KR20240093544A

KR20240093544A - 비틀린 튜브를 갖는 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기

Info

Publication number: KR20240093544A
Application number: KR1020247015122A
Authority: KR
Inventors: 세르게이 카람코; 마이클 그린; 존 웸블리
Original assignee: 트레비 시스템즈 인크.
Priority date: 2021-10-12
Filing date: 2022-10-12
Publication date: 2024-06-24

Abstract

비틀린 튜브를 갖는 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기가 제공된다. 열 교환기는 하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 각각은 그 길이를 중심으로 비틀린 적어도 하나의 튜브, 또는 서로의 주위에 비틀린 또는 감긴 적어도 하나의 튜브 쌍을 포함한다. 현재 개시된 비틀린 튜브를 갖는 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기는 폴리머 튜브를 사용하면 이점이 있는 응용, 예컨대 산성 용액 응용, 식품 및 음료 유체 응용, 및 금속 열 교환기를 사용하면 포집에 사용되는 아민이 파괴되는 탄소 포집 응용에 특히 적합할 수 있다.

Description

비틀린 튜브를 갖는 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기

본 특허 출원은, 그 전체 내용이 본 출원에 참조로 포함되는, 2021년 10월 12일자로 출원된 "POLYMERIC TUBE-IN-SHELL HEAT EXCHANGER WITH TWISTED TUBES"라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제63/262,403호의 35 U.S.C. § 119(e) 하의 이익을 주장한다.

본 개시는 광범위하게 튜브 다발 열 교환기, 특히 비틀린 튜브(twisted tube) 열 교환기에 관한 것이다.

튜브 다발 열 교환기는 다양한 응용에서 사용되며 자동차 응용에서 광범위하게 사용되었다. 이러한 열 교환기는 전형적으로 하우징 또는 셸에 둘러싸인 이격된 평행 튜브 다발을 포함한다. 제1 열 교환 유체는 튜브를 통해 유동하는 반면, 제2 열 교환 유체는 하우징을 통해 유동하며 튜브의 외부 표면 사이의 간극 공간을 통과한다.

튜브 다발 열 교환기의 전형적인 구성에서, 원형 단면의 평행 튜브는 튜브 시트라고도 알려진 천공된 헤더 플레이트에 의해 그 단부에서 제자리에 유지된다. 헤더 플레이트는, 튜브를 유지하는 것 외에도, 튜브 내부와 하우징의 내부 사이의 유동 연통을 방지하는 밀봉을 또한 제공한다.

일 양태에서, 비틀린 튜브를 갖는 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기(polymeric tube-in-shell heat exchanger)가 제공된다. 열 교환기는 하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 포함할 수 있다. 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 중 적어도 하나는 하나 이상의 튜브 주위에 비틀린 또는 감긴 2개 이상의 튜브로 이루어진 하나 이상의 세트를 포함하며, 각각의 튜브는 관형 벽 및 제1 유체가 유동하도록 구성된 통로를 포함하고, 열 교환기는 제2 유체가 비틀린 튜브 사이의 공간을 통과하도록 구성된다.

각각의 개시된 예와 조합될 수 있는 일부 예에서, 2개 이상의 튜브로 이루어진 하나 이상의 세트는 고정된 길이를 갖는다.

각각의 개시된 예와 조합될 수 있는 일부 예에서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 서로의 주위에 비틀린 또는 감긴 복수의 튜브 쌍을 포함한다.

각각의 개시된 예와 조합될 수 있는 일부 예에서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 서로의 주위에 비틀린 또는 감긴 복수의 삼중 튜브 또는 다중 개수 튜브를 포함한다.

각각의 개시된 예와 조합될 수 있는 일부 예에서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 복수의 비원형 튜브를 포함하며, 각각의 튜브는 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린다.

각각의 개시된 예와 조합될 수 있는 일부 예에서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 계란형/타원형 튜브를 포함한다.

각각의 개시된 예와 조합될 수 있는 일부 예에서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 땅콩 형상의 비틀린 튜브를 포함한다.

각각의 개시된 예와 조합될 수 있는 일부 예에서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 다각형 비틀린 튜브를 포함한다.

각각의 개시된 예와 조합될 수 있는 일부 예에서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 꽃잎형 비틀린 튜브를 포함한다.

각각의 개시된 예와 조합될 수 있는 일부 예에서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 잎 모양의 비틀린 튜브를 포함한다.

각각의 개시된 예와 조합될 수 있는 일부 예에서, 2개 이상의 폴리머 튜브는 2개 이상의 튜브의 외부 표면으로부터 외향 연장되는 하나 이상의 외부 리브(rib)를 포함하며, 각각의 튜브는 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린다.

각각의 개시된 예와 조합될 수 있는 일부 예에서, 2개 이상의 튜브는 하나 이상의 튜브의 내부 표면으로부터 외향 또는 내향 연장되는 하나 이상의 내부 채널 또는 내부 리브를 포함하며, 각각의 튜브는 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린다.

각각의 개시된 예와 조합될 수 있는 일부 예에서, 열 교환기는 또한 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 외부에 배치된 하우징을 포함한다.

각각의 개시된 예와 조합될 수 있는 일부 예에서, 열 교환기는 또한 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 주위에 배치된 외부 랩을 포함하며, 외부 랩은 튜브 구성이 튜브 사이에 균일한 간격을 제공하거나 및/또는 하우징과 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 사이의 공간을 감소시킬 수 있도록 하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 조이도록 구성된다.

다른 양태에서, 비틀린 튜브를 갖는 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기가 제공된다. 열 교환기는 하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 포함할 수 있다. 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 중 적어도 하나는 복수의 폴리머 튜브를 포함한다. 각각의 튜브는 관형 벽과 제1 유체가 유동하도록 구성된 통로를 포함한다. 열 교환기는 제2 유체가 비틀린 튜브 사이의 공간을 통과하도록 구성된다. 복수의 폴리머 튜브 중 적어도 하나는 그 길이를 중심으로 비틀린 관형 벽으로부터 연장되는 하나 이상의 리브를 포함한다.

