EP3746728A1 - Isolierende oberflächenbeschichtung an wärmeübertragern zur verminderung von thermischen spannungen - Google Patents

Isolierende oberflächenbeschichtung an wärmeübertragern zur verminderung von thermischen spannungen

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EP3746728A1
EP3746728A1 EP19701151.3A EP19701151A EP3746728A1 EP 3746728 A1 EP3746728 A1 EP 3746728A1 EP 19701151 A EP19701151 A EP 19701151A EP 3746728 A1 EP3746728 A1 EP 3746728A1
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EP
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heat
heat exchange
heat exchanger
fluid
coating
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Axel Lehmacher
Alexander WOITALKA
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Linde GmbH
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Linde GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a plate heat exchanger and a method for
  • Plate heat exchangers are known from the prior art, which are adapted to transfer the heat from a first fluid indirectly to another, second fluid.
  • the fluids in the plate heat exchanger are guided in separate heat exchange passages of the plate heat exchanger block. These are delimited by two parallel partitions of the plate heat exchanger block, between each of which a heating surface element is arranged, which is also referred to as a fin or lamella.
  • Such plate heat exchangers are e.g. shown and described in "The Standards of the brazed aluminum plate-fin heat exchanger manufacturers association" ALPEMA, Third Edition, 2010.
  • Partitions or sheets and fins on the one hand form the heating surface and on the other hand have to absorb the forces from the internal overpressure.
  • various partitions and Fintypen are available, but the
  • the process streams are now started again, they hit the heat exchanger with a very large temperature difference.
  • the wall temperature in particular in the area of the current inlets, changes rapidly over time, and that locally very steep wall temperature gradients develop along the main flow direction.
  • the temporal and local temperature gradients cause the mentioned thermal stresses.
  • the thermal stresses can be significant.
  • the present invention seeks to provide a plate heat exchanger, which is improved in view of the aforementioned problem.
  • a plate heat exchanger with a plate heat exchanger block which has a plurality of mutually parallel partitions (eg in the form of dividing plates), which form a plurality of heat exchange passages for each other to be brought in indirect heat transfer fluids, wherein the heat exchange passages provided by, in particular flush on the edge of the partitions, sidebars (eg in shape sheet metal strip), which are also referred to as sidebars, are limited, in particular outwardly closed, and between, in particular two, adjacent partitions at least one heat-conducting element (which is also referred to as fin) is arranged, and wherein the heat exchange passages , in particular each heat exchange passage, an inlet for introducing a fluid and an outlet for discharging the fluid.
  • sidebars eg in shape sheet metal strip
  • one or more partitions and / or one or more heat-conducting elements and / or one or more side strips each have a coating of a heat-insulating material, which is applied to the respective partition, the respective heat-conducting element or the respective sidebar.
  • the two outermost partitions of the plate heat exchanger block, which limit the plate heat exchanger block to the outside, are also called
  • Cover walls designated and are formed in particular by cover plates.
  • the respective heat exchange passage is therefore bounded by two adjacent partitions and has at least one heat-conducting element (Fin) arranged between these partitions.
  • the respective thermally conductive element forms with the two adjacent partitions a plurality of flow channels of the respective heat exchange passage, wherein the coating is applied to the respective thermally conductive element and the two adjacent partition plates, that the respective flow channel has a circumferential inner side, the coated with the heat-insulating coating.
  • the coating is applied in such a way that the respective flow channel in a first section has a gap-free coating, ie continuous coating, on its inner wall.
  • thermally conductive element alternately and preferably parallel to each other
  • mountains and valleys are connected to each other in particular vertically extending webs.
  • the alternately arranged mountains and valleys together with the webs form a corrugated structure of the respective heat-conducting element.
  • a plurality of flow channels are formed in a respective heat exchange passage.
  • the respective flow channels are thus limited by the partitions, the mountains or the valleys and the webs of the respective thermally conductive element.
  • Such plate heat exchangers or the uncoated components of the plate heat exchanger are preferably formed from an aluminum alloy, wherein the components are preferably interconnected by brazing.
  • heating surface elements In the manufacture of a plate heat exchanger, heating surface elements,
  • Dividers, cover plates and sidebars which are partially provided with solder, preferably stacked in a block-shaped block and then soldered in a vacuum soldering oven to a heat exchanger block.
  • the heat-conducting elements which are optionally coated as described above, may in particular also be so-called distributor fins which distribute the fluid flow over the entire width of the respective heat exchange passage, i.e. from sidebar to sidebar.
  • Such distributor fins may also be integrally formed with a downstream heat conducting element / fin.
  • the respective partition wall having the coating and / or the respective heat-conducting element having the coating to each have a first section arranged at the respective inlet (which adjoins, for example, the inlet or adjacent to the inlet and a second portion connected to the first portion, which is farther from the inlet, than the first portion, wherein only the first portion has the coating, and wherein in each case the second portion does not have the coating, ie in other So words no heat-insulating coating has.
  • the first section is arranged such that it is flowed through by the fluid before the fluid flows through the second section.
  • the flow channels formed by the partitions and heat-conducting elements thus have a first (closer to the inlet) and a second section (located closer to the outlet) portion, wherein each only an inner side or inner wall of the first portion of the respective
  • the plate heat exchanger block at least first heat exchange passages to
  • first heat exchange passages associated surfaces of the partition walls and / or sidebars and / or the first heat exchange passages associated heat-conducting elements at least partially each have a coating of the heat-insulating material, namely in particular, only the first sections of these partitions and / or heat-conducting elements, and / or side rails and wherein the second heat exchange passages associated surfaces of the partition walls and / or the side rails and / or the second heat exchange passages associated heat-conducting elements have no coating of the heat-insulating material.
  • Heat exchange passages on a heat-insulating coating and in particular only the inner sides or inner surfaces of the first portions of the
  • Heat exchange passages in particular do not have the heat-insulating coating.
  • the heat-insulating material is one of the following materials or has one of the following materials: a plastic, a polymer, a ceramic.
  • the partitions and / or the heat-conducting elements and / or the side strips (apart from the coating) are formed from one of the following materials or have one of the following materials: aluminum, an aluminum alloy.
  • alloys e.g. SB-209 (ASME), SB-221 (ASME) or EN-AW-3003 (EN).
  • the heat-insulating material has a thermal conductivity or a heat conduction coefficient which is less than 5 W / mK, in particular less than 1 W / mK.
  • the base material of the respective door wall or of the respective heat-conducting element or the respective uncoated partition wall or the respective uncoated heat-conducting element typically has a heat conduction coefficient (eg 70K) in the range of approximately 130 W / mk (at 70K ) up to approx. 150 W / mk (at 300K).
  • a heat conduction coefficient eg 70K
  • the base material of the respective door wall or of the respective heat-conducting element or the respective uncoated partition wall or the respective uncoated heat-conducting element typically has a heat conduction coefficient (eg 70K) in the range of approximately 130 W / mk (at 70K ) up to approx. 150 W / mk (at 300K).
  • the respective coating has a thickness (in particular normal to the plane of extent or surface of the respective partition wall or of the respective heat-conducting element) which is less than or equal to 0.2 mm.
  • the respective, uncoated dividing wall (in particular, normal to the plane of extent of the surface of the respective dividing wall) to have a thickness in the range from 1 mm to 2 mm.
