KR20230088808A - 열 교환기 판 모듈, 판형 열 교환기 및 판형 열 교환기의 제조 프로세스 - Google Patents
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Abstract
본 개시내용은 프레싱된 열 교환기 판(201) 및 평판(201')을 포함하는 열 교환기 판 모듈(200), 및 복수의 모듈들(200)을 포함하는 열 교환기(1)에 관한 것이다. 모듈의 판들은, 적어도 하나의 유체 포트(110)를 포함하는 제1 종방향 단부 부분(101), 적어도 하나의 유체 포트(120)를 포함하는 제2 종방향 단부 부분(102), 및 제1 종방향 단부 부분과 제2 종방향 단부 부분 사이에 배열된 중간 열 교환 부분(103)을 포함한다. 프레싱된 열 교환기 판(201)은 판의 두께 방향(d)으로 교번하는 최상부들 및 바닥들을 갖는 프레싱된 주름진 패턴(P)을 더 포함한다. 프레싱된 패턴(P)은, 제1 및/또는 제2 종방향 단부 부분(101; 102)에서, 적어도 하나의 유체 포트(110; 130) 내로의 유체 유동을 유도하는 제1 유체 채널 패턴(FCP1) 및/또는 적어도 하나의 유체 포트(120; 140)를 우회하는 제2 유체 채널 패턴(FCP2)을 포함한다. 중간 열 교환 부분(103)에서, 제3 유체 채널 패턴(FCP3)은 제1 유체 채널 패턴(FCP1) 및/또는 제2 유체 채널 패턴(FCP2)과 유체 연통하고, 프레싱된 열 교환기 판(201)이 평판(201')에 부착될 때 열 교환기 판 모듈(200)의 종방향(l)으로 별개의 유체 채널들(31)을 형성하도록 구성된 복수의 종방향 연장되는 파형의 프레싱된 라인들(1030)을 포함한다. 콤팩트한 열 교환기 구조가 제공될 수 있다.
Description
본 발명은 본원에 첨부된 독립 청구항들의 도입부에 정의된 바와 같이 프레싱된 판 및 평판을 포함하는 열 교환기 판 모듈에 관한 것이다. 본 개시내용은 또한, 본원에 첨부된 독립 청구항들의 도입부에 정의된 바와 같은 판형 열 교환기에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은 또한, 판형 열 교환기의 제조 프로세스에 관한 것이다.
판형 열 교환기들 또는 PHE들은, 스택에 정렬된 방식으로 배열된 복수의 금속성 열 전달 판들을 전형적으로 포함하는 열 교환기들이다. 금속 판들은 2개의 유체들을 분리하고 유체들 사이에 열을 전달하는 데 사용된다. 판형 열 교환기에서, 상이한 온도들의 유체들은, 증가된 열 교환 영역을 제공하는 다수의 핀들을 포함할 수 있는, 판들의 각각의 표면에 걸쳐 분포된다. 핀들은 판들을 주름지게 함으로써 제공될 수 있다. 열 교환기 판들의 스택은 단부 판들 사이에 배열될 수 있고, 모든 판들은, 예를 들어, 용접 또는 납땜에 의해 결합될 수 있다. 일부 변형들에서, 열 교환기 판들 및 단부 판들을 서로를 향해 누르는 압력 판들이 사용될 수 있다. 유체들 사이에서 열을 전달할 수 있기 위해, 각각의 유체들에 대한 유동 채널들이 필요하며, 이는 열 교환기 유형 및 당해의 유체들에 따라 상이한 방식들로 달성될 수 있다.
상이한 유형들의 판형 열 교환기들(PHE)이 있고 판형 열 교환기들은 상이한 유형들의 열 유체들에 적응될 수 있다. 널리 알려진 PHE들은, 예를 들어, 납땜 또는 융착 열 교환기들을 포함하고, 여기서 열 유체들의 유동들은 통상적으로, 별도의 채널에서 역류 방식으로 배열된다. 유체들을 분리하는 데 개스킷들 또는 유사한 것이 사용되지 않는다. 열 유체들이 서로 혼합되지 않는 것을 보장하기 위해 열 전달 판들 사이에 개스킷들이 배열되는, 소위 개스킷 판형 열 교환기(GPHE)들이 또한 존재한다. 열 교환기들에서, 유동 채널들이 일반적으로, 열 전달 판들 사이에 한정되고, 하나의 유체로부터 다른 유체로 열을 전달하기 위해, 초기에 상이한 온도들의 유체들이 유동 채널들을 통해 유동할 수 있다. 납땜 또는 융착 열 교환기들에서, 교번하는 고온 및 저온 유체들을 갖는 평행한 유동 채널을 형성하는 트로프들을 갖는 판들이 사용될 수 있다. 알려진 유형의 납땜 판형 열 교환기가 GB718991에 의해 개시된다. 본 문헌은 교번하는 주름진 판들 및 평판들을 갖는 열 교환기 표면을 형성하는 판들을 갖는 열 교환기를 보여주며, 여기서 각각의 유체는 주름진 판의 양 측들에 유동하도록 배열된다. 그러나, 판형 열 교환기의 조립에서는, 여러 구성요소들, 즉, 예를 들어, 슬릿들을 갖는 주름진 스트립들이 필요하며, 이는 측벽들 및 금속 디스크에 의해 에워싸인 공간에 고정될 필요가 있다.
기존의 판형 열 교환기 해결책에도 불구하고, 판형 열 교환기에서 개선이 여전히 필요하다. 특히, 제조하기에 간단하고 최소량의 금속 원료를 요구하는 콤팩트한 판형 열 교환기가 필요하다. 추가적으로, 고압, 특히, 예를 들어, 100 bar 이상의 고압과 관련하여 사용하기에 적합한 판형 열 교환기가 필요하다. 또한, 특히, 가스들 중 적어도 하나가 고압으로 제공될 때, 고온 가스와 저온 가스 사이의 열 교환에 사용하기에 적합한, 본원에서 고압 가스(HPG) 판 기술로 지칭되는 열 교환기에 대한 요구가 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술에서의 상기 확인된 단점들 중 하나 이상을 완화, 경감 또는 제거하고, 열 교환기 판에 대한 해결책을 제공하여, 열 교환기 판의 설계가 강건하고, 상이한 유형들의 판형 열 교환기들에서의 효율적인 열 교환을 허용하는 것이다.
또한, 높은 압력에서 사용하기에 적합한 열 교환기 판을 제공하는 것이 목적이다.
최소량의 금속 원료를 요구하는 제조 방법을 제공하는 것이 추가의 목적이다.
또한, 판들에 대한 비용을 감소시키는 것이 목적이다.
추가적으로, 판 상의 열 교환 프로세스에 사용되는 영역을 증가시키려는 요구가 있다. 그러므로, 열 교환을 위한 판 영역의 증가된 활용을 가능하게 하는 것이 본 발명의 추가의 목적이다.
상기 언급된 목적들은 첨부된 청구항들에 정의된 바와 같은 본 발명에 의해 달성된다.
제1 양상에 따르면, 프레싱된 열 교환기 판 및 평판을 포함하는 열 교환기 판 모듈이 제공되고, 프레싱된 열 교환기 판 및 평판은 2개의 대향하는 측 표면들, 판의 종방향, 종방향에 수직인 횡방향, 및 두께 방향의 연장부를 갖는다. 판들, 즉, 프레싱된 판들 및 평판들 양쪽 모두는 종방향 및 횡방향으로 실질적으로 동일한 외측 형상을 갖고, 모듈의 판들은 다음을 포함한다:
· 적어도 하나의 유체 포트를 포함하는 제1 종방향 단부 부분,
· 적어도 하나의 유체 포트를 포함하는 제2 종방향 단부 부분, 및
· 제1 및 제2 종방향 단부 부분들 사이에 배열된 중간 열 교환 부분.
프레싱된 열 교환기 판은 판의 두께 방향으로 교번하는 최상부들 및 바닥들을 갖는 프레싱된 주름진 패턴을 더 포함한다. 특히, 프레싱된 패턴은 다음을 포함한다:
· 제1 및/또는 제2 종방향 단부 부분에서, 적어도 하나의 유체 포트 내로의 유체 유동을 유도하는 제1 유체 채널 패턴 및/또는 적어도 하나의 유체 포트를 우회하는 제2 유체 채널 패턴,
· 중간 열 교환 부분에서, 제1 유체 채널 패턴 및/또는 제2 유체 채널 패턴과 유체 연통하고, 프레싱된 열 교환기 판이 평판에 부착될 때, 열 교환기 판 모듈의 종방향으로 별개의 유체 채널들을 형성하도록 구성된 복수의 종방향으로 연장되는 파형의 프레싱된 라인들을 포함하는 제3 유체 채널 패턴.
프레싱된 판들이, 통합된 유체 포트들을 포함하고, 프레싱된 유체 채널 패턴들이, 유체가, 통합된 포트들을 통해 유동하거나 우회하는 것을 허용하고 포트들 사이에 큰 열 교환 영역을 제공하는, 본 발명의 열 교환기 판 모듈에 의해, 상이한 유형들의 판형 열 교환기들에서 효율적인 열 교환을 허용하는 강건한 열 교환기 판 모듈이 제공된다. 판 모듈의 강건한 구성으로 인해, 모듈들은 높은 유체 압력을 위해 구성된 판형 열 교환기들 또는 고온 유체와 저온 유체 사이에 큰 차압들을 갖는 열 교환기들에서 사용하기에 적합하다. 또한, 특정 유체 채널 패턴들 및 통합된 포트들을 갖는 열 교환기 판 모듈의 구조로 인해, 판들의 두께는 종래 기술의 해결책들에 비해 감소될 수 있고, 이에 의해, 최소량의 금속 원료들을 요구한다. 이에 의해, 판들에 대한 비용을 감소시키는 것이 가능하다. 추가적으로, 구조는 프레싱된 판들에서의 유동 채널 패턴들로 인해 큰 열 교환 영역을 제공한다.
모듈들이 유밀하다는 것을 보장하기 위해, 평판이, 제1, 제2 및 제3 유체 채널 패턴들의 연장부를 따라 프레싱된 열 교환기 판에 부착된다.
