KR101432954B1 - 열 교환기 플레이트 및 플레이트 열 교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플레이트 열 교환기 및 열 교환기 플레이트(1)에 관한 것이다. 열 교환기 플레이트는 열 전달 영역(10) 및 엣지 영역(11)을 포함하고, 상기 엣지 영역은 상기 열 전달 영역 주위로 연장한다. 상기 열 교환기 플레이트는 서로 접촉하도록 압축된 2개의 인접한 플레이트들에 의해서 형성된 이중 벽 플레이트이다. 상기 열 교환기 플레이트는 적어도 하나의 매개변수를 검출하여 매개변수에 따라 신호를 생성하도록 구성된 센서(20)를 포함하고, 상기 센서는 인접한 플레이트들 사이에 제공되는 센서 프로브(21)를 포함한다.

Description

열 교환기 플레이트 및 플레이트 열 교환기{A HEAT EXCHANGER PLATE AND A PLATE HEAT EXCHANGER}
본 발명은 플레이트 열 교환기를 위한 열 교환기 플레이트에 관한 것으로서, 열 전달 영역 및 엣지 영역을 포함하고, 상기 엣지 영역은 상기 열 전달 영역의 외측 주위로 연장하고, 상기 열 교환기 플레이트는 서로 접촉하도록 압축된 2개의 인접한 플레이트에 의해 형성되는 이중(double) 벽 플레이트이다. 본 발명은 또한, 제 1 매체를 위한 여러 개의 제 1 플레이트 간격(interspace) 및 제 2 매체를 위한 여러 개의 제 2 플레이트 간격을 형성하기 위해 나란히 배열되는 복수의 열 교환기 플레이트를 포함하는 플레이트 열 교환기에 관한 것이다.
매체 폼(form) 혼합을 방지하기 위한 누설 배리어(barrier)가 요구되는 플레이트 열 교환기에서, 이중 벽 플레이트 즉, 서로 접촉하도록 압축된 2개의 인접한 플레이트를 각각 포함하는 플레이트를 이용하는 것이 공지되어 있다. 표준형의 이중 벽 플레이트는 추가적인 안전 배리어를 제공하나, 일반적으로는 인접한 플레이트 중 하나가 누설될 때 그러한 누설을 탐지하는 것이 곤란하다. 만약 누설이 인접한 플레이트 중 하나의 기계적인 균열에 기인하여 발생한다면, 제 1 및 제 2 매체 중 하나가, 인접한 플레이트들 사이의, 매우 얇은 공간으로 유입될 것이다. 이러한 매체는 인접한 플레이트들 사이의 공간으로부터 외부로 플레이트 열 교환기 아래의 바닥으로 하향 유동될 수 있다. 이는, 누설의 지표로서의 역할을 할 수 있다. 그러나, 이러한 방법을 이용하여 어느 열 교환기 플레이트가 균열되었는지를 결정할 수 없을 것이다. 또한, 누설의 시작으로부터 바닥 상의 매체의 검출까지의 기간은 특정 상황에서 너무 길어질 수 있다.
미국 특허 제5,178,207호에는 도입부에서 규정된 종류의 플레이트 열 교환기를 개시한다. 열 교환기 플레이트는 서로 접촉하도록 압축된 2개의 인접한 플레이트에 의해서 형성된 이중 벽 플레이트이다. 이격 부재가 인접한 플레이트들 사이에서 각각의 이중 벽 플레이트 내에 제공된다. 이격 부재는 임의의 누설 유체가 플레이트 열 교환기의 외부로 주변부까지 유동하는 것을 도우며, 그에 따라 유체 누설의 검출을 돕는다.
WO 88/03253 및 WO 01/16544는 서로 접촉하도록 압축된 2개의 인접한 플레이트에 의해 형성된 이중 벽 플레이트를 가지는 플레이트 열 교환기의 다른 예를 개시한다.
US-4,903,758는 플레이트 열 교환기를 개시하고, 여기에서 전극이 각각의 열 교환기 플레이트 내의 개구를 통해서 플레이트 열 교환기를 통과하여 연장한다.
본 발명의 목적은, 이중 벽 플레이트를 포함하는 플레이트 열 교환기 내에서, 특히 누설을 탐지하기 위한 개선된 검출 가능성을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 도입부에서 규정된 열 교환기 플레이트에 의해서 달성되고, 이는 적어도 하나의 매개변수를 검출하여 매개변수에 따라 신호를 생성하도록 구성된 센서를 열 교환기 플레이트가 포함하는 것, 및 센서가 인접한 플레이트들 사이에 제공되는 센서 프로브(probe)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 인접한 플레이트 중 적어도 하나가 변형되어 인접한 플레이트들 사이에 센서 프로브를 수용하며, 센서 프로브와 인접한 플레이트들 사이의 센서 프로브에 근접하여 공동(cavity)이 제공된다.
그러한 센서는 누설 검출 센서, 온도 센서, 압력 센서, 오염물(fouling) 센서 또는 임의의 다른 가능한 센서로 구성되거나 포함할 수 있다.
누설 검출 센서 또는 수분 센서를 포함하는 센서의 적용례에서, 본 발명은 열 교환기 플레이트 각각의 누설을 검출할 수 있게 한다. 그에 따라, 매우 많은 수의 열 교환기 플레이트를 포함할 수 있는 플레이트 열 교환기 내의 누설 위치를 결정할 수 있다. 검출은 본질적으로 즉각적이고, 즉 인접한 플레이트 중 하나의 누설이 발생하자마자 신호가 생성될 것이다.
