KR101892402B1 - 열 전달 플레이트 및 이러한 열 전달 플레이트를 포함하는 플레이트 열교환기 - Google Patents

열 전달 플레이트 및 이러한 열 전달 플레이트를 포함하는 플레이트 열교환기 Download PDF

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Abstract

열 전달 플레이트(32) 및 이러한 열 전달 플레이트를 포함하는 플레이트 열교환기(26)가 제공된다. 열 전달 플레이트(32)는 제1 장변(46) 및 제2 장변(48)을 가지며 분배 영역(64), 전이 영역(66) 및 열 전달 영역(54)을 포함한다. 전이 영역(66)은 제1 경계선(68)을 따라 분배 영역(64)에 그리고 제2 경계선(70)을 따라 열 전달 영역(54)에 인접해 있으며, 전이 영역에는 전이 돌출부(98) 및 전이 오목부(100)를 포함하는 전이 패턴이 제공되어 있다. 또한, 전이 영역(66)은 제1 및 제2 경계선 사이에서 연속하여 배치되는 제1 서브 영역(66a), 제2 서브 영역(66b), 및 제3 서브 영역(66c)을 포함한다. 가상 직선(102)이 열 전달 플레이트의 종방향 중심 축선(y)에 대해 최소 각도(αn), n = 1, 2, 3...,로 각각의 전이 돌출부(98)의 2개의 단부 점(104, 106) 사이에 연장된다. 제1 서브 영역(66a) 내의 전이 돌출부(98)의 적어도 주요 부분에 대한 최소 각도(αn)는 제1 각도(α1)와 본질적으로 동일하다. 최소 각도(αn)는, 제2 서브 영역(66b) 내의 전이 돌출부(98)의 적어도 주요 부분에 대한 최소 각도(αn)가 상기 제1 각도(α1)보다 크고 제1 장변(46)으로부터 제2 장변(48)으로의 방향으로 증가하도록, 제2 서브 영역(66b) 내의 전이 돌출부(98) 사이에서 변한다. 열 전달 플레이트는, 제2 경계선(70)의 적어도 주요 부분이 직선형이고 열 전달 플레이트(32)의 종방향 중심 축선(y)에 대해 본질적으로 수직인 것을 특징으로 한다. 또한, 제3 서브 영역(66c) 내의 제1 세트의 전이 돌출부(98)에 대한 최소 각도(αn)는 상기 제1 각도(α1)와 본질적으로 동일하다.

Description

열 전달 플레이트 및 이러한 열 전달 플레이트를 포함하는 플레이트 열교환기{HEAT TRANSFER PLATE AND PLATE HEAT EXCHANGER COMPRISING SUCH A HEAT TRANSFER PLATE}
본 발명은 열 전달 플레이트 및 그 설계에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 열 전달 플레이트를 포함하는 플레이트 열교환기에 관한 것이다.
플레이트 열교환기(PHE)는 전형적으로 2개의 말단 플레이트를 포함하며, 이 말단 플레이트 사이에는 다수의 열 전달 플레이트가 정렬된 방식으로, 즉 적층체 또는 팩으로 배치된다. 열 전달 플레이트 사이에는 평행한 유동 채널이 형성되며, 각 열 전달 플레이트 쌍 사이에 1개의 채널이 형성되어 있다. 초기 상이한 온도의 2개의 유체가 하나의 유체로부터 다른 유체로 열을 전달하기 위해 모든 제2 채널을 통해 유동할 수 있으며, 이 유체들은 열 전달 플레이트의 입구 및 출구 포트 구멍을 통해 채널을 들어가고 나간다.
전형적으로, 열 전달 플레이트는 2개의 단부 영역 및 중간 열 전달 영역을 포함한다. 단부 영역은 입구 및 출구 포트 구멍, 및 열 전달 플레이트의 기준면에 대한 산부 및 골부와 같은 돌출부 및 오목부의 분배 패턴으로 프레스가공된 분배 영역을 포함한다. 유사하게, 열 전달 영역은 상기 기준면에 대한 산부 및 골부와 같은 돌출부 및 오목부의 열 전달 패턴으로 프레스가공된다. 1개의 열 전달 플레이트의 분배 및 열 전달 패턴의 산부 및 골부는, 각각 상위 및 하위 인접 열 전달 플레이트 각각의 분배 및 열 전달 영역 내에서 접촉 영역에서 상위 및 하위 인접 열 전달 플레이트에 접촉하도록 배치된다.
열 전달 플레이트의 분배 영역의 주 임무는 유체가 열 전달 영역에 도달하기 전에 채널로 들어가는 유체를 열 전달 플레이트의 폭에 걸쳐 확산시키는 것 및 유체가 열 전달 영역을 통과한 후에는 유체를 모으고 유체를 채널 밖으로 안내하는 것이다. 대조적으로, 열 전달 영역의 주 임무는 열 전달이다. 분배 영역 및 열 전달 영역은 상이한 주 임무를 갖기 때문에, 분배 패턴은 통상적으로 열 전달 패턴과 상이하다. 분배 패턴은 비교적 약한 유동 저항 및 낮은 압력 강하를 제공하도록 되어 있으며, 이는 전형적으로 인접하는 열 전달 플레이트들 사이에 비교적 적지만 큰 접촉 영역을 제공하는 이른바 초콜릿 패턴과 같은 보다 "성긴" 분배 패턴 설계와 관련된다. 열 전달 패턴은 비교적 강한 유동 저항 및 높은 압력 강하를 제공하도록 되어 있으며, 이는 전형적으로 인접하는 열 전달 플레이트들 사이에 보다 많지만 더 작은 접촉 영역을 제공하는 이른바 헤링본(herringbone) 패턴과 같은 보다 "조밀한" 열 전달 패턴 설계와 관련된다.
2개의 인접하는 열 전달 플레이트 사이의 접촉 영역의 위치 및 밀도는 양 열 전달 플레이트의 산부와 골부 사이의 거리뿐만 아니라 이 산부 및 골부의 방향에 의존한다. 일례로서, 2개의 열 전달 플레이트가 거울 역전형인 것을 제외하고 유사한 직선형 등거리 산부 및 골부의 패턴을 포함하는 경우, 실선이 하위 열 전달 플레이트의 산부에 대응하고 파선이 상위 열 전달 플레이트의 골부에 대응하며, 산부 및 골부가 서로 접촉하도록 배치되는 도 1a에 도시된 바와 같이, 열 전달 플레이트 사이의 접촉 영역(교차점)은 열 전달 플레이트의 종방향 중심 축선(L)에 수직인 가상 등거리 직선(쇄선) 상에 위치될 것이다. 대조적으로, 도 1b에 도시된 바와 같이, 하위 열 전달 플레이트의 산부가 상위 열 전달 플레이트의 골부보다 덜 "가파른" 경우에는, 열 전달 플레이트 사이의 접촉 영역은 그와 달리 종방향 중심 축선에 수직하지 않은 가상 등거리 직선 상에 위치될 것이다. 다른 예로서, 산부와 골부 사이의 보다 작은 거리는 보다 많은 접촉 영역에 대응한다. 마지막 예로서, 도 1c에 도시된 바와 같이, "더 가파른" 산부 및 골부는 가상 등거리 직선들 사이의 더 큰 거리 및 동일한 가상 등거리 직선에 배치된 접촉 영역들 사이의 보다 작은 거리에 대응한다.
분배 영역과 열 전달 영역 사이의 전이부, 즉 플레이트 패턴이 변화되는 부분에서, 열 전달 플레이트의 팩의 강도는 접촉 영역의 불균일한 분배로 인해 플레이트 팩의 나머지 부분의 강도에 비해 다소 감소될 수 있다. 접촉 영역들은 국부적으로 멀리 떨어져 있으면 개별 접촉 영역에 높은 부하를 초래할 수 있기 때문에, 전이부에서 접촉 영역이 분산되어 있을수록 강도는 악화될 수 있다. 결과적으로, 거울 역전형인 것을 제외하고는 유사한 가파르며 조밀하게 배치된 산부 및 골부의 패턴을 갖는 열 전달 플레이트의 플레이트 팩은 전형적으로 상이한 덜 가파르며 덜 조밀하게 배치된 산부 및 골부의 패턴을 갖는 열 전달 플레이트의 플레이트 팩보다 전이부에서 더 강하다.