제1 유체 채널 패턴 및/또는 제2 유체 채널 패턴은 제3 유체 채널 패턴과 불연속 패턴을 형성할 수 있다. 불연속 패턴은 제1 및/또는 제2 유체 채널 패턴과 제3 유체 채널 패턴 사이의 중단 부분을 포함할 수 있다. 이런 식으로, 제1 및/또는 제2 유체 채널 패턴과 제3 유체 채널 패턴 사이의 유체 유동의 전이를 용이하게 하는 것이 가능하다.
평판과 함께, 프레싱된 판에서의 각각의 제1 유체 채널 패턴 및 제2 유체 채널 패턴에 의해서 형성된 유체 채널들의 양은, 프레싱된 판 및 평판에서의 제3 유체 채널 패턴에 의해서 형성된 별개의 유동 채널들의 양보다 적다. 이러한 방식으로, 제1 및 제2 종방향 단부 부분들에 대해 더 작은 영역이 요구되고, 재료 절감이 달성될 수 있다.
실시예에 따르면, 제1 및 제2 종방향 단부 부분들 각각은 2개의 유체 포트들을 포함할 수 있고, 이에 의해, 예를 들어, 대각선 또는 평행 유체 유동이 판형 열 교환기에 배열될 수 있고 유체들 간의 효율적인 열 교환으로 이어진다. 각각의 제1 및 제2 종방향 단부 부분들은 적어도 하나의 유체 포트 내로의 유체 유동을 유도하고/거나 적어도 하나의 유체 포트를 우회하는 제1 및 제2 유체 채널 패턴들을 포함할 수 있다. 그 다음, 제1 및 제2 유체 채널 패턴들은 제1 및 제2 종방향 단부 부분들의 유체 포트들 사이에 대각선 유동을 제공하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 제1 및 제2 유체 채널 패턴들은 제1 및 제2 종방향 단부 부분들의 유체 포트들 사이에 평행 유동을 제공하도록 구성될 수 있다. 평행 유동은 일부 응용들에서 대각선 유동보다 더 바람직할 수 있다.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 열 교환기 판 모듈로서, 제3 유체 채널 패턴에서, 파형의 프레싱된 라인들의 양, 및 따라서, 평판과 함께 형성된 유체 채널들의 양은 10개 내지 150개, 또는 10개 내지 50개, 또는 12개 내지 20개이다. 이에 의해, 열 교환 표면이, 원하는 응용에 적응될 수 있다. 제3 유체 채널 패턴에서, 파형의 프레싱된 라인들의 전파의 개수는 8개-100개, 또는 8개 내지 50개, 또는 8개 내지 20개일 수 있고, 이는 원하는 응용에 적합하도록 양을 적응시킬 가능성으로 이어진다. 바람직하게는, 제3 유체 채널 패턴에서, 파형의 프레싱된 라인들은 서로 동위상이고, 이에 의해, 각각의 유동 채널에 대해 동일한 폭이 보장될 수 있다.
판들, 즉, 모듈의 프레싱된 판들 및 평판들 양쪽 모두 또는 그 중 적어도 하나는 0.25 내지 5.0 mm, 또는 0.3 내지 3.0 mm의 두께를 가질 수 있다. 판들의 두께는 판들의 재료 두께를 의미한다. 프레싱된 판의 경우, 두께는 프레싱 후에 측정된다. 판들의 두께는 동일할 필요는 없는데, 예를 들어, 프레싱된 판의 두께는 평판의 두께보다 더 얇거나 더 두꺼울 수 있지만, 일부 응용들에서 두께는 동일할 수 있다.
유체 채널 패턴들의 프레싱 깊이(FCP1; FCP2; FCP3)는 적어도 0.5 mm일 수 있다. 이러한 방식으로, 판의 두께 방향으로의 교번하는 최상부들 및 바닥들은 0.5 mm의 높이 차이를 가질 수 있고, 그러므로 유체 유동 채널 높이는 0.5 mm이다. 채널들의 높이를 조정함으로써, 예를 들어, 모듈에서의 유동 저항이 조정될 수 있다.
상기 언급된 목적들 및 장점들은 또한, 첨부된 청구항들에서 정의된 바와 같은 판형 열 교환기에 의해 달성된다. 판형 열 교환기는 적절하게는 위에서 설명된 유형의 복수의 스택형 열 교환기 판 모듈들을 포함한다. 스택에서, 모듈들은, 모든 제2 판이, 프레싱된 열 교환기 판이고, 모든 다른 판은 평판이도록 배열된다. 프레싱된 열 교환기 판들 및 평판들 각각은 2개의 대향하는 측 표면들, 판의 종방향, 종방향에 수직인 횡방향, 및 두께 방향의 연장부를 갖는다. 프레싱된 열 교환기 판들 및 평판들은 다음을 포함한다:
· 적어도 하나의 유체 포트를 포함하는 제1 종방향 단부 부분,
· 적어도 하나의 유체 포트를 포함하는 제2 종방향 단부 부분,
· 제1 및 제2 종방향 단부 부분들 사이에 배열된 중간 열 교환 부분, 여기서
프레싱된 열 교환기 판은 프레싱된 판의 두께 방향으로 교번하는 최상부들 및 바닥들을 갖는 주름진 패턴을 형성하는 프레싱된 패턴을 더 포함한다. 프레싱된 패턴은 다음을 포함한다:
· 제1 및/또는 제2 종방향 단부 부분에서, 적어도 하나의 유체 포트 내로의 유체 유동을 유도하는 제1 유체 채널 패턴 및/또는 적어도 하나의 유체 포트를 우회하는 제2 유체 채널 패턴,
· 중간 열 교환 부분에서, 제1 유체 채널 패턴 및/또는 제2 유체 채널 패턴과 유체 연통하고, 프레싱된 열 교환기 판이 평판에 부착될 때, 프레싱된 열 교환기 판의 종방향으로 별개의 유체 채널들을 형성하도록 구성된 복수의 종방향으로 연장되는 파형의 프레싱된 라인들을 포함하는 제3 유체 채널 패턴.
평판은, 제1 유체 채널 패턴, 제2 유체 채널 패턴, 및 제3 유체 채널 패턴의 연장부를 따라, 프레싱된 열 교환기 판에 부착될 수 있다. 따라서, 각각의 모듈의 평판은 각각의 모듈의 프레싱된 판 및 이웃하는 모듈의 프레싱된 판에 부착된다. 제1, 제2 및 제3 유체 채널 패턴들은 유체 채널 패턴들의 길이를 따라 접촉 표면을 갖는 별개의 유체 채널들을 형성할 수 있다. 이러한 방식으로, 모듈들이 서로에 대해 부착되거나 프레싱될 때, 스택에서 별개의 유밀 채널들이 획득된다.
하나의 예시적인 판형 열 교환기에 따르면, 프레싱된 열 교환기 판들 중 모든 제2 판은, 각각의 제1 및 제2 종방향 단부 부분들에서 적어도 하나의 유체 포트 및 적어도 하나의 유체 포트 내로의 유체 유동을 유도하는 제1 유체 채널 패턴을 포함하고, 프레싱된 열 교환기 판들 중 모든 다른 판은, 각각의 제1 및 제2 종방향 단부 부분들에서 적어도 하나의 유체 포트 및 적어도 하나의 유체 포트를 우회하는 제2 유체 채널 패턴을 포함한다. 따라서, 각각의 저온 유체 및 고온 유체에 대한 유체 채널들이 교번하여 배열될 수 있으면서, 큰 열 교환 영역이 콤팩트한 방식으로 제공될 수 있다.
다른 예에 따르면, 각각의 제1 및 제2 종방향 단부 부분들에서 2개의 유체 포트들 및 유체 포트들 중 하나로의 유체 유동을 유도하는 제1 유체 채널 패턴 및 유체 포트들 중 다른 하나를 우회하는 제2 유체 채널 패턴을 포함하는, 프레싱된 열 교환기 판들 중 모든 제2 판은 제1 표면이 평판을 향하도록 평판에 고정되고, 프레싱된 열 교환기 판들 중 모든 다른 판은 제2의 대향하는 표면이 평판을 향하도록 평판에 고정된다. 이러한 방식으로, 대각선 또는 평행 유동들이 하나의 판 모듈에 배열될 수 있고, 이에 의해, 판형 열 교환기의 유연성 및 열 교환 용량을 증가시킨다.
판형 열 교환기는, 적어도 2개의 열 교환기 판 모듈들의 스택들이, 모듈들의 2개의 대향하는 종방향 측들을 따라 모듈들을 함께 부착함으로써 평행으로 배열되도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 적어도 2개의 프레싱된 패턴들이 하나의 판 상에 평행으로 배열될 수 있고, 각각의 패턴은 모듈의 프레싱된 열 교환기 판의 프레싱된 패턴에 대응한다. 이러한 방식으로, 수 개의 평행한 포트를 갖는 통합된 프레싱된 열 교환기 판이 판형 열 교환기에 제공될 수 있다. 각각의 포트가, 프레싱된 판 또는 판 패턴의 각각의 종방향 단부 부분에 위치되는, 통합된 프레싱된 열 교환기 판의 평행한 포트들의 양은, 예를 들어, 2개 내지 20개 또는 그 초과로 변할 수 있다.
따라서, 본 개시내용의 판형 열 교환기는 적절하게는, 각각의 유체에 대해 개별 유동 경로들이 배열되는 열회수(recuperative) 열 교환기이다.
유체 포트들은 외부 유체 커넥터에 연결될 수 있다.
판형 열 교환기는 융착, 납땜, 용접, 확산 용접 또는 개스킷 열 교환기일 수 있다.
판형 열 교환기는 2개의 가스들 사이의 열 교환을 위해 구성될 수 있다. 변형에 따르면, 판형 열 교환기는 고압 응용들을 위해 구성된다.