열 교환기 플레이트는 또한 많은 수의 포트홀(porthole)을 포함할 수 있을 것이고, 그러한 포트홀은 열 교환기 플레이트를 통해서 연장하고 엣지 영역 내부에 위치된다. 그러한 포트홀은 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트를 포함하는 플레이트 열 교환기 내외로의 매체 공급 및 방출을 위한 포트홀 채널을 형성할 수 있다. 그러나, 본 발명은 플레이트 열 교환기의 측부(side)를 통해서 즉, 열 교환기 플레이트의 연장 평면과 평행하게, 플레이트 열 교환기 내외로 매체가 공급 및 방출되는 플레이트 열 교환기에도 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 센서 프로브가 인접한 플레이트와 전기적으로 접촉하는 것을 차단하는 절연부를 센서가 포함한다. 그러한 절연부는 센서 프로브가 인접한 플레이트로부터의 원치 않는 영향을 받는 것을 방지하고, 상기 인접한 플레이트는 스테인리스 스틸, 티타늄, 알루미늄, 구리 등과 같은 금속 재료로 제조될 수 있다. 절연부는 폴리머의 층 또는 얇은 층으로 이루어지거나 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 센서 프로브는 와이어, 스트립 또는 호일 형상의 전기 전도성 재료로 제조된다. 전기 전도성 재료는 금속, 예를 들어 Cu, Ag 및 Al 원소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 센서 프로브는 센서 프로브의 전기 전도성 재료와 인접한 플레이트들 사이의 매개변수를 검출하도록 구성된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 매개변수는 커패시턴스, 임피던스, 전기적 저항 및 온도 중 하나를 포함한다.
그에 따라, 센서 프로브의 전기 전도성 재료와 인접한 플레이트들 사이의 커패시턴스가 검출될 수 있다. 인접한 플레이트들 사이에 센서 프로브가 배치된 상태에서 인접한 플레이트들이 압축될 때 형성되는 공동은 센서 프로브 근처에 위치된다.
본 발명자는, 센서 프로브에 근접한 이러한 공동 내에 적은 양의 수분이 존재할 때, 커패시턴스가 이미 변화된다는 것을 깨달았다. 인접한 플레이트 중 하나의 임의 개소에서 누설이 발생될 때, 매체가 모세관력에 의해서 인접한 플레이트들 사이의 공간 내에서 분배될 것이다. 그에 따라, 누설과 관련된 센서 프로브의 위치에 무관하게 특정량의 수분이 공동 내에 존재할 것이다. 수분의 유체가 센서 프로브 즉, 절연된 전기 전도성 재료와 인접한 플레이트 사이의 공동의 유전적(dielectric) 성질을 변화시킬 것이다.
실험적인 테스트로부터, 본 발명자는, 매우 적은 양의 유체에 대해서 얇은 절연된 금속성 와이어를 이중 벽 플레이트 내에서 이용할 때 매우 양호한 응답을 발견하였다. 최소의 탐지가능 누설은 몇 가지 인자에, 예를 들어 전극들 사이의 커패시턴스, 전극의 레이아웃 등에 의존할 것이다. 플레이트들 사이의 전체 표면을 커버하지 않는 절연된 와이어의 경우에, 플레이트들 사이의 누설 유체의 확률적인(stochastic) 프로세스에 의해서 최소 검출가능 누설 부피가 실험마다 요동될 수 있다. 그러나, 실험실의 셋업에서 매우 적은 부피에 대해서 반복가능성이 달성되었다.
커패시턴스는 전극들 사이의 주어진 전압에서 전극이 저장할 수 있는 전기 전하량의 측정치이다. 전극들 사이의 공간 내에서, 유전체가 배치되어 커패시턴스의 값을 증가시킬 수 있다. 유전체는, 이상적으로, 전극들 사이에 전류가 축적되지 않게 하는 결과를 초래하는, 2개의 전극 사이의 전하 이동을 방지하는 절대적인 전기 절연체이다. 그러나, 유전체는 매우 높기는 하나 비저항(resistivity)을 가진다. 개략적인 설명(approximation)으로서, 진정한/실제의(true/real) 커패시턴스의 유효 전기 등가(equivalence)는 유전체의 비저항으로 인한 저항과 병행하여(in parallel with) 커패시턴스로서 설명될 수 있다.
또한, 유전체는 유전체 내의 전기적 분극(polarisation)과 전기장 사이의 시간 지연(lag)으로 인한 주파수 의존형 전기 상수를 또한 가질 수 있다. 주파수 의존형의 복잡한 유전 상수의 허수 부분(imaginary part)은 전기적 손실 항(loss term)이며, 저항으로 간주될 수 있고 전술한 저항에 포함될 수 있다. 그에 따라, 저항은 유전체 내에서 이동될 수 있는 전기 전하(전류)에 기인하고 그리고 주파수 의존형 유전 상수(손실 항)에 기인한다. 이러한 거동 모두는 전극들 사이의 전체 저항에 기여하고 그리고 주파수 의존형 저항을 초래한다. 복잡한 유전 상수의 실수 부분(real part)은 커패시턴스 값 자체와 직접적으로 관련된다. 또한, 전극의 절연 층(존재하는 경우)의 주파수 의존형 유전 상수가 있을 수 있다. 이어서, 절연 층의 손실 항(유전 상수의 허수 부분)은 또한 주파수 의존형 저항에 기여한다. 제로(zero) 주파수에서의 저항, 즉 DC 저항은 전극(전극의 절연 층, 유전 재료 등)들 사이의 상이한 재료의 전하 운반으로 인한 저항(비저항)의 합이다.
