분리 요소(14)의 하부 주변 가장자리와 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c) 사이에 추가 복수의 제1 유체 통로(17c, 17d)와, 분리 요소(14)의 상기한 주변 가장자리로부터 연장하는 스페이서(14f)에 관통홀(17g)을 구획하는 것에 의해 달성된다.

바람직하게 상기 유체 통로(17c, 17d)는 제2 수집 챔버(16)로부터 유체 출구를 허용하는 제2 통로(35)로부터의 거리가 증가함에 따라 증가하는 유체 플로우의 횡단면적을 갖는다.

이 바람직한 실시예의 테두리 안에서, 복수의 관통홀(17a'), 제1 플로우 통로(17c, 17d) 및 관통홀(17g)에 의해 구획된 유체 플로우의 총 횡단면적은 격납 케이싱(11)의 총 내부 횡단면의 5% 내지 20% 사이이다.

본 출원인은 이런 식으로 구획된 제2 열전달 유체의 유체 플로우의 총 횡단면적의 상기한 특정 값을 관찰함으로써, . 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스의 효과적인 최적화가 달성되는 것을 실험으로 확인하였다.

본 발명에 의한 셀(10)의 또 하나의 바람직한 실시예에서, 도 11에 도시된 바와 같이, 제2 열전달 유체의 유체 플로우의 횡단면적의 필요한 증가는, 분리 요소(14)의 주변 가장자리와 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c) 사이에 복수의 제1 유체 통로(17a, 17c, 17d 및 17f)를 구획하는 것과 분리 요소(14)의 하부 구역에서 분리 요소(14)의 상기 주변 가장자리로부터 연장하는 스페이서(14f)에 관통홀(17g)를 구획하는 것에 의해 달성된다.

바람직하게, 상기 유체 통로(17a, 17c, 17d 및 17f)는 제2 수집 챔버(16)의 유체 출구를 허용하는 제2 통로(35)로부터의 거리가 증가함에 따라 증가하는 유체 플로우의 횡단면적을 갖는다.

이 바람직한 추가 실시예에서, 유체 통로(17a, 17c, 17d 및 17f)에 의해 그리고 관통홀(17g)에 의해 구획된 유체 플로우의 총 횡단면적은 격납 케이싱(11)의 총 내부 횡단면의 5% 내지 20% 사이이다.

또한, 이 경우에, 전술한 실시예와 유사하게, 본 출원인은 이러한 식으로 구획된 제2 열전달 유체의 유체 플로우의 총 횡단면적의 상기한 특정 값을 관찰하면서, 제2 열전달 유체의 효과적인 유체 다이나믹스의 최적화가 달성된다는 것을 실험으로 확인하였다.

하나의 바람직한 실시예에서, 예를 들어 도 12a - 14b에 도시되는 바와 같이, 분리 요소(14)는 케이싱(11)의 후방 벽(11d)을 대면하는 분리 요소(14)의 후방 면으로부터 연장하는 복수의 열교환 돌출부(23)를 더 포함하여 구성된다.

보다 구체적으로, 상기 열교환 돌출부(23)는 디스크(19)의 . 하우징 시트(14a) 둘레에서 변부 크라운(14b)의 후방 면으로부터 연장한다.

도 12a - 14b에 도시된 이 바람직한 실시예에서, 상기 열교환 돌출부(23)는 펙-형상(peg-shape)으로 된다.

이와 같이 하여, 열교환 돌출부(23)는, 분리 요소(14)의 후방 벽과 격납 케이싱(11)의 후방 벽(11d) 사이에 구획된, 이 경우에 실질적으로 환형 구조형태를 가지는, 제2 수집 챔버(16)에서 연장하고, 이에 의해 제2 수집 챔버(16)에 흐르는 제2 열전달 유체와 분리 요소(14)의 열교환부 [변부 크라운(14b)] 사이에 열교환을 증대시켜 유리하다.

따라서, 이 바람직한 실시예에서, 복수의 열교환 돌출부(23)가 반경 방향에 대해 경사진 방향을 따라 연장하는 제2 열전달 유체의 적어도 하나의 채널, 더 바람직하게 복수의 통로 채널을 구획하도록 분포되어서, 장점이 있는 단열 디스크(19)의 하우징 시트(14a)를 향한 구심운동을 제2 열전달 유체의 플로우에 부여한다.

이와 같이 하여, 제2 열전달 유체의 플로우가, 실질적으로 제2 수집 챔버(16)의 전체 횡단면을 따라 분포되어 상기 챔버 내에 데드존의 존재를 최대한 제한하므로 유리하다.

도시되지 않은, 대안적인 바람직한 실시예에서, 상기 돌출부(23)는 휜-형상으로 될 수도 있다.

