EP4075087A1 - Disk heat transfer apparatus and fluid circuit - Google Patents

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EP4075087A1
EP4075087A1 EP22166053.3A EP22166053A EP4075087A1 EP 4075087 A1 EP4075087 A1 EP 4075087A1 EP 22166053 A EP22166053 A EP 22166053A EP 4075087 A1 EP4075087 A1 EP 4075087A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plate
heat exchanger
plate heat
fluid
heat transfer
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP22166053.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Rehberg
Freya Rehberg
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Individual
Original Assignee
Individual
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.)
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Publication date
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Publication of EP4075087A1 publication Critical patent/EP4075087A1/en
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    • 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
    • F28D9/0031—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 conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • 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
    • F28D9/0031—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 conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—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 conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D9/005—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 conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media
    • 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
    • F28D9/0093—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/08—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by varying the cross-section of the flow channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F28F3/042—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element
    • F28F3/044—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element the deformations being pontual, e.g. dimples

Definitions

  • the invention relates to a plate heat exchanger device and a fluid circuit.
  • a heat exchanger (also commonly referred to as a heat exchanger or heat exchanger) is used to transfer thermal energy, i.e. heat, from a first fluid to a second fluid.
  • thermal energy i.e. heat
  • the two fluids are guided next to one another in a heat transfer area, being separated from one another by means of a separating wall.
  • the two fluids can be guided, for example, in cocurrent, in countercurrent, in crosscurrent or in a combination of these flows.
  • Heat exchangers can be used to heat or cool one of the fluids. In particular, they can be used as evaporation and/or condensation devices.
  • a special form of heat exchanger is a plate heat exchanger. This is composed of heat transfer plates stacked on top of one another in such a way that the first fluid and the second fluid flow alternately in each case in successive interspaces of the plate stack. Plate heat exchangers have the advantage of being scalable to a wide range of performance ranges, depending on the area of application. In order to change the performance of the plate heat exchanger, it is sufficient to change the size and/or the number of heat transfer plates in the plate stack accordingly.
  • the first fluid is introduced into the plate heat exchanger through an inlet port.
  • the inlet opening opens into a first hollow area, which is formed from openings formed in the heat transfer plates. From this first hollow area, the first fluid is distributed to first flow channels formed through the intermediate spaces.
  • the first flow channels in turn open into a further hollow area, which is also formed from openings formed in the heat transfer plates.
  • This further hollow area leads to an outlet opening from which the first fluid exits the plate heat exchanger again.
  • the flow of the second fluid runs through a second hollow area via second flow channels formed by means of the spaces between the first flow channels.
  • thermodynamically optimized plate heat exchanger device in which efficient heat transfer takes place with minimal refrigerant mass.
  • the heat transfer plates are profiled and stacked in such a way that first flow channels for a first fluid and second flow channels for at least one second fluid are formed in the plate stack, which alternate in a stacking direction.
  • the heat transfer plates are also profiled and stacked such that the plate stack includes a first plate heat exchanger in which heat exchange between the first fluid and the second fluid can take place. So if a first fluid flows in the first flow channels and a second fluid flows in the second flow channels, heat exchange takes place between the two fluids.
  • a channel height of the first flow channels increases or decreases along a flow path of the first fluid, which can in particular be a refrigerant.
  • the channel height should increase when the first fluid expands along this flow path, ie in particular should change its state of aggregation from liquid to gaseous. This is the case, for example, in an evaporator.
  • the channel height should decrease if the first fluid experiences a temperature-dependent volume decrease along this flow path, ie in particular if its aggregate state is to change from gaseous to liquid. This is the case, for example, in a capacitor.
  • the invention enables better adaptation of the flow cross sections to the material states and thus makes it possible to keep the amount of refrigerant as small as possible and also to optimize the heat exchanger thermodynamically.
  • the profiling is preferably such that the plate stack has a first plate heat exchanger and at least one second plate heat exchanger.
  • the formation of the first and the second plate heat exchanger is accomplished exclusively via the profiling and corresponding arrangement of the heat transfer plates one above the other.
  • the first and second plate heat exchangers are preferably connected in series with respect to the first fluid in such a way that one or more of the first flow channels of the first plate heat exchanger are each continued into an associated one of the first flow channels of the second plate heat exchanger.
  • "associated" means that the two first flow channels of the two plate heat exchangers, which flow into one another, are located between the same two heat transfer plates.
  • the flow path can preferably extend from the first plate heat exchanger into the second plate heat exchanger, so that the channel height of the first flow channels in the first plate heat exchanger is greater or smaller than in the second plate heat exchanger, in particular depending on whether the first fluid is to be evaporated or liquefied.
  • a channel height of a first flow channel which starts in the first plate heat exchanger and ends in the second plate heat exchanger, increases or decreases.
  • the first plate heat exchanger can be a condenser or an evaporator, while the second plate heat exchanger is preferably an economizer.
  • the economizer is used here to ensure or at least promote complete evaporation or condensation of the first fluid. For this purpose, the fluid is correspondingly superheated or supercooled.
  • the channel height is measured locally in the respective flow channel from a respective channel floor to a respective channel ceiling.
  • the channel floor is in particular a surface of the flow channel which limits the flow of the first fluid downwards. Depressions or elevations or bulges which are locally limited, that is to say which protrude from the channel base and protrude back in again or, conversely, protrude into the channel base and protrude again, are preferably not counted as part of the channel base.
  • This definition is relative as it depends on the orientation of the heat transfer plate with respect to the earth's surface. For this definition, the heat transfer plate must be oriented horizontally.
  • locally limited means that the depressions or elevations along the bottom of the channel have an extent that is small compared to the overall dimensions of a heat transfer plate.
  • the duct cover which can also be seen as the duct bottom if the other of the two heat transfer plates delimiting the flow duct is taken as the reference.
  • the distance from a contact plane to an (immediately) adjacent contact plane is also referred to as the embossing depth, because when embossing or profiling the heat transfer plate from a metal sheet, the heat transfer plate is given a shape that extends perpendicularly to the heat transfer plate or perpendicular to the contact plane over this distance .
  • a single heat transfer plate preferably has a constant embossing depth over its entire length and/or over its entire length. In addition, all heat transfer plates of the plate stack have the same embossing depth.
  • connection are preferably adhesive connections, soldered connections and/or welded connections.
  • the depressions or bulges explained above, which are embossed in the heat transfer plates, preferably lead to the contact points and/or contact areas. While a heat transfer plate moves perpendicularly to the flow direction or in stacking direction always extends from a point or area of contact with an upper heat transfer plate to a point or area of contact with a lower heat transfer plate, the measurement of the channel height does not take into account these depressions and bulges, and thus these points of contact and/or areas of contact.
  • the channel height is preferably measured at points which are far away from such indentations and bulges when viewed from a plate surface, ie preferably between two contact points, between two contact areas or between a contact point and a contact area.
  • essentially all contact points and/or contact areas of two adjacent heat transfer plates are arranged on a respective contact plane running between these two adjacent heat transfer plates.
  • a heat transfer plate extends along the stacking direction from one contact plane to an adjacent contact plane.
  • the two adjacent heat transfer plates are essentially mirror-symmetrical to each other with respect to the contact plane.
  • the channel height can vary in steps, ie increase or decrease.
  • an area of the first flow path with a lower channel height follows an area of the first flow path with a greater channel height or vice versa, with a transition area between the two areas in which the channel height changes abruptly or in a steep ramp-like manner.
  • the duct floor and/or the duct cover preferably has a ramp with a gradient of at least 30°, 50° or 70°.
  • the channel bottom of a flow channel is formed by the surface of an adjacent heat transfer plate.
  • the channel bottom or a bottom section of the flow channel preferably lies in a plate plane which is oriented parallel to a contact plane of the heat transfer plate with an adjacent heat transfer plate.
  • the same can apply to the channel cover of the flow channel in relation to the adjacent heat transfer plate.
  • the channel bottom is preferably designed in steps.
  • the channel floor can be divided into areas which are each arranged on plate planes with different distances to the plane of contact. The same applies to the duct cover.
  • the channel height along the first flow path increases or decreases continuously or monotonically in some areas or completely.
  • the channel height can have a constant slope along the entire flow path or have a constant slope in each area.
  • the duct base and/or the duct cover can/can lie in an inclined plate plane, which runs at an angle of inclination to the plane of contact.
  • the heat transfer plates of the plate stack are preferably pressed and/or stamped from sheet metal.
  • the plate stack consists of mutually essentially identical heat transfer plates, which are alternately rotated through 180° in the stacking direction. This means that all heat transfer plates of the Stack of plates are shaped identically, in particular have identical depressions and elevations. This simplifies production and saves costs.
  • the plate stack consists of or is formed from first heat transfer plates and second heat transfer plates which are different from each other and alternate in the stacking direction.
  • first heat transfer plates are essentially identical to one another and/or that the second heat transfer plates are essentially identical to one another.
  • essentially identical means that they only differ in insignificant, production-related features, for example in cut-out or closed media passage openings.
  • the first plate heat exchanger and the second plate heat exchanger are preferably separated from one another by means of partition walls, which are formed from pairs of profile peaks and profile valleys lying one on top of the other in the plate stack of adjacent heat transfer plates and each separate flow channels of a fluid of the first plate heat exchanger from flow channels of another fluid of the second plate heat exchanger in a plate interspace.
  • a dividing wall can be formed in that a respective plate gap or a flow channel is completely closed with the aid of an insert.
  • the profile crests and profile valleys lying on top of one another are preferably soldered, glued or welded to one another or permanently connected to one another in some other way. They each separate the first flow channels of the first plate heat exchanger from the first flow channels of the second plate heat exchanger. So if between two heat transfer plates a second flow channel of the first plate heat exchanger and a second flow channel of the second Plate heat exchanger are formed, then these two second flow channels are separated from each other by means of a partition. However, this does not mean that the other, in particular the first fluid, cannot flow from the first plate heat exchanger into the second plate heat exchanger.
  • first plate heat exchanger and the second plate heat exchanger are connected to one another in series with respect to the first fluid, then the first fluid can flow unhindered from the first to the second plate heat exchanger. Conversely, if partition walls only close the first flow channels between the first and the second plate heat exchanger, then the second fluid in the second flow channels of the adjacent plates can flow from the first plate heat exchanger into the second plate heat exchanger or vice versa
  • Such a partition wall should be designed in such a way that it only blocks the plate gaps of one fluid flow and allows the other fluid flow to pass. In other words, in the stack of plates, only every second intermediate plate gap between two heat transfer plates lying one on top of the other is separated from one another by the partition. In this case, therefore, it is not a continuous partition wall, although a continuous partition wall represents an advantageous embodiment in particular for the case that neither the first nor the second fluid is intended to pass between the first and the second plate heat exchanger.
  • a first partition can be formed from a depression running across the entire width of the plates up to the plane of contact.
  • a second partition may be a ridge or mountain running the full width of the panel up to the plane of contact. If the first and second partitions are mirror images of each other in the same place, then identical panels, every second rotated by 180°, can be stacked alternately, block off one channel with the first partition and adjacent channels with the second partition.
  • the heat transfer plates are profiled in such a way that the plate stack has a third plate heat exchanger.
  • a fourth and optionally further plate heat exchangers can also be formed in the plate stack by means of suitable profile structures of the heat transfer plates.
  • the third and optionally the additional plate heat exchangers are preferably separated from the first and/or the second plate heat exchanger by additional partitions.
  • three or more plate heat exchangers are integrated in a single stack of plates. While the first and the second plate heat exchanger are connected to one another in series with respect to the first fluid, the second and the third plate heat exchanger can be connected to one another in series with respect to the second or a third fluid, for example. However, all the plate heat exchangers in the plate stack can also be connected to one another in series with respect to the first fluid/or with respect to the second fluid.
  • a fluid circuit can be realized by means of a plate heat exchanger device, in which several plate heat exchangers are integrated in a single plate stack, without having to use additional independent plate heat exchangers. This reduces the required number of external connections and lines.
  • the plate heat exchangers in the plate stack can serve as a heating device, in particular as an evaporator, as a condenser device and/or as an economizer.
  • Each of these components can be of two-stage or multi-stage design.
  • the waste heat can in particular be supplied by a heat engine.
  • the fluid circuit is preferably part of a refrigeration system or refrigeration machine or a heat pump.
  • the first fluid can then be a refrigerant, for example.
  • the fluid circuit includes a pump or compressor, an evaporator device, an expansion device, and a condenser device.
  • the fluid circuit is preferably a Clausius-Rankine circuit. In particular, it can be an organic Rankine cycle (ORC—Organic Rankine Cycle).
  • ORC Organic Rankine Cycle
  • the evaporator device and/or the condenser device are realized by means of one or two of the plate heat exchangers of the plate heat exchanger device.
  • the device is expediently part of a power station, in particular a steam power station, for example a coal-fired power station, a nuclear power station and/or a gas-fired power station, or part of a system for using waste heat, a combustion system or a combined heat and power system.
  • the two plate heat exchangers can be connected in series or in parallel with the second fluid.
  • the latter means that while the first fluid flows first through the first plate heat exchanger and then through the second plate heat exchanger, the flow of the second fluid is divided into two partial flows, one of which flows through the first plate heat exchanger and the other through the second plate heat exchanger.
  • the fluid circuit additionally has an economizer, which is implemented by one of the plate heat exchangers.
  • the economizer is preferably located between the evaporator and the condenser.
  • the economiser preferably connected in series with respect to the first fluid with the evaporator and/or connected in series with respect to the second fluid with the condenser.
  • All heat exchangers of the fluid circuit are expediently realized by means of the plate heat exchangers of the plate heat exchanger device or the plate stack.
  • these are the evaporator, the condenser and the economiser.
  • the other components required for the fluid circuit such as the compressor and expansion valve, are then connected to the connections or the inlets and outlets of the respective plate heat exchangers of the plate stack via inlet and outlet lines.
  • fluid can include both liquid and gaseous media or mixtures thereof.
  • first, the second and/or the third fluid can be made of an organic material, for example propane.
  • the fluid circuit is expediently an organic fluid circuit in which at least one organic fluid flows through one of the plate heat exchangers of the plate heat exchanger device.
  • the evaporator is/are coated with an evaporation-promoting coating and/or the condenser is/are coated with a condensation-promoting coating.
  • the evaporator can be lined with a hydrophilic coating.
  • the condenser can be lined with a hydrophobic coating, for example made of oil, wax or polytetrafluoroethylene. Both a hydrophilic coating on the evaporator and a hydrophobic coating on the condenser lead to an increase in performance.
  • thermally conductive particles for example made of aluminum, copper, carbon fibers or silicon carbide, can also be added to the evaporation-promoting coating and/or the condensation-promoting coating.
  • the 1 1 shows, in a cross section, a plate stack made up of four heat transfer plates 21, 22,.... In particular, it can be a section from a larger stack of a large number of heat transfer plates.
  • a flow channel 31, 32 is formed between each two heat transfer plates 21, 22, . . . These respective two heat transfer plates 21, 22, ... are connected to one another at contact points 51, 52, for example by means of soldered joints, welded joints, glued joints, or the like.
  • This means that, for example, a first heat transfer plate 21 is connected to a second heat transfer plate 22 at first contact points 51 , the first contact points 51 being arranged on a first contact plane 61 .
  • a first flow channel 31 is formed between the first heat transfer plate 21 and the second heat transfer plate 22 due to the profiling of the two heat transfer plates 21, 22, which is shown in FIG 1 extends the entire length of the plate stack from left to right.
  • the second heat transfer plate 22 is connected to a third heat transfer plate 23 at second contact points 52, the second Touch points 52 are arranged on a second touch plane 62 .
  • a second flow channel 32 is formed between the second heat transfer plate 22 and the third heat transfer plate 23 due to the profiling of the two heat transfer plates 22, 23, which is shown in FIG 1 as the first flow channel 31 extends over the entire plate stack length from left to right.
  • the first heat transfer plate 21 is profiled or embossed in such a way that its surface is divided into three stepped areas B1, B2, B3, which each extend in one of three different plate planes and thus form three plateaus of different heights.
  • the three plate planes are in the 1 not shown for the sake of clarity.
  • the first heat transfer plate 21 forms a channel cover for the first flow channel 31, through the center of which the first contact plane 61 runs. In a first region B1, the first heat transfer plate 21 is at a short distance from the first contact plane 61. Since the second heat transfer plate 22 is mirror-symmetrical to the first heat transfer plate 21 along the first contact plane 61, the second heat transfer plate 22 also has a surface divided into three regions B1, B2, B3 in a stepped manner. In each area B1, B2, B3, the second heat transfer plate 22 has the same distance to the first contact plane 61, like the first heat transfer plate 22, but offset downwards. The second heat transfer plate 22 forms a channel base for the first flow channel 31.
  • the first heat transfer plate 21 and the second heat transfer plate 22 run parallel to the first contact plane 61 at a greater distance.
  • the two heat transfer plates 21, 22 have the greatest distance from the first contact plane 61 in a third area B3. Because the duct height is measured from the duct floor to the duct ceiling, the duct height is lowest in the first area B1 and increases towards the second area B2 until it reaches a maximum value in the third area. If the flow path of a fluid through the first flow channel is from left to right, then the channel height of the first flow channel increases along this flow path. Because the channel width, which can be measured perpendicularly to the image plane, remains essentially constant, the channel cross-section also increases with the channel height. If the fluid is a gas or a liquid-gas mixture, for example a liquid that has not or not yet completely evaporated, then this fluid can spread out perpendicularly to the flow as it flows along the flow path.
  • the fluid is a gas or a liquid-gas mixture, for example a liquid that has not or not
  • the channel height of the second flow channel 32 decreases, starting from the first area B1, via the second area B2 to the third area B3.
  • the second heat transfer plate 22 or the plateau of the second heat transfer plate 22 is at a greater distance from the second contact plane 62 in the first area B1 than in the second area B2, and in turn a greater distance in the second area B2 than in the third area B3.
  • Embossed elevations 42 and depressions 41 leading to the respective contact points 51, 52 proceed from the surfaces of each heat transfer plate 21, 22, . From the first heat transfer plate 21 Depressions 41 lead downwards to the first contact plane 61 and, at first contact points 51, meet elevations 42 which, starting from the second heat transfer plate 22, also extend upwards to the first contact plane 61. Correspondingly, indentations 41 lead from the second heat transfer plate 22 down to the second contact plane 62, where they meet elevations 42 of the third heat transfer plate 23 at second contact points 52.
  • the depressions 41 in the first heat transfer plate 21 in the second area B2 have to bridge a greater distance and are therefore deeper than in the first area B1.
  • the recesses 41 in the second heat transfer plate 22 are deeper in the first area B1 than in the second area B2.
  • the contact points 51, 52 are actually punctiform or have the same dimensions perpendicular to the image plane as in the image plane. This means in particular that the elevations and depressions 41 leading to the contact points 51, 52 are conical or frustoconical.
  • the increase in channel height along the flow path occurs at the in 1 illustrated embodiment stepped with the three stages of the first area B1, the second area B2 and the third area B3.
  • the channel height of the first flow channel 31 shows a linear increase in the second area B2.
  • the channel height of the second flow channel 32 linearly decreases in the second region B2.
  • the first heat transfer plate 21 runs along a plate plane which is oriented at an angle to the contact planes 61,62.
  • the plate stack from the 3 corresponds to the plate stack from the 2 , with the difference that the increase in channel height in the second region B2 does not occur with a linear increase.
  • the 4 shows a further sectional view of the plate stack from FIG 1 . While the drawing in the 1 FIG. 1 shows a cross-sectional view in which the sectional plane passes through a series of contact points 51, 52, the sectional plane intersects in FIG 4 not the contact points 51, 52, but runs, for example, between several pairs of contact points 51, 52, although depressions 41 and elevations 42 are also visible here.
  • the figure 5 shows schematically a profiled heat transfer plate 21 in top view.
  • the heat transfer plate 21 is divided into three sections, which form three plate heat exchangers in the finished plate stack, namely a first plate heat exchanger 11, a second plate heat exchanger 12 and a third plate heat exchanger 13. Between the three sections are partitions 7 in the form of depressions extending across a plate width 41 or elevations 42 arranged.
  • the partitions 7 define a flow channel and prevents a fluid from a plate heat exchanger 11; 12 into an adjacent plate heat exchanger 12; 13 flows. Where the flow channel is not limited by partitions 7, a fluid from one of plate heat exchanger 11; 12 into an adjacent one of the plate heat exchangers 12; 13 streams.
  • the heat transfer plate 21 has depressions 41 and projections 42 distributed over the entire surface and in all three areas.
  • the depressions 41 and elevations 42 each protrude conically from the surface of the heat transfer plate 21 and can have a flattened tip.
  • FIG. 12 schematically illustrates a fluid circuit in which a plate heat transfer device is installed, which is shown in plan view.
  • the plate heat transfer device comprises a plate stack, which has a plurality of first heat transfer plates 21 in accordance with figure 5 and a plurality of second heat transfer plates 22 .
  • the heat transfer plates 21, 22 are profiled and connected to one another in such a way that the plate stack combines three plate heat exchangers 11, 12, 13 arranged next to one another.
  • the first plate heat exchanger 11 is operated here as an evaporator 11, the second plate heat exchanger 12 as an economizer 12 and the third plate heat exchanger 13 as a condenser 13 or condenser.
  • the plate pack has eight ports P1 to P8. The numbering of the connections is for clear reference only.
  • a refrigerant in particular an organic refrigerant such as propane, flows in liquid form into the first port P1, the evaporator inlet.
  • the evaporator 11 and the economizer 12 are connected to each other in series with respect to the refrigerant. This means here that the refrigerant after flowing through the evaporator 11 directly into the associated Flow channels of the economizer 12 flows up to the second port P2. This will be in the 6 illustrated with a dashed arrow.
  • the refrigerant becomes vaporous, with the economizer 12 causing residual liquid refrigerant to also evaporate before it reaches the second port P2. From there, the vaporous refrigerant is routed to a compressor 8 or compressor.
  • the refrigerant compressed there is fed into the input of the condenser 13, the third connection P3.
  • the refrigerant is liquefied again as it flows through the condenser 13, with the economizer 12 promoting or even ensuring complete liquefaction.
  • the condenser 13 and the economizer 12 are connected to one another in series with respect to the refrigerant, so that the refrigerant flows from the third port P3 to the fourth port P4 and there again leaves the plate stack. This will be in the 6 illustrated with another dashed arrow. From the fourth port P4, the refrigerant that is now liquid again is routed to an expansion valve 9 or expansion valve, and from there back to the first port P1, where the cycle begins again.
  • Input and output of a heat source circuit form a fifth connection P5 and a sixth connection P6.
  • the fluid serving as a heat source is thus conducted into the evaporator 11 and flows through it to the sixth port P6.
  • the heat source transfers energy to the refrigerant, which absorbs this energy and evaporates in the process.
  • a partition wall 7 separates the evaporator 11 from the economizer 12 with respect to the heat source circuit, so that the fluid serving as a heat source cannot flow into the economizer 12 .
  • Input and output of a heat sink circuit form a seventh connection P7 and an eighth connection P8.
  • the fluid serving as a heat sink is thus conducted into the condenser 13 and flows through it to the eighth port P8.
  • the heat sink absorbs energy from the refrigerant, which releases this energy and is liquefied in the process.
  • a further partition separates the condenser 13 from the economizer 12 with respect to the heat sink circuit, so that the fluid serving as a heat sink cannot flow into the economizer 12 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Plattenwärmeübertragervorrichtung und einen Fluidkreis. Die Plattenwärmeübertragervorrichtung, weist einen Plattenstapel aus am Rand abdichtend miteinander verbundenen Wärmeübertragungsplatten (21, 22, ...) auf, welche derart profiliert und gestapelt sind, dass in dem Plattenstapel (1) sich in einer Stapelrichtung abwechselnde erste Strömungskanäle (31) für ein erstes Fluid und zweite Strömungskanäle (32) für mindestens ein zweites Fluid ausgebildet sind und dass der Plattenstapel einen ersten Plattenwärmeübertrager (11), in dem ein Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid stattfinden kann. Eine jeweils lokal von einem jeweiligen Kanalboden bis zu einer jeweiligen Kanaldecke messbare Kanalhöhe der ersten Strömungskanäle (31) entlang eines Strömungsweges des ersten Fluids nimmt zu oder ab.The invention relates to a plate heat exchanger device and a fluid circuit. The plate heat exchanger device has a plate stack of heat transfer plates (21, 22, ...) connected to one another in a sealing manner at the edge, which are profiled and stacked in such a way that in the plate stack (1) alternating first flow channels (31) for a first fluid and second flow channels (32) are formed for at least one second fluid and that the plate stack has a first plate heat exchanger (11) in which heat can be exchanged between the first fluid and the second fluid. A channel height of the first flow channels (31), which can be measured locally from a respective channel bottom to a respective channel ceiling, increases or decreases along a flow path of the first fluid.

