KR101660619B1 - 플레이트 열 교환기 - Google Patents

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KR101660619B1 KR1020147027531A KR20147027531A KR101660619B1 KR 101660619 B1 KR101660619 B1 KR 101660619B1 KR 1020147027531 A KR1020147027531 A KR 1020147027531A KR 20147027531 A KR20147027531 A KR 20147027531A KR 101660619 B1 KR101660619 B1 KR 101660619B1
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올리비에 노엘-바롱
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알파 라발 코포레이트 에이비
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Abstract

제1 프레임 플레이트(4), 제2 프레임 플레이트(6), 및 열 전달 플레이트(26)의 적층체(24)를 포함하는 플레이트 열 교환기(2)가 제공된다. 열 전달 플레이트 각각은 중심 부분(56) 및 중심 부분을 둘러싸는 주변 부분(58)을 가진다. 열 전달 플레이트는 제1 및 제2 프레임 플레이트 사이에 쌍으로 배열되고, 제1 유체를 위한 제1 유동 경로(F1)가 열 전달 플레이트의 쌍들 사이에 형성되고, 제2 유체를 위한 제2 유동 경로(F2)가 열 전달 플레이트의 쌍들 사이에 형성된다. 제1 및 제2 유동 경로 중 하나가 자유-유동 경로이고, 자유-유동 경로를 따라서 열 전달 플레이트의 중심 부분들이 서로로부터 완전하게 분리된다. 플레이트 열 교환기는, 열 전달 플레이트보다 두껍고 주변 부분(102)에 의해서 둘러싸인 중심 부분(100)을 가지는 보강 플레이트(28a)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 보강 플레이트가 제1 프레임 플레이트와 열 전달 플레이트의 적층체 사이에 배열된다. 제1 개수의 영구적 보강 조인트(106)의 각각이 보강 플레이트와 최외측 열 전달 플레이트(26a)를 함께 본딩한다.

Description

플레이트 열 교환기{PLATE HEAT EXCHANGER}
본원 발명은 제1 프레임 플레이트, 제2 프레임 플레이트, 및 열 전달 플레이트의 적층체(stack)를 포함하는 플레이트 열 교환기에 관한 것이다. 열 전달 플레이트 각각은 중심 부분 및 중심 부분을 둘러싸는 주변 부분을 가진다. 또한, 열 전달 플레이트가 제1 및 제2 프레임 플레이트 사이에 쌍으로 배열되고, 제1 유체를 위한 제1 유동 경로가 열 전달 플레이트의 쌍들 사이에 형성되고, 제2 유체를 위한 제2 유동 경로가 열 전달 플레이트의 쌍들 사이에 형성된다. 제1 및 제2 유동 경로 중 하나가 자유-유동 경로이고, 자유-유동 경로를 따라서 열 전달 플레이트의 중심 부분들이 서로로부터 완전하게 분리된다.
오늘날, 유형에 따라서 여러 가지 용도에서 채택되는 몇 가지 상이한 유형의 플레이트 열 교환기가 존재한다. 플레이트 열 교환기의 하나의 특정 유형은, 열 전달 플레이트의 적층체 주위로 박스-유사 외장을 형성하기 위해서 상단부 헤드, 하단부 헤드 및 4개의 측부 패널을 모서리 거더(girder)의 세트에 볼트체결하는 것에 의해서 조립된다. 이러한 특정 유형의 플레이트 열 교환기는 종종 블록-유형 열 교환기로서 지칭된다. 상업적으로 이용가능한 블록-유형 열 교환기의 하나의 예로서, Compabloc이라는 제품명으로 Alfa Laval AB가 공급하는 열 교환기가 있다.
블록-유형 열 교환기는 측부 패널 상에 배열된 유체 유입구 및 유체 배출구를 전형적으로 가지는 한편, 유체를 열 전달 플레이트의 적층체 내의 열 전달 플레이트들 사이에 형성된 채널을 통해서 후방으로 그리고 전방으로 지향시키기 위해서 열 전달 플레이트의 적층체에 배플이 부착된다.
열 전달 플레이트의 적층체가 상단부 헤드, 하단부 헤드 및 4개의 측부 패널에 의해서 둘러싸이기 때문에, 열 교환기는, 많은 다른 유형의 플레이트 열 교환기에 대비하여, 높은 압력 레벨을 견딜 수 있을 것이다. 여전히, 블록-유형 열 교환기는 콤팩트하고, 양호한 열 전달 성질을 가지며, 파괴 없이 가혹한 사용을 견딜 수 있을 것이다.
열 전달 플레이트의 적층체는 종종 플레이트 팩으로서 지칭되고, 블록-유형 열 교환기에서 특징적인 특별한 블록-유사 디자인을 가진다. 플레이트들 사이에 형성되는 유동 채널을 적절하게 밀봉하기 위해서, 열 전달 플레이트의 적층체가 종종 모두 용접되고 열 전달 플레이트들 사이에서 가스켓을 필요로 하지 않는다. 이는, 블록-유형 열 교환기가, 고온 및 고압에서, 넓은 범위의 공격적인 유체를 이용한 동작에 적합하게 만든다.
블록-유형 열 교환기의 유지보수 중에, 예를 들어, 2개의 측부 패널을 제거함으로써 그리고 세제로 열 전달 플레이트의 적층체를 플러싱(flushing) 하는 것에 의해서, 열 전달 플레이트의 적층체로 접근하여 세정할 수 있을 것이다. 또한, 열 전달 플레이트의 적층체를 새로운 적층체로 교체할 수 있을 것이고, 그러한 새로운 적층체는, 열 교환기 내에 적절하게 배열될 수 있기만 한다면, 이전의 적층체와 동일하거나 상이할 수 있을 것이다.
일반적으로, 블록-유형 열 교환기는 통상적인 열 교환기로서뿐만 아니라 응축기 또는 리보일러로서 적합하다. 응축기 또는 리보일러의 경우에, 열 교환기가 응축물을 위한 부가적인 유입구/배출구를 포함할 수 있을 것이고, 이는 특별한 분리기 유닛의 필요성을 배제할 수 있을 것이다.
일부 상황에서, 유체 중 하나를 위한 자유-유동 채널 즉, 채널을 형성하는 열 전달 플레이트들 사이의 접촉이 없는 채널을 포함하는 블록-유형 열 교환기가 요구된다. 예를 들어, 의약품용 용도와 같은 특히 위생에 대한 요구가 높은 용도에서, 자유-유동 채널을 가지는 플레이트 열 교환기가 종종 요구된다. 이는, 열 전달 플레이트들 사이의 접촉 지점들의 결여가 연관된 자유-유동 채널의 세정을 상당히 더 용이하게 하기 때문이다. 또한, 자유-유동 채널은, 청정을 보장하기 위해서 전체 채널을 육안으로(ocular) 검사할 수 있게 한다. 다른 예로서, 부착물이 많은(high fouling) 용도와 관련하여, 자유-유동 채널은 비교적 낮은 막힘 위험으로 섬유 및 고체를 포함하는 유체를 취급할 수 있게 하는데, 이는 자유-유동 채널 내부에 유동에 대한 장애물이 없기 때문이다. 또한 여기에서, 자유-유동 채널의 용이한 세정이 물론 장점이 된다.
자유-유동 채널을 포함하는 기존 열 교환기는, 자유-유동 채널 내의 압력이 열 교환기 외부의 압력보다 높은 용도에서 매우 양호하게 기능한다. 그러나, 열 교환기 외부의 압력이 자유-유동 채널 내부의 압력보다 높은 용도의 경우에, 적어도 최외측 자유-유동 채널의 변형, 보다 특히 압축의 위험이 존재한다. 당연하게, 이는 플레이트 열 교환기의 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
본원 발명의 목적은 종래 기술의 잠재적인 한계를, 적어도 부분적으로, 배제하는 플레이트 열 교환기를 제공하는 것이다. 본원 발명의 기본적인 개념은, 외부의 상대적인 과압에 대해서 보다 잘 저항할 수 있도록 하기 위해서 열 전달 플레이트의 적층체를 강화하는 것이다. 상기 목적을 달성하기 위한 플레이트 열 교환기가 첨부된 청구항에서 규정되어 있고 이하에서 설명된다.
