DE2248273A1

DE2248273A1 - Waermeaustauscher und verfahren zu dessen anwendung

Info

Publication number: DE2248273A1
Application number: DE19722248273
Authority: DE
Inventors: Pierre Gauthier
Original assignee: Air Liquide SA
Current assignee: Air Liquide SA
Priority date: 1971-10-01
Filing date: 1972-10-02
Publication date: 1973-04-05
Also published as: JPS5544874B2; FR2154352A1; BE789479A; JPS4842444A; GB1411122A; US3880231A; FR2154352B1; DE2248273C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, insbesondere einen Plattenwärmeaustauscher, der den Wärmeaustausch zwischen einem ersten Strömungsmittel in flüssiger Form und einem zweiten Strömungsmittel in Gasform einerseits, die gemeinsam in gewissen Kanälen des Austauschers strömen, und einem dritten Strömungsmittel gestattet, das in anderen benachbarten Kanälen des Austauschers strömt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Anwendung eines solchen Austauschers.

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Postscheck: Franlcfurt/Maln 6763 Bank: Dresdner Bank AG, Wiesbaden. Konto-Nr. 276 807

Bei zahlreichen Verfahren, wie bei der Verflüssigung von Naturgas, ist es häufig notwendig, Wärme zwischen einem ersten Strömungsmittel in flüssiger Form und einem zweiten Strömungsmittel in Gasform, welche die flüssige bzw. gasförmige Phase ein und desselben Strömungsmittels in Zweiphasenform darstellen, und einem dritten Strömungsmittel auszutauschen. Wenn man einen Plattenaustauscher verwendet, um einen solchen Austausch durchzuführen, muß man zwangläufig vor der Trennung der flüssigen und der Gasphase des Zweiphasenströraungsmittels das erste unddas zweite Strömungsmittel auf die verschiedenen Kanäle und im Innern ein und desselben für das Zweiphasenströmungsmittel vorbehaltenen Kanals genau derart verteilen, daß man ein Strömungsmittel in Zweiphasenform erhält, welches im wesentlichen dieselben Eigenschaften von einem Kanal zum anderen und auf der ganzen Länge dieser Kanäle besitzt. Allein unter dieser Bedingung ist es nämlich möglich, einerseits eine gute Funktion des Austauschers zu erreichen und andererseits zu den bei der Konstruktion des Austauschers beabsichtigten Leistungen zu gelangen.

In neuerer Zeit wurden ein Wärmeaustauschverfahren und ein Plattenwärmeaustauscher beschrieben, welche die Erzielung einer homogenen Verteilung von erstem und zweitem Strömungsmittel in den Kanälen des Austauschers gestatten, die für sie reserviert sind.

Nach diesem Verfahren, bei dem ein Plattenwärmeaustauscher mit mehreren im wesentlichen flachen Kanälen eingesetzt wird, tauscht man also die Wärme zwischen einem ersten flüssigen und einem zweiten damit vereinigten gasförmigen Strömungsmittel, die beide in bestimmten Kanälen des Austauschers in Längsrichtung

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strömen, und einem dritten in anderen benachbarten Kanälen des Austauschers strömenden Strömungsmittel aus. Hierzu führt man das eine der beiden ersten und zweiten Strömungsmittel in einen ersten Kanal des Austauschers ein, verteilt das in den ersten Kanal eingeführte Strömungsmittel praktisch gleichmäßig im Innern und auf der ganzen Abmessung dieses Kanals senkrecht zur Längsrichtung. Man führt mindestens einen ersten Teil eines anderen der beiden ersten und zweiten Strömungsmittel in mindestens einen zweiten Kanal dieses Austauschers benachbart zu dem ersten Kanal ein, verteilt praktisch gleichförmig den in den zweiten Kanal eingeführten ersten Teil im Innern und auf der ganzen Abmessung dieses Kanals senkrecht zur Längsrichtung, vereinigt in dem zweiten Kanal mindestens einen Teil des in den ersten Kanal eingeführten Teiles des Strömungsmittels und den in den zweiten Kanal eingeführten ersten Teil auf der ganzen Abmessung der ersten und zweiten Kanäle senkrecht zur Längsrichtung , um mindestens einen Teil eines praktisch homogenen Zweiphasenströmungsmittels zu bilden, das praktisch gleichförmig im zweiten Kanal auf dessen ganzer Abmessung verteilt ist, und man läßt dieses Teil des Zweiphasenströmungsmittels im Wärmeaustausch mit dem dritten Strömungsmittel strömen.

Der beschriebene Plattenwärmeaustauscher, der die Anwendung dieses Verfahrens gestattet, besitzt also mehrere Metallplatten von im wesentlichem ähnlichem Umriß, die parallel und im Abstand zueinander angeordnet sind, eine erste Verschlußeinrichtung, welche diese Platten untereinander längs der Kante jeder Platte verbindet, so daß mehrere Kanäle gebildet werden, mindestens drei auf-

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einanderfolgende Platten, die einen ersten Aufnahmekanal für entweder ein erstes Strömungsmittel in flüssiger Form oder ein zweites Strömungsmittel in Gasform zwischen einer ersten und einer zweiten Platte und mindestens einen zweiten Aufnahmekanal für das andere der beiden Strömungsmittel und den Umlauf der vereinigten ersten und zweiten Strömungsmittel in Längsrichtung zwischen der zweiten und einer dritten Platte abgrenzen; hierbei besitzt die zweite Platte eine Überführungszone für mindestens einen Teil des Strömungsmittels vor dessen Aufnahme in den ersten Kanal zu dem zweiten Kanal, wobei sich diese Zone mindestens auf die ganze Abmessung der ersten und zweiten Kanäle senkrecht zur Längsrichtung erstreckt; das erste Verschlußmittel begrenzt einen ersten Eintritt zu dem ersten Kanal, um das Strömungsmittel vor seiner Aufnahme durch diesen Kanal einzuführen, bzw. mindestens einen zweiten Eintritt zu dem zweiten Kanal in der Nähe eines Endes dieses Kanales. um das Strömungsmittel vor seiner Aufnahme durch diesen Kanal einzuführen, wobei die Überführungsmittel zwischen dem ersten und dem zweiten Eintritt angeordnet sind; ein erstes in dem ersten Kanal angeordnetes Verteilungsmittel zur Verteilung des Strömungsmittels vor seiner Aufnahme durch diesen Kanal von dem ersten Eintritt zum Inneren des ersten Kanals im wesentlichen auf der ganzen Abmessung dieses Kanals senkrecht zur Längsrichtung; ein zweites In dem zweiten Kanal angeordnetes Verteilungsmittel zur Verteilung des Strömungsmittels vor seiner Aufnahme durch diesen Kanal von dem zweiten Eintritt zum Inneren des zweiten Kanals im wesentlichen auf der ganzen Abmessung dieses Kanals senkrecht zur Längsrich-

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tung; das erste Verschlußmittel begrenzt mindestens einen ersten Austritt aus dem zweiten Kanal in der Nähe des anderen Endes dieses Kanales, um die vereinigten ersten und zweiten Strömungsmittel abzuziehen; Begrenzungsmittel eines dritten Kanals für ein drittes Strömungsmittel in Wärmeaustauschbeziehung mit mindestens dem zweiten Kanal.

Bei dem Plattenwärmeaustauscher, der die vorstehend definierte Struktur hat, besteht die einzige angegebene überführungszone aus einem einzigen horizontalen Schlitz, der sich mindestens über die ganze Abmessung der ersten und zweiten Kanäle senkrecht zur Längsrichtung der Strömung der vereinigten ersten und zweiten Strömungsmittel erstreckt.

In der ganzen vorliegenden Beschreibung werden die Platten des Austauschers, die eine Oberführungszone aufweisen, wie die vorstehend definierten zweiten Platten, ebenfalls mit dem Ausdruck "Trennwand" bezeichnet, um sie von den anderen Platten, die diese Zone nicht aufweisen, zu unterscheiden.

Wenn das Verfahren und der Austauscher gemäß den vorstehenden Angaben die Gewinnung eines homogenen Zweiphasenströmungsmittels gestatten, das gleichmäßig zwischen den Kanälen verteilt ist, die für sie über die ganze Breite des letzteren reserviert sind, so wurde festgestellt, daß die betriebliche Anpassungsfähigkeit eines solchen Austauschers mangelhaft bleibt. Wenn man nämlich die besondere Form der vorstehend definierten überführungszone (ein horizontaler Schlitz, der sich über die ganze Breite der ersten und zweiten Kanäle erstreckt) betrachtet, so stell· man

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fest, daß diese Zone nicht In der Lage 1st, wachsende Mengen entweder des ersten oder des zweiten Strömungsmittels zu tiberführen, ohne daß das entsprechende Druckgefälle beträchtlich zunimmt. Infolgedessen ist ein solcher Austauscher nur in der Lage, genau zu arbeiten bei begrenzten und konstanten Strömungmengen des ersten flüssigen und des zweiten gasförmigen Strömungsmittels. Dieser Austauscher kann also nicht in eine Anlage eingebaut werden, bei der die Strömungsmenge des ersten Strömungsmlttels und/oder des zweiten Strömungsmittels Schwankungen In erheblichen Mengen-anteilen, insbesondere während der AnIaB- und Abschaltphasen der Anlage unterliegt.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, die betriebliche Anpassungsfähigkeit eines Plattenaustauschers der vorstehend beschriebenen Art derart zu verbessern, daß er arbeiten kann, während die Strömungsmenge der flüssigen und/oder gasförmigen Phase eines Zwelphasenströmungsmittels Schwankungen in erheblichen Mengenateilen unterliegt.

