WO2024002522A1 - Rippen-platten-wärmetauscher, verfahren zur herstellung eines rippen-platten-wärmetauschers und verfahren unter verwendung eines rippen-platten-wärmetauschers - Google Patents

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WO2024002522A1
WO2024002522A1 PCT/EP2023/025300 EP2023025300W WO2024002522A1 WO 2024002522 A1 WO2024002522 A1 WO 2024002522A1 EP 2023025300 W EP2023025300 W EP 2023025300W WO 2024002522 A1 WO2024002522 A1 WO 2024002522A1
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WO
WIPO (PCT)
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heat exchanger
cavity
material layer
fin
leak detection
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/025300
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English (en)
French (fr)
Inventor
Axel Lehmacher
Sebastian Ulmer
Paul Heinz
Alexander WOITALKA
Dino Mehanovic
Original Assignee
Linde Gmbh
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Publication date
Application filed by Linde Gmbh filed Critical Linde Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0062—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/005—Arrangements for preventing direct contact between different heat-exchange media
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/26—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/16—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for preventing leakage

Definitions

  • Fin-plate heat exchanger method of manufacturing a fin-plate heat exchanger and method using a fin-plate heat exchanger
  • the invention relates to a fin-plate heat exchanger, a method for producing a corresponding fin-plate heat exchanger and a method in which a corresponding fin-plate heat exchanger is used.
  • Brazed aluminum plate-fin heat exchangers (Brazed Aluminum Plate-Fin Heat Exchangers, PFHE; designations according to the German and English editions of ISO 15547-2:3005) can be used in a variety of process engineering systems at a wide range of pressures and temperatures .
  • Corresponding heat exchangers are used, for example, in the low-temperature separation of air, in the liquefaction of natural gas or in systems for the production of ethylene. If a “heat exchanger” or “plate heat exchanger” is referred to below, this always refers to a corresponding brazed fin-plate heat exchanger, which can be made in particular from aluminum, but also from other materials. It is understood that the term “aluminum” can also refer to an aluminum alloy.
  • the plate heat exchangers mentioned differ significantly in terms of their structure from heat exchangers of the Printed Circuit Heat Exchanger (PCHE) type.
  • PCHE Printed Circuit Heat Exchanger
  • the latter are compact plate heat exchangers that usually have a core made of metal plates with chemically etched flow channels. After the flow channels have been formed, the metal plates are stacked one on top of the other with a precise fit and then connected to a solid metal block using diffusion welding.
  • a printed circuit heat exchanger is proposed as advantageous, for example, in WO 97/03281 A1 for operation with a gas turbine.
  • the gas turbine is equipped with a corresponding heat exchanger in which Heat is removed from compressed air, which is removed from the compressor part and used to cool the turbine part.
  • the heat exchanger transfers the heat from the cooling air to a fluid to be injected back into the combustion section of the gas turbine, such as fuel, without the use of an intermediate heat transfer fluid.
  • the heat removed from the cooling air is returned to the circuit when the fluid is introduced into the combustion chamber of the gas turbine.
  • the service life of corresponding fin-plate heat exchangers depends in particular on the occurrence of strong thermal gradients and the resulting mechanical stresses. Structural weakenings resulting from mechanical stresses can accumulate and ultimately lead to leaks in the field. In fin-plate heat exchangers, tensions and leaks can occur, particularly inside and outside the field of vision, so that they may not be detected early enough. Leaks lead to an unplanned shutdown of a corresponding system with loss of production, which massively increases the overall costs of the remedial measures.
  • EP 3 704431 A1 proposes a fin-plate fluid processing device with active layers, each active layer comprising a fin plate sandwiched between baffles so that an active fluid space is defined between the baffles.
  • the active layers include an outermost active layer with an inlet and an outlet.
  • a layer structure with a ribbed plate is provided, which is arranged between a separating plate and a cover plate.
  • the layer structure has a sealed fluid space.
  • a pressure monitoring system is connected to the fluid space of the layer structure.
  • a pressure relief device is configured to release pressure within the fluid space when a preset pressure is exceeded.
  • the present invention aims to improve the detection of leaks in a fin-plate heat exchanger of the type explained.
  • a fin-plate heat exchanger which has a heat exchanger block
  • heat exchanger passages are arranged in the heat exchanger block, each of which has distribution and collection structures, in particular in the form of corresponding structured sheets, as well as one or more, between the distribution and collection structures arranged, central structured sheets, and wherein separating structures are arranged between the heat exchanger passages and the heat exchanger block is covered on an upper side or first side and a lower side or a second side by cover structures arranged parallel to the separating structures.
  • the separating and covering structures can be conventional separating or covering plates, but any of these separating and covering structures can also be a modified separating or covering structure provided according to an embodiment of the invention, which is designed as a leak detection structure. At least one such leak detection structure is provided. In embodiments of the invention, at least one of the separating structures and/or at least one of the cover structures can be designed as a leak detection structure.
  • a corresponding leak detection structure has a cavity which is formed in the leak detection structure in such a way that the cavity is delimited in the direction of the first side of the heat exchanger block by a first material layer and in the direction of the second side of the heat exchanger block by a second material layer of the leak detection structure .
  • several cavities can also be provided in embodiments of the invention, with the following explanations applying to each of the cavities.
  • the first material layer and the second material layer can be connected to one another via a solder layer or via one or more intermediate elements or intermediate layers, or these can be in one piece merge.
  • no intermediate structural sheets are provided, as is the case, for example, in EP 3 704431 A1 with an “active layer” used there. In this way, the installation space is significantly reduced and manufacturing costs and effort are reduced.
  • the first material layer and the second material layer if they are not formed in one piece, can abut one another directly, so that they can only be separated from one another by a layer of solder.
  • an intermediate layer can also be provided, which can have a recess defining the cavity in the area of the cavity.
  • a width of the cavity in a direction parallel to the first and second material layers is less than a width, in particular an entire width, of the central structured sheet(s) of the heat exchanger passages in the same direction.
  • the “width” represents in particular the smallest extent in a corresponding direction. It is in particular the dimension perpendicular to a longitudinal extent. In particular, it is less than 1/50, 1/10 or 1/5 and, for example, more than 1/100 of the width of the structured sheet(s). In the case of, for example, a meandering, sinusoidal or other periodic configuration, an amplitude in the direction mentioned can also be correspondingly smaller than the width of the structured sheet(s).
  • a measuring device which is set up to detect a size that correlates with a rupture of a wall of the cavity or an element arranged in the cavity.
  • a corresponding rupture in a wall can in particular cause fluid to flow into the cavity and/or fluid to flow out of the cavity, so in this case in particular a loss of pressure or an increase in pressure characterizes a corresponding rupture and can be detected in corresponding embodiments of the invention .
  • a structure can also be introduced into the cavity, for example an optical waveguide or a (particularly insulated) cable, the rupture of which can be detected by detecting an interruption in a light or current signal.
  • top here means the outward-facing surface of a heat exchanger block, which is formed by one of its cover plates, and as the underside, the outward-facing surface of the heat exchanger block, which is formed by the other cover plate.
  • the top and bottom can be parallel to each other and also parallel to the separating plates or the (largest) surfaces thereof and to the cover plates or the (largest) surfaces thereof. Depending on the type of production, such parallelism is not a mandatory requirement.
  • the information “in the direction of the top” or “in the direction of the bottom” refers to directions that are perpendicular to planes that are aligned parallel to the separating plates and cover plates or within which the separating plates and cover plates lie.
  • the direction specified with regard to the width of the cavity extends in particular perpendicular to the directions towards the top and bottom.
  • both directions can also be defined as directions that are each perpendicular to a plane spanned by a respective separating plate (or its surface) and are oriented in opposite directions to one another.
  • top and bottom the terms “first page” and “second page” can also be used, so that “towards the top” can also be replaced by “towards the first page” or “in a first direction”.
  • top which can be replaced by “towards the second side” or “in a second direction”.
  • the top and bottom sides can also be arranged at the front and back, left and right, etc. during operation of a corresponding heat exchanger block and should not be understood as limiting.
  • the first material layer can be formed by a first sheet and the second material layer can be formed by a second sheet, the cavity in this case being formed by a recess in a surface of the first sheet pointing towards the second side and/or by a Recess can be provided in a surface of the second sheet pointing towards the first side. If corresponding recesses are provided in both sheets, these form the cavity in particular together and are aligned accordingly one above the other.
  • the first Material layer and the second material layer can also be connected to one another via an intermediate layer, in particular an intermediate plate, wherein a recess formed in the intermediate layer can define the cavity.
  • the first sheet and the second sheet can be (hard) soldered or otherwise connected to one another in the area of the leak detection structure that is not occupied by the cavity.
  • the recess(es) mentioned can be formed in particular by embossing or material removal, for example laser ablation, milling, eroding, etc.
  • a corresponding sheet metal arrangement comprises, in particular between at least two of the heat exchanger passages, two sheets without a structural sheet metal arranged between them, which together form a separating sheet (in the form of a double sheet) and/or a corresponding sheet metal arrangement on the top and/or on the bottom of the heat exchanger block in particular includes two sheets without a structural sheet arranged between them, which together form a cover sheet (in the form of a double sheet).
  • a double separating plate or cover plate is used as a leak detection structure in order to insert a hollow volume or a control volume, for example dedicatedly below sidebars (as explained in detail below).
  • the volume is pressure monitored so that a tear in one of the separating plates or cover plates, especially in the area of the sidebars, and an ingress or outflow of fluid can be detected via a pressure change in the control volume.
  • the size of the volume and thus, for example, the weakening of the sidebars is chosen so that the double separating plate or cover plate with control volume below the sidebars has a similar or slightly lower mechanical stability than a simple separating plate or cover plate.
