KR102299274B1 - 플레이트형 열교환기 및 플레이트형 열교환기 제조 방법 - Google Patents

Abstract

플레이트형 열교환기 및 플레이트형 열교환기 제조 방법은 열전달 플레이트들로 이루어진 스택을 포함하고, 상기 플레이트들 사이에 제1 및 제2 유동 채널들이 배열된다. 열전달 플레이트들의 쌍들은 셀들을 형성한다. 하나의 셀은 상기 열전달 플레이트들 사이에 배열된 내부 스페이싱 요소들을 포함함으로써 상기 유체들 중 하나를 위한 제1 유입 개구부 및 제1 배출 개구부를 개방된 상태로 유지한다. 상기 셀은 또한 서로 마주보지 않는 열전달 플레이트들의 측면들 상의 열전달 플레이트들에 용접된 외부 스페이싱 요소들을 포함한다. 상기 셀들은 서로에 대해 적층되고 상기 외부 스페이싱 요소들을 통해 용접함으로써 함께 연결된다. 상기 플레이트형 열교환기는 상기 제1 유입 개구부들에 의해 형성된 유입 포트 섹션을 위한 부분과 상기 제1 배출 개구부들에 의해 형성된 배출 포트 섹션을 위한 부분을 제외하고 상기 열전달 플레이트들로 이루어진 스택의 측면들을 덮기 위한 커버 플레이트들을 더 포함한다. 제1 유입 개구부 또는 제1 배출 개구부를 포함하는 상기 셀의 상기 두 개의 제1 측면들은 제1 유입 개구부와 상기 제1 배출 개구부에 의해 제공된 통로들에 추가하여 상기 유체들 중 하나를 위해 상기 열전달 플레이트들 사이에 제공된 누출 통로들을 포함한다.

Description

플레이트형 열교환기 및 플레이트형 열교환기 제조 방법{PLATE HEAT EXCHANGER AND METHOD FOR MANUFACTURING A PLATE HEAT EXCHANGER}

본 발명은 플레이트형 열교환기 및 플레이트형 열교환기 제조 방법에 관한 것이다.

플레이트형 열교환기에서는, 몇몇 열전달 플레이트들이 스택(stack)을 형성한다. 열전달 플레이트들 사이에는, 흡열 매체와 열방출 매체를 유도하기 위한 채널들이 형성된다. 플레이트들 사이에는, 플레이트들이 기정의된 간격을 유지하도록 하고 채널들을 형성하기 위해 스페이서들(spacers)이 제공된다. 일 예로, 유럽 특허 EP 1 373 819에서는 열 전달 플레이트들 사이에 내부 및 외부 스페이싱 요소들(inner and outer spacing elements)이 배열되는 플레이트형 열교환기가 기재되었다. 스페이싱 요소들을 서로, 그리고 열전달 플레이트들에 용접할 뿐만 아니라 유입 및 배출 접합 채널들을 스택에 용접함으로써, 자기 지지형(self-supporting)의 기밀한(gas-tight) 접합(junction) 구조가 형성된다. 유럽 특허 EP 1 373 819에 기재된 열교환기 내에서의 강한 용접은 스택 내 잔류 응력이 높아지는 결과를 가져온다. 이는, 무엇보다도 균열을 일으킬 수 있다. 이에 따라, 스택의 저항력이 실패하고 플레이트형 열교환기의 내구성이 크게 감소된다.

따라서, 종래 열교환기들에 비해 향상된 내구성을 갖는 플레이트형 열교환기 및 그 제조 방법이 요구된다. 특히, 개별 플레이트들의 내부와 그들 사이에서 감소된 잔류 응력을 갖는 플레이트형 열교환기 및 그 제조 방법이 요구된다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 열전달 플레이트들로 이루어진 스택을 포함하는 플레이트형 열교환기가 제공된다. 각각의 열 전달 플레이트는 일반 평면(general plane)으로 연장형성되고 네 개의 가장자리 부분들을 포함한다. 제1 및 제2 유동 채널들이 플레이트들 사이에 배열되는데, 모든 제1 유동 채널은 제1 유체의 통류(through-flow)를 위해 제공되고 모든 제2 유동 채널은 제2 유체의 통류를 위해 제공된다. 유체들 중 하나를 위한 제1 유동 채널들은 열교환기의 유입 포트와 배출 포트에 연결 가능한 제1 유입 개구부들과 제1 배출 개구부들을 통과한다. 본 발명의 열교환기에서는, 열전달 플레이트들 쌍들이 셀들(cells)을 형성한다. 하나의 셀은 열전달 플레이트들 사이에 배열된 내부 스페이싱 요소들을 포함한다. 내부 스페이싱 요소들은 네 개의 가장자리 부분들을 따라 연장형성됨으로써 유체들 중 하나를 위한 제1 유입 개구부와 제1 배출 개구부를 개방된 상태로 유지한다. 셀은 네 개의 가장자리 부분들 중 적어도 두 개를 따라, 서로 마주보지 않는(facing away) 열전달 플레이트들의 측면들 중 적어도 하나 상의 열전달 플레이트들 중 적어도 하나에 배열 및 용접된 외부 스페이싱 요소들을 더 포함한다. 셀들은 서로 적층되는데, 바람직하게는 서로의 상부에 적층되고 외부 스페이싱 요소들을 통한 용접에 의해 함께 연결된다. 이를 통해, 외부 스페이싱 요소들은, 이하 더 자세히 설명할 개별 셀의 구성에 따라, 서로에 대해 용접되거나 열전달 플레이트에 용접될 수 있다.

플레이트형 열교환기는 열전달 플레이트들의 스택의 측면들을 덮기 위한 커버 플레이트들을 더 포함한다. 커버 플레이트들은 제1 유입 개구부들에 의해 형성된 유입 포트 섹션을 위한 부분, 및 제1 배출 개구부들에 의해 형성된 배출 포트 섹션을 위한 부분을 제외하고 열전달 플레이트들의 스택의 두 개의 제1 측면들을 덮는다. 제1 유입 개구부 또는 제1 배출 개구부를 포함하는 셀의 두 개의 제1 측면들은 유체들 중 하나를 위해 열전달 플레이트들 사이에 제공된 누출 통로들(leakage passageways)을 포함한다. 누출 통로들은 제1 유입 개구부와 제1 배출 개구부에 의해 제공된 통로들에 추가하여 제공된다.

동일한 유체를 위한 채널들 내의 플레이트형 열교환기의 스택에서의 작은 누출은 열교환기의 성능을 전혀 변화시키기 않거나 크게 변화시키지 않는 것으로 나타났다. 특히, 두 가지 유체들 중 하나의 온도가 약 1000℃에 이를 수 있는 고온 적용 분야에 사용되는 열교환기들에서는, 작은 누출이 발생해도 성능이 전혀 감소되지 않거나 크게 감소되지 않는 것으로 나타났다. 누출 통로들은 간단하게 제공될 수 있고, 바람직하게는 열교환기의 요소들을 서로에 대해 덜 용접함으로써 제공될 수 있다. 이에 따라, 열교환기의 제조 과정이 더 신속해지고 비용 효율성이 증대될 수 있다. 또한, 열교환기의 요소들을 덜 용접함으로써, 제조 시 또는 사용 시 열교환기의 요소들 내부와 그들 사이에 감소된 잔류 응력이 존재하도록 스택이 덜 단단하게 설치될 수 있다. 이에 따라, 용접 접합 실패의 위험이 줄어드는 만큼 스택에 균열이 발생할 위험도 줄어들 수 있다. 특히, 균열은 통제 불가능하게 확장될 수 있고 열교환기 내에서 일반적으로 서로 다른 유체 유동의 혼합을 허용하는 경향이 있기 때문에, 균열 방지는 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 플레이트형 열교환기는, 전반적으로 용접된 스택들에 비해 높은 내구성을 갖기 때문에, 본 발명에 따른 열교환기의 작동 수명이 연장될 수 있다.

플레이트형 열교환기의 셀 설치는 유체들 중 하나를 위해 정의되는데, 이때 유체들 중 하나는 제1 유체 또는 제2 유체 중 하나일 수 있다. 바람직하게는, 제1 유체는 기체이다. 바람직하게는, 제1 유체는 흡열 유체 또는 냉각 유체이다. 바람직하게는, 제2 유체는 기체이다. 고온 유체의 온도는 약 1000℃에 이를 수 있다. 가령, 600℃와 950℃ 사이일 수 있다.

누출 통로들은 제1 유입 개구부 또는 제1 배출 개구부를 포함하는 셀의 두 개의 제1 측면들의 열전달 플레이트들의 두 개의 가장자리 부분들을 따라 열전달 플레이트들과 (내부) 스페이싱 요소들 사이에 배열될 수 있다.

바람직하게는, 제1 유입 개구부 또는 제1 배출 개구부를 포함하는 셀의 두 개의 측면들 전체를 따라 용접 접합부(weld joints)가 존재하지 않는다. 바람직하게는, 제1 유입 개구부 또는 제1 배출 개구부를 포함하는 두 개의 제1 측면들의 열전달 플레이트의 두 개의 가장자리 부분들 전체를 따라 용접 접합부가 존재하지 않는다. 여기서, 플레이트의 가장자리 부분의 '전체'는 두 개의 가장자리 부분들을 따라 배열된 스페이싱 요소들과 열전달 플레이트의 다른 두 개의 가장자리 부분들이 만나는 모서리 부분을 가장자리 부분 전체에서 제외한 부분으로 이해된다. 바람직하게는 또한, 모서리 부분들에서 커버 플레이트들이 스택에 용접된다.

열전달 플레이트의 가장자리 부분들과 내부 스페이싱 요소를 따라 형성된 어떠한 용접 접합부도 이 가장자리 부분들을 따라 열전달 플레이트와 내부 스페이싱 요소 사이에서 어떠한 용접 접합부도 제외하지 않는 것이 바람직하다. 그러나, 셀 또는 스택 전체의 제조를 돕기 위한 고정 수단이 제공됨으로써 스택의 요소들의 이탈을 방지할 수 있다. 이러한 고정 수단은 스팟 용접 접합부들(spot weld joints)일 수 있다. 스팟 용접 접합부들은 매우 적은 개수의 국부적인 용접 접합부로서 제조 후 열전달 플레이트들과 내부 및 외부 스페이싱 요소들을 상대적으로 고정하기 위해 제공될 수 있다. 기타 고정 수단들로 열전달 플레이트와 스페이싱 요소들 사이에 적용될 수 있는 접착제가 있다. 접착제는 열교환기의 고온 작동 조건하에서 소멸되는 이점을 가질 수 있다. 하나의 셀, 몇몇의 셀들 또는 스택 전체의 조립된 요소들은 용접 전에 조임력(clamping force)과 같은 외력에 의해 상대적인 이탈을 방지하도록 고정될 수 있다.