본원 발명에 따른 플레이트 열 교환기는 제1 프레임 플레이트, 제2 프레임 플레이트, 및 열 전달 플레이트의 적층체를 포함한다. 열 전달 플레이트 각각은 중심 부분 및 중심 부분을 둘러싸는 주변 부분을 가진다. 열 전달 플레이트는 제1 및 제2 프레임 플레이트 사이에 쌍으로 배열된다. 제1 유체를 위한 제1 유동 경로가 열 전달 플레이트의 쌍들 사이에 형성되고, 제2 유체를 위한 제2 유동 경로가 열 전달 플레이트의 쌍들 사이에 형성된다. 제1 및 제2 유동 경로 중 하나가 자유-유동 경로이고, 자유-유동 경로를 따라서 열 전달 플레이트의 중심 부분들이 서로로부터 완전하게 분리된다. 플레이트 열 교환기는, 열 전달 플레이트보다 두껍고 주변 부분에 의해서 둘러싸인 중심 부분을 가지는 보강 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 보강 플레이트가 제1 프레임 플레이트와 열 전달 플레이트의 적층체 사이에 배열되고, 제1 개수의 영구적 보강 조인트의 각각이 보강 플레이트와 최외측 열 전달 플레이트를 함께 본딩한다.
도입부에서 설명된 바와 같은 블록-유형 열 교환기에서, 제1 및 제2 프레임 플레이트는 상단부 및 하단부 헤드에 각각 상응한다.
열 전달 플레이트들 사이에서, 적층체를 통해서, 채널이 형성된다. 채널은 유동 경로를 형성하고; 두 번째 마다의(every second) 채널이 제1 유동 경로 내에 포함되고 나머지 채널은 제2 유동 경로에 포함된다.
제1 및 제2 유동 경로 중 하나가 자유-유동 경로이기 때문에, 이러한 자유-유동 경로를 형성하는 채널이 자유-유동 채널이 되기 때문에, 발명에 따른 플레이트 열 교환기는, 도입부에 의해서 설명된 바와 같이, 섬유 및 고체를 포함하는 유체의 취급을 포함하는 용도 및 위생이 크게 요구되는 용도에 적합하다.
열 전달 플레이트들 사이에 지지 지점이 존재하는, "통상적인" 비-자유, 또는 막힌(obstructed) 유동 경로에 대비하여, 자유-유동 경로는 보다 약하고 특정 조건하에서 보다 용이하게 변형된다. 보다 두꺼운 두께를 가지고 최외측 열 전달 플레이트에 영구적으로 본딩되는 보강 플레이트를 포함하는 열 교환기 플레이트에 의해서, 열 전달 플레이트의 적층체 및 특히 최외측 자유-유동 채널이 강화된다. 그에 의해서, 자유-유동 경로의 변형이 방지될 수 있고 플레이트 열 교환기의 적용 분야가 확대될 수 있다.
플레이트 열 교환기는, 최외측 열 전달 플레이트 외부에서 만연하는 외부 압력보다 낮은 제2 압력을 자유-유동 경로를 따라서 유지하도록 배열된다. 이러한 압력 관계는 일부 플레이트 열 교환기 용도에서 필수적이나, 보강 플레이트가 존재하지 않는 경우에 자유-유동 경로의 변형을 유도할 수 있을 것이다. 보다 특히, 플레이트 열 교환기가 본원 발명에 따라서 구성되지 않는 경우에, 그러한 압력 관계는, 플레이트 열 교환기의 중심에서 확인되는, 최외측 열 전달 플레이트를 포함하는, 열 전달 플레이트 중 하나 이상이 내측으로 부풀어 오르는 것을 초래할 수 있고, 결과적으로 좁아진 자유-유동 경로를 초래할 수 있을 것이다. 당연하게, 이는 플레이트 열 교환기의 성능에 위협이 될 수 있다.
보강 플레이트 및 최외측 열 전달 플레이트를 함께 단순히 본딩하는 대신에, 보강 조인트가 각각 보강 플레이트, 적층체의 최외측 열 전달 플레이트 및 적층체의 제2의 최외측 열 전달 플레이트와 함께 본딩될 수 있다. 보강 플레이트를 2개의 열 전달 플레이트와 그렇게 연결하는 것은 적층체의 강도를 보다 더 증가시킨다. 또한, 만약 보강 조인트의 각각이 3개의 모든 플레이트를 통해서 연장한다면, 2개의 플레이트만을 각각 연결하는 조인트에 의해서 3개의 플레이트가 연결되어야 하는 경우에 대비하여, 조인트의 수가 적게 유지될 수 있다. 다시, 이는, 플레이트 열 교환기의 제조를 용이하게 하고 그 제조 비용을 줄인다.
영구적인 보강 조인트가 본딩된 보강 플레이트와 열 전달 플레이트의 중심 부분 내에서 연장할 수 있을 것이다. 이러한 것은 장점이 되는데, 이는, 자유-유동 경로를 따라서, 열 전달 플레이트의 중심 부분이, 부풀어 오름과 같은, 변형이 가장 발생하기 쉽기 때문이다.
전술한 바와 같이, 제1 및 제2 유동 경로 중 하나가 자유-유동 경로이다. 제1 및 제2 유동 경로 중 다른 하나는 비-자유-유동 또는 차단-유동 경로일 수 있을 것이고, 그러한 차단-유동 경로를 형성하는 각각의 열 전달 플레이트의 중심 부분은 제2 개수의 지지 영역을 포함한다. 열 전달 플레이트 중 하나의 각각의 지지 영역이 차단-유동 경로를 따라서 열 전달 플레이트 중 인접한 하나의 지지 영역 중의 각각의 하나와 접촉한다. 전술한 바와 같이, 그러한 차단-유동 경로가 자유-유동 경로보다 변형에 대해서 보다 더 저항할 수 있을 것인데, 이는 2개의 열 전달 플레이트가 변형되지 않고 유지되도록 협력할 수 있기 때문이다.
열 전달 플레이트는, 서로 접촉하는 지지 영역들 사이의 각각의 중심 조인트에 의해서, 차단-유동 경로를 따라서 서로에 대해서 영구적으로 결합될 수 있을 것이다. 그에 의해서, 열 전달 플레이트가 함께 유지될 수 있고, 차단-유동 경로 외부보다 높은 차단-유동 경로 내의 압력의 경우에도, 차단-유동 경로의 형상이 본질적으로 일정하게 유지될 수 있다.
최외측 및 제2의 최외측 열 전달 플레이트 사이의 임의의 중심 조인트가 보강 조인트에 포함되도록, 즉 중심 조인트가 각각의 보강 조인트의 일부가 되도록, 플레이트 열 교환기가 구성될 수 있을 것이다. 그에 의해서, 만약 최외측 열 전달 플레이트가 차단-유동 경로를 형성하는 플레이트 중 하나이라면, 즉 열 전달 플레이트의 적층체 내의 최외측 채널이 열 전달 플레이트들 사이의 지지 지점을 포함하는 차단-유동 경로라면, 보강 조인트는 최외측 및 제2 최외측 열 전달 플레이트를 서로에 대해서 연결하고 이러한 목적을 위한 분리된 조인트가 필요하지 않을 것이다. 그러나, 그 대신에, 적층체 내의 최외측 채널이 자유-유동 채널이라면, 최외측 및 제2 최외측 열 전달 플레이트 사이의 중심 조인트가 존재하지 않고 보강 조인트만이 보강 플레이트를 최외측 열 전달 플레이트로 연결한다.
열 전달 플레이트의 각각이 충분한 열 전달을 위해서 주름부를 포함하는 패턴으로 프레싱될 수 있을 것이다. 또한, 각각의 지지 영역이 열 전달 플레이트의 일 측부 상의 리세스(recess) 및 다른 측부 상의 돌부(bulge)를 형성하는 열 전달 플레이트의 국소적으로 증가된 프레싱 깊이에 의해서 제조될 수 있을 것이고, 이러한 돌부의 상단부 부분이 지지 영역을 구성한다. 그에 따라, 지지 영역이 순수한(very) 플레이트 프레싱 동작에서 형성될 수 있고, 그에 의해서 지지 영역을 만들기 위한 별도의 동작이 필요하지 않을 수 있을 것이다.
발명에 따른 플레이트 열 교환기의 일 실시예에 따라서, 보강 플레이트가 최외측 열 전달 플레이트와 대면하도록 배열되는 측부 상의 돌출부를 가진다. 이러한 돌출부의 각각이 최외측 열 전달 플레이트의 리세스 중의 각각의 하나 내에 수용된다. 그에 따라, 이러한 실시예는 열 전달 플레이트의 적층체 상에 보강 플레이트를 정확하게 배치하기 위한 안내를 제공한다. 동시에, 보강 플레이트 및 최외측 열 전달 플레이트의 밀접한(close) 배열, 및 그에 의한 용이한 본딩이 가능해진다.
