WO2015172870A1 - Wärmeübertrager mit kanälen zur dämpfung von flüssigkeitsbewegungen - Google Patents

Wärmeübertrager mit kanälen zur dämpfung von flüssigkeitsbewegungen Download PDF

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medium
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Manfred Steinbauer
Christiane Kerber
Axel Lehmacher
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Linde Aktiengesellschaft
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger for indirect heat transfer between a first medium and a second medium according to the claim * ! ,
  • Such a heat exchanger usually has a jacket (also called “shell”), which defines a jacket space for receiving a liquid phase of the first medium, and at least one heat exchanger block (also referred to as “core” or “block”), the first Heat transfer passages for receiving the first medium and second heat transfer passages for receiving the second
  • the heat exchanger block is arranged in the mantle space, that it is umvorbar with a located in the shell space liquid phase of the first medium.
  • ALPEMA brazed aluminum plate-fin heat exchanger manufacturer's association
  • Heat exchangers are also called “core-in-shell” or “block-in-shell” heat exchangers.
  • Heat exchanger block with the first medium is preferably generated by the thermosiphon effect due to the evaporation itself.
  • the jacket space of the heat exchanger not only fulfills the purpose of an original container, but also serves as a separating apparatus for separating the generated vapor of the first medium from the refrigerant liquid and the liquid phase of the first medium, respectively.
  • a free surface of the liquid phase of the first medium forms in the shell space.
  • the jacket of the heat exchanger which is preferably cylindrical in shape, can be oriented both horizontally and vertically as far as the orientation of the longitudinal or cylindrical axis is concerned.
  • the heat exchanger block is flowed through mainly by the refrigerant liquid mainly upwards.
  • the flow direction of the stream to be cooled is not restricted in particular. If the heat exchanger to be placed on a moving surface, such as a float (eg ship), therefore, the well-known problems that may arise in partially filled with a liquid containers, in particular, the liquid in the container or jacket space back and forth move, so that, for example at several place in the mantle space temporally
  • Heat exchanger blocks in the liquid phase of the first medium which is e.g. may affect the effectiveness of heat transfer. If possible, therefore, the liquid movement of the bath is to be damped so far that a safe and
  • the present invention seeks to provide a heat exchanger of the type mentioned, the
  • Heat exchanger block a plurality of parallel to each other
  • cylindrical channels for guiding the first medium is provided, the
  • Cylindrical means in the general sense, that the base of the cylinder, which is presently the cross-sectional area of the channel may be any flat surface, which may be circular (circular cylinder), rectangular, square, triangular or hexagonal in particular.
  • the respective cylinder is formed by displacement of that flat surface along a straight line or longitudinal axis, which does not lie in the plane of the flat surface and preferably runs normal to that flat surface or cross-sectional surface.
  • the individual channels are furthermore preferred over their circumference by walls, and preferably in the form of circumferential walls, in particular completely closed walls, separated from each other. In such completely closed walls, the medium flowing in the respective channel along the longitudinal axis of the channel can not enter an adjacent channel (transverse to the longitudinal axis).
  • a channel, some channels or all channels have a separate, own circumferential wall.
  • a wall of a channel also forms part of a wall of an adjacent channel. This can also apply to several or all channels.
  • the liquid phase of the first medium in the jacket space of the heat exchanger can advantageously fluctuate
  • a fluctuating movement is understood in particular to mean a movement in which the longitudinal or cylindrical axis of the jacket alters its spatial position or inclination, in particular periodically (for example due to the sea in an arrangement of the heat exchanger on a float on a body of water).
  • Heat exchanger which is assumed in the following -. Aligned along the vertical, the liquid phase during operation of the heat exchanger at the upper end of the heat exchanger block exit and through the channels laterally to the
  • the channels thereby represent a flow resistance in the horizontal direction, which suppresses a movement of the liquid phase of the first medium along the horizontal.
  • the liquid phase in the channels may, if necessary, flow back and forth in the event of fluctuating movements of the heat exchanger, the channels also being able to flow as a result of the limited flow cross section
  • Flow resistors act in the horizontal direction and therefore damp a corresponding movement of the liquid phase of the first medium. If the longitudinal axes of the parallel channels are aligned horizontally, especially one
  • the at least one heat exchanger block can be any possible heat exchanger, which in particular can transfer heat indirectly from the second medium to the first medium.
  • the heat exchanger block is preferably one
  • Plate heat exchanger Such plate heat exchangers generally have a plurality of mutually parallel plates or plates, which form a plurality of heat transfer passages for participating in the heat transfer media.
  • a preferred embodiment of a plate heat exchanger has a plurality of heat conducting structures, e.g. in the form of on average
  • Plate heat exchanger are arranged, wherein the two outermost layers of the plate heat exchanger are formed by cover plates. In this way, a plurality of parallel channels or a heat transfer passage are formed between each two partition plates or between a partition plate and a cover plate due to the respective interposed fin, through which a medium can flow. Therefore, heat transfer can take place between the media flowing in adjacent heat transfer passages, the heat transfer passages assigned to the first medium being the first
  • Heat transfer passages are referred to as second heat transfer passages.
  • To the sides are provided between each two adjacent partition plates or between a cover plate and the adjacent partition plate preferably end strips (so-called side bars) for closing the respective heat transfer passage.
  • the first heat transfer passages are open along the vertical upwards and downwards and in particular not closed by end strips, so that the liquid phase of the first medium from below into the first
  • Heat transfer passages can pass and the top of the plate heat exchanger from the first heat transfer passages can emerge as a liquid and / or gaseous phase.
  • the cover plates, separator plates, fins and side bars are preferably made of aluminum and are, for example, soldered together in an oven. Via appropriate headers with nozzles, media, such as the second medium, can be introduced into or removed from the associated heat transfer passages.
  • the jacket of the heat exchanger can in particular be a circumferential
  • arranged heat exchanger is preferably oriented so that the longitudinal axis or cylinder axis of the wall or of the shell along the
  • the jacket preferably has mutually opposite walls connected to that wall, which extend transversely to the longitudinal axis or cylinder axis.
  • the at least one plate heat exchanger is designed to cool the second medium guided in the second heat transfer passages against the first medium guided in the adjacent first heat transfer passages and / or at least partially to liquefy, so that forms a gaseous phase of the first medium, wherein the jacket space is formed for collecting the gaseous phase.
  • the at least one plate heat exchanger is formed so that the first medium rises during operation of the heat exchanger in the at least one plate heat exchanger, namely in designated first heat transfer passages of the at least one plate heat exchanger, in particular the at least one plate heat exchanger is designed to the second medium in the second heat transfer passages in countercurrent or cross-flow to the first medium to lead.
  • Plate heat exchanger together with the gaseous phase leaking liquid phase of the first medium flows on the sides of the plate heat exchanger back down, possibly in the vertically oriented channels.
  • a coherent unit which is also called a register.
  • These Unit is preferably formed separately from the heat exchanger block and / or jacket.
  • the channels or at least some of the channels along their respective longitudinal axis are formed longitudinally, ie, the extent along the respective longitudinal axis is greater than the largest inner diameter of the respective channel perpendicular to the respective longitudinal axis.
  • the channels are thus flowed through along their respective longitudinal or cylindrical axis of the liquid phase of the first medium, wherein they each have an opening at the two end faces, via which the liquid phase in the respective channel can enter or exit.
  • the two openings of a channel lie opposite each other along the longitudinal or cylindrical axis of the respective channel, that is, they are aligned with one another.
