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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
UND STAND DER TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Plattenwärmetauscher
und insbesondere auf einen Plattenwärmetauscher in der Form eines
Verdampfers, das heißt
einen Plattenwärmetauscher,
der zum Kühlen
eines Fluidums durch Verdampfung eines Kühlmediums in einem Kühlmediumkreislauf
für verschiedene,
vorzugsweise industrielle Anwendungen, wie etwa Klimatechnik, Kühlsysteme,
Wärmepumpensysteme
usw. ausgestaltet ist.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Plattenwärmetauscher,
umfassend einen Plattenstapel mit einer Anzahl von Wärmetauschplatten,
die nebeneinander auf eine solche Weise angeordnet sind, daß ein erster
Plattenzwischenraum für
ein Kühlmedium
zwischen jedem zweiten Paar von benachbarten Wärmetauschplatten gebildet wird
und ein zweiter Plattenzwischenraum für ein Fluidum zwischen den
verbleibenden Paaren von benachbarten Wärmetauschplatten, wobei die ersten
Plattenzwischenräume
und die zweiten Plattenzwischenräume
voneinander getrennt sind und nebeneinander in abwechselnder Reihenfolge
im Plattenstapel vorgesehen sind, wobei im wesentlichen jede Wärmetauschplatte
mindestens ein erstes Durchgangsloch und ein zweites Durchgangsloch aufweist,
wobei die ersten Durchgangslöcher
einen Einlaßkanal
für das
Kühlmedium
an die ersten Plattenzwischenräume
bilden und die zweiten Durchgangslöcher einen Auslaßkanal für das Kühlmedium aus
den ersten Plattenzwischenräumen
bilden, wobei der Einlaßkanal
die Trennung des Kühlmediums in
eine im wesentli chen gasförmige
Phase und eine im wesentlichen flüssige Phase erlaubt, wobei
der Plattenwärmetauscher
mindestens einen Primärdurchgang
zum Befördern
der gasförmigen
Phase vom Einlaßkanal
an die ersten Plattenzwischenräume
umfaßt
sowie mindestens einen Sekundärdurchgang
zum Befördern
der flüssigen
Phase vom Einlaßkanal
an die ersten Plattenzwischenräume,
und wobei der Primärdurchgang
und der Sekundärdurchgang
sich in einem Bereich treffen, wo die flüssige Phase der gasförmigen Phase
wieder beigemischt wird, um diese Mischung weiter in die ersten
Plattenzwischenräume
zu transportieren.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein Plattenmodul für einen
Plattenstapel in einem Plattenwärmetauscher,
wobei das Plattenmodul zwei Wärmetauschplatten
umfaßt,
die nebeneinander auf eine solche Weise angeordnet sind, daß ein Plattenzwischenraum
für ein
Kühlmedium
zwischen den Wärmetauschplatten
gebildet wird, wobei im wesentlichen jede Wärmetauschplatte mindestens
ein erstes Durchgangsloch und ein zweites Durchgangsloch aufweist,
wobei die ersten Durchgangslöcher
einen Einlaßkanal
für das
Kühlmedium
an die ersten Plattenzwischenräume
bilden und die zweiten Durchgangslöcher einen Auslaßkanal für das Kühlmedium aus
den ersten Plattenzwischenräumen
bilden, wobei der Einlaßkanal
die Trennung des Kühlmediums in
eine im wesentlichen gasförmige
Phase und eine im wesentlichen flüssige Phase erlaubt, wobei
der Plattenwärmetauscher
mindestens einen Primärdurchgang
zum Befördern
der gasförmigen
Phase vom Einlaßkanal
an die ersten Plattenzwischenräume
umfaßt
sowie mindestens einen Sekundärdurchgang
zum Befördern
der flüssigen
Phase vom Einlaßkanal
an die ersten Plattenzwischenräume,
und wobei der Primärdurchgang
und der Sekundärdurchgang
sich in einem Bereich treffen, wo die flüssige Phase der gasförmigen Phase
wieder beigemischt wird, um diese Mischung weiter in die ersten
Plattenzwischenräume
zu transportieren.
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Das
Kühlmedium,
das dem Einlaßkanal
eines solchen Plattenwärmetauschers
zur Verdampfung des Kühlmediums
zugeführt
wird, ist gewöhnlich in
einem sowohl gasförmigen
Zustand als auch flüssigen
Zustand vorhanden. Es ist daher schwierig, eine optimale Verteilung
des Kühlmediums
an die unterschiedlichen Plattenzwischenräume im Verdampfer zu erreichen,
damit jedem für
das Kühlmedium gedachten
Plattenzwischenraum die gleiche Menge an Kühlmedium zugeführt wird
und diesen durchströmt.
