KR20050050639A - 이중 튜브 번들을 갖는 응축 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가열된 유체가 흐르는 한 쌍의 튜브 번들(21, 31)을 구비하는 열교환기에 관한 것으로, 하나의 주 번들(21)이 원통형 버너(40)를 에워싸고, 다른 보보 번들(31)이 주 번들에서 배출하는 연소 가스에 포함된 수증기를 응축하고, 번들을 형성하는 튜브가 편평한 단면과 나선형을 갖고, 코일 사이에 연소가스가 주 번들(21)에 대해서 내부에서 외부로 보조 번들(31)에 대해서 그 역순으로 흐르고, 두 번들은 동일한 본체(1) 내부에 배열된다. 상기 열교환기는 보조 번들의 축방향 치수(l₂)가 주 번들의 축방향 치수(l₁)보다 대략 작고, 배출 트렁킹(trunking)(7)에 이용가능한 공간이 상기 보조 번들(31)의 단부에 설치되어 있다. 본 발명은 또한, 고효율, 공간 절약의 경량화된 가스 또는 오일연소 보일러, 특히 가정용 보일러에 관한 것이다.

Description

이중 튜브 번들을 갖는 응축 열교환기{CONDENSATION HEAT EXCHANGER WITH DOUBLE BUNDLE OF TUBES}

본 열교환기는 특히 중앙 가열 회로를 제공하고/제공하거나 위생용 물을 공급하기 위한, 가정용 가스 보일러의 설치에 관한 것이다.

본 발명의 대상의 열교환기는, 보다 정확하게 가스버너에 의해 생성된 고온 가스에 직접적으로 노출되는 주 열교환기(primary exchanger)와, 이 주 열교환기에서 이격되고, 비교적 저온의 가스에 노출되는 보조 열교환기(secondary exchanger)로 구성되는 이중 열교환기이다.

물, 또는 가열되는 다른 특정의 유체는, 연기에 역류하여 이중 열교환기에서 순환하고, 정확히 말하면, 먼저 예열을 행하는 보조 열교환기를 통과한 후, 가열을 행하는 주 열교환기로 통과함으로써, 이중 열교환기를 순환한다.

버너로부터 직접적으로 유출하는 연소가스는 1000℃ 정도의 고온이다.

주 열교환기를 통과한 후, 그 온도는 일반적으로 100 내지 180℃의 범위이다.

이들 고온가스는 보조 열교환기의 벽과 접촉시 응축할 수 있는 증기로서 60℃ 정도의 이슬점 이하에 있는 특정량의 물을 포함한다.

이 응축은 보조 열교환기에서 순환하는 물에 추가적인 열량을 제공하고, 이들 열량은 증발의 잠열(latent heat)에 대응한다.

이 형태의 이중 열교환기는, 예컨대 문헌 EP 0 078 207에 개시되고, 장치의 수율(yield)을 실질적으로 개선시킬 수 있다.

문헌 WO 94/16272에는 냉각유체, 예컨대 가열되는 물이 순환하도록 열적으로 양호한 전도물질의 튜브로 구성되는 열교환기요소가 개시되어 있다.

이 튜브는 나선(helix)으로 감겨져 있고 나선 축에 대략 수직한 주축에 관해 편평한 계란형 단면을 가지며, 튜브의 각 선회부(turn)는 일정 높이의 간극(interstice)으로 인접한 선회부의 면에서 이격된 평면을 갖고, 이 높이는 상기 단면의 두께보다 실질적으로 작고, 두 인접한 선회부 사이의 간격은, 또한 튜브의 벽에 형성된 보스로 구성되는 크로스부재에 의해 그 크기가 정해진다.

또한 상기 문헌은 전술한 각종 요소를 갖는 열교환기를 기술하고, 이들 요소는 각종 기술한 실시형태에서 각종 방법으로 형성되어 있다.

이와 같이 설계된 열교환기요소는, 관형상요소에 인접 통과하는 고온 가스와 내부를 순환하는 가열 유체 사이에 상당히 큰 열교환을 확보한다.

실제로, 선회부 사이의 간극을 통과하는 동안, 고온가스의 흐름은 열교환기부재의 벽의 비교적 연장된 표면과 접촉한다.

본 발명의 목적은 특히, 필요시 참고될 수 있는 국제특허공개 WO 94/16272로부터 알려진 것과 같은 열교환요소가 편평 튜브의 번들(bundle)로 이루어지는 전술한 일반적인 형태의 응축 열교환기를 제안하는 데에 있다.

본 발명의 목적에 근접한 종래기술은 상기 문헌의 도 22에 도시한 실시형태에 대응한다.

대상의 장치는, (1)로 지시한 주 튜브와, (1')로 지시한 보조 튜브로 이루어진 두 개의 튜브의 평행한 번들로 구성되어 있다.

이들 두 번들은 평행한 축선에 의해 서로에 인접 배치되고, 엔벨로프(envelope) (8)(문헌에서 "본체" 라 함) 내에 고정 장착되어 있다.

