DE2248273C2 - Plattenwärmeaustauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeaustauscher mit mehreren vertikalen Durchgängen für den Wärmeaustausch zwischen einem ersten zweiphasigen Fluid, welches aus einem Gas und einer Flüssigkeit besteht, und einem zweiten Fluid, wobei Abteile für eine Versorgung mit einer der zwei Phasen des zweiphasigen Fluids in Verlängerung der Durchgänge für das zweite Fluid vorgesehen sind und wobei die Wand, weiche die Abteile von den Durchgängen für das zweiphasige Fluid trennt, einen Überführungsdurchgang aufweist, der sich über die ganze horizontale Länge des Wärmeaustauschers erstreckt.

Bei zahlreichen Verfahren, wie bei der Verflüssigung von Naturgas, ist es häufig notwendig, Wärme zwischen einem ersten zweiphasigen Fluid, welches aus einem Gas und einer Flüssigkeit besteht, und einem zweiten Fluid auszutauschen. Wenn man einen Plattenaustauscher verwendet, um einen solchen Austausch durchzuführen, muß man zwangsläufig vor der Trennung der flüssigen und der Gasphase des Zweiphasenfluids die zwei Phasen auf die verschiedenen Kanäle und im Inneren ein und desselben für das Zweiphasenfluid vorbehaltenen Kanals genau derart verteilen, daß man ein Strömungsmittel oder Fluid in Zweiphasenform erhält, welches im wesentlichen dieselben Eigenschaften von einem Kanal zum anderen und auf der ganzen Länge dieser Kanäle besitzt Allein unter dieser Bedingung ist es nämlich möglich, einerseits eine gute Funtkion des Austauschers zu erreichen und andererseits zu den bei der Konstruktion des Austauschers beabsichtigten Leistungen zu gelangen.

Bei dem Plattenwärmeaustauscher der eingangs genannten Art gemäß der US-PS 35 59 722 besteht der Oberführungsdurchgang aus einem einzigen hwizontalen Schlitz oder Oberlauf. Dieser bekannte Wärmetauscher ist unzureichend, denn er erlaubt nicht eine gleichmäßige Verteilung des zweiphasigen Fluids zwischen den Kanälen oder Durchgängen, die für dieses über ihre ganze Breite vorgesehen sind, weil insbesondere die Strömungsmenge der Gasphase und/oder die der flüssigen Phase des zweiphasigen Fluids Schwankungen in erheblichen Mengenanteilen, insbesondere während der Anlaß- und Abschaltphasen der Anlage, unterliegt

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Anmeldung die Aufgabe zugrunde, einen Plattenwärmeäustäuscher der vorstehend bezeichneten Gatiun** zu schaffen, der bei schwankenden Flüssigkeitsständen optimal funktioniert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Überführungsdurchgang durch einen Bereich von öffnungen gebildet ist, der eine vertikale Erstrekkung derart aufweist, daß eine Anpassung an schwankende Strömungemengen erzielt wird. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine betriebliche Anpassungsfähigkeit des neuen Plattenwärmeaustauschers erreicht, so daß eine gleichmäßige Verteilung des homogenen Zweiphasenfluids zwischen den Durchgängen auch dann gewährleistet ist, wenn die Strömungsmenge der flüssigen und/oder gasförmigen Phase des Zweiphasenfluids Schwankungen in erheblichen Mengenanteilen unterliegt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend wird die Erfindungirr vorteilhaften Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 ist eine Vorderansicht eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung verbunden mit einem Abscheider eines Zweiphasenfluids, wobei der Wärmetauscher gestattet, die Wärme zwischen einem in diesem Austauscher im aufsteigenden Sinne strömenden Fluid und einem anderen im absteigenden Sinne strömenden Fluid auszutauschen.

F i g. 2 ist eine Ansicht der linken Seite dieses Austauschers entsprechend den Pfeilen H-II der Fig. 1.
Fig.3 ist eine Schnittansicht nach Linie III-III der Fig. 1 durch diesen Austauscher verbunden mit dem obigen Abscheider.

Fig.4 ist eine Schnittansicht nach Linie IV-IV der F i g. 2 durch diesen Austauscher, teilweise aufgebrochen.

Fig.5 ist eine Schnittansicht nach Linie V-V der F i g. 2 durch diesen Austauscher, teilweise aufgebrochen.

Fig. 6 zeigt perspektivisch einen abgebrochenen Teil dieses Austauschers.

F i g. 7 und F i g. 8 und F i g. 9 sind ähnliche Ansichten wie F i g. 6 und zeigen drei Ausführungsforrnen dieses Austauschers.

