KR101286360B1

KR101286360B1 - 열교환기

Info

Publication number: KR101286360B1
Application number: KR1020117013880A
Authority: KR
Inventors: 랄프 블롬그렌
Original assignee: 알파 라발 비카브 에스에이에스; 알파 라발 코포레이트 에이비
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2013-07-15
Also published as: CN102265109A; JP5405589B2; KR20110083751A; ATE553349T1; US20110259562A1; WO2010069756A1; JP2012512377A; EP2199723A1; EP2199723B1

Abstract

본 발명의 열교환기는 제1 엔드 플레이트(16), 제2 엔드 플레이트(7), 및 쉘을 구비한 하우징을 포함하며, 마루(12)와 홈(13)을 구비한 복수의 주름진 열교환기 판(10, 11)을 더 포함하며, 제1 엔드 플레이트에는 입구 포트(2)가 제공되며, 제1 엔드 플레이트 또는 제2 엔드 플레이트에는 출구 포트(3)가 제공되고, 열교환기 판들은 열교환기 판들 사이에 제1 유동 채널이 형성되도록 서로 고정식으로 부착되며, 열교환기는 열교환기 판과 적어도 하나의 엔드 플레이트 사이에 배치된 복수의 보상판(20)을 더 포함한다. 이러한 열교환기의 장점은 열 사이클로 인해 열교환기의 입구 영역과 출구 영역에 부과되는 응력을 감소시킨다는 것이다.

Description

열교환기{HEAT EXCHANGER}

본 발명은 열교환기의 열 피로에 대한 저항성을 향상시킬 복수의 보상판을 포함하는 열교환기에 관한 것이다.

판형 열교환기는 효율적인 가열, 냉각, 열회수, 응축 및 증발을 위한 표준 장비로서 산업분야에 걸쳐 사용된다. 열교환기는 가열되거나 냉각될 매체의 유형에 따라 다양한 유형 및 설계일 수 있다.

열교환기의 한 가지 유형은 플레이트-앤-쉘(plate-and-shell) 유형이다. 이러한 유형은 고온고압을 수반하는 사용에 매우 적합하다. 이러한 플레이트-앤-쉘 열교환기는 용기에 수용된 주름진 원형 금속판의 꾸러미(pack)를 포함한다. 열교환기의 열교환 표면은 각각의 상부에 적층되고 용접된 얇고 주름진 디스크로 형성되는데, 이는 판들 사이에 공정 채널을 형성한다. 공정 채널에 대한 유체는 디스크들 안으로 그리고 용기의 엔드 플레이트(end plate)에 용접된 포트들을 통해 플레이트 꾸러미 안으로 유도되고, 판들 사이의 공정 채널 안으로 분배된다. 주름진 디스크들은 디스크들의 외주 및 포트 구멍에 교대로 용접됨으로써, 교대식 유체 채널을 형성한다. 공정 채널에 대한 입구 포트와 출구 포트는 동일한 엔드 플레이트에 또는 양쪽 엔드 플레이트에 모두 위치한다. 열교환기의 쉘측에 대한 입구 포트와 출구 포트는 용기의 측벽에 용접된다. 열교환기를 통과하는 유동은 역류(counter-current), 공동류(co-current) 또는 직교류(cross flow) 유형일 수 있다.

이러한 열교환 코어의 구성은 플레이트-앤-쉘 유형의 판 꾸러미를 열 팽창에 대해 높은 저항성을 갖게 한다. 이는 이러한 판 꾸러미를 고온고압 조건하에서 사용되기에 이상적으로 만든다.

그러나 이러한 열교환기, 특히 큰 직경을 갖는 대형 열교환기의 빠른 열 사이클(thermal cycling)과 관련된 문제점이 있다. 주름진 디스크들은 얇고 유체와 접하기 때문에, 이 디스크들은 온도 변화에 즉각적으로 반응할 것이다. 훨씬 두꺼운 재료인 타측의 용기는 온도 변화에 훨씬 천천히 반응할 것이다. 이는 디스크들이 열교환기의 엔드 플레이트에 용접되는 공정 채널에 대한 입구 포트와 출구 포트에서 높은 응력을 야기할 것이다. 일례로, 1m의 직경을 갖는 스테인리스강 디스크는 100℃의 온도 증가로 거의 2mm 팽창할 것이다. 따라서, 플레이트-앤-쉘 유형의 열교환기에 대해서는 빠른 열 사이클이 방지되어야만 한다.

