KR20200093547A - 열교환 셀 및 방법 - Google Patents

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로코 지안노니
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콘데보 에스.피.에이.
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Abstract

본 발명에 따르면, 제 1 열전달 유체가 순환하는 격납 케이싱(11)에 장착된 나선형 형상의 열교환기(13); 케이싱(11)에 형성되며, 열교환기(13)의 제 1 열교환부가 수용되고 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버(15)가 열교환기(13)의 외부에 정의되는 제 1 열교환 챔버(22); 케이싱(11)에 형성되며, 열교환기(13)의 제 2 열교환부가 수용되고 열교환기(13)의 외부에 제 2 열교환 유체의 제 2 수집챔버(16)가 정의되는 제 2 열교환 챔버(26); 및 후방벽(11d)에 근접한 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c)에 형성된 제 2 열교환 챔버(26)로부터의 유체 출구 통로(35)를 포함하는 열교환 셀(10)이 기술된다.
제 1 및 제 2 열교환 챔버(22; 26)는 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버(15) 및 제 2 수집챔버(16) 사이의 유체의 적어도 하나의 통로(17)를 정의하기 위해 실질적으로 플레이트형 바디를 포함하는 적어도 제 1 분리 부재(14) 및 열교환기(13)의 외부에 열교환기(13)의 반경방향 외벽(13a)과 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c) 사이에서 반경방향으로 뻗어 있는 적어도 하나의 제 2 분리요소(32)에 의해 열교환기(13)의 내부에서 분리된다.
열교환 셀(10)은 제 2 분리요소(32)와 격납 케이싱(11)의 후방벽(11d) 사이에서 축방향으로 뻗어 있고, 축방향 분리기 배플(24a; 24b)의 상류에 형성된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16)의 제 1 부분(16a)을 상기 배플(24a; 24b)의 하류에 형성된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16)의 제 2 부분(16b)과 분리시키도록 구성된 한 쌍의 축방향 분리기 배플(24a; 24b)을 더 포함한다.

Description

열교환 셀 및 방법
본 발명은 열교환 셀 및 이러한 셀에 의해 수행될 수 있는 열교환 방법에 관한 것이다.
보다 상세하게, 본 발명은 각각의 격납 케이싱에 장착된 적어도 하나의 열교환기를 포함하는 열교환 셀에 관한 것으로, 상기 셀은 가정용 및 주거, 산업 분야 또는 쇼핑 지역의 복합 단지에 사용하기 위해 냉난방 시스템에서 온수 장치에 비배타적으로 사용되는 것이 바람직하다.
하기의 명세서 및 청구범위에서, "열교환 셀"이라는 용어는 각각의 격납 케이싱에 장착되고 열교환기 내에서 순환하는 제 1 열전달 유체와, 열교환기 자체 외부의 격납 케이싱 내에서 유동하는 제 2 열전달 유체 사이에 열교환을 수행하도록 구성된 적어도 하나의 열교환기를 포함하는, 바람직하게는 모듈 타입의 유닛을 나타내는데 사용된다.
바람직한 실시예에서 그리고 하기에서 명백한 바와 같이, 본 발명은 열교환 셀 및 응축 타입의 방법에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 열교환 셀의 기능은 이하에서 정확히 제 1 및 제 2 열전달 유체라고 하는 두 유체 사이에서 열 에너지를 전달하는 것이다.
예를 들어, 일반적인 가정용 가스 보일러의 경우, 열교환 셀의 기능은 버너에 의해 생성된 고온 연소 가스에 의해 셀에 장착된 열교환기 내부에서 순환하는 물을 가열하는 것이다.
이를 위해, 응축 유형의 열교환 셀은 예를 들어 연소의 결과로 발생된 열과 연소 가스에 포함된 응축 잠열을 모두 사용하도록 구성된다. 회수되는 응축 잠열의 양은 주로 열교환 셀의 저온 측으로 들어가는 가열 시스템으로부터의 회수한 물 온도에 따른다.
현재, (큰 교환 표면의 존재와 관련된) 높은 열교환 효율, 소형화, 경쟁력 있는 중량 및 비용의 특성들로 이해되는 열교환 셀들은 각각의 격납 케이싱에 수용된 나선형 열교환기가 설비된 열교환 셀들이다.
특히, 이러한 열교환기는 원하는 열 출력에 따라 결정된 값의 횡단면을 갖는 복수의 코일을 따라 나선의 길이방향 축 둘레에 코일링된 적어도 하나의 튜브형 덕트를 포함한다.
이러한 튜브형 덕트의 코일은 예를 들어 출원인 Le Mer 명의 유럽특허 EP 0 678 186 또는 출원인 Viessmann Werke 명의 유럽특허 출원 EP 0 745 813에 기술된 바와 같이 편평한 횡단면을 가질 수 있거나 예를 들어 출원인 Cosmogas 명의 국제특허출원 WO 2005/080900에 기술된 것과 같이 원형 단면을 가질 수 있다.
두 경우 모두, 실질적으로 반경방향 또는 코일이 나선의 길이방향 축에 대해 경사진 경우 축-반경방향을 따라 제 2 열전달 유체(예를 들어 버너에 의해 생성된 고온 연소 가스)의 흐름에 대한 유체 경로를 형성하는 나선형으로 감긴 튜브형 덕트의 연속 코일 사이에 간극이 형성된다. 나선형으로 감긴 튜브형 덕트의 연속 코일들 사이에 형성된 간극은 소정의 그리고 바람직하게는 일정한 폭을 갖는다.
나선형 형상의 튜브형 덕트는 열교환기에 대해 동축으로 그리고 내부적으로 온수 장치용 기체-액체 열교환 셀에서 버너가 일반적으로 장착된 제 2 열전달 유체의 공급 구역을 정의한다.
상술한 바와 같이, 제 2 열전달 유체는 실질적으로 반경방향 또는 축-반경방향으로 코일들 사이의 간극을 통해 유동하는 경향이 있어, 이에 따라 덕트 내부를 순환하는 제 1 열전달 유체로 열을 전달한다.
공지된 유형의 상술한 바와 같은 열교환 셀의 구성에서, 예를 들어, 상기 유럽특허 EP 0 678 186 또는 출원인 Giannoni France 명의 국제특허출원 WO 2011/092332에서, 제 2 열전달 유체는 일단 코일들 간의 간극들 통해 흐른 다음 열교환기에 대해 외부에 정의되고 케이싱의 측벽에 의해 외부에 정의된 환형 수집챔버에 도달한 후, 흐르고, 그런 후 내화 재료로 만들어진 단열재의 디스크를 지지하는 파티션 요소의 후방에 있는 열교환기 내부에 동축으로 정의된 적어도 제 2 수집챔버 내로 유동한다.
이러한 디스크는 열교환기 내에 배치되어, 제 2 열전달 유체의 유동 방향에 대하여 파티션 요소의 상류 및 하류에 각각에 의해 형성된 나선을 동일하게 두 부분으로 나누도록 한다.
이러한 방식으로, 예를 들어 유럽특허 EP 0 678 186의 도 18에 도시된 바와 같이, 나선형 열교환기는:
-연소 가스의 유동 방향에 대하여 상기 파티션 요소의 상류에 위치되고 버너에 의해 생성된 열에 직접 노출되는 제 1 열교환부 또는 1차 열교환부; 및
-상기 파티션 요소의 하류에 위치되고 버너에 대해 동일하게 스크린되는 제 2 열교환부 또는 2차 열교환부로 나누어진다.
기능적인 관점에서, 열교환기의 제 1 열교환부는 파티션 요소의 상류에서 가스 버너에 의해 발생된 열을 흡수하여 제 1 열전달 유체의 최대 출구 온도로 열교환기에 의해 전달될 수 있는 최대 열 출력을 결정하도록 의도되는 반면, 제 2 열교환부는 파티션 요소의 하류에 있는 고온 연소 가스의 응축 잠열을 회수하기 위해 의도된다.
전체적으로 상응하는 방식으로, 제 1 열교환 챔버 및 제 2 열교환 챔버는 열교환 셀의 격납 케이스에 형성된다.
이 셀 구성에 따르면, 열교환 셀로부터 배출되기 전에 버너에 의해 발생된 고온 연소 가스는 먼저 연속으로 내부에서 외부를 향해 반경방향 또는 축반경방향으로 코일을 분리시키는 간극을 통과하며 환형 수집챔버를 향해 열교환기의 1차 열교환부를 그런 후 격납 케이싱의 측벽에 대하여 실질적으로 수직 또는 경사진 방향을 따라 외부에서 내부를 향해 반경방향으로 또는 축반경방향으로 코일을 분리하는 간극을 통해 흐르는 제 2 수집챔버를 향한 2차 열교환부를 통해 흐른다.
열교환 셀의 이러한 공지된 구성의 일 실시예에서 그리고, 예를 들어, 유럽특허 EP 0 678 186의 도 20 또는 국제특허 WO 2011/092332의 도 1에 도시된 바와 같이, 셀은 단열 디스크를 지지하는 상기 파티션 요소의 하류와 후방에서, 즉 제 2 열교환기의 하우징 구역에서 열교환기의 반경방향 외벽과 셀의 격납 케이싱의 외주 측벽 사이에 환형 파티션 벽을 추가로 포함할 수 있다.
이러한 방식으로, 배출 전에 고온 연소 가스가 순차적으로:
-격납 케이싱의 측벽에 대하여 실질적으로 수직 또는 경사 방향을 따라 코일을 외부로부터 내부를 향해 반경방향 또는 축반경방향으로 코일을 분리하는 간극을 통과하고 환형 파티션 벽 너머를 지나는 열교환기의 제 2 열교환부의 제 1 부분; 및
-코일을 내부에서 외부로 반경방향 또는 축반경방향으로 분리하는 간극을 통과하는 간극을 통과하는 열교환기의 제 2 열교환부의 제 2 부분을 가로지르도록 고온 연소 가스를 전환시키도록 구성된 열교환 셀의 구조를 달성할 수 있다.
그 후, 고온 연소 가스는 유럽특허 EP 0 678 186의 도 20에 도시된 바와 같이 실질적으로 횡방향을 따라 또는 제 2 열교환부에서 열교환기 내부에 장착된 제 2 파티션 요소의 하류에 다시 수집된 후 축방향을 따라 외부로 배출된다.
이 두 번째 경우에 그리고 국제특허출원 WO 2011/092332의 도 1에 도시된 바와 같이, 고온 연소 가스는 상기 두 파티션 요소 사이에 개입된 구역에서 수집되어 이러한 가스가:
-내부에서 외부를 향해 반경방향 또는 축반경방향으로 코일을 분리하는 간극을 통과하는 열교환기의 제 2 열교환부의 제 2 부를 통해 유동하고,
-제 2 열교환부의 반경방향 외벽과 격납 케이싱 사이에서 열교환기의 외부에 형성된 환형 챔버에 도달하며,
-실질적으로 축방향을 따라 셀로부터 방출되기 전에 외부로부터 내부를 향해 반경방향 또는 축반경방향을 따라 통과하는 제 2 파티션 요소의 열교환기 하류로 다시 흐른다.
공지된 유형의 열교환 셀의 또 다른 구성에서, 예를 들어, 미국 특허 출원 US 2007/0209606에 기술된 바와 같이, 열교환 셀은 수직으로 장착된 나선형 형상의 열교환기 및 케이싱의 축방향 중간부에서 나선형 형상의 튜브에 의해 둘러싸인 공간을 제 1 및 제 2 영역으로 분할하고 나선형으로 감긴 튜브를 제 1 및 제 2 열교환부으로 분할하는 파티션을 포함한다. 제 1 영역에 공급된 연소 가스는 제 1 열교환부의 간극을 통과한 연소 가스 경로를 향해 흐른 다음 제 2 열교환부의 간극을 통과한다.
도 7에 도시된 일 실시예에서, 제 2 영역의 하부 개구를 폐쇄하기 위한 제 2 파티션이 제공되는 반면, 일반적으로 링형 가이드가 나선형 형상의 열교환기의 제 2 열교환부 아래에 제공된다. 가이드의 상부면은 제 2 열교환부로부터 떨어지는 배출 응축수가 열교환기 아래에 제공된 응축수의 수용부를 향해 가이드될 수 있도록 경사져 있다.
본 출원인은 상기 공지된 열교환 셀의 구성이 일부 단점 및 제한을 나타내는 것을 관찰했다.
우선, 본 출원인은 셀의 에너지 효율을 증가시키는 목적을 갖는 이러한 전지가 본질적으로 연소 가스와 열교환기의 코일 내부를 순환하는 액체 사이에서 셀의 제 2 열교환 챔버에서 열교환을 허용하는 반면, 고온(보통 150-300℃ 정도)을 갖는 열교환기 내부의 파티션 요소의 후방벽이 실질적으로 우회되는 것을 관찰하였다.
특히, 내부 파티션 요소는 가스가 축방향을 따라 유동하기 전에 제한된 연장부를 갖는 그것의 반경방향 외부에서만 연소 가스에 의해 랩핑되어, 가스에 의해 보유되는 열이 이용되지 않고 매우 제한되는 정도이다.
두 번째로, 본 출원인은 유럽특허 EP 0 678 186의 도 18에 도시된 셀 구성에서 연소 가스에 의해 내부 파티션 요소로부터 수집된 열이 어떠한 방식으로 가스가 셀 자체에서 바로 배출됨에 따라 굴뚝에 상당히 손실되는 것을 관찰하였다.
세 번째로, 본 출원인은 유럽특허 EP 0 678 186 및 국제특허출원 WO 2011/092332에 기술된 열교환 셀의 수평 장착 구성에서 연소 가스가 공급 구역으로부터 나오는 열교환기의 코일을 통해 흐른 다음 연소 가스의 비최적 유체 다이나믹 분포가 발생한 것을 관찰하였다.
실제로, 연소 가스는 전체 후속 가스 경로를 따라 열교환기의 하부를 실질적으로 우회하여 열교환 셀의 상부를 향하는 경향이 있다.
본 출원인은 연소 가스의 이러한 불균일한 유동 분포가 이론적으로 가능한 것보다 낮아 열교환 효율을 불리하게 하는 것을 관찰하였다.
또한, 본 출원인은 상술한 종래 기술 문헌에 예시된 제 2 수집챔버로부터 연소 가스의 축방향 배출을 제공하는 공지된 구성이 열교환기의 하류 및 바람직하지 않은 방식으로 축방향 연장을 증가시키는 열교환 셀 외부에 가스 수집 및 운반 요소의 사용을 필요로 한다는 것을 관찰하였다.
이와 관련하여, 한편으로 비용 및 압력 손실의 최소화 및 다른 한편으로는 열교환 효율의 극대화와 결합하여 열교환 셀의 치수를 제한하는 시장 요구가 점점더 엄격해지고 있음이 관찰된다.
따라서, 본 발명의 근본적인 문제는 상기 언급된 단점을 극복하고, 특히 열교환기의 코일 내부에 파티션 요소가 제공되고 개선된 에너지 효율을 갖는 열교환 셀을 제공하는 것이다.
보다 상세하게, 본 발명은 표준 EN 15502-1 : 2012 + A1 : 2015에 따라 하기에 정의된 바와 같이 동시에 최소 축방향 치수를 갖는 개선된 계절별 에너지 효율을 갖는 열교환 셀을 고안하는 것을 목표로 한다.
이와 관련하여, 출원인은 이 목적이, 적절하게 세분화되어, 제 2 열전달 유체가:
i) 제 2 수집챔버 내부의 데드존을 최소로 줄이고,
ii) 제 2 수집챔버에 있는 어떤 방식으로 제 2 열전달 유체와 셀의 모든 요소(열교환기의 제 2 열교환부의 코일 및 내부 파티션 요소)들 사이의 열교환을 최대화하도록 적절하게 가이드되는 것을 보장함으로써, 가령 셀의 제 2 열교환 챔버에서 버너로부터 나오는 연소 가스와 같은 제 2 열전달 유체의 유체 역학에 개입함으로써 달성될 수 있음을 인식했다.
본 발명의 제 1 태양에 따르면, 본 발명은 이에 따라 청구항 1에 정의된 바와 같은 열교환 셀에 관한 것이다; 셀의 바람직한 특징은 종속항 2-21에 기재되어 있다.