각각의 개시된 예와 조합될 수 있는 일부 예에서, 복수의 폴리머 튜브는 고정된 길이를 갖는다.

각각의 개시된 예와 조합될 수 있는 일부 예에서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 계란형 또는 타원형 튜브를 포함한다.

각각의 개시된 예와 조합될 수 있는 일부 예에서, 2개 이상의 튜브 중 적어도 하나는 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 하나 이상의 튜브의 내부 표면으로부터 외향 또는 내향 연장되는 하나 이상의 내부 채널 또는 내부 리브를 포함한다.

각각의 개시된 예와 조합될 수 있는 일부 예에서, 하나 이상의 외부 리브는 관형 벽의 외부 표면으로부터 외향 연장된다.

각각의 개시된 예와 조합될 수 있는 일부 예에서, 하나 이상의 리브는 관형 벽의 내부 표면으로부터 내향 연장된다.

추가 양태에서, 튜브를 갖는 폴리머 튜브-인-튜브 열 교환기가 제공된다. 열 교환기는 하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 포함하며, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 중 적어도 하나는 하나 이상의 폴리머 이중 튜브 구조를 포함하고, 각각의 폴리머 이중 튜브 구조는 내부 튜브, 외부 튜브, 외부 튜브의 내부 표면으로부터 내부 튜브의 외부 표면까지 연장되는 복수의 리브를 포함하고, 복수의 리브는 폴리머 이중 튜브 구조의 종방향 축을 따라 비틀린다.

각각의 개시된 예와 조합될 수 있는 일부 예에서, 폴리머 이중 튜브 구조의 외부 튜브는 그 각각의 길이를 따라 직선이다.

각각의 개시된 예와 조합될 수 있는 일부 예에서, 내부 튜브는 제1 관형 벽 및 제1 유체가 통과하도록 구성된 통로를 포함하고, 외부 튜브는 제2 관형 벽을 포함한다. 외부 튜브의 제2 관형 벽의 내부 표면과 내부 튜브의 제1 관형 벽의 외부 표면 사이의 공간은 제2 유체가 통과하도록 구성된다.

각각의 개시된 예와 조합될 수 있는 일부 예에서, 하나 이상의 폴리머 이중 튜브 구조는 고정된 길이를 갖는다.

각각의 개시된 예와 조합될 수 있는 일부 예에서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 제조하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 폴리머로부터 압출에 의해 폴리머 튜브를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 하나 이상의 폴리머 튜브를 비틀어서 비틀린 튜브 또는 2개 이상의 비틀린 튜브의 서브세트를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 비틀린 튜브 또는 2개 이상의 비틀린 튜브의 서브세트로부터 비틀린 튜브 다발을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시의 이점 및 특징을 획득할 수 있는 방식을 설명하기 위하여, 첨부 도면에 예시된 그 실시예를 참조한다. 이러한 도면은 본 개시의 예시적인 실시예만을 묘사하고 있으므로 그 범위를 제한하는 것으로 고려되어서는 안 된다는 점을 이해하면서, 본 출원의 원리는 첨부 도면을 사용하여 더욱 구체적이고 자세하게 기술 및 설명되며:
도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 종래의 튜브 및 셸 열 교환기의 유동 패턴의 개략도를 도시하고;
도 2a는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 종래의 비틀린 튜브 금속 열 교환기의 도식적 표현을 도시하고;
도 2b는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 도 2a의 종래의 비틀린 튜브 금속 열 교환기의 확대도를 도시하고;
도 3은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 비틀린 쌍의 열 교환기 다발의 사시도를 도시하고;
도 4는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 계란형/타원형 튜브의 사시도를 도시하고;
도 5는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 땅콩 형상의 비틀린 튜브의 사시도를 도시하고;
도 6은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 삼중 다각형 비틀린 튜브의 사시도를 도시하고;
도 7은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 꽃잎형 비틀린 튜브의 사시도를 도시하고;
도 8은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 5엽형 비틀린 튜브의 사시도를 도시하고;
도 9는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 비틀린 핀(fin)/리브가 있는 튜브의 사시도를 도시하고;
도 10은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 5엽형 비틀린 튜브 다발의 사시도를 도시하고;
도 11은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 비틀린 리브가 있는 튜브 다발의 사시도를 도시하고;
도 12는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 하우징 내부의 튜브 다발에 적용된 외부 랩의 단면도를 예시하고;
도 13은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 하우징 내부의 리브가 있는 튜브 다발에 적용된 외부 랩의 단면도를 예시하고;
도 14는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 내부 채널이 있는 튜브 내부에 강선(rifling)을 갖는 튜브의 사시도를 예시하고;
도 15는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 내부 리브가 있는 튜브 내부에 강선을 갖는 튜브의 사시도를 예시하고;
도 16a는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 튜브-인-튜브 구성의 사시도를 예시하고;
도 16b는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 튜브-인-튜브 구성의 단부 단면도를 예시하고;
도 17a는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기의 사시도이고;
도 17b는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 도 17a의 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기의 측단면도이고;
도 17c는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 도 17a의 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기의 단부도이고;
도 17d는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 도 17b의 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기의 일부를 확대한 측단면도이다.

