KR102649995B1 - 해수와 같은 공급물을 처리하는 플레이트 열 교환기, 열 교환 플레이트 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 매체와 제2 매체 사이의 열 교환을 위한 열 교환기를 위한 플레이트에 관한 것이며, 플레이트는 교대로 배치되는 마루부와 골부의 주름형 열 전달 패턴을 포함하는 열 전달 영역을 형성한다. 열 전달 영역은 제1 매체를 위한 제1 열 교환 표면과 제2 매체를 위한 대향하는 제2 열 교환 표면을 형성한다. 제1 열 교환 표면은 제1 매체를 위한 사행 유동 경로를 형성한다. 사행 유동 경로는 제1 열 교환 표면의 상위 부분에서 횡방향으로 연장되는 상위 유동 채널, 제1 열 교환 표면의 하위 부분에서 횡방향으로 연장되는 하위 유동 채널, 및 상위 유동 채널과 하위 유동 채널 사이에서 제1 열 교환 표면의 중간 부분에서 횡방향으로 연장되는 적어도 하나의 중간 유동 채널로 분할된다.

Description

해수와 같은 공급물을 처리하는 플레이트 열 교환기, 열 교환 플레이트 및 방법
본 발명은 해수와 같은 공급물을 처리하는 플레이트 열 교환기, 열 교환 플레이트 및 방법에 관한 것이다.
열 교환 플레이트의 하나 또는 여러 개의 플레이트 패키지가 프로세스에서 주요 구성요소를 형성하는 해수의 담수화를 위한 장비가 수년 동안 제조되어 왔다. SE-B-464 938은 원통형 컨테이너에 제공된 플레이트 패키지를 포함하는 그러한 담수화 플랜트를 개시한다. 열 교환 플레이트는 스팀을 위한 포트를 갖지 않고, 그 대신에 열 교환 플레이트 외부의 공간이 프로세스의 종류에 따라 스팀을 위한 유동 경로로서 사용된다. 사용되는 프로세스는 물의 막이 플레이트의 폭에 걸쳐 분포되고 플레이트 상에서 하향으로 연장되는 소위 강하 막(falling film) 기술에 기초한다. 강하 막 타입의 플레이트 증발기에서, 모든 제2 플레이트 사이공간이 증발 공간을 구성하고, 반면에 플레이트 사이공간의 나머지는 열 방출 매체를 위한 공간을 구성한다. 컨테이너는 실질적으로 원통형 압력 용기이다. 여러 개의 플레이트 패키지를 포함하는 대형 플랜트에서, 이들은 원통의 길이방향으로 배치될 수 있다. 어느 정도, 컨테이너는 여러 개의 컨테이너가 플랜트 내에 포함될 수 있는 경우가 아니라면 플랜트의 크기에 대해 제한적이다.
플랜트의 효율을 향상시키기 위해, 플랜트에는 다수의 스테이지가 제공될 수 있다. 다수 스테이지 담수화 플랜트의 하나의 예는 증발될 해수가 각각의 스테이지 용기의 저부 챔버 내로 통과되고, 증기가 데미스터(demister) 및 채널을 통해 상방으로 유동하여 딤플형 플레이트(dimpled plate)와 접촉하고, 응축물이 박막으로서 플레이트를 따라 강하하여 응축물 홈통(trough) 내에 수집되는 다수 스테이지 플래시 증발기(flash evaporator)를 개시하는 US 5133837에서 찾을 수 있다. US 6635150은 열적 연속물(thermal series)로 교대로 조립되는 요소 셀의 복수의 캐스케이드(cascade)로 구성되는 증류 플랜트를 개시한다.
적어도 소형 또는 중형 크기의 플랜트에 대해, 컨테이너에 대한 비용은 플랜트에 대한 총 비용의 큰 부분이다. 컨테이너의 제조 및 장착은 복잡하고 시간 소모적이다. 또한, 플랜트의 유지보수 및 열 교환 플레이트의 세정이 어려운데, 이는 예를 들어 플레이트 패키지 및 열 교환 플레이트가 컨테이너의 개방 후에만 접근가능하기 때문이다.
상기 문제에 대한 해결책은 Alfa Laval Corporate AB에게 부여된 국제 출원 WO 2006/104443 A1에서 찾을 수 있다. 그것은 담수화를 위한 플레이트 열 교환기를 개시한다. 열 교환기는 증발 섹션, 분리 섹션 및 응축 섹션을 갖는다. 전술한 열 교환기의 장점은 해수의 전체 처리가 플레이트 패키지에서 수행되므로 컨테이너가 필요하지 않다는 것이다.
