DE3011011A1

DE3011011A1 - Plattenwaermetauscher

Info

Publication number: DE3011011A1
Application number: DE19803011011
Authority: DE
Inventors: Makoto Nawata; Norihide Saho
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-03-22
Filing date: 1980-03-21
Publication date: 1980-09-25
Also published as: DE3011011C2

Description

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Plattenwärmetauscher

Die Erfindung bezieht sich auf einen Plattenwärmetauscher, der z. B. in einem Hauptkondensator einer Lufttrennungsanlage verwendbar ist, mit einer Mehrzahl Wärmeübertragungsplatten, die in Dickenrichtung der Platten übereinander angeordnet sind zur Bildung von Strömungskanälen für Medien mit unterschiedlichen Phasen, so daß ein Wärmeaustausch durch Sieden und Kondensation der Medien erfolgt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 wird zuerst ein bekannter Plattenwärmetauscher (vgl. die OA-GM-Veröffentlichung Nr. 32380/78) erläutert, der z. B. in einem Hauptkondensator einer Lufttrennungsanlage verwendbar ist; er umfaßt eine Mehrzahl ebene Platten L und gewellte Rippen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Die ebenen Platten L

030039/0884

sind mit Abstand parallel zueinander angeordnet, und die gewellten Rippen F sind je zwischen zwei benachbarten Platten L angeordnet und durch Hartlöten an Kontaktbereichen am Ober- und am Unterende der Wellungen der Rippen F mit den ebenen Platten L verbunden, so daß zwei Medien A und B zwischen den ebenen Platten L strömen und Wärme austauschen können. Diese Mehrlagen-Wärmeübertragungseinheit ist an vier Seiten durch Platten L„ und Blockplatten L, abgeschlossen, und die Medienströme A und B durchsetzen abwechselnd aufeinanderfolgende Zwischenräume zwischen den Platten L im Gegenstrom, so daß die Wärmeübertragung zwischen den beiden Medien A und B durch die ebenen Platten L und die gewellten Rippen F, die durch Hartlöten mit den Platten L verbunden sind, erfolgt.

Außer an den Bereichen, an denen die Rippen F durch Hartlöten mit den Platten L verbunden sind, haben die Platten L eine kleine Wärmeübertragungsfläche, und infolgedessen erfolgt die Wärmeübertragung hauptsächlich durch die gewellten Rippen F. Dieser Plattenwärmetauscher weist folgenden Nachteil auf: Angenommen, die beiden Wärme austauschenden Medien erfahren zwischen dem Sieden und der Kondensation eine Phasenänderung, so ist der Wärmeaustauschkoeffizient zwischen den Platten L und den Medien sehr hoch. Wenn jedoch die Rippen ca. 1/5 der Dicke der Platten L (die z. B. 1,2 mm sein kann) haben, so beträgt der Wärmeaustauschkoeffizient zwischen den gewellten Rippen F und den Medien ca. 6/10 bis A-/10 des Wärmeaustauschkoeffizienten zwischen den Platten L und den Medien, da die Rippen einen sehr kleinen Wirkungsgrad haben.

Wenn die Dicke der gewellten Rippen F so vergrößert wird, daß sie im wesentlichen derjenigen der Platten L entspricht, um dadurch den Rippenwirkungsgrad zu verbessern, erhöht sich dieser auf ca. 80/100 bis 95/100 des Wirkungsgrads der ebenen

030039/0884

Platten. Aber eine größere Dicke der Rippen bring Schwierigkeiten beim Formen der Rippen mit kleinem Rippenabstand mittels einer Presse mit sich, und eine Vergrößerung des Rippenabstands würde deren Wärmeübertragungsfläche vermindern. In diesem Fall wurden die Abmessungen der zwischen den Platten L und den Rippen F gebildeten Strömungskanäle vergrößert werden, so daß das siedende Medium in seinen Strömungskanälen langsam strömen würde, wodurch auf der Siedeseite der Wärmeaustauschkoeffizient vermindert werden würde. Dadurch würde die Wärmedurchgangszahl des Plattenwärmetauschers vermindert werden.

Fig. 2 zeigt Ergebnisse von Wärmeaustausch-Versuchen, die mit einem herkömmlichen Plattenwärmetauscher, der ebene Platten und gewellte Rippen aufweist (vgl. die Tabelle 1), durchgeführt wurden. Als siedendes Medium wurde Flüssigstickstoff mit einer Sättigungstemperatur von 77,36 K bei Atmosphärendruck verwendet, und als Kondensationsmedium wurde Stickstoffgas mit einer höheren Sättigungstemperatur als das siedende Medium verwendet. Bei den Versuchen wurde der Wärmetauscher vollständig in das siedende Medium getaucht, und die Zirkulation erfolgte im Durchlauf system.