유입 또는 배출 개구부를 포함하는 셀의 두 개의 제1 측면들 내의 누출 통로들 각각의 크기는 셀의 상기 두 개의 제1 측면들을 덮는 커버 플레이트들의 크기와 합했을 때 두 개의 제1 측면들 각각의 누출 통로들을 통한 누출량이 셀의 상기 두 개의 제1 측면들 내에 배열된 대응되는 제1 입구 개구부 또는 제1 배출 개구부를 통과하는 유체들 중 하나의 유량의 영(0) 퍼센트보다 크도록 형성될 수 있다.

유입 또는 배출 개구부를 포함하는 셀의 두 개의 제1 측면들 내의 누출 통로들 각각의 크기는 셀의 상기 두 개의 제1 측면들을 덮는 커버 플레이트들의 크기와 합했을 때 두 개의 제1 측면들 각각의 누출 통로들을 통한 누출량이 셀의 상기 두 개의 제1 측면들 내에 배열된 대응되는 제1 입구 개구부 또는 제1 배출 개구부를 통과하는 유체들 중 하나의 유량의 최소 1 퍼센트, 바람직하게는 최대 0.5 퍼센트, 가령 0.1 퍼센트 또는 0.2 퍼센트가 되도록 형성될 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 열교환기에서, 유입 또는 배출 개구부들을 포함하는 스택의 두 개의 제1 측면들 내에서의 노출 통로들의 총 크기는 스택의 상기 두 개의 제1 측면들을 덮는 커버 플레이트들의 크기와 합했을 때 스택의 두 개의 제1 측면들 각각의 노출 통로들 전체를 통과하는 누출량이 스택의 상기 두 개의 제1 측면들의 대응되는 제1 입구 개구부들 또는 제1 배출 개구부들을 통과하는 유체들 중 하나의 유량의 최대 1 퍼센트, 바람직하게는 최대 0.5 퍼센트, 가령 0.1 퍼센트 또는 0.2 퍼센트가 되도록 형성될 수 있다. 최대 누출량이 열교환기 스택의 측면들을 통과할 수 있지만, 어쨌든 항상 열교환기 내에 남는다. 바람직하게는, 열교환기에서 환경으로 부주의로 누출되는 유체 유동은 영(0) 또는 감지할 수 없을 정도로 낮다.

제1 유입 또는 제1 배출 개구부를 포함하는 셀의 두 측면들, 특히 스택 전체의 측면들을 통과하는 누출량 또는 누출 유량은 누출 통로들의 크기에 따라 정의되고 결정된다. 스택의 측면들을 덮는 커버 플레이트로 인해, 커버 플레이트들의 단단한 장착은, 총 누출량이 누출 통로들과 커버 플레이트들을 합산한 크기와 같도록 누출 유동을 제한 또는 방해할 수 있다. 이에 따라, 상기 합산한 크기에는 제1 유입 개구부들 또는 배출 개구부들의 측면들 상의 열교환기 스택과 커버 플레이트 사이의 간격 크기가 포함될 수 있다.

바람직하게는, 커버 플레이트들은, 열교환기 스택의 가장자리 또는 모서리 부분들을 따라 형성된 유체가 새지 않는, 바람직하게는 기밀한 용접을 제외하고는 스택의 측면들에 용접되지 않는다. 바람직하게는, 열교환기 스택과 커버 플레이트들은 커버 플레이트들과 스택의 측면들이 동일한 높이로 배열되도록 한다.

누출 통로들의 크기와 커버 플레이트들의 배열은 열교환기가 좋은 성능을 제공하는데 있어 허용 가능한 최대 누출량을 정의하도록 선택된다. 누출량이 상기 범위 내로 유지되도록 누출 통로들과 간격들을 선택한 열교환기의 경우, 열교환기의 성능이 최대 5 퍼센트, 일반적으로 2 퍼센트 미만 또는 1 퍼센트 미만, 특히 0.2 퍼센트 미만 또는 0.1 퍼센트 미만만 감소되는 것으로 나타났다. 또한, 누출량이 상기 범위 내로 유지되도록 누출 통로들과 간격들을 선택하는 것은 레이저 용접 도구와 같은 종래의 제조 도구를 사용함으로써 달성가능하고, 이를 통해 제조 공차를 유지하면서 열교환기 스택을 편리하게 제조할 수 있다는 것이 밝혀졌다.

누출 통로들의 크기는 0.005 밀리미터와 1.2 밀리미터 사이, 바람직하게는 0.01 밀리미터와 0.8 밀리미터 사이일 수 있다.

열교환기 스택과 커버 플레이트 사이의 간격은 0.1 밀리미터와 5 밀리미터 사이, 바람직하게는 0.2 밀리미터와 3 밀리미터 사이, 가령 2 내지 3 밀리미터일 수 있다.

상기와 같이 주어진 범위 내의 누출 통로들과 간격을 갖는 열교환기는 상기 주어진 범위 이내의 누출량을 달성 가능하고, 이에 따라 성능 저하가 상기 범위 내로 유지되는 열교환기를 제조할 수 있다는 것이 밝혀졌다.

스택 내의 유체는 스택 전체에 걸쳐서 각각의 유동 채널 내에서 실질적으로 동일한 압력 수준, 바람직하게는, 대기 압력을 유지하며, 스택 내의 동일하거나 유사한 위치에서 대략 동일한 온도 수준을 유지한다. 이에 따라, 하나의 셀에서 나오는 누출 유동은 스택 내의 하나의 셀에서 또 다른 셀로 통과할 수 있지만, 이때 동일한 유체를 위한 셀의 채널로만 가능하다. 제1 유치에서 제2 유체로의 유체 이동은, 제2 유체를 위한 제2 채널의 열전달 플레이트들과 외부 스페이싱 요소들의 유체가 새지 않는, 바람직하게는 기밀한 용접, 그리고 셀의 두 개의 제2 측면들 상의 열전달 플레이트들과 내부 스페이싱 요소들의 유체가 새지 않는, 바람직하게는 기밀한 용접에 의해 불가능해지거나 방지된다.

누출이 동일한 유체 내에서 하나의 셀에서 또 다른 셀로만 발생할 수 있기 때문에, 유체가 열교환기 또는 열교환기의 열교환 기능으로 각각 손실되지 않는다.

바람직하게는, 누출량은 누출 통로들의 크기들에 따라 선택 및 결정된다. 가령, 열전달 플레이트의 가장자리 부분들을 따라 열전달 플레이트와 실질적으로 동일한 높이로 배열되는 스페이싱 요소를 선택함으로써 적은 누출 양이 제공될 수 있다. 플레이트와 내부 스페이싱 요소를 함께 용접하지 않음으로써, 그 사이에는 작은 누출 통로가 형성된다. 가령, 제1 유입 개구부와 제1 배출 개구부를 포함하는 셀의 두 개의 측면들 상의 스페이싱 요소와 열전달 플레이트 사이에는 슬릿들(slits)이 제공될 수 있다. 슬릿들은 열전달 플레이트와 스페이싱 요소의 접촉 영역을 용접하지 않고 공차들을 제조하고 장착함으로 인해 존재할 수 있다. 슬릿들 또는 통로들의 형태는 또한 스페이싱 요소의 형태에 의해 정의될 수 있다. 가령, 열전달 플레이트들의 가장자리 부분들의 평면에 정확하게 또는 전체적으로 대응되는 형태를 갖는 스페이싱 요소를 선택함으로써, 가령 정확한 평면 형상을 갖지 않는 스페이싱 요소를 선택함으로써 누출양이 제공될 수 있다. 이러한 스페이싱 요소와 열전달 플레이트를 장착하면, 두 요소들은 스페이싱 요소가 배열된 길이 전체에 걸쳐서 접촉하지 않는다. 열전달 플레이트와 스페이싱 요소는 개발 위치들에서만 접촉할 수 있다. 이러한 위치들 사이에서는, 달리 선택 가능한 크기들을 갖는 누출 통로들이 형성된다.

스페이싱 요소들은 가령, 종래의 열전달 플레이트들 사이에 형성되는 스페이서들로 알려진 직사각형의 길이방향 스페이싱 요소들일 수 있다. 그러나, 내부 스페이싱 요소들은 또한 유입 개구부들과 외부 개구부들에도 배열 가능하게 구성될 수 있다. 내부 스페이싱 요소들은 가령 EP 1 373 819에 기재된 내부 스페이싱 요소들과 같은 개방된 부분을 포함할 수 있다. EP 1 373 819의 열교환기에서는, 내부 스페이싱 요소가 열전달 플레이트의 가장자리 부분 전체를 따라 배열된다. 내부 스페이싱 요소의 개방된 부분은 유입 부분 또는 배출 부분 각각에 배열된다.

열전달 플레이트의 가장자리 부분 전체를 따라 배열된 스페이싱 요소들은 바람직하게는 가장자리 부분 전체를 따라 일정한 형상을 갖는다. 이를 통해 스페이싱 요소들, 그리고 특히 내부 스페이싱 요소들의 제조가 용이해진다.

가령, 내부 스페이싱 요소는 제1 유입 개구부와 제1 배출 개구부에 배열된 파형 시트(corrugated sheet)의 형태일 수 있다. 내부 스페이싱 요소는 바람직하게는 플레이트들의 가장자리 부분 전체를 따라 배열됨으로써, 유입 개구부와 배출 개구부를 포함하는 셀의 두 개의 측면들을 위한 내부 스페이싱 요소들을 형성한다. 파형 시트의 파도 형상들과 열전달 플레이트 사이의 공간들은 제1 유입 개구부에서는 유입 포트 섹션의 일부를 형성하고 제1 배출 개구부에서는 열교환기의 배출 포트 섹션의 일부를 형성한다.

