KR20130132635A - 판형 열 교환기 - Google Patents

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KR20130132635A
KR20130132635A KR1020137026197A KR20137026197A KR20130132635A KR 20130132635 A KR20130132635 A KR 20130132635A KR 1020137026197 A KR1020137026197 A KR 1020137026197A KR 20137026197 A KR20137026197 A KR 20137026197A KR 20130132635 A KR20130132635 A KR 20130132635A
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plates
transfer plate
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KR1020137026197A
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랄프 블롬그렌
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알파 라발 코포레이트 에이비
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Abstract

본 발명은 블록-형태의 열 교환기 내에 배열되도록 구성되는 열 전달 판의 적층체에 관한 것이다. 열 전달 판의 적층체는 제1 유체를 위한 유로(67)가 열 전달 판의 적층된 쌍들 사이에 형성되도록 적층되는 열 전달 판의 쌍(50, 60)을 포함하고, 열 전달 판의 적층된 쌍들 중 한 쌍(50)은 제2 유체를 위한 유로(57)가 제1 열 전달 판과 제2 열 전달 판 사이에 형성되도록 접합되는 제1 열 전달 판(51) 및 제2 열 전달 판(52)을 포함한다. 열 전달 판의 쌍(50)은 제1 및 제2 열 전달 판을 접합하는 긴 조인트(72)의 각각의 측면 상에 배열되는 주름부(101, 102)를 포함한다. 관련된 판형 열 교환기가 또한 개시되어 있다.

Description

판형 열 교환기 {PLATE HEAT EXCHANGER}
본 발명은 특정 형태의 판형 열 교환기에 의해 형성되는 인클로저 내에 배열되도록 구성되는 열 전달 판의 적층체에 관한 것이다. 특정 형태의 판형 열 교환기는 열 전달 판의 적층체를 위한 인클로저를 형성하도록 한 세트의 코너 거더(corner girder)와 함께 볼트 결합되는 상부 헤드, 저부 헤드 및 4개의 측면 패널을 포함한다.
현재, 그 형태에 따라 다양한 용도로 채용되는 여러 개의 상이한 형태의 판형 열 교환기가 존재한다. 일 특정 형태의 판형 열 교환기는 열 전달 판의 적층체 주위에 박스형 인클로저(box-like enclosure)를 형성하도록 한 세트의 코너 거더에 상부 헤드, 저부 헤드 및 4개의 측면 패널을 볼트 결합함으로써 조립된다. 이러한 특정 형태의 판형 열 교환기는 종종 블록-형태의 열 교환기로서 불린다. 상업적으로 이용 가능한 블록-형태의 열 교환기의 하나의 예가 제품 명칭 콤파블록(Compabloc) 하에서 알파 라발 에이비(Alfa Laval AB)에 의해 공급되는 열 교환기이다.
블록-형태의 열 교환기는 전형적으로 측면 패널 상에 배열되는 유체 입구 및 유체 출구를 갖고, 한편 배플(baffle)이 열 전달 판의 적층체 내의 열 전달 판들 사이에 형성되는 채널을 통해 전후로 유체를 유도하도록 열 전달 판의 적층체에 부착된다.
열 전달 판의 적층체는 상부 헤드, 저부 헤드 및 4개의 측면 패널에 의해 포위되므로, 열 교환기는 많은 다른 형태의 판형 열 교환기에 비해 높은 압력 수준을 견딜 수 있다. 또한, 블록-형태의 열 교환기는 치밀형(compact)이고, 양호한 열 전달 성질을 갖고, 고장 없이 가혹한 사용을 견딜 수 있다.
열 전달 판의 적층체는 종종 판 팩(plate pack)으로서 불리고, 블록 형태의 열 교환기의 특성을 갖는 특별한 블록형 설계를 갖는다. 열 전달 판의 적층체는 종종 모두-용접되고, 판들 사이에 형성되는 유동 채널의 적절한 밀봉을 위해 열 전달 판들 사이에서 개스킷(gasket)이 필요하지 않다. 이에 의해, 블록-형태의 열 교환기는 높은 온도 및 높은 압력에서 넓은 범위의 침식성 유체(aggressive fluid)와 관련된 작업에 적절하게 된다.
블록-형태의 열 교환기의 유지 및 보수 중에, 열 전달 판의 적층체는 예컨대 2개의 패널을 제거하고 세척제로써 열 전달 판의 적층체를 씻어냄으로써 접근 및 세척될 수 있다. 열 교환기 내에 적절하게 배열될 수 있기만 하면 이전의 적층체와 동일 또는 상이할 수 있는 새로운 적층체로써 열 전달 판의 적층체를 교체하는 것이 또한 가능하다.
일반적으로, 블록-형태의 열 교환기는 종래의 열 교환기로서, 또한 응축기 및 리보일러(reboiler)로서 적절하다. 2개의 후자의 경우에, 열 교환기는 응축물을 위한 추가의 입구/출구를 포함할 수 있고, 이것은 특별한 분리기 유닛에 대한 필요성을 없앨 수 있다.