플레이트 열 교환기가 최외측 및 제2 최외측 열 전달 플레이트의 주변 부분들 사이에 배열된 제3 개수의 제1 삽입체를 더 포함할 수 있을 것이다. 제1 삽입체는, 보강 조인트와 정렬되어, 열 전달 플레이트의 2개의 대향하는 엣지를 따라서 배열될 수 있을 것이다. 제1 삽입체 각각이 영구적인 제1 삽입체 조인트에 의해서 최외측 및 제2 최외측 열 전달 플레이트 중 하나 또는 양자 모두에 본딩될 수 있을 것이다. 제1 삽입체의 제공에 의해서, 보강 조인트 내의 응력이 감소될 수 있을 것이다.
제1 삽입체 각각이 각각의 빗(comb) 형상의 보강 수단의 제1 치형부(tooth)를 형성하도록 플레이트 열 교환기가 위치될 수 있을 것이고, 상기 보강 수단은 제3 및 제4 최외측 열 전달 플레이트의 주변 부분들 사이에 배열된 제2 치형부 및 제5 및 제6 최외측 열 전달 플레이트의 주변 부분들 사이에 배열된 제3 치형부를 더 포함한다.
플레이트 열 교환기가 제2 프레임 플레이트에 가장 근접하여 배열된 2개의 열 전달 플레이트의 주변 부분들 사이에 배열된 제3 개수의 제2 삽입체, 및 상기 제3 개수의 바아(bar)를 더 포함할 수 있을 것이고, 각각의 바아는 제1 삽입체 중의 각각의 하나와 제2 삽입체 중의 대향하는 하나를 연결한다.
2개의 후자의 구성은, 비교적 저렴하고 기계적으로 간단한(straight-forward) 플레이트 열 교환기를 가능하게 한다.
전술한 조인트가 용접에 의해서 만들어질 수 있다. 용접된 조인트는 비교적 강하다. 레이저 용접 및 TIG 용접과 같은 상이한 용접 기술이 상이한 유형의 조인트에 대해서 이용될 수 있다.
부가적으로, 플레이트 열 교환기는, 보강 플레이트를 제1 프레임 플레이트에 탈착가능하게 체결하기 위한 부착 수단을 더 포함할 수 있을 것이다. 이러한 셋업은, 또한 적어도 최외측 열 전달 플레이트가, 비록 간접적이지만, 제1 프레임 플레이트에 체결된다는 것을 의미한다. 그에 의해서, 적어도 최외측 열 전달 플레이트의 변형 또는 벤딩에 대해서 반대로 작용되고(counteract), 이는 자유-유동 경로가 변형으로부터 보다 더 보호된다는 것을 의미한다.
제1 프레임 플레이트와 보강 플레이트의 각각의 중심 부분과 결합하도록, 부착 수단이 배열될 수 있을 것이다. 이러한 것은 장점이 되는데, 이는 플레이트의 중심 부분이 가장 변형되기 쉬운 부분이기 때문이다.
이제, 첨부된 개략적인 도면을 참조하여 본원 발명을 보다 구체적으로 설명할 것이다.
도 1은 열 전달 플레이트의 적층체를 포함하는 블록-유형 열 교환기의 분해도이다.
도 2는 열 전달 플레이트의 적층체의 일부의 상부 평면도이다.
도 3은 열 전달 플레이트의 적층체 내에 포함되는 카셋트의 사시도이다.
도 4는 도 2의 단면 A-A를 따른 횡단면도이다.
도 5는 도 2의 단면 B-B를 따른 횡단면도이다.
도 6은 도 1의 플레이트 열 교환기 내에 포함되는 보강 플레이트의 사시도이다.
도 7은 도 3의 카셋트에 부착된 도 6의 보강 플레이트의 사시도이다.
도 8은 도 3의 카셋트에 부착된 도 6의 보강 플레이트의 사시도이다.
도 9는 도 8의 단면 A-A를 따른 횡단면도이다.
도 10은 도 8의 단면 B-B를 따른 횡단면도이다.
도 11은 도 1의 플레이트 열 교환기에 포함되는 제1 삽입체의 사시도이다.
도 12는, 보완적인 부가물(addition)을 가지는, 도 3의 카셋트에 부착된 도 6의 보강 플레이트의 상부 평면도이다.
도 13은 도 12의 단면 B-B를 따른 횡단면도이다.
도 14a는 빗 형상의 보강 수단을 포함하는 플레이트 열 교환기의 일부의 개략적인 측면도이다.
도 14b는 도 14a에 도시된 플레이트 열 교환기의 일부의 사시도이다.
도 15는 걸쇠(shackle) 형상의 보강 수단을 포함하는 플레이트 열 교환기의 일부의 개략적 측면도이다.
도 1을 참조하면, 블록-유형의 플레이트 열 교환기(2)가 도시되어 있다. 플레이트 열 교환기(2)는, 4개의 모서리 거더(16, 18, 20 및 22)와 함께 볼트 체결되어 조립된 플레이트 열 교환기(2)의 평행육면체 형상의 외장을 형성하는, 제1 프레임 플레이트 또는 상단부 헤드(4), 제2 프레임 플레이트 또는 하단부 헤드(6) 및 4개의 측부 패널(8, 10, 12 및 14)을 포함한다. 스테인리스 스틸로 이루어진 정렬된 본질적으로 직사각형인 열 전달 플레이트(26)의 적층체(24) 및 스테인리스 스틸로 이루어진 2개의 직사각형 보강 플레이트(28)(그 중 28a로 표시된 하나 만을 도 1에서 확인할 수 있다)가 외장 내에 배열된다. 보강 플레이트(28)가 열 전달 플레이트(26)와 정렬되고 적층체(24)의 각각의 단부에 부착된다. 통상적인 배플(29 및 31)이 열 전달 플레이트(26)의 적층체(24)의 측부에 연결된다. 열 전달 플레이트, 보강 플레이트 및 배플이 이하에서 더 설명될 것이다.
모서리 거더(16, 18, 20 및 22)의 각각의 하나에 대면하도록 배열된 4개의 측부 라이닝(30, 32, 34 및 36)이 적층체(24)의 모서리 중 각각의 하나에 배열된다. 또한, 4개의 상단부 라이닝이 측부 라이닝 사이에서 그리고 보강 플레이트 중의 각각의 하나와 측부 패널(8, 10, 12 및 14) 중의 각각의 하나 사이에서 연장하도록 배열된다. 유사하게, 4개의 하단부 라이닝이 측부 라이닝들 사이에서 그리고 보강 플레이트 중 다른 하나와 측부 패널(8, 10, 12 및 14) 중의 각각의 하나 사이에서 연장하도록 배열된다. 도 1에서, 명료함을 위해서 하단부 라이닝만을 도시하였고, 이러한 도면에서, 38 및 40으로 표시된 하단부 라이닝 중 2개만이 도시되어 있다. 플레이트 열 교환기를 누설 방지 상태로 만들기 위해서 측부 패널 및 라이닝에 의해서 형성된 4개의 공간을 밀봉하기 위해서, 가스켓(미도시)이 제공된다. 또한, 측부 패널(8)이 제1 유체를 위한 유입구(42) 및 배출구(44)를 포함하는 한편, 측부 패널(14)은 제2 유체를 위한 유입구(46) 및 배출구(48)를 가진다.
열 전달 플레이트(26)는 본질적으로 유사하고 열 전달 플레이트는 적층체(24) 내에서 쌍으로 배열된다. 열 전달 플레이트의 쌍들이 이하에서 또한 카셋트로서 표시될 것이다. 이하에서, 도 2-5를 참조하여 열 전달 플레이트 중 몇 개를 더 설명할 것이다. 그러나, 주어진 설명은 열 전달 플레이트의 나머지에 대해서도 마찬가지로 유효하다. 명료함을 위해서, 이러한 도면에서 보강 플레이트를 도시하지 않았다는 것을 주목하여야 한다. 도 3은, 적층체(24)의 상단부(T)(도 1)로부터의, 2개의 최외측 열 전달 플레이트(26a 및 26b)를 도시하고, 도 2, 4 및 5는, 적층체(24)의 상단부(T)로부터의, 4개의 최외측 열 전달 플레이트(26a-26d)를 도시한다. 이러한 4개의 열 전달 플레이트는 2개의 열 전달 플레이트 쌍 또는 카셋트를 형성하고; 최외측 및 제2 최외측 열 전달 플레이트(26a 및 26b)는, 각각, 최외측 카셋트(52)를 형성하는 한편, 제3 및 제4 최외측 열 전달 플레이트(26c 및 26d)는, 각각, 제2 최외측 카셋트(54)를 형성한다. 도 2에서, 카셋트(52)의 최외측 열 전달 플레이트(26a) 만이 확인될 수 있다. 이하에서, 'a' 접미사는, 열 전달 플레이트(26a)가 설명될 때 모든 참조 번호 뒤에 기재되고, 'b' 접미사는, 열 전달 플레이트(26b) 가 설명될 때, 모든 참조 번호 뒤에 기재되며, 기타 등등에서 마찬가지이다. 접미사가 없는 단순한 참조 번호는, 임의의 열 전달 플레이트에 대해서 설명할 때 사용된다는 것을 주목하여야 한다.