내부 스페이싱 요소의 물질 또는 물질 구성에 의해서도 누출 통로들이 제공될 수 있다. 가령, 기체-투과성 스페이싱 요소들을 제공함으로써, 내부 스페이싱 요소들을 이루는 물질의 개방된 구조, 가령 개기공(open-pored)의 기체-투과성 물질, 가령 발포 금속(metal foam)에 의해 누출 통로들이 형성된다.

내부 스페이싱 요소를 통과하는 누출 통로들은 또한 내부 스페이싱 요소를 통과하는 채널들을 제공함으로서 제공될 수도 있다. 이러한 스페이싱 요소가 유입 개구부 또는 배출 개구부 내에도 배열되면, 가령 열전달 플레이트의 나머지 가장자리 부분 내부와 그를 따라 배열된 스페이싱 요소의 다른 부분으로서 내부 또는 외부 개구부 내에 배열된 스페이싱 요소의 그 부분 내에 더 많거나 더 큰 채널들이 제공될 수 있다.

외부 스페이싱 요소들은 일반 평면에 평행한 방향으로 공급된 용접 에너지에 의해 열전달 플레이트들에 용접될 수 있다. 이에 따라, 플레이트형 열교환기는 네 개의 가장자리 부분들 중 적어도 두 개와 외부 스페이싱 요소들을 따라 열전달 플레이트들 사이에 용접 접합부들을 포함한다. 두 개의 외부 스페이싱 요소들이 서로 적층되면, 바람직하게는 외부 스페이싱 요소들 또한 일반 평면에 평행한 방향으로 용접 에너지를 공급함으로써 서로 용접된다. 그러면 열교환기는 외부 스페이싱 요소들의 가장자리 부분들을 따라 외부 스페이싱 요소들 사이에 용접 접합부들을 포함한다.

여기서, 열전달 플레이트의 "일반 평면에 평행한" 방향은 정확히 일반 평면의 용접 방향뿐만 아니라 일반 평면에 정확히 평행한 용접 방향도 포함하는 것으로 이해된다. 그러나, 여기서 '평행한'은 일반적인 방향에 실질적으로 평행한 방향들도 포함하는 것으로 이해되기 때문에, 용접 방향과 일반 평면의 방향 사이의 작은 경사 각도들도 포함한다. 이렇듯 정확히 평행한 방향으로부터의 작은 이탈은 기술적인 고려 사향들 때문이거나 가령 용접 레이저와 같은 용접 도구의 장착 공차들도 포함할 수 있다.

종래의 플레이트형 열교환기들에서는, 직각 용접, 즉 열전달 플레이트의 일반 평면에 대한 직각 용접을 통해 일반적으로 함께 용접된다. 직각 용접은 요구되는 제조 공차들이 적으면서도 여전히 신뢰할 수 있는 용접 접합부를 달성하는 이점을 제공한다. 일부 종래의 열교환기들에서는, 스페이서들이 전혀 사용되지 않는데, 가령 구조가 있는 열전달 플레이트들이 서로 직접 용접된다. 그러나, 얇은 열전달 플레이트들은 직접 서로 용접될 경우 쉽게 변형되기 때문에 얇은 플레이트들의 경우에는 스페이서들이 플레이트들 사이에 배열되는 것이 바람직하다.

수평 용접에서는, 가령 열전달 플레이트와 외부 스페이싱 요소를 이루는 물질을 용융함으로써 용접 접합부가 가장자리를 따라 형성된다. 이것은 용접 위치에 대한 용접 에너지의 '직접' 적용 및 함께 용접될 물질들의 직접 용융을 통해 이루어지는 에너지 효율적인 용접 방식이다. 가령 직각 또는 수직 용접 과정에서처럼 용접 에너지가 스페이서의 두께를 통과할 필요가 없기 때문에 더 적은 양의 에너지만이 요구된다. 또한, 직각 용접에서는 스페이서의 더 안쪽으로 배열된 부분들에서보다 에너지가 투입된 위치에서 스페이서에 더 많은 에너지가 투입된다. 이에 따라, 스페이서의 열팽창은 일 측면에서는 크고 다른 측면에서는 작기 때문에, 스페이서의 변형(구부러짐)으로 이어진다. 이러한 작용은 에너지가 통과해야 하는 스페이싱 요소의 두께가 두꺼울수록 더 두드러지게 된다.

또한, 수평 용접의 경우에는 열전달 플레이트와 외부 스페이싱 요소 사이, 두 개의 외부 스페이싱 요소들 사이, 또는 일반적으로 두 개의 요소들 사이에서 용접 물질이 돌출되지 않는다. 이에 따라, 수평 용접의 경우에는 플레이트와 스페이싱 요소의 불거짐(bulging)이 덜하다. 이로 인해 열교환기의 구성 요소들을 더 일정하게 적층할 수 있다. 요소간 용접 물질은 또한 정의되지 않은 또는 일정하지 않은 요소간 크기로 이어질 수 있다. 이에 따라, 수평 용접 방식을 사용하는 경우, 용접될 요소간 용접 물질로 인한 정의되지 않은 누출 크기가 생략될 수 있다.

수평 용접은 또한 열교환기의 유지를 용이하게 또는 가능하게 한다. 스택 측 어딘가에 발생하는 의도치 않은 누출이나 균열은 스택 측에 대한 접근(access), 그리고 스택의 가장자리나 모서리를 수평 용접함으로써 폐쇄될 수 있다.

본 발명에 따른 열교환기의 바람직한 배열인, '얇은' 열전달 플레이트를 '두꺼운' 스페이싱 요소에 용접한 후에는 용접이 특히 더 어려워진다. 직각 용접에서는, 두꺼운 스페이싱 요소를 통과해서 얇은 열전달 플레이트에 도달할 만큼 충분한 용접 에너지가 필요하다. 열팽창에서 상기 언급한 차이점들 다음으로, 스페이싱 요소의 넓은 부분들이 녹아서 요소의 불거짐 또는 요소간 추가 물질의 불거짐으로 이어질 수 있다.

본 발명에 따른 방법 및 열교환기를 사용하는 경우, 열교환기의 연속 생산이 용이 또는 가능하다. 제조 과정의 지연 또는 폐기물 발생이 감축 또는 방지될 수 있다. 연속 생산에서는, 열교환기, 열교환기의 부분들 또는 반제품들의 크기가 작은 허용 범위 안에 포함되어야 한다. 이에 따라, 가령 직각 용접 중에 변형을 일으키고 생산 과정에 부정적인 영향을 주고 폐기율을 높이는 잔류 응력들을 본 발명에 따른 방법을 통해 크게 줄이거나 방지할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 열교환기 내의 열전달 플레이트의 두께 또는 높이는 50 마이크로미터와 300 마이크로미터의 사이, 바람직하게는 100 마이크로미터와 200 마이크로미터의 사이, 가령 150 마이크로미터이다.

셀 및 스택 내에 연속적인 열전달 플레이트들 사이의 거리는 0.5 밀리미터와 3 밀리미터의 사이, 가령 1 밀리미터 또는 2 밀리미터일 수 있다. 이에 따라, 내부 스페이싱 요소들과 외부 스페이싱 요소들의 크기는 동일한 두께 범위를 가질 수 있다. 외부 스페이싱 요소들에 의해 이격된 열전달 플레이트들 사이의 거리가 바람직하게는 더블-스페이서(double-spacer)에 의해 가교되기 때문에, 개별 외부 스페이싱 요소의 두께는 열전달 플레이트들 사이의 최종 거리의 절반 크기를 갖는다.

본 발명에 따른 열교환기 내의 외부 스페이싱 요소의 두께 또는 높이는 0.3 밀리미터와 1.5 밀리미터 사이, 또는 0.5 밀리미터와 3 밀리미터 사이, 바람직하게는 0.4 밀리미터와 1 밀리미터 사이, 또는 1 밀리미터와 2 밀리미터 사이, 가령 0.5 밀리미터 또는 1 밀리미터일 수 있다.

내부 스페이싱 요소의 두께 또는 높이는 0.5 밀리미터와 3 밀리미터 사이, 바람직하게는 0.8 밀리미터와 1.5 밀리미터 사이, 더 바람직하게는 1 밀리미터일 수 있다. 내부 스페이싱 요소의 높이는 내부 스페이싱 요소가 사이에 배열된 두 개의 열전달 플레이트들 사이의 거리를 실질적으로 정의한다. 내부 스페이싱 요소가 파형 또는 다른 형태의 시트인 경우, 그 높이는 파형들에 의해 정의되는 총 높이와 같은 반면, 파형 시트 자체의 두께는 그보다 훨씬 작은, 가령 열전달 플레이트의 두께들의 범위를 가질 수 있다.

'내부' 또는 '외부' 스페이싱 요소들이라는 용어는 반복 가능한 방식으로 적층되어 열교환 스택을 형성할 수 있는 셀과 같은 요소들의 배열을 정의하기 위한 도시적 목적으로 사용된다. 그러나, 스택 내의 기준 위치에 따라, 내부 스페이싱 요소가 외부 스페이싱 요소가 될 수 있고, 그 반대가 될 수도 있다.

매우 얇은 열전달 플레이트들을 사용하면 필요한 물질의 양이 줄어들고 열전달 플레이트를 통한 열전달을 향상 또는 돕는 추가적인 이점이 있다. 또한, 열전달 플레이트에 사용되는 양이 줄어들면 더 고가지만 바람직하게는 내식성이 더 강한 저항 물질들을 사용할 수 있게 된다.

열교환기를 통해 유동하는 물질들은 종종 공격적인 물질들을 함유하기 때문에 이 물질들을 충분히 보호하지 않으면 장치 내에서 부식될 수 있다. 고온에서는, 부식이 더 촉진된다. 공격적인 대기에서 환경에서 열전달 플레이트들이 부식되지 않도록 하기 위해, 가령 오스테나이트 강철 플레이트들을 보호 코팅제, 가령 산화알루미늄 코팅제로 코팅한다.

얇은 열전달 플레이트들, 가령 250 마이크로미터 미만의 두께를 갖는 얇은 열전달 플레이트들을 사용하는 경우, 총 제조 비용을 늘리지 않고도 더 고가의 물질을 사용할 수 있다. 특히, 열전달 플레이트들에 사용하는 물질의 양이 감소하면, 생략 가능한 코팅 과정을 포함시켜도 제조 비용이 감축될 수 있다. 가령, Inconel 617, 602 또는 693 등과 같은 Inconel® 또는 Incoloy® 등의 내식성 오스테나이트 니켈-크로뮴-기반 초합금들은 그들의 내식성 때문에 열교환기의 수명을 늘릴 수 있다. 또한, 가령 Monel® 등과 같은 다른 니켈-기반 합금들도 매우 훌륭한 내식성을 제공한다. 특히, Inconel 합금 617, 602 및 693은 고온(가령 700 내지 1000℃)에서 훌륭한 내식성을 제공한다. 또한, 이들은 가령 얇은(예: 0.150 마이크론) 크기의 플레이트들(예: 피크 대 피크의 거리가 1 mm) 등 원하는 열전달 플레이트의 냉각 형성에 적합하다. 이는 특히 이러한 플레이트들을 대량 생산할 때 유리하다.

내식성이 높은 물질은 매우 고가(킬로그램 당 비용)이기 때문에, 열전달 플레이트들만 이러한 물질로부터 제조된다. 스페이서는 더 낮은 등급으로 이루어질 수 있기 때문에, 가령 오스테나이트강 등 좀 더 비용 효율성이 있는 물질로 이루어진다.

가령 Inconel은 오스테나이트(강) 물질과는 다른 열팽창 계수를 갖는다. 이로 인해 열교환기의 동작 시 응력이 발생할 수 있다 (예: Inconel 617은 20 내지 1000℃에서 평균 열팽창 계수가 14.0.10-6인 반면 오스테나이트 합금 1.4835은 19.5.10-6이다). 그러나, 본 발명에 따른 열교환기에서는, 모든 플레이트들이 모든 스페이서들 및/또는 플레이트들의 가장자리 전체에 걸쳐서 용접되는 것은 아니다. 이에 따라, 스페이서와 플레이트는 국부적으로 미끄러져서(glide) 서로 다른 열팽창 계수를 균등하게 할 수 있다. 가령, 스페이서가 더 높은 질량 때문에 팽창하면, 플레이트는 그 얇음 때문에 탄력적으로 신장될 수 있다. 열응력 또한 단면이 작은 용접의 제공으로 감소될 수 있는데, 이는 수평 또는 평면 용접에 의해 달성될 수 있다.

특히 수평 용접을 사용하는 경우의 본 발명에 따른 방법에 따르면, 가령 300 마이크로미터 미만의 얇은 열전달 플레이트들을 사용하는 열교환기 제조가 선호된다. 또한 더 고가이지만 저항력이 큰 물질의 사용이 선호된다.

본 발명에 따른 열교환기의 일부 바람직한 실시 예들에서는, 니켈 함량이 바람직하게는 60%가 넘는 니켈 기반 합금, 특히 가령 Inconel® 또는 Incoloy® 등의 초합금으로 열전달 플레이트들이 이루어진다. 열전달 플레이트들은 가령 Inconel®, Incoloy®, 또는 Monel®로 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 스페이서들은 오스테나이트강, 가령 오스테나이트 고온 강으로 이루어진다.

이러한 바람직한 실시 예들에서는, 열전달 플레이트들의 두께가 300 마이크로미터 미만, 바람직하게는 200 마이크로미터 미만, 가령 150 마이크로미터일 수 있다. 이러한 바람직한 실시 예들에서는, 다음 열전달 플레이트들과의 사이의 거리는 0.5 밀리미터와 1.5 밀리미터 사이, 가령 1 밀리미터일 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 열교환기 내의 모든 용접 접합부들은 동일한 용접 기기와 용접 기술로 제조된다. 바람직하게는, 스택의 가장자리들과 모서리들에 대한 커버 플레이트들의 용접, 유입 및 배출 포트들의 적용뿐만 아니라 가령 제2 유체 유입 포트들과 제2 유체 배출 포트들을 위한 칼라(collars), 수집기 등 열교환기의 선택적 추가 요소들의 용접은 열전달 플레이트들의 일반적인 방향에 직각 방향으로의 용접, 또는 수평 용접을 통해 기형성된다.

바람직하게는, 레이저 용접은 가령 Nd-YAG 레이저 (네오디뮴 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷 레이저) 등과 같은 고체 상태 레이저 또는 CO₂ 레이저 등의 기체 레이저 등 흔하게 구할 수 있는 용접 기기를 사용해 적용된다. 레이저 초점의 직경은 바람직하게는 30 마이크로미터와 80 마이크로미터 사이, 가령 40 마이크로미터 내지 50 마이크로미터이다. 이러한 작은 스팟 직경들은 얇은 열전달 플레이트들을 용접하는데 특히 적합 또는 요구된다.

작은 스팟 직경들은 또한 최소한의 에너지를 사용해 용접이 수행될 수 있도록, 에너지가 사용되는 위치에 용접 에너지를 집중시킨다.

그러나, 함께 용접할 요소들의 제조 공차 및 이러한 요소들의 용접 전 정렬에 있어서 높은 정밀성이 요구될 수 있다. 레이저를 이용한 용접은 공극에서는 수행하지 않기 때문에, 열전달 플레이트와 스페이싱 요소 사이의 공극 또는 두 개의 스페이싱 요소들 사이의 공극은 피해야 한다.

특히, 얇은 용접 대상 요소들과 수행되는 평행 용접은 열교환기 스택의 요소들을 위치시키는데 있어 높은 정밀성을 요구한다. 열전달 플레이트와 스페이싱 요소들의 긴밀한 정렬을 돕고 용접 전이나 용접 중에 요소들의 이탈을 제한 또는 억제하기 위해, 가령 외부 클램핑 수단에 의해 셀이나 스택을 조일 수(클램핑) 수 있다. 클램핑 효과를 제공 또는 향상시키기 위해, 열교환기의 일부 요소들 또는 열교환기의 셀의 일부 요소들에는 각각 일정한 유연성 또는 압축성이 제공될 수 있다.

제1 유입 개구부 또는 제1 배출 개구부를 포함하는 셀의 두 개의 제1 측면들상의 열전달 플레이트들 사이에 배열된 내부 스페이싱 요소들은 일반 평면의 방향에 직각 방향으로 기정의된 유연성을 포함할 수 있다. 다시 말해, 셀의 두 개의 제1 측면들을 따라 배열된 내부 스페이싱 요소들은 셀을 일정한 기정의된 양으로 압축하도록 함으로써, 결과적으로, 압축된 내부 스페이싱 요소들이 그에 대응되는 힘을 외측으로 일반 평면에 직각 방향으로 발휘하도록 한다.

내부 스페이싱 요소들의 유연성과 비용접성은 스택의 일정한 회복력을 제공함으로써 가령 스택의 비틀림(twisting) 또는 스택 내 온도 차를 바탕으로 한 스택 내 응력을 감축한다. 그러나, 유연성은 또한 열교환기 스택의 제조를 돕는다. 내부 스페이싱 요소들의 유연성은, 열전달 플레이트들의 위와 아래에서 (일반 평면에 수직으로) 일정한 압축력이 가해졌을 때 내부 스페이싱 요소의 위와 아래에 배열된 열전달 플레이트들에 일정한 힘을 제공한다. 이는 내부 스페이싱 요소들의 유연성을 통해 가해진 힘에 의해 함께 단단하게 가압되는 열전달 플레이트들과 외부 스페이싱 요소들로 인해 신뢰할 수 있는 용접을 돕는다. 이에 따라, 열전달 플레이트와 외부 스페이싱 요소는 바람직하게는 열전달 플레이트의 가장자리 부분 전체를 따라, 그러나 적어도 유연한 내부 스페이싱 요소들이 배열된 가장자리 부분들을 따라 긴밀하게 인접하도록 구성된다.

내부 스페이싱 요소들의 기정의된 유연성은 내부 스페이싱 요소들의 형태에 의해 제공되거나, 또는 가령 내부 스페이싱 요소를 이루는 물질에 의해서도 제공될 수 있다. 바람직하게는, 내부 스페이싱 요소들은 파형 시트들이다. 이들은 상술한 바와 같이 (스페이싱 요소의 길이방향으로) 열전달 플레이트의 가장자리 부분 전체를 따라 배열될 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 직각 방향으로, 기정의된 유연성과 압축성을 제공한다.

내부 스페이싱 요소들의 바람직한 실시 예들은 기정의된 유연성을 갖고, 내부 스페이싱 요소가 직각 방향으로 압축되었을 때 또는 내부 스페이싱 요소 위와 아래의 열전달 플레이트들 또는 스택이 함께 가압 되었을 때 열전달 플레이트들의 일반 평면에 직각 방향으로 일정한 힘을 제공할 수 있다. 유연한 내부 스페이싱 요소들의 추가적인 예로는 기체-투과성의 유연 물질, 가령 고온 저항성 유연 물질로 이루어진 블록들이 있다.

제1 유입 개구부 또는 제1 배출 개구부를 포함하는 셀의 두 개의 제1 측면들상의 열전달 플레이트들 사이에 배열된 내부 스페이싱 요소들의 높이는 제1 유입 개구부 또는 제1 배출 개구부를 포함하지 않는 셀의 두 개의 제2 측면들상에 배열된 내부 스페이싱 요소들의 높이보다 높을 수 있다.

스택의 두 개의 제1 측면들에 배열된 내부 스페이싱 요소들의 유연성은 이 스페이싱 요소들이, 적어도 스택의 두 개의 제2 측면들 상에 배열된 다른 내부 스페이싱 요소들의 높이에 의해 정의된 높이까지의 압축되도록 한다. 스택의 두 개의 제2 측면들 상에 배열된 다른 내부 스페이싱 요소들은 바람직하게는 압축 가능하지 않다.

압축 가능하고 약간 더 두꺼운 내부 스페이싱 요소들은 열전달 플레이트들에 작용하는 가압력을 보장한다. 이에 따라, 스페이싱 요소들의 서로 다른 높이들은 용접 과정을 도울 수 있다. 두 개의 제1 측면들의 가장자리들을 따라 배열된 내부 스페이싱 요소들의 높이는 두 개의 제2 측면들의 가장자리들을 따라 배열된 내부 스페이싱 요소들의 높이보다 약 1 퍼센트 내지 20 퍼센트, 바람직하게는 약 5 퍼센트 내지 10 퍼센트 더 높을 수 있다.