US 7004237 B2는 스프링 장치가 열교환기 코어의 종방향 열 팽창을 보상하는 유체용 플레이트-앤-쉘 유형의 열교환기를 개시한다.

US 6474408 B1 및 US 6892797 B2는 열교환기의 종방향으로 열 팽창을 허용하는 수단이 구비된 가스용 열교환기를 개시한다.

이러한 공지된 해법은 열교환기의 종방향 열 팽창에는 잘 작용할 수 있으나, 반경방향 팽창에 관한 문제는 해결하지 못할 것이다. 따라서, 반경방향 팽창이 가능한 개선된 열교환기에 대한 여지가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 입구 영역 및 출구 영역에서의 열 팽창으로 인한 응력이 최소화되는 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 문제에 대한 해결책은 제1항의 특징부에 설명된다. 제2항 내지 제13항은 열교환기의 유리한 실시예를 포함한다.

제1 엔드 플레이트, 제2 엔드 플레이트, 및 쉘을 구비한 하우징을 포함하며, 마루(ridge)와 홈(groove)을 구비한 복수의 주름진 열교환기 판을 더 포함하는 열교환기에서, 열교환기가 열교환기 판과 적어도 하나의 엔드 플레이트 사이에 배치된 복수의 보상판을 더 포함함으로써 본 발명의 목적이 달성되는데, 제1 엔드 플레이트에는 입구 포트가 제공되며, 제1 엔드 플레이트 또는 제2 엔드 플레이트에는 출구 포트가 제공되며, 열교환기 판들은 열교환기 판들 사이에 제1 유동 채널이 형성되도록 서로 고정식으로 부착된다.

열교환기의 이러한 제1 실시예에 의해, 입구 포트 및 출구 포트와 열교환기 판들 사이의 이음매상의 응력이 감소하는 열교환기가 얻어진다. 이로써 현존하는 열교환기보다 더 큰 온도 구배를 견딜 수 있는 열교환기가 가능할 것이다. 열교환기는 빠른 열 사이클이 존재하는 영역에 사용될 수 있다. 열교환기는 더 높은 온도차가 존재하는 영역에도 사용될 수 있다. 따라서, 열교환기의 작동범위가 증가한다.

독창적인 열교환기의 유리한 개선으로, 보상판은 일측에서 열교환기 판에 그리고 타측에서 입구 포트와 출구 포트에 고정식으로 부착된다. 이는 밀봉 가스킷을 갖는 열교환기와 비교할 때 고압을 견딜 수 있는 열교환기가 얻어진다는 점에서 유리하다.

독창적인 열교환기의 유리한 개선으로, 보상판의 패턴은 동심의 마루와 홈을 포함한다. 이의 장점은 현존하는 열교환기 판 패턴과 비교할 때 보상판의 반경방향 강성(stiffness)이 감소한다는 것이다.

독창적인 열교환기의 유리한 개선으로, 보상판의 플랭크각은 열교환기 판의 플랭크각보다 작다. 이의 장점은 반경방향 강성이 더욱 감소할 수 있다는 것이다.

독창적인 열교환기의 유리한 개선으로, 보상판의 플랭크각은 30°보다 작다. 이의 장점은 반경방향 강성이 더욱 감소할 수 있다는 것이다.

독창적인 열교환기의 유리한 개선으로, 보상판은 보상판의 중심에 원형 개구를 포함한다. 이의 장점은 반경방향 강성이 더욱 감소할 수 있다는 것이다.

독창적인 열교환기의 유리한 개선으로, 보상판은 보상판의 중심 개구에 압력판을 포함한다. 이의 장점은 열교환기 판이 지지된다는 것이다.