본 발명의 추가의 양상에 따르면, 본 발명은 위에서 설명된 바와 같은 판형 열 교환기의 제조 프로세스에 관한 것으로, 프로세스는 다음의 단계들을 포함한다:
· 판의 종방향(l), 종방향에 수직인 횡방향(t) 및 두께 방향(d)의 연장부를 갖는 2개 이상의 금속성 판들을 제공하기 위해 시트 금속 재료를 절단하는 단계,
· 금속성 판들 중 적어도 하나를 프레싱 툴에서 프레싱하는 단계 - 프레싱 툴은 프레싱된 패턴(P)을 열 교환기 판에 제공하도록 구성됨 -;
· 종방향 및 횡방향으로 프레싱된 판에 대응하는 외측 형상 및 치수를 갖는 평판을 제공하는 단계,
· 프레싱된 판 및 평판을 포함하는 열 교환기 판 모듈을 제공하는 단계,
· 모든 제2 판이, 프레싱된 열 교환기 판(201)이고 모든 다른 판이 평판(201')이도록 열 교환기 판 모듈들의 스택을 조립하는 단계,
· 열 교환기 모듈들의 스택을 포함하는 판형 열 교환기를 제공하기 위해 모듈들을 함께 결합하는 단계.
본 발명은 아래에 주어진 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명 및 특정 예들은 단지 예시로서 본 발명을 개시한다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 상세한 설명의 지침으로부터, 첨부된 청구항들에 정의된 본 발명의 범위 내에서 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 것을 이해한다.
본 발명의 상기 목적들뿐만 아니라 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은, 첨부 도면들과 함께 취해질 때, 본 발명의 예시적인 실시예들의 후속하는 예시적이고 비제한적인 상세한 설명을 참조함으로써 더 완전히 이해될 것이다.
도 1a는 열 교환기 판들의 스택을 포함하는 판형 열 교환기의 예를 측면도로 개략적으로 도시하고;
도 1b는 도 1a에 도시된 유형일 수 있는 판형 열 교환기의 판들의 스택의 위로부터의 확대된 단면을 개략적으로 도시하고;
도 2는 도 1a에 도시된 열 교환기에 적합한 단부 판의 정면도를 개략적으로 도시하고;
도 3a는 본 개시내용의 실시예에 따른 4개의 통합된 포트들을 갖는 열 교환기 판을 도시한다.
도 3b는 도 3a의 거울상 열 교환기 판을 도시한다.
도 4a는 본 개시내용에 따른 열 교환기 판의 다른 실시예를 도시하고, 판은 제1 판 유형에 대응하고, 2개의 통합된 포트들 및 포트들을 우회하는 유동 채널 패턴을 포함한다.
도 4b는 본 개시내용에 따른 열 교환기 판 모듈의 실시예에 대한 위로부터의 제2 판 유형을 도시하고, 모듈은 도 4a의 판, 및 도 4a의 판과 도 4b에 가장 위에 도시된 판 사이에 개재된 평판을 포함하고, 판은 2개의 포트들, 및 유체 유동을 소위 "U-유동"으로 포트들 내로 유도하는 유동 채널 패턴을 포함한다.
도 5는 저온 유체를 위한 소위 "U-유동"을 위해 구성된 판형 열 교환기의 예를 도시하고, 열 교환기는 도 4b의 모듈을 포함하는 9개의 평행한 판 스택들을 포함하는 열 교환기 판들의 스택, 또는 넓은 판들의 스택을 포함하고, 각각의 넓은 판은 도 4a 또는 도 4b의 가장 위에 예시된 유형의 9개의 평행한 판 패턴들을 포함한다.
도 6a는 9개의 평행하게 배열된 판 패턴들을 포함하는 넓은 판에서의 유체 유동들을 개략적으로 도시하고, 여기서 판 패턴들 중 하나는 도 4a에 도시된 판에 대응한다.
도 6b는 9개의 평행하게 배열된 판 패턴들을 포함하는 넓은 판에서의 유체 유동들을 개략적으로 도시하고, 여기서 판 패턴들 중 하나는 도 4b에 도시된 판에 대응한다.
도 7a는, 각각이, 9개의 평행하게 배열된 판 패턴들을 갖는 판들의 스택을 갖는 판형 열 교환기를 도시하고, 판들은 모듈에 배열되고, 저온 유동에 대해 소위 "Z-유동"를 위해 배열된다.
도 7b는 도 7a의 하나의 평행한 판 또는 넓은 판의 일부에 배열된 도 7a의 패턴에 대응하는 하나의 평행한 판 패턴에 배열된 유동들을 도시한다.
도 8a는, 각각이, 9개의 평행하게 배열된 판 패턴들을 갖고 저온 및 고온 유동들 모두에 대해 소위 "L-유동"을 위해 배열된 판들의 스택을 갖는 판형 열 교환기를 도시한다.
도 8b는 본 개시내용에 따른 열 교환기 판의 추가의 실시예를 도시하고, 판은 2개의 통합된 포트들 및 2개의 유동 채널 패턴들을 포함하고, 하나는 유동을 포트로 유도하고 하나는 포트를 우회하며, 판 또는 판 패턴은 도 8a에 도시된 바와 같은 "L-유동"을 위해 구성된 판형 열 교환기에 적합하다.
도 1a는 열 교환기 판들의 스택을 포함하는 판형 열 교환기의 예를 측면도로 개략적으로 도시하고;
도 1b는 도 1a에 도시된 유형일 수 있는 판형 열 교환기의 판들의 스택의 위로부터의 확대된 단면을 개략적으로 도시하고;
도 2는 도 1a에 도시된 열 교환기에 적합한 단부 판의 정면도를 개략적으로 도시하고;
도 3a는 본 개시내용의 실시예에 따른 4개의 통합된 포트들을 갖는 열 교환기 판을 도시한다.
도 3b는 도 3a의 거울상 열 교환기 판을 도시한다.
도 4a는 본 개시내용에 따른 열 교환기 판의 다른 실시예를 도시하고, 판은 제1 판 유형에 대응하고, 2개의 통합된 포트들 및 포트들을 우회하는 유동 채널 패턴을 포함한다.
도 4b는 본 개시내용에 따른 열 교환기 판 모듈의 실시예에 대한 위로부터의 제2 판 유형을 도시하고, 모듈은 도 4a의 판, 및 도 4a의 판과 도 4b에 가장 위에 도시된 판 사이에 개재된 평판을 포함하고, 판은 2개의 포트들, 및 유체 유동을 소위 "U-유동"으로 포트들 내로 유도하는 유동 채널 패턴을 포함한다.
도 5는 저온 유체를 위한 소위 "U-유동"을 위해 구성된 판형 열 교환기의 예를 도시하고, 열 교환기는 도 4b의 모듈을 포함하는 9개의 평행한 판 스택들을 포함하는 열 교환기 판들의 스택, 또는 넓은 판들의 스택을 포함하고, 각각의 넓은 판은 도 4a 또는 도 4b의 가장 위에 예시된 유형의 9개의 평행한 판 패턴들을 포함한다.
도 6a는 9개의 평행하게 배열된 판 패턴들을 포함하는 넓은 판에서의 유체 유동들을 개략적으로 도시하고, 여기서 판 패턴들 중 하나는 도 4a에 도시된 판에 대응한다.
도 6b는 9개의 평행하게 배열된 판 패턴들을 포함하는 넓은 판에서의 유체 유동들을 개략적으로 도시하고, 여기서 판 패턴들 중 하나는 도 4b에 도시된 판에 대응한다.
도 7a는, 각각이, 9개의 평행하게 배열된 판 패턴들을 갖는 판들의 스택을 갖는 판형 열 교환기를 도시하고, 판들은 모듈에 배열되고, 저온 유동에 대해 소위 "Z-유동"를 위해 배열된다.
도 7b는 도 7a의 하나의 평행한 판 또는 넓은 판의 일부에 배열된 도 7a의 패턴에 대응하는 하나의 평행한 판 패턴에 배열된 유동들을 도시한다.
도 8a는, 각각이, 9개의 평행하게 배열된 판 패턴들을 갖고 저온 및 고온 유동들 모두에 대해 소위 "L-유동"을 위해 배열된 판들의 스택을 갖는 판형 열 교환기를 도시한다.
도 8b는 본 개시내용에 따른 열 교환기 판의 추가의 실시예를 도시하고, 판은 2개의 통합된 포트들 및 2개의 유동 채널 패턴들을 포함하고, 하나는 유동을 포트로 유도하고 하나는 포트를 우회하며, 판 또는 판 패턴은 도 8a에 도시된 바와 같은 "L-유동"을 위해 구성된 판형 열 교환기에 적합하다.
오늘날의 프로세스 기술들은 프로세스들의 에너지 효율을 개선하기 위해 열 교환기들을 종종 수반한다. 통상적으로 사용되는 열 교환기의 일 유형은 소위 다관형(shell-and-tube) 열 교환기들로, 이는, 예를 들어, 냉각기로서 사용될 수 있다. 이러한 냉각기들에서, 유입 가스는 냉각제로서 사용될 수 있다. 이들은 효과적이고 고압의 유체들을 용인할 수 있지만, 종종 공간을 필요로 한다. 그러한 열 교환기들은, 예를 들어, 촉매층들 사이의 암모니아 변환기들에 통상적으로 사용된다. 변환기들은 약 200 bar를 위해 설계된, 2개 내지 3개의 촉매층들 및 2개 내지 3개의 열 교환기들을 포함하는 큰 압력 용기들일 수 있다. 그러나, 이들은 종종 압력 용기 내부에 있고 고온 가스와 저온 가스 사이에 압력 차이가 거의 없다. 더 콤팩트한 열 교환기들은 변환기 용기 체적을 자유롭게 하여, 더 많은 촉매를 허용하고 따라서 더 큰 용기들을 요구하지 않으면서 용량 증가를 허용한다. 더욱이, 예를 들어, 연소 기관들과 관련된 더 높은 에너지 효율에 대한 요구들로 인해, 열회수 방식으로 연소 에너지를 활용하는 것, 예를 들어, 유입 가스를 유출 가스로 예열하는 것에 대한 요구가 증가하고 있다. 동시에, 고압 프로세스 기술 환경들은 고온 및 다량의 먼지 및 다른 입자들 및 부식성 가스들로 인해 까다로울 수 있고, 이는 일반적인 조건들을 견디는 강건한 구성들을 요구한다. 따라서, 요구되는 고압 조건에서 사용가능한 콤팩트하고, 강건하며 효율적인 열 교환기 기술이 크게 필요하다. 그러므로, 본 발명의 목적은 이러한 요구들에 대응하는 열 교환기 기술을 제공하는 것이다.