Ein Austauscher gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß er außer einem dritten Eintritt zu dem ersten Kanal, der durch das erste Verschlußmittel nahe dem zweiten Eintritt und einem Ende des ersten Kanals zur Einführung des Strömungsmittels vor seiner Aufnahme in den zweiten Kanal in diesen Kanal definiert ist, ein drittes Verteilungsmittel aufweist, das in dem ersten Kanal angeordnet ist, um das Strömungsmittel vor seiner Aufnahme in den zweiten Kanal von dem dritten Eintritt zum Inneren des ersten Kanals im wesentlichen über die ganze Abmessung dieses Kanals senkrecht zur Längsrichtung zu verteilen, und dass

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die Überführungszone sich ebenfalls in der Längsrichtung erstreckt und mehrere voneinander getrennte Durchbrüche aufweist.

Der erste Kanal spielt somit die Rolle einer Trennkammer zwischen dem ersten flüssigen Strömungsmittel und dem zweiten gasförmigen Strömungsmittel, die mit der überführungszone zusammenwirkt, um die aktive Oberfläche der letzteren entsprechend dem Flüssigkeitsspiegel schwanken zu lassen, den man in der Trennkammer erhält. Bei Einführung eines zweiten Teiles des mindestens in den ersten Kanal eingeführten Strömungsmittels in den ersten Kanal durch den dritten Eintritt unter praktisch gleichförmiger Verteilung dieses zweiten Teiles im Inneren des ersten Kanals auf seiner ganzen Abmessung senkrecht zur Längsrichtung kann man nämlich gemäß der Erfindung einen Spiegel des ersten flüssigen Strömungsmittels in dem ersten Kanal einstellen. Wenn man infolgedessen den Spiegel des ersten Strömungsmittels in dem ersten Kanal schwanken läßt, kann man also den für die überführung des einen der beiden In den Kanal eingeführten Strömungsmittel erforderlichen Durchgangsquerschnitt des ersten Kanals in Richtung zum zweiten. Kanal der relativen Strömungsmenge des ersten und des zweiten Strömungsmittels anpassen.

Außerdem gestattet die Erf indung die Gewinnung eines homogenen Zweiphasenströmungsmittels, das gleichförmig zwischen den Kanälen verteilt ist, die ihm vorbehalten sind und zwar auf der ganzen Breite dieser Durchlässe ohne Rücksicht auf den Betriebszustand des Austauschers. Dies war vor der Erfindung, insbesondere wegen Konstruktionsunvollkomenheiten oder Verformungen,nicht der Fall, die sich im Austauscher im Verlauf seines Einbaues oder Betriebes

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einstellten. Wenn man nämlich die besondere Form der vor der Erfindung definierten Überführungszone (horizontaler Schlitz, der sich über die ganze Breite der ersten und zweiten Kanäle erstreckt) betrachtet, ist festzustellen, daß es bei gewissen Betriebszuständen nicht möglich ist, die vorausberechnete homogene Verteilung des Zweiphasenströmungsmittels zu erreichen.

Wenn man zunächst einmal annimmt, daß die geschlitzten Trennwände des Austauschers vollkommen identisch wären, und daß im besonderen der Schlitz der einen Wand nach der Konstruktion parallel zu einer Seite dieser rechteckigen Trennwand sei, ist es im Verlauf der Lötung oder Schweißung unmöglich, die Platten und Trennwände des Austauschers derart zusammenzubauen, daß die Schlitze der Trennwände alle in einer genau horizontalen Ebene liegen, nachdem der Austauscher einmal senkrecht aufgestellt ist. Zwangläufig werden gewisse Schlitze höher sein als die anderen. Wenn man zweitens annimmt, daß die Schlitze, nachdemder Austauscher einmal gebaut ist, in ein und derselben Horizontalebene liegen, kann seine Aufstellung oder seine Betriebsweise dazu führen, daß der Austauscher schwach gegen die Senkrechte geneigt ist. Daraus folgt, daß gewisse Schlitze höher sind als die anderen bezogen auf ein und dieselbe horizontale Bezugsebene. Alle diese Mängel führen dazu, daß die gleichförmige Verteilung des Zweiphasenströmungsmittels, die man zwischen den verschiedenen zweiten Kanälen des vorstehend definierten Austauschers erwartet, bei gewissen Betriebszuständen des Austauschers nicht erhalten werden kann. Wenn man beispielsweise das Zweiphasenströmungsmittel in den zweiten Kanälen des Austauschers senkrecht absinkend

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strömen läßt/ führt man das erste flüssige Strömungsmittel und das zweite gasförmige Strömungsmittel (welche die flüssige bzw. gasförmige Phase des Zweiphasenströmungsmittels darstellen) in einen ersten bzw. einen zweiten benachbarten Kanal des Austauschers ein und verteilt dann quer über den horizontalen Schlitz einerTrennwand in einen zweiten Kanal das erste Strömungsmittel in dem zweiten Strömungsmittel. Während das Niveau des ersten flüssigen Strömungsmittels sich in den ersten Kanälen im wesentlichen auf der Höhe der Schlitze der Trennwände abgleicht, werden gewisse Schlitzedazu gebracht, etwasoder sehr wenig Flüssigkeit in die entsprechenden zweiten Kanäle und in andere viel mehr abzugeben, infolge der Höhenunterschiede der verschiedenen Schlitze gegenüber ein und derselben horizontalen Bezugsebene. Das erhaltene Zweiphasenströmungsmittel wird also von einem zweiten Kanal des Austauschers zum anderen nicht denselben Anteil an Gas oder Flüssigkeit aufweisen. Die Verteilung zwischen den verschiedenen zweiten Kanälen des Austauschers kann demnach nicht gleichförmig sein.

Andererseits ist es bei einer gegebenenen Trennwand zunächst einmal unmöglich, gewerblich einen Schlitz zu erhalten, der genau parallel zu einer Seite der rechteckigen Trennwand ist, zu der er gehört, und damit genau horizontal wäre, wenn diese Trennwand vertikal steht. Zweitens ist es im Verlauf des Betriebes oder des Einbaues des Austauschers in die Anlage, zu der er gehört, unter dem Einfluß mechanischer oder thermischer Spannungen unvermeidlich, daß gewisse Wände leicht gegenüber der Vertikalen schaukeln. Alle diese Unstimmigkeiten haben zur Folge, daß gewisse Schlitze nicht mehr genau horizontal, sondern mehr oder weni-

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ger schwach gegen die Horizontale geneigt sind. Daraus folgt unmittelbar, daß bei gewissen Betriebszuständen das in gewissen zweiten Kanälen des Austauschers erhaltene Zweiphasenströmungsmittel nicht mehr die verlangten Eigenschaften einer homogenen und gleichförmigen Verteilung haben. Wenn also im Falle einer senkrecht absinkenden Strömung des Zweiphasenströmungsmittels wie im vorstehend genannten Beispiel ein gegebener Schlitz schwach gegen die Horizontale geneigt ist und wenn der Flüssigkeitspiegel in einem ersten Kanal nahe diesem Schlitz liegt, kann ein Abschnitt desselben sehr wenig oder sogar überhaupt keine Flüssigkeit und ein anderer Abschnitt viel mehr abgeben. Infolgedessen wird man im entsprechenden zweiten Kanal ein Zweiphasenströmungsmittel erhalten, dessen Flüssigkeits- und Gasphasen ungleichförmig über die ganze Breite dieses Durchlasses verteilt sind.

Infolgedessen gestatten Plattenaustauscher mit dem vor der Erfindung angegebenen Aufbau in der Praxis keine Erzielung einer genau homogenen Verteilung des Zweiphasenströmungsmittels zwischen den verschiedenen Austauscherkanälen, die für dieses vorbehalten sind, und in einem gegebenen Kanal können daher die angegebenen Fertigungsfehler die berechnete homogene Verteilung bei gewissen Betriebszuständen beeinträchtigen, wenn nicht völlig aufheben. Dies gilt umso mehr, als die Plattenaustauscher von ihrer Anlage her mechanischen Spannungen thermischen Ursprunges mehr ausgesetzt sind als andere Austauscherarten.