유전 재료로서 이온을 완전히 포함하지 않는 순수한 증류수를 취한다면, 상대적인 유전 상수가 낮은 주파수에서 약 80이 되고 그리고 허수 부분(손실 항)이 실질적으로 제로가 된다. 이는, 전극들 사이의 공간의 일부가 물로 채워질 때, 커패시턴스가 증가할 것임을 의미한다. 만약 보다 많은 물이 공간 내로 유입된다면, 커패시턴스가 추가적으로 증가될 것이다. 만약 모든 공간이 물로 채워진다면, 커패시턴스 값이 포화될 것이다.
높은 주파수(GHz 영역)에서, 손실 항(허수 부분)은 증가되고(이는 저항에 영향을 미친다) 실수 부분은 감소된다(이는 커패시턴스 자체에 영향을 미친다). 만약 이온(양의 또는 음의 이온)이 물(또는 유전체로서의 다른 유체) 내에 존재한다면, 유전체 내에 전기장(즉, 전극의 전압)이 존재할 때 이온이 액체 내에서 이동된다. 전기장이 시간 의존형일 때, 이온이 병진운동으로(in translation) 진동하여 유전 상수의 주파수 의존형 허수 부분(손실 항)에 영향을 미쳐서, 전극들 사이에 주파수 의존형 저항을 생성한다. 이러한 효과는, 주파수가 감소함에 따라서 증대되고, 그리고 MHz 영역 또는 낮은 주파수 범위에서 현저할(significant) 수 있다. 다시 말해서, 물(또는 이동가능한 이온을 가지는 다른 유체)이 유전 매체로서 존재할 때 주파수 의존형 저항이 영향을 받을 것이다.
그에 따라, 커패시턴스 검출을 이용한 수분 또는 습도 측정이 수분 및 습도 센서에서 이용될 수 있다. 수분 검출 기술은 수분을 흡수할 수 있는 유전체의 커패시턴스의 측정을 기초로 한다. 물이 전술한 바와 같이 높은 유전 상수를 가지기 때문에, 유전체의 커패시턴스가 매우 크게 변화된다.
센서 프로브의 전기 전도성 재료와 인접한 플레이트 사이의 저항이 또한 검출될 수 있다. 절연부 상에 결함이 발생되는 경우에 저항이 감소될 것이고, 그에 따라 그러한 결함을 검출하기 위해서 저항이 이용될 수 있다. 그에 따라, 플레이트 열 교환기 내에서 결함 센서 프로브를 가지는 열 교환기 플레이트의 위치가 통상적인 방법으로 결정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 센서 프로브가 열 전달 영역 내에 위치된다. 센서 프로브는 열 전달 영역의 일부를 따라서 임의적인 방식으로 연장될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열 교환기 플레이트는 가스켓 영역을 포함하고, 상기 가스켓 영역은 열 전달 영역과 엣지 영역 사이에서 열 전달 영역 주위로 연장하며 가스켓은 상기 가스켓 영역 위에서 연장한다. 바람직하게, 가스켓 영역 내의 인접한 플레이트 중 적어도 하나가 엣지 영역과 평행하게 가스켓 영역을 따라서 연장하는 함몰부(depression)를 포함하며, 그에 따라 가스켓 영역을 따라 인접한 플레이트들 사이에 갭을 형성하고, 추가적인 가스켓이 상기 갭 내에 제공된다. 그러한 추가적인 가스켓은 인접한 플레이트들 사이의 공간을 밀봉하여 임의의 외부 유체가 인접한 플레이트들 사이의 공간으로 침투하는 것을 방지한다. 이는, 예를 들어, 발생 가능한 누설의 신뢰할 수 있는 검출을 보장하는데 있어서 유리하다. 또한, 센서 프로브가 갭 내에 적어도 부분적으로 위치될 수 있고, 상기 센서 프로브가 추가적인 가스켓 옆에서 열 전달 영역을 향해서 제공된다. 그에 따라, 임의의 발생 가능한 누설 매체가 갭과 센서 프로브에 도달할 것이다. 세정 용액, 빗물 등과 같은 외부로부터의 임의의 외부 유체는 추가적인 가스켓에 의해서 센서 프로브에 도달하는 것이 방지될 것이다.
센서가 2개의 센서 프로브를 포함할 수 있다. 단지 하나의 센서 프로브를 이용하여, 센서 프로브와 인접한 플레이트 사이의 커패시턴스를 측정할 수 있다. 2개의 센서 프로브를 이용하여, 2개의 센서 프로브들 사이의 커패시턴스를 검출할 수 있다. 양 센서 프로브가 동일한 구성을 가질 수 있고 각각의 절연부에 의해서 인접한 플레이트로부터 절연될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 센서가 엣지 영역 내에 제공된 연결 지점까지 연장된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 연결 지점까지 연장하는 센서의 연결 부분은 적어도 가스켓 영역에서 호일 형상을 가진다. 가스켓 영역은 가스켓을 수용하기 위해서 열 전달 영역 주위로 연장하는 가스켓 홈을 포함할 수 있고 또는 가스켓 홈으로서 형성될 수 있다. 연결 부분이 가스켓 홈을 통과하기 위해서 필요한 벤딩을 견딜 수 있도록 연결 부분의 강도를 높이는데 있어서, 연결 부분의 호일 형상이 유리하다. 바람직하게, 연결 부분은 절연부를 포함하고, 그러한 절연부는 연결 부분이 인접한 플레이트와 전기적으로 접촉하는 것을 절연시킨다.