Tabelle

Rippen stärke	Rippen abstand	Rippen höhe	Äquivalent durchmesser	Wärmeübertra gungsfläche
0,25 mm	2,82 mm	6,35 mm	1,9 mm	500 m²

030039/0884

Der Wärmetauscher war so angeordnet, daß das siedende Medium in Vertikalrichtung strömte. Die beiden Medien strömten im Gegenstrom (vgl. Fig. 1). In Fig. 2 ist auf der Ordinate die pro Volumeneinheit des Wärmetauschers und pro Temperaturdifferenz-Einheit ausgetauschte Wärmemenge und auf der Abszisse die Temperaturdifferenz zwischen dem siedenden und dem kondensierenden Medium aufgetragen.

Kein bekannter Plattenwärmetauscher hat eine bessere Wärmeubertragungsleistung als die aus Fig. 2 ersichtliche. Insbesondere, wenn die Temperaturdifferenz kleiner als 1,3 °K ist, wobei die Wärmeubertragungsleistung maximiert ist, kann keine Leistungsverbesserung erwartet werden. Seit einigen 3ahren besteht jedoch ein steigender Bedarf nach verbesserter Leistung und geringerer Größe von Plattenwärmetauschern, und viele Plattenwärmetauscher werden unter Bedingungen entsprechend einer Temperaturdifferenz von 1,0-1,2 ⁰K eingesetzt .

Ein weiterer Nachteil des Plattenwärmetauschers mit ebenen Platten und gewellten Rippen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht darin, daß die Herstellungskosten hoch sind, weil für das Verbinden der gewellten Rippen mit den ebenen Platten durch Hartlöten eine kostspielige Lötvorrichtung erforderlich ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines kostengünstig herstellbaren Plattenwärmetauschers, der auch dann eine gute Wärmeübertragungs-Leistung aufweist, wenn die Temperaturdifferenz der austauschenden Medien gering ist. Dabei soll der Plattenwärmetauscher ferner mit einer möglichst minimalen Lötausrüstung und einer kleinen Anzahl Arbeitsschritte verbindbar sein, so daß einerseits die Herstellungskosten stark gesenkt und andererseits die Siedeleistung nicht beeinträchtigt werden. Außerdem soll der Plattenwärmetauscher Wärme-

030039/0884

übertragungsplatten mit Rippen einer Form aufweisen, die für eine gute Wärmeübertragungs-Leistung bei geringer Temperaturdifferenz günstig ist, wobei der Wärmetauscher auf Versuchsergebnissen basiert, nach denen die Wärmeübertragungs-Leistung eines Plattenwärmetauschers in einem Siede- und Kondensations-Durchlaufsystem durch die Dicke der siedeseitigen Rippen und die Konfiguration der siedeseitigen Strömungskanäle beeinflußt wird.

Der Plattenwärmetauscher gemäß einer Ausführungsform, in dem ein Wärmeaustausch zwischen zwei Medien erfolgt, von denen wenigstens eines infolge des Wärmeaustauschs eine Phasenänderung erfährt, ist gekennzeichnet durch eine Mehrzahl Wärmeübertragungsplatten, die zu einer Mehrlagen-Wärmeübertragungseinheit zusammengefaßt sind, wobei in jeder Wärmeübertragungsplatte erste Strömungskanäle für eines der Medien gebildet sind, und durch eine Mehrzahl beabstandete Rippen, die einstückig mit jeder Wärmeübertragungsplatte auf wenigstens einer der Plattenoberflächen, die den benachbarten Wärmeübertragungsplatten zugewandt sind, geformt sind, wobei die Rippen auf einer von benachbarten Wärmeübertragungsplatten mit der anderen Wärmeübertragungsplatte zusammenwirkend zweite Strömungskanäle für das zweite Medium bilden, die im wesentlichen parallel zu den ersten Strömungskanälen verlaufen.

