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WO2016102046A1 - Leiteinrichtung zur kontrolle der flüssigkeitsströmung bei der einspeisung von zweiphasenströmen in block-in-shell-wärmeübertragern - Google Patents

Leiteinrichtung zur kontrolle der flüssigkeitsströmung bei der einspeisung von zweiphasenströmen in block-in-shell-wärmeübertragern Download PDF

Info

Publication number
WO2016102046A1
WO2016102046A1 PCT/EP2015/002462 EP2015002462W WO2016102046A1 WO 2016102046 A1 WO2016102046 A1 WO 2016102046A1 EP 2015002462 W EP2015002462 W EP 2015002462W WO 2016102046 A1 WO2016102046 A1 WO 2016102046A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat exchanger
medium
liquid phase
space
plate heat
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/002462
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Kayser
Steffen Brenner
Original Assignee
Linde Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde Aktiengesellschaft filed Critical Linde Aktiengesellschaft
Priority to CA2972124A priority Critical patent/CA2972124A1/en
Priority to JP2017534280A priority patent/JP2018506012A/ja
Priority to KR1020177020727A priority patent/KR20170096055A/ko
Priority to AU2015371704A priority patent/AU2015371704A1/en
Priority to MX2017008039A priority patent/MX2017008039A/es
Priority to RU2017120507A priority patent/RU2017120507A/ru
Priority to CN201580070902.5A priority patent/CN107110612A/zh
Priority to US15/534,532 priority patent/US20190072340A1/en
Priority to EP15805396.7A priority patent/EP3237824A1/de
Publication of WO2016102046A1 publication Critical patent/WO2016102046A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/02—Evaporators
    • F25B39/022—Evaporators with plate-like or laminated elements
    • 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
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0017—Flooded core heat exchangers
    • 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
    • F28D3/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium flows in a continuous film, or trickles freely, over the conduits
    • F28D3/04—Distributing arrangements
    • 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
    • F28D9/0006—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 plate-like or laminated conduits being enclosed within a pressure vessel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/0265—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using guiding means or impingement means inside the header box
    • 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
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0068—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for refrigerant cycles
    • F28D2021/0073—Gas coolers

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger according to claim 1.
  • Such a heat exchanger is used for indirect heat transfer between a first medium and a second medium and has a jacket which surrounds a jacket space for receiving a liquid phase of the first medium, and at least one plate heat exchanger, which serves for the indirect heat transfer between the two media the at least one
  • Plate heat exchanger is arranged in the mantle space, that he with an im
  • Mantle space located liquid phase of the first medium is umber, and wherein for introducing a two-phase current of the first medium in the mantle space a distributor, in particular in the form of a distribution channel, above the Platten Vietnamese ceremonies enjoyedtragers is arranged in the mantle space, wherein the distribution device with an inlet provided on the mantle, in particular in form of
  • Inlet neck is in flow communication, wherein the distribution device or the distribution channel has at least one downwardly directed outlet opening through which the two-phase flow from the distributor or the distribution channel can escape into the jacket space.
  • Spatial terms such as “above” and “below” refer here and below to a heat exchanger arranged as intended or in operation.
  • the shell is typically referred to as “shell” and the plate heat exchanger as a “block.”
  • shell One such standard is shown as “shell” in the third edition, 2010, page 67 Design of a heat exchanger is therefore also called “block-in-shell” - heat exchanger (other common names are “core-in-shell” or “block-in-kettle” heat exchanger)
  • a distribution channel of the type described above is further known from EP247221 A2.
  • the plate heat exchanger in addition to the first, to the mantle space open heat transfer passages, the plate heat exchanger in particular closed second
  • Heat transfer passages has no direct contact with the jacket space.
  • the open first heat transfer passages are typically for the first medium on multiple sides of the plate heat exchanger (e.g.
  • the plate heat exchanger Underside and the top of the plate heat exchanger) to the shell space permeable.
  • the plate heat exchanger is surrounded by a liquid bath of the first medium, which usually occurs at the bottom as a liquid phase in the plate heat exchanger and at the top than
  • Two-phase current exits again.
  • the driving force for this is a temperature difference between the second medium in the closed second passages and the first medium in the open first passages.
  • the heat transferred from the second medium in the closed second passages to the first medium in the first passages vaporizes part of the liquid phase of the first medium in the open first passages.
  • the plate heat exchanger in a core-to-shell heat exchanger is commonly operated as a thermosyphon, i.e., in natural circulation.
  • the part of the jacket space which is available for separating the gas phase of the first medium from the liquid phase of the first medium is referred to as the separation space.
  • the filled with the liquid phase of the first medium part of the jacket space is referred to herein or asmontraum.
  • the incoming two-phase flow can be distributed along the jacket axis (horizontal distribution).
  • the design of the distribution channel essentially aims at a controlled feed and distribution of the gas phase of the first medium into the shell space. Therefore, relatively high speeds are aimed at entering the separation chamber.
  • Liquid e.g. passes through various deflections in the distribution channel or on the jacket in unwanted areas of the jacket space.
  • a region may e.g. be the above-described top of a plate heat exchanger. Under certain circumstances, the operation of the plate heat exchanger or the
  • Plate heat exchanger have different temperatures. By the energy of the impinging liquid can also liquid upwards in the direction
  • Spray gas outlet and be carried along there.
  • the invention is therefore the object of a
  • the heat exchanger has an at least partially disposed below the distribution channel, additional guide, which is for guiding the from the at least one outlet opening of the
  • Two-phase current is formed, wherein the at least one
  • Plate heat exchanger has an upper side, and wherein the guide to it is designed to pass the liquid phase of the first medium away from the top and / or past the top.
  • the guide device may be provided with damping elements which are designed to reduce the energy of the guided flow.
  • Distribution channel along a longitudinal axis, in particular cylinder axis, of the shell extends, which extends at a properly arranged or in operation located heat exchanger along the horizontal.
  • the guide preferably also extends along this longitudinal axis.
  • Guiding device is designed to at least part of the first in a
  • Direction spatial direction from the leaked at least one outlet opening liquid phase in a second spatial direction in a second spatial direction.
  • the second spatial direction differs from the first spatial direction (ie there is a deflection of at least part of the liquid phase), wherein in particular the second spatial direction has a larger horizontal component than the first spatial direction
  • the first spatial direction runs from top to bottom along or parallel to the vertical.
  • the guide device is a non-pressure-bearing component, so that its cross-sectional shape can advantageously be designed freely, essentially without any influence on the strength of the guide device.
  • the at least one plate heat exchanger first heat transfer passages for receiving the first medium and second heat transfer passages for receiving the second medium, so that between the two media indirectly heat transferable, and wherein in particular the first heat transfer passages via outlet openings at the top of the at least one Platten Vietnameseschreibtragers are in flow communication with the jacket space, so that the first medium can escape through the outlet openings in the shell space , Relative to a heat exchanger arranged as intended, the upper side of the plate heat exchanger preferably extends in a horizontal plane.
  • the guide device is designed to remove the liquid phase of the first medium from the top side and / or at the top side of the at least one side
  • the guide device is designed to guide the liquid phase of the first medium such that it does not act upon the upper side.
  • the guide device has at least one plate-shaped guide element, in particular in the form of a guide plate.
  • the at least one guide element preferably extends along the longitudinal axis of the jacket.
  • the at least one guide element in this case has a curvature, wherein in particular the guide plate has a convex first side facing the plate heat exchanger, and a second side facing away from the second side, facing away from the plate heat exchanger and / or facing the distributor channel.
  • the guide element may also have an inclination, so that the liquid phase of the first medium is conducted away from the upper side of the plate heat exchanger.
  • the at least one is furthermore
  • the guide device and / or the guide plate extend along the entire distribution channel along the Distribution channel or the longitudinal axis of the shell extends or only over a portion of the distribution channel.
  • the guide and / or the at least one guide element are fixed to the distribution channel and / or on the jacket of the heat exchanger.
  • the at least one guiding element may e.g. be determined via a support of the guide to the distribution channel and / or the jacket.
  • the carrier have a frame which is fixed to the distribution channel and / or on the jacket, wherein in particular the at least one guide element on
  • the distribution channel of the heat exchanger according to the invention described above is fixed according to an embodiment of the invention on the jacket, wherein in particular the jacket forms a side wall of the distribution channel. That is, the
  • Distribution channel is attached to an inside of the shell facing the shell space, wherein the distribution channel, e.g. having a horizontally extended bottom, one edge of which is fixed to the mantle, and the other
  • the at least one guide element extends along the distribution channel, in particular parallel to the distribution channel.
  • the at least one guide element can be flush with respect to the vertical
  • Side wall of the distribution channel may be arranged so that an outer side of the side wall of the distribution channel passes continuously or substantially continuously into the first side of the guide element.
  • the distribution channel or the vertical side wall and the guide element may also be along the longitudinal axis of the Mantels extended gap may be provided, through which a gaseous phase of the first medium can get into the separation chamber.
  • the heat exchanger in the shell space to a filling level, on which the liquid level of the bath (liquid phase of the first medium) in a normal operation of the
  • Heat exchanger is located, further comprising the heat exchanger in the jacket space has a receiving space forming separating unit for separating the gaseous phase of the first medium from the liquid phase of the first medium.
  • the separating unit has in particular at least one upward
  • Receiving opening for introducing falling from the distribution channel first medium into the receiving space, wherein the upwardly directed receiving opening is arranged above or at filling level, so that in the receiving space
  • absorbed gaseous phase of the first medium can escape via the receiving opening in the mantle space.
