KR20160111979A

KR20160111979A - 플레이트 타입 열 교환장치를 위한 와이어 스페이서, 이러한 와이어 스페이서가 제공되는 플레이트 타입 열 교환장치, 및 열 교환장치 업그레이딩 방법

Info

Publication number: KR20160111979A
Application number: KR1020167022767A
Authority: KR
Inventors: 미르시 디누레스큐
Original assignee: 아펙스 인터내셔날 홀딩 피.브이.
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2016-09-27
Also published as: RU2016133969A3; WO2015107209A1; RU2016133969A; EP3097378A1; RU2710457C2; US20160341493A1; EP3097378B1; CA2937382A1; NL2012111C2

Abstract

플레이트 타입 열 교환장치(1)의 두 인접한 열 전달 플레이트들(2, 4)을 이격하기 위한 와이어 스페이서(20). 와이어 스페이서(20)는, 열 교환장치(1)의 유체 채널(6, 8)을 따라서 연장하는 동안, 두 인접한 열 전달 플레이트들(2, 4)에 교차하게 접하는 휘어진 와이어(22)에 의해 형성된다. 와이어 스페이서(20)는 열 교환장치 작동 시 열 전달 플레이트들(2, 4) 사이에서 최소한의 수직 간격(Δy)을 유지하기 위한 이격 세그먼트(28)와, 플레이트 지지 기능을 제공하는 제1 및 제2 지지 세그먼트들(24, 26)을 가진다. 제1 하부 지지 세그먼트들(24)은 열 전달 플레이트들에 대하여 그것의 방향으로 고정되는 것을 유지하는 와이어 스페이서(20)를 허용하고, 하부 열 전달 플레이트(2)의 상단 표면과 일치하는 평면(S1)에 걸쳐 이어지는 와이어 경로들에 의해 형성된다.

Description

플레이트 타입 열 교환장치를 위한 와이어 스페이서, 이러한 와이어 스페이서가 제공되는 플레이트 타입 열 교환장치, 및 열 교환장치 업그레이딩 방법{WIRE SPACER FOR A PLATE TYPE HEAT EXCHANGER, PLATE TYPE HEAT EXCHANGER PROVIDED WITH SUCH A WIRE SPACER, AND METHOD OF UPGRADING A HEAT CHANGER}

본 발명의 플레이트 타입 열 교환장치(plate type heat exchanger)를 위한 와이어 스페이서(wire spacer)에 관한 것이고, 복수 개의 이러한 와이어 스페이서들이 제공되는 열 교환장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 현존하는(existing) 플레이트 타입 열 교환장치들을 업그레이드(upgrading)하는 방법에 관한 것이다.

종래의(conventional) 플레이트 타입 열 교환장치는 공간적으로(spatially) 분리되지만 다른 온도를 구비하는 유체 스트림들(fluid streams)이 그것을 통해 유동으로 허용되는 열적으로(thermally) 연결된 유체 채널들(fluid channels)을 형성하는, 복수 개의 열 전달 플레이트들로 일반적으로 구성되어진다. 이는 더 뜨거운 유체로부터 더 차가운 유체로 일어나는 열 전달(heat transfer)을 가능하게 한다.

미국 특허 제 2,595,457로부터, 주기적으로(periodically; 예를 들어, 사인 곡선으로(sinusoidally)) 그것들 사이에서 휘어진 와이어들(bent wires)의 형상으로 열 교환장치 요소들(heat exchanger elements)이 장착되는(mounted) 열 전달 플레이트들을 포함하는 플레이트 코어(plate core) 또는 열 교환장치 플레이트 어셈블리(assembly)를 가지는, 다양한 플레이트 타입 열 교환장치 구성들(configurations)은 개시된다. 이러한 휘어진 와이어들의 첫 번째 기능(function)은 열 전달 플레이트들의 유효한 열 전달 영역(effective heat transfer area)을 증가시키는 연장된 와이어 핀 표면들(extended wire fin surfaces)을 제공하는 것이다. 휘어진 와이어들의 두 번째 기능은 인접한 열 전달 플레이트들(adjacent heat transfer plates)의 평행한 방향(parallel orientation)을 유지하는 것이어서, 유체 채널들은 이용 시에 발생하는 온도 구배들(thermal gradients)의 결과로서 변형되지 않을 것이다. 미국 특허 제 2,595,457호에서 도시된 바와 같이, 주기적으로 휘어진 와이어 스페이서들은 일반적으로 유체 유동의 방향으로 제1 지지 라인(first support line)을 따라 제1 열 전달 플레이트를 접하기 위한 제1 지지 세그먼트들(comprise first support segments; 예를 들어 U-모양의 요크 포지션(yoke portion)), 제1 지지 라인으로부터 간격(spacing distance) 및 제2 지지 라인을 따라서 제2 열 전달 플레이트를 접하기 위한 제2 지지 세그먼트들(예를 들어 역 U-모양의 요크 포지션), 및 교차하는 방식(alternating manner)으로 제1 지지 세그먼트들과 제2 지지 세그먼트들을 상호 연결하는(interconnecting) 이격 세그먼트들(예를 들어, U-모양의 다리들)을 포함한다.

미국 특허 제 2,595,457로부터 주기적인 와이어 스페이서들은, 플레이트들에 대하여 와이어 스페이서의 방향을 고정하기 위해 , 열 전달 플레이트들 중 적어도 하나로 그들의 요크 포지션들과 용접 또는 납땜될 수 있고, 증가된 유효한 열 전달 영역을 얻기 위해 충분한 열적 결속(sufficient thermal bonding)을 제공할 수 있다. 요구되는 용접 또는 납땜은 이러한 열 교환장치의 제조를 복잡하게(complicates) 한다.

