KR20240036012A - 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기(1, 1')에 관한 것으로, 이것은: 기밀식 케이싱(2), - 우수한 열 전도성 재료로 제조되고 내부에서 가열될 유체가 순환할 수 있으며, 종축(X-X')을 가지고 상기 케이싱(2) 내부에 배치된 나선형 권선(40)을 형성하도록 나선형으로 감겨진 적어도 하나의 튜브(4), - 내부에 연소 챔버(26)를 정의하기 위해, 버너(3)와 같이 상기 케이싱(2) 내부에 고온의 기체를 전달 및/또는 생산하기 위한 수단을 포함하고, 이러한 나선형 권선(40)은 2개의 인접한 턴 사이에 갭(45)을 형성하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 튜브(4)는 서로 대향하는 전면(41)과 후면(42), 종축(X-X')을 향해 배향된 바닥 면(43)과 케이싱(2)을 향해 배향된 상단 면(44)을 가지고, 튜브(4)의 상기 전면(41)과 상기 후면(42)은 평면이거나 실질적으로 평면이며 갭(45)의 양측에 위치된다. 이러한 열교환기는 상기 적어도 하나의 튜브(4)가 자신의 전면(41) 및/또는 자신의 후면(42)에 튜브의 바닥 면(43)으로부터 그의 상단 면(44)을 향해 이러한 튜브(4)의 직선 섹션의 높이(H1)의 일부에 걸쳐서 그리고 또한 이러한 튜브(4)의 길이 전체, 또는 사실상 전체에 걸쳐서 연장하는 숄더(46)를 갖는다는 점에서 주목할 만하다.

Description

열교환기

본 발명은 열교환기(heat exchanger) 분야, 특히 가정용 온수 또는 난방 네트워크용 물을 생성하기 위해 사용되는 열교환기 분야에 관한 것이다.

본 발명은 보다 구체적으로 내부의 연소 챔버 및 이러한 연소 챔버 내에 배치되어 물과 같이 가열될 유체가 그 내부에서 순환하는, 나선형으로 감긴 적어도 하나의 튜브를 정의하도록 케이싱, 이러한 케이싱 내부에 고온의 기체를 공급 및/또는 생산하기 위한 수단을 포함하는 열교환기에 관한 것이다.

이러한 열교환기는 해당 기술분야에 이미 알려져 있다. 이러한 유형의 교환기에서, 튜브의 나선형 권선(helical winding)은 그의 인접한 턴(turn) 사이에 작은 간극을 제공하도록 구성된다. 권선 내로 생성 또는 운반되는 고온의 기체는 내부에서 외부로 간극을 통과한 다음, 연소된 기체를 방출하기 위한 슬리브(sleeve)에 의해 열교환기의 외부로 방출된다.

고온의 기체가 이러한 간극을 통과할 때, 간극의 양측에 위치된 튜브 턴들의 벽을 가열하며, 그때 이러한 튜브에서 순환하는 유체도 가열한다.

그러나, 특히 튜브가 평면 또는 실질적으로 평면인 전면 및 후면을 갖는 장타원형 단면을 갖는 경우, 슬래그(slag), 즉 고온의 기체에 의해 운반되는 그을음(soot) 또는 연소되지 않은 입자가 그곳에 침착되기 때문에 2개의 이웃하는 턴 사이의 간극이 시간이 지남에 따라 막힐 수 있고 심지어는 차단될 수 있음이 관찰되었다.

일부 간극의 이러한 완전한 또는 부분적인 차단은 연소 챔버 내부를 순환하는 기체의 압력 증가를 생성하는 효과를 가지며, 이는 공기/연료 혼합물을 버너로 운반하거나 고온의 공기를 챔버로 운반하는 팬의 속도 증가를 필요로 하며 따라서 이러한 팬의 전기 소비를 증가시킨다.

일부 간극의 이러한 차단은 또한 가열될 유체와 고온의 기체 사이의 열 교환 표면을 감소시키는 효과를 가지며 따라서 튜브의 전체 길이에 걸쳐 균일하지 않고 열교환기의 효율 저하로 이어지는 튜브 내를 순환하는 유체의 가열을 발생시킨다.

또한, 시간에 따라 간극이 막히면서 교환기의 효율이 저하된다.

마지막으로, 이러한 차단으로 인해 간극을 정기적으로 청소하는 것이 필요하다. 이러한 유지관리 작업은 노동 집약적이고 시간 소모적이다.

