KR102478955B1 - 판형 열 교환기, 열 교환 판 및 해수 등의 공급물을 처리하는 방법 - Google Patents

판형 열 교환기, 열 교환 판 및 해수 등의 공급물을 처리하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102478955B1
KR102478955B1 KR1020217000031A KR20217000031A KR102478955B1 KR 102478955 B1 KR102478955 B1 KR 102478955B1 KR 1020217000031 A KR1020217000031 A KR 1020217000031A KR 20217000031 A KR20217000031 A KR 20217000031A KR 102478955 B1 KR102478955 B1 KR 102478955B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
volume
plate
feed
section
heat exchanger
Prior art date
Application number
KR1020217000031A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210007029A (ko
Inventor
마츠 안데르손
잘마 요엔센
랄프 블롬그렌
비에른 빌헬름손
요나스 슬로스
Original Assignee
알파 라발 코포레이트 에이비
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 알파 라발 코포레이트 에이비 filed Critical 알파 라발 코포레이트 에이비
Publication of KR20210007029A publication Critical patent/KR20210007029A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102478955B1 publication Critical patent/KR102478955B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0093—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0062—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
    • F28D9/0075—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements the plates having openings therein for circulation of the heat-exchange medium from one conduit to another
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/22—Evaporating by bringing a thin layer of the liquid into contact with a heated surface
    • B01D1/221—Composite plate evaporators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/30—Accessories for evaporators ; Constructional details thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
    • B01D5/0057—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation in combination with other processes
    • B01D5/006—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation in combination with other processes with evaporation or distillation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/048—Purification of waste water by evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/08—Thin film evaporation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D9/005—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F28F3/042—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
    • F28F3/083—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning capable of being taken apart
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
    • F28F3/086—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning having one or more openings therein forming tubular heat-exchange passages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
    • F28F3/10—Arrangements for sealing the margins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0061—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for phase-change applications
    • F28D2021/0066—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for phase-change applications with combined condensation and evaporation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2210/00—Heat exchange conduits
    • F28F2210/10—Particular layout, e.g. for uniform temperature distribution
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination

Abstract

본 발명은 공급물을 처리하기 위한 판형 열 교환기에 관한 것이다. 판형 열 교환기는, 복수의 열 교환 판을 포함하고 가열 볼륨, 냉각 볼륨 및 복수의 프로세스 볼륨을 획정하는 판 패키지를 포함한다. 각각의 프로세스 볼륨은 공급물의 일부를 증발시키기 위한 증발 섹션, 공급물의 증발된 부분으로부터 증발되지 않은 부분을 분리하기 위한 분리 섹션, 및 공급물의 증발된 부분을 응축하도록 배치되는 응축 섹션을 포함한다. 각각의 열 교환 판은, 가열 볼륨과 제1 프로세스 볼륨의 증발 섹션 사이의 제1 열 계면, 냉각 볼륨과 제2 프로세스 볼륨의 응축 섹션 사이의 제2 열 계면, 및 2개의 인접한 프로세스 볼륨의 증발 섹션과 응축 섹션 사이의 적어도 하나의 추가 열 계면을 획정한다.

Description

판형 열 교환기, 열 교환 판 및 해수 등의 공급물을 처리하는 방법
본 발명은 판형 열 교환기, 열 교환 판 및 해수 등의 공급물을 처리하는 방법에 관한 것이다.
열 교환 판의 한 개 또는 여러 개의 판 패키지가 프로세스의 주요 구성요소를 형성하는 해수 담수화 장비는 다년간 제조되었다. SE-B-464 938호는 원통형 컨테이너에 제공된 판 패키지를 포함하는 그러한 담수화 플랜트를 개시한다. 열 교환 판에는 스팀용 포트가 없고, 대신에 열 교환 판 외부의 공간이 프로세스의 종류에 따라 스팀의 유로로서 사용된다. 사용되는 프로세스는 물의 막이 판의 폭에 걸쳐 분포되어 판 위에서 아래로 흘러가는 소위 강하막(falling film) 기술을 기초로 한다. 강하막 유형의 판형 증발기에서, 매 두번째 판 사이공간은 증발 공간을 구성하는 반면 나머지 판 사이공간은 열 방출 매체를 위한 공간을 구성한다. 컨테이너는 실질적으로 원통형 압력 용기이다. 여러 개의 판 패키지를 포함하는 대형 플랜트에서, 판 패키지는 실린더의 길이방향으로 배치될 수 있다. 어느 정도까지는, 컨테이너는 플랜트의 크기에 대해 제한적이고, 그렇지 않으면 플랜트에 여러 개의 컨테이너가 포함될 수 있다.
플랜트의 효율성을 개선하기 위해, 다수의 단계가 제공될 수 있다. 다단계 담수화 플랜트의 일 예는, 증기가 데미스터(demister)와 채널을 통해 상방으로 유동하면서, 증발될 해수가 각각의 단계 용기의 바닥 챔버로 나아가고, 딤플 판과 접촉하며, 응축수는 박막으로서 판 아래로 강하되고 응축수 트로프에 수집되는 다단계 플래시 증발기를 개시하는 US 5133837호에서 찾을 수 있다. US 6635150호는 열 시리즈로 교대로 조립된 기본 셀의 복수 캐스케이드로 구성된 증류 플랜트를 개시한다.
적어도 보다 작은 또는 중간 크기의 플랜트의 경우, 컨테이너의 비용은 플랜트의 총 비용의 많은 부분을 차지한다. 컨테이너의 제조 및 장착은 복잡하고 시간 소모적이다. 게다가, 예를 들어 컨테이너를 개방한 후에만 판 패키지와 열 교환 판에 접근할 수 있기 때문에, 플랜트의 유지 보수 및 열 교환 판의 세정은 어려운 일이다.
위의 문제에 대한 해결책은 Alfa Laval Corporate AB에게 양도된 국제 출원 WO 2006/104443 A1호에서 찾을 수 있다. 상기 출원은 담수화를 위한 판형 열 교환기를 개시한다. 열 교환기는 증발 섹션, 분리 섹션 및 응축 섹션을 갖는다. 전술한 열 교환기의 이점은 해수의 전체 처리가 판 패키지에서 수행되기 때문에 임의의 컨테이너가 필요하지 않는다는 점이다.
전술한 기술은 단일 단계만 사용한다. 그러나, 열 교환기의 효율성은 다수의 단계를 사용함으로써 개선될 수 있다. 따라서, 본 발명의 목적은 컨테이너가 필요 없이 다수의 단계를 포함하는 담수화용 판형 열 교환기를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 제1 양태에서, 해수와 같은 공급물을 처리하기 위한 판형 열 교환기에 의해 달성되며, 판형 열 교환기는 연속적인 순서로 배치된 복수의 열 교환 판을 포함하는 판 패키지를 포함하며, 판 패키지는 가열 매체를 수용하기 위한 가열 볼륨, 냉각 매체를 수용하기 위한 냉각 볼륨 및 복수의 프로세스 볼륨을 획정하고, 각각의 볼륨은 판 패키지에서 서로 유체적으로 분리되며, 각각의 프로세스 볼륨은:
공급물의 적어도 일부를 증발시키도록 배치된 증발 섹션,
공급물의 증발된 부분으로부터 공급물의 증발되지 않은 부분을 분리하도록 배치된 분리 섹션, 및
공급물의 증발된 부분을 응축하도록 배치된 응축 섹션을 포함하고,
각각의 열 교환 판은, 가열 볼륨과 복수의 프로세스 볼륨 중 제1 프로세스 볼륨의 증발 섹션 사이의 제1 열 계면, 냉각 볼륨과 복수의 프로세스 볼륨 중 제2 프로세스 볼륨의 응축 섹션 사이의 제2 열 계면, 및 2개의 인접한 프로세스 볼륨의 증발 섹션과 응축 섹션 사이의 적어도 하나의 추가 열 계면을 획정한다.