열 전달 플레이트(26a)는 중심 부분(56a) 및 중심 부분을 둘러싸는 주변 부분(58a)을 가진다. 중심과 주변 부분 사이의 경계가 도 2에서 파선으로 도시되어 있다. 열 전달 플레이트(26a)의 중심 부분(56a)은, 7개의 균일 간격으로 배열된 홈(64a)에 의해서 분리된 주름부(62a)의 6개의 세트(60a)를 포함하는 패턴으로 프레스되고, 홈이 또한 최외측 주름 세트의 외부에 배열된다. 홈(64a)의 각각이, 열 전달 플레이트(26a)의 전체 중심 부분(56a)에 걸쳐서 그리고 2개의 대향 엣지에 대해서 평행하게 연장한다. 세트 중의 주름부가 밸리(66a) 및 릿지(rigde)(68a)를 포함하고, 홈에 대해서 평행하게 연장하는 행(row)으로 배열된다. 홈(64a)에서, 프레싱 깊이가 국소적으로 증가되어 열 전달 플레이트(26a)의 일 측부 상에서, 주름부(62a)의 밸리(66a)에 대비할 때, 비교적 깊은 리세스(64'a), 또는 비교적 높은 돌부(64"a)를 열 전달 플레이트(26a)의 다른 측부 상에서 형성한다. 리세스(64'a)의 각각은, 도 4로부터 명확히 확인할 수 있는 바와 같이, 리세스의 연장 방향에 횡단하는 방향에서 볼 때, 절두형 V의 횡단면 형상을 가진다. 돌부(64a")의 각각의 본질적으로 편평한 상단부 부분은 열 전달 플레이트(26a)의 지지 영역(70a)을 구성하고, 이에 대해서는 이하에서 더 설명할 것이다. 주변 부분(58a)은 열 전달 플레이트의 제1 엣지 부분(72a), 제2 엣지 부분(74a), 제3 엣지 부분(76a) 및 제4 엣지 부분(78a)을 포함한다. 도 2의 도면 평면으로부터 볼 때, 2개의 대향하는 제1 및 제3 엣지 부분(72a 및 76a)이 위쪽으로 접히는 한편, 2개의 대향하는 제2 및 제4 엣지 부분(74a 및 78a)은 아래쪽으로 접힌다. 제1 엣지 부분(72a)이 측부 패널(8)에 인접하고 그 측부 패널을 따라서 연장하도록, 제2 엣지 부분(74a)이 측부 패널(10)에 인접하고 그 측부 패널을 따라서 연장하도록, 제3 엣지 부분(76a)이 측부 패널(12)에 인접하고 그 측부 패널을 따라서 연장하도록, 그리고 제4 엣지 부분(78a)이 측부 패널(14)에 인접하고 그 측부 패널을 따라서 연장하도록, 최외측 열 전달 플레이트(26a)가 배향된다.
전술한 바와 같이, 그리고 또한 도면으로부터 명확한 바와 같이, 열 전달 플레이트가 적층체를 통해서 쌍으로 또는 카셋트(52, 54, ...)로 배열되고, 카셋트의 수는 플레이트 열 교환기의 특정 용도에 따라서 달라질 수 있을 것이다. 적층체의 두 번째 마다의 열 전달 플레이트(26b, 26d,...)가, 각각 상단부 및 하단부 헤드(4 및 6)의 평면 즉, 도 2의 도면 평면에 대해서 평행한 축(X) 주위로 180°로, 나머지 열 전달 플레이트(26a, 26c, ...)와 관련하여, 터닝된다(turned). 그에 의해서, 쌍(52)과 같은 열 전달 플레이트의 쌍들에서, 열 전달 플레이트(26a 및 26b)의 제2 엣지 부분(74a 및 74b)이 서로 결합하는 한편, 열 전달 플레이트(26a 및 26b)의 제4 엣지 부분(78a 및 78b)이 서로 결합할 것이다. 또한, 열 전달 플레이트(26a)의 제1 엣지 부분(72a)이 열 전달 플레이트(26b)의 제3 엣지 부분(76b)과 정렬될 것이나, 이러한 제1 및 제3 엣지 부분(72a 및 76b)은 반대 방향으로 연장한다. 유사하게, 열 전달 플레이트(26a)의 제3 엣지 부분(76a)이 열 전달 플레이트(26b)의 제1 엣지 부분(72b)과 정렬될 것이나, 이러한 제1 및 제3 엣지 부분(76a 및 72b)은 반대 방향으로 연장한다. 부가적으로, 열 전달 플레이트(26a)의 지지 영역(70a)의 각각이 열 전달 플레이트(26b)의 지지 영역(70b) 중의 각각의 하나와 결합할 것이다. 열 전달 플레이트의 각각이 7개의 홈(64)을 가지기 때문에, 열 전달 플레이트의 각각에 대해서 7개의 지지 영역(70)(제2 개수 = 7)이 존재한다.
적층체(24)에서, 열 전달 플레이트의 쌍들 또는 카셋트가 서로 결합할 것이다. 보다 특히, 예로서 카셋트(52 및 54)를 취하면, 최외측 카셋트(52)의 열 전달 플레이트(26b)의 제3 엣지 부분(76b)이 제2 최외측 카셋트(54)의 열 전달 플레이트(26c)의 제1 엣지 부분(72c)과 결합할 것이다. 유사하게, 최외측 카셋트(52)의 열 전달 플레이트(26b)의 제1 엣지 부분(72b)이 제2 최외측 카셋트(54)의 열 전달 플레이트(26c)의 제3 엣지 부분(76c)과 결합할 것이다.
플레이트 열 교환기(2)는 모두-용접되고(all-welded), 이는 적층체(24)의 열 전달 플레이트(26)가 용접에 의해서 서로에 대해서 영구적으로 결합된다는 것을 의미한다. 카셋트 또는 열 전달 플레이트의 쌍들은 2개의 대향하는 엣지 플레이트 조인트에 의해서 서로에 대해서 영구적으로 결합되고, 제1 엣지 플레이트 조인트(80)는 열 전달 플레이트의 쌍들의 결합하는 제2 엣지 부분들(74) 사이에서 연장하고, 제2 엣지 플레이트 조인트(82)는 열 전달 플레이트의 쌍들의 결합하는 제4 엣지 부분들(78) 사이에서 연장한다. 부가적으로, 카셋트 또는 열 전달 플레이트의 쌍들은, 레이저 용접으로 제조된, 7개의 평행한 중심 조인트(84)에 의해서 서로에 대해서 영구적으로 결합된다. 이러한 중앙 조인트(84)는, 쌍의 전체 중심 부분(56)에 걸쳐서, 열 전달 플레이트의 쌍들의 결합하는 지지 영역(70)들 사이에서 연장한다.
또한, 열 전달 플레이트들의 카셋트 또는 쌍이 2개의 대향하는 엣지 쌍 조인트에 의해서 서로에 대해서 영구적으로 결합되고, 제1 엣지 쌍 조인트(85)는 결합하는 제3 및 제1 엣지 부분(76 및 72) 사이에서 연장하고, 제2 엣지 쌍 조인트(86)는 2개의 인접한 쌍의 인접한 열 전달 플레이트의 결합하는 제1 및 제3 엣지 부분(72 및 76) 사이에서 연장한다.
