KR102553537B1 - 해수와 같은 공급물을 처리하기 위한 열교환 플레이트 및 플레이트형 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공급물의 처리를 위한 플레이트형 열교환기에 관한 것이다. 플레이트형 열교환기는 대향하는 열교환 플레이트들 내의 마루부들 및 골부들에 의해 형성되는 열교환 구역을 형성하고, 대향하는 열교환 플레이트들은 대향하는 열교환 플레이트들의 대향하는 마루부들이 서로 맞닿도록 배열된다. 플레이트형 열교환기는, 하부 경계부와 열교환 구역 사이에 위치되고 공급물 유입구로부터 공급물을 수용하고 열교환 구역에 걸친 공급물의 균일한 분포를 허용하기 위해 공급물 유입구로부터 횡방향으로 연장하는 통로를 형성한다. 플레이트형 열교환기는 열교환 구역과 통로를 분리하는 천이 구역을 추가로 형성하고, 천이 구역 내의 대향하는 열교환 플레이트들 사이의 최대 거리는 통로 내 그리고 열교환 구역 내의 대향하는 열교환 플레이트들 사이의 최대 거리보다 작다.

Description

해수와 같은 공급물을 처리하기 위한 열교환 플레이트 및 플레이트형 열교환기
본 발명은 해수와 같은 공급물을 처리하기 위한 플레이트형 열교환기 및 열교환 플레이트에 관한 것이다.
열교환 플레이트의 하나 또는 여러 플레이트 패키지가 프로세스에서 주요 구성요소를 형성하는, 해수의 담수화를 위한 장비가 수년 동안 제조되어 왔다. 담수화를 위한 이러한 플레이트형 열교환기의 일례는 Alfa Laval Corporate AB에게 양도된 국제 출원 번호 WO 2006/104443 A1에서 확인할 수 있다. 열교환기는 열교환 플레이트의 플레이트 사이 공간 내에 위치되는 증발 섹션, 분리 섹션 및 응축 섹션을 갖는다. 상술된 열교환기의 장점은, 해수의 전체 처리가 플레이트 패키지의 플레이트 사이 공간들에서 수행되기 때문에, 즉, 동일한 플레이트 패키지 내에서 증발, 분리 및 응축이 발생하기 때문에, 어떠한 컨테이너도 필요로 하지 않는다는 것이다. 이는 콤팩트한 설계를 허용한다.
이 종류의 열교환기는 증발 섹션에서 공급물, 통상적으로 해수를 증발시키고, 분리 섹션에서, 공급물을 기화된 공급물과 염수 액적으로 분리하며, 응축 섹션에서 기화된 공급물을 응축된 공급물로 응축시킴으로써 작동한다. 증발, 분리 및 응축은 연속적인 프로세스에서 동시에 발생되고, 응축된 공급물이 응축 섹션의 하부 영역 내에 위치되는 유출구를 통해서 응축 섹션으로부터 연속적으로 제거된다.
WO 2006/104443 A1에 개시된 기술은 단일 스테이지만을 사용한다. 그러나, 열교환기의 효율은 다중 스테이지를 사용함으로써 향상될 수 있다. 담수화를 위한 다중 스테이지 열교환기의 예는 아직 공개되지 않은 유럽 특허 출원 번호 EP 18176540.5에서 찾을 수 있다. 다중 스테이지 열교환기는 동일한 플레이트 패키지 내의 후속 스테이지의 증발 섹션의 공급물을 증발시키기 위해 제1 스테이지의 응축 섹션으로부터 얻어진 에너지를 활용한다. 이하에서 설명되는 기술은 단일 및 다중 스테이지 담수화 플랜트 모두에서 이용될 수 있다.
열교환 플레이트 패키지는, 전형적으로 수평 방향을 따라서, 연속적으로 마주보고 배치되는 실질적으로 동일한 크기의 복수의 열교환 플레이트, 적어도 3개의 열교환 플레이트를 포함한다. 플레이트는 주름부, 즉 마루부 및 골부를 형성한다. 마루부 및 골부는 대향하는 플레이트들 상에 반대로 배향되고, 플레이트들의 표면적의 증가에 의해 그리고 플레이트 사이 공간 내의 유동을 난류 유동이 되도록 함으로써 플레이트를 통한 열전달을 증가시키도록 십자형 패턴을 함께 형성할 수 있다. 주름부는 플레이트의 전방 측면 상의 마루부가 후방 측면 상에 골부를 형성한다는 것을 의미한다. 각각의 열교환 플레이트는 실질적으로 열교환기 패키지의 전체 높이와 폭을 형성하고, 수평 방향은 열교환기 패키지의 깊이를 구성한다. 열교환 플레이트의 에지들이 플레이트들 사이에 평행한 플레이트 사이 공간을 확립하기 위해 서로 밀봉된다.
열교환 플레이트는 다양한 유형의 표면을 형성하고, 서로 대면하여 조립될 때, 2 종류의 플레이트 사이 공간, 즉 제1 및 제2 플레이트 사이 공간들이 교번식 순서로 제공되는데, 즉, 제1 플레이트 사이 공간은 2개의 제2 플레이트 사이 공간들에 인접하여 위치되며, 당연히 수평 방향을 따른 첫 번째 플레이트와 마지막 플레이트 사이 공간은 제외한다. 열교환 플레이트는 전형적으로 스테인리스강, 알루미늄 또는 티타늄과 같은 열전도성의 내식성 재료로 이루어진다. 이는 유체 혼합이 방지됨으로써 플레이트를 통한 열 접촉을 허용한다.
