WO2020011398A1

WO2020011398A1 - Wärmetauscher und ein verfahren zur herstellung eines wärmetauschers

Info

Publication number: WO2020011398A1
Application number: PCT/EP2019/025225
Authority: WO
Inventors: Manfred Steinbauer; Konrad Braun; Alexander WOITALKA; Stefan Gewald
Original assignee: Linde Aktiengesellschaft
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2019-07-11
Publication date: 2020-01-16
Also published as: EP3821190A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (10) umfassend zumindest ein Temperaturausgleichselement (22). Das zumindest eine Temperaturausgleichselement (22) weist eine Ummantelung (28) auf, welche einen Hohlraum (20) bildet, sowie ein Phasenwechselelement (18), wobei das Phasenwechselelement (18) in dem Hohlraum (20) angeordnet ist und mit der Ummantelung (28) in thermischem Kontakt steht. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (10).

Description

Beschreibung

Wärmetauscher und ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher und ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers und liegt somit auf dem Gebiet der Wärmetauscher bzw.

Wärmeübertrager, insbesondere von Geradrohrwärmetauschern und/oder

Plattenwärmetauscher und/oder Lamellen-Plattenwärmetauschern (engl.: plate fin heat exchanger).

Im Stand der Technik sind Plattenwärmetauscher bekannt, welche zumindest einen Wärmetauscherblock aufweisen, der im Folgenden auch als Modul bezeichnet wird, wobei jedes Modul eine Vielzahl stapelförmig angeordneter Passagen aufweist, welche alternierend von wärmetauschenden Medien durchströmt werden können und durch Trennplatten voneinander getrennt sind. Die Module können insgesamt quaderförmig ausgebildet sein und an den Außenseiten durch Deckplatten begrenzt werden. Dabei sind die Module häufig nebeneinander angeordnet, sodass eine rechteckige Seite eines quaderförmigen Moduls einer entsprechenden rechteckigen Seite eines anderen quaderförmigen Moduls unmittelbar benachbart ist. Die Module weisen Mittel zur Zu- und Abführung der wärmetauschenden Medien sowie Mittel (Header) zum Verteilen und Sammeln der wärmetauschenden Medien auf. Ein derartiger

Plattenwärmetauscher ist beispielsweise in der Druckschrift EP 2645038 A1 offenbart.

Hartgelötete Plattenwärmetauscher aus Aluminium werden in zahlreichen Anlagen bei verschiedensten Drücken und Temperaturen eingesetzt. Sie finden beispielsweise Anwendung bei der Zerlegung von Luft, der Verflüssigung von Erdgas und/oder in Anlagen zur Herstellung von Ethylen.

Ein derartiger Plattenwärmetauscher wird beispielsweise in "The Standards of the brazed aluminium plate-fin heat exchanger manufactures association" ALPEMA report (2000) beschrieben. Eine daraus entnommene Abbildung wird in der Figur 1 als Stand der Technik dargestellt und im Folgenden beschrieben.

Der in Figur 1 dargestellte Plattenwärmetauscher 1 gemäß dem Stand der Technik dient dem Wärmeaustausch von fünf verschiedenen Prozessströmen A, B, C, D und E. Der Wärmetauscher 1 ist quaderförmig und mit Mitteln 6 zur Zu- und Abführung der einzelnen Prozessmedien ausgestattet. Diese Mittel 6 werden im Folgenden und im Rahmen dieser Anmeldung als Stutzen bezeichnet. Der Wärmetauscher weist ebenfalls mehrere Mittel 7 zum Verteilen und Sammeln der einzelnen Prozessströme A, B, C, D und E auf, welche im Folgenden und im Rahmen dieser Anmeldung als Header bezeichnet werden.

Im Wesentlichen umfasst der Plattenwärmetauscher 1 eine Vielzahl in einem Stapel parallel zueinander angeordneter Trennplatten 14, die Wärmeaustauschpassagen 16 für zumindest zwei in indirekten Wärmeaustausch tretenden Fluide bilden. Die

Passagen 16 weisen im Allgemeinen mehrere Strömungskanäle auf, die durch Lamellen 16a, auch als Fins bezeichnet, und die Trennplatten 14 gebildet bzw.

begrenzt werden. Die Lamellen 16a sind typischerweise als gefaltete Bleche ausgebildet, wobei durch die einzelnen Faltungen die einzelnen Strömungskanäle entstehen. Die Lamellen 16a bieten den Vorteil, dass diese eine verbesserte

Wärmeleitung ermöglichen (im Vergleich zu Plattenwärmetauschern ohne Lamellen) und zudem als Zugelemente zur mechanischen Festigkeit des Plattenwärmetauschers 1 beitragen. In den Passagen 16 strömen die verschiedenen Medien/Fluide

voneinander getrennt durch die Trennplatten 14. Bei mehreren Modulen 1 von

Wärmetauschern 10 kann zusätzlich ein Wärmeaustausch indirekt über die Deckplatte 12, die zwei Module verbindet, erfolgen.

Über die Stutzen 6 werden die einzelnen Medien A, B, C, D und E in die Header 7 geführt und so auf die jeweils vorgesehenen, stapelförmig angeordneten Passagen 16 verteilt. Im Eingangsbereich der Passagen 16 können sich sogenannte

Verteilerlamellen 2 befinden, die für eine gleichmäßige Verteilung des Mediums innerhalb der einzelnen Passagen 16, insbesondere auf die verschiedenen

Strömungskanäle, sorgen. Die Medien strömen somit quer zur Wellenrichtung der Lamellen 16a durch die Passagen 16. Die Lamellen 16a sind mit den Trennplatten 14 verbunden, wodurch ein intensiver Wärmeleitkontakt hergestellt wird. Dadurch kann ein Wärmeaustausch zwischen zwei verschiedenen Medien erfolgen, die in benachbarten Passagen 16 strömen. In Strömungsrichtung gesehen am Ende der Passage 16 können sich ebenfalls Verteilerlamellen 2 befinden, die die Medien aus den Passagen 16 in die Header 7 führen, wo sie gesammelt und über den Stutzen 6 abgezogen werden. Die einzelnen Passagen 16 sind durch sogenannte Sidebars 8 nach außen abgeschlossen. Der gesamte Wärmetauscherblock wird durch Deckplatten 12 nach außen begrenzt.

Derartige Plattenwärmetauscher 1 sind zum indirekten Wärmeaustausch von mindestens zwei Medien geeignet. Durch geeignete Konstruktion können jedoch, wie in Figur 1 dargestellt, auch mehr als zwei Medien am Wärmeaustausch teilnehmen. Dies erlaubt eine sehr effektive Prozessführung und effektive Wärme- bzw.

Kälteausnutzung.

Der in Figur 1 gezeigte herkömmliche Plattenwärmetauscher 1 weist lediglich einen Wärmetauscherblock bzw. ein Modul 1a auf (vgl. Figur 6), wenngleich auch andere Plattenwärmetauscher bekannt sind, die mehrere aneinander angrenzende und miteinander befestigte Module aufweisen, wie etwa in der Druckschrift EP2645038A1 offenbart.