플레이트 열교환기는 그 용례에 따라 하나 이상의 상이한 유형의 열 전달 플레이트를 포함할 수 있다. 전형적으로, 열 전달 플레이트 유형 사이의 차이는 그들의 열 전달 영역들의 설계에 있고, 열 전달 플레이트들의 나머지 부분은 본질적으로 유사하다. 일례로서, 열 전달 플레이트의 2가지 상이한 유형이 있을 수 있으며, 하나는 전형적으로 비교적 낮은 열 전달 용량과 관련되는 "가파른" 열 전달 패턴, 이른바 저-세타 패턴을 갖고, 하나는 전형적으로 비교적 높은 열 전달 용량과 관련되는 덜 "가파른" 열 전달 패턴, 이른바 고-세타 패턴을 갖는다. 저-세타 열 전달 플레이트만을 포함하는 플레이트 팩은, 분배 및 열 전달 영역 사이의 전이부로부터 동일한 거리에 배치되는 비교적 많은 수의 접촉 영역과 관련되기 때문에 비교적 강할 수 있다(예를 들어, 도 1a에 따른 영역과 도 1c에 따른 영역 사이의 변화를 비교하라). 한편, 교대로 배치된 고-세타 및 저-세타 열 전달 플레이트를 포함하는 플레이트 팩은, 전이부로부터 동일한 거리에 배치되는 더 적은 수의 접촉 영역과 관련되기 때문에 비교적 약할 수 있다(예를 들어, 도 1a에 따른 영역과 도 1b에 따른 영역 사이의 변화를 비교하라).
상기 문제에 대한 해법이 출원인 소유의 특허 출원 WO2014/067757에 제시되어 있으며, 그 내용은 본원에 참조로 통합된다. WO2014/067757로부터 취한 도 2a 및 도 2b를 참고하면, 상기 해법은 플레이트 유형, 즉 열 전달 영역 패턴이 어떻게 보이는지에 관계 없이 열 전달 플레이트(8)의 분배 영역(4)과 열 전달 영역(6) 사이의 전이 영역(2)의 제공을 포함한다. 이에 의해, 분배 영역에 대한 전이부는 플레이트 팩이 포함하는 열 전달 플레이트의 유형에 관계없이 동일할 것이다. 도 2a는 이와 같은 열 전달 플레이트(8)의 일부를 도시하며, 도 2b는 도 2a의 플레이트 부분의 부분 C의 확대를 포함하고 열 전달 플레이트(8)와 인접하는 열 전달 플레이트 사이의 접촉을 개략적으로 도시한다.
전이 영역(2)에는 이른바 헤링본 패턴의 산부(10) 및 골부(도시되지 않음)가 제공된다. 산부(10)는 접촉 영역에서 거울 역전형인 것을 제외하고 유사한 상기 인접하는 열 전달 플레이트의 전이 영역의 골부와 접촉하도록 배치된다. 전이 영역(2) 내의 패턴은 산부(10) 및 골부가 가파르고 조밀하게 배치되도록 되어 있다. 전술한 바와 같이, 더 조밀하고, 가파른 패턴은 전형적으로 열 전달 플레이트의 폭에 걸쳐 더 근접하게 배치된 접촉 영역과 관련될 수 있다. 또한, 전이 영역(2) 내의 산부(10) 및 골부의 기울기는, 산부 및 골부가 열 전달 플레이트(8)의 일 장변(12)으로부터 다른 타 장변(14)으로의 방향으로 덜 가팔라지도록 변한다. 산부(10) 및 골부가 이와 같이 "발산형"인 점에서, 전이 영역(2)은, 산부와 골부가 이와 달리 동일하게 가파른 경우에서 그러한 것보다, 열 전달 플레이트의 폭에 걸쳐 균일한 유체 분배에 상당히 더 기여한다.
전이 영역(2)은 활 형상이다. 더 구체적으로는, 전이 영역(2)과 분배 영역(4) 사이의 경계선(16)은, 열 전달 영역(6)으로부터 볼 때, 볼록하며 분배 영역(4) 내의 최대 수의 접촉 영역(18)이 경계선(16)으로부터 동일한 거리에 배치되고, 전이 영역(2) 내의 최대 수의 접촉 영역(20)이 경계선(16)으로부터 동일한 거리에 배치되도록 연장된다. 이에 의해, 열 전달 플레이트(8)를 포함하는 플레이트 팩은 전이 영역(2)과 분배 영역(4) 사이의 전이부에서 비교적 강해진다. 또한, 전이 영역(2)과 열 전달 영역(6) 사이의 경계선(22) 또한 열 전달 영역으로부터 볼 때 볼록하다. 경계선은, 모듈 툴의 사용에 의해 상이한 수의 열 전달 서브 영역을 포함하는 상이한 크기의 열 전달 플레이트의 제조를 가능하게 하도록 열 전달 영역의 2개의 횡방향 서브 영역 사이의 경계선(도시되지 않음)과 유사한 연장부를 가진다. 도 2b로부터 명백한 바와 같이, 열 전달 영역(6)의 몇몇 접촉 영역(24)만이 경계선(22)으로부터 동일한 거리에 배치되고, 전이 영역(2) 내의 몇몇 접촉 영역(20)만이 경계선(22)으로부터 동일한 거리에 배치된다. 이에 의해, 전이 영역(2)과 열 전달 영역(6) 사이의 전이부에서 플레이트 팩은 비교적 약해진다.
본 발명의 목적은 종래기술에 비해 열 전달 영역으로의 전이부에서 더 강한 플레이트 팩의 형성을 가능하게 하는 열 전달 플레이트를 제공하는 것이다. 본 발명의 기본적인 개념은 경계선의 적절한 연장 및 전이 영역 내의 적절한 패턴에 의해 열 전달 플레이트의 전이부와 열 전달 영역 사이의 경계선으로부터 동일한 거리에 배치되는 접촉 영역의 수를 증가시키는 것이다. 이에 의해, 열 전달 플레이트를 포함하는 플레이트 팩에 있어서, 전이부에서 더 균일한 부하 분배를 달성할 수 있어, 플레이트 팩의 강도를 향상시킨다. 본 발명의 다른 목적은 이러한 열 전달 플레이트를 포함하는 플레이트 열교환기를 제공하는 것이다. 상기 목적을 달성하기 위한 열 전달 플레이트 및 플레이트 열교환기는 첨부된 청구항에 규정되어 있으며 이하에서 논의된다.
본원에서 "접촉 영역"이라는 용어는 열 전달 플레이트가 인접하는 열 전달 플레이트에 접촉하도록 배치되는 하나의 열 전달 플레이트의 영역과 2개의 인접하는 열 전달 플레이트 사이의 상호 실질적 결합 영역의 양자 모두에 사용된다는 것을 유념해야 한다.
본 발명에 따른 열 전달 플레이트는 중앙 연장면 및 제1 및 제2 장변을 갖는다. 열 전달 플레이트는 열 전달 플레이트의 종방향 중심 축선을 따라 연속하여 배치되는 분배 영역, 전이 영역 및 열 전달 영역을 포함한다. 전이 영역은 제1 경계선을 따라 분배 영역에 그리고 제2 경계선을 따라 열 전달 영역에 인접해 있다. 열 전달 영역, 분배 영역 및 전이 영역에는 열 전달 패턴, 분배 패턴, 및 전이 패턴이 각각 제공된다. 전이 패턴은 분배 패턴 및 열 전달 패턴과 상이하며 중앙 연장면에 대한 전이 돌출부 및 전이 오목부를 포함한다. 전이 영역은 제1 및 제2 경계선 사이에 연속하여 배치되는 제1 서브 영역, 제2 서브 영역, 및 제3 서브 영역을 포함한다. 제1, 제2 및 제3 서브 영역은 각각 전이 돌출부 중 인접하는 것들 사이에서 그것들을 따라 연장되는 제5 및 제6 경계선을 따라 서로 인접해 있다. 제1 서브 영역은 제1 장변에 가장 가까우며 제3 서브 영역은 제2 장변에 가장 가깝다. 가상 직선이 종방향 중심 축선에 대해 최소 각도(αn), n = 1, 2, 3...,로 각각의 전이 돌출부의 2개의 단부 점 사이에 연장된다. 제1 서브 영역 내의 전이 돌출부의 적어도 주요 부분에 대한 최소 각도(αn)는 본질적으로 제1 각도(α1)와 동일하다. 제2 서브 영역 내에서, 최소 각도(αn)는, 제2 서브 영역 내의 전이 돌출부의 적어도 주요 부분에 대한 최소 각도(αn)가 상기 제1 각도(α1)보다 크고 제1 장변으로부터 제2 장변으로의 방향으로 증가하도록 전이 돌출부 사이에서 변한다. 열 전달 플레이트는, 제2 경계선의 적어도 주요 부분이 직선형이고 열 전달 플레이트의 종방향 중심 축선에 대해 본질적으로 수직인 것을 특징으로 한다. 또한, 제3 서브 영역 내의 제1 세트의 전이 돌출부에 대한 최소 각도(αn)는 본질적으로 상기 제1 각도(α1)와 동일하다. 제1 및 제2 서브 영역 사이의 제5 경계선은, 열 전달 플레이트의 제1 장변으로부터 볼 때, 전이 영역 내의 첫번째 2개의 연속하는 전이 돌출부 양자 모두가 위에서 언급된 제1 각도(α1)보다 큰 최소 각도(αn)와 관련되는 상기 첫번째 2개의 연속하는 전이 돌출부 직전에 위치된다. 또한, 제2 및 제3 서브 영역 사이의 제6 경계선은, 제5 경계선으로부터 볼 때, 전이 영역 내의 첫번째 2개의 연속하는 전이 돌출부 양자 모두가 제1 각도(α1)와 동일한 최소 각도(αn)와 관련되는 상기 첫번째 2개의 연속하는 전이 돌출부 직전에 위치된다.