도 12a-12b에 도시된 바람직한 실시예에서, 분리 요소(14)는 도 10의 것과 유사하고, 열교환 돌출부(23)가 분리 요소(14)의 임의의 다른 실시예에서 마찬가지로 예상할 수 있는 것이므로 단지 비한정적인 예일 뿐이다.

또 하나의 바람직한 실시예에서, 비한정적인 예를 들어 도 13a-13b 및 14a-14b에 나타낸 바와 같이, 분리 요소(14)의 변부 크라운(14b)의 후방 면의 적어도 하나의 부분은 열교환 돌출부(23)를 생략되어 있으며, 이 경우에도 바람직한 것은 펙-형상이다. 상기한 부분에서, 열교환 돌출부(23)는 파선으로 도시되어 있다.

이 바람직한 추가 실시예에서, 열교환 돌출부(23)는 서로 정렬되어 실질적인 반경 방향을 따라 연장하는 줄을 형성한다.

또한, 이 바람직한 실시예에서, 상기 복수의 열교환 돌출부(23)는, 상기 열교환 돌출부(23)가 배치되는 제2 수집 챔버(16)의 중심을 향해 제2 열전달 유체를 지향시키기 위하여 실질적인 반경 방향을 따라 연장하는 제2 열전달 유체의 플로우를 위한 적어도 하나의 채널, 바람직하게 복수의 체널(25)를 구획하는 식으로 분포된다.

이 경우에도, 도 13a-13b에 예시된 전수할 바람직한 실시예와 마찬가지로, 단열 디스크(19)의 하우징 시트(14a)를 향항 구심 운동을 제2 열전달 유체의 플로우에 부여할 수 있어, 제2 열전달 유체의 플로우가 실질적으로 제2 수집 챔버(16)의 전체 횡단면을 따라 분포되는 것을 보장하고, 이에 의해 상기 챔버 내에 데드존의 존재를 최대한 제한하는 이점이 있다.

도 14a-14b에 도시된 분리 요소(14)의 바람직한 실시예에서, 분리 요소(14)는 변부 크라운(14b)의 후방 면으로부터 연장하는 열교환 돌출부(23), 실질적인 반경 방향을 따라 연장하는 제2 열전달 유체의 통로 채널(25), 및 디스크(19)의 하우징 시트(14a) 둘레이 위치된 실질적인 슬롯-형상의 복수의 관통 슬리트(26)를 포함하여 구성된다.

이와 같은 바람직한 구조 형태의 분리 요소(14)는, 슬리트(26)가 디스크(19)의 하우징 시트(14a)와 변부 크라운(14b) 사이에 부분적인 열적 디커플링을 유도한다는 점에서 특히 유리하다. 여기서 변부 크라운(14b)은 중앙 하우징 시트(14a)에 하우징된 디스크(19) 보다 훨씬 차가운, 열교환기(13)의 제1 입구 코일과 접촉상태로 되어 있다.

이와 같은 부분적인 열적 디커플링에 의해, 도 9a-9b에 예시된 바람직한 실시예에서 전술한 것과 마찬가지로, 분리 요소(14)의 변부 크라운(14b) 및 거기서 연장하는 열교환 돌출부(23)가 작동중에 훨씬 더 차갑게 되어, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버(16)에서 응축을 용이하게 한다.

도 13a-13b에 도시된 분리 요소(14)의 실시예에서, 클로징 격벽(14d)은, 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)과 상기 적어도 하나의 분리 요소(14)의 주변 가장자리의 일부 사이에서 연장하는 분리 요소(14)의 디스크-형상 몸체의 일부 만을 포함한다.

따라서, 이 실시예에서, 판-형상부(14c)는 예상되지 않는다.

따라서, 도 13a-13b에 예시된 실시예에 따르는 분리 요소(14)는, 주변 측벽(11c)의 두께부에 내부 개구(11f)가 존재하지 않는, 케이싱(11) 내에서 사용을 위하여 구성된다.

도 14a-14b에 도시된 바람직한 실시예에서, 분리 요소(14)는, 분리 요소(14)의 주변 가장자리로부터 연장하는, 그리고 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)을 향한 반경 방향을 따른 그리고 임의선택적으로 케이싱(11)의 후방 벽(11d)을 향한 축방향을 따른 전개부를 가지는, 복수의 방향전환 휜(24)을 더 포함한다.

유리하게, 상기 휜(24)은, 열교환 돌출부(23)가 연장하는 환형 구역을 실질적으로 바이패스하는 제2 수집 챔버(16)로부터의 제2 열전달 유체의 유체 출구를 허용하는 제2 통로(35)에 제2 열전달 유체가 도달하도록 유도하는, 제2 열전달 유체의 순전히 지엽적인 플로우( purely peripheral flow)를 저지하는, 제2 수집 챔버(16) 내에서 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스를 조정하는 것을 허용한다.