  • all channels - with respect to the longitudinal axes - have the same length.
  • some or all channels for adapting the unit to a curved portion of an inner side of the shell of the heat exchanger - with respect to the longitudinal axes - have different lengths. This allows a gradation of a
  • Inner side region follows (e.g., a hollow cylindrical shell).
  • Heat exchanger block not contacted may also be fixed to the at least one heat exchanger block or to a separate carrier.
  • the respective channel is formed by a hollow profile.
  • the hollow profile which is preferably made of a metal (such as aluminum or steel), thereby forms a wall surrounding the respective channel and limits or thereby forms the ⁇ '
  • the hollow profiles are connected to each other so that that coherent unit is formed.
  • the hollow sections can be welded together or be suitably fixed to each other by other fastening means, so that that unit or the hollow profile register is formed.
  • the channels are formed by a plurality of interconnected plate-shaped elements (e.g.
  • Sheets These elements may be flat (e.g., planar sheets) or may have a structure (e.g., those elements may be formed as cross-section corrugated or folded or serrated elements / sheets).
  • the individual elements may e.g. be fixed by nesting each other and may optionally be additionally fixed to each other.
  • fixing or fixing e.g. Soldering and / or welded joints, rivet joints or other non-positive, positive and / or cohesive connections conceivable.
  • the longitudinal axes of the channels extend again parallel to the vertical, again in relation to a heat exchanger arranged as intended.
  • the longitudinal axes of the channels in a lying jacket perpendicular to the longitudinal or
  • Cylinder axis of the shell run.
  • the longitudinal axes of the vertical channels preferably run parallel to the longitudinal or cylindrical axis of the jacket.
  • the longitudinal axes of the channels - again in relation to a heat exchanger arranged as intended - run parallel to the horizontal.
  • the longitudinal axes of the channels can extend parallel to the longitudinal or cylindrical axis of the jacket in a lying jacket.
  • the longitudinal axes of the horizontal channels are preferably perpendicular to the longitudinal or
  • the unit or possibly the channels along the vertical has or have a length which is at least greater than half the height of the at least one plate heat exchanger or heat exchanger block along the vertical greater than or equal to the height of the at least one
  • Heat exchanger block along the same direction.
  • the unit composed of a plurality of channels or hollow profiles is arranged between the at least one heat exchanger block and the jacket or a section or inner side region of the jacket lying horizontally opposite the block.
  • the unit may also be arranged between two such blocks.
  • a plurality of units each having a plurality of channels can be provided both in a heat exchanger block and in a plurality of heat exchanger blocks, wherein the respective unit is then preferably arranged between one of the heat exchanger blocks and the jacket (see above) or between two adjacent heat exchanger blocks.
  • the respective unit can be designed as described above.
  • the further heat exchanger blocks are in turn preferably designed as a plate heat exchanger, in particular in the form described above.
  • a schematic, partially sectioned view of a heat exchanger according to the invention with a standing jacket and vertical channels a partial plan view of the vertical channels shown in Figure 1.
  • a schematic, partially sectioned view of another heat exchanger according to the invention with a lying jacket and vertical channels a schematic, partially sectioned view of a heat exchanger according to the invention with a standing jacket and horizontal channels, a partial plan view of the horizontal channels shown in Figure 4.
  • FIG. 1 shows, in connection with FIG. 2, a heat exchanger 1 which has a stationary, preferably (circular) cylindrical jacket 2 which delimits a jacket space 3 of the heat exchanger 1.
  • the jacket 2 in this case has a circumferential, cylindrical wall 14, which is delimited by two opposing walls 15 frontally.
  • the longitudinal or cylindrical axis of the shell 2 coincides with the vertical z. ⁇
  • Heat exchanger blocks 4, 5 arranged horizontally next to each other, which are plate heat exchangers 4, 5, the more parallel
  • Heat transfer passages P, P 'have (see Figure 7).
  • the respective plate heat exchanger 4, 5 in this case has a plurality
  • Cross-section are formed meander-shaped, so e.g. wavy, jagged or with a rectangular course.
  • These structures 41 are also referred to as fins 41 and are each between two flat partition plates or sheets 40 of
  • Plate heat exchanger 4, 5 arranged. In this way, between each two partition plates 40 (or a partition plate and a cover plate, see below) a plurality of parallel channels or a heat transfer passage P, P 'is formed, through which the respective medium M1, M2 can flow.
  • the two outermost layers 40 are formed by cover plates of the plate heat exchanger 4, 5; towards the sides are between each two adjacent partition plates or separation and cover plates 40th
  • FIG. 7 shows, by way of example, a first heat transfer passage P for the first medium M1, which is formed by a fin 41 and two adjoining separating plates 40 and an adjacent second heat transfer passage P 'for the second medium M2, which is likewise bordered by a fin 41 and two adjacent ones Partition plates 40 is formed.
  • Such an arrangement of passages is preferably repeated in the respective plate heat exchanger 4, 5, so that a plurality of first and second heat transfer passages P, P 'are arranged alternately side by side.
  • the jacket space 3 is filled with a first medium M1 during operation of the heat exchanger 1.
  • This inlet flow into the heat exchanger 1 is usually two-phase, but may also be liquid.
  • the liquid phase F1 of the first medium M1 then forms a bath surrounding the plate heat exchangers 4, 5, the gaseous phase G1 of the first medium M1 accumulating above the liquid phase F1 in an upper region of the jacket space 3 and being removable therefrom.
  • the resulting gaseous phase G1 of the first medium M1 can escape at an upper end of the plate heat exchangers 4, 5 and is withdrawn from the jacket space 3 above the blocks 4, 5.
  • a part of the liquid phase F1 circulates in the shell space 3, wherein that part in the plate heat exchangers 4, 5 in the first heat transfer passages P is conveyed from bottom to top and then flows outside the plate heat exchanger 4,5 in the shell space 3 back down.
  • the second medium M2 is passed into the plate heat exchanger 4, 5 and after passing through the associated second heat transfer passages P 'cooled or liquefied withdrawn from the plate heat exchanger 4, 5.
  • three units 100 each having a plurality of parallel channels 10 are provided according to FIG. each extending along a longitudinal axis L which is parallel to the longitudinal axis z of the shell 2.
  • These channels 10 are preferably formed according to Figure 2 by a plurality of suitably interconnected hollow profiles 1 1, the e.g.
  • the channels 10 are preferably arranged next to each other along second orthogonal spatial directions.
  • Heat transfer passages P occurs and is pulled back up due to the thermosiphon effect, thereby partly evaporated and the second medium M2 cools.
  • the vertical channels 10 thereby represent a flow resistance in the horizontal direction and therefore suppress corresponding horizontal movements of the liquid phase F1 of the first medium M1, while those vertical circulation is protected by the channels 10.
  • one of the units 100 is between the two
  • Plate heat exchangers 4, 5 arranged laterally to the two blocks 4, 5.
  • the other two units 100 are each arranged between a plate heat exchanger 4, 5 and a horizontally adjacent section or inner side region 2 a of the peripheral wall 14 of the shell 2.
  • FIG. 3 shows a modification of the heat exchanger 1 according to FIG.
  • Difference to Figure 1 has a lying, longitudinally extending jacket 2 which extends along a longitudinal or cylindrical axis, with the horizontal
  • Plate heat exchanger 4, 5 in contrast to Figure 1 along the longitudinal axis of the shell 2 arranged one behind the other, wherein the two blocks 4, 5 each flanked laterally on both sides by a unit 100 which is formed as described above, wherein the units 100, the two Flank each block 4, 5 over the entire combined length of the two blocks 4, 5 along the longitudinal axis of the shell 2.
