PLATTENWÄRMETAUSCHER-KONDENSATORVERDAMPFER UND VERFAHREN ZUR TIEFTEMPERATURZERLEGUNG VON LUFT

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer (100) mit einem Wärmetauscherblock (10), der eine Anzahl von Wärmetauscherplatten (20, 30) mit Fluidführungsstrukturen (21, 31) aufweist, wobei der Wärmetauscherblock (10) eine erste Außenfläche (11), eine der ersten Außenfläche (11) gegenüberliegende zweite Außenfläche (12), eine dritte Außenfläche (13) und eine der dritten Außenfläche (13) gegenüberliegende vierte Außenfläche (14) aufweist, wobei die Fluidführungsstrukturen (21) erster Wärmetauscherplatten (20) sowohl von Fluidzufuhrleitungen als auch von Fluidsammelleitungen unverdeckte erste und zweite Öffnungen (211, 212) aufweisen, und wobei die Fluidführungsstrukturen (31) zweiter Wärmetauscherplatten (31) zwischen einer auf dem Wärmetauscherblock (10) angeordneten Fluidzufuhrleitung (40) und einer auf dem Wärmetauscherblock (10) angeordneten Fluidsammelleitung (50) verlaufen. Es ist vorgesehen, dass die Fluidzufuhrleitung (40) auf der ersten Außenfläche (11) angeordnet ist, und dass die ersten Öffnungen (211) der Fluidführungsstrukturen (21) der ersten Wärmetauscherplatten (20) entweder in einem durch die Fluidzufuhrleitung (40) unverdeckten Bereich der ersten Außenfläche (11) oder jeweils in einem ersten Bereich der dritten Außenfläche (13) und einem ersten Bereich der der vierten Außenfläche (14) angeordnet sind. Ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer und ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.

Stand der Technik

[0002] In Luftzerlegungsanlagen können für unterschiedliche Zwecke, unter anderem als Hauptkondensatoren oder als Kopfkondensatoren von (Roh-)Argonsäulen, kombinierte Verdampfungs- und Kondensationseinheiten zum Einsatz kommen.

[0003] Wie beispielsweise bei H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, Weinheim: 2006, in Abschnitt 2.2.5.6, "Apparatus" bzw. dem Unterabschnitt "Combined Evaporator/Condenser - Heat Transfer Units" auf Seite 52 und 53 erläutert, handelt es sich hierbei typischerweise um Sonderformen von Plattenwärmetauschern (engl. Plate Fin Heat Exchangers). Nachfolgend wird für derartige Einheiten daher der Begriff Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer verwendet.

[0004] Bezüglich des fachmännischen Verständnisses der Bezeichnungen für die im Folgenden erläuterten Elemente wird insbesondere auf die Veröffentlichung "The Standards of the Brazed Aluminium Plate-Fin Heat Exchanger Manufacturers' Association", 2. Auflage, 2000, insbesondere Abschnitt 1.2.1, "Components of an Exchanger" (nachfolgend kurz als "ALPEMA-Standards" bezeichnet) verwiesen.

[0005] Ein Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer, wie er der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, weist eine Anzahl von übereinander liegenden Wärmetauscherplatten auf, die einen, üblicherweise quaderförmigen, Wärmetauscherblock (engl. Block, Core), bilden. Jede der Wärmetauscherplatten weist in ihrem zentralen Bereich üblicherweise ein geprägtes Blech mit Wärmeaustauschrippen (engl. Heat Transfer Fins) auf. Die Wärmeaustauschrippen können beispielsweise gerade (engl. Plain Fins) und ggf. perforiert (engl. Plain-perforated Fins), aber auch unterbrochen und zueinander versetzt (engl. Serrated Fins), wellig (engl. Herringbone Fins) oder in anderer Weise ausgebildet sein.

[0006] Das geprägte Blech ist von einer Randeinfassung aus Seitenelementen (engl. Side Bars) umgeben. Die geprägten Bleche und Seitenelemente der einzelnen Wärmetauscherplatten sind durch flache Bleche (engl. Parting Sheets) voneinander getrennt. Die obersten und untersten Wärmetauscherplatten weisen jeweils ein Abdeckblech (engl. Cap Sheet) auf. Die Wärmeaustauschrippen und ggf. vorhandene Fluidverteil- und Fluidsammelstrukturen (siehe unten) jeder Wärmetauscherplatte definieren dabei im hier verwendeten Sprachgebrauch "Fluidführungsstrukturen".

[0007] In einem Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer herkömmlicher Art enden die Fluidführungsmittel einer ersten Gruppe der Wärmetauscherplatten an einer ersten und einer zweiten Außenfläche des Wärmetauscherblocks, wobei die erste und die zweite Außenfläche einander gegenüber und parallel zueinander liegen. Ihrer Funktion entsprechend wird die erste Außenfläche auch als "Austrittsfläche" und die zweite Außenfläche als "Ansaugfläche" für Fluid bezeichnet. Die Fluidführungen der ersten Wärmetauscherplattengruppe weisen jeweils unverdeckte Öffnungen auf der Austrittsfläche und der Ansaugfläche auf, wobei hier unter einer "unverdeckten" Öffnung eine Öffnung verstanden wird, die weder in eine auf dem Wärmetauscherblock ausgebildete Fluidzufuhrleitung noch in eine entsprechende Fluidsammelleitung (engl. Header) mündet. Die Fluidführungsmittel der ersten Wärmetauscherplattengruppe öffnen sich also im Betrieb zu einem den Wärmetauscherblock umgebenden Fluidraum. Insbesondere können die Fluidkanäle der ersten Wärmetauscherplattengruppe in einem Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer durch den gesamten Wärmetauscherblock parallel verlaufen und es sind entweder keine Fluidverteil- und Fluidsammelstrukturen (engl. Distributor Fins) vorgesehen oder diese sind offenendig ausgebildet (engl. Open End Distributors).

