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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Plattenwärmetauscher.
Insbesondere betrifft die Erfindung einen Plattenwärmetauscher,
welcher aus einem Stapel von Wärmeübertragungsplatten
besteht, welche mit durchführenden
Einlassöffnungen
versehen sind die durch den Stapel einen Einlasskanal bilden, wobei
zwischen den Wärmeübertagungsplatten Dichtmittel
angeordnet sind, die zusammen mit den Wärmeübertagungsplatten in jeden
zweiten Plattenzwischenraum einen ersten Strömungskanal für -ein Medium
begrenzen und in jedem vergleichenden Zwischenraum einen zweiten
Strömungskanal
für ein anderes
Medium begrenzen, wobei der Einlasskanal mit jedem ersten Strömungskanal
mittels mindestens einem Einlasskanal verbunden ist, und vom Eintritt
in den zweiten Strömungskanal
(-kanäle)
durch Dichtmittel verhindert ist, welche in einer primären Dichtfläche um jede
entsprechende Einlassöffnung
angeordnet sind.
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Typischerweise weisen derartige Plattenwärmetauscher
Einlassöffnungen
und Auslassöffnungen gleicher
Größe für den einphasigen
Wärmetausch auf,
da sich die Dichte des Mediums für
vergleichsweise wenig längs
des Wärmeübertragungskanals, welcher
Einlass- und Auslassöffnungen
miteinander verbindet, ändert.
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Beim zweiphasigen Wärmetausch
während der
Verdampfung oder Kondensation tritt ein Übergang von Flüssigkeit
zu Gas auf welcher zu sehr großen
Dichteänderungen
führt,
wobei sich die Geschwindigkeiten am Einlass und Auslass erheblich von
einander unterscheiden. Die unterschiedlichen Geschwindigkeiten
erzeugen unterschiedliche Druckabfälle längs der durchgehenden Einlassöffnungen
bezüglich
der Strömungsauslassöffnungen von
dem Stapel von Wärmetauscherplatten.
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Ferner können beim Vorgang der Verdampfung
dynamische Kochinstabilitäten
auftreten wenn der erzeugte Dampf Flüssigkeit, die sich in einer
Einlassöffnung
angesammelt hat, verdrängen
kann. Die verdrängte
Flüssigkeit
kann in den Wärmeübertragungskanal
eintreten und eine vorübergehende Überversorgung
der verdampfenden Flüssigkeit
erzeugen. Diese vorübergehende Überversorgung kann
Steuerungsschwierigkeiten bei vielen kompakten Formen von Wärmetauschern
erzeugen bei denen die Kapazität
des Flüssigkeitsgehaltes
innerhalb des Stapels von Platten im Vergleich zu dem Einlasskanal
vergleichsweise klein ist.
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Zusätzliche Probleme um zu gewährleisten, dass
jeder erste Strömungskanal
mit einer gleichen Menge verdampfender Flüssigkeit von der Einlassöffnung beschickt
wird, treten auf, wenn diese Flüssigkeit
oder Medium aus zwei Phasen und nicht einer besteht. Es ist nicht
nur von Bedeutung eine gleiche Massenverteilung zu erzeugen, sondern
gleichzeitig eine gleiche Phasenverteilung zu gewährleisten. Dies
ist jedoch noch schwieriger zu gewährleisten, insbesondere bei
der Verdampfung da eine gleiche Verteilung der Flüssigphase
am Eingang jedes ersten Strömungskanals
unverzichtbar ist um eine optimale Leistung der Wärmeübertagung
zu gewährleisten.
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In einem früheren US Patent 3735793 wurde eine
Einrichtung der Strömungsverteilung
längs einer Strömungsöffnung konzipiert,
in welcher im Vergleich längs
der Einlass- oder Auslassöffnung
ein großer Druckabfall
in jedes Plattenpaar hinein erzeugt wurde, indem jede Platte mit
einem Speiseloch mit kleinem Durchmesser im Vergleich zum Durchmesser der
Einlass oder Auslassöffnung
versehen wurde. Auf diese Weise wird die Strömungsmenge in jegliches Plattenpaar
in wesentlichen durch den Druckverlust durch das kleine Loch und
nicht durch den Speisedruck minus der Druckverluste im Kanal und der
Auslassöffnung
gesteuert.