보다 구체적으로, 본 발명은:
-후방벽 및 외주 측벽을 포함하는 격납 케이싱;
-복수의 코일에 따라 나선의 길이방향 축 주위에 코일링된 제 1 열전달 유체의 유동을 위한 적어도 하나의 튜브형 덕트를 포함하고, 상기 격납 케이싱에 장착된 나선형 형상의 열교환기;
-상기 열교환기에 대해 동축으로 그리고 내부적으로 케이싱에 정의된 상기 제 1 열전달 유체와의 열교환을 위해 의도된 제 2 열전달 유체의 공급 구역;
-상기 격납 케이싱에 정의되고 열교환기의 제 1 열교환부가 수용되며, 열교환기의 제 1 열교환부의 반경방향 외벽과 격납 케이싱의 외주 측벽 사이 열교환기에 대해 외부에 정의된 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버를 포함하는 제 1 열교환 챔버;
-상기 격납 케이싱에 정의되고 열교환기의 제 2 열교환부가 수용되며, 열교환기의 제 2 열교환부의 반경방향 외벽과 격납 케이싱의 외주 측벽 사이 열교환기에 대해 외부에 정의된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버를 포함하는 제 2 열교환 챔버; 및
-상기 격납 케이싱의 후방벽 근처의 격납 케이싱의 외주 측벽에 정의된 제 2 열교환 챔버로부터의 유체 배출 통로를 포함하고,
상기 제 1 및 제 2 열교환 챔버는 실질적으로 플레이트형 바디를 포함하는 제 1 분리요소에 의해 열교환 내부에서 분리되는 열교환 셀로서,
상기 제 1 및 제 2 열교환 챔버는 열교환기의 반경방향 외벽과 격납 케이싱의 외주 측벽 사이에 반경방향으로 뻗어 있는 적어도 하나의 제 2 분리요소에 의해 열교환기의 외부에서 추가로 분리되고,
상기 제 2 분리요소는 적어도 상기 유체 출구 통로에서 상기 제 2 열교환 챔버로부터 상기 열교환기 주위에 원주로 뻗어 있어 상기 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버와 제 2 수집챔버 사이에 적어도 하나의 유체 통로를 정의하며,
열교환 셀은 상기 제 2 분리요소와 격납 케이싱의 후방벽 사이에서 축방향으로 뻗어 있고, 상기 축방향 분리기 배플의 상류에 정의된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버의 제 1 부분을 상기 배플의 하류에 정의된 제 2 열전달 유체의 상기 제 2 수집챔버의 제 2 부분으로부터 분리시키도록 구성된 한 쌍의 축방향 분리기 배플을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환 셀에 관한 것이다.
본 명세서 및 후속 청구범위의 틀 내에서, 셀 또는 셀 요소의 다양한 "축방향", "길이방향", "횡방향" 또는 "반경방향" 또는 배향뿐만 아니라 "전면", "후면" 또는 "측면"과 같은 셀에서 상기 요소들의 위치는 달리 명시되지 않는 한 열교환기 나선의 길이방향 축을 지칭하는 것으로 되어 있다.
열교환 셀의 작동 구성에서, 이러한 길이방향 축은 수평 또는 수직일 수 있으며; 셀 또는 셀 요소의 다양한 방향, 배향 또는 위치는 열교환기 나선의 길이방향 축의 배향과 관련하여 고려되어야 한다.
이하의 설명 및 설명의 간략화를 위해, 전혀 한정하려는 의도없이, 열교환기의 길이방향 축이 수평인 열교환 셀의 작동 위치가 통상적으로 참조될 것이다.
본 명세서 및 후속 청구범위의 틀 내에서, "열 출력"이라는 용어는 열교환기에서 순환하는 제 1 열전달 유체와 외부로 순환하는 제 2 열전달 유체 사이의 열 면에서 단위 시간당 전달되는 에너지의 양을 나타내는데 사용된다.
본 명세서 및 후속 청구범위의 틀 내에서, 열전달 유체라는 용어는 외부 열원을 오가며 열을 수용/전달하고 유체가 순환하는 장치 또는 시스템의 상이한 지점으로 열을 전달할 수 있는 임의의 유체를 나타내기 위해 사용된다.
따라서, 예를 들어, 기체-액체 열교환 셀의 경우, 제 1 열전달 유체는 (가정용 보일러에서와 같이) 피가열 물로 구성될 수 있고, 제 2 열전달 유체는 고온 가스, 예를 들어, 버너로부터 나오는 연소 가스로 구성될 수 있거나, 제 1 열전달 유체는 비교적 고온의 압축 가스 또는 다른 유체로 구성될 수 있고, 제 2 열전달 유체는 (예를 들어 에어컨 시스템에서와 같은) 적절한 순환 장치로부터 나오는 차가운 공기로 구성될 수 있다.
이하의 명세서 및 청구범위에서, 격납 케이싱 또는 셀의 열교환기의 "크기"라는 용어는 축방향(즉, 길이방향)을 따라 그리고 축방향에 횡으로, 가령, 격납 케이스가 실질적으로 모양이 프리즘형인 경우 높이 및 폭으로 또는 격납 케이스가 실질적으로 모양이 원통형인 경우 반경방향을 따라, 동일한 공간이 차지하는 공간을 나타내기 위해 사용된다.
하기 명세서 및 청구범위에서, "상류" 및 "하류"라는 용어는 각각의 열전달 유체, 가령 제 2 열전달 유체의 유동 방향을 참조로 셀의 요소 또는 부분의 위치를 나타내기 위해 사용된다.
본 발명에 따르면, 본 출원인은 열교환기의 코일 내부에 파티션 요소가 제공된 공지된 유형의 열교환 셀의 상술된 구성과 관련하여, 동일한 열 출력에 대해, 셀의 다음 특성에 동시에 개입함으로써 개선된 에너지 효율, 특히 개선된 계절별 에너지 효율을 달성할 수 있음을 인식하였다.
-셀의 격납 케이스의 외주 측벽의 축방향 단부와 케이싱 자체의 후방벽 사이의 상기 제 2 챔버 내에 외주에 형성된 제 2 열교환 챔버로부터 유체 출구 통로의 위치; 및
- 제 2 열교환 챔버가 제 1 열교환 챔버로부터 적절히 분리되고, 이 유체의 대부분이 실질적으로 횡방향을 따라 전체 기본적으로 제 2 열교환 챔버, 및 셀로부터 방출되기 전에, 실질적으로 그 내부에 위치된 열교환기의 제 2 열교환부의 모든 코일들 흐르는 식으로 제 2 열전달 유체의 흐름을 지향시키도록 내부에 서브분할되는 상기 제 2 열교환 챔버, 및 보다 상세하게는, 제 2 열전달 유체예를 들어, 온수 장치의 연소 가스)의 제 2 수집챔버의 구성.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 서브분할 구조를 갖는 제 2 열교환 챔버의 구성은 다음과 같은 점에서 공지된 유형의 셀의 구성과 다르다:
-제 2 반경방향 분리요소 및 상술한 한 쌍의 축방향 분리기 배플은 실제로 제 2 열전달 유체(예를 들어, 온수 장치의 연소 가스)의 흐름의 대부분 및 바람직하게는 실질적으로 상기 언급된 모든 흐름이 제 2 수집챔버로부터 유체 배출 통로를 향해 제 1 열교환 챔버로부터 자유롭게 통과할 수 있는 것을 방지한다;
-제 2 반경방향 분리요소는 제 1 수집챔버로부터 셀의 제 2 열교환 챔버로부터의 유체 출구 통로가 위치된 제 2 수집챔버의 일부로 제 2 열전달 유체의 자유 유동을 막는다;
-상술한 한 쌍의 축방향 분리기 배플은, 가능한 유체 누출을 제외하고, 열교환기 주위의 제 2 수집챔버에서 제 2 열전달 유체의 원주방향을 따른 자유 유동을 제한하고, 바람직하게는 실질적으로 완전히 차단해, 흐름이 셀의 제 2 열교환 챔버의 나머지 부분을 따라 이동할 수 있기 전에 축방향 분리기 배플의 상류에 위치된 열교환기의 코일을 통해 유동하도록 강제한다.
보다 구체적으로 그리고 상기 언급된 한 쌍의 축방향 분리기 배플에 의해 달성되는 제 2 열교환 챔버의 서브분할 구성으로 인해, 제 2 열전달 유체의 흐름의 대부분, 및 바람직하게는 전체 흐름이 직렬로 실질적으로 횡방향을 따라:
i) 축방향 분리기 배플의 상류에 형성된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버의 제 1 부분에서 열교환기의 제 2 열교환부의 코일;
ii) 열교환기 내부에 형성된 제 2 열교환 챔버의 구역; 및
iii) 축방향 분리기 배플의 하류에 형성된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버의 제 2 부분에서 열교환기의 제 2 열교환부의 코일로 흐르게 된다.
본 출원인은 제 2 열교환 챔버 및 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버의 상기 서브분할 구성이 셀 내에서 제 2 열전달 유체의 특정 흐름을 달성할 수 있게 하며, 이는 흐름이 다음의 유리한 기술적 효과를 미친다는 것을 실험적으로 밝혀냈다:
i) 열교환기의 실질적으로 반경방향 또는 축-반경방향을 따라, 그리고 제 1 및 제 2 분리요소의 상류에 위치한 셀 부분에서 제 1 수집챔버를 따라 이동하면서 모두 제 2 열교환 유체의 흐름을 균일하게 분배하는 효과;
ii) 제 2 열교환 챔버로부터의 유체 출구 통로로부터 먼 각각의 구역에서 셀 케이싱의 주변부를 따라 그리고 제 2 수집챔버를 향한 통로를 따라 제 2 열전달 유체의 흐름을 지향시키는 효과; 및
iii) 제 2 열전달 유체의 흐름에 의해 실질적으로 완전한 방식으로 횡방향을 따라 횡단되는 수집 챔버 내에서 데드존을 최대로 감소시키는 제 1 및 제 2 분리요소의 하류에 정의된 제 2 수집챔버에서 제 2 열전달 유체의 흐름을 균등하게 분배하는 효과.
따라서, 제 2 열교환 챔버에서 얻어진 균일하고 횡방향으로 향하는 흐름은 열교환기의 제 2 열교환부에서 유동하는 제 1 열전달 유체 및 열교환기 자체 내부에 위치되며, 이는 동일한 열 출력에서 셀의 축방향 치수의 유리한 제어와 함께 제 1 분리요소의 후방벽과의 열교환을 유리하게 크게 증가시킬 수 있다.
이와 관련하여, 열교환기 내부에 형성된 제 2 열교환 챔버의 구역에서 횡방향으로 흐르는 제 2 열전달 유체의 작용으로 인해 제 1 분리요소의 후방벽에 의해 제거된 열은 공지된 유형의 셀의 경우에서 발생하는 것과 같이 낭비되지 않지만, 이러한 열은 한 쌍의 축방향 분리기 배플의 하류에 위치한 열교환기의 제 2 열교환부의 코일에 흐르는 제 1 열전달 유체로 전달된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 셀의 제 2 열교환 챔버에서의 열교환 성능은 셀의 열교환 효율을 증가시키게 하고, 특히, 필요시, 제 2 열전달 유체와 서브분할된 제 2 열교환 챔버에 있고 이러한 유체와 열교환 관계에 있는 셀의 모든 요소들(열교환기의 제 2 열교환부의 코일 및 제 1 분리요소의 후방벽, 여기서는 달리 "내부 파티션 요소"로도 정의됨) 사이의 개선된 열교환으로 인한 응축 효과를 높이게 하는 특징인 제 2 열전달 유체의 균일하고 잘 분포된 흐름의 형성으로 인해 최적화된다.
이와 관련하여, 본 출원인은 본 발명에 따른 셀 구성이 셀의 계절별 공간 가열 에너지 효율(ηs) 및 특히 상기 셀의 계절별 에너지 효율(ηs)의 결정에 상당히 주요 영향을 주는 활성 모드 효율(ηson)을 향상시킬 수 있음을 실험적으로 발견하였다.
위에서 언급한 계절별 공간 난방 에너지 효율(ηs 및 ηson)은 특히 다음과 같이 표준 EN 15502-1 : 2012 + A1 : 2015 단락 9.5.2에 따라 정의된다:
ηs = ηson - Σ Fi ηson = 0.85·η1 + 0.15·η4
η1 = η30·Hi/Hs η4 = η100·Hi/Hs
여기서:
ηs = 계절별 공간 난방 에너지 효율
Fi = 단락 9.5.2.2에서 언급된 표준에 의해 정의된 시스템의 수정 계수
ηson = 활성 모드에서 계절별 공간 난방 에너지 효율
η100 = 공칭 열 입력 Qn에서 유용한 효율
η30 = 공칭 열 입력 Qn의 30%에서 유용한 효율
Hi/Hs = 적절한 가스 군에 대한 순(Net) 발열량 대 총(Gross) 발열량의 비율(예를 들어, 메탄 = 0.9; 프로판 = 0.923; 부탄 = 0.92).
수행된 실험 테스트 동안, 본 출원인은 특히 본 발명에 따른 셀의 구성이 공지된 유형의 코일에 의해 달성되고 열교환기 내부에 파티션 요소가 제공된 효율과 관련하여 적어도 1%씩 셀의 활성 모드(ηson)에서 계절별 공간 난방 에너지 효율을 개선시킬 수 있음을 발견하였다.
활성 모드에서 계절별 공간 난방 에너지 효율의 이런 증가는 대부분의 작동 시간 동안 열교환 셀이 최대 공칭 열 출력에서 작동하지 않지만 정확하게는 위에서 보고된 계절별 공간 난방 에너지 효율(ηs)을 결정하기 위한 공식에 의해 나타낸 바와 같이, 전달된 열 출력이 최대 값보다 낮은 소위 변조 조건하에서 작동하는 것으로 간주될 경우 특히 중요해 보인다.
본 출원인은 또한 약 10 년의 작동을 시뮬레이션하도록 구성된 연장된 가동 테스트에 의해 본 발명에 따른 셀의 제 2 열교환 챔버의 서브분할 구성이 특히, 셀이 제 1 열전달 유체가 피가열 물이고 제 2 열전달 유체가 버너에서 나오는 고온 연소 가스인 가정용 보일러와 같은 난방용 연료 연소 장치에 사용되도록 구성된 열교환 셀인 경우에 실질적으로 시간에 걸쳐 변경없이 셀의 성능을 실질적으로 유지할 수 있게 한다는 것을 실험적으로 발견하였다.
이러한 유형의 열교환 셀의 더 길거나 짧은 작동 기간 후에, 실제로, (불연소 입자의 시간에 따른 점진적 증착으로 인한) 열교환기의 하부 나선형 형상부에 스케일의 형성이 버너가 위치한 제 2 열전달 유체의 공급 구역을 향하는 구역에 발견된다.
본 출원인은 이러한 스케일이 (하부 영역의) 열교환기의 코일들 사이에서 연소 가스의 자유 통로 횡단면을 교환기의 총 내부 둘레의 30%까지 도달할 수 있는 값으로 점진적으로 차단해 제 1 열전달 유체(교환기의 튜브 내에서 흐르는 피가열 물)로 전달될 수 있는 열 에너지의 양이 상당히 감소된다는 것을 관찰하였다.
매우 유리하게는, 본 발명에 따른 셀의 제 2 열교환 챔버의 서브분할 구성은 셀의 작동 중에 제 1 열교환 챔버에서 교환된 열의 점진적인 감소를 셀의 제 2 열교환 챔버에서 교환된 열에서 상응하는 점진적인 증가로 보상할 수 있게 한다.
이 효과는, 상술한 바와 같이, 제 2 열전달 유체가 직렬로 그리고 실질적으로 횡방향을 따라:
-축방향 분리기 배플의 상류에 위치된 열교환기의 제 2 열교환부의 코일을 통해,
-열교환기 내부에 정의된 제 2 열교환 챔버의 구역을 따라, 그리고
-축방향 분리기 배플의 하류에 위치한 열교환기의 제 2 열교환부의 코일을 통해 유동하도록 강제된다는 사실에 기인한다.
다시 말해서, 본 발명에 따른 열교환 셀은 열교환기의 반경방향 내부에 스케일의 불가피한 점진적인 증착으로 인해 제 1 열교환 챔버에서 교환되지 않은 모든 열을 실질적으로 제 2 열교환 챔버에서 완전히 회수할 수 있다.
