DE102020007432A1 - Rippen-Platten-Wärmetauscher - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) mit einem Wärmetauscherblock (10), vorgeschlagen, der eine Vielzahl von Wärmetauscherpassagen (1) aufweist, die unter Verwendung von übereinander angeordneten Strukturblechen mit Lamellen (3) gebildet sind, wobei die Wärmetauscherpassagen (1) durch zwischen den Strukturblechen mit den Lamellen (3) angeordnete Trennbleche (4) voneinander getrennt sind, und wobei eine parallel zu den Trennblechen (4) angeordnete erste Außenfläche (F1) und eine parallel zu den Trennblechen (4) angeordnete zweite Außenfläche (F2) des Wärmetauscherblocks (10) jeweils durch ein Deckblech (5) gebildet sind. Es ist vorgesehen, dass der Wärmetauscherblock (10) mehr als vier senkrecht zu der ersten Außenfläche (F1) und der zweiten Außenfläche (F2) angeordnete weitere Außenflächen (F3-F10), von denen wenigstens zwei einen nicht-rechtwinkligen Innenwinkel zueinander einschließen, aufweist. Ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Rippen-Platten-Wärmetauschers (100) ist ebenfalls Gegenstand.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rippen-Platten-Wärmetauscher sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Rippen-Platten-Wärmetauschers gemäß den jeweiligen Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft gelötete Rippen-Platten-Wärmetauscher aus Aluminium (Brazed Aluminium Plate-Fin Heat Exchangers, PFHE; Bezeichnungen gemäß der deutschen und englischen Ausgabe der ISO 15547-2:2005), wie sie in einer Vielzahl von Anlagen bei unterschiedlichsten Drücken und Temperaturen eingesetzt werden. Entsprechende Wärmetauscher finden beispielsweise Anwendung bei der Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei der Verflüssigung von Erdgas oder in Anlagen zur Herstellung von Ethylen. Ist nachfolgend verkürzend von einem „Wärmetauscher“ oder „Plattenwärmetauscher“ die Rede, sei hierunter stets ein entsprechender (hart-) gelöteter Rippen-Platten-Wärmetauscher aus Aluminium verstanden. Es versteht sich, dass „Aluminium“ dabei auch eine Aluminiumlegierung bezeichnen kann.
  • Gelötete Rippen-Platten-Wärmetauscher aus Aluminium sind in 2 der erwähnten ISO 15547-2:2005 sowie auf Seite 5 der Veröffentlichung „The Standards of the Brazed Aluminium Plate-Fin Heat Exchanger Manufacturers' Association“ der ALPEMA, 3. Auflage 2010, gezeigt und beschrieben. Eine Abbildung, die im Wesentlichen den dortigen Abbildungen entspricht, ist in der beigefügten 1 als Stand der Technik dargestellt und wird im Folgenden vorab erläutert.
  • Der in 1 teilweise geöffnet dargestellte Plattenwärmetauscher 200 gemäß dem Stand der Technik dient dem Wärmeaustausch von im dargestellten Beispiel fünf verschiedenen Prozessmedien A bis E.
  • Zum Wärmeaustausch zwischen den Prozessmedien A bis E umfasst der Plattenwärmetauscher 200 dabei eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Trennblechen 4 (in den zuvor genannten Veröffentlichungen, auf die sich auch die nachfolgenden Angaben in Klammern beziehen, im Englischen als Parting Sheets bezeichnet), zwischen denen durch Strukturbleche mit Lamellen 3 (Fins) definierte Wärmeaustauschpassagen 1 für jeweils eines der Prozessmedien A bis E, die dadurch in Wärmeaustausch miteinander treten können, ausgebildet sind.
  • Die Strukturbleche mit den Lamellen 3 sind typischerweise gefaltet bzw. gewellt ausgebildet, wobei durch die Faltungen bzw. Wellen jeweils Strömungskanäle gebildet werden, wie auch in 1 der ISO 15547-2:2005 gezeigt. Die Bereitstellung der Strukturbleche mit Lamellen 3 bietet im Vergleich zu Plattenwärmetauschern ohne Lamellen den Vorteil einer verbesserten Wärmeübertragung, einer gezielteren Fluidführung und einer Erhöhung der mechanischen (Zug-)Festigkeit. In den Wärmeaustauschpassagen 1 strömen die Prozessmedien A bis E insbesondere durch die Trennbleche 4 getrennt voneinander, können ggf. aber im Fall von perforierten oder geschnittenen Strukturblechen mit Lamellen 3 durch letztere hindurchtreten und somit eine Querverteilung und eine verbesserte Wärmeübertragung bewirken.
  • Die einzelnen Passagen 16 bzw. die Strukturbleche mit den Lamellen 3 sind seitlich jeweils durch sogenannte Sidebars 8 umgeben, die jedoch Einspeise- und Entnahmeöffnungen 9 freilassen. Die Sidebars 8 halten die Trennbleche 4 auf Abstand und sorgen für eine mechanische Verstärkung. Zum Abschluss an zumindest zwei Seiten dienen insbesondere verstärkt ausgebildete Deckbleche 5 (Cap Sheets), die parallel zu den Trennblechen 4 angeordnet sind.
