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Diese Erfindung bezieht sich auf
einen Wärmeaustauscher,
insbesondere auf einen Wärmeaustauscher
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Ein solcher Wärmeaustauscher
ist aus der US-A-5193611 bekannt. Die Erfindung befaßt sich mit
Wärmeaustauschern
des "Nadelwärmeaustauscher" genannten Typs.
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Wärmeaustauscher
des Typs "Nadelwärmeaustauschers" waren im Prinzip
viele Jahre bekannt und bestehen im wesentlichen aus einem Stapel
dünner
Metallplatten, wobei benachbarte Plattenpaare in dem Stapel durch
eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten Säulen oder Stiften getrennt
sind, die als die Wärmeaustauscherelemente
wirken, d.h. sie bilden die gewünschten
Sekundäroberflächen. Ein Fluid,
das durch den Stapel hindurchströmt,
tritt zwischen benachbarten Plattenpaaren hindurch und wird gezwungen,
einem kurvenreichen Weg zu folgen, um auf seinem Weg von einer Seite
des Stapels zu anderen die Stifte zu umströmen. Eine solche Strömung und
die durch die Stifte verursachte Turbulenz führt theoretisch bei dem Stapel
zu guten Wärmeübertragungseigenschaften.
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Die Stifte sind im wesentlichen Säulen aus massivem
Metall, die an ihren Enden an ein Plattenpaar gebunden werden müssen, so
daß sie
zwischen den Platten sandwichartig und senkrecht zu diesen angeordnet
sind. Die Platten bilden die Primäroberflächen des Wärmeaustauschers und trennen
verschiedene fließende
Ströme,
und die Stifte bilden, wie oben angegeben, Sekundäroberflächen.
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Vorzugsweise müssen die Stifte beispielsweise
durch Hartlöten,
Schweißen,
Diffusionsverbinden oder irgend eine andere mögliche Maßnahme gebunden sein, und zwar
in einer Weise, daß der Oberflächenkontaktwiderstand
minimiert ist.
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In der Praxis hat es sich jedoch
als schwierig erwiesen, einen zufriedenstellenden Nadelwärmeaustauscher-Stapel herzustellen.
Für ein
zufriedenstellendes Verbinden der Platten und der Stifte hat es sich
als schwierig gezeigt, die Stifte in ihrem korrekten Abstand zueinander
zu halten, während
die nötigen
Bedingungen, z.B. der Temperatur und des Drucks, erzeugt wurden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, verbesserte Nadelwärmeaustauscher
zur Verfügung
zu stellen, die genau und gleichbleibend mit den erforderlichen
Toleranzen hergestellt werden können
und ein verbessertes Wärmeaustauschvermögen aufweisen.
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Dementsprechend stellt die Erfindung
einen Wärmeaustauscher
bereit, der einen Stapel aus parallelen perforierten Platten aufweist,
wobei jede Platte des Stapels mit Perforationen versehen ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die
Perforationen eine Anordnung aus voneinander beabstandeten Säulenvorläufern bilden,
die eine Dicke aufweisen, welche gleich der Plattendicke ist, wobei
die Säulenvorläufer miteinander
durch Bänder
verbunden sind, von denen sich jedes zwischen einem Paar benachbarter Säulenvorläufer erstreckt,
und die Bänder
eine Dicke aufweisen, die geringer ist als die Plattendicke, sowie die
Säulenvorläufer irgendeiner
Platte in dem Stapel mit den Säulenvorläufern irgendeiner
benachbarten Platte zusammenfallen, wodurch der Stapel mit einer Anordnung
aus individuellen Säulen
versehen ist, von denen jede sich senkrecht zur Ebene der Platten erstreckt,
wodurch ein durch den Stapel strömendes Fluid
gezwungen wird, einem kurvenreichen Strömungsweg zu folgen, um die
Säulen
zu umströmen.
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Vorzugsweise sind die Bänder jeder
Platte eines jeden Paars benachbarten Platten relativ zu jenen des
anderen Plattenpaars versetzt angeordnet, wodurch mehr Strömungskanäle für turbulentes
Fluid durch den Stapel hindurch, d.h. um die Säulen herum und unter oder über jedes
Band hinweg, zur Verfügung
gestellt werden.
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Somit verläuft die Strömung in der allgemeinen Richtung
der Ebene der Platten in so fern als das Fluid die Platte von ihrem
einen Rand zu ihrem gegenüberliegenden
Rand durchquert. Jedoch wird durch eine Strömung unter und über den
Bändern eine
zusätzliche
Turbulenz verursacht.