  • FIG 4 shows a further modification of the heat exchanger 1 according to Figure 1, in which now the channels 10 in contrast to Figure 1 are horizontal, ie perpendicular to the longitudinal axis of the stationary shell 2, which coincides with the vertical z.
  • the openings 10a, 10b of the channels 10 now each have a horizontal
  • the units 100 are shown in FIG. 1 with respect to the plate heat exchangers. 4, 5, the unit 100 between the two blocks 4, 5 having channels 10 with a larger flow cross-sectional area than the units 100 on the outsides of the blocks 4, 5. All units 100 are along the vertical z over the upper and lower Ends of the plate heat exchanger 4, 5, so as to calm as possible the entire level of the liquid phase F1 of the first medium M1 in a fluctuating movement of the heat exchanger 1, wherein the
  • Longitudinal axis z of the shell 2 according to Figure 4 changes their inclination, in particular from the leaf level out.
  • the reassurance is generated by the flow resistance, the liquid phase F1 in the horizontal channels, for example when flowing back and forth between the openings 10a, 10b of the channels 10 experiences.
  • the channels 10 or units 100 according to FIG. 4 can have a plurality of cross sections
  • the vertical channels 10 may be formed in cross section not only rectangular, as shown by way of example in Fig. 4, but also circular. Other shapes are also conceivable.
  • individual horizontal channels 10 may be provided with an additional flow brake (e.g.
  • Cross-sectional constriction 12 be equipped or be completely closed 2.
  • FIG. 6 shows a heat exchanger 1 in the manner of FIG. 4 with horizontal channels 10, wherein now the jacket 2 of the heat transfer according to FIG. 3 is formed and is arranged horizontally.
  • a unit 100 with a plurality of superimposed and arranged side by side horizontal channels 10, but along the longitudinal axis of the jacket 2 have a smaller extent than the blocks 3, 4 along this direction. This allows the least possible disturbance of the vertical circulation of the liquid phase F1 (see above).
  • a further unit 100 is arranged between the two blocks 4, 5. Again, the reassurance of the liquid phase F1 of the first medium as described with reference to Figure 4.
  • the interconnected (or individual) hollow sections 11 and channels 10 in different cross-sectional shapes eg circular, rectangular, honeycomb
  • length at any position of not occupied by the respective plate heat exchanger 4, 5 shell space 3, but mainly in the liquid-filled area (So next to the block 4 or 5, the blocks 4, 5 and / or between the blocks 4, 5) be attached.
  • the number of units or Register 100 is customizable. These units 100 are flowed through only in the vertical direction or in the horizontal direction of the liquid phase F1.
  • the composite itself represents a flow resistance in the horizontal direction. This dampens horizontal flows.
  • the units 100 or channels 10 can be adapted to the respective requirements both in vertical and in the horizontal dimensions and can also be subdivided if necessary.
  • the size of the individual channels 10 in cross section is flexible and can also be to the respective
  • the individual channels 10 of the units 100 may have different lengths.
  • horizontal channels 10 and hollow sections 1 1, individual profiles 1 1 may be closed to the
  • the units or hollow profile register 100 allow a large influence on the flow direction of the circulating
  • Liquid F1 in the container 2 without the need for a high number of items would be required.
  • the volume of liquid outside the plate heat exchangers 4, 5 can be very highly segmented, although the manufacturing and assembly costs for it remains relatively low.
  • the segmentation further allows low wall thicknesses of the units 100 or channels 10 / hollow profiles 1, since the composite 100 represents a robust body 100 and only allows small-scale fluid movements.
  • the natural frequencies of oscillating liquid F1 in the container 2 or jacket space 3 can be influenced and movements dampened. Thus, a stimulation in natural frequency and high vibration amplitudes can be prevented.
  • the heat exchanger 1 according to the invention is used on a float on a body of water, for example as a component of a floating plant for the production of liquid natural gas (LNG).
  • LNG liquid natural gas

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager (1) zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einem ersten Medium (M1) und einem zweiten Medium (M2), mit: einem Mantel (2), der einen Mantelraum (3) zur Aufnahme einer flüssigen Phase (F1) des ersten Mediums (M1) aufweist, und zumindest einem Wärmeübertragerblock (4), der erste Wärmeübertragungspassagen zur Aufnahme des ersten Mediums (M1) sowie zweite Wärmeübertragungspassagen zur Aufnahme des zweiten Mediums (M2) aufweist, so dass zwischen den beiden Medien (M1, M2) indirekt Wärme übertragbar ist, wobei der mindestens eine Wärmeübertragerblock (4, 5) so im Mantelraum (3) angeordnet ist, dass er mit einer im Mantelraum (3) befindlichen flüssigen Phase (F1) des ersten Mediums (M1) umgebbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im Mantelraum (3) lateral zu dem mindestens einen Wärmeübertragerblock (4) eine Mehrzahl an parallel zueinander verlaufenden zylindrischen Kanälen (10) zum Führen der flüssigen Phase des ersten Mediums (M1) vorgesehen ist.

Description

Beschreibung
Wärmeübertrager mit Kanälen zur Dämpfung von Flüssigkeitsbewegungen
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einem ersten Medium und einem zweiten Medium gemäß dem Anspruch*! .
Ein solcher Wärmeübertrager weist in der Regel einen Mantel (auch„shell" genannt) auf, der einen Mantelraum zur Aufnahme einer flüssigen Phase des ersten Mediums definiert, sowie zumindest einen Wärmeübertragerblock (auch als„core" oder„block" bezeichnet), der erste Wärmeübertragungspassagen zur Aufnahme des ersten Mediums sowie zweite Wärmeübertragungspassagen zur Aufnahme des zweiten
Mediums aufweist, so dass zwischen den beiden Medien indirekt Wärme übertragbar ist, wobei der Wärmeübertragerblock so im Mantelraum angeordnet ist, dass er mit einer im Mantelraum befindlichen flüssigen Phase des ersten Mediums umgebbar ist. Ein derartiger Wärmeübertrager ist beispielsweise in„The Standards of the brazed aluminium plate-fin heat exchanger manufacturer's association (ALPEMA)", dritte Ausgabe, 2010, Seite 67 in Figur 9-1 gezeigt. Eine solche Ausführung eines
Wärmeübertragers nennt man auch„core-in-shell"- oder„block-in-shell"- Wärmeübertrager.
Die treibende Kraft für die Durchströmung des mindestens einen
Wärmeübertragerblocks mit dem ersten Medium (z.B. Kältemittel) wird bevorzugt durch den Thermosiphon-Effekt aufgrund der Verdampfung selbst erzeugt. Der Mantelraum des Wärmeübertragers erfüllt jedoch nicht nur den Zweck eines Vorlagebehälters, sondern er dient auch als Trennapparat zur Trennung des erzeugten Dampfes des ersten Mediums von der Kältemittelflüssigkeit bzw. der flüssigen Phase des ersten Mediums. Systembedingt bildet sich also eine freie Oberfläche der flüssigen Phase des ersten Mediums im Mantelraum aus. Der Mantel des Wärmeübertragers, der vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet ist, kann dabei, was die Orientierung der Längs- bzw. Zylinderachse anbelangt, sowohl horizontal als auch vertikal ausgerichtet sein. Der Wärmeübertragerblock wird von der Kältemittelflüssigkeit grundsätzlich hauptsächlich aufwärts durchströmt. Die Durchströmungsrichtung des abzukühlenden Stroms (zweites Medium) ist insbesondere nicht eingeschränkt. Soll der Wärmeübertrager auf einem beweglichen Untergrund, z.B. einem Schwimmkörper (z.B. Schiff) aufgestellt werden, können sich daher die allgemein bekannten Probleme ergeben, die bei teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllten Behältern auftreten, insbesondere kann sich die Flüssigkeit im Behälter bzw. Mantelraum hin- und her bewegen, so dass sich z.B. an mehreren Ort im Mantelraum zeitlich
variierende Pegel ergeben. Hierdurch variiert z.B. die Eintauchtiefe der
Wärmeübertragerblöcke in die flüssige Phase des ersten Mediums, was z.B. die Effektivität der Wärmeübertragung beinträchtigen kann. Nach Möglichkeit ist daher die Flüssigkeitsbewegung des Bades soweit zu dämpfen, dass ein sicherer und
verlässlicher Betrieb gewährleistet werden kann.