  • Mittels sogenannter Header 7, die mit Stutzen 6 (Nozzles) versehen sind, werden die Prozessmedien A bis E über Einspeise- und Entnahmeöffnungen 9 zu- und abgeführt. Im Eingangsbereich der Passagen 1 befinden sich weitere Strukturbleche mit sogenannten Verteilerlamellen 2 (Distributor Fins), die für eine gleichmäßige Verteilung auf die gesamte Breite der Passagen 1 sorgen. In Strömungsrichtung gesehen am Ende der Passage 1 können sich weitere Strukturbleche mit Verteilerlamellen 2 befinden, die die Prozessmedien A bis E aus den Passagen 1 in die Header 7 führen, wo sie gesammelt und über die entsprechenden Stutzen 6 abgezogen werden.
  • Durch die Strukturbleche mit den Lamellen 3, die weiteren Strukturbleche mit den Verteilerlamellen 2, die Sidebars 8, die Trennbleche 4 und die Deckbleche 5 wird insgesamt ein hier quaderförmiger Wärmetauscherblock 20 gebildet, wobei unter einem „Wärmetauscherblock“ hier die genannten Elemente ohne die Header 7 und Stutzen 6 in einem miteinander verbundenem Zustand verstanden werden sollen. Wie in 1 nicht veranschaulicht, kann der Plattenwärmetauscher 200 insbesondere aus Fertigungsgründen aus mehreren entsprechenden quaderförmigen und miteinander verbundenen Wärmetauscherblöcken 20 (sog. Module) ausgebildet sein.
  • Entsprechende Plattenwärmetauscher 200 werden aus Aluminium hartgelötet. Die einzelnen Passagen 1, umfassen die Strukturbleche mit den Lamellen 3, die weiteren Strukturbleche mit den Verteilerlamellen 2, die Deckbleche 5 und die Sidebars 8 werden dabei aufeinander gestapelt bzw. entsprechend angeordnet und in einem Ofen erwärmt, wobei die Trennbleche 4 ebenfalls entsprechend angeordnet werden und mit Lot versehen sind. Alternativ ist auch ein selektiver Auftrag von Lot auf die Verbindungsflächen der Strukturbleche mit den Lamellen 3 und die Sidebars 8 möglich. Auf den in dieser Weise hergestellten Wärmetauscherblock 20 werden die Header 7 und die Stutzen 6 aufgeschweißt.
  • Durch die Dimension und den Lötprozess des Plattenwärmetauschers 200 kann es beim Löten zu Spannungen kommen, welche beim nachfolgenden Schweißprozess frei werden und zu Leckagen bzw. Trennblechrissen führen können. Ferner kann es bei einer höheren Anzahl an Prozessmedien, die innerhalb des Plattenwärmetauschers 200 einem Wärmeaustausch unterworfen werden sollen, insbesondere aber auch bei einer Zuspeisung bzw. Entnahme innerhalb des Plattenwärmetauschers 200, zu komplexen Ausgestaltungen und Anordnungen von Stutzen 6 und Headern 7 mit damit verbundenen Platz- und Fertigungsproblemen kommen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, einen gegenüber dem Stand der Technik insbesondere einfacher herstellbaren und zweckmäßiger betreibbaren gelöteten Rippen-Platten-Wärmetauscher bereitzustellen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund werden ein Rippen-Platten-Wärmetauscher sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Rippen-Platten-Wärmetauschers mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Rippen-Platten-Wärmetauscher, dessen Wärmetauscherblock nicht rein quaderförmig aufgebaut ist, sondern bei dem Kanten in der nachfolgend erläuterten Weise abgeschrägt bzw. abgefast sind, einerseits eine erleichterte Header- und Leitungsanbindung und andererseits eine spannungsärmere und damit einfachere Fertigung ermöglicht.
  • Die Erfindung schlägt dazu einen (gelöteten) Rippen-Platten-Wärmetauscher mit einem Wärmetauscherblock (zum Begriff des „Wärmetauscherblocks“ siehe oben) vor, der eine Vielzahl von Wärmetauscherpassagen aufweist, die in der oben erläuterten Weise grundsätzlich wie im Stand der Technik bekannt unter Verwendung von übereinander angeordneten Strukturblechen mit Lamellen gebildet sind. Die Wärmetauscherpassagen sind dabei, wie insoweit ebenfalls noch aus dem Stand der Technik bekannt, durch zwischen den Strukturblechen mit den Lamellen angeordnete Trennbleche voneinander getrennt. Eine parallel zu den Trennblechen angeordnete erste Außenfläche und eine parallel zu den Trennblechen angeordnete zweite Außenfläche des Wärmetauscherblocks sind auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung jeweils durch ein Deckblech gebildet.