본 열 교환기는 공급물의 처리에 사용된다. 공급물은 통상적으로 액체 매체이다. 공급물은 주로 해수이며 처리는 통상적으로 담수를 달성하기 위한 해수의 담수화 형태이지만, 다른 관련 용례가 배제되지 않으며 그러한 일부 관련 용례는 상세한 설명에서 기술된다. 열 교환 판 패키지는 통상적으로 수평 방향을 따라 연속적으로 대면하여 위치되는 실질적으로 동일한 크기의 복수의 열 교환 판을 포함한다. 각각의 열 교환 판은 실질적으로 열 교환기 패키지의 전체 높이와 폭을 획정하며, 수평 방향은 열 교환기 패키지의 깊이를 구성한다. 열 교환 판의 에지는 서로 밀봉되어 판들 사이에 평행한 판 사이공간을 확립한다. 열 교환 판은 상이한 유형의 표면을 획정하고, 서로 대면하여 조립될 때, 2개의 종류의 판 사이공간, 즉 제1 및 제2 판 사이공간이 교번적인 순서로 제공되며, 즉 제1 판 사이공간은, 수평 방향을 따라 제1 판 사이공간 및 마지막 판 사이공간은 물론 제외하고, 2개의 제2 판 사이공간에 인접하게 위치된다.
프로세스 볼륨은 또한 서로에 대해 실질적으로 밀봉되고 판 사이공간에 수용된다. 프로세스 볼륨은 판 사이공간 내에 별도의 공간을 구성한다. 모든 프로세스 볼륨은 각 판에 형성된다. 물론, 입구와 출구는, 예를 들어 각각 증발을 위한 공급물을 도입하고 담수와 염수를 제거하기 위해 프로세스 볼륨에 존재한다. 여기서, 염수는 해수보다 염도가 높은 물을 의미하는 것으로 이해된다. 판은 통상적으로 판 패키지에 함께 볼트 결합되어 판이 유지 보수를 위해 제거될 수 있다. 열 교환 판은 통상적으로 스테인리스강, 알루미늄 또는 티타늄과 같은 열 전도성 내식성 재료로 제조된다.
통상적으로 해수를 구성하는 공급물은 각 프로세스 볼륨의 증발 섹션에서 판 패키지로 도입되며, 여기서 공급물의 적어도 일부는 열 교환 판의 반대쪽에 있는 고온 유체를 사용하여 증발된다. 증발 섹션에 인접하거나 그 위에 위치된 분리 섹션은 본질적으로 증발되지 않은 공급물, 즉 염수로 이루어지는 잔여 부분으로부터 공급물의 증발된 부분을 분리한다. 분리 섹션은 통상적으로 증발되지 않은 공급물이 포획되어 분리 섹션으로부터 배출되는 막대, 바아 또는 파형부 등을 포함한다. 응축 섹션은 증발된 공급물이 열 교환 판의 반대쪽에 있는 차가운 물질을 사용하여 응축되게 한다. 담수와 같은 응축된 공급물은 열 교환기 패키지로부터 배출된다.
판 패키지의 각각의 열 교환 판은 열 교환 판의 각각의 측면에 있는 공간 사이에서 열을 교환하기 위한 열 계면을 획정한다. 열 계면은 스테인리스강, 알루미늄 또는 티타늄과 같은 금속을 사용하여 판을 통해 열 접촉을 허용하지만 유체 혼합은 방지된다. 제1 프로세스 볼륨의 증발 섹션은 제1 열 계면을 통해 가열 볼륨으로부터 가열을 받는다. 가열 볼륨에서, 가열 매체가 순환한다. 가열 매체는, 예를 들어 선박 엔진으로부터의 재킷 물과 같은 액체 또는 고온의 오일과 같은 임의의 다른 열원으로부터의 유사한 가열된 물일 수 있다. 가열 매체는 또한 스팀 및 증기와 같은 가스일 수도 있다. 제2 프로세스 볼륨의 응축 섹션은 열 교환 판 상의 제2 열 계면을 통해 냉각 볼륨으로부터 냉각을 받는다. 냉각 볼륨에서 냉각 매체가 순환한다. 냉각 매체는 통상적으로 자연 냉각수, 바람직하게는 해수와 같은 액체이다. 대안적으로, 다른 냉각 매체가 사용될 수 있다. 따라서, 각각의 판은 접촉하여 판 패키지의 모든 상이한 볼륨 사이에 장벽을 형성하고 모든 프로세스 단계는 동일한 판에서 수행될 수 있다. 이는 소형 설계를 가능하게 한다.
각각의 열 교환 판은 또한 2개의 인접한 프로세스 볼륨의 증발 섹션과 응축 섹션 사이에 적어도 하나의 추가 열 계면을 획정한다. 예를 들어, 2개의 프로세스 볼륨의 경우, 제1 프로세스 볼륨의 응축 섹션은 제2 프로세스 볼륨의 증발 섹션에 인접하고 열적 관계로 위치된다. 2개 초과의 프로세스 볼륨의 경우, 응축 섹션은 다음의 상위 프로세스 볼륨의 증발 섹션에 인접하고 열적 관계로 위치되어, 하위 프로세스 볼륨의 응축 에너지는 다음의 상위 프로세스 볼륨을 위한 증발 에너지로서 사용될 수 있다. 이 방식으로, 에너지가 보존된다. 각각의 프로세스 볼륨은 프로세스 단계로 고려될 수 있다.
프로세스 볼륨 내의 압력은 공급물이 증발 섹션에서 증발하고 적절한 온도에서 응축 섹션에서 응축되게 하도록 조절될 수 있다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 판 패키지는 적어도 2개의 프로세스 볼륨을 획정하고, 바람직하게는 2개의 인접한 프로세스 볼륨이 각각의 인접한 응축 섹션과 증발 섹션 사이에 열 계면을 획정하도록 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10개의 프로세스 볼륨이 배치된다.
따라서, 프로세스 볼륨은 열 직렬로 열적으로 연결되며, 이는 응축 섹션이 인접한 프로세스 볼륨의 증발 섹션과 열적으로 연결되어 있다는 것을 의미한다. 프로세스 볼륨의 개수는 원론적으로 무한할 수 있지만, 실제로 프로세스 볼륨은 모두 상이한 온도와 압력 범위에서 작동하기 때문에, 프로세스 볼륨의 개수는 제한된다. 실제로, 개수는 위에서 언급된 개수로 제한될 수 있다. 제1 프로세스 볼륨을 제외한 각각의 프로세스 볼륨은 인접한 프로세스 볼륨으로부터의 에너지를 이용하므로 추가된 볼륨의 개수에 의해 에너지 절약이 증가한다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 열 교환 판은 압축 몰딩된다.