증발 섹션 및 응축 섹션의 플레이트의 대향 측면들은 각각 가열 섹션 및 냉각 섹션을 형성한다. 가열 섹션에서는 가열 유체가 순환하고, 냉각 섹션에서는 냉각 유체가 순환한다. 배리어 개스킷(barrier gasket)에 의해 형성되는 가이드가 가열 섹션 및 냉각 섹션에 사용되어 가열 매체 및 냉각 매체가 각각 각각의 가열 섹션 및 냉각 섹션의 전체 열 전달 영역에 걸쳐 유동하게 한다. 가이드는 입구 및 출구가 서로 인접하게 위치되더라도 유동은 열 전달 영역에 걸쳐 분포되게 한다.
DE 196 47 185는 유동을 안내하는 유동 채널 내에 로드(rod)를 갖는 열 교환기를 설명하고 있다.
EP 0 611 941 B1은 사행 챔버(meandering chamber)를 형성하는 서로로부터 오프셋된 복수의 평행 리브(rib)가 제공된 플레이트를 갖는 플레이트 열 교환기를 개시한다.
US 9,228,784 B1은 수평 방향으로 중첩되어 사행하는 유동 채널을 형성하는 유동 가이드의 유동 배리어를 갖는 유동 채널을 갖는 플레이트 열 교환기를 설명한다.
US 2016/0245591은 제1 매체가 입구 포트홀(porthole)과 출구 포트홀 사이를 통과하는 동안 제1 매체의 유동을 위한 가이드의 일부를 형성하는 적어도 하나의 배리어를 갖는 플레이트 열 교환기를 개시하고 있다.
WO 2010/013608은 유동 가이드를 갖는 플레이트 증발기/응축기를 개시한다.
WO 2018/19174는 유동을 안내하는 개스킷 스트립을 갖는 열 교환기를 개시하고 있다.
본 발명의 목적은 가열/냉각 체적과 대향 증발/응축 섹션 사이의 유동 및 열 전달을 각각 개선하는 것이다.
상기 목적은 제1 양태에서 제1 매체와 제2 매체 사이의 열 교환을 위한 열 교환기를 위한 플레이트에 의해 실현되며, 플레이트는
플레이트의 저부 에지와 상부 에지 사이에서 연장되는 길이방향 축,
플레이트의 2개의 실질적으로 평행한 측면 에지 사이에서 연장되는 횡방향 축,
교대로 배치되는 마루부와 골부의 주름형 열 전달 패턴을 포함하는 열 전달 영역으로서, 마루부의 제1 및 제2 인접하는 마루부는 길이방향 축과 횡방향 축에 대해 비스듬히 연장되고, 열 전달 영역은 제1 매체를 위한 제1 열 교환 표면과 제2 매체를 위한 대향하는 제2 열 교환 표면을 형성하는, 열 전달 영역,
제1 매체를 위한 제1 입구,
제1 매체를 위한 제1 출구,
제2 매체를 위한 제2 입구, 및
제2 매체를 위한 제2 출구를 포함하며,
제1 열 교환 표면은 제1 입구와 제1 출구 사이에서 제1 매체를 위한 사행 유동 경로를 형성하고, 사행 유동 경로는 제1 열 교환 표면의 상위 부분에서 횡방향 축을 따라 연장되는 상위 유동 채널, 제1 열 교환 표면의 하위 부분에서 횡방향 축을 따라 연장되는 하위 유동 채널, 및 상위 유동 채널과 하위 유동 채널 사이의 제1 열 교환 표면의 중간 부분에서 횡방향 축을 따라 연장되는 적어도 하나의 중간 유동 채널로 분할된다.
열 교환기는 사이에 개스킷을 갖는 제1 표면 대 제1 표면 및 제2 표면 대 제2 표면을 갖는 패키지로 순차적으로 배치되는 복수의 열 교환기 플레이트를 포함하는 플레이트 패키지로 구성된다. 대향하는 제1 표면들은 플레이트 사이에 위치되는 개스킷에 의해 나타나는 사행 유동 경로를 형성하는 제1 플레이트 사이공간을 형성한다. 플레이트 자체는 개스킷을 위한 홈을 형성한다.