  • Während ein herkömmlich, beispielsweise gemäß 1 ausgebildeter Wärmetauscherblock zusätzlich zu der ersten und zweiten Außenfläche, die durch die entsprechenden Deckbleche definiert werden, als Quader noch genau vier weitere Außenflächen aufweist, ist dies erfindungsgemäß nicht der Fall. Erfindungsgemäß weist der Wärmetauscherblock mehr als vier senkrecht zu der ersten Außenfläche und der zweiten Außenfläche angeordnete weitere Außenflächen auf, von denen wenigstens zwei einen nicht-rechtwinkligen Innenwinkel zueinander einschließen. Es können insbesondere fünf, sechs, sieben, acht oder mehr als acht weitere Außenflächen in dieser Weise angeordnet sein, wobei die Erfindung insbesondere acht weitere Außenflächen betrifft. Die weiteren Außenflächen stellen dabei sinngemäß durch ein Abfasen von entsprechenden Kanten eines quaderförmigen Wärmetauscherblocks gebildete Fasenflächen dar, die zusätzlich zu den entsprechend flächenmäßig verkleinerten Quaderflächen vorhanden sind.
  • Der Querschnitt eines entsprechenden Plattenwärmetauschers parallel zu den Trennblechen und die Trennbleche selbst stellt erfindungsgemäß also insbesondere eine n-seitige Fläche mit n > 4 dar, wobei zumindest zwei Seiten dieser Fläche miteinander einen nicht-rechtwinkligen Innenwinkel einschließen.
  • Es versteht sich jeweils, dass die weiteren Außenflächen nicht direkt aneinander stoßen müssen, sondern beispielsweise durch abgerundete oder ihrerseits abgefaste Übergangsbereiche ineinander übergehen können. Ein „Innenwinkel“ bezeichnet dabei einen Innenwinkel, den Ebenen, in denen die weiteren Außenflächen liegen, einschließen, auch wenn diese nicht direkt aneinander anschließen.
  • Der erfindungsgemäße Rippen-Platten-Wärmetauscher weist eine Vielzahl von Trennblechen und eine Vielzahl von Strukturblechen mit Lamellen bzw. Fins auf. Dabei sind die Trennbleche und Strukturbleche abwechselnd zueinander angeordnet und insbesondere zusammen mit Sidebars zu einem Block verbunden. Die genannten Elemente weisen entsprechend dem erläuterten Querschnitt des Wärmetauscherblocks ebenfalls eine n-seitige Form auf bzw. sind dieser n-seitigen Form angepasst bzw. anpassbar, so dass sich auf diese Weise die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Rippen-Platten-Wärmetauschers bzw. dessen Wärmetauscherblocks ergibt.
  • Es versteht sich dabei, dass wie in einem bekannten Rippen-Platten-Wärmetauscher, auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung bei dem die Strukturbleche mit den Lamellen seitlich zumindest teilweise von Sidebars umgeben sind, zwischen denen jeweils die Trennbleche angeordnet sind, wobei die weiteren Außenflächen, von denen im Rahmen der vorliegenden Erfindung mehr als vier vorhanden sind, jeweils zumindest teilweise durch die Sidebars und die dazwischenliegenden Trennbleche bzw. deren Außenkanten gebildet sind. Diese Seitenflächen können aber auch eine Abdeckung mittels weiterer Abdeckbleche erfahren.
  • In dem vorgeschlagenen Rippen-Platten-Wärmetauscher sind die weiteren Außenflächen, von denen im Rahmen der vorliegenden Erfindung mehr als vier vorhanden sind, vorteilhafterweise in drei oder vier Paaren ausgebildet sind, wobei die weiteren Außenflächen eines jeden der Paare parallel zueinander angeordnet sind, also einander außen auf dem Wärmetauscherblock gegenüberliegen, und jeweils einen insbesondere in bestimmten Fällen nicht-rechtwinkligen Innenwinkel mit den weiteren Außenflächen eines jeden anderen der Paare einschließen.
  • Der Wärmetauscherblock kann dabei insbesondere spiegelsymmetrisch zu einer ersten Spiegelebene, die senkrecht durch eines der Paare der weiteren Außenflächen verläuft, und spiegelsymmetrisch zu einer zweiten Spiegelebene, die senkrecht durch ein weiteres der Paare der weiteren Außenflächen verläuft, sein. Zwischen den Außenflächen, durch die die beiden Spiegelebenen verlaufen, und die auf diese Weise Quaderflächen definieren würden, wenn keine weiteren Außenflächen dazwischen angeordnet wären, sind im Rahmen dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung jeweils weitere Außenflächen vorgesehen, die auf diese Weise gewissermaßen Fasenflächen von abgefasten Quaderkanten zwischen den Außenflächen, durch die die beiden Spiegelebenen verlaufen, bilden.
  • Insbesondere können in einem Rippen-Platten-Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung die weiteren Außenflächen von dreien der Paare, die jeweils nebeneinander auf dem Wärmetauscherblock liegen, jeweils mit Headern ausgebildet sein und jeweils Öffnungen zu Wärmetauscherpassagen in dem Wärmetauscherblock aufweisen. Die jeweiligen Header, die auf einem quaderförmigen Wärmetauscherblock nebeneinander in einer ebenen Fläche angeordnet sein müssten, um dieselbe Funktion zu erfüllen, können auf diese Weise in unterschiedliche Richtungen weisen, so dass eine räumliche Anordnung von Stutzen und Sammelleitungen vereinfacht wird, da ein größeres Platzangebot zur Verfügung steht.