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Der Stand der Technik wie er beispielsweise in
der schwedischen Patentanmeldung 8702608-4 beschrieben wird, erzeugt
eine begrenzende Einrichtung in jedes Plattenpaar ausgehend von
der Einlassöffnung,
wobei ein Ring oder eine Scheibe verwendet wird, welche die Speiseöffnung umgebend
angeordnet ist und durch welche die Strömung durch -ein geschnittenes,
geschnitztes oder gebohrtes Loch durch diesen Ring begrenzt wird,
so dass eine einen Druckabfall erzeugende Öffnung hergestellt wird. Diese
Vorrichtungen haben sich aus zwei hauptsächlichen Gründen als nicht zufriedenstellend
erwiesen. Der erste Grund sind die hohen Produktionskosten und der
zweite Grund besteht darin, dass der Ring unter der Scheibe ständig zwischen
dem Plattenpaar zum Zeitpunkt der Herstellung befestigt wird und
sehr genau ausgerichtet werden muss um den Verbindungsprozess, welcher
ein Plattenpaar erzeugt, nicht zu behindern.
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Ein weiterer hauptsächlicher
Nachteil besteht darin, dass das erzeugte Plattenpaar vollständig die
den Druckabfall erzeugende Einrichtung einschließt welche, nachdem sie einmal
eingeschlossen wurde, nicht eingestellt werden kann um sich ändernde
Verfahrenserfordernisse, beispielsweise vergrößerte Strömungsmengen oder Änderungen
bei dem Betriebsmedium, auszugleichen.
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Ein Plattenwärmetauscher ist ferner aus
der WO 97/15797 bekannt, in welcher ein Stapel von Wärmeübertagungsplatten
derart eingeordnet sind, dass sie erste und zweite Strömungskanäle zwischen
benachbarten Wärmeübertagungsplatten
in dem Stapel definieren, wobei jeder Strömungskanal mit einem Einlasskanal
in Verbindung steht welcher durch Einlassöffnungen in den Wärmeübertagungsplatten
gebildet ist indem mindestens ein Einlasskanal gegenüber dem
anderen Strömungskanal
durch Dichtmittel versperrt ist, welche in einer Hauptdichtfläche angeordnet
sind die jede entsprechende Einlassöffnung umgibt.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter
Berücksichtung
der Probleme und der Nachteile der oben beschriebenen bekannten
Wärmetauscher
gemacht.
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Der Zweck dieser Erfindung ist es,
eine, einen gut definierten Druckabfall erzeugende Öffnung von
der Speiseöffnung
in die Kanäle
der Platte zu erzielen.
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Ein bevorzugter Zweck der Erfindung
besteht darin, eine Konstruktion zu schaffen, in welcher eine derartige
einen Druckabfall erzeugende Öffnung leicht
geändert
werden kann ohne das Herstellverfahren der aus Metall bestehenden
Wärmetauscherplatten
zu ändern.
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Erfindungsgemäß wird ein Plattenwärmetauscher
gemäß den Ansprüchen 1 und
5 vorgeschlagen.
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Vorzugsweise ist die Dichtung nicht
vollständig
durch die Platten in der zurück
in den Einlasskanal führenden
Richtung eingeschlossen. Auf diese Weise verbleibt die Dichtung
aus dieser Richtung zugänglich
um zwischen einem Paar von Platten entfernt oder neu eingesetzt
zu werden, selbst wenn die Platten permanent durch eine Schweißung oder
eine Lötung
in dem Hauptdichtbereich verbunden wurden.
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In vorteilhafter Weise ist der Einlasskanal durch
mindestens eine der Wärmeübertagungsplatten
und/oder Mittel um das Medium direkt durch die Dichtung zu leiten,
begrenzt.
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Bei einer Anordnung ist der Einlasskanal durch
ein Rohr gebildet welches sich durch die Dichtung erstreckt und
welches Druckabfall erzeugende Mittel bildet, die den Einlasskanal
mit dem ersten Strömungskanal
verbinden. Auf diese Weise sind die Druckabfall erzeugenden, Mittel
einstellbar indem unterschiedliche Dichtung/Rohranordnungen ausgetauscht
werden.
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Diese Konstruktion bietet ein sehr
flexibleres Mittel um Verfahrensänderungen
aufzunehmen ohne, dass auf die Neuherstellung der teuren thermischen
Plattenpaare zurückgegriffen
werden muss, so dass durch Standardisierung der Herstellung der
teuersten Komponenten, nämlich
der Platten selbst, die gesamten Herstellungskosten verringert werden.