제1 플레이트 사이공간 내의 유동 경로는 적어도 3개의 통로를 형성하는데, 이는 유동이 적어도 3개의 횡방향 통로에 대해 사행 유동 경로를 따르도록 개스킷에 의해 가압된다는 것을 의미한다. 각각의 횡방향 통로는 유동 채널을 형성하고, 각각의 플레이트는 입구와 연통되는 1개의 유동 채널, 출구와 연통되는 1개의 유동 채널, 및 입구 유동 채널과 출구 유동 채널 사이의 유체 연통을 제공하는 적어도 1개의 유동 채널을 형성한다. 채널들은 평행하고 직렬로 연결된다. 따라서, 채널들은 상위 유동 채널, 하위 유동 채널, 및 상위 유동 채널과 하위 유동 채널 사이의 하나 이상의 중간 유동 채널을 형성한다. 상위, 하위 등의 표현은 사용 시에 플레이트의 배향에 기초하여 이해되어야 한다.
제2 표면은 대향하는 플레이트들의 제2 표면들 사이의 제2 플레이트 사이공간에 형성되는 증발기 또는 응축기의 일부이다. 증발기는 해수와 같은 액체인 공급물을 위한 입구 및 스팀과 같은 증기를 위한 출구를 갖는다. 증발기는 전형적으로 액체의 일부만을 증발시키고, 따라서 또한 증발되지 않은 공급물, 예를 들어 염수를 위한 출구를 갖는다. 응축기는 스팀과 같은 증기를 위한 입구 및 담수 같은 액체를 위한 출구를 갖는다. 증발기에서, 증기 출구는 스팀이 상향으로 유동하기 때문에 열 교환기가 그 통상의 사용 위치에 있을 때에 해수 입구 위에 위치된다. 유사하게, 액체가 중력으로 인해서 하향 유동하기 때문에 응축기에 대해 담수 출구는 증기 입구 아래에 위치된다.
길이방향 축은 열 교환기가 통상의 동작 위치에 있을 때 실질적으로 수직인 것으로 이해된다. 횡방향 축은 열 교환기가 통상의 동작 위치에 있고 마루부 및 골부가 길이방향 축과 횡방향 축 양자 모두에 대해 횡방향으로 돌출할 때 실질적으로 수평이다. 대향 마루부들이 접촉 지점에서 접촉하여, 플레이트 사이공간에 열 전달 패턴을 형성한다.
통로의 수가 전형적인 2개의 통로로부터 3개의 통로 또는 그 이상으로 증가하면, 열적 길이가 증가하고 유동 면적, 즉 횡단면이 감소하기 때문에 모든 다른 파라미터가 일정하게 유지된다고 가정할 때 유동 속도가 증가한다. 이것은 더 많은 난류를 발생시킬 것이고, 이것은 결국 열 전달을 증가시킬 것이다. 유동 속도의 증가는 또한 입구와 출구 사이의 압력차를 증가시킬 것이다. 입구와 출구 사이의 작은 압력차는 플레이트 패키지의 플레이트 사이공간들 사이의 불균일 분포를 야기할 것이다. 입구와 출구 사이의 큰 압력차는 결과적으로 플레이트 패키지의 제1 플레이트 사이공간을 따르는 유동 분포를 향상시킬 것이다.
제1 양태의 추가의 실시예에 따르면, 유동 채널은 길이방향 축을 따라 서로 인접하게 위치된다.
이에 의해, 사행 유동 경로가 달성될 수 있어, 채널들 사이의 상호연결부에서 작은 길이방향 부분을 제외하고는 유체가 주로 횡방향으로 유동하게 함으로써 플레이트의 더 큰 이용을 허용한다.
제1 양태의 추가의 실시예에 따르면, 제1 입구는 제1 출구에 인접하여 위치된다.
이러한 방식으로, 입구 도관 및 출구 도관은 서로 인접하게 위치될 수 있다.
제1 양태의 추가의 실시예에 따르면, 플레이트는
공급물의 적어도 일부의 증발을 허용하도록 배치되는 증발 섹션,
공급물의 증발되지 않은 부분을 공급물의 증발된 부분으로부터 분리하도록 배치되는 분리 섹션,
공급물의 증발된 부분을 응축하도록 배치되는 응축 섹션을 형성하고,
제2 열 교환 표면은 증발 섹션 및/또는 응축 섹션에 형성된다.
증발, 분리 및 응축이 동일한 플레이트 상에서 일어나게 함으로써 3-인-1 플레이트가 실현된다. 전술한 바와 같이, 제2 표면은 증발기 또는 응축기의 일부이다.