이 방식으로, 판의 표면 구조는 표면적 및 이에 의해 열 전달을 증가시키도록 파형으로 이루어질 수 있다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 제2 프로세스 볼륨 내의 압력 및 온도는 제1 프로세스 볼륨에서보다 낮다.
제1 볼륨의 응축 섹션이 제2 볼륨의 증발 섹션을 가열할 수 있고 제1 볼륨의 공급물을 응축하면서 제2 볼륨의 공급물을 증발시킬 수 있도록 하기 위해, 제1 프로세스 볼륨 내의 압력 및 온도는 제2 프로세스 볼륨 내의 압력 및 온도보다 높아야 한다.
원리는 2개 초과의 프로세스 볼륨을 사용할 때, 즉 2개 초과의 프로세스 단계를 사용할 때 동일하다. 인접한 상위 프로세스 볼륨 내의 압력과 온도는 인접한 하위 프로세스 볼륨에서보다 낮다. 달리 말하면, 압력과 온도는 제1 프로세스 볼륨으로부터 임의적인 중간 프로세스 볼륨을 통해 제2 볼륨으로 감소된다. 이에 의해, 평형이 형성된다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 프로세스 볼륨은 개스킷에 의해 서로 유체적으로 분리된다.
개스킷, 예를 들어 고무 개스킷을 사용함으로써, 판 패키지의 개별 열 교환 판이 여전히 쉽게 분리될 수 있게 하면서, 즉 세정 및/또는 유지 보수를 위해 하나 이상의 열 교환 판을 제거할 수 있게 하면서 판 패키지가 적절하게 밀봉될 수 있다. 또한, 개스킷을 사용하면 판을 수용하기 위한 탱크에 대한 필요성이 제거된다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 증발 섹션은 증발 섹션의 상단에 위치된 공급물 입구를 포함한다.
위의 구성은, 공급물이 위쪽으로부터 각각의 계면의 증발 섹션으로 공급되는 소위 강하막 기술을 사용하는 것을 의미한다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 증발 섹션은 증발 섹션의 바닥에 위치된 공급물 입구를 포함한다.
위의 구성은, 공급물이 아래쪽으로부터 각각의 계면의 증발 섹션으로 공급되는 소위 상승막 기술을 사용하는 것을 의미한다. 따라서, 통상적으로, 공급물용 입구는 증발 섹션의 바닥 부분에 있는 작은 구멍이다. 공급물의 일부가 증발되고 응축 섹션으로 상승되어 응축된다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 각각의 프로세스 볼륨은, 판 패키지가 정상 사용 위치에 배치될 때, 증발 섹션의 바닥에 위치된 공급물 입구 및 분리 섹션 아래에 위치된 증발되지 않은 공급물 출구를 포함한다.
공급물 입구는, 공급물, 예를 들어 해수를 증발 섹션으로 도입하는 데에 사용된다. 이 방식으로, 공급물은 각각의 프로세스 공간의 증발 섹션으로 효율적으로 도입될 수 있다. 증발되지 않은 공급물 출구는 각각의 프로세스 공간의 분리 섹션으로부터 염수 또는 기타 농축액을 구성하는 증발되지 않은 공급물을 제거하는 데에 사용된다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 공급물 입구는 제1 프로세스 볼륨 이외의 복수의 프로세스 볼륨 중 적어도 하나의 프로세스 볼륨에 대해 각각의 열 교환 판의 중심축에 인접하게 위치된다.
중심축은, 판 패키지가 정상 사용 위치에 배치될 때, 각각의 열 교환 판의 2개의 측면 에지 사이에서 실질적으로 중앙으로 그리고 실질적으로 수직으로 연장된다. 이 방식으로, 제1 프로세스 볼륨 이외의 각각의 프로세스 볼륨에 대한 공급물을 위한 단일 중앙 입구 도관이 제1 프로세스 볼륨에서 사용된 바와 같이 반대쪽 판 에지에서 2개의 개별 도관 대신에 사용될 수 있다. 제1 프로세스 볼륨에서, 가열 섹션의 입구와 출구는 일반적으로 중앙에 위치되어 중앙에 위치된 입구 도관을 실행 불가능하게 만든다. 따라서, 제1 프로세스 볼륨 이외의 프로세스 볼륨 당 하나의 도관이 절약된다. 또한, 판의 에지에 공급물 입구가 없어 증발을 위한 더 많은 공간이 허용된다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 증발되지 않은 공급물 출구는 제1 프로세스 볼륨 이외의 복수의 프로세스 볼륨 중 적어도 하나의 프로세스 볼륨에 대해 각각의 열 교환 판의 중심축에 인접하게 위치된다.
중심축은, 판 패키지가 정상 사용 위치에 배치될 때, 각각의 열 교환 판의 2개의 측면 에지 사이에서 실질적으로 중앙으로 그리고 실질적으로 수직으로 연장된다. 중앙에 위치된 증발되지 않은 공급물 출구는 선상의 롤로 인해 염수를 제거하는 데에 유용할 수 있다. 또한, 판의 에지에 증발되지 않은 공급물 출구가 없어 증발된 공급물의 통과를 위해 판에 더 많은 공간이 허용된다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 열 교환 판은 적어도 하나의 프로세스 볼륨의 분리 섹션에서 하나 이상의 구멍을 획정한다.
이 방식으로, 공급물이 판의 양 측면에서 유동할 수 있으므로, 공급물의 증발된 부분과 공급물의 증발되지 않은 부분을 분리하기 위한 활성 표면적을 증가시킬 수 있다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 증발 섹션 및 응축 섹션은 적어도 하나의 프로세스 볼륨에 대해 동일한 판 사이공간에 배치되고 및/또는 증발 섹션 및 응축 섹션은 적어도 하나의 프로세스 볼륨에 대해 반대쪽 판 사이공간에 배치된다.
판 사이공간은 2개의 인접한 열 교환 판에 의해 둘러싸인 공간으로 정의된다. 증발 및 응축 섹션의 위치는 다양할 수 있다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 사용 동안, 제2 프로세스 볼륨의 응축 섹션은 제1 프로세스 볼륨의 증발 섹션 위에 배치되고, 각각의 프로세스 볼륨 내에서, 증발 섹션은 분리 섹션 아래에 배치되고 분리 섹션은 응축 섹션 아래에 배치된다.
해수는 공급물 입구를 통해 증발 섹션으로 공급된다. 공급물 입구를 위한 해수는 공급물이 예열될 냉각수로부터 취해질 수 있다. 이 방식으로, 공급물의 가열에 더 적은 에너지가 사용된다. 분리 섹션의 농축액 출구 연결부는 공급물의 증발되지 않은 부분을 받는다. 담수 출구는 응축 단계로부터 응축된 담수를 수집하여 플랜트로부터 배출한다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 열 교환 판의 개수는 4-1000개의 열 교환기 판의 범위, 예를 들어 바람직하게는 10-100개의 범위이다.
판의 개수는 열 교환기의 원하는 출력에 따라 달라질 수 있다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 열 교환기는 판 패키지의 2개의 대향 측면을 덮는 한 쌍의 단부 판을 더 포함한다.
단부 판은 볼트와 함께 사용되어 판 패키지의 내부 압력을 유지하고 올바른 조립체 길이가 달성되며 유지되는 것을 보장한다. 또한, 단부 판은 추가적인 안정성을 달성하는 데에 기여한다. 단부 판은 열 전달을 증가시키기 위해 얇게 제조된 열 교환 판보다 두껍고 더 견고하게 제조될 수 있다.
