DE102020007618A1

DE102020007618A1 - Method of manufacturing a fin and plate heat exchanger

Info

Publication number: DE102020007618A1
Application number: DE102020007618.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas ACHER; Thomas Englert; Pascal Freko; Paul Heinz; Reinhold Hölzl; Dino Mehanovic; Alexander WOITALKA; Thomas Walter
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2020-01-30
Filing date: 2020-12-12
Publication date: 2021-08-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren (200) zur Herstellung eines Rippen-Platten-Wärmetauschers (100), bei dem Wärmetauscherblöcke (10a, 10b) bereitgestellt und unter Verwendung jeweils eines oder mehrerer Zwischenelemente miteinander verbunden werden, wobei die Wärmetauscherblöcke (10a, 10b) jeweils eine Vielzahl von Wärmetauscherpassagen (1) aufweisen, die unter Verwendung von übereinander angeordneten Strukturblechen mit Lamellen (3) gebildet sind, welche voneinander durch zwischen den Strukturblechen mit den Lamellen (3) angeordnete Trennbleche (4) getrennt sind, und wobei parallel zu den Trennblechen (4) angeordnete Außenflächen der Wärmetauscherblöcke (10a, 10b) jeweils durch ein Deckblech (5) gebildet sind. Als das Zwischenelement oder als eines der mehreren Zwischenelemente wird ein weiteres Strukturblech (11) verwendet, das repetitive Strukturelemente (11a) aufweist, die sich zwischen einer ersten Ebene (E1) und einer zweiten Ebene (E2) erstrecken, und für das Verbinden der Wärmetauscherblöcke (10a, 10b) wird das weitere Strukturblech (11) an mehreren disjunkten ersten Verbindungsstellen (12a) in der ersten Ebene (E1) mit einem der Deckbleche (5a) eines der Wärmetauscherblöcke (10a) und an mehreren disjunkten zweiten Verbindungsstellen (12b) in der zweiten Ebene (E2) mit einem der Deckbleche (5b) eines weiteren der Wärmetauscherblöcke (10a) stoffschlüssig verbunden. Ein entsprechender Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) ist ebenfalls Gegenstand.The present invention relates to a method (200) for producing a fin-plate heat exchanger (100), in which heat exchanger blocks (10a, 10b) are provided and connected to one another using one or more intermediate elements, the heat exchanger blocks (10a, 10b) each have a plurality of heat exchanger passages (1) which are formed using stacked structural plates with lamellas (3) which are separated from one another by separating plates (4) arranged between the structural plates with the lamellas (3), and being parallel to the Separating plates (4) arranged outer surfaces of the heat exchanger blocks (10a, 10b) are each formed by a cover plate (5). A further structural sheet (11) is used as the intermediate element or as one of the several intermediate elements, which has repetitive structural elements (11a) which extend between a first level (E1) and a second level (E2), and for connecting the heat exchanger blocks (10a, 10b) is the further structural sheet (11) at several disjoint first connection points (12a) in the first level (E1) with one of the cover sheets (5a) of one of the heat exchanger blocks (10a) and at several disjoint second connection points (12b) in the second level (E2) with one of the cover plates (5b) of another of the heat exchanger blocks (10a) cohesively connected. A corresponding fin-plate heat exchanger (100) is also the subject matter.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rippen-Platten-Wärmetauschers sowie einen entsprechend hergestellten Rippen-Platten-Wärmetauscher gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a method for producing a fin-plate heat exchanger and a correspondingly produced fin-plate heat exchanger according to the preambles of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

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 15547-2:3005 ), 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.The present invention relates to brazed fin-plate heat exchangers made of aluminum (Brazed Aluminum Plate-Fin Heat Exchangers, PFHE; designations according to the German and English edition of ISO 15547-2: 3005 ) as they are used in a large number of systems at a wide variety of pressures and temperatures. Corresponding heat exchangers are used, for example, in the low-temperature decomposition of air, in the liquefaction of natural gas or in plants for the production of ethylene. If the term “heat exchanger” or “plate heat exchanger” is used in the following, this is always understood to mean a corresponding (hard) soldered rib-plate heat exchanger made of aluminum. It goes without saying that “aluminum” can also refer to an aluminum alloy.

Gelötete Rippen-Platten-Wärmetauscher aus Aluminium sind in 2 der erwähnten ISO 15547-2:3005 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.Brazed aluminum fin and plate heat exchangers are in 2 the mentioned ISO 15547-2: 3005 as well as on page 5 of publication “The Standards of the Brazed Aluminum Plate-Fin Heat Exchanger Manufacturers' Association” of ALPEMA, 3rd edition 2010 , shown and described. A figure, which essentially corresponds to the figures there, is attached 1 shown as prior art and will be explained in advance in the following.

Der in 1 teilweise eröffnet dargestellte Plattenwärmetauscher 300 gemäß dem Stand der Technik dient dem Wärmeaustausch von im dargestellten Beispiel fünf verschiedenen Prozessmedien A bis E.The in 1 Plate heat exchanger shown partially open 300 According to the prior art, the heat exchange of five different process media A to E in the example shown is used.

Zum Wärmeaustausch zwischen den Prozessmedien A bis E umfasst der Plattenwärmetauscher 300 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.For the heat exchange between the process media A to E, the plate heat exchanger includes 300 a large number of partition plates arranged parallel to one another 4th (referred to in English as Parting Sheets in the publications mentioned above, to which the following information in brackets also refer), between which by structural sheets with lamellas 3 (Fins) defined heat exchange passages 1 are designed for one of the process media A to E, which can thereby enter into heat exchange with one another.

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 15547-2:3005 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 Strukturblechen mit Lamellen 3 durch letztere hindurchtreten.The structural sheets with the slats 3 are typically designed folded or corrugated, flow channels being formed by the folds or corrugations, as in FIG 1 of ISO 15547-2: 3005. The provision of the structural sheets with lamellas 3 Compared to plate heat exchangers without fins, it offers the advantage of improved heat transfer, more targeted fluid guidance and an increase in mechanical (tensile) strength. In the heat exchange passages 1 The process media A to E flow in particular through the dividing plates 4th separated from each other, but can be used in the case of perforated structural sheets with lamellas 3 pass through the latter.

Die einzelnen Passagen 1 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 des Druckraumes. Zum Abschluss an zumindest zwei Seiten dienen insbesondere verstärkt ausgebildete Deckbleche 5 (Cap Sheets), die parallel zu den Trennblechen 4 angeordnet sind.The individual passages 1 or the structural sheets with the lamellas 3 are on each side by so-called sidebars 8th surrounded, however, the feed and removal openings 9 set free. The sidebars 8th hold the dividers 4th at a distance and ensure mechanical reinforcement of the pressure space. Reinforced cover plates, in particular, serve to terminate at least two sides 5 (Cap Sheets) that run parallel to the dividers 4th are arranged.

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.Using so-called headers 7th that are with nozzles 6th (Nozzles) are provided, the process media A to E are supplied via inlet and outlet openings 9 in and out. In the entrance area of the passages 1 there are more structural sheets with so-called distributor lamellas 2 (Distributor Fins) for even distribution over the entire width of the passages 1 care for. Seen in the direction of flow at the end of the passage 1 can be further structural sheets with distributor lamellas 2 which are the process media A to E from the passages 1 in the headers 7th lead where they are collected and over the appropriate nozzles 6th subtracted from.