Nach einer anderen Ausführungsform ist der Plattenwärmetauscher gekennzeichnet durch eine Mehrzahl Wärmeübertragungsplatten gleicher Länge, Breite und Dicke, die zu einer Mehrlagen-Wärmeübertragungseinheit zusammengebaut sind, wobei jede Wärmeübertragungsplatte an ihren Seitenenden Verbindungsblöcke aufweist und in jeder Wärmeübertragungsplatte erste Strömungskanäle gebildet sind, die in Breitenrichtung der Platte beabstandet sind und in Plattenlängsrichtung ver-

030039/0884

laufen, und durch eine Mehrzahl gleichbeabstandete Rippen, die einstückig mit jeder Wärmeübertragungsplatte auf wenigstens einer der den benachbarten Wärmeübertragungsplatten zugewandten Plattenoberflächen geformt sind, wobei jede Rippe Rechteckquerschnitt hat, die Rippen auf einer von benachbarten Wärmeübertragungsplatten Oberflächen aufweisen, die in einer die Oberflächen der Verbindungsblöcke einer Wärmeübertragungsplatte, die den Verbindungsblöcken an der anderen Wärmeübertragungsplatte zugewandt sind, einschließenden Ebene liegen, und benachbarte Wärmeübertragungsplatten durch die daran befindlichen Verbindungsblöcke aneinander gesichert sind, wobei die Rippen auf einer von benachbarten Wärmeübertragungsplatten mit der anderen Wärmeübertragungsplatte zusammenwirkend zweite Strömungskanäle bilden.

Durch die Erfindung wird also ein Plattenwärmetauscher zum Einsatz in einem Hauptkondensator einer Lufttrennungsanlage angegeben, wobei der Wärmeaustausch zwischen zwei Medien erfolgt, deren wenigstens eines infolge des Wärmeaustauschs eine Phasenänderung erfährt. Der Wärmetauscher umfaßt eine Mehrzahl Wärmeübertragungsplatten gleicher Länge, Breite und Dicke, die zu einer Mehrlagen-Wärmeübertragungseinheit zusammengefaßt sind. Jede Wärmeübertragungsplatte hat an ihren seitlichen Enden mehrere Verbindungsblöcke und ist mit einer Mehrzahl erster Strömungskanäle für eines der Medien ausgebildet, die in Plattenlängsrichtung verlaufen. Eine Mehrzahl Rippen ist einstückig mit jeder Wärmeübertragungsplatte auf wenigstens einer ihrer Oberflächen, die den benachbarten Wärmeübertragungsplatten zugewandt sind, geformt. Benachbarte Wärmeübertragungsplatten sind aneinander durch die Verbindungsblöcke gesichert. Die Rippen auf einer der benachbarten Wärmeübertragungsplatten wirken mit den anderen Wärmeübertragungsplatten so zusammen, daß zweite Strömungskanäle gebildet sind, die im wesentlichen parallel zu den ersten Strömungskanälen verlaufen.

030039/0884

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht eines Teils des Aufbaus eines bekannten Plattenwärmetauschers;

Fig. 2 eine Grafik zur Erläuterung der Wärmeübertragungs-Leistung des bekannten Plattenwärmetauschers ;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Wärmeübertragungsplatte entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. Ψ eine Vorderansicht der Wärmeübertragungsplatte nach Fig. 3;

Fig. 5 eine Draufsicht von oben auf ein Modellsystem, mit dem Versuche durchgeführt wurden, um die Wärmeübertragungs-Leistung der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsplatte festzustellen;

Fig. 6 eine Schnittansicht VI-VI nach Fig. 5; Fig. 7 eine Seitenansicht des Modellsystems nach Fig. 5;

Fig. 8 eine Grafik, die die Wärmeübertragungs-Leistung der Wärmeübertragungsplatte nach der Erfindung verdeutlicht;

Fig. 9 eine Grafik, die die Wärmeübertragungs-Leistung des Plattenwärmetauschers nach der Erfindung mit derjenigen des bekannten Plattenwärmetauschers vergleicht;

Fig. 10 eine Draufsicht von oben auf ein Ausführungsbeispiel des Plattenwärmetauschers, wobei die Wärmeübertragungsplatten übereinanderliegend eine Mehrlagen-Wärmeübertragungseinheit bilden;

Fig. 11 eine Vorderansicht des Plattenwärmetauschers nach Fig. 10;

Fig. 12 eine Seitenansicht des Plattenwärmetauschers nach Fig. 10;

030039/0884

Fig. 13 eine Schnittansicht XIII-XIII nach Fig. 11; Fig. IA- eine Schnittansicht XIV-XIV nach Fig. 10;

Fig. 15 eine Draufsicht von oben auf ein anderes Ausführungsbeispiel des Plattenwärmetauschers;