Hat das Kühlmedium
eine relativ hohe Geschwindigkeit in den Einlaßkanal hinein, wird die flüssige Phase
in der Regel zum inneren Ende des Einlaßkanals transportiert. Hat
das Kühlmedium
eine relativ niedrige Geschwindigkeit in den Plattenwärmetauscher
hinein, erreicht die flüssige
Phase in der Regel nur die Plattenzwischenräume am äußeren Ende des Einlaßkanals.
Es ist schwierig, eine in dieser Hinsicht optimale Geschwindigkeit
zu erreichen. Es ist bekannt, daß dieses Problem bei der Verteilung
des Kühlmediums
zumindest teilweise dadurch gelöst werden
kann, daß eine
Drosselung des Kühlmediums
an jedem Plattenzwischenraum vorgesehen wird. Auf eine solche Weise
wird ein Druckabfall für das
Kühlmedium
erzielt, wenn es den jeweiligen Plattenzwischenraum erreicht. Diese
Lösung
ist jedoch in erster Linie für
relativ kleine Verdampfer geeignet, aber nicht für große Verdampfer in industriellen
Anwendungen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Plattenwärmetauscher
zur Verdampfung eines Kühlmediums
vorzusehen. Ein weiteres Ziel ist es, einen solchen Plattenwärmetauscher
vorzusehen, der eine angemessene Verteilung des Kühlmediums
an alle Plattenzwischenräume
für das
Kühlmedium
gewährleistet.
Ein weiteres Ziel ist es, einen solchen Plattenwärmetauscher vorzusehen, der
kompakt ist und einfach hergestellt werden kann.
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Dieses
Ziel wird durch den eingangs definierten Plattenwärmetauscher
erreicht, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Primärdurchgang einen Gesamtminimalströmungsbereich
hat und daß der Sekundärdurchgang
einen Gesamtminimalströ mungsbereich
hat, wobei der Minimalströmungsbereich
des Sekundärdurchgangs
kleiner ist als der Minimalströmungsbereich
des Primärdurchgangs.
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Mittels
eines solchen Plattenwärmetauschers
werden die gasförmige
Phase und die flüssige Phase
des einlaufenden Kühlmediums
voneinander getrennt und danach vor dem Eintritt in die ersten Plattenzwischenräume wieder
miteinander vermischt. Die abgetrennte gasförmige Phase kann dazu verwendet
werden, einen Teil der flüssigen
Phase auf eine solche Weise in jeden der ersten Plattenzwischenräume zu bringen,
daß die
flüssige
Phase gleichmäßig zwischen
allen ersten Plattenzwischenräumen
des Plattenwärmetauschers
verteilt wird. Durch den erzeugten Ejektorvorgang wird ein effizientes
Vermischen der Flüssigkeit
in der gasförmigen Phase
im wesentlichen unmittelbar vor dem Verteilen des Kühlmediums
in die ersten Plattenzwischenräume
erreicht.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung ist der Einlaßkanal
mit mindestens einem oberen Auslaß verbunden, der einen Einlaß an den
Primärdurchgang
bildet, und mit mindestens einem unteren Auslaß, der einen Einlaß an den
Sekundärdurchgang bildet.
Der Primärdurchgang
kann sich dann in den Sekundärdurchgang
erstrecken.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist der Plattenwärmetauscher
auf eine solche Weise vorbereitet, daß sich der untere Auslaß unterhalb
des oberen Auslasses befindet, wobei der untere Auslaß in einer
solchen Weise dimensioniert ist, daß er das Ansammeln von Flüssigkeit
aus der flüssigen
Phase stromaufwärts
vom unteren Auslaß erlaubt.
Die Flüssigkeit
in der flüssigen
Phase kann dann in einem unteren Teil des Einlaßkanals gesammelt werden, vorzugsweise
im wesentlichen entlang der gesamten Länge des Einlaßkanals.
Auf eine solche Weise wird immer Flüssigkeit durch die gasförmige Phase
im Primärdurchgang
in jeden der ersten Plattenzwischenräume gebracht.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung hat der Primärdurchgang
einen Gesamtminimalströmungsbereich
und der Sekundärdurchgang hat
einen Gesamtminimalströmungsbereich,
wobei der Minimalströmungsbereich
des Sekundärdurchgangs
geringer ist als der Minimalströmungsbereich des
Primärdurchgangs.
Auf eine solche Weise wird sichergestellt, daß sich Flüssigkeit stromaufwärts des
Sekundärdurchgangs
ansammelt und daß die Flüssigkeit
sukzessiv und kontrolliert aus dem Einlaßkanal ausgegeben wird.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung sind die Wärmetauschplatten
auf eine solche Weise preßgeformt,
daß im
wesentlichen in jedem der ersten Plattenzwischenräume ein
im wesentlichen geschlossener Kanal gebildet wird, der sich um mindestens
einen Teil des Einlaßkanals
herum erstreckt, wobei diese geschlossenen Kanäle vom Primärdurchgang umfaßt sind.
