KR100225298B1 - 플레이트-핀형 교환기의 서리 제거 및 액체 분배장치 - Google Patents

플레이트-핀형 교환기의 서리 제거 및 액체 분배장치

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KR100225298B1
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앨런 하우턴 패트릭
쥬드 리스카 프랭크
로버트 리치트 윌리엄
로이 콜리어 멜빈
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마쉬 윌리엄 에프
에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
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Abstract

본 발명은 이지웨이 또는 하드웨이 피닝을 포함하는, 단부가 개방된 통로를 갖는 플레이트 핀 유형의 열 교환기를 통하여, 조건화 유체. 예를 들어 서리 제거 기체를 이동시키는 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 상기 단부가 개방된 일군의 통로 각각에는 상기 유체와, 상기 단부가 개방된 각각의 통로간의 접촉이 최대가 되도록 하기 위한 위치에서 상기 유체를 상기 통로내에 주입시키기 위한 수단이 제공되는바, 본 발명에 의한 하향 유동 재보일러는 즉시 조건화(예를 들어, 서리 제거)될 수 있다.

Description

플레이트 핀형 열교환기의 서리 제거 및 액체 분배 장치
제1도는 하드웨이 피닝(hardway finning) 및 이지웨이 피닝(easyway finning)의 확대 상세도가 포함된 본 발명의 장치 및 방법의 일실시예를 설명하는 사시도이고,
제2a도는 본 발명에 의한 장치의 개략적인 측면도이며,
제2b도는 제2a도의 2B-2B 선에 따른 단면도이고,
제2c도는 제2b도의 열교환기 일부에 대한 부분확대도이며,
제3a도는 본 발명에 의한 하드웨이 및 이지웨이 피닝이 구비된 열교환기의 개략적 단면도이고,
제3b도는 상태 조절 유체의 도입을 설명하는 제3a도의 열교환기의 일부가 도신된 부분 확대도이며,
제3c도는 제3a도의 열교환기에 상태 유체를 도입하는 변형례의 방법을 나타내는 부분 확대도이고,
제3d도는 제3a도의 열교환기에 상태 조절 유체를 도입하는 또 다른 방법을 나타내는 부분 확대도이며
제4a도는 제3a도에 도시한 바와 같은 열교환기에 상태조절 유체를 도입하기 위한 장치의 부분 확대도이고,
제4b도는 제4a도의 4B-4B선에 따른 단면도이며,
제4c도는 제3a도의 열교환기에 상태 조절 유체를 도입하기 위한 장치의 부분확대도이고,
제4d도는 제4c도의 4D-4D선에 따른 단면도이며,
제4e도는 제3a도의 열교환기에 상태 조절 유체를 도입하는 또 다른 방법을 나타내는 부분 확대도이고,
제4f도는 제4e도의 4F-4F선에 따른 단면도이며,
제5a도는 본 발명의 용도를 설명하는 하향류식 재보일러로서 사용된 열교환기의 개방 유로의 개략적 도면이고 ,
제5b도는 본 발명의 용도를 설명하는 하향류식 재보일러로서 사용된 열교환기의 밀폐 유로의 개략적 도면이며,
제6a도 내지 제6d도는 상태 조절 유체를 분리 시이트를 통해 하향류식 재보일러로서 사용된 열교환기에 도입하는 방법을 나타내는 부분의 개략적 도면이고,
제6e도 내지 제6h하는 하향류식 재보일로서 사용딘 열교환기의 제1 및 제2 유체의 유로 사이에서의 누설을 방지하기 위한 방법 및 장치를 설명하는 도면이다.
본 발명은 서리 제거 유체와 같은 상태 조절 유체를 플레이트 핀(plate-fin) 열교환기에 도입하는 것에 관한 것이다.
플레이트 핀형 열교환기는 열교환에 의해 유체를 가열 또는 냉각시키기 위한 다양한 방법에 사용된다. 상기 유체는 대향류식(對向流式) 또는 병류식(竝流式)으로 유동할 수 있으며, 기체, 액체 또는 이들의 혼합물일수 있다.
다수의 플레이트 핀형 열교환기에 있어서, 열 교환이 이뤄지는 흐름의 일부에 대해 단부가 개방된 통로가 있는 것이 유리하다. 플레이트 핀형 열교환기가 극저온 설비에 사용되는 경우에는, 공기로부터 산소, 질소 및 아르곤 등의 성분들을 분리시키는 공기 분리 장치에 사용되는 칼럼 내부와 같이 밀폐된 쉘 내부에 상기 열교환기가 완전하게 위치하는 경우에도,상기 열교환기를 가동하기 전에 상태 조절 하기 위한 수단을 제공하도록 추가의 장비를 부가할 필요가 있다. 공기 분리 장치에 있어서는 일반적으로 시동 전 및 유효 운전 기간 중의 효율 유지를 위하여 주기적으로 상기 전체 장치의 일부인 열교환기의 서리 제거를 행할 필요가 있다.