Aufgrund der Längserstreckung der überführungszone werden dagegen die Fertigungsweise des Austauschers, sein Einbau, die thermischen und mechanischen Spannungen aufgrund seines Betriebes

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praktisch nicht mehr störend wirken, um der Homogenität des verteilten Zweiphasenströmungsmittels und dessen Umlauf in dem Austauscher entgegenzuwirken.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung trennt man das erste und das zweite Strömungsmittel auf der Aufstromseite des Austauschers in deren Strömungssinn und hält eine Gas-Flüsslgkeitstrenngrenzfläche zwischen dem Einführungsspiegel des ersten Strömungsmittels in den ersten Kanal und dem Einführungsspiegel des zweiten Strömungsmittels in den zweiten Kanal aufrecht. Dies kann dadurch erfolgen, daß man das Trenngefäß für das erste und zweite Strömungsmittel neben dem Austauscher anordnet und seine Lage auf einer Höhe unter Berücksichtigung des gewünschten Spiegels des ersten Strömungsmittels in den ersten Kanälen des Austauschers festlegt. Man erhält so eine automatische Gleichgewichtseinstellung (bei Druckgefällen nahe dem ersten und zweiten. Strömungsmittel) des Spiegel des ersten flüssigen Strömungsmittels in den ersten Kanälen des Austauschers. Da der Flüssigkeitsspiegel in den ersten Kanälen sich in jedem Augenblick im hydrostatischen Gleichgewicht mit demjenigen der in dem Separator enthaltenen Flüssigkeit befindet, führt die Schwankung des Flüssigkeitsspiegels im Separator diejenige des Durchlaßquerschnittes für das erste oder zweite Strömungsmittel zu den zweiten Kanälen mit sich. Wenn die Strömungsmenge des in den Separator eintretenden zweiten Strömungsmittels gegenüber der Strömungsmenge des dort ankommenden ersten Strömungsmittels ansteigt, sinkt der Spiegel in dem Separator und entsprechend nimmt der Durchlaßquerschnitt für das zweite Strömungsmittel zum zwei-

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ten Kanal zu, oder der Durchlaßquerschnitt des ersten Strömungsmittels zum zweiten Kanal vermindert sich, paßt sich also der Zunahme der Strömungsmenge des zweiten Strömungsmittels an. Wenn die Strömungsmenge des in den Separatur eintretenden zweiten Strömungsmittels gegenüber der Strömungsmenge des dort ankörnenden ersten Strömungsmittels abnimmt, steigt der Spiegel im Separator an,und dementsprechend vermindert sich der Durchlaßquerschnitt für das zweite Strömungsmittel zu demzweiten Kanal, oder der Durchlaßquerschnitt für das erste Strömungsmittel zu dem zweiten Kanal nimmt zu, paßt sich also der Verminderung der Strömungsmenge des zweiten Strömungsmittels an. Gemäß dieser besonderen Ausführungsform der Erfindung gibt es also eine ständige und automatische Einstellung des Durchlaßquerschnittes des ersten oder des zweiten Strömungsmittels an die relative Strömungsmenge der beiden Strömungsmittel.

Die Erfindung kann in zwei wesentlichen Formen verwirklicht werden, wonach man den Wärmeaustausch mit einem senkrecht im absteigenden oder aufsteigenden Sinn strömenden Zweiphasenströmungsmittel vornimmt. Bei aufsteigender Strömung ist die Überführungszone im unteren Teil der zweiten Platte angeordnet. Der erste Eintritt ist dem zweiten Strömungsmittel vorbehalten,und mindestens ein zweiter und der dritte Eintritt sind dem ersten Strömungsmittel vorbehalten. Bei absinkender Strömung ist die überführungszone in dem oberen Teil der zweiten Platte angebracht. Der erste Eintritt ist dem ersten Strömungsmittel vorbehalten, und der zweite Eintritt und der dritte Eintritt sind dem zweiten Strömungsmittel vorbehalten.

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Nachstehend wird die Erfindung in vorteilhaften Ausführungsformen .anhand der Zeichnung näher erläutert.

Flg. 1 ist eine Vorderansicht eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung verbunden mit einem Abscheider eines Zwelphasenströmungsmittels, der gestattet, die Wärme zwischen diesem Austauscher im aufsteigenden Sinne strömenden Strömungsmittel und einem anderen im absteigenden Sinne strömenden Strömungsmittel auszutauschen.

Pig, 2 ist eine Ansicht der linken Seite dieses Austauschers entsprechenden Pfeilen XI-Ii der Pig, I,

Pig,. 3 ist eine Schnittansicht nach Linie HI-III der Pig. I durch diesen Austauscher verbunden mit dem obigen Abscheider.

Pig, 4 ist eine Schnittansicht nach Linie IV-IV der PIg₆ 2 durch diesen Austauscher teilweise aufgebrochen.

Pig. 5 1st eine Schnittansicht nach Linie V-V der Fig. 2 durch diesen Austauscher teilweise aufgebrochen.

Flg. 6 zeigt perspektivisch einen abgebrochenen Teil dieses Austauschers .

Fig. 7 und

Flg. 8 und

Fig. 9 sind ähnliche Ansichten wie Flg. 6 und zeigen drei Ausführungsformen dieses Austauschers. . ·

Pig, 10 ist eine Stirnansicht eines zweiten Austauschers nach der Erfindung vereinigt mit- einem Abscheider für ein zwelphasenströmungsmi,ttel, der gestattet, die Wärme zwischen diesem im Austauscher im absteigenden Sinn fließenden

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Strömungsmittel und einem anderen in aufsteigendem Sinn fließenden Strömungsmittel auszutauschen. .

Fig. 11 ist eine Ansicht der linken Seite des Austauschers nach Fig. 10 entsprechend den Pfeilen XI-XI der Fig. 10.

Fig. 12 ist eine Schnittansicht nach Linie XII-XII der Flg. 10 durch den Austauscher der Fig. 10 vereinigt mit dem genannten Abscheider.

Flg. 13 ist eine Schnittansicht nach Linie XIII-XIII der Flg. durch den Austauscher der Fig. 10 teilweise aufgebrochen.

Fig. 14 ist eine Schnittansicht nach Linie XIV-XIV der Fig. 11 durch den Austauscher der Fig. 10 teilweise aufgebrochen.

Fig. 15 erläutert einen dritten Wärmeaustauscher nach der Erfindung, der demjenigen der Fig. 1 bis 9 sehr ähnlich ist. Diese Figur zeigt einen Schnitt durch diesen dritten Austauscher nach einer Schnittlinie identisch der Linie III-III der Fig. 3.

In gewissen der vorstehend aufgezählten Figuren 1st der Umlauf des ersten flüssigen Strömungsmittels in ausgezogenen Linien»derjenige des zweiten gasförmigen Strömungsmittels in durch Punkte getrennten unterbrochenen Strichen»derjenige des vereinigten ersten und zweiten Strömungsmittels durch von Kreuzen getrennten unterbrochenen Strichen und derjenige des dritten Strömungsmittels durch gepunktete Linien dargestellt.

Nachstehend werden unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 9 ein erster Wärmeaustauscher 1 nach der Erfindung und seine Arbeitsweise beschrieben, die gestatten, Wärme zwischen vereinigten ersten und zweiten Strömungsmitteln, die in dem Austauscher 1 senkrecht auf-

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steigend strömen, und einem dritten im Austauscher 1 senkrecht abwärts fließenden Strömungsmittel auszutauschen. Fig. 1 dient zur Erläuterung des Strömungsmittelumlaufes im Austauscher 1. Ein Strömungsmittel in Zweiphasenform tritt in einen Abscheider 2, der an der Seite des Austauschers 1 angeordnet ist, auf einer unteren Ebene des letzteren ein. Das Strömungsmittel wird in eine flüssige Phase 4 oder ein erstes flüssiges Strömungsmittel und in eine Gasphase 5 oder ein zweites gasförmiges Strömungsmittel getrennt. Das erste Strömungsmittel wird mittels des Verteilers 6 in dessen unteren Teil in den Austauscher 1 geschickt. Das zweite Strömungsmittel wird vermittels des an der Seite des Austauschers 1 in dessen unterer Hälfte auf der linken Seite nach Fig. 1 angeordneten Verteiler 7 in den Austauscher 1 geschickt. Die vereinigten beiden Strömungsmittel werden aus dem Austauscher 1 durch den in dessen oberen Teil angeordneten Sammler 8 abgezogen. Ein drittes Strömungsmittel wird vor Austausch seiner Wärme irit den beiden ersten vereinigten Strömungsmitteln in den Austauscher 1 mittels des Verteilers 9 eingeführt, der auf der Seite des Austauschers in dessen oberer Hälfte links in Fig. l angeordnet ist. Das dritte Strömungsmittel wird aus dem Austauscher 1 durch den Sammler 10 abgezogen, nachdem es Wärme mit dem vereinigten ersten und zweiten Strömungsmittel ausgetauscht hat. Der Sammler 10 ist in der oberen Hälfte des Austauschers 1 auf dessen rechter Seite nach Fig. 1 angeordnet. Nachstehend wird der Strömungsverlauf der strömungsmittel im Inneren des Austauschers 1 untersucht.

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Wie besonders aus Fig. 2 und 3 hervorgeht, besitzt der Austauscher 1 mehrere rechteckige Metallplatten 11 und 12 von identischem Umriß, die parallel zu und in Abstand voneinander angeordnet sind. Für die Zwecke der Beschreibung können diese verschiedenen Platten in Dreiergruppen zusammengefaßt sein; jede Gruppe besitzt beispielsweise eine erste Platte 11a, eine zweite Platte oder Trennwand 12 mit einer Überführungszone 60 und eine dritte Platte 11 b. Eine zweite Platte oder Trennwand 12 ist also zwischen einer ersten Platte 11a und einer zweiten Platte 11b angeordnet, die unmittelbar benachbart sind. Ein erstes Verschlußmittel besteht aus Verschlußgliedern 13, die jede Trennwand 12 mit einer benachbarten Platte 1 längs des Randes dieser Platte und dieser Trennwand verbinden (vgl. besonders Fig. 4 und 5). Die Verschlußglieder 13 sind durch Hartlötung an den Rändern der Plattenll und der Trennwände 12 dicht verbunden. Infolgedessen begrenzen die Platten 11 die Trennwände 12 und die Verschlußglieder 13 in dem Austauscher 1 mehrere erste Längskanäle 14 zwischen einer ersten Platte 11a und einer zweiten Platte oder Trennwand 12 und mehrere zweite gestreckte Kanäle 15 zwischen einer Trennwand oder zweiten Platte 12 und einer dritten Platte 11b. Diese Kanäle sind im wesentlichen eben.