본 출원인은 또한, 상술한 연장된 가동 테스트에 의해, 열교환 셀이 난방용 연료 연소 장치에 사용되도록 구성될 경우, 본 발명에 따른 셀의 제 2 열교환 챔버의 서브분할 구성이 이점적으로 제 2 열교환 챔버에서, 즉 실내 난방 시스템으로부터의 돌아온 물이 셀로 유입되는 셀의 최저 온도 측에서 연소 가스의 응축 잠열의 회수를 증가시킬 수 있음을 실험적으로 발견하였다.
본 출원인에 의해 수행된 테스트로부터, 연소 가스의 응축 잠열의 증가된 회수가 제 2 열교환 챔버에 위치한 열교환기의 코일에 유효한 "와싱(washing)" 작용을 발휘할 수 있는 응축수의 양이 얻어질 정도의 높은 수준에 도달한다는 것이 특히 밝혀졌다
다시 말해서, 본 발명에 따른 열교환 셀은 유리하게는 임의의 특별한 방법에 의지하지 않아도 셀의 작동 중에 제 1 열전달 유체가 더 낮은 온도에서 순환하는 제 2 열교환 챔버에 위치한 열교환기의 코일을 지속적으로 청결하게 유지할 수 있다
본 출원인은 그 후, 셀의 등가 열 출력으로, 유럽특허 EP 0 678 186 및 국제특허출원 WO 2011/092332에 기술된 열교환 셀의 부담보다 낮은 셀의 부담으로 상술한 유리한 효과를 달성할 수 있음을 발견하였다.
마지막으로, 상기 언급된 유리한 기술적 효과는 셀 케이싱의 상부로 향하게 지향되는 고온 연소 가스의 경향으로 인해 물 냉난방 장치의 제조업자에 의해 주로 사용되는 구성인 셀의 모든 수평 장착 구성에서 매우 중요한 방식으로 달성된다는 점에 유의해야 한다.
본 발명의 제 2 태양에 따르면, 본 발명은 첨부된 청구항 22에 정의된 바와 같은 열교환 방법에 관한 것으로 상기 방법의 바람직한 특성은 종속항 23-26에 제공되어 있다.
보다 상세하게, 본 발명은 열교환 셀에서 제 1 열전달 유체와 제 2 열전달 유체 사이의 열교환 방법에 관한 것으로, 상기 열교환 셀은:
-후방벽 및 외주 측벽을 포함하는 격납 케이싱;
-복수의 코일에 따라 나선의 길이방향 축 주위에 코일링된 제 1 열전달 유체의 유동을 위한 적어도 하나의 튜브형 덕트를 포함하고, 상기 격납 케이싱에 장착된 나선형 형상의 열교환기;
-상기 열교환기에 대해 동축으로 그리고 내부적으로 케이싱에 정의된 상기 제 1 열전달 유체와의 열교환을 위해 의도된 제 2 열전달 유체의 공급 구역;
-상기 격납 케이싱에 정의되고 열교환기의 제 1 열교환부가 수용되며, 열교환기의 제 1 열교환부의 반경방향 외벽과 격납 케이싱의 외주 측벽 사이 열교환기에 대해 외부에 정의된 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버를 포함하는 제 1 열교환 챔버;
-상기 격납 케이싱에 정의되고 열교환기의 제 2 열교환부가 수용되며, 열교환기의 제 2 열교환부의 반경방향 외벽과 격납 케이싱의 외주 측벽 사이 열교환기에 대해 외부에 정의된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버를 포함하는 제 2 열교환 챔버; 및
-상기 격납 케이싱의 후방벽 근처의 격납 케이싱의 외주 측벽에 정의된 제 2 열교환 챔버로부터의 유체 배출 통로를 포함하고,
상기 제 1 및 제 2 열교환 챔버는 실질적으로 플레이트형 바디를 포함하는 제 1 분리요소에 의해 열교환 내부에서 분리되는 열교환 셀로서,
상기 제 1 및 제 2 열교환 챔버는 열교환기의 반경방향 외벽과 격납 케이싱의 외주 측벽 사이에 반경방향으로 뻗어 있는 적어도 하나의 제 2 분리요소에 의해 열교환기의 외부에서 추가로 분리되고,
상기 제 2 분리요소는 적어도 상기 유체 출구 통로에서 상기 제 2 열교환 챔버로부터 상기 열교환기 주위에 원주로 뻗어 있어 상기 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버와 제 2 수집챔버 사이에 적어도 하나의 유체 통로를 정의하며,
열교환 셀은 상기 제 2 분리요소와 격납 케이싱의 후방벽 사이에서 축방향으로 뻗어 있고, 상기 축방향 분리기 배플의 상류에 정의된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버의 제 1 부분을 상기 배플의 하류에 정의된 제 2 열전달 유체의 상기 제 2 수집챔버의 제 2 부분으로부터 분리시키도록 구성된 한 쌍의 축방향 분리기 배플을 더 포함하고,
상기 방법은:
-상기 공급 구역에서 제 2 열전달 유체를 공급하는 단계;
-상기 제 1 열교환 챔버에 위치된 열교환기의 코일을 통해 흐름으로써 열교환기의 제 1 열교환부에서 유동하는 제 2 열전달 유체와 제 1 열전달 유체 사이의 제 1 열교환을 제 1 열교환 챔버에서 수행하는 단계;
-열교환기 외부의 제 1 열교환 챔버에 형성된 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버에서 제 2 열전달 유체를 수집하는 단계;
-제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버와 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버의 적어도 하나의 제 1 부분 사이에 형성된 상기 적어도 하나의 유체 통로에 의해 상기 제 1 열교환 챔버에서 상기 제 2 열교환 챔버로 제 2 열전달 유체를 보내는 단계;
-제 2 열교환 챔버의 상기 적어도 제 1 부분에 위치된 열교환기의 코일을 통해 흐름으로써 열교환기의 제 2 열교환 위치에서 유동하는 제 2 열전달 유체와 제 1 열전달 유체 사이의 제 2 열교환을 제 2 열교환 챔버에서 수행하는 단계;
-열교환기 내부에 정의된 제 2 열교환 챔버의 구역을 실질적으로 횡방향을 따라 가로지름으로써 제 2 열전달 유체와 제 1 분리요소 사이에 제 3 열교환을 제 2 열교환 챔버에서 수행하는 단계;
-상기 한 쌍의 축방향 분리기 배플의 하류에 형성된 제 2 열교환 챔버의 제 2 부에 위치된 열교환기의 코일을 통해 흐름으로써 열교환기의 제 2 열교환 위치에서 유동하는 제 2 열전달 유체와 제 1 열전달 유체 사이의 제 4 열교환을 제 2 열교환 챔버에서 수행하는 단계; 및
-상기 제 2 열교환 챔버로부터 상기 유체 출구 통로를 통해 상기 열교환 셀의 길이방향 축에 실질적으로 직교하는 방향을 따라 제 2 열교환 챔버로부터 제 2 열전달 유체를 배출하는 단계를 포함하고,
제 2 수집챔버의 상기 제 1 부분은 상기 제 2 분리요소와 격납 케이싱의 후방벽 사이에서 축방향으로 뻗어 있는 한 쌍의 축방향 분리기 배플의 상류에 있는 제 2 열교환 챔버의 제 1 부분에 있는 열교환기에 대해 외부에 정의되며,
상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 열교환은 서로 순차적으로 수행된다.
유리하게는, 본 발명의 열교환 방법은 열교환 셀과 관련하여 상술한 기술적 효과를 달성한다.
본 발명의 제 3 태양에 따르면, 본 발명은 본 명세서에서 정의된 바와 같은 열교환 셀을 포함하는 냉난방 장치에 관한 것이다.
상술한 태양들 중 하나 이상에서 본 발명은 하기 바람직한 특징 중 하나 이상을 가질 수 있으며; 상기 특징들은 특히 특정 응용 요구를 충족시키기 위해 원하는대로 서로 결합될 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 나선형 형상의 열교환기는 적어도 하나의 매끄러운, 즉, 열교환 핀이 그 외부면으로부터 뻗어 있지 않는 튜브형 덕트를 포함한다.
이러한 방식으로, 열교환 핀과 튜브형 덕트의 외부면 사이의 실제로는 청소하기 어려운 구역인 접촉 구역에 근접한 딱지(incrustations)의 축적과 관련하여 열교환 성능의 임의의 저하를 제한하는 것이 가능하다.
바람직한 실시예에서, 열교환기의 튜브형 덕트는 평평한 형상, 바람직하게는 적어도 부분적으로 타원형인 횡단면을 갖는다.
바람직하게는, 열교환기의 튜브형 덕트의 상술한 복수의 코일의 코일은 주축이 열교환기의 나선의 길이방향 축에 실질적으로 수직인 평평한 단면을 갖는다.
다른 바람직한 실시예에서 그리고 특정 적용 요건을 만족시키기 위해, 열교환기의 튜브형 덕트의 코일의 평평한 횡단면의 주축은 나선의 길이방향 축에 대해 경사져있다. 바람직하게는, 경사각은 60°내지 87°로 구성된다.
바람직하게는, 열교환기가 경사 코일을 포함할 때, 열교환 셀은 열교환기의 인접한 코일들 사이에 형성된 간극으로부터 응축수의 유출을 촉진하기 위해 냉난방 장치 내부에 수직으로 장착된다.
바람직한 실시예에서, 케이싱의 외주 측벽은 열교환기와 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버를 실질적으로 매끄럽게 포함하고 측면으로 제한한다.
본 명세서 및 하기의 청구범위와 관련하여, 이러한 바람직한 특성은 격납 케이싱의 외주 측벽이 상당량의 제 2 열전달 유체가 셀 외부로 상기 유체의 직접 배출 개구를 향해 흘러, 이에 따라, 제 2 수집챔버를 실질적으로 우회하도록 구성된 개구가 없다는 것을 나타낸다.
바람직하게는, 열교환기 내부에 장착된 제 1 분리요소는 제 2 열교환 챔버를 제 1 열교환 챔버로부터, 특히 열교환기와 동축으로 그리고 내부에 정의된 제 2 열전달 유체의 공급 구역으로부터 구조적으로 분리하도록 구성된다.
셀이 온수 장치용 기체-액체 열교환 셀인 바람직한 실시예에서, 제 2 열전달 유체는 바람직하게는 "연소실"이라는 용어로 본 명세서와 관련해 지시될 공급 구역에 수용된 버너의 연소 가스를 포함한다.
본 발명에 따르면, 열교환기의 반경방향 외벽과 격납 케이싱의 외주 측벽 사이에서 반경방향으로 뻗어 있는 제 2 분리요소는 제 1 열교환 챔버로부터 제 2 열교환 챔버를 적어도 상기 언급된 제 2 열교환 챔버로부터의 유체 출구 통로와 구조적으로 분리시키도록 구성된다.
바람직하게는, 제 2 분리요소는 열교환기 주위에 기정의된 값을 갖고 바람직하게는 제 2 열교환 챔버로부터 상기 유체 출구 통로를 향한 제 2 열전달 유체의 흐름의 대부분이 직접 통과하는 것을 방지하기 위한 원주 연장부를 갖는다.
바람직하게는, 제 2 분리요소는 열교환기 주위에 그 정점이 열교환기의 길이방향 축 상에 위치되고, 25°내지 200°, 보다 바람직하게는 50°내지 180°인 각도에 의해 정의된 원주 연장부를 갖는다.
본 명세서 및 하기의 청구범위의 맥락에서, 양, 파라미터, 퍼센트 등을 나타내는 모든 수치 크기는 달리 지시되지 않는 한 "약"이라는 용어가 모든 상황에서 선행되는 것으로 간주되어야 한다. 또한, 모든 수치 범위는 최대 및 최소 수치의 가능한 모든 조합 및 가능한 모든 중간 범위 및 구체적으로 명시된 범위를 포함한다.
본 발명의 목적으로, 제 2 분리요소는 열교환기 외부의 제 1 열교환 챔버로부터 제 2 열교환 챔버를 구조적으로 분리하기에 적합한 임의의 형상 및 두께로 구성된다.
바람직한 실시예에서, 제 2 분리요소는 강철 또는 알루미늄처럼 금속과 같은 적합한 구조 재료 또는 기능성 섬유, 가령 유리 섬유로 채워진 폴리페닐렌설파이드(PPS)와 같은 고성능 및 내열성 플라스틱 재료로 만들어질 수 있다.
제 2 분리요소의 형상은 열교환 셀의 격납 케이싱의 형상에 의존한다.
바람직한 실시예에서, 제 2 분리요소는 실질적으로 원형 크라운의 섹터와 같은 형상을 갖는다.
바람직한 실시예에서, 제 2 분리요소는 제 1 열교환 챔버에서 열교환기의 반경방향 외부 위치에 정의된 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버의 횡단면적의 적어도 90%, 보다 바람직하게는 적어도 92%, 더욱 더 바람직하게는 적어도 95%를 폐쇄하도록 구성된다.
특히 바람직한 실시예에서, 제 2 분리요소는, 셀의 다양한 구성요소의 처리 허용오차로 인한 불가피한 누설을 제외하고, 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버의 횡단면적을 실질적으로 완전히 폐쇄(실질적으로 100%)하도록 구성된다.
따라서, 이 바람직한 실시예에서, 제 2 분리요소는 열교환기의 반경방향 외벽과 격납 케이스의 외주 측벽 사이에서 반경방향으로 뻗어 있으며, 격납 케이스의 외주 측벽에 실질적으로 맞닿도록 또는, 아래에 더 명확하게 보여지는 바와 같이, 특정 구현에 따른 열교환기의 반경방향 외벽에 맞닿도록 구성된다.
더욱 더 바람직하게는, 제 2 분리요소는 실질적인 유체 씰로 격납 케이싱의 외주 측벽 또는 열교환기의 반경방향 외벽에 맞닿도록 구성된다.
이들 바람직한 실시예로 인해, 제 2 열교환 챔버로부터 적어도 유체 배출 통로에 (처리 허용오차로 인한 불가피한 누설에도 불구하고) 제 1 열교환 챔버와 제 2 열교환 챔버 사이의 유체 연통을 실질적으로 제한하고, 더욱 바람직하게는 실질적으로 막는 것이 가능하다.
본 발명의 목적을 위해, 그러한 요소 및 셀의 격납 케이싱의 처리 허용오차로 인해 종종 대량 생산에서 불가피한 제 2 분리요소에서의 제 2 열전달 유체의 누출은 제 2 분리기의 가스의 통과에 대한 배리어 기능을 현저하게 변경시키지 않기 때문에 (그리고 변경시키지 않는 정도로) 허용될 수 있다.
바람직하게는, 제 2 분리요소는 케이싱의 외주 측벽에 실질적으로 평행하고 그에 인접한 방향을 따라 제 2 열교환 챔버를 향하여 셀의 격납 케이싱 내부의 제 2 열전달 유체의 주변 유동을 허용하도록 구성된다.
제 2 분리요소의 이러한 바람직한 실시예로 인해, 본 발명의 열교환 방법은 바람직하게는 제 2 열전달 유체를 제 1 열교환 챔버로부터 케이싱의 외주 측벽에 실질적으로 평행하고 열교환기의 반경방향 외벽과 격납 케이싱의 외주 측벽 사이에 그리고 열교환기 외부에 형성된 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버 및 제 2 수집챔버 사이에 형성된 상술한 유체의 적어도 하나의 통로를 통해 근접한 제 2 열교환 챔버를 향하여 보내는 단계를 포함한다.
본 출원인은 실험적으로 제 2 분리요소의 원주 연장부를 적절하게 조정함으로써 실질적으로 열교환기의 제 1 열교환부의 전체 축방향 연장부를 따라 그리고 실질적으로이 제 1 부분의 전체 원주 연장부를 따라 실질적으로 반경방향으로 또는 축반경방향으로 제 1 열교환기 챔버에서 열교환기의 외부를 향해 교차하는 제 2 열전달 유체의 유체 역학을 최적화하는 추가의 유리한 기술적 효과를 달성할 수 있음을 실험적으로 발견하였다.
이러한 방식으로, 우선 유체 경로를 크게 감소시켜 제 2 분리요소의 상류에 위치된 열교환기의 코일을 가로지르는 제 2 열전달 유체의 흐름의 분포를 개선하는 것이 유리하게 가능하다.