미국 특허 제5,122,174호에 도시되고 개시된 바와 같이, 플레이트 핀형 열교환기는 하향류식 재보일러(downflow reboiler)로서 사용되고, 통상 순수한 산소 또는 순수하지 않은 산소인 비등류에 대해 밀폐된 상단부가 마련되어 있다. 액체산소(LOX)는 제1단계로서 사용되는 주입관 또는 가늘고 긴 구멍이 있는 바아와 제2 분배 단계로서 사용되는 하드웨이 피닝(hardway finning)으로 구성되는 2단계 분배 장치를 통해 공급된다. 상기 액체 산소류(酸素流) 분배기가 합체되는 열교환기의 상단이 밀폐되어, 정상 운전 전에 서리 제거 목적의 실재(實在)의 흐름을 허용한다. 그러나. 이 장치는 기계적으로 복잡하며 큰 압력 강하가 있어 상기 재보일러 및 전체 시스템의 비용이 증가된다.
미국 재발행 특허 제33,026호에는 분배의 압력 강하의 전부를 점하는 분배의 제1단계로서 1조(組)의 오리피스를 통하여 액체 산소가 공급된 후, 추가의 압력 강하가 부가되지 않는 제2단계로서의 하두웨이 피닝을 통해 액체 산소가 공급되는, 본 출원인에 따른 하향류식 재보일러가 개시 및 청구되어 있다. 상기 유형의 장치도 역시 기계적으로 복잡하며 전체 압력 강하가 커서 상기 재보일러 및 전체 공기 분리 장치의 비용을 증가시킨다. 상기 장치는 상태 조절(즉, 서리 제거)하기가 어렵다.
극저온 용도에 사용되는 종래의 열사이폰형(thermosiphon type)의 플레이트 핀형 열교환기에 대해서는, 컬럼 쉘(column shell)를 통해 공급되는 서리 제거유체와 같은 상태 조절 유체의 실재의 흐름을 강제하는 외부 배플(baffle)을 부가하는 것이 통상적이다. 이와 같이 함으로써, 정규 운전 중에 상기 공정의 전체 운전에 해가 되지 외부 흐름에 대한 저항이 증가한다. 상기 외부 배플을 서리 제거 유체가 이 배플을 통하여 흐르도록 하향류식 재보일러에 부착하는 경우, 이것도 역시 전체 운전에 해가 될 것이다.
하드웨이 피닝. 예를 들어 열교환기의 유체 통로에서의 유체의 흐름에 대해 횡 방향으로 배치된 구멍이 마련된 핀은 상기 통로의 폭을 가로질러 액체를 균일하게 분배시키는 수단으로서, 단부 밀폐식 플레이트 핀형 열교환기가 사용되어 왔다. 본원에서 참고로 인용하는 미국 특허 제5,122,174호에는 하드웨이 피닝이 상세하게 기재되어 있다. 열교환기가 상태 조절되는 경우, 예를 들어 극저온 용도에 사용시 서리를 제거하는 경우, 이 방법은 개방 단부식 플레이트 판형 열교한기에 대해서는 적합하지 않다. 오직 액체의 균일한 분배만을 위해 도입되는 하드웨이 피닝 내의 추가의 압력 강하는 전술한 방식의 서리 제거중의 상기 문제점을 악화시킨다.
본 발명은 플레이트 핀형 열교환기에 관한 것으로서, 하나의 실시예로서, 이 열교환기에는 이 열교환기가 배치되는 제2 용기 양단이 개방되는 1조(1군) 이상의 유로(油路)가 있다. 제1흐름의 입구에는, 정규 운전하에서, 통상 수직 방향으로 배향된 열교환기의 상부로 주입되어 저부에 남게 될 수 있는 유입류를 안내하기 위한 개방 헤더(header)가 있을 수 있다. 별법으로서, 열 사이폰형의 열교환기에서와 같이, 상기 흐름은 저부로 유입되어 상부로 배출될 수 있다. 이 열교환기에는 제1흐름과 열교환 접촉시키기 위한 하나 또는 복수의 흐름을 공급및 제거하기 위해 배관 및 헤더가 구비된 1조 이상의 제2통로가 마련될 수 있다.