통합된 버너를 갖는 도어가 장착된 가열 장치가 문서 US 2015/0153067로부터 이미 알려졌다. 이러한 장치는 가열될 유체가 내부에서 순환할 수 있는 튜브를 포함한다. 이러한 튜브는 버너에 의해 생성된 고온의 기체를 통과할 수 있게 하는 간극만큼 서로 이격된 턴을 갖는 나선형 권선을 형성하도록 나선형으로 감긴다. 이들 간극은 이 문서의 도면에서 볼 수 있는 바와 같이 튜브의 평면 중 하나에 형성된 양각 점을 사용하여 보정된다.

그러나, 이 문서는 튜브의 내부 둘레(intrados) 측으로부터 이러한 튜브의 직선 섹션의 높이의 일부에 걸쳐 그리고 튜브의 전체 길이 또는 튜브의 거의 전체 길이에 걸쳐서 이러한 튜브의 전면 및/또는 후면에 형성된 그을음 및 슬래그 회수 숄더(slag recovery shoulder)를 만드는 사실은 기술하거나 제안하지 않는다.

나선형으로 감겨서 인클로저 내부와 버너 둘레에 배치된 튜브를 포함하는 열교환기는 문서 EP 3 141 838에도 알려져 있다. 턴 사이의 간극은 튜브의 외부 둘레 상에 배치된, 빗살(teeth)이 제공되는 빗에 의해 보정된다.

이러한 튜브는 또한 접촉 표면 및 버너에 의해 생성된 고온의 기체와 튜브 사이의 열 전달을 증가시켜 내부에서 순환하는 유체가 가열되도록 하기 위한 복수의 날개부를 내부 둘레 측에 구비한다. 이러한 날개부는 튜브의 내부 둘레 단부에 (짧은 쪽에) 형성된다.

이 문서는 그을음과 슬래그를 회수하기 위해 튜브의 전면 및/또는 후면에 숄더를 구비한다는 사실은 기술하지 않는다.

따라서 본 발명의 하나의 목적은 전술된 문제를 해결하고, 특히 이러한 열교환기의 튜브의 2개의 이웃하는 턴 사이의 간극이 막히는 것을 제한할 수 있게 하는 열교환기를 제안하는 것이다.

이러한 목적을 위해, 본 발명은:

- 연소된 기체를 방출하기 위한 슬리브가 제공된 기밀 케이싱(gas-tight casing),

- 열적으로 우수한 전도성 재료로 제조되고 내부에서 물과 같은 가열될 유체가 순환할 수 있으며, 종축(X-X')을 가지고 상기 케이싱 내부에 배치된 나선형 권선을 형성하도록 나선형으로 감겨진 적어도 하나의 튜브,

- 내부에 연소 챔버를 정의하기 위해, 기체 또는 오일 버너(oil burner)와 같이 상기 케이싱 내부에 고온의 기체를 공급 및/또는 생산하기 위한 수단을 포함하는 열 교환기에 관련되며,

이러한 나선형 권선은 2개의 인접한 턴(turn) 사이에 간극을 제공하도록 구성되고,

상기 적어도 하나의 튜브는 서로 대향하는 전면과 후면, 종축(X-X')을 향해 배향된 내부 둘레 면과 케이싱을 향해 배향된 반대편 외부 둘레 면을 가지고, 튜브의 상기 전면과 상기 후면은 평면이거나 실질적으로 평면이고 간극의 양측에 위치된다.

본 발명에 따르면, 상기 적어도 하나의 튜브가 자신의 전면 및/또는 자신의 후면에 숄더(shoulder)를 구비하고, 이러한 숄더는 튜브의 내부 둘레 면으로부터 외부 둘레 면의 방향으로 튜브의 직선 섹션의 높이의 일부에 걸쳐 연장하고, 이러한 숄더는 또한 상기 연소 챔버에 위치된 상기 적어도 하나의 튜브의 전체 길이에 걸쳐 연장하거나 또는 나선형 권선의 첫 번째 또는 마지막 턴을 제외한 상기 연소 챔버에 위치된 상기 적어도 하나의 튜브의 전체 길이에 걸쳐 연장하고, 2개의 이웃하는 턴 사이의 각 간극이 튜브의 외부 둘레 면 상에서 2개의 턴 사이의 간극에 도입된 빗의 빗살(tooth)을 사용하여, 또는 상기 적어도 하나의 튜브의 전면 및/또는 후면에 형성된 돌기와 같은 여러 개의 돌출 요소를 사용하여 보정되고, 각 돌출 요소는 인접한 턴의 후면 및/또는 전면을 각각 지지하는 튜브의 턴에 형성되며, 그에 따라 숄더가 간극을 통과하는 고온의 기체에 동반된 그을음과 슬래그를 회수하는 것을 가능하게 한다.

