KR20130122537A

KR20130122537A - 다중 패스 관형 열교환기 및 연관된 패스 분할 판, 채널 커버, 및 방법

Info

Publication number: KR20130122537A
Application number: KR1020127033987A
Authority: KR
Inventors: 얀 타게퍼라; 리스 자코브스키
Original assignee: 셰브런 유.에스.에이.인크.
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2013-11-07
Also published as: CA2800872A1; EP2577207A2; JP2013524158A; US20110290460A1; JP5563715B2; WO2011149617A2; WO2011149617A3; EP2577207A4

Abstract

패스 분할 판의 변형이나 변위 없이 높은 압력 차의 튜브 측에 사용하는데 적합한 패스 분할 판과 튜브시트를 사용하여, 튜브 측 유체 우회 문제를 회피하는 다중 패스 관형 열교환기가 기술된다. 패스 분할판은 튜브시트에서 대응하는 그루브에 끼워맞춰진 에지를 구비한다. 에지와 그 대응하는 그루브는 튜브시트에 대체로 수직으로 연장되는 축에 대해 각각 곡률 반경을 가지고 있다.

Description

다중 패스 관형 열교환기 및 연관된 패스 분할 판, 채널 커버, 및 방법{MULTIPASS TUBULAR HEAT EXCHANGER AND ASSOCIATED PASS PARTITION PLATE, CHANNEL COVER, AND METHODS}

본 발명은 일반적으로 다중 패스 관형 열 교환기에 관한 것으로, 특히, 튜브시트와 패스 분할 판을 구비하는 다중 패스 관형 열교환기에 관한 것이다.

유체를 혼합함이 없이 하나의 유체로부터 다른 유체로 열을 교환하는 다중 패스 관형 열교환기는 여러 사이즈, 형태 및 응용에 널리 사용되고 있다. 제2 열교환 유체에 의해 둘러싸인 복수의 튜브 내에 튜브 측 유체라고 언급되는 제1 열 교환 유체를 흐르게 하는 것에 의해 열이 교환된다. 튜브 측 유체는 튜브의 길이를 복수회 횡단한다. 복수의 튜브의 하나의 단부나 두 개의 단부에는 열교환기의 특정 유형과 응용에 따라 채널, 보닛, 헤더 박스 또는 헤드와 같은 여러 용어로 일반적으로 언급되는 튜브와 유체 연통가능하게 연결된 공간을 둘러싸는 커버가 있다. 둘러싸인 공간과 튜브 사이에는 튜브의 단부들을 수용하는 홀이 있는 평면 튜브시트가 있다. 튜브 측 유체를 원하는 다중 패스의 튜브를 통해 지나가게 하기 위해, 패스 분할판이 일반적으로 둘러싸인 공간(들) 내에 제공된다. 일반적으로, 이 판은 커버 내에 용접되고, 이 판이 있는 커버는 이 판이 튜브시트에 견고히 고정되도록 열교환기의 나머지 부분에 구조적으로 고정된다. 일반적으로 이 판과 튜브시트 사이에는 가스킷이 포함되어 밀봉을 생성하며 이에 튜브 측 유체가 튜브를 우회(bypass)할 수 없다. 다시 말해, 둘러싸인 공간의 입구 측에 들어가는 유체는 둘러싸인 공간의 출구 측으로 흐르기 전에 튜브를 통해 지나간다.

동작시, 입구 측에서 유체의 압력은 출구 측에서의 압력을 초과한다. 패스간 압력이라고도 언급되는 이 압력 차이는 패스 분할 판에 힘을 가하며 이는 하부 압력 출구 측 방향으로 분할 판을 미는 역할을 한다. 패스간 압력은 일반적으로 시간에 따라 증가하여 뒤엉킴이나 튜브 막힘이 발생한다. 경우에 따라 이 압력은 이 판이 변형되게 하여 튜브시트와 접촉을 단절시키기에 충분하다. 이것은 여러 가지 유해한 영향을 제공할 수 있다. 먼저, 분할판과 튜브 시트 사이의 접촉이 단절되면, 튜브 측 유체가 튜브를 우회할 수 있어 교환기에 의해 달성되는 열교환의 흐름과 양이 감소된다. 판이 튜브시트와 접촉하지 않을 때 발생하는 다른 잠재적인 문제는 이 판이 튜브의 단부를 긁어낼(scrape) 수 있어 튜브와 튜브시트 사이에 밀봉을 파괴하여 열 교환 유체를 혼합시킬 가능성을 야기할 수 있다는 것이다. 이러한 문제는 종종 패스 분할판을 재성형하거나 교체하는 것을 포함하는 수리를 위해 공장을 정지시킬 것을 요구한다.