Derartige Plattenwärmetauscher 1 werden beispielsweise aus Aluminium hartgelötet. Die einzelnen Passagen 16 mit den Lamellen 16a, ggf. Verteilerlamellen 2, Deckplatten 12 und Sidebars bzw. Randleisten 8 werden aufeinander gestapelt, mit Lot versehen und in einem Ofen hartgelötet. Auf den in dieser Weise entstanden Block werden dann Header 7 und Stutzen 6 aufgeschweißt.

Plattenwärmetauscher bieten im Vergleich zu vielen andersartigen Wärmetauschern den Vorteil, dass diese besonders effizient sind und/oder besonders kompakt und gewichtsparend ausgebildet werden können, sodass mit geringen räumlichen

Abmessungen und/oder geringem Gewicht dennoch eine hohe

Wärmeübertragungsleistung erzielt werden kann. Insbesondere weisen

Plattenwärmetauscher und ganz besonders Lamellen-Plattenwärmetauscher ein besonders vorteilhaftes Verhältnis aus Oberfläche zu Volumen auf, wodurch eine hohe Wärmeübertragungsleistung bei geringem Platzbedarf erzielt werden kann.

Jedoch weisen Wärmetauscher im Allgemeinen und insbesondere auch die

Plattenwärmetauscher den Nachteil auf, dass an manchen Bauteilen des

Wärmetauschers große Temperaturgradienten bzw. Temperaturdifferenzen entstehen können und/oder in nur kurzer Zeitdauer sehr starke Temperaturänderungen auftreten können. Dies kann zu sehr großen Materialbeanspruchungen in den jeweiligen Wärmetauschern und/oder in einzelnen Bauteilen des entsprechenden Wärmetauschers führen und in unerwünschten Materialermüdungen resultieren. Die Materialermüdungen können dabei insbesondere Verformungen und/oder Haarrisse zur Folge haben und eine Reparatur oder gar den Austausch des Wärmetauschers erforderlich machen.

Um unerwünschte thermische Spannungen in einem Plattenwärmetauscher zumindest teilweise zu vermeiden, werden herkömmlicherweise zum Teil externe Bedingungen angepasst, um beispielsweise die von einem raschen Temperaturwechsel

hervorgerufenen Effekte zumindest teilweise zu kompensieren und/oder zu verringern. Beispielsweise können dazu Zu- und/oder Abflüsse von Fluiden in den Wärmetauscher angepasst werden. Dies birgt jedoch den Nachteil, dass häufig eine sehr aufwändige Regelungstechnik zur Anpassung dieser Bedingungen erforderlich ist und/oder dass der Wärmetauscher anderweitige aufwändige Ausgestaltungen und/oder Komponenten erfordert, welche die Komplexität des Wärmetauschers vergrößern und/oder die Anschaffungskosten und/oder die Betriebskosten des Wärmetauschers erhöhen.

Die Verwendung von Phasenwechselelementen ist im Stand der Technik für den Einsatz in Kühlern für elektronische Bauteile bekannt, wie dies beispielsweise in den Druckschriften EP 1162659 A2 und WO 2003046982 A1 offenbart ist. Auch ist die Verwendung eines Phasenwechselelements in einem Wärmespeicher ist in der Druckschrift US 20170127557 A1 offenbart.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Wärmetauscher bereitzustellen, welcher die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile nicht aufweist, sondern auch große Temperaturgradienten und/oder starke zeitliche Temperaturänderungen auszuhalten vermag.

Die Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher und ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der nachfolgenden Beschreibung.

In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen Wärmetauscher umfassend zumindest ein Temperaturausgleichselement. Das zumindest eine Temperaturausgleichselement weist eine Ummantelung auf, welche einen Hohlraum bildet, und ein Phasenwechselelement, wobei das Phasenwechselelement in dem Hohlraum angeordnet ist und mit der Ummantelung in thermischem Kontakt steht.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers. Das Verfahren umfasst ein Herstellen einer Ummantelung des Temperaturausgleichselement derart, dass die Ummantelung des

Temperaturausgleichselements einen Hohlraum umschließt, sowie ein Anordnen eines Phasenwechselelements in dem Hohlraum derart, dass das Phasenwechselelement mit der Ummantelung in thermischem Kontakt steht.

Das Temperaturausgleichselement kann dabei vorzugsweise ein Bauteil des

Wärmetauschers darstellen und/oder in ein Bauteil des Wärmetauschers integriert sein. Vorzugsweise umschließt dabei die Ummantelung den Hohlraum vollständig. Alternativ oder zusätzlich kann der Hohlraum, in welchem das Phasenwechselelement angeordnet ist, in einem herkömmlichen Bauteil des Wärmetauschers ausgebildet sein, um dieses herkömmliche Bauteil mit einem Temperaturausgleichselement bzw. mit dem Phasenwechselelement zu versehen. Beispielsweise können eine oder mehrere Passagen, welche jeweils von zwei Trennplatten und/oder einer Trennplatte und einer Deckplatte gebildet werden als sogenannte Dummy-Passagen oder inaktive Passagen ausgebildet sein, die nicht von einem wärmetauschendem Fluid durchströmt werden, sondern in welchen das Phasenwechselelement zumindest teilweise angeordnet ist.

Die Erfindung bietet den Vorteil, dass durch das Bereitstellen eines

Temperaturausgleichselements in dem Wärmetauscher ein sehr hohes Maß an Wärme aufgenommen bzw. gespeichert werden kann und/oder ein sehr hohes Maß an gespeicherter Wärme abgegeben werden kann. Insbesondere ist das

Phasenwechselelement vorzugsweise dazu ausgelegt, bei einer Phasenumwandlung ein größeres Maß an Wärmeenergie abzugeben und/oder aufzunehmen, als das Maß an Wärmeenergie, die das Phasenwechselelement aufgrund seiner spezifischen Wärmekapazität ohne eine Phasenumwandlung speichern kann. Dadurch kann insbesondere eine besonders schnelle Temperaturänderung eines Bauteils des Wärmetauschers, welches das Temperaturausgleichselement aufweist und/oder mit diesem in thermischen Kontakt steht, verlangsamt und/oder reduziert werden und somit können thermische Dehnungen und daraus resultierende mechanische Spannungen in dem Bauteil reduziert oder nahezu ganz vermieden werden. Auch bietet die Erfindung den Vorteil, dass große Temperaturgradienten zumindest teilweise abgeschwächt werden können, indem eines oder mehrere Bauteile, über welche sich der Temperaturgradient erstreckt, mit zumindest einem Temperaturausgleichselement versehen werden. Eine Abschwächung des Temperaturgradienten kann somit auch thermische Dehnungen und daraus resultierende mechanische Spannungen in dem Wärmetauscher reduzieren oder nahezu ganz vermeiden und somit eine

Materialermüdung verlangsamen oder verhindern.