일반적으로, 본 출원에서 "약"이라는 용어가 특정 값과 함께 사용되면, 이 "약" 다음에 오는 값은 기술적인 고려 사항들로 인해 정확히 그 값이어야 하는 것은 아님을 이해해야 할 것이다. 그러나, "약"이라는 용어는 각각의 경계값을 명시적으로 포함하고 기재하는 것으로 이해해야 할 것이다. 또한, 본 출원에서 값이 언급될 때마다, 그 값은 명시적으로 기재된 것임을 이해해야 할 것이다. 그러나 또한 본 출원에서 언급하는 값은 기술적인 고려 사항들로 인해 정확히 그 특정 값이어야만 하는 것도 아님을 이해해야 할 것이다.

본 발명에 따른 열교환기 내의 열전달 플레이트들은 파형 패턴을 포함할 수 있다. 파형은 유동 채널 내의 유체의 유동 특징에 영향을 미칠 수 있다. 파형에 의해, 가령 채널 내 유체의 유동 경로나 역압이 선택될 수 있고, 이는 열교환기를 최적화 하는데 사용될 수 있다. 또한, 파형은 열전달 플레이트의 총면적을 늘릴 수 있고, 이에 의해, 흡열 유체로 발산하는 열로부터의 열전달에 사용 가능한 열전달 플레이트의 총 활동면적을 늘릴 수 있다. 바람직하게는, 파형 패턴은 열전달 플레이트의 표면상에 제공된다. 파형 패턴은 가령 플레이트의 제조 후, 열전달 플레이트의 표면 안으로 가압될 수 있다. 파형 패턴은 열전달 플레이트의 표면에 적용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 열전달 플레이트들로 이루어진 스택을 포함하는 플레이트형 열교환기를 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은 열전달 플레이트들을 스택으로 배열하는 단계들을 포함하는데, 여기서 각각의 열전달 플레이트는 일반 평면으로 연장형성되고 네 개의 가장자리 부분들을 포함한다. 열전달 플레이트들 사이에는 제1 유동 채널들과 제2 유동 채널들이 제공되는데, 이때 모든 제1 유동 채널은 제1 유체의 통류를 위한 것이고 모든 제2 유동 채널은 제2 유체의 통류를 위한 것이다. 유체들 중 하나를 위한 제1 유동 채널들은 제1 유입 개구부들을 통해 유입 포트에 연결될 수 있고 제1 배출 개구부들을 통해 배출 포트에 연결될 수 있다. 이 방법은 열전달 플레이트들의 쌍들에 의해, 그리고 내부 스페이싱 요소들을 셀의 열전달 플레이트들 사이에 배열함으로써 셀들을 형성하는 단계를 포함한다. 내부 스페이싱 요소들은 열전달 플레이트들의 네 개의 가장자리 부분들을 따라 연장형성됨으로써, 유체들 중 하나를 위해 제1 유입 개구부와 제1 배출 개구부를 개방된 상태로 유지한다. 셀들을 형성하는 단계는 외부 스페이싱 요소들을 제공하고, 가장자리 부분들의 적어도 두 개를 따라, 서로 마주보지 않는 열전달 플레이트들의 측면들 중 적어도 하나 상의 열전달 플레이트들 중 적어도 하나에 외부 스페이싱 요소들을 용접하는 단계를 더 포함한다. 그러나, 이 방법의 추가적인 단계는 또한 셀들을 서로 적층하고 외부 스페이싱 요소들을 용접함으로써 셀들을 연결하는 단계를 포함한다. 셀들을 연결하는 것은 하나의 셀의 외부 스페이싱 요소를 또 다른 셀의 외부 스페이싱 요소에 함께 용접하여 두 개의 셀들 사이에 더블 스페이서를 형성함으로써 수행될 수 있다. 두 개의 셀들을 함께 용접하는 것은 또한 하나의 셀의 외부 스페이서를 또 다른 셀의 열전달 플레이트에 용접함으로써 수행될 수 있다.

이에 따라, 상기 적어도 두 개의 외부 스페이싱 요소들은, 셀의 하나의 열전달 플레이트와 두 번째 열전달 플레이트에 하나씩 용접될 수도 있고, 두 개의 외부 스페이싱 요소들 모두 셀의 하나의 열전달 플레이트의 적어도 두 개의 가장자리 부분들에 용접될 수도 있고, 적어도 두 개의 외부 스페이싱 요소들 각각이 셀의 두 개의 열전달 플레이트들의 적어도 두 개의 가장자리 부분들에 용접될 수도 있다.

커버 플레이트들을 제공하여 열전달 플레이트들의 스택의 측면들을 덮음으로써, 열전달 플레이트들의 스택의 두 개의 제1 측면들은, 제1 유입 개구부들에 의해 형성된 유입 포트 섹션을 위한 부분과 제1 배출 개구부들에 의해 형성된 배출 포트 섹션을 위한 부분을 제외하고 덮인다.

이 방법은 추가적으로 제1 유입 개구부 또는 제1 배출 개구부를 포함하지 않는 셀의 두 개의 제2 측면들 상에 열전달 플레이트들과 내부 스페이싱 요소들을 함께 용접하고, 제1 유입 개구부와 제1 배출 개구부의 통로에 추가하여, 유체들 중 하나를 위한 셀의 두 개의 제1 측면들 내의 열전달 플레이트들 사이에 누출 통로들을 제공하는 단계를 포함한다. 누출 통로들은 제1 유입 개구부 또는 제1 배출 개구부를 포함하는 셀의 두 개의 제1 측면들 상에 열전달 플레이트들과 내부 스페이싱 요소들을 함께 용접하지 않음으로써 제공될 수 있다.

유입 개구부 또는 배출 개구부를 포함하지 않는 셀의 두 개의 제2 측면들 상에 열전달 플레이트들과 내부 스페이싱 요소들을 함께 용접함으로써, 유체가 새지않는, 바람직하게는 기밀한 연결이 셀의 두 개의 제2 측면들 상에 형성된다. 유입 개구부 또는 배출 개구부를 포함하는 셀의 두 개의 제1 측면들 상에 열전달 플레이트들과 내부 스페이싱 요소들을 함께 용접하지 않음으로써, 상기 두 개의 제1 측면들 상에 배열된 포트 섹션들 바깥의 셀의 두 개의 제1 측면들을 통해 유체들 중 하나의 누출이 발생할 수 있도록 한다.

셀은 기제조될 수 있다. 그런 다음, 원하는 개수의 셀들을 순차적으로 또는 모두 함께 적층 및 용접하여 열교환기 스택을 형성할 수 있다. 스택이 형성되면, 이 스택에는 커버 플레이트들이 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 열전달 플레이트들의 가장자리 부분들과 외부 스페이싱 요소들 사이에 용접 접합부들을 생성하기 위해, 일반 평면에 평행한 방향으로 용접 에너지를 공급함으로써 열전달 플레이트들과 외부 스페이싱 요소들을 함께 용접하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 제1 유입 개구부 또는 제1 배출 개구부를 포함하지 않는 셀의 두 개의 제2 측면들 상에 열전달 플레이트들과 내부 스페이싱 요소들을 함께 용접하는 것은, 셀의 두 개의 제2 측면들 상의 두 개의 가장자리 부분들을 따라 열전달 플레이트들의 두 개의 가장자리 부분들과 내부 스페이싱 요소들 사이에 용접 접합부들을 생성하기 위해, 일반 평면에 평행한 방향으로 용접 에너지를 공급함으로써 수행될 수도 있다.

바람직하게는, 열전달 플레이트와 외부 스페이싱 요소들, 그리고 열전달 플레이트와 내부 스페이싱 요소들 사이의 모든 용접뿐만 아니라 적용 가능한 두 개의 외부 스페이싱 요소들 사이의 용접은, 가장자리 부분들을 따라 용접 접합부들을 생성하기 위해 일반 평면에 실질적으로 평행한 방향으로 용접 에너지를 공급함으로써 수행된다.

본 발명에 따른 방법은 열전달 플레이트들의 가장자리 부분들 상에 가압력을 제공함으로써, 내부 스페이싱 요소들, 열전달 플레이트들 및 외부 스페이싱 요소들을 서로 가압하는 단계를 포함할 수 있다.

이러한 가압력은 외부에서 가해질 수 있는데, 가령 셀의 가장자리들 또는 스택을 용접하기 전 또는 용접하는 중에 셀 또는 스택 전체의 상단이나 바닥에서부터 (힘의 방향이 일반 평면에 직각이 되도록) 힘을 제공함으로써 가해질 수 있다. 바람직하게는, 가압력은 제1 유입 개구부 또는 제1 배출 개구부를 포함하는 셀의 측면들을 따라 배열된 내부 스페이싱 요소들에 의해 제공된다. 내부 스페이싱 요소들은 압축되었을 때 압력을 가할 수 있는 기정의된 유연성 또는 압축성을 포함할 수 있다. 내부 스페이싱 요소들의 유연성은 그들의 형상 또는 물질 특성들 또는 형상과 물질의 조합으로 인한 것일 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 추가적인 측면들 및 이점들을 본 발명에 따른 플레이트형 열교환기와 관련지어 설명했으며, 이하 반복되지 않는다.

이하 도면을 참조로 실시 예들을 바탕으로 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 플레이트형 열교환기의 개략적인 배열을 도시하고 있다.
도 2는 플레이트형 열 교환기의 셀의 요소들을 도시하고 있다.
도 3은 플레이트형 열 교환기의 요소들의 배열을 개략적으로 도시하고 있다.
도 4는 도 3의 배열에서 발췌한 것이다.
도 5는 용접 세부 요건들에 따라 설치된 열교환기의 일 실시 예를 통해 본 단면도를 도시하고 있다.
도 6은 용접 세부 요건들에 따라 설치된 열교환기의 또 다른 일 실시 예를 통해 본 단면도를 도시하고 있다.

도 1은 직사각형의 열전달 플레이트들(4)로 이루어진 스택을 포함하는 플레이트형 열교환기(1)를 도시한 것으로, 여기서 열전달 플레이트들(4)은 스페이싱 요소들에 의해 분리되어 그들 사이에 채널들을 형성한다. 도 1에 도시된 열교환기의 스택에서, 직사각형 플레이트들은 수직으로 배열된다. 가령, 20 내지 30개의 플레이트들이 서로 위로 또는 옆으로 배열되어 스택을 형성한다.

