JP2019113302A - 気液分離構造を含む印刷基板型熱交換器および気液分離器 - Google Patents

気液分離構造を含む印刷基板型熱交換器および気液分離器 Download PDF

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Abstract

【課題】 気液分離機能をともに行える構造の印刷基板型熱交換器および気液分離器を提供する。【解決手段】 互いに交差する方向に形成されたA流体流路とB流体流路が形成された複数のAチャンネルプレートとBチャンネルプレートが一方向に積層された構造を含み、A流体流路を通過したA流体が熱交換された後、気化して気液分離部に流動する気化器と、気化器と過熱器との間に装着され、気化器を通して伝達されたA流体中の気化した気体を過熱器に伝達する気体出口が一方に形成され、気化器を通して伝達されたA流体中の気化しなかった液体を外部に排出する液体出口が他方に形成された気液分離部と、複数のAチャンネルプレートとBチャンネルプレートが一方向に積層された構造を含み、気液分離部から伝達された気体がA流体流路を通過し熱交換されて過熱した後、外部に排出される気体排出口が一方に形成された過熱器と、を含む印刷基板型熱交換器を提供する。【選択図】 図4

Description

本発明は、印刷基板型熱交換器および気液分離器に関し、より詳細には、気液分離を同時に行える構造を含む印刷基板型熱交換器および気液分離器に関する。
従来技術によるシェル−チューブタイプの熱交換器の場合、単位体積あたりの伝熱面積の面で不利で、熱膨張が発生しても収容可能な程度にハウジングの大きさを十分に大きく設けなければならず、一定水準の熱交換容量を処理するために非常に大きくて重い設備を要求する問題があった。
特に、LNG船舶に適用される熱交換器の場合、一定水準の熱交換容量を有しかつ、これと同時に占める体積が小さくてこそ望ましい。
したがって、従来技術によるシェル−チューブタイプの熱交換器は、占める体積が大きくて重量が重いため、LNG船舶などへの活用が非常に困難である。
また、従来技術によるシェル−チューブタイプの熱交換器は、維持補修も容易でなく、装置移動のためのクレーンやハンドリングデバイスなどの要求容量も大きくなければならない問題がある。
注入される流体に熱を加えて液体と気体を分離する場合、図1に示されるように、前記言及したシェル−チューブタイプの熱交換器を用いたりする。
先に説明したように、従来技術によるシェル−チューブタイプの熱交換器を用いて、液体と気体を分離する場合、熱交換器自体の体積が非常に大きいため、熱交換器内で気体液体の分離が非常に容易であり、一体型に製作可能である。しかし、シェル−チューブタイプの熱交換器を用いて液体と気体を分離する構造を構成する場合、体積が大きいため、空間の制約が伴うと、狭小な環境では使用が困難である問題点がある。
このような問題点を解決するために、図2に示されるように、小さい体積に設計可能な印刷基板型熱交換器を用いることができる。
しかし、印刷基板型熱交換器を用いて液体と気体を分離する構造を構成する場合、気化器、過熱器および気液分離器をそれぞれ別途に製作しなければならないため、配管の連結が非常に複雑になる問題点が発生する。
したがって、前記言及した従来技術による問題点を解決できる印刷基板型熱交換器に対する技術が必要である。
本発明の目的は、気液分離機能をともに行える構造を含む印刷基板型熱交換器を提供することである。
上記の目的を達成するための、本発明の一側面による印刷基板型熱交換器は、A流体とB流体が互いに熱交換できるように内部にA流体流路およびB流体流路が形成された印刷基板型熱交換器であって、平面上からみて、互いに交差する方向に形成された上記A流体流路と上記B流体流路がそれぞれ形成されたAチャンネルプレートとBチャンネルプレートが2以上一方向に積層された構造を含み、上記A流体流路を通過した上記A流体が熱交換された後、気化して気液分離部に流動する気化器と、上記気化器と過熱器との間に装着され、上記気化器を通して伝達された上記A流体中の気化した気体を上記過熱器に伝達する気体出口が一方の側に形成され、上記気化器を通して伝達された上記A流体中の気化しなかった液体を外部に排出する液体出口が一方の側に形成された上記気液分離部と、平面上からみて、互いに交差する方向に形成された上記A流体流路と上記B流体流路がそれぞれ形成された上記Aチャンネルプレートと上記Bチャンネルプレートが2以上一方向に積層された構造を含み、上記気液分離部から伝達された気体が上記A流体流路を通過し熱交換されて過熱した後、外部に排出される気体排出口が一方の側に形成された上記過熱器と、を含む構成である。