Description

Die Erfindung betrifft eine Plattenwärmeübertragervorrichtung und einen Fluidkreis.The invention relates to a plate heat exchanger device and a fluid circuit.

Ein Wärmeübertrager (allgemein auch als Wärmetauscher oder Wärmeaustauscher bezeichnet) dient dazu, thermische Energie, also Wärme, von einem ersten Fluid zu einem zweiten Fluid zu übertragen. Hierzu werden die beiden Fluide in einem Wärmeübertragungsbereich nebeneinander geführt, wobei sie mittels einer Separationswand voneinander getrennt sind. Die Führung der beiden Fluide kann beispielsweise im Gleichstrom, im Gegenstrom, im Kreuzstrom oder in einer Kombination aus diesen Strömen erfolgen. Wärmeübertrager können eingesetzt werden, um eines der Fluide zu erwärmen oder abzukühlen. Insbesondere können sie als Verdampfungs- und/oder Kondensationsvorrichtungen eingesetzt werden.A heat exchanger (also commonly referred to as a heat exchanger or heat exchanger) is used to transfer thermal energy, i.e. heat, from a first fluid to a second fluid. For this purpose, the two fluids are guided next to one another in a heat transfer area, being separated from one another by means of a separating wall. The two fluids can be guided, for example, in cocurrent, in countercurrent, in crosscurrent or in a combination of these flows. Heat exchangers can be used to heat or cool one of the fluids. In particular, they can be used as evaporation and/or condensation devices.

