PLATTENWÄRMETAUSCHER, VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES PLATTENWÄRMETAUSCHERS UND VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES PLATTENWÄRMETAUSCHERS

Abstract

 Ein Plattenwärmetauscher (1) für eine verfahrenstechnische Anlage (26), mit einer Anschlusseinrichtung (9 - 18), insbesondere einem Eintrittsheader, zum Zuführen einer zu verdampfenden Flüssigphase (FP) eines Fluids (A - E) zu dem Plattenwärmetauscher (1), einem Wärmetauscherblock (2), der eine Verteileröffnung (36) zum Verteilen der Flüssigphase (FP) auf eine Wärmeübertragungspassage (32) des Wärmetauscherblocks (2) aufweist, und einem Druckverlustelement (52), welches an der Verteileröffnung (36) angeordnet ist und welches mit dem Wärmetauscherblock (2) verbunden ist, um bei einem Einströmen der Flüssigphase (FP) in den Wärmetauscherblock (2) einen Druckverlust zu erzeugen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher für eine verfahrenstechnische Anlage, ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Plattenwärmetauschers und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Plattenwärmetauschers.

[0002] Mit Hilfe eines sogenannten Plattenwärmeübertragers oder Plattenwärmetauschers lässt sich ein Wärmeaustausch zwischen mehreren verschiedenen Fluiden oder Medien realisieren. Beispielsweise kann ein derartiger Plattenwärmetauscher zur Herstellung von Flüssiggas (Engl.: Liquefied Natural Gas, LNG) eingesetzt werden. Hierbei wird Erdgas mit Hilfe eines Kältemittels verflüssigt, wobei das Kältemittel verdampft. Als Kältemittel können insbesondere sogenannte Gemischkältemittel (Engl.: Mixed Refrigerants) eingesetzt werden. Diese sind nach der Entspannung auf Betriebsdruck zweiphasig und werden vor dem Plattenwärmetauscher in eine Gasphase und in eine Flüssigphase getrennt. Die Flüssigphase wird dem Plattenwärmetauscher über einen sogenannten Eintrittsheader einphasig zugeführt. In dem Plattenwärmetauscher wird die Flüssigphase aufwärtsgerichtet verdampft.

[0003] Bei dem Verdampfen der Flüssigphase, die nach dem Eintritt in den Plattenwärmetauscher einen Zweiphasenstrom bildet, kann es zu dem Phänomen der sogenannten Ledinegg-Instabilität kommen. Die Ledinegg-Instabilität kann dazu führen, dass ein Gesamtdruckverlust der Flüssigphase über die Länge einer Wärmeübertragungspassage des Plattenwärmetauschers nicht monoton mit einem Massenstrom der Flüssigphase ansteigt. Es ergibt sich somit eine Senke im Verlauf des Gesamtdruckverlusts über den Massenstrom. Diese Senke führt dazu, dass die gewünschte Gleichverteilung der Flüssigphase auf Kanäle oder Passagen der Wärmeübertragungspassage nicht mehr gewährleistet ist, sondern es Kanäle oder Passagen mit einem größeren oder einem kleineren Massenstrom bei gleichem Gesamtdruckverlust gibt.

[0004] Diese Ungleichverteilung kann so weit gehen, dass in einigen Kanälen oder Passagen die Flüssigphase nicht mehr vollständig verdampft wird und somit zweiphasig aus dem Plattenwärmetauscher austritt. Die Ungleichverteilungen können somit zu einer thermischen Minderleistung des Plattenwärmetauschers führen. Weiterhin können die Ungleichverteilungen auch zu einem ungleichmäßigem Temperaturverlauf in dem Plattenwärmetauscher und somit zu Thermospannungen führen. Daher ist es wünschenswert, das Auftreten von Ledinegg-Instabilität zu verhindern oder dieses Phänomen zumindest zu reduzieren.

[0005] Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen verbesserten Plattenwärmetauscher zur Verfügung zu stellen.

[0006] Demgemäß wird ein Plattenwärmetauscher für eine verfahrenstechnische Anlage vorgeschlagen. Der Plattenwärmetauscher umfasst eine Anschlusseinrichtung, insbesondere einen Eintrittsheader, zum Zuführen einer zu verdampfenden Flüssigphase eines Fluids zu dem Plattenwärmetauscher, einen Wärmetauscherblock, der eine Verteileröffnung zum Verteilen der Flüssigphase auf eine Wärmeübertragungspassage des Wärmetauscherblocks aufweist, und ein Druckverlustelement, welches an der Verteileröffnung angeordnet ist und welches mit dem Wärmetauscherblock verbunden ist, um bei einem Einströmen der Flüssigphase in den Wärmetauscherblock einen Druckverlust zu erzeugen.

[0007] Dadurch, dass das Druckverlustelement vorgesehen ist, kann ein Gesamtdruckverlust erzeugt werden, der einen monotonen Verlauf mit einem relativen Massenstrom der Flüssigphase aufweist. Die Gleichverteilung des Gesamtstroms der Flüssigphase oder Anteile desselben auf die Kanäle der jeweiligen Wärmeübertragungspassagen des Wärmetauscherblocks wird sichergestellt, der erforderliche Wärmeumsatz wird erbracht und die Temperaturverteilung wird homogenisiert.

[0008] Das Fluid ist insbesondere ein Gemischkältemittel, welches die zuvor erwähnte Flüssigphase und eine Gasphase aufweist. Mit Hilfe des Fluids kann ein weiteres Fluid, beispielsweise Erdgas, verflüssigt werden. Die verfahrenstechnische Anlage kann beispielsweise eine Anlage zum Herstellen von Flüssiggas oder dergleichen sein. Die verfahrenstechnische Anlage kann eine Vielzahl derartiger Plattenwärmetauscher umfassen.

[0009] Der Plattenwärmetauscher oder Plattenwärmeübertrager ist insbesondere ein sogenannter Plate Fin Heat Exchanger (PFHE) oder kann als solcher bezeichnet werden. Der Plattenwärmetauscher ist vorzugsweise aus Bauteilen aufgebaut, die aus Aluminium gefertigt und miteinander hartverlötet sind. Der Plattenwärmetauscher kann daher auch als hartgelöteter Aluminium-Plattenwärmetauscher (Engl.: Brazed Aluminum Plate Fin Heat Exchanger) bezeichnet werden. Der Wärmetauscherblock ist insbesondere quaderförmig oder blockförmig aufgebaut und umfasst bevorzugt eine Vielzahl an Heizflächenelementen sowie eine Vielzahl an Trennplatten. Die Heizflächenelemente sind sogenannte Fins, insbesondere sogenannte Heat Transfer Fins, oder können als Fins bezeichnet werden. Die Heizflächenelemente können als gewellte oder gerippte Bleche, beispielsweise als Aluminiumbleche, ausgebildet sein. Jedes Heizflächenelement weist eine Vielzahl parallel angeordneter Rippen oder Wellen auf, zwischen denen Passagen oder Kanäle ausgebildet sind. Die Kanäle eines Heizflächenelements bilden jeweils eine Wärmeübertragungspassage. Die Wellen können als Riffel, Stege oder Finstege bezeichnet werden.