제5 및 제6 경계선이 전이 돌출부 중 인접하는 것 사이에 그리고 그것을 따라 연장된다는 사실은, 전이 돌출부 각각이 완전히 하나의 특정 서브 영역 내에 위치될 것이라는 것을 의미한다.
직선형 전이 돌출부의 경우에, 대응하는 가상 직선이 완전한 전이 돌출부를 따라 연장될 것이다. 이는 직선형이 아닌 전이 돌출부에 대해서는 그렇지 않다.
제2 서브 영역 내의 모든 전이 돌출부는 상이한 각도와 관련될 수 있거나, 전이 돌출부 중 일부만이 동일한 각도와 관련될 수 있다.
열 전달 플레이트의 전이 영역은 거울 역전형인 것을 제외하고 유사한 패턴이 제공된 인접하는 열 전달 플레이트의 전이 영역과 접촉하도록 배치될 수 있다. 그리고, 1개의 전이 영역의 제1, 제2 및 제3 서브 영역은 다른 전이 영역의 적어도 제3, 제2 및 제1 서브 영역과 접촉할 것이다. 2개의 전이 영역 사이의 정확한 상호작용은 제5 및 제6 경계선의 위치 및 연장부에 의존한다.
제2 경계선의 적어도 주요 부분이 직선형이고 열 전달 플레이트의 종방향 중심 축선에 대해 본질적으로 수직이라는 점에서, 특히 열 전달 플레이트가 거울 역전형인 동일한 열 전달 패턴이 제공된 본 발명에 따른 다른 열 전달 플레이트와 접촉하도록 배치되는 경우, 제2 경계선으로부터 동일한 거리에 배치되는 비교적 많은 수의, 열 전달 영역 내의 접촉 영역이 획득될 수 있다.
제1 및 제3 서브 영역의 양자 모두가 상기 제1 각도(α1)와 동일한 최소 각도를 갖는 전이 돌출부를 포함한다는 점에서, 제2 경계선으로부터 동일한 거리에 배치되는 비교적 많은 수의, 전이 영역의 제1 및 제3 서브 영역의 접촉 영역이 획득될 수 있다. 이것은 열 전달 플레이트가 동일한 열 전달 패턴 또는 상이한 열 전달 패턴이 제공된 본 발명에 따른 다른 열 전달 플레이트와 접촉하도록 배치되는 지의 여부에 관계없다.
열 전달 플레이트는, 제3 서브 영역 내의 전이 돌출부 중 상기 제1 세트의 전이 돌출부의 적어도 주요 부분이 제2 경계선으로부터 연장되도록 되어 있을 수 있다. 이에 의해, 제2 경계선에 가깝거나 본질적으로는 제2 경계선 대해 균일한 비교적 많은 수의 전이 영역의 제3 서브 영역의 접촉 영역이 획득될 수 있다. 이것은 열 전달 플레이트를 포함하는 플레이트 팩의, 열 전달 영역으로의 전이부에서의, 강도의 최적화를 가능하게 한다.
열 전달 플레이트는, 제3 서브 영역 내의 제2 세트의 전이 돌출부에 대한 최소 각도(αn)가 상기 제1 각도(α1)보다 크도록 설계될 수 있다. 이것은 열 전달 플레이트의 제2 장변을 향하는 유체의 안내에 기여하며, 결국 열 전달 플레이트의 폭에 걸친 보다 균일한 유체 분배를 가져온다. 또한, 상기 제2 세트의 전이 돌출부의 적어도 주요 부분이 제1 경계선으로부터 연장될 수 있다. 이에 의해, 제1 경계선에 가깝거나 본질적으로는 제1 경계선에 대해 균일한 비교적 많은 수의, 전이 영역의 제3 서브 영역의 접촉 영역이 획득될 수 있다. 이것은 열 전달 플레이트를 포함하는 플레이트 팩의, 분배 영역으로의 전이부에서의, 강도의 최적화를 가능하게 한다.
제2 경계선으로부터 연장되는 제3 서브 영역 내의 전이 돌출부의 적어도 주요 부분 각각은 제1 경계선으로부터 연장되는 제3 서브 영역 내의 전이 돌출부의 각각의 하나에 연결될 수 있다. 이에 의해, 제1 경계선으로부터 제2 경계선까지 연장되는 연속적인 산부가 획득될 수 있고, 이는 결국 전이 영역을 통한 유체의 제어된 안내를 가능하게 한다. 제2 경계선으로부터 연장되는 1개 이상의 돌출부는 "단일 산부" 또는 분기형 산부를 형성하도록 제1 경계선으로부터 연장되는 하나의 그리고 동일한 돌출부에 연결될 수 있다. 또한, 산부는 일체적으로 형성될 수 있다.
열 전달 플레이트의 전이 영역의 설계는, 제3 서브 영역 내의 서로를 따라 연장되는 2개의 인접하는 전이 돌출부의 가상 직선 사이의 최단 거리가 제3 서브 영역의 주요 부분 내에서 본질적으로 일정하도록 되어 있을 수 있다. 이에 의해, 제2 경계선으로부터 동일한 거리에 배치되는 비교적 많은 수의, 전이 영역의 제3 서브 영역의 균일하게 이격된 접촉 영역이 획득될 수 있다.
열 전달 영역은 제2 경계선의 10-40%를 따라 있는 전이 영역의 제3 서브 영역에 접해 있을 수 있다. 이러한 간격은, 열 전달 플레이트가 제2 경계선으로부터 동일한 거리에 비교적 많은 수의, 전이 영역의 제3 서브 영역의 접촉 영역을 가지면서도, 여전히 비교적 좁은 전이 영역, 즉 비교적 큰 열 전달 영역을 가질 수 있도록 한다. 열 전달 영역과 제3 서브 영역 사이의 보다 짧은 경계는 전형적으로 보다 적은 수의 접촉 영역 및 더 좁은 전이 영역과 관련되며, 그 반대로도 된다.
제1 경계선의 중심 부분은, 가상 타원의 외형과 일치하도록, 원호형이며 열 전달 영역으로부터 볼 때 볼록할 수 있다. 또한, 제1 경계선은 중심 부분 외측에서 가상 타원의 외형으로부터 벗어나 있을 수 있다. 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 제1 경계선은 전체적으로 볼록하지 않아도 된다는 점에서, 열 전달 플레이트의 제2 장변에 인접하는 분배 영역의 연장부는 열 전달 플레이트의 제2 장변을 향하는 유체의 안내에 기여하도록 되어 있을 수 있다. 결국, 이는 열 전달 플레이트의 폭에 걸쳐 보다 균일한 유체 분배를 가져온다.
