KR20070118559A - 응축기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 응축기는, 적층된 열교환용 플레이트를 가지고 있으며, 적층된 플레이트 사이에는 제1 및 제2 틈새부가 교대로 형성되어 있다. 각각의 플레이트는 열전달부를 가지며, 상기 열전달부는 V자형으로 결합되는 응축액 배출용 홈 및 구멍을 가진다. 상기 열전달부는, 상기 플레이트의 후면에서 구멍 주위에 형성되는 관형 돌출부, 및 상기 플레이트의 전면에서 구멍 주위에 형성되는 혀 모양의 볼록부를 가진다. 응축기는 연속적 유로를 가지며, 상기 연속적 유로는 상기 열교환용 플레이트를 적층 방향으로 직선적으로 통과하고, 상기 구멍을 포함하며, 상기 제1 틈새부와만 연통한다. 상기 유로는, 상기 제1 틈새부에 발생되는 응축액이 상기 열교환용 플레이트의 적층 방향으로 이동할 수 있게 한다.

제1 면, 제2 면, 플레이트, 틈새부, 열전달부, 배출 홈, 배출 구멍, 관형 볼록부, 혀 모양의 전방 볼록부, 홈통.

Description

응축기{CONDENSER}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 응축기의 정면도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 응축기의 배면도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 응축기의 우측면도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 응축기에 있어서의 열교환용 플레이트의 정면도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 응축기의 열교환용 플레이트에 있어서의 응축액 배출 구멍 부분의 확대 정면도 및 확대 배면도이다.

도 6은 도 5에 도시된 열교환용 플레이트의 응축액 배출 구멍의 확대 배면도이다.

도 7은 도 5의 VII-VII선을 따른 단면도이다.

도 8은 도 5의 VIII-VIII선을 따른 단면도이다.

도 9는 본 발명의 응축기를 제조하기 위해 열교환용 플레이트를 서로 적층시키기 위한 적층 단계의 설명도이다.

도 10은 도 9에 도시된 한 세트의 적층된 열교환용 플레이트 상에 열교환용 플레이트를 추가로 적층시키는 적층 단계의 설명도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *

1: 응축기 10: 열교환용 플레이트

11: 열전달부 11a, 11b: 개구

11c: 유체 안내부 12b: 볼록부

13: 응축액 배출 홈 14: 응축액 배출 구멍

20: 쉘 21, 22: 개구

26: 헤더부 51, 52: 틈새부

일본국 특개 2000-346583호 공보

본 발명은, 복수개의 열교환용 플레이트가 함께 결합하여 일체식 본체로 되는 플레이트식 열교환기로서 작용하는 응축기에 관한 것으로서, 특히 플레이트에 발생되는 응축액을 신속히 제거하여 기상(氣相)의 유체의 열교환 및 응축을 효율적으로 진행시키는 응축기에 관한 것이다.

고온 유체와 저온 유체 사이에서 열교환을 행하여, 고온 유체를 기상으로부터 액상으로 상변화시키는 것을 목적으로 하여, 온도차 발전, 증기 동력, 화학 플랜트, 식품공업 플랜트, 및 냉동기 및 히트 펌프에 이용되는 응축기에 대하여, 다관형(multitubular) 응축기, 플레이트형 응축기, 또는 나선형 응축기와 같은 여러 가지 형태의 응축기가 공지되어 있다. 그러한 응축기는, 해수로부터 담수를 추출 하기 위한 장치(담수화 장치)에도 사용되어, 해수 등을 증발시킨 증기를 응축기로 응축하여 담수를 얻는다.

응축기에서, 저온 유체의 온도는 열전달부를 통해 고온 유체와 저온 유체 사이의 열교환에 의해 상승되는 한편, 독립적 유로를 통해 흐르는 고온 유체는 응축되어 응축액으로 된다. 이러한 응축액은 통상적으로는, 상기 유로의 하부에 설치되는 고온 유체 출구로부터 배출된다. 그러나, 응축으로 생긴 응축액은 응축기 내에서 바로 하방으로 흐르기 때문에, 응축기 하부로 갈수록 응축량이 많아지게 된다. 하방으로 흐르는 응축액이 열전달부 표면을 막의 형태로 덮게 되어, 기상의 고온 유체와 열전달부 사이의 순조로운 열전달을 막아, 응축 효율을 악화시킬 수 있다.

특히, 응축기로서 사용되는 플레이트식 열교환기는, 플레이트들 사이의 틈새에 고온 유체 유로와 저온 유체 유로를 교대로 형성하도록, 복수개의 플레이트가 서로 평행하게 적층되는 구조를 가짐으로써, 플레이트를 통하여 유체 사이에서 열교환이 가능하다. 유로를 형성하기 위해 플레이트 사이에 형성되는 틈새가 비교적 작기 때문에, 응축액의 순조로운 배출이 이루어지지 않을 수도 있다. 응축액이 응축기 내에 체류하면, 기상의 고온 유체와 플레이트 사이의 열전달 효율에 악영향을 미친다.

최근에, 플레이트식 열교환기와 같이 비교적 작은 간격을 두고 배치된 판형 열전달부를 이용하고, 응축액을 순조롭게 배출하기 위해 향상된 형상의 열전달부를 가진 응축기가 제안되어 있다. 응축액 배출성을 강화하기 위해 열전달부 표면에 복수개의 홈이 형성된 응축기의 일례가 일본국 특개 2000-346583호 공보에 개시되어 있다.