Das Temperaturausgleichselement kann mit Vorteil an einer oder mehreren der folgenden Stellen eines Plattenwärmetauschers angeordnet sein:

- zwischen zwei Passagen des gleichen Fluidstroms, also eines in

Fluidverbindung stehenden Fluids, sog. "Double-Banking"-Pasagen, wobei dann der Wärmeübergang nur von einem bzw. vom jeweils gleichen Fluid auf das Phasenwechselelement erfolgt, ohne Wärmeübergang auf ein anderes Fluid;

- außen am Wärmetauscher und/oder an der Deckplatte und/oder an zumindest einem Sidebar und/oder an einem Header, jeweils außen oder innen, wobei der Hohlraum des Temperaturausgleichselements, also die das

Phasenwechselelement umgebenden Flächen, vorzugsweise zumindest teilweise von einer oder mehreren Komponenten des Wärmetauschers selbst gebildet wird.

In der Druckschrift EP 3 330 655 A1 ist ein Wärmeübertrager offenbart, der sich hinsichtlich Bauweise und Durchströmung grundsätzlich von den in dieser Anmeldung betrachteten Plattenwärmetauschern unterscheidet. Dort ist vorgeschlagen, ein Phasenwechselmaterial in eine der Abstandslücken ("spacing gaps") des

Wärmeübertragers einzubringen, so dass der Wärmeübergang von einem Heizmedium auf ein zweites Fluid immer über das Phasenwechselmaterial erfolgt. Auf diese Weise kann auch bei Ausfall des Heizstroms durch die im Phasenwechselelement gespeicherte Wärme der zweite Fluidstrom ausreichend erwärmt werden.

Bei vorliegender Erfindung dient das Temperaturausgleichselement hingegen dazu, Metalltemperaturen der Komponenten des Plattenwärmetauschers in einem definierten Temperaturbereich zu halten, auch wenn die wärmeaustauschenden Fluidströme große Temperaturschwankungen (außerhalb dieses definierten Temperaturbereichs) aufweisen. Hohe Metalltemperaturen und damit einhergehende hohe Spannungen im Wärmetauscher sollen verhindert werden.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, Phasenwechselelemente an Stellen bzw. in

Bereichen des Wärmetauschers anzuordnen, die sich im Normalbetrieb auf einer hohen oder niedrigen Prozesstemperatur befinden, bspw. an den Ein- und

Austrittsstellen der Fluidströme. Im Falle eines Ausfalls der Fluidversorgung ("shut- down") würden sich normalerweise die unterschiedlichen Temperaturen zwischen diesen Bereichen bzw. zwischen den Ein- und Austrittsstellen mit der zeit aufgrund der Wärmeleitfähigkeit des Wärmetauschermaterials ausgleichen. Durch gezielte

Anordnung der Phasenwechselelemente können die jeweiligen Temperaturen länger gehalten werden, es kann also der Temperaturausgleich verlangsamt werden. Dies ist im Falle eines Wiederanfahrens von Vorteil, da dann der Gradient zwischen Fluid- und Metalltemperatur an besagten Stellen geringer gehalten werden kann, womit die Energiebilanz positiv beeinflusst wird und auch wiederum hohe Materialspannungen an diesen Stellen vermieden werden.

Folglich bietet die Erfindung den Vorteil, dass die Lebensdauer von Wärmetauschern verlängert werden kann und/oder ein Verschleiß des Wärmetauschers reduziert werden kann. Auch bietet die Erfindung den Vorteil, dass die Wartungsarbeiten und/oder Wartungskosten und/oder Betriebskosten reduziert werden können, da vorzugsweise ein Austausch von Bauteilen und/oder ein Nachbessern von

Schweißnähten, welche herkömmlicherweise thermisch sehr stark beansprucht werden, nicht mehr oder nur noch in geringerem Umfang erforderlich sind.

Vorzugsweise wird der Hohlraum, in welchem das Phasenwechselelement angeordnet ist, durch eine Passage des Wärmetauschers gebildet. Dabei kann vorzugsweise die Ummantelung zumindest teilweise durch zumindest eine Trennplatte und/oder zumindest eine Lamelle gebildet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Passage des Wärmetauschers durch zwei gegenüberliegende Trennplatten (auch als Trennbleche bezeichnet) und/oder durch ein Trennplatte und eine Deckplatte (auch als Deckblech bezeichnet) gebildet, in welcher sodann zumindest teilweise das Phasenwechselelement angeordnet ist. Mit anderen Worten kann eine Passage, welche herkömmlicherweise von wärmetauschendem Fluid durchströmt wird, als eine Dummy-Passage umfunktioniert werden und dazu zumindest teilweise mit dem Phasenwechselelement befüllt werden. Somit ist der Wärmetauscher vorzugsweise dazu ausgelegt, dass die Passage, in der das Phasenwechselelement angeordnet ist, nicht von einem wärmetauschendem Fluid durchströmt wird, sondern als

Temperaturausgleichselement dient. Dies bietet den Vorteil, dass keine aufwendigen strukturellen Modifikationen an dem Wärmetauscher erforderlich sein müssen, um das Phasenwechselelement bzw. Temperaturausgleichselement an der gewünschten Position in dem Wärmetauscher anzuordnen. Ferner bietet dies den Vorteil, dass ein guter thermischer Kontakt zwischen der Dummy-Passage bzw. dem

Phasenwechselelement und den angrenzenden Passagen ermöglicht wird.

Beispielsweise können durch ein wiederholtes Vorsehen von Passagen mit

Phasenwechselelementen starke Temperaturgradienten über die Stapelhöhe vermieden und/oder reduziert werden.

Alternativ oder zusätzlich können vorzugsweise auch zumindest eine Trennplatte und/oder zumindest eine Deckplatte mit jeweils zumindest einem integrierten

Phasenwechselelement bereitgestellt werden. Mit anderen Worten können

vorzugsweise zumindest eine Deckplatte und/oder zumindest eine Trennplatte selbst als ein Temperaturausgleichselement ausgebildet sein. Dies kann den Vorteil bieten, dass die Herstellung eines Blocks vereinfacht werden kann, da zum Bereitstellen eines Phasenwechselelements lediglich die Verwendung einer als

Temperaturausgleichselement ausgebildeten Deckplatte und/oder Trennplatte ausreichend sein kann.