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 300 insbesondere aus Fertigungsgründen aus mehreren entsprechenden quaderförmigen und miteinander verbundenen Wärmetauscherblöcken 20 ausgebildet sein.Through the structural sheets with the slats 3 , the other structural sheets with the distributor lamellas 2 who have favourited Sidebars 8th who have favourited dividers 4th and the cover plates 5 becomes a block-shaped heat exchanger block here 20th formed, whereby under a "heat exchanger block" here the elements mentioned without the headers 7th and nozzle 6th are to be understood in an interconnected state. As in 1 not illustrated, the plate heat exchanger can 300 in particular for manufacturing reasons from several corresponding cuboid and interconnected heat exchanger blocks 20th be trained.

Entsprechende Plattenwärmetauscher 300 werden aus Aluminium hartgelötet. Die einzelnen Passagen 1, umfassend die Strukturbleche mit den Lamellen 3, die weiteren Strukturbleche mit den Verteilerlamellen 2, die Deckbleche 5 und die Sidebars 8 werden dabei, jeweils mit Lot versehen, aufeinander gestapelt bzw. entsprechend angeordnet und in einem Ofen erwärmt. Auf den in dieser Weise hergestellten Wärmetauscherblock 20 werden die Header 7 und die Stutzen 6 aufgeschweißt.Corresponding plate heat exchangers 300 are brazed from aluminum. The individual passages 1 , comprising the structural sheets with the slats 3 , the other structural sheets with the distributor lamellas 2 who have favourited cover sheets 5 and the sidebars 8th are each provided with solder, stacked on top of one another or arranged accordingly and in heated in an oven. On the heat exchanger block made in this way 20th are the headers 7th and the sockets 6th welded on.

Durch die Größe und Geometrie des Lötofens wird in einem derartigen Herstellungsverfahren auch die maximale Größe des Wärmetauscherblocks vorgegeben. Oft verlangen jedoch Prozesse eine größere Wärmeaustauschfläche und somit größere Wärmetauscherblöcke als in einem derartigen Ofen gefertigt werden können. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, wird auf Seite 6 unter 1.2.3 des vorgenannten ALPEMA-Veröffentlichung vorschlagen, zwei oder mehrere Wärmetauscherblöcke durch Schweißen miteinander zu verbinden, um damit einen zusammengesetzten Wärmetauscherblock mit erhöhter Stapelhöhe zu erhalten.The size and geometry of the soldering furnace also specify the maximum size of the heat exchanger block in such a manufacturing process. Often, however, processes require a larger heat exchange surface and thus larger heat exchanger blocks than can be manufactured in such a furnace. To meet these requirements, is on page 6th propose under 1.2.3 of the aforementioned ALPEMA publication to join two or more heat exchanger blocks together by welding in order to obtain an assembled heat exchanger block with an increased stack height.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Herstellung eines Rippen-Platten-Wärmetauschers aus mehreren Wärmetauscherblöcken zu verbessern und einen Rippen-Platten-Wärmetauscher mit verbesserten Eigenschaften zu erhalten.The object of the present invention is to improve the production of a fin and plate heat exchanger from a plurality of heat exchanger blocks and to obtain a fin and plate heat exchanger with improved properties.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Rippen-Platten-Wärmetauschers sowie einen entsprechend hergestellten Rippen-Platten-Wärmetauscher gemäß mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, the present invention proposes a method for producing a fin-plate heat exchanger and a correspondingly produced fin-plate heat exchanger according to the respective features of the independent claims. Refinements are the subject matter of the dependent claims and the following description.

Um einen Rippen-Platten-Wärmetauscher aus mehreren Wärmetauscherblöcken herzustellen, werden zunächst zwei oder mehrere Wärmetauscherblöcke separat voneinander wie oben beschrieben in einem Lötofen gefertigt. Diese Wärmetauscherblöcke weisen noch keine Header auf. Auf das Deckblech eines ersten Wärmetauscherblocks werden entlang der Kanten des Deckbleches dann herkömmlicherweise weitere Sidebars aufgeschweißt, die bündig mit den Kanten des Deckblechs abschließen. Diese Sidebars bilden somit quasi einen Rahmen auf dem Deckblech des ersten Wärmetauscherblocks. Ein zweiter Wärmetauscherblock, der mit dem ersten Wärmetauschblock verbunden werden soll, wird mit seinem Deckblech auf die Sidebars, die auf den ersten Wärmetauscherblock aufgeschweißt wurden, aufgelegt und ebenfalls mit diesen verschweißt.In order to produce a fin-plate heat exchanger from several heat exchanger blocks, two or more heat exchanger blocks are first produced separately from one another as described above in a soldering furnace. These heat exchanger blocks do not yet have any headers. On the cover plate of a first heat exchanger block, further sidebars are then conventionally welded along the edges of the cover plate, which are flush with the edges of the cover plate. These sidebars thus quasi form a frame on the cover plate of the first heat exchanger block. A second heat exchanger block, which is to be connected to the first heat exchanger block, is placed with its cover sheet on the sidebars, which were welded onto the first heat exchanger block, and also welded to them.

Die Anordnung aus beiden verbundenen Wärmetauscherblöcken weist eine größere Stapelhöhe auf als die einzelnen Wärmetauscherblöcke, welche damit die Größe und Geometrie des Lötofens übersteigt. Auf diese Weise können grundsätzlich beliebig viele Wärmetauscherblöcke zu einer beliebig großen Wärmetauscherblockanordnung verbunden werden. Die Wärmetauscherblockanordnung kann mit Headern und Stutzen versehen werden, um einen großen Rippen-Platten-Wärmetauscher zu erhalten, der mehrere miteinander verbundene Wärmetauscherblöcke umfasst.The arrangement of the two connected heat exchanger blocks has a greater stack height than the individual heat exchanger blocks, which thus exceeds the size and geometry of the soldering furnace. In this way, in principle, any number of heat exchanger blocks can be connected to form a heat exchanger block arrangement of any size. The heat exchanger block arrangement can be provided with headers and nozzles in order to obtain a large fin and plate heat exchanger which comprises several interconnected heat exchanger blocks.

Die Schweißnähte verlaufen in einem wie zuvor erläutert hergestellten Rippen-Platten-Wärmetauscher aufgrund der Verschweißung entlang der Sidebars nur entlang des äußeren Randes der Wärmetauscherblöcke. Die Wärmetauscherblöcke sind also nur am äußeren Rand miteinander verbunden. Dabei kann die Verbindung umlaufend am Rand ausgebildet sein, kann aber jederzeit auch beliebige Unterbrechungen der Verbindung entlang des Randes aufweisen.In a rib-plate heat exchanger produced as explained above, the weld seams only run along the outer edge of the heat exchanger blocks due to the welding along the sidebars. The heat exchanger blocks are only connected to one another at the outer edge. The connection can be formed circumferentially on the edge, but can also have any interruptions in the connection along the edge at any time.

Aus mechanischer Sicht stellt eine derartige Verbindung, weil sie eben nur am Außenrand besteht und häufig auch Unterbrechungen aufweist, eine geometrische Unstetigkeit dar. In der Vergangenheit wurden vereinzelt Schäden beobachtet, die sich an diesen Stellen ausbilden, weil an der Verbindung eine Spannungskonzentration bewirkt wird. Durch den Temperaturgang des Rippen-Platten-Wärmetauschers werden stets thermische Verformungen bewirkt. Die Verbindung behindert diese Verformung und stellt zugleich und eine thermische Barriere zwischen den Wärmetauscherblöcken dar. Dadurch entstehen mechanische Zwängungsspannungen, die durch die Unstetigkeit an der Modulverbindung verstärkt werden.From a mechanical point of view, such a connection, because it only exists at the outer edge and often also has interruptions, represents a geometric discontinuity. In the past, isolated damage was observed that developed at these points because a stress concentration was caused at the connection. Thermal deformations are always caused by the temperature profile of the fin-plate heat exchanger. The connection hinders this deformation and at the same time represents a thermal barrier between the heat exchanger blocks. This creates mechanical restraint stresses which are reinforced by the discontinuity at the module connection.

