KR102271620B1 - 열교환 장치용 플레이트 및 열교환 장치 - Google Patents

Abstract

열교환 장치용 플레이트(1)는 연속적이고 폐쇄된 융선을 형성하는 돌출부(7)를 갖는 제1 열전달 표면(A)을 가진다. 이 융선은 상기 표면을 폐쇄된 내부 영역(A1)과 외부 영역(A2)으로 분할한다. 내부 영역(A1)은 제1 매체를 위한 제1 입구 포트홀(2) 및 제1 출구 포트홀(5)을 둘러싼다. 외부 영역(A2)은 제1 매체를 위한 제2 입구 포트홀(3) 및 제2 출구 포트홀(6)을 가진다. 열교환 장치는 상기 유형의 제1 및 제2 플레이트로 이루어진 스택을 포함한다. 상기 플레이트의 제1 열전달 표면(A) 상의 돌출부(7)는 서로 연결되어, 제1 채널을 제1 매체를 위한 제1 및 제2 유동 경로로 분할한다. 각각의 제1 유동 경로는 내부 영역(A1) 내부에서의 제1 입구로부터 제1 출구로의 제1 매체의 유동을 안내하도록 형성되고, 각각의 제2 유동 경로는 외부 영역 내에서의 제2 입구로부터 제2 출구로 제1 매체의 유동을 안내하도록 형성되고, 상기 입구 및 출구는 상기 입구 및 출구 포트홀(각각 2, 3 및 5, 6) 사이에 한정된다.

Description

열교환 장치용 플레이트 및 열교환 장치

본 발명은 열교환 장치용 플레이트 및 제1 매체와 제2 매체 사이의 열교환을 위한 열교환 장치에 관한 것이다.

전술한 유형의 플레이트 및 열교환 장치는 예를 들어 저장 탱크 없이 연료의 연소에 의해, 일반적으로 기체에 의해 "즉각적으로(on-demand)" 수돗물을 가열하는 등에 사용된다. 그때에 물은 약 20℃에서 약 60℃까지 가열된다. 이와 동시에 기체는 수돗물에 의해 냉각된다. 즉, 수돗물이 기체에 의해 가열된다. 연소 기체는 약 1500℃에서 가능한 한 낮은 온도로 냉각되어야 한다. 응축은 잠열의 방출로 인해 연료로부터의 추가적인 열 에너지를 제공한다. 연소 기체에서의 수증기는 열교환 장치의 저온 금속 표면과 접촉할 때 응축된다. 금속 표면의 온도는 열교환 장치를 따라 변동하며, 매 위치에서의 물과 기체의 온도 및 유동 특성에 의해 결정된다.

열 문제는 이전에 특히 기체 연소형 온수 히터 및 버너에서 비용 효율적이고 콤팩트한 열교환 장치의 사용을 방해하였다. 버너로부터 열교환 장치 내로 유동하는 기체는 1500℃를 초과하는 것으로 언급되고, 온도의 변동이 매우 급속하다. 이는 열 응력과 누출을 야기할 수 있다.

높은 금속 온도는 높은 수온을 유발하고, 이는 결국 비등 위험(boiling risk) 및 그에 따른 열교환 장치의 기계적 손상 위험을 유발한다. 다른 위험성은 스케일링(scaling), 파울링(fouling)(금속 표면에 부착하는 물의 침전물)이며, 이는 수냉 능력을 저하시키는 위험성을 유발하고, 그에 따라 시간 경과에 따른 더 높은 금속 온도 쪽으로의 양성 피드백 루프(positive feedback loop)의 존재를 유발한다. 높은 금속 온도는 또한 금속 내의 높은 열 응력을 유발하고, 이는 결국 균열의 형성 및 그에 따른 제품의 파손(누출)을 유발할 수 있다.

예를 들어 US 2001/0006103 A1, EP 1700079 B1 및 EP 2412950 A1에 개시되고 예시된 것과 같은 종래 기술의 열교환 장치용 플레이트 및 열교환 장치는 전술한 단점 및 문제점들을 만족스러운 방식으로 해결할 수 없다.

또 다른 종래 기술의 열교환 장치용 플레이트 및 열교환 장치가 국제 특허 출원 공보 WO 2015/057115 A1에 개시되어 있다. WO 2015/057115 A1에 개시된 플레이트는 제1 매체와 제2 매체 사이의 열교환을 위한 것이며, 플레이트는 사용시 제1 매체와 접촉하도록 배치된 제1 열전달 표면 및 사용시 제2 매체와 접촉하도록 배치된 제2 열전달 표면을 가진다. 플레이트는 제1 매체를 위한 제1 입구 포트홀, 제2 매체를 위한 입구 포트홀 및 제1 매체를 위한 제1 출구 포트홀을 가지고 형성된다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 단점 및 문제점들 중 적어도 하나를 극복 또는 개선하거나 유용한 대안을 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 1의 대상, 즉 본 발명에 따른 플레이트에 의해 달성될 수 있다. 상기 플레이트는 사용시 제1 매체와 접촉하도록 배치된 제1 열전달 표면 및 사용시 제2 매체와 접촉하도록 배치된 제2 열전달 표면을 갖는다.

상기 플레이트는 제1 매체를 위한 제1 입구 포트홀 및 제2 매체를 위한 입구 포트홀과 더불어 제1 매체를 위한 제1 출구 포트홀을 가지고 형성된다. 또한, 상기 플레이트는 제1 매체를 위한 적어도 하나의 제2 입구 포트홀 및 제1 매체를 위한 적어도 하나의 제2 출구 포트홀을 포함한다.

상기 플레이트의 제1 열전달 표면은 상기 열전달 표면을 적어도 하나의 폐쇄된 내부 영역과 하나의 외부 영역으로 분할하도록 배치된 연속적이고 폐쇄된 융선(ridge)을 형성하는 적어도 하나의 돌출부를 가지고 형성되고, 상기 내부 영역은 상기 제1 매체를 위한 제1 입구 포트홀, 상기 제1 매체를 위한 제1 출구 포트홀 및 상기 제2 매체를 위한 입구 포트홀을 완전히 둘러싼다. 상기 제1 매체를 위한 제2 입구 포트홀 및 상기 제1 매체를 위한 제2 출구 포트홀은 상기 외부 영역에 위치된다.

상기 목적은 청구항 1의 대상, 즉 본 발명에 따른 열교환 장치에 의해 달성될 수 있다. 상기 장치는 상기 한정된 바와 같은 복수의 제1 플레이트 및 복수의 제2 플레이트를 포함한다. 상기 제2 플레이트는 상기 제1 플레이트의 거울상 복제품(mirror copy)이고, 상기 제1 및 제2 플레이트는 교호로 적층되어(alternately stacked), 제1 매체를 위한 제1 채널 및 제2 매체를 위한 제2 채널의 반복 시퀀스(repetitive sequence)를 형성한다. 각각의 제1 채널은 상기 제1 플레이트의 제1 열전달 표면과 상기 제2 플레이트의 제1 열전달 표면에 의해 한정되고, 각각의 제2 채널은 상기 제1 플레이트의 제2 열전달 표면과 상기 제2 플레이트의 제2 열전달 표면에 의해 한정된다. 상기 제1 및 제2 플레이트 상의 제1 매체를 위한 제1 및 제2 입구 포트홀들은 그들 사이에 제1 매체를 위한 제1 및 제2 입구를 각각 한정한다. 상기 제1 및 제2 플레이트 상의 제1 매체를 위한 제1 및 제2 출구 포트홀들은 그들 사이에 제1 매체를 위한 제1 및 제2 출구를 각각 한정한다. 상기 제1 및 제2 플레이트 상의 제2 매체를 위한 입구 포트홀들은 그들 사이에 제2 매체를 위한 입구를 한정한다. 상기 제1 및 제2 플레이트의 제1 열전달 표면들 상의 돌출부들이 서로 연결되어 각각의 제1 채널을 적어도 제1 매체를 위한 제1 및 제2 유동 경로로 분할한다. 각각의 제1 유동 경로는 사용시 내부 영역 내부에서의 상기 제1 입구로부터 상기 제1 출구로의 제1 매체의 유동을 안내하도록 형성되고, 각각의 제2 유동 경로는 사용시 외부 영역 내에서의 상기 제2 입구로부터 상기 제2 출구로의 제1 매체의 유동을 안내하도록 형성된다.

