KR20150006013A

KR20150006013A - 판형 열교환기

Info

Publication number: KR20150006013A
Application number: KR1020147033176A
Authority: KR
Inventors: 올리비에르 노엘-바론
Original assignee: 알파 라발 코포레이트 에이비
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2015-01-15
Also published as: DK2672215T3; EP2672215A1; WO2013182370A1; CN104350353A; US20150096718A1; EP2672215B1; KR101667133B1; RU2589582C1

Abstract

제1 프레임판(4), 제2 프레임판(6), 제1 수의 측벽(8, 10, 12, 14) 및 열전달판(20)의 적층체(18)를 포함하는 판형 열교환기(2)가 제공된다. 열전달판은 중앙부(40)와 중앙부를 둘러싸는 주연부(42)를 가지며, 제1 프레임판과 제2 프레임판 사이에서 해당 프레임판들에 본질적으로 평행하게 쌍으로 배열된다. 제1 유체용 제1 유로(F1)가 쌍을 이루는 열전달판들 사이에 형성되고 제2 유체용 제2 유로(F2)가 열전달판 쌍들 사이에 형성된다. 측벽은 제1 프레임판과 제2 프레임판 사이에 연장되고 열전달판 적층체를 둘러싼다. 측벽들 중에서, 열전달판 적층체에 대면하는 내면(62, 78)을 갖는 제1 측벽(10, 74)에는 제1 유체 및 제2 유체 중 하나로부터 유래하는 물질을 판형 열교환기 내부에서 외부로 배출하기 위한 관통 홀(60, 76)이 마련된다. 판형 열교환기는 제1 측벽의 내면의 적어도 제1 부분(64a, 78a)이 물질의 용이한 배출을 위해 홀을 향해 경사지는 것을 특징으로 한다.

Description

판형 열교환기{PLATE HEAT EXCHANGER}

본 발명은 제1 프레임판, 제2 프레임판, 제1 수의 측벽 및 각각 중앙부와 중앙부를 둘러싸는 주연부를 갖는 열전달판의 적층체를 포함하는 판형 열교환기에 관한 것이다. 열전달판은 제1 프레임판과 제2 프레임판 사이에서 해당 프레임판들에 본질적으로 평행하게 쌍으로 배열된다. 제1 유체용 제1 유로가 쌍을 이룬 열전달판들 사이에 형성되고 제2 유체용 제2 유로가 열전달판 쌍들 사이에 형성된다. 측벽은 제1 프레임판과 제2 프레임판 사이에 연장되고 열전달판 적층체를 둘러싼다. 측벽들 중에서, 열전달판 적층체에 대면하는 내면을 갖는 제1 측벽에는 물질을 판형 열교환기 내부에서 외부로 배출하기 위한 관통 홀이 마련된다. 물질은 제1 유체 및 제2 유체 중 하나로부터 유래한다.

오늘날, 여러 가지 다른 유형의 판형 열교환기가 존재하는데, 이들은 그 유형에 따라 다양한 용례에 사용된다. 한 특정 유형의 판형 열교환기는 일련의 모서리 거더(corner girder)에 상부 헤드, 하부 헤드 및 네 개의 측부 패널을 볼트 접합하여 열전달판 적층체 주위에 상자형 외장체를 형성함으로써 조립된다. 이 특정 유형의 판형 열 교환기는 일반적으로 블록형 열교환기로 지칭된다. 상업적으로 입수가능한 블록 유형 열교환기의 일례로는 제품명 콤파블록(Compabloc)으로 알파 라발 에이비사(Alfa Laval AB)에서 제공하는 열교환기가 있다.

통상적으로, 블록 유형 열교환기는 유체 유입구와 유체 배출구가 측부 패널에 배열되며, 열전달판 적층체의 열전달판 사이에 형성되는 채널을 통해 유체를 앞뒤로 전달하기 위해 배플이 열전달판 적층체에 부착된다.

열전달판 적층체가 상부 헤드, 하부 헤드 및 네 개의 측부 패널에 의해 둘러싸이기 때문에, 열교환기는 많은 여타 유형의 열교환기에 비해 높은 압력 수준을 견딜 수 있다. 블록 유형 열교환기는 소형이고 열전달성이 우수하며 파손 없이 고강도의 사용을 견뎌낼 수 있다.

열전달판 적층체는 때로 판 묶음(plate pack)이라고 지칭되며, 블록 유형 열교환기를 특징짓는 특수한 블록형 구성을 가진다. 열전달판 적층체는 일반적으로 전용접되며(all-welded), 판 사이에 형성되는 유동 채널의 적절한 밀봉을 위해 열전달판 사이에 개스킷을 구비할 필요가 없다. 이로써 블록 유형 열교환기는 고온 및 고압에서 광범위한 침식성 유체와의 작업에 적절한 것이 된다.