전형적으로 해수를 구성하는 공급물은 증발 섹션 내로 도입되고, 여기서 공급물의 적어도 일부가 기화된다. 공급물의 기화된 부분은, 기화된 공급물을 기화되지 않은 공급물을 구성하는 나머지 부분으로부터 분리하는 분리 섹션으로 유도된다. 분리 섹션은 전형적으로, 기화되지 않은 공급물이 포획되고 분리 섹션의 외부로 유도되는, 로드(rod), 바아(bar) 또는 주름 등을 포함한다. 이어서, 기화된 공급물은 응축 섹션으로 유도되고, 여기서 기화된 공급물이 열교환 플레이트의 대향 측면 상에서 냉각 유체를 이용하여 응축된다. 응축된 공급물, 전형적으로 담수는 열교환기 패키지 외부로 유도된다. 냉각 유체는 전형적으로 천연 냉각수, 바람직하게는 해수와 같은 액체이다. 대안적으로, 다른 냉각 매체가 사용될 수 있다.
증발 섹션은 대향하는 제1 및 제2 열교환 플레이트들이 증발 섹션의 저부 및 측부를 따라 함께 밀봉되는 플레이트 사이 공간 내의 영역에 의해 형성된다. 증발 섹션은 전형적으로 실질적으로 직사각형 또는 정사각형 영역을 형성한다. 열교환 플레이트들 사이의 밀봉은 전형적으로 고무 개스킷과 같은 개스킷에 의해 이루어지고, 개스킷은 밀봉을 유지하고 밀봉이 증발 섹션의 내측과 외측 사이에 수밀 차단부를 형성하는 것을 허용할 목적으로 이루어진 플레이트 내 개스킷 홈들 내의 플레이트들 사이에 위치된다. 증발 섹션의 상향으로 배향된 부분은 개방되어, 기화된 공급물이 분리 섹션 및 이어서 응축 섹션으로 진입하는 것을 허용한다. 본원에서 언급된 방향은 정상적인 사용 중의 플레이트형 열교환기의 배향과 관련된다.
공급물은 공급물 유입구를 통해 제1 플레이트 사이 공간의 증발 섹션 내로 진입한다. 공급물은 액체, 전형적으로 해수이다. 공급물 유입구는, 저부와 측부가 만나는, 증발 섹션의 저부 코너 중 하나에서 증발 섹션의 하부 부분에 위치한다. 유입구는 바람직하게는 증발 섹션의 저부에 인접한 측부 개스킷 내의 개구로서 형성될 수 있다.
증발 섹션의 코너에 있는 유입구에서 증발 섹션으로 진입하는 염수인 해수는 일부 경우에 증발 섹션을 포함하는 열교환 플레이트의 일부의 표면에 걸쳐 양호하게 분포되지 않고 유입구에 인접하여 잔류하는 경향이 있다는 것이 알려져 있다. 이것은 증발 섹션 내의 건조 영역으로 이어질 수 있고, 이는 열교환기를 덜 효과적이게 만든다.
따라서, 본 발명의 일 목적은 열교환 플레이트의 증발 섹션의 전체 영역에 걸쳐 해수를 분포하는 기술을 찾는 것이다.
제1 양태에 따르면, 본 발명은 공급물의 처리를 위한 플레이트형 열교환기에 관한 것이며, 플레이트형 열교환기는 플레이트 패키지를 포함하고, 플레이트 패키지는 연속적인 순서로 배열되는 복수의 열교환 플레이트를 포함하고, 복수의 열교환 플레이트는 플레이트 패키지 내에 교번식 순서로 제1 플레이트 사이 공간 및 제2 플레이트 사이 공간을 형성하고, 각각의 제1 플레이트 사이 공간은 공급물을 증발시키기 위한 증발 섹션을 형성하고, 증발 섹션은 증발 섹션을 제1 분리 섹션에 유체적으로 연결하는 상부 경계부와, 대향하는 열교환 플레이트들이 함께 밀봉되는 하부 경계부 사이에서 종방향으로 연장하고, 증발 섹션은 제1 측부 경계부와 제2 측부 경계부 사이에서 횡방향으로 추가로 연장하고 이 측부 경계부들에서 대향하는 열교환 플레이트들이 함께 밀봉되고, 증발 섹션은:
액체 형태의 공급물을 증발 섹션 내로 도입하기 위해 하부 경계부에 인접하게 위치되는 공급물 유입구,
상부 경계부에 인접한 열교환 구역으로서, 열교환 구역은 대향하는 열교환 플레이트들 내의 마루부 및 골부에 의해 형성되고, 대향하는 열교환 플레이트들은 대향하는 열교환 플레이트들의 대향하는 마루부들이 서로 맞닿도록 배열되는, 열교환 구역,
하부 경계부와 열교환 구역 사이에 위치되고, 공급물 유입구로부터 공급물을 수용하고 열교환 구역에 걸친 공급물의 균일한 분포를 허용하기 위해 횡방향으로 공급물 유입구로부터 연장되는 통로, 및
열교환 구역과 통로를 분리하는 천이 구역으로서, 천이 구역 내의 대향하는 열교환 플레이트들 사이의 최대 거리는 통로 내의 그리고 열교환 구역 내의 대향하는 열교환 플레이트들 사이의 최대 거리보다 작은, 천이 구역을 형성한다.