본 발명에 의한 열교환기는 각각의 단부 개방식 통로 내부에 (흐름의 유동 방향에 대하여 수직으로 배치된) 하드웨이 피닝과 (흐름의 유동 방향에 대하여 평행하게 배치된) 이지웨이 피닝의 조합체가 구비될 수 있다. 정규 운전 전에, 상태 조절 유체는 열교환기 통로의 상부와 저부 사이의 위치에서 각각의 1조 또는 1군의 통로 내에 도입된다. 하드웨이 및 이지웨이 피닝을 사용하는 경우, 상태 조절 유체는 하드웨이 피닝과 이지웨이 피닝 사이 또는 상기 통로의 하드웨이 피닝부의 제1단부와 제2단부 사이의 위치에서 상기 각 군의 통로에 도입된다. 상태 조절 유체의 유입 위치는, 상기 유체가 관련된 통로 군의 다양한 위치로 적절히 유동하도록 선택된다.
그런데, 본원에서 사용하는 피닝(finning)이라 함은 통상 주름잡힌 얇은 금속판을 지칭한다. 이러한 피닝은, 플레이트 핀형 열교환기에 삽입되는 경우에, 통로를 통한 유체의 흐름에 평행하게 주름잡히거나 수직으로 주름잡힐 수 있다. 이 경우, 피닝이 통로를 통한 유체의 흐름에 평행하게 주름잡힌 것을 이지웨이 피닝이라 하고, 수직하게 주름잡힌 것을 하드웨이 피닝이라 한다.
제1도를 보면, 참조 부호 10은 제1단부(12)와 제2 단부(14)가 있는 열교환기를 나타내고 있다. 열교환기(10)의 본체(16)는 통상 평행육면체 모양이며, 제1군의 통로(18)와 제2군의 통로(20) 모두가 포함되어 있는데, 상기 각 군의 통로(18,20)는 서로 상이한 유체를 수용하도록 교번하여 배치되어 있다. 예를 들어, 통로(18)는 상부 밀폐 용기 또는 상부 개방식 팬 모양의 장치(22)에 위치하는 유체를 수용하도록 되어 있다. 통로(18)는 본체(16)의 상부 또는 제1단부(12) 및 저부 또는 제2단부(14)에서 개방되어 있다. 실제 구성에 있어서, 측면바아(24)는 통로(18)의 수직판부를 밀폐하고 있따. 제1도의 우측에 통상의 측면 바아(24)의 일부가 확대되어 도시되어 있다. 통로(18)에는 구멍(29)이 형성되어 수평하게 위치한 (확대하여 도시한 ) 핀 (27)이 끼워져 있는 상부가 마련되어 있다. 이러한 유형의 핀은 하드웨이 피닝으로서 지칭되며, 팬 모양의 장치 부분(22)을 통하여 통로(18)내에 도입되는 유체가 균일하게 분배되도록 촉진한다. 본 발명에 사용하기에 적합한 기타 유형의 하드웨이 피닝으로서는 톱니 모양으로 가공되고 천공된 헤링본(herringbone)유형(물결 모양의 핀)이 있다. 하드웨이 피닝부분(27)에 상기 유형의 피닝을 사용함에도 불구하고, 상기 피닝은 상기 하드웨이 피닝 부분(27)을 통하여 유동하는 유체(액체)의 마찰 압력 강하는, 이것을 인치 단위의 액주(液株)로서 표현하는 경우, 상기 피닝의 유동 길이의 0.25 내지 10배, 바람직하게는 1 내지 5배 범위에 들도록 상기 피닝을 설계하는 것이 가장 좋다. 통로(18)이 포함되어 있는데, 통로(18)의 저부에 이자웨이 핀으로 지칭되는 배열된(확대하여 도시한)핀(28)이 포함되어 있는데, 이 핀은 화살표(30) 방향으로 유동하는 유체를 수용하고 있다. 제1도에 도시한 핀(28)은 톱니 모양으로 가공되지만, 천공된 평면의 헤링본 유형의 핀 또는 기타 이와 유사한 유형의 핀이 사용될 수도 있다. 제1도의 실시예에 있어서, 팬 모양의 장치(22)로 도입되는 유체는 열교환기(10)의 통로(180를 통하여 아래쪽으로 흐르고, 자유낙하에 의해 열교환기(10)의 저단부(14)를 통하여 배출되어, 당해 기술 분야에 공지되었으므로 도시하지 않은 장비에 의해 본 공정의 그 밖의 부분에서 수집된다. 제2작동 유체는 도관(33)과 헤더(32)를 통하여 열교환기(10)의 통로(20)에 도입되고, 수평/수직 분배기를 통해 화살표(34)로 도시한 바와 같이 안내되어 저부의 헤더(35)에 수집된다. 제1도에 도시한 바와 같은 장치는 비등 또는 증발되는 액체가 통로(18)를 통하여 아래 쪽으로 흐르도록 팬 모양의 장치(22)에 주입되는 하향류식 재보일러로서 사용될 수 있다. 응축시키고자 하는 기체는 헤더(32)를 통하여 통로(20)에 도입되는데, 상기 기체는 통로(18)내에서 유동하는 액체에 대하여 열교환되며, 통상적으로 평행하거나 동일한 방향으로 유동하는 양유체와 함께 헤더(35)에 의해 응축 및 제거된다.