Um den Aufbau eines ersten Kanals 14 zu erläutern, wird auf Fig. 4 Bezug genommen. Im oberen Teil eines ersten Kanals 14 lassen die Verschlußglieder 13 einen Eintrittsraum 16 frei, der die Einführung des zweiten gasförmigen Strömungsmittels aus dem Verteiler 7 in diesen Kanal gestattet. Am unteren Ende eines ersten Kanals 14 lassen die Verschlußglieder 13 einen Eintrittsraum 17

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frei, der die Einführung des ersten flüssigen Strömungsmittels aus dem Verteiler 6 in diesen Kanal gestattet. Ein Verteilungsmittel für das erste Strömungsmittel vom Eintritt 17 zum Inneren eines ersten Kanals 14 ist im unteren-Teil dieses Kanals angeordnet, um das erste Strömungsmittel über die ganze Breite dieses Kanals zu verteilen. Das erste Verteilungsmittel besteht aus einem gewellten Metallblech 20 und einem gewellten Metallblech 21. Ein Blech 20 hat einen Umriß von der Form eines rechtwinkligen Dreieckes, dessen eine Seite dem Eintritt 17 entspricht; es besitzt senkrechte Wellungen. Ein Blech 21 hat einen Umriß von der Form eines rechtwinkligen Trapezes, dessen eine Seite an.dem Blech 20 angrenzt. Es besitztschräge Wellungen. Die Bleche 20 und 21 liegen mit einer Seite auf der Fläche einer Platte 11 und mit der anderen Seite auf einer Fläche einer Trennwand 12 an. Die Bleche 20 und 21 sind gelocht und bilden einen Aufbau von rechtwinkligem Umriß. Anderes Verteilungsmittel für das zweite Strömungsmittel von einem Eintritt 16 zum Inneren eines ersten Kanals 14 ist im oberen Teil dieses Kanals angeordnet, um das zweite Strömungsmittel über dessen ganze Breite zu verteilen. Es besteht aus einem gewellten Metallblech 18 und einem gewellten Metallblech 19. Ein Blech 18 hat einen Umriß von der Form eines rechtwinkligen Dreieckes, dessen eine Seite dem Eintritt 16 entspricht; seine Wellungen sind horizontal. Ein Blech 19 hat einen Umriß von der Form eines rechtwinkligen Dreieckes angrenzend an das vorgenannte längs seiner Hypothenuse; seine Wellungen sind senkrecht. Die Bleche 18 und 19 liegen mit der einen Seite auf einer Fläche einer Trennwand 12 und mit der anderen Seite auf einer Fläche

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einer Platte 11 an. Ein breites rechteckiges Metallblech 22 ist abgestützt auf einer Trennwand 12 und einer Platte 11 im ersten Kanal 14 zwischen dem Verteilungsmittel für das erste Strömungsmittel und demjenigen für das zweite Strömungsmittel angeordnet.

Wie in Fig. 4 durch Ausbrechung eines Teils des Wellbleches 22 angedeutet, besitzt eine zweite Platte oder Trennwand 12 in ihrem unteren Teil eine Überführungszone 60 mit mehreren Löchern 23, die die überführung des zweiten Strömungsmittels in einen zweiten Kanal 15 gestatten. Diese Löcher sind in der zweiten Platte 12 in senkrechten Reihen, also in Längsrichtung des Austauschers, angeordnet. Der gelochte Teil oder die Überführungszone 60 einer Trennwand 12 liegt zwischen einem Eintritt 16 und einem Eintritt 17 und erstreckt sich ungefähr über die ganze Länge des Bleches 22 und über die ganze Breite der Kanäle 14 und 15. Die Löcher 23 stehen mit den von den Wellungen des Bleches 22 begrenzten Kanälen in offener. Verbindung.

Fig. 3 und 4 zeigen auch, daß der Raum zwischen einer ersten

wo-Platte 11a und einer Trennwand 12, von ein Teil einem Erstkanal 14 entspricht, durch ein zweites Verschlußmittel in zwei Teile unterteilt ist. Dieses Verschlußmittel 1st ein horizontales Glied 24, das eine Platte 11a und eine Trennwand 12 in der unteren Hälfte des Austauschers 1 dicht verbindet. In Längsrichtung und senkrecht zum Austauscher 1 ist ein Eintritt 16 zwischen einem Verschlußglied 24 und der Überführungszone 60 einer Trenn-

bewand 12 angeordnet. Ein Glied 24 grenzt also in dem Raum zwischen einer ersten Platte 11a und einer Trennwand 12 außer einem an der Seite des Gliedes 4 angeordneten ersten Kanal 14 einen drit-

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ten Kanal 25 auf der anderen Seite des Gliedes 24, der sich über den Hauptteil der Austauscherlänge zwischen einer ersten Platte 11a und einer zweiten Platte 12 erstreckt und dem dritten Wärmeaustauschströmungsmittel vorbehalten ist. Nach Fig. 4 begrenzen die Verschlußglieder 13 außerdem im unteren und oberen Teil des dritten Kanals 23 einen Raum, der als Eintritt 26 dient,bzw. einen anderen Raum, der als Austritt 27 dient. Ein Eintritt 26 gestattet die Einführung des dritten Wärmeaustauschströmungsmittels aus dem Verteiler 9 in einen Kanal 25. Ein Austritt 27 gestattet die Abführung des dritten Strömungsmittels aus einem dritten Kanal 25 zum Sammler 10, Ein Verteilungsmittel für das dritte Strömungsmittel vom Eintritt 26 zum Inneren eines ersten Kanals 25 ist im oberen Teil dieses Kanals angeordnet, um das dritte Strömungsmittel über die ganze Breite dieses Kanals zu verteilen. Dieses Mittel umfaßt zwei Metallbleche 28 und 29. Ein Blech 28 hat einen Umriß von der Form eines rechtwinkligen Dreieckes, dessen eine Seite dem Eintritt 26 entspricht; es besitzt horizontale Wellungen. Das andere Blech 29 hat einen Umriß von der Form eines rechtwinkligen Dreieckes angrenzend mit seiner Hypothenuse an das andere; es besitzt senkrechte Wellungen. Die Bleche 20 und 21 sind gelocht und bilden einen Aufbau von rechteckigem Umriß. Ein Sammler für das dritte Strömungsmittel aus dem Inneren eines Kanals 25 zu einem Auslaß 27 ist im unteren Teil dieses Kanals als Sammler für das dritte Strömungsmittel über dessen ganze Breite angeordnet. Dieses Mittelweist zwei MEtallbleche 30 und 31 auf. Ein Blech 30 hat einen Umriß von der Form eines rechtwinkligen Dreieckes, dessen eine Seite dem

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Austritt 27 entspricht; es besitzt horizontale Wellungen. Ein Blech 31 hat einen Umriß von der Form eines dem vorstehenden längs seiner Hypothenuse anliegenden rechtwinkligen Dreieckes; es besitzt vertikale Wellungen. Die Bleche 30 und 31 sind gelocht und bilden einen Einbau von rechteckigem Umriß. Ein Wellblech 32, dessen Wellungen senkrecht verlaufen, ist in jedem dritten Kanal 25 zwischen dem Verteilungsmittel und dem Sammler angeordnet und diesen Kanälen zugeordnet. Jedes Blech 32 erstreckt sich über den Hauptteil der Länge eines Kanals 25. Die Wellbleche 28, 29, 30, 31 und 32 stützen sich mit der einen Seite auf einer Platte oder Trennwand 12 und mit der anderen auf einerersten Platte 11a ab. Um die Struktur eines zweiten Kanals zu erläutern, wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen. Die Verschlußglieder 13 lassen am oberen und am unteren Ende eines zweiten Kanals 15 einen Raum nahe einem Eintritt 17, der als Eintritt für das erste flüssige, aus dem Verteiler 6 stammende Strömungsmittel dient, und einen Raum frei, der als Austritt 34 für das Strömungsmittel dient, das durch die Vereinigung der durch den Sammler 8 abgezogenen, durch Vereinigung der ersten und zweiten Wärmeaustauschströmungsmittel gebildeten Strömungsmittels dient. Ein Verteilungsmittel für das erste Strömungsmittel und einem Eintritt 33 zum Inneren eines zweiten Kanals 15 ist im unteren Teil dieses Kanals angeordnet, um das erste Strömungsmittel über die ganze Breite dieses Kanals zu verteilen. Dieses Mittel besteht aus zwei Wellblechen 35 und 36. Das Blech 35 hat einen Umriß von der Form eines rechteckigen Dreieckes, dessen eine Seite dem Eintritt 33 entspricht; seine Wellungen verlaufen verti-