고온가스는 외부장치(9)에 의해 공급되고 덕트(90)와 커프(80, cuff)를 통해 주 열교환기(1)의 중앙부를 관통한다(화살표 J₀). 고온가스는 주 열교환기를 반경방향으로 내부에서 외부로(화살표 J₁) 통과한 후, 보조 열교환기를 항상 반경방향으로 통과하지만, 이 때에는 외부에서 내부로(화살표 J₂) 통과한다.

최종적으로, 냉각된 가스는 커프(81)에 의해 이중 열교환기를 떠나간다(화살표 J₃).

본 발명의 목적은 컴팩트성(compactness)을 증대하기 위해, WO 94/16272의 도 22에 매우 개략적으로 도시한 장치를 개선하는 데에 있다.

실제로, 이런 종류의 장치의 설치자가 흔히 경험하는 제약은 장치를 수납할 수 있는 공간에 관한 것이며, 흔히 공간은 감소되고 있다.

본 발명의 다른 목적은 또한 운반, 위치 결정, 및 적소 설치 작업을 설치자가 보다 편리하게 할 수 있기 위해서, 비교적 경량의 장치를 제안하는 데에 있다.

본 발명은, 보조 열교환기에서 회수될 수 있는 에너지가 주 열교환기에 의해 얻어지는 에너지보다 항상 작다는 발명자의 관찰로부터 도출한다.

이 관찰로부터 시작하여, 튜브 번들의 길이에 비례하는 보조 열교환기의 열교환면이 주 열교환기의 열교환면에 대해서 감소될 수 있도록 추론될 수 있다.

이런 식으로, 보조 번들의 축방향 치수가 감소되는 경우, 이용가능한 공간은 그 어느 하나의 단부에 형성되며, 연소된, 냉각 가스의 배출 커프를 설치함에 이용할 수 있다.

커프가 장치의 체적 내에 설치된 국제출원 WO 94/16272의 도 22의 공지된 실시형태와 대조적으로, 축방향으로 이러한 커프의 체적은 장치의 체적 내에 적절하게 추가되지 못한다.

또한, 보조 열교환기의 튜브 길이가 감소되는 경우 이 장치는, 물론 인용장치와 같은, 동일 길이의 주 코일과 보조 코일을 갖는 장치보다 가볍다.

최종적으로, 항상 컴팩트성을 개선하는 목적을 위해, 본 발명에 따라, 주 번들 내에 장착된 원통형 버너를 이용한다.

이런 식으로, 버너의 축방향 치수는 또한 엔벨로프의 축방향 치수 내에 내접(inscribe)한다.

도 1은 도 2의 수직 기준면 I-I를 통해 절단하는, 본 발명의 제1 실시형태의 개략적인 정면도이다.

도 2는 도 1의 장치의 좌측에서 본 개략도이다.

도 3 및 도 4는 보다 작은 척도로 도 1 및 도 2 각각의 간략도로서, 이들 도면은 동작, 특히 가스의 경로를 도시한다.

도 5 내지 도 8은 도 1 내지 도 4에 각각 유사하고, 본 발명에 따른 열교환기의 제2 가능한 실시형태를 도시한다.

도 9 및 도 10은 각각 측면과 단면에서 투시한 장치의 변형예를 도시하는 다이어그램이다.

본 발명의 목적은 결과적으로 서로 인접 배치되고 엔벨로프 내에 가스 투과가능하게 고정 장착된 두 개의 평행한 튜브 번들로 구성되는 가스 또는 연료오일버너에 연관된 응축 열교환기로서, 이들 두 개의 번들은 서로 인접 배치되고 가스 투과가능한 엔벨로프 내에 고정 장착되며, "전달(transfer)" 콜렉터를 통해 서로 연통하고, 가열되는 유체, 특히 냉수를, 먼저 상기 보조 번들을 구성하는 튜브 내에, 그 다음 상기 전달 콜렉터를 통해, - 상기 주 번들을 구성하는 튜브의 내측으로 - 순환시키는 전달 콜렉터 수단이 설치되고, 상기 엔벨로프는 서로에 대해 인접 이격하면서 두 튜브 번들을 에워싸고, 이 엔벨로프는 상기 보조 번들의 근처에 위치한 연소가스용 배출 커프를 가지며, 버너에 의해 생성된 고온가스가 반경방향, 또는 대략 반경방향으로 통과하여, 그 선회를 분리하는 간극을 통과하고, 주 번들을 먼저 통과하고 상기 보조 번들을 통과하며, 상기 커프를 통해 열교환기에서 배출되도록 형성된 응축 열교환기에 관한 것이다.

본 발명에 따르면,

- 상기 버너는, 그 직경이 주 번들의 직경보다 대략 작고, 주 버너 내부에 동축방향으로 장착되고, 그 길이의 전체에 걸쳐, 또는 실제로 전체에 걸쳐 축방향으로 연장하는 원통형 버너이고,

- 상기 보조 번들의 축방향 치수가 상기 주 번들의 축방향 치수보다 대략 작으므로, 이용가능한 공간은 보다 짧은 보조 번들의 연장선상에서, 주 번들의 단부를 향해 형성되고,

- 이 이용가능한 공간은 보조 번들의 내부 공간과 연통하는 엔클로저(enclosure)에 의해 점유되고,

- 상기 커프는 연통하기 위해서 상기 엔클로저의 벽에 연결되며, 보조 번들의 축에 관해서 횡방향으로 지향되므로, 축방향의 체적은 엔클로저의 체적 내에 수용된다.