[0010] Die Heizflächenelemente und die Trennplatten sind abwechselnd angeordnet, so dass in dem Wärmetauscherblock eine Vielzahl an parallelen Wärmeübertragungspassagen ausgebildet wird, in denen die Fluide strömen können und indirekt Wärme auf in benachbarten Wärmeübertragungspassagen geführte Fluide übertragen können. Die einzelnen Wärmeübertragungspassagen können mit Hilfe jeweiliger Anschlusseinrichtungen mit einem jeweiligen Fluid beaufschlagt werden oder das jeweilige Fluid kann mit Hilfe einer derartigen Anschlusseinrichtung von dem Plattenwärmetauscher weggeführt werden. Die Anschlusseinrichtungen sind sogenannte Header, insbesondere Eintrittsheader oder Austrittsheader, oder können als solche bezeichnet werden.

[0011] Insbesondere ist genau ein oder nur ein Druckverlustelement vorgesehen. Das Druckverlustelement kann jedes Bauteil sein, das geeignet ist, an der Verteileröffnung einen Druckverlust zu erzeugen. Das Druckverlustelement ist insbesondere analog zu dem Heizflächenelement aufgebaut. Das heißt, das Druckverlustelement umfasst bevorzugt eine Vielzahl parallel angeordneter Rippen oder Wellen, zwischen denen parallel angeordnete Passagen oder Kanäle verlaufen. Die Wellen können auch als Riffel, Stege oder Finstege bezeichnet werden. Das Druckverlustelement ist ein Fin, insbesondere ein sogenannter Hardwayfin, oder kann als solcher bezeichnet werden. Im Betrieb des Plattenwärmetauscher wird die gesamte Flüssigphase, die einer Wärmeübertragungspassage zugeführt wird, durch das Druckverlustelement hindurchgeleitet oder hindurchgezwungen. Leckströmungen oder Bypassströmungen um das Druckelement herum sind bevorzugt nicht vorgesehen.

[0012] Bevorzugt ist das Druckverlustelement außerhalb der Wärmeübertragungspassage, insbesondere außerhalb eines aktiven Bereichs der Wärmeübertragungspassage, angeordnet. Der aktive Bereich einer Wärmeübertragungspassage wird insbesondere jeweils durch das jeweilige Heizflächenelement gebildet. Das Druckverlustelement ist stromaufwärts des jeweiligen Heizflächenelements positioniert. Zwischen dem Druckverlustelement und dem Heizflächenelement können Verteilerelemente zum gleichmäßigen Verteilen der Flüssigphase auf die Kanäle des Heizflächenelements vorgesehen sein.

[0013] Darunter, dass das Druckverlustelement "an" der Verteileröffnung angeordnet ist, kann zu verstehen sein, dass das Druckverlustelement auf einer Außenfläche des Wärmetauscherblocks aufliegt oder dass das Druckverlustelement in der Verteileröffnung aufgenommen ist. Darunter, dass das Druckverlustelement mit dem Wärmetauscherblock "verbunden" ist, ist insbesondere zu verstehen, dass das Druckverlustelement direkt an dem Plattenwärmetauscher und nicht an der Anschlusseinrichtung befestigt ist. Beispielsweise kann das Druckverlustelement stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Wärmetauscherblock verbunden sein. Bei stoffschlüssigen Verbindungen werden die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten. Stoffschlüssige Verbindungen sind nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel und/oder der Verbindungspartner trennen lassen. Eine stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch Löten oder Schweißen hergestellt werden. Eine formschlüssige Verbindung entsteht durch das Ineinander- oder Hintergreifen von mindestens zwei Verbindungspartnern.

[0014] Gemäß einer Ausführungsform ist das Druckverlustelement innerhalb der Verteileröffnung angeordnet.

[0015] Das heißt, eine Außenkontur des Druckverlustelements ist in einer Innenkontur des Verteileröffnung aufgenommen. Die Außenkontur und die Innenkontur können rechteckförmig sein. Das Druckverlustelement ist somit in der Verteileröffnung aufgenommen. Wie zuvor erwähnt, kann das Druckverlustelement jedoch auch auf der Außenfläche des Wärmetauscherblocks aufliegen und die Verteileröffnung abdecken. In diesem Fall ist das Druckverlustelement nicht unmittelbar innerhalb der Verteileröffnung positioniert.

[0016] Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Druckverlustelement bündig mit einer Außenfläche des Wärmetauscherblocks angeordnet.

[0017] Insbesondere sind das Heizflächenelement und die Verteilerelemente von mehreren rahmenförmig um dieselben umlaufenden Radleisten oder Sidebars umrahmt. Die Außenfläche wird durch die Randleisten definiert. Unter "bündig" ist zu verstehen, dass das Druckverlustelement nicht über die Außenfläche übersteht. Alternativ kann das Druckverlustelement bezüglich der Außenfläche auch zurückgesetzt sein oder über diese überstehen.

[0018] Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Anschlusseinrichtung mit der Außenfläche verbunden, wobei die Anschlusseinrichtung das Druckverlustelement derart abdeckt, dass das Druckverlustelement außerhalb eines Innenraums der Anschlusseinrichtung angeordnet ist.

[0019] Der Innenraum ist in Richtung auf den Wärmetauscherblock zu insbesondere von der Außenfläche begrenzt. Für den Fall, dass das Druckverlustelement bündig mit der Außenfläche angeordnet ist oder hinter dieser zurücksteht, ist das Druckverlustelement außerhalb des Innenraums positioniert. Für den Fall, dass das Druckverlustelement in Richtung der Anschlusseinrichtung über die Außenfläche übersteht oder auf der Außenfläche aufliegt, ist das Druckverlustelement jedoch zumindest abschnittsweise innerhalb des Innenraums angeordnet.

[0020] Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Außenkontur des Druckverlustelements fluiddicht mit der Verteileröffnung verbunden.

[0021] Hierdurch werden Bypassströmungen zuverlässig verhindert. Die Außenkontur umfasst mehrere Seitenkanten, insbesondere vier Seitenkante, die alle fluiddicht mit der Verteileröffnung, insbesondere mit der Innenkontur der Verteileröffnung, verbunden sind. Die fluiddichte Verbindung kann mit Hilfe einer Dichtung, beispielsweise mit Hilfe einer Dichtschnur, mit Hilfe einer Lötnaht oder mit Hilfe einer Schweißnaht erzeugt werden.

[0022] Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Druckverlustelement dazu eingerichtet, einen Druckverlust von 20 mbar bis 400 mbar zu erzeugen.

[0023] Der Druckverlust kann beispielsweise mit Hilfe einer an dem Druckverlustelement vorgesehenen Perforation erzeugt werden.

[0024] Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Druckverlustelement eine Perforation auf, durch welche die Flüssigphase im Betrieb des Plattenwärmetauschers vollständig hindurchströmt.

[0025] Die Perforation umfasst eine Vielzahl an Durchbrüchen, die das Druckverlustelement durchbrechen. Die Durchbrüche können Bohrungen oder Ausstanzungen sein. Die Durchbrüche können gleichmäßig oder ungleichmäßig über das Druckverlustelement verteilt sein. Mit Hilfe einer Variation einer Geometrie und/oder einer Querschnittsfläche der Durchbrüche kann der Druckverlust beeinflusst und somit eingestellt werden.

