KR20240051934A - 열교환기용 디플렉터 및 그리드 서포트 어셈블리 및 해당 어셈블리를 가지는 열교환기 - Google Patents
열교환기용 디플렉터 및 그리드 서포트 어셈블리 및 해당 어셈블리를 가지는 열교환기 Download PDFInfo
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Abstract
다음을 포함하는, 열교환기용 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체: 일련의 상호연결된 스트립으로 형성되고, 그리드 지지 구조물이 실질적으로 열교환기의 쉘의 내부의 횡단면을 가로질러 연장되도록 열교환기의 내부 표면에 의해 정의된 내부 공간 내에 위치되도록 구성된 주변 외부를 갖는 그리드 지지 구조물이되, 그리드 지지 구조물은 이를 통해 연장되는 복수의 통로를 정의하며, 통로는 통로를 통과하는 종방향으로 연장되는 튜브를 지지하도록 구성되는, 그리드 지지 구조물; 및 적어도 하나의 디플렉터 플레이트이되, 각각의 디플렉터 플레이트는 제1 디플렉터 플레이트 표면 및 대향하는 제2 디플렉터 플레이트 표면을 가지며, 여기서 적어도 하나의 디플렉터 플레이트는 열교환기에서 종방향으로 연장되는 튜브를 지지하기 위해 이를 통해 복수의 튜브 수용 개구부를 정의하는, 적어도 하나의 디플렉터 플레이트.
Description
관련 출원에 대한 교차-참조
본 정규 특허 출원은 35 U.S.C. §119(e) 하에서 "열교환기용 디플렉터 및 그리드 서포트(지지부) 어셈블리(조립체), 및 해당 어셈블리(조립체)를 가지는 열교환기"라는 명칭의 2021 년 7 월 17 일에 출원된 미국 가특허 출원 제63/223,000호에 대한 우선권 및 이의 이익을 주장하며, 이의 전체 개시내용은 참조로 본원에 결합된다.
발명의 분야
본 발명은 제조하기에 경제적이고 실용적이며 열교환기의 주어진 횡단면에서 양방향으로 개별 서포트(지지부)를 제공하는 동시에 열교환기의 튜브 위 그리고 주위의 일반적인 축방향 유동을 저해하지 않으면서 열 전달을 증가시키는 효율적인 유동 패턴을 생성하고 바람직하게는 압력 손실을 최소화하는 열교환 튜브 지지부(heat exchange tube supports)에 관한, 열교환기의 분야, 특히 비제한적으로 쉘 및 튜브 열교환기(shell and tube heat exchangers)의 분야에 관한 것이다.
열교환기는 당업계에 알려져 있고, 다양한 설계로 이용가능하며, 그 중에서도 가장 일반적인 것 중 하나는 쉘 및 튜브 열교환기이다. 이러한 쉘 및 튜브 열교환기는 잘 알려져 있으며, 많은 산업, 특히 석유화학, 전력 및 화학 공정 산업의 일차 산업 용도로 사용되어 왔다. 이러한 쉘 및 튜브 열교환기는 완전 진공으로부터 약 10,000 psig까지의 압력의 범위 및 -300℉로부터 1,800℉까지의 온도의 범위에 걸쳐 작동하는 유체 간에 열을 전달하는 데 사용된다. 쉘 및 튜브 열교환기 구성의 고유한 견고성으로 인해, 이러한 부류의 열교환 장비는 산업적 적용에서 주요한 선택 사항으로 남아 있다.
이러한 부류의 열교환기에서, 전형적으로 0.028 인치 내지 0.109 인치의 두께의 범위인 얇은 튜브의 벽을 가로질러 2 개의 유체 간에 열이 교환된다. 관형 교환기 제조업체 협회 표준, 기계 표준 TEMA 클래스 RCB 참고하라. 튜브는 일반적으로 튜브 길이를 따라 간격을 두고 쉘 실린더 내에서 지지된다. 튜브 말단은 쉘 실린더에 용접되거나 실린더에 용접된 쉘 플랜지에 볼트로 체결되는 튜브 시트라고 불리는 드릴링된 플레이트에 튜브 확장 및/또는 용접 공정에 의해 단단히 부착될 수 있다. 말단 튜브 시트는 일반적으로 유체 유입구 및 유출구 유동을 위한 2 개의 유체 구획을 생성하도록 설계되었다.
단일 패스, 직선형 튜브 설계 구성을 갖는 단순 설계 쉘 및 튜브 열교환기에서, 유체는 열교환기 튜브의 외측에서 유동하고(쉘-측면 유동) 쉘 실린더의 하나의 말단에서 진입하고 쉘 실린더의 다른 말단에서 나간다. 다른 유체는 하나의 말단에서 튜브로 진입하고 다른 말단에 존재한다(튜브-측면 유동). 전형적으로 채널 섹션이라고 불리는 실린더는 실린더의 말단에 위치된 튜브 시트에 용접되거나 볼트로 체결되어, 튜브-측면 유체를 위한 유입구 및 출구 "헤더"를 생성한다.
튜브는 전형적으로 작은 외경(전형적으로 0.25 인치 내지 약 1.5 인치)을 갖기 때문에, 튜브의 길이를 따라 하나 이상의 지점에서의 중간 지지부(intermediate support)는, 튜브 금속 및 함유된 유체 중량으로 인한 과도한 편향을 방지하고, 인접한 튜브와의 반복되는 충돌 또는 튜브의 진동-유도 운동으로부터의 지지부에서의 튜브 재료의 프레팅 마모로부터의 이들의 기계적 고장을 야기할 수 있는 작동 동안 유동-유도 튜브 떨림을 방지하기 위해 당업계에서 사용되어 왔다.
초기 설계에서, 쉘 및 튜브 열교환기의 튜브는, 쉘 실린더를 횡방향으로 가로질러 부분적으로 연장되어 모든 제2 플레이트에서 완전한 지지를 생성하면서, 유동이 하나의 말단으로부터 다른 말단까지 쉘을 통과하도록 허용하는 드릴링된 플레이트(단일 세그먼트 배플로서 알려짐)에 의해 단독으로 지지되었다. 후속적으로, 이중 세그먼트 드릴링된 배플을 도입하여, 쉘 유동을 2 개의 스트림으로 분할하여, 열교환기를 통과할 때 쉘 측면 유체가 교차하는 튜브 열의 수를 줄이고 쉘 측면 유동의 속도 및 튜브를 교차할 때의 압력 손실을 최소화하였다.
내부 쉘 유동 스트림을 추가로 세분화하기 위해 삼중 세그먼트 배플을 사용함으로써 압력 강하 및 속도의 추가 감소가 달성되었다. 인접한 유동 배플 사이의 세그먼트화 및 거리를 증가시킴으로써, 쉘을 통과하는 유동이 축방향 유동에 접근하기 시작하였다. V. Maciunas, P.E., "Evolution of HX Tube Supports and Use of Non-Segmental Baffles to Improve Performance and Reliability of Feedwater Heaters," Presented at EPRI Feedwater Symposium, Kansas City, Missouri, September 1995 참고.
드릴링된 플레이트에 대한 대안으로, 보다 순수한 축방향 유동을 가능하게 하기 위한 그리드 지지부(grid supports)의 사용이 도입되었다. "로드 배플(rod baffles)"은 쉘 실린더의 중앙을 관통하여 수평면에 대해 교번하는 배향을 갖는 로드 조립체를 사용하여 튜브 지지 장치를 생성함으로써 쉘 측면 유체의 축방향 유동을 용이하게 하는 하나의 유형의 지지부였다. 로드 조립체는 쉘에 가스 및 응축 증기 유동을 갖는 석유화학 및 화학 공정 산업에서 주로 사용되었다.
격자 그리드는 튜브가 쉘을 통해 횡단면에서 양방향으로 지지되도록 교차하는 스트립의 조립체를 생성함으로써 개발되었다. 격자 그리드의 예는 미국 특허 제4,579,304호 및 제4,595,161호에서 찾아볼 수 있다. 이러한 구조물은 공간 요구 사항을 최소화하기 위해 조밀하게 패킹된 튜브 번들과 호환되기 때문에, 표면 응축기, 급수 가열기 및 부품 냉각수 열교환기에서의 일차 및/또는 보조 지지를 제공하기 위해 전력 산업에서 주로 사용되었다.
위에 언급된 로드 배플은 주로 정사각형 피치 튜브 배열로 사용되는 반면, 언급된 격자 그리드 배플은 주로 삼각형 피치 튜브 레이아웃 배열로 사용되었다. 이러한 축방향 유동 설계에서, 로드 직경 또는 스트립 두께는, 튜브 지지부를 개발하기 위해 튜브 레이아웃의 레인에 의해 생성된 공간과 매칭되도록 선택되었다. 예를 들어, 스트립 두께는 유체가 그리드를 통해 그리고 튜브 주위에서 축방향으로 유동하도록 허용하면서 튜브를 정렬하고 밀접하게 지지하는 정도일 것이다.
삼각형 피치 튜브 레이아웃의 경우, 반복 격자 요소는 예컨대, 마름모꼴-모양의 배치형태를 형성할 수 있으며 스트립의 실제 두께는 특이적인 튜브 외경에 의해 생성된 튜브 레인의 공칭 폭 및 튜브 피치 조합과 매칭되도록 선택될 수 있다.
로드 배플 및 그리드 구조 배열은 압력 강하를 최소화하고 유동-유도 튜브 떨림 문제를 최소화하는 반면, 난류를 생성하는 진동 교차 유동 구성요소의 결여는 또한 열 전달 계수를 감소시키고, 그에 따라 설계의 열적/유압적 효율을 감소시켰다.
열교환기에서 열 전달 계수 및 열적 및 유압적 효율을 개선하고, 압력 손실을 최소화하고, 유동-유도 튜브 떨림에 대한 양호한 저항성을 제공하면서 중량 및 제조 비용을 또한 최소화하기 위해 충분한 난류를 유도할 수 있는 튜브 지지부에 대한, 쉘 및 튜브 열교환기와 같은 열교환기에서의 추가 개선에 대한 당업계의 요구가 남아 있다.
발명의 간략한 요약
본원의 발명은 열교환기, 예컨대, 예를 들어, 쉘 및 튜브 열교환기에서의 가열 및 냉각에서 더 우수한 열적 효율 및 더 우수한 유압적 효율을 제공함과 동시에, 본원에 기재된 일체형 디플렉터 및 그리드 튜브 지지부(서포트) 조립체(어셈블리)를 사용하여 열교환기의 튜브를 통해 그리고 그 주위에 실질적으로 축방향 쉘 측면 유동을 허용함으로써 튜브 떨림을 최소화하고 압력 강하를 감소시키고, 또한 중량 및 제조 비용의 감소를 제공함으로써 당업계의 위에 언급된 요구를 해결한다. 그리드 및 디플렉터 플레이트의 조립체로서의 통합은 디플렉터 플레이트의 열 전달 증대 기능으로부터 그리드 플레이트의 튜브 지지 기능의 분리를 용이하게 한다. 본원의 개시내용에 따른 순차적인 조립체를 사용하는 것에 있어 디플렉터 플레이트는 설치된 튜브 중량을 지탱하고 유동 유도된 힘에 저항하기 위한 지지 구조물를 개발하기 위해 중첩을 필요로 하지 않는다. 본원에 기재된 바와 같은 조립체를 사용함으로써 본 발명은 압력 손실에 대한 열 전달을 최적화하기 위해 전산 유체 역학(CFD)의 사용에 의해 가이드된 바와 같은 코어 그리드 구조물 내에 통합될 수 있는 디플렉터 모양 및 크기의 다수의 변경 및 조합을 제공한다.
