KR101686370B1 - 열교환기 플레이트 및 이러한 열교환기 플레이트를 포함하는 플레이트 열교환기 - Google Patents

열교환기 플레이트 및 이러한 열교환기 플레이트를 포함하는 플레이트 열교환기 Download PDF

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Abstract

열교환기 플레이트(4, 6, 8) 및 이러한 열교환기 플레이트를 포함하는 플레이트 열교환기(2)가 제공된다. 열교환기 플레이트는 포트 구멍에 끼워질 수 있는 가장 큰 가상 원(82)의 중심점(C)과 일치하는 기준점(80)을 갖는 포트 구멍(36, 38, 42, 44)를 갖는다. 포트 구멍은, 열 전달 플레이트의 좌측 반부 및 상측 반부 내에 배치되고, 가상 평면 기하학적 형상(72)의 다수의 코너 점으로서, 이 중 적어도 하나가 원의 원호(92)로부터 변위되어 있는 다수의 코너 점(66, 68, 70), 및 코너 점을 연결하는 동일한 수의 완전 곡선(74, 76, 78)에 의해 규정되는 형태를 갖는다. 코너 점 중 제1 코너 점(66)은 열 전달 플레이트의 제1 단변과 제1 장변과의 사이의 전이부(84)에 가장 근접하게 그리고 기준점으로부터 제1 거리(d1)에 배치된다. 코너 점 중 제2 코너 점(68)은 시계 방향으로 제1 코너 점에 가장 근접하게 그리고 기준점으로부터 제2 거리(d2)에 배치된다. 코너 점 중 제3 코너 점(70)은 반시계 방향으로 제1 코너 점에 가장 근접하게 그리고 기준점으로부터 제3 거리(d3)에 배치된다.

Description

열교환기 플레이트 및 이러한 열교환기 플레이트를 포함하는 플레이트 열교환기{HEAT EXCHANGER PLATE AND PLATE HEAT EXCHANGER COMPRISING SUCH A HEAT EXCHANGER PLATE}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 열교환기 플레이트에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 열교환기 플레이트를 포함하는 플레이트 열교환기에 관한 것이다.
플레이트 열교환기는 전형적으로 2개의 말단 플레이트를 포함하고, 이 2개의 말단 플레이트 사이에는 다수의 열 전달 플레이트가 정렬된 방식으로 배치된다. 알려진 PHE의 한가지 유형, 이른바 개스킷형 플레이트 열교환기에서, 개스킷은 열 전달 플레이트들 사이에 배치된다. 말단 플레이트는 서로를 향해 가압되고, 따라서 열 전달 플레이트들이 서로를 향해 가압되며, 이에 의해 개스킷이 열 전달 플레이트들 사이를 밀봉한다. 개스킷은 열 전달 플레이트들 사이에 평행 유동 채널을 형성하며, 이 채널을 통해 초기 상이한 온도의 2개의 유체가 한 유체로부터 다른 유체로 열을 전달하기 위해 교호식으로 유동할 수 있다.
유체는 각각 입구 및 출구 포트를 통해 채널을 들어가고 나가며, 이 입구 및 출구 포트는 플레이트 열교환기를 통해 연장되고 열 전달 플레이트의 각각의 정렬된 포트에 의해 형성된다. 입구 및 출구 포트는 각각 플레이트 열교환기의 입구 및 출구와 연통한다. 펌프 같은 장비가 플레이트 열교환기를 통해 2개의 유체를 공급하기 위해 요구된다. 입구 및 출구 포트가 작을수록, PHE 내측의 유체의 압력 강하는 더 커지고 더 강력해지며, 따라서 고가의 장비가 PHE의 적절한 작동을 위해 요구된다. 당연히, 입구 및 출구 포트의 직경은 유체의 압력 강하를 감소시키고 덜 강력한 장비의 사용을 가능하게 하기 위해 더 커질 수 있다. 그러나, 입구 및 출구 포트의 직경을 확대시키는 것은 열 전달 플레이트의 포트 구멍의 직경을 증가시키는 것을 의미한다. 결과적으로, 이는 열 전달 플레이트의 소중한 열 전달 표면이 희생되어야 하는 결과를 가져오고, 이는 전형적으로 플레이트 열교환기의 낮은 열 전달 효율과 관련된다.