특히, 본 출원인은 코일 사이에 형성된 간극으로 통과하는 열교환기의 제 1 열교환부를 반경방향 또는 축반경방향으로 교차하는 제 2 열전달 유체의 유량이 열교환기 자체의 이러한 제 1 열교환부 축방향 섹션을 따라 실질적으로 일정하게 될 수 있음을 발견하였다.
본 출원인은 또한 이러한 유량이 열교환기의 제 1 열교환부의 원주 연장부를 따라 실질적으로 일정하게 만들어져 제 2 열전달 유체가 이러한 제 1 열교환부의 원주 연장부를 따라 제 1 환형 수집챔버에서 균일하게 전달되어, 제 1 수집챔버에서 유체에 의해 이동하지 않은 데드존의 존재를 상당히 감소시킨다고 생각했다.
본 출원인은 또한 제 2 분리요소의 원주 연장부를 적절하게 정의함으로써 제 2 분리요소의 상류의 셀의 일부에서 제 1 수집챔버(제 1 열교환 챔버)를 가로지르고 제 2 분리요소의 하류의 셀 일부에서 제 2 수집챔버(제 2 열교환 챔버)를 향한 통로에 제 2 열전달 유체의 유체 역학을 최적화하는 것이 가능하다는 것을 실험적으로 발견했다.
바람직하게는 본 발명의 열교환 방법은 따라서 열교환기의 반경방향 외벽 및 격납 장치 케이싱의 외주 측벽 사이에 형성된 상기 적어도하나의 통로의 유체 흐름의 전체 횡단면적을 조절함으로써 제 2 열교환 챔버를 향하여 제 2 열전달 유체의 유체 역학을 조절하는 단계를 포함한다.
언급된 바와 같이, 이 단계는 실제로 제 2 분리요소의 원주 연장부를 적절하게 정의함으로써 실현된다.
본 출원인은 이러한 방식으로 제 2 열전달 유체의 유체 역학 및 그에 따른 유체와 열교환기 사이의 열 역학을 최적화함으로써, 특히 축방향을 따라 열교환기의 치수를 전혀 증가시키지 않고도, 셀의 열교환 효율을 유리하게 증가시킬 수 있어, 결과적으로 비용, 재료의 소비 및 열교환기 및 열교환기를 포함하는 열교환 셀 둘 다의 부담을 이점적으로 감소시키는 것을 발견하였다.
바람직한 실시예에서, 제 2 분리요소에 의해 한정된 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버와 제 2 수집챔버 사이의 상기 적어도 하나의 유체 통로의 유체 흐름의 횡단면적은 격납 케이싱의 외주 측벽을 따라 균일하게 분포된다.
이러한 방식으로, 유체 역학을 최적화하는 원주방향을 따라 제 2 열전달 유체를 균일하게 분배하는 것이 유리하게 가능하다.
바람직한 실시예에서, 제 2 분리요소는 통로의 길이방향 센터라인 평면의 실질적인 중간에 원주방향으로 연장되어 제 2 열교환 챔버로부터의 유체 출구를 허용한다.
이러한 방식으로, 유체 출구 통로의 상술한 길이방향 센터라인 평면에 대한 제 2 분리요소의 이러한 대칭 구성으로 인해, 제 1 수집챔버로부터 제 2 열전달 유체 자체의 제 2 수집챔버를 향하여 통로 내의 제 2 열전달 유체의 흐름의 균형잡힌 대칭 분포를 이점적으로 가질 수 있다.
바람직한 실시예에서, 제 2 분리요소는 제 1 분리요소에서 열교환기 주위에서 원주방향으로 연장된다.
이러한 방식으로, (처리 허용오차로 인한 불가피한 누출을 제외하고) 실질적으로 가스 씰로 제 1 및 제 2 열교환 챔버를 분리하는데 이점적으로 기여하는 제 1 분리요소와 제 2 분리요소 사이에 실질적인 구조적 연속성을 갖는 것이 이점적으로 가능하다.
바람직한 실시예에서, 제 1 분리요소는 제 1 열교환부의 코일과 열교환기의 제 2 열교환부의 코일 사이에 적어도 부분적으로 개재된 환형 크라운을 포함한다.
바람직한 실시예에서, 제 2 분리요소는 임의의 적절한 방식으로 연결될 수 있는 제 1 분리요소의 상술한 환형 크라운으로부터 반경방향으로 뻗어 있다.
보다 바람직하게는, 제 2 분리요소는 열교환기의 코일의 반경방향을 따라 전체 연장을 위해 반경방향으로 뻗어 있다.
바람직한 실시예에서, 제 1 분리요소 및 보다 바람직하게는 제 1 분리요소의 상기 언급된 환형 크라운은 강철 또는 알루미늄과 같은 높은 열전도성을 갖는 금속 재료로 만들어진다.
따라서, 예를 들어, 유리하게는 제 1 및 제 2 분리요소를 단일 부품으로 만드는 것이 가능하다.
이러한 방식으로,
-제 1 분리요소와 제 2 분리요소 사이의 반경방향을 따라 경계면에서 누출을 피하고;
-셀 자체의 생산 및 조립 비용의 이점적인 감소로, 열교환 셀을 실현하는데 필요한 구성요소의 수를 줄이는 특별한 기술적 효과를 유리하게 달성할 수 있다.
대안적인 바람직한 실시예에서, 제 2 분리요소는 셀의 격납 케이싱의 외주 측벽으로부터 반경방향으로 연장될 수 있다.
이 경우, 유리하게는 제 1 분리요소의 실현을 단순화하고 예를 들어, 이러한 격납 케이싱이 적합한 플라스틱 재료, 가령 바람직하게는 고성능 및 내열성 플라스틱 재료(예를 들어 PPS)의 성형에 의해 제조될 때 비교적 용이하게 수행될 수 있는 동작으로 제 2 분리요소를 단일 피스로 만들거나 셀의 격납 케이스의 외주 측벽에 고정시킬 수 있다.
바람직한 실시예에서, 제 1 분리요소의 실질적으로 플레이트형 바디에는 중앙에 제 2 열전달 유체의 공급 구역을 향하는 단열요소가 제공된다.
바람직하게는, 이러한 단열요소는 실질적으로 디스크형이다.
유리하게는, 단열요소는 매우 높은 온도를 가질 수 있는 제 2 열전달 유체의 공급 구역과, 초기 열의 대부분을 얻은 후에 제 2 열전달 유체가 흐르는 셀의 제 2 열교환 챔버 사이에서 적절한 단열이 얻어질 수 있게 한다.
보다 바람직하게는, 단열요소는 분리요소의 바디에 중앙에 형성된 각각의 하우징 시트에 수용된다.
바람직하게는, 단열요소는 열교환기에 내부에 동축으로 완전히 수용된다.
이러한 방식으로, 원하는 경우에 제 2 열교환 챔버의 응축 용량을 늘리고 격납 케이싱이 제조되는 재료를 열적으로 모두 보호함으로써 셀의 가장 고온부인 제 2 열전달 유체의 공급 구역을 제 2 열교환 챔버 및 격납 케이싱의 후방벽으로부터 열적으로 단열시키는 것이 유리하게 가능하다.
바람직한 실시예에서, 제 1 분리요소의 환형 크라운은, 제공되는 경우, 열교환기의 코일과 실질적으로 동일한 권선 피치를 갖는 나선형으로 적어도 부분적으로 연장된다.
제 1 분리요소의 환형 크라운의 적어도 부분적 나선형 형상의 연장 덕분에, 셀 자체의 축방향 치수를 최소화하는 동시에 셀의 열교환 효율의 상술한 증가를 이점적으로 달성할 수 있다.
바람직하게는, 단열요소의 하우징 시트는 디스크를 하우징 시트의 후방벽으로부터 미리 정해진 거리에 유지하도록 구성된 적어도 하나의 상승 스페이서가 내부에 제공된 후방벽을 포함한다.
이러한 방식으로, 하우징 시트의 바닥 및 제 2 열전달 유체의 공급 구역, 가령, 고온 연소 가스(제 2 열전달 유체)가 발생되는 셀의 연소실과 경계를 이룰 때 고온을 갖는 단열요소 사이에 유리한 단열이 달성된다. 단열요소의 하우징 시트의 후방벽을 향한 이러한 열 분산이 감소된다.
바람직한 실시예에서, 제 1 분리요소는 후면으로부터 케이싱의 후방벽을 향하여 뻗어 있는 복수의 열교환 돌출부를 포함한다.
이러한 방식으로, 제 1 분리요소의 교환 표면적을 이점적으로 증가시킬 수 있어, 이에 따라, 제 2 열교환 챔버 내부에서 제 2 열전달 유체와 제 1 분리요소의 열교환부 사이의 열교환량이 증가된다.
제 1 분리요소가 이러한 바람직한 구성을 갖는 경우, 본 발명의 열교환 방법은 바람직하게는 상기 언급된 복수의 열교환 돌출부에 의해 제 2 열교환기의 제 2 구역에서 수행되는 제 2 열교환량을 증가시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 열교환 돌출부는 열교환 표면적을 최대화하기 위해 실질적으로 핀(pin) 및/또는 핀(fin) 형상이다.
바람직한 실시예에서, 셀의 격납 케이싱의 후방벽과 제 2 분리요소 사이에서 축방향으로 뻗어 있는 상술한 축방향 분리기 배플은 열교환기의 제 2 열교환부의 반경방향 외벽과 케이싱의 외주 측벽 사이에서 반경방향으로 뻗어 있다.
이러한 방식으로, 유리하게는 제 2 열교환 챔버를 적절히 서브분할하고 축방향 분리기 배플의 상류 및 하류에 각각 정의된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버의 제 1 및 제 2 부분을 서로 분리하도록 구성된 파티션 벽의 원하는 구성을 구조적으로 간단하게 달성하는 것이 가능하다.
바람직한 실시예에서, 축방향 분리기 배플은 강철 또는 알루미늄과 같은 금속과 같은 적합한 구조 재료 또는 PPS와 같은 고성능 및 내열성 플라스틱 재료로 만들어진다.
바람직한 실시예에서, 축방향 분리기 배플은 임의의 적절한 방식으로 제 2 분리요소에 고정된다.
따라서, 예를 들어, 축방향 분리기 배플은 제 2 분리요소와 함께 단일 피스로서 형성될 수 있다.
이 경우, 제 2 분리요소와 축방향 분리기 배플 사이의 구조적 연속성을 달성하는 것이 유리하게 가능하며, 이는 차례로:
-열교환기의 제 2 열교환부에 대해 반경방향 외부 위치에서 원주방향을 따라 제 2 분리요소와 축방향 분리기 배플들 사이의 경계면에 임의의 누출을 방지하고,
-셀 자체의 생산 및 조립 비용의 이점적인 감소로, 열교환 셀을 실현하는데 필요한 구성요소의 수를 감소시키는 특히 주목할만한 기술적 효과를 달성할 수 있게 한다:
대안적인 바람직한 실시예에서, 축방향 분리기 배플은 셀의 격납 케이싱의 외주 측벽으로부터 반경방향으로 연장될 수 있다.
이 경우에, 축방향 분리기 배플의 실현을 단순화하고, 예를 들어, 이러한 격납 케이싱이 적합한 플라스틱 재료, 가령 바람직하게는 고성능 및 내열성 플라스틱 재료(예를 들어 PPS)의 성형에 의해 제조될 때 비교적 용이하게 수행될 수 있는 동작으로 분리기 배플을 단일 피스로 만들거나 이들을 셀의 격납 케이스의 외주 측벽에 고정시킬 수 있다.
추가의 바람직한 실시예태에서, 유리하게는 특정 구성 및 사용 요건의 함수로서 제 1 분리요소, 제 2 분리요소 및 상술한 축방향 분리기 배플의 실현 구성을 조합하는 것이 가능하다.
따라서, 이들 사이에 제 1 분리요소, 제 2 분리요소 및 축방향 분리기 배플을 고정시키거나 단일 피스로 제조하는 것이 가능하다. 즉, 제 2 분리요소 및 축방향 분리기 배플들 중 하나 이상에 셀의 격납 케이싱의 외주 측벽과 함께 고정되거나 단일 피스로서 제조될 수 있거나, 제 2 분리요소 및 축방향 분리기 배플 중 하나 이상을 그러한 외주 측벽에 고정하는 것이 가능하다.
바람직한 실시예에서, 축방향 분리기 배플은 제 2 열교환 챔버에서 열교환기의 반경방향 외측 위치에 정의된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버의 횡단면적의 적어도 90%, 보다 바람직하게는 적어도 92%, 더욱 더 바람직하게는 적어도 95%를 폐쇄하도록 구성된다.
특히 바람직한 실시예에서, 축방향 분리기 배플은 셀의 다양한 구성요소의 가공 허용오차로 인한 불기피한 누설을 제외하고 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버의 횡단면적을 실질적으로 완전히 폐쇄(실질적으로 100%)하도록 구성된다.
따라서,이 바람직한 실시예에서, 축방향 분리기 배플은 실질적으로 제 2 열교환 챔버에 정의된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버의 전체 축방향 전개를 따라 제 2 분리요소와 셀의 격납 케이싱의 후방벽 사이에서 축방향으로 뻗어 있다.
더욱 바람직하게는, 축방향 분리기 배플은 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버에서 연장되어 셀의 격납 케이스의 후방벽에 실질적으로 맞닿는다.
이러한 방식으로, 축방향 분리기 배플의 상류 및 하류에 각각 정의된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버의 제 1 및 제 2 부분 사이의 유체 연통을 (처리 허용오차로 인한 불가피한 누설에도 불구하고) 실질적으로 제한하고, 더욱 바람직하게는 실질적으로 방지하는 것이 이점적으로 가능하다.
따라서, 이들 바람직한 실시예에서, 축방향 분리기 배플의 하류에 있는 열교환기의 제 2 열교환부 외부에 정의된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버의 제 2 부분을 적절하게 폐쇄하는 것이 유리하게 가능하다.
그렇게 함으로써, 상기 개시되고 본 발명에 따른 열교환 셀에서 제 2 열전달 유체에 부여될 수 있는 유체 역학과 연계된 유리한 기술적 효과를 최대화하는 것이 유리하게 가능하다.
따라서, 예를 들어, 축방향 분리기 배플의 상류에 정의된 제 2 열교환 챔버의 제 1 부분에 위치된 열교환기의 코일을 향해 제 2 열전달 유체의 전체 흐름을 실질적으로 유리하게 전환시킬 수 있다.
이러한 방식으로, 제 2 열전달 유체와:
i) 축방향 분리기 배플의 상류에 형성된 제 2 열교환 챔버의 제 1 부분에 위치된 열교환기의 코일,
ii) 열교환기 내부에 위치한 제 1 분리요소(또는 제 1 분리요소의 후면), 및
iii) 축방향 분리기 배플의 하류에 형성된 제 2 열교환 챔버의 제 2 부분에 위치한 열교환기의 코일 간에 제 2, 제 3, 및 제 4 열교환량의 이점적인 증가를 달 성할 수 있다.
이 모든 것은 셀의 계절별 공간 난방 에너지 효율(ηs), 특히 활성 모드에서의 효율(ηson)의 증가 및 시간이 지남에 따라 상기와 같이 셀의 성능 특성을 유지하는 것으로 발생한다.
바람직한 실시예에서, 상기 축방향 분리기 배플의 하류에 형성된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버의 제 2 부분은 상기 제 2 분리요소의 원주방향의 연장부보다 작거나 같은 각도 연장부를 갖는 부분에 대해 열교환기 주위에서 원주방향으로 연장된다.
유리하게는, 이 바람직한 특성은 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버의 원주 연장부를 따라 축방향 분리기 배플의 적절한 위치 설정을 통해 편리하게 달성될 수 있다.
따라서, 예를 들어, 바람직한 실시예에서, 축방향 분리기 배플은 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버의 원주 연장부가 실질적으로 제 2 분리요소의 원주 연장부와 동일하도록 제 2 분리요소의 대향 단부 에지로부터 축방향으로 연장된다.