제1 사이 공간은 일반적으로 프로세스 사이 공간으로 알려져 있다. 제1 플레이트 사이 공간 내의 대향하는 플레이트들의 마루부의 상단 부분들은 증발 섹션의 열교환 구역을 구성하는 주름진 영역 내의 여러 개의 접촉 지점에서 접촉될 것이다. 접촉 지점은 2개의 대향하는 열교환 플레이트의 마루부들이 만나는 위치이다. 반대로, 2개의 골부가 서로 대향하는 경우, 제1 플레이트 사이 공간 내의 대향하는 열교환기 플레이트들 사이에 간격이 형성된다. 제2 사이 공간에서, 제1 플레이트 사이 공간 내에 형성되는 마루부가 골부를 형성할 것이다.
공급물 유입구는 액체 공급물이 열교환 구역에서 증발되는 동안 증발 구역 내로 유동하고 상향 방향으로 유동하는 것을 허용하기 위해 하부 경계부 근처에 위치된다. 하부 경계부 및 측부 경계부들은 액체 공급물을 수납하기 위해 밀봉되는 반면, 상향 대면 경계부는 증발된 공급물이 분리 섹션으로 진입하는 것을 허용하도록 개방된다. 상향, 하향 등의 방향은 작동 중의 플레이트 패키지의 배향과 관련된다.
통로는 증발 섹션의 하부 경계부에 있는 공급물 유입구로부터 방해받지 않는 유동 채널을 형성하고, 횡방향으로 연장된다. 통로는 실질적으로 직선형이고, 유입구로부터의 액체 공급물이 비교적 자유롭게 통과하게 하고 하부 경계부를 따라 분포되는 것을 허용하기 위해서 하부 경계부를 따라서, 실질적으로 수평 방향으로, 예를 들어 약간의 각도로 연장한다. 통로 내에서, 유동 저항은 액체 공급물이 직선형으로 유동될 수 있으므로 열교환 구역에 비해 감소되는 반면에, 열교환 구역 내의 액체는 대향하는 열교환 플레이트들에 의해 형성되는 패턴에 기인한 곡선형 방식으로 유동되어야 한다. 따라서, 통로는 실질적으로 액체로 충진될 것이다.
이후, 액체는 하부 경계부를 따라 통로로부터 천이 구역 내로 그리고 천이 구역으로부터 열교환 구역으로 유동할 수 있어서, 열교환 구역이 제1 측부 경계부와 제2 측부 경계부 사이에서 액체 공급물을 충분히 공급받아 열교환 구역에 걸쳐 공급물의 다소 균일한 분포를 허용하는 것을 보장하고, 열교환 구역의 일부 부분이 건조하고 사용되지 않고 유지되는 것을 예방한다.
천이 구역은 통로와 열교환 구역 사이의 유동 제한 또는 스로틀링을 형성할 것이다. 이러한 방식으로, 공급물의 균일한 분포를 보장하기 위해서 통로가 그 전체 길이를 따라서 액체 공급물로 충진되어 유지되는 것이 보장될 수 있다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 천이 구역 내의 대향하는 열교환 플레이트들 사이의 최대 거리는 통로 내의 대향하는 열교환 플레이트들 사이의 최대 거리의 10%와 45% 사이이다.
이러한 방식으로, 통로와 열교환 구역 사이에서의 유동의 균일한 분포를 허용하기 위해 적절한 유동 제한부가 달성된다.
제1 양태의 추가 실시예에 따르면, 대향하는 열교환 플레이트들의 마루부 및 골부는 열교환 구역 내에 십자형 패턴을 형성한다.
십자형 패턴은 난류를 증가시키는 데 유리할 수 있다.
제1 양태의 추가 실시예에 따르면, 대향하는 열교환 플레이트들 사이의 최대 거리는 통로 및 열교환 구역의 대향하는 골부들 내에서 실질적으로 동일하다.
통로의 깊이/높이를 최대화함으로써, 통로 내의 공급물의 유동이 최대화되고, 이는 열전달 영역 내의 공급물의 균일한 분포에 기여할 것이다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 통로는 실질적으로 제1 측부 경계부와 제2 측부 경계부 사이에서 연장한다.
열교환 구역의 전체 폭을 따라 유동의 균일한 분포를 보장하기 위해, 통로는 바람직하게는 열교환 구역의 전체 폭에 걸쳐, 즉, 제1 측부 경계부와 제2 측부 경계부 사이의 전체 길이에 걸쳐 통로를 연장시킴으로써 연장한다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 제1 및 제2 플레이트 사이 공간 중 적어도 하나는 증발된 공급물의 적어도 일부의 응축을 허용하도록 배열된 제1 응축 섹션을 포함한다.
동일한 플레이트 패키지 내에서 증발 및 응축 모두를 달성하기 위해서, 응축 섹션이 이용될 수 있다. 응축 섹션은 분리 섹션과 연통한다. 이러한 방식으로, 증발, 분리 및 응축이 동일한 플레이트 패키지 내에서 달성되는 3-in-1 플레이트 패키지가 달성될 수 있다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 통로의 최대 폭은 통로에서 대향하는 열교환 플레이트들 사이의 최대 거리와 적어도 동일하다.