Fig. 10 ist eine Stirnansicht eines zweiten Austauschers nach der Erfindung, vereinigt mit einem Abscheider für ein Zweiphasenfluid, der gestattet, die Wärme zwischen diesem im Austauscher im absteigenden Sinn fließenden Fluid und einem anderen in aufsteigendem

Sinn fließenden Fluid auszutauschen.

F i g. 11 ist eine Schnittansicht nach Linie XI-XI der Fig. 10 durch den Austauscher der Fig. 10, vereinigt mit dem genannten Abscheider und

Fig. 12 erläutert einen dritten Wärmeaustauscher nach der Erfindung, der demjenigen der F i g. 1 bis 9 sehr ähnlich ist. Diese Figur zeigt einen Schnitt durch diesen dritten Austauscher nach einer Schnittlinie identisch der Linie ΙΪ1-ΙΙΙ der F i g. 3.

In einigen der vorstehend aufgezählten Figuren ist der Umlauf der flüssigen Phase des zweiphasigen Fluids in ausgezogenen Linien, derjenige der Gasphase dieses Fluids in durch Punkte getrennten unterbrochenen Strichen, derjenige der vereinigten zwei Phasen durch von Kreuzen getrennte unterbrochene Striche und derjenige des zweiten Fluids durch gepunktete Linien dargestellt

Nachstehend werden unter Bezugnahme auf F i g. 1 bis 9 ein erster Wärmeaustauscher 1 nach der Erfindung und seine Arbeitsweise beschrieben, die gestatten. Wärme zwischen den zwei vereinigten Phasen eines zweiphasigen Fluids, die in dem Austauscher 1 senkrecht aufsteigend strömen, und einem zweiten im Austauscher 1 senkrecht abwärts fließenden Fluids auszutauschen.

F i g. 1 dient zur Erläuterung des Fluidumlaufes im Austauscher 1. Ein Fluid in Zweiphasenform tritt in einen Abscheider 2, der an der Seite des Austauschers 1 angeordnet ist, auf einer unteren Ebene des letzteren ein. Das Fluid wird in eine flüssige Phase 4 und in eine Gasphase 5 getrennt. Die flüssige Phase wird mittels des Verteilers 6 in dessen unteren Teil in den Austauscher 1 geschickt. Die Gasphase wird vermittels des an der Seile des Austauschers ί in dessen unterer Hälfte auf der linken Seite nach Fig. i angeordneten Verteilers 7 in den Austauscher 1 geschickt. Die zwei vereinigten Phasen werden aus dem Austauscher 1 durch den in dessen oberen Teil angeordneten Sammler 8 abgezogen. Ein zweites Fluid wird vor Austausch seiner Wärme mit den beiden vereinigten Phasen in den Austauscher 1 mittels des Verteile, s 9 eingeführt, der auf der Seite des Austauschers in dessen oberer Hälfte links in Fig. 1 angeordnet ist. Das zweite Fluid wird aus dem Austauscher 1 durch den Sammler 10 abgezogen, nachdem es Wärme mit den zwei vereinigten Phasen ausgetauscht hat. Der Sammler 10 ist in der oberen Hälfte des Austauschers 1 auf dessen rechter Seite nach F i g. 1 angeordnet Nachstehend wird der Strömungsverlauf der Strömungsmittel oder Fluids im Inneren des Austauschers 1 •untersucht

Wie besonders aus F ι g. 2 und 3 hervorgeht besitzt der Austauscher 1 mehrere rechteckige Metallplatten oder Wände 11 und 12 von identischem Umriß, die parallel zu und in Abstand voneinander angeordnet sind. Für die Zwecke der Beschreibung können diese verschiedenen Platten in Dreiergruppen zusammengefaßt sein; jede Gruppe besitzt beispielsweise eine erste Platte 11a, eine zweite Platte oder Trennwand 12 mit einem Überführungsdurchgang 60 und eine dritte Platte 116. Eine zweite Platte oder Trennwand 12 ist also zwischen einer ersten Platte 11a und einer zweiten Platte üb angeordnet, die unmittelbar benachbart sind. Ein erstes Verschlußmittel besteht aus Verschlußgliedern 13, die jede Trennwand 12 mit einer benachbartenPlatte 11 längs des Randes dieser Platte und dieser Trennwand verbinden (vgl. besonders F i g. 4 und 5). Die Verschlußglieder 13 sind durch Hartlötung an den Rändern der Platten If und der Trennwände 12 dicht verbunden. Infolgedessen begrenzen die Platten II, die Trennwände 12 und die Verschlußglieder 13 in dem Austauscher 1 mehrere erste Längskanäle, Durchgänge bzw. Abteile 14 zwischen einer ersten Platte 11a und einer zweiten Platte oder Trennwand 12 und mehrere zweite gestreckte Kanäle bzw. längliche Durchgänge 15 zwischen einer Trennwand oder zweiten Platte 12 und einer dritten Platte Hi. Diese Kanäle sind im wesentlichen eben. Um den Aufbau eines ersten Abteils 14 zu erläutern, wird auf F i g. 4 Bezug genommen. Im oberen Teil eines