바람직한 대안적인 실시예에서, 그리고 제 2 분리요소의 주어진 원주 연장부에 대해, 축방향 분리기 배플은 적절한 위치에서 제 2 분리요소의 원주 연장부를 따라 위치될 수 있고 축방향 분리기 배플의 상류 및 하류에 정의된 (축방향으로 서로 대응 상관된) 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버의 제 1 및 제 2 부분의 소정 연장부를 결정하도록 형성될 수 있다.
바람직하게는, 축방향 분리기 배플은 제 2 분리요소의 센터라인 평면에 대하여 대칭으로 위치된다.
이러한 방식으로, 유리하게는 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버의 제 1 부분의 교차 및 제 2 수집챔버의 그러한 제 1 부분의 바로 하류에 위치하는 열교환기의 코일의 후속 교차에서 제 2 열전달 유체의 흐름의 균형 있고 대칭적인 분포를 갖는 것이 가능하다
본 발명의 바람직한 실시예에서 그리고 셀의 제 2 열교환 챔버를 서브분할하는(바람직하게는 실질적으로 기밀식으로 언급된 바와 같이 불가피한 누출을 저지하는) 데 있어 서로 협력하는 제 2 분리요소 및 축방향 분리기 배플의 구성으로 인해, 따라서, 유리하게는 셀의 제 2 열교환 챔버에서 얻어질 유체 역학적 특성 및 열교환 특성의 함수로서 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버의 제 1 및 제 2 부분의 원주방향 연장부를 변화(및 열교환 셀의 제조 동안 결정)하는 것이 가능하다.
따라서, 예를 들어, 제 2 분리요소의 원주 연장부를 변화시키고 제 2 분리요소의 대향 단부에서 축방향 분리기 배플을 위치시킴으로써 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버의 제 1 및 제 2 부분의 원주 연장부를 변화시킬 수 있다.
대안으로, 그리고 제 2 분리요소의 주어진 원주 연장부에 대해, 축방향 분리기 배플을 제 2 분리요소의 원주 연장부를 따라 적절한 위치에 위치시킴으로써 상기와 같이 그러한 조절이 달성될 수 있다.
또 다른 대안에서, 제 2 분리요소 및 축방향 분리기 배플의 이들 2개의 기하학적 구성 모드를 조합하는 것이 가능하다.
바람직한 실시예에서, 본 발명의 방법은 열교환기의 반경방향 외벽을 따라 상기 축방향 분리기 배플의 원주 위치를 조정함으로써 제 2 열교환 챔버의 상기 적어도 하나의 제 1 및 제 2 부분에 각각 위치된 열교환기의 코일을 통해 흐름으로써 열교환기의 제 2 열교환부에 흐르는 제 2 열전달 유체와 제 1 열전달 유체 사이에서 수행되는 제 2 및 제 4 열교환량을 조정하는 단계를 포함한다.
이 바람직한 실시예에서, 본 발명의 셀 및 열교환 방법은 축방향 분리기 배플의 상류 및 하류의 제 2 열교환 챔버의 구역에서 열교환기의 코일에 유동하는 이러한 유체와 제 1 열교환 유체 사이에서 발생하는 제 2 열전달 유체의 유체 역학 및 열교환량 둘 다의 설계 단계 및 셀의 주어진 열 출력에 대한 결정을 가능하게 한다.
이러한 방식으로, 따라서 제 2 열전달 유체와 제 1 분리요소의 후방벽 및 축방향 분리기 배플의 하류에 있는 제 2 열교환 챔버의 제 2 부분에 위치한 열교환기의 코일 사이에서 순차적으로 교환될 수 있는 잔류 열량을 조정해, 축방향 분리기 배플의 상류에 있는 제 2 열교환 챔버의 제 1 부분에 위치된 열교환기의 코일에 흐르는 제 1 열전달 유체에 의해 발생하는 제 2 열전달 유체의 냉각량이 이점적으로 결정될 수 있다.
본 출원인은 이러한 유리한 특성으로 인해, 셀의 제 2 열교환 챔버에서 발생하는 열교환이 셀의 총 계절 공간 난방 에너지 효율(ηs) 및 특히 종래 기술의 셀 구성과 관련하여 활성 모드에서의 효율(ηson)을 증가시키도록 최적화될 수 있음을 실험적으로 발견하였다.
특히, 출원인은 셀이 온수 장치인 경우 연소 가스의 응축에서 열교환 셀의 성능이 현저히 증가한다는 것을 실험적으로 발견하였다.
바람직하게는, 열교환 셀은 상기 장치의 격납 케이싱 내부에 수평으로 장착된다.
바람직하게는, 열교환 셀은 응축 열교환 셀 또는 열회수 장치이다.
본 발명의 내용에 포함됨.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부도면을 참조로 이루어진 바람직한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터보다 명확하게 나타날 것이다.
셀의 개별적인 바람직한 구성에서의 상이한 특성은 특정 조합으로 인해 특히 이점이 있는 경우, 상술한 설명에 따라 원하는대로 서로 조합될 수 있다.
그러한 도면에서:
도 1은 본 발명에 따른 열교환 셀의 바람직한 실시예의 부분적으로 분리된 부분들 및 일부 세부 사항들이 생략된 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 도 1의 열교환 셀의 위와 아래에서 본 평면도이다.
도 3은 도 1의 열교환 셀의 분리된 부분의 사시도이다.
도 4는 도 2a의 IV-IV 선에 따른 도 1의 열교환 셀의 축 A-A에 평행한 길이방향 단면도이다.
도 5는 도 2b의 V-V 선에 따른 도 1의 열교환 셀의 축 A-A에 직교하는 횡단면도이다.
도 6은 도 1의 열교환 셀의 후면으로부터 본 일부 세부 사항이 생략된 사시도이다.
도면의 예시를 위해, 동일한 기능을 갖는 구성요소를 나타내기 위해 동일한 참조번호의 다음 설명에서 사용된다. 또한, 예시를 명확히 하기 위해, 소정 참조번호가 모든 도면에서 반복되는 것은 아니다.
도면을 참조하면, 전체적으로 숫자 10으로 표시된 열교환 셀이 도시되어 있다.
도면에 도시된 바람직한 실시예에서, 열교환 셀(10)은 소위 응축 유형의 가스-액체 열교환 셀이며, 여기서 가령 피가열 물을 포함하는 제 1 열전달 유체, 및 예를 들어 첨부도면에서 참조번호 20으로 도시된 버너로부터 나오는 고온 연소 가스를 포함하는 제 2 열전달 유체 간에 열교환이 있다.
도면에 도시된 바람직한 실시예를 특히 참조하면, 열교환 셀(10)은 나선형 형상의 열교환기(13)가 장착되는 격납 케이싱(11)을 포함한다.
이 상세한 설명의 범위 내에서 그리고 설명을 간략히 하기 위해, 어떠한 제한하려는 의도 없이, 열교환기(13)의 (셀(10)의 길이방향 축과 일치하고 또한 길이방향을 나타내는) 길이방향 축(A-A)이 수평인 열교환기(10)의 작동 위치를 통상적으로 참조할 것이다.
바람직하게는, 격납 케이싱(11)는 금속 재료, 예를 들어 강철 또는 알루미늄과 같은 이러한 유형의 용도에 적합한 구조 재료, 또는 가능하게는 기능성 필러의 섬유, 가령, 유리 섬유로 채워진 폴리페닐렌 설파이드(PPS)와 같은 고성능 및 내열성 플라스틱 재료로 제조될 수 있다.
열교환기(13)는 바람직하게는 제 1 열전달 유체의 입구 개구(13c) 및 출구 개구(13d)에서 각각 시작하고 끝나는 복수의 코일에 따라 길이방향 축(A-A)을 중심으로 코일링된 제 1 열전달 유체의 흐름을 위한 튜브형 덕트를 포함한다(도 3 참조).
바람직하게는, 열교환기(13)는 강철 또는 알루미늄과 같은 열전도율이 높은 금속 재료로 제조된다.
제 1 열전달 유체의 입구 개구(13c) 및 출구 개구(13d)는 열교환기(13) 내외로 제 1 열전달 유체(피가열 물)의 입구 및 출구를 각각 허용하도록 구성된다. 제 1 열전달 유체의 입구 및 출구 방향은 화살표 L로 도면에 표시되어 있다.
도시된 바람직한 실시예에서, 튜브형 덕트는 평평한 횡단면을 가지며, 바람직하게는 부분적으로 타원형이다(도 3 및 4 참조).
바람직하게는, 열교환기(13)의 튜브형 덕트의 상술한 복수의 코일의 코일은 주축이 열교환기(13)의 길이 방향 축(A-A)에 실질적으로 수직인 평평한 횡단면을 갖는다.
다른 바람직한 실시예(미도시)에서 그리고 특정 적용 요건을 만족시키기 위해, 열교환기(13)의 튜브형 덕트의 코일의 평평한 횡단면의 주축은 예를 들어 열교환기(13)의 길이 방향 축(A-A)에 대하여 60°내지 87°로 구성된 예각을 형성할 수 있다.
튜브형 덕트의 2개의 연속 코일의 평평한 표면 사이에는, 바람직하게는 실질적으로 일정한 두께를 갖는 간극(13b)이 있으며, 미리 정의되고 바람직하게는 일정한 두께를 가지며, 실질적으로 반경방향(또는 경사 코일의 경우 실질적으로 축반경방향)을 따라 제 2 열전달 유체의 통과를 위한 유체 경로를 형성한다.
이를 위해, 셀(10)에는 튜브형 덕트의 편평한 면으로부터 연장된 돌출부 또는 상술한 편평한 면 사이에 개입되고 튜브형 덕트의 편평한 면들 사이에 간극(13b)을 정의하도록 구성된 빗살형 스페이서 요소와 같이 도면에 더 잘 표현되지 않은 적절한 스페이서 요소가 제공되는 것이 바람직하다.
본 명세서 및 다음의 청구범위의 내에서, 열교환기(13)의 덕트의 평평한 면들 사이에 정의된 간극의 "두께"라는 용어는 수직방향을 따라 측정된 상기 면들 사이의 거리를 의미한다.
바람직하게는, 나선형 형상의 열교환기(13)는 격납 케이싱(11) 내부에 장착되어 이러한 케이싱에서 이 경우 버너(20)에 의해 생성된 고온 연소 가스를 포함하는 제 2 열전달 유체의 공급 구역(21)을 형성한다.
바람직하게는, 제 2 열전달 유체의 공급 구역(21)은 열교환기(13)와 동축으로 그리고 내부에 격납 케이싱(11)에 정의된다.
이러한 방식으로, 열교환 구역(10) 내부에 공급 구역(21)으로부터 반경방향으로(또는 경사진 코일의 경우에 실질적으로 축반경방향을 따라) 나선형 형상 열교환기(13)의 코일들 사이에 형성된 간극(13b)을 통해 외부를 향하는 제 2 열전달 유체의 흐름을 갖는 것과 같은 구성을 갖는 것이 유리할 수 있다.
셀(10)의 이 바람직한 실시예의 격납 케이싱(11)은 단순히 하기 위해 외주 측벽(11c)에 고정된 제 1 환형요소(31)가 도시된 그자체가 통상적인 실질적인 환형 전방벽에 의해 전방에서 밀봉식으로 폐쇄된다.
바람직하게는, 전방벽은 그 자체로 알려진 방식의 외주 내부 에지에서 예를 들어, O-링을 통해(또한 미도시) 제 1 환형요소(31)에 탈착가능하게 밀봉식으로 고정된 도시되지 않은 제 2 환형요소를 포함한다.
버너(20)의 그 자체로 통상적이나 또한 도시되지 않은 지지판은 탈착가능하지만 여전히 가스 밀봉식으로 셀(10)의 전방의 실질적인 환형벽에 고정된다.
바람직하게는, 셀(10)은 또한 제 2 열전달 유체의 공급 구역(21)을 향하고 격납 케이싱(11)의 전방벽이 제 2 열전달 유체의 공급 구역(21)으로부터 고온으로 제조되는 재료를 열적으로 보호하도록 구성된 실질적인 환형 단열요소(단순히 하기 위해 도시되지 않음)를 포함한다.
도시된 바람직한 실시예에서, 격납 케이싱(11)은 특히 실질적으로 원통형 구조를 가지며, 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c) 및 후방벽(11d)을 정의하도록 적절히 형성된 각각의 상부 및 하부의 2개의 하프-쉘(11a, 11b)을 포함한다.
바람직하게는 수평 작동 구성에서, 열교환 셀(10)은 복수의 개구(12a-12d)를 통해 셀이 장착된, 바람직하게는 격납 케이싱(11)의 측벽(11c) 상에 또는 이와 관련된 추가 요소에 형성된 장치 또는 시스템의 일부인 외부 구성요소(미도시)와 유체 연통한다.
따라서, 도시된 바람직한 실시예에서, 제 1 개구(12a)는 셀(10)로부터 제 2 열전달 유체의 출구를 위해 구성되고 바람직하게는 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c)과 외부에 연결된 이러한 유체의 배출 캡(11e)에 형성된다.
바람직하게는 아래에서보다 명확하게 보여지는 바와 같이, 배출 캡(11e)은 셀(10)의 구성 요소의 수를 적절하게 감소시키고 조립 작업을 단순화함으로써 셀(10)의 제조를 단순화하기 위해 하프-쉘(11a)(셀(10)의 예시적인 수평 장착 구성에서 상부)에서 단일 피스로 형성된다.
도 1에 도시된 열교환 셀(10)의 바람직한 실시예의 바람직한 작동 구성(수평)에서, 출구 개구(12a)는 바람직하게는 수직 축을 가지며 상방을 향하도록 위치된다.
제 2 및 제 3 개구(12b, 12c)는 바람직하게는 각각의 슬리브(28, 29)의 자유 단부에 형성되며, 각각의 슬리브(28, 29)는 셀(10)이 설치된 난방 장치 또는 시스템(미도시)의 유압 구성 요소와 열교환 셀(10)의 각각의 커넥터를 구성하도록 적절하게 형상화된다.
바람직하게는, 슬리브(28, 29)는 격납 케이싱(11)의 외주 벽(11c)으로부터 뻗어 있고 바람직하게는 케이싱(11)의 하프-쉘(11b)(셀(10)의 예시적인 수평 장착 구성에서 하부)과 단일 피스로 형성된다.
이 바람직한 실시예에서, 열교환기(13)의 제 1 열전달 유체의 입구 개구(13c) 및 출구 개구(13d)는 도 3에 도시된 바와 같이 슬리브(28, 29)에 수용된다.
따라서, 슬리브(28, 29)는 상술한 바와 같이, 열교환기(13)를 오가는 각각 제 1 열전달 유체(피가열 물)의 유입 및 배출을 허용하기 위해 열교환기(13)의 유입 개구(13c) 및 배출 개구(13d)를 수용하도록 구성되는 것이 바람직하다.
열교환 셀(10)의 작동 구성에서, 격납 케이싱(11)으로부터 뻗어 있는 슬리브(28, 29)의 개구(12b, 12c)는 열교환기(13)의 나선의 길이방향 축(A-A)을 따라 셀(10)의 축방향 연장부에 대해 서로 후방 및 전방으로 각각 배치되고, 셀(10)을 수평으로 장착하는 경우, 하방으로 향해, 셀(10)이 설치된 난방 장치 또는 시스템의 외부 구성요소(미도시)와의 연결을 용이하게 한다.
열교환 셀(10)에 도시된 바람직한 실시예에서, 이러한 셀은 응축 타입이므로, 격납 케이싱(11)에는 바람직하게는 격납 케이싱(11)의 외주벽(11c)으로부터 뻗어 있는 각각의 슬리브(30)의 자유 단부에 형성되고, 바람직하게는 케이싱(11)의 하프-쉘(11b)(셀(10)의 예시적인 수평 장착 구성에서 하부)과 함께 단일 피스로서 형성된 제 4 개구(12d)가 더 제공된다(도 2b 및 도 5 참조).
개구(12d)는 2개의 열전달 유체 사이의 열교환 과정 동안 생성되고 격납 케이싱(11)의 하부에 수집되는 응축수의 배출을 위해 구성된다.
본 발명에 따른 열교환 셀(10)은 격납 케이싱(11)에 형성되고 열교환기(13)의 제 1 열교환부가 수용되는 제 1 열교환 챔버(22)를 포함한다.