센서 프로브의 다른 단부가, 예를 들어 전술한 절연부에 의해서, 절연될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 인접한 플레이트 중 하나는 연결 부분을 노출시키는 절개부를 가진다. 그러한 절개부, 또는 리세스는 신호의 전송을 위한 임의의 적합한 접촉부 또는 전자적 설비의 연결 지점에 대한 그리고 그에 다른 센서 프로브에 대한 연결을 가능하게 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 센서는 엣지 영역 내에 제공된 추가적인 연결 지점까지 연장한다. 2개의 연결 지점을 제공함으로써, 센서 프로브의 저항을 검출할 수 있게 된다. 센서 프로브의 저항은, 금속과 같은 전기 전도성 재료를 포함할 때, 센서 프로브의 길이에 걸친 평균(mean) 온도에 의존한다. 그에 따라, 센서 프로브의 저항 검출을 이용하여, 열 교환기 플레이트 내의 그리고 결과적으로 플레이트 열 교환기 내의 희망 위치에서의 온도를 검출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열 교환기 플레이트는 통신 모듈을 포함하고, 상기 통신 모듈은 전자 회로를 포함하고 센서와 통신한다. 센서 또는 센서들의 센서 프로브가, 예를 들어 연결 지점에서, 통신 모듈에 연결될 수 있고 또는 직접적으로 연결될 수 있다. 바람직하게, 센서는 엣지 영역 내에 제공된 연결 지점까지 연장하고, 통신 모듈이 연결 지점에서 센서의 연결 부분에 대해서 연결될 수 있다. 그에 따라, 통신 모듈이 열 교환기 플레이트에 부착 또는 장착될 수 있다. 또한, 센서가 엣지 영역 내에 제공된 추가적인 연결 지점까지 연장되고, 센서가 추가적인 연결 부분을 포함할 수 있으며, 통신 모듈이 추가적인 연결 지점에서 추가적인 연결 부분에 연결될 수 있다.
이러한 목적은 또한, 전술한 규정 중 임의의 규정에 따르면, 복수의 열 교환기 플레이트를 포함하는, 도입부에 규정된 플레이트 열 교환기에 의해서 달성되며, 상기 열 교환기 플레이트는 나란히 배열되어 제 1 매체를 위한 여러 개의 제 1 플레이트 간격 및 제 2 매체를 위한 여러 개의 제 2 플레이트 간격을 형성한다. 바람직하게, 플레이트 열 교환기는 모든 열 교환기 플레이트의 센서 프로브로부터 신호를 수신하여 처리하도록 구성된 마스터(master) 유닛을 포함하며, 각각의 열 교환기 플레이트가 통신 모듈을 포함하며, 상기 통신 모듈은 전자 회로를 포함하고 센서와 통신하며, 각각의 통신 모듈은 마스터 유닛과 통신하는 통신 버스에 의해서 구성된다.
이제, 본 발명은, 여러 가지 실시예에 관한 기재 및 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 열 교환기 플레이트를 포함하는 플레이트 열 교환기의 정면도이다.
도 2는 도 1의 선 II-II을 따른 플레이트 열 교환기의 측면도이다.
도 3은 도 1의 플레이트 열 교환기의 열 교환기 플레이트의 정면도이다.
도 4는 도 3의 선 IV-IV를 따른 단면도이다.
도 5는 도 1의 플레이트 열 교환기의 일부의 단면도이다.
도 5a는 열 교환기 플레이트의 엣지 영역의 일부를 도시한 정면도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 열 교환기 플레이트의 단면도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 열 교환기 플레이트의 단면도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 열 교환기 플레이트의 정면도이다.
도 1 및 2는 플레이트 패키지(package)를 형성하는 복수의 열 교환기 플레이트(1)를 포함하는 플레이트 열 교환기를 도시한다. 열 교환기 플레이트(1)는 나란히 배열되어 제 1 매체를 위한 여러 개의 제 1 플레이트 간격(2) 및 제 2 매체를 위한 여러 개의 제 2 플레이트 간격(3)을 형성한다. 제 1 플레이트 간격(2) 및 제 2 플레이트 간격(3)은 플레이트 패키지 내에서 교호적인 순서로 배열된다. 플레이트 패키지의 열 교환기 플레이트(1)는 프레임 플레이트(4)와 압력 플레이트(5) 사이에서 타이 볼트(6)에 의해 서로에 대해 프레스(press)된다. 개시된 실시예에서, 플레이트 열 교환기는 제 1 매체를 위한 유입구 및 배출구와, 제 2 매체를 위한 유입구 및 배출구를 형성하는 4개의 포트홀 채널(7)을 포함한다.