독창적인 열교환기의 유리한 개선으로, 보상판과 압력판은 서로 부착된다. 이의 장점은 보상판 및 열교환기의 조립체의 취급이 수월해진다는 것이다.

이하에서, 첨부 도면에 도시된 실시예를 참조로 본 발명이 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 열교환기를 도시한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환기를 위한 플레이트측 유동 채널의 개략적인 배치도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 열교환기를 위한 플레이트측 유동 채널의 개략적인 배치도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 보상판의 제1 실시예를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 보상판의 단면을 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 열교환기의 입구 영역 또는 출구 영역의 단면을 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 보상판의 제2 실시예를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 압력판을 구비한 보상판의 제2 실시예를 도시한다.

이하에서 설명되는 추가적인 개선점을 갖는 본 발명의 실시예들은 예시적인 것으로만 간주되어야 하며, 특허청구범위에 의해 보호되는 범위를 제한하지 않는다.

도 1은 플레이트-앤-쉘 유형의 열교환기를 도시한다. 이러한 열교환기는 일반적인 냉각 및 가열 작업(duty), 응축, 증발, 재끓임(reboiling) 및 증기 가열과 같은 대부분의 용례에 적합하다. 이 열교환기는 특히 고온 및/또는 고압의 용례를 취급하는데 적합하다. 도시된 열교환기는 원형이며, 고정식으로 부착된 2개의 엔드플레이트를 구비한 라운드형 하우징을 갖는다.

열교환기(1)는 엔드 플레이트(6, 7)와 쉘(8)로 이루어진 하우징(30)을 포함한다. 이 예의 쉘(8)은 원형이지만, 다른 형상 예컨대 타원형도 고려할 수 있다. 열교환기(1)는 열교환기의 사용 및 구성에 따라 열교환기에 대한 입구 포트 또는 출구 포트를 구성할 4개의 포트(2, 3, 4, 5)를 더 포함한다. 도시된 열교환기(1)에서, 포트(2)는 제1 유동 채널에 대한 입구 포트이며 포트(3)는 제1 유동 채널에 대한 출구 포트이고, 이 예에서 제1 유동 채널은 플레이트측, 즉 열교환기 판을 관통하는 유동 채널이다. 제1 실시예에서 입구 포트(2)와 출구 포트(3)는 모두 제1 엔드 플레이트(6)의 외부 모서리에 가깝게 제1 엔드 플레이트(6)에 배치된다. 포트(4)는 열교환기의 쉘측의 유동 채널에 대한 입구 포트이며, 포트(5)는 쉘측 유동 채널에 대한 출구 포트이다. 포트들(4, 5)은 열교환기의 쉘(8)에 배치된다. 제2 엔드 플레이트(7)는 열교환기를 폐쇄한다. 엔드 플레이트들(6, 7)은 단단하게 쉘에 고정되어, 열교환기의 높은 압력을 허용한다. 엔드 플레이트들(6, 7)은 하우징에 용접되거나, 또는 플랜지 및 볼트로 하우징에 고정될 수 있다. 열교환기에는 하나보다 많은 플레이트측 유동 채널이 구비될 수 있다. 이 경우, 열교환기는 서로 다른 유동 채널로 분할될 수 있으며, 엔드 플레이트들은 하나보다 많은 입구 포트와 출구 포트를 가질 것이다.

도 2는 열교환기의 제1 실시예에 대한 플레이트측 유동 채널을 개략적으로 도시한다. 이러한 유동 채널은 U 형 유동 패턴으로 지칭될 수 있다. 유체는 입구 포트(2)를 통해 열교환기로 유입되어 입구 유동 덕트(32)를 통해 유동한다. 유체는 열교환이 발생하는 열교환기 판 적층체(17)를 통해 입구 유동 덕트(32)로부터 분배된다. 입구 유동 덕트에서의 압력 강하는 열교환기 판 적층체를 통한 압력 강하보다 훨씬 작기 때문에, 유체는 열교환기의 열교환 표면에 걸쳐 사실상 고르게 분배된다. 유체는 출구 유동 덕트(33) 및 출구 포트(3)를 통해 열교환기를 빠져나간다. 도면에서, 유동 경로는 화살표로 지시된다. 열교환기는 제1 엔드 플레이트(6)와 열교환기 판 적층체(17) 사이에 배치된 보상판 적층체(21)을 더 포함한다. 보상판은 이하에서 설명될 것이다.