블록 유형 열교환기는 응축성 성분을 함유하는 유체가 냉각됨으로써 응축물과 잔류 유체가 형성되는 콘덴서로서의 용도에 맞게 적합화될 수 있다. 이런 콘덴서의 일례는 본 출원인의 특허출원 US 2008/0196871호에 설명되어 있다. 콘덴서는 열교환기의 외부로 응축물을 배출하기 위한 배출구를 포함하는 하벽을 가진다.

본 발명의 목적은 종래 기술에 비해 판형 열교환기 내부에서 외부로 유체를 배출하는 능력이 향상된 판형 열교환기를 제공하는 것이다. 본 발명의 기본 개념은 판형 열교환기의 측벽 중 하나에 유체 배출을 용이하게 하는 구성, 즉 배출 대상 유체가 측벽의 배출구를 향해 자연스럽게 흐르도록 하는 구성을 마련하는 것이다. 이상의 목적을 달성하기 위한 판형 열교환기는 특허청구범위에 규정되어 있으며 이하에 설명되어 있다.

본 발명에 따른 판형 열교환기는 제1 프레임판, 제2 프레임판, 제1 수의 측벽 및 각각 중앙부와 중앙부를 둘러싸는 주연부를 가지는 열전달판의 적층체를 포함한다. 열전달판은 제1 프레임판과 제2 프레임판 사이에서 해당 프레임판들에 본질적으로 평행하게 쌍으로 배열된다. 제1 유체용 제1 유로가 쌍을 이룬 열전달판들 사이에 형성되고 제2 유체용 제2 유로가 열전달판 쌍들 사이에 형성된다. 측벽은 제1 프레임판과 제2 프레임판 사이에 연장되고 열전달판 적층체를 둘러싼다. 측벽들 중에서, 열전달판 적층체에 대면하는 내면을 갖는 제1 측벽에는 판형 열교환기 내부에서 외부로 물질을 배출하기 위한 관통 홀이 마련된다. 물질은 제1 유체 및 제2 유체 중 하나로부터 유래한다. 판형 열교환기는 제1 측벽의 내면의 적어도 제1 부분이 물질의 용이한 배출을 위해 홀을 향해 경사지는 것을 특징으로 한다.

처음에 설명한 바와 같은 블록 유형 열교환기에서, 제1 프레임판과 제2 프레임판은 상부 헤드와 하부 헤드에 각각 대응하고 측벽은 측부 패널에 대응한다.

적층체 전체에 걸쳐, 열전달판 사이에는 채널이 형성된다. 채널은 유로를 형성한다; 즉, 하나 걸러 매 채널(every second channel)은 제1 유로에 포함되고 나머지 채널은 제2 유로에 포함된다.

열이 판형 열교환기 내부의 제1 유체와 제2 유체 사이에 전달됨으로써, 제1 유체 및 제2 유체 중 하나로부터 물질이 형성된다. 이 물질은 제1 측벽의 홀을 통해 판형 열교환기에서 방출될 수 있다.

제1 측벽의 내면이 적어도 부분적으로 배출 홀을 향해 경사지기 때문에, 판형 열교환기가 지면에 대면하는 제1 측벽과 본질적으로 수평하게 정렬될 때 물질은 중력에 의해 홀을 향해 자연스럽게 공급되어 배출된다.

판형 열교환기는 제1 측벽이 별도로 형성되는 내부와 외부를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 내부는 내면과 외면을 가지며, 내면은 제1 측벽의 내측 면에 포함된다. 외부는 내부의 외면과 맞물리도록 배열되는 내면을 가진다.

제1 측벽이 2 편으로 형성되기 때문에, 내부의 특성이 외부의 특성과 다를 수 있어서 그 적용 분야가 확장된다.

예로서, 제1 측벽의 내부와 외부는 다른 재료로 제조될 수 있다. 이는 제1 유체 및/또는 제2 유체 및/또는 형성되는 물질이 부식성이거나 파괴성이고, 비교적 내성이 있는 재료하고만 접촉해야 하는 열교환기 용례와 관련하여 유리할 수 있다. 이때, 내부는 외부보다 내성이 높은 재료로 제조될 수 있다. 이는 내성이 높은 재료가 내성이 일반적으로 낮은 재료보다 고가라는 점에서 경제적으로 이롭다. 대신 제1 측벽이 단일 편으로 형성된다면, 제1 측벽 전체가 비교적 비용이 많이 드는 내성이 높은 재료로 제조되어야 할 것이다.

제1 측벽의 외부는 제1 측벽의 내부를 수용하도록 배열되는 리세스를 포함할 수 있다. 본 구성에 의해, 제1 측벽의 내부를 판형 열교환기에 정확하게 배치하는 것이 용이해진다.

판형 열교환기는 제1 측벽의 외부의 내면과 내부의 외면이 본질적으로 평면이 되도록 구성될 수 있다. 본 구성에 의해, 종래의 측부 패널을 외부로서 사용하고 특수하게 구성된 라이닝을 내부로서 사용할 수 있게 되는데, 측부 패널과 라이닝은 서로 맞물려 본 발명의 판형 열교환기의 제1 측벽을 형성한다.