따라서, 상기 한정된 바와 같은 플레이트 및 그와 같은 복수의 플레이트를 포함하여 제1 매체의 유동이 제1 채널을 통해 2번 공급될 수 있도록 하는 상기 한정된 바와 같은 열교환 장치로 인해, 제2 매체 및 그에 따른 열교환 장치의 플레이트들의 금속 표면들의 최적의 냉각이 사용을 위한 제1 매체의 최적의 가열이 달성되는 동시에 달성된다.

상기 한정된 바와 같은 플레이트 및 상기 한정된 바와 같은 열교환 장치로 인해, 열교환 장치 전체에 대한 제품 신뢰도 관점에서 금속 표면들의 온도를 허용 가능한 수준으로 유지하고, 그에 의해 열 피로 및 누출에 관한 특정 위험성을 제거하는 것도 가능하다. 연소 기체 입구 영역은 연소 기체의 매우 높은 온도로 인해 특히 중요한 영역이다.

또한, 본 발명으로 인해, 특유의 플레이트 및 그에 따른 그와 같은 특유의 플레이트를 포함하는 특유의 비용 효율적이고 콤팩트한 열교환 장치가 특히 기체 연소 온수 히터 및 버너에 사용하도록 제공된다. 본 발명에 따른 열교환 장치를 포함하는 가열 장치의 연소 챔버 내에 버너를 위치시키는 것은 콤팩트한 디자인 및 더 높은 에너지 효율을 제공하며, 연소 챔버 및 그 내부의 다른 매체(물)를 가열하기 위해 사용되는 매체(기체)의 통합된 냉각에 의해 확대된 응축이 달성된다.

제1 매체를 위한 제1 채널을 통한 2번의 제1 매체의 공급은 외부 유동 전이 수단(external flow transition means)을 제공함으로써 간단하고 비용 효율적인 방식으로 본 발명에 의해 달성된다. 이 외부 유동 전이 수단은 하나의 유리한 실시예에서 예를 들어 제1 매체를 위한 제1 출구로부터 제2 입구로의 제1 매체의 이송 또는 공급을 위한 유동 전이 채널을 갖는 백 플레이트(back plate)로서 형성될 수 있다.

제1 매체를 위한 제1 채널을 통한 제1 매체의 추가적인 공급에 의한 제2 매체의 추가적인 냉각이 요구되거나 희망되는 경우, 이는 본 발명에 따라 영속적인 폐쇄된 융선을 갖는 적어도 2개의 돌출부를 갖는 플레이트의 제1 열전달 표면을 형성함으로써 달성하는 것이 가능하다. 상기 돌출부들은 제1 열전달 표면을 상기 한정된 바와 같이 폐쇄된 내부 영역과 외부 영역으로 분할하도록 배치되고, 이에 의해 상기 내부 영역은 제1 매체를 위한 제1 입구 포트홀, 제1 매체를 위한 제1 출구 포트홀 및 제2 매체를 위한 입구 포트홀을 완전히 둘러싸고, 상기 외부 영역은 제1 매체를 위한 제2 입구 포트홀 및 제1 매체를 위한 제2 출구 포트홀을 완전히 둘러싸고, 상기 돌출부들은 또한 상기 내부 영역과 상기 외부 영역 사이의 적어도 하나의 폐쇄된 중간 영역으로도 분할되고, 이에 의해 상기 중간 영역은 제1 매체를 위한 추가적인 입구 포트홀 및 제1 매체를 위한 추가적인 출구 포트홀을 완전히 둘러싼다.

상술한 후자의 구성의 복수의 제1 및 제2 플레이트를 열교환 장치 내로 조립함으로써, 상기 플레이트들의 제1 열전달 표면상의 돌출부들이 서로 연결되어 각각의 제1 채널을 상기 제1 및 제2 유동 경로로 그리고 상기 제1 및 제2 유동 경로 사이의 제1 매체를 위한 적어도 하나의 중간 유동 경로로 분할한다. 제1 열전달 표면이 서로 대향하는 각각의 2개의 플레이트 사이의 각각의 중간 유동 경로는 사용시 적어도 하나의 중간 영역 내부에서의 추가적인 입구로부터 추가적인 출구로의 제1 매체의 유동을 안내하도록 형성된다. 상기 추가적인 입구 및 출구는 상기 제1 및 제2 플레이트 상의 제1 매체를 위한 추가적인 입구 포트홀들 및 출구 포트홀들 사이에 각각 한정된다.

본 발명의 상술한 특징 및 추가적인 특징은 여기에 간단히 설명되는 첨부 도면을 참조하여 비한정적인 실시예에 의해 이하에서 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 열교환 장치용의 본 발명에 따른 플레이트의 제1 실시예의 제1 열전달 표면의 매우 개략적인 평면도로서, 상기 제1 열전달 표면이 사용시 제1 매체와 접촉하도록 배치되어 있는 개략적인 평면도이다.
도 2는 열교환 장치용의 본 발명에 따른 플레이트의 제2 실시예의 제1 열전달 표면의 개략적인 평면도로서, 상기 제1 열전달 표면이 사용시 제1 매체와 접촉하도록 배치되어 있는 개략적인 평면도이다.
도 3은 열교환 장치용의 본 발명에 따른 제1 플레이트의 유리한 제3 실시예의 제1 열전달 표면의 평면도로서, 상기 제1 열전달 표면이 사용시 제1 매체와 접촉하도록 배치되어 있는 평면도이다.
도 4는 도 3에 따른 플레이트의 제1 열전달 표면의 사시도이다.
도 5는 도 3의 플레이트의 제2 열전달 표면의 평면도로서, 상기 제2 열전달 표면이 사용시 제2 매체와 접촉하도록 배치되어 있는 평면도이다.
도 6은 도 5에 따른 플레이트의 제2 열전달 표면의 사시도이다.
도 7은 도 5 및 6에 따른 플레이트의 상기 제2 열전달 표면의 작은 부분의 사시도이다.
도 8은 도 5 및 6에 따른 플레이트의 상기 제2 열전달 표면의 또 다른 부분의 사시도이다.
도 9는 도 8에 따른 플레이트 부분의 측면도이다.
도 10은 열교환 장치용의 본 발명에 따른 제2 플레이트의 유리한 실시예의 (제2) 열전달 표면의 평면도로서, 상기 (제2) 열전달 표면이 사용시 제2 매체와 접촉하도록 배치되어 있는 평면도이다.
도 11은 도 10에 따른 제2 플레이트의 상기 (제2) 열전달 표면의 사시도이다.
도 12는 도 10의 제2 플레이트의 또 다른 (제1) 열전달 표면의 평면도로서, 상기 다른 (제1) 열전달 표면이 사용시 제1 매체와 접촉하도록 배치되어 있는 평면도이다.
도 13은 도 12에 따른 제2 플레이트의 상기 (제1) 열전달 표면의 사시도이다.
도 14는 도 12 및 13에 따른 제2 플레이트의 상기 (제1) 열전달 표면의 일부의 사시도이다.
도 15는 도 14에 따른 플레이트 부분의 측면도이다.
도 16은 제2 플레이트와의 조립 후의 상기 제1 플레이트의 상기 제2 열전달 표면의 사시도이다.
도 17은 도 16에 따른 플레이트의 일부의 사시도이다.
도 18은 도 17에 따른 플레이트 부분의 측면도이다.
도 19는 하나의 다른 제2 플레이트 및 2개의 제1 플레이트와 교호로 적층된 배치로 조립된 후의 상기 제2 플레이트의 상기 (제1) 열전달 표면의 사시도이다.
도 20은 도 19에 따른 플레이트들의 일부의 사시도이다.
도 21은 도 20에 따른 플레이트 부분의 측면도이다.
도 22는 한쪽에서 바라본 열교환 장치용 제2 플레이트의 (제1) 열전달 표면과 엔드 플레이트 및 백 플레이트 형태의 유동 전이 수단의 하나의 실시예를 도시한 분해 사시도이다.
도 23은 반대 면에서 바라본 열교환 장치용 제2 플레이트의 (제2) 열전달 표면과 단부 플레이트 및 백 플레이트 형태의 유동 전이 수단을 도시한 또 다른 분해 사시도이다.
도 24는 열교환 장치용의 본 발명에 따른 플레이트의 제4 실시예의 제1 열전달 표면의 매우 개략적인 평면도로서, 상기 제1 열전달 표면이 사용시 제1 매체와 접촉하도록 배치되어 있는 개략적인 평면도이다.
도 25는 열교환 장치용의 본 발명에 따른 플레이트의 제5 실시예의 제1 열전달 표면의 매우 개략적인 평면도로서, 상기 제1 열전달 표면이 사용시 제1 매체와 접촉하도록 배치되어 있는 개략적인 평면도이다.
첨부 도면은 반드시 비례척으로 도시된 것은 아니며, 본 발명의 일부 세부 구성의 치수는 명료함을 위해 과장되었을 수 있음에 유의해야 한다.

