두 개의 1차 다발과 하나의 2차 다발을 포함하는 응축열교환기

두 개의 1차 다발과 하나의 2차 다발을 포함하는 응축 열교환기{CONDENSATION HEAT EXCHANGER INCLUDING 2 PRIMARY BUNDLES AND A SECONDARY BUNDLE}

- 도 1은, 도 2에서 Ⅰ-Ⅰ선으로 지시한 수직평면에 의해 절단되는, 본 발명의 제1 실시예를 도시한 정면도이다;

- 도 2는, 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선으로 지시한 수직평면에 의해 절단되는, 도 1의 장치를 도시한 측면도이다;

- 도 3 및 도 4는, 측면의 수집 탱크들 뿐만 아니라 특히 전방 파사드와 후방 파사드를 개별적으로 식별할 수 있도록, 동일한 열교환기를 작은 규모로 단순화하여 도시한 사시도들이다;

- 도 5 및 도 6은 열교환기의 각 측면의 다발들 사이에 있는 수집 탱크들 및 유압 연결기(hydraulic connector)들을 도시한 도면들이다;

- 도 7 및 도 8은 선회형 폐쇄 밸브와 함께 제공되는 버너 공급 제어 장치를 폐쇄상태와 개방상태에서 각각 도시한 단면도이다;

- 도 9는 도 7에서 참조부호 Ω 로 지시한 영역을 확대 도시한 상세도이다;

- 도 10 및 도 11은, 1차 다발을 격리하기 위하여 밸브와 함께 제공되는 대 안적 예를 도시한, 도 5 및 도 6의 수집 탱크들 및 유압 연결기들에 대응하는 도면들이다;

- 도 12는 본 발명에 따른 두 개의 보일러의 연결체를 도시한 예시도이다;

- 도 13은 열교환기의 가능한 대안적 예를 단순화하여 도시한 측면도이다;

- 도 14 내지 도 19는 튜브형 다발을 구성하는 나선형 감김체의 다양한 종류의 가능한 튜브 단면형상을 도시한 도면들이다.

- 도 20은 원통형 다발이, 원통의 모선(generatrix)들을 따라 배열되어 다발의 축에 평행하게 되는, 평행한 튜브들로 형성되는 대안적 예를 도시한 도면이다.

본 발명의 열교환기는, 예를 들어, 중앙 가열 회로를 제공하기 위한 및/또는 위생용수를 제공하기 위한, 특히 산업용 또는 가정용의, 가스 또는 연료 보일러를 갖추기 위하여 설계된, 응축 열교환기이다.

본 발명의 열교환기는, 더욱 구체적으로, 가스 또는 연료 버너에 의해 생성되는 고온 가스들에 각각 직접적으로 노출되는 두 개의 1차 열교환기 및, 적어도 하나의 1차 열교환기 또는 동시에 두 개의 1차 열교환기로부터 유입되는, 현저히 낮은 온도의 가스에 노출되는 2차 열교환기로 구성되는 3중 열교환기이다.

가열될 물 또는 어떤 다른 유체는 전체적으로 또는 부분적으로 예열이 이루 어지는 이러한 2차 열교환기에서 순환하게 되고, 이어서 실질적인 가열이 이루어지는 1차 열교환기에서 순환하게 된다.

예로서, 버너로부터 직접적으로 유입되는 연소 가스들은 1000℃ 정도의 온도이다.

1차 열교환기를 통과한 후에, 연소 가스들의 온도는 일반적으로 100℃ 내지 180℃ 사이이다.

이러한 고온 가스들은, 2차 열교환기의 벽에 접촉했을 때 응축될 수 있는, 일정한 양의 증기 형태의 물을 포함하며, 응축될 때 물의 온도는 60℃ 정도로 이슬점 온도 이하이다.

이러한 응축은 2차 열교환기에서 순환하는 물에 추가적인 열에너지를 제공하는 효과를 갖도록 하며, 추가적인 열에너지는 증발 잠열에 상응한다.

예를 들어 EP 0 078 207의 문서에서 설명된, 이러한 타입의 이중 열교환기는 장치의 효율을 실질적으로 개선하는 것을 가능하게 한다.

WO 94/16272의 문서는, 예를 들어 가열될 물과 같은 열-운반 유체가 순환하게 될, 열 전도성 재료로 만들어진 튜브로 구성되는 열교환기 요소를 설명한다.

이러한 튜브는 나선형으로 감기고 일반적으로 장축이 나선의 축에 실질적으로 수직인 타원형 평면의 단면을 가지며, 튜브의 각 코일은, 상기 단면의 두께보다 상당히 작고, 예를 들어 튜브의 벽에 형성되는 보스(boss)들로 구성되는 스페이서에 의해 또한 조정되는, 두 개의 인접한 코일들 사이의 간격을 갖는, 일정한 폭의 틈(gap)에 의해 인접 코일의 표면들로부터 분리되는 평면형의 표면을 갖는다.

이 문서는 또한 언급된 다양한 실시예에서 다른 방식으로 배열되는 다수의 이상과 같은 요소를 포함하는 열교환기를 설명한다.

이렇게 설계된 열교환기 요소는 튜브형 요소와 접촉하는 고온 가스들과 튜브형 요소 내부에서 순환하는 가열될 유체 간의 매우 상당한 열교환을 허용한다.

실제로, 코일들 사이의 틈을 통해 흐를 때, 고온 가스들의 유동은 열교환기 요소의 벽의 비교적 넓은 표면과 접촉한다.

참고로 필요할 수 있는, 상기한 문서 WO 94/16272의 도 22에 도시된 실시예에 따르면, 장치는, 1차 다발(1)과 2차 다발(1')로 이루어지는, 두 개의 평행한 튜브들의 다발을 포함한다.

이러한 두 개의 다발은 그들의 축이 평행한 가운데 서로 근처에 배치되며, 케이싱(8)(문서에서 몸체(body)로 언급됨) 내부에 견고하게 장착된다.

고온 가스들은 외부 장치(9)에 의해 공급되며, 도관(90) 및 슬리브(80: sleeve)를 통해, 1차 열교환기(1)의 중앙부분을 통과한다(화살표 J ₀ 방향). 고온 가스들은 내부에서 외부를 향하는 방사방향(화살표 J ₁ 방향)으로 1차 열교환기를 통과한 다음, 여전히 방사방향(화살표 J ₂ 방향)으로 그러나 이때는 외부에서 내부를 향해 2차 열교환기를 통과한다.

마지막으로, 냉각된 가스들은 슬리브(81)를 통해 이와 같은 이중 열교환기를 떠나게 된다(화살표 J ₃ 방향).

특히 장치의 효율과 콤팩트함(compactness)을 개선하고자 하는 이와 같은 장 치의 개선사항은, 참고로 필요할 수 있는 WO 2004/016995의 과제였다. 이것은 2차 열교환기에서 회수될 에너지는 항상 1차 열교환기에 의해 포획되는 에너지보다 적다는 발명자에 의한 관찰로부터 나온 것이었다.

출원인에 의하면 본 발명에 가장 밀접한 종래기술인, 상기 개선사항은, 서로 근처에 배열되며 가스-밀폐(gas-tight) 케이싱 내부에 견고하게 장착되는 두 개의 다발로 구성되는, 가스 또는 연료 버너와 결합된 응축 열교환기에 관한 것이다. 이와 같은 두 개의 다발은 전달 수집기(transfer collector)로 불리는 수단 및 구체적으로 냉수와 같은 가열될 유체를 우선 상기 2차 다발을 구성하는 튜브(들)의 내부에 순환시킨 다음 상기 전달 수집기를 통해 상기 1차 다발을 구성하는 튜브(들)의 내부에 순환시키기 위하여 제공되는 수단에 의해 서로 소통된다. 여기서, 상기 케이싱은 두 개의 튜브들의 다발을, 이들로부터 약간 떨어져 위치하는 가운데, 둘러싼다. 그리고, 상기 케이싱은 상기 2차 다발의 근처에 배치되는 연소가스 배출 슬리브를 갖는다. 이와 같은 열교환기는 이렇게 배열되어, 버너에 의해 생성되는 고온 가스들이, 코일들을 분리하는 틈을 통과함에 의해, 상기 1차 다발에 이어 상기 2차 다발을 통해 방사방향으로 또는 거의 방사방향으로 통과한 다음, 상기 슬리브를 통해 열교환기로부터 배출되도록 한다.