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Die Ober- und die Unterseite des
Stapels können
jeweils durch eine übliche
massive Platte verschlossen sein, und es können ein Einlaß, ein Auslaß, ein Kopfbehälter und ähnliche
Merkmale nach Bedarf vorgesehen sein. Seitenplatten oder -stäbe des Stapels
können
durch Stapeln von unperforierten Randbereichen um die Ränder einzelner
Platten des Stapels herum leicht ausgebildet werden, wobei die unperforierten
Randbereiche als Teil der Platte integriert ausgebildet sind.
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Vorzugsweise werden die Perforationen
in den Platten und die verminderte Dicke der Bänder durch photochemisches Ätzen, eine
auf dem Fachgebiet gut bekannte Technik, ausgebildet. Jedoch können gewünschtenfalls
andere Maßnahmen,
z.B. die Funkenerosion, angewandt werden.
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Es ist bevorzugt, daß mindestens
zwei verschiedene Bandmuster angewandt werden, so daß sich die
Bänder
durch den Stapel hindurch nicht decken. Vorzugsweise sind mindestens
zwei verschiedene Platten vorgesehen, d.h. die Platten haben verschiedene
Bandmuster. So wird ein kurvenreicher Strömungsweg durch den Stapel hindurch
bereitgestellt, und zwar nicht nur um die Längsachsen der Säulen herum
und senkrecht dazu sondern auch über
die Oberflächen
der Bänder
hinweg.
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Die Säulenvorläufer und somit die Säulen können bei
einer bevorzugten Ausführungsform
einen kreisförmigen
Querschnitt aufweisen. Dies ist aber nicht notwendig. Es kann jeder
andere gewünschte
Querschnitt benutzt werden, z.B. ein elliptischer, quadratischer,
rechteckiger, dreieckiger usw. Querschnitt, durch Wahl des geeigneten
zu ätzenden Musters,
oder der Querschnitt kann anderweitig in der Platte ausgebildet
werden.
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Die Größe, d.h. die Querschnittsfläche, und der
Abstand der Säulen
können
in einem breiten Bereich variiert werden, um besonderen Umständen gerecht
zu werden. Der Fachmann auf dem Gebiet ist leicht in der Lage, die
für einen
speziellen Bedarf geeigneten Dimensionen und Anordnungen zu bestimmen.
In ähnlicher
Weise können
die Dicke und die Breite der Bänder,
die Dicke der Platten und die Anzahl der Platten in dem Stapel bestimmt
werden, um ein erforderliches Ergebnis zu erreichen.
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Mehrere Stapel der Erfindung können miteinander
verbunden sein, wobei jeder Stapel aus perforierten Platten durch
eine unperforierte, d.h. eine massive Platte, von einem benachbarten
Stapel getrennt ist, wodurch zwei oder mehr Fluidströme getrennt
durch den Mehrfachstapel hindurchtreten, um den gewünschten
Wärmeübergang
zwischen den Strömen
zu erreichen.
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Bei einer alternativen Ausführungsform
kann eine Mehrzahl von Stapeln der Erfindung vorgesehene sein, wobei
benachbarte Ströme
nicht durch eine unperforierte Platte sondern durch eine Platte
mit Perforationen getrennt sind, um ein kontrolliertes Einblasen
eines Fluids mit einem höheren
Druck von einem Strom in ein Fluid mit einem niedrigeren Druck in
einem benachbarten Strom zu ermöglichen,
z.B. für
Zwecke einer chemische Reaktion.
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Die Dicke der Bänder kann so gewählt werden,
daß der
Fluidstrom mehr oder weniger unterbrochen wird, wie erforderlich
ist. So können
durch in geeigneter Weise ausgebildete Platten Variationen in der
Geschwindigkeit des Fluidstroms und in dessen Turbulenz erreicht
werden. Deshalb kann durch geeignete Änderungen der Banddimensionen
ein verbesserter Wärmeübergang
(und ein damit verbundener Druckabfall) erreicht werden. Somit können dünnere Bänder benutzt
werden, wenn es erwünscht
ist, solche Effekte zu minimieren.
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Die Platten können kreisförmig, rechteckig oder in anderer
ebener Form ausgebildet sowie aus jedem geeigneten Material, normalerweise
einem Metall, hergestellt sein, das z.B. durch Ätzen in die gewünschte Säule und
die gewünschten
Bandmuster überführt werden
kann. Die Platten eines Stapels bestehen vorzugsweise alle aus dem
gleichen Material und sind vorzugsweise dünne Metallplatten mit einer Dicke
von beispielsweise 0,5 mm oder weniger. Das Material ist vorzugsweise
korrosionsbeständiger Stahl.