Fig. 16 eine Vorderansicht einer Wärmeübertragungsplatte nach Fig. 15;

Fig. 17 eine Seitenansicht der Wärmeübertragungs-

platte nach Fig. 15;

Fig. 18 eine Draufsicht von oben auf ein weiteres Ausführungsbeispiel des Plattenwärmetauschers, wobei die Wärmeübertragungsplatten übereinanderliegend eine Mehrlagen-Wärmeübertragungseinheit bilden;

Fig. 19 eine Vorderansicht des Plattenwärmetauschers nach Fig. 18; und

Fig. 20 eine Seitenansicht des Plattenwärmetauschers nach Fig. 18.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 3-8 wird ein erstes Ausführungsbeispiel erläutert. Die Fig. 3 und h zeigen eine Wärmeübertragungsplatte 1; diese ist auf gegenüberliegenden Oberflächen mit einer Mehrzahl Rippen 2 ausgebildet, die in Richtung der Höhe H verlaufen und Rechteckquerschnitt haben; ferner weist die Wärmeübertragungsplatte im Inneren eine Mehrzahl Strömungskanäle A- auf, die in Richtung der Höhe H verlaufen und Rechteckquerschnitt haben. Eine Mehrzahl offene Kanäle 3, die von den benachbarten Rippen 2 gebildet sind, wirken mit noch zu erläuternden Wandabschnitten zusammen zur Bildung von StröKiungskanälen für ein siedendes Medium, während die Strömungskanäle 4- für ein Kondensationsmedium bestimmt sind. Die auf den Oberflächen der Wärmeübertragungsplatte 1 geformten Rippen 2 haben eine Dicke zwischen 0,5 und 3,0 mm,

030039/0884

so daß der Rippenwirkungsgrad auch dann nicht vermindert wird, wenn ihre Fußpunkte 2a eine Wärmedurchgangszahl von 1000 kcal/m h C haben. Bei einer Höhe von h mm und einem Rippenabstand von w mm haben die siedeseitigen Strömungskanäle, die quer zur Wärmeübertragungsplatte 1 zwischen jeweils zwei benachbarten Rippen verlaufen, eine Querschnitts-

2
fläche von h · w mm . Damit haben die Strömungskanäle einen benetzten Umfang von (2h + w) mm und einen Äquivalentdurchmesser D von A- hw/(2h + w) mm.

Der Einfluß des Äquivalentdurchmessers D der siedeseitigen Strömungskanäle wird unter Bezugnahme auf ein Wärmetauschermodell erörtert, das durch eine einzelne Wärmeübertragungsplatte 1 gebildet ist (vgl. die Fig. 5-7). Verteiler 6 und 8, die mit den Strömungskanälen A- des Kondensationsmediums in der Wärmeübertragungsplatte 1 in Strömungverbindung stehende Kanäle aufweisen, sind an in Längsrichtung gegenüberliegenden Enden der Wärmeübertragungsplatte 1 befestigt, so daß der Innere der Strömungskanäle 4- und der Verteiler 6 und 8 vom Äußeren der Wärmeübertragungsplatte 1 getrennt ist. Durchsichtige Trennwände 5 aus Vinylchlorid mit geringer Wärmeübertragungsrate sind an gegenüberliegenden Oberflächen der Wärmeübertragungsplatte 1 so befestigt, daß sie die Oberflächen der Rippen 2 kontaktieren. Die so aufgebaute Wärmeübertragungsplatte wird in Flüssigstickstoff 9 unter Atmosphärendruck, der als Siedemedium dient, getaucht, und Hochdruck- und Hochtemperatur-Stickstoffgas 7 wird aus dem Flüssigstickstoff 9 abgeschieden und strömt in den Verteiler 6. Das in den Verteiler 6 strömende Stickstoffgas 7 strömt in Zweigströmen abwärts durch die Strömungskanäle A-in der Wärmeübertragungsplatte 1. Während des Abwärtsströmens erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem Stickstoffgas 7 und dem Flüssigstickstoff 9 in den durch die Rippen 2 und die Trennwände 5 umschlossenen Strömungskanälen 3. Nach erfolgtem Wärmeaustausch kondensiert der gasförmige Stick-

