KR100385624B1

KR100385624B1 - 열교환기

Info

Publication number: KR100385624B1
Application number: KR1019970701919A
Authority: KR
Inventors: 레이프 램-슈미트; 헤모 에릭손; 피터 코이스티넨; 벨리 티아이넨
Original assignee: 하드와코 테크놀로지즈 오와이
Priority date: 1994-09-27
Filing date: 1995-09-26
Publication date: 2003-08-21
Also published as: BR9509107A; JP3796753B2; NO971428L; AU3523895A; US5775410A; AU689958B2; ES2170160T3; KR970706048A; DE69524792T2; FI944472A0; NO971428D0; FI944472A; JPH10506178A; WO1996009871A1; NO303950B1; CA2200947A1; EP0954362A1; ATE211016T1; FI100209B; DE69524792D1

Abstract

본 발명은 열교환면의 단부에 배치된 증기 배분기로부터 멤브레인 물질의 열교환면에 가열된 증기를 공급하는 열교환기에 관한 것으로서, 본장치의 증기 배분기는 증기를 열교환면의 전체 폭에 걸쳐서 흐르게 하는 평행한 도관(3)들을 포함한다. 본 발명에 따르면, 증기 배분기가 하나의 요소에 있는 돌출부(2)와 다른 요소에 있는 해당 결합홈(6)에 의하여 서로 결합되는 두 개의 대향하는 격벽요소(1)(7)로 구성된다. 상기 열교환면을 구성하는 멤브레인의 상단(9)은 서로에 대하여 결합되는 돌출부와 결합홈 사이에 록킹된다. 따라서, 주름형성은 멜브레인에 의해 정해지는 증기공간을 위해 팽창공간으로서 멤브레인에 형정된다. 열교환면(9)들은 그 단부에, 상호 결합된 격벽요소(1)(7)들 사이에 결합된 백(10)들로 형성될 수 있는데, 상기 요소들에 의해 정해진 증기도관(3)들이 그 백내에 가열증기를 통하는 방식과 액체도관(11)들이 상기 백의 외면에 기화될 액체를 통하는 방식으로 형성된다.

Description

열교환기

플라스틱 멤브레인처럼, 열교환면이 멤브레인 재료로 된 열교환기는 열교환매체의 역할을 하는 증기에 의하여 액체의 증발을 위해 사용된다. 예를 들면, 핀란드의 공개공보 제86961호에서 플라스틱 멤브레인으로 이루어진 다수의 백(bag)을 구비한 열교환기를 서술하고 있는데, 이 열교환기는 바닷물의 증류 및 다양한 용액과 현탁물의 농축을 위해 사용된다. 열교환을 효율적으로 하기 위하여 표면전체를 덮도록 플라스틱 멤브레인의 열교환면에 전반적으로 고르게 액체가 분배되어야 한다. 그리고, 가열 증기는 액체에 대하여 대향하는 상기 플라스틱 멤브레인 표면에 각각 고르게 공급되어야한다.

핀란드의 공개공보 제86961호에 따른 열교환기에서 플라스틱 멤브레인으로 된 각각의 백은 액체 및 증기도관을 포함한 벌집 구조물을 구비한다. 세 개의 벌집형 플레이트로 만들어진 벌집구조물은 연속적으로 하나가 다른 것의 상부에 배치되어 두 개의 측벽과, 두 개의 측벽사이에서 인접한 도관을 서로로부터 분리시키는 격벽으로 이루어진다. 증간의 벌집형 플레이트의 도관들은 백안으로 증기를 통하게 하는 증기도관으로서의 역할을 한다. 외측의 벌집형 플레이트들의 도관들은 액체를 상기 주머니의 바깥면으로 통하게 하는 도관으로서의 역할을 한다. 주머니와 벌집 구조물들은, 벌집형구조물을 가진 각각의 주머니들이 열교환기내에서 하나로 일체화되고 대체가능한 열교환요소를 구성하도록 서로 결합된다.

본 발명은 열교환면의 단부에 배치된 증기 배분기로부터 멤브레인 물질의 열교환면에 가열 증기를 공급하는 열교환기에 관한 것으로, 증기를 열교환면의 전체 폭에 걸쳐서 흐르게 하는 평행한 도관들을 갖는 열교환기의 증기배분기에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 아래와 같이 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 열교환기에 있어서 증기 배분기의 한 격벽요소를 도시한 측면도이다.

도 2는 도 l의 격벽요소를 도시한 평면도이다.

도 3은 도 1의 절단선 II-III을 따라 두 격벽요소에 의해 형성된 증기 배분기의 일부분을 도시한 것이다.