Optional weist der Wärmetauscher mehrere Wärmetauscherblöcke (Module) auf, welche parallel zueinander angeordnet sind, sowie eine Modulverbindungslage, welche zwischen zwei benachbarten Modulen der mehreren Module angeordnet ist. Dabei umfasst vorzugsweise die zumindest eine Modulverbindungslage das zumindest eine Temperaturausgleichselement oder ist als solches ausgebildet. Dies ist besonders vorteilhaft, da in einem Wärmetauscher mit mehreren Modulen die

Modulverbindungslage häufig eine sehr starke thermische Beanspruchung erfährt und somit das Bereitstellen zumindest eines Temperaturausgleichselements in einer oder mehreren Modulverbindungslagen einen besonders vorteilhaften Effekt hinsichtlich der Reduktion von thermischen Spannungen bietet. Die thermischen Spannungen mit einer Modulverbindungslage können insbesondere daher rühren, dass die beiden an die Modulverbindungslage angrenzenden Module von Fluiden mit stark unterschiedlichen Temperaturen durchströmt werden können und somit an gegenüberliegenden Seiten der Modulverbindungslage stark unterschiedliche Temperaturen vorherrschen können. Mit anderen Worten kann dies herkömmlicherweise dazu führen, dass ein starker Temperaturgradient über die Modulverbindungslage abfällt und die

Modulverbindungslage dadurch anfällig für Verformungen und/oder Haarrisse aufgrund großer mechanischer Spannungen ist. Dieser herkömmlicherweise auftretende starke Temperaturgradient kann durch das Ausbilden des Temperaturausgleichselements und/oder des Phasenwechselelements innerhalb der Modulverbindungsanlage zumindest teilweise reduziert werden, da das Temperaturausgleichselement bzw. das Phasenwechselelement ein großes Maß an Wärme aufnehmen und/oder abgeben kann und somit zu einer thermischen Entspannung innerhalb der

Modulverbindungslage führen kann.

Auch kann der Plattenwärmetauscher und insbesondere die Modulverbindungslage einer starken zeitlichen Temperaturänderung ausgesetzt sein, wenn beispielsweise der Wärmetauscher in Betrieb genommen wird und die beiden an die

Modulverbindungslage angrenzenden Module zu unterschiedlichen Zeitpunkten mit Wärmetauschern den Fluiden in Kontakt gebracht werden und/oder mit stark unterschiedlich temperierten Fluiden in Kontakt gebracht werden. Auch dies lässt sich zumindest teilweise mit einem Temperaturausgleichselement und/oder einem

Phasenwechselelement innerhalb der Modulverbindungslage kompensieren, sodass die thermischen Spannungen innerhalb der Modulverbindungslage zumindest teilweise reduziert werden können.

Vorzugsweise ist das Phasenwechselelement vollständig von der

Modulverbindungslage umschlossen und/oder vollständig in die Modulverbindungslage integriert. Dies bietet den Vorteil, dass das Phasenwechselelement sicher in die Modulverbindungslage eingehaust ist und vorzugsweise ein Eindringen von

wärmetauschendem Fluid in den Hohlraum des Temperaturausgleichselement und/oder ein Austreten des Phasenwechselelements aus dem Hohlraum vermieden werden kann. Ferner bietet dies den Vorteil, dass die Modulverbindungslage besonders kompakt und/oder besonders robust ausgestaltet werden kann und vorzugsweise nicht als mehrschichtiges Bauteil unter Aufbringung mehrerer Schichten aufeinander hergestellt werden muss. Besonders bevorzugt sind die Modulverbindungslage und/oder die Passage, in der das Phasenwechselelement angeordnet ist, flächig ausgebildet und das

Phasenwechselelement in zumindest 25%, bevorzugt zumindest 50%, mehr bevorzugt zumindest 75%, am meisten bevorzugt zumindest 90% der Fläche der

Modulverbindungslage bzw. der Passage ausgebildet. In einer bevorzugten

Ausführungsform erstreckt sich das Phasenwechselelement über zumindest 25%, bevorzugt zumindest 50%, mehr bevorzugt zumindest 75%, am meisten bevorzugt zumindest 90% der Fläche einer Deckplatte oder Trennplatte des

Plattenwärmetauschers. Dies bietet den Vorteil, dass ein großer Teil der

Modulverbindungslage, besonders bevorzugt jedoch die gesamte

Modulverbindungslage, hinsichtlich ihrer thermischen Widerstandsfähigkeit durch das Phasenwechselelement bzw. das Temperaturausgleichselement verbessert werden kann und somit vorzugsweise über die gesamte Modulverbindungslage das Auftreten von starken thermischen Gradienten und/oder schnellen Temperaturänderungen reduziert oder gar ganz vermieden werden kann.

Die Phasenumwandlung des Phasenwechselelements umfasst vorzugsweise eine Umwandlung von der festen Phase in die flüssige Phase und/oder umgekehrt.

Alternativ oder zusätzlich kann die Phasenumwandlung des Phasenwechselelements vorzugsweise eine Umwandlung von einer kristallinen festen Phase in eine amorphe feste Phase und/oder umgekehrt umfassen. Auf diese Weise lässt sich bei geringem Platzbedarf ein großes Maß an Wärmeenergie in dem Phasenwechselelement speichern und/oder ein großes Maß an in dem Phasenwechselelement gespeicherter Wärmeenergie abgeben, die dem Phasenwechselelement innewohnende

Schmelzwärme und/oder Lösungswärme und/oder Absorptionswärme ausgenutzt werden kann, welche oftmals deutlich größer als die reguläre spezifische

Wärmekapazität des gleichen oder vergleichbarer Materialien ohne Ausnutzung der Schmelzwärme und/oder der Lösungswärme und/oder der Absorptionswärme ist. Auf diese Weise kann die Wirksamkeit und/oder der Effekt des Phasenwechselelements und/oder des Temperaturausgleichselement erhöht werden.

Vorzugsweise liegt das Phasenwechselelement in der festen Phase als Granulat und/oder als Pulver und/oder in kristalliner Form und/oder in polykristalliner Form vor. Bevorzugt liegt das Phasenwechselelement in der flüssigen Phase in fluidischer Form vor. Beispielsweise beinhaltet das Phasenwechselelement zumindest ein Salz und/oder zumindest ein Paraffin. Insbesondere für Aluminium-Plattenwärmetauscher können Phasenwechselmaterialien für das Phasenwechselelement vorteilhaft sein, deren Phasenwechseltemperatur deutlich unter 0° C liegt. Dazu können beispielsweise eutektische Gemische auf Basis von Wasser und Salzen und/oder auf Basis von organischen Stoffen geeignet sein.

Die Herstellung eines Plattenwärmetauschers kann gemäß einer bevorzugten

Ausführungsform derart erfolgen, dass mehrere Trennplatten und Lamellen zu einem vorzugsweise quaderförmigen Block bzw. Modul verbunden werden, welcher sodann die durch die Trennplatten und die Lamellen gebildeten Passagen aufweist. Nachdem der Block gelötet wurde, kann sodann in eine oder mehrere Passagen des Blocks bzw. Moduls ein oder mehrere Phasenwechselelemente eingebracht werden, um dadurch die eine oder die mehreren Passagen mit einem Phasenwechselelement zu versehen bzw. zu einem Temperaturausgleichselement auszugestalten. Besonders bevorzugt werden solche Passagen mit einem Temperaturausgleichselement bzw.