제1 경계선의 중심 부분으로부터 열 전달 플레이트의 제2 장변을 향해 연장되는 제1 경계선의 제2 외측 부분은 제2 경계선을 향해 연장될 수 있다. 이것은, 제1 경계선의 제2 외측 부분의 원위 단부 점이 제1 경계선의 중심 부분에 연결된 제1 경계선의 제2 외측 부분의 단부 점보다 제2 경계선에 가까운 것을 의미한다. 결국, 이것은 유체의, 분배 영역 내에서의 "체류 시간"을 연장시킬 수 있는 열 전달 플레이트의 제2 장변에 인접하는 분배 영역의 증가된 연장을 수반할 수 있다.
또한, 제1 경계선의 제2 외측 부분은 분배 영역을 한정하는 제4 경계선으로부터 소정 거리에 그리고 그에 대해 본질적으로 평행하게 연장될 수 있다. 이는 제1 경계선의 제2 외측 부분과 제4 경계선 사이에서 접촉 영역의 비교적 균일한 분배를 가져온다.
제1 경계선의 중심 부분은 열 전달 플레이트의 폭의 40-90%를 점유할 수 있고, 이 간격은 플레이트 폭에 걸친 균일한 유체 분배와 관련하여 최적화를 가능하게 한다.
본 발명에 따른 플레이트 열교환기는 상술한 바와 같은 열 전달 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 1a 내지 도 1c는 열 전달 플레이트 패턴의 상이한 쌍들 사이의 접촉 영역을 도시한다.
도 2a 내지 도 2b는 종래기술에 따른 열 전달 플레이트의 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 플레이트 열교환기의 정면도이다.
도 4는 도 3의 플레이트 열교환기의 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 열 전달 플레이트의 평면도이다.
도 6은 도 5의 열 전달 플레이트의 일부의 확대도이다.
도 7은 도 6의 열 전달 플레이트 부분의 일부의 확대도이며, 열 전달 플레이트의 접촉 영역을 개략적으로 도시한다.
도 8은 열 전달 플레이트의 분배 패턴의 분배 돌출부의 개략적인 단면도이다.
도 9는 열 전달 플레이트의 분배 패턴의 분배 오목부의 개략적인 단면도이다.
도 10은 열 전달 플레이트의 전이 패턴의 전이 돌출부 및 전이 오목부의 개략적인 단면도이다.
도 11은 열 전달 플레이트의 열 전달 패턴의 열 전달 돌출부 및 열 전달 오목부의 개략적인 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 반 용접 플레이트 열교환기(26)가 도시되어 있다. 반 용접 플레이트 열교환기는 제1 말단 플레이트(28), 제2 말단 플레이트(30), 및 제1 및 제2 말단 플레이트(28 및 30) 사이에 배치된 다수의 열 전달 플레이트를 포함한다. 열 전달 플레이트는 모두 동일한 유형이다. 그들 중 하나를 32로 나타내며 도 5에 보다 상세히 도시되어 있다. 열 전달 플레이트는, 수평 중심 축선(x)을 중심으로 제1 및 제2 이웃하는 플레이트(180)를 회전시킴으로써, 1개의 열 전달 플레이트의 정면측(도 5에 도시됨)이 상기 제1 이웃하는 열 전달 플레이트의 정면측에 대향하게 되고, 상기 1개의 열 전달 플레이트의 이면측(도시되지 않음)이 상기 제2 이웃하는 열 전달 플레이트의 이면측에 대응하게 되는 상태로, 플레이트 팩(34)에 배치되어 있다.
열 전달 플레이트는 카세트를 형성하도록 쌍으로 함께 용접되며, 이 카세트는 개스킷(도시되지 않음)에 의해 서로로부터 분리되어 있다. 열 전달 플레이트는 개스킷 및 용접부와 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(36) 및 출구(38)를 통해 플레이트 열교환기(26)를 들어가고 나간다. 유사하게, 제2 유체는 각각 입구(40) 및 출구(42)를 통해 플레이트 열교환기(26)를 들어가고 나간다. 플레이트 팩(34)이 누설 방지되도록 하기 위해, 열 전달 플레이트는 서로에 대해 가압되어야 하며 이에 의해 개스킷이 열 전달 플레이트 사이를 밀봉한다. 이를 위해, 플레이트 열교환기(26)는 서로를 향해 각각 제1 및 제2 말단 플레이트(28 및 30)를 가압하도록 배치되는 다수의 체결 수단(44)을 포함한다.
반 용접 플레이트 열교환기의 설계 및 기능은 잘 알려져 있으며 본원에서는 상세하게 설명하지 않는다.
이제, 완전한 열 전달 플레이트, 열 전달 플레이트의 부분 A, 및 열 전달 플레이트 부분 A의 일부 C를 각각 도시하는 도 5, 도 6 및 도 7과, 열 전달 플레이트의 돌출부 및 오목부의 단면을 도시하는 도 8, 도 9, 도 10 및 도 11을 참고하여 열 전달 플레이트(32)에 대해 더 설명한다.
열 전달 플레이트(32)는 본질적으로 직사각형 형상의 스테인리스강 시트이다. 열 전달 플레이트는 열 전달 플레이트(32)의 종방향 중심 축선(y) 및 도 5, 도 6 및 도 7의 지면에 대해 평행한 중앙 연장면(c-c)(도 4 참조)과, 제1 장변(46) 및 제2 장변(48)을 갖는다. 열 전달 플레이트(32)는 제1 단부 영역(50), 제2 단부 영역(52), 및 그 사이에 배치된 열 전달 영역(54)을 더 포함한다. 그리고, 제1 단부 영역(50)은 각각 플레이트 열교환기(26)의 입구(36) 및 출구(42)와 연통하도록 배치된 제1 유체를 위한 입구 포트 구멍(56) 및 제2 유체를 위한 출구 포트 구멍(58)을 포함한다. 그리고, 유사하게, 제2 단부 영역(52)은 각각 플레이트 열교환기(26)의 입구(40) 및 출구(38)와 연통하도록 배치되는 제2 유체를 위한 입구 포트 구멍(60) 및 제1 유체를 위한 출구 포트 구멍(62)을 포함한다. 이하, 제1 및 제2 단부 영역의 구조는 수평 중심 축선(x)에 대해 부분적으로 거울 대칭형(전이 영역은 거울 대칭형이 아님)인 것을 제외하고 동일하기 때문에 제1 및 제2 단부 영역 중 제1 단부 영역만을 설명한다.
제1 단부 영역(50)은 분배 영역(64) 및 전이 영역(66)을 포함한다. 제1 경계선(68)은 분배 영역 및 전이 영역을 분리하고 전이 영역(66)은 제2 경계선(70)을 따라 열 전달 영역(54)에 접하고 있다. 제1 경계선(68)의 각각의 제1 및 제2 단부 점(82, 84)을 통해 연결점(76)으로부터 제2 경계선(70)의 각각의 제1 및 제2 단부 점(78, 80)까지 각각 연장되는 제3 및 제4 경계선(72 및 74)은 제1 단부 영역(50)의 나머지 부분으로부터 분배 영역(64) 및 전이 영역(66)을 한정한다. 제3 및 제4 경계선은 종방향 중심 축선(y)에 대해 거울 대칭형인 것을 제외하고 유사하다. 분배 영역은 제1 경계선(68)으로부터 입구 및 출구 포트 구멍(56 및 58) 사이로 연장된다.
특히 도 6을 참고하면, 제2 경계선(70)은 직선형이며 열 전달 플레이트(32)의 종방향 중심 축선(y)에 대해 수직하다. 제1 경계선(68)은 원호형이며 열 전달 영역(54)으로부터 볼 때 볼록한 중심 부분(68a)을 포함한다. 더 구체적으로는, 중심 부분(68a)은 가상 타원(도시되지 않음)의 외형과 일치하며 중심 부분은 열 전달 플레이트(32)의 폭(w)의 62%를 점유한다. 또한, 제1 경계선(68)은 중심 부분(68a)의 각각의 단부 점(86 및 88)으로부터 연장되는 제1 외측 부분(68b) 및 제2 외측 부분(68c)을 포함한다. 제1 및 제2 외측 부분은 종방향 중심 축선(y)에 대해 거울 대칭형인 것을 제외하고 유사하다. 제1 및 제2 외측 선 부분(68b 및 68c)의 각각의 제1 구간(68b' 및 68c')은 각각 제1 및 제2 장변(46 및 48)을 향해 그리고 제2 경계선(70)을 향해 연장된다. 도면들로부터 명백한 바와 같이, 제1 및 제2 선 구간(68b' 및 68c')은 각각 분배 영역(64)을 한정하는 제3 및 제4 경계선(72 및 74)에 대해 본질적으로 평행하게 연장된다. 또한, 제1 및 제2 외측 선 부분(68b 및 68c)의 각각의 제2 구간(68b'' 및 68c'')은 각각 제1 및 제2 장변(46 및 48)을 향해 그리고 제2 경계선(70)에 대해 평행하게 연장된다.
