KR20180022915A - 플레이트 열 교환기 - Google Patents

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Abstract

플레이트 열 교환기는 케이싱, 유체 분리 디바이스, 다수의 열 전달 플레이트를 포함하고, 열 전달 플레이트는, 서로 영구적으로 결합되고, 중앙 개구(31)의 제1 부분이 유체 입구로서 작용할 수 있고 중앙 개구(31)의 제2 부분이 제1 유체를 위한 유체 출구로서 작용할 수 있도록 플레이트 스택(20)의 중앙 공간을 형성하고 유체 분리 디바이스가 배치되는 중앙 개구(31)를 가지며, 플레이트의 대향 측면(36, 37)이 제2 유체를 위한 유체 유입부 및 유출부로서 작용하고, 플레이트 스택(20)의 외부 치수(D1)가 케이싱(2)의 쉘(3)의 내부 치수(D2)보다 작고, 유체 차단기(51, 52)가 쉘(3)과 플레이트 스택(20) 사이의 간극(50)에 배치된다.

Description

플레이트 열 교환기
본 발명은 중앙 개구의 제1 부분이 유체 입구로서 작용하는 것을 허용하며 중앙 개구의 제2 부분이 유체 출구로서 작용하는 것을 허용하는 유체 분리 디바이스를 수용하기 위한 중앙 개구를 갖는 유형의 열 전달 플레이트에 관한 것이다.
오늘날 많은 상이한 유형의 플레이트 열 교환기가 존재하며 그들의 유형에 따라 다양한 용례에서 채용된다. 플레이트 열 교환기의 일부 유형은 결합된 열 전달 플레이트가 배치되는 밀봉된 인클로저를 형성하는 케이싱으로부터 조립된다. 열 전달 플레이트는 열 전달 플레이트의 스택을 형성하며, 여기서 제1 및 제2 유체를 위한 교번하는 제1 및 제2 유동 경로가 열 전달 플레이트 사이에 형성된다.
플레이트 열 교환기의 한가지 유형, 이른바 중앙 포트 플레이트 열 교환기에 대해, 각각의 열 전달 플레이트는 제1 유체 경로를 위한 중앙 개구(중앙 포트)를 갖는다. 제1 유체 경로의 유체는 열 전달 플레이트의 중앙 개구의 입구 섹션에서 열 전달 플레이트로 인입되고, 플레이트를 가로질러 유동하며, 동일한 중앙 개구의 출구 섹션에서 플레이트를 떠난다. 출구 섹션은 입구 섹션에 대향하며, 유체 분리 디바이스가 입구 섹션으로의 유체 유동을 출구 섹션으로부터의 유체 유동으로부터 분리하기 위해 중앙 개구에 삽입된다. 따라서, 동일한 포트가, 분리 디바이스에 의해, 열 전달 플레이트에 걸쳐 유동하는 유체를 위한 유체 입구 및 유체 출구의 양자 모두로서 사용된다. 기본적으로, 제1 유체는 열 전달 플레이트에 걸쳐 180° 회전하므로, 제1 유체는 제1 유체가 플레이트로 인입되는 위치에 대향하는, 중앙 개구를 가로질러 보이는, 위치에서 플레이트를 떠난다.
제2 유체는 플레이트의 주변부의 입구 섹션에서 열 전달 플레이트로 인입되고, 플레이트를 가로질러 유동하고, 플레이트의 주변부의 출구 섹션에서 플레이트를 떠나며, 출구 섹션은 입구 섹션에 대향한다.
분명히, 제1 유체를 위한 입구 및 출구는 플레이트의 모든 제2 쌍 사이에 위치되며, 제2 유체를 위한 입구 및 출구는 플레이트의 모든 다른 제2 쌍 사이에 위치된다. 따라서, 제1 및 제2 유체는 열 전달 플레이트의 모든 제2 쌍 사이에서 열 전달 플레이트의 각각의 측면에 걸쳐 유동한다. 제1 유체를 위한 입구 및 출구를 갖는 플레이트 쌍의 플레이트는 그들의 전체 주변부를 따라 서로 밀봉되는 한편, 제2 유체를 위한 입구 및 출구를 갖는 플레이트 쌍의 플레이트는 그들 중앙 개구에서 서로 밀봉된다.
열 전달 플레이트는 케이싱에 의해 둘러싸이기 때문에, 중앙 포트 플레이트 열 교환기는 많은 다른 유형의 플레이트 열 교환기와 비교하여 높은 압력 수준을 견딜 수 있다. 그럼에도 불구하고, 중앙 포트 플레이트 열 교환기는 소형이며, 열 전달 특성이 양호하고 고장 없이 엄격한 작동 조건을 견딜 수 있다.
결합된 열 전달 플레이트는 때로는 플레이트 팩 또는 열 전달 플레이트의 스택이라고 지칭된다. 열 전달 플레이트의 스택은 중앙 포트 플레이트 열 교환기를 위한 특징인 내부 중앙 관통 구멍을 갖는 실질적 원통 형상을 갖는다. 열 전달 플레이트의 스택은 고무 개스킷이 열 전달 플레이트 사이에서 생략될 수 있도록 모두 용접될 수 있다. 이는 중앙 포트 플레이트 열 교환기를 높은 온도 및 높은 압력에서 넓은 범위의 공격성 유체와의 작동에 적합하게 한다.
중앙 포트 플레이트 열 교환기의 유지보수 동안, 열 전달 플레이트의 스택은 예를 들어 쉘의 상부 또는 저부 커버를 제거하고 열 전달 플레이트의 스택을 세제로 플러싱함으로써 접근 및 세정될 수 있다. 또한 열 전달 플레이트의 스택이 쉘 내에 적절히 배치될 수 있는 한 열 전달 플레이트의 스택을 이전의 스택과 동일 또는 상이할 수 있는 새로운 스택으로 교체할 수 있다.