Auf eine solche Weise kann die Anordnung mit den separaten Primär- und Sekundärdurchgängen für die gasförmige Phase
bzw. die flüssige
Phase in einfacher Weise während
des Preßformens
der Wärmetauschplatten vorgesehen
werden. Es sind keine weiteren Komponenten neben den Wärmetauschplatten
notwendig, um die erwünschte
Funktion zu erzielen. Vorteilhafterweise können die Wärmetauschplatten dann auf eine
solche Weise preßgeformt
werden, daß in
im wesentlichen jeden der ersten Plattenzwischenräume der
obere Auslaß als
ein Kanal ausgestaltet ist, der sich vom Einlaßkanal zum im wesentlichen
geschlossenen Kanal erstreckt. Weiterhin können die Wärmetauschplatten auch auf eine
solche Weise preßgeformt
sein, daß der
untere Auslaß als
ein Kanal ausgebildet ist, der sich vom Einlaßkanal in im wesentlichen jeden
der ersten Plattenzwischenräume
erstreckt. Diese beiden Kanäle,
die einen Auslaß aus
dem Einlaßkanal
bilden, können
somit ebenfalls in einfacher Weise während des Preßformens
der Wärmetauschplatten
vorgesehen werden.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfaßt
der Primärdurchgang
zwei Primärabschnitte,
die sich von einem Bereich in einem oberen Teil des Einlaßkanals
in einer jeweiligen Richtung um den Einlaßkanal herum erstrecken, wobei
die beiden Primärabschnitte
sich im wesentlichen unmittelbar stromabwärts vom unteren Auslaß treffen.
Dementsprechend können
sich für
jeden der ersten Plattenzwischenräume die beiden oberen Auslässe vom Einlaßkanal erstrecken.
Alternativ kann sich der Primärdurchgang
im wesentlichen unmittelbar stromabwärts vom oberen Auslaß in zwei
Primärabschnitte aufteilen.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist jede Wärmetauschplatte
auf eine solche Weise ausgestaltet, daß sie eine untere Öffnung umfaßt, die
sich unterhalb des ersten Durchgangslochs befindet und vom ersten
Durchgangsloch mittels eines ersten Unterteilungsabschnittes abgegrenzt wird,
wobei der erste Unterteilungsabschnitt so ausgestaltet ist, daß er den
Durchgang mindestens der flüssigen
Phase durch den ersten Unterteilungsabschnitt erlaubt, und wobei
die unteren Öffnungen
einen Flüssigkeitskanal
bilden, der sich durch den Plattenstapel im wesentlichen parallel
zum Einlaßkanal erstreckt.
Auch eine derartige Ausgestaltung kann in leichter Weise während des
Preßformens
und Stanzens der Wärmetauschplatten
vorgesehen werden. Es sind keine weiteren Komponenten erforderlich. Vorteilhafterweise
kann sich der untere Auslaß dann aus
dem Flüssigkeitskanal
erstrecken. Nach dieser Ausführungsform
kann somit Flüssigkeit
im Flüssigkeitskanal
gesammelt werden, wobei die Flüssigkeit sukzessiv
und kontrolliert aus dem Flüssigkeitskanal durch
den unteren Auslaß ausgegeben
wird.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist jede Wärmetauschplatte
auf eine solche Weise ausgestaltet, daß sie eine obere Öffnung umfaßt, die
vom ersten Durchgangsloch mittels eines zweiten Unterteilungsabschnittes
abgegrenzt wird, wobei die oberen Öffnungen einen Gaskanal bilden, der
sich durch den Plattenstapel parallel zum Einlaßkanal erstreckt. Auch eine
solche Öffnung
kann im Zusammenhang mit dem Preßformen und Stanzen der Wärmetauschplatten
vorgesehen werden. Der obere Auslaß kann sich dann vom Einlaßkanal zum Gaskanal
erstrecken und der geschlossene Kanal kann sich vom Gaskanal erstrecken.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfassen die Wärmetauschplatten
ein erstes Rohr, das sich durch die ersten Durchgangslöcher von
im wesentlichen jeder Wärmetauschplatte erstreckt
und den Einlaßkanal
bildet. Nach dieser Ausführungsform
kann der Plattenwärmetauscher mittels
gewöhnlicher
Wärmetauschplatten
hergestellt werden, wobei das erste Rohr in den ersten Einlaßkanal eingeführt wird,
um den Primärdurchgang
und den Sekundärdurchgang
zu bilden. Vorteilhafterweise können
sich dann der obere Auslaß und
der untere Auslaß durch
das erste Rohr erstrecken, wobei sich der Primärdurchgang um mindestens einen
Teil des ersten Rohres herum erstreckt. Der Primärdurchgang kann sich dann in
der relativ dünnen
Spalte erstrecken, die zwischen dem Einlaßkanal und der Außenseite
des ersten Rohres gebildet wird.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfaßt
der Plattenwärmetauscher
eine Unterteilungsplatte, die in einem Neigungswinkel im ersten
Rohr vorgesehen ist und sich im wesentlichen entlang der gesamten