[0008] In einem Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer verlaufen hingegen die Fluidführungen einer zweiten Gruppe von Wärmetauscherplatten, wie auch in normalen Plattenwärmetauschern, zwischen einer Fluidzufuhrleitung und einer Fluidsammelleitung. Die Fluidzufuhrleitung steht in Verbindung mit in den Wärmetauscherplatten ausgebildeten Fluidverteilstrukturen, durch die über die Fluidzufuhrleitung eingespeistes Fluid auf die gesamte Breite der Wärmeaustauschrippen verteilt wird. Entsprechend steht die Fluidsammelleitung in Verbindung mit in den Wärmetauscherplatten ausgebildeten Fluidsammelstrukturen. Durch letztere wird Fluid über die gesamte Breite der Wärmeaustauschrippen gesammelt und der Fluidsammelleitung zugeführt. Entsprechende Fluidverteilstrukturen und Fluidsammelstrukturen sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen, unter anderem aus dem zuvor erwähnten ALPEMA-Standard, bekannt.

[0009] Im Betrieb wird ein Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer mit der Ansaugfläche in ein Flüssigkeitsbad eines kondensierten und zu verdampfenden Fluids, beispielsweise ein sauerstoffreiches Fluid im Sumpf der Niederdrucksäule einer Luftzerlegungsanlage, eingetaucht. In die Fluidzufuhrleitung wird gasförmiges, zu kondensierendes Fluid, beispielsweise ein stickstoffreiches Kopfprodukt der Hochdrucksäule, eingespeist. Die Fluidführungen der ersten Wärmetauscherplattengruppe können lotrecht ausgerichtet sein, zumindest sind ihre Öffnungen in der Austrittsfläche aber oberhalb ihrer Öffnungen in der Ansaugfläche angeordnet, um den sogenannten Thermosiphoneffekt zu bewirken:

Das kondensierte und zu verdampfende Fluid tritt über die Öffnungen in der Ansaugfläche in die Fluidführungen der ersten Wärmetauscherplattengruppe ein und erfährt dort einen Wärmetausch mit dem gasförmigen, zu kondensierenden Fluid in den Fluidführungen der zweiten Wärmetauscherplattengruppe bzw. einem dort gebildeten (Teil-)Kondensat dieses Fluids. Hierdurch kommt es in dem kondensierten und zu verdampfenden Fluid zu einer teilweisen Verdampfung. Das dabei entstehende Zweiphasengemisch weist insgesamt eine geringere Dichte auf als das kondensierte und zu verdampfende Fluid, aus dem es gebildet wurde. Es steigt daher in den Fluidführungen der ersten Wärmetauscherplattengruppe auf und tritt über die Öffnungen in der Austrittsfläche aus. Hierdurch ergibt sich eine kontinuierliche Strömung in den Fluidführungen der ersten Wärmetauscherplattengruppe. Das in den Fluidführungen der ersten Wärmetauscherplattengruppe verdampfte Fluid geht in einen Gasraum oberhalb der Austrittsfläche über, nicht verdampftes Fluid fließt an der Außenseite des Wärmetauscherblocks in das Flüssigkeitsbad zurück.

[0010] Gleichzeitig kommt es durch den Wärmetausch in den Fluidkanälen der zweiten Wärmetauscherplattengruppe, wie oben angesprochen, zu einer (Teil-)Kondensation. Aus der Fluidsammelleitung dieser zweiten Wärmetauscherplattengruppe kann auf diese Weise ein (Teil-)Kondensat des über die Fluidzufuhrleitung eingespeisten Fluids, d.h. ein flüssiger Strom oder ein Zweiphasenstrom, abgezogen werden.

[0011] In Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfern kann es, wenn in die Fluidzufuhrleitung der zweiten Wärmetauscherplattengruppe ein Gasgemisch eingespeist wird, in den Fluidverteilstrukturen der Wärmetauscherplatten durch selektive Kondensation und andere Effekte zu einer Entmischung kommen, d.h. in bestimmten Bereichen kann sich eine Gaskomponente des Gasgemischs anreichern. Dies ist insbesondere dann nachteilig, wenn eine der Gaskomponenten ein Inertgas ist. In derartigen Bereichen kann der Fluiddurchgang verhindert und/oder ein effektiver Wärmetausch behindert werden. Im Effekt führt dies zu einer Verringerung der insgesamt zu Verfügung stehender Wärmetauschfläche.

[0012] Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, Maßnahmen anzugeben, die die genannten Nachteile beseitigen, insbesondere eine Entmischung in einem Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer in einfacher und effektiver Weise verhindern.