  • the arrangement of the receiving opening does not necessarily have to be related to the filling level, but may alternatively or additionally also be related to an upper side or upper edge of the plate heat exchanger or the plate heat exchanger block.
  • an upper edge (relative to the vertical) of the receiving opening is preferably in the range of 0mm to 100mm, more preferably in the range of 0mm to 50mm, even more preferably in the range of 0mm to 25mm above the top and top of the
  • Plate heat exchanger wherein the value 0mm corresponds to the level of the top or the upper edge of the plate heat exchanger in the direction of the vertical.
  • the separating unit has a first side wall facing the interior.
  • the first side wall may have at least one distribution opening, wherein the at least one distribution opening is preferably arranged at least partially below the filling level, so that the liquid phase of the first medium via the at least one distribution opening in the bath surrounding the heat exchanger can be introduced.
  • the at least one distribution opening or the plurality of distribution openings are preferably formed as slits extending along the vertical.
  • the first side wall has a plurality of distribution openings.
  • the first side wall may also be formed as an overflow wall. The first side wall is then formed liquid-impermeable, ie, has no distribution openings, so that the liquid phase of the first medium flows over an upper edge of the first side wall in the navalraum.
  • the separating unit can be designed both as an overflow bag and as a (liquid) permeable bag, i. the position and direction of the liquid outlet is in particular freely selectable.
  • the separating unit is arranged in a horizontal, perpendicular to the longitudinal axis of the jacket extending direction laterally to the plate heat exchanger and thereby extends along (in particular parallel) of the plate heat exchanger or along the longitudinal axis of the jacket.
  • the first side wall preferably has an inclination.
  • the first side wall is inclined towards the plate heat exchanger, so that the horizontal
  • Cross-sectional area of the receiving space in the vertical increases from bottom to top.
  • the said filling level is to be understood in particular as a desired height, on which the liquid level of the liquid phase of the first medium during the
  • Plate heat exchanger may be completely submerged in the bath during normal operation, but can also be with a top from the bath
  • That region of the jacket space which is located above the filling level or the liquid level of the liquid phase of the first medium, serves to accommodate the gaseous phase of the first medium and is therefore also referred to as a separation space.
  • the fill level with respect to the top (or top) of the plate heat exchanger is in the range of -500mm to + 100mm, more preferably in the range of -300mm to + 100mm, more preferably in the range of -300mm to + 50mm preferably in the range of -300 mm to + 25 mm, even more preferably in the range of -300 mm to 0 mm:
  • the value corresponds to 0 mm the level of the top (see above).
  • Negative values indicate that the fill height in the direction of the vertical is below the top / top of the
  • the separating unit is designed as an upwardly open channel, which extends (as well as the distribution channel) along the longitudinal axis of the jacket.
  • the separating unit is preferably vertically below the distribution channel
  • the separating unit has a second side wall opposite the first side wall, which is formed in particular by a wall of the jacket.
  • the second side wall may also be formed separately from the jacket
  • the separating unit has a third side wall and a fourth side wall opposite the third side wall, wherein the third and the fourth side wall connect the first and the second side wall with each other, and wherein in particular the third and the fourth side wall each at least one Side opening for discharging the liquid phase of the first medium and in particular extend perpendicular to the longitudinal axis of the shell.
  • a plurality of side openings are formed in the front-side third and fourth side walls.
  • the third and the fourth side wall can also be designed as an overflow wall and then have none
  • the third and the fourth side wall are missing and the separating unit is open on the front side.
  • the third and fourth side walls may have a lower upper edge than the first side wall.
  • the invention basically makes it possible to control and direct the flow of the liquid entering the jacket space, wherein the flow rate of the incoming liquid into the separation space of a core-in-shell heat exchanger can be reduced.
  • the guide device according to the invention can in particular also at other entrance distributors than the distribution channel shown be used. If a separating unit is used, then the
  • the baffle may in principle be made of any suitable materials (such as aluminum, steel or aluminum)
  • the guide can be made of sheet metal as well as other suitable materials
  • Elements such as e.g. machined pipes, machined solid materials, molded parts or (extruded) profiles.
  • the combination of different elements is possible.
  • the sheets can be both flat and profiled.
  • the guide can also be attached to another suitable location (for example, to the jacket). The type of attachment is freely selectable.
  • the guide can be welded on,
  • the orientation of the guide is arbitrary, so that a
  • the guide can also be performed without a frame, of course, parts can be combined with and without frame. Further features and advantages of the invention are intended in the following
  • FIG. 1 shows a partially sectioned view of a device according to the invention
  • Fig. 2 is a view of the heat exchanger taken along the line A-A of Fig. 1;
  • Fig. 3 is a detail of Figure 2;
  • Fig. 4 is a perspective view of a plate heat exchanger of a
  • FIG. 1 shows, in connection with FIG. 4, a block-in-shell heat exchanger 1 according to the invention.
  • the heat exchanger 1 has a jacket 2 which extends along a longitudinal or cylindrical axis which runs along the horizontal at a heat exchanger 1 arranged as intended.
  • the jacket 2 surrounds a jacket space 3, in which at least one plate heat exchanger 4 is arranged.
  • This has alternately juxtaposed as well as in particular vertical first and second heat transfer passages 71, 72 (see Fig. 4), which are each adapted to receive a first and second medium F1, F2, so that between two media F1, F2 indirectly heat is transferable / can be transferred.
  • the heat transfer passages 71, 72 are each limited by two parallel partition plates 90 (the two outermost
  • Separating plates of the plate heat exchanger 4 are referred to as cover plates), between each of which a heat conducting structure 80 is arranged, which is in the present example designed as a so-called fin, so as a corrugated or folded sheet, so that together with the respective two partition plates 90 a plurality of parallel Channels for the respective medium F1, F2 is formed, wherein the channels for the first medium F1 extend in particular in the vertical direction and the channels for the second medium, in particular in the horizontal direction, ie, the two media F1, F2 are guided in particular in cross-current to each other , Other modes of operation (eg countercurrent) are also conceivable.
  • cover plates between each of which a heat conducting structure 80 is arranged, which is in the present example designed as a so-called fin, so as a corrugated or folded sheet, so that together with the respective two partition plates 90 a plurality of parallel Channels for the respective medium F1, F2 is formed, wherein the channels for the first medium F1 extend in particular in the vertical direction and the channels for the
  • the first heat transfer passages 71 are toward the horizontally extended top 4a of the at least one plate heat exchanger 4 bounded by the four top edges 41, 42, 43, 44 of the plate heat exchanger 4 and towards the bottom (not shown). open. That is, there are corresponding inlet openings at the bottom, via which the injected into the shell space 3 first medium F1, which is a bath around the
  • Plate heat exchanger 4 forms, enter the first heat transfer passages 71 and can rise in these (so-called thermosiphon effect) and on the upper side 4a via corresponding outlet openings 40 from the first
  • Heat transfer passages 71 can emerge again as a two-phase current.
  • the first medium F1 can be introduced into the jacket space 3 via an inlet connection 53 arranged on the jacket 2.
  • first and second heat transfer passages 71, 72 may be closed by so-called edge bars (side bars) 91.
  • the second heat transfer passages 72 are additionally closed at the top and bottom by such end strips 91.
  • the components of the at least one plate heat exchanger 4, e.g. the partition plates 90, the fins 80, the side bars 91 and the collectors 61, 63, 62, 64 are preferably made of aluminum.
  • the partition plates 90, side bars 91 and fins 80 are preferably soldered together in an oven.
  • the first medium F1 When ascending in at least one plate heat exchanger 4, the first medium F1 is brought into an indirect heat transfer with the second medium F2, which via an inlet port 51 and 57 and an adjoining collector (also called header) 61 and 63 in the second
  • Heat transfer passages 72 of the at least one plate heat exchanger 4 is introduced and there, in particular in cross-flow to the first medium F1, which flows into the first heat transfer passages 71, out.
  • the first gaseous second medium F2 is cooled and in particular liquefied, whereas the first medium F1 is heated and partially evaporated.
  • a resulting gaseous phase G1 of the first medium F1 collects in the separation chamber A above the at least one Platten Vietnamesetragers 4 and can be withdrawn from there via a provided on the jacket 2 outlet 55 and 56 from the jacket or separation chamber A.
  • the condensed second medium is a collector (or header) 62 or 64 of the at least one plate heat exchanger 4 from the second
  • Heat transfer passages 72 deducted and withdrawn via a connected to the respective collector 62 and 64 connecting piece 52 and 54 from the heat exchanger 1.
  • the heat exchanger 1 can also have a plurality of plate heat exchangers 4, in particular two, as described above
  • Plate heat exchanger 4 which according to Figure 1, e.g. along the longitudinal axis of the heat exchanger 1 are arranged one behind the other in the shell space 3 of the heat exchanger 1.
  • the heat exchanger 1 can only one
  • Plate heat exchanger 4 which is then e.g. how the right or the left plate heat exchanger 4 of Figure 1 can be formed.
  • a distributor 6, here preferably in the form of a distributor channel 6, is arranged above the plate heat exchanger 4 in the jacket space 3, wherein the distributor channel 6 has an interior 6a for receiving the liquid phase L1 of the first Surrounding medium F1 and is in fluid communication with an inlet 53 which is provided at an upper portion of the shell 2.
  • the distributor channel 6 is fixed to an inner side of the jacket 2 facing the jacket space 3, wherein the jacket 2 forms a side wall of the distributor channel 6.