제1 측벽의 내면은 홀을 향해 경사지고 홀로부터 연장되는 본질적으로 곧은 선을 따라 서로 접하는 제2 수의 경사면을 포함할 수 있다. 이런 구성은 비교적 간단하고 위생적이라는 점에서 유리하다.

본 발명에 따른 판형 열교환기는 콘덴서로서의 사용에 적합화될 수 있다. 이때, 제1 유체 및 제2 유체 중 상기 하나는 물질로 응축가능한 성분을 함유하고 다른 하나는 냉각제이다. 이때, 제1 측벽의 홀을 통해 열교환기에서 배출되는 물질은 응축물이다.

판형 열교환기는 각각의 쌍의 열전달판이 해당 쌍의 열전달판의 주연부 사이의 대향하는 두 가장자리 판 접합부에 의해 서로 영구적으로 접합되는 적층체를 포함할 수 있다. 이에 추가하여 또는 대안으로서, 각각의 두 열전달판 쌍은 다른 쌍에 속하는 두 개의 인접 열전달판의 주연부 사이의 대향하는 두 개의 가장자리 쌍 접합부에 의해 영구적으로 접합될 수 있다. 개스킷에 의해 분리되는 열전달판의 적층체와 비교하여, 영구적으로 접합된 열전달판의 적층체는 더 높은 압력과 더 높은 온도와 결부되어 사용될 수 있으며, 개스킷의 파손을 초래하는 침식성 매체를 수반하는 용례에서도 사용될 수 있다.

위에서 검토한 접합부는 용접에 의해 제조될 수 있다. 용접된 접합부는 비교적 강도가 높다. 레이저 용접이나 TIG 용접과 같은 상이한 용접 기술이 상이한 유형의 접합부에 사용될 수 있다.

판형 열교환기는 제1 유로와 제2 유로가 서로에 대해 본질적으로 교차하도록 구성될 수 있다.

이하, 개략적인 첨부도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 네 개의 측벽과 열전달판 적층체를 포함하는 블록 유형 열교환기의 분해도이다.
도 2a는 열전달판 적층체의 일부의 평면도이다.
도 2b는 도 2a의 단면 A-A를 따라 취한 단면도이다.
도 2c는 도 2a의 단면 B-B를 따라 취한 단면도이다.
도 3a는 측벽들 중 제1 측벽의 평면도이다.
도 3b는 도 3a의 단면 A-A를 따라 취한 단면도이다.
도 3c는 도 3a의 단면 B-B를 따라 취한 단면도이다.
도 4a는 제1 측벽의 내부의 평면도이다.
도 4b는 도 4a의 단면 A-A를 따라 취한 단면도이다.
도 3c는 도 4a의 단면 B-B를 따라 취한 단면도이다.
도 5a는 대안적인 제1 측벽의 평면도이다.
도 5b는 도 5a의 단면 A-A를 따라 취한 단면도이다.
도 5c는 도 5a의 단면 B-B를 따라 취한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 블록 유형의 판형 열교환기(2)가 도시되어 있다. 판형 열교환기(2)는 제1 프레임판(4)과 제2 프레임판(6), 그리고 조립된 판형 열교환기(2)의 평행육면체 형상 외장체(enclosure)를 형성하도록 네 개의 모서리 거더(16)와 함께 볼트로 접합되는 네 개의 측벽(8, 10, 12, 14)을 포함한다. 작동 시, 열교환기(2)는 측벽(10)이 지면에 대면하고 지면에 본질적으로 평행하게 배열되게 수평으로 놓이도록 배열된다. 각각의 측벽(8, 10, 12, 14)은 외부(8a, 10a, 12a, 14a)와 내부로 각각 구성되는데, 도 1에서는 내부 중에서 10b와 12b로 표기된 두 개만을 확인할 수 있다. 외부는 각각 종래의 측부 패널, 즉 비교적 두꺼운 탄소강판으로 형성된다. 내부는 각각 판형 열교환기(2)의 특정 용례가 정해진 후에, 더욱 상세하게는 후술하는 바와 같이 판형 열교환기에 의해 처리되는 유체가 정해진 후에 선택될 수 있는 재료로 이루어진 패널 라이닝으로 구성된다. 서로 정렬된 본질적으로 직사각형인 열전달판(20)의 적층체(18)와 두 개의 직사각형 단부판(22)(도 1에서는 이 중 하나만 확인 가능)이 외장체 내부에 배열된다. 단부판(22)은 열전달판(20)과 정렬되며 적층체(18)의 각각의 단부에 배열된다. 종래의 배플(24)(도 1에서는 이 중 두 개만 확인 가능)이 열전달판(20) 적층체(18)의 대향하는 양 측면에 연결된다. 측벽, 열전달판 및 배플에 대해서는 뒤에서 더욱 상세히 검토한다.