Offenbarung der Erfindung

[0013] Diese Aufgabe wird durch einen Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer und ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Vorteile der Erfindung

[0014] Die vorliegende Erfindung schlägt einen Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer mit einem Wärmetauscherblock vor, der eine Anzahl von Wärmetauscherplatten mit Fluidführungsstrukturen aufweist. Der Wärmetauscherblock weist Außenflächen auf. Ist der Wärmetauscherblock quaderförmig aufgebaut, sind insgesamt sechs Außenflächen vorhanden. Nachfolgend werden eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Außenfläche des Wärmetauscherblocks betrachtet. Die erste Außenfläche liegt der zweiten Außenfläche gegenüber, die dritte Außenfläche der vierten. Die erste Außenfläche und die zweite Außenfläche liegen insbesondere parallel zueinander, ebenso die dritte und die vierte. Die Distanz zwischen der ersten und der zweiten Außenfläche entspricht der Höhe des Wärmetauscherblocks. Die erste Außenfläche befindet sich im Betrieb des Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfers an der Oberseite des Wärmetauscherblocks, die zweite an dessen Unterseite. Die zweite Außenfläche und jeweils ein Teil der dritten und vierten Außenfläche sind im Betrieb des Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfers in ein Flüssigkeitsbad eines kondensierten Fluids eingetaucht. Die Wärmetauscherplatten umfassen mehrere erste und mehrere zweite Wärmetauscherplatten, die grundsätzlich unterschiedliche Funktion besitzen und unterschiedlich aufgebaut sind.

[0015] Die Fluidführungsstrukturen der ersten Wärmetauscherplatten und damit die ersten Wärmetauscherplatten insgesamt, sind dazu eingerichtet, das kondensierte Fluid teilweise oder vollständig zu verdampfen, so dass dieses Fluid in den Fluidführungsstrukturen der ersten Wärmetauscherplatten nach oben steigt, wozu der erläuterte Thermosiphoneffekt eingesetzt wird. Die Fluidführungsstrukturen der ersten Wärmetauscherplatten weisen sowohl von Fluidzufuhrleitungen als auch von Fluidsammelleitungen unverdeckte Öffnungen auf, so dass ein direkter Eintritt des kondensierten Fluids und ein direkter Austritt des teilweise oder vollständig verdampften Fluids gewährleistet werden kann.

[0016] Die genannten Öffnungen werden nachfolgend auch als "erste" und "zweite" Öffnungen bezeichnet, wobei über die zweiten Öffnungen die kondensierte Flüssigkeit angesaugt und über die ersten Öffnungen in teilweise oder vollständig verdampfter Form abgegeben wird. Damit ein Ansaugen der kondensierten Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbad möglich ist, werden die hierzu verwendeten zweiten Öffnungen unterhalb des Flüssigkeitsspiegels des Flüssigkeitsbads angeordnet bzw. der Flüssigkeitsspiegel des Flüssigkeitsbads wird auf eine entsprechende Höhe gebracht. Der Austritt des teilweise oder vollständig verdampften Fluids über die ersten Öffnungen kann hingegen entweder vollständig oberhalb, teilweise oberhalb und teilweise unterhalb oder auch vollständig unterhalb des Flüssigkeitsspiegels des Flüssigkeitsbads erfolgen. Auch in den beiden zuletzt genannten Fällen kann ein Flüssigkeitsumlauf durch den Thermosiphoneffekt bewirkt werden, wenn durch die Verdampfung ein ausreichender Druckunterschied zwischen den jeweiligen Öffnungen hergestellt werden kann, der das hydrostatische Druckgefälle überwindet.

[0017] Die Fluidführungsstrukturen zweiter Wärmetauscherplatten, die zur (Teil-)Kondensation eines Fluids eingerichtet sind, verlaufen hingegen zwischen einer auf dem Wärmetauscherblock angeordneten Fluidzufuhrleitung und einer auf dem Wärmetauscherblock angeordneten Fluidsammelleitung, so dass ein zu kondensierendes Fluid über die Fluidzufuhrleitung eingespeist und über die Fluidsammelleitung in (teil-)kondensierter Form entnommen werden kann.

[0018] Die vorliegende Erfindung sieht vor, dass die Fluidzufuhrleitung auf der ersten Außenfläche, d.h. im Betrieb auf der Oberseite des Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfers, angeordnet ist. Durch die Anordnung der Fluidzufuhrleitung und die spezifische Ausgestaltung entsprechender Fluidverteilstrukturen in den Fluidführungsstrukturen der zweiten Wärmetauscherplatten ermöglicht es die vorliegende Erfindung, den eingangs erwähnten nachteiligen Effekt einer teilweisen Entmischung eines entsprechenden gemischten Fluids zu vermeiden. Durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung wird die homogene Verteilung entsprechenden eingespeisten Fluids verbessert und damit die Wärmetauscheffizienz eines entsprechenden Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfers insgesamt erhöht. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde dabei erkannt, dass eine derartige Fluidverteilung deutliche Vorteile bietet, wenngleich die herkömmlicherweise auf der ersten Außenfläche des Wärmetauscherblocks angeordneten Öffnungen der Fluidführungsstrukturen der ersten Wärmetauscherplatten (wie erwähnt hier als "erste" Öffnungen bezeichnet) dabei aus einem durch die Fluidzufuhrleitung verdeckten Bereich verlagert werden müssen. Es wurde erkannt, dass der Aufwand einer entsprechenden Verlagerung und die möglichen Nachteile aufgrund der Beeinflussung der Verdampfungsstrecke dabei durch die verbesserte Fluidverteilung in den zweiten Wärmetauscherplatten überwogen werden. Insgesamt ergibt sich eine deutlich verbesserte Wärmetauscheffizienz.

[0019] Erfindungsgemäß sind die ersten Öffnungen der Fluidführungsstrukturen der ersten Wärmetauscherplatten entweder auf der ersten Außenfläche in einem nicht durch die Fluidzufuhrleitung verdeckten Bereich oder jeweils in einem ersten Bereich der dritten und der vierten Außenfläche angeordnet. Die ersten Öffnungen können also auf der ersten Außenfläche aus einem durch die Fluidzufuhrleitung verdeckten Bereich oder auf die dritte und vierte Außenfläche verlagert werden. Die "ersten Bereiche" der dritten und vierten Außenfläche liegen dabei jeweils oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des durch den Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer zu verdampfenden Fluids.