그러한 종래의 응축기는 열전달부를 가진 플레이트를 포함하며, 열전달부 각각은, 판형 열전달부에 경사방향으로 홈 형태로 형성된 응축액 배출 홈통, 및 상기 열전달부 중앙에 종방향으로 연장되고 상기 응축액 배출 홈통과 연통하도록 홈 형태로 형성된 응축액 유로 영역을 구비하고 있다. 열전달부 표면에 응축되어 하방으로 흐르는 응축액은 응축액 배출 홈통에 의해 수집된 뒤, 응축액 유로 영역에 집합되어, 응축액 유로 영역을 따라 응축기의 배출구를 향해 하방으로 흐를 수 있게 된다. 응축액이 열전달부 표면에 체류하는 것을 효과적으로 방지하여, 기상의 고온 유체와 열전달부 사이의 접촉 효율을 높이고, 열전달부를 통하여 고온 유체로부터 저온 유체로의 열전달을 향상시켜, 기상 고온 유체의 응축의 효율을 증가시킬 수 있다.

일본국 특개 2000-346583호 공보에 기술되어 있는 종래의 응축기는, 열전달부 표면으로부터 응축액을 신속하게 제거하기 위해 홈 또는 홈통 부분을 이용하고자 하였다. 그러나, 이러한 종래의 응축기는, 응축액이 일단 하방으로 열전달부 하부까지 흐른 다음에 응축기로부터 배출된다는 점에서, 종래의 응축기와 실질적인 차이가 없다. 더욱 구체적으로는, 응축액 배출구의 형상에 따라서, 유로 하부에 응축액이 체류하여, 열전달부 하부에서 열전달부의 표면과 기상 고온 유체 사이의 접촉이 방해될 수 있다. 열전달부 표면에서 홈 또는 홈통부를 경유하여 하방으로 흐르는 응축액이 느리게 흐르게 되어, 이들 홈 또는 홈통부로부터 응축액이 넘쳐, 열전달부 표면을 층의 형태로 덮을 수 있다. 따라서, 열전달부 표면과 기체 사이의 접촉을 방해한다는 문제가 있었다.

이에 대하여, 응축액이 열전달부 표면을 덮으면서 하방으로 흐르는 것을 방지할 수 있으면, 기상의 열교환용 유체와 플레이트 사이의 유효 접촉 면적을 증가시켜 응축 효율의 향상을 기대할 수 있다.

본 발명의 목적은 상기 과제를 해소하기 위해 이루어진 것으로서, 플레이트 표면에 생긴 응축액을 플레이트 사이의 틈새로부터 신속하게 배출하기 위해 플레이트의 소정 영역 위에 분산된 복수개의 구멍을 포함하여, 응축기 내의 응축액의 체류에 의한 열전달 효율의 저하를 방지하고, 기상의 열교환용 유체와 플레이트 표면 사이의 접촉을 충분히 확보해 높은 응축 효율을 제공하는 응축기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 특징의 응축기는, 제1 면 및 제2 면을 각각 가진 복수개의 열교환용 플레이트를 포함하며, 상기 열교환용 플레이트는, 상기 열교환용 플레이트의 인접한 2개의 플레이트가 적층 방향으로 상기 열교환용 플레이트 사이에 교대로 제1 및 제2 틈새부를 형성하도록 제1 면끼리 및 제2 면끼리 서로 대면하는 적층 상태로, 함께 일체로 결합되어 있고, 각각의 상기 제1 틈새부는 상기 열교환용 플레이트의 한 쌍의 인접한 2개의 플레이트의 제1 면에 의해 형성되어 있으며, 각각의 상기 제2 틈새부는 다른 쌍의 인접한 플레이트들의 제 2 면에 의해 형성되어 있고, 상기 제1 틈새부를 통과하는 제1 열교환용 액체와 상기 제2 틈새부를 통과하는 제2 열교환용 액체 사이에서 상기 열교환 플레이트를 통해 열교환되어, 상기 제1 열교환용 유체가 도입되는 형태의 기상(氣相)으로부터 액상으로 상변화시키는 응축기에 있어서, 각각의 상기 열교환용 플레이트의 적어도 일부에, 소정의 불규칙 패턴을 가진 열전달부가 설치되며, 상기 열전달부는 각각 제1 및 제2 열교환용 유체와 접촉되는 대향면을 가지고, 각각의 상기 열교환용 플레이트는, 적층된 상기 열전달 플레이트 중 인접 플레이트들이 상기 열전달부의 적어도 일부와 상기 열교환용 플레이트의 원주부의 적어도 일부에서 서로 접촉되어, 상기 열교환용 플레이트들 사이에서 상기 제1 및 제2 틈새부를 교대로 형성하도록, 소정의 형상을 가지며, 각각의 상기 열교환용 플레이트의 상기 열전달부는 복수개의 응축액 배출 홈, 및 복수개의 응축액 배출 구멍을 가지고, 상기 응축액 배출 홈은, 상기 제1 열교환용 액체가 상기 제1 틈새부에서 하방으로 흐르는 방향에 대해 소정 각도로 경사지는 경사 방향으로 소정 간격만큼 연속적으로 연장되도록 상기 열교환용 플레이트 상에 형성되어 있으며, 각각의 응축액 배출 구멍은 상기 응축액 배출 홈의 교차점에 형성되어 있고, 상기 열전달부는, 상기 열교환용 플레이트의 상기 제2 면에 형성된 복수개의 관형 볼록부, 및 상기 열교환용 플레이트의 상기 제1 면에 형성된 복수개의 혀 모양의 전방 볼록부를 가지며, 상기 관형 볼록부는, 상기 열교환용 플레이트의 상기 제2 면 상에서, 상기 응축액 배출 구멍을 형성하는 상기 열전달부의 일부로부터 돌출되고, 상기 혀 모양의 전방 볼록부는, 상기 열교환용 플레이트의 상기 제1 면 상에서, 상기 응축액 배출 구멍을 형성하는 상기 열 전달부의 상기 일부로부터, 상기 관형 볼록부에 대해 반대 방향으로 돌출되며, 상기 열교환용 플레이트를 함께 일체로 결합시키면, 상기 열교환용 플레이트의 상기 관형 돌출부가 상기 응축액 배출 구멍과 상기 제2 틈새부 사이에 비연통 상태를 형성하도록 인접하는 상기 열교환용 플레이트의 대응하는 관형 볼록부에 도관의 형태로 연결되며, 상기 열교환용 플레이트의 상기 혀 모양의 전방 볼록부가 상기 응축액 배출 구멍과 상기 제1 틈새부 사이에 연통 상태를 형성하도록 인접하는 상기 열교환용 플레이트의 대응하는 혀 모양의 전방 볼록부에 홈통의 형태로 연결되어, 연속적 유로를 형성하고, 상기 연속적 유로는 상기 열교환용 플레이트를 적층 방향으로 직선적으로 통과하고, 상기 응축액 배출 구멍을 포함하며, 상기 제1 틈새부와만 연통하고, 상기 연속적 유로는, 상기 제1 틈새부에 발생된 응축액이 상기 열교환용 플레이트의 적층 방향으로 이동될 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제1 특징에 따르면, 응축기로서 작용하는 플레이트식 열교환기를 구성하는 열교환용 플레이트 각각은, 응축액을 수집하여 하방으로 흐르게 하는 응축액 배출 홈, 및 상기 응축액 배출 홈의 교차점에 형성되는 응축액 배출 구멍을 가진다. 이들 플레이트들이 서로 병렬로 적층되고, 응축기로서 작용하도록 일체로 결합될 때, 연속적 유로가 형성되며, 상기 연속적 유로는 상기 열교환용 플레이트를 적층 방향으로 직선적으로 통과하고, 응축액 배출 구멍을 포함하며, 제1 틈새부와만 연통하며, 제2 틈새부와는 연통하지 않는다. 상기 연속적 유로는 응축기 외부와 연통한다. 응축기가 작동될 때, 열교환을 거쳐 플레이트 표면에 생긴 응축액이 응축액 배출 홈에 의해 수집된 뒤, 응축액 배출 구멍으로 흐르고, 그 결과, 응 축액이 응축기 하부를 경유하지 않고, 응축액 배출 구멍을 포함하는 상기 연속적 유로를 통해 흘러 후속적 유닛으로 신속하게 배출된다. 따라서, 응축기 하부로 향해 하방으로 이동하는 응축액의 양을 감소시킬 수 있어, 응축액이 플레이트 표면 위로 층의 형태로 분산되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 플레이트의 대부분은 기상의 열교환용 유체를 위한 유효한 열전달 영역으로서 작용할 수 있다. 따라서, 플레이트와 기상의 열교환용 유체 사이의 열전달 효율은 강화되어, 응축 효율을 향상시켜, 고성능의 응축기를 제공한다.