Eine Sonderform des Wärmeübertragers bildet ein Plattenwärmeübertrager. Dieser ist aus aufeinander gestapelten Wärmeübertragungsplatten so zusammengesetzt, dass jeweils in aufeinanderfolgenden Zwischenräumen des Plattenstapels abwechselnd einmal das erste Fluid und einmal das zweite Fluid strömt. Plattenwärmeübertrager haben den Vorteil, je nach Anwendungsgebiet auf unterschiedlichste Leistungsbereiche skalierbar zu sein. Um die Leistung des Plattenwärmeübertragers zu ändern, reicht es, die Größe und/oder die Anzahl der Wärmeübertragungsplatten im Plattenstapel entsprechend zu verändern.A special form of heat exchanger is a plate heat exchanger. This is composed of heat transfer plates stacked on top of one another in such a way that the first fluid and the second fluid flow alternately in each case in successive interspaces of the plate stack. Plate heat exchangers have the advantage of being scalable to a wide range of performance ranges, depending on the area of application. In order to change the performance of the plate heat exchanger, it is sufficient to change the size and/or the number of heat transfer plates in the plate stack accordingly.

Das erste Fluid wird durch eine Eingangsöffnung in den Plattenwärmeübertrager eingeführt. Die Eingangsöffnung mündet in einen ersten Hohlbereich, welcher aus in den Wärmeübertragungsplatten gebildeten Durchbrüchen gebildet ist. Von diesem ersten Hohlbereich aus verteilt sich das erste Fluid auf durch die Zwischenräume ausgebildete erste Strömungskanäle.The first fluid is introduced into the plate heat exchanger through an inlet port. The inlet opening opens into a first hollow area, which is formed from openings formed in the heat transfer plates. From this first hollow area, the first fluid is distributed to first flow channels formed through the intermediate spaces.

Die ersten Strömungskanäle münden wiederum in einen weiteren Hohlbereich, der ebenfalls aus in den Wärmeübertragungsplatten gebildeten Durchbrüchen gebildet ist. Dieser weitere Hohlbereich führt zu einer Ausgangsöffnung, aus der das erste Fluid wieder aus dem Plattenwärmeübertrager austritt. Entsprechend verläuft die Strömung des zweiten Fluids durch einen zweiten Hohlbereich über mittels der Zwischenräume zwischen den ersten Strömungskanälen gebildete zweite Strömungskanäle.The first flow channels in turn open into a further hollow area, which is also formed from openings formed in the heat transfer plates. This further hollow area leads to an outlet opening from which the first fluid exits the plate heat exchanger again. Correspondingly, the flow of the second fluid runs through a second hollow area via second flow channels formed by means of the spaces between the first flow channels.

Um eine gleichförmigere und effizientere Wärmeübertragung zu erzielen, wird in der DE 102016101677 A1 vorgeschlagen, die Wärmeübertragungsplatten derart zu profilieren, dass in dem Plattenstapel zwei Plattenwärmeübertrager ausgebildet sind, welche miteinander in Reihe verbunden sind. Dies bedeutet, dass zumindest das erste Fluid nach dem Durchströmen der ersten Strömungskanäle des ersten Plattenwärmeübertragers in erste Strömungskanäle des zweiten Plattenwärmeübertragers einströmt, ohne den Plattenstapel zu verlassen. Die Zusammenschaltung zweier Plattenwärmeübertrager in Reihe führt dazu, dass der Anteil des ersten Fluides, welches im oben beschriebenen Beispiel beim Durchströmen des ersten Plattenwärmeübertragers nicht verdampft ist, im zweiten Plattenwärmeübertrager die Möglichkeit hat, dies nachzuholen, um eine vollständige Verdampfung des ersten Fluides zu erreichen. Es besteht der Wunsch die Kältemittelmenge im Wärmepumpensystem oder in der Kälteanlage soweit wie möglich zu reduzieren. Somit besteht der Bedarf die Kanalvolumina der Wärmeübertrager soweit wie möglich zu reduzieren.In order to achieve a more uniform and efficient heat transfer, in the DE 102016101677 A1 proposed to profile the heat transfer plates such that two plate heat exchangers are formed in the plate stack, which are connected to each other in series. This means that at least the first fluid, after flowing through the first flow channels of the first plate heat exchanger, flows into the first flow channels of the second plate heat exchanger without leaving the plate stack. The interconnection of two plate heat exchangers in series means that the proportion of the first fluid that has not evaporated when flowing through the first plate heat exchanger in the example described above has the opportunity to catch up in the second plate heat exchanger in order to achieve complete evaporation of the first fluid. There is a desire to reduce the amount of refrigerant in the heat pump system or in the refrigeration system as much as possible. There is therefore a need to reduce the channel volumes of the heat exchanger as much as possible.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine thermodynamisch optimierte Plattenwärmeübertragervorrichtung bereitzustellen, bei der eine effiziente Wärmeübertragung stattfindet mit minimaler Kältemittelmasse.It is therefore the object of the invention to provide a thermodynamically optimized plate heat exchanger device in which efficient heat transfer takes place with minimal refrigerant mass.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Plattenwärmeübertragervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch einen Fluidkreis mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.The object is achieved according to the invention by a plate heat exchanger device having the features of claim 1 and by a fluid circuit having the features of claim 12 . Advantageous developments of the invention are listed in the dependent claims.

Die Wärmeübertragungsplatten sind derart profiliert und gestapelt, dass in dem Plattenstapel erste Strömungskanäle für ein erstes Fluid, zweite Strömungskanäle für mindestens ein zweites Fluid ausgebildet sind, welche sich in einer Stapelrichtung abwechseln. Die Wärmeübertragungsplatten sind zudem derart profiliert und gestapelt, dass der Plattenstapel einen ersten Plattenwärmeübertrageraufweist, in dem ein Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid stattfinden kann. Wenn also in den ersten Strömungskanälen ein erstes Fluid strömt und in den zweiten Strömungskanälen ein zweites Fluid strömt, dann findet ein Wärmeaustausch zwischen den beiden Fluiden statt.The heat transfer plates are profiled and stacked in such a way that first flow channels for a first fluid and second flow channels for at least one second fluid are formed in the plate stack, which alternate in a stacking direction. The heat transfer plates are also profiled and stacked such that the plate stack includes a first plate heat exchanger in which heat exchange between the first fluid and the second fluid can take place. So if a first fluid flows in the first flow channels and a second fluid flows in the second flow channels, heat exchange takes place between the two fluids.

Erfindungsgemäß nimmt eine Kanalhöhe der ersten Strömungskanäle entlang eines Strömungsweges des ersten Fluids zu oder ab, bei dem es sich insbesondere um ein Kältemittel handeln kann. Die Kanalhöhe sollte zunehmen, wenn das erste Fluid entlang dieses Strömungsweges expandiert, also insbesondere seinen Aggregatzustand von flüssig zu gasförmig ändern soll. Dies ist beispielsweise in einem Verdampfer der Fall. Die Kanalhöhe sollte abnehmen, wenn das erste Fluid entlang dieses Strömungsweges eine temperaturabhängige Volumenabnahme erfährt, also insbesondere seinen Aggregatzustand von gasförmig zu flüssig ändern soll. Dies ist beispielsweise in einem Kondensator der Fall. Die Erfindung ermöglicht hierdurch eine bessere Anpassung der Strömungsquerschnitte an die Stoffzustände und ermöglicht so, die Kältemittelmenge so gering wie möglich zu halten und den Wärmeübertrager auch thermodynamisch zu optimieren.According to the invention, a channel height of the first flow channels increases or decreases along a flow path of the first fluid, which can in particular be a refrigerant. The channel height should increase when the first fluid expands along this flow path, ie in particular should change its state of aggregation from liquid to gaseous. This is the case, for example, in an evaporator. The channel height should decrease if the first fluid experiences a temperature-dependent volume decrease along this flow path, ie in particular if its aggregate state is to change from gaseous to liquid. This is the case, for example, in a capacitor. As a result, the invention enables better adaptation of the flow cross sections to the material states and thus makes it possible to keep the amount of refrigerant as small as possible and also to optimize the heat exchanger thermodynamically.

Vorzugsweise ist die Profilierung derart, dass der Plattenstapel einen ersten Plattenwärmeübertrager und mindestens einen zweiten Plattenwärmeübertrager aufweist. Die Ausbildung des ersten und des zweiten Plattenwärmeübertragers ist insbesondere ausschließlich über die Profilierung und entsprechende Anordnung der Wärmeübertragungsplatten übereinander bewerkstelligt.The profiling is preferably such that the plate stack has a first plate heat exchanger and at least one second plate heat exchanger. The formation of the first and the second plate heat exchanger is accomplished exclusively via the profiling and corresponding arrangement of the heat transfer plates one above the other.

Vorzugsweise sind der erste und der zweite Plattenwärmeübertrager bezüglich des ersten Fluides derart in Reihe verbunden, dass ein oder mehrere der ersten Strömungskanäle des ersten Plattenwärmeübertragers jeweils in einen zugehörigen der ersten Strömungskanäle des zweiten Plattenwärmeübertragers weitergeführt werden. "Zugehörig" bedeutet in diesem Fall, dass die beiden ineinander mündenden ersten Strömungskanäle der beiden Plattenwärmeübertrager sich zwischen denselben beiden Wärmeübertragungsplatten befinden.The first and second plate heat exchangers are preferably connected in series with respect to the first fluid in such a way that one or more of the first flow channels of the first plate heat exchanger are each continued into an associated one of the first flow channels of the second plate heat exchanger. In this case, "associated" means that the two first flow channels of the two plate heat exchangers, which flow into one another, are located between the same two heat transfer plates.

Der Strömungsweg kann sich vorzugsweise von dem ersten Plattenwärmeübertrager in den zweiten Plattenwärmeübertrager erstrecken, so dass die Kanalhöhe der ersten Strömungskanäle in dem ersten Plattenwärmeübertrager größer oder kleiner ist, als in dem zweiten Plattenwärmeübertrager, insbesondere je nachdem ob das erste Fluid verdampft oder verflüssigt werden soll. Anders ausgedrückt nimmt eine Kanalhöhe eines ersten Strömungskanals zu oder ab, welcher im ersten Plattenwärmeübertrager beginnt und im zweiten Plattenwärmeübertrager endet. Beim ersten Plattenwärmeübertrager kann es sich um einen Kondensator oder einen Verdampfer handeln, während es sich bei dem zweiten Plattenwärmeübertrager vorzugsweise um einen Economiser handelt. Der Economiser dient hier dazu, eine vollständige Verdampfung oder Kondensation des ersten Fluids sicherzustellen oder zumindest zu begünstigen. Hierzu wird das Fluid entsprechend überhitzt oder unterkühlt.The flow path can preferably extend from the first plate heat exchanger into the second plate heat exchanger, so that the channel height of the first flow channels in the first plate heat exchanger is greater or smaller than in the second plate heat exchanger, in particular depending on whether the first fluid is to be evaporated or liquefied. In other words, a channel height of a first flow channel, which starts in the first plate heat exchanger and ends in the second plate heat exchanger, increases or decreases. The first plate heat exchanger can be a condenser or an evaporator, while the second plate heat exchanger is preferably an economizer. The economizer is used here to ensure or at least promote complete evaporation or condensation of the first fluid. For this purpose, the fluid is correspondingly superheated or supercooled.

Die Kanalhöhe wird in dem jeweiligen Strömungskanal jeweils lokal von einem jeweiligen Kanalboden bis zu einer jeweiligen Kanaldecke gemessen. Bei dem Kanalboden handelt es sich insbesondere um eine Fläche des Strömungskanals, welche die Strömung des ersten Fluids nach unten hin begrenzt. Nicht zu dem Kanalboden gerechnet werden vorzugsweise Vertiefungen oder Erhebungen bzw. Ausbuchtungen, welche lokal begrenzt sind, die also aus dem Kanalboden herausragen und wieder hineinragen oder umgekehrt in den Kanalboden hineinragen und wieder herausragen. Hierbei ragt eine Vertiefung von der lokalen Ebene der Wärmeübertragungsplatte nach unten heraus, während eine Erhebung von der lokalen Ebene der Wärmeübertragungsplatte nach oben herausragt. Diese Definition ist relativ, da sie von der Orientierung der Wärmeübertragungsplatte im Bezug zur Erdoberfläche abhängt. Für diese Definition muss die Wärmeübertragungsplatte horizontal orientiert sein.The channel height is measured locally in the respective flow channel from a respective channel floor to a respective channel ceiling. The channel floor is in particular a surface of the flow channel which limits the flow of the first fluid downwards. Depressions or elevations or bulges which are locally limited, that is to say which protrude from the channel base and protrude back in again or, conversely, protrude into the channel base and protrude again, are preferably not counted as part of the channel base. Here protrudes a deepening of the local plane of the heat transfer plate downwards, while a bump protrudes upwards from the local plane of the heat transfer plate. This definition is relative as it depends on the orientation of the heat transfer plate with respect to the earth's surface. For this definition, the heat transfer plate must be oriented horizontally.