몇가지 용도에 있어서는 통로(18) 내에 유입되는 흐름을 여과하는 것이 바람직할 수도 있다. 필터는 팬 모양의 장치(22)내에 합체될 수 있다.
예를 들어 극저온 용도에 제1도의 열교환기를 사용하는 경우에는, 상기 열교환기를 가동하기 전에, 서리 제거 유체와 같은 유체를 상기 열교환기내에 도입할 필요가 있게 된다. 정규 운전 중에 액체를 분배하는 작용을 하는 하드웨이 피닝을 열교환기에 포함시키는 경우에는, 상기 하드웨이 피닝은 기체의 흐름에 대해 높은 저항을 유발하기 때문에, 서리 제거 중에 문제가 발생한다. 본 발명은 제1도에 도시한 바와 같은 하향류식 재보일로로서 사용되는 열교환기와 관련한 상기 문제점을 해결해준다. 그러나, 개방 통로아 하드웨이 피닝이 구비된 어떠한 열교환기도 상태 조절 또는 서리 제거 운전에서 유사한 유동 저항을 나타낸다.
제2A도 내지 제2C도는 통로에 단지 이지웨이 피닝만이 구비된 열교환기(40)에 본 발명을 적용한 것을 도시한 것으로, 상기 피닝은 제2B도에 화살표(42)로서 도시하였다. 개구(44) 및 헤더(46)는 제1 흐름(흐름 A)을 열교한기(40)를 통하여 안내하는데 사용되는 통로들의 제1단부(45)와 제2 단부(47) 사이에 포함되어 있다. 개구(44)는 상태 조절 유체를 열교환기에 도입하기 위한 헤더(46)에 연결되어 있다. 상기 개구(44)는 흐름 A를 수용하게 되어 있는 통로들의 제1단부(45)와 제2단부(47) 사이의 중간에 위치하는 것이 좋으며, 핀의 틈의 형태를 취하고 있고, 만약 그렇지 않으면 연속적인 통로로 되어 있다. 제2A도에 도시한 바와 같이, 헤더(46)에는 입구 도관(48) 및 흐름 A를 열교환기를 통하여 안내하는에 사용되는 통로들과 함께 정렬되는 복수 개의 공간 또는 구멍(50)이 포함되어 있다. 따라서, 도관(48)에 도입되는 상태 조절 유체, 예를 들어 서리 제거 유체는 구멍(50)를 통해 개구(44)로 안내되고, 이어서 상기 통로들을 상태 조절하도록 열교환기를 통하여 흐름 A를 안내하는데 사용되는 통로들을 통하여 상향 및 하향의 양방향에서 수직으로 이동한다. 그 밖의 흐름은, 당해 기술 분야에 잘 알려진 바와 같이, 헤더(52와, 53, 54와 55)를 통해 열교환기(40)로부터 안내되고 제거된다. 제2C도에 도시한 바와 같이, 공간 또는 구멍(50)은 흐름 A에 대한 통로의 측면 바아(56,58)에 포함되어 있다. 이것은 측면 바아(56,58) 사이의 공간 형태 또는 별도의 측면 바아(56,58)를 대신하는 단일 측면 바아 내의 구멍의 형태를 취할 수 있다.