제1 양태의 추가의 실시예에 따르면, 제1 매체는 가열 매체이고 제2 매체는 증발될 공급물이다. 이러한 방식으로, 증발기가 실현된다.
제1 양태의 추가의 실시예에 따르면, 상위 채널은 제1 입구에 연결되고 하위 채널은 제1 출구에 연결된다.
이에 의해, 입구로부터의 고온 가열 유체는 증기의 고온 부분으로 열을 전달할 것이고, 한편 공급물로 일부 열을 이미 방출한 출구의 약간 더 저온의 가열 유체는 증발 섹션의 저부에 인접하는 공급물 입구에서 도입되는 더 저온의 공급물로 열을 전달할 것이다. 가열 유체는 또한 플레이트의 대향 측면 상의 공급물에 대하여 역류로 유동할 것이다. 그러나, 입구 및 출구를 전환함으로써 가열 유체가 공급물에 대하여 병류로 유동하게 하는 것도 가능하다.
제1 양태에 따른 추가의 실시예에 따르면, 제1 매체는 냉각 매체이고 제2 매체는 응축될 증기이며, 하위 채널은 제1 입구에 연결되고 상위 채널은 제1 출구에 연결된다.
이에 의해, 유입구로부터의 저온 냉각 유체가 증기의 저온 부분으로 열을 전달할 것이고, 한편 증기로 일부 열을 이미 흡수한 출구의 약간 더 고온의 냉각 유체는 응축 섹션의 상부에 인접하는 증기 입구에서 도입되는 더 고온의 증기로 열을 전달할 것이다.
제1 양태의 추가의 실시예에 따르면, 플레이트의 제1 열 교환 표면이 동일한 플레이트의 제1 열 교환 표면과 병치될 때 교차 주름형 패턴이 형성된다.
교차 주름형 패턴은 인접하는 플레이트가 대면하여 배치되고 인접하는 마루부가 접촉 지점에서 접촉될 때 마루부 및 골부에 의해 형성된다. 이러한 유동 패턴은 열 전달 및 유동 저항 모두를 증가시킬 것이다.
제1 양태의 추가의 실시예에 따르면, 교차 주름형 패턴은 중간 채널(들)과 비교할 때 상위 채널에서 횡방향 축을 따라 제1 매체에 대해 더 높은 유동 저항을 형성한다.
이러한 방식으로, 제1 플레이트 사이공간에서, 증발 섹션의 상부에서 고온 가열 유체와 대부분 증발된 유체 사이의 열 전달에 더 많은 시간이 허용된다. 제2 플레이트 사이공간에서, 증기에 대해 저압 강하가 달성된다.
제1 양태의 추가의 실시예에 따르면, 교차 주름형 패턴은 중간 채널(들)과 비교할 때 하위 채널에서 횡방향 축을 따라 제1 매체에 대해 더 낮은 유동 저항을 형성한다.
이러한 방식으로, 제1 플레이트 사이공간에서, 증발 섹션의 저부에서 더 저온의 가열 유체와 대부분 액체인 유체 사이의 열 전달에 더 적은 시간이 허용된다. 증기 분율이 낮기 때문에 제2 플레이트 사이공간에서의 압력 강하는 문제가 되지 않는다.
제1 양태의 추가의 실시예에 따르면, 마루부의 제1 및 제2 인접하는 마루부는 중간 채널(들)에 비해 상위 채널에서 횡방향 축에 대해 더 큰 각도를 형성한다.
이러한 방식으로, 교차 주름형 패턴이 형성될 때 횡방향에서 더 높은 유동 저항이 실현된다. 반대로, 길이방향에서 더 낮은 유동 저항이 실현된다.
제1 양태의 추가의 실시예에 따르면, 마루부의 제1 및 제2 인접하는 마루부는 중간 채널(들)에서보다 하위 채널에서 횡방향 축에 대해 더 작은 각도를 형성한다.
이러한 방식으로, 교차 주름형 패턴이 형성될 때 횡방향에서 더 낮은 유동 저항이 실현된다. 반대로, 길이방향에서 더 높은 유동 저항이 실현된다.
상기 목적은 제2 양태에서 해수와 같은 공급물의 처리를 위한 플레이트 열 교환기에 의해 실현되고, 플레이트 열 교환기는 플레이트 패키지를 포함하고, 플레이트 패키지는 각각의 플레이트 사이에 개스킷을 갖는 연속적인 순서로 배치되는 선행 청구항 중 어느 하나에 따른 복수의 열 교환 플레이트를 포함하고, 이에 의해 인접하는 플레이트들에 대해, 제1 열 교환 표면들이 서로 대면하고 제2 열 교환 표면이 서로 대면한다.