플레이트 타입 열 교환장치를 위해 와이어 스페이서를 제공하는 것은 바람직하고, 이는 열 교환장치 구조 및/또는 유지를 간단하게 한다.

그러므로, 제1 양태에 따라서, 청구항 제1 항에 따른 와이어 스페이서가 제공된다.

본 발명의 이러한 양태에 따른 와이어 스페이서는 바람직한 긴 모양 내로 단단한(stiff) 와이어를 굽히는 것에 의해 형성된다. 와이어 재표의 기계적인 강성(mechanical stiffness; 또는 강도(rigidity))는 열 교환장치의 이용 시 미리 정의된 와이어 모양을 유지하고, 열 전달 플레이트들을 적당히(properly) 이격시키기(즉, 사이에 바람직한 공간을 유지하기)에 충분하다. 최소 요구 강성(minimally required stiffness)는 열 교환장치 작동 시 발생하는 기계적인 응력들(mechanical stresses)과 전형적인 온도 구배 하에서 열 전달 플레이트들과 와이어 스페이서들의 허용된 변형들에 의해 결정된다. 플레이트들에 수직한 와이어 부분(wire portion)은 와이어에 가해지는 응력에 대하여 단단하여야 하고, 와이어 두께는 이러한 조건을 만족시키도록 선택되어야 한다.

일반적으로, 열 전달 플레이트들은 1 내지 2 밀리미터 두께여서, 와이어 단면(또는 직경, 원주형 와이어의 경우에)은 일반적으로 2 내지 4 범위가 될 필요가 있다. 이러한 형상(configuration)을 위해, 수직적인 부분의 높이는, 작동 시 온도 구배에 의한 작은 변형을 수용하기 위해, 공장 조립 시 및 저온 환경에서 둘 모두에서, 열 전달 플레이트들 사이의 간격보다 작은 0.1. 내지 0.2 mm여야 한다.

와이어의 재료는 구배 힘들과 온도를 작동하는 예상 열 교환장치를 토대로 선택된다. 가능한 와이어 재료들 중 하나는, 오스테나이트 스테인레스 스틸(austenitic stainless steel)의 다양한 등급(various grades)인, 탄소강 와이어(carbon steel wire; 비코팅되거나 알루미늄 도금 또는 아연 도금된)이다. 원형 와이어 단면은 선호되지만, 다른 와이어 단면 모양(예를 들어, 다각형)은 가능하다.

와이어 경로(wire paths)는 제1 (하부) 열 전달 플레이트에 접하고 평행한 지지 평면(support plane)에 함께 걸쳐 이어진다(jointly span). "평면의 폭(Spanning of the plane)"은, 지지 평면에 함께 정의되고, 비-일치하고(non-coinciding) 동일-선상(co-linear)에 있지 않는 적어도 세 개의 지점들(points)을 제공하는 것을 본원에서 참조로 한다(refers). 용어 "와이어 경로"는 적어도 하나의 라인에 걸쳐 이어지지만 바람직하게 지지 평면(예를 들어 지지 평면 내부의 W-모양, S-모양, U-모양, 또는 반-원 모양을 형성함으로써)의 일부분을 걸쳐 이어지는 만곡하거나 휘어진 와이어 궤도를 찾아내는(traces out) 휘어진 와이어의 연속적인 일부들을 본원에서 참조로 한다. 어떠한 경우에도, 와이어 경로들은 제1 지지 라인을 포함하는 지지 평면에 적어도 함께 걸쳐 이어지도록 형성된다.

제1 지지 라인은 제1 열 전달 플레이트를 따라서 경로를 형성하고, 이러한 경로는, 예를 들어 선형 유체 채널들을 구비하는 교차-유동 플레이트 타입 열 교환장치에서, 인접한 열 전달 플레이트들에 의해 둘러싸인(enclosed) 채널 내부에서 유체의 주요 유동 방향(main flow direction)에 대응하는 제1 방향을 따라서 예를 들어 선형일 수 있다. 또는, 더 정교한 궤도(more sophisticated trajectory), 예를 들어 Z-타입 동시발생- 또는 반대-유동(concurrent- or counter-flow) 플레이트 타입 열 교환장치에서 약간(slightly) 만곡된 유체 채널들에 의해 정의되는 궤도를, 따르기 위해 제1 지지 라인은 약간 만곡되거나, 심지어 실질적으로 만곡될 수 있다.

각 와이어 경로는 저마다 이격 세그먼트들 내로 그것의 경로 단부들(its path ends)에서 연장한다. 이격 세크먼트들은 교차하는 방식으로 제1 지지 세그먼트들 과 제2 지지 세그먼트들을 상호 연결하고, 본원의 위에서 기술된 바와 같이, 바람직한 간격에서 제1 및 제2 열 전달 플레이트들을 유지하기 위해 상당히 큰 기계적인 강성을 가진다.

와이어 경로들의 동일-평면 모양들은 지지 평면을 형성하도록 협력하여서, 와이어 스페이서는 제1 열 전달 플레이트의 열 전달 표면에 인접하고 평행한 이러한 일반적인 지지 평면을 구비하는 열 전달 플레이트들 사이에 위치될 수 있다. 의도된 방향으로, 이격 세그먼트들은 지지 평면과 기본 와이어 부분들에 대해 바람직한 간격에서 제2 지지 세그먼트들의 방향을 고정한다. 그래서 효과적으로, 본 발명의 일 양태에 따른 와이어 스페이서에서의 각 와이어 경로는 열 전달 플레이트들에 대하여 와이어 스페이서의 방향을 고정하기 위한, 및 와이어 스페이서를 지지하기 위한 베이스(base)로서 기능을 한다.

