KR102354446B1 - 열전달 판 - Google Patents

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KR102354446B1
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Abstract

열전달 판(2a)이 제공된다. 이는 열전달 판(2a)의 종방향 중심축(L)을 따라서 연속적으로 배치되는 제1 단부 부분(8), 제2 단부 부분(16) 및 중심 부분(24)을 포함한다. 중심 부분(24)은 지지 융기(60)와 지지 골(62)을 포함하는 열전달 패턴이 제공되는 열전달 영역(26)을 포함한다. 지지 융기(60)와 지지 골(62)은 열전달 판(2a)의 종방향 중심축(L)에 평행하게 종방향으로 연장된다. 지지 융기(60)와 지지 골(62)은 열전달 판(2a)의 종방향 중심축(L)에 평행하게 연장되는 복수(=x)의 분리된 가상의 종방향 직선(64)을 따라서 및 열전달 판(2a)의 종방향 중심축(L)에 수직하게 연장되는 복수의 분리된 가상의 횡방향 직선(66)을 따라서 교대로 배치된다. 열전달 패턴은 난류 융기(68)와 난류 골(70)을 추가로 포함한다. 열전달 판(2a)은 적어도 복수의 난류 융기(68) 및 난류 골(70)이 그 종방향 연장부의 적어도 중심 부분(68a, 70a)을 따라서 횡방향 가상의 직선(66)에 대해 경사져 연장되는 것을 특징으로 한다.

Description

열전달 판
본 발명은 열전달 판 및 그 설계에 관한 것이다.
판형 열교환기(plate heat exchanger: PHE)는 통상적으로 복수의 열전달 판이 그 사이에 스택 또는 팩으로 정렬되어 배치되는 두 개의 단부 판으로 구성된다. PHE의 열전달 판은 동일하거나 상이한 형태의 것일 수 있으며 상이한 방식으로 적층될 수 있다. 일부 PHE에서, 열전달 판은 하나의 열전달 판의 전면과 후면이 각각 다른 열전달 판의 후면과 전면을 향하고 하나 걸러의 열전달 판이 나머지 열전달 판에 대해 뒤집어진 상태로 적층된다. 통상적으로, 이것은 열전달 판이 서로에 대해 "회전되는(rotated)" 것으로 지칭된다. 다른 PHE에서, 열전달 판은 하나의 열전달 판의 전면과 후면이 각각 다른 열전달 판의 전면과 후면을 향하고 하나 걸러의 열전달 판이 나머지 열전달 판에 대해 뒤집어진 상태로 적층된다. 통상적으로, 이것은 열전달 판이 서로에 대해 "플립되는(flipped)"되는 것으로 지칭된다. 또 다른 PHE에서, 열전달 판은 하나의 열전달 판의 전면과 후면이 각각 다른 열전달 판의 전면과 후면을 향하고 하나 걸러의 열전달 판이 나머지 열전달 판에 대해 뒤집어지지 않은 상태로 적층된다. 이것은 열전달 판이 서로에 대해 "터닝되는(turned)"되는 것으로 지칭될 수 있다.
주지의 PHE 중 한 가지 형태인 소위 개스킷 부착된 PHE에서는, 열전달 판 사이에 개스킷이 배치된다. 단부 판, 따라서 열전달 판은 일종의 조임 수단에 의해 서로를 향해 가압되며, 따라서 개스킷이 열전달 판 사이를 밀봉한다. 열전달 판 사이에 평행한 유동 채널이 형성되며, 각 쌍의 인접한 열전달 판 사이에 하나의 채널이 형성된다. 입구/출구를 통해서 PHE에/PHE로부터 공급되는 초기 온도가 상이한 두 개의 유체는 하나의 유체에서 다른 하나의 유체로 열을 전달하기 위해 하나 걸러의 채널을 통해서 교호적으로 유동할 수 있으며, 이 유체는 PHE의 입구/출구와 연통하는 열전달 판의 입구/출구 포트 구멍을 통해서 채널에 유입/유출된다.
통상적으로, 열전달 판은 두 개의 단부 부분 및 중간 열전달 부분을 포함한다. 단부 부분은 입구 및 출구 포트 구멍을 포함하고, 융기 및 골(ridges and valleys)의 분배 패턴으로 가압되는 분배 영역을 포함한다. 마찬가지로, 열전달 부분은 융기 및 골의 열전달 패턴으로 가압되는 열전달 영역을 포함한다. 열전달 판의 분산 및 열전달 패턴의 융기 및 골은 접촉 영역에서 판형 열교환기의 인접한 열전달 판의 분산 및 열전달 패턴의 융기 및 골과 접촉하도록 구성된다. 열전달 판의 분배 영역의 주요 임무는 채널에 진입되는 유체가 열전달 영역에 도달하기 전에 이 유체를 열전달 판의 폭을 가로질러 확산시키고, 유체가 열전달 영역을 통과한 후에 이 유체를 수집하여 채널 밖으로 안내하는 것이다. 반대로, 열전달 영역의 주요 임무는 열전달이다.
분배 영역과 열전달 영역은 주요 임무가 다르기 때문에, 일반적으로 분배 패턴이 열전달 패턴과 다르다. 분배 패턴은 인접한 열전달 판 사이에 비교적 소수이지만 커다란 접촉 영역을 제공하는 소위 초콜릿 패턴과 같은 더 "개방된" 분배 패턴 설계와 통상적으로 연관되는 비교적 약한 유동 저항 및 낮은 압력 강하를 제공하도록 구성될 수 있다. 열전달 패턴은 더 "조밀한" 열전달 패턴 설계와 통상적으로 연관되는 비교적 강한 유동 저항 및 높은 압력 강하를 제공하도록 구성될 수 있다. 이러한 설계의 한 가지 일반적인 예는 인접하는 열전달 판 사이에 더 많지만 더 작은 접촉 면적을 제공하는 소위 헤링본 패턴이다. 일부 적용에서는, 위생이 중요한 측면이며, 그렇다면 비교적 적은 접촉 면적을 제공하는 열전달 패턴이 바람직할 수 있다. 이러한 설계의 한 가지 예가 US 7,186,483호에 기재되어 있는 소위 롤러 코스터 패턴이다. 롤러 코스터 패턴은 종방향 줄(row)로 배치되는 지지 융기와 지지 골, 및 줄 사이에서 연장되는 난류 증대 주름을 포함한다. 롤러 코스터 패턴이 잘 기능해도, 그 열효율은 특정 형태의 적용에서 불충분할 수 있다.
본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 문제를 적어도 부분적으로 해결하는 열전달 판을 제공하는 것이다. 본 발명의 기본 개념은 열효율이 증가된 위생적인 열전달 패턴을 갖는 열전달 판을 제공하는 것이다. 상기 목적을 달성하기 위한 열전달 판(본 명세서에서 단지 "판"으로 지칭되기도 함)은 첨부된 청구범위에서 한정되고 이하에서 논의된다.