도 15의 바람직한 실시예에서, 제2 수집 챔버(16)는, 분리 요소(14), 주변 측벽(11c) 및 격납 케이싱(11)의 전방 벽(22) 사이에서 열교환기(13)에 대해 축방향 외부 위치에 구획된다.

이 바람직한 실시예에서, 열교환 셀(10)은, 복열 장치로서, 즉 별도의 열교환 셀에서 나온 고온 가스, 예를 들어 연소가스가 보유한 열을 회수할 수 있는 장치로서 바람직하게 사용된다.

이 바람직한 실시예의 열교환 셀(10)은, 필수 요소들에 있어서, 다른 도면들을 참조하여 설명된 전술한 실시예들과 실질적으로 같다.

또한 이 바람직한 실시예에서, 상기 실질적인 환형 단열 요소(33)는 격납 케이싱(11)의 전방 벽(22)에 형성된 각자의 하우징 시트(34)에 하우징되어, 열교환 셀(10)의 축방향 크기의 최대한의 축소를 달성할 수 있다.

따라서, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버(16)는 상기 실질적인 환형 단열 요소(33)에 대해 동축으로 외부에 상기 셀(10)의 전방 구역에 바람직하게 구획되어, 상기 단열 요소(33)의 축방향 크기의 일부를 적절하게 이용한다.

이 바람직한 실시예의 셀(10)은, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버(16)의 효과적인 단열의 추가적인 유리한 기술적 효과를 달성하는 것을 허용한다. 그 결과, 제2 수집 챔버(16)와 열교환기(13)의 전방 단부 코일에서 각각 흐르는 제2 및 제1 열전달 유체 사이에서 열교환이 향상되고, 필요로 하는 경우, 제2 수집 챔버(16).의 응축 능력이 향상된다.

이 바람직한 실시예의 테두리 안에서, 분리 요소(14)는 실질적인 링-형상 몸체를 포함하여 구성되는 한편, 열교환기(13)의 전방 단부 코일의 적어도 하나의 부위와 접촉하고 있는 분리 요소의 열교환부(14b)는 상기한 실질적인 링-형상 몸체에 의해 실질적으로 구성된다.

이와 같이 하여, 제2 수집 챔버(16)에서 흐르는 제2 열전달 유체와 열교환기(13)의 전방 단부 코일에서 흐르는 제1 열전달 유체 사이의 열교환을 최대로 할 수 있어 유리하다.

바람직하게, 상기 분리 요소(14)의 실질적인 링-형상 몸체는, 간극을 남김이 없이 그리고 단열 요소들의 개재없이, 최저 온도를 가지는 제1 열전달 유체가 유리하게 공급되는 열교환기(13)의 전방 단부 코일과 직접 접촉관계이다.

이 바람직한 구조 형태는, 위에서 설명한 것과 마찬가지로, 분리 요소(14)의 전방 면을 터치하는 제2 열전달 유체와 열교환기(13) 사이에서 열교환을 증대시키는 것, 특히 열교환기의 전방 단부 코일과의 열교환을 증대시키는 것을 허용하여, 필요로 하는 경우, 열교환 셀(10).의 응축 잠열 회수 능력을 증대시킨다.

바람직하게, 전방 분리 요소(14)의 상기 실질적인 링-형상 몸체는, 상기 실질적인 환형 단열 요소(33)에 대해 반경 방향 외부이다.

이 경우에도, 상기 실질적인 환형 단열 요소(33)에 의해 흡수된 열의 일부를 상기 실질적인 링-형상 분리 요소(14)로 전달할 수 있고, 거기서 열교환기(13)의 전방 단부 코일로 전달할 수 있어, 셀(10)의 열교환 효율을 증대시키는 장점이 있다.

바람직하게, 상기 전방 분리 요소(14)의 실질적인 링-형상 몸체는 열교환기(13)의 코일과 실질적으로 동일한 권취 피치로 나선형으로 연장한다.

따라서, 이 바람직한 실시예에서도, 셀(10)의 전방 구역에 구획된 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버(16)는, 바람직하게 원주방향을 따라 가변적인 유체 플로우의 횡단면적을 가져서, 이 특징과 관련하여 위에서 설명한 유리한 기술적 효과들을 달성한다.

도 16에서 볼 수 있는 바와 같이, 이 실시예의 셀(10)에서, 분리 요소(14)는 - 바람직하게 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버(16)로부터 유체 출구를 허용하는 제2 통로(35)가 만들어진 각 위치에서 -제1 수집 챔버(15)와 제2 수집 챔버(16) 사이의 유체 통로를 바람직하게 그 구역에서 폐쇄하기 위하여 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)과 분리 요소(14)의 주변 가장자리의 일부 사이에서 연장하는 클로징 격벽(14d)을 포함하여 구성된다.