도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 종래의 튜브 및 셸 열 교환기의 유동 패턴의 개략도를 도시한다. 튜브 및 셸 열 교환기(100)에서, 튜브 입구(108A)로부터의 제1 유체(104)는 튜브(102A-D) 내부를 통과하여 튜브 출구(108B)에서 나가고, 한편 셸 입구(110A)로부터의 제2 유체(106)는 튜브(102) 주위를 따라 셸(103) 내부를 통과하고 셸 출구(110B)에서 나간다. 제1 유체(104)는 튜브(102A-D) 내부를 유동하는 내부 유체라고도 지칭되고, 한편 제2 유체는 튜브(102A-D) 외부로 유동하는 외부 유체라고도 지칭된다. 셸 입구(110A)는 제1 단부(112A) 상의 튜브 출구(108B) 근방에 위치되고, 한편 튜브 입구(108A)는 제1 단부(112A) 반대쪽의 제2 단부(112B) 상의 셸 출구(110B) 근방에 위치된다. 열 교환기의 셸측에서, 제2 유체(106)는 튜브(102)를 따라 지나가고, 튜브 다발은 제2 유체(106)가 반경방향(107)으로부터/으로 튜브(102) 다발에 진입하도록/을 나가도록 화살표(113)로 가리키는 경로를 따라 유동 통로를 제공할 수 있다. 이러한 방식으로, 튜브(102A-D) 다발은 튜브(102A-D) 옆으로 제2 유체(106)의 외부 유동을 안내하고 우회를 감소시킨다. 배플(112)은 튜브(102A-D)에 대한 추가 지지부로서 사용된다. 배플(112)은 또한 셸 내의 유체 유동의 분포를 개선하는 데 도움을 준다. 열 교환기(100)는 또한 원형 단면의 평행 튜브(102A-D)를 그 단부에서 제자리에 유지하는 데 사용되는 튜브 시트 또는 천공된 헤더 플레이트(114)를 튜브(102A-D)의 단부에 포함할 수 있다.

튜브 및 셸 열 교환기(100)는 고온 및 고압에 적합하지만, 튜브(102A-D) 사이의 큰 간격으로 인해 많은 유동 우회가 발생하고 유동 분포가 불량하여, 튜브 및 셸 열 교환기(100)의 유효성이 낮아진다.

도 2a는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 종래의 비틀린 튜브 금속 열 교환기의 도식적 표현을 도시한다. 비틀린 튜브 열 교환기(200)는 인클로저(204) 내부에 둘러싸인 다수의 비틀린 튜브(202)를 포함한다.

도 2b는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 도 2a의 종래의 비틀린 튜브 금속 열 교환기의 확대도를 도시한다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 단일 금속 튜브(202)는 그 길이를 따라 물결 모양 패턴을 갖도록 비틀린다. 물결 모양 패턴은 튜브(202)의 종방향 축에 수직인 축 주위의 곡선을 포함한다. 비틀린 튜브 금속 열 교환기(200)는 배플 및 손상을 주는 튜브 진동을 제거한다. 독특한 형상의 튜브는 유체가 나란히 자유롭게 소용돌이칠 때 인접 지지를 제공하는 삼각형 패턴으로 배열된다. 튜브(202) 사이의 간극으로 인해 셸측을 용이하게 세정할 수 있다.

종래의 금속 열 교환기에는 몇 가지 문제가 있다. 첫째, 종래의 금속 열 교환기는 탄소 포집 응용에 사용되는 아민을 파괴할 수 있다. 추가 응용에는 금속 열 교환기가 원금 회수를 제공하기에는 터무니 없이 비용이 많이 드는 모든 폐열 응용뿐만 아니라, 물 또는 오일 히터와 같이, 점도가 다른 유체 스트림에 대한 응용이 포함된다. 다른 응용에는 식품 및 음료 응용뿐만 아니라, 금속 열 교환에 내화학성 문제가 있는 산성 용액 응용도 포함된다.

종래의 비틀린 튜브 금속 열 교환기의 문제점을 해결하기 위해, 본 개시는 비틀린 튜브를 갖는 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기를 제공한다. 이 양태의 비제한적인 예가 도 3에 도시되어 있다. 비원형 튜브의 예가 도 4 내지 도 11에 제공된다.

도 3은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 비틀린 쌍의 열 교환기 다발의 사시도를 도시한다. 예시된 바와 같이, 비틀린 쌍의 열 교환기 다발(300)은 다수의 튜브 쌍(302A 및 302B), 예를 들어 7개의 비틀린 튜브 쌍을 포함한다. 각각의 튜브 쌍(302A 및 302B)은 그 길이를 따라 종방향 축(L) 주위로 비틀린다. 각각의 비틀린 튜브 쌍은 그 인접한 비틀린 튜브 쌍과 접촉한다. 각각의 튜브는 원형 단면(304)을 가질 수 있다.

원형 튜브 쌍(302A 및 302B)은 지지를 제공하고 유체가 축방향 또는 반경방향으로 다발에 진입하거나 및/또는 나가는 유동 통로를 허용한다. 튜브 쌍 사이의 개방된 공간은 효과적인 열 교환을 위해 튜브 길이를 따라 외부 유체를 유동하게 할 수 있다. 추가적으로, 비틀린 튜브 쌍은 튜브 외부의 외부 유체에서 추가 혼합 및 난류를 생성함으로써 열 교환을 개선시키는 유로를 따라 유동 방향 변경을 생성할 수 있다. 외부 유체의 점도는 열 교환에 영향을 줄 수 있다. 또한, 튜브는 열 교환 표면을 증가시키고 튜브 표면에서의 열 전달을 개선하기 위해 작은 직경을 가질 수 있다. 또한, 유체 입력 및 출력 위치를 선택하여 병류 또는 역류 유동을 제공할 수 있다.

본 기술 분야의 통상의 기술자는 비틀린 튜브 쌍의 수가 열 교환기 다발에서 다양할 수 있음을 이해할 것이다.

유체는 튜브 단부로부터 비틀린 튜브 내로 유동하여 종래의 셸 및 튜브 열 교환기(100 및 200)보다 더 효율적이고 안정적인 성능을 제공할 수 있다. 비틀린 튜브 열 교환기(300)의 다발 구성은 열 전달을 증가시키고 압력 강하를 감소시키면서, 열 전달 표면적을 증가시키며 손상을 주는 진동을 제거할 수 있다. 사각지대가 제거될 수 있다. 사각지대는 오염물이 축적되어 효과적인 열 전달 표면적을 감소시킬 수 있는 곳이다. 오염은 원치 않는 재료가 고체 표면에 축적되는 것이다. 또한, 튜브 내부와 외부 모두에서 유체의 압력 강하를 제어하기 위해 튜브 크기와 튜브 간 간격이 특정 응용에 맞게 조절될 수 있도록 튜브를 구성할 수 있다.