Länge des
Einlaßkanals
erstreckt, wobei sich der obere Auslaß oberhalb der Unterteilungsplatte
befindet und der untere Auslaß unterhalb
der Unterteilungsplatte und wobei die Unterteilungsplatte in einem
unteren Bereich eine Öffnung
für die
flüssige
Phase hat. Flüssigkeit
kann sich somit in einem unteren Bereich des ersten Rohres ansammeln,
insbesondere in einem Bereich unterhalb der Unterteilungsplatte.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfaßt
der Plattenwärmetauscher
ein zweites Rohr, das sich im ersten Rohr im wesentlichen entlang
der gesamten Länge
des Einlaßkanals erstreckt,
wobei das zweite Rohr mindestens eine Öffnung zum Ausgeben der gasförmigen Phase
und der flüssigen
Phase in das erste Rohr umfaßt.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfaßt
der Plattenwärmetauscher
eine erste Endplatte und eine zweite Endplatte, zwischen denen die
Wärmetauschplatten
vorgesehen sind. Weiterhin kann im wesentlichen jede Wärme tauschplatte
ein drittes Durchgangsloch und ein viertes Durchgangsloch umfassen,
wobei die dritten Durchgangslöcher
einen Einlaßkanal
für das
Fluidum an die zweiten Zwischenräume
bilden und die vierten Durchgangslöcher einen Auslaßkanal für das Fluidum
aus den zweiten Plattenzwischenräumen
bilden. Die Einlaßkanäle und die
Auslaßkanäle können sich dann
durch die erste Endplatte erstrecken. Die Wärmetauschplatten können auch
dauerhaft miteinander paarweise verbunden sein, wobei jedes Paar
einen der ersten Plattenzwischenräume einschließt.
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Dieses
Ziel wird auch erreicht mittels des eingangs definierten Plattenmoduls,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Primärdurchgang so ausgestaltet
ist, daß die
Geschwindigkeit der gasförmigen
Phase angehoben und die gasförmige
Phase in einer solchen Weise zur flüssigen Phase im Bereich (19)
und darüber
hinaus befördert
wird, daß der
gasförmigen
Phase mittels eines Ejektorvorgangs wieder Flüssigkeit beigemischt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird nun genauer anhand einer Beschreibung
verschiedener Ausführungsformen,
die beispielartiger Natur sind, und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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1 offenbart
schematisch eine Seitenansicht eines Plattenwärmetauschers nach einer ersten Ausführungsform
der Erfindung.
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2 offenbart
schematisch eine Vorderansicht des Plattenwärmetauschers nach 1.
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3 offenbart
schematisch eine ebene Ansicht einer Wärmetauschplatte des Plattenwärmetauschers
nach 1.
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4 offenbart
schematisch eine ebene Ansicht eines Bereiches um ein Durchgangsloch
der Wärmetauschplatte
nach 3.
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5 offenbart
schematisch eine Querschnittsansicht durch eine Anzahl von Wärmetauschplatten
entlang der Linie V-V in 4.
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6 offenbart
schematisch eine ebene Ansicht eines Bereiches um ein Durchgangsloch
einer Wärmetauschplatte
nach einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung herum.
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7 offenbart
schematisch eine ebene Ansicht eines Bereiches um ein Durchgangsloch
einer Wärmetauschplatte
nach einer dritten Ausführungsform
der Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER VERSCHIEDENEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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1 bis 5 offenbaren
eine erste Ausführungsform
des Plattenwärmetauschers
nach der Erfindung. Der Plattenwärmetauscher
umfaßt
einen Plattenstapel P mit einer Anzahl von preßgeformten Wärmetauschplatten 1,
die nebeneinander angeordnet sind. Die Wärmetauschplatten 1 sind
auf eine solche Weise vorgesehen, daß ein erster Zwischenraum 3 für ein Kühlmedium
zwischen jedem zweiten Paar von benachbarten Wärmetauschplatten 1 gebildet wird
sowie ein zweiter Plattenzwischenraum 4 für ein Fluidum
zwischen den verbleibenden Paaren von benachbarten Wärmetauschplatten 1.
Die ersten Plattenzwischenräume 3 und
die zweiten Plattenzwischenräume 4 sind
somit voneinander getrennt und nebeneinander in abwechselnder Reihenfolge
im Plattenstapel P vorgesehen.