  • the respective, uncoated thermally conductive element (in particular normal to
  • Plane of extension of the surface of the respective base body has a thickness in
  • the at least one, first one is above the inlet
  • Heat exchange passage and over the inlet of the at least one, second heat exchange passage depending mounted a collector with a nozzle, wherein the nozzles are used for connecting feed pipes.
  • Such collectors may e.g. be formed as a half-cylinder, which are closed at the two opposite end faces.
  • Such a collector further preferably has a peripheral edge over which the collector is welded to the plate heat exchanger block.
  • the partitions and fins preferably run perpendicular to a longitudinal axis of the collector, if this
  • the nozzle associated with the collector is preferably cylindrical and is connected via an end face of the nozzle with the
  • Collector and the collector is in flow communication.
  • the plate heat exchanger per fluid, which is guided in the plate heat exchanger, at least two collectors with nozzle, wherein the fluid via the one, first, nozzle and collector in the associated
  • Heat exchange passages can be introduced and on the other, second, collector or nozzle is again routable.
  • the collector and / or the nozzle of the first heat exchange passages has a coating of the heat-insulating material on their respective inner sides (or inner walls or inner surfaces).
  • the respective heat-conducting element has a wave-shaped structure with alternating foot sections and head sections, wherein the respective foot section is connected via a web to an adjacent head section, so that said wave-shaped structure results.
  • the wave-shaped structure can be rounded in the transition from the foot sections or head sections to the respective webs. However, it may also have a rectangular or stepped shape.
  • the wave-shaped structure-together with the two-sided partitions-forms flow channels for guiding the relevant fluid in the respective heat exchange passage.
  • the respective heat-conducting element is not coated with the heat-insulating coating at the contact surfaces, via which the respective heat-conducting element is connected (in particular soldered) to an adjacent dividing wall.
  • the webs of the respective heat-conducting element (in particular in the first section of the respective heat-conducting element) have the heat-insulating coating or are coated with the heat-insulating coating.
  • the respective heat-conducting element has the heat-insulating coating only in the region of the webs or is coated with the heat-insulating coating.
  • heat-conducting element in particular in the first section only in the region of the surface facing the respective flow channel has the heat-insulating coating or is coated with the heat-insulating coating.
  • Another aspect of the present invention relates to a process for producing a plate heat exchanger according to the invention, wherein a flowable material which forms a heat-insulating material in the cured state, in
  • Heat exchange passages of Platten Vietnamese Vietnamese bucerstragerblocks is initiated, the partitions and / or heat-conducting elements and / or sidebars to receive the said coating, wherein the material is cured to form the said coatings.
  • the flowable material is introduced in particular in the said flow channels of the heat exchange passages, which are formed by the respective heat-conducting element, the two adjacent partitions and possibly the side strips.
  • the plate heat exchanger block is dipped into the flowable material at least in sections, in particular with a first section, in order to introduce the flowable material into the corresponding heat exchange passages or flow channels.
  • heat exchange passages or flow channels which are not to be coated, are previously correspondingly sealed, so that the material can not penetrate there.
  • a further aspect of the present invention relates to a method for operating a plate heat exchanger according to the invention, wherein at least a first and a second fluid in at least one heat exchange passage of the
  • said (at least two) fluids or fluid streams may be materially identical or differ in their material composition.
  • Platten835-810 can only those heat exchange passages or flow channels, which are assigned to a certain fluid (eg the first fluid), a coating of the heat-insulating material (in particular a coating of the partitions and / or heat-conducting elements and / or the side rails of the respective heat exchange passage) while others
  • a certain fluid eg the first fluid
  • a coating of the heat-insulating material in particular a coating of the partitions and / or heat-conducting elements and / or the side rails of the respective heat exchange passage
  • Heat exchange passages (in particular their partitions and / or
  • heat-conducting elements or flow channels have no coating of the heat-insulating material.
  • the individual coatings may be formed or arranged in one of the manners already described above.
  • the first fluid is introduced into the at least one first heat exchange passage before the second fluid is introduced into the at least one second heat exchange passage.
  • the starting means in particular a process in which, e.g. after stopping all the fluids previously through the plate heat exchanger or through
  • Heat exchange passages of the plate heat exchanger have been passed or after a first time providing the heat exchanger not previously used for heat transfer, the fluids involved in the heat exchange are reintroduced into the plate heat exchanger, in which case the first fluid is introduced before the second fluid in the plate heat exchanger.
  • the first fluid is first introduced into the plate heat exchanger (ie before all other fluids or at least simultaneously with possibly further fluids).
  • this is the first one Fluid at least under those fluids that before the second fluid in the
  • the at least one first fluid, which is introduced when starting especially before all other fluids, in the plate heat exchanger have an inlet temperature in the range of 3K to 360K, wherein the
  • Plate heat exchanger before starting a temperature in particular a homogeneous temperature, in this range from 3K to 360K may have.
  • the first fluid at startup may have a temperature which is about a differential temperature, the z. B. in the range of 10 K to 100 K, in particular 20K to 50K, is different from a temperature of the plate heat exchanger before starting.
  • the technical teaching according to the invention advantageously allows temporal and spatial temperature gradients to be reduced by an optionally partial reduction of the heat transfer. This reduces the thermal stresses, in particular during the above-mentioned starting operations, in particular restarting operations.
  • the apparatus can withstand a higher number of such operations, thereby prolonging the life.
  • Fig. 1 is a perspective view of an inventive
  • FIG. 2 shows a detail from a cross section through the plate heat exchanger of FIG. 1 along the sectional plane SS shown in FIG Fig. 1 shows a plate heat exchanger 10 according to the invention, which has a plurality of mutually parallel partitions in the form of partitions 4, comprising a plurality of heat exchange passages, eg 1 a, 1 b, for the transferable to each other in indirect heat transfer fluids A, B, C. , D, E form.
  • the plate heat exchanger 10 according to the invention, which has a plurality of mutually parallel partitions in the form of partitions 4, comprising a plurality of heat exchange passages, eg 1 a, 1 b, for the transferable to each other in indirect heat transfer fluids A, B, C. , D, E form.
  • Heat exchange between the heat exchange participating fluids takes place between adjacent heat exchange passages 1 a, 1 b, wherein the heat exchange passages 1 a, 1 b and thus the fluids are separated by the separating plates 4 from each other.
  • the heat exchange takes place by means of heat transfer via the separating plates 4 and via the heat-conducting elements 2, 3 arranged between the separating plates 4, which are also referred to as fins 2, 3.
  • the fins 2 shown in Figure 1 also serve the uniform distribution of the fluids over the respective
  • Heat exchange passage 1 a, 1 b Heat exchange passage 1 a, 1 b.
  • the heat exchange passages 1 a, 1 b are defined by in particular flush on the edge of the dividers 4 arranged side strips 8 in the form of metal strips 8, hereinafter also referred to as sidebars 8, limited.
  • the preferably corrugated fins 2, 3 are arranged, wherein a cross-section of a fin 3 is shown in a detail in FIG.
  • the fins 3 each have a wave-shaped structure with alternating foot portions 12, hereinafter also referred to as valleys 12, and head portions 14, hereinafter also referred to as mountains 14, the valleys 12 and mountains 14 are arranged parallel to each other on.
  • a valley 12 is connected to an adjacent mountain 14 via a particular vertically extending web 13 of the respective fin 3, so that the said wave-shaped structure results.
  • the wave-shaped structure can be rounded in the transition from valleys 12 or mountains 14 to the respective webs 13. However, it can also be a rectangular or
  • the mountains 14 and valleys 12 of the respective fins 3 are materially connected to the respective adjacent dividing plates 4, preferably by solder joints.
