DE112012001774T5

DE112012001774T5 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE112012001774T5
Application number: DE112012001774.9T
Authority: DE
Inventors: Michael J. Reinke; Gregory A. Mross
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2014-01-23
Also published as: WO2012145262A1; US10145556B1; US20140026577A1; US9417012B2

Abstract

Bereitgestellt werden ein Wärmetauscher und ein Verfahren zum Verdampfen eines Arbeitsfluids mittels eines wärmeabgebenden Fluids. Der Wärmetauscher umfasst einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und einen dritten Abschnitt. Ein erster Teil des wärmeabgebenden Fluids durchströmt den ersten Abschnitt im Gegenstrom zum Arbeitsfluid. Ein zweiter Teil des wärmeabgebenden Fluids durchströmt den zweiten Abschnitt im Gleichstrom mit dem Arbeitsfluid. Sowohl der erste als auch der zweite Teil durchströmen den dritten Abschnitt allgemein im Gegenstrom zum Arbeitsfluid. Das Arbeitsfluid durchströmt nacheinander den dritten Abschnitt, den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt. Der Wärmetauscher und/oder das Verfahren können in einem Clausius-Rankine-Kreisprozess zur Abwärmeverwertung oder in einem Kältemittelkreislauf genutzt werden.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung nimmt die Priorität gegenüber der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 61/476,829 in Anspruch, die am 19. April 2011 eingereicht wurde und hier in ihrer Gesamtheit durch Hinweis eingefügt ist.
HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft Wärmetauscher.
Angesichts der stetig steigenden Kosten für Kraftstoffe wird es zunehmend wünschenswert, die Wirtschaftlichkeit von Wärmekraftmaschinen und anderer Energie erzeugender Kreisläufe zu verbessern.
Auch der Wunsch sowohl der Menschen als auch staatlicher Stellen nach einer Reduzierung von Schadstoffen und anderer unerwünschter Nebenprodukte des Kraftstoffverbrauchs hat das Interesse an solchen Verbesserungen weiter verstärkt. Ein anerkanntes Mittel, mit dem sich solche Verbesserungen erreichen lassen, ist die Abwärmeverwertung.
In einer typischen Abwärmeverwertungsanlage wird die als Nebenprodukt eines Kraftstoff verbrauchenden Prozesses anfallende Wärmeenergie, die andernfalls vergeudet (z. B. als Abfallstrom an die Umgebung abgegeben) würde, aufgefangen und in nützliche Arbeit umgewandelt. Ein bekannter thermodynamischer Kreisprozess, der für die Abwärmeverwertung genutzt wird, ist der Clausius-Rankine-Kreisprozess, bei dem ein Arbeitsfluid durch Druck verflüssigt, durch Aufnahme der Abwärme verdampft, zur Nutzung für mechanische Arbeit nicht adiabat expandiert und zum Abschluss des Kreisprozesses kondensiert und abgekühlt wird.
Auch wenn es vielleicht überaus wünschenswert ist, für einen solchen Abwärmeverwertungskreisprozess einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erreichen, müssen notwendigerweise verschiedene andere Erwägungen berücksichtigt werden. Viele Arbeitsfluide, die in Abwärmeverwertungsanlagen mit Clausius-Rankine-Kreisprozess gut funktionieren, reagieren bei erhöhten Temperaturen mit einer Zersetzung des Fluids, weshalb eine Regelung der Spitzentemperatur, auf die ein solches Fluid erhitzt wird, notwendig ist. Zudem sind unter Umständen bestimmte Zusätze des Fluids, wie etwa Schmierstoffe für den Expander, in einem hohen Temperaturbereich eingestuft.
Als weitere Komplikation könnte es bei einigen Anlagen erforderlich sein, die Temperatur zu steuern oder zu regeln, auf die der Abfallstrom gekühlt wird. So muss sich beispielsweise für die katalytische Nachbehandlung des Abfallstroms der Strom innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs befinden, damit die Aktivität des Katalysators die gewünschten Reaktionen bewirkt.
Ein anderes Beispiel für die Notwendigkeit einer Regelung der Temperatur des Abfallstroms lässt sich in Systemen der Abgasrückführung (AGR) für Verbrennungsmotoren finden. In einem solchen System wird ein Hochtemperatur-Abgasstrom aus dem Auspuffkrümmer eines Verbrennungsmotors in den Ansaugkrümmer des Motors zurückgeführt. Ein AGR-System kann mit einem diesel- oder benzinbetriebenen Kompressionszündungs- oder Fremdzündungsmotor eines Fahrzeugs wie eines Personen- oder Lastkraftwagens verwendet werden, um unerwünschte NOx-Emissionen des Motors zu verringern. Um diese Emissionen jedoch erfolgreich verringern zu können, muss der rückgeführte Abgasstrom auf eine wesentlich niedrigere Temperatur als diejenige gekühlt werden, mit der er aus dem Abgaskrümmer des Motors austritt. Dementsprechend muss Abwärme aus dem Abgas abgeführt werden, und die Rückgewinnung dieser Abwärme durch einen Clausius-Rankine-Kreisprozess kann vorteilhaft genutzt werden, um die Effizienz des Fahrzeugs zu verbessern.
Die Notwendigkeit einer Regelung der Temperatur des verdampften Arbeitsfluids und die Notwendigkeit einer Regelung der Temperatur des Abwärmestroms können oft im Widerspruch zueinander stehen, was die Auslegung von Wärmetauschern für ein solches System erschwert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Darstellung eines Wärmetauschers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine Explosionsdarstellung des Wärmetauschers von 1.
3 ist eine perspektivische Darstellung eines Teils des Wärmetauschers von 1.
4 ist eine Explosionsdarstellung einer Plattenbaugruppe des in 1 dargestellten Wärmetauschers.
5 ist eine Draufsicht eines Paars von Einsätzen der Plattenbaugruppe von 4.
6 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Arbeitsfluidstroms durch den Wärmetauscher von 1.
7 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Stroms eines wärmeabgebenden Fluids durch den Wärmetauscher von 1.
8 ist eine Draufsicht einer Platte zur Verwendung in einem Wärmetauscher gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
9 ist eine perspektivische Darstellung eines Teils der Platte von 8.
10 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Arbeitsfluidstroms durch einen Wärmetauscher, einschließlich der Plattenbaugruppe von 8, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
11 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Stroms eines wärmeabgebenden Fluids durch einen Wärmetauscher, einschließlich der Plattenbaugruppe von 8, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
12 ist eine schematische Darstellung eines Systems mit einem Clausius-Rankine-Kreisprozess gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
13 ist eine grafische Darstellung des Betriebs des Wärmetauschers von 1.