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Weiterhin
umfaßt
der Plattenwärmetauscher eine
erste Endplatte 5 und eine zweite Endplatte 6, zwischen
denen die Wärmetauschplatten 1 vorgesehen
sind. In einer ersten Ausführungsform,
die in 1 und 2 offenbart ist, ist die erste
Endplatte 5 eine sogenannte Preßplatte und die zweite Endplatte 6 ist
eine sogenannte Rahmenplatte. Der Plattenstapel P wird in der ersten
Ausführungsform
mittels einer Anzahl von Spannbolzen 7 zusammengehalten,
die sich außerhalb
der Wärmetauschplatten 1 aber
durch die Endplatten 5 und 6 erstrecken. Der Plattenstapel
P wird mittels Muttern 8 zusammengepreßt, die auf die Spannbolzen 7 geschraubt
werden.
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Nach
der ersten Ausführungsform
sind die Wärmetauschplatten 1 dauerhaft
miteinander paarweise verbunden. Die beiden Wärmetauschplatten 1 in
jedem Paar können
somit mittels einer Schweißverbindung 9 aneinandergeschweißt sein,
siehe 3. Die Wärmetauschplatten 1 in
einem Paar können
auch miteinander verlötet
oder auf irgendeine andere Weise dauerhaft miteinander verbunden
sein. Ein solch dauerhaft miteinander verbundenes Paar bildet ein
Plattenmodul 10, siehe 5. Die beiden Wärmetauschplatten 1 in
einem Plattenmodul 10 schließen zwischen sich einen der
ersten Plattenzwischenräume 3 ein.
Im Plattenstapel 3 sind die zweiten Plattenzwischenräume 4 zwischen
benachbarten Plattenmodulen 10 eingeschlossen. Die zweiten
Plattenzwischenräume 10 können mittels
Dichtungen 11 in bekannter Weise abgedichtet sein. Es ist
anzumerken, daß die
Erfindung auch auf Plattenwärmetauscher
anwendbar ist, bei denen jeder Plattenzwischenraum 3, 4 mittels
Dichtungen abgedichtet ist, oder auf Plattenwärmetauscher, bei denen alle
Wärmetauschplatten 1 zu
einem dauerhaft miteinander verbundenen Plattenstapel verlötet sind.
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Im
wesentlichen jede Wärmetauschplatte 1 umfaßt ein erstes
Durchgangsloch 12, ein zweites Durchgangsloch 12,
ein drittes Durchgangsloch 12 und ein viertes Durchgangsloch 12,
siehe 3. Die ersten Durchgangslöcher 12 schließen einen
Einlaßkanal 13 für das Kühlmedium
an die ersten Plattenzwischenräume 3 ein.
Die zweiten Durchgangslöcher 12 schließen einen
Auslaßkanal 14 für das Kühlmedium
aus den ersten Plattenzwischenräumen 3 ein. Die
dritten Durchgangslöcher 12 schließen einen Einlaßkanal 15 für das Fluidum
an die zweiten Plattenzwischenräume 4 ein.
Die vierten Durchgangslöcher 12 schließen einen
Auslaßkanal 16 für das Fluidum
aus den zweiten Plattenzwischenräumen 4 ein. In
einem mittleren Bereich jeder Wärmetauschplatte A,
B zwischen den Durchgangslöchern 12 gibt
es einen aktiven Wärmeübertragungsbereich 18,
der mit einem Muster von Rippen und Tälern in bekannter Weise versehen
ist. In der in 3 offenbarten Ausführungsform
erstreckt sich die Riffelung in einem Fischgrätenmuster, wobei die Riffelungen
benachbarter Wärmetauschplatten
in entgegengesetzte Richtungen zeigen. Der Wärmeübertragungsbereich 18 kann
natürlich
andere Arten von Mustern haben, vgl. 4.
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Jede
Wärmetauschplatte 1 hat
eine mittlere Längsachse
x, siehe 2 und 3. Die Wärmetauschplatten 1 und
der Plattenwärmetauscher
sind in allen offenbarten Ausführungsformen
derart vorbereitet, daß sich
die mittlere Achse x im wesentlichen vertikal erstreckt. Der Einlaßkanal 13 für das Kühlmedium
und der Auslaßkanal 16 für das Fluidum
befindet sich dann in der Nähe
eines unteren Endes des Plattenwärmetauschers,
während
sich der Auslaßkanal 14 für das Kühlmedium
und der Einlaßkanal 15 für das Fluidum
in der Nähe
eines oberen Endes des Plattenwärmetauschers
befinden. In einer Verdampferanwendung strömt das Kühlmedium vorzugsweise nach
oben durch den Plattenwärmetauscher.
