KR20130056279A - 열 교환기 플레이트, 이를 구비하는 플레이트 열 교환기 및 플레이트 열 교환기를 제조하는 방법 - Google Patents

열 교환기 플레이트, 이를 구비하는 플레이트 열 교환기 및 플레이트 열 교환기를 제조하는 방법 Download PDF

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에스지엘 카본 에스이
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Abstract

본 발명은 열 교환기 플레이트(1), 그 제조 방법 및 플레이트 열 교환기(100) 내에 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트(1)를 사용하는 것에 관한 것이다. 적어도 그 상단 측부(10o) 상에 유동 덕트 배열(20)을 구비하는 플레이트 기판(10)이 제공되며, 유동 덕트 배열은 다수의 유동 덕트(20k)를 구비하고, 유동 덕트(20k) 중 일부 또는 모두는 그 전체 범위에 걸쳐 또는 부분적으로 덕트 로드(20s)를 구비하고, 이 덕트 로드(20s)는 각각의 유동 덕트(20k)의 덕트 채널(20w)을 한정하는 덕트 벽(20w)을 형성한다.

Description

열 교환기 플레이트, 이를 구비하는 플레이트 열 교환기 및 플레이트 열 교환기를 제조하는 방법 {HEAT EXCHANGER PLATE, PLATE HEAT EXCHANGER PROVIDED THEREWITH, AND METHOD FOR MANUFACTURING A PLATE HEAT EXCHANGER}
본 발명은 열 교환기 플레이트, 이를 구비한 플레이트 열 교환기 및 플레이트 열 교환기를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 특히 세라믹 플레이트를 구비하는 플레이트 열 교환기에 관한 것이다.
서로 접촉하면서 함께 혼합되지는 않아야 하는 두 개의 유체 또는 기상 매체 사이에서 대량의 열을 교환하기 위한 열 교환기 또는 복열기(recuperator)에서, 소위, 플레이트 열 교환기 또는 플레이트 복열기가 빈번히 사용되며, 이 플레이트 열 교환기 또는 플레이트 복열기에서는 두 개의 매체 사이에서 열을 교환하기 위한 영역이 소위 열 교환기 플레이트 또는 복열기 플레이트를 적층시킴으로써 형성되고, 열 교환기 플레이트 또는 복열기 플레이트는 패킷(packet)과 같이 서로에 대하여 또는 서로의 상단에 배치되고, 직접적으로 인접하는 열 교환기 플레이트들은 그들 사이에 유동 공간을 형성하고, 직접적으로 인접하는 유동 공간들은 유동에 관하여 서로 분리되어 있으며, 각각이 두 개의 매체 중 하나에 할당된다. 따라서, 스택(stack) 또는 패킷 내의 홀수 연속 유동 공간들은 제1 매체를 전달하고, 스택 또는 패킷 내의 짝수 연속 유동 공간들은 제2 매체를 전달하며, 여기에서는 어떠한 혼합도 발생하지 않는다. 여기서, 열은 각각 유동 공간들을 경계 형성 및 분리하는 열 교환기 플레이트들을 통해 교환되고, 그래서, 열 교환기 플레이트들은 유동 공간을 위한 경계 벽으로서 기능하며, 대응 개스킷의 제공을 통해 서로에 대해 밀봉되어 있다.
공지된 열 교환기 플레이트는 예로서, 금속으로 이루어지며, 그래서, 복수의 열 교환기 플레이트를 포함하는 그 구성체는 용접 또는 납땜될 수 있고, 그 결과, 납땜 또는 용접 봉합선은 동시에 개스킷으로서도 작용한다.
그 제조 비용, 중량 및 물리화학적 특성의 견지에서, 금속 열 교환기 플레이트는 때때로 바람직하지 못하다.
본 발명의 목적은 특히 높은 신뢰도 수준과 기계적 안정성으로 특히 효과적으로 열 교환이 실현될 수 있는, 플레이트 열 교환기를 위한 열 교환기 플레이트, 플레이트 열 교환기 자체 및 열 교환기 플레이트를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 본 발명의 배경 목적은 본 발명에 따른 플레이트 열 교환기를 위한 열 교환기 플레이트에 관한 독립 청구항 1의 특징에 의해, 본 발명에 따른 플레이트 열 교환기에 관하여 독립 청구항 17의 특징에 의해, 그리고, 본 발명에 따른 플레이트 열 교환기를 위한 열 교환기 플레이트 제조 방법에 관한 독립 청구항 18의 특징에 의해 달성된다. 유리한 다른 개선형은 종속 청구항의 각각의 주제이다.
따라서, 본 발명의 일 양태는 종래에 제공되던 금속 재료 대신 플레이트 열 교환기를 위한 열 교환기 플레이트를 위한 재료로서 세라믹 재료, 특히, SiC 재료 또는 실리콘 카바이드 재료를 제공하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 양태는 유동 덕트 배열의 제공된 유동 덕트의 일부 또는 전체가 부분적으로 또는 완전히 덕트 웨브를 나타내게 하고, 이 덕트 웨브가 완전히 또는 부분적으로 덕트 홈을 경계 형성하는 채널 벽을 형성함으로써, 이 유형의 재료를 선택한 열 교환기 플레이트의 기계적 안정성을 보증하는 것을 포함한다. 이들 덕트 웨브는 특히 이들이 플레이트 열 교환기 내에 통합될 때, 그리고, 사용중에 다른 열 교환기 플레이트와 상호 작용하는 경우, 유동 덕트 배열의 유동 덕트, 그리고, 이에 따라 플레이트 기판 전체를 기계적으로 안정화하고, 특정 열 교환기 플레이트가 실질적으로 평탄한 방식으로 다른 직접적으로 인접한 열 교환기 플레이트에 대해 접할 수 있게 하며, 그래서, 유동 매체에 의해 작용되는 압력이 하위 세라믹 재료의 플레이트 균열을 초래할 수 없게 한다.
본 발명에 따라 실현될 수 있는 이하의 양태를 강조해둔다.
- 플레이트 기판, 그리고, 이에 따른 열 교환기 플레이트는 임의의, 즉, 심지어 종래의, 형상 및 치수를 나타낼 수 있으며, 그래서, 특히, 플레이트 기판, 그리고, 이에 따른 열 교환기 플레이트의 전체 높이 및 전체 폭이 제한되지 않는다.
- 제공되는 유동 덕트에 관하여, 최소의 덕트 깊이가 용례의 영역에 따른 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트에 제공될 수 있으며, 예를 들어, 역시 소위 마이크로-열 교환기 또는 마이크로 복열기에 대략 0.2 mm 범위 이내로 제공될 수 있다.
- 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트가 플레이트 열 교환기에 사용될 때, 개스킷을 갖는 배열의 사용이 이루어질 수 있다. 그러나, 이는 의무적이지 않으며, 그 이유는 서로의 바로 상단에 바로 인접하게 열 교환기 플레이트를 배치함으로써 상응하는 밀봉부가 형성될 수도 있으며, 열 교환기 플레이트는 공정 중에 서로를 지지하며, 예를 들어, 구체적으로, 플레이트의 후방 측부가 스택 내의 플레이트의 전방 측부와 연속적으로 접촉한다. 또한, 웨브가 웨브에 대해 접할 수 있으며, 후방 측부가 웨브에 대해 접할 수 있는 등이다.
- 열 교환기 플레이트 내의 본 발명에 따른 복수의 열 교환기 플레이트의 배열과 연계한, 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트 및 그 유동 덕트의 기하학적 구성은 예를 들어, 또한, 열 교환 유체(들)의 다수의 전용 및/또는 다수의 통로를 갖는 플레이트 열 교환기에 관하여, 열 교환 매체 또는 유체의 전용을 실현할 수 있게 한다.
소결된 실리콘 카바이드 재료 또는 SSiC 재료가 플레이트 기판 디자인의 전체 또는 일부에 사용될 수 있다. 이 재료 선택에 대한 특별한 장점은 추가된 기계적 안정화에 있으며, 화학적 불활성을 증가시킨다.