도 4는, 도 1의 절단선 IV-IV에 해당하며, 서로 결합되는 격벽요소에 의해 형성된 증기 및 액체 배분기의 일부분을 도시한 것이다.

도 5와 도 6은 도 3에 준한 방식으로 증기 배분기의 격벽요소들을 결합하는 대안의 방법을 도시한 것이다.

본 발명의 목적은 증기 배분의 도관 시스템이 종래에 비해 단순하게 이루어진 열교환기를 제공하는 것이다. 본 발명의 특징은 증기 배분기가 하나의 요소에 있는 돌출부와 다른 요소에 있는 대응 결합홈에 의하여 서로 결합되는 두 개의 대향하는 격벽부재로 구성되며, 열교환면을 구성하는 멤브레인은 서로 맞물리는 상기 돌출부와 결합홈 사이에 록킹된다는 것이다.

본 발명에 따른 시스템에 의해 상기 결합용 돌출부와 결합홈은 열교환면을 구성하는 멤브레인을 주름으로 접히게 하며 그에 의해 열교환면의 폭방향을 따라 멤브레인이 좁아지게 된다. 열교환기에서 가열증기의 공급은 멥브레인에 의해 한정된 증기공간을 팽창시키기 때문에, 멤브레인이 좁아지는 것은 그렇지 않으면 증기 공간의 팽창에 뒤따라 올뻔 했던 좁아짐에 해당한다. 주름형성에 의하여 멤브레인 내부에 팽창될 여지가 있게 되며, 사용중에 발생될 멤브레인의 파단 및 신장을 방지하게 된다.

바람직하게는, 두 개의 격벽요소를 서로 결합시키는 돌출부와 결합홈들이 격벽요소 사이에서 증기가 통과하는 통로를 형성하는 방식으로 연장된다. 상기 결합부재들은 서로 맞물리는 결합홈과 돌출부에 의해 형성된 스냅결합부재일수도 있는데, 이 결합부재들은 요소들 서로간을 확고하게 결합시키기에 충분하다.

본 발명은, 그 상단부에 위치한 도관으로부터 플라스틱 멤브레인의 백 또는 다른 유사한 열교환요소에 의해 형성된 열교환면에 증발될 액체 및 가열 증기가 공급되는 증발기에 유리하게 적용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 증기 배분기를 한정하는 격벽요소들은 이와같은 경우에 증발될 액체를 위해 필요한 액체도관들을 다른 측면에 형성하도록 배열되는데, 이러한 도관들은 액체에 대하여 대향하는 열교환 멤브레인의 측면으로 통한다. 따라서, 차례로 이어지는 다수의 열교환 멤브레인 및 대향하여 상호연결된 동등수의 격벽요소들로 이루어진 구조물이 형성될 수 있다. 여기서, 격벽요소들 사이에 열교환 멤브레인의 단부들이 록킹되고. 격벽요소들 사이의 공간에서 증기 및 액체를 위한 배분기로서 작용하는 도관들을 형성한다. 또한, 상기 도관들은 증기와 액체를 멤브레인 사이의 교번적인 공간으로 공급하게 된다. 이 시스템이 예를 들면, 핀란드 공개공보 제 86961호에 개시된 시스템에 비해 유리한 점은 도관들을 분리하는 격벽요소들의 수가 상기 공보에 따른 구조의 도관 사이에 있는 격벽수의 반으로 줄었다는 것이다. 단순화된 구조 때문에 증기도관들은 이전에 비해 폭넓게 만들어질 수 있고, 이 경우에 증기도관내 압력손실은 줄어들게 된다. 이 점은 특히 액체로부터 얻어진 증기를 가열증기로 사용하는 증류기에서 현저하며, 증류기에서는 증발 액체와 응축 증기사이의 온도차이가 매우 작을 수 있다.

멤브레인 재료로 만들어진 백들이 열교환기에서 열교환요소들로서 사용될 때, 이 백들은 그 요소들이 백단부의 내측과 백의 외측에 교번적으로 위치하는 방식으로 증기 및 액체도관들을 형성하는 격벽요소들에 연결되어 있다. 이러한 경우에, 백 내측의 각각의 격벽요소들은 요소들 사이에 증기도관 형성을 위한 돌출부를 가진 증기 배분요소들이다. 그리고, 백 외측의 각각의 격벽요소들은 요소들 사이에 액체통로를 형성하도록 윤곽이 형성되는 액체배분요소이다.