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kai. Das Blech 36 hat einen Umriß von der Form eines rechtwinkligen Trapezes angrenzend an das vorgenannte Dreieck; seine Wellungen verlaufen schräg. Die Bleche 33 und 36 sind gelocht und bilden einen Einbau von rechteckigem Umriß. Eine Sammeleinrichtung für Strömungsmittel entsprechend der Vereinigung von erstem und zweitem Strömungsmittel aus dem Inneren eines zweiten Kanals 15 zu einem Auslaß 35 ist im oberen Teil dieses Kanals angeordnet, um dieses Strömungsmittel auf der ganzen Breite dieses Kanals zu sammeln. Dieses Mittel besteht aus zwei Wellblechen 37 und 38. Ein Blech 37 hat einen Umriß von der Form eines rechteckigen Dreieckes, dessen eine Seite dem Auslaß 34 entspricht; seine Wellungen sind vertikal. Ein Blech 38 hat einen Umriß von der Form eines rechtwinkligen Trapezes angrenzend an das vorgenannte Dreieck; seine Wellungen verlaufen schräg. Die Bleche 37 und 38 sind gelocht und stellen einen Einbau von rechteckigem Umriß dar. Der Hauptteil eines Kanals 15 ist von einem Wellblech 39 besetzt, das zwischen dem Sammler und dem Verteiler für erste Strömungsmittel angeordnet ist und dessen Wellungen senkrecht verlaufen. Die Bleche 35, 36, 37, 38 und 39 stützen sich mit einer Seite auf einer zweiten Platte oder Trennwand 12 und mit der anderen Seite auf einer dritten Platte 11b ab. Wie für die Ausbrechung des Bleches 39 in Fig. 5 dargelegt, kommunizieren die Durchbrechungen 23 der überführungszone 60 und einer Trennwand 12 mit den Kanälen, die durch die Wellungen des Bleches 39 umgrenzt sind.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Austauschers 1 wird besonders auf Fig. 3 Bezug genommen. Im Betrieb tauscht man Wärme zwi-

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sehen den vereinigten ersten und zweiten Strömungsmitteln, die in den zweiten Kanälen 25 in vertikaler Längsrichtung des Austauschers strömen, und dem dritten Strömungsmittel aus, das in den angrenzenden dritten Kanälen des Austauschers strömt. Zu diesem Zweck führt man einen ersten Teil und einen zweiten Teil des ersten flüssigen Strömungsmittels durch den Einlaß 33 auf der unteren Höhe eines zweiten Kanals 15 bzw. durch den Einlaß 17 auf einer unteren Höhe, eines ersten Kanals 14 ein. Man verteilt praktisch gleichförmig von unten nach oben das empfangene und

14 und 15
in alle Kanäle/des Austauschers eingeführte erste Strömungsmittel über die ganze Breite dieser Kanäle mittels der Verteiler 20 und 21 bzw. 35 und 36. Durch den Eintritt 16 führt man das zweite gasförmige Strömungsmittel auf einer höheren Ebene eines ersten Kanals 14 oberhalb der überführungszone 16 ein. Mittels des Verteilers 18, 19 verteilt man praktisch gleichförmig von oben nach unten das zweite eingeführte Strömungsmittel über die ganze Breite dieses Kanals,-das. in jeden ersten Kanal 14 aufgenommen wird. Man erhält so in jedem ersten Kanal 14, der die Rolle einer Trennkammer für das erste Flüseige-und^das zweite gasförmige Strömungsmittel spielt,» e^ne»Gas-Flüssigkeitsgrenzflache zwischen dem ersten und dem zweiten Strömungsmittel. Im Hinblick auf die vertikale Relativlage des Abscheiders 2 und des Austauschers 1 liegt diese Grenzfläche nahe derjenigen, die sich in dem Abscheider 3 zwischen dem ersten und dem zweiten Strömungsmittel einstellt, jedoch etwas tiefer als letztere; denn die Druckverluste des ersten und des zweiten Strömungsmittels in ihren betreffenden Verteilern der ersten Kanäle 14 sind nicht Äquivalent:

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Die ersten sind höher als die zweiten. Die Gas-Flüssigkeitsgrenzfläche des Abscheiders 2 stellt sich also zwischen dem Einführungsniveau des ersten Strömungsmittels und dem Einführungsniveau des zweiten Strömungsmittels in den ersten Kanälen 14 ein.

Quer zu der Überführungszone 60 einer Trennwand 12 vereinigt man in einem zweiten Kanal 15 das in einen ersten Kanal 14 eingeführte zweite Strömungsmittel und den ersten Teil des in einen zweiten Kanal 15 eingeführten ersten Strömungsmittel über die ganze Breite der ersten und zweiten Kanäle. Durch Verteilung des zweiten Strömungsmittels in dem ersten erhält man so in den zweiten Kanälen 15 ein homogenes Zweiphasenströmungsmittel, das gleichförmig über die ganze Breite dieser Kanäle verteilt ist. Dieses Zweiphasenströmungsmittel fließt anschließend aufwärts in senkrechter Längsrichtung des Aüstauschers in den zweiten Kanälen 15. Es tauscht seine Wärme mit dem dritten Strömungsmittel aus, das in den dritten Kanälen 25-fließt. Dann wird es von dem Sammler 37, 38 aufgefangen und aus dem Abscheider in seinem oberen Teil durch den Auslaß 34 abgeführt.

Wie oben angegeben, arbeitet die Trennkammer oder der erste Kanal 14 mit der überführungszone 60 zusammen, um die aktive Oberfläche des letzteren entsprechend dem Flüssigkeitsspiegel in diesem Kanal 14 anzupassen. Die Schwankung des Flüssigkeitsspiegels in den ersten Kanälen 14 gestattet nämlich,den Durch-

laßquerschnitt schwanken zu lassen, der für die Überführung des zweiten Strömungsmittels zu den zweiten Kanälen 15 erforderlich ist und zwar dank der Längsanordnung der Löcher 23. Man kann al-

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so diesen Querschnitt der relativen Strömungsmenge von erstem und zweitem Strömungsmittel anpassen. Im besonderen gestattet die beschriebene Anordnung des Abscheiders 2 eine automatische Anpassung dieses Querschnittes an die relative Strömungsmenge. Der Flüssigkeitsspiegel der Kanäle 14, der in der Überführungszone 60 jeder Trennwand 12 liegt, schwankt nämlich als Funktion der Schwankungen des Flüssigkeitsspiegels in dem Abscheider 2. Infolgedessen ist die Strömungsmenge des zweiten Strömungsmittels im Verhältnis zu der Strömungsmenge des ersten Strömungsmittels umso erheblicher, je größer der Durchlaßquerschnitt ist, den man für das zweite Strömungsmittel erhält, und die Strömungsmenge des zweiten Strömungsmittels ist umso kleiner im Verhältnis zu der Strömungsmenge des ersten Strömungsmittels, je kleiner dieser Durchlaßquerschnitt ist. Es ergibt sich also im diesem Fall eine Selbstregulierung dieses Durchlaßquerschnittes.

An dem in Fig. 1 bis 6 gezeigten Austauscher 1 können verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann die Oberführungszone einer zweiten Platte oder Trennwand 12 gemäß Fig. 7 bis 9 abgewandelt werden.

Gemäß Fig. 7 umfaßt die überführungszone mehrere Schlitze 40, _w die senkrecht zur Längsrichtung des Austauschers oder horizontal angeordnet und über die Länge einer Trennwand 12 verteilt sind.

Gemäß Fig. 8 umfaßt die Überführungszone mehrere schräge Schlitze 41, die in Längsrichtung in einer Trennwand 12 verteilt sind.

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Gemäß Fig. 9 umfaßt die Überführungszone mehrere Schlitze 42, die längs der Längsrichtung des Austauschers oder vertikal verlaufen.

Nachstehend wird anhand von Fig. 10 bis 14 ein zweiter Wärmeaustauscher 50 gemäß der Erfindung mit seiner Wirkungsweise beschrieben, der den Wärmeaustausch zwischen vereinigtem ersten und zweiten Strömungsmittel, die in dem Austauscher vertikal absinkend strömen, und einem dritten Strömungsmittel gestattet, das im Austauscher senkrecht aufwärts fließt. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind die Bauteile dieses Austauschers 50, die mit den schon für den Austauscher 1 beschriebenen identisch sind, mit denselben Bezugszahlen versehen.

Gemäß der Zeichnung wird das Zweiphasenströmungsmittel in einem Abscheider 2 von der Seite des Austauschers 50 getrennt, der auf einer oberen Höhe des letzteren liegt. Das erste flüssige Strömungsmittel 4 und das zweite gasförmige Strömungsmittel 5 werden in den Austauscher 50 mittels eines seitlich angeordneten Verteilers 6 bzw. eines oben in der Mitte des Austauschers 50 angeordneten Verteilers 7 beschickt, der oberhalb des Austauschers 50 liegt. Die vereinigten ersten und zweiten Strömungsmittel werden aus dem Austauscher 50 durch einen Sammler 8 abgezogen, der unterhalb des Austauschers 50 angeordnet ist. Das dritte Strömungsmittel wird vor seinem Wärmeaustausch mit dem ersten und zweiten Strömungsmittel in den Austauscher 50 durch den Verteiler 9, der unterhalb des Austauschers 50 liegt, eingeführt und durch einen seitlich in der oberen Hälfte des Austauschers 50 befindlichen Sammler 10 abgeführt. Nachstehend wird der Um-' lauf der Strömungsmittel im Inneren des Austauchers 50 untersucht.