  • the participating in the heat exchange fluids are thus in direct thermal contact with the wavy structures 3, so that the heat transfer through the thermal contact between the mountains 14 and valleys 12 and T rennblechen 4, and thus by heat conduction is ensured.
  • the orientation of the wave-shaped structure 3 within the heat exchange passages 1 a, 1 b is selected depending on the application so that a DC, cross, counter or cross counterflow between adjacent passages 1 a, 1 b is made possible ,
  • the plate heat exchanger 10 also has inlets 9 to the
  • Heat exchange passages 1 a, 1 b (wherein in FIG 1 only one inlet 9 to a second heat exchange passage 1 b is shown for clarity), which are exemplarily provided at the ends of the plate heat exchanger 10 (inlets at a central portion are also possible ), via the inlets 9, the fluids A, B, C, D, E in the heat exchange passages 1 a, 1 b introduced or can be deducted from these.
  • the individual heat exchange passages 1 a, 1 b may have fins in the form of distributor fins 2 which distribute the respective fluid to the channels of a fins 3 of the relevant heat exchange passage 1 a, 1 b. Distribution fins 2 are not mandatory.
  • C, D, E can thus be introduced via an inlet 9 of the plate heat exchanger block 1 1 in the associated heat exchange passage 1 a, 1 b and through a further opening 19, an outlet 19, from the relevant
  • Heat exchange passage 1 a, 1 b are deducted again.
  • the dividing plates 4, fins 3 and sidebars 8 and optionally further components are used e.g. connected by brazing.
  • the partially soldered components such as Bankdonopathy (fins) 3, dividers 4, distribution fins 2, cover plates 5 and 8 sidebars are stacked on each other in a block and then in an oven to a
  • Heat exchanger block 1 1 brazed.
  • semi-cylindrical collectors 7 (or headers) are preferably welded over the inlets 9 and outlets 19.
  • a cylindrical neck 6 is preferably welded to each collector 7.
  • the connecting pieces 6 are used to connect an incoming or outgoing pipeline to the respective collector 7.
  • one or more partition walls 4, 5 and / or one or more heat-conducting elements 2, 3 and / or one or more side strips 8 each have a coating 41 of a heat-insulating material, which on the respective partition wall 4, fifth or the respective heat-conducting element 2, 3 is applied.
  • the base material is in particular an aluminum alloy (for example of the type 3003).
  • suitable aluminum alloys / materials are also conceivable.
  • the heat-insulating coating 41 is preferably applied to the partitions 4 and thermally conductive elements (fins) 2, 3 and possibly the sidebars 8 such that the flow channels 40 with the heat-insulating coating 41st
  • first section A1 of the heat exchange passages 1 a are completely coated (see detail of Figure 1).
  • This first section A1 can further, z. B. along the
  • Transition plane U which is indicated in the figure 1 by a dashed line, in a second section A2 of the partitions 4, 5 or heat-conducting elements 2, 3 or sidebars 8 merge, the z. B. not with an inventive
  • Coating 41 is provided. In this second section A2 so can the
  • Inner sides of the flow channels 40 have no heat-insulating coating.
  • the first section A1 preferably adjoins inlets 9 for the first
  • Heat exchange passages 1 a via which a first fluid B at a start, in particular restarting, before other fluids (eg, before a second fluid A) is introduced into the block 1 1.
  • a coating 41 may also be provided on the collector 7 and / or port 6, via which the first fluid B is introduced into the inlets 9.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeübertrager (10) mit einem Plattenwärmeübertragerblock (11), der mehrere parallel zueinander angeordnete Trennwände (4, 5) in Form von Trennblechen aufweist, die eine Vielzahl von Wärmeaustauschpassagen (1a, 1b) für miteinander in indirekte Wärmeübertragung zu bringenden Fluide bilden, wobei die Wärmeaustauschpassagen durch Seitenleisten (8) nach außen hin abgeschlossen sind, und wobei jede Wärmeaustauschpassage (1a, 1b) einen Einlass (9) zum Einlassen eines Fluides sowie einen Auslass (19) zum Auslassen des Fluides aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine oder mehrere Trennwände (4, 5) und/oder ein oder mehrere wärmeleitende Elemente (2, 3) jeweils eine Beschichtung (41 ) aus einem wärmeisolierenden Material aufweisen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Plattenwärmeübertragers sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Plattenwärmeübertragers.

Description

Beschreibung
Isolierende Oberflächenbeschichtuna an Wärmeübertragern zur Verminderung von thermischen Spannungen
Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeübertrager sowie ein Verfahren zur
Herstellung eines solchen Plattenwärmeübertragers.
Aus dem Stand der Technik sind Plattenwärmeübertrager bekannt, welche dazu eingerichtet sind, die Wärme von einem ersten Fluid indirekt auf ein anderes, zweites Fluid zu übertragen. Dabei werden die Fluide im Plattenwärmeübertrager in separaten Wärmeaustauschpassagen des Plattenwärmeübertragerblocks geführt. Diese werden durch je zwei parallele Trennwände des Plattenwärmeübertragerblocks begrenzt, zwischen denen jeweils ein Heizflächenelement angeordnet ist, das auch als Fin oder Lamelle bezeichnet wird.
Derartige Plattenwärmeübertrager sind z.B. in„The Standards of the brazed aluminium plate-fin heat exchanger manufacturers association“ ALPEMA, Third Edition, 2010 gezeigt und beschrieben.
Weiterhin werden solche Aluminiumplattenwärmeübertrager insbesondere bei kryogenen Prozessen eingesetzt, z.B. in Luftzerlegungsanlagen. Die besagten
Trennwände bzw. -bleche und Fins bilden hierbei einerseits die Heizfläche und müssen andererseits die Kräfte aus dem inneren Überdruck abfangen. Diesbezüglich stehen verschiedene Trennwände und Fintypen zur Verfügung, wobei jedoch die
Gestaltungsmöglichkeiten durch die drucktragende Funktion eingeschränkt sind. Eine beliebige Verringerung der spezifischen Heizfläche ist daher nicht möglich. Sie wird auch üblicherweise nicht angestrebt, da normalerweise eine hohe Heizflächendichte und damit eine möglichst kompakte Bauform erwünscht ist.
Das Anfahren, insbesondere Wiederanfahren, von Wärmeübertragern, insbesondere von Aluminiumplattenwärmeübertragern, nach einem kurz- oder mittelfristigen
Anlagenstillstand kann zu sehr hohen thermischen Spannungen führen. Das gilt insbesondere dann, wenn die Gesamttemperaturänderung im Apparat groß ist, wie das etwa bei Hauptwärmetauschern von Luftzerlegungsanlagen der Fall ist. Dadurch besteht für solche Wärmetauscher das Risiko, schon durch eine relativ geringe Anzahl von Wiederanfahrvorgängen aufgrund von Materialermüdung beschädigt zu werden.
Diesbezüglich werden jedoch Anlagen gewünscht, die flexibel betreibbar sind, was insbesondere die oben genannten Betriebsunterbrechungen beinhaltet.
Die hohen thermischen Spannungen werden folgendermaßen verursacht: Bei einem Anlagenstillstand kommen in der Regel alle Prozessströme zum Erliegen. Ausgehend von einem Temperaturprofil mit einem warmen und einem kalten Ende gleichen sich die Materialtemperaturunterschiede durch Wärmeleitung innerhalb des
Wärmetauschers langsam aus und der Apparat nimmt eine homogene (mittlere) Temperatur an, die zwischen der maximalen und minimalen Temperatur des
Ausgangszustands liegt. Die Isolationsverluste sind in der Regel klein, so dass dieser Zustand sich nur langsam verändert.