  • the first material layer and the second material layer can also be parts of an integrally formed Meta II structure in which the cavity is formed or recessed. So it can also, for example a single separating plate or cover plate or a modified metal structure can be used, in which a cavity has been introduced into the separating plate using suitable manufacturing processes or which has been produced with a cavity using suitable manufacturing processes (e.g. casting, additive manufacturing processes of any type). Combinations of double sheets and single sheets can also be used.
  • the present invention makes it possible to detect leaks and other damage such as cracks early and reliably.
  • the solution proposed according to the invention can be implemented in a technically simpler manner and requires less space.
  • the size that correlates with a rupture of a wall of the cavity or an element arranged in the cavity can, in an embodiment of the invention already mentioned, be a size that indicates an inflow of fluid into the cavity and/or an outflow of fluid from the cavity identifies.
  • it is referred to below as a pressure in the cavity, which increases when fluid flows into the cavity and decreases when fluid flows out of the cavity.
  • the cavity can also be monitored using measuring methods that are based on optical, magnetic, electromagnetic or acoustic effects.
  • the physical effects that are monitored may require the introduction of suitable transmission materials (e.g. glass fiber).
  • suitable transmission materials e.g. glass fiber
  • the measuring device has a computing unit or is connected or connectable to a computing unit, the computing unit being set up to monitor the size, for example the pressure in the cavity, an electrical signal, an optical signal or the like, and which is further set up to detect a leak in the heat exchanger block or a rupture in one of the structures mentioned based on this monitored size.
  • a corresponding leak detection can be carried out, for example, on the basis of a threshold value comparison and can include any signal processing methods, for example determining a moving average, in order to eliminate short-term fluctuations in size.
  • data-driven models and machine learning methods can also be used in this context.
  • the cavity can be formed by a recess, as mentioned, in one of these sheets or mutually facing recesses in both sheets.
  • a recess for example, only one of the sheets has to be weakened or elaborately processed, whereas in the second alternative a larger cavity can be created. If there is a recess in an intermediate plate, the upper and lower plates remain unweakened.
  • the cavity in the leak detection structure may extend alternately on two sides of a centerline.
  • This can in particular be a meandering or zigzag channel.
  • the center line can in particular lie parallel between an upper side and a lower side of the respective leak detection structure.
  • parallelism is not necessary.
  • the one recess or at least one of the mutually facing recesses in the two sheets can run alternately on two sides of a corresponding center line, at least in one section.
  • crack propagation can be limited in this way.
  • An embodiment may be advantageous in which the center line runs parallel to a side edge of the respective separating plate and/or cover plate. However, this is not absolutely necessary.
  • the center line (instead) runs parallel or in another suitable orientation to a predicted crack propagation line or an area of expected crack formation. The area where cracks are expected to develop can be determined, for example, through simulations.
  • the recess or a corresponding cavity in general which runs alternately on two sides of a center line at least in one section, can, in embodiments of the present invention, run in a meandering, sinusoidal, wavy or zigzag shape, in particular in a plane parallel to the upper - and underside of the leak detection structure and therefore parallel to the first and second sides of the heat exchanger block or the separating and cover plates.
  • a meandering, sinusoidal, wavy or zigzag shape in particular in a plane parallel to the upper - and underside of the leak detection structure and therefore parallel to the first and second sides of the heat exchanger block or the separating and cover plates.
  • other suitable orientations are possible at any time.
  • the choice made can be particularly aimed at simplifying production or mechanical strength.
  • the width of a corresponding amplitude parallel to the first and second material layers is smaller than the width of the structural sheets in this direction.
  • sidebars can be arranged on two sides of the central structured sheet(s) in the heat exchanger passages.
  • a vertical projection onto a plane arranged in particular (but not necessarily) parallel to the first and second sides of the heat exchanger block or the separating structures and covering structures or their surface(s) the projection surfaces of the separating structures and the cover structures in particular essentially completely overlap.
  • a transition region between at least one of the sidebars and at least one of the structured sheets can overlap with the cavity in at least one section.
  • the transition region can in particular be a substantially straight line on which a sidebar abuts the corresponding structural sheet metal of the heat exchanger passage. Such a line can therefore intersect a projection surface of the cavity in a corresponding vertical projection.
  • Such an arrangement can in particular ensure that the particularly leak-prone areas in the transition area between sidebars and structural sheets or the area of the partition and cover sheets covered thereby can be provided with the leak detection options provided according to the invention.
  • alternative configurations are also possible, in which in the mentioned vertical projection either only the projection surfaces of at least one of the sidebars or only at least one of the structured sheets overlap with the projection surface of the cavity.
  • the cavity can be connected to a drainage device in order to prevent leaks from flowing out To ensure fluid and in this way, for example, to prevent overpressure.
  • a corresponding drainage device can also be set up, for example, for an opening above a predetermined pressure threshold.
  • thermoelectric detection means or any other measuring means for detecting a temperature or any other measured values are introduced into the heat exchanger block.
  • a structure such as an insulated cable or a light guide for crack detection can be arranged in the cavity or at any other location, which is fastened in such a way that is interrupted if a crack occurs.
  • a resistance value or a current flow through the cable can be monitored so that in the event of a corresponding interruption (additionally) it can be concluded that there is a crack.
  • a size is detected that correlates with a rupture of an element arranged in the cavity, the rupture, as mentioned, being able to be detected by detecting an interruption in a light or current signal.
  • a further cavity of similar or different design can also be arranged in the leak detection structure, wherein the cavities can be arranged in the leak detection structure without mutual connection to one another. Sections of the two cavities can be arranged alternately to one another or alternately intersect an axis.
  • a method of manufacturing a fin-plate heat exchanger having a heat exchanger block is also the subject of the present invention.
  • the method includes forming a stack arrangement that includes a number of heat exchanger passages, wherein the heat exchanger passages are each formed by arranging a number of distribution and collection structures and central structured sheets, wherein separating structures are arranged between the heat exchanger passages, and wherein on a first side and a second side of the stacking arrangement, one each Cover structure is arranged.
  • the method further includes connecting the stack arrangement to form a heat exchanger block.
  • At least one of the separating structures and/or at least one of the covering structures is provided as a leak detection structure with a cavity which is arranged in the leak detection structure in such a way that the cavity is formed in the direction of the first side by a first material layer and in the direction of the second side by a second material layer of the leak detection structure is limited, wherein the first material layer and the second material layer are connected to one another in a region of the leak detection structure that is not occupied by the cavity.
  • a width of the cavity in a direction parallel to the first and second material layers is less than a width of the central structured sheets of the heat exchanger passages in the same direction, i.e. one or more structured sheets in one or more of the heat exchanger passages.
  • a measuring device that is designed to detect a quantity that correlates with a rupture of the cavity or an element arranged in the cavity.
  • the method can in particular include the provision of the features previously explained in detail in accordance with the different embodiments of the present invention.
  • the invention also relates to a method for controlling the temperature of at least one fluid, in which a fin-plate heat exchanger is used, as previously explained in embodiments.
  • Figure 1 illustrates a fin-plate heat exchanger
  • FIG. 2 illustrates aspects of an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 illustrates aspects of an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 illustrates aspects of an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 illustrates aspects of an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 illustrates aspects of an embodiment of the present invention.
  • figure? illustrates aspects of an embodiment of the present invention.
  • Brazed fin-plate heat exchangers made of aluminum are shown in Figure 2 of the ISO 15547-2:3005 mentioned at the beginning and on page 5 of the publication “The Standards of the Brazed Aluminum Plate-Fin Heat Exchanger Manufacturers' Association” by ALPEMA, 3rd edition 2010 , shown and described. An illustration that essentially corresponds to the illustrations there is shown in the attached FIG. 1 and is explained below.
  • the plate heat exchanger 100 shown partially opened in FIG. 1, is used for the heat exchange of five different process media A to E in the example shown.
  • the plate heat exchanger 100 For heat exchange between the process media A to E, the plate heat exchanger 100 comprises a large number of separating plates 4 arranged parallel to one another (in English as Parting Sheets and in the previously mentioned publications, to which the following information in brackets also refers). also referred to here as separating structures), between which heat exchange passages 1 are formed by structured sheets 3 with fins (fins), each for one of the process media A to E, which can thereby enter into heat exchange with one another.
  • the structured sheets 3 are typically folded or corrugated, flow channels being formed by the folds or waves, as also shown in FIG. 1 of ISO 15547-2:3005.
  • the provision of the structured sheets 3 offers the advantage of improved heat transfer, more targeted fluid guidance and an increase in mechanical (tensile) strength.
  • the process media A to E flow separately from one another, in particular through the separating plates 4, but can, if necessary, pass through the latter in the case of perforated structured plates 3.
  • the individual passages 1 are each surrounded on the sides by so-called sidebars 8, which, however, leave feed and removal openings 9 free.
  • the sidebars 8 keep the separating plates 4 at a distance and ensure mechanical reinforcement of the pressure chamber.
  • Reinforced cover plates 5 (cap sheets), which are arranged parallel to the separating plates 4, are used to finish off at least two sides.
  • further structured sheets 2 with so-called distributor fins, which ensure an even distribution over the entire width of passages 1.
  • distributor fins Seen in the direction of flow, at the end of the passage 1 there can be further structured sheets 2 with collecting lamellas, which lead the process media A to E from the passages 1 into the headers 7, where they are collected and drawn off via the corresponding nozzles 6. In this case we also speak of “distribution and collection structures”.
  • a cuboid heat exchanger block 10 is formed overall, whereby a "heat exchanger block" here includes the elements mentioned without the headers 7 and nozzles 6 in an interconnected state understood should be.
  • the top or first side here is the outward-facing surface of the heat exchanger block 10, which is formed by one cover plate 5, and the underside or second side is the outward-facing surface of the heat exchanger block 10, which is formed by the other cover plate 5 , designated.
  • the top or first side is designated U, the bottom or second side is covered and indicated by L.