각각의 모서리 거더(16)에 대면하도록 배열되는 네 개의 측부 라이닝(26)이 적층체(18)의 각각의 모서리에 배열된다. 또한, 네 개의 상부 라이닝(28)이 측부 라이닝(26) 사이에 그리고 일측 단부판(22)과 각각의 측벽(8, 10, 12, 14) 사이에 연장되도록 배열된다. 마찬가지로, 네 개의 하부 라이닝(30)(도 1에서는 이 중 두 개만 확인 가능)이 측부 라이닝(26) 사이에 그리고 타측 단부판(22)과 각각의 측벽(8, 10, 12, 14) 사이에 연장되도록 배열된다. 측벽과 라이닝에 의해 한정되는 네 개의 공간을 밀봉하여 열교환기에 누설방지성을 부여하기 위해 개스킷(미도시)이 마련된다. 또한, 측벽(8)은 제1 유체용 유입구(32)와 배출구(34)를 포함하며, 측벽(14)은 제2 유체용 유입구(36)를 가지고 측벽(10)은 제2 유체용 배출구(38)를 가진다.

열전달판(20)은 모두 본질적으로 유사하며, 쌍을 지어 적층체(18)에 배열된다. 이하, 열전달판 쌍은 카세트라고도 지칭된다. 도 2a 내지 도 2c는 적층체의 서로 인접한 두 카세트를 도시한다. 도 1과 도 2a에서 명확히 알 수 있는 바와 같이, 각각의 열전달판은 중앙부(40)와, 중앙부를 둘러싸는 주연부(42)를 가진다. 중앙부와 주연부 사이의 경계는 도면에 파선으로 도시되어 있다. 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 중앙부(40)는 리지(44), 밸리(46) 및 요홈(48)으로 이루어진 패턴으로 프레스된다. 주연부(42)는 제1 가장자리부(42a), 제2 가장자리부(42b), 제3 가장자리부(42c) 및 제4 가장자리부(42d)를 포함한다. 도 2a의 도면 평면으로부터 볼 때, 서로 대향하는 제1 가장자리부(42a)와 제3 가장자리부(42c)는 상향으로 절첩되는 반면, 서로 대향하는 제2 가장자리부(42b)와 제4 가장자리부(42d)는 하향으로 절첩된다.

위에서 언급한 바와 같이, 그리고 도면을 통해 명확히 알 수 있는 바와 같이, 열전달판은 적층체 전체에 걸쳐 쌍 또는 카세트를 이루어 배열되며, 카세트의 수는 판형 열교환기의 특정 용례에 따라 달라질 수 있다. 이하 "'"로 표기하는 적층체의 하나 걸러 매 열전달판은, 이하 """,...로 표기하는 나머지 열전달판에 대하여, 제1 프레임판(4)과 제2 프레임판(6)의 평면, 즉 도 2a의 도면 평면에 평행한 축(X)을 중심으로 180° 전도된다. 또한, 열전달판 적층체는 전용접된다. 이로써, 두 개의 열전달판(20', 20")을 포함하는 카세트에서는, 열전달판의 제2 가장자리부(42b', 42b")가 제1 용접 가장자리 판 접합부(50)를 따라 영구적으로 접합되고, 열전달판의 제4 가장자리부(42d', 42d")가 대향측 제2 용접 가장자리 판 접합부(52)를 따라 영구적으로 접합된다. 또한, 적층체 전체에 걸쳐, 한 카세트의 열전달판(20')은 열전달판(20')의 제3 가장자리부(42c')와 열전달판(20")의 제1 가장자리부(42a") 사이의 제1 용접 가장자리 쌍 접합부(54)를 따라, 그리고 열전달판(20')의 제1 가장자리부(42a')와 열전달판(20")의 제3 가장자리부(42c") 사이의 대향측 제2 용접 가장자리 쌍 접합부(56)를 따라 인접 카세트의 열전달판(20")에 영구적으로 접합된다.

도 2b 내지 도 2c를 통해 명확히 알 수 있는 바와 같이, 판형 열교환기는 지지 영역(58)이 각각의 카세트의 열전달판(20', 20")의 중앙부 사이에 존재하도록 구성된다. 더욱 상세하게는, 카세트의 열전달판은 이들 지지 영역에서 함께 용접된다. 그러나, 각기 다른 카세트에 속하는 두 개의 인접 열전달판의 중앙부 사이에는 지지 영역이 존재하지 않는다.

제1 유체용 제1 유로(F1)와 제2 유체용 제2 유로(F2)가 판형 열교환기(2)에 걸쳐 존재한다. 제1 유로(F1)는 측벽(8)의 유입구(32)를 거쳐 카세트를 지나 측벽(8)의 배출구(34)를 통해 연장된다. 배플(24)은 도 1의 화살표로 표시된 바와 같이 적층체(18)를 통해 앞뒤로 제1 유체의 흐름을 안내한다. 카세트 내부의 지지 영역(58) 때문에 카세트를 통한 통과성이 제한을 받으며, 이에 따라 제1 유로(F1)는 차단형 유로로 지칭된다. 제2 유로(F2)는 도 1의 화살표로 표시된 바와 같이, 측벽(14)의 유입구(36)를 거쳐 카세트 사이를 지나 측벽(10)의 배출구(38)를 통해 연장된다. 각기 다른 두 카세트의 중앙부 사이에는 지지 영역이 없기 때문에, 카세트 사이로의 통과성은 제한을 받지 않으며, 이에 따라 제2 유로(F2)는 자유 유로로 지칭된다. 도면을 통해 명확히 알 수 있는 바와 같이, 제1 유로와 제2 유로는 서로에 대해 본질적으로 교차한다. 라이닝(26)은 적층체(24)의 모서리를 밀봉하며, 이로써 상이한 두 유로(F1, F2)가 분리되도록 보장한다.