열교환기는 본질적으로 다음과 같은 특징을 구비한다.

- 버너는 1차 다발의 내부에 동축상에 위치하도록 수용된다;

- 2차 다발의 축방향 치수는, 1차 다발의 일측 단부와 마주보는, 2차 다발의 짧아진 길이 정도의, 가용공간을 제공하도록, 1차 다발의 축방향 치수보다 상당히 작다;

- 이 가용공간은 2차 다발 내부의 공간과 소통하는 챔버에 의해 점유된다;

- 슬리브는 챔버의 벽에 챔버와 소통하도록 연결되고, 2차 다발의 축에 대하여 횡단하도록 지향하게 되어, 축방향의 슬리브의 두께(bulk)가 챔버 내에 수용되도록 한다.

본 발명의 목적은, 열교환기 자체의 두께를 현저하게 변화시키지 않는 가운데 출력이 실질적으로 더욱 개선되는, 이상에서 언급한 타입의 열교환기를 제안하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 향상된 출력범위를 갖는, 그래서 상기 범위의 어떤 지점에서도 효율과 안전성에 관한 최적의 상태에서 작동할 수 있는 열교환기를 제공하는 것이다. 표시하자면, 이 범위는, 예를 들어, 25 내지 500 kW 일 수 있다.

본 발명의 응축 열교환기는 그러므로, 이상에 인용된 WO 2004/016995 문서의 가르침에 따라 구성된다. 이 문서의 가르침에 따르면, 가스 또는 연료 버너와 결합된 열교환기는, 하나는 1차 다발로 다른 하나는 2차 다발로 불리는, 두 개의 튜브형 다발을 포함하며, 여기서 각각의 상기 두 개의 다발은 일반적으로 원통형 형상을 갖는 튜브 또는 튜브의 그룹으로 이루어진다. 여기서 두 개의 다발은 그들의 축 들이 평행하도록 나란히 배열되고, 가스-밀폐 케이싱 내부에 견고하게 장착되며, 구체적으로 냉수와 같은 가열될 유체를 2차 다발을 구성하는 튜브(들)와 1차 다발을 구성하는 튜브(들) 사이에서 순환시키기 위하여 제공되는 수단에 의해 서로 소통하게 된다. 여기서 케이싱은 두 개의 튜브형 다발을 둘러싸고, 연소 가스를 위한 배출 슬리브를 갖는다. 여기서 원통형 버너는 1차 다발의 내부에 동축상에 위치하도록 수용된다. 이와 같은 열교환기는 이렇게 배열되어, 버너에 의해 생성되는 고온 가스들이 방사방향으로 또는 거의 방사방향으로, 우선 상기 1차 다발을 내부에서 외부로 통과한 다음 상기 2차 다발을 외부에서 내부로 통과하며, 이어서 상기 슬리브를 통해 열교환기로부터 배출되도록 한다.

본 발명에 따르면, 이러한 열교환기는 다음과 같은 사실을 특징으로 한다.

- 열교환기는, 일반적으로 원통형 형상을 갖는 튜브 또는 튜브들의 그룹으로 구성되고, 그들의 축들이 평행하도록 2차 다발 다음에 배열되고 상기 케이싱 내부에 견고하게 장착되며, 추가적 1차 다발이라 불리는 또 하나의 1차 튜브형 다발을 더 포함한다.

- 원통형 버너가 추가적 1차 다발 내부에 동축상에 위치하도록 수용된다;

- 이 추가적 1차 다발은 적어도 2차 다발과 소통한다; 구체적으로 냉수와 같은 가열될 유체를 2차 다발을 구성하는 튜브(들)와 추가적 1차 다발을 구성하는 튜브(들) 사이에서 순환시키기 위한 수단이 제공된다. 이와 같은 열교환기는 이렇게 배열되어, 버너에 의해 생성되는 고온 가스들이 방사방향으로 또는 거의 방사방향으로, 우선 상기 추가적 1차 다발을 내부에서 외부로 통과한 다음, 상기 2차 다발 을 외부에서 내부로 통과하며, 이어서 상기 슬리브를 통해 열교환기로부터 배출되도록 한다.

- 상기 케이싱은 상기 다발의 내부 및 외부 모두에서 연장되는 파티션(partition)에 의해 2차 다발의 고도(level)에서 다시 분할된다. 이와 같은 배열에 따라, 2차 다발의 일측 둘레 구역(circumferrential section)은 단지 1차 다발의 버너에 의해 생성되는 고온 가스들이 접촉하게 되고 통과하게 될 수 있게 되고, 이때 2차 다발의 나머지 일측 둘레 구역은 단지 추가적 1차 다발의 버너에 의해 생성되는 고온 가스들이 접촉하게 되고 통과하게 될 수 있다.

이와 같은 배열에 따라, 2차 다발은 두 개의 버너 중 어느 하나 또는 두 개의 버너 모두로부터의 연기에 의해 전달되는 열을 회수할 수 있으며, 장치의 작동은 2차 열교환기와 결합되는 파티션의 존재로 인해 방해되지 않는다. 이 파티션은, 각 버너에 관련하여 매우 다를 수 있는 출력 및 작동시작/작동정지시점들에서도, 두 개의 버너 중 단지 하나 또는 동시에 두 개의 버너 모두의 작동을 허용한다.

게다가, 본 발명의, 제한되지 않지만 특정 수의, 가능한 유익한 특징에 따르면:

- 3 개의 다발의 축들은 동일한 평면에 위치하며 2차 다발은 두 개의 1차 다발 사이에 배열된다;

- 상기 파티션은 상기 평면에 수직으로 상기 2차 다발에 대하여 직경방향으로 연장된다;

- 상기 평면은 수직이다;

- 3 개의 다발은 동일한 길이 및 동일한 직경을 갖는 바와 같이 유사하다;

- 상기 케이싱은, 3 개의 다발의 축들에 수직인 전방 파사드(front facade)로 불리는 평면형 파사드를 포함하며, 이 평면형 파사드에 상기 버너가 장착된다;

- 열교환기는 각 버너의 연료 공급을 제어하기 위한 제어수단을 포함한다;

- 상기 제어수단은 결합된 버너에 공급될 연료의 공급을 차단하거나 반대로 허용할 수 있는 선회 플랩(pivoting flap)과 같은 폐쇄 밸브를 포함한다;

- 상기 케이싱은, 상기 3 개의 다발의 축들에 수직인 후방 파사드(rear facade)로 불리는 평면형 파사드를 포함하며, 이 평면형 파사드는 2차 다발의 축에 중심을 둔 개구부에 의해 관통되고 상기 슬리브와 접하게 된다.

- 상기 파티션은 상기 후방 파사드 측에, 상기 개구부 및/또는 상기 슬리브 속으로 약간 삽입되는 자유단부를 갖는다.

- 상기 다발들은 나선형 튜브 감김체(helical tube windings)이다;

- 나선형 튜브 감김체를 구성하는 튜브들은 평면형 단면 및/또는, 장축이 감김체의 축에 거의 수직인, 타원형 단면을 갖는다;

- 감김체의 두 코일을 분리하는 틈은 튜브의 폭보다 현저히 작은 폭을 갖는다;

- 다발을 구성하는 각 튜브형 감김체는 끝과 끝이 연결되는 방식으로 배치되는 N 개의 동일한 모듈들의 연결체로 구성된다;

- 열교환기는, 열교환기를 통해 이동하는 구체적으로 물과 같은 유체를 위한, 전달시스템을 갖추게 된다.