Hiervon ausgehend liegt daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art bereitzustellen, der die
vorgenannte Problematik mindert.
Dieses Problem wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass im Mantelraum lateral zu dem mindestens einen
Wärmeübertragerblock eine Mehrzahl an parallel zueinander verlaufenden
zylindrischen Kanälen zum Führen des ersten Mediums vorgesehen ist, die
insbesondere lediglich mit dem Bad bzw. der flüssigen Phase in Strömungsverbindung stehen bzw. von dieser durchströmbar sind.
Zylindrisch bedeutet hierbei im allgemeinen Sinne, däss die Grundfläche des Zylinders, die vorliegend die Querschnittsfläche des Kanals ist, eine beliebige ebene Fläche sein kann, die insbesondere kreisförmig (Kreiszylinder), rechteckförmig, quadratisch, dreieckig oder sechseckig ausgebildet sein kann. Der jeweilige Zylinder entsteht dabei durch Verschiebung jener ebenen Fläche entlang einer Geraden bzw. Längsachse, die nicht in der Ebene der ebenen Fläche liegt und vorzugsweise normal zu jener ebenen Fläche bzw. Querschnittsfläche verläuft.
Die einzelnen Kanäle sind weiterhin bevorzugt über ihren Umfang durch Wandungen, und zwar vorzugsweise in Form von umlaufenden Wandungen, insbesondere vollständig geschlossenen Wandungen, voneinander getrennt. Bei derartigen vollständig geschlossenen Wandungen kann das Medium, dass in dem jeweiligen Kanal entlang der Längsachse des Kanals strömt, nicht (quer zur Längsachse) in einen benachbarten Kanal eintreten.
Es ist möglich, dass ein Kanal, einige Kanäle oder alle Kanäle eine separate, eigene umlaufende Wandung aufweisen. Es besteht auch die Möglichkeit, dass eine Wandung eines Kanals auch einen Teil einer Wandung eines benachbarten Kanals bildet. Dies kann auch für mehrere bzw. alle Kanäle gelten.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung kann mit Vorteil die flüssige Phase des ersten Mediums im Mantelraum des Wärmeübertragers bei schwankenden
Bewegungen des Wärmeübertragers beruhigt werden. Unter einer schwankenden Bewegung wird dabei insbesondere eine Bewegung verstanden, bei der die Längs- oder Zylinderachse des Mantels ihre Raumlage bzw. Neigung verändert, insbesondere periodisch (z.B. aufgrund des Seegangs bei einer Anordnung des Wärmeübertragers auf einem Schwimmkörper auf einem Gewässer).
Sind die Kanäle - bezogen auf einen bestimmungsgemäß angeordneten
Wärmeübertrager, der im Folgenden vorausgesetzt wird - z.B. entlang der Vertikalen ausgerichtet, kann die flüssige Phase beim Betrieb des Wärmeübertragers am oberen Ende des Wärmeübertragerblocks austreten und durch die Kanäle lateral zum
Wärmeübertragerblock wieder nach unten strömen. Die Kanäle stellen dabei einen Strömungswiderstand in horizontaler Richtung dar, der eine Bewegung der flüssigen Phase des ersten Mediums entlang der Horizontalen unterdrückt.
Bei horizontal orientierten Kanälen kann die flüssige Phase in den Kanälen bei schwankenden Bewegungen des Wärmeübertragers ggf. hin- und her strömen, wobei die Kanäle aufgrund des limitierten Strömungsquerschnitts ebenfalls als
Strömungswiderstände in horizontaler Richtung wirken und daher eine entsprechende Bewegung der flüssigen Phase des ersten Mediums dämpfen. Sind die Längsachsen der parallelen Kanäle horizontal ausgerichtet, wird vor allem eine
Flüssigkeitsbewegung gedämpft, die durch eine schwankende Bewegung resultiert, bei der sich die Neigung der Längsachsen ändert. Bei dem mindestens einen Wärmeübertragerblock kann es sich im Prinzip um alle möglichen Wärmeübertrager handeln, die insbesondere indirekt Wärme vom zweiten Medium auf das erste Medium übertragen können. Bevorzugt handelt es sich bei dem Wärmeübertragerblock jedoch um einen
Plattenwärmeübertrager. Derartige Plattenwärmeübertrager weisen in der Regel eine Mehrzahl an parallel zueinander angeordneten Platten bzw. Blechen auf, die eine Vielzahl von Wärmeübertragungspassagen für an der Wärmeübertragung beteiligte Medien bilden. Eine bevorzugte Ausführungsform eines Plattenwärmeübertragers weist eine Mehrzahl an Wärmeleitstrukturen, z.B. in Form von im Schnitt
mäanderförmigen, insbesondere gewellten bzw. gefalteten Blechen auf (sogenannte Fins), die jeweils zwischen zwei parallelen Trennplatten bzw. -blechen des
Plattenwärmeübertragers angeordnet sind, wobei die beiden äußersten Lagen des Plattenwärmeübertragers durch Deckplatten gebildet sind. Auf diese Weise werden zwischen je zwei Trennplatten bzw. zwischen einer Trennplatte und einer Deckplatte aufgrund des jeweils dazwischen angeordneten Fins eine Vielzahl an parallelen Kanälen bzw. eine Wärmeübertragungspassage gebildet, durch die ein Medium strömen kann. Zwischen den in benachbarten Wärmeübertragungspassagen strömenden Medien kann daher eine Wärmeübertragung stattfinden, wobei die dem ersten Medium zugeordneten Wärmeübertragungspassagen als erste
Wärmeübertragungspassagen und die dem zweiten Medium zugeordneten
Wärmeübertragungspassagen entsprechend als zweite Wärmeübertragungspassagen bezeichnet werden. Zu den Seiten hin sind zwischen je zwei benachbarten Trennplatten bzw. zwischen einer Deckplatte und der benachbarten Trennplatte vorzugsweise Abschlussleisten (so genannte Side Bars) zum Verschließen der jeweiligen Wärmeübertragungspassage vorgesehen. Die ersten Wärmeübertragungspassagen sind entlang der Vertikalen nach oben und unten hin offen und insbesondere nicht durch Abschlussleisten verschlossen, so dass die flüssige Phase des ersten Mediums von unten in die ersten
Wärmeübertragungspassagen gelangen kann und oben am Plattenwärmeübertrager aus den ersten Wärmeübertragungspassagen als flüssige und/oder gasförmige Phase austreten kann. Die Deckplatten, Trennplatten, Fins und Side Bars sind vorzugsweise aus Aluminium gefertigt und werden z.B. in einem Ofen miteinander verlötet. Über entsprechende Header mit Stutzen können Medien, wie z.B. das zweite Medium, in die zugeordneten Wärmeübertragungspassagen eingeleitet bzw. aus diesen abgezogen werden.