그 열 전달 판의 적층체를 갖는 블록-형태의 열 교환기의 설계는 개시된 것과 같이 형태에 상당히 특정한 장점 및 성질의 조합을 제공하고, 종래 기술은 다수개의 실시예를 개시하고 있다. 예컨대, EP165179는 판 팩이 블록의 중심에 배열된 블록의 형태인 열 교환기를 개시하고 있다. EP639258은 상부 및 저부 헤드, 및 4개의 측면 패널에 의해 포위되는 판 팩을 갖는 유사한 열 교환기를 개시하고 있다.
종래 기술은 열 전달 판의 각각의 내부 적층체를 갖는 블록-형태의 열 교환기를 예시하고 있다. 여러 개의 다른 형태의 판형 열 교환기에 비해, 이들 블록-형태의 열 교환기는 치밀형 설계를 갖고, 높은 압력 수준을 견딜 수 있다. 그러나, 이 특정한 설계는 비교적 높은 압력 수준이 취급될 수 있는 것을 또한 보증하면서 열 전달 판의 적층체 내의 판을 통해 열을 효율적으로 전달할 수 있는 능력의 관점에서 개선될 수 있는 것으로 추정된다.
본 발명의 목적은 위에서-설명된 블록-형태의 열 교환기를 개선하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 열 교환기가 높은 압력 수준을 견딜 수 있는 것을 또한 보증하면서 열 전달 판의 적층체 내에서의 개선된 열 전달을 제공하는 더 효율적인 설계를 제공하는 것이다.
이들 목적을 달성하기 위해, 한 세트의 코너 거더와 함께 볼트 결합되는 상부 헤드, 저부 헤드 및 4개의 측면 패널에 의해 형성되는 인클로저 내에 배열되도록 구성되는 열 전달 판의 적층체가 제공된다. 열 전달 판의 적층체는 제1 유체를 위한 유로가 열 전달 판의 적층된 쌍들 사이에 형성되도록 적층되는 열 전달 판의 쌍을 포함한다. 열 전달 판의 적층된 쌍들 중 한 쌍은 제2 유체를 위한 유로가 제1 열 전달 판과 제2 열 전달 판 사이에 형성되도록 접합되는 제1 열 전달 판 및 제2 열 전달 판을 포함한다. 제1 열 전달 판 및 제2 열 전달 판은 복수개의 긴 조인트에 의해 접합되고, 그 결과 제2 유체를 위한 유로는 다수개의 평행 유동 채널을 포함한다. 또한, 제1 및 제2 열 전달 판의 쌍은 복수개의 긴 조인트의 각각의 측면 상에 배열되는 주름부(corrugation)를 포함한다.
긴 조인트는 주름부들 사이에 배열됨으로써 유체가 높은 압력 수준에서 제1 판과 제2 판 사이에 통과될 때 판을 함께 보유할 수 있다. 동시에, 주름부는 효율적인 열 전달을 제공한다. 또한, 적층체의 특정한 설계는 예컨대 적층체 내의 열 전달 판의 쌍을 접합하는 특정한 방식을 포함하는, 아래에서 설명되는 다수개의 추가의 특징의 실시를 용이하게 할 수 있다.
전형적으로, 조인트는 용접부일 수 있지만 또한 경납땜 또는 연납땜된 섹션 또는 판이 어떤 다른 적절한 접합 방법에 의해 접합되는 섹션일 수 있다. 일반적으로, 열 전달 판의 적층된 쌍의 모든 쌍 또는 대부분의 쌍은 각각의 제1 열 전달 판 및 각각의 제2 열 전달 판을 포함할 수 있다. 이들 열 전달 판은 그 다음에 제2 유체를 위한 유로가 각각의 제1 열 전달 판과 제2 열 전달 판 사이에 형성되도록 접합된다. 이와 같이, 열 전달 판의 적층된 쌍의 각각의 쌍은 제2 유체를 위한 유로가 각각의 제1 열 전달 판과 제2 열 전달 판 사이에 형성되도록 접합되는 각각의 제1 및 제2 열 전달 판을 포함할 수 있다.
제1 열 전달 판은 긴 조인트가 배열되는 긴 조인트 홈을 포함할 수 있다.
조인트 홈은 제1 열 전달 판과 제2 열 전달 판 사이에 형성된 유로를 따라 중단되지 않는 상태로 연장될 수 있다.
제2 열 전달 판은 긴 조인트가 배열되는 긴 조인트 홈을 포함할 수 있고, 제1 및 제2 열 전달 판의 조인트 홈은 열 전달 판이 조인트 홈에서 접합되도록 서로 인접한다.
조인트는 2개의 적어도 부분적으로 중첩된 조인트 섹션을 포함할 수 있다.
주름부는 대칭일 수 있다.
열 전달 판의 쌍은 제1 및 제2 열 전달 판을 접합하는 제1 세트의 양쪽의 긴 측면 조인트를 포함할 수 있다.
열 전달 판의 쌍은 제1 세트의 긴 측면 조인트를 횡단하는 제2 세트의 양쪽의 긴 측면 조인트를 포함할 수 있다. 제2 세트의 양쪽의 긴 측면 조인트는 열 전달 판의 쌍과 열 전달 판의 유사한 쌍을 접합하고, 그 결과 제1 유체를 위한 유로는 제2 세트의 측면 조인트들 사이의 자유-유로를 포함한다. 이러한 관점에서, 자유-유로가 쌍을 접합하는 긴 측면 조인트 사이에 열 전달 판의 쌍들 사이의 접촉 지점이 없는 제1 유체를 위한 유로로서 한정될 수 있다. 자유-유동은 예컨대 제1 유체로부터의 박테리아 또는 피착물이 유로 내에 형성될 가능성이 낮다는 점에서 유리하다.
