KR20130069627A - 단부 패널들에 개선된 연결부들을 구비하는 외부 열교환기 평판들을 구비하는 평판형 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열교환기 어셈블리(104), 단부 패널들(106) 및 단부 패널들(106)을 연결하는 단부 패널 연결 부재들(107)을 구비하는 평판형 열교환기(102)에 관련된다. 열교환기 어셈블리(104)는 한 무더기의 열교환기 평판들(112) 및 열교환기 어셈블리(104)의 반대되는 측들 상에 위치된 한 쌍의 외부 열교환기 평판들(114)을 구비한다. 적어도 하나의 외부 열교환기 평판(114)은 인접한 단부 패널(106)에 기계적으로 연결되며 인접한 단부 패널(106)의 단부 패널 연결 영역(125)에 열적으로 연결되는 인접한 단부 패널(106)을 향하는 외부의 주된 표면 부분(122)을 구비한다. 외부의 주된 표면 부분(122)의 평면 내 열팽창 특성들은 단부 패널 접촉 영역(125)의 평면 내 열팽창 특성들과 동일하다.

Description

단부 패널들에 개선된 연결부들을 구비하는 외부 열교환기 평판들을 구비하는 평판형 열교환기{PLATE TYPE HEAT EXCHANGER HAVING OUTER HEAT EXCHANGER PLATES WITH IMPROVED CONNECTIONS TO END PANELS}
본 발명은 평판형 열교환기에 관련된다.
종래의 평판형 열교환기는 일반적으로 공간적으로 분리되어 형성되나, 다른 온도를 가지는 유체 흐름들이 흐르는 것을 허용하는 유체 채널들이 열적으로 연결되도록 형성된 다수의 열교환기 평판들로 이루어진다. 이는 열전달이 더 뜨거운 유체에서 더 차가운 유체로 일어나는 것을 가능하게 한다.
미국 특허 제5,383,516호에서 열교환기 평판들로 이루어지는 코어 또는 열교환기 어셈블리를 구비하는 평판형 열교환기가 공지되며, 이는 코너 빔들 및 단부 패널들로 이루어지는 단단한 프레임 내에 포함된다. 탄성 밀폐재들은 코어 및 케이싱 사이에 제공된다. 네 개의 밀폐 요소들은 유체 채널들에 공급되는 유체들의 누출을 방지하기 위해 코어 및 코어 빔들 사이에 제공된다. 게다가, 두 쌍의 밀폐 요소들은 코어 및 상부와 바닥 단부 패널들 사이에 제공된다.
공지된 열교환기의 단점은 끝의 밀폐 요소들이, 사용 중에 열교환기 코어 및 프레임 사이에서 열팽창의 예상된 차이에 의해, 열교환기 코어 및 프레임 사이에 연결에서 필수적이라는 점이다. 이러한 밀폐 요소들의 구조 및 장착은 섬세하고 잘못되기 쉬운 공정이어서, 제작 및 유지 비용을 증가시킨다.
본 발명의 목적은 구조가 간단한 반면, 열교환기 어셈블리 및 프레임 사이에 열팽창 특징의 차이를 고려하여, 열교환기 실행을 유지시키는 평판형 열교환기를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 열교환기 어셈블리, 단부 패널들 및 단부 패널들을 연결하는 단부 패널 연결 부재들을 포함하는, 평판형 열교환기에 의해 달성된다. 열교환기 어셈블리는 한 무더기의 열교환기 평판들 및 열교환기 어셈블리의 반대되는 측들 상에 위치된 한 쌍의 외부 열교환기 평판들을 포함한다. 단부 패널들은 열교환기 어셈블리의 반대되는 측들 가까이에 위치된다. 적어도 하나의 외부 열교환기 평판은 인접한 단부 패널에 기계적으로 연결되며 인접한 단부 패널을 향하는 외부의 주된 표면 부분을 구비하고 인접한 단부 패널의 단부 패널 접촉 영역에 실질적으로 완전히 열적으로 연결된다. 외부의 주된 표면 부분의 평면 내 열팽창 특성들은 단부 패널 접촉 영역의 평면 내 열팽창 특성들과 실질적으로 동일하다.
바람직하게도, 그러한 평판형 열교환기는 특히 사용 중에, 인접한 단부 패널들과 열평형 상태에 있는 외부 열교환기 평판들을 구비한다. 이러한 요소들의 평면 내 열팽창 특성들 사이의 무시할만한 차이들과 함께, 외부 열교환기 평판 및 단부 패널 사이에 열 접촉은, 외부 열교환기 평판 및 접촉하는 단부 패널 영역 사이에 평면 내 열팽창 차이가 무시할만한 것으로 예상되는 결과를 가진다. 이러한 방식으로, 추가적인 탄성 요소들은 평판형 열교환기의 단부 패널들에 열교환기 어셈블리의 연결에서 필요하지 않다.
추가적인 실시예에서, 평판형 열교환기 단부 패널 연결 부재들은 코너 빔 연결 영역들에서 단부 패널들을 연결하는 코너 빔들을 포함한다. 열교환기는 개별적인 코너 빔 연결 영역 가까이에 단부 패널에 기계적으로 연결되는 제 1 코너 평판 연결 영역을 구비하는 적어도 하나의 유연한 코너 평판을 더 구비한다. 추가적으로, 유연한 코너 평판은 외부 열교환기 평판의 외부의 주된 표면 코너 영역에 기계적으로 연결되는 제 2 코너 평판 연결 영역을 구비한다. 제 1 코너 평판 연결 영역 및 제 2 코너 평판 연결 영역은 동일 영역이 아니다.