판 패키지는 안정성을 높이기 위해 대향 단부 판을 포함할 수 있다.
상기 목적은, 제2 양태에서, 해수와 같은 공급물을 처리하기 위한 열 교환기를 제조하는 방법에 의해 달성되며, 방법은:
복수의 열 교환 판을 제공하는 단계로서, 각각의 열 교환 판은 제1 열 계면, 제2 열 계면 및 적어도 하나의 추가 열 계면을 획정하는 것인 단계, 및
복수의 열 교환 판을 연속적인 순서로 배치함으로써 판 패키지를 형성하는 단계를 포함하고, 판 패키지는 가열 매체를 수용하기 위한 가열 볼륨, 냉각 매체를 수용하기 위한 냉각 볼륨 및 복수의 프로세스 볼륨을 획정하고, 각각의 볼륨은 판 패키지에서 서로 유체적으로 분리되며, 각각의 프로세스 볼륨은:
공급물의 적어도 일부를 증발시키도록 배치된 증발 섹션,
공급물의 증발된 부분으로부터 공급물의 증발되지 않은 부분을 분리하도록 배치된 분리 섹션, 및
공급물의 증발된 부분을 응축하도록 배치된 응축 섹션을 포함하고,
제1 열 계면은 가열 볼륨과 복수의 프로세스 볼륨 중 제1 프로세스 볼륨의 증발 섹션 사이에 획정되며, 제2 열 계면은 냉각 볼륨과 복수의 프로세스 볼륨 중 제2 프로세스 볼륨의 응축 섹션 사이에 획정되고, 적어도 하나의 추가 열 계면은 2개의 인접한 프로세스 볼륨의 증발 섹션과 응축 섹션 사이에 획정된다.
제2 양태에 따른 상기 방법은 바람직하게는 제1 양태에 따른 판형 열 교환기의 상기 실시예 중 임의의 것과 함께 사용될 수 있다.
상기 목적은, 제3 양태에서, 해수와 같은 공급물을 처리하기 위한 판형 열 교환기용 판에 의해 달성되고, 판형 열 교환기는 연속적인 순서로 배치된 복수의 열 교환 판을 포함하는 판 패키지를 포함하며, 판 패키지는 가열 매체를 수용하기 위한 가열 볼륨, 냉각 매체를 수용하기 위한 냉각 볼륨 및 복수의 프로세스 볼륨을 획정하고, 각각의 볼륨은 판 패키지에서 서로 유체적으로 분리되며, 각각의 프로세스 볼륨은:
공급물의 적어도 일부를 증발시키도록 배치된 증발 섹션,
공급물의 증발된 부분으로부터 공급물의 증발되지 않은 부분을 분리하도록 배치된 분리 섹션, 및
공급물의 증발된 부분을 응축하도록 배치된 응축 섹션을 포함하고,
각각의 열 교환 판은, 가열 볼륨과 복수의 프로세스 볼륨 중 제1 프로세스 볼륨의 증발 섹션 사이의 제1 열 계면, 냉각 볼륨과 복수의 프로세스 볼륨 중 제2 프로세스 볼륨의 응축 섹션 사이의 제2 열 계면, 및 2개의 인접한 프로세스 볼륨의 증발 섹션과 응축 섹션 사이의 적어도 하나의 추가 열 계면을 획정한다.
이 방식으로, 해수와 같은 공급물을 처리하기 위한 열 교환기용 열 교환 판이 실현되고, 열 교환 판은 가열 볼륨과 제1 프로세스 볼륨의 증발 섹션을 분리하기 위한 제1 열 계면, 냉각 볼륨과 제2 프로세스 볼륨의 응축 섹션을 분리하기 위한 제2 열 계면, 및 2개의 인접한 프로세스 볼륨의 증발 섹션과 응축 섹션 사이의 적어도 하나의 추가 열 계면을 획정한다.
제3 양태에 따른 상기 열 교환 판은 바람직하게는 제1 양태에 따른 판형 열 교환기의 상기 실시예 중 임의의 것 및/또는 제1 양태에 따른 방법의 상기 실시예 중 임의의 것과 함께 사용될 수 있다.
판 패키지는 단일 판 유형으로 구성될 수 있다. 이어서, 판 패키지의 매 다른 판은 180도 회전되어 상이한 유형의 2개의 판 사이공간을 확립한다. 대안적으로, 판 패키지는 판 패키지에서 교번적인 순서로 조립되는 2개의 판 유형과 같은 복수의 판 유형으로 구성될 수 있다.
도 1은 상승막 기술을 사용하는 본 발명에 따른 판 패키지를 도시한다.
도 2는 상기 판 패키지의 단면도를 도시한다.
도 3a는 상기 판 패키지의 판 중 하나의 정면도를 도시한다.
도 3b는 판 패키지의 전술한 판의 배면도를 도시한다.
도 4a는 가열 볼륨의 작동 원리를 도시한다.
도 4b는 제1 프로세스 볼륨의 작동 원리를 도시한다.
도 4c는 냉각 볼륨의 작동 원리를 도시한다.
도 4d는 제2 프로세스 볼륨의 작동 원리를 도시한다.
도 5a는 2개의 인접한 프로세스 볼륨 사이의 열 교차점에 중앙 출구가 없는 대안적인 판의 정면도를 도시한다.
도 5b는 전술한 대안적인 판의 배면도를 도시한다.
도 6a는 4개의 프로세스 볼륨을 포함하는 판 패키지의 판의 정면도를 도시한다.
도 6b는 4개의 프로세스 볼륨을 포함하는 판 패키지의 전술한 판의 배면도를 도시한다.
도 7a는 강하막 원리에 따라 작동하는 열 교환기 형태의 담수화 장치의 열 교환 판의 A면 정면도를 도시한다.
도 7b는 도 7a의 열 교환 판의 반대쪽 B면의 정면도를 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 판 패키지를 도시한다. 판 패키지는 복수의 열 교환 판(43)을 포함한다. 판(43)은, 예를 들어 스테인리스강, 알루미늄 또는 티타늄으로 제조될 수 있다. 포트는 화살표로 개략적으로 예시되어 있다. 포트(44)는 냉각 매체용 입구 포트이다. 포트(45)는 냉각 매체용 출구 포트이다. 포트(46)는 가열 매체용 입구 포트이다. 포트(47)는 가열 매체용 출구 포트이다. 포트(48)는 공급물용 입구 포트이다. 공급물은 판 패키지가 담수화 플랜트에 사용되는 경우에 주로 해수이지만, 과일 농축액을 생산하는 플랜트의 경우에 생과일 주스와 같은 다른 공급물이 가능하다. 공급물은 또한 냉각 매체용 출구 포트(45)로부터 취해질 수 있다. 포트(49)는 담수화 플랜트의 경우에 담수와 같은 처리된 공급물을 위한 출구 포트이다.