ίο ersten Abteils 14 lassen die Verschlußglieder 13 einen Eintrittsraum 16 frei, der die Einführung der Gasphase des zweiphasigen Fluids aus dem Verteiler 7 in diesen Kanal gestattet Am unteren Ende eines ersten Abteils 14 lassen die Verschlußglieder 13 einen Eintrittsraum 17 frei, der die Einführung der flüssigen Phase aus dem Verteiler 6 in diesen Kanal gestattet. Ein Verteilungsmittel für das erste Strömungsmittel oder Fluid vom Eintritt 17 zum Inneren eines ersten Abteils 14 ist im unteren Teil desselben angeordnet, um das erste Strömungsmittel über die ganze BreitP -dieses Abteils zu verteilen. Das erste Verteüungsmitte» besteht aus einem gewellten Metallblech 20 und einem gewellten Metallblech 21. Ein Blech 20 hat einen Umriß von der Form eines rechtwinkligen Dreieckes, dessen eine SeKe dem Eintritt 17 entspricht; es besitzt senkrechte Wellungen. Ein Blech 21 hat einen Umriß von der Form eines rechtwinkligen Trapezes, dessen eine Seite an dem Blech 20 angrenzt. Es besitzt schräge Wellungen. Die Bleche 20 und 21 liegen mit einer Seite auf der Fläche einer Platte 11 und mit der anderen Seite auf einer Fläche einer Trennwand 12 an. Die Bleche 20 und 21 sind gelocht und bilden einen Aufbau von rechtwinkligem Umriß. Anderes Verteilungsmittei für das zweite Strömungsmittel von einem Eintritt 16 zum Inneren eines ersten Abteils 14 ist im oberen Teil dieses Abteils angeordnet, um das zweite Strömungsmittel über dessen ganze Breite zu verteilen. Es besteht aus einem gewellten Metallblech 18 und einem gewellten Metallblech 19. Ein Blech 18 hat einen Umriß von der Form eines rechtwinkligen Dreiekkes, dessen eine Seite dem Eintritt 16 entspricht; seine We^:lungen sind horizontal. Ein Blech 19 hat einen Umriß von der Form eines rechtwinkligen Dreieckes angrenzend an das vorgenannte längs seiner Mypothenuse; seine Wellungen sind senkrecht. Die Bleche 18 und 19 liegen mit der einen Seite auf einer Fläche einer Trennwand 12 und mit der anderen Seite auf einer Fläche einer Platte 11 an. Ein breites rechteckiges Metallblech 22 ist abgestützt auf einer Trennwand 12 und einer Platte 11 im ersten Abteil 14 zwischen dem Verteilungsmittel für das erste Strömungsmittel und demjenigen für das zweite Strömungsmittel angeordnet.

Wie in F i g. 4 durch Ausbrechung eines Teils des Wellbleches 22 angedeutet, besitzt eine zweite Platte oder Trennwand 12 in ihrem unteren Teil einen Überführungsdurchgang· 60 mit mehreren Löchern 23, welcher die Überführung des zweiten Strömungsmittels in einen zweiten Druchgang 15 gestatten. Diese Löcher sind in der zweiten Wand 12 in senkrechten Reihen, also in Längsrichtung des Austauschers, angeordnet. Der ge-

lochte Teil oder der Überführungsdurchgang 60 einer Trennwand 12 liegt zwischen einem Eintritt 16 und einem Eintritt 17 und erstreckt sich ungeiähr über die ganze Länge des Bleches 22 und über die ganze Breite des Abteils 14 und Durchganges 15. Die Löcher 23 stehen mit den von den VVellungen des Bleches 22 begrenzten Kanälen in offener Verbindung.