Der Mantel des Wärmeübertragers kann insbesondere eine umlaufende,
(kreis)zylindrische Wandung aufweisen, die bei einem bestimmungsgemäß
angeordneten Wärmeübertrager vorzugsweise so ausgerichtet ist, dass sich die Längsachse oder Zylinderachse der Wandung bzw. des Mantels entlang der
Horizontalen oder entlang der Vertikalen erstreckt. Stirnseitig weist der Mantel bevorzugt einander gegenüberliegende, mit jener Wandung verbundene Wände auf, die sich quer zur Längsachse bzw. Zylinderachse erstrecken.
Im Hinblick auf die Betriebsweise des Wärmeübertragers ist, wie eingangs bereits dargelegt, bevorzugt vorgesehen, dass der mindestens eine Plattenwärmeübertrager dazu ausgebildet ist, das in den zweiten Wärmeübertragungspassagen geführte zweite Medium gegen das in den benachbarten ersten Wärmeübertragungspassagen geführte erste Mediums abzukühlen und/oder zumindest teilweise zu verflüssigen, so dass sich eine gasförmige Phase des ersten Mediums bildet, wobei der Mantelraum zum Sammeln der gasförmigen Phase ausgebildet ist.
Bevorzugt ist weiterhin vorgesehen, dass der mindestens eine Plattenwärmeübertrager so ausgebildet ist, dass das erste Medium beim Betrieb des Wärmeübertragers in dem mindestens einen Plattenwärmeübertrager aufsteigt, nämlich in dafür vorgesehenen ersten Wärmeübertragungspassagen des mindestens einen Plattenwärmeübertragers, wobei insbesondere der mindestens eine Plattenwärmeübertrager dazu ausgebildet ist, das zweite Medium in den zweiten Wärmeübertragungspassagen im Gegenstrom oder im Kreuzstrom zum ersten Medium zu führen. Die am oberen Ende des
Plattenwärmeübertragers zusammen mit der gasförmigen Phase austretende flüssige Phase des ersten Mediums strömt an den Seiten des Plattenwärmeübertragers wieder nach unten, ggf. in den vertikal orientierten Kanälen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kanäle bzw. deren Wandungen so aneinander festgelegt sind, dass sie eine
zusammenhängende Einheit bilden, die auch als Register bezeichnet wird. Diese Einheit ist vorzugsweise separat zum Wärmeübertragerblock und/oder Mantel ausgebildet.
Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Kanäle oder zumindest einige der Kanäle entlang ihrer jeweiligen Längsachse (bzw. Zylinderachse) längs erstreckt ausgebildet sind, d.h., die Ausdehnung entlang der jeweiligen Längsachse ist größer als der größte Innendurchmesser des jeweiligen Kanals senkrecht zur jeweiligen Längsachse. Die Kanäle sind somit entlang ihrer jeweiligen Längs- bzw. Zylinderachse von der flüssigen Phase des ersten Mediums durchströmbar, wobei sie jeweils an den beiden Stirnseiten je eine Öffnung aufweisen, über die die flüssige Phase in den jeweiligen Kanal ein- oder austreten kann. Die beiden Öffnungen eines Kanals liegen dabei einander entlang der Längs- bzw. Zylinderachse des jeweiligen Kanals gegenüber, fluchten also miteinander.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass alle Kanäle - bezogen auf die Längsachsen - die gleiche Länge aufweisen. Alternativ hierzu ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass einige oder alle Kanäle zur Anpassung der Einheit an einen gekrümmten Bereich einer Innenseite des Mantels des Wärmeübertragers - bezogen auf die Längsachsen - unterschiedliche Längen aufweisen. Hierdurch lässt sich eine Abstufung einer
Außenseite der zusammengesetzten Einheit erzielen, die dem Verlauf des
Innenseitenbereichs folgt (z.B. bei einem hohlzylindrischen Mantel).
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die im Mantelraum angeordnete Einheit am Mantel festzulegen, so dass diese insbesondere den mindestens einen
Wärmeübertragerblock nicht kontaktiert. Alternativ hierzu kann die Einheit auch an dem mindestens einen Wärmeübertragerblock festgelegt werden oder an einem separaten Träger.
Besonders bevorzugt ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der jeweilige Kanal durch ein Hohlprofil gebildet ist. Das Hohlprofil, das vorzugsweise aus einem Metall (wie z.B. Aluminium oder Stahl) gefertigt ist, bildet dabei eine den jeweiligen Kanal umgebende Wandung aus und begrenzt bzw. bildet dadurch den Ί'
jeweiligen Kanal aus. Bevorzugt sind die Hohlprofile so miteinander verbunden, dass jene zusammenhängende Einheit gebildet wird. Die Hohlprofile können dabei miteinander verschweißt werden oder durch sonstige Befestigungsmittel geeignet aneinander festgelegt werden, so dass jene Einheit bzw. das Hohlprofilregister entsteht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Kanäle durch eine Mehrzahl an miteinander verbundenen plattenförmigen Elementen gebildet (z.B.
Bleche). Diese Elemente können eben ausgebildet sein (z.B. ebene Bleche) oder aber auch eine Struktur aufweisen (z.B. können jene Elemente als im Querschnitt gewellte oder gefaltete bzw. gestufte oder gezackte Elemente/Bleche ausgebildet sein). Die einzelnen Elemente können z.B. durch Ineinanderstecken aneinander festgelegt sein und können ggf. zusätzlich aneinander fixiert sein. Für das Festlegen bzw. Fixieren sind z.B. Löt- und/oder Schweißverbindungen, Nietverbindungen oder sonstige kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbindungen denkbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Längsachsen der Kanäle - wiederum bezogen auf einen bestimmungsgemäß angeordneten Wärmeübertrager - parallel zur Vertikalen verlaufen. Dabei können die Längsachsen der Kanäle bei einem liegenden Mantel senkrecht zur Längs- bzw.
Zylinderachse des Mantels verlaufen. Bei einem stehenden Mantel verlaufen die Längsachsen der vertikalen Kanäle bevorzugt parallel zur Längs- bzw. Zylinderachse des Mantels. Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Längsachsen der Kanäle - wiederum bezogen auf einen bestimmungsgemäß angeordneten Wärmeübertrager - parallel zur Horizontalen verlaufen. Dabei können die Längsachsen der Kanäle bei einem liegenden Mantel parallel zur Längs- bzw. Zylinderachse des Mantels verlaufen. Bei einem stehenden Mantel verlaufen die Längsachsen der horizontalen Kanäle bevorzugt senkrecht zur Längs- bzw.
Zylinderachse des Mantels.
Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass bei horizontal verlaufenden Kanälen zumindest einige der Kanäle eine
Strömungsbremse aufweisen oder verschlossen sind, um die Einwirkung auf die flüssige Phase gezielt zu gestalten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die Einheit bzw. ggf. die Kanäle entlang der Vertikalen eine Länge aufweist bzw. aufweisen, die zumindest größer als die Hälfte der Höhe des mindestens einen Plattenwärmeübertragers bzw. Wärmeübertragerblocks entlang der Vertikalen ist, bevorzugt größer oder gleich der Höhe des mindestens einen
Plattenwärmeübertragers bzw. Wärmeübertragerblocks entlang der Vertikalen.