이러한 숄더는 두 이웃하는 턴 사이의 간극을 깨끗하게 유지하면서 버너에 의한 기체의 연소로부터 발생하는 그을음이나 슬래그를 회수하는 것을 가능하게 한다. 따라서 고온의 기체가 계속 이러한 간극을 통과하여 나선형 권선에서 순환하는 물을 가열할 수 있다.

따라서 이러한 숄더는 턴의 막힘 속도를 지연시키고, 연소 챔버의 압력 증가를 제한하고, 교환기의 전기 과소비를 발생시키지 않고, 교환기의 효율을 유지하며 열교환기 튜브에 대해 수행되는 유지관리/세척 간격을 지연시키고 멀어지게 하는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 다른 이점 및 비제한적인 특성에 따르면, 다음이 단독으로 또는 조합하여 취해진다:

- 숄더는 내부 둘레로부터 측정되어 튜브의 직선 부분의 높이의 대략 1/3에 이르는 높이에 걸쳐 연장한다.

- 숄더(들)가 위치된 곳에서 측정된 2개의 이웃하는 턴 사이의 갭이 숄더가 존재하지 않는 곳에서 측정된 2개의 이웃하는 턴 사이의 갭보다 더 넓다.

- 원반형 디플렉터(discoid deflector)가 나선형 권선 내부에 기밀 방식으로 장착되고, 원반형 디플렉터는 케이싱 내부에 상기 원반형 디플렉터와 케이싱의 바닥 사이에서 연장하는 응축 챔버, 및 상기 원반형 디플렉터와 상기 고온의 기체를 공급 및/또는 생산하기 위한 수단을 운반하는 도어가 장착되는 케이싱의 파사드(facade) 사이에서 연장하는 연소 챔버를 제공하며, 숄더는 튜브(들) 또는 연소 챔버 내에 위치된 튜브 부분 상에만 독점적으로 형성된다.

- 인접한 턴 사이의 간극은 돌기와 같이 상기 적어도 하나의 튜브의 전면 및/또는 후면 상에 형성된 여러 돌출 요소를 사용하여 보정되고, 각 돌출 요소는 인접한 턴의 후면 및/또는 전면을 각각 지지하는 튜브의 턴에 형성되며 각 돌출 요소는 숄더를 포함하지 않는 전면 및/또는 후면의 부분에 형성된다.

- 인접한 턴 사이의 간극은 돌기와 같이 상기 적어도 하나의 튜브의 전면 또는 후면 상에 형성된 여러 돌출 요소를 사용하여 보정되고, 돌출 요소 및 숄더는 튜브의 대향하는 면들에 형성되며 돌출 요소는 숄더를 포함하지 않는 튜브 면의 부분을 지지한다.

- 상기 튜브는 하이드로포밍(hydroforming)된다.

본 발명의 다른 특징, 목적 및 이점이 순수하게 예시적이며 제한적이지 않은, 첨부된 도면과 관련하여 읽어야 하는 아래의 설명으로부터 드러날 것이다:
- 도 1은 오직 하나의 연소 챔버가 있는 본 발명에 따른 열교환기의 종단면도이고;
- 도 2는 본 발명에 따른 열교환기 튜브의 일부의 사시도이고;
- 도 3은 본 발명에 따른 응축 열교환기의 종단면도이고;
- 도 4는 빗의 사시도이고;
- 도 5는 본 발명에 따른 튜브의 3개 턴의 돌기의 높이에 만들어진 단면의 상세한 도면이고;
- 도 6은 본 발명에 따른 튜브의 3개 턴의 돌기가 없는 튜브의 지점에 만들어진 단면의 상세한 도면이며;
- 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 튜브의 3개 턴의 단면의 상세한 도면이다.