Fig.3 und 4 zeigen auch, daß der Raum zwischen einer ersten Platte 11a und einer Trennwand 12, wovon

ein Teil einem ersten Abteil 14 entspricht, durch ein zweites Verschlußmittel in zwei Teile unterteilt ist. Dieses Verschlußmittel ist ein horizontales Glied 24, das eine Platte 11a und eine Trennwand 12 in der unteren Hälfte des Austauschers I dicht verbindet. In Längsrichtung und senkrecht zum Austauscher 1 ist ein Eintritt 16 zwischen einem Verschlußglied 24 und dem Überführungsdurchgang 60 einer Trennwand 12 angeordnet. Ein Glied 24 begrenzt also in dem Raum zwischen einer ersten Platte 11a und einer Trennwand 12; außer einem an der Seite des Gliedes 24 angeordneten ersten Abteil 14 einen dritten Durchgang 25 auf der anderen Seite des Gliedes 24, der sich über den Hauptteil der Austauscherlänge zwischen einer ersten Platte 11a und einer zweiten Platte 12 erstreckt und dem zweiten Wärmeaustauscherfluid vorbehalten ist. Nach Fig.4 begrenzen die Verschlußglieder 13 außerdem im unteren und oberen Teil des dritten Durchgangs 25 einen Raum, der als Eintritt 26 dient, bzw. einen anderen Raum, der ais Austritt 27 dient. Ein Eintritt 26 gestattet die Einführung des zweiten Wärmeaustauscherfluids aus dem Verteiler 9 in einen Durchgang 25. Ein Austritt 27 gestattet die Abführung des zweiten Strömungsmittels aus einem dritten Durchgang 25 zum Sammler 10. Ein Verteilungsmitiel für das zweite Strömungsmittel vom Eintritt 26 zum Inneren eines ersten Durchganges 25 ist im oberen Teil dieses Durchganges angeordnet, um das zweite Strömungsmittel über die ganze Breite dieses Durchgangs zu verteilen. Dieses Mittel umfaßt zwei Metallbleche 28 und 29. Ein Blech 28 hat einen Umriß von der Form eines rechtwinkligen Dreieckes, dessen eine Seite dem Eintritt 26 entspricht: es besitzt horizontale Wellungen. Das andere Blech 29 hat einen Umriß von der Form eines rechtwinkligen Dreieckes angrenzend mit seiner Hypothenuse an das andere; es besitzt senkrechte Wellungen. Die Bleche 20 und 21 sind gelocht und bilden einen Aufbau von rechteckigem Umriß. Ein Sammler für das zweite Strömungsmittel aus dem Inneren eines Durchganges 25 zu einem Auslaß 27 ist im unteren Teil dieses Durchgangs als Sammler für das zweite Strömungsmittel über dessen ganze Breite angeordnet. Dieses Mittel weist zwei Metallbleche 30 und 31 auf. Ein Blech 30 hat einen Umriß von der Form eines rechtwinkligen Dreieckes, dessen eine Seite dem Austritt 27 entspricht; es besitzt horizontale Wellungen. Ein Blech 31 hat einen Umriß von der Form eines dem vorstehenden längs seiner Hypothenuse anliegenden rechtwinkligen Dreieckes; es besitzt vertikale Wellungen. Die Bleche 30 und 31 sind gelocht und bilden einen Einbau von rechteckigem Umriß. Ein Wellblech 32, dessen Wellungen senkrecht verlaufen, ist in jedem dritten Durchgang 25 zwischen dem Verteilungsmittel und dem Sammler angeordnet und diesen Durchgängen zugeordnet Jedes Blech 32 erstreckt sich über den Hauptteil der Länge eines Durchganges 25. Die Wellbleche 28,29,30, 31 und 32 stützen sich mit der einen Seite auf einer Platte oder Trennwand 12 und mit der anderen auf einer ersten Platte 11a ab.