열교환기의 증기 배분기의 격벽요소(1)는, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이,사출성형에 의해 플라스틱으로 제조된 플레이트이다. 이때, 상기 플레이트의 폭은 상기 열교환기의 열교환면의 폭에 해당한다. 격벽요소(1)는 일측에 수직의 돌출부(2)를 구비한다. 이 돌출부는 요소들 사이에 수직의 증기도관(3)을 만들기 위해 또 다른 격벽요소와 결합될 수 있다. 상기 돌출부(2)를 따라서 상기 격벽요소(1)는 폭이 좁은 수직 리브(4)들을 가지고 있는데, 이 수직 리브들과 돌출부들은 마주하는 요소들 사이의 공간을 평행 증기도관(3)으로 분할한다. 도관(3)에서 가열 증기의 이동방향은 도 1의 화살표 5에 의해 표시된다. 격벽요소(1)의 타측에서 이것은 상기 돌출부(2)의 형상에 대응하는 결합홈(6)을 포함한다.

본 발명에 따른 증기 배분기의 구조는 도 3에 도시된 바와 같이 두 개의 대향하는 격벽요소(1)(7)로 만들어진다. 증기 배분기는 도 1과 도2에 도시된 격벽요소인 증기배분요소(1)와, 그에 결합되는 제2의 격벽요소(7)를 포함하며, 이것은 다음에 서술된 것과 같이 액체배분요소를 구성한다. 격벽요소(1)(7)는 스냅결합부(8)에 의해 서로 결합되며, 단부에서 약간 폭이 넓어지고 증기배분요소에 속하는 돌출부(2)들은 액체배분 요소(7)에 있는 대응하는 결합홈(6)들에 맞물린다. 요소들에 의해 한정되는 증기도관(3)들은 돌출부(2)와 결합홈(6)들에 의해 형성된 결합선(8)과, 액체배분요소인 격벽에 대하여 자유롭게 배치된 증기배분요소인 리브(4)들사이의 공간에 위치한다.

유연한 플라스틱 멤브레인인 열교환기의 열교환 멤브레인(9)은 도 3에 도시된 바와 같이, 백(10)안으로 형성되며, 백(10)의 수직측면은 도면에서 열교환기의 일측에 도시되어 있다.

증기배분요소(1)는 백(10)의 상단 내측에 위치하고 있으며, 액체배분요소(7)는 백(10)의 외측에 위치하고 있다. 따라서, 증기도관들은 가열증기를 백의 내측으로 유도한다. 요소(1)(7)사이에 멤브레인(9)은 서로 맞물리는 돌출부(2)와 결합홈(6)사이에 록킹된다. 그에 의해, 증기로 백(10)을 가압하기 위한 팽창여유로서 작용하도록 상기 돌출부에 대응하는 주름들이 멤브레인에 형성된다.

도 4는 상호 결합된 도 3의 두 격벽요소(1)(7)를 도시하며 특히, 서로 결합된 교번적인 증기배분요소(1)와 액체배분요소(7)로 형성된 조합의 증기 및 액체배 분기의 구조를 도시하고 있다. 요소들은 돌출부(2)들과 이에 대응하는 결합홈(6)에 의해 형성된 도 3의 스냅결합부(8)에 의하여 서로 결합된다. 이러한 경우, 서로 결합된 두 요소사이에 돌출부(2)와 결합홈(6)에 의해 정위치에 록킹된 플라스틱 멤브레인이 위치하고 있다. 그리고, 각각의 증기배분요소는 멤브레인으로 형성된 백(10) 내측에 있고, 각각의 액체배분요소(7)는 백(10) 외측에 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상호 결합되는 요소(1)(7)들과 백(10)들의 수는 열교환기의 필요 용량에 따른다. 그리고, 본 발명에서 그 수는 제한을 받지 않는다.

도 4에 도시된 바와 같이, 결합홈들을 경유하여 그에 결합되는 액체배분요소(7)와 증기배분요소(1) 사이의 액체 도관(11)들은 사출성형과 관련하여 플라스틱 액체배분요소들 안에 성형된 홈들로 형성된다. 액체도관(11)들의 목적은 액체를 플라스틱 멤브레인의 백(10) 외면에 거의 균일하게 분배되도록 분할하는 것이다. 각각이 액체배분요소(7)에 있어서, 액체도관(11)들은, 열교환기의측면에 있는 요소 단부들로부터 경사지게 하향으로 요소의 중앙으로 통하는 공급도관과,공급도관으로부터 수직하향으로 통하는 도 4에 도시된 분배 도관을 포함한다. 공급도관들의 위치는 도 1에서 수직돌출부(2)에서 불연속으로서 도시되며, 그러한 불연속에서 인접한 증기도관(3)들을 서로로부터 분리하기 위하여 더 낮고 좁은 리브(4)는 돌출부의 단부면들을 서로 연결하고 있다. 공급도관의 영역에서 돌출부(2)들을 불연속 시킴으로써 상기 요소들사이의 확고한 결합을 희생할 필요없이 액체분배요소를 더 얇게 만드는 것이 가능하다.