Lokal begrenz bedeutet in diesem Fall, dass die Vertiefungen oder Erhebungen entlang des Kanalbodens eine Ausdehnung haben, welche im Vergleich zu den Gesamtabmessungen einer Wärmeübertragungsplatte gering ist. Entsprechendes gilt für die Definition der Kanaldecke, welche auch als Kanalboden gesehen werden kann, wenn die andere der beiden, den Strömungskanal begrenzenden Wärmeübertragungsplatten, als Referenz angenommen wird.In this case, locally limited means that the depressions or elevations along the bottom of the channel have an extent that is small compared to the overall dimensions of a heat transfer plate. The same applies to the definition of the duct cover, which can also be seen as the duct bottom if the other of the two heat transfer plates delimiting the flow duct is taken as the reference.

Der Abstand von einer Berührungsebene zu einer (unmittelbar) benachbarten Berührungsebene wird auch als Prägetiefe bezeichnet, weil beim Prägen bzw. Profilieren der Wärmeübertragungsplatte aus einem Metallblech, die Wärmeübertragungsplatte eine Form erhält, die sich senkrecht zur Wärmeübertragungsplatte bzw. senkrecht zur Berührungsebene über diesen Abstand erstreckt. Vorzugsweise weist eine einzelne Wärmeübertragungsplatte über ihre gesamte Länge und/oder über ihre gesamte Länge eine gleichbleibende Prägetiefe auf. Zudem weisen alle Wärmeübertragungsplatten des Plattenstapels die gleiche Prägetiefe auf.The distance from a contact plane to an (immediately) adjacent contact plane is also referred to as the embossing depth, because when embossing or profiling the heat transfer plate from a metal sheet, the heat transfer plate is given a shape that extends perpendicularly to the heat transfer plate or perpendicular to the contact plane over this distance . A single heat transfer plate preferably has a constant embossing depth over its entire length and/or over its entire length. In addition, all heat transfer plates of the plate stack have the same embossing depth.

Zweckmäßigerweise sind jeweils zwei benachbarte Wärmeübertragungsplatten an Berührungspunkten und/oder Berührungsbereichen miteinander verbunden. Bei den Verbindungen handelt es sich vorzugsweise um Klebeverbindungen, Lötverbindungen und/oder Schweißverbindungen.Expediently, two adjacent heat transfer plates are connected to one another at points of contact and/or areas of contact. The connections are preferably adhesive connections, soldered connections and/or welded connections.

Zu den Berührungspunkten und/oder Berührungsbereichen führen vorzugsweise jeweils die vorangehend erläuterten Vertiefungen oder Ausbuchtungen, welche in den Wärmeübertragungsplatten eingeprägt sind. Während sich eine Wärmeübertragungsplatte senkrecht zur Strömungsrichtung bzw. in Stapelrichtung immer von einem Berührungspunkt oder Berührungsbereich mit einer oberen Wärmeübertragungsplatte bis zu einem Berührungspunkt oder Berührungsbereich mit einer unteren Wärmeübertragungsplatte erstreckt, werden bei der Messung der Kanalhöhe diese Vertiefungen und Ausbuchtungen, und somit diese Berührungspunkte und/oder Berührungsbereiche nicht berücksichtigt.The depressions or bulges explained above, which are embossed in the heat transfer plates, preferably lead to the contact points and/or contact areas. While a heat transfer plate moves perpendicularly to the flow direction or in stacking direction always extends from a point or area of contact with an upper heat transfer plate to a point or area of contact with a lower heat transfer plate, the measurement of the channel height does not take into account these depressions and bulges, and thus these points of contact and/or areas of contact.

Vorzugsweise wird somit die Kanalhöhe jeweils an Punkten gemessen, welche in Aufsicht auf eine Plattenoberfläche fernab von solchen Vertiefungen und Ausbuchtungen liegen, bevorzugt also zwischen zwei Berührungspunkten, zwischen zwei Berührungsbereichen oder zwischen einem Berührungspunkt und einem Berührungsbereich angeordnet sind.The channel height is preferably measured at points which are far away from such indentations and bulges when viewed from a plate surface, ie preferably between two contact points, between two contact areas or between a contact point and a contact area.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind im Wesentlichen alle Berührungspunkte und/oder Berührungsbereiche zweier benachbarter Wärmeübertragungsplatten auf einer jeweiligen zwischen diesen beiden benachbarten Wärmeübertragungsplatten verlaufenden Berührungsebene angeordnet. Eine Wärmeübertragungsplatte erstreckt sich hierbei entlang der Stapelrichtung also von einer Berührungsebene bis zu einer benachbarten Berührungsebene.According to a preferred embodiment, essentially all contact points and/or contact areas of two adjacent heat transfer plates are arranged on a respective contact plane running between these two adjacent heat transfer plates. In this case, a heat transfer plate extends along the stacking direction from one contact plane to an adjacent contact plane.

Vorzugsweise sind die beiden benachbarten Wärmeübertragungsplatten bezüglich der Berührungsebene zueinander im Wesentlichen spiegelsymmetrisch ausgebildet. Das hat insbesondere zur Folge, dass ein Strömungskanal, der die Berührungsebene beidseitig umgibt, symmetrisch zu der Berührungsebene ausgebildet ist.Preferably, the two adjacent heat transfer plates are essentially mirror-symmetrical to each other with respect to the contact plane. In particular, this means that a flow channel, which surrounds the contact plane on both sides, is formed symmetrically to the contact plane.

Die Kanalhöhe kann gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung stufenweise variieren, also zunehmen oder abnehmen. Das bedeutet insbesondere, dass ein Bereich des ersten Strömungsweges mit einer geringeren Kanalhöhe einem Bereich des ersten Strömungsweges mit einer größeren Kanalhöhe folgt oder umgekehrt, wobei ein Übergangsbereich zwischen den beiden Bereichen liegt, in dem sich die Kanalhöhe sprunghaft oder steil rampenförmig ändert. In dem Übergangsbereich weist der Kanalboden und/oder die Kanaldecke vorzugsweise eine Rampe mit einer Steigung von mindestens 30°, 50° oder 70° auf. Vorzugsweise befinden sich entlang des Strömungsweges zwei oder mehr solcher Kanalhöhenstufen.According to a preferred embodiment, the channel height can vary in steps, ie increase or decrease. This means in particular that an area of the first flow path with a lower channel height follows an area of the first flow path with a greater channel height or vice versa, with a transition area between the two areas in which the channel height changes abruptly or in a steep ramp-like manner. In which In the transition area, the duct floor and/or the duct cover preferably has a ramp with a gradient of at least 30°, 50° or 70°. Preferably, there are two or more such channel height steps along the flow path.

Wie vorangehend erläutert, wird der Kanalboden eines Strömungskanals durch die Oberfläche einer angrenzenden Wärmeübertragungsplatte gebildet. Vorzugsweise liegt der Kanalboden oder ein Bodenabschnitt des Strömungskanals in einer Plattenebene, welcher parallel zu einer Berührungsebene der Wärmeübertragungsplatte mit einer benachbarten Wärmeübertragungsplatte orientiert ist. Gleiches kann für den Kanaldeckel des Strömungskanals in Bezug auf die benachbarte Wärmeübertragungsplatte gelten. Bei einem Strömungskanal, dessen Kanalhöhe stufenförmig ansteigt oder abfällt, ist vorzugsweise der Kanalboden stufenförmig ausgebildet. Insbesondere kann der Kanalboden in Bereiche unterteilt sein, welche jeweils auf Plattenebenen mit unterschiedlichen Abständen zu der Berührungsebene angeordnet sind. Entsprechendes gilt für die Kanaldecke.As explained above, the channel bottom of a flow channel is formed by the surface of an adjacent heat transfer plate. The channel bottom or a bottom section of the flow channel preferably lies in a plate plane which is oriented parallel to a contact plane of the heat transfer plate with an adjacent heat transfer plate. The same can apply to the channel cover of the flow channel in relation to the adjacent heat transfer plate. In the case of a flow channel whose channel height increases or decreases in steps, the channel bottom is preferably designed in steps. In particular, the channel floor can be divided into areas which are each arranged on plate planes with different distances to the plane of contact. The same applies to the duct cover.

Alternativ hierzu oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Kanalhöhe entlang des ersten Strömungsweges bereichsweise oder vollständig kontinuierlich oder monoton zunimmt oder abnimmt. Insbesondere kann die Kanalhöhe entlang des gesamten Strömungsweges eine konstante Steigung aufweisen oder bereichsweise jeweils eine konstante Steigung aufweisen. Hierzu können/kann der Kanalboden und/oder die Kanaldecke in einer schrägen Plattenebene liegen, welche in einem Steigungswinkel zur Berührungsebene verläuft.As an alternative to this or in addition, it can be provided that the channel height along the first flow path increases or decreases continuously or monotonically in some areas or completely. In particular, the channel height can have a constant slope along the entire flow path or have a constant slope in each area. For this purpose, the duct base and/or the duct cover can/can lie in an inclined plate plane, which runs at an angle of inclination to the plane of contact.

Die Wärmeübertragungsplatten des Plattenstapels sind vorzugsweise aus einem Metallblech gepresst und/oder gestanzt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Plattenstapel aus zueinander im Wesentlichen gleichen Wärmeübertragungsplatten, welche in Stapelrichtung abwechselnd um 180° gedreht sind. Das bedeutet, dass alle Wärmeübertragungsplatten des Plattenstapels identisch geprägt sind, insbesondere identische Vertiefungen und Erhebungen aufweisen. Dies vereinfacht die Produktion und spart Kosten.The heat transfer plates of the plate stack are preferably pressed and/or stamped from sheet metal. According to a preferred embodiment, the plate stack consists of mutually essentially identical heat transfer plates, which are alternately rotated through 180° in the stacking direction. This means that all heat transfer plates of the Stack of plates are shaped identically, in particular have identical depressions and elevations. This simplifies production and saves costs.

Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform besteht der Plattenstapel aus ersten Wärmeübertragungsplatten und zweiten Wärmeübertragungsplatten oder ist aus diesen gebildet, welche sich voneinander unterscheiden und sich in Stapelrichtung abwechseln. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die ersten Wärmeübertragungsplatten zueinander im Wesentlichen identisch sind und/oder dass die zweiten Wärmeübertragungsplatten zueinander im Wesentlichen identisch sind. Im Wesentlichen identisch bedeutet hierbei, dass sie sich lediglich in unwesentlichen, herstellungsbedingten Merkmalen unterscheiden, beispielsweise in ausgeschnittene oder verschlossene Mediendurchtrittsöffnungen.According to an alternative preferred embodiment, the plate stack consists of or is formed from first heat transfer plates and second heat transfer plates which are different from each other and alternate in the stacking direction. In particular, it is advantageous if the first heat transfer plates are essentially identical to one another and/or that the second heat transfer plates are essentially identical to one another. In this context, essentially identical means that they only differ in insignificant, production-related features, for example in cut-out or closed media passage openings.

Vorzugsweise sind der erste Plattenwärmeübertrager und der zweite Plattenwärmeübertrager mittels Trennwänden voneinander getrennt, welche aus paarweise aufeinanderliegenden Profilbergen und Profiltälern im Plattenstapel benachbarter Wärmeübertragungsplatten gebildet sind und jeweils Strömungskanäle eines Fluids des ersten Plattenwärmeübertragers von Strömungskanälen eines anderen Fluids des zweiten Plattenwärmeübertragers in einem Plattenzwischenraum voneinander trennen. Alternativ kann eine Trennwand dadurch gebildet sein, dass ein jeweiliger Plattenspalt oder ein Strömungskanal mit Hilfe eines Einlegeteils vollständig verschlossen ist.The first plate heat exchanger and the second plate heat exchanger are preferably separated from one another by means of partition walls, which are formed from pairs of profile peaks and profile valleys lying one on top of the other in the plate stack of adjacent heat transfer plates and each separate flow channels of a fluid of the first plate heat exchanger from flow channels of another fluid of the second plate heat exchanger in a plate interspace. Alternatively, a dividing wall can be formed in that a respective plate gap or a flow channel is completely closed with the aid of an insert.