통로의 유동 영역은 따라서 유동을 최대화하기 위해 적합한 형상을 가질 것이다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 제1 플레이트 사이 공간 내의 증발 섹션은 제2 플레이트 사이 공간 내의 제2 응축 섹션과 대면한다.
이러한 방식으로, 다중 스테이지 열교환기가 실현될 수 있다. 제2 응축 섹션은 다른 프로세스 스테이지의 일부를 형성한다. 다중 스테이지 열교환기는 본 프로세스 스테이지에서 공급물을 증발시키기 위해 다른 프로세스 스테이지의 응축열을 사용한다. 이에 따라, 증발 섹션과 제2 응축 섹션은 열교환 플레이트에 의해 분리된다. 다른 스테이지의 증발 섹션은 가열 유체에 의해 가열될 수 있다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 제2 플레이트 사이 공간 내의 제2 응축 섹션은 제1 플레이트 사이 공간 내의 증발 섹션의 공급물 유입구 아래에 위치되는 응축물 유출구를 형성하고, 통로는 제1 플레이트 사이 공간 내의 증발 섹션과 제2 플레이트 사이 공간 내의 응축물 유출구 사이에 위치되는 교차 유동 구역을 형성하고, 통로 내의 대향하는 열교환 플레이트들 사이의 최대 거리는 교차 유동 구역 외측에 비해 교차 유동 구역에서 더 작다.
응축물 유출구는 응축 섹션 내의 최저 지점에 위치해야 하기 때문에, 응축물 유출구는 전형적으로 제2 플레이트 사이 공간의 제2 응축 섹션에 대향하는 제1 플레이트 사이 공간 내의 증발 섹션의 공급물 유입구 아래에 위치한다. 제1 플레이트 사이 공간 내의 공급물 유입구로부터 횡방향으로 연장하는 통로는 응축 섹션으로부터 유출구로의 담수의 유동을 방해할 것이다. 통로에서 제2 플레이트 사이 공간 내의 열교환 플레이트들은 결과적으로 맞닿지 않아야 하는데, 이는 그것이 유출구로의 담수의 완전한 차단물을 형성하기 때문이다. 따라서, 통로는 열교환 구역과 유출구 사이에 교차 유동 구역을 형성해야 하는데, 여기서 플레이트들은 제1 플레이트 사이 공간 내에서 액체 공급물이 통과하게 하고 제2 플레이트 사이 공간 내에서 담수가 유동하게 하기 위해 양 플레이트 사이 공간들 내에서 이격된다. 교차 유동 구역의 폭은 유동 면적이 실질적으로 변경되지 않게 하기 위해 통로의 폭보다 클 수 있다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 교차 유동 구역 내의 대향하는 열교환 플레이트들 사이의 최대 거리는 교차 유동 구역 외측의 통로 내의 대향하는 열교환 플레이트들 사이의 최대 거리의 약 40% 내지 60%, 예컨대 50%이다.
이러한 방식으로, 공급물 및 담수의 교차 유동이 허용될 것이다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 교차 유동 구역의 폭은 교차 유동 구역의 길이의 약 1/4 내지 3/4, 예컨대 1/2이다.
이러한 방식으로, 담수의 유동은 실질적으로 차단되지 않을 것이다. 이로써, 통로 및 교차 유동 구역의 폭은 플레이트의 종방향으로 연장하는 것으로 이해되는 반면, 길이는 플레이트의 횡방향으로 연장하는 것으로 이해된다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 교차 유동 구역 외측의 통로의 폭은 교차 유동 구역의 폭의 약 20% 내지 80%, 예컨대 50%이다.
교차 유동 구역의 폭은 유동 면적이 실질적으로 변경되지 않게 하기 위해 통로의 폭보다 클 수 있다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 증발 섹션의 하부 경계부 및 측부 경계부는 개스킷에 의해 밀봉된다.
개스킷을 사용함으로써, 유지보수 목적으로 플레이트를 분리하는 것이 여전히 가능하면서 확실한 밀봉이 달성된다.
제1 양태의 다른 실시예에 따르면, 유입구는 플레이트 패키지 내에서 중심에 위치된다.
이러한 방식으로, 증발 섹션은 유입구의 양 측부 상에서 연장할 수 있다.
제2 양태에 따르면, 본 발명은 공급물의 처리를 위한 플레이트형 열교환기를 위한 플레이트에 관한 것으로, 플레이트는 공급물을 증발시키기 위한 증발 섹션을 형성하고, 증발 섹션은 제1 분리 섹션에 증발 섹션을 유체적으로 연결하는 상부 경계부와 대향하는 열교환 플레이트들이 함께 밀봉되는 하부 경계부 사이에서 종방향으로 연장되고, 증발 섹션은 제1 측부 경계부와 제2 측부 경계부 사이에서 횡방향으로 추가로 연장되고, 대향하는 열교환 플레이트들이 함께 밀봉되는 위치에서 제1 측부 경계부와 제2 측부 경계부 사이에서 횡방향으로 추가로 연장되고, 이 측부 경계부들에서 대향하는 열교환 플레이트들이 함께 밀봉되고, 증발 섹션은:
액체 형태의 공급물을 증발 섹션 내로 도입하기 위해 하부 경계부에 인접하게 위치되는 공급물 유입구,
상부 경계부에 인접한 열교환 구역으로서, 열교환 구역은 열교환 플레이트 내 마루부들 및 골부들에 의해 형성되고, 열교환 플레이트는 대향하는 열교환 플레이트들 내의 대향하는 마루부들이 서로 맞닿아 십자형 패턴을 형성하게 되도록 배열되는, 열교환 구역,
하부 경계부와 열교환 구역 사이에 위치되고, 공급물 유입구로부터 공급물을 수용하고 열교환 구역에 걸친 공급물의 균일한 분포를 허용하기 위해 횡방향으로 공급물 유입구로부터 연장되는 통로, 및
열교환 구역과 통로를 분리하는 천이 구역으로서, 천이 구역 내의 플레이트의 최대 프레스 깊이는 통로 내의 그리고 열교환 구역 내의 플레이트의 최대 프레스 깊이보다 작은, 천이 구역을 형성한다.