Um die Struktur eines zweiten Durchganges 15 zu erläutern, wird nun auf F i g. 5 Bezug genommen. Die Verschlußglieder 13 lassen am oberen und am unteren Ende eines zweiten Durchganges 15 einen Raum nahe einem Eintritt 17, der als Eintritt 33 für die flüssige, aus dem Verteiler 6 stammende Phase dient, und einen Raum frei, der als Austritt 34 für das Strömungsmitte! dient, das durch die Vereinigung der durch den Sammler 8 abgezogenen, durch Vereinigung der zwei Phasen des zweiphasigen Strömungsmittels oder Fluids gebildeten Strömungsmittels dient. Ein Verteilungsmittcl für die Flüssigkeit an einem Eintritt 33 zum Inneren eines zweiten Durchgangs 15 ist im unteren Teil dieses Durchganges angeordnet, um die Flüssigkeit über die ganze Breite dieses Druchganges zu verteilen. Dieses Mittel besteht aus zwei Wellblechen 35 und 36. Das Blech 35 hat einen Umriß von der Form eines rechteckigen Dreiekkes, dessen eine Seite dem Eintritt 33 entspricht; seine Wellungen verlaufen vertikal. Das Blech 36 hat einen Umriß von der Form eines rechtwinkligen Trapezes angrenzend an das vorgenannte Dreieck, seine Wellungcn verlaufen schräg. Die Bleche 33 und 36 sind gelocht und bilden einen Einbau von rechteckigem Umriß. Eine Sammeleinrichtung für Strömungsmittel entsprechend der Vereinigung der zwei Phasen aus dem Inneren eines zweiten Durchganges 15 zu einem Auslaß 35 ist im oberen Teil dieses Durchganges angeordnet, um dieses Strömungsmittel auf der ganzen Breite dieses Durchganges zu sammeln. Dieses ivliüei besieht aus zwei Wellblechen 37 und 38. Ein Blech 37 hat einen Umriß von der Form eines rechteckigen Dreieckes, dessen eine Seite dem Auslaß 34 entspricht; seine Wellungen sind vertikal. Ein Blech 38 hat einen Umriß von der Form eines rechtwinkligen Trapezes angrenzend an das vorgenannte Dreieck; seine Wellungcn verlaufen schräg. Die Bleche 37 und 38 sind gelocht und stellen einen Einbau von rechteckigem Umriß dar. Der Hauptteil eines Durchganges 15 ist von einem Wellblech 39 besetzt, das zwischen dem Sammler und dem Verteiler für die Flüssigkeit angeordnet ist und dessen Wellungen senkrecht verlaufen. Die Bleche 35,36,37,38 und 39 stützen sich mit einer Seite auf einer zweiten Platte oder Trennwand 12 und mit der anderen Seite auf einer dritten Platte 116 ab. Wie für die Ausbrechung des Bleches 39 in F i g. 5 dargelegt, kommunizieren die Durchbrechungen 23 des Überführungsdurchganges 60 und einer Trennwand 12 mit den Durchgängen, die durch die Wellungen des Bleches 39 umgrenzt sind.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Austauschers 1 wird besonders auf Fig.3 Bezug genommen. Im Betrieb tauscht man Wärme zwischen den vereinigten zwei Phasen, die in den zweiten Durchgängen 15 in vertikaler Längsrichtung des Austauschers strömen, und dem zweiten Strömungsmittel aus, das in den angrenzenden dritten Durchgängen des Austauschers strömt Zu diesem Zweck führt man einen ersten Teil und eir.en zweiten Teil der Flüssigkeit durch den Einlaß 33 auf der unteren Höhe eines zweiten Durchganges 15 bzw. durch den Einlaß 17 auf einer unteren Höhe eines

so ersten Abteils 14 ein. Man verteilt praktisch gleichförmig von unten nach oben die empfangene und in alle Abteile 14 und Durchgänge 15 des Austauschers eingeführte Flüssigkeit über die ganze Breite dieser Durchgänge mittels der Verteiler 20 und 21 bzw. 35 und 36.

Durch den Eintritt 16 führt man die Gasphase auf einer höheren Ebene eines ersten Abteils 14 oberhalb des Überführungsdurchganges 60 ein. Mittels des Verteilers 18, 19 verteilt man praktisch gleichförmig von oben nach unten die eingeführte Gasphase über die ganze Breite dieses Abteils, die in jedes erste Abteil 14 aufgenommen wird. Man erhält so in jedem ersten Abteil 14, welches die Rolle einer Trennkammer für das erste flüssige und das zweite gasförmige Strömungsmittel spielt, eine Gas-Flüssigkeitsgrenzfläche. Im Hinblick auf die vertikale Re!ativ!age des Abscheiders oder Separators 2 und des Austauschers 1 liegt die Grenzfläche nahe derjenigen, die sich in dem Abscheider 2 zwischen dem ersten und dem zweiten Strömungsmittel einstellt je-

doch etwas tiefer als letztere; denn die Druckverluste der Flüssigkeit und des Gases in ihren betreffenden Verteilern der ersten Abteile 14 sind nicht äquivalent:

Die ersten sind höher als die zweiten. Die Gas-Flüssigkeitsgrenzfläche des Abscheiders 2 stellt sich also zwischen dem Einführungsniveau der Flüssigkeit und dem Einführungsniveau des Gases in den ersten Abteilen iiein.