와이어 스페이서의 실시예들에 따라서, 이격 세그먼트들은 제1 지지 라인에 국부적으로(locally)수직하는 제2 방향을 따라서 적어도 부분적이고 바람직하게는 완전하게 연장한다.

직선의 제1 지지 라인(straight first support line)의 경우에, 제2 방향은 제1 방향에 수직하는 방향이다. 인접한 수평 열 전달 플레이트들을 위해, 이러한 제2 방향은 두 열 전달 플레이트들의 열 전달 표면들에 수직일 것이다.

일반적으로, 이러한 양태에 따른 제안된 와이어 스페이서(proposed wire spacer)는, 정정 수직 방향(correction upright orientation)으로 와이어 스페이서를 잡기(holding) 위한 다른 수단을 필요로 하지 않고, 두 인접한 열 전달 플레이트들 사이에 쉬운 배치를 위해 허용한다.

제안된 와이어 스페이서들은 상대적으로 얇은 긴 구조물들과 같이 구성될 수 있고, 이는 상당한 부피를 차지하지 않는다. 이와는 대조적으로, 막대형 스페이서들(bar spacers; 예를 들어 미국 특허문서 제 5,383,516에서 개시된)은 더 큰 부피를 차지하고, 유체 채널들의 유효한 단면을 상당히 줄이며, 열 교환장치 작동 시 실질적으로 차이가 나는(differential) 열 팽창과 열 응력(thermal stresses)을 받는다. 유사하게, 플레이트-엠보싱 스페이서들(plate-embossing spacers; 예를 들어 미국 특허문서 제 2,281,754에서 개시된)은 큰 유동 방해물들과 대응하는 압력 강하를 야기한다.

일 실시예에 따라서, 와이어 스페이서의 와이어 경로들은 가로 방향(transversal)을 따라 및 제1 지지 라인으로부터 두-방향으로(bi-directionally) 함께 연장하고, 이는 지지 평면 내부에 있고 제1 지지 라인에 수직한다.

다른 실시예들에 따라서, 와이어 경로들은 매끄럽게(smoothly) 만곡된 부분들 및/또는 연결된 선형 세그먼트들, 또는 지지 평면에 걸쳐 이어지는 다양한 다른 모양들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 임의의 와이어 경로들은 제1 지지 라인에 수직하고 지지 평면으로 향해지는(oriented) 상호 연결된 선형 경로 세그먼트들을 포함할 수 있다. 또는, 어떠한 와이어 경로는 지지 평면에 걸쳐 이어지는 그것의 곡률을 구비하는 매끄럽게 만곡된 모양, 예를 들어, 반-원형 와이어 경로로 형성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 각 와이어 경로는 가로 방향을 따라서 제1 지지 라인의 적어도 제1 측으로 연장되고, 이는 제1 지지 라인에 수직하게 향해질 수 있다. 와이어 경로들은 와이어 스페이서를 따라서 교차하는 방식으로 반대측들 전방으로 연장할 수 있다. 예를 들어, 하나의 특정 와이어 경로는 양의 가로 방향으로 연장할 수 있는 반면, 그 이전과 다음 와이어 경로들(preceding and subsequent wire paths)은 음의(즉, 반대의) 가로 방향으로 연장한다. 이러한 교차하는 구성은, 와이어의 최소량을 요구하는 동안, 열 전달 플레이트들 사이의 와이어 스페이서의 방향을 고정하는 것을 허용한다.

다른 실시예에 따라서, 각 와이어 경로는 전체 베이스 너비(total base width)에 걸쳐 이어지는, 제1 지지 라인으로부터 양 및 음으로 가로 방향들 둘을 따라서 두 방향으로 연장하도록 개별적으로(individually) 휠 수 있다.

제1 지지 라인으로부터 두 방향들로 스스로 연장하는 와이어 경로는 제1 열 전달 플레이트에 대하여 그것의 방향의 안정성(stabilization)을 허용한다. 또한, 만일 각 와이어 경로가 양 가로 방향들에서 연장하는 동일하게 구현되면(identically shaped), 와이어 스페이서는 이격 세그먼트, 제2 지지 세그먼트, 다른 이격 세그먼트들 및, 제1 지지 세그먼트에 의해 형성되는 상호 연결된 네 짝(interconnected quadruplet)을 각각 포함하는 연속적인 동일한 유닛들의 주기적인 구조물과 같이 형성될 수 있다. 이러한 주기성(periodicity)은 제조공정을 크게 간단화하고 여기서 와이어는 제안된 와이어 스페이서를 형성하도록 휜다.

다른 실시예에 따라서, 전체 베이스 너비는 간격과 동등하다.

만일 전체 베이스 너비가 간격과 동일하다면, 지지 라인에 평행한 축에 대해 와이어 스페이서의 국부적인 뒤틀림(local twisting)의 부수적인(incidental) 발생(즉, 가로 방향과 이격하는 방향까지 걸쳐 이어진 평면으로 와이어 경로들의 회전)은 이격하는 기능에 해로운 영향을(detrimental effect) 미치지 않을 것이다. 비틀림의 위치에서, 바람직한 간격을 매칭(matching)하는 전체 베이스 너비를 구비하는 회전되는 와이어 경로들은 이격하는 기능을 여전히 국부적으로 제공할 것이다.

일 실시예에 따라, 와이어 경로는 가로 방향을 따라서 유도되는(directed) 그것의 긴 축들과 배열되는 다중의 상호 연결된 선형 경로 세그먼트들에 의해 형성된다. 이러한 선형 경로는 지지 라인을 따라서 도시되는 바와 같이 접할 수 있고, 저마다의 세그먼트 단부 지점들에서 짧은 만곡된 부분들에 의해 상호 연결될 수 있다. 이러한 구성에서, 지지 라인을 따라서 도시되는 와이어 경로의 길이(즉 제1 또는 유체 유동 방향)는 최소화될 수 있는 반면, 가로 방향으로 지지 너비는 최대화 될 것이다. 따라서, 이격하는 방향 및 가로 방향에서 안정성은 최적화되고(optimized), 와이어 스페이서와 열 전달 플레이트 사이의 유효한 열 접촉 영역(thermal contact area)은 상대적으로 작게 유지된다.

예를 들어, 와이어 경로는 좁은 U-모양(contracted U-shape), 좁은 S-모양(contracted S-shape), 또는 좁은 W-모양 중 하나로서 형성될 수 있다. 이러한 모양들 중 임의의 하나는 단지 양이고 음의 가로 방향들에서 와이어를 휘는 작업들(wire bending actions)을 수반하는(involving) 제조 과정에서 쉽게 형성된다. 따라서, 제조 과정을 복잡하게 하는, 지지 라인을 따르는 방향으로 와이어를 굽히는 작업들은 방해된다.

또 다른 실시예에 따라서, 와이어 경로는 지지 평면으로 매끄럽게 만곡된다. 다른 실시예들에 따라서, 와이어 경로는 U-모양, S-모양, 또는 만곡된 W-모양 중 하나를 형성한다.

매끄럽게 만곡된 와이어 경로는 날카로운 꺾임이나 접힘(sharp turns or folds)을 야기함 없이, 바람직한 모양 내로 와이어를 굽힘으로써 쉽게 형성된다. 매끄러운 만곡부들은 건조 시 와이어를 파단하는(breaking) 위험을 최소화한다. 매끄럽게 만곡된 와이어 경로는, 제1 열 전달 플레이트 및 와이어 스페이서 사이의 열 접촉 영역을 최소화하는 동안, 지지 평면으로 상당한(considerable) 구조적인 지지 영역(structural support area)을 제공한다. 매끄럽게 만곡되는 U-모양, S-모양, 또는 만곡된 W-모양 중 어느 하나는 단지 가로 방향들에서 와이어를 휘는 작업들을 수반하는 제조 과정에서 쉽게 형성된다. 따라서, 제조 과정을 복잡하게 하는, 제1 지지 라인을 따르는 방향에서 와이어를 휘는 작업들은 방해된다.

일 실시예에 따라서, 제2 지지 세그먼트들은 제1 지지 라인을 따라서 지지 길이들(support lengths)을 구비하는 선형 지지 세그먼트들에 의해 형성된다.

제1 지지 세그먼트들은 선형 지지 세그먼트들에 의해 제1 지지 라인을 따라서 효과적으로 이격된다. 이러한 선형 지지 세그먼트들의 바람직한 길이들은 열 교환장치에서 발생하는 온도들을 작동하고 인접한 채널들 사이에서 예상 차압(expected differential pressures)에 의해 결정된다. 특히, 동일한 길이들을 구비하는 지지 세그먼트들을 형성함으로서, 와이어 스페이서는 제1 지지 라인을 따라서 거의 균일한 선형 지지하는 능력(nearly uniform linear supporting capability)을 제공하는 선형 대칭(linear symmetry)을 보유한다. 이에 상응하는, 와이어 스페이서 제조 공정은 크게 단순화된다.

다른 실시예에 따라서, 지지 길이들은 100mm 내지 200 mm의 범위에서 동일한 지지 길이들이다.

100mm 내지 200 미리미터의 범위에서 지지 길이들은 1 내지 2 미리미터 두께의 열 전달 플레이트들을 가지는 열 교환장치에서 강력한 강한 이격(robust spacing), 및 100 내지 300°C의 온도 범위에서 500 내지 100 PA의 차압에서 작동하는 것을 허용한다.

일 실시예에 따라, 이격 세그먼트들은 간격과 동일한 이격하는 높이들을 구비하는 수직 성형 세그먼트들에 의해 형성된다. 선택적으로, 와이어는 제1 지지 라인을 따라서 지지 세그먼트들에 대안으로 또는 추가로 수직하는 선형 세그먼트들의 단부에서 가로로 연장할 수 있다.

이격하는 방향을 따라 향해지는 선형 세그먼트들로부터 형성된 이격 세그먼트들은 최대의 구조적인 보전(integrity)과 지지를 제공한다.

일 실시예에 따라, 휘어진 와이어의 단면은 원형이다.

원형 와이어는 건조하기 쉽고 저렴하다. 그것의 원주형 대칭 덕분에, 원형 와이어는 임의의 바람직한 긴 와이어 스페이서 모양 내로 쉽게 휠 수 있다. 또한, 원형 와이어의 균등성(isotropic) 굽힘 저항은 제1 양태에 따라 제안된 와이어 스페이서의 고유의 삼-차원 구성(inherently three-dimensional configuration )을 형성하기 위해 요구되는 가로 및 이격하는 방향들에서 휨을 허용한다. 또한, 원형 단면은 열 전달 플레이트들과 와이어 스페이서 사이의 접촉 영역을 최소화하고, 그에 의해 열 교환장치의 작동 시 발생하는 과도한 열적 구배와 그로 인한 응력을 피한다(열 전달 플레이트들에 용접된 핀들 또는 못(stud) 스페이서들의 경우와 같이, 예를 들어 특허문서 WO96/19708로부터 개시된). 또한, 임의의 열 절연 코팅(thermal insulation coating)은 쉽고 오래가는 방식(durable manner)으로 원형 와이어 스페이서의 매끄러운 표면에 적용될 수 있다.

다른 실시예에 따라, 휨 와이어의 와이어 직경은 2 내지 4mm의 직경 범위에 있다.