In den offenbarten Ausführungsformen
ist der Plattenwärmetauscher
als eine Gegenstromkonfiguration ausgeführt. Die Erfindung ist jedoch
auch auf eine Parallelstromkonfiguration anwendbar.
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Das
einem Verdampfer zugeführte
Kühlmedium
ist normalerweise eine Mischung aus einem Gas und einer Flüssigkeit.
Nach dieser Erfindung wird das Gas zunächst von der Flüssigkeit
getrennt. Zu diesem Zweck erlaubt der Einlaßkanal 13 eine Trennung
des Kühlmediums,
das in den Einlaßkanal 13 eintritt,
in eine im wesentlichen gasförmige
Phase und eine im wesentlichen flüssige Phase. Danach werden
die gasförmige
Phase und die flüssige
Phase getrennt voneinander zu einem Bereich 19 in jedem der
ersten Plattenzwischenräume 13 transportiert.
Im Bereich 19 treffen die flüssige Phase und die gasförmige Phase
aufeinander und werden wieder miteinander vermischt. Auf eine solche
Weise ist es möglich,
insbesondere die Zufuhr von Flüssigkeit
an unterschiedliche Teile des Einlaßkanals zu steuern und dementsprechend
sicherzustellen, daß die
Flüssigkeit
gleichförmig
in den ersten Plattenzwischenräumen 3 verteilt
wird. Zu diesem Zweck umfaßt
der Plattenwärmetauscher
mindestens einen Primärdurchgang
zum Befördern
der gasförmigen
Phase vom Einlaßkanal 13 an
die ersten Plattenzwischenräume 3 und
mindestens einem Sekundärdurchgang zum
Befördern
der flüssigen
Phase vom Einlaßkanal 13 an
die ersten Plattenzwischenräume 3.
Der Primärdurchgang
und der Sekundärdurchgang
treffen im Bereich 19 in der Nähe der ersten Plattenzwischenräume 13 zum
Wiedervermischen der flüssigen Phase
mit der gasförmigen
Phase aufeinander. Der Primärdurchgang
ist so ausgestaltet, daß die
Geschwindigkeit der gasförmigen
Phase angehoben und die gasförmige
Phase bei einer relativ hohen Geschwindigkeit auf eine solche Weise
zur flüssigen Phase
hin und über
diese hinaus befördert
wird, daß die
Flüssigkeit
der gasförmigen
Phase mittels eines Ejektorvorgangs im Bereich 19 beigemischt
wird.
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Insbesondere
unter Bezugnahme auf 4 und 5 wird nun
die erste Ausführungsform
genauer beschrieben. In diesen Figuren ist der Bereich um den Einlaßkanal 13 herum
genauer offenbart. Nach der ersten Ausführungsform sind der Primärdurchgang,
der Sekundärdurchgang
und der untere Bereich 19 während des Preßformens
der Wärmetauschplatten 1 hergestellt
worden. Der Primärdurchgang
umfaßt
in im wesentlichen jedem der ersten Plattenzwischenräume 3 einen
oberen Auslaß 20, der
als ein Kanal ausgestaltet ist, der sich vom Einlaßkanal 13 erstreckt.
Weiterhin umfaßt
der Primärdurchgang
in jedem der ersten Plattenzwischenräume 3 zwei im wesentlichen
geschlossene Kanäle 21, die
sich vom oberen Auslaß 20 um
eine jeweilige Hälfte
des Einlaßkanals 13 herum
zum Bereich 19 erstrecken, der sich unterhalb des Einlaßkanals 13 befindet.
Der Sekundärdurchgang
umfaßt
in im wesentlichen jedem der ersten Plattenzwischenräume 3 einen
unteren Auslaß 22, der
als ein Kanal ausgestaltet ist, der sich vom Einlaßkanal 13 zum
Bereich 19 unterhalb des Einlaßkanals 13 erstreckt.
Ist die gasförmige
Phase wieder mit der flüssigen
Phase vermischt worden, wobei die Flüssigkeit dem vorbeiströmenden Gas
mittels eines Ejektorvorgangs zugeführt wurde, verläßt die Mischung
den unteren Bereich 19 und wird in den Wärmeübertragungsbereich 18 in
den ersten Plattenzwischenräumen über einen
ringförmigen
Kanal 24 befördert,
der sich um den Einlaßkanal 13 und
die beiden geschlossenen Kanäle 21 in
jedem der ersten Plattenzwischenräume 3 herum erstreckt. Der
ringförmige
Kanal 24 ist ebenfalls während des Preßvorgangs
der Wärmetauschplatten 1 hergestellt worden.
Jede Wärmetauschplatte 1 bildet
auf einer von ringförmigen
Kanal 24 abgewandten Seite einen Aufnahmebereich für die oben
beschriebene Dichtung 11, siehe 5.