도 2는 판 패키지(42)의 단면도를 도시한다. 플랜트가 선박에 위치된 경우에 재킷 물과 같은 고온 유체는 가열 볼륨(50)에서 순환된다. 판(43)은 가열 볼륨(50)과 제1 프로세스 볼륨(53)의 인접한 증발 섹션(52) 사이에 열 계면(51)을 형성한다. 공급물(54)은 제1 프로세스 볼륨(53)의 증발 섹션(52)의 하부 부분으로 도입된다. 공급물은 열 계면(51)을 통해 가열 볼륨(50)의 가열 매체에 의해 가열됨으로써, 공급물(54)의 일부가 증발되어, 예를 들어 담수화 플랜트에서 물 공급물의 경우에 통상적으로 스팀인 증기를 형성한다. 스팀은 화살표로 나타낸 바와 같이 상향 이동하고 제1 프로세스 볼륨(53)의 분리 섹션(55)으로 들어간다. 분리 섹션(55)에서, 임의의 증발되지 않은 공급물이 제거된다. 이어서, 스팀은 제1 프로세스 볼륨(53)의 응축 섹션(56)으로 들어간다. 응축 섹션(56)에서, 스팀은 담수를 구성하는 응축수(57)로 응축된다. 담수는 담수 출구 포트를 통해 배출된다. 통로(58a/b)는 분리 섹션(55)에서 판(43)을 통해 형성된다.
제1 프로세스 볼륨(53)의 응축 섹션(56)에서, 판(43)은 제2 프로세스 볼륨(53')의 인접한 증발 섹션(52')과 열 계면(59)을 형성한다. 공급물(54')은 제2 프로세스 볼륨(53')의 증발 섹션(52')의 하부 부분으로 도입된다. 제2 프로세스 볼륨(53')에서, 압력 및 온도는 제1 프로세스 볼륨(53)에서보다 낮다. 따라서, 제2 프로세스 볼륨(53') 내의 공급물(54')은 제1 프로세스 볼륨(53) 내의 공급물(54)보다 낮은 온도에서 증발(및 응축)될 것이다. 공급물(54')은 열 계면(59)을 통해 제1 프로세스 볼륨(53)의 응축 섹션(56)에 의해 가열되어, 공급물(54')은 스팀으로 증발되고 제1 프로세스 볼륨(53)의 응축 섹션(56) 내의 스팀은 물로 응축된다.
제2 프로세스 볼륨(53') 내의 스팀은 화살표로 나타낸 바와 같이 상향 이동하고 제2 프로세스 볼륨(53')의 분리 섹션(55')에 들어간다. 분리 섹션(55')에서, 임의의 증발되지 않은 공급물이 제거된다. 이어서, 스팀은 제2 프로세스 볼륨(53')의 응축 섹션(56')으로 들어간다. 응축 섹션(56')에서, 스팀은 담수를 구성하는 응축수(57')로 응축된다. 담수는 담수 출구 포트를 통해 배출된다. 통로(58a/b)는 분리 섹션(55)에서 판(43)에 형성된다.
냉각 볼륨(60)은 판 패키지의 상단에 제공된다. 냉각 볼륨(60)에서, 냉각 매체는 순환된다. 냉각 매체는 판(43)의 열 계면(61)을 통해 제2 프로세스 볼륨(53')의 응축 섹션(56')을 냉각시킨다.
증발되지 않은 공급물은 염도가 높고 판 패키지로부터 배출되는 염수를 구성한다. 다른 용례에서, 증발되지 않은 공급물은 제품일 수 있고, 예를 들어 주스 농축액을 생산하는 플랜트의 경우에, 공급물은 생과일 주스이고 증발되지 않은 공급물은 주스 농축액을 구성한다.
두꺼운 흑색 선(62)은 판 사이공간을 둘러싸고 볼륨을 분리하는 개스킷을 형성한다. 포트 및 통로는, 가열 볼륨, 냉각 볼륨, 제1 프로세스 볼륨 및 제2 프로세스 볼륨의 판 사이공간들이 각각의 상호 연결된 공간을 각각 형성하도록 판 사이공간을 상호 연결한다.
도 3a는 판 패키지의 판(43) 중 하나의 정면도를 도시한다. 냉각 매체용 포트(44, 45) 및 가열 매체용 포트(46, 47)는 판의 현재 측면에서 밀봉되어 제1 판 사이공간을 획정한다. 포트(48)로부터의 공급물은 제1 프로세스 볼륨의 입구 구멍(48a)을 통해 증발 섹션(52)으로 들어간다. 증발된 스팀은 증발 섹션(52) 위에 위치된 분리 섹션(55)으로 그리고 통로(58a/b)를 거쳐 판(43)을 통해 인접한 판 사이공간으로 유동한다. 이에 의해, 통로(58a)는 증발된 공급물이 판(43)의 양 측면에 도달하는 것을 보장하는 반면, 통로(58b)는 응축이 발생하는 사이공간으로 스팀을 유도하도록 존재한다. 증발되지 않은 공급물은 증발되지 않은 공급물 출구 포트(63)를 통해 유출된다. 증발되지 않은 공급물은 담수화 플랜트에서 염수를 구성하지만 대안적으로 주스 농축액과 같은 제품 농축액을 구성할 수 있다. 제1 프로세스 볼륨의 응축 섹션은 판의 반대쪽에 위치되므로 현재 도면에서는 도시되어 있지 않다.
증발은 또한 제1 프로세스 볼륨의 반대쪽 응축 섹션으로부터의 열을 사용하여 제2 프로세스 볼륨의 증발 섹션(52')에서 발생한다(도 4b와 관련하여 설명됨). 공급물은 포트(48') 및 구멍(48a')을 통해 제2 프로세스 볼륨의 증발 섹션(52')으로 도입된다. 증발된 스팀은 제2 프로세스 볼륨의 분리 섹션(55')을 통해 스팀이 물로 응축되는 제2 프로세스 볼륨의 응축 섹션(56')으로 유동한다. 담수는 포트(49')를 통해 응축 섹션(56')을 빠져나간다.
공급물을 제2 프로세스 볼륨으로 도입하기 위한 포트(48')는 판(43)의 중앙에 위치된다. 이 방식으로, 제2 프로세스 볼륨의 공급물 입구 연결부의 수는 제1 프로세스 볼륨에 비해 2개에서 1개로 감소된다. 그 결과, 배관 및 절단 비용이 절감되고 판 영역을 더 양호하게 활용할 수 있게 한다. 또한, 판의 에지에 공급물 입구가 없어 증발을 위한 더 많은 공간이 허용된다.
또한, 제2 프로세스 볼륨을 위한 증발되지 않은 공급물 출구 포트(63')가 또한 판(43)의 중앙에 위치된다. 이 방식으로, 제2 프로세스 볼륨의 증발되지 않은 공급물 출구 연결부의 수는 제1 프로세스 볼륨에 비해 마찬가지로 2개에서 1개로 감소되며, 판의 에지에 증발되지 않은 공급물 출구가 없어 증발 및 증발된 공급물의 통과를 위한 더 많은 공간을 위해 판에 더 많은 공간이 허용된다. 중앙에 위치된 증발되지 않은 공급물 출구는 선상의 롤로 인해 유용할 수 있다.
도 3b는 판 패키지의 전술한 판(43')의 배면도를 도시한다. 여기서, 가열 매체는 제1 프로세스 볼륨의 반대쪽 증발 섹션을 가열하도록 가열 볼륨(50)에서 순환하고, 냉각 매체는 제2 프로세스 볼륨의 반대쪽 응축 섹션을 냉각하도록 냉각 볼륨(60)에서 순환한다.