열전달판 적층체는 본 명세서에는 상세히 설명되어 있지 않지만, 그 전체 개시 내용이 본 명세서에 원용되는 것으로, 두 문헌 모두 알파 라발사 에이비를 명의자로 하여 2011년 4월 7일 등록된 유럽 특허출원 제11161423.6호와 2012년 4월 5일 등록된 유럽 특허출원 제12163320.0호에 상세히 설명되어 있다.

판형 열교환기(2)는 콘덴서로서의 사용을 위해 적합화된다. 따라서, 제1 유체는 냉각제이고 제2 유체는 물질로 응축가능한 성분을 함유하는 가스이다. 제1 유체와 제2 유체는 유입구(32, 36)를 통해 각각 판형 열교환기(2) 내로 진입하고 열전달판 적층체를 통해 흐른다. 그 후, 제2 유체가 제1 유체에 의해 냉각됨으로써 상기 물질 형태의 응축물과 잔류 가스가 형성된다. 제1 유로(F1)을 따라서는, 열전달판 적층체를 네 차례 통과하게 된다. 더욱 상세하게는, 열전달판 적층체는 제1 유체가 차례로 통과하는 네 개의 부분으로 분할된다. 제1 유체가 적층체의 네 번째이자 마지막인 부분, 즉 도 1에 보이는 좌측 배플(24)의 좌측 부분을 빠져나가면, 제1 유체는 열교환기(2) 외부로 공급되도록 측벽(8)의 배출구(34)를 향해 흐른다. 즉, 배출구(34)는 적층체의 마지막 부분하고만 직접 유체 연통된다. 반면, 제2 유로(F2)를 따라서는, 적층체를 단 한 번만 통과하게 된다. 응축물과 잔류 가스가 적층체(18)를 빠져나가면, 이들은 판형 열교환기(2) 밖으로 공급되도록, 즉 배출되도록 측벽(10)의 배출구(38)를 향해 흐른다. 즉, 배출구(38)는 전체 적층체와 직접 유체 연통된다.

위에서 검토한 바와 같이, 각각의 측벽(8, 10, 12, 14)은 측부 패널 형태의 외부와 패널 라이닝 형태의 내부로 구성된다. 측벽의 각각의 유입구(32, 36)와 배출구(34, 38)는 제1 유체, 제2 유체, 잔류 가스 및/또는 응축물을 판형 열교환기 내외로 공급하기 위해 측벽을 통해 연장되는 홀을 당연히 포함한다. 도면에서는, 측벽(10)을 관통하는 홀만이 보이는데, 이는 60으로 표기되어 있다. 측벽(8, 12, 14)의 패널 라이닝은 두께가 균일하고 판형 열교환기의 특정 용례에 적절한 재료로 제조되는 비교적 얇은 판으로서 각각 형성된다. 해당 판에는 측벽의 유입구와 배출구, 즉 홀의 총 수효에 대응하는 다수의 홀이 마련된다. 측벽(8, 12, 14)의 패널 라이닝은 판형 열교환기의 용례에 따라 각각의 측부 패널에 부착된다. 예로서, 판형 열교환기가 제2 유로(F2) 내 압력이 판형 열교환기 외부의 압력보다 낮은 상태에서 사용되어야 하는 경우, 측벽(14)의 패널 라이닝은 적층체(18)를 향해 빨려들지 않도록 대응하는 측부 패널에 부착되어야 한다.

도 3a 내지 도 3c에 더욱 상세히 도시되어 있는 측벽(10)은 타 측벽(8, 12, 14)과는 다르다. 타 측벽처럼 측벽(10)도 패널 라이닝(10b)의 내측 면(64)을 포함하는 내면(62)을 가진다. 그러나, 도 4a 내지 도 4c에 더욱 상세히 도시되어 있는 패널 라이닝(10b)은 타 측벽의 패널 라이닝과 동일한 방식으로 구성되지 않는다.

패널 라이닝(10b)은 홀(60')을 포함하고 측부 패널(10a)은 홀(60")을 포함하는데, 이들 홀은 측벽(10)의 홀(60)의 일부를 형성한다. 홀(60), 그리고 따라서 홀(60', 60")은 측벽(10), 패널 라이닝(10b) 및 측부 패널(10a)의 본질적으로 중앙부에 각각 배열된다. 패널 라이닝(10b)의 내면(64)은 직사각형 제1 부분 또는 중앙부(64a)와 제2 부분 또는 주연부(64b)를 포함한다. 중앙부(64a)는 홀(60')을 향해 경사지고 네 개의 직선(68)을 따라 접합되는 네 개의 면(66)을 포함하는데, 각각의 선(68)은 홀(60')로부터 중앙부(64a)의 각각의 외측 모서리를 향해 연장된다. 주연부(64b)는 중앙부(64a)를 둘러싸는 평면 프레임처럼 형성되며, 전술한 개스킷(미도시) 중 하나와 맞물리도록 적합화된다.