또한, 본 발명의 소정 수의 가능한 추가 특징에 따르면,

- 각 번들을 구성하는 튜브 각각이 직선형 단부를 갖고 이들 두 단부의 축이 번들에 의해 형성된 나선에 접하는 공통평면에 위치되고, 개구가 열교환기의 각 측면에서 열교환기의 외측을 향해 선회되며, 주 번들의 단부가 보조 번들에 인접 위치되며, 그 반대도 가능하고, 상기 단부는 엔벨로프의 벽을 통해 고정되고 기밀하게 통과하는 원통형 개구를 갖고, 엔벨로프의 일측에, 가열되는 액체에 대한 공급배관과 가열된 유체에 대한 배출배관에 연결될 수 있는, "입구-출구"라 불리우는 벽으로 둘러싸인 콜렉터로 관통하고, 엔벨로프의 타측에, 상기 전달 콜렉터로 관통하고,

- 상기 엔벨로프는 한편으론 일정한 단면의 얇은 벽으로 에워싸인 튜브 길이와, 이 단면의 대략 타원 외형이 측방향 직선형 세그먼트에 의해 연결된 반원형의 두 단부로 구성되고, 다른 한편으론 한 쌍의 밀폐판 또는 "측면(facade)"을 구비하고, 이들 외형이 상기 단면에 대응하고 상기 튜브 길이의 축에 수직하게 연장하며, 각각은 두 개구 중 하나의 개구를 차단하고, 상기 튜브 길이의 반원부는 상기 번들 중 하나를 (절반 선회에 대해) 동축방향으로 부분적으로 에워싸고,

- 상기 "전방 측면" 중 하나는, 분리될 수 있으면서 상기 버너를 지지하는 도어를 수용할 수 있는 개구를 갖고,

- 상기 도어는 또한, 버너에 연소가능한 가스혼합물을 공급할 수 있도록, 그 외측에, 팬 또는 간단한 커프를 지지하고,

- 각각의 두 측면에는 상기 주 번들의 내부 공간을 향하는 열적으로 절연하는 디스크가 설치되고,

- 두 번들은 동일 직경을 갖고,

- 두 번들은 수평방향으로 평행한 축을 갖고,

- 두 번들은 서로에 대해 위에 배치되고, 그 축은 동일한 수직 평면에 위치되고,

- 보조 번들은 주 번들 위에 배치되고, 두 번들 사이에 끼워넣은 경사진 홈통과 같은 수단은 보조 번들에 형성할 수 있는 응축물이 주 번들 또는 버너에 낙하하는 것을 방지하고,

- 두 번들은 옆으로 배치되고, 그 축은 동일한 수평면에 놓여지고,

- 상기 배출 커프의 축은 두 번들의 축을 포함하는 평면에 구성되고,

- 상기 배출 커프의 축은 두 번들의 축을 포함하는 평면에 수직하고,

- 상기 엔클로저의 벽은 보조 번들과 동축방향인 원통형 튜브 길이이고, 그 하나의 단부 가장자리는 열교환기의 엔벨로프에 대해서 고정되고, 그 타단의 단부 가장자리에는 보조 번들에 대향 지지되는 환형 플랜지가 설치되고, 또한 원통형상의 상기 배출 커프는 그 축에 수직한 상기 튜브 길이에 연결하고,

- 엔벨로프는 보조 번들에 형성할 수 있는 응축물을 수집하고 배출할 수 있는 출구 연결이 설치된 경사진 저부를 갖는다.

본 발명의 다른 특징과 장점은 가능한 실시형태, 간단히 제한하지 않는 실시예를 나타내는 상세한 설명과 첨부 도면으로부터 명백해진다.

도 1 내지 도 4에 도시한 장치는, 예컨대 스테인레스강 시이트(sheet)의 박판 벽으로 이루어진 중공본체, 또는 엔벨로프(envelope)(1)를 포함한다.

도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 측면에서 볼 때, 본체(1)는 타원형상을 갖고, 그 외형은 두 개의 측방 직선형(latent rectilinear) 세그먼트로 연결되는 상하 반원부로 형성되어 있다.

엔벨로프는 상기 타원형의 튜브(14)의 길이로 구성되고, 상하 반원부는 도 2에서 참조번호(142, 143)로 지시하는 반면, 평면 측부는 참조번호(140, 141)로 지시하고, 이러한 길이의 튜브는 도 1에서 참조번호(15a, 15b)로 지시된 동일한 외형의 커버 또는 "측면(facade)" 에 의해 각 양단에서 폐쇄되어 있다.

본 명세서의 나머지에서, "전방 측면"은 도 1의 좌측의 측면(15a)을 지시하며, "후방 측면"은 대향 측면(15b)을 지시한다.

두 측면(15a, 15b)은 임의의 적절한 공지수단, 예컨대 용접에 의해 중앙 관형상부(14)에 기밀하게 고정되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 엔벨로프의 저부(16)는 출구 개구(17)의 방향으로 경사져 있고, 그 기능에 관해서 이후에 기술한다.