응축 섹션(56)은 판의 반대쪽에 위치된 제2 프로세스 볼륨의 증발 섹션을 가열한다. 제1 프로세스 볼륨의 증발 섹션으로부터의 스팀은 제1 프로세스 볼륨의 분리 섹션(55)의 통로(58b)를 통해 수신된다. 담수는 포트(49)를 통해 응축 섹션(56)을 빠져나간다. 개스킷(62)은 두꺼운 흑색 선으로 나타낸다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 판 패키지(42)를 도시한다. 본 도면은 가열 볼륨(50)에서 판 패키지로의 가열 매체의 도입 및 판 사이공간에서의 가열 매체의 순환을 화살표로 예시한다.
도 4b는 도 4a의 판 패키지(42)를 도시한다. 본 도면은 제1 프로세스 볼륨의 포트(48)에서 판 패키지로의 공급물의 도입을 화살표로 예시한다. 공급물은 제1 프로세스 볼륨의 증발 섹션(52)으로 들어가서 반대쪽 가열 볼륨으로부터의 열로 인해 증발한다. 증발된 공급물은 증발되지 않은 부분이 제거되는 분리 섹션(55)으로 계속된다. 나머지 스팀 또는 증기는 응축 섹션에서 응축되고 생성된 물 또는 액체는 포트(49)를 통해 배출된다. 증발되지 않은 공급물(염수/농축액)은 증발되지 않은 공급물 출구 포트(63)를 통해 배출된다.
도 4c는 도 4a의 판 패키지(42)를 도시한다. 본 도면은 냉각 볼륨(60)에서 판 패키지로의 냉각 매체의 도입 및 판 사이공간에서의 냉각 매체의 순환을 화살표로 예시한다.
도 4d는 도 4a의 판 패키지(42)를 도시한다. 본 도면은 제2 프로세스 볼륨의 포트(48')에서 판 패키지로의 공급물의 도입을 화살표로 예시한다. 공급물은 제2 프로세스 볼륨의 증발 섹션(52')으로 들어가서 제1 볼륨의 반대쪽 응축 섹션으로부터의 열로 인해 증발한다. 제2 프로세스 볼륨의 증발 섹션 내의 압력과 온도는 제1 볼륨의 응축 섹션에서보다 낮아서 응축 및 증발이 발생할 수 있다. 증발된 공급물은 공급물의 증발되지 않은 부분이 제거되는 분리 섹션(55')으로 계속된다. 나머지 스팀 또는 증기는 응축 섹션(56')에서 응축되고 생성된 물 또는 액체는 포트(49)를 통해 배출된다. 공급물, 예를 들어 염수 또는 농축액의 증발되지 않은 부분은 증발되지 않은 공급물 출구 포트(63')를 통해 배출된다.
도 5a는 대안적인 판 패키지를 위한 대안적인 판의 정면도를 도시한다. 현재 판의 정면과 이전 판의 정면 사이의 유일한 차이점은, 제1 프로세스 볼륨에서, 판의 중앙에 위치된 통로(58a/b)가 있는 반면, 담수는 판의 에지에 위치된 2개의 포트(49)에서 수집된다는 것이다. 이 방식으로, 판 패키지의 2개의 인접 프로세스 볼륨 사이의 열 교차점에 포트가 위치되지 않도록 한다. 거기에 포트가 위치되면 단부 판에 구멍이 필요하여 단부 판이 약해지게 된다.
도 5b는 대안적인 판 패키지의 전술한 대안적인 판의 배면도를 도시한다. 현재 판의 후방면의 기능적 원리는 이전 판의 후방면과 동일하다.
도 6a 및 도 6b는, 도면에 나타낸 바와 같이, 4개의 프로세스 볼륨(53, 53', 53", 53''')(또는 그 이상)을 포함하는 판 패키지의 판(43)의 정면도 및 배면도를 각각 도시한다. 기능적 원리는 4개의 프로세스 볼륨(53, 53', 53", 53''')(또는 그 이상)이 2개 대신에 열 직렬로 연결된다는 점을 제외하면 이전 판과 동일하다.
따라서, 가열 볼륨은 판 계면을 통해 제1 프로세스 볼륨의 증발 섹션에 열적으로 연결된다. 제1 프로세스 볼륨의 응축 섹션은 제2 프로세스 볼륨의 반대쪽 증발 섹션에 열적으로 연결된다. 제2 프로세스 볼륨의 응축 섹션은 제3 프로세스 볼륨의 반대쪽 증발 섹션에 열적으로 연결된다. 제3 프로세스 볼륨의 응축 섹션은 제4 프로세스 볼륨의 반대쪽 증발 섹션에 열적으로 연결된다. 마지막으로, 제4 프로세스 볼륨의 응축 섹션은 냉각 볼륨에 열적으로 연결된다.
열 연결부는 판 위의 열 계면을 통해 확립된다. 압력과 온도는 제1 프로세스 볼륨으로부터 제4 프로세스 볼륨으로 감소된다.
도 7a는 강하막 원리에 따라 작동하는 대안 실시예의 담수화 장치의 열 교환 판의 A면의 정면도를 도시하는 반면, 도 7b는 열 교환 판의 반대쪽 B면의 정면도를 도시한다.
판은 판 패키지에 교번적인 구성으로 장착되며, 단순히 판을 180도 회전시킴으로써, 2개의 상이한 판 표면 중 하나(A 또는 B)가 형성될 수 있다. 채널과 섹션의 원하는 조합이 달성될 수 있도록 판의 반대쪽에 상이한 개스킷이 사용된다.
판의 대향하는 짧은 단부 각각에 3개의 큰 포트(1-6)가 존재하고 포트(1-6) 사이에 판의 8개의 열 계면(7-14)이 수평 연속 구성으로 제공된다. 포트(1)는 가열 매체, 바람직하게는 재킷 물과 같은 물을 위한 입구이거나, 또는 대안적으로 스팀/증기와 같은 가스가 사용될 수 있다. 포트(2)는 가열 매체용 출구 포트이다. 포트(3 및 4)는 해수와 같은 공급물을 위한 입구 포트이고, 포트(5 및 6)는 각각 냉각 매체, 바람직하게는 해수와 같은 물을 위한 입구 및 출구 포트이다.
열 계면(7)에서, 가열 매체는 열 교환 판의 한쪽에 있는 가열 볼륨으로 그리고 공급물 입구로부터 구멍(19)을 통해 유입되는 공급물의 증발이 발생하는 열 교환 판의 반대쪽에 있는 증발 섹션(17)으로 유동한다. 증발된 공급물은 응축 섹션(15a)으로 유동하는 스팀을 형성하고, 스팀은 응축 섹션(15a) 내의 낮은 온도로 인해 응축된다. 스팀은 액적 및 증발되지 않은 공급물이 수집되는 분리 섹션(20)을 통과하여 과도한 염수를 제거하는 포트(21)로 유도된다. 응축 섹션(15a)은 개스킷에 의해 구분된다. 개스킷은 두꺼운 선으로 예시된다. 비-응축성 가스를 배출하기 위한 구멍(23)이 제공될 수 있다. 응축된 스팀은 응축수 출구(24a)를 통해 유출된다. 증발 섹션(17), 분리 섹션(20) 및 응축 섹션(15a)은 제1 처리 볼륨을 형성한다.