특히 도 7을 참고하면, 분배 영역(54)은 중앙 연장면(c-c)에 대한 세장형 분배 돌출부(90)(실선 사각형) 및 분배 오목부(92)(쇄선 사각형)의 분배 패턴으로 프레스가공된다. 이들 분배 돌출부 및 오목부 중 단지 몇몇만이 도면에 도시되어 있다. 분배 돌출부(90)는, 연결 점(76)으로부터 연장되는, 제4 경계선(74)의 각각의 부분에 대해 본질적으로 각각 평행하게 연장되는 가상 돌출부 선(94)을 따라 배치된다. 도 8은 각각의 가상 돌출부 선(94)에 대해 본질적으로 수직으로 취해진 분배 돌출부(90)의 단면을 도시한다. 유사하게, 분배 오목부(92)는, 연결 점(76)으로부터 연장되는, 제3 경계선(72)의 각각의 부분에 대해 본질적으로 각각 평행하게 연장되는 가상 돌출부 선(96)을 따라 배치된다. 도 9는 각각의 가상 오목부 선(96)에 대해 본질적으로 수직으로 취해진 분배 오목부(92)의 단면도를 도시한다.
열 전달 플레이트(32)의 분배 돌출부(90)는, 그 완전한 연장부를 따라, 위에 있는 열 전달 플레이트의 제2 단부 영역 내의 각각의 분배 오목부와 접촉하도록 배치되는 한편, 분배 오목부(92)는, 그 완전한 연장부를 따라, 아래에 있는 열 전달 플레이트의 제2 단부 영역 내의 각각의 분배 돌출부와 접촉하도록 배치된다. 분배 패턴은 이른바 초콜릿 패턴이다.
도 7로부터 명백한 바와 같이, 제1 경계선(68)에 가장 근접하게 배치된, 각각의 가상 돌출부 선(94)을 따른 분배 돌출부(90) 및 각각의 가상 오목부 선(96)을 따른 분배 오목부(92)는 각각 중심 부분(68a), 제1 외측 부분(68b), 및 제2 외측 부분(68c)에 근접하게 그리고 그로부터 본질적으로 동일한 거리에 배치된다.
도 5를 참고하면, 전이 영역(66)은 중앙 연장면(c-c)에 대한 각각의 산부 및 골부 형태의 교대로 배치되는 전이 돌출부(98) 및 전이 오목부(100)(이들 중 몇몇만이 도시되어 있음)의 전이 패턴으로 프레스가공된다. 도 10은 이들 연장부에 대해 본질적으로 수직으로 취해진 전이 돌출부(98) 및 전이 오목부(100)의 단면을 도시한다. 이하에서는, 전이 돌출부에 초점을 두어 추론한다(전이 돌출부와 전이 오목부 사이의 유사성으로 인해, 전이 오목부에 초점을 둔 추론은 불필요하다).
각각의 전이 돌출부(98)는 이하에서 더 설명되는 바와 같이 제4 경계선(74)의 각각의 부분과 유사한 선을 따라 연장된다. 또한, 각각의 전이 돌출부(98)는, 종방향 중심 축선(y)과, 각각의 전이 돌출부(98)의 2개의 단부 점(104 및 106) 사이에서 연장되는 가상 직선(102)(도 5의 전이 돌출부 중 2개에 대해 도시됨) 사이에서 측정된 최소 각도(αn), n = 1, 2, 3...,와 관련된다. 여기서, 최소 각도(αn)는 시계 방향으로 가상 직선(102)으로부터 종방향 중심 축선(y)까지 측정된다. 여기서, 대응하는 최대 각도는 그와 달리 반시계 방향으로 측정될 것이다.
또한, 도 6을 참고하면, 전이 영역(66)은 제1 서브 영역(66a), 제2 서브 영역(66b), 및 제3 서브 영역(66c)으로 나뉘어지고, 제1 및 제3 서브 영역은 각각 열 전달 플레이트(32)의 제1 및 제2 장변(46 및 48)에 인접하며, 제2 서브 영역은 제1 및 제3 서브 영역 사이에 배치된다. 제1 및 제2 서브 영역(66a 및 66b)은, 각각 전이 돌출부(98a 및 98b) 사이에서 그리고 이들을 따라 연장되는 제5 경계선(108)을 따라 서로 인접해 있는 한편, 제2 및 제3 서브 영역(66b 및 66c)은 각각 전이 돌출부(98c, 98d, 및 98e) 사이에서 그리고 이들을 따라 연장되는 제6 경계선(110)을 따라 서로 인접해 있다.
제1 서브 영역(66a) 내의 각각의 전이 돌출부(98)는, 제1 경계선(68)으로부터 제2 경계선(70)까지 그리고 제4 경계선(74)의 각각의 상위 직선부와 유사한 선을 따라 연장된다. 따라서, 제1 서브 영역(66a) 내의 전이 돌출부(98)는 평행하며 동일한 최소 각도, 즉 제1 각도(α1)와 관련된다.
제2 서브 영역(66b) 내의 각각의 전이 돌출부(98)는, 제1 경계선(68)으로부터 제2 경계선(70)까지 그리고 제1 경계선(74)의 각각의 중간 만곡부와 유사한 선을 따라 연장된다. 전이 패턴은 제2 서브 영역(66b) 내에서 "발산형"이며, 이는 전이 돌출부(98)가 평행하지 않은 것을 의미한다. 더 구체적으로는, 제2 서브 영역(66b) 내의 모든 전이 돌출부(98)에 대해 상기 제1 최소 각도(α1)보다 큰 최소 각도(αn)는, 전이 돌출부(98) 사이에서 상이하며, 열 전달 플레이트(32)의 제1 장변(46)으로부터 제2 장변(48)으로의 방향으로 증가한다. 즉, 제2 서브 영역(66b) 내의 전이 돌출부(98)는 제2 장변에 가까울 때보다 제1 장변에 가까울수록 더 가팔라 진다.
제3 서브 영역(66c)은, 제2 경계선(70)으로부터 동일한 방향으로, 그리고 제1 서브 영역(66a) 내의 전이 돌출부(98)와 동일한 상호 거리에서 각각 연장되는 제1 세트의 전이 돌출부를 포함한다. 이는 전이 패턴이 전이 영역(66) 내의 제1 및 제3 서브 영역 내에서 부분적으로 동일한 것을 의미한다. 따라서, 제1 세트의 전이 돌출부(98)는 평행하며 동일한 최소 각도, 즉 제1 각도(α1)와 관련된다. 또한, 제3 서브 영역(66c)은, 제1 경계선(68)으로부터 그리고 제1 경계선(74)의 각각의 하위 부분과 유사한 선을 따라 각각 연장되는 제2 세트의 전이 돌출부를 포함하며, 이 하위 부분은 만곡형 부분과 직선형 부분을 갖는다. 제2 세트 내의 전이 돌출부(98)는 평행하지 않으며 제2 서브 영역(66b) 내의 전이 돌출부보다 모두 덜 가파르다. 제2 세트의 모든 전이 돌출부(98)에 대한 제1 최소 각도(α1)보다 큰 최소 각도(αn)는, 제2 세트의 전이 돌출부(98) 사이에서 변화하며 열 전달 플레이트(32)의 제1 장변(46)으로부터 제2 장변(48)으로의 방향으로 증가한다.
제1 세트 내의 각각의 전이 돌출부는 제2 세트 내의 전이 돌출부의 각각의 전이 돌출부에 연결되어 각각 제1 경계선(68)으로부터 제2 경계선(70)까지 연장되는 연속하는 산부를 형성한다. 도 6으로부터 명백한 바와 같이, 제1 세트 전이 돌출부 중 일부는 동일한 제2 세트 전이 돌출부에 연결되어, 더 구체적으로는 그것과 일체로 형성되어 분기형 산부를 형성한다. 또한, 제2 세트 전이 돌출부의 일부는 1개의 제1 세트 전이 부분에만 연결되어, 더 구체적으로는 그것과만 일체로 형성되어 "단일" 산부를 형성한다. 제3 서브 영역(66c) 내의 각각의 전이 돌출부의 길이는, 전이 돌출부(98) 중 서로를 따라 연장되는 2개의 인접하는 전이 돌출부 사이의 최단 거리가 제3 서브 영역 내에서 본질적으로 일정하도록 되어 있다.