상기 목적들은 본 발명에 따른 판형 열 교환기에 의해 달성된다는 것이 밝혀졌으며, 이제 본 발명의 예들을 도시하는 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 다른 형태들로 구현될 수 있으며, 본원에 개시된 예시적인 실시예들로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 개시된 실시예들은 본 발명의 범위를 통상의 기술자에게 완전히 전달하기 위해 제공된다.
도 1a는, 프레싱된 판들(201) 및 평판들(201')을 포함하는 스택형 열 교환기 모듈들(200)의 스택(301)을 포함하는, 판형 열 교환기(1)의 예를 개략적으로 도시한다. 판형 열 교환기(1)는 상이한 온도의 2개의 유체 매질들 사이의 열 교환을 목표로 하는데, 하나는 "저온"(C) 유체로 지칭되고 다른 하나는 "고온"(H) 유체로 지칭된다. 저온 유체는 고온 유체보다 낮은 온도를 갖는다. 열 교환은 상이한 목적들, 예를 들어, 가열, 냉각, 열 회수, 증발 및 응축을 위해 수행될 수 있다. 유체는 가스 또는 액체, 예컨대, 물일 수 있다. 변형에 따르면, 판형 열 교환기는 암모니아의 생산에 사용되며, 이는 높은 유체 압력들의 사용을 요구하지만, 이에 제한되지 않는다. 본 개시내용의 판형 열 교환기는 높은 압력을 위해 구성되고, 그러므로, 예를 들어, 암모니아 생산 동안 유체들의 높은 압력들/압력 차이들을 견딜 수 있다.
판형 열 교환기(1) 판 스택(301)은, 프레싱된 판들(201)과 평판들(201')을 서로에 대해 교번시켜, 연속적으로, 이들이, 하나 걸러 하나의 판은 프레싱된 판이고 하나 걸러 하나의 판은 평판인 판 스택(301)을 형성하는 방식으로 서로의 최상부 상에 적층된 복수의 열 교환기 판들(201, 201')을 포함한다. 열 교환기 판들(201)은 본 발명에 따른 프레싱된 설계를 가지며, 이는 아래에서 더 상세히 설명될 것이다. 평판들은 프레싱된 유동 채널 패턴을 포함하지 않지만, 완전히 평탄할 필요는 없는데, 즉, 평판들은 작은 굴곡들을 포함할 수 있다. 판 스택(301)은 판 스택(301)의 제1 측 상에 배열된 제1 단부 판(6)과 판 스택(301)의 제2 측 상에 배열된 제2 단부 판(7) 사이에 제공된다. 단부 판들(6, 7)은 판 스택(301)의 열 교환 판들(201, 201')과 동일한 외측 주변 형상을 가질 수 있지만, 외력에 대한 증가된 기계적 보호를 제공하기 위해 약간 더 두꺼울 수 있다. 스택의 판들의 외측 형상은 둥근 코너들을 갖는 직사각형이지만, 다른 형상들, 예를 들어, 각진 코너들(즉, 8개의 코너들, 예를 들어, 도 3a 참고) 또는 예리한 코너들을 갖는 직사각형이 가능하다.
각각의 모듈(200)의 프레싱된 판들(201) 및 평판들(201')은 판 스택(301)에서 서로 영구적으로 결합될 수 있다. 스택(301)에서, 교번하는 프레싱된 판들(201) 및 평판들(201')을 갖는 모듈들(200)은 각각의 제1 유체 및 제2 유체를 위한 제1 및 제2 유동 채널들 또는 경로들을 교대로 형성한다. 프레싱된 판들(201)이 평판들(201')의 각각의 측 표면에 부착될 때, 유동 채널들이 평판들(201')의 각각의 측 상에 형성된다.
판형 열 교환기(1)는 유입구일 수 있는 제1 유체 포트(10) 및 유출구일 수 있는 제2 유체 포트(11)를 포함할 수 있다. 제1 유체 포트(10)는 유입구로서 기능할 수 있고, 제1 유체를 수용하고, 제1 유체를 판 스택(301)의 판들 사이의 제1 유동 경로로 유도한다. 유출구로서 기능하는 제2 유체 포트(11)는 제1 유동 경로로부터 제1 유체를 수용하고 유체가 판형 열 교환기(1)를 빠져나가는 것을 허용한다. 판형 열 교환기(1)는 도 2의 예에 도시된 바와 같이, 유입구로서 기능하는 제3 유체 포트(12) 및 유출구로서 기능하는 제4 유체 포트(13)를 포함할 수 있다. 제3 유체 포트(12)는 제2 유체를 수용하고 제2 유체를 판들 사이의 제2 유동 경로로 유도한다. 제4 유체 포트(13)는 제2 유동 경로로부터 제2 유체를 수용하고 제2 유체가 판형 열 교환기(1)를 빠져나가는 것을 허용한다.
일부 실시예들에서 커넥터들(8)은 유입구들 및 유출구들로서 기능하는 포트들 각각에 연결될 수 있고, 각각의 커넥터(8)는 파이프의 형태를 가질 수 있다. 그 다음, 2개의 유체들을 위한 유체 라인들은 커넥터들(8)을 통해 판형 열 교환기(1)에 연결될 수 있다. 그러한 연결을 달성하기 위해 임의의 적합한 기법이 사용될 수 있고, 커넥터들(8)은 전형적으로, 판 스택(301)의 판들과 동일한 재료로 만들어진다. 유체들 중 하나에 대한 유입구들 및 유출구들은 역전될 수 있어서, 예시된 바와 같은 역류 대신에, 유체들의 동류 유동이 존재한다. 그러나, 이러한 유형의 커넥터들이 본 발명의 모든 실시예들에서 필수적인 것은 아니다.
일 양상에 따르면, 본 발명은 평판(201') 및 프레싱된 열 교환기 판(201)을 포함하는 열 교환기 판 모듈(200)에 관한 것으로, 이들은, 도 1b에 의해 개략적으로 도시된 바와 같이 판들의 중간 부분의 단면도에서, 즉, 열 교환기 스택(301)의 최상부 측으로부터 포트들(10, 13; 11, 12) 사이에서 서로 부착되도록 구성된다. 판들은, 예를 들어, 서로 영구적으로 부착될 수 있고 함께 납땜, 융착, 또는 용접될 수 있다. 도 1b로부터, 판의 두께 방향(d)으로 교번하여 최상부들(T) 및 바닥들(B)을 포함하는 프레싱된 패턴을 갖는 3개의 프레싱된 판들(201)이, 두께 방향(d)으로 파형 외측 윤곽 또는 핀들(21)을 형성한다는 것을 알 수 있다. 이러한 핀들(21)은 평판들(201') 및/또는 단부 또는 측 판들(6 및 7)과 함께 평판들(201')의 대향 측들에서 각각의 고온 및 저온 유동들을 위한 별개의 유동 채널들을 형성한다. 추가적으로, 핀들(21) - 이들 중 2개에만 참조 부호가 제공됨 - 은 판형 열 교환기를 위한 증가된 열 교환 표면을 제공한다.
열 교환기 모듈들(200) 각각은, 2개의 거울상의 프레싱된 판들(201) 사이에, 프레싱된 판들(201)의 각각의 표면에 부착된 평판(201')이 존재하도록 배열된다. 프레싱된 판들(201)은, 파형 유동 채널 패턴(P)이, 프레싱된 판들(201)에 프레싱될 때 형성되는 상기 언급된 핀들(21)을 포함한다. 이러한 방식으로, 판들(201)의 핀들(21)은 평판들(201')과 함께, 가스와 같은 고온(H) 또는 저온(C) 유체가 유동할 수 있는 별개의 유체 채널들(31)을 형성한다. 채널들(31)의 높이, 즉, 판의 두께 방향(d)의 연장부는 프로세스에서의 압력 및 유체의 유형에 적응될 수 있다. 채널들이 높을수록, 열 교환 영역이 더 크다. 채널들의 높이는 채널들에서의 유동에 대한 압력 강하에 추가적으로 영향을 줄 수 있다. 추가적으로, 프레싱에 의해 판들을 제조할 때, 채널들의 강도 특성들은 선택된 높이에 의해 영향을 받을 수 있는데, 즉, 주어진 판 두께에 대해 채널들이 더 높을수록, 판들의 강도 특성들이 더 많이 영향을 받는다. 채널들의 높이는, 예를 들어, 0.5 mm 내지 10 mm, 예컨대, 1-5 mm, 예를 들어, 약 1.5 mm일 수 있다. 금속성 판들, 즉, 평판들 및 프레싱된 판들 양쪽 모두는 일반적으로, 즉, 패턴(P)을 판들에 프레싱하기 전에, 약 0.1 내지 1.0 mm의 초기 두께를 가질 수 있다. 판의 두께는 전체 프레싱된 열 교환기 판 전반에 걸쳐 적합하게 균일하다. 이에 의해, 평판에의 부착은 제어된 방식으로 행해질 수 있다. 추가적으로, 채널들의 높이는 전체 프레싱된 열 교환기 판 전반에 걸쳐 적합하게 균일하다. 그러나, 일부 실시예들에서, 채널들의 높이는 변할 수 있다. 평판(201') 및 프레싱된 열 교환기 판(201) 각각은 2개의 대향하는 측 표면들(211', 212' 및 211, 212)을 각각 갖는다.
도 3a 및 3b는 본 개시내용의 실시예에 따른 프레싱된 열 교환기 판(201)을 더 상세히 도시한다. 판(201)은 판의 종방향(l), 종방향에 수직인 횡방향(t) 및 두께 방향(d)의 연장부를 갖는다. 도 3a-3b에 도시된 프레싱된 열 교환기 판(201)은, 프레싱된 판(201)과 종방향(l) 및 횡방향(t)으로 실질적으로 동일한 외측 형상을 갖는 평판(201')(도 1b 참고)에 부착되도록 구성된다. 모듈(200)의 평판(201') 및 프레싱된 열 교환기 판(201) 각각은 2개의 유체 포트들(110, 130)을 포함하는 제1 종방향 단부 부분(101), 2개의 유체 포트들(120, 140)을 포함하는 제2 종방향 단부 부분(102), 및 제1 및 제2 종방향 단부 부분들(101, 102) 사이에 배열된 중간 열 교환 부분(103)을 포함한다. 프레싱된 열 교환기 판(201)은, 도 1b에 예시된 바와 같이, 횡방향 및 종방향 연장부의 평면에서 연장되고 판의 두께 방향(d)으로 최상부들 및 바닥들을 갖는 핀들(21)을 형성하는 프레싱된 주름진 패턴(P)을 더 포함한다.