제3A도에는 화살표(62)로 표시된 이지웨이 피닝과 화살표(64)로 표시된 하드웨이 피닝을 포함하는 수직 통로가 마련된 열교환기(60) 내의 대표적인 개방 단부식 흐름이 도시되어 있다. 제3A도에 도시한 바와 같이, 도관(68)이 있는 헤더(66)는 상태 조절 유체를 열교환기 통로의 하드웨이 피닝 부분에 도입하는데 사용된다. 제3B도에 도시한 바와 같이, 상태 조절 유체는 화살표(78)에 의해 나타낸 유체의 도입에 의해, 이지웨이 피닝(62)과 하드웨이 피닝(64) 사이의 측면 바아(72,74)내의 공간 또는 구멍(70)을 통해 통로군 중의 통로에 도입될 수 있다. 제3C도는 상태 조절 유체를 열교환기의 하드웨이 피닝(64) 부분의 상부(80)와 저부(82) 사이의 위치에 도입하는 방법을 도시한 것으로서, 유체의 도입은 화살표(78)로 표시하였다. 제3D도에는 하드웨이 피닝으로 직접 통하는 측면 바아(72,74)의 구멍을 통하여 열교환기의 하드웨이 피닝(64) 부분에 화살표(78)로 표시한 상태 조절 유체를 도입하는 방법이 도시되어 있다.
제4A도 및 제4B도에는 통상적으로 화살표(94)로 표시한 피닝을 포함하는 열교환기의 통로에 상태 조절 유체를 하향으로 도입하기 위한 가늘고 긴 구멍(92)이 수직 방향으로 형성되어 있는 바아(90)가 도시되어 있다.
제4C도 및 제4D도는 통상 화살표(94)로 표시한 피닝을 포함하는 열교환기의 통로에 상태 조절 유체를 도입하기 위한 수평이 가늘고 긴 구멍(98)과 수직의 가늘고 긴 구멍(100)이 있는 바아(96)가 사용되는 것을 도시하고 있다. 비록, 제4C도 및 제4D도에서는 수평의 가늘고 긴 구멍(98)은 바아(96)내에 대칭적으로 도시되어 있지만, 상기 수평의 가늘고 긴 구멍은 비대칭적으로 배치되어도 된다. 또한, 수직의 가늘고 긴 구멍(100)은 모두 동일한 크기(예를 들어 동일한폭)로 도시되어 있지만, 이들 수직의 가늘고 긴 구멍은 그 크기가 상이할 수 있다.
제4E도 및 제4F는 화살표(78)로 표시한 상태 조절기체를 화살표(94)로 표시한 핀을 포함하는 통로에 도입하기 위한 수평의 가늘고 긴 구멍(104)과 수직의 가늘고 긴 구멍(106)을 포함하는 바아(102)가 사용되는 것을 도시하고 있다. 이 바아(102)에는 상태 조절 유체를 상기 수평의 가늘고 긴 구멍으로부터의 수직의 가늘고 긴 구멍으로 분배하는 것을 돕기 위한 수직 통로의 개구(구멍)(103)가 포함되어 있다. 비록, 제4C도 및 제4D도에서는 수평의 가늘고 긴 구멍(104)을 바아(102)에 대칭적으로 도시하였지만, 상기 수평의 가늘고 긴 구멍은 비대칭적으로 배치될 수도 있다. 또한, 수직의 가늘고 긴 구멍(106)도 모두 동일한 크기(동일한 폭)로 도시되어 있지만, 이 수직의 가늘고 긴 구멍은 크기가 상이할 수도 있다.
제5A도에는 하향류식 재보일러로서 사용되는 제1도의 장치의 개요가 도시되어 있지만, 이 경우에는 비등/증발하는 흐름은 화살표(110)로 나타낸 바와 같은 팬 모양의 장치(22)를 통해 열교환기(10)내에 도입된다. 이 비등/증발하는 흐름은 화살표(112)로 나타낸 바와 같이 열교환기(10)로부터 제거된다. 이지웨이 피닝은 화살표(114)로 표시되어 있으며, 하드웨이 피닝은 화살표(116)로 표시되어 있다.
제5B도에 도시한 바와 같이, 응축류는 헤더(다기관)(32)를 통해 열교환기에 도입되며, 그 응축류는 화살표(120)로 나타낸 바와 같이 헤더(35)로부터 제거된다. 화살표(34)는 응축류를 의미한다. 제5A도 및 제5B도의 장치에 있어서, 상기 비등/증발하는 흐름은 산소를 함유하는 유체일 수 있으며, 상기 응축류는 질소 및/ 또는 아르곤을 함유하는 유체일 수 있다. 하향류식 재보일러를 가동하기 전에, 장치 전체의 서리를 제거해야만 한다. 본 발명은 단부만이 개방된 비등/증발하는 유체 통로의 서리를 제거하는 것에 관한 것이다. 이와 같이 하기 위해서, 화살표(122)로 표시한 서리 제거 기체는 서리 제거 헤더(124)와 개구(126)내에 도입된다. 제3B도에서 설명한 바와 마찬가지로, 상기 기체는 사용 전에 하향류식 재보일러를 완전히 상태 조절하도록, 상기 통로의 하드웨이 피닝 부분을 통하여 상향으로, 그리고 상기 통로의 이지웨이 피닝 부분을 통하여 하향으로 흐를 수 있다. 별법으로서, 상기 서리 제거 기체는 제3C도 및 제3D도의 방법 및 장치에 따라서 열교환기 내에 도입될 수 있다.