제1 및 제2 서브 영역(66a 및 66b) 사이의 제5 경계선(108)은, 열 전달 플레이트(32)의 제1 장변(46)으로부터 볼 때, 전이 영역 내의 첫번째 2개의 연속하는 전이 돌출부 양자 모두가 위에서 언급된 제1 각도(α1)보다 큰 최소 각도(αn)와 관련되는 상기 첫번째 2개의 연속하는 전이 돌출부 직전에 위치된다. 또한, 제2 및 제3 서브 영역(66b 및 66c) 사이의 제6 경계선(110)은, 제5 경계선(108)으로부터 볼 때, 전이 영역 내의 첫번째 2개의 연속하는 전이 돌출부 양자 모두가 제1 각도(α1)와 동일한 최소 각도(αn)와 관련되는 상기 첫번째 2개의 연속하는 전이 돌출부 직전에 위치된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 전이 돌출부(98)는 위에 있는 열 전달 플레이트의 제2 단부 영역 내의 전이 돌출부(114)의 각각의 점 형상 전이 접촉 영역과의 결합을 위해 배치된 본질적으로 점 형상 전이 접촉 영역(112)을 포함한다. 유사하게, 전이 오목부(100)(도 5 및 도 10에만 도시됨)는 아래 있는 열 전달 플레이트(도시되지 않음)의 제2 단부 영역 내의 전이 오목부의 각각의 점 형상 전이 접촉 영역과의 결합을 위해 배치된 본질적으로 점 형상 전이 접촉 영역을 포함한다. 전이 패턴은 이른바 헤링본 패턴이다.
제1 경계선(68)에 가장 가깝게 배치된 각각의 전이 돌출부(98)의 전이 접촉 영역(112)은, 각각 제1 경계선(68)의 중심 부분(68a), 제1 외측 부분(68b) 및 제2 외측 부분(68c)에 가깝게 그리고 본질적으로는 그로부터 동일한 거리에 배치된다.
열 전달 영역(54)은 각각 제2 경계선(70)의 대략 27%, 46% 및 27%를 따라 제1 서브 영역(66a), 제2 서브 영역(66b) 및 제3 서브 영역(66c)에 접해 있다. 따라서, 제2 경계선(70)의 약 54%(2　×　27%)를 따라 그리고 그것에 인접하여서는, 전이 패턴은 유사하다. 도입부에서 설명된 바와 같이, 직선형 주름의 유사한 거울 역전형 패턴은 직선형의 등거리 선에 배치된 접촉 영역을 초래한다.
도 7로부터 명백한 바와 같이, 제2 경계선(70)에 가장 가까운 각각의 전이 돌출부(98)의 전이 접촉 영역(112)은 각각 전이 영역(66)의 제1 및 제3 서브 영역(66a 및 66c) 내에서 가상 접촉 선(116)에 배치되며, 접촉 선(116)은 제1 경계선(70)에 평행하다. (실제로, 제1 장변(46)으로부터 볼 때 제1 서브 영역 내에서 마지막으로 오며 제3 서브 영역 내에서 첫번째로 오는 가장 가까운 전이 접촉 영역은 접촉 선(116) 약간 외측에 배치된다. 이것은 상대적으로 짧은 전이 돌출부(98d)(도 6 참조)의 결과이며, 이 영향은 무시할 수 있다.
또한, 전이 영역(66)의 제2 서브 영역(66b) 내에서, 제2 경계선(70)에 가장 근접하는 전이 접촉 영역(112)의 적어도 몇몇은 가상 접촉 선(116) 외측에 배치된다. 그러나, 이들 가장 가까운 전이 접촉 영역의 확산은 비교적 작고, 결과적으로 제2 서브 영역 내의 열 전달 플레이트의 강도는 여전히 충분하다. 자연적으로, 제2 서브 영역(66b) 내의 전이 돌출부가 제3 서브 영역(66c) 내의 제2 세트의 전이 돌출부(제1 경계선(68)으로부터 연장됨)에 대응하는 것으로 고려되는 경우, 제2 서브 영역(66b)는 또한 제3 서브 영역(66c) 내의 제1 세트의 전이 돌출부(제2 경계선(70)으로부터 연장됨)에 대응하는 제1 각도(α1)와 동일한 최소 각도(αn)와 관련되는 복수의 직선형 평행 전이 돌출부를 포함할 수 있다. 그리고, 가장 가까운 전이 접촉 영역은 플레이트의 전체 폭에 걸쳐 직선 상에 배치될 수 있다. 그러나, 이것은 열 전달 영역의 크기의 희생으로 상당히 긴(축선(y)을 따라 측정되는 길이) 전이 영역을 가져올 것이다.
도 5 및 도 11을 참조하면, 열 전달 영역(54)은 중앙 연장면(c-c)에 대한 각각의 산부 및 골부 형태의 교대로 배치된 본질적으로 직선형 열 전달 돌출부(118) 및 열 전달 오목부(120)의 열 전달 패턴으로 프레스가공된다. 오목부(120)는 열 전달 돌출부(118) 및 열 전달 오목부(120)의 연장부에 대해 수직으로 취해진 그들의 단면을 도시하는 도 11에만 도시되어 있다. 열 전달 플레이트의 제1 반부(122)의 열 전달 패턴 및 열 전달 플레이트의 제2 반부(124) 내의 열 전달 패턴은 종방향 중심 축선(y)에 대해 거울 역전형인 것을 제외하고 유사하다. 또한, 제1 반부(122) 및 따라서 또한 제2 반부(124) 내의 열 전달 돌출부 및 오목부는 평행하다.
도 7을 참고하면, 열 전달 돌출부(118)는 위에 있는 열 전달 플레이트의 열 전달 돌출부(128)의 각각의 점 형상 열 전달 접촉 영역과의 결합을 위해 배치된 본질적으로 점 형상 열 전달 접촉 영역(126)을 포함한다. 유사하게, 열 전달 오목부(120)는 아래 있는 열 전달 플레이트(도시되지 않음)의 열 전달 오목부의 각각의 점 형상 열 전달 접촉 영역과의 결합을 위해 배치된 본질적으로 점 형상 열 전달 접촉 영역을 포함한다. 열 전달 패턴은 이른바 헤링본 패턴이다.
또한, 직선형 주름의 유사한 거울 역전형 패턴은 직선형 등거리 선 상에 배치된 접촉 영역을 초래한다. 따라서, 도 7로부터 명백한 바와 같이, 제2 경계선(70)에 가장 가까운 각각의 열 전달 돌출부(118)의 열 전달 접촉 영역(126)(및 각각의 열 전달 오목부(120)의 열 전달 접촉 영역)은 제1 경계선(70)에 평행하게 그리고 그에 대해 가까운 가상 접촉 선(130) 상에 배치된다.
상술한 바와 같이, 플레이트 열교환기(26)는 하나의 유체로부터 다른 유체로 열을 전달하기 위해 2개의 유체를 수용하도록 배치된다. 도 5 및 열 전달 플레이트(32)를 참고하면, 제1 유체는, 입구 포트 구멍(56)을 통해 열 전달 플레이트(32)의 이면측(보이지 않음)으로 유동하고, 이면측을 따라 제1 단부 영역의 분배 및 전이 영역, 열 전달 영역 및 제2 단부 영역의 전이 및 분배 영역을 통해 유동하며, 출구 포트 구멍(62)을 통해 거꾸로 유동한다. 유사하게, 제2 유체는 위에 있는 열 전달 플레이트의 입구 포트 구멍을 통해 유동하며, 이 입구 포트 구멍은 열 전달 플레이트(32)의 정면측에 대해 열 전달 플레이트(32)의 입구 포트 구멍(60)과 정렬된다. 그리고, 제2 유체는 정면측을 따라 제2 단부 영역의 분배 및 전이 영역, 열 전달 영역, 및 제1 단부 영역의 전이 및 분배 영역을 통해 유동하고, 위에 있는 열 전달 플레이트의 출구 포트 구멍을 통해 거꾸로 유동하며, 이 출구 포트 구멍은 열 전달 플레이트(32)의 출구 포트 구멍(58)과 정렬된다.