도 3a-3b에 도시된 실시예에서, 프레싱된 패턴(P)은 각각의 제1 및 제2 종방향 단부 부분들(101 및 102)에서, 각각의 유체 포트(110, 140) 내로의 유체 유동을 유도하는 제1 유체 채널 패턴(FCP1) 및 각각의 유체 포트(130, 120)를 우회하는 제2 유체 채널 패턴(FCP2)을 포함한다. 이러한 방식으로, 프레싱된 열 교환기 판은 총 4개의 포트들, 즉, 각각의 종방향 단부 부분(101 및 102)에 2개씩 포함한다. 각각의 종방향 단부 부분들에 2개의 유체 포트들을 제공함으로써, 유체는 하나의 포트(110, 140)로 유도되고 다른 하나(130, 120)는 우회되며, 금속 판에서의 온도 범위 및 구배는 더 작을 것이고, 이는 더 낮은 열 응력 및 더 양호한 피로 강도를 초래한다. 도 3a-3b로부터 알 수 있는 바와 같이, 포트들 내로의 유동은 대각선 방식으로 배열된다. 이러한 방식으로, 유리한 유동 분포를 제공하는 것이 가능하고, 그에 의해, 예를 들어, 높은 온도들에서 판의 열 응력이 더 감소될 수 있다. 그러나, 포트들 및 유동 패턴들은 대안적으로, 유체가 평행 방식으로 유동하도록 배열될 수 있다.
도 3a-3b와 관련하여 도시된 바와 같이, 프레싱된 열 교환기 판(201)은, 중간 열 교환 부분(103)에서, 제1 유체 채널 패턴(FCP1) 및 제2 유체 채널 패턴(FCP2)과 유체 연통하도록 배열된 제3 유체 채널 패턴(FCP3)을 포함한다. 제3 유체 채널 패턴(FCP3)은 두께 방향(d)으로 핀들(21)을 형성하도록 구성된 복수의 종방향으로 연장되는 파형의 프레싱된 라인들(1030)을 포함한다.
"프레싱된 라인"이란, 본 개시내용에서, 열 교환기 판에 프레싱된 별개의 세장형의 좁은 리지, 빔 또는 트랙을 의미하며, 이에 의해, 프레싱된 라인은, 종방향, 횡방향 및 두께 방향의 연장부를 가지며, 종방향의 연장부는 횡방향 및 두께 방향의 연장부보다 크다. "파형"은 사인 곡선과 유사한 형상을 의미한다. 진폭 및 파장은 하나의 프레싱된 라인을 따라 동일할 수 있거나 하나의 프레싱된 라인 내에서 변할 수 있다. 프레싱된 라인은 모든 방향들(종방향, 횡방향 및 깊이)에서 곡선 에지들을 적합하게 갖고, 따라서, 날카로운 에지들을 갖지 않지만, 일부 실시예들에서는 날카로운 에지들이 발생할 수 있다.
프레싱된 파형 라인들(1030)에 의해 형성된 핀들(21)은 차례로, 프레싱된 열 교환기 판(201)이, 도 1b에 도시된 바와 같이 평판(201')에 부착될 때, 열 교환기 판의 종방향(l)으로 별개의 유체 채널들(31)을 형성한다. 제3 유체 채널 패턴(FCP3)은 판(201)의 중간 부분(103)에 열 교환 표면의 주요 부분을 형성한다. 프레싱된 라인들(1030)의 파형은 주로, 종방향(l) 및 횡방향(t)의 평면에서 연장된다. 두께 방향(d)에서, 파형 프레싱된 라인의 높이, 및 그에 따른 형성된 별개의 채널들(31)은 제3 유체 채널 패턴(FCP3)의 전체 길이 전반에 걸쳐 실질적으로 동일한 연장부를 갖는다. 이러한 방식으로, 모듈(200)의 프레싱된 판(201)에 대한 평판(201')의 부착은 유밀 방식으로 이루어질 수 있다. 추가적으로, 열 교환기의 최종 외측 형상은 모든 방향에서 일관될 것이다. 평판(201')은 전체 제3 유체 채널 패턴(FCP3)의 연장부를 따라, 프레싱된 열 교환기 판(201)에 부착될 수 있고, 이에 의해, 별개의 채널들이 형성되고 별개의 채널들 사이의 누설의 위험이 최소화된다.
도 4a-4b에서, 본 개시내용에 따른 프레싱된 열 교환기 판(201)의 다른 실시예가 도시된다. 각각의 모듈(200)의 각각의 프레싱된 판들(201) 및 평판들(201')의 4개의 포트들 대신에, 판들의 각각의 단부 부분(101, 102)에 하나씩, 2개의 포트들만이 존재한다. 추가적으로, 도 4a-4b에 도시된 바와 같이, 각각의 판은 제1 및 제2 단부 부분들(101, 102) 양쪽 모두에서 제1 유체 채널 패턴(FCP1) 또는 제2 유체 채널 패턴(FCP2)을 가질 수 있다. 그러나, 변형에서, 각각의 판은 제1 단부 부분에서 제1 유체 채널 패턴(FCP1)을 갖고 제2 단부 부분에서 제2 유체 채널 패턴(FCP2)을 가질 수 있다.
도 4a에서, 각각의 단부 부분들(101, 102)에서 포트들(110, 120)을 우회하는 제2 유체 채널 패턴(FCP2)을 갖는 프레싱된 열 교환기 판(201)의 유형이 도시된다. 도 4b에서, 각각의 단부 부분들(101, 102)에서 유동을 포트들(110, 120) 내로 유도하는 제1 유체 채널 패턴(FCP1)을 갖는 프레싱된 열 교환기 판(201)의 유형이 도시된다. 포트들(110, 120)을 우회하는 유동은 이 예에서 고온(H)이고, 포트들(110, 120)을 통해 유도되는 유동은 이 예에서 저온(C)이다.
도 5는 도 4a-4b의 열 교환기 판 모듈들이 사용될 수 있지만 하나의 큰 통합된 열 교환기 판으로 프레싱될 수 있는 열 교환기의 실시예를 도시하고, 도 6a-6b는 각각의 통합된 넓은 판에서의 유체 유동을 도시한다.
도 4a를 참조하면, 본 개시내용의 2-포트 실시예에 따른 제1 유형의 프레싱된 열 교환기 판(201)이 더 상세히 도시된다. 각각의 판(201)은 판의 종방향(l), 종방향에 수직인 횡방향(t) 및 두께 방향(d)의 연장부를 갖는다. 도 4a에 도시된 실시예에서, 프레싱된 패턴(P)은 각각의 제1 및 제2 종방향 단부 부분들(101 및 102)에서, 각각의 유체 포트(110, 120)를 우회하는 제2 유체 채널 패턴(FCP2)을 포함한다. 도 4b에 도시된 실시예에서, 프레싱된 패턴(P)은 각각의 제1 및 제2 종방향 단부 부분들(101 및 102)에서, 유체를 각각의 유체 포트(110, 120) 내로 유도하는 제1 유체 채널 패턴(FCP1)을 포함한다. 또한, 도 4a-4b에 도시된 실시예에서, 프레싱된 열 교환기 판(201)은, 중간 열 교환 부분(103)에서, 도 4a에 도시된 판의 제1 유체 채널 패턴(FCP1) 또는 도 4b에 도시된 판의 제2 유체 채널 패턴(FCP2)과 유체 연통하도록 배열된 제3 유체 채널 패턴(FCP3)을 포함한다.
도 3a-3d에 도시된 실시예와 관련하여 동일한 방식으로, 도 4a-4b의 실시예들에서의 제3 유체 채널 패턴(FCP3)은, 프레싱된 열 교환기 판이, 도 1b에 도시된 바와 같이 평판에 부착될 때, 열 교환기 판의 종방향(l)으로 별개의 유체 채널들을 차례로 형성하는 핀들을 형성하도록 구성된 복수의 종방향으로 연장되는 파형의 프레싱된 라인들(1030)을 포함한다. 제3 유체 채널 패턴(FCP3)은 판(201)의 열 교환 표면의 주요 부분을 형성한다. 파형은 주로, 종방향(l) 및 횡방향(t)의 평면에서 연장된다. 두께 방향(d)에서, 파형의 프레싱된 라인들의 높이는 전체 제3 유체 채널 패턴(FCP3) 전반에 걸쳐 실질적으로 동일한 연장부를 갖는다. 이러한 방식으로, 평판(201')의 부착은 유밀 방식으로 그리고 열 교환기의 최종 외측 형상이 일관되도록 이루어질 수 있다.
본 개시내용의 프레싱된 판들의 모든 변형들에서, 제1 유체 채널 패턴(FCP1) 및/또는 제2 유체 채널 패턴(FCP2)은, 도 3a-3b 및 도 4a-4b에 도시된 바와 같이, 제1 및/또는 제2 유체 채널 패턴(FCP1 및 FCP2) 각각과 제3 유체 채널 패턴(FCP3) 사이의 중단 부분(151 및 152)을 각각 사용함으로써 제3 유체 채널 패턴(FCP3)과 불연속 패턴을 형성할 수 있다. 중단 부분들(151 및 152)을 사용함으로써, 단부 부분들(101, 102)에서와 상이한 개수의 유체 채널들이 중간 부분(103)에서 사용될 수 있는 간단한 구성을 제공하는 것이 가능하다. 변형에 따르면, 각각의 제1 유체 채널 패턴(FCP1) 및 제2 유체 채널 패턴(FCP2)에 의해 형성된 유체 채널들의 개수는 제3 유체 채널 패턴(FCP3)에 의해 형성된 별개의 유동 채널들의 양보다 적다. 이러한 방식으로, 유체의 연속적인 유동이 가능하면서, 일반적으로 더 작은 열 교환기 판을 제공하고 따라서, 더 콤팩트한 열 교환기 구조를 제공하고 추가적으로 재료 비용을 절감하는 것이 가능하다.