도 3은 열교환기의 제2 실시예에 대한 플레이트측 유동 채널을 개략적으로 도시하며, 입구 포트(2)는 제1 엔드 플레이트(6)에 배치되며 출구 포트(3)는 제2 엔드 플레이트(7)에 배치된다. 이러한 유동 채널은 Z 형 유동 패턴으로 지칭될 수 있다. 유체는 입구 포트(2)를 통해 열교환기로 유입되어 입구 유동 덕트(32)를 통해 유동한다. 유체는 열교환이 일어나는 열교환기 판 적층체(17)를 통해 전술한 것과 동일한 방식으로 입구 유동 덕트(32)로부터 분배된다. 유체는 출구 유동 덕트(33) 및 출구 포트(3)를 통해 열교환기를 빠져나간다. 도면에서, 유동 경로는 화살표로 지시된다. 이 실시예에서, 보상판 적층체(21)는 제1 엔드 플레이트(6)와 열교환기 판 적층체(17) 사이에 배치되며, 다른 보상판 적층체(21)는 제2 엔드 플레이트(7)와 열교환기 판 적층체(17) 사이에 배치된다. 열교환기의 크기 및 사용되는 보상판의 개수에 따라, 이 실시예에서 단 하나의 보상판 적층체만을 사용하는 것도 충분할 수 있다.

도시된 양 실시예에서, 입구 포트(2)는 입구축(34)을 따라 배열되며 출구 포트(3)는 출구축(35)을 따라 배열된다. 입구축(34)과 출구축(35)은 중심축(36)의 반대측에 대칭으로 배열된다.

입구 포트(2)와 출구 포트(3)는 열교환기가 사용되는 시스템으로 열교환기가 연결되는 외부 플랜지를 포함한다. 각각의 포트는 엔드 플레이트에 용접되는 짧은 파이프를 더 포함하며, 이 짧은 파이프는 이 경우 보상판과 닿을 수 있도록 엔드 플레이트를 통해 연장된다. 이 파이프는 예컨대 용접에 의해 포트에 가장 가까운 보상판에 고정식으로 부착되며, 이로 인해 포트 파이프와 보상판 사이의 이음매가 형성된다. 이에 대한 예는 도 6에서 볼 수 있다.

열교환기는 마루(12)와 홈(13)을 포함하는 주름진 패턴을 갖는 다수의 주름진 열교환기 판(10, 11)을 포함한다. 마루와 홈은 열교환기의 열교환 표면을 확대하고 유동 채널을 통한 적절한 압력 강하를 생성한다. 이러한 패턴은 열교환기의 용도에 따라 서로 다른 형상을 가질 수 있다. 열교환기 판들은 플레이트측 유동 채널 또는 제1 유동 채널로 지칭되는 유동 채널이 판들 사이에 형성되는 방식으로 서로의 위에 적층된다. 2개의 인접한 판들(10, 11) 사이에 제1 유동 채널(14)이 생성된다. 이 경우, 2개의 판은 열교환기 판들의 외부 주연부(9)에 용접되어, 열교환기 카세트를 형성한다. 따라서 플레이트측 유동 채널의 일부인 포위된 체적(enclosed volume)이 생성된다. 카세트는 열교환기 판의 포트 개구(16)에서 서로 용접된다. 이러한 방식으로, 쉘측 유동 채널로도 지칭되는 제2 유동 채널(15)이 카세트들 사이의 쉘 측에 생성된다. 열교환기에 포함된 카세트의 크기 및 개수는 열교환기의 요구되는 가열/냉각 능력에 따라 선택된다. 용접된 열교환기 판은 열교환기 코어를 형성한다. 이러한 열교환기 코어는 본 기술분야에서 잘 알려져 있으며 추가로 설명하지 않는다. 열교환기의 유동 채널은 통상의 기술자에게 공지된 다른 방식으로 구성될 수 있다.