030039/0884

stoff 7 und strömt in den Verteiler 8 und verläßt die Wärmeübertragungsplatte 1. Gleichzeitig strömt der Flüssigstickstoff 9 vom Unterende der Wärmeübertragungsplatte 1 in die Strömungskanäle 3, und ein Teil des Flüssigstickstoffs kommt zum Sieden, während er mit dem gasförmigen Stickstoff 7 Wärme austauscht, so daß das Medium in einem vermischten Gas-Flüssig-Zustand aufwärts strömt und aus dem Oberende der Wärmeübertragungsplatte austritt; verdampfter gasförmiger Stickstoff wird zur Atmosphäre abgeführt. D. h., das Siedemedium strömt im Kreislauf aufgrund des Unterschieds der Füll- bzw. Scheindichte zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Strömungskanäle 3 aufgrund von durch das verdampfende Medium erzeugten Blasen, und diese Kreislauf-Charakteristik beeinflußt den Wärmeaustauschkoeffizienten des Siedemediums sowie die Wärmedurchgangszahl der ganzen Wärmeübertragungsplatte.

Die Kreislauf-Charakteristik des Mediums durch die Strömungskanäle 3 ist durch den Äquivalentdurchmesser D der Strömungskanäle 3 und das Verhältnis des Volumens des nichtsiedenden Flüssigstickstoffs zum Volumen des die Strömungskanäle 3 durchströmenden siedenden gasförmigen Stickstoffs bestimmt. Dieses Volumenverhältnis wird durch die Siedehitze-Übertragungsleistung der Wärmeübertragungsplatte beeinflußt.

Fig. 8 zeigt Versuchsergebnisse, die mit einem Modellsystem ähnlich demjenigen nach den Fig. 5-7 erhalten wurden, wobei jedoch Wärmeübertragungsplatten 1 mit unterschiedlichem Äquivalentdurchmesser D eingesetzt wurden, um die Wärmedurchgangszahl zu bestimmen. Dabei bezeichnet die Ordinate die Wärmedurchgangszahl (W/m K), die durch Division der in den Warmeübertragungsplatten ausgetauschten Wärmemenge durch den arithmetischen Mittelwert der siedeseitigen Wärmeübertragungsfläche und der kondensationsseitigen Wärmeüber-

030039/0884

tragungsflache erhalten wird, und die Abszisse bezeichnet die Temperaturdifferenz (⁰K) zwischen dem Flüssigstickstoff auf der Siedeseite und dem Stickstoffgas auf der Kondensationsseite. Wie aus Fig. 8 hervorgeht, steigt die Wärmedurchgangszahl mit steigender Temperaturdifferenz. Sie neigt zum Sinken nach Erreichen eines Höchstwerts bei einer bestimmten Temperaturdifferenz, und der Wert der Temperaturdifferenz, bei dem ein Höchstwert der Wärmedurchgangszahl erreicht wird, nimmt mit kleiner werdendem Äquivalentdurchmesser ab, was zu einer verbesserten Wärmeübertragungs-Charakteristik beiträgt.

Die Tabelle 2 zeigt die Wärmeübertragungsflächen, die erhalten werden, wenn die Wärmeübertragungsplatte 1 mit veränderlichem Äquivalentdurchmesser D als Mehrzahl Platten zu einer Mehrlagen-Wärmeübertragungseinheit mit einem Volumen von 1 m zusammengefügt ist. Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß die Wärmeübertragungsfläche um so größer wird, je kleiner der Äquivalentdurchmesser D ist.

Tabelle

Äquivalentdurchmesser	mittl. Wärmeübertragungsfläche
1,5 mm	500 m²
2,0 mm	462 ι/
2,5 mm	438 m²
2,7 mm	420 ι/
5 ,0 mm	330 ι/

030039/0884

Fig. 9 zeigt die Wärmeübertragungs-Leistung der Wärmeübertragungsplatten 1 pro Temperatur- und Volumeneinheit, erhalten durch Multiplikation der Wärmedurchgangszahl mit den Wärmeübertragungsflächen nach der Tabelle 2, gegenüber der Temperaturdifferenz. Ferner zeigt Fig. 9 die Wärmeübertragungs-Charakteristiken des hier angegebenen Plattenwärmetauschers im Vergleich mit denjenigen des bekannten Plattenwärmetauschers nach Fig. 2.