전술된 문제의 가능성을 감소시킬 수 있는 다중 패스 관형 열교환기를 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예는 다중 패스 관형 열 교환기에 관한 것으로서,

적어도 하나의 단자 단부 세트를 구비하며, 튜브 측 유체를 포함하도록 구성된 복수의 튜브;

상기 튜브의 단부를 수용하는 개구와, 패스 분할판을 수용하는 그루브를 구비하며, 상기 그루브는 길이, 두께, 2개의 단부점과 중간점을 구비하는 평면 튜브시트;

튜브 측 유체 입구와 튜브 측 유체 출구를 구비하는 채널로서, 상기 채널은 상기 채널과 튜브시트가 상기 튜브와 유체 연통가능하게 연결된 내부 공간을 한정하도록 튜브시트에 인접하게 위치된, 채널; 및

상기 내부 공간을, 상기 튜브 측 유체 입구와 유체 연통가능하게 연결된 입구 공간과, 상기 튜브 측 유체 출구와 유체 연통가능하게 연결된 출구 공간으로 분할하여, 상기 튜브 측 유체 입구와 상기 튜브 측 유체 출구 사이에 직접적인 유체의 연통을 방지하고 튜브를 통해 유체가 흐르게 하도록 구성된, 내부 공간에 위치된 비평면 패스 분할 판을 포함하며,

상기 패스 분할 판은 튜브시트의 그루브에 끼워맞춰진 맞물림 에지를 구비하고,

상기 튜브시트의 그루브와 패스 분할판의 맞물림 에지는 그루브의 중간점이 그루브의 두께보다 그루브의 단부점을 통과하는 직선 라인으로부터 더 먼 거리에 있도록 튜브시트에 대체로 수직으로 연장되는 축에 대해 곡률 반경을 각각 가지고 있는 것인 다중 패스 관형 열교환기에 관한 것이다.

본 발명의 다른 실시예는 다중 패스 관형 열교환기에 관한 것으로서,

상기 튜브의 단부를 수용하는 복수의 개구를 구비하는 평면 튜브시트;

튜브 측 유체 입구와 튜브 측 유체 출구를 구비하는 채널로서, 상기 채널과 튜브시트는 함께 튜브와 유체 연통가능하게 연결된 내부 공간을 한정하도록 튜브시트에 인접하게 위치된, 채널; 및

상기 내부 공간을, 튜브 측 유체 입구와 유체 연통가능하게 연결된 내부 공간과, 상기 튜브 측 유체 출구와 유체 연통가능하게 연결된 출구 공간으로 분할하여, 튜브 측 유체 입구와 튜브 측 유체 출구 사이에 직접적인 유체의 연통을 방지하고 튜브를 통해 유체가 흐르게 하도록 구성된, 내부 공간에 위치된 비평면 패스 분할 판을 포함하며,

상기 패스 분할 판은 튜브시트에 고정된 에지를 구비하고, 상기 에지는 튜브시트에 대체로 수직으로 연장되는 축에 대해 곡률 반경을 가지고 있는 것인, 다중 패스 관형 열교환기에 관한 것이다.

본 발명의 다른 실시예는 다중패스 관형 열교환기에 사용하기 위해 매칭하는 패스 분할판과 튜브시트에 관한 것으로서,

열교환기 튜브의 단부를 수용하는 개구와, 패스 분할 판을 수용하는 그루브를 포함하며, 상기 그루브는 길이, 두께, 2개의 단부점과 중간점을 구비하는, 평면 튜브시트;

상기 튜브시트의 그루브에 끼워맞춰진 맞물림 에지를 구비하는 비평면 패스 분할 판을 포함하며,

상기 튜브시트의 그루브와 상기 패스 분할판의 맞물림 에지는 그루브의 중간점이 그루브의 두께보다 그루브의 단부점을 통과하는 직선 라인으로부터 더 먼 거리에 있도록 튜브시트에 대체로 수직으로 연장되는 축에 대해 곡률 반경을 각각 가지고 있는 것인, 매칭하는 패스 분할판과 튜브시트에 관한 것이다.