Entsprechende Herstellungsverfahren und damit hergestellte Rippen-Platten-Wärmetauscher sind im Stand der Technik, beispielsweise der EP 1 471 322 A1 , und in der Fachliteratur mehrfach beschrieben.Corresponding manufacturing processes and rib-plate heat exchangers manufactured therewith are in the prior art, for example in FIG EP 1 471 322 A1 , and has been described several times in the specialist literature.

In der EP 2 645 038 A1 wird ferner vorgeschlagen, auf den beiden zu verbindenden Deckblechen zweier Wärmetauscherblöcke, die die Kontaktflächen der Wärmetauscherblöcke bilden, jeweils mindestens ein Formteil zu befestigen. Die Formteile sind derart angeordnet und ausgeformt, dass durch mindestens ein Formteil auf einer Kontaktfläche und ein Formteil auf der anderen Kontaktfläche, in einer Ausgestaltung zusätzlich unter Zuhilfenahme eines weiteren Formteils, die Bewegung der Module senkrecht zu den Kontaktflächen verhindert wird. Die Formteile können jeweils durch Löten, Kleben, Schweißen und/oder Heften befestigt sein. Eine direkte Verklebung entsprechender Kontaktflächen oder eine Verbindung über dazwischen geklebte Blechstreifen wird in der EP 2 645 037 A1 vorgeschlagen.In the EP 2 645 038 A1 it is also proposed to attach at least one molded part to the two cover plates of two heat exchanger blocks to be connected, which form the contact surfaces of the heat exchanger blocks. The molded parts are arranged and shaped in such a way that at least one molded part on one contact surface and one molded part on the other contact surface, in one embodiment additionally with the aid of a further molded part, prevents the modules from moving perpendicular to the contact surfaces. The molded parts can each be attached by soldering, gluing, welding and / or stapling. A direct gluing of corresponding contact surfaces or a connection via sheet metal strips glued in between is possible in the EP 2 645 037 A1 suggested.

In der EP 2 843 348 A1 wird vorgeschlagen, in einen Zwischenraum zwischen gegenüberliegenden Kontaktflächen benachbarter Wärmetauscherblöcke einen Metallschaum einzubringen, der die Kontaktflächen miteinander verbindet.In the EP 2 843 348 A1 is proposed in a space between opposite Contact surfaces of adjacent heat exchanger blocks to introduce a metal foam that connects the contact surfaces with one another.

Gemäß der EP 3 039 367 A1 werden die Wärmetauscherblöcke an den Kontaktflächen durch mindestens einen flachen Träger verbunden, der über Lot mit den Deckblechen der Wärmtauscherblöcke verbunden ist. Hierdurch wird eine deutlich flächigere Verbindung als in herkömmlicheren Verfahren gewährleistet.According to the EP 3 039 367 A1 the heat exchanger blocks are connected to the contact surfaces by at least one flat support, which is connected to the cover plates of the heat exchanger blocks via solder. This ensures a much more extensive connection than in more conventional methods.

In der EP 3 430 342 A1 wird vorgeschlagen, an den Kontaktflächen zweier zu verbindender Wärmetauscherblöcke jeweils zumindest ein längserstrecktes erstes Profil festzulegen. Die Kontaktflächen mit den Profilen werden derart einander gegenüberliegend angeordnet, dass zwischen den beiden Profilen ein Zwischenraum verbleibt. In dem Zwischenraum wird ein längs erstrecktes Element reibschlüssig mit den beiden Profilen angeordnet, das insbesondere aufgeweitet werden kann, so dass die beiden Deckplatten und damit die beiden Wärmetauscherblöcke aneinander festgelegt werden. Das längserstreckte Element ist als Hohlprofil ausgebildet.In the EP 3 430 342 A1 it is proposed to define at least one longitudinally extending first profile on the contact surfaces of two heat exchanger blocks to be connected. The contact surfaces with the profiles are arranged opposite one another in such a way that a gap remains between the two profiles. In the intermediate space, a longitudinally extending element is arranged with a friction fit with the two profiles, which element can in particular be widened so that the two cover plates and thus the two heat exchanger blocks are fixed to one another. The elongated element is designed as a hollow profile.

Die vorliegende Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, dass alternativ zu den erläuterten Verfahren bei der Herstellung eines Rippen-Platten-Wärmetauschers die Verwendung eines mit beiden Deckblechen stoffschlüssig verbundenen Strukturblechs mit repetitiven Blechstrukturen besonders vorteilhaft ist.The present invention is based on the knowledge that, as an alternative to the method explained, in the production of a ribbed plate heat exchanger, the use of a structural sheet metal with repetitive sheet metal structures that is materially bonded to both cover sheets is particularly advantageous.

Durch die beiderseitige stoffschlüssige Verbindung und die Verwendung eines Strukturblechs, das grundsätzlich den innerhalb der Wärmetauscherblöcke in den Wärmetauscherpassagen verwendeten Strukturblechen ähneln kann, ergibt sich an der Verbindung der beiden Wärmetauscherblöcke, im Gegensatz zu bekannten Verfahren, bei denen nur der äußere Rand der Wärmetauscherblöcke miteinander verbunden wird, aus mechanischer Sicht eine deutlich geringere geometrische Unstetigkeit. Dadurch können Schäden reduziert werden, die sich an diesen Stellen ausbilden, weil die herkömmlicherweise bewirkte Spannungskonzentration verringert werden kann. Die durch den Temperaturgang des Rippen-Platten-Wärmetauschers bewirkten thermischen Verformungen werden durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verbindung in geringerem Umfang behindert.The two-sided material connection and the use of a structural sheet, which can basically be similar to the structural sheets used inside the heat exchanger blocks in the heat exchanger passages, results in the connection of the two heat exchanger blocks, in contrast to known methods in which only the outer edge of the heat exchanger blocks are connected to one another becomes, from a mechanical point of view, a significantly lower geometric discontinuity. This can reduce damage that develops at these locations because the stress concentration conventionally caused can be reduced. The thermal deformations caused by the temperature profile of the fin-plate heat exchanger are hindered to a lesser extent by the connection proposed according to the invention.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verbindung stellt insbesondere aufgrund der beiderseitigen stoffschlüssigen Anbindung eine deutlich geringer ausgeprägte thermische Barriere zwischen den Wärmetauscherblöcken dar. Die an dieser Stelle herkömmlicherweise entstehenden mechanischen Zwängungsspannungen, werden durch die geringere Unstetigkeit an der Verbindung deutlich reduziert.The connection proposed according to the invention represents a significantly less pronounced thermal barrier between the heat exchanger blocks, in particular due to the mutual material connection. The mechanical restraint stresses that conventionally arise at this point are significantly reduced due to the lower discontinuity at the connection.