[0020] Vorteilhafterweise sind dabei die ersten Öffnungen der Fluidführungsstrukturen der ersten Wärmetauscherplatten auf der ersten Außenfläche durch Fluidsammelstrukturen gebildet und durch diese in der soeben angegebenen Weise aus dem Bereich verlagert, in dem sich die Fluidzufuhrleitung befindet. Die Fluidsammelstrukturen stehen mit Wärmeaustauschrippen in einem zentralen Bereich der Fluidführungsstrukturen in Verbindung. Hierdurch wird ermöglich, ohne eine Beeinträchtigung der (Teil-)Verdampfung eines entsprechenden Fluids in den ersten Wärmetauscherplatten bzw. in deren Fluidführungsstrukturen eine Fluidzufuhrleitung auf der ersten Außenfläche anzuordnen.

[0021] Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Fluidzufuhrleitung in einem mittleren Bereich der ersten Außenfläche rechtwinklig zu den Wärmetauscherplatten verläuft, also eine zentrale Einspeisung von Fluid in die zweiten Fluidführungsstrukturen erfolgt. Hierdurch lässt sich eine besonders homogene Verteilung entsprechenden Fluids erzielen und es kann vollständig auf eine horizontale Fluideinspeisung bzw. entsprechende Fluidverteilungsstrukturen verzichtet werden.

[0022] Befinden sich die durch die Fluidsammelstrukturen gebildeten ersten Öffnungen der ersten Wärmetauscherplatten, wie erfindungsgemäß vorgesehen, auf der ersten Außenfläche in einem nicht durch die Fluidzufuhrleitung verdeckten Bereich oder jeweils in einem ersten Bereich der dritten und der vierten Außenfläche, können diese als sogenannte Double-Exit-Distributoren ausgebildet sein, wie sie grundsätzlich aus dem Bereich der Wärmetauschertechnik bekannt und in dem eingangs erwähnten ALPEMA-Standard beschrieben sind. Sie münden jedoch, wie erwähnt, nicht wie herkömmliche Double-Exit-Distributoren in Fluidverteil- bzw. -sammelleitungen.

[0023] Vorteilhafterweise sind die Fluidführungsstrukturen der zweiten Wärmetauscherplatten auf der ersten Außenfläche mit Öffnungen versehen, die in die Fluidzufuhrleitungen münden und durch die Fluidverteilstrukturen gebildet sind, wobei die Fluidverteilstrukturen mit Wärmeaustauschrippen in einem zentralen Bereich der Fluidführungsstrukturen in Verbindung stehen. Durch eine geeignete Gestaltung entsprechender Fluidverteilstrukturen wird eine besonders homogene Verteilung von Fluid auf die entsprechenden Wärmeaustauschrippen gewährleistet. Vorteilhafterweise sind dabei die Fluidverteilstrukturen der zweiten Wärmetauscherplatten als zentrale Distributoren ausgebildet, wie ebenfalls grundsätzlich aus der erwähnten Fachliteratur bekannt, wodurch sich die zuvor erwähnten Vorteile ergeben.

[0024] Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auch die Position der Fluidsammelleitung gegenüber der Anordnung in herkömmlichen Plattentauscher-Kondensatorverdampfern verändert, d.h. die Fluidsammelleitung ist auf der zweiten Außenfläche des Wärmetauscherblocks angeordnet. In diesem Fall sind die Öffnungen der Fluidführungsstrukturen der ersten Wärmetauscherplatten, die sich in einem herkömmlichen Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer auf der zweiten Außenfläche befinden (wie erwähnt hier als "zweite" Öffnungen bezeichnet), in einem durch die Fluidsammelleitung unverdeckten Bereich angeordnet, so dass ein Ansaugen von kondensiertem Fluid ermöglicht wird.

[0025] In der erwähnten besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind dabei die zweiten Öffnungen der Fluidführungsstrukturen der ersten Wärmetauscherplatten auf der zweiten Außenfläche in einem nicht durch die Fluidsammelleitung verdeckten Bereich und/oder jeweils in zweiten Bereichen der dritten und vierten Außenfläche durch Fluidverteilstrukturen gebildet, die mit den Wärmeaustauschrippen in dem zentralen Bereich der Fluidführungsstrukturen in Verbindung stehen. Ein teilweises Verdampfen von Fluid, das über entsprechende Öffnungen angesaugt wird, wir hierdurch nicht beeinträchtigt, selbst wenn die Öffnungen der Fluidführungsstrukturen der ersten Wärmetauscherplatten entsprechend verlagert werden.

[0026] Vorteilhafterweise ist in einem solchen Fall die Fluidsammelleitung in einem mittleren Bereich der zweiten Außenfläche und rechtwinklig zu den Wärmetauscherplatten angeordnet, so dass Fluid zentral gesammelt werden kann und daher auch hier keine Entmischungseffekte auftreten können. Wie zuvor bezüglich der Fluidsammelstrukturen der ersten Wärmetauscherplatten erläutert, sind dabei vorteilhafterweise die Fluidverteilstrukturen der ersten Wärmetauscherplatten als sogenannte Double-Entry-Distributoren ausgebildet, wie in der zuvor erläuterten Standardliteratur beschrieben, wenn die Öffnungen der Fluidführungsstrukturen der ersten Wärmetauscherplatten auf der zweiten Außenfläche angeordnet sind.