  • the distribution channel 6 further comprises a horizontally along the longitudinal axis of the shell 2 extended bottom 6c, one edge of which is fixed to the shell 2, wherein from the other
  • Distribution channel 6 has at least one downwardly directed outlet opening 6b (in principle several such outlet openings 6b are provided) through which the liquid phase L1 of the first medium F1 can escape from the distributor channel 6 into the jacket space 3 in a first spatial direction R.
  • a guide 10 is arranged, which is designed to conduct the leaking from the at least one outlet 6b liquid phase L1 of the first medium F1, wherein the guide 10 in particular at least a part of a first (in particular vertical ) Spatial direction R from the at least one outlet opening 6b downstream liquid phase L1 deflects in a second spatial direction R ', which differs preferably from the first spatial direction R.
  • the second spatial direction R ' e.g. a larger horizontal component than the first one
  • the deflection of at least a portion of the liquid phase L1 is preferably carried out so that the liquid phase L1 of the first medium F1 away from the top 4a or at the top 4a of the at least one
  • the guide device 10 in particular at least one plate-shaped guide element 100, in particular in the form of a guide plate, on that extends along the longitudinal axis and substantially flush with the side wall 6d of
  • the at least one guide element 100 in this case has a curvature, such that the at least one guide element 100 has a convexly curved first side 100a, which faces the plate heat exchanger 4, and a second side 100b facing away from the first side 100a, which is concavely curved and facing away from the plate heat exchanger 4 or the
  • the at least one guide element 100 is now arranged so that at least a part of the
  • the at least one guide element 100 is in this case defined by means of a frame 20 both on the distributor channel 6 and on the jacket 2 of the heat exchanger 1.
  • the heat exchanger can have an additional separating unit 208, which serves to calm the first medium F1, so that a gaseous phase G1 of the first medium F1 in the separating unit 208 can be separated from the liquid phase L1 of the first medium F1.
  • the separating unit 208 is of the
  • the separating unit 208 has an upwardly directed receiving opening 209 arranged below the distributor channel 6, the opening plane of which extends perpendicular to the vertical. Via the receiving opening 209, the first medium F1 falling out of the distributor channel 6 passes into a receiving space 207 of the separating unit 208.
  • the separating unit 8 is designed as a channel open at the top, which extends below the
  • Distribution channel 6 also extends along the longitudinal axis of the shell 2, wherein preferably the separating unit 208 along the longitudinal axis of the shell 2 has a length which corresponds to the length of the distribution channel 6 along this longitudinal axis.
  • the receiving space 207 of the separating unit 208 or the receiving opening 209 can therefore be charged along its entire length with the first medium F1.
  • the separating unit 208 has a peripheral wall which defines the receiving opening 209 and delimits the receiving space 207.
  • the wall has a first side wall 210 facing the shell space 3 or the plate heat exchanger 4, which faces the plate heat exchanger 4 transversely to the longitudinal axis of the shell 2 in the horizontal direction.
  • the first side wall 210 faces a second side wall 213 of the separating unit 208, which is formed by the shell 2.
  • the separating unit 208 has a third and a fourth side wall 214 (only one of these side walls 214 can be seen in FIGS.
  • the first side wall 210 is the
  • Separation unit 208 inclined to the plate heat exchanger 4, so that increases the horizontal cross section of the separating unit 208 and the receiving space 207 in the vertical from bottom to top to the receiving opening 209 out.
  • the first Side wall 210 in the present case encloses an angle of, in particular, 45 ° with the vertical.
  • the separating unit 208 and / or the distribution channel 6 are formed from one or more sheets and welded to the shell 2 or connected in any other suitable manner.
  • the first side wall 210 and the third and fourth side walls 214 may each be formed of a flat sheet and suitably connected to each other (e.g., by welded joints,
  • Receiving space 207 of the separating unit 208 has the first side wall 210
  • side openings 212 can also be provided in the end-side side walls 214, via which the liquid phase L1 of the first medium F1 can likewise exit into the preliminary storage space V (only one side opening 212 is shown by way of example).
  • the wall of the separating unit 208 or the first, third and fourth side wall 210, 214 define an upper edge of the separating unit 208, which bounds the receiving opening 209 and which preferably above the filling level 300 of the liquid phase L1 in FIG
  • the liquid phase L1 of the first medium F1 passes from the receiving space 207 preferably only via the distribution or side openings 21 1, 212 in the navalraum V.
  • the separating unit 208 may also form a liquid-tight pocket, so that the wall of the separating unit 208th acts as an overflow wall and accordingly the liquid phase L1 passes through the receiving opening 209 in the navalraum V.
  • Separating unit 208 may be open at the front, so have no third and fourth side wall 214. It is also possible for the third and fourth side walls 214 to have a lower upper edge in the vertical direction than the first side wall 210.
  • the distribution openings 21 1 may be slit-shaped along the vertical. Other opening cross sections are also possible.
  • the distribution openings 21 1 are preferably arranged over the entire length of the separation unit 208 along the longitudinal axis of the shell 2 equidistant from each other.
  • the Side openings 212 are preferably formed as circular holes (for the sake of simplicity only one side opening 212 is shown).
  • the side openings 212 may be arranged in parallel to the filling level 300, arranged one above the other rows.
  • the shell 2 at an upper portion of the shell 2 at least one outlet 55. Furthermore, an outlet 59 is provided at a lower region of the jacket 2, which is provided for discharging the liquid phase of the first medium F1 from the Morrisraum V.
  • Overflow wall 58 ensures arium Heilll Escape the first medium F1 in the storage room V.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager (1) zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einem ersten Medium (F1) und einem zweiten Medium (F2), mit: einem Mantel (2), der einen Mantelraum (3) zur Aufnahme des ersten Mediums (F1) umgibt, und zumindest einem Plattenwärmeübertrager (4), zur indirekten Wärmeübertragung zwischen den beiden Medien (F1, F2), wobei der mindestens eine Plattenwärmeübertrager (4) so im Mantelraum (3) angeordnet ist, dass er mit einer im Mantelraum (3) befindlichen flüssigen Phase (L1) des ersten Mediums (F1) umgebbar ist, und wobei zum Einleiten des ersten Mediums (F1) in den Mantelraum eine Verteileinrichtung (6) bzw. ein Verteilerkanal (6) oberhalb des Plattenwärmeübertragers (4) im Mantelraum (3) angeordnet ist, wobei die Verteileinrichtung bzw. der Verteilerkanal (6) zumindest eine nach unten gerichtete Auslassöffnung (6b) aufweist, durch die eine flüssige Phase (L1) des ersten Medium (F1) aus der Verteileinrichtung (6) bzw. aus dem Verteilerkanal (6) in den Mantelraum (3) austreten kann. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Wärmeübertrager (1) eine unterhalb der Verteileinrichtung (6) bzw. unterhalb des Verteilerkanals (6) angeordnete Leiteinrichtung (10) aufweist, die zum Leiten der aus der mindestens einen Auslassöffnung (6b) austretenden flüssigen Phase (L1) des ersten Mediums (F1) ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Leiteinrichtung zur Kontrolle der Flüssigkeitsströmung bei der Einspeisung von
Zweiphasenströmen in Block-In-Shell-Wärmeübertragern
Die Erfindung betrifft ein Wärmeübertrager gemäß Anspruch 1.
Ein derartiger Wärmeübertrager dient zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einem ersten Medium und einem zweiten Medium und weist einen Mantel auf, der einen Mantelraum zur Aufnahme einer flüssigen Phase des ersten Mediums umgibt, sowie zumindest einen Plattenwärmeübertrager, der zur indirekten Wärmeübertragung zwischen den beiden Medien dient, wobei der mindestens eine
Plattenwärmeübertrager so im Mantelraum angeordnet ist, dass er mit einer im
Mantelraum befindlichen flüssigen Phase des ersten Mediums umgebbar ist, und wobei zum Einleiten eines Zweiphasenstroms des ersten Mediums in den Mantelraum eine Verteileinrichtung, insbesondere in Form eines Verteilerkanals, oberhalb des Plattenwärmeübertragers im Mantelraum angeordnet ist, wobei die Verteileinrichtung mit einem am Mantel vorgesehenen Einlass, insbesondere in Form eines
Einlassstutzens, in Strömungsverbindung steht, wobei die Verteileinrichtung bzw. der Verteilerkanal zumindest eine nach unten gerichtete Auslassöffnung aufweist, durch die der Zweiphasenstrom aus der Verteileinrichtung bzw. dem Verteilerkanal in den Mantelraum austreten kann. Räumliche Begriffe wie„oberhalb" und„unten" beziehen sich hier und im Folgenden auf einen bestimmungsgemäß angeordneten bzw. im Betrieb befindlichen Wärmeübertrager.