  • the plate heat exchanger 100 can be formed from several cuboid and interconnected heat exchanger blocks 10, particularly for manufacturing reasons.
  • Plate heat exchangers 100 are brazed from aluminum, for example.
  • the passages 1, comprising the structured sheets 2 and 3, the separating sheets 4, the cover sheets 5 and the sidebars 8, are each provided with solder, stacked on top of one another or arranged accordingly and heated in an oven.
  • the headers 7 and the connectors 6 are welded onto the heat exchanger block 10 produced in this way.
  • FIG. 2 A structure according to an embodiment of the present invention is illustrated in FIG. 2 and is designated overall by 20.
  • the structure 20 represents part of a heat exchanger block 10 illustrated in FIG. 1, the respective elements not being shown to scale and in cross section between the top or first side U and the bottom or second side L.
  • the sidebars 8 are not shown here.
  • the arrangement continues downwards in essentially the same way, as indicated by ellipses defined in Figure 2. Any other continuation is also possible. So-called dummy layers (passages with no flow) can also be provided. These can also be at the outer end of the active passages and border the cover plates.
  • heat exchanger passages which were previously designated 1 are arranged in the heat exchanger block previously designated 10.
  • the structured sheets 3 are shown in FIG.
  • two separating plates 41, 42 are arranged between the heat exchanger passages 1 and the structural plates 3, which, as illustrated in relation to the following figures, form a leak detection structure 11.
  • the heat exchanger block 10 is in the embodiment illustrated here its top or first side U is covered by two cover plates 51, 52. As illustrated in relation to the following figures, these also form a leak detection structure, also designated 11 for the sake of simplicity.
  • the underside or second side L can be designed in a corresponding manner.
  • double separating or cover plates 41, 42 or 51, 52 are arranged here, each forming leak detection structures 11.
  • cover plates 51, 52 can each be designed in the same or comparable manner and are not explained in detail for the sake of clarity.
  • two separating plates 41, 42 are arranged between at least two of the heat exchanger passages 1 without a structural plate 3 arranged between them, which form the leak detection structure 11, and between the two separating plates 41, 42 there is a cavity 43 arranged.
  • a measuring device which in the example illustrated here has a sensor 45, a measuring cable 46 and a computing unit 50. This is set up to detect a pressure in the cavity 43, evaluate it in the manner explained, and in this way detect a leak.
  • the cavity 43 is delimited in the direction of the top or first side U by a top or first material layer 41a and in the direction of the bottom or second side L by a bottom or second material layer 42a of the leak detection structure 11, wherein the top or first material layer 41a is formed by a top or first sheet 41 and the bottom or second material layer 42a is formed by a bottom or second sheet 42.
  • the cavity 43 is here through a recess in a surface of the top or first sheet facing towards the underside or second side L 41 and formed by a recess in a surface of the bottom or second sheet 42 pointing in the direction of the top U or first side, which are in particular superimposed with a precise fit.
  • a width of the cavity 43 in a direction parallel to the first and second material layers 41a, 42b, i.e. here horizontally in the plane of the drawing, is less than a width of the structured sheets 3 in the same direction.
  • a transition area struck by the dash-dotted line overlaps between at least one of the sidebars 8 and at least one of the structured sheets 3 in at least one section with the cavity 43 or its projection surface.
  • Alternative configurations are possible in which in the mentioned vertical projection either only at least one of the sidebars 8 or only at least one of the structured sheets 3 overlap with the cavity 44 or its projection surface.
  • a corresponding top or bottom sheet 41 or 42 is illustrated in a partial perspective view, the axis shown in dash-dotted lines running parallel to the plane of the paper indicating the direction in which the explained width of the cavity lies.
  • the cavity 43 can be formed by a recess in one of the sheets 41, 42 or 51, 52 or mutually facing recesses in the respective sheets 41, 43 and 51, 52.
  • Such recesses are designated 44 in Figure 3.
  • several recesses 44 which can be formed in the sheets 41, 42 or 51, 52, can also be provided.
  • the recesses 44 can be provided, for example, by milling, embossing or applying material at other locations.
  • a single metal structure with a cavity 43 can also be provided, wherein the cavity can be recessed or formed in the metal structure, for example by casting, additive manufacturing or other methods. Below we will talk about two separating plates 41, 42 without any intended restriction. The corresponding explanations also apply in the same way to a cavity formed or recessed in a metal structure.
  • the one recess 44 or at least one of the mutually facing recesses 44 in the two separating plates 41, 42 can run alternately on two sides of a center line M at least in one section and lie in a plane parallel to the top and bottom of the corresponding plate .
  • This is illustrated with reference to Figure 6 with a section 44a in which the recess runs in a meandering shape, whereas on an opposite side of the separating plate 41, 42 runs straight.
  • At least sections 44b, 44c are formed which are interlocked with one another without interconnection and in this way provide two independent monitoring circuits. These can, for example, be straight or meandering.
  • an element or a structure in the form of a particularly insulated cable or light guide can also be introduced into the cavity 43, the rupture of which can be detected by evaluating an optical signal or current signal.

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Abstract

Es wird ein Rippen-Platten-Wärmetauscher (100), der einen Wärmetauscherblock (10) aufweist, vorgeschlagen, wobei in dem Wärmetauscherblock (10) Wärmetauscherpassagen (1) angeordnet sind, die jeweils Verteiler- und Sammelstrukturen (2) sowie ein oder mehrere, zwischen den Verteiler- und Sammelstrukturen (2) angeordnetes, zentrales strukturierte Bleche (3) aufweisen, wobei zwischen den Wärmetauscherpassagen (1) Trennstrukturen (41, 42) angeordnet sind und der Wärmetauscherblock (10) an einer ersten Seite (U) und einerzweiten Seite (L) durch Deckstrukturen (51, 52) abgedeckt ist. Hierbei ist vorgesehen, dass zumindest eine der T rennstrukturen (41, 42) und/oder zumindest eine der Äbdeckstrukturen (51, 52) als eine Leckdetektionsstruktur (11) ausgebildet ist, die einen Hohlraum (43) aufweist, der derart in der Leckdetektionsstruktur (11) ausgebildet ist, dass der Hohlraum (43) in Richtung der ersten Seite (U) von einer ersten Materialschicht (41a) und in Richtung der zweiten Seite (L) von einer zweiten Materialschicht (42a) der Leckdetektionsstruktur (11) begrenzt ist, wobei in einem nicht durch den Hohlraum (43) eingenommenen Bereich der Leckdetektionsstruktur (11) die erste Materialschicht (41a) und die zweite Materialschicht (42a) miteinander verbunden sind, dass eine Breite des Hohlraums (43) in einer Richtung parallel zu der ersten Materialschicht (41a) und der zweiten Materialschicht (42a) geringer ist als eine Breite des oder der zentralen strukturierten Bleche (3) der Wärmetauscherpassagen in dieser Richtung, und dass eine Messeinrichtung (45, 46, 50) bereitgestellt sind, die dafür eingerichtet ist, eine Größe zu erfassen, die mit einer Ruptur einer Wand des Hohlraums (43) oder eines in dem Hohlraum (43) angeordneten Elements korreliert. Ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Rippen-Platten- Wärmetauschers (100) und ein Verfahren, bei dem ein derartiger Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) verwendet wird, sind ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Description

Beschreibung
Rippen-Platten-Wärmetauscher, Verfahren zur Herstellung eines Rippen-Platten- Wärmetauschers und Verfahren unter Verwendung eines Rippen-Platten- Wärmetauschers
Die Erfindung betrifft einen Rippen-Platten-Wärmetauscher, ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Rippen-Platten-Wärmetauschers und ein Verfahren, bei dem ein entsprechender Rippen-Platten-Wärmetauscher verwendet wird.
Hintergrund der Erfindung
Gelötete Rippen-Platten-Wärmetauscher aus Aluminium (Brazed Aluminium Plate-Fin Heat Exchangers, PFHE; Bezeichnungen gemäß der deutschen und englischen Ausgabe der ISO 15547-2:3005), können in einer Vielzahl von verfahrenstechnischen Anlagen bei unterschiedlichsten Drücken und Temperaturen zum Einsatz kommen. Entsprechende Wärmetauscher finden beispielsweise Anwendung bei der Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei der Verflüssigung von Erdgas oder in Anlagen zur Herstellung von Ethylen. Ist nachfolgend verkürzend von einem „Wärmetauscher“ oder „Plattenwärmetauscher“ die Rede, sei hierunter stets ein entsprechender gelöteter Rippen-Platten-Wärmetauscher verstanden, der insbesondere aus Aluminium, aber auch aus anderen Materialien hergestellt sein kann. Es versteht sich dabei, dass der Begriff „Aluminium“ auch eine Aluminiumlegierung bezeichnen kann.
Die erwähnten Plattenwärmetauscher unterscheiden sich hinsichtlich ihres Aufbaus deutlich von Wärmetauschern vom Typ des Printed Circuit Heat Exchanger (PCHE). Bei letzteren handelt es sich um kompakte Plattenwärmeübertrager, die in der Regel einen Kern aufweisen, der aus Metallplatten mit chemisch geätzten Strömungskanälen aufgebaut ist. Nach dem Ausbilden der Strömungskanäle werden die Metallplatten passgenau übereinandergestapelt und dann durch Diffusionsverschweißung zu einem massiven Metallblock verbunden.
Die Verwendung eines derartigen Printed Circuit Heat Exchanger wird beispielsweise in der WO 97/03281 A1 zum Betrieb mit einer Gasturbine als vorteilhaft vorgeschlagen. Die Gasturbine ist mit einem entsprechenden Wärmetauscher ausgestattet, in dem Wärme aus komprimierter Luft abgeführt wird, die aus dem Verdichterteil entnommen und zur Kühlung des T urbinenteils verwendet wird. Der Wärmetauscher überträgt die Wärme aus der Kühlluft auf ein Fluid, das in den Verbrennungsabschnitt der Gasturbine zurückgespritzt werden soll, wie z.B. Brennstoff, ohne die Verwendung eines zwischengeschalteten Wärmeübertragungsfluids. Die der Kühlluft entzogene Wärme wird dem Kreislauf wieder zugeführt, wenn das Fluid in die Brennkammer der Gasturbine eingeleitet wird.