[0027] In dem erläuterten Fall der Anordnung der Fluidsammelleitung in einem mittleren Bereich der zweiten Außenfläche und rechtwinklig zu den Wärmetauscherplatten bilden die Fluidführungsstrukturen der zweiten Wärmetauscherplatten auf der zweiten Außenfläche Öffnungen, die in die Fluidsammelleitungen münden und durch Fluidsammelstrukturen gebildet sind, die mit den Wärmeaustauschrippen in dem zentralen Bereich der Fluidführungsstrukturen in Verbindung stehen. Wie erwähnt, können vorteilhafterweise die Fluidsammelstrukturen der zweiten Wärmetauscherplatten als zentrale Distributoren ausgebildet sein, das eine Entmischung sicher verhindert.

[0028] Die erwähnten ersten Bereiche der dritten und vierten Außenfläche grenzen an die erste Außenfläche an, die zweiten Bereiche der dritten und vierten Außenfläche an die zweite Außenfläche. Die ersten und zweiten Bereiche der dritten und vierten Außenfläche umfassen jeweils höchstens 50% der Fläche der jeweiligen Außenfläche, insbesondere höchstens 40%, 30%, 20% oder 10%. Die ersten Bereiche der dritten und vierten Außenfläche liegen im Betrieb des Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfers vollständig oberhalb, teilweise oberhalb und teilweise unterhalb oder vollständig unterhalb des Spiegels des zu verdampfenden Fluids, die zweiten Bereiche vollständig darunter. Details wurden bereits erläutert.

[0029] Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, wie es grundsätzlich in der eingangs erwähnten Fachliteratur beschrieben ist. In einem derartigen Verfahren wird unter Verwendung verdichteter, abgekühlter Einsatzluft in einer ersten Destillationssäule ein sauerstoffangereichertes Sumpfprodukt und ein stickstoffangereichertes Kopfprodukt erzeugt. Unter Verwendung des sauerstoffangereichertem Sumpfprodukts aus der ersten Destillationssäule wird in einer zweiten Destillationssäule ein sauerstoffreiches Sumpfprodukt und ein stickstoffreiches Kopfprodukt erzeugt.

[0030] Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein oder mehrere Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer in einer oder in mehreren der zuvor erläuterten Ausführungsformen verwendet werden, so dass sich in einem derartigen Verfahren eine besonders gute Wärmeaustauscheffizienz ergibt. Auf die jeweiligen Vorteile der genannten Ausführungsformen wird an dieser Stelle ausdrücklich verwiesen, auch das erfindungsgemäße Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft profitiert von diesen Vorteilen.

[0031] Die vorliegende Erfindung sieht gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens vor, den oder einen der Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer als sogenannten Hauptkondensator einzusetzen, also einen Kondensator, der die erste Destillationssäule und die zweite Destillationssäule wärmetauschend verbindet. In diesem Fall wird in den Fluidführungsstrukturen der ersten Wärmetauscherplatten das sauerstoffreiche Sumpfprodukt der zweiten Destillationssäule teilverdampft und in den Fluidführungsstrukturen der zweiten Wärmetauscherplatten wird das stickstoffangereicherte Kopfprodukt der ersten Destillationssäule teilverflüssigt. Der Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer wird hierzu in ein Flüssigkeitsbad eingetaucht, das aus dem sauerstoffreichen Sumpfprodukt der zweiten Destillationssäule gebildet wird. Durch den Thermosiphoneffekt steigt dieses Sumpfprodukt in den Fluidführungsstrukturen der ersten Wärmetauscherplatten auf und wird hierbei teilverdampft. Zugleich wird das stickstoffangereicherte Kopfprodukt der ersten Destillationssäule hier teilverflüssigt.

[0032] Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst, einen entsprechenden Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer als Kopfkondensator einer Argonsäule einzusetzen, es umfasst also, der zweiten Destillationssäule ein Fluid zu entnehmen und in eine dritte Destillationssäule einzuspeisen. Die dritte Destillationssäule weist dabei einen Kopfkondensator auf, in dem mittels des oder eines der Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer(s) ein Teil des sauerstoffangereicherten Sumpfprodukts der ersten Destillationssäule in den Fluidführungsstrukturen der ersten Wärmetauscherplatten teilverdampft wird, und in dem ein argonangereichertes Kopfprodukt der dritten Destillationssäule in den Fluidführungsstrukturen der zweiten Wärmetauscherplatten teilverflüssigt wird. Die Erfindung eignet sich dabei zum Einsatz in sogenannten Rohargonsäulen, in denen ein argonangereichertes Produkt gewonnen wird, jedoch auch in sogenannten Argonausschleussäulen, die lediglich dazu vorgesehen sind, einen Argongehalt in der ersten und/oder zweiten Destillationssäule zu verringern, so dass in dieser ein Sauerstoffprodukt in größerer Reinheit gewinnen lässt.

[0033] Unter einer Argonausschleussäule wird hier eine Trennsäule zur Argon-Sauerstoff-Trennung bezeichnet, die nicht zur Gewinnung eines reinen Argonprodukts, sondern zur Ausschleusung von Argon der in der ersten und zweiten Destillationssäule zu zerlegenden Luft dient. Ihre Schaltung unterscheidet sich nur wenig von der einer klassischen Rohargonsäule, allerdings enthält sie deutlich weniger theoretische Böden, nämlich weniger als 40, insbesondere zwischen 15 und 30. Wie eine Rohargonsäule ist der Sumpfbereich einer Argonausschleussäule mit einer Zwischenstelle der zweiten Destillationssäule verbunden und die Argonausschleussäule wird durch einen Kopfkondensator gekühlt, auf dessen Verdampfungsseite entspannte Sumpfflüssigkeit aus der Hochdrucksäule eingeleitet wird. Eine Argonausschleussäule weist keinen Sumpfverdampfer auf. Der Kopfkondensator kann, wie erwähnt, als Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer ausgebildet sein.