Ein Wärmeübertrager der eingangs dargelegten Art ist beispielsweise in„The
Standards of the brazed aluminium plate-fin heat exchanger manufacturer's association (ALPEMA)", dritte Ausgabe, 2010, Seite 67 in Figur 9-1 gezeigt. Üblicherweise wird der Mantel als„Shell" bezeichnet und der Plattenwärmeübertrager als„block". Eine solche Ausführung eines Wärmeübertragers nennt man daher auch„block-in-shell"- Wärmeübertrager (andere geläufige Bezeichnungen sind„core-in-shell"- oder„block-in- kettle"-Wärmeübertrager)
Ein Verteilerkanal der oben beschriebenen Art ist des Weiteren aus der EP247221 A2 bekannt. Neben den ersten, zum Mantelraum hin offenen Wärmeübertragungspassagen, weist der Plattenwärmeübertrager insbesondere geschlossene zweite
Wärmeübertragungspassagen auf. Das zweite I ledium in den zweiten
Wärmeübertragungspassagen hat dabei keinen direkten Kontakt zum Mantelraum. Die offenen ersten Wärmeübertragungspassagen sind dagegen für das erste Medium üblicherweise auf mehreren Seiten des Plattenwärmeübertragers (z.B. an der
Unterseite und der Oberseite des Plattenwärmeübertragers) zum Mantelraum hin durchlässig. Der Plattenwärmeübertrager wird dabei von einem Flüssigkeitsbad des ersten Mediums umgeben, das dabei üblicherweise an der Unterseite als flüssige Phase in den Plattenwärmeübertrager eintritt und an der Oberseite als
Zweiphasenstrom (aus den Auslassöffnungen) wieder austritt. Triebkraft dafür ist eine Temperaturdifferenz zwischen dem zweiten Medium in den geschlossenen zweiten Passagen und dem ersten Medium in den offenen ersten Passagen. Durch die vom zweiten Medium in den geschlossenen zweiten Passagen auf das erste Medium in den ersten Passagen übertragene Wärme wird ein Teil der flüssigen Phase des ersten Mediums in den offenen ersten Passagen verdampft. Der Plattenwärmeübertrager in einem Core-In-Shell-Wärmeübertrager wird üblicherweise als Thermosiphon, d.h., im Naturumlauf, betrieben.
Die Einspeisung des Zweiphasenstroms des erstes Mediums in den Abscheideraum des Mantels ("shell" bzw. "kettle") erfolgte bisher durch einen oder mehrere
Einlassstutzen an der Seite des Mantels. Als Abscheideraum wird vorliegend der Teil des Mantelraumes bezeichnet, der zur Trennung der Gasphase des ersten Mediums von der Flüssigkeitsphase des ersten Mediums zur Verfügung steht. Der mit der flüssigen Phase des ersten Mediums gefüllte Teil des Mantelraumes wird hierin bzw. auch als Vorlageraum bezeichnet.
Durch den mit Auslassöffnungen versehenen Verteilerkanal kann der eintretende Zweiphasenstrom entlang der Mantelachse verteilt werden (horizontale Verteilung). Im Verteilerkanal findet dabei bereits eine Vorabscheidung (d.h. eine grobe Trennung von Gasphase und Flüssigkeitsphase) statt. Die Ausgestaltung des Verteilerkanals zielt im Wesentlichen auf eine kontrollierte Einspeisung und Verteilung der Gasphase des ersten Mediums in den Mantelraum ab. Daher werden relativ hohe Geschwindigkeiten beim Eintritt in den Abscheideraum angestrebt. Eine (unabhängige) Kontrolle der Flüssigkeitsströmung im Hinblick auf die
Geschwindigkeit und Richtung beim Eintritt in den Abscheideraum ist dabei nicht bzw. nur unzureichend möglich. Bei ungünstigen Verhältnissen kann insbesondere eine relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit dazu führen, dass die
Flüssigkeit z.B. durch diverse Umlenkungen im Verteilerkanal oder auch am Mantel in unerwünschte Bereiche des Mantelraumes gelangt. Ein solcher Bereich kann z.B. die zuvor beschriebene Oberseite eines Plattenwärmeübertragers sein. Unter Umständen kann dadurch der Betrieb des Plattenwärmeübertragers bzw. der
Plattenwärmeübertrager negativ beeinflusst werden. Negative Auswirkungen können z.B. in der Erhöhung der Sprudelschicht/Überlaufhöhe durch die erhöhte
Flüssigkeitsmenge bestehen, so dass der Umlauf beeinträchtigt wird, sowie weiterhin in einer lokalen Bremsung des Umlaufs, da die von oben ankommende Flüssigkeit eine entgegengesetzte Strömungsrichtung aufweist. Ferner können lokale
Temperaturschwankungen des Plattenwärmeübertragers resultieren, wenn der Eintrittsstrom in den Mantelraum und der Austrittsstrom aus dem
Plattenwärmeübertrager unterschiedliche Temperaturen aufweisen. Durch die Energie der auftreffenden Flüssigkeit kann ferner Flüssigkeit nach oben in Richtung
Gasaustrittsstutzen spritzen und dort mitgerissen werden.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, einen
Wärmeübertrager der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem die Kontrolle der Flüssigkeitsströmung des ersten Mediums verbessert ist. Diese Aufgabe wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend beschrieben.
Gemäß Anspruch 1 ist dabei vorgesehen, dass der Wärmeübertrager eine zumindest teilweise unterhalb des Verteilerkanals angeordnete, zusätzliche Leiteinrichtung aufweist, die zum Leiten des aus der mindestens einen Auslassöffnung des
Verteilerkanals austretenden flüssigen Phase des ersten Mediums bzw.
Zweiphasenstromes ausgebildet ist, wobei der mindestens eine
Plattenwärmeübertrager eine Oberseite aufweist, und wobei die Leiteinrichtung dazu ausgebildet ist, die flüssige Phase des ersten Mediums von der Oberseite weg und/oder an der Oberseite vorbei zu leiten.
Dies ermöglicht mit Vorteil eine Kontrolle und Lenkung der Strömung der in den Mantelraum eintretenden flüssigen Phase des ersten Mediums in den Core-In- Shell-Wärmeübertrager. Hierbei kann insbesondere durch eine entsprechende Ausführung und Positionierung der Leiteinrichtung die Strömungsgeschwindigkeit der eintretenden Flüssigkeit in den Abscheideraum eines Core-In-Shell- Wärmeübertragers reduziert werden. Die Leiteinrichtung kann insbesondere mit dämpfenden Elementen versehen sein, die dazu ausgebildet sind, die Energie der geführten Strömung zu verringern.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass sich der
Verteilerkanal entlang einer Längsachse, insbesondere Zylinderachse, des Mantels erstreckt, die bei einem bestimmungsgemäß angeordneten bzw. im Betrieb befindlichen Wärmeübertrager entlang der Horizontalen verläuft. Die Leiteinrichtung erstreckt sich bevorzugt ebenfalls entlang dieser Längsachse.
Gemäß einer Ausführungsform ist dabei insbesondere vorgesehen, dass die
Leiteinrichtung dazu ausgebildet ist, zumindest einen Teil der in einer ersten
Raumrichtung aus der mindestens einen Auslassöffnung ausgetretenen flüssigen Phase in eine zweite Raumrichtung zu leiten. Dabei unterscheidet sich insbesondere die zweite Raumrichtung von der ersten Raumrichtung (es findet also eine Umlenkung zumindest eines Teiles der flüssigen Phase statt), wobei insbesondere die zweite Raumrichtung eine größere horizontale Komponente aufweist als die erste
Raumrichtung oder z.B. zum Mantel hin weist. Insbesondere verläuft die erste Raumrichtung von oben nach unten entlang der bzw. parallel zur Vertikalen.
Die Leiteinrichtung ist insbesondere ein nicht-drucktragendes Bauteil, so dass deren Querschnittsform mit Vorteil im Wesentlichen ohne Einfluss auf die Festigkeit der Leiteinrichtung frei gestaltet werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Plattenwärmeübertrager erste Wärmeübertragungspassagen zur Aufnahme des ersten Mediums sowie zweite Wärmeübertragungspassagen zur Aufnahme des zweiten Mediums aufweist, so dass zwischen den beiden Medien indirekt Wärme übertragbar ist, und wobei insbesondere die ersten Wärmeübertragungspassagen über Auslassöffnungen an der Oberseite des mindestens einen Plattenwärmeübertragers mit dem Mantelraum in Strömungsverbindung stehen, so dass das erste Medium durch die Auslassöffnungen in den Mantelraum austreten kann. Bezogen auf einen bestimmungsgemäß angeordneten Wärmeübertrager erstreckt sich die Oberseite des Plattenwärmeübertragers bevorzugt in einer horizontalen Ebene.
Im Hinblick auf diese Oberseite ist, wie bereits dargelegt, vorgesehen, dass die Leiteinrichtung dazu ausgebildet ist, die flüssige Phase des ersten Mediums von der Oberseite weg und/oder an der Oberseite des mindestens einen
Plattenwärmeübertragers vorbei zu leiten.
Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Leiteinrichtung dazu ausgebildet ist, die flüssige Phase des ersten Mediums so zu leiten, dass diese nicht die Oberseite beaufschlägt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leiteinrichtung zumindest ein plattenförmiges Leitelement, insbesondere in Form eines Leitblechs, aufweist. Das mindestens eine Leitelement erstreckt sich bevorzugt entlang der Längsachse des Mantels. Insbesondere weist das mindestens eine Leitelement dabei eine Krümmung auf, wobei insbesondere das Leitblech eine konvexe erste Seite aufweist, die dem Plattenwärmeübertrager zugewandt ist, sowie eine der ersten Seite abgewandte zweite Seite, die dem Plattenwärmeübertrager abgewandt und/oder dem Verteilerkanal zugewandt ist. Anstelle einer Krümmung (oder zusätzlich) kann das Leitelement auch eine Neigung aufweisen, so dass die flüssige Phase des ersten Mediums von der Oberseite des Plattenwärmeübertragers weggeleitet wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin das mindestens eine
Leitblech so angeordnet, dass die aus dem Verteilerkanal austretende flüssige Phase auf die zweite Seite auftrifft und an dieser entlang von der Oberseite des mindestens einen Plattenwärmeübertragers weg geführt und/oder an dieser vorbei geführt wird.
Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass sich die Leiteinrichtung und/oder das Leitblech über den gesamten Verteilerkanal entlang des Verteilerkanals bzw. der Längsachse des Mantels erstreckt oder lediglich über einen Abschnitt des Verteilerkanals.
Weiterhin kann das mindestens eine Leitelement eine Mehrzahl an
Durchgangsöffnungen für das erste Medium aufweisen, so dass zumindest ein Teil des ersten Mediums durch das mindestens eine Leitblech bzw. Leitelement hindurch treten kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leiteinrichtung und/oder das mindestens eine Leitelement am Verteilerkanal und/oder am Mantel des Wärmeübertragers festgelegt sind. Das mindestens eine Leitelement kann z.B. über einen Träger der Leiteinrichtung an dem Verteilerkanal und/oder dem Mantel festgelegt sein. So kann beispielsweise gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung der Träger einen Rahmen aufweisen, der am Verteilerkanal und/oder am Mantel festgelegt ist, wobei insbesondere das mindestens eine Leitelement am
Rahmen festgelegt ist.
Der eingangs beschriebene Verteilerkanal des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung am Mantel festgelegt, wobei insbesondere der Mantel eine Seitenwand des Verteilerkanals bildet. D.h., der
Verteilerkanal ist an eine dem Mantelraum zuwandte Innenseite des Mantels angesetzt, wobei der Verteilerkanal z.B. einen horizontal erstreckten Boden aufweist, dessen einer Rand am Mantel festgelegt ist, wobei von dem anderen
(gegenüberliegenden) Rand eine (z.B. vertikal) erstreckte Seitenwand abgeht, die wiederum mit der Innenseite des Mantels verbunden ist.
Weiterhin erstreckt sich das mindestens eine Leitelement entlang des Verteilerkanals, insbesondere parallel zum Verteilerkanal. Das mindestens eine Leitelement kann dabei bündig bezüglich der vertikalen
Seitenwand des Verteilerkanals angeordnet sein, so dass eine Außenseite der Seitenwand des Verteilerkanals stufenlos oder im Wesentlichen stufenlos in die erste Seite des Leitelements übergeht. Zwischen dem Verteilerkanal oder der vertikalen Seitenwand und dem Leitelement kann jedoch auch eine entlang der Längsachse des Mantels erstreckte Lücke vorgesehen sein, durch die eine gasförmige Phase des ersten Mediums in den Abscheideraum gelangen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Wärmeübertrager im Mantelraum eine Füllhöhe auf, auf der sich der Flüssigkeitspegel des Bades (flüssige Phase des ersten Mediums) bei einem bestimmungsgemäßen Betrieb des
Wärmeübertragers befindet, wobei weiterhin der Wärmeübertrager im Mantelraum eine einen Aufnahmeraum bildende Separiereinheit zum Separieren der gasförmigen Phase des ersten Mediums von der flüssigen Phase des ersten Mediums aufweist. Die Separiereinheit weist insbesondere zumindest eine nach oben gerichtete
Aufnahmeöffnung zum Einleiten von aus dem Verteilerkanal herabfallendem erstem Medium in den Aufnahmeraum auf, wobei die nach oben gerichtete Aufnahmeöffnung oberhalb bzw. auf Füllhöhe angeordnet ist, so dass die im Aufnahmeraum
aufgenommene gasförmige Phase des ersten Mediums über die Aufnahmeöffnung in den Mantelraum entweichen kann.
Die Anordnung der Aufnahmeöffnung muss nicht zwingend auf die Füllhöhe bezogen werden, sondern kann alternativ oder ergänzend auch in Bezug auf eine Oberseite bzw. Oberkante des Plattenwärmeübertragers bzw. des Plattenwärmeübertragerblocks bezogen werden. Vorzugsweise liegt diesbezüglich eine Oberkante (bezogen auf die Vertikale) der Aufnahmeöffnung vorzugsweise im Bereich von 0mm bis 100mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0mm bis 50mm, weiter besonders bevorzugt im Bereich von 0mm bis 25 mm oberhalb der Oberseite bzw. Oberkante des
Plattenwärmeübertragers, wobei der Wert 0mm dem Niveau der Oberseite bzw. der Oberkante des Plattenwärmeübertragers in Richtung der Vertikalen entspricht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Separiereinheit eine dem Innenraum zugewandte erste Seitenwand aufweist. Dabei kann die erste Seitenwand zumindest eine Verteilöffnung aufweisen, wobei die mindestens eine Verteilöffnung bevorzugt zumindest teilweise unterhalb der Füllhöhe angeordnet ist, so dass die flüssige Phase des ersten Mediums über die mindestens eine Verteilöffnung in das den Wärmeübertrager umgebende Bad einleitbar ist. Die mindestens eine Verteilöffnung oder die mehreren Verteilöffnungen sind bevorzugt als entlang der Vertikale erstreckte Schlitze ausgebildet. In der Regel weist die erste Seitenwand mehrere Verteilöffnungen auf. Alternativ hierzu kann die erste Seitenwand jedoch auch als Überlaufwand ausgebildet sein. Die erste Seitenwand ist dann flüssigkeitsundurchlässig ausgebildet, d.h., weist keine Verteilöffnungen auf, so dass die flüssige Phase des ersten Mediums über eine Oberkante der ersten Seitenwand in den Vorlageraum strömt.
Mit anderen Worten kann die Separiereinheit sowohl als Überlauftasche als auch als (flüssigkeits)durchlässige Tasche ausgeführt werden, d.h. die Lage und Richtung des Flüssigkeitsaustritts ist insbesondere frei wählbar.
Bevorzugt ist die Separiereinheit in einer horizontalen, senkrecht zur Längsachse des Mantels verlaufenden Richtung lateral zum Plattenwärmeübertrager angeordnet und erstreckt sich dabei entlang (insbesondere parallel) des Plattenwärmeübertragers bzw. entlang der Längsachse des Mantels.
Weiterhin weist die erste Seitenwand bevorzugt eine Neigung auf. Dabei ist die erste Seitenwand zum Plattenwärmeübertrager hin geneigt, so dass die horizontale
Querschnittsfläche des Aufnahmeraums in der Vertikalen von unten nach oben zunimmt.
Die besagte Füllhöhe ist insbesondere als eine Sollhöhe zu verstehen, auf der sich der Flüssigkeitsspiegel der flüssigen Phase des ersten Mediums während des
bestimmungsgemäßen Betriebes des Wärmeübertragers befindet. Der
Plattenwärmeübertrager kann bei einem bestimmungsgemäßen Betrieb vollständig in das Bad eingetaucht sein, kann aber auch mit einer Oberseite aus dem Bad
herausragen. Derjenige Bereich des Mantelraumes, der sich oberhalb der Füllhöhe bzw. des Flüssigkeitsspiegels der flüssigen Phase des ersten Mediums befindet, dient zur Aufnahme der gasförmigen Phase des ersten Mediums und wird daher auch als Abscheideraum bezeichnet.
Vorzugsweise liegt die Füllhöhe in Bezug auf die Oberseite (oder Oberkante) des Plattenwärmeübertragers in einem Bereich von -500mm bis +100mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von -300mm bis +100mm, weiter bevorzugt im Bereich von -300mm bis +50mm, noch weiter bevorzugt im Bereich von -300mm bis +25mm, noch weiter bevorzugt im Bereich von -300mm bis 0 mm: Hierbei entspricht der Wert 0mm dem Niveau der Oberseite (siehe oben). Negative Werte geben an, dass die Füllhöhe in Richtung der Vertikalen unterhalb der Oberseite/Oberkante des
Plattenwärmeübertragers liegt. Bevorzugt ist die Separiereinheit als nach oben offener Kanal ausgebildet, der sich (ebenso wie der Verteilerkanal) entlang der Längsachse des Mantels erstreckt. Die Separiereinheit ist bevorzugt in der Vertikalen unterhalb des Verteilerkanals
angeordnet, so dass die aus dem Verteilerkanal austretende flüssige Phase des ersten Mediums durch die Aufnahmeöffnung der Separiereinheit in den Aufnahmeraum der Separiereinheit fallen kann.
Bevorzugt weist die Separiereinheit eine der ersten Seitenwand gegenüberliegende zweite Seitenwand auf, welche insbesondere durch eine Wandung des Mantels gebildet ist. Die zweite Seitenwand kann aber auch separat zum Mantel ausgebildet sein
Bevorzugt ist weiterhin vorgesehen, dass die Separiereinheit eine dritte Seitenwand und eine der dritten Seitenwand gegenüberliegende vierte Seitenwand aufweist, wobei die dritte und die vierte Seitenwand jeweils die erste und die zweite Seitenwand miteinander verbinden, und wobei insbesondere die dritte und die vierte Seitenwand jeweils zumindest eine Seitenöffnung zum Auslassen der flüssigen Phase des ersten Mediums aufweisen und insbesondere senkrecht zur Längsachse des Mantels verlaufen. Bevorzug ist eine Mehrzahl an Seitenöffnungen in der stirnseitigen dritten und vierten Seitenwand ausgebildet. Die dritte und die vierte Seitenwand können jedoch auch als Überlaufwand ausgebildet sein und weisen dann keine
Seitenöffnungen auf. Es ist auch denkbar, dass die dritte und die vierte Seitenwand fehlen und die Separiereinheit stirnseitig offen ausgebildet ist. Weiterhin können die dritte und die vierte Seitenwand eine niedrigere Oberkante als die erste Seitenwand aufweisen.