본 발명의 다른 실시예는 다중 패스 관형 열교환기에 사용하기 위한 채널 커버에 관한 것으로서,

평면 개방 단부를 구비하고 상기 개방 단부가 평면 튜브시트에 인접하게 위치될 때 내부 공간을 한정하도록 구성된 반폐쇄된 채널; 및

상기 채널 내에 고정된 주변 에지와, 상기 개방 단부의 평면에 있는 자유 에지를 구비하며, 상기 자유 에지는 상기 개방 단부의 평면에 대체로 수직으로 연장되는 축에 대해 곡률 반경을 가지고 있는 것인, 비평면 패스 분할 판을 포함하는, 채널 커버에 관한 것이다.

본 발명의 다른 실시예는 기존의 튜브시트와 기존의 패스 분할판을 구비하는 다중 패스 관형 열 교환기를 개조하는 방법에 관한 것으로서,

기존의 튜브시트와 기존의 패스 분할판을 제거하는 단계;

열교환기 튜브의 단부를 수용하는 복수의 개구와, 패스 분할판을 수용하는 그루브를 구비하는 평면 튜브시트를 설치하는 단계; 및

상기 튜브시트의 그루브에 끼워맞춰진 맞물림 에지를 구비하는 비평면 패스 분할판을 포함하며,

상기 튜브시트의 그루브와 상기 패스 분할판의 맞물림 에지는 튜브시트에 대체로 수직으로 연장되는 축에 대해 곡률 반경을 각각 가지고 있는 것인, 다중 패스 관형 열 교환기를 개조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 다른 실시예는 다중 패스 관형 열 교환기에서 복수의 튜브를 통해 흐르는 튜브 측 유체와 복수의 튜브를 둘러싸는 유체 사이에 열을 교환하는 방법에 관한 것으로서,

복수의 개구를 구비하는 평면 튜브시트와 채널에 의해 한정된 내부 공간으로 튜브 측 유체를 도입하는 단계로서, 상기 내부 공간은 튜브시트의 복수의 개구의 제1 부분과 정렬된 복수의 튜브 측 유체 입구 단부와, 튜브시트의 복수의 개구의 제2 부분과 정렬된 복수의 튜브 측 유체 출구 단부를 구비하는 복수의 튜브와 유체 연통가능하게 연결되는, 튜브 측 유체를 도입하는 단계; 및

튜브 측 유체가 복수의 개구의 제2 부분을 통해 내부 공간으로 빠져나가도록 튜브 측 유체를 튜브 측 유체 입구 단부와 튜브 측 유체 출구 단부 사이에서 복수의 개구의 제1 부분을 통해 그리고 복수의 튜브를 통해 복수의 튜브 내로 흐르게 하는 단계를 포함하며,

상기 튜브를 빠져나가는 튜브 측 유체는 튜브시트에 수직인 축에 대해 곡률 반경을 가지고 있는 튜브시트와 접촉하는 에지를 구비하는 내부 공간을 분할하는 비평면 패스 분할판에 의하여 튜브에 들어가는 튜브 측 유체와는 분리되고,

패스 분할판 주위에서 튜브 측 유체의 우회가 일어나지 않는, 열 교환 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 열교환기의 사시도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기에 사용하기 위한 튜브시트의 단부도;
도 2a는 라인 2A-2A를 따라 보았을 때 도 2의 튜브시트를 부분적으로 도시하는 단면도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 매칭하는 패스 분할판과 튜브시트의 조합의 사시도;
도 4a는 종래 기술에 따른 열교환기에 사용하기 위한 튜브시트의 단부도;
도 4b 내지 도 4d는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 열교환기에 사용하기 위한 튜브시트의 단부도;
도 5a는 종래 기술에 따른 열교환기에 사용하기 위한 튜브시트의 단부도;
도 5b 내지 도 5d는 본 발명의 추가적인 대안적인 실시예에 따른 열교환기에 사용하기 위한 튜브시트의 단부도;
도 6a는 종래 기술에 따른 열 교환기에 사용하기 위한 튜브시트의 단부도;
도 6b 내지 도 6d는 본 발명의 추가적인 대안적인 실시예에 따른 열교환기에 사용하기 위한 튜브시트의 단부도;
도 7a는 종래 기술에 따른 열교환기에 사용하기 위한 튜브시트의 단부도;
도 7b 내지 도 7d는 본 발명의 추가적인 대안적인 실시예에 따른 열교환기에 사용하기 위한 튜브시트의 단부도;
도 8a는 종래 기술에 따른 열교환기에 사용하기 위한 튜브시트의 단부도;
도 8b 내지 도 8d는 본 발명의 추가적인 대안적인 실시예에 따른 열교환기에 사용하기 위한 튜브시트의 단부도;
도 9a는 종래 기술에 따른 열교환기에 사용하기 위한 튜브시트의 단부도;
도 9b 내지 도 9d는 본 발명의 추가적인 대안적인 실시예에 따른 열교환기에 사용하기 위한 튜브시트의 단부도;
도 10a는 종래 기술에 따른 열교환기에 사용하기 위한 튜브시트의 단부도;
도 10b 내지 도 10d는 본 발명의 추가적인 대안적인 실시예에 따른 열교환기에 사용하기 위한 튜브시트의 단부도;
도 11a는 종래 기술에 따른 열교환기에 사용하기 위한 튜브시트의 단부도;
도 11b 내지 도 11d는 본 발명의 추가적인 대안적인 실시예에 따른 열교환기에 사용하기 위한 튜브시트의 단부도;
도 12a는 종래 기술에 따른 열교환기에 사용하기 위한 튜브시트의 단부도;
도 12b 내지 도 12d는 본 발명의 추가적인 대안적인 실시예에 따른 열교환기에 사용하기 위한 튜브시트의 단부도.