본 발명의 목적은 비교적 낮은 압력 강하와 관련되고 따라서 비교적 덜 강력한 주변 장비와 연계하여 사용될 수 있는 열교환기 플레이트를 제공하는 것이다. 본 발명의 기본 개념은 종래의 원형 포트 구멍 대신에 적어도 하나의 비원형 포트 구멍을 갖는 열교환기 플레이트를 제공하는 것이다. 포트 구멍은 바로 열교환기 플레이트의 설계에 순응될 수 있고 포트 구멍 영역은 열교환기 플레이트의 열 전달 성능에 크게 기여하지 않는 열교환기 플레이트의 표면을 희생시킴으로써 확대될 수 있다. 본 발명의 다른 목적은 이러한 열교환기 플레이트를 포함하는 플레이트 열교환기를 제공하는 것이다. 상기 목적을 달성하기 위한 열교환기 플레이트 및 플레이트 열교환기는 첨부된 청구항에서 규정되며 이하에서 논의된다.
본 발명에 따른 열교환기 플레이트는 열교환기 플레이트를 각각 제1 및 제2 장변에 의해 한정되는 좌측 및 우측 반부로 분할하는 수직 중심 축선, 및 열교환기 플레이트를 각각 제1 및 제2 단변에 의해 한정되는 상측 및 하측 반부로 분할하는 수평 중심 축선을 갖는다. 추가로, 열교환기 플레이트는 포트 구멍에 끼워질 수 있는 가장 큰 가상 원의 중심점과 일치하는 기준점을 갖는 포트 구멍을 갖는다. 포트 구멍은 열교환기 플레이트의 좌측 반부 및 상측 반부 내에 배치된다. 열교환기 플레이트는 포트 구멍이 적어도 하나의 코너 점이 원의 원호로부터 변위되어 있는 가상 평면 기하학적 형상의 다수의 코너 점 및 이러한 코너 점을 연결하는 동일한 수의 완전 곡선에 의해 규정되는 형태를 갖는 것에 특징이 있다. 코너 점 중 제1 코너 점은 제1 단변과 제1 장변과의 사이의 전이부에 가장 근접하게 그리고 기준점으로부터 제1 거리에 배치된다. 코너 점 중 제2 코너 점은 시계 방향으로 제1 코너 점에 가장 근접하게 그리고 기준점으로부터 제2 거리에 배치된다. 또한, 코너 점 중 제3 코너 점은 반시계 방향으로 제1 코너 점에 가장 근접하게 그리고 기준점으로부터 제3 거리에 배치된다.
본원에서는 열 전달 플레이트에 초점이 맞춰져 있지만, 본원에서 사용되는 용어 "열교환기 플레이트"는 플레이트 열교환기의 말단 플레이트 및 열 전달 플레이트의 양자를 포함하는 것을 의미한다.
평면 기하학적 형상은 많은 상이한 유형, 예를 들어 삼각형, 사각형, 오각형 등일 수 있다. 따라서, 코너 점 또는 끝 점, 및 그에 따른 곡선의 수는 2 및 그 이상이 되는 것으로부터 상이할 수 있다.
완전 곡선은 직선형 부분을 갖지 않는 선을 의미한다. 따라서, 포트 구멍은 어떠한 직선형 부분도 갖지 않는 윤곽을 가질 것이다. 이는 포트 구멍 주위에 비교적 낮은 굽힘 응력을 유발하기 때문에 유익하다. 포트 구멍을 통해 흐르는 유체는 포트 구멍을 원형 형태로 굽히려고 한다. 따라서, 포트 구멍이 직선형 부분을 갖는 경우, 이는 열교환기 플레이트에 비교적 높은 굽힘 응력을 유발할 것이다.
곡선의 각각은 코너 점 중 2개를 연결한다.
코너 점 중 적어도 하나가 가상 원의 원호로부터 변위되어 있기 때문에, 포트 구멍은 비원형일 것이다.
제2 및 제3 코너 점이 각각 시계 방향 및 반시계 방향으로 제1 코너 점에 가장 근접해 있는 특징은 포트 구멍의 윤곽을 따르는 제1, 제2 및 제3 코너 점의 상대적인 위치설정을 표현한다.
각각 기준점과 제1, 제2 및 제3 코너 점과의 사이의 제1, 제2 및 제3 거리에 대해 말하면, 이는 그에 관한 최단 거리이다.
본 발명 열교환기 플레이트의 일 실시형태에 따르면, 코너 점 및 곡선의 수는 3개로 동일하다. 이와 관련하여, 대응하는 평면 기하학적 형상은 삼각형일 수 있다. 이 실시형태는 본질적으로 직사각형 형상 및 열교환기 플레이트의 코너에 배치되는 포트 구멍을 갖는 많은 종래의 열교환기 플레이트에 적합하다.
곡선은 포트 구멍의 기준점으로부터 볼 때 오목하거나 외측으로 튀어나올 수 있다. 이러한 설계는 비교적 낮은 압력 강하와 관련되는 비교적 큰 포트 구멍을 가능하게 한다.