일반적으로 중앙 포트 플레이트 열 교환기는 종래의 열 교환기로 사용되는 것뿐만 아니라 콘덴서 또는 리보일러로서도 적합하다. 후자의 두 경우에서, 쉘은 응축물을 위한 추가 입구/출구를 포함할 수 있으며, 이는 특별한 분리기 유닛의 필요성을 제거할 수 있다.
열 전달 플레이트의 스택을 갖는 중앙 포트 플레이트 열 교환기의 설계는 표시된 바와 같이 유형에 매우 특정한 이점 및 특성의 조합을 제공한다. 특허 문헌 EP2002193A1에서 발견되는 것과 같은 중앙 포트 플레이트 열 교환기의 다수의 실시예가 개시되어 있다. 몇몇 다른 유형의 플레이트 열 교환기와 비교하여, 중앙 포트 플레이트 열 교환기는 소형 설계를 가지며 유체의 유동을 잘 처리한다. 그러나, 중앙 포트 플레이트 열 교환기는 그것이 작동될 때 열 교환기 내에서의 유체의 유동을 더 최적으로 지향시키는 능력에 대해 개선될 수 있으며, 이것은 열효율을 증가시킬 수 있을 것으로 추정된다.
본 발명의 목적은 중앙 포트 플레이트 열 교환기의 개선된 열효율을 제공하는 것이다. 특히, 열 교환기내에서의 유체의 유동을 개선하는 것이 목적이다.
이들 목적을 해결하기 위해서, 플레이트 열 교환기가 제공된다. 상기 플레이트 열 교환기는, 쉘과 케이싱에 인클로저를 형성하기 위해서 쉘에 연결되는 상부 커버 및 저부 커버를 포함하는 케이싱; 유체 분리 디바이스; 및 인클로저 내에 배치되고, 열 전달 플레이트 사이에 제1 유체 및 제2 유체를 위한 교번하는 제1 및 제2 유동 경로를 갖는 플레이트 스택을 형성하기 위해서 서로 결합되는 다수의 열 전달 플레이트를 포함한다. 열 전달 플레이트는, 중앙 개구의 제1 부분이 유체 입구로서 작용할 수 있고 중앙 개구의 제2 부분이 제1 유체를 위한 유체 출구로서 작용할 수 있도록 플레이트 스택에 중앙 공간을 형성하고 유체 분리 디바이스가 배치되는 중앙 개구; 및 제2 유체를 위한 유체 유입부로서 작용하는 제1 측면, 및 제1 측면에 대향하며 제2 유체를 위한 유체 유출부로서 작용하는 제2 측면을 갖는다. 플레이트 스택의 외측 치수는 쉘의 내측 치수보다 작으므로, 쉘과 플레이트 스택 사이에 간극이 형성되고, 제1 유체 차단기 및 제2 유체 차단기가 간극에서의 제2 유체의 유동을 감소시키기 위해서 쉘과 플레이트 스택 사이의 간극에 배치된다.
간극은 열 교환기에 플레이트 스택을 설치할 때 효율적인 제조를 얻기 위해서 요구되며, 유체 차단기는 제2 유체가 열 전달 플레이트를 지나서 지름길을 취하는 것을 효과적으로 방지한다. 이는 플레이트 열 교환기의 열효율을 증가시킨다. 본 발명의 또 다른 목적, 특징, 양태 및 이점은 이하의 상세한 설명 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
이제 첨부의 개략적인 도면을 참고하여 예로서 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.
도 1은 도 2의 라인 B-B를 따라서 본 바와 같은 중앙 포트 플레이트 열 교환기의 단면 평면도이다.
도 2는 도 1의 라인 A-A를 따라서 본 바와 같은 도 1의 열 교환기의 단면 측면도이다.
도 3은 제1 측면에서 본 바와 같은 도 1의 열 교환기에 배치되는 유동 분할기의 단면 측면도이다.
도 4는 제2 측면에서 본 바와 같은 도 3의 유동 분할기의 측면도이다.
도 5는 개스킷 배치물이 있는 상태에서 본 바와 같은 도 3의 유동 분할기의 평면도이다.
도 6은 유사한 열 전달 플레이트와 함께 도 1의 열 교환기를 위한 플레이트 스택을 형성할 수 있는 열 전달 플레이트의 주요 평면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 종류의 4개의 열 전달 플레이트의 주요 단면 측면도이다.
도 8은 유체 차단기 및 안내자를 도시하는 도 2의 라인 B2-B2를 따라 본 바와 같은 중앙 포트 플레이트 열 교환기의 단면 평면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 유체 차단기의 평면도이다.
도 10은 열 교환기 저부 커버의 섹션을 포함하는 도 9의 유체 차단기의 부분 측면도이다.
도 11은 플레이트 스택 둘레에 배치된 주변 시트를 도시하는 도 2의 라인 B2-B2를 따라 본 바와 같은 중앙 포트 플레이트 열 교환기의 단면 평면도이다.
도 12는 도 1의 열 교환기에 사용될 수 있는 유체 차단기의 제2 실시예를 도시하는 주요 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 중앙 포트 플레이트 열 교환기(1)가 도시되어 있다. 열 교환기(1)는 원통형 쉘(3), 상부 커버(4) 및 저부 커버(5)를 포함하는 케이싱(2)을 갖는다. 상부 커버(4)는 원형 디스크 형상을 가지며, 상부 커버(4)의 주변부는 원통형 쉘(3)의 상위 에지에 부착된다. 저부 커버(5)는 원형 디스크 형상을 가지며, 저부 커버(5)의 주변부는 원통형 쉘(3)의 하위 에지에 부착된다. 커버(4, 5)는 도시된 실시예에서 원통형 쉘(3)에 용접된다. 다른 실시예에서, 커버(4, 5)는 원통형 쉘(3) 및 커버(4, 5)의 플랜지(도시되지 않음)에 계합되는 볼트를 통해 원통형 쉘(3)에 부착된다. 서로 영구적으로 결합된 다수의 열 전달 플레이트(21, 22, 23)는 케이싱(2) 내의 인클로저(14) 내에 배치된 플레이트 스택(20)을 형성한다. 스택(20)은 열 전달 플레이트(21, 22, 23) 사이에 제1 유체(F1) 및 제2 유체(F2)를 위한 교번하는 제1 및 제2 유동 경로(11, 12)를 갖는데, 즉 제1 유체(F1)는 열 전달 플레이트의 모든 제2 상 사이에서 유동한다.