제2 세트의 측면 조인트들 사이의 자유-유로는 열 전달 판의 팽창(bulging)을 감소시키도록 적어도 1개의 지지부에 의해 중단될 수 있다. 지지부는 전형적으로 열 팽창이 일어날 수 있는 고온 적용 분야에서 열 전달 판의 적층체가 사용될 때 열 전달 판의 팽창을 감소시킨다.
제1 열 전달 판 및 제2 열 전달 판의 각각은 긴 조인트의 각각의 측면 상에 배열되는 주름부를 포함할 수 있다.
열 전달 판의 쌍은 제1 및 제2 열 전달 판을 접합하는 복수개의 긴 조인트 사이에 배열되는 주름부의 세트를 포함할 수 있다.
주름부는 긴 조인트가 연장되는 방향을 45˚ 내지 90˚만큼 횡단하는 방향으로 연장되는 리지 및 홈을 포함할 수 있다.
제1 열 전달 판 및 제2 열 전달 판은 유사한 형상을 가질 수 있고, 제2 열 전달 판은 제1 열 전달 판에 대해 제2 열 전달 판의 평면에 평행한 축을 중심으로 180˚만큼 회전될 수 있다.
열 전달 판의 쌍은 직사각형 형상을 가질 수 있고, 한 세트의 코너 거더를 적어도 부분적으로 포위하는 라이닝에 용접되는 4개의 코너를 포함할 수 있다.
또 다른 태양에 따르면, 위에서 설명된 특징들 중 어느 하나를 포함할 수 있는 열 전달 판의 적층체를 포함하는 판형 열 교환기가 제공된다. 판형 열 교환기는 열 전달 판의 적층체가 배열되는 인클로저를 형성하도록 한 세트의 코너 거더와 함께 볼트 결합되는 상부 헤드, 저부 헤드 및 4개의 측면 패널을 추가로 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적, 특징, 태양 및 장점은 다음의 상세한 설명으로부터 그리고 또한 도면으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예가 이제부터 첨부된 개략도를 참조하여 예로서 설명될 것이다.
도 1은 열 전달 판의 적층체를 갖는 블록-형태의 열 교환기의 분해도이다.
도 2는 도 1의 열 전달 판의 적층체에 사용되는 열 전달 판의 쌍의 평면도이다.
도 3은 도 2의 섹션 A-A를 따른 단면도이다.
도 4는 도 2의 섹션 B-B를 따른 단면도이다.
도 5는 도 3의 섹션 C의 확대도이다.
도 6은 2쌍의 열 전달 판의 추가 실시예의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 블록-형태의 판형 열 교환기(2)가 도시되어 있다. 판형 열 교환기(2)는 판형 열 교환기(2)를 조립하기 위한 한 세트(전형적으로, 4개)의 코너 거더(21-24)와 함께 볼트 결합되는 상부 헤드(15), 저부 헤드(16) 및 4개의 측면 패널(11, 12, 13, 14)을 포함한다. 조립될 때, 판형 열 교환기(2)는 박스형 또는 블록형 형상을 갖고, 상부 헤드(15), 저부 헤드(16) 및 측면 패널(11-14)에 의해 인클로저가 형성된다. 열 전달 판의 적층체(30)가 인클로저 내에 배열되고, 더욱 상세하게 설명되는 것과 같이 다수개의 쌍의 열 전달 판을 포함한다. 열 전달 판의 적층체(30)는 그 형상이 헤드(15, 16) 및 측면 패널(11-14)에 의해 형성된 인클로저의 형상에 대응하는 박스형 또는 블록형 형상을 또한 갖는다. 열 전달 판의 적층체(30)는 코너 거더(21-24)와 대면하도록 배열되는 4개의 라이닝(31-34)을 그 코너에서 갖는다.
판형 열 교환기(2)의 조립은 전형적으로 구멍(35, 36)과 같은 볼트 구멍을 통해 서로에 언급된 구성 요소를 부착하는 종래의 방법 및 볼트(도시되지 않음)를 사용함으로써 수행된다. 간략하게, 판형 열 교환기(2)의 조립은 저부 헤드(16) 상에 열 교환기 판의 적층체(30)를 배열하고, 라이닝(31-34) 내로 코너 거더(21-24)를 활주시키고, 저부 헤드(16)에 이들을 볼트 결합하는 것을 포함한다. 채널 단부 판(38)이 열 전달 판의 적층체(30)의 상부 상에 배열되고, 상부 헤드(15)는 코터 거더(21-24)에 볼트 결합된다. 그 후에, 측면 패널(11-14)은 코너 거더(21-24)에 그리고 헤드(15, 16)에 볼트 결합된다. 일반적으로, 판형 열 교환기(2)는 판형 열 교환기(2)의 지면에의 부착을 용이하게 하는 기부(17)를 또한 갖는다.