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Besonders anhand von Fig. 12 bis 14 ist festzustellen, daß der Aufbau des Austauschers 50 ähnlich demjenigen des vorstehend beschriebenen Austauschers 1 ist. Lediglich die folgenden unterschiede sind gegenüber dem Austauscher 1 vorhanden:

1. Das zweite Abschlußmittel aus den Gliedern 24 ist im oberen Teil eines Raumes angeordnet, der zwischen einer ersten Platte 11a und einer zweiten Platte oder Trennwand 12 liegt. Die Verschlußglieder 24 begrenzen also im oberen Teil bzw. im unteren Teil eines solchen Raumes einen ersten Kanal 14, der sich über mindestens einen Teil der Länge des Austauschers 50 erstreckt, und einen dritten Kanal 25, der sich über den Hauptteil der Länge des Austauschers 50 erstreckt.

2. Die Überführungszone 60 einer Trennwand 12 mit den Durchbrechungen 23 ist im oberen Teil einer solchen Trennwand zwischen dem Eintritt 17 für erste Strömungsmittel und dem Eintritt 16 für zweite Strömungsmittel in einem ersten Kanal 14 und oberhalb eines Abschlußgliedes 24 angeordnet.

3. Es ist keinerlei Eintritt für erstes Strömungsmittel von einem Verteiler 6 zu einem zweiten Kanal 15 vorgesehen. Dagegen gestattet ein Eintritt 51 entsprechend dem Raum, wo die Anschlußglieder 13 am oberen Ende einen zweiten Kanal 15 freilegen, die Einführung des zweiten Strömungsmittels von dem Verteiler 7 zu einem zweiten Kanal 15.

4. Die Form,wie Verteilungs- und Sammeleinrichtungen für in den Austauscher 50 eintretende und aus ihm austretende Strömungsmittel bezüglich der verschiedenen Kanäle 14, 15 und 24 in letzterem ausgearbeitet sind, unterscheidet sich von denselben Mitteln beim Austauscher 1.

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5. Da die Verteilungs- und Sammlungseinrichtungen für die verschiedenen im Austauscher 50 fließenden Strömungsmittel bei diesem an anderen Stellen angeordnet sind als diejenigen des Austauschers 1, sind die Einlasse und Auslässe für die Strömungsmittel an den verschiedenen Kanälen 14, 15 und 25 in entsprechender Weise gemäß den obigen Ausführungen zur Fig. 10 abgewandelt.

Gemäß Fig. 13 wird im Betrieb das erste flüssige Strömungsmittel ausschließlich am unteren Ende eines ersten Kanales 14 durch den Verteiler 6 und einen Einlaß 17 eingeführt. Ein erster Teil des zweiten gasförmigen Strömungsmittels wird am oberen Ende eines zweiten Kanals 15 angrenzend an den ersten Kanal 14 durch den Verteiler 7 und einen Einlaß 51 eingeführt (Fig. 14). Ein zweiter .Teil des zweiten Strömungsmittels wird gleichfalls in den ' ersten Kanal durch den Verteiler 7 und einen Eintritt 16 eingeführt. In einem Kanal 14 stellt sich also eine Gas-Flüssigkeitsgrenzfläche zwischen erstem und zweitem Strömungsmittel im hydrostatischen Gleichgewicht (nahe den Druckverlusten) mit derjenigen des Separators 2 ein. Das dritte Strömungsmittel wird durch den Verteiler 9 und einen Einlaß 26 am unteren Ende eines dritten Kanals 25 eingeführt, der unterhalb eines ersten Kanals 14 liegt. Diese Strömungsmittel werden praktisch gleichförmig im Inneren ihrer betreffenden Kanäle von ihren jeweiligen Einlassen an über die ganze Breite dieser Kanäle verteilt. Der erste Teil des zweiten Strömungsmittels und das erste Strömungsmittel werden in einem zweiten Kanal 15 im wesentlichen durch überführung und Verteilung des ersten Strömungsmittels in den ersten Teil des zweiten Strömungsmittels vom ersten Kanal 14 zum zweiten Kanal 15 beim Durchgang durch die

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Durchbrechungen 23 der Uberführungszone 60 in einer Trennwand 12 im zweiten Kanal 15 vereinigt. Die vereinigten ersten und zweiten Strömungsmittel stellen dann ein über die ganze Breite der Kanäle 14 und 15 homogenes Zweiphasenströmung smit te 1 dar, das sich in einem zweiten Kanal 15 senkrecht absinkend verlagert. Dieses Strömungsmittel tauscht seine Wärme mit dem dritten Strömungsmittel aus, das in einem Kanal 25 vertikal aufsteigend strömt. Die vereinigten ersten und zweiten Strömungsmittel werden am unteren Ende des Austauschers 50 in dem Sammler 8 aufgefangen und durch den Auslaß 34 abgeführt, nachdem sie ihre Wärme mit dem dritten Strömungsmittel ausgetauscht haben. Letzteres wird von dem Sammler 10 aufgefangen und durch einen Auslaß 27 aus dem Austauscher 50 abgeführt.

Wie vorstehend für den Austauscher 1 dargelegt wurde, läßt sich der Durchlaßquerschnitt für das erste Strömungsmittel aus einem ersten Kanal 14 zu einem zweiten Kanal 15 durch Veränderung des Flüssigkeitsniveaus in einem Kanal 14 variieren und im besonderen sich automatisch der Strömungsmenge bezüglich des ersten und zweiten Strömungsmittel anpassen.

Der in Fig.15 dargestellte dritte Austauscher unterscheidet sich von dem in Fig.l bis 9 dargestellten ersten Austauscher nur durch die Hinzufügung eines anderen zweiten Kanals, angrenzend an einen ersten Kanal 14, und einen dritten Kanal 25. Bei einem Austauscher nach FigJS sind infolgedessen ein erster Kanal 14 und ein dritter Kanal 25 zwischen zwei zwei-

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ten Kanälen eingeschlossen. Auch dieser dritte Austauscher wird nachstehend hinsichtlich seiner vom ersten Austauscher, wie vorstehend erläutert wurde, abweichenden Konstruktion beschrieben.

Wie bei dem ersten Austauscher begrenzen drei aufeinanderfolgende Platten 61, 62 und 63 einen ersten Kanal 14 zur Aufnahme des zweiten gasförmigen Strömungsmittels zwischen einer ersten Platte 61 und einer zweiten Platte 62, einen zweiten Kanal 15a zur Aufnahme des ersten flüssigen Strömungsmittels und Umlauf des vereinigten ersten und zweiten Strömungsmittels in vertikaler Längsrichtung des Austauschers zwischen der zweiten Platte 62 und einer dritten Platte 63 in Wärmeaustauschbeziehung mit einem dritten Kanal 25, der oberhalb des ersten Kanales 14 ebenfalls zwischen der ersten Platte 61 und der zweiten Platte 62 liegt. Eine vierte Platte 64 dagegen, die gegenüber der ersten Platte 61 angeordnet ist, begrenzt zusammen mit letzterer einen anderen zweiten Kanal 15 b zur Aufnahme des ersten Strömungsmittels und Umlauf von vereinigtem ersten und zweiten Strömungsmittel in Längsrichtung des Austauschers, gleichfalls in Wärmeaustauschbeziehung mit,dem dritten Kanal 25. Wie vorstehend beschrieben, besitzt die zweite Platte 62 auch eine überführungszone 60a für das zweite Strömungsmittel zu dem zweiten Kanal 15a, die sich über die ganze Breite des ersten und des zweiten Kanals 14 und 15a und in Längsrichtung des Austauschers erstreckt und mehrere voneinander getrennte Durchbrechungen 23 aufweist. Dies ist aber auch der Fall bei der ersten Platte 61, die

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gemäß Fig.15 eine Uberführungszone 60 b für ein zweites Strömungsmittel zum anderen zweiten Kanal 15 b, identisch mit der Uberführungszone 60 a tier zweiten Platte 62 besitzt. Wie im vorigen Fall begrenzt das erst$ Verschlußmittel (Schließglieder 13) einen nicht dargestellten ersten Einlaß zu einen ersten Kanal ki am oberen Ende des letzteren, um das zweite gasförmige Strömungsmittel einzuführen und einen nicht dargestellten zweiten Einlaß zu dem zweiten Kanal 15a, benachbart dem unteren Ende dieses Kanals, um das erste

flüssige Strömungsmittel einzuführen; die Glieder 13 begrenzen aber auch einen nicht dargestellten anderen zweiten Einlaß zu dem anderen zweiten Kanal 15 b in der Nähe des unteren Endes dieses Kanals zur Einführung des ersten Strömungsmittels. Wie im vorhergehenden Fall, ist die Überführungszone 60 a zwischen dem ersten und dem zweiten Einlaß angeordnet. Oasselbe gilt für die Uberführungszone 60 b, die zwischen dem ersten und dem zweiten Einlaß angeordnet ist. Wie im vorhergehenden Fall sind eine erste Verteilungseinrichtung 18, 19 für das zweite Strömungsmittel im oberen Teil des ersten Kanals 14 und eine zweite Verteilungseinrichtung 35a, 36a für das erste Strömungsmittel im unteren Teil des zweiten Kanal» 15a·angeordnet. Ebenso ist aber auch eine andere zweite Verteilungseinrichtung 35 b, 36 b für das erste Strömungsmittel im unteren Teil des anderen zweiten Kanals 15 b angeordnet, um das erste Strömungsmittel von dem anderen zweiten Einlaß zum Inneren des anderen zweiten Kanals 15 b im wesentlichen über die ganze Breite dieses Kanals zu verteilen. Wie im vorhergehenden Fall begrenzt

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das erste Verschlußmittel (SdiLieflglieder 13) auch einen nicht dargestellten ersten Auslaß aus dem zweiten Kanal 15 a in der Nähe des oberen Endes des letzteren, um vereinigtes erstes und zweites Strömungsmittel abzuziehen? ebenso begrenzt diese Einrichtung einm nicht dargestellten anderen ersten Auslaß aus dem anderen zweiten Kanal 15 b in der Nähe des oberen Endes dieses Kanales, um vereinigtes erstes und zweites Strömungsmittel abzuziehen«.