이 전달 시스템은:

a) 케이싱의 일 측에:

- 하나는 가열될 유체를 공급하기 위한 도관에 연결될 수 있는 단부 조각(end piece)을 갖도록 제공되는 상류 챔버로 불리며, 다른 하나는 하류 챔버로 불리는, 파티션에 의해 두 개의 분리된 챔버로 분할되는 제1 수집 탱크(collection tank); 및

- 하나는 상류 챔버로 불리며, 다른 하나는 가열된 유체의 배출을 위한 도관에 연결될 수 있는 단부 조각을 갖도록 제공되는 하류 챔버로 불리는, 파티션에 의해 두 개의 분리된 챔버로 분할되는 제2 수집 탱크;를 포함한다.

여기서, 상기 상류 및 하류 챔버들은 배관에 의해 서로 연결된다.

전달 시스템은, 또한:

b) 케이싱의 다른 일측에:

- 불완전 파티션에 의해 부분적으로 분할되어, 하나는 상류 챔버로 불리고, 다른 하나는 하류 챔버로 불리며, 상기 파티션의 단부에 위치하는 제한된 단면적을 갖는 통로를 통해 서로 소통할 수 있는, 두 개의 챔버로 형성되는 제3 수집 탱크; 및

- 불완전 파티션에 의해 부분적으로 분할되어, 하나는 상류 챔버로 불리고, 다른 하나는 하류 챔버로 불리며, 상기 파티션의 단부에 위치하는 제한된 단면적을 갖는 통로를 통해 서로 소통할 수 있는, 두 개의 챔버로 형성되는 제4 수집 탱크;를 포함한다.

여기서, 상기 상류 챔버들은 배관에 의해 서로 연결된다.

그리고:

첫째, 2차 감김체에 포함되는 N 개의 모듈은, 그들의 유입구가 제1 수집 탱크의 상류 챔버에 연결되고 그들의 배출구가 제4 수집 탱크의 상류 챔버에 연결되도록, 평행하게 장착된다;

둘째, 두 개의 1차 감김체 중 하나에 포함되는 특정 수인 Nb 개의 모듈은, 그들의 유입구가 제1 수집 탱크의 상류 챔버에 연결되고 그들의 배출구가 제4 수집 탱크의 상류 챔버에 연결되도록, 평행하게 장착되며, 이때 두 개의 1차 감김체 중 하나에 포함되는 나머지 N-Nb 개의 모듈은, 그들의 유입구가 제4 수집 탱크의 하류 챔버에 연결되고 그들의 배출구가 제1 수집 탱크의 하류 챔버에 연결되도록, 평행하게 장착된다;

세째, 두 개의 1차 감김체 중 다른 하나에 포함되는 특정 수인 Na 개의 모듈은, 그들의 유입구가 상기 제2 수집 탱크의 상류 챔버에 연결되고 그들의 배출구가 제3 수집 탱크의 상류 챔버에 연결되도록, 평행하게 장착되며, 이때 두 개의 1차 감김체 중 다른 하나에 포함되는 나머지 N-Na 개의 모듈은, 그들의 유입구가 제3 수집 탱크의 하류 챔버에 연결되고 그들의 배출구가 제2 수집 탱크의 하류 챔버에 연결되도록, 평행하게 장착된다.

바람직하게:

- 상기 Na 및 Nb 는 같은 수이다;

- N 은 짝수이며, Na + Nb = N/2 이다;

- 제1 및 제2 수집 탱크의 상류 챔버들을 서로 연결하는 배관 및, 제3 및 제4 수집 탱크의 상류 챔버들을 서로 연결하는 배관은 각각 폐쇄될 수 있는 밸브와 함께 제공된다. 이 밸브는 두 개의 1차 열교환기 중 하나로부터, 단지 다른 하나의 1차 열교환기가 작동되고 있을 때, 회로를 격리할 수 있도록 한다.

그러므로, 본 발명은 우선, 연료 또는 가스 버너를 둘러싸는 한 쌍의 1차 튜브형 다발 및, 1차 다발들로부터 방출되는 연소 가스에 포함되는 증기의 응축이 일어나는 2차 다발을 포함하는 열교환기에 관한 것이다. 여기서, 3 개의 다발은 가스-밀폐 케이싱 내부에 나란히 평행하게 장착되며, 2차 다발을 형성하는 튜브와 1차 다발을 형성하는 튜브 사이에서, 가열될 물을 순환시키기 위하여 제공되는 수단을 통해 서로 소통하게 된다. 이 열교환기는, 케이싱이 2차 다발의 내부 및 외부 모두에서 연장되는 파티션에 의해 2차 다발의 고도에서 다시 분할되는 바와 같은 배열에 따라, 2차 다발의 일측 둘레 구역은 단지 두 개의 1차 다발 중 하나로부터 유입되는 고온 가스들이 접촉하게 되고 통과하게 될 수 있게 되고, 2차 다발의 나머지 일측 둘레 구역은 단지 다른 하나의 1차 다발로부터 유입되는 고온 가스들이 접촉하게 되고 통과하게 될 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한 적어도 이상에 개시된 특징들의 일부를 구비하는 열교환기를 포함하는 가스 또는 연료 보일러에 관한 것이다. 가스 또는 연료 보일러는 각각 연료 공급을 제어하기 위한 제어수단이 갖춰진 한 쌍의 버너를 갖도록 제공된다.

본 발명은 또한 적어도 두 개의 이러한 타입의 보일러의 연결체에 관한 것이다. 이 보일러는 가열될 물을 공급하고 온수를 내보내는 채널들을 포함하는 동일한 가열회로에 연결된다.

본 발명의 다른 특징들 및 장점들은, 가능한 실시형태에 대한 비제한적인 예로서, 본 발명을 묘사하는 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 드러날 것이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 장치는, 예들 들어 스테인리스 스틸로 만들어지는, 얇은 벽의 중공형 몸체 또는 케이싱(10)을 구비하는 열교환기(1)를 포함한다.

도 2에서 측면도로 도시한 바와 같이, 이와 같은 케이싱(10)은, 상부 반원 부분과 하부 반원 부분 및 이러한 두 개의 반원 부분을 연결하는 두 개의 측면 직선형 선분(segment)으로, 윤곽이 형성되는 타원 형상을 갖는다.

도 1에 도시한 바와 같이, 케이싱은, 서로 평행하고 상기한 반 원통형 부분의 축에 수직인, 평면형의 파사드들(100)(101)을 구비한다.

상세한 설명의 나머지 부분에서, 우리는 도 1의 왼편에 위치한 파사드(100)를 "전방 파사드"로, 그리고 오른편을 바라보는 반대편 파사드(101)를 "후방 파사드"로 부를 것이다.

이러한 두 개의 파사드는 케이싱의 중앙 튜브형 부분에, 예를 들어 용접에 의해, 가스-밀폐형으로 부착된다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 케이싱의 베이스는 응축수용 배출구(14)를 갖추게 되며, 응축수의 배출은 화살표 G로 표시된다.

이와 같은 케이싱(10) 내부에, 유사한 형태 및 크기를 갖는 원통형으로 형성되는 3 개의 튜브형 다발들(5a)(6)(5b)이 나란히 장착된다.

도 1 내지 도 6에서 설명되는 본 발명의 실시예에서, 파사드들(100)(101)은 수직이며, 각각 A-A'선, C-C'선 및 B-B'선으로 표시되는, 상기 다발들(5a)(6)(5b)의 축들은 수평으로 그리고, 도 2에서 참조부호 Z로 표시되는 동일한 중앙의 수직 평면에 위치하도록, 동일 평면상에 놓인다.

다발(6)은, 상부 1차 다발(5a) 및 하부 1차 다발(5b) 사이에, 이들로부터 짧은 거리에 위치하도록, 배치된다.

이 실시예에 따르면, 각 다발은, 이상에서 언급한 국제출원 WO 94/16272에서 설명되고 나선 축(axis of the spiral)이 X-X'선으로 표시되는 도 14에 도시된 타입의, 타원 단면을 갖는 평면형 튜브들의 나선형 감김체이다.