이 엔벨로프(1) 내에는 인용된 국제출원에 기술한 종류의 편평 튜브의 두 번들이 장착되고, 이들 번들 각각은 주 열교환기(20)와 보조 열교환기(30)의 열교환요소를 구성한다.

주 번들은 참조번호(21)로 지시하고, 보조 번들은 참조번호(31)로 지시된다.

각각의 이들 두 번들은 주 열교환기(20)에 대한 수평축(X₁X^' ₁)과 보조 열교환기(30)에 대한 수평축(X₂X^' ₂)을 갖는 병치된, 동축 관형상 요소의 세트로 구성된다.

이들 두 수평 축은 도 2에서 V로 지시한 동일한 수직면에 위치하고, 보조 번들(31)은 주 번들(21) 위에 수직방향으로 위치한다.

번들(21, 31)의 내부 공간은 각각 참조번호(2, 3)로 지시되어 있다.

가스 또는 연료오일버너(40)는 주 열교환기(20)에 연관되어 있다. 관형상 원통형 버너는 연소가능한 가스 혼합물, 예컨대 공기 + 부탄 또는 공기 + 연료오일의 통과를 허용하는 전체 길이에 걸쳐 반경방향으로 지향된 다수의 작은 구멍을 갖고, 관형상 벽의 외측면은 연소면을 구성한다.

도시한 실시예에서, 연소가능한 가스 혼합물은 또한 장치의 일부를 형성하는 공지된 형태의 팬에 의해 장치로 도입된다.

그럼에도 불구하고, 이 팬 대신에 (공지된 형태의) 별도수단에 의해 혼합물 공급 슬리브를 대신하는 것은 본 발명의 범위에서 이탈하지 않는다. 따라서 팬은 주 열교환기의 축(X₁X^' ₁)에서 오프세트(offset)된다

버너(40)의 직경은 번들(21) 내에 축(X₁X^' ₁)을 따라 동축방향으로 장착된 번들의 직경보다 실질적으로 작다.

전방 측면(15a)은 이 축(X₁X^' ₁)에 중앙 정렬된 s 원형 개구(150)를 갖고, 버너가 엔벨로프 내부로 도입되고 적소에 위치되도록 한다.

장착판(41)은 팬(4)의 출구에 설치되어, 조립체가 전방 측면에 대해, 예컨대 나사(도시생략)에 의해 고정되도록 한다.

이 구성은 특히 열교환기의 유지 보수를 위해 청소하기 위해서, 버너의 용이한 분해를 허용한다.

공간(2)을 향하는, 각각의 측면(15a, 15b)은 예컨대 세라믹제 물질의 절연 디스크(5, 6)와 내부적으로 정렬되어 있다.

이들 요소는 이 높이에서 엔벨로프(1)의 벽을 연소에 의해 발생된 강한 열로부터 보호하는 기능을 갖는다.

디스크(5, 6)는 적절한 임의의 공지수단에 의해 벽(15a, 15b) 내에 고정된다.

디스크(5)는 물론 개구(150)와 유사한 개구에 의해, 버너가 관통할 수 있도록 그 중앙부가 관통되어 있다.

디스크(6)가 후벽(15b)에 직접적으로 적용되지 않는다는 것을 주목할 것이다(도 1 참조). 반대로, 스페이서(61)에 의해 후벽으로부터의 소정 거리를 유지한다.

번들(31)은 번들(21)을 구성하는 것과 동일하게, 소정 수의 나선형(helical) 관형상요소로 구성되어 있다.

암시적으로, 각 요소는 네 번 선회로 감겨진 편평한, 타원형 단면의 튜브로 구성되어 있다. 코일 형성은 185 mm의 내경과, 235 mm의 외경으로 이루어지고, 튜브의 편평한 단면의 두께는 7.2 mm이며, 두 개의 선회부를 분리하는 간극은 0.8mm이다.

따라서 각 요소는 32 mm의 축방향 치수를 갖는다.

도시한 실시예에서, 주 번들(21)은 열 개 요소의 병치로 구성되어 있다.

본 발명의 주요 특징에 따르면, 보조 번들(31)을 구성하는 요소의 수는 보다 작다. 도시한 실시예에서 (10 대신) 6이다.

번들(21)의 길이(l₁)는 320 mm(32 x 10)이고, 번들(31)의 길이(l₂)는 단지 192 mm (32 x 6)이고, 또는 128 mm의 차이가 있다.

도 1 내지 도 4의 실시형태에서, 보조 번들(31)은 전방 측면(15a)에 대해 그 하나의 단부에 의해 적용된다.

길이 차(l₁-l₂) 때문에, 번들(31)의 타단과 후방 측면(15b) 사이에 자유 공간이 형성된다.

이 공간에서, 축(X₂X'₂)에 정렬되는 원통형 슬리브(9)로 구성되고, 그 하나의 단부 가장자리에 예컨대 용접으로 후방 측면(15b)에 고정되는 엔클로저(enclosure)가 장착되어 있다. 그 타단은 축(X₂X'₂)에 수직으로 연장하는 환형 평면 플랜지(90)를 갖는다.

이 플랜지는 보조 번들(31)의 타단에 지지부로 작용한다. 장치는 연소된, 냉각 가스의 배출용 커프(7)를 구비한다.

원통형 관형상 슬리브는 또한 중앙 정렬되고, 수직방향 축(ZZ')을 가지며, 고정되고 내부가 연통되도록 슬리브(9)에 연결되어 있다.

커프(7)는 연소가스와 연기의 배출배관, 예컨대 굴뚝배관(도시생략)에 연결되도록 한다.

도시한 실시형태에서, 주 번들(21)과 보조 번들(31) 각각을 구성하는 요소는 병렬로 연결되어 있다.

그러나, 각 번들에 대해 일부 또는 전부의 요소를 연속하여 장착하는 것은 본 발명의 범위에서 이탈하지 않는다.

각 요소의 단부는 인용된 국제출원의 도 1 및 도 24에 도시한 바와 같이 형성되고 지향된다.

코일의 각 단부는 개구부가 원통형인 튜브부이고, 이 개구를 편평한 단면의 튜브의 나머지로의 이행은 점진적으로 발생한다("휘슬(whistle)" 로 형성된다).

(외향으로 지향된) 이들 두 단부의 축은 나선형 코일에 접하는 동일 평면에 위치되고 있다.

이 평면은 여기서 수평이다.

주(하부) 번들을 구성하는 요소의 단부(210, 211)는 상부를 향해 위치되는 반면, 보조(상부) 번들(31)의 단부(310, 311)는 저부를 향해 위치되고 있다.

이 헤드에서 꼬리 배치(head to tail disposition)는, 하나의 번들의 입구 개구가 다른 번들의 출구 개구에 인접하고, 또한 그 반대로 배열되어 있다.

각 권취 관형상부재는 엔벨로프의 수직방향 평면 측벽(140, 141)에 형성된 적절한 원형구멍에 하나의 원통형 개구부의 맞물림으로 엔벨로프 내에 유지되고 있다.

적절한 시일링수단이 이 영역에 설치된다.

엔벨로프 내의 각 요소가 잘 유지되고 중앙 정렬될 수 있도록 추가부재(도시생략)를 설치하는 것이 바람직할 수 있다.

코일을 구성하는 각각의 평탄 튜브가 보다 넓은 면 중 하나의 면에, 국제출원 WO 94/16272에 기술된 배열에 따라, 2 선회부를 분리하는 간극의 치수를 정확하게 설정할 의도로, 스페이서로 작용하는 (평탄 벽에 스탬프된(stamped)) 일련의 보스를 갖는 것을 주의해야 한다.

번들(21, 31)에 대응하는 보스는 참조번호(212, 312)로 각각 지시된다.

열교환기를 구성하는 각각의 코일의 단부는, 코일의 단부를 수용하는 개구를 완전하게 에워싸기 위해서, 엔벨로프(1)의 벽에 대해, 보다 정확하게는 평면부(140, 141)에 대해 외부로 고정된 콜렉터(collector)로 개방한다.

면(140)에 대해 참조번호(100)의 "입구 및 출구"로 언급된 콜렉터가 고정되는 반면, 대향면(141)에 대해 "전달"로 언급된 콜렉터(11)가 고정되어 있다.

두 경우, 이것들은 일반적인 직사각 평행사변형의 길다란 하우징이며, 필요한 개구를 갖는다. 엔벨로프(1)에 예컨대 도 2의 참조번호(101)의 나사, 또는 용접에 의해 직접적으로 고정되어 있다. 시일링은 물론 이 영역에 제공되어 있다.

콜렉터(100)는 수평방향 벽(13)에 의해 내부적으로 분할된다.

벽(13) 위에 위치된 콜렉터(100) 부분은 가열되는 차가운 물의 공급배관에 연결되는 연결파이프(12)를 갖고, 또한 이 부분은 보조 번들(31)의 입구단의 조립체에 연결되어 있다.

역으로, 벽(13) 아래에 위치한 공간에 대응하는 콜렉터(100)의 하부는 뜨거운 물 출구 배관에 연결되는 파이프(10)를 갖고, 이 부분은 주 번들(21)을 구성하는 요소의 출구단의 조립체에 연결되어 있다.

대향하는 전달 콜렉터(11)는 벽을 갖지 않는다. 보조 번들(31)의 출구단과 주 번들(21)의 입구단 사이의 연결을 확보한다.

엔벨로프 내 두 열교환기 사이에 전방 측면(15a)에 고정된 홈통(trough, 8)이 장착되어 있다. 상향으로 오목부를 갖는 약간 절곡되며, 후방 아래로 경사진 플레이트이다(도 1 참조).

도 8에 도시한 바와 같이, 이 홈통(8)은 엔벨로프의 중앙영역만을 점유하지만, 후술하는 바와 같이, 측면에서 연소가스의 통과를 방해하지 않는다.

플레이트(8)의 자유 후단은 절연 디스크(6)를 후벽(15b)과 분리하는 전술한 공간 위로 돌출하는 보다 경사진 립(80)에 의해 하방으로 절곡되어 있다(도 1 참조).

장치를 장착하기 위해서, 엔벨로프(1)의 관형상부(14)는, 수직평면(V)에 대응하는 접합면을 따라, 예컨대 용접에 의해 서로 조립될 수 있는 두 개의 절반 동체(half shell)로 구성되어 있다.