외부의 주된 표면 코너 영역 및 단부 패널에 연결된 동일 영역이 아닌 제 1 및 제 2 연결 영역들을 구비하는 중간 부착 수단들로서 추가적인 유연한 코너 평판들에 의해, 열교환기 평판들의 코너들 및 어셈블리는 단부 패널에 수직 방향으로 변형되는 것이 허용된다. 그에 의해 평판형 열교환기의 작동 동안 일어나는 열교환기 어셈블리 및 코너 빔 사이에 횡방향의 열팽창 차이가 허용되며, 전체로서 열교환기 또는 유연한 코너 평판에 영구적인 손상을 유발하지 않는다.
추가적인 실시예에서, 유연한 코너 평판은 코너 평판 횡단선 영역을 따라 외부 열교환기 평판에 기계적으로 연결되며, 코너 평판 주변선 영역을 따라 단부 패널에 기계적으로 연결된다. 여기에서, 코너 평판 횡단선 영역 상에 가장 먼 점 및 코너 평판 주변선 영역 상에 어느 점 사이의 평면 내 거리는 코너 평판 주변선 영역 상에 모든 점들을 위해 최대화된다.
코너 평판 주변선 영역 상에 모든 점들을 위해 평면 내 거리를 최대화하는 것에 의해, 단부 패널들에 수직한 열팽창 차이로 인해 생기는, 빔 및 열 교환기 어셈블리의 가장 가까운 코너 사이에서 허용된 변형은 최대화된다.
본 명세서 내에 포함되어 있음.
대응하는 참조 기호들이 대응하는 부분들을 가리키는 부수하는 개략적인 도면들을 참조하여 오직 예시로서, 실시예들이 설명될 것이다:
도 1은 일 실시예에 따른 평판형 열교환기의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 2a 및 2b는 일 실시예에 따른 열교환기에서 열교환기 평판들의 사시도이다.
도 3a 및 3b는 다양한 실시예들에 따른 열교환기에서 열교환기 평판들의 사시도이다.
도 4a 및 4b는 일 실시예에 따른 열 교환기에서 단부 패널에 부착되고 탈착되는 외부 열교환기 평판의 사시도이다.
도 5a 및 5b는 일 실시예에 따른 열교환기의 연결 영역들의 상세도이다.
도면들은 설명적인 목적들로만 의도되며, 청구항들에 의해 규정되는 보호 또는 범위의 제한으로 이용되지 않는다.
도 1은 평판형 열교환기(plate type heat exchanger; 102)의 일 실시예의 사시도이다. 평판형 열교환기(102)는 열교환기 어셈블리(heat exchanger assembly; 104), 단부 패널들(end panels; 106) 및 단부 패널들(106)을 연결하는 단부 패널 연결 부재들(end panel connection members; 107)을 포함한다. 일반적으로, 단부 패널 연결 부재들(107)은 단부 패널들(106)의 다양한 영역들에서 단부 패널들(106)에 연결되도록 배치된다. 도 1의 실시예에서, 단부 패널 연결 부재들(107)은 코너 빔 연결 영역들(corner beam connecting regions; 118) 내에 단부 패널들(106)을 연결하는 코너 빔들(corner beams; 108)을 포함한다.
열교환기 어셈블리(104)는 한 무더기(stack)의 열교환기 평판들(heat exchanger plate; 112) 및 열교환기 어셈블리(104)의 반대되는 측들 상에 위치되는 한 쌍의 외부 열교환기 평판들(outer heat exchanger plates; 114)을 포함한다. 열교환기 평판들(112) 및 외부 열교환기 평판들(114)은 서로 이격되고 평행한 구성으로 도시된다.
열교환기 어셈블리(104)의 반대되는 측들 가까이에 위치된 단부 패널들(106)이 추가적으로 도시된다. 단부 패널들(106)은 외부 열교환기 평판들(114)에 평행하게 도시된다. 단부 패널들(106)은 열교환기(102)의 외부 표면들을 보호하는, 구조적으로 강화된 평판들일 수 있다. 단부 패널 연결 부재들(107)은 (예를 들어, 축소, 비틀림 또는 좌굴(buckling) 같은) 상당한 변형 없이, 어셈블리 및 단부 패널들(106)의 중량을 지지하기에 충분히 단단할 수 있다. 도 1에 도시된 각각의 코너 빔(108)은 코너 빔 연결 영역들(corner beam connecting regions; 118) 내에 단부 패널들(106)을 연결하여, 열교환기 어셈블리가 장착될 수 있는 프레임(frame) 구조를 생기게 한다.
적어도 하나의 외부 열교환기 평판들(114)은 인접한 단부 패널(106)에 기계적으로 연결되며 외부의 주된 표면 부분(outer main surface portion; 122)은 인접한 단부 패널(106)의 단부 패널 접촉 영역(end panel contacting region; 125)에 실질적으로 완전히 열적으로 연결된다. 외부의 주된 표면 부분(122)의 평면 내 열팽창 특성들은 단부 패널 접촉 영역(125)의 평면 내 열팽창 특성들과 실질적으로 동일하다. 열교환기(102)의 작동 동안, 외부 열교환기 평판(114) 및 단부 패널(106)은 열 접촉 상태이다. 외부의 주된 표면 부분(122) 및 단부 패널(106)의 평면들 내에 유사한 열팽창 특성들에 의해, 가열에 의한 이러한 구성요소들의 작동 동안 예상되는 변형은 유사하다. 따라서, 결과적인 열팽창 차이, 즉, 두 개의 별개의 대상들에 대한 열에 의한 팽창률 차이는 무시할 수 있다.
“무시할 수 있는(negligible)”이라는 용어는 여기에서 약 0.1%까지의 평면 내 팽창 차이를 가리킨다. 외부 열교환기 평판(114)은 손상되지 않고, 결과적인 작은 변형에 순응하도록 충분한 유연성을 구비할 수 있다.