Die Lebensdauer von entsprechenden Rippen-Platten-Wärmetauschern hängt insbesondere vom Auftreten starker thermischer Gradienten und hierdurch induzierten mechanischen Spannungen ab. Aus mechanischen Spannungen resultierende Strukturschwächungen können sich akkumulieren und letztlich zu Leckagen im Feld führen. In Rippen-Platten-Wärmetauschern können Spannungen und Leckagen insbesondere im Inneren und außerhalb des Sichtfelds auftreten, so dass diese ggf. nicht frühzeitig genug erkannt werden können. Leckagen führen zu einem ungeplanten Stillstand einer entsprechenden Anlage mit Produktionsausfall, wodurch die Gesamtkosten der Abhilfemaßnahmen massiv erhöht werden.
Die EP 3 704431 A1 schlägt eine Rippen-Platten-Fluidverarbeitungsvorrichtung mit aktiven Schichten vor, wobei jede aktive Schicht eine Rippenplatte umfasst, die sandwichartig zwischen Trennblechen angeordnet ist, so dass ein aktiver Fluidraum zwischen den Trennblechen definiert ist. Die aktiven Schichten umfassen eine äußerste aktive Schicht mit einem Einlass und einem Auslass. Im Anschluss an die äußerste aktive Schicht ist ein Schichtaufbau mit einer Rippenplatte vorgesehen, die zwischen einem Trennblech und einem Deckblech angeordnet ist. Der Schichtaufbau weist einen abgedichteten Fluidraum auf. Ein Drucküberwachungssystem steht in Verbindung mit dem Fluidraum des Schichtaufbaus. Eine Druckentlastungsvorrichtung ist dafür eingerichtet, einen Druck innerhalb des Fluidraums abzulassen, wenn ein voreingestellter Druck überschritten wird.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Erkennung von Leckagen in einem Rippen-Platten-Wärmetauscher der erläuterten Art zu verbessern.
Offenbarung der Erfindung Diese Aufgabe wird durch einen Rippen-Platten-Wärmetauscher, ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Rippen-Platten-Wärmetauschers und ein Verfahren, bei dem ein entsprechender Rippen-Platten-Wärmetauscher verwendet wird, mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der nachfolgenden Beschreibung.
Erfindungsgemäß wird ein Rippen-Platten-Wärmetauscher, der einen Wärmetauscherblock aufweist, vorgeschlagen, wobei in dem Wärmetauscherblock Wärmetauscherpassagen angeordnet sind, die jeweils Verteiler- und Sammelstrukturen, insbesondere in Form von entsprechenden strukturierten Blechen, sowie ein oder mehrere, zwischen den Verteiler- und Sammelstrukturen angeordnete, zentrale strukturierte Bleche aufweisen, und wobei zwischen den Wärmetauscherpassagen Trennstrukturen angeordnet sind und der Wärmetauscherblock an einer Oberseite bzw. ersten Seite und einer Unterseite bzw. einer zweiten Seite durch parallel zu den Trennstrukturen angeordnete Deckstrukturen abgedeckt ist. Die Trenn- und Deckstrukturen können einerseits herkömmliche Trennoder Deckbleche sein, es kann sich aber bei jeder beliebigen dieser Trenn- und Deckstrukturen auch um eine gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung bereitgestellte, modifizierte Trenn- oder Deckstruktur handeln, die als Leckdetektionsstruktur ausgebildet ist. Zumindest eine solche Leckdetektionsstruktur ist vorgesehen. Es kann also in Ausgestaltungen der Erfindung zumindest eine der Trennstrukturen und/oder zumindest eines der Deckstrukturen als Leckdetektionsstruktur ausgebildet sein.
Es ist vorgesehen, dass eine entsprechende Leckdetektionsstruktur einen Hohlraum aufweist, der derart in der Leckdetektionsstruktur ausgebildet ist, dass der Hohlraum in Richtung der ersten Seite des Wärmetauscherblocks von einer ersten Materialschicht und in Richtung der zweiten Seite des Wärmetauscherblocks von einer zweiten Materialschicht der Leckdetektionsstruktur begrenzt ist. Es versteht sich, dass in Ausgestaltungen der Erfindung auch mehrere Hohlräume bereitgestellt sein können, wobei für jeden der Hohlräume die nachfolgenden Erläuterungen gelten.
In einem nicht durch den Hohlraum eingenommenen Bereich der Leckdetektionsstruktur können die erste Materialschicht und die zweite Materialschicht über eine Lotschicht oder über ein oder mehrere Zwischenelemente oder Zwischenschichten miteinander verbunden sein oder diese können einstückig ineinander übergehen. Es sind jedoch keine zwischengeschalteten Strukturbleche vorgesehen, wie dies beispielsweise in der EP 3 704431 A1 bei einer dort verwendeten „aktiven Schicht“ der Fall ist. Auf diese Weise verringert sich der Bauraum deutlich und Herstellungskosten und -aufwand werden verringert. Die erste Materialschicht und die zweite Materialschicht können, falls sie nicht einstückig ausgebildet sind, unmittelbar aneinanderstoßen, so dass diese nur durch eine Lotschickt voneinander getrennt sein können. Alternativ dazu kann aber auch eine Zwischenschicht vorgesehen sein, die im Bereich des Hohlraums eine den Hohlraum definierende Aussparung aufweisen kann.
Eine Breite des Hohlraums in einer Richtung parallel zur ersten und zweiten Materialschicht ist geringer ist als eine Breite, insbesondere eine gesamte Breite, des oder der zentralen strukturierten Bleche der Wärmetauscherpassagen in derselben Richtung. Die „Breite“ stellt dabei insbesondere die geringste Erstreckung in einer entsprechenden Richtung dar. Sie ist insbesondere die Dimension senkrecht zu einer Längserstreckung. Sie beträgt insbesondere weniger als 1/50, 1/10 oder 1/5 und beispielsweise mehr als 1/100 der Breite des oder der strukturierten Bleche. Bei einer beispielsweise mäanderförmigen, sinusförmigen oder anderweitigen periodischen Ausgestaltung kann auch eine Amplitude in der genannten Richtung in entsprechender Weise geringer als die Breite des oder der der strukturierten Bleche sein.
Ferner ist vorgesehen, dass eine Messeinrichtung bereitgestellt ist, die dafür eingerichtet ist, eine Größe zu erfassen, die mit einer Ruptur einer Wand des Hohlraums oder eines in dem Hohlraum angeordneten Elements korreliert. Eine entsprechende Ruptur in einer Wand kann insbesondere ein Einströmen von Fluid in den Hohlraum und/oder ein Ausströmen von Fluid aus dem Hohlraum bewirken, so in diesem Fall insbesondere ein Druckverlust oder eine Druckerhöhung eine entsprechende Ruptur kennzeichnet und in entsprechenden Ausgestaltungen der Erfindung detektiert werden kann. In anderen Ausgestaltungen der Erfindung kann in den Hohlraum auch eine Struktur eingebracht sein, beispielsweise ein Lichtwellenleiter oder ein (insbesondere isoliertes) Kabel, dessen Ruptur durch Erkennung einer Unterbrechung eines Licht- oder Stromsignals detektiert werden kann.
Unter dem Begriff „Oberseite“ wird hier die nach außen weisende Fläche eines Wärmetauscherblocks verstanden, die durch eines seiner Deckbleche gebildet wird, und als Unterseite die nach außen weisende Fläche des Wärmetauscherblocks, die durch das andere Deckblech gebildet wird. Die Oberseite und die Unterseite können parallel zueinander und ferner parallel zu den Trennblechen bzw. den (größten) Oberflächen hiervon und zu den Deckblechen bzw. den (größten) Oberflächen hiervon liegen. Je nach Art der Fertigung ist eine derartige Parallelität aber keine zwingende Voraussetzung. Die Angaben „in Richtung der Oberseite“ bzw. „in Richtung der Unterseite“ bezeichnen hierbei jeweils Richtungen, die senkrecht zu Ebenen stehen, die parallel zu den Trennblechen und Deckblechen ausgerichtet sind bzw. innerhalb derer die Trennbleche und Deckbleche liegen. Die hinsichtlich der Breite des Hohlraums angegebene Richtung erstreckt sich insbesondere senkrecht zu den Richtungen in Richtung der Ober- bzw. Unterseite.
Eine Orientierung der entsprechenden Richtungen wird dabei jeweils durch die Angabe des Ziels („in Richtung der Oberseite“ oder „in Richtung der Unterseite“) angegeben. Alternativ können beide Richtungen auch als Richtungen definiert werden, die jeweils senkrecht zu einem von einem jeweils betrachteten Trennblech (bzw. dessen Oberfläche) aufgespannten Ebene und gegensinnig zueinander orientiert sind.