최소 층 두께(Dmin) 및/또는 플레이트 기판의 평균 층 두께(Dm)는 약 2 mm과 약 4 mm 사이의 범위일 수 있으며, 특히, 약 3 mm 이하, 바람직하게는 약 2 mm의 치수이다. 형성된 덕트 웨브는 임의의 결과적 기계적 불안정화 없이 열 교환기 플레이트의 층 두께를 대응적으로 감소시킬 수 있게 한다. 유동 덕트의 대응 웨브에 의해 제공되는 기계적 안정화의 부재시에, 열 교환기 플레이트가 세라믹 재료로 제조되면, 열 교환기 플레이트를 안정화하기 위해 매우 더 높은 층 두께가 필요할 수 있다. 이는 중량 및 체적의 증가를 초래하며, 따라서, 동일 수준의 열 교환기에서 더 큰 장비 및 더 높은 비용을 필요로 하게 된다.
플레이트 기판의 층 두께(Ds)는 플레이트 기판의 최소 층 두께(Dmin) 및/또는 플레이트 기판의 평균 층 두께(Dm)보다 덕트 웨브의 영역에서 더 클 수 있으며, 그에 의해, 이하의 관계
Ds ≥ Dmin
를 대략 충족시키거나, 이하의 관계
Ds ≥ Dm
을 대략 충족시킬 수 있다.
-유동 덕트의 국지적 방향에 수직으로 각각 측정된- 유동 덕트 각각의 덕트 홈의 바닥의 높이에서 유동 덕트의 덕트 웨브의 베이스의 국지적 폭(Bsb) 및 유동 덕트의 덕트 홈의 바닥의 국지적 폭(Bb)은 약 1:4의 비율(Bb:Bsb)을 나타낼 수 있으며, 그에 의해, 대략 이하의 관계
Bb:Bsb = 10:4
를 대략 충족시킬 수 있다.
-유동 덕트의 국지적 방향에 수직으로 각각 측정된-유동 덕트의 덕트 홈의 바닥으로부터 이격 방향을 향하는 측부 상에서 유동 덕트의 덕트 웨브의 고원부(plateau)의 국지적 폭(Bsp)과 유동 덕트의 덕트 홈의 바닥의 국지적 폭(Bb)은 약 10:3의 범위 이내의 비율(Bb:Bsp)을 나타낼 수 있으며, 그에 의해, 이하의 관계
10:4 ≤ Bb:Bsp ≤ 10:2
를 대략 충족시키거나,
바람직하게는 이하의 관계
Bb:Bsp = 10:3
를 대략 충족시킬 수 있다.
-유동 덕트의 국지적 방향에 수직으로 각각 측정된-유동 덕트의 덕트 홈의 바닥으로부터 이격 방향을 향하는 측부 상에서 유동 덕트의 덕트 웨브의 고원부의 국지적 폭(Bsp)과 유동 덕트의 덕트 홈의 바닥의 높이에서 유동 덕트의 덕트 웨브의 베이스의 국지적 폭(Bsb)은 약 1:1로부터 약 4:2의 범위의 비율(Bsb:Bsp), 바람직하게는 약 4:3의 비율(Bsb:Bsp)을 나타낼 수 있으며, 그에 의해, 대략 이하의 관계
4:2 ≤ Bsb:Bsp ≤ 1:1
를 대략 충족시킬 수 있거나,
바람직하게는 이하의 관계
Bsb:Bsp = 4:3
을 대략 충족시킬 수 있다.
유동 덕트의 채널 벽은 0°보다 더 크고 30°보다 작은 범위의, 바람직하게는, 약 15°로 놓여지는 유동 덕트의 덕트 홈의 바닥에 대한 법선과의 각도(α)를 포함하며, 그에 의해, 이하의 관계
0°＜ α ≤ 30°
를 대략 충족시킬 수 있거나,
바람직하게는 이하의 관계
α = 15°
를 대략 충족시킬 수 있다.
-유동 덕트의 국지적 방향에 수직으로 측정된-유동 덕트의 덕트 홈의 바닥의 국지적 폭(Bb)과 -유동 덕트의 덕트 홈의 바닥에 수직으로 측정된-유동 덕트의 덕트 홈의 깊이(t)는 약 10:10 내지 약 10:4의 범위의, 바람직하게는 약 10:4의 비율(Bb:t)을 나타낼 수 있으며, 그에 의해, 이하의 관계
10:10 ≤ Bb:t ≤ 10:4
를 대략 충족시킬 수 있거나,
바람직하게는 이하의 관계
Bb:t = 10:4
를 대략 충족시킬 수 있다.
설명된 조치는 플레이트 두께에 관한 덕트 형상에 관하여 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트의 구성 동안 다양한 기하학적 배열에 의해 실현될 수 있으며, 그 결과, 비교적 낮은 체적 및/또는 중량으로 특히 바람직한 기계적 특성이 달성된다.
상부 측부로부터 저부 측부로 플레이트 기판을 관통하고 플레이트 기판의 상부 측부로 또는 그로부터 제1 열 교환 유체(F1)를 공급 또는 제거하는 공급 또는 제거 개구가 제공될 수 있으며, 유동 덕트 배열은 공급 개구로부터 제거 개구로 제1 열 교환 유체(F1)를 수송하도록 설계된다.
유동 덕트 배열 내의 유동 덕트의 전체 또는 부분은 다수의 물결형 진행을 나타낼 수 있다.
물결 방향(U)은 플레이트 기판에 의해 형성된 표면 또는 평면 내에서 연장할 수 있으며, 및/또는 국지적으로 및/또는 평균으로 각각의 유동 덕트에 의해 형성되는 유동 방향에 수직으로 연장할 수 있다.
각각의 유동 덕트를 위한 물결의 형상은 톱니 형상, 교번적 사다리꼴 형상, 파형 형상, 사인곡선(sinus) 형상 및 그 조합을 포함하는 형상의 그룹으로부터의 형상일 수 있다.
플레이트 기판의 후방 또는 저부 측부는 복수의 대응 유동 덕트를 갖는 제2 열 교환 유체(F2)를 위한 제2 유동 덕트 배열을 나타낼 수 있다.
상부 측부로부터 저부 측부로 플레이트 기판을 관통하는 제2 공급 및 제거 개구들이 플레이트 기판의 후방 또는 저부 측부로 또는 그로부터 제2 열 교환 유체(F2)를 공급 또는 제거하기 위해 제공될 수 있으며, 제2 유동 덕트 배열은 제2 공급 개구로부터 제2 제거 개구로 제2 열 교환 유체(F2)를 수송하도록 설계된다.
본 발명에 따른 열 교환기 플레이트는 플레이트 기판 내에서 연장하는 대칭 축(S)에 관하여 전방 또는 상부 측부와 후방 또는 저부 측부에 관해 180°만큼 회전 대칭이 되도록 설계될 수 있다.
플레이트 기판은 실질적으로 직사각형 형상을 가질 수 있다.
공급 및 제거 개구들은 특히 여기서 코너 영역에서 직사각형 형상의 대치된 제1-바람직하게는 더 짧은- 측부들의 영역에 형성될 수 있다.
제1 및/또는 제2 열 교환 유체(F1, F2)가 유동하는 방향 및/또는 유동 덕트가 연장하는 주 방향은 실질적으로 직사각형 형상의 대치된 제2-바람직하게는 더 긴-측부가 연장하는 방향을 따라 형성될 수 있다.
상술한 조치는 본 발명에 따른 복수의 열 교환기 플레이트가 상호 작용할 때, 즉, 스택 또는 패킷 내에서 함께 열을 이룰 때, 서로 다른 유동 형상을 실현할 수 있게 한다.
또한, 본 발명의 다른 양태는 본 발명에 따른 복수의 n개 열 교환기 플레이트를 구비하는 이런 플레이트 열 교환기를 제공하며, 열 교환기 플레이트는 각각의 선행 열 교환기 플레이트(j=1, ..., n-1)의 플레이트 기판의 후방 또는 저부 측부가 각각의 바로 후속하는 열 교환기 플레이트(j=1, ..., n-1인 경우 j+1)의 플레이트 기판의 전방 또는 상부 측부에 바로 대향하여 배치되거나, 그에 대해 직접적으로 접하거나, 특히 밀봉 배열이 개재된 상태로 접하는 방식으로 설계 및 배열되고, 열 교환기 플레이트(j=1, ..., n)들의 순서열 및/또는 특히, 밀봉 배열의 생성은 형성되는 또는 형성된 유동에 관하여 서로 분리된 직접적으로 연이어지는 관통-유동 공간(R1, ..., Rn+1)을 형성하고, 직접적으로 인접한 관통 유동 공간(Rj, Rj+1, j=1, ..., n)이 유동에 관하여 쌍으로 분리되며, 각각의 하나 건너 다음의 인접한 관통 유동 공간(Rj, Rj+2, j=1, ..., n-1)은 유동에 관하여 쌍으로 함께 결합되고, 각각 열 교환 유체(F1, F2)에 할당되며, 각각의 할당된 열 교환 유체(F1, F2)가 각각의 공급 개구로부터 각각의 제거 개구로 유동할 수 있게 하도록 설계된다.