본 개시의 제1 양태에 따르면, 비틀린 튜브를 갖는 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기가 제공된다. 열 교환기는 하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 포함하며, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 각각은 그 길이를 중심으로 비틀린 적어도 하나의 튜브, 또는 서로의 주위에 비틀린 또는 감긴 적어도 하나의 튜브 쌍을 포함한다.

본 개시의 제2 양태에 따르면, 열 교환기는 하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 포함하고, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 각각은 서로의 주위에 감긴 튜브의 쌍 또는 다른 다수의 그룹으로 형성된다.

본 개시의 제3 양태에 따르면, 열 교환기는 하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 포함하고, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 각각은 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 복수의 비원형 튜브를 포함한다. 이러한 경우, 그 길이 주위로 비틀린 비원형 튜브를 사용하면 비틀린 쌍의 실시예와 유사한 기능을 제공하지만 쌍이 없으므로, 조립 프로세스가 단순화된다. 셸측 유체 또는 튜브 외부의 외부 유체는 다발에 진입하고 나가기 위해 축방향 또는 반경방향 접근을 갖도록 배열될 수 있다. 비틀린 튜브 사이의 공극은 셸측 유체와 튜브 내부의 내부 유체 사이의 효과적인 열 교환을 위해 내부 유체를 포함하는 튜브 옆으로 셸측 유체를 안내하는 튜브를 따라 통로를 허용한다. 추가적으로, 비틀린 비원형 튜브는 지지부 및 배플 역할을 한다. 이들은 추가적인 난류를 생성하여 열 전달을 개선시킨다. 추가 지지부, 배플 등이 없기 때문에, 열 교환기의 조밀한 포장, 콤팩트한 크기, 및 가벼운 중량이 가능하며, 유닛의 전체 비용이 감소된다. 비원형 튜브의 예가 도 4 내지 도 11에 제공된다.

도 4는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 계란형 또는 타원형 비틀린 튜브의 사시도를 도시한다. 예시된 바와 같이, 비틀린 튜브(400)는 계란형 또는 타원형 단면(404)을 가질 수 있다. 튜브(400)는 그 길이를 따라 그 종방향 축(L) 주위로 비틀린다. 비틀린 튜브(400)는 비틀리지 않은 튜브의 원통형 표면 내로 압축된 비틀림 마크(406)를 포함하는 외부 표면(402)을 갖는다.

도 5는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 땅콩 형상의 비틀린 튜브의 사시도를 도시한다. 예시된 바와 같이, 땅콩 형상의 비틀린 튜브(500)는 그 종방향 축(L)을 따라 연결되는 제1 및 제2 비틀린 튜브 섹션(502A 및 502B)을 포함한다. 땅콩 형상의 비틀린 튜브(500)는 그 종방향 축(L)을 따라 변하는 땅콩 형상의 단면(504)을 갖는다. 또한, 튜브(500)는 제1 비틀린 튜브 섹션(502A) 부분과 제2 비틀린 튜브 섹션(502B) 부분에 의해 형성된 외부 표면(506)을 갖는다. 외부 표면(506)의 내부는 유체가 통과할 수 있게 하는 중공 부분(505)이다.

도 6은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 삼중 다각형 비틀린 튜브의 사시도를 도시한다. 삼중 다각형 튜브(600)는 그 종방향 축(L)을 따라 변하는 삼중 다각형 단면(604)을 가질 수 있다. 삼중 다각형 튜브(600)는 그 길이를 따라 그 종방향 축(L) 주위로 비틀린다. 비틀린 튜브(600)는 비틀리지 않은 튜브의 삼중 다각형 표면 내로 압축된 비틀림 마크(606)를 포함하는 외부 표면(602)을 갖는다.

비틀린 튜브가 임의의 다각형의 단면을 가질 수 있다는 점을 본 기술 분야의 통상의 기술자가 이해할 것이다.

도 7은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 꽃잎형 비틀린 튜브의 사시도를 도시한다. 꽃잎형 비틀린 튜브(700)는 그 외부 부분이 연결되고 내부 부분이 제거되어 단일 튜브를 형성하는 4개의 튜브(702A-D)를 포함한다. 꽃잎형 비틀린 튜브(700)는 그 길이를 따라 그 종방향 축(L) 주위로 비틀린다. 꽃잎형 비틀린 튜브(700)는 종방향 축(L)을 따라 변하는 꽃잎 같은 단면을 갖는 외부 셸(706)을 포함한다. 셸(706)의 내부는 유체가 통과할 수 있게 하는 중공 부분(704)이다.

도 8은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 5엽형 비틀린 튜브의 사시도를 도시한다. 5엽형 비틀린 튜브(800)는 그 외부 부분이 연결되고 내부 부분이 제거되어 단일 튜브를 형성하는 5개의 반쪽 튜브(802A-E)를 포함한다. 5엽형 비틀린 튜브(800)는 그 길이를 따라 그 종방향 축(L) 주위로 비틀린다. 5엽형 비틀린 튜브(800)는 종방향 축(L)을 따라 변하는 5엽형 단면(804)을 갖는 셸(806)을 포함한다. 셸(806) 내부는 유체가 통과할 수 있게 하는 중공 부분(805)이다.