Es können
aber auch andere Metalle, wie Aluminium, Kupfer, Titan oder Legierungen
hiervon, benutzt werden.
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Die Komponenten eines Stapels können durch
Diffusionsverbinden, Hartlöten
oder irgendeine andere geeignete Maßnahme miteinander verbunden
werden. Wo es möglich
ist, kann Diffusionsverbinden bevorzugt sein. Jedoch kann im Fall
von Aluminium, das sich nur schwer einem Diffusionsverbinden unterzieht,
ein Hartlöten
nötig sein.
Es ist dann bevorzugt, die Aluminiumoberflächen z.B. durch ein Heißwalzen-Druckverbinden,
mit einer geeigneten Hartlotlegierung zu plattieren, um ein zufriedenstellendes
Verbinden mittels der Hartlöttechnik
zu erreichen, obwohl andere Maßnahmen
zur Bereitstellung des Hartlotmediums angewandt werden können, z.B. das
Aufbringen einer Folie oder eine Dampfabscheidung.
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Die Platten des Stapels können an
ihren Rändern
mit Verlängerungen
versehen sein. Bei einer Ausführungsform
können
die Verlängerungen Nasen
sein, die ein Anordnen der Platten in einem Stapel unterstützen. Solche
Nasen können
derart ausgebildet sein, daß sie
nach dem Zusammensetzen des Stapels abgebrochen werden, z.B. durch
teilweises Ätzen
durch ihre Dicke hindurch entlang einer Linie, in der die Nase mit
der Platte verbunden ist. Alternativ und/oder zusätzlich können die
Verlängerungen
eine derartige Form aufweisen, daß sie in dem Stapel zusammenpassen,
um z.B. einen oder mehrere Behälter
an den Seitenflächen
des Stapels zu bilden. Jede dieser Verlängerungen kann beispielsweise
die Form einer flachen Schleife, z.B. eines halbkreisförmigen Profils,
aufweisen, wobei am Rand der Platte eine Öffnung gebildet wird, wodurch
die Öffnungen
benachbarten Platten das Volumen des Behälters bilden, wenn die Platten
aufeinander gestapelt sind. Die Schleifen können nicht nur an ihren Enden
sondern auch über
die Öffnung
hinweg an den Platten befestigt sein, und zwar mittels niedriger
Querelemente, um eine zusätzliche
mechanische Stütze zu
bekommen und so einem größeren Widerstand gegenüber dem
Innendruck zu erhalten. Die so gebildeten Tanks können jeweils
ein Fluid in den Durchgang durch den Stapel zuführen.
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Es ist bekannt, daß chemische
Reaktionen innerhalb eines Aufbaus, wie eines Wäreneaustauschers, durch Anbringen
einer Ablagerung von katalytischem Material in den inneren Durchgängen, durch
welche das zu katalysierende Fluid oder die zu katalysierenden Fluide
hindurchgeführt
werden, katalysiert werden können.
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Einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist ein Wärmeaustauscher/Katalysereaktor
mit einer Mehrzahl von Durchgängen
vorgesehen, die ein katalytisches Material enthalten, um eine chemische
Reaktion in einem Fluid oder in Fluiden, welche durch jene Durchgänge hindurchgeführt werden,
zu fördern.
Dabei werden jene Durchgänge
mittels einer eingreifender Platte von einem Stapel paralleler perforier ter
Platten mit einer Nadelwärmeaustauscher-Struktur
gemäß der vorliegenden
Erfindung getrennt. Somit wird der Plattenstapel, welcher durch die
eingreifende Platte von den benachbarten Durchgängen getrennt ist, die später mit
einem katalytischen Material gefüllt
werden, aus perforierten Platten gebildet, von denen jede eine Anordnung
aus voneinander beabstandeten Säulenvorläufern aufweist.
Dabei haben die Säulenvorläufer eine
Dicke, die gleich der Plattendicke ist, und sind miteinander durch
Bänder
verbunden, die sich zwischen Paaren benachbarter Säulenvorläufer erstrecken,
wobei die Bänder
eine Dicke haben, die geringer als die Plattendicke ist. Wenn der
Aufbau des Wärmeaustauschers
abgeschlossen und geprüft
ist, kann das katalytische Material in seine Durchgänge eingefüllt werden.