패널 라이닝(10b)의 외면(70)은 본질적으로 편평하며, 역시 본질적으로 편평한 측부 패널(10a)의 내면(72)과 맞물리도록 배열된다. 더욱 상세하게는, 측부 패널(10a)의 내면(72)은 패널 라이닝(10b)을 수용하기 위한 리세스(73)의 저부를 형성한다. 리세스(73)는 앞에서 언급한 바와 같이 모서리 거더(16)와의 맞물림을 위한 개구부(77)가 마련되는 가장자리부(75)에 의해 둘러싸인다. 측벽(8, 12, 14)의 측부 패널도 유사한 구성을 가진다.

도 3b 내지 도 3c와 도 4b 내지 도 4c에서 명확히 알 수 있는 바와 같이, 패널 라이닝(10b)은 다양한 두께를 가진다; 즉, 가장자리 가까이에서 패널 라이닝은 타 측벽(8, 12, 14)의 패널 라이닝에 비해 상대적으로 두껍고 홀(60') 가까이에서는 보다 얇다. 패널 라이닝(10b)이 측부 패널(10a)의 리세스(73)에 장착되도록, 리세스(73)는 측벽(8, 12, 14)의 리세스보다 깊다. 또한, 측벽(8, 12, 14)의 패널 라이닝에 비해, 패널 라이닝(10b)은 상대적으로 무겁다. 따라서, 많은 용례에서, 특히 열교환기가 제2 유로(F2) 내 압력이 열교환기 외부의 압력보다 낮은 상태에서 사용되어야 하는 용례에서도, 패널 라이닝이 적층체(18)를 향해 빨려드는 것을 방지하기 위해 측벽(10)에 패널 라이닝(10b)을 부착할 필요가 없게 된다.

열교환기(2)를 콘덴서로 사용하는 것과 관련된 논의로 돌아가면, 제2 유체는 적층체 내부에서 응축물과 잔류 가스로 변형된다. 도 1에 도시된 바와 같은 판형 열교환기(2)의 수평 배열과 중력으로 인해, 응축물은 자연스럽게 측벽(10)을 향해 흐른다. 측벽(10)의 배출구(38)가 그 길이 전체에 걸쳐 적층체와 유체 연통되기 때문에, 응축물의 일부, 즉 열전달판 적층체의 중앙부에서 흘러나오는 응축물은 홀(60')과 배출구(38)에 비교적 가까운 위치에서 패널 라이닝(10b)에 부딪히는 반면, 응축물의 일부, 즉 열전달판 적층체의 단부에서 흘러나오는 응축물은 홀(60')과 배출구(38)로부터 비교적 멀리 떨어진 위치에서 패널 라이닝(10b)에 부딪히게 된다. 만약 측벽(10)의 내면이 편평하다면, 열교환기(2) 내부에서 외부로 응축물을 적절히 배출하기가 어려울 수 있을 것이다. 더욱 상세하게는, 홀(60')로부터 멀리 떨어진 위치에서 판 적층체에서 흘러나오는 응축물이 판형 열교환기 내부에 잔류할 위험성이 있다. 이는 약학적 용례와 같은 몇몇 판형 열교환기 용례의 경우에는 매우 바람직하지 않다. 대신, 전술한 바와 같이 측벽(10)의 내면을 경사지게 구성함으로써 판형 열교환기로부터 응축물을 완전히 배출하기가 용이해진다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 판형 열교환기의 대안적인 실시예에서 전술한 측벽(10)을 대체할 수 있는 대안적인 측벽(74)을 도시한다. 측벽(74)은 외부와 내부로 구성되지 않고 단일 편으로 형성된다. 따라서, 측벽(74)은 특수하게 구성된 측부 패널로 간단히 구성된다. 측벽에는 전술한 배출구(38)와 유사한 것으로, 판형 열교환기로부터 응축물과 잔류 가스를 배출하기 위한 배출구에 포함되는 중앙 배열형 홀(76)이 마련된다. 또한, 측벽(74)의 내면(78)은 직사각형 제1 부분 또는 중앙부(78a)와 제2 부분 또는 주연부(78b)를 포함한다. 중앙부(78a)는 전술한 패널 라이닝(10b)의 내면(64)의 중앙부(64a)와 유사한 방식으로 구성된다. 따라서, 중앙부(78a)는 홀(76)을 향해 경사지고 네 개의 직선(82)을 따라 접합되는 면(80)을 포함하는데, 각각의 선(82)은 홀(76)로부터 중앙부(78a)의 각각의 외측 모서리를 향해 연장된다. 주연부(78b)는 중앙부(78a)를 둘러싸며, 종래의 측부 패널의 대응하는 주연부처럼 구성된다; 즉, 주연부는 앞에서 언급한 바와 같이 모서리 거더(16)와의 맞물림을 위한 개구부(86)가 마련되는 가장자리부(84)를 포함한다.