[0026] Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Druckverlustelement parallel zueinander und beabstandet voneinander angeordnete Wellen auf, zwischen denen Kanäle vorgesehen sind.

[0027] Die Wellen können auch als Riffel, Rippen, Stege oder Finstege bezeichnet werden. Ein Abstand zwischen den Wellen kann bei der Herstellung des Druckverlustelements zur Beeinflussung des Druckverlusts verändert werden. Der Abstand kann auch als Teilung oder Finteilung bezeichnet werden.

[0028] Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Druckverlustelement senkrecht zu einer Durchströmungsrichtung der Flüssigphase durch das Druckverlustelement hindurch angeordnet.

[0029] Unter "senkrecht" oder "quer" ist dabei insbesondere ein Winkel von 90° ± 10°, bevorzugt von 90° ± 5°, weiter bevorzugt von 90° ± 3°, weiter bevorzugt von 90° ± 1°, weiter bevorzugt von genau 90°, zu verstehen.

[0030] Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Druckverlustelement mit Hilfe einer Verbindungsnaht stoffschlüssig mit dem Wärmetauscherblock verbunden, und/oder das Druckverlustelement ist mit Hilfe eines Nut-Feder-Systems formschlüssig mit dem Wärmetauscherblock verbunden.

[0031] Die Verbindungsnaht ist eine Lötnaht oder eine Schweißnaht. Bevorzugt läuft die Schweißnaht vollständig um das Druckverlustelement um. Es können auch mehrere Verbindungsnähte vorgesehen sein, die um das Druckverlustelement vollständig umlaufen. Das Nut-Feder-System umfasst bevorzugt an dem Wärmetauscherblock vorgesehene Nuten, in die Federabschnitte des Druckverlustelements formschlüssig eingreifen. Die Nuten sind insbesondere an Randleisten des Wärmetauscherblocks vorgesehen.

[0032] Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Plattenwärmetauschers für eine verfahrenstechnische Anlage vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte:

a) Einspeisen einer zu verdampfenden Flüssigphase eines Fluids in einen Wärmetauscherblock des Plattenwärmetauschers, b) Erzeugen eines Druckverlusts an einer Verteileröffnung des Wärmetauscherblocks mit Hilfe eines an der Verteileröffnung angeordneten und mit dem Wärmetauscherblock verbundenen Druckverlustelements, und c) Umwandeln der Flüssigphase in einen Zweiphasenstrom innerhalb des Wärmetauscherblocks während eines Wärmetauschs mit einem zu verflüssigenden Fluid.

[0033] Wie zuvor erwähnt, ist das Fluid ein Gemischkältemittel. Das weitere Fluid ist bevorzugt Erdgas. Somit ist das zuvor erwähnte Verfahren auch ein Verfahren zum Herstellen von Flüssigerdgas.

[0034] Gemäß einer Ausführungsform wird in dem Schritt b) ein Druckverlust von 20 mbar bis 400 mbar erzeugt.

[0035] Der gewünschte Druckverlust kann insbesondere durch eine Modifikation der Perforation des Druckverlustelements und/oder der Teilung der Wellen des Druckverlustelements eingestellt werden.

[0036] Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Plattenwärmetauschers für eine verfahrenstechnische Anlage vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: a) Bereitstellen eines Wärmetauscherblocks, b) Bereitstellen eines Druckverlustelements, c) Anordnen des Druckverlustelements an einer Verteileröffnung des Wärmetauscherblocks, und d) Verbinden des Druckverlustelements mit dem Wärmetauscherblock.

[0037] Das Bereitstellen des Wärmetauscherblocks kann ein Herstellen, beispielsweise ein Verlöten von Einzelteilen, des Wärmetauscherblocks umfassen. Das Bereitstellen des Druckverlustelements kann ein Herstellen desselben umfassen. In dem Schritt c) kann das Druckverlustelement beispielsweise auf die Verteileröffnung aufgelegt oder in diese hineingelegt werden. Beispielsweise kann das Druckverlustelement in dem Schritt d) mit dem Wärmetauscherblock verlötet oder verschweißt werden. Das Druckverlustelement kann zusätzlich oder alternativ mit Hilfe des Nut-Feder-Systems auch formschlüssig mit dem Wärmetauscherblock verbunden werden.

[0038] Gemäß einer Ausführungsform wird vor oder in dem Schritt b) eine Perforation in das Druckverlustelement eingebracht.

[0039] Beispielsweise kann bei dem Bereitstellen des Druckverlustelements die Perforation in Form von Bohrungen oder Ausstanzungen in dasselbe eingebracht werden. Die Perforation kann, wie zuvor erwähnt, verändert werden, um den gewünschten Druckabfall zu erreichen.

[0040] Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vor oder in dem Schritt b) ein Abstand von benachbarten Wellen des Druckverlustelements eingestellt.

[0041] Auch hierdurch kann der Druckverlust beeinflusst werden. Die Durchbrüche der Perforation können an den Wellen dabei in der Durchströmungsrichtung betrachtet hintereinander positioniert oder quer zu der Durchströmungsrichtung zueinander versetzt sein.

[0042] "Ein" ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteilige angegeben ist.

[0043] Die für den Plattenwärmetauscher beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für die vorgeschlagenen Verfahren entsprechend und umgekehrt.

[0044] Weitere mögliche Implementierungen des Plattenwärmetauschers und/oder der Verfahren umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des Plattenwärmetauschers und/oder der Verfahren hinzufügen.

[0045] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte des Plattenwärmetauschers und/oder der Verfahren sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des Plattenwärmetauschers und/oder der Verfahren. Im Weiteren werden der Plattenwärmetauschers und/oder die Verfahren anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Plattenwärmetauschers;

Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks für den Plattenwärmetauscher gemäß Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine stark vergrößerte schematische Teilschnittansicht des Plattenwärmetauschers gemäß Fig. 1;

Fig. 4 zeigt eine weitere stark vergrößerte schematische Teilschnittansicht des Plattenwärmetauschers gemäß Fig. 1;

Fig. 5 zeigt ein schematisches Diagramm des Druckverlaufs über dem relativen Massenstrom im Betrieb des Plattenwärmetauschers gemäß Fig. 1;

Fig. 6 zeigt eine stark vergrößerte schematische Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Plattenwärmetauschers;

Fig. 7 zeigt eine weitere stark vergrößerte schematische Teilschnittansicht des Plattenwärmetauschers gemäß Fig. 6;

Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Druckverlustelements für den Plattenwärmetauscher gemäß Fig. 6;

Fig. 9 zeigt eine weitere schematische Ansicht des Druckverlustelements gemäß Fig. 8;

Fig. 10 zeigt ein schematisches Diagramm des Druckverlaufs über dem relativen Massenstrom im Betrieb des Plattenwärmetauschers gemäß Fig. 6;

Fig. 11 zeigt eine stark vergrößerte schematische Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Plattenwärmetauschers;

Fig. 12 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Plattenwärmetauschers gemäß Fig. 6 oder gemäß Fig. 11; und

Fig. 13 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen des Plattenwärmetauschers gemäß Fig. 6 oder gemäß Fig. 11.