도 1은 종래 기술에 따른 다중 패스 관형 열교환기(10)를 도시한다. 열교환기는 튜브 측 유체라고 언급되는 열교환 유체를 포함하는 복수의 튜브(4)를 포함한다. 복수의 튜브(4)는 동일 평면에 있는 적어도 하나의 단자 단부(terminal ends) 세트를 구비한다. 열교환기의 튜브는 모든 단자 단부, 즉 하나의 평면에 튜브 측 유체 입구 및 출구 단부를 구비하는 도 1에 도시된 바와 같은 U 튜브라고도 언급되는 U자 형상의 튜브일 수 있다. U 튜브를 사용하는 열교환기는 본 명세서에서 U 튜브 열교환기라고 언급된다. 대안적으로 튜브는 튜브의 대향하는 단부들에 입구 단부와 출구 단부를 가지는 직선형일 수 있다. 직선 튜브를 사용하는 열교환기는 직선 튜브 열교환기로 언급된다. 복수의 튜브 중 하나 또는 2개의 단부에는 반폐쇄된 커버와 튜브시트에 의해 한정된 튜브와 유체 연통가능하게 연결된 내부 공간이 있다. 반폐쇄된 커버는 열교환기의 특정 유형과 응용에 따라 일반적으로 채널, 채널 커버, 보닛, 헤더 박스, 헤드 및 플로우팅 헤드와 같은 여러 용어로 언급된다. 본 발명의 설명을 위하여 "채널"이라는 용어는 열교환기의 특정 유형에 상관없이 반폐쇄된 커버를 언급하는데 사용된다. U 튜브 열교환기는 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 튜브의 일 단부에 채널(8)을 구비한다. 이 채널은 튜브 측 유체 입구(8A)와 튜브 측 유체 출구(8B)를 포함한다. 직선 튜브 열교환기는 복수의 튜브(미도시)의 각 단부에 채널을 구비한다. 열교환기가 U 튜브 또는 직선 튜브를 사용하는지에 상관없이 튜브의 단부는 채널과 복수의 튜브 사이에서 채널에 인접하게 위치된 평면 튜브시트(5)에 있는 개구(5A)에 의해 수용된다. 튜브의 단부는 튜브시트(5)에 밀봉된다. 튜브는 직교 흐름 배플(cross flow baffle)(13)에 의해 지지될 수 있다.