Phasenwechselelement versehen, welche zwischen Passagen angeordnet sind, bei denen ein besonders großer Temperaturunterschied bezüglich der durch die Passagen strömenden Fluide zu erwarten ist. Jedoch muss das Anordnen des

Phasenwechselelements in der Passage nicht notwendigerweise nach dem Löten erfolgen. Gemäß anderen bevorzugten Ausführungsformen kann das

Phasenwechselelement auch vor dem Löten in dem Wärmetauscherblock angeordnet werden, sofern das Phasenwechselelement durch den Lötvorgang keinen Schaden nimmt. Somit wird gemäß diesen bevorzugten Ausführungsformen zunächst der Block mit den Passagen gefertigt, jedoch nicht notwendigerweise bereits verlötet, und erst danach das Phasenwechselelement in der gewünschten Passage angeordnet.

Eine mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft

Plattenwärmetauscher, welche aus mehreren miteinander verbundenen Blöcken bzw. Modulen aufgebaut sind. Vorzugsweise werden die Blöcke bzw. Module, an ihren gegenüberliegenden Deckplatten oder Trennplatten über Randleisten miteinander verbunden, die vorzugsweise mit den Deckplatten verschweißt werden. Die

Randleisten schließen dabei mit den Deckplatten oder Trennplatten vorzugsweise bündig ab, sodass die Randleisten eine Art umlaufenden Rahmen auf der Deckplatte oder Trennplatte des jeweiligen Blocks bzw. Moduls bilden. Bei hohen thermischen Belastungen des jeweiligen Blocks bzw. Moduls können an den Schweißnähten zwischen den Deckplatten und den Randleisten Risse entstehen. Sofern mehrere Module bzw. Blöcke an deren Deckplatten miteinander verbunden sind, können insbesondere auch zwischen den angrenzenden Blöcken große mechanische Spannungen und/oder Dehnungen auftreten, welche die Schweißnähte beschädigen können. Aus diesem Grund kann die Verwendung eines

Temperaturausgleichselements und/oder eines Phasenwechselelements vorteilhaft sein, um die thermische Belastung von angrenzenden Blöcken und insbesondere deren Schweißnähte zu reduzieren. Beispielsweise können die Blöcke dazu derart miteinander verbunden werden, dass ein Hohlraum bzw. Zwischenraum zwischen den aneinander angrenzenden Deckplatten der angrenzenden Blöcke geschaffen wird, in welchem sodann ein Phasenwechselelement bzw. Temperaturausgleichselement angeordnet werden kann. Zwischen den angrenzenden Blöcken bzw. Modulen kann demnach eine Modulverbindungslage ausgebildet sein, welche als

Temperaturausgleichselement dient oder ein solches aufweist. Dadurch kann die thermische und thermisch bedingte mechanische Belastung auf die Schweißnähte, welche die angrenzenden Blöcke bzw. Module miteinander verbindet, reduziert werden. Mit anderen Worten entsteht durch den mit einem Phasenwechselelement versehenen Zwischenraum zwischen den aneinander angrenzenden Deckplatten zweier angrenzender Blöcke bzw. Module eine Modulverbindungslage, welche dazu ausgelegt ist, Temperaturspitzen und folglich thermisch bedingte mechanische Belastungen abzubauen bzw. zu vermeiden und/oder zu reduzieren. Beispielsweise können zum Ausbilden einer derartigen Modulverbindungslage zunächst die angrenzenden Blöcke und/oder Module derart miteinander verschweißt werden, dass ein Hohlraum bzw. Zwischenraum zwischen den jeweiligen Deckplatten entsteht und sodann ein Phasenwechselelement in dem Hohlraum bzw. Zwischenraum angeordnet werden kann. Alternativ oder zusätzlich können Temperaturausgleichselemente im jeweiligen Block bzw. Modul vorhanden sein. Allgemein können zwei oder mehr räumlich getrennte Temperaturausgleichselemente bzw. die zugehörigen

Phasenwechselelemente auch miteinander verbunden sein.

Gemäß anderen bevorzugten Ausführungsformen werden das

Temperaturausgleichselement und/oder die Ummantelung zumindest teilweise mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt. Dies bietet den Vorteil, dass insbesondere die Ummantelung und/oder der Hohlraum, welcher von der Ummantelung umschlossen wird, einstückig ausgebildet werden können und dadurch das Herstellungsverfahren des Temperaturausgleichselements vereinfacht werden kann. Insbesondere kann mittels des additiven Herstellungsverfahrens vorzugsweise auch das Phasenwechselelement bereits während der Herstellung der Ummantelung in dem durch die Ummantelung gebildeten Hohlraum angeordnet werden, ohne dass die Ummantelung bereits fertiggestellt ist und/oder ohne dass der Hohlraum bereits vollständig von der Ummantelung verschlossen ist. Mit anderen Worten finden das Herstellen der Ummantelung und das Anordnen des Phasenwechselelements in dem von der Ummantelung umschlossenen Hohlraum zumindest zeitweise zeitgleich statt. Besonders bevorzugt kann auch eine Modulverbindungslage und/oder eine Passage, welche ein Temperaturausgleichselement aufweist und/oder als solche ausgebildet ist, mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt werden. Alternativ kann das Temperaturausgleichselement derart hergestellt werden, dass das

Phasenwechselelement in eine bereits fertig gestellte Ummantelung eingebracht wird. Beispielsweise kann dazu die Ummantelung eine entsprechende Öffnung aufweisen, welche nach dem Einbringen des Phasenwechselelements verschlossen werden kann.

Vorzugsweise umfasst das Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers vorab ein Ermitteln von einer räumlichen Verteilung einer zu erwartenden thermischen

Beanspruchung des Wärmetauschers, wobei das Herstellen der Ummantelung anschließend derart erfolgt, dass der Hohlraum und das Phasenwechselelement an zumindest einem Abschnitt des Wärmetauschers und/oder des

Temperaturausgleichselements angeordnet sind, an welchem die zu erwartende thermische Beanspruchung ein vorbestimmtes Maß übersteigt. Mit anderen Worten wird vorzugsweise vor der Herstellung des Wärmetauschers und/oder des

Temperaturausgleichselements ermittelt, wo besonders große thermische Spannungen im Wärmetauscher zu erwarten sind und/oder wo die Anbringung eines

Temperaturausgleichselements besonders nutzbringend sein könnte. Besonders bevorzugt wird sodann das zumindest eine Temperaturausgleichselement dort vorgesehen und oder hergestellt und/oder angeordnet, wo besonders große

Temperaturunterschiede zu erwarten sind. Auf diese Weise kann eine besonders effiziente und/oder kostengünstige Aufwertung oder Nachrüstung, also Revamp, des Wärmetauschers mittels zumindest eines Temperaturausgleichselements erzielt werden, da diese vorzugsweise nur dort eingesetzt und/oder angebracht, wo dieses den größtmöglichen Effekt zur Reduktion von thermischen Spannungen und/oder Temperaturgradienten und/oder schnellen Temperaturänderungen bewirkt.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der

Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Wenngleich nicht zu Erfindung gehörend sei der Vollständigkeit halber erwähnt, dass die Verwendung eines Temperaturausgleichselements beispielsweise auch in Rohrleitungen, insbesondere in Wandungen von Rohrleitungen, und/oder in chemischen Reaktoren vorteilhaft sein kann, um an Stellen und/oder an Bauteilen, welche unter besonderer thermischer Belastung stehen, eine Verringerung der thermischen Belastung und/oder von mechanischen Spannungen aufgrund der thermischen Belastung zu reduzieren. Dies kann insbesondere an Stellen und/oder an Bauteilen besonders vorteilhaft sein, welche besonders niedrigen und/oder besonders hohen Temperaturen ausgesetzt sind und/oder üblicherweise selbst besonders tiefe und/oder besonders hohe Temperaturen erreichen.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Figurenbeschreibung

Figur 1 zeigt einen Plattenwärmetauscher nach dem Stand der Technik.

Die Figuren 2 und 3 zeigen einen Wärmetauscher gemäß einer bevorzugten

Ausführungsform in schematischen Querschnittsansichten.

Figur 4 zeigt in einer schematischen Querschnittdarstellung ein

Temperaturausgleichselement gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Figur 5 zeigt in einem Diagramm schematisch einen beispielhaften Verlauf der Temperatur von Bauteilen.

Figur 6 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Plattenwärmetauscher 10 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung der Figuren

Figur 1 wurde bereits in der Beschreibungseinleitung bei der Würdigung des Standes der Technik erläutert.

Figur 2 zeigt in einer schematischen Querschnittdarstellung einen

Plattenwärmetauscher 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Der strukturelle Aufbau des Plattenwärmetauschers 10 kann dabei dem

herkömmlichen Plattenwärmetauscher 1 entsprechen, welcher mit Bezug auf Figur 1 in der Einleitung erläutert wurde. Verteilerlamellen 2 sind jedoch nicht bei allen

Ausführungsvarianten vorhanden. Der Plattenwärmetauscher 10 weist zwei

Deckplatten 12 auf, welche den Plattenwärmetauscher 10 bzw. den Block abdecken, und mehrere Trennplatten 14, welche den Block bzw. Plattenwärmetauscher 10 in mehrere Passagen 16 unterteilen. Wenngleich gemäß dieser bevorzugten

Ausführungsform der Plattenwärmetauscher 10 nur einen Block bzw. nur ein Modul aufweist, kann ein Plattenwärmetauscher gemäß anderen bevorzugten

Ausführungsformen mehrere Blöcke bzw. Module aufweisen, welche vorzugsweise an ihren gegenüberliegenden Deckplatten 12 miteinander verbunden sind. Zwischen den Trennplatten 14 befinden sich die Passagen 16, welche zum Wärmeaustausch von Fluiden durchströmt werden können, wobei die Fluide in benachbarten Passagen 16 unterschiedliche Temperaturen aufweisen können, um einen Wärmeaustausch über die Trennplatten 14 und die in den Passagen 16 vorzugsweise angeordneten Lamellen 16a (siehe Figur 1 ) durchzuführen.

Die Trennplatten 14 und/oder die Passagen 16 bzw. Lamellen 16a sind dabei vorzugsweise aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit ausgebildet.

Beispielsweise können die Trennplatten 14 und/oder Passagen 16 aus einem Metall gefertigt sein. Besonders bevorzugt sind die Trennplatten 14 und/oder die Passagen 16 aus Aluminium gefertigt. Gemäß der gezeigten Ausführungsform weist der Plattenwärmetauscher 10 auch ein Phasenwechselelement 18 auf, welches dazu ausgelegt ist, einer Phasenumwandlung unterzogen zu werden und dabei eine große Wärmemenge aufzunehmen oder abzugeben.

Das Phasenwechselelement 18 ist gemäß der gezeigten Ausführungsform in einem Hohlraum 20 angeordnet, welcher unter anderem durch zwei benachbarte Trennplatten 14 begrenzt wird, welche somit Teil einer Ummantelung des

Temperaturausgleichselements 22 sind. Das Phasenwechselelement 18 muss nicht notwendigerweise den gesamten Hohlraum 20 ausfüllen, wie nachfolgend zu Fig. 3 noch erläutert wird, dies kann gemäß manchen in den Figuren jedoch nicht

dargestellten Ausführungsformen der Fall sein. Gemäß dieser bevorzugten

Ausführungsform ist somit einer der Hohlräume 20, welcher als aktive Passage 16 dienen könnte, zu einem Temperaturausgleichselement 22 ausgestaltet, wodurch die beim Durchströmen des Wärmetauschers 10 mit Fluiden von deutlich unterschiedlicher Temperatur oftmals auftretenden thermischen Spannungen im Wärmetauscher 10 abgeschwächt werden können.

Der Hohlraum 20 kann ferner an allen Seiten beispielsweise durch Randleisten verschlossen sein, um ein Entweichen des Phasenwechselmaterials 18 aus dem Hohlraum und/oder ein Eindringen von Fluiden oder Verunreinigungen in den

Hohlraum 20 zu vermeiden. Es ist besonders vorteilhaft, wenn das

Phasenwechselmaterial 18 zumindest an manchen Stellen mit den den Hohlraum begrenzenden Trennplatten 14 in thermischem Kontakt steht, da dadurch ein besonders effektiver Wärmeübertrag von den in den benachbarten aktiven Schichten strömenden Fluiden über die Trennplatten 14 zu dem Phasenwechselmaterial 18 erfolgen kann.

Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das Temperaturausgleichselement 22 auf besonders einfache Weise in den Wärmetauscher integriert werden kann, da eine herkömmliche Passage 16 dazu ausgestaltet werden kann. Aus der vormals aktiven Passage 16 wird dann jedoch eine für den Wärmetausch zwischen den Fluiden inaktive Passage oder Dummypassage, die dann nicht mehr von Fluiden durchströmt werden kann. Gemäß anderen bevorzugten Ausführungsformen, die jedoch nicht in den Figuren dargestellt sind, jedoch in analoger Weise realisiert werden können, können alternativ oder zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, die Deckplatten 12 und/oder die Sidebars 8 und/oder die Header 7 und/oder die Trennplatten 14 mit einem darin integrierten oder darauf angebrachten Temperaturausgleichselement 22 bzw. Phasenwechselelement 18 ausgestaltet werden. Dies mag zwar unter Umständen den Herstellungsaufwand erhöhen, jedoch kann dies den Vorteil bieten, dass keine aktive Passage 16 zu Gunsten eines Temperaturausgleichselements aufgegeben werden muss, sondern für den Betrieb des Wärmetauschers 10 erhalten bleibt. Ebenso kann es vorteilhaft sein, ein Temperaturausgleichselement 22 bzw. Phasenwechselelement 18 zwischen zwei Passagen des gleichen Fluidstroms, also eines in Fluidverbindung stehenden Fluids, sog. "Double-Banking"-Pasagen, anzuordnen, wobei dann der Wärmeübergang vom jeweils gleichen Fluid auf das Phasenwechselelement erfolgt, ohne Wärmeübergang auf ein anderes Fluid.

Figur 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Wärmetauschers 10 entlang der in Fig. 2 eingezeichneten Schnittlinie A-A . Dabei ist erkennbar, dass der Hohlraum 20 nur teilweise mit dem Phasenwechselelement 18 versehen bzw. befüllt ist, während ein anderer Teil 24 des Hohlraums 20 nicht mit dem Phasenwechselelement 18 versehen ist. Besonders bevorzugt ist das Phasenwechselelement 18 nur und/oder primär dort angeordnet, wo besonders große Temperaturunterschiede zu erwarten sind. Da beispielsweise der Wärmetauscher 10 gemäß der gezeigten Ausführungsform dazu ausgelegt ist, dass die an das Temperaturausgleichselement 22 angrenzenden aktiven Passagen 16 von der einer Seite beginnend mit Fluiden durchströmt werden, welche voneinander deutlich verschiedene Temperaturen aufweisen können, ist der zu erwartende Temperaturunterschied und/oder Temperaturgradient eingangs, d.h. an einer Seite des Wärmetauschers 10, am größten, bevor sich dieser beim

Durchströmen des Wärmetauschers 10 aufgrund des Wärmeaustauschs abbaut.

Daher kann es, beispielsweise aus Kostengründen, zweckmäßig sein, den Hohlraum 20 nur teilweise mit dem Phasenwechselelement 18 zu versehen.

Gemäß der gezeigten Ausführungsform ist der Hohlraum 20 durch Seitenwände 26, bei denen es sich um insbesondere aufgelötete oder aufgeschweißte Sidebars handeln kann, und die Trennplatten 14 begrenzt, um ein Austreten des Phasenwechselelements 18 und/oder ein Eindringen von Fremdköpern und/oder von wärmetauschendem Fluid in den Hohlraum 20 zu vermeiden.

Figur 4 zeigt in einer schematischen Querschnittdarstellung ein

Temperaturausgleichselement 22 gemäß einer weiteren bevorzugten

Ausführungsform, welches beispielsweise in einen Wärmetauscher 10 eingebaut und/oder daran angeordnet und/oder darin integriert werden kann.

Das Temperaturausgleichselement 22 weist eine Ummantelung 28 auf, welche vorzugsweise aus einem Material mit großer Wärmeleitfähigkeit ausgebildet ist.

Beispielsweise kann die Ummantelung 28 aus einem Metall, wie etwa aus Aluminium ausgebildet sein. Die Ummantelung 28 bildet und umschließt einen Hohlraum 20. In den Hohlraum 20 ist ein Phasenwechselmaterial 18 eingebettet, sodass die

Ummantelung 28 den Hohlraum 20 vollständig umschließt. Wenngleich in der Querschnittansicht in Figur 3 nicht erkennbar, kann der Hohlraum 20 durch die Ummantelung 28 an allen Seiten verschlossen sein, sodass das

Phasenwechselmaterial 18 durch die Ummantelung 28 am Austreten aus dem

Hohlraum 20 gehindert wird. Beispielsweise kann bei der Herstellung des

Temperaturausgleichselements 22 zunächst die Ummantelung hergestellt werden, sodass der Hohlraum zumindest teilweise entsteht, dann das Phasenwechselmaterial 18 in den Hohlraum 20 gefüllt werden und anschließend der Hohlraum 20 bzw. die Ummantelung 28 verschlossen werden.

Alternativ kann das gesamte Temperaturausgleichselement 22 zumindest teilweise mittels eines additiven Herstellungsverfahrens hergestellt werden, beispielsweise mittels 3D-Druckens. Dies kann die Möglichkeit bieten, das Phasenwechselmaterial 18 bereits in dem zumindest teilweise fertiggestellten Hohlraum 20 anzuordnen, auch wenn die Herstellung der Ummantelung 28 noch nicht abgeschlossen ist. Dies kann vorteilhaft sein, um Temperaturausgleichselemente 22 mit besonders komplexen Strukturen herzustellen, bei welchen ein nachträgliches Einbringen des

Phasenwechselmaterials 18 nicht oder nur schwer möglich wäre. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen kann das Temperaturausgleichselement 22 derart dimensioniert und/oder ausgebildet sein, dass das Temperaturausgleichselement 22 als eine Trennplatte 14 und/oder als eine Deckplatte 12 mit integriertem Phasenwechselelement 18 in einem Plattenwärmetauscher 10 verwendet werden kann.

Figur 5 zeigt in einem Diagramm 100 schematisch einen beispielhaften Verlauf der Temperatur (Achse 104) gegen die Zeit (Achse 102) eines Bauteils mit einem

Temperaturausgleichselement 22 (Graph 1 10) im Vergleich zum Temperaturverlauf eines Bauteils ohne Temperaturausgleichselement 22 (Diagramm 1 12), wenn diese einem starken von außen einwirkenden Temperaturwechsel ausgesetzt sind. Dabei ist erkennbar, dass sich die Temperatur des Bauteils mit Temperaturausgleichselement 22 deutlich langsamer und kontinuierlicher ändert, als dies bei dem Bauteil ohne Temperaturausgleichselement der Fall ist. Dadurch können thermische und mechanische Belastungen auf das Bauteil durch das Einbringen und/oder Anbringen eines Phasenwechselelements 18 reduziert werden.

Figur 6 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Plattenwärmetauscher 10 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform weist der Plattenwärmetauscher 10 zwei quaderförmiger Module 1 a und 1 b auf, welche miteinander verbunden sind. Die beiden Module 1 a und 1 b können dabei als Module ausgebildet sein wie mit Bezug auf Figur 1 erläutert.

Die beiden Module 1 a und 1 b sind quaderförmig ausgebildet und jeweils durch Deckplatten 12 nach außen abgeschlossen. Beide Module 1 a und 1 b sind derart angeordnet, dass diese mit gleich großen Deckplatten 12 einander zugewandt und unmittelbar benachbart sind. Die beiden Module 1 a und 1 b sind ferner derart angeordnet, dass die Deckplatten 12 voneinander beabstandet sind. Zwischen den beiden Modulen 1 a und 1 b ist ein T emperaturausgleichselement 22 wie es

schematisch in Fig. 4 gezeigt ist, angeordnet. Diese dient somit als

Modulverbindungslage 30, über welches die beiden Module 1 a und 1 b somit miteinander verbunden sind. Beispielsweise können die Module 1 a und 1 b jeweils mit dem Temperaturausgleichselement 22, d.h. mit dessen Ummantelung 28 (Fig. 4) verschweißt sein. Vorzugsweise sind die Module 1 a und 1 b derart mit dem

Temperaturausgleichselement 22 verbunden, dass ein in dem

Temperaturausgleichselement 22 angeordnetes Phasenwechselelement mit den angrenzenden Deckplatten 12 der jeweiligen Module 1 a und 1 b in thermischem Kontakt steht. Insbesondere kann durch die Ummantelung 28 ein Hohlraum 20 zwischen den beiden Deckplatten gebildet werden, welcher teilweise oder vollständig mit dem

Phasenwechselelement 18 befüllt sein kann. Das in Fig. 4 schematisch gezeigte Temperaturausgleichselement 22 kann demnach gemäß dieser bevorzugten

Ausführungsform als eine Modulverbindungslage 30 dienen.

Gemäß anderen bevorzugten Ausführungsformen können auch drei oder mehr Module über mehrere Temperaturausgleichselemente 22 miteinander verbunden sein.

Gemäß einer weiteren, nicht in den Figuren näher dargestellten, bevorzugten

Ausführungsform kann die Modulverbindung auch durch Randleisten, also Sidebars wie in Fig. 1 dargestellt, gebildet sein, wobei Randleisten jeweils mit den Deckplatten 12 der Module 1a und 1 b insbesondere durch Schweißen verbunden sind. Der von den Deckplatten 12 der Module 1a und 1 b und den Randleisten umschlossene Raum zwischen den Modulen 1a und 1 b kann dann mit einem Phasenwechselelement 18 befüllt sein.

Bezugszeichen

1 Wärmetauscher

1a Modul eines Wärmetauschers

2 Verteilerlamelle

6 Mitteln zur Zu- und/oder Abführung der einzelnen Prozessmedien

7 Mittel zum Verteilen und/oder Sammeln der einzelnen Prozessströme

8 Sidebar bzw. Randleiste

10 Wärmetauscher

12 Deckplatte

14 Trennplatte

16 Passage

16a Lamelle, Fin

18 Phasenwechselelement

20 Hohlraum

22 Temperaturausgleichselement

24 nicht mit Phasenwechselelement versehener Teil des Hohlraums 26 Seitenwand

28 Ummantelung

30 Modulverbindungslage

100 Diagramm

102 Zeit-Achse

104 Temperatur- Achse

110 Graph eines Bauteils mit Temperaturausgleichselement

112 Graph eines Bauteils ohne Temperaturausgleichselement

Claims

Patentansprüche

1. Wärmetauscher (10) umfassend zumindest ein Temperaturausgleichselement (22), das zumindest eine Temperaturausgleichselement (22) aufweisend:

eine Ummantelung (28), welche einen Hohlraum (20) bildet; und

ein Phasenwechselelement (18), wobei das Phasenwechselelement (18) in dem Hohlraum (20) angeordnet ist und mit der Ummantelung (28) in thermischem Kontakt steht.

2. Wärmetauscher (10) gemäß Anspruch 1 , wobei das Phasenwechselelement (18) dazu ausgelegt ist, bei einer Phasenumwandlung ein größeres Maß an

Wärmeenergie abzugeben oder aufzunehmen, als das Maß an Wärmeenergie, die das Phasenwechselelement (18) aufgrund seiner spezifischen Wärmekapazität ohne eine Phasenumwandlung speichern kann.

3. Wärmetauscher (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Hohlraum (20), in

welchem das Phasenwechselelement (18) angeordnet ist, durch eine Passage (16) des Wärmetauschers (10) gebildet wird und/oder wobei die Ummantelung (28) zumindest teilweise durch zumindest eine T rennplatte (14) und/oder zumindest eine Lamelle (16a) gebildet wird.

4. Wärmetauscher (10) gemäß Anspruch 3, wobei der Wärmetauscher (10) dazu ausgelegt ist, dass die Passage (16), in der das Phasenwechselelement (18) angeordnet ist, nicht von einem wärmetauschendem Fluid durch strömt wird.

5. Wärmetauscher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das

Temperaturausgleichselement (22) an einer oder mehreren der folgenden Stellen angeordnet ist:

- zwischen zwei Passagen (16) des gleichen Fluidstroms, so dass der

Wärmeübergang vom jeweils gleichen Fluid auf das Phasenwechselelement (18) erfolgt;

- außen am Wärmetauscher (10) und/oder an einer Deckplatte (12) und/oder an einem Header (7) und/oder an zumindest einem Sidebar (8) eines

Plattenwärmetauschers (10).

6. Wärmetauscher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wärmetauscher (10) mehrere Module (1 a, 1 b) aufweist, welche parallel zueinander angeordnet sind, und zumindest eine Modulverbindungslage (30) aufweist, welche zwischen zwei benachbarten Modulen (1 a, 1 b) der mehreren Module (1 a, 1 b) angeordnet ist, wobei die zumindest eine Modulverbindungslage (30) zumindest ein Temperaturausgleichselement (22) umfasst oder als solches ausgebildet ist und/oder zumindest eines der Module (1 a, 1 b) zumindest ein Temperaturausgleichselement (22) aufweist.

7. Wärmetauscher (10) gemäß Anspruch 6, wobei das Phasenwechselelement (18) vollständig von der Modulverbindungslage (30) umschlossen ist oder vollständig in die Modulverbindungslage (30) integriert ist.

8. Wärmetauscher (10) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die Modulverbindungslage (30) flächig ausgebildet ist und das Phasenwechselelement (22) in zumindest 25%, bevorzugt zumindest 50%, mehr bevorzugt zumindest 75%, am meisten bevorzugt zumindest 90% der Fläche der Modulverbindungslage (30) ausgebildet ist.

9. Wärmetauscher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Phasenumwandlung eine Umwandlung von der festen Phase in die flüssige Phase und/oder von der flüssigen Phase in die feste Phase und/oder von einer kristallinen feste Phase in eine amorphe feste Phase und/oder von einer amorphen festen Phase in eine kristalline feste Phase umfasst.

10. Wärmetauscher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Temperaturausgleichselement (22) zumindest teilweise mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt ist.

11. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (10), das Verfahren umfassend die Schritte:

Herstellen einer Ummantelung (28) eines Temperaturausgleichselements (22) derart, dass die Ummantelung (28) des Temperaturausgleichselements (22) einen Hohlraum (20) umschließt; Anordnen eines Phasenwechselelements (18) in dem Hohlraum (20) derart, dass das Phasenwechselelement (18) mit der Ummantelung (28) in thermischem Kontakt steht.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11 , wobei zumindest das Herstellen der Ummantelung und/oder des Temperaturausgleichselements (22) mittels eines additiven

Fertigungsverfahrens erfolgt.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Anordnen des Phasenwechselelements (18) in dem Hohlraum (20) mit dem Herstellen der Ummantelung (28) zumindest teilweise zeitlich überlappt.

14. Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, ferner umfassend vorab ein Ermitteln von einer räumlichen Verteilung einer zu erwartenden thermischen Beanspruchung des Wärmetauschers (10), wobei das Herstellen der Ummantelung (28) anschließend derart erfolgt, dass der Hohlraum (20) und das

Phasenwechselelement (18) an zumindest einem Abschnitt des Wärmetauschers (10) und/oder des Temperaturausgleichselements (10) angeordnet sind, an welchem die zu erwartende thermische Beanspruchung ein vorbestimmtes Maß übersteigt.