응축 섹션(15a)에서 스팀이 응축되면, 열이 증발 섹션(14a) 내의 공급물로 전달되어 공급물이 증발되게 하고 응축 섹션(15b)으로 유입된다. 증발 섹션(14a) 및 응축 섹션(15b)은 그 사이의 분리 섹션(번호 없음)과 함께 추가 프로세스 볼륨을 형성한다. 최종 응축 섹션(18)까지 나머지 계면에서 동일한 프로세스가 반복된다. 포트(4, 6) 사이의 응축 섹션(18)에는, 비-응축성 가스를 배출하기 위한 포트(26)를 갖는 배출 챔버(25)가 있다. 공급물 입구(3 및 4)는 구멍(30)을 통해 상호 연결된 분배 채널(27, 28abcdef, 29)을 통해 상호 연결된다.
본 열 교환기는 증발 섹션, 분리 섹션 및 응축 섹션을 각각 갖는 5개의 처리 볼륨을 갖지만, 2개 이상의 임의의 수가 가능할 수 있다. 처리 볼륨의 수가 많을수록 열 효율이 더 양호해진다; 그러나, 열 교환기의 비용과 복잡성도 증가할 것이므로, 선택된, 예를 들어 가장 경제적인 처리 개수는 경우에 따라 달라지고 가열 볼륨 및 냉각 볼륨에 추가하여 단 2개의 처리 볼륨을 갖는 열 교환기가 매우 양호할 수 있다. 그러한 경우에, 제1 처리 볼륨의 응축 섹션과 제2 처리 볼륨의 증발 섹션 사이의 열 교환을 위해 하나의 열 계면이 제공된다.
본 발명에 따른 판 패키지는 주로 담수화 플랜트에서 해수의 담수화에 사용되지만, 몇 가지 다른 사용 영역이 존재한다고 생각된다. 이들 사용 영역은 폐수의 정화 및 과일 주스 등의 제조와 같이 응축수 대신에 농축액을 사용하게 하는 용례를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 그러한 용례에서, 생과일 주스가 공급물로서 제공되고 생주스의 수분 함량의 일부가 증발하게 된다. 나머지 농축액은 증발되지 않은 공급물 출구에서 수집된다. 에탄올 정제 등과 같은 비-수성 공급물에 유사한 프로세스가 사용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 공급물을 처리하기 위한 판형 열 교환기이며, 판형 열 교환기는 연속적인 순서로 배치된 복수의 열 교환 판을 포함하는 판 패키지를 포함하며, 판 패키지는 가열 매체를 수용하기 위한 가열 볼륨, 냉각 매체를 수용하기 위한 냉각 볼륨 및 복수의 프로세스 볼륨을 획정하고, 각각의 볼륨은 판 패키지에서 서로 유체적으로 분리되며, 각각의 프로세스 볼륨은:
    공급물의 적어도 일부를 증발시키도록 배치된 증발 섹션,
    공급물의 증발된 부분으로부터 공급물의 증발되지 않은 부분을 분리하도록 배치된 분리 섹션, 및
    공급물의 증발된 부분을 응축하도록 배치된 응축 섹션을 포함하고,
    각각의 열 교환 판은, 가열 볼륨과 복수의 프로세스 볼륨 중 제1 프로세스 볼륨의 증발 섹션 사이의 제1 열 계면, 냉각 볼륨과 복수의 프로세스 볼륨 중 제2 프로세스 볼륨의 응축 섹션 사이의 제2 열 계면, 및 2개의 인접한 프로세스 볼륨의 증발 섹션과 응축 섹션 사이의 적어도 하나의 추가 열 계면을 획정하고,
    각각의 프로세스 볼륨은, 판 패키지가 정상 사용 위치에 배치될 때, 증발 섹션의 바닥에 위치된 공급물 입구 및 분리 섹션 아래에 위치된 증발되지 않은 공급물 출구를 포함하는, 판형 열 교환기.
  2. 제1항에 있어서, 판 패키지는 적어도 2개의 프로세스 볼륨을 획정하고, 2개의 인접한 프로세스 볼륨이 각각의 인접한 응축 섹션과 증발 섹션 사이에 열 계면을 획정하도록 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10개의 프로세스 볼륨이 배치되는, 판형 열 교환기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 프로세스 볼륨 내의 압력 및 온도는 제1 프로세스 볼륨에서보다 낮은, 판형 열 교환기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 볼륨은 개스킷에 의해 서로 유체적으로 분리되는, 판형 열 교환기.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 공급물 입구는 제1 프로세스 볼륨 이외의 복수의 프로세스 볼륨 중 적어도 하나의 프로세스 볼륨에 대해 각각의 열 교환 판의 중심축에 인접하게 위치되는, 판형 열 교환기.
  7. 제1항에 있어서, 증발되지 않은 공급물 출구는 제1 프로세스 볼륨 이외의 복수의 프로세스 볼륨 중 적어도 하나의 프로세스 볼륨에 대해 각각의 열 교환 판의 중심축에 인접하게 위치되는, 판형 열 교환기.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 증발 섹션은 증발 섹션의 상단에 위치된 공급물 입구를 포함하는, 판형 열 교환기.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 열 교환 판은 적어도 하나의 프로세스 볼륨의 분리 섹션에서 하나 이상의 구멍을 획정하는, 판형 열 교환기.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 증발 섹션 및 응축 섹션은 적어도 하나의 프로세스 볼륨에 대해 동일한 판 사이공간에 배치되고, 및/또는 증발 섹션 및 응축 섹션은 적어도 하나의 프로세스 볼륨에 대해 반대쪽 판 사이공간에 배치되는, 판형 열 교환기.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 사용 동안, 제2 프로세스 볼륨의 응축 섹션은 제1 프로세스 볼륨의 증발 섹션 위에 배치되고, 각각의 프로세스 볼륨 내에서, 증발 섹션은 분리 섹션 아래에 배치되고 분리 섹션은 응축 섹션 아래에 배치되는, 판형 열 교환기.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열 교환 판의 개수는 4-1000개의 열 교환기 판의 범위, 또는 10-100개의 범위인, 판형 열 교환기.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열 교환기는 판 패키지의 2개의 대향 측면을 덮는 한 쌍의 단부 판을 더 포함하는, 판형 열 교환기.
  14. 공급물을 처리하기 위한 열 교환기를 제조하는 방법이며,
    복수의 열 교환 판을 제공하는 단계로서, 각각의 열 교환 판은 제1 열 계면, 제2 열 계면 및 적어도 하나의 추가 열 계면을 획정하는 것인, 단계, 및
    복수의 열 교환 판을 연속적인 순서로 배치함으로써 판 패키지를 형성하는 단계를 포함하고, 판 패키지는 가열 매체를 수용하기 위한 가열 볼륨, 냉각 매체를 수용하기 위한 냉각 볼륨 및 복수의 프로세스 볼륨을 획정하고, 각각의 볼륨은 판 패키지에서 서로 유체적으로 분리되며, 각각의 프로세스 볼륨은:
    공급물의 적어도 일부를 증발시키도록 배치된 증발 섹션,
    공급물의 증발된 부분으로부터 공급물의 증발되지 않은 부분을 분리하도록 배치된 분리 섹션, 및
    공급물의 증발된 부분을 응축하도록 배치된 응축 섹션을 포함하고,
    제1 열 계면은 가열 볼륨과 복수의 프로세스 볼륨 중 제1 프로세스 볼륨의 증발 섹션 사이에 획정되며, 제2 열 계면은 냉각 볼륨과 복수의 프로세스 볼륨 중 제2 프로세스 볼륨의 응축 섹션 사이에 획정되고, 적어도 하나의 추가 열 계면은 2개의 인접한 프로세스 볼륨의 증발 섹션과 응축 섹션 사이에 획정되고,
    각각의 프로세스 볼륨은, 판 패키지가 정상 사용 위치에 배치될 때, 증발 섹션의 바닥에 위치된 공급물 입구 및 분리 섹션 아래에 위치된 증발되지 않은 공급물 출구를 포함하는, 방법.