코너 거더(21-24) 및 헤드(15, 16)와 대면하는 섹션에서 측면 패널(11-14) 상에 개스킷(도시되지 않음)이 배열되고, 그 결과 헤드(15, 16) 및 측면 패널(11-14)에 의해 형성된 인클로저는 판형 열 교환기(2)로부터의 누출을 방지하도록 적절하게 밀봉된다.
측면 패널(11-14) 중 제1 측면 패널(11) 및 제2 측면 패널(12)은 2개의 유체를 위한 입구 및 출구를 포함한다. 상세하게, 제1 측면 패널(11)은 제1 유체를 위한 입구(41) 및 출구(42)를 갖는다. 제1 측면 패널(11)의 입구(41) 및 출구(42)는 열 전달 판의 적층체(30)와 조합하여 제1 유체를 위한 유로를 형성하고, 유로는 입구(41)로부터 열 전달 판의 적층체(30) 내로 출구(42)까지 연장된다. 이러한 유로는 방향 D1에 평행한 방향으로 연장되는 파단 화살표에 의해 도시되어 있다. 배플(39) 등의 종래의 배플이 적층체(30) 내의 다수개의 통로(도시된 도면에서, 4개의 통로) 내에서의 제1 유체의 유동을 유도하도록 열 전달 판의 적층체(30)의 측면에 연결된다.
제2 측면 패널(12)은 제2 유체를 위한 입구(43) 및 출구(44)를 갖는다. 제2 측면 패널(12)의 입구(43) 및 출구(44)는 열 전달 판의 적층체(30)와 조합하여 제2 유체를 위한 유로를 형성하고, 유로는 입구(43)로부터 열 전달 판의 적층체(30) 내로 출구(44)까지 연장된다. 이러한 유로는 방향 D2에 평행한 방향으로 연장되는 파단 화살표에 의해 도시되어 있다. 열 전달 판의 적층체(30)의 측면에 연결되는 종래의 배플이 적층체(30) 내의 다수개의 통로(여기에서, 제1 유체에 대해 설명된 것과 동일한 개수의 통로) 내에서의 제2 유체의 유동을 유도한다.
배플의 배열은 그 자체가 종래의 기술을 채용함으로써 달성된다. 그러나, 제1 유체를 위한 제1 유로는 적층체(30) 내의 열 전달 판의 쌍들 사이에 있고, 한편 제2 유체를 위한 제2 유로는 적층체(30) 내의 열 전달 판의 쌍 내에 있다. 한 쌍의 열 전달 판은 추가로 계속하여 설명되는 것과 같이 제1 열 전달 판 및 제2 열 전달 판을 포함한다. 이것은 제1 유체의 유동이 열 전달 판의 상이한 쌍들 사이에 있고 한편 제2 유체의 유동이 동일한 쌍의 제1 열 전달 판과 제2 열 전달 판 사이에 즉 한 쌍 내에 있다는 것을 의미한다. 라이닝(31-34)은 열 전달 판의 적층체(30)의 코너를 밀봉하고, 이것은 2개의 상이한 유로가 분리되는 것을 보증한다.
도 2, 3 및 4를 참조하면, 열 전달 판의 제1 및 제2 쌍(50, 60)이 예시되어 있고, 도 3은 도 2의 섹션 A-A를 따른 단면도이고, 도 4는 도 2의 섹션 B-B를 따른 단면도이다. 열 전달 판의 쌍(50, 60)은 도 1에 도시된 열 전달 판의 적층체(30)의 일부이다. 적층체(30)는 4개 내지 200개 또는 훨씬 더 많은 쌍 등의 쌍(50, 60)과 유사한 열 전달 판의 다수개의 쌍을 포함한다.
도 2, 3 및 4에 의해 예시된 열 전달 판의 쌍(50, 60)에 대해, 열 전달 판의 제1 쌍(50)은 제1 열 전달 판(51) 및 제2 열 전달 판(52)을 포함한다. 열 전달 판의 제2 쌍(60)은 전형적으로 열 전달 판의 제1 쌍(50)과 유사하고, 이것은 제2 쌍 또한 제1 열 전달 판(61) 및 제2 열 전달 판(62)을 포함한다는 것을 의미한다. 이와 같이, 열 전달 판의 제2 쌍(60)의 제1 열 전달 판(61)은 전형적으로 열 전달 판의 제1 쌍(50)의 제1 열 전달 판(51)과 유사하고, 한편 열 전달 판의 제2 쌍(60)의 제2 열 전달 판(62)은 열 전달 판의 제1 쌍(50)의 제2 열 전달 판(52)과 유사할 수 있다.
또한, 열 전달 판의 제1 쌍(50)의 제1 열 전달 판(51) 및 제2 열 전달 판(52)은 유사한 형상을 갖는다. 이것으로부터, 열 전달 판의 쌍(50, 60)의 모든 열 전달 판(51, 52, 61, 62)은 유사 또는 심지어 동일할 수 있다. 그러나, 제2 열 전달 판(52)은 제1 열 전달 판(51)에 대해 제2 열 전달 판(52)의 평면에 평행한 축(A1)을 중심으로 180˚만큼 회전된다. 상세하게, 축(A1)은 제2 열 전달 판(52)의 중심을 통해 연장되고, 제2 열 전달 판(52)의 2개의 양쪽 측면에 평행하고, 그 결과 제2 열 전달 판(52)은 제1 열 전달 판(51)에 대해 제1 열 전달 판(51)의 반전 거울상으로서 배열된다. 열 전달 판의 제2 쌍(60)의 제2 열 전달 판(62)은 제2 쌍(60)의 제1 열 전달 판(61)의 반전 거울상으로서 대응하는 방식으로 배열된다.