제 1 열교환 챔버(22)는 열교환기(13)의 제 1 열교환부의 반경방향 외벽(13a)과 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c) 사이 열교환기(13)에 대해 외부에 정의된 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버(15)를 차례로 포함한다.
본 발명에 따른 열교환 셀(10)은 격납 케이싱(11)에 형성되고 열교환기(13)의 제 2 열교환부가 수용되는 제 2 열교환 챔버(26)를 더 포함한다.
제 2 열교환 챔버(26)는 열교환기(13)의 제 2 열교환부의 반경방향 외벽(13a)과 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c) 사이 열교환기(13)에 대해 외부에 정의된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16)를 포함한다.
이 경우에, 열교환기(13)가 나선형 튜브형 덕트에 의해 형성될 경우, 2개의 열교환부의 외벽(13a)은 불연속적이다. 즉, 교환기의 연속 코일 사이에 형성된 간극(13b)에 의해 축방향으로 단절되며, 튜브형 덕트 자체의 코일의 반경방향 외부면에 의해 형성된다.
도시된 바람직한 실시예에서, 열교환 셀(10)은 케이싱(11)의 후방벽(11d)에 위치되고 효과적인 가스 씰 및 케이싱(11) 내부의 열교환기(13)의 정확한 위치 설정을 모두 보장하기 위해 열교환기(13)와 맞닿아 협력하는 환형요소(36)를 더 포함한다.
바람직한 실시예에서, 환형요소(36)는 케이싱(11)의 후방벽(11d)으로부터 단일 피스로서 연장된다.
바람직하게는, 환형요소(36)는 열교환기(13)에 대한 효과적인 맞닿음을 보장하기 위해 열교환기의 코일과 실질적으로 동일한 권선 피치를 가지며 적어도 부분적으로 나선형으로 연장된다.
제 1 및 제 2 열교환 챔버(22, 26)는 아래에서 보다 상세히 설명되는 실질적으로 플레이트형 바디를 포함하는 제 1 분리요소(14)에 의해 열교환기(13) 내부에서 분리된다.
도시된 바람직한 실시예에서, 제 1 분리요소(14)는 제 1 열교환부의 코일과 열교환기(13)의 제 2 열교환부의 코일 사이에 개입된 환형 크라운(14b)을 포함한다.
바람직하게는, 제 1 분리요소(14)의 환형 크라운(14b)은 그러한 요소의 바디와 단일 피스로 형성된다.
바람직하게는, 제 1 분리요소(14)의 환형 크라운(14b)은 알루미늄 또는 강철과 같은 높은 열 전도성을 갖는 재료, 바람직하게는 금속으로 제조된다.
바람직하게는, 제 1 분리요소(14)의 바디는 단열 재료로 만들어진 요소(19)가 수용되는 시트(14a)를 중앙에 형성하여, 연소실(21)(셀(10) 내의 제 2 열전달 유체의 공급 구역)을 향하도록 한다.
바람직하게는, 단열요소(19)는 실질적으로 디스크 형상이다.
바람직하게는, 제 1 분리요소(14)의 환형 크라운(14b)은 열교환기(13)의 코일과 실질적으로 동일한 권선 피치를 가지며 적어도 부분적으로 나선형으로 연장된다.
바람직하게는, 제 1 분리요소(14)의 환형 크라운(14b)은 열교환기(13)의 2개의 연속 코일의 편평한 표면 사이에 형성된 간극(13b)의 두께와 실질적으로 동일한 두께를 갖는다.
바람직한 실시예에서, 제 1 분리요소(14)는 예를 들어 케이싱(11)의 후방벽(11d)을 향하는 후면으로부터 뻗어 있는 실질적으로 핀 형상의 복수의 열교환 돌출부(23)를 포함할 수 있다.
이러한 가능한 열교환 돌출부(23)는 도 4에 점선으로 도시되어 있다.
이러한 방식으로, 유리하게는 제 1 분리요소(14)의 교환 표면적을 증가시킬 수 있어, 이에 따라, 제 2 열교환 챔버(26) 내의 제 2 열전달 유체와 제 1 분리요소(14)의 열교환부 사이의 열교환량이 증가된다.
열교환 셀(10)은 케이싱(11)의 후방벽(11d) 근처의 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c)에 외주에 형성된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16)로부터의 유체 배출 통로(35)를 더 포함한다.
보다 구체적으로, 유체 출구 통로(35)는 바람직하게는 외주 측벽(11c)의 축방향 단부(11g)와 격납 케이싱(11)의 후방벽(11d) 사이에 외주에 형성된다.
도시된 바람직한 실시예에서, 아래에서보다 명확하게 나타나듯이, 외주 측벽(11c)은 부분적으로 하프-쉘(11a)에 의해 그리고 부분적으로 외주 측벽(11c)의 두께에 숨기는 식으로 수용된 플레이트형 요소(34)에 의해 형성된다.
따라서, 이 바람직한 실시예에서, 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c)의 축방향 단부(11g)는 플레이트형 요소(34)의 후방 축방향 단부에 형성된다.
도시되고 도 4에서 알 수 있는 바람직한 실시예에서, 플레이트형 요소(34)는 상기 플레이트형 요소(34)에 고정되고, 바람직하게는 플레이트형 요소(34)와 함께 단일 피스로서 형성된, 돌출부(41)에 형성된 대응하는 하우징 시트(21)에 상기 캡으로부터 뻗어 있는 핀(40)을 사용하여 캡(11e)에 고정된다.
제 1 및 제 2 열교환 챔버(22, 26)는 열교환기(13)의 반경방향 외벽(13a)과 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c) 사이에서 반경방향으로 뻗어 있는 제 2 분리요소(32)에 의해 열교환기(13) 외부에서 추가로 분리된다.
바람직하게는, 제 2 분리요소(32)는 실질적으로 원형 크라운의 섹터와 같은 형상을 갖는다.
바람직하게는, 제 2 분리요소(32)는 강철 또는 알루미늄과 같은 열전도율이 높은 재료, 바람직하게는 금속으로 제조된다.
제 2 분리요소(32)는 제 2 열교환 챔버(26)로부터 유체 출구 통로(35)에 미리 정의된 각도 연장부를 갖는 부분에 대해 열교환기(13) 주위에서 원주방향으로 연장되어 통로(35)를 향하는 대부분의 제 2 열전달 유체의 직접적인 통과를 막아 이러한 통로(35)에 대해 원위 구역에서 제 2 열전달 유체의 제 1 및 제 2 수집챔버(15) 사이의 유체 통로(17)를 형성한다.
셀(10)의 수평 장착 구성에서, 제 2 열전달 유체의 제 1 및 제 2 수집챔버(15, 16) 사이의 유체 통로(17)는 셀(10)의 하부 구역에 형성된다.
바람직하게는, 제 2 분리요소(32)는 제 2 열교환 챔버(26)로부터 유체 출구 통로(35)의 길이방향 센터라인 평면과 실질적으로 인접하여 열교환기(13) 주위에서 원주방향으로 연장된다.
도시된 바람직한 실시예에서 그리고 순전히 예시적이고 비제한적인 목적을 위해, 제 2 분리요소(32)는 정점이 열교환기(13)의 길이방향 축(A-A) 상에 위치된 약 180°의 각도로 열교환기(13) 주위에 원주 연장부를 갖는다.
이러한 원주 연장부는 실제로 열교환기(13)(및 셀(10))의 길이방향 축(A-A)과 제 2 분리요소(32)의 대향 단부(32a, 32b)를 연결하는 2개의 반-평면 사이에 정의된 각도(α)로 도 5에 도시되어있다.
바람직하게는, 제 2 분리요소(32)는 제 1 분리요소(14)에서, 보다 바람직하게는 제 1 분리요소(14)의 환형 크라운(14b)에서 케이싱(11)의 외주 측벽(11c)과 열교환기(13) 사이에서 연장된다.
도시된 바람직한 실시예에서, 제 2 분리요소(32)는 제 1 열교환부의 코일과 열교환기(13)의 제 2 열교환부의 코일 사이에 개입된 제 1 분리요소의 환형 크라운(14b)을 갖는 단일 부품으로서 형성되고 이러한 환형 크라운(14b)으로부터 반경방향으로 뻗어 있다.
바람직한 실시예에서 및 상술한 바와 같이, 제 2 분리요소(32)는 제 1 열교환 챔버(22)에서 열교환기(13)에 대해 반경방향 외부 위치로 형성된 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버(15)의 횡단면적의 적어도 90%, 보다 바람직하게는 적어도 92%, 더욱 더 바람직하게는 적어도 95%를 폐쇄하도록 구성된다.
특히 바람직한 실시예에서 그리고 도면에 도시된 바와 같이, 제 2 분리요소(32)는 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버(15)의 횡단면을, 셀(10)의 다양한 구성 요소의 처리 허용오차로 인한 불가피한 누설을 제외하고, 실질적으로 완전히 폐쇄되도록 구성된다.
바람직하게는, 제 2 분리요소(32)는, 격납 케이싱(11)의 처리 허용오차로 인한 불가피한 누설에도 불구하고, 더욱 바람직하게는 제 2 분리요소(32) 및 제 1 분리요소(14)의 실질적인 유체 씰과 함께, 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c)에 실질적으로 맞닿도록 구성된다.
따라서, 제 2 분리요소(32)는 제 2 열교환 챔버(26)로부터 유체 배출 통로(35)를 향한 제 1 수집챔버(15)로부터 제 2 열전달 유체의 직접 통로를 방지하고 (셀(10)의 하부 구역에 도시된 바람직한 예에서) 제 2 열교환 챔버(26)로부터 유체 배출 통로(35)로부터 먼 셀(10)의 구역에 정의된 제 2 열전달 유체의 제 1 및 제 2 수집챔버(15 및 16) 사이의 유체의 통로(17)를 향해 이러한 열전달 유체를 편리하게 지향시키도록 구성된다.
상술한 바와 같이, 본 출원인은 제 2 분리요소(32)의 원주 연장부를 적절하게 조정함으로써 열교환기(13)의 제 1 열교환부의 전체 축방향 연장부를 따라 그리고 실질적으로 이 제 1 부분의 원주 연장부를 따라 제 1 열교환 챔버(22)에서 열교환기(13)의 외부를 향하여 실질적으로 반경방향 또는 축방향으로 가로지르는 제 2 열전달 유체의 유체 역학을 최적화하는 유리한 기술적 효과를 달성할 수 있음을 실험적으로 발견하였다.
이러한 방식으로, 제 2 분리요소(32)의 상류에 위치된 열교환기(13)의 코일을 가로지르는 제 2 열전달 유체의 흐름의 분포를 개선함으로써 선호 유체 경로를 상당히 감소시키는 것이 유리하게 가능하다.
특히, 본 출원인은 코일과 코일 사이에 형성된 간극(13b)으로 통과하는 열교환기(13)의 제 1 열교환부를 반경방향으로 또는 축반경방향으로 교차하는 제 2 열전달 유체의 유량이 제 1 열교환 챔버(22)에 위치된 열교환기(13)의 이러한 제 1 열교환부의 축방향 섹션을 따라 실질적으로 일정하게 될 수 있음을 발견하였다.
본 출원인은 또한 이러한 유량이 열교환기(13)의 제 1 열교환부의 원주 연장부를 따라 실질적으로 일정하게 되어 제 2 열전달 유체가 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버(15)에서 유체에 의해 이동하지 않는 데드존의 존재를 상당히 감소시키는 그러한 제 1 열교환부의 원주 연장부를 따라 제 1 환형 수집챔버(15) 내에서 균일하게 전달되는 것을 고려한다.
본 출원인은 또한 제 2 분리요소(32)의 원주 연장부를 적절하게 정의함으로써, 제 2 분리요소(32)의 상류에 형성된 셀(10)의 제 1 열교환 챔버(22)의 제 1 수집챔버(15)를 통해 유동함으로써 그리고 제 2 열교환 챔버(26)에 형성된 제 2 수집챔버(16)를 향해 통로(17)를 통해 유동함으로써 제 2 열전달 유체의 유체 역학을 최적화하는 것이 또한 가능하다는 것을 실험적으로 발견했다.
도면에 도시된 바람직한 실시예에서, 제 2 분리요소(32)에 의해 제 2 열전달 유체의 제 1 및 제 2 수집챔버(15 및 16) 사이에 형성된 유체 흐름(17)의 횡단면적은 특히 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c)을 따라 균일하게 분포된다(도 5 참조).
바람직하게는, 제 2 분리요소(32)는 상기 제 2 분리요소(32)로부터 플레이트형 요소(34)까지 축방향으로 뻗어 있는 핀(43)을 연결하는 볼트(42)와 같은 종래의 그 자체로 알려진 수단을 통해 케이싱(11)의 외주 측벽(11c)의 일부를 형성하는 플레이트형 요소(34)에 탈착식으로 고정된다.
바람직하게는, 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16)는 유체 출구 통로(35)의 하류에 형성된 제 2 열전달 유체의 제 3 수집챔버(18)와 유체 연통된다.
보다 구체적으로, 제 3 수집챔버(18)는 도 4에 도시된 바와 같이 제 2 수집챔버(16)로부터의 유체 출구 통로(35) 및 제 3 수집챔버(18)의 하류에 정의된, 셀(10)의 제 2 열전달 유체의 출구 개구(12a)와 유체 연결된다.
제 2 열전달 유체의 제 3 수집챔버(18)는 캡(11e)에 형성되며, 캡은 케이싱의 외주 측벽(11c)으로부터 케이싱(11)의 외부를 향해 반경방향으로 연장되고 출구 개구(12a)가 실현된다.
따라서, 셀(10)의 이 바람직한 실시예에서, 캡(11e)은 제 2 수집챔버(16) 및 제 2 열교환 챔버(26)로부터 유체 배출 통로(35)의 하류에 위치된다.
이 바람직한 실시예의 열교환 셀(10), 특히 외주 측벽(11c), 제 1 분리요소(14), 제 2 및 제 3 수집챔버(16, 18) 및 유체 배출 통로(35)의 구성에 대한 보다 상세한 내용이 도 3, 도 4 및 도 6에서 찾을 수 있다.
도면에 도시된 바람직한 실시예에서, 캡(11e)은 케이싱(11)의 외주 측벽(11c)의 두께로 형성되고 플레이트형 요소(34)를 결합하는 형상으로 수용하도록 의도된 내부 개구에서 실현된다.
이러한 바람직한 실시예에서, 캡(11e)은 열교환 셀(10)의 센터라인 평면과 축으로 실현되고, 상술한 바와 같이, 바람직하게는 케이싱(11)의 외주 측벽(11c)과 단일 피스로 형성된다.
도시되지 않은 대안적인 바람직한 실시예에서, 캡(11e)은 적절한 고정수단을 통해 케이싱(11)의 외주 측벽(11c)에 고정된 독립적인 요소를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 열교환 셀(10)은 제 2 분리요소(32)와 격납 케이싱(11)의 후방벽(11d) 사이에서 축방향으로 뻗어 있는 한 쌍의 축방향 분리기 배플(24a, 24b)을 더 포함한다.
축방향 분리기 배플(24a, 24b)은 특히 격벽(24a, 24b)의 하류에 정의된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16)의 제 2 부분(16b)의 축방향 분리기 배플(24a, 24b)의 상류에 형성된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16)의 제 1 부분(16a)을 분리하도록 구성된다.
도시된 바람직한 실시예에서, 축방향 분리기 배플(24a, 24b)은 열교환기(13)의 제 2 열교환부의 반경방향 외벽(13a)과 셀(10)의 케이싱(11)의 외주 측벽(11c) 사이에서 반경방향으로 연장된다.
이러한 방식으로, 유리하게는 제 2 열교환 챔버(26)를 적절히 서브분할하고 축방향 분리기 배플(24a, 24b)의 상류 및 하류에 각각 정의된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16)의 제 1 및 제 2 부분을 서로 분리하도록 구성된 격벽(24a, 24b)의 원하는 구성을 구조적으로 간단한 방식으로 달성하는 것이 가능하다.
도시된 바람직한 실시예에서, 축방향 분리기 배플(24a, 24b)은 제 2 분리요소(32)와 단일 피스로 형성된다.
따라서, 이 바람직한 실시예에서 그리고 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제 1 분리요소(14), 제 2 분리요소(32) 및 축방향 분리기 배플(24a, 24b)은 열교환 셀(10)을 구성하는 요소의 개수를 서로 유리하게 감소되도록 단일 피스로 형성된다.