Die Erfindung ermöglicht grundsätzlich eine Kontrolle und Lenkung der Strömung der in den Mantelraum eintretenden Flüssigkeit, wobei die Strömungsgeschwindigkeit der eintretenden Flüssigkeit in den Abscheideraum eines Core-In-Shell- Wärmeübertragers reduziert werden kann. Die erfindungsgemäße Leiteinrichtung kann insbesondere auch bei anderen Eintrittsverteilern als dem dargestellten Verteilerkanal verwendet werden. Falls eine Separiereinheit eingesetzt wird, dann kann die
Leiteinrichtung auch zur kontrollierten Zuführung der Flüssigkeit zur Separiereinheit verwendet werden und ist bevorzugt dazu eingerichtet und vorgesehen. Ein Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass die Ausgestaltung der Leiteinrichtung variabel ist. So kann die Leiteinrichtung prinzipiell aus allen geeigneten Materialien (wie z.B. Aluminium, Stahl oder
Kunststoff) gefertigt werden. Auch eine Kombination geeigneter Materialien ist möglich. Die Leiteinrichtung kann sowohl aus Blech als auch aus weiteren geeigneten
Elementen, wie z.B. bearbeiteten Rohren, bearbeiteten Vollmaterialien, Formgussteilen oder (Strangpress-)Profilen, bestehen. Auch die Kombination unterschiedlicher Elemente ist möglich. Weiterhin kann die Form, Größe und Anzahl der verwendeten Elemente einer
Leiteinrichtung sowohl nach fertigungstechnischen als auch nach
verfahrenstechnischen Gesichtspunkten gestaltet werden. Dabei kann insbesondere auch auf anlagenspezifische Besonderheiten eingegangen werden. Jedes der verwendeten Elemente kann dabei individuell gestaltet werden.
Falls Bleche (z.B. in Gestalt des mindestens einen Leitelements) Teil der
Leiteinrichtung sind, dann können diese solide, perforiert oder auch
geschlitzt sein. Dabei können die Bleche sowohl flach als auch profiliert sein. Wie bereits beschrieben, kann die Leiteinrichtung außer am Verteilerkanal auch an anderer geeigneter Stelle (z.B. am Mantel) angebracht werden. Die Art der Anbringung ist frei wählbar. So kann die Leiteinrichtung beispielsweise angeschweißt,
angeschraubt oder angeklebt werden. Weiterhin ist die Ausrichtung der Leiteinrichtung frei wählbar, so dass eine
entsprechende Verteilung der flüssigen Phase auf den Mantelraum erzeugbar ist.
Die Leiteinrichtung kann auch ohne Rahmen ausgeführt werden, wobei natürlich auch Teile mit und ohne Rahmen kombiniert werden können. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sollen bei den nachfolgenden
Figurenbeschreibungen von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen
Wärmeübertragers;
Fig. 2 eine Ansicht des Wärmeübertragers entlang der Linie A-A der Figur 1 ; Fig. 3 ein Detail der Figur 2; und
Fig. 4 eine perspektivisch Ansicht eines Plattenwärmeübertragers eines
erfindungsgemäßen Wärmeübertragers. Figur 1 zeigt im Zusammenhang mit Figur 4 einen erfindungsgemäßen Block-in-Shell Wärmeübertrager 1. Der Wärmeübertrager 1 weist einen Mantel 2 auf, der sich entlang einer Längs- bzw. Zylinderachse erstreckt, die bei einem bestimmungsgemäß angeordneten Wärmeübertrager 1 entlang der Horizontalen verläuft. Der Mantel 2 umgibt einen Mantelraum 3, in dem zumindest ein Plattenwärmeübertrager 4 angeordnet ist. Dieser weist alternierend nebeneinander angeordnete sowie insbesondere vertikale erste und zweite Wärmeübertragungspassagen 71 , 72 auf (vgl. Fig. 4), die jeweils zur Aufnahme eines ersten bzw. zweiten Mediums F1 , F2 ausgebildet sind, so dass zwischen beiden Medien F1 , F2 indirekt Wärme übertragbar ist /übertragen werden kann. Die Wärmeübertragungspassagen 71 , 72 werden dabei jeweils durch zwei parallele Trennplatten 90 begrenzt (die beiden äußersten
Trennplatten des Plattenwärmeübertragers 4 werden als Deckplatten bezeichnet), zwischen denen jeweils eine Wärmeleitstruktur 80 angeordnet ist, die vorliegend z.B. als so genannter Fin ausgebildet ist, also als ein gewelltes oder gefaltetes Blech, so dass zusammen mit den jeweiligen beiden Trennplatten 90 eine Vielzahl an parallelen Kanälen für das jeweilige Medium F1 , F2 ausgebildet wird, wobei die Kanäle für das erste Medium F1 insbesondere in vertikaler Richtung verlaufen und die Kanäle für das zweite Medium insbesondere in horizontaler Richtung, d.h., die beiden Medien F1 , F2 werden insbesondere im Kreuzstrom zueinander geführt. Andere Fahrweisen (z.B. Gegenstrom) sind auch denkbar. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, sind die ersten Wärmeübertragungspassagen 71 zur horizontal erstreckten Oberseite 4a des mindestens einen Plattenwärmeübertragers 4 hin, die durch die vier Oberkanten 41 , 42, 43, 44 des Plattenwärmeübertragers 4 begrenzt wird, sowie zur Unterseite hin (nicht gezeigt) offen ausgebildet. D.h., es sind entsprechende Einlassöffnungen an der Unterseite vorhanden, über die das in den Mantelraum 3 eingespeiste erste Medium F1 , das ein Bad um den
Plattenwärmeübertrager 4 ausbildet, in die ersten Wärmeübertragungspassagen 71 eintreten und in diesen aufsteigen kann (so genannter Thermosiphon-Effekt) und an der Oberseite 4a über entsprechende Auslassöffnungen 40 aus den ersten
Wärmeübertragungspassagen 71 als Zweiphasenstrom wieder austreten kann. Das erste Medium F1 kann über einen am Mantel 2 angeordneten Einlassstutzen 53 in den Mantelraum 3 eingeleitet werden.
Zu den Seiten hin können die ersten und zweiten Wärmeübertragungspassagen 71 , 72 durch sogenannte Rand- oder Abschlussleisten (Side Bars) 91 verschlossen sein. Die zweiten Wärmeübertragungspassagen 72 sind zusätzlich nach oben und unten hin durch derartige Abschlussleisten 91 verschlossen.
Die Komponenten des mindestens einen Plattenwärmeübertragers 4, wie z.B. die Trennplatten 90, die Fins 80, die Side Bars 91 und die Sammler 61 , 63, 62, 64 (auch als Header bezeichnet) sind bevorzugt aus Aluminium gefertigt. Die Trennplatten 90, Side Bars 91 und Fins 80 werden bevorzugt in einem Ofen miteinander verlötet.
Beim Aufsteigen im mindestens einen Plattenwärmeübertrager 4 wird das erste Medium F1 in eine indirekte Wärmeübertragung mit dem zweiten Medium F2 gebracht, das über einen Einlassstutzen 51 bzw. 57 sowie einen sich daran anschließenden Sammler (auch Header genannt) 61 bzw. 63 in die zweiten
Wärmeübertragungspassagen 72 des mindestens einen Plattenwärmeübertragers 4 eingeleitet wird und dort insbesondere im Kreuzstrom zum ersten Medium F1 , das in den ersten Wärmeübertragungspassagen 71 strömt, geführt wird.
Hierdurch wird beispielsweise das zunächst gasförmige zweite Medium F2 abgekühlt und insbesondere verflüssigt, wohingegen das erste Medium F1 erwärmt und teilweise verdampft wird. Eine hierbei entstehende gasförmige Phase G1 des ersten Mediums F1 sammelt sich im Abscheideraum A oberhalb des mindestens einen Plattenwärmeübertragers 4 und kann von dort über einen am Mantel 2 vorgesehenen Auslassstutzen 55 bzw. 56 aus dem Mantel bzw. Abscheideraum A abgezogen werden. Das kondensierte zweite Medium wird über einen Sammler (oder Header) 62 bzw. 64 des mindestens einen Plattenwärmeübertragers 4 aus den zweiten
Wärmeübertragungspassagen 72 abgezogen und über einen mit dem jeweiligen Sammler 62 bzw. 64 verbundenen Stutzen 52 bzw. 54 aus dem Wärmeübertrager 1 abgezogen.
Vorzugsweise wird die an der Oberseite 4a des mindestens einen
Plattenwärmeübertragers 4 zusammen mit der entstehenden gasförmigen Phase G1 austretende flüssige Phase L1 des ersten Mediums F1 in das den
Plattenwärmeübertrager 4 umgebende Bad zurückgeführt.
Wie in Figur 1 gezeigt, kann der Wärmeübertrager 1 auch mehrere wie oben beschrieben ausgebildete Plattenwärmeübertrager 4, insbesondere zwei
Plattenwärmeübertrager 4, aufweisen, die gemäß Figur 1 z.B. entlang der Längsachse des Wärmeübertragers 1 hintereinander im Mantelraum 3 des Wärmeübertragers 1 angeordnet sind. Der Wärmeübertrager 1 kann natürlich auch lediglich einen
Plattenwärmeübertrager 4 aufweisen, der dann z.B. wie der rechte oder der linke Plattenwärmeübertrager 4 der Figur 1 ausgebildet sein kann.