본 발명에 따른 열전달 판은 제1 단부 부분, 제2 단부 부분, 및 제1 단부 부분과 제2 단부 부분 사이에 배치되는 중심 부분을 포함한다. 제1 단부 부분, 중심 부분 및 제2 단부 부분은 열전달 판을 제1 및 제2 절반부로 분할하는 종방향 중심축을 따라서 연속적으로 배치된다. 제1 단부 부분과 제2 단부 부분 각각은 복수의 포트 구멍을 포함한다. 중심 부분은 지지 융기와 지지 골을 포함하는 열전달 패턴이 제공되는 열전달 영역을 포함한다. 지지 융기와 지지 골은 열전달 판의 종방향 중심축에 평행하게 종방향으로 연장된다. 지지 융기와 지지 골 각각은 두 개의 단부 부분 사이에 배치되는 중간 부분을 포함한다. 지지 융기의 각각의 상부 부분은 제1 평면에서 연장되고 지지 골의 각각의 저부 부분은 제2 평면에서 연장된다. 제1 평면과 제2 평면은 상호 평행하다. 지지 융기와 지지 골은 열전달 판의 종방향 중심축에 평행하게 연장되는 복수(=x)(x≥3)의 분리된 가상의 종방향 직선을 따라서 또는 그것 상에 및 열전달 판의 종방향 중심축에 수직하게 연장되는 복수의 분리된 가상의 횡방향 직선을 따라서 교대로 배치된다. 지지 융기와 지지 골은 가상의 종방향 직선에 대해 중심맞춤되며, 인접하는 가상의 횡방향 직선 사이에서 연장된다. 열전달 패턴은 난류 융기와 난류 골을 추가로 포함한다. 난류 융기의 각각의 상부 부분은 제1 평면과 제2 평면 사이에 이들 평면과 평행하게 배치되는 제3 평면에서 연장되며, 난류 골의 각각의 저부 부분은 제2 평면과 제3 평면 사이에 이들 평면과 평행하게 배치되는 제4 평면에서 연장된다. 난류 융기와 난류 골은 가상의 종방향 직선 사이의 간극에서, 인접한 난류 융기와 인접한 난류 골 사이에 피치를 갖고 교대로 배치된다. 난류 융기와 난류 골은 지지 융기와 지지 골을 인접하는 가상의 종방향 직선을 따라서 연결한다. 열전달 판은 적어도 복수의 난류 융기와 난류 골이 그 종방향 연장부의 적어도 중심 부분을 따라서 가상의 횡방향 직선에 대해 경사져 연장되는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에서, 달리 언급되지 않는 한, 열전달 판의 융기 및 골은 열전달 판의 전면을 바라볼 때의 융기 및 골이다. 당연히, 판의 전면에서 바라볼 때 융기가 되는 것은 판의 반대쪽 후면에서 바라볼 때 골이며, 판의 전면에서 바라볼 때 골이 되는 것은 판의 후면에서 바라볼 때 융기이고, 그 반대도 마찬가지이다.
특히, 개스킷 부착된 판형 열교환기 용으로 의도된 열전달 판은 제1 및 제2 단부 부분과 중심 부분을 포위하는 외부 에지 부분을 추가로 포함할 수 있으며, 외부 에지 부분은 제1 평면과 제2 평면 사이에서 및 이들 평면에서 연장되는 주름을 포함한다. 완전한 외부 에지 부분 또는 그 하나 이상의 부분만 주름을 포함할 수도 있다. 주름은 에지 부분을 따라서 균일하게 또는 불균일하게 분포될 수 있으며, 모두 동일하게 보일 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 주름은 에지 부분에 파형 설계를 제공할 수 있는 융기 및 골을 갖는다. 주름은 열전달 판이 판형 열교환기에 배치될 때 열전달 판의 전면에서 제1 인접 열전달 판에 충합하고 열전달 판의 반대 후면에서 제2 인접 열전달 판에 충합하도록 구성될 수 있다.
열전달 판은 판 팩 내의 다른 열전달 판과 조합되도록 배치된다. 판 팩의 열전달 판은 모두 동일한 형태일 수 있다. 대안적으로, 이들 열전달 판은 모두 청구항 1에 따라 구성되는 한 상이한 형태일 수도 있다.
제3 및 제4 평면은 제1 평면과 제2 평면 사이의 중간에서 연장되는 중심 평면으로부터 동일한 거리에 배치될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.
난류 융기와 난류 골은 열전달 판의 열전달 성능을 증가시킨다. 난류 융기와 난류 골이 더 높게/더 깊게 및 더 조밀하게 배치될수록, 열전달 성능이 더 증가한다.
인접한 난류 융기 사이 및 인접한 난류 골 사이의 피치는 하나의 난류 융기 또는 골의 기준점에서 동일한 간극 내의 인접한 난류 융기 또는 골의 대응 기준점까지 그 사이의 거리이다.
난류 융기와 난류 골은 지지 융기와 지지 골을 인접한 가상의 종방향 직선을 따라서 연결하기 위해 인접한 가상의 종방향 직선 사이에서 연장된다.
난류 융기와 난류 골은 그 길이의 적어도 일부를 따라서 가상의 종방향 직선 사이에서 경사져 연장된다는 점에서, 이들 난류 융기와 난류 골은 동일한 두 개의 가상의 횡방향 직선 사이에 배치되지 않는 지지 융기 및 지지 골을 연결할 수 있다. 비경사 난류 융기 및 골을 갖는 두 개의 열전달 판이 서로에 대해 "회전", "플립" 및 "터닝"되면 하나의 판의 난류 융기 또는 골이 다른 판의 난류 융기 또는 골과 똑바로 정렬되는 채널이 얻어질 수 있다. 이러한 채널은 열전달 판의 종방향 중심축을 따라서 가변적인 깊이를 가질 수 있으며, 이는 채널을 통한 흐름의 간헐적 제한을 초래할 수 있다. 두 개의 열전달 판이 대신에 경사 난류 융기 및 골을 가지면, 판이 서로에 대해 "플립", "회전" 및 "터닝"될 때, 똑바로 정렬되는 난류 융기 및 골이 회피될 수 있고 따라서 가변 깊이의 채널이 회피될 수 있다.
가상의 횡방향 직선의 개수는 짝수 또는 홀수일 수 있다. 가상의 횡방향 직선은 열전달 영역의 일부 또는 전체를 가로질러 등거리로 배치될 수 있다.
가상의 종방향 직선의 개수(x)는 짝수 또는 홀수일 수 있다. 가상의 종방향 직선은 열전달 영역의 일부 또는 전체를 가로질러 등거리로 배치될 수 있다. 열전달 판의 제1 및 제2 절반부의 각각에는 복수의 완전한 간극, 즉 종방향 중심축에 의해 분할되지 않는 간극이 존재한다. 제1 및 제2 절반부 각각에서의 완전한 간극의 개수는 x가 짝수면 (x-1-1)/2일 수 있고 x가 홀수면 (x-1)/2일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가상의 종방향 직선의 개수(x)는 짝수이고 간극의 개수는 x-1이다. 종방향 중심축은 중심 간극을 길이방향으로, 아마도 절반으로 분할하며, (x-2)/2개의 완전한 간극이 열전달 판의 제1 및 제2 절반부 각각에 배치된다. 중심 간극은 가상의 종방향 직선 x/2와 x/2+1 사이의 간극이다. 중심 간극은 판의 종방향 중심축에 대해 중심맞춤될 필요가 없지만 중심맞춤될 수 있다. 이 실시예는 열전달 판을 서로에 대해 "회전"되는 판을 포함하는 판 팩 및 서로에 대해 "플립"되는 판을 포함하는 판 팩에서 사용하기에 적합하게 만들 수 있지만, 아마도 서로에 대해 "터닝"되는 판을 포함하는 판 팩에서 사용하기에는 적합하지 않게 만들 수 있다. 당연히, 적합성은 판 팩에 있는 나머지 열전달 판의 설계에 의존한다.
열전달 판의 제1 및 제2 절반부 중 하나의 완전한 간극에 배치되는 상기 적어도 복수의 난류 융기 및 난류 골 중의 난류 융기 및 난류 골은 그 중심 부분을 따라서 최소 각도 α(0<α<90)로, 가상의 횡방향 직선에 대해 시계 방향으로, 즉 좌표계의 2사분면에서 연장될 수 있다. 또한, 나머지 간극에 배치된 상기 적어도 복수의 난류 융기 및 난류 골 중의 난류 융기 및 난류 골은 그 중심 부분을 따라서 최소 각도 β(0<β<90)로, 가상의 횡방향 직선에 대해 반시계 방향으로, 즉 좌표계의 1사분면에서 연장될 수 있다. 따라서, 판 팩 내의 이와 같이 구성된 두 개의 인접한 열전달 판의 대향하는 난류 융기 및 골이 적어도 이들 판이 서로에 대해 "회전" 및 "플립"될 때 상호 평행하게 연장되는 것이 회피될 수 있다. 이러한 평행 연장은 판 사이 흐름의 불필요한 제한을 초래할 수 있다. 그러나, 가상의 종방향 직선의 개수(x)가 짝수이고 간극의 개수가 홀수인 경우에, 간극의 (x-2)/2에서의 난류 융기 및 골 배향은 2사분면 내에 있을 수 있으며 간극의 x/2에서의 난류 융기 및 골 배향은 1사분면 내에 있을 수 있다. 결과적으로, 판이 서로에 대해 "회전"될 때, 중심 간극 내의 대향하는 난류 융기 및 골이 상호 평행하게 위치될 수 있으며, 이것은 판 사이의 흐름이 국소적으로 제한되는 결과를 초래할 수 있다.