Bei aus paarweise aufeinanderliegenden Profilbergen und Profiltälern gebildeten Trennwänden sind die aufeinanderliegenden Profilberge und Profiltäler vorzugsweise miteinander verlötet, verklebt oder verschweißt oder anderswie miteinander permanent verbunden. Sie trennen jeweils die ersten Strömungskanäle des ersten Plattenwärmeübertragers von den ersten Strömungskanälen des zweiten Plattenwärmeübertragers. Wenn also zwischen zwei Wärmeübertragungsplatten ein zweiter Strömungskanal des ersten Plattenwärmeübertragers und ein zweiter Strömungskanal des zweiten Plattenwärmeübertragers gebildet sind, dann werden mittels einer Trennwand diese beiden zweite Strömungskanäle voneinander getrennt. Das bedeutete jedoch nicht, dass das andere, insbesondere das erste Fluid nicht vom ersten Plattenwärmeübertrager in den zweiten Plattenwärmeübertragers strömen kann. Wenn der erste Plattenwärmeübertrager und der zweite Plattenwärmeübertrager bezüglich des ersten Fluides miteinander in Reihe verbunden sind, dann kann das erste Fluid ungehindert vom ersten in den zweiten Plattenwärmeübertrager strömen. Wenn andersherum Trennwände nur die ersten Strömungskanäle zwischen dem ersten und dem zweiten Plattenwärmeübertrager verschließen, dann kann das zweite Fluid in den zweiten Strömungskanälen der benachbarten Platten vom ersten Plattenwärmeübertrager in den zweiten Plattenwärmeübertrager oder entgegengesetzt strömenIn the case of partitions formed from profile crests and profile valleys lying on top of one another in pairs, the profile crests and profile valleys lying on top of one another are preferably soldered, glued or welded to one another or permanently connected to one another in some other way. They each separate the first flow channels of the first plate heat exchanger from the first flow channels of the second plate heat exchanger. So if between two heat transfer plates a second flow channel of the first plate heat exchanger and a second flow channel of the second Plate heat exchanger are formed, then these two second flow channels are separated from each other by means of a partition. However, this does not mean that the other, in particular the first fluid, cannot flow from the first plate heat exchanger into the second plate heat exchanger. If the first plate heat exchanger and the second plate heat exchanger are connected to one another in series with respect to the first fluid, then the first fluid can flow unhindered from the first to the second plate heat exchanger. Conversely, if partition walls only close the first flow channels between the first and the second plate heat exchanger, then the second fluid in the second flow channels of the adjacent plates can flow from the first plate heat exchanger into the second plate heat exchanger or vice versa

Eine solche Trennwand sollte so ausgebildet sein, dass sie nur die Plattenspalte eines Fluidstroms sperrt und den anderen Fluidstrom passieren lässt. Mit anderen Worten wird in dem Plattenstapel nur jeder zweite Plattenzwischenspalt zwischen jeweils zwei aufeinander liegenden Wärmeübertragungsplatten durch die Trennwand voneinander getrennt. Es handelt sich in diesem Fall also nicht um eine durchgehende Trennwand, wenngleich eine durchgehende Trennwand insbesondere eine vorteilhafte Ausführungsform für den Fall darstellt, dass weder das erste noch das zweite Fluid zwischen dem ersten und dem zweiten Plattenwärmeübertrager durchtreten soll.Such a partition wall should be designed in such a way that it only blocks the plate gaps of one fluid flow and allows the other fluid flow to pass. In other words, in the stack of plates, only every second intermediate plate gap between two heat transfer plates lying one on top of the other is separated from one another by the partition. In this case, therefore, it is not a continuous partition wall, although a continuous partition wall represents an advantageous embodiment in particular for the case that neither the first nor the second fluid is intended to pass between the first and the second plate heat exchanger.

Wenn der Plattenstapel zwei durchgehende Trennwände enthält, dann kann eine erste Trennwand aus einer über die gesamte Plattenbreite verlaufende Vertiefung bis zur Berührungsebene gebildet sein. In diesem Fall kann eine zweite Trennwand aus einer/m über die gesamte Plattenbreite verlaufenden/r bis zur Berührungsebene reichenden/r Erhebung oder Berg sein. Wenn die erste und die zweite Trennwand spiegelbildlich an der gleichen Stelle liegen, dann können gleiche Platten, jede zweite um 180° gedreht, abwechselnd gestapelt, einen Kanal mit der ersten Trennwand und benachbarte Kanäle mit der zweiten Trennwand absperren.If the stack of plates contains two continuous partitions, then a first partition can be formed from a depression running across the entire width of the plates up to the plane of contact. In this case, a second partition may be a ridge or mountain running the full width of the panel up to the plane of contact. If the first and second partitions are mirror images of each other in the same place, then identical panels, every second rotated by 180°, can be stacked alternately, block off one channel with the first partition and adjacent channels with the second partition.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Wärmeübertragungsplatten derart profiliert sind, dass der Plattenstapel einen dritten Plattenwärmeübertrager aufweist. Es können mittels geeigneter Profilstrukturen der Wärmeübertragungsplatten auch ein vierter und gegebenenfalls weitere Plattenwärmeübertrager in dem Plattenstapel gebildet sein. Der dritte und gegebenenfalls die weiteren Plattenwärmeübertrager sind vorzugsweise mit weiteren Trennwänden von dem ersten und/oder dem zweiten Plattenwärmeübertrager getrennt. Es sind also in dieser Ausführungsform drei oder mehr Plattenwärmeübertrager in einem einzigen Plattenstapel integriert. Während der erste und der zweite Plattenwärmeübertrager bezüglich des ersten Fluides miteinander in Reihe verbunden sind, können der zweite und der dritte Plattenwärmeübertrager beispielsweise bezüglich des zweiten oder eines dritten Fluides miteinander in Reihe verbunden sein. Es können jedoch auch alle Plattenwärmeübertrager im Plattenstapel bezüglich des ersten Fluides /oder bezüglich des zweiten Fluides miteinander in Reihe verbunden sein.In an expedient embodiment it is provided that the heat transfer plates are profiled in such a way that the plate stack has a third plate heat exchanger. A fourth and optionally further plate heat exchangers can also be formed in the plate stack by means of suitable profile structures of the heat transfer plates. The third and optionally the additional plate heat exchangers are preferably separated from the first and/or the second plate heat exchanger by additional partitions. In this embodiment, three or more plate heat exchangers are integrated in a single stack of plates. While the first and the second plate heat exchanger are connected to one another in series with respect to the first fluid, the second and the third plate heat exchanger can be connected to one another in series with respect to the second or a third fluid, for example. However, all the plate heat exchangers in the plate stack can also be connected to one another in series with respect to the first fluid/or with respect to the second fluid.

Mittels einer Plattenwärmeübertragervorrichtung, bei der mehrere Plattenwärmeübertrager in einem einzigen Plattenstapel integriert sind, kann ein Fluidkreis verwirklicht werden, ohne zusätzliche eigenständige Plattenwärmeübertrager einsetzten zu müssen. Die benötigte Anzahl an externen Anschlüssen und Leitungen wird hierdurch verringert. Die Plattenwärmeübertrager im Plattenstapel können als Heizvorrichtung, insbesondere als Verdampfer, als Kondensatorvorrichtung und/oder als Economiser dienen. Jede dieser Komponenten kann zweistufig oder mehrstufig ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass eine Plattenwärmeübertragervorrichtung als eine einzelne solche Komponente, also nur als ein einstufiger, zweistufiger oder mehrstufiger Verdampfer, Kondensator, Economiser, Absorber oder Generator ausgebildet und in einem Fluidkreis eingesetzt ist.A fluid circuit can be realized by means of a plate heat exchanger device, in which several plate heat exchangers are integrated in a single plate stack, without having to use additional independent plate heat exchangers. This reduces the required number of external connections and lines. The plate heat exchangers in the plate stack can serve as a heating device, in particular as an evaporator, as a condenser device and/or as an economizer. Each of these components can be of two-stage or multi-stage design. However, it is also possible for a plate heat exchanger device to be designed as a single such component, ie only as a single-stage, two-stage or multi-stage evaporator, condenser, economiser, absorber or generator, and to be used in a fluid circuit.

Dementsprechend wird in einem weiteren Aspekt der Erfindung ein Fluidkreis vorgeschlagen. Die Abwärme kann insbesondere von einer Wärmekraftmaschine zugeführt werden. Vorzugsweise ist der Fluidkreis Teil einer Kälteanlage bzw. Kältemaschine oder einer Wärmepumpe. Bei dem ersten Fluid kann es sich dann beispielsweise um ein Kältemittel handeln.Accordingly, a fluid circuit is proposed in a further aspect of the invention. The waste heat can in particular be supplied by a heat engine. The fluid circuit is preferably part of a refrigeration system or refrigeration machine or a heat pump. The first fluid can then be a refrigerant, for example.

Der Fluidkreis weist eine Pumpe oder Verdichter, eine Verdampfervorrichtung, eine Expansionsvorrichtung und eine Kondensatorvorrichtung auf. Der Fluidkreis ist vorzugsweise ein Clausius-Rankine-Kreis. Insbesondere kann es sich um einen organischen Rankine-Kreis (ORC - Organic Rankine Cycle) handeln. Die Verdampfervorrichtung und/oder die Kondensatorvorrichtung sind mittels eines oder zwei der Plattenwärmeübertrager der Plattenwärmeübertragervorrichtung verwirklicht. Die Vorrichtung ist zweckmäßigerweise Teil eines Kraftwerks, insbesondere eines Dampfkraftwerks, beispielsweise eines Kohlekraftwerks, eines Kernkraftwerks und/oder eines Gaskraftwerks, oder Teil einer Anlage zur Abwärmenutzung, einer Verbrennungs- oder Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlag.The fluid circuit includes a pump or compressor, an evaporator device, an expansion device, and a condenser device. The fluid circuit is preferably a Clausius-Rankine circuit. In particular, it can be an organic Rankine cycle (ORC—Organic Rankine Cycle). The evaporator device and/or the condenser device are realized by means of one or two of the plate heat exchangers of the plate heat exchanger device. The device is expediently part of a power station, in particular a steam power station, for example a coal-fired power station, a nuclear power station and/or a gas-fired power station, or part of a system for using waste heat, a combustion system or a combined heat and power system.

Neben der Reihenschaltung zweier Plattenwärmeübertrager bezüglich des ersten Fluides, kann es zweckmäßig sein, dass die beiden Plattenwärmeübertrager gemäß des zweiten Fluides in Reihe oder parallel geschaltet sind. Letzteres bedeutet, dass während das erste Fluid zuerst den ersten Plattenwärmeübertrager und danach den zweiten Plattenwärmeübertrager durchströmt, der Strom des zweiten Fluides in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen einer den ersten Plattenwärmeübertrager und der andere den zweiten Plattenwärmeübertrager durchströmt.In addition to the series connection of two plate heat exchangers with regard to the first fluid, it can be expedient for the two plate heat exchangers to be connected in series or in parallel with the second fluid. The latter means that while the first fluid flows first through the first plate heat exchanger and then through the second plate heat exchanger, the flow of the second fluid is divided into two partial flows, one of which flows through the first plate heat exchanger and the other through the second plate heat exchanger.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Fluidkreis zusätzlich einen Economiser aufweist, welcher durch einen der Plattenwärmeübertrager verwirklicht ist. Der Economiser ist vorzugsweise zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator angeordnet. In dem Plattenstapel ist der Economiser vorzugsweise bezüglich des ersten Fluides mit dem Verdampfer in Reihe verbunden und/oder bezüglich des zweiten Fluides mit dem Kondensator in Reihe verbunden.It is preferably provided that the fluid circuit additionally has an economizer, which is implemented by one of the plate heat exchangers. The economizer is preferably located between the evaporator and the condenser. In the plate stack is the economiser preferably connected in series with respect to the first fluid with the evaporator and/or connected in series with respect to the second fluid with the condenser.

Zweckmäßigerweise sind sämtliche Wärmeübertrager des Fluidkreises mittels der Plattenwärmeübertrager der Plattenwärmeübertragervorrichtung bzw. des Plattenstapels verwirklicht. Insbesondere sind das der Verdampfer, der Kondensator und der Economiser. Die anderen für den Fluidkreis notwendigen Komponenten wie Verdichter bzw. Kompressor und Expansionsventil werden dann über Zu- und Ableitungen mit den Anschlüssen oder den Ein- und Ausgängen der jeweiligen Plattenwärmeübertragern des Plattenstapels verbunden.All heat exchangers of the fluid circuit are expediently realized by means of the plate heat exchangers of the plate heat exchanger device or the plate stack. In particular, these are the evaporator, the condenser and the economiser. The other components required for the fluid circuit, such as the compressor and expansion valve, are then connected to the connections or the inlets and outlets of the respective plate heat exchangers of the plate stack via inlet and outlet lines.

Die Bezeichnung "Fluid" kann sowohl flüssige als auch gasförmige Medien oder Gemische hiervon umfassen. Insbesondere können das erste, das zweite und/oder das dritte Fluid aus einem organischen Material sein, beispielsweise Propan. Dementsprechend ist der Fluidkreis zweckmäßigerweise ein organischer Fluidkreis, bei dem mindestens ein organisches Fluid durch einen der Plattenwärmeübertrager der Plattenwärmeübertragervorrichtung strömt.The term "fluid" can include both liquid and gaseous media or mixtures thereof. In particular, the first, the second and/or the third fluid can be made of an organic material, for example propane. Accordingly, the fluid circuit is expediently an organic fluid circuit in which at least one organic fluid flows through one of the plate heat exchangers of the plate heat exchanger device.