일 실시양태에서, 본 발명은 열교환기에 사용하기 위한 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체를 포함하며, 이는 일련의 상호연결된 스트립으로 형성되고, 그리드 지지 구조물이 실질적으로 열교환기의 쉘의 내부의 횡단면을 가로질러 연장되도록 열교환기의 쉘의 내부 표면에 의해 정의된 내부 공간 내에 위치되도록 구성된 주변 외부를 갖는 그리드 지지 구조물이되, 여기서 그리드 지지부는 제1 그리드 표면 및 제1 그리드 표면으로부터 종방향으로 이격된 대향하는 제2 그리드 표면을 가지며, 그리드 지지 구조물은 제1 그리드 지지부 표면으로부터 제2 그리드 지지부 표면까지 이를 통해 연장되는 복수의 통로를 정의하며, 통로는 튜브 안, 주위의 종방향 유동을 실질적으로 방해하지 않으면서 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지의 통로를 통해 제1 그리드 지지부 표면에 실질적으로 수직으로 통과하는 종방향으로 연장되는 튜브를 지지하도록 구성되는, 그리드 지지 구조물; 및 적어도 하나의 디플렉터 플레이트이되, 각각의 디플렉터 플레이트는 제1 디플렉터 플레이트 표면 및 대향하는 제2 디플렉터 플레이트 표면을 가지며, 여기서 적어도 하나의 디플렉터 플레이트는 열교환기에서 종방향으로 연장되는 튜브를 지지하기 위해 이를 통해 복수의 튜브 수용 개구부를 정의하고, 디플렉터 플레이트는 디플렉터 플레이트를 통한 유동을 실질적으로 방해하기 위해 제1 그리드 표면의 적어도 하나 이상의 표면 영역을 덮도록 구성되는, 적어도 하나의 디플렉터 플레이트를 포함하며; 여기서 제1 그리드 표면은 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체를 형성하기 위해 적어도 하나의 디플렉터 플레이트를 수용하도록 구성된다.
일 실시양태에서, 조립체의 그리드 지지 구조물은 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제1 두께를 갖는 제1 영역, 및 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제2 두께를 갖는 제2 영역을 갖되, 여기서 제1 영역은 그리드 지지 구조물의 적어도 하나의 외부 영역 상에 있고, 제1 두께는 제2 두께 미만이고, 제1 두께를 갖는 적어도 하나의 외부 영역은 적어도 하나의 디플렉터 플레이트를 수용하고 안착시키도록 구성된다.
다른 실시양태에서, 그리드 지지 구조물은 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제1 두께를 갖는 제1 영역, 및 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제2 두께를 갖는 제2 영역을 갖되, 여기서 제1 영역은 그리드 지지 구조물의 적어도 하나의 중앙 영역 상에 있고, 제1 두께는 제2 두께 미만이고, 적어도 하나의 중앙 영역은 적어도 하나의 디플렉터 플레이트를 수용하고 안착시키도록 구성된다.
그리드 지지 구조물의 상호연결된 스트립은 금속, 금속 합금, 중합체 및/또는 중합체성 복합재를 포함할 수 있다. 상호연결된 스트립은 제1 또는 제2 그리드 표면으로부터 보았을 때, 마름모꼴, 삼각형, 평행사변형, 예컨대, 정사각형 또는 직사각형, 타원 및 원으로부터 선택된 모양을 가질 수 있는 통로를 정의한다. 그리드 지지 구조물의 주변 외부가 격납 구조물 내에 안착될 수 있다. 그리드 지지부 표면은, 제1 그리드 표면 및 적어도 하나의 디플렉터 플레이트가 상류 유체 유동과 접촉하도록 열교환기에 설치되도록 구성될 수 있다.
일 실시양태에서, 열교환기는 쉘 및 튜브 열교환기이고, 그리드 지지 구조물의 주변 외부는 쉘 및 튜브 열교환기의 쉘과 함께 위치되도록 구성된다. 이러한 실시양태에서, 제1 그리드 표면 및 적어도 하나의 디플렉터 플레이트는 바람직하게 상류 쉘-측면 유동과 접촉한다. 임의적으로만이지만, 튜브가 튜브 수용 개구부 내의 디플렉터에 지지됨에 따라, 일 실시양태에서, 원하는 경우, 디플렉터 플레이트의 튜브 수용 개구부의 적어도 일부는, 설치 시, 튜브 수용 개구부를 정의하는 디플렉터 플레이트의 일부가 이를 관통하는 열교환기, 예컨대, 쉘 및 튜브 열교환기의 튜브에 용접되도록 위치되도록 구성될 수 있다. 다른 임의적 실시양태에서, 디플렉터 플레이트의 튜브 수용 개구부의 적어도 일부는 또한, 설치 시, 디플렉터 플레이트가 이를 관통하는 열교환기, 예컨대, 쉘 및 튜브 열교환기의 튜브의 열 팽창을 허용하도록 구성될 수 있다.
열교환기에 사용하기 위한 위에 언급된 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 또 다른 실시양태에서, 적어도 3 개의 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체가 있을 수 있고, 이 조립체 각각은 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 그리드 지지 구조물을 갖되, 여기서: 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체는 외부 가장자리 및 내부 가장자리를 갖는 제1 고리-모양 플레이트로서 구성되는 제1 디플렉터 플레이트를 갖도록 구성될 수 있고, 내부 가장자리는 디플렉터 플레이트의 중앙 부분에 개구부를 정의하며, 제1 디플렉터 플레이트는 제1 디플렉터 플레이트에 의해 방해되지 않는 그리드 지지 구조물의 중앙 제2 영역을 통한 실질적으로 축방향 유동을 허용하도록 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 지지 구조물의 바깥쪽 주변부를 따라 정의된 제1 영역에 위치되며; 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체는 외부 가장자리 및 내부 가장자리를 갖는 제2 고리-모양 플레이트로서 구성되는 제2 디플렉터 플레이트를 갖도록 구성될 수 있고, 내부 가장자리는 제2 디플렉터 플레이트의 중앙 부분에 개구부를 정의하며, 제2 디플렉터 플레이트는 각각이 제2 디플렉터 플레이트에 의해 방해되지 않는 외부 주변 영역 및 중앙 영역을 포함하는 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 구조물의 제2 영역을 통해 실질적으로 축방향 유동을 허용하도록 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 지지 구조물의 제1 영역에 위치되고; 제3 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체는 제3 디플렉터 플레이트에 의해 방해되지 않는 외부 주변 영역을 포함하는 제3 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 구조물의 제2 영역을 통해 실질적으로 축방향 유동을 허용하도록 제3 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 지지 구조물의 중앙 제1 영역에 위치되는 원형 플레이트로서 구성되는 제3 디플렉터 플레이트를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명은 또한 쉘 및 튜브 열교환기에서 유체를 가열 또는 냉각하는 방법을 포함하며, 이는, 각각이 쉘 및 튜브 열교환기의 튜브를 수용하고 지지하기 위한 하나 이상의 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체를 갖는, 위에 기재된 다양한 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체 중 적어도 1 개, 2 개 또는 3 개를 쉘 및 튜브 열교환기의 쉘 내에 위치시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 본 발명은 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체를 갖는 열교환기를 포함하며, 이는, 외부 표면 및 내부 공간을 정의하는 내부 표면을 갖는 종방향으로 연장되는 쉘이되, 쉘은 쉘의 내부 공간으로 진입하는 쉘 측면 유체용 유입구, 쉘의 내부 공간에서 나가는 쉘 측면 유체용 유출구, 쉘의 내부 공간으로 진입하는 튜브 측면 유체용 유입구 및 쉘의 내부 공간에서 나가는 튜브 측면 유체용 유출구를 정의하는, 쉘; 복수의 종방향으로 연장되는 튜브이되, 각각이 하나의 말단에 유입구를 갖고 대향 말단에 유출구를 가지며, 여기서 튜브는 튜브 지지 구조물에 의해 적어도 하나의 말단에서 지지되고, 각각의 튜브 유입구는 쉘의 튜브 측면 유체 유입구와 유체 연통하고 각각의 튜브 유출구는 쉘의 튜브 측면 유체 유출구와 유체 연통하는, 복수의 종방향으로 연장되는 튜브; 및 적어도 하나의 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체이되, 각각의 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체가 다음을 포함하는, 적어도 하나의 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체를 포함한다: 일련의 상호연결된 스트립으로 형성되고, 그리드 지지 구조물이 쉘의 내부 공간의 횡단면을 가로질러 실질적으로 연장되도록 쉘의 내부 공간 내에 위치되도록 구성된 주변 외부를 갖는 그리드 지지 구조물이되, 그리드 지지부는 제1 그리드 표면, 및 제1 그리드 표면으로부터 종방향으로 이격된 대향하는 제2 그리드 표면을 갖고, 그리드 지지 구조물은 제1 그리드 지지부 표면으로부터 제2 그리드 지지부 표면까지 이를 통해 연장되는 복수의 통로를 정의하며, 통로는 통로에 위치하는 종방향으로 연장되는 튜브 외부의 유동을 실질적으로 방해하지 않으면서 튜브가 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지의 통로 내에서 제1 그리드 지지부 표면을 관통하여 실질적으로 수직으로 통과하도록 종방향으로 연장되는 튜브의 제1 부분을 지지하도록 구성되는, 그리드 지지 구조물; 적어도 하나의 디플렉터 플레이트이되, 각각의 디플렉터 플레이트는 제1 디플렉터 플레이트 표면 및 대향하는 제2 디플렉터 플레이트 표면을 가지며, 여기서 적어도 하나의 디플렉터 플레이트는 종방향으로 연장되는 튜브의 제2 부분을 지지하기 위해 이를 통해 복수의 튜브 수용 개구부를 정의하고, 디플렉터 플레이트는 디플렉터 플레이트를 통한 유동을 실질적으로 방해하기 위해 제1 그리드 표면의 적어도 하나 이상의 표면 영역을 덮도록 구성되는, 적어도 하나의 디플렉터 플레이트; 그리고 여기서 제1 그리드 표면은 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체를 형성하기 위해 적어도 하나의 디플렉터 플레이트를 수용하도록 구성됨.
위에 기재된 열교환기의 일 실시양태에서, 그리드 지지 구조물은 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제1 두께를 갖는 제1 영역, 및 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제2 두께를 갖는 제2 영역을 가지며, 여기서 제1 영역은 그리드 지지 구조물의 적어도 하나의 외부 영역에 있고, 제1 두께는 제2 두께 미만이며, 제1 두께를 갖는 적어도 하나의 외부 영역은 적어도 하나의 디플렉터 플레이트를 수용하고 안착시키도록 구성된다.
위에 언급된 열교환기의 다른 실시양태에서, 그리드 지지 구조물은 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제1 두께를 갖는 제1 영역, 및 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제2 두께를 갖는 제2 그리드 영역을 가지며, 여기서 제1 영역은 그리드 지지 구조물의 적어도 하나의 중앙 영역에 있고, 제1 두께는 제2 두께 미만이며, 적어도 하나의 중앙 영역은 적어도 하나의 디플렉터 플레이트를 수용하고 안착시키도록 구성된다.
열교환기의 추가 실시양태에서는, 예를 들어, 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체 및 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체를 포함하는 적어도 2 개의 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체가 있고, 여기서 적어도 하나의 디플렉터 플레이트는 제1 디플렉터 플레이트 및 제2 디플렉터 플레이트를 포함할 수 있다. 이러한 실시양태에서, (a) 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체는 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제1 두께를 갖는 제1 영역, 및 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제2 두께를 갖는 제2 영역을 가질 수 있으며, 여기서 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 제1 영역은 그리드 지지 구조물의 적어도 하나의 외부 영역에 있고, 제1 두께는 제2 두께 미만이고, 제1 두께를 갖는 적어도 하나의 외부 영역은 제1 디플렉터 플레이트를 수용하고 안착시키도록 구성되고, (b) 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체는 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제1 두께를 갖는 제1 영역, 및 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제2 두께를 갖는 제2 영역을 가질 수 있으며, 여기서 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 제1 영역은 그리드 지지 구조물의 적어도 하나의 중앙 영역에 있고, 제1 두께는 제2 두께 미만이고, 적어도 하나의 중앙 영역은 제2 디플렉터 플레이트를 수용하고 안착시키도록 구성된다.