[0046] In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.

[0047] Die Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Plattenwärmeübertragers oder Plattenwärmetauschers 1. Die Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks 2 für den Plattenwärmetauscher 1 gemäß Fig. 1. Nachfolgend wird auf die Fig. 1 und 2 gleichzeitig Bezug genommen.

[0048] Mit Hilfe des in der Fig. 1 dargestellten Plattenwärmetauschers 1 lässt sich ein Wärmeaustausch zwischen mehreren verschiedenen Fluiden A bis E realisieren. Die Fluide A bis E können auch als Prozessmedien oder Medien bezeichnet werden. Der Plattenwärmetauscher 1 ist insbesondere ein Plate Fin Heat Exchanger (PFHE) oder kann als solcher bezeichnet werden. Der Plattenwärmetauscher 1 ist vorzugsweise aus Bauteilen aufgebaut, die aus Aluminium gefertigt und miteinander hartverlötet sind. Der Plattenwärmetauscher 1 kann daher auch als hartgelöteter Aluminium-Plattenwärmetauscher (Engl.: Brazed Aluminum Plate Fin Heat Exchanger) bezeichnet werden.

[0049] Der Wärmetauscherblock 2 ist quaderförmig oder blockförmig aufgebaut und umfasst eine Vielzahl an Heizflächenelementen 3 sowie eine Vielzahl an Trennplatten 4. Die Heizflächenelemente 3 sind sogenannte Fins, insbesondere sogenannte Heat Transfer Fins, oder können als Fins bezeichnet werden. Die Heizflächenelemente 3 können als gewellte oder gerippte Bleche, beispielsweise als Aluminiumbleche, ausgebildet sein. Die Trennplatten 4 sind Trennbleche oder können als Trennbleche bezeichnet werden. Die Trennplatten 4 können ebenfalls aus Aluminium gefertigt sein. Die Anzahl der Heizflächenelemente 3 und die Anzahl der Trennplatten 4 ist beliebig.

[0050] Die Heizflächenelemente 3 und die Trennplatten 4 sind abwechselnd angeordnet. Das heißt, zwischen zwei Heizflächenelementen 3 ist jeweils eine Trennplatte 4 und zwischen zwei Trennplatten 4 ist jeweils ein Heizflächenelement 3 positioniert. Die Heizflächenelemente 3 und die Trennplatten 4 können dabei stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Bei stoffschlüssigen Verbindungen werden die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten. Stoffschlüssige Verbindungen sind nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel und/oder der Verbindungspartner voneinander trennen lassen. Insbesondere können die Heizflächenelemente 3 und die Trennplatten 4 miteinander verlötet sein.

[0051] Der Wärmetauscherblock 2 umfasst weiterhin Deckplatten 5, 6, zwischen denen die Vielzahl an Heizflächenelementen 3 und die Vielzahl an Trennplatten 4 angeordnet sind. Die Deckplatten 5, 6 können dabei identisch wie die Trennplatten 4 aufgebaut sein. Die Deckplatten 5, 6 sind dabei außenseitig auf einem jeweils äußersten Heizflächenelement 3 positioniert und schließen den Wärmetauscherblock 2 in der Orientierung der Fig. 1 und 2 nach vorne und hinten ab. Weiterhin umfasst der Wärmetauscherblock 2 sogenannte Side Bars oder Randleisten 7, 8, die die Heizflächenelemente 3 seitlich begrenzen. Die Randleisten 7, 8 können mit den Trennplatten 4 und/oder den Heizflächenelementen 3 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verlötet, sein.

[0052] Mit Hilfe der Heizflächenelemente 3 und der Trennplatten 4 bildet der Plattenwärmetauscher 1 eine Vielzahl an parallelen Wärmeübertragungspassagen aus, in denen die Fluide A bis E strömen können und indirekt Wärme auf in benachbarten Wärmeübertragungspassagen geführte Fluide A bis E übertragen können. Die einzelnen Wärmeübertragungspassagen können mit Hilfe von Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 mit einem jeweiligen Fluid A bis E beaufschlagt werden oder das jeweilige Fluid A bis E kann mit Hilfe einer derartigen Anschlusseinrichtung 9 bis 18 von dem Plattenwärmetauscher 1 weggeführt werden. Die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 sind sogenannte Header oder können als solche bezeichnet werden. Die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 können auch als Verteiler bezeichnet werden.

[0053] Beispielsweise sind die Anschlusseinrichtungen 11, 13, 15 dazu geeignet, dem Plattenwärmetauscher 1 die Fluide A, B, D zuzuführen, und die Anschlusseinrichtungen 9, 10, 12, 14 sind dazu geeignet, die Fluide A, C, D, E von dem Plattenwärmetauscher 1 abzuführen. Jeder Anschlusseinrichtung 9 bis 18 ist ein Stutzen 19 bis 25 zugeordnet, mit denen die jeweilige Anschlusseinrichtung 9 bis 18 mit dem entsprechenden Fluid A bis E beaufschlagt werden kann oder das entsprechende Fluid A bis E von der Anschlusseinrichtung 9 bis 18 weggeführt werden kann. Die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 sind stoffschlüssig mit dem Wärmetauscherblock 2 verbunden. Insbesondere sind die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 mit dem Wärmetauscherblock 2 verschweißt.

[0054] Der Plattenwärmetauscher 1 kann Teil einer verfahrenstechnischen Anlage 26 sein. Die verfahrenstechnische Anlage 26 kann beispielsweise eine Anlage zur Luftzerlegung, zur Herstellung von Flüssiggas (Engl.: Liquefied Natural Gas, LNG), eine in der petrochemischen Industrie eingesetzte Anlage oder dergleichen sein. Die verfahrenstechnische Anlage 26 kann eine Vielzahl derartiger Plattenwärmetauscher 1 umfassen.

[0055] Die Fig. 3 und 4 zeigen jeweils eine schematische Teilschnittansicht des Plattenwärmetauschers 1. In der Fig. 3 ist die Anschlusseinrichtung 15 abweichend von der Fig. 1 nicht seitlich, sondern mittig an dem Wärmetauscherblock 2 angeordnet. Ein Koordinatensystem des Plattenwärmetauschers 1 umfasst eine x-Richtung oder Breitenrichtung x, eine y-Richtung oder Hochrichtung y und eine z-Richtung oder Tiefenrichtung z.