따라서, 측벽(10)과 측벽(74)은 상이한 방식으로 구성되지만 동일한 배출 용이 특성을 구비한다. 측벽(10)의 경우, 배출 용이 특성은 측부 패널 내부에 배열되는 독특한 형태의 패널 라이닝에서 기인한다. 측벽(74)의 경우, 배출 용이 특성은 측부 패널 자체의 독특한 구성에서 기인한다. 측벽(10)과 같은 2 부분 측벽은 패널 라이닝이 특수한 열교환기 용례에 맞게 교체되어 적합화될 수 있기 때문에 융통성이 뛰어나다는 점에서 유리하다. 또한, 종래의 측부 패널을 포함할 수 있다는 점에서 경제적이다. 2 부분 측벽의 또 다른 장점은 부분들이 각기 다른 재료로 제조될 수 있다는 것이다. 예로서, 판형 열교환기가 침식성 유체 및/또는 해당 유체에서 비롯된 제품을 수반하는 용례에 사용되는 경우, 침식성 유체 또는 제품과 접촉하는 판형 열교환기의 요소는 내성 재료로 제조되어야 한다. 이런 내성 재료는 일반적으로 측부 패널의 일반적인 재료인 탄소강보다 훨씬 고가이다. 이런 경우, 측벽의 내부는 고가의 내성 재료로 제조될 수 있는 반면, 외부는 내성이 낮은 더욱 저렴한 재료로 제조된다. 당연히 이는 경제적으로 매우 이롭다. 그러나, 측벽이 단일 편 유형이라면, 측부 패널 전체가 고가의 내성 재료로 제조되어야 한다.

전술한 본 발명의 실시예는 단지 예로서 간주하여야 한다. 기술분야의 당업자라면 이상의 실시예가 본 발명의 개념에서 벗어나지 않고 다양한 방식으로 변형되고 조합될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

예로서, 전술한 열교환기 또는 콘덴서는 응축성 물질을 함유한 유체가 제1 유로를 따라갈 때 열전달판 적층체를 단 한 번만 통과하게 되는 것을 의미하는 "원패스(one-pass)" 유형이다. 또한, 이런 "원패스" 콘덴서에서는, 응축물 배출구와 잔류 유체 배출구가 동일하며 해당 배출구는 응축성 물질을 함유한 유체의 유입구에 대해 대향측에 위치한 판형 열교환기의 측벽에 배열된다. 당연히, 본 발명은 그 전체 개시내용이 본 명세서에 원용되는 서두에 언급한 문서 US 2008/0196871호에서 설명하는 것과 같은 "멀티패스" 유형의 판형 열교환기 또는 콘덴서와 관련해서도 동일하게 사용 가능하다. 이런 "멀티패스" 콘덴서에서는, 응축성 물질을 함유한 유체가 유로를 따라갈 때 열전달판 적층체를 두 번 이상 통과하게 된다. 또한, 이런 "멀티패스" 콘덴서에서는, 응축물 배출구가 잔류 유체 배출구와 분리될 수 있으며, 잔류 유체 배출구는 응축성 물질을 함유하는 유체의 유입구와 함께, 콘덴서의 배출구에 대해 대향측에 위치한 판형 열교환기의 측벽에 배열될 수 있다.

다른 예로서, 본 발명은 전용접형 블록 유형 판형 열교환기가 아닌 다른 유형의 열교환기, 예컨대 개스킷식 판형 열교환기와 관련해서도 사용될 수 있다.

또한, 전술한 측벽의 배출 용이 특성은 측벽의 배출 홀을 향해 경사진 네 개의 면에서 기인한다. 당연히, 측벽은 본 특성을 실현하기 위해 여타의 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 예로서, 측벽의 내면은 넷보다 많거나 적은 면을 포함하거나, 사발 형상이거나, 전부 홀로 이어지거나 개중 일부는 홀로 이어지고 나머지는 타 요홈으로 이어지는 다양한 패턴의 요홈을 포함할 수 있다.

또한, 전술한 배출 홀은 대응하는 측벽의 본질적으로 가운데를 관통하여 연장된다. 당연히, 홀은 본질적으로 측벽 상의 어디에든, 예컨대 측벽의 가장자리 가까이에도 배치될 수 있다.

또한, 전술한 판형 열교환기에서, 자유 유로는 카세트 사이를 통과하는 반면, 차단형 유로는 카세트를 관통한다. 당연히, 정반대의 방식이 되도록 열전달판을 재구성하는 것도 가능하다.

또한, 전술한 영구 접합부를 실현하기 위해 용접 이외의 기술을 사용하는 것도 물론 가능하다. 일례로는 경납땜이 있다.