이제 본 발명의 제1 실시예가 연소 챔버만을 포함하는 열교환기(1)를 나타내는 도 1을 참조하여 기술될 것이다. 이 도면에서, 열교환기는 정상 사용 위치에 있는 것으로 나타내어진다.

이러한 열교환기(1)는 케이싱(2), 상기 케이싱 내부에 고온 기체를 공급 및/또는 생산하기 위한 수단 및 가열될 유체, 특히 물이 내부에서 순환하는 적어도 하나의 튜브(4)를 포함한다. 도면에 보이지 않는 펌프가 이러한 물 순환을 보장한다.

케이싱(2)은 일반적인 튜브형 형태를 가지며 종축(X-X')을 따라 연장한다. 알려진 방식으로, 상부에는 연소 기체를 방출하기 위한 슬리브(21)를 가지며 하부에는 응축수를 방출하기 위한 덕트(22)에 연결된 출구 오리피스를 가진다.

케이싱(2)은 내부면에 단열재로 제조된 디스크(230)가 장착된 바닥(23)에 의해 그 후단이 폐쇄된다.

파사드(24)는 케이싱(2)의 전면에 고정된다. 이것은 도어(25)에 의해 폐쇄될 수 있는 중앙 개구를 포함한다.

튜브(4)는 금속과 같은 열적으로 양호한 전도성 재료로 제조된다. 이는 나선형 권선(40)을 형성하기 위해 자체적으로 나선형으로 감겨 있으며, 그 종축(X-X')이 케이싱(2)의 종축(X-X')과 일치하도록 케이싱(2) 내부에 배치된다.

고온 기체 생성 수단은 바람직하게는 버너(3), 예를 들어 기체 또는 오일 버너이다. 이러한 버너(3)는 바람직하게는 튜브형 형태이며, 케이싱(2) 내부 및 권선(40) 내부에 배치되어 그 종축(X-X')이 케이싱(2)의 종축(X-X')과 일치한다.

버너(3)는 도어(25)의 내부면에 고정된다.

고온 기체 공급 수단(도면에 도시되지 않음)은 열교환기 외부에 배치된 버너 및 나선형 권선(40)에서 케이싱(2) 내부에 고온 기체를 도입하기 위해 도어(25)에 고정된 팬을 포함한다.

따라서 권선(40) 내부로 연장하는 공간은 연소 챔버(26)를 구성한다.

튜브(4)는 유입구와 배출구를 형성하는 2개의 단부를 가지며, 이로부터 가열될 유체가 각각 유입 및 추출된다. 이들 유입구 및 배출구 중 하나(400)를 도 2에서 볼 수 있다.

튜브(4)는 타원형 또는 직사각형일 수 있거나 심지어 (도면에 도시된 바와 같은) 돌출 및 곡선형 또는 심지어 돌출 및 V-형일 수 있는 짧은 측면을 갖는 직사각형일 수 있는 장타원형 직선 섹션을 갖는다.

따라서 튜브(4)는 서로 대향하는 전면(41) 및 후면(42)을 가진다.

통상적으로, 설명과 청구범위의 나머지 부분에서 "전면"이라는 용어는 교환기의 전면을 향하는, 즉 파사드(24)를 향하는 면을 지정하는 반면, "후면"이라는 용어는 교환기의 뒷면을 향하는, 즉 하단(23)을 향하는 면을 지정한다.

또한, 튜브(4)는 축(X-X')과 연소 챔버(26)를 향해 (또는 버너가 존재할 경우 버너(3)를 향해) 배향된 내부 둘레 면(43)과, 케이싱(2)을 향하여 배향된 반대편 외부 둘레 면(44)을 갖는다. 내부 둘레(43) 및 외부 둘레(44) 면은 튜브(4)의 짧은 면에 대응한다.

바람직하게는 그리고 도면에 나타내어진 바와 같이, 전면(41)과 후면(42)은 평면이고 서로 평행하다. 그러나 튜브(4)의 직선 섹션의 형태에 따라, 이들 전면(41) 및 후면(42)은 엄밀히 평면일 수는 없지만 실질적으로 평면일 수 있다(예를 들어 약간 곡선이다).

바람직하게는, 파사드(24)와 바닥(23) 또는 디스크(230) 사이의 권선(40)의 조립을 단순화하기 위해, 튜브(4)의 권선은 튜브의 직선 섹션의 주요 축(Y-Y')이 나선형 권선(40)의 종축(X-X')에 수직이도록 수행된다. 그러나, 이러한 주요 축(Y-Y')은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 나선형 권선(40)의 종축(X-X')에 대해 약간 기울어질 수도 있다.