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Der
untere Auslaß 22 ist
auf eine solche Weise dimensioniert, daß er das Ansammeln von Flüssigkeit
von der flüssigen
Phase in einen unteren Bereich des Einlaßkanals 13 stromaufwärts vom
unteren Auslaß 22 erlaubt.
Der Sekundärdurchgang
hat dann im unteren Auslaß 22 einen
minimalen Strömungsbereich,
der relativ klein ist und vor allem kleiner als ein minimaler Strömungsbereich
des Primärdurchgangs.
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Wie
dem Obigen zu entnehmen, ist der Primärdurchgang in der ersten Ausführungsform
in zwei Primärabschnitte
unterteilt, die sich von einem Bereich in einem oberen Teil des
Einlaßkanals 13 in
einer jeweiligen Richtung um den Einlaßkanal 13 herum erstrecken.
Die beiden Primärabschnitte
treffen im wesentlichen unmittelbar stromabwärts vom unteren Auslaß 22 aufeinander.
Es ist jedoch auch möglich,
zwei obere Auslässe
im Einlaßkanal 13 vorzusehen,
einen für
jeden Primärabschnitt.
In diesem Fall gibt es somit zwei Primärabschnitte in jedem der ersten
Plattenzwischenräume 3.
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Die
zweite Ausführungsform
wird nun genauer unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
Nach der zweiten Ausführungsform
werden auch Wärmetauschplatten 1 verwendet,
die preßgeformt
und auf eine solche Weise gestanzt sind, daß der Primärdurchgang und der Sekundärdurchgang
erzeugt werden. jede Wärmetauschplatte 1 wird
dann preßgeformt
und auf eine solche Weise gestanzt, daß sie das erste Durchgangsloch 12 enthält. Auch
in der zweiten Ausführungsform
bilden die ersten Durchgangslöcher 12 den
Einlaßkanal 13.
Jede Wärmetauschplatte
hat weiterhin eine untere Öffnung 30,
die sich unterhalb des ersten Durchgangslochs 12 befindet.
Die untere Öffnung 30 wird
vom ersten Durchgangsloch mittels eines ersten Unterteilungsabschnittes 31 abgegrenzt.
Die unteren Öffnungen 30 bilden
einen Flüssigkeitskanal 32,
der sich im wesentlichen durch den gesamten Plattenstapel 11 und im
wesentlichen parallel zum Einlaßkanal 13 erstreckt.
Der erste Unterteilungsabschnitt 31 ist so ausgestaltet,
daß er
mindestens die Förderung
der flüssigen
Phase vom Einlaßkanal 13 über den
Unterteilungsabschnitt 31 herab zum Flüssigkeitskanal 32 erlaubt.
Der untere Auslaß 22 erstreckt
sich vom Flüssigkeitskanal 32 und
insbesondere durch eine Rippe 33, die dem Flüssigkeitskanal 32 stromabwärts begrenzt.
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Jede
Wärmetauschplatte 1 ist
weiterhin preßgeformt
und auf eine solche Weise gestanzt, daß sie eine obere Öffnung 34 hat,
die vom ersten Durchgangsloch mittels eines zweiten Unterteilungsabschnittes 35 abgegrenzt
wird. Die oberen Öffnungen 35 bilden
einen Gaskanal 36, der sich im wesentlichen durch den gesamten
Plattenstapel P und im wesentlichen parallel zum Einlaßkanal 13 erstreckt. Der
obere Auslaß 20 erstreckt
sich vom Einlaßkanal 13 zur
oberen Öffnung 35 und
zum Gaskanal 36 über den
zweiten Unterteilungsabschnitt 35 und insbesondere um eine
obere Rippe 37, die den Einlaßkanal 13 nach oben
zum Gaskanal 36 begrenzt. Vom Gaskanal 36 und
im oberen Auslaß 20 erstreckt
sich der geschlossene Kanal 21 herauf in den Bereich 19,
wo die gasförmige
Phase, die durch den geschlossenen Kanal 21 transportiert
wird, auf die flüssige
Phase vom unteren Auslaß 22 trifft.
Der Bereich 19 ist auch entsprechend der zweiten Ausführungsform
unterhalb des unteren Auslasses 22 angeordnet. Die Mischung der
gasförmigen
Phase und der flüssigen Phase
wird dann in jedem der ersten Plattenzwischenräume 3 über einen
Auslaßkanal 38 vom
Bereich 19 zum Wärmeübertragungsbereich 18 befördert.
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Die
dritte Ausführungsform
wird nun genauer unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
Nach der dritten Ausführungsform
werden Wärmetauschplatten 1 verwendet,
die zum Bilden der ersten Plattenzwischenräume 3 zwischen jedem
zweiten Paar von benachbarten Platten 1 und von zweiten
Plattenzwischenräumen 4 zwischen
den verbleibenden Paaren von benachbarten Platten 1 dienen.