제6A도 내지 제6D도는 열교환기의 단부가 개방된 통로 내에, 화살표(132)로 표시한 이지웨이 피닝 부분과 화살표(134)로 표시한 하드웨이 피닝 부분이 구비된 제1도에 도시한 유형의 열교환기(130)를 도시한 것이다. 이 열교환기에 있어서, 제6A도 및 제6C도에 도시한 단부 개방식 통로는 이른바 분할 시이트에 의해, 제6B도 및 제6D도에 도시한 단부 개방식 통로와 분리된다. 제6A도 내지 제6D도의 장치에 있어서, 열교환기의 이지웨이 피닝 부분 위의 통로 부분의 분할 시이트는 화살표(138)로 표시한 상태 조절 유체를 열교환기(130)에 제2 유체를 도입하는 데 이용되는 헤더(142)위에 배치된 헤더(140)에 도입될 수 있도록 일련의 구멍 또는 홈(136)이 천공되어 있다. 제6C도는 비등/증발하는 유체((제1유체)를 수용하기에 적합한 열교환기의 개방 통로의 하드웨이 피닝 부분과 이지웨이 피닝 부분 모두에 상태 조절 유체를 도입할 수 있는 구멍(136)을 더욱 상세하게 도시한 것이다. 제6D도는, 헤더(140)를 통해 유입되어 구멍(136)을 통하여 흐르고 상기 개방 통로의 하드웨이 피닝(135) 부분 및 이지웨이 피닝(132) 부분 모두를 흐르는 서리 제거기체의 분배를 촉진하기 위해 서리 제거 분배기 핀(137 및 141)이 포함된 것을 도시한 것이다. 상기 실시예에서, 서리 제거 기체는 일군 이상의 밀폐된 통로의 사용되지 않은 상단부에 도입된다. 정상 운전 중에 개방된 통로와 밀폐된 통로 내의 흐름은 단부 바아(139)에 의해 서로 밀봉되어 있다.
제6E도 내지 제6H도는 제6A도 내지 제6D도의 열교환기의 제2 군의 통로로부터 상태 조절 기체의 순환로를 분리하는 방법을 도시하고 있다. 제6E도 내지 제6H도의 실시예에 있어서, 서리 제거 기체 다기관(140A)은 제6B도에 도시한 서리 제거 다기관과 동일한 방식으로 작동하며, 상기 서리 제거 기체는 헤더(140)를 통해 열교환기에 도입된다. 단부 바아(139)와 단부(146) 사이에 배치된 피닝 부분(145)이 있는 추가의 헤더(144)는 단부가 개방된 통로내에서 유동하는 흐름을 상기 헤더(144)를 통해 배출함으로써, 열교환기내에서 유동하는 다른 흐름으로부터 분리하는 역할을 한다. 이에 의해 정상 운전 중에 바아(139,146)를 지나는 누출된 기체가 배출된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 플레이트 핀형 열교환기의 일군의 단부 개방식 통로로의 상태 조절 유체의 도입이 극적으로 증가한다.
예를 들어, 본 발명에 의한 열교환기를 하향류식 재보일러로서 사용하는 경우에는, 상태 조절 유체(서리 제거 기체)를 상기 통로 내에 도입함으로써 상기 단부 개방식 통로, 특히 비등/증발하는 유체에 대해 사용되는 통로를 상태 조절하기 용이하다.
본 발명에 의한 방법 및 장치는 디자인이 단순되고, 이에 따라 열교환기의 상태 조절 유체의 유입이 조절됨으로써, 상기 상태 조절 유체가 열교환기의 통로의 모든 부분에 도달하여야 하는 열교환기의 제조 비용을 상당히 절감하게 된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 열교환기는 액체를 상기 열교환기의 특정 통로에 균일한 방식으로 분배하기 위한 하드웨이 피닝의 사용을 방해함이 없이 용이하게 상태 조절할 수 있다. 상태 조절 유체는 열교환기 통로를 밀폐시키는 데 사용되는 틈 및 측면 바아 또는 상기 열교환기 통로들 사이의 분리 시이트 내의 개구를 통해 분배가 이뤄질 수 있다.