Die Arbeitsweise des dritten in Fig.15 dargestellten Austauschers ist ähnlich der für den, ersten Austauscher beschriebenen. Durch einen vorstehend angegebenen ersten Einlaß führt man das zweite gasförmige Strömungsmittel in einen ersten Kanal 14 des dritten Austauschers ein, verteilt mittels des Verteilers 18, 19 dieses zweite Strömungsmittel im Innern praktisch gleichförmig und über die ganze Breite des ersten Kanals. 14. Durch den zweiten Einlaß und einen anderen zweiten Einlaß, wie oben genannt wurde, führt man einen ersten Teil und einen zweiten Teil des ersten Strömungsmittels in einen zweiten Kanal 15 ein, bzw. einen anderen zweiten Kanal 15 b des Austauschers, die alle beide an den ersten Kanal 14 angrenzen. Man verteilt praktisch gleichförmig den ersten Teil und den zweiten Teil des ersten Strömungsmittels im Innern über die ganze Breite des zweiten Kanals 15 b bzw. den anderen zweiten Kanal 15a mittels des Verteilers 35a, 36a, bzw. des Verteilers 35 b, 36 b. In dem zweiten Kanal 15a vereinigt man mittels Durchganges dünn die Uberführungszone 60a bzw. im anderen zweiten Kanal 15 b mittels

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Durchlaß durch die überführungszone 60 b einen Teil des zweiten Strömungsmittel mit dem ersten Teil des ersten Strömungsmittels und einen anderen Teil des zweiten Strömungsmittels mit dem zweiten Teil des ersten Strömungsmittels über die ganze Breite des ersten, zweiten und anderen zweiten Kanals. Man bildet so einen Teil eines homogenen Zweiphasenströmungsmittels und einen anderen Teil desselben Strömungsmittels, die gleichmäßig in dem zweiten Kanal 15a bzw. in dem anderen zweiten Kanal 15 b über die ganze Breite dieser Kanäle verteilt sind. Vertikal aufsteigend läßt man diesen Teil und den anderen Teil dieses Zweiphasenströmungsmittels in den zweiten Kanal 15a bzw. in den anderen zweiten Kanal 15 b im Wärmeaustausch mit dem dritten Strömungsmittel fließen, das vertikal absinkend in einem dritten Kanal 25 fließt. In den ersten Kanal 14 führt man durch einen dritten Einlaß, der am unteren Ende des letzteren liegt, einen dritten Teil des ersten Strömungsmittels derart ein, daß sich ein Spiegel des ersten flüssigen Strömungsmittels im ersten Kanal 14 bildet. Mittels eines Verteilers 20, 21, der im unteren Teil des Kanals 14 angeordnet ist, verteilt man diesen dritten Teil gleichförmig im Innern über die ganze Breite des Kanals 14. Der relativen Strömungsmenge an erstem und zweitem Strömungsmittel paßt sich der erforderliche Durchlaßquerschnitt für die überführung des zweiten Strömungsmittels von dem ersten Kanal 14 zum zweiten Kanal 15 a durch die überfuhrungszone 60 a und zu dem zweiten Kanal 15 b durch die Überführungszone 60 an, indem der Spiegel des ersten Strömungsmittels im ersten Kanal 14 schwanken kann.

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Die Austauscher nach der Erfindung können mit Vorteil in verschiedenen Sektoren der Verflüssigung und Zerlegung von Gasen benutzt werden. Zu nennen sind besonders die Verflüssigung und Stickstoffbefreiung von Naturgas, die Extraktion von Wasserstoff aus einem Ofengas usw.

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Claims

Patentansprüche

1.) Plattenwärmeaustauscher mit mehreren parallelen und in Abstand voneinander liegenden Metallplatten von im wesentlichen ähnlichen Umriß, einem ersten Abschlußmittel zur Verbindung dieser Platten zwischeneinander längs der Kante jeder Platte, die zusammen mehrere Kanäle begrenzen, mindestens drei aufeinanderfolgenden Platten, die einen ersten Aufnahmekanal für entweder ein erstes flüssiges Strömungsmittel oder ein zweites gasförmiges Strömungsmittel zwischen einer ersten Platte und einer zweiten Platte und mindestens einen zweiten Kanal für die Aufnahme des anderen der beiden Strömungsmittel und den Durchfluß der vereinigten beiden Strömungsmittel in einer Längsrichtung zwischen der zweiten und einer dritten Platte begrenzen, wobei die zweite Platte eine überfühfungszone für mindestens einen Teil des Strömungsmittels vor dessen Aufnahme in den ersten Kanal zu dem zweiten Kanal aufweist, diese Zone sich mindestens über die ganze Abmessung des ersten und zweiten Kanals senkrecht zur Längsrichtung erstreckt, das erste Abschlußmittel einen ersten Einlaß zum ersten Kanal zur Einführung des Strömungsmittels vor seiner Aufnahme durch diesen Kanal und mindestens einen zweiten Einlaß zu dem zweiten Kanal in der Nähe eines Endes dieses Kanals zur Einführung von Strömungsmittel vor dessen Aufnahme durch den Kanal begrenzen, die überführungszone zwischen dem ersten Einlaß und dem zweiten Einlaß angeordnet ist, mit einer ersten in dem ersten Kanal angeordneten Ver-

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teilungseinrichtung zur Verteilung des Strömungsmittels vor seiner Aufnahme durch diesen Kanal von dem ersten Einlaß zum Innern des ersten Kanals hin, im wesentlichen über die ganze Abmessung dieses Kanals senkrecht zur Längsrichtung einer an dem zweiten Kanal eingerichteten Verteilungseinrichtung für die Verteilung des Strömungsmittels vor dessen Aufnahme durch diesen Kanal von dem zweiten Eintritt zum Inneren des zweiten Kanals hin, im wesentlichen über die ganze Abmessung dieses Kanals senkrecht zur Längsrichtung, wobei die erste Abschlusseinrichtung mindestens einen ersten Auslaß aus dem zweiten Kanal in der Nähe desAnderen Endes dieses Kanals zum Abzug von vereinigtem ersten und zweiten Strömungsmittel begrenzt, ein dritter Kanal für ein drittes Strömungsmittel in Wärmeaustauschbeziehung mit mindestens dem zweiten Kanal abgegrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Austauscher außerdem einen dritten Einlaß zu dem ersten Kanal begrenzt durch die erste Abschlußeinrichtung in der Nähe des zweiten Einlasses und eines Endes des ersten Kanales zur Einführung des Strömungsmittels vor seiner Aufnahme in dem zweiten Kanal, eine im ersten Kanal angeordnete dritte Verteilungseinrichtung zur Verteilung des Strömungsmittels vor seiner Aufnahme in den zweiten Kanal von dem dritten Einlaß zum Inneren des ersten Kanals im wesentlichen über die ganze Abmessung dieses Kanals senkrecht zur Längsrichtung aufweist und daß die Uberführungszone sich gleichfalls in der Längsrichtung erstreckt und mehrere voneinander getrennte Durchbrechungen aufweist.

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2.) Austauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß die Überführungszone mehrere längliche Schlitze in Längsrichtung aufweist.

3.) Austauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführungszone mehrere in der zweiten Platte in Längsrichtung verteilte Löcher aufweist.

4.) Austauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die überführungszone mehrere Schlitze senkrecht zur Längsrichtung aufweist, die in der zweiten Platte in Längsrichtung verteilt sind.

5.) Austauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführungszone mehrere schräge Schlitze aufweist.