본 개시는 이하에서 그 실시예에 의해 예시될 것이다. 하지만, 실시예들은 본 발명의 원리를 설명하기 위해 포함된 것으로, 첨부된 청구 범위에 의해 정해지는 바와 같은 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아님이 이해되어야 한다.

이미 상술한 바와 같이, 본 발명은 열교환 장치용 플레이트와 더불어 복수의 상기 플레이트를 포함하는 열교환 장치에 관한 것이다.

열교환 장치용 플레이트는 제1 매체와 제2 매체 사이의 열교환을 위해 형성된다. 본 발명에 따른 플레이트의 대체적 개념은 특히 도 1로부터 더불어 도 2로부터도 해독될 수 있다.

따라서, 도 1의 플레이트(1'')는 여기서는 예를 들어 물과 같은 가열될 매체인 제1 매체를 위한 제1 열전달 표면(A'')과, 도 1에 도시되지 않은 플레이트의 반대측의 제1 매체를 가열하기 위한 예를 들어 공기 등의 기체와 같은 제2 매체를 위한 제2 열전달 표면을 가지고 형성된 것으로 도시되어 있다. 플레이트(1'')는 각각 플레이트의 제1 열전달 표면(A'')으로의 상기 제1 매체의 유입을 허용하는 제1 매체를 위한 제1 및 제2 입구 포트홀(2'' 및 3'')과, 플레이트의 제2 열전달 표면으로의 상기 제2 매체의 유입을 허용하는 제2 매체를 위한 입구 포트홀(4'')을 구비한다. 플레이트(1'')는 또한 플레이트의 제1 열전달 표면(A'')으로부터의 상기 제1 매체의 유출을 허용하는 제1 매체를 위한 제1 및 제2 출구 포트홀(5'', 6'')을 구비한다. 마지막으로, 플레이트(1'')의 제1 열전달 표면(A'')은 상기 열전달 표면을 폐쇄된 내부 영역(A1'')과 외부 영역(A2'')으로 분할하도록 배치된 연속적이고 폐쇄된 융선을 형성하는 돌출부(7'')를 가지고 형성된다. 내부 영역(A1'')은 제1 매체를 위한 제1 입구 포트홀(2''), 제1 매체를 위한 제1 출구 포트홀(5'') 및 제2 매체를 위한 입구 포트홀(4'')을 완전히 둘러싼다. 결과적으로, 제1 매체를 위한 제2 입구 포트홀(3'') 및 제1 매체를 위한 제2 출구 포트홀(6'')은 모두 플레이트(1'')의 제1 열전달 표면(A'')의 외부 영역(A2'')에서 발견된다. 돌출부(7'')는 제1 매체와 제2 매체 사이의 가능한 한 우수한, 바람직하게는 최적의 열교환을 제공하도록 형성된다. 하지만, 도시된 것과 다른 방식으로 돌출부(7'')를 형성함으로써, 플레이트(1'')의 제1 열전달 표면(A'')을 다르게 형성된 내부 및 외부 영역(A1'' 및 A2'')으로 분할하는 것이 가능하다.

도 1에 따른 도시된 실시예에서, 제2 매체를 위한 입구 포트홀(4'')은 제2 매체의 최적 냉각을 위해 제1 매체를 위한 제1 입구 포트홀(2'')과 제1 출구 포트홀(5'') 사이에 위치된다.

도 2에 도시된 본 발명에 따른 플레이트의 실시예에서, 플레이트(1')는 상기 한정된 바와 같이 형성되며, 따라서 제1 매체를 위한 제1 및 제2 입구 포트홀(2', 3'), 제2 매체를 위한 입구 포트홀(4'), 제1 매체를 위한 제1 및 제2 출구 포트홀(5', 6') 및 제1 열전달 표면(A') 표면을 폐쇄된 내부 영역(A1')과 외부 영역(A2')으로 분할하도록 배치된 연속적이고 폐쇄된 융선을 형성하는 돌출부(7')를 구비한다.

도 2에 따른 도시된 실시예에서, 제2 매체를 위한 입구 포트홀(4')도 제2 매체의 최적 냉각을 위해 제1 매체를 위한 제1 입구 포트홀(2')과 제1 출구 포트홀(5') 사이에 위치되고, 돌출부(7')는 상술한 바와 같이 내부 영역(A1')과 외부 영역(A2')을 서로 분리시키는 임의의 방식으로 형성될 수 있지만, 돌출부는 도 2에 도시된 바와 같이 유리하게 제1 매체의 유동을 제2 매체를 위한 입구 포트홀을 향해 그리고 그 둘레로 최적의 방식으로 안내할 수 있도록 하기 위해 제1 매체를 위한 제1 입구 포트홀(2')과 제2 매체를 위한 입구 포트홀(4') 사이에 협소부(restriction)(8')를 한정하도록 형성된다.

도 3-23은 본 발명에 따른 플레이트를 보다 상세하게 도시한다. 따라서, 특히 도 3-9의 플레이트(1) 및 특히 도 10-15의 플레이트(1A)는 각각 상기 한정된 바와 같이 형성되며, 따라서 제1 매체를 위한 제1 및 제2 입구 포트홀(2, 3), 제2 매체를 위한 입구 포트홀(4), 제2 매체를 위한 입구 포트홀(4)이 제1 매체를 위한 제1 입구 포트홀(2)과 제1 출구 포트홀(5) 사이에 위치되게 하는 제1 매체를 위한 제1 및 제2 출구 포트홀(5, 6) 및 플레이트의 제1 매체를 위한 제1 열전달 표면(A) 상에 연속적이고 폐쇄된 융선을 형성하는 돌출부(7)를 구비한다. 도 3-23에 도시된 바와 같이, 돌출부(7)는 플레이트의 반대측의 제2 매체를 위한 제2 열전달 표면(B) 상에 대응하는 연속적이고 폐쇄된 함몰부를 형성한다. 돌출부(7)는 도 1 및 2의 실시예에서와 같이 제1 열전달 표면(A)을 하나의 폐쇄된 내부 영역(A1)과 외부 영역(A2)으로 분할하도록 배치되고, 도 2의 실시예에서와 같이 제1 매체의 유동을 제2 매체를 위한 입구 포트홀을 향해 그리고 그 둘레로 최적의 방식으로 안내할 수 있도록 하기 위해 제1 매체를 위한 제1 입구 포트홀(2)과 상기 제2 매체를 위한 입구 포트홀(4) 사이에 협소부(8)를 형성한다.

또한, 도 3-23에 도시된 바와 같이, 플레이트(1A, 1A)는 또한 제1 및 제2 열전달 표면(A, B) 상에 융기부 및 대응하는 함몰부를 형성하는 복수의 딤플(dimple)(9)을 가지고 형성된다. 딤플(9)의 개수, 크기 및 배치는 다를 수 있다.