本発明の一実施形態において、前記気化器と上記気液分離部との間には、第1中間プレートが装着され、前記第1中間プレートは、上記気化器を上記気液分離部と分離し、前記第1中間プレートの一方の側には、A流体排出口と上記気液分離部とを互いに連通させる流体連通路が形成される。
本発明の一実施形態において、前記気液分離部と上記過熱器との間には、第2中間プレートが装着され、前記第2中間プレートは、上記過熱器を上記気液分離部と分離し、前記第2中間プレートの一方の側には、気化したA流体引込み口と上記気液分離部とを互いに連通させる流体連通路が形成される。
本発明の一実施形態において、前記気液分離部は、上記気化器と上記過熱器とを所定距離だけ離隔させるように所定長さの幅に形成され、内部に気体と液体を分離可能な空間を含む構造であってもよい。
この場合、前記気液分離部の内部空間の上部には、気体分離用バッフルが装着される。
また、前記気体分離用バッフルは、上記気体出口に隣接して装着される。
本発明の一実施形態において、前記気化器は、上記気液分離部の一方の側に脱着可能な構造で結束される構造であってもよい。また、前記過熱器は、上記気液分離部の他方の側に脱着可能な構造で結束される構造であってもよい。
本発明の一実施形態において、前記Aチャンネルプレートに形成された上記A流体流路は、複数の折曲構造を含む構造であってもよい。この時、前記折曲構造は、平面上からみて、連続する「己」形状であってもよい。また、前記流路は、左右対称構造を形成し、それぞれの上記折曲構造が互いに当接して隣接するように配置される。
また、本発明は、気液分離器を提供できることから、本発明の一側面による気液分離器は、平面上からみて、互いに交差する方向に形成されたA流体流路とB流体流路がそれぞれ形成されたAチャンネルプレートとBチャンネルプレートが2以上一方向に積層された構造を含み、上記A流体流路を通過したA流体が熱交換された後、気化して気液分離部に流動する気化器と、上記気化器と過熱器との間に装着され、上記気化器を通して伝達された上記A流体中の気化した気体を上記過熱器に伝達する気体出口が一方の側に形成され、上記気化器を通して伝達された上記A流体中の気化しなかった液体を外部に排出する液体出口が一方の側に形成された上記気液分離部と、平面上からみて、互いに交差する方向に形成された上記A流体流路と上記B流体流路がそれぞれ形成された上記Aチャンネルプレートと上記Bチャンネルプレートが2以上一方向に積層された構造を含み、上記気液分離部から伝達された気体が上記A流体流路を通過し熱交換されて過熱した後、外部に排出される気体排出口が一方の側に形成された上記過熱器と、を含む構成である。
本発明の一実施形態において、前記気化器と上記気液分離部との間には、第1中間プレートが装着され、前記第1中間プレートは、上記気化器を上記気液分離部と分離し、前記第1中間プレートの一方の側には、A流体排出口と上記気液分離部とを互いに連通させる流体連通路が形成される。
本発明の一実施形態において、前記気液分離部と上記過熱器との間には、第2中間プレートが装着され、前記第2中間プレートは、上記過熱器を上記気液分離部と分離し、前記第2中間プレートの一方の側には、気化したA流体引込み口と上記気液分離部とを互いに連通させる流体連通路が形成される。
本発明の一実施形態において、前記気液分離部は、上記気化器と上記過熱器とを所定距離だけ離隔させるように所定長さの幅に形成され、内部に気体と液体を分離可能な空間を含む構造であってもよい。
この場合、前記気液分離部の内部空間の上部には、気体分離用バッフルが装着される。
また、前記気体分離用バッフルは、上記気体出口に隣接して装着される。
本発明の一実施形態において、前記気化器は、上記気液分離部の一方の側に脱着可能な構造で結束される構造であってもよい。また、前記過熱器は、上記気液分離部の他方の側に脱着可能な構造で結束される構造であってもよい。