6.) Austauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen anderen zweiten Kanal zur Aufnahme von Strömungsmittel vor dessen Aufnahme in dem zweiten Kanal und zum Durchfluß von vereinigtem ersten und zweiten Strömungemittel in Wärmeaustauschbeziehung mit dem dritten Kanal zwischen der ersten Platte und einer letzteren gegenüber angeordneten vierten Platte aufweist, wobei die erste Platte eine Überführungszone für einen anderen Teil des Strömungsmittels vor seiner Aufnahme in dem ersten Kanal zu dem anderen zweiten Kanal aufweist, die mit derjenigen der zweiten Platte identisch ist, gekennzeichnet dadurch, daß die erste Abschlußeinrichtung einen anderen zweiten Einlaß zum anderen zweiten

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Kanal hin in der Nähe eines Endes dieses Kanals zur Einführung von Strömungsmittel vor seiner Aufnahme durch diesen Kanal aufweist, wobei die Überführungszone der dritten Platte zwischen dem ersten Einlaß und dem anderen zweiten Einlaß angeordnet ist, gekennzeichnet dadurch, daß die erste Abschlußeinrichtung einen anderen ersten Auslaß aus dem anderen zweiten Kanal in der Nähe des anderen Endes dieses Kanals zur Abführung von vereinigtem ersten und zweiten Strömungsmittel begrenzt und daß der Austauscher auch eine andere zweite Verteilungseinrichtung, angeordnet in dem anderen zweiten Kanal zur Verteilung des Strömungsmittels vor seiner Aufnahme durch diesen Kana], von dem anderen zweiten Eiriaß zum Inneren des anderen zweiten Kanals im wesentlichen über die ganze Abmessung dieses Kanals senkrecht zur Längsrichtung aufweist.

7.) Austauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine zweite Äbschlußeinrichtung aufweist, die die erste und zweite Metallplatte verbindet und sich quer zur Längsrichtung erstreckt, wobei der erste Einlaß zwischen der zweiten Verschlußeinrichtung und der überführungszone den ersten und dritten Kanal umgrenzt, die auf der einen bzw. auf der anderen Seite der zweiten Verschlußeinrichtung liegen, während der dritte Kanal zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte gebildet ist.

8.) Austauscher nach Anspruch 1 in vertikaler Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführungszone in dem unteren

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Teil der zweiten Platte angeordnet ist und daß der erste Einlaß dem zweiten Strömungsmittel, der zweite Einlaß und der dritte Einlaß dem ersten Strömungsmittel vorbehalten sind.

9.) Austauscher nach Anspruch 1 in vertikaler Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die überführungszone in dem oberen Teil der zweiten Platte angeordnet ist und daß der erste Einlaß dem ersten Strömungsmittel, der zweite Einlaß und der dritte Einlaß aber dem zweiten Strömungsmittel vorbehalten sind.

10.) Wärmeaustauschverfahren unter Benutzung eines Plattenwärmeaustauschers mit mehreren im wesentlichen flachen Kanälen für den Austausch zwischen miteinander vereinigtem ersten flüssigen und zweiten gasförmigen Strömungsmittel, die in bestimmten Kanälen des Austauschers in Längsrichtung fließen, und einem dritten Strömungsmittel, das in anderen angrenzenden Kanälen des Austauschers fließt, wobei man das erste oder das zweite Strömungsmittel in einen ersten Kanal des Austauschers einführt, das eingeführte Strömungsmittel in dem ersten Kaird. im Inneren über seine ganze Dimension, senkrecht zur Längsrichtung praktisch gleichförmig verteilt, wobei man mindestens einen ersten Teil des anderen der beiden Strömungsmittel in mindestens einen zweiten Kanal des Austauschers, angrenzend an den ersten Kanal, einführt, den in den zweiten Kanal eingeführten ersten Teil im wesentlichen gleichmäßig im Innern über die ganze Abmessung dieses Kanals, senkrecht zur Längsrichtung verteilt, wobei man in den zweiten Kanal

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mindestens einen Teil des in den ersten Kanal eingeführten Strömungsmittels und den in den zweiten Kanal eingeführten ersten Teil über die ganze Abmessung des ersten und des zweiten Kanals senkrecht air Längsrichtung unter Bildung mindestens eines Teiles eines praktisch homogenen, im wesentlichen gleichförmig in den zweiten Kanal über dessen ganze Abmessung verteilten Zweiphasenströmungsmittels vereinigt, wobei man diesen Teil des Zweiphasenströmungsmittels in Wärmeaustausch mit dem dritten Strömungsmittel fließen läßt,, dadurchgekennzeichnet, daß man in den ersten Kanal einen zweiten Teil des in den zweiten Kanal eingeführten Strömungsmittels derart einleitet, daß sich ein Spiegel des ersten flüssigen Strömungsmittels in dem ersten Kanal einstellt, daß man im wesentlichen gleichförmig diesen zweiten Teil im Innern des ersten Kanals über seine ganze Abmessung, senkrecht zur Längsrichtung verteilt und daß man der relativen Strömungsmenge von erstem und zweitem Strömungsmittel den Durchlaßquerschnitt,der für die überführung des in den ersten Kanal eingeführten ersten oder zweiten Strömungsmittels vom ersten Kanal zu mindestens dem zweiten Kanal erforderlich ist, dadurch anpaßt, daß man den Spiegel des ersten Strömungsmittels in dem ersten Kanal schwanken läßt.

11.) Wärmeaustauschverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man einen dritten Teil des in den zweiten Kanal eingeführten Strömungsmittels in einen anderen zweiten Kanal des Austauschers, angrenzend an den ersten Kanal, einführt, wobei der zweite und der andere zweite Kanal zu

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beiden Seiten des ersten Kanals liegen, man diesen in den anderen zweiten Kanal eingeführten dritten Teil im Innern dieses Kanals über seine ganze Abmessung, senkrecht zur Längsrichtung praktisch gleichförmig verteilt, in dem anderen zweiten Kanal einen anderen Teil des in den ersten Kanal eingeführten Strömungsmittels und den dritten, in den anderen zweiten Kanal entlang der Abmessung des ersten und des zweiten Kanals, senkrecht zur Längsrichtung eingeführten Teil zu einem anderen Teil des praktisch homogenen Zweiphasen-Strömungsmittels vereinigt, das im wesentlichen gleichförmig in dem anderen zweiten Kanal überdeseifaanze Abmessung verteilt ist, man diesen anderen Teil des Zweiphasenströmungsmittels in Wärmeaustausch mit dem dritten Strömungsmittel fließen läßt, wobei die Schwankung des Spiegels des ersten Strömungsmittels in dem ersten Kanal auch eine Anpassung des für die Überführung des ersten oder zweiten in den ersten Kanal eingeführten StrömungsmitteIs aus dem ersten Kanal zu dem anderen zweiten Kanal erforderlichen Durchlaßquerschnittes an die relative Strömungsmenge von erstem und zweitem Strömungsmittel gestattet.

12.) Verfahrenmch Anspruch 10, bei dem man das Zweiphasenströmungsmittel vertikal aufsteigend fließen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß man das erste Strömungsmittel in den ersten Kanal und mindestens einen zweiten Kanal auf einer unteren Höhe dieser Kanäle einführt, daß man das zweite Strömungsmittel in dem ersten Kanal auf einer größeren Höhe als die Einführungshöhe des ersten Strömungsmittels in den

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ersten Kanal einführt und daß man über die ganze Abmessung des ersten und des zweiten Kanals senkrecht zur Längsrichtung das zweite Strömungsmittel im ersten Strömungsmittel praktisch gleichförmig unter Bildung des im Wärmeaustausch mit dem dritten Strömungsmittel fließenden homogenen Zweiphasenströmungsmittels verteilt.

13.) Verfahren nach Anspruch 10, bei dem man das Zweiphasenströmungsmittel in vertikal aufsteigender Richtung fließen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß man das zweite Strömungsmittel in den ersten Kanal und mindestens einem zweiten Kanal auf einer oberen Höhe dieser Kanäle einführt,daß man das erste Strömungsmittel in den ersten Kanal auf einer niedrigeren Höhe als die Einführungshöhe des zweiten Strömungsmittels in den ersten Kanal einführt und daß man auf der ganzen Abmessung des ersten und zweiten Kanals senkrecht zur Längsrichtung das erste Strömungsmittel in dem zweiten Strömungsmittel unter Bildung des im Wärmeaustausch mit dem dritten Strömungsmittel fließenden homogenen Zweiphasen-Strömungsmittels wesentlichen gleichförmig verteilt.

14.) Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man das zweite Strömungsmittel in dem ersten Kanal auf einer Höhe oberhalb der Höhe einführt, wo man das zweite Strömungsmittel mit dem ersten Strömungsmittel in mindestens einem zweiten Kanal vereinigt..

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15.) Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man das erste Strömungsmittel In den ersten Kanal auf einer Höhe unterhalb der Höhe einführt, wo man das erste Strömungsmittel mit dem zweiten Strömungsmittel in mindestens einem zweiten Kanal vereinigt.

16.) Verfahren nach Anspruch 10, bei dem man das erste und das zweite Strömungsmittel aufstromseitig von dem Austauscher in Fließrichtung der beiden Strömungsmittel trennt, dadurch gekennzeichnet,daß man zwischen der Einführungsebene des ersten Strömungsmittels in den ersten Kanal und der Einführungsebene des zweiten Strömungsmittels in den ersten Kanal eine Gas-Flüssigkeitstrenngrenzfläche aufrechterhält.

17.) Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfläche an der überfUhrungszone des ersten oder zweiten Strömungsmittels aus dem ersten Kanal zu mindestens einem zweiten Kanal gehalten wird.

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