Die vorliegende Erfindung sieht also, mit anderen Worten, vor, zwischen zwei - oder auch mehreren - miteinander zu verbindenden Wärmetauscherblöcken ein Strukturblech (auch als Fin bezeichnet), wie es z.B. bereits beim Stapeln der jeweils miteinander zu verbindenden Wärmetauscherblöcke benutzt wurde, einzubringen. Insbesondere mit Hilfe eines Lotes mit niedrigem Schmelzpunkt, das beispielsweise durch Heißluft, eine resistive Erwärmung über eingeschobene Heizelemente oder induktiv aufgeschmolzen werden kann, können das Strukturblech und die Deckbleche der zu verbindenden Wärmetauscherblöcke form- und kraftschlüssig, und im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt hinweg, verbunden werden.In other words, the present invention provides for a structural sheet (also referred to as a fin) to be inserted between two - or even more - heat exchanger blocks to be connected to one another, as has already been used, for example, when stacking the respective heat exchanger blocks to be connected to one another. In particular with the help of a solder with a low melting point, which can be melted for example by hot air, resistive heating via inserted heating elements or inductively, the structural sheet and the cover sheets of the heat exchanger blocks to be connected can be positively and non-positively, and essentially over the entire cross section, get connected.

Eine Verbindung „über den gesamten Querschnitt hinweg“ ist dabei aber insbesondere keine vollflächige Verbindung im Sinne einer durchgängigen, ununterbrochenen Lotfläche, sondern erfolgt insbesondere an den jeweiligen repetitiven Strukturen in dem Strukturblech, beispielsweise an Wellen. Es ist jedoch insbesondere eine der Anzahl von repetitiven Strukturen entsprechende Anzahl an Verbindungsstellen bereitgestellt oder es ist zumindest ein nennenswerter Anteil der repetitiven Strukturen an entsprechenden Verbindungsstellen angebunden. Es kann sich beispielsweise um wenigstens 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 oder 90 % der repetitiven Strukturen handeln. Eine lediglich zweifach vorhandene Struktur wird dabei im hier verstandenen Sinne nicht als „repetitiv“ angesehen; „repetitive“ Strukturen sind vielmehr mindestens fünf-, zehn-, zwanzig- oder fünfzigfach und beispielsweise bis zu einhundertfach vorhanden.A connection “across the entire cross-section” is in particular not a full-surface connection in the sense of a continuous, uninterrupted soldering surface, but takes place in particular on the respective repetitive structures in the structural sheet, for example on corrugations. In particular, however, a number of connection points corresponding to the number of repetitive structures is provided or at least a significant proportion of the repetitive structures is connected to corresponding connection points. It can be, for example, at least 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 or 90% of the repetitive structures. A structure that only exists twice is not regarded as “repetitive” in the sense understood here; Rather, “repetitive” structures are present at least five, ten, twenty or fifty times and, for example, up to one hundred times.

Durch diese Verbindung können aus dem Betrieb des Rippen-Platten-Wärmetauschers entstehende Temperaturunterschiede zwischen den Wärmetauscherblöcken ausgeglichen bzw. abgebaut werden und mechanische Unstetigkeiten sowie eine etwaige Kerbwirkung einer bereits bestehenden Modulverbindungslage nach herkömmlicher Bauart treten nicht mehr auf. Dadurch können größere Einheiten ohne die Gefahr einer örtlichen mechanischen Überlastung gefertigt werden. Die Betriebssicherheit und Ausfallsicherheit bzw. die Lebensdauer des Rippen-Platten-Wärmetauschers werden auf diese Weise erhöht. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, durch in gewissem Umfang mögliche elastische Verformung Unregelmäßigkeiten bzw. Unebenheiten der Deckbleche, die sich aus der Fertigung ergeben können, auszugleichen.This connection allows temperature differences between the heat exchanger blocks resulting from the operation of the ribbed plate heat exchanger to be compensated or reduced and mechanical discontinuities and any notch effects of an existing module connection layer of conventional design no longer occur. This means that larger units can be manufactured without the risk of local mechanical overload. The operational reliability and failure safety or the service life of the fin-plate heat exchanger are increased in this way. A further advantage of the present invention consists in compensating for irregularities or unevenness in the cover sheets that may result from production by means of elastic deformation that is possible to a certain extent.

Im Sprachgebrauch der Patentansprüche schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Rippen-Platten-Wärmetauschers vor, bei dem wenigstens zwei Wärmetauscherblöcke bereitgestellt und unter Verwendung jeweils eines oder mehrerer Zwischenelemente miteinander verbunden werden, wobei die wenigstens zwei Wärmetauscherblöcke jeweils eine Vielzahl von Wärmetauscherpassagen aufweisen, die unter Verwendung von übereinander angeordneten Strukturblechen mit Lamellen gebildet sind, welche durch zwischen den Strukturblechen mit den Lamellen angeordnete Trennbleche voneinander getrennt sind, und wobei parallel zu den Trennblechen angeordnete Außenflächen der wenigstens zwei Wärmetauscherblöcke jeweils durch ein Deckblech gebildet sind.In the parlance of the patent claims, the present invention proposes a method for producing a fin-plate heat exchanger, in which at least two heat exchanger blocks are provided and each time one or more intermediate elements are used with one another are connected, the at least two heat exchanger blocks each having a plurality of heat exchanger passages which are formed using stacked structural plates with lamellae, which are separated from one another by separating plates arranged between the structural plates with the lamellas, and wherein outer surfaces of the at least two heat exchanger blocks are each formed by a cover plate.

Zum Aufbau entsprechender Wärmetauscherblöcke sei auf den eingangs unter Bezugnahme auf 1 ausführlich erläuterten Rippen-Platten-Wärmetauscher 300 und die dortigen Erläuterungen ausdrücklich verwiesen. Wie dort ersichtlich, sind neben den durch die Deckbleche 5 gebildeten Außenflächen, die parallel zu den Trennblechen 4 liegen, weitere Außenflächen vorhanden, die zumindest teilweise mit Headern versehen sind. Diese weiteren Außenflächen werden im Wesentlichen durch die Seitenflächen der Sidebars 8 und die dazwischen angeordneten Trennbleche 4 bzw. deren Kanten und die Außenkanten der Deckbleche 5 gebildet, können aber jederzeit beispielsweise durch weitere Bleche abgedeckt sein. Es versteht sich, dass diese weiteren Flächen durch mit den Headern in Fluidverbindung stehende Öffnungen unterbrochen sind, um auf diese Weise Fluid ein- und ausspeisen zu können.For the construction of corresponding heat exchanger blocks, refer to the introduction to FIG 1 extensively explained fin-plate heat exchanger 300 and the explanations there are expressly referred to. As can be seen there, in addition to the cover plates 5 formed outer surfaces that are parallel to the metal dividers 4th are, further outer surfaces are available, which are at least partially provided with headers. These additional outer surfaces are essentially made up of the side surfaces of the sidebars 8th and the separating plates arranged between them 4th or their edges and the outer edges of the cover plates 5 formed, but can be covered at any time, for example by further sheets. It goes without saying that these further surfaces are interrupted by openings that are in fluid connection with the headers in order to be able to feed in and out fluid in this way.