상부 커버(4)는 제1 유동 경로(11)를 통해 열 교환기(1)를 통과하는 제1 유체(F1)를 위한 유체 입구(6)를 갖는다. 이 유체 입구(6)는 제1 유체 입구(6)로 지칭된다. 저부 커버(5)는 제1 유동 경로(11)를 통해 열 교환기(1)를 통과하는 제1 유체(F1)를 위한 유체 출구(7)를 갖는다. 이 유체 출구(7)는 제1 유체 출구(7)로 지칭된다. 제1 유체 입구(6)는 상부 커버(4)의 중심에 위치하며, 제1 유체 출구(7)는 저부 커버(5)의 중심에 위치한다. 따라서, 제1 유체 입구(6)와 제1 유체 출구(7)는 케이싱(2) 내에서 서로 대향하여 위치된다.
원통형 쉘(3)은 제2 유동 경로(12)를 통해 열 교환기(1)를 통과하는 제2 유체(F2)를 위한 유체 입구(8)를 갖는다. 이 유체 입구(8)는 제2 유체 입구(8)로 지칭된다. 원통형 쉘(3)은 또한 제2 유동 경로(12)를 통해 열 교환기(1)를 통과하는 제2 유체(F2)를 위한 유체 출구(9)를 갖는다. 출구(9)는 제2 유체 출구(9)로 지칭된다. 제2 유체 입구(8)는 원통형 쉘(3)의 상위 에지와 원통형 쉘(3)의 하위 에지 사이의 중간에서 원통형 쉘(3)의 측면 상에 위치된다. 제2 유체 출구(9)는 원통형 쉘(3)의 상위 에지와 원통형 쉘(3)의 하위 에지 사이의 중간에서 제2 유체 입구(8)에 대향하는 원통형 쉘(3)의 측면 상에 위치된다.
케이싱(2), 즉 도시된 실시예에서 원통형 쉘(3), 상부 커버(4) 및 저부 커버(5)는 열 전달 플레이트의 스택(20)이 배치되는 내부 공간(14) 또는 인클로저(14)를 형성한다. 열 전달 플레이트(21, 22, 23)와 같은 스택(20)의 열 전달 플레이트는, 제1 및 제2 유동 경로(11, 12)가 열 전달 플레이트 사이의 각각의 교번하는 유동 경로에서 유동하도록 밀봉된 인클로저에 영구적으로 결합 및 배치된다. 스택(20) 내의 열 전달 플레이트 각각은 중앙 개구(31)를 갖는다. 스택(20) 내의 몇몇 열 전달 플레이트의 중앙 개구는 스택(20)의 중앙 공간(24)을 함께 형성한다.
도 3 및 도 4를 더 참조하면, 유체 분리 디바이스(40)가 스택(20)의 중앙 공간(24) 내로 삽입된다. 분리 디바이스(40)는 스택(20) 내의 열 전달 플레이트(21, 22, 23)의 중앙 개구(31)에 근접하게 끼워지는 원통(41)의 형태를 갖는다. 분리 디바이스(40)의 높이는 스택(20)의 중앙 공간(24)의 높이와 동일하다. 유동 분할기(42)는 원통(41)의 상위 부분으로부터 원통(41)의 하위 부분까지 대각선으로 연장되고 원통(41)의 내부를 제1 원통 섹션(43)과 제2 원통 섹션(44)으로 분리한다. 유동 분할기(42)는 제1 원통 섹션(43)을 제2 원통 섹션(44)으로부터 분리하고, 그래서 유체가 원통 섹션(43, 44) 사이에서 직접적으로 유동하지 않는다(일부 누설이 발생하는 경우는 제외함). 대신에, 유체는 스택(20) 내의 열 전달 플레이트를 통해 제1 원통 섹션(43)으로부터 제2 원통 섹션(44)으로 유동한다.
분리 디바이스(40)는 제1 원통 섹션(43)의 제1 개구(45)와 제2 원통 섹션(44)의 제2 개구(46)를 갖는다. 제1 개구(45)는 개구(45, 46) 사이에 대칭적으로 배치된 유동 분할기(42)에 의해 제2 개구(46)에 대향하여 배치된다.
도 5를 참조하면, 열 교환기(1)는 유체 분리 디바이스(40)와 열 전달 플레이트(21-23)의 중앙 개구(31) 사이에 배치된 개스킷 배치물(90)을 갖는다. 개스킷 배치물(90)은 유체 분리 디바이스(40)의 둘레에 배치되는 커버 시트(91)를 갖고, 그래서 유체 분리 디바이스(40)의 주변부는 커버 시트(91)에 의해 덮인 유체 분리 디바이스(40)의 제1 및 제2 개구(45, 46)로부터 이격된다. 일반적으로, 커버 시트(91)는 원통(41)의 개구(45, 46)와 일치하고 정렬되는 개구를 갖는 원통(41)과 동일한 형상을 갖지만, 커버 시트(91)가 원통(41) 둘레에 배치될 수 있도록 더 큰 직경을 갖는다. 그리고 작은 간극이 원통(41)과 커버 시트(91) 사이에 위치된다. 주름진 금속 시트(92)가 커버 시트(91)와 원통(41) 사이의 간극에서 원통(41) 둘레에 대칭적으로 배치되어 있다. 주름진 금속 시트(92)는 가요성이며 원통(41)과 커버 시트(91) 사이의 간극보다 큰 폭을 갖는데, 즉 주름진 금속 시트는 커버 시트(91)가 원통(41)의 반경 방향으로 굴곡되는 것을 허용하면서 원통(41)에 대해 커버 시트(91)를 고정한다. 그리고, 유체 분리 디바이스(40)는 열 전달 플레이트(21-23)의 중앙 개구(31)에 꼭 맞게 끼워질 수 있고, 그래서 개스킷 배치물(90)은 유체 분리 디바이스(40)와 열 전달 플레이트(21-23)의 중앙 개구(31) 사이에 밀봉 효과를 제공한다.