제1 열 교환 표면들이 서로 대면하는 제1 플레이트 사이공간 내의 개스킷은 가열 섹션, 냉각 섹션 및 분리 섹션을 형성하는 제1 타입인 반면, 제2 열 교환 표면들이 서로 대면하는 제2 플레이트 사이공간 내의 개스킷은 증발 섹션, 응축 섹션 및 분리 섹션을 형성하는 제2 타입이다. 제2 양태에 따른 플레이트 열 교환기는 제1 양태에 따른 플레이트를 사용한다.
제2 양태의 추가의 실시예에 따르면, 사행 유동 경로는 제1 입구와 제1 출구 사이의 매체의 유동을 위한 가이드의 일부를 형성하는 적어도 하나의 배리어에 의해 형성된다.
상기 목적은 제1 양태에 따른 플레이트를 위한 개스킷에 의해 제3 양태에서 실현되며, 개스킷은 사행 유동 경로를 형성한다.
도 1a는 본 발명에 따른 열 교환 플레이트를 도시한다.
도 1b는 도 1a의 열 교환 플레이트의 대향 측면을 도시한다.
도 2는 냉각 섹션의 주름형 패턴을 도시한다.
도 3a는 가열 섹션의 주름형 패턴을 도시한다.
도 3b는 도 3a의 열 교환 플레이트의 대향 측면을 도시한다.
도 1a는 본 발명에 따른 열 교환 플레이트(10)를 도시한다. 플레이트(10)는 주름형이다. 플레이트(10)는 플레이트가 그 사용 위치에 있을 때 수직인 길이방향 축(L) 및 플레이트가 그 사용 위치에 있을 때에 수평인 횡방향 축(T)을 따라 연장된다. 열 교환 플레이트(10)는 동일한 플레이트와 함께 적층되어 플레이트 패키지를 형성할 수 있다. 플레이트(10)는 제1 및 제2 주름형 대향 표면을 형성하고, 이들은 개스킷에 의해 형성되고 플레이트의 유틸리티측(utility side) 및 프로세스측(process side)을 각각 구성하는 각각의 제1 및 제2 타입 사이공간을 형성하도록 제1 표면이 인접하는 플레이트의 제1 표면과 대면하고 제2 표면이 인접하는 플레이트의 제2 표면과 대면하게 패키지에 배치된다. 본 도면은 제2 표면을 도시하고, 제1 표면은 플레이트의 대향 측면(여기서는 보이지 않음)에 형성된다. 본 제2 표면은 응축 섹션(12)을 구성하는 상위 부분, 분리 섹션(14)을 구성하는 중간 부분, 및 증발 섹션(16)을 구성하는 하위 부분을 형성한다.
본 플레이트(10)는 3-인-1 플레이트이지만, 본 발명에 따른 원리는 다른 타입의 플레이트에도 적용될 수 있다. 증발 섹션(16)은 액체 공급물을 증발 섹션으로 도입하기 위한 공급물 입구(28)를 포함한다. 공급물 입구(28)는 증발 섹션(16)의 하위 부분에 위치된다. 증발 섹션(16)은 플레이트의 대향 측면 상의 가열 섹션에 대향하여 위치될 것이다.
증발된 공급물은 플레이트(10)의 양 측면에 위치되는 분리 섹션(14)을 향해 상승할 것이다. 플레이트(10)의 측면들 사이의 연통은 구멍(30, 30')을 통해 이루어진다. 분리 섹션(14)에서, 플레이트(10) 내의 주름들은 증발된 유동 내의 임의의 액적들이 포획되도록 서로의 내부로 들어간다. 액적은 플레이트의 에지를 향해 그리고 염수 출구(32, 32')까지 유동한다.
증발된 공급물은 응축 섹션(12)의 상위 부분에 진입한다. 플레이트(10)의 대향 측면은 냉각 섹션을 형성하고, 증발된 공급물은 응축 섹션(12)에서 응축된다. 응축물 공급물은 응축 섹션(12)의 저부에서 응축물 출구(34)를 통해 유출된다.