열 교환기 플레이트(1) 중의 하나가 도 3에 도시되어 있다. 열 교환기 플레이트(1)는 열 전달 영역(10), 상기 열 전달 영역(10)의 외측 주위로 연장하는 엣지 영역(11), 및 상기 열 전달 영역(10)과 상기 엣지 영역(11) 사이에서 상기 열 전달 영역(10) 주위로 연장하는 가스켓 영역(12)을 포함한다. 가스켓(13)이 상기 가스켓 영역(12) 상에 제공되고, 상기 열 전달 영역(10) 주위로 연장하여 그 열 전달 영역을 둘러싼다. 개시된 실시예에서, 4개의 포트 홀(14)이 제공되고 열 교환기 플레이트(1)를 통해서 연장한다. 포트 홀(14)이 엣지 영역(11)에 근접하여 내측에 위치된다. 포트 홀(14)이 포트 홀 채널(7)과 정렬된다.
개시된 실시예에서, 플레이트 열 교환기가 볼트(6) 및 가스켓(13)에 의해서 함께 장착되고 유지된다.
그러나, 본 발명이 다른 종류의 플레이트 열 교환기에도 적용될 수 있다는 것을 주지하여야 한다. 열 교환기 플레이트(1)는, 예를 들어, 레이저 용접 또는 전자 비임 용접, 아교접착(gluing) 또는 브레이징과 같은 용접에 의해서 서로에 대해서 영구적으로 연결될 수 있다. 열 교환기 플레이트(1)의 대안적인 장착의 예가 소위 반-용접형 플레이트 열 교환기가 될 수 있으며, 여기에서 열 교환기 플레이트(1)는 서로에 대해 쌍을 이루어 용접되고, 그에 따라 가스켓을 쌍의 사이에 제공한 상태로, 열 교환기 플레이트(1)의 쌍이 타이 볼트에 의해서 서로에 대해 프레스될 수 있다. 또한, 플레이트 열 교환기가 포트 홀 채널을 구비하지 않을 수 있음을 주지해야 하며, 이 경우 플레이트 열 교환기의 측부가 매체의 공급 및 방출을 위해서 플레이트 간격(2 및 3)에 개구부를 제공한다. 대안적으로, 플레이트 간격(2, 3) 중 하나가 포트홀 채널을 통해서 접근될 수 있을 것인 반면, 플레이트 간격 중 다른 하나가 플레이트 열 교환기의 측부를 통해서 접근될 수 있다.
열 교환기 플레이트(1)는 이중 벽 플레이트이고(도 4 참조) 즉, 열 교환기 플레이트(1)가 서로 접촉하도록 압축된 2개의 인접한 플레이트(1a, 1b)에 의해서 형성된다. 인접한 플레이트(1a, 1b)는 전기 전도성 재료로, 예를 들어 스테인리스 스틸, 티타늄, 알루미늄, 구리 등과 같은 금속 재료 또는 폴리머 재료로 제조된다.
열 교환기 플레이트(1)는 센서(20)를 포함하고, 상기 센서는 적어도 하나의 매개변수를 검출하여 매개변수에 따라 신호를 생성하도록 구성된다. 센서(20)는, 인접한 플레이트(1a, 1b)들 사이에 제공되고 열 전달 영역(10) 내에 위치되는 센서 프로브(21)를 포함한다. 여기에서, 센서 프로브(21)에 근접하여 위치되는 플레이트의 부분만이 전기 전도성 재료로 제조될 필요가 있다는 것을 주지하여야 한다.
바람직하게, 센서 프로브(21)는, 인접한 플레이트가 최종적으로 장착되거나 함께 압축되기 전에, 인접한 플레이트(1a, 1b)들 사이에 배치된다. 인접한 플레이트(1a, 1b)의 재료의 변형이 압축과 관련하여 발생할 수 있고, 그에 따라 도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 인접한 플레이트(1a, 1b) 중 적어도 하나 상에서 센서 프로브(21)를 따라서 돌출하는 영역이 존재할 것이다. 그에 따라, 공동(22)이 센서 프로브(21)에 근접하여 형성된다. 공동(22)은 센서(20) 및 센서 프로브(21)가 플레이트(1a, 1b)들 사이에 배치되기 전에 미리 형성될 수도 있다. 이어서, 인접한 플레이트(1a, 1b)가 제 1 단계에서 함께 압축될 수 있다. 그 후에, 플레이트(1a, 1b)가 분리되고, 적절한 프레싱 툴 내에서 플레이트(1a, 1b) 중 하나 또는 양자 모두가 공동(22)을 형성하도록 변형된다. 이어서, 센서(20) 및 센서 프로브(21)가 공동(22) 내에 배치되고, 그 후에 플레이트(1a, 1b)가 서로에 대해서 프레스된다.
공동(22)은 센서 프로브(21)와 인접한 플레이트(1a, 1b) 사이에서 센서 프로브(21)를 따라서 연장한다. 인접한 플레이트(1a, 1b)의 압축이 높은 압력으로 이루어지고, 그에 따라 인접한 플레이트(1a, 1b)들 사이에 남아 있는 공간이 매우 좁아지게 되어, 모세관력에 의한 유체의 운반 또는 분배만을 허용한다. 그러나, 그러한 분배는, 인접한 플레이트(1a, 1b)들 사이의 공간으로 유입되는 임의의 제 1 및 제 2 매체가 공동(22)에 도달하도록 보장할 것이다.
액체의 분배를 허용하는 모세관력을 위한 충분한 공간을 인접한 플레이트(1a, 1b)들 사이에 구성하기 위해, 다른 플레이트를 향해서 선회된(turned) 표면 상의 플레이트(1a, 1b) 중 하나 또는 양자 모두가 패턴 또는 다른 불규칙한 표면 구조를, 예를 들어 플레이트(1a, 1b)의 시트 재료의 제조시에 레스트(rest) 패턴을 가질 수 있다. 그러한 표면 구조는 몇 미크론 정도로 매우 얇다는 것을 이해할 수 있다.