도 6을 참조하면, 스택(20)에 사용되는 열 전달 플레이트(21) 중 하나가 도시되어 있다. 열 전달 플레이트(21)는 중앙 개구(31), 및 교번하는 리지 및 홈을 갖는 다수의 열(32, 33)을 갖는다. 평평한 플레이트 섹션(38)은 열(32, 33)을 서로 분리시킨다. 열 전달 플레이트(21)는, 스택(20)의 다른 열 전달 플레이트의 중앙 개구와 함께, 플레이트 스택(20)에서 중앙 공간(24)을 형성하고 유체 분리 디바이스(40)가 배치되는 중앙 개구(31)를 갖는다. 그리고, 중앙 개구(31)의 제1 부분(34)은 제1 유체(F1)를 위한 유체 입구(34)로서 작용하고, 중앙 개구(31)의 제2 부분(35)은 제1 유체(F1)를 위한 유체 출구(34)로서 작용한다. 분리 디바이스(40)의 제1 개구(45)는 유체 입구(34)를 향하고, 분리 디바이스(40)의 제2 개구(46)는 유체 출구(46)를 향한다.
입구(34)는 제1 유체(F1)가 모든 제2 열 전달 플레이트 사이의 공간으로 인입되는 것을 허용하며, 출구(35)는 유체가 모든 제2 열 전달 플레이트 사이의 동일한 공간을 나오는 것을 허용한다. 출구(35)는 열 전달 플레이트(21)의 중심(C)을 가로질러 보는 바와 같이 입구(34)에 대향하여 위치된다. 열 전달 플레이트(21)는 또한 제2 유체(F2)를 위한 유체 유입부로서 작용하는 제1 측면(36) 및 제2 유체(F2)를 위한 유체 유출부(37)로서 작용하는 제2 측면(37)을 갖는다. 유체 유출부(37)는 유체 유입부(36)에 대향하여 배치된다. 스택(20)의 모든 열 전달 플레이트는, 모든 다른 열 전달 플레이트가 열 전달 플레이트의 평면을 따라 그리고 열 전달 플레이트의 중심(C)을 통해 연장하는 축선(A1) 둘레로 180° 회전한 상태에서 도 6에 도시된 열 전달 플레이트(21)의 형태를 가질 수 있다.
도 7을 더 참조하면, 3개의 열 전달 플레이트(21, 22, 23)의 주요 모습이 열 전달 플레이트(21)의 중심(C)으로부터 열 전달 플레이트(21)의 주변 에지(주변부)(39)까지 연장하는 단면을 따라 추가의 열 전달 플레이트와 함께 도시되어 있다. 열 전달 플레이트(21)의 주변부(39)는 그 전체 길이를 따라 하위 열 전달 플레이트(23)의 대응하는 주변부와 결합된다. 플레이트(22, 23)는 플레이트(21)의 중앙 평면(P1)에 대응하는 중앙 평면(P2, P3)을 갖는다. 플레이트(21, 22) 사이의 사이공간은 제2 유체(F2)를 위한 제1 유동 경로(12)의 일부를 형성한다. 중앙 평면(P1)은 열 전달 플레이트(21)의 상부면(도 6에 도시됨) 및 저부면에 평행하게 열 전달 플레이트(21)를 통해 연장된다.
열 전달 플레이트(21)는 열 전달 플레이트(21)의 중앙 개구(31)에서 상위 열 전달 플레이트(22)와 부분적으로 결합될 수 있는데, 즉 열 전달 플레이트(21)의 중앙 개구(31)는 열 전달 플레이트(22)의 유사한 중앙 개구와 부분적으로 결합된다. 열 전달 플레이트(21)의 중앙 개구(31)는 제1 부분(섹션)(34)과 제2 부분(섹션)(35)을 제외하고 하위 열 전달 플레이트(23)와 결합된다. 결합되지 않은 중앙 개구의 부분(34, 35)은 각각의 각도(α)(각도(α)는 제2 부분(35)에 대해서만 도시됨)에 의해 규정된다. 부분(34, 35)은 서로 대향하여 대칭적으로 배치되고 제1 유체(F1)를 위한 유체 입구(34)와 제1 유체(F1)를 위한 유체 출구(35)를 형성한다. 선택적으로, 플레이트(21, 23)는 그들의 중앙 개구(31)에서 결합되지 않는다. 그리고, 분리 디바이스(40)의 개구(45, 46)는 제1 유체(F1)의 유동을 제한하고, 그래서 유체가 유체 입구(34) 및 유체 출구(35)에서 플레이트에 인입되고 유출된다. 그리고, 분리 디바이스(40)의 개구(45, 46)는 각각의 각도(α°)에 대응한다.
열 전달 플레이트(21)의 중앙 개구(31)는 상위 열 전달 플레이트(22)의 대응하는 중앙 개구와 결합된 전체 길이를 따른다. 플레이트(21, 22) 사이의 사이공간은 제2 유체(F2)를 위한 제2 유동 경로(12)의 일부를 형성한다.