그에 따라, 쌍 또는 카셋트의 2개의 열 전달 플레이트(26)의 중심 부분(56)이 7개의 평행한 중심 조인트(84)를 따라서 서로에 대해서 고정되고 이러한 중심 조인트들 사이에서 서로로부터 분리되고, 그에 의해서 카셋트를 통한 채널은 6개의 분리된 메인 통로(90)를 포함한다. 실제로, 카셋트를 통한 채널은 2개의 외측 우회 통로(91)를 더 포함하고, 그러한 우회 통로를 따라서 열 전달 플레이트는 주름지지 않는다. 이러한 우회 채널(91)은 제조 목적을 위해서 존재하고, 열 전달에 크게 기여하지 않고 이하에서는 더 설명하지 않을 것이다. 그에 따라, 카셋트를 통한 채널이 제한된다. 2개의 인접한 카셋트의 2개의 인접한 열 전달 플레이트의 중심 부분(56)은 서로로부터 완전히 분리되고, 그에 의해서 카셋트들 사이의 채널이 하나의 큰 자유 통로(92)가 된다. 그에 따라, 카셋트들 사이의 채널이 제한되지 않는다.
플레이트 열 교환기(2)를 통한 제1 유체를 위한 제1 유동 경로(F1) 및 제2 유체를 위한 제2 유동 경로(F2)가 존재한다. 제1 유동 경로(F1)는 측부 패널(8)의 유입구(42)를 통해서, 카셋트를 통해서 그리고 측부 패널(8)의 배출구(44)를 통해서 연장한다. 배플(29)은, 도 2에서 화살표로 표시된 바와 같이, 제1 유체의 유동을 적층체(24)를 통해서, 보다 특히 카셋트를 통한 메인 통로(90)(및 우회 통로(91))를 통해서, 유입구(42)로부터 배출구(44)까지 후방 및 전방으로 안내한다. 카셋트를 통한 통과성이 제한되기 때문에, 제1 유동 경로(F1)가 차단-유동 경로로서 지칭된다. 제2 유동 경로(F2)는, 카셋트들 사이에서 그리고 측부 패널(14)의 배출구(48)를 통해서, 측부 패널(14)의 유입구(46)를 통해서 연장한다. 배플(31)은, 도 2에서 화살표로 표시된 바와 같이, 제2 유체의 유동을 적층체(24)를 통해서, 보다 특히 카세트를 통한 통로(92)를 통해서, 유입구(46)로부터 배출구(48)까지 후방 및 전방으로 안내한다. 카셋트들 사이의 통과성이 제한되지 않기 때문에, 제2 유동 경로(F2)가 자유-유동 경로로서 지칭된다. 라이닝(30, 32, 34 및 36)이 적층체(24)의 모서리를 밀봉하고, 이는 2개의 상이한 유동 경로(F1 및 F2)가 분리되도록 보장한다.
플레이트 열 교환기(2)는 차단-유동 경로(F1)를 따른, 즉 카셋트 내의 제1 압력(p1), 및 자유-유동 경로(F2)를 따른, 즉 카셋트들 사이의 제2 압력(p2)으로 동작하고, 대기압(pa)은 플레이트 열 교환기(2) 외부에서 만연한다. 자유-유동 경로를 따른 압력은 대기압보다 상당히 낮은 반면, 가로막힌-유동 채널을 따른 압력은 대기압보다 상당히 높고, 즉 p2 < pa < p1 이다. 차단-유동 경로를 따른 비교적 높은 압력은 카셋트의 열 전달 플레이트를 서로로부터 멀어지게 강제하려 한다. 그러나, 카셋트의 열 전달 플레이트가, 제1 및 제2 엣지 플레이트 조인트(80 및 82)뿐만 아니라 중심 조인트(84)에 의해서, 서로에 대해서 영구적으로 결합되기 때문에, 카셋트는 제1 압력(p1)에 의해서 유발되는 분리력을 견딜 수 있고 차단-유동 경로의 형상이 유지될 수 있다. 자유-유동 경로를 따른 비교적 낮은 압력은 2개의 인접한 카셋트의 열 전달 플레이트들을 서로 인접하게끔 강제하려 하며, 그에 따라 전체 카셋트를 서로를 향해서 강제하려 한다. 열 전달 플레이트의 적층체의 내부에서, 이는 어떠한 문제도 유발하지 않을 것인데, 이는, 동일한 압력 즉, 제2 압력(p2)이 카셋트의 양 측부 상에서 만연하기 때문이다. 그러나, 적층체의 단부에서, 즉 적층체의 상단부(T)에서의 최외측 카셋트(52), 및 적층체의 하단부에서의 상응하는 최외측 카셋트에서, 상당히 더 높은 압력, 즉 압력(pa)이, 압력(p2)이 만연할 카셋트의 내부에서보다 카셋트의 외부에서 만연할 것이다. 이러한 압력차의 결과로서, 적층체의 내부를 향해서 지향되는 외부 힘이 최외측 카셋트에 인가될 것이다. 이러한 외부 힘은 최외측 카셋트의 내측 부풀어오름을 유발할 수 있을 것이고, 그에 따라 최외측 및 제2 최외측 카셋트들 사이의 통로(92)의 변형 즉, 적층체의 단부에서의 자유-유동 경로의 변형을 유발할 수 있을 것이다.
플레이트 열 교환기(2) 내의 보강 플레이트(28)의 존재는 이러한 문제를 해결한다. 2개의 보강 플레이트(28)가 유사하다. 이하에서, 적층체(24)의 상단부(T)에 배열되고 28a로서 표시된 보강 플레이트에 대해서 도 6-10을 참조하여 더 설명할 것이다. 물론, 이하의 설명은 다른 보강 플레이트에 대해서도 마찬가지로 유효하다.
도 6에서, 보강 플레이트(28a)가 분리적으로 도시되어 있고, 보강 플레이트의 하부측부(94)가 명확하게 확인될 수 있다. 보강 플레이트(28a)는 도 3의 카셋트(52)와 조합되도록 배열되고, 하부측부(94)가 카셋트(52)와 대면하여, 도 7-10에 도시된 단부 플레이트(96)를 형성한다. 보강 플레이트(28a)는, 조립된 플레이트 열 교환기(2) 내에서 제1 프레임 플레이트 또는 상단부 헤드(4)와 대면하도록 배열된 실질적으로 평면형인 상부 측부(98)를 가진다. 조립된 플레이트 열 교환기에서, 가스켓이 상단부 헤드(4)와 보강 플레이트(28a) 사이에 배열될 것이다. 이러한 가스켓은 도시되지 않았고, 여기에서 더 이상 설명되지 않는다.
보강 플레이트(28a)는 중실형이고(solid) 열 전달 플레이트(26)보다 두껍다. 보강 플레이트는, 최외측 열 전달 플레이트(26a)의 중심 및 주변 부분(56a 및 58a) 각각에 상응하는 중간 부분(100) 및 중간 부분을 둘러싸는 주변 부분(102)을 가진다. 중간 부분과 주변 부분 사이의 경계가 도 6에서 파선으로 도시되어 있다. 보강 플레이트(28a)는 하부측부(94)로부터 돌출하고 전체 중간 부분(100)을 가로질러 연장하며 보강 플레이트(28a)의 2개의 대향 엣지에 평행한 7개의 동일한 거리로 배열된 세장형 부분(104)을 포함한다. 104a로 표시된, 5개의 가장 중심의 돌출부 각각은, 도 10에서 명확히 도시된 바와 같이, 돌출부의 연장 방향을 가로질러 볼 때 직사각형 횡단면을 가진다. 또한, 104b로서 표시된 2개의 최외측 돌출부 각각은, 돌출부의 연장 방향을 가로지르는 방향에서 볼 때, 이하에서 더 설명하는 바와 같이, 최외측 열 전달 플레이트(26a)의 외측 윤곽을 수용하기 위해서 돌출부의 원위 단부(104b')에서 2개의 직각을 가지는 사다리꼴의 횡단면 형상을 가진다. 보강 플레이트(28a)의 돌출부(104)의 위치는 최외측 열 전달 플레이트(26a)의 리세스(64a')의 위치에 상응하며, 그에 따라, 보강 플레이트(28a)가 카세트(52) 상에 배열될 때, 돌출부(104)의 각각이 리세스(64a') 중의 각각의 하나 내에 수용된다. 또한, 단부 플레이트(96)에서, 보강 플레이트의 돌출부(104)의 원위 단부(104a' 및 104b')가 최외측 열 전달 플레이트(26a)의 리세스(64a')의 하단부와 접촉하도록 하는 한편, 돌출부들 사이의 보강 플레이트의 부분이 열 전달 플레이트(26a)의 릿지(68a)와 접촉하도록 그리고 보강 플레이트의 주변 부분(102)이 최외측 열 전달 플레이트(26a)의 주변 부분(58a)과 접촉하도록, 보강 플레이트(28a)의 치수가 결정된다.