관형 열교환기에서 열은 제2 열교환기 유체에 의해 둘러싸인 복수의 튜브의 튜브 내에 튜브 측 유체를 흐르게 하는 것에 의해 교환된다. 다중 패스 관형 열교환기에서, 튜브 측 유체는 튜브의 길이를 복수회 횡단한다. 원하는 다중 패스에서 튜브를 통해 튜브 측 유체를 지나가게 하고 튜브 측 유체 입구와 튜브 측 유체 출구 사이에 직접적인 연통을 방지하기 위하여 채널(들) 내에 패스 분할판(1)을 포함하는 것이 일반적인 실무이다. 일반적으로 판의 주변 에지는 채널 내에 용접되고 채널과 판은 이 판의 에지가 튜브시트에 견고히 고정되도록 열 교환기의 쉘(12)이나 다른 구조물에 구조적으로 고정된다. 패스 분할 판은 튜브시트(5)의 그루브(5B)에 끼워맞춰진 맞물림 에지(1A)를 구비한다. 이 그루브는 일반적으로 3 내지 8mm 깊이이다. 합금이나 카본 스틸은 일반적으로 채널, 패스 분할 판 및 튜브시트를 위한 물질로 사용된다. 패스 분할 판은 채널 내 내부 공간을, 적어도 튜브 측 유체 입구와 유체 연통가능하게 연결된 입구 공간과, 튜브 측 유체 출구와 유체 연통가능하게 연결된 출구 공간으로 분할한다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 튜브시트의 그루브와 패스 분할판의 맞물림 에지는 각각 곡률 반경을 가지고 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기에 사용하기 위한 튜브시트(6)를 도시한다. 개구(6A)는 열교환기 튜브의 단부를 수용하도록 제공된다. 적어도 하나의 그루브(6B)는 패스 분할 판의 에지를 수용하도록 제공된다. 직선 라인 형태인 종래 기술의 그루브(들)과는 달리, 본 발명에 따른 그루브는 곡률 반경을 가지고 있다. 도 2를 참조하면, 그루브(6B)의 중간점과 그루브(6B)의 단부점 사이의 가상 라인(14) 사이의 거리(16)는 그루브(6B)의 두께보다 더 크다. 거리(16)는 라인(14)의 길이를 100으로 나눈 것보다 더 크고 심지어 라인(14)의 길이를 50으로 나눈 것보다 더 클 수 있다. 바람직한 곡률의 크기와 곡률의 방향, 즉 튜브 측 유체 입구의 방향 또는 튜브 측 유체 출구의 방향으로의 곡률의 방향은 특정 기계적인 설계상의 고려사항과 의도된 응용을 위한 공정 설계의 고려사항에 따라 변할 수 있다. 관련 설계상의 고려사항은 패스 분할 판, 채널 및 튜브시트에 사용하기 위한 특정 물질, 사용되는 특정 열교환기 유체, 맥동 유체의 사용, 동작 온도 및 압력, 비등(boiling)과 응축(condensing)과 같은 2상 현상(two-phase phenomena)을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 그루브와 패스 분할 판의 곡률 반경은 튜브시트에 대체로 수직으로 연장되는 축에 대해 한정되며, 즉 곡률 반경은 튜브시트의 평면에 수직인 방향으로 보았을 때 그루브와 판의 프로파일에 의해 한정된다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 매칭하는 튜브시트와 패스 분할판이 제공되며 이는 집합적으로 도 3에서 참조 부호 20으로 표시된다. 패스 분할 판(2)은 그루브(6B)의 곡률 반경에 대응하는 곡률 반경을 맞물림 에지(2A)를 따라 구비하며 이에 따라 패스 분할 판은 비평면이다. 패스 분할 판의 두께는 의도된 애플리케이션의 특정 설계상의 고려사항에 따라 변할 수 있다. 일부 경우에, 패스 분할 판과 그루브는 튜브 측 유체 입구의 방향으로부터 보았을 때 볼록하게 굴곡될 수 있는데, 이에 양의 압력 차는 패스 분할 판을 평탄하게 하는 경향이 있다. 다른 경우에 패스 분할 판과 그루브는 튜브 측 유체 입구의 방향으로부터 보았을 때 오목하게 굴곡될 수 있는데, 이에 양의 압력 차는 패스 분할 판을 더 큰 곡률로 굴곡시키는 경향이 있다. 본 발명이 임의의 특정 동작 이론으로 제한되는 것은 아니지만, 볼록하거나 오목하게 굴곡된 패스 분할 판은 유사한 크기의 평평한 패스 분할 판에 비해 더 큰 강성을 제공할 수 있는 것으로 생각된다. 유리하게는 이 판은 곡률 반경을 가지고 있고 더 큰 압력 차에 견딜 수 있기 때문에 종래의 평판보다 더 얇은 판이 가능할 수 있다. 대안적으로, 동일한 두께의 판이라면, 종래의 평판을 사용하는 것보다도 동작 동안 더 큰 압력 차에 견딜 수 있다.