또한, 본 발명의 다른 양태는 플레이트 열 교환기를 위한 열 교환기 플레이트를 제조하는 방법을 제공하며, 이는 구체적으로 전방 또는 상부 측부 및 후방 또는 저부 측부를 갖는 세라믹, SiC 재료 또는 실리콘 카바이드 재료로 구성되거나 그를 포함하는 플레이트 기판을 제공 또는 형성하는 단계와, 플레이트 기판의 전방 또는 상부 측부 상에 복수의 유동 덕트를 갖는 유동 덕트 배열을 형성하는 단계를 포함하고, 유동 덕트 배열의 유동 덕트의 일부 또는 모두는 전체적으로 또는 부분적으로 덕트 홈의 경계를 형성하면서 덕트 벽을 형성하는 덕트 웨브로 제조된다.
플레이트 기판은 소결된 실리콘 카바이드 재료 또는 SSiC 재료로 구성되거나 이를 포함할 수 있다.
유동 덕트 배열의 유동 덕트는 완전히 또는 부분적으로 다중 물결형 진행을 나타내도록 설계될 수 있다.
물결 방향(U)은 플레이트 기판에 의해 형성된 표면 또는 평면 내에서 및/또는 국지적으로 또는 평균적으로 유동 덕트에 의해 형성된 유동 방향에 수직으로 연장하도록 설계될 수 있다.
물결의 형상은 톱니 형상, 교번적 사다리꼴 형상, 파형 형상, 사인곡선 형상 및 그 조합을 포함하는 형상의 그룹으로부터의 형상일 수 있다.
이들 및 다른 양태는 첨부 도면에 기초하여 설명될 것이다.
도 1a는 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트의 일 실시예의 전방 측부를 도시하는 개략 평면도를 도시한다.
도 1b는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트의 실시예의 후방 측부를 도시하는 개략 평면도를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 제1측 유동 덕트가 서로 다른 형상을 가지는, 도 1 및 도 2와 유사한 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트의 다른 실시예를 도시한다.
도 3 및 도 4는 도 1a 및 도 2a의 것들과 유사하게 설계되지만, 공급 덕트의 덕트 웨브가 그에 대해 다른 형상을 나타내는, 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트의 두 개의 실시예의 전방 측부를 도시하는 개략 평면도를 도시한다.
도 5 및 도 6은 덕트 형상의 단면을 예시하기 위해 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트를 도시하는 단면도를 도시한다.
도 7은 플레이트 열 교환기에 제공될 수 있는 종류의, 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트의 스택을 도시하는 분해도를 도시한다.
도 8a 내지 도 8d는 도 7에 도시된 열 교환기 플레이트의 스택 또는 패킷을 도시하는 개략 측면도를 도시하며, 두 개의 제공된 유동 매체를 위한 유동 상태가 예시되어 있다.
도 9는 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트의 스택 또는 패킷을 나타내는, 본 발명에 따른 플레이트 열 교환기의 일 실시예를 도시하는 개략 측면도를 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트의 다른 실시예를 개략적으로 도시하는 평면도 및 단면도를 도시한다.
본 발명의 실시예를 이하에 설명한다. 그 기술적 특징 및 특성과 함께 본 발명의 모든 실시예는 서로 격리 조합될 수 있거나, 제한 없이 필요에 따라 임의적으로 취합될 수 있다.
구조적으로 및/또는 기능적으로 동일, 유사 또는 대등하게 작용하는 특징 또는 요소는 도면과 연계하여 이하에서 동일 참조 번호로 표시되어 있다. 이들 특징 또는 요소의 상세한 설명은 각 경우에서 반복되지 않는다.
먼저, 개괄적으로 도면을 참조한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 복수의 열 교환기 플레이트(1)를 갖는 특히 플레이트 열 교환기(100) 또는 플레이트 복열기(100)에 관한 것이다.
특히, 단일체형으로 설계된, 세라믹 재료가 여기서 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트(1)를 구성하기 위해 제공된다.
단일체형, 세라믹 재료는 굴곡 부하에 매우 민감하다. 이것이 기존에, 플레이트 열 교환기(100)의 열 교환기 플레이트(1)를 구성하는 데 이들이 사용되지 않았던 이유이며, 그 이유는 세라믹 열 교환기 플레이트, 특히, SSiC 열 교환기 플레이트(1)에서 유동 챔버를 위해 다양한 구조 개념이 열 교환기 플레이트(1)의 많은 영역에 걸쳐 어떠한 지지부도 제공하지 않기 때문이다. 이전에는, 액체 압력에 대한 각각의 유동 챔버의 노출 동안 내부 압력 부하에 의해 유발되는 굴곡 부하에 기인한 플레이트 균열이 초래되었다.
이는 본 발명에 따라서, 소위 덕트 웨브(20s)를 갖는 유동 덕트(20k)를 설계함으로써 상쇄되며, 덕트 웨브는 덕트 벽(20w)을 형성하고, 이 덕트 벽은 그 부분 상에서 유동 덕트 배열(20)의 유동 덕트(20k)의 덕트 홈(20r)을 완전히 또는 부분적으로 경계 형성한다.
정확하게는, 덕트 웨브(20s)는 특히 이들이 플레이트 열 교환기(100) 내에서 서로에 대해 본 발명에 따른 복수의 열 교환기 플레이트(1)의 배열을 지지하는 것을 돕는다는 사실에 의해, 세라믹 재료로 구성, 특히, SiC 또는 SSiC 재료로 구성된 열 교환기 플레이트(1)의 구조를 본질적으로 안정화한다.
이제, 도면을 상세히 참조한다.
도 1은 열 교환기 플레이트(1) 또는 열 복열기(1)의 제1 실시예의 개략 평면도를 도시한다.
열 교환기 플레이트(1) 또는 열 복열기(1)는 본질적으로 플레이트 기판(10)으로 구성되며, 플레이트 기판은 또한 열 교환기 플레이트(1)를 위한 기판(10)이라 약칭되며, 적어도 하나의 세라믹 재료(10'), 바람직하게는 SiC 재료 또는 실리콘 카바이드 재료(10')를 포함하거나 이로 구성되며, 또한, 바람직하게는 적어도 하나의 소결 실리콘 카바이드 재료(10') 또는 SSiC 재료(10')를 포함하거나 이로서 구성된다.
열 교환기 플레이트(1)를 위한 기판(10)은 전방 측부 또는 상부 측부(10o)와 후방 측부 또는 저부 측부(10u)를 갖는 플레이트 구조를 갖지만, 그러나, 이들은 특히, 정확하게는 각각의 용례에 관하여 동일한 점유 면적 상에 존재할 수 있고, 또한, 유사하게 또는 심지어 동일한 구조로 이루어질 수도 있다.
본 발명에 따른 열 교환기 플레이트(1)의 기판의 소위 전방 측부 또는 상부 측부(10o)를 먼저 후술한다.
최초에 제1 유체(F1)를 위한 공급 개구(2), 제1 유체(F1)를 위한 제거 개구(3), 제2 유체(F2)를 위한 공급 개구(2') 및 제2 유체(F2)를 위한 제거 개구(3')가 제공된다. 모든 개구(2, 2', 3, 3')는 플레이트 기판(10)의 에지 또는 코너 영역에 형성된다.
제1 유체(F1)를 위한 공급 개구(2)는 도 1a에 도시된 도면의 상부 좌측 코너에 형성된다. 제1 유체(F1)를 위한 제거 개구(3)는 하부 좌측 코너에 형성된다. 그러나, 제1 유체(F1)를 위한 제거 개구(3)는 제1 유체(F1)를 위한 공급 개구(2)의 정반대에, 즉, 도 1a에 도시된 도면에서 하부 우측 코너에 배치될 수 있다.