열 전달 플레이트(21)는 또한 열 전달 플레이트(21)의 주변부(39)에서 하위 열 전달 플레이트(23)와 부분적으로 결합될 수 있는데, 즉 열 전달 플레이트(21)의 주변부(39)는 상위 열 전달 플레이트(22)의 유사한 주변부와 부분적으로 결합된다. 주변부(39)의 제1 부분(섹션)(36) 및 제2 부분(섹션)(37)은 상위 열 전달 플레이트(22)와 결합되지 않는다. 결합되지 않은 부분(36, 37)은 β도의 각각의 각도에 의해 규정된다. 상기 부분(36, 37)은 대칭적이고 서로 대향하여 배치되고, 제2 유체(F2)를 위한 유체 유입부로서 작용하는 전술한 제1 측면(36) 및 제2 유체(F2)를 위한 유체 유출부(37)로서 작용하는 제2 측면(37)을 형성한다. 열 전달 플레이트(21, 22)를 그들의 주변부에서 결합할 필요가 없다. 이 경우, 제2 유체(F2)의 일부가 플레이트의 표시된 측면(36, 37) 외측의 섹션에서 플레이트에 인입되고 유출될 수 있지만, 제1 측면(36)은 여전히 제2 유체(F2)를 위한 유체 유입부(36)로서 작용하고 제2 측면(37)은 제2 유체(F2)를 위한 유체 유출부(37)로서 작용한다.
제2 유체(F2)의 과도하게 많은 부분이 예를 들어 원통형 쉘(3)과 플레이트 스택(20) 사이의 가능한 간극에서 유동함으로써 플레이트 스택(20)을 통과하는 것을 방지하기 위해서, 개스킷 또는 통과 차단기(도시되지 않음)에 의한 일부 다른 것이 쉘(3)과 플레이트 스택(20) 사이에 배치될 수 있다. 이들 개스킷 또는 차단기는 유체 유입부(36) 및 유체 유출부(37)를 지나 위치되어야 한다.
열 전달 플레이트(21, 22, 23)의 결합은 전형적으로 용접에 의해 달성된다. 열 전달 플레이트(21)는 하위 인접 열 전달 플레이트(23)의 대응하는 절첩된 중앙 에지를 향해 절첩되고 그것과 결합되는 중앙 에지(52)를 가질 수 있다. 열 전달 플레이트(21)는 또한 상위 인접 열 전달 플레이트(22)의 대응하는 절첩된 주변 에지를 행해 절첩되고 그와 결합되는 주변 에지(51)를 가질 수 있다.
그리고 열 전달 플레이트(21, 22, 23)는 그들의 절첩된 에지에서 서로 결합될 수 있다. 시일이 입구(34) 및 출구(35)를 제외한 모든 섹션에서 중앙 개구(31)를 따라 플레이트(21 및 23)와 같은 플레이트를 밀봉하기 위해 분리 디바이스(40)와 열 전달 플레이트 사이에 배치될 수 있다. 또한 시일이 입구(36) 및 출구(37)를 제외한 모든 주변 섹션에서 주변부(39)를 따라 플레이트(21 및 22) 같은 플레이트를 밀봉하기 위해 원통형 쉘(3)과 열 전달 플레이트 사이에 배치될 수 있다.
다시 도 1 내지 도 4로 돌아가면, 열 전달 플레이트에 걸친 유동을 볼 수 있다. 제1 유체의 유동은 "F1"으로 나타낸 경로를 따른다. 분리 디바이스(40) 및 그 유동 분할기(42)에 의해, 제1 유체(F1)의 유동은 제1 유체 입구(6)를 통과하고, 제1 원통 섹션(43)으로 인입되며, 분리 디바이스(40)의 제1 개구(45)를 통해 유출되어, 스택(20)의 열 전달 플레이트(21)의 제1 플레이트 입구(34)로 간다. 그 후, 제1 유체(F1)는, 도 1의 경로(F1)로 나타낸 바와 같이 열 전달 플레이트를 가로질러 유동할 때 "선회하고", 스택(20)의 열 전달 플레이트(21)의 제1 플레이트 출구(35)를 통해 열 전달 플레이트를 떠나며, 제2 개구(46)를 통해 제2 원통 섹션(44)으로 인입된다. 제2 원통 섹션(44)으로부터, 제1 유체(F1)는 제1 유체 출구(7)로 유동하고, 여기서 유체는 열 교환기(1)를 떠난다.
제2 유체의 유동은 "F2"로 표시된 경로를 따른다. 제2 유체(F2)의 유동은 제2 유체 입구(8)를 통과하여 스택(20)의 열 전달 플레이트(21)의 제2 플레이트 입구(36)로 간다. 열 전달 플레이트의 모든 제2 플레이트 입구(36)로의 유체의 분배를 용이하게 하기 위해서, 열 교환기(1)는 제2 유체 입구(8)에서 쉘(3)과 플레이트 스택(20) 사이의 채널로서 형성된 분배기를 포함할 수 있다. 이 분배기 또는 채널은 입구(8)에서 열 전달 플레이트(21)와 쉘(3) 사이에 공간이 형성되도록 열 전달 플레이트(21)에 절개부(28)(도 1 참조)를 배치함으로써 달성될 수 있다. 유사한 방식으로, 분배기와 유사한 형상을 갖는 수집기가 제2 유체 출구(7)에 배치될 수 있다. 그 후, 수집기는 쉘(3)과 플레이트 스택(20) 사이의 채널로서 형성되며, 출구(9)에서 열 전달 플레이트(21)와 쉘(3) 사이에 공간이 형성되도록 절개부(29)를 열 전달 플레이트(21)에 배치함으로써 달성될 수 있다. 그리고, 열 전달 플레이트(21)의 제1 측면(36) 또는 유체 유입부(36)는 절개부(28)에 형성되고, 제2 측면(37) 또는 유체 유출부(37)는 절개부(29)에 형성된다.
제2 유체(F2)가 플레이트의 유체 유입부(36)에 진입할 때, 유체는 스택(20)의 플레이트를 가로질러 유동하고(도 1의 경로(F2) 참조), 유체 유출부(37)를 통해 스택(20)의 열 전달 플레이트를 떠나며, 그 후 제2 유체 출구(9)를 통해 열 교환기(1)를 떠난다.