Bevorzugterweise sind/ist der Verdampfer mit einer verdampfungsfördernden Beschichtung und/oder der Kondensator mit einer kondensationsfördernden Beschichtung beschichtet. Insbesondere kann der Verdampfer mit einer hydrophilen Beschichtung ausgekleidet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Kondensator mit einer hydrophoben Beschichtung, beispielsweise aus Öl, Wachs oder Polytetrafluorethylen, ausgekleidet sein. Sowohl eine hydrophile Beschichtung beim Verdampfer als auch eine hydrophobe Beschichtung beim Kondensator führen zu einer Leistungssteigerung. Der verdampfungsfördernden Beschichtung und/oder der kondensationsfördernden Beschichtung können zudem vorteilhaft wärmeleitende Partikel, beispielsweise aus Aluminium, Kupfer, Kohlenstofffasern, oder Siliziumkarbid, beigemischt werden.Preferably, the evaporator is/are coated with an evaporation-promoting coating and/or the condenser is/are coated with a condensation-promoting coating. In particular, the evaporator can be lined with a hydrophilic coating. Alternatively or additionally, the condenser can be lined with a hydrophobic coating, for example made of oil, wax or polytetrafluoroethylene. Both a hydrophilic coating on the evaporator and a hydrophobic coating on the condenser lead to an increase in performance. Advantageously, thermally conductive particles, for example made of aluminum, copper, carbon fibers or silicon carbide, can also be added to the evaporation-promoting coating and/or the condensation-promoting coating.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen schematisch:

Fig. 1
eine Querschnittsansicht eines Plattenstapels mit sich stufenförmig ändernden Kanalhöhen für eine Plattenwärmeübertragervorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 2
eine Querschnittsansicht eines Plattenstapels mit sich kontinuierlich ändernden Kanalhöhen;
Fig. 3
eine Querschnittsansicht eines weiteren Plattenstapels mit sich kontinuierlich ändernden Kanalhöhen;
Fig. 4
eine weitere Schnittdarstellung des Plattenstapels aus der Fig. 1;
Fig. 5
eine Draufsicht auf eine profilierte Wärmeübertragungsplatte; und
Fig. 6
eine in einem Fluidkreis eingebundene Plattenwärmeübertragervorrichtung in Draufsicht.
The invention is explained below using exemplary embodiments with reference to the figures. Here show schematically:
1
a cross-sectional view of a plate stack with stepwise changing channel heights for a plate heat transfer device according to a preferred embodiment;
2
a cross-sectional view of a plate stack with continuously changing channel heights;
3
a cross-sectional view of another plate stack with continuously changing channel heights;
4
another sectional view of the plate stack from FIG 1 ;
figure 5
a plan view of a profiled heat transfer plate; and
6
a top view of a plate heat exchanger device integrated in a fluid circuit.

Die Fig. 1 zeigt in einem Querschnitt schematisch einen Plattenstapel aus vier Wärmeübertragungsplatten 21, 22,.... Insbesondere kann es sich um einen Ausschnitt aus einem größeren Stapel einer Vielzahl an Wärmeübertragungsplatten handeln. Zwischen jeweils zwei Wärmeübertragungsplatten 21, 22,... ist ein Strömungskanal 31, 32 ausgebildet. Diese jeweiligen zwei Wärmeübertragungsplatten 21, 22,... sind an Berührungspunkten 51, 52 miteinander verbunden, beispielsweise mittels Lötverbindungen, Schweißverbindungen, Klebeverbindungen, oder dergleichen. Das bedeutet, dass beispielsweise eine erste Wärmeübertragungsplatte 21 an ersten Berührungspunkten 51 mit einer zweiten Wärmeübertragungsplatte 22 verbunden ist, wobei die ersten Berührungspunkte 51 auf einer ersten Berührungsebene 61 angeordnet sind. Zwischen der ersten Wärmeübertragungsplatte 21 und der zweiten Wärmeübertragungsplatte 22 bildet sich aufgrund der Profilierung der beiden Wärmeübertragungsplatten 21, 22 ein erster Strömungskanal 31 aus, der sich in der Darstellung in Fig. 1 über die gesamte Plattenstapellänge von links nach rechts erstreckt.the 1 1 shows, in a cross section, a plate stack made up of four heat transfer plates 21, 22,.... In particular, it can be a section from a larger stack of a large number of heat transfer plates. A flow channel 31, 32 is formed between each two heat transfer plates 21, 22, . . . These respective two heat transfer plates 21, 22, ... are connected to one another at contact points 51, 52, for example by means of soldered joints, welded joints, glued joints, or the like. This means that, for example, a first heat transfer plate 21 is connected to a second heat transfer plate 22 at first contact points 51 , the first contact points 51 being arranged on a first contact plane 61 . A first flow channel 31 is formed between the first heat transfer plate 21 and the second heat transfer plate 22 due to the profiling of the two heat transfer plates 21, 22, which is shown in FIG 1 extends the entire length of the plate stack from left to right.

Die zweite Wärmeübertragungsplatte 22 ist an zweiten Berührungspunkten 52 mit einer dritten Wärmeübertragungsplatte 23 verbunden, wobei die zweiten Berührungspunkte 52 auf einer zweiten Berührungsebene 62 angeordnet sind. Zwischen der zweiten Wärmeübertragungsplatte 22 und der dritten Wärmeübertragungsplatte 23 bildet sich aufgrund der Profilierung der beiden Wärmeübertragungsplatten 22, 23 ein zweiter Strömungskanal 32 aus, der sich in der Darstellung in Fig. 1 wie der erste Strömungskanal 31 über die gesamte Plattenstapellänge von links nach rechts erstreckt.The second heat transfer plate 22 is connected to a third heat transfer plate 23 at second contact points 52, the second Touch points 52 are arranged on a second touch plane 62 . A second flow channel 32 is formed between the second heat transfer plate 22 and the third heat transfer plate 23 due to the profiling of the two heat transfer plates 22, 23, which is shown in FIG 1 as the first flow channel 31 extends over the entire plate stack length from left to right.

Es sollte hier aber darauf hingewiesen werden, dass diese und die nachfolgenden schematischen Zeichnungen nicht die tatsächlichen Größenverhältnisse wiedergeben. Ein üblicher Plattenstapel weist entlang seiner Länge in der Regel weitaus mehr Berührungspunkte zwischen jeweils zwei Wärmeübertragungsplatten auf. Zudem weisen die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Plattenstapeln keine unterschiedlichen Plattenwärmeübertrager auf. Auch fehlen hier Eingangs- und Ausgangsöffnungen für die Fluide. Mittels der Fig. 1 bis 3 sollen lediglich die bei der Erfindung realisierten Konzepte veranschaulicht werden. Ferner handelt es sich bei den in den Fig. 1 bis 3 eingezeichneten Linien der Berührungsebenen 61, 62 lediglich um gedachte Linien, welche der Veranschaulichung dienen.However, it should be pointed out here that these and the following schematic drawings do not reflect the actual proportions. A typical plate stack typically has many more points of contact between any two heat transfer plates along its length. In addition, the Figures 1 to 3 illustrated plate stacks no different plate heat exchangers. Inlet and outlet openings for the fluids are also missing here. by means of Figures 1 to 3 is only intended to illustrate the concepts realized in the invention. Furthermore, it is in the Figures 1 to 3 Drawn lines of the contact planes 61, 62 are only imaginary lines, which are used for illustration.

Die erste Wärmeübertragungsplatte 21 ist derart profiliert oder geprägt, dass ihre Oberfläche stufenförmig in drei Bereiche B1, B2, B3 unterteilt ist, welche sich jeweils in einer von drei unterschiedlichen Plattenebenen erstrecken und somit drei unterschiedlich hohe Plateaus bilden. Die drei Plattenebenen sind in der Fig. 1 der Übersicht halber nicht eingezeichnet. Die erste Wärmeübertragungsplatte 21 bildet eine Kanaldecke für den ersten Strömungskanal 31, durch dessen Mitte die erste Berührungsebene 61 verläuft. In einem ersten Bereich B1 weist die erste Wärmeübertragungsplatte 21 eine geringe Entfernung zu der ersten Berührungsebene 61 auf. Da die zweite Wärmeübertragungsplatte 22 entlang der ersten Berührungsebene 61 spiegelsymmetrisch zur ersten Wärmeübertragungsplatten 21 ausgebildet ist, weist auch die zweite Wärmeübertragungsplatte 22 eine stufenförmig in drei Bereiche B1, B2, B3 unterteilte Oberfläche auf. In jedem Bereich B1, B2, B3 weist die zweite Wärmeübertragungsplatte 22 also den gleichen Abstand zur ersten Berührungsebene 61 aufweist, wie die erste Wärmeübertragungsplatte 22, aber nach unten versetzt. Die zweite Wärmeübertragungsplatte 22 bildet einen Kanalboden für den ersten Strömungskanal 31.The first heat transfer plate 21 is profiled or embossed in such a way that its surface is divided into three stepped areas B1, B2, B3, which each extend in one of three different plate planes and thus form three plateaus of different heights. The three plate planes are in the 1 not shown for the sake of clarity. The first heat transfer plate 21 forms a channel cover for the first flow channel 31, through the center of which the first contact plane 61 runs. In a first region B1, the first heat transfer plate 21 is at a short distance from the first contact plane 61. Since the second heat transfer plate 22 is mirror-symmetrical to the first heat transfer plate 21 along the first contact plane 61, the second heat transfer plate 22 also has a surface divided into three regions B1, B2, B3 in a stepped manner. In each area B1, B2, B3, the second heat transfer plate 22 has the same distance to the first contact plane 61, like the first heat transfer plate 22, but offset downwards. The second heat transfer plate 22 forms a channel base for the first flow channel 31.

In einem zweiten Bereich B2 verlaufen die erste Wärmeübertragungsplatte 21 und die zweite Wärmeübertragungsplatte 22 in einem größeren Abstand parallel zur ersten Berührungsebene 61. Den größten Abstand zur ersten Berührungsebene 61 weisen die beiden Wärmeübertragungsplatten 21, 22 in einem dritten Bereich B3 auf. Weil die Kanalhöhe vom Kanalboden zur Kanaldecke gemessen wird, ist die Kanalhöhe im ersten Bereich B1 am geringsten und steigt zum zweiten Bereich B2 an, bis sie im dritten Bereich einen Maximalwert erreicht. Wenn der Strömungsweg eines Fluids durch den ersten Strömungskanal von links nach rechts führt, dann nimmt die Kanalhöhe des ersten Strömungskanals entlang dieses Strömungsweges zu. Weil die senkrecht zur Bildebene messbare Kanalbreite im Wesentlichen konstant bleibt, nimmt mit der Kanalhöhe auch der Kanalquerschnitt zu. Wenn es sich bei dem Fluid um ein Gas oder ein Flüssigkeit-Gas-Gemisch handelt, beispielsweise bei einer nicht oder noch nicht vollständig verdampften Flüssigkeit, dann kann sich dieses Fluid beim Strömen entlang des Strömungsweges senkrecht zur Strömung ausbreiten.In a second area B2, the first heat transfer plate 21 and the second heat transfer plate 22 run parallel to the first contact plane 61 at a greater distance. The two heat transfer plates 21, 22 have the greatest distance from the first contact plane 61 in a third area B3. Because the duct height is measured from the duct floor to the duct ceiling, the duct height is lowest in the first area B1 and increases towards the second area B2 until it reaches a maximum value in the third area. If the flow path of a fluid through the first flow channel is from left to right, then the channel height of the first flow channel increases along this flow path. Because the channel width, which can be measured perpendicularly to the image plane, remains essentially constant, the channel cross-section also increases with the channel height. If the fluid is a gas or a liquid-gas mixture, for example a liquid that has not or not yet completely evaporated, then this fluid can spread out perpendicularly to the flow as it flows along the flow path.

Im Gegensatz zum ersten Strömungskanal 31 nimmt die Kanalhöhe des zweiten Strömungskanals 32 ausgehend vom ersten Bereich B1, über den zweiten Bereich B2 bis zum dritten Bereich B3 ab. Hierzu weist die zweite Wärmeübertragungsplatte 22 oder das Plateau der zweiten Wärmeübertragungsplatte 22 von der zweiten Berührungsebene 62 im ersten Bereich B1 einen größeren Abstand auf, als im zweiten Bereich B2, und im zweiten Bereich B2 wiederum einen größeren Abstand, als im dritten Bereich B3.In contrast to the first flow channel 31, the channel height of the second flow channel 32 decreases, starting from the first area B1, via the second area B2 to the third area B3. For this purpose, the second heat transfer plate 22 or the plateau of the second heat transfer plate 22 is at a greater distance from the second contact plane 62 in the first area B1 than in the second area B2, and in turn a greater distance in the second area B2 than in the third area B3.