도 2 및 도 2a에 도시된 바와 같이 가스킷(22)은 일반적으로 채널과 튜브시트(6) 사이에서 채널에 바로 인접하게 위치된다. 가스킷은 튜브시트의 그루브(6B)와 패스 분할 판(2) 사이에 가스킷으로 작용하는 리브(rib) 부분을 포함할 수 있으며 이는 또한 패스 분할 가스킷으로도 언급된다. 가스킷과 리브용으로 사용되는 물질은 응용에 따라 금속, 페이퍼 보드, 복합 물질, 엘라스토머 물질 등을 포함하나 이로 제한되지 않는 임의의 적절한 물질일 수 있다.

유체를 혼합함이 없이 하나의 유체로부터 다른 유체로 열을 교환하는 다중 패스 관형 열교환기는 여러 사이즈, 형태 및 응용에 널리 사용된다. 본 명세서에 개시된 실시예의 특징을 사용하는 열교환기는 이런 점으로 제한되지 않으며 마찬가지로 폭넓은 여러 사이즈, 형태 및 응용에 유용하다.

일 실시예에 따라, 열 교환기는 쉘(shell) 및 관형 열교환기이다. 도 1은 일반적인 쉘 및 관형 열교환기를 도시하며 여기서 튜브는 쉘 유체를 포함하는 쉘(12) 내에 수용되고 이 쉘은 쉘 유체 입구(12A)와 쉘 유체 출구(12B)를 구비한다. 튜브시트(6)는 쉘(12)의 일 단부에 고정된다.

대안적인 실시예에 따라, 열 교환기는 튜브 내 튜브 유체와 튜브 상에서 이동하는 공기 사이에 열이 교환되는 쉘을 포함하지 않는 공기 냉각식 열 교환기일 수 있다. 일반적으로 공기 냉각식 열교환기에서는 패스 분할 판이 채널 커버 내에 고정되고 또한 전술된 바와 같이 그루브에 끼워지는 것이 아니라 튜브시트에 고정된다. 판은 용접을 통해 튜브시트에 고정될 수 있고 또는 튜브시트와 일체형으로 형성될 수도 있다.

열교환기는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 바와 같이 플로우팅 튜브시트와 플로우팅 헤드를 가질 수 있다.

도 4 내지 도 12는 본 발명 및 종래 기술에 따라 채널을 분할하는데 사용될 수 있는 패스 분할 판의 추가적인 형상(단부 프로파일)의 비제한적인 예를 도시한다. 도 4 내지 도 12 각각에서, "A" 도면은 종래 기술에 알려진 패스 분할 판(들)의 단부 프로파일을 도시한다. "B" 내지 "D"는 대응하는 종래 기술의 프로파일에 곡률이 도입된 본 발명에 따른 패스 분할 판의 여러 단부 프로파일의 비제한적인 예를 도시한다. 이들 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 다중 패스 분할 판과 다중 그루브는 주어진 튜브시트에 존재할 수 있다. 다중 패스 관형 열교환기를 통해 튜브 측 유체의 많은 패스가 본 발명에 따라 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 튜브 측 유체와 열교환기 튜브를 둘러싸는 유체 사이에 열을 교환하는 방법이 제공된다. 튜브 측 유체는 채널과 평면 튜브시트에 의해 한정된 내부 공간으로 유입되고 튜브시트 내 개구 부분을 통해 그리고 대응하는 튜브를 통해 흐른다. 튜브 측 유체는 튜브시트에 있는 개구의 제2 부분을 통해 다시 내부 공간으로 빠져나간다. 튜브를 빠져나가는 튜브 측 유체는 튜브시트에 수직인 축에 대해 곡률 반경을 가지고 있는 튜브시트와 접촉하는 에지를 구비하는 내부 공간을 분할하는 비평면 패스 분할 판에 의해 튜브에 들어가는 튜브 측 유체와 분리된다. 유리하게는 본 방법은 높은 압력 차나 다중 패스 압력 차를 가지고 동작될 수 있고 튜브 측 유체의 우회가 패스 분할 판 주위에서 일어나지 않는다.

본 발명의 다른 실시예에 따라 기존의 다중 패스 관형 열 교환기를 개조하는 방법이 제공된다. 본 방법은 패스 분할 판이 이미 높은 압력 차의 사용에 의해 손상된 열교환기를 수리하거나 종래의 열교환기를 높은 압력 차에 사용하기에 적합하게 만드는데 특히 적합하다. 본 방법에 따라서, 기존의 튜브시트와 기존의 패스 분할판은 열교환기에서 제거되고 본 명세서에 기술된 굴곡된 패스 분할판과 그 대응하는 튜브시트로 대체된다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 굴곡된 패스 분할 판과 그 대응하는 튜브시트는 매칭된 세트로 제공된다. 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 반폐쇄된 채널 커버가 편리하게 제공되며 여기서 비평면 패스 분할 판이 채널 내에 고정되고 패스 분할 판의 자유 에지는 굴곡되어 있다.