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Der Stand der Technik welcher ein
Loch mit kleiner Öffnung
oder gepresste Kanäle
verwendet um einen großen
Druckabfall zu erzeugen, gewährleistet nicht
notwendiger Weise eine gleichmäßige Phasenverteilung
zu allen Paaren längs
der Speiseöffnung, es
sei denn es wird unterstellt, dass die Einspeisung als homogene
einzelne Phase wirkt.
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Die Zwei-Phaseneinspeisung zu einem
Verdampfer ist in vielen Fällen
nicht homogen, kann jedoch in Schichten aufgeteilt werden und zwar
aufgrund einer Gasauftriebswirkung mit dem Resultat, dass alle Platten
mit einem unterschiedlichen Verhältnis
von Gas zu Flüssigkeit
am Eingang zur Speiseöffnung
im Vergleich zum Ende der Speiseöffnung beschickt
werden.
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Um eine korrekte Gasverteilung zu
jedem Kanal herzustellen wenn die Einspeisung in Schichten aufgeteilt
ist, muss der Eingang zu der Vorrichtung für den Druckabfall eine Funktion
der Position des Plattenpaares längs
der Speiseöffnung
sein. Jedes Plattenpaar muss sich somit von den anderen unterscheiden
um eine optimal Leistung zu erzielen und kann nicht mehr genormt
werden falls die Druckabfalleinrichtung Teil der thermischen Platten
ist. Die Verwendung eines getrennten Bauteils um die Vorrichtung
für den
Druckabfall zu bilden ist für
einen guten Betrieb von Vorteil.
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Hinzu kommt, dass die Möglichkeit
des Zugangs zu den den Druckabfall erzeugenden Mitteln von außen viele
Vorteile gegenüber
Konstruktionen aufweist, welche eine fest in dem Plattenpaar eingeschlossen
eingebaute Einrichtung aufweisen beziehungsweise durch einige Merkmale
der Platten selbst erzeugt werden, das heißt, ein Loch oder ein Druckstück. Diese
Vorteile schließen
folgende ein:
- 1. Falls die Druckabfall erzeugenden
Mittel verstopfen sollten, sind sie leicht zugänglich und können gereinigt
werden.
- 2. Falls die Druckabfall erzeugenden Mittel verschleißen oder
beschädigt
werden, können
sie leicht ausgetauscht werden.
- 3. Falls sich die thermische Belastung ändert, kann der Druckabfall
leicht angepasst werden indem eine neue Dichtungskomponente eingebaut wird.
- 4. Die Position und die Konstruktion der den Druckabfall erzeugenden
Mittel kann bezüglich der
Position jedes Plattenpaares in einem im Betrieb eingesetzten Plattenstapel
variiert werden um dadurch die Strömungsverteilung der beiden Phasen
zu optimieren.
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Im Folgenden wird die Erfindung näher unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Plattenwärmetauschers;
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2 einen
Querschnitt durch einen konventionellen Wärmetauscher längs der
Linie A-A in 1;
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3 eine
Draufsicht auf die Speiseöffnung eines
Plattenwärmetauschers
nach einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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4 eine
teilweise Schnittansicht durch den Plattenwärmetauscher gemäß der ersten
Ausführungsform
nach der Erfindung längs
der Linie B-B von 3;
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5 eine
Draufsicht auf die Speiseöffnung eines
Plattenwärmetauschers
nach einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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6 eine
teilweise Schnittansicht durch den Plattenwärmetauscher nach der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung längs
der Linie B-B von 5;
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7 eine
Schnittansicht des Einlasskanals des Plattenwärmetauschers nach der zweiten
Ausführungsform;
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8 eine
Draufsicht auf die Speiseöffnung eines
Plattenwärmetauschers
nach einer dritten Ausführungsform
der Erfindung;
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9 eine
teilweise Schnittansicht durch den Plattenwärmetauscher nach der dritten
Ausführungsform
der Erfindung längs
der Linie B-B von 8;
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10 eine
Draufsicht auf die Speiseöffnung
des Plattenwärmetauschers
nach einer vierten Ausführungsform
der Erfindung und
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11 eine
teilweise Schnittansicht durch den Plattenwärmetauscher nach der vierten
Ausführungsform
der Erfindung längs
der Linie B-B von 10.