α는 β와 다를 수 있다. 대안적으로, α는 β와 동일할 수도 있다. 후자의 옵션은 판 팩 내의 이와 같이 구성된 두 개의 인접한 열전달 판의 대향하는 난류 융기 및 골이, 이들 판이 적어도 중심 간극을 제외한 모든 간극 내에서 서로에 대해 "회전"되는지 또는 "플립"되는지에 관계없이, 서로에 대해 동일한 방식으로 연장되는 결과를 초래할 수 있다.
가상의 종방향 직선은 가상 교차점에서 가상의 횡방향 직선과 교차하여 가상의 격자(grid)를 형성할 수 있다. 적어도 복수의 가상 교차점에서, 지지 융기 중 하나, 지지 골 중 하나 및 난류 융기 중 두 개가 만날 수 있다. 이들 난류 융기는 인접한 간극에 배치되어 교차 난류 융기를 형성한다. 두 개의 가상 교차점 사이에서 연장되는 교차 난류 융기는 이중-교차 난류 융기를 형성한다. 난류 융기가 난류 융기의 폭을 따르는 상이한 위치에서 가상 교차점을 "연결"할 수 있기 때문에 이중-교차 난류 융기는 동일한 가상의 횡방향 직선 상에 배치된 두 개의 가상 교차점 사이에서 여전히 적어도 부분적으로 경사져 연장될 수 있다. 가상 교차점 중 하나로부터 지지 골 중 하나의 중간 부분까지 연장되는 교차 난류 융기는 단일-교차 난류 융기를 형성한다. 열전달 패턴의 설계에 따라서, 이중-교차 난류 융기가 있을 수도 있고 없을 수도 있으며, 그 밀도 또는 빈도는 열전달 패턴 사이에서 달라질 수 있다. 지지 융기 중 하나, 지지 골 중 하나, 및 난류 융기 중 두 개가 가상 교차점에서 만나게 함으로써, 형성이 어려운, 즉 성형성이 낮은 판 영역이 회피될 수 있다. 그로 인해, 열전달 패턴의 전반적인 강도가 증가될 수 있으며 이는 판의 열전달 성능을 향상시킬 수 있다.
하나의 동일한 간극 내의 교차 난류 융기 중 적어도 복수의 세 번째 마다의 교차 난류 융기는 이중-교차 난류 융기일 수 있으며, 나머지 교차 난류 융기는 단일-교차 난류 융기이다.
열전달 판은, 가상의 종방향 직선의 적어도 x-1을 따라서, 만나는 교차 난류 융기 중 하나가 이중-교차 난류 융기이고 만나는 교차 난류 융기 중 다른 하나는 단일-교차 난류 융기이도록 구성될 수 있다.
따라서, x가 짝수면, 종방향 중심축에 가장 가까운 두 개의 가상 종방향 직선일 수 있는, 두 개의 중간 가상 종방향 직선, 즉 라인 번호 x/2 및 (x/2)+1은 중심 가상 종방향 직선을 형성할 수 있다. 중심 가상 종방향 직선 중 하나를 따라서, 만나는 교차 난류 융기 둘 다 이중-교차 난류 융기일 수 있거나 만나는 교차 난류 융기 둘 다 단일-교차 난류 융기일 수 있다. 가상 종방향 직선의 나머지를 따라서, 만나는 교차 난류 융기 중 하나는 이중-교차 난류 융기일 수 있는 반면에, 만나는 교차 난류 융기 중 다른 하나는 단일-교차 난류 융기일 수 있다. 이 실시예는 상기 중심 가상 종방향 직선 중 하나에서 열전달 패턴의 변경을 용이하게 할 수 있다.
대안적으로, x가 홀수면, 종방향 중심축과 일치하거나 일치하지 않을 수 있는, 중간 가상 종방향 직선, 즉 라인 번호 (x+1)/2는 중심 가상 종방향 직선을 형성할 수 있다. 중심 가상 종방향 직선을 따라서, 만나는 교차 난류 융기 둘 다 이중-교차 난류 융기일 수 있거나 만나는 교차 난류 융기 둘 다 단일-교차 난류 융기일 수 있다. 가상 종방향 직선의 나머지를 따라서, 만나는 교차 난류 융기 중 하나는 이중-교차 난류 융기일 수 있는 반면에, 만나는 교차 난류 융기 중 다른 하나는 단일-교차 난류 융기일 수 있다. 이 실시예는 상기 중심 가상 종방향 직선 중 하나에서 열전달 패턴의 변경을 용이하게 할 수 있다.
중간 가상 종방향 직선/직선들은 양쪽에 동일한 개수의 가상 종방향 직선을 갖지만 열전달 판의 정확히 중심에서 반드시 연장되지는 않는다. 따라서, 중간 가상 종방향 직선/직선들은 판의 종방향 중심축과 일치할 필요가 없거나/판의 종방향 중심축으로부터 등거리로 벗어날 필요가 없다.
열전달 판은 지지 골 중 하나의 중간 부분과 지지 융기 중 하나의 중간 부분 사이에서 연장되는 난류 융기가 중간 난류 융기를 형성하도록 구성될 수도 있다. 열전달 패턴의 설계에 따라서 중간 난류 융기가 있을 수도 있고 없을 수도 있다. 이 실시예는 열전달 판의 열전달 성능을 증가시킬 수 있는 교차 난류 융기 중에서 추가 난류 융기, 즉 중간 난류 융기를 가능하게 한다.
중간 난류 융기의 빈도 또는 밀도는 변경될 수 있다. 일 예로서, 열전달 판은 중간 난류 융기 중 적어도 하나가 하나의 동일한 간극 내에서 적어도 복수의 각 쌍의 인접한 단일-교차 난류 융기와 이중-교차 난류 융기 중의 단일-교차 난류 융기와 이중-교차 난류 융기 사이에 배치되도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 열전달 판은 하나의 동일한 간극 내의 난류 융기 중 적어도 복수의 다섯 번째 마다의 난류 융기는 중간 난류 융기이고 나머지 난류 융기는 단일-교차 난류 융기이도록 구성될 수 있다.
가상의 종방향 직선 중 하나의 동일한 것을 따라서 지지 융기의 상부 부분과 지지 골의 저부 부분은 지지 플랭크에 의해 연결될 수 있다. 또한, 하나의 동일한 간극 내의 난류 융기의 상부 부분과 난류 골의 저부 부분은 난류 플랭크에 의해 연결될 수 있다. 적어도 복수의 난류 융기는 열전달 판의 상부 부분과 제1 측부 사이에서 연장되는 제1 난류 플랭크, 및 열전달 판의 상부 부분과 대향 제2 측부 사이에서 연장되는 제2 난류 플랭크를 가질 수 있다. 따라서, 난류 융기의 제1 및 제2 난류 플랭크는 난류 융기의 상부 부분의 양쪽에서 난류 융기의 종방향 연장부를 따라서 연장된다. 본질적으로 직사각형인 열전달 판에 있어서, 제1 및 제2 측부는 열전달 판의 짧은 측부일 수 있다. 적어도 복수의 이중-교차 난류 융기에 있어서, 제1 난류 플랭크 및 제2 난류 플랭크는 대응하는 가상 교차점에서 각각의 지지 플랭크에 연결될 수 있다. 이것은 이중-교차 난류 융기가 동일한 가상의 횡방향 직선 상에 배치된 두 개의 가상 교차점 사이에서 어떻게 적어도 부분적으로 경사져 그리고 가만히 연장될 수 있는지의 한 예이다.