本発明の一実施形態において、前記Aチャンネルプレートに形成された上記A流体流路は、複数の折曲構造を含む構造であってもよい。この時、前記折曲構造は、平面上からみて、連続する「己」形状であってもよい。また、前記流路は、左右対称構造を形成し、それぞれの折曲構造が互いに当接して隣接するように配置される。
以上説明したように、本発明の印刷基板型熱交換器および気液分離器によれば、特定構造の気化器、気液分離部および過熱器を備えることにより、気液分離機能をともに行える構造の印刷基板型熱交換器および気液分離器を提供することができる。
また、本発明の印刷基板型熱交換器および気液分離器によれば、特定構造の第1中間プレート、第2中間プレートおよび気液分離部を備えることにより、気化器を通して伝達されたB流体中の気化した気体を効果的に分離することができ、分離された気体を過熱器に安定的に伝達可能で、気液分離効率を著しく向上させた印刷基板型熱交換器および気液分離器を提供することができる。
さらに、本発明の印刷基板型熱交換器および気液分離器によれば、特定構造のバッフルと気体排出口とを含む気液分離部を備えることにより、気化器を通して伝達されたB流体中の気化した気体を効果的に分離することができ、分離された気体を過熱器に安定的に伝達可能で、気液分離効率を著しく向上させた印刷基板型熱交換器および気液分離器を提供することができる。
従来技術によるシェルアンドチューブ熱交換器を用いて気液分離を行うことを示す模式図である。 従来技術による印刷基板型熱交換器を用いて気液分離を行うことを示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る印刷基板型熱交換器を示す構成図である。 本発明の一実施形態に係る印刷基板型熱交換器を示す分解組立図である。 図4に示された印刷基板型熱交換器の気化器、気液分離部および過熱器部分のみを切り取って示す斜視図である。 図4および図5に示された気化器部分のみを切り取って示す分解図である。
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。これに先立ち、本明細書および特許請求の範囲に使用された用語や単語は、通常または辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。
本明細書全体において、ある部材が他の部材の「上に」位置しているとする時、これは、ある部材が他の部材に接している場合のみならず、2つの部材の間にさらに他の部材が存在する場合も含む。本明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。
図3には、本発明の一実施形態に係る印刷基板型熱交換器を示す構成図が示されており、図4には、本発明の一実施形態に係る印刷基板型熱交換器を示す分解組立図が示されており、図5には、図4に示された印刷基板型熱交換器の気化器、気液分離部および過熱器部分のみを切り取って示す斜視図が示されている。
これらの図を参照すれば、本実施形態に係る印刷基板型熱交換器100は、A流体とB流体が互いに熱交換できるように内部にA流体流路およびB流体流路が形成された構造であって、特定構造の気化器110、気液分離部130および過熱器120を備えることにより、気液分離機能をともに行える構造の印刷基板型熱交換器を提供することができる。
これらの図では、印刷基板型熱交換器のみを示したが、本発明は、前記言及した特定構造の気化器110、気液分離部130および過熱器120を含む気液分離器を提供することができる。
以下、図面を参照して、前記言及した印刷基板型熱交換器と気液分離器を構成する特定構造の気化器110、気液分離部130および過熱器120について詳細に説明する。
図6には、図4および図5に示された気化器部分のみを切り取って示す分解図が示されている。
図6を、図3〜図5とともに参照すれば、本実施形態に係る印刷基板型熱交換器100は、気化器110、気液分離部130および過熱器120が一体型に結合された構造であって、狭小な環境にも適切に適用可能なコンパクトな構造である。
気化器110と過熱器120は、Aチャンネルプレート101とBチャンネルプレート102が2以上一方向に積層された構造であって、内部に流入した流体の熱交換を利用してそれぞれの機能を行う。