제2 양태에 따른 플레이트는 바람직하게는 제1 양태에 따른 플레이트형 열교환기와 함께 사용된다.
도 1은 담수화를 위한 다중 스테이지 플레이트형 열교환기의 플레이트를 도시한다.
도 2는 플레이트의 증발 섹션의 확대도를 도시한다.
도 3은 플레이트 상의 통로의 사시도를 도시한다.
도 4는 2개의 플레이트들 사이의 통로의 사시도이다.
도 5는 통로와 2개의 개스킷의 사시도를 도시한다.
도 6은 플레이트의 교차 유동 구역의 사시도를 도시한다.
도 7은 통로에서의 2개의 플레이트들 사이의 통로의 단면도를 도시한다.
도 8은 4개의 플레이트를 포함하는 플레이트 패키지의 사시도를 도시한다.
도 9는 4개의 플레이트를 포함하는 플레이트 패키지의 사시도를 도시한다.
도 10은 4개의 플레이트를 포함하는 플레이트 패키지의 단면도를 도시한다.
도 1은 해수의 담수화를 위한 다중 스테이지 플레이트형 열교환기를 위한 플레이트(10)의 배면도를 도시한다. 플레이트(10)는 다른 유사한 열교환 플레이트와 대면하고 플레이트 패키지의 일부를 형성하도록 의도된다. 본 도면은 제2 플레이트 사이 공간의 부분을 형성하도록 의도된 플레이트의 후방 측면에 대한 것이다. 플레이트(10)는 플레이트(10)의 저부에 위치되는 가열 매체 섹션(12)을 형성한다. 가열 매체 섹션(12)은 가열 매체 섹션(12) 내로 가열 매체를 도입하기 위한 가열 매체 유입구(14), 및 가열 매체가 제1 플레이트 사이 공간(여기에 도시되지 않음) 내에서 가열 매체 섹션(12)에 대향하여 위치되는 제1 스테이지의 증발 섹션으로 열을 방출하였을 때 가열 매체를 가열 매체 섹션(12) 외부로 허용하기 위한 가열 매체 유출구(16)를 갖는다. 가열 매체는 엔진으로부터의 재킷 워터(jacket water)일 수 있다.
제1 스테이지의 증발 섹션(가열 매체 섹션(12)에 대향하여 위치하기 때문에 보이지 않음)으로부터의 증발된 해수는 공급물의 증발되지 않은 부분(액적 등)이 분리되어 플레이트 패키지 밖으로 나오는 분리 섹션(18)에 진입한다. 공급물의 증발된 부분은 개구(20a, 20b)를 사용하여 플레이트를 통해 제1 플레이트 사이 공간으로 유동할 수 있으며, 이어서 제1 스테이지의 응축 섹션(22)에 진입한다. 응축 섹션(22)은 제2 스테이지의 증발 섹션에 대향하여 위치된다. 응축 섹션(22)에 진입하는 증발된 공급물은 열 에너지가 대향하는 증발 섹션(도시되지 않음) 내의 공급물에 의해 흡수됨에 따라 응축될 것이다. 응축된 공급물이 담수 유출구(24)를 통해서 외부로 유동한다.
제2 스테이지의 증발 섹션(대향 플레이트 사이 공간 내의 응축 섹션(22)에 대향하여 위치되기 때문에 여기서는 보이지 않음)으로부터의 증발된 공급물은 개구(20a', 20b')를 통해 제1 플레이트 사이 공간과 제2 플레이트 사이 공간 사이에서 유동할 수 있다. 증발된 공급물은 대향 플레이트 사이 공간에 위치되는 제2 스테이지의 응축 섹션에 의해 수용된다. 제2 스테이지의 응축 섹션으로부터의 응축된 담수는 담수 유출구(24')를 통해 수집된다.
플레이트(10)는 냉각 매체 섹션(26)을 추가로 형성하고, 냉각 매체 섹션(26)은 냉각 매체 섹션(26) 내로 냉각 매체를 도입하기 위한 냉각 매체 유입구(28), 및 냉각 매체가 냉각 매체 섹션(12)에 대향하여 위치되는 제1 플레이트 사이 공간 내에서 제2 스테이지의 응축 섹션으로부터 열을 흡수하였을 때 냉각 매체 섹션(26)의 외부로 냉각 매체를 허용하기 위한 냉각 매체 유출구(30)를 갖는다. 냉각 매체는 해수일 수 있다.