적어도 복수의 단일-교차 난류 융기에 있어서, 제1 및 제2 난류 플랭크 중 하나는 대응하는 가상 교차점에서 지지 플랭크에 연결될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 난류 플랭크 중 다른 하나는 대응하는 지지 골의 중간 부분에 연결될 수 있다.
적어도 복수의 단일-교차 난류 융기는 그 종방향 연장부의 두 개의 단부 부분 중 적어도 하나를 따라서 가상의 횡방향 직선에 본질적으로 평행하게 연장될 수 있다. 대안적으로/추가적으로 적어도 복수의 이중-교차 난류 융기는 그 종방향 연장부의 두 개의 단부 부분을 따라서 가상의 횡방향 직선에 본질적으로 평행하게 연장될 수 있다. 단부 부분은 중심 부분의 양쪽에 배치된다. 이 실시예에 따르면, 상기 복수의 이중-교차 난류 융기는 신장된 'Z' 형상을 가질 수 있다. 또한, 후술되듯이, 이 실시예는 난류 플랭크가 지지 플랭크와 줄맞춰 연장될 수 있게 할 수 있다.
난류 융기 각각의 중심 부분은 중심 부분의 각각의 종방향 중심선을 따라서 배치되는 제1 종점 및 제2 종점을 포함한다. 복수의 난류 융기에 있어서, 제1 종점은 제2 종점에 대해 (n+0,5) x 난류 융기 사이의 피치만큼 열전달 판의 종방향 중심축에 평행하게 변위될 수 있으며, 여기에서 n은 정수이다. 다음으로, n의 값은 난류 융기가 얼마나 가파른지를 결정하며, n이 클수록 난류 융기가 더 가파르다. 예를 들어, n은 0, 1 또는 1초과일 수 있다. n=1이면, 제1 종점과 제2 종점 사이의 변위는 1,5 x 피치이며 난류 융기는 비교적 가파르다. 이러한 열전달 패턴은 통상적으로 비교적 낮은 열전달 성능 및/또는 유동 저항과 관련될 수 있다. n=0이면, 제1 종점과 제2 종점 사이의 변위는 0,5 x 피치이며 난류 융기는 덜 가파르다. 이러한 열전달 패턴은 통상적으로 비교적 높은 열전달 성능 및/또는 유동 저항과 관련될 수 있다.
본 발명의 열전달 판의 상기 특징의 전부는 아니지만 대부분의 장점은 열전달 판이 판 팩 내의 다른 적절하게 구성된 열전달 판과 조합될 때 나타난다는 점이 강조되어야 한다.
본 발명의 또 다른 목적, 특징, 태양 및 장점은 하기 상세한 설명뿐 아니라 도면으로부터 나타날 것이다.
본 발명은 이제 첨부된 개략도를 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 열전달 판의 개략 평면도이다.
도 2는 판 팩의 외부에서 바라본, 판 팩 내의 인접한 열전달 판의 충합 외부 에지의 도시도이다.
도 3은 도 1의 열전달 판의 일부 확대도이다.
도 4는 도 1의 열전달 판의 지지 융기 및 지지 골의 개략 단면도이다.
도 5는 도 1의 열전달 판의 난류 융기 및 난류 골의 개략 단면도이다.
도 6 내지 도 8은 각각 도 1의 열전달 판의 일부 확대도이다.
도 9는 대체 열전달 패턴의 개략도이다.
도 10은 다른 대체 열전달 패턴의 개략도이다.
도 1은 서두에서 설명된 바와 같은 개스킷 부착된 판형 열교환기의 열전달 판(2a)을 도시한다. 완전히는 도시되지 않은 개스킷 부착된 PHE는 열전달 판(2a)과 같은 열전달 판(2)의 팩, 즉 도시되지 않은 유사한 개스킷에 의해 분리되는 유사한 열전달 판의 팩을 포함한다. 도 2를 참조하면, 판 팩에서, 판(2a)의 전면(4)(도 1에 도시됨)은 인접한 판(2b)과 마주하며 판(2a)의 후면(6)(도 1에서는 안보이지만 도 2에 도시되어 있음)은 다른 인접한 판(2c)과 마주한다.
도 1을 참조하면, 열전달 판(2a)은 본질적으로 직사각형의 스테인리스 스틸 시트이다. 이 열전달 판은 제1 단부 부분(8)을 포함하며, 제1 단부 부분은 제1 포트 구멍(10), 제2 포트 구멍(12) 및 제1 분배 영역(14)을 포함한다. 판(2a)은 또한 제2 단부 부분(16)을 포함하며, 제2 단부 부분은 제3 포트 구멍(18), 제4 포트 구멍(20) 및 제2 분배 영역(22)을 포함한다. 판(2a)은 또한 열전달 영역(26)을 포함하는 중심 부분(24), 및 제1 및 제2 단부 부분(8, 16)과 중심 부분(24) 주위로 연장되는 외부 에지 부분(28)을 포함한다. 제1 단부 부분(8)은 제1 경계선(30)을 따라서 중심 부분(24)에 인접하고 제2 단부 부분(16)은 제2 경계선(32)을 따라서 중심 부분(24)에 인접한다. 도 1에서 명백하듯이, 제1 단부 부분(8), 중심 부분(24) 및 제2 단부 부분(16)은, 판(2a)의 제1 및 제2의 대향하는 긴 측부(34, 36) 사이의 중간에서 이들 긴 측부에 평행하게 연장되는 판(2a)의 종방향 중심축(L)을 따라서 연속적으로 배치된다. 종방향 중심축(L)은 판(2a)을 제1 및 제2 절반부(38, 40)로 분할한다. 또한, 종방향 중심축(L)은 판(2a)의 제1 및 제2의 대향하는 짧은 측부(42, 44) 사이의 중간에서 이들 짧은 측부에 평행하게 연장되는 판(2a)의 횡방향 중심축(T)에 수직하게 연장된다. 또한, 열전달 판(2a)은 전면(4)에서 볼 때 전면 개스킷 홈(46)을 포함하고 후면(6)에서 볼 때 후면 개스킷 홈(도시되지 않음)을 포함한다. 전면 및 후면 개스킷 홈은 부분적으로 상호 정렬되고 각각의 개스킷을 수용하도록 배치된다.
열전달 판(2a)은 열전달 판의 상이한 부분 내에 소망의 구조를, 보다 구체적으로는 상이한 주름 패턴을 제공하기 위해 가압 공구에서 종래의 방식으로 가압된다. 서두에서 언급했듯이, 주름 패턴은 각각의 판 부분의 특정 기능에 맞게 최적화된다. 따라서, 제1 및 제2 분배 영역(14, 22)에는 분배 패턴이 제공되고, 열전달 영역(26)에는 분배 패턴과 다른 열전달 패턴이 제공된다. 또한, 외부 에지 부분(28)은 이 외부 에지 부분(28)을 더 강건하게 만들고 따라서 열전달 판(2a)을 변형에 대해 더 견디게 만드는 주름(48)을 포함한다. 또한, 주름(48)은 PHE의 판 팩 내의 인접한 열전달 판의 주름과 충합하도록 구성된다는 점에서 지지 구조를 형성한다. 판 팩의 열전달 판(2a)과 두 개의 인접한 열전달 판(2b, 2c) 사이의 주변 접촉을 도시하는 도 2를 다시 참조하면, 주름(48)은 도 1의 도면 평면에 평행한 제1 평면(50)과 제2 평면(52) 사이에서 및 이들 평면에서 연장된다. 중심 평면(54)은 제1 평면(50)과 제2 평면(52) 사이의 중간에서 연장되며, 전면 개스킷 홈(46) 및 후면 개스킷 홈의 각각의 바닥은 이 중심 평면(54)에서, 즉 소위 절반 평면에서 연장된다.