また、図4に示されるように、気化器110、気液分離部130および過熱器120の結束構造の両側面には、第1カバー151と第2カバー152がそれぞれ装着される。この時、第1カバー151は、気化器110の一側面を密閉する板状型構造であって、気化器110のA流体流路103の内部にA流体を提供可能な流入通路を提供するA流体引込み口151−1の一方の側に形成された構造である。また、第2カバー152は、過熱器120の一側面を密閉する板状型構造であって、過熱器120から過熱した気体が外部に排出可能な過熱気体排出口152−1が一方の側に形成された構造である。
一方、Aチャンネルプレート101に形成されたA流体流路103は、平面上からみて、左右対称構造で互いに隣接して形成された構造であって、熱交換効率を極大化させるように流体間の接触面積を最大限に広げられる構造であることが好ましい。具体的には、本実施形態に係る流路は、複数の折曲構造を含む構造であって、平面上からみて、連続する「己」形状であることが好ましい。この時、流路は、左右対称構造を形成し、それぞれの折曲構造が互いに当接して隣接するように配置され、流体間の接触面積を極大化させることができ、結果的に熱交換効率を向上させることができる。
気化器110は、A流体流路103を通過したA流体を熱交換によって気化させて気液分離部130に流動させることができる構造である。過熱器120も、気化器110と同一の積層構造を含む構成であって、引込まれる流体と排出される流体の物理的特性が異なる。
気化器110と過熱器120との間に装着される気液分離部130は、気化器110から伝達されたA流体中の気化した気体を過熱器120に伝達することができる。これと同時に、気液分離部130は、気化器110を通して伝達されたA流体中の気化しなかった液体を外部に排出することができる。
具体的には、本実施形態に係る気液分離部130は、気化器110を通して伝達されたA流体中の気化した気体を過熱器120に伝達する気体出口131が一方の側に形成され、気化器110を通して伝達されたA流体中の気化しなかった液体を外部に排出する液体出口132が一方の側に形成された構造である。
この時、気液分離部130は、気化器110と過熱器120とを所定距離だけ離隔させるように所定長さの幅に形成され、内部に気体と液体を分離可能な空間を含む構造であることが好ましい。
この場合、気液分離部130の内部空間の上部には、図5に示されるように、気体分離用バッフル133が装着され、気液分離効率を著しく向上させることができる。この時、気体分離用バッフル133は、気体出口131に隣接して装着されることが好ましい。
場合によって、図4および図5に示されるように、気化器110と気液分離部130との間には、第1中間プレート141が装着される。
この時、第1中間プレート141は、気化器110を気液分離部130と分離することができる。また、本実施形態に係る第1中間プレート141の一方の側には、A流体排出口112と気液分離部130とを互いに連通させる流体連通路141−1が形成される。
また、気液分離部130と過熱器120との間には、第2中間プレート142が装着される。この時、第2中間プレート142は、過熱器120を気液分離部130と分離することができ、第2中間プレート142の一方の側には、気化したA流体引込み口114と気液分離部130とを互いに連通させる流体連通路142−1が形成される。
一方、本実施形態に係る気化器110および過熱器120は、図5に示されるように、気液分離部130の両側に脱着可能な構造で結束される。
この場合、問題が発生した気化器110または過熱器120に対して気液分離部130から容易に分離させることが可能で、維持管理が容易である。
以上説明したように、本発明の印刷基板型熱交換器によれば、特定構造の気化器、気液分離部および過熱器を備えることにより、気液分離機能をともに行える構造の印刷基板型熱交換器を提供することができる。
また、本発明の印刷基板型熱交換器によれば、特定構造の第1中間プレート、第2中間プレートおよび気液分離部を備えることにより、気化器を通して伝達されたB流体中の気化した気体を効果的に分離することができ、分離された気体を過熱器に安定的に伝達可能で、気液分離効率を著しく向上させた印刷基板型熱交換器を提供することができる。
さらに、本発明の印刷基板型熱交換器によれば、特定構造のバッフルと気体排出口とを含む気液分離部を備えることにより、気化器を通して伝達されたB流体中の気化した気体を効果的に分離することができ、分離された気体を過熱器に安定的に伝達可能で、気液分離効率を著しく向上させた印刷基板型熱交換器を提供することができる。