Werden die Prozessströme nun wieder in Gang gesetzt, so treffen diese mit sehr großer Temperaturdifferenz auf den Wärmeübertrager. Das hat zur Folge, dass die Wandtemperatur insbesondere im Bereich der Stromeintritte sich zeitlich schnell ändert, und dass sich örtlich sehr steile Wandtemperaturgradienten entlang der Hauptströmungsrichtung entwickeln. Die zeitlichen und örtlichen Temperaturgradienten verursachen die genannten thermischen Spannungen. Insbesondere bei großen, in Modulbauweise gefertigten Wärmetauschern, die mehrere miteinander verbundene Plattenwärmeübertragerblöcke aufweisen, können die thermischen Spannungen erheblich sein.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Plattenwärmeübertrager zu schaffen, der im Hinblick auf die vorgenannte Problematik verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Plattenwärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach ist ein Plattenwärmeübertrager mit einem Plattenwärmeübertragerblock vorgesehen, der mehrere parallel zueinander angeordnete Trennwände (z.B. in Form von Trennblechen) aufweist, die eine Vielzahl von Wärmeaustauschpassagen für miteinander in indirekte Wärmeübertragung zu bringenden Fluide bilden, wobei die Wärmeaustauschpassagen durch, insbesondere bündig am Rand der Trennwände vorgesehene, Seitenleisten (z.B. in Form von Blechstreifen), die auch als Sidebars bezeichnet werden, begrenzt sind, insbesondere nach außen hin abgeschlossen sind, und wobei zwischen, insbesondere je zwei, benachbarten Trennwänden zumindest ein wärmeleitendes Element (das auch als Fin bezeichnet wird) angeordnet ist, und wobei die Wärmeaustauschpassagen, insbesondere jede Wärmeaustauschpassage, einen Einlass zum Einlassen eines Fluides sowie einen Auslass zum Auslassen des Fluides aufweist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine oder mehrere Trennwände und/oder ein oder mehrere wärmeleitende Elemente und/oder eine oder mehrere Seitenleisten jeweils eine Beschichtung aus einem wärmeisolierenden Material aufweisen, die auf die jeweilige Trennwand, das jeweilige wärmeleitende Element oder die jeweilige Seitenleiste aufgebracht ist.
Die beiden äußersten Trennwände des Plattenwärmeübertragerblocks, die den Plattenwärmeübertragerblock nach außen hin begrenzen, werden auch als
Deckwände bezeichnet und sind insbesondere durch Deckbleche gebildet.
Die jeweilige Wärmeaustauschpassage wird also durch zwei benachbarte Trennwände begrenzt und weist zumindest ein zwischen diesen Trennwänden angeordnetes wärmeleitendes Element (Fin) auf.
Gemäß einer Ausführungsform bildet das jeweilige wärmeleitende Element dabei mit den beiden benachbarten Trennwänden eine Vielzahl an Strömungskanälen der jeweiligen Wärmeaustauschpassage aus, wobei die Beschichtung so auf das jeweilige wärmeleitende Element und die beiden benachbarten Trennplatten aufgebracht ist, dass der jeweilige Strömungskanal eine umlaufende Innenseite aufweist, die mit der wärmeisolierenden Beschichtung beschichtet ist. Vorzugsweise ist die Beschichtung derart aufgebracht, dass der jeweilige Strömungskanal in einem ersten Abschnitt eine lückenlose Beschichtung, also durchgehende Beschichtung, auf seiner Innenwand aufweist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das jeweilige
wärmeleitende Element alternierend und vorzugsweise parallel zueinander
angeordnete Berge (oder Kopfabschnitte) und Täler (oder Fußabschnitte) aufweist, wobei die Berge und Täler jeweils über insbesondere vertikal verlaufende Stege miteinander verbunden sind. Die alternierend angeordneten Berge und Täler bilden zusammen mit den Stegen eine gewellte Struktur des jeweiligen wärmeleitenden Elementes.
Sind die Berge mit der einen Trennwand der beiden benachbarten Trennwände verbunden und die Täler mit der anderen Trennwand der beiden benachbarten Trennwände verbunden, so werden eine Vielzahl von Strömungskanälen in einer jeweiligen Wärmeaustauschpassage gebildet. Die jeweiligen Strömungskanäle sind somit durch die Trennwände, die Berge bzw. die Täler und die Stege des jeweiligen wärmeleitenden Elements begrenzt.
Derartige Plattenwärmeübertrager bzw. die unbeschichteten Komponenten des Plattenwärmeübertragers sind vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung gebildet, wobei die Bauteile vorzugsweise durch Hartlöten miteinander verbunden sind. Bei der Herstellung eines Plattenwärmeübertragers werden Heizflächenelemente,
Trennbleche, Deckbleche und Sidebars, die zum Teil mit Lot versehen sind, vorzugsweise in einem quaderförmigen Block aufeinander gestapelt und anschließend in einem Vakuum-Lötofen zu einem Wärmeübertragerblock verlötet. Andere
Herstellverfahren sind jedoch auch denkbar.
Bei den wärmeleitenden Elementen, die ggf. wie oben beschrieben beschichtet sind, kann es sich insbesondere auch um so genannte Verteilerfins handeln, die den Fluidstrom auf die gesamte Breite der jeweiligen Wärmeaustauschpassage, d.h., von Sidebar zu Sidebar, verteilen. Derartige Verteilerfins können auch einstückig mit einem stromabwärts angeordneten wärmeleitenden Element/Fin ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die jeweilige die Beschichtung aufweisende Trennwand und/oder dass das jeweilige die Beschichtung aufweisende wärmeleitende Element jeweils einen am jeweiligen Einlass angeordneten ersten Abschnitt (der z.B. an den Einlass angrenzt oder benachbart zu diesem angeordnet ist) sowie einen mit dem ersten Abschnitt verbundenen zweiten Abschnitt aufweist, der weiter vom Einlass entfernt ist, als der erste Abschnitt, wobei jeweils lediglich der erste Abschnitt die Beschichtung aufweist, und wobei jeweils der zweite Abschnitt die Beschichtung nicht aufweist, d.h. in anderen Worten also keine wärmeisolierende Beschichtung aufweist. Hierbei ist also der erste Abschnitt in anderen Worten so angeordnet, dass er vom Fluid durchströmt wird, bevor der zweite Abschnitt von dem Fluid durchströmt wird.
Entsprechend weisen die durch die Trennwände und wärmeleitenden Elemente gebildeten Strömungskanäle also einen ersten (näher am Einlass gelegenen) Abschnitt sowie einen zweiten (näher am Auslass gelegenen) Abschnitt auf, wobei jeweils lediglich eine Innenseite bzw. Innenwand des ersten Abschnitts des jeweiligen
Strömungskanals die wärmeisolierende Beschichtung aufweist.
Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Plattenwärmeübertragerblock zumindest erste Wärmeaustauschpassagen zur
Aufnahme eines ersten Fluids und zweite Wärmeaustauschpassagen zur Aufnahme eines zweiten Fluides aufweist, wobei die den ersten Wärmeaustauschpassagen zugeordneten Oberflächen der Trennwände und/oder Seitenleisten und/oder die den ersten Wärmeaustauschpassagen zugeordneten wärmeleitenden Elemente zumindest abschnittsweise jeweils eine Beschichtung aus dem wärmeisolierenden Material aufweisen, und zwar insbesondere lediglich die ersten Abschnitte dieser Trennwände und/oder wärmeleitenden Elemente, und/oder Seitenleisten und wobei die den zweiten Wärmeaustauschpassagen zugeordneten Oberflächen der Trennwände und/oder der Seitenleisten und/oder die den zweiten Wärmeaustauschpassagen zugeordneten wärmeleitenden Elemente keine Beschichtung aus dem wärmeisolierenden Material aufweisen.
Hier weisen also insbesondere lediglich die Strömungskanäle der ersten
Wärmeaustauschpassagen eine wärmeisolierende Beschichtung auf, und zwar insbesondere nur die Innenseiten bzw. Innenflächen der ersten Abschnitte der
Strömungskanäle, wohingegen die Strömungskanäle der zweiten
Wärmeaustauschpassagen insbesondere die wärmeisolierende Beschichtung nicht aufweisen. Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das wärmeisolierende Material eines der folgenden Materialien ist oder eines der folgenden Materialien aufweist: ein Kunststoff, ein Polymer, eine Keramik.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Trennwände und/oder die wärmeleitenden Elemente und/oder die Seitenleisten (abgesehen von der Beschichtung) aus einem der folgenden Materialien gebildet sind oder eines der folgenden Materialien aufweisen: Aluminium, eine Aluminiumlegierung. Als Legierungen können z.B. SB-209 (ASME), SB-221 (ASME) oder EN-AW-3003 (EN) verwendet werden.
Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das wärmeisolierende Material eine Wärmeleitfähigkeit bzw. einen Wärmeleitkoeffizienten aufweist, der kleiner ist als 5 W/mK, insbesondere kleiner als 1 W/mK.
Demgegenüber weist das Grundmaterial der jeweiligen T rennwand oder des jeweiligen wärmeleitenden Elementes bzw. die jeweilige unbeschichtete Trennwand oder das jeweilige unbeschichtete wärmeleitende Element gemäß einer Ausführungsform der Erfindung typischerweise einen Wärmeleitkoeffizienten (bei z.B. 70K) im Bereich von ca. 130 W/mk (bei 70K) bis ca. 150 W/mk (bei 300K) auf.
Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die jeweilige Beschichtung eine Dicke (insbesondere normal zur Erstreckungsebene oder Oberfläche der jeweiligen Trennwand bzw. des jeweiligen wärmeleitenden Elementes) aufweist, die kleiner oder gleich 0,2 mm ist.
Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die jeweilige, unbeschichtete Trennwand (insbesondere normal zur Erstreckungsebene der Oberfläche der jeweiligen Trennwand) eine Dicke im Bereich von 1 mm bis 2 mm aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass das jeweilige, unbeschichtete wärmeleitende Element (insbesondere normal zur
Erstreckungsebene der Oberfläche des jeweiligen Grundkörpers) eine Dicke im
Bereich von 0,2 mm bis 0,6 mm aufweist. Zum Einleiten von Fluiden ist über dem Einlass der mindestens einen, ersten
Wärmeaustauschpassage sowie über dem Einlass der mindestens einen, zweiten Wärmeaustauschpassage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung je ein Sammler mit einem Stutzen angebracht, wobei die Stutzen zum Anschließen von zuführenden Rohrleitungen dienen.
Derartige Sammler können z.B. als Halbzylinder ausgebildet sein, die an den beiden einander gegenüberliegenden Stirnseiten verschlossen sind. Ein solcher Sammler weist weiterhin vorzugsweise einen umlaufenden Rand auf, über den der Sammler mit dem Plattenwärmeübertragerblock verschweißt wird. Die Trennwände und Fins laufen vorzugsweise senkrecht zu einer Längsachse des Sammlers, wenn dieser
bestimmungsgemäß an den Plattenwärmeübertragerblock angeschweißt ist. Auf diese Weise können Einlässe bzw. Auslässe der jeweiligen Wärmeaustauschpassage, die jeweils durch zwei benachbarte Trennwände begrenzt werden, in den jeweiligen Sammler münden. Weiterhin ist bevorzugt der zum Sammler gehörige Stutzen zylinderförmig ausgebildet und wird über eine Stirnseite des Stutzens mit dem
Sammler verschweißt, so dass der Stutzen mit einer Durchgangsöffnung des
Sammlers bzw. dem Sammler in Strömungsverbindung steht.
Der Plattenwärmeübertrager weist gemäß einer Ausführungsform pro Fluid, das in den Plattenwärmeübertrager geführt wird, zumindest zwei Sammler mit Stutzen auf, wobei das Fluid über den einen, ersten, Stutzen und Sammler in die zugehörigen
Wärmeaustauschpassagen einleitbar ist und über den anderen, zweiten, Sammler bzw. Stutzen wieder ausleitbar ist.
Auch hinsichtlich der Sammler/Stutzen kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass der Sammler und/oder der Stutzen der ersten Wärmeaustauschpassagen auf ihren jeweiligen Innenseiten (bzw. Innenwänden bzw. Innenflächen) eine Beschichtung aus dem wärmeisolierenden Material aufweist.
Demgegenüber weisen die Sammler und/oder Stutzen der besagten zweiten
Wärmeaustauschpassagen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung keine
Beschichtung aus dem wärmeisolierenden Material auf. Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das jeweilige wärmeleitende Element eine wellenförmige Struktur mit alternierenden Fußabschnitten und Kopfabschnitten aufweist, wobei der jeweilige Fußabschnitt über einen Steg mit einem benachbarten Kopfabschnitt verbunden ist, so dass sich die besagte wellenförmige Struktur ergibt. Die wellenförmige Struktur kann im Übergang von den Fußabschnitten bzw. Kopfabschnitten zu den jeweiligen Stegen verrundet ausgebildet sein. Sie kann jedoch auch eine rechteckförmige bzw. stufenförmige Gestalt aufweisen. Durch die wellenförmige Struktur werden - zusammen mit den beidseitigen Trennwänden - Strömungskanäle zur Führung des betreffenden Fluides in der jeweiligen Wärmeaustauschpassage gebildet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das jeweilige wärmeleitende Element an den Kontaktflächen, über die das jeweilige wärmeleitende Element mit einer angrenzenden Trennwand verbunden ist (insbesondere verlötet ist), nicht mit der wärmeisolierenden Beschichtung beschichtet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Stege des jeweiligen wärmeleitenden Elements (insbesondere im ersten Abschnitt des jeweiligen wärmeleitenden Elements) die wärmeisolierende Beschichtung aufweisen bzw. mit der wärmeisolierenden Beschichtung beschichtet sind.
Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das jeweilige wärmeleitende Element lediglich im Bereich der Stege die wärmeisolierende Beschichtung aufweist bzw. mit der wärmeisolierenden Beschichtung beschichtet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das jeweilige
wärmeleitende Element (insbesondere im ersten Abschnitt) lediglich im Bereich der dem jeweiligen Strömungskanal zugewandten Oberfläche die wärmeisolierende Beschichtung aufweist bzw. mit der wärmeisolierenden Beschichtung beschichtet ist.