제1 유체, 바람직하게는 냉각 기체는, 스택의 두 개의 제1 측면들 중 첫 번째 측면 상의 제1 유입 포트 섹션(18)에서 스택(53)에 진입할 수 있다. 제1 채널들을 통해 유동함으로써 스택을 통과한 제1 유체(11)는 두 개의 제1 측면들 중 반대편에 있는 두 번째 측면에서 열교환기에서 나올 수 있다 (도면에서 후방으로).

제2 유체(12), 바람직하게는 고온 기체는, 스택의 두 개의 제2 측면들 중 첫 번째 측면 상의 제2 유입 포트 섹션(13)에서 스택에 진입할 수 있다. 제2 채널들을 통해 유동함으로써 스택을 통과한 제2 유체(12)는 두 개의 제2 측면들 중 반대편의 두 번째 측면 또는 도 1에서 바닥면에서 열교환기에서 나올 수 있다.

제1 커버 플레이트(16)는 열교환기의 제1 상단에 배열된 유입 포트 섹션(18)을 제외하고 열교환기의 두 개의 제1 측면들 중 첫 번째 측면을 덮는다. 제1 배출 포트 섹션(미도시)도 마찬가지로 구성되나 열교환기의 반대편 측면 상에서 스택의 바닥 단부에 대하여 형성된다. 이러한 커버 플레이트 설치 구성은 파형 시트(corrugated sheet)와 같은 개방형 내부 스페이싱 요소가 제1 측면들 전체에 걸쳐서 배열된 열교환기의 실시 예들에 사용될 수 있다. 유입 및 배출 포트 섹션들의 크기들은 그러면 커버 플레이트의 배열에 의해 주로 정의된다. 이러한 커버 플레이트 설치 구성은 또한, 스페이싱 요소가 설치되지 않거나, 또는 파형 시트와 같은 개방형 내부 스페이싱 요소가 유입 또는 배출 개구부들에 배치된, 즉 열교환기의 제1 측면의 일부분만 따라서 배치된, 열교환기의 실시 예들에도 사용될 수 있다. 유입 및 배출 포트 섹션들은 그러면 유입 및 배출 개구부들에 의해 주로 정의된다. 제1 커버 플레이트(16)(및 이에 따른 스택의 반대 측면)는 스택의 제1 측면의 약 2/3 또는 4/5를 덮는다.

제2 입구 포트 섹션(13)은 열교환기(1)의 상부 전체에 걸쳐 연장형성되고 제2 배출 포트 섹션(미도시)은 열교환기(1)의 바닥 전체에 걸쳐 연장형성된다. 제1 및 제2 유체는 교대로 배치된 제1 및 제2 채널들에서 안내되어 스택을 통과하며, 본 출원의 설명에 따르면 기본적으로 채널들은 서로 평행한다.

커버 플레이트들(15)은 스택의 두 개의 제3 측면들을 전부 덮는다. 스택의 바닥 및 상부에는 대응하는 수집부들(collectors)을 적용하기 위한 칼라들(collars, 17)이 제공될 수 있다.

바람직하게는, 커버 플레이트들(15, 16)은 서로 용접되고, 가장자리 또는 모서리 부분들(14)을 따라 스택에 용접된다. 두 개의 제3 측면들 상의 커버 플레이트들(15)은 그들의 네 개의 가장자리 부분들(14)을 따라 용접된다. 두 개의 제1 측면들 상의 커버 플레이트들(16)은 세 개의 가장자리 부분들(14)을 따라서는 용접되나 바람직하게는, 제1 유입 또는 배출 포트 섹션들(18)을 형성하는 가장자리 부분을 따라서는 용접되지 않는다.

도 2의 분해도에서는 셀을 단순화하여 도시한 것으로, 추가적인 열전달 플레이트(도면에서는 생략됨)에 의해 다수의 셀이 제공되는 경우 이러한 셀들을 서로 위로 또는 옆으로 적층하여 플레이트형 열교환기를 형성할 수 있다.

일직선의 직사각형 스페이서들(31)의 형태로 이루어진 스페이싱 요소들, 가령 스테인리스강 스페이서들, 특히 오스테나이트 고온 강 스페이서들은, 열전달 플레이트(4)의 상측에, 그리고 열전달 플레이트(4)의 두 개의 마주보는 제1 측면들(110)의 가장자리들 전체를 따라 배열된다. 열전달 플레이트(4)의 상단 상의 두 개의 마주보는 제2 측면들(111)에는 스페이싱 요소들이 제공되지 않고 열전달 플레이트(4)의 상측을 따라 제2 유체가 유도되기 위한 대응되는 유입 및 배출 개구부들(13)을 형성한다. 스페이서들의 높이는 가령 0.5 밀리미터이고, 더블-스페이서(double-spacer)의 절반이다.

L-형상의 직사각형 스페이싱 요소들(21), 가령 L-형상의 스테인리스강 스페이서들, 특히 오스테나이트 고온 강 스페이서들은 열전달 플레이트(4)의 바닥 상의 마주보는 제2 측면들(111) 뿐만 아니라, 열전달 플레이트(4)의 바닥 상의 두 개의 마주보는 제1 측면들(110)의 일부를 따라 배열된다. 두 개의 제1 측면들의 가장자리들의 나머지 부분들은 열전달 플레이트(4)의 바닥 측면을 따라 형성된 제1 채널의 안팎으로 제1 유체가 유도되기 위한 제1 유입 개구부 섹션(18) 및 제1 배출 개구부 섹션(미도시)을 형성한다. 제1 및 제2 유체들 사이의 열전달은 열전달 플레이트(4), 바람직하게는 내식성이 높은 물질, 가령 니켈-기반의 내식성이 높은 물질, 가령 Inconel® 617, 602, 또는 693를 통해 발생한다. 바람직하게는, 열전달 플레이트의 두께는 250 마이크로미터 미만이다. 열전달 플레이트들의 두께는 바람직하게는 약 150 마이크로미터이다.

제1 유입 개구부(180)와 제1 배출 개구부에는, 파형 시트(20) 형태의 개방형 스페이싱 요소가 배열된다. 파형 시트(20)와 L-형상의 스페이싱 요소(21)는 일체형으로 형성되거나, 하나의 피스로 형성되거나 별도의 스페이싱 요소들일 수 있다. 파형 시트(20)는 수용 불가능할 정도의 높은 배압을 일으키지 않으면서 유체 흐름이 통과하기에 충분한 개구부들을 제공한다. 파형 시트는 유입 및 배출 개구부 섹션에서도 스페이서로서의 역할을 한다. 또한, 파형 시트는, 위와 아래에서 셀로 힘을 가했을 때, 대응되는 압축력을 셀 또는 스택의 누워있는 가장자리 부분들의 위와 아래로 가하도록 일정한 유연성과 압축성을 포함한다. 요소들이 긴밀하게 위치됨으로써 확실한 용접을 보장하고 최소한의 매우 국부적인 용접 에너지의 적용이 가능하다. 바람직하게는, 제1 유입 또는 배출 개구부(180)를 포함하는 두 개의 측면들 상의 L-형상의 스페이싱 요소(21) 또한 셀의 누워있는 가장자리 부분들의 위와 아래에 힘을 가할 수 있다. 이를 통해, 열전달 플레이트(4)의 두 개의 마주보는 가장자리 부분들 전체를 따라 가압력이 가해질 수 있다.

제1 유입 또는 배출 개구부(180)를 포함하는 두 개의 측면들상의 L-형상의 스페이싱 요소(21)는 가령 약간 압축 가능한 물질로 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 파형 시트(20), 및 제1 유입 또는 배출 개구부(180)를 포함하는 두 개의 측면들 상의 L-형상의 스페이싱 요소(21)의 높이는 제1 유입 및 배출 개구부를 포함하지 않는 두 개의 측면들 상의 L-형상의 스페이싱 요소(21)보다 바람직하게는 약 5 퍼센트 높다. 이를 통해, 제1 유입 및 배출 개구부(180)를 포함하는 두 개의 측면들 상의 스페이싱 요소들의 약 5 퍼센트 압축이 달성될 수 있다.

파형 시트(20) 뿐만 아니라 L-형상의 스페이싱 요소(21)는 유입 또는 배출 개구부(180)를 포함하는 두 개의 제1 측면들(110) 상의 열전달 플레이트(4)에 용접되지 않는다. (유입 및 배출 개구부(180)를 포함하지 않는) 두 개의 제2 측면들(111)상에는 스페이싱 요소(21)가 열전달 플레이트(4)에 유체가 새지 않도록, 바람직하게는 기밀한 방식으로 용접된다. 또한, 열전달 플레이트의 상단의 스페이싱 요소(31)는 열전달 플레이트에 유체가 새지 않도록, 바람직하게는 기밀한 방식으로 용접된다.

용접은 열전달 플레이트의 평면에서 수행됨으로써 열전달 플레이트들의 가장자리 부분들과 각각의 스페이싱 요소들을 따라 매우 좁은 용접을 제공한다.

제1 및 제2 유체는 대기 압력 상태에 있거나 가압 될 수 있다. 바람직하게는, 두 가지 유체 모두 대기 압력을 받는다. 그러나, 두 가지 유체들 중 하나는 대기 압력을 받고 나머지 다른 유체는 가령 2, 3, 또는 4 바(bar)로 가압 될 수 있다. 실험 결과, 이와 같은 범위의 압력 또는 이와 같은 범위의 유체 간 압력 차이는 일부 요소들의 비용접에 의해 생성되는 누출 통로들을 통해 통과하는 누출 유체의 양에 영향을 미치지 않거나 인지 가능한 영향을 미치지 않기 때문에, 플레이트형 열교환기의 성능에 부정적인 영향을 미치지 않거나 크게 미치지 않는다.

도 3에는 예시적인 소형 스택, 기본적으로는 이중 셀이 도시되어 있는데, 여기서는 동일 또는 유사한 요소들에 대해서는 도 2에서와 같은 참조 부호를 사용했다. 도 3의 실시 예에서는, 제2 유체(12)를 위한 유입 개구부(190)와 배출 개구부(191) 뿐만 아니라 제1 유체(11)를 위한 유입 개구부(180)와 배출 개구부(181)에는 파형 시트(30, 20) 형태의 스페이싱 요소가 제공된다. 제1 유입 개구부(180) 및 제1 배출 개구부(181)를 형성하는 파형 시트들(20)은 두 개의 마주보는 제1 측면들(110) 상의 열전달 플레이트의 가장자리 부분들의 일부를 따라서만 연장형성된다. 제2 유입 개구부(190) 및 제2 배출 개구부(191)를 형성하는 파형 시트들(30)은 열전달 플레이트(4)의 두 개의 마주보는 제2 측면들(111) 상의 열전달 플레이트의 가장자리 부분들 전체를 따라 연장형성된다. 여기서, 플레이트의 가장자리 부분의 '전체'는 열전달 플레이트(4)의 다른 두 개의 마주보는 측면들을 따라 배열된 스페이싱 요소들의 너비를 제외한 가장자리 부분 전체를 포함하는 것으로 이해된다.