본 발명의 제2 특징에 따른 응축기는, 함께 일체로 결합된 상기 열교환용 플레이트의 외부를 덮고, 상기 제1 및 제2 틈새부에서의 제1 및 제2 열교환용 유체의 독립적 흐름 상태를 보장하며, 제1 및 제2 열교환용 유체가 외부로 유출되는 것을 방지하는, 상자 모양의 셸을 더 포함하고, 상기 셸에, 상기 셸에 수용되는 상기 열교환용 플레이트의 상기 응축액 배출 구멍과 대면하는 위치에, 상기 응축액 배출 구멍과 연통하도록 상기 셸에 형성된 복수개의 응축액 배출 포트가 형성되어 있으며, 상기 셸이 적어도 하나의 헤더를 포함하고, 상기 헤더는 외부로부터 상기 응축액 배출 포트를 둘러싸서, 상기 헤더의 내부가 상기 응축액 배출 포트와 연통되며, 상기 헤더는 응축액을 회수하기 위해 외부 덕트 라인에 연결되어 있다.

본 발명의 제2 특징에 의하면, 상기 셸에, 상기 셸에 수용되는 상기 열교환용 플레이트의 상기 응축액 배출 구멍과 대면하는 위치에, 상기 응축액 배출 구멍과 연통하도록 상기 셸에 형성된 복수개의 응축액 배출 포트가 형성된다. 상기 셸은, 상기 응축액 배출 포트와 연통하고, 응축액을 회수하기 위해 외부 덕트 라인에 연결되는 헤더를 가진다. 따라서, 응축액 배출 구멍에 도달한 응축액은 가장 짧은 간격로 셸의 외부에 직접 도입되어, 체류하지 않고 유연하게 배출된다. 또한, 배출구로부터 유출된 응축액 및 배출구로부터 유출되는 증기를 헤더부에 의해 효율적으로 회수하여, 회수된 응축액 및 증기를 적절한 압력 및 온도 조건으로 후속 유닛으로 공급할 수 있다. 따라서, 응축 효율은 응축기 내에서의 응축의 진행에 악영향을 주지 않고 더욱 향상될 수 있다.