분배 패턴은 소위 초콜릿 형태이며, 제1 및 제2 분배 영역(14, 22)의 각각 내에 각각의 격자를 형성하도록 구성된 세장형 분배 융기(56) 및 분배 골(58)을 포함한다. 분배 융기(56)의 각각의 상부 부분은 제1 평면(50)에서 연장되고 분배 골(58)의 각각의 저부 부분은 제2 평면(52)에서 연장된다. 분배 융기(56) 및 분배 골(58)은 PHE의 판 팩 내의 인접한 열전달 판의 분배 융기 및 분배 골과 충합하도록 구성된다. 초콜릿-형태의 분배 패턴은 잘 알려져 있으며 여기에서는 더 자세히 설명하지 않을 것이다.
도 1에서 점선으로 도시된 박스 내의 열전달 영역 부분의 확대를 포함하는 도 3을 참조하면, 열전달 패턴은 판(2a)의 종방향 중심축(L)에 평행하게 종방향으로 연장되는 세장형 지지 융기(60) 및 세장형 지지 골(62)을 포함한다. 지지 융기(60)의 각각은 두 개의 단부 부분(60b, 60c) 사이에 배치되는 중간 부분(60a)을 포함하며 지지 골(62)의 각각은 두 개의 단부 부분(62b, 62c) 사이에 배치되는 중간 부분(62a)을 포함한다. 또한, 지지 융기(60) 및 지지 골(62)의 종방향 연장부에 평행하게, 즉 판(2a)의 종방향 중심축(L)에 평행하게 취한 지지 융기(60) 및 지지 골(62)의 중심 단면을 도시하는 도 4를 참조하면, 지지 융기(60)의 각각의 상부 부분(60d)은 제1 평면(50)에서 연장되고 지지 골(62)의 각각의 저부 부분(62d)은 제2 평면(52)에서 연장된다.
도 1을 다시 참조하면, 지지 융기(60) 및 지지 골(62)은 판(2a)의 종방향 중심축(L)에 평행하게 연장되는 x=10개의 등거리로 배치된 가상의 종방향 직선(64)을 따라서 교대로 배치된다. 가상의 종방향 직선(64)은 지지 융기(60) 및 지지 골(62)의 각각의 중심을 통해서 연장된다. 또한, 지지 융기(60) 및 지지 골(62)은 판(2a)의 횡방향 중심축(T)에 평행하게 연장되는 복수의 등거리로 배치된 가상의 횡방향 직선(66)을 따라서 교대로 배치된다. 이들 가상의 횡방향 직선(66)의 절반만 도 1에 도시되어 있다. 지지 융기(60) 및 지지 골(62)은 가상의 횡방향 직선(66) 사이에 배치된다. 가상의 종방향 직선(64)과 가상의 횡방향 직선(66)은 가상 교차점(67)에서 상호 교차하여 가상의 격자를 형성한다.
도 3을 참조하면, 열전달 패턴은 세장형 난류 융기(68) 및 세장형 난류 골(70)을 추가로 포함한다. 난류 융기(68)의 각각은 두 개의 단부 부분(68b, 68c) 사이에 배치되는 중심 부분(68a)을 포함하며, 난류 골(70)의 각각은 두 개의 단부 부분(70b, 70c) 사이에 배치되는 중심 부분(70a)을 포함한다. 난류 융기 및 난류 골의 일부에서의 중심 부분과 단부 부분 사이의 경계는 도 3에서 일점 쇄선으로 도시되어 있다. 또한, 난류 융기(68) 및 난류 골(70)의 종방향 연장부에 수직하게 취한 난류 융기(68) 및 난류 골(70)의 중심 부분 단면을 도시하는 도 5를 참조하면, 난류 융기(68)의 각각의 상부 부분(68d)은 제3 평면(72)에서 연장되는 반면에 난류 골(70)의 각각의 저부 부분(70d)은 제4 평면(74)에서 연장된다. 제3 평면(72)은 제1 평면(50)과 중심 평면(54) 사이에 배치되는 반면에 제4 평면(74)은 중심 평면(54)의 바로 약간 아래에, 즉 제2 평면(52)과 중심 평면(54) 사이에 놓인다. 난류 융기 및 골(68, 70)이 열전달 영역(26) 내에 배치 및 설계됨에 따라, 판(2a)과 제1 평면(50)에 의해 포위되는 제1 체적(V1)은 판(2a)과 제2 평면(52)에 의해 포위되는 제2 체적(V2)보다 작을 것이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 난류 융기(68) 및 난류 골(70)은 인접한 가상의 종방향 직선(64) 사이의 간극(76)(76a, 76b)에 피치(p)를 갖고 교대로 배치된다. 이와 같이 배치되면, 난류 융기(68) 및 난류 골(70)은 지지 융기(60) 및 지지 골(62)을 인접한 가상의 종방향 직선(64)을 따라서 연결한다. 난류 융기(68) 및 난류 골(70)은 또한 최외측 가상 종방향 직선(64)과 판(2a)의 제1 및 제2의 대향하는 긴 측부(34, 36) 사이에 피치(p)를 갖고 교대로 배치된다. 가상의 종방향 직선(64)의 개수(x)가 10개이므로, 9개의 간극(76)이 존재한다. 판(2a)의 종방향 중심축(L)은 중심 간극(76a)을 길이방향으로 절반으로 분할하며 이는 판(2a)의 종방향 중심축(L)의 각 측부에 4개의 완전한 간극(76b)을 남긴다. 중심 간극(76a)을 규정하는 가상의 종방향 직선(64)은 중심 가상 종방향 직선(64a, 64b)을 형성한다.
난류 융기(68)의 연장부는 난류 골(70)의 연장부를 결정한다. 따라서, 나머지 설명은 난류 융기(68)에 집중될 것이다.
도 1 및 도 3에서 명백하듯이, 난류 융기(68), 또는 보다 구체적으로 그 중심 부분(68a)은 횡방향 가상 직선(66)에 대해 경사져 연장된다. 중심 가상 종방향 직선(64b)에서 열전달 패턴이 변경된다. 보다 구체적으로, 도 6을 참조하면, 선(64b)의 좌측에서(도 1 및 도 6에 도시하듯이), 난류 융기(68)의 중심 부분(68a)은 횡방향 가상 직선(66)에 대해 시계 방향으로 최소 각도(α)(최대 각도=α+180)로 연장된다. 또한, 선(64b)의 우측에서(도 1 및 도 6에 도시하듯이), 난류 융기(68)의 중심 부분(68a)은 횡방향 가상 직선(66)에 대해 반시계 방향으로 최소 각도(β)(최대 각도=β+180)로 연장된다. 여기에서, α=β=25 이지만, α가 β와 다를 수 있고 α와 β가 15-75 범위 내의 다른 값을 가질 수 있는 대체 실시예에서는 그렇지 않을 수도 있다.
도 7을 참조하면, 난류 융기(68) 각각의 중심 부분(68a)은 중심 부분(68a)의 각각의 종방향 중심선(c)을 따라서 배치되는 제1 종점(e1) 및 제2 종점(e2)을 포함한다. 난류 융기(68)의 중심 부분(68a)의 경사 연장은 제2 종점(e2)에 대한 제1 종점(e1)의 상대 변위(d)를 초래한다. 변위(d)는 판(2a)의 종방향 중심축(L)에 평행한 난류 융기(68) 및 난류 골(70)의 피치(p)의 절반이다.