Jedoch wird das Einfüllen
des katalytischen Materials normalerweise unmittelbar vor der Installation des
Wärmeaustauschers/Reaktors
in seine gewünschte
Gebrauchsposition durchgeführt.
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Die Durchgänge, welche das katalytische Material
enthalten sollen, sind vorzugsweise zwischen parallelen Rippen festgelegt,
die entlang der Länge
ihrer Platten verlaufen, um ein bequemes Einführen des katalytischen Materials
und sein nachfolgendes Entfernen am Ende seiner Lebensdauer zu ermöglichen.
Die Durchgänge
können
an einem oder an beiden Enden mittels eines Netzes verschlossen sein,
um das katalytische Material zurückzuhalten.
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Mittels dieser weiteren Ausführungsform kann
ein Erhitzen oder Kühlen
für die
chemische Reaktion sehr effektiv durchgeführt werden, und zwar durch
Hindurchführen
eines Heiz- oder Kühlfluids durch
den Plattenstapel in Nachbarschaft zu dem den Katalysator enthaltenden
Schichten. Wie oben angegeben, verursacht dieser Aufbau eine derartige kurvenreiche
Strömung
und eine derartige Turbulenz, daß insbesondere bei gasförmigen Fluiden
sehr gute Wärmeübertragungseigenschaften
erreicht werden. Die katalysierte Reaktion kann deshalb, wenn sie
exotherm ist, durch Hin durchführen
einer geeigneten Kühlflüssigkeit
wirksam gekühlt
werden, oder wenn sie endotherm ist, kann sie durch Hindurchführen eines
geeigneten Heizfluids durch den Stapel des Nadelwärmeaustauschers
erhitzt und somit gestartet oder verbessert werden.
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Diese weitere Ausführungsform
kann auch in Verbindung mit der oben beschriebenen Einblaskonstruktion
verwendet werden. Das heißt,
der Wärmeaustauscher
kann einen ersten Stapel aufweisen, der mit den Durchgängen versehen
ist, die das katalytische Material enthalten, einen benachbarten
zweiten Stapel, der durch eine eingreifende Platte mit Einblaslöchern von
dem ersten Stapel getrennt ist, und einen dritten Stapel der Kühl- oder
Heizkonstruktion des Nadelwärmeaustauschers
aufweisen. Der erste Stapel kann beispielsweise zwischen dem zweiten und
dem dritten Stapel liegen, oder die Stapel können in der Reihenfolge erster
Stapel, zweiter Stapel, dritter Stapel angeordnet sein. Es ist unnötig zu sagen,
daß diese
drei Stapel sich mehrfach wiederholen können, um den vollständigen Wärmeaustauscher/Reaktor
zu bilden.
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Ausführungsformen der Erfindung
werden nun beispielhaft nur unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, worin
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1 eine
Draufsicht auf eine perforierte Platte der Erfindung ist,
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2 eine
vergrößerte Ansicht
eines Teils des Mittelbereichs der Platte gemäß 1 ist,
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3 ein
Schnitt durch die Dicke der perforierten Platte von 1 an einem Randbereich hiervon ist,
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4 in
vergrößertem Maßstab eine
schematische Darstellung der Draufsicht eines Mittelbereichs einer
zweiten perforierten Platte der Erfindung ist,
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5 eine ähnliche
Darstellung wie 4 bezüglich einer
dritten perforierten Platte der Erfindung ist,
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6 eine ähnliche
Ansicht der Platten der 4 und 5 in gestapelter Form ist,
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7 eine
perspektivische Ansicht, teilweise in Explosionsdarstellung, eines
Wärmeaustausches der
Erfindung ist, der für
den Einsatz als Katalysereaktor geeignet ist,
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8 eine
schematische Darstellung der Plattenanordnung innerhalb des Wärmeaustauschers
gemäß 7 ist,
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9 eine
Draufsicht eines Stapels aus drei Platten des ersten Typs ist, die
in dem Wärmeaustauscher
gemäß 7 verwendet werden, um die Durchgänge für ein Prozeßfluid bereitzustellen,
das einer chemischen Reaktion unterzogen werden soll,
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10 ein
Schnitt entlang der Linie X–X
in 9 ist,
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11 eine
Draufsicht eines Stapels aus einem zweiten Plattentyp ist, der in
dem Wärmeaustauscher
gemäß 7 benutzt wird, um ein als
Reaktionspartner dienendes Fluid heranszuführen, das in das Prozeßfluid eingeblasen
wird,
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12 eine
Draufsicht eines anderen Plattenstapels ähnlich den Platten gemäß 11 ist, wobei der Stapel
in dem Wärmeaustauscher
gemäß 7 benutzt wird, um bei Bedarf
ein Kühl-
oder Heizfluid bereitzustellen,
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13 eine
Draufsicht einer Trennplatte oder einer eingreifenden Platte ist,
die zwischen den Stapeln gemäß den 11 und 12 liegt,
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14 eine
Draufsicht einer Einblasplatte ist, die zwischen den Stapeln gemäß den 9 und 11 liegt,
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15 eine
Draufsicht auf einen Abschnitt einer anderen Platte für den Einsatz
bei der Erfindung ist und
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16 eine
Ansicht ähnlich 15 ist und einen Abschnitt
einer unterschiedlichen Platte für
den Einsatz bei der Erfindung zeigt.