이제, 본 발명의 일실시예를 도 1 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예에서 담수화 장치에 이용되는 응축기에 본 발명이 적용되는 예를 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 응축기의 정면도, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 응축기의 배면도, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 응축기의 우측면도, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 응축기의 열교환용 플레이트의 정면도, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 응축기의 열교환용 플레이트의 응축액 배출 구멍의 확대 정면도, 도 6은 도 5에 도시된 열교환용 플레이트의 응축액 배출 구멍의 확대 배면도, 도 7은 도 5의 VII-VII선을 따른 단면도, 도 8은 도 5의 VIII-VIII선을 따른 단면도, 도 9는 본 발명의 응축기를 제조하기 위해 열교환용 플레이트를 서로 적층시키기 위한 적층 단계의 설명도, 도 10은 도 9에 도시된 한 세트의 적층된 열교환용 플레이트 상에 열교환용 플레이트를 추가로 적층시키는 적층 단계의 설명도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 응축기(1)는 담수화 장치의 구조 부품들 중 하나로서 작용한다. 상기 응축기는, 동일하게 담수화 장치의 구조 부품의 다른 하나로서 작용하는 플래시 증발기(도시하지 않음)의 감압 용기에 도관을 통하여 연통하는 상자 모양체의 셸(shell)(20), 및 결합된 상태에서 상기 셸(20) 수용되는 복수개의 열교환용 플레이트(10)로 구성된다. 플레이트 사이에 형성되는 틈새 중에서, 증발기로부터 제1 열교환용 유체의 형태로 공급되는 증기가 통과하는 제1 틈새부(51)가 하나 걸러서 형성되는, 한편, 공급된 증기를 열교환용 플레이트(10)를 통해 냉각수와의 사이의 열교환에 의해 응축시키도록, 제2 열교환용 유체로서 작용하는 냉각수가 통과하는 제2 틈새부(52)가 하나 걸러서 형성된다.

각각의 열교환용 플레이트는 직사각형의 금속 박판을 소재로 하여 프레스 성형에 의해 플레이트로 되며, 상기 플레이트의 중앙에, 규칙적인 패턴을 가진 하나 이상의 열전달부(11)가 설치되고, 열전달부(11)를 둘러싸는 플레이트의 외주부에 플랜지부(12)가 형성된다.

상기 열전달부(11)는, 일면에 고온의 열교환용 유체(즉, 제1 열교환용 유체)가 접촉되고, 다른 면에 저온의 열교환용 유체(즉, 제2 열교환용 유체)가 접촉되도록, 열전달을 행하기 위해 최적화된 불규칙 패턴을 가지는 영역이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 열전달부(11)는 3개의 서브 섹션을 가지며, 각각의 서브 섹션은, 상기 제1 열교환용 유체 즉 증기가 각각 공급 및 배출되는 입구 및 출구로서 작용하도록, 수직방향 양단부에 형성되는 개구(11a, 11b)를 가진다. 상기 서브 섹션은 유체 안내 영역(11c)을 가지며, 상기 유체 안내 영역(11c)은 제1 열교환용 유체의 도입 및 배출을 보장하기 위한 불규칙 패턴을 구비하고, 상기 각각의 개구(11a, 11b)를 실질적으로 둘러싸도록 상기 서브 섹션의 양쪽에서 개구(11a, 11b) 근처에 형성된다. 상기 유체 안내부(11c)는, 개구(11a, 11b)로부터 주 열전달 영역(11d)의 경계부로 연장되는 곡선을 따라 정렬되도록 플레이트의 표면에 형성되는 볼록부(11e)를 가진다. 상기 볼록부(11e)는 개구(11a 또는 11b)에 대하여 대칭이 되도록 위치된다.

열전달부(11) 중앙의 주 열전달 영역(11d)에, 수직 방향으로 위치되는 열교환용 플레이트(10)의 수직선에 대해 경사 방향으로 소정 길이 연장되도록 플레이트의 표면(즉, 제1 면)에 형성되는 응축액 배출 홈(13)이 형성된다. 더욱 구체적으로는, 이러한 응축액 배출 홈(13)은 복수개의 쌍의 V자형 홈의 형태로 형성된다. 또한, 응축액 배출 구멍(14)은 응축액 배출 홈(13)의 교차부에, 즉 V자형 홈의 가장 낮은 위치에 형성된다. 주 열전달 영역(11d)은, 상술한 특정 구조를 제외하고, 우수한 열전달 성능을 제공하기 위해 공지되어 있는 불규칙한 패턴을 가진다.

열전달부(11)는 응축액 배출 홈(13), 응축액 배출 구멍(14) 및 다른 볼록부 및 오목부의 위치에서 중앙 수직선에 대해 대칭이다. 또한, 열전달부(11)는 개구(11a, 11b), 유체 안내부(11c), 응축액 배출 구멍(14)의 위치에서 중앙 수평선에 대해 대칭이다. 열교환용 플레이트(10)의 내면들이 서로 대면하고, 내면이 거꾸로 되도록, 열교환용 플레이트(10)가 동일한 구조를 가진 다른 열교환용 플레이트(10) 상에 놓일 때, 이들 플레이트들은 개구, 구멍 및 유체 안내 영역(11c)의 위치에서 대면하는 관계를 가진다. 따라서, 이들 2개의 플레이트들은 볼록부에서 서로 접촉된다.

각각의 열교환용 플레이트(10)의 열전달부(11)은 상술한 바와 같이 응축액 배출 구멍(14)을 가진다. 열전달부(11)는 복수개의 쌍의 혀 모양의 전방 볼록부(15)를 가지며, 상기 혀 모양의 전방 볼록부(15)의 각각의 쌍은 도 5에 도시된 바와 같이 플레이트의 구멍 형성 원주부로부터 돌출되도록 열교환용 플레이트의 전방면(즉, 제1 면)에 형성된다. 혀 모양의 전방 볼록부(15)는, 응축액 배출 홈(13)이 응축액 배출 구멍(14)과 연통하는 위치가 아닌, 플레이트의 상기 구멍 형성 원주부의 다른 위치에 위치된다. 또한, 상술한 열전달부(11)는 복수개의 관형 후방 볼록부(16)를 가지며, 관형 후방 볼록부(16) 각각은 도 6에 도시되었듯이 플레이트의 구멍 형성 원주부로부터 돌출되도록 열교환용 플레이트의 후방면(즉, 제2 면)에 형성된다.