본원의 위에서 기술되는 온도 구배 힘들과 예상 열 교환장치 디자인 온도들에서, 이러한 바람직한 직경 범위는, 여전히 어려움 없이 제조되도록 와이어를 허용하는 동안, 변형을 방지하도록 충분히 단단한 와이어 스페이서를 산출한다. 두꺼운 와이어는 처리하기 어려울 수 있는 반면, 얇은 와이어는 변형을 방지하지 못할 수 있다.

일 실시예에 따라, 휘어진 와이어는 제1 단부 및 제2 단부를 가지고, 여기서 각 단부들에는 제1 열 전달 플레이트 및/또는 제2 열 전달 플레이트에 와이어 스페이서를 연결하기 위한 부착 수단이 제공된다. 선택적으로 이러한 연결은 제1 및/또는 제2 열 전달 플레이트들에 용접되는 핀(pin)을 통하거나 전기 저항 용접을 통할 수 있다.

반대하는 와이어 단부들에 부착 수단을 구비하는 와이어 스페이서를 제공함으로써, 와이어 스페이서는 열 교환장치의 외부로 접근하기 쉬운 구역들로, 예를 들어 유체 채널 구멍들(fluid channel apertures) 근처의 플레이트 엣지들, 또는 플레이트 엣지들에 위치된 유동 안내 요소들(flow guiding elements; 페럴(ferrules))로, 부착에 의해 열 교환장치에 대하여 쉽게 고정될 수 있다.

제2 양태에 따라서, 본원의 위에서 기술된 바와 같은 대응하는 효과들 및 이점들은 청구항 제 10항에서 정의된 바와 같이 플레이트 타입 열 교환장치가 제공된다.

본 발명의 제1 양태에 대하여 본원의 위에서 기술된 바와 같이, 인접한 열 교환장치 플레이트들에 의해 둘러싸인 채널 내부의 유체의 주요 유동 방향 에 대응하는 제1 방향은 제1 열 전달 플레이트(선형 유체 채널들을 구비하는 교차-유동 플레이트(cross-flow plate) 타입 열 교환장치와 같은)를 따라서 직선의 제1 지지 라인을 정의할 수 있다. 또는, 이러한 제1 방향은 또한, 제1 지지 라인을 따라서 변할 수 있는, 국부적인 방향으로써 해석될 수 있다. 이는 열 전달 플레이트의 유체 채널(Z-타입 동시발생- 또는 반대-유동 플레이트 타입 열 교환장치와 같은)을 따라서 만곡되도록 제1 지지 라인을 허용한다.

일 실시예에 따라서, 플레이트 타입 열 교환장치의 적어도 하나의 와이어 스페이서는 인접한 열 전달 플레이트들 사이에 탈거되게(releasably) 위치되고, 여기서 와이어 스페이서의 제1 단부 및 제2 단부는 열 전달 플레이트들의 저마다의 외부 엣지들에 고정된다. 선택적으로, 이러한 부착은 열 전달 플레이트들에 핀을 용접하거나 전기 저항 용접에 의해 제작될 수 있다.

본 발명의 제3 양태에 따라서, 청구항 제14항에서 정의된 바와 같이 현존하는 플레이트 타입 열 교환장치를 업그레이드 하기 위한 방법이 제공된다.

본 양태에 따른 업그레이드 방법로부터 초래되는 열 교환장치의 효과들과 이점들은 다른 양태들의 다른 양태들의 관점(view)에서 본원의 위에서 이미 기술되었다. 추가적으로 현존하는 열 교환장치를 업그레이드하기 위한 방법인, 본 양태에 따른 방법은 또한 본 발명의 제1 양태에 따른 와이어 스페이서들이 제공되는 임의의 열 교환장치를 수리하거나 청소한 후에 재조립하는 단계(reassembly phase)를 보여줄 수 있다. 이러한 청소하거나 수리하는 단계들에서, 초기의 단계는 플레이트 타입 열 교환장치의 유체 채널들로부터 와이어 스페이서들을 제거하는 것(removing)을 포함한다. 그 후, 제거된 와이어 스페이서들을 가지는 열 전달 플레이트들은 와이어 스페이서들로부터 방해물(obstruction) 없이 적절한 방법들(suitable methods)에 의해 수리되거나 청소될 수 있다. 그 후, 원래의 와이어 스페이서들 또는 수리된 대체품들(substitutes)은 본 발명의 이러한 제3 양태에서 기술되는 바와 같이, 유체 채널들 내로 재-삽입된다.

본 발명에 개시되어 있음.

실시예들은 대응하는 참조 심볼이 첨부된 개략적인 도면들에서 대응하는 부품들을 가리키는 첨부된 개략적인 도면들로 참조와 함께, 단지 예시적인 방법으로, 이제 기술될 것이다.
도 1는 일 실시예에 따른 열 교환장치를 개략적으로 도시한다.
도 2a 내지 도 2d는 실시예들에 따른 와이어 스페이서의 사시도를 보여준다.
도면들은 청구범위에 의해 규정된 바와 같이 보호 또는 범위의 제한으로서 제공하기 않고, 오직 설명을 목적으로 하기 위한 의미이다.

도 1은 다른 온도를 가지는 제1 유체(14) 및 제2 유체(16) 사이에서 열적인 에너지를 교환하기 위한 플레이트 타입 열 교환장치(1)의 사시도를 도시한다. 도시된 열 교환장치(1)는 많이 적층된 열 전달 플레이트들(number of stacked heat transfer plates; 2, 4)을 포함한다. 각각 두 인접한 열 전달 플레이트들(2, 4) 사이에, 제1 유체 패널들(6) 및 제2 유체 채널들(8)은 각각 제1 유체(14)와 제2 유체(16)을 전달하기 위해, 형성된다.