플레이트는 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 직사각형, 마름모꼴로서 형성되는 정사각형일 수 있으며, 또는 4개의 변 즉 에지(1a, 1b, 1c 및 1d), 즉 2개의 대향하는 평행한 짧은 변 또는 에지(1a 및 1b)와 2개의 대향하는 평행한 긴 변 또는 에지(1c 및 1d)를 갖고 직각이 아닌 코너들을 갖는 장사방형으로서 형성되는 도 3, 도 5, 도 10 및 12에 도시된 바와 같을 수 있다. 제2 매체를 위한 입구 포트홀(4)과 제1 매체를 위한 제1 및 제2 출구 포트홀(5, 6)은 플레이트(1)의 한쪽 에지(1a)에 근접하여 위치되고, 제1 매체를 위한 제1 및 제2 입구 포트홀(2, 3)은 플레이트의 반대쪽 에지(1b)에 근접하여 위치된다. 즉, 도시된 실시예에서 플레이트의 양쪽 짧은 변들 즉 에지들에 근접하게 위치된다. 다시 말해, 상기 출구 및 입구 포트홀 각각과 상기 한쪽 변 및 상기 반대쪽 변 각각의 사이의 거리는 상기 출구 및 입구 포트홀 사이의 거리와 관련하여 중요하지 않다. 본 발명의 범위 내에서 플레이트(1)에 임의의 다른 사변형 형태를 제공하는 것이 가능하다.

도 3-23에 도시된 바와 같이, 제1 매체를 위한 제1 출구 포트홀(5)과 제1 입구 포트홀(2)은 플레이트(1, 1A)의 한쪽 에지(1a)와 반대쪽 에지(1b)의 중심 부분에 각각 근접하여 위치된다. 또한, 제1 매체를 위한 제2 출구 포트홀(6)과 제2 입구 포트홀(3)은 플레이트(1, 1A)의 한쪽 에지(1a)와 반대쪽 에지(1b)에 각각 근접하여 서로 실질적으로 대각선 반대쪽에 위치된다. 하나의 유리한 실시예에 있어서, 도면에 도시된 바와 같이, 제2 출구 포트홀(6)은 플레이트(1, 1A)의 에지(1a, 1c) 사이에 한정된 코너에 근접하여 위치되고, 제2 입구 포트홀(3)은 플레이트의 에지(1b, 1d) 사이에 한정된 코너에 근접하여 위치된다.

도 3-23에 도시된 바와 같이, 플레이트(1A, 1A)의 제1 열전달 표면(A) 상의 내부 영역(A1) 및 외부 영역(A2)은 각각 상기 내부 및 외부 영역을 통한 제1 매체의 유동을 제어하고 사용시 상기 내부 및 외부 영역에서의 각각의 입구로부터 각각의 출구로의 제1 매체의 유동을 안내하기 위한 단절된 길이형 돌출부(broken longitudinal protrusion)(10, 11)를 각각 가지고 형성되어, 제2 매체의 최적의 냉각이 달성되고, 그에 따라 제1 매체의 최적의 가열이 달성되도록 한다. 단절된 길이형 돌출부(10, 11)에 대응하는 함몰부가 플레이트(1A, 1A)의 제2 열전달 표면(B) 상에서 발견된다. 단절된 길이형 돌출부(10, 11)는 제1 매체의 유동의 가능한 최선의 제어 및 안내를 제공하기 위해 도시된 것이 아닌 임의의 다른 적합한 방식으로 형성될 수 있다.

제1 매체를 위한 제1 및 제2 입구 포트홀(2, 3)과 제1 및 제2 출구 포트홀(5, 6) 각각의 외주부는 각도(α1)(도 7 참조)로 접어 구부려져 있다. 이 각도(α1)는 플레이트(1A, 1A)의 제2 열전달 표면(B)에 대해 예를 들어 75도보다 클 수 있다. 하지만, 각도(α1)는 대안적으로 75도보다 작을 수 있고 그리고/또는 접어 구부림부(12a)는 원한다면 다른 방식으로 형성될 수 있다. 또한, 플레이트(1, 1A) 내의 포트홀(2, 3, 5, 6)의 형태와 더불어 그 각도는 다를 수 있다는 것이 본 발명의 범위 내에 있다. 하지만, 열 응력을 최소화하기 위해, 특히 제2 매체를 위한 입구 포트홀(4)의 외주부는 플레이트(1, 1A)의 제1 열전달 표면(A)에 대해 예를 들어 75도보다 큰 각도(α2)(도 7 참조)로 접어 구부려져 있는 것이 유리하지만, 각도(α2)도 75도보다 작을 수 있고 그리고/또는 접어 구부림부(12b)도 원한다면 다른 방식으로 형성될 수 있다. 여하튼, 사용시 제1 및 제2 매체가 다른쪽 매체를 위한 열전달 표면(A 또는 B)으로 침투하는 것이 방지되도록 해당 열전달 표면(A 또는 B)을 향한 확실한 밀봉이 얻어지도록 하는 것이 중요하다. 제2 매체를 위한 입구 포트홀(4)의 접어 구부림부(12b)의 길이(L)는 딤플(9)에 의해 형성되는 융기부의 높이의 2배보다 작다. 제1 매체를 위한 제1 및 제2 입구 포트홀(2, 3)과 제1 및 제2 출구 포트홀(5, 6)의 접어 구부림부(12a)는 동일한 길이를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 상술한 각각의 플레이트(1''; 1'; 1, 1A)와 더불어 이후에 설명될 플레이트(1'''; 1'''')는 열교환 장치용 추가적인 플레이트와의 조립을 허용하도록 형성되어, 플레이트의 제1 열전달 면(A)이 인접한 플레이트의 제1 열전달 면(A)과 함께 제1 매체를 위한 제1 채널 또는 관통 유동 덕트를 한정하고, 플레이트의 제2 열전달 면(B)이 또 다른 인접한 플레이트의 제2 열전달 면(B)과 함께 제2 매체를 위한 제2 채널 또는 관통 유동 덕트를 한정하도록 한다.

상술되고 도 3-23에 도시된 플레이트(1, 1A)의 실시예가 대칭이 아니기 때문에(도 1 및 2의 각각의 플레이트(1''; 1') 및 도 24 및 25의 각각의 플레이트(1'''; 1'''')에 대해서도 마찬가지), 열교환 장치는 도 3-9에 따른 복수의 제1 플레이트(1) 및 도 10-15에 따른 복수의 제2 플레이트(1A)를 포함할 수 있다. 제2 플레이트(1A)는 제1 플레이트(1)의 거울상 복제품(mirror copy)이며, 상기 제1 및 제2 플레이트는 교호로 적층되어(alternately stacked), 제1 매체를 위한 제1 채널(C) 및 제2 매체를 위한 제2 채널(D)의 반복 시퀀스를 형성한다. 각각의 제1 채널(C)은 제1 플레이트(1)의 제1 열전달 표면(A)과 제2 플레이트(1A)의 제1 열전달 표면(A)에 의해 한정되고, 각각의 제2 채널(D)은 제1 플레이트(1)의 제2 열전달 표면(B)과 제2 플레이트(1A)의 제2 열전달 표면(B)에 의해 한정된다. 서로 상하로 적층된 2개의 플레이트가 도 16-18에 도시되어 있고, 서로 상하로 적층된 4개의 플레이트가 도 19-21에 도시되어 있다. 플레이트(1, 1A)의 바람직한 개수는 의도된 목적을 위해 예컨대 20개이지만, 플레이트의 개수는 20개보다 적거나 많을 수 있다.

하지만, 본 발명의 범위 내에서 플레이트(1)는 대안적으로 대칭이 되도록 형성될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 그에 의하면, 플레이트(1)와 플레이트(1A)는 동일할 것이다.

조립 후, 열교환 장치는 가열 장치 내에 적어도 하나의 버너를 갖는 연소 챔버에 연결되어 위치될 수 있다.

플레이트들의 스택(stack)의 제1 및 제2 플레이트(1, 1A) 상의 제1 매체를 위한 제1 및 제2 입구 포트홀(2, 3)은 그들 사이에 제1 매체를 위한 제1 및 제2 입구(2a, 3a)를 각각 한정한다. 플레이트들의 스택의 제1 및 제2 플레이트(1, 1A) 상의 제1 매체를 위한 제1 및 제2 출구 포트홀(5, 6)은 그들 사이에 제1 매체를 위한 제1 및 제2 출구(5a, 6a)를 각각 한정한다. 플레이트들의 스택의 제1 및 제2 플레이트(1, 1A) 상의 제2 매체를 위한 입구 포트홀(4)은 그들 사이에 제2 매체를 위한 입구(4a)를 한정한다.