Quer durch den Oberführungsdurchgang 60 einer Trennwand 12 vereinigt man in einem zweiten Durchgang 15 das in einen ersten Abteil 14 eingeführte Gas und den ersten Teil der in einen zweiten Durchgang 15 eingeführten Flüssigkeit über die ganze Breite des Abteils 14 und des zweiten Durchganges 15. Durch Verteilung des Gases in der Flüssigkeit erhält man so in den zweiten Durchgängen 15 ein homogenes Zweiphasenströmungsmittel, das gleichförmig über die ganze Breite dieser Durchgänge verteilt ist. Dieses Zweiphasenströmungsmittei fließt anschließend aufwärts in senkrechter Längsrichtung des Austauschers in den zweiten Durchgängen 15. Es tauscht seine Wärme mit dem zweiten Strömungsmittel aus, das in den dritten Durchgängen 25 fließt. Dann wird es von dem Sammler 37,38 aufgefangen und aus dem Abscheider in seinem oberen Teil durch den Auslaß 34 abgeführt.

Wie oben angegeben, arbeitet die Trennkammer oder das erste Abteil 14 mit dem Überführungsdurchgang 60 zusammen, um die aktive Oberfläche des letzteren entsprechend dem Flüssigkeitsspiegel in diesem Abteil 14 anzupassen. Die Schwankung des Flüssigkeitsspiegels in den ersten Abteilen 14 gestattet nämlich, den Durchlaßquerschnitt schwanken zu lassen, der für die Oberführung des Gases zu den zweiten Durchgängen 15 erforderlich ist und zwar dank der Längsanordnung der Löcher 23. Man kann also diesen Querschnitt der relativen Strömungsmenge der zwei Phasen anpassen. Im besonucTcn gestattet uic uCSCiiriCuCFtC /-\nO~unung uCS nu- scheiders 2 eine automatische Anpassung dieses Querschnittes an die relative Strömungsmenge. Der Flüssigkeitsspiegel der Abteile 14, der in der Überführungszone 60 jeder Trennwand 12 liegt, schwankt nämlich als Funktion der Schwankungen des Flüssigkeitsspiegels in dem Abscheider 2. Infolgedessen ist die Strömungsmenge des Gases im Verhältnis zu der Strömungsmenge der Flüssigkeit umso erheblicher, je größer der Durchlaßquerschnitt ist, den man für das Gas erhält, und die Strömungsmenge des Gases ist umso kleiner im Verhältnis zu der Strömungsmenge der Flüssigkeit, je kleiner dieser Durchlaßquerschnitt ist. Es ergibt sich also in diesem Fall eine Selbstregulierung dieses Durchlaßquerschnittes.

An dem in F i g. 1 bis 6 gezeigten Austauscher 1 können verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden. Insbesondere kann der Überführungsdurchgang einer zweiten Platte oder Trennwand 12 gemäß F i g. 7 bis 9 abgewandelt werden.

Gemäß F i g. 7 umfaßt der Überführungsdurchgang mehrere Schlitze 40, die senkrecht zur Längsrichtung des Austauschers oder horizontal angeordnet und über die Länge einer Trennwand 12 verteilt sind. Gemäß F i g. 8 umfaßt der Überführungsdurchgang mehrere schräge Schlitze 41, die in Längsrichtung in einer Trennwand 12 verteilt sind.

Gemäß Fig.9 umfaßt der Überführungsdurchgang mehrere Öffnungen bzw. Schlitze 42, die längs der Längsrichtung des Austauschers oder vertikal verlaufen.

Nachstehend wird anhand von Fig. 10 und 11 ein zweiter Wärmeaustauscher 50 gemäß der Erfindung mit seiner Wirkungsweise beschrieben, der den Wärmeaustausch zwischen den vereinigten zwei Phasen eines zweiphasigen Fluids, wobei die Phasen in dem Austauscher 50 vertikal absinkend strömen, und einem zweiten Strömungsmittel gestattet, das im Austauscher 50 senkrecht aufwärts fließt. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind die Bauteile dieses Austauschers 50, die mit den schon für den Austauscher 1 beschriebenen identisch sind, mit denselben Bezugszahlen versehen.