Bevor Ausführungsformen der Erfindung im Einzelnen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Einzelheiten der Konstruktion und der Anordnung der Bestandteile wie in der nachfolgenden Beschreibung ausgeführt oder in den nachstehenden Zeichnungen dargestellt beschränkt ist. Die Erfindung kann andere Ausführungsformen haben und auf verschiedene Weise angewendet oder ausgeführt werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 zeigt einen Wärmetauscher 20, der ein Kühler mit Abgasrückführung (AGR) in der dargestellten Ausführungsform ist. Der dargestellte Wärmetauscher 20 umfasst einen ersten Anschluss 22 und einen zweiten Anschluss 24. Der erste Anschluss 22 definiert einen Einlass 26 für ein wärmeabgebendes Fluid (z. B. einen Gaseinlass 26) des Wärmetauschers 20, und der zweite Anschluss 24 definiert einen Auslass 26 für ein wärmeabgebendes Fluid (z. B. einen Gasauslass 28) (2) des Wärmetauschers 20. Zwischen dem ersten Anschluss 22 und dem zweiten Anschluss 24 erstreckt sich eine Deckplatte 30, und zwischen dem ersten Anschluss 22 und dem zweiten Anschluss 24 erstreckt sich gegenüber der Deckplatte 30 eine Bodenplatte 32. Zwischen der Deckplatte 30 und der Bodenplatte 32 befindet sich eine Mehrzahl von Plattenbaugruppen 34.
Ein Einlasskrümmer 36 und ein Auslasskrümmer 38 sind mit der Deckplatte 30 verbunden und ragen von dort heraus. Der Einlasskrümmer 36 definiert einen Arbeitsfluideinlass 40 des Wärmetauschers 20, und der Auslasskrümmer 38 definiert einen Arbeitsfluidauslass 42 des Wärmetauschers 20. Der Einlasskrümmer 36 stellt eine Fluidverbindung eines Arbeitsfluids zu jeder der Mehrzahl von Plattenbaugruppen 34 bereit, und der Auslasskrümmer 38 stellt eine Fluidverbindung von jeder der Mehrzahl von Plattenbaugruppen 34 bereit.
Jede der Plattenbaugruppen 34 ist im Wesentlichen gleich und in einigen Ausführungformen im Allgemeinen identisch. Deshalb wird nachfolgend nur eine der Plattenbaugruppen 34 im Einzelnen beschrieben. In 2 bis 4 umfasst die Plattenbaugruppe 34 eine erste Platte 44 und eine zweite Platte 46. Die erste und zweite Platte 44 und 46 umfassen jeweils Löcher 48, 50, 52 und 54, die sich am Außenrand der Platten 44 und 46 befinden. Ein erster Einsatz 56 und ein zweiter Einsatz 58 befinden sich zwischen den Platten 44 und 46. Der erste und der zweite Einsatz 56 und 58 umfassen jeweils eine Mehrzahl von Ausstanzungen 59 in der Weise, dass sich die Ausstanzungen 59 der Einsätze 56 und 58, wenn die Platten direkt miteinander verbunden sind (5), teilweise überlappen und einen ersten Strömungspfad 60 für das Arbeitsfluid und einen zweiten Strömungspfad 62 für das Arbeitsfluid zwischen den Platten 44 und 46 definieren. Der erste und der zweite Strömungspfad 60 und 62 für das Arbeitsfluid sind in 5 schematisch dargestellt. In der dargestellten Ausführungsform sind die Einsätze 56 und 58 identische Komponenten mit der gleichen Anordnung wie die Ausstanzungen 59, und die Einsätze 56 und 58 sind zueinander verdreht, wie in 4 am besten ersichtlich ist, so dass sie den in 5 dargestellten ersten und zweiten Strömungspfad 60 bzw. 62 definieren. Ferner definieren in der dargestellten Ausführungsform die Einsätze 56 und 58 zwar zwei Strömungspfade 60 und 62 für das Arbeitsfluid, aber in anderen Ausführungsformen definieren die Einsätze vielleicht nur einen einzelnen Strömungspfad für das Arbeitsfluid oder mehr als zwei Strömungspfade für das Arbeitsfluid. Weitere Einzelheiten der dargestellten Strömungspfade 60 und 62 für das Arbeitsfluid werden nachstehend ausführlicher dargelegt.
Wie am besten aus 1 bis 3 ersichtlich ist, befindet sich zwischen benachbarten Plattenbaugruppen 34 wie auch zwischen den äußersten Plattenbaugruppen 34 und den Decken- und Bodenplatten 30, 32 eine Lamelle 66. Alle Lamellen 66 sind im Allgemeinen identische Komponenten, und deshalb wird nachfolgend nur eine der Lamellen 66 (3) ausführlich beschrieben. Die dargestellte Lamelle 66 ist gewellt und definiert eine Mehrzahl von Leitungen 68. Die Leitungen 68 werden durch Wellungen und angrenzende Platten (z. B. 44, 46, 30, 32) definiert, und die Leitungen 68 erstrecken sich im Allgemeinen vom Gaseinlass 26 zum Gasauslass 28 in einer Richtung parallel zu und entlang einer Längsachse des Wärmetauschers 20.
Weiterhin Bezug nehmend auf 1 bis 3, verlaufen entlang der Lamelle 66 und auf der Plattenbaugruppe 34 eine erste Leiste 70 und eine zweite Leiste 72. Die Leisten 70 und 72 trennen die Plattenbaugruppen 34 und bieten so einen Raum für die Lamelle 66. Die Leisten 70, 72 sind in der dargestellten Bauweise im Allgemeinen identische Komponenten, und die Leiste 70 umfasst Löcher 74 und 76, und die Leiste 72 umfasst Löcher 78 und 80. Die Löcher 74, 76, 78, 80 sorgen für eine Fluidverbindung zwischen den entsprechenden Löchern 48, 50, 52, 54 der Plattenbaugruppen 34.