대향하는 열교환기 플레이트들은 개스킷(32)을 통해 함께 밀봉되고, 개스킷은 또한 상기 섹션들을 형성하고 상기 스테이지들을 분리한다. 분리 섹션으로부터의 과도한 증발되지 않은 물이 염수 유출구(34)를 통해서 외부로 유도된다. 개구(36, 36', 36'')는 응축 섹션(22) 및 가열 섹션(12)의 대향 측면 상에 위치되는 증발 섹션을 위한 공급물 유입구를 구성하고, 이는 아래에서 더 상세히 설명될 것이다. 가열 매체 유입구(14), 가열 매체 유출구(16), 담수 유출구(24, 24'), 냉각 매체 유입구(28), 냉각 매체 유출구(30) 및 공급물 유입구(36)는 열교환 플레이트(10)의 중심 축 상에 형성된다. 본 실시예에서의 중심 축은 기본적으로 열교환 플레이트(10)를 기능적으로 동일한 좌측 부분 및 우측 부분으로 분할한다.
도 2는 제1 스테이지의 응축 섹션에 대향하는 제2 플레이트 사이 공간 내에서 플레이트(10) 상에 위치되는 제2 스테이지의 증발 섹션(38)을 도시하는 열교환 플레이트(10)의 일부의 정면도를 도시하고 있다. 증발 섹션(38)은 기능적으로 동일한 좌측 부분 및 우측 부분으로 분할된다. 이하의 설명은 간략화를 위해 좌측 부분에 초점을 맞출 것이다. 증발 섹션(38)은 플레이트(10)가 마루부(40) 및 골부(42)를 포함하는 열교환 구역을 형성한다. 제1 플레이트 사이 공간 내의 2개의 대향하는 열교환기 플레이트는, 대향하는 마루부와 골부가 서로에 대해 십자형 패턴을 형성하도록 서로에 대해 뒤집혀 있다. 대향하는 마루부들은 서로 맞닿을 것이고, 대향하는 골부들은 유동 공간 자체를 형성할 것이다. 이러한 패턴은 난류 유동을 발생시키고, 플레이트(10)를 통한 열전달을 증가시킨다. 따라서, 증발 섹션의 이러한 부분은 대향 응축 섹션과의 열교환 구역으로서 작용한다.
증발 섹션(38)은 제1 측부 경계부(44), 플레이트(10)의 중심 축에 인접하게 위치되는 대향하는 제2 측부 경계부(46) 및 하부 경계부(48)를 형성한다. 대향하는 열교환기 플레이트들은 제1 측부 경계부(44), 제2 측부 경계부(46) 및 하부 경계부(48)에서 개스킷(32)에 의해 함께 밀봉된다. 증발 섹션(38)은 액체 공급물을 증발 섹션(38) 내로 도입시키기 위해 증발 섹션의 하부 경계부(48)에 인접한 제2 측부 경계부(46)에 배열된 공급물 유입구(38)를 추가로 형성한다. 액체 공급물, 전형적으로 해수는 플레이트 내의 작은 개구(도시되지 않음)를 통해 제1 플레이트 사이 공간에 진입하고, 개스킷(32) 내의 개구를 통해 증발 섹션(38)에 진입한다. 증발 섹션(38)의 상단 경계부(50)는 개방되어 증발된 공급물이 분리 섹션에 진입하는 것을 허용한다. 작동 중일 때, 분리 섹션은 대응하는 증발 섹션 위에 위치되어야 하고 응축 섹션은 대응하는 분리 섹션 위에 위치되어야 한다.
공급물 유입구(38)에서 증발 섹션(38)에 진입하는 액체 공급물은 통로(52)를 통해 하부 경계부와 열교환 구역 사이의 증발 섹션(38)의 제1 측부 경계부(44)를 향하여 유도된다. 통로(52)는 측부(44, 46) 사이에서 연장한다. 통로(52)는 열교환 구역 내의 골부의 프레스 깊이와 실질적으로 동일한 프레스 깊이를 형성한다. 따라서, 통로(52)는 통로가 실질적으로 직선이기 때문에 감소된 난류 및 프레스 깊이에 기인한 큰 유동 영역을 형성한다.
통로(52)가 실질적으로 직선형이고 하부 경계부를 따라 연장하기 때문에, 유입 액체 공급물은 통로(52)를 통해 유동함으로써, 열교환 구역을 통한 유동에 비해서, 낮은 유동 저항에 직면할 것이다. 따라서, 증가된 양의 액체 공급물이 통로(52)가 제공될 때 제1 측부 경계부(44)를 향해 유동할 것이다.
유입 액체 공급물의 대부분이 제2 측부 경계부(46) 부근의 열교환 구역으로 진입하는 대신에 제1 측부 경계부(44)를 향해 통로 내에서 유동하는 것을 보장하기 위해, 천이 구역(54)이 통로(52)와 열교환 구역 사이에 위치된다. 천이 구역에서, 대향하는 플레이트들 사이의 거리는 통로에 비해 감소된다. 천이 구역은 통로(52)와 열교환 구역 사이의 감소된 유동 영역을 형성하고, 이는 유동의 더 많은 부분이 제1 측부 경계부(44)를 향해 진행하도록 허용한다.