추가로, 이러한 실시양태에서, 위에 언급된 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체, 및 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체는 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 적어도 하나의 디플렉터 플레이트가 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 적어도 하나의 디플렉터 플레이트와 축방향으로 정렬되지 않도록 열교환기 쉘 내에 위치될 수 있다. 위에 언급된 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체 및 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체 각각에 대한 디플렉터 플레이트는 또한, 디플렉터 플레이트 각각의 제1 표면 및 그리드 지지부 조립체 각각의 제1 표면이 열교환기의 쉘을 통해 상류 쉘 측면 유동을 향하도록 쉘 내에 설치될 수 있다.
쉘 및 튜브 열교환기의 추가 실시양태에서, 열교환기는 쉘 및 튜브 열교환기이며, 제1 및 제2 그리드 지지부 조립체 각각은 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 그리드 지지 구조물의 제1 표면을 가질 수 있고, 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체는 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 제1 영역에서 아치형 말단 플레이트로서 구성되는 2 개의 디플렉터 플레이트를 가질 수 있으며, 여기서 각각의 아치형 말단 플레이트는 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 지지 구조물의 제2 영역의 중앙 그리드 지지부를 통해 실질적으로 축방향 유동을 허용하도록 분리되고, 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체는 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 지지 구조물의 제1 영역에 하나의 중앙 디플렉터 플레이트를 가질 수 있으며, 중앙 디플렉터 플레이트는 이의 제2 영역의 그리드 지지 구조물의 아치형 모양의 말단 영역을 통해 실질적으로 축방향 유동을 허용하도록 위치되고, 여기서 제1 및 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체는, 쉘 측면 유동이 제1 및 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 제2 영역을 통해 실질적으로 축방향으로 통과하도록 그리고 제1 및 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 제1 영역을 통한 축방향 유동을 실질적으로 방해하도록 위치된다.
이러한 실시양태에서, 열교환기는 튜브 위 그리고 주위의 일반적인 축방향 유동을 저해하지 않으면서 열 전달을 증가시키기 위한 교번하는 쉘 측면 유동 패턴을 생성하기 위해, 길이가 종방향으로 측정된 바와 같은, 쉘의 길이를 따라 위치된 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 설계 및 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 설계를 갖는 교번하는 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체를 포함하는 복수의 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체를 포함할 수 있다.
위에 언급된 열교환기의 추가 실시양태에서, 적어도 3 개의 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체가 있고, 조립체 각각은 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 그리드 지지 구조물을 가지며, 여기서, 이러한 일 실시양태에서, 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체는 외부 가장자리 및 내부 가장자리를 갖는 제1 고리-모양 플레이트로서 구성되는 제1 디플렉터 플레이트를 가질 수 있고, 내부 가장자리는 디플렉터 플레이트의 중앙 부분에 개구부를 정의하며, 제1 디플렉터 플레이트는 제1 디플렉터 플레이트에 의해 방해되지 않는 그리드 지지 구조물의 중앙 제2 영역을 통한 실질적으로 축방향 유동을 허용하도록 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 지지 구조물의 바깥쪽 주변부를 따라 정의된 제1 영역에 위치되고; 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체는 외부 가장자리 및 내부 가장자리를 갖는 제2 고리-모양 플레이트로서 구성되는 제2 디플렉터 플레이트를 가질 수 있고, 내부 가장자리는 제2 디플렉터 플레이트의 중앙 부분에 개구부를 정의하며, 제2 디플렉터 플레이트는 외부 주변 영역 및 중앙 영역을 포함하는 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 구조물의 제2 영역을 통한 실질적으로 축방향 유동을 허용하도록 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 지지 구조물의 제1 영역에 위치되며, 각각이 제2 디플렉터 플레이트에 의해 방해되지 않고; 제3 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체는 제3 디플렉터 플레이트에 의해 방해되지 않는 외부 주변 영역을 포함하는 제3 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 구조물의 제2 영역을 통한 실질적으로 축방향 유동을 허용하도록 제3 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 지지 구조물의 제1 중앙 영역에 위치된 원형 플레이트로서 구성되는 제3 디플렉터 플레이트를 가질 수 있다.
이러한 실시양태에서, 제1, 제2 및 제3 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체는, 튜브 위 그리고 주위의 일반적인 축방향 유동을 저해하지 않으면서 열 전달을 증가시키기 위한 교번하는 쉘 측면 유동 패턴을 생성하기 위해, 종방향으로 측정된 길이인, 열교환기의 쉘의 길이를 따라 위치된 제1, 제2 및 제3 그리드 지지부 조립체 각각의 설계를 갖는 교번하는 조립체가 되도록 위치된 위치일 수 있다.
본원의 다양한 실시양태에서, 그리드 지지 구조물에 대한 디플렉터 플레이트의 연결은 용접, 볼트 체결 및 기타 기계적 수단에 의해 달성될 수 있다. 본 발명은 일부 재료의 경우, 그리드 지지 구조물 및 디플렉터 플레이트 구성이 조립체로서 성형되거나 기타 제조 기술에 의해 유닛으로서 제작될 수 있음을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 대한 다음의 상세한 설명뿐만 아니라 전술한 요약은 첨부된 도면과 함께 읽을 때 더 잘 이해될 것이다. 본 발명을 예시할 목적을 위해, 현재 바람직한 실시양태가 도면에 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 도시된 정확한 배열 및 수단에 제한되지 않는다는 점을 이해해야 한다. 도면에서:
도 1은 본원의 실시양태에 따른 그리드 지지부 및 디플렉터 조립체의 복수의 교번하는 제1 및 제2 설계 및 말단 튜브 시트를 포함하는 쉘 및 튜브 열교환기에 사용하기 위한 부분적인 튜브 번들의 사시도이고;
도 2는 디플렉터 삽입체 사이에 개방형 그리드 지지 영역을 남기면서 조립체의 양측면에 디플렉터 삽입체가 제공되는, 본원의 실시양태에 따른 제1 그리드 지지부 및 디플렉터 조립체의 분해 사시도이고;
도 3은 도 8의 라인 3-3을 따라 취한 도 2의 제1 그리드 지지부 및 디플렉터 조립체의 평면도이고;
도 4는 도 3의 라인 4-4를 따라 취한 도 2의 제1 그리드 지지부 및 디플렉터 조립체의 단면, 측면도이고;
도 5는 디플렉터 삽입체가 2 개의 개방형 그리드 지지 영역 사이의 조립체의 중앙 영역에 제공되는 본원의 실시양태에 따른 제2 그리드 지지부 및 디플렉터 조립체의 분해 사시도이고;
도 6은 도 8의 라인 6-6을 따라 취한 도 5의 제2 그리드 지지부 및 디플렉터 조립체의 평면도이고;
도 7은 도 6의 라인 7-7을 따라 취한 도 5의 제2 그리드 지지부 및 디플렉터 조립체의 단면, 측면도이고;
도 8은 열교환기의 쉘 내의 대표적인 지지 튜브의 길이를 따라 위치된, 본원의 실시양태에 따른 교번하는 제1 및 제2 그리드 지지부 및 디플렉터 조립체를 갖는 쉘 및 튜브 열교환기 쉘의 단면에 대한 측면의 대표적인 단면도(side elevational representative cross-sectional view)이고;
도 9는 본원의 추가 실시양태에 따른 제1 디플렉터 및 그리드 지지 구조물 조립체의 사시도이고;
도 10은 도 9의 실시양태에 따른 제2 디플렉터 및 그리드 지지 구조물 조립체의 사시도이며;
도 11은 도 9 및 도 10의 실시양태에 따른 제3 디플렉터 및 그리드 지지 구조물 조립체의 사시도이다.
도 1은 본원의 실시양태에 따른 그리드 지지부 및 디플렉터 조립체의 복수의 교번하는 제1 및 제2 설계 및 말단 튜브 시트를 포함하는 쉘 및 튜브 열교환기에 사용하기 위한 부분적인 튜브 번들의 사시도이고;
도 2는 디플렉터 삽입체 사이에 개방형 그리드 지지 영역을 남기면서 조립체의 양측면에 디플렉터 삽입체가 제공되는, 본원의 실시양태에 따른 제1 그리드 지지부 및 디플렉터 조립체의 분해 사시도이고;
도 3은 도 8의 라인 3-3을 따라 취한 도 2의 제1 그리드 지지부 및 디플렉터 조립체의 평면도이고;
도 4는 도 3의 라인 4-4를 따라 취한 도 2의 제1 그리드 지지부 및 디플렉터 조립체의 단면, 측면도이고;
도 5는 디플렉터 삽입체가 2 개의 개방형 그리드 지지 영역 사이의 조립체의 중앙 영역에 제공되는 본원의 실시양태에 따른 제2 그리드 지지부 및 디플렉터 조립체의 분해 사시도이고;
도 6은 도 8의 라인 6-6을 따라 취한 도 5의 제2 그리드 지지부 및 디플렉터 조립체의 평면도이고;
도 7은 도 6의 라인 7-7을 따라 취한 도 5의 제2 그리드 지지부 및 디플렉터 조립체의 단면, 측면도이고;
도 8은 열교환기의 쉘 내의 대표적인 지지 튜브의 길이를 따라 위치된, 본원의 실시양태에 따른 교번하는 제1 및 제2 그리드 지지부 및 디플렉터 조립체를 갖는 쉘 및 튜브 열교환기 쉘의 단면에 대한 측면의 대표적인 단면도(side elevational representative cross-sectional view)이고;
도 9는 본원의 추가 실시양태에 따른 제1 디플렉터 및 그리드 지지 구조물 조립체의 사시도이고;
도 10은 도 9의 실시양태에 따른 제2 디플렉터 및 그리드 지지 구조물 조립체의 사시도이며;
도 11은 도 9 및 도 10의 실시양태에 따른 제3 디플렉터 및 그리드 지지 구조물 조립체의 사시도이다.
본 발명은 쉘 및 튜브 열교환기에 사용될 수 있는 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체, 및 그 안에 이러한 조립체를 갖는 열교환기를 포함하며, 이는 튜브 접촉을 개선하고, 튜브 떨림을 감소시키며, 열교환기의 쉘 내의 난류 유동 또는 너무 많은 횡방향 직교류(cross-current) 유동으로부터의 급작스럽거나 극단적인 압력 강하를 최소화하면서 원하는 수준의 축방향 유동을 제공하기 위해 열교환기 설계를 변형하거나 조율할 수 있도록 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체를 통한 교번하는 유동 패턴의 변경을 제공하는 데 사용될 수 있다. 본원의 조립체는 열적 특성, 압력 일관성 및 튜브 안정성의 균형을 달성하기 위한 다양한 선행 기술의 구조적 시도에 비해 개선된 것이며, 상이한 교환기 설계 및 유동 패턴에 대한 변형을 제공하도록 변경될 수 있다. 그리드 및 디플렉터 플레이트의 조립체로서의 통합은 디플렉터 플레이트의 열 전달 증대 기능으로부터 그리드 플레이트의 튜브 지지 기능의 분리를 용이하게 한다. 본원의 개시내용에 따른 순차적인 조립체를 사용하는 데 있어 디플렉터 플레이트는 설치된 튜브 중량을 지탱하고 유동 유도된 힘에 저항하기 위한 지지 구조물을 개발하기 위해 중첩을 필요로 하지 않는다. 본원에 기재된 바와 같은 조립체를 사용함으로써 본 발명은 압력 손실에 대한 열 전달을 최적화하기 위해 전산 유체 역학(CFD)의 사용에 의해 가이드된 바와 같은 코어 그리드 구조물 내에 통합될 수 있는 디플렉터 모양 및 크기의 다수의 변경 및 조합을 제공한다.