Erfindungsgemäß wird als das Zwischenelement zur Verbindung der wenigstens zwei Wärmetauscherblöcke oder als eines von entsprechenden mehreren Zwischenelementen ein weiteres Strukturblech verwendet, das repetitive Strukturelemente aufweist, die sich (jeweils) zwischen einer ersten Ebene und einer zweiten Ebene erstrecken. Dies ist insbesondere bei einer gewellten Struktur der Fall, in der sich die „Wellenberge“ jeweils in der ersten und die „Wellentäler“ jeweils in der zweiten Ebene befinden. Für das Verbinden der wenigstens zwei Wärmetauscherblöcke wird das weitere Strukturblech ferner erfindungsgemäß an mehreren disjunkten ersten Verbindungsstellen (z.B. den „Wellenbergen“) in der ersten Ebene mit einem der Deckbleche eines der wenigstens zwei Wärmetauscherblöcke und an mehreren disjunkten zweiten Verbindungsstellen in der zweiten Ebene (z.B. den „Wellentälern“) mit einem der Deckbleche eines weiteren der wenigstens zwei Wärmetauscherblöcke stoffschlüssig verbunden.According to the invention, a further structural sheet is used as the intermediate element for connecting the at least two heat exchanger blocks or as one of a number of corresponding intermediate elements, which has repetitive structural elements which (each) extend between a first level and a second level. This is particularly the case with a corrugated structure in which the “wave crests” are in each case in the first and the “wave troughs” are in each case in the second level. To connect the at least two heat exchanger blocks, the further structural sheet is furthermore according to the invention at several disjoint first connection points (e.g. the "wave crests") in the first level with one of the cover sheets of one of the at least two heat exchanger blocks and at several disjoint second connection points in the second level (e.g. the "wave troughs") with one of the cover plates of another of the at least two heat exchanger blocks cohesively connected.

Die Verbindung kann dabei ihrerseits durchgängig (beispielsweise längs über einen gesamten „Wellenberg“ oder ein gesamtes „Wellental“ hinweg) oder abschnittsweise unterbrochen (beispielsweise durch streckenweise, aber unterbrochene Verbindungen oder Verbindungspunkte an den „Wellenbergen“ und/oder „Wellentälern“) ausgebildet sein. Die Verbindungsstellen sind jedoch über einen wesentlichen Teil beider betroffener Deckbleche ausgebildet.The connection can in turn be continuous (for example, along an entire "wave crest" or an entire "wave valley") or interrupted in sections (for example, by stretches but interrupted connections or connection points at the "wave crests" and / or "wave troughs") . However, the connection points are formed over a substantial part of both cover plates concerned.

Wie bereits zuvor angesprochen, können die repetitiven Strukturelemente des weiteren Strukturblechs insbesondere Wellenstrukturen umfassen. Unter einer „Wellenstruktur“ soll dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht nur eine in Form einer Sinuswelle ausgebildete Struktur, sondern jegliche Struktur verstanden werden, die in einer Draufsicht aus einer Ebene (insbesondere der erwähnten ersten oder zweiten Ebene) in einer Richtung, insbesondere gerade, verlaufende Isohypsen aufweist, deren Höhenlage zueinander sich zumindest in einem Abschnitt der Struktur kontinuierlich bzw. stetig oder sprunghaft ändert. Auch „waschbrettartige“, Strukturen d.h. Strukturen, die wellenförmig verlaufende Isohypsen aufweisen, können verwendet werden. Der Querschnitt zu den Isohypsen muss keine kontinuierliche Krümmung aufweisen, sondern kann auch gerade Abschnitte umfassen. Beispielsweise kann dieser Querschnitt zickzackartig erscheinen oder trapezartige oder rechteckartige Abschnitte aufweisen. Zur stoffschlüssigen Anbindung können die repetitiven Strukturelemente vergrößerte bzw. abgeflachte Befestigungsbereiche in der ersten und zweiten Ebene aufweisen, wie beispielsweise bei abgeflachten Sinus- oder bei Trapezwellen der Fall.As already mentioned above, the repetitive structural elements of the further structural sheet metal can in particular comprise corrugated structures. In the context of the present invention, a “wave structure” should be understood to mean not only a structure in the form of a sine wave, but any structure that, in a plan view from a plane (in particular the mentioned first or second plane) in one direction, in particular straight , has running isohypses, the altitude of which changes continuously or steadily or abruptly at least in a section of the structure. "Washboard-like" structures, i.e. structures that have undulating isohypses, can also be used. The cross-section to the isohypses does not have to have a continuous curvature, but can also include straight sections. For example, this cross section can appear zigzag or have trapezoidal or rectangular sections. For a material connection, the repetitive structural elements can have enlarged or flattened fastening areas in the first and second levels, as is the case, for example, with flattened sinusoidal or trapezoidal waves.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das weitere Strukturblech zumindest teilweise identisch wie ein oder mehrere der Strukturbleche mit Lamellen sein, unter Verwendung derer die Wärmetauscherpassagen der wenigstens zwei Wärmetauscherblöcke gebildet sind. Auf diese Weise erhöht sich der Anteil an Gleichteilen bei der Herstellung des Rippen-Platten-Wärmetauschers und die Verbindung kann mit im Wesentlichen denselben thermischen und mechanischen Eigenschaften ausgebildet werden wie der Rest des Rippen-Platten-Wärmetauschers. Hierdurch können die erwähnten thermischen und/oder mechanischen Unstetigkeiten und entsprechende, hierdurch bedingte Spannungen weiter reduziert werden.In a particularly preferred embodiment of the present invention, the further structural plate can be at least partially identical to one or more of the structural plates with fins, using which the heat exchanger passages of the at least two heat exchanger blocks are formed. In this way, the proportion of identical parts in the manufacture of the fin-plate heat exchanger increases and the connection can be formed with essentially the same thermal and mechanical properties as the rest of the fin-plate heat exchanger. As a result, the thermal and / or mechanical discontinuities mentioned and the corresponding stresses caused thereby can be further reduced.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann das stoffschlüssige Verbinden insbesondere ein Schweißen, Weichlöten, Hartlöten und/oder Kleben an Verbindungspunkten, -fugen und/oder -nähten in der ersten und/oder in der zweiten Ebene umfassen. Ein Weichlöten ist besonders bevorzugt, da es auch unter Verwendung geringerer Wärmemengen außerhalb eines Lötofens durchgeführt werden kann. Durch eine auf diese Weise hergestellte metallische stoffschlüssige Verbindung kann die Wärmeleitung besonders günstig gestaltet werden. Auch ein Verkleben ist jedoch in bestimmten Fällen vorteilhaft, da es ohne zusätzlichen Wärmeeintrag durchgeführt werden kann. Es werden an den jeweiligen Verwendungszweck des Rippen-Platten-Wärmetauschers angepasste Klebstoffe eingesetzt, beispielsweise tieftemperaturfeste Klebstoffe bei kryogenen Anwendungen.Within the scope of the present invention, the material connection can in particular comprise welding, soft soldering, hard soldering and / or gluing at connection points, joints and / or seams in the first and / or in the second plane. Soft soldering is particularly preferred because it can also be carried out using smaller amounts of heat outside of a soldering furnace. The heat conduction can be designed particularly favorably by means of a metallic material connection produced in this way. Gluing is also advantageous in certain cases, however, since it can be carried out without additional heat input. Adhesives adapted to the respective purpose of the fin-plate heat exchanger are used, For example, low-temperature-resistant adhesives for cryogenic applications.

Wird eine entsprechende Ausgestaltung gewählt, kann das thermische Verbinden unter Verwendung von resistiv und/oder mittels eines erwärmten Fluids eingebrachter Wärme durchgeführt werden. Dies betrifft sowohl Wärme zum Aufschmelzen eines entsprechenden (Weich-)Lots, aber auch beispielsweise Wärme, die zum Aushärten eines verwendeten Klebstoffs erforderlich ist.If a corresponding configuration is selected, the thermal connection can be carried out using heat introduced resistively and / or by means of a heated fluid. This applies not only to heat for melting a corresponding (soft) solder, but also, for example, to heat that is required for curing an adhesive used.