  • In dem erfindungsgemäß bereitgestellten Rippen-Platten-Wärmetauscher weisen die weiteren Außenflächen eines der genannten Paare insbesondere eine Längserstreckung in einer Richtung parallel zu den Trennblechen auf, die wenigstens doppelt, dreifach, vierfach und bis zu zehnfach so groß ist wie eine Längserstreckung jeder anderen der weiteren Außenflächen in einer Richtung parallel zu den Trennblechen. Auf diese Weise wird ein insgesamt länglicher Wärmetauscherblock geschaffen, der eine ausreichende Wärmeaustauschstrecke bereitstellt.
  • In dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Rippen-Platten-Wärmetauscher ist der Wärmetauscherblock, wie bereits aus den obigen Erläuterungen hervorgeht, in einem Querschnitt parallel zu den Trennblechen achtseitig ausgebildet ist, wobei die Trennbleche ebenfalls achtseitig ausgebildet sind.
  • Herkömmlicherweise sind Trennbleche für Wärmetauscherblöcke von entsprechenden Rippen-Platten-Wärmetauschern, entsprechend dem rechteckigen Querschnitt eines Quaders, rechteckig mit vier rechten Innenwinkeln ausgebildet. Durch die spezielle Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung werden solche rechten Winkel zumindest teilweise vermieden. Auf diese Weise können insbesondere Spannungsspitzen in den Ecken bzw. an den Kanten des Wärmetauscherblocks reduziert werden. Insbesondere kann somit verhindert werden, dass es bei dem Herstellungsprozess des Rippen-Platten-Wärmetauschers im Lötprozess zu Spannungen kommt, welche bei dem Schweißprozess frei werden und zu Leckagen oder Rissen in den Trennblechen führen können. Ferner kann eine insbesondere verbesserte Gestaltung von Eckbereichen des Wärmetauscherblocks durch einander überlappende Sidebars ermöglicht werden.
  • Durch die höhere Anzahl von Außenflächen des Rippen-Platten-Wärmetauschers ergeben sich insbesondere eine deutlich größere Flexibilität und mehr Möglichkeiten für die Anordnung von Headern und Stutzen und somit für das Zu- und Abführen von Prozessmedien sowie für die Anzahl an verwendeten Prozessmedien. Header- bzw. Verteilerflächen sowie erforderliche Header- bzw. Verteilereinzelteile und draus resultierende Zuschnitte können insbesondere reduziert werden. Ferner können insbesondere Toträume bzw. ungenügend durchströmte Bereiche innerhalb eines Headers bzw. Verteilers reduziert werden. Ferner können insbesondere Vorteile durch eine optimierte Anordnung von Headern auch in Bezug auf eine weiterführende Verrohrung durch eine geringe Anzahl von Rohrbögen, eine geringere Ausladung einer Sammelverrohrung, sowie durch eine geringe Baugröße und verbesserte Anordenbarkeit in einer Coldbox erzielt werden.
  • Vorteilhafterweise sind Innenwinkel und/oder Seitenlängen der n-seitigen Querschnittsfläche bzw. entsprechende weitere Außenflächen in Abhängigkeit von Eigenschaften des Plattenwärmetauschers vorgegeben, insbesondere von mechanischen und/oder verfahrenstechnischen Eigenschaften. Bei derartigen Eigenschaften kann es sich beispielsweise um konstruktive Vorgaben bzw. Gegebenheiten des Plattenwärmetauschers oder von Elementen handeln, welche an dem Plattenwärmetauscher angeordnet werden sollen. Ferner können derartige Eigenschaften prozesstechnische Anforderungen bzw. spezielle Bedingungen betreffen, unter welchen der Plattenwärmetauscher eingesetzt werden soll. Innenwinkel und Seitenlängen stellen insbesondere Freiheitsgrade dar, um die Trennplatte flexibel an mechanischen und/oder verfahrenstechnischen Vorgaben des Plattenwärmetauschers anzupassen. Insbesondere lässt sich durch eine Veränderung der Innenwinkel und/oder Seitenlängen die „Abschrägung“ der Ecken der Trennplatte und die spezielle Form der Trennplatte anpassen. Durch Veränderung der einzelnen Innenwinkel bzw. Seitenlängen können zweckmäßigerweise Abschnitte bzw. Bereiche der Grundfläche variiert und individuell angepasst werden.
  • In einem zentralen Bereich des erwähnten achtseitigen Querschnitts ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung in zumindest einem Teil der Wärmetauscherpassagen ein rechteckiges Strukturblech mit Lamellen angeordnet, dem sich an gegenüberliegenden Seiten trapezförmige Bereiche anschließen, wobei in den trapezförmigen Bereichen jeweils weitere Strukturbleche mit Verteilerlamellen angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine einfache Verteilung von Fluiden auf bzw. ein Sammeln von Fluiden aus entsprechenden rechteckigen Strukturblechen mit Lamellen erfolgen.