Zum Einleiten des ersten Mediums F1 in den Mantelraum 3 des Wärmeübertragers 1 ist eine Verteileinrichtung 6, hier vorzugsweise in Form eines Verteilerkanals 6, oberhalb des Plattenwärmeübertragers 4 im Mantelraum 3 angeordnet, wobei der Verteilerkanal 6 einen Innenraum 6a zur Aufnahme der flüssigen Phase L1 des ersten Mediums F1 umgibt und mit einem Einlass 53 in Strömungsverbindung steht, der an einem oberen Bereich des Mantels 2 vorgesehen ist. Der Verteilerkanal 6 ist dabei an einer zum Mantelraum 3 gewandten Innenseite des Mantels 2 festgelegt, wobei der Mantel 2 eine Seitenwand des Verteilerkanals 6 bildet. Der Verteilerkanal 6 weist weiterhin einen horizontal entlang der Längsachse des Mantels 2 erstreckten Boden 6c auf, dessen einer Rand am Mantel 2 festgelegt ist, wobei von dem anderen
(gegenüberliegenden) Rand eine vertikal erstreckte Seitenwand 6d abgeht, die wiederum mit der Innenseite des Mantels 2 verbunden ist. Der Boden 6c des
Verteilerkanals 6 weist zumindest eine nach unten gerichtete Auslassöffnung 6b auf (bevorzugt sind grundsätzlich mehrere solcher Auslassöffnungen 6b vorgesehen) durch die die flüssige Phase L1 des ersten Mediums F1 aus dem Verteilerkanal 6 in den Mantelraum 3 in einer ersten Raumrichtung R austreten kann.
In vertikaler Richtung ist nun unterhalb des Verteilerkanals 6 eine Leiteinrichtung 10 angeordnet, die zum Leiten der aus der mindestens einen Auslassöffnung 6b austretenden flüssigen Phase L1 des ersten Mediums F1 ausgebildet ist, wobei die Leiteinrichtung 10 insbesondere zumindest einen Teil der in einer ersten (insbesondere vertikalen) Raumrichtung R aus der mindestens einen Auslassöffnung 6b nach unten austretenden flüssigen Phase L1 in eine zweite Raumrichtung R' umlenkt, die sich bevorzugt von der ersten Raumrichtung R unterscheidet. Hierbei weist die zweite Raumrichtung R' z.B. eine größere horizontale Komponente auf als die erste
Raumrichtung R. Die Umlenkung zumindest eines Teiles der flüssigen Phase L1 erfolgt dabei bevorzugt so, dass die flüssige Phase L1 des ersten Mediums F1 von der Oberseite 4a weg bzw. an der Oberseite 4a des mindestens einen
Plattenwärmeübertragers 4 vorbei zu leiten. Hierdurch wird sichergestellt, dass die flüssige Phase L1 des ersten Mediums F1 nicht die Oberseite 4a des mindestens einen Plattenwärmeübertragers 4 beaufschlägt.
Hierzu weist die Leiteinrichtung 10 insbesondere zumindest ein plattenförmiges Leitelement 100, insbesondere in Form eines Leitblechs, auf, dass sich entlang der Längsachse erstreckt und im Wesentlichen bündig auf die Seitenwand 6d des
Verteilerkanals stößt bzw. ggf. in diese übergeht. Das mindestens eine Leitelement 100 weist dabei eine Krümmung auf, derart, dass das mindestens eine Leitelement 100 eine konvex gekrümmte erste Seite 100a aufweist, die dem Plattenwärmeübertrager 4 zugewandt ist, sowie eine der ersten Seite 100a abgewandte zweite Seite 100b, die konkav gekrümmt ist und dem Plattenwärmeübertrager 4 abgewandt bzw. dem
Verteilerkanal 6, und zwar dessen Boden 6c, zugewandt ist. Das mindestens eine Leitelement 100 ist nun so angeordnet ist, dass zumindest ein Teil der aus dem
Verteilerkanal 6 durch die mindestens eine Auslassöffnung 6b austretenden flüssige Phase L1 des ersten Mediums F1 auf die zweite Seite 100b auftrifft und an dieser entlang von der Oberseite 4a des Plattenwärmeübertragers 4 weggeleitet wird und lateral zum mindestens einen Plattenwärmeübertrager 4 in das Bad eingeleitet wird.
Das mindestens eine Leitelement 100 ist hierbei mittels eines Rahmens 20 sowohl am Verteilerkanal 6 als auch am Mantel 2 des Wärmeübertragers 1 festgelegt. Optional kann der Wärmeübertrager, wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine zusätzliche Separiereinheit 208 aufweisen, die dazu dient, das erste Medium F1 zu beruhigen, so dass eine gasförmige Phase G1 des ersten Mediums F1 in der Separiereinheit 208 von der flüssigen Phase L1 des ersten Mediums F1 getrennt werden kann. Die Separiereinheit 208 wird von dem
Verteilerkanal 6 in Zusammenwirkung mit der Leiteinrichtung 10 mit dem ersten Medium F1 beschickt. Zum Auffangen des ersten Mediums F1 weist die Separiereinheit 208 dabei eine unterhalb des Verteilerkanals 6 angeordnete, nach oben gewandte Aufnahmeöffnung 209 auf, deren Öffnungsebene sich senkrecht zur Vertikalen erstreckt. Über die Aufnahmeöffnung 209 gelangt das aus dem Verteilerkanal 6 herabfallende erste Medium F1 in einen Aufnahmeraum 207 der Separiereinheit 208. Die Separiereinheit 8 ist dabei als nach oben hin offener Kanal ausgebildet, der sich unterhalb des
Verteilerkanals 6 ebenfalls entlang der Längsachse des Mantels 2 erstreckt, wobei bevorzugt die Separiereinheit 208 entlang der Längsachse des Mantels 2 eine Länge aufweist, die der Länge des Verteilerkanals 6 entlang dieser Längsachse entspricht. Der Aufnahmeraum 207 der Separiereinheit 208 bzw. die Aufnahmeöffnung 209 kann daher auf ihrer gesamten Länge mit dem ersten Medium F1 beschickt werden.
Die Separiereinheit 208 weist eine die Aufnahmeöffnung 209 definierende sowie den Aufnahmeraum 207 begrenzende, umlaufende Wandung auf. Die Wandung weist dabei eine dem Mantelraum 3 bzw. dem Plattenwärmeübertrager 4 zugewandte erste Seitenwand 210 auf, die dem Plattenwärmeübertrager 4 quer zur Längsachse des Mantels 2 in horizontaler Richtung gegenüberliegt. Der ersten Seitenwand 210 liegt eine zweite Seitenwand 213 der Separiereinheit 208 gegenüber, die durch den Mantel 2 gebildet wird. Stirnseitig weist die Separiereinheit 208 eine dritte und eine vierte Seitenwand 214 auf (lediglich eine dieser Seitenwände 214 ist in den Figuren 2 und 3 zu sehen), die sich senkrecht zur Längsachse des Mantels 2 erstrecken und entsprechend der Querschnittsform der Separiereinheit 208 im Wesentlichen dreieckförmig ausgebildet sind (abgesehen von einer Rundung aufgrund des zylindrischen Mantels 2). Entsprechend ist die erste Seitenwand 210 der
Separiereinheit 208 zum Plattenwärmeübertrager 4 hin geneigt, so dass sich der horizontale Querschnitt der Separiereinheit 208 bzw. des Aufnahmeraums 207 in der Vertikalen von unten nach oben zur Aufnahmeöffnung 209 hin vergrößert. Die erste Seitenwand 210 schließt vorliegend mit der Vertikalen einen Winkel von insbesondere 45° ein.
Bevorzugt sind die Separiereinheit 208 und/oder der Verteilerkanal 6 aus einem oder mehreren Blechen gebildet und mit dem Mantel 2 verschweißt oder in einer sonstigen geeigneten Weise verbunden. Insbesondere können die erste Seitenwand 210 sowie die dritte und vierte Seitenwand 214 jeweils aus einem ebenen Blech gebildet sein und geeignet miteinander verbunden sein (z.B. durch Schweißverbindungen,
Nietverbindungen etc.)
Zum Auslassen der flüssigen Phase L1 des ersten Mediums F1 aus dem
Aufnahmeraum 207 der Separiereinheit 208 weist die erste Seitenwand 210
insbesondere Verteilöffnungen 21 1 auf. Weiterhin können auch in den stirnseitigen Seitenwänden 214 Seitenöffnungen 212 vorgesehen sein, über die die flüssige Phase L1 des ersten Mediums F1 ebenfalls in den Vorlageraum V austreten kann (es ist exemplarisch nur eine Seitenöffnung 212 gezeigt).
Die Wandung der Separiereinheit 208 bzw. die erste, dritte und vierte Seitenwand 210, 214 definieren eine Oberkante der Separiereinheit 208, die die Aufnahmeöffnung 209 berandet und die bevorzugt oberhalb der Füllhöhe 300 der flüssigen Phase L1 im
Vorlageraum V angeordnet ist. Entsprechend gelangt die flüssige Phase L1 des ersten Mediums F1 aus dem Aufnahmeraum 207 bevorzugt lediglich über die Verteil- bzw. Seitenöffnungen 21 1 , 212 in den Vorlageraum V. Die Separiereinheit 208 kann jedoch auch eine flüssigkeitsdichte Tasche bilden, so dass die Wandung der Separiereinheit 208 als Überlaufwand fungiert und entsprechend die flüssige Phase L1 über die Aufnahmeöffnung 209 in den Vorlageraum V gelangt. Weiterhin kann die
Separiereinheit 208 stirnseitig offen ausgebildet sein, also keine dritte und vierte Seitenwand 214 aufweisen. Es ist auch möglich, dass die dritte und vierte Seitenwand 214 in der Vertikalen eine niedrigere Oberkante aufweisen als die erste Seitenwand 210.