보강 플레이트(28a)는, 레이저 용접으로 제조된, 7개의 평행한 보강 조인트(106)(제1 개수 = 7)에 의해서 최외측 카세트(52)에 영구적으로 결합된다. 이러한 보강 조인트(106)의 각각은 제2 최외측 열 전달 플레이트(26b)의 지지 영역(70b) 중 하나 사이에서 보강 플레이트(28a)의 상응하는 돌출부(104)까지, 최외측 열 전달 플레이트(26a)의 상응하는 지지 영역(70a)을 통해서 연장한다. 그에 따라, 보강 조인트(106)의 각각은 3개의 플레이트; 카셋트(52)의 열 전달 플레이트와 보강 플레이트를 함께 본딩한다. 실제로, 최외측 및 제2 최외측 열 전달 플레이트들 사이의 전술한 중심 조인트(84)는 보강 조인트(106) 중의 각각의 하나로 이루어지거나 그 일부가 된다. 다시 말해서, 최외측 및 제2 최외측 열 전달 플레이트가 서로 영구적으로 본딩되고, 이러한 플레이트는 보강 플레이트에 동시적으로 본딩되어 카셋트(96)를 형성한다. 보강 조인트를 제조하기 위한 용접 동작이 제2 최외측 열 전달 플레이트의 하부측부로부터 만들어진다.
보강 플레이트(28a)의 목적은, 그 명칭이 암시하는 바와 같이, 최외측 카셋트(52)를 강화하여, 전술한 바와 같은 압력 조건 즉, p2 < pa < p1 으로 인해서 내측으로 부풀어 오르는 것을 방지하기 위한 것이고, p1 은 차단-유동 경로(F1)를 따른, 즉 카셋트 내의 압력이고, p2 는 자유-유동 경로(F2)를 따른 즉, 카셋트들 사이의 압력이고, pa 는 플레이트 열 교환기(2) 외부에서 만연하는 대기압이다. 결과적으로, 최외측 자유 경로(92) 즉, 자유-유동 경로(F2)의 형상이 유지될 수 있다. 보강 플레이트가 용접에 의해서 최외측 열 전달 플레이트에 결합되기 때문에, 플레이트들 사이의 본드가 강력하다. 그에 따라, 제한된 수의, 여기에서 7개의 보강 조인트가, 가혹한 동작 조건 하에서도 플레이트들을 결합된 상태로 충분히 유지한다. 만약 보다 약한 본딩 방법이 이용되었다면, 조인트의 수가 아마도 보다 더 커져야 하고 및/또는 조인트가 더 넓어져야 할 것이다. 비교적 약한 본딩 방법을 가지는 극단적인 경우에, 보강 플레이트의 전체 하부 표면을 최외측 열 전달 플레이트의 전체 상부 표면에 대해서 본딩할 필요가 있을 수 있을 것이다.
상기 압력 조건으로 인해서 보강 플레이트(28a)로 인가되는 하중은 보강 조인트(106) 내에서 응력을 유발한다. 특히, 보강 조인트(106)의 대향 단부(108) 내에서, 응력이 클 수 있다. 이는, 하중이 최외측 및 제2 최외측 열 전달 플레이트를 분리하려고 하고 하기 때문이다. 이러한 응력을 감소시키기 위해서, 플레이트 열 교환기는 스테인리스 스틸로 제조된 제3 개수의 제1 삽입체(110), 여기에서 14개의 제1 삽입체를 추가적으로 포함한다. 제1 삽입체(110)는 모두 유사하다. 이들 중 하나는 도 11에 도시된 바와 같이 분리된다. 제1 삽입체(110) 모두는 충진 부분(112) 및 위치결정 부분(114)을 가진다. 이들은, 도 7, 8 및 9에 도시된 바와 같이, 카셋트(52)의 최외측 열 전달 플레이트(26a)와 제2 최외측 열 전달 플레이트(26b) 사이에 개재되도록 배열된다. 제1 삽입체는, 서로 그리고 보강 조인트(106)와 그에 따라 열 전달 플레이트(26a 및 26b)의 지지 영역(70a 및 70b)과 쌍으로 정렬된, 카셋트(52)의 2개의 대향 측부 상에 배열된다. 제1 삽입체는 보강 플레이트(28a)의 돌출부(104)의 폭(y)보다 약간 더 큰 폭(x)을 가진다. 또한, 제1 삽입체(110)의 충진 부분(112)은 최외측 및 제2 최외측 열 전달 플레이트의 주변 부분들 사이의 공간을 충진하도록 구성된 형상을 가지는 한편, 제1 삽입체(110)의 위치결정 부분(114)은, 카셋트의 일 측부 상에서, 각각, 최외측 및 제2 최외측 열 전달 플레이트의 제1 및 제3 엣지 부분(72a 및 72b)의 외측부, 카셋트의 다른 측부 상에서, 각각, 최외측 및 제2 최외측 열 전달 플레이트의 제3 및 제1 엣지 부분(76a 및 76b)의 외측부에 대해서 접촉지지되도록(abut) 구성된다. 정확한 위치에서 유지하기 위해서, 제1 삽입체(110)는 레이저 용접에 의해서 제조된 제1 삽입체 조인트(116)를 따라서 제2 최외측 열 전달 플레이트(26b)에 영구적으로 체결된다.
그에 따라, 최외측 카셋트는, 최외측 카셋트의 열 전달 플레이트들 사이의 중심 조인트가 보강 조인트 내에 포함된다는 점에서, 적층체(24) 내의 나머지 카셋트와 상이하다. 이는 나머지 카셋트에 대한 경우에는 그렇지 않다. 최외측 열 전달 플레이트는 또한, 도 5 및 9로부터 명확한 바와 같이, 최외측 열 전달 플레이트의 제1 및 제3 엣지 부분(72 및 76)이 다른 열 전달 플레이트의 제1 및 제3 엣지 부분보다 더 길다는 것을 점에서, 나머지 열 전달 플레이트와 약간 상이하다. 이는 보강 플레이트(28)를 수용하기 위한 것이다. 단부 플레이트(96)의 경우에, 제1 및 제3 엣지 부분의 원위 엣지가 보강 플레이트(28a)의 상부 측부(98)와 동일한 높이이다(flush with).
도 12 및 13은, 보강 플레이트(28a)를 제1 프레임 플레이트 또는 상단부 헤드(4)에 탈착가능하게 체결하기 위한 체결 장치 형태의 부착 수단을 제공하는 것에 의해서, 어떻게 최외측 카셋트(52)가 보다 더 강화될 수 있는지를 도시한다. 여기에서, 4개의 체결 장치; 제1 종류의 2개의 체결 장치(118a) 및 제2 종류의 2개의 체결 장치(118b)가 존재한다. 상단부 헤드(4)는 중심 부분(120)(도 1 참조)을 가지고, 체결 장치는 상단부 헤드(4)의 중심 부분(120) 및 보강 플레이트(28a)의 중심 부분(100)과 결합 및 연결되도록 배열된다. 상단부 헤드(4)를 통한 4개의 본질적으로 덤벨(dumbbell) 형성의 홀; 체결 장치(118a)와 협력하도록 구성된 2개의 홀(122a) 및 체결 장치(118b)와 협력하도록 구성된 2개의 홀(122b)이 존재한다. 체결 장치(118a) 각각은 보강 플레이트(28a)의 상부 측부(98) 상으로 용접되고 각각의 홀(122a)의 하부 부분 내에 수용되는 너트(124a), 홀(122a)의 상부 부분 내에 안착된 와셔(126a), 및 홀(122a)을 통해서 연장하고 너트(124a) 내로 나사체결되는, 와셔(126a)를 통해서 배열된 나사(128a)를 포함한다. 체결 장치(118b) 각각은 각각의 홀(122b)의 상부 부분 내에 배열된 너트(124b), 홀(122b)의 상부 부분 내에 안착된 와셔(126b), 및 홀(122b)을 통해서 연장하고 너트(124b) 내로 나사체결되는, 보강 플레이트(28a)의 사부 측부(98) 상으로 용접된 나사(128b)를 포함한다. 보강 플레이트(28a) 및 그에 따라 상단부 헤드(4)에 고정된 카셋트(52)에 의해서, 내측으로 부풀어 오르는 것 없이 외부 압력 힘을 견딜 수 있는 카셋트(52)의 능력이 증가된다.