열교환 장치에 사용될 때 플레이트(1, 1A)가 플레이트들에 부정적으로 영향을 줄 수 있고 누출의 근원을 제공할 수 있는 과도한 열 응력을 받지 않도록 하는제1 매체의 최적의 가열 및 제2 매체의 최적의 냉각을 위해, 본 발명의 열교환 장치의 특히 중요한 특징은 제1 및 제2 플레이트(1, 1A)의 제1 열전달 표면(A) 상의 돌출부(7)가 서로 연결되어 각각의 제1 채널(C)을 제1 매체를 위한 제1 및 제2 유동 경로(C1 및 C2)로 분할하여, 각각의 제1 유동 경로(C1)는 사용시 내부 영역(A1) 내부에서의 제1 매체를 위한 제1 입구(2a)로부터 제1 매체를 위한 제1 출구(5a)로의 제1 매체의 유동을 안내하도록 형성되고, 각각의 제2 유동 경로(C2)는 사용시 외부 영역(A2) 내에서의 제2 입구(3a)로부터 제2 출구(6a)로의 제1 매체의 유동을 안내하도록 형성된다. 돌출부(7)의 협소부(8)로 인해, 제1 유동 경로(C1)를 통한 제1 매체의 유동이 상기 제2 매체의 보다 효과적인 냉각을 위해 제2 매체를 위한 입구(4a)를 향해 그리고 그 둘레로 보다 곧바로 안내된다.

첫 번째로 제1 채널(C)의 제1 유동 경로(C1)를 통과하고 그리고 그런 다음으로 제1 채널(C)의 제2 유동 경로(C2)를 통과하는 제1 매체의 유동으로 인해, 제2 매체가 반복된 냉각, 즉 2단계 냉각을 받게 하는 것이 가능하며, 첫 번째로 약 1500℃의 최고 온도, 즉 상기 제2 매체를 위한 입구(4a)에서의 온도가 상기 입구(4a)를 둘러싸는 내부 영역(A1)에서 약 900℃까지 냉각되고, 그런 다음 두 번째로 외부 영역(A2)에서 제2 매체가 약 900℃로부터 약 150℃까지 냉각된다. 이와 동시에, 제1 매체는 제1 유동 경로(C1)를 통한 상기 제1 매체의 유동 중에 약 약 20℃로부터 약 40℃까지 가열되고, 그런 다음 제2 유동 경로(C2)를 통한 상기 제1 매체의 유동 중에 약 40℃로부터 약 60℃까지 가열된다.

상기 돌출부(7)에 의해 한정된 협소부(8)를 통해, 내부 영역(A1) 내부의 제1 매체의 유동은 상기 제2 매체의 가장 효과적인 냉각을 위해 온도가 최고에 있는 제2 매체를 위한 입구(4a)를 향해 안내된다.

제2 매체의 제2 냉각 단계를 위한 제1 매체의 피드백을 가능하게 해주기 위해, 제1 매체를 위한 제1 출구(5a)는 외부 유동 전이 수단(15)에 의해 제1 매체를 위한 제2 입구(3a)와 유동 연통되어 있다. 이는 다시 말해 플레이트(1, 1A)의 스택의 2개의 플레이트(1, 1A) 내의 각각의 2개의 제1 출구 포트홀(5) 사이에 한정된 제1 매체를 위한 각각의 제1 출구(5a)가 상기 제1 매체의 이송 또는 공급을 위한 외부 유동 전이 수단(external flow transition means)(15)과 연통하고, 상기 유동 전이 수단을 통해 플레이트들의 스택의 2개의 플레이트 내의 각각의 2개의 제2 입구 포트홀(3) 사이에 한정된 제1 매체를 위한 각각의 제2 입구(3a)로 연통한다. 유동 전이 수단(15)은 예를 들어 도 22 및 23에 도시된 바와 같은 백 플레이트(back plate)(16)로서 또는 예를 들어 파이프(도시되지 않음)로서 또는 상기 제1 출구(5a)로부터 제2 입구(3a)로의 제1 매체의 이송 또는 공급을 위한 또 다른 적절한 수단으로서 형성될 수 있다.

유동 전이 수단(15)이 백 플레이트(16)로서 형성될 때, 유동 전이 수단(15)은 엔드 플레이트(17)를 통해 열교환 플레이트(1, 1A)의 스택에 엔드 플레이트(end plate)(17)를 통해 결합될 수 있고, 상기 열교환 플레이트(1, 1A)의 스택을 위한 엔드 플레이트(17)와 대향하는 면(16A) 상에, 상기 제1 출구(5a)로부터 상기 제2 입구(3a)로의 제1 매체의 상기 이송 또는 공급을 위한 예컨대 유동 전이 채널(18)을 가지고 형성된다. 하지만, 유동 전이 채널(18)은 이중 기능을 가질 수 있다. 제1 매체를 위한 제1 및 제2 유동 경로(C1 및 C2)의 서로에 대한 연결을 제외하면, 유동 전이 채널(18)은 열교환 플레이트(1, 1A)의 스택으로 이어지는 엔드 플레이트(17)의 냉각을 위해 사용될 수 있다. 그렇지 않으면, 엔드 플레이트(17)의 온도가 작동 중에 너무 높을 수 있다. 도시된 바와 같이 유동 전이 채널(18)이 플레이트(1, 1A)의 스택의 플레이트(1, 1A) 내의 제2 매체를 위한 입구 포트홀(4)에 의해 한정되는, 제2 매체(기체)가 연소하기 위한 연소 챔버용의 인클로저(enclosure)를 생성하기 위한 벽을 형성하는 백 플레이트(16)의 일부분을 에워싸도록 유동 전이 채널(18)을 형성함으로써, 상기 연소 챔버는 엔드 플레이트(17)를 통해 특히 단부에서 냉각된다. 유동 전이 채널(18)에서의 제1 매체의 체류를 연장시키기 위해, 상기 유동 전이 채널(18)은 또한 플레이트(1, 1A)의 제1 매체를 위한 제1 출구 포트홀(5)과 제1 매체를 위한 제1 입구 포트홀(3) 사이에 예를 들어 전체적 또는 부분적 사인파형(sinusoidal) 또는 실질적 사인파형 형상 또는 임의의 다른 적절한 형상을 가질 수 있다. 또한, 유동 전이 채널(18)은 상기 유동 전이 채널 내에 난류를 생성하기 위해 임의의 적합한 형태 또는 형상의 딤플(19)을 구비할 수 있다. 도시된 바와 같이, 유동 전이 채널(18)은 백 플레이트(16)의 반대 면, 즉 엔드 플레이트(17)의 반대쪽을 향하는 면(16B) 상에 대응하는 형상의 융기부를 형성하고, 딤플(19)은 상기 융기부 내에 대응하는 형상의 함몰부를 형성한다(도 23 참조).

도시된 바와 같이, 유동 전이 채널(18)은 개방되고 엔드 플레이트(17)와 협력할 수 있어, 상기 유동 전이 채널은 제1 매체가 관통 유동하는 밀폐 공간을 형성한다는 의미에서 밀봉된다. 따라서, 백 플레이트(16)를 향하는 엔드 플레이트(17)의 표면(17A)은 실질적으로 평탄할 수 있고, 열교환 플레이트(1, 1A)의 스택의 열교환 플레이트(1, 1A)에 가장 근접한, 열교환 플레이트(1, 1A)의 열교환 표면(A 또는 B)을 향하는 엔드 플레이트의 반대쪽 표면(17B)은 상기 열교환 표면(A 또는 B)과 정합하도록 형성된다. 도시된 바와 같이, 엔드 플레이트(17)의 표면(17B)은 도 22 및 23의 실시예에서 제2 열교환 플레이트(1A)의 제2 열교환 표면(B)과 대향하고, 엔드 플레이트의 상기 표면은 실질적으로 평탄하여 제2 매체를 위한 제2 채널(D)을 한정한다. 또한, 엔드 플레이트(17)는 당연히 스택의 모든 열교환 플레이트(1, 1A)의 제1 매체를 위한 제1 출구 포트홀(5) 및 제1 매체를 위한 제2 입구 포트홀(3)과, 도시된 도면에서는 상기 제2 열교환 플레이트(1A)의 제1 출구 포트홀(5) 및 제2 입구 포트홀(3)과 각각 정합하는 구멍(20, 21)을 가지고 형성된다.