실시에서, 단부 패널(106) 및 외부 열교환기 평판(114)의 열팽창 특성들 및/또는 작동 온도들 사이에 약간의 차이는 수용할 수 있다. 열교환기 평판들(112, 114)뿐만 아니라 단부 패널들(106)을 위한 공통적인 구성 물질들은 일반적으로 1.3·10-5 내지 1.8 ·10-5 K-1 범위인 열팽창 계수들(α)을 구비하는, 다양한 유형의 강(steel)일 수 있다. 예를 들어, 단부 패널(106) 및 외부 열교환기 평판(114)이 모두 1.8·10-5 K-1과 동일한 α를 구비한다면, 단부 패널(106) 및 외부 열교환기 평판(114) 사이의 50℃ 온도 차이는 대략 0.1%의 평면 내 열팽창 차이를 산출할 것이다. 이러한 온도 차이는 일반적으로 500℃ 이상의 작동 온도와 함께 열교환기(102) 내에서 일어날 수 있다.
결합된 단부 패널(106) 및 외부 열교환기 평판(114)이 약간 다른 열팽창 계수들(α)을 가진다면, 최대한의 작동 온도는 그에 따라 제한될 수 있다. 예를 들어, α = 1.8·10-5K-1을 구비하는 탄소강의 단부 패널(106) 및 α = 1.5·10-5K-1을 구비하는 탄소강의 외부 열교환기 평판(114)에서, 평면 내 팽창 차이는 열교환기(102)의 최대한의 작동 온도들을 제한하는 것에 의해 수용 가능한 범위들 내에 유지될 수 있다. 200℃의 작동 온도 아래에서, 단부 패널(106) 및 외부 열교환기 평판(114) 사이의 온도 차이는 일반적으로 예를 들어 5 내지 10℃와 같이 작다.
무시할 수 있는 열팽창 차이에 의해, 추가적인 탄성 밀폐 요소들(elastic sealing elements)은 단부 패널(106)에 외부 열교환기 평판(114)의 누출-방지의(leak-proof) 부착을 획득하기 위해 요구되지 않는다.
외부 열교환기 평판(114)의 외부의 주된 표면 부분(122) 및 단부 패널 접촉 영역(125) 사이의 밀폐는 단부 패널(106)에 외부의 주된 표면 부분(122)을 용접하는 것에 의해 달성될 수 있다.
요구되지는 않으나, 외부 열교환기 평판들(114)은 다른 (내부의) 열교환기 평판들(11)과 비교해 다른 기하학 형상을 구비할 수 있다. 이는 도 2a - 3b를 참조하여 더 설명될 수 있다. 편의를 위해, 외부 열교환기 평판들(114)에 가장 가까운 어셈블리(104) 내의 열교환기 평판들은 인접한 열교환기 평판들(112´)로서 추가적으로 가리켜진다.
도 1에 도시된 바와 같이, 열교환기(102)는 작동 동안 열에너지를 교환하는 유체들을 이송하기 위한 다양한 유체 채널들을 구비할 수 있다. 열교환기 평판들(112)은 제 1 유체 채널들(first fluid channels; 126) 및 제 2 유체 채널들(second fluid channels; 128)을 형성한다. 게다가, 외부 열교환기 평판(114) 및 외부 열교환기 평판(114)에 가장 가까운 인접한 열교환기 평판(112´)은 외부 유체 채널들(outer fluid channels; 129)을 형성한다. 이와 같이, 이러한 제 1 유체 채널들(126), 제 2 유체 채널들(128) 및 외부 유체 채널들(129)은 유체들을 이동하기 위해 공간적으로 분리되고 열적으로 연결된 도관들(conduits)을 구성한다.
도 1에 도시된 열교환기 어셈블리(104)는 직교류(cross-flow) 평판형 열교환기 어셈블리로서 참조된다. 직교류 평판형 열교환기 어셈블리는 열교환기 어셈블리(104)의 인접한 면들에 엇갈리게 위치된 채널 구멍들을 구비하는, 제 2 유체 채널들(128)에 수직인 유체 채널들(126)을 구비한다. 여기에 나타내진 기술적인 특징들은 도시된 직교류 구성에 한정되지 않으며, Z형 구성의 U형을 구비하는 및/또는 일치하거나 반대방향 흐름 원칙들을 바탕으로 하고 것과 같이, 다른 열교환기 유형들에 또한 적용될 수 있다.
도 1에 도시된 직교류 열교환기에서, 제 1 및 제 2 유체 채널들(126, 128)은 열교환기 어셈블리(104)의 반대 측들 상에서 열린다. 이러한 제 1 및 제 2 유체 채널들(126, 128)은 두 개의 별개의 채널 그룹들로 분류될 수 있으며, 다른 온도들을 구비하는 유체 흐름들을 위해 별개의 공급 및 방출 채널들에 연결 가능하다. 도 1에 도시된 구성에서, 단부 패널들(106)에 가장 가까이에 위치된 외부 유체 채널들(129)은 제 1 유체 채널들(126)의 채널 그룹에 속할 수 있다. 그 대신에, 외부 유체 채널들(129)은 제 2 유체 채널들(128)의 채널 그룹에 속할 수 있다. 두 상황들에서, 동일한 유형의 유체는 양쪽의 외부 유체 채널들(129)을 통해 흐를 수 있다.
그 대신에, 하나의 외부 유체 채널(129)은 제 1 유체 채널들(126)의 그룹에 속할 수 있는 반면, 남아 있는 외부 유체 채널(129)은 제 2 유체 채널들(128)의 그룹에 속할 수 있다. 이러한 구성을 구비하는 직교류 열교환기에서, 두 개의 외부 유체 채널들(129)은 (도시되지 않은) 열교환기 어셈블리(104)의 다른 측들 상에 위치될 수 있다.