[0034] Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik veranschaulicht sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0035] 

Figur 1 zeigt einen nicht erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer in schematischer Darstellung.

Figur 2 zeigt eine ("zweite") Wärmetauscherplatte des Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfers gemäß Figur 1.

Figur 3 zeigt einen Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.

Figur 4 zeigt eine ("zweite") Wärmetauscherplatte des Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfers gemäß Figur 3.

Figur 5 zeigt eine ("zweite") Wärmetauscherplatte eines Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.

Figur 6 zeigt eine ("erste") Wärmetauscherplatte des Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfers gemäß Figur 3.

Figur 7 zeigt eine ("erste") Wärmetauscherplatte eines Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.

Figur 8 zeigt eine ("erste") Wärmetauscherplatte eines Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.

[0036] In den Figuren sind einander entsprechende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

[0037] Figur 1 zeigt einen nicht erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer in schematischer und teilweise eröffneter Darstellung. Der Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer der Figur 1 ist insgesamt mit 110 bezeichnet.

[0038] Ein Wärmetauscherblock 10 des Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer ist aus alternierend angeordneten Wärmetauscherplatten 20 und 30 gebildet, wobei die Wärmetauscherplatten 20 nachfolgend als "erste" Wärmetauscherplatten und die Wärmetauscherplatten 30 nachfolgend als "zweite" Wärmetauscherplatten bezeichnet werden. Entsprechende Wärmetauscherplatten sind teilweise auch in den nachfolgenden Figuren noch näher erläutert. Nur zwei entsprechender Wärmetauscherplatten 20, 30 sind mit Bezugszeichen versehen, der gesamte Wärmetauscherblock 10 ist jedoch insgesamt aus entsprechenden Wärmetauscherplatten 20, 30 aufgebaut.

[0039] Sowohl in den ersten Wärmetauscherplatten 20 als auch in den zweiten Wärmetauscherplatten 30 sind jeweils Fluidführungsstrukturen ausgebildet, die für die ersten Wärmetauscherplatten 20 mit 21 und für die zweiten Wärmetauscherplatten 30 mit 31 bezeichnet sind. Wie erwähnt werden unter "Fluidführungsstrukturen", im hier verwendeten Sprachgebrauch sowohl die typischerweise in einem zentralen Bereich entsprechender Wärmetauscherplatten 20, 30 angeordneten Wärmetauschrippen, als auch die endständigen Fluidverteil- bzw. Fluidsammelstrukturen (Distributoren) verstanden. In der Darstellung der Figur 1 sind die Wärmetauschrippen, die, wie erwähnt, auch in anderer Ausgestaltung vorgesehen sein können, für beide Wärmetauscherplatten 20, 30 veranschaulicht und hier jeweils mit 215 bzw. 315 bezeichnet. Entsprechende Wärmeaustauschrippen werden, wie erläutert, in der einschlägigen Fachliteratur auch als Heat Exchange Fins bezeichnet.

[0040] In der Figur 1 sind jedoch lediglich für eine der zweiten Wärmetauscherplatten 30 Fluidverteilstrukturen 313 veranschaulicht. Die Fluidverteilstrukturen 313 haben die Aufgabe, ein Fluid, das über eine Fluidzufuhrleitung 40, die üblicherweise auch als Header bezeichnet wird, bereitgestellt wird und über Öffnungen 311 in entsprechende zweiten Wärmetauscherplatten 30 eintritt, über die gesamte Breite der zweiten Wärmetauscherplatten 30 auf die Wärmetauschrippen 315 zu verteilen und auf diese Weise einen effektiven Wärmetausch sicherzustellen. Wie erwähnt und auch unter Bezugnahme auf die nachfolgende Figur 2 erläutert, kann es jedoch hierbei zu Ungleichverteilungen und entsprechenden nachteiligen Effekten kommen. Nicht veranschaulicht sind in Figur 1 Fluidsammelstrukturen der zweiten Wärmetauscherplatten 30, die Fluid, das aus den Wärmetauscherrippen 315 austritt, sammeln und einer Fluidsammelleitung 50 zuführen.

[0041] Die ersten Wärmetauscherplatten 20 weisen, im Gegensatz zu den zweiten Wärmetauscherplatten 30, keine oder allenfalls Offenend-Fluidverteilstrukturen auf, die jedoch in der Figur 1 nicht veranschaulicht sind. Die aus den Wärmetauschrippen 215 und gegebenenfalls den Offenend-Fluidverteilstrukturen gebildeten Fluidführungsstrukturen 21 der Wärmetauscherplatten 20 verlaufen daher zwischen einer ersten Außenfläche des Wärmetauscherblocks 10, die hier mit 11 bezeichnet ist, und einer zweiten Außenfläche des Wärmetauscherblocks 10, die hier mit 12 bezeichnet ist. Sie weisen sowohl von Fluidzufuhrleitungen als auch von Fluidsammelleitungen unverdeckte Öffnungen zu diesen Außenflächen 11, 12 auf, wobei in der Darstellung der Figur 1 lediglich die Öffnungen zu der ersten Außenfläche 11 ("erste" Öffnungen) veranschaulicht und mit 211 bezeichnet sind. Zur Vermeidung von Missverständnissen sei betont, dass sich die erste Außenfläche 11 in der Darstellung der Figur 1 im Betrieb auf der Oberseite des Wärmetauscherblocks 10 und die zweite Außenfläche 12 auf dessen Unterseite befindet. Die Kanten der Wärmetauscherplatten 20, 30 bilden ferner eine dritte und eine vierte Außenfläche des Wärmetauscherblocks 10, hier mit 13 und 14 bezeichnet. (Die vierte Außenfläche 14 ist in Figur 1 verdeckt.)