구체적으로, 축방향 분리기 배플(24a, 24b)은 제 2 분리요소(32)의 대향 단부(32a, 32b)로부터 단일 피스으로서 연장된다(도 5 및 6 참조).
이 경우, 제 2 분리요소(32)와 축방향 분리기 배플(24a, 24b) 사이의 구조적 연속성을 달성하여 열교환기(13)의 제 2 열교환부에 대해 반경방향 외부 위치에서 원주방향을 따라 그들 사이의 경계면에서 가능한 누출을 방지할 수 있는 것이 유리하다.
바람직하게는, 제 2 분리요소(32) 및 축방향 분리기 배플(24a, 24b)은 우수한 열 전도체인 금속, 바람직하게는 강철 또는 알루미늄으로 제조된다.
바람직하게는, 제 2 분리요소(32) 및 축방향 분리기 배플(24a, 24b)은 예를 들어 판금, 가령, 열교환기(13)의 2개의 연속적인 코일의 평평한 표면들 사이에 형성된 간극(13b)의 두께와 실질적으로 동일한 두께를 갖는 비교적 얇은 예컨대 강철로 제조된다.
완전히 예시적인 방식으로, 제 2 분리요소(32) 및 축방향 분리기 배플(24a, 24b)은 바람직하게는 약 0.6 내지 약 1.0mm의 두께를 가질 수 있다.
도시된 바람직한 실시예에서, 제 2 분리요소(32) 및 축방향 분리기 배플(24a, 24b)이 비교적 얇은 판금으로 만들어 짐에 따라, 완전히 예시적이고 비제한적인 방식으로, 그 자체로 알려진 방식으로, 예를 들어, 모두가 참조번호 44로 표시된 하나 이상의 볼트를 통해 실현된 케이싱(11)의 측벽(11c)에 탈착식으로 고정하는 것을 고려할 수 있다.
바람직하게는, 제 2 분리요소(32)는 이를 위해 케이싱(11)의 측벽(11c)에 고정하기 위해 제 2 분리요소(32)로부터 축방향으로 뻗어 있는 하나 이상의 추가 핀(43)을 구비한다(도 3, 5 및 6 참조).
도시된 바람직한 실시예에서, 축방향 분리기 배플(24a, 24b)은 또한 제 2 분리요소(32)의 센터라인 평면에 대하여 대칭으로 위치된다.
이러한 방식으로, 유리하게는 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16)의 제 1 부분(16a)을 통과한 후 이러한 제 1 부분(16a)의 바로 하류에 위치된 열교환기(13)의 코일을 연이어 통과하는 제 2 열전달 유체의 흐름의 균형잡힌 대칭적 분포를 갖는 것이 가능하다.
바람직한 실시예에서 및 상술한 바와 같이, 축방향 분리기 배플(24a, 24b)은 제 2 열교환 챔버(26)에서 열교환기(13)에 대해 반경방향 외부 위치에 형성된 제 2 열교환 유체의 제 2 수집챔버(16)의 횡단면의 적어도 90%, 보다 바람직하게는 적어도 92%, 더욱 더 바람직하게는 적어도 95%를 폐쇄하도록 구성된다.
특히 바람직한 실시예에서 그리고 도면에 도시된 바와 같이, 축방향 분리기 배플(24a, 24b)은 셀(10)의 다양한 구성요소의 가공 허용오차로 인한 불가피한 누설을 제외하고는 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16)의 횡단면적을 실질적으로 완전히 폐쇄되도록 구성된다.
따라서, 도시된 바람직한 실시예에서, 축방향 분리기 배플(24a, 24b)은 제 2 열교환 챔버(26)에 형성된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16)의 전체 축방향 연장부를 따라 실질적으로 제 2 분리요소(32)와 셀(10)의 격납 케이싱(11)의 후방벽(11d) 사이에서 축방향으로 연장된다.
더욱 바람직하게는, 축방향 분리기 배플(24a, 24b)은 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16) 내에서 연장되어 셀(10)의 격납 케이싱(11)의 후방벽(11d)에 실질적으로 접한다.
이러한 방식으로 그리고 상기 개시된 바와 같이, 유리하게는 (처리 허용오차로 인한 불가피한 누출에도 불구하고) 축방향 분리기 배플(24a, 24b)의 상류 및 하류에 각각 정의된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16)의 제 1 부분(16a)과 제 2 부분(16b) 사이의 유체 연통을 실질적으로 제한하고, 보다 바람직하게는 실질적으로 방지하는 것이 가능하다.
이러한 방식으로, 축방향 분리기 배플(24a, 24b)의 하류에 있는 열교환기(13)의 제 2 열교환부의 외부에 정의된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16)의 제 2 부분(16b)을 적절하게 폐쇄하는 것이 유리하게 가능하다.
이러한 방식으로, 축방향 분리기 배플(24a, 24b)의 상류에 정의된 제 2 열교환 챔버(26)의 제 1 부분에 위치된 열교환기(13)의 코일을 향해 제 2 열전달 유체의 전체 흐름을 실질적으로 전환시키는 것이 이점적으로 가능하다.
이러한 방식으로, 셀(10)는 제 2 열전달 유체와:
i) 축방향 분리기 배플(24a, 24b)의 상류에 형성된 제 2 열교환 챔버(26)의 제 1 부분에 위치한 열교환기(13)의 코일,
ii) 제 2 열교환 챔버(26)에서 열교환기(13) 내부에 위치된 제 1 분리요소(14)(또는 그 후면), 및
iii) 축방향 분리기 배플(24a, 24b)의 하류에 형성된 제 2 열교환 챔버(26)의 제 2 부분에 위치한 열교환기(13)의 코일 간에 열교환량의 유리한 증가를 달성한다.
이 모든 것은 셀의 계절 공간 가열 에너지 효율(ηs), 특히 활성 모드에서의 효율(ηson) 및 제 2 열교환 챔버(26)에서 회수된 연소 가스의 응축 잠열 열량의 증가로 발생한다.
도시된 바람직한 실시예에서, 축방향 분리기 배플(24a, 24b)의 하류에 형성된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16)의 제 2 부분(16b)은 제 2 분리요소(32)의 원주 연장부와 동일한 각도 연장부를 갖는 부분에 대해 열교환기(13) 주위에서 원주방향으로 연장된다.
유리하게는, 이 바람직한 특성은 축방향 분리기 배플(24a, 24b)이 제 2 분리요소(32)의 대향 단부(32a, 32b)로부터 축방향으로 연장된다는 사실로 인해 편리하게 달성된다.
도시된 바람직한 실시예에서, 그리고 바람직하게는 실질적으로 (상술한 바와 같이 처리 허용오차로 인한 불가피한 누출을 저지하기 위해) 기밀식으로 셀(10)의 제 2 열교환 챔버(26)를 서브분할하는데 있어 서로 협력하는 제 2 분리요소(32) 및 축방향 분리기 배플(24a, 24b)의 구성으로 인해, 셀(10)의 제 2 열교환 챔버(26)에서 얻어질 수 있는 유체 역학적 특성 및 열교환 특성의 함수로서 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16)의 제 1 및 제 2 부분(16a)의 원주 연장부를 변화(및 열교환 셀의 제조 동안 결정)할 수 있는 것이 바람직하다.
따라서, 예를 들어, 제 2 분리요소(32)의 원주 연장부를 변경하고 제 2 분리요소(32)의 원주 연장부를 따라 축방향 분리기 배플(24a, 24b)을 적절히 위치시킴으로써 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16)의 제 1 및 제 2 부분(16a, 16b)의 원주 연장부를 변경할 수 있다.
상술한 셀(10)로 작동될 수 있는 본 발명에 따른 열교환 방법의 바람직한 실시예가 특히 도 1-6을 참조하여 설명될 것이다.
방법의 초기 단계에서, 제 2 열전달 유체는, 예를 들어, 이러한 영역(연소실(21))에 위치한 버너(20)에 의한 연소 가스의 발생을 통해 공급 구역(21)에 공급된다.
후속 단계에서, 상기 방법은 제 1 열교환 챔버(22)에 위치된 열교환기(13)의 코일을 통해 흐름으로써 열교환기(13)에 의해 제 1 열교환 부분에 흐르는 제 1 열전달 유체(난방수)와 제 2 열교환 유체(연소 가스) 간에 제 1 열교환 챔버(22)에 제 1 열교환을 수행하는 단계를 포함한다.
이 단계에서, 제 2 열교환 유체(연소 가스)는 열교환기(13)의 2개의 연속적인 코일 사이에 형성된 간극(13b)을 통과하는 실질적으로 반경방향(또는 열교환기(13)의 길이방향 축(A-A)에 대해 코일이 경사진 경우에는 축-반경방향)을 따라 열교환기(13)의 코일을 가로지른다.
이러한 통과 동안, 바람직하게는 연소 가스의 흐름 방향에 대하여 역류로 열교환기(13)의 제 1 열교환부에서 순환하는 제 2 열전달 유체와 제 1 열전달 유체 사이에서 열교환이 존재한다.
본 발명에 따른 방법을 더 잘 이해하기 위해, 셀(10) 내부의 제 2 열전달 유체(연소 가스)의 흐름이 화살표 F로 도면에 도시되어 있다.
후속 단계에서, 상기 방법은 열교환기(13) 외부의 셀(10)의 제 1 열교환 챔버(22)에 형성된 제 1 수집챔버(15)에서 제 2 열전달 유체(연소 가스)를 수집하는 단계를 포함한다.
후속 단계에서, 상기 방법은 제 1 수집챔버(15)에서 수집된 제 2 열전달 유체를 셀(10)의 제 2 열교환 챔버(26)에 형성된 제 2 열 수집챔버(16) 내로, 실질적으로 케이싱(11)의 외주 측벽(11c)에 평행하고 이에 근접해, 보내는 단계를 포함한다.
도면에 도시된 셀(10)의 바람직한 실시예를 통해 작동될 수 있는 방법에 따르면, 연소 가스(제 2 열전달 유체)를 보내는 이 단계는 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버(15)와 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16)의 제 1 부분(16a) 사이의 제 2 분리 격벽(32)에 의해 셀(10)의 케이싱(11) 내부에 형성된 통로(17)를 통해 작동된다.
상술한 바와 같이, 제 2 수집챔버(16)의 이러한 제 1 부분(16a)은 축방향 분리기 배플(24a, 24b)의 상류에 있는 제 2 열교환 챔버(26)의 대응하는 제 1 부분에서 열교환기(13)의 외부에 형성된다.
후속 단계에서, 본 발명에 따른 방법은 제 2 열교환 챔버(26)의 제 1 부분에 위치된 열교환기(13)의 코일을 통과함으로써 열교환기(13)의 제 2 열교환부에 흐르는 제 2 열전달 유체와 제 2 열전달 유체 간에 제 2 열교환 챔버(26)에서 제 2 열교환을 수행하는 단계를 포함한다.
이점적으로, 이 제 2 열교환은 제 2 분리요소(32)와 축방향 분리기 배플들(24a, 24b)에 의해 제 2 열교환 챔버(26)의 제 1 부분에 위치된 열교환기(13)의 코일을 향해 보내진 제 2 열전달 유체의 실질적인 총 유량 사이에서 발생한다.
후속 단계에서, 본 발명에 따른 방법은 열교환기(13) 내부에 형성된 제 2 열교환 챔버(26)의 영역에 실질적인 횡방향으로 통과함으로써 제 2 열전달 유체와 제 1 분리요소(14) 사이의 제 2 열교환 챔버(26)에서 제 3 열교환을 수행하는 단계를 포함한다.
이점적으로, 이 제 3 열교환은 제 2 열교환 챔버(26)의 제 1 부분에 위치한 열교환기(13)의 코일을 가로 지르면서 이전에 냉각된 제 2 열전달 유체로 열을 전달하는 제 1 분리요소(14)로부터 열을 효과적으로 제거될 수 있게 한다.
후속 단계에서, 본 발명에 따른 방법은 축방향 분리기 배플(24a, 24b)의 하류에 형성된 제 2 열교환 챔버(26)의 제 2 부분에 위치된 열교환기(13)의 코일을 통해 유동함으로써 제 2 열교환기(13)의 제 2 열교환부에서 유동하는 제 2 열교환 유체와 제 1 열교환 유체 사이의 제 4 열교환을 제 2 열교환 챔버(26)에서 수행하는 단계를 포함한다.
유리하게는, 이 제 4 열교환은 열교환기(13) 내부에 형성된 제 2 열교환 챔버(26)의 구역을 실질적으로 횡방향으로 통과한 제 2 열전달 유체가 갖고 있는 잔열의 굴뚝으로 손실이 실질적으로 감소될 수 있게 한다.
실제로, 이 잔열은 축방향 분리기 배플(24a, 24b)의 하류에 위치된 열교환기(13)의 제 2 열교환부에 흐르는 제 1 열전달 유체에 실질적으로 완전히 생성된다.
상술한 바와 같이, 본 출원인은 실험적으로 연소 가스의 응축 잠열의 회수에서 열교환 셀(10)의 성능이 상당히 증가함을 발견하였다.
특히, 상술한 바와 같이, 본 출원인은 10년의 작동과 관련하여 상술한 연장된 작업 테스트에서, 제 2 열교환 챔버(26)에서 연소 가스의 응축 잠열의 회수가 제 2 열교환 챔버(26)의 하부에 위치된 열교환기(13)의 코일, 즉, 특히 발생가능한 딱지 축적에 영향을 받는 코일에 대해 효과적인 "와싱(washing)" 작용을 수행할 수 있는 응축액의 흐름을 얻는 수준에 도달한다는 것을 실험적으로 발견했다.
수행된 실험 테스트의 마지막에서, 실제로, 본 출원인은 제 2 열교환 챔버(26)에 위치한 열교환기(13)의 코일 표면이 불연소 입자의 딱지나 침전물이 전혀 없음을 확인할 수 있었다.
후속 단계에서, 본 발명에 따른 방법은 열교환 챔버(26)로부터 유체 배출 통로(35)를 통해 열교환 셀(10)의 길이방향 축(A-A)에 실질적으로 수직인 방향을 따라 제 2 열교환 챔버(26)로부터 제 2 열전달 유체를 배출하는 단계를 포함한다.
유리하게는, 이러한 셀을 통해 작동될 수 있는 셀(10) 및 열교환 방법은 제 2 열교환 챔버(26)에서 횡방향으로 보내지는 균일한 흐름의 형성으로 인해 셀의 열교환 효율의 증가, 및 특히, 원하는 경우, 제 2 열전달 유체 및 그러한 유체와의 열교환 관계에 있는 셀(10)의 모든 요소들(열교환기(13)의 제 2 열교환부의 코일 및 제 1 분리요소(14)의 후방벽) 사이의 개선된 열교환으로 인해 응축효과의 증가를 가능하게 한다.
상술한 바와 같이, 본 출원인은 상술한 연장된 작업 테스트에서 본 발명에 따른 셀(10)의 제 2 열교환 챔버(26)의 구성이 또한 매우 유리하게는 그의 성능 특성이 실질적으로 시간에 걸쳐 변경되지 않고 유지될 수 있음을 실험적으로 발견하였다.
실제로, 본 발명에 따른 열교환 셀(10)의 제 2 열교환 챔버(26)의 구성은 제 1 열교환 챔버(22)에서 교환된 열의 점진적인 감소를 셀(10)의 제 2 열교환 챔버(26)에서 교환된 열의 대응하는 점진적인 증가로 보상할 수 있다.
이는, 상술한 바와 같이, 제 2 열전달 유체가 축방향 분리기 배플(24a)의 상류에 위치된 열교환기(13)의 제 2 열교환부의 코일, 열교환기(13) 내부에 형성된 제 2 열교환 챔버(26)의 구역 및 축방향 분리기 배플(24a, 24b)의 하류에 위치한 열교환기의 제 2 열교환부의 코일을 직렬로 그리고 실질적으로 횡방향을 따라 교차되게 강요된다는 사실에 기인한다.