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In den 1, 2 und 3 wird eine dünne perforierte Metallplatte 10 mit
einer im allgemeinen rechtwinkligen Form und mit einem unperforierten
Randbereich 11 entland ihres Umfangs gezeigt. Vier integrierte
Schleifen 12, jeweils eine neben jede Ecke der Platte,
bilden Öffnungen 13,
die beim Anordnen eines Stapels aus ähnlichen Platten Behälter bilden,
durch welche Einlässe
und Auslässe
in den Stapel und aus diesem heraus angebracht werden können.
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Eine Positioniernase 14 ist
in der Mitte eines jeden der vier Plattenränder integral ausgebildet,
um das Anordnen in einen Plattenstapel zu unterstützen.
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Der Mittelbereich 15 des
Innenseitenrandbereichs 11 der Platte ist geätzt worden,
um eine Mehrzahl von Öffnungen 15A (2) auszubilden, die eine
Anordnung von Säulenvorläufern und
Bändern darstellen,
wobei die Bänder
benachbarte Säulenvorläufer aneinander
und an den Randbereich 11 binden. Ein Abschnitt des Mittelbereichs 15 ist
mit größeren Einzelheiten
in 2 dargestellt.
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In den 2 und 3 wird eine Anordnung von Säulenvorläufern 16 und
Bändern 17 gezeigt.
Die Säulenvorläufer haben
einen kreisförmigen
Querschnitt und eine Höhe,
die gleich der Plattendicke ist. Bei dieser Anordnung sind sie in
Vierergruppen rautenförmig
angeordnet, und jede Gruppe ist mit drei oder vier benachbarten
Gruppen durch Bänder
von ihren Säulenvorläufern zu
den Vorläufern
der anderen Gruppen verbunden.
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Die Bänder 17 wurden bis
zur Hälfte
der Plattendicke geätzt.
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In der 4 weist
der Mittelbereich der Platte 20 eine reihenförmige Anordnung
von Säulenvorläufern 21 mit
rechteckigem Querschnitt auf, wobei jeder Säulenvorläufer in einer Reihe an einem
benachbarten Vorläufer
in der nächsten
Reihe oder den nächsten
Reihen angebracht ist, und zwar durch ein diagonal sich erstreckendes,
in der Draufsicht relativ dünnes
Band 22A oder 22B. Die Bänder 22A zwischen
einem ersten Paar von Reihen von Säulenvorläufern sind in der Gegenrichtung
zu Bändern 22B zwischen
der nächsten
Reihe gewinkelt, und dies wiederholt sich über die Platte hinweg.
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In der 5 weist
der Mittelbereich der Platte 30 die gleiche lineare Anordnung
von Säulenvorläufern 31 auf
wie in der 4. Die Säulenvorläufer 31 haben
die gleichen Dimensionen wie die Säulenvorläufer 21 der Platte 20 und
sind in der Platte in den gleichen Positionen voneinander beabstandet.
Die Platten 20 und 30 haben eine identische Größe.
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Die Säulenvorläufer 31 sind mit den
benachbarten Vorläufern
in der gleichen Reihe durch Bänder 32 und
mit benachbarten Vorläufern
in der nächsten Reihe
oder den nächsten
Reihen durch Bänder 33 verbunden.
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Wenn die Platten 20 und 30 mit
ihren Säulenvorläufern ausgerichtet
gestapelt sind, zeigt sich eine Wirkung gemäß 6, wo die Platte 20 über die
Platte 30 dargestellt ist. Somit sind nur Säulenvorläufer 21 sichtbar.