이와 같이 하여, 제1 수집 챔버(15)로부터 제2 수집 챔버(16)로부터 유체 출구를 허용하는 제2 통로(35)를 향해 흐르는 제2 열전달 유체의 직접 바이패스 현상을 가능한 한 제한할 수 있고, 제2 수집 챔버(16)를 떠나기 전에 제2 수집 챔버(16)의 다른 구역들을 향해 상기 유체를 지향시킬 수 있어 유리하다.

이 경우에도, 앞서 설명한 바람직한 실시예들과 마찬가지로, 주변 측벽(11c)은, 하프-쉘(11a)에 의해 부분적으로, 그리고 주변 측벽(11c)의 두께부와 동일 평면에 장착되고 클로징 격벽(14d)으로부터 일체로 연장하는 분리 요소(14)의 판-형상부(14c)에 의해 부분적으로 형성된다.

따라서, 이 바람직한 실시예에서, 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)의 축방향 단부(11g)는, 클로징 격벽(14d)과 판-형상부(14c) 사이의 접합 구역에서 실질적으로 구획된, 주변 측벽(11c)의 전방 축방향 단부에서 구획된다.

제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버(16)가 셀(10)의 후방 구역에 구획되는 전술한 바람직한 실시예들과는 다르게, 셀(10)은 격납 케이싱(11)의 측벽(11c)에 대해 외부에 적용된 캡과 제3 유체통로가 없을 수도 있다.

따라서, 이 경우에 개구(12a)는 격납 케이싱(11)의 측벽(11c)로부터 연장하며, 바람직하게 하프-쉘(11a)과 일체로 형성되는 실질적인 관형 요소(11h)의 자유단에서 구획된다.

제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버(16)가 셀(10)의 후방 구역에 구획되는 전술한 바람직한 실시예들과 다르게, 제2 열전달 유체의 공급구역(21) 쪽으로 대면하는 후방 단열 디스크(19)는 격납 케이싱(11)의 후방 벽(11d)에 구획된 각자의 하우징 시트(37)에 하우징되며, 이 경우에 상기 후방 벽(11d)은 적절한 형상으로 된다.

제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버(16)가 셀(10)의 전방 구역에 구획되는 이 바람직한 실시예에서도, 후방에 위치한 제2 수집 챔버(16)가 제공된 변형예에 관하여 앞서 설명한 바람직한 구조형태들을 취할 수 있으며, 상기 바람직한 구조형태들을 -필요한 경우- 분리 요소(14)의 링-형상 구조형태에 대해 취할 수 있다.

도 17에 도시된 열교환 셀(10)의 실시예에서, 주변 측벽(11c)은 그 두께부에 내부 개구(11f)를 갖지 않는다. 따라서 이 경우에도 셀(10)로부터의 제2 열전달 유체의 출구 개구(12a)가 제공된 캡(11e)이 주변 측벽(11c)에 대해 측방향으로 외부에 구획된다.

이 실시예에서, 클로징 격벽(14d)은, 주변 측벽(11c)을 분리 요소(14)의 변부 크라운(14b)과 연결하고 그리고 제1 수집 챔버(15)와 제2 수집 챔버(16) 사이에 적어도 국부적으로 유체연통을 페쇄하는 식으로, 분리 요소(14)에서 주변 측벽(11c)으로부터 연장한다.

도 18 및 19에 도시된 열교환 셀(10)의 바람직한 실시예에서, 캡(11e)은 열교환 셀(10)의 중심선 평면에 대해 오프셋된다.

이 바람직한 실시예에서, 클로징 격벽(14d) 및 판-형상부(14c)는, 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)의 두께부에 형성된 내부 개구(11f)를, 형상 커플링에 의해, 폐쇄하고, 그리고 제1 수집 챔버(15)로부터 제2 수집 챔버(16)로부터의 유체 출구를 허용하는 제2 통로(35)를 향한 제2 열전달 유체의 직접 통과를 제한하기 위하여, 그 축을 따라 캡(11e)이 제공된 실시예들보다 더 큰 원주방향 연장을 갖는다.

이하, 위에서 설명한 셀(10)에 의해 수행될 수 있는 본 발명에 따르는 열교환 방법의 실시예를 도 1-7을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

본 방법의 초기 단계에서, 제2 열전달 유체는, 예를 들어 공급 구역(연소 챔버 21)에 위치한 버너(20)에 의한 연소가스의 발생에 의해, 상기 공급 구역(21)으로 공급된다.

후속 단계에서, 제2 열전달 유체(연소가스)는, 열교환기(13)의 코일들을 통해, 열교환기(13)의 연속하는 두 코일 사이에 형성된 간극(13b)을 통과하는 실질적인 반경 방향 [또는 상기 코일들이 열교환기(13)의 종방향 축 A-A에 대해 경사진 경우 축-반경 방향]을 따라 흘러서, 열교환기(13)에 대해 외부에 구획된 제1 수집 챔버(15)에 수집된다.