일 실시예에 따라, 평판형 열교환기(102)는 코너 빔(108) 및 열교환기 어셈블리(104) 사이에 제공되는, 밀폐 수단(sealing means; 134)을 구비한다. 밀폐 수단(134)은 단부 패널들(106) 사이에서 그리고 코너 빔(108)을 따라 연장한다. 밀폐 수단(134)의 목적은 별개의 채널 그룹들 내에서 흐르고 다른 온도들을 구비하는 유체 흐름들 사이에 누출을 방지하는 것이다. 따라서 유체들은 의도된 유체 채널들(126, 128, 129) 내에서 흐르고 제한된 채로 있을 수 있다.
밀폐 수단(134)은 열교환기 어셈블리(104)의 특정 영역들 및 각각의 코너 빔(108) 사이에 제공될 수 있다. 도 1은 볼록한 벨로즈(bellows) 같이 밀폐 수단(134)을 도시하며, 각각은 코너 빔(108) 및 상자 형상의 열교환기 어셈블리(104)의 리브(rib) 사이에 부착된다. 이러한 벨로즈는 도 1에서 단부 패널(106)에 가장 가까운, 외부 유체 채널(129) 및 제 1 유체 채널들(126)을 따라 향해진다. (도시되지 않은) 대체의 실시예에서, 볼록한 벨로즈는 제 2 유체 채널들(128)을 따라 향해질 수 있다. 다른 유형들의 밀폐 수단(134)은 고려될 수 있다.
뜨겁거나 차가운 유체 공급 및 방출 채널들에 유체 채널들(126, 128, 129)의 바람직한 연결뿐만 아니라, 바람직한 밀폐 수단(134)의 방향(orientation)은 당업자에게 공지된 방법들에 의한 열교환기의 바람직한 작동 조건들에 의해 결정될 수 있다.
도 2a 및 2b는 일 실시예에 따른 열교환기(102)에서 열교환기 평판들의 사시도이다. 도시된 실시예는 한 무더기의 열교환기 평판들(112, 112´) 및 외부 열교환기 평판(114)을 위한 특정 기하학 형상들을 설명한다. 여기에서, 열교환기 평판들(112, 112´)은 사변 평판 빈 공간들(blanks)로 형성된다. 사변 평판 빈 공간은 쌍의 반대되는 제 1 평판 가장자리들(first plate edges; 204) 및 한 쌍의 반대되는 제 2 평판 가장자리들(second plate edges; 206)을 구비할 수 있다. 제 1 열교환기 평판 측(first heat exchanger plate side; 212)에 구부러지고 하나의 제 1 평판 가장자리(204)를 따라 위치된 각각의 제 1 표면 부분(first surface portion; 208)을 구비하는, 제 1 표면 부분들(208)을 구비할 수 있다. 구부러진 제 1 표면 부분들(208)은 제 1 부분적인 유체 채널(first partial fluid channels; 216)을 구성한다. 사변 평판 빈 공간은 각각은 하나의 제 2 평판 가장자리(206)를 따라 위치되는, 제 2 표면 부분들(second surface portions; 210)을 더 포함할 수 있으며, 제 2 표면 부분들(210)은 열교환기 평판(112)의 제 2 측으로 구부러져, 제 2 부분적인 유체 채널(second partial fluid channel; 218)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 직사각형 평판 빈 공간들은 평행하는 반대되는 제 1 평판 가장자리들(204) 및 평행하는 반대되는 제 2 평판 가장자리들(206)을 구비하여 사용될 수 있다. 특히, 이중으로 구부러진 제 1 표면 부분들(208)은 중간에 구부러짐(bent)을 가지는 두 개의 직사각형 길쭉한 영역들을 구비할 수 있으며, 제 1 평판 가장자리들(204)에 평행하게 나아가는 제 1 부분적인 유체 채널들(216)을 형성할 수 있다. 유사하게, 제 2 표면 부분들(210) 및 결과적인 제 2 유체 채널들(218)은 유사한 구성을 구비할 수 있다. 이러한 구성은 도 2a에 도시된다.
대체의 실시예들에서, 열교환기 평판들(112)은 곡선으로 구부러질 수 있으며 및/또는 개별적인 평판 가장자리들(204, 206)을 따라 동일하게 형상되지 않을 수 있다. 예를 들어, 열교환기 평판들(112)의 하나 이상의 가장자리들(204, 206)은 평판의 특별한 측으로 구부러지지 않은 제 1 및/또는 제 2 표면 부분들(208, 210)을 구비할 수 있다. 남아있는 표면 부분은 (도시되지 않은) 열교환기 평판(112)의 주된 표면 부분(main surface portion; 219)에 대하여 동일 평면상에 있고 구부러지지 않을 수 있다.
이와 별개로, 각각의 외부 열교환기 평판(114)에는 인접한 열교환기 평판(112´)을 향하는 외부 열교환기 평판 측을 향해 구부러지는 외부 표면 부분들(outer surface portions; 220)이 제공될 수 있다. 구부러진 외부 표면 부분들(220)은 외부의 부분적인 유체 채널(outer partial fluid channel; 224)을 형성한다. 도 2a 및 2b에서, 외부의 부분적인 유체 채널(224)은 제 1 부분적인 유체 채널(216)에 평행하게 나아간다.
도 2b는 세 개의 열교환기 평판들(112, 112´)로 구성되는 무더기(stack) 및 외부 열교환기 평판(114)을 도시한다. 이러한 무더기는 열교환기 어셈블리(104)의 일부만을 나타내며 외부의 주된 표면 부분(122)이 연결될 단부 패널 접촉 영역(125) 위에 부유하는 것처럼 도시된다. 외부 열교환기 평판(114) 및 인접한 열교환기 평판(112´)의 결합은 도 2b에 도시된 외부 유체 채널(129)을 산출한다.