Aufgrund der vorzugsweise gewellten Struktur der wärmeleitenden Elemente erweist sich bereits eine Beschichtung der Stege aufgrund der vergleichsweise großen Gesamtoberfläche der Stege (im Vergleich zur Oberfläche der jeweiligen Trennwand) als sehr wirkungsvoll. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Plattenwärmeübertragers, wobei ein fließfähiges Material, das im ausgehärteten Zustand ein wärmeisolierendes Material bildet, in
Wärmeaustauschpassagen des Plattenwärmeübertragerblocks eingeleitet wird, deren Trennwände und/oder wärmeleitenden Elemente und/oder Seitenleisten die besagte Beschichtung erhalten sollen, wobei das Material unter Ausbildung der besagten Beschichtungen ausgehärtet wird. Das fließfähige Material wird dabei insbesondere in die besagten Strömungskanäle der Wärmeaustauschpassagen eingeleitet, die durch das jeweilige wärmeleitende Element, die beiden benachbarten Trennwände und ggf. die Seitenleisten gebildet werden.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Plattenwärmeübertragerblock zumindest abschnittsweise, insbesondere mit einem ersten Abschnitt, in das fließfähige Material getaucht wird, um das fließfähige Material in die entsprechenden Wärmeaustauschpassagen oder Strömungskanäle einzuleiten. Mit einem solchen Tauchverfahren kann die Größe des zu beschichtenden Bereichs mit Vorteil exakt kontrolliert werden.
Diesbezüglich ist gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, dass Wärmeaustauschpassagen oder Strömungskanäle, die nicht beschichtet werden sollen, zuvor entsprechend abgedichtet werden, so dass das Material dort nicht eindringen kann.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Plattenwärmeübertragers, wobei zumindest ein erstes und ein zweites Fluid in je zumindest eine Wärmeaustauschpassage des
Plattenwärmeübertragers eingeleitet werden, so dass die besagten Fluide indirekt Wärme austauschen können.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können die besagten (mindestens zwei) Fluide bzw. Fluidströme stofflich gleich sein oder sich in ihrer stofflichen Zusammensetzung unterscheiden.
Weiterhin können gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens - ebenso wie bei dem erfindungsgemäßen Plattenwärmeübertrager - alle Wärmeaustauschpassagen (bzw. deren Strömungskanäle) eine Beschichtung aus dem wärmeisolierenden Material aufweisen (insbesondere eine Beschichtung der
Trennwände und/oder wärmeleitenden Elemente, und/oder der Seitenleisten der jeweiligen Wärmeaustauschpassage).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens /
Plattenwärmeübertragers können nur diejenigen Wärmeaustauschpassagen bzw. Strömungskanäle, die einem bestimmten Fluid zugeordnet sind (z.B. dem ersten Fluid), eine Beschichtung aus dem wärmeisolierenden Material aufweisen (insbesondere eine Beschichtung der Trennwände und/oder wärmeleitenden Elemente und/oder der Seitenleisten der jeweiligen Wärmeaustauschpassage), während andere
Wärmeaustauschpassagen (insbesondere deren Trennwände und/oder
wärmeleitenden Elemente) bzw. Strömungskanäle keine Beschichtung aus dem wärmeisolierenden Material aufweisen. Die einzelnen Beschichtungen können dabei auf eine der oben bereits beschriebenen Weisen ausgebildet bzw. angeordnet sein.
Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass das erste Fluid in die mindestens eine erste
Wärmeaustauschpassage und das zweite Fluid in die mindestens eine zweite
Wärmeaustauschpassage einleitet wird.
Hierbei ist gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weiterhin vorgesehen, dass beim Anfahren des Plattenwärmeübertragers das erste Fluid in die mindestens eine erste Wärmeaustauschpassage eingeleitet wird, bevor das zweite Fluid in die mindestens eine zweite Wärmeaustauschpassage eingeleitet wird.
Das Anfahren bezeichnet insbesondere einen Vorgang, bei dem, z.B. nach einem Anhalten aller Fluide, die zuvor durch den Plattenwärmeübertrager bzw. durch
Wärmeaustauschpassagen des Plattenwärmeübertragers geleitet wurden oder nach einem erstmaligen Bereitstellen des vorher noch nicht zur Wärmeübertragung verwendeten Wärmeübertragers, die am Wärmetausch beteiligten Fluide wieder in den Plattenwärmeübertrager eingeleitet werden, wobei hierbei das erste Fluid vor dem zweiten Fluid in den Plattenwärmeübertrager eingeleitet wird. Insbesondere wird das erste Fluid als erstes in den Plattenwärmeübertrager eingeleitet (d.h. vor allen anderen Fluiden oder zumindest zeitgleich mit ggf. weiteren Fluiden). Alternativ ist das erste Fluid zumindest unter denjenigen Fluiden, die vor dem zweiten Fluid in den
Plattenwärmeübertrager eingeleitet werden.
Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass das erste Fluid über den Stutzen und Sammler, der über dem Einlass der mindestens einen ersten Wärmeaustauschpassage angeordnet ist, in die mindestens eine erste Wärmeaustauschpassage eingeleitet wird.
Weiterhin kann beispielsweise das mindestens eine erste Fluid, das beim Anfahren insbesondere vor allen anderen Fluiden eingeleitet wird, im Plattenwärmeübertrager eine Eintrittstemperatur im Bereich von 3K bis 360K aufweisen, wobei der
Plattenwärmeübertrager vor dem Anfahren eine Temperatur, insbesondere eine homogene Temperatur, in diesem Bereich von 3K bis 360K aufweisen kann.
Weiterhin kann das erste Fluid beim Anfahren eine Temperatur aufweisen, die sich um eine Differenztemperatur, die z. B. im Bereich von 10 K bis 100K, insbesondere 20K bis 50K, liegt, von einer Temperatur des Plattenwärmeübertragers vor dem Anfahren unterscheidet.
Die Erfindungsgemäße technische Lehre erlaubt mit Vorteil durch eine ggf. partielle Verringerung des Wärmeübergangs zeitliche und örtliche Temperaturgradienten zu reduzieren. Dadurch verringern sich die thermischen Spannungen insbesondere bei den oben genannten Anfahrvorgängen, insbesondere Wiederanfahrvorgängen. Der Apparat kann entsprechend einer höheren Anzahl von derartigen Vorgängen standhalten, wodurch die Lebensdauer verlängert wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen bei den
nachfolgenden Figurenbeschreibungen von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren beschrieben werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Plattenwärmeübertragers
Fig. 2 ein Detail aus einem Querschnitt durch den Plattenwärmetauscher von Fig. 1 entlang der in Fig. 1 gezeigten Schnittebene S-S Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Plattenwärmeübertrager 10, der mehrere parallel zueinander angeordnete Trennwände in Form von Trennblechen 4, aufweist, die eine Vielzahl von Wärmeaustauschpassagen, z.B. 1 a, 1 b, für die miteinander in indirekte Wärmeübertragung zu bringenden Fluide A, B, C, D, E bilden. Der
Wärmeaustausch zwischen den am Wärmeaustausch teilnehmenden Fluiden findet dabei zwischen benachbarten Wärmeaustauschpassagen 1 a, 1 b statt, wobei die Wärmeaustauschpassagen 1 a, 1 b und somit die Fluide durch die Trennbleche 4 voneinander getrennt sind.
Der Wärmeaustausch erfolgt mittels Wärmeübertragung über die Trennbleche 4 sowie über die zwischen den Trennblechen 4 angeordneten wärmeleitenden Elemente 2, 3, die auch als Fins 2, 3 bezeichnet werden. Die in der Figur 1 gezeigten Fins 2 dienen auch der gleichmäßigen Verteilung der Fluide über die jeweilige
Wärmeaustauschpassage 1 a, 1 b.