  15. 공급물을 처리하기 위한 판형 열 교환기용 판이며, 판형 열 교환기는 연속적인 순서로 배치된 복수의 열 교환 판을 포함하는 판 패키지를 포함하며, 판 패키지는 가열 매체를 수용하기 위한 가열 볼륨, 냉각 매체를 수용하기 위한 냉각 볼륨 및 복수의 프로세스 볼륨을 획정하고, 각각의 볼륨은 판 패키지에서 서로 유체적으로 분리되며, 각각의 프로세스 볼륨은:
    공급물의 적어도 일부를 증발시키도록 배치된 증발 섹션,
    공급물의 증발된 부분으로부터 공급물의 증발되지 않은 부분을 분리하도록 배치된 분리 섹션, 및
    공급물의 증발된 부분을 응축하도록 배치된 응축 섹션을 포함하고,
    각각의 열 교환 판은, 가열 볼륨과 복수의 프로세스 볼륨 중 제1 프로세스 볼륨의 증발 섹션 사이의 제1 열 계면, 냉각 볼륨과 복수의 프로세스 볼륨 중 제2 프로세스 볼륨의 응축 섹션 사이의 제2 열 계면, 및 2개의 인접한 프로세스 볼륨의 증발 섹션과 응축 섹션 사이의 적어도 하나의 추가 열 계면을 획정하고,
    각각의 프로세스 볼륨은, 판 패키지가 정상 사용 위치에 배치될 때, 증발 섹션의 바닥에 위치된 공급물 입구 및 분리 섹션 아래에 위치된 증발되지 않은 공급물 출구를 포함하는, 판형 열 교환기용 판.
KR1020217000031A 2018-06-07 2019-06-04 판형 열 교환기, 열 교환 판 및 해수 등의 공급물을 처리하는 방법 KR102478955B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18176540 2018-06-07
EP18176540.5 2018-06-07
PCT/EP2019/064474 WO2019234015A1 (en) 2018-06-07 2019-06-04 A plate heat exchanger, a heat exchanging plate and a method of treating a feed such as sea water

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210007029A KR20210007029A (ko) 2021-01-19
KR102478955B1 true KR102478955B1 (ko) 2022-12-19

Family

ID=62567455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217000031A KR102478955B1 (ko) 2018-06-07 2019-06-04 판형 열 교환기, 열 교환 판 및 해수 등의 공급물을 처리하는 방법

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20210197098A1 (ko)
EP (1) EP3803245A1 (ko)
JP (1) JP7096372B2 (ko)
KR (1) KR102478955B1 (ko)
CN (2) CN112166293B (ko)
RU (1) RU2754050C1 (ko)
SG (1) SG11202011143RA (ko)
WO (1) WO2019234015A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3050519B1 (fr) * 2016-04-25 2019-09-06 Novares France Echangeur thermique en matiere plastique et vehicule comprenant cet echangeur thermique
US11505475B2 (en) * 2017-11-01 2022-11-22 Ecovap, Inc. Evaporation panel assemblies, systems, and methods
PL3660438T3 (pl) * 2018-11-29 2021-09-13 Alfa Laval Corporate Ab Prezentowany wynalazek odnosi się do płytowego wymiennika ciepła, płyty wymiennika ciepła oraz metody obróbki podawanego materiału takiego jak woda morska

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106587227A (zh) * 2016-12-26 2017-04-26 南京航空航天大学 一体化双效板式海水淡化装置及其工作方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE464938B (sv) 1989-11-02 1991-07-01 Alfa Laval Desalt Plattfoeraangare daer taetningsarrangemanget fraemjar vaetskans foerdelning foer plattytan och vaermeavgivande aanga stroemmar in laengs plattkanten
IL96028A (en) * 1989-11-02 1999-04-11 Alfa Laval Ab Evaporation and condensing device
US5133837A (en) * 1990-09-10 1992-07-28 Kamyr, Inc. Dimpled plate multi-stage flash evaporator
FR2781387B1 (fr) * 1998-07-24 2000-09-15 Eau De Nancy Nan C I E Centre Procede pour la distillation d'un fluide a transfert horizontal de vapeur dans la zone de condensation et dispositif modulaire de mise en oeuvre du procede
EP1864069B1 (en) * 2005-04-01 2015-10-14 Alfa Laval Corporate AB A plate heat exchanger
SE528310C8 (sv) * 2005-04-01 2006-12-12 Alfa Laval Corp Ab Plattvärmeväxlare
EP1969300B1 (en) * 2005-12-22 2018-09-19 Oxycom Beheer B.V. Evaporative cooling device
US20120055776A1 (en) * 2010-09-03 2012-03-08 Peter Feher Multi effect distiller with falling film evaporator and condenser cells
CN105481159B (zh) * 2016-01-14 2017-12-05 南通中船机械制造有限公司 双效板式海水淡化系统及方法
RU2623351C1 (ru) * 2016-05-24 2017-06-23 Публичное акционерное общество криогенного машиностроения (ПАО "Криогенмаш") Конденсатор-испаритель
CN206720784U (zh) * 2017-02-17 2017-12-08 南通大学 一种新型海水淡化装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106587227A (zh) * 2016-12-26 2017-04-26 南京航空航天大学 一体化双效板式海水淡化装置及其工作方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2754050C1 (ru) 2021-08-25
EP3803245A1 (en) 2021-04-14
WO2019234015A1 (en) 2019-12-12
KR20210007029A (ko) 2021-01-19
JP7096372B2 (ja) 2022-07-05
SG11202011143RA (en) 2020-12-30
US20210197098A1 (en) 2021-07-01
CN112166293A (zh) 2021-01-01
JP2021525857A (ja) 2021-09-27
CN112166293B (zh) 2023-05-05
CN116772624A (zh) 2023-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102478955B1 (ko) 판형 열 교환기, 열 교환 판 및 해수 등의 공급물을 처리하는 방법
KR102553541B1 (ko) 해수와 같은 공급물을 처리하기 위한 플레이트형 열교환기
JP7132439B2 (ja) 海水などの供給物を処理するためのプレート熱交換器および熱交換プレート
WO2021048007A1 (en) Plate heat exchanger for treatment of a liquid feed
EP4155649B1 (en) Heat exchanger plate and heat exchanger for treatment of a liquid feed
EP4155653B1 (en) Heat exchanger plate and plate heat exchanger for treatment of a liquid feed
KR102656418B1 (ko) 액체 공급물의 처리를 위한 판 열교환기
CN113710980B (zh) 用于处理供给物的板式热交换器
KR102649995B1 (ko) 해수와 같은 공급물을 처리하는 플레이트 열 교환기, 열 교환 플레이트 및 방법
EP3792581B1 (en) Plate heat exchanger for treatment of a liquid feed
JP2022551397A (ja) 液体供給物の処理のためのプレート式熱交換器

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant