KR102694212B1 - 공급물을 처리하기 위한 판 열 교환기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공급물을 처리하기 위한 판 열 교환기에 관한 것이다. 판 열 교환기는, 판 패키지 내에서 연속적으로 배열된 복수의 열 교환 판을 포함하는 판 패키지를 포함한다. 각각의 열 교환 판은 제1 길이방향 연부에 인접하여 위치된 포트의 제1 쌍 및 제2 길이방향 연부에 인접하여 위치된 포트의 제2 쌍을 형성한다. 모든 제2 열 교환기 판은, 인접 열 교환기 판들의 각각의 전방 측면 및 후방 측면이 서로 대면되도록, 중심 축을 중심으로 180도 회전된다. 각각의 회전된 판의 포트의 제2 쌍은 인접한 열 교환기 판의 포트의 제1 쌍에 매칭되고 증발된 공급물을 위한 통로를 형성하는 반면, 각각의 회전된 판의 포트의 제1 쌍은 인접한 열 교환기 판의 포트의 제2 쌍에 매칭되고 냉각 유체를 위한 통로를 형성한다.
Description
본 발명은 공급물을 처리하기 위한 판 열 교환기, 공급물을 처리하기 위한 판 열 교환기를 위한 판, 열 교환기 판과 함께 이용하기 위한 가스켓, 및 공급물을 처리하기 위한 열 교환기를 제조하는 방법에 관한 것이다.
열 교환기 판의 하나의 또는 몇 개의 판 패키지가 프로세스의 주요 구성요소를 형성하는, 해수를 탈염하기 위한 장비가 수년 전부터 제조되어 왔다. SE 464 938 B는, 원통형 컨테이너 내에 제공된 판 패키지를 포함하는 그러한 탈염 플랜트를 개시한다. 프로세스의 종류에 따라, 열 교환기 판은 스팀(steam)을 위한 포트를 가지지 않고, 그 대신, 열 교환기 판 외측의 공간을 스팀을 위한 하나의 또는 몇 개의 유동 경로로서 이용한다. 컨테이너는 실질적으로 원통형인 압력 용기이다. 몇 개의 판 패키지를 포함하는 대형 플랜트에서, 이들은 실린더의 길이방향으로 위치될 수 있다. 몇 개의 컨테이너가 플랜트 내에 포함될 수 없는 경우에, 특정 범위까지, 컨테이너는 플랜트의 크기에 따라 제한된다.
출원인의 회사는, 증발, 분리 및 응축이 판 패키지에서 이루어지는 어떠한 탱크도 없는, 담수 생성기를 몇 년 동안 생산하였다. 그 상세 내용은, Alfa Laval Corporate AB에게 양도된 국제출원 WO 2006 / 104443 A1에서 확인할 수 있다. 이는 탈염을 위한 판 열 교환기를 개시한다. 열 교환기는 열 교환기 내에서 교번적인 순서로 형성된 제1 및 제2 판 간격들을 갖는다. 제1 판 간격은 증발 섹션, 분리 섹션 및 응축 섹션을 형성하는 반면, 제2 판 간격은 가열 섹션 및 냉각 섹션, 그리고 가열 섹션과 냉각 섹션 사이의 분리 섹션을 형성한다. 전술한 열 교환기의 장점은, 전체적인 해수의 처리가 판 패키지 내에서 수행되기 때문에, 어떠한 컨테이너도 필요로 하지 않는다는 것이다.
전술한 판 열 교환기는 가열 유체, 냉각 유체 및 담수를 위한 중앙에 위치된 포트들을 가지고, 스팀 및 공급물을 위한 포트들은 열 교환기 판의 중심 축을 중심으로 대칭적으로 배열된다. 이러한 방식에서, 단지 하나의 판 유형만이 필요하다. 2개의 상이한 가스켓을 이용하는 것 그리고 열 교환 판들을 면 대 면으로 배열하는 것에 의해서, 제1 및 제2 판 간격이 형성된다. 이러한 방식으로, 대향되는 판들 내의 주름이 십자가 형상의 패턴을 형성할 것이다.
중앙에 위치된 포트 및 열 교환기 판의 연부에 인접하는 포트는, 열 교환기 판의 폭을 따라서 6개까지의 가스켓 요소가 요구될 것임을 암시한다. 가스켓은 열 교환기 판 상의 공간을 점유하고, 그러한 공간은 프로세스를 위해서 사용될 수 없다. 가스켓의 폭은 큰 열 교환기의 경우와 작은 열 교환기의 경우에 거의 동일할 것이다. 큰 열 교환기의 경우에, 가스켓이 점유하는 공간은 무시될 수 있으나, 작은 열 교환기의 경우에 이는 상당할 수 있다.
작은 선박에서 온 보드로 사용될 수 있는 작은 담수 생성기가 점점 더 많이 필요하다. 전술한 바와 같이 담수 생성기의 크기를 줄일 때, 가스켓은 여전히 동일한 양의 공간을 본질적으로 차지할 것이다. 이는, 작은 담수 생성기가, 큰 담수 생성기에 비해서, 덜 면적 효율적이 되게 할 것이다.
추가적인 종래 기술은, 이중-작용 판 유형의 해수 탈염 장치를 개시하는 CN106587227을 포함한다. 동일 판 간격 내에서 2개의 응축 섹션을 가지는 2-작용을 동일 판 패키지에서 이용하여, 열 교환기의 출력을 높일 수 있다.
KR20030029263은 자동차용 열 교환기에 관한 것이다. 열 교환기 판은 뒤집힌 L-형상의 증발기 판 부분과 정사각형 가열기 코어 판 부분으로 분할된다.
KR19980049548은 가열 섹션 및 증발 섹션을 갖는 열 교환기에 관한 것이다.
WO 2010/013608 A1은 증발기 또는 응축기로서 이용되는 판 열 교환기에 관한 것이다.
그에 따라, 본 발명의 목적은, 여전히 하나의 판 유형만을 필요로 하면서, 보다 면적 효율적인 설계를 가지는 공급물을 처리하기 위한 판 열 교환기를 제공하는 것이다.