이것은, 이전에 서로에 대해 적절하게 위치된 두 개의 번들에 두 절반 동체를 고정시킬 수 있도록 한다.

최종 조립 이전에, 절연 환형 디스크(5)와 홈통(8)은 전방 측면(15a)의 내면에 고정되어 있다. 절연 디스크(6) 뿐만 아니라 (미리 고정되는) 커프(7)를 갖는 슬리브(9)는 다른 측면(15b)의 내면에 고정되어 있다.

상부에서, 엔벨로프의 관형상부(14)를 구성하는 두 절반 동체는 접촉시 이 커프(7)를 에워싸는 반원형 개구를 갖고, 측면(15b)은 이미 적절하게 위치 결정되어 있다. 그후, 측면(15a)이 적소에 위치한 후, 엔벨로프(14)의 높이에서 커프(7)의 원주 주위를 포함하여, 이 영역에서의 시일링을 위해, 조립체의 용접이 실행된다.

최종적으로, 물론 버너에는 연소면에 인접 위치하는 적절한 점화장치, 예컨대 전극이 설치된다. 관련된 공지장치는 불필요한 부담을 회피하기 위해 도면에 도시하지 않았다.

이 장치의 동작은 도 3 및 도 4를 참조로 설명한다.

작동하는 팬(4)은 연소가능한 가스 혼합물을 관형상 버너(40)의 내부로 이르게 한다. 이 혼합물은 벽을 통과하는 작은 개구를 통해 버너의 벽으로부터 유출한다. 버너 점화시, 연소가 발생하고 버너의 전체면에 걸쳐 화염(F)이 발생한다.

동시에, 가열되는 물이 순환된다. 차가운 물, 도 4의 EF는 파이프(12)에 의해 장치에 도달하고, 콜렉터(100)의 상부로 확산하며, 상부 번들(31)의 입구단의 조립체로 관통한다. 출구단에 의해 상부 번들을 떠나서 콜렉터(11)로 유입하고, 화살표 T로 지시한 방향으로 횡단하여 하부 번들(21)의 입구단으로 확산하고 내부를 순환한다. 최종적으로, 가열된 물이 이 번들의 출구단의 조립체에 의해 떠나고, 콜렉터(100)의 하부에 도달하며, 화살표 EC로 지시한 바와 같이, 파이프(10)에 의해 떠난다.

화염(F)에 의해 공간(2)에 발생된 연소 가스는 주 번들(21)의 외측을 향해 흐르게 된다. 평탄 튜브를 분리하는 간극을 통해 반경방향으로 통과하여, 높은 열교환을 유발하므로 보조 열교환기(31)를 통과하는 동안 내부를 통과하여 (이후 도시하는 바와 같이) 미리 가열된 물을 강하게 가열한다.

주 번들을 떠날 때, 이 열교환에 의해 연소가스는 상당히 냉각된다. 그럼에도 불구하고 장치로 유입하는 물의 온도(대기온도)보다 명백하게 높은 온도이다.

암시적으로, 그 온도는 100 내지 150℃의 범위이다.

이들 고온가스는 엔벨로프의 내벽을 따라 상방으로 흐른다. 홈통(8)의 측면을 통과하며, 보조 번들(31)을 통과하고, 외부에서 내부로 편평한 튜브의 선회부를 통과한다. 이 통과 동안, 차갑거나 미지근한 물이 통과하는 보조 번들의 벽이 연소생성물의 이슬점보다 낮은 온도이기 때문에, 연소가스에 존재하는 증기의 적어도 부분 응축이 발생한다. 연소가스와 보조 번들을 순환하는 물 사이의 온도차에 의한 열량의 통상 전달 뿐만 아니라, 발열현상변화, 응축현상과 연관된 증발의 잠열의 전달로부터 발생하는 열량의 추가적인 전달이 관찰된다.

보조 번들을 순환하는 물의 예열은 주 번들에 도달하기 이전에 이런 식으로 얻어진다.

현저하게 냉각된 연소가스는 보조 열교환기 내부의 공간(3)에 위치되고, 엔클로저(9)를 통해 배출배관(7)으로 탈출한다.

보조 번들(31)의 튜브로부터 이탈하는 액체 응축물은 중력에 의해 홈통(8)으로 낙하하므로 버너의 동작을 간섭하지 않는다. 홈통의 경사가 주어지므로, 후단을 향해 지향되고, 하방으로 절곡된 립(80)을 향하고, 절연판(6)을 지나서 경사진 저부를 따라 엔벨로프의 경사진 저부(16)로 낙하하여, 적절한 배출덕트(도시생략)에 연결되는 응축 배출 개구(17)에 도달한다.

도 5 내지 도 7에 도시한 제2 실시형태는 이전에 기술한 것과 완전하게 유사하다. 이 때문에 동일 참조번호는 유사하거나 동일한 요소를 지시하는데 사용한다.

하기 두 예외를 제외하고, 제1 실시형태와 동일한 구성임을 알 것이다.

첫번째, 장치는 수직이 아니라 일반적으로 수평 배치를 갖는다. 실제로, 두 번들은 상하가 아니라 나란하게 배치되며, 그 축(X₁X'₁)과 축(X₂X'₂ )은 동일 수평면(H)에 위치한다.