Anstelle der Begriffe „Oberseite“ und „Unterseite“ kann jeweils auch der Begriff „erste Seite“ und „zweite Seite“ stehen, so dass an die Stelle der Angabe „in Richtung der Oberseite“ auch „in Richtung der ersten Seite“ oder „in einer ersten Richtung“ treten kann. Entsprechendes gilt auch für den Begriff „in Richtung der Oberseite“, an dessen Stelle „in Richtung der zweiten Seite“ bzw. „in einer zweiten Richtung“ stehen kann. Die Ober- und Unterseiten können im Betrieb eines entsprechenden Wärmetauscherblocks auch vorne und hinten, links und rechts usw. angeordnet werden und sollen nicht einschränkend verstanden werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die erste Materialschicht durch ein erstes Blech und die zweite Materialschicht durch ein zweites Blech gebildet sein, wobei der Hohlraum in diesem Fall durch eine Ausnehmung in einer in Richtung der zweiten Seite weisenden Fläche des ersten Blechs und/oder durch eine Ausnehmung in einer in Richtung der ersten Seite weisenden Fläche des zweiten Blechs bereitgestellt sein kann. Werden in beiden Blechen entsprechende Ausnehmungen bereitgestellt, bilden diese den Hohlraum insbesondere gemeinsam und werden entsprechend übereinander ausgerichtet. In andere Ausgestaltungen können, wie erwähnt, die erste Materialschicht und die zweite Materialschicht auch über eine Zwischenschicht, insbesondere ein Zwischenblech, miteinander verbunden sein, wobei eine in der Zwischenschicht ausgebildete Ausnehmung den Hohlraum definieren kann.
Das erste Blech und das zweite Blech können in dem nicht durch den Hohlraum eingenommenen Bereich der Leckdetektionsstruktur miteinander (hart-) verlötet oder anderweitig verbunden sein. Entsprechendes gilt auch für eine ggf. vorhandene Zwischenschicht. Die erwähnte(n) Ausnehmung(en) kann/können insbesondere durch Prägen oder einen Materialabtrag, beispielsweise Laserabtragen, Fräsen, erodieren usw., ausgeformt sein.
In dieser Ausgestaltung umfasst eine entsprechende Blechanordnung also insbesondere zwischen zumindest zwei der Wärmetauscherpassagen zwei Bleche ohne ein dazwischen angeordnetes Strukturblech, die gemeinsam ein Trennblech (in Form eines Doppelblechs) bilden und/oder eine entsprechende Blechanordnung an der Oberseite und/oder an der Unterseite des Wärmetauscherblocks umfasst insbesondere zwei Bleche ohne ein dazwischen angeordnetes Strukturblech, die gemeinsam ein Deckblech (in Form eines Doppelblechs) bilden.
In derartigen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung wird demnach insbesondere ein doppeltes Trennblech bzw. Deckblech als Leckdetektionsstruktur verwendet, um, beispielsweise dediziert unterhalb von Sidebars (wie nachfolgend im Detail erläutert), ein Hohlvolumen bzw. ein Kontrollvolumen einzufügen. Das Volumen wird beispielsweise drucküberwacht, so dass ein Einreißen eines der Trennbleche bzw. Deckbleche, insbesondere im Bereich der Sidebars, und ein Eindringen bzw. Ausströmen von Fluid über eine Druckänderung in dem Kontrollvolumen detektiert werden kann. Die Größe des Volumens und damit beispielsweise auch die Verschwächung der Sidebars wird so gewählt, dass das doppelte Trennblech bzw. Deckblech mit Kontrollvolumen unterhalb der Sidebars eine ähnliche oder leicht geringere mechanische Stabilität aufweist als ein einfaches Trennblech bzw. Deckblech.
In anderen Ausgestaltungen der Erfindung können die erste Materialschicht und die zweite Materialschicht auch Teile einer einstückig ausgebildeten Meta II Struktur sein, in der der Hohlraum ausgeformt oder ausgespart ist. Es kann also beispielsweise auch ein einzelnes Trennblech oder Deckblech bzw. eine modifizierte Metallstruktur zur Anwendung kommen, bei dem durch geeignete Herstellungsverfahren ein Hohlraum in das Trennblech eingebracht worden ist oder die durch geeignete Herstellungsverfahren (z.B. Gießen, additive Herstellungsverfahren beliebiger Art) mit einem Hohlraum hergestellt wurde. Auch Kombinationen von Doppelblechen und Einzelblechen können eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, Leckagen und andere Beschädigungen wie Risse frühzeitig und zuverlässig zu erkennen. Beispielsweise im Gegensatz zum eingangs erläuterten Stand der Technik kann die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung technisch einfacher und mit geringerem Platzbedarf implementiert werden.
Die Größe, die mit einer Ruptur einer Wand des Hohlraums oder eines in dem Hohlraum angeordneten Elements korreliert, kann in einer bereits angesprochenen Ausgestaltung der Erfindung eine Größe sein, die ein Einströmen von Fluid in den Hohlraum und/oder ein Ausströmen von Fluid aus dem Hohlraum kennzeichnet. Sie wird nachfolgend in Bezug auf entsprechende Ausgestaltungen als ein Druck in dem Hohlraum bezeichnet, der sich bei einem Einströmen von Fluid in den Hohlraum erhöht und bei einem Ausströmen von Fluid aus dem Hohlraum verringert. Der Hohlraum kann in solchen Ausgestaltungen jedoch auch mit Messverfahren überwacht werden, die auf optischen, magnetischen, elektromagnetischen oder akustischen Effekten beruhen. Die physikalischen Effekte, die überwacht werden, kann die Einbringung geeigneter Übertragungsmaterialen (z.B. Glasfaser) bedingen. Nachfolgend wird lediglich zur Vereinfachung auf einen Druckwert Bezug genommen.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Messeinrichtung eine Recheneinheit auf oder ist mit einer Recheneinheit verbunden oder verbindbar, wobei die Recheneinheit zur Überwachung der Größe, beispielsweise des Drucks in dem Hohlraum, eines elektrischen Signals, eines optischen Signals oder dergleichen, eingerichtet ist, und die ferner dafür eingerichtet ist, auf Grundlage dieser überwachten Größe ein Leck des Wärmetauscherblocks bzw. eine Ruptur in einer der genannten Strukturen zu erkennen. Eine entsprechende Leckerkennung kann beispielsweise auf Grundlage eines Schwellwertvergleichs erfolgen und beliebige Signalverarbeitungsverfahren umfassen, beispielsweise eine Bestimmung eines gleitenden Durchschnitts, um kurzzeitige Schwankungen der Größe zu eliminieren. Alternativ oder zusätzlich können in diesem Zusammenhang auch datengetriebene Modelle und Verfahren des maschinellen Lernens eingesetzt werden.
In Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung kann, falls entsprechende Doppelbleche (mit einem ersten und einem zweiten Blech) zum Einsatz kommen, der Hohlraum durch eine Ausnehmung, wie erwähnt in einem der dieser Bleche oder einander zuweisende Ausnehmungen in beiden Blechen gebildet sein. In der ersten Alternative muss beispielsweise nur eines der Bleche verschwächt bzw. aufwendig bearbeitet werden, wohingegen in der zweiten Alternative ein größerer Hohlraum geschaffen werden kann. Bei einer Ausnehmung in einem Zwischenblech bleiben die oberen und unteren Bleche unverschwächt.
In Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung kann der Hohlraum in der Leckdetektionsstruktur alternierend auf zwei Seiten einer Mittellinie verlaufen. Es kann sich hierbei insbesondere um einen mäandrierenden bzw. zickzackförmig verlaufenden Kanal handeln. Die Mittellinie kann dabei insbesondere parallel zwischen einer Oberseite und einer Unterseite der jeweiligen Leckdetektionsstruktur liegen. Wie erwähnt, ist eine Parallelität aber nicht erforderlich. In einer Ausgestaltung mit zwei Blechen kann dabei die eine Ausnehmung oder zumindest eine der jeweils einander zuweisenden Ausnehmungen in den zwei Blechen zumindest in einem Abschnitt alternierend auf zwei Seiten einer entsprechenden Mittellinie verlaufen. Wie auch unter Bezugnahme auf Figur 3 unten näher erläutert, kann auf diese Weise eine Rissausbreitung begrenzt werden. Hierbei kann eine Ausgestaltung vorteilhaft sein, bei dem die Mittellinie parallel zu einer Seitenkante des jeweiligen Trennblechs und/oder Deckblechs verläuft. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Mittellinie (stattdessen) parallel oder in einer anderen geeigneten Orientierung zu einer prognostizierten Rissausbreitungslinie oder einem Bereich einer erwarteten Rissentstehung verläuft. Der Bereich einer erwarteten Rissentstehung kann dabei beispielsweise durch Simulationen ermittelt werden.