바람직하게도, 도 2a 및 2b에 도시된 실시예에 따른 열교환기 어셈블리(104)는 구조를 위해 사변 평판 빈 공간들만을 요구하는 외부 열교환기 평판들(114) 및 열교환기 평판들(112, 112´)을 포함한다.
추가적인 실시예에서, 평판형 열교환기(102)는 외부의 주된 표면 부분(122)과 실질적으로 동일 평면인 외부 평판 가장자리(outer plate edge; 222)를 따라 인접한 단부 패널(106)에 기계적으로 연결된 적어도 하나의 외부 열교환기 평판(114)을 구비한다. 평판 가장자리(222) 및 단부 패널(106)을 따르는 기계적인 연결은 외부 유체 채널(129)을 통해 흐르는 유체들로부터 단부 패널 접촉 영역(125) 및 외부의 주된 표면 부분(122)의 열적으로 연결된 면들을 충분히 밀폐시킬 수 있는 부착을 제공한다. 그 대신에 또는 추가적으로, 외부의 주된 표면 부분(122)의 외부 부분들 또는 남아있는 가장자리들은 단부 패널 접촉 영역(125)에 기계적으로 연결될 수 있다. 일반적으로 기계적인 연결은 용접 및 브레이징(brazing) 같은 다양한 종래의 방법들에 의해 달성될 수 있다.
도 3a 및 3b는 대체의 실시예들에 따른 열교환기(102)에서 열교환기 평판들(112, 112´, 114)의 사시도이다. 도 3a는 도 2b에 도시된 실시예에 보충적인 실시예를 도시한다. 도 3a에서, 인접한 열교환기 평판(112´)은 도 2a에 도시된 인접한 열교환기 평판(112´)의 평면 내 좌우대칭 상이다. 그 결과, 도 3a에서 외부 열교환기 평판(114)의 외부 표면 부분(220)은 인접한 열교환기 평판(112´)의 제 2 표면 부분(210)에 반대로 위치된다. 유사하게, 외부 평판 가장자리(222)는 인접한 열교환기 평판(112´)의 제 1 표면 부분(208) 가까이에 위치된다. 이 실시예는 또한 열교환기 평판들(112, 112´) 및 외부 열교환기 평판들(114)이 사변 평판 빈 공간들로 제작되는 것을 가능하게 한다.
도 3b는 평판형 열교환기의 일부를 도시하며, 열교환기 평판들(112)은 제 1 부분적인 유체 채널들(216)에 대해 안으로 구부러진 코너 표면 부분들(corner surface portions; 302)을 포함한다. 두 개의 결합된 열교환기 평판들(112)의 코너 표면 부분들(302)은 사변형을 구비하는 (도시되지 않은) 제 1 유체 구멍(aperture)을 형성한다. 게다가, 외부 열교환기 평판(114)에는 외부의 부분적인 유체 채널(224)을 향해 구부러진 다각형의 외부 코너 표면 부분들(outer corner surface portions; 306)이 제공된다. 하나의 외부 열교환기 평판(114)의 외부 코너 표면 부분들(306) 및 인접한 열교환기 평판(112´)의 코너 표면 부분들(302)은 결합되어, 또한 사변형을 구비하는 외부 유체 구멍(305)을 형성한다. 사변 유체 구멍들의 집합은 유체의 공급 또는 방출을 위한 채널에 쉽게 연결 가능한 접합부(junction)를 나타낸다. 열교환기 평판들(112)의 구부러진 코너 표면 부분들(302)의 구성에 대한 상세한 설명은 네덜란드 특허 NL2003983에 나타내진다. 외부 열교환기 평판들(114)은 다각형을 구비하는 외부 코너 표면 부분들(306)을 구비하고, 비-사변 평판 빈 공간들로 구조된다. 도 3b에 도시된 각이 진 형상을 구비하는 외부의 부분적인 유체 채널(224) 안으로 코너 표면 부분들(306)을 구부리기에 앞서, 외부 코너 표면 부분들(306)의 요구되는 다각형은 평판 빈 공간들의 추가적인 모서리 따기(chamfering) 및 절단을 요구한다.
열교환기의 실시예에서, 외부 열교환기 평판(114)의 외부 표면 부분(220), 및 인접한 열교환기 평판(112´)의 제 1 또는 제 2 표면 부분들(208, 210)은 접촉하는 표면들로 배치될 수 있다. 결과적인 접촉된 표면 부분들은 (도시되지 않은) 클램핑(clamping) 요소들에 의해 그것들의 전체 길이 위에 부착될 수 있다. 그 대신에 또는 추가적으로, 인접한 평판들(112, 112´, 114)의 접촉하는 표면 부분들(208, 210, 220)은 용접 또는 브레이징 같은 공지된 방법들에 의해 연결될 수 있다.