도 9는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 비틀린 핀/리브가 있는 튜브의 사시도를 도시한다. 예시된 바와 같이, 제1 비틀린 튜브(902A)는 그 길이를 따라 그 종방향 축(L) 주위로 비틀린다. 제1 비틀린 튜브(902A)는 원형 셸(908)을 넘어 외향 연장되며 열 교환을 위한 표면적을 증가시키는 3개의 리브 또는 핀(906A-C)을 포함한다. 열 교환을 위한 표면적은 리브 또는 핀의 높이에 따라 증가한다. 리브(906A-C)는 원형 단면(904)을 따라 균등하게 이격될 수 있다. 또한, 제2 비틀린 튜브(902B)는 그 길이를 따라 그 종방향 축(L) 주위로 비틀린다. 제2 비틀린 튜브(902B)는 하나의 리브(906D)를 포함한다. 또한, 제3 비틀린 튜브(902C)는 그 길이를 따라 그 종방향 축(L) 주위로 비틀린다. 제3 비틀린 튜브(902C)는 원형 단면(904)의 중심으로부터 서로 반대쪽에 있는 2개의 리브(906E-F)를 포함한다. 종방향 축을 따른 핀 또는 리브(902) 사이의 간격(914)은 서로 다른 비틀린 튜브에 대해 달라질 수 있다. 비틀린 리브는, 추가적인 열 전달 표면적을 제공하는 것 외에도, 튜브가 튜브 다발 내에서 자립하도록 하고 튜브의 외부를 따라 셸(908)을 통과하는 외부 유체의 유동 분포를 개선하기 위해, 또한 열 전달을 개선하기 위해 튜브 간 간격을 제어할 수 있게 한다.

도 10은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 5엽형 비틀린 튜브 다발의 사시도를 도시한다. 비틀린 튜브 다발(1000)은 다수의 5엽형 비틀린 튜브(800)를 포함한다. 각각의 5엽형 비틀린 튜브(800)는 그 인접한 5엽형 비틀린 튜브(800)와 접촉한다.

도 11은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 비틀린 리브가 있는 튜브 다발의 사시도를 도시한다. 비틀린 튜브 다발(1100)은 비틀린 리브가 있는 다수의 튜브를 포함한다. 리브가 있는 각각의 튜브(900)는 리브가 있는 그 인접한 튜브(900)와 접촉한다. 외부 리브 또는 핀을 사용하면 추가 표면적을 제공하여 열 전달을 개선하는 데 도움이 된다. 일부 변형에서는, 튜브가 내부 리브 또는 핀을 가질 수 있으며, 이 또한 추가 표면적을 제공하여 열 전달을 개선하는 데 도움이 된다. 비틀린 리브는, 추가적인 열 전달 표면적을 제공하는 것 외에도, 튜브가 튜브 다발 내에서 자립하도록 하고 튜브의 외부를 따라 셸(908)을 통과하는 외부 유체의 유동 분포를 개선하기 위해, 또한 열 전달을 개선하기 위해 튜브 간 간격을 제어할 수 있게 한다.

튜브의 형상과 크기를 맞춤화하여 다양한 점도와 열 전도율을 갖는 유체에 적절한 단면적 비율을 제어하여, 열 교환을 개선하고 압력 강하를 제어할 수 있다.

비틀린 튜브 다발은 또한 간극 공간 균일성을 제어하여 우수한 유동 분포와 우회 제어를 생성하는 능력을 제공한다.

도 12는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 하우징 내부의 튜브 다발에 적용된 외부 랩의 단면도를 예시한다. 폴리머 열 교환기(1200)는 하우징(1202), 및 튜브(1206) 다발 주위를 감싸서 다발을 조이는 외부 랩(1204)을 포함한다. 외부 랩이 있는 튜브(1206) 다발은 하우징(1202) 내에 배치된다. 외부 랩(1204)은 튜브 다발이 튜브를 서로 접촉하게 만들도록 압축을 제공하여, 셸의 내부 표면을 따라 우회 경로를 제거하는 데 도움이 된다. 외부 랩은 또한 다발 내의 튜브 사이에서 유동의 우회를 제어하는 데 도움이 된다. 파이프의 치수 변화로 인해, 튜브 다발과 하우징(1202) 사이에 공간이 있을 수 있다. 외부 랩은 튜브(1206) 다발의 외부 표면과 하우징(1202) 사이의 공간을 채우는 데 도움이 되며, 따라서 유동의 우회가 제어된다. 대부분의 튜브(1206)는 서로 접촉할 수 있지만, 튜브(1206) 사이에는 여전히 공간(1208)이 있을 수 있다.

도 13은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 하우징 내부의 리브가 있는 튜브 다발에 적용된 외부 랩의 단면도를 예시한다. 폴리머 열 교환기(1300)는 하우징(1302), 및 리브(1308)가 있는 튜브(1306) 다발 주위를 감싸서 다발을 조이는 외부 랩(1304)을 포함한다. 외부 랩(1304)이 있는 튜브(1306) 다발은 하우징(1302) 내에 배치된다. 외부 랩(1304)은 튜브 다발이 튜브(1306)를 서로 접촉하게 만들도록 압축을 제공하여, 셸의 내부 표면을 따라 우회 경로를 제거하는 데 도움이 된다. 대부분의 튜브(1306)는 서로 접촉할 수 있지만, 튜브(1306) 사이에는 여전히 공간(1310)이 있을 수 있다.

일부 변형에서는, 외부 랩이 신축성 있는 직물로 형성될 수 있다.

일부 변형에서는, 하우징이 PVC 또는 폴리프로필렌과 같은 경질 플라스틱 파이프일 수 있다.

일부 변형에서는, 하우징이 유리 섬유 강화 플라스틱 파이프일 수 있다.

일부 변형에서는, 튜브 외부에 리브가 있을 수 있다.

도 14는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 내부 채널이 있는 튜브 내부에 강선을 갖는 튜브의 사시도를 예시한다. 도시된 바와 같이, 폴리머 튜브(1400)는 종방향 축(L)을 따라 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 관형 벽(1404)의 내부 표면(1406)으로부터 외향 연장되는 3개의 채널(1402)을 포함한다. 채널의 수는 달라질 수 있다. 내부 채널(1402)은 점선으로 예시된 바와 같이, 단부에서 보았을 때 나선형 곡선처럼 보인다. 내부 채널(1402)은 열 교환 개선을 위해 표면 노출 및/또는 난류를 개선할 수 있다.