Die Verteilöffnungen 21 1 können entlang der Vertikalen schlitzförmig ausgebildet sein. Andere Öffnungsquerschnitte sind auch möglich. Die Verteilöffnungen 21 1 sind bevorzugt über die gesamte Länge der Separiereinheit 208 entlang der Längsachse des Mantels 2 äquidistant zueinander angeordnet. Gemäß Figuren 2 und 3 sind die Seitenöffnungen 212 bevorzugt als Kreislöcher ausgebildet (der Einfachheit halber ist lediglich eine Seitenöffnung 212 gezeigt). Die Seitenöffnungen 212 können in zur Füllhöhe 300 parallelen, übereinander angeordneten Reihen angeordnet sein. Zum Abziehen der gasförmigen Phase G1 des ersten Mediums F1 aus dem
Abscheideraum A weist der Mantel 2 an einem oberen Bereich des Mantels 2 zumindest einen Auslassstutzen 55 auf. Weiterhin ist an einem unteren Bereich des Mantels 2 ein Auslass 59 vorgesehen, welcher zum Auslassen der flüssigen Phase des ersten Mediums F1 aus dem Vorlageraum V vorgesehen ist. Mittels einer
Überlaufwand 58 wird eine Mindestfüllhöhe des ersten Mediums F1 im Vorlageraum V sichergestellt.
Bezugszeichenliste
1 Wärmeübertrager
2 Mantel
3 Mantelraum
4 Plattenwärmeübertrager
a Oberseite
6 Verteileinrichtung bzw. Verteilerkanal
a Innenraum der Verteileinrichtung bzw. des Verteilerkanals b Auslassöffnung der Verteileinrichtung bzw. des Verteilerkanals c Boden
d Seitenwand
10 Leiteinrichtung
0 Rahmen
0 Auslassöffnungen
1 , 42, 43, 44 Oberkanten
1 , 53, 57 Einlassstutzen
8 Überlaufwand
2, 54, 55, 56, 59 Auslassstutzen
1 , 62, 63, 64 Header
1 Erste Wärmeübertragungspassagen
2 Zweite Wärmeübertragungspassagen
0 Fin (Wärmeleitstruktur)
0 Trennplatten
1 ; Sidebars
100 Leitelement
100a Erste Seite
100b Zweite Seite
140 Durchgangsöffnung
07 Aufnahmeraum
08 Separiereinheit
09 Aufnahmeöffnung
10 Erste Seitenwand
11 Verteilöffnung 212 Seitenöffnung
213 Zweite Seitenwand
214 Dritte bzw. vierte Seitenwand
300 Füllhöhe der flüssigen Phase des ersten Mediums im Mantelraum
A Abscheideraum
F1 Erstes Medium
F2 Zweites Medium
G1 Gasförmige Phase erstes Medium
L1 Flüssige Phase erstes Medium
R, R' Raumrichtung
V Vorlageraum

Claims

Patentansprüche
Wärmeübertrager (1) zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einem ersten Medium (F1 ) und einem zweiten Medium (F2), mit:
einem Mantel (2), der einen Mantelraum (3) zur Aufnahme des ersten
Mediums (F1) umgibt, und
zumindest einem Plattenwärmeübertrager (4), zur indirekten
Wärmeübertragung zwischen den beiden Medien (F1 , F2),
wobei der mindestens eine Plattenwärmeübertrager (4) so im Mantelraum (3) angeordnet ist, dass er mit einer im Mantelraum (3) befindlichen flüssigen Phase (L1) des ersten Mediums (F1) umgebbar ist, und wobei
zum Einleiten des ersten Mediums (F1) in den Mantelraum (3) eine Verteileinrichtung (6), insbesondere in Form eines Verteilerkanals (6), oberhalb des Plattenwärmeübertragers (4) im Mantelraum (3) angeordnet ist, die mit einem Einlass (53) am Mantel (2) in Strömungsverbindung steht, wobei die Verteileinrichtung (6) zumindest eine insbesondere nach unten gerichtete Auslassöffnung (6b) aufweist, durch die eine flüssige Phase (L1) des ersten Mediums (F1) in den Mantelraum (3) austreten kann, und wobei der Wärmeübertrager (1 ) eine unterhalb der Verteileinrichtung (6) angeordnete Leiteinrichtung (10) aufweist, die zum Leiten der aus der mindestens einen Auslassöffnung (6b) austretenden flüssigen Phase (L1) des ersten Mediums (F1) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Plattenwärmeübertrager (4) eine Oberseite (4a) aufweist, wobei die Leiteinrichtung (10) dazu ausgebildet ist, die flüssige Phase (L1) des ersten Mediums (F1) von der Oberseite (4a) weg und/oder an der Oberseite (4a) vorbei zu leiten.
2. Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Leiteinrichtung (10) dazu ausgebildet ist, zumindest einen Teil der in einer ersten Raumrichtung (R) aus der mindestens einen Auslassöffnung (6b) ausgetretenen flüssigen Phase in eine zweite Raumrichtung (R') zu leiten.
Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite Raumrichtung (R') von der ersten Raumrichtung (R) unterscheidet, wobei insbesondere die zweite Raumrichtung (R') eine größere horizontale
Komponente aufweist als die erste Raumrichtung (R), und wobei insbesondere die erste Raumrichtung (R) von oben nach unten entlang der Vertikalen verläuft.
Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Plattenwärmeübertrager (4) erste Wärmeübertragungspassagen (71) zur Aufnahme des ersten Mediums (F1) sowie zweite Wärmeübertragungspassagen (72) zur Aufnahme des zweiten Mediums (F2) auf weist, so dass zwischen den beiden Medien (F1 , F2) indirekt Wärme übertragbar ist, und wobei insbesondere die ersten
Wärmeübertragungspassagen (71) über Auslassöffnungen (40) an der Oberseite (4a) des mindestens einen Plattenwärmeübertragers (4) mit dem Mantelraum (3) in Strömungsverbindung stehen, so dass das erste Medium (F1 ) durch die Auslassöffnungen (40) in den Mantelraum (3) austreten kann.
Wärmeübertrager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteinrichtung (10) dazu ausgebildet ist, die flüssige Phase (L1) des ersten Mediums (F1) so zu leiten, dass die flüssige Phase (L1) nicht die Oberseite (4a) beaufschlägt.
Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteinrichtung ( 0) zumindest ein plattenförmiges Leitelement (100), insbesondere in Form eines Leitblechs, aufweist.
Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Leitelement (100) eine Krümmung aufweist.
Wärmeübertrager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Leitelement (100) eine konvex gekrümmte erste Seite (100a) aufweist, die dem Plattenwärmeübertrager (4) zugewandt ist, sowie eine der ersten Seite (100a) abgewandte, konkav gekrümmte zweite Seite (100b), die dem Plattenwärmeübertrager (4) abgewandt und/oder dem Verteilerkanal (6) zugewandt ist. Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Leitelement (100) so angeordnet ist, dass die aus dem
Verteilerkanal (6) durch die mindestens eine Auslassöffnung (6b) austretende flüssige Phase (L1) des ersten Mediums (F1) auf die zweite Seite (100b) auftrifft und an dieser entlang von der Oberseite (4a) weg geführt und/oder an dieser vorbei geführt wird.
Wärmeübertrager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Leiteinrichtung (10) und/oder das Leitelement (100) über den gesamten Verteilerkanal (6) entlang des Verteilerkanals (6) erstreckt oder lediglich über einen Abschnitt des Verteilerkanals (6).
Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Leitelement (100) eine Mehrzahl an Durchgangsöffnungen (140) für das erste Medium (F1) aufweist.
Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelraum (3) dazu ausgebildet ist, das erste Medium (F1) so aufzunehmen, dass eine flüssige Phase (L1 ) des ersten
Mediums (F1 ) ein den mindestens einen Plattenwärmeübertrager (4)
umgebendes Bad mit einer Füllhöhe (300) ausbildet, wobei der Wärmeübertrager (1) weiterhin eine einen Aufnahmeraum (207) bildende Separiereinheit (208) zum Separieren der gasförmigen Phase (G1) von der flüssigen Phase (L1) des ersten Mediums (F1) im Mantelraum (3) aufweist, wobei die Separiereinheit (208) zumindest eine nach oben gerichtete Aufnahmeöffnung (209) zum Einleiten von aus dem Verteilerkanal (6) herabfallendem erstem Medium (F1) in den
Aufnahmeraum (207) aufweist, und wobei die nach oben gerichtete
Aufnahmeöffnung (209) oberhalb der Füllhöhe (300) oder auf Füllhöhe (300) angeordnet ist, so dass die im Aufnahmeraum (207) aufgenommene gasförmige Phase (G1 ) des ersten Mediums (F1) über die Aufnahmeöffnung (209) in den Mantelraum (3) entweichen kann.
13. Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Separiereinheit (208) eine dem Mantelraum (3) zugewandte erste Seitenwand (10) aufweist. Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Seitenwand (210) zumindest eine Verteilöffnung (211) aufweist, wobei die mindestens eine Verteil Öffnung (211) zumindest teilweise unterhalb der Füllhöhe (300) angeordnet ist, so dass die flüssige Phase (L1) des ersten Mediums (F1) über die mindestens eine Verteilöffnung (211 ) in das den
Plattenwärmeübertrager (4) umgebende Bad einleitbar ist, oder dass die erste Seitenwand (210) als Überlaufwand ausgebildet ist.
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