상기 플랜지부(12)는 평탄부(12a)와 볼록부(12b)로 구성되며, 상기 평탄부(12a)는 열교환용 플레이트(10)의 후방을 향해 종방향 선을 따라 구부러지고, 상기 볼록부(12b)는 상기 평탄부(12a)로부터 이탈되도록 열교환용 플레이트(10)의 전방을 향해 횡방향 선을 따라 구부러진다. 열교환용 플레이트(10)가 평행하게 적층되는 경우, 인접하는 2개의 플레이트는 평탄부(12a) 및 볼록부(12b)에서 서로 접촉된다. 그러한 상태에서, 이들 2개의 플레이트의 비접촉부는 상부 및 하부 개구를 형성하며, 상기 상부 및 하부 개구는, 냉각수 즉 제2 열교환용 유체를 위한 입구부 및 출구부로서 작용하도록 플레이트들 사이에 형성되는 제2 틈새부(52)와 연통한다. 개구의 위치는, 플랜지부(12)의 평탄부(12a)와 볼록부(12b) 사이의 위치 관계를 변경함으로써 선택적으로 설정될 수 있다.

상기 열교환용 플레이트(10)의 적층 단계는, 열교환용 플레이트(10)의 내면이 서로 대면하고, 내면이 거꾸로 위치되도록, 열교환용 플레이트(10)가 동일한 구조를 가진 다른 열교환용 플레이트(10) 상에 위치되도록 수행된다. 이들 플레이트들은, 인접하는 플레이트(10)의 열전달부(11)의 불규칙 패턴을 이루는 볼록부, 플랜지부(12), 응축액 배출 구멍(14) 부근의 혀 모양의 전방 볼록부(15), 및 응축액 배출 구멍(14) 부근의 관형 후방 볼록부(16)와 같은 접촉 영역에서, 확산 접합 등의 적절한 결합 방법에 의해 결합된다. 열교환용 플레이트(10)를 일체로 결합하는 단계가 완료된 뒤에, 플레이트의 비결합 부분들 사이의 공간에, 플레이트의 전방면들 사이에 하나 걸러 위치되는 제1 틈새부(51), 및 플레이트의 후방면들 사이에 하나 걸러 위치되는 제2 틈새부(52)가 형성된다. 제1 틈새부(51)는 제1 열교환용 유체 즉 증기가 흐르는 유로를 이루고, 제2 틈새부(52)는 제2 열교환용 유체 즉 냉각수가 통과하는 유로를 이룬다. 이렇게 결합된 한 세트의 플레이트는 셸(20) 내에 고정되어 응축기(1)를 제공한다.

결합된 열교환용 플레이트(10)의 세트에서, 응축액 배출 구멍(14)의 내면을 분리시키는 기능을 가진 인접하는 2개의 플레이트 중 하나의 플레이트의 관형 후방 볼록부(16)는 제2 틈새부(52)에서 다른 플레이트의 대응하는 관형 후방 볼록부(16)와 접촉하며, 이들 볼록부는 함께 결합되어 응축액 배출 구멍(14)과 제2 틈새부(52) 사이에 비연통 상태를 형성한다. 인접하는 2개의 플레이트 중 하나의 플레이트의 혀 모양의 전방 볼록부(15)는 제1 틈새부(51)에서 다른 플레이트의 대응하는 혀 모양의 전방 볼록부(15)와 접촉하며, 이들 볼록부는 홈통의 형태로 함께 결 합되어 응축액 배출 구멍(14)과 제1 틈새부(51) 사이에 연통 상태를 형성하여, 응축액이 응축액 배출 구멍(14) 내로 흐르게 한다. 열교환용 플레이트의 적층 방향으로 열교환용 플레이트를 직선적으로 통과하는 연속적 유로는 응축액 배출 구멍(14)만 포함하여, 제1 틈새부(51)와만 연통한다. 따라서, 연속적 유로는 제1 틈새부(51)에서 발생되는 응축액이 열교환용 플레이트의 적층 방향으로 이동하게 한다.

상기 셸(20)은, 결합된 열교환용 플레이트(10)를 덮는 크기의 금속 상자를 포함한다. 상기 셸(20)의 일측벽에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 병렬로 결합된 플레이트들 사이의 제1 틈새부(51)와 연통하는 상하 개구(11a, 11b)에 연결되는 증기 입출 개구(21, 22)가 형성된다. 또한, 셸(20)의 상부벽에는, 서로 병렬로 결합된 플레이트들 사이의 제2 틈새부(52)와 연통하는 상부 개구에 연결되는 냉각수 배출 포트(23)가 형성된다. 셸(20)의 하부벽에는, 플레이트들 사이의 제2 틈새부(52)와 연통하는 하부 개구에 연결되는 냉각수 공급 포트(24)가 형성된다. 상기 셸(20)은, 열교환용 유체를 위한 이들 개구 개구(21, 22), 배출 포트(23), 및 공급 포트(24)를 제외하고, 틈새부(51, 52)를 외부에 대해 확실하게 격리시키는 밀봉 구조를 가진다. 상기 셸(20)은 내부에, 함께 결합된 열교환용 플레이트(10)의 플랜지부(12) 사이의 공간으로 삽입되도록 소정 간격으로 위치되는 볼록 부재를 가진 마운팅 디바이스를 가진다. 열교환용 플레이트(10)는, 마운팅 디바이스의 볼록 부재가 상기 공간 내에 삽입되어 열교환용 플레이트(10)를 유지하도록, 셸(20) 내에 수용된다. 그 결과, 제1 틈새부(51)와 제2 틈새부(52)가 셸(20) 내에서 서로 연통 하지 않고 완전히 격리된다.