전술한 목적은 제1 양태에서 공급물을 처리하기 위한 판 열 교환기에 의해서 실현되었고, 판 열 교환기는 판 패키지 내에 연속적으로 배열된 복수의 열 교환 판을 포함하는 판 패키지를 포함하고, 각각의 열 교환 판은:
전방 측면 및 대향되는 후방 측면,
제1 길이방향 연부, 대향되는 제2 길이방향 연부, 및 제1 길이방향 연부와 제2 길이방향 연부 사이에서 실질적으로 중앙에서 연장되는 중심 축, 및
제1 길이방향 연부에 인접하여 위치된 포트의 제1 쌍을 형성하는 제1 포트 및 제2 포트, 그리고 제2 길이방향 연부에 인접하여 위치된 포트의 제2 쌍을 형성하는 제3 포트 및 제4 포트로서, 포트의 제1 쌍 및 포트의 제2 쌍은 크기 및 구성이 동일하고 중심 축을 중심으로 대칭적으로 배열되며, 그에 의해서 모든 제2 열 교환기 판은, 인접 열 교환기 판들의 각각의 전방 측면 및 후방 측면이 서로 대면되도록, 중심 축을 중심으로 180도 회전된, 회전된 판을 형성하고, 그에 의해서 인접한 열 교환기 판들의 전방 측면들 사이의 제1 판 간격들 및 후방 측면들 사이의 제2 판 간격들을 형성하고, 각각의 회전된 판의 포트의 제2 쌍은 인접한 열 교환기 판의 포트의 제1 쌍에 매칭되고(match) 증발된 공급물을 위한 통로를 형성하는 반면, 각각의 회전된 판의 포트의 제1 쌍은 인접한 열 교환기 판의 포트의 제2 쌍에 매칭되고 냉각 유체를 위한 통로를 형성하고, 그에 의해서 각각의 제1 판 간격은, 응축 섹션을 냉각하기 위해서 냉각 유체를 열 교환기 판을 통해서 순환시키기 위한 냉각 섹션을 형성하는 제1 유형의 가스켓을 포함하고, 그에 의해서 각각의 제2 판 간격은, 증발된 공급물을 수용하여 응축시키기 위해서 냉각 섹션에 대향되는 응축 섹션을 형성하는 제2 유형의 가스켓을 포함하고, 증발된 공급물을 위한 통로는 응축 섹션과 연통되고 냉각 섹션에 대해서 밀봉되는 반면, 냉각 유체를 위한 통로는 냉각 섹션과 연통되고 응축 섹션에 대해서 밀봉되는, 제1 및 제2 포트 그리고 제3 및 제4 포트를 형성한다.
공급물은 전형적으로, 동일 판 패키지 내에 위치된 증발 섹션 내에서 증발되는 해수이다. 증발된 공급물은 분리 섹션에 진입하고, 분리 섹션에서 증발된 공급물 내에 잔류하는 모든 액체 부분이 제거되고, 그 후에 증발된 공급물이 응축 섹션에 진입한다. 분리 섹션에서, 공급물은 전형적으로 양 판 간격들 내로 유동될 수 있다. 증발된 공급물은 응축 섹션에 진입하고, 그에 의해서 통로를 이용하여, 증발된 공급물이 열 교환기 판을 통해서 응축 섹션 내로 유동할 수 있게 한다. 응축 섹션에서, 증발된 공급물은, 공급물이 해수인 경우에 전형적으로 담수인, 응축물로 응축된다. 응축물은 배출구를 통해서 추출된다.
포트의 대칭적인 배치는, 포트들을 동일한 상대적인 위치에서 유지하면서, 개별적인 판들이 뒤집힐 수 있게 하고, 즉 중심 축을 중심으로 180도 회전될 수 있게 한다. 포트 및 가스켓 홈을 중심 축을 중심으로 대칭적으로 유지하는 것에 의해서, 하나의 판 유형만이 필요하다. 따라서, 열 교환기 판들은 동일할 수 있고, 제1 및 제2 판 간격들 사이의 차이는 상이한 가스켓들을 이용하는 것에 의해서만 나타날 수 있다. 그러한 경우에, 포트의 제1 및 제2 쌍들은 본질적으로 동일하고, 최종적으로 가스켓에 의해서만 규정될 수 있다. 각각의 쌍 내의 포트의 크기 및 형상이 상이할 수 있으나, 쌍의 각각의 포트의 중심 축의 대향 측면 상의 상응 포트는 크기 및 형상이 동일하여야 한다. 중심 축에 평행한 길이방향은, 판 열 교환기가 정상 사용 위치에 있을 때, 수직 방향에 상응하는 것으로 이해된다. 이어서, 응축 섹션은 분리 섹션 위에 위치되고, 이는 다시 증발 섹션 위에 위치된다.
냉각 유체 및 증기 통로 모두를 위해서 이용되는 열 교환기 판 내의 개구를 가짐으로써, 열 교환기 판의 폭을 따른 가스켓의 수가, 중심에서 포트들을 갖는 것에 비해서, 감소될 수 있다. 본 경우에 그리고 중앙에 위치된 포트를 가지는 종래 기술에 비해서, 열 교환기 판의 폭을 따른 가스켓의 수는 열 교환기 판의 응축 섹션의 길이방향의 대부분을 따라서 4개로부터 3개로 감소되었고, 심지어 열 교환기 판의 길이방향의 일부 부분을 따라서 6개로부터 4개로 감소되었다. 또한, 열 교환기 판의 폭을 따른 포트의 수는 3개로부터 단지 2개로 감소되었다. 가스켓은 전형적으로 고무로 제조된다.
제1 양태의 추가적인 실시형태에 따라, 각각의 열 교환기 판은 응축물 배출구를 형성하는 제5 포트를 형성하고, 제5 포트는 제2 판 간격 내의 응축 섹션과 연통되고 제1 판 간격 내에서 냉각 섹션에 대해서 밀봉된다.