도 1a의 실시예에서, 제2 유체(F2)를 위한 공급 개구(2')는 상부 우측 코너의 영역에 형성되고, 제2 유체(F2)를 위한 제거 개구(3')는 하부 우측 코너의 영역에 형성된다. 그러나, 제2 유체를 위한 제거 개구(3')는 또한 제2 유체를 위한 공급 개구(2')의 정반대쪽에, 즉, 도 1a에 도시된 도면에서 하부 좌측 코너의 영역에 배치될 수도 있다.
각각의 유체를 위한 각각의 공급 개구 및 제거 개구는 각각 플레이트 기판(10)의 종방향 정렬에 관하여 서로 대향 배치된다. 도 1a에 도시된 배열에서, 이들은 추가로 양자 모두 짧은 에지(k)에 관하여 플레이트 기판(10)의 각각의 좌측 측부 또는 우측 측부 상에 배열된다. 추가로, 한편으로는 두 개의 공급 개구(2, 2') 및 다른 한편으로는 두 개의 제거 개구(3, 3')는 플레이트 기판(10)의 종방향 에지(1) 또는 긴 에지(1)에 관하여 서로 대향 배치되며, 그래서, 특히, 플레이트 열 교환기(100) 내에 본 발명에 따른 복수의 열 교환기 플레이트(10)를 조합할 때, 역류(countercurrent) 프로세스가 실현되며, 이는 이하에서 더 상세히 설명된다.
제1 유체를 위한 공급 개구(2) 및 제거 개구(3)는 제1 유체(F1)를 위한, 그리고, 전방 측부(10o)를 위한 제1측 개스킷(6)에 의해 플레이트 기판(10)의 상부 측부(10a) 상에서 둘러싸여지거나 경계 형성되며, 그래서, 제2 유체(F2)를 위한 공급 개구(2') 및 제거 개구(3')는 상부 측부(10o)를 위한 제1측 개스킷(6) 외측에 배치된다.
제1 유체(F1)를 위한 공급 개구(2) 및 제거 개구(3)에 추가로 전방 측부(10o)를 위한 제1측 개스킷(6) 내부에는 유동 덕트(20k)를 위한 배열(20)이 제공되며, 이는 또한 덕트 배열(20) 또는 유동 덕트 배열(20)이라고도 지칭된다. 이 채널 배열(20) 내에 제공된 복수의 유동 덕트(20k)는 기판(10)의 표면 또는 상부 측부(10o) 상에서 연장하며, 구체적으로는, 복수의 개별 덕트(20k)는 상부 측부(10o)를 위한 제1측 개스킷(6) 내측에서 플레이트 기판(10)의 상부 측부(10o) 상에 일 종의 릴리프(relief)를 형성한다. 덕트(20k)는 실질적으로 제1 유체(F1)를 위한 공급 개구(2)와 제거 개구(3) 사이에서 연장한다.
전체 덕트 배열(20)은 제1측 덕트 배열 또는 제1측 열교환 덕트 배열(21)로 분할되며, 이는 제1 유체를 위한 공급 개구(2)와 제거 개구(3) 사이의 중간에서 제거 개구로부터 약간 이격되어 배치되며, 제1측 덕트(21k) 또는 제1측 열교환 덕트(21k)에 의해 형성된다. 분배 덕트(22k)를 갖는 공급 또는 분배 덕트 배열(22) 또는 분배 덕트(22k) 또는 복수의 번들링, 병합 또는 제거 덕트(23k)를 갖는 번들링, 병합 또는 제거 덕트 배열(23)은 제1 유체(F1)를 위한 공급 개구(2) 및 제거 개구(3)에 바로 인접하며, 제1측 덕트 배열(21)에 바로 연결되고 및/또는 그에 인접한다.
동작 동안, 제1 유체(F1)는 공급 개구(2)를 통해 공급되고, 실용적 방식으로 플레이트 기판의 상부 측부(10o) 상에 도입되며 그곳에 분배된다. 분배는 제1 유체(F1)를 위한 공급 개구(2)에 인접하는 공급 및 분배 덕트 배열(22)의 분배 덕트(22k)에 의해 수행된다.
공급 및 분배 덕트 배열(22)의 분배 덕트(22k)는 제1측 덕트(21k) 또는 제1측 덕트 배열(21)의 제1측 열교환 덕트(21k) 또는 제1측 열교환 덕트 배열(21) 내로 제1 유체(F1)를 전달한다. 제1측 덕트(21k) 및 제1측 열교환 덕트 배열(21)은 공급 및 분배 덕트 배열(22)보다 디자인상 비교적 더 길어서 덕트(20k) 내에서 흐르는 제1 유체(F1)를 위해 그곳에서 더 긴 체류 시간을 초래하며, 그래서, 플레이트 기판(10)에 대한 강한 열 전달이 이루어진다.
그 후, 제1측 덕트(21k)는 소위 번들링 덕트(23k)로 전이되며, 이 번들링 덕트는 제거 덕트(23k) 또는 병합 덕트(23k)라고도 지칭되고 제1측 덕트(21k)로부터의 제1 유체(F1)를 수용하고 이를 제1 유체(F1)를 위한 제거 개구(3)로 이송하며, 이를 통해, 제1 유체(F1)를 위한 공급 개구(2)로부터 시작하여 전체 덕트 배열(20)의 덕트(20k)를 통해 흐른 이후, 제1 유체(F1)는 그 후 다시 한번 덕트 배열(20) 및 이에 따라 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트(1)의 기판의 상부 측부(10o)를 벗어나게 된다.
제1 유체(F1) 및 상부 측부(10o)를 위한 제1측 개스킷(6)에 기인하여, 제1 유체(F1)는 공급 개구(2)로부터 제거 개구(3)로의 유동 동안, 제1측 개스킷(6)의 외측의 외부 영역, 그리고, 이에 따라, 제2 유체(F2)를 위한 공급 개구(2') 및 제거 개구(3')의 영역에 도달하지 않는다. 또한, 제2 유체를 위한 공급 개구(2') 및 제거 개구(3')는 제1 및 제2 제2측 개스킷(4-1 또는 4-2)을 제공하고, 이들은 역시 그 에지 영역에서 제2 유체(F2)를 위한 공급 개구(2') 및 제거 개구(3')를 외측에서 둘러쌈으로써 제2 유체(F2)를 위한 공급 개구(2') 또는 제거 개구(3')를 밀봉한다. 결과적으로, 제1 유체(F1)를 위한 공급 개구(2) 및 제거 개구(3)와 제2 유체(F2)를 위한 공급 개구(2') 및 제거 개구(3')는 유동에 관하여 전체적으로 서로 분리 또는 격리되며, 그래서, 제1 및 제2 유체(F1 또는 F2)는 플레이트 기판의 상부 측부(10o) 상에서 함께 혼합되지 않는다.
제1 유체(F1)를 위한 공급 개구(2) 및 분배 덕트(22k) 또는 공급 덕트(22k)를 구비하는 공급 및 분배 덕트 배열(22)은 제1 유체(F1)를 위한 또는 기판의 전방 측부(10o)를 위한 공급 또는 분배 영역(7)을 함께 형성한다.
그 제1측 덕트(21k) 또는 제1측 열교환 덕트(21k)를 구비하는 제1측 덕트 배열(21) 또는 제1측 열교환 덕트 배열(21)은 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트(1)의 제1 유체(F1) 또는 플레이트 기판(10)의 상부 측부(10o) 상에 주 열 교환 영역 또는 주 열 전달 영역(9)을 형성한다.
따라서, 제1 유체(F1)를 위한 제거 개구(3) 및 그 번들링 덕트(23k), 병합 덕트(23k) 또는 제거 덕트(23k)를 구비하는 번들링 및 제거 덕트 배열은 제1 유체 또는 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트(1)의 플레이트 기판(10)의 전방 측부(10o)를 위한 소위 번들링 및 제거 영역(8)을 형성한다.