본원에 사용된 바와 같이, "내부" 및 "외부", "안쪽" 및 "바깥쪽", "상향" 및 "하향", "안쪽으로" 및 "바깥쪽으로", "방사형" 및 "원주방향", "상류" 및 "하류", "상부" 및 "하부", "상단" 및 "하단", "왼쪽" 및 "오른쪽", "수평으로" 및 "수직으로", 그리고 "원위" 및 "근위"와 같은 단어 및 유사한 의미의 단어는 통상적인 의미에 따른 도면에서의 방향을 지칭하며, 달리 명시되지 않는 한 본 발명의 특징부를 명확하게 하는 데 보조하기 위한 것이다. 본원에 사용된 바와 같이, "유체 연통"은 액체, 가스 또는 증기인지 여부에 관계없이 유체가 하나 이상의 개재 구성요소를 통해 직접적으로 또는 간접적으로 하나의 구성요소로부터 다른 구성요소로 유동하는 것을 의미하며, 여기서 개재 구성요소는 예를 들어, 도관, 파이프, 밸브, 게이트, 도어, 분배기(divider) 또는 개방형 공간, 예컨대, 매니폴드, 플레넘, 튜브 시트, 그리드 또는 기타 튜브 지지부와 같은 구성요소에서 정의된 개구부 등일 수 있다.
본원에서 "열교환기"에 대한 언급은 냉각 또는 가열 공정 둘 중 어느 하나를 위해 2 개 이상의 유체 간에 열을 전달하는 데 사용되는 장치를 의미하도록 의도된다. 본원에서 "쉘 및 튜브 열교환기" 또는 "관형 열교환기"에 대한 언급은 예컨대, 액체 및 가스의 열적 가열 및 냉각, 액체의 비등 및 증기의 응축에 일반적으로 사용되는 열교환기의 부류를 지칭하도록 의도된다. 쉘 및 튜브 열교환기는 전형적으로 용기, 예컨대, "쉘"로서 알려진 더 큰 압력-용기 또는 유체가 유입구로부터 유출구까지 유동하는 하우징을 포함한다. 쉘 내에는 하나 이상의 튜브가 있으며, 이는 개별 튜브이거나 전형적으로 쉘을 통해 세로로(종방향으로) 유동하는 하나 이상의 튜브 번들일 수 있다. 쉘은 쉘이 장착되는 지지부 표면에 대해 수직으로 또는 수평으로 배향될 수 있다. 쉘을 통한 유동을 언급할 때, 지면 또는 다른 쉘 지지부 표면과 관련하여 유동은 수평 또는 수직일 수 있으며 여전히 쉘을 통해 종방향으로 연장될 수 있다.
본 출원에서, 쉘을 통해 종방향으로 연장되는 유동에 대한 언급은 세로 방향으로 또는 하나의 말단으로부터 다른 말단까지의 쉘의 가장 긴 치수에 걸쳐 쉘을 통과하는 유동을 의미한다. 도면에 도시된 바와 같이, 유동은 단지 편의상 수평으로 연장된 배치형태에 일반적으로 평행한 방향으로 연장되며 이러한 배향은 제한적인 것으로 해석되어서는 안 된다. 본원의 쉘에서의 유동은 단일 통과 유동(쉘을 세로로 한 번 가로지르는 것을 의미함) 또는 이중 또는 다중 통과 유동(쉘을 빠져나오기 전에 유동이 쉘을 세로로 한 번 초과로 횡단할 수 있음)일 수 있다. 도면은 본 발명의 이익을 쉽게 설명하기 위해 단일 통과 유동을 보여주지만, 당업자는 개시내용에 기반하여, 본원의 조립체에 더하여 말단 지지 표준 튜브 시트의 단일 또는 다중 사용을 포함하는 다양한 쉘 배치형태뿐만 아니라 매우 다양한 단일 통과, 다중 통과 및 적층된 배치형태 유동 배열에 대한 본원의 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 적용 가능성을 용이하게 이해할 것이다.
본원의 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체는 단독으로 또는 다른 알려진 그리드 지지부, 로드 지지부 또는 선행 기술 설계와 조합하여, 이러한 설계와 혼합된 이러한 설계에 대한 개선으로서 또는 선행 기술 설계의 대체물로서 추가로 사용될 수 있다. 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체는 또한 하나의 열교환기 쉘에서, 직렬의 열교환기 쉘의 그룹에서, 또는 직렬의 모든 열교환기에서 사용될 수 있다.
종방향 유동과 반대되는 방향으로 연장되는 쉘 내의 유동은 본원에서 비-축방향 유동, 횡방향 유동 또는 직교류 유동으로서 지칭될 것이다. 횡방향 유동은 세로 유동의 일반적인 방향과 교차하거나 일반적으로 직교하는 방향으로 이동하는 유동일 수 있다. 그러나, 비-축방향 유동 또는 직교류 유동은 또한 완전한 축방향 유동이 아닌 축방향 및 비-축방향 유동의 요소를 갖는 유동일 수 있다. 본원에서 "축방향" 유동에 대한 언급은 열교환기의 쉘의 종방향 축을 따라 또는 일반적으로 이에 평행한 세로 유동에 대한 언급임이 추가로 이해된다. 본 개시내용에 기반하여 당업자는 유체 유동이 이상적으로는 층류가 아닐지라도 이의 성질에 의해, 유동에 변경을 가질 수 있으며, 일반적으로 축방향인 유동에 대한 언급은 유동의 일반적인 방향이 쉘의 축방향으로 그리고 세로로 연장된다는 것을 전달하기 위한 의미이고, 실질적으로 축방향 유동은 유동이 주로 쉘의 세로의, 축방향에 있다는 것을 전달하기 위한 의미라는 것을 이해할 것이다. 이러한 축방향 유동은 또한 종방향으로 연장되는 튜브 내에서 그리고 주위에서 그리고 위에서 유동이 발생할 수 있으며, 바람직하게는 제어가능한 또는 낮은 수준의 난류 또는 직교류 유동을 갖는다.
또한, 본 개시내용에 기반하여, 본원에 기재된 바와 같은 본 발명은 원통형 쉘 또는 주로 축방향 유동 스트림을 갖는 교환기에서의 사용으로 제한되지 않고, 대신에 다양한 바깥쪽 쉘 또는 용기, 예컨대, 직사각형 용기, 또는 다른 모양의 격납 구조물 및 다양한 내부 튜브 배열을 갖는 것에 사용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해되어야 한다. 예를 들어, 직선형 튜브 외에도, 디플렉터 및 그리드 지지 조립체는 단일 쉘, 일체형 매니폴드와 연결된 트윈 평행 쉘 또는 선택된 반경의 연귀식(mitered) 용접 또는 엘보우에 의해 각각 연결된 2 개의 수직 쉘에 설치된 U-튜브, 헤어핀 튜브 및 J-튜브를 지지하는 데 사용될 수 있다. 이러한 배치형태의 예는 선행 기술에서 찾아볼 수 있다. 예컨대, U-튜브 및 헤어핀 튜브에 관해 K.P. Singh et al, Mechanical Design of Heat Exchangers and Pressure Vessel Components, Springer-Verlag Berlin Heidelberg (1984), pp. 6, 10(검토에 이용가능함: https://books.google.com/books?id=lt95BgAAQBAJ&printsec=frontcover#v=onepage&q&f=false)을 참고하고; 또한 J-튜브에 관해 http://www.josephoat.com/products/shell-and-tube-heat-exchangers/#jp-carousel-10532를 참고한다.
본원에서 "유체"는 액체, 공기를 포함한 가스, 수증기, 액체 및 가스의 혼합물, 스트림, 과열 스트림, 냉각제, 가열제, 및 그 안에서 열교환을 통해 쉘 및 튜브 열교환기를 사용한 가열 또는 냉각에 사용되는 매우 다양한 관련 재료를 지칭하도록 의도된다.
본원에서 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체는 단독으로 또는 배플 또는 열교환기에 사용되는 것으로 알려진 다른 구조물과 함께 사용될 수 있지만, 바람직하게는 이러한 다른 선행 기술 구조물이 열교환 특성을 향상시키거나 달리 전반적인 기능을 개선하는 데 기여하는 경우에만 사용될 수 있다.
용어 "쉘-측면" 유동의 사용은 "쉘 측면 유출구"를 통해 떠날 유체를 쉘의 내부에 도입하기 위한 쉘-측면 유입구에서 기원하는 쉘 내의 유동을 지칭한다. 위에 언급된 바와 같이, 쉘 측면 유동은 쉘 내에서 단일 통과 또는 다중 통과 유동일 수 있으며, 이러한 유입구는 전형적으로 튜브-측면 유동의 도입과 대향하는 쉘의 말단 상에 쉘 측면 유체를 도입하지만, 이는 반드시 그러한 것은 아니며 본원에서 발명을 실시함에 있어서 요구되지 않을 것이다.
용어 "튜브-측면" 유동의 사용은 하나 이상의 일반적으로 종방향으로 연장되는 튜브에 대한 유입구와 유체 연통하는 튜브-측면 유입구로부터 쉘 내로 튜브 내로 도입되고, 일반적으로 종방향으로 연장되는 튜브의 하나 이상의 유출구와 연통하는 쉘의 튜브-측면 유출구를 통해 열교환기를 빠져나가는, 열교환기 내에서의 유동이다. 많은 열교환기 설계에서, 이러한 유체 연통은 쉘의 하나의 말단, 종방향으로 연장되는 튜브의 적어도 하나의 말단에 용접되거나 일부 방식으로 연결된 튜브 시트(지지 시트) 사이에 정의된 개방형 구조적 영역(플레넘)을 통해 개별 튜브 유입구 또는 유출구에 제공되고, 일부 경우에, 예컨대, 튜브 유입구 및 튜브 유출구 유동을 분리하기 위해 튜브 시트 및 쉘 사이의 종방향 평면으로 연장되는 추가의 분배기를 포함할 수 있다. 이러한 구조물, 유입구 및 유출구 설계 및 유동 분할은 당업계에 잘 알려져 있으며, 다양한 방식으로 변형될 수 있다. 본원에서 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 기능 및 설계를 예시하기 위해 단순한 설계가 사용되었지만, 제시된 바와 같은 이러한 설계는 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다.
열교환기는 다양한 설계 및 최종 용도의 것일 수 있으며, 본원의 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체로부터 이익을 얻을 수 있다. 예를 들어, 산업용 쉘 및 튜브 열교환기는 알려져 있으며, 전기 및 스팀 생성 발전소, 난방, 응축(예컨대, 스팀 터빈으로부터 배출 스팀을 응축시키기 위함), 및 냉각 등을 위한 원자력 발전소에서의 용도를 위해 사용된다.
본원에서 튜브는 다양한 재료로 형성될 수 있지만, 대부분의 산업적 적용을 위해서는 양호한 열 전달을 갖는 재료의 사용이 선호된다. 일반적으로 금속 및 금속 합금, 예컨대, 황동, 다양한 스테인레스강 합금, 구리 합금, 티타늄, 니켈 합금, 오스테나이트 니켈-크롬-기반 초합금(Inconel®) 및 니켈 몰리브덴(Hastalloy®) 등이 최종 적용, 구조적 및 열적 요구 사항에 따라 사용된다. 튜브 재료의 선택은 적용 및 환경적으로 주도되며, 산업 사양 및 요구 사항뿐만 아니라 비용 및 열적 특성(예컨대, 기계적 강도, 내식성 및 열팽창의 계수)에 의해 주도된다.