도 8을 더 참조하면, 플레이트 스택(20)의 외측 치수(D1)가 쉘(3)의 내측 치수(D2)보다 작다는 것을 알 수 있다. 간극(50)은 쉘(3)과 플레이트 스택(20) 사이에 형성된다. 제1 유체 차단기(51) 및 제2 유체 차단기(52)는 쉘(3)과 플레이트 스택(20) 사이의 간극(50)에 배치된다. 유체 차단기(51, 52)는 간극(50) 내의 제2 유체(F2)의 유동을 감소시킨다. 제3 유체 차단기(53)는 제2 유체(F2)의 유동 방향에서 보았을 때와 같이 제1 유체 차단기(51) 전에 배치된다. 제4 유체 차단기(54)는 제2 유체(F2)의 유동 방향에서 보았을 때와 같이 제2 유체 차단기(52) 전에 배치된다. 4개의 유체 차단기(51-54)는 전형적으로 동일한 유형이다.
제1 유체 차단기(51)는 세장형 형태를 갖고 상부 커버(4)로부터 저부 커버(5)로의 방향으로 연장하며, 플레이트 스택(20)의 제1 측면(61)에서 열 전달 플레이트(21-23)의 제1 측면(36)과 제2 측면(37) 사이에 배치된다. 제2 유체 차단기(52)는 또한 세장형 형태를 갖고 상부 커버(4)로부터 저부 커버(5)로의 방향으로 연장되며, 플레이트 스택(20)의 제1 측면(61)에 대향하는 플레이트 스택(20)의 제2 측면(62)을 제외한, 열 전달 플레이트(21-23)의 제1 측면(36)과 제2 측면(37) 사이에 배치된다.
구체적으로는, 제1 유체 차단기(51) 및 제2 유체 차단기(52)는 열 전달 플레이트(21-23)의 제1 측면(36)보다 열 전달 플레이트(21-23)의 제2 측면(37)에 더 가깝게 위치된다. 제1 유체 차단기(51)는 열 전달 플레이트(21-23)의 제2 측면(37)의 제1 에지(371)로부터 20 cm 미만 또는 10 cm 미만으로 위치될 수 있다. 제2 유체 차단기(52)는 열 전달 플레이트(21-23)의 제2 측면(37)의 제2 에지(372)로부터 20 cm 미만 또는 10 cm 미만으로 위치될 수 있다.
제2 유체(F2)의 유동 방향에서 보았을 때, 유체 차단기(51-54) 직전에, 쉘(3)과 플레이트 스택(20) 사이의 간극(50)에 제1 세장형 안내자(101) 및 제2 세장형 안내자(102)가 배치된다. 안내자(101, 102)는 플레이트 스택(20)의 쉘(3)을 향한 이동을 감소시킨다. 안내자(101, 102)는 또한 제2 유체(F2)의 유동 방향에서 볼 때와 같이 유체 차단기(51-54) 이후에 배치될 수 있다. 이동을 더욱 감소시키기 위해, 쉘(3)과 플레이트 스택(20) 사이의 간극(50)에 4개의 더 많은 안내자(103-106)가 배치된다. 안내자(101-106)는 간극(50)의 폭보다 약간 작은 각각의 치수를 가지며, 상부 커버(4)로부터 저부 커버(5)로의 방향으로 플레이트 스택(20)을 따라 연장한다. 이들은 쉘(3), 상부 커버(4), 저부 커버(5) 및 플레이트 스택(20) 중 어느 하나에 고정된다.
도 9 및 도 10을 더 참조하면, 도 9는 상부로부터 제1 유체 차단기(51)를 도시하고, 도 10은 저부 커버(5)의 일부와 함께 제1 유체 차단기(51)의 부분 측면도를 도시한다. 제1 유체 차단기(51)는 파이프 형상 지지 부재(511)를 갖는다. 지지 부재(511)는 직사각형 프로파일 또는 I-빔의 프로파일과 같은 다른 형상을 가질 수도 있다. 제1 개스킷(512)은 지지 부재(511)로부터 연장하여 쉘(3)과 접촉하고, 제2 개스킷(513)은 지지 부재(511)로부터 연장하여 플레이트 스택(20)과 직접적 또는 간접적으로 접촉한다. 예를 들어, 주변 시트(73, 74)가 플레이트 스택(20) 둘레에 배치될 때, 제2 개스킷(513)은 플레이트 스택(20)과 간접적으로 접촉한다(도 11 참조).
개스킷(512, 513)은 각각의 가요성 금속 시트(512, 513)의 형태를 갖는다. 금속 시트(512, 513)는 제1 유체 차단기(51)가 쉘(3)과 플레이트 스택(20) 사이에 배치될 때 서로를 향한 방향으로 함께 가압된다. 이는 가요성 금속 시트(512, 513)가 쉘(3) 및 플레이트 스택(20)에 힘을 가하게 하여, 간극(50)을 효율적으로 밀봉한다. 제1 유체 차단기(51)는 개스킷(512, 513)이 지지 부재(511)로부터 그리고 제2 유체의 유동 방향으로 연장되도록 배치된다. 함께 개스킷(512, 513)은 V 형태 또는 U 형태(구부러진 경우)를 가지며, 여기서 V 또는 U의 기부는 지지 부재(511)에 연결된다. 제1 유체 차단기(51)는, 제1 개스킷(512) 및 제2 개스킷(513)이 연장되어 나오는 측면(519)에 대향하는 지지 부재(511)의 측면(518)에서, 지지 부재(511) 상에 그리고 지지 부재를 따라 배치되는 보강재 요소(515)를 갖는다. 개스킷(512, 513)은 부착 리브(514)를 통해 지지 부재(511)에 부착될 수 있다.