하지만, 본 발명의 범위 내에서, 처음부터 밀봉된 유동 전이 채널을 갖는 백 플레이트를 형성함으로써, 열교환 플레이트들의 스택 내에 별도의 엔드 플레이트의 사용을 회피하는 것도 가능하다.

유사하게, 제1 출구(5a)로부터 제2 입구(3a)로의 제1 매체의 이송 또는 공급을 위한 유동 전이 수단(15)으로서 파이프를 사용할 때는, 파이프와 대향하는 열교환 플레이트(1)의 표면이 적절하게 형성된다면, 즉 열교환을 위해 형성되지 않는다면 열교환 플레이트들의 스택 내의 별도의 엔드 플레이트의 사용을 회피하는 것이 가능하다. 그렇지 않으면, 도 22 및 23에 도시된 바와 같이 형성된 엔드 플레이트(17)가 사용될 수 있다.

따라서, 열교환 장치가 예를 들어 20개의 플레이트(1A, 1B)로 이루어진 스택을 포함하는 경우, 제1 입구(2a)로부터 플레이트들의 스택 내의 각각 2개의 플레이트(1, 1A)의 제1 열교환 표면(A)의 내부 영역(A1)에 의해 한정되는 예를 들어 10개의 다른 제1 유동 경로(C1)를 통해 제1 매체를 위한 제1 출구(5a)로 유동하는 제1 매체는 열교환 장치가 사용되고 있을 때 백 플레이트(16) 내의 유동 전이 채널(18)로 이어지는 입구에 모이고, 유동 전이 채널을 통해 제2 입구(3a)로 유동하고, 거기서 플레이트들의 스택 내의 각각의 2개의 플레이트(1, 1A)의 제1 열교환 표면(A)의 외부 영역(A2)에 의해 한정되는 예를 들어 10개의 다른 제2 유동 경로(C2) 내로 나누어지고, 상기 제2 유동 경로들을 통해 제2 출구(6a)로 유동하고 그리고 최종적으로 제2 출구에서 열교환 장치를 떠난다.

제1 및 제2 플레이트(1, 1A)의 에지(1a-1d)는 각각의 표면에서 반대쪽으로 동일한 방향으로 75도보다 큰 각도(β)로 접어 구부려져 있다(도 7 참조). 따라서, 도시된 실시예들에서, 제1 플레이트(1)의 접어 구부림부(13)는 제1 열전달 표면(A)을 둘러싸도록 형성되고, 제2 플레이트(1A)의 접어 구부림부(13)는 제2 열전달 표면(B)을 둘러싸도록 형성된다. 플레이트(1, 1A)가 서로 상하로 적층될 때, 접어 구부림부(13)는 서로 중첩된다. 따라서, 접어 구부림부(13)는 제1 채널(C)이 모든 에지에서 완전히 밀봉되고, 제2 채널(D)이 하나의 에지를 제외한 모든 에지에서 완전히 밀봉되고, 상기 하나의 에지는 제2 매체가 열교환 장치를 떠나기 위한 출구(14a)를 한정하기 위해 부분적으로만 접어 구부려져 있도록 형성된다. 도시된 실시예에서, 제2 매체를 위한 출구(14a)는 제1 매체를 위한 제1 및 제2 출구(5a, 6a) 및 제2 매체를 위한 입구(4a)가 근접하여 한정된 에지(1a)의 반대쪽 에지(1b), 즉 제1 매체를 위한 제1 및 제2 입구가 근접하여 한정된 에지에 한정된다. 출구(14a)는 부분적으로 접어 구부려진 에지(1b)에 의해 형성된 리세스(14) 사이에, 즉 제2 열전달 표면(B)이 서로 대향하는 2개의 적층된 플레이트(1, 1A)의 접어 구부림부(13) 내에 한정된다.

사용시, 열교환 장치는 유리하게는 열교환 장치를 형성하고 제2 매체를 위한 각각의 출구(14a)를 사이에 한정하는 플레이트(1, 1A)의 에지(1b)가 아래를 향하도록 배치된다. 이것은 제2 매체의 응축이 주로 이들 출구(14a)의 바로 상류의 플레이트 영역에서 발생하는 한편, 응축물은 이들이 아래를 향하는 경우에 출구(14a)를 통해 훨씬 용이하게 유출될 것이기 때문이다.

도 24의 대안적인 실시예에 개략적으로 도시된 바와 같이, 플레이트(1''')는 제2 매체를 위한 출구 포트홀(22''')을 가지고 형성될 수도 있다. 이 출구 포트홀(22''')의 외주부는 선택적으로 제2 매체를 위한 입구 포트홀(4''')과 마찬가지로 플레이트(1''')의 제1 열전달 표면(A''')에 대해 75°보다 큰 각도로 접어 구부려질 수 있지만, 또한 75도보다 작은 각도를 가질 수도 있으며 그리고/또는 다른 방식으로 형성될 수도 있다.

열교환 장치로의 조립 후, 제2 매체를 위한 출구 포트홀(22''')은 그들 사이에 제2 매체를 위한 출구를 한정한다. 이 대안적인 실시예에서, 상기 한정된 바와 같이 제1 및 제2 플레이트의 제2 열전달 표면 사이에 한정되는 각각의 제2 채널은 제1 채널과 유사하고, 모든 에지에서 완전히 밀봉된다.

도 25에 개략적으로 도시된 바와 같이, 전술한 바와 같이 제1 채널을 통한 제1 매체의 추가적인 공급에 의한 제2 매체의 추가적인 냉각이 요구되거나 희망되는 경우, 적어도 2개의 돌출부(7'''', 23'''') 즉 전술한 바와 같은 돌출부(7''''') 및 상기 제1 돌출부를 둘러싸는 추가적인 돌출부(23''''')를 갖는 플레이트(1''''')의 제1 열전달 표면(A'''')을 형성하는 것이 본 발명의 범위 내에 속한다. 도 25에 도시된 2개의 돌출부(7'''', 23'''')는 상기 제1 열전달 표면(A'''')을 폐쇄된 내부 영역(A1''''), 외부 영역(A2'''') 및 상기 내부 영역과 상기 외부 영역 사이의 적어도 하나의 폐쇄된 중간 영역(A1'')으로 상기 제1 열전달 표면(A11'')을 분할하도록 배치된 연속적이고 폐쇄된 융선 모두를 형성한다. 돌출부(7'''') 내의 폐쇄된 내부 영역(A1'''')은 제1 매체를 위한 제1 입구 포트홀(2''''), 제1 매체를 위한 제1 출구 포트홀(5'''') 및 제2 매체를 위한 입구 포트홀(4'''')을 완전히 둘러싼다. 돌출부(23'''') 외부의 외부 영역(A2'''')은 제1 매체를 위한 제2 입구 포트홀(3'''') 및 제1 매체를 위한 제2 출구 포트홀(6'''')을 완전히 둘러싼다. 2개의 돌출부(7'''', 23'''') 사이에 한정된 도 25에 도시된 중간 영역(A3'''')만이 제1 매체를 위한 추가적인 입구 포트홀(24'''') 및 제1 매체를 위한 추가적인 출구 포트홀(25'''')을 완전히 둘러싼다.

열교환 장치로의 조립 후, 제1 플레이트(1'''')의 제1 열전달 표면(A'''') 상의 그리고 상기 제1 플레이트의 거울상 복제품인 제2 플레이트의 제1 열전달 표면 상의 도 25에 도시된 2개의 돌출부(7'''', 23'''')와 같은 돌출부들이 서로 연결되어 각각의 제1 채널을 상기 한정된 바와 같이 제1 및 제2 유동 경로로 그리고 그와 더불어 상기 제1 및 제2 유동 경로 사이의 제1 매체를 위한 적어도 하나의 중간 유동 경로로 분할한다. 도 25에는 2개의 돌출부만이 제공되기 때문에, 단지 하나의 중간 유동 경로만이 상기 제1 및 제2 유동 경로 사이에 한정된다. 이미 상술한 바와 같이, 각각의 제1 유동 경로는 사용시 내부 영역(A1'''') 내부에서의 제1 입구로부터 제1 출구로의 제1 매체의 유동을 안내하도록 형성되고, 각각의 제2 유동 경로는 사용시 외부 영역(A2'''') 내에서의 제2 입구로부터 제2 출구로의 제1 매체의 유동을 안내하도록 형성된다. 유사하게, 각각의 중간 유동 경로는 사용시 적어도 하나의 중간 영역(A3'''') 내부에서의 추가적인 입구로부터 추가적인 출구로의 제1 매체의 유동을 안내하도록 형성된다. 추가적인 입구 및 출구는 제1 및 제2 플레이트 상의 각각의 중간 영역(A3'''')에 제공되는 제1 매체를 위한 추가적인 입구 포트홀(24'''') 및 출구 포트홀(25'''') 사이에 각각 한정된다.