Claims

다중 패스 관형 열교환기로서,
적어도 하나의 단자 단부 세트를 구비하며 튜브 측(tubeside) 유체를 포함하도록 구성된 복수의 튜브;
상기 튜브의 단부를 수용하는 복수의 개구를 포함하는 평면 튜브시트;
튜브 측 유체 입구와 튜브 측 유체 출구를 가지는 채널로서, 상기 채널은 상기 채널과 튜브시트가 함께 상기 튜브와 유체 연통가능하게 연결된 내부 공간을 한정하도록 상기 튜브시트에 인접하게 위치된, 채널; 및
상기 내부 공간을, 상기 튜브 측 유체 입구와 유체 연통가능하게 연결된 입구 공간과, 상기 튜브 측 유체 출구와 유체 연결가능하게 연결된 출구 공간으로 분할하여, 상기 튜브 측 유체 입구와 상기 튜브 측 유체 출구 사이에 직접적인 유체의 연통을 방지하고 상기 튜브를 통해 유체가 흐르게 하도록 구성된, 내부 공간에 위치된 비평면 패스 분할 판을 포함하되;
상기 패스 분할 판은 상기 튜브시트에 고정된 에지를 구비하며, 상기 에지는 상기 튜브시트에 대체로 수직으로 연장되는 축에 대해 곡률 반경을 가지고 있는 것인 다중 패스 관형 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 평면 튜브시트는 상기 패스 분할 판을 수용하는 그루브를 더 포함하되, 상기 그루브는 길이, 두께, 2개의 단부점 및 중간점을 구비하며;
상기 패스 분할 판은 상기 튜브시트의 그루브에 끼워맞춰진 맞물림 에지를 더 포함하고;
상기 튜브시트의 그루브와 상기 패스 분할 판의 맞물림 에지는 상기 그루브의 중간점이 상기 그루브의 두께보다 상기 그루브의 단부점을 통과하는 직선 라인으로부터 더 먼 거리에 있도록 상기 튜브시트에 대체로 수직으로 연장되는 축에 대해 곡률 반경을 각각 가지고 있는 것을 특징으로 하는, 다중 패스 관형 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 다중 패스 관형 열교환기는 쉘 유체를 포함하는, 상기 복수의 튜브를 둘러싸는 쉘을 더 포함하되, 상기 쉘은 제1 단부와 제2 단부를 구비하고, 쉘 유체 입구와 쉘 유체 출구를 구비하며; 상기 튜브시트는 상기 쉘의 제1 단부에 고정되는 것을 특징으로 하는, 다중 패스 관형 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 다중 패스 관형 열교환기는 상기 채널과 상기 튜브시트 사이에 가스킷을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 패스 관형 열교환기.
제4항에 있어서,
상기 가스킷은 상기 패스 분할 판과 상기 튜브시트의 그루브 사이에 인접한 리브(rib) 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 패스 관형 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 그루브의 중간점은 상기 그루브의 단부점 사이의 거리를 100으로 나눈 것보다 상기 그루브의 단부점을 통과하는 직선 라인으로부터 더 먼 거리에 있는 것을 특징으로 하는, 다중 패스 관형 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 열교환기는 복수의 튜브 내 튜브 측 유체와 상기 복수의 튜브 상에서 이동하는 공기 사이에 열이 교환되는 공기 냉각식 열교환기인 것을 특징으로 하는, 다중 패스 관형 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 복수의 튜브는 상기 튜브시트에 인접한 각 단부 상의 채널과 유체 연통가능하게 연결된 각 단부 상의 상기 튜브시트의 개구(apertures)에 의해 수용되는 각 단부 상에 개구(openings)를 구비하는 직선 튜브를 포함하는 것인 다중 패스 관형 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 복수의 튜브는 U자 형 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 패스 관형 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 다중 패스 