상자 모양의 입구 헤더부(27)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 입구 개구(21)를 둘러싸서 외부로부터 격리하도록 상기 셸(20)의 측벽의 상부 부분의 외면에 장착된다. 동일한 상자 모양의 출구 헤더부(28)는, 출구 개구(22)를 둘러싸서 외부로부터 격리하도록 상기 셸(20)의 측벽의 하부 부분의 외면에 장착된다. 증기 공급용 도관은 입구 헤더부(27)에 연결되고, 응축액 배출용 도관은 출구 헤더부(28)에 연결된다.

도 2에 도시되었듯이, 상기 셸(20)의 상기 측벽에 반대인 측벽에 배출 개구(25)가 형성되고, 상기 배출 개구(25)는 응축액 배출 구멍(14)으로부터 연장되는 선 상의 위치에서 열교환용 플레이트(10)의 응축액 배출 구멍(14)과 연통한다. 반원 관 모양의 헤더(26)는 배출 개구(25)를 둘러싸도록 상기 측벽의 외면에 장착된다. 이들 헤더(26)들은, 외부 도관에 연결된다. 응축액 배출 구멍(14)으로부터 배출 개구(25)로 흐르는 응축액은, 헤더(26)에 의해 집합된 뒤, 응축기(1)의 하류 측에 위치되는 보조 응축부 및 탱크 등 후속 유닛으로 공급된다.

이제, 본 발명의 실시예에 따른 응축기의 플레이트들 사이의 열교환용 유체의 흐름에 대하여 설명한다. 대략적으로는, 증발기에 의한 증발에 의해 얻어진 염분을 포함하지 않는 증기가 분리기에 의해 현탁액(미스트)을 제거하기 위한 제거 단계를 거친 뒤, 응축기(1)에 공급된다. 증기는, 제2 열교환용 유체로서 작용하는 냉각수, 즉 직접 취해진 비교적 낮은 온도의 해수와 열전달부(11)를 통하여 열교환됨으로써 냉각되어, 열전달부(11) 표면에서 응축되어 물방울로 된다.

응축기(1)의 셸(20) 내부에서 발생하는 현상을 아래에서 상세하게 설명한다. 제1 열교환용 유체로서 작용하는 기상의 고온 증기가 셸(20)의 위쪽의 입구 헤더부(27) 및 입구 개구(21)를 통해서 셸(20)의 외부로부터 셸(20) 내로 도입된 뒤, 각각의 열교환용 플레이트(10)의 개구(11a)를 거쳐 제1 틈새부(51) 내로 흐른다. 한편, 증기의 응축으로 얻어진 응축액이 제1 틈새부(51)로부터 열교환용 플레이트(10)의 구멍(11b)을 통하여 흐른 뒤, 셸(20) 아래쪽의 출구 개구(22) 및 출구 헤더부(28)를 통과하여 셸(20) 외부로 배출된다.

상기 제1 틈새부(51)와 플레이트를 사이에 두고 인접하여 형성되는 제2 틈새부(52)에서, 제2 열교환용 유체인 냉각수가, 셸(20)의 하부에 설치되는 공급 포트(24)를 통해서 셸(20)의 외부로부터 셸(20) 내로 도입되고, 플레이트의 하부에 형성되는 개구(22)를 통해 제2 틈새부(52) 내로 공급된다. 열교환을 끝낸 냉각수는, 제2 틈새부(52)와 연통되는 플레이트의 상단 측 개구부를 통해 흐르고, 상부 배출 포트(23)를 통해 셸(20) 외부로 배출된다. 더욱 구체적으로는, 각 열교환용 유체는, 열교환용 플레이트(10) 사이의 제1 및 제2 틈새부를 교대로 흘러, 열교환용 유체들이 서로 반대 방향으로 흐르는 역류 시스템을 형성한다.

제1 틈새부(51)에 있어서, 증기는 플레이트의 상부 개구(11a)를 통해 열전달부(11) 사이의 공간 내로 흐르고, 제1 틈새부(51)에서 열전달부(11)의 표면과 접촉한다. 열전달부(11) 표면 각 부에 있어서, 열전달부(11)를 통한 증기와 냉각수 사이의 열교환은 열전달부(11)의 전체 표면 상에서 이루어지고, 증기는 냉각되어 응축이 진행되며, 그 결과 열전달부(11) 표면에 응축액이 발생한다. 발생한 응축액 은 열전달부(11) 표면을 따라 아래쪽으로 흘러, 근방의 응축액 배출 홈(13)으로 흘러들어 간다. 응축액은 응축액 배출 홈(13)을 따라 흘러 내려 응축액 배출 구멍(14)에 도달한다. 각각의 응축액 배출 구멍(14)에 도달한 응축액은, 응축액 배출 구멍(14)을 통과하여 혀 모양의 전방 볼록부(15) 및 관형 후방 볼록부(16)를 따라 플레이트의 적층 방향으로 이동하고, 배출 개구(25)를 통과하여 최종적으로 헤더(26)에 도달한다. 따라서, 응축액은 응축기(1) 밖으로 배출되어 후속 유닛으로 공급된다.