이러한 흐름 중에, 제2 열전달 유체로부터, 열교환기(13) 내측에서, 바람직하게 연소가스의 흐름 방향에 대해 역류(countercurrent )로, 순환하는 제1 열전달 유체로, 일차 실질적인 열 전달이 발생한다.

후속 단계에서, 제1 수집 챔버(15)에 수집된 제2 열전달 유체는, 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)과 실질적으로 평행하게 근접한 패스(path)를 따라, 열교환기(13)에 대해 후방에 구획된 제2 수집 챔버(16)로 공급된다.

도 1-7에 예시된 바람직한 실시예의 셀(10)에 의해 수행될 수도 있는 본 발명 방법의 하나의 바람직한 실시예에서, 연소 가스(제2 열전달 유체)의 공급 단계는, 분리 요소(14)의 주변 가장자리와 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c) 사이에 형성된 통로(17a-17f)에 의해 수행된다.

이를 위하여, 위에서 이미 설명한 바와 같이, 분리 요소(14)는, 케이싱(11)의 횡단면과 실질적으로 부합하도록 한 형상으로 되며, 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)의 적어도 일부를 따라 주변에 통로(17a-17f)를 구획하도록 상기한 횡단면 보다 작은 치수를 적어도 부분적으로 갖는다.

본 발명 방법의 실시예에서, 제1 수집 챔버(15)로부터 제2 수집 챔버(16)로 제2 열전달 유체의 직접 통과를, 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)과 분리 요소(14) 사이에서 연장하는 클로징 격벽(14d)에 의해 제한하도록 상상된다.

이와 같이 하여, 제1 수집 챔버(15)에서 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스의 더 나은 제어 및 전반적인 열교환의 최적화를 포함하는, 위에서 설명한 유리한 기술적 효과들이 달성된다.

도 9a 및 9b의 변형예에 따르는 구조형태로 된 분리 요소(14)가 제공된 셀(10)에 의해 수행될 수도 있는, 하나의 실시예에서, 본 발명의 방법은 제1 수집 챔버(15)로부터 제2 수집 챔버(16)로 부터의 유체 출구를 허용하는 제2 통로(35) 쪽으로 제2 열전달 유체의 일부(2차 플로우)를 공급하는 단계를 유리하게 포함하여 구성될 수 있다.

하나의 바람직한 실시예에서 본 발명의 방법은, 분리 요소(14)의 주변 가장자리와 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c) 사이에, 그리고/또는 상기한 분리 요소(14)의 주변 구역에, 형성된 제1 통로(17a, 17a', 17b-17g 및 14e)의 유체 플로우의 총 횡단면적을 조정하는 것에 의해, 제2 수집 챔버(16) 쪽으로 공급되는 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스를 조정하는 단계를 유리하게 포함하여 구성될 수 있다.

도 6의 변형예에 따르는 구조형태를 갖는 분리 요소(14)가 제공된 셀(10)에 의해 수행될 수도 있는, 하나의 실시예에서, 상기 조정 단계는, 상기 주변 측벽(11c)의 둘레를 따라 제2 수집 챔버(16) 쪽으로 공급되는 제2 열전달 유체의 유량을 균일하게 분배하는 것을 포함하여 구성된다.

도 10 및 11의 변형예에 따르는 구조형태를 갖는 분리 요소(14)가 제공된 셀(10)에 의해 수행될 수도 있는, 본 발명에 의한 바람직한 실시예에서, 상기 조정 단계는, 제2 수집 챔버(16)로부터 유체 출구를 허용하는 제2 통로(35)로부터의 거리가 증가함에 따라 제2 열전달 유체의 유량을 증가시키기 위하여, 제2 수집 챔버(16) 쪽으로 공급되는 제2 열전달 유체의 플로우를 주변 측벽(11c)의 둘레를 따라 분배하는 것을 포함하여 구성된다.

상기한 바람직한 실시예들은, 위에서 셀(10)의 상세한 설명에서 나타낸 유리한 기술적 효과들을 달성한다.

본 발명 방법의 추가 단계에서, 제2 수집 챔버(16)에서 흐르는 제2 열전달 유체와 열교환기(13)의 단부 코일 내에서 흐르는 제1 열전달 유체 사이의 열교환을, 도 16의 변형예에서 분리 요소(14)의 변부 크라운(14b)(제2 후방 챔버 16)에 의해 또는 분리 요소(14) 자체의 환형 몸체(제2 전방 수집 챔버)에 의해 구성될 수도 있는, 분리 요소(14)의 열교환부에 의해 수행하는 것이 예상된다.