공지된 열교환기에서, 입구 포트 파이프와 출구 포트 파이프는 압밀(pressure tight)한 플레이트측 유동 채널을 얻기 위해 열교환기 판 꾸러미에, 즉 입구 포트와 출구 포트에 가장 가까운 열교환기 판에 직접 용접된다. 입구 포트 파이프와 출구 포트 파이프는 열교환기의 쉘측에 압밀한 유동 채널을 달성하기 위해 열교환기의 엔드 플레이트에도 용접된다. 이러한 방식으로, 열교환기 판의 포트 개구는 엔드 플레이트에 고정식으로 부착될 것이다. 열교환기 판은 엔드 플레이트보다 훨씬 빠르게 열 변화에 반응할 것이기 때문에, 입구 및 출구 파이프와 열교환기 판 사이의 이음매에는 응력이 부과될 것이다. 연결부가 열 사이클에 노출되면, 연결부는 예컨대 입구 파이프와 출구 파이프 사이의 거리에 따라 열화될 것이며 결국 파단에 이를 것이다.

따라서, 독창적인 열교환기에는 제1 엔드 플레이트(6)와 열교환기 판 적층체(17) 사이에 배치된 다수의 보상판(20)이 제공된다. 보상판의 목적은 열교환기 판 꾸러미와 엔드 플레이트 사이의 이음매에 열 피로를 부과하지 않으면서 빠른 온도 변화로 인한 열교환기 판의 팽창 또는 수축을 가능하게 하는 것이다. 도 4는 보상판(20)의 측면도를 도시하며, 도 5는 보상판의 단면을 도시하고, 도 6은 열교환기의 입구 영역의 단면을 도시한다.

보상판(20)에는 마루(18)와 홈(19)을 포함하는 동심의 주름진 패턴이 구비된다. 패턴은 마루들과 홈들 사이의 높이 거리가 플레이트의 프레싱 깊이에 대응하도록 프레싱된다. 보상판은 높이(h)에 대응하는 프레싱 깊이와 함께 a로 지시된 기준 레벨을 갖는다. 도시된 예에서, 홈은 기준 레벨(a)에 있다. 보상판의 외부 주연부(22)도 기준 레벨(a)에 있다. 보상판의 각각의 포트 개구(23)의 둘레(31)는 마루와 동일한 높이, 즉 높이(h)를 가질 것이다. 보상판이 보상판 적층체(21) 안으로 조립될 때, 다른 모든 보상판은 2개의 인접한 보상판의 외부 주연부가 서로 관련되도록, 그리고 2개의 다른 인접한 보상판의 포트 개구의 둘레가 서로 관련되도록 회전된다. 동시에, 2개의 인접한 보상판의 마루는 서로 관련되며, 2개의 인접한 보상판의 홈은 서로 관련된다.

보상판 적층체(21)의 보상판은 예컨대 용접 또는 브레이징에 의해 포트 개구(23)의 둘레(31)에서 그리고 외부 주연부(22)에서만 고정식으로 부착된다. 각각의 인접한 보상판의 마루들과 홈들도 서로 관련될 것이지만, 서로 고정식으로 부착되지는 않을 것이다.

보상판의 플랭크각(α)은 열교환기 판의 플랭크각(β)보다 작을 수 있다. 일반적으로, 열교환기 판의 플랭크각(β)은 큰 열전달 표면과 동시에 비교적 강성인 판을 제공하기 위해 약 45°이다. 보상판에 대한 동심의 패턴을 선택함으로써, 비교적 낮은 반경방향 강성이 얻어진다. 작은 플랭크각(α)으로 인해, 반경방향 강성은 더욱 감소한다. 10° 내지 30°사이의 플랭크각(α)이 바람직하다. 보상판의 낮은 반경방향 강성이 유리하다.