Die Wärmeaustauschpassagen 1 a, 1 b sind durch insbesondere bündig am Rand der Trennbleche 4 angeordnete Seitenleisten 8 in Form von Blechstreifen 8, im Weiteren auch als Sidebars 8 bezeichnet, begrenzt. Insbesondere sind die
Wärmeaustauschpassagen 1 a, 1 b durch die Sidebars 8 nach außen, also zur Umgebung des Wärmeübertragers 10, abgeschlossen.
Innerhalb der Wärmeaustauschpassagen 1 a, 1 b, also zwischen je zwei Trennwänden 4 sind die vorzugsweise gewellten Fins 2, 3 angeordnet, wobei ein Querschnitt eines Fins 3 in einem Detail in der Figur 2 gezeigt ist.
Danach weisen die Fins 3 jeweils eine wellenförmige Struktur mit alternierenden Fußabschnitten 12, im Folgenden auch als Täler 12 bezeichnet, und Kopfabschnitten 14, im Folgenden auch als Berge 14 bezeichnet, wobei die Täler 12 und Berge 14 parallel zueinander angeordnet sind, auf. Ein Tal 12 ist mit einem benachbarten Berg 14 über einen insbesondere vertikal verlaufenden Steg 13 des betreffenden Fins 3 verbunden, so dass sich die besagte wellenförmige Struktur ergibt. Die wellenförmige Struktur kann im Übergang von Tälern 12 bzw. Bergen 14 zu den jeweiligen Stegen 13 verrundet ausgebildet sein. Sie kann jedoch auch eine rechteckförmige bzw.
stufenförmige Gestalt aufweisen. Durch die wellenförmige Struktur werden - zusammen mit den beidseitigen Trennwänden 4 - Strömungskanäle 40 zur Führung des betreffenden Fluides in der jeweiligen Wärmeaustauschpassage 1 a, 1 b gebildet.
Die Berge 14 und Täler 12 des jeweiligen Fins 3 sind mit den jeweils benachbarten Trennblechen 4 stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise durch Lötverbindungen. Die am Wärmeaustausch teilnehmenden Fluide sind somit im direkten Wärmekontakt mit den wellenförmigen Strukturen 3, so dass der Wärmeübergang durch den thermischen Kontakt zwischen den Bergen 14 bzw. Tälern 12 und T rennblechen 4, und damit durch Wärmeleitung, gewährleistet ist. Zur Optimierung der Wärmeübertragung wird die Ausrichtung der wellenförmigen Struktur 3 innerhalb der Wärmeaustauschpassagen 1 a, 1 b in Abhängigkeit vom Anwendungsfall so gewählt, dass eine Gleich-, Kreuz-, Gegen- oder Kreuz-Gegenströmung zwischen benachbarten Passagen 1 a, 1 b ermöglicht wird.
Der Plattenwärmeübertrager 10 weist ferner Einlässe 9 zu den
Wärmeaustauschpassagen 1 a, 1 b auf (wobei in der Figur 1 der Übersichtlichkeit halber lediglich ein Einlass 9 zu einer zweiten Wärmeaustauschpassage 1 b gezeigt ist), die hier exemplarisch an den Enden des Plattenwärmeübertragers 10 vorgesehen sind (Einlässe an einem mittleren Abschnitt sind auch möglich), wobei über die Einlässe 9 die Fluide A, B, C, D, E in die Wärmeaustauschpassagen 1 a, 1 b eingeleitet bzw. aus diesen abgezogen werden können. Im Bereich dieser Einlässe 9 können die einzelnen Wärmeaustauschpassagen 1 a, 1 b Fins in Form der Verteilerfins 2 aufweisen, die das jeweilige Fluid auf die Kanäle eines Fins 3 der betreffenden Wärmeaustauschpassage 1 a, 1 b verteilen. Verteilerfins 2 sind jedoch nicht zwingend notwendig. Ein Fluid A, B,
C, D, E kann also über einen Einlass 9 des Plattenwärmeübertragerblocks 1 1 in die zugeordnete Wärmeaustauschpassage 1 a, 1 b eingeleitet werden und durch eine weitere Öffnung 19, einem Auslass 19, aus der betreffenden
Wärmeaustauschpassage 1 a, 1 b wieder abgezogen werden.
Die Trennbleche 4, Fins 3 und Sidebars 8 sowie ggf. weitere Komponenten (z.B. die gezeigten Verteilerfins 2) werden z.B. durch Hartlöten miteinander verbunden. Hierzu werden die teilweise mit Lot versehenen Komponenten wie Heizflächenelemente (Fins) 3, Trennbleche 4, Verteilerfins 2, Deckbleche 5 und Sidebars 8 aufeinander in einem Block aufeinander gestapelt und anschließend in einem Ofen zu einem
Wärmeübertragerblock 1 1 hartgelötet. Zur Zu- bzw. Abführung der wärmeaustauschenden Fluide A, B, C, D, E werden über den Einlässen 9 bzw. Auslässen 19 vorzugsweise halbzylinderförmige Sammler 7 (oder Header) angeschweißt. Weiterhin ist an jeden Sammler 7 vorzugsweise ein zylindrischer Stutzen 6 angeschweißt. Die Stutzen 6 dienen zum Anschluss einer zu- bzw. abführenden Rohrleitung an den jeweiligen Sammler 7.
Wie oben bereits dargelegt, besteht bei Plattenwärmeübertragern der in der Figur 1 gezeigten Art grundsätzlich das Problem, dass beim Anfahren bzw. Wiederanfahren die Ströme, die in den Plattenwärmeübertrager eingeleitet werden, eine deutliche Temperaturdifferenz zur stillstandbedingten Temperatur des Blocks 1 1 aufweisen. Die hierdurch hervorgerufenen Dehnungen und die damit induzierten Spannungen können dem Plattenwärmeübertrager schaden. Eine stillstandsbedingte Temperatur des Blocks 1 1 ergibt sich, wenn die Temperaturen des heißen und des kalten Endes des Blocks 1 1 aufgrund des Stillstands der Verfahrensströme bzw. Fluide aneinander durch Wärmeübertragung annähern und sich dadurch eine homogene Temperatur der Fluide und Komponenten im Plattenwärmeübertrager ergibt.
Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass eine oder mehrere Trennwände 4, 5 und/oder ein oder mehrere wärmeleitende Elemente 2, 3 und/oder eine oder mehrere Seitenleisten 8 jeweils eine Beschichtung 41 aus einem wärmeisolierenden Material aufweisen, die auf die jeweilige Trennwand 4, 5 bzw. das jeweilige wärmeleitende Element 2, 3 aufgebracht ist.
Beispiele für geeignete wärmeisolierende Materialien sind hierin offenbart. Bei dem Grundmaterial handelt es sich insbesondere um eine Aluminiumlegierung (z.B. vom Typ 3003). Andere geeignete Aluminiumlegierungen/Materialien sind ebenfalls denkbar.