Die Ausnehmung bzw. ein entsprechender Hohlraum allgemein, die bzw. der zumindest in einem Abschnitt alternierend auf zwei Seiten einer Mittellinie verläuft, kann in Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung mäanderförmig, sinusförmig, wellenförmig oder zickzackförmig verlaufen, und zwar insbesondere in einer Ebene parallel zu der Ober- und Unterseite der Leckdetektionsstruktur und damit parallel zur ersten und zweiten Seite des Wärmetauscherblocks bzw. den Trenn- und Deckblechen. Auch hier sind jedoch andere geeignete Orientierungen jederzeit möglich. Die jeweils getroffene Wahl kann sich insbesondere im Sinne einer fertigungstechnischen Vereinfachung oder mechanischen Festigkeit richten. Insbesondere ist auch hier die Breite einer entsprechenden Amplitude parallel zu der ersten und der zweiten Materialschicht geringer als die Breite der Strukturbleche in dieser Richtung.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können an zwei Seiten des oder der zentralen strukturierten Bleche in den Wärmetauscherpassagen jeweils Sidebars angeordnet sein. Bei einer Vertikalprojektion auf eine insbesondere (aber nicht notwendigerweise) parallel zur ersten und zweiten Seite des Wärmetauscherblocks bzw. den Trennstrukturen und Abdeckstrukturen bzw. deren Oberfläche(n) angeordneten Ebene überschneiden sich dabei die Projektionsflächen der Trennstrukturen und der Deckstrukturen insbesondere im Wesentlichen vollständig. Entsprechende Projektionsflächen der Sidebars überschneiden sich mit peripheren Bereichen der Trennstrukturen und der Deckstrukturen bzw. deren Projektionsflächen, wie insoweit bei Rippen-Platten- Wärmetauschern üblich. In einer entsprechenden Vertikalprojektion kann sich dabei ein Übergangsbereich zwischen zumindest einer der Sidebars und zumindest einem der strukturierten Bleche in zumindest einem Abschnitt mit dem Hohlraum überschneiden. Der Übergangsbereich kann insbesondere eine im Wesentlichen gerade Linie sein, an der eine Sidebar an das entsprechende Strukturblech der Wärmetauscherpassage anstößt. Eine derartige Linie kann in einer entsprechenden Vertikalprojektion also eine Projektionsfläche des Hohlraums schneiden. Durch eine derartige Anordnung kann insbesondere sichergestellt werden, dass die besonders leckanfälligen Bereiche im Übergangsbereich zwischen Sidebars und Strukturblechen bzw. der hierdurch abgedeckte Bereich der Trenn- und Deckbleche mit den erfindungsgemäß bereitgestellten Leckdetektionsmöglichkeiten versehen werden können. Alternative Ausgestaltungen sind jedoch ebenfalls möglich, in welchen sich in der genannten Vertikalprojektion entweder nur die Projektionsflächen zumindest einer der Sidebars oder nur zumindest eines der strukturierten Bleche mit der Projektionsfläche des Hohlraums überschneiden.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann der der Hohlraum mit einer Drainageeinrichtung verbunden sein, um bei etwaigen Leckagen ein Ausströmen von Flüssigkeit zu gewährleisten und auf diese Weise beispielsweise einen Überdruck zu verhindern. Eine entsprechende Drainageeinrichtung kann auch beispielsweise für eine Öffnung oberhalb eines vorgegebenen Druckschwellwerts eingerichtet sein.
In einem Rippen-Platten-Wärmetauscher gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass in den Wärmetauscherblock Temperaturerfassungsmittel oder beliebige andere Messmittel zur Erfassung einer Temperatur oder beliebiger anderer Messwerte eingebracht sind.
In einem Rippen-Platten-Wärmetauscher der erläuterten Art kann ferner, in einer ebenfalls bereits angesprochenen Ausgestaltung der Erfindung, in dem Hohlraum oder an beliebiger anderer Stelle eine Struktur wie ein isoliertes Kabel oder ein Lichtleiter zur Rissdetektion angeordnet sein, die derart befestigt ist, dass bei Auftreten eines Risses unterbrochen wird. Ein Widerstandswert oder ein Stromfluss durch das Kabel kann dabei überwacht werden, so dass bei einer entsprechenden Unterbrechung (zusätzlich) auf einen Riss geschlossen werden kann. Hierbei wird also eine Größe detektiert, die mit einer Ruptur eines in dem Hohlraum angeordneten Elements korreliert, wobei die Ruptur, wie erwähnt, durch Erkennung einer Unterbrechung eines Licht- oder Stromsignals detektiert werden kann.
In Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung kann in der Leckdetektionsstruktur neben dem in der erläuterten Weise ausgebildeten Hohlraum auch ein weiterer, gleichartig oder abweichend ausgebildeter Hohlraum angeordnet sein, wobei die Hohlräume ohne wechselseitige Verbindung zueinander in der Leckdetektionsstruktur angeordnet sein können. Abschnitte der beiden Hohlräume können dabei wechselseitig zueinander angeordnet sein bzw. abwechselnd eine Achse schneiden.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Rippen-Platten- Wärmetauschers, der einen Wärmetauscherblock aufweist, ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren umfasst das Ausbilden einer Stapelanordnung, die eine Anzahl von Wärmetauscherpassagen umfasst, wobei die Wärmetauscherpassagen jeweils durch Anordnen einer Anzahl von Verteiler- und Sammelstrukturen und zentralen strukturierten Blechen ausgebildet werden, wobei zwischen den Wärmetauscherpassagen jeweils Trennstrukturen angeordnet werden, und wobei auf einer ersten Seite und einer zweiten Seite der Stapelanordnung jeweils eine Abdeckstruktur angeordnet wird. Das Verfahren umfasst ferner das Verbinden der Stapelanordnung zu einem Wärmetauscherblock.
Erfindungsgemäß erfolgt ein Bereitstellen zumindest einer der der Trennstrukturen und/oder zumindest einer der Abdeckstrukturen als Leckdetektionsstruktur mit einem Hohlraum, der derart in der Leckdetektionsstruktur angeordnet ist, dass der Hohlraum in Richtung der ersten Seite von einer ersten Materialschicht und in Richtung der zweiten Seite von einer zweiten Materialschicht der Leckdetektionsstruktur begrenzt ist, wobei in einem nicht durch den Hohlraum eingenommenen Bereich der Leckdetektionsstruktur die erste Materialschicht und die zweite Materialschicht miteinander verbunden werden. Eine Breite des Hohlraums in einer Richtung parallel zur ersten und zweiten Materialschicht geringer ist als eine Breite der zentralen strukturierten Bleche der Wärmetauscherpassagen in derselben Richtung, d.h. jeweils eines oder jeweils mehrerer strukturierter Bleche in einer oder mehrerer der Wärmetauscherpassagen. Ferner ist ein Bereitstellen einer Messeinrichtung vorgesehen, die dafür eingerichtet ist, eine Größe zu erfassen, die mit einer Ruptur des Hohlraums oder eines in dem Hohlraum angeordneten Elements korreliert. Das Verfahren kann insbesondere die Bereitstellung der zuvor im Detail erläuterten Merkmale gemäß den unterschiedlichen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung umfassen.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Temperierung wenigstens eines Fluids, bei dem ein Rippen-Platten-Wärmetauschers verwendet wird, wie er zuvor in Ausgestaltungen erläutert wurde.
Zu Merkmalen und Vorteilen der genannten Verfahren und Ausgestaltungen hiervon sei auf die obigen Erläuterungen zu dem erfindungsgemäßen Rippen-Platten- Wärmetauscher und seinen Ausgestaltungen ausdrücklich verwiesen, da diese die jeweils durchgeführten Verfahren und die entsprechenden Verfahrensprodukte in gleicher Weise betreffen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, welche Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Figur 1 veranschaulicht einen Rippen-Platten-Wärmetauscher
Figur 2 veranschaulicht Aspekte einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
Figur 3 veranschaulicht Aspekte einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
Figur 4 veranschaulicht Aspekte einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
Figur 5 veranschaulicht Aspekte einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
Figur 6 veranschaulicht Aspekte einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
Figur ? veranschaulicht Aspekte einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In den Figuren werden für einander baulich und/oder funktionell entsprechende Elemente die identischen Bezugszeichen verwendet. Derartige Elemente werden nicht wiederholt erläutert. Werden nachfolgend Vorrichtungsmerkmale erläutert, betreffen die entsprechenden Erläuterungen Verfahrensschritte in gleicher Weise und umgekehrt.
Gelötete Rippen-Platten-Wärmetauscher aus Aluminium sind in Figur 2 der eingangs erwähnten ISO 15547-2:3005 sowie auf Seite 5 der Veröffentlichung „The Standards of the Brazed Aluminium Plate-Fin Heat Exchanger Manufacturers' Association“ der ALPEMA, 3. Auflage 2010, gezeigt und beschrieben. Eine Abbildung, die im Wesentlichen den dortigen Abbildungen entspricht, ist in der beigefügten Figur 1 dargestellt und wird im Folgenden erläutert. Der in Figur 1 teilweise eröffnet dargestellte Plattenwärmetauscher 100 dient dem Wärmeaustausch von im dargestellten Beispiel fünf verschiedenen Prozessmedien A bis E.
Zum Wärmeaustausch zwischen den Prozessmedien A bis E umfasst der Plattenwärmetauscher 100 dabei eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Trennblechen 4 (in den zuvor genannten Veröffentlichungen, auf die sich auch die nachfolgenden Angaben in Klammern beziehen, im Englischen als Parting Sheets und vorliegend auch als Trennstrukturen bezeichnet), zwischen denen durch strukturierte Bleche 3 mit Lamellen (Fins) definierte Wärmeaustauschpassagen 1 für jeweils eines der Prozessmedien A bis E, die dadurch in Wärmeaustausch miteinander treten können, ausgebildet sind.
Die strukturierten Bleche 3 sind typischerweise gefaltet bzw. gewellt ausgebildet, wobei durch die Faltungen bzw. Wellen jeweils Strömungskanäle gebildet werden, wie auch in Figur 1 der ISO 15547-2:3005 gezeigt. Die Bereitstellung der strukturierten Bleche 3 bietet den Vorteil einer verbesserten Wärmeübertragung, einer gezielteren Fluidführung und einer Erhöhung der mechanischen (Zug-)Festigkeit. In den Wärmeaustauschpassagen 1 strömen die Prozessmedien A bis E insbesondere durch die Trennbleche 4 getrennt voneinander, können ggf. aber im Fall von perforierten strukturierten Bleche 3 durch letztere hindurchtreten.
Die einzelnen Passagen 1 sind seitlich jeweils durch sogenannte Sidebars 8 umgeben, die jedoch Einspeise- und Entnahmeöffnungen 9 freilassen. Die Sidebars 8 halten die Trennbleche 4 auf Abstand und sorgen für eine mechanische Verstärkung des Druckraumes. Zum Abschluss an zumindest zwei Seiten dienen insbesondere verstärkt ausgebildete Deckbleche 5 (Cap Sheets), die parallel zu den Trennblechen 4 angeordnet sind.