[0056] Jedes Heizflächenelement 3 weist dabei eine Vielzahl in der Fig. 3 nur schematisch angedeuteter Riffel oder Wellen 27 bis 29 auf, die in der Orientierung der Fig. 3 von oben nach unten beziehungsweise in einer Schwerkraftrichtung g orientiert sind. Die Wellen 27 bis 29 können auch als Rippen, Stege oder Finstege bezeichnet werden. Die Wellen 27 bis 29 bilden dabei eine Vielzahl in der Schwerkraftrichtung g verlaufender Passagen oder Kanäle 30, 31. Die Gesamtheit der Kanäle 30, 31 des Heizflächenelements 3 bilden zumindest einen Teil einer Wärmeübertragungspassage 32 des Plattenwärmetauschers 1. Insbesondere legen die Kanäle 30, 31 einen durchströmbaren Bereich der Wärmeübertragungspassage 32 fest. Mechanisch und für die Wärmeübertragung sind jedoch auch die Wellen 27 bis 29 sowie die Trennplatten 4 von Bedeutung. Die Kanäle 30, 31 können senkrecht zu der Schwerkraftrichtung g, das heißt, in der Breitenrichtung x, untereinander in Fluidverbindung sein. Hierzu können die Wellen 27 bis 29 beispielsweise Lochungen oder Perforationen aufweisen, die einen Stoffaustausch zwischen den Kanälen 30, 31 ermöglichen. Das Heizflächenelement 3 kann als aktiver Fin bezeichnet werden. Das Heizflächenelement 3 bildet einen aktiven Bereich der Wärmeübertragungspassage 32. Daher kann das Heizflächenelement 3 auch als aktiver Bereich bezeichnet werden.

[0057] Wie die Fig. 3 weiterhin zeigt, sind ferner Verteilerelemente 33 bis 35 vorgesehen, die geeignet sind, eine Flüssigphase FP des Fluids A von einer Verteileröffnung 36 des Wärmetauscherblocks 2 gleichmäßig auf die Kanäle 30, 31 des Heizflächenelements 3 zu verteilen. Die Verteilerelemente 33 bis 35 sind bevorzugt analog zu dem Heizflächenelement 3 aufgebaut. Das heißt, das Verteilerelement 33 umfasst eine Vielzahl in der Fig. 3 nur schematisch angedeuteter Riffel oder Wellen 37 bis 39, die in der Orientierung der Fig. 3 von oben nach unten beziehungsweise in der Schwerkraftrichtung g orientiert sind. Die Wellen 37 bis 39 können auch als Rippen, Stege oder Finstege bezeichnet werden. Die Wellen 37 bis 39 bilden dabei eine Vielzahl in der Schwerkraftrichtung g verlaufender Passagen oder Kanäle 40, 41. Die Kanäle 40, 41 können dabei Teil der Wärmeübertragungspassage 32 sein. Das Verteilerelement 33 ist keilförmig und umfasst zwei schräg zu der Breitenrichtung x und der Hochrichtung y orientierte Seitenkanten 42, 43.

[0058] Die Verteilerelemente 34, 35 sind identisch aufgebaut und insbesondere spiegelsymmetrisch bezüglich des Verteilerelements 33 angeordnet. Jedes Verteilerelement 34, 35 umfasst eine Vielzahl in der Fig. 3 nur schematisch angedeuteter Riffel oder Wellen 44 bis 46, die in der Orientierung der Fig. 3 schräg zu der Schwerkraftrichtung g orientiert sind. Die Wellen 44 bis 46 können auch als Rippen, Stege oder Finstege bezeichnet werden. Die Wellen 44 bis 46 bilden dabei eine Vielzahl schräg zu der der Schwerkraftrichtung g verlaufende Passagen oder Kanäle 47, 48. Die Kanäle 47, 48 können dabei Teil der Wärmeübertragungspassage 32 sein. Die Verteilerelemente 34, 35 liegen an den Seitenkanten 42, 43 des Verteilerelements 33 an. Ferner liegen die Verteilerelemente 34, 35 an einer Unterkante 49 des Heizflächenelement 3 an. Die Kanäle 40, 41 des Verteilerelements 33 sind über die Kanäle 47, 48 der Verteilerelemente 34, 35 mit den Kanälen 30, 31 des Heizflächenelements 3 in Fluidverbindung. Die Verteilerelemente 33 bis 35 können auch als Verteilerfins bezeichnet werden.

[0059] In der Orientierung der Fig. 3 unterseitig sind die Verteilerelemente 33 bis 35 mit Hilfe von Sidebars oder Randleisten 50, 51 abgeschlossen. Die Randleisten 50, 51 definieren eine Außenfläche AF des Wärmetauscherblocks 2, an welcher die Anschlusseinrichtung 15 angebracht, insbesondere angeschweißt, ist. Die Randleisten 7, 8, 50, 51 umlaufen somit das Heizflächenelement 3 und die Verteilerelemente 33 bis 35 rahmenförmig. Dabei sind in der Orientierung der Fig. 3 auch oberseitig Randleisten vorgesehen, die jedoch nicht gezeigt sind. Zwischen den Randleisten 50, 51 ist die Verteileröffnung 36 vorgesehen. Die Verteileröffnung 36 kann als Durchbruch in den Randleisten 50, 51 ausgebildet sein. Die Anschlusseinrichtung 15 ist dabei so an den Wärmetauscherblock 2 angebracht, beispielsweise an diesen angeschweißt, dass die Anschlusseinrichtung 15 die Verteileröffnung 36 abdeckt.

[0060] Die Anschlusseinrichtung 15 umfasst einen Innenraum I, der in Richtung auf den Wärmetauscherblock 2 zu von der Außenfläche AF desselben begrenzt ist. Das heißt, die Randleisten 50, 51 sind nicht innerhalb des Innenraums I sondern außerhalb des Innenraums I angeordnet.

[0061] Im Betrieb des Plattenwärmetauschers 1 wird die Flüssigphase FP des Fluids A mit Hilfe der Anschlusseinrichtung 15 dem Wärmetauscherblock 2 zugeführt. Die Anschlusseinrichtung 15 verteilt die Flüssigphase FP in der Tiefenrichtung z auf eine Vielzahl parallel angeordneter Wärmeübertragungspassagen 32. In der Breitenrichtung x betrachtet verteilen die Verteilerelemente 33 bis 35 die Flüssigphase FP des Fluids A auf die Kanäle 30, 31 des jeweiligen Heizflächenelements 3.

[0062] Bei der Herstellung von Flüssiggas wird Erdgas abgekühlt und dadurch verflüssigt. Hierzu kann können sogenannte Gemischkältemittel (Engl.: Mixed Refrigerants) eingesetzt werden. Diese sind nach der Entspannung auf Betriebsdruck zweiphasig und werden vor dem Plattenwärmetauscher 1 in eine Gasphase und in eine Flüssigphase getrennt.

[0063] Beispielsweise ist das Fluid A ein derartiges Gemischkältemittel. Zumindest eines der Fluide A bis E ist Erdgas. Die Flüssigphase FP des Fluids A wird dem Plattenwärmetauscher 1 über die Anschlusseinrichtung 15 einphasig zugeführt. In dem Plattenwärmetauscher 1 wird die Flüssigphase FP des Fluids A aufwärtsgerichtet, das heißt, entgegen der Schwerkraftrichtung g, verdampft und um etwa 5 K bis 25 K etwas überhitzt. Die Gasphase kann um den Plattenwärmetauscher 1 herumgeführt und stromabwärts des Plattenwärmetauschers 1 der nun verdampften Flüssigphase FP zugemischt werden. Alternativ kann die Gasphase auch getrennt von der Flüssigphase FP in den Plattenwärmetauscher 1 eingespeist und innerhalb des Wärmetauscherblocks 2 mit der Flüssigphase FP gemischt und zusammen mit dieser verdampft werden.