도 6에서, 열교환기의 입구 포트 영역이 도시된다. 이 예에서, 보상판 적층체(21)에는 7개의 보상판이 사용된다. 제1 보상판은 예컨대 용접 또는 브레이징에 의해 입구 파이프(24)에 고정식으로 부착되고, 입구 파이프는 엔드 플레이트(6)에 차례로 용접된다. 연이은 보상판들은 포트 개구(23)의 둘레(31) 또는 외부 주연부(22) 중 하나에서 서로 고정식으로 부착된다. 마지막 보상판은 열교환기 판의 외부 주연부(9)와 보상판(20)의 외부 주연부(22)에서 열교환기 판 적층체(17)에 고정식으로 부착된다. 주름진 패턴은 대칭이며 열전달을 위해 배치되지 않기 때문에, 플레이트측 유동 채널과 쉘측 유동 채널 모두에서 보상판들 사이에 매우 제한적인 유동이 존재할 것이다. 하나의 판의 마루들은 인접한 판의 마루들을 지지하며, 다른 모든 판에 대해, 하나의 판의 홈들은 다른 인접한 판의 홈들을 지지한다. 보상판의 동심 패턴으로 인해, 보상판 적층체에는 교차 주름이 존재하지 않는다. 출구 포트 영역은 입구 포트 영역과 유사할 것이다.

보상판 적층체(21)는 다음의 방식으로 작용한다. 열교환기에서 빠르고 높은 온도 상승이 발생하면, 열교환기 판 적층체(17) 내의 열교환기 판들은 즉각적으로 팽창할 것이다. 부분적으로는 엔드 플레이트가 열교환기 판보다 훨씬 두껍기 때문에, 그리고 부분적으로는 엔드 플레이트가 열교환기를 통해 유동하는 매체와 거의 접촉하지 않기 때문에, 엔드 플레이트(6)는 훨씬 느리게 팽창할 것이다. 대부분의 보상판들이 열교환기를 통과하는 유동과 큰 접촉을 하지 않기 때문에, 보상판들은 어느 정도 느리게 팽창할 것이다.

보상판은 엔드 플레이트에 고정되어 있기 때문에, 열교환기 판이 팽창할 때, 보상판 적층체는 동일한 방식으로 팽창할 수 없다. 동심 패턴으로 인해, 보상판은 열교환기 판과는 상이한 방식으로 팽창할 수 있으며 어느 정도 타원 형상으로 팽창할 것이다. 보상판 적층체는 일측에서 열교환기 판 적층체에 그리고 타측에서 엔드 플레이트에 부착되어 있기 때문에, 보상판 각각은 어느 정도 다르게 팽창할 것이다. 그러므로, 각각의 판은 엔드 플레이트에 가장 가까운 보상판의 포트 개구 둘레(31)와 입구 파이프(24) 사이의 이음매(25)에 부과되는 응력이 최소화되도록 보조할 것이다. 보상판은 비교적 낮은 반경방향 강성을 갖기 때문에, 열 팽창으로 인해 판에 부과되는 응력은 완전한 판 적층체에 걸쳐 나눠지며, 각각의 판에 부과된 응력은 각각의 판에 걸쳐 나눠진다.

열교환기 판 적층체(17)와 하나 또는 2개의 보상판 적층체(21)를 포함하는 열교환기의 완전한 코어는 엔드 플레이트에 의해 위치를 유지한다. 모든 판들이 함께 용접되어 있기 때문에, 코어는 강성이며 쉘을 향해 반경방향으로만 팽창할 수 있다. 코어가 열교환기 하우징에 장착되어 있을 때, 변형의 다른 형태는 불가능하다. 코어가 열교환기에 장착되지 않았다면, 입구축(34)과 출구축(35) 사이의 거리는 온도가 높아질수록 증가할 것이다. 코어가 엔드 플레이트에 고정식으로 부착되어 있기 때문에, 온도가 변화할 때 입구축(34)과 출구축(35) 사이의 거리는 변경될 수 없다. 그 대신, 응력은 코어와 엔드 플레이트 사이의 이음매에 부과될 것이다.