Mittels sogenannter Header 7, die mit Stutzen 6 (Nozzles) versehen sind, werden die Prozessmedien A bis E über Einspeise- und Entnahmeöffnungen 9 zu- und abgeführt. Im Eingangsbereich der Passagen 1 befinden sich weitere strukturierte Bleche 2 mit sogenannten Verteilerlamellen (Distributor Fins), die für eine gleichmäßige Verteilung auf die gesamte Breite der Passagen 1 sorgen. In Strömungsrichtung gesehen am Ende der Passage 1 können sich weitere strukturierte Bleche 2 mit Sammellamellen befinden, die die Prozessmedien A bis E aus den Passagen 1 in die Header 7 führen, wo sie gesammelt und über die entsprechenden Stutzen 6 abgezogen werden. Vorliegend wird auch von „Verteiler- und Sammelstrukturen“ gesprochen.
Durch die strukturierten Bleche 2 und 3, die Sidebars 8, die Trennbleche 4 und die Deckbleche 5 wird insgesamt ein hier quaderförmiger Wärmetauscherblock 10 gebildet, wobei unter einem "Wärmetauscherblock" hier die genannten Elemente ohne die Header 7 und Stutzen 6 in einem miteinander verbundenem Zustand verstanden werden sollen. Als Oberseite bzw. erste Seite wird hier die nach außen weisende Fläche des Wärmetauscherblocks 10, die durch das eine Deckblech 5 gebildet wird, und als Unterseite bzw. zweite Seite die nach außen weisende Fläche des Wärmetauscherblocks 10, die durch das andere Deckblech 5 gebildet wird, bezeichnet. In Figur 1 ist die Oberseite bzw. erste Seite mit U bezeichnet, die Unterseite bzw. zweite Seite ist verdeckt und mit L angedeutet. Wie in Figur 1 nicht veranschaulicht, kann der Plattenwärmetauscher 100 insbesondere aus Fertigungsgründen aus mehreren quaderförmigen und miteinander verbundenen Wärmetauscherblöcken 10 ausgebildet sein.
Plattenwärmetauscher 100 werden beispielsweise aus Aluminium hartgelötet. Die Passagen 1 , umfassend die strukturierten Bleche 2 und 3, die Trennbleche 4, die Deckbleche 5 und die Sidebars 8 werden dabei, jeweils mit Lot versehen, aufeinandergestapelt bzw. entsprechend angeordnet und in einem Ofen erwärmt. Auf den so hergestellten Wärmetauscherblock 10 werden die Header 7 und die Stutzen 6 aufgeschweißt.
In Figur 2 ist ein Aufbau gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und insgesamt mit 20 bezeichnet. Der Aufbau 20 stellt dabei einen Teil eines in Figur 1 veranschaulichten Wärmetauscherblocks 10 dar, wobei die jeweiligen Elemente nicht maßstabsgemäß und im Querschnitt zwischen der Oberseite bzw. ersten Seite U und der Unterseite bzw. zweiten Seite L veranschaulicht sind. Auf eine Darstellung der Sidebars 8 wurde hier verzichtet. Die Anordnung setzt sich nach unten im Wesentlichen in derselben Weise fort, worauf in Figur 2 Auslassungspunkte (...) hinweisen. Jede beliebige andere Fortsetzung ist ebenfalls möglich. Auch sogenannte Dummy-Lagen (nicht durchströmte Passagen) können vorgesehen sein. Diese können auch am äußeren Ende der aktiven Passagen sein und an die Deckbleche angrenzen.
Wie anhand der Anordnung 20 veranschaulicht, sind in dem zuvor mit 10 bezeichneten Wärmetauscherblock Wärmetauscherpassagen angeordnet, die zuvor mit 1 bezeichnet wurden. Hiervon sind in Figur 2 jeweils die strukturierten Bleche 3 dargestellt. Wie in Figur 2 veranschaulicht, sind zwischen den Wärmetauscherpassagen 1 bzw. den Strukturblechen 3 jeweils zwei Trennbleche 41 , 42 angeordnet, die, wie in Bezug auf die nachfolgenden Figuren veranschaulicht, eine Leckdetektionsstruktur 11 bilden. Ferner ist der Wärmetauscherblock 10 in der hier veranschaulichten Ausgestaltung an seiner Oberseite bzw. ersten Seite U durch zwei Deckbleche 51 , 52 abgedeckt. Auch diese bilden, wie in Bezug auf die nachfolgenden Figuren veranschaulicht, eine der Einfachheit halber ebenfalls mit 11 bezeichnete Leckdetektionsstruktur. Die Unterseite bzw. zweite Seite L kann in entsprechender Weise ausgestaltet sein. Mit anderen Worten sind hier jeweils doppelte Trenn- bzw. Deckbleche 41, 42 bzw. 51 , 52 angeordnet, die jeweils Leckdetektionsstrukturen 11 bilden.
Nachfolgend werden Merkmale von Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren 2 bis 5 anhand von Trennblechen 41 , 42 veranschaulicht. Die Deckbleche 51 , 52 können jeweils in gleicher oder vergleichbarer Weise ausgebildet sein und werden nur der Übersichtlichkeit halber nicht im Detail erläutert.
In Figur 4, die nun vorab beschrieben werden soll, ist ein entsprechender Aufbau 20 nochmals veranschaulicht, wobei hier jedoch neben den strukturierten Blechen 3 auch die Sidebars 8 dargestellt sind.
Wie aus Figur 4 bzw. der hier veranschaulichten Anordnung ersichtlich, sind zwischen zumindest zwei der Wärmetauscherpassagen 1 zwei Trennbleche 41, 42 ohne ein dazwischen angeordnetes Strukturblech 3 angeordnet, die die Leckdetektionsstruktur 11 bilden, und zwischen den zwei Trennblechen 41, 42 ist ein Hohlraum 43 angeordnet.
Ferner ist eine Messeinrichtung bereitgestellt, die im hier veranschaulichten Beispiel einen Sensor 45, ein Messkabel 46 und eine Recheneinheit 50 aufweist. Diese ist dafür eingerichtet einen Druck in dem Hohlraum 43 zu erfassen, in der erläuterten Weise auszuwerten, und auf diese Weise eine Leckage zu detektieren.
Wie aus Figur 4 ersichtlich, ist der Hohlraum 43 in Richtung der Oberseite bzw. ersten Seite U von einer oberseitigen bzw. ersten Materialschicht 41a und in Richtung der Unterseite bzw. zweiten Seite L von einer unterseitigen bzw. zweiten Materialschicht 42a der Leckdetektionsstruktur 11 begrenzt, wobei die oberseitige bzw. erste Materialschicht 41a durch ein oberseitiges bzw. erstes Blech 41 und die unterseitige bzw. zweite Materialschicht 42a durch ein unterseitiges bzw. zweites Blech 42 gebildet sind. Der Hohlraum 43 ist hier durch eine Ausnehmung in einer in Richtung der Unterseite bzw. zweiten Seite L weisenden Fläche des oberseitigen bzw. ersten Blechs 41 und durch eine Ausnehmung in einer in Richtung der Oberseite U bzw. ersten Seite weisenden Fläche des unterseitigen bzw. zweiten Blechs 42 gebildet, die insbesondere passgenau übereinandergelegt sind.
Eine Breite des Hohlraums 43 in einer Richtung parallel zur ersten und zweiten Materialschicht 41a, 42b, d.h. hier horizontal in der Zeichenebene, ist geringer ist als eine Breite der strukturierten Bleche 3 in derselben Richtung.
Wie aus Figur 4 ferner ersichtlich und durch eine strichpunktierte Linie veranschaulicht, die an sich kein strukturelles Element darstellt, überschneidet sich bei einer Vertikalprojektion auf eine zu der Oberseite U und der Unterseite L parallele Ebene ein durch die strichpunktierte Linie getroffener Übergangsbereich zwischen zumindest einer der Sidebars 8 und zumindest einem der strukturierte Blechen 3 in zumindest einem Abschnitt mit dem Hohlraum 43 bzw. dessen Projektionsfläche. Alternative Ausgestaltungen sind möglich, in denen sich in der genannten Vertikalprojektion entweder nur zumindest einer der Sidebars 8 oder nur zumindest eines der strukturierten Bleche 3 mit dem Hohlraum 44 bzw. dessen Projektionsfläche überschneiden. Diese gemäß Figur 4 nicht verwirklichten Alternativen sind jeweils in Form von punktierten Ovalen veranschaulicht.
Diese Anordnung ist zusätzlich in Figur 5 veranschaulicht, wo entsprechende Projektionen auf eine Ebene, die der Papierebene entspricht, veranschaulicht sind. Ein Teil der Projektionsfläche der Sidebar ist hier mit 8', ein Teil der Projektionsfläche des ersten oder zweiten Blechs mit 4T und ein Teil der Projektionsfläche des Hohlraums, der hier als gerade angenommen wird, mit 43' veranschaulicht. Die Breite des Hohlraums 43 in einer Richtung parallel zur ersten und zweiten Materialschicht 41a, 42b, liegt hier insbesondere ebenfalls horizontal in der Zeichenebene.
In Figur 3, die nun beschrieben werden soll, ist ein entsprechendes oberseitiges oder unterseitiges Blech 41 oder 42 in teilperspektivischer Darstellung veranschaulicht, wobei die hier parallel zur Papierebene verlaufende, strichpunktiert dargestellte Achse die Richtung angibt, in der die erläuterte Breite des Hohlraums liegt.
Wie bereits in Figur 4 veranschaulicht, kann der Hohlraum 43 durch eine Ausnehmung in einem der Bleche 41 , 42 bzw. 51 , 52 oder einander zuweisende Ausnehmungen in den jeweils Blechen 41, 43 bzw. 51 , 52 gebildet sein Derartige Ausnehmungen sind in Figur 3 mit 44 bezeichnet. Es können selbstverständlich jeweils auch mehrere Ausnehmungen 44, die in den Blechen 41, 42 bzw. 51, 52 ausgebildet sein können, vorgesehen sein. Die Ausnehmungen 44 können beispielsweise durch Fräsen, Prägen oder Aufbringen von Material an anderen Stellen bereitgestellt sein. Wie erwähnt, kann eine im Rahmen der vorliegenden Erfindung aber auch eine einzelne Metallstruktur mit einem Hohlraum 43 bereitgestellt sein, wobei der Hohlraum in der Metallstruktur ausgespart oder ausgeformt sein kann, beispielsweise durch Gießen, additive Fertigung oder andere Verfahren. Nachfolgend ist ohne eine damit intendierte Einschränkung von zwei Trennblechen 41, 42 die Rede. Die entsprechenden Erläuterungen gelten in gleicher Weise aber auch für einen in einer Metallstruktur ausgeformten oder ausgesparten Hohlraum.