전술한 본 발명의 범위는 첨부된 특허 청구 범위에 기재되어 있다.

Claims (21)

  1. 대략 평행육면체의 본체(16)가 구비되고, 이 본체에는, 제1유체 도입 수단(22)에 의해 제1군의 단부 개방식 통로(18)로 제1유체가 도입되며, 제2유체 도입 수단(32,34)에 의해 별개의 통로 군(20)에 하나 이상의 유체가 도입되며, 상기 본체의 종축에 대해 통상 평행하게 연장되는 평행한 통로(18,20)의 조립체가 내부에 배치되고, 상기 별개의 통로 군(20)은 상기 제1군의 통로(18)와 교호로 되어, 상기 제2 유체(들)는 상기 제1유체와 병류식 또는 대향류식으로 도입되고, 상기 단부 개방식 통로에는 각각 2개 이상의 영역 또는 피닝(27,28)이 구비되고, 상기 피닝은 상기 제1 유체의 흐름을 상기 단부 개방식 통로(18)로 안내하는 열교환기에 있어서, 서리 제거, 건조, 세정 및 표면 처리 유체로 구성되는 군으로부터 선택된 상태 조절 유체를 상기 제1및 제2 유체 도입 수단과 상이한 제3 유체 도입 수단에 의해 상기 단부 개방식 통로에 도입하기 위한 상태 조절 유체 도입수단(44∼50)과, 상기 열교환기(10)로부터 상태 조절 유체를 회수하기 위한 수단(144)을 포함하고, 상기 상태 조절 유체 도입 수단(44∼50)은 상기 상태 조절 유체를 상기 각 단부 개방식 통로(18)의 제1단부 또는 제2단부로, 또는 상기 각 단부 개방식 통로(18)의 제1단부와 제2단부 사이로 도입하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상태 조절 유체 도입 수단(44∼50)은 상기 단부 개방식 통로(18)의 제1단부에 위치하는 열교환기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 상태 조절 유체 도입 수단(44∼50)은 상기 단부 개방식 통로(18)의 제1단부와 제2단부 사이에 위치하는 열교환기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 상태 조절 유체 도입 수단(44∼50)은 상기 단부 개방식 통로(18)의 제2단부에 위치하는 열교환기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 열교환기(10)는 상기 단부 개방식 통로(18)내의 이지웨이 피닝(27) 부분의 상부에 하드웨이 피닝(28) 부분이 포함되고, 상기 상태 조절 유체 도입 수단(44∼50)은 상기 열교환기의 상기 하드웨이 피닝(27) 부분과 이지웨이 피닝(28) 부분 사이에 위치하는 열교환기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 단부 개방식 통로에는 하드웨이 피닝(27) 부분과 이지웨이 피닝(28) 부분이 포함되고, 상기 상태 조절 유체 도입 수단(44∼50)은 상기 하드웨이 피닝 부분의 제1단부와 제2단부 사이에 위치하는 열교환기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 단부 개방식 통로에는 하드웨이 피닝(27) 부분과 이지웨이 피닝(28) 부분 및 상기 상태 조절 유체를 상기 하드웨이 피닝에 직접 도입하는 상기 상태 조절 유체 도입 수단(44∼50)을 포함하는 열교환기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 열교환기(10)에는 상기 단부 개방식 통로의 이지웨이 피닝(28) 부분의 상부에 가늘고 긴 구멍이 있는 바아(90)가 포함되고, 상기 상태 조절 유체 도입 수단(44∼50)은 상기 열교환기의 상기 가늘고 긴 구멍이 있는 바아(90)내에 위치하는 열교환기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 상태 조절 유체 도입 수단(44∼50)은 상기 열교환기의 제1단부에 위치하고, 상기 상태 조절 유체를 회수하기 위한 수단(144)은 상기 열교환기의 제2단부에 위치하는 열교환기.
  10. 제1항에 있어서, 상기 상태 조절 유체 도입 수단(44∼50)은 상기 제2군의 통로(20)의 인접 통로로부터 상기 제1군의 각각의 통로(18)를 분리하는 분할 시이트 내에 포함된 부가의 수단(136)을 포함하는 열교환기.