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In 1 ist
ein Plattenwärmetauscher 1 gezeigt,
welcher aus einem Stapel von Wärmeübertragungsplatten 2 und äußeren Deckplatten 3 und 4 besteht,
die auf der Ober- bzw. Unterseite des Stapels angeordnet sind. Der
Plattenwärmetauscher 1 weist einen
ersten Einlass 5 und einen zweiten Einlass 6 und
einen ersten Auslass 7 und einen zweiten Auslass 8 für zwei Wärmetauschermedien
auf.
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In 2 ist
eine Schnittansicht durch den Plattenwärmetauscher 1 gemäß 1 gezeigt welcher sich längs eines
Teiles des Wärmetauschers
erstreckt der die zweite Einlassöffnung 6 und
die erste Auslassöffnung 7 umfasst.
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Der in 2 gezeigte
Stapel besteht aus zehn Wärmeübertagungsplatten 2 welche übereinander
angeordnet sind und zwischen der oberen und unteren Deckplatte 3 bzw. 4 eingeschlossen
sind. Die Anzahl der in jedem Stapel enthaltenen Platten kann variiert
werden um der gewünschten
thermischen Leistung zu entsprechen.
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Die Wärmeübertagungsplatten 2 sind
mit durchgehenden Öffnungen 9 und 10 versehen.
Die Öffnungen 9 und 10 sind
in einer Linie zueinander angeordnet in der Art, dass die Öffnungen 9 einen
Einlasskanal oder Sammelleitung 11 durch den Stapel bilden
und die Öffnungen 10 bilden
einen Auslasskanal oder Sammelleitung 12 durch den Stapel.
Beide Kanäle 11 und 12 sind
an ihren Enden entweder durch die Deckplatte 3 oder durch
das nahe dieser Deckplatte liegende Plattenpaar begrenzt welche keine
durchgehenden Öffnungen 9 oder 10 aufweisen,
wie dies in 2 gezeigt
ist. Der Einlasskanal 11 ist an die Einlassöffnung 6 und
der Auslasskanal 12 an die Auslassöffnung 7 angeschlossen.
Der Plattenwärmetauscher 1 ist
in der normalen Konfiguration gemäß dem derzeitigen Stand der
Technik gezeigt und ist mit irgendeiner Form von Dichtmitteln zwischen
den Wärmeübertragungsplatten 2 versehen, welche
zusammen mit den Wärmeübertragungsplatten 2 in
jedem zweiten Zwischenraum einen ersten Strömungskanal 13 für ein Übertragungsmedium
und in dem benachbarten Plattenzwischenraum einen zweiten Strömungskanal
für ein
anderes Übertragungsmedium
begrenzen.
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Sämtliche
benachbarten Platten sind mit eingepressten Wellen 14 versehen
welche sich kreuzen oder aneinander anliegen um die Geometrie des
ersten und zweiten Strömungskanals
zu definieren und aufrecht zu erhalten, selbst wenn hohe unterschiedliche
hydraulische Drücke
in den nebeneinanderliegenden ersten und zweiten Strömungskanälen herrschen.
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Der erste Strömungskanal 13 ist
mit dem Einlasskanal 11 über mindestens einen Einlasskanal 15 verbunden
welcher zwischen den Öffnungen 9 von
zwei benachbarten und aneinanderliegenden Wärmeübertragungsplatten 2 angeordnet
ist.
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Der Plattenwärmetauscher 1 ist
mit einem Einlasskanal 11 und einem Auslasskanal 12 für jedes der
beiden Wärmeübertagungsmedien
versehen, wobei diese Einlass- und Auslasskanäle in den Endabschnitten der
rechteckigen Wärmeübertagungsplatten 2 angeordnet
sind. Jede mögliche
Anzahl von Einlass- und Auslasskanälen kann für jedes Plattenpaar vorgesehen
werden und selbstverständlich müssen die
Platten keine rechteckige Geometrie aufweisen.
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Der Plattenwärmetauscher 1 kann
mit semi-permanenten Dichtmitteln wie beispielsweise Dichtringen
versehen werden oder kann permanent mittels Löten, Hartlöten oder Schweißen abgedichtet sein. 1 zeigt eine typische vollständig hartgelötet oder
geschweißte
Form der Konstruktion bei welcher die Dichtmittel durch die dichte
Anlage der Platten längs
Dichtflächen
und das Verschmelzen des Metalls oder des Hartlötmetalls in dem schmalen Zwischenraum
zwischen aneinanderliegenden Platten hergestellt ist.