도 8을 다시 참조하면, 제1 유체 차단기(51)의 지지 부재(511)는 상부 커버(4)로부터 저부 커버(5)로의 방향으로 연장되는 2개의 안내 요소(71, 72) 사이에 배치된다. 안내 요소(71, 72)는 쉘(3)에 부착되거나, 플레이트 스택(20)의 주변부(201)에 직접적 또는 간접적으로 부착된다. 안내 요소(71, 72)는 예를 들어 주변 시트(73, 74)가 플레이트 스택(20) 둘레에 배치될 때 플레이트 스택(20)과 간접적으로 접촉한다(도 11 참조). 그 후, 안내 요소(71, 72)는 주변 시트(73, 74)에 용접될 수 있다. 유사한 안내 요소가 다른 유체 차단기(52-54)의 대응하는 지지 부재 둘레에 배치될 수 있다.
지지 부재(511)의 밑면에는 저부 커버(5)의 개구(501) 내로 연장하는 돌출부(516)가 있다. 선택적으로 또는 대안적으로, 지지 부재(511)의 상위 측은 상부 커버(4) 내의 개구 내로 연장하는 유사한 돌출부를 갖는다. 유사한 돌출부(517)가 보강재 요소(515) 상에 배치되고 저부 커버(5)의 다른 개구(502) 내로 연장된다. 보강재 요소(515)의 상부는 상부 커버(4)의 다른 개구 내로 연장하는 유사한 돌출부를 가질 수 있다. 이들 돌출부 중 하나 이상은 제1 유체 차단기(51)에 대한 측방향 지지부를 제공한다. 제1 유체 차단기(51)의 다양한 부분은 용접 또는 임의의 다른 적절한 기술에 의해 서로 부착될 수 있다.
도 11을 더 참조하면, 열 교환기(1)는 플레이트 스택(20) 둘레에 배치된 주변 시트(73, 74)를 갖는다. 상세하게는, 주변 시트는 2개의 부분(73, 74)을 서로를 향하여 당기는 연결 와이어(75, 76)에 의해 서로 결합되는 제1 부분(73) 및 제2 부분(74)을 가지며, 그래서 이 부분들은 플레이트 스택(20)의 주변부(201)에 꼭 맞게 끼워진다. 연결 와이어 이외의 다른 요소가 2개의 부분(73, 74)을 서로를 향해 당기는 한 이들은 이를 위해 사용될 수 있다. 와이어에 의해, 플레이트 스택(20)의 주변부(201)는 제1 및 제2 측면(36, 37)에서 덮이지 않고, 이는 측면(36, 37)이 제2 유체(F2)의 유체 유입부 및 유체 유출부에 작용하는 것을 허용한다.
도 12를 참조하면, 유체 차단기(130)의 제2 실시예가 도시되어 있다. 이 유체 차단기(130)는 열 전달 플레이트(21-22) 사이의 간극(115) 내로 연장하는 돌출부(135)를 갖는 세장형 기부(133)를 갖는다. 유체 차단기(130)는 쉘(3)과 플레이트 스택(20) 사이에 배치되고, 제2 유체(F2)가 열 전달 플레이트(20)와 쉘(3)의 내면 사이의 지름길을 취하는 것을 방지한다. 유체 차단기(130)는 빗 유사 형태를 가지며, 상부 커버(4)로부터 저부 커버(5)까지 플레이트 스택(20)을 따라 연장한다. 간극(134)은 플레이트 스택(20)의 열 전달 플레이트의 에지(117)가 연장되어 들어가는 돌출부(135) 사이에 위치하며, 스폿 용접에 의해 플레이트 스택(20)에 부착될 수 있다. 기부(133)로부터 제1 시일(131) 및 제2 시일(132)이 연장한다. 이들 시일, 또는 개스킷(131, 132)은 가요성이고, 그래서 이들은 밀봉 요소(131, 132)를 갖는 유체 차단기(130)가 플레이트 스택(20)과 원통형 쉘(11) 사이에 배치될 때 쉘(3)의 내부 표면에 밀접하게 맞닿는다. 유체 차단기(130)의 제2 실시예는 도 7에 도시된 하나 또는 모든 유체 차단기(51-54)를 대체할 수 있다. 유체 차단기(130)의 제2 실시예는 도 8에 도시된 유체 차단기의 일부 또는 모두를 대체할 수 있다. 일반적으로, 모든 유체 차단기는 동일한 유형이다. 열 교환기(1)의 모든 부분은 금속으로 구성될 수 있다.
전술한 설명으로부터, 본 발명의 다양한 실시예가 설명되고 도시되었지만, 본 발명은 여기에 제한되지 않고, 다음의 청구항에서 정의된 주제의 범위 내에서 다른 방식으로 실시될 수도 있다.