도 1, 도 3 및 도 6을 참조하면, 열전달 패턴은 상이한 형태의 난류 융기(68)를 포함한다. 가상 횡방향 직선(66) 중 최외측의 것을 따르는 교차점을 제외한, 가상 교차점(67)의 각각에서는, 지지 융기(60) 중 하나, 지지 골(62) 중 하나, 및 난류 융기(68) 중 두 개가 만나며 이들은 인접하는 간극(76)에 배치된다. 이들 난류 융기는 교차 난류 융기(78)를 형성한다. 교차 난류 융기(78) 중 일부는 두 개의 가상 교차점(67) 사이에서 연장되고 이중-교차 난류 융기(78a)를 형성하는 반면에, 다른 교차 난류 융기들은 하나의 가상 교차점(67)으로부터 하나의 지지 골(62)의 중간 부분(62a)까지 연장되고 단일-교차 난류 융기(78b)를 형성한다. 이 특정 실시예에서, 각각의 간극(76)에서, 교차 난류 융기(78) 중 세 번째 마다의 것은 이중-교차 난류 융기(78a)이고 나머지 교차 난류 융기는 단일-교차 난류 융기(78b)이다. 도 1에서 명백하듯이, 열전달 패턴이 변화하는 중심 가상의 종방향 직선(64b)을 따라서, 만나는 교차 난류 융기(78) 둘 다 이중-교차 난류 융기(78a)이거나, 만나는 교차 난류 융기(78) 둘 다 단일-교차 난류 융기(78b)이다. 가상의 종방향 직선(64)의 나머지를 따라서, 만나는 교차 난류 융기(78) 중 하나는 이중-교차 난류 융기(78a)이고 나머지 하나는 단일-교차 난류 융기(78b)이다. 지지 융기(60) 중 하나의 중간 부분(60a)과 지지 골(62) 중 하나의 중간 부분(62a) 사이에서 연장되는 난류 융기(68)는 중간 난류 융기(80)를 형성한다. 이 특정 실시예에서, 각각의 간극(76)에서, 하나의 중간 난류 융기(80)는 각 쌍의 인접한 이중-교차 난류 융기 및 단일-교차 난류 융기의 이중-교차 난류 융기(78a)와 단일-교차 난류 융기(78b) 사이에 배치된다.
이중-교차 난류 융기(78a), 단일-교차 난류 융기(78b) 및 중간 난류 융기(80)의 구성은 서로 다르다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 이중-교차 난류 융기(78a)의 단부 부분(68b, 68c)은 가상의 횡방향 직선(66)에 평행하게 연장된다. 그로 인해, 이중-교차 난류 융기(78a)는 신장된 'Z' 형상을 갖는다. 또한, 단일-교차 난류 융기(78b)의 단부 부분(68b, 68c) 중 하나는 횡방향 가상 직선(66)에 평행하게 연장된다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 가상 종방향 직선(64)의 각각을 따르는 지지 융기(60)의 상부 부분(60d) 및 지지 골(62)의 저부 부분(62d)은 지지 플랭크(82)에 의해 연결된다. 또한, 난류 융기(68) 각각의 상부 부분(68d)은 난류 플랭크(84)(84a, 84b)에 의해 동일한 하나의 간극 내의 인접한 난류 골(70)의 저부 부분(70d)에 연결된다. 횡방향 가상 직선(66) 중 최외측에 있는 일부를 제외한 난류 융기(68)의 각각은 난류 융기(68)의 상부 부분(68d)과 판(2a)의 제1 짧은 측부(42) 사이에서 연장되는 제1 난류 플랭크(84a), 및 난류 융기(68)의 상부 부분(68d)과 판(2a)의 제2 짧은 측부(44) 사이에서 연장되는 제2 난류 플랭크(84b)를 갖는다. 횡방향 가상 직선(66) 중 최외측에 있는 일부를 제외한 이중-교차 난류 융기(78a) 각각의 제1 및 제2 난류 플랭크(84a, 84b)는 대응하는 가상 교차점(67)에서 각각의 지지 플랭크(82)에 연결된다. 또한, 횡방향 가상 직선(66) 중 최외측에 있는 일부를 제외한 단일-교차 난류 융기(78b)의 각각에서, 제1 및 제2 난류 플랭크(84a, 84b) 중 하나는 대응하는 가상 교차점(67)에서 지지 플랭크(82)에 연결된다. 도 8에 해칭으로 도시되어 있듯이, 지지 플랭크(82)는 각각의 난류 플랭크(84)가 지지 플랭크(82)의 "연장부"를 형성하도록 그 사이의 이행부에서 각각의 난류 플랭크(84)와 동일한 평면에 배치된다.
전술했듯이, 판 팩에서, 판(2a)은 판(2b, 2c) 사이에 배치된다. 열전달 패턴의 전술한 설계에 따르면, 판(2b, 2c)은 판(2a)에 대해 "플립" 또는 "회전"되어 배치될 수 있다.
판(2b, 2c)이 판(2a)에 대해 "플립"되어 배치되면, 판(2a)의 전면(4) 및 후면(6)은 각각 판(2b)의 전면(4) 및 판(2c)의 후면(6)과 마주한다. 이것은 판(2a)의 지지 융기(60)가 판(2b)의 지지 융기와 충합될 것이고 판(2a)의 지지 골(62)이 판(2c)의 지지 골과 충합될 것임을 의미한다. 또한, 판(2a)의 난류 융기(68)는 판(2b)의 난류 융기와 마주하지만 충합되지 않을 것이고 판(2b)의 난류 융기에 대해 각도 2α=2β로 연장될 것이며, 판(2a)의 난류 골(70)은 판(2c)의 난류 골과 마주하지만 충합되지 않을 것이고 판(2c)의 난류 골에 대해 각도 2α=2β로 연장될 것이다. 열전달 영역(26) 내에서, 판(2a, 2b)은 체적 2xV1의 채널을 형성할 것이고 판(2a, 2c)은 체적 2xV2의 채널을 형성할 것이며, 즉 V1<V2 이기 때문에 두 개의 비대칭 채널이 형성될 것이다.
판(2b, 2c)이 판(2a)에 대해 "회전"되어 배치되면, 판(2a)의 전면(4) 및 후면(6)은 각각 판(2b)의 후면(6) 및 판(2c)의 전면(4)과 마주한다. 이것은 판(2a)의 지지 융기(60)가 판(2b)의 지지 골과 충합될 것이고 판(2a)의 지지 골(62)이 판(2c)의 지지 융기와 충합될 것임을 의미한다. 또한, 판(2a)의 난류 융기(68)는 판(2b)의 난류 골과 마주하지만 충합되지 않을 것이고, 판(2a)의 난류 골(70)은 판(2c)의 난류 융기와 마주하지만 충합되지 않을 것이다. 중심 간극(76a)을 제외한 모든 간극(76) 내에서, 판(2a)의 난류 융기(68) 및 난류 골(70)은 판(2b)의 난류 골 및 판(2c)의 난류 융기에 대해 각각 각도 2α=2β로 연장될 것이다. 중심 간극(76a) 내에서 판(2a)의 난류 융기(68) 및 난류 골(70)은 판(2b)의 난류 골 및 판(2c)의 난류 융기에 각각 평행하게 연장될 것이다. 열전달 영역(26) 내에서, 판(2a, 2b)은 체적 V1+V2의 채널을 형성할 것이고, 판(2a, 2c)은 체적 V1+V2의 채널을 형성할 것인 바, 즉 두 개의 대칭 채널이 형성될 것이다.
전술한 본 발명의 실시예는 단지 예로서 간주되어야 한다. 통상의 기술자는 논의된 실시예가 본 발명의 개념을 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 방식으로 변경될 수 있음을 인지한다.
예를 들어, 열전달 패턴은 중간 난류 융기를 더 많이 또는 더 적게 포함할 수 있고 심지어 전혀 포함하지 않을 수도 있다. 또한, 열전달 패턴은 이중-교차 난류 융기를 전혀 포함하지 않을 수도 있다. 도 9 및 도 10은 두 개의 대체 열전달 패턴을 매우 개략적으로 도시한다. 이들 도면에서, 모든 융기는 굵은 선으로 도시되고 모든 골은 가는 선으로 도시된다. 또한, 직사각형은 지지 융기 및 지지 골을 나타내고 사선은 난류 융기 및 난류 골의 중심을 나타낸다.