상술한 바와 같은 하나 이상의 중간 유동 경로가 제공되는 경우, 제1 매체의 이송 또는 공급을 위한 외부 유동 전이 수단(15)은 당연히 제2 매체의 최적의 냉각을 위한 제1 매체의 원하는 재순환을 가능하게 해주기 위해 그에 맞추어 형성되어야 한다. 따라서, 도 25에 도시된 바와 같은 제1 플레이트(1'''') 및 상기 제1 플레이트의 거울상 복제품인 정합하는 제2 플레이트로 이루어진 스택을 포함하는 열교환 장치에 있어서는, 외부 유동 전이 수단은 제1 매체를 위한 제1 출구를 추가적인 입구 포트홀들 사이에 한정된 추가적인 입구와 유동 연통하게 만들고, 그 후에 추가적인 출구 포트홀(25'''') 사이에 한정된 추가적인 출구를 제1 매체를 위한 제2 입구와 유체 연통하게 만들도록 형성될 것이다. 다른 한편으로, 제1 매체를 위한 제1 출구를 제2 입구와 유동 연통하게 만들고, 그 후에 제2 출구를 제1 매체를 위한 추가적인 입구와 유체 연통하게 만들도록 외부 유동 전이 수단을 형성하는 것도 가능하다. 2개 이상의 중간 유동 경로가 제공되는 경우에는, 상술한 것보다 훨씬 더 많은 외부 유동 전이 수단(15)을 어떻게 형성할지에 대한 대안이 존재한다.

열교환 장치용의 본 발명에 따른 플레이트가 본 발명의 사상 및 목적을 벗어나지 않고 후속하는 청구항 1-10의 범위 내에서 수정 및 변경될 수 있음은 당업자에게 명백하다. 따라서, 예를 들어 각각의 플레이트의 제1 열전달 표면을 하나의 폐쇄된 내부 영역과 더불어 하나의 외부 영역으로 분할하는 돌출부 또는 각각의 플레이트의 제1 열전달 표면을 하나의 폐쇄된 내부 영역, 하나 이상의 폐쇄된 중간 영역 및 하나의 외부 영역으로 분할하는 돌출부들 또는 상기 영역들을 통한 제1 매체의 최적의 유동을 제공하기 위한 임의의 적합한 형상을 제공하는 것이 가능하다. 또한, 플레이트들이 대칭적이고 단지 하나의 형태의 플레이트가 필요하도록 하나 이상의 돌출부를 형성하고 제1 및 제2 매체를 위한 입구 및 출구 포트홀들을 위치 시키는 것도 가능하다. 포트홀들의 크기와 형상은 다를 수 있다. 플레이트들의 크기와 형상은 다를 수 있다. 플레이트들은 평행사변형(예를 들어, 정사각형, 직사각형, 장사방형, 마름모꼴)으로 형성되는 대신에 예를 들어 2개의 마주보는 평행한 변 또는 에지와 2개의 마주보는 평행하지 않은 변 또는 에지를 갖는 사다리꼴일 수 있다.

본 발명에 따른 열교환 장치가 본 발명의 사상 및 목적을 벗어나지 않고 후속하는 청구항 11-20의 범위 내에서 수정 및 변경될 수 있음은 당업자에게 명백하다. 따라서, 예를 들어 열교환 장치 내의 플레이트의 개수가 달라질 수 있다. 바람직한 플레이트의 개수가 예를 들어 20개일 수 있지만, 본 발명에 따른 열교환 장치 내에 20개를 초과하는 그리고 20개 미만의 플레이트를 적층하는 것도 가능함은 물론이다. 또한, 플레이트들 및 그 다양한 부분들 및 부품들은 상술한 바와 같이 치수에 있어 다를 수 있어서, 예를 들어 제1 및 제2 매체 각각을 위한 제1 및 제2 채널의 높이는 달라질 수 있고, 따라서 딤플에 의해 형성되는 융기부의 높이도 달라질 수 있다.

Claims (20)