도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 센서(20)는 센서 프로브(21)를 둘러싸고 인접한 플레이트(1a, 1b)와의 전기 접촉으로부터 센서 프로브(21)를 절연시키는 절연부(23)를 포함한다. 센서 프로브(21)는 전기 전도성 재료, 바람직하게 금속 또는 금속 합금으로 제조된다. 특정 적용예에서, 반도체 재료로 이루어진 센서 프로브(21)도 가능하다. 전기 전도성 재료는, 예를 들어, Cu, Ag 및 Al 원소 중 적어도 하나로 이루어지거나 포함할 수 있다. 절연부는 폴리머의 층 또는 얇은 층으로 형성된다. 개시된 실시예에서, 센서 프로브는 세장형 와이어로서 형성된다. 그러나, 센서 프로브(21)가 또한 스트립, 호일 또는 네트와 같은 다른 형상을 가질 수 있다는 것을 주지하여야 할 것이다.
센서 프로브(21)는, 개시된 실시예에서, 인접한 플레이트(1a, 1b)와 센서 프로브(21)의 전기 전도성 재료 사이에서 매개변수를 검출하도록 구성된다. 개시된 실시예에서, 매개변수는 인접한 플레이트(1a, 1b)와 센서 프로브(21)의 전기 전도성 재료 사이의 커패시턴스이다. 또한, 매개변수는 센서 프로브(21)와 인접한 플레이트(1a, 1b) 사이의 임피던스가 될 수 있다. 센서(20)가 서로로부터 특정 거리에 배치된 유사한 구성의 2개의 센서 프로브(21)를 포함할 수 있다는 것을 주지할 수 있을 것이다. 그러한 배열에서, 2개의 센서 프로브(21) 사이의 매개변수, 예를 들어 커패시턴스가 그 대신에 검출될 수 있다.
인접한 플레이트(1a, 1b) 중의 임의의 하나에 누설을 야기하는 균열이 발생한 경우에, 제 1 매체 및 제 2 매체 중 하나가 인접한 플레이트(1a, 1b)들 사이의 공간으로 유입될 것이고 모세관력에 의해 공동 또는 공동들(22)로 분배될 것이다. 매체는, 전술한 바와 같이, 센서 프로브(21)와 인접한 플레이트(1a, 1b) 사이의, 또는 2개의 센서 프로브(21) 사이의 유전체의 성질을 변화시킬 것이다. 또한, 센서 프로브(21)와 인접한 플레이트(1a, 1b) 사이의 저항을 검출함으로써, 센서 프로브(21)의 적절한 기능이 또한 검출될 수 있다. 절연부(23)가 파괴된 경우에, 파괴의 표지로서 저항이 크게 감소될 것이다.
개시된 실시예에서, 센서(20)는 센서 프로브(21)의 단부에 연결된 적어도 하나의 연결 부분(26)을 포함한다. 연결 부분(26)은 엣지 영역(11) 내에 제공된 연결 지점(27)까지 연장된다. 연결 부분(26)은 적어도 가스켓 영역(12)에서 호일 형상을 가질 수 있다. 도 5에 개시된 실시예에서, 인접한 플레이트(1a, 1b)는, 상기 엣지 영역(11)과 평행하게 상기 가스켓 영역(12)을 따라 연장하는 함몰부를 가스켓 영역(12) 내에 포함한다. 함몰부는 가스켓(13)을 수용하기 위한 가스켓 홈을 형성한다. 가스켓 영역(12)을 통과할 때 함몰부를 따르도록 연결 부분(26)이 벤딩된다. 연결 부분(26)의 호일 형상에 의해, 연결 부분의 강도가 증가하여 그러한 벤딩을 견딜 수 있다. 연결 부분(26)은 전기 전도성 재료로 제조되고, 센서 프로브(21)와 동일한 종류의 절연부를 구비한다. 연결 부분(26)이 센서 프로브(21)의 이부를 형성할 수 있다는 것을 주지하여야 할 것이다. 또한, 연결 부분(26)은 센서 프로브(21)와 연결 지점(27) 사이의 신호 전송만을 목적으로 제공될 수 있다.
인접한 플레이트(1a, 1b) 중 하나의 플레이트(1b)의 함몰부는 인접한 플레이트(1a, 1b) 중 다른 하나의 플레이트(1a)의 함몰부 보다 더 깊게 제조될 수 있다. 그러한 방식에서, 갭(28)이 가스켓 영역(12)을 따라 인접한 플레이트(1a, 1b)들 사이에 형성되며, 이는 도 6 및 7을 참조할 수 있다. 도 6 및 도 7에 개시된 실시예의 추가적인 가스켓(29)이 갭(28) 내에 제공된다. 추가적인 가스켓(29)은 인접한 플레이트(1a, 1b)들 사이의 공간을 밀봉하여 인접한 플레이트(1a, 1b)들 사이의 공간으로 외부 액체가 침투하지 못하도록 보장한다. 또한, 인접한 플레이트(1a, 1b) 중 하나의 플레이트(1a)의 가스켓 영역(12)이 편평하고, 인접한 플레이트(1a, 1b) 중 다른 하나의 플레이트(1b)의 가스켓 영역(12)이 약간 함몰될 때, 그러한 추가적인 갭(28)이 제공될 수도 있다.