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In dem Fall, in welchem Dichtringe
verwendet werden um die Dichtung zu erzielen, wird der gesamte Plattenstapel
zusammengeklemmt indem Zuganker verwendet werden, welche durch die
obere und untere Deckplatte 3 bzw. 4 verlaufen.
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Bis zu diesem Punkt bezieht sich
die obenstehende Beschreibung lediglich auf Plattenwärmetauscher
nach dem Stand der Technik.
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In 3 ist
die erste Ausführungsform
nach der Erfindung gezeigt. Die Wärmeübertagungsplatten 2 sind
mit einem kleineren Einlasskanal 11 und einer Öffnung 9 mit
verringertem Umfang im Vergleich zu konventionellen Platten versehen.
Die Öffnung 9 ist
durch einen Dichtring 30 abgedichtet, welcher um seinen
Umfang in einer sekundären
Dichtfläche 17 verläuft und
in einem Spalt 16 aufgenommen ist, welcher zwischen den
Wärmeübertagungsplatten
ausgebildet ist die den ersten Strömungskanal 13 bilden.
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Die Platten 2 liegen um
den Öffnungsumfang nicht
aneinander, so dass der dazwischenliegende Spalt 16 um
die Öffnung 9 und
die Abdichtung durch den Dichtring 30 innerhalb des ersten
Strömungskanals 13 in
seiner Natur halbstarr hergestellt werden kann, so dass die Dichtung 30 in
den Spalt 16 zwischen zwei Platten eingesetzt werden kann,
selbst nachdem die benachbarten Wärmeübertagungsplatten, welche den
ersten Strömungskanal 13 bilden permanent
durch Schweißen
in der primären
Dichtfläche 24 aneinander
befestigt wurden.
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Aufeinander folgende erste Strömungskanäle 13,
welche je ein geschweißtes
Paar oder Kassette von Platte bilden, sind aufeinander gestapelt
um einen Plattenstapel zu erzeugen, wobei jeder erste Strömungskanal
13 zum benachbarten ersten Strömungskanal
13 um die primäre
Dichtfläche
24 herum mittels eines Dichtrings 19 abgedichtet ist.
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Um eine Verbindung zwischen dem ersten Strömungskanal 13 und
dem Einlasskanal 11 herzustellen kann der entsprechende
Einlasskanal 15 bei dieser ersten Ausführungsform durch ein oder mehrere
Löcher 18 durch
eine oder beiden Platten gebildet sein, welche den ersten Strömungskanal 13 bilden,
wobei diese Löcher
in dem Bereich außerhalb der
sekundären Dichtfläche 17 jedoch
innerhalb der primären
Dichtfläche 24 liegen.
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Bei dieser ersten Ausführungsform
nach der Erfindung besteht die den Druckabfall erzeugende Einrichtung
primär
aus dem Loch 18. Die Position, Größe und Anzahl der Löcher 18 kann
selbstverständlich
variiert werden um den Anforderungen der Wärmeübertragung zu entsprechen.
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Dieser Einlasskanal 15 öffnet sich
in einen seitlichen Verteilungszwischenraum 20 welcher
aus einer gepressten Form in einer oder beiden Platten geformt ist
die den ersten Strömungskanal 13 bilden. Der
Umfang um diesen Zwischenraum 20 ist in dichter Anlage
zwischen beiden Platten A und B, die den ersten Strömungskanal 13 bilden,
mit Ausnahme im Bereich eines gepressten Kanals 21 der
in Verbindung mit dem ersten Strömungskanal 13 steht.
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Dieser gepresste Kanal 21 bildet
eine sekundäre
Druckabfall erzeugende Einrichtung, welche verwendet werden kann,
um die Strömung
seitlich innerhalb der Ebene des ersten Strömungskanals 13 umzulenken.
Durch Änderung
der entsprechenden Größe und Position
dieser gepressten Kanäle 21 kann
die in den Zwischenraum 20 über den Einlasskanal 15 eintretende
Strömung
in zwei oder mehrere Ströme
mit gleichen oder unterschiedliche Strömungsmengen je nach Wunsch
aufgeteilt werden um eine gute seitliche Verteilung innerhalb des
ersten Strömungskanals 13 zu
erzeugen.
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Das Ändern der Größe des Kanals 21 bezüglich der
verschiedenen Strömungsfinger 23 trägt wenig
dazu bei das Verhältnis
der Strömungsmenge
von Flüssigkeit
zu Gas zu beeinflussen wie sie in der seitlichen Verteilung erzeugt
werden, sondern beeinflusst lediglich die kombinierte Einspeisungsmenge der
Mischung in Richtung der Verteilungsfinger 23.