Die Wärmeübertragungsplatten mit Rippen großer Dicke haben wesentlich bessere Wärmeübertragungs-Charakteristiken gegenüber dem bekannten Plattenwärmetauscher, und zwar innerhalb eines weiten Temperaturdifferenz-Bereichs zwischen 0,2 und 5,0 K. Die Wärmeübertragungsplatten mit Rippen, deren A'quivalentdurchmesser D zwischen 1,5 und 2,5 mm liegt, weisen sehr gute Wärmeübertragungs-Leistung auf, und die zu diesem Zeitpunkt ausgetauschte Wärmemenge beträgt ca. das 3,3fache der vom bekannten Plattenwärmetauscher bei derselben Temperaturdifferenz ausgetauschten Wärmemenge. Das bedeutet, daß es bei Verwendung der Wärmeübertragungsplatten mit den hier angegebenen Rippen bei der Herstellung eines Plattenwärmetauschers möglich ist, eine räumlich gedrängte Gesamtgröße mit ca. 30 % des Volumens des bekannten Plattenwärmetauschers zu erhalten. Wenn der Äquivalentdurchmesser D gleich oder kleiner als 5,0 mm ist, sind dem bekannten Plattenwärmetauscher überlegene Wärmeübertragungs-Charakteristiken im Bereich von Temperaturdifferenzen zwischen 0,2 und 5,0 ⁰K erzielbar.

Die neuen Rippen werden durch Strangpressen eines Werkstoffs wie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung geformt, und sie werden mit den Wärmeübertragungsplatten nicht durch Schweißen, Hartlöten oder andere thermische Schmelzverbindungsverfahren verbunden. D. h., die Rippen werden einstückig mit den Wärmeübertragungsplatten geformt, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden.

030039/0884

Unter Bezugnahme auf die Fig. 10-14- wird ein Ausführungsbeispiel des Plattenwärmetauschers erläutert, bei dem die Wärmeübertragungsplatten zu einer Mehrlagen-Wärmeübertragungseinheit zusammengebaut sind. Der Wärmetauscher umfaßt eine Hehrzahl Wärmeübertragungsplatten 10 (drei in diesem Fall) gleicher Länge, Breite und Dicke, die so angeordnet sind, daß sie eine Mehrlagen-Wärmeübertragungseinheit bilden.

Oede Wärmeübertragungsplatte 10 besteht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. 3ede Platte weise auf in Querrichtung gegenüberliegenden Seiten Verbindungsblöcke 11 auf und ist im Inneren mit einer Mehrzahl erster Strömungskanäle 12 ausgebildet, die voneinander in Plattenquerrichtung beabstandet sind und in Plattenlängsrichtung verlaufen. Jeder Strömungskanal steht mit einem Verteilerkanal 13 im oberen Teil der Platte 10 und einem im unteren Teil der Platte 10 gebildeten Sammelkanal 14- in Strömungsverbindung. Die Verteiler- und Sammelkanäle 13 bzw. 14- verlaufen in Querrichtung der Wärmeübertragungsplatten 10.

Jede Wärmeübertragungsplatte 10 ist auf gegenüberliegenden Oberflächen mit Rippen 15 von Rechteckquerschnitt ausgebildet, die zwischen den Verbindungsblöcken 11 liegen und voneinander gleichbeabstandet sind. Die Rippen 15 verlaufen in Längsrichtung der Platten 10, und die Entfernung zwischen den Oberflächen der Rippen 15 auf gegenüberliegenden Seiten der Wärmeübertragungsplatten 10 ist gleich der Dicke t der Verbindungsblöcke 11.

Benachbarte Wärmeübertragungsplatten 10 sind durch Kontakt der Rippen 15 miteinander und Kontakt der Verbindungsblöcke 11 miteinander zusammengefügt und z. B. durch Hartverlöten der Verbindungsblöcke miteinander festgelegt, so daß eine Mehrlagen-Wärmeübertragungseinheit gebildet ist. Damit ist durch

030039/0884

die an ihren Oberflächen zwischen den Verbindungsblöcken auf gegenüberliegenden Seiten der aneinandergefügten Wärmeübertragungsplatten 10 in Kontakt liegenden Rippen 15 eine Mehrzahl zweiter Strömungskanäle 16 gebildet.

Bei dem so aufgebauten Plattenwärmetauscher strömen Ströme H eines Hochtemperatur- und Hochdruck-Mediums in die Verteilungskanäle 13 in Richtung der Vollinienpfeile nach Fig. 11 und werden auf die Mehrzahl erster Strömungskanäle 12 verteilt und durchströmen sie in Längsrichtung der Wärmeübertragungsplatten 10 und werden in den Sammelkanälen 14 gesammelt.