Die Platten 1 können
auf alle möglichen
Arten miteinander verbunden sein, zum Beispiel können sie zwischen zwei Endplatten 5 und 6 gegeneinander
gepreßt
und dauerhaft miteinander paarweise verbunden sein oder der gesamte
Plattenstapel P kann gelötet
sein.
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Nach
der dritten Ausführungsform
umfaßt der
Plattenwärmetauscher
ein erstes Rohr 40, das sich durch die ersten Durchgangslöcher 12 von
im wesentlichen jeder Wärmetauschplatte 1 erstreckt. Das
erste Rohr 40 bildet den Einlaßkanal 13. Der obere
Auslaß 20 und
der untere Auslaß 22 erstrecken
sich durch das Rohr 40, wobei sich der Primärdurchgang
um mindestens einen Teil des Rohres herum erstreckt. Vorzugsweise
ist für
jeden der ersten Plattenzwischenräume 3 ein oberer Auslaß 20 in
der Form eines Lochs durch das erste Rohr 40 vorgesehen
sowie für
jeden der ersten Plattenzwischenräume 3 ein unterer
Auslaß 22 in
der Form eines Lochs durch das erste Rohr 40. Weiterhin
ist eine Unterteilungsplatte 41 an einem ersten Rohr 40 vorgesehen. Die
Unterteilungsplatte 41 hat einen Neigungswinkel in Bezug
auf die Mittelachse x. Die Unterteilungsplatte 41 erstreckt
sich im wesentlichen entlang der gesamten Länge des ersten Rohres 40 und
des Einlaßkanals 13.
Der obere Auslaß 20 befindet
sich oberhalb der Unterteilungsplatte 41 und der untere
Auslaß 22 befindet
sich unterhalb der Unterteilungsplatte 41. Weiterhin hat
die Unterteilungsplatte 41 in einem unteren Bereich eine Öffnung 42,
durch die die flüssige
Phase strömen
kann.
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Nach
der dritten Ausführungsform
umfaßt der
Plattenwärmetauscher
auch ein zweites Rohr 43 für die Zufuhr des Kühlmediums
an den Plattenwärmetauscher.
Das zweite Rohr 43 erstreckt sich im ersten Rohr 40 im
wesentlichen entlang der gesamten Länge des Einlaßkanals 13.
Das zweite Rohr 43 umfaßt mindestens eine Öffnung 44 zur
Ausgabe des Kühlmediums,
das heißt
der gasförmigen
Phase und der flüssigen
Phase, in das erste Rohr 40 oberhalb der Unterteilungsplatte 41.
Die gasförmige
Phase wird somit durch die oberen Auslässe 20 ausgegeben
und strömt
dann durch den Primärdurchgang entlang
der Außenseite
des ersten Rohres 40 herab zum Bereich 19, der
sich unterhalb der unteren Auslässe 22 befindet.
Vom Bereich 19 wird die Mischung in jedem der ersten Plattenzwischenräume 3 in
zwei Wärmeübertragungsbereiche
transportiert.
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Die
Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen begrenzt, sondern
kann innerhalb des Rahmens der folgenden Ansprüche variiert und modifiziert
werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
Plattenwärmetauscher
umfaßt
einen Plattenstapel (P), der von einer Anzahl von Wärmetauschplatten
gebildet wird, die einen ersten Plattenzwischenraum für ein Kühlmedium
zwischen jedem Paar von benachbarten Wärmetauschplatten bilden sowie
einen zweiten Plattenzwischenraum für ein Fluidum zwischen den
verbleibenden Paaren. Die ersten und zweiten Plattenzwischenräume sind
voneinander getrennt und in abwechselnder Reihenfolge angeordnet.
jede Wärmetauschplatte
(1) weist mindestens ein erstes Durchgangsloch (12)
auf. Die ersten Durchgangslöcher 812)
umschließen
einen Einlaßkanal
(13) für
das Kühlmedium
an die ersten Plattenzwischenräume.
Der Einlaßkanal
erlaubt die Trennung des Kühlmediums
in eine im wesentlichen gasförmige
Phase und eine im wesentlichen flüssige Phase. Der Plattenwärmetauscher
umfaßt
einen Primärdurchgang
für die
gasförmige
Phase zu den ersten Plattenzwischenräumen sowie einen Sekundärdurchgang
für die
flüssige
Phase zu den ersten Plattenzwischenräumen. Der Primärdurchgang
und der Sekundärdurchgang
treffen sich in einem Bereich (19), wo die flüssige Phase
der gasförmigen
Phase wieder beigemischt wird, um diese Mischung weiter in die ersten
Plattenzwischenräume
zu transportieren.