Von den Oberflächen jeder Wärmeübertragungsplatte 21, 22,... gehen eingeprägte Erhebungen 42 und Vertiefungen 41 aus, die zu den jeweiligen Berührungspunkten 51, 52 führen. Von der ersten Wärmeübertragungsplatte 21 führen Vertiefungen 41 nach unten zur ersten Berührungsebene 61 und treffen an ersten Berührungspunkten 51 auf Erhebungen 42, welche von der zweiten Wärmeübertragungsplatte 22 ausgehend nach oben ebenfalls zur ersten Berührungsebene 61 reichen. Dementsprechend führen von der zweiten Wärmeübertragungsplatte 22 Vertiefungen 41 nach unten zur zweiten Berührungsebene 62 und treffen dort an zweiten Berührungspunkten 52 auf Erhebungen 42der dritten Wärmeübertragungsplatte 23. Weil die erste Wärmeübertragungsplatte 21 im ersten Bereich B1 einen kleineren Abstand von der ersten Berührungsebene 61 aufweist, als im zweiten Bereich B2, müssen die Vertiefungen 41 in der ersten Wärmeübertragungsplatte 21 im zweiten Bereich B2 einen größeren Abstand überbrücken und sind somit tiefer, als im ersten Bereich B1. Umgekehrt sind die Vertiefungen 41 in der zweiten Wärmeübertragungsplatte 22 im ersten Bereich B1 tiefer, als im zweiten Bereich B2.Embossed elevations 42 and depressions 41 leading to the respective contact points 51, 52 proceed from the surfaces of each heat transfer plate 21, 22, . From the first heat transfer plate 21 Depressions 41 lead downwards to the first contact plane 61 and, at first contact points 51, meet elevations 42 which, starting from the second heat transfer plate 22, also extend upwards to the first contact plane 61. Correspondingly, indentations 41 lead from the second heat transfer plate 22 down to the second contact plane 62, where they meet elevations 42 of the third heat transfer plate 23 at second contact points 52. Because the first heat transfer plate 21 is at a smaller distance from the first contact plane 61 in the first area B1 than in the second area B2, the depressions 41 in the first heat transfer plate 21 in the second area B2 have to bridge a greater distance and are therefore deeper than in the first area B1. Conversely, the recesses 41 in the second heat transfer plate 22 are deeper in the first area B1 than in the second area B2.

Während die Kanalhöhe des ersten Strömungskanals entlang der senkrecht zur Bildebene verlaufenden Kanalbreite im Wesentlichen konstant ist, sind die Berührungspunkte 51, 52 tatsächlich punktförmig bzw. weisen senkrecht zur Bildebene die gleiche Abmessung auf, wie in der Bildebene. Das bedeutet insbesondere, dass die zu den Berührungspunkten 51, 52 führenden Erhebungen und Vertiefungen 41 kegelförmig oder kegelstumpfförmig sind.While the channel height of the first flow channel is essentially constant along the channel width perpendicular to the image plane, the contact points 51, 52 are actually punctiform or have the same dimensions perpendicular to the image plane as in the image plane. This means in particular that the elevations and depressions 41 leading to the contact points 51, 52 are conical or frustoconical.

Die Zunahme der Kanalhöhe entlang des Strömungsweges erfolgt bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform stufenförmig mit den drei Stufen des ersten Bereichs B1, des zweiten Bereichs B2 und des dritten Bereichs B3. Demgegenüber zeigt Fig. 2 einen Plattenstapel mit einer kontinuierlichen Zunahme der Kanalhöhe. Während der erste Bereich B1 und der dritte Bereich B3 ähnlich aufgebaut sind, wie bei dem Plattenstapel aus Fig. 1, zeigt die Kanalhöhe des ersten Strömungskanals 31 im zweiten Bereich B2 einen linearen Anstieg. Dementsprechend nimmt die Kanalhöhe des zweiten Strömungskanals 32 im zweiten Bereich B2 linear ab. Anders ausgedrückt, verläuft die erste Wärmeübertragungsplatte 21 entlang einer Plattenebene, welche in einem Winkel zu den Berührungsebenen 61, 62 orientiert ist.The increase in channel height along the flow path occurs at the in 1 illustrated embodiment stepped with the three stages of the first area B1, the second area B2 and the third area B3. In contrast, shows 2 a plate stack with a continuous increase in channel height. While the first area B1 and the third area B3 are constructed similarly to the plate stack in FIG 1 , the channel height of the first flow channel 31 shows a linear increase in the second area B2. Accordingly, the channel height of the second flow channel 32 linearly decreases in the second region B2. In other words, the first heat transfer plate 21 runs along a plate plane which is oriented at an angle to the contact planes 61,62.

Der Plattenstapel aus der Fig. 3 entspricht dem Plattenstapel aus der Fig. 2, mit dem Unterschied, dass die Zunahme der Kanalhöhe im zweiten Bereich B2 nicht mit einem linearen Anstieg erfolgt. Die Oberflächen der Wärmeübertragungsplatten 21, 22,... folgen im zweiten Bereich B2 jeweils dem Verlauf einer Sigmoidfunktion oder S-Funktion, bzw. verlaufen S-förmig.The plate stack from the 3 corresponds to the plate stack from the 2 , with the difference that the increase in channel height in the second region B2 does not occur with a linear increase. In the second area B2, the surfaces of the heat transfer plates 21, 22, .

Die Fig. 4 zeigt eine weitere Schnittdarstellung des Plattenstapels aus der Fig. 1. Während die Zeichnung in der Fig. 1 eine Querschnittsansicht zeigt, bei der die Schnittebene durch eine Reihe von Berührungspunkten 51, 52 verläuft, schneidet die Schnittebene in der Fig. 4 nicht die Berührungspunkten 51, 52, sondern verläuft beispielsweise zwischen mehreren Paaren an Berührungspunkten 51, 52, wenngleich auch hier Vertiefungen 41 und Erhebungen 42 sichtbar sind.the 4 shows a further sectional view of the plate stack from FIG 1 . While the drawing in the 1 FIG. 1 shows a cross-sectional view in which the sectional plane passes through a series of contact points 51, 52, the sectional plane intersects in FIG 4 not the contact points 51, 52, but runs, for example, between several pairs of contact points 51, 52, although depressions 41 and elevations 42 are also visible here.

In der Fig. 4 ist gut sichtbar, dass sich die Kanalhöhe von dem ersten Bereich B1 zu dem zweiten Bereich B2 und von dem zweiten Bereich B2 zu dem dritten Bereich B3 stufenförmig ändert, also im ersten Strömungskanal 31 zunimmt und im zweiten Strömungskanal 32 abnimmt. In den Übergangsbereichen zwischen den drei Bereichen B1, B2, B3 weisen der Kanalboden und die Kanaldecke Rampen 35 auf.In the 4 It is clearly visible that the channel height changes in steps from the first area B1 to the second area B2 and from the second area B2 to the third area B3, ie increases in the first flow channel 31 and decreases in the second flow channel 32. In the transition areas between the three areas B1, B2, B3, the duct base and the duct cover have ramps 35.

Die Fig. 5 zeigt schematisch eine profilierte Wärmeübertragungsplatte 21 in Draufsicht. Die Wärmeübertragungsplatte 21 ist in drei Teilbereiche unterteilt, welche in dem fertigen Plattenstapel drei Plattenwärmeübertrager bilden, nämlich einen erste Plattenwärmeübertrager 11, einen zweiten Plattenwärmeübertrager 12 und einen dritten Plattenwärmeübertrager 13. Zwischen den drei Teilbereichen sind Trennwände 7 in Form von sich über eine Plattenbreite erstreckenden Vertiefungen 41 oder Erhebungen 42 angeordnet. Die Trennwände 7 begrenzen einen Strömungskanal und verhindert, dass ein Fluid von einem Plattenwärmeübertrager 11; 12 in einen benachbarten Plattenwärmeübertrager 12; 13 strömt. Dort, wo der Strömungskanal nicht durch Trennwände 7 begrenzt ist, kann ein Fluid von einem der Plattenwärmeübertrager 11; 12 in einen benachbarten der Plattenwärmeübertrager 12; 13 strömen.the figure 5 shows schematically a profiled heat transfer plate 21 in top view. The heat transfer plate 21 is divided into three sections, which form three plate heat exchangers in the finished plate stack, namely a first plate heat exchanger 11, a second plate heat exchanger 12 and a third plate heat exchanger 13. Between the three sections are partitions 7 in the form of depressions extending across a plate width 41 or elevations 42 arranged. The partitions 7 define a flow channel and prevents a fluid from a plate heat exchanger 11; 12 into an adjacent plate heat exchanger 12; 13 flows. Where the flow channel is not limited by partitions 7, a fluid from one of plate heat exchanger 11; 12 into an adjacent one of the plate heat exchangers 12; 13 streams.

Die Wärmeübertragungsplatte 21 weist Vertiefungen 41 und Erhebungen 42 auf, die über der gesamten Oberfläche und in allen drei Bereichen verteilt sind. Die Vertiefungen 41 und Erhebungen 42 ragen jeweils kegelförmig aus der Oberfläche der Wärmeübertragungsplatte 21 heraus und können eine abgeflachte Spitze aufweisen.The heat transfer plate 21 has depressions 41 and projections 42 distributed over the entire surface and in all three areas. The depressions 41 and elevations 42 each protrude conically from the surface of the heat transfer plate 21 and can have a flattened tip.

Die Fig. 6 veranschaulicht schematisch einen Fluidkreis, in dem eine Plattenwärmeübertragervorrichtung eingebaut ist, welche in Draufsicht dargestellt wird. Die Plattenwärmeübertragervorrichtung umfasst einen Plattenstapel, der eine Vielzahl an ersten Wärmeübertragungsplatten 21 gemäß Fig. 5 und eine Vielzahl an zweiten Wärmeübertragungsplatten 22 enthält. Die Wärmeübertragungsplatten 21, 22 sind derart profiliert und miteinander verbunden, dass der Plattenstapel drei nebeneinander angeordnete Plattenwärmeübertrager 11, 12, 13 in sich vereint.the 6 FIG. 12 schematically illustrates a fluid circuit in which a plate heat transfer device is installed, which is shown in plan view. The plate heat transfer device comprises a plate stack, which has a plurality of first heat transfer plates 21 in accordance with figure 5 and a plurality of second heat transfer plates 22 . The heat transfer plates 21, 22 are profiled and connected to one another in such a way that the plate stack combines three plate heat exchangers 11, 12, 13 arranged next to one another.

Der erste Plattenwärmeübertrager 11 wird hier als Verdampfer 11 betrieben, der zweite Plattenwärmeübertrager 12 als Economiser 12 und der dritte Plattenwärmeübertrager 13 als Kondensator 13 bzw. Verflüssiger. Der Plattenstapel weist acht Anschlüsse P1 bis P8 auf. Die Nummerierung der Anschlüsse dient lediglich der eindeutigen Bezugnahme. Indem die drei Plattenwärmeübertrager 11, 12, 13 in einem Plattenstapel vereint sind, werden vier Anschlüsse und die dazugehörigen Rohrleitungen eingespart, welche ansonsten für die Verbindung der Plattenwärmeübertrager 11, 12, 13 untereinander notwendig wären.The first plate heat exchanger 11 is operated here as an evaporator 11, the second plate heat exchanger 12 as an economizer 12 and the third plate heat exchanger 13 as a condenser 13 or condenser. The plate pack has eight ports P1 to P8. The numbering of the connections is for clear reference only. By combining the three plate heat exchangers 11, 12, 13 in a stack of plates, four connections and the associated pipelines are saved, which would otherwise be necessary for connecting the plate heat exchangers 11, 12, 13 to one another.

Ein Kältemittel, insbesondere ein organisches Kältemittel wie Propan, strömt in flüssiger Form in den ersten Anschluss P1, den Verdampfereingang. Der Verdampfer 11 und der Economiser 12 sind bezüglich des Kältemittels miteinander in Reihe verbunden. Das bedeutet hier, dass das Kältemittel nach dem Durchströmen des Verdampfers 11 unmittelbar in die zugehörigen Strömungskanäle des Economiser 12 bis zu dem zweiten Anschluss P2 strömt. Dies wird in der Fig. 6 mit einem gestrichelten Pfeil veranschaulicht. In dem Verdampfer 11 wird das Kältemittel dampfförmig, wobei der Economiser 12 bewirkt, dass auch Restflüssigkeit an Kältemittel verdampft, ehe sie den zweiten Anschluss P2 erreicht. Von dort aus wird das dampfförmige Kältemittel zu einem Verdichter 8 bzw. Kompressor geleitet. Das dort verdichtete Kältemittel wird in den Eingang des Kondensators 13, den dritten Anschluss P3 geleitet. Beim Strömen durch den Kondensator 13 wird das Kältemittel wieder verflüssigt, wobei der Economiser 12 die vollständige Verflüssigung begünstigt oder sogar sicherstellt. Der Kondensator 13 und der Economiser 12 sind bezüglich des Kältemittels miteinander in Reihe verbunden, so dass das Kältemittel von dem dritten Anschluss P3 zu dem vierten Anschluss P4 strömt und dort wieder den Plattenstapel verlässt. Dies wird in der Fig. 6 mit einem weiteren gestrichelten Pfeil veranschaulicht. Von dem vierten Anschluss P4 wird das nun wieder flüssige Kältemittel zu einem Expansionsventil 9 bzw. Entspannungsventil geleitet, und von dort wieder zu dem ersten Anschluss P1, wo der Kreislauf erneut beginnt.A refrigerant, in particular an organic refrigerant such as propane, flows in liquid form into the first port P1, the evaporator inlet. The evaporator 11 and the economizer 12 are connected to each other in series with respect to the refrigerant. This means here that the refrigerant after flowing through the evaporator 11 directly into the associated Flow channels of the economizer 12 flows up to the second port P2. This will be in the 6 illustrated with a dashed arrow. In the evaporator 11, the refrigerant becomes vaporous, with the economizer 12 causing residual liquid refrigerant to also evaporate before it reaches the second port P2. From there, the vaporous refrigerant is routed to a compressor 8 or compressor. The refrigerant compressed there is fed into the input of the condenser 13, the third connection P3. The refrigerant is liquefied again as it flows through the condenser 13, with the economizer 12 promoting or even ensuring complete liquefaction. The condenser 13 and the economizer 12 are connected to one another in series with respect to the refrigerant, so that the refrigerant flows from the third port P3 to the fourth port P4 and there again leaves the plate stack. This will be in the 6 illustrated with another dashed arrow. From the fourth port P4, the refrigerant that is now liquid again is routed to an expansion valve 9 or expansion valve, and from there back to the first port P1, where the cycle begins again.