  • Wie mehrfach erwähnt, betrifft die vorliegende Erfindung einen gelöteten Rippen-Platten-Wärmetauscher, so dass die Strukturbleche mit den Lamellen, die weiteren Strukturbleche mit den Verteilerlamellen, die Sidebars, die Trennbleche und die Deckbleche in dem Wärmetauscherblock durch Hartlöten verbunden sind, und wobei die Header an den Wärmetauscherblock angeschweißt sind.
  • Ein entsprechender Rippen-Platten-Wärmetauscher kann auch, wie erwähnt, mehr als einen Wärmetauscherblock aufweisen, so dass dieser den zuvor diskutierten Wärmetauscherblock als ersten Wärmetauscherblock und einen zumindest teilweise identisch zu dem ersten Wärmetauscherblock ausgebildeten weiteren Wärmetauscherblock aufweisen kann.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Rippen-Platten-Wärmetauschers, bei dem Strukturbleche mit Lamellen, weitere Strukturbleche mit Verteilerlamellen, Sidebars, Trennbleche und Deckbleche durch Hartlöten zu einem Wärmetauscherblock verbunden werden, der eine Vielzahl von Wärmetauscherpassagen aufweist, die unter Verwendung der übereinander angeordneten Strukturbleche mit den Lamellen gebildet sind, wobei die Wärmetauscherpassagen durch zwischen den Strukturblechen mit den Lamellen angeordnete Trennbleche voneinander getrennt sind, und wobei eine parallel zu den Trennblechen angeordnete erste Außenfläche und eine parallel zu den Trennblechen angeordnete zweite Außenfläche des Wärmetauscherblocks jeweils durch ein Deckblech gebildet sind.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Wärmetauscherblock mit mehr als vier senkrecht zu der ersten Außenfläche und der zweiten Außenfläche angeordneten weiteren Außenflächen, von denen wenigstens zwei einen nicht-rechtwinkligen Innenwinkel zueinander einschließen, hergestellt wird.
  • Zu weiteren Merkmalen und Vorteilen eines entsprechenden Herstellungsverfahrens sei auf die obigen Erläuterungen bezüglich des Rippen-Platten-Wärmetauschers ausdrücklich verwiesen. Dies gilt auch für ein Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei dem ein Rippen-Platten-Wärmetauscher hergestellt wird, wie er zuvor in unterschiedlichen Ausgestaltungen erläutert wurde.
  • Zu dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Rippen-Platten-Wärmetauscher und einem entsprechenden Herstellungsverfahren seien nachfolgend nochmals Vorteile zusammengefasst genannt.
  • Vorzugsweise sind Innenwinkel und/oder Seitenlängen der n-seitigen Querschnittsfläche in Richtung der Trennbleche in Abhängigkeit von Anschlüssen für Prozessmedien vorgegeben. Bei derartigen Anschlüssen kann es sich insbesondere um Mittel zum Zuführen und/oder Abführen und/oder Verteilen und/oder Sammeln von Prozessmedien handeln, insbesondere um Stutzen bzw. Header. Zweckmäßigerweise kann mit Hilfe der Innenwinkel bzw. Seitenlängen ein entsprechender Wärmetauscherblock angepasst werden, um entsprechende Mittel flexibel an dem Plattenwärmetauscher anordnen zu können.
  • Bevorzugt weist die n-seitige Querschnittsfläche, wie erwähnt, einen zentralen Bereich mit viereckiger, insbesondere rechteckiger, Grundfläche auf. An zwei einander gegenüberliegenden Seiten, insbesondere an den Breitseiten des zentralen Bereichs schließt sich jeweils ein Bereich mit (n/2)-eckiger, insbesondere viereckiger und trapezförmiger, Grundfläche an. Der zentrale Bereich ist insbesondere derart dimensioniert, dass zwischen den zentralen Bereichen zweier Trennbleche Strukturbleche mit Lamellen bzw. Fins angeordnet werden können. Die sich anschließenden Bereiche stellen insbesondere abgeschrägte Eck- bzw. Randbereiche dar, deren spezielle Ausgestaltung zusätzliche Freiheitsgrade für die Ausgestaltung des Rippen-Platten-Wärmetauschers und für die Anordnung einzelner Elemente an dem Wärmetauscherblock ermöglicht. Beispielsweise können an den Eckbereichen Verteilerlamellen angeordnet werden, um Prozessmedien in Passagen oder Strömungskanäle des Plattenwärmetauschers zu verteilen oder aus diesen Passagen bzw. Strömungskanäle heraus zu führen.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Querschnitt achtseitig. Besonders bevorzugt sind alle Innenwinkel des achtseitigen Querschnitts jeweils stumpfe Winkel zwischen 90°und 180°. Bei einer derartigen achteckigen Querschnittsfläche können in den jeweiligen Eck- bzw. Verteilerbereichen zweckmäßigerweise jeweils an drei Seiten Anschlüsse angeordnet werden, so dass sich insgesamt die Möglichkeit ergibt, sechs Anschlüsse für Prozessmedien anzuordnen. Seitenlängen und Innenwinkel können insbesondere in Abhängigkeit von den Dimensionen der Anschlüsse angepasst werden.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt einen nicht erfindungsgemäßen Rippen-Platten-Wärmetauscher in vereinfachter isometrischer Darstellung.