열전달 플레이트의 예시적 크기들은 바람직하게는 유동 방향에 평행한 방향으로 100 밀리미터와 300 밀리미터 사이, 그리고 유동 방향에 직각인 방향으로 100 밀리미터와 400 밀리미터 사이이다.

도 4는 도 3의 스택의 가장자리 부분을 확대하여 도시하고 있다. 여기서도 동일 또는 유사한 요소들에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용했다. 커버 플레이트(15)는 스택의 일 측면을 형성한다. 열전달 플레이트(4)는 커버 플레이트(15) 옆에 배열된다. 다음 높이에서, 제2 측면(111)은 스페이서(21)의 위와 아래에서 열전달 플레이트(4)에 수평 용접을 통해 용접된 스페이서(21)에 의해 폐쇄된다. 제1 측면(110)은 개방되고 파형 시트(20)가 제공되는데, 이때 파형 시트(20)는 도 3에 예시된 바와 같이 유입 개구부(180) (또는 배출 개구부(181))에서 연장형성되거나, 제1 측면(110) 전체를 따라 연장형성될 수 있다. 이 제1 채널은 다음의 열 전달 플레이트에 의해 폐쇄된다. 또 다른 층에서는, 제1 측면(110)이 스페이서(31)에 의해 폐쇄되고, 제2 측면(111)은 개방되고 파형 시트(30)가 제공된다. 이 제2 채널은 추가적인 열전달 플레이트(4)에 의해 다시 폐쇄된다. 추가적인 층의 스페이서(31)는 이 추가적인 열전달 플레이트(4)에 수평 방식으로 용접된다.

다음 높이에는 제1 채널이 반복 및 이에 따라 형성되고, 다음 이후의 높이에서는 제2 채널이 반복된다.

스페이서들(31)과 열전달 플레이트들(4) 사이에는 열전달 플레이트의 측면 전체를 따라 형성된 가장자리 부분들을 따라 용접 접합부들이 제공된다. 용접 접합부들은 또한 제1 유입 또는 배출 개구부(180, 181)를 포함하지 않는 스택의 제2 측면들(111) 상의 스페이서들(21)과 열전달 플레이트(4) 사이에 제공된다.

파형 시트들(20, 30)과 열전달 플레이트들(4) 사이에는 용접 접합부가 제공되지 않는다. 또한, 비용접 파형 시트들(20, 30) 또는 스페이서들(21)과 열전달 플레이트들(4) 사이에 누출 통로들이 형성되도록, 제1 유입 또는 제1 배출 개구부(180, 181)를 포함하는 스택의 제1 측면들(110) 상의 열전달 플레이트들(4)과 스페이서들(21) (도 3 참조) 사이에도 용접 접합부들이 제공되지 않는다.

도 4에서, 제2 유체 채널의 스페이서들(31)은 두 개의 열전달 플레이트들(4)의 거리(300)와 제2 채널의 높이를 정의하는 더블 스페이서의 일부이다. 바람직하게는, 더블 스페이서는 셀들을 서로 적층한 후 형성되고, 이때 각각의 셀은 그 바깥에 배열된 스페이서(31)를 갖는다.

도 5의 단면도는 스페이싱 요소들(22, 32)과 열전달 플레이트들(4)의 교번 배열을 도시하고 있다. 내부 스페이싱 요소(22)는 내부 스페이싱 요소(22)에 인접하게 배열된 열전달 플레이트들(4)에 용접되지 않는다. 이에 따라, 내부 스페이싱 요소(22)와 열전달 플레이트(4) 사이에는 누출 통로(101)가 형성되는데, 이를 통해 작은 누출 유동(100)이 유동 채널(25)에서 나올 수 있다.

외부 스페이싱 요소들(32)은 용접 접합부들(50)로 표시된 바와 같이 열전달 플레이트들(4)의 가장자리에 및 가장자리를 따라 용접된다. 이러한 용접 접합부들(50)은 열전달 플레이트들(4)의 평면에 평행한 방향으로 용접 에너지를 공급함으로써, 그리고 바람직하게는 외부 스페이싱 요소(32)와 열전달 플레이트(4) 사이의 인터페이스 위치에 생성된다.

커버 플레이트(16)는 스택의 측면을 덮고 누출 유동(100)이 열교환기에서 나가는 것을 막는다. 외부 스페이싱 요소들(32)과 열전달 플레이트들(4) 간의 기밀한 용접 때문에, 제1 유동 채널(25)과 제2 유동 채널(26) 또는 각각의 제1 유체 유동과 제2 유체 유동 사이에는 연통 경로가 존재하지 않는다. 이에 따라, 제1 채널(25)에서 나오는 누출 유동(100)의 양은 제1 채널(25) 또는 또 다른 제1 채널로 되돌아가거나 제1 유체가 스택에서 나올 수 있도록 제공된 제1 배출 개구부를 통해 스택에서 나올 수 있다.

내부 스페이싱 요소(22)는 가령, 그 형상 또는 물질에 의해 일정한 탄성을 갖는다. 이러한 탄성은, (도면에서 위와 아래로부터) 스택에 직각인 방향으로 스페이싱 요소(22)에 힘을 가했을 때 내부 스페이싱 요소(22)를 약간 압축할 수 있도록 한다. 내부 스페이싱 요소(22)를 압축함으로써, 내부 스페이싱 요소(22)의 위와 아래에서 동일한 양의 압축력(220)이 열전달 플레이트들(4)에 가해진다. 이를 통해, 열전달 플레이트들(4)은 외부 스페이싱 요소들(32)에 대해 밀어짐으로써, 이들 사이에 단단한 접촉을 형성하고, 이는 제대로 된 용접을 돕는다.

도 5의 실시 예에서, 제1 및 제2 채널들(25, 26)은 대략 동일한 높이를 갖는데, 이 높이는 스페이싱 요소들(22, 32)의 두께에 의해 정의된다. 바람직하게는, 이러한 두께는 약 1 밀리미터이고, 열전달 플레이트들(4)의 두께는 바람직하게는 약 150 마이크로미터이다. 열전달 플레이트들(4)을 외부 스페이싱 요소들(32)에 용접하기 위해, 바람직하게는 레이저 용접이 사용되고, 이때 사용되는 레이저 스팟 직경은 약 40 내지 50 마이크로미터이다.

도 6의 단면도는 내부 스페이싱 요소(22), 두 개의 외부 스페이싱 요소들(31) 및 열전달 플레이트들(4)의 배열을 도시하고 있다. 내부 스페이싱 요소(22)는 도 5에서와 같을 수 있고, 내부 스페이싱 요소(22) 옆에 배열된 열전달 플레이트들(4)에 용접되지 않는다. 여기서도 역시, 내부 스페이싱 요소(22)와 열전달 플레이트들(4) 사이에는 누출 통로(101)가 형성되는데, 이를 통해 작은 누출 유동(100)이 유동 채널(25)에서 나올 수 있다. 간략한 도시를 위해 커버 플레이트는 생략했다.

여기서도 외부 스페이싱 요소들(31)은 표시된 바와 같이 용접 접합부(50)에 의해 열전달 플레이트들(4)의 가장자리 부분에 및 가장자리 부분을 따라 수평 용접에 의해 용접된다.

도 6의 실시 예에서, 제1 및 제2 채널들(25, 26)은 대략 동일한 높이를 갖는데, 이때 높이는 스페이싱 요소(22) 및 두 개의 스페이싱 요소들(31)의 두께에 의해 정의된다. 바람직하게는, 이러한 두께는 약 1 밀리미터이고, 열전달 플레이트의 두께는 바람직하게는 약 150 마이크로미터이다. 그러나, 제2 채널(26)의 높이는 용접 접합부(51)로 표시된 바와 같이 함께 용접된 두 개의 외부 스페이싱 요소들(31)에 의해 형성된 더블 스페이서에 의해 형성된다. 바람직하게는, 외부 스페이싱 요소들(31)은 동일한 높이를 갖는 동일한 스페이서들이다. 이러한 실시 예는 플레이트형 열교환기의 제조를 용이하게 할 수 있다. 두 개의 열전달 플레이트들(4) 사이에 내부 스페이싱 요소(22)를 포함하는 개별 셀들(2) 뿐만 아니라 열전달 플레이트들(4) 각각의 마주보는 측면들에 용접된 하나의 외부 스페이서(31)는 기제조될 수 있다. 그런 다음, 원하는 개수 만큼의 이러한 복수의 셀들(2)이 적층되고 외부 스페이싱 요소들(31)을 용접함으로써 서로 용접될 수 있다. 단지 한 종류의 셀만 미리제조될 수 있는데, 이 경우에는 생산 프로세스의 변화가 필요없고 셀의 적층시 선택할 필요가 없다.

이렇게 미리제조함으로써, 정밀한 정렬 및 용접이 요구되는 얇은 열전달 플레이트들(4)과 두꺼운 스페이싱 요소들(22, 31) 간의 용접이 미리 수행될 수 있다. 단일 셀(2)은 용접 시 정렬이 필요하고 제 위치에 유지되어야 하는 구성 요소를 거의 포함하지 않는다.

두 개의 더 두꺼운 외부 스페이싱 요소들(31) 간의 용접은 다른 용접 기술들 또는 레이저 용접을 사용해 수행할 수도 있는데, 단 더 큰 초점 직경들을 사용한 용접으로 가능하다.

도 5와 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 수평 용접 또는 열전달 플레이트의 일반 평면 방향으로의 용접은, 용접된 요소들의 불거짐(bulging) 또는 변형을 일으키지 않거나 매우 제한된 정도로만 일으키고, 용접될 요소들 사이에는 원치 않는 용접 물질이 용접되지 않는다. 플레이트와 스페이싱 요소들을 이루는 물질들의 용융으로 인한 추가적인 용접 물질은-만약 생성될 경우-스택의 측면으로 연장형성됨으로써, 셀들(2)과 커버 플레이트(16) 사이의 공극 안으로 연장형성된다.