Wie erwähnt, kann die eine Ausnehmung 44 oder zumindest eine der jeweils einander zuweisenden Ausnehmungen 44 in den zwei Trennblechen 41 , 42 zumindest in einem Abschnitt alternierend auf zwei Seiten einer Mittellinie M verlaufen und in einer Ebene parallel zur Ober- und Unterseite des entsprechenden Blechs liegen. Dies ist anhand von Figur 6 mit einem Abschnitt 44a veranschaulicht, in dem die Ausnehmung mäanderförmig verläuft, wohingegen auf einer gegenüberliegenden Seite des Trennblechs 41, 42 gerade verläuft.
In einer in Figur 7 veranschaulichten Ausgestaltung sind zumindest Abschnitte 44b, 44c ausgebildet, die ohne Zwischenverbindung miteinander ineinander verschränkt sind und auf diese Weise zwei unabhängige Überwachungskreise bereitstellen. Diese können beispielsweise gerade oder mäanderförmig ausgebildet sein.
Wie mehrfach erwähnt, aber aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht gesondert veranschaulicht, kann in den Hohlraum 43 auch ein Element bzw. eine Struktur in Form eines insbesondere isolierten Kabels oder Lichtleiters eingebracht sein, dessen Ruptur durch Auswertung eines optischen Signals oder Stromsignals erkannt werden kann.

Claims

Patentansprüche Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) mit einem Wärmetauscherblock (10), wobei in dem Wärmetauscherblock (10) Wärmetauscherpassagen (1) angeordnet sind, die jeweils Verteiler- und Sammelstrukturen (2) sowie ein oder mehrere, zwischen den Verteiler- und Sammelstrukturen (2) angeordnete, zentrale strukturierte Bleche (3) aufweisen, wobei zwischen den Wärmetauscherpassagen (1) Trennstrukturen (41 , 42) angeordnet sind und der Wärmetauscherblock (10) an einer ersten Seite (II) und einer zweiten Seite (L) durch Deckstrukturen (51 , 52) abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Trennstrukturen (41 , 42) und/oder zumindest eine der Abdeckstrukturen (51 , 52) als Leckdetektionsstruktur (11) ausgebildet ist, die einen Hohlraum (43) aufweist, der derart in der Leckdetektionsstruktur (11) ausgebildet ist, dass dieser in Richtung der ersten Seite (U) von einer ersten Materialschicht (41a) und in Richtung der zweiten Seite (L) von einer zweiten Materialschicht (42a) der Leckdetektionsstruktur (11) begrenzt ist, wobei in einem Bereich der Leckdetektionsstruktur (11), der nicht durch den Hohlraum (43) eingenommen ist, die erste Materialschicht (41a) und die zweite Materialschicht (42a) miteinander verbunden sind, dass eine Breite des Hohlraums (43) in einer Richtung parallel zu der ersten Materialschicht (41a) und der zweiten Materialschicht (42a) geringer ist als eine Breite des oder der zentralen strukturierten Bleche (3) der Wärmetauscherpassagen in dieser Richtung, und dass eine Messeinrichtung (45, 46, 50) bereitgestellt ist, die dafür eingerichtet ist, eine Größe zu erfassen, die mit einer Ruptur einer Wand des Hohlraums (43) oder eines in dem Hohlraum (43) angeordneten Elements korreliert. Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) nach Anspruch 1 , bei dem die Größe, die mit einer Ruptur einer Wand des Hohlraums (43) oder eines in dem Hohlraum (43) angeordneten Elements korreliert, eine Größe ist, die ein Einströmen von Fluid in den Hohlraum (43) und/oder ein Ausströmen von Fluid aus dem Hohlraum (43) kennzeichnet. Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste Materialschicht (41a) durch ein erstes Blech (41) und die zweite Materialschicht (42a) durch ein zweites Blech (42) gebildet sind, wobei der Hohlraum (43) durch eine Ausnehmung (44) in einer in Richtung der zweiten Seite (L) weisenden Fläche des ersten Blechs (41) und/oder durch eine Ausnehmung (44) in einer in Richtung der ersten Seite (II) weisenden Fläche des zweiten Blechs (42) bereitgestellt ist. Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) nach Anspruch 3, bei dem die Ausnehmung (44) durch Prägen oder Materialabtrag ausgeformt ist. Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste Materialschicht und die zweite Materialschicht Teile einer einstückig ausgebildeten Metallstruktur sind, in der der Hohlraum (43) ausgeformt oder ausgespart ist. Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) nach Anspruch 5, bei dem die Meta II Struktur unter Verwendung eines additiven Fertigungsverfahrens ausgebildet ist. Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Größe, die mit einer Ruptur einer Wand des Hohlraums (43) oder eines in dem Hohlraum (43) angeordneten Elements korreliert, ein Druck in dem Hohlraum ist. Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Messeinrichtung (45, 46, 50) eine Recheneinheit (50) aufweist oder mit einer Recheneinheit (50) verbunden oder verbindbar ist, wobei die Recheneinheit (50) zur Überwachung der Größe, die mit einer Ruptur einer Wand des Hohlraums (43) oder eines in dem Hohlraum (43) angeordneten Elements korreliert, eingerichtet ist, und die ferner dafür eingerichtet ist, auf Grundlage der überwachten Größe ein Leck des Wärmetauscherblocks (10) zu erkennen. Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Hohlraum in der Leckdetektionsstruktur (11) alternierend auf zwei Seiten einer Mittellinie verläuft. Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) nach Anspruch 9, bei dem die Mittellinie in einer vorgegebenen Anordnung zu einer Seitenkante der Leckdetektionsstruktur verläuft. Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Mittellinie in einer vorgegebenen Orientierung zu einer prognostizierten Rissausbreitungslinie und/oder einem erwarteten Bereich einer Rissentstehung verläuft und/oder bei dem der Hohlraum (44), der zumindest in einem Abschnitt alternierend auf zwei Seiten einer Mittellinie verläuft, mäanderförmig, sinusförmig, wellenförmig oder zickzackförmig verläuft. Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem an zwei Seiten des oder der zentralen strukturierten Bleche (3) in den Wärmetauscherpassagen (1) jeweils Sidebars (8) angeordnet sind, wobei sich bei einer Vertikalprojektion auf eine zu der ersten Seite (II) und der zweiten Seite (L) parallele Ebene ein Übergangsbereich zwischen zumindest einer der Sidebars (8) und zumindest einem der strukturierten Bleche (3) in zumindest einem Abschnitt mit dem Hohlraum (43) überschneidet. Rippen-Platten-Wärmetauscher (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Hohlraum (44) mit einer Drainageeinrichtung verbunden ist und/oder bei dem in den Wärmetauscherblock (10) Temperaturerfassungsmittel zur Erfassung einer Temperatur eingebracht sind, und/oder bei dem in dem Hohlraum ein Kabel zur Rissdetektion angeordnet ist. Verfahren zur Herstellung eines Rippen-Platten-Wärmetauschers (100), mit den folgenden Schritten: a) Ausbilden einer Stapelanordnung, die eine Anzahl von
Wärmetauscherpassagen umfasst, wobei die Wärmetauscherpassagen jeweils durch Anordnen einer Anzahl von Verteiler- und Sammelstrukturen (2) und zentralen strukturierten Blechen (3) ausgebildet werden, wobei zwischen den Wärmetauscherpassagen jeweils Trenn Strukturen (41, 42) angeordnet werden, und wobei auf einer ersten Seite (II) und einer zweiten Seite (L) der Stapelanordnung jeweils eine Abdeckstruktur (51 , 52) angeordnet wird, und b) Verbinden der Stapelanordnung zu einem Wärmetauscherblock (10), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: c) Bereitstellen zumindest einer der der Trennstrukturen (41 , 42) und/oder zumindest einer der Abdeckstrukturen (51, 52) als Leckdetektionsstruktur (11) mit einem Hohlraum (43), der derart in der Leckdetektionsstruktur (11) angeordnet ist, dass der Hohlraum (43) in Richtung der ersten Seite (II) von einer ersten Materialschicht (41a) und in Richtung der zweiten Seite (L) von einer zweiten Materialschicht (42a) der Leckdetektionsstruktur (11) begrenzt ist, wobei in einem nicht durch den Hohlraum (43) eingenommenen Bereich der Leckdetektionsstruktur (11) die erste Materialschicht (41a) und die zweite Materialschicht (42a) miteinander verbunden werden und eine Breite des Hohlraums (43) in einer Richtung parallel zu der ersten Materialschicht (41a) und der zweiten Materialschicht (42a) geringer ist als eine Breite der zentralen strukturierten Bleche (3) der Wärmetauscherpassagen in derselben Richtung, und d) Bereitstellen einer Messeinrichtung (45, 46, 50), die dafür eingerichtet ist, eine Größe zu erfassen, die mit einer Ruptur einer Wand des Hohlraums (43) oder eines in dem Hohlraum (43) angeordneten Elements korreliert, die ein Einströmen von Fluid in den Hohlraum (43) und/oder ein Ausströmen von Fluid aus dem Hohlraum (43) kennzeichnet. Verfahren zur Temperierung wenigstens eines Fluids, bei dem ein Rippen-Platten- Wärmetauscher (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 verwendet wird.
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