나선형 권선(40)은 일련의 이웃하는 권선을 가지며 2개의 이웃하는 권선 사이에는 간극(45)이 존재하고, 그 값은 이후에 상세하게 설명되는 바와 같이 보정된다. 이러한 권선(40) 내에서, 튜브(4)의 전면(41)과 후면(42)은 도 1 및 3에 도시된 바와 같이 간극(45)의 양측에 위치된다.

고온의 기체는 화살표 i로 표시된 바와 같이 내부에서 외부로 간극(45)을 통과함으로써 연소 챔버(26)를 빠져나간다. 그때, 이들은 튜브(4)의 벽과 특히 전면(41, 42)을 가열하며 따라서 이 튜브 내에서 순환하는 물을 가열한다. 그 다음 기체는 슬리브(21)를 통해 외부로 방출된다(화살표 ⅱ 참조).

본 발명에 따르면, 도 2, 5 및 6에서 보다 잘 볼 수 있는 바와 같이, 튜브(4)는 전면(41) 및/또는 후면(42) 상에 숄더(46)를 갖는다. 이러한 숄더(46)는 내부 둘레 면(43)으로부터 튜브(4)의 직선 섹션의 높이(H1)의 부분에 걸쳐 외부 둘레 면(44)의 방향으로 연장한다.

도 2에서, 이러한 숄더(46)는 H1보다 작은 (내부 둘레(43)로부터 측정된) 높이(H2)에 걸쳐 연장하는 것을 볼 수 있다. 다시 말해, 도 5 및 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 숄더(46)의 존재는 숄더(46)의 높이에서 취한 튜브(4) 단면의 외부 폭(L2)이 숄더(46)가 없는 튜브 부분에서 취한 튜브(4)의 단면의 외부 폭(L1)보다 작음을 의미한다.

바람직하게는, 높이(H2)는 높이(H1)의 대략 1/3까지 측정된다.

숄더(46)는 튜브(4)의 전체 길이에 걸쳐 연장할 수 있다. 바람직하게는, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 이러한 숄더(46)는 연속적이다.

그러나 바람직하게는, 케이싱(2) 내의 이러한 권선의 장착을 단순화하기 위해, 특히 권선(40)의 첫 번째 및/또는 마지막 턴에 걸쳐 연장하지 않도록 이러한 길이의 전체에 걸쳐 연장하지 않을 수도 있다(그러나 거의 전체에 걸쳐 연장한다). 따라서 예를 들어 도 1에서, 파사드(24)에 적용된 권선의 첫 번째 턴에는 이러한 숄더(46)가 없음을 볼 수 있다. 이는 숄더(46)가 후면(42)에 제공되는 바닥(23) 및 플레이트(230)에 적용된 권선의 마지막 턴에 대해서도 동일할 수 있다.

도 7에 나타내어진 바와 같이, 튜브(4)의 전면(41)에 숄더(46)를 제공하고 후면(42)에 다른 숄더(46)를 제공하는 것도 고려될 수 있다. 이러한 경우, 숄더(46)의 높이에서 취해진 튜브(4)의 단면의 외부 폭은 L3으로 참조되며, L3은 폭(L1)보다 작다.

숄더(46)는 간극(45)을 통과하는 고온의 기체에 포함된 그을음과 슬래그를 회수하기 위한 하우징을 생성하는 것을 가능하게 한다. 이러한 숄더(46)의 높이에서 측정된 2개의 이웃하는 턴 사이의 갭(또는 폭)은 숄더(46)가 전면(41)에만 존재하거나(도 5 및 6 참조) 또는 후면(42)에만 존재하는 경우 E1로 참조되고, 전면(41)에 숄더(46)가 있고 후면(42)에 숄더(46)가 있는 경우 (도 7 참조) E2로 참조된다.

따라서 이러한 갭(E1, E2)은 숄더(46)가 없는 곳에서 측정된 2개의 이웃하는 턴 사이의 갭(또는 폭)(E3)보다 넓으며, 이는 숄더(46)에 슬래그를 가두어 고온 기체의 통과를 위한 공간을 남길 수 있게 한다. 따라서 권선(40)은 덜 빨리 막히게 되고, 이는 세척 작업의 빈도를 줄이는 것을 가능하게 한다.