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Der Doppelpfeil zeigt mögliche Strömungsrichtungen
an, wenn die Platten gestapelt sind, um einen Wärmeaustauscher zu bilden.
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Es ist ersichtlich, daß dann,
wenn eine Mehrzahl von Paaren aus Platten 20 und 30 zusammengestapelt
werden, die Bänder 20A, 20B, 32 und 33 einen
kurvenreichen Weg bilden, und zwar zusätzlich zu der Notwendigkeit
für das
Fluid, um die Säulen
herum zu strömen,
die von den gestapelten Säulenvorläufern gebildet
werden. Somit können
hervorragende Wärmeübertragungseigenschaften
erreicht werden.
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In der 7 weist
ein Wärmeaustauscher/Katalysereaktor 50 einen
Einlaß 51 und
einen Auslaß 52
für ein
Kühlmittel
(oder bei Bedarf für
ein Heizfluid zum Starten einer endothermen Reaktion) sowie einen
Einlaß 53 und
einen Auslaß 54 für ein als Reaktionspartner
dienendes Fluid auf, das, wie unten in weiteren Einzelheiten beschrieben,
in ein Prozeßfluid
eingeblasen wird, das über
die Durchgangsöffnungen 55 durch
den Reaktion 50 in der Richtung des Pfeils A hindurchtritt.
Die Einlässe
und die Auslässe
führen
in Behälter 60 und 61 bzw.
daraus heraus, an denen die Fluide in die jeweiligen Stapel eingespeist
werden.
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Der Reaktor 50 wird natürlich fluiddicht
mit einer (nicht gezeigten) Leitung oder einer anderen Einrichtung
zum Überführen des
Prozeßstroms
von einer Quelle verbunden, und zwar durch übliche Maßnahmen über den Reaktor 50 zu
einem geeigneten Aufnahmegefäß. Eine
solche Verbindung kann in bequemer Weise durch Verschrauben von
Flanschen 50A und 50B an beiden Enden des Reaktors 50 mit entsprechenden
Flanschen, die an der genannten Leitung oder der anderen Einrichtung
vorgesehen sind, wobei Schraubenlöcher 50C benutzt werden.
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Die Durchgänge oder Kanäle 55 sind
in den Plattenstapeln ausgebildet, die nachfolgend unter Bezugnahme
auf die 9 und 10 beschrieben werden. Diese
Kanäle
können
mit einem Katalysator gefüllt
werden, und nach einem Benutzungszeitraum kann der Reaktor 50 leicht
von seiner Leitung abgeschraubt, der verbrauchte Katalysator aus
den Kanälen 55 entfernt
und frischer Katalysator eingefüllt
werden, so daß der
Reaktor für
einen erneuten Gebrauch zur Verfügung
steht.
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Ein Netz 55A, das in einem
Rahmen 55B befestigt ist, kann auf die Flansche 50B und/oder 50A gespannt
werden, um den Katalysator in den Durchgängen 55 zu halten.
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Die Reihenfolge oder Anordnung der
Platten in dem Reaktor 50 ist so, wie sie in 8 gezeigt wird.
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An jedem Ende des gesamten Plattenstapels befindet
sich eine massive unperforierte Platte S, die unter Bezugnahme auf 13 nachfolgend beschrieben
wird.
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Über
der Bodenplatte S in der 8 befindet sich
ein Stapel A aus Platten, die Durchgänge zur Aufnahme des Kühlmittelstroms
(oder Heizmittelstroms) durch den Einlaß 51 bilden. Die Platten
des Stapels A werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 12 beschrieben.
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Über
dem Stapel A befindet sich eine andere Trennplatte S. Über jener
Platte S liegt der Stapel B aus Platten, welche Durchgänge zur
Aufnahme eines als Reaktionspartner dienenden Fluids bilden. Die Platten
des Stapels B werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 11 beschrieben.
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Über
dem Stapel B befindet sich eine Einblasplatte I, die nachfolgend
unter Bezugnahme auf die 14 beschrieben
wird.
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Über
der Einblasplatte I ist ein Stapel C aus Platten angeordnet, welche
die oben für
das Prozeßfluid
genannten Durchgänge 55 bilden.
Die Platten des Stapels C werden nachfolgend unter Bezugnahme auf
die 9 und 10 beschrieben.
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Über
dem Stapel C befindet sich eine andere Trennplatte S.