열 전달 판의 구성에 따라, 한 쌍의 하나의 열 전달 판의 회전이 서로의 반전 거울상으로서 한 쌍의 판을 배열하도록 1개 이상의 상이한 축을 중심으로 행해질 수 있다. 예컨대, 제2 열 전달 판(52)은 도시된 방향 D2에 평행한 축에 대해 180˚만큼 회전되고 그에 후속하여 판(51, 52)의 도시된 법선 방향 N에 평행한 축에 대해 180˚만큼 회전될 때 제1 열 전달 판(51)의 반전 거울상으로서 배열될 수 있다.
각각의 열 전달 판은 열 전달 판의 제1 쌍(50)의 제1 열 전달 판(51)에 의해 예시된 것과 같이 제1, 제2, 제3 및 제4 긴 측면(511, 512, 513, 514)을 보유하는 직사각형 형상을 갖는다. 열 교환기 판의 적층체(30)가 판형 열 교환기(2)의 인클로저 내에 배열될 때, 제1 긴 측면(511)은 제1 측면 패널(11)과 대면되고 한편 제3 측면(513)은 제3 측면 패널(13)과 대면된다. 제1 열 전달 판(51)은 도 3에서 관찰될 수 있는 것과 같이 제1 긴 측면(511)에서의 조인트(78)를 통해 그리고 제3 긴 측면(513)에서의 조인트(79)를 통해 제2 열 전달 판(52)과 접합된다.
제1 열 전달 판(51)은 제1 및 제2 열 전달 판(51, 52)을 접합하는 긴 조인트(72-76)의 각각의 측면 상에 배열되는 주름부의 세트(101-106)를 포함한다. 긴 조인트(72-76)는 제1 및 제2 열 전달 판(51, 52)을 횡단하여 연장되도록 배열된다. 개시된 실시예에서, 긴 조인트(72-76)는 제1 긴 측면(511) 및 제3 긴 측면(513)과 평행하게 제2 긴 측면(512)으로부터 제4 긴 측면(514)까지 연장된다. 예컨대 제1 긴 측면(511)으로부터 제3 긴 측면까지의 다른 연장부가 적용 가능하다는 것이 이해되어야 한다.
긴 조인트(72-76)는 제1 및 제2 열 전달 판(51, 52)과 함께 관통 유동 채널(571-576)의 형태로 된 유로(57)를 한정한다. 2개의 인접한 긴 조인트(72-76) 사이의 영역은 그에 따라 접촉 지점에 의해 지지되지 않는다. 사용 중에, 총 압력 부하는 긴 조인트(72-76)로 전달될 것이다.
주름부(101-106)는 긴 조인트(72-76)에 의해 분리된다. 주름부의 세트(101-106)는 조인트(72-76)에 평행한 방향으로 연장되고, 이러한 방향은 예시된 실시예에서 방향 D2에 평행하다. 주름부의 세트(101-106)는 2개의 최외각 세트의 주름부(101, 106)를 갖고, 추가의 조인트(71, 77)가 외부 세트의 주름부(101, 106) 그리고 대응하는 가장 근접한 긴 측면(513, 511) 중간에 배열될 수 있다.
이전에 개시된 것과 같이, 모든 열 전달 판은 유사하므로, 판(52, 61, 62) 등의 열 전달 판(30)의 적층체의 열 전달 판의 모두 또는 일부는 판(51)과 동일한 성질 및 구조 형상을 가질 수 있다.
주름부(101-106)는 긴 조인트(71-77)가 연장되는 방향 D2를 45˚ 내지 90˚만큼 횡단하는 방향 D1로 연장되는 리지 및 홈을 포함한다. 방향 D1, D2는 여기에서 제1 및 제2 유체의 유동의 관점에서 전에 논의된 것과 동일한 방향이다. 제1 열 전달 판(51) 상의 주름부(101, 102) 및 제2 열 전달 판(52) 상의 대응하는 주름부(201, 202)는 제1 열 전달 판(51)의 리지(92) 및 홈(93), 및 제2 열 전달 판(52)의 리지(192) 및 홈(193) 등의 리지 및 홈을 각각 포함한다.
주름부(101-106)는 긴 조인트(72-76)를 따라 즉 방향 D2로 연장되는 패턴을 형성한다. 패턴은 대칭 또는 비대칭일 수 있다.
열 전달 판의 제1 쌍(50)은 긴 조인트(71-77)가 배열되는 제1 열 전달 판(51)의 조인트 홈(81-87)에 의해 예시된 것과 같은 긴 조인트 홈을 포함한다. 주름부의 세트(101-106)의 각각의 주름부는 긴 조인트 홈(81-87)이 연장되는 방향 D2를 횡단하는 방향 D1로 연장되는 리지 및 홈을 포함한다.