도 1a의 평면도에 도시된 배열은 기록된 대칭 축(recorded symmetry axis; x)에 관하여 엄격하게 축방향 대칭이다. 또한, 기록된 대칭 축(y)에 관하여, 한편으로, 적어도 제1 유체(F1)를 위한 공급 개구(2) 및 제2 유체(F2)를 위한 제거 개구(3')와, 제1 유체(F1)를 위한 제거 개구(3) 및 제2 유체(F2)를 위한 공급 개구(2')는 엄격히 축방향 대칭적 방식으로 배열된다. 기판(10)의 외부 형상은 양 축(x, y)에 관하여 엄격히 축방향 대칭적 방식으로 배열되고, 실질적으로 둥근 코너와, 약 2:1의 범위 이내의 긴 에지(I)와 짧은 에지(k)를 위한 높이-폭 비율을 갖는 세장형 직사각형 같은 형상이다.
도 1a에 도시된 배열에서, 공급 덕트(22k) 또는 분배 덕트(22k)는 1:1 배열 또는 할당으로 제1측 덕트(21k)로 직접적으로 전이되며, 순차적으로, 제1측 덕트(21k)는 1:1 배열로 번들링 덕트(23k) 또는 제거 덕트(23k)로 전이된다. 도면상의 덕트 중공 공간(20r) 또는 덕트 홈(20r)은 백색으로 또는 밝게 도시되어 있으며, 덕트 벽을 포함하는 덕트 웨브(20s)는 흑색으로 또는 어둡게 도시되어 있다.
따라서, 도 1a의 배열의 전체 덕트(20k)는 각각의 공급 덕트(22k), 직접적으로 할당된 제1측 덕트(21k) 및 그에 직접적으로 할당된 제거 덕트(23k)에 의해 형성된다. 여기서, 제1측 덕트(21k)는 삼각형 기본 패턴을 갖는 톱니 또는 지그재그 라인 같은 형상이다. 그러나, 다른 실시예도 고려할 수 있다.
도 1a로부터의 배열에 관한 중요한 인자는 전체 덕트 배열(20) 및 특히, 덕트(20k)가 덕트 홈(20r)의 덕트 벽(20w)을 형성하는 소위 덕트 웨브(20s)로 구성된다는 것이다. 이들 덕트 웨브(20s)는 제1 유체(F1)를 위한 공급 개구(2)의 영역에서 수력학적 또는 유체역학적 관점으로부터 정확하게 특수한 기계적 안정성을 산출한다.
한편으로, 고유하게 평탄하게 설계된 플레이트 기판(10)의 기계적 안정성은 만입된, 홈(20r) 및 웨브(20s)의 순서열에 의해 고유하게 안정화된다. 그러나, 플레이트 열 교환기(100) 내의 본 발명에 다른 적층된 열 교환기 플레이트(1)의 복수의 플레이트 기판(10) 사이의 상호 작용은 추가적으로 직접 인접한 기판(10)이 덕트 웨브(20s)의 영역 상에서 서로 지지되는 효과를 갖는다. 이 이중적 기계적 안정화 또는 보강은 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트(1)의 플레이트 기판(10)의 플레이트 두께 또는 층 두께(Ds)를 증가시킬 필요 없이, 특히 소위 실리콘 카바이드 재료 또는 SiC 재료의 형태의, 특히, 소결된 실리콘 카바이드 재료 또는 SSiC 재료의 형태의, 굴곡 응력에 관하여 본질적으로 강한 부하를 견딜 수 없는 플레이트 기판(10)의 세라믹 기판 재료(10')를 본 발명에 따라 사용할 수 있게 하며, 그 이유는, 인접한 열 교환기 플레이트(1)의 플레이트 스택 내에 직접적으로 덕트(20k)의 웨브(20s)를 접하게 함으로써 상호 지지와 함께 웨브 구조, 즉, 만입된, 덕트의 홈(20r)과 덕트(20k)의 웨브(20s)의 순서열이 서로에 대해 더 높은 강성도 및 안정화를 산출하며, 그래서, 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트(1)의 플레이트 기판(10) 상의 굴곡 응력은 제1 유체(F1)가 높은 압력을 동반하여 제1 유체(F1)를 위한 공급 개구(2)를 통해 도입될 때에도 가능한 최대치를 초과하지 않기 때문이다.
도 1a의 배열로부터 기판(10)의 상부 측부(10o)의 방향으로부터 보면, 도 1b는 동일 기판(10)의 후방 측부(10u) 또는 저부 측부(10u)의 구조를 도시하는 일종의 가상도를 제공한다. 이 때문에, 모든 구조는 점선 또는 쇄선으로 도시되어 있다.
후방 측부(10u)에 관한 제1 유체(F1)를 위한 제거 개구(3)를 위한 또는 공급 개구(2)를 위한 제1 및 제2 제2측 개스킷(4-1', 4-2')의, 그리고, 후방 측부(10u)를 위한 제2 유체(F2)용으로 여기에 제공된 제1측 개스킷(6')의 배열은 대칭 축(x)에 대하여 엄격하게 축방향 또는 경면 대칭이며, 전방 측부(10o)에 관한 제2 유체를 위한 제2측 개스킷(4-1, 4-2)과 제1 유체(F1)를 위한 제1측 개스킷(6)에 관한 도 1a에 도시된 대응 배열에 비교하면, 대칭 축(y)에 대해 엄격하게 축방향 또는 경면 대칭적이다.
여기서, 제1측 개스킷(6')은 공급 개구(2')를 포위하고, 제2 유체(F2)를 위한 제거 개구(3')는 대응 제1 및 제2 제2측 개스킷(4-1', 4-2')으로 유동에 관하여 제1 유체(F1)를 위한 공급 개구(2)와 제거 개구(3)를 외부에서 분리시키며, 그 내부는 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트(1)의 플레이트 기판(10)의 후방 측부(10u) 상에 제2 유체(F2)를 위한 유동 덕트 배열(20') 또는 덕트 배열(20')을 제공한다.
결과적으로, 플레이트 기판(10)의 후방 측부(10u) 또는 저부 측부(10u)를 위한 배열은 실질적으로 도 1a에 도시된 플레이트 기판(10)의 측부(10o)를 위한 배열에 대응한다.
따라서, 공급 영역(7') 또는 분배 영역(7'), 번들링 영역(8') 또는 제거 영역(8') 및 이들 사이의 주 열 교환 영역(9') 또는 주 열 전달 영역(9')은 후방 측부(10u) 또는 제2 유체(F2)를 위해 형성되고, 구체적으로는, 제2 유체(F2)를 위한 공급 개구(2')와 제2 유체(F2)를 위한 공급 덕트(22k') 또는 분배 덕트(22k')를 구비하는 공급 덕트 배열(22') 또는 분배 덕트 배열(22')의 상호 작용을 통해, 제2 유체(F2)를 위한 제1측 덕트(21k') 또는 제1측 열교환 덕트(21k')를 구비하는 제1측 덕트 배열(21') 또는 제1측 열교환 덕트 배열(21')을 통해, 또는, 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트(1)의 플레이트 기판(10)의 후방 측부(10u) 상의 제2 유체(F2)를 위한 번들링, 병합 또는 제거 덕트(23k')를 구비하는 번들링 덕트 배열(23'), 병합 덕트 배열(22') 또는 제거 덕트 배열(24')와 제2 유체(F2)를 위한 제거 개구(3')와의 상호 작용을 통해 형성된다.
달리는, 도 1a에 따른 전방 측부(10o)를 위해 설명된 바가 마찬가지로 적용된다.
도 1a 및 도 1b의 제2 유체(F2)를 위한 제1측 덕트(21k')와 제1 유체(1)를 위한 제1측 덕트(21k) 및 대응 웨브(20s, 20s')가 톱니 또는 지그재그 형상을 나타내고, 특히 사인곡선형 진행 유형으로 도 2a 및 도 2b에 따른 실시예에 파형 형상이 존재한다는 것을 제외하면 도 2a 및 도 2b에 도시된 배열은 도 1a 및 도 1b의 것들에 대응한다.
즉, 예로서, 기판(10)의 상부 측부(10o) 또는 저부 측부(10u)의 평면 내에서 연장하는, 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트(1)의 플레이트 기판(10)의 후방 측부(10u) 및/또는 전방 측부(10o)의 XY 평면에서 물결 방향(U)을 갖는 임의의 측방향 물결부를 갖는 모든 덕트 형상을 기본적으로 고려할 수 있다.