제1 및 제2 유체 채널들(6, 8)은, 각각 제1 방향(X)과 가로 방향(Z)를 따라서, 서로 수직하게 배향(oriented)된다. 제1 및 제2 유체 채널들(6, 8)은 제2 (수직적인) 방향(Y)으로 열 교환장치(1)에 교차되게 제공되고, 이는 가로 방향(Z)와 제1 방향(X)에 수직한다. 이러한 플레이트 구성은 소위(so-called) 교차 유동 플레이트 차입 열 교환장치를 형성한다. 인접한 열 전달 플레이트들(2, 4)은 제2 방향(Y) 내에 이격하는 높이(Δy)에서 이격된(spaced apart)다. 몇몇 제1 유체 채널들(6)에는 복수 개의 와이어 스페이서들(20)이 제공된다. 도시된 와이어 스페이서들(20)은 제1 지지 세그먼트들(24), 제2 지지 세그먼트들(26), 및 제1 지지 세그먼트들(24)과 제2 지지 세그먼트들(26)을 상호 연결하는 이격 세그먼트들(28)을 포함한다.

제1 지지 세그먼트들(24)은 제1 지지 라인(C1)을 따라서 제1 열 전달 플레이트(2)에 접하도록 형성되고, 제2 지지 세그먼트들(26)은 제2 지지 라인(C2)을 따라서 제2 열 전달 플레이트(4)에 접하도록 형성된다.

제1 지지 세그먼트들(24)은 와이어 경로들(32) 내로 만곡되고, 이는 제1 지지 라인(C1)을 포함하는 제1 지지 평면(S1)을 함께 정의한다. 도 1에서 도시된 바와 같이 및 도 2a에서 더 도시된 바와 같이, 각 와이어 경로(32)는 좁은 S-모양을 함께 형성하는, 날카롭게 만곡된 세그먼트들을 통해 상호 연결되는 세 개의 선형 경로 세그먼트들(linear path segments; 34a, 34b, 34c)을 포함한다. 결과적으로, 각 와이어 경로(32)의 선형 경로 세그먼트들(34a, 34b, 34c)은 제1 지지 라인(C1)으로부터 두 방향으로 함께 연장하고, 제1 지지 라인(C1)과 가로 방향(Z) 둘을 따라서 제1 지지 평면(S1)에 걸쳐 이어진다. 대조적으로, 각 와이어 경로(32)는, 수직 방향으로 이격 와이어 세그먼트들(28)을 구비하는, 열 전달 플레이트들(2, 4) 사이에서 안정된(steady) 와이어 스페이서(20)를 효과적으로 잡고 전체 베이스 너비(Δz)에 걸쳐 이어지는 지지 부분을 형성한다. 바람직하게, 와이어 경로들(32)의 총 기본 너비들(Δz)은 제1 지지 라인(C1) 및 제2 지지 세그먼트들(26) 사이의 간격(Δy)과 동일하다.

제2 지지 세그먼트들(26)은 제2 지지 라인(C2)을 따라서 제2 지지 길이들(Δx2)을 구비하는 선형 와이어 세그먼트들과 같이 형성된다. 여기서, 다음의 제2 지지 세그먼트들(26)의 제2 지지 길이들(Δx2)은 동일하도록 도시된다. 제1 지지 길이들(Δx2)을 위한 일반적인 값(value)은 100mm 내지 200mm의 범위에 있을 수 있다.

이격 세그먼트들(28)은 교차하는 방식으로 제1 지지 세그먼트들(24)과 제2 지지 세그먼트들(26)을 상호 연결한다. 도시된 실시예들에서 이격 세그먼트들(28)은 제 1 지지하는 평면(S1)에 수직하는 선형 와이어 세그먼트들과 같이 형성되고, 이는 제1 지지 라인(C1)으로부터 간격(Δy)에서 제2 지지 세그먼트들(26)을 잡는다. 1 내지 2mm 두께의 강철 열 전달 플레이트들을 위해, 간격(Δy)은 저온 조건에서 유체 채널(6, 8)의 열 전달 플레이트들(2, 4) 사이의 플레이트 거리보다 작은 바람직하게 0.1 내지 0.2mm 이다.

와이어 스페이서(20)는 기술되는 다수의 세그먼트들을 가지는 주기적인 구조(periodical structure) 내로, 원형 단면을 구비하는 와이어(22)를 굽히는 것으로부터 제조된다. 휘어진 와이어(22; 도 2a에서 도시된)의 일반적인 와이어 직경(

)은 2 내지 4mm의 직경 범위에 있다.

도 1은 제1 유체 채널(6)의 일 측에 위치되는 제1 와이어 단부(6)를 가진다. 이러한 제1 와이어 단부(6)에서, 휘어진 와이어(22)에는 제1 열 전달 플레이트(2)에 와이어 스페이서(20)를 연결하기 위한 부착 수단(44)이 제공된다. 제1 유체 채널(6)의 반대측에서, 와이어 스페이서(20)는 제2 단부(미 도시된)에서 끝나고(terminates), 또한 여기서 제2 단부에는 유사한 플레이트 부착 수단(44)이 제공된다. 와이어 스페이서들(20)은 제1 열 전달 플레이트(2)의 각각의 외부 엣지들에 부착 수간(44)을 통해 제1 및 제2 단부들을 구비하는 각 와이어 스페이서(20)를 일시적으로 고정함으로써, 인접한 열 전달 플레이트들(24) 사이에 해제되게 위치된다. 또는, 부착 수단(44)은 또한 제2 열 전달 플레이트(4)에 와이어 스페이서(20)를 부착시키기 위해 와이어 스페이서(20)의 위 방향으로 휘어진 일부분에 제공된다. 부착 수단(44)은 열 교환 플레이트(2 및/또는 4)에 용접되는 핀을 통하거나 전기 저항 용접을 통해서 부착되는 와이어의 단부들을 포함할 수 있다.