열교환기 플레이트는 제1, 제2 및 제3 코너 점이 각각 포트 구멍의 기준점으로부터 연장되는 제1, 제2 및 제3 가상 직선에 배치되도록 되어 있을 수 있다. 제1 가상 직선과 제2 가상 직선과의 사이의 제1 각도는 본질적으로 제3 가상 직선과 제1 가상 직선과의 사이의 제3 각도와 동일하다. 추가로, 열교환기 플레이트는 제2 코너 점과 기준점과의 사이의 제2 거리가 제3 코너 점과 기준점과의 사이의 제3 거리와 동일하도록 되어 있을 수 있다. 이러한 설계는 대칭 축선이 제1 가상 직선에 대해 평행한 대칭 포트 구멍을 가능하게 한다. 대칭 포트 구멍은 열교환기 플레이트의 제조를 용이하게 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 코너 점과 기준점과의 사이의 제1 거리는 제2 코너 점과 기준점과의 사이의 제2 거리 및/또는 제3 코너 점과 기준점과의 사이의 제3 거리보다 더 작을 수 있다. 이에 의해, 포트 구멍의 형상은 열교환기 플레이트의 나머지 부분의 설계에 순응될 수 있다. 더 구체적으로는, 열교환기 플레이트 설계에 따라, 제1 코너 점을 변위시키는 것보다 포트 구멍을 증가시키기 위해 제2 및 제3 코너 점을 변위시키는 것에 대한 더 큰 여지가 있을 수 있다.
열교환기 플레이트의 포트 구멍은 곡선 중 제1 및 제2 코너 점을 연결하는 제1 곡선 및 곡선 중 제3 및 제1 코너 점을 연결하는 제3 곡선이 서로에 대해 거울 역전형인 것을 제외하고 유사하도록 되어 있을 수 있다. 이러한 균일한 곡선은 대칭 축선이 제1 가상 직선에 대해 평행한 대칭 포트 구멍을 가능하게 한다. 상기와 같이, 대칭 포트 구멍은 열교환기 플레이트의 제조를 용이하게 할 수 있다.
마지막으로, 열교환기 플레이트의 상측 반부는 제2 물결 패턴이 제공된 제2 영역 및 제3 물결 패턴이 제공된 제3 영역을 포함할 수 있다. 제2 및 제3 영역은 제2 영역이 제1 단변에 가장 근접하고 제2 영역이 제2 경계선을 따라 제3 영역에 연결되는 상태에서 열교환기 플레이트의 수직 중심 축선을 따라 연속하여 배치된다. 제2 및 제3 물결 패턴은 서로 상이하다. 추가로, 제4 가상 직선이 기준점으로부터 코너 점 중 하나를 통해 그리고 제1 장변에 가장 근접하게 배치되는 제2 경계선의 말단 점까지 연장된다. 이러한 설계는 열교환기 플레이트의 열 전달 용량에 대한 영향을 최소화하는 방식으로 포트 구멍의 확대를 가능하게 하기 때문에 많은 종래의 열교환기 플레이트에 적합하다. 이는 도면을 참조하는 상세한 설명 부분에 예시될 것이다.
본 발명에 따른 플레이트 열교환기는 상기와 같은 열교환기 플레이트를 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적, 특징, 양태 및 이점은 이하의 상세한 설명과 도면으로부터 명확해질 것이다.
이제 첨부된 개략도를 참고하여 본 발명을 보다 상세하게 설명할 것이다.
도 1은 플레이트 열교환기의 정면도이다.
도 2는 도 1의 플레이트 열교환기의 측면도이다.
도 3은 열 전달 플레이트의 평면도이다.
도 4는 도 3의 열 전달 플레이트의 일부의 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 개스킷형 플레이트 열교환기(2)가 도시되어 있다. 이 열교환기는 제1 말단 플레이트(4), 제2 말단 플레이트(6), 및 각각 제1 및 제2 말단 플레이트(4 및 6) 사이에 배치되는 다수의 열 전달 플레이트 형태의 열교환기 플레이트를 포함한다. 열 전달 플레이트는 2개의 상이한 유형이다. 그러나, 본 발명과 관련되는 열 전달 플레이트 부분은 모든 열 전달 플레이트에서 유사하다. 그러므로, 2개의 열 전달 플레이트 유형 사이의 차이는 본원에서는 추가로 설명하지 않는다. 8로 표시된 열 전달 플레이트 중 하나가 도 3에 보다 상세하게 도시되어 있다. 상이한 유형의 열 전달 플레이트들이 하나의 열 전달 플레이트의 전방측(도 3에 도시)이 이웃하는 열 전달 플레이트의 후방측을 대면하는 상태로 플레이트 팩(9)에 번갈아 배치된다. 모든 제2 열 전달 플레이트는 도 3의 지면의 수직 방향을 중심으로 기준 배향(도 3에 도시됨)에 대해 180도 회전된다.