[0064] Bei dem Verdampfen der Flüssigphase FP des Fluids A, die nach dem Eintritt in den Wärmetauscherblock 2 einen Zweiphasenstrom, der eine flüssige und eine gasförmige Phase umfasst, bildet, kann es zu dem Phänomen der sogenannten Ledinegg-Instabilität kommen. Die Ledinegg-Instabilität kann insbesondere in einem vertikal angeordneten Rohr, in dem sich die Phasengrenze des Zweiphasenstroms befindet, auftreten. Für einen vorgegebenen Massenstrom durch das Rohr ist ein Gesamtdruckverlust pro Längeneinheit des Rohrs für den Fall, in dem sich in dem Rohr nur die Flüssigphase befindet, geringer verglichen mit dem Fall, in dem sich in dem Rohr nur die Gasphase befindet. Dies begründet sich in den unterschiedlichen Dichten der Flüssigphase und der Gasphase. Steigt nun die Phasengrenze in dem Rohr nach oben, fällt der Gesamtdruckverlust ab, wodurch sich der Massenstrom auf instabile Weise erhöhen kann.

[0065] Auf eine Wärmeübertragungspassage 32 des Plattenwärmetauschers 1 übertragen, heißt das, dass ein Gesamtdruckverlust p (Fig. 5) des Fluids A, das auf die Kanäle 30, 31 der Wärmeübertragungspassage 32 aufgeteilt wird, nicht monoton mit einem Massenstrom m in den Kanälen 30, 31 ansteigt. Der Gesamtdruckverlust p umfasst dabei einen Reibungsanteil und einen Graviationsanteil. Es ergibt sich, wie in der Fig. 5 gezeigt, eine Senke im Verlauf des Gesamtdruckverlusts p über den relativen Massenstrom m. Diese Senke führt dazu, dass in der Breitenrichtung x betrachtet die gewünschte Gleichverteilung des Fluids A auf die Kanäle 30, 31 der Wärmeübertragungspassage 32 nicht mehr gewährleistet ist, sondern es Kanäle 30, 31 mit einem größeren oder einem kleineren Massenstrom m bei gleichem Gesamtdruckverlust p gibt.

[0066] Diese Ungleichverteilung kann so weit gehen, dass in einigen Kanälen 30, 31 die Flüssigphase FP des Fluids A nicht mehr vollständig verdampft wird und somit zweiphasig aus dem Wärmetauscherblock 2 austritt. Die Ungleichverteilungen können zu einer thermischen Minderleistung des Plattenwärmetauschers 1 führen. Weiterhin können diese auch zu einem ungleichmäßigem Temperaturverlauf in dem Wärmetauscherblock 2 und somit zu Thermospannungen führen. Diese Thermospannungen können als Folgeschäden insbesondere zu Undichtigkeiten führen. Daher gilt es, das Auftreten von Ledinegg-Instabilität zu verhindern oder dieses Phänomen zumindest zu reduzieren.

[0067] Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Weiterbildung des in den Fig. 3 und 4 gezeigten Plattenwärmetauschers 1, der dahingehend optimiert ist, dass keine Ledinegg-Instabilität auftritt. Die Ausführungsform des Plattenwärmetauschers 1 gemäß den Fig. 6 und 7 unterscheidet sich von der Ausführungsform des Plattenwärmetauschers 1 gemäß den Fig. 3 und 4 dadurch, dass die Verteileröffnung 36 mit Hilfe Druckverlustelements 52 verschlossen ist. Das Druckverlustelement 52 kann analog zu dem Heizflächenelement 3 oder den Verteilerelementen 33 bis 35 aufgebaut sein. Das heißt, das Druckverlustelement 52 ist ein Fin, insbesondere ein sogenannter Hardwayfin. Die gesamte Flüssigphase FP des Fluids A, die im Bereich der Verteileröffnung 36 noch einphasig ist, wird durch das Druckverlustelement 52 hindurchgeleitet oder hindurchgezwungen.

[0068] Hierzu ist das Druckverlustelement 52 fluiddicht mit dem Wärmetauscherblock 2 verbunden. Beispielsweise ist das Druckverlustelement 52 mit Hilfe von Verbindungsnähten 53, 54, insbesondere mit Hilfe von Schweißnähten oder Lötnähten, von denen in der Fig. 7 nur eine gezeigt ist, in die Verteileröffnung 36 eingeschweißt oder eingelötet. Das heißt, das Druckverlustelement 52 ist innerhalb der Verteileröffnung 36 und insbesondere innerhalb des Wärmetauscherblocks 2 angeordnet. Beispielsweise kann das Druckverlustelement 52 mit den Trennplatten 4 und den Randleisten 50, 51 verschweißt oder verlötet sein. Insbesondere ist das Druckverlustelement 52 so mit dem Wärmetauscherblock 2 verbunden, dass keine Bypassströmungen zwischen dem Druckverlustelement 52 und angrenzenden Bauteilen, wie beispielsweise den Trennplatten 4 oder den Randleisten 50, 51, auftreten.

[0069] Das Druckverlustelement 52 ist bevorzugt bündig mit der Außenfläche AF angeordnet. Das heißt, das Druckverlustelement 52 steht in der Hochrichtung y betrachtet bevorzugt nicht über die Außenfläche AF über. Alternativ kann das Druckverlustelement 52 auch geringfügig über die Außenfläche AF überstehen. Beispielsweise kann das Druckverlustelement 52 in diesem Fall auf die Außenfläche AF aufgelötet oder aufgeschweißt sein. Wie zuvor erwähnt, ist der Innenraum I der Anschlusseinrichtung 15 in der Hochrichtung y betrachtet von der Außenfläche AF begrenzt. Das heißt, bevorzugt ist das Druckverlustelement 52 nicht innerhalb des Innenraums I sondern außerhalb des Innenraums I angeordnet. Dies ermöglicht einen sehr kompakten Aufbau.

[0070] Das Druckverlustelement 52 kann, wie beispielsweise die Heizflächenelemente 3, eine Vielzahl Riffel oder Wellen 55 bis 57 (Fig. 9) umfassen, die entlang der Breitenrichtung x orientiert sind. In der Fig. 9 sind nur drei Wellen 55 bis 57 mit einem Bezugszeichen versehen. Die Wellen 55 bis 57 können auch als Rippen, Stege oder Finstege bezeichnet werden. Die Wellen 55 bis 57 bilden dabei eine Vielzahl in der Breitenrichtung x verlaufender Passagen oder Kanäle 58, 59. Die Wellen 55 bis 57 sind dabei senkrecht oder quer zu einer Durchströmungsrichtung DR, in der die Flüssigphase FP des Fluids A das Druckverlustelement 52 durchströmt, orientiert. Unter "senkrecht" oder "quer" ist dabei insbesondere ein Winkel von 90° ± 10°, bevorzugt von 90° ± 5°, weiter bevorzugt von 90° ± 3°, weiter bevorzugt von 90° ± 1°, weiter bevorzugt von genau 90°, zu verstehen. Die Wellen 55 bis 57 sind mit einem Abstand a voneinander beabstandet angeordnet. Der Abstand a kann auch als Teilung oder Finteilung bezeichnet werden. Zum Modifizieren der Eigenschaften des Druckverlustelements 52 kann der Abstand a bei der Herstellung des Druckverlustelements 52 verändert werden.