도 5와 도 6에 도시된 격벽요소(1)(7)들에 대한 교번적인 결합요소들은 상기한 것과 다른 형상의 돌출부(2)와 이에 형합되는 결합홈(6)들로 구성된다. 상기 결합요소들은 요소들사이의 플라스틱 멤브레인(9)을 주름으로 접어 팽창여유를 제공한다. 이러한 경우에 돌출부(2)들과 결합홈(6)들은 자체적으로 록킹되지 아니한다. 두 격벽요소(1)(7)가 부가적으로 용접 및 접착 또는 클램핑수단등을 사용함으로써 서로에 대하여 결합되어야만 한다.

상술한 열교환기는 증류기의 역할을 할 수 있으며, 여기에서 액체도관(11)을 경유하여 플라스틱 멤브레인의 백(10)의 외측표면을 향하는 액체는 증발되어 압축기를 향하며, 이후에, 고온고압으로 압축되고, 백의 내부에 공급되어야할 가열증기로서 증기도관(3)을 경유하여 열교환기를 향하여 되돌아오게되며, 증기는 열교환과정에서 액체로 응축된다.

당해분야의 통상의 지식을 가진 자에게는, 본 발명의 다양한 실시예들이 상기한 것들에 한정되지 않고 첨부된 청구범위에 한하여 다양해질수 있다는 것은 명백하다. 특히, 격벽부재들의 돌출부(2)들과 결합홈(6)들의 세부적인 형상과 배열은 광범위하게 다양해질 수 있다.

Claims

열교환면의 전체폭에 걸쳐 증기를 유도하는 평행도관(3)을 가지는 증기 배분기로부터 멤브레인 재료의 열교환면으로 가열증기가 열교환면의 단부에 공급되는 열교환기에 있어서, 상기 증기 배분기는 하나의 요소에 있는 돌출부(2)와 다른 요소에 있는 대응 결합홈(6)에 의해 서로 결합되는 두 개의 대향하는 격벽요소(1)(7)들로 구성되고, 상기 열교환면을 구성하는 멤브레인(9)은 서로 결합되는 돌출부와 결합홈 사이에 록킹되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,

상기 돌출부(2)와 결합홈(6)들은 두 격벽요소(1)(7)사이에 증기가 이동하는 통로를 형성하는 방식으로 뻗어있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,

상기 두 격벽요소(1)(7)는, 각각 결합홈(3)과 돌출부(2)의 상호결합에 의해 형성된 스냅결합부(8)에 의해 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,

증기 배분기의 격벽요소(1)는 일측에 액체 도관(11)을 형성하며, 그로부터 열을 수용하는 액체가 증기에 대하여 대향하는 열교환 멤브레인(9)의 측면으로 공급되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제4항에 있어서,

차례로 배치된 복수개의 열교환 멤브레인 및 대향하며 서로 맞물린복수개의 격벽요소(1)(7)를 포함하며, 상기 격벽요소(1)(7) 사이에서 열교환 멤브레인(9)의 단부가 록킹되며 상기 격벽요소는 그들 사이에 증기 및 액체 배분기 역할을 하는 도관시스템(3)(11)을 형성하며, 상기 도관들은 증기 및 액체를 멤브레인 사이의 교번적인 공간으로 향하게 하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제5항에 있어서,

상기 열교환 멤브레인(9)은 백 단부의 내측 및 백의 외측에 교번적으로 요소들이 위치하는 방식으로 대향하는 격벽요소(1)(7)들에 연결된 백안으로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
제6항에 있어서,

상기 백(10) 내측의 각각의 격벽은 요소들 사이에 증기도관을 형성하는 돌출부(2)(4)를 가지는 증기배분요소(1)이며; 상기 백(10) 외측에 위치한 각각의 격벽 요소는 요소들 사이에 액체도관(11)들을 형성하기 위하여 윤곽이 잡힌 액체배분요소(7)인 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,

상기 격벽요소(1)(7)들은 사출성형에 의하여 플라스틱으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,

가열증기가 압축기에 의하여 가열되고 순환되는 액체로부터 얻어지는 증기로 이루어지고, 그 증기는 열교환 과정에서 다시 응축되는 것을 특징으로 하는 열교환기.