연결 부분(26)은, 추가적인 가스켓(29)(도 6 참조)을 통해서 또는 추가적인 가스켓(29) 옆에서, 추가적인 가스켓(29)을 통과할 수 있다.
대안으로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 센서 프로브(21)가, 열 전달 영역(10) 내에 제공되는 대신에, 갭(28) 내에 적어도 부분적으로 제공되거나 위치될 수 있다. 센서 프로브(21)는 추가적인 가스켓(29)을 따라 연장하고 추가적인 가스켓(29) 옆에 열 전달 영역(10)을 향해서 제공된다. 인접한 플레이트(1a, 1b) 중 임의의 하나가 파괴되면, 발생 가능한 누설 매체가 갭(28) 및 상기 갭 내에 제공된 센서 프로브(21)에 도달할 것이다. 외부로부터의 유체는, 추가적인 가스켓(29)에 의해서, 갭(28) 내의 센서 프로브(21)에 도달하는 것이 방지될 것이다.
또한, 센서(20)는 센서 프로브(21)의 다른 단부에 연결된 추가적인 연결 부분(31)을 포함할 수 있다. 추가적인 연결 부분(31)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 엣지 영역(11) 내에 제공된 추가적인 연결 지점(32)까지 연장된다. 그러한 실시예는, 센서 프로브(21)의 저항의 검출을 가능하게 한다. 저항이 온도에 의존하기 때문에, 저항 값을 이용하여 각각의 개별적인 열 교환기 플레이트(1)에 대해서 센서 프로브(21)를 따라서 평균 온도를 결정할 수 있다. 이러한 경우에, 센서 프로브(21)는 또한 열전쌍 요소의 감지 지점 중 하나에 근접하여 온도를 감지하기 위한 열전쌍 요소이거나 그러한 열전쌍 요소를 포함할 수 있다.
도 5 내지 도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 인접한 플레이트(1a, 1b) 중 하나의 플레이트(1a)는 연결 부분(26) 및 가능한 추가적인 연결 부분(31)을 노출시키는 절개부(34)를 엣지 영역(11) 내에 가진다. 그러한 절개부(34)에 의해서, 적절한 전자 회로 또는 외부 전자장치에 대한 연결을 위해서 외부로부터 연결 부분(26, 31) 또는 각각의 연결 지점(27, 32)으로 접근할 수 있다. 도 5 내지 도 7에서, 절개부(34)는 플레이트(1a)의 엣지에 도달하지 않고 엣지 영역(11) 내에 제공된다. 그러나, 절개부(34)는 엣지로부터 연장될 수 있다.
추가적인 실시예에 따르면, 각각의 열 교환기 플레이트는, 소위 버스 모듈과 같은 통신 모듈(40)을 포함하며, 상기 통신 모듈은 전자 회로를 포함하고 센서(20) 또는 센서들(20)과 통신한다. 통신 모듈(40)은 예를 들어 엣지 영역(11) 내에서 열 교환기 플레이트(1)에 부착될 수 있다. 통신 모듈(40)은 연결 지점(27)에서 연결 부분(26)에 연결될 수 있고, 추가적인 연결 지점(32)에서 추가적인 연결 부분(31)에 연결될 수 있다.
통신 모듈(40)은 열 교환기 플레이트(1)의 제1 측면 상에 위치되는 적어도 하나의 제1 접촉 요소(41)와, 열 교환기 플레이트(1)의 대향하는 제2 측면 상에 위치된 적어도 하나의 제2 접촉 요소(42)를 구비한다. 열 교환기 플레이트(1)가 서로에 대해서 압축되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 접촉 요소(41)는 제2 접촉 요소(42)와 전기적으로 접촉할 것이다. 통신 모듈(40)이 하나의 제1 접촉 요소(41) 및 하나의 제2 접촉 요소(42)만을 포함한다면, 추가적인 전기적 연결이 열 교환기 플레이트(1)를 통해 제공될 수 있다. 통신 모듈(40)은 또한 2개, 3개, 또는 4개 이상의 제1 접촉 요소(41) 및 제2 접촉 요소(42)를 포함할 수 있다.
각각의 통신 모듈(40)은 임의의 적합한 종류의 프로세서를 포함하는 마스터 유닛(43)과 통신하는 통신 버스에 의해서 구성되며, 이에 대해서는 도 1 및 2를 참조할 수 있다. 따라서, 각각의 센서 프로브(21)로부터의 신호가 각각의 통신 모듈(40)을 통해서 마스터 유닛(43)으로 통신될 수 있다. 그에 따라, 마스터 유닛(43)은 모든 열 교환기 플레이트(1)의 센서 프로브(21)로부터 신호를 수신하여 처리하도록 구성된다. 마스터 유닛(43)은 정보를 사용자에게 디스플레이하기 위한 디스플레이(44)를 포함할 수 있다. 마스터 유닛(43)은 또한, 전체 제어 및 모니터링 시스템과 같은 다른 시스템과 통신하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
또한, 통신 요소(26, 31)가 필요치 않을 수 있다는 것을 주지하여야 할 것이다. 그에 따라, 센서 프로브(21)는, 가능하게는 연결 지점(27, 32)을 통해서, 통신 모듈(40)에 직접 연결되도록 연장될 수 있다.