Bezug nehmend auf 5 bis 6, verlaufen die Strömungspfade 60, 62 für das Arbeitsfluid jeweils durch einen ersten Wärmeaustauschabschnitt 84, einen zweiten Wärmeaustauschabschnitt 86 und einen dritten Wärmeaustauschabschnitt 88. Im Allgemeinen ist der Strom des Arbeitsfluids durch den ersten Wärmeaustauschabschnitt 84 eine Gegenstromanordnung bezogen auf den Strom des wärmeabgebenden Fluids (z. B. Abgasstrom), der durch diesen Abschnitt strömt. Der Abgasstrom wird allgemein durch die Pfeile 92 von 7 dargestellt. Wie in 5 am besten dargestellt ist, umfasst der erste Wärmeaustauschabschnitt 84 einen ersten Abschnitt 94 eines Gegenstrompfades des Arbeitsfluidstroms und einen zweiten Abschnitt 96 eines Gegenstrompfades des Arbeitsfluidstroms. Der erste Abschnitt 94 eines Gegenstrompfades definiert einen gewundeneren Strömungspfad, einschließlich wechselnder Gegen- und Gleichstromanordnungen, als der zweite Abschnitt 96 eines Gegenstrompfades. Der erste Abschnitt 94 eines Gegenstrompfades ist, bezogen auf die Fluidströmungsrichtung, dem zweiten Abschnitt 96 eines Gegenstrompfades vorgelagert. Außerdem grenzt der erste Abschnitt 94 eines Gegenstrompfades mit dem gewundeneren Strömungspfades an den Arbeitsfluideinlass 40.
Der zweite Wärmeaustauschabschnitt 86 ist, bezogen auf die Strömungsrichtung des Arbeitsfluids, die durch die Pfeile in den Strömungspfaden 60 und 62 dargestellt ist, dem ersten Wärmeaustauschabschnitt 84 unmittelbar nachgelagert. Das Arbeitsfluid im zweiten Wärmeaustauschabschnitt 86 befindet sich in einer Gegenstromanordnung parallel zum Abgasstrom 92 durch diesen Abschnitt. Wie in 7 dargestellt, verläuft nur ein Teil 92A des Abgasstroms 92 durch den zweiten Wärmeaustauschabschnitt 86. Der dritte Wärmeaustauschabschnitt 88 ist (bezogen auf die Strömung des Arbeitsfluids) dem zweiten Wärmeaustauschabschnitt 86 unmittelbar nachgelagert. Das Arbeitsfluid im dritten Wärmeaustauschabschnitt 88 befindet sich in einer Gleichstromanordnung parallel zum Abgasstrom 92 durch diesen Abschnitt. Wie in 7 dargestellt, verläuft nur ein Teil 92B des Abgasstroms 92 durch den dritten Wärmeaustauschabschnitt 88. Der Abschnitt 92B umgeht den zweiten Wärmeaustauschabschnitt 86 und ebenso umgeht der Abschnitt 92A den dritten Wärmeaustauschabschnitt 88. In der dargestellten Ausführungsform umfasst der dritte Wärmeaustauschabschnitt 88 einen ersten Strömungspfad 98 des Arbeitsfluids und einen zweiten Strömungspfad 100 des Arbeitsfluids. Der erste und der zweite Strömungspfad 98 und 100 sind parallel angeordnet und stellen durch den dritten Wärmeaustauschabschnitt 88 vom zweiten Wärmeaustauschabschnitt 86 getrennte Strömungspfade bereit.
Bezug nehmend auf 1 und 12, kann der Wärmetauscher 20 bei Betrieb in einem in 12 schematisch dargestellten Clausius-Rankine-Kreisprozess 104 genutzt werden, um ein Arbeitsfluid mittels eines wärmeabgebenden Fluids, welches in der dargestellten Ausführungsform ein heißes Abgas umfasst, zu verdampfen. 13 zeigt eine grafische Darstellung der Temperatur des Gases und des Arbeitsfluids über einer variablen Entfernung 108 (1) vom Gaseinlass 26, und das Diagramm von 13 wird nachfolgend ausführlicher erörtert. Die Entfernung 108 wird parallel zur und entlang der Längsachse des Wärmetauschers 20 sowie parallel zu den und entlang der Gasstromleitungen 68 gemessen.
Der dargestellte Wärmetauscher 20 empfängt von einer wärmeabgebenden Fluidquelle 106 (12), wie etwa einem Abgaskrümmer eines Verbrennungsmotors, einen heißen Abgasstrom. Der Abgasstrom tritt durch den Einlass 26 in den Wärmetauscher 20 mit einer Einlasstemperatur T₁ (13) ein. Anschließend wird der Abgasstrom in eine Mehrzahl paralleler Stromteile aufgeteilt, die jeweils durch eine oder mehrere der Gasstromleitungen 68 definiert werden. Die gestrichelte Linie 110 in 13 repräsentiert die Temperatur eines ersten Abgasstromteils 92B (7), einschließlich des die Leitung 68A in 3 durchfließenden Stroms, und die gestrichelte Linie 112 in 13 repräsentiert die Temperatur eines zweiten Abgasstromteils 92A (7), einschließlich des die Leitung 68B in 3 durchfließenden Stroms. Das Abgas bewegt sich durch die Leitungen 68 und wird am Gasauslass 28 (7) wieder zusammengeführt, bevor es mit der Temperatur T₂ (13) aus dem Wärmetauscher 20 austritt. Es sei darauf hingewiesen, dass sich alle Leitungen 68 zwar durch den ersten Wärmeaustauschabschnitt 84 erstrecken, aber die Leitung 68A sich durch den dritten Wärmeaustauschabschnitt 88, jedoch nicht durch den zweiten Wärmeaustauschabschnitt 86, und die Leitung 68B sich durch den zweiten Wärmeaustauschabschnitt 86, jedoch nicht durch den dritten Wärmeaustauschabschnitt 88, erstreckt.
Bezug nehmend auf 12, pumpt eine Arbeitsfluidpumpe 114 des Clausius-Rankine-Kreisprozesses 104 das Arbeitsfluid zum Wärmetauscher 20. Ein Strom des Arbeitsfluids wird in den Wärmetauscher 20 durch den Einlass 40 aufgenommen und durch den Einlasskrümmer 36 geteilt. Etwa die Hälfte des Arbeitsfluidstroms wird abgeteilt und durch die Löcher 74 und 48 geleitet (3 und 4), um auf die Plattenbaugruppen 34 verteilt zu werden und den ersten Strömungspfad 60 zu bilden, und etwa die Hälfte des Arbeitsfluidstroms wird abgeteilt und durch die Löcher 80 und 54 geleitet (3 und 4), um den zweiten Strömungspfad 62 zu bilden. Beide Strömungspfade 60 und 62 sind im Wesentlichen gleich, und deshalb wird nachfolgend nur der Strömungspfad 62 für eine der Plattenbaugruppen 34 ausführlich erörtert.