Ströme C eines Niedrigtemperatur- und Niedrigdruck-Mediums strömen in die Mehrzahl zweiter Strömungskanäle 16 in Richtung der Strichlinienpfeile in Fig. 11 aufwärts durch die Strömungskanäle 16 und längs den Rippen 15 zwischen den Verbindungsblöcken 11. Beim Durchströmen der zweiten Strömungskanäle 16 erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen den Strömen C und den durch die ersten Strömungskanäle 12 aufwärts strömenden Strömen H des Hochtemperatur- und Hochdruck-Mediums, und die Ströme C strömen siedend nach oben und treten aus dem Wärmetauscher durch den Auslaß an dessen Oberende aus (vgl. Strichlinienpfeile C).

Wie erläutert, erfährt das Niedrigtemperatur- und Niedrigdruck-Medium C eine Phasenänderung in den zweiten Strömungskanälen 16 und durchströmt diese in siedendem, gemischtflüssig-gasförmigem Zustand, so daß die Wärmeübertragungsplatten 10 in Dickenrichtung, in der sie in einer Mehrzahl Lagen angeordnet sind, in Schwingungen versetzt werden. Da jedoch die Platten 10 durch die Verbindungsblöcke 11 aneinander festgelegt sind, wird das Schwingen der Platten kleingehalten, und es besteht keine Gefahr, daß die Platten voneinander gelöst werden. Die Rippen 15 benachbarter Wärme-

030039/0884

übertragungsplatten 10 befinden sich an den in ihrer Längsrichtung verlaufenden Oberflächen in Kontakt miteinander, so daß ihr Kontakt durch Schwingungen nicht unterbrochen wird, obwohl sie nicht durch Hartlöten miteinander verbunden sind.

Die Fig. 15-20 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des Plattenwärmetauschers; dabei sind Rippen 22, die gleichbeabstandet zwischen den Verbindungsblöcken 21 auf gegenüberliegenden Seiten der Wärmeübertragungsplatten vorgesehen sind, nur auf einer Oberfläche der Platten 20 gebildet, und (vgl. Fig. 15) die Entfernung zwischen den Oberflächen der Rippen 22 und der unberippten Oberfläche der Wärmeübertragungsplatte 20 ist gleich der Dicke t der Verbindungsblöcke 21. Wenn die Wärmeübertragungsplatten 20 übereinander angeordnet sind, werden die Oberflächen der Rippen 22 einer Platte 20 mit der unberippten Oberfläche der benachbarten Platte 20 in Kontakt gebracht, und die Verbindungsblöcke 21 werden miteinander verbunden, so daß die Wärmeübertragungsplatten 20 zu einer Mehrlagen-Wärmeübertragungseinheit zusammengefügt sind. Dieser Plattenwärmetauscher gleicht demjenigen nach den Fig. 10-14-, wobei jedoch die Wärmeübertragungsplatten 20 auch dann übereinander angeordnet werden können, wenn zwischen ihnen in Querrichtung Maßabweichungen vorhanden sind, da diese bei der Montage der Platten 20 ausgleichbar sind.

Aus der vorstehenden Erläuterung ist ersichtlich, daß die Wärmeübertragungsplatten des Plattenwärmetauschers wenigstens auf einer Oberfläche mit einer Mehrzahl mit ihnen einstückiger Rippen versehen sind, so daß die Rippendicke vergrößert werden kann, ohne daß, wie bisher, die Wärrneübertragungsflache vermindert wird; die Wärmeübertragungs-Leistung der Wärmeübertragungsplatten kann dadurch verbessert werden, daß für die siedeseitigen Strömungskanäle ein geeigneter Äquivalent-

030039/0884

durchmesser gewählt wird. Somit bieten sich die Vorteile einer Verbesserung der Leistung des Plattenwärmetauschers, der Erzielung einer räumlich kompakten Bauweise des Plattenwärmetauschers und einer Verminderung der Herstellungskosten, da die Rippen einstückig mit den Wärmeübertragungsplatten geformt sind. Der Wärmetauscher wird einfach dadurch hergestellt, daß die Verbindungsblöcke z. B. durch Hartlöten auf gegenüberliegenden Seiten der aufeinandergelegten Wärmeübertragungsplatten miteinander verbunden werden, und die Rippen müssen nicht ebenfalls durch Hartlöten mit den Platten verbunden werden. Dadurch kann die Produktionsanlage einfacher aufgebaut sein, und die Herstellungskosten werden gesenkt, da die Anzahl Herstellungsschritte zum Zusammenfügen der Wärmeübertragungsplatten zu einer Mehrlagen-Wärmeübertragungseinheit sehr klein gemacht wird.