본 발명 방법의 하나의 추가 단계에서, 최종적으로, 주변 측벽(11c)의 축방향 단부(11g)와 격납 케이싱(11)의 후방 벽(11d) 또는 전방 벽(22) 사이에서 주변에 구획된 유체 출구를 허용하는 제2 통로(35)에 의해, 열교환 셀(10)의 종방향 축에 실질저으로 직각인 방향을 따라 제2 수집 챔버(16)로부터 제2 열전달 유체를 방출하는 것이 상상된다.

본 발명의 방법의 하나의 바람직한 실시예에서, 열교환 셀(10)의 특정 적용 요건들에 따라, 케이싱(11)의 후방 벽(11d)을 대면하는 분리 요소(14)의 열교환부의 후방 면으로부터 연장하는, 또는 케이싱(11)의 전방 벽(22) 쪽으로 대면하는 분리 요소(14)의 열교환부의 전방 면으로부터 연장하는, 열교환 돌출부(23) 쪽으로 제2 열전달 유체를 운반하는 것이 상상되며, 이에 의하면 증가된 열교환 및 -필요한 경우- 셀(10)의 보다 큰 응축 능력을 얻는다.

본 발명의 방법의 하나의 바람직한 실시예에서, 바람직하게 위에서 설명한 통로 채멀(25)에 의한, 제2 수집 챔버(16)의 중심부를 향한 구심 운동으로, 반경 방향에 대해 경사진 방향을 따라, 그리고/또는 실질적인 반경 방향을 따라 제2 열전달 유체를 운반하는 것이 상상된다.

본 발명 방법의 또 하나의 바람직한 실시예에서, 분리 요소(14)의 주변 가장자리로부터 연장하는, 그리고 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)을 향해 반경 방향을 따르는, 가능한한 케이싱(11)의 후방 벽(11d) 또는 전방 벽(22)을 향해 축방향을 따르는 전개부를 가지는, 위에서 언급한 방향전환 휜(24)에 의해 제2 열전달 유체의 플로우를 방향전환하는 것이 상상된다.

하나의 바람직한 실시예에서, 본 발명의 방법은, 최종적으로, 제2 수집 챔버(16)로부터, 제2 챔버(16)로부터의 유체 출구를 허용하는 제2 통로(35)와 유체연통하고 그리고 셀(10)로부터의 제2 열전달 유체의 출구 개구(12a)와 유체연통하는 제3 수집 챔버(18)로 제2 열전달 유체를 공급하는 또 하나의 단계를 포함하여 구성된다.

본 발명에서 목적하는 열교환 셀 및 열교환 방법의 특징들 뿐만 아니라 이에 관한 장점들은 위의 설명으로부터 명백하다.

위에서 설명된 실시예들의 추가적인 변형들이 본 발명의 가르침에서 벗어남이 없이 가능하다.

따라서, 본 발명의 열교환 셀 및 열교환 방법에서 다양한 변화들 및 변형들이 도출될 수도 있고, 이들 모두는 본 발명의 범위내에 속하는 것이며, 또한 모든 세부 사항들은 기술적으로 등가인 요소들로 대체될 수 있음이 명백하다. 사실상, 사용되는 재료들뿐만 아니라 치수들은 기술적 요구 사항에 따라 무엇이든 될 수 있는 것이다.

Claims (10)