Gemäß F i g. 10 wird das Zweiphasenströmungsmittel in einem Abscheider 2 von der Seite des Austauschers 50 getrennt, der auf einer oberen Höhe des letzteren liegt. Die flüssige Phase 4 und die Gasphase 5 werden in den Austauscher 50 mittels eines seitlich angeordneten Verteilers 6 bzw. eines oben in der Mitte des Austauschers 50 angeordneten Verteilers 7 beschickt, der oberhalb des Austauschers 50 liegt. Die vereinigten zwei Phasen werden aus dem Austauscher 5ö durch einen Sammler 8 abgezogen, der unterhalb des Austauschers 50 angeordner ist. Das zweite Strömungsmittel wird vor seinem Wärmeaustausch mit den zwei Phasen in den Austauscher 50 durch den Verteiler 9, der unterhalb des Austauschers 50 liegt, eingeführt und durch einen seitlieh in der oberen Hälfie des Austauschers 50 befindlichen Sammler 10 abgeführt. Nachstehend wird der Umlauf der Strömungsmittel im Inneren des Austauschers 50 untersucht.

Besonders anhand von Fig. 11 ist festzustellen, daß der Aufbau des Austauschers 50 ähnlich demjenigen des vorstehend beschriebenen Austauschers 1 ist. Lediglich die folgenden Unterschiede sind gegenüber dem* Austauscher 1 vorhanden:

1. Das zweite Abschlußmittel aus den Gliedern 24 ist im oberen Teil eines Raumes angeordnet, der zwischen einer ersten Platte ils und einer zweiten Platte oder Trennwand 12 liegt. Die Verschlußglieder 24 begrenzen also im oberen Teil bzw. im unteren Teil eines solchen Raumes ein erstes Abteil 14. das sich über mindestens einen Teil der Länge des Austauschers 50 erstreckt, und einen dritten Durchgang 25, der sich über den Hauptteil der Länge des Austasuchers 50 erstreckt.

2. Der Überführungsdurchgang 60 einer Trennwand 12 mit den Durchbrechungen 23 ist im oberen Teil einer solchen Trennwand zwischen dem Eintritt 17 für Flüssigkeit und dem Eintritt 16 für Gas in einem ersten Abteil 14 und oberhalb eines Abschlußgliedes 24 angeordnet.

3. Es ist keinerlei Eintritt für Flüssigkeit von einem Verteiler 6 zu einem zweiten Durchgang 15 vorgesehen. Dagegen gestattet ein Eintritt 51 entsprechend dem Raum, wo die Anschlußglieder 13 am oberen Ende einen zweiten Durchgang 15 freilegen, die Einführung des Gases von dem Verteiler 7 zu einem zweiten Durchgang 15.

4. Die Form, wie Verteilungs- und Sammeleinrichtungen für in den Austauscher 50 eintretende und aus ihm austretende Strömungsmittel bezüglich der verschiedenen Abteile bzw. Durchgänge 14,15 und 24 in letzterem ausgearbeitet sind, unterscheidet sich von denselben Mitteln beim Austauscher 1.

5. Da die Verteilungs- und Sammlungseinrichtungen für die verschiedenen im Austauscher 50 fließenden Strömungsmittel bei diesem an anderen Stellen angeordnet sind als diejenigen des Austauschers 1, sind die Einlasse und Auslässe für die Strömungs-

mittel an den verschiedenen Abteilen bzw. Durchlässen 14, 15 und 25 in entsprechender Weise gemäß den obigen Ausführungen zur Fig. 10 abgewandelt.

Gemäß Fig. 11 wird im Betrieb die Flüssigkeit ausschließlich am unteren Ende eines ersten Abteiles 14 durch den Vcteiler 6 und einen Einlaß 17 eingeführt. Ein erster Teil des Gases wird am oberen Ende eines zweiten Durchganges 15 angrenzend an das erste Abteil

14 durch den Verteiler 7 und einen Einlaß 51 eingeführt (Fig. 14). Ein zweiter Teil des Gases wird gleichfalls in den ersten Durchgang durch den Verteiler 7 und einen Eintritt 16 eingeführt. In einem Abteil 14 stellt sich also eine Gas-Flüssigkeitsgrenzfläche im hydrostatischen Gleichgewicht (nahe den Druckverlusten) mit derjenigen des Separators 2 ein. Das zweite Strömungsmittel wird durch den Verteiler 9 und einen Einlaß 26 am unteren Ende eines dritten Durchganges 25 eingeführt, der unterhalb eines ersten Abteils 14 liegt. Diese Strömungsmittel werden praktisch gleichförmig im Inneren ihrer betreffenden Durchgänge von ihren jeweiligen Einlassen an über die ganze Breite dieser Durchgänge verteilt. Der erste Teil des Gases und die Flüssigkeit werden in einem zweiten Durchgang 15 im wesentlichen durch Überführung und Verteilung der Flüssigkeit in den ersten Teil des Gases vom ersten Abteil 14 zum zweiten Durchgang 15 beim Durchgang durch die Durchbrechungen 23 des Überführungsdurchganges 60 in einer Trennwand 12 im zweiten Durchgang 15 vereinigt. Die zwei vereinigten Phasen stellen dann ein über die ganze Breite der Durchgänge 14 und 15 homogenes Zweiphasenströmungsmittel dar, das sich in einem zweiten Durchgang 15 senkrecht absinkend verlagert. Dieses Strömungsmittel tauscht seine Wärme mit dem zweiten Strömungsmittel aus, das in einem Durchgang 25 vertikal aufsteigend strömt. Die zwei vereinigten Phasen werden am unteren Ende des Austauschers 50 in dem Sammler 8 aufgefangen und durch den Auslaß 34 abgeführt, nachdem sie ihre Wärme mit dem zweiten Strömungsmittel ausgetauscht haben. Letzteres wird von dem Sammler 10 aufgefangen und durch einen Auslaß 27 aus dem Austauscher 50 abgeführt.