1. 제1 매체와 제2 매체 사이의 열교환을 위한 열교환 장치용 플레이트에 있어서,
   - 상기 플레이트는 사용시 제1 매체와 접촉하도록 배치된 제1 열전달 표면 및 사용시 제2 매체와 접촉하도록 배치된 제2 열전달 표면을 가지고;
   - 상기 플레이트는 제1 매체를 위한 제1 입구 포트홀 및 제2 매체를 위한 입구 포트홀과, 제1 매체를 위한 제1 출구 포트홀을 가지고 형성되고;
   - 상기 플레이트는 제1 매체를 위한 적어도 하나의 제2 입구 포트홀 및 제1 매체를 위한 적어도 하나의 제2 출구 포트홀을 포함하고;
   - 상기 제1 열전달 표면은 상기 열전달 표면을 적어도 하나의 폐쇄된 내부 영역과 상기 폐쇄된 내부 영역 외부의 하나의 외부 영역으로 분할하는 연속적이고 폐쇄된 융선을 형성하는 적어도 하나의 돌출부를 가지고 형성되고;
   - 상기 내부 영역은 상기 제1 매체를 위한 제1 입구 포트홀, 상기 제1 매체를 위한 제1 출구 포트홀 및 상기 제2 매체를 위한 입구 포트홀을 완전히 둘러싸고;
   - 상기 제1 매체를 위한 제2 입구 포트홀 및 상기 제1 매체를 위한 제2 출구 포트홀은 상기 외부 영역에 위치되고;
   - 상기 제2 매체를 위한 입구 포트홀은 상기 제1 매체를 위한 제1 입구 포트홀과 상기 제1 매체를 위한 제1 출구 포트홀 사이에 위치되고;
   - 상기 돌출부는 상기 제1 매체를 위한 제1 입구 포트홀과 상기 제2 매체를 위한 입구 포트홀 사이에 협소부를 형성하도록 형성되며, 상기 협소부는 상기 내부 영역에서 더 좁은 영역인 상기 내부 영역의 좁혀진 부분에 의해 형성되어 상기 협소부에 바로 인접한 상기 내부 영역의 부분들이 상기 제1 매체의 유동을 상기 제2 매체를 위한 입구 포트홀을 향해 그리고 그 둘레로 안내하는 것을 특징으로 하는 열교환 장치용 플레이트.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   - 상기 플레이트는 실질적으로 평행사변형으로 형성되고;
   상기 제2 매체를 위한 입구 포트홀과 상기 제1 매체를 위한 제1 및 제2 출구 포트홀은 상기 플레이트의 한쪽 에지에 근접하여 위치되고, 상기 제1 매체를 위한 제1 및 제2 입구 포트홀은 상기 플레이트의 반대쪽 에지에 근접하여 위치되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치용 플레이트.
4. 제 3 항에 있어서,
   - 상기 제1 매체를 위한 제1 출구 포트홀과 제1 입구 포트홀은 상기 플레이트의 상기 한쪽 에지와 상기 반대쪽 에지의 중심 부분에 각각 근접하여 위치되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치용 플레이트.
5. 제 3 항에 있어서,
   - 상기 제1 매체를 위한 제2 출구 포트홀과 제2 입구 포트홀은 상기 플레이트의 상기 한쪽 에지와 상기 반대쪽 에지에 각각 근접하여 서로 실질적으로 대각선 방향으로 마주하여 위치되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치용 플레이트.
6. 제 1 항에 있어서,
   - 상기 플레이트의 상기 제1 열전달 표면 상의 상기 내부 영역 및 상기 외부 영역은 제1 매체의 유동을 제어하기 위한 단절된 길이형 돌출부를 가지고 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치용 플레이트.
7. 제 1 항에 있어서,
   - 상기 플레이트의 상기 제1 열전달 표면은 상기 제1 열전달 표면을 폐쇄된 내부 영역, 외부 영역 및 상기 내부 영역과 상기 외부 영역 사이의 적어도 하나의 폐쇄된 중간 영역으로 분할하도록 배치된 연속적이고 폐쇄된 융선들을 형성하는 적어도 2개의 돌출부를 가지고 형성되고;
   - 상기 내부 영역은 상기 제1 매체를 위한 제1 입구 포트홀, 상기 제1 매체를 위한 상기 제1 출구 포트홀 및 상기 제2 매체를 위한 입구 포트홀을 완전히 둘러싸고, 상기 외부 영역은 상기 제1 매체를 위한 제2 입구 포트홀 및 상기 제1 매체를 위한 제2 출구 포트홀을 완전히 둘러싸고, 상기 적어도 하나의 중간 영역은 제1 매체를 위한 추가적인 입구 포트홀 및 제1 매체를 위한 추가적인 출구 포트홀을 완전히 둘러싸는 것을 특징으로 하는 열교환 장치용 플레이트.
8. 제 1 항에 있어서,
   - 상기 플레이트는 제2 매체를 위한 출구 포트홀을 가지고 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치용 플레이트.
9. 제 1 항에 있어서,
   - 상기 제2 매체를 위한 입구 포트홀의 외주부는 상기 플레이트의 상기 제1 열전달 표면에 대해 75도보다 큰 각도로 접어 구부려져 있는 것을 특징으로 하는 열교환 장치용 플레이트.
10. 제 9 항에 있어서,
    - 상기 접어 구부림부의 길이는 딤플들에 의해 형성되는 융기부들의 높이의 2배보다 작은 것을 특징으로 하는 열교환 장치용 플레이트.
11. 제1 매체와 제2 매체 사이의 열교환을 위한 열교환 장치에 있어서,
    - 상기 장치는 복수의 제1 플레이트 및 복수의 제2 플레이트를 포함하고, 상기 제2 플레이트는 상기 제1 플레이트의 거울상 복제품이고;
    - 상기 제1 플레이트 각각은:
    사용시 제1 매체와 접촉하도록 배치된 제1 열전달 표면 및 사용시 제2 매체와 접촉하도록 배치된 제2 열전달 표면;
    제1 매체를 위한 제1 입구 포트홀 및 제2 매체를 위한 입구 포트홀과, 제1 매체를 위한 제1 출구 포트홀; 및
    제1 매체를 위한 적어도 하나의 제2 입구 포트홀 및 제1 매체를 위한 적어도 하나의 제2 출구 포트홀을 포함하고;
    상기 제1 열전달 표면은 상기 열전달 표면을 적어도 하나의 폐쇄된 내부 영역과 상기 폐쇄된 내부 영역 외부의 하나의 외부 영역으로 분할하는 연속적이고 폐쇄된 융선을 형성하는 적어도 하나의 돌출부를 가지고 형성되고;;
    상기 내부 영역은 상기 제1 매체를 위한 제1 입구 포트홀, 상기 제1 매체를 위한 제1 출구 포트홀 및 상기 제2 매체를 위한 입구 포트홀을 완전히 둘러싸고;
    상기 제1 매체를 위한 제2 입구 포트홀 및 상기 제1 매체를 위한 제2 출구 포트홀은 상기 외부 영역에 위치되고;
    - 상기 제1 및 제2 플레이트는 교호로 적층되어, 제1 매체를 위한 제1 채널 및 제2 매체를 위한 제2 채널의 반복 시퀀스를 형성하고;
    - 각각의 제1 채널은 상기 제1 플레이트의 제1 열전달 표면과 상기 제2 플레이트의 제1 열전달 표면에 의해 형성되고, 각각의 제2 채널은 상기 제1 플레이트의 제2 열전달 표면과 상기 제2 플레이트의 제2 열전달 표면에 의해 형성되고;
    - 상기 제1 및 제2 플레이트 상의 제1 매체를 위한 제1 및 제2 입구 포트홀들은 그들 사이에 제1 매체를 위한 제1 및 제2 입구를 각각 형성하고;
    - 상기 제1 및 제2 플레이트 상의 제1 매체를 위한 제1 및 제2 출구 포트홀들은 그들 사이에 제1 매체를 위한 제1 및 제2 출구를 각각 형성하고;
    - 상기 제1 및 제2 플레이트 상의 제2 매체를 위한 입구 포트홀들은 그들 사이에 제2 매체를 위한 입구를 형성하고;
    - 상기 제1 및 제2 플레이트의 제1 열전달 표면들 상의 돌출부들이 서로 연결되어 각각의 제1 채널을 적어도 제1 매체를 위한 제1 유동 경로와 제2 유동 경로로 분할하고;
    - 각각의 제1 유동 경로는 사용시 내부 영역 내부에서의 상기 제1 입구로부터 상기 제1 출구로의 제1 매체의 유동을 안내하도록 형성되고, 각각의 제2 유동 경로는 사용시 외부 영역 내에서의 상기 제2 입구로부터 상기 제2 출구로의 제1 매체의 유동을 안내하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    - 상기 제1 및 제2 플레이트의 제1 열전달 표면들 상의 돌출부들이 서로 연결되어 각각의 제1 채널을 상기 제1 및 제2 유동 경로로 그리고 상기 제1 및 제2 유동 경로 사이의 제1 매체를 위한 적어도 하나의 중간 유동 경로로 분할하고;
    - 각각의 중간 유동 경로는 사용시 적어도 하나의 중간 영역 내부에서의 추가적인 입구로부터 추가적인 출구로의 제1 매체의 유동을 안내하도록 형성되고, 상기 추가적인 입구 및 출구는 상기 제1 및 제2 플레이트 상의 제1 매체를 위한 추가적인 입구 포트홀들 및 출구 포트홀들 사이에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
13. 제 11 항에 있어서,
    - 상기 제1 및 제2 플레이트의 에지들은 각각의 표면에서 반대쪽으로 동일한 방향으로 75도보다 큰 각도로 접어 구부려져 있고;
    - 각각의 제1 채널 및 각각의 제2 채널은 모든 에지에서 완전히 밀봉되고;
    - 상기 제1 및 제2 플레이트 상의 제2 매체를 위한 출구 포트홀들이 그들 사이에 제2 매체를 위한 출구를 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
14. 제 12 항에 있어서,
    - 상기 제1 및 제2 플레이트의 에지들은 각각의 표면에서 반대쪽으로 동일한 방향으로 75도보다 큰 각도로 접어 구부려져 있고;
    - 각각의 제1 채널은 모든 에지에서 완전히 밀봉되고;
    - 각각의 제2 채널은 하나의 에지를 제외한 모든 에지에서 완전히 밀봉되고, 상기 하나의 에지는 제2 매체를 위한 출구를 형성하기 위해 부분적으로 접어 구부려져 있는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
15. 제 14 항에 있어서,
    - 상기 제2 매체를 위한 출구는 상기 제2 매체를 위한 입구가 근접하여 형성된 에지의 반대쪽 에지에 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
16. 제 11 항에 있어서,
    - 상기 제1 매체를 위한 제1 출구는 외부 유동 전이 수단에 의해 상기 제1 매체를 위한 제2 입구와 유동 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
17. 제 16 항에 있어서,
    - 상기 외부 유동 전이 수단은 백 플레이트로서 형성되고;
    - 상기 백 플레이트는 상기 제1 매체를 위한 상기 제1 출구를 상기 제1 매체를 위한 제2 입구와 유동 연통하게 만들기 위한 유동 전이 채널을 가지고 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 유동 전이 채널은 상기 플레이트들 내의 제2 매체를 위한 입구 포트홀들에 의해 형성되는 제2 매체의 연소 챔버용의 인클로저를 생성하기 위한 벽을 형성하는 상기 백 플레이트의 일부분을 에워싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
19. 제 17 항에 있어서,
    - 상기 유동 전이 채널은 전체적 또는 부분적 사인파형 또는 실질적 사인파형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
20. 제 16 항에 있어서,
    - 상기 외부 유동 전이 수단은 파이프로서 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.

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