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Um die Aufteilung der Flüssigphase
welche durch die Löcher 18 in
die Strömungsfinger 23 eintritt besser
zu steuern, wird das Auftreffen dieser Flüssigphase ausgenutzt, welches
sehr viel dichter ist als bei der Gasphase die durch die kleinen
Löcher 18 mit
hoher Geschwindigkeit auf die nächst
folgende Platte B unterhalb des Loches 18 im Verteilungszwischenraum 20 auftrifft.
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Die Strömung der flüssigen Phase schreitet radial
vom Aufschlagspunkt längs
der Platte B fort und wird sich im wesentlichen fortsetzen bis dieser radiale
Flüssigkeitsstrom
durch den Eingang in zwei oder mehrere Verteilungsfinger 23 aufgeteilt
wird, welche durch den Umfang des Zwischenraums 20 das
Loch 18 umgebend, gebildet werden.
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Nachdem die Flüssigphase durch den Eingang
in die Verteilungsfinger 23 eingetreten ist, muss sie in
den ersten Strömungskanal 13 über den
dazugehörigen
Kanal 21 am Ende des Strömungsfingers austreten.
Die Flüssigkeitsströmung zurück gegen die
allgemeine Strömungsrichtung
wird durch die hohe Gasscherungsmenge verhindert welche am Eingang
jedes Strömungsfingers 23 erzeugt
wird.
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Durch richtiges Positionieren des
Loches 18 bezüglich
der Eingänge
zu einem oder mehreren der Strömungsfinger 23 kann
die Flüssigphase,
welche durch das Loch 18 eintritt, in jede gewünschte Proportion
und in jede Richtung, wie sie durch die Strömungsfinger 23 vorgegeben
ist, umgelenkt werden.
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Diese Konstruktion gewährleistet
somit, dass die gesamt bezeugsame Flüssigphase korrekt seitlich über den
ersten Strömungskanal 13 verteilt
wird.
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In den 5 und 6 ist die zweite Ausführungsform
nach der Erfindung gezeigt, bei welcher der sekundäre Dichtring 39 genutzt
wird um eine primäre
druckerzeugende Einrichtung 31 einzuschließen und
zu positionieren, welche in Form eines kurzen Abschnitts eines Rohres
mit kleiner Bohrung, welches durch den Dichtring verläuft, hergestellt
ist um den Einlasskanal 15 zu bilden. Bei dieser Ausführungsform
der Erfindung kann die Strömungsmenge der
Mischung für
jeden gewünschten
Druckabfall durch den Kanal 15 in den ersten Strömungskanal 13 vom
Kanal 11 geändert
werden, indem entweder der Durchmesser des Rohres 31 oder
die Länge
des Rohres entsprechend der thermischen Aufgabe geändert wird.
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Abweichend von der ersten Ausführungsform
nach der Erfindung kann die Proportion an Flüssigkeit, die in den Verteilungszwischenraum 20 eintritt,
variiert werden, indem die Position des Eingangs zu dem Rohr 31 in
dem Einlasskanal 11 bezüglich
der Kante der Einlassöffnung 9 geändert wird,
das heißt, die
Dimension X kann geändert
werden.
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In 7 ist
eine Schnittansicht durch die Einlassöffnung 9 gezeigt,
wobei eine Zweiphasenmischung von links nach rechts in dem Kanal 11 wandert.
Falls die Zweiphasenmischung in ihrer Natur homogen wäre, dann
wäre das
Verhältnis
zwischen Gas- und Flüssigkeitsströmungsmengen
an jedem Punkt des Kanals gleichmäßig und die Strömungsmenge
durch irgendeine, den Druckabfall erzeugende Einrichtung, würde lediglich
von der Geometrie der Einrichtung und dem Druckabfall in der Einrichtung
abhängen.
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Aufgrund der Auftriebskräfte in den
horizontalen Einlasskanälen 11 jedoch
tritt eine gewisse Phasentrennung ein und die Mischung wird teilweise geschichtet,
wobei sich die Gasphase in der oberen Hälfte des Kanals konzentriert.
Falls sich das Verhältnis
zwischen Gasphase und Flüssigphase,
die in eine der Druckabfall erzeugende Einrichtung eintreten, ändert, so ändert sich
ebenfalls die Strömungsmenge
falls der erzeugte Druckabfall konstant bleibt.