    • 2A und 2B zeigen Ausgestaltungen erfindungsgemäßer Rippen-Platten-Wärmetauscher in vereinfachter isometrischer Darstellung.
    • 3 zeigt eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Rippen-Platten-Wärmetauschers in vereinfachter schematischer Schnittansicht.
    • 4A und 4B zeigen Ausgestaltungen von Elementen eines erfindungsgemäßen Rippen-Platten-Wärmetauschers in vereinfachter schematischer Draufsicht.
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • 1 wurde bereits in der Beschreibungseinleitung bei der Würdigung des Standes der Technik erläutert. Die dort verwendeten Bezugszeichen und Erläuterungen gelten auch für die nachfolgend erläuterten Figuren.
  • In den 2A und 2B sind Ausgestaltungen von Rippen-Platten-Wärmetauschern gemäß besonders bevorzugter Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung in isometrischer Darstellung gezeigt und jeweils insgesamt mit 100 bezeichnet.
  • Die Plattenwärmetauscher 100 weisen jeweils einen Wärmetauscherblock 10 auf, der auch hier aus einer Vielzahl von Wärmetauscherpassagen 1 gebildet ist. Auf der Außenseite des Wärmetauscherblocks 10 sind hiervon Sidebars 8 und dazwischen angeordnete Trennbleche 4 zu erkennen, die aber hier nur teilweise dargestellt und mit den jeweiligen Bezugszeichen versehen sind. Eine parallel zu den Trennblechen 4 angeordnete erste Außenfläche F1 und eine parallel zu den Trennblechen 4 sowie parallel zu der ersten Außenfläche F1 angeordnete zweite Außenfläche F2 (verdeckt) des Wärmetauscherblocks 10 sind jeweils durch ein Deckblech 5 gebildet.
  • Im Gegensatz zu der Ausgestaltung gemäß 1, in der der Wärmetauscherblock 20 genau vier senkrecht diesen genannten Außenflächen angeordnete weitere Außenflächen aufweist und der Wärmetauscherblock 20 daher quaderförmig ausgestaltet ist, ist das gemäß den 2A und 2B nicht der Fall.
  • Der Wärmetauscherblock 10 gemäß 2A weist sechs senkrecht zu der ersten Außenfläche F1 und der zweiten Außenfläche F2 angeordnete weitere Außenflächen F3 bis F8 (teilweise verdeckt) auf, von denen die Außenflächen F3 und F4, F4 und F5, F6 und F7 sowie F7 und F8 jeweils einen nicht-rechtwinkligen Innenwinkel zueinander einschließen. Die Anordnung ergibt sich im Wesentlichen durch die Abschrägung zweier Kanten des Wärmetauscherblocks 20 gemäß 1.
  • Der Wärmetauscherblock 10 gemäß 2B weist acht senkrecht zu der ersten Außenfläche F1 und der zweiten Außenfläche F2 angeordnete weitere Außenflächen F3 bis F10 auf, die alle einen nicht-rechtwinkligen Innenwinkel zueinander einschließen. Die Anordnung ergibt sich im Wesentlichen durch die Abfasung von vier Kanten des Wärmetauscherblocks 20 gemäß 1.
  • Auf den Wärmetauscherblock 10 gemäß 2A sind auf die weiteren Außenflächen F4, F5, F7 und F8 jeweils Header 7 aufgebracht, beim Wärmetauscherblock 10 gemäß 2B auf die weiteren Außenflächen F4, F5, F9, F7, F8 und F10. Stutzen 6 sind jeweils nicht gesondert veranschaulicht. Auch eine andere Ausgestaltung mit Headern 7 ist möglich, beispielsweise durch Weglassen von Headern 7, Aufbringen von mehr als einem Header 7 auf einer der bereits mit Headern 7 versehenen weiteren Außenflächen F3 bis F10 oder durch Aufbringen von weiteren Headern 7 auf die Außenflächen F2 und/oder F9.
  • Wie hier ersichtlich, sind gemäß 2A die Außenflächen F3 bis F10 in drei Paaren F3/F6, F4/F7 und F5/F8 sowie gemäß 2B in vier Paaren F3/F6, F4/F7, F5/F8 und F9/F10 ausgebildet, wobei die weiteren Außenflächen F3 bis F8 bzw. F10 eines jeden der Paare F3/F6, F4/F7, F5/F8 sowie ggf. F9/F10 parallel zueinander angeordnet sind und jeweils einen Innenwinkel mit den weiteren Außenflächen F3 bis F8 bzw. F10 eines jeden anderen der Paare F3/F6, F4/F7, F5/F8 sowie ggf. F9/F10 einschließen.