제5 포트는 응축물, 즉 전형적으로 담수를 위한 배출구를 구성한다. 낙하되고 응축 섹션의 하단부에서 축적되는 액적(droplet)을 형성하는 응축물을 수집할 수 있도록, 제5 포트는 응축 섹션의 아래에 위치되어야 한다.
제1 양태의 추가적인 실시형태에 따라, 제5 포트는 열 교환 판 상에 중앙에 위치된다. 열 교환기 판이 중심 축을 중심으로 180도로 뒤집힐 수 있게 하기 위해서, 제5 포트는 중앙에 위치될 수 있다.
각각의 열 교환기 판은 포트의 제1 쌍에 인접한 제5 포트 및 포트의 제2 쌍에 인접한 제6 포트를 형성하고, 제5 포트 및 제6 포트는 실질적으로 동일한 크기 및 구성이고 중심 축을 중심으로 대칭적으로 배열되며, 각각의 회전된 판의 제6 포트는 인접한 열 교환기 판의 제5 포트와 매칭되고 증발된 공급물을 위한 통로를 형성하는 반면, 각각의 회전된 판의 제5 포트는 인접한 열 교환기 판의 제6 포트와 매칭되고 제1 판 간격 내의 냉각 섹션에 대해서 밀봉된 응축물 배출구를 형성한다.
이는 중앙에 위치된 제5 포트에 대한 대안이다. 제2 연부에 인접하는 제5 포트 및 제1 연부에 대칭적으로 배열된 상응하는 제6 포트를 이용함으로써, 열 교환기 판은 전체적으로 대칭적일 것이고, 제5 및 제6 포트는 상호 교환될 수 있을 것이다. 이는, 열 교환기 판이 동일할 수 있게 그리고 중심 축을 중심으로 회전될 수 있게 한다.
제1 양태의 추가적인 실시형태에 따라, 공급물은 해수이다. 해수를 담수로 탈염하는 것이 전형적인 적용예이나, 과일 주스의 농축 등과 같은 다른 적용예가 또한 가능할 수 있다.
제1 양태의 추가적인 실시형태에 따라, 각각의 열 교환기 판은 응축 섹션 내에서 주름화되고, 그에 의해서 융기부 및 계곡부를 형성하고, 그에 따라 응축 섹션 내의 융기부는 대향 냉각 섹션 내의 계곡부에 상응하고, 그 반대의 경우도 마찬가지 이다. 주름은 응축 섹션과 냉각 섹션 사이의 열 전달을 증가시킨다.
제1 양태의 추가적인 실시형태에 따라, 대향되는 열 교환기 판들은, 대향되는 융기부들이 접촉 지점들에서 서로 접촉되도록, 배열된다. 접촉 지점은, 판 간격들 내의 상이한 압력들로 인해서 발생될 수 있는 하중을 지탱하기 위해서 이용될 수 있다.
제1 양태의 추가적인 실시형태에 따라, 대향되는 열 교환기 판들의 융기부들은 십자가 형상의 패턴을 형성한다. 십자가 형상의 패턴은 유체 내에서 난류를 생성할 수 있고, 이는 열 전달을 증가시킬 수 있다. 동일한 열 교환기 판을 이용할 때, 대향되는 융기부들이 접촉 지점에서 서로 접촉되게 그리고 서로 대면되는 융기부들의 십자가 형상의 패턴을 형성하게 배열되도록, 모든 제2 판이 뒤집힐 수 있고, 즉 중심 축을 중심으로 180도로 회전될 수 있다. 열 교환기 판이 뒤집힐 때 포트 위치는 변경되지 않을 것이나, 열 교환기 판 상의 주름 패턴은 중심 축을 중심으로 180도 회전될 것이다.
제1 양태의 추가적인 실시형태에 따라, 판 패키지가 정상 사용 위치에 있을 때, 포트의 각각의 쌍의 포트들은 서로 수직으로 배치된다. 이러한 방식으로, 각각의 쌍 내의 포트들은 서로 상하로 배치된다.
제1 양태의 추가적인 실시형태에 따라, 냉각 섹션은 냉각 유체의 유동을 제1 길이방향 연부를 향해서 안내하기 위한 수평 유동 안내 요소를 포함한다. 이러한 방식으로, 냉각 섹션 내의 유동은 제2 연부에 위치되는 유입구로부터, 제1 연부를 향해서 그리고 이어서 제2 연부에 위치되는 배출구를 향해서 역으로 지향될 수 있다.
전술한 목적은 공급물을 처리하기 위한 판 열 교환기를 위한 판에 의해서 제2 양태에서 실현되었고, 그러한 열 교환기 판은:
전방 측면 및 대향되는 후방 측면,
제1 길이방향 연부, 대향되는 제2 길이방향 연부, 및 제1 길이방향 연부와 제2 길이방향 연부 사이에서 실질적으로 중앙에서 연장되는 중심 축, 및
제1 길이방향 연부에 인접하여 위치된 포트의 제1 쌍을 형성하는 제1 포트 및 제2 포트, 그리고 제2 길이방향 연부에 인접하여 위치된 포트의 제2 쌍을 형성하는 제3 포트 및 제4 포트로서, 포트의 제1 쌍 및 포트의 제2 쌍은 크기 및 구성이 실질적으로 동일하고 중심 축을 중심으로 대칭적으로 배열되며, 열 교환기 판은 동일한 열 교환기 판들과 함께 연속적으로 배열되어 판 패키지를 형성하도록 구성되며, 그에 의해서 인접한 열 교환기 판들의 각각의 전방 측면 및 후방 측면이 서로 대면되도록 모든 제2 열 교환기 판은 중심 축을 중심으로 180도 회전되고, 그에 의해서, 전방 측면들 사이의 제1 판 간격들 및 후방 측면들 사이의 제2 판 간격들을 형성하고, 열 교환기 판의 포트의 제1 쌍은 인접한 열 교환기 판의 포트의 제2 쌍에 매칭되고 증발된 공급물을 위한 통로를 형성하는 반면, 열 교환기 판의 포트의 제2 쌍은 인접한 열 교환기 판의 포트의 제1 쌍에 매칭되고 냉각 유체를 위한 통로를 형성하는, 제1 및 제2 포트 그리고 제3 및 제4 포트를 형성한다.