Die wärmeisolierende Beschichtung 41 ist dabei vorzugsweise auf die Trennwände 4 und wärmeleitenden Elemente (Fins) 2, 3 und ggf. die Sidebars 8 derart aufgebracht, dass die Strömungskanäle 40 mit der wärmeisolierenden Beschichtung 41
vorzugsweise in mindestens einem ersten Abschnitt A1 der Wärmeaustauschpassagen 1 a lückenlos beschichtet sind (vgl. Detail der Figur 1 ). Insbesondere kann gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass lediglich ein gewisser Bereich oder ein erster Abschnitt A1 der Trennwände 4, 5 und der wärmeleitenden Elemente 2, 3 und/oder Seitenleisten 8 bzw. der Strömungskanäle 40 bzw. der Wärmeaustauschpassagen 1 a, 1 b eine wärmeisolierende Beschichtung 41 aufweist. Dieser erste Abschnitt A1 kann des Weiteren, z. B. entlang der
Übergangsebene U, die in der Figur 1 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, in einen zweiten Abschnitt A2 der Trennwände 4, 5 bzw. wärmeleitenden Elemente 2, 3 bzw. Seitenleisten 8 übergehen, der z. B. nicht mit einer erfindungsgemäßen
Beschichtung 41 versehen ist. In diesem zweiten Abschnitt A2 können also die
Innenseiten der Strömungskanäle 40 keine wärmeisolierende Beschichtung aufweisen.
Hierbei grenzt der erste Abschnitt A1 vorzugsweise an Einlässe 9 für erste
Wärmeaustauschpassagen 1 a an, über die ein erstes Fluid B bei einem Anfahren, insbesondere Wiederanfahren, vor anderen Fluiden (z.B. vor einem zweiten Fluid A) in den Block 1 1 eingeleitet wird. Des Weiteren kann eine derartige Beschichtung 41 auch an dem Sammler 7 und/oder Stutzen 6 vorgesehen sein, über den das erste Fluid B in die Einlässe 9 eingeleitet wird.
Bezugszeichenliste

Claims

Patentansprüche
1. Plattenwärmeübertrager (10) mit einem Plattenwärmeübertragerblock (1 1 ), der mehrere parallel zueinander angeordnete Trennwände (4, 5) aufweist, die eine Vielzahl von Wärmeaustauschpassagen (1 a, 1 b) für miteinander in indirekte Wärmeübertragung zu bringenden Fluide bilden, wobei die
Wärmeaustauschpassagen (1 a, 1 b) durch Seitenleisten (8) begrenzt sind, und wobei zwischen benachbarten Trennwänden (4, 5) ein wärmeleitendes Element (2, 3) angeordnet ist, und wobei die Wärmeaustauschpassagen (1 a, 1 b) jeweils einen Einlass (9) zum Einlassen eines Fluides sowie einen Auslass (19) zum Auslassen des Fluides aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Trennwände (4, 5) und/oder mehrere wärmeleitende Elemente (2, 3) jeweils eine Beschichtung (41 ) aus einem wärmeisolierenden Material aufweisen.
2. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die die Beschichtung (41 ) aufweisende Trennwand (4, 5) und/oder dass das die Beschichtung (41 ) aufweisende wärmeleitende Element (2, 3) einen am Einlass (9) angeordneten ersten Abschnitt (A1 ) sowie einen mit dem ersten Abschnitt (A1 ) verbundenen zweiten Abschnitt (A2) aufweist, wobei der zweite Abschnitt (A2) weiter vom Einlass (9) entfernt ist als der erste Abschnitt (A1 ), und wobei der erste Abschnitt (A1 ) die Beschichtung (41 ) aufweist, und wobei der zweite Abschnitt (A2) keine wärmeisolierende Beschichtung aufweist.
3. Plattenwärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Plattenwärmeübertragerblock (1 1 ) zumindest erste Wärmeaustauschpassagen (1 a) zur Aufnahme eines ersten Fluids (B) und zweite Wärmeaustauschpassagen (1 b) zur Aufnahme eines zweiten Fluides (A) aufweist, wobei die ersten Wärmeaustauschpassagen (1 a) jeweils eine
Beschichtung (41 ) aus dem wärmeisolierenden Material aufweisen, und wobei die zweiten Wärmeaustauschpassagen (1 b) keine Beschichtung aus dem wärmeisolierenden Material aufweisen.
4. Plattenwärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeisolierende Material eines der folgenden Materialien ist oder eines der folgenden Materialien aufweist: ein Kunststoff, ein Polymer, eine Keramik.
5. Plattenwärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeisolierende Material einen
Wärmeleitkoeffizienten aufweist, der kleiner ist als 5 W/mK, insbesondere kleiner als 1 W/mK.
6. Plattenwärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Beschichtung (41 ) eine Dicke (D1 ) aufweist, die kleiner oder gleich 0,2 mm ist.
7. Plattenwärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einleiten von Fluiden (B) über die Einlässe (9) der ersten Wärmeaustauschpassagen (1 a) sowie über die Einlässe (9) der zweiten Wärmeaustauschpassagen (1 b) je ein Sammler (7) mit einem Stutzen (6) angebracht ist.
8. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler (7) und/oder der Stutzen (6) der ersten Wärmeaustauschpassagen (1 a) eine Beschichtung (41 ) aus dem wärmeisolierenden Material aufweist.
9. Plattenwärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige wärmeleitende Element (2, 3) eine wellenförmige Struktur mit alternierenden Fußabschnitten (12) und
Kopfabschnitten (14) aufweist, wobei der jeweilige Fußabschnitt (12) über einen Steg (13) mit einem benachbarten Kopfabschnitt (14) verbunden ist.
10. Verfahren zur Herstellung eines Plattenwärmeübertragers nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei ein fließfähiges Material, das im ausgehärteten Zustand ein wärmeisolierendes Material bildet, in Wärmeaustauschpassagen (1 a) des Plattenwärmeübertragerblocks (1 1 ) eingeleitet wird, deren Trennwände und/oder wärmeleitenden Elemente (2, 3) und/oder Seitenleisten (8) die
Beschichtung (41 ) erhalten sollen, wobei das Material unter Ausbildung der Beschichtungen (41 ) ausgehärtet wird.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der
Plattenwärmeübertragerblock (1 1 ) zumindest abschnittsweise in das fließfähige Material getaucht wird, um das fließfähige Material in die entsprechenden
Wärmeaustauschpassagen (1 ) einzuleiten.
12. Verfahren zum Betreiben eines Plattenwärmeübertragers nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein erstes Fluid (B) und ein zweites Fluid (A) in je zumindest eine Wärmeaustauschpassage (1 a, 1 b) des
Plattenwärmeübertragers eingeleitet werden, so dass die Fluide (B, A) Wärme austauschen können.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das erste Fluid (B) in die mindestens eine erste Wärmeaustauschpassage (1 a) und das zweite Fluid (A) in die mindestens eine zweite Wärmeaustauschpassage (1 b) einleitet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei beim Anfahren des
Plattenwärmeübertragers das erste Fluid (B) in die mindestens eine erste
Wärmeaustauschpassage (1 a) eingeleitet wird, bevor das zweite Fluid (A) in die mindestens eine zweite Wärmeaustauschpassage (1 b) eingeleitet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das erste Fluid (B) über den Stutzen (7) und Sammler (6), der über dem Einlass (9) der mindestens einen, ersten Wärmeaustauschpassage (1 a) angeordnet ist, in die mindestens eine erste Wärmeaustauschpassage (1 a) eingeleitet wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine erste Fluid (B), das beim Anfahren des Plattenwärmeübertragers vor allen anderen Fluiden in den Plattenwärmeübertrager eingeleitet wird, eine Temperatur aufweist, die sich um eine Differenztemperatur von einer Temperatur des
Plattenwärmeübertragers vor dem Anfahren unterscheidet.
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