Weiterhin kann bei horizontalen Kanälen vorgesehen sein, dass diese entlang ihrer Längsachse kürzer sind als die Länge des ggf. lateral angeordneten
Wärmeübertragerblocks entlang der gleichen Richtung.
Bevorzugt wird die aus mehreren Kanälen bzw. Hohlprofilen zusammengesetzte Einheit zwischen dem mindestens einen Wärmeübertragerblock und dem Mantel bzw. einem dem Block horizontal gegenüberliegenden Abschnitt bzw. Innenseitenbereich des Mantels angeordnet.
Sind mehrere separate Wärmeübertragerblöcke im Mantelraum angeordnet, so kann die Einheit auch zwischen zwei derartigen Blöcken angeordnet sein.
Schließlich können sowohl bei einem Wärmeübertragerblock als auch bei mehreren Wärmeübertragerblöcken mehrere Einheiten mit je einer Mehrzahl an Kanälen vorgesehen sein, wobei die jeweilige Einheit dann bevorzugt zwischen einem der Wärmeübertragerblöcke und dem Mantel (siehe oben) oder zwischen zwei benachbarten Wärmeübertragerblöcken angeordnet ist.
Die jeweilige Einheit kann dabei wie oben beschrieben ausgebildet sein. Die weiteren Wärmeübertragerblöcke sind wiederum bevorzugt als Plattenwärmeübertrager, insbesondere in der oben beschriebenen Form, ausgebildet.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgenden Figurenbeschreibungen von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren erläutert werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind außerdem in den
Unteransprüchen angegeben. eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit stehendem Mantel und vertikalen Kanälen, eine ausschnitthafte Draufsicht auf die in der Fig. 1 gezeigten vertikalen Kanäle; eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit liegendem Mantel und vertikalen Kanälen; eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit stehendem Mantel und horizontalen Kanälen, eine ausschnitthafte Draufsicht auf die in der Fig. 4 gezeigten horizontalen Kanäle; eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit liegendem Mantel und horizontalen Kanälen; und eine schematische Schnittansicht zweier Wärmeübertragungspassagen eines Plattenwärmeübertragers wie er bei den Figuren 1 , 3, 4 und 6 zum Einsatz kommen kann.
Figur 1 zeigt im Zusammenhang mit Figur 2 einen Wärmeübertrager 1 , der einen stehenden, vorzugsweise (kreis)zylindrischen Mantel 2 aufweist, der einen Mantelraum 3 des Wärmeübertragers 1 begrenzt. Der Mantel 2 weist dabei eine umlaufende, zylindrische Wandung 14 auf, die stirnseitig durch zwei einander gegenüberliegende Wände 15 begrenzt wird. Die Längs- bzw. Zylinderachse des Mantels 2 fällt mit der Vertikalen z zusammen. ΙΟι
In dem vom Mantel 2 umschlossenen Mantelraum 3 sind vorliegend zwei
Wärmeübertragerblöcke 4, 5 horizontal nebeneinander angeordnet, bei denen es sich um Plattenwärmeübertrager 4, 5 handelt, die mehrere parallele
Wärmeübertragungspassagen P, P' aufweisen (vgl. Figur 7).
Der jeweilige Plattenwärmeübertrager 4, 5 weist dabei eine Mehrzahl an
Wärmeleitstrukturen 41 auf, bei denen es sich um Bleche handeln kann, die im
Querschnitt mäanderförmig ausgebildet sind, also z.B. gewellt, gezackt oder mit rechteckförmigem Verlauf. Diese Strukturen 41 werden auch als Fins 41 bezeichnet und sind jeweils zwischen zwei ebenen Trennplatten bzw. -blechen 40 des
Plattenwärmeübertragers 4, 5 angeordnet. Auf diese Weise werden zwischen je zwei Trennplatten 40 (bzw. eine Trennplatte und einer Deckplatte, siehe unten) eine Vielzahl an parallelen Kanälen bzw. eine Wärmeübertragungspassage P, P' gebildet, durch die das jeweilige Medium M1 , M2 strömen kann. Die beiden äußersten Lagen 40 werden durch Deckplatten des Plattenwärmeübertragers 4, 5 gebildet; zu den Seiten hin sind zwischen je zwei benachbarten Trennplatten bzw. Trenn- und Deckplatten 40
Abschlussleisten 42 vorgesehen. Die Figur 7 zeigt ausschnitthaft exemplarisch eine erste Wärmeübertragungspassage P für das erste Medium M1 , die durch einen Fin 41 sowie zwei angrenzende Trennplatten 40 gebildet wird sowie eine benachbarte zweite Wärmeübertragungspassage P' für das zweite Medium M2, die ebenfalls durch einen Fin 41 sowie zwei angrenzende Trennplatten 40 gebildet wird. Eine solche Anordnung von Passagen wiederholt sich vorzugsweise in dem jeweiligen Plattenwärmeübertrager 4, 5, so dass mehrere ersten und zweite Wärmeübertragungspassagen P, P' alternierend nebeneinander angeordnet sind.
Der Mantelraum 3 wird während eines Betriebes des Wärmeübertragers 1 mit einem ersten Medium M1 befüllt. Dieser Eintrittsstrom in den Wärmeübertrager 1 ist üblicherweise zweiphasig, kann aber auch nur flüssig sein. Die flüssige Phase F1 des ersten Mediums M1 bildet dann ein die Plattenwärmeübertrager 4, 5 umgebendes Bad aus, wobei sich die gasförmige Phase G1 des ersten Mediums M1 oberhalb der flüssigen Phase F1 in einem oberen Bereich des Mantelraumes 3 ansammelt und von dort abziehbar ist.
Die flüssige Phase F1 des ersten Mediums M1 steigt in den ersten
Wärmeübertragungspassagen P der Plattenwärmeübertrager 4, 5 auf und wird dabei durch das zu kühlende zweite Medium M2, das z.B. im Kreuzstrom zum ersten Medium M1 in den zweiten Wärmeübertragungspassagen P' der Plattenwärmeübertrager 4, 5 geführt wird, durch indirekte Wärmeübertragung teilweise verdampft. Die hierbei entstehende gasförmige Phase G1 des ersten Mediums M1 kann an einem oberen Ende der Plattenwärmeübertrager 4, 5 austreten und wird oberhalb der Blöcke 4, 5 aus dem Mantelraum 3 abgezogen. Weiterhin zirkuliert ein Teil der flüssigen Phase F1 im Mantelraum 3, wobei jener Teil in den Plattenwärmeübertragern 4, 5 in den ersten Wärmeübertragungspassagen P von unten nach oben gefördert wird und dann außerhalb der Plattenwärmeübertrager 4,5 im Mantelraum 3 wieder nach unten strömt.