[0042] Durch die Anordnung der Fluidzufuhrleitung 40 und der Fluidsammelleitung 50 verlaufen hingegen die Fluidführungsstrukturen 31 der zweiten Wärmetauscherplatten 30 zwischen der Fluidzufuhrleitung 40 und der Fluidsammelleitung 50. Wird über die Fluidzufuhrleitung 40 ein gasförmiges, zu kondensierendes Fluid, beispielsweise ein stickstoffreiches Kopfprodukt einer Hochdrucksäule einer Luftzerlegungsanlage, eingespeist, und wird der Wärmetauscherblock 10 bis zu einer bestimmten Höhe in ein Flüssigkeitsbad eines zu verdampfenden Fluids, beispielsweise in eine sauerstoffreiche Flüssigkeit im Sumpf einer Niederdrucksäule einer Luftzerlegungsanlage, getaucht, kommt es zu dem eingangs erwähnten Termosiphoneffekt.

[0043] In Figur 2 ist eine der zweiten Wärmetauscherplatten 30 des in Figur 1 gezeigten Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfers in Draufsicht veranschaulicht. Zusätzlich sind die Fluidzufuhrleitung 40 und die Fluidsammelleitung 50 schematisch dargestellt, die jedoch nicht Teil der zweiten Wärmetauscherplatten 30 selbst sind sondern auf einem unter Verwendung der zweiten Wärmetauscherplatten 30 gebildeten Wärmetauscherblock 10 aufgebracht sind. Zur Veranschaulichung sind ferner die Außenflächen 11 bis 14 eines Wärmetauscherblocks 10 angegeben, die durch eine entsprechende Wärmetauscherplatte 30 definiert werden.

[0044] Wie erwähnt, wird im Betrieb Fluid über die Fluidzufuhrleitung 40 zugeführt und tritt über die Öffnungen 311 in die Fluidführungsmittel 31 der zweiten Wärmetauscherplatten 30 ein. Das Fluid wird dabei zunächst mittels Fluidverteilstrukturen 313 auf die gesamte Breite der Wärmetauscherplatte 30 verteilt. Im dargestellten Beispiel sind die Fluidverteilstrukturen 313 und die nachfolgend erläuterten Sammelstrukturen 314 jeweils als diagonale Verteil- bzw. Sammelstrukturen vom Typ B veranschaulicht, es können jedoch auch andere Formen von Fluidverteil- und Fluidsammelstrukturen zum Einsatz kommen, beispielsweise die in dem eingangs erwähnten ALPEMA-Standard veranschaulichten Formen. Mittels der Fluidverteilstrukturen 313 auf die gesamte Breite der Wärmetauscherplatte 30 verteiltes Fluid tritt idealerweise auf der gesamten Breite in den Bereich der Wärmetauschrippen 315 mit gleicher Flussrate und Zusammensetzung ein und wird idealerweise über den gesamten Bereich der Wärmetauschrippen 315 mittels der Fluidsammelstrukturen 314 gesammelt. Das mittels der Fluidsammelstrukturen 314 gesammelte Fluid tritt über die Öffnungen 312 aus der zweiten Wärmetauscherplatte 30 aus und wird auf diese Weise einer Fluidsammelleitung 50 zugeführt.

[0045] Wie erwähnt, kann es in zweiten Wärmetauscherplatten 30, wie sie in Figur 2 veranschaulicht sind, jedoch beispielsweise im Bereich der Fluidverteilstrukturen 313, aber auch im Bereich der Fluidsammelstrukturen 314, zu Entmischungseffekten kommen, insbesondere dann, wenn ein Gasgemisch, das Inertgase enthält, über die Fluidzufuhrleitung 40 eingespeist wird. Hierdurch können sich in bestimmten Bereichen, bezogen auf die gesamte Breite der zweiten Wärmetauscherplatte 30, Rein- bzw. Inertgase bzw. entmischte Gasanteile anreichern und den Durchtritt von Fluid durch die Wärmetauschrippen 315 bzw. andere Bereiche der Fluidleiteinrichtungen 31 behindern. Die effektive Wärmetauschleistung einer entsprechenden zweiten Wärmetauscherplatte 30 und damit eines gesamten Wärmetauscherblocks 10 bzw. Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfers 110, wird damit deutlich herabgesetzt.

[0046] In Figur 3 ist ein Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch veranschaulicht und insgesamt mit 100 bezeichnet. Bereits in der Beschreibung der Figur 1 erwähnte Elemente werden nicht erneut erläutert.

[0047] Im Gegensatz zu dem Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer 110 der Figur 1 ist hier jedoch die Fluidzufuhrleitung 40 auf der ersten Außenfläche 11, d.h. der Oberseite des Wärmetauscherblocks 10, angeordnet. Dies führt, wie auch nachfolgend erläutert, zu einer deutlich besseren Fluidverteilung in den zweiten Wärmetauscherplatten 30 bzw. deren Fluidführungsstrukturen, weil diese besonders günstig ausgebildet werden können. Zugleich sind damit die Öffnungen 311 der Fluidverteilstrukturen 313 dieser zweiten Wärmetauscherplatten 30 abweichend zu der in Figur 1 veranschaulichten Art ausgebildet.