2개의 이웃하는 턴 사이의 간극(45)은 유리하게는 모두 동일하도록 보정되며 따라서 그 내부를 순환하는 고온 기체 스트림이 균질하고 유체의 가열이 튜브의 전체 길이에 걸쳐 균일하도록 보정된다.

본 발명의 제1 대안적인 실시예에 따르면, 간극(45)은 예를 들어 도 4에 나타내어진 것과 같은 하나 이상의 빗(5)을 사용하여 보정될 수 있다.

이러한 빗(5)은 서로 평행한 복수의 빗살(50)을 가진다. 이러한 빗(5)은 권선(40)에 대해 배치되어, 각각의 빗살(50)이 이러한 간극(45)을 보정하기 위해 튜브(4)의 외부 둘레 면(44) 상의 간극(45) 내로 도입된다. 따라서 각 빗살(50)은 튜브(4)의 턴의 전면(41) 및 튜브(4)의 이웃하는 턴의 후면(42)과 접촉한다. 바람직하게는, 빗살(50)은 숄더(46)의 높이까지 연장하지 않는다.

본 발명의 제2 대안적인 실시예에 따르면, 간극(45)은 (도 1, 2 및 5에 나타내어진 바와 같이) 튜브(4)의 전면(41)에 또는 후면(42)에(도면에는 보이지 않음) 형성된 돌기(47)(주름)와 같은 돌출 요소를 사용하여 보정될 수 있다. 이러한 돌기는 바람직하게는 일정한 폭의 간극(45)을 획득하기 위해 튜브의 전체 길이에 걸쳐 균일하게 분포된다.

튜브(4)의 전면(41) 및/또는 후면(42)에 형성된 각 돌출 요소는 인접한 턴의 후면(42) 및/또는 전면(41)을 각각 지지한다.

돌기(47)와 숄더(46)가 튜브(4)의 동일한 전면 또는 후면에, 예를 들어 도 2에 나타낸 바와 같이 전면(41)에 생성되는 경우, 돌기(47)는 유리하게는 숄더(46)를 포함하지 않는 튜브 면의 참조번호 49으로 인용된 부분에 생성된다(도 5 참조).

돌출 요소(예로서, 돌기(47)) 및 숄더(46)가 튜브(4)의 대항하는 면에 만들어지는 경우(예를 들어 전면(41)의 숄더(46) 및 후면(42)의 돌출 요소 또는 그 반대), 돌출 요소는 숄더(46)를 포함하지 않는 튜브 면의 부분(49)을 지지한다.

이제 본 발명에 따른 열교환기의 제2 실시예가 도 3과 관련하여 기술될 것이다. 후자에서, 일반적인 참조번호 1'을 갖는 응축 열교환기를 볼 수 있다.

열교환기(1)와 관련하여 기술된 것과 동일한 요소는 동일한 참조번호를 가지며 다시 자세히 기술되지 않을 것이다.

이 교환기(1')는 튜브(4)의 나선형 권선(40) 내부에 축(X-X')에 수직으로 배치된 원판형 디플렉터(6)를 포함한다는 점에서 교환기(1)와 다르며, 그에 따라 케이싱(2) 내부에 한편으로는 도어(25)와 이러한 디플렉터(6) 사이에서 연장하고 고온의 기체가 생성 또는 운반되는 연소 챔버(26)를, 그리고 다른 한편으로는 디플렉터(6)와 케이싱(2)의 바닥(23) 사이에서 연장하는 응축 챔버(27)를 제공한다.

이러한 경우, 기체 방출 슬리브(21)는 응축 챔버(27)와 연결된다는 점에 유의한다.

디플렉터(6)는 방사형 주변 플랜지(63)가 제공된 얇은 시트 금속 프레임(62)에 의해 운반되는, 단열 재료로 만들어진 디스크(61)를 포함한다.

디플렉터(6)는 튜브(4)의 권선(40) 내부에 장착되어, 그 플랜지(63)가 연소 챔버(26)에 위치된 튜브(4)의 마지막 턴과 응축 챔버(27) 내에 위치된 튜브(4)의 첫 번째 턴 사이에 존재하는 간극(45)에 삽입되고 기밀 방식으로 배치된다.

바람직하게는, 숄더(46)는 연소 챔버(26)에 위치된 튜브(4)의 턴에만 형성되고, 응축 챔버(27)에 위치한 튜브의 턴에는 형성되지 않는다.