Bezug nehmend auf 13, tritt das Arbeitsfluid in einer Entfernung D₁ vom Gaseinlass 26 und bei einer Temperatur T₃ in die Plattenbaugruppe 34 ein. Nach dem Eintritt in die Plattenbaugruppe 34 strömt das Arbeitsfluid durch den ersten Gegenstrompfadabschnitt 94 (5), der den gewundenen Strömungspfad aufweist und einen Arbeitsfluidverteilungsbereich definiert. Der gewundene Strömungspfad bewirkt einen relativ großen Druckabfall des Arbeitsfluids, um eine Instabilität des Arbeitsfluids stromabwärts zu verhindern, wenn es zu einem Zweiphasengemisch aus Fluid und Gas wird. Sodann strömt das Arbeitsfluid zu dem zweiten Gegenstrompfadabschnitt 96. Wenn das Arbeitsfluid im Allgemeinen im Gegenstrom zum Abgasstrom durch den ersten Wärmeaustauschabschnitt 84 mit dem Strömungspfadabschnitt 96 strömt, wird von beiden Abgasteilen 92A und 92B (7) Wärme auf das Arbeitsfluid in den Arbeitsfluidströmungspfaden 60, 62 übertragen. Dadurch steigt die Temperatur des Arbeitsfluidstroms, repräsentiert durch die Linie 118 in 13, von der Temperatur T₃ aus, wenn sich das Arbeitsfluid durch den ersten Wärmeaustauschabschnitt 84 bewegt, der etwa in der Entfernung D₂ endet. Unter der in 13 dargestellten beispielhaften Arbeitsbedingung bleibt das Arbeitsfluid im gesamten ersten Wärmeaustauschabschnitt 84 eine Einphasenflüssigkeit.
Nach dem ersten Wärmeaustauschabschnitt 84 strömt das Arbeitsfluid in den zweiten Wärmeaustauschabschnitt 86, in dem sich das Arbeitsfluid in einer parallelen Gegenstromanordnung zum Abgasstrom befindet. Im zweiten Wärmeaustauschabschnitt 84 wird Wärme vom Abgasstromteil 92A (dessen Temperatur durch die Linie 112 in 13 angegeben wird) übertragen, aber im Allgemeinen nicht vom Wärmeaustauschabschnitt 92B (dessen Temperatur durch die Linie 110 in 13 angegeben wird). Wärme wird im zweiten Wärmeaustauschabschnitt 84 übertragen, um die Temperatur des Arbeitsfluids auf eine Sättigungstemperatur T₄ zu erhöhen, bei der das Arbeitsfluid in ein Zweiphasengemisch aus Flüssigkeit und Gas übergeht. Indem das Zweiphasenarbeitsfluid weiter durch den zweiten Wärmeaustauschabschnitt 86 strömt, wird zusätzliche Wärme vom Abgasstromteil 92A auf das Arbeitsfluid als latente Wärme übertragen, wodurch der Dampfgehalt des Arbeitsfluids zunimmt. Das Arbeitsfluid strömt weiter entlang des zweiten Wärmeaustauschabschnitts 86 bis zu einer Querstromkehre 120 in der Entfernung D₃, bei der das Arbeitsfluid in den dritten Wärmeaustauschabschnitt 88 eintritt. Im dritten Wärmeaustauschabschnitt befindet sich das Arbeitsfluid in einer parallelen Gleichstromanordnung mit dem Abgasstrom. Im dritten Wärmeaustauschabschnitt 88 wird Wärme vom Abgasstromteil 92B übertragen, aber im Allgemeinen nicht vom Abgasstromteil 92A. Im dritten Wärmeaustauschabschnitt 88 wird Wärme übertragen, um das Arbeitsfluid vollständig zu verdampfen und das Arbeitsfluid auf eine Überhitzungstemperatur T₅ über die Länge des Arbeitsfluidströmungspfades im dritten Wärmeaustauschabschnitt 88 zu überhitzen, der etwa in der Entfernung D₄ endet.
Das überhitzte Arbeitsfluid von den Strömungspfaden 60, 62 tritt durch die Löcher 52 und 78 (3 und 4) aus der Plattenbaugruppe 34 aus und tritt dann durch den Auslass 42 aus dem Wärmetauscher 20 aus (1). Bezug nehmend auf 12, wird das überhitzte Arbeitsfluid zu einem Expander 122, wie etwa einer Turbine, des Clausius-Rankine-Kreisprozesses 104 geleitet, um die im Arbeitsfluid enthaltene Energie umzuwandeln. Nach dem Austritt aus dem Expander 122 bewegt sich das Arbeitsfluid zu einem Kondensator 124, wo es durch eine kühlende Quelle 126 gekühlt wird, und das Arbeitsfluid wird als Einphasenflüssigkeit zurück zur Pumpe 114 geführt.
Mit dem Betreiben des Clausius-Rankine-Kreisprozesses 104 in der oben beschriebenen Weise lassen sich bestimmte Vorteile erzielen. Indem nur der Abschnitt 92A des Abgasstroms 92 für den zweiten Wärmeaustauschabschnitt 86 bereitgestellt wird, ist die verfügbare Wärme, die in dem zweiten Wärmeaustauschabschnitt 86 vom Abgas auf das Arbeitsfluid übertragen werden kann, begrenzt. Wie an der Temperaturkurve 112 in 13 ersichtlich, wird die Abgastemperatur im zweiten Wärmeaustauschabschnitt 86 ungefähr auf die Arbeitsfluidsättigungstemperatur T₄ gesenkt, was nahezu die Höchstmenge an Wärme repräsentiert, die in diesem Wärmeaustauschabschnitt zwischen den beiden Fluids übertragen werden kann. Aufgrund des verringerten Massenstroms des Abgases reicht die so übertragene Wärme nicht aus, um den Arbeitsfluidstrom vollständig zu verdampfen, wie der im dritten Wärmeaustauschabschnitt 88 bestehende Zweiphasenbereich belegt. Durch den Zweiphasenzustand des Arbeitsfluids am Punkt D₃, wo die Abgastemperatur ihren höchsten Stand (T₁) aufweist, lässt sich eine thermische Zersetzung des Arbeitsfluids vermeiden.