물결부 자체는 덕트(20k, 20k')에서 유동 또는 흐르는 유체(F1, F2)의 더 긴 보유 시간을 초래하며, 따라서, 기판(10)의 재료(10')와의 더 친밀한 교환을 초래한다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트(1)의 두 개의 다른 실시예를 위한 기판(10)의 하부 측부(10o)를 도시하는 평면도를 제공한다. 그 구조에 관하여, 여기서 덕트(20k, 20k')의 제1측 덕트(21k, 21k')는 본질적으로 한편으로는 도 1a 및 도 1b 상의, 그리고, 다르게는 도 2a 및 도 2b 상의 배열의 덕트에 대응하며, 즉, 이들은 톱니 또는 파형 형상을 나타낸다.
도 1a 내지 도 2b 상의 배열에 반대로, 도 3 및 도 4 상의 배열은 공급 덕트(22k, 22k') 및 제거 덕트(23k, 23k')를 제공하고, 이는 더 이상 제1측 덕트(21k, 21k')와 1:1 대응하지 않는다. 오히려, 덕트 웨브(20s, 20s')-특히, 22s, 22s', 23s, 23s'-는 여기서 디자인대로 크게 연장되며, 그래서, 공급 덕트(22k, 22k') 및 제거 덕트의 전체 수는 제1측 덕트(21k, 21k')의 수보다 작다. 그러나, 웨브(20s, 20s', 22s, 22s', 23s, 23s')의 연장이 주어지면, 여기서, 제1 매체를 위한 공급 개구(2) 및 제거 개구(3)의 영역에서, 그리고 대응적으로, 후방 측부(10u) 상의 제2 매체를 위한 공급 개구(2') 및 제거 개구(3')에서 추가로 증가된다.
도 5 및 도 6은 구체적으로 기본적으로 도 1a 내지 도 4 상의 배열을 취하는 방향(Y)에서 본, 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트(1)의 두 개의 실시예의 기판(10)을 통한 부분 단면도를 제공한다.
도 5 및 도 6 상에 도시된 배열은 덕트(20k, 20k')의 단면을 위한 다양한 가능한 실시예, 특히, 제1측 열교환 덕트 배열(21, 21'), 즉, 제1측 덕트(21k, 21k')를 보여준다.
도 5에 도시된 배열에서, 각각의 덕트(20k, 20k')의 각각의 덕트 웨브(20s, 20s') 및 각각의 덕트 홈(20r, 20r')은 대략 직사각형 또는 정사각형 형상을 가지며, 본질적으로 서로에 대해 동일한 구성을 나타낸다. 예로서, 여기서, 각각의 덕트 바닥(20b, 20b')은 하위 기판(10)을 위한 최소 층 두께(Dmin)의 레벨을 형성한다. 웨브 또는 덕트 웨브(20s, 20s')는 덕트 홈(20r, 20r')의 깊이(t)를 형성하는 높이로 그 위에 배치되며, 이는 유동 덕트(20k, 20k')의 덕트 홈(20r)의 바닥(20b, 20b')의 폭(Bb)에 대응하지만, 또한, 바닥(20b, 20b')의 높이에서 덕트 웨브(20s, 20s')의 폭(Bsb), 그리고, 또한, 웨브(20s, 20s')의 고원부(20sp, 20sp')의 국지적 폭(Bsp)에 대응한다.
덕트(20l, 20k')의 형상은 특정 디자인의 덕트 벽(20w, 20w')을 제공한다. 덕트 웨브(20s, 20s')의 고원부(20sp, 20sp')와 각각의 덕트 웨브(20s, 20s')의 베이스를 위해 동일한 폭이 선택되며, 여기서, Bsp=Bsb이다.
대조적으로, 도 6의 실시예에서 덕트 웨브(20s, 20s')의 고원부(20sp, 20sp')와 덕트 웨브(20s, 20s')의 베이스는 덕트 바닥(20b, 20b')으로부터 이격 방향을 향하는 측부를 향해 덕트 웨브(20s, 20s')를 위한 테이퍼형 진행을 산출하는 방식으로 선택되며, 각각의 덕트 벽(20w, 20w')을 위한 경사(α)의 각도는 0°와는 다르며, 그래서, Bsb>Bsp이다.
도 7은 본 발명에 따른 복수의 열 교환기 플레이트(1 또는 1j, j=1, ..., n)를 갖는 플레이트 열 교환기(100)를 위한 배열(100')의 개략 및 분해 사시도를 도시하며, 이는 스택(110)을 닮도록 서로 합동이거나 그를 덮도록 배열되며, 대안적으로, 제2 유체(F2)를 위한 유동 공간(R2, R4, R6, ...) 또는 제1 유체(F1)를 위한 유동 공간(R1, R3, R5, ...)을 생성한다. 또한, 대응하는 제1 및 제2 유체(F1, F2)에 대한, 본 발명에 따른 바로 인접한 열 교환기 플레이트(1 또는 1j, j=1, ..., n)의 간극 또는 유동 공간(R1, R2, R3, ...)의 할당이 도시되어 있다. 화살표는 순방향 및 복귀 유동, 즉, 유입 유동 및 유출 유동에 관한 유동 조건을 나타낸다. 각각의 개스킷(6, 4-1, 4-2) 및 다양한 덕트 배열(20, 20')은 이 도면에 나타나 있지 않다.
도 8a 내지 도 8d는 제1 및 제2 유체(F1, F2)에 관한 도 7의 배열(100')에 제공된 유동 조건의 전달 측면 및 평면도를 도시한다. 전적으로, 제1 및 제2 유체(F1, F2)를 위한 제1 및 제2 제2측 개스킷(4-1, 4-2, 4-1', 4-2')이 여기에 도시되어 있다.
도 7 내지 도 8d를 위해 제공된 정보로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 복수의 열 교환기 플레이트(1 또는 1j, j=1, ..., n)를 함께 스트링잉(stringing) 및 상호 연결하는 것은 제1 및 제2 유체(F1, F2)를 위한 교번적 유동 공간의 순서열을 산출하며, 여기서, 직접적 연속적 열 교환기 플레이트(1 또는 1j, j=1, ..., n) 사이의 연속적, 홀수 간극(R1, R3, R5, ...)은 제1 유체(F1)를 위한 유동 공간(R1, R3, R5, ...)을 형성하며, 연속적 열 교환기 플레이트(1 또는 1j, j=1, ..., n) 사이의 짝수 간극(R2, R4, R6, ...)은 제2 유체(F2)를 위한 유동 공간(R2, R4, R4)을 형성한다.
도 8a 내지 도 8d 상에 도시된 것은 여기서 실척대로 그려져 있지 않은데, 그 이유는 제1측 개스킷(6, 6') 및 제2측 개스킷(4-1, 4-2, 4-1', 4-2')이 구성을 너무 두껍게 하기 때문이지만, 이 도면은 형상 및 유동 조건을 예시하도록 기능한다.
도 9는 본 발명에 따른 복수의 열 교환기 플레이트(1 또는 1j, j=1, ..., n)가 스택(110)으로 조합되어 있는, 본 발명에 따른 플레이트 열 교환기(100)의 배열(100')의 더욱 현실적 모습의 개략적이고 부분적인 절단 측면도를 제공한다.
본 발명에 따른 복수의 열 교환기 플레이트(1 또는 1j, j=1, ..., n)로 구성된 스택(110)은 여기서 대응하는 스크류 조인트(130)를 통해 클램핑 장치(120) 또는 두 개의 클램핑 플레이트(120) 사이에 클램핑되어 있으며, 그래서, 이전 도면에 설명된 상태는 본 발명에 따른 개별 열 교환기 플레이트(1 또는 1j, j=1, ..., n) 사이의 상호 작용 동안 전체로서 나타난다.
도 10a 및 도 10b는 세라믹 기판(10)으로 구성되거나 이를 포함하는 본 발명에 따른 열 교환기 플레이트(1)의 다른 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 열 교환기 플레이트(1)는 여기서 또한 실질적 직사각형 구성을 갖지만, 그러나, 대략 4:1의 긴 에지 짧은 에지(1 또는 k) 사이의 에지 비율을 갖는다. 다르게는, 상태는 도 2a, 도 2b, 도 4 및 도 6과 연계하여 설명되어 있다. 이는 실제 제1측 열교환 덕트(21k, 21k')가 대략 파형 형상이라는 것을 의미하며, 어떠한 1:1 대응 또는 할당도 한편으로는 공급 및 제거 덕트(22k, 22k', 23k, 23k'), 그리고, 다르게는 제1측 열교환 덕트(21k, 21k') 사이에 존재하지 않으며, 하위 유동 덕트(20k, 20k')의 웨브(20s, 20s')-특히, 22s, 22s', 23s, 23s'를 의미-는 단면이 사다리꼴 형상을 가지며, 각각의 덕트 바닥(20b, 20b')으로부터 멀어지는 방향으로 테이퍼형 진행을 갖는다.