Das zweite Medium M2 wird in die Plattenwärmeübertrager 4, 5 geleitet und nach einem Durchlaufen der zugeordneten zweiten Wärmeübertragungspassagen P' gekühlt bzw. verflüssigt aus den Plattenwärmeübertrager 4, 5 abgezogen. Um nun bei einer schwankenden Bewegung des Mantels 2, bei der die Längs- bzw. Zylinderachse um die Vertikale z schwankt, die flüssige Phase F1 im Mantelraum 3 zu beruhigen, sind gemäß Figur 1 drei Einheiten 100 mit jeweils mehreren, parallelen Kanälen 10 vorgesehen, die sich jeweils entlang einer Längsachse L erstrecken, die parallel zur Längsachse z des Mantels 2 verläuft. Diese Kanäle 10 werden bevorzugt gemäß Figur 2 durch eine Mehrzahl an geeignet miteinander verbundenen Hohlprofilen 1 1 gebildet, die z.B. kreiszylindrische Kanäle 10 begrenzen und dabei stirnseitig auf beiden Seiten je eine Öffnung 10a, 10b aufweisen, wobei die eine Öffnung 10a nach oben gewandt ist und sich - entlang der Vertikalen z - in etwa auf Höhe eines oberen Endes des jeweiligen Plattenwärmeübertragers 4, 5 befindet und die andere, gegenüberliegende Öffnung 10b jeweils nach unten gewandt ist und - entlang der Vertikalen z - unterhalb der Blöcke 4, 5 endet. Die Kanäle 10 sind bevorzugt entlang zweiter orthogonaler Raumrichtungen nebeneinander angeordnet.
Durch die vertikalen Kanäle 10 kann nun die aus dem jeweiligen
Plattenwärmeübertrager 4, 5 am oberen Ende aus den ersten Passagen P austretende flüssige Phase F1 wieder nach unten zirkulieren, wo die flüssige Phase F1 dann am unteren Ende der Plattenwärmeübertrager 4, 5 in die ersten
Wärmeübertragungspassagen P eintritt und aufgrund des Thermosiphon-Effektes wieder nach oben gezogen wird, dabei teilweise verdampft und das zweite Medium M2 abkühlt. Die vertikalen Kanäle 10 stellen dabei einen Strömungswiderstand in horizontaler Richtung dar und unterdrücken daher entsprechende horizontale Bewegungen der flüssigen Phase F1 des erstem Mediums M1 , während jene vertikale Zirkulation durch die Kanäle 10 geschützt wird.
Gemäß Figur 1 ist eine der Einheiten 100 zwischen den beiden
Plattenwärmeübertragern 4, 5 lateral zu den beiden Blöcken 4, 5 angeordnet. Die beiden anderen Einheiten 100 sind jeweils zwischen einem Plattenwärmeübertrager 4, 5 und einem horizontal benachbarten Abschnitt bzw. Innenseitenbereich 2a der umlaufenden Wandung 14 des Mantels 2 angeordnet.
Figur 3 zeigt eine Abwandlung des Wärmeübertragers 1 gemäß Figur 1 , der im
Unterschied zur Figur 1 einen liegenden, längs erstreckten Mantel 2 aufweist, der sich entlang einer Längs- bzw. Zylinderachse erstreckt, die mit der Horizontalen
zusammenfällt, also senkrecht zur Vertikalen z verläuft. Hierbei sind zwei
Plattenwärmeübertrager 4, 5 im Unterschied zur Figur 1 entlang der Längsachse des Mantels 2 hintereinander angeordnet, wobei die beiden Blöcke 4, 5 jeweils lateral auf beiden Seiten von einer Einheit 100 flankiert werden, die wie oben beschrieben ausgebildet ist, wobei die Einheiten 100 die beiden Blöcke 4, 5 jeweils über die gesamte, kombinierte Länge der beiden Blöcke 4, 5 entlang der Längsachse des Mantels 2 flankieren.
Figur 4 zeigt eine weitere Abwandlung des Wärmeübertragers 1 gemäß Figur 1 , bei dem nun die Kanäle 10 im Unterschied zur Figur 1 horizontal verlaufen, also senkrecht zur Längsachse des stehenden Mantels 2, die mit der Vertikalen z zusammenfällt. Die Öffnungen 10a, 10b der Kanäle 10 weisen nunmehr jeweils in eine horizontale
Richtung. Die Einheiten 100 sind gemäß Figur 1 bezüglich der Plattenwärmeübertrager . 4, 5 angeordnet, wobei die Einheit 100 zwischen den beiden Blöcken 4, 5 Kanäle 10 mit einer größere Strömungsquerschnittsfläche aufweist, als die Einheiten 100 auf den Außenseiten der Blöcke 4, 5. Alle Einheiten 100 stehen entlang der Vertikalen z über die oberen und unteren Enden der Plattenwärmeübertrager 4, 5 hinaus, um möglichst den gesamten Füllstand der flüssigen Phase F1 des ersten Mediums M1 bei einer schwankenden Bewegung des Wärmeübertragers 1 zu beruhigen, bei der die
Längsachse z des Mantels 2 gemäß Figur 4 ihre Neigung verändert, insbesondere aus der Blattebene heraus. Die Beruhigung wird dabei durch den Strömungswiderstand erzeugt, den die flüssige Phase F1 in den horizontalen Kanälen z.B. beim hin- und her strömen zwischen den Öffnungen 10a, 10b der Kanäle 10 erfährt. Die Kanäle 10 bzw. Einheiten 100 gemäß Figur 4 können mit einer Mehrzahl an im Querschnitt
rechteckförmigen bzw. quadratischen Hohlprofilen ausgebildet werden oder durch ineinander gesteckte bzw. aneinander befestige ebene, plattenförmige Elemente, insbesondere Bleche (siehe oben). Gemäß Figur 5 können die vertikalen Kanäle 10 im Querschnitt nicht nur rechteckförmig ausgebildet sein, wie exemplarisch in Fig. 4 gezeigt, sondern auch kreisförmig. Andere Formen sind ebenfalls denkbar. Zur Vergrößerung des Strömungswiderstandes in horizontaler Richtung können einzelne horizontale Kanäle 10 mit einer zusätzlichen Strömungsbremse (z.B. einer
Querschnittverengung) 12 ausgestattet sein oder vollständig verschlossen sein 2.
Figur 6 zeigt schließlich einen Wärmeübertrager 1 nach Art der Figur 4 mit horizontalen Kanälen 10, wobei nunmehr der Mantel 2 des Wärmeübertrages gemäß Figur 3 ausgebildet ist und liegend angeordnet ist. Dabei sind auf beiden Seiten der hintereinander angeordneten Plattenwärmeübertrager 4, 5, die gemäß Figur 3 platziert sind, jeweils zwischen dem jeweiligen Block 4, 5 und einem horizontal benachbarten Innenseitenbereich bzw. Abschnitt der umlaufenden Wandung 14 des Mantels 2 eine Einheit 100 mit mehreren übereinander sowie nebeneinander angeordneten horizontalen Kanälen 10 vorgesehen, die jedoch entlang der Längsachse des Mantel 2 eine geringere Ausdehnung aufweisen als die Blöcke 3, 4 entlang dieser Richtung. Hierdurch wird eine möglichst geringfügige Störung der vertikalen Zirkulation der flüssigen Phase F1 (siehe oben) ermöglicht. Weiterhin ist entlang der Längsachse des Mantels 2 gemäß Figur 6 eine weitere Einheit 100 zwischen den beiden Blöcken 4, 5 angeordnet. Auch hier funktioniert die Beruhigung der flüssigen Phase F1 des ersten Mediums wie anhand der Figur 4 beschrieben.