  11. 대략 평행육면체의 본체(16)가 구비되고, 이 본체에는, 제1 유체 도입 수단(22)에 의해 제1군의 단부 개방식 통로(18)로 제1유체가 도입되며, 제2유체 도입 수단(32,34)에 의해 별개의 통로 군(20)에 하나 이상의 유체가 도입되며, 상기 본체의 종축에 대해 통상 평행하게 연장되는 평행한 통로(18,20)의 조립체가 내부에 배치되고, 상기 별개의 통로 군(20)은 상기 제1군의 통로(18)와 교호로 되어, 상기 제2 유체(들)는 상기 제1 유체와 병류식으로 도입되고, 상기 단부 개방식 통로에는 각각 2개 이상의 영역 또는 피닝(27,28)이 구비되고, 상기 피닝은 상기 제1 유체의 흐름을 상기 개방단부식 통로(18)로 안내하는 하향류식 재보일러에 있어서, 서리 제거, 건조, 세정 및 표면 처리 유체로 구성되는 군으로부터 선택된 상태 조절 유체를 상기 제1 및 제2 유체 도입 수단과 상이한 제3 유체 도입 수단에 의해 상기 단부 개방식 통로에 도입하기 위한 상태 조절 유체 도입 수단(44∼50)과, 상기 재보일러로부터 상태 조절 유체를 회수하기 위한 수단(144)을 포함하고, 상기 상태 조절 유체 도입 수단(44∼50)은 상기 상태 조절 유체를 상기 각 단부 개방식 통로(18)의 제1 단부 또는 제2 단부로, 또는 상기 각 단부 개방식 통로(18)의 제1단부와 제2단부 사이로 도입하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 하향류식 재보일러.
  12. 제11항에 있어서, 상기 상태 조절 유체 도입 수단(44∼50)은 상기 단부 개방식 통로(18)의 제1단부에 위치하는 하향류식 재보일러.
  13. 제11항에 있어서, 상기 상태 조절 유체 도입 수단(44∼50)은 상기 단부 개방식 통로(18)의 제1단부와 제2단부 사이에 위치하는 하향류식 재보일러.
  14. 제11항에 있어서, 상기 상태 조절 유체 도입 수단(44∼50)은 상기 단부 개방식 통로(18)의 제2단부에 위치하는 하향류식 재보일러.
  15. 제11항에 있어서, 상기 재보일러는 상기 단부 개방식 통로 내의 이지웨이 피닝(28) 부분의 상부에 하드웨이 피닝(27) 부분이 포함되고, 상기 상태 조절 유체 도입 수단(44∼50)은 상기 재보일러의 상기 하드웨이 피닝(27) 부분과 이지웨이 피닝(28) 부분 사이에 위치하는 하향류식 재보일러.
  16. 제11항에 있어서, 상기 단부 개방식 통로에는 하드웨이 피닝(27) 부분과 이지웨이 피닝(28) 부분이 포함되고, 상기 상태 조절 유체 도입 수단(44∼50)은 상기 하드웨이 피닝 부분의 제1단부의 제2단부 사이에 위치하는 하향류식 재보일러.
  17. 제11항에 있어서, 상기 단부 개방식 통로에는 하드웨이 피닝(27) 부분과 이지웨이 피닝(28) 부분 및 상기 상태 조절 유체를 상기 하드웨이 피닝에 직접 도입하는 상기 상태 조절 유체 도입 수단(44∼50)을 포함하는 하향류식 재보일러.
  18. 제11항에 있어서, 상기 재보일러에는 상기 단부 개방식 통로의 이지웨이 피닝(28) 부분의 상부에 가늘고 긴 구멍이 있는 바아(90)가 포함되고, 상기 상태 조절 유체 도입 수단(44∼50)은 상기 재보일러의 상기 가늘고 긴 구멍(90)이 있는 바아 내에 위치하는 하향류식 재보일러.
  19. 제11항에 있어서, 상기 상태 조절 유체 도입 수단(44∼50)은 상기 재보일러의 제1단부에 위치하고, 상기 상태 조절 유체를 회수하기 위한 수단(144)은 상기 재보일러의 제2단부에 위치하는 하향류식 재보일러.
  20. 제11항에 있어서, 상기 상태 조절 유체 도입 수단(44∼50)은 상기 제2군의 통로(20)의 인접 통로로부터 상기 제1군의 각각의 통로(18)를 분리하는 분할 시이트 내에 포함된 부가의 수단(136)을 포함하는 하향류식 재보일러.
  21. 제20항에 있어서, 액체 산소를 함유하는 흐름이 상기 분리된 통로(20)내의 질소 및/또는 아르곤을 함유하는 흐름에 대해 병류식으로 상기 단부 개방식 통로(18)를 통과하며, 공기 분리 장치의 칼럼에 설치하는 하향류식 재보일러.
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