[0071] Das Druckverlustelement 52 umfasst ferner eine in der Fig. 8 gezeigte Perforation 60, durch die die Flüssigphase FP des Fluids A hindurchströmen kann. Die Perforation 60 umfasst eine Vielzahl in dem Druckverlustelement 52 vorgesehene Durchbrüche 61 bis 63, von denen in der Fig. 8 nur drei mit einem Bezugszeichen versehen sind. Die Durchbrüche 61 bis 63 können Bohrungen oder Ausstanzungen sein. Die Durchbrüche 61 bis 63 können alle Wellen 55 bis 57 durchbrechen. Dabei können die Durchbrüche 61 bis 63 so an den Wellen 55 bis 57 angeordnet sein, dass die Durchbrüche 61 bis 63 in der Hochrichtung y betrachtet jeweils hintereinander oder in der Breitenrichtung x betrachtet zueinander versetzt angeordnet sind.

[0072] Zum Modifizieren der Eigenschaften des Druckverlustelements 52 kann eine Querschnittsfläche und/oder eine Geometrie der Durchbrüche 61 bis 63 verändert werden. In der Ansicht der Fig. 8 umfasst das Druckverlustelement 52 vier Seitenkanten 64 bis 67, die fluiddicht mit dem Wärmetauscherblock 2 verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet, sind. Es kann auch eine Dichtung, beispielsweise eine Dichtschnur, zum fluiddichten Abdichten vorgesehen sein. Die Seitenkanten 64 bis 67 bilden eine Außenkontur 68 des Druckverlustelements 52.

[0073] Insbesondere ist das Druckverlustelement 52 geeignet, an der Verteileröffnung 36 einen Druckverlust von 20 mbar bis 400 mbar zu erzeugen. Der zu erzeugende Druckverlust kann durch eine Modifikation der Perforation 60 und/oder durch eine Veränderung des Abstands a verändert werden. Die in der Fig. 6 dargestellte mittige Position der Anschlusseinrichtung 15 ist beliebig. Es kann auch jede der anderen Anschlusseinrichtungen 9 bis 14 und 16 bis 18 mit einem Druckverlustelement 52 versehen werden. Dabei wird das Druckverlustelement 52 jedoch nur dort vorgesehen wo das jeweilige Fluid A bis E in den Wärmetauscherblocks 2 eintritt und nicht dort wo es austritt, da es am Austritt zur Zweiphasigkeit des jeweiligen Fluids A bis E kommen kann.

[0074] Wie die Fig. 10 zeigt, erzeugt das Druckverlustelement 52 einen Gesamtdruckverlust p, der einen monotonen Verlauf mit dem relativen Massenstrom m aufweist und die in der Fig. 5 gezeigte Senke des Verlaufs im zweiphasigen Druckverlust in einen monotonen Verlauf umwandelt. Die Gleichverteilung des Gesamtstroms der Flüssigphase FP des Fluids A oder der Anteile desselben auf die Kanäle 30, 31 der Wärmeübertragungspassage wird sichergestellt, der erforderliche Wärmeumsatz wird erbracht und die Temperaturverteilung wird homogenisiert.

[0075] Die Fig. 11 zeigt eine schematische Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Plattenwärmetauschers 1. Der Plattenwärmetauscher 1 gemäß der Fig. 11 unterscheidet sich von dem Plattenwärmetauscher 1 gemäß den Fig. 6 und 7 nur dadurch, dass das Druckverlustelement 52 nicht in den Wärmetauscherblock 2 eingeschweißt oder eingelötet ist, sondern mit Hilfe eines Nut-Feder-Systems 69 mit diesem verbunden ist. Das Nut-Feder-System 69 umfasst in den Randleisten 50, 51 vorgesehene Nuten 70, 71, in die an dem Druckverlustelement 52 beidseitig vorgesehene Federabschnitte 72, 73 eingeschoben sind. Das Einschieben kann dabei in der Tiefenrichtung z erfolgen. Um Bypassströmungen zu vermeiden, können nicht gezeigte Dichtungen vorgesehen sein. Mit Hilfe des Nut-Feder-Systems 69 kann eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Druckverlustelement 52 und dem Wärmetauscherblock 2 erzeugt werden. Eine formschlüssige Verbindung entsteht durch das Ineinander- oder Hintergreifen von mindestens zwei Verbindungspartnern, vorliegend den Nuten 70, 71 und den Federabschnitten 72, 73 des Nut-Feder-Systems 69.

[0076] Weiterhin kann die Ausführungsform des Plattenwärmetauschers 1 gemäß den Fig. 6 und 7 mit der Ausführungsform des Plattenwärmetauschers 1 gemäß der Fig. 11 kombiniert werden, so dass das Druckverlustelement 52 zusätzlich zu der Befestigung mit Hilfe des Nut-Feder-Systems 69 noch mit dem Wärmetauscherblock 2 verschweißt oder verlötet werden kann.

[0077] Die Fig. 12 zeigt schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben eines wie zuvor erläuterten Plattenwärmetauschers 1. Bei dem Verfahren wird in einem Schritt S1 die zu verdampfende Flüssigphase FP des jeweiligen Fluids A bis E in den Wärmetauscherblock 2 des Plattenwärmetauschers 1 eingespeist. In einem Schritt S2 wird mit Hilfe des an der Verteileröffnung 36 angeordneten und mit dem Wärmetauscherblock 2 verbundenen Druckverlustelements 52 an der Verteileröffnung 36 ein Druckverlust erzeugt. In einem weiteren Schritt S3 wird die Flüssigphase FP während eines Wärmetauschs mit einem zu verflüssigenden Fluid A bis E innerhalb des Wärmetauscherblocks 2 in einen Zweiphasenstrom umgewandelt. Dabei verdampft die Flüssigphase FP zumindest teilweise.

[0078] Die Fig. 13 zeigt schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines wie zuvor erläuterten Plattenwärmetauschers 1. In einem Schritt S10 wird der Wärmetauscherblock 2 bereitgestellt. Das Bereitstellen des Wärmetauscherblocks 2 kann ein Herstellen, beispielsweise ein Verlöten von Einzelteilen, des Wärmetauscherblocks 2 umfassen. In einem Schritt S20 wird das Druckverlustelement 52 bereitgestellt. Das Bereitstellen des Druckverlustelements 52 kann ein Herstellen desselben umfassen. Beispielsweise kann bei dem Bereitstellen des Druckverlustelements 52 die Perforation 60 in dasselbe eingebracht werden. Die Perforation 60 kann verändert werden, um den gewünschten Druckabfall zu erreichen. Ferner kann auch der Abstand a zwischen den Wellen 55 bis 57 auf ein gewünschtes Maß eingestellt werden. In einem Schritt S30 wird das Druckverlustelement 52 an der Verteileröffnung 36 angeordnet. Hierbei kann das Druckverlustelement 52 beispielsweise auf die Verteileröffnung 36 aufgelegt oder in diese hineingelegt werden. In einem Schritt S40 wird das Druckverlustelement 52 mit dem Wärmetauscherblock 2 verbunden. Beispielsweise kann das Druckverlustelement 52 mit dem Wärmetauscherblock 2 verlötet oder verschweißt werden. Das Druckverlustelement 52 kann zusätzlich oder alternativ mit Hilfe des Nut-Feder-Systems 69 auch formschlüssig mit dem Wärmetauscherblock 2 verbunden werden.