이러한 방식으로, 본 발명에 따른 열교환 셀(10)은 열교환기(13) 내부에 점진적인 딱지의 증착으로 인해 제 2 열교환 챔버(26)에서 제 1 열교환 챔버(22)에서 교환되지 않은 열을 실질적으로 완전하게 회수할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 방법은 열교환기(13)의 반경방향 외벽(13a) 및 셀(10)의 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c) 사이에 형성된 통로(17)의 유체 흐름의 전체 횡단면적을 조정함으로써 제 2 열교환 챔버(26)를 향해 보내지는 제 2 열전달 유체의 유체 역학을 조정하는 단계를 포함한다.
상술한 바와 같이, 이 조정은 제 2 분리요소(32)의 원주 연장부를 적절하게 정의함으로써 실현된다.
바람직한 실시예에서, 상기 방법은 제 2 열교환 챔버(26)의 제 1 및 제 2 부분에 각각 위치된 열교환기(13)의 코일을 통과함으로써 열교환기(13)의 제 2 열교환부에서 유동하는 제 2 열전달 유체와 제 1 열전달 유체 사이에서 수행되는 제 2 및 제 4 열교환량을 조절하는 단계를 포함한다.
이 조정 단계는 바람직하게는 열교환기(13)의 반경방향 외벽(13a)을 따라 상기 축방향 분리기 배플(24a, 24b)의 원주 위치를 조정함으로써 이점적으로 달성된다.
바람직한 실시예에서, 상기 방법은 상술한 열교환 돌출부(23)를 통해 제 2 열교환 챔버(26)의 제 2 구역에서 수행되는 제 2 열교환량을 증가시키는 단계를 포함한다.
본 출원인은 실험적으로 셀(10) 및 상술한 방법의 유리한 특성으로 인해 셀(10)의 제 2 열교환 챔버(26)에서 발생하는 열교환량이 종래 기술의 셀 구성에 대하여 셀의 계절별 에너지 효율(ηs)의 결정에 훨씬 큰 우세한 영향을 끼치는 셀(10)의 계절 공간 난방 에너지 효율(ηs) 및 특히 능동 모드(ηson)에서의 효율을 최적화될 수 있음을 발견하였다.

Claims (28)

  1. -후방벽(11d) 및 외주 측벽(11c)을 포함하는 격납 케이싱(11);
    -복수의 코일에 따라 나선(A-A)의 길이방향 축 주위에 코일링된 제 1 열전달 유체의 유동을 위한 적어도 하나의 튜브형 덕트를 포함하고, 상기 격납 케이싱(11)에 장착된 나선형 형상의 열교환기(13);
    -상기 열교환기(13)에 대해 동축으로 그리고 내부적으로 케이싱(11)에 정의된 상기 제 1 열전달 유체와의 열교환을 위해 의도된 제 2 열전달 유체의 공급 구역(21);
    -상기 격납 케이싱(11)에 정의되고 열교환기(13)의 제 1 열교환부가 수용되며, 열교환기(13)의 제 1 열교환부의 반경방향 외벽(13a)과 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c) 사이 열교환기(13)에 대해 외부에 정의된 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버(15)를 포함하는 제 1 열교환 챔버(22);
    -상기 격납 케이싱(11)에 정의되고 열교환기(13)의 제 2 열교환부가 수용되며, 열교환기(13)의 제 2 열교환부의 반경방향 외벽(13a)과 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c) 사이 열교환기(13)에 대해 외부에 정의된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(15)를 포함하는 제 2 열교환 챔버(26); 및
    -상기 격납 케이싱(11)의 후방벽(11d) 근처의 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c)에 정의된 제 2 열교환 챔버(26)로부터의 유체 배출 통로(35)를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 열교환 챔버(22; 26)는 실질적으로 플레이트형 바디를 포함하는 제 1 분리요소(14)에 의해 열교환기(13) 내부에서 분리되는 열교환 셀(10)로서,
    상기 제 1 및 제 2 열교환 챔버(22; 26)는 열교환기의 반경방향 외벽(13a)과 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c) 사이에 반경방향으로 뻗어 있는 적어도 하나의 제 2 분리요소(32)에 의해 열교환기(13)의 외부에서 추가로 분리되고,
    상기 제 2 분리요소(32)는 적어도 상기 유체 출구 통로(35)에서 상기 제 2 열교환 챔버(26)로부터 상기 열교환기(13) 주위에 원주로 뻗어 있어 상기 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버(15)와 제 2 수집챔버(16) 사이에 적어도 하나의 유체 통로(17)를 정의하며,
    열교환 셀(10)은 상기 제 2 분리요소(32)와 격납 케이싱(11)의 후방벽(11d) 사이에서 축방향으로 뻗어 있고, 상기 축방향 분리기 배플(24a; 24b)의 상류에 정의된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16)의 제 1 부분(16a)을 상기 배플의 하류에 정의된 제 2 열전달 유체의 상기 제 2 수집챔버(16)의 제 2 부분(16b)으로부터 분리시키도록 구성된 한 쌍의 축방향 분리기 배플(24a; 24b)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환 셀.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 분리요소(32)는 실질적으로 원형 크라운의 섹터로서 형성된 열교환 셀.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 분리요소(32)는 제 1 열교환 챔버(22)에서 열교환기(13)에 대해 반경방향 외측 위치에 형성된 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버(15)의 횡단면적의 적어도 90%를 폐쇄하도록 구성되는 열교환 셀(10).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 분리요소(32)는 25°내지 200°의 각도로 정의된 열교환기(13) 주위의 원주방향 연장부를 갖는 열교환 셀.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 분리요소(32)는 케이싱(11)의 외주 측벽(11)에 실질적으로 평행하고 이에 인접한 방향을 따라 제 2 열교환 챔버(26)를 향하여 상기 격납 케이싱(11) 내부에서 제 2 열전달 유체의 주변 흐름을 허용하도록 구성되는 열교환 셀.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 분리요소(32)에 의한 제 2 열교환 유체의 상기 제 1 수집챔버(15) 및 제 2 수집챔버(16) 사이에 정의된 상기 적어도 하나의 유체 통로(17)의 유체 유동의 횡단면적이 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c)을 따라 균일하게 분포된 열교환 셀.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 분리요소(32)는 제 2 열교환 챔버(26)로부터 실질적으로 상기 유체 배출 통로(35)의 길이방향 센터라인 평면의 가운데서 원주방향으로 뻗어 있는 열교환 셀.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 분리요소(32)는 상기 제 1 분리요소(14)에서 열교환기(13) 주위에서 원주방향으로 뻗어 있는 열교환 셀.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 분리요소(14)는 열교환기(13)의 제 1 열교환부의 코일과 제 2 열교환부의 코일 사이에 적어도 부분적으로 개입된 환형 크라운(14b)을 포함하는 열교환 셀.
  10. 제 1 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 분리요소(32)는 상기 환형 크라운(14b) 또는 케이싱(11)의 외주 측벽(11c)으로부터 반경방향으로 뻗어 있는 열교환 셀.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 분리요소(14)의 실질적으로 플레이트형 바디에는 제 2 열전달 유체의 공급영역(21)을 향한 단열요소(19)가 중앙에 제공되는 열교환 셀.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 분리요소(14)는 그 후면으로부터 케이싱(11)의 후방벽(11d)을 향하여 뻗어 있는 복수의 열교환 돌출부(23)를 포함하는 열교환 셀.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축방향 분리기 배플(24a; 24b)은 열교환기(13)의 제 2 열교환부의 반경방향 외벽(13a)과 케이싱(11)의 외주 측벽(11c) 사이에서 반경방향으로 뻗어 있는 열교환 셀.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축방향 분리기 배플(24a; 24b)은 상기 제 2 분리요소(32)에 고정되거나 일체로 형성되는 열교환 셀.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축방향 분리기 배플(24a; 24b)은 케이싱(11)의 외주 측벽(11c)으로부터 반경방향으로 뻗어 있는 열교환 셀.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축방향 분리기 배플(24a; 24b)은 제 2 열교환 챔버(26)에서 열교환기(13)에 대해 외부에 형성된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16)의 횡단면적의 적어도 90%를 폐쇄하도록 구성되는 열교환 셀.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 축방향 분리기 배플(24a; 24b)은 실질적으로 제 2 열교환 챔버(26)에 형성된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16)의 전체 축방향 전개를 따라 케이싱(11)의 상기 제 2 분리요소(32)와 후방벽(11d) 사이에서 축방향으로 뻗어 있는 열교환 셀.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축방향 분리기 배플(24a; 24b)의 하류에 형성된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16)의 제 2 부분(16b)은 상기 제 2 분리요소(32)의 원주방향 연장부 이하의 각도 연장부를 갖는 부분에 대해 열교환기(13) 주위에서 원주방향으로 뻗어 있는 열교환 셀.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축방향 분리기 배플(24a; 24b)은 상기 제 2 분리요소(32)의 대향 단부 에지(32a; 32b)로부터 축방향으로 뻗어 있는 열교환 셀.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축방향 분리기 배플(24a; 24b)은 상기 제 2 분리요소(32)의 센터라인 평면에 대하여 대칭으로 위치되는 열교환 셀.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀(10)은 응축 열교환 셀 또는 열 회수기인 열교환 셀.
  22. 열교환 셀(10)에서 제 1 열전달 유체와 제 2 열전달 유체 간의 열교환 방법으로서,
    상기 열교환 셀(10)은:
    -후방벽(11d) 및 외주 측벽(11c)을 포함하는 격납 케이싱(11);
    -복수의 코일에 따라 나선의 길이방향 축 주위에 코일링된 제 1 열전달 유체의 유동을 위한 적어도 하나의 튜브형 덕트를 포함하고, 상기 격납 케이싱(11)에 장착된 나선형 형상의 열교환기(13);
    -상기 열교환기(13)에 대해 동축으로 그리고 내부적으로 케이싱(11)에 정의된 상기 제 1 열전달 유체와의 열교환을 위해 의도된 제 2 열전달 유체의 공급 구역(21);
    -상기 격납 케이싱(11)에 정의되고 열교환기(13)의 제 1 열교환부가 수용되며, 열교환기(13)의 제 1 열교환부의 반경방향 외벽(13a)과 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c) 사이 열교환기(13)에 대해 외부에 정의된 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버(15)를 포함하는 제 1 열교환 챔버(22);
    -상기 격납 케이싱(11)에 정의되고 열교환기(13)의 제 2 열교환부가 수용되며, 열교환기(13)의 제 2 열교환부의 반경방향 외벽(13a)과 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c) 사이 열교환기(13)에 대해 외부에 정의된 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버(16)를 포함하는 제 2 열교환 챔버(26); 및
    -상기 격납 케이싱(11)의 후방벽(11d) 근처의 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c)에 정의된 제 2 열교환 챔버(26)로부터의 유체 배출 통로(35)를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 열교환 챔버(22; 26)는 실질적으로 플레이트형 바디를 포함하는 제 1 분리요소(14)에 의해 열교환기(13) 내부에서 분리되며,
    상기 제 1 및 제 2 열교환 챔버(22; 26)는 열교환기의 반경방향 외벽(13a)과 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c) 사이에 반경방향으로 뻗어 있는 적어도 하나의 제 2 분리요소(32)에 의해 열교환기(13)의 외부에서 분리되고, 상기 제 2 분리요소(32)는 적어도 상기 유체 출구 통로(35)에서 상기 제 2 열교환 챔버(26)로부터 상기 열교환기(13) 주위에 원주로 뻗어 있어 상기 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버(15)와 제 2 수집챔버(16) 사이에 적어도 하나의 유체 통로(17)를 정의하며,
    상기 방법은:
    -상기 공급 구역(21)에서 제 2 열전달 유체를 공급하는 단계;
    -상기 제 1 열교환 챔버(22)에 위치된 열교환기(13)의 코일을 통해 흐름으로써 열교환기(13)의 제 1 열교환부에서 유동하는 제 2 열전달 유체와 제 1 열전달 유체 사이의 제 1 열교환을 제 1 열교환 챔버(22)에서 수행하는 단계;
    -열교환기(13) 외부의 제 1 열교환 챔버(22)에 형성된 제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버(15)에서 제 2 열전달 유체를 수집하는 단계;
    -제 2 열전달 유체의 제 1 수집챔버와 제 2 열전달 유체의 제 2 수집챔버의 적어도 하나의 제 1 부분(16a) 사이에 형성된 상기 적어도 하나의 유체 통로(17)에 의해 상기 제 1 열교환 챔버(22)에서 상기 제 2 열교환 챔버(26)로 제 2 열전달 유체를 보내는 단계;
    -제 2 열교환 챔버(26)의 상기 적어도 제 1 부분에 위치된 열교환기(13)의 코일을 통해 흐름으로써 열교환기(13)의 제 2 열교환 위치에서 유동하는 제 2 열전달 유체와 제 1 열전달 유체 사이의 제 2 열교환을 제 2 열교환 챔버(26)에서 수행하는 단계;
    -열교환기(13) 내부에 정의된 제 2 열교환 챔버(26)의 구역을 실질적으로 횡방향을 따라 가로지름으로써 제 2 열전달 유체와 제 1 분리요소(14) 사이에 제 3 열교환을 제 2 열교환 챔버(26)에서 수행하는 단계;
    -상기 한 쌍의 축방향 분리기 배플(24a; 24b)의 하류에 형성된 제 2 열교환 챔버(26)의 제 2 부에 위치된 열교환기(13)의 코일을 통해 흐름으로써 열교환기(13)의 제 2 열교환 위치에서 유동하는 제 2 열전달 유체와 제 1 열전달 유체 사이의 제 4 열교환을 제 2 열교환 챔버(26)에서 수행하는 단계; 및
    -상기 제 2 열교환 챔버로부터 상기 유체 출구 통로(35)를 통해 상기 열교환 셀(10)의 길이방향 축(A-A)에 실질적으로 직교하는 방향을 따라 제 2 열교환 챔버(26)로부터 제 2 열전달 유체를 배출하는 단계를 포함하고,
    제 2 수집챔버(16)의 상기 제 1 부분(16a)은 상기 제 2 분리요소(32)와 격납 케이싱(11)의 후방벽(11d) 사이에서 축방향으로 뻗어 있는 한 쌍의 축방향 분리기 배플(24a; 24b)의 상류에 있는 제 2 열교환 챔버(26)의 제 1 부분에 있는 열교환기(13)에 대해 외부에 정의되며,
    상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 열교환은 서로 순차적으로 수행되는 열교환 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    제 2 열교환 유체의 상기 제 1 수집챔버(15)와 상기 제 2 수집챔버(16) 사이 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c)과 열교환기(13)의 반경방향 외부벽 사이에 형성된 상기 적어도 하나의 유체 통로(17)에 의해 상기 케이싱(11)의 외주 측벽(11c)에 실질적으로 평행하고 이에 인접한 상기 제 2 열교환 챔버(26)로 상기 제 1 열교환 챔버(22)로부터의 제 2 열전달 유체를 보내는 단계를 포함하는 열교환 방법.
  24. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
    열교환기(13)의 반경방향 외벽과 격납 케이싱(11)의 외주 측벽(11c) 사이에 형성된 상기 적어도 하나의 통로(17)의 유체 유동의 전체 횡단면적을 조절함으로써 제 2 열교환 챔버(26)를 향해 보내진 제 2 열전달 유체의 유체 역학을 조정하는 단계를 더 포함하는 열교환 방법.
  25. 제 22 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    열교환기(13)의 반경방향 외벽(13a)을 따른 상기 축방향 분리기 배플(24a; 24b)의 원주방향 위치를 조절함으로써, 상기 적어도 하나의 제 1 열교환 챔버 및 제 2 열교환 챔버(26)의 제 2 부에 에 각각 위치된 열교환기(13)의 코일을 통해 흐름으로써 열교환기(13)의 제 2 열교환부에 유동하는 제 1 열전달 유체와 제 2 열전달 유체 사이에 수행되는 제 2 및 제 4 열교환량을 조정하는 단계를 더 포함하는 열교환 방법.
  26. 제 22 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 분리요소(14)의 후면으로부터 케이싱(11)의 후방벽(11d)을 향하여 뻗어 있는 복수의 열교환 돌출부(23)에 의해 제 2 열교환 챔버(26)의 제 2 구역에서 수행되는 제 3 열교환량을 증가시키는 단계를 더 포함하는 열교환 방법.
  27. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 따른 열교환 셀을 포함하는 냉난방 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    열교환 셀은 상기 장치의 격납 케이싱 내부에 수평으로 장착되는 냉난방 장치.
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