본원 발명의 전술한 실시예는 단지 예로서 간주되어야 한다. 당업자는, 발명에 따른 개념으로부터 벗어나지 않고도, 설명된 실시예가 많은 방식으로 변경될 수 있고 조합될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
예로서, 플레이트 열 교환기가 전술한 것 이외의 다른 유형의 응력 감소 수단을 포함할 수 있다. 도 14a & 14b 및 15는 2개의 그러한 대안적인 유형의 응력 감소 수단을 개략적으로 도시한다.
도 14a 및 14b는 빗 형상의 스테인리스 스틸 보강 수단(130)을 가지는 해결책을 도시한다. 여기에서, 플레이트 열 교환기는 보강 플레이트(28a)의 각각에 4개, 그 각각의 모서리에 하나씩 8개의 그러한 보강 수단(130)(도 14a에서는 그 중 4개 만이 확인될 수 있다)을 포함한다. 이하에서, 130a로 표시된 보강 수단을 추가적으로 설명할 것이나, 모든 보강 수단(130)이 유사한 구성을 가진다는 것을 이해하여야 할 것이다. 보강 수단(130a)은 제1 치형부(132), 제2 치형부(134), 및 제3 치형부(136) 형태의 제1 삽입체를 포함한다. 제1 치형부(132)는 제1 및 제2 최외측 열 전달 플레이트(26a 및 26b)의 주변 부분(58a, 58b) 사이에 배열된다. 제2 치형부(134)는 제3 및 제4 최외측 열 전달 플레이트(26c 및 26d)의 주변 부분(58c, 58d) 사이에 배열된다. 제3 치형부는 제5 및 제6 최외측 열 전달 플레이트(26e 및 26f)의 주변 부분(58e, 58f) 사이에 배열된다. 도 14b에 도시된 바와 같이, 제 위치에서 확실하게 유지되도록 하기 위해서, 보강 수단(130a)은, 측부 라이닝(30)과 접촉 배열되는 지지 배플(138)에 용접될 수 있을 것이다. 지지 배플(138)은, 측부 라이닝의 보강체이고 또한 진공 용도에서 사용되는 플레이트 열 교환기의 상단부 및 하단부 라이닝일 수 있는 소위 "전체 진공 케이지(Full Vacuum cage)"의 일부를 형성한다. "전체 진공 케이지"는 나머지 도면에 도시하지 않았고 여기에서 구체적으로 설명하지 않을 것이다.
도 15는 스테인리스 걸쇠 형상의 스틸 보강 수단(140)을 가지는 해결책을 도시한다. 여기에서, 플레이트 열 교환기는 4개의 그러한 보강 수단(140)(도 15에서는 그 중 2개 만이 확인될 수 있다)을 포함하고, 하나가 보강 플레이트(28)의 대향 모서리들의 각각의 쌍 사이에서 연장한다. 이하에서, 140a로 표시된 보강 수단을 추가적으로 설명할 것이나, 모든 보강 수단(140)이 유사한 구성을 가진다는 것을 이해하여야 할 것이다. 보강 수단(140a)은 제1 삽입체(142) 및 대향하는 제2 삽입체(144)(즉, 제3 개수 = 4) 및 이들을 연결하는 바아(146)를 포함한다. 제1 삽입체(142)는 최외측 및 제2 최외측 열 전달 플레이트(26a, 26b)의 주변 부분(58a, 58b) 사이에 배열된다. 제2 삽입체(144)는, 제2 프레임 플레이트(6) 즉, 28b로 표시된 보강 플레이트에 가장 근접하여 배치된 2개의 열 전달 플레이트(26g 및 26h)의 주변 부분(58g, 58h) 사이에 배열된다. 제 위치에서 확실하게 유지되도록 하기 위해서, 보강 수단(140a)은, 전술한 바와 유사하게(미도시) "전체 진공 케이지"의 지지 배플에 용접될 수 있을 것이다.
당연하게, 전술한 대안적은 응력 감소 수단이 많은 수의 방식으로, 예를 들어, 그 수, 치형부의 수, 다른 구성요소와의 결합의 유형, 등과 관련하여 변경될 수 있다.
다른 예로서, 본원 발명은, 모두-용접된, 블록-유형 플레이트 열 교환기 대신에, 다른 유형의 열 교환기, 예를 들어 가스켓형 플레이트 열 교환기와 함께 이용될 수 있다.
또한, 전술한 플레이트 열 교환기에서, 자유-유동 경로는 카셋트들 사이를 통과하는 한편, 차단-유동 경로는 카셋트를 통과한다. 자유-유동 경로가 카세트를 통과하도록 하는 한편 차단-유동 경로가 카셋트들 사이를 통과하도록, 열 전달 플레이트가 반대 방식이 되도록 재구성할 수 있을 것이다. 그러한 실시예에서, 보강 플레이트가 최외측 열 전달 플레이트에만 영구적으로 본딩될 수 있는데, 이는 최외측 및 제2 최외측 열 전달 플레이트들 사이에 자유-유동 채널이 존재할 수 있기 때문이다.
최외측 및 제2 최외측 열 전달 플레이트들 사이의 전술한 중심 조인트가 보강 조인트 내에 포함된다. 대안으로서, 이러한 중심 조인트가, 그 대신에, 보강 조인트로부터 분리될 수 있다. 보다 특히, 그러한 실시예에서, 최외측 카셋트의 열 전달 플레이트가 모든 다른 카셋트의 중심 조인트와 유사한 중심 지점에 의해서 서로 결합될 수 있다. 이어서, 보강 플레이트는 분리된 동작에서 보강 조인트를 따라서 최외측, 그리고 가능하게는 제2 최외측 열 전달 플레이트에 본딩될 수 있을 것이다.
전술한 실시예에서, 보강 플레이트 및 최외측 카셋트의 2개의 열 전달 플레이트가 제2 최외측 열 전달 플레이트의 하부 측부로부터 레이저 용접에 의해서 본딩된다. 당연하게, 용접은 다른 방식 또는 다른 기술에 의해서 이루어질 수 있다. 이와 함께, 예를 들어, 보강 및/또는 열 전달 플레이트의 디자인을 변경할 필요가 있을 수 있다. 예로서, 용접 동작을 가능하게 하기 위해서 보강 조인트가 배열되어야 하는 노치를 보강 및/또는 열 전달 플레이트에 제공할 필요가 있을 수 있다. 부가적으로, 용접 이외에, 전술한 영구적인 조인트를 달성하기 위한 다른 기술이 물론 가능하다. 하나의 예로서 브레이징이 있다.
연속적인 그리고 직선적인 조인트를 설명하였다. 당연하게, 비-직선형 및/또는 비-연속적인 조인트 및 스폿 조인트와 같은 많은 다른 인식가능한 유형의 조인트가 존재한다. 또한, 상기의, 열 전달 플레이트의 리세스 및 보강 플레이트의 돌출부가 세장형이고 그리고 보강 플레이트와 열 전달 플레이트의 전체 중심 부분을 가로질러 서로 평행하게 그리고 차단-유동 경로를 따라서 연장한다. 이러한 디자인은 보강 플레이트뿐만 아니라 열 전달 플레이트를 비교적 강하게 만든다. 또한, 이는, 보강 플레이트 및 열 전달 플레이트의 강한 본딩뿐만 아니라 유동-가로막음을 최소화하는 상태로 차단-유동 경로를 따른 연속적인 지지를 가능하게 한다. 그러나, 리세스 및 돌출부가 많은 다른 방식으로 디자인될 수 있을 것이다. 예로서, 리세스 및 돌출부가 플레이트의 중심 부분을 연속적으로 가로질러 연장할 필요가 없고 중단부를 포함할 수 있을 것이다. 또한, 리세스 및 돌출부가 도면에 도시된 것을 제외한 다른 횡단면으로 형성될 수 있을 것이다. 예로서, 돌출부가 전체 리세스를 충진하도록 디자인될 수 있을 것이다.
전술한 플레이트 열 교환기에서, 자유-유동 경로를 따라서 유지되는 압력이 플레이트 열 교환기 외부에서 만연하는 압력보다 상당히 낮다. 본원 발명은 또한 이러한 압력 관계로 동작하지 않는 플레이트 열 교환기와 관련하여 또한 이용될 수 있다. 그러나, 본원 발명에 제공하는 장점은 작아질 수 있을 것이다. 부가적으로, 대기압이 만연하지 않는, 즉 pa가 대기압일 필요가 없는 분위기 내에서 플레이트 열 교환기를 이용하는 것이 또한 가능하다.