도 4a 및 4b는 일 실시예에 다른 열교환기(102)에서 단부 패널(106)에 탈착되고 부착되는 외부 열교환기 평판(114)의 사시도이다. 교정된 평면 내 팽창 차이에도 불구하고, 코너 빔들(108) 및 열교환기 어셈블리(104) 사이에서 열팽창 차이는 코너 빔들(108)을 따르고 단부 패널들(106)에 수직인 방향으로 여전히 일어날 수 있다. 열교환기 어셈블리(104)의 리브들(도 1에 도시된 수직 리브들) 및 코너 빔들(108) 사이에서 특히 나타날 것으로 예상되는, 수직 열팽창 차이를 예측하기 위해, 도 4a 및 4b는 단부 패널(106)에 적어도 하나의 유연한 코너 평판(flexible corner plate; 402)이 제공되는 것을 도시한다. 도 4a에 도시된 실시예에서, 두 개의 유연한 코너 평판(402)은 각각 코너 빔 연결 영역(118) 가까이에 위치된다. 유연한 코너 평판(402)은 개별적인 코너 빔 연결 영역(118) 가까이에서 단부 패널(106)에 기계적으로 연결되는 제 1 코너 평판 연결 영역(first corner plate connection region; 408)을 구비할 수 있다. 유연한 코너 평판(402)은 외부 열교환기 평판(114)의 외부의 주된 표면 코너 영역(406)에 기계적으로 연결되는 제 2 코너 평판 연결 영역(second corner plate connection region; 409)을 더 구비할 수 있다.
유연한 코너 평판(402)이 단부 패널(106)에 수직하게 이동하는 것을 가능하게 하기 위해, 제 1 코너 평판 연결 영역(408) 및 제 2 코너 평판 연결 영역(409)은 동일 평면이 아니다. 제 1 코너 평판 연결 영역(408) 및 제 2 코너 평판 연결 영역(409)은 유연한 코너 평판(402)의 다른 측들 상에 위치될 수 있으므로, 모두 유연한 코너 평판(402)에 평행한 평면 내에 돌출된, 제 1 코너 평판 연결 영역(408)의 돌출부(projection) 및 제 2 코너 평판 연결 영역(409)의 돌출부가 동일 평면이 아닌 것을 만족시킬 수 있다. 게다가, 유연한 코너 평판(402)의 영역이 제 1 및 제 2 코너 평판 연결 영역들(408, 409)(의 돌출부들) 중간에 위치되는 것, 및/또는 제 1 및 제 2 코너 평판 연결 영역들(408, 409)(의 돌출부들)은 많아야 단일 중복(overlap) 점만을 구비한다는 것을 만족시킬 수 있다.
동일 평면이 아닌 연결 영역들(408, 409)을 구비하는 중간 부착 수단으로서 추가적인 유연한 코너 평판들(402)에 의해, 열교환기 어셈블리(104)의 코너들은 단부 패널들(106)에 수직 방향으로 자유롭게 이동하는 것이 허용된다. 따라서 유연한 코너 평판들(402), 개별적인 기계적인 연결들 또는 전체로서 열교환기(102) 중 어느 것에도 손상을 유발하지 않고, 평판형 열교환기(102)의 작동 중에 일어나는 코너 빔(108) 및 열교환기 어셈블리(104) 사이에 그리고 단부 패널(106)에 수직하게 열팽창의 횡방향 차이가 허용된다.
일 실시예에서, 외부의 주된 표면 코너 영역(406)은 단부 패널(106)으로부터 멀리 향하는 외부 열교환기 평판(114)의 측을 향하여 구부러진다. 이 측은 도 2a 내지 3b에 도시된 것과 같이, 인접한 열교환기 평판(112´)에 향해진다. 이러한 구부러짐은 단부 패널(106)을 향하는 반대되는 측 상에 엠보(embossment) 또는 여유(saving; 410)를 산출한다. 이러한 여유(410)는 특히 외부의 주된 표면 부분(122)이 단부 패널 접촉 영역(125)에 연결될 때, 유연한 코너 평판(402)의 적어도 부분들을 수용하기에 적합하다. 외부의 주된 표면 코너 영역(406)의 이러한 구부러짐은 외부 열교환기 평판(114)의 반드시 전처리로부터 생기는 것은 아니다. 특히, 외부 열교환기 평판(114)이 구성되는 평판 빈 공간은 유연한 코너 평판(402) 및 단부 패널(106)에 대한 외부 열교환기 평판(114)의 부착 시 여유(410)를 형성하기 위한 충분히 유연한 (탄성의 및 소성 변형) 특성들을 구비하는 ­1 ­2mm의 수로 두께를 구비하는 강철과 같은­ 박판으로 될 수 있다. 외부의 주된 표면 코너 영역(outer main surface corner region; 406) 및 유연한 코너 평판(402) 사이에 형성된 간격들은 이어서 예를 들어 용접 물질로 채워질 수 있다.
도 4a 및 4b에 도시된 실시예에서 평판형 열교환기(102)는 단부 패널(106)에 기계적으로 연결된 코너 평판 주변선 영역들(corner plate peripheral line regions; 412)을 포함하는 제 1 코너 평판 연결 영역들(408)을 구비한다. 도 4b에서, 제 2 코너 평판 연결 영역(409)이 외부의 주된 표면 코너 영역(406)에 기계적으로 연결된 코너 평판 횡단선 영역(corner plate traversing line region; 414)을 포함할 수 있다. 특히, 도 4b는 외부의 주된 표면 코너 영역(406)의 외부의 주된 표면 코너 가장자리 부분(415)에 용접된 코너 평판 횡단선 영역(414)을 도시한다. 바람직하게, 외부 평판 가장자리(222)는 단부 패널(106)에 일부 용접된다. 외부 평판 가장자리(222)의 연속을 형성하는 용접된 외부의 주된 표면 코너 가장자리 부분(outer main surface corner edge portion; 415)과 함께, 도 4b의 외부 열교환기 평판(114)의 전체 외부 평판 가장자리(222)는 외부의 주된 표면 부분(122)의 양쪽 코너들로부터 연장하는 연속적인 용접 심(seam)과 용접된다. ­도 4a 및 4b의 외부 평판 가장자리(222)에 수직으로 도시된­ 외부의 주된 표면 부분(122)의 남아있는 가장자리들은 또한, 요구되지 않으나, 단부 패널 접촉 영역(125) 및/또는 유연한 코너 평판들(402)에 용접될 수 있다.