도 9에서 시작하면, 이것은 상기 지지 융기 및 지지 골(60, 62)과 유사한, 단지 더 짧은, 지지 융기 및 지지 골을 포함하는 열전달 패턴을 도시한다. 또한, 열전달 패턴은 상기 이중-교차 난류 융기 및 단일-교차 난류 융기(78a, 78b)와 유사한 이중-교차 난류 융기 및 단일-교차 난류 융기를 포함한다. 그러나, 열전달 패턴은 상기 중간 난류 융기(80)와 유사한 중간 난류 융기를 전혀 포함하지 않는다. 대신에, 난류 융기 중 세 번째 마다의 것은 이중-교차 난류 융기이고, 다른 난류 융기는 단일-교차 난류 융기이다.
도 10으로 이동하면, 이것은 상기 지지 융기 및 지지 골(60, 62)과 유사한, 단지 더 긴, 지지 융기 및 지지 골을 포함하는 열전달 패턴을 도시한다. 또한, 열전달 패턴은 상기 단일-교차 난류 융기(78b) 및 중간 난류 융기(80)와 유사한 단일-교차 난류 융기 및 중간 난류 융기를 포함한다. 그러나, 열전달 패턴은 상기 이중-교차 난류 융기(78a)와 유사한 이중-교차 난류 융기를 전혀 포함하지 않는다. 대신에, 난류 융기 중 다섯 번째 마다의 것은 중간 난류 융기이고, 다른 난류 융기는 단일-교차 난류 융기이다. 상기 변위(d)에 대응하는 난류 융기의 제2 종점에 대한 난류 융기의 제1 종점의 상대 변위는 1,5 x 난류 융기의 피치(p), 즉 상기 변위(d)의 3배이다. 따라서, 난류 융기 및 골은 상기 열전달 패턴보다 도 10의 열전달 패턴에서 더 가파르다.
다른 예로서, 가상의 종방향 직선의 개수(x)는 10개일 필요가 없으며 더 많거나 적을 수 있다. x가 홀수면, 중간 가상 종방향 직선은 열전달 패턴이 변화하는 전술한 열전달 패턴에서의 중심 가상 종방향 직선(64b)에 대응하는 중심 가상 종방향 직선을 형성한다. 제1 실시예에서와 같이 설계된 열전달 패턴에서, 중간 가상의 종방향 직선을 따라서, 만나는 교차 난류 융기 둘 다 이중-교차 난류 융기이거나, 만나는 교차 난류 융기 둘 다 단일-교차 난류 융기이다. 가상의 종방향 직선 중 나머지를 따라서, 만나는 교차 난류 융기 중 하나는 이중-교차 난류 융기인 반면에, 만나는 교차 난류 융기 중 다른 하나는 단일-교차 난류 융기이다. 이러한 패턴이 제공된 판은 서로에 대해 "플립"되거나 "터닝"될 수 있지만 아마도 "회전"될 수 없다.
또 다른 예로서, x가 짝수인 경우에, 판의 종방향 중심축은 중심 간극을 절반으로 분할할 필요가 없다. 마찬가지로, x가 홀수인 경우에, 중간 가상 종방향 직선은 판의 종방향 중심축과 일치할 필요가 없다.
또한, 열전달 패턴은 상기와 같이 중심 가상 종방향 직선에서 변경될 필요가 없다. 예를 들어, 난류 융기 및 난류 골은 대신에 완전한 열전달 패턴 내에서 동일한 배향을 가질 수 있다. 이러한 패턴이 제공된 판은 서로에 대해 "플립"되거나 "터닝"될 수 있지만 아마도 "회전"될 수 없다.
당연히, 분배 패턴은 초콜릿 형태일 필요가 없으며 다른 형태일 수 있다.
열전달 판은 비대칭일 필요가 없으며 대칭일 수 있다. 따라서, 도 5를 참조하면, 판은 V1=V2가 되도록 설계될 수 있다.
전술한 판 팩은 한 가지 형태의 판만 포함한다. 대신에 판 팩은 다르게 구성된 열전달 패턴 및/또는 분배 패턴을 갖는 판과 같은, 두 개 이상의 상이한 형태의 판을 포함한다.
지지 융기 및 골, 단일-교차 및 이중-교차 난류 융기와 중간 난류 융기뿐만 아니라 대응 골은 모두가 상기 구성을 가질 필요가 없으며 그 설계가 상이할 수 있다.
본 발명은 개스킷 부착된 판형 열교환기에 제한되지 않으며, 용접된 판형 열교환기, 세미-용접된 판형 열교환기, 브레이징된 판형 열교환기 및 퓨전-본딩된 판형 열교환기에 사용될 수도 있다.
열전달 판은 직사각형일 필요가 없으며, 정확한 모서리 대신에 라운드형 모서리를 갖는 본질적으로 직사각형, 원형 또는 타원형과 같은 다른 형상을 가질 수 있다. 열전달 판은 스테인리스 스틸로 제조될 필요가 없으며 티타늄 또는 알루미늄과 같은 다른 재료로 제조될 수 있다.
본 명세서에서 전, 후, 제1, 제2, 제3 등의 속성은 단지 세부 사항을 구별하기 위해 사용되는 것이지 세부 사항 사이의 어떤 종류의 배향 또는 상호 순서를 표현하기 위해 사용되지 않는 것이 강조되어야 한다.
또한, 본 발명에 관련되지 않은 세부 사항의 설명은 생략되었으며 도면은 단지 개략적이고 축척 대로 그려지지 않은 것이 강조되어야 한다. 일부 도면은 다른 도면보다 더 단순화되었다는 것도 언급되어야 한다. 따라서, 일부 구성 요소는 하나의 도면에서 도시될 수 있지만 다른 도면에서는 생략될 수 있다.

Claims (15)

  1. 열전달 판(2a)이며,
    열전달 판(2a)을 제1 및 제2 절반부(38, 40)로 분할하는 종방향 중심축(L)을 따라서 연속적으로 배치되는 제1 단부 부분(8), 제2 단부 부분(16) 및 중심 부분(24)을 포함하고, 제1 및 제2 단부 부분(8, 16) 각각은 복수의 포트 구멍(10, 12, 18, 20)을 포함하며, 중심 부분(24)은 지지 융기(60)와 지지 골(62)을 포함하는 열전달 패턴이 제공되는 열전달 영역(26)을 포함하고, 상기 지지 융기(60)와 지지 골(62)은 열전달 판(2a)의 종방향 중심축(L)에 평행하게 종방향으로 연장되며, 상기 지지 융기(60)와 지지 골(62) 각각은 두 개의 단부 부분(60b, 60c, 62b, 62c) 사이에 배치되는 중간 부분(60a, 62a)을 포함하고, 지지 융기(60)의 각각의 상부 부분(60d)은 제1 평면(50)에서 연장되며 지지 골(62)의 각각의 저부 부분(62d)은 제2 평면(52)에서 연장되고, 제1 평면과 제2 평면(50, 52)은 상호 평행하며, 지지 융기(60)와 지지 골(62)은 열전달 판(2a)의 종방향 중심축(L)에 평행하게 연장되는 복수(=x)의 분리된 가상의 종방향 직선(64)을 따라서 및 열전달 판(2a)의 종방향 중심축(L)에 수직하게 연장되는 복수의 분리된 가상의 횡방향 직선(66)을 따라서 교대로 배치되고, 지지 융기(60)와 지지 골(62)은 가상의 종방향 직선(64)에 대해 중심맞춤되며 인접하는 가상의 횡방향 직선(66) 사이에서 연장되고, 열전달 패턴은 난류 융기(68)와 난류 골(70)을 추가로 포함하며, 난류 융기(68)의 각각의 상부 부분(68d)은 제1 평면과 제2 평면(50, 52) 사이에 이들 평면과 평행하게 배치되는 제3 평면(72)에서 연장되고, 난류 골(70)의 각각의 저부 부분(70d)은 제2 평면과 제3 평면(52, 72) 사이에 이들 평면과 평행하게 배치되는 제4 평면(74)에서 연장되며, 난류 융기와 난류 골(68, 70)은 가상의 종방향 직선(64) 사이의 간극(76)에서 인접한 난류 융기(68)와 인접한 난류 골(70) 사이에 피치(p)를 갖고 교대로 배치되며 지지 융기(60)와 지지 골(62)을 인접하는 가상의 종방향 직선(64)을 따라서 연결하는, 열전달 판(2a)에 있어서,
    적어도 복수의 난류 융기(68)와 난류 골(70)은 그 종방향 연장부의 적어도 중심 부분(68a, 70a)을 따라서 가상의 횡방향 직선(66)에 대해 경사져 연장되는 것을 특징으로 하는 열전달 판(2a).