도 1b는 도 1a의 열 교환 플레이트의 대향 측면인 본 발명에 따른 열 교환 플레이트(10')를 도시한다. 가열 섹션(18)은 증발 섹션(12)에 대향하여 위치되고 개스킷(20)에 의해 경계가 정해진다. 가열 섹션(18)은 가열 섹션(18) 내로 가열 유체를 도입하기 위한 가열 유체 입구(22) 및 가열 섹션(18)으로부터 가열 유체를 유출시키기 위한 가열 유체 출구(24)를 형성한다. 병류 유동을 허용하기 위해 입구(22) 및 출구(24)의 위치를 전환하는 것이 가능하다. 가열 유체는 고온수, 예컨대 엔진으로부터의 재킷수(jacket water)일 수 있다. 가열 유체의 유동이 입구(22)로부터 출구(24)까지 사행 유동 경로에서 유동하게 하기 위해 개스킷 요소 형태의 배리어(26, 26', 26'')가 제공된다.
본 실시예에서는, 4개의 통로가 사용된다(하지만 4개 초과의 통로가 사용될 수도 있다). 따라서, 배리어(26, 26', 26'')는 4개의 채널이 횡방향으로 형성되도록 배치된다. 이러한 방식으로, 가열 유체의 유동의 속도는 종래 기술에서와 같이 단지 2개의 통로가 사용되는 것에 비해 증가된다. 더 높은 유동 속도는 열 전달을 증가시킨다.
가열 유체는 가열 섹션(18)의 상부에 진입하고, 횡방향으로 유동한다. 열이 고온 가열 유체로부터 대향 측면의 공급물로 전달되고, 공급물은 증발 섹션의 상위 부분에서 많은 양의 증기를 포함할 것이다. 가열 유체는 계속 사행 경로를 통과하고, 가열 섹션의 저부에서 유출되는데, 여기서 입구(28) 부근의 액체 공급물과 공급물과의 열 전달로 인해 이제 약간 냉각된 가열 유체 사이에서 열 전달이 일어난다.
냉각 섹션(36)은 응축 섹션(12)에 대향하여 위치된다. 냉각 유체는 냉각 유체 입구(440)를 통해 도입되고 냉각 유체 출구(38)를 통해 배출된다. 냉각 유체는 냉수, 예컨대 해수일 수 있다. 가열 섹션(18)과 유사하게, 가열 유체의 유동이 입구(40)로부터 출구(38)까지 사행 유동 경로에서 유동하게 하기 위해 개스킷 요소 형태의 배리어(26''', 26'''')가 제공된다.
냉각 섹션(36)에서, 가열 섹션(18)과 유사하게, 4개의 통로가 또한 사용된다(하지만, 4개 초과의 통로가 사용될 수도 있다). 이러한 방식으로, 냉각 유체의 유동 속도는 종래 기술에서와 같이 단지 2개의 통로를 사용하는 것에 비해 증가된다. 더 높은 유동 속도는 열 전달을 증가시킨다.
냉각 유체는 냉각 섹션(36)의 저부에 진입하고 횡방향으로 유동한다. 열이 대향 측면의 공급물로부터 저온 가열 유체에 전달되고, 공급물은 증발 섹션의 하위 부분에서 많은 양의 응축물 및 적은 양의 증기를 포함할 것이다. 냉각 유체는 계속 사행 경로를 통과하고 냉각 섹션(36)의 상부에서 유출되는데, 여기서 입구(40) 부근의 증발된 공급물과 공급물과의 열 전달로 인해 이제 약간 가열된 냉각 유체 사이에서 열 전달이 일어난다.
본 실시예에서, 가열 유체 입구 및 출구는 플레이트(10)의 중심에 위치되고 가열 유체는 플레이트의 중심으로부터 2개의 대향하여 위치된 경로로 유동하고, 반면에 냉각 유체 입구 및 출구는 모든 냉각 유체가 단일 경로로 유동하도록 플레이트의 에지에 위치된다는 것이 유의해야 한다. 그러나, 입구 및 출구의 위치는 대응하는 도관에 의존하며 임의적으로 고려될 수 있다. 또한, 5개의 통로 또는 3개의 통로 같이 4개보다 많거나 적은 통로가 사용될 수 있다. 4개의 통로는 유동이 입구와 출구 사이에서 적어도 3회 실질적으로 180도 선회로 방향을 전환하는 것을 암시한다.