Ein Vorteil des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens kann auch darin bestehen, dass das weitere Strukturblech in einer Richtung senkrecht parallel zu der ersten und der zweiten Ebene ziehharmonikaartig elastisch verformbar ist. Auf diese Weise kann das weitere Strukturblech sich an eine in dieser Richtung erfolgende thermisch bedingte Verformung der Wärmetauscherblöcke besonders gut anpassen. Auch eine Verformung in einer anderen Richtung kann von Vorteil sein, insbesondere, wie erwähnt, um eine Anpassung an die zuvor erwähnten Oberflächenunebenheiten zu ermöglichen.One advantage of the method proposed according to the invention can also consist in the fact that the further structural sheet metal can be elastically deformed in a direction perpendicular to the first and second planes in the manner of an accordion. In this way, the further structural sheet can adapt particularly well to a thermally induced deformation of the heat exchanger blocks taking place in this direction. Deformation in another direction can also be advantageous, in particular, as mentioned, in order to enable adaptation to the previously mentioned surface irregularities.

In dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren sind die Trennbleche der wenigstens zwei verwendeten Wärmetauscherblöcke ferner vorteilhafterweise jeweils mittels randständig mit den Trennblechen verbundener Sidebars auf Abstand zueinander gehalten. Dies entspricht grundsätzlich dem bei Rippen-PlattenWärmetauschern Bekannten. Ferner können die wenigstens zwei Wärmetauscherblöcke aber auch wechselseitig jeweils unter Verwendung mehrerer Zwischenelemente verbunden werden, welche das weitere Strukturblech als ein erstes Zwischenelement und weitere Sidebars als zweite Zwischenelemente umfassen. Hierdurch kann eine besonders solide mechanische Verbindung hergestellt werden. Die Sidebars können beispielsweise auf ihrer gesamten Länge mit den jeweiligen Deckblechen verschweißt werden. Die Sidebars können um den gesamten Umfang des Rippen-Platten-Wärmetauschers angeordnet sein oder nur um einen Teil hiervon. Auch die Verbindung kann im gesamten Umfang oder nur in bestimmten Bereichen ausgebildet sein. Die Erfindung kann insbesondere auch eine geeignete mechanische Vorbereitung umfassen, beispielsweise ein Planschleifen oder Glätten oder eine chemische oder mechanische Oxidentfernung vor der Verbindung.In the method proposed according to the invention, the separating plates of the at least two heat exchanger blocks used are also advantageously kept at a distance from one another by means of sidebars connected to the edge of the separating plates. This basically corresponds to what is known from rib-plate heat exchangers. Furthermore, the at least two heat exchanger blocks can, however, also be mutually connected using a plurality of intermediate elements, which comprise the further structural sheet metal as a first intermediate element and further sidebars as second intermediate elements. This enables a particularly solid mechanical connection to be established. The sidebars can, for example, be welded to the respective cover plates over their entire length. The sidebars can be arranged around the entire circumference of the fin and plate heat exchanger or only around part of it. The connection can also be formed over the entire circumference or only in certain areas. In particular, the invention can also include a suitable mechanical preparation, for example surface grinding or smoothing or chemical or mechanical oxide removal prior to the connection.

Lediglich zur Klarstellung sei betont, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die einen Rippen-Platten-Wärmetauscher betrifft, die Strukturbleche mit den Lamellen, weitere Strukturbleche mit Verteilerlamellen, die Sidebars, die Trennbleche und die Deckbleche zur Bereitstellung der wenigstens zwei Wärmetauscherblöcke durch Hartlöten miteinander verbunden werden, und Header an den Wärmetauscherblock angeschweißt werden. Wiederum sei auf den einleitend im Zusammenhang mit 1 erläuterten Stand der Technik verwiesen.Merely for the sake of clarity, it should be emphasized that within the scope of the present invention, which relates to a ribbed plate heat exchanger, the structural sheets with the fins, further structural sheets with distributor fins, the sidebars, the dividing sheets and the cover sheets to provide the at least two heat exchanger blocks by brazing together connected, and headers welded to the heat exchanger block. Again, be related to the introductory part 1 referenced prior art explained.

Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann auch umfassen, dass ein Bereich, in dem das weitere Strukturblech mit den Deckblechen verbunden wird, zur Aufnahme bzw. Durchströmung mit einem Fluid eingerichtet wird. Auf diese Weise kann in den Zwischenbereich ein Fluid eingebracht werden, das beispielsweise Wärme zu- oder abführen kann und damit Temperaturspitzen bzw. zu steile Temperaturgradienten reduziert. Hierzu sind vorteilhafterweise separate Zu- und Ableitungen bereitgestellt.An embodiment of the present invention can also include that an area in which the further structural sheet is connected to the cover sheets is set up for receiving or flowing through a fluid. In this way, a fluid can be introduced into the intermediate area, which, for example, can supply or remove heat and thus reduce temperature peaks or excessively steep temperature gradients. For this purpose, separate feed and discharge lines are advantageously provided.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann den Deckblechen der Wärmetauscherblöcke, die mittels des weiteren Strukturblechs stoffschlüssig miteinander verbunden werden, auch beispielsweise ein Metallschaum eingebracht werden. Dieser kann ebenfalls für eine verbesserte Wärmeübertragung bzw. einen Temperaturausgleich zwischen den Wärmetauscherblöcken sorgen. Eine ggf. geringere Stabilität eines Metallschaums kann durch das weitere Strukturblech ausgeglichen werden. Der Metallschaum kann bei der Herstellung des Rippen-Platten-Wärmetauschers insbesondere thermisch expandiert werden, beispielsweise indem in der bereits oben für das Verlöten erläuterten Weise eine Widerstandsheizung oder eine Fluidheizung vorgenommen wird.In one embodiment of the present invention, a metal foam, for example, can also be introduced into the cover plates of the heat exchanger blocks, which are materially connected to one another by means of the further structural plate. This can also ensure an improved heat transfer or a temperature equalization between the heat exchanger blocks. Any lower stability of a metal foam can be compensated for by the additional structural sheet. The metal foam can, in particular, be thermally expanded during the manufacture of the fin-plate heat exchanger, for example by resistance heating or fluid heating being carried out in the manner already explained above for soldering.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Rippen-Platten-Wärmetauscher mit wenigstens zwei Wärmetauscherblöcken die unter Verwendung jeweils eines oder mehrerer Zwischenelemente miteinander verbunden sind, wobei die wenigstens zwei Wärmetauscherblöcke jeweils eine Vielzahl von Wärmetauscherpassagen aufweisen, die unter Verwendung von übereinander angeordneten Strukturblechen mit Lamellen gebildet sind, welche durch zwischen den Strukturblechen mit den Lamellen angeordnete Trennbleche voneinander getrennt sind, und wobei parallel zu den Trennblechen angeordnete Außenflächen der wenigstens zwei Wärmetauscherblöcke jeweils durch ein Deckblech gebildet sind.The present invention also relates to a ribbed plate heat exchanger with at least two heat exchanger blocks which are connected to one another using one or more intermediate elements, the at least two heat exchanger blocks each having a plurality of heat exchanger passages which are formed using structural sheets with fins arranged one above the other which are separated from one another by separating plates arranged between the structural plates with the lamellas, and wherein outer surfaces of the at least two heat exchanger blocks arranged parallel to the separating plates are each formed by a cover plate.

Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Rippen-Platten-Wärmetauscher zeichnet sich dadurch aus, dass das Zwischenelement oder eines der mehreren Zwischenelemente ein weiteres Strukturblech ist, das repetitive Strukturelemente aufweist, die sich zwischen einer ersten Ebene und einer zweiten Ebene erstrecken, und dass die Verbindung umfasst, dass das weitere Strukturblech an mehreren disjunkten ersten Verbindungsstellen in der ersten Ebene mit einem der Deckbleche eines der wenigstens zwei Wärmetauscherblöcke und an mehreren disjunkten zweiten Verbindungsstellen in der zweiten Ebene mit einem der Deckbleche eines weiteren der wenigstens zwei Wärmetauscherblöcke stoffschlüssig verbunden ist.The rib-plate heat exchanger proposed according to the invention is characterized in that the intermediate element or one of the plurality of intermediate elements is a further structural sheet which has repetitive structural elements that extend between a first level and a second level, and that the connection comprises that the further structural sheet at a plurality of disjoint first connection points in the first level with one of the cover plates of one of the at least two heat exchanger blocks and at a plurality of disjoint second connection points in the second level one of the cover plates of another of the at least two heat exchanger blocks is materially connected.

Vorteilhafterweise sind in dem Rippen-Platten-Wärmetauscher zumindest die zur Bildung der Wärmetauscherpassagen verwendeten, übereinander angeordneten Strukturbleche mit den Lamellen und die Trennbleche und/oder bei der Herstellung der Wärmetauscherblöcke verwendete Sidebars mit Hartlot verbunden, und das weitere Strukturblech ist an den mehreren disjunkten ersten Verbindungsstellen und an den mehreren disjunkten zweiten Verbindungsstellen mit den Deckblechen mittels Weichlot oder unter Verwendung eines Klebstoffs verbunden.Advantageously, in the ribbed plate heat exchanger, at least the structural sheets used to form the heat exchanger passages, arranged one above the other, are connected to the lamellae and the separating sheets and / or sidebars used in the manufacture of the heat exchanger blocks with hard solder, and the further structural sheet is connected to the several first disjoint Connection points and connected at the several disjoint second connection points to the cover sheets by means of soft solder or using an adhesive.

Zu weiteren Merkmalen und Vorteilen des erfindungsgemäßen Rippen-Platten-Wärmetauschers, der insbesondere durch ein Verfahren hergestellt sein kann, wie es zuvor erläutert wurde, sei ausdrücklich auf die Erläuterungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens und seiner Ausgestaltungen verwiesen.For further features and advantages of the ribbed plate heat exchanger according to the invention, which can in particular be produced by a method as explained above, express reference is made to the explanations relating to the method according to the invention and its configurations.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, welche die vorliegende Erfindung und ihre Merkmale gegenüber dem Stand der Technik veranschaulichen.The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings, which illustrate the present invention and its features over the prior art.

FigurenlisteFigure list

1 shows a rib-plate heat exchanger not according to the invention in a simplified isometric illustration.
2 shows the connection of heat exchanger blocks of a fin-plate heat exchanger in a greatly simplified schematic representation.
3A and 3B show the connection of heat exchanger blocks of a fin-plate heat exchanger according to an embodiment of the connection.
4th shows a method according to an embodiment of the invention in the form of a greatly simplified schematic flowchart.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

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. 1 was already explained in the introduction to the description when assessing the state of the art. The reference symbols and explanations used there also apply to the figures explained below.

2 zeigt die Verbindung von Wärmetauscherblöcken 10a und 10b eines Rippen-Platten-Wärmetauschers 100 in stark vereinfachter schematischer Darstellung. Ein gattungsbildendes Verfahren umfasst, die Wärmetauscherblöcke 10a und 10b (es können auch mehrere solcher Wärmetauscherblöcke miteinander verbunden werden) bereitzustellen und unter Verwendung jeweils eines oder mehrerer Zwischenelemente, die hier nicht gesondert veranschaulicht sind, miteinander zu verbinden. 2 shows the connection of heat exchanger blocks 10a and 10b of a fin and plate heat exchanger 100 in a greatly simplified schematic representation. A generic method comprises the heat exchanger blocks 10a and 10b (It is also possible to connect several such heat exchanger blocks to one another) and to connect them to one another using one or more intermediate elements, which are not separately illustrated here.

Die wenigstens zwei Wärmetauscherblöcke 10a, 10b weisen, wie zu 1 bzw. dem dort im Wesentlichen gleich ausgebildeten Wärmetauscherblock 20 erläutert, jeweils eine Vielzahl von Wärmetauscherpassagen 1 auf, die unter Verwendung von übereinander angeordneten Strukturblechen mit Lamellen 3 gebildet sind, welche durch zwischen den Strukturblechen mit den Lamellen 3 angeordnete Trennbleche 4 voneinander getrennt sind, und wobei parallel zu den Trennblechen 4 angeordnete Außenflächen der wenigstens zwei Wärmetauscherblöcke 10a und 10b jeweils durch ein Deckblech 5 gebildet sind.The at least two heat exchanger blocks 10a , 10b assign how to 1 or the heat exchanger block, which is formed there essentially identically 20th explains, in each case a large number of heat exchanger passages 1 on, using structural sheets with lamellae arranged one on top of the other 3 are formed, which by between the structural sheets with the slats 3 arranged dividers 4th are separated from each other, and being parallel to the partition plates 4th arranged outer surfaces of the at least two heat exchanger blocks 10a and 10b each through a cover plate 5 are formed.

Die jeweiligen Deckbleche sind der besseren Unterscheidbarkeit halber entsprechend zu den Wärmetauscherblöcken 10a und 10b in 2 mit 5a und 5b bezeichnet. Wie zuvor mehrfach erwähnt, wird dabei herkömmlicherweise auf das Deckblech 5a des ersten Wärmetauscherblocks 10a entlang der Kanten des Deckbleches 5a weitere Sidebars aufgeschweißt, die bündig mit den Kanten des Deckblechs 5a abschließen. Diese Sidebars bilden somit quasi einen Rahmen auf dem Deckblech 5a des ersten Wärmetauscherblocks 10a. Der zweite Wärmetauscherblock 10b, der mit dem ersten Wärmetauschblock 10a verbunden werden soll, wird mit seinem Deckblech 5b auf die Sidebars, die auf den ersten Wärmetauscherblock 10a aufgeschweißt wurden, aufgelegt und ebenfalls mit diesen verschweißt. Dies führt zumindest bei alleiniger Anwendung zu den zuvor erwähnten Nachteilen.For the sake of better distinguishability, the respective cover plates correspond to the heat exchanger blocks 10a and 10b in 2 denoted by 5a and 5b. As mentioned several times before, the cover plate is conventionally used 5a of the first heat exchanger block 10a along the edges of the cover plate 5a further sidebars welded on, which are flush with the edges of the cover plate 5a to graduate. These sidebars thus form a kind of frame on the cover plate 5a of the first heat exchanger block 10a . The second heat exchanger block 10b , the one with the first heat exchanger block 10a is to be connected with its cover plate 5b on the sidebars on the first heat exchanger block 10a were welded on, placed on and also welded to these. This leads to the disadvantages mentioned above, at least when used alone.

3A und 3B zeigen die Verbindung von Wärmetauscherblöcken 10a und 10b eines Rippen-Platten-Wärmetauschers 100 gemäß einer Ausgestaltung der Verbindung, die diese Nachteile überwindet. 3A veranschaulicht dabei eine vergrößerte Ansicht der Verbindung zwischen den hier nur abschnittsweise dargestellten Wärmetauscherblöcken 10a und 10b. 3B zeigt eine Ausschnittsvergrößerung. 3A and 3B show the connection of heat exchanger blocks 10a and 10b of a fin and plate heat exchanger 100 according to an embodiment of the connection which overcomes these disadvantages. 3A illustrates an enlarged view of the connection between the heat exchanger blocks shown here only in sections 10a and 10b . 3B shows an enlarged section.