이상에서 사용한 용어 "쌍"은 한 카세트의 열전달판들을 가리킨다. 그러나, "쌍"은 서로 인접하지만 각기 다른 카세트의 일부를 형성하는 두 개의 인접 열전달판을 지칭하는 용어로 사용될 수도 있다.

이상의 적층체의 열전달판은 모두 본질적으로 유사하지만 상이한 두 배향을 가진다. 당연히, 적층체의 열전달판은 이와 다른 방식으로 번갈아 배열되는 유형일 수도 있다.

마지막으로, 전술한 판형 열교환기 또는 콘덴서는 하나의 차단형 유로와 하나의 자유 유로를 포함한다. 자유 유로는 비교적 세정이 용이하기 때문에 높은 수준의 위생이 요구되는 용례나, 비교적 낮은 폐색(plugging) 위험성과 결부되기 때문에 섬유와 고체를 함유하는 유체를 수반하는 용례와 같은 몇몇 판형 열교환기 용례에 바람직하다. 당연히, 본 발명은 자유 유로를 포함하지 않는 판형 열교환기와 관련해서도 동일하게 사용 가능하다.

본 발명과 관련이 없는 세부사항의 설명은 생략하였으며, 도면은 단지 개략적인 것으로 일정 비례로 작성되지는 않았다. 도면 중 몇몇은 다른 도면보다 단순화되었다. 따라서, 몇몇 구성요소는 어떤 도면에는 도시되었지만 다른 도면에는 생략되었다.

Claims

판형 열교환기(2)로서,
제1 프레임판(4), 제2 프레임판(6), 제1 수의 측벽(8, 10, 12, 14) 및 각각 중앙부(40)와 중앙부를 둘러싸는 주연부(42)를 갖는 열전달판(20)의 적층체(18)를 포함하고, 열전달판은 제1 프레임판과 제2 프레임판 사이에서 프레임판들에 본질적으로 평행하게 쌍으로 배열되며, 제1 유체용 제1 유로(F1)가 쌍을 이룬 열전달판들 사이에 형성되고 제2 유체용 제2 유로(F2)가 열전달판 쌍들 사이에 형성되며, 측벽은 제1 프레임판과 제2 프레임판 사이에 연장되고 열전달판 적층체를 둘러싸며, 측벽들 중에서, 열전달판 적층체에 대면하는 내면(62, 78)을 갖는 제1 측벽(10, 74)에는 제1 유체 및 제2 유체 중 하나로부터 유래하는 물질을 판형 열교환기 내부에서 외부로 배출하기 위한 관통 홀(60, 76)이 마련되고, 제1 측벽의 내면의 적어도 제1 부분(64a, 78a)은 물질의 용이한 배출을 위해 홀을 향해 경사지는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기(2).
제1항에 있어서, 제1 측벽(10)은 별도로 형성되는 내부(10b)와 외부(10a)를 포함하며, 내부는 내면(64)과 외면(70)을 포함하고, 내면은 제1 측벽의 내측 면(62)에 포함되며, 외부는 내부의 외면과 맞물리도록 배열되는 내면(72)을 포함하는 판형 열교환기(2).
제2항에 있어서, 제1 측벽(10)의 내부(10b)와 외부(10a)는 다른 재료로 제조되는 판형 열교환기(2).
제2항 또는 제3항에 있어서, 제1 측벽(10)의 외부(10a)는 제1 측벽(10)의 내부(10b)를 수용하도록 배열되는 리세스(73)를 포함하는 판형 열교환기(2).
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 측벽(10)의 외부(10a)의 내면(72)과 내부(10b)의 외면(70)은 본질적으로 평면인 판형 열교환기(2).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 측벽(10, 74)의 내면(62, 78)은 홀(60, 76)을 향해 경사지고 홀로부터 연장되는 본질적으로 곧은 선(68, 82)을 따라 서로 접하는 제2 수의 경사면(66, 80)을 포함하는 판형 열교환기(2).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 콘덴서로서 사용하도록 구성되고, 제1 유체 및 제2 유체 중 상기 하나는 물질로 응축가능한 성분을 함유하고 다른 하나는 냉각제이며, 제1 유체 및 제2 유체 중 상기 하나의 유로는 제1 측벽(10, 74)의 홀(60, 76)과 유체 연통되는 판형 열교환기(2).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 각 쌍의 열전달판(20', 20")은 쌍의 열전달판의 주연부(42) 사이의 대향하는 두 가장자리 판 접합부(50, 52)에 의해 서로 영구적으로 접합되는 판형 열교환기(2).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 두 열전달판(20) 쌍은 다른 쌍의 두 개의 인접 열전달판(20', 20")의 주연부(42) 사이의 대향하는 두 개의 가장자리 쌍 접합부(54, 56)에 의해 서로 영구적으로 접합되는 판형 열교환기(2).
제8항 또는 제9항에 있어서, 접합부(50, 52, 54, 56)는 용접에 의해 제조되는 판형 열교환기(2).
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유로(F1)와 제2 유로(F2)는 서로 본질적으로 교차하는 판형 열교환기(2).