以上の本発明の詳細な説明では、それによる特別な実施形態についてのみ述べた。しかし、本発明は、詳細な説明で言及される特別な形態に限定されるものではないことが理解されなければならず、むしろ添付した特許請求の範囲によって定義される本発明の精神と範囲内にあるすべての変形物と均等物および代替物を含むことが理解されなければならない。
すなわち、本発明は、上述した特定の実施形態および説明に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば誰でも多様な変形実施が可能であり、そのような変形は本発明の保護範囲内にある。
100:印刷基板型熱交換器
101:Aチャンネルプレート
102:Bチャンネルプレート
103:A流体流路
104:B流体流路
110:気化器
111:A流体引込み口
112:A流体排出口
113:A流体引込み口
114:気化したA流体引込み口
115:過熱したA流体引込み口
120:過熱器
121:気体排出口
130:気液分離部
131:気体出口
132:液体出口
133:気体分離用バッフル
141:第1中間プレート
141−1:流体連通路
142:第2中間プレート
142−1:流体連通路
151:第1カバー
151−1:A流体引込み口
152:第2カバー
152−1:過熱気体排出口

Claims (20)

  1. A流体とB流体が互いに熱交換できるように内部にA流体流路およびB流体流路が形成された印刷基板型熱交換器(100)であって、
    平面上からみて、互いに交差する方向に形成された前記A流体流路(103)と前記B流体流路(104)がそれぞれ形成されたAチャンネルプレート(101)とBチャンネルプレート(102)が2以上一方向に積層された構造を含み、前記A流体流路(103)を通過した前記A流体が熱交換された後、気化して気液分離部(130)に流動する気化器(110)と、
    前記気化器(110)と過熱器(120)との間に装着され、前記気化器(110)を通して伝達された前記A流体中の気化した気体を前記過熱器(120)に伝達する気体出口(131)が一方の側に形成され、前記気化器(110)を通して伝達された前記A流体中の気化しなかった液体を外部に排出する液体出口(132)が一方の側に形成された前記気液分離部(130)と、
    平面上からみて、互いに交差する方向に形成された前記A流体流路(103)と前記B流体流路(104)がそれぞれ形成された前記Aチャンネルプレート(101)と前記Bチャンネルプレート(102)が2以上一方向に積層された構造を含み、前記気液分離部(130)から伝達された気体が前記A流体流路(103)を通過し熱交換されて過熱した後、外部に排出される気体排出口(121)が一方の側に形成された前記過熱器(120)と、を含む印刷基板型熱交換器。
  2. 前記気化器(110)と前記気液分離部(130)との間には、第1中間プレート(141)が装着され、
    前記第1中間プレート(141)は、前記気化器(110)を前記気液分離部(130)と分離し、
    前記第1中間プレート(141)の一方の側には、A流体排出口(112)と前記気液分離部(130)とを互いに連通させる流体連通路(141−1)が形成されている請求項1に記載の印刷基板型熱交換器。
  3. 前記気液分離部(130)と前記過熱器(120)との間には、第2中間プレート(142)が装着され、
    前記第2中間プレート(142)は、前記過熱器(120)を前記気液分離部(130)と分離し、
    前記第2中間プレート(142)の一方の側には、気化したA流体引込み口(114)と前記気液分離部(130)とを互いに連通させる流体連通路(142−1)が形成されている請求項1に記載の印刷基板型熱交換器。
  4. 前記気液分離部(130)は、前記気化器(110)と前記過熱器(120)とを所定距離だけ離隔させるように所定長さの幅に形成され、内部に気体と液体を分離可能な空間を含む構造である請求項1〜3のいずれか1項に記載の印刷基板型熱交換器。
  5. 前記気液分離部(130)の内部空間の上部には、気体分離用バッフル(133)が装着されている請求項4に記載の印刷基板型熱交換器。
  6. 前記気体分離用バッフル(133)は、前記気体出口(131)に隣接して装着されている請求項5に記載の印刷基板型熱交換器。
