KR20160101098A

KR20160101098A - 열전달 판 및 판형 열교환기

Info

Publication number: KR20160101098A
Application number: KR1020167019390A
Authority: KR
Inventors: 프레드릭 블롬그렌
Original assignee: 알파 라발 코포레이트 에이비
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2016-08-24
Also published as: JP2017500533A; CN105814394B; EP2886997B1; EP2886997A1; JP6169801B2; US20160282058A1; CN105814394A; DK2886997T3; WO2015090930A1; PL2886997T3; ES2673292T3; RU2628973C1; US10215505B2; KR101867200B1

Abstract

열전달 판(6) 및 판형 열교환기(2)가 제공된다. 열교환기 판은, 열전달 판의 에지(20, 22, 24, 36, 38)를 따라 연장되며 그리고 열전달 판의 제1 측부(8)에서 보면 교번식으로 배열된 리지(40, 44)와 밸리(42, 46)를 포함하기 위해서 파형으로 되어 있는 에지부(26, 28, 30, 32, 34)를 포함한다. 리지와 밸리는 열전달 판의 에지에 수직으로 연장되고, 리지들 중의 제1 리지(40a, 44a)는 상부 평면(T)에서 연장되는 상부(48, 54)를 가지며, 제1 리지에 인접해 있는 밸리들 중의 제1 밸리(42a, 46a)는 하부 평면(B)에서 연장되는 하부(50, 56)를 갖는다. 제1 리지의 상부와 제1 밸리의 하부는 주 플랭크(52, 58)에 의해 연결되고 그리고 주 플랭크와 마찬가지로 열전달 판의 에지로부터의 단부 거리(de)에서 종단된다. 열전달 판은 제1 밸리의 하부에서 보면 하부 평면에 대한 주 플랭크의 경사도가 제1 리지의 상부와 제1 밸리의 하부를 따라 최소 경사도와 최대 경사도 사이에서 변화하는 것을 특징으로 한다.

Description

열전달 판 및 판형 열교환기{HEAT TRANSFER PLATE AND PLATE HEAT EXCHANGER}

본 발명은 열전달 판, 및 그런 열전달 판을 포함하는 판형 열교환기에 관한 것이다.

판형 열교환기, PHE는 복수의 열전달 판이 정렬된 방식으로, 즉 적층식으로 개재되어 배열되어 있는 2개의 단부 판으로 통상 구성된다. 일 유형의 주지된 PHE, 소위 개스킷식 PHE에서는, 통상적으로 열전달 판의 에지를 따라 연장되는 개스킷 그루브 내에서 개스킷이 열전달 판들 사이에 배열되며, 에지부는 개스킷 그루브와 판 에지 사이에서 연장된다. 단부판이 그리고 이에 따라 열전달 판이 서로를 향해 압축되어 개스킷이 열전달 판들 사이를 밀봉한다. 개스킷은 열전달 판들 사이에 평행한 유동 채널을 형성하는데, 하나의 채널이 각각의 쌍의 열전달 판들 사이에 존재하며, 이 채널을 통해 처음에 상이한 온도의 두 가지 유체가 하나의 유체로부터 다른 유체로 열을 전달하기 위해 교번식으로 유동할 수 있다.

열전달 판은 스테인레스강의 시트 또는 코일로부터 블랭크를 절단하고 그리고 열전달 판의 의도하는 용도에 맞춰진 패턴으로 이들 블랭크를 압축함으로써 통상 제조된다. 최종 열전달 판은 파형 에지부, 즉 리지와 밸리를 포함하는 에지부를 통상적으로 가지고 있어, 개별 열전달 판의 강성이 향상되며 그리고 개별 열전달 판의 리지와 밸리가 적층식으로 서로 접해 있다는 점에서 열전달 판의 적층체의 강성도 또한 향상된다. 파형 에지부의 다른 중요한 기능은 개스킷을 지지하고 개스킷을 제 위치에 유지시키는 것이다. 블랭크 절단은 스테인레스강의 유형에 따라 블랭크 에지의 변형을 야기시킬 수도 있으며, 결국에는 블랭크 에지의 변형 마르텐사이트 또는 변형 경화를 야기시킬 수도 있다. 변형 마르텐사이트는 아주 단단하여 부서지기 쉽기 때문에 블랭크가 압축될 때 문제를 유발시킬 수도 있다. 보다 구체적으로는, 압축으로 인해 발생된 인장 응력이 변형 마르텐사이트 때문에 대체로 판 에지에 수직으로 연장되는 크랙을 최종 열전달 판의 에지부에 유발시킬 수도 있다.

본 발명의 목적은 블랭크가 변형 마르텐사이트를 포함해야 하는 경우에도 블랭크 압축에 의해 비교적 적게 크랙이 유발되거나 전혀 유발되지 않으면서 여전히 강하며 개스킷을 적절히 지지할 수 있는 열전달 판, 즉 패턴으로 압축된 블랭크를 제공하는 것이다. 본 발명의 기본 사상은 변형 마르텐사이트가 비교적 많은 블랭크부가 변형 마르텐사이트가 비교적 적거나 완전히 없는 블랭크부보다 더 약하게 압축됨으로써 보다 성형성이 있도록 블랭크의 상이한 부분의 재료 특성에 대해 압축 패턴을 적합하게 하는 것이다.

상술된 목적을 달성하기 위한 열전달 판이 첨부된 청구범위에 규정되어 있으며 그리고 이하에 기술되어 있다.

본 발명에 따른 열전달 판은 열전달 판의 에지를 따라 연장되는 에지부를 포함한다. 에지부는 열전달 판의 제1 측부에서 보면 교번식으로 배열된 리지와 밸리를 포함하기 위해서 파형으로 되어 있으며, 리지와 밸리는 열전달 판의 에지에 수직으로 연장된다. 리지들 중의 제1 리지는 상부 평면에서 연장되는 상부를 가지며, 제1 리지에 인접해 있는 밸리들 중의 제1 밸리는 하부 평면에서 연장되는 하부를 갖는다. 제1 리지의 상부와 제1 밸리의 하부는 주 플랭크에 의해 연결되고 그리고 주 플랭크와 마찬가지로 열전달 판의 에지로부터의 단부 거리에서 종단된다. 열전달 판은 제1 밸리의 하부에서 보면 하부 평면에 대한 주 플랭크의 경사도가 제1 리지의 상부와 제1 밸리의 하부를 따라 최소 경사도와 최대 경사도 사이에서 변화하는 것을 특징으로 한다.

더 작은 주 플랭크 경사도는 더 약한 압축 및 비교적 "원활한" 에지부 외형에 대응할 수도 있다. 반면에, 더 큰 주 플랭크 경사도는 더 "심한" 압축 및 비교적 "윤곽이 뚜렷한" 에지부 외형에 대응할 수도 있다. 이로 인해, 본 발명에 따르면 열전달 판 에지부의 상이한 부분들은 상이하게 압축되어, 열전달 판 크랙이 더 적게 유발될 수 있다.

열전달 판의 에지로부터의 제1 거리에서의 주 플랭크의 제1 경사도가 열전달 판의 에지로부터의 제2 거리에서의 주 플랭크의 제2 경사도보다 작으며 그리고 제1 거리가 제2 거리보다 작도록 열전달 판이 구성될 수도 있다. 따라서, 열전달 판의 에지부는 비교적 부서지기 쉬운 에지에 더 가까운 곳에서 비교적 약하게 압축됨으로써, 에지부에서의 크랙 형성의 위험이 비교적 적을 수 있다. 동시에 에지부는 에지로부터 더 먼 곳에서 비교적 "강하게" 압축되며, 이에 따라 에지부는 여전히 강하여 열전달 판의 패키지 또는 적층체에게 강성을 제공할뿐만 아니라 적절한 개스킷 지지를 제공할 수 있다.

상부 평면과 하부 평면이 열전달 판의 중앙 연장 평면에 평행하도록 열전달 판이 구성될 수도 있다. 이는 제1 리지의 높이 및 제1 밸리의 깊이가 기본적으로 상부와 하부 내에서 각각 일정하며, 깊이와 높이 방향은 열전달 판의 상기 중앙 연장 평면에 수직이라는 것을 의미할 수도 있다. 본 명세서에서, 더 큰 주 플랭크 경사도는 더 넓은 상부 및/또는 하부를 생성시킬 수도 있고, 폭 방향은 판 에지 및 열전달 판의 상기 중앙 연장 평면에 평행하며 그리고 역으로도 마찬가지이다. 서론으로 언급된 바와 같이, 판형 열교환기는 2개의 단부판 사이에 적층식으로 배열된 복수의 열전달 판을 포함할 수도 있다. 적층된 열전달 판은 모두 유사하거나 또는 상이한 유형일 수도 있다. 어떤 경우에도, 하나의 열전달 판의 에지부의 리지들과 밸리들은 통상적으로 인접한 열전달 판의 밸리들과 리지들 중의 각각의 리지와 밸리에 각각 접하도록 배열된다. 제1 리지와 제1 밸리의 상부 및 하부가 각각 평면형이며 그리고 상기 열전달 판의 중앙 연장 평면에 평행하다는 점에서, 비교적 크고 명확한 안정적인 접촉부가 제1 리지 및 제1 밸리와 인접한 열전달 판의 에지부의 각각의 대응하는 리지 및 대응하는 밸리 사이에 달성될 수도 있다.

상기 단부 거리에서의, 즉 제1 리지의 상부와 제1 밸리의 하부가 종단되는 곳에서의 주 플랭크의 경사도가 상기 최대 경사도이도록 열전달 판이 구성될 수도 있다. 그런 실시예는 최적화된 개스킷 지지체와 연관될 수도 있다.

제1 리지와 제1 밸리는 열전달 판의 에지로부터 연장될 수도 있다. 이런 점은 열전달 판과 인접한 열전달 판들 사이에서 에지 전체에 걸친 접합이 가능하기 때문에 열전달 판의 에지부의 강성에 있어서 그리고 열전달 판을 포함하는 패키지 또는 적층체의 강성에 있어서도 유리하다.

열전달 판의 에지에서의 주 플랭크의 경사도가 상기 최소 경사도이도록 열전달 판이 구성될 수도 있다. 이 실시예는 열전달 판의 에지부가 변형 마르텐사이트로 인한 크랙이 대체로 가장 유발되기 쉬운 열전달 판의 바로 그 에지에서 가장 약하게 압축된다는 것을 의미한다.

상기 최소 경사도는 제1 리지 아래에서 연장되는 하부 평면의 일부와 주 플랭크 사이에서 측정된 최소의 가장 작은 각도(αmin)에 상응할 수도 있고, 상기 최대 경사도는 상기 하부 평면의 일부와 주 플랭크 사이에서 측정된 최대의 가장 작은 각도(αmax)에 상응할 수도 있으며, 상기 최소의 가장 작은 각도(αmin)는 상기 최대의 가장 작은 각도(αmax)보다 적어도 3도 내지 20도 더 작다.

상술된 각도와 관련된 한정사인 "가장 작은(smallest)"은 열전달 판 에지로부터의 특정 거리에서 상기 하부 평면의 일부와 주 플랭크 사이에서 측정될 수 있는 2개의 각도를 구별하는데 이용되는데, 이 2개의 각도 중의 하나는 주 플랭크로부터 시계 방향으로 측정되며 그리고 다른 각도는 주 플랭크로부터 반시계 방향으로 측정된다.

주 플랭크의 경사도는 기본적으로 열전달 판의 에지로부터의 제3 거리와 제4 거리 사이에서 일정할 수도 있으며, 제4 거리는 제3 거리보다 크고 제3 거리는 제1 거리보다 크다. 이로 인해, 에지부는 크랙이 유발되지 않을 것 같은 곳에서는 "강하게" 압축되며 그리고 크랙의 위험이 비교적 큰 곳에서는 국부적으로 더 약하게 압축될 수도 있다. 이는 열전달 판뿐만 아니라 열전달 판을 포함하는 패키지 또는 적층체의 강성에 있어서 유리할 수도 있다.

예로서, 제4 거리와 제3 거리 사이의 차이는 단부 거리의 0% 내지 85%에 상응할 수도 있는데, 이는 주 플랭크의 경사도가 기본적으로 각각의 제1 리지의 상부와 제1 밸리의 하부의 연장부의 0% 내지 85%에 걸쳐 일정하다는 것을 의미한다. 통상적으로, 본 명세서에서의 더 큰 백분율은 더 강한 열전달 판 에지부와 관련될 수도 있다.

주 플랭크의 경사도는 제3 거리로부터 열전달 판의 에지를 향해 연속적으로 감소할 수도 있다. 이로 인해, 주 플랭크 경사도들 간의 원활한 전이가 가능한데, 이는 열전달 판의 제조를, 보다 구체적으로는 열전달 판이 형성되는 블랭크의 압축을 용이하게 할 수 있다.

본 발명에 따른 판형 열교환기는 상술된 바와 같은 열전달 판을 포함한다.

본 발명의 또 다른 목적, 특징, 양태 및 이점은 이하의 상세한 설명 및 도면으로부터 명확해질 것이다.

본 발명은 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여 보다 상세히 이제 기술될 것이다.
도 1은 판형 열교환기의 개략적인 측면도이다.
도 2는 열전달 판의 개략적인 평면도이다.
도 3은 사시도로 도시된 도 2의 열전달 판의 일부분의 확대도이다.
도 4는 측면도로 도시된 도 2의 열전달 판의 일부분의 확대도이다.
도 5의 (a)는 도 2의 열전달 판의 일부분의 개략적인 단면도이다.
도 5의 (b)는 도 2의 열전달 판의 일부분의 개략적인 측면도이다.
도 6의 (a)는 도 5의 (a)의 개략적인 단면도에 대응하는 종래의 열전달 판의 개략적인 단면도이다.
도 6의 (b)는 도 5의 (b)의 개략적인 측면도에 대응하는 종래의 열전달 판의 개략적인 측면도이다.

도 1은 판 팩(4) 내에 배열된 복수의 열전달 판을 포함하는 개스킷식 판형 열교환기(2)를 도시한다. 개스킷식 판형 열교환기의 구조와 기능은 대체로 잘 알려져 있으며, 그리고 서론으로 간단히 논의되었으므로 본 명세서에서 상세히 기술되진 않을 것이다. 판 팩(4)의 열전달 판들 중의 하나의 열전달 판이 도면부호 6으로 표시되어 있으며 그리고 도 2 내지 도 5에 추가적으로 상세히 도시되어 있다.

도 2는 완전한 열전달 판(6)을 도시하지만, 도 3 및 도 4는 도 2의 파선으로 된 직사각형 A로 둘러쳐진 열전달 판의 일부분의 확대도를 각각 도시한다. 열전달 판의 제1 측부(8)가 도면에 보이는 기본적으로 직사각형인 열전달 판(6)은 스테인레스강 합금(304)의 코일로부터 블랭크를 절단하고 그리고 이 블랭크를 미리 결정된 패턴으로 압축함으로써 제조된다. 블랭크는 열전달 판(6)의 포트 구멍(10, 12, 14, 16)에 대응하는 복수의 절결 구멍을 포함한다. 포트 구멍의 기능은 잘 알려져 있으므로 본 명세서에서 기술되진 않을 것이다. 서론으로 논의된 바와 같이, 스테인레스강 절단은 블랭크의 절단면에, 즉 에지에 변형 경화를, 보다 구체적으로는 마르텐사이트의 형성을 초래할 수도 있다.

열전달 판(6)은, 포트 구멍(10, 12, 14, 16)을 둘러싸기 위해 외부판 에지(20)를 따라 연장되는 그리고 2개의 포트 구멍을 개별적으로 둘러싸기 위해 2개의 포트 구멍(10, 14)을 한정하는 2개의 내부판 에지(22, 24) 각각을 전체적으로 따라서 연장되는 개스킷 그루브(18)를 포함한다. 또한, 개스킷 그루브(18)는 포트 구멍(10, 14)을 추가로 둘러싸기 위해 열전달 판을 가로질러 "대각선으로" 두 번 연장된다. 열전달 판(6)은 개스킷 그루브(18)와 외부판 에지(20) 사이에서 연장되는 외부 에지부(26), 및 개스킷 그루브(18)와 내부판 에지(22, 24) 사이에서 각각 연장되는 두 개의 내부 에지부(28, 30)를 추가로 포함한다. 내부 에지부(32, 34) 각각은, 내부 에지부(28, 30)와 유사하게, 포트 구멍(12, 16)을 한정하는 2개의 내부판 에지(36, 38) 중의 각각의 내부판 에지를 따라 또한 연장된다. 외부 에지부(26)는 (도 2에는 도시되어 있지 않지만 도 3과 도 4에는 도시되어 있는) 교번식으로 배열된 리지(40)와 밸리(42)를 포함하기 위해서 파형으로 되어 있다. 또한, 내부 에지부(28, 30)는 교번식으로 배열된 리지(44)와 밸리(46)를 포함하기 위해서 파형으로 되어 있다(도 5의 (a) 및 도 5의 (b)). 마찬가지로, 내부 에지부(32, 34)도 파형으로 되어 있지만 본 명세서에 도시되어 있진 않다.

도 3 및 도 4에 도시된 외부 에지부(26)의 일부분은 열전달 판(6)의 장측부에 위치되어 있다. 열전달 판의 장측부를 따르는 리지(40)는, 마찬가지로 밸리(42)는 모두 유사하다. 그러나, 본 발명을 설명하기 위해서, 이하의 상세한 설명은 제1 리지(40a)와 제1 밸리(42a)와 관련되어 있으며, 이 제1 리지와 제1 밸리는 인접해 있다. 제1 리지(40a)와 제1 밸리(42a)는 외부판 에지(20)에 수직으로 연장된다. 제1 리지(40a)는 상부 평면(T)에서 연장되는 상부(48)를 가지며, 제1 밸리(42a)는 하부 평면(B)에서 연장되는 하부(50)를 갖는다. 또한, 개스킷 그루브(18)는 하부 평면(B)에서 연장된다. 도 3 및 도 4에서 명확한 바와 같이, 상부 평면(T)과 하부 평면(B)은 열전달 판(6)의 중앙 연장 평면(C)에 평행한데, 즉 도 2의 도면의 평면에 평행하다. 중앙 연장 평면(C)은 제1 리지와 제1 밸리 사이의 전이부를 한정한다. 제1 리지(40a)의 상부(48)와 제1 밸리(42a)의 하부(50)는 주 플랭크(52)에 의해 연결된다.

제1 리지(40a)와 제1 밸리(42a)는 외부판 에지(20)로부터 그리고 열전달 판(6)의 내부를 향해 연장되며, 이들의 상부와 하부(48, 50)는 그리고 이에 따라 주 플랭크(52)는 외부판 에지(20)로부터의 단부 거리(de)에서 종단된다. 외부 에지부(26)는 외부판 에지로부터의 단부 거리(de) 내에서 다르게 압축된다. 이는 외부판 에지(20)에 대해 평행하게 취해진 제1 리지(40a)와 제1 밸리(42a)를 관통하는 단면이 외부판 에지(20)에 수직인 그리고 열전달 판(6)의 중앙 연장 평면(C)에 평행한 방향(D)으로 변화한다는 것을 알 수 있는 도 3과 도 4로부터 명확해진다. 보다 구체적으로는, 하부 평면(B)에 대한 주 플랭크(52)의 경사도가 제1 밸리(42a)의 하부(50)에서 보면 방향(D)을 따라 변화한다. 또한, 제1 리지(40a)의 상부(48)의 폭이, 마찬가지로 제1 밸리(42a)의 하부(50)의 폭이 방향(D)을 따라 변화하며, 폭 방향(W)은 방향(D)에 수직이며 열전달 판(6)의 중앙 연장 평면(C)에 평행하다. 제1 리지의 높이와 제1 밸리의 깊이는 상부와 하부 내에서 각각 일정하다는 점에서, 더 가파른 주 플랭크 경사도는 더 넓은 리지 상부 및/또는 더 넓은 밸리 하부, 본 명세서에서는 더 넓은 리지 상부와 밸리 하부에 그리고 열전달 판의 "강한" 압축에 대응한다. 유사하게는, 덜 가파른 주 플랭크 경사도는 더 좁은 리지 상부 및/또는 더 좁은 밸리 하부, 본 명세서에서는 더 좁은 리지 상부와 밸리 하부에 그리고 열전달 판의 더 "약한" 압축에 대응한다.

외부판 에지(20)로부터의 단부 거리(de) 내에서, 열전달 판(6)은 개스킷 그루브(18)에 가까운 곳보다는 외부판 에지에 가까운 곳에서 더 약하게 압축된다. 따라서, 외부판 에지(20)로부터의 제1 거리(d1)에서의 주 플랭크(52)의 제1 경사도는 외부판 에지로부터의 제2 거리(d2)에서의 주 플랭크(52)의 제2 경사도보다 작은데, 여기서 d1 < d2 ≤ de이다. 다시 말해서, 제1 리지(40a) 아래에서 연장되는 하부 평면(B)의 일부와 주 플랭크(52) 사이에서 측정된 가장 작은 각도(αx)와 관련하여, 거리(d1)에서의 가장 작은 각도(α1)는 거리(d2)에서의 가장 작은 각도(α2)보다 작은데, 여기서 d1 < d2 ≤ de이며, αx, α1 및 α2는 도면에 도시되어 있진 않다.

주 플랭크(52)의 경사도는 제1 리지(40a)의 상부(48)와 제1 밸리(42a)의 하부(50)를 따라 최대의 가장 작은 각도(αmax)에 상응하는 최대 경사도와 최소의 가장 작은 각도(αmin)에 상응하는 최소 경사도 사이에서 변화한다. 이 예에서, 최대의 가장 작은 각도(αmax)는 49.4도인 반면 최소의 가장 작은 각도(αmin)는 32.4도이다. 도 3 및 도 4로부터 명확한 바와 같이, 주 플랭크(52)의 경사도는 열전달 판(6)의 외부판 에지(20)로부터의 단부 거리(de)에서, 즉 리지 상부와 밸리 하부(48, 50)의 끝에서 최대이다. 또한, 주 플랭크의 경사도는 바로 그 외부판 에지(20)에서 최소이다. 상술된 바와 같이, 이와 같이 변화하는 주 플랭크 경사도는 크랙 형성의 낮은 위험성 및 양호한 개스킷 지지와 관련된다.

최대 경사도와 최소 경사도 사이의 전이는 전체적으로 선형일 수 있다. 그러나, 이 예에선 외부판 에지(20)로부터 개스킷 그루브(18)를 향해서 보면, 주 플랭크 경사도는 처음에는, 보다 구체적으로 외부판 에지(20)로부터의 제3 거리(d3)까지 연속적으로 증가한다. 그 후, 주 플랭크 경사도는 외부판 에지(20)로부터의 제4 거리(d4)까지 일정하다. 본 명세서에서, 제4 거리(d4)는 일정한 경사도가 최대 경사도임을 의미하는 단부 거리(de)와 동일하다. 상술된 예에서 상이한 거리들은 다음과 같다: de = d4 = 10 ㎜, d1 = 2.5 ㎜, d2 = 4 ㎜, d3 = 5 ㎜. 이는 주 플랭크 경사도가 주 플랭크(52)의 연장부의 50%를 따라 일정하고 최대라는 것을 의미한다. 상술된 바와 같이, 주 플랭크 연장부의 많은 부분을 따르는 최대 경사도는 큰 리지 상부와 밸리 하부를 의미하는데, 이는 결국 강한 열전달 판과 관련된다.

따라서, 열전달 판(6)에 대해서 외부 에지부(26) 내에서의 주 플랭크 경사도는 열전달 판에서 크랙이 형성되는 경향을 줄여주면서 여전히 강하여 양호한 개스킷 지지를 제공할 수 있도록 리지 상부(48)와 밸리 하부(50)를 따라 변화한다. 종래의 열전달 판에 대해서 외부 에지부 내에서의 주 플랭크 경사도는 기본적으로 리지 상부와 밸리 하부를 따라 일정하다. 이에 따라 종래의 열전달 판은 비교적 쉽게 크랙이 형성될 수도 있다.

상술된 바는 주 플랭크 경사도가 열전달 판(6)의 외부 에지부(26) 내에서 변화하는 방식에 대한 것이다. 추가적으로/대안적으로, 내부 에지부(28, 30, 32, 34) 중의 하나 이상의 내부 에지부 내에서의, 즉 포트 구멍(10, 14, 12, 16) 각각의 둘레에서의 주 플랭크의 경사도가 변화할 수도 있다. 이것이 도 5의 (a)와 도 5의 (b)에 도시되어 있다. 도 5의 (a)는 내부판 에지(22)로부터의 제2 거리(d2)에서의 내부 에지부(28)의 부분 단면도를 도시한다. 도 5의 (b)는 내부판 에지(22)의 일부분의 측면도를, 즉 내부판 에지(22)로부터의 제1 거리(d1) = 0인 곳에서의 내부 에지부(28)의 부분 단면도를 도시한다. 도 6의 (a)와 도 6의 (b)는 도 5의 (a)와 도 5의 (b)에 대응하지만 종래의 열전달 판을 도시하는데, 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)와 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)와의 비교는 본 발명을 추가적으로 명료하게 만든다.

내부 에지부 내에서 리지는, 마찬가지로 밸리는 모두 유사하다. 그러나, 본 발명을 설명하기 위해서, 이하의 상세한 설명은 도 5의 (a)와 도 5의 (b)에 보이는 리지들과 밸리들 중의 하나의 리지와 밸리, 즉 제1 리지(44a)와 제1 밸리(46a)와 관련되며, 이 제1 리지와 제1 밸리는 인접해 있다. 제1 리지(44a)와 제1 밸리(46a)는 열전달 판(6)의 내부판 에지(22)에 수직으로, 즉 포트 구멍(10)의 중심점(P)(도 2)을 통해 대각선으로 연장된 각각의 가상선을 따라 연장된다. 제1 리지(44a)는 상부 평면(T)에서 연장되는 상부(54)를 가지며, 제1 밸리(46a)는 하부 평면(B)에서 연장되는 하부(56)를 갖는다. 중앙 연장 평면(C)은 제1 리지와 제1 밸리 사이의 전이부를 한정한다. 제1 리지(44a)의 상부(54)와 제1 밸리(46a)의 하부(56)는 주 플랭크(58)에 의해 연결된다.

제1 리지(44a)와 제1 밸리(46a)는 내부판 에지(22)로부터 그리고 열전달 판(6)의 내부를 향해 연장되며, 이들의 상부와 하부(54, 56)는 내부판 에지(22)로부터의 단부 거리(de)에서 종단된다. 외부 에지부(26)와 마찬가지로, 열전달 판(6)의 내부 에지부(28)는 내부판 에지(22)로부터의 단부 거리(de) 내에서 다르게 압축된다. 보다 구체적으로는, 하부 평면(B)에 대한 주 플랭크(58)의 경사도는 제1 밸리(46a)의 하부(56)에서 보면 방향(D)을 따라 변화한다. 또한, 도 5의 (a)와 도 5의 (b)로부터 명확한 바와 같이, 제1 리지(44a)의 상부(54)의 폭은, 마찬가지로 제1 밸리(46a)의 하부(56)의 폭은 방향(D)을 따라 변화하며, 폭 방향은 상술된 바와 같이 정의된다. 이는 두 가지 요인의 결과이다. 제1 요인은 내부판 에지(22)의 연장이다. 내부판 에지가 원형으로 연장된다는 사실은 상부 폭 및/또는 하부 폭이, 본 명세서에서는 상부 및 하부 폭이 내부판 에지로부터 내부판 내부를 향해 증가한다는 것을 의미한다. 제2 요인은 변화하는 주 플랭크 경사도이다. 외부 에지부(26) 내에서와 마찬가지로, 더 가파른 주 플랭크 경사도는 본 명세서에서 더 넓은 리지 상부 및 밸리 하부에 대응하는 반면, 덜 가파른 주 플랭크 경사도는 더 좁은 리지 상부 및 밸리 하부에 대응한다.

외부판 에지(20)와 마찬가지로, 내부판 에지(22)로부터의 단부 거리(de) 내에서, 열전달 판(6)은 개스킷 그루브(18)에 가까운 곳보다는 내부판 에지에 가까운 곳에서 더 약하게 압축된다. 따라서, 내부판 에지(22)로부터의 제1 거리(d1)에서의 주 플랭크(58)의 제1 경사도는 내부판 에지로부터의 제2 거리(d2)에서의 주 플랭크(58)의 제2 경사도보다 작은데, 여기서 d1 < d2 ≤ de이며, 본 명세서에서 d2 = de이다. 다시 말해서, 제1 리지(44a) 아래에서 연장되는 하부 평면(B)의 일부분과 주 플랭크(58) 사이에서 측정된 (도면에 도시되지 않은) 가장 작은 각도(αx)와 관련하여, d2 = de인 도 5의 (a) 및 d1 = 0인 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 거리(d1)에서의 가장 작은 각도(α1)는 제2 거리(d2)에서의 가장 작은 각도(α2)보다 작다.

주 플랭크(58)의 경사도는 제1 리지(44a)의 상부(54)와 제1 밸리(46a)의 하부(56)를 따라 최대의 가장 작은 각도(αmax)에 상응하는 최대 경사도와 최소의 가장 작은 각도(αmin)에 상응하는 최소 경사도 사이에서 변화한다. 이 예에서, 최대의 가장 작은 각도(αmax)는 49도인 반면 최소의 가장 작은 각도(αmin)는 38도이다. 주 플랭크(58)의 경사도는 내부판 에지(22)로부터의 단부 거리(de)에서, 즉 리지 상부와 밸리 하부(54, 56)의 끝에서 최대인데, 여기서 αmax = α2이다. 또한, 주 플랭크(58)의 경사도는 바로 그 내부판 에지(22)에서 최소인데, 여기서 αmin = α1이다. 내부판 에지(22)로부터 개스킷 그루브(18)를 향해서 보면, 주 플랭크 경사도는 최대 경사도까지 연속적으로 증가하는데, 이 최대 경사도는 내부판 에지로부터의 거리(de)에서 달성되며, 여기서 de = 8㎜이다.

도 6의 (a) 및 도 6의 (b)는 주 플랭크의 경사도가 종래 기술에 따른 열전달 판의 포트 구멍들 중의 하나의 포트 구멍 둘레에서 변화하는 방식을 도시하는데, 이 종래 기술의 열전달 판은 외부 및 내부 에지부의 압축과 관련된 것을 제외하곤 나머지 도면에 도시된 열전달 판(6)과 유사하다. 거리(d2)에서의, 즉 포트 구멍을 한정하는 내부판 에지로부터의 단부 거리(de)에서의 주 플랭크의 경사도는 열전달 판(6)과 종래 기술의 열전달 판(도 5의 (a) 및 도 6의 (a))에 대해 동일하지만, 거리(d1)에서의, 즉 바로 그 내부판 에지에서의 주 플랭크의 경사도는 종래 기술의 열전달 판에서보다 열전달 판(6)에서 더 작다(도 5의 (b) 및 도 6의 (b)). 보다 구체적으로, 종래 기술의 열전달 판에 대해서 주 플랭크의 경사도는 변화하는 것이 아니라 일정하다. 또한, 도 6의 (a)와 도 6의 (b)로부터 명확한 바와 같이, 리지 상부 및 밸리 하부의 폭은 방향(D)을 따라 변화한다. 이는 오직 내부판 에지(22)의 원형 연장만으로 인한 결과이다. 이로 인해, 상부 및 하부 폭의 변화가 본 발명에 따른 열전달 판에서보다 종래 기술의 열전달 판에서 더 적다.

외부 에지부(26)를 특징으로 하는 주 플랭크 경사도들 및 거리들은 내부 에지부(28, 30, 32, 34)를 특징으로 하는 것들과 상이하거나 유사할 수도 있다는 점이 강조되어야 한다.

본 발명의 상술된 실시예는 예로서만 간주되어야 한다. 통상의 기술자는 기술된 실시예가 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 다양한 방식으로 변경될 수 있음을 알 것이다.

예컨대, 주 플랭크 경사도들 및 거리들과, 이들 간의 관계는 상술된 바와 상이할 수도 있다. 구체적으로는, 최소 경사도, 즉 제1 리지 아래에서 연장되는 하부 평면의 일부분과 주 플랭크 사이에서 측정된 최소의 가장 작은 각도(αmin)는 최대 경사도, 즉 하부 평면과 주 플랭크 사이의 최대의 가장 작은 각도(αmax)보다 3도 내지 20도 작을 수도 있다. 또한, 외부 에지부 내에서의 주 플랭크의 경사도는 리지 상부 및 밸리 하부의 연장부의 0% 내지 85%를 따라 일정할 수도 있다.

리지와 밸리는 판 에지로부터 연장될 필요가 없으며, 판 에지로부터의 임의의 거리에서부터 내향으로 연장될 수 있다.

에지부 내에서의 주 플랭크 경사도는 상술된 바와는 다른 방식으로 변화할 수도 있다. 예로서, 주 플랭크 경사도는 (일정한 주 플랭크 경사도를 갖는 부분을 포함하지 않도록) 또한 외부 에지부 내에서 리지 상부 및 밸리 하부의 전체 연장부를 따라 변화할 수 있다. 다른 예로서, 주 플랭크 경사도는 리지 상부 및 밸리 하부의 일부분/전체 연장부를 따라 선형으로 변화할 수 있다. 또 다른 예로서, 내부 에지부 내에서의 주 플랭크의 경사도는 리지 상부 및 밸리 하부의 일부분을 따라 일정할 수 있다.

열전달 판의 내부 에지부 내에서의 리지 및 밸리는, 마찬가지로 외부 에지부 내에서의 리지 및 밸리는 유사할 필요는 없다. 따라서, 주 플랭크 경사도는 내부 및 외부 에지부의 상이한 부분들 내에서 상이한 방식으로 변화할 수도 있다. 또한, 주 플랭크 경사도는 일부분 내에선 변화하고 다른 부분 내에선 일정할 수도 있다. 예로서, 주 플랭크 경사도는 열전달 판의 장측부에서뿐만 아니라 단측부에서도 상술된 바와 같이 변화할 수도 있다.

본 발명은 대안적인 열전달 판 디자인과 연관되어, 예컨대 열전달 판을 가로지르는 다른 개스킷 그루브 또는 밸리의 평면과 다른 평면에서 연장되는 개스킷 그루브를 갖춘 열전달 판과 연관되어 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 대안적인 열전달 판 재료와 연관되어 사용될 수 있다.

마지막으로, 본 발명은 전적으로 개스킷식인 판형 열교환기가 아닌 다른 유형의 판형 열교환기, 예컨대 영구 접합된 열전달 판을 포함하는 판형 열교환기와 연관되어 사용될 수 있다.

한정사인 제1, 제2, 제3 등은 동일한 종류의 특징부들을 구별하기 위해서만 사용될 뿐 특징부들 사이의 어떤 상호간의 순서를 나타내는 것이 아니도록 본 명세서에서 사용된다는 점이 강조되어야 한다.

본 발명과 관련없는 상세 사항에 대한 설명은 생략되었으며 그리고 도면들은 단지 개략적인 것으로서 일정한 비율로 도시되진 않았다는 점이 강조되어야 한다. 또한 도면들 중의 몇몇 도면은 다른 도면들보다 더 단순화되어 있다고 할 수 있다. 따라서, 몇몇 구성요소들은 하나의 도면에선 도시되지만 다른 도면에선 제외될 수도 있다.

본 발명은 본 유럽 특허 출원과 동일자로 출원된 "부착 수단, 개스킷 배열체, 열교환기 판 및 조립체"라는 발명의 명칭을 갖는 본 출원인의 동시계속 유럽 특허 출원에 개시된 발명과 조합될 수 있다.

Claims

열전달 판(6)으로서,
상기 열전달 판의 에지(20, 22, 24, 36, 38)를 따라 연장되며 그리고 열전달 판의 제1 측부(8)에서 보면 교번식으로 배열된 리지(40, 44)와 밸리(42, 46)를 포함하기 위해서 파형으로 되어 있는 에지부(26, 28, 30, 32, 34)를 포함하고,
상기 리지와 밸리는 열전달 판의 에지에 수직으로 연장되고,
리지들 중의 제1 리지(40a, 44a)는 상부 평면(T)에서 연장되는 상부(48, 54)를 갖고,
상기 제1 리지에 인접해 있는 밸리들 중의 제1 밸리(42a, 46a)는 하부 평면(B)에서 연장되는 하부(50, 56)를 가지며,
상기 제1 리지의 상부와 제1 밸리의 하부는 주 플랭크(52, 58)에 의해 연결되고 그리고 주 플랭크와 마찬가지로 열전달 판의 에지로부터의 단부 거리(de)에서 종단되는, 열전달 판에 있어서,
상기 제1 밸리의 하부에서 보면 하부 평면에 대한 주 플랭크의 경사도는 제1 리지의 상부와 제1 밸리의 하부를 따라 최소 경사도와 최대 경사도 사이에서 변화하는 것을 특징으로 하는 열전달 판.
제1항에 있어서, 상기 열전달 판의 에지(20, 22, 24, 36, 38)로부터의 제1 거리(d1)에서의 주 플랭크(52, 58)의 제1 경사도는 열전달 판의 에지로부터의 제2 거리(d2)에서의 주 플랭크의 제2 경사도보다 작으며, 상기 제1 거리는 제2 거리보다 작은 열전달 판(6).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상부 평면(T)과 하부 평면(T)은 열전달 판의 중앙 연장 평면(C)에 평행한 열전달 판(6).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단부 거리(de)에서의 주 플랭크(52, 58)의 경사도는 상기 최대 경사도인 열전달 판(6).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 리지(40a, 44a)와 제1 밸리(42a, 46a)는 열전달 판의 에지(20, 22, 24, 36, 38)로부터 연장되는 열전달 판(6).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열전달 판의 에지(20, 22, 24, 36, 38)에서의 주 플랭크(52, 58)의 경사도는 상기 최소 경사도인 열전달 판(6).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 최소 경사도는 제1 리지(40a, 44a) 아래에서 연장되는 하부 평면(B)의 일부와 주 플랭크(52, 58) 사이에서 측정된 최소의 가장 작은 각도(αmin)에 상응하고, 상기 최대 경사도는 상기 하부 평면의 일부와 주 플랭크 사이에서 측정된 최대의 가장 작은 각도(αmax)에 상응하며, 상기 최소의 가장 작은 각도(αmin)는 상기 최대의 가장 작은 각도(αmax)보다 적어도 3도 작은 열전달 판(6).
제7항에 있어서, 상기 최소의 가장 작은 각도(αmin)는 상기 최대의 가장 작은 각도(αmax)보다 20도 이하만큼 더 작은 열전달 판(6).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주 플랭크(52, 58)의 경사도는 기본적으로 열전달 판의 에지(20, 22, 24, 36, 38)로부터의 제3 거리(d3)와 제4 거리(d4) 사이에서 일정하며, 상기 제4 거리는 제3 거리보다 크고 제3 거리는 제1 거리(d1)보다 큰 열전달 판(6).
제7항에 있어서, 상기 제4 거리(d4)와 제3 거리(d3) 사이의 차이는 단부 거리(de)의 0% 내지 85%에 상응하는 열전달 판(6).
제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 주 플랭크(52, 58)의 경사도는 제3 거리(d3)로부터 열전달 판의 에지(20, 22, 24, 36, 38)를 향해 연속적으로 감소하는 열전달 판(6).
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 열전달 판(6)을 포함하는 판형 열교환기(2).