제1 열 전달 판(51)의 리지는 열 전달 판의 제1 쌍(50)의 법선 방향 N에 평행한 방향으로 관찰되는 것과 같이 제2 열 전달 판(52)의 리지와 정렬될 수 있다. 이것은 효율적인 열 전달 및 유체 유동이 달성될 수 있다는 점에서 유리하다.
도시된 것과 같이, 조인트(71-77)는 각각의 조인트 홈(81-87) 내에 배열된다. 제2 열 전달 판(52)은 제1 열 전달 판(51)과 유사하므로, 제2 열 전달 판 또한 긴 조인트(71-77)가 배열되는 긴 조인트 홈을 포함한다.
도 3, 및 도 3의 확대 섹션 C를 도시하는 도 5를 참조하면, 예컨대 제1 열 전달 판(51)의 조인트 홈(82)은 제2 열 전달 판(52)의 대응하는 조인트 홈(182)에 인접한 것으로 도시되어 있다. 열 전달 판(51, 52)은 그 다음에 조인트(72)에 의해 조인트 홈(82, 182)에서 접합된다. 이러한 관점에서, 제1 열 전달 판(51)의 조인트 홈(82)의 후방측 표면(515)이 제2 열 전달 판(52)의 조인트 홈(182)의 후방측 표면(525)과 접촉된다.
조인트는 전형적으로 용접에 의해 형성되지만 또한 경납땜 또는 어떤 다른 적절한 접합 수단에 의해 형성될 수 있다. 열 교환기 판(51, 52, 61, 62)은 전형적으로 스테인리스강 등의 금속으로 제조된다. 용접이 조인트를 형성하는 데 사용될 때, 즉 조인트가 용접부일 때, 레이저 용접 및 저항 용접 등의 다른 용접 기술이 사용될 수 있다.
각각의 조인트(71-77)는 조인트(72)의 제1 섹션(721) 및 제2 섹션(722)에 의해 예시된 것과 같이 2개의 적어도 부분적으로 중첩된 조인트 섹션을 포함할 수 있다. 조인트 섹션(721, 722)은 5 내지 30 ㎜ 등의 소정의 거리만큼 중첩될 수 있다. 조인트가 용접에 의해 형성될 때의 2개의 조인트 섹션(721, 722) 또는 용접 섹션은 조인트 홈(82)의 2개의 단부 섹션(821, 822)에 의해 도시된 것과 같이 조인트 홈의 각각의 단부 섹션에서 시작될 수 있다.
개시된 것과 같이, 제1 및 제3 긴 측면(511, 513)에서의 제2 열 전달 판(52)과 제1 열 전달 판(51)의 접합은 제1 세트의 양쪽의 긴 측면 조인트(78, 79)에 의해 달성될 수 있고, 그 결과 제2 유체를 위한 유로(57)가 제1 세트의 양쪽의 긴 측면 조인트(78, 79) 사이에, 즉 열 전달 판의 제1 쌍(50) 내에 형성된다. 그러면, 유로(57)는 도 1과 연계하여 논의된 방향 D2에 평행하다.
쌍(50)으로 된 판의 접합을 용이하게 하기 위해, 제1 및 제2 열 전달 판(51, 52)은 서로를 향해 절첩되는 섹션(53, 54)과 같은 주변 섹션을 갖는다. 판(51, 52)이 유사하다는 것을 기억하면, 제2 열 전달 판(52)은 제1 열 전달 판(51)의 반전 거울상으로서 배열되므로, 주변 섹션(53, 54)은 서로를 향해 절첩된다. 관련된 용접부(79)는 절첩 섹션(53, 54) 사이에 형성되는 접촉 표면에서 적용된다.
조인트 홈(81-87)은 제1 열 전달 판(51)과 제2 열 전달 판(52) 사이에 형성되는 유로(57)를 따라 중단되지 않는 상태로 연장될 수 있다. 또한, 제1 열 전달 판(51) 및 제2 열 전달 판(52)은 전형적으로 다수개의 긴 조인트(71-77)에 의해 접합되므로, 제1 열 전달 판(51)과 제2 열 전달 판(52) 사이에 형성된 제2 유체를 위한 유로(57)는 다수개의 평행 유동 채널(571-576)을 포함한다.
열 전달 판의 적층체(30)를 형성하기 위해, 열 전달 판의 제1 쌍(50) 및 열 전달 판의 제2 쌍(60)과 같은 열 전달 판의 쌍이 양쪽의 긴 측면 조인트를 통해 접합된다. 이러한 조인트는 열 전달 판의 제1 쌍(50)과 열 전달 판의 제2 쌍(60) 사이에 배열되는 한 세트의 양쪽의 긴 측면 조인트(781, 782)에 의해 예시된다. 이러한 긴 측면 조인트(781, 782)는 제1 세트의 긴 측면 조인트(78, 79)를 횡단하고, [쌍(60)에 의해 예시된] 인접한 쌍의 열 전달 판과 [쌍(50)에 의해 예시된] 한 쌍의 열 전달 판을 접합한다. 접합을 용이하게 하기 위해, 판(51, 52, 61, 62)은 절첩 섹션(56, 65) 등의 또 다른 쌍의 열 전달 판에 속하는 열 전달 판을 향해 절첩되는 각각의 주변 섹션을 갖는다. 관련된 용접부(781)는 절첩 섹션(56, 65) 사이에 형성되는 접촉 표면에서 가해진다.