전술한 열 교환기 판은 바람직하게 제1 양태에 따른 판 열 교환기에서 이용된다. 가스켓 홈은 가스켓을 판 열 교환기 내에서 유지하고, 제1 유형의 가스켓을 일 측면 상에서 그리고 제2 유형의 가스켓을 대향 측면 상에서 유지하기 위해서 열 교환기 판 내에 형성된다. 특정 지역은, 열 교환기 판의 일 측면 상의 응축 섹션과 열 교환기 판의 대향 측면 상의 냉각 섹션 사이에서 열 교환 지역을 형성한다. 사용되는 가스켓의 유형을 변경하는 것에 의해서, 열 교환기 판의 표면들은 원칙적으로 상호 교환될 수 있다.
전술한 목적은 제2 양태에 따른 열 교환기 판과 함께 이용하기 위한 가스켓에 의해서 제3 양태에서 실현되고, 그러한 가스켓은 냉각 유체를 순환시키기 위한 냉각 섹션을 형성하고, 냉각 유체를 위한 통로는 냉각 섹션과 연통되고 증발된 공급물을 위한 통로에 대해서 밀봉된다. 이러한 가스켓은, 열 교환기 판을 통해서 응축 섹션을 냉각하기 위한 냉각 섹션을 형성하는 제1 유형이다.
전술한 목적은 제2 양태에 따른 열 교환기 판과 함께 이용하기 위한 가스켓에 의해서 제4 양태에서 실현되고, 그러한 가스켓은 증발된 공급물을 수용하여 응축시키기 위한 응축 섹션을 형성하고, 증발된 공급물을 위한 통로는 응축 섹션과 연통되고 냉각 유체를 위한 통로에 대해서 밀봉된다. 이러한 가스켓은, 냉각 섹션으로부터 밀봉되는 응축 섹션을 형성하는 제2 유형의 가스켓이다.
전술한 목적은, 판 패키지 내에 연속적으로 배열된 복수의 열 교환 판을 제공하는 것에 의해서 공급물을 처리하기 위한 판 열 교환기를 제조하는 방법에 의해서 제5 양태에서 실현되었고, 각각의 열 교환 판은:
전방 측면 및 대향되는 후방 측면,
제1 길이방향 연부, 대향되는 제2 길이방향 연부, 및 제1 길이방향 연부와 제2 길이방향 연부 사이에서 실질적으로 중앙에서 연장되는 중심 축, 및
제1 길이방향 연부에 인접하여 위치된 포트의 제1 쌍을 형성하는 제1 포트 및 제2 포트, 그리고 제2 길이방향 연부에 인접하여 위치된 포트의 제2 쌍을 형성하는 제3 포트 및 제4 포트로서, 포트의 제1 쌍 및 포트의 제2 쌍은 크기 및 구성이 동일하고 중심 축을 중심으로 대칭적으로 배열되는, 제1 및 제2 포트 그리고 제3 및 제4 포트를 형성하고,
그에 의해서, 모든 제2 열 교환기 판은, 인접 열 교환기 판들의 각각의 전방 측면 및 후방 측면이 서로 대면되도록, 중심 축을 중심으로 180도 회전된, 회전된 판을 형성하고, 그에 의해서 인접한 열 교환기 판들의 전방 측면들 사이의 제1 판 간격들 및 후방 측면들 사이의 제2 판 간격들을 형성하고, 각각의 회전된 판의 포트의 제2 쌍은 인접한 열 교환기 판의 포트의 제1 쌍에 매칭되고 증발된 공급물을 위한 통로를 형성하는 반면, 각각의 회전된 판의 포트의 제1 쌍은 인접한 열 교환기 판의 포트의 제2 쌍에 매칭되고 냉각 유체를 위한 통로를 형성하고,
그에 의해서 각각의 제1 판 간격은, 응축 섹션을 냉각하기 위해서 냉각 유체를 열 교환기 판을 통해서 순환시키기 위한 냉각 섹션을 형성하는 제1 유형의 가스켓을 포함하고, 그에 의해서 각각의 제2 판 간격은, 증발된 공급물을 수용하여 응축시키기 위해서 냉각 섹션에 대향되는 응축 섹션을 형성하는 제2 유형의 가스켓을 포함하고, 증발된 공급물을 위한 통로는 응축 섹션과 연통되고 냉각 섹션에 대해서 밀봉되는 반면, 냉각 유체를 위한 통로는 냉각 섹션과 연통되고 응축 섹션에 대해서 밀봉된다.
제5 양태에 따른 방법은 바람직하게 제1 양태에 따른 열 교환기를 제조하기 위해서 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 판 열 교환기의 측면도를 개시한다.
도 2a는 제1 버전의 판 열 교환기의 정면도를 개시한다.
도 2b는 제1 버전의 판 열 교환기의 후면도를 개시한다.
도 3a는 제2 버전의 판 열 교환기의 정면도를 개시한다.
도 3b는 제2 버전의 판 열 교환기의 후면도를 개시한다.
도 2a는 제1 버전의 판 열 교환기의 정면도를 개시한다.
도 2b는 제1 버전의 판 열 교환기의 후면도를 개시한다.
도 3a는 제2 버전의 판 열 교환기의 정면도를 개시한다.
도 3b는 제2 버전의 판 열 교환기의 후면도를 개시한다.
도 1은 본 발명의 판 열 교환기(10)의 측면도를 개시한다. 이하의 설명에서, 해수의 탈염에 대한 적용예가 설명되고, 즉 공급물은 해수이다. 그러나, 본 발명은 해수인 공급물로 제한되지 않고, 임의의 다른 처리, 예를 들어 액체의 증류를 또한 지칭할 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 판 열 교환기는 많은 수의 압축 몰딩된 열 교환기 판(12)을 포함하고, 그러한 열 교환기 판들은, 판 패키지(14)를 형성하는 방식으로 서로 평행하게 그리고 연속적으로 제공된다. 판 패키지(14)는 프레임 판(16) 및 압력 판(18) 사이에 제공된다.