  7. 前記気化器(110)は、前記気液分離部(130)の一方の側に脱着可能な構造で結束される請求項1〜3のいずれか1項に記載の印刷基板型熱交換器。
  8. 前記過熱器(120)は、前記気液分離部(130)の他方の側に脱着可能な構造で結束される請求項1〜3のいずれか1項に記載の印刷基板型熱交換器。
  9. 前記Aチャンネルプレート(101)に形成された前記A流体流路(103)は、複数の折曲構造を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の印刷基板型熱交換器。
  10. 前記折曲構造は、平面上からみて、連続する「己」形状である請求項9に記載の印刷基板型熱交換器。
  11. 前記A流体流路(103)および前記B流体流路(104)は、左右対称構造を形成し、それぞれの前記折曲構造が互いに当接して隣接するように配置される請求項9に記載の印刷基板型熱交換器。
  12. 平面上からみて、互いに交差する方向に形成されたA流体流路(103)とB流体流路(104)がそれぞれ形成されたAチャンネルプレート(101)とBチャンネルプレート(102)が2以上一方向に積層された構造を含み、前記A流体流路(103)を通過したA流体が熱交換された後、気化して気液分離部(130)に流動する気化器(110)と、
    前記気化器(110)と過熱器(120)との間に装着され、前記気化器(110)を通して伝達された前記A流体中の気化した気体を前記過熱器(120)に伝達する気体出口(131)が一方の側に形成され、前記気化器(110)を通して伝達された前記A流体中の気化しなかった液体を外部に排出する液体出口(132)が一方の側に形成された前記気液分離部(130)と、
    平面上からみて、互いに交差する方向に形成された前記A流体流路(103)と前記B流体流路(104)がそれぞれ形成された前記Aチャンネルプレート(101)と前記Bチャンネルプレート(102)が2以上一方向に積層された構造を含み、前記気液分離部(130)から伝達された気体が前記A流体流路(103)を通過し熱交換されて過熱した後、外部に排出される気体排出口(121)が一方の側に形成された前記過熱器(120)と、を含む気液分離器。
  13. 前記気化器(110)と前記気液分離部(130)との間には、第1中間プレート(141)が装着され、
    前記第1中間プレート(141)は、前記気化器(110)を前記気液分離部(130)と分離し、
    前記第1中間プレート(141)の一方の側には、A流体排出口(112)と前記気液分離部(130)とを互いに連通させる流体連通路(141−1)が形成されている請求項12に記載の気液分離器。
  14. 前記気液分離部(130)と前記過熱器(120)との間には、第2中間プレート(142)が装着され、
    前記第2中間プレート(142)は、前記過熱器(120)を前記気液分離部(130)と分離し、
    前記第2中間プレート(142)の一方の側には、気化したA流体引込み口(114)と前記気液分離部(130)とを互いに連通させる流体連通路(142−1)が形成されている請求項12に記載の気液分離器。
  15. 前記気液分離部(130)は、前記気化器(110)と前記過熱器(120)とを所定距離だけ離隔させるように所定長さの幅に形成され、内部に気体と液体を分離可能な空間を含む構造である請求項12〜14のいずれか1項に記載の気液分離器。
  16. 前記気液分離部(130)の内部空間の上部には、気体分離用バッフル(133)が装着されている請求項15に記載の気液分離器。
  17. 前記気体分離用バッフル(133)は、前記気体出口(131)に隣接して装着されている請求項16に記載の気液分離器。
  18. 前記気化器(110)は、前記気液分離部(130)の一方の側に脱着可能な構造で結束される請求項12〜14のいずれか1項に記載の気液分離器。
  19. 前記過熱器(120)は、前記気液分離部(130)の他方の側に脱着可能な構造で結束される請求項12〜14のいずれか1項に記載の気液分離器。
  20. 前記Aチャンネルプレート(101)に形成された前記A流体流路(103)は、複数の折曲構造を含む請求項12〜14のいずれか1項に記載の気液分離器。
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