1: 열 교환기 플레이트, 본 발명에 따른 복열기 플레이트
1j: 열 교환기 플레이트, 복수의 j=1, ..., n 열 교환기 플레이트, 본 발명에 따른 복열기 플레이트의 배열이 제공된 본 발명에 따른 복열기 플레이트
2: 공급 개구(제1 유체(F1))
2': 공급 개구(제2 유체(F2))
3: 제거 개구(제1 유체(F1))
3': 제거 개구(제2 유체(F2))
4-1: 제1 제2측 개스킷(전방 측부(10o)/공급 개구용, 제2 유체(F2))
4-1': 제1 제2측 개스킷(후방 측부(10u)/공급 개구용, 제1 유체(F1))
4-2: 제2 제2측 개스킷(전방 측부(10o)/공급 개구용, 제2 유체(F2))
4-2': 제2 제2측 개스킷(후방 측부(10u)/공급 개구용, 제1 유체(F1))
6: 제1측 개스킷(전방 측부(10o)/제1 유체(F1))
6': 제1측 개스킷(후방 측부(10u)/제2 유체(F2))
7: 공급 영역/분배 영역(전방 측부(10o)/제1 유체(F1))
7': 공급 영역/분배 영역(후방 측부(10u)/제2 유체(F2))
8: 번들링 영역/제거 영역(전방 측부(10o)/제1 유체(F1))
8': 번들링 영역/제거 영역(후방 측부(10u)/제2 유체(F2))
9: 주 열 교환 영역/주 열 전달 영역(전방 측부(전방 측부(10o)/제1 유체(F1))
9': 주 열 교환 영역/주 열 전달 영역(후방 측부(10o)/제2 유체(F2))
10: 열 교환기 플레이트의 기판(10), 플레이트 기판
10': 플레이트 기판의 재료, 세라믹 재료, SiC 또는 SSiC 재료
10o: 기판(10)의 상부 측부/전방 측부
10u: 기판(10)의 저부 측부/후방 측부
20: 덕트 배열/유동 덕트 배열(전방 측부(10o)/제1 유체(F1))
20': 덕트 배열/유동 덕트 배열(후방 측부(10u)/제2 유체(F2))
20b, 20b': 덕트 바닥
20k, 20k': 유동 덕트, 덕트, 열 교환 덕트
20p, 20p': 덕트 고원부
20r, 20r': 덕트 홈
20s, 20s': 덕트 웨브
20w, 20w' 덕트 벽
21, 21': 제1측 열교환 덕트배열, 제1측 덕트 배열
21b, 21b' 덕트 바닥
21k, 21k': 제1측 열교환 덕트, 제1측 덕트
21p, 21p' 덕트 고원부
21r, 21r': 덕트 홈
21s, 21s': 덕트 웨브
21w, 21w': 덕트 벽
22, 22': 공급 덕트 배열/분배 덕트 배열
22b, 22b': 덕트 바닥
22k, 22k': 분배 덕트
22p, 22p': 덕트 고원부
22r, 22r': 덕트 홈
22s, 22s': 덕트 웨브
22w, 22w' 덕트 벽
23, 23': 번들링 배열/제거 덕트 배열
23b, 23b': 덕트 바닥
23k, 23k': 번들링 덕트, 병합 덕트, 제거 덕트
23p, 23p': 덕트 고원부
23r, 23r': 덕트 홈
23s, 23s': 덕트 웨브
23w, 23w': 덕트 벽
100: 본 발명에 따른 플레이트 열 교환기 또는 플레이트 복열기
100': 본 발명에 따른 플레이트 열 교환기(100) 또는 플레이트 복열기(100)를 위한 배열
110: 복수의 열 교환기 플레이트(1) 또는 복열기 플레이트(1)로 구성된 스택
120: 클램핑 플레이트, 클램핑 배열
130: 스크류 장치, 스크류 조인트, 클램핑 스크류
F1: 제1 유체, 제1 열 교환 유체
F2: 제2 유체, 제2 열 교환 유체
k: 플레이트 기판(10)의 짧은 에지
l: 플레이트 기판(10)의 긴 에지
t: 덕트(20k, 20k') 또는 덕트 홈(20r, 20r')의 깊이
U: 물결 방향

Claims (20)

  1. 플레이트 열 교환기(100)용 열 교환기 플레이트(1)이며,
    - SiC 재료(10') 또는 실리콘 카바이드 재료(10')로 구성되면서 전방 또는 상부 측부(10o)와 후방 또는 저부 측부(10u)를 나타내는 플레이트 기판(10)을 구비하고,
    - 적어도 플레이트 기판(10)의 전방 또는 상부 측부(10o)는 복수의 유동 덕트(20k)를 구비하는 유동 덕트 배열(20)을 포함하고,
    - 유동 덕트 배열(20)의 일부 또는 모든 유동 덕트(20k)는 전체적으로 또는 부분적으로 덕트 웨브(20s)를 구비하며, 덕트 웨브(20s)는 덕트 홈(20r)을 경계 형성하고 덕트 벽(20w)을 형성하는 열 교환기 플레이트(1).
  2. 제1항에 있어서, 플레이트 기판(10)은 소결 실리콘 카바이드 재료(10') 또는 SSiC 재료(10)로 구성되거나 이를 포함하는 열 교환기 플레이트(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 플레이트 기판(10)의 최소 층 두께(Dmin) 및/또는 평균 층 두께(Dm)는 약 2 mm과 약 4 mm 사이의 범위이고, 특히, 약 3 mm 이하, 바람직하게는 약 2 mm의 치수인 열 교환기 플레이트(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 덕트 웨브(20s)의 영역에서 플레이트 기판(10)의 층 두께(Ds)는 플레이트 기판(10)의 최소 층 두께(Dmin) 및/또는 플레이트 기판(10)의 평균 층 두께(Dm)보다 크고, 이에 따라, Ds ≥ Dmin의 관계를 대체로 충족하거나, Ds ≥ Dm의 관계를 대체로 충족하는 열 교환기 플레이트(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 유동 덕트(20k)의 덕트 홈(20w)의 바닥(20b)의 국지적 폭(Bb)과 유동 덕트(20k)의 덕트 홈(20r)의 바닥(20b)의 높이에서 유동 덕트(20k)의 덕트 웨브(20s)의 베이스의 국지적 폭(Bsb)은 약 1:4의 Bb:Bsb 비율을 나타내며, 이에 따라, Bb:Bsb = 10:4의 관계를 대체로 충족하고, Bb 및 Bsb는 유동 덕트(20k)의 국지적 방향에 수직으로 각각 측정되는 열 교환기 플레이트(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 유동 덕트(20k)의 덕트 홈(20r)의 바닥(20b)의 국지적 폭(Bb) 및 유동 덕트(20k)의 덕트 홈(20r)의 바닥(20b)으로부터 이격 방향을 향하는 측부 상의 유동 덕트(20k)의 덕트 웨브(20s)의 고원부(20sp)의 국지적 폭(Bsp)은 약 10:3의 범위 이내의 Bb:Bsp 비율을 나타내고, 이에 따라, 10:4 ≤ Bb:Bsp ≤ 10:2의 관계를 대체로 충족하거나, 바람직하게는 Bb:Bsp = 10:3의 관계를 대체로 충족하며, Bb 및 Bsp는 유동 덕트(20k)의 국지적 방향에 수직으로 각각 측정되는 열 교환기 플레이트(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 유동 덕트(20k)의 덕트 홈(20r)의 바닥(20b)의 높이에서 유동 덕트(20k)의 덕트 웨브(20s)의 베이스(20sb)의 국지적 폭(Bsb) 및 유동 덕트(20k)의 덕트 홈(20r)의 바닥(20b)으로부터 이격 방향을 향하는 측부 상의 유동 덕트(20k)의 덕트 웨브(20s)의 고원부(20sp)의 국지적 폭(Bsp)은 약 1:1 내지 약 4:2의 범위, 바람직하게는 약 4:3의 Bsb:Bsp 비율을 나타내고, 이에 따라, 4:2 ≤ Bsb:Bsp ≤ 1:1의 관계를 대략 충족하거나, 바람직하게는 Bsb:Bsp = 4:3의 관계를 대략 충족하며, Bsb 및 Bsp는 유동 덕트(20k)의 국지적 방향에 수직으로 각각 측정되는 열 교환기 플레이트(1).