도 15는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 내부 리브가 있는 튜브 내부에 강선을 갖는 튜브의 사시도를 예시한다. 도시된 바와 같이, 폴리머 튜브(1500)는 종방향 축(L)을 따라 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 관형 벽(1504)의 내부 표면(1506)으로부터 외향 연장되는 3개의 내부 리브(1502)를 포함한다. 리브의 수는 달라질 수 있다. 내부 리브(1502)는 점선으로 예시된 바와 같이, 단부에서 보았을 때 나선형 곡선처럼 보인다. 내부 리브(1502)는 열 교환 개선을 위해 표면 노출 및/또는 난류를 개선할 수 있다.

도 16a는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 튜브-인-튜브 구성의 사시도를 예시한다. 도 16b는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 튜브-인-튜브 구성의 단부 단면도를 예시한다. 예시된 바와 같이, 폴리머 이중 튜브 구조(1600)는 외부 튜브(1602) 및 내부 튜브(1604)를 포함한다. 이중 튜브 구조(1600)는 또한 내부 튜브의 위치를 지지하고 제어하기 위해 외부 튜브(1602)와 내부 튜브(1604) 사이에 리브(1606)를 포함한다. 리브(1606)는 외부 튜브(1602)의 내부 표면(1608)으로부터 내부 튜브(1604)의 외부 표면(1610)까지 연장된다. 예를 들어, 리브의 치수가 내부 튜브와 외부 튜브 사이의 공간을 제어한다. 이중 튜브 구조의 리브(1606)는 종방향 축(L)을 따라 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린다. 이중 튜브 구조(1600)는 내부 튜브와 외부 튜브 사이의 공간(1612)에서 제1 유체의 환형 유동을 허용한다. 이중 튜브 구조(1600)는 내부 튜브의 중공 부분(1614) 내부에서 제2 유체의 유동을 허용한다. 튜브(1600)의 표면(예를 들어, 외부 튜브(1602)의 외부 표면(1609) 및 내부 표면(1608), 내부 튜브(1604)의 내부 표면(1611) 및 외부 표면(1610)) 및 리브(1606)는 직선형이거나 또는 비틀릴 수 있다. 이중 튜브 구조(1600)는 이중 튜브 구조(1600)가 서로 접촉하는 튜브 다발을 형성할 수 있다.

도 17a는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기의 사시도이다. 도 17b는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 도 17a의 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기의 측단면도이다. 도 17c는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 도 17a의 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기의 단부도이다. 도 17d는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 도 17b의 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기의 일부를 확대한 측단면도이다. 예시된 바와 같이, 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기(1700)는 하우징(1712), 입구 하우징(1702A) 및 출구 하우징(1702B)을 포함하여, 셸 유체(1703)가 하우징(1712) 내로 그리고 튜브(1708) 사이로 유동하도록 한다. 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기(1700)는 또한 입구(1704A) 및 출구(1704B)를 포함하여, 튜브 유체(1706)가 튜브(1708)를 통해 유동하도록 한다. 셸 유체(1703)용 출구 하우징(1702B)은 튜브 유체(1706)용 입구(1704A)에 가깝고, 한편 셸 유체(1703)용 입구 하우징(1702A)은 튜브 유체(1706)용 출구(1704B)에 가까우므로, 셸 유체(1703)가 튜브 유체(1706)에 대한 역류가 되어 열 교환의 효율이 증가한다. 또한, 튜브(1708)는 서로 접촉한다. 튜브 또는 튜브 내부의 리브는 도 3 내지 도 15에 예시된 바와 같이 비틀릴 수 있다. 셸 유체(1703)는 튜브 사이의 공간을 채울 수 있다.

폴리머 튜브-인-셸 열 교환기(1700)는, 또한 튜브(1708) 주위의 공간을 채우고 튜브(1708)와 하우징(1712)의 내부 벽 상을 밀봉하는 에폭시, 폴리우레탄, 또는 임의의 다른 적절한 재료와 같은 포팅(potting) 재료를 포함하는 외부 랩 층(1710)을 포함한다. 입구(1704A)는 하우징(1712) 외부에 끼워지도록 구성된 연결부(1714)를 포함한다. 유사하게, 출구(1704B)는 하우징(1712) 외부에 끼워지도록 구성된 연결부(1714)를 포함한다. 입구 하우징(1702A) 및 출구 하우징(1702B)은 또한 하우징(1712) 외부에 끼워지도록 구성된 연결부(1716)를 포함한다.

폴리머 비틀린 튜브를 제조하는 방법

폴리머 또는 플라스틱 튜브는 압출에 의해 형성될 수 있다. 폴리머 튜브는 리브 또는 핀을 갖도록 형성될 수 있다. 그 후, 폴리머 튜브가 비틀릴 수 있다.

일부 변형에서는, 폴리머 튜브가 여전히 부드럽고 비틀리기 쉬울 때 압출 직후에 폴리머 튜브가 비틀릴 수 있다.

일부 변형에서는, 폴리머 튜브는 공급자에 의해 제공될 수 있다. 폴리머 튜브는 비틀기 위해 그 모양을 잃지 않고 충분히 부드러워질 때까지 가열될 수 있다.

일부 변형에서는, 폴리머 튜브는 도 3 내지 도 15와 도 16a 및 도 16b에 예시된 형상을 갖도록 비틀기 없이 압출될 수 있다. 비틀림은 어떠한 후속 비틀기 프로세스도 없이 압출에 의해 제공된다.

일부 변형에서는, 2개 이상의 폴리머 튜브가 그 길이를 따라 서로에 대해 비틀린다. 그 후, 비틀린 쌍의 또는 다른 다수의 폴리머 튜브가 함께 다발로 될 수 있다.

일부 변형에서는, 핀 또는 리브가 있는 단일 폴리머 튜브가 그 길이를 따라 비틀릴 수 있다. 그 후, 비틀린 폴리머 튜브가 함께 다발로 될 수 있다.