Grundsätzlich können die miteinander verbundenen (oder auch einzelne) Hohlprofile 11 bzw. Kanäle 10 in unterschiedlichen Querschnittsformen (z.B. kreisförmig, rechteckig, wabenförmig) und Länge an jeder Position des nicht durch den jeweiligen Plattenwärmeübertrager 4, 5 belegten Mantelraumes 3, jedoch hauptsächlich im flüssigkeitsgefüllten Bereich (also neben dem Block 4 bzw. 5, den Blöcken 4, 5 und / oder zwischen den Blöcken 4, 5) angebracht sein. Die Anzahl der Einheiten bzw. Register 100 ist anpassbar. Diese Einheiten 100 werden nur in vertikaler Richtung oder in horizontaler Richtung von der flüssigen Phase F1 durchströmt. Der Verbund selbst stellt einen Strömungswiderstand in horizontaler Richtung dar. Dadurch werden horizontale Strömungen gedämpft. Die Einheiten 100 bzw. Kanäle 10 können sowohl in vertikaler als auch in den horizontalen Dimensionen den jeweiligen Anforderungen angepasst werden und können ggf. auch unterteilt sein. Die Größe der einzelnen Kanäle 10 im Querschnitt ist flexibel und kann ebenfalls an die jeweiligen
Anforderungen angepasst werden. Die einzelnen Kanäle 10 der Einheiten 100 können unterschiedliche Längen aufweisen. Insbesondere bei horizontalen Kanälen 10 bzw. Hohlprofilen 1 1 können einzelne Profile 1 1 verschlossen sein, um den
Strömungswiderstand anzupassen. Dadurch werden horizontale Strömungen gedämpft.
Zusammenfassend erlauben die Erfindungsgemäßen Einheiten bzw. Hohlprofilregister 100 eine große Einflussnahme auf die Strömungsrichtung der zirkulierenden
Flüssigkeit F1 im Behälter 2, ohne dass dazu eine hohe Anzahl von Einzelteilen erforderlich wäre. Das Flüssigkeitsvolumen außerhalb der Plattenwärmeübertrager 4, 5 kann sehr stark segmentiert werden, obwohl der Fertigungs- und Montageaufwand dafür verhältnismäßig gering bleibt. Die Segmentierung erlaubt weiterhin geringe Wandstärken der Einheiten 100 bzw. Kanäle 10 / Hohlprofile 1 , da der Verbund 100 einen robusten Körper 100 darstellt und nur kleinräumige Flüssigkeitsbewegungen zulässt. Durch Anpassen der Abmessungen der einzelnen Elemente 10 sowie des Verbundes 100 insgesamt können die Eigenfrequenzen von schwingender Flüssigkeit F1 im Behälter 2 bzw. Mantelraum 3 beeinflusst und Bewegungen gedämpft werden. Damit kann ein Anregen in Eigenfrequenz und hohe Schwingungsamplituden verhindert werden.
Besonders bevorzugt wird der erfindungsgemäße Wärmeübertrager 1 auf einem Schwimmkörper auf einem Gewässer eingesetzt, z.B. als Komponente einer schwimmenden Anlage zur Herstellung von flüssigem Erdgas (LNG). Bezugszeichenliste
1 Wärmeübertrager
2 Mantel
2a Innenseite
3 Mantel räum
4, 5 P I atte nwärmeübertrager
10 Kanal
10a, 10b Öffnung
11 Hohlprofil
14 Wandung
15 Wand
40 Trennplatten
41 Wärmeleitstrukturen bzw. Fins
42 Side Bars
100 Einheit
M1 Erstes Medium
M2 Zweites Medium
G1 Gasförmige Phase erstes Medium
F1 Flüssige Phase erstes Medium
P Erste Wärmeübertragungspassage
P' Zweite Wärmeübertragungspassage
Z Vertikale

Claims

Patentansprüche
1. Wärmeübertrager zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einem ersten
Medium (M1 ) und einem zweiten Medium (M2), mit:
- einem Mantel (2), der einen Mantelraum (3) zur Aufnahme einer flüssigen
Phase (F1) des ersten Mediums (M1) aufweist, und
- zumindest einem Wärmeübertragerblock (4), der erste
Wärmeübertragungspassagen (P) zur Aufnahme des ersten Mediums (M1 ) sowie zweite Wärmeübertragungspassagen (Ρ') zur Aufnahme des zweiten Mediums (M2) aufweist, so dass zwischen den beiden Medien (M1 , M2) indirekt Wärme übertragbar ist, wobei der mindestens eine Wärmeübertragerblock (4) so im Mantelraum (3) angeordnet ist, dass er mit einer im Mantelraum (3) befindlichen flüssigen Phase (F1) des ersten Mediums (M1 ) umgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Mantelraum (3) lateral zu dem mindestens einen Wärmeübertragerblock (4, 5) eine Mehrzahl an parallel zueinander verlaufenden zylindrischen Kanälen (10) zum Führen der flüssigen Phase des ersten Mediums (M1) vorgesehen ist.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (10) so aneinander festgelegt sind, dass sie eine zusammenhängende Einheit ( 00) bilden, die insbesondere separat zu dem mindestens einen
Wärmeübertragerblock (4) und/oder dem Mantel (2) ausgebildet ist.
3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung der Kanäle (10) entlang der Längsachse (L) des jeweiligen Kanals (10) größer ist als der größte Innendurchmesser des jeweiligen Kanals (10) senkrecht zur jeweiligen Längsachse.
4. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kanäle (10) - bezogen auf die Längsachsen (L) - die gleiche Länge aufweisen, oder dass zumindest einige Kanäle (10), insbesondere zur Anpassung der Einheit (100) an einen gekrümmten Bereich einer Innenseite (2a) des Mantels (2) - bezogen auf die Längsachsen (L) - unterschiedliche Längen aufweisen.
5. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der jeweilige Kanal (10) durch ein Hohlprofil (11) gebildet ist, wobei insbesondere die Hohlprofile (11) so miteinander verbunden sind, dass jene zusammenhängende Einheit (100) gebildet wird.
6. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kanäle (10) durch eine Mehrzahl an miteinander verbundenen plattenförmigen Elementen gebildet sind, die miteinander verbunden sind.
7. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Längsachsen (L) der Kanäle (10) parallel zur Vertikalen
(z) verlaufen.
8. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen (L) der Kanäle (10) parallel zur Horizontalen verlaufen.
9. Wärmeübertrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Kanäle (10) eine Strömungsbremse (12) aufweisen oder verschlossen (12) sind.
10. Wärmeübertrager nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 9 soweit rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (100) entlang der Vertikalen (z) eine Länge aufweist, die zumindest größer als die Hälfte der Höhe des mindestens einen Wärmeübertragerblocks (4) entlang der Vertikalen (z) ist, bevorzugt größer oder gleich der Höhe des mindestens einen
Wärmeübertragerblocks (4) entlang der Vertikalen (z).
11. Wärmeübertrager nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 10 soweit rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (100) zwischen dem mindestens einen Wärmeübertragerblock (4) und einem
benachbarten Abschnitt (2a) des Mantels (2) angeordnet ist.
12. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (1) einen weiteren, im Mantelraum (3) angeordneten Wärmeübertragerblock (5) aufweist, der entlang der
Horizontalen neben dem einen Wärmeübertragerblock (4) angeordnet ist.
13. Wärmeübertrager nach Anspruch 2 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (100) zwischen den beiden Wärmeübertragerblöcken (4, 5) angeordnet ist.
14. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (1) eine Mehrzahl an Einheiten (100) aufweist, die jeweils eine Mehrzahl an parallel zueinander verlaufenden
zylindrischen Kanälen (10) zum Führen der flüssigen Phase (F1) des ersten Mediums (M1) aufweisen, wobei insbesondere die jeweilige Einheit (100) zwischen einem der Wärmeübertragerblöcke (4, 5) und einem benachbarten Abschnitt (2a) des Mantel (2) oder zwischen zwei Wärmeübertragerblöcken (4, 5) angeordnet ist.
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