열전달부(11)에서 발생된 응축액은 응축기(1) 밖으로 직접 배출되어, 열전달부(11) 상의 여러 영역에서 발생된 응축액 전체가 제1 틈새부(51)에서 하방으로 흘러 내려 응축액이 제1 틈새부(51) 하부에 대량으로 체류하는 현상이 없어진다. 따라서, 열전달부(11), 특히 제1 틈새부(51)의 하부 위치에서 응축액이 막의 형태로 열교환용 플레이트(10)의 표면 위에 분산되는 것을 방지할 수 있다. 증기와 플레이트 표면 사이의 넓은 접촉 면적이 확보되어, 응축이 효율적으로 진행한다.

응축액과 함께 증기의 일부는 응축액 배출 구멍(14)을 통해 배출 개구(25)에 도달하고, 그 결과 응축액의 일부는 상기 응축액과 함께 응축기(1)의 배출 개구(25)로부터 헤더(26)를 통해 배출된다. 그러나, 그러한 증기의 일부는, 도관에 의해 헤더(26)에 연결되는 보조 응축부에 의해 적절하게 응축될 수 있어, 문제는 생기지 않는다.

제1 틈새부(51)의 하부에서, 응축 후에, 응축액은 응축액 배출 홈(13) 및 응축액 배출 구멍(14)에 들어가지 않고, 열전달부(11)를 따라 액적으로서 흘러 내리 고, 순조롭게 하부 개구(11b)로 유입되어, 개구(22) 및 출구 헤더부(28)를 통해서 응축기(1) 밖으로 배출된다. 응축기(1)로부터 출구 헤더부(28) 및 헤더부(26)를 통해 배출된 응축액은, 탱크에 의해 일단 수집된다. 보존된 소정량의 담수는 외부로 공급되어 이용된다.

본 발명의 실시예의 응축기에 따르면, 각각의 열교환용 플레이트(10)는, 응축액을 집합시켜 하방으로 흐르게 하는 응축액 배출 홈(13), 및 응축액 배출 홈(13)의 교차점에 형성되는 응축액 배출 구멍(14)을 가진다. 이들 플레이트가 서로 병렬로 적층되어 응축기로서 작용하는 일체화된 본체로 결합될 때 연속적 유로가 형성되며, 연속적 유로는 플레이트의 적층 방향으로 열교환 플레이트를 직선적으로 통과하고, 응축액 배출 구멍(14)을 포함하며, 제1 틈새부(51)와만 연통하지만, 제2 틈새부(52)와는 연통하지 않는다. 연속 유로는 응축기의 외부와 연통한다. 응축기가 작동될 때, 열교환을 거쳐 플레이트 표면에 생긴 응축액은 응축액 배출 홈(13)에 의해 수집된 뒤, 응축액 배출 구멍(14)으로 진입하고, 그 결과 응축액은 응축액 배출 구멍(14)를 포함하는 연속 통로를 통해 흘러, 응축기(1) 하부를 흐르지 않고 후속 유닛으로 신속하게 배출된다. 따라서, 응축기(1) 하부로 흐르는 응축액의 양을 감소시키 수 있어, 응축액이 플레이트 표면 위에 층의 형태로 분산되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 플레이트의 대부분은 기상의 열교환용 유체를 위한 유효한 열전달 영역으로서 작용할 수 있다. 플레이트와 기상의 열교환용 유체 사이의 열전달 효율은 강화될 수 있어, 응축 효율을 향상시실 수 있어, 고성능의 응축기를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 응축기는, 응축액 배출 홈(13)과 응축액 배출 구멍(14)이 열교환용 플레이트(10)의 열교환부에 형성되어 응축액을 직접 배출시키는 점을 제외하고는, 임의의 적절한 구조를 가질 수 있다. 열교환용 플레이트(10)의 플랜지부(12) 형상, 개구(11a, 11b)의 유무와 위치, 및 이들에 대응하는 셸(20)에 형성되는 개구 위치 등의 변경은, 셸(20) 내의 플레이트의 위치에 대한 열교환용 유체의 유출입의 적절한 관계가 응축기의 사용 목적에 기초하여 설정될 수 있도록, 이루어질 수 있다.

본 발명의 응축기의 실시예에 있어서, 각각의 열교환용 플레이트(10)는 복수개의 쌍의 혀 모양의 전방 볼록부(15)를 가지며, 혀 모양의 전방 볼록부(15)의 각각의 쌍은, 도 5에 도시된 바와 같이, 플레이트의 구멍 형성 원주부로부터 돌출하도록, 열교환용 플레이트의 전방면(즉, 제1 면)에 형성되어, 단일 종류의 플레이트는, 플레이트를 하나 걸러 거꾸로 배치함으로써, 응축기를 구성하기에 충분하다. 그러나, 본 발명은 그러한 실시예에 한정되지 않는다. 더욱 구체적으로는, 플레이트를 하나 걸러 거꾸로 위치시키지 않고, 상술한 바와 같이 결합되는 플레이트의 동일한 구조를 제공하는 두 종류의 플레이트가, 동일한 종류의 플레이트가 하나 걸러 배치되로록 이용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 혀 모양의 전방 볼록부(15)가 응축액 배출 구멍(14)의 하부에만 형성될 수 있다. 그러한 경우에, 응축액을 응축액 배출 홈(13) 뿐만 아니라 응축액 배출 구멍(14)에 의해서도 받을 수 있어, 플레이트 표면으로부터의 응축액의 제거 가능성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 응축기에 의하면, 응축기 내의 응축액의 체류에 의한 열전달 효율의 저하가 방지되고, 기상의 열교환용 유체와 플레이트 표면 사이의 접촉이 충분히 확보되어 높은 응축 효율을 제공한다.