평판(201')(도 1b 참고)은 전체 제3 유체 채널 패턴(FCP3)의 연장부를 따라, 프레싱된 열 교환기 판(201)에 부착될 수 있고, 이에 의해, 별개의 채널들이 형성되고 각각의 고온 및 저온 유체들 사이의 누설의 위험이 최소화된다.
일반적으로, 제3 유체 채널 패턴(FCP3)에서의 파형의 프레싱된 라인들(1030)의 양은 10개 내지 150개, 또는 10개 내지 50개, 또는 12개 내지 20개일 수 있다. 프레싱된 라인들의 개수는 판의 횡방향(t)의 별개의 채널들의 폭에 영향을 미친다. 폭은 차례로, 예를 들어, 프레싱된 판의 강도 및 유체들에 대해 획득된 압력 강하에 영향을 미친다. 프레싱된 파형 라인들의 개수는 프로세스에서의 유체, 압력들 및 온도들을 포함하는 프로세스 파라미터들에 적응될 수 있다. 더욱이, 제3 유체 채널 패턴(FCP3)에서, 파형의 프레싱된 라인들에서의 전체 파동들의 개수는 판의 크기에 따라 달라질 수 있고, 8개-100개, 또는 8개 내지 50개, 또는 8개 내지 20개일 수 있다. 추가적으로, 제3 유체 채널 패턴(FCP3)에서, 파형의 프레싱된 라인들은 서로 동위상일 수 있고, 이에 의해, 각각의 별개의 채널에 균일한 유동이 제공될 수 있다.
추가적으로, 도 4a-4b에 도시된 2-포트 실시예에 따르면, 프레싱된 열 교환기 판(201) 및 평평한 열 교환기 판(201') 양쪽 모두는 종방향 및 횡방향(l, t)으로 실질적으로 동일한 외측 형상을 갖는다. 모듈의 평판 및 프레싱된 열 교환기 판 각각은 유체 포트(110)를 포함하는 제1 종방향 단부 부분(101), 유체 포트(120)를 포함하는 제2 종방향 단부 부분(102), 및 제1 및 제2 종방향 단부 부분들(101, 102) 사이에 배열된 중간 열 교환 부분(103)을 포함할 수 있다. 프레싱된 열 교환기 판(201)은, 도 1b에 예시된 바와 같이, 판의 두께 방향(d)으로 최상부들 및 바닥들을 갖는 핀들(21)을 형성하는 프레싱된 주름진 패턴(P)을 더 포함한다.
일반적으로, 프레싱된 열 교환기 판들(201) 및 평판들(201') 양쪽 모두는 0.25 내지 5.0 mm, 또는 0.3 내지 3.0 mm의 두께를 가질 수 있다. 프레싱된 열 교환기 판들(201)의 두께는 저온/고온 측에 대해 동일할 수 있거나 상이할 수 있다. 또한, 평판들(201')의 두께는, 더 두꺼울 수 있는, 도 1a 및 1b에 도시된 단부 판들(6, 7)을 제외하고는, 바람직하게 동일하다. 프레싱된 열 교환기 판들(201)은 평판들(201')과 동일한 두께를 가질 수 있거나 동일한 두께를 초기에 가질 수 있다. 그러나, 프레싱 작동 동안, 프레싱된 판(201)의 두께가 영향을 받을 수 있고, 그에 의해, 프레싱된 판(201)의 최종 두께가 평판(201')의 두께보다 작을 수 있다. 일부 경우들에서, 프레싱된 판들(201)이 평판들(201')보다 더 두껍거나 더 얇은 것이 또한 가능할 수 있다. 일반적으로, 프레싱된 판들(201) 및 평판들(201')을 위한 재료는 스테인리스 강, 알루미늄, 구리, 니켈, 탄탈럼, 티타늄 또는 이들의 합금들과 같이 임의의 적합하고 통상적으로 사용되는 것일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 재료들은 프레싱된 판들(201) 및 평판들(201')에 대해 동일하거나 상이할 수 있다.
본 개시내용은 또한, 복수의 스택형 열 교환기 판 모듈들(200)을 포함하는 판형 열 교환기(1)에 관한 것이고, 이는 위에서 설명된 유형일 수 있다. 스택(301)에서, 모듈(200)은, 도 1b에 개략적으로 예시된 바와 같이, 모든 제2 판을 프레싱된 열 교환기 판(201)으로 그리고 모든 다른 판을 평판(201')으로 포함한다. 프레싱된 열 교환기 판들 및 평판들 각각은, 위에서 설명된 바와 같이, 2개의 대향하는 측 표면들, 판의 종방향(l), 종방향에 수직인 횡방향(t), 및 두께 방향(d)의 연장부를 갖는다.
판형 열 교환기는 위에서 설명된 바와 같은 구조를 갖는 프레싱된 판들(201)을 포함하는 열 교환기 모듈들(200)을 위해 구성될 수 있다. 평평한 열 교환기 판들(201') 및 프레싱된 열 교환기 판들(201) 각각은 적어도 하나의 유체 포트(110)를 포함하는 제1 종방향 단부 부분(101), 적어도 하나의 유체 포트(120)를 포함하는 제2 종방향 단부 부분(102), 및 제1 및 제2 종방향 단부 부분들 사이에 배열된 중간 열 교환 부분(103)을 포함할 수 있다.
프레싱된 열 교환기 판들(201) 각각은 위에서 설명된 바와 같이 두께 방향(d)으로 최상부들(T) 및 바닥들(B)을 갖는 주름진 패턴을 형성하는 프레싱된 패턴(P)을 더 포함한다. 프레싱 패턴(P)은, 각각의 제1 및 제2 종방향 단부 부분들(101, 102)에서, 적어도 하나의 유체 포트 내로의 유체 유동을 유도하는 제1 유체 채널 패턴(FCP1) 및/또는 적어도 하나의 유체 포트를 우회하는 제2 유체 채널 패턴(FCP2)을 포함한다. 프레싱된 패턴(P)은, 중간 열 교환 부분(103)에서, 제1 유체 채널 패턴(FCP1) 및/또는 제2 유체 채널 패턴(FCP2)과 유체 연통하는 제3 유체 채널 패턴(FCP3)을 더 포함하고, 프레싱된 열 교환기 판(201)이 평판(201')에 부착될 때, 프레싱된 열 교환기 판의 종방향(l)으로 별개의 유체 채널들을 형성하도록 구성된 복수의 종방향으로 연장되는 파형의 프레싱된 라인들(1030)을 포함한다. 열 교환기에서, 제1, 제2 및 제3 유체 채널 패턴들(FCP1, FCP2, FCP3)은 스택(301)에서 평판들(201')을 향해 프레싱될 때 유체 채널 패턴들의 길이를 따라 접촉 표면을 갖는 별개의 유체 채널들을 형성한다.
열 교환기는 상이한 유형들의 유동 방향들을 위해 구성될 수 있다. 그러므로, 프레싱된 열 교환기 판들(201)의 프레싱된 패턴(P), 특히, 제1 및 제2 유체 채널 패턴들은 원하는 유동 방향들에 적응될 수 있다.
도 4a 및 4b의 프레싱된 열 교환기 판들(201)에 도시된 바와 같이, 프레싱된 열 교환기 판들(201) 중 모든 제2 판은 각각의 제1 및 제2 종방향 단부 부분들(101; 102)에 하나의 유체 포트(110; 120)를 포함한다. 도 4a 및 4b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 모든 다른 판은 제1 유체 채널 패턴(FCP1)이 유체 유동을 유체 포트들(110; 120) 내로 유도하는 유형이고(도 4b 참고), 프레싱된 열 교환기 판들(201) 중 모든 다른 판은 적어도 하나의 유체 포트(110; 120)를 우회하는 제2 유체 채널 패턴(FCP2)을 포함한다(도 4a 참고). 평판(201')은 프레싱된 판들(201) 사이에 위치된다. 이러한 방식으로, 판형 열 교환기에서, 저온 유동은 "C"로 도시된 화살표 라인들로 예시된 바와 같이 "U-유동"으로 지칭되는 유동을 형성할 수 있다. 저온 유동(C)은 위로부터 제1 종방향 단부 부분(101)에 들어가고, 유동은 중간 부분(103)의 채널들을 통해 제1 유동 패턴(FCP1)에 의해 지향된다. 유동은 제2 종방향 부분(102)의 제2 포트(120)를 통해, 프레싱된 판(201)을 빠져나간다.
위에서 설명된 열 교환기 모듈들(200)은 열 교환기에 스택들(301)로 배열된다. 판형 열 교환기는 판형 열 교환기(1)에 평행하게 배열된 적어도 2개의 스택들(301)을 포함할 수 있다. 도 5는, 도 1b, 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 프레싱된 열 교환기 판들(201) 및 프레싱된 판들 사이의 평판들(201')을 포함하는 열 교환기 판 모듈들(200)의 9개의 평행한 열 교환기 스택들(301)을 포함하는 열 교환기의 예를 예시한다. 평행한 스택들은 모듈들의 2개의 대향하는 종방향 측들을 따라 9개의 모듈들을 함께 부착함으로써 획득될 수 있다. 대안적으로, 프레싱된 판들은 9개의 프레싱된 패턴들이 하나의 판 상에 평행으로 배열되는 하나의 넓은 판으로 함께 통합될 수 있고, 각각의 패턴은 모듈의 프레싱된 열 교환기 판의 프레싱된 패턴에 대응한다.
도 5의 예시된 예에서, 저온 유동(C)은 "U-유동"으로서 배열된다. 또한, 각각, 고온 및 저온 유동들(H, C)이 9개의 평행한 프레싱된 판 패턴들과 관련하여 더 상세히 도시되는 도 6a 및 6b를 참조한다. 참조 부호들은 도면의 좌측에만 추가되지만, 참조 부호들은 전체 도면에 적용된다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 고온 유체(H)는 프레싱된 판(201)의 중간 부분(103)에서 제3 유동 채널 패턴(FCP3)에 의해 형성된 별개의 채널들을 따라 유동하고, 통합된 프레싱된 판(2010)의 각각의 제1 및 제2 단부 부분들(101 및 102)에서 제2 유동 패턴(FCP2)에 의해 형성된 채널들에서 제1 및 제2 포트들(110, 120)을 우회한다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 저온 유체(C)는 통합된 프레싱된 판(2010)의 중간 부분(103)에서 제3 유동 채널 패턴(FCP3)에 의해 형성된 별개의 채널들을 따라 유동하고, 프레싱된 판(2010)의 각각의 제1 및 제2 단부 부분들(101 및 102)에서 제1 유동 패턴(FCP1)에 의해 형성된 채널들에서 제1 및 제2 포트들(110, 120) 내로 유도된다.