  • Der Wärmetauscherblock 10 gemäß 2B ist spiegelsymmetrisch zu einer ersten Spiegelebene, die senkrecht durch das Paar F3/F6 der weiteren Außenflächen F3 bis F10 verläuft, und spiegelsymmetrisch zu einer zweiten Spiegelebene, die senkrecht durch das Paare F5/F8 der weiteren Außenflächen F3 bis F10 verläuft, ist.
  • Wie zudem zu erkennen weisen die weiteren Außenflächen F3 bis F10 des Paars F3/F6 eine Längserstreckung in einer Richtung parallel zu den Trennblechen 4 auf, die deutlich größer ist als eine Längserstreckung aller anderen weiteren Außenflächen F3 bis F10. Der Umfang wurde bereits zuvor erläutert.
  • In 3 ist eine Ausgestaltung eines von Rippen-Platten-Wärmetauschers gemäß einer besonders bevorzugter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in einer vereinfachten Schnittansicht entsprechend einer Schnittebene parallel zu den Trennblechen 4 gezeigt und ebenfalls insgesamt mit 100 bezeichnet.
  • Die Ausgestaltung und Bezeichnung der Elemente entspricht jener gemäß 2B, so dass auf die diesbezüglichen Erläuterungen verwiesen werden kann. Nicht alle Elemente sind entsprechend bezeichnet. Zusätzlich sind Leitungen 101 bis 106 veranschaulicht, die an die hier zusätzlich dargestellten Stutzen 6 angeschlossen sind. Über eine Leitung 101 kann dabei ein erster Stoffstrom eingespeist werden, welcher über eine Leitung 104 ausgeführt wird. Entsprechend kann über eine Leitung 102 ein zweiter Stoffstrom eingespeist und über eine Leitung 105 ausgeführt werden. Über eine Leitung 106 ein dritter Stoffstrom eingespeist und über eine Leitung 103 ausgeführt werden.
  • Der hier veranschaulichte Querschnitt des Wärmetauscherblocks ist achteckig, wobei die acht Innenwinkel des Querschnitts, die durch die weiteren Außenflächen F3 bis F8 definiert werden, jeweils 135° betragen. Der Querschnitt kann auch als einen zentralen Bereich mit rechteckiger Grundfläche aufgefasst werden, an den sich an den gegenüberliegenden Breitseiten jeweils ein Bereich mit viereckiger, trapezförmiger Grundfläche anschließt.
  • In den 4A und 4B sind Querschnitte durch einen Rippen-Platten-Wärmetauscher gemäß einer besonders bevorzugter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wiederum in Schnittansichten entsprechend einer Schnittebene parallel zu den Trennblechen 4 gezeigt und ebenfalls insgesamt mit 100 bezeichnet. Die Schnittansicht entspricht im Wesentlichen jener der 3, wobei jedoch die Stutzen 6 nicht dargestellt und die Leitungen 101 bis 106 nur angedeutet sind. Auf eine Vielzahl von Bezugszeichen der 3 wurde hier der Übersichtlichkeit halber verzichtet.
  • 4A veranschaulicht die Behandlung des über Leitung 106 eingespeisten und über Leitung 103 entnommenen Fluid- bzw. Prozessstroms, der bereits zu 3 angesprochen wurde. Dieser wird nach der Einspeisung über den der Leitung 106 zugeordneten Header 7 über ein Strukturblech mit Verteilerlamellen 2 auf das Strukturblech mit den Lamellen 3 verteilt und anschließend über ein weiteres Strukturblech mit Verteilerlamellen 2 gesammelt und dem der Leitung 103 zugeordneten Header 7 zugeführt.
  • 4A veranschaulicht die Behandlung des über Leitung 102 eingespeisten und über Leitung 105 entnommenen Fluid- bzw. Prozessstroms, der ebenfalls bereits zu 3 angesprochen wurde. Dieser wird nach der Einspeisung über den der Leitung 102 zugeordneten Header 7 über ein Strukturblech mit Verteilerlamellen 2 auf das Strukturblech mit den Lamellen 3 verteilt und anschließend über ein weiteres Strukturblech mit Verteilerlamellen 2 gesammelt und dem der Leitung 102 zugeordneten Header 7 zugeführt.

Claims (12)

  1. Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) mit einem Wärmetauscherblock (10), der eine Vielzahl von Wärmetauscherpassagen (1) aufweist, die unter Verwendung von übereinander angeordneten Strukturblechen mit Lamellen (3) gebildet sind, wobei die Wärmetauscherpassagen (1) durch zwischen den Strukturblechen mit den Lamellen (3) angeordnete Trennbleche (4) voneinander getrennt sind, und wobei eine parallel zu den Trennblechen (4) angeordnete erste Außenfläche (F1) und eine parallel zu den Trennblechen (4) angeordnete zweite Außenfläche (F2) des Wärmetauscherblocks (10) jeweils durch ein Deckblech (5) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscherblock (10) mehr als vier senkrecht zu der ersten Außenfläche (F1) und der zweiten Außenfläche (F2) angeordnete weitere Außenflächen (F3-F10), von denen wenigstens zwei einen nicht-rechtwinkligen Innenwinkel zueinander einschließen, aufweist.