1. - 후방 벽(11d), 전방 벽(22) 및 주변 측벽(11c)를 포함하여 구성되는 격납 케이싱(11);
   - 복수의 코일에 의한 헬릭스의 종방향 축 둘레에 코일링된 제1 열전달 유체의 플로우를 위한 적어도 하나의 관형 덕트를 포함하여 구성되며, 상기 격납 케이싱에 장착되는, 나선형 열교환기(13);
   - 상기 케이싱(11)에 상기 열교환기(13)에 대해 동축으로 내부에 구획되는, 상기 제1 열전달 유체와 열교환하기 위한 제2 열전달 유체의 공급 구역;
   - 상기 열교환기(13)의 반경방향 외부 벽과 상기 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c) 사이에 상기 열교환기(13)에 대해 외부에 구획된 제2 열전달 유체의 제1 수집 챔버(15); 및
   - 상기 열교환기(13)에 대해 축방향 외부 위치에 장착되는 적어도 하나의 분리 요소(14)에 의해 적어도 부분적으로 분계된, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버(16);를 포함하여 구성되고,
   상기 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)은, 그 전체 축방향 연장부를 따라 제2 열전달 유체의 제1 수집 챔버(15)와 상기 열교환기(13)를 둘러싸고 측방향으로 분계하고;
   상기 제2 수집 챔버(16)는, 상기 적어도 하나의 분리 요소(14), 상기 주변 측벽(11c), 및 상기 격납 케이싱(11)의 후방 벽(11d) 또는 전방 벽(22) 사이에 상기 열교환기(13)에 대해 축방향 외부 위치에 구획되고; 상기 적어도 하나의 분리 요소(14)는 제1 수집 챔버로부터 그리고 제2 열전달 유체의 공급 구역으로부터 상기 제2 수집 챔버(16)를 구조적으로 분리하도록 구성되어, 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)에 평행하게 인접한 방향을 따라 상기 제2 수집 챔버(16) 쪽으로 셀(10)의 상기 격납 케이싱(11) 내의 제2 열전달 유체의 주변 플로우를 허용하고,
   제2 열전달 유체의 상기 제1 수집챔버(15) 및 제2 수집 챔버(16)는, 상기 적어도 하나의 분리 요소(14)의 주변 가장자리와 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c) 사이에, 또는 상기 적어도 하나의 분리 요소(14)의 주변 영역에, 또는 이들 모두에 형성된 적어도 하나의 제1 통로(17a, 17a', 17b-17g; 14e)에 의해 서로 유체 연통하고, 상기 적어도 하나의 제1 통로(17a, 17a', 17b-17g; 14e)는 상기 주변 측벽(11c)에 평행하게 근접한 상기 제2 수집 챔버(16)로 제2 열전달 유체의 플로우를 허용하도록 구성되고,
   상기 분리 요소(14)는 상기 열교환기(13)의 단부 코일의 적어도 하나의 부위와 접촉관계이며, 상기 열교환기(13)의 상기 적어도 하나의 코일 부분과 상기 제2 수집 챔버(16) 사이에서 열교환을 허용하도록 구성된 열교환부를 포함하여 구성되고;
   상기 열교환 셀(10)은, 상기 제2 수집 챔버(16)로부터 유체 출구를 허용하며, 상기 주변 측벽(11c)의 축방향 단부(11g)와 상기 격납 케이싱(11)의 후방 벽(11d) 또는 전방 벽(22) 사이에서 상기 제2 수집 챔버(16)에 주변에 구획되는, 적어도 하나의 제2 통로(35)를 더 포함하여 구성되고, 그리고
   상기 분리 요소(14)는, 상기 적어도 하나의 제1 통로(17a, 17a', 17b-17g; 14e)에 구획되는 유체 플로우의 단면적을, 상기 제2 수집 챔버(16)로부터 유체 출구를 허용하는 상기 적어도 하나의 제2 통로(35)로부터의 거리가 증가함에 따라 상기 주변 측벽(11c)의 둘레를 따라 증가시키는 것에 의해 조정하도록 구성되는,
   열교환 셀(10).
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 적어도 하나의 분리 요소(14)의 주변 가장자리와 상기 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c) 사이에, 또는 상기 적어도 하나의 분리 요소(14)의 주변 구역에, 또는 이들 모두에 형성된 복수의 제1 통로(17a, 17a', 17b-17g)를 포함하여 구성되는 열교환 셀(10).
3. 청구항 1 또는 제2항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 또는 상기 복수의 제1 통로(17a, 17a', 17b-17g; 14e)에 의해 구획된 유체 플로우의 총 횡단면적이, 상기 격납 케이싱(11)의 총 내부 횡단면의 5% 내지 30% 사이인, 열교환 셀(10).
4. 청구항 1 또는 제2항에 있어서,
   상기 분리 요소(14)가 판-형상 또는 링-형상 몸체를 포함하여 구성되는, 열교환 셀(10).
5. 청구항 1 또는 제2항에 있어서,
   상기 분리 요소(14)가, 상기 분리 요소(14)의 주변 가장자리로부터 측방향으로 연장하며 상기 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)과 인접 관계로 협력하는 적어도 하나의 스페이서 돌출부(14f)를 포함하는, 열교환 셀(10).
6. 청구항 1 또는 제2항에 있어서,
   상기 분리 요소(14)가 상기 분리 요소(14)의 주변 가장자리로부터 연장하는 복수의 방향전환 휜(24)을 포함하여 구성되고, 상기 방향전환 휜(24)이 상기 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)을 향한 반경 방향을 따르는, 상기 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)을 향한 반경 방향과 케이싱(11)의 후방 벽(11d) 또는 전방 벽(22)을 향한 축방향을 따르는 전개부(development)를 가지는, 열교환 셀(10).