열 교환기 판들(12) 사이에, 제1 판 간격(20) 및 제2 판 간격(22)이 형성된다. 실질적으로 각각의 제1 판 간격(20)이 2개의 제2 판 간격(22)에 의해서 둘러싸이는, 그리고 실질적으로 각각의 제2 판 간격(22)이 2개의 제1 판 간격(20)에 의해서 둘러싸이는 방식으로, 제1 판 간격(20) 및 제2 판 간격(22)이 판 패키지(14) 내에서 교번적인 순서로 제공된다. 판 패키지(14) 내의 상이한 섹션들은 각각의 판 간격 내의 가스켓(미도시)에 의해서 서로로부터 경계 지어지고, 그에 의해서 제1 판 간격(20)은 제1 유형의 가스켓(미도시)을 포함하고, 제2 판 간격(22)은 제2 유형의 가스켓(미도시)을 포함한다. 판 패키지(14) 즉, 열 교환기 판들(12) 및 그 사이에 제공된 가스켓들(미도시)은, 자체가 공지된 방식으로, 개략적으로 표시된 조임 볼트(24)에 의해서 함께 유지된다.
판 패키지(14)는 냉각수 유입구 도관(26), 냉각수 배출구 도관(28) 및 담수 배출구 도관(30)에 연결된다. 냉각수는 전형적으로 해수이고 그에 따라, 냉각수에 의해서 흡수된 열을 회수하기 위해서 냉각수 배출구 도관(28)이 해수 유입구 도관(32)에 연결된다. 판 패키지(12)는 가열 유체 유입구 도관(34) 및 가열 유체 배출구 도관(36)에 더 연결된다. 가열 유체는, 해수 유입구 도관(32)을 통해서 판 패키지(14)에 진입하는 공급물, 즉 해수를 증발시키기 위해서 이용된다. 가열 유체는 가열된 물, 예를 들어 선박의 엔진으로부터의 자켓 워터(jacket water)일 수 있다. 응축된 담수는 담수 배출구 도관(30)을 통해서 판 패키지(14)를 빠져 나간다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 판 열 교환기의, 12a로 표시된, 열 교환기 판의 전방 측면 및 제1 유형의 가스켓(38)의 도면을 개시한다. 여기에서, 열 교환기 판(12a)의 상부 부분 및 제1 유형의 가스켓(38) 만이 도시되어 있다.
각각의 열 교환기 판(12a)은 제1 길이방향 연부(40), 제1 길이방향 연부(40)에 실질적으로 평행한 대향되는 제2 길이방향 연부(42), 행잉(hanging) 및/또는 조향 액슬/장치를 위한 절취부(outtake)를 포함하는 상부 연부(44), 및 상부 연부(44)에 대향되어 위치된 하부 연부(미도시)를 갖는다. 열 교환기 판(12a)은, 길이방향 연부들(40, 42) 사이의 실질적으로 중앙에서 길이방향으로 연장되는 중심 축(46)을 더 형성한다. 판 패키지가 정상 사용 위치로 배치될 때, 중심 축(46)은 실질적으로 수직으로 연장된다.
열 교환기 판(12a)은, 이하에서 설명되는 많은 수의 포트를 형성한다. 제1 포트(48) 및 제2 포트(50)는 제1 길이방향 연부(40)에 인접한 포트의 제1 쌍을 형성한다. 제3 포트(54) 및 제4 포트(56)는 제2 길이방향 연부(42)에 인접한 포트의 제2 쌍을 형성한다. 제5 포트(52)가 제1 길이방향 연부(40)에 인접하여 제2 포트(50) 아래에 제공된다. 제6 포트(58)가 제2 길이방향 연부(42)에 인접하여 제4 포트(56) 아래에 제공된다. 포트(48 50 52 및 54 56 58)는 중심 축(44)을 중심으로 대칭적으로 배열된다.
열 교환기 판(12a)의 전방 측면 상에서, 제1 포트(48), 제2 포트(50), 및 제5 포트(52)는, 증발된 공급물이 열 교환기 판(12a)을 통과할 수 있게 하는 통로를 형성한다. 제3 포트(54)는 냉각수 배출구 포트를 형성하고, 제4 포트(56)는 냉각수 유입구 포트를 형성한다. 냉각수 배출구 포트(54)는 냉각수 유입구 포트(56)의 위에 위치된다. 제6 포트(58)는 담수 배출구 포트를 형성한다. 냉각수 유입구 포트(54)는 냉각수 유입구 도관과 연통되고, 냉각수 배출구 포트(56)는 냉각수 배출구 도관과 연통되며, 담수 배출구 포트(58)는 담수 배출구 도관과 연통된다.
제1 유형의 가스켓(38)은 열 교환기 판(12a)을 둘러싸고, 냉각수 유입구 포트(56) 및 냉각수 배출구 포트(54)와 연통되는 냉각 섹션(60a)을 형성한다. 열 교환기 판(12a)은 냉각 섹션(60a)에서 주름 잡히고, 가스켓(52)은, 냉각 섹션(60a)을 덮으면서, 냉각수 유입구 포트(56)로부터 냉각수 배출구 포트(54)로 180도 회전시키기 위해서, 냉각수의 유동을 안내하기 위한 유동 안내 요소(62)를 형성한다. 담수 배출구 포트(58)는, 냉각수가 담수 배출구 포트(58)에 임의로 접근하는 것을 방지하는 제1 유형의 가스켓(38)에 의해서 둘러싸인다.
제1 포트(48), 제2 포트(50) 및 제5 포트(52)는 크기 및 형상이 제3 포트(54), 제4 포트(56) 및 제6 포트(58)에 각각 상응하고, 이들은 중심 축(46)을 중심으로 대칭적으로 배열된다. 이러한 방식으로, 열 교환기 판은, 6개의 포트(48, 50, 52, 54, 56, 58)의 구성을 변경하지 않으면서, 중심 축(46)을 중심으로 회전될 수 있다. 가스켓(38)은, 제1 포트(48), 제2 포트(50), 제5 포트(52) 및 제6 포트(58)가 냉각 섹션(60a), 냉각수 유입구 포트(56) 및 냉각수 배출구 포트(54)에 대해서 밀봉되도록, 배열된다.