통로(52)는 제2 플레이트 사이 공간 내의 응축 섹션의 유출구(24)와 열교환 구역 사이에 교차 유동 구역(56)을 형성하여, 제2 플레이트 사이 공간 내의 대향 응축 섹션 상의 담수의 유동이 담수 유출구(24)로 진입하고 통로에 의해 방해받지 않도록 허용한다. 제2 플레이트 사이 공간 내의 대향하는 플레이트들 사이에 최대 간격을 갖는 통로(52)가 유동 유입구(38)와 제1 측부 경계부(44) 사이에 전체 거리를 연장하는 경우, 이는 제2 플레이트 사이 공간에서 응축 섹션과 담수 유출구(24) 사이에 차단물이 존재함을 의미할 것이다. 대신에, 교차 유동 구역(56)은 제1 플레이트 사이 공간 및 제2 플레이트 사이 공간 모두에서 대향하는 플레이트들 사이에 거리를 제공하고, 그에 따라 제1 플레이트 사이 공간 내의 통로(52)를 통한 공급물 유입구(36)로부터의 액체 공급물의 횡방향 유동을 허용하고, 동시에, 제2 플레이트 사이 공간 내의 응축 섹션 내의 열교환 구역으로부터 제2 플레이트 사이 공간 내의 담수 유출구(24)까지 종방향으로의 담수의 교차 유동을 허용한다.
도 3은 플레이트(10) 상의 통로(52)의 사시도를 도시한다. 개스킷(32)은 주름부(58)에 의해 제 위치에 유지된다. 통로(52)는 주름부(58)에 인접하여 연장한다. 천이 구역(54)은 통로(52)와 마루부(40) 및 골부(42)에 의해 형성되는 증발 섹션의 열교환 구역 사이에 위치된다.
도 4는 2개의 플레이트(10, 10') 사이의 통로(52)의 사시도를 도시한다. 2개의 플레이트(10, 10')는 그들 사이에 제1 플레이트 사이 공간(60)을 그리고 제1 플레이트 사이 공간(60) 내에 증발 섹션을 형성한다. 대향 마루부(40, 40')에서, 플레이트(10, 10')는 접촉 지점에서 맞닿는 반면에, 대향 골부(42, 42')에서 플레이트(10, 10') 사이의 최대 거리가 달성된다. 대응적으로, 통로(52, 52')에서, 플레이트(10, 10') 사이의 최대 거리가 또한 달성된다.
도 5는 2개의 플레이트(10, 10') 사이의 통로(52)의 사시도를 도시한다. 이 도면은 제2 플레이트(10')와 제3 플레이트들 사이를 밀봉하도록 의도된 추가의 개스킷(32') 역시 도시되어 있다는 점을 제외하면 도 4와 동일하다.
도 6은 플레이트(10)의 교차 유동 구역(56)의 사시도를 도시한다. 본 실시예에서 교차 유동 구역(56)보다 대향하는 플레이트들 사이에 더 작은 간격을 형성하는 천이 구역(54)이 또한 도시되어 있다. 교차 유동 구역(56) 외측의 통로(52)의 부분도 도시된다. 교차 유동 구역(56)은 통로에 비해 감소된 프레스 깊이를 형성한다.
도 7은 교차 유동 구역 외측의 통로(52)의 위치에서 2개의 플레이트(10, 10') 사이의 통로(52)의 단면도를 도시한다. 천이 구역(54)이 또한 도시되어 있다.
도 8은 4개의 플레이트(10, 10', 10'', 10''')를 포함하는 플레이트 패키지의 사시도를 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 개스킷(32 및 32'')은 완전히 연장하여 저부에 증발 섹션의 하부 경계부를 제공하는 반면, 개스킷(32' 및 32''')은 담수 유출구로의 담수의 교차 유동을 허용한다. 교차 유동 구역(56)은 제1 플레이트 사이 공간과 제2 플레이트 사이 공간 모두에서 액체의 유동을 허용하기 위해 대향하는 플레이트들이 전방 표면과 후방 표면 모두에서 이격될 수 있게 한다.
도 9는 4개의 플레이트(10, 10', 10'', 10''')를 포함하는 플레이트 패키지의 다른 사시도를 도시한다.
도 10은 교차 유동 구역(56)의 위치에서 4개의 플레이트(10, 10', 10'', 10''')를 포함하는 플레이트 패키지의 단면도를 도시한다. 천이 구역(54)이 또한 도시되어 있다.

Claims (15)

  1. 공급물의 처리를 위한 플레이트형 열교환기이며, 플레이트형 열교환기는 플레이트 패키지를 포함하고, 플레이트 패키지는 연속적인 순서로 배열되는 복수의 열교환 플레이트를 포함하고, 복수의 열교환 플레이트는 플레이트 패키지 내에 교번식 순서로 제1 플레이트 사이 공간 및 제2 플레이트 사이 공간을 형성하고, 각각의 제1 플레이트 사이 공간은 공급물을 증발시키기 위한 증발 섹션을 형성하고, 증발 섹션은 증발 섹션을 제1 분리 섹션에 유체적으로 연결하는 상부 경계부와, 대향하는 열교환 플레이트들이 함께 밀봉되는 하부 경계부 사이에서 종방향으로 연장하고, 증발 섹션은 제1 측부 경계부와 제2 측부 경계부 사이에서 횡방향으로 추가로 연장하고 이 측부 경계부들에서 대향하는 열교환 플레이트들이 함께 밀봉되고, 증발 섹션은:
    액체 형태의 공급물을 증발 섹션 내로 도입하기 위해 하부 경계부에 인접하게 위치되는 공급물 유입구,
    상부 경계부에 인접한 열교환 구역으로서, 열교환 구역은 대향하는 열교환 플레이트들 내의 마루부 및 골부에 의해 형성되고, 대향하는 열교환 플레이트들은 대향하는 열교환 플레이트들의 대향하는 마루부들이 서로 맞닿도록 배열되는, 열교환 구역,
    하부 경계부와 열교환 구역 사이에 위치되고, 공급물 유입구로부터 공급물을 수용하고 열교환 구역에 걸친 공급물의 균일한 분포를 허용하기 위해 횡방향으로 공급물 유입구로부터 연장되는 통로, 및
    열교환 구역과 통로를 분리하는 천이 구역으로서, 천이 구역 내의 대향하는 열교환 플레이트들 사이의 최대 거리는 통로 내의 그리고 열교환 구역 내의 대향하는 열교환 플레이트들 사이의 최대 거리보다 작은, 천이 구역을 형성하는, 플레이트형 열교환기.