다양한 최종 적용에서 쉘 및 튜브 열교환기와 함께 전형적으로 사용되는 다양한 장비는 본원에 추가로 기재된 바와 같이 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 사용 및 통합인 본 발명의 취지(spirit) 및 범주를 벗어나지 않으면서 본원에서 사용될 수 있다. 이러한 장비 및 쉘 및 튜브 열교환기는 당업계에 잘 알려져 있으므로, 이들의 작동 및 설치 세부사항, 및 구조적 선택적 또는 외부로부터의(extraneous) 고정장치에 대한 세부사항은, 필요한 경우, 본 발명의 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 작동을 설명하는 것을 제외하고는 간결성을 위해 본원에서 생략된다.
이제 본 발명은 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 다양한 바람직한 실시양태 및 도 1 내지 도 11을 참조하여 예시될 것이다.
도 1 내지 도 8의 실시양태에 관하여, 도 8은 열교환기 내에서 사용하기 위한 내부 튜브 조립체의 부분도를 도시한다. 디플렉터 및 튜브 조립체는 각각이 상이한 열교환기 및 튜브 배열에서 개별적으로 사용될 수 있거나 동일한 열교환기 및 내부 튜브 번들에서 함께 사용될 수 있는 디플렉터의 상이한 배치를 갖는 2 개의 변경에 관하여 예시될 것이다. 조립체의 바람직한 실시양태를 예시하기 위해, 2 개의 조립체가, 그 안에 설치된 이러한 조립체를 갖는 단일 열교환기 내에서 예시될 것이며, 도 8에서 대표적인 방식으로 도시된 열교환기 실시양태(100)에서, 열교환기는 일반적으로 도 1에 노출된 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체와 함께 부분도에서 가장 잘 보이는 바와 같은 튜브 번들(104)을 갖는 열교환기(102)로서 지칭된다. 명확성을 위해, 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체뿐만 아니라 이러한 항목을 방해하는 튜브가 보이지 않는 유동 패턴을 예시하기 위해, 튜브 번들은 도 8에 상세히 도시되지 않는다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 튜브는 튜브 번들(104) 및 쉘(108)을 통해 중앙의 종방향 축(L-L')을 따라 및/또는 이에 평행하게 종방향으로 연장된다. 튜브 번들(104)의 양쪽 말단에는 말단 플레이트(튜브 시트)(106)가 있다. 튜브(104)는 열교환기(102)의 길이의 대부분에 걸쳐 연장되고 열교환기(102)의 쉘(108) 내에 위치된다(도 1 및 도 8 참고).
위에 언급된 바와 같이 쉘 및 튜브는 표준 산업 쉘 및 튜브 열교환기에서 발견되는 전형적인 유형일 수 있지만, 본원의 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체와 조합하여 사용될 때 다양할 수 있으며 여전히 이익을 찾을 수 있다. 이러한 조립체는 본원에서 일반적으로 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체(110)로서 도시되어 있다. 이러한 조립체(110)의 2 개의 변경이 도시되어 있고, 제1 및 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체(110a, 110b)로서 본원에 지칭되며, 여기서 110a는 도 2 내지 도 4에 더 상세히 예시되어 있고, 110b는 도 5 내지 도 7에 더 상세히 예시되어 있다. 도 8의 110a 또는 도 1의 110b와 함께 상류 쉘-측면 유동에서 시작하는 교번하는 조립체의 사용이 본원의 대표적인 방식으로 예시되어 있다. 이러한 조립체(110)의 순서, 유형 및 갯수는 이들이 도입되는 쉘 및 튜브 열교환기 설계에 따라, 상이한 유동 방향 효과, 튜브 지지부의 수준, 열교환 효율 또는 튜브 지지부에 대해 달라질 수 있음을 이해해야 한다. 추가로, 디플렉터의 모양 및 위치설정 또는 조립체의 다른 모양의 측면에 있어 디플렉터의 관점에서 그리드 구조물을 통한 개방형 유동 및 방해된 쉘 유동을 갖는 다른 설계가 또한 본 발명의 범주 내에서 사용될 수 있다.
그리드 지지부는 당업계에 알려져 있으며, 전형적으로 강성 지지 재료, 바람직하게는 열 전달 효율을 방해하지 않을 것이고/이거나 이에 도움이 될 수 있는 재료로 형성된다. 당업계의 그리드는 전형적으로 튜브와 매우 유사하게 금속 또는 금속 합금으로 형성되지만, 강도를 위해 주로 상호연결된 스트립을 만들기 위한 시트 형태의 스테인레스강과 같은 향상된 강도의 합금으로 형성된다. 튜브에 대해 위에 언급된 바와 같은 다른 금속이 또한 사용될 수 있다. 본원의 조립체에 대해, 상호연결된 스트립을 형성하기 위해 사용된 동일한 또는 유사한 재료로 형성된 상호연결 스트립은 예를 들어, 용접, 슬롯, 패스너 및 금속 시트 또는 스트립 형태의 시트를 상호연결하는 임의의 다른 수단에 의해 접합되거나 달리 연결된다.
본 발명에 사용된 바와 같은 이러한 스트립은 바람직하게는 각각 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같은 스트립의 가장자리에서 조립체(110a, 110b)의 제1 표면(111a, 111b)을 따라 취해진 스트립의 가장 좁은 치수를 가로질러 측정된 바와 같은 원하는 지지 스트립 두께(t)이다. 두께는 원하는 구조적 지지부의 수준에 따라 상이한 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체에 대해 예를 들어, 바람직한 실시양태에서는 약 0.028 인치 내지 약 0.083 인치의 범위로 달라질 수 있지만, 이는 상이한 최종 적용에서 달라질 수 있다.
스트립이 서로 맞물리거나 달리 연결될 수 있는 상호연결 영역은 그리드 내의 하나의 통로(118)의 중앙으로부터 다음의 인접한 통로의 중앙까지 측정된 지지 튜브의 설계된 피치(p)만큼 이격되어 있다. 통로는 본원에서 그리드 지지 구조물(112)의 그리드 스트립(119)을 통과한다. 본원의 조립체(110)에 사용되는 그리드 지지 구조물(112)은 그리드 부분의 구조적 구성에 대한 동일한 설계 원리를 사용하여 형성될 수 있다. 본 개시내용에 기반하여, 당업자는 크기, 피치 및 재료뿐만 아니라 모양 및 설계의 측면에서 그리드 지지 구조물의 설계가 전반적인 설치 및 작동 조건에 기반하여 상이한 배열에 대해 변경될 수 있음을 이해할 것이다.
위에 언급된 금속 및 합금과 같은 표준 재료에 더하여 그리고 원하는 최종 용도에 따라, 고온 및 내마모성 방향족 중합체 및/또는 복합재가 그리드 지지 구조물을 형성하기 위해 사용될 수 있으며, 이는 특정 그리드 지지 구조물에서 열 성형 형성을 가능하게 한다. 예를 들어, 폴리아릴렌, 예컨대, PEEK, 폴리에테르설폰, 폴리에테르설파이드, 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 이들의 복합재가 특정 열 및 설계 환경에서 사용될 수 있다.
제1 그리드 지지 구조물(112a) 및 제2 그리드 지지 구조물(112b)에서 본원의 도 1 내지 도 8에 도시된 조립체 설계를 위한 그리드 지지 구조물(112)은 도 8의 단면도에 도시된 바와 같이, 조립체(110a)를 도시하는 도 3에 제공된 바와 같이, 그리고 조립체(110b)를 도시하는 도 6에 도시된 바와 같이 바람직하게는 실질적으로 모든 쉘(108)을 가로질러 연장되도록 제공된다. 그리드 지지 구조물(112)은 바람직하게는 쉘을 가로질러 횡방향으로 연장된다. 도시된 바와 같이, 쉘(108)은 쉘(108)의 내부 표면(114)에 의해 정의된 쉘의 내부 공간(116) 내에 안착되는 조립체(110)를 둘러싼다. 각각의 그리드 구조물(112)은 통로(118)를 정의하는 상호연결된 스트립(119)을 갖는다. 통로(118)는 그리드의 개방형 영역에서 열교환기에서의 쉘-측면 유동을 실질적으로 방해하지 않으면서 제1 그리드 지지부 표면으로부터 제2 그리드 지지부 표면까지의 그리드 지지부 표면에 대해 실질적으로 수직으로(바람직하게는 완전 수직으로) 통과하는 쉘 및 튜브 열교환기(102)의 종방향 연장 튜브(104)를 지지하도록 구성된 방식으로, 아래에 기재된 바와 같이 제1 그리드 지지부 표면으로부터 제2 그리드 지지부 표면까지의 개방형 그리드 영역에서 그리드 지지 구조물을 통해 연장된다. 도시된 바와 같은 통로는 마름모꼴 배치형태이지만, 삼각형, 정사각형 및 직사각형을 포함한 평행사변형, 타원, 및 원과 같은 다른 배치형태가 본 발명의 취지 및 범주를 벗어나지 않으면서 상이한 유체 유동 및 열 전달 충격에 대해 상이한 그리드 지지 구조물 설계에 사용될 수 있다. 추가의 교차-지지 스트립이 또한 원하는 바와 같이 통합될 수 있으며, 예컨대, 다양한 열교환기 최종 적용의 용도에 사용되는 린딘 엔지니어링, 말턴, 뉴저지의 다양한 AXI-Grid™ 설계와 같은 설계되고 제공되는 것들을 포함하여 다양한 그리드 지지 설계가 사용될 수 있다.
본원의 실시양태에서, 그리드 지지 구조물(112a, 112b) 각각은 각각의 제1 표면(111a, 111b) 및 각각의 대향 제2 표면(113a, 113b)을 가지며, 대향 제2 표면은 열교환기 내의 설치 관점에서 그리드 지지 구조물을 볼 때, 즉, 쉘을 관통하여 일반적인 축방향 유동 방향으로 측정될 때, 유체가, 그리드가 개방되고 아래에 기재된 바와 같이 디플렉터 플레이트에 의해 방해되지 않는 영역에서 제1 표면(111)으로부터 제2 표면(113)까지의 개방형 그리드 통로(118)를 통과할 수 있도록 종방향으로 제1 표면으로부터 이격되어 있다. 각각의 그리드 지지 구조물의 제1 표면(111) 및 제2 표면(113) 사이의 종방향 간격은 그것이 측정되는 그리드 지지 구조물의 영역에서 두께를 제공한다.
그리드 지지 구조물은 제1 표면으로부터 제2 표면까지의 그리드 지지 구조물 전체에 걸쳐 하나의 공통 두께일 수 있으며, 제1 표면은 튜브가 이를 관통하도록 허용하면서 유동을 방해하기 위한 제1 영역에 하나 이상의 디플렉터 플레이트(들)를 수용하도록 구성된다.
도 1 내지 도 8에 도시된 바람직한 실시양태에서, 그리드 지지 구조물은 디플렉터 플레이트를 수용할 뿐만 아니라 지정된 영역에 안착되도록 구성된다. 도시된 바와 같이, 도시된 그리드 지지 구조물은 그리드 지지 구조물의 두께가 변하는 영역(들)을 갖는다. 도시된 바와 같이, 각각의 그리드 지지부는 감소된 두께(t 1 )를 갖는 하나 이상의 제1 영역(들)(A 1 ) 및 본원에서 전체 그리드 두께로서 달리 알려진 더 큰 두께(t 2 )를 갖는 제2 영역(들)(A 2 )을 갖는다. 감소된 두께 영역(A 1 )은 하나 이상의 디플렉터 플레이트(120)를 수용하고 또한 안착시키는 영역을 제공하며, 여기서 각각의 디플렉터 플레이트는 제1 디플렉터 플레이트 표면(121) 및 대향하는 제2 디플렉터 플레이트 표면(123)을 갖는다. 도 1 내지 도 8의 본원의 각각의 어셈블리에서, 이들 플레이트는 제1 및 제2 표면(들)(121a, 123a)을 갖는 제1 디플렉터 플레이트(들)(120a), 및 제1 및 제2 표면(121b, 123b)을 갖는 제2 디플렉터 플레이트(들)(120b)로서 도시되어 있다. 디플렉터 플레이트(120a, 120b)는 각각 두께(t 1 ) 중 낮은 두께 영역(A 1 )에 안착된다. 각각의 영역(A 1 , A 2 )에서 각각의 그리드 지지 구조물의 두께(t 1 , t 2 )는 도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이 설치 배치형태에서 그리드의 종방향으로 제1 표면(121)으로부터 제2 표면(123)까지 측정된다. 지지 구조물 전체에 걸쳐 공통 두께의 그리드에 플레이트를 설치하는 대신, 디플렉터 플레이트용 시트를 생성하기 위해 두께의 변화가 사용되는 경우, 두께는 0.028 인치 내지 0.083 인치의 두께로 다양할 수 있고, 원하는 경우, 사용되는 디플렉터 플레이트의 두께에 의해 전반적인 두께를 오프셋할 수 있고, 이는 전형적으로 약 0.03 인치 내지 약 0.25 인치로 다양할 것으로 예상될 수 있다.