도 14에 따르면, 튜브 단면(ta)의 반경방향 치수(j)는 그 폭(i)보다 현저히 크며, 이 폭(i)은, 보스(ba)에 의해 틈이 조정되는, 두 개의 인접한 코일 사이의 간격의 값(k)보다 그 자체로 충분히 크다.

표시하자면, 다음의 값들을 갖는다:

j: 20 에서 50mm 사이;

i: 6 에서 8mm 사이;

k: 0.7 에서 1mm 사이;

평균 감김 반경(∧): 90 에서 130mm 사이;

튜브 벽 두께: 0.4 에서 1.5mm 사이;

i/k 비 ≥ 3.

이와 같은 튜브들은 열전도성 재료로 만들어진 벽을 갖는다; 이들은, 예를 들어 WO 94/16272의 가르침에 따라 유압 드로잉 가공된(hydroformed) 스테인리스 스틸, 또는 EP 1 752 718에 예로서 나타나는 바와 같이 성형된 또는 경화가공된(hard-drawn) 알루미늄에 근거하는 알루미늄 합금으로 제조된다.

1차 다발들(5a)(5b)을 구성하는 모듈은 각각 4 개의 코일이 나선형으로 감긴 중앙 부분(50a)(50b)과, 직선형이며 케이싱의 외부를 향해 법선방향으로 연장되고 그들의 자유단은 원통형 단면을 갖는 끝단 부분들(51a)(52a)(51b)(52b)을 포함한다.

2차 다발(6)을 구성하는 모듈들은, 4개의 코일로 감긴 중앙 부분(60)과 직선형의 끝단 부분(61)(62)을 갖는, 동일한 형태를 갖는다.

물론 필수적인 것은 아니지만, 이와 같은 형태는 WO 94/16272 문서의 도 1, 도 2 및 도 24에 도시된 모듈에 관한 실시예의 형태에 대응한다.

유사한 모듈이 WO 2005/108875 문서의 도 3A 및 도 3B에 나타난다.

도시된 실시예에서, 3 개의 다발은 각각 특정 수의 동일한 튜브형 모듈로, 예를 들어 12 개의 모듈(N=12)로, 구성된다. 이 모듈들은 이후에 특히 도 5 및 도 6을 참조하면 볼 수 있는 바와 같이, 동축상에서 끝과 끝이 결합되어 평행하게 연결된다.

각 다발은 따라서, 예를 들어 250mm 정도의 외경과 400mm 정도의 길이의 원통 형상을 갖는, 48(12×4) 개의 코일로 이루어진 튜브형 감김체이다.

상부 1차 다발(5a) 및 하부 1차 다발(5b)은 1차 열교환기 요소들이며, 각각 내부에 버너(4a)(4b)를 갖도록 제공된다.

이들은 천공된 또는 구멍이 많은 벽을 구비하는 알려진 타입의 원통형 버너이며, 각각 A-A'선 및 C-C'선 위의 축에 중심을 두고, 감김체의 직경보다 현저히 작은 직경을 가지며, 감김체의 전체길이에 걸쳐 바꿔말하면 전방 파사드(100)에서 후방 파사드(101)까지 충분히 연장된다. 반지름 방향으로 향하는 버너의 구멍들은, 예를 들어 공기와 부탄을 합한 또는 공기와 연료를 합한 연소가능한 가스 혼합물이 통과할 수 있도록 하며, 튜브형 벽의 외측 표면은 연소표면을 구성한다.

이들의 직경은 예를 들어 70mm 정도이다.

버너들(4a)(4b)은, 예를 들어 볼트 체결에 의해 전방 파사드(100)에 장착되고, 각각 전방 파사드에 제공되는 전용의 개구부(1000a)(1000b)를 관통한다; 이와 같은 개구부들은 방열성 및 단열성 재료로 만들어지는 고리형 부재(40a)(40b)와 접하게 된다; 반대편 단부측의 경우, 다발의 직경에 대응하는 직경을 갖는 유사한 재료로 만들어지는 디스크(41a)(41b)가 후방 파사드(101)의 내측면에 장착된다. 이러한 요소들은, 연소에 의해 생성되는 상당한 열로부터 이 고도에서의 케이싱(10) 벽을 보호하기 위한 것이다.

각 버너는, 예를 들어 전극과 같은, 연소표면 매우 근처에 위치하는 적당한 점화장치를 갖추게 된다. 이 경우에서, 점화장치는 단순성을 위하여 도면에 도시되진 않았지만 알려진 장치이다.

적당한 조립용 부품이, 케이싱(10) 내부에서 버너를 둘러싸는 1차 다발 뿐만아니라, 각 버너를 적절하게 움직이지 않도록 할 수 있다.

도시된 실시예에서, 연소가능한 가스 혼합물은, 또한 장치의 부분인, 유량 가변형의 알려진 타입의 팬(2a)(2b)에 의해 각 버너(4a)(4b)로 보내진다.

그러나, 알려진 타입의 분리된 수단에 의해 혼합물을 공급하는 슬리브로 이와 같은 팬을 대신하게 하는 것이 본 발명의 범위를 벗어나는 것은 아니다.

예를 들어 부탄과 공기의 연소가능한 혼합물은 제어수단에 의해 각 버너로 보내진다.

도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 이와 같은 제어수단(3)은 배출구(310) 및, 도관(31)이 부착되는, 유입구(300)를 구비하는 베이스 바디(30)을 포함한다. 선회 플랩 형상의 폐쇄밸브(32)가 이 도관의 유입구에 위치하게 되며, 결합된 버너(4a)(4b)에 연료의 공급을 차단하거나 반대로 허용할 수 있도록 회전축을 구비한다.

각 팬(2a)(2b)의 배출구에, 팬이 베이스 바디(30)에 부착될 수 있도록 하는 조립 판이 제공된다.

도관(31)은, 또한 조립 판에 의해, 버너(4a)(4b)의 내부 튜브형 공간에 정렬되도록 전방 파사드(100)에 부착된다.

이와 같은 배열은, 특히 열교환기의 청소, 유지 및 보수의 목적을 위하여, 버너들을 쉽게 분해할 수 있도록 한다.

도 8에서, 화살표 P는, 상방 선회로 통기창(36: through-windows)을 노출시키는, 밸브(32)의 개방을 의미한다.

혼합물의 통과는, 밸브가 개방될 때, 도 8을 기준으로 오른쪽에서 왼쪽으로 일어난다.

밸브(32)의 베이스에, 자석(33)이 장착되며, 이 자석은 폐쇄된 상태에서 베이스 바디(30)에 장착되는 반대 극성의 자석(34)(또는 강자성 재료로 만들어진 요소)과 상호작용할 수 있게 된다. 자석(34)은 복원스프링(340)에 의해 구속되어 베이스 바디(30)를 수직으로 가압하는 로드(rod)를 구비한다(도 9 참조).

밸브가 폐쇄될 때, 서로 접촉하게 되는 두 자석(33)(34)의 상호 인력 및 유연성 주변 밀폐 립(lip) (360)의 존재로 인해, 밸브가 통기창(36)을 봉쇄하게 된다.

베이스 바디(30)에서, 자석(34) 근처에, 알려진 타입의 전자기장 센서가 제공되어, 자석들이 상호 접촉 상태에 있는지, 그리고 이에 따라 밸브가 개방되었는지 아니면 폐쇄되었는지 감지할 수 있게 된다. 복원스프링(340)이 존재할 때, 자석(34)은 특정의 경로 상에서 이동할 수 있게 되며, 두 자석이 분리되기 전에 밸브의 개방 방향에서 일시적으로 자석(33)과 함께 있을 수 있다. 이러한 배열에 따라, 센서(35)에 의한 밸브(32)의 개방에 대한 감지 실폐의 위험을 피하게 된다.

밸브는 팬(2a)(2b)에 의해 분배되는 유체의 압력에 의해 자동으로 개방된다. 자석들은 개방이 특정 압력 이상에서 발생하도록 조정되며, 밸브(자연적으로 중력에 의해 닫히는 경향이 있다.)의 개방 정도는 개구부(300)를 통해 통과하고 팬에 의해 공급되는 혼합물의 유량에 비례한다.