도 7a에서, "Z-유동" 변형을 위해 구성된 열 교환기(1)가 도시되고, 도 7b에서, 열 교환기(1)가 "Z-유동"을 위해 구성될 때 고온 및 저온 유동들(H, C)이 하나의 프레싱된 열 교환기 판(201)에 어떻게 배열되는지에 대한 상세도가 도시된다. 도 6a 및 6b에 도시된 변형과 유사하게, 도 7b의 프레싱된 판은 하나의 통합된 넓은 판(2010)으로 배열될 수 있고, 여기서 9개의 평행한 프레싱된 패턴들(P)은 하나의 판으로 배열된다.
도 7b는 상부 프레싱된 판(201) 및 판의 종방향의 중앙에 있는 평판(201')의 부분 단면도이다. 하부 프레싱된 판(201)은, 고온 유동(H)이 제1 및 제2 포트들(110, 120)을 우회할 수 있도록, 각각의 제1 및 제2 단부 부분들(101, 102)에 제2 유동 채널 패턴(FCP2)을 포함한다. 상부 프레싱된 판(201)은 각각의 제1 및 제2 단부 부분들(101, 102)에 제1 유동 채널 패턴(FCP1)을 포함하여, 저온 유동이 제1 및 제2 포트들(110, 120) 내로 각각 유도된다. 저온 유동은 프레싱된 판들(201)의 하부측으로부터 제1 포트(110) 내로 유도되고, 이에 의해 저온 유체(C)는 프레싱된 판(201)의 중간 부분(103)의 제3 유동 채널 패턴(FCP3)에 의해 형성된 별개의 채널들을 따라, 제2 포트(120)를 통해, 유입 저온 유체(C)에 비해 반대 방향으로 유동한다는 것을 알 수 있다. 이는 또한, 판들(201, 201')의 9개의 평행한 스택들(301)을 갖는 판형 열 교환기(1)를 예시하는 도 7a로부터 알 수 있으며, 여기서 제1 포트(110)는 예시된 도면에서 열 교환기(1)의 전면측 상에 배열되고, 제2 포트(120)(도시되지 않은 포트)는 예시된 도면에서 열 교환기의 후면측 상에 배열된다.
도 8a에서, "L-유동" 변형을 위해 구성된 열 교환기(1)가 도시되고, 도 8b에서, "L-유동"을 갖는 열 교환기를 위해 구성된 프레싱된 판(201)의 상세도가 도시된다. 도 8b는 저온 유체 유동(C)이 제2 포트(120)를 통해, 프레싱된 열 교환기 판(201)에 들어갈 수 있도록 제2 단부 부분(102)에 제1 유동 채널 패턴(FCP1)을 포함하는 프레싱된 판(201)을 도시한다. 프레싱된 판(201)은 제1 단부 부분(101)에서 제2 유동 채널 패턴(FCP2)을 포함하여, 저온 유동은 제1 포트(110)를 우회할 수 있다. 도 8a로부터, 저온 유동(C)이 열 교환기(1)의 전면으로부터 제2 포트(120) 내로 유도될 수 있음을 알 수 있다. 저온 유체(C)는 프레싱된 판(201)의 중간 부분(103)에서 제3 유동 채널 패턴(FCP3)에 의해 형성된 별개의 채널들을 따라 유동한 다음, 제1 포트(110)를 우회하여, "L-유동"으로 유동한다. 이는 또한, 9개의 평행한 포트들을 갖는 통합된 판들(1020)의 스택들 또는 판들(201, 201')의 9개의 평행한 스택들(301)을 갖는 판형 열 교환기를 예시하는 도 8a로부터 알 수 있으며, 여기서 제2 포트(120)는 예시된 도면에서 열 교환기(1)의 전면측 상에 배열된다. 고온 유동(H)은 열 교환기(1) 내로 유동하기 위해 유사한 방식으로, 그러나 역류 방식으로 배열될 수 있다. 따라서, 고온 유동(H)은 열 교환기의 후면으로부터 제2 포트(120)를 통해 열 교환기(1)로 들어가고, 프레싱된 판(201)의 중간 부분(103)에서 제3 유동 채널 패턴(FCP3)을 따라 유동한 다음, 제1 포트(110)를 우회하여 "L-유동"으로 유동할 수 있다. 명백한 바와 같이, 각각의 고온 유동 및 저온 유동은 많은 상이한 방식으로 열 교환기 판에 들어가고 나가도록 배열될 수 있다.
도 8a의 열 교환기에서뿐만 아니라 도 1a, 1b 및 2에 도시된 유형의 열 교환기에서, 이러한 유형의 판형 열 교환기(1)에서, 각각의 제1 및 제2 종방향 단부 부분들(101; 102)에서 1개 또는 2개의 유체 포트 및 유체 포트들 중 하나 내로의 유체 유동을 유도하는 제1 유체 채널 패턴(FCP1) 및 유체 포트들 중 다른 하나를 우회하는 제2 유체 채널 패턴(FCP2)을 포함하는, 프레싱된 열 교환기 판들(201) 중 모든 제2 판은 제1 표면이 평판을 향하도록 평판(201')에 고정되고, 프레싱된 열 교환기 판들(201) 중 모든 다른 판은 제2의 대향하는 표면이 평판을 향하도록 평판에 고정된다는 것을 주목한다. 이러한 방식으로, 프레싱된 판들은 교번하는 방식으로 평판들에 부착되고, 프레싱된 판들을 제공하기 위해 단 하나의 프레싱 툴만이 요구된다.
일반적으로, 판형 열 교환기는 역류 에너지 회수를 이용한 열회수 열 교환기일 수 있다. 열회수 열 교환기는 효율적이고, 단위 표면적당 양호한 열 전달률을 제공한다.
열 교환기는 내부 유체 포트들(110; 120; 130; 140) 이외에, 도 2에 의해 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 외부 유체 커넥터(8)를 포함할 수 있다. 유체 유동들은 외부 커넥터들에 수집될 수 있고, 이는 도 8a 및 8b에 예시된 바와 같이 "L-유동"을 위해 구성된 열 교환기에서 특히 유리할 수 있다.
본 개시내용의 판형 열 교환기는 2개의 유체들 사이의 열 교환을 위해 구성될 수 있고, 여기서 유체들은 가스들일 수 있다. 판형 열 교환기는 고압 응용들을 위해 구성될 수 있다.
본 개시내용은 또한, 위에서 설명된 바와 같은 열 교환기 판 모듈의 제조를 위한 프로세스에 관한 것이다. 프로세스는 다음을 포함한다:
· 판의 종방향(l), 종방향에 수직인 횡방향(t) 및 두께 방향(d)의 연장부를 갖는 2개 이상의 금속성 판들을 제공하기 위해 시트 금속 재료를 절단하는 단계,
· 금속성 판들 중 적어도 하나를 프레싱 툴에서 프레싱하는 단계 - 프레싱 툴은 프레싱된 패턴(P)을 열 교환기 판에 제공하도록 구성됨 -;
· 종방향 및 횡방향으로 프레싱된 판에 대응하는 외측 형상 및 치수를 갖는 평판을 제공하는 단계,
· 프레싱된 판 및 평판을 포함하는 열 교환기 판 모듈을 제공하는 단계,
· 모든 제2 판이, 프레싱된 열 교환기 판(201)이고 모든 다른 판이 평판(201')이도록 열 교환기 판 모듈들의 스택을 조립하는 단계,
· 열 교환기 모듈들의 스택을 포함하는 판형 열 교환기를 제공하기 위해 모듈들을 함께 결합하는 단계.
본 발명은 또한, 프레임 및 복수의 스택형 열 교환기 판 모듈들을 포함하는 판형 열 교환기에 관한 것이다. 열 교환기를 제공하기 위한 모듈들의 결합은 융착, 납땜, 용접 또는 확산 용접에 의해 수행될 수 있다. 대안에 따르면, 열 교환기는 개스킷 열 교환기일 수 있다.
관련 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 위에서 설명된 예들로 제한되지 않는다는 것을 인식한다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는 수정들, 조합들 및 변형들이, 첨부된 청구항들의 범위 내에서 가능하다는 것을 더 인식한다. 추가적으로, 개시된 실시예들에 대한 변형들은 도면들, 본 개시내용, 및 첨부된 청구항들의 연구로부터, 청구된 발명을 실시함에 있어서 통상의 기술자에 의해 이해되고 실행될 수 있다.