바람직하게는, 내부 스페이싱 요소(22)는 또한 열전달 플레이트들(4)과 외부 스페이싱 요소들(31)에 일정한 가압력(220)을 가하여 외부 스페이싱 요소들(31)과 열전달 플레이트들(4) 사이의 용접을 돕기 위해, 열전달 플레이트(4)의 평면에 대해 직각인 방향으로 일정한 탄성을 갖는다.

가장자리의 부분들 또는 가장자리 전체를 따라 수평 용접이 가해지기 전에, 열전달 플레이트와 내부 또는 외부 스페이싱 요소 사이에는 작은 용접 스팟들이 적용될 수 있다. 이러한 작은 용접 스팟들은 셀 또는 스택의 요소들이 서로 고정되기 전에 정렬이 어긋나는 것을 방지할 수 있다.

Claims (15)

1. 열전달 플레이트들로 이루어진 스택을 포함하는 플레이트형 열교환기에 있어서,
   각각의 열전달 플레이트는 일반 평면으로 연장형성되고 네 개의 가장자리 부분을 포함하고, 상기 열전달 플레이트들 사이에는 제1 유동 채널 및 제2 유동 채널이 배열되고, 모든 제1 유동 채널은 제1 유체의 통류를 위한 것이고, 모든 제2 유동 채널은 제2 유체의 통류를 위한 것이고, 상기 유체 중 하나를 위한 상기 제1 유동 채널은 제1 유입 개구부 및 제1 배출 개구부를 통해 유입 포트와 배출 포트에 연결가능하며,
   열전달 플레이트의 쌍들은 셀을 형성하고,
   하나의 셀은,
   상기 열전달 플레이트들 사이에 배열되며, 상기 유체 중 하나를 위한 제1 유입 개구부와 제1 배출 개구부를 개방된 상태로 유지하도록 상기 네 개의 가장자리 부분들을 따라 연장형성되는, 내부 스페이싱 요소와,
   상기 네 개의 가장자리 부분의 적어도 두 개를 따라, 서로 마주보지 않는 상기 열전달 플레이트의 측면 중 적어도 하나 상에서 상기 열전달 플레이트들 중 적어도 하나에 용접된 외부 스페이싱 요소들을 포함하고,
   상기 셀은 서로 적층되고 상기 외부 스페이싱 요소에 의해 용접됨으로써 함께 연결되고,
   상기 플레이트형 열교환기는 상기 열전달 플레이트로 이루어진 스택의 측면을 덮기 위한 커버 플레이트를 더 포함하고, 상기 커버 플레이트는 상기 제 1 유입 개구부에 의해 형성된 유입 포트 섹션을 위한 부분과 상기 제1 배출 개구부에 의해 형성된 배출 포트 섹션을 위한 부분을 제외하고 상기 열전달 플레이트로 이루어진 상기 스택의 두 개의 제1 측면을 덮고,
   상기 제1 유입 개구부 또는 상기 제1 배출 개구부를 포함하는 셀의 두 개의 제1 측면은, 상기 유체 중 하나에 대한 열전달 플레이트들 사이에 제공된 누출 통로를 포함하고, 상기 누출 통로는 상기 제1 유입 개구부 및 상기 제1 배출 개구부에 의해 제공된 상기 통로에 추가하여 제공되는 것을 특징으로 하는 플레이트형 열교환기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 누출 통로는 상기 제1 유입 개구부 또는 제1 외부 개구부를 포함하는 셀의 두 개의 제1 측면의 상기 열전달 플레이트의 두 개의 가장자리 부분을 따라, 상기 열전달 플레이트와 상기 내부 스페이싱 요소 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 플레이트형 열교환기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 셀의 상기 두 개의 제1 측면 내의 상기 누출 통로 각각의 크기는, 상기 셀의 상기 두 개의 제1 측면을 덮는 상기 커버 플레이트의 크기와 합산했을 때, 상기 두 개의 제1 측면 각각의 상기 누출 통로를 통한 누출량이 상기 셀의 상기 두 개의 제1 측면에 배열된 대응되는 제1 유입 개구부 또는 제1 배출 개구부를 통한 상기 유체 중 하나의 유량의 최대 1 퍼센트가 되도록 하는 크기인 것을 특징으로 하는 플레이트형 열교환기.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 외부 스페이싱 요소는 상기 일반 평면에 평행한 방향으로 공급된 용접 에너지에 의해 적어도 하나의 열전달 플레이트에 용접되고, 상기 플레이트형 열교환기는 상기 가장자리 부분 및 상기 외부 스페이싱 요소를 따라 적어도 하나의 열전달 플레이트 사이에 용접 접합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플레이트형 열교환기.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 외부 스페이싱 요소는 상기 외부 스페이싱 요소의 가장자리 부분을 따라 상기 외부 스페이싱 요소들 사이에 용접 접합부를 포함하는 상기 일반 평면에 평행한 방향으로 용접 에너지를 공급함으로써 서로 용접되는 것을 특징으로 하는 플레이트형 열교환기.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 열전달 플레이트의 두께는 50 마이크로미터와 300 마이크로미터 사이인 것을 특징으로 하는 플레이트형 열교환기.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 외부 스페이싱 요소의 두께는 0.3 밀리미터와 3 밀리미터 사이인 것을 특징으로 하는 플레이트형 열교환기.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 유입 개구부 또는 제1 배출 개구부를 포함하는 셀의 두 개의 제1 측면 상에서 상기 열전달 플레이트들 사이에 배열된 상기 내부 스페이싱 요소는, 상기 일반 평면의 방향에 직각인 방향으로 미리 설정된 가요성을 포함하는 것을 특징으로 하는 플레이트형 열교환기.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 내부 스페이싱 요소는 파형 시트인 것을 특징으로 하는 플레이트형 열교환기.
10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 유입 개구부 또는 제1 배출 개구부를 포함하는 셀의 두 개의 제1 측면 상에서 상기 열전달 플레이트들 사이에 배열된 상기 내부 스페이싱 요소들의 높이는, 상기 제1 유입 개구부 또는 상기 제1 배출 개구부를 포함하지 않는 셀의 두 개의 제2 측면 상에 배열된 내부 스페이싱 요소의 높이보다 높은 것을 특징으로 하는 플레이트형 열교환기.
11. 열전달 플레이트들로 이루어진 스택을 포함하는 플레이트형 열교환기 제조 방법에 있어서,
    각각 일반 평면으로 연장형성되고 네 개의 가장자리 부분을 포함하는 열전달 플레이트들을 스택으로 배열하는 단계,
    상기 열전달 플레이트들 사이에 제1 유동 채널과 제2 유동 채널을 제공하는 단계로서, 모든 제1 유동 채널은 제1 유체의 통류를 위한 것이고, 모든 제2 유동 채널은 제2 유동의 통류를 위한 것인, 유동 채널을 제공하는 단계,
    열전달 플레이트의 쌍들에 의해, 그리고 내부 스페이싱 요소를 셀의 열전달 플레이트들 사이에 배열함으로써, 셀을 형성하는 단계로서, 상기 내부 스페이싱 요소는 상기 열전달 플레이트의 네 개의 가장자리 부분을 따라 연장형성되면서 상기 유체 중 하나를 위한 제1 유입 개구부 및 제1 배출 개구부를 개방된 상태로 유지하고, 또한 외부 스페이싱 요소를 제공하되, 상기 가장자리 부분 중 적어도 두 개를 따라, 서로 마주보지 않는 상기 열전달 플레이트의 측면 중 적어도 하나 상에서 상기 열전달 플레이트 중 적어도 하나에 상기 외부 스페이싱 요소를 용접함으로써, 셀을 형성하는 단계;
    상기 셀을 서로 적층하고, 상기 외부 스페이싱 요소를 용접함으로써 상기 셀들 서로 연결시키는 단계;
    커버 플레이트를 제공하여 상기 열전달 플레이트로 이루어진 스택의 측면을 덮는 단계로서, 상기 제1 유입 개구부에 의해 형성된 유입 포트 섹션을 위한 부분과 상기 제1 배출 개구부에 의해 형성된 배출 포트 섹션을 위한 부분을 제외하고, 상기 열전달 플레이트로 이루어진 스택의 두 개의 제1 측면을 덮는 단계;
    상기 제1 유입 개구부 또는 제1 배출 개구부를 포함하지 않는 셀의 두 개의 제2 측면 상에서 상기 열전달 플레이트와 상기 내부 스페이싱 요소를 함께 용접하는 단계; 및
    상기 제1 유입 개구부 또는 제1 배출 개구부를 포함하는 셀의 두 개의 제1 측면 상에서 상기 열전달 플레이트와 상기 내부 스페이싱 요소를 함께 용접하지 않음으로써, 상기 제1 유입 개구부와 상기 제1 배출 개구부의 통로에 추가하여 상기 유체 중 하나를 위해 상기 셀의 두 개의 제1 측면 내에 상기 열전달 플레이트들 사이에 누출 통로를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플레이트형 열교환기 제조 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 유입 개구부 또는 제1 배출 개구부를 포함하지 않는 셀의 두 개의 제2 측면 상에서 상기 열전달 플레이트와 상기 내부 스페이싱 요소를 함께 용접하는 단계는, 상기 열전달 플레이트의 두 개의 가장자리 부분과 상기 내부 스페이싱 요소 사이에 용접 접합부를 생성하기 위해, 상기 일반 평면에 평행한 방향으로 용접 에너지를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플레이트형 열교환기 제조 방법.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 열전달 플레이트의 가장자리 부분과 상기 외부 스페이싱 요소 사이에 용접 접합부를 생성하기 위해, 상기 일반 평면에 평행한 방향으로 용접 에너지를 공급함으로써 상기 열전달 플레이트와 상기 외부 스페이싱 요소를 함께 용접하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플레이트형 열교환기 제조 방법.
14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    내부 스페이싱 요소, 열전달 플레이트 및 외부 스페이싱 요소를 서로에 대해 가압하도록, 상기 열전달 플레이트의 가장자리 부분 상에 가압력을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플레이트형 열교환기 제조 방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 열전달 플레이트의 가장자리 부분 상에 가압력을 제공하는 단계는 가요성 내부 스페이싱 요소를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플레이트형 열교환기 제조 방법.

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