팬이 정지할 때, 밸브는 자동으로 폐쇄되며, 두 자석의 상호작용에 의해 견고하게 밀폐된 위치를 점유한다. 밸브는 따라서, 반대 방향(팬을 향한)의 어떤 가스 역류를 방지하는, 복원방지 기능을 구비한다.

(각각 버너와 결합되는) 센서(35)는, 작동 지침 및 특히 중앙 가열회로의 특정 지점에서 측정되는 온도와 유량 특정 변수들을 고려하여, 장치의 작동을 관리하고 제어할 수 있도록 하는 전자제어유닛에 연결된다. 이와 같은 전자제어유닛은 각각의 팬 및 결합된 버너들의 작동시작과 작동정지, 및, 팬(들)의 유량에 의존하며 각 버너에 의해 충족되는, 출력을 제어한다.

이와 같은 센서들은, 특히 결합된 버너가 작동하지 않는 상태에서 바람직하지 않을 수 있는 밸브의 개방과 같은, 어떤 비정상적 작용을 감지할 수 있도록 한다.

이러한 경우에서, 전자제어유닛은 특수한 경고 신호의 전송 및/또는 보일러의 정지를 수행할 수 있다.

중앙의 다발(6)은 상부 및 하부 1차 다발(5a)(5b)과 유사하며, 이것은 중앙의 버너가 없는 2차 다발이다.

상부 1차 다발(5a)의 모듈들의 직선형 끝단 부분들(51a)(52a)은 케이싱(10)의 벽을 측방으로 관통하며, 상기 케이싱의 각 측면에서 수집 탱크(8a)(9a)에 각각 연결된다.

참조부호 61과 51b 및 62와 52b로 지시되는 중앙의 다발(6) 및 하부 1차 다발(5b)의 모듈들의 직선형 끝단 부분들은, 케이싱(10)의 벽을 측방으로 관통하며, 상기 케이싱의 각 측면에서 끼리끼리 동일한 수집기(8b)(9b)에 각각 연결된다.

다발들(5a)(6) 아래에, 판들(12)(13)이 제공되며, 이 판들은 케이싱(10)의 전방 파사드(100)로부터 거의 후방 파사드(101)까지 연장되며 수평에 대하여 약간 경사져 (매우 넓은 각도의) V자형 단면을 갖는 거의 배수로 형상을 갖는다.

이들의 기능은, 튜브들 위에 형성되는 응축수가 하부의 다발들 위로 낙하하는 것을 방지하는 가운데 응축수를 수집하고 이동시키기 위한 것이다; 이와 같은 응축수는 케이싱의 베이스를 향해 흐르도록 다발들의 후단부로 이동하게 되고, 배출구(14)를 통해 배출된다.

케이싱의 후방 파사드(101)에, C-C'선 위의 축을 갖고, 다발(6)의 내경보다 작은 직경을 가지며, 배출 슬리브를 구성하는 칼라(11: collar)와 함께 제공되는, 원형 개구부(1010)가 제공된다. 이 슬리브는 배기관에 연결될 수 있다.

케이싱(10)의 내부 공간은, C-C'선 위의 축을 통과하며 다발(6)의 내부에 위치하는 하나의 중앙부분(7) 및 중앙부분(7)의 외부에 위치하는 두 개의 측면 부분(70)을 구비하는, 평면형 수평 파티션에 의해 다시 분할된다. 중앙부분(7)은 감김체의 내경과 실질적으로 동일한 폭을 갖게 되어, 다발(6) 내부에서 현저한 틈새(clearance) 없이 직경방향으로 수용된다.

측면 부분(70)은 감김체 및 케이싱의 측면 벽 사이에, 또한 틈새 없이 삽입된다.

예를 들어 스테인리스 스틸로 만들어지는, 수평 파티션은 전방 파사드(100) 및 후방 파사드(101) 사이에서, 다발(6)의 전체 길이에 걸쳐 연장된다. 중앙부분(7)은 슬리브(11)를 약간 파고들기에 적당한 윤곽을 갖는 후단부를 갖는다.

도시되지 않은 적당한 연결수단이 지시된 위치에서 수평 파티션의 고정을 확실히 할 수 있도록 한다.

도 5 및 도 6을 참조하여, 지금부터 어떻게 다발들(5a)(6)(5b)의 다양한 모듈들이 수집 탱크들(8a)(8b)(9a)(9b)에 연결되며, 어떻게 수집 탱크들이 배열되는지를 설명할 것이다. 각 튜브형 감김체 요소(또는 모듈)은 자체의 원통형 개방 부분들의, 케이싱의 측면 수직 평면형 벽들에 제공되며 수집 탱크 속으로 관통하는, 적절한 원형 구멍들에서의 맞물림에 의해 케이싱 내부에 고정된다.

적당한 밀폐수단이 이 고도에 제공된다.

장치의 전방 파사드(100)는 도 5에서 왼쪽을 도 6에서 오른쪽을 바라본다.

상부 측면의 수집 탱크들(8a)(9a)은 거의 직사각형 상자 형상의 탱크이며, 여기에 1차 다발(5a)을 구성하는 모듈들의 끝단 부분들(51a)(52a)이 각각 연결된다.

도 5를 참조하면, 수집 탱크(8a)(또는 제2 수집 탱크)는 내부적으로 수직 파티션(85)에 의해 누출 방지 방식으로 다시 분할됨을 볼 수 있을 것이다. 수직 파티션은, 3 개의 모듈들이 상류 챔버(800a)로 불리는 상기 수직 파티션 후방부에서 수집 탱크(8a)에 연결되도록 배치된다(Na=3).

9 개의 나머지 모듈들은 하류 쳄버(801a)로 불리는 수직 파티션(85) 전방으로 개방된다.

하류 챔버(801a)는 배출 온수 도관으로의 연결을 위한 단부 조각(81)을 갖도록 제공된다.

도 6을 참조하면, 수집 탱크(9a)(또는 제3 수집 탱크)는 내부적으로 수평 파티션(91)에 의해 그러나 불완전하게 다시 분할되며, 이 수평 파티션(91)의 후방 단 부는 둥글게 형성됨과 더불어 상기 수집 탱크의 상부 수평 벽과 결합되도록 상승하는 상승부분(910)을 형성함을 볼 수 있을 것이다.

(반대측에서) 수직 파티션(85)의 후방부에서 수집 탱크(8a)에 연결되는 상기한 3 개의 모듈들은 상류 챔버(900a)로 불리는 상승부분(910) 후방으로 개방된다. 이때, 나머지 9 개의 모듈들은 하류 챔버(901a)로 불리는 수평 파티션(91)의 상부이자 상승부분(910)의 전방으로 개방된다.

두 개의 챔버(900a)(901a)는 수평 파티션(91)의 전방 자유단 맞은편에 위치하는 통로 영역(95a)을 통해 소통한다.

하부 측면의 수집 탱크들(8b)(9b)은 또한 거의 직시각형 상자 형상을 갖는 탱크이며, 여기에 2차 다발(6)을 구성하는 모듈들의 끝부분들(61)(62) 및, 1차 다발(5b)을 구성하는 모듈들의 끝부분들(51b)(52b)이 동시에 각각 연결된다.

도 5를 참조하면, 수집 탱크(8b)(또는 제1 수집 탱크)는 내부적으로 수평 파티션(84)에 의해 다시 분할되며, 이 수평 파티션(84)의 후방 단부는 둥글게 형성됨과 더불어 상기 수집 탱크의 하부 수평 벽과 결합되도록 하강하는 하강부분(840)을 형성함을 볼 수 있을 것이다.

수평 파티션(84)은 상류 챔버로 불리는 주 챔버(800b)와 하류 챔버로 불리는 작은 챔버(801b)로 수집 탱크(8b)의 내부 공간을 분할한다.