  2. 제1항에 있어서, 천이 구역 내의 대향하는 열교환 플레이트들 사이의 최대 거리는 통로 내의 대향하는 열교환 플레이트들 사이의 최대 거리의 10%와 45% 사이인, 플레이트형 열교환기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 대향하는 열교환 플레이트들의 마루부 및 골부는 열교환 구역에서 십자형 패턴을 형성하는, 플레이트형 열교환기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 대향하는 열교환 플레이트들 사이의 최대 거리는 통로 및 열교환 구역의 대향하는 골부들 내에서 동일한, 플레이트형 열교환기.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 통로는 제1 측부 경계부와 제2 측부 경계부 사이에서 연장하는, 플레이트형 열교환기.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 플레이트 사이 공간 및 제2 플레이트 사이 공간 중 적어도 하나는 증발된 공급물의 적어도 일부의 응축을 허용하도록 배열되는 제1 응축 섹션을 포함하는, 플레이트형 열교환기.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 통로의 최대 폭은 통로에서 대향하는 열교환 플레이트들 사이의 최대 거리와 적어도 동일한, 플레이트형 열교환기.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 플레이트 사이 공간의 증발 섹션은 제2 플레이트 사이 공간 내의 제2 응축 섹션과 대면하는, 플레이트형 열교환기.
  9. 제8항에 있어서, 제2 플레이트 사이 공간 내의 제2 응축 섹션은 제1 플레이트 사이 공간 내의 증발 섹션의 공급물 유입구 아래에 위치되는 응축물 유출구를 형성하고, 통로는 제1 플레이트 사이 공간 내의 증발 섹션과 제2 플레이트 사이 공간 내의 응축물 유출구 사이에 위치되는 교차 유동 구역을 형성하고, 통로 내의 대향하는 열교환 플레이트들 사이의 최대 거리는 교차 유동 구역 외측에 비해 교차 유동 구역에서 더 작은, 플레이트형 열교환기.
  10. 제9항에 있어서, 교차 유동 구역 내의 대향하는 열교환 플레이트들 사이의 최대 거리는 교차 유동 구역 외측의 통로 내의 대향하는 열교환 플레이트들 사이의 최대 거리의 40% 내지 60%, 또는 50%인, 플레이트형 열교환기.
  11. 제9항에 있어서, 교차 유동 구역 외측의 통로의 폭은 교차 유동 구역의 폭의 20% 내지 80%, 또는 50%인, 플레이트형 열교환기.
  12. 제9항에 있어서, 교차 유동 구역의 폭은 교차 유동 구역의 길이의 1/4 내지 3/4, 또는 1/2인, 플레이트형 열교환기.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 증발 섹션의 하부 경계부 및 측부 경계부들은 개스킷에 의해 밀봉되는, 플레이트형 열교환기.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공급물 유입구는 플레이트 패키지 내에서 중심에 위치하는, 플레이트형 열교환기.
  15. 공급물의 처리를 위한 플레이트형 열교환기를 위한 플레이트이며, 플레이트는 공급물을 증발시키기 위한 증발 섹션을 형성하고, 증발 섹션은 제1 분리 섹션에 증발 섹션을 유체적으로 연결하는 상부 경계부와, 대향하는 열교환 플레이트들이 함께 밀봉되는 하부 경계부 사이에서 종방향으로 연장되고, 증발 섹션은 제1 측부 경계부와 제2 측부 경계부 사이에서 횡방향으로 추가로 연장되고 이 측부 경계부들에서 대향하는 열교환 플레이트들이 함께 밀봉되고, 증발 섹션은:
    액체 형태의 공급물을 증발 섹션 내로 도입하기 위해 하부 경계부에 인접하게 위치되는 공급물 유입구,
    상부 경계부에 인접한 열교환 구역으로서, 열교환 구역은 열교환 플레이트 내 마루부들 및 골부들에 의해 형성되고, 열교환 플레이트는 대향하는 열교환 플레이트들 내의 대향하는 마루부들이 서로 맞닿아 십자형 패턴을 형성하게 되도록 배열되는, 열교환 구역,
    하부 경계부와 열교환 구역 사이에 위치되고, 공급물 유입구로부터 공급물을 수용하고 열교환 구역에 걸친 공급물의 균일한 분포를 허용하기 위해 횡방향으로 공급물 유입구로부터 연장되는 통로, 및
    열교환 구역과 통로를 분리하는 천이 구역으로서, 천이 구역 내의 플레이트의 최대 프레스 깊이는 통로 내의 그리고 열교환 구역 내의 플레이트의 최대 프레스 깊이보다 작은, 천이 구역을 형성하는, 플레이트.
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