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Um zu gewährleisten, dass die gleiche
Einspeisungsmenge in allen Strömungskanälen 13 konstant
ist, muss das Verhältnis
von Gasphase zu Flüssigphase,
die in die Einrichtung eintreten, ebenfalls konstant sein. Diese
zweite Ausführungsform
nach der Erfindung bietet eine Einrichtung um diesen höchsterwünschten
Zustand zu erreichen.
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An irgendeiner Position x, wie sie
in 7 im Durchmesser
des Einlasskanals 11 gezeigt ist, ist das Verhältnis von
Gasphase zu Flüssigphase
gleich dem Verhältnis
von Gasphase zu Flüssigphase
bei Einspeisung in das Rohr 6. Diese Position x hängt von
der Entfernung irgendeines ersten Strömungskanals 13 im Stapel ab,
wie sie von dem Einlassrohr 6 oder der Länge in Richtung
des Einlasskanals 11 ausgehend von der Deckplatte 3 gemessen
wird. Diese Position x entspricht der gepunkteten Linie in 7.
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Der Eingang zu dem Rohr 31 in
dem Speisekanal 11 muss an diesem Punkt angeordnet werden und
wird sich für
jeden folgenden ersten Strömungskanal 13 geringfügig ändern. Die Änderungen
in der Länge
x für jeden
ersten Strömungskanal 13 kann
in kontinuierlicher Weise von Deckplatte 3 zur Deckplatte 4 hergestellt
werden, wie dies durch den Ort der Position x (gepunktete Linie)
gezeigt ist oder kann stufenweise angenähert werden.
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Die Möglichkeit die den Druckabfall
erzeugende Einrichtung leicht einzustellen indem ein unterschiedlicher
Dichtring 30 – Rohr 31 Kombination
in jedem ersten Strömungskanal 13 bei
der zweiten Ausführungsform
der Erfindung eingesetzt wird, bedeutet, dass ein Verdampfer für eine optimale
Verteilung und thermische Leistung fein abgestimmt werden kann.
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Bei dieser zweiten Ausführungsform
der Erfindung tritt der Hochgeschwindigkeitsstrahl der Zweiphasenmischung
aus dem Auslass des Rohres 31 aus, und gelangt in den Zwischenraum 20 in
einer Richtung grob parallel zur Ebene des ersten Strömungskanals 13 und
trifft somit nicht auf die Platte B des ersten Strömungskanals 13 in
rechtwinkliger Weise auf.
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Die Verteilung der Flüssigphase
in seitlicher Richtung kann daher nicht in kontrollierte Proportionen
mittel der radialen Strömung
von einem Auftreffpunkt der Platte B ausgeteilt werden und an Stelle dessen
wird ein durch einen schmalen Spalt gebildeter Expansionsabschnitt 25 zwischen
dem Auslass des Rohres 13 und dem Eingang in den Zwischenraum 20 genutzt.
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Dieser Expansionsabschnitt 25 verteilt
den aus dem Auslass des Rohres 31 austretenden Strahl in
eine fächerförmige Form
aufgrund des schmalen Spaltes "y" und der expandieren
Fächerform,
wobei die Geschwindigkeit der Mischung durch einen sich verringernden
Spalt von Platte zu Platte aufrecht erhalten wird, während die
Breite des Stroms vor dem Eintritt in den Zwischenraum 20 zunimmt.
Auf diese Weise wird eine hohe Scherungsrate aufrecht erhalten und
die Flüssigkeit
gleichmäßig über die
gesamte Strömungsbreite
des Expansionsabschnitts 25 verteilt.
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Der Eingang zu den Verteilerfingern 23,
die durch den Umfang des Zwischenraums 20 gebildet sind,
teilt dann diesen zweiphasigen Strom in zwei oder mehrere Richtungen
auf. Diese Verteilerfinger 23 werden verwendet, um den
Strom seitlich in den ersten Strömungskanal 13 zu
lenken.
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Die in den 8 und 9 veranschaulichte, dritte
Ausführungsform
nach der Erfindung nutzt wiederum den sekundären Dichtungsring 30 um
eine den Druckabfall erzeugende Einrichtung 31 in Form einer
kurzen Länge
eines Rohres mit kleiner Bohrung einzuschließen und zu positionieren, welches
durch den Dichtring 30 hindurch führt um den Einlasskanal 15 zu
bilden. Bei dieser Ausführungsform
tritt jedoch der Auslass von dem Rohr 31 nicht direkt in
ein Expansionsabschnitt 25 ein, sondern tritt in einen
Wiederverteiler – oder
sekundären
Einlasskanal 26 ein, welcher durch die Öffnung 27 gebildet
ist.