열 전달 플레이트들은 개스킷(도시되지 않음)에 의해 서로 분리되어 있다. 열 전달 플레이트들은 개스킷과 함께 하나의 유체로부터 다른 유체로 열을 전달하기 위해 2개의 유체를 수용하도록 배치된 평행한 채널을 형성한다. 이를 위해, 제1 유체는 모든 제2 채널에서 유동하도록 배치되고 제2 유체는 나머지 채널에서 유동하도록 배치된다. 제1 유체는 각각 입구(10) 및 출구(12)를 통해 플레이트 열교환기(2)를 들어가고 나간다. 유사하게, 제2 유체는 각각 입구(14) 및 출구(16)를 통해 플레이트 열교환기(2)를 들어가고 나간다. 채널이 누설 방지되도록 하기 위해, 열 전달 플레이트는 서로에 대해 가압되어야 하며 이에 의해 개스킷이 열 전달 플레이트 사이를 밀봉한다. 이를 위해, 플레이트 열교환기(2)는 제1 말단 플레이트(4) 및 제2 말단 플레이트(6)를 서로를 향해 가압하도록 배치된 다수의 조임 수단(18)을 포함한다.
이제 도 3 및 도 4를 참고하여 열 전달 플레이트(8)를 설명한다. 열 전달 플레이트(8)는 본질적으로 직사각형의 스테인리스강 시트이다. 열 전달 플레이트는 도 3 및 도 4의 지면에 대해 그리고 열 전달 플레이트(8)의 수직 중심 축선(y) 및 수평 중심 축선(x)에 대해 평행한 중앙 연장면(c-c)(도 2 참조)을 갖는다. 수직 중심 축선(y)은 열 전달 플레이트(8)를 각각 제1 장변(24) 및 제2 장변(26)을 갖는 제1 반부(20) 및 제2 반부(22)로 분할한다. 수평 중심 축선(x)은 열 전달 플레이트(8)를 각각 제1 단변(32) 및 제2 단변(34)을 갖는 상측 반부(28) 및 하측 반부(30)로 분할한다. 열 전달 플레이트(8)의 상측 반부(28)는 각각 플레이트 열교환기(2)의 입구(10) 및 출구(16)에 연결되는 제1 유체를 위한 입구 포트 구멍(36) 및 제2 유체를 위한 출구 포트 구멍(38)을 포함한다. 유사하게, 열 전달 플레이트(8)의 하측 반부(30)는 각각 플레이트 열교환기(2)의 입구(14) 및 출구(12)에 연결되는 제2 유체를 위한 입구 포트 구멍(42) 및 제1 유체를 위한 출구 포트 구멍(44)을 포함한다. 이후, 상측 반부 및 하측 반부의 구성은 본 발명에 관련되는 열 전달 플레이트 부분에 올 때 거울 역전형인 것을 제외하고 동일하기 때문에, 플레이트 열교환기(2)의 상측 반부(28)만을 설명한다.