[0079] Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.

Verwendete Bezuaszeichen

[0080] 

1

Plattenwärmetauscher

2

Wärmetauscherblock

3

Heizflächenelement

4

Trennplatte

5

Deckplatte

6

Deckplatte

7

Randleiste

8

Randleiste

9

Anschlusseinrichtung

10

Anschlusseinrichtung

11

Anschlusseinrichtung

12

Anschlusseinrichtung

13

Anschlusseinrichtung

14

Anschlusseinrichtung

15

Anschlusseinrichtung

16

Anschlusseinrichtung

17

Anschlusseinrichtung

18

Anschlusseinrichtung

19

Stutzen

20

Stutzen

21

Stutzen

22

Stutzen

23

Stutzen

24

Stutzen

25

Stutzen

26

verfahrenstechnische Anlage

27

Welle

28

Welle

29

Welle

30

Kanal

31

Kanal

32

Wärmeübertragungspassage

33

Verteilerelement

34

Verteilerelement

35

Verteilerelement

36

Verteileröffnung

37

Welle

38

Welle

39

Welle

40

Kanal

41

Kanal

42

Seitenkante

43

Seitenkante

44

Welle

45

Welle

46

Welle

47

Kanal

48

Kanal

49

Unterkante

50

Randleiste

51

Randleiste

52

Druckverlustelement

53

Verbindungsnaht

54

Verbindungsnaht

55

Welle

56

Welle

57

Welle

58

Kanal

59

Kanal

60

Perforation

61

Durchbruch

62

Durchbruch

63

Durchbruch

64

Seitenkante

65

Seitenkante

66

Seitenkante

67

Seitenkante

68

Außenkontur

69

Nut-Feder-System

70

Nut

71

Nut

72

Federabschnitt

73

Federabschnitt

a

Abstand

A

Fluid

AF

Außenfläche

B

Fluid

C

Fluid

D

Fluid

DR

Durchströmungsrichtung

E

Fluid

FP

Flüssigphase

g

Schwerkraftrichtung

I

Innenraum

m

Massenstrom

p

Gesamtdruckverlust

S1

Schritt

S2

Schritt

S3

Schritt

S10

Schritt

S20

Schritt

S30

Schritt

S40

Schritt

x

Breitenrichtung

y

Hochrichtung

z

Tiefenrichtung

Ansprüche

1. Plattenwärmetauscher (1) für eine verfahrenstechnische Anlage (26), mit einer Anschlusseinrichtung (9 - 18), insbesondere einem Eintrittsheader, zum Zuführen einer zu verdampfenden Flüssigphase (FP) eines Fluids (A - E) zu dem Plattenwärmetauscher (1), einem Wärmetauscherblock (2), der eine Verteileröffnung (36) zum Verteilen der Flüssigphase (FP) auf eine Wärmeübertragungspassage (32) des Wärmetauscherblocks (2) aufweist, und einem Druckverlustelement (52), welches an der Verteileröffnung (36) angeordnet ist und welches mit dem Wärmetauscherblock (2) verbunden ist, um bei einem Einströmen der Flüssigphase (FP) in den Wärmetauscherblock (2) einen Druckverlust zu erzeugen.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, wobei das Druckverlustelement (52) innerhalb der Verteileröffnung (36) angeordnet ist.

3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Druckverlustelement (52) bündig mit einer Außenfläche (AF) des Wärmetauscherblocks (2) angeordnet ist.

4. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 3, wobei die Anschlusseinrichtung (9 - 18) mit der Außenfläche (AF) verbunden ist, und wobei die Anschlusseinrichtung (9 - 18) das Druckverlustelement (52) derart abdeckt, dass das Druckverlustelement (52) außerhalb eines Innenraums (I) der Anschlusseinrichtung (9 - 18) angeordnet ist.

5. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei eine Außenkontur (68) des Druckverlustelements (52) fluiddicht mit der Verteileröffnung (36) verbunden ist.

6. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 5, wobei das Druckverlustelement (52) dazu eingerichtet ist, einen Druckverlust von 20 mbar bis 400 mbar zu erzeugen.

7. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 6, wobei das Druckverlustelement (52) eine Perforation (60) aufweist, durch welche die Flüssigphase (FP) im Betrieb des Plattenwärmetauschers (1) vollständig hindurchströmt.

8. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 7, wobei das Druckverlustelement (52) parallel zueinander und beabstandet voneinander angeordnete Wellen (55 - 57) aufweist, zwischen denen Kanäle (58, 59) vorgesehen sind.

9. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 8, wobei das Druckverlustelement (52) senkrecht zu einer Durchströmungsrichtung (DR) der Flüssigphase (FP) durch das Druckverlustelement (52) hindurch angeordnet ist.

10. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 9, wobei das Druckverlustelement (52) mit Hilfe einer Verbindungsnaht (53, 54) stoffschlüssig mit dem Wärmetauscherblock (2) verbunden ist, und/oder wobei das Druckverlustelement (52) mit Hilfe eines Nut-Feder-Systems (69) formschlüssig mit dem Wärmetauscherblock (2) verbunden ist.

11. Verfahren zum Betreiben eines Plattenwärmetauschers (1) für eine verfahrenstechnische Anlage (26), mit den Schritten:

a) Einspeisen (S1) einer zu verdampfenden Flüssigphase (FP) eines Fluids (A - E) in einen Wärmetauscherblock (2) des Plattenwärmetauschers (1),

b) Erzeugen (S2) eines Druckverlusts an einer Verteileröffnung (36) des Wärmetauscherblocks (2) mit Hilfe eines an der Verteileröffnung (36) angeordneten und mit dem Wärmetauscherblock (2) verbundenen Druckverlustelements (52), und

b) Umwandeln (S3) der Flüssigphase (FP) in einen Zweiphasenstrom innerhalb des Wärmetauscherblocks (2) während eines Wärmetauschs mit einem zu verflüssigenden Fluid (A - E).

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei in dem Schritt b) ein Druckverlust von 20 mbar bis 400 mbar erzeugt wird.

13. Verfahren zum Herstellen eines Plattenwärmetauschers (1) für eine verfahrenstechnische Anlage (26), mit den Schritten:

a) Bereitstellen (S10) eines Wärmetauscherblocks (2),

b) Bereitstellen (S20) eines Druckverlustelements (52),

c) Anordnen (S30) des Druckverlustelements (52) an einer Verteileröffnung (36) des Wärmetauscherblocks (2), und

c) Verbinden (S40) des Druckverlustelements (52) mit dem Wärmetauscherblock (2).

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei vor oder in dem Schritt b) eine Perforation (60) in das Druckverlustelement (52) eingebracht wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei vor oder in dem Schritt b) ein Abstand (a) von benachbarten Wellen (55 - 57) des Druckverlustelements (52) eingestellt wird.

Zeichnung