여기에서 사용된 바와 같이, "쌍"이라는 용어는 하나의 카셋트의 열 전달 플레이트를 지칭한다. 그러나, "쌍"은 또한 2개의 인접한 그러나 상이한 카셋트의 부분을 형성하는 2개의 인접한 열 전달 플레이트를 위한 용어로서 또한 이용될 수 있을 것이다.
상기 적층체의 열 전달 플레이트가 모두 본질적으로 유사하나, 2개의 상이한 배향을 가진다. 당연하게, 그 대신에, 적층체의 열 전달 플레이트가 상이한, 대안적으로 배열된, 유형이 될 수 있을 것이다.
상기 보강 플레이트는 열 전달 기능을 가지지 않고, 최외측 카셋트를 강화하기 위해서만 존재한다. 그에 따라, 보강 플레이트와 최외측 열 전달 플레이트 사이의 유체의 유동이 존재하지 않는다. 대안적인 실시예에 따라서, 보강 플레이트와 최외측 열 전달 플레이트 사이의 유체 채널이 존재할 수 있고, 보강 플레이트가 또한 열 전달 플레이트로서 기능할 수 있을 것이다. 이러한 유체 채널이, 플레이트 열 교환기를 통해서, 자유-유동 경로 또는 차단-유동 경로의 일부를 형성할 수 있을 것이다.
상단부 헤드와 보강 플레이트 사이의 부착 수단이 수많은 유형일 수 있고, 전술한 것은 단지 예시적인 것이다.
마지막으로, Alfa Laval Corporate AB의 명의로 2011년 4월 7일자로 출원되고 참조로서 그 전체가 여기에서 포함된 유럽 특허출원 제11161423.6호에서 구체적으로 설명된, 여기에서 설명된 열 전달 플레이트의 패턴이 발명에 따른 개념으로부터 벗어나지 않고도 변경될 수 있다.
본원 발명과 관련되지 않은 상세한 내용의 설명이 생략되었다는 것 및 도면은 단지 개략적인 것이고 실척으로 도시되지 않았다는 것을 주목하여야 할 것이다. 또한, 도면의 일부가 다른 도면보다 더 단순화되어 있다는 것을 이해하여야 할 것이다. 그에 따라, 일부 구성요소가 하나의 도면에서 도시되었으나 다른 도면에서는 생략되어 있을 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 제1 프레임 플레이트(4), 제2 프레임 플레이트(6), 및 열 전달 플레이트(26)들의 적층체(24)를 포함하는 플레이트 열 교환기(2)이며, 열 전달 플레이트 각각은 중심 부분(56) 및 중심 부분을 둘러싸는 주변 부분(58)을 가지며, 열 전달 플레이트는 제1 및 제2 프레임 플레이트 사이에 쌍으로 배열되고, 제1 유체를 위한 제1 유동 경로(F1)가 열 전달 플레이트의 쌍들 사이에 형성되고, 제2 유체를 위한 제2 유동 경로(F2)가 열 전달 플레이트의 쌍들 사이에 형성되며, 제1 및 제2 유동 경로 중 하나가 자유-유동 경로이고, 자유-유동 경로를 따라서 열 전달 플레이트의 중심 부분들이 서로로부터 완전하게 분리되고, 플레이트 열 교환기는 열 전달 플레이트보다 두껍고 주변 부분(102)에 의해서 둘러싸인 중심 부분(100)을 가지며 제1 프레임 플레이트와 열 전달 플레이트의 적층체 사이에 배열되는 보강 플레이트(28a), 및 각각 보강 플레이트와 최외측 열 전달 플레이트(26a)를 함께 본딩하는 제1 개수의 영구적 보강 조인트(106)를 더 포함하며, 상기 영구적인 보강 조인트(106)가 본딩된 보강 플레이트(28a)와 열 전달 플레이트(26)의 중심 부분(100, 56) 내에서 연장되는 것을 특징으로 하는 플레이트 열 교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    자유-유동 경로를 따라 제2 압력(p2)을 유지하도록 배열되고, 상기 제2 압력은 플레이트 열 교환기 외부에서 만연하는 외부 압력(pa)보다 낮은, 플레이트 열 교환기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    보강 조인트(106) 각각은 보강 플레이트(28a), 적층체의 최외측 열 전달 플레이트(26a) 및 적층체(24)의 제2의 최외측 열 전달 플레이트(26b)를 함께 본딩하는, 플레이트 열 교환기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제1 및 제2 유동 경로(F1, F2) 중 다른 하나가 차단-유동 경로이고, 이러한 차단-유동 경로를 형성하는 각각의 열 전달 플레이트(26)의 중심 부분(56)은 제2 개수의 지지 영역(70)을 포함하고, 열 전달 플레이트 중 하나의 각각의 지지 영역이 차단-유동 경로를 따라서 열 전달 플레이트 중 인접한 하나의 지지 영역 중의 각각의 하나와 접촉하는, 플레이트 열 교환기.
  5. 제4항에 있어서,
    열 전달 플레이트(26)들은, 서로 접촉하는 지지 영역들(70) 사이의 각각의 중심 조인트(84)에 의해서, 차단-유동 경로를 따라서 서로에 대해서 영구적으로 결합되는, 플레이트 열 교환기.
  6. 제5항에 있어서,
    최외측 및 제2 최외측 열 전달 플레이트(26a, 26b) 사이의 임의의 중심 조인트(84)가 보강 조인트(106) 내에 포함되는, 플레이트 열 교환기.
  7. 제4항에 있어서,
    각각의 열 전달 플레이트(26)가 주름부(62)를 포함하는 패턴으로 프레싱되고, 각각의 지지 영역(70)이 열 전달 플레이트의 일 측부 상의 리세스(recess)(64') 및 다른 측부 상의 돌부(bulge)(64")를 형성하는 열 전달 플레이트의 국소적으로 증가된 프레싱 깊이에 의해서 만들어지고, 이러한 돌부의 상단부 부분이 지지 영역을 구성하는, 플레이트 열 교환기.
  8. 제7항에 있어서,
    보강 플레이트(28a)가 최외측 열 전달 플레이트(26a)와 대면하도록 배열되는 측부 상에서 돌출부(104)를 가지고, 돌출부의 각각이 최외측 열 전달 플레이트의 리세스(64') 중의 각각의 하나 내에 수용되는, 플레이트 열 교환기.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    최외측 및 제2 최외측 열 전달 플레이트(26a, 26b)의 주변 부분들(58a, 58b) 사이에 배열된 제3 개수의 제1 삽입체(110, 132, 142)를 더 포함하는, 플레이트 열 교환기.
  10. 제9항에 있어서,
    제1 삽입체(110)는, 보강 조인트(106)와 정렬되어, 열 전달 플레이트(26)의 2개의 대향하는 엣지를 따라서 배열되는, 플레이트 열 교환기.
  11. 제9항에 있어서,
    각각의 영구적인 제1 삽입체 조인트(116)가 제1 삽입체 각각을 최외측 및 제2 최외측 열 전달 플레이트(26a, 26b) 중 하나에 본딩하는, 플레이트 열 교환기.
  12. 제9항에 있어서,
    제1 삽입체 각각이 각각의 빗 형상의 보강 수단(130)의 제1 치형부(132)를 형성하고, 보강 수단은 제3 및 제4 최외측 열 전달 플레이트(26c, 26d)의 주변 부분들(58c, 58d) 사이에 배열된 제2 치형부(134) 및 제5 및 제6 최외측 열 전달 플레이트(26e, 26f)의 주변 부분들 사이에 배열된 제3 치형부(136)를 더 포함하는, 플레이트 열 교환기.
  13. 제9항에 있어서,
    제2 프레임 플레이트(6)에 가장 근접하여 배열된 2개의 열 전달 플레이트(26g, 26h)의 주변 부분들(58g, 58h) 사이에 배열된 상기 제3 개수의 제2 삽입체(144), 및 상기 제3 개수의 바아(bar)(146)를 더 포함하고, 각각의 바아는 제1 삽입체(142) 중의 각각의 하나와 제2 삽입체 중의 대향하는 하나를 연결하는, 플레이트 열 교환기.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    조인트(106)가 용접에 의해서 만들어지는, 플레이트 열 교환기.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    보강 플레이트(28a)를 제1 프레임 플레이트(4)에 탈착가능하게 체결하기 위한 부착 수단(118a, 118b)을 더 포함하는, 플레이트 열 교환기.
  16. 제15항에 있어서,
    부착 수단(118a, 118b)은, 보강 플레이트 및 제1 프레임 플레이트(28a, 4)의 각각의 중심 부분(100, 120)과 결합하도록 배열되는, 플레이트 열 교환기.
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