도시한 실시예에서, 전달 콜렉터(11)는 상부에 배치되는 반면, 입구-출구 콜렉터(100)는 하방으로 선회한다(도 6 참조).

이와는 반대의 위치도 역시 가능하다.

연소가스에 대한 배출 커프는 상방으로 지향한다.

두번째로, 이 커프(7)의 (수직방향) 축(YY')은 두 번들의 축을 포함하는 평면에 수직한다(이 평면에 더 이상 포함하지 않음).

이 실시형태에서, 보조 번들이 측방향으로 오프세트하고 주 번들과 버너 바로 아래에 더 이상 위치하지 않기 때문에, 응축용 수집 홈통을 이용하는 것이 유용하지 않다. 엔벨로프(16)의 저부가 경사지며, 응축물은 저부에 직접적으로 낙하여, 배출 연결(17)을 통해 이탈한다.

도 7 및 도 8은 장치에서의 가스의 순환을 도시한다. 보조 번들에 도달하기 위해 주 번들을 떠나는 연소가스의 흐름이 엔벨로프 내에 더 이상 수직방향이 아니라, 수평방향으로 변위되는 점을 제외하고, 제1 실시형태와 유사하다.

기술된 각각의 두 실시형태에서, 두 번들을 구성하는 관형상요소는 동일하다. 이는 필수적이지 않고, 코일은 특히 그 직경이 상이할 수 있다.

또한, 슬리브(9)와 커프(7)를 수용하는 자유공간은 보조 번들과 후방 측면 사이에 위치된다.

이 배치는 도 9 및 도 10의 변형예에 도시한 바와 같이 필수적이지 않다.

도면에서, 동일하지 않은 요소지만 유사한 요소에 프라임 표시를 부가하면서, 이전 실시형태와 같이 동일 참조번호가 사용된다.

이런 식으로, 이들 도면에서, 주 번들(21')의 직경이 보조 번들(31')의 직경보다 크다는 것을 볼 수 있다.

두 번들을 에워싸는 엔벨로프의 형상은 여기서 변형되었다. 측면(140', 141')은 더 이상 평행하지 않지만, 약간 상향으로 수렴하기 위해서 경사져 있다.

엔클로저(9') 및 커프(7')는 전방 측면(15'a)과 보조 번들(31') 사이에 개재된다.

도 9 및 도 10의 변형예와 첫번째 두 실시형태의 다음과 같은 상호간의 혼합 배치를 제공하는 것은 물론 본 발명의 범위를 이탈하지 않는다.

- (엔클로저와 커프를 변위하지 않고) 제1 또는 제2 실시형태에, 다른 직경의 주 번들과 보조 번들의 장치에 설치하거나,

- 또는 (두 번들에 동일한 직경을 유지하면서) 커프를 도 10의 배치와 유사한 배치로 변위하는 구성으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 수율에 관해 매우 효율적이면서, 매우 소형 경량이다.

물을 가열하는 가정용에 현저하게 적합하지만, 다른 분야의 적용, 특히 각종 액체를 가열하기 위해 산업용으로 사용할 수 있다.

Claims (15)

1. 가스 또는 연료오일버너(40)와 관련된 응축 열교환기로서, "주 번들(primary bundle)"(21)과 "보조 번들(secondary bundle)"(31)의 두 개의 평행한 튜브 번들로 구성되고, 이들 두 개의 번들 각각이 단부 대 단부(end to end)로 배치되어 나선형 코일을 형성하는 튜브, 또는 튜브의 그룹을 구성하고, 튜브(들)의 벽은 양호한 열전도체로 이루어지고 나선의 축에 수직하거나, 또는 대략 수직한 주축과 편평한 타원형 단면을 갖고, 두 인접한 선회부를 분리하는 간극(interstice)의 폭이 일정하고 상기 단면의 두께보다 현저하게 작으며, 이들 두 개의 번들은 서로 인접 배치되고 가스 투과가능한 엔벨로프(1) 내에 고정되게 장착되며, "전달(transfer)" 콜렉터(11)를 통해 서로 연통하고, 가열되는 유체, 특히 액체 물을, 먼저 상기 보조 번들(31)을 구성하는 튜브 내에서, 다음에 상기 전달 콜렉터(11)를 통해, - 상기 주 번들(21)을 구성하는 튜브의 내측으로 - 순환시키는 전달 콜렉터 수단이 설치되고, 상기 엔벨로프(1)는 서로에 대해 인접 이격하면서 두 튜브 번들을 에워싸고, 이 엔벨로프(1)는 상기 보조 번들(31)의 근처에 위치한 연소가스용 배출 커프(7, cuff)를 갖고, 상기 열교환기는 버너(40)에 의해 생성된 고온가스가 반경방향, 또는 대략 반경방향으로 통과하여, 그 선회를 분리하는 간극을 통과하고, 주 번들(21)을 먼저 통과하고 그 다음 상기 보조 번들(31)을 통과하며, 상기 커프(7)를 통해 열교환기에서 배출되도록 형성된 응축 열교환기에 있어서,