관형 열교환기는 다중 패스 분할 판을 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 패스 관형 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 다중 패스 관형 열교환기는 복수의 그루브를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 패스 관형 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 곡률 반경은 상기 튜브 측 유체 입구의 방향으로 있는 것을 특징으로 하는, 다중 패스 관형 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 곡률 반경은 상기 튜브 측 유체 출구 방향으로 있는 것을 특징으로 하는, 다중 패스 관형 열교환기.
다중 패스 관형 열교환기에 사용하기 위한 매칭(matching) 패스 분할판과 튜브시트로서,
상기 열교환기 튜브의 단부를 수용하는 개구(apertures)와, 패스 분할 판을 수용하는 그루브를 구비하며, 해당 그루브가 길이, 두께, 2개의 단부점과 중간점을 구비하는 것인, 평면 튜브시트; 및
상기 튜브시트의 그루브에 끼워맞춰진 맞물림 에지(edge)를 구비하는 비평면 패스 분할 판을 포함하되,
상기 튜브시트의 그루브와, 상기 패스 분할 판의 맞물림 에지는 상기 그루브의 중간점이 상기 그루브의 두께보다 상기 그루브의 단부점을 통과하는 직선 라인으로부터 더 먼 거리에 있도록 상기 튜브시트에 대체로 수직으로 연장되는 축에 대해 곡률 반경을 각각 가지고 있는 것인, 매칭 패스 분할 판과 튜브시트.
다중 패스 관형 열교환기에 사용하기 위한 채널 커버로서,
평면 개방 단부를 구비하며 상기 개방 단부가 평면 튜브시트에 인접하게 위치될 때 내부 공간을 한정하도록 구성된 반폐쇄된 채널; 및
상기 채널 내에 고정된 주변 에지와, 상기 개방 단부의 평면에 있는 자유 에지를 구비하고, 상기 자유 에지가 상기 개방 단부의 평면에 대체로 수직으로 연장되는 축에 대해 곡률 반경을 가지고 있는 것인, 비평면 패스 분할 판을 포함하는 채널 커버.
기존의 튜브시트와 기존의 패스 분할 판을 구비하는 다중 패스 관형 열교환기를 개조하는 방법으로서,
상기 기존의 튜브시트와 상기 기존의 패스 분할 판을 제거하는 단계;
열교환기 튜브의 단부를 수용하는 복수의 개구(apertures)와, 패스 분할 판을 수용하는 그루브를 구비하는 평면 튜브시트; 및
상기 튜브시트의 그루브에 끼워맞춰진 맞물림 에지를 구비하는 비평면 패스 분할 판을 설치하는 단계를 포함하되,
상기 튜브시트의 그루브와 상기 패스 분할판의 맞물림 에지는 상기 튜브시트에 대체로 수직으로 연장되는 축에 대해 곡률 반경을 가지고 있는 것인, 다중 패스 관형 열교환기를 개조하는 방법.
다중 패스 관형 열교환기에 있는 복수의 튜브를 통해 흐르는 튜브 측 유체와 상기 복수의 튜브를 둘러싸는 유체 사이에 열을 교환하는 방법으로서,
복수의 개구를 구비하는 평면 튜브시트와 채널에 의해 한정된 내부 공간으로 튜브 측 유체를 도입하는 단계로서, 상기 내부 공간은 상기 튜브시트의 복수의 개구의 제1 부분과 정렬된 복수의 튜브 측 유체 입구 단부와, 상기 튜브시트의 복수의 개구의 제2 부분과 정렬된 복수의 튜브 측 유체 출구 단부를 구비하는 복수의 튜브와 유체 연통가능하게 연결된 것인, 튜브 측 유체의 도입단계; 및
상기 튜브 측 유체가 상기 복수의 개구의 제2 부분을 통해 상기 내부 공간으로 빠져나가도록 상기 튜브 측 유체를 상기 튜브 측 유체 입구 단부와 상기 튜브 측 유체 출구 단부 사이에서 상기 복수의 개구의 제1 부분을 통해 그리고 상기 복수의 튜브를 통해 상기 복수의 튜브로 흐르게 하는 단계를 포함하되,
상기 튜브를 빠져나가는 튜브 측 유체는 상기 튜브시트에 수직인 축에 대해 곡률 반경을 가지고 있는 튜브시트와 접촉하는 에지를 구비하는 상기 내부 공간을 분할하는 비평면 패스 분할 판에 의해 상기 튜브에 들어가는 상기 튜브 측 유체와 분리되고,
상기 패스 분할 판 주위에서는 튜브 측 유체의 우회가 일어나지 않는 것인, 열 교환 방법.