비틀린 튜브 열 교환기에 대한 실험

60개의 비틀린 튜브를 포함하는 비틀린 튜브 플라스틱 열 교환기를 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK) 튜브로 조립했다. PEEK 튜브는 도 9에 도시된 바와 같이 나선형 리브와 함께 1.5 mm의 외경 및 1.3 mm의 내경을 가졌다. 60개의 튜브로 이루어진 각각의 쌍은 서로의 주위로 55번 비틀렸다. 탱크로부터 열 교환기로 물을 공급했다. 열 교환기에서 역류가 생기도록 저온수를 고온수와 반대 방향으로 열 교환기에 공급했다. 수직 튜브를 사용하여 압력 강하를 측정했다. 열전대를 사용하여 온도를 측정했다.

210 mL/min의 유량에서, 저온측(또는 셸측)은 0.08 psi의 압력 강하를 생성했고, 고온측(튜브)은 0.21 psi의 압력 강하를 생성했다. 저온측의 물은 16℃에서 76℃로 가열되었다. 고온수는 79℃에서 21℃로 냉각되었다. 열 교환의 양측에 대해 열 전달 계수를 계산했다.

표 1은 개시된 조밀하게 패킹된 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기와 금속 튜브-및-셸 열 교환기의 비교를 나열한다. 표 1에 도시된 바와 같이, 개시된 조밀하게 패킹된 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기는 금속 튜브 및 셸 열 교환기보다 더 효과적이며, 예를 들어 약 80% 유효성을 갖는다.

또한, 금속 튜브 및 셸 열 교환기와 같이 교차 유동이 있는 전형적인 튜브 및 셸 열 교환기의 경우, 고온 셸 유체가 저온 유체보다 훨씬 더 뜨겁다. 유량도 더 많기 때문에, 온도 변화가 저온 유체보다 더 낮다. 이로 인해, 온도의 "교차(cross-over)"가 발생하지 않으며, 즉, 고온 유체 출구 온도가 저온 유체 출구 온도보다 더 높다. 그 결과가 높은 대수 평균 온도차(LMTD)이다. 열 회수 열 교환기의 경우, 가능한 한 많은 열을 회수하고 LMTD를 최소로 유지하는 것이 바람직하며, 이렇게 하면 저온 유체 출구 온도가 고온 유체 출구 온도보다 더 높아지게 될 수 있다. 개시된 역류형 폴리머 열 교환기는 낮은 LMTD를 달성할 수 있다.

또한, 개시된 조밀하게 패킹된 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기는 금속 튜브 및 셸 열 교환기보다 표면적 패킹 밀도가 상당히 높고, 금속 튜브 및 셸 열 교환기보다 비용이 저렴하다.

표 1: 2개의 열 교환기 비교

튜브의 관형 형상은 시트/플레이트 열 교환기에 비교하여 더 나은 구조적 강도를 제공한다. 추가적으로, 튜브는 압출 방식으로 만드는 것이 경제적이다. 폴리머 튜브는 낮은 열 저항을 얻기 위해 벽이 얇다. 또한, 양측, 즉, 셸측(튜브 외부)과 튜브측(튜브 내부)의 작은 직경 및 낮은 수력학적 직경은 튜브 표면에서 높은 열 전달을 제공한다. 매끄러운 폴리머 튜브를 사용하면 압력 손실이 적고, 오염이 적으며, 교환기 세정이 용이할 수 있다. 추가적으로, 폴리머 재료를 사용하면 뛰어난 내화학성이 제공된다.

또한, 비틀린 튜브 다발에는 무엇보다도 배플과 같은 추가 지지부가 없으므로, 비틀린 튜브 다발에 의하면 열 교환기의 조밀한 포장, 콤팩트한 크기, 가벼운 중량이 가능하며, 전체 비용이 감소된다.

본 개시의 제4 양태에 따르면, 열 교환기는 하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 포함하고, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 각각은 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 복수의 계란형 또는 타원형 튜브를 포함한다.

본 개시의 제5 양태에 따르면, 열 교환기는 하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 포함하고, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 각각은 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 복수의 땅콩 형상의 비틀린 튜브를 포함한다.

본 개시의 제6 양태에 따르면, 열 교환기는 하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 포함하고, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 각각은 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 복수의 삼중 다각형 또는 다른 다각형 비틀린 튜브를 포함한다.

본 개시의 제7 양태에 따르면, 열 교환기는 하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 포함하고, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 각각은 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 복수의 꽃잎형 비틀린 튜브를 포함한다.

본 개시의 제8 양태에 따르면, 열 교환기는 하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 포함하고, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 각각은 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 복수의 5엽형 비틀린 튜브를 포함한다.

본 개시의 제9 양태에 따르면, 열 교환기는 하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 포함하고, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 각각은 비틀린 핀/리브가 있는 복수의 튜브를 포함한다.

본 개시의 제10 양태에 따르면, 열 교환기는 하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 포함하고, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 각각은 복수의 5엽형 비틀린 튜브를 포함한다.

본 개시의 제11 양태에 따르면, 열 교환기는 하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 포함하고, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 각각은 복수의 비틀린 리브 튜브를 포함한다.

현재 개시된 비틀린 튜브를 갖는 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기는 금속 열 교환기가 탄소 포집에 사용되는 아민을 파괴하기 때문에 탄소 포집 응용에 특히 적합할 수 있다. 추가 응용에는 금속 열 교환기가 원금 회수를 제공하기에는 터무니 없이 비용이 많이 드는 모든 폐열 응용뿐만 아니라, 물/오일 히터와 같이, 점도가 다른 유체 스트림에 대한 응용이 포함된다. 다른 응용에는 식품 및 음료 응용뿐만 아니라 폴리머 튜브를 사용하면 금속 열 교환기에 비해 이점이 있는 산성 용액 응용도 포함된다.