Die Überhitzungstemperatur T₅ wird in ähnlicher Weise auf eine akzeptable Höhe gesteuert. Aufgrund des verringerten Massenstroms im Abgasstromteil 92B, der den dritten Wärmeaustauschabschnitt 88 durchströmt, ist die Menge an Wärme, die innerhalb des dritten Wärmeaustauschabschnitts 88 an das Arbeitsfluid übertragen werden kann, ebenfalls begrenzt. Die Gleichstromausrichtung der Fluids in diesem Abschnitt führt zu einem thermischen Pinch bei der Temperatur T₅, und eine weitere Erwärmung des Arbeitsfluids über die Temperatur T₅ hinaus kann verhindert werden. Zusätzliche Wärme wird noch von beiden Abgasteilen 92A und 92B im ersten Wärmeaustauschabschnitt 84 des Wärmetauschers 20 verwertet, so dass die Gesamtnutzung von Wärme aus dem Abgasstrom maximiert werden kann. Darüber hinaus kann das Abkühlen der Temperatur des Abgases auf die niedrige Temperatur T₂ Vorteile bei der Reduzierung unerwünschter Motoremissionen (z. B. NOx) bringen, wenn der den Wärmetauscher 20 durchströmende Abgasstrom als AGR-Strom wieder in den Motor zurückgeführt wird.
8 zeigt eine geformte Platte 130 zur Verwendung in einem Wärmetauscher 131 (10), der dem Wärmetauscher 20 von 1 ähnlich ist. Die geformte Platte 130 wird allgemein anstelle der Einsätze 56 und 58 des Wärmetauschers 20 verwendet (4). Die geformte Platte 130 weist ähnliche Merkmale wie die oben beschriebenen Einsätze 56 und 58 zusammen auf. Deshalb werden nachfolgend nur Unterschiede zwischen dem Wärmetauscher 20, bei dem die Einsätze 56 und 58 zusammen verwendet werden, und dem Wärmetauscher 131, bei dem die geformte Platte 130 verwendet wird, beschrieben.
Bezug nehmend auf 8 und 9, umfasst die geformte Platte 130 eine erste Seite 132 und eine zweite Seite 134, und wenn die geformte Platte 130 mit dem Wärmetauscher 131 zusammengebaut wird, wird sie zwischen ähnlichen Platten wie die Platten 44 und 46 des Wärmetauschers 20 platziert (2). In der Platte 130 sind Wellungen 136 ausgebildet, und die Wellungen 136 sind so angeordnet, dass sie einen Arbeitsfluidströmungspfad 138 auf der ersten Seite 132 und der zweiten Seite 134 der Platte 130 definieren. Die Platte 130 umfasst weiterhin eine Einlassöffnung 140, eine Auslassöffnung 141 und eine Mehrzahl unauffälliger Vorsprünge 142, die an die Einlassöffnung 140 angrenzen. Ein Spalt 144 erstreckt sich durch die Platte 130 zwischen den Vorsprüngen 142 und den Wellungen 136. In einer Ausführungsform wird die Platte 130 durch Stanzen geformt.
Bezug nehmend auf 8 und 10, ist der Arbeitsfluidströmungspfad 138 ähnlich den oben beschriebenen Arbeitsfluidströmungspfaden 60 und 62. Der Arbeitsfluidströmungspfad 138 durchläuft einen ersten Wärmeaustauschabschnitt 146, einen zweiten Wärmeaustauschabschnitt 148 und einen dritten Wärmeaustauschabschnitt 150. Allgemein verläuft der Strom des Arbeitsfluids durch den ersten Wärmeaustauschabschnitt 146 in einer Gegenstromanordnung bezogen auf den Abgasstrom, der den ersten Wärmeaustauschabschnitt 146 durchströmt. Der Abgasstrom wird allgemein durch Pfeile 145 in 11 dargestellt. Der erste Wärmeaustauschabschnitt 146 umfasst einen ersten Gegenstrompfadabschnitt 152 des Arbeitsfluidstroms 138 und einen zweiten Gegenstrompfadabschnitt 154 des Arbeitsfluidstroms 138. Der erste Gegenstrompfadabschnitt 152 umfasst die Vorsprünge 142 und definiert einen gewundeneren Strömungspfad, einschließlich wechselnder Gegen- und Gleichstromanordnungen, als der zweite Gegenstrompfadabschnitt 154. Der erste Gegenstrompfadabschnitt 152 ist, bezogen auf die Fluidströmungsrichtung, dem zweiten Gegenstrompfadabschnitt 154 vorgelagert. Bei Betrieb strömt das Arbeitsfluid durch die Einlassöffnung 140, bewegt sich zwischen den Vorsprüngen 142, und dann strömt ein Teil des Arbeitsfluids durch den Spalt 144. Der Teil des Arbeitsfluids, der durch den Spalt 144 strömt, bewegt sich durch den Arbeitsfluidströmungspfad 138 auf der zweiten Seite 134 der Platte, während sich der restliche Teil durch den Arbeitsfluidströmungspfad 138 auf der ersten Seite 132 der Platte 130 bewegt, bis die beiden Teile an der Auslassöffnung 141 zusammengeführt werden.
Der zweite Wärmeaustauschabschnitt 148 ist, bezogen auf die Arbeitsfluidströmungsrichtung, die durch die Pfeile im Strömungspfad 138 repräsentiert wird, dem ersten Wärmeaustauschabschnitt 146 unmittelbar nachgelagert. Das Arbeitsfluid im zweiten Wärmeaustauschabschnitt 148 bewegt sich in einer parallelen Gegenstromanordnung zum Abgasstrom 145 durch eben diesen Abschnitt. Wie in 10 dargestellt, strömt nur ein Teil 145A des Abgasstroms 145 durch den zweiten Wärmeaustauschabschnitt 148. Der dritte Wärmeaustauschabschnitt 150 ist (bezogen auf den Arbeitsfluidstrom) dem zweiten Wärmeaustauschabschnitt 148 unmittelbar nachgelagert. Das Arbeitsfluid im dritten Wärmeaustauschabschnitt 150 bewegt sich in einer parallelen Gleichstromanordnung mit dem Abgasstrom 145 durch eben diesen Abschnitt. Wie in 10 dargestellt, strömt nur ein Teil 145B des Abgasstroms 145 durch den dritten Wärmeaustauschabschnitt 150. Der Teil 145B umgeht den zweiten Wärmeaustauschabschnitt 148, und in ähnlicher Weise umgeht der Teil 145A den dritten Wärmeaustauschabschnitt 150.
Die dargestellte Platte 130 umfasst nur einen einzigen Arbeitsfluidströmungspfad 138 auf jeder Seite 132 und 134 der Platte 130, doch in anderen Ausführungsformen kann die geformte Platte mehr als einen Arbeitsfluidströmungspfad 138 auf jeder Seite umfassen. Beispielsweise kann die geformte Platte zwei Arbeitsfluidströmungspfade auf jeder Seite umfassen, die ähnlich den Strömungspfaden 60 und 62 der Einsätze 56 und 58 von 5 angeordnet sind.
Einige Ausführungsformen der Erfindung wurden mit Bezug auf den Betrieb eines Wärmetauschers im Rahmen einer Abwärmeverwertungsanlage mit Clausius-Rankine-Kreisprozess beschrieben, doch es versteht sich, dass die Lehren der vorliegenden Erfindung auch in anderen Wärmeübertragungssystemen von Nutzen sein können, die die Verdampfung eines Fluids umfassen. Nur als Beispiel sei angeführt, dass ein Kühlsystem einen Vorteil aus einem Wärmetauscher ähnlich denen ziehen könnte, die in den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben wurden.
In einem typischen Kühlsystem wird ein Kühlmittel (einschließlich, aber nicht beschränkt auf Kohlenwasserstoffe, Fluorkohlenstoffe, Fluorkohlenwasserstoffe und dergleichen) in einem Wärmetauscher bei einer relativ niedrigen Temperatur und einem relativ niedrigen Druck verdampft, um aus einem anderen Fluid Wärmeenergie zu gewinnen. Das Kühlmittel wird dann in einem anderen Wärmetauscher in einen flüssigen Zustand kondensiert, um die absorbierte Wärmeenergie entweder als Abwärme oder als Nutzwärme abzugeben.
Ein Kühlsystem kann als Klimaanlage betrieben werden, bei der die Wärmeenergie aus einem Luftstrom gewonnen wird, um den Luftstrom, der einem klimatisierten Raum zugeführt werden soll, abzukühlen und/oder zu entfeuchten. Alternativ kann ein Kühlsystem als Wärmepumpensystem betrieben werden, bei dem die Wärmeenergie aus einem nicht klimatisierten Raum gewonnen und als Nutzwärme an einen Luftstrom abgegeben wird, um einen klimatisierten Raum zu erwärmen. Alternativ kann ein Kühlsystem als Kälteanlage betrieben werden, bei der einem Kreislauf mit einem flüssigen Kältemittel Wärme entzogen wird, um eine Versorgung mit einem Niedrigtemperaturkältemittel bereitzustellen.
In manchen Ausführungsformen der Erfindung kann der Wärmetauscher 20 und/oder 131 in einem Kühlsystem nützlich sein, um ein Kühlmittelarbeitsfluid zu verdampfen, das durch die Plattenbaugruppe 34 oder die geformte Platte 120 strömt. Ein Strom eines Fluids wie Luft oder Kältemittel kann entlang der Strömungspfade für das Abgas geführt werden, um die Verdampfungswärme für das Kühlmittelarbeitsfluid bereitzustellen.
Somit stellt die Erfindung unter anderem einen Wärmetauscher bereit, der eine Kombination aus Gegenstrom- und Parallelstromkreislauf des Arbeitsfluids umfasst, um eine höhere thermische Wirksamkeit und ein Niveau einer passiven Temperatursteuerung bereitzustellen, um die thermische Belastung im Wärmetauscher möglichst gering zu halten und eine thermische Zersetzung des Arbeitsfluids und etwaiger Schmiermittel zu verhindern. Verschiedene Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt.

Claims

Verfahren zur Übertragung von Wärmeenergie von einem wärmeabgebenden Fluid zur Verdampfung eines Arbeitsfluids, das folgende Schritte umfasst: Trennung des wärmeabgebenden Fluids in einen ersten Teil und einen zweiten Teil; Übertragung einer ersten Menge Wärme vom ersten Teil des wärmeabgebenden Fluids auf das Arbeitsfluid in einem ersten Wärmeaustauschabschnitt; Leitung des zweitens Teils des wärmeabgebenden Fluids um den ersten Wärmeaustauschabschnitt, um die Übertragung von Wärmeenergie vom zweiten Teil des wärmeabgebenden Fluids auf das Arbeitsfluid im ersten Wärmeaustauschabschnitt zu verhindern; Übertragung einer zweiten Menge Wärme vom zweiten Teil des wärmeabgebenden Fluids auf das Arbeitsfluid in einem zweiten Wärmeaustauschabschnitt, der dem ersten Wärmeaustauschabschnitt bezogen auf das Arbeitsfluid vorgelagert ist; Leitung des ersten Teils des wärmeabgebenden Fluids um den zweiten Wärmeaustauschabschnitt, um die Übertragung von Wärmeenergie vom ersten Teil des wärmeabgebenden Fluids auf das Arbeitsfluid im zweiten Wärmeaustauschabschnitt zu verhindern; Übertragung einer dritten Menge Wärme vom ersten Teil des wärmeabgebenden Fluids und zweiten Teil des wärmeabgebenden Fluids auf das Arbeitsfluid in einem dritten Wärmeaustauschabschnitt, der dem zweiten Wärmeaustauschabschnitt bezogen auf das Arbeitsfluid vorgelagert ist; und Wiederzusammenführung des ersten Teils und des zweiten Teils des wärmeabgebenden Fluids erst nach Übertragung der ersten, zweiten und dritten Menge Wärme vom wärmeabgebenden Fluid auf das Arbeitsfluid.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich der erste, der zweite und der dritte Wärmeaustauschabschnitt alle in einem gemeinsamen Wärmetauscher befinden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Übertragung einer ersten Menge Wärme die Leitung des Arbeitsfluids in einer Gegenstromrichtung zum ersten Teil des wärmeabgebenden Fluids umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Übertragung einer zweiten Menge Wärme die Leitung des Arbeitsfluids in einer Gleichstromrichtung mit dem zweiten Teil des wärmeabgebenden Fluids umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Übertragung einer dritten Menge Wärme die Leitung des Arbeitsfluids in einer allgemeinen Gegenstromrichtung zum ersten und zweiten Teil des wärmeabgebenden Fluids umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die allgemeine Gegenstromrichtung mindestens zwei Arbeitsfluidstromdurchgänge in Gegenstromrichtung zum ersten und zum zweiten Teil des wärmeabgebenden Fluids umfasst, wobei mindestens zwei Arbeitsfluidstromdurchgänge aufeinanderfolgende der vorhergehenden der mindestens zwei Arbeitsfluidstromdurchgänge bezogen auf den wärmeabgebenden Fluidstrom vorgelagert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Übertragung einer zweiten Menge Wärme zumindest teilweise eine Verdampfung des Arbeitsfluids umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Übertragung einer ersten Menge Wärme die Umwandlung des Arbeitsfluids in einen Heißdampfzustand umfasst.
Wärmetauscher zum Verdampfen eines Arbeitsfluids mit Wärme aus einem wärmeabgebenden Fluid, der Folgendes umfasst: einen Einlass für das wärmeabgebende Fluid, der sich an einem ersten Ende des Wärmetauschers befindet; einen Auslass für das wärmeabgebende Fluid, der sich an einem zweiten Ende des Wärmetauschers gegenüber dem ersten Ende befindet; einen Strömungspfad für das wärmeabgebende Fluid, der sich vom Einlass für das wärmeabgebende Fluid bis zum Auslass für das wärmeabgebende Fluid erstreckt und eine erste und zweite Mehrzahl von parallel angeordneten Strömungsleitungen für das wärmeabgebende Fluid umfasst; und einen Strömungspfad für das Arbeitsfluid, der sich vom Einlass für das Arbeitsfluid bis zum Auslass für das Arbeitsfluid erstreckt und Folgendes umfasst: einen ersten Abschnitt, der fließend mit dem Arbeitsfluideinlass verbunden ist, um daraus einen Strom eines Arbeitsfluids zu erhalten, und so angeordnet ist, dass Wärme auf das Arbeitsfluid von einem Strom eines wärmeabgebenden Fluids übertragen wird, das durch die erste und zweite Mehrzahl von Strömungsleitungen für das wärmeabgebende Fluid strömt; einen zweiten Abschnitt, der fließend mit dem ersten Abschnitt verbunden ist, um das Arbeitsfluid daraus zu erhalten, wobei der zweite Abschnitt so angeordnet ist, dass Wärme auf das Arbeitsfluid aus der ersten Mehrzahl von Strömungsleitungen für das wärmeabgebende Fluid, aber nicht aus der zweiten Mehrzahl von Strömungsleitungen für das wärmeabgebende Fluid übertragen wird; und einen dritten Abschnitt, der fließend mit dem Arbeitsfluidauslass verbunden ist, um den Arbeitsfluidstrom dorthin zu führen, und fließend mit dem zweiten Abschnitt verbunden ist, um das Arbeitsfluid daraus zu empfangen, wobei der dritte Abschnitt so angeordnet ist, dass Wärme auf das Arbeitsfluid aus der zweiten Mehrzahl von Strömungsleitungen für das wärmeabgebende Fluid, aber nicht aus der ersten Mehrzahl von Strömungsleitungen für das wärmeabgebende Fluid übertragen wird.
Wärmetauscher nach Anspruch 9, wobei der zweite Abschnitt des Arbeitsfluidströmungspfades in Gegenstromrichtung zur ersten Mehrzahl von Strömungsleitungen für das wärmeabgebende Fluid angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 9, wobei der dritte Abschnitt des Arbeitsfluidströmungspfades in Gegenstromrichtung zur zweiten Mehrzahl von Strömungsleitungen für das wärmeabgebende Fluid angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 9, wobei das erste und das zweite Ende eine Längsrichtung des Wärmetauschers definieren, die erste Mehrzahl von Strömungsleitungen für das wärmeabgebende Fluid mittig entlang einer zur Längsrichtung normalen Querrichtung angeordnet ist und die zweite Mehrzahl von Strömungsleitungen für das wärmeabgebende Fluid an entgegengesetzten Enden des Wärmetauschers in der Querrichtung angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 9, der weiterhin Folgendes umfasst: eine Mehrzahl von Plattenpaaren, die jeweils eine erste Platte und eine zweite Platte umfassen, die so beabstandet sind, dass sie mindestens teilweise den Strömungspfad für das Arbeitsfluid dazwischen definieren; und zwischen benachbarten Plattenpaaren der Mehrzahl von Plattenpaaren angeordnete Lamellen, wobei die Lamellen und Plattenpaare zusammen mindestens teilweise die erste und zweite Mehrzahl von parallel angeordneten Strömungsleitungen für das wärmeabgebende Fluid definieren.
Wärmetauscher nach Anspruch 13, wobei der dritte Abschnitt durch zwischen der ersten und zweiten Platte jedes der Mehrzahl von Plattenpaaren befindliche Teile des Arbeitsfluidströmungspfades fließend mit dem zweiten Abschnitt verbunden ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 13, wobei jedes der Mehrzahl von Plattenpaaren weiterhin einen Einsatz umfasst, wobei der Einsatz und die erste und zweite Platte zusammen eine Mehrzahl von parallelen Strömungskanälen für das Arbeitsfluid definieren.
Wärmetauscher nach Anspruch 15, wobei der Einsatz mindestens teilweise einen an den Arbeitsfluideinlass angrenzenden Verteilungsbereich für das Arbeitsfluid definiert.
Wärmetauscher nach Anspruch 15, wobei der Einsatz ein Blech mit darin ausgeformten Wellungen umfasst, um mindestens teilweise die Mehrzahl von parallelen Strömungskanälen für das Arbeitsfluid zu definieren.
Wärmetauscher nach Anspruch 15, wobei der Einsatz ein erstes und ein zweites im Wesentlichen ebenes gestapeltes Blech umfasst, wobei jedes Blech eine Mehrzahl von Öffnungen umfasst und die Öffnungen im ersten Blech mit den Öffnungen im zweiten Blech so zusammenwirken, dass sie mindestens teilweise die Mehrzahl von parallelen Strömungskanälen für das Arbeitsfluid definieren.
Wärmetauscher nach Anspruch 18, wobei das erste Blech ein Spiegelbild des zweiten Bleches ist.
Anlage mit einem Clausius-Rankine-Kreisprozess, die Folgendes umfasst: eine Arbeitsfluidpumpe; einen Arbeitsfluidexpander; eine Quelle für ein wärmeabgebendes Fluid; einen ersten Wärmeaustauschabschnitt, der so angeordnet ist, dass er Wärme von einem ersten Teil des Stroms des wärmeabgebenden Fluids auf einen Arbeitsfluidstrom überträgt, wobei der erste Wärmeaustauschabschnitt operativ so mit dem Arbeitsfluidexpander verbunden ist, dass er den Arbeitsfluidstrom dorthin führt, und operativ so mit der Quelle für das wärmeabgebende Fluid verbunden ist, dass er den ersten Teil des Stroms des wärmeabgebenden Fluids von dort aufnimmt; einen zweiten Wärmeaustauschabschnitt, der so angeordnet ist, dass er Wärme von einem zweiten Teil des Stroms des wärmeabgebenden Fluids auf den Arbeitsfluidstrom überträgt, wobei der zweite Wärmeaustauschabschnitt operativ so mit dem ersten Wärmeaustauschabschnitt verbunden ist, dass er den Arbeitsfluidstrom dorthin führt, und operativ so mit der Quelle für das wärmeabgebende Fluid verbunden ist, dass er den zweiten Teil des Stroms des wärmeabgebenden Fluids von dort aufnimmt; und einen dritten Wärmeaustauschabschnitt, der so angeordnet ist, dass er Wärme vom ersten und zweiten Teil des Stroms des wärmeabgebenden Fluids auf das Arbeitsfluid überträgt, wobei der dritte Wärmeaustauschabschnitt operativ so mit der Arbeitsfluidpumpe verbunden ist, dass er den Arbeitsfluidstrom von dort aufnimmt, operativ so mit dem zweiten Wärmeaustauschabschnitt verbunden ist, dass er den Arbeitsfluidstrom dorthin führt, und operativ so mit dem ersten und zweiten Wärmeaustauschabschnitt verbunden ist, dass er den ersten bzw. zweiten Teil des Stroms des wärmeabgebenden Fluids von dort aufnimmt; wobei der erste Teil des Stroms des wärmeabgebenden Fluids den zweiten Wärmeaustauschabschnitt umgeht und der zweite Teil des Stroms des wärmeabgebenden Fluids den ersten Wärmeaustauschabschnitt umgeht.
Anlage mit einem Clausius-Rankine-Kreisprozess nach Anspruch 20, wobei sich der erste, der zweite und der dritte Wärmeaustauschabschnitt alle in einem gemeinsamen Wärmetauscher befinden.
Anlage mit einem Clausius-Rankine-Kreisprozess nach Anspruch 20, wobei sich der erste Teil des Stroms des wärmeabgebenden Fluids in einer Gleichstromausrichtung mit dem Arbeitsfluidstrom im ersten Wärmeaustauschabschnitt befindet.
Anlage mit einem Clausius-Rankine-Kreisprozess nach Anspruch 20, wobei sich der zweite Teil des Stroms des wärmeabgebenden Fluids in einer Gegenstromausrichtung zu dem Arbeitsfluidstrom im zweiten Wärmeaustauschabschnitt befindet.
Anlage mit einem Clausius-Rankine-Kreisprozess nach Anspruch 20, wobei sich der erste und zweite Teil des Stroms des wärmeabgebenden Fluids in einer allgemeinen Gegenstromausrichtung zu dem Arbeitsfluidstrom im dritten Wärmeaustauschabschnitt befinden.
Anlage mit einem Clausius-Rankine-Kreisprozess nach Anspruch 20, wobei die Quelle für das wärmeabgebende Fluid der Abgaskrümmer eines Verbrennungsmotors ist.
Anlage mit einem Clausius-Rankine-Kreisprozess nach Anspruch 25, wobei mindestens einer des ersten und zweiten Teils des Stroms des wärmeabgebenden Fluids ein rückgeführtes Abgas für ein mit dem Verbrennungsmotor verbundenes Abgasrückführungssystem umfasst.
Wärmetauscher, der Folgendes umfasst: eine Mehrzahl von ersten Strömungsdurchgängen für ein wärmeabgebendes Fluid; und eine Mehrzahl von zweiten Strömungsdurchgängen für ein wärmeabgebendes Fluid, das mittels Wärme von dem wärmeabgebenden Fluid verdampft werden soll, wobei die Mehrzahl von zweiten Strömungsdurchgängen mit der Mehrzahl von ersten Strömungsdurchgängen verknüpft ist und jeder der Mehrzahl von zweiten Strömungsdurchgängen eine geformte Strömungsplatte umfasst, wobei die geformte Strömungsplatte Folgendes umfasst: einen Arbeitsfluideinlass; einen Arbeitsfluidauslass; einen Bereich mit einem gewundenen Strömungspfad, der an den Arbeitsfluideinlass angrenzt; und eine Mehrzahl von Strömungskanälen, die fließend parallel zueinander angeordnet sind und sich von dem Bereich mit dem gewundenen Strömungspfad bis zum Arbeitsfluidauslass erstrecken, wobei die Mehrzahl von Strömungskanälen zwischen dem Bereich mit dem gewundenen Strömungspfad und dem Arbeitsfluidauslass nicht miteinander in Verbindung stehen.
Wärmetauscher nach Anspruch 27, wobei die geformte Strömungsplatte eine erste Seite und eine zweite Seite umfasst, und wobei die Mehrzahl von Strömungskanälen auf der ersten und zweiten Seite im Wechsel angeordnet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 28, wobei die geformte Strömungsplatte weiterhin einen Spalt umfasst, der eine Fluidverbindung zwischen dem Bereich mit dem gewundenen Strömungspfad und der Mehrzahl von Strömungskanälen herstellt, die auf der ersten oder zweiten Seite angeordnet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 27, wobei jeder der Mehrzahl von Strömungskanälen Folgendes umfasst: einen ersten Kanalabschnitt, der parallel zur Mehrzahl von ersten Strömungsdurchgängen ausgerichtet ist; einen zweiten Kanalabschnitt, der quer zur Mehrzahl von ersten Strömungsdurchgängen ausgerichtet ist und dem ersten Kanalabschnitt bezogen auf den Strom des Arbeitsfluids unmittelbar vorgelagert ist; und einen dritten Kanalabschnitt, der quer zur Mehrzahl von ersten Strömungsdurchgängen ausgerichtet ist und dem ersten Kanalabschnitt bezogen auf den Strom des Arbeitsfluids unmittelbar nachgelagert ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 30, wobei ein erster und ein zweiter der Mehrzahl von Strömungskanälen in einer üblichen geformten Strömungsplatte aneinander angrenzend angeordnet sind, der zweite Kanalabschnitt des ersten der Mehrzahl von Strömungskanälen dem zweiten Kanalabschnitt des zweiten der Mehrzahl von Strömungskanälen bezogen auf einen Strom des wärmeabgebenden Fluids vorgelagert ist und der dritte Kanalabschnitt des ersten der Mehrzahl von Strömungskanälen dem dritten Kanalabschnitt des zweiten der Mehrzahl von Strömungskanälen bezogen auf den Strom des wärmeabgebenden Fluids nachgelagert ist.