[0048] Die Fluidsammelstrukturen der Wärmetauscherplatten 30 können beispielsweise weiterhin wie in Figur 2 veranschaulicht ausgebildet sein oder eine abweichende Ausgestaltung erhalten, je nachdem, wo die Fluidsammelleitung 50 angeordnet ist. Ist diese weiterhin seitlich des Wärmetauscherblocks 10 angeordnet, wie in dem Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer 110 gemäß Figur 1, kommt eine Anordnung zum Einsatz, wie sie in der Figur 4 gezeigt ist. Es ist jedoch auch möglich, die Fluidsammelleitung 50 auf die zweite Außenfläche 12 des Wärmetauscherblocks 10 zu verlagern, wobei dann eine Anordnung gemäß Figur 5 zum Einsatz kommt. Hieraus ergeben sich auch Konsequenzen für die Ausgestaltung der ersten Wärmetauscherplatten 20, wie unter Bezugnahme auf die Figuren 6 bis 8 erläutert.

[0049] Gemäß Figur 3 sind die ersten Öffnungen 211 der Fluidführungsstrukturen 21 der ersten Wärmetauscherplatten 20 durch geeignete Fluidsammelstrukturen aus einem Bereich der ersten Außenfläche 11, der durch die Fluidzufuhrleitung 40 verdeckt ist, verlagert, aber noch auf der ersten Außenfläche 11 angeordnet. Die Öffnungen 211 der Fluidführungsstrukturen 21 der ersten Wärmetauscherplatten 20 können jedoch auch auf die Außenflächen 13 und 14 verlagert sein, wie bezüglich Figur 8 gezeigt.

[0050] In Figur 4 ist, wie erwähnt, eine zweite Wärmetauscherplatte 30 eines Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfers gemäß Figur 3 veranschaulicht. Auch hier sind die Fluidzufuhrleitung 40 und die Fluidsammelleitung 50 gezeigt.

[0051] Im Gegensatz zu der in Figur 2 dargestellten Wärmetauscherplatte 30 sind, wie erwähnt, hier jedoch die Öffnungen 311 der Fluidverteilstrukturen 313 auf der Oberseite der Wärmetauscherplatten 30 und damit der ersten Außenfläche 11 des Wärmetauscherblocks 10 angeordnet. Entsprechendes gilt für die hier ergänzend veranschaulichte Fluidzufuhrleitung 40. Über die Fluidzufuhrleitung 40 eingespeistes Fluid kann sich aufgrund der symmetrischen Ausbildung der Fluidverteilstrukturen 313 besser auf die gesamte Breite der Wärmetauscherplatte 30 bzw. der Wärmetauschrippen 315 verteilen, so dass es im Bereich der Fluidverteilstrukturen 313 nicht mehr zu Entmischungseffekten kommen kann. Wie erwähnt, sind in der in Figur 4 veranschaulichten Ausführungsform einer zweiten Wärmetauscherplatte 30 die Fluidsammelstrukturen jedoch wie bei herkömmlichen zweiten Wärmetauscherplatten 30, wie sie in einem Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer 110 gemäß Figur 1 zum Einsatz kommen, ausgebildet.

[0052] Wie erwähnt, ist es jedoch auch möglich, die Fluidsammelleitung 50 auf einer zweiten Außenfläche 12 bzw. der Unterseite des Wärmetauscherblocks 10 bereitzustellen. Eine für diesen Fall eingesetzte zweite Wärmetauscherplatte 30 ist in Figur 5 veranschaulicht. Die Fluidsammelstrukturen vereinigen hierbei das Fluid, das aus den Wärmetauschrippen 315 austritt, in einem zentralen Bereich, so dass auch hier keine oder geringere Entmischungseffekte auftreten können.

[0053] Wie mehrfach erläutert, sind die zweiten Wärmetauscherplatten 30 gemäß den vorstehenden Figuren dafür eingerichtet, ein Fluid teilweise oder vollständig zu kondensieren, die ersten Wärmetauscherplatten 20 hingegen sind dazu eingerichtet, ein Fluid teilweise oder vollständig zu verdampfen. Die ersten Wärmetauscherplatten 20 werden dabei auf Grundlage des erwähnten Termosiphoneffekts betrieben.

[0054] Nachfolgend sind erste Wärmetauscherplatten 20 veranschaulicht, wie sie in den zuvor erläuterten Ausführungsformen zum Einsatz kommen können, nämlich dann, wenn eine Fluidzufuhrleitung auf der Oberseite und eine Fluidsammelleitung entweder seitlich oder auf einer Unterseite des Wärmetauscherblocks 11 angeordnet ist. In beiden Fällen sind die Fluidzufuhrleitung 40 und die Fluidsammelleitung 50 veranschaulicht, wobei die Fluidführungsstrukturen 21 jedoch nicht mit derartigen Fluidzufuhr- bzw. Fluidsammelleitungen 40, 50 in Verbindung stehen.

[0055] Die ersten Wärmetauscherplatten 20 sind, wie erwähnt, dafür eingerichtet, ein Fluid teilweise oder vollständig zu verdampfen und damit den Termosiphon-Effekt herbeizuführen. Hierzu müssen die Fluidführungsstrukturen 21 Öffnungen aufweisen, die sowohl von Fluidzufuhrleitungen als auch von Fluidsammelleitungen unverdeckt sind. Wird die