Wie vorstehend für den Austauscher 1 dargelegt wurde, läßt sich der Durchlaßquerschnitt für die Flüssigkeit aus einem ersten Abteil 14 zu einem zweiten Durchgang

15 durch Veränderung des Flüssigkeitsniveaus in einem Abteil 14 variieren und im besonderen sich automatisch der Strömungsmenge bezüglich der zwei Phasen anpassen.

Der in F i g. 2 dargestellte dritte Austauscher unterscheidet sich von dem in F i g. 1 bis 9 dargestellten ersten Austauscher nur durch die Hinzufügung eines anderen zweiten Durchganges, angrenzend an ein erstes Abteil 14, und einen dritten Durchgang 25. Bei einem Austauscher nach Fig. 12 sind infolgedessen ein erstes Abteil 14 und ein dritter Durchgang 25 zwischen zwei zweiten Durchgängen 15a und 156 eingeschlossen; mit Überführungsdurchgängen 60a bzw. 606.

Die Arbeitsweise des dritten in F i g. 12 dargestellten Austauschers ist ähnlich der für den ersten Austauscher beschriebenen. Wie auch gemäß obiger Beschreibung paßt sich der erforderliche Durchlaßquerschnitt für die Überführung des Gases von dem ersten Abteil 14 zum zweiten Durchgang 15a durch den Überführungsdurchgang 60a und zu dem zweiten Durchgang 156 durch den Überführungsdurchgang 60 an den Durchsau bezüglich der zwei Phasen an, indem der Spiegel der Flüssigkeit im ersten Abteil 14 schwanken kann.

Die Austauscher nach der Erfindung können mit Vorteil in verschiedenen Sektoren der Verflüssigung und Zerlegung von Gasen benutzt werden. Zu nennen sind besonders die Verflüssigung und Stickstoffbefreiung von Naturgas, die Extraktion von Wasserstoff aus einem Ofengas usw.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Plattenwärmeaustauscher mit mehreren vertikalen Durchgängen (14, 15, 25) für den Wärmeaustausch zwischen einem ersten zweiphasigen Fluid (3), welches aus einem Gas (5) und einer Flüssigkeit (4) besteht, und einem zweiten Fluid, wobei Abteile (14) für eine Versorgung mit einer der zwei Phasen des zweiphasigen Fluids in Verlängerung der Durchgänge (25) für das zweite Fluid vorgesehen sind und wobei die Wand (12), welche die Abteile (14) von den Durchgängen (15) für das zweiphasige Fluid trennt, einen Oberführungsdurchgang (60) aufweist, der sich über die ganze horizontale Länge des Wärmeaustauschers erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberführungsdurchgang (60) durch einen Bereich von Öffnungen (23; 40, 41, 42) gebildet ist, der eine vertikale Erstreckung derart aufweist, &3 eine Anpassung an schwankende Strörr.ungsmengen erzielt wird.

2. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen aus Lochreihen (23) bestehen.

3. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abteile (14) am Ende unter den Durchgängen (25) für das zweite Fluid angeordnet und mit mindestens Gas versorgt sind.

4. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekernzeichnet, daß jedes Abteil (14) in seinem oberen Bereich mit einer Gasversorgung und an seinem unteren Bereich mit einer Fiüssigkehsversorgung versehen ist.

5. Plattenwärmeaustauscher ;iach einem der Ansprüche ! bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungen mit Gas und mit Flüssigkeit direkt mit einem Separator (2) verbunden sind, der seinerseits mit zweiphasigem Fluid (3) versorgt ist.