냉각 섹션(60a)이 주름져 계곡부 및 융기부를 형성하고, 그에 따라 열 교환기 판(12a)을 통한 열 전달을 증가시킨다. 제1 유형의 가스켓(38)이 열 교환기 판들(12a) 사이에 배치된 상태로 면-대-면으로 2개의 판(12a)을 배열하는 것에 의해서, 제1 판 간격이 형성된다. 판 간격을 형성하는 2개의 판(12a)은 동일하나, 열 교환기 판(12a) 중 하나는 중심 축(46)을 중심으로 180도 회전된다. 이러한 방식으로, 대향되는 융기부들이 십자가 형상의 패턴을 형성하도록 그리고 접촉 지점에서 서로 접촉되도록, 열 교환기 판(12a)의 주름이 배열될 수 있다.
도 2b는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 판 열 교환기의, 열 교환기 판(12a)의 후방 측면의 장면에 상응하는 회전된 열 교환 판(12b) 및 제2 유형의 가스켓(64)을 개시한다. 그에 따라, 열 교환기 판(12b)은, 중심 축(46)을 중심으로 180도 회전된 것을 제외하고, 열 교환기 판(12a)과 동일하다.
후방 측면은 전방 측면의 가스켓(38)과 상이한 가스켓(64)을 포함한다. 가스켓(64)은 열 교환기 판(12b)을 둘러싸고, 유틸리티 측면(utility side)에서 냉각 섹션의 대향 측면인 응축 섹션(60b)을 형성한다. 이러한 회전된 판에서, 포트들은 중심 축(46)을 중심으로 거울 대칭적(mirrored)이다. 따라서, 응축 섹션(60b)은 제3 포트(54), 제4 포트(56), 제5 포트(52) 및 제6 포트(58)와 연통되는 반면, 제1 포트(48) 및 제2 포트(50)는 이제 냉각수 유입구 포트 및 냉각수 배출구 포트가 되고, 이러한 냉각수 유입구 포트 및 냉각수 배출구 포트 모두는 서로에 대해서 그리고 응축 섹션(60b)에 대해서 밀봉된다. 후방 측면은 제2 판 간격을 형성한다.
회전된 열 교환기 판(12b)으로부터 확인되는 바와 같이, 제3 포트(54), 제4 포트(56) 및 제6 포트(58)는, 증발된 공급물이 열 교환기 판(12b)을 통과할 수 있게 하는 통로인 반면, 제5 포트(52)는 담수 배출구 포트를 형성한다. 제1 포트(48) 및 제2 포트(50)는 냉각수 배출구 포트 및 냉각수 유입구 포트를 각각 형성하고, 서로에 대해서 그리고 응축 섹션(60b)에 대해서 밀봉된다.
열 교환기 판의 하부 부분을 이하에서 설명하지 않지만, 이는, 종래 기술, 예를 들어 WO 2006/104443 A1으로부터 일반적으로 알려진 바와 같이, 응축 섹션 및/또는 냉각 섹션 아래의 증발 섹션 및 분리 섹션을 포함한다. 분리 섹션은 증발된 공급물을 증발 섹션으로부터 수용하고, 증발된 공급물은 양 판 간격의 하부 부분으로부터 나온다. 유틸리티 판 간격 상의 증발된 공급물은 프로세스 판 간격에 진입하기 위해서 통로 포트를 이용한다. 증발된 공급물이 응축 섹션에 진입하고, 그러한 응축 섹션에서 증발된 공급물은, 열 교환기 판의 대향 측면 상의 냉각 섹션에 의해서 제공된 냉각에 의해서 응축된다. 응축된 공급물은, 담수 배출구 도관과 연통되는 담수 배출구 포트에서 수집된다.
도 3a는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 판 열 교환기의, 열 교환기 판(12a')의 전방 측면 및 제1 유형의 가스켓(38')의 도면을 개시한다. 제2 실시형태는, 제5 포트 및 제6 포트가, 중앙에 그리고 중심 축(44')을 중심으로 대칭적으로 위치된 담수 배출구 포트(52')에 통합된다는 것을 제외하고, 제1 실시형태와 원칙적으로 동일하다. 제3 증기 통로 포트가 그에 따라 생략되었다. 이러한 방식으로, 열 교환기 판을 대칭적으로 유지하면서, 중앙 집중형 배출구 도관이 실현될 수 있다. 작업 원리는 이전의 실시형태와 동일하다. 가스켓(38')은, 열 교환기 판(12a')의 전방 측면 상의 냉각 섹션(60a')과 담수 배출구 포트(52') 사이의 접근을 방지한다.
도 3b는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 판 열 교환기의, 열 교환기 판(12b')의 후방 측면 및 제2 유형의 가스켓(64')의 도면을 개시한다. 응축된 공급물이 응축 섹션(60b')으로부터 담수 배출구 포트(52')로 유동할 수 있도록, 응축 섹션(60b')과 담수 배출구 포트(52') 사이의 접근이 제공된다.
10. 판 열 교환기
12. 열 교환기 판
12a. 열 교환기 판, 전방 측면
12b. 열 교환기 판, 후방 측면
14. 판 패키지
16. 프레임 판
18. 압력 판
20. 제1 판 간격
22. 제2 판 간격
24. 조임 볼트
26. 냉각수 유입구 도관
28. 냉각수 배출구 도관
30. 담수 배출구 도관
32. 해수 유입구 도관
34. 가열 유체 유입구 도관
36. 가열 유체 배출구 도관
38. 제1 유형의 가스켓
40. 제1 길이방향 연부
42. 제2 길이방향 연부
44. 상부 연부
46. 중심 축
48. 제1 포트
50. 제2 포트
52. 제5 포트
54. 제3 포트
56. 제4 포트
58. 제6 포트
60a. 냉각 섹션
60b. 응축 섹션
62. 안내 요소
64. 제2 유형의 가스켓
(')는 상이한 실시형태의 유사한 특징부들을 나타낸다.