  2. Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) nach Anspruch 1, bei dem die Strukturbleche mit den Lamellen (3) seitlich zumindest teilweise von Sidebars (8) umgeben sind, zwischen denen jeweils die Trennbleche (4) angeordnet sind, wobei die weiteren Außenflächen (F3-F10) jeweils zumindest teilweise durch die Sidebars (8) und die dazwischenliegenden Trennbleche (4) gebildet sind.
  3. Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die weiteren Außenflächen (F3-F10) in drei oder vier Paaren (F3/F6, F4/F7, F5/F8, F9/F10) ausgebildet sind, wobei die weiteren Außenflächen (F3-F10) eines jeden der Paare (F3/F6, F4/F7, F5/F8, F9/F10) parallel zueinander angeordnet sind und jeweils einen Innenwinkel mit den weiteren Außenflächen (F3-F10) eines jeden anderen der Paare (F3/F6, F4/F7, F5/F8, F9/F10) einschließen.
  4. Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Wärmetauscherblock (10) spiegelsymmetrisch zu einer ersten Spiegelebene, die senkrecht durch eines der Paare (F3/F6, F4/F7, F5/F8, F9/F10) der weiteren Außenflächen (F3-F10) verläuft, und spiegelsymmetrisch zu einer zweiten Spiegelebene, die senkrecht durch ein weiteres der Paare (F3/F6, F4/F7, F5/F8, F9/F10) der weiteren Außenflächen (F3-F10) verläuft, ist.
  5. Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die weiteren Außenflächen (F3-F10) von dreien der Paare (F3/F6, F4/F7, F5/F8, F9/F10), die jeweils nebeneinander auf dem Wärmetauscherblock (10) liegen, jeweils mit Headern (7) ausgebildet sind und jeweils Öffnungen zu Wärmetauscherpassagen (1) in dem Wärmetauscherblock (10) aufweisen.
  6. Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die weiteren Außenflächen (F3-F10) eines der Paare (F3/F6, F4/F7, F5/F8, F9/F10) eine Längserstreckung in einer Richtung parallel zu den Trennblechen (4) aufweisen, die wenigstens doppelt, dreifach, vierfach und bis zu zehnfach so groß ist wie eine Längserstreckung jeder anderen der weiteren Außenflächen (F3-F10) in einer Richtung parallel zu den Trennblechen (4).
  7. Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, der in einem Querschnitt parallel zu den Trennblechen achtseitig ausgebildet ist, wobei die Trennbleche ebenfalls achtseitig ausgebildet sind.
  8. Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) nach Anspruch 8, bei dem in einem zentralen Bereich des achtseitigen Querschnitts in zumindest einem Teil der Wärmetauscherpassagen (1) ein rechteckiges Strukturblech mit Lamellen (3) angeordnet ist, dem sich an gegenüberliegenden Seiten trapezförmige Bereiche anschließen, wobei in den trapezförmigen Bereichen jeweils weitere Strukturbleche mit Verteilerlamellen (2) angeordnet sind.
  9. Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Strukturbleche mit den Lamellen (3), die weiteren Strukturbleche mit den Verteilerlamellen (2), die Sidebars (8), die Trennbleche (4) und die Deckbleche (5) in dem Wärmetauscherblock (10) durch Hartlöten verbunden sind, und bei dem Header (7) an den Wärmetauscherblock (10) angeschweißt sind.
  10. Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, der den Wärmetauscherblock (10) als ersten Wärmetauscherblock und einen zumindest teilweise identisch zu dem ersten Wärmetauscherblock ausgebildeten weiteren Wärmetauscherblock aufweist.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Rippen-Platten-Wärmetauschers (100), bei dem Strukturbleche mit Lamellen (3), weitere Strukturbleche mit Verteilerlamellen (2), Sidebars (8), Trennbleche (4) und Deckbleche (5) durch Hartlöten zu einem Wärmetauscherblock (10) verbunden werden, der eine Vielzahl von Wärmetauscherpassagen (1) aufweist, die unter Verwendung der übereinander angeordneten Strukturbleche mit den Lamellen (3) gebildet sind, wobei die Wärmetauscherpassagen (1) durch zwischen den Strukturblechen mit den Lamellen (3) angeordnete Trennbleche (4) voneinander getrennt sind, und wobei eine parallel zu den Trennblechen (4) angeordnete erste Außenfläche (F1) und eine parallel zu den Trennblechen (4) angeordnete zweite Außenfläche (F2) des Wärmetauscherblocks (10) jeweils durch ein Deckblech (5) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscherblock (10) mit mehr als vier senkrecht zu der ersten Außenfläche (F1) und der zweiten Außenfläche (F2) angeordneten weiteren Außenflächen (F3-F10), von denen wenigstens zwei einen nicht-rechtwinkligen Innenwinkel zueinander einschließen, hergestellt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem ein Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt wird.
DE102020007432.4A 2019-12-12 2020-12-07 Rippen-Platten-Wärmetauscher Withdrawn DE102020007432A1 (de)

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