도 5a는 전술한 코너 평판 주변선 영역(412) 및 코너 평판 횡단선 영역(414)을 추가적으로 도시한다. 일 실시예에 따라, 코너 평판 횡단선 영역(414) 내에 가장 먼 점(p) 및 코너 평판 주변선 영역(412) 내에 한 점(q) 사이의 평면 내 거리(d2)는 코너 평판 주변선 영역(412) 내에 모든 점들(q)을 위해 최대화된다. 이러한 가장 먼 점(p)은 외부의 주된 표면 부분(122)의 코너 또는 맨 끝의 점과 동일 평면이고 코너 빔(108)에 가까운 것으로 추측된다. 이런 방식으로, 코너 빔(108) 가까이에서 단부 패널(106)에 수직하는 유연한 코너 평판(402)의 허용된 움직임은 최대화된다.
일반적으로, 열교환기(102)는 작동 환경들과 다른 조건들 하에서 조립된다. 특히, 추운 평형 상태에서 열교환기(102)의 온도는 작동하는 열교환기(102) 내에 존재하는 온도 분포와 실질적으로 다를 수 있다. 이를 교정하기 위해, 도 5b는 평판형 열교환기(102)에 유연한 코너 평판(402) 및 단부 패널(106) 사이에 여유(502)가 더 제공된다는 것을 도시한다. 열교환기(102)의 제작 동안 제공되는 이러한 여유(502)는 유연한 코너 평판(402)의 적어도 일부가 단부 패널(106)을 향해 수직 거리(d1)로 이동하는 것을 가능하게 할 것이다. 열교환기(102)의 추운 상태에서, 여유(502)는 유연한 코너 평판(402) 및 단부 패널(106)에 수직으로 최대 간격-크기(d1)를 구비할 수 있다. 이러한 최대 간격-크기(d1)는 기계적으로 연결되나 완전히 평행으로 향해지지는 않는, 유연한 코너 평판(402) 및 단부 패널(106) 사이에 가장 큰 거리를 언급한다.
2­3mm의 최대 간격­크기(d1)는 1500·6000mm2까지의 크기들을 구비하는 (외부) 열교환기 평판들(112, 112´, 114)을 구비하는 직교류 평판형 열교환기(102)를 위해 충분하게 갖춰졌다. 이러한 강철 열교환기 평판들은 1800·6300mm2까지의 크기들을 구비하는 단부 패널들(106) 상에 장착된다.
위의 설명들은 제한하지 아니하며 설명적으로 의도된다. 본 발명의 대체의 그리고 등가의 실시예들이 아래에 설명될 청구항들의 범위로부터 벗어나지 않고, 실시하기 위해 축소되고 고려될 수 있다는 것은 당업자들에게 명백할 것이다.
102: 평판형 열교환기
104: 열교환기 어셈블리
105: 프레임
106: 단부 패널
107: 단부 패널 연결 부재
108: 코너 빔
110: 무더기
112: 열교환기 평판
113: 인접한 열교환기 평판
114: 외부 열교환기 평판
116: 반대되는 측
118: 코너 빔 연결 영역
122: 외부의 주된 표면 부분
124: 외부 표면
125: 단부 패널 접촉 영역
126: 제 1 유체 채널
128: 제 2 유체 채널
129: 외부 유체 채널
134: 밀폐 수단
202: 사변 평판
204: 제 1 평판 가장자리
206: 제 2 평판 가장자리
208: 제 1 표면 부분
210: 제 2 표면 부분
212: 제 1 열교환기 평판 측
214: 제 2 열교환기 평판 측
216: 제 1 부분적인 유체 채널
218: 제 2 부분적인 유체 채널
220: 외부 표면 부분
222: 외부 평판 가장자리
223: 외부 열교환기 평판 측
224: 외부의 부분적인 유체 채널
302: 코너 표면 부분들
303: 제 1 유체 구멍
304: 제 2 유체 구멍
305: 외부 유체 구멍
306: 외부 코너 표면 부분들
402: 유연한 코너 평판
404: 단부 패널 코너
406: 외부의 주된 표면 코너 영역
408: 제 1 코너 평판 연결 영역
409: 제 2 코너 평판 연결 영역
410: 여유
412: 코너 평판 주변선 영역
414: 코너 평판 횡단선 영역
415: 외부의 주된 표면 코너 가장자리 부분
418: 유연한 부분
502: 여유
d1: 수직 거리
d2: 평면 내 거리
p: 가장 먼 점
q: 점
A: 평면

Claims (14)

  1. 열교환기 어셈블리(104), 단부 패널들(106) 및 상기 단부 패널들(106)을 연결하는 단부 패널 연결 부재들(107)을 포함하고, 상기 열교환기 어셈블리(104)는 한 무더기의 열교환기 평판들(112) 및 상기 열교환기 어셈블리(104)의 반대되는 측들 상에 위치된 한 쌍의 외부 열교환기 평판들(114)을 포함하고, 상기 단부 패널들(106)은 상기 열교환기 어셈블리(104)의 반대되는 측들 가까이에 위치되며,
    적어도 하나의 외부 열교환기 평판(114)은 인접한 단부 패널(106)에 기계적으로 연결되며, 상기 인접한 단부 패널(106)을 향하고 상기 인접한 단부 패널(106)의 단부 패널 접촉 영역(125)에 실질적으로 완전히 열적으로 연결되는 외부의 주된 표면 부분(122)을 구비하고, 상기 외부의 주된 표면 부분(122)의 평면 내 열팽창 특성들은 상기 단부 패널 접촉 영역(125)의 평면 내 열팽창 특성들과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 평판형 열교환기(102).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기 평판들(112)은 제 1 유체 채널들(126) 및 제 2 유체 채널들(128)을 형성하고, 상기 각각의 외부 열교환기 평판(114) 및 상기 외부 열교환기 평판(114)에 가장 가까운 인접한 열교환기 평판(112´)은 외부 유체 채널(129)을 형성하며, 상기 제 1 유채 채널들(126), 제 2 유체 채널들(128) 및 외부 유체 채널들(129)은 유체들을 이송하기 위해 공간적으로 분리되고 열적으로 연결된 도관들을 형성하는 평판형 열교환기(102).