12. 열 교환기 판
12a. 열 교환기 판, 전방 측면
12b. 열 교환기 판, 후방 측면
14. 판 패키지
16. 프레임 판
18. 압력 판
20. 제1 판 간격
22. 제2 판 간격
24. 조임 볼트
26. 냉각수 유입구 도관
28. 냉각수 배출구 도관
30. 담수 배출구 도관
32. 해수 유입구 도관
34. 가열 유체 유입구 도관
36. 가열 유체 배출구 도관
38. 제1 유형의 가스켓
40. 제1 길이방향 연부
42. 제2 길이방향 연부
44. 상부 연부
46. 중심 축
48. 제1 포트
50. 제2 포트
52. 제5 포트
54. 제3 포트
56. 제4 포트
58. 제6 포트
60a. 냉각 섹션
60b. 응축 섹션
62. 안내 요소
64. 제2 유형의 가스켓
(')는 상이한 실시형태의 유사한 특징부들을 나타낸다.
Claims (14)
- 공급물을 처리하기 위한 판 열 교환기이며, 판 열 교환기는 판 패키지 내에 연속적으로 배열된 복수의 열 교환기 판을 포함하는 판 패키지를 포함하고, 각각의 열 교환기 판은:
전방 측면 및 대향되는 후방 측면,
제1 길이방향 연부, 대향되는 제2 길이방향 연부, 및 제1 길이방향 연부와 제2 길이방향 연부와 평행하고 상기 연부들 사이에서 실질적으로 중앙에서 연장되는 중심 축, 및
제1 길이방향 연부에 인접하여 위치된 포트의 제1 쌍을 형성하는 제1 포트 및 제2 포트, 그리고 제2 길이방향 연부에 인접하여 위치된 포트의 제2 쌍을 형성하는 제3 포트 및 제4 포트로서, 포트의 제1 쌍 및 포트의 제2 쌍은 크기 및 구성이 동일하고 중심 축을 중심으로 대칭적으로 배열되며, 그에 의해서 모든 제2 열 교환기 판은, 인접 열 교환기 판들의 각각의 전방 측면 및 후방 측면이 서로 대면되도록, 중심 축을 중심으로 180도 회전된, 회전된 판을 형성하고, 그에 의해서 인접한 열 교환기 판들의 전방 측면들 사이의 제1 판 간격들 및 후방 측면들 사이의 제2 판 간격들을 형성하고, 각각의 회전된 판의 포트의 제2 쌍은 인접한 열 교환기 판의 포트의 제1 쌍에 매칭되고 증발된 공급물을 위한 통로를 형성하는 반면, 각각의 회전된 판의 포트의 제1 쌍은 인접한 열 교환기 판의 포트의 제2 쌍에 매칭되고 냉각 유체를 위한 통로를 형성하고, 그에 의해서 각각의 제1 판 간격은, 응축 섹션을 냉각하기 위해서 냉각 유체를 열 교환기 판을 통해서 순환시키기 위한 냉각 섹션을 형성하는 제1 유형의 가스켓을 포함하고, 그에 의해서 각각의 제2 판 간격은, 증발된 공급물을 수용하여 응축시키기 위해서 냉각 섹션에 대향되는 응축 섹션을 형성하는 제2 유형의 가스켓을 포함하고, 증발된 공급물을 위한 통로는 응축 섹션과 연통되고 냉각 섹션에 대해서 밀봉되는 반면, 냉각 유체를 위한 통로는 냉각 섹션과 연통되고 응축 섹션에 대해서 밀봉되는, 제1 및 제2 포트 그리고 제3 및 제4 포트를 형성하고,
각각의 열 교환기 판은 포트의 제1 쌍에 인접한 제5 포트 및 포트의 제2 쌍에 인접한 제6 포트를 형성하고, 제5 포트 및 제6 포트는 실질적으로 동일한 크기 및 구성이고 중심 축을 중심으로 대칭적으로 배열되며, 각각의 회전된 판의 제6 포트는 인접한 열 교환기 판의 제5 포트와 매칭되고 증발된 공급물을 위한 통로를 형성하는 반면, 각각의 회전된 판의 제5 포트는 인접한 열 교환기 판의 제6 포트와 매칭되고 제1 판 간격 내의 냉각 섹션에 대해서 밀봉된 응축물 배출구를 형성하는, 판 열 교환기. - 제1항에 있어서, 각각의 열 교환기 판은 응축 섹션 내에서 주름화되고, 그에 의해서 융기부 및 계곡부를 형성하고, 그에 따라 응축 섹션 내의 융기부는 대향 냉각 섹션 내의 계곡부에 상응하고, 그 반대의 경우도 마찬가지 인, 판 열 교환기.
- 제2항에 있어서, 대향되는 융기부들은 접촉 지점들에서 서로 접촉되도록, 대향되는 열 교환기 판들이 배열되는, 판 열 교환기.
- 제3항에 있어서, 대향되는 열 교환기 판들의 융기부들이 십자가 형상의 패턴을 형성하는, 판 열 교환기.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 판 패키지가 정상 사용 위치에 있을 때, 포트의 각각의 쌍의 포트들은 서로 수직으로 배치되는, 판 열 교환기.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 섹션은 냉각 유체의 유동을 제1 길이방향 연부를 향해서 안내하기 위한 수평 유동 안내 요소를 포함하는, 판 열 교환기.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 공급물은 해수인, 판 열 교환기.