본원에서 디플렉터 플레이트(들)(121)의 제1 표면 및 그리드 지지 구조물(들)(112)의 제1 표면은 바람직하게는 열교환기(102)의 쉘(108) 내의 튜브 번들을 따라 종방향으로 동일한 방향을 향하도록 정렬된다. 추가로, 디플렉터 플레이트의 제2 표면(123)은 바람직하게는 영역(A 1 )에서 그리드 지지 구조물(112)의 제1 표면(111)과 접촉하며, 실시양태에서 이 영역은 또한 바람직하게는 직접 결합(engagement)에 있어서 감소된 두께의 영역이다. 두께가 일정한 경우, 영역(A 1 )은 그리드 지지 구조물(112)이 디플렉터 플레이트(들)(121)을 수용하는 영역을 지정할 것이다.
이러한 디플렉터 플레이트(120)는 바람직하게는 그리드 구조물을 형성하는 데 사용되는 재료와 유사한 재료로 형성되지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 이들은 부식에 저항하고 구조적 지지부를 제공하기에 충분한 강도 및 특성을 가져야 하며, 적절한 수명 및 마모를 제공하기 위해 지지 그리드 구조물의, 이들이 수용되는 영역 또는 도시된 실시양태에서 안착되고 수용되는 영역에서 충분한 두께를 가져야 한다.
그리드 지지 구조물 및 디플렉터 플레이트의 제1 표면(111, 121)은 또한 바람직하게는 쉘 유입구로부터 다가오는 상류 쉘-측면 유동을 향하도록 정렬되어, 이에 의해 이들을 통과하는 튜브(104) 주위의 개방형 그리드 통로(118)를 통한 실질적으로 축방향 유동을 용이하게 정렬하고, 조립체의 다른 영역에서 디플렉터 플레이트를 사용하여 유동을 방해하며, 이는 튜브를 지지하는 동시에 향상된 열 전달 효율을 위한 직교류 유동에 기여하도록 돕는다.
디플렉터 플레이트는 원하는 경우, 튜브가 디플렉터 플레이트(120)의 수용 구멍을 통과할 때 튜브 시트의 방식으로 추가 지지부로서 작용하는 능력에 의해 지시되는 다양한 두께를 가질 수 있다. 각각의 디플렉터 플레이트는 제1 디플렉터 플레이트 표면(121)으로부터 제2 디플렉터 플레이트 표면(123)까지 디플렉터 플레이트를 통해 연장되는 복수의 튜브 수용 개구부(122)를 정의하며, 개구부(122)는 바람직하게는 부착된 그리드 지지 구조물을 통해 개구부와 정렬되어, 튜브가 디플렉터 플레이트를 통과할 수 있고 추가적인 지지를 위해 지지 그리드 구조물을 추가로 통과할 수 있다.
개구부(122)는 적절한 팽창 공차에 기반하여 튜브의 열적 팽창을 허용하도록 설계될 수 있거나, 훨씬 더 넓고 여전히 튜브 주위의 축방향 유동 및 디플렉터 플레이트에 의한 실질적인 편향을 허용할 수 있거나, 심지어 개구부를 통해 연장되는 튜브 주위의 완전한 유동 방해를 위해 플랜지 등을 사용하여 팽창을 고려하는 튜브 주위의 영역을 차단하도록 용접되거나 달리 만들어질 수 있다. 따라서, 개구부(122)는 디플렉터 플레이트를 통해 연장될 때 튜브 주위의 떨림에 대한 원하는 저항, 열교환 요구 및 임의의 경우 원하는 유동에 따라 유동 패턴, 유동 방해 또는 튜브 지지를 변형시키는 데 사용될 수 있다.
디플렉터 플레이트는 다양한 모양으로 구성될 수 있다. 도 1 내지 도 8에서, 이들은 원형-설계된 그리드 지지 구조물로서 도시된 것의 가장자리에 도달할 때 아치형 말단 특징부를 갖는 중앙으로 확장된 영역을 갖는 것으로서 도시되거나(도 5 내지 도 7에서와 같이), 이들은 그리드 지지 구조물 모양에 부합하는 아치형 말단 플레이트(들)를 형성할 수 있다(도 2 내지 도 4에서와 같이). 그러나, 디플렉터 플레이트는 쉘 내의 원하는 유동 패턴에 따라 스트립, 원, "도넛" 또는 다른 배치형태로서 제공될 수 있음이 이해되어야 한다. 대안적인 디플렉터 플레이트 설계의 추가의 예가 아래에 추가로 기재되어 있다.
디플렉터 및 그리드 지지부 조립체(110) 주위의 주변 외부(124)는 바람직하게는 쉘의 내부 표면(114)에 실질적으로 부합하고, 디플렉터 플레이트의 영역에서 유동을 실질적으로 방해하는 동안 조립체의 개방형 그리드 영역(A 2 )을 통한 실질적으로 축방향 유동을 허용하면서 유동 패턴에 영향을 미치기 위해 쉘의 내부 표면(114)에 의해 정의된 내부 공간(116)의 횡단면을 가로질러 연장되도록 구성된다. 이러한 조립체는 바람직하게는 패스너, 플랜지, 용접 및 리벳 등을 통해 구조적으로 안정한 방식으로 쉘에 장착된다. 일 실시양태에서, 주변 외관(124)은 림 내에 디플렉터 및 그리드 지지 구조물 조립체를 고정하기 위한 격납 구조물(126), 예를 들어, 바깥쪽 림 또는 유사한 디바이스 지지부를 포함할 수 있으며, 이는 이어서 쉘(108)에 조립체를 장착하기 위해 사용될 수 있다.
디플렉터 플레이트는 그리드 지지 구조물 내에 수용되거나, 수용되고 안착될 수 있으며, 디플렉터 플레이트는 용접, 볼트 체결, 및 기타 기계적 디바이스 또는 수단에 의해, 예컨대, 볼트 및 리벳 등과 같은 브래킷 또는 패스너를 통한 것을 포함하여 당업자에게 알려진 임의의 부착 방법을 사용하여 그리드 지지 구조물에 연결될 수 있다. 그러나, 이들이 사용될 쉘 및 튜브 열교환기의 열적 조건에 따라 접착제 및 성형 구조물 등을 포함한 다른 부착 수단을 사용하는 것이 또한 가능하다. 본 발명은 또한 일부 재료의 경우 그리드 지지 구조물 및 디플렉터 플레이트 구성을 조립체로서 성형하거나, 다른 제조 기술에 의해 이들을 유닛으로서 제작하는 것을 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 조립체(110a 및 110b)의 대안적인 실시양태가 사용될 수 있으며, 여기서 각각의 조립체의 디플렉터 플레이트는 도 8의 화살표(F)에 의해 도시된 바와 같은 유동 패턴을 생성하기 위해 축방향으로 정렬되지 않으며, 여기서 유동은 조립체의 그리드 지지 구조물의 개방형 그리드 영역(A 2 )을 통과하고 디플렉터 플레이트가 위치되는 조립체의 영역(A 1 )에서 편향되고 실질적으로 또는 완전히 방해된다. 따라서, 조립체는 조립체(110a, 110b)의 그리드 지지 구조물(112a, 112b)의 제2 개방형 그리드 영역(A 2 )을 실질적으로 축방향으로 통과시키고 디플렉터 플레이트(들)(120a, 120b)를 수용하거나, 안착시키고 수용하는 그리드 지지 구조물(112a, 112b)의 제1 영역(A 1 )을 통한 유동을 실질적으로 방해하거나 완전히 방해하도록 쉘 측면 유체 유동을 지시하도록 위치된다. 쉘(108)을 관통하여 상류 쉘-측면 유동으로부터 일반적으로 축방향으로 이동하는 동안의 유동(일반적으로 종축을 따라 또는 전반적인 유동 경로에서 그와 평행하게 이동하는 것을 의미함)은 제어된 직교류 유동을 허용하고 튜브 주위의 쉘 측면 유동의 더 나은 순환을 제공하고 유체의 체류 시간을 증가시켜 개선된 열교환 효율을 위해 쉘 내의 열교환을 향상시키기 위해 디플렉터 안의 그리고 주위의 어느 정도의 방향성 곡선을 제공하도록 개방형 그리드 영역 안 및 밖에서 달라지도록 허용된다. 조립체의 변경 및 배치는 일반적으로 축방향 유동을 유지하고 문제가 될 수 있는 급격한 압력 강하 또는 변경을 완화하는 데 도움이 된다. 디플렉터 및 그리드 지지 조립체는, 디플렉터의 지지부, 그리드 지지 구조물 및 말단 튜브 시트의 조합을 사용하여 강도 및 감소된 떨림을 제공하여 튜브의 수명 및 작동을 더 우수하게 연장시키고 구조적 손상을 포함한 이슈를 방지하는 기능을 한다.
또한, 본원은 본원의 조립체를 사용하여 쉘 및 튜브 열교환기의 유체를 가열하거나 냉각하는 방법을 제공한다. 조립체는 두께 또는 재료에서 그리드 지지 구조물을 변형시킬 뿐만 아니라 설계 및 패턴을 상호연결함으로써 뿐만 아니라, 디플렉터 플레이트의 그리드 구조물에 대한 모양, 두께 또는 높이 특징부(임의의 경우) 및 위치를 변형시킴으로써 다양한 최종 용도 및 열적 특성에 대해 설계될 수 있다. 동일한 조립체가 전체적으로 사용될 수 있지만, 예를 들어, 조립체에서 디플렉터 플레이트의 축방향 정렬에 대해 상이한 각도에서 편향의 변경을 제공하기 위해 회전된 방식으로 설치될 수 있다. 축방향으로 정렬되지 않은 디플렉터 플레이트를 갖는 튜브 번들의 길이를 따라 교번하는 배열로 단지 2 개 또는 복수의 이러한 플레이트를 교번하는 (110a, 110b)와 같은 교번하는 설계는 상이한 유동 배치형태를 제공할 수 있다.
유사하고 다양한 유동 경로 효과를 달성하기 위해 주변 주위에 분산된 원형 디플렉터 플레이트가 또한 사용될 수 있다. 일반적으로 (200)으로서 지칭되는 추가 실시양태에서, 도 9 내지 도 11에 다양한 디플렉터 및 그리드 조립체(210a, 210b 및 210c)에 대해 도시되어 있으며, 여기서 유사한 번호는 본원의 실시양태 각각에서 유사한 구성요소를 지칭한다.
조립체(210) 각각은 열교환기에서 유동 및 효율을 향상시키기 위해 단독으로 사용될 수 있거나, 이들 중 2 개 또는 3 개 이상은 도 1 및 도 8 및 실시양태(110)와 관련하여 위에 기재된 것과 유사한 반복 방식, 랜덤 패턴 또는 교번하는 실시양태에 사용될 수 있다. 추가로, 상이한 조립체가 본원의 다른 곳에 기재된 다른 실시양태와 함께 또는 탠덤으로 사용될 수 있고/있거나, 선행 기술의 그리드 구조물 또는 배플 설계와 함께 또는 이에 대신하여 사용될 수 있다.