열 전달 판의 쌍(50, 60)이 접합될 때, 제1 유체를 위한 유로(67)가 열 전달 판의 쌍(50, 60) 사이에 형성된다. 쌍(50, 60)은 단지 제2 세트의 측면 조인트(781, 782)에서 접합되므로, 소위 자유-유로가 조인트(781, 782) 사이에 형성되고, 즉 자유-유로가 열 교환기 판의 쌍(50, 60) 사이에 형성된다. 자유-유로는 이러한 관점에서 측면 조인트(781, 782) 중간에 어떠한 접촉 지점도 없이 유로로서 한정될 수 있다. 일반적으로, 예컨대 유체로부터의 피착물의 발생 또는 박테리아의 존재가 감소되거나 실제로 심지어 제거될 수 있으므로, 자유-유동이 유리한 것으로 관찰되었다.
선택적으로, 도 4에 대응하는 단면도인 도 6을 참조하면, 열 전달 판의 제1 쌍(50) 및 열 전달 판의 제2 쌍(60)은 1개 이상의 지지부(783, 784)를 포함할 수 있다. 지지부(783, 784)는 그 다음에 예컨대 열 팽창으로 인한 열 전달 판의 쌍(50, 60)의 팽창의 위험성을 감소시키도록 제2 세트의 양쪽의 긴 측면 조인트(781, 782) 중간에 배열될 수 있다.
도시된 것과 같이, 지지부(781, 782)는 제2 열 전달 판(52) 내에 점 같은 만입부로서 실시될 수 있지만, 또한 제1 열 전달 판(51) 및 제2 열 전달 판(52)의 양쪽 모두 내에 만입부로서 실시될 수 있고, 그 결과 제2 열 전달 판(52)은 제1 열 전달 판(51)과 유사하게 제조될 수 있다. 원칙적으로, 제1 쌍(50)의 제2 열 전달 판(52)의 지지부(781, 782)는 제2 쌍(60)의 제1 열 전달 판(61)과 접촉된다. 이들 판(52, 61) 사이에서 지지부(781, 782)에 의해 형성된 접촉 표면은 예컨대 제1 유체로부터의 피착물의 발생을 피하도록 최대한 작게 제조될 수 있다.
2개의 쌍을 접합하는 측면 조인트들 사이의 1개 이상의 지지부가 사용될 때, 제한된 자유-유로가 달성된다. 그러나, 자유-유동 성질은 측면 조인트들 사이의 지지부의 개수가 제한되더라도 실제로 여전히 얻어질 것이다. 지지부가 제한되어야 하는 개수는 판의 크기에 의존하고, 경험적으로 결정될 수 있다.
열 전달 판의 완전한 적층체(30)를 형성하기 위해, 다수개의 쌍의 열 전달 판이 열 전달 판의 제1 및 제2 쌍(50, 60)의 접합과 같은 방식으로 서로 인접하게 적층되어 서로 접합된다. 쌍의 접합은 하나의 쌍의 판을 접합할 때와 동일한 방법(용접, 경납땜 등)을 사용함으로써 달성될 수 있다.
라이닝(31-34)에 열 전달 판을 효율적으로 접합하기 위해, 각각의 열 교환기 판은 그 코너에서 제1 열 전달 판(51)의 돌출부(515-518) 등의 4개의 돌출부를 갖는다. 돌출부는 그 다음에 예컨대 용접, 경납땜에 의해 또는 어떤 다른 적절한 접합 수단에 의해 라이닝(31-34)에 접합된다. 라이닝(31-34)은 판형 열 교환기(2)가 조립될 때 한 세트의 코너 거더(21-24)를 부분적으로 포위하고, 그 결과 열 전달 판의 적층체(30)는 헤드(15, 16) 및 측면 패널(11-14)에 의해 형성되는 인클로저 내에 견고하게 고정된다.
열 전달 판(51, 52, 61, 62)은 그 자체로 주름부 및 용접 홈을 형성하는 가압 공구로써 가압되는 강철 시트로부터 제조될 수 있다. 절단 기계가 그 후에 그 주변부를 따라 가압된 판을 절단하고, 절첩된 주변 섹션을 형성하는 절단된 판의 모서리는 기계 내에서 절첩된다.
위의 설명으로부터, 본 발명의 다양한 실시예가 설명 및 예시되었지만, 본 발명은 그에 제한되지 않고, 또한 다음의 특허청구범위 내에 한정된 주제의 범주 내에서 다른 방식으로 실시될 수 있다.
예컨대, 한 쌍의 열 전달 판이 한 쌍의 열 전달 판의 제1 및 제2 열 전달 판을 접합하는 긴 조인트의 각각의 측면 상에 배열되는 주름부를 포함하기만 하면, 다른 패턴의 주름부 및 용접 홈이 달성 가능하다. 또한, 긴 조인트는 중단되지 않는 긴 조인트 및 긴 시리즈로 배열되는 다수개의 점-용접부를 포함한다.