도 2b에서 도시되는 다른 실시예에서, 각 와이어 경로는 하나의 날카롭게 만곡된 세그먼트를 통해 상호 연결되는 오직 두 경로 세그먼트들(34a, 34b)를 포함하고, 이는 좁은 U-모양을 함께 형성한다. 여기서, 각 와이어 경로(32)는 오직 제1 지지 라인(C1)으로부터 제1 지지 평면(S1) 내부에 단일 가로 방향(Z) 내로 연장한다. 연속적인 와이어 경로(32, 32')는 대향하는 가로방향들로 가로로 연장하여서, 와이어 경로들(32)은 제1 지지 라인(C1)으로부터 두 방향으로 함께 연장한다.

많은 다른 와이어 스페이서들(20)에는 선형 경로 세그먼트들로부터 형성된 와이어 경로들(32)이 제공되고, 날카롭게 만곡된 연결 세그먼트들이 구상될(conceived) 수 있다. 예를 들어, 와이어 경로(32)는 세 개의 날카롭게 만곡된 상호연결 세그먼트들에 의해 결합되는 네 개의 선형 경로 세그먼트들과 좁은 W-모양으로부터 형성될 수 있다.

도 2c는 와이어 스페이서(20)의 다른 실시예를 도시하고, 여기서 와이어 경로들(32)은 매끄러운 S-모양을 형성하기 위해, 지지 평면(S1) 내부에서 매끄럽게 만곡된다. 또한, 이러한 실시예에서, 각 와이어 경로(32)는 제1 지지 라인(C1)으로부터 두-방향으로 연장하고, 전체 베이스 너비(Δz)에 걸쳐 이어진다. 도 2c에서의 와이어 스페이서(20)는 이전의 실시예들 보다 상당히 큰 제1 지지 길이(Δx1)를 구비하는 부드럽게 만곡된 제1 지지 세그먼트(24)를 가진다.

매끄럽게 모양 잡힌 와이어 경로들(32)이 제공되는 많은 다른 실시예들은 구상될 수 있다. 예를 들어, 와이어 경로(32)는 U-모양 또는 만곡된 W-모양과 같이 형성될 수 있다.

도 2f는 와이어 스페이서(20)의 다른 대안적인 실시예를 도시하고, 여기서 각 와이어 경로(32)는 도 2a에서 도시된 실시예와 유사하게, 좁은 S-모양을 함께 형성하고, 날카롭게 만곡된 세그먼트들을 통해 상호 연결된 세 개의 선형 경로 세그먼트들(34a, 34b, 34c)을 포함한다. 하지만, 도 2d에서, 와이어 경로(32)는 사이에 제2 지지 세그먼트들(26)과 이격 세그먼트들(28)과, 라인(C1, C2)를 따라서 제1 지지 세그먼트들(24)를 교차하게 형성한다.

위에서 기술된 임의의 와이어 경로들(32)은 와이어 스페이서(20)가 와이어 스페이서(20)를 따라서, 예를 들어 제1 방향(X; 또는 임의의 지지 라인들(C1, C2))을 따라서 주요 방향에 가로 방향으로 오직 굽히는 작동들(bending operations)을 이용하는 와이어(22)를 굽힘으로써 형성되는 특징(property)을 가진다.

또는, 와이어 경로(32)는 비록 제조 과정을 복잡하게 할 것이지만, 또한 와이어 스페이서(20)를 따라 이러한 주요 방향을 따라서 와이어 굽힘 작동들 전방 또는 후방에서 형성될 수 있다. 이러한 방법들에 의해, 더 복잡한 와이어 경로(32; complex wire path) 구성을 가지는 와이어 스페이서(20)는 획득될 수 있다. 이러한 복잡한 와이어 경로의 예시는 이격 와이어(28)의 단부에서 시작하고, 가로 방향(Z)를 따라서 수직하게 연장하며, 음의 제1 방향(X)을 따라서 후방으로 꺾이고, 음의 가로 방향(Z)을 향하며, 양의 제1 방향(X)을 향하고, 다음 이격 와이어 내로 연장하는 가로 방향(Z)를 다시 따라서 (거의) 원형 와이어 경로(미 도시된)다.

위의 설명들은 도면으로부터 의도되었지만, 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 대안적이고 동등한 실시예들이 아래에 설정된 청구범위의 범위로부터 벗어남 없이, 실행하도록 줄여지고 구상될 수 있다는 것은 당업자에게 명확할 것이다.

예를 들어, 위에서 기술된 와이어 경로들(32)의 어떠한 조합도 단일 와이어 스페이서(20) 내에서 제공될 수 있다.

1: 플레이트 타입 열 교환장치
2: 제1 열 전달 플레이트
4: 제2 열 전달 플레이트
6: 제1 유체 채널
8 : 제2 유체 채널
10 : 제1 유체 구멍
12 : 제2 유체 구멍
14 : 제1 유체
16 : 제2 유체
18 : 플레이트 엣지
20 : 와이어 스페이서
22 : 휘어진 와이어
24 : 제1 지지 세그먼트
26 : 제2 지지 세그먼트
28 : 이격 와이어 세그먼트
30 : 기본 와이어 부분
32 : 와이어 경로
34a-c : 선형 경로 세그먼트
40 : 제1 단부
42 : 제2 단부
44 : 와이어 스페이서 부착 수단

: 와이어 직경
X : 제1 방향
Y　: 제2 방향
Z　: 가로 방향
S1 : 제1 지지 면
S2 : 제2 지지면
C1 : 제1 지지 라인
C2 : 제2 지지 라인
Δx1 : 제1 지지 길이
Δx2 : 제2 지지 길이
Δy : 간격
Δz : 베이스 너비