  2. 제1항에 있어서, 가상의 종방향 직선(64)의 개수(x)는 짝수이고 간극(76)의 개수는 x-1이며, 종방향 중심축(L)은 중심 간극(76a)을 길이방향으로 분할하고 (x-2)/2 개의 완전한 간극(76b)이 열전달 판(2a)의 제1 및 제2 절반부(38, 40) 각각에 배치되는 열전달 판(2a).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열전달 판(2a)의 제1 및 제2 절반부(38, 40) 중 하나에서의 완전한 간극(76b)에 배치된 상기 적어도 복수의 난류 융기(68) 및 난류 골(70) 중의 난류 융기(68) 및 난류 골(70)은 그 중심 부분(68a, 70a)을 따라서 최소 각도 α(0<α<90)로, 가상의 횡방향 직선(66)에 대해 시계 방향으로 연장되며, 나머지 간극(76)에 배치된 상기 적어도 복수의 난류 융기(68) 및 난류 골(70) 중의 난류 융기(68) 및 난류 골(70)은 그 중심 부분(68a, 70a)을 따라서 최소 각도 β(0<β<90)로, 가상의 횡방향 직선(66)에 대해 반시계 방향으로 연장되는 열전달 판(2a).
  4. 제3항에 있어서, α는 β와 동일한 열전달 판(2a).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 가상의 종방향 직선(64)은 가상 교차점(67)에서 가상의 횡방향 직선(66)과 교차하여 가상의 격자를 형성하며, 적어도 복수의 가상 교차점(67)에서, 지지 융기(60) 중 하나, 지지 골(62) 중 하나, 및 난류 융기(68) 중 두 개가 만나고, 난류 융기(68)는 인접한 간극(76)에 배치되어 교차 난류 융기(78)를 형성하며, 두 개의 가상 교차점(67) 사이에서 연장되는 교차 난류 융기(78)는 이중-교차 난류 융기(78a)를 형성하고, 가상 교차점(67) 중 하나로부터 지지 골(62) 중 하나의 중간 부분(62a)까지 연장되는 교차 난류 융기(78)는 단일-교차 난류 융기(78b)를 형성하는 열전달 판(2a).
  6. 제5항에 있어서, 하나의 동일한 간극(76) 내의 교차 난류 융기(78) 중 적어도 복수의 세 번째 마다의 교차 난류 융기는 이중-교차 난류 융기(78a)이며, 나머지 교차 난류 융기(78)는 단일-교차 난류 융기(78b)인 열전달 판(2a).
  7. 제5항에 있어서, x가 짝수면, 두 개의 중간 가상 종방향 직선은 중심 가상 종방향 직선(64a, 64b)을 형성하며, 중심 가상 종방향 직선(64a, 64b) 중 하나를 따라서, 만나는 교차 난류 융기(78) 둘 다 이중-교차 난류 융기(78a)이거나 만나는 교차 난류 융기(78) 둘 다 단일-교차 난류 융기(78b)이며, 가상 종방향 직선(64)의 나머지를 따라서, 만나는 교차 난류 융기(78) 중 하나는 이중-교차 난류 융기(78a)이고 만나는 교차 난류 융기(78) 중 다른 하나는 단일-교차 난류 융기(78b)인 열전달 판(2a).
  8. 제5항에 있어서, x가 홀수면, 중간 가상 종방향 직선은 중심 가상 종방향 직선을 형성하며, 중심 가상 종방향 직선을 따라서, 만나는 교차 난류 융기(78) 둘 다 이중-교차 난류 융기(78a)이거나 만나는 교차 난류 융기(78) 둘 다 단일-교차 난류 융기(78b)이며, 가상 종방향 직선(64)의 나머지를 따라서, 만나는 교차 난류 융기(78) 중 하나는 이중-교차 난류 융기(78a)이고 만나는 교차 난류 융기(78) 중 다른 하나는 단일-교차 난류 융기(78b)인 열전달 판(2a).
  9. 제5항에 있어서, 지지 골(62) 중 하나의 중간 부분(62a)과 지지 융기(60) 중 하나의 중간 부분(60a) 사이에서 연장되는 난류 융기(68)는 중간 난류 융기(80)를 형성하는 열전달 판(2a).
  10. 제9항에 있어서, 중간 난류 융기(80) 중 적어도 하나가 하나의 동일한 간극(76) 내에서 적어도 복수의 각 쌍의 인접한 단일-교차 난류 융기(78b)와 이중-교차 난류 융기(78a) 중의 단일-교차 난류 융기(78b)와 이중-교차 난류 융기(78a) 사이에 배치되는 열전달 판(2a).
  11. 제9항에 있어서, 하나의 동일한 간극(76) 내의 난류 융기(68) 중 적어도 복수의 다섯 번째 마다의 난류 융기는 중간 난류 융기(80)이고 나머지 난류 융기(68)는 단일-교차 난류 융기(78b)인 열전달 판(2a).
  12. 제5항에 있어서, 가상의 종방향 직선(64) 중 하나의 동일한 것을 따라서 지지 융기(60)의 상부 부분(60d)과 지지 골(62)의 저부 부분(62d)은 지지 플랭크(82)에 의해 연결되고, 하나의 동일한 간극(76) 내의 난류 융기(68)의 상부 부분(68d)과 난류 골(70)의 저부 부분(70d)은 난류 플랭크(84)에 의해 연결되며, 적어도 복수의 난류 융기(68)는 열전달 판(2a)의 상부 부분(68d)과 제1 측부(42) 사이에서 연장되는 제1 난류 플랭크(84a), 및 열전달 판(2a)의 상부 부분(68d)과 대향 제2 측부(44) 사이에서 연장되는 제2 난류 플랭크(84b)를 가지며, 적어도 복수의 이중-교차 난류 융기(78a)에서, 제1 난류 플랭크(84a) 및 제2 난류 플랭크(84b)는 대응하는 가상 교차점(67)에서 각각의 지지 플랭크(82)에 연결되는 열전달 판(2a).
  13. 제12항에 있어서, 적어도 복수의 단일-교차 난류 융기(78b)에서, 제1 및 제2 난류 플랭크(84a, 84b) 중 하나는 대응하는 가상 교차점(67)에서 지지 플랭크(82)에 연결되며, 제1 및 제2 난류 플랭크(84a, 84b) 중 다른 하나는 대응하는 지지 골(62)의 중간 부분(62a)에 연결되는 열전달 판(2a).
  14. 제5항에 있어서, 적어도 복수의 단일-교차 난류 융기(78b)는 그 종방향 연장부의 두 개의 단부 부분(68b, 68c) 중 적어도 하나를 따라서 가상의 횡방향 직선(66)에 본질적으로 평행하게 연장되고, 적어도 복수의 이중-교차 난류 융기(78a)는 그 종방향 연장부의 두 개의 단부 부분(68b, 68c)을 따라서 가상의 횡방향 직선(66)에 본질적으로 평행하게 연장되며, 단부 부분(68b, 68c)은 중심 부분(68a)의 양쪽에 배치되는 열전달 판(2a).
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 난류 융기(68) 각각의 중심 부분(68a)은 중심 부분(68a)의 각각의 종방향 중심선(c)을 따라서 배치되는 제1 종점(e1) 및 제2 종점(e2)을 포함하고, 복수의 난류 융기(68)에서, 제1 종점(e1)은 제2 종점(e2)에 대해 (n+0,5) x 난류 융기(68) 사이의 피치(p)만큼 열전달 판(2a)의 종방향 중심축(L)에 평행하게 변위되며, 여기에서 n은 정수인 열전달 판(2a).
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