Eingang und Ausgang eines Wärmequellenkreises (in der Fig. 6 nicht dargestellt, sondern lediglich mit zwei Pfeilen angedeutet) bilden ein fünfter Anschluss P5 und ein sechster Anschluss P6. Im fünften Anschluss P5 wird also das als Wärmequelle dienende Fluid in den Verdampfer 11 geführt und durchströmt diesen bis zu dem sechsten Anschluss P6. Dabei gibt die Wärmequelle Energie an das Kältemittel ab, das diese Energie aufnimmt und dabei verdampft. Eine Trennwand 7 trennt hier den Verdampfer 11 bezüglich des Wärmequellenkreises von dem Economiser 12 ab, so dass das als Wärmequelle dienende Fluid nicht in den Economiser 12 strömen kann.Input and output of a heat source circuit (in the 6 not shown, but merely indicated by two arrows) form a fifth connection P5 and a sixth connection P6. In the fifth port P5, the fluid serving as a heat source is thus conducted into the evaporator 11 and flows through it to the sixth port P6. The heat source transfers energy to the refrigerant, which absorbs this energy and evaporates in the process. A partition wall 7 separates the evaporator 11 from the economizer 12 with respect to the heat source circuit, so that the fluid serving as a heat source cannot flow into the economizer 12 .

Eingang und Ausgang eines Wärmesenkenkreises (in der Fig. 6 ebenfalls nicht dargestellt, sondern lediglich mit zwei Pfeilen angedeutet) bilden ein siebter Anschluss P7 und ein achter Anschluss P8. Im siebten Anschluss P7 wird also das als Wärmesenke dienende Fluid in den Kondensator 13 geführt und durchströmt diesen bis zu dem achten Anschluss P8. Dabei nimmt die Wärmesenke Energie von dem Kältemittel auf, das diese Energie abgibt und dabei verflüssigt wird. Eine weitere Trennwand trennt den Kondensator 13 bezüglich des Wärmesenkenkreises von dem Economiser 12 ab, so dass das als Wärmesenke dienende Fluid nicht in den Economiser 12 strömen kann.Input and output of a heat sink circuit (in the 6 also not shown, but merely indicated by two arrows) form a seventh connection P7 and an eighth connection P8. In the seventh port P7, the fluid serving as a heat sink is thus conducted into the condenser 13 and flows through it to the eighth port P8. In doing so, the heat sink absorbs energy from the refrigerant, which releases this energy and is liquefied in the process. A further partition separates the condenser 13 from the economizer 12 with respect to the heat sink circuit, so that the fluid serving as a heat sink cannot flow into the economizer 12 .

Bezugszeichenliste:Reference list:

11
Plattenstapelplate stack
1111
erster Plattenwärmeübertrager, Verdampferfirst plate heat exchanger, evaporator
1212
zweiter Plattenwärmeübertrager, Economisersecond plate heat exchanger, economiser
1313
dritter Plattenwärmeübertrager, Kondensatorthird plate heat exchanger, condenser
22
Wärmeübertragungsplattenheat transfer plates
21, 22, 23, 2421, 22, 23, 24
erste, zweite, dritte, vierte Wärmeübertragungsplattefirst, second, third, fourth heat transfer plate
3131
erster Strömungskanalfirst flow channel
3232
zweiter Strömungskanalsecond flow channel
3535
Ramperamp
4141
Vertiefungenindentations
4242
Erhebungensurveys
5151
erste Berührungspunktefirst points of contact
5252
zweite Berührungspunktesecond touchpoints
6161
erste Berührungsebenefirst touch level
6262
zweite Berührungsebenesecond level of touch
77
Trennwandpartition wall
7171
weitere Trennwandanother partition
88th
Verdichtercompressor
99
Expansionsventilexpansion valve
B1B1
erster Bereichfirst area
B2B2
zweiter Bereichsecond area
B3B3
dritter Bereichthird area
P1-P8P1-P8
erster bis fünfter Anschlussfirst to fifth connection

Claims (15)

Plattenwärmeübertragervorrichtung, aufweisend einen Plattenstapel aus am Rand abdichtend miteinander verbundenen Wärmeübertragungsplatten (21, 22, ...), welche derart profiliert und gestapelt sind, dass in dem Plattenstapel (1) sich in einer Stapelrichtung abwechselnde erste Strömungskanäle (31) für ein erstes Fluid und zweite Strömungskanäle (32) für mindestens ein zweites Fluid ausgebildet sind und dass der Plattenstapel einen ersten Plattenwärmeübertrager (11), in dem ein Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid stattfinden kann, dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweils lokal von einem jeweiligen Kanalboden bis zu einer jeweiligen Kanaldecke messbare Kanalhöhe der ersten Strömungskanäle (31) entlang eines Strömungsweges des ersten Fluids zunimmt oder abnimmt.Plate heat exchanger device, having a plate stack of heat transfer plates (21, 22, ...) connected to one another in a sealing manner at the edge, which are profiled and stacked in such a way that first flow channels (31) for a first fluid alternate in a stacking direction in the plate stack (1). and second flow channels (32) are formed for at least one second fluid and that the plate stack has a first plate heat exchanger (11) in which a heat exchange between the first fluid and the second fluid can take place, characterized in that one in each case locally from a respective channel bottom measurable channel height of the first flow channels (31) increases or decreases up to a respective channel cover along a flow path of the first fluid. Plattenwärmeübertragervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei benachbarte Wärmeübertragungsplatten (21, 22) an Berührungspunkten und/oder Berührungsbereichen miteinander verbunden sind.Plate heat transfer device according to Claim 1, characterized in that two adjacent heat transfer plates (21, 22) are connected to one another at points of contact and/or areas of contact. Plattenwärmeübertragervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalhöhe jeweils an Punkten gemessen wird, welche in Aufsicht auf eine Plattenfläche zwischen zwei Berührungspunkten und/oder Berührungsbereichen angeordnet sind.Plate heat exchanger device according to Claim 2, characterized in that the channel height is measured at points which are arranged between two contact points and/or contact areas in plan view of a plate surface. Plattenwärmeübertragervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen alle Berührungspunkte und/oder Berührungsbereiche von zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten (21, 22) auf einer jeweiligen zwischen den beiden benachbarten Wärmeübertragungsplatten (21, 22) verlaufenden Berührungsebene angeordnet sind.Plate heat exchanger device according to claim 2 or 3, characterized in that essentially all contact points and/or contact areas of two adjacent heat transfer plates (21, 22) are arranged on a respective contact plane running between the two adjacent heat transfer plates (21, 22). Plattenwärmeübertragervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden benachbarten Wärmeübertragungsplatten (21, 22) bezüglich der Berührungsebene zueinander im Wesentlichen spiegelsymmetrisch ausgebildet sind.Plate heat transfer device according to Claim 4, characterized in that the two adjacent heat transfer plates (21, 22) are designed to be essentially mirror-symmetrical to one another with respect to the plane of contact. Plattenwärmeübertragervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Plattenstapel aus zueinander im Wesentlichen gleichen Wärmeübertragungsplatten besteht, welche in Stapelrichtung abwechselnd um 180° gedreht sind.Plate heat transfer device according to one of the preceding claims, characterized in that the plate stack consists of mutually substantially identical heat transfer plates which are alternately rotated through 180° in the stacking direction. Plattenwärmeübertragervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Plattenstapel aus ersten Wärmeübertragungsplatten (21) und zweiten Wärmeübertragungsplatten (22) gebildet ist oder besteht, welche sich voneinander unterscheiden und sich in Stapelrichtung abwechseln.Plate heat transfer device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the plate stack is formed or consists of first heat transfer plates (21) and second heat transfer plates (22) which differ from each other and alternate in the stacking direction. Plattenwärmeübertragervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmeübertragungsplatten (21, 22, ...) derart profiliert und gestapelt sind, dass der Plattenstapel mindestens einen zweiten Plattenwärmeübertrager (12) und/oder einen dritten Plattenwärmeübertrager (13) aufweist, wobei der erste Plattenwärmeübertrager (11) und der zweite Plattenwärmeübertrager (12) bezüglich des ersten Fluides und/oder bezüglich des zweiten Fluides miteinander in Reihe verbunden sind und/oder wobei der zweite Plattenwärmeübertrager (12) und der dritte Plattenwärmeübertrager (13) bezüglich des zweiten Fluides und/oder bezüglich eines dritten Fluides miteinander in Reihe verbunden sind.Plate heat exchanger device according to one of the preceding claims, characterized in that heat transfer plates (21, 22, ...) are profiled and stacked in such a way that the plate stack has at least a second plate heat exchanger (12) and/or a third plate heat exchanger (13), the first plate heat exchanger (11) and the second plate heat exchanger (12) are connected to one another in series with respect to the first fluid and/or with respect to the second fluid and/or wherein the second plate heat exchanger (12) and the third plate heat exchanger (13) are connected with respect to the second fluid and /or are connected to each other in series with respect to a third fluid. Plattenwärmeübertragervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Strömungsweg von dem ersten Plattenwärmeübertrager (11) in den zweiten Plattenwärmeübertrager (12) erstreckt, so dass die Kanalhöhe der ersten Strömungskanäle (31) in dem ersten Plattenwärmeübertrager (11) größer oder kleiner ist als in dem zweiten Plattenwärmeübertrager (12).Plate heat exchanger device according to one of the preceding claims, characterized in that the flow path extends from the first plate heat exchanger (11) into the second plate heat exchanger (12), so that the channel height of the first Flow channels (31) in the first plate heat exchanger (11) is larger or smaller than in the second plate heat exchanger (12). Plattenwärmeübertragervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Plattenwärmeübertrager (11) und der zweite Plattenwärmeübertrager (12) mittels Trennwänden (5) voneinander getrennt sind, welche aus paarweise aufeinanderliegenden Profilbergen und Profiltälern im Plattenstapel benachbarter Wärmeübertragungsplatten (2) gebildet sind und jeweils Strömungskanäle eines Fluids des ersten Plattenwärmeübertragers (11) von Strömungskanälen eines anderen Fluids des zweiten Plattenwärmeübertragers (12) in einem Plattenzwischenraum voneinander trennen.Plate heat exchanger device according to one of the preceding claims, characterized in that the first plate heat exchanger (11) and the second plate heat exchanger (12) are separated from one another by means of partitions (5) which are formed from paired profile peaks and profile valleys in the plate stack of adjacent heat transfer plates (2) and separate flow ducts of a fluid of the first plate heat exchanger (11) from flow ducts of another fluid of the second plate heat exchanger (12) in an intermediate plate space. Fluidkreis (100), mit einer Pumpe (110), einer Verdampfervorrichtung (120), einer Expansionsvorrichtung (130), einer Kondensatorvorrichtung (140), wobei die Verdampfervorrichtung (120) und/oder die Kondensatorvorrichtung (140) mittels eines oder zwei der Plattenwärmeübertrager (11; 12; 13) der Plattenwärmeübertragervorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche verwirklicht ist.Fluid circuit (100), with a pump (110), an evaporator device (120), an expansion device (130), a condenser device (140), wherein the evaporator device (120) and/or the condenser device (140) by means of one or two of the plate heat exchangers (11; 12; 13) of the plate heat exchanger device according to one of the preceding claims. Fluidkreis (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkreis (100) zusätzlich einen Economiser (150) aufweist, welcher durch einen der Plattenwärmeübertrager (11; 12; 13) verwirklicht ist.Fluid circuit (100) according to Claim 11, characterized in that the fluid circuit (100) additionally has an economizer (150), which is implemented by one of the plate heat exchangers (11; 12; 13). Fluidkreis (100) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Wärmeübertrager des Fluidkreises (100) durch die Plattenwärmeübertrager (11; 12; 13) verwirklicht sind, welche in dem Plattenstapel gebildet sind.Fluid circuit (100) according to Claim 11 or 12, characterized in that all the heat exchangers of the fluid circuit (100) are realized by plate heat exchangers (11; 12; 13) formed in the stack of plates. Fluidkreis (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkreis (100) ein organischer Fluidkreis ist, bei dem mindestens ein organisches Fluid durch einen der Plattenwärmeübertrager (11; 12; 13) der Plattenwärmeübertragervorrichtung (1) strömt.Fluid circuit (100) according to any one of Claims 11 to 13, characterized in that the fluid circuit (100) is an organic fluid circuit the at least one organic fluid flows through one of the plate heat exchangers (11; 12; 13) of the plate heat exchanger device (1). Fluidkreis (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer mit einer verdampfungsfördernden Beschichtung und/oder der Kondensator mit einer kondensationsfördernden Beschichtung beschichtet sind/ist.Fluid circuit (100) according to one of Claims 11 to 14, characterized in that the evaporator is/are coated with an evaporation-promoting coating and/or the condenser is/are coated with a condensation-promoting coating.
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