앞서 언급된 바와 같이, 분배 영역의 주 목적은 열 전달 플레이트의 폭에 걸쳐 균등하게 유체를 확산시키는 것이고, 열 전달 영역의 주 목적은 열 전달이다. 전이 영역의 주 목적은 열 전달 플레이트를 분배 및 열 전달 영역 사이의 전이부에서 비교적 강하게 만드는 것이다. WO 2014/067757에 따른 전이 영역에 의해, 제1 경계선에 가장 가까운 분배 영역의 접촉 영역은, 제1 경계선에 가장 가까운 전이 영역의 접촉 영역 처럼, 제1 경계선으로부터 동일한 거리에 배치되며, 이는 플레이트 강도에 유리하다. 그러나, 제2 경계선에 가장 가까운 전이 영역의 접촉 영역은, 제2 경계선에 가장 가까운 열 전달 영역의 접촉 영역처럼, 제2 경계선으로부터 상이한 거리에 배치되며, 이는 열등한 플레이트 강도에 관련될 수 있다. 본 발명에 따른 전이 영역은 이러한 문제에 대한 해법을 제공한다. 제2 경계선이 직선형이며 플레이트의 종방향 중심 축선에 대해 수직으로 이루어지는 점에서, 적어도 (적어도 부분적으로) 유사한 열 전달 패턴을 갖는 2개의 열 전달 플레이트가 조합될 때, 제2 경계선에 가장 가까운 열 전달 영역의 접촉 영역은 제2 경계선으로부터 동일한 거리에 배치될 것이다. 또한, 전이 영역의 제1 및 제3 서브 영역이 제2 경계선에 가까운 유사한 패턴을 포함하는 점에서, 제1 및 제3 전이 서브 영역의 접촉 영역의 주요 부분은 제2 경계선으로부터 동일한 거리에 배치될 것이다.
제1 및 제3 전이 서브 영역 내에서 유사한 패턴을 얻기 위해서, (제3 서브 영역 내의 전이 돌출부의 일부(제1 세트)는 비교적 가파르게 구성될 수 있다. 가파튼 패턴은 비교적 낮은 유동 저항과 관련되고, 유체는 최저 유동 저항을 제공하는 플레이트에 걸친 경로를 선택하는 경향이 있기 때문에, 분배 영역은 열 전달 플레이트의 제1 및 제2 장변(46 및 48)을 향해 "연장"되었다. 도 6을 참고하면, 이들 "연장부"는 각각 제3 경계선(72)과 제1 경계선(68)의 제1 외측 부분(68b) 사이 및 제4 경계선(74)과 제1 경계선(68)의 제2 외측 부분(68c) 사이에서 연장되는 분배 영역 구간을 포함한다. 유체는 이들 "연장부"를 통해 제1 경계선(68)의 중심 부분(68a)의 단부 점(88)에 가까운 전이 영역(66)으로의 유체의 "유출"을 감소시키는 열 전달 플레이트의 제1 및 제2 장변(46, 48)을 향해 안내될 것이다. 이는 플레이트 폭에 걸친 유체 분배를 향상시킨다.
본 발명의 상술한 실시형태는 예로서만 보아야 한다. 통상의 기술자는 개시된 실시형태가 본 발명의 개념 내에서 다수의 방식으로 변형 및 조합될 수 있다는 것을 인식한다.
일례로서, 상기 특정 분배 패턴, 전이 패턴, 및 열 전달 패턴은 단지 예시이다. 당연히, 본 발명은 다른 유형의 패턴과 관련하여 적용될 수 있다. 예를 들어, 전이 돌출부는 제4 경계선의 각각의 부분과 유사한 선을 따라 연장될 필요가 없다. 제3 영역은 더 많거나 더 적은 "분기형" 산부를 포함하며, 이들 산부는 동일하거나 상이한 수의 "분기부"를 가질 수 있다. 또한, 전이 돌출부는 직선형 및 만곡형 부분의 양자를 포함할 수 있다.
도면들에 도시된 열 전달 플레이트의 제1 및 제2 단부 영역의 전이 영역은 서로에 대해 플레이트의 법선을 중심으로 180도 회전하는 것을 제외하고 유사하다. 당연히, 이것은 그럴 필요는 없다. 대안으로서, 열 전달 플레이트가 플레이트 팩의 이웃하는 플레이트에 대해서 어떻게 배치되어 배향되는지에 따라, 열 전달 플레이트의 제1 및 제2 단부 영역의 전이 영역은 플레이트의 수평 중심 축선(x)에 대해 거울 역전형인 것을 제외하고 동일할 수 있다.
전이 영역과 분배 영역 사이에서 연장되는 제1 경계선은 상기에 따라 연장될 필요는 없다. 예를 들어, 제1 경계선의 제1 및 제2 외측 부분은 수많은 상이한 방식으로 연장될 수 있다. 또한, 제1 경계선은 제2 경계선에 대해 직선형이고 평행할 수 있거나 파형 또는 톱니 형태 같은 다른 형태를 가질 수 있다.
상술한 플레이트 열교환기는 병렬 반대 유동 유형이며, 즉 각각의 유체에 대한 입구 및 출구가 플레이트 열 교환기의 동일한 반부에 배치되고 유체는 열 전달 플레이트 사이의 채널을 통해 반대 방향으로 유동한다. 당연히, 플레이트 열교환기는 그와 달리 사선 유동 유형 및/또는 공동-유동 유형일 수 있다.
상기 플레이트 열교환기는 1개의 플레이트 유형만을 포함한다. 당연히, 플레이트 열교환기는 그와 달리 2개 이상의 상이한 유형의 교대로 배치된 열 전달 플레이트를 포함한다. 또한, 열 전달 플레이트는 스테인리스강 이외의 다른 재료로 만들어질 수 있다.
본 발명은 완전 용접, (완전) 개스킷 및 브레이징형 플레이트 열교환기 같은 반 용접 플레이트 열교환기 이외의 다른 유형의 플레이트 열교환기와 연계되어 사용될 수 있다.
상술한 실시예에서, 제2 경계선은 전체적으로 직선형이다. 대안 실시예에서, 제2 경계선의 부분들은 직선형 연장부로부터 벗어나 있을 수 있다. 일례로서, 제2 경계선을 따른 열교환기 플레이트의 굽힘을 방지하기 위해서, 전이 돌출부 중 1개 이상을 제2 경계선과 교차하도록 구성할 수 있으며 열 전달 돌출부의 각각의 돌출부에 연결할 수 있다.
상술한 실시예에서, 전이 영역(66)의 제1 서브 영역(66a)은 위에 있는 전이 영역의 제3 서브 영역에 접촉하도록 배치된다. 또한, 제2 서브 영역(66b)은 위에 있는 전이 영역의 제2 및 제3 서브 영역의 양자 모두에 접촉하도록 배치되며, 제3 서브 영역(66c)은 위에 있는 전이 영역의 제1 및 제2 서브 영역의 양자 모두에 접촉하도록 배치된다. 당연히, 제5 및 제6 경계선의 위치 및 연장부는 전이 영역(66)과 위에 있는 전이 영역 사이의 상호작용을 변경시킬 수 있는 대안 실시예에서는 상술한 것과 상이할 수 있다.
상술한 실시예에서, 제1 서브 영역 내의 전이 돌출부(및 전이 오목부)는 다수의 공통 특징부를 갖는데, 예를 들어 그들 모두는 직선형이거나 동일한 최소 각도(αn)와 관련된다. 이들 공통 특징부는 제1 서브 영역 내의 전이 돌출부의 일반적인 설계를 규정한다. 당연히, 제1 서브 영역 내의 전이 돌출부 중 1개 이상은 이들 공통 특징부 중 1개(또는 그 이상)가 결여될 수 있는데, 예를 들어 전이 돌출부의 주요 부분이 이들 공통 특징부를 갖는 한 상이한 각도와 관련될 수 있다.
상술한 것에 대응하는 추론은 제2 서브 영역 내의 전이 돌출부에 대해 유효하다. 예를 들어, 제2 서브 영역의 전이 돌출부의 공통 특징부는, 전이 돌출부가 열 전달 플레이트의 제1 장변측으로부터 제2 장변측으로의 방향으로 증가하거나 일정한 각각의 최소 각도(αn)와 관련된다는 것이다. 당연히, 제2 서브 영역 내의 전이 돌출부 중 1개 이상은, 전이 돌출부의 주요 부분이 이러한 "거동"으로부터의 벗어남과 관련되지 않는 한 이러한 "거동"으로부터 벗어나 있는 최소 각도(αn)와 관련될 수 있다.