7. 열교환 셀(10)내의 제1 열전달 유체와 제2 전달 유체의 열교환 방법으로서,
   - 후방 벽(11d), 전방 벽(22) 및 주변 측벽(11c)를 포함하여 구성되는 격납 케이싱(11);
   - 복수의 코일에 의한 헬릭스의 종방향 축 둘레에 코일링된 제2 열전달 유체의 플로우를 위한 적어도 하나의 관형 덕트를 포함하여 구성되며, 상기 격납 케이싱에 장착되는, 나선형 열교환기(13);
   - 상기 케이싱(11)에 상기 열교환기(13)에 대해 동축으로 내부에 구획되는, 제1 열전달 유체와 열교환하기 위한 제2 열전달 유체의 공급 구역;
   - 상기 열교환기(13)의 반경방향 외부 벽과 상기 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c) 사이에서 상기 열교환기(13)에 대해 외부에 구획된 제2 열전달 유체의 제1 수집 챔버(15); 및
   - 상기 열교환기(13)에 대해 축방향 외부 위치에 장착되는 적어도 하나의 분리 요소(14)에 의해 적어도 부분적으로 분계된, 제2 열전달 유체의 제2 수집 챔버(16); 를 포함하여 구성되며,
   상기 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)은, 그 전체 축방향 연장부를 따라 제2 열전달 유체의 상기 제1 수집 챔버(15)와 상기 열교환기(13)를 둘러싸고 측방향으로 분계하고;
   제2 열전달 유체의 상기 제1 수집 챔버(15) 및 제2 수집 챔버(16)는, 상기 적어도 하나의 분리 요소(14)에 의해 서로 분리되어, 상기 적어도 하나의 분리 요소(14), 상기 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c) 및 후방 벽(11d) 또는 전방 벽(22) 사이에 상기 제2 수집 챔버를 구획하고;
   상기 분리 요소(14)는, 상기 열교환기(13)의 단부 코일의 적어도 하나의 부위와 접촉관계이며, 상기 열교환기(13)의 상기 적어도 하나의 코일 부분과 상기 제2 수집 챔버(16) 내에 흐르는 제2 열전달 유체 사이에서 열교환을 허용하도록 구성된 열교환부를 포함하여 구성되고;
   - 상기 공급 구역에 제2 열전달 유체를 공급하는 단계;
   - 상기 제1 수집 챔버(15)에 제2 열전달 유체를 수집하는 단계;
   - 상기 적어도 하나의 분리 요소(14)의 주변 가장자리와 상기 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c) 사이에, 또는 상기 적어도 하나의 분리 요소(14)의 주변 구역에, 또는 이들 모두에 형성된 적어도 하나의 제1 통로(17a, 17a', 17b-17g; 14e)에 의해, 상기 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)에 평행하게 그리고 이에 근접하게, 제2 열전달 유체를 상기 제1 수집 챔버(15)로부터 상기 제2 수집 챔버(16)로 공급하는 단계;
   - 상기 적어도 하나의 분리 요소(14)의 주변 가장자리와 상기 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)의 사이에 또는 상기 적어도 하나의 분리 요소(14)의 주변 영역에, 또는 이들 모두에 형성된 상기 적어도 하나의 제1 통로(17a, 17a', 17b-17g; 14e)의 유체 플로우의 총 단면적을 조정하여, 또는 상기 제2 수집 챔버(16)로부터의 유체 출구를 허용하는 상기 적어도 하나의 제2 통로(35)로부터의 거리가 증가함에 따라 제2 열전달 유체의 유량을 증가시키기 위하여, 상기 제2 수집 챔버(16) 쪽으로 공급되는 제2 열전달 유체의 플로우를 상기 주변 측벽(11c)의 둘레를 따라 분배하는 것에 의해, 상기 제2 수집 챔버(16) 쪽으로 공급되는 제2 열전달 유체의 유체 다이나믹스를, 조정하는 단계;
   - 상기 분리 요소(14)의 상기 열교환부에 의해, 상기 제2 수집 챔버(16)에 흐르는 제2 열전달 유체와 상기 열교환기(13)의 단부 코일에 흐르는 제1 열전달 유체 간에 열교환을 수행하는 단계; 및
   - 상기 주변 측벽(11c)의 축방향 단부(11g)와 상기 격납 케이싱(11)의 후방 벽(11d) 또는 전방 벽(22) 사이에서 상기 제2 수집 챔버(16)에 주변에 구획된 유체 출구를 허용하는 적어도 하나의 제2 통로(35)에 의해, 상기 열교환 셀(10)의 종방향 축에 직각인 방향을 따라 상기 제2 수집 챔버(16)로부터 제2 열전달 유체를 방출하는 단계;
   를 포함하여 구성되는, 열교환 방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 분리 요소(14)의 상기 주변 가장자리로부터 연장하는 복수의 방향전환 휜(24)에 의해 상기 제2 열전달 유체의 플로우를 방향전환하는 단계를 더 포함하여 구성되며, 상기 방향전환 휜(24)이 상기 격납 케이싱(11)의 주변 측벽(11c)을 향한 반경 방향을 따르는, 상기 격납 케이싱(11)의 후방 벽(11d) 또는 전방 벽(22)을 향한 축방향을 따르는 전개부를 가지는, 열교환 방법.
9. 청구항 1 또는 2에 의한 열교환 셀을 포함하여 구성되는, 가열 장치.
10. 청구항 1 또는 2에 의한 열교환 셀을 포함하여 구성되는, 공조 장치.

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