Claims

비틀린 튜브를 갖는 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기이며, 열 교환기는:
하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 포함하고, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 중 적어도 하나는 하나 이상의 튜브 주위에 비틀린 또는 감긴 2개 이상의 튜브로 이루어진 하나 이상의 세트를 포함하며, 각각의 튜브는 관형 벽 및 제1 유체가 유동하도록 구성된 통로를 포함하고, 열 교환기는 제2 유체가 비틀린 튜브 사이의 공간을 통과하도록 구성되는, 열 교환기.
제1항에 있어서, 2개 이상의 튜브로 이루어진 하나 이상의 세트는 고정된 길이를 갖는, 열 교환기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 서로의 주위에 비틀린 또는 감긴 복수의 튜브 쌍을 포함하는, 열 교환기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 서로의 주위에 비틀린 또는 감긴 복수의 삼중 튜브 또는 다중 개수 튜브를 포함하는, 열 교환기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 복수의 비원형 튜브를 포함하며, 각각의 튜브는 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린, 열 교환기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 타원형 튜브를 포함하는, 열 교환기.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 땅콩 형상의 비틀린 튜브를 포함하는, 열 교환기.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 다각형 비틀린 튜브를 포함하는, 열 교환기.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 꽃잎형 비틀린 튜브를 포함하는, 열 교환기.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 잎 모양의 비틀린 튜브를 포함하는, 열 교환기.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 2개 이상의 폴리머 튜브는 2개 이상의 튜브의 외부 표면으로부터 외향 연장되는 하나 이상의 외부 리브를 포함하며, 각각의 튜브는 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린, 열 교환기.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 2개 이상의 튜브는 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 하나 이상의 튜브의 내부 표면으로부터 외향 또는 내향 연장되는 하나 이상의 내부 채널 또는 내부 리브를 포함하는, 열 교환기.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 외부에 배치된 하우징을 더 포함하는, 열 교환기.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 주위에 배치된 외부 랩을 더 포함하고, 외부 랩은 튜브 구성이 튜브 사이에 균일한 간격을 제공하거나 및/또는 하우징과 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 사이의 공간을 감소시킬 수 있도록 하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 조이도록 구성되는, 열 교환기.
비틀린 튜브를 갖는 폴리머 튜브-인-셸 열 교환기이며, 열 교환기는:
하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 포함하고, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 중 적어도 하나는 복수의 폴리머 튜브를 포함하고,
각각의 튜브는 관형 벽 및 제1 유체가 유동하도록 구성된 통로를 포함하고, 열 교환기는 제2 유체가 비틀린 튜브 사이의 공간을 통과하도록 구성되고, 복수의 폴리머 튜브 중 적어도 하나는 그 길이를 중심으로 비틀린 관형 벽으로부터 연장되는 하나 이상의 리브를 포함하는, 열 교환기.
제15항에 있어서, 복수의 폴리머 튜브는 고정된 길이를 갖는, 열 교환기.
제15항 또는 제16항에 있어서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 복수의 비원형 튜브를 포함하며, 각각의 튜브는 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린, 열 교환기.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 타원형 튜브를 포함하는, 열 교환기.
제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 땅콩 형상의 비틀린 튜브를 포함하는, 열 교환기.
제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 다각형 비틀린 튜브를 포함하는, 열 교환기.
제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 꽃잎형 비틀린 튜브를 포함하는, 열 교환기.
제15항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발은 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 잎 모양의 비틀린 튜브를 포함하는, 열 교환기.
제15항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 2개 이상의 튜브 중 적어도 하나는 그 각각의 길이를 중심으로 비틀린 하나 이상의 튜브의 내부 표면으로부터 외향 또는 내향 연장되는 하나 이상의 내부 채널 또는 내부 리브를 포함하는, 열 교환기.
제15항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 외부 리브는 관형 벽의 외부 표면으로부터 외향 연장되는, 열 교환기.
제15항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 리브는 관형 벽의 내부 표면으로부터 내향 연장되는, 열 교환기.
제15항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 외부에 배치된 하우징을 더 포함하는, 열 교환기.
제15항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 주위에 배치된 외부 랩을 더 포함하고, 외부 랩은 튜브 구성이 튜브 사이에 균일한 간격을 제공하거나 및/또는 하우징과 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 사이의 공간을 감소시킬 수 있도록 하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 조이도록 구성되는, 열 교환기.
튜브를 갖는 폴리머 튜브-인-튜브 열 교환기이며, 열 교환기는:
하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 포함하고, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 중 적어도 하나는 하나 이상의 폴리머 이중 튜브 구조를 포함하고, 각각의 폴리머 이중 튜브 구조는 내부 튜브, 외부 튜브, 외부 튜브의 내부 표면으로부터 내부 튜브의 외부 표면까지 연장되는 복수의 리브를 포함하고, 복수의 리브는 폴리머 이중 튜브 구조의 종방향 축을 따라 비틀린, 열 교환기.
제28항에 있어서, 폴리머 이중 튜브 구조의 외부 튜브는 그 각각의 길이를 따라 직선인, 열 교환기.
제28항 또는 제29항에 있어서, 내부 튜브는 제1 관형 벽 및 제1 유체가 통과하도록 구성된 통로를 포함하고, 외부 튜브는 제2 관형 벽을 포함하고, 외부 튜브의 제2 관형 벽의 내부 표면과 내부 튜브의 제1 관형 벽의 외부 표면 사이의 공간은 제2 유체가 통과하도록 구성되는, 열 교환기.
제28항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 폴리머 이중 튜브 구조는 고정된 길이를 갖는, 열 교환기.
제28항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 외부에 배치된 하우징을 더 포함하는, 열 교환기.
제28항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 주위에 배치된 외부 랩을 더 포함하고, 외부 랩은 튜브 구성이 튜브 사이에 균일한 간격을 제공하거나 및/또는 하우징과 하나 이상의 폴리머 튜브 다발 사이의 공간을 감소시킬 수 있도록 하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 조이도록 구성되는, 열 교환기.
제1항 내지 제33항 중 어느 한 항의 하나 이상의 폴리머 튜브 다발을 제조하는 방법으로서, 방법은:
폴리머로부터 압출에 의해 폴리머 튜브를 형성하는 단계;
하나 이상의 폴리머 튜브를 비틀어서 비틀린 튜브 또는 2개 이상의 비틀린 튜브의 서브세트를 형성하는 단계; 및
비틀린 튜브 또는 2개 이상의 비틀린 튜브의 서브세트로부터 비틀린 튜브 다발을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.