코어와 엔드 플레이트 사이의 이음매에 부과된 응력은 2개의 도시된 실시예에 대해 동일할 것이다. 열교환기 코어는 엔드 플레이트들 사이에서 프레싱되기 때문에, 입구 포트 또는 출구 포트가 위치하는 입구 유동 덕트 또는 출구 유동 덕트의 어느 측인지에 상관없이 응력은 동일할 것이다.

도 7 및 도 8에 도시된 보상판의 제2 실시예에서, 보상판(20)에는 보상판의 중심에 개구(28)가 구비된다. 개구는 보상판의 프레싱 동안 또는 이후의 처리 단계에서 절단될 수 있다. 보상판의 중심의 개구로 인해, 플레이트측 유동 채널에 대한 폐쇄 채널을 얻기 위해, 다른 모든 보상판도 내부 주연부(27)에서 인접한 보상판에 용접되어야 한다. 보상판의 중심에 개구를 갖는 장점은 보상판의 반경방향 강성이 더욱 감소한다는 점이다.

열교환기 판을 지지하기 위해, 중심 개구(28)에는 열교환기 판의 중심의 지지를 위한 일종의 지지 수단이 제공되어야 한다. 이를 위해, 각각의 보상판의 중심에는 압력판(29)이 제공된다. 압력판(29)으로서 중심 개구를 위한 절개부를 사용하는 것이 유리하다. 보상판 및 열교환기의 조립체의 취급을 용이하게 하기 위해, 압력판은 보상판에 부착되는 것이 바람직하다. 압력판을 보상판에 부착하는 한 가지 방법은 용접에 의하는 것이다. 보상판의 외부 주연부와 내부 주연부는 압밀 용접부를 얻기 위해 밀봉 용접된다. 압력판의 유연한 부착을 달성하기 위해, 압력판은 몇몇 위치에서 보상판에 가접 용접되는 것이 바람직하다. 압력판은 보상판에 단단하게 부착되지 않아야 한다.

보상판의 프레싱 동안 압력판과 보상판 사이에 몇몇 판 브리지(26)를 남겨두는 것도 가능하다. 이렇게 하여, 판 브리지(26)는 보상판을 압력판에 연결할 것이다. 이러한 방식으로, 압력판과 보상판은 완전히 분리되지 않을 것이다. 이는 보상판의 취급을 수월하게 할 것이지만, 서로에 대한 내부 주연부의 부착을 방해할 수 있다. 모든 압력판을 열교환기에 개별적으로 조립된 하나의 압력판 유닛에 부착하는 것도 가능하다. 다른 유형의 지지 수단도 고려할 수 있다.

보상판 적층체에 사용되는 보상판의 개수는 예컨대 열교환기의 직경, 열교환기가 설계되는 온도, 및 보상판의 두께 및 프레싱 깊이에 따라 변할 수 있다. 1m의 직경을 갖는 열교환기에 대한 보상판의 적절한 개수는 3 내지 9개 사이이다. 도시된 예에서는 7개의 보상판이 사용된다. 너무 적은 개수의 보상판을 사용하는 경우, 입구 파이프와 보상판 사이의 이음매에 부과되는 응력은 너무 커질 것이다. 너무 많은 보상판을 사용하는 경우, 열교환기에서 불필요하게 큰 체적이 낭비되는데, 이는 보상판 적층체가 열교환기의 열교환 표면의 일부가 아니기 때문이다.

본 발명은 전술한 실시예들로 제한되는 것으로 간주되지 않으며, 후속 특허청구범위의 범위 내에서 많은 부가적인 변형 및 개조가 가능하다.