1차 다발(5b) 후방측의 3 개의 모듈들 뿐만아니라 2차 다발(6)이 포함하는 N(12) 개의 모듈 모두는 상류 챔버(800b)로 개방된다. 1차 다발(5b)의 나머지 9 개의 모듈들은 하류 챔버(801b)로 개방된다.

상류 챔버(800b)는 가열될 물을 공급하는 도관에 연결하기 위한 단부 조각(80)을 갖도록 제공된다.

도 6을 참조하면, 수집 탱크(9b)(또는 제4 수집 탱크)는 내부적으로 수평 파티션(92)에 의해 그러나 불완전하게 다시 분할되며, 이 수평 파티션(92)의 후방 단부는 둥글게 형성됨과 더불어 상기 수집 탱크의 하부 수평 벽과 결합되도록 하강하는 하강부분(920)을 형성함을 볼 수 있을 것이다.

(반대측에서) 상류 챔버(800b)에 연결되는 1차 다발(5b)의 상기한 3 개의 모듈들은 상류 챔버(900b)로 불리는 하강부분(920) 후방으로 개방된다. 이때, 나머지 9 개의 모듈들은 하류 챔버(901b)로 불리는 수평 파티션(92)의 하부이자 하강부분(920)의 전방으로 개방된다.

2차 다발(6)의 12 개의 모듈들은 상류 챔버(900b)로 개방된다.

두 개의 챔버(900b)(901b)는 수평 파티션(92)의 전방 자유단 맞은편에 위치하는 통로 영역(95b)을 통해 소통한다.

도 6에서, 수집 탱크들(9a)(9b)의 분할 형태가 수평면에 대하여 대칭임을 알 수 있을 것이다.

제1 수집 탱크(8b) 및 제2 수집 탱크(8a)의 상류 챔버들(800b)(800a)은 수직의 배관(82)에 의해 연결된다. 이들의 하류 챔버들(801b)(801a)은 유사하게 수직의 배관(83)에 의해 연결된다.

반대측에서, 제3 수집 탱크(9a) 및 제4 수집 탱크(9b)의 상류 챔버들(900a)(900b)은 수직의 배관(90)에 의해 연결된다. 이 수직의 배관은, 자체의 상 단부 및 하단부가 실질적으로 통로 영역(95a)(95b)과 마주보도록, 탱크들의 전방으로 개방된다.

지금부터 이와 같은 장치의 작동이 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명될 것이다.

장치는, 예를 들어, 빌딩의 중앙 가열시스템의 물 회로에 연결되는 집합적 보일러이다.

냉수는, 단부 조각(80)을 경유하여, 제1 수집 탱크(8b)에 도달하고, 제1 수집 탱크(8b)의 상류 챔버(800b)를 통과한다.

이때, 두 개의 버너(4a)(4b)가 작동중이라고 가정된다.

1차 통과에서, 냉수는 우선, 제2 다발(6)의 12 개의 모듈을 그들의 끝단 부분(61)을 통해 통과하면서 적시고, 하부 1차 다발(5b)의 후방측 3 개의 모듈을 그들의 끝단 부분(51b)을 통해 통과하면서 적시며, 뿐만 아니라 수직의 배관(82) 및 제2 수집 탱크(8a)의 상류 챔버(800a)를 통해 상부 1차 다발(5a)의 후방측 3 개의 모듈을 그들의 끝단 부분(51a)을 통해 통과하면서 적신다.

이와 같은 물공급 모드는 도 5를 참고하면 이해될 수 있을 것이다.

각 모듈을 통과한 이후에, 나중에 볼 수 있는 바와 같이, 부분적으로 가열된 물은 장치의 다른 측에 있는 수집 탱크들(9a)(9b)로 이동한다.

더욱 구체적으로, 물은 상부 1차 다발(5a)의 후방측 3 개의 모듈을, 제3 수집 탱크(9a)의 상부 챔버(900a) 내부에 위치하는 그들의 끝단 부분(52a)을 통해, 떠나게 된다.

제4 수집 탱크(9b)에서, 물은, 상류 챔버(900b) 내부이자, 끝단 부분(52b)을 통해 하부 1차 다발(5b)의 후방측 3 개의 모듈의 외부, 및 끝단 부분(62)을 통해 중앙의 2차 다발(6)에 포함되는 모듈들의 조립체 외부에, 존재한다.

상부 수집 탱크(9a)의 고도에서, 상류 챔버(900a) 내에서 튜브의 끝단 부분(52a)을 떠난 물은 수평 파티션(91)을 우회하여 통로 영역(95a)를 통해 하류 챔버(901a)를 통과하게 된다.

하부 수집 탱크(9b)의 고도에서, 상류 챔버(900b) 내에서 튜브의 끝단 부분들(52b)(62)을 떠난 물은 두 개의 유동으로 분리되어, 하나는 수평 파티션(92)을 우회하여 통로 영역(95b)를 통해 하류 챔버(901b)를 통과하게 되고, 다른 하나는 통로 영역(95a)을 통해 또한 상부 수집 탱크의 하류 챔버(901a)로 합류하도록 수직의 배관(90)을 따라 상승하게 된다.

이와 같은 분리는 두 개의 수집 탱크(9a)(9b) 및 이들을 연결하는 수직의 배관(90)으로 구성되는 챔버 내에서의 압력 분포의 영향하에서 자연적으로 발생한다. 이것은 두 개의 하류 챔버(901a)(901b)가 각각 동일한 수의 끝단 부분(52a)(52b)(바꿔 말하면, 적셔지게 될 9개의 관)을 갖는다는 사실에 의해 설명된다.

그러므로, 상부 수집 탱크의 하류 챔버(901a)는, 3 개의 상부측 끝단 부분(52a)에 의해 제공되는 유동에 더하여, 단지 하부 수집 탱크(9b)의 끝단 부분들(62 및/또는 52b)일 수 있는 6 개의 다른 끝단 부분들에 상응하는 유동을 배출한다. 하부 수집 탱크(9b)의 다른 9 개의 끝단 부분들(62 및/또는 52b)은 하류 챔 버(901b)에 위치하는 남아있는 끝단 부분들(52b)에 공급한다.

그러므로, 이와 같은 배열은 수두 손실(head loss)을 감소시킴에 의해 유동이 균형을 잡도록 할 수 있다.

이와 같은 모드의 물공급 및 액체의 경로 설정은 도 6을 참조하면 이해될 수 있다.

반대로, 두 개의 1차 다발(5a)(5b)의 전방측 9 개의 모듈들은 그러므로, 아래에서 볼 수 있는 바와 같이, 이미 예열된 물이 통과하게 된다.

이 물은 가열되며, 다른 측으로부터, 상부 수집 탱크(8a)의 하류 챔버(801a)에서 끝단 부분들(51a)을 통해, 그리고 하부 수집 탱크(8b)의 하류 챔버(801b)에서 끝단 부분들(51b)을 통해, 떠난다.

온수는 배출 단부 조각(81)을 통해, 하류 챔버(801a)에서 직접적으로 그리고 하류 챔버(801b)에서 수직의 배관(83)을 경유하여, 장치를 떠나게 된다.

도 5 및 도 6에서, 참조부호 T1로 지시되는 배관들은 예열을 위한 제1 통로에 대응하며, 참조부호 T2로 지시되는 배관들은 실제 가열을 위한 제2통로에 대응한다.

여러 수집 탱크들에서 수두 손실의 균형과 감소의 최적화를 위하여, 파티션의 형태뿐만 아니라 배관의 수와 이용도가 실질적으로 "티켈만 루프(tickelman loop)"로 불리는 네트워크를 형성하도록 선택된다는 것이 관찰될 수 있을 것이다.

최적의 유동을 허용하는 이와 같은 네트워크는 이렇게 설계되어, 평행하게 연결되는 n 개의 기본 도관들에 의해 통과 단면적 S를 갖는 상류 도관에 위치하는 지점(A)이 동일한 통과 단면적 S를 갖는 하류 도관에 위치하는 지점(B)에 연결될 때, 상기 기본 도관들은 모두 동일한 통과 단면적(s=S/n)을 가지며, 커버되는 여러 경로들은 동일한 길이를 갖고 동일한 "요건들(accidents)"(예를 들어, 동일 수의 직각 회전)에 직면한다.