   - 상기 버너(40)는, 그 직경이 주 번들(21)의 직경보다 대략 작고, 주 버너 내부에 동축방향으로 장착되고, 그 길이의 전체에 걸쳐, 또는 실제로 전체에 걸쳐 축방향으로 연장하는 원통형 버너이고,

   - 상기 보조 번들(31)의 축방향 치수(l₂)가 상기 주 번들(21)의 축방향 치수(l₁)보다 대략 작으므로, 이용가능한 공간은 보다 짧은 보조 번들의 연장선상에서, 주 번들의 단부를 향해 형성되고,

   - 이 이용가능한 공간은 보조 번들의 내부 공간(3)과 연통하는 엔클로저(enclosure)(9)에 의해 점유되고,

   - 상기 커프(7)는 연통하기 위해서 상기 엔클로저(9)의 벽에 연결되며, 보조 번들(31)의 축(X₂X'₂)에 관해서 횡방향으로 지향되므로, 축방향의 체적은 엔클로저(9)의 체적 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 제1항에 있어서, 각 번들(21,31)을 구성하는 튜브 각각이 직선형 단부(210-211, 310-311)를 갖고 이들 두 단부의 축이 번들에 의해 형성된 나선에 접하는 공통평면에 위치되고, 개구가 열교환기의 각 측면에서 열교환기의 외측을 향해 선회되며, 주 번들의 단부가 보조 번들에 인접 위치되며, 그 반대도 가능하고, 상기 단부는 엔벨로프(1)의 벽을 통해 고정되고 기밀하게 통과하는 원통형 개구를 갖고, 엔벨로프의 일측에서, 가열되는 액체에 대한 공급배관과 가열된 유체에 대한 배출배관에 연결될 수 있는, "입구-출구"라 불리우는 벽으로 둘러싸인 콜렉터(100)로 관통하고, 상기 엔벨로프의 타측에서, 상기 전달 콜렉터(11)로 관통하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 엔벨로프(1)는 한편으론 일정한 단면의 얇은 벽으로 에워싸인 튜브 길이(14)와, 이 단면의 대략 타원 외형이 측방향 직선형 세그먼트에 의해 연결된 반원형의 두 단부로 구성되고, 다른 한편으론 한 쌍의 밀폐판 또는 "측면(facade)"(15a, 15b)을 구비하고, 이들 외형이 상기 단면에 대응하고 상기 튜브 길이의 축에 수직하게 연장하며, 각각은 두 개구 중 하나의 개구를 차단하고, 상기 튜브 길이(14)의 반원부(142, 143)는 각각 상기 번들(21, 31) 중 하나를 (절반 선회에 대해) 동축방향으로 부분적으로 에워싸는 것을 특징으로 하는 열교환기.
4. 제3항에 있어서, 상기 "전방 측면" 중 하나(15a)는, 분리될 수 있으면서 상기 버너(40)를 지지하는 도어(41)를 수용할 수 있는 개구(150)를 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기.
5. 제4항에 있어서, 상기 도어(41)는 또한, 버너에 연소가능한 가스혼합물을 공급할 수 있도록, 그 외측에, 팬(4) 또는 간단한 커프를 지지하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 두 측면(15a, 15b)에는 상기 주 번들(21)의 내부 공간(2)을 향하는 열적으로 절연하는 디스크(5, 6)가 설치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 두 번들은 동일 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 두 번들(21, 31)은 수평방향으로 평행한 축(X₁X'₁, X₂X'₂)을 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기.
9. 제8항에 있어서, 두 번들(21, 31)은 서로에 대해 위에 배치되고, 그 축(X₁X'₁, X₂X'₂)은 동일한 수직 평면(V)에 위치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
10. 제9항에 있어서, 보조 번들(31)은 주 번들(21) 위에 배치되고, 두 번들 사이에 끼워넣은 경사진 홈통(8)과 같은 수단은 보조 번들(31)에 형성할 수 있는 응축물이 주 번들(21) 또는 버너(40)에 낙하하는 것을 방지하기 위해서 제공되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
11. 제8항에 있어서, 두 번들(21, 31)은 옆으로 배치되고, 그 축(X₁X'₁, X₂X' ₂)은 동일한 수평면(H)에 놓여지는 것을 특징으로 하는 열교환기.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배출 커프(7)의 축(ZZ')은 두 번들의 축(X₁X'₁, X₂X'₂)을 포함하는 평면에 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배출 커프(7)의 축(YY')은 두 번들의 축(X₁X'₁, X₂X'₂)을 포함하는 평면에 수직한 것을 특징으로 하는 열교환기.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엔클로저(9)의 벽은 보조 번들(31)과 동축방향인 원통형 튜브 길이이고, 그 하나의 단부 가장자리는 열교환기의 엔벨로프(15b)에 대해서 고정되고, 그 타단의 단부 가장자리에는 보조 번들(31)에 대향 지지되는 환형 플랜지(90)가 설치되고, 또한 원통형상의 상기 배출 커프(7)는 그 축(X₂X'₂)에 수직한 상기 튜브 길이(9)에 연결되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
15. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 그 엔벨로프(1)는 보조 번들(31)에 형성할 수 있는 응축물을 수집하고 배출할 수 있는 출구 연결(17)이 설치된 경사진 저부(16)를 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기.