실제로, 이전에 언급된 바와 같이, 버너(3)에 의해 생성된 고온의 기체는 연소 챔버(26)에 위치된 튜브(4)의 턴에 제공된 간극(45)을 통과함으로써 연소 챔버(26)를 떠나며(화살표 i 참조) 슬래그는 숄더(46)에 갇힌다. 그 다음, 고온의 기체는 케이싱(2)에 접하고 응축 챔버(27)에 위치된 튜브(4) 턴의 외부 둘레 면(44)을 향해 안내된다(화살표 ⅲ 참조). 그 다음 이들 고온의 기체는 턴 사이에 형성된 간극(45)을 이번에는 응축 챔버(27)의 방향으로 외부에서 내부로 통과한다(화살표 iv 참조). 그 결과 이들 고온 기체는 더 이상 슬래그를 포함되지 않으므로 숄더(46)가 필요하지 않다.

방금 기술된 두 가지 실시예에서, 열교환기(1 또는 1')는 단일 나선형으로 감긴 튜브(4)를 포함한다. 응축 열교환기(1')의 경우, 단일 튜브(4)의 턴의 일부가 연소 챔버로 연장하며 턴의 다른 일부는 응축 챔버(27)로 연장한다.

그러나 각각의 종축(X-X')이 동축이도록 각각 나선형으로 감기고 나란히 배치된 여러 개의 튜브(4)를 갖는 것도 가능하다. 이러한 경우, 서로 다른 튜브(4)는 매니폴드에 의해 서로 연결된다.

응축 열교환기(1')의 특별한 경우에, 연소 챔버(26) 내의 하나 이상의 튜브(4) 및 응축 챔버(27) 내의 하나 이상의 튜브(4)를 갖는 것이 가능하다.

튜브(4)는 서로 다른 방법에 의해 제조될 수 있다. 제조 방법의 두 가지 비제한적인 예가 아래에 제공된다.

이것은 예로서 금속 압출, 예를 들어 알루미늄 압출에 의해 획득될 수 있다.

유리하게는, 하이드로포밍(hydroforming)에 의해서도 획득될 수 있다.

예를 들어 본 출원인의 특허 FR 2700608에서 이러한 주제를 참조하는 것이 가능하다.

이러한 방법은 나선형 권선(40) 전반에 걸쳐 튜브(4) 단면의 프로파일을 변경할 수 있고 특히 튜브(4) 길이의 특정 부분에 걸쳐서만 숄더(46)를 형성할 수 있다는 장점을 갖는다. 특히, 이러한 방법은 응축 열교환기(1')의 경우 연소 챔버(26)에 위치된 턴에만 숄더(46)를 생성하는 것을 가능하게 한다.

또한, 이러한 방법은 첫 번째 턴과 마지막 턴의 면이 평면인 튜브를 가질 수 있게 하며, 이는 열교환기의 바닥 및 파사드의 설계를 단순화할 수 있게 한다.

Claims (7)