Claims

제1 지지 라인(C1)을 따라서 제1 열 전달 플레이트(2)에 접하기 위한 제1 지지 세그먼트들(24);
제2 지지 라인(C2)을 따라서 제2 열 전달 플레이트(4)에 접하기 위한 제2 지지 세그먼트들(26);
상기 제1 지지 라인으로부터의 간격(Δy)에서 상기 제2 지지 세그먼트들을 이격하고, 교차하는 방식으로 상기 제1 지지 세그먼트들과 상기 제2 지지 세그먼트들을 상호 연결하는 이격 세그먼트들(28);
을 포함하는
휘어진 와이어(22)를 포함하고,
상기 제1 지지 세그먼트들(24)은 상기 제1 지지 라인(C1)을 포함하는 지지 평면(S1)을 함께 정의하는 와이어 경로들(32) 내로 휘어지는,
플레이트 타입 열 교환장치(1)에서 제1 열 전달 플레이트(2)와 제2 열 전달 플레이트(4)를 이격시키기 위한, 와이어 스페이서(20).
제 1항에 있어서,
상기 와이어 경로들(32)은 지지 평면(S1) 내에서 및 상기 제1 지지 라인(C1)에 수직하는 가로 방향(Z)을 따라서 및, 상기 제1 지지 라인(C1)으로부터 두-방향으로 함께 연장하는, 와이어 스페이서(20).
제 2항에 있어서,
각 와이어 경로(32)는 간격(Δy)과 바람직하게 동일한 전체 베이스 너비(Δz)에 걸쳐서 이어지고, 두 방향으로 연장하는, 와이어 스페이서(20).
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 와이어 경로(32)는, 상기 가로 방향(Z)에 걸쳐 이어지는 연결된 선형 경로 세그먼트들(34)을 포함하고, 좁은 U-모양, 좁은 S-모양 또는 좁은 W-모양 중 하나를 바람직하게 형성하는, 와이어 스페이서(20).
제1 항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 와이어 경로(32)는 U-모양, S-모양, 또는 만곡된 W-모양을 바람직하게 형성하는 상기 지지 평면(S1)에서 매끄럽게 만곡되는, 와이어 스페이서(20).
제1 항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 지지 세그먼트들은 상기 제2 지지 라인(C2)을 따라서 지지 길이들(Δxi)을 구비하는 선형 지지 세그먼트들(26)에 의해 형성되고, 바람직하게 상기 지지 길이들은 100mm 내지 200mm의 범위 내에서 동일한 지지 길이들(Δx)인, 와이어 스페이서(20).
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이격 세그먼트들은 상기 간격(Δy)과 동일한 이격하는 높이를 구비하는 수직적인 선형 세그먼트들(28)에 의해 형성되는, 와이어 스페이서(20).
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 와이어 경로(32)는 상기 제2 지지 라인(C2)에 수직한 가로 방향(Z)을 따라서 및 상기 제2 지지 라인(C2)로부터 두-방향으로 연장하는, 와이어 스페이서(20).
제1 항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 휘어진 와이어(22)의 단면은 원형이고, 특히 휘어진 와이어(22)의 와이어 직경(
)은 2 내지 4mm의 직경범위에 있는, 와이어 스페이서(20).
제 1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 휘어진 와이어(22)는 제1 단부(40) 및 제2 단부(42)를 가지고, 각 단부에는 상기 제1 열 전달 플레이트(2) 및/또는 상기 제2 열 전달 플레이트(4)로 상기 와이어 스페이서를 연결하기 위한 부착 수단(44)이 제공되는, 와이어 스페이서(20).
제2 방향(y)으로 이격하는 높이(Δy)에서 이격되며, 제1 방향(X)을 따라서 유체 채널(6)을 형성하는 두 인접한 열 전달 플레이트들(2, 4)을 포함하고, 플레이트 타입 열 교환장치는 두 인접한 열 전달 플레이트들 사이에서 배열된 청구항 제1 항 내지 제 10항 중 임의의 한 항에 따르는 적어도 하나의 와이어 스페이서(20)를 포함하는,
두 유체들(14, 16) 사이에서 열 에너지를 교환시키기 위한, 플레이트 타입 열 교환장치(1).
제 11항에 있어서,
상기 적어도 하나의 와이어 스페이서(20)는 상기 인접한 열 전달 플레이트들(2, 4) 사이에 해제 가능하게 위치되고, 상기 와이어 스페이서의 제1 단부(40) 및 제2 단부(42)는 상기 열 전달 플레이트들의 각각의 외부 엣지들(18)에 고정되는, 플레이트 타입 열 교환장치(1).
제2 방향(Y)으로 이격하는 높이(Δy)에서 이격되고, 제1 방향(X)을 따라서 유체 채널(6)을 형성하는 두 인접한 열 전달 플레이트들(2, 4)를 포함하고,
상기 두 인접한 열 전달 플레이트들(2, 4) 사이에 청구항 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 와이어 스페이서(20)를 삽입하는 단계;
상기 제1 방향(X)으로 제1 지지 라인(C1)을 따라서 상기 제1 열 전달 플레이트(2)에 접하는 방식으로 상기 제1 지지 세그먼트들(24)의 와이어 경로들(20)을 위치시키는 단계;
상기 제1 지지 라인으로부터 간격(Δy)에서 제2 지지 라인(C2)를 따라서 상기 제2 열 전달 플레이트를 접하는 방식으로 상기 제2 지지 세그먼트들(26)을 위치시키는 단계, 이에 의해 인접한 열 전달 플레이트들을 이격함;
을 포함하는,
두 유체들(14, 16) 사이의 열 에너지를 교환하기 위한 현존하는 플레이트 타입 열 교환장치(1)를 업그레이드하기 위한 방법.