상측 반부(28)의 입구 및 출구 포트 구멍(36 및 38)은 각각 제1 및 제2 반부(20 및 22) 내에 배치된다. 추가로, 입구 및 출구 포트 구멍은 거울 반전형인 것을 제외하고 유사하고, 이는 이하에서 그들 중 하나인 입구 포트(36)만을 추가로 설명하는 이유이다. 열 전달 플레이트(8)의 상측 반부(28)는 또한 제1 영역(46), 제2 영역(48), 제3 영역(50) 및 제4 영역(52a 및 52b)을 포함한다. 제1 영역(46), 제2 영역(48) 및 제3 영역(50)은 제1 단변(32)으로부터 볼 때 수직 중심 축선(y)을 따라 연속하여 배치된다. 제1 영역(46)은 입구 포트 구멍(36)과 출구 포트 구멍(38)과의 사이에 연장되고 제1 경계선(54)을 따라 제2 영역(48)과 연결된다. 추가로, 제1 영역(46)에는 중앙 연장면(c-c)에 대한 돌출부 및 오목부의 분배 패턴의 형태의 제1 물결 패턴(56)이 제공된다. 제2 영역(48)은 제2 경계선(58)을 따라 제3 영역(50)에 연결된다. 추가로, 제2 영역(48)에는 중앙 연장면(c-c)에 대한 돌출부 및 오목부의 전이 패턴의 형태의 제2 물결 패턴(60)이 제공된다. 제3 영역(50)에는 중앙 연장면(c-c)에 대한 돌출부 및 오목부의 열 전달 패턴의 형태의 제3 물결 패턴(62)이 제공된다. 제4 영역(52a 및 52b)은 입구 및 출구 포트 구멍(36 및 38) 각각으로부터 제1 및 제2 영역(46 및 48)을 향해 연장된다. 추가로, 제4 영역(52a 및 52b)에는 중앙 중심면(c-c)에 대한 돌출부 및 오목부의 단열 패턴의 형태의 제4 물결 패턴(64a 및 64b)(거울 역전형인 것을 제외하고 유사함)이 제공된다. 제1 영역(46)의 주 임무는 유체를 열 전달 플레이트(8)의 전체 폭에 걸쳐 확산시키는 것이다. 제3 영역(50)의 주 임무는 열 전달 플레이트(8)의 한쪽의 유체로부터 열 전달 플레이트의 다른 쪽의 유체로 열을 전달하는 것이다. 제2 영역(48)은 확산 기능과 열 전달 기능을 모두 갖는다. 제4 영역(52a 및 52b)의 주 임무는 유체를 입구 및 출구 포트 구멍(36 및 38)과 제1 및 제2 영역(46 및 48)과의 사이로 안내하는 것이며, 즉 제4 영역은 간단하게 유체 운반을 위한 영역이다. 상기 영역 및 물결 패턴은 본원에서 상세하게 설명하지 않는다. 대신에, 본 출원과 동일자로 출원되고 본원에 통합되는 출원인의 공동계류중인 특허 출원 "열 전달 플레이트 및 이러한 열 전달 플레이트를 포함하는 플레이트 열교환기"를 참고한다.
입구 포트 구멍(36)은 도 4에 개략적으로 도시되어 있다. 입구 포트 구멍은 가상 삼각형(72)(쇄선)의 제1 코너 점(66), 제2 코너 점(68) 및 제3 코너 점(70)에 의해 규정되는 형태를 갖는다. 추가로, 이러한 코너 점은 제1 완전 곡선(74), 제2 완전 곡선(76), 및 제3 완전 곡선(78)에 의해 연결되며, 이 곡선들은 입구 포트 구멍 내로부터 볼 때 오목하다. 입구 포트 구멍(36)의 기준점(80)은 입구 포트 구멍에 배치될 수 있는 가장 큰 가상 원(82)(고스트 라인)의 중심점(C)과 일치한다. 제1 코너 점(66)은 열 전달 플레이트(8)의 제1 단변(32)과 제1 장변(24)과의 사이의 전이부(84)에 가장 근접하게 위치된다. 추가로, 제1 코너 점은 기준점(80)으로부터 연장되는 제1 가상 직선(86)에 그리고 기준점으로부터 제1 거리(d1)에 배치된다. 제2 코너 점(68)은 시계 방향으로 제1 코너 점에 가장 근접하게 위치된다. 추가로, 제2 코너 점은 기준점(80)으로부터 연장되는 제2 가상 직선(88)에 그리고 기준점으로부터 제2 거리(d2)에 배치된다. 제3 코너 점(70)은 반시계 방향으로 제1 코너 점에 가장 근접하게 위치된다. 추가로, 제3 코너 점은 기준점(80)으로부터 연장되는 제3 가상 직선(90)에 그리고 기준점으로부터 제3 거리(d3)에 배치된다.
상기 제1, 제2 및 제3 거리에 대해서는, 다음 관계가 유효하다: d2 = d3 및 d2 > d1. 추가로, 제1 가상 직선과 제2 가상 직선과의 사이의 제1 각도(α1)는 제2 가상 직선과 제3 가상 직선과의 사이의 제2 각도(α2)보다 더 작고 본질적으로 제2 가상 직선과 제1 가상 직선과의 사이의 제3 각도(α3)와 동일하다. 즉, 제1, 제2 및 제3 각도에 대해서는, 다음 관계가 유효하다: α1 = α3 및 α1 < α2. 이 특정 예에서, α1 = α3 = 115도이다. 또한, 제1 및 제2 코너 점(66 및 68)을 연결하는 제1 곡선(74)은 본질적으로 제3 및 제1 코너 점(70 및 66)을 연결하는 제3 곡선(78)과 균일하다. 종합해서, 이는 입구 포트 구멍(36)이 제1 코너 점(66) 및 기준점(80)을 통해 연장되는 대칭 축선(s)에 의해 대칭인 것을 의미한다.