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 단부 패널 연결 부재들(107)은 코너 빔 연결 영역들(118) 내에 상기 단부 패널들(106)을 연결하는 코너 빔들(108)을 포함하고, 상기 밀폐 수단(134)은 적어도 하나의 코너 빔(108) 및 상기 열교환기 어셈블리(104) 사이에 제공되며, 상기 밀폐 수단은 상기 단부 패널들(106) 사이에서 연장하고 상기 적어도 하나의 코너 빔(108)을 따르며, 상기 밀폐 수단(134)은 사용 중에 상기 제 1 유체 채널들(126), 상기 제 2 유체 채널들(128) 및 상기 외부 유체 채널들(129) 내에 흐르는 유체들의 누출을 방지하도록 배치되는 평판형 열교환기(102).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열교환기 평판들(112)은 한 쌍의 반대되는 제 1 평판 가장자리들(204) 및 한 쌍의 반대되는 제 2 평판 가장자리들(206)을 구비하고, 하나의 제 1 평판 가장자리(204)를 각각 따르고 제 1 열교환기 평판 측으로 구부러져 제 1 부분적인 유체 채널(216)을 생기게 하는 제 1 표면 부분들(208) 및 하나의 제 2 평판 가장자리(206)를 각각 따르고 제 2 열교환기 평판 측으로 구부러져 제 2 부분적인 유체 채널(218)을 생기게 하는 제 2 표면 부분들(201)을 구비하는 사변 평판들로 형성되는 평판형 열교환기(102).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 외부 열교환기 평판(114)에는 상기 단부 패널(106)로부터 멀리 향하는 외부 열교환기 평판 측을 향해 구부러진 외부 표면 부분들(220)이 제공되어, 외부의 부분적인 유체 채널(224)을 형성하는 평판형 열교환기(102).
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 외부 열교환기 평판(114)은 상기 외부의 주된 표면 부분(122)과 실질적으로 동일 평면인 외부 평판 가장자리(222)를 따라 상기 인접한 단부 패널(106)에 기계적으로 연결되는 평판형 열교환기(102).
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 인접한 열교환기 평판(112´)은 상기 제 1 부분적인 유체 채널(216)에 대해 내부로 구부러진 코너 표면 부분들(302)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 외부 열교환기 평판(114)에는 상기 외부의 부분적인 유체 채널(224)을 향해 구부러진 다각형의 외부 코너 표면 부분들(306)이 제공되며, 상기 외부 코너 표면 부분들(306) 및 상기 코너 표면 부분들(302)은 결합되어, 사변형으로 외부 유체 구멍(305)을 형성하는 평판형 열교환기(102).
  8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    개별적인 코너 빔 연결 영역(118) 가까이에서 상기 단부 패널(106)에 기계적으로 연결되는 제 1 코너 평판 연결 영역(408)을 구비하는 적어도 하나의 유연한 코너 평판(402)이 더 제공되고, 상기 유연한 코너 평판(402)은 상기 외부 열교환기 평판(114)의 외부의 주된 표면 코너 영역(406)에 기계적으로 연결되는 제 2 코너 평판 연결 영역(409)을 구비하고, 상기 제 1 코너 평판 연결 영역(408) 및 상기 제 2 코너 평판 연결 영역(409)은 비­동일 평면인 평판형 열교환기(102).
  9. 제8항에 있어서,
    상기 외부의 주된 표면 코너 영역(406)은 상기 단부 패널(106)로부터 멀리 향하는 상기 외부 열교환기 평판(114)의 일 측을 향해 구부러지며, 상기 단부 패널(106)을 향하는 상기 외부 열교환기 평판(114)의 일 측 상에 여유(saving; 410)를 제공하며, 상기 여유(410)는 상기 유연한 코너 평판(402)의 적어도 일부를 수용하기에 적합한 평판형 열교환기(102).
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 여유(502)는 상기 유연한 코너 평판(402) 및 상기 단부 패널(106) 사이에 제공되어, 상기 유연한 코너 평판(402)의 부분이 상기 단부 패널(106)을 향해 수직 거리(d1)로 이동하는 것을 허용하는 평판형 열교환기(102).
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 코너 평판 연결 영역(408)은 상기 단부 패널(106)에 기계적으로 연결된 코너 평판 주변선 영역(412)을 포함하는 평판형 열교환기(102).
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 코너 평판 연결 영역(409)은 상기 외부의 주된 표면 코너 영역(406)에 기계적으로 연결된 코너 평판 횡단선 영역(414)을 포함하는 평판형 열교환기(102).
  13. 제12항에 있어서,
    상기 코너 평판 횡단선 영역(414)은 상기 외부의 주된 표면 코너 영역(406)의 외부의 주된 표면 코너 가장자리 부분(415)에 용접되는 평판형 열교환기(102).
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    제11항에 미치는 한, 상기 코너 평판 횡단선 영역(414) 내의 가장 먼 점(p) 및 상기 코너 평판 주변선 영역(412) 내의 한 점(q) 사이의 거리(d2)는 상기 코너 평판 주변선 영역(412) 내의 모든 점들(q)을 위해 최대화되는 평판형 열교환기(102).
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