Claims (15)

  1. 플레이트 열 교환기이며,
    쉘(3), 및 케이싱(2) 내에 인클로저(14)를 형성하기 위해 쉘(3)에 연결되는 상부 커버(4) 및 저부 커버(5)를 포함하는 케이싱(2),
    유체 분리 디바이스(40),
    인클로저(14) 내에 배치되고, 열 전달 플레이트(21-23) 사이에 제1 유체(F1) 및 제2 유체(F2)를 위한 교번하는 제1 및 제2 유동 경로(11, 12)를 갖는 플레이트 스택(20)을 형성하기 위해 서로 결합되는 다수의 열 전달 플레이트(21-23)를 포함하고,
    열 전달 플레이트(21-23)는,
    - 중앙 개구(31)의 제1 부분(34)이 유체 입구로서 작용할 수 있고, 중앙 개구(31)의 제2 부분(35)이 제1 유체(F1)를 위한 유체 출구로서 작용할 수 있도록, 플레이트 스택(20)의 중앙 공간(24)을 형성하며 유체 분리 디바이스(40)가 배치되는 중앙 개구(31),
    - 제2 유체(F2)를 위한 유체 유입부로서 작용하는 제1 측면(36) 및 제1 측면(36)에 대향하고 제2 유체(F2)를 위한 유체 유출부로서 작용하는 제2 측면(37)을 갖고,
    플레이트 스택(20)의 외부 치수(D1)는 쉘(3)의 내부 치수(D2)보다 작고, 그래서 쉘(3)과 플레이트 스택(20) 사이에 간극(50)이 형성되며,
    제1 유체 차단기(51) 및 제2 유체 차단기(52)가 간극(50)에서의 제2 유체(F2)의 유동을 감소시키기 위해서 쉘(3)과 플레이트 스택(20) 사이의 간극(50)에 배치되는 플레이트 열 교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 유체 차단기(51)는 세장형 형태를 갖고, 상부 커버(4)로부터 저부 커버(5)로의 방향으로 연장되고, 플레이트 스택(20)의 제1 측면(61)에서 열 전달 플레이트(21-23)의 제1 측면(36)과 제2 측면(37) 사이에 배치되며,
    제2 유체 차단기(52)는 세장형 형태를 갖고, 상부 커버(4)로부터 저부 커버(5)로의 방향으로 연장되며, 플레이트 스택(20)의 제1 측면(61)에 대향하는 플레이트 스택(20)의 제2 측면(62)에서 열 전달 플레이트(21-23)의 제1 측면(36)과 제2 측면(37) 사이에 배치되는 플레이트 열 교환기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 유체 차단기(51) 및 제2 유체 차단기(52)는 열 전달 플레이트(21-23)의 상기 제1 측면(36)보다 열 전달 플레이트(21-23)의 제2 측면(37)에 더 가깝게 위치되는 플레이트 열 교환기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유체 차단기(51) 및 제2 유체 차단기(52)는 제2 유체(F2)를 위한 유체 유출부로서 작용하는 제2 측면(37)의 각각의 에지(371, 372)로부터 20 cm 미만에 위치되는 플레이트 열 교환기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유체 차단기(51)는 지지 부재(511), 지지 부재(511)로부터 연장되어 쉘(3)과 접촉하는 제1 개스킷(512), 및 지지 부재(511)로부터 연장되어 플레이트 스택(20)과 직접적 또는 간접적으로 접촉하는 제2 개스킷(513)을 포함하는 플레이트 열 교환기.
  6. 제5항에 있어서, 개스킷(512, 513)은 각각의 가요성 금속 시트(512, 513)의 형태를 가지며, 금속 시트(512, 513)는 제1 유체 차단기(51)가 쉘(3)과 플레이트 스택(20) 사이에 배치될 때 서로를 향하는 방향으로 함께 가압되고, 이에 의해 가요성 금속 시트(512, 513)는 쉘(3) 및 플레이트 스택(20)에 대해 힘을 가하는 플레이트 열 교환기.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제1 유체 차단기(51)는, 제1 개스킷(#) 및 제2 개스킷(#)이 연장되어 나오는 측면(519)에 대향하는 지지 부재(511)의 측면(518)에서, 지지 부재(511) 상에 그리고 지지 부재를 따라 배치되는 보강재 요소(515)를 포함하는 플레이트 열 교환기.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유체 차단기(51)의 지지 부재(511)는, 상부 커버(4)로부터 저부 커버(5)로의 방향으로 연장되며, 쉘(3)에 부착되거나 플레이트 스택(20)의 주변부(201)에 직접적 또는 간접적으로 부착되는 2개의 안내 요소(71, 72) 사이에 배치되는 플레이트 열 교환기.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유체 차단기(51)는 상부 커버(4) 또는 저부 커버(5)의 개구부(501) 내로 연장하는 돌출부(516)를 포함하는 플레이트 열 교환기.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 주변 시트(73, 74)가 플레이트 스택(20)의 둘레에 배치되고, 그래서 플레이트 스택(20)의 주변부(201)가 주변 시트(73, 74)에 의해 덮인, 제2 유체(F2)를 위한 유체 유입부 및 유체 유출부로서 작용하는 적어도 제1 및 제2 측면(36, 37)으로부터 이격되는 플레이트 열 교환기.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유체 차단기(51)는 열 전달 플레이트(21-22) 사이의 간극(115) 내로 연장하는 돌출부(135)를 갖는 세장형 기부(133)를 포함하는 플레이트 열 교환기.
  12. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 유체 분리 디바이스(40)와 열 전달 플레이트(21-23)의 중앙 개구(31) 사이에 배치되는 개스킷 배치물(90)을 포함하는 플레이트 열 교환기.
  13. 제12항에 있어서, 개스킷 배치물(90)은 유체 분리 디바이스(40)의 둘레에 배치되는 커버 시트(91)를 포함하고, 그래서 유체 분리 디바이스(40)의 주변부가 커버 시트(91)에 의해 덮인, 유체 분리 디바이스(40)의 적어도 제1 및 제2 개구(45, 46)로부터 이격되고, 유체 분리 디바이스(40)의 개구(45, 46)는 제1 유체(F1)를 위한 유체 입구 및 출구로서 작용하는 중앙 개구(31)의 제1 부분(34) 및 제2 부분(35)을 향하는 플레이트 열 교환기.
  14. 제13항에 있어서, 개스킷 배치물(90)은 열 전달 플레이트(21-23)의 중앙 개구(31)에 대해 커버 시트(94)를 가압하기 위해, 커버 시트(91)와 유체 분리 디바이스(40) 사이에 배치되는 적어도 1개의 주름진 금속 시트(92)를 포함하는 플레이트 열 교환기.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 쉘(3)을 향한 플레이트 스택(20)의 이동을 감소시키기 위해, 쉘(3)과 플레이트 스택(20) 사이의 간극(50)에 배치되는 제1 세장형 안내자(101) 및 제2 세장형 안내자(102)를 포함하는 플레이트 열 교환기.
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