상기 설명 및 도면으로부터 명백한 바와 같이, 입구 포트 구멍(36)은 종래의 원 형태를 갖지 않는다. 대신에, 입구 포트 구멍은 다수의 코너 점, 여기서는 3개의 코너 점 및 이 코너 점을 연결하는 동일한 수의 곡선(요컨대 여기서는 3개)에 의해 규정되는 형태를 갖고, 상기 코너 점 중 적어도 하나, 여기서는 모두는 원(82)의 원호(92)로부터 변위되어 있다. 입구 포트 구멍이 원형인 경우, 입구 포트 구멍은 바람직하게는 원(82)에 대응하는 형태를 가질 것이다. 압력 강하의 관점에서, 이와 관련한 이전의 논의를 참고하면, 훨씬 더 큰 입구 포트 구멍이 바람직할 것이다. 그러나, 열 전달 플레이트(8)의 나머지 부분의 설계는 입구 포트 구멍의 가능한 크기를 제한한다. 예를 들어, 더 큰 원형 입구 포트 구멍은 입구 포트 구멍의 윤곽이 제1 단변(32) 및/또는 제1 장변(24)에 더 근접하게 배치될 것이라는 것을 의미하고, 이는 열 전달 플레이트(8)의 강도 문제를 야기할 수 있다. 추가로, 더 큰 원형 입구 포트 구멍은 또한 본 기술분야에서 잘 알려진 바와 같이 개스킷이 전형적으로 배치되는 입구 포트 구멍과 제1 영역(46)(도 3)과의 사이의 영역이 개스킷을 배치하기에는 과도하게 좁을 수 있다는 것을 의미할 수 있다. 이러한 좁은 중간 영역은 또한 위에서 참고한 물결 패턴으로 열 전달 플레이트를 프레스가공하는데 있어서 문제를 유발할 수 있다. 당연히, 열 전달 플레이트(8)의 제1 영역(46)은 더 큰 원형 입구 포트 구멍(36)을 위한 여유를 만들기 위해 열 전달 플레이트에서 더 하방으로 변위될 수 있다. 그러나, 이는 전형적으로 더 작은 제3 영역(50)과 관련될 것이고 따라서 열 전달 플레이트의 악화된 열 전달 용량과 관련될 것이다.
위에서 설명되고 도면에 도시된 바와 같이, 입구 포트 구멍의 영역은 열 전달 플레이트의 나머지 부분의 설계를 수정할 필요 없이 증가될 수 있다. 입구 포트 구멍이 원(82)에 대응하는 형태를 갖는 원형 입구 포트 구멍이 차지하는 것보다 열 전달 플레이트(8)의 단열 제4 영역(52a 및 52b)의 더 많은 부분을 차지하게 함으로써, 압력 강하가 더 작은 더 큰 입구 포트 구멍이 실현될 수 있다. 이러한 확대에 의해 영향을 받는 것은 단열 제4 영역만이기 때문에, 열 전달 플레이트(8)의 분배 및 열 전달 용량은 본질적으로 영향을 받지 않고 유지된다. 보다 구체적으로는, 입구 포트 구멍 확대를 위한 가장 큰 여지는 제4 가상 직선(94)과 일치하는 방향이 기준점(80)으로부터 열 전달 플레이트(8)의 제1 장변(24)에 가장 근접하는 제2 경계선(58)의 말단 점(96)까지 연장되는 것에 있다. 그러므로, 열 전달 플레이트(8)는 제3 코너 점(70)이 이 제4 가상 직선(94)에 배치되도록 설계된다. 추가로, 입구 포트 구멍(36)의 윤곽은 직선형 부분이 결여되어 있기 때문에, 입구 포트 구멍 주위의 굽힘 응력은 비교적 낮을 것이다.
위에서 주어진 것에 대응하는 설명이 열 전달 플레이트의 모든 입구 및 출구 포트 구멍에 대해 유효하다는 것을 유의해야 한다.