도 2는 냉각 섹션(36)의 열 전달 영역의 주름형 패턴을 도시한다. 2개의 대향하는 플레이트의 주름형 패턴이 병치될 때, 교차 주름형 열 전달 패턴이 수립된다. 주름형 패턴은 마루부와 골부를 형성하고, 플레이트 패키지에서 인접하는 플레이트의 대향하는 마루부가 접촉할 것이다. 냉각 유체는 입구(40)로부터 입구 채널(36') 내로 횡방향으로 진입하고, 양자 모두 36''로 지정된 2개의 중간 채널을 거쳐 출구 채널(36''') 및 출구(38)까지 사행 경로를 추종한다. 모든 채널(36', 36'', 36''')은 횡방향으로 연장되고, 유동은 화살표에 의해 도시되는 바와 같이 횡방향 축을 따른다.
도 3a는 가열 섹션(18)을 위한 열 전달 영역의 주름형 패턴을 도시한다. 2개의 병치된 플레이트에 의해 형성되는 교차 주름형 열 전달 패턴은 다양한 채널(18', 18'', 18''')에서 다양한 패턴을 형성한다. 열 전달 및 유동 저항은 교차 주름형 패턴의 마루부와 유동 방향 사이의 각도에 의존한다. 유동 방향과 마루부 사이의 큰 각도는 높은 유동 저항 및 높은 열 전달, 소위 높은 NTU(Number Transfer Unit)를 산출한다. 유동 방향과 마루부 사이의 작은 각도는 작은 유동 저항 및 작은 열 전달, 소위 낮은 NTU를 산출한다. 각도는 0도 초과 90도 미만인 것으로 이해된다.
가열 유체는 위로부터 가열 섹션(18)에 진입하고 횡방향으로 유동한다. 입구 채널(18')은 횡방향 유동에 대해 큰 각도를 형성하고 따라서 높은 NTU를 형성하는 마루부를 갖는다. 높은 NTU는 높은 증기 함량 및 낮은 액체 함량을 갖는 공급물과 가열 유체 사이의 높은 열 전달을 산출한다. 출구 채널(18''')은 가열 유체의 횡방향 유동에 대해 작은 각도를 형성하고 따라서 낮은 NTU를 형성하는 마루부를 갖는다. 증발측에서 열 전달 계수가 낮기 때문에 여기에서는 낮은 NTU가 허용가능하다. 중간 채널(18'')은 중간 NTU 패턴을 갖는다.
도 3b는 가열 섹션(18)에 대해 대향 측면인 증발 섹션(16)을 위한 열 전달 영역의 주름형 패턴을 도시한다. 액체 공급물은 증발 섹션(16)의 하위 부분의 입구(28)로부터 유입된다. 공급물은 길이방향으로 유동하고, 증발된 공급물로서 증발 섹션(16)의 상부에서 분리 섹션(14) 내로 빠져나간다.
증발 섹션(16)의 주름은 가열 섹션(18)의 주름에 대응하고, 즉 마루부는 골부 등에 대응한다. 그러나, 증발 섹션(16) 내의 공급물의 유동은 가열 섹션(18) 내의 냉각 유체의 유동에 수직이기 때문에, 가열 섹션(18) 내의 높은 NTU 채널은 증발 섹션(16) 내의 낮은 NTU 채널에 대응할 것이고, 그 반대가 될 수 있다.
공급물 입구(28)에 가장 가까운 입구 유동 채널(16')에서, 공급물은 대부분 액체일 것이다. 입구 채널(16')은 횡방향 유동에 대해 큰 각도를 형성하고 따라서 높은 NTU를 형성하는 마루부를 갖는다. 이는 높은 NTU가 증발이 더 신속하게 시작될 수 있게 하기 때문에 유리하다. 2개의 중간 채널(16'')에서, 중간 NTU 패턴이 양 측면 상에 형성된다. 출구 채널(16''')은 증발 섹션(16)의 상부에 위치한다. 출구 채널(16'')은 공급물의 길이방향 유동에 대해 작은 각도를 형성하는 마루부를 갖는다. 증발 섹션(16)의 상부에서 공급물은 대부분 증기이고 압력 강하는 낮게 유지되어야 하기 때문에 낮은 NTU가 유리할 것이다.
본 플레이트는 공급물이 해수이고 응축물이 담수인 담수 발생기에 주로 사용된다. 그러나, 농축 주스 등의 생산 등의 다른 용례가 생각된다. 또한, 본 출원은 단지 예로서 해석되는 상기 실시예로 제한되지 않는다.