Claims (15)

  1. 한 세트의 코너 거더(21-24)와 함께 볼트 결합되는 상부 헤드(15), 저부 헤드(16) 및 4개의 측면 패널(11-14)에 의해 형성되는 인클로저 내에 배열되도록 구성되고, 제1 유체를 위한 유로(67)가 열 전달 판의 적층된 쌍(50, 60) 사이에 형성되도록 적층되는 열 전달 판의 쌍(50, 60)을 포함하고, 열 전달 판의 적층된 쌍(50, 60) 중 한 쌍(50)은 제2 유체를 위한 유로(57)가 제1 열 전달 판(51)과 제2 열 전달 판(52) 사이에 형성되도록 접합되는 제1 열 전달 판(51) 및 제2 열 전달 판(52)을 포함하는 열 전달 판의 적층체이며,
    제1 열 전달 판(51) 및 제2 열 전달 판(52)은 복수개의 긴 조인트(71-77)에 의해 접합되고, 그 결과 제2 유체를 위한 유로(57)는 다수개의 평행 유동 채널(571-576)을 포함하고,
    제1 및 제2 열 전달 판(51, 52)의 쌍(50)은 상기 복수개의 긴 조인트(72-76)의 각각의 측면 상에 배열되는 주름부(101, 102)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 전달 판의 적층체.
  2. 제1항에 있어서, 제1 열 전달 판(51)은 긴 조인트(72-76)가 배열되는 긴 조인트 홈(82-87)을 포함하는 열 전달 판의 적층체.
  3. 제2항에 있어서, 조인트 홈(82-87)은 제1 열 전달 판(51)과 제2 열 전달 판(52) 사이에 형성된 유로(57)를 따라 중단되지 않는 상태로 연장되는 열 전달 판의 적층체.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 제2 열 전달 판(52)은 긴 조인트(72)가 배열되는 긴 조인트 홈(182)을 포함하고, 제1 및 제2 열 전달 판(51, 52)의 조인트 홈(82, 182)은 열 전달 판(51, 52)이 조인트 홈(82, 182)에서 접합되도록 서로 인접한 열 전달 판의 적층체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 조인트(72-76)는 2개의 적어도 부분적으로 중첩된 조인트 섹션(721, 722)을 포함하는 열 전달 판의 적층체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 주름부(101-102)는 대칭인 열 전달 판의 적층체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 열 전달 판의 쌍(50)은 제1 및 제2 열 전달 판(51, 52)을 접합하는 제1 세트의 양쪽의 긴 측면 조인트(78, 79)를 포함하는 열 전달 판의 적층체.
  8. 제7항에 있어서, 열 전달 판의 쌍(50)은 제1 세트의 긴 측면 조인트(78, 79)를 횡단하고 열 전달 판의 쌍(50)과 열 전달 판의 유사한 쌍(60)을 접합하는 제2 세트의 양쪽의 긴 측면 조인트(781, 782)를 포함하고, 그 결과 제1 유체를 위한 유로(67)는 제2 세트의 측면 조인트(781, 782) 사이의 자유-유로를 포함하는 열 전달 판의 적층체.
  9. 제8항에 있어서, 제2 세트의 측면 조인트(781, 782) 사이의 자유-유로는 열 전달 판(51, 52)의 팽창(bulging)을 감소시키도록 적어도 1개의 지지부(783)에 의해 중단되는 열 전달 판의 적층체.
  10. 제1항 내지 제9항에 있어서, 제1 열 전달 판(51) 및 제2 열 전달 판(52)의 각각은 긴 조인트(72)의 각각의 측면 상에 배열되는 주름부(101-106, 201, 202)를 포함하는 열 전달 판의 적층체.
  11. 제6항 또는 제10항에 있어서, 주름부는 제1 및 제2 열 전달 판(51, 52)을 접합하는 복수개의 긴 조인트(71-77) 사이에 배열되는 주름부의 세트(101-106)를 포함하는 열 전달 판의 적층체.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 주름부(101, 102)는 긴 조인트(72)가 연장되는 방향 D2를 45˚ 내지 90˚만큼 횡단하는 방향 D1로 연장되는 리지(92) 및 홈(93)을 포함하는 열 전달 판의 적층체.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 열 전달 판(51) 및 제2 열 전달 판(52)은 유사한 형상을 갖고, 제2 열 전달 판(52)은 제1 열 전달 판(51)에 대해 제2 열 전달 판(52)의 평면에 평행한 축(A1)을 중심으로 180˚만큼 회전되어 있는 열 전달 판의 적층체.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 열 전달 판의 쌍(50)은 직사각형 형상을 갖고, 한 세트의 코너 거더(21-24)를 적어도 부분적으로 포위하도록 구성되는 라이닝(31-34)에 용접되는 4개의 코너를 포함하는 열 전달 판의 적층체.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 열 전달 판의 적층체(30)를 포함하는 판형 열 교환기이며, 열 전달 판의 적층체(30)가 배열되는 인클로저를 형성하도록 한 세트의 코너 거더(21-24)와 함께 볼트 결합되는 상부 헤드(15), 저부 헤드(16) 및 4개의 측면 패널(11-14)을 추가로 포함하는 판형 열 교환기.
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