Claims (2)

1. 제1 면 및 제2 면을 각각 가진 복수개의 열교환용 플레이트를 포함하며,

   상기 열교환용 플레이트는, 상기 열교환용 플레이트의 인접한 2개의 플레이트가 적층 방향으로 상기 열교환용 플레이트 사이에 교대로 제1 및 제2 틈새부를 형성하도록 제1 면끼리 및 제2 면끼리 서로 대면하는 적층 상태로, 함께 일체로 결합되어 있고,

   각각의 상기 제1 틈새부는 상기 열교환용 플레이트의 한 쌍의 인접한 2개의 플레이트의 제1 면에 의해 형성되어 있으며, 각각의 상기 제2 틈새부는 다른 쌍의 인접한 플레이트들의 제2 면에 의해 형성되어 있고,

   상기 제1 틈새부를 통과하는 제1 열교환용 액체와 상기 제2 틈새부를 통과하는 제2 열교환용 액체 사이에서 상기 열교환 플레이트를 통해 열교환되어, 상기 제1 열교환용 유체가 도입되는 형태의 기상(氣相)으로부터 액상으로 상변화시키는

   응축기에 있어서,

   각각의 상기 열교환용 플레이트의 적어도 일부에, 소정의 불규칙 패턴을 가진 열전달부가 설치되며,

   상기 열전달부는 각각 제1 및 제2 열교환용 유체와 접촉되는 대향면을 가지고,

   각각의 상기 열교환용 플레이트는, 적층된 상기 열전달 플레이트 중 인접 플레이트들이 상기 열전달부의 적어도 일부와 상기 열교환용 플레이트의 원주부의 적 어도 일부에서 서로 접촉되어, 상기 열교환용 플레이트들 사이에서 상기 제1 및 제2 틈새부를 교대로 형성하도록, 소정의 형상을 가지며,

   각각의 상기 열교환용 플레이트의 상기 열전달부는 복수개의 응축액 배출 홈, 및 복수개의 응축액 배출 구멍을 가지고,

   상기 응축액 배출 홈은, 상기 제1 열교환용 액체가 상기 제1 틈새부에서 하방으로 흐르는 방향에 대해 소정 각도로 경사지는 경사 방향으로 소정 간격만큼 연속적으로 연장되도록 상기 열교환용 플레이트 상에 형성되어 있으며,

   각각의 응축액 배출 구멍은 상기 응축액 배출 홈의 교차점에 형성되어 있고,

   상기 열전달부는, 상기 열교환용 플레이트의 상기 제2 면에 형성된 복수개의 관형 볼록부, 및 상기 열교환용 플레이트의 상기 제1 면에 형성된 복수개의 혀 모양의 전방 볼록부를 가지며,

   상기 관형 볼록부는, 상기 열교환용 플레이트의 상기 제2 면 상에서, 상기 응축액 배출 구멍을 형성하는 상기 열전달부의 일부로부터 돌출되고,

   상기 혀 모양의 전방 볼록부는, 상기 열교환용 플레이트의 상기 제1 면 상에서, 상기 응축액 배출 구멍을 형성하는 상기 열전달부의 상기 일부로부터, 상기 관형 볼록부에 대해 반대 방향으로 돌출되며,

   상기 열교환용 플레이트를 함께 일체로 결합시키면, 상기 열교환용 플레이트의 상기 관형 돌출부가 상기 응축액 배출 구멍과 상기 제2 틈새부 사이에 비연통 상태를 형성하도록 인접하는 상기 열교환용 플레이트의 대응하는 관형 볼록부에 도관의 형태로 연결되며, 상기 열교환용 플레이트의 상기 혀 모양의 전방 볼록부가 상기 응축액 배출 구멍과 상기 제1 틈새부 사이에 연통 상태를 형성하도록 인접하는 상기 열교환용 플레이트의 대응하는 혀 모양의 전방 볼록부에 홈통의 형태로 연결되어, 연속적 유로를 형성하고,

   상기 연속적 유로는 상기 열교환용 플레이트를 적층 방향으로 직선적으로 통과하고, 상기 응축액 배출 구멍을 포함하며, 상기 제1 틈새부와만 연통하고,

   상기 연속적 유로는, 상기 제1 틈새부에 발생된 응축액이 상기 열교환용 플레이트의 적층 방향으로 이동될 수 있게 하는

   것을 특징으로 하는 응축기.
2. 제1항에 있어서,

   함께 일체로 결합된 상기 열교환용 플레이트의 외부를 덮고, 상기 제1 및 제2 틈새부에서의 제1 및 제2 열교환용 유체의 독립적 흐름 상태를 보장하며, 제1 및 제2 열교환용 유체가 외부로 유출되는 것을 방지하는, 상자 모양의 셸을 더 포함하고,

   상기 셸에, 상기 셸에 수용되는 상기 열교환용 플레이트의 상기 응축액 배출 구멍과 대면하는 위치에, 상기 응축액 배출 구멍과 연통하도록 상기 셸에 형성된 복수개의 응축액 배출 포트가 형성되어 있으며,

   상기 셸이 적어도 하나의 헤더를 포함하고,

   상기 헤더는 외부로부터 상기 응축액 배출 포트를 둘러싸서, 상기 헤더의 내부가 상기 응축액 배출 포트와 연통되며,

   상기 헤더는 응축액을 회수하기 위해 외부 덕트 라인에 연결되어 있는

   것을 특징으로 하는 응축기.

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