도 9에서, 제1 디플렉터 및 그리드 지지 구조물 조립체(210a)는 중앙 영역에 개방형 영역(A 2 )을 갖는 개방형 그리드 지지 구조물(212a)을 남기는 것으로서 도시되어 있다. 디플렉터 플레이트(220a)는 개구부(230a)를 정의하는 제1 고리-모양 디플렉터 플레이트(220a)의 외부 가장자리(229a) 및 내부 가장자리(227a)를 갖는다. 따라서, 디플렉터 플레이트(220a)가 그리드 지지 구조물(212) 상에 수용될 때 중앙 영역의 개방형 그리드 영역(A 2 )은 디플렉터 플레이트의 개구부 내에 정의된다. 디플렉터 플레이트(220a)는 그리드 지지 구조물(212a)의 바깥쪽 주변부(232a)를 따라 정의된 제1 영역(A 1 )에서의 유동을 방해하도록 위치된다. 도시된 바와 같이, 디플렉터 플레이트(220a)는 그리드 지지 구조물(212a)의 제1 표면(211a)에 의해 수용되고 이에 위치되지만, 실시양태(100)에서와 같이 상이한 종방향 두께를 갖는 오목 영역에 안착되지는 않는다. 위에 언급된 바와 같이, 상이한 두께를 사용하고 디플렉터를 안착시키는 것이 바람직하지만, 본 발명 내에서 반드시 필요한 것은 아니다. 도 9 내지 도 11에 도시된 실시양태(200)는 "안착된" 디플렉터를 도시하지 않지만, 실시양태(200)의 그리드 지지 구조물(212)에서 다양한 두께를 사용함으로써 이러한 안착된 영역을 제공하도록 실시양태(100)의 방식으로 용이하게 변형될 수 있다.
도 10은 디플렉터(220b)가 그리드 지지 구조물(212b)의 제1 표면(211b) 상에 수용되는 제2 디플렉터 및 그리드 지지 구조물 조립체(210b)를 도시한다. 디플렉터 플레이트(220b)는 또한 (220a)의 것과 유사한 고리-모양 디플렉터이며, 개구부(230b)를 정의하는 외부 가장자리(229b) 및 내부 가장자리(227b)를 갖지만, 고리는 그리드 지지 구조물(212b)의 바깥쪽 주변부(232b)까지 연장되도록 크기가 조정되지 않는다. 대신, 고리-모양 디플렉터 플레이트(220b)는 조립체(210b)의 바깥쪽 주변부(232b)를 따라 바깥쪽 개방형 그리드 영역(212b)을 남기고 디플렉터 플레이트(220b)의 내부 가장자리(227b)에 의해 정의된 개구부(230b) 내에 위치된 개방형 그리드 지지 구조물(212b)의 중앙 영역을 추가로 남기도록 크기가 조정된다. 이 조립체에서, 2 개의 개방형 그리드 지지 구조물 영역(A 2 ) 및 도 10의 고리-모양 디플렉터 플레이트(120b) 아래에 있는 하나의 방해된 그리드 지지 구조물 영역(A 1 )이 있다.
도 11에 도시된 제3 디플렉터 및 그리드 지지 구조물(210c)에서, 그리드 지지 구조물(212c)은 조립체(210b)의 것보다 더 확대된 개방형 그리드 지지 구조물의 바깥쪽 주변 영역(A2)을 갖지만, 조립체의 중앙에는 개방형 그리드 영역이 없다. 대신, 원형 플레이트 디플렉터 플레이트(220c)는 방해된 그리드 지지 구조물 유동이 위치하는 조립체의 중앙 영역(A 1 )에 위치된다. 중앙의 원형 디플렉터 플레이트(220c)는 디플렉터 주위의 주변 유동을 허용하지만 중앙 그리드 유동을 방해하도록 위치된다.
조립체(210a, 210b 및 210c) 각각에서, 디플렉터 플레이트는 그리드 지지 구조물을 통과한 후에 튜브가 이를 통해 통과할 수 있도록 각각 튜브 수용 개구부(222a, 222b 및 222c)를 포함하지만, 디플렉터 플레이트(210a, 210b 및 210c) 각각은 그리드 지지 구조물의 제1 표면(211a, 211b, 211c)이 각각의 디플렉터 플레이트(220a, 220b 및 220c)의 제2 표면(223a, 223b 및 223c)에 각각 접촉하는 그리드 지지 구조물(212a, 212b, 212c)의 영역(A 1 )에서의 유동을 실질적으로 또는 완전히 방해한다. 디플렉터 플레이트와 접촉하지 않는 그리드 지지 구조물의 영역(A 2 )은 그리드 지지 구조물을 통한 실질적으로 축방향 유동을 허용한다.
조립체 각각을 관찰할 때, 디플렉터가 크기 조정 및 이격되어 조정된, 교번하는 유동 패턴을 생성할 수 있다는 것이 명백하며, 여기서 (210a, 210b 및 210c) 조립체는 좁은 중앙 유동, 추가적인 주변 유동을 갖는 더욱 좁은 중앙 유동, 및 쉘 측면 유동이 각각의 교번하는 조립체를 통과할 때 차단된 중앙 유동 및 확대된 주변 유동을 허용하도록 교번될 수 있다. 추가로, 조립체의 배열이 달라질 수 있고 디플렉터의 크기가 변화되어 직교류 유동 및 디플렉터 플레이트 배치형태에 의해 생성된 난류에 의해 원하는 열교환 효율을 촉진하는 효과를 변형시켜, 쉘의 열교환 및 체류 시간을 향상시키는 동시에 달리 쉘을 통한 실질적인 축방향 유동을 허용할 수 있다.
당업자는 본 개시내용에 기반하여 본원의 본 발명의 범주 및 사상 내에서 다양한 열적 및 유동 패턴에 대해 다양한 배치형태가 설계될 수 있음을 이해할 것이다. 추가로, 튜브 번들 밀도는 변형될 수 있으며, 즉, 속도 및 압력 강하를 줄이기 위해 원하는 만큼 또는 필요한 만큼 피치 대 튜브 직경 비율이 달라질 수 있다. 피치 대 튜브 비율은 주어진 설계에서 약 1.25 내지 2.0으로 다양할 것으로 예상될 수 있다. 전산 유체 역학(CFD) 프로그램 및 기타 유동 모델링 방법을 사용하여 결정된 바와 같은 각각의 유체 스트림이 교차하는 튜브의 갯수를 확립하기 위해 다중 쉘 스트림을 생성하도록 디플렉터 플레이트의 갯수 및 정도를 달리하여, 위에 언급된 바와 같은 원리 및 유익한 설계 양태를 사용한 다양한 열교환기 설계에 사용하기 위한 위에 지칭된 모듈형 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 열적 및 유압적 성능을 추가로 최적화할 수 있다.
당업자는 이의 넓은 발명의 개념을 벗어나지 않으면서 위에 기재된 실시양태에 대한 변화가 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 실시양태에 제한되지 않으며, 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같이 본 발명의 취지 및 범주 내에서 변형을 포함하도록 의도된다는 것이 이해된다.
Claims (24)
- 열교환기용 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체로서,
일련의 상호연결된 스트립으로 형성되고, 그리드 지지 구조물이 실질적으로 열교환기의 쉘의 내부의 횡단면을 가로질러 연장되도록 열교환기의 내부 표면에 의해 정의된 내부 공간 내에 위치되도록 구성된 주변 외부를 갖는 그리드 지지 구조물이되, 여기서 그리드 지지부는 제1 그리드 표면 및 제1 그리드 표면으로부터 종방향으로 이격된 대향하는 제2 그리드 표면을 가지며, 그리드 지지 구조물은 제1 그리드 지지부 표면으로부터 제2 그리드 지지부 표면까지 이를 통해 연장되는 복수의 통로를 정의하며, 통로는 통로에 위치한 종방향으로 연장되는 튜브 외부의 유동을 실질적으로 방해하지 않으면서 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지의 통로를 통해 제1 그리드 지지부 표면에 실질적으로 수직으로 통과하는 종방향으로 연장되는 튜브를 지지하도록 구성되는, 그리드 지지 구조물; 및
적어도 하나의 디플렉터 플레이트이되, 각각의 디플렉터 플레이트는 제1 디플렉터 플레이트 표면 및 대향하는 제2 디플렉터 플레이트 표면을 가지며, 여기서 적어도 하나의 디플렉터 플레이트는 열교환기에서 종방향으로 연장되는 튜브를 지지하기 위해 이를 통해 복수의 튜브 수용 개구부를 정의하고, 디플렉터 플레이트는 디플렉터 플레이트를 통한 유동을 실질적으로 방해하기 위해 제1 그리드 표면의 적어도 하나 이상의 표면 영역을 덮도록 구성되는, 적어도 하나의 디플렉터 플레이트를 포함하며;
여기서 제1 그리드 표면은 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체를 형성하기 위해 적어도 하나의 디플렉터 플레이트를 수용하도록 구성되는, 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 그리드 지지 구조물이 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제1 두께를 갖는 제1 영역, 및 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제2 두께를 갖는 제2 영역을 갖되, 여기서 제1 영역은 그리드 지지 구조물의 적어도 하나의 외부 영역 상에 있고, 제1 두께는 제2 두께 미만이고, 제1 두께를 갖는 적어도 하나의 외부 영역은 적어도 하나의 디플렉터 플레이트를 수용하고 안착시키도록 구성되는, 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 그리드 지지 구조물이 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제1 두께를 갖는 제1 영역, 및 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제2 두께를 갖는 제2 영역을 갖되, 여기서 제1 영역은 그리드 지지 구조물의 적어도 하나의 중앙 영역 상에 있고, 제1 두께는 제2 두께 미만이고, 적어도 하나의 중앙 영역은 적어도 하나의 디플렉터 플레이트를 수용하고 안착시키도록 구성되는, 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 상호연결된 스트립이 금속, 금속 합금, 중합체 및/또는 중합체성 복합재를 포함하는, 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 상호연결된 스트립이 제1 또는 제2 그리드 표면으로부터 보았을 때, 마름모꼴, 삼각형, 평행사변형, 정사각형, 직사각형, 타원 및 원으로부터 선택된 모양을 갖는 통로를 정의하는, 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 그리드 지지 구조물의 주변 외부가 격납 구조물 내에 안착되는, 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 그리드 지지부 표면이, 제1 그리드 표면 및 적어도 하나의 디플렉터 플레이트가 상류 유체 유동과 접촉하도록 열교환기에 설치되도록 구성되는, 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 그리드 지지 구조물의 주변 외부가 쉘 및 튜브 열교환기(shell and tube heat exchanger)의 쉘 내에 위치되도록 구성되는, 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체. - 제8항에 있어서,
상기 디플렉터 플레이트의 튜브 수용 개구부의 적어도 일부가, 설치 시, 튜브 수용 개구부를 정의하는 디플렉터 플레이트의 일부가 이를 관통하는 쉘 및 튜브 열교환기의 튜브에 용접되도록 위치되도록 구성되는, 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체. - 제8항에 있어서,
상기 디플렉터 플레이트의 튜브 수용 개구부의 적어도 일부가, 설치 시, 디플렉터 플레이트가 이를 관통하는 쉘 및 튜브 열교환기의 튜브의 열 팽창을 허용하도록 구성되는, 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체. - 제1항에 있어서,
적어도 3 개의 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체가 있고, 이 조립체 각각이 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 그리드 지지 구조물을 갖되, 여기서
제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체는 외부 가장자리 및 내부 가장자리를 갖는 제1 고리-모양 플레이트로서 구성되는 제1 디플렉터 플레이트를 갖고, 내부 가장자리는 디플렉터 플레이트의 중앙 부분에 개구부를 정의하며, 제1 디플렉터 플레이트는 제1 디플렉터 플레이트에 의해 방해되지 않는 그리드 지지 구조물의 중앙 제2 영역을 통한 실질적으로 축방향 유동을 허용하도록 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 지지 구조물의 바깥쪽 주변부를 따라 정의된 제1 영역에 위치되며;
제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체는 외부 가장자리 및 내부 가장자리를 갖는 제2 고리-모양 플레이트로서 구성되는 제2 디플렉터 플레이트를 갖고, 내부 가장자리는 제2 디플렉터 플레이트의 중앙 부분에 개구부를 정의하며, 제2 디플렉터 플레이트는 각각이 제2 디플렉터 플레이트에 의해 방해되지 않는 외부 주변 영역 및 중앙 영역을 포함하는 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 구조물의 제2 영역을 통해 실질적으로 축방향 유동을 허용하도록 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 지지 구조물의 제1 영역에 위치되고;
제3 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체는 제3 디플렉터 플레이트에 의해 방해되지 않는 외부 주변 영역을 포함하는 제3 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 구조물의 제2 영역을 통해 실질적으로 축방향 유동을 허용하도록 제3 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 지지 구조물의 중앙 제1 영역에 위치되는 원형 플레이트로서 구성되는 제3 디플렉터 플레이트를 갖는, 디플렉터 및 역 교환기 조립체. - 쉘 및 튜브 열교환기에서 유체를 가열 또는 냉각하는 방법으로서,