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Dieser Aufbau wiederholt sich dann
mit einem anderen Stapel A so oft wie nötig, um einen Wärmeaustauscher/Reaktor
50 bis zur gewünschten Kapazität auszubauen.
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Eine Trennplatte S wird in 13 gezeigt. Sie hat eine
rechteckige ebene Form mit einem Randbereich 56, der mit
den entsprechenden Randbereichen benachbarter Platten mittels einer
der oben genannten Einrichtungen verbunden werden kann. Der Randbereich 56 beinhaltet
einen unperforierten, d.h. massiven Mittelbereich 57, der
verhindert, daß ein
Fluidstrom von einer Seite der Platte S zur anderen Seite durchdringt.
Neben jeder Ecke der Platte S ist eine schleifenartige Verlängerung 58,
die einen eingeschlossenen Bereich oder eine Öffnung 59 bildet.
Diese-Schleifen 58 sind
mit entsprechenden Abschnitten der anderen Platten gestapelt, die der
Wärmeaustauscher
aufweist, um zwei Einlaß- und
zwei Auslassbehälter 60 bzw. 61 zu
bilden, von denen jeweils einer in 7 sichtbar
ist.
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Die oberste Platte des Stapels A
wird in 12 gezeigt.
Zwei oder mehr solcher Platten 70 sind nötig und
jede hat eine rechteckige Form mit einem Randbereich 71 zur
Verbindung mit benachbarten Platten sowie einen Mittelbereich 72.
Der Bereich 72 weist den Aufbau eines Nadelwärmeaustauschers auf,
was hier nicht gezeigt wird, jedoch beispielsweise aus den 1 bis 3 ersichtlich ist. Was die Platte S betrifft,
so sind neben den Ecken der Platte 70 Schleifen angebracht,
von denen sich zwei, 73A und 73B, an entgegengesetzten
Ecken befinden und eine Öffnung 74 einschließen, und
von denen die anderen zwei, 73C und 73D, zum Mittelbereich 72 hin
offen sind, wodurch ein Eingang und ein Ausgang für ein Kühlfluid
gegeben sind, das über
den Einlaß 51 und den
Auslaß 52,
wie in 7 gezeigt ist, über den
Stapel A und durch ihn hindurch fließt.
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Die oberste Platte des Stapels B
wird in 11 gezeigt.
Zwei oder mehr solcher Platten 80 sind erforderlich und
sie haben einen identischen Aufbau wie die Platte 70. Somit
weisen sie einen Randbereich 81 auf, der einen mittleren
Nadelwärmeaustauscherbereich 82 einschließt. Sie
sind ferner mit Schleifen 83A und 83B sowie mit
Schleifen 83C und 83D ausgerüstet, von denen die zwei letzteren einen
Einlaß-
und einen Auslaß für das als
Reaktionspartner dienende Fluid bilden, das über den Einlaß 53 und
den Auslaß 57 gemäß 7 durch den Stapel B hindurch
fließt.
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Die Einblasplatte I wird in 14 gezeigt. Sie hat die
gleiche rechteckige Form wie die oben beschriebenen Platten, mit
einem Randbereich 91, der einen Mittelbereich 92 einschließt. Der
Bereich 92 ist nicht perforiert, hat aber eine Reihe von
Einblaslöchern 90,
die durch seine Dicke hindurchführen.
Somit kann erreicht werden, daß das
als Reaktionspartner dienende, durch den Stapel B auf der einen
Seite der Platte 2 hindurchströmende Fluid unter einem höheren Druck
steht als das Prozeßfluid,
welches auf der anderen Seite der Platte 2 durch den Stapel
C hindurchtritt. Dadurch wird das als Reaktionspartner dienende
Fluid durch die Löcher 90 in
das Prozeßfluid
eingeblasen, um die gewünschte
chemische Reaktion zu bewirken. Die Löcher 90 können eine
derartige Größe und Verteilung
aufweisen, daß sie
der erforderlichen Menge des als Reaktionspartner dienenden Fluids,
die eingeblasen werden soll, angepasst sind.
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Wie die oben beschriebenen Platten
ist auch die Platte I mit Eckschleifen 93A, B, C und D versehen,
und jede Schleife schließt
eine Öffnung 94 ein, um
einen Teil der Behälter 60 und 61,
wie in 7 gezeigt ist,
zu bilden.
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Die Platten 100 des Stapels
C werden in den 9 und 10 gezeigt. In diesem Stapel
sind drei Platten dargestellt, obwohl es selbstverständlich ist,
daß mehr
oder weniger Platten verwendet werden können, wenn dies gewünscht wird.