Claims (18)
- 프레싱된 열 교환기 판(201) 및 평판(201')을 포함하는 열 교환기 판 모듈(200)로서,
상기 프레싱된 열 교환기 판 및 상기 평판은 2개의 대향하는 측 표면들, 상기 판의 종방향(l), 상기 종방향에 수직인 횡방향(t) 및 두께 방향(d)의 연장부를 갖고, 상기 판들(201, 201')은 상기 종방향 및 횡방향으로 실질적으로 동일한 외측 형상을 갖고, 상기 모듈의 상기 판들은:
· 적어도 하나의 유체 포트(110)를 포함하는 제1 종방향 단부 부분(101),
· 적어도 하나의 유체 포트(120)를 포함하는 제2 종방향 단부 부분(102),
· 상기 제1 및 제2 종방향 단부 부분들 사이에 배열된 중간 열 교환 부분(103)을 포함하고,
상기 프레싱된 열 교환기 판(201)은 상기 프레싱된 판(201)의 두께 방향(d)으로 교번하는 최상부들 및 바닥들을 갖는 프레싱된 주름진 패턴(P)을 더 포함하고, 상기 프레싱된 패턴(P)은:
· 상기 제1 및/또는 제2 종방향 단부 부분(101; 102)에서, 상기 적어도 하나의 유체 포트(110; 130) 내로의 유체 유동을 유도하는 제1 유체 채널 패턴(FCP1) 및/또는 상기 적어도 하나의 유체 포트(120; 140)를 우회하는 제2 유체 채널 패턴(FCP2),
· 상기 중간 열 교환 부분(103)에서, 상기 제1 유체 채널 패턴(FCP1) 및/또는 제2 유체 채널 패턴(FCP2)과 유체 연통하고, 상기 프레싱된 열 교환기 판(201)이 상기 평판(201')에 부착될 때, 상기 열 교환기 판 모듈(200)의 종방향(l)으로 별개의 유체 채널들(31)을 형성하도록 구성된 복수의 종방향으로 연장되는 파형의 프레싱된 라인들(1030)을 포함하는 제3 유체 채널 패턴(FCP3)을 포함하는, 열 교환기 판 모듈(200). - 제1항에 있어서,
상기 평판(201')은, 상기 제1 유체 채널 패턴(FCP1), 상기 제2 유체 채널 패턴(FCP2) 및 상기 제3 유체 채널 패턴(FCP3)의 연장부를 따라, 상기 프레싱된 열 교환기 판(201)에 부착되는, 열 교환기 판 모듈. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 유체 채널 패턴(FCP1) 및/또는 상기 제2 유체 채널 패턴(FCP2)은, 상기 제1 및/또는 상기 제2 유체 채널 패턴들(FCP1; FCP2)과 상기 제3 유체 채널 패턴(FCP3) 사이에 중단 부분(151; 152)을 이용하여 상기 제3 유체 채널 패턴(FCP3)과 불연속 패턴을 형성하는, 열 교환기 판 모듈. - 제3항에 있어서,
상기 평판(201')과 함께, 상기 프레싱된 평판(201)에서 각각의 제1 유체 채널 패턴(FCP1) 및 상기 제2 유체 채널 패턴(FCP2)에 의해 형성된 유체 채널들의 양은 상기 프레싱된 판(201) 및 상기 평판(201')에서 상기 제3 유체 채널 패턴(FCP3)에 의해 형성된 별개의 유동 채널들의 양보다 적은, 열 교환기 판 모듈. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 종방향 단부 부분들(101; 102) 각각은 2개의 유체 포트들(110, 130; 120, 140)을 포함하는, 열 교환기 판 모듈. - 제5항에 있어서,
각각의 제1 및 제2 종방향 단부 부분들(101; 102)은 상기 적어도 하나의 유체 포트(110; 140) 내로의 유체 유동을 유도하고/거나 상기 적어도 하나의 유체 포트(120; 130)를 우회하는 제1 및 제2 유체 채널 패턴들(FCP1; FCP2)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 유체 채널 패턴들(FCP1; FCP2)은 상기 제1 및 제2 종방향 단부 부분들(101; 102)에서 상기 유체 포트들(110, 140; 120, 140) 사이에 대각선 또는 평행 유동을 제공하도록 구성되는, 열 교환기 판 모듈. - 제5항에 있어서,
상기 각각의 제1 및 제2 종방향 단부 부분들(101; 102)은 상기 적어도 하나의 유체 포트(110; 140) 내로의 유체 유동을 유도하고/거나 상기 적어도 하나의 유체 포트(120; 130)를 우회하는 제1 및 제2 유체 채널 패턴들(FCP1; FCP2)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 유체 채널 패턴들(FCP1; FCP2)은 상기 제1 및 제2 종방향 단부 부분들(101; 102)에서 상기 유체 포트들(110, 140; 120, 140) 사이에 평행 유동을 제공하도록 구성되는, 열 교환기 판 모듈. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 판들(201, 201')은 0.25 내지 5.0 mm, 또는 0.3 내지 3.0 mm의 두께를 갖는, 열 교환기 판 모듈. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체 채널 패턴들(FCP1; FCP2; FCP3)의 프레싱 깊이는 적어도 0.5 mm인, 열 교환기 판 모듈. - 복수의 스택형 열 교환기 판 모듈들(200)을 포함하는 판형 열 교환기(1)로서,
스택(301)에서, 상기 모듈들은, 모든 제2 판이, 프레싱된 열 교환기 판(201)이고, 모든 다른 판은 평판(201')이도록 배열되고, 상기 평판들 및 프레싱된 열 교환기 판들 각각은 2개의 대향하는 측 표면들, 상기 판의 종방향(l), 상기 종방향에 수직인 횡방향(t) 및 두께 방향(d)의 연장부를 가지며, 상기 평판들 및 프레싱된 열 교환기 판들은,
· 적어도 하나의 유체 포트(110)를 포함하는 제1 종방향 단부 부분(101),
· 적어도 하나의 유체 포트(120)를 포함하는 제2 종방향 단부 부분(102),
· 상기 제1 및 제2 종방향 단부 부분들 사이에 배열된 중간 열 교환 부분(103)을 포함하고,
상기 프레싱된 열 교환기 판은 상기 프레싱된 판(201)의 두께 방향으로 교번하는 최상부들 및 바닥들을 갖는 주름진 패턴을 형성하는 프레싱된 패턴(P)을 더 포함하고, 상기 프레싱된 패턴(P)은,
· 상기 제1 및/또는 제2 종방향 단부 부분(101; 102)에서, 상기 적어도 하나의 유체 포트(110; 120) 내로의 유체 유동을 유도하는 제1 유체 채널 패턴(FCP1) 및/또는 상기 적어도 하나의 유체 포트(110; 120)를 우회하는 제2 유체 채널 패턴(FCP2),
· 상기 중간 열 교환 부분(103)에서, 상기 제1 유체 채널 패턴(FCP1) 및/또는 제2 유체 채널 패턴(FCP2)과 유체 연통하고, 상기 프레싱된 열 교환기 판(201)이 상기 평판(201')에 부착될 때, 상기 프레싱된 열 교환기 판(201)의 종방향(l)으로 핀형의 별개의 유체 채널들(31)을 형성하도록 구성된 복수의 종방향으로 연장되는 파형의 프레싱된 라인들을 포함하는 제3 유체 채널 패턴(FCP3)을 포함하는, 판형 열 교환기(1). - 제10항에 있어서,
각각의 모듈(200)의 상기 평판(201')은 상기 각각의 모듈(200)의 프레싱된 판(201) 및 이웃하는 모듈(200)의 프레싱된 판(201)에 부착되고, 상기 제1, 제2 및 제3 유체 채널 패턴들(FCP1; FCP2; FCP3)은 상기 유체 채널 패턴들의 길이를 따라 접촉 표면을 갖는 별개의 유체 채널들을 형성하는, 판형 열 교환기(1). - 제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 프레싱된 열 교환기 판들(201) 중 모든 제2 판은, 각각의 제1 및 제2 종방향 단부 부분들(101; 102)에서 적어도 하나의 유체 포트(110; 120) 및 상기 적어도 하나의 유체 포트(110; 120) 내로의 유체 유동을 유도하는 제1 유체 채널 패턴(FCP1)을 포함하고, 상기 프레싱된 열 교환기 판들(201) 중 모든 다른 판은, 각각의 제1 및 제2 종방향 단부 부분들(101; 102)에서 적어도 하나의 유체 포트(110; 120) 및 상기 적어도 하나의 유체 포트(110; 120)를 우회하는 제2 유체 채널 패턴(FCP2)을 포함하는, 판형 열 교환기(1). - 제10항 또는 제11항에 있어서,
각각의 제1 및 제2 종방향 단부 부분들(101; 102)에서 2개의 유체 포트들(110, 130; 120, 140) 및 유체 포트들(110, 130) 중 하나로의 유체 유동을 유도하는 제1 유체 채널 패턴(FCP1) 및 유체 포트들(120, 140) 중 다른 하나를 우회하는 제2 유체 채널 패턴(FCP2)을 포함하는, 상기 프레싱된 열 교환기 판들(201) 중 모든 제2 판은 제1 표면이 상기 평판을 향하도록 상기 평판(201')에 고정되고, 상기 프레싱된 열 교환기 판들(201) 중 모든 다른 판은 제2의 대향하는 표면이 상기 평판을 향하도록 상기 평판에 고정되는, 판형 열 교환기(1). - 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 판형 열 교환기(1)는, 적어도 2개의 열 교환기 판 모듈들(200)의 스택들(301)이 상기 모듈들의 2개의 대향하는 종방향 측들을 따라 상기 모듈들을 함께 부착함으로써 평행으로 배열되도록 구성될 수 있거나, 적어도 2개의 프레싱된 패턴들이 하나의 판 상에 평행으로 배열되고, 각각의 패턴(P)은 모듈(200)의 프레싱된 열 교환기 판(201)의 프레싱된 패턴(P)에 대응하는, 판형 열 교환기(1). - 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체 포트들(110; 120; 130; 140)은 외부 유체 커넥터(8)에 연결될 수 있는, 판형 열 교환기(1). - 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 판형 열 교환기는 2개의 가스들 사이의 열 교환을 위해 구성되는, 판형 열 교환기(1). - 제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 판형 열 교환기는 고압 응용들을 위해 구성되는, 판형 열 교환기(1). - 제10항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 판형 열 교환기(1)의 제조 프로세스로서,
· 판의 종방향(l), 상기 종방향에 수직인 횡방향(t) 및 두께 방향(d)의 연장부를 갖는 2개 이상의 금속성 판들을 제공하기 위해 시트 금속 재료를 절단하는 단계,
· 상기 금속성 판들 중 적어도 하나를 프레싱 툴에서 프레싱하는 단계 - 상기 프레싱 툴은 프레싱된 패턴(P)을 열 교환기 판에 제공하도록 구성됨 -;
· 상기 종방향 및 상기 횡방향으로 프레싱된 판에 대응하는 외측 형상 및 치수를 갖는 평판을 제공하는 단계,
· 프레싱된 판 및 평판을 포함하는 열 교환기 판 모듈을 제공하는 단계,
· 모든 제2 판이, 프레싱된 열 교환기 판(201)이고 모든 다른 판이 평판(201')이도록 열 교환기 판 모듈들의 스택을 조립하는 단계,
· 열 교환기 모듈들의 스택을 포함하는 판형 열 교환기를 제공하기 위해 모듈들을 함께 결합하는 단계
를 포함하는, 판형 열 교환기(1)의 제조 프로세스.
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