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 유동 덕트(20k)의 덕트 벽(20w)은 0°보다 크고 30°보다 작은 범위, 바람직하게는 약 15°인 유동 덕트(20k)의 덕트 홈(20r)의 바닥(20b)에 대한 법선과의 각도(α)를 포함하고, 이에 따라, 0°< α ≤ 30°의 관계를 대략 충족하거나, 바람직하게는 α=15°의 관계를 대략 충족하는 열 교환기 플레이트(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 유동 덕트(20k)의 국지적 방향에 수직으로 측정된 유동 덕트(20k)의 덕트 홈(20r)의 바닥(20b)의 국지적 폭(Bb) 및 유동 덕트(20k)의 덕트 홈(20r)의 바닥(20b)에 수직으로 측정된 유동 덕트(20k)의 덕트 홈(20r)의 깊이(t)는 약 10:10 내지 약 10:4의 범위, 바람직하게는 약 10:4의 Bb:t 비율을 나타내고, 이에 따라, 10:10 ≤ Bb:t ≤ 10:4의 관계를 대략 충족하거나, 바람직하게는 Bb:t = 10:4의 관계를 대략 충족하는 열 교환기 플레이트(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상부 측부(10o)로부터 저부 측부(10u)로 플레이트 기판(10o)을 관통하는 공급 및 제거 개구(2, 3)가 플레이트 기판(10)의 상부 측부(10o)로 또는 상부 측부(10o)로부터 제1 열 교환 유체(F1)를 공급 또는 제거하기 위해 제공되고,
    - 유동 덕트 배열(20)은 공급 개구(2)로부터 제거 개구(3)로 제1 열 교환 유체(F1)를 수송하도록 설계되는 열 교환기 플레이트(1).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 유동 덕트 배열(20)의 유동 덕트(20k)의 전체 또는 일부는 다중 물결형 진행을 나타내고,
    - 물결 방향(U)은 플레이트 기판(10)에 의해 형성된 평면 또는 표면 내에서 및/또는 각각의 유동 덕트(20k)에 의해 형성된 국지적 및/또는 평균적 유동 방향에 수직으로 연장되는 열 교환기 플레이트(1).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 유동 덕트(20k)를 위한 물결의 형상은 톱니 형상, 교번적 사다리꼴 형상, 파형 형상, 사인곡선 형상 및 그 조합을 포함하는 형상의 그룹으로부터의 형상일 수 있는 열 교환기 플레이트(1).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 플레이트 기판(1)의 후방 또는 저부 측부(1u)는 복수의 대응 유동 덕트(20k')를 구비한 제2 열 교환 유체(F2)를 위한 제2 유동 덕트 배열(20')을 나타내는 열 교환기 플레이트(1).
  14. 제13항에 있어서,
    - 상부 측부(10o)로부터 저부 측부(10u)로 플레이트 기판(10)을 관통하는 제2 공급 및 제거 개구(2', 3')가 플레이트 기판(10)의 후방 또는 저부 측부(10u)로 또는 그로부터 제2 열 교환 유체(F2)를 공급 또는 제거하기 위해 제공되고,
    - 제2 유동 덕트 배열(20')은 제2 공급 개구(2')로부터 제2 제거 개구(3')로 제2 열 교환 유체(F2)를 수송하도록 설계되는 열 교환기 플레이트(1).
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 플레이트 기판(10) 내에서 연장하는 대칭 축(S)에 관하여, 후방 또는 저부 측부(10u) 및 전방 또는 상부 측부(10o)에 대해 180°만큼 회전 대칭이 되도록 설계되는 열 교환기 플레이트(1).
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 플레이트 기판(10)은 실질적으로 직사각형 형상을 가지고,
    - 공급 및/또는 제거 개구(2, 2', 3, 3')는 직사각형 형상의 대향하는 제1 측부들-바람직하게는 짧은 측부들-상의 영역에 형성되며,
    - 제1 및/또는 제2 열 교환 유체(F1, F2)가 유동하는 방향 및/또는 유동 덕트(20k, 20k')가 실질적으로 형성되는 주 방향은 직사각형 형상의 대향하는 제2 측부들-바람직하게는 긴 측부들-이 연장하는 방향을 따르는 열 교환기 플레이트(1).
  17. 플레이트 열 교환기(100)이며,
    - 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 복수의 열 교환기 플레이트(1; 1j, j=1, ..., n)를 구비하고,
    - 열 교환기 플레이트(1; 1j, j=1, ..., n)는
    · 각각의 선행 열 교환기 플레이트(1; 1j, j=1, ..., n-1)의 플레이트 기판(1)의 후방 또는 저부 측부(10u)가 각각의 바로 후속하는 열 교환기 플레이트(1; 1j+1, j=1, ..., n-1)의 전방 또는 상부 측부(10o)에 직접적으로 대향하여 배치되거나, 각각의 바로 후속하는 열 교환기 플레이트(1; 1j+1, j=1, ..., n-1)의 전방 또는 상부 측부(10o)에 대해 직접적으로 접하거나, 밀봉 배열체(6, 4-1, 4-2)가 개재된 상태로 접하며,
    · 열 교환기 플레이트(1; 1j, j=1, ..., n)의 순서열 및/또는 특히, 밀봉 배열(6, 4-1, 4-2)의 생성은 형성되는 유동에 관하여 서로 분리된 직접적으로 연이어지는 관통-유동 공간(R1, ..., Rn+1)을 형성하고,
    · 직접적으로 인접한 관통 유동 공간들(Rj, Rj+1, j=1, ..., n)은 유동에 관하여 쌍으로 분리되고,
    · 각각의 하나 건너 다음번의 인접한 관통 유동 공간들(Rj, Rj+2, j=1, ..., n-1)은 유동에 관하여 쌍으로 함께 결합되고, 각각 열 교환 유체(F1, F2)에 할당되며, 각각의 할당된 열 교환 유체(F1, F2)가 각각이 공급 개구(2, 2')로부터 각각의 제거 개구(3, 3')로 유동할 수 있게 하도록 설계되는
    방식으로 설계 및 배열되는 플레이트 열 교환기(100).
  18. 플레이트 열 교환기(100)용 열 교환기 플레이트(1)를 제조하는 방법이며,
    - 전방 또는 상부 측부(10o)와 후방 또는 저부 측부(10u)를 구비하고, SiC 재료(10') 또는 실리콘 카바이드 재료(10')로 구성되거나 이를 포함하는 플레이트 기판(10)을 제공 또는 형성하는 단계와,
    - 플레이트 기판(10)의 전방 또는 상부 측부(10o) 상에 복수의 유동 덕트(20k)를 갖는 유동 덕트 배열(20)을 형성하는 단계를 포함하고,
    - 유동 덕트 배열(20)의 유동 덕트(20k)의 일부 또는 전부는 전체적으로 또는 부분적으로 덕트 웨브(20s)를 갖도록 제조되며, 덕트 웨브(20s)는 덕트 홈(20r)을 경계 형성하고, 덕트 벽(20w)을 형성하는 열 교환기 플레이트 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서, 플레이트 기판(10)은 소결된 실리콘 카바이드 재료(10) 또는 SSiC 재료(10')로 구성되거나 이를 포함하는 열 교환기 플레이트 제조 방법.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    - 유동 덕트 배열(20)의 유동 덕트(20k)는 완전히 또는 부분적으로 다중 물결 진행을 나타내도록 설계되고,
    - 물결 방향(U)은 플레이트 기판(10)에 의해 형성된 평면 또는 표면 내에서 및/또는 유동 덕트(20k)에 의해 형성된 국지적 및/또는 평균적 유동 방향에 수직으로 연장하도록 설계되며,
    - 물결의 형상은 톱니 형상, 교번적 사다리꼴 형상, 파형 형상, 사인곡선 형상 및 그 조합을 포함하는 형상의 그룹으로부터의 형상인 열 교환기 플레이트 제조 방법.
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