Auch die Platten 100 sind rechteckig mit einem Randbereich 101 entlang ihrer
zwei langen Ränder.
Die Randbereiche 101A und 101B entlang ihrer kurzen
Ränder
sind derart ausgebildet, daß sie
entlang der Linien X–X
und XI-XI durch
Abschneiden entfernt werden, nachdem die Platten an die anderen
Platten in dem Wärmeaustauscher
gebunden sind.
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Der Mittelbereich 102 jeder
Platte 100 ist mit einer Reihe von parallelen Rippen 103 versehen,
die in seiner Längsrichtung
verlaufen. Zwischen benachbarten Paaren von Rippen 103 und
zwischen jeder äußersten
Rippe 103 und dem Randbereich 101 liegen offene
Kanäle 104 (die
den Kanälen 55 in 7 äquivalent sind). Die Kanäle erstrecken
sich vollständig
durch die Dicke der Platte hindurch. Wenn die Enden 101A und 101B entfernt
werden, kann das Prozeßfluid
von einer Seite des Stapels C, wo die Enden 101B waren,
entlang der Kanäle 104 strömen und aus
dem anderen Ende austreten, d.h. wo die Enden 101A waren,
wie durch die Pfeile A angegeben ist. Die Pfeile A entsprechen hier
dem Pfeil in 7.
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Es ist selbstverständlich,
daß die
Rippen 103 anfangs dadurch in ihren Positionen gehalten
werden, daß sie
mit den Enden 101A und 101B der Platte 100 verbunden
sind. Wenn die Platten der Stapel miteinander verbunden sind, sind
die Rippen 103 an eine Platte I darunter oder eine Platte
S darüber
(wie in der Anordnung, die in 8 ge zeigt
ist) oder an die entsprechenden Rippen von benachbarten Platten 100 gebunden.
So bleiben die Rippen fest an ihrer Stelle, wenn die Enden 101A und 101B entfernt
werden.
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Die Kanäle 104 können mit
einem Katalysator gefüllt
sein, um die Reaktion zwischen dem Prozeßfluid, das über und
durch den Stapel A strömt,
mit dem eingeblasenen, als Reaktionspartner dienenden Fluid für den Stapel
B zu beschleunigen.
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Jede der Platten 102 hat
Eckenschleifen 105A, B, C, D, welche Öffnungen 106 vollständig einschließen, um
einen Teil der Behälter 60 und 61 zu bilden.
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Nur beispielhaft wird erwähnt, daß die Platten 100 eine
Dicke von etwa 2 mm aufweisen können und
die erforderliche Anzahl solcher Platten zusammengestapelt werden,
um die gewünschte
Kanalhöhe
zu erhalten.
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In der 15 ist
ein Abschnitt einer schleifenartigen Verlängerung einer Platte 110 dargestellt.
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Die schleifenartige Verlängerung 111 bildet einen
Bereich von Öffnungen 112,
der zum Mittelbereich 113 der Platte offen ist, die den
oben genannten Aufbau eines Nadelwärmeaustauschers aufweist. Somit
bildet diese schleifenartige Verlängerung einen Teil eines Einlasses
oder Auslasses für
die Durchgänge
des Nadelwärmeaustauschers.
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Die schleifenartige Verlängerung 111 ist durch
Querelemente 114 verstärkt,
die sich jeweils vom Innenumfang der Schleife aus erstrecken und mit
einem Bereich der Nadelwärmeaustauscher-Struktur 113 verbunden
ist.
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In 16 wird
bezüglich
der Platte 120 eine andere schleifenartige Verlängerung
mit einer unterschiedlichen Form gezeigt. Die schleifenartige Verlängerung 121 bildet Öffnungen 122,
die gegenüber dem
Mittelbereich
123 der Platte des Nadelwärmeaustauschers abgeschlossen
sind. Wieder ist die Schleife durch Querelemente 124 verstärkt, welche die Öffnungen 122 zwischen
der Schleife 121 und dem unperforierten Randbereich 125 bilden,
der die Öffnungen
von dem Nadelwärmeaustauscherbereich der
Platte abtrennt.
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Wenn zwei oder mehr Platten 110 oder 120 übereinander
gestapelt sind, ist es erwünscht,
die Querelemente 114 bzw. 124 gegenüber jenen
von benachbarten Platten zu versetzen, um einen kurvenreichen Weg
durch die Behälter
zu schaffen, welche durch die gestapelten Schleifen gebildet werden.