Wie aus einer Zusammenschau der 3A und 3B ersichtlich, wird hier als ein Zwischenelement zwischen den Deckblechen 5a und 5b ein weiteres Strukturblech 11 verwendet wird, das repetitive Strukturelemente 11a in Form von Wellen aufweist, die sich zwischen einer ersten Ebene E1 und einer zweiten Ebene E2 erstrecken. Die Ebenen E1 und E2 sind parallel zu den Deckblechen 5a und 5b angeordnet und liegen insbesondere in derselben Ebene wie diese.As if from a synopsis of the 3A and 3B can be seen here as an intermediate element between the cover plates 5a and 5b another structural sheet 11 is used, the repetitive structural elements 11a in the form of waves extending between a first plane E1 and a second level E2 extend. The levels E1 and E2 are parallel to the cover plates 5a and 5b arranged and are in particular in the same plane as this.

Für das Verbinden der wenigstens zwei Wärmetauscherblöcke 10a und 10b wird das weitere Strukturblech 11 an mehreren disjunkten ersten Verbindungsstellen 12a in der ersten Ebene E1 mit dem Deckblech 5a und an mehreren disjunkten zweiten Verbindungsstellen 12b in der zweiten Ebene E2 dem Deckblech 5b stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verklebt und verschweißt.For connecting the at least two heat exchanger blocks 10a and 10b becomes the further structural sheet 11 at several disjoint first junctions 12a in the first level E1 with the cover plate 5a and at multiple disjoint second junctions 12b in the second level E2 the cover plate 5b materially connected, for example glued and welded.

4 zeigt ein Verfahren gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung in Form eines stark vereinfachten schematischen Ablaufplans. Das Verfahren ist insgesamt mit 200 bezeichnet. Es umfasst die Schritte 210, 220, 230 und 240. 4th shows a method according to an embodiment of the invention in the form of a greatly simplified schematic flowchart. The method is designated as 200 as a whole. It covers the steps 210 , 220 , 230 and 240 .

In dem Verfahrensschritt 210 werden zur Herstellung eines Rippen-Platten-Wärmetauschers 100 wenigstens zwei Wärmetauscherblöcke 10a, 10b bereitgestellt, wie sie mehrfach zuvor erläutert wurden.In the process step 210 are used to manufacture a fin and plate heat exchanger 100 at least two heat exchanger blocks 10a , 10b provided as they have been explained several times before.

In dem Verfahrensschritt 220 werden ein Verbindungselement, im Rahmen der vorliegenden Erfindung in Form eines weiteren Strukturblechs 11 mit repetitiven Strukturelementen, sowie ggf. weitere Verbindungselemente, bereitgestellt und mit den Wärmetauscherblöcken 10a, 10b derart angeordnet, dass das oder die Verbindungselemente 11 usw. zwischen den parallel angeordneten Deckblechen 5a, 5b der Wärmetauscherblöcke liegen. Auch Lot oder ein Klebstoff kann in diesem Verfahrensschritt 220 entsprechend bereitgestellt werden.In the process step 220 are a connecting element, in the context of the present invention in the form of a further structural sheet 11 with repetitive structural elements, and possibly further connecting elements, provided and with the heat exchanger blocks 10a , 10b arranged such that the connecting element or elements 11 etc. between the cover plates arranged in parallel 5a , 5b of the heat exchanger blocks. Solder or an adhesive can also be used in this process step 220 provided accordingly.

In dem Verfahrensschritt 230 werden die in dem Verfahrensschritt 230 stoffschlüssig verbunden, wie mehrfach erläutert, beispielsweise durch Wärmezufuhr. In dem Verfahrensschritt 240 erfolgt das Aufschweißen bzw. Anbringen weiterer Elemente, beispielsweise von Headern 7 und Stutzen 6.In the process step 230 are those in the process step 230 materially connected, as explained several times, for example by supplying heat. In the process step 240 further elements are welded on or attached, for example headers 7th and nozzle 6th .

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

EP 1471322 A1 [0018]
EP 2645038 A1 [0019]
EP 2645037 A1 [0019]
EP 2843348 A1 [0020]
EP 3039367 A1 [0021]
EP 3430342 A1 [0022]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

ISO 15547-2: 3005 [0002, 0003]
"The Standards of the Brazed Aluminum Plate-Fin Heat Exchanger Manufacturers' Association" of ALPEMA, 3rd edition 2010 [0003]

Claims

Method (200) for producing a fin-plate heat exchanger (100), in which at least two heat exchanger blocks (10a, 10b) are provided and connected to one another using one or more intermediate elements, the at least two heat exchanger blocks (10a, 10b) each have a plurality of heat exchanger passages (1) which are formed using stacked structural plates with lamellas (3) which are separated from one another by separating plates (4) arranged between the structural plates with the lamellas (3), and being parallel to the separating plates (4) arranged outer surfaces of the at least two heat exchanger blocks (10a, 10b) are each formed by a cover plate (5), characterized in that the intermediate element or one of the several intermediate elements uses a further structural plate (11), the repetitive structural elements (11a) has, which is between a first level (E1) and a second level (E2 ) and that for connecting the at least two heat exchanger blocks (10a, 10b) the further structural sheet (11) at several disjoint first connection points (12a) in the first level (E1) with one of the cover sheets (5a) of one of the at least two heat exchanger blocks (10a) and at several disjoint second connection points (12b) in the second level (E2) with one of the cover plates (5b) of another of the at least two heat exchanger blocks (10a).

Method (200) according to Claim 1 , in which the repetitive structural elements (11a) of the further structural sheet (11) comprise wave structures.

Method (200) according to Claim 1 or 2 , in which the further structural sheet (11) are at least partially identical to one or more of the structural sheets with fins (3), using which the heat exchanger passages (1) of the at least two heat exchanger blocks (10a, 10b) are formed.

Method (200) according to one of the preceding claims, in which the integral connection involves welding, soft soldering, hard soldering and / or gluing at connection points, joints and / or seams (11a, 11b) in the first and / or in the second plane (E1, E2) includes.

Method (200) according to Claim 4 , in which the thermal connection is carried out using heat introduced resistively and / or by means of a heated fluid.

Method (200) according to one of the preceding claims, in which the further structural sheet metal can be elastically deformed in a direction perpendicular to the first and second planes (E1, E2) in the manner of an accordion.

Method (200) according to one of the preceding claims, in which the separating plates (4) of the at least two heat exchanger blocks (10a, 10b) are also kept at a distance from one another by means of sidebars (8) connected to the edge of the separating plates (4).

Method (200) according to Claim 6 , in which the at least two heat exchanger blocks (10a, 10b) are each connected using a plurality of intermediate elements which comprise the further structural sheet (11) as a first intermediate element and further sidebars (12) as second intermediate elements.

Method (200) according to Claim 6 or 7th , in which the structural sheets with the lamellas (3), further structural sheets with distributor lamellas (2), the sidebars (8), the dividing sheets (4) and the cover sheets (5) are connected to one another by brazing to provide the at least two heat exchanger blocks (10) and welded to the heat exchanger block (10) at the header (7).

Method (200) according to one of the preceding claims, in which an area in which the further structural sheet (11) is connected to the cover sheets (5a, 5b) is set up to receive or flow through a fluid.