본 발명은 개시된 실시예로 제한되지 않고, 이하의 청구항들의 범위 내에서 변화 및 변경될 수 있다.

Claims (18)

  1. 플레이트 열 교환기를 위한 열 교환기 플레이트(1)로서,
    열 전달 영역(10), 및
    엣지 영역(11)을 포함하고,
    상기 엣지 영역은 상기 열 전달 영역(10)의 외측 주위로 연장하고,
    상기 열 교환기 플레이트(1)는 서로 접촉하도록 압축된 2개의 인접한 플레이트(1a, 1b)들에 의해서 형성된 이중 벽 플레이트인, 열 교환기 플레이트에 있어서,
    상기 열 교환기 플레이트는 적어도 하나의 매개변수를 검출하여 매개변수에 따라 신호를 생성하도록 구성된 센서(20)를 포함하고, 상기 센서는 인접한 플레이트(1a)와 플레이트(1b) 사이에 제공되는 센서 프로브(21)를 포함하고,
    상기 센서(20)는 상기 센서 프로브(21)가 상기 인접한 플레이트(1a, 1b)와 전기적으로 접촉하는 것을 절연시키는 절연부(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열 교환기 플레이트.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 프로브(21)는 적어도 와이어, 스트립 또는 호일 형상의 전기 전도성 재료로 제조되는, 열 교환기 플레이트.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 센서 프로브(21)는, 상기 센서 프로브(21)의 전기 전도성 재료와 인접한 플레이트(1a, 1b)들 사이의 매개변수를 검출하도록 구성되는, 열 교환기 플레이트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 매개변수가 커패시턴스, 임피던스, 전기적 저항 및 온도 중 하나를 포함하는, 열 교환기 플레이트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 프로브(21)가 상기 열 전달 영역(10) 내에 위치되는, 열 교환기 플레이트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 전달 영역(10)과 상기 엣지 영역(11) 사이에서 상기 열 전달 영역(10) 주위로 연장하는 가스켓 영역(12)을 포함하고, 가스켓(13)은 상기 가스켓 영역 위에서 연장하는, 열 교환기 플레이트.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가스켓 영역 내의 인접한 플레이트들 중 적어도 하나가 상기 엣지 영역과 평행하게 상기 가스켓 영역을 따라서 연장하는 함몰부를 포함하며, 그에 따라 상기 가스켓 영역을 따라서 상기 인접한 플레이트들 사이에 갭을 형성하고, 추가적인 가스켓이 상기 갭에 제공되는, 열 교환기 플레이트.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 센서 프로브가 상기 갭 내에 적어도 부분적으로 위치되고, 상기 센서 프로브가 상기 추가적인 가스켓 옆에 상기 열 전달 영역을 향해서 제공되는, 열 교환기 플레이트.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서(20)가 상기 엣지 영역(11)에 제공된 연결 지점(27)으로 연장되는, 열 교환기 플레이트.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 열 전달 영역(10)과 상기 엣지 영역(11) 사이에서 상기 열 전달 영역(10) 주위로 연장하는 가스켓 영역(12)을 포함하고, 가스켓(13)은 상기 가스켓 영역의 위에서 연장하며, 상기 연결 지점(27)까지 연장하는 상기 센서(20)의 연결 부분(26)이 적어도 상기 가스켓 영역(12)에서 호일 형상을 가지는, 열 교환기 플레이트.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 인접한 플레이트들 중 하나가 상기 연결 부분(26)을 노출시키는 절개부(34)를 상기 엣지 영역(11) 내에 가지는, 열 교환기 플레이트.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 센서(20)가 상기 엣지 영역(11) 내에 제공된 추가적인 연결 지점으로 연장되는, 열 교환기 플레이트.
  14. 제 1 항에 있어서,
    전자 회로를 포함하고 상기 센서(20)와 통신하는 통신 모듈(40)을 포함하는, 열 교환기 플레이트.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 센서(20)가 상기 엣지 영역(11) 내에 제공된 연결 지점(27)으로 연장되고, 상기 통신 모듈(40)이 상기 연결 지점(27)에서 상기 센서(20)에 연결되는, 열 교환기 플레이트.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 센서(20)가 상기 엣지 영역(11) 내에 제공된 추가적인 연결 지점으로 연장되고, 상기 센서(20)가 추가적인 연결 부분(31)을 포함하고, 상기 통신 모듈(40)이 추가적인 연결 지점(32)에서 상기 추가적인 연결 부분(31)에 연결되는, 열 교환기 플레이트.
  17. 제 1 항에 따른 복수의 열 교환기 플레이트(1)를 포함하는 플레이트 열 교환기로서,
    상기 열 교환기 플레이트(1)가 나란히 배열되어 제 1 매체를 위한 여러 개의 제 1 플레이트 간격(2) 및 제 2 매체를 위한 여러 개의 제 2 플레이트 간격(3)을 형성하는, 플레이트 열 교환기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    모든 열 교환기 플레이트(1)의 센서 프로브(21)로부터 신호를 수신하여 처리하도록 구성된 마스터 유닛을 포함하고, 각각의 열 교환기 플레이트(1)가 통신 모듈(40)을 포함하며, 상기 통신 모듈은 전자 회로를 포함하고 상기 센서(20)와 통신하며, 각각의 통신 모듈(40)은 상기 마스터 유닛(43)과 통신하는 통신 버스에 의해서 구성되는, 플레이트 열 교환기.
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