쉘 및 튜브 열교환기의 튜브를 수용하고 지지하기 위해 쉘 및 튜브 열교환기의 쉘 내에 제11항에 따른 적어도 하나의 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체를 위치시키는 단계를 포함하는, 방법. - 쉘 및 튜브 열교환기에서 유체를 가열 또는 냉각하는 방법으로서,
쉘 및 튜브 열교환기의 쉘 내에 제1항에 따른 적어도 하나의 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체를 위치시키는 단계를 포함하는, 방법. - 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체를 갖는 열교환기로서,
외부 표면 및 내부 공간을 정의하는 내부 표면을 갖는 종방향으로 연장되는 쉘이되, 쉘은 쉘의 내부 공간으로 진입하는 쉘 측면 유체용 유입구, 쉘의 내부 공간에서 나가는 쉘 측면 유체용 유출구, 쉘의 내부 공간으로 진입하는 튜브 측면 유체용 유입구 및 쉘의 내부 공간에서 나가는 튜브 측면 유체용 유출구를 정의하는, 쉘;
복수의 종방향으로 연장되는 튜브이되, 각각이 하나의 말단에 유입구를 갖고 대향 말단에 유출구를 가지며, 여기서 튜브는 튜브 지지 구조물에 의해 적어도 하나의 말단에서 지지되고, 각각의 튜브 유입구는 쉘의 튜브 측면 유체 유입구와 유체 연통하고 각각의 튜브 유출구는 쉘의 튜브 측면 유체 유출구와 유체 연통하는, 복수의 종방향으로 연장되는 튜브;
그리고 적어도 하나의 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체이되, 각각의 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체가 다음을 포함하는, 적어도 하나의 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체를 포함하는, 열교환기:
일련의 상호연결된 스트립으로 형성되고, 그리드 지지 구조물이 쉘의 내부 공간의 횡단면을 가로질러 실질적으로 연장되도록 쉘의 내부 표면 내에 위치되도록 구성된 주변 외부를 갖는 그리드 지지 구조물이되, 그리드 지지 구조물은 제1 그리드 표면, 및 제1 그리드 표면으로부터 종방향으로 이격된 대향하는 제2 그리드 표면을 갖고, 그리드 지지 구조물은 제1 그리드 지지부 표면으로부터 제2 그리드 지지부 표면까지 이를 통해 연장되는 복수의 통로를 정의하며, 통로는 통로에 위치하는 종방향으로 연장되는 튜브 외부의 유동을 실질적으로 방해하지 않으면서 튜브가 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지의 통로 내에서 그리고 제1 그리드 지지부 표면을 관통하여 실질적으로 수직으로 통과하도록 종방향으로 연장되는 튜브의 제1 부분을 지지하도록 구성되는, 그리드 지지 구조물;
적어도 하나의 디플렉터 플레이트이되, 각각의 디플렉터 플레이트는 제1 디플렉터 플레이트 표면 및 대향하는 제2 디플렉터 플레이트 표면을 가지며, 여기서 적어도 하나의 디플렉터 플레이트는 종방향으로 연장되는 튜브의 제2 부분을 지지하기 위해 이를 통해 복수의 튜브 수용 개구부를 정의하고, 디플렉터 플레이트는 디플렉터 플레이트를 통한 유동을 실질적으로 방해하기 위해 제1 그리드 표면의 적어도 하나 이상의 표면 영역을 덮도록 구성되는, 적어도 하나의 디플렉터 플레이트; 그리고
제1 그리드 표면은 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체를 형성하기 위해 적어도 하나의 디플렉터 플레이트를 수용하도록 구성됨. - 제14항에 있어서,
상기 그리드 지지 구조물이 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제1 두께를 갖는 제1 영역, 및 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제2 두께를 갖는 제2 영역을 가지며, 여기서 제1 영역은 그리드 지지 구조물의 적어도 하나의 외부 영역에 있고, 제1 두께는 제2 두께 미만이며, 제1 두께를 갖는 적어도 하나의 외부 영역은 적어도 하나의 디플렉터 플레이트를 수용하고 안착시키도록 구성되는, 열교환기. - 제14항에 있어서,
상기 그리드 지지 구조물이 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제1 두께를 갖는 제1 영역, 및 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제2 두께를 갖는 제2 영역을 가지며, 여기서 제1 영역은 그리드 지지 구조물의 적어도 하나의 중앙 영역에 있고, 제1 두께는 제2 두께 미만이며, 적어도 하나의 중앙 영역은 적어도 하나의 디플렉터 플레이트를 수용하고 안착시키도록 구성되는, 열교환기. - 제14항에 있어서,
제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체 및 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체를 포함하는 적어도 2 개의 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체가 있고, 적어도 하나의 디플렉터 플레이트가 제1 디플렉터 플레이트 및 제2 디플렉터 플레이트를 포함하는, 열교환기. - 제17항에 있어서,
(a) 상기 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체가 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제1 두께를 갖는 제1 영역, 및 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제2 두께를 갖는 제2 영역을 가지며, 여기서 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 제1 영역은 그리드 지지 구조물의 적어도 하나의 외부 영역에 있고, 제1 두께는 제2 두께 미만이고, 제1 두께를 갖는 적어도 하나의 외부 영역은 제1 디플렉터 플레이트를 수용하고 안착시키도록 구성되고,
(b) 상기 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체가 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제1 두께를 갖는 제1 영역, 및 제1 그리드 표면으로부터 제2 그리드 표면까지 종방향으로 측정된 제2 두께를 갖는 제2 영역을 가지며, 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 제1 영역은 그리드 지지 구조물의 적어도 하나의 중앙 영역에 있고, 제1 두께는 제2 두께 미만이고, 적어도 하나의 중앙 영역은 제2 디플렉터 플레이트를 수용하고 안착시키도록 구성되는, 열교환기. - 제17항에 있어서,
상기 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체, 및 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체가 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 적어도 하나의 디플렉터 플레이트가 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 적어도 하나의 디플렉터 플레이트와 축방향으로 정렬되지 않도록 쉘 내에 위치되는, 열교환기. - 제17항에 있어서,
상기 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체 및 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체 각각에 대한 디플렉터 플레이트가, 디플렉터 플레이트 각각의 제1 표면 및 그리드 지지부 조립체 각각의 제1 표면이 열교환기의 쉘을 통해 상류 쉘 측면 유동을 향하도록 쉘 내에 위치되는, 열교환기. - 제17항에 있어서,
상기 열교환기가 쉘 및 튜브 열교환기이며,
제1 및 제2 그리드 지지부 조립체 각각이 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 그리드 지지 구조물의 제1 표면을 갖고,
제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체가 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 제1 영역에서 아치형 말단 플레이트로서 구성되는 2 개의 디플렉터 플레이트를 가지며, 각각의 아치형 말단 플레이트는 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 지지 구조물의 제2 영역의 중앙 그리드 지지부를 통해 실질적으로 축방향 유동을 허용하도록 분리되고,
여기서 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체가 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 지지 구조물의 제1 영역에 하나의 중앙 디플렉터 플레이트를 가지며, 중앙 디플렉터 플레이트는 이의 제2 영역의 그리드 지지 구조물의 아치형 모양의 말단 영역을 통해 실질적으로 축방향 유동을 허용하도록 위치되고,
제1 및 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체가, 쉘 측면 유동이 제1 및 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 제2 영역을 통해 실질적으로 축방향으로 통과하도록 그리고 제1 및 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 제1 영역을 통한 축방향 유동을 실질적으로 방해하도록 위치되는, 열교환기. - 제21항에 있어서,
상기 복수의 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체가, 튜브 위 그리고 주위의 일반적인 축방향 유동을 저해하지 않으면서 열 전달을 증가시키기 위한 교번하는 쉘 측면 유동 패턴을 생성하기 위해, 종방향으로 측정된 바와 같이, 쉘의 길이를 따라 위치된 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 설계 및 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 설계를 갖는 교번하는 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체를 포함하는, 열교환기. - 제14항에 있어서,
적어도 3 개의 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체가 있고, 조립체 각각은 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 그리드 지지 구조물을 가지며, 여기서
제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체는 외부 가장자리 및 내부 가장자리를 갖는 제1 고리-모양 플레이트로서 구성되는 제1 디플렉터 플레이트를 갖고, 내부 가장자리는 디플렉터 플레이트의 중앙 부분에 개구부를 정의하며, 제1 디플렉터 플레이트는 제1 디플렉터 플레이트에 의해 방해되지 않는 그리드 지지 구조물의 중앙 제2 영역을 통한 실질적으로 축방향 유동을 허용하도록 제1 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 지지 구조물의 바깥쪽 주변부를 따라 정의된 제1 영역에 위치되고;
제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체는 외부 가장자리 및 내부 가장자리를 갖는 제2 고리-모양 플레이트로서 구성되는 제2 디플렉터 플레이트를 갖고, 내부 가장자리는 제2 디플렉터 플레이트의 중앙 부분에 개구부를 정의하며, 제2 디플렉터 플레이트는 외부 주변 영역 및 중앙 영역을 포함하는 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 구조물의 제2 영역을 통한 실질적으로 축방향 유동을 허용하도록 제2 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 지지 구조물의 제1 영역에 위치되며, 각각이 제2 디플렉터 플레이트에 의해 방해되지 않고;
제3 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체는 제3 디플렉터 플레이트에 의해 방해되지 않는 외부 주변 영역을 포함하는 제3 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 구조물의 제2 영역을 통한 실질적으로 축방향 유동을 허용하도록 제3 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체의 그리드 지지 구조물의 제1 중앙 영역에 위치된 원형 플레이트로서 구성되는 제3 디플렉터 플레이트를 갖는, 열교환기. - 제23항에 있어서,
상기 제1, 제2 및 제3 디플렉터 및 그리드 지지부 조립체가, 튜브 위 그리고 주위의 일반적인 축방향 유동을 저해하지 않으면서 열 전달을 증가시키기 위한 교번하는 쉘 측면 유동 패턴을 생성하기 위해, 종방향으로 측정된, 쉘의 길이를 따라 위치된 제1, 제2 및 제3 그리드 지지부 조립체 각각의 설계를 갖는 교번하는 조립체인, 열교환기.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US63/223,000 | 2021-07-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240051934A true KR20240051934A (ko) | 2024-04-22 |
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