1. 열교환기(heat exchanger)(1, 1')로서,
   - 연소된 기체를 방출하기 위한 슬리브(sleeve)(21)가 제공된 기밀 케이싱(gas-tight casing)(2),
   - 열적으로 우수한 전도성 재료로 제조되고 내부에서 물과 같은 가열될 유체가 순환할 수 있으며, 종축(X-X')을 가지고 상기 케이싱(2) 내부에 배치된 나선형 권선(helical winding)(40)을 형성하도록 나선형으로 감겨진 적어도 하나의 튜브(4),
   - 내부에 연소 챔버(26)를 정의하기 위해, 기체 또는 오일 버너(oil burner)(3)와 같이 상기 케이싱(2) 내부에 고온의 기체를 공급 및/또는 생산하기 위한 수단을 포함하고,
   상기 나선형 권선(40)은 2개의 인접한 턴(turn) 사이에 간극(45)을 제공하도록 구성되고,
   상기 적어도 하나의 튜브(4)는 서로 대향하는 전면(41)과 후면(42), 상기 종축(X-X')을 향해 배향된 내부 둘레 면(43)과 상기 케이싱(2)을 향해 배향된 반대편 외부 둘레 면(44)을 가지고, 튜브(4)의 상기 전면(41)과 상기 후면(42)은 평면이거나 실질적으로 평면이고 간극(45)의 양측에 위치되며,
   상기 교환기는 상기 적어도 하나의 튜브(4)가 자신의 전면(41) 및/또는 자신의 후면(42)에 숄더(shoulder)(46)를 구비하고,
   상기 숄더(46)는 튜브의 내부 둘레 면(43)으로부터 외부 둘레 면(44)의 방향으로 튜브(4)의 직선 섹션의 높이(H1)의 일부에 걸쳐 연장하고, 상기 숄더(46)는 또한 상기 연소 챔버(26)에 위치된 상기 적어도 하나의 튜브(4)의 전체 길이에 걸쳐 연장하거나 또는 나선형 권선(40)의 첫 번째 또는 마지막 턴을 제외한 상기 연소 챔버(26)에 위치된 상기 적어도 하나의 튜브(4)의 전체 길이에 걸쳐 연장하고,
   2개의 이웃하는 턴 사이의 각 간극(45)이 튜브(4)의 외부 둘레 면(44) 상에서 2개의 턴 사이의 간극(45)에 도입된 빗(5)의 빗살(tooth)(50)을 사용하여, 또는 상기 적어도 하나의 튜브(4)의 전면(41) 및/또는 후면(42)에 형성된 돌기(47)와 같은 여러 개의 돌출 요소를 사용하여 보정되고, 각 돌출 요소는 인접한 턴의 후면(42) 및/또는 전면(41)을 각각 지지하는 튜브(4)의 턴에 형성되며,
   그에 따라 숄더(46)가 간극(45)을 통과하는 고온의 기체에 동반된 그을음(soot)과 슬래그(slag)를 회수하는 것을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는, 열교환기(1, 1').
2. 제1항에 있어서,
   상기 숄더(46)는 내부 둘레(intrados)(43)로부터 측정되어 튜브(4)의 직선 부분의 높이(H1)의 대략 1/3에 이르는 높이(H2)에 걸쳐 연장하는 것을 특징으로 하는, 열교환기(1, 1').
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   숄더(들)(46)가 위치된 곳에서 측정된 2개의 이웃하는 턴 사이의 갭(E1, E2)이 숄더(46)가 존재하지 않는 곳에서 측정된 2개의 이웃하는 턴 사이의 갭(E3)보다 더 넓은 것을 특징으로 하는, 열교환기(1, 1').
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   원반형 디플렉터(discoid deflector)(6)가 상기 나선형 권선(40) 내부에 기밀 방식으로 장착되고, 원반형 디플렉터(6)는 케이싱(2) 내부에 상기 원반형 디플렉터(6)와 케이싱(2)의 바닥 사이에서 연장하는 응축 챔버(27), 및 상기 원반형 디플렉터(6)와 상기 고온의 기체를 공급 및/또는 생산하기 위한 수단을 운반하는 도어(25)가 장착되는 케이싱(2)의 파사드(facade)(24) 사이에서 연장하는 연소 챔버(26)를 제공하며, 상기 숄더(46)는 튜브(들)(4) 또는 연소 챔버(26) 내에 위치된 튜브 부분(4) 상에만 독점적으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 열교환기(1, 1').
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   인접한 턴 사이의 간극(45)은 돌기(47)와 같이 상기 적어도 하나의 튜브(4)의 전면(41) 및/또는 후면(42) 상에 형성된 여러 돌출 요소를 사용하여 보정되고, 각 돌출 요소는 인접한 턴의 후면(42) 및/또는 전면(41)을 각각 지지하는 튜브(4)의 턴에 형성되며 각 돌출 요소는 숄더(46)를 포함하지 않는 전면 및/또는 후면의 부분(49)에 형성되는 것을 특징으로 하는, 열교환기(1, 1').
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   인접한 턴 사이의 간극(45)은 돌기(47)와 같이 상기 적어도 하나의 튜브(4)의 전면(41) 또는 후면(42) 상에 형성된 여러 돌출 요소를 사용하여 보정되고, 상기 돌출 요소 및 숄더(46)는 튜브(4)의 대향하는 면들에 형성되며 상기 돌출 요소는 숄더(46)를 포함하지 않는 튜브 면의 부분(49)을 지지하는 것을 특징으로 하는, 열교환기(1, 1').
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 튜브(4)는 하이드로포밍(hydroforming)되는 것을 특징으로 하는, 열교환기(1, 1').