지금부터, 열교환기를 통과하는 물의 2단계 가열이 어떻게 일어나는지 설명할 것이다.

팬들(2a)(2b)에 의해, 연소가능한 가스 혼합물이, 혼합물의 압력의 영향하에서 자동으로 열린 다음 개방상태를 유지하는 밸브(3a)(3b)를 통해, 각각의 튜브형 버너(4a)(4b) 내부에 제공된다. 이 혼합물은 벽을 관통하는 작은 개구부들을 통해 버너들의 벽을 떠나게 된다. 버너들이 점화됨에 따라, 벽들의 전체표면 위에 화염을 생성하는 연소가 일어난다(도 1 및 도 2 참조).

동시에, 가열될 물이, 회로에 제공되는 펌프에 의해, 순환상태에 놓이게 된다.

가열될 냉수는 우선, 이상에서 설명된 바와 같이, 1차 다발들(5a)(5b)의 3 개씩의 후방측 모듈들 뿐만 아니라 2차 다발(6)에 포함되는 모듈들의 조립체를 통해(바꿔 말하면, 모두 18개의 모듈을 통해) 평행하게 순환한다.

이러한 첫 번째 통과의 마지막에도, 물은, 1차 다발들(5a)(5b)의 9 개씩의 전방측 모듈들을 통해(바꿔 말하면, 역시 모두 18개의 모듈을 통해) 여전히 평행하게 순환한다.

각각의 1차 다발의 내부 공간에 생성되는 연소 가스들은 버너로부터 배출된 다. 연소 가스들은 다발에 포함되는 평면형 튜브들을 분리하는 틈들(gaps)을 통해 방사방향으로 통과하여, 개별적인 열교환에 의해, 평면형 튜브 내부를 통과하는 물의 향상된 가열을 일으킨다.

1차 다발의 배출구에서, 연소 가스들은 이와 같은 열교환 이후에 상당히 냉각된다. 연소가스들은 그럼에도 불구하고 장치에 도달하는 (실내온도에서의) 물보다 현저히 높은 온도이다.

표시한 바와 같이, 연소가스들의 온도는 100 내지 150℃ 정도이다.

하부 1차 다발(5b)로부터 유입되는 고온 가스들은 케이싱의 내부 경로를 따라 상부로 이동하게 된다. 고온 가스들은 판(13)의 측면들을 넘어 통과하게 되고, 파티션(7)(70) 아래에 위치하게 되는 2차 다발의 아래 측 절반을, 여전히 코일들 사이의 틈들을 통해 그러나 이때는 외부에서 내부로 통과하면서, 가로지르게 된다.

이러한 통과 도중에, 냉수 또는 미온수가 통과하게 되는 2차 다발의 튜브들의 벽이 연소 생성물의 이슬점 온도 이하의 온도라는 사실 때문에, 연소 가스들에 존재하는 증기의 적어도 부분적인 응축이 일어난다. 열전도에 의한 열에너지의 일반적인 전달에 더하여, 발열성 상변화인 응축에 관련되는 증발 잠열의 전달에 따른 추가적인 열에너지의 전달이 존재한다.

상부 1차 다발(5a)로부터 유입되는 고온 가스들은 유사하지만 하강하는 경로를 갖는다. 이 고온 가스들은 케이싱의 내측 벽을 따라 하부로 이동하게 된다. 이 고온 가스들은 판(12)의 측면들을 넘어 통과하게 되고, 파티션(7)(70) 위에 위치하게 되는 2차 다발의 위 측 절반을, 여전히 코일들 사이의 틈들을 통해 외부에서 내 부로 통과하면서, 가로지르게 된다.

따라서, 물이 1차 다발에 도달하기 전에, 2차 다발 내에서 물의 2중 예열이 달성된다.

2차 다발의 절반은 그러므로 완전히 1차 다발에 할당되어, 본 상세한 설명의 전반부에 개시된 법칙, 말하자면 2차 다발에서 회수되는 에너지는 항상 1차 다발에서 포획되는 에너지보다 작다는 사실이 여기서도 지켜진다.

현저히 냉각된 연소 가스들은 파티션의 중앙부분(7)의 각 측면의 2차 다발(6)의 내부 공간에 위치하게 되며, 이어서 배출 슬리브(11)를 통해 장치로부터 배출된다.

장치에 도달하는 일부의 냉수는 또한, 2차 다발(6)을 통과하는 물 보다 현저히 높은 온도로 예열된다. 이 물은 버너에 의해 생성되는 연소 가스들에 노출되는 1차 다발(5a)(5b) 각각의 후방측 3 개의 모듈에서 순환하는 물이다.

각 1차 다발(5a)(5b)의 전방측 9 개의 모듈은 최종적인 가열을 제공한다.

이와 같은 보일러에 의해 생성되는 출력은 각 버너에 관해 수행되는 출력 조정에 의해 매우 넓은 범위에 걸쳐 조절할 수 있다. 버너들에 의해 생성되는 동일한 전체 출력에 대하여, 이러한 출력은 상기 버너들 사이에서 서로 다르게 분배될 수 있다. 분배는 특히, 두 상황이 동일한 출력을 요구하는 가운데, 물이 고온이지만 낮은 유량으로 제공되는 상황인지 또는 적당한 온도이지만 높은 유량으로 제공되는 상황인지에 따라 다를 수 있다.

이것은 전자제어유닛의 적절한 제어에 의해 최적의 효율로 일정하게 작동하 도록 할 수 있다.

장치는, 심지어 두 버너 중 하나만 작동 중인 조건, 심지어 두 버너가 다른 시간에 작동을 시작하는 조건, 및 더욱 중요하게는 심지어 두 버너에서 수행되는 출력이 매우 다른 조건에서도, 정확하게 작동한다.

이것은 2차 다발의 두 절반 중 하나를 다른 하나로부터 격리하는 파티션(7)(70)의 존재에 의해 가능해진다. 파티션이 없다면, 각 버너의 작동에 불리한 영향을 미칠 수 있는, 2차 다발 주변에서의 가스 압력의 해로운 상호작용이 있을 수 있다.

밸브들(3a)(3b)의 복원방지 기능은 또한, 이 기능이 작동정지 중인 버너 외부에서의 원치않는 가스 역류에 관련되는 어떠한 방해도 방지하기 때문에, 성공적인 작동에 기여한다.

하나의 버너가 작동중일 때, 당연히 (작동중인 버너를 바라보는) 2차 다발(6)의 절반만이 고온 가스들에 노출된다.

도 10 및 도 11에 도시된 대안적인 예에서, 장치의 나머지부분들로부터 1차 다발(5a)를 격리하는 것이 가능하여, 단지 다른 1차 다발(5b)이 작동중일 때 물이 1차 다발(5a) 내에서 순환하는 것을 방지할 수 있도록 한다.

따라서, 이상에서 언급한 수직의 배관들(82)(90)은, 개방 또는 폐쇄될 수 있도록 각각 제어 장치(D1)(D2)에 의해 작동되는, 밸브(V1)(V2)를 각각 갖추게 된다. 이들은 예를 들어 솔레노이드 밸브이다.

밸브들(V1)(V2)이 개방되었을 때, 장치는 상기한 바와 같이 작동한다.

밸브들(V1)(V2)이 폐쇄되었을 때, 단지 하부 버너(4b)만이 작동하게 되며, 물순환은 다음과 같다.

단부 조각(80)을 통해 수집 탱크(8b)에 도달한 물은, 첫 번째 통과에서, 1차 다발(5b)의 후방측 3개의 모듈 및 (아래 측 절반만이 가열되는) 2차 다발(6)의 모든 모듈을 적시고, 이어서 두 번째 통과에서, 1차 다발의 나머지 9개의 모듈을 적시며, 마지막으로 수직의 배관(83)을 경유하여 배출용 단부 조각(81)을 통해 배출된다.