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Dieser sekundäre Einlasskanal 26 steht
in Verbindung mit allen ersten Strömungskanälen 13 in dem Stapel
und wird jedoch durch einen Dichtring 33 daran gehindert,
mit dem zweiten Strömungskanal
in Verbindung zu treten. Der Dichtring 33 ist zwischen jedem
Plattenpaar, das einen ersten Strömungskanal 13 bildet,
eingebaut.
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Der sekundäre Einlasskanal 36 bildet
eine Wiederverteilungsstufe für
das Verfahren, dieses ermöglicht,
dass jegliche nicht gleichmäßige Speisungsmengen
die durch irgendeine erste Druckabfall erzeugende Einrichtung 31 hindurch
tritt, längs
des Kanals 26 zu einer oder mehrerer erster Strömungskanäle 13 in
den Stapel neu vereilt wird.
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Die in den 10 und 11 veranschaulichte, vierte
Ausführungsform
der Erfindung ist mit der dritten Ausführungsform identisch, mit der
Ausnahme, dass der Dichtring 33 die Form einer Zahl 8 hat
und die Abdichtung sowohl um den Einlasskanal 11 als auch
den sekundären
Einlasskanal 26 herstellt und mit einer sekundären Druckabfall
erzeugenden Einrichtung 35 versehen ist, wie beispielsweise
einem Rohr, welches durch die Dichteinrichtung um den sekundären Einlasskanal 26 hindurch
läuft.
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Dieses Rohr stellt eine Verbindung
mit dem Zwischenraum 34 her, welcher zwischen dem primären Dichtring 19 und
dem sekundären
Dichtring 33 oberhalb oder unterhalb des Zwischenraumes 20 liegt.
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Um eine Verbindung zwischen dem ersten Strömungskanal 13 und
dem Zwischenraum 34 herzustellen, wird die bei der ersten
Ausführungsform beschriebene
Anordnung genutzt um die Verbindung in den Zwischenraum 20 mittels
eines oder mehrerer Löcher 18 herzustellen,
welche durch eine oder beide Platten führen, die den ersten Strömungskanal 13 in dem
Bereich außerhalb
des sekundären
Dichtbereiches bilden, welcher bei 17 und 33 innerhalb
des primären
Dichtbereiches 24 hergestellt ist.
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Diese vierte Ausführungsform kombiniert somit
die Vorteile der Verteilung gemäß der ersten, zweiten
und dritten Ausführungsform
der Erfindung.
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Aus der vorstehenden Beschreibung
von beispielhaften Ausführungsformen
ist offensichtlich, dass die Erfindung eine Anordnung schafft, bei
welcher ein Dichtring in dem Spalt zwischen einem Paar von Wärmeübertragungsplatten
angeordnet ist und welcher die entsprechenden Einlassöffnungen
des Plattenpaares abdichtet. Die Anordnung ist derart, dass der
Dichtring in den Spalt eingepasst und aus diesem entfernt werden
kann, selbst falls die Platten miteinander verbunden sind um modulare
Plattenpaare herzustellen. Dies hat spezielle Vorteile wenn die
Druckabfall erzeugende Einrichtung in der Dichtung selbst enthalten
ist, beispielsweise durch ein Rohr welches sich durch den Dichtring
erstreckt, indem hierdurch Einstellungen durchgeführt werden können, indem
verschiedene Dichtring/Rohr Kombinationen verwendet werden.
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Die Erfindung besteht ferner aus
einem Plattenwärmetauscher
welcher durch einen Stapel von Wärmeübertragungsplattenpaaren
gebildet ist, mit Dichtmitteln zwischen benachbarten Plattenpaaren um
erste und zweite Strömungskanäle für erste
und zweite Medien zu begrenzen, wobei die ersten Strömungskanäle mit einem
Einlasskanal in Verbindung stehen der durch durchführende Bohrungen
in den Platten gebildet ist und wobei jedes Plattenpaar einen inneren
Dichtring aufweist der zwischen den Platten die durchgehenden Löcher umgebend
angeordnet ist, so dass der Dichtring bei verbundenem Plattenpaar
eingebaut und ausgebaut werden kann.