1: 열교환기
2: 입구 포트
3: 출구 포트
4: 입구 포트
5: 출구 구멍
6: 제1 엔드 플레이트
7: 제2 엔드 플레이트
8: 쉘
9: 열교환기 판 외부 주연부
10: 열교환기 판
11: 열교환기 판
12: 마루
13: 홈
14: 제1 유동 채널
15: 제2 유동 채널
16: 열교환기 판 포트 개구
17: 열교환기 판 적층체
18: 보상판 마루
19: 보상판 홈
20: 보상판
21: 보상판 적층체
22: 보상판 외부 주연부
23: 보상판 포트 개구
24: 입구 파이프
25: 이음매
26: 판 브리지
27: 보상판 내부 주연부
28: 중심 개구
29: 압력판
30: 하우징
31: 포트 개구 둘레
32: 입구 유동 덕트
33: 출구 유동 덕트
34: 입구축
34: 출구축
35: 중심축

Claims

제1 엔드 플레이트(6), 제2 엔드 플레이트(7), 및 쉘(8)을 구비한 하우징(30)을 포함하며, 마루(12)와 홈(13)을 구비한 복수의 주름진 열교환기 판(10, 11)을 더 포함하는 열교환기(1)로서, 제1 엔드 플레이트(6)에는 입구 포트(2)가 제공되며, 제1 엔드 플레이트(6) 또는 제2 엔드 플레이트(7)에는 출구 포트(3)가 제공되며, 열교환기 판들은 열교환기 판들(10, 11) 사이에 제1 유동 채널(14)이 형성되도록 서로 고정식으로 부착되는 열교환기(1)에 있어서,
열교환기는 열교환기 판(10, 11)과 적어도 하나의 엔드 플레이트(6, 7) 사이에 배치되는 보상판 적층체(21)를 형성하기 위해 서로 고정식으로 부착되는 복수의 주름진 보상판(20)을 더 포함하며,
각각의 보상판(20)은 적어도 하나의 포트 개구(23)를 포함하고, 제1 보상판(20)의 제1 포트 개구(23)는 입구 포트(2)에 고정식으로 부착되며 연속적인 마지막 보상판(20)은 열교환기 판(10, 11)에 고정식으로 부착되는 것을 특징으로 하는
열교환기.
제1항에 있어서,
쉘(8)은 원형인 것을 특징으로 하는
열교환기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
제1 엔드 플레이트(6)에는 출구 포트(3)가 제공되며, 제1 보상판(20)의 제2 포트 개구(23)는 출구 포트(3)에 고정식으로 부착되는 것을 특징으로 하는
열교환기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
제2 엔드 플레이트(7)에는 출구 포트(3)가 제공되며, 제2 보상판 적층체(21) 제1 보상판(20)의 포트 개구(23)는 출구 포트(3)에 고정식으로 부착되고 제2 보상판 적층체(21)의 연속적인 마지막 보상판(20)은 열교환기 판(10, 11)에 고정식으로 부착되는 것을 특징으로 하는
열교환기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
보상판(20)의 패턴은 동심의 마루(18)와 홈(19)을 포함하는 것을 특징으로 하는
열교환기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
보상판(20)의 플랭크각(α)은 열교환기 판(10, 11)의 플랭크각(β)보다 작은 것을 특징으로 하는
열교환기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
보상판(20)의 플랭크각(α)은 30°보다 작은 것을 특징으로 하는
열교환기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
보상판(20)은 보상판의 중심에 원형 개구(28)를 포함하는 것을 특징으로 하는
열교환기.
제8항에 있어서,
2개의 인접한 보상판(20)은 보상판의 외부 주연부(22)와 내부 주연부(27)에서 고정식으로 서로 부착되는 것을 특징으로 하는
열교환기.
제8항에 있어서,
보상판(20)은 보상판의 중심 개구(28)에 압력판(29)을 포함하는 것을 특징으로 하는
열교환기.
제10항에 있어서,
보상판(20)과 압력판(29)은 서로 부착되는 것을 특징으로 하는
열교환기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
열교환기 판들이 서로 용접되거나, 보상판들이 서로 용접되거나, 열교환기 판들 및 보상판들이 서로 용접되는 것을 특징으로 하는
열교환기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
열교환기 판들이 서로 브레이징되거나, 보상판들이 서로 브레이징되거나, 열교환기 판들 및 보상판들이 서로 브레이징되는 것을 특징으로 하는
열교환기.