Claims (15)

  1. 제1 매체와 제2 매체 사이의 열 교환을 위한 열 교환기를 위한 플레이트이며, 플레이트는
    플레이트의 저부 에지와 상부 에지 사이에서 연장되는 길이방향 축,
    플레이트의 2개의 평행한 측면 에지 사이에서 연장되는 횡방향 축,
    교대로 배치되는 마루부와 골부의 주름형 열 전달 패턴을 포함하는 열 전달 영역으로서, 마루부의 제1 및 제2 인접하는 마루부는 길이방향 축과 횡방향 축에 대해 비스듬히 연장되고, 열 전달 영역은 제1 매체를 위한 제1 열 교환 표면과 제2 매체를 위한 대향하는 제2 열 교환 표면을 형성하는, 열 전달 영역,
    제1 매체를 위한 제1 입구,
    제1 매체를 위한 제1 출구,
    제2 매체를 위한 제2 입구, 및
    제2 매체를 위한 제2 출구를 포함하며,
    제1 열 교환 표면은 제1 입구와 제1 출구 사이에 제1 매체를 위한 사행 유동 경로를 형성하고, 사행 유동 경로는 제1 열 교환 표면의 상위 부분에서 횡방향 축을 따라 연장되는 상위 유동 채널, 제1 열 교환 표면의 하위 부분에서 횡방향 축을 따라 연장되는 하위 유동 채널, 및 상위 유동 채널과 하위 유동 채널 사이의 제1 열 교환 표면의 중간 부분에서 횡방향 축을 따라 연장되는 적어도 하나의 중간 유동 채널로 분할되고,
    제1 입구는 제1 출구에 인접하게 위치되는 플레이트.
  2. 제1항에 있어서,
    유동 채널은 길이방향 축을 따라 서로 인접하게 위치되는 플레이트.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    플레이트는
    공급물의 적어도 일부의 증발을 허용하도록 배치되는 증발 섹션,
    공급물의 증발되지 않은 부분을 공급물의 증발된 부분으로부터 분리하도록 배치되는 분리 섹션,
    공급물의 증발된 부분을 응축하도록 배치되는 응축 섹션을 형성하고,
    제2 열 교환 표면은 증발 섹션 및/또는 응축 섹션에 형성되는 플레이트.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제1 매체는 가열 매체이며 제2 매체는 증발될 공급물인 플레이트.
  6. 제5항에 있어서,
    상위 채널은 제1 입구에 연결되고 하위 채널은 제1 출구에 연결되는 플레이트.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제1 매체는 냉각 매체이고, 제2 매체는 응축될 증기이고, 하위 채널은 제1 입구에 연결되며, 상위 채널은 제1 출구에 연결되는 플레이트.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    플레이트의 제1 열 교환 표면이 동일한 플레이트의 제1 열 교환 표면과 병치될 때 교차 주름형 패턴이 형성되는 플레이트.
  9. 제8항에 있어서,
    교차 주름형 패턴은 중간 채널(들)과 비교할 때 상위 채널에서 횡방향 축을 따라 제1 매체에 대해 더 높은 유동 저항을 형성하는 플레이트.
  10. 제8항에 있어서,
    교차 주름형 패턴은 중간 채널(들)과 비교할 때 하위 채널에서 횡방향 축을 따라 제1 매체에 대해 더 낮은 유동 저항을 형성하는 플레이트.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    마루부의 제1 및 제2 인접하는 마루부는 중간 채널(들)에서보다 상위 채널에서 횡방향 축에 대해 더 큰 각도를 형성하는 플레이트.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    마루부의 제1 및 제2 인접하는 마루부는 중간 채널(들)에서보다 하위 채널에서 횡방향 축에 대해 더 작은 각도를 형성하는 플레이트.
  13. 공급물의 처리를 위한 플레이트 열 교환기이며, 플레이트 열 교환기는 각각의 플레이트 사이에 개스킷을 갖는 연속적인 순서로 배치되는 제1항 또는 제2항에 따른 복수의 열 교환 플레이트를 포함하는 플레이트 패키지를 포함하고, 이에 의해 인접하는 플레이트들에 대해, 제1 열 교환 표면은 서로 대면하고, 제2 열 교환 표면은 서로 대면하는 플레이트 열 교환기.
  14. 제13항에 있어서,
    사행 유동 경로는 제1 입구와 제1 출구 사이에서의 매체의 유동을 위한 가이드의 일부를 형성하는 적어도 하나의 배리어에 의해 형성되는 플레이트 열 교환기.
  15. 제1항 또는 제2항에 따른 플레이트를 위한 개스킷이며, 개스킷은 사행 유동 경로를 형성하는 개스킷.
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