도 12는 이상에서 설명한 바와 같은 두 개의 유사한 보일러(1)(1')의 연결체를 도시한다.

둘 중 하나의 보일러(1')에서, 참조부호 8'a 와 8'b, 및 9'a 와 9'b로 지시한 수집 탱크들의 좌우 배치가, 다른 하나의 보일러(1)의 참조부호 8a 와 8b 및 9a 와 9b로 지시한 수집 탱크들에 대하여 역전된다(좌우 전환).

두 개의 장치는 나란히 배치되어, 이들의 수집 탱크 쌍들(8a 와 8b)(8'a 와 8'b)이 서로 마주보게 된다.

가열될 물은 두 하부 수집 탱크(8b)(8'b)의 유입용 단부 조각에, 각각 도관(821)(821')에 의해, T자형으로 연결되는 채널(C1)(화살표 E 방향)을 통해 도달한다.

온수는 두 상부 수집 탱크(8a)(8'a)의 배출용 단부 조각에, 각각 도관(811)(811')에 의해, T자형으로 연결되는 채널(C2)(화살표 Q 방향)을 통해 떠난다.

유입되는 냉수 유동(E)은 장치들(1)(1')에 각각 공급되는 두 개의 2차 유동(e)(e')으로 분할된다.

장치들을 떠나는 2차 온수 유동들(q)(q')은 하나의 유동(Q)을 형성하기 위하여 다시 합류한다.

도관들(821)(821')(811)(811')은 바람직하게, 두 장치 중에서 작동되지 않는 하나 또는 다른 하나를 격리시킬 수 있도록, 밸브(820)(820')(810)(810')를 갖추게 된다.

이러한 연결체는, 유익한 콤팩트함을 유지하는 가운데, 설비의 전체 출력을 2배로 증가시킬 수 있도록 한다.

이와 같은 연결체는 두 개의 장치 이상으로 적용될 수 있다.

특히, 도 1 및 도 2를 참조하면, 이상에서 설명한 열교환기의 실시예에서, 3 개의 다발의 평행한 축들(A-A'선, C-C'선 및 B-B'선)은 동일 평면상에 있으며, 이들의 공통 평면(Z)은 수직이다.

이러한 배열이 필수적인 것은 아니다.

만약 상기 축들이 동일 평면상에 있다 하더라도, 그들의 공통 평면이 반드시 수직은 아니다. 특히, 공통 평면은 수평일 수 있으며, 이와 같은 경우에, 1차 다발들은 2차 다발은 양측면에 각각 배열되고, 수직의 파티션(7)(70)이 존재하게 된다.

그러나, 상기 축들은 반드시 동일 평면상에 있어야 하는 것은 아니다.

따라서, 도 13에 도시한 실시예와 같이, 장치(1)는 삼각형 배열구조에 따라 분포하는 3 개의 다발들을 구비한다.

1차 다발들(5a)(5b)은, 그들의 축들(A-A'선 및 B-B'선)이 공통의 수평면에 위치하도록, 나란히 배열된다.

2차 다발(6)은 한 쌍의 1차 다발 상부에 위치하게 되어, 그의 축(C-C'선)이 두 1차 다발 사이를 통과하는 중간 수직면에 위치하게 된다.

케이싱(10) 내부의 이러한 두 개의 1차 다발 사이에, 원통의 호(arc) 형상의 측벽들을 갖는 전향수단(15)이 설치되며, 측벽들은 1차 다발들에 의해 생성되는 연소 가스들을 각각, 2차 다발에 의해 점유되는 공간의 절반을 향해 상방으로 이동시킬 수 있도록 한다. 본 발명에 따르면, 이러한 공간은, 이 경우에서는 수직인, 파티션(7)(71)(72)에 의해 두 부분으로 다시 분할된다.

도 13을 참조하면, 2차 다발의 왼쪽 절반만이 왼쪽에 위치하는 1차 다발로부터 유입되는 가스들에 의해 가열되며; 유사하게 2차 다발의 오른쪽 절반만이 오른쪽에 위치하는 1차 다발로부터 유입되는 가스들에 의해 가열된다.

도 15 내지 도 19는, 나선형 튜브 감김체로 구성되는 다발에 관하여, 다른 튜브 단면이 사용될 수 있다는 것을 보여준다.

도 15의 튜브(tb)는 (날카롭지 않은) 둥글게 된 모서리를 갖는 본질적으로 직사각형의 단면을 갖는다. 이러한 타입의 형태는 예를 들어 EP 1 039 246 문서에서 설명된다.

도 16의 튜브(tc)는 본질적으로 직사각형의 외측부분 및, 바꿔 말하면 감김체의 축(X-X'선)을 바라보는, 본질적으로 사다리꼴형의 내측 부분으로 구성되는 단면을 갖는다. 이러한 타입의 형태는 예를 들어 EP 0 745 813 문서에서 설명된다.

도 17의 튜브(td)는 EP 1 752 718 문서에서 설명되는 타입의 타원형 단면을 갖는다; 이러한 타입의 튜브는 또한, 예를 들어 WO 2004/090434 문서에 설명된 바와 같이, 블레이드(blade)와 함께 제공될 수 있다. 단면의 양측 부분들은 더욱 또는 조금 만곡되거나 평평하게 될 수 있다(또한, EP 1 281 919 참조).

도 18의 튜브(te)는 원형 단면을 갖는다.

도 19에 도시된 감김체는, 하나는 내부 튜브(tf1)이고, 다른 하나는 더 큰 감김 직경을 갖는 외부 튜브(tf2)인, 두 종류의 유사한 동심의 튜브를 포함하는, 이중 감김체이다.

이러한 타입의 배열은 예를 들어 EP 1 703 227 문서에서 설명된다. 본 발명에 또한 적용할 수 있는, 3 개의 동심 감김체를 갖는 형태는 EP 1 279 903 문서에서 설명된다.

예를 들어, DE 100 02 894 A1 문서에서 설명되는 물방울 형상, 또는 DE 20 2005 011 633 U1 문서에서와 같은 내부 반원통형 단부를 갖는 직사각형 형상 등과 같은, 다양한 다른 단면 형상들이 당연히 제공될 수 있다.

바람직하게, 감김체의 튜브(들)의 단면 형상에 무관하게, 코일들 사이의 틈의 값은 비교적 작게 조정되고, 바람직하게는 적당한 스페이서들에 의해 일정하게 유지된다; 스페이서는 (구체적으로 보스(boss) 또는 이(tooth) 형상으로) 튜브의 내측 일부를 형성할 수 있으며, 예를 들어 '빗(comb)' 타입의, 분리된 부품일 수도 있다.

다발들은 반드시 나선형 감김체일 필요는 없다.

예를 들어, 사실상 원통형 케이싱 형태의 모선들을 형성하는 직선형의 평행한 튜브들의 층(layer)으로 구성될 수 있다. 이러한 튜브들은 그들의 단부들에서 수집 탱크 및 분배기에 연결되며, 물은 그 내부에서 직렬 및/또는 병렬 연결에 의해 순환할 수 있다.

도 20에 도시한 바와 같이, 이러한 튜브들(tg)은 바람직하게, 날카로운 각도(α)에 따라 다발의 축(X-X'선)을 향해 수렴하는, 평평한 반경측 표면을 갖는 단면을 구비한다. 이러한 타입의 배열은, 예를 들어, FR 2 476 808 문서의 과제이다.

본 발명의 열교환기에 제공되는 3 개의 다발은 반드시 동일한 형상 및/또는 크기일 필요는 없으며, 반드시 동일한 타입일 필요는 없다; 다른 다발들의 혼합도 가능하다.

본 발명에 따른 장치는 대단히 효율적인 가운데 콤팩트하고 경량이다.

비록 본 발명이 물을 가열하기 위한 산업적 또는 가정적 용도로 매우 적합하지만, 구체적으로 다양한 유체를 가열하기 산업에서와 같이, 다양한 다른 분야들에 적용될 수 있다.