당연히, 상술한 것에 대응하는 추론은 제3 서브 영역 내의 전이 돌출부에 대해서도 유효하다.
열 전달 플레이트의 제1 장변측으로부터 시작해서, 양자 모두 제1 서브 영역의 공통 특징부가 결여된 2개의 연속하는 전이 돌출부에 마주치는 경우, 이는 이들 연속하는 전이 돌출부가 제2 서브 영역 내에 배치되는 것을 의미할 수 있다.
개별 전이 돌출부 또는 연결된 전이 돌출부(제3 서브 영역 내의 연속하는 산부)는 제1 경계선으로부터 제2 경계선까지의 모든 경로에 연장될 필요는 전혀 없다.
마지막으로, 상술한 실시예에서, 제1 및 제2 경계선의 제1 단부 점과 제1 및 제2 경계선의 제2 단부 점은 각각의 장변으로부터 동일한 거리에 배치된다. 대안 실시예에 따르면, 제1 경계선의 제1 및 제2 단부 점은 그와 달리 테이퍼형 폭을 갖는 전이 영역을 형성하도록 제2 경계선의 제1 및 제2 단부 점보다 각각의 장변측으로부터의 더 큰 거리에 배치될 수 있다.
본 발명과 관련되지 않은 상세사항의 설명은 생략되었으며 도면은 단지 개략적인 것이며 축척에 따라 그려지지 않았음을 유념해야 한다. 또한, 도면 중 일부는 다른 것보다 더 간략화된 것임을 유의해야한다. 그러므로, 일부 구성요소는 하나의 도면에는 도시되지만 다른 도면에서는 생략될 수 있다.

Claims (11)

  1. 열 전달 플레이트(32)이며, 중앙 연장면(c-c), 제1 장변(46) 및 제2 장변(48)을 갖고 열 전달 플레이트의 종방향 중심 축선(y)을 따라 연속하여 배치되는 분배 영역(64), 전이 영역(66) 및 열 전달 영역(54)을 포함하고, 전이 영역(66)은 제1 경계선(68)을 따라 분배 영역(64)에 그리고 제2 경계선(70)을 따라 열 전달 영역(54)에 인접해 있고, 열 전달 영역, 분배 영역(64) 및 전이 영역(66)에는 각각 열 전달 패턴, 분배 패턴 및 전이 패턴이 제공되고, 전이 패턴은 분배 패턴 및 열 전달 패턴과 상이하고 중앙 연장면에 대한 전이 돌출부(98) 및 전이 오목부(100)를 포함하고, 전이 영역(66)은 제1 및 제2 경계선(68, 70) 사이에서 연속하여 배치되고, 전이 돌출부(98) 중 인접하는 전이 돌출부(98a, 98b, 98c, 98d, 98e) 사이에서 이들을 따라 각각 연장되는 제5 및 제6 경계선(108, 110)을 따라 서로 인접해 있는 제1 서브 영역(66a), 제2 서브 영역(66b) 및 제3 서브 영역(66c)을 포함하고, 제1 서브 영역(66a)은 제1 장변(46)에 가장 가깝고 제3 서브 영역(66c)는 제2 장변(48)에 가장 가깝고, 가상 직선(102)이 종방향 중심 축선(y)에 대하여 최소 각도(αn), n=1, 2, 3 ...,로 각각의 전이 돌출부(98)의 2개의 단부 점(104, 106) 사이에서 연장되고, 최소 각도(αn)는 가상 직선(102)과 종방향 중심 축선(y)에 의해 형성된 2개의 각도 중 보다 작은 각도이며, 제1 서브 영역(66a) 내의 전이 돌출부(98)의 적어도 주요 부분에 대한 최소 각도(αn)는 본질적으로 제1 각도(α1)와 동일하고, 최소 각도(αn)는 제2 서브 영역(66b) 내의 전이 돌출부(98) 사이에서 제2 서브 영역(66b) 내의 전이 돌출부(98)의 적어도 주요 부분에 대한 최소 각도(αn)가 상기 제1 각도(α1)보다 크도록 변화하며 제1 장변(46)으로부터 제2 장변(48)으로의 방향으로 증가하는 열 전달 플레이트(32)에 있어서, 제2 경계선(70)의 적어도 주요 부분은 직선형이고 열 전달 플레이트(32)의 종방향 중심 축선(y)에 대해 본질적으로 수직이고, 제3 서브 영역(66c) 내의 제1 세트의 전이 돌출부(98)에 대한 최소 각도(αn)는 상기 제1 각도(α1)와 본질적으로 동일하고, 제1 및 제2 서브 영역(66a, 66b) 사이의 제5 경계선(108)은, 열 전달 플레이트(32)의 제1 장변(46)으로부터 볼 때, 전이 영역(66) 내의 첫번째 2개의 연속하는 전이 돌출부 양자 모두가 상기 제1 각도(α1)보다 큰 최소 각도(αn)와 관련되는 상기 첫번째 2개의 연속하는 전이 돌출부 직전에 위치되고, 제2 및 제3 서브 영역(66b, 66c) 사이의 제6 경계선(110)은, 제5 경계선(108)으로부터 볼 때, 전이 영역(66) 내의 첫번째 2개의 연속하는 전이 돌출부 양자 모두가 상기 제1 각도(α1)와 동일한 최소 각도(αn)와 관련되는 상기 첫번째 2개의 연속하는 전이 돌출부 직전에 위치되는 것을 특징으로 하는 열 전달 플레이트(32).
  2. 제1항에 있어서, 제3 서브 영역(66c) 내의 전이 돌출부 중 상기 제1 세트의 전이 돌출부(98)의 적어도 주요 부분은 제2 경계선(70)으로부터 연장되는, 열 전달 플레이트(32).
  3. 제2항에 있어서, 제3 서브 영역(66c) 내의 제2 세트의 전이 돌출부(98)에 대한 최소 각도(αn)는, 제1 경계선(68)으로부터 연장되는 상기 제2 세트의 전이 돌출부의 적어도 주요 부분에서 상기 제1 각도(α1)보다 큰, 열 전달 플레이트(32).
  4. 제3항에 있어서, 제2 경계선(70)으로부터 연장되는 제3 서브 영역(66c) 내의 전이 돌출부(98)의 적어도 주요 부분의 각각은 제1 경계선(68)으로부터 연장되는 제3 서브 영역 내의 전이 돌출부의 각각의 전이 돌출부에 연결되는, 열 전달 플레이트(32).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 서브 영역(66c) 내의 서로를 따라 연장되는 2개의 인접하는 전이 돌출부(98)의 가상 직선(102) 사이의 최단 거리는 제3 서브 영역의 주요 부분 내에서 본질적으로 일정한, 열 전달 플레이트(32).
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 열 전달 영역(54)은 제2 경계선(70)의 10-40%를 따라 전이 영역(66)의 제3 서브 영역(66c)에 접해 있는, 열 전달 플레이트(32).
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 경계선(68)의 중심 부분(68a)은 원호형이며, 제1 경계선(68)의 중심 부분(68a)이 가상 타원의 외형과 일치하도록 열 전달 영역(54)으로부터 볼 때 볼록하며, 제1 경계선(68)은 중심 부분(68a) 외측에서는 가상 타원의 외형으로부터 벗어나 있는, 열 전달 플레이트(32).
  8. 제7항에 있어서, 열 전달 플레이트의 제2 장변(48)을 향해 제1 경계선의 중심 부분(68a)으로부터 연장되는 제1 경계선(68)의 제2 외측 부분(68c)이 제2 경계선(70)을 향해 연장되는, 열 전달 플레이트(32).
  9. 제8항에 있어서, 제1 경계선(68)의 제2 외측 부분(68c)은 분배 영역(64)을 한정하는 제4 경계선(74)으로부터 그리고 제4 경계선(74)에 대해 본질적으로 평행하게 소정 거리로 연장되는, 열 전달 플레이트(32).
  10. 제7항에 있어서, 제1 경계선(68)의 중심 부분(68a)은 열 전달 플레이트의 폭(w)의 40-90%를 점유하는, 열 전달 플레이트(32).
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 열 전달 플레이트(32)를 포함하는 플레이트 열교환기(26).
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