상기 비원형 입구 포트 구멍에 의한 다른 이점은 개스킷 및 필터와 관련된다. 도입부에 의해 설명된 바와 같이, 개스킷형 플레이트 열교환기에서는 열 전달 플레이트들 사이에 채널을 형성하고 밀봉하기 위해 개스킷이 사용된다. 전형적으로, 개스킷은 모든 입구 및 출구 포트 구멍을 둘러싸도록 열 전달 플레이트의 둘레를 따라 그리고 개별 입구 및 출구 포트 구멍 주위에 연장된다. 개스킷은 열 전달 플레이트에 개스킷을 고정시키기 위해 열 전달 플레이트의 가장자리와 결합하도록 배치된 파지 수단을 포함할 수 있다. 일부 플레이트 열교환기 용례와 관련하여, 예를 들어 일부 경로에서 오염된 유체의 처리와 관련된 용례에서, 필터 삽입체가 열 전달 플레이트들 사이의 채널에 오염물이 오는 것을 방지하기 위해 사용된다. 이 필터 삽입체는 전형적으로 원형 실린더의 형상을 갖고 플레이트 열교환기의 입구 및/또는 출구 포트를 통해, 즉 열 전달 플레이트의 입구 및 출구 포트 구멍을 통해 연장된다. 종래와 같이, 열 전달 플레이트의 입구 및 출구 포트 구멍이 원형인 경우, 개스킷의 파지 수단은 필터 삽입체와 간섭될 수 있다. 그러나, 입구 및 출구 포트 구멍이 그와 달리 상기와 같은 형태를 갖는 경우, 개스킷은 개스킷 파지 수단이 입구 및 출구 포트 구멍의 코너 점에서 열 전달 플레이트와 결합하도록 순응될 수 있다. 이에 의해, 개스킷과 원형 원통형 필터 삽입체와의 사이에 간섭의 위험이 없다.
본 발명의 상기 실시형태는 예로서만 보아야 한다. 통상의 기술자는 논의된 실시형태가 본 발명의 개념 내에서 다수의 방식으로 변형될 수 있다는 것을 인식한다.
상기 플레이트 열교환기(2)의 말단 플레이트(4 및 6)는 통상적으로 원형 입구 및 출구를 갖는 상태로 설계된다. 그러나, 또한 말단 플레이트에는 상기 입구 및 출구 포트 구멍과 유사한 비원형 입구 및 출구가 제공될 수 있다.
추가로, 위에서 입구 포트 구멍의 형태는 삼각형 형태의 가상 평면 기하학적 형상, 3개의 코너 점 및 3개의 곡선에 의해 규정된다. 당연히, 다른 가상 평면 기하학적 형상, 및 또한 다른 수의 코너 점 및 곡선이 대안적인 실시형태에서 입구 포트 구멍을 규정하기 위해 사용될 수 있다.
상기 입구 포트 구멍은 대칭 축선(s)에 의해 대칭이다. 물론, 입구 포트 구멍은 그와 달리 완전이 비대칭이거나 하나 초과의 대칭 축선에 의해 훨씬 더 대칭적일 수 있다. 일례로서, 곡선은 모두 균일/비균일일 수 있고 그리고/또는 모든 코너 점에 대한 기준점까지의 거리는 동일/상이할 수 있다. 또한, 곡선은 오목할 필요는 없다. 곡선 중 하나 이상은 다른 형태를 가질 수 있다.
상기 열 전달 플레이트의 상측 반부는 제1, 제2, 제3 및 제4 물결 패턴이 제공된 제1, 제2, 제3 및 제4 영역을 포함한다. 당연히, 본 발명은 또한 더 많거나 더 적은 영역을 포함하는 상측 반부를 갖는 열 전달 플레이트와 관련하여 적용될 수 있다. 일례로서, 열 전달 플레이트의 상측 반부는 제2, 제3 및 제4 상이한 물결 패턴을 갖는 제2, 제3 및 제4 영역을 포함할 수 있고, 단지 제2 영역이 제3 영역으로부터 입구 및 출구 포트 구멍(36 및 38) 사이로 계속 연장된다. 예를 들어, 제2 영역에는 분배 패턴이 제공될 수 있고, 제3 영역에는 열 전달 패턴이 제공될 수 있고, 제4 영역에는 단열 패턴이 제공될 수 있으며, 전이 패턴은 생략될 수 있다.
상기 플레이트 열교환기는 평행 반대 유동 유형이며, 즉 각각의 유체를 위한 입구 및 출구가 열교환기의 동일한 반부에 배치되고, 유체는 열 전달 플레이트 사이의 채널을 통해 반대 방향으로 유동한다. 당연히, 플레이트 열교환기는 그와 달리 사선 유동 유형 및/또는 공동유동 유형일 수 있다.
2개의 상이한 유형의 열 전달 플레이트가 상기 열교환기에 포함된다. 당연히, 플레이트 열교환기는 대안적으로 단지 하나의 플레이트 유형 또는 2 초과의 플레이트 유형을 포함할 수 있다. 추가로, 열 전달 플레이트는 스테인리스강 이외의 다른 재료로 만들어질 수 있다.