Dadurch, daß die Rippen nicht durch z. B. Hartlöten mit den Wärmeübertragungsplatten verbunden werden, wird der Nachteil beseitigt, daß ein Siedebeschleuniger, der etwa auf die Oberflächen der Wärmeübertragungsplatten aufgebracht ist, mit geschmolzenem Lot überzogen wird, falls die Rippen durch Hartlöten mit den Platten verbunden werden, so daß also die durch den Siedebeschleuniger erzielbaren Ergebnisse maximiert werden.

030039/0884

-to-

Leerseite

Claims

Ansprüche

( 1., Plattenwärmetauscher,

- in dem ein Wärmeaustausch zwischen zwei Medien erfolgt, von denen wenigstens eines infolge des Wärmeaustausche eine Phasenänderung erfährt,

gekennzeichnet durch

- eine Mehrzahl Wärmeübertragungsplatten (10; 20), die zu einer Mehrlagen-Wärmeübertragungseinheit zusammengefaßt sind ,

- wobei in jeder Wärmeübertragungsplatte (10; 20) erste Strömungskanäle (12) für eines der Medien gebildet sind ;

und

- eine Mehrzahl beabstandete Rippen (15; 22), die einstückig mit jeder Wärmeübertragungsplatte (10; 20) auf wenigstens einer der Plattenoberflächen, die den benachbarten Wärmeübertragungsplatten (10; 20) zugewandt sind, geformt

sind ,

- wobei die Rippen (15; 22) auf einer von benachbarten Wärmeübertragungsplatten (10; 20) mit der anderen Wärmeübertragungsplatte (10; 20) zusammenwirkend zweite Strömungskanäle (16) für das zweite Medium bilden, die im wesentlichen parallel zu den ersten Strömungskanälen (12) verlaufen.

81-(A4467-02)-Schö

030039/0884
2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß jede Rippe (15; 22) eine Dicke zwischen 0,5 und 3,0 mm hat, und

- daß die zweiten Strömungskanäle (16) einen Äquivalentdurchmesser (D ) zwischen 1,5 und 5,0 mm haben.
3. Plattenwärmetauscher,
gekennzeichnet durch

- eine Mehrzahl Wärmeübertragungsplatten (10; 20) gleicher Länge, Breite und Dicke, die zu einer Mehrlagen-Wärmeübertragungseinheit zusammengebaut sind,

- wobei jede Wärmeübertragungsplatte (10; 20) an ihren Seitenenden Verbindungsblöcke (11; 21) aufweist und

- in jeder Wärmeübertragungsplatte (10; 20) erste Strömungskanäle (12) gebildet sind, die in Breitenrichtung der Platte beabstandet sind und in Plattenlängsrichtung verlaufen;

- eine Mehrzahl gleichbeabstandete Rippen (15; 22), die einstückig mit jeder Wärmeübertragungsplatte (10; 20) auf wenigstens einer der den benachbarten Wärmeübertragungsplatten (10; 20) zugewandten Plattenoberflächen geformt sind ,

- wobei jede Rippe (15; 22) Rechteckquerschnitt hat,

- die Rippen (15; 22) auf einer von benachbarten Wärmeübertragungsplatten (10; 20) Oberflächen aufweisen, die in einer die Oberflächen der Verbindungsblöcke (11; 21) einer Wärmeübertragungsplatte (10; 20), die den Verbindungsblöcken (11; 21) an der anderen Wärmeübertragungsplatte (10; 20) zugewandt sind, einschließenden Ebene liegen,

030039/0884

- benachbarte Wärmeübe*, ^agungsplatten (10; 20) durch die daran befindlichen Verbindungsblöcke (11; 21) aneinander gesichert sind ,

- wobei die Rippen (15; 22) auf einer von benachbarten Wärmeübertragungsplatten (10; 20) mit der anderen Wärmeübertragungsplatte (10; 20) zusammenwirkend zweite Strömungskanäle (16) bilden.
4. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Mehrzahl Rippen (15) auf gegenüberliegenden, den benachbarten Wärmeübertragungsplatten (10) zugewandten Oberflächen jeder Wärmeübertragungsplatte (10) geformt sind

(Fig. 10-14).
5. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Mehrzahl Rippen (22) auf einer der den benachbarten Wärmeübertragungsplatten (20) zugewandten Oberflächen jeder Wärmeübertragungsplatte (20) gebildet sind

(Fig. 15-20).