- 공급물을 처리하기 위한 판 열 교환기를 위한 판이며, 열 교환기 판은:
전방 측면 및 대향되는 후방 측면,
제1 길이방향 연부, 대향되는 제2 길이방향 연부, 및 제1 길이방향 연부와 제2 길이방향 연부와 평행하고 상기 연부들 사이에서 실질적으로 중앙에서 연장되는 중심 축, 및
제1 길이방향 연부에 인접하여 위치된 포트의 제1 쌍을 형성하는 제1 포트 및 제2 포트, 그리고 제2 길이방향 연부에 인접하여 위치된 포트의 제2 쌍을 형성하는 제3 포트 및 제4 포트로서, 포트의 제1 쌍 및 포트의 제2 쌍은 크기 및 구성이 실질적으로 동일하고 중심 축을 중심으로 대칭적으로 배열되며, 열 교환기 판은 동일한 열 교환기 판들과 함께 연속적으로 배열되어 판 패키지를 형성하도록 구성되고, 판 패키지에서 인접한 열 교환기 판들의 각각의 전방 측면 및 후방 측면이 서로 대면되도록 모든 제2 열 교환기 판은 중심 축을 중심으로 180도 회전되고, 그에 의해서, 전방 측면들 사이의 제1 판 간격들 및 후방 측면들 사이의 제2 판 간격들을 형성하고, 열 교환기 판의 포트의 제1 쌍은 인접한 열 교환기 판의 포트의 제2 쌍에 매칭되고 증발된 공급물을 위한 통로를 형성하는 반면, 열 교환기 판의 포트의 제2 쌍은 인접한 열 교환기 판의 포트의 제1 쌍에 매칭되고 냉각 유체를 위한 통로를 형성하는, 제1 및 제2 포트 그리고 제3 및 제4 포트를 형성하고,
상기 열 교환기 판은 포트의 제1 쌍에 인접한 제5 포트 및 포트의 제2 쌍에 인접한 제6 포트를 형성하고, 제5 포트 및 제6 포트는 실질적으로 동일한 크기 및 구성이고 중심 축을 중심으로 대칭적으로 배열되며, 각각의 회전된 판의 제6 포트는 인접한 열 교환기 판의 제5 포트와 매칭되고 증발된 공급물을 위한 통로를 형성하는 반면, 각각의 회전된 판의 제5 포트는 인접한 열 교환기 판의 제6 포트와 매칭되고 제1 판 간격 내의 냉각 섹션에 대해서 밀봉된 응축물 배출구를 형성하는, 판 열 교환기를 위한 판. - 제8항에 따른 판과 함께 사용하기 위한 가스켓이며,
가스켓은 냉각 유체를 순환시키기 위한 냉각 섹션을 형성하고, 냉각 유체를 위한 통로는 냉각 섹션과 연통되고 증발된 공급물을 위한 통로에 대해서 밀봉되는, 가스켓. - 제8항에 따른 판과 함께 사용하기 위한 가스켓이며,
가스켓은 증발된 공급물을 수용하여 응축시키기 위한 응축 섹션을 형성하고, 증발된 공급물을 위한 통로는 응축 섹션과 연통되고 냉각 유체를 위한 통로에 대해서 밀봉되는, 가스켓. - 판 패키지 내에 연속적으로 배열된 복수의 열 교환기 판을 제공하는 것에 의해서 공급물을 처리하기 위한 판 열 교환기를 제조하는 방법이며, 각각의 열 교환기 판은:
전방 측면 및 대향되는 후방 측면,
제1 길이방향 연부, 대향되는 제2 길이방향 연부, 및 제1 길이방향 연부와 제2 길이방향 연부와 평행하고 상기 연부들 사이에서 실질적으로 중앙에서 연장되는 중심 축, 및
제1 길이방향 연부에 인접하여 위치된 포트의 제1 쌍을 형성하는 제1 포트 및 제2 포트, 그리고 제2 길이방향 연부에 인접하여 위치된 포트의 제2 쌍을 형성하는 제3 포트 및 제4 포트로서, 포트의 제1 쌍 및 포트의 제2 쌍은 크기 및 구성이 동일하고 중심 축을 중심으로 대칭적으로 배열되며, 그에 의해서 모든 제2 열 교환기 판은, 인접 열 교환기 판들의 각각의 전방 측면 및 후방 측면이 서로 대면되도록, 중심 축을 중심으로 180도 회전된, 회전된 판을 형성하고, 그에 의해서 인접한 열 교환기 판들의 전방 측면들 사이의 제1 판 간격들 및 후방 측면들 사이의 제2 판 간격들을 형성하고, 각각의 회전된 판의 포트의 제2 쌍은 인접한 열 교환기 판의 포트의 제1 쌍에 매칭되고 증발된 공급물을 위한 통로를 형성하는 반면, 각각의 회전된 판의 포트의 제1 쌍은 인접한 열 교환기 판의 포트의 제2 쌍에 매칭되고 냉각 유체를 위한 통로를 형성하고, 그에 의해서 각각의 제1 판 간격은, 응축 섹션을 냉각하기 위해서 냉각 유체를 열 교환기 판을 통해서 순환시키기 위한 냉각 섹션을 형성하는 제1 유형의 가스켓을 포함하고, 그에 의해서 각각의 제2 판 간격은, 증발된 공급물을 수용하여 응축시키기 위해서 냉각 섹션에 대향되는 응축 섹션을 형성하는 제2 유형의 가스켓을 포함하고, 증발된 공급물을 위한 통로는 응축 섹션과 연통되고 냉각 섹션에 대해서 밀봉되는 반면, 냉각 유체를 위한 통로는 냉각 섹션과 연통되고 응축 섹션에 대해서 밀봉되는, 제1 및 제2 포트 그리고 제3 및 제4 포트를 형성하고,
각각의 열 교환기 판은 포트의 제1 쌍에 인접한 제5 포트 및 포트의 제2 쌍에 인접한 제6 포트를 형성하고, 제5 포트 및 제6 포트는 실질적으로 동일한 크기 및 구성이고 중심 축을 중심으로 대칭적으로 배열되며, 각각의 회전된 판의 제6 포트는 인접한 열 교환기 판의 제5 포트와 매칭되고 증발된 공급물을 위한 통로를 형성하는 반면, 각각의 회전된 판의 제5 포트는 인접한 열 교환기 판의 제6 포트와 매칭되고 제1 판 간격 내의 냉각 섹션에 대해서 밀봉된 응축물 배출구를 형성하는, 방법. - 삭제
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