마지막으로, 본 발명은 개스킷형 플레이트 열교환기 이외의 다른 유형의 플레이트 열교환기, 예를 들어 영구 결합형 열 전달 플레이트를 포함하는 플레이트 열교환기와 관련하여 사용될 수 있다.
한정사 제1, 제2, 제3 등은 단지 동일한 종류의 종 사이를 구별하기 위해 사용된 것이며 종 사이의 임의의 종류의 상호 순서를 표현하기 위한 것이 아님을 유의해야 한다.
본 발명과 관련되지 않은 상세사항의 설명은 생략되었으며 도면은 단지 도식적인 것이며 비율에 따라 그려지지 않은 것임을 유의해야 한다. 또한 도면 중 일부는 다른 것보다 더 간략화되어 있다. 그러므로, 일부 구성요소는 하나의 도면에는 도시되어 있지만 다른 도면에서는 생략될 수 있다.

Claims (10)

  1. 열교환기 플레이트를 각각 제1 장변(24) 및 제2 장변(26)에 의해 한정되는 좌측 반부(20) 및 우측 반부(22)로 분할하는 수직 중심 축선(y), 열교환기 플레이트를 각각 제1 단변(32) 및 제2 단변(34)에 의해 한정되는 상측 반부(28) 및 하측 반부(30)로 분할하는 수평 중심 축선(x), 및 포트 구멍에 끼워질 수 있는 가장 큰 가상 원(82)의 중심점(C)과 일치하는 기준점(80)을 갖는 포트 구멍(36)으로서, 좌측 반부 및 상측 반부 내에 배치되는 포트 구멍을 갖는 열교환기 플레이트(4, 6, 8)에 있어서, 포트 구멍은,
    적어도 하나가 가상 원(82)의 원호(92)로부터 변위되어 있는 가상 평면 기하학적 형상(72)의 다수의 코너 점(66, 68, 70), 및
    코너 점을 연결하는 동일한 수의 완전 곡선(74, 76, 78)
    에 의해 규정되는 형태를 갖고,
    코너 점 중 제1 코너 점(66)은 제1 단변과 제1 장변과의 사이의 전이부(84)에 가장 근접하게 그리고 기준점으로부터 제1 거리(d1)에 배치되고, 코너 점 중 제2 코너 점(68)은 기준점을 회전 중심으로 하는 시계 방향으로 제1 코너 점으로부터 가장 작은 회전 각도에 그리고 기준점으로부터 제2 거리(d2)에 배치되며, 코너 점 중 제3 코너 점(70)은 기준점을 회전 중심으로 하는 반시계 방향으로 제1 코너 점으로부터 가장 작은 회전 각도에 그리고 기준점으로부터 제3 거리(d3)에 배치되고,
    포트 구멍(36)은 제1 코너 점(66) 및 기준점(80)을 통해 연장되는 유일한 하나의 대칭 축선(s)을 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기 플레이트(4, 6, 8).
  2. 제1항에 있어서, 코너 점(66, 68, 70) 및 곡선(74, 76, 78)의 수는 3개로 동일한, 열교환기 플레이트(4, 6, 8).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 곡선(74, 76, 78)은 포트 구멍의 기준점(80)으로부터 볼 때 바깥쪽으로 볼록한, 열교환기 플레이트(4, 6, 8).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 코너 점(66)과 기준점(80)과의 사이의 제1 거리(d1)는 제2 코너 점(68)과 기준점과의 사이의 제2 거리(d2)보다 더 작은, 열교환기 플레이트(4, 6, 8).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 코너 점(66)과 기준점(80)과의 사이의 제1 거리(d1)는 제3 코너 점(70)과 기준점과의 사이의 제3 거리(d3)보다 더 작은, 열교환기 플레이트(4, 6, 8).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열교환기 플레이트의 상측 반부(28)는 제2 물결 패턴(60)이 제공된 제2 영역(48) 및 제3 물결 패턴(62)이 제공된 제3 영역(50)을 포함하고, 제2 및 제3 영역은 제2 영역이 제1 단변(32)에 가장 근접하고 제2 영역이 제2 경계선(58)을 따라 제3 영역에 연결되는 상태에서 열교환기 플레이트의 수직 중심 축선(y)을 따라 연속하여 배치되고, 제2 및 제3 물결 패턴은 서로 상이하며, 제4 가상 직선(94)이 기준점(80)으로부터 코너 점(66, 68, 70) 중 하나를 통해 그리고 제1 장변(24)에 가장 근접하게 배치되는 제2 경계선의 말단 점(96)까지 연장되는, 열교환기 플레이트(8).
  7. 제1항 또는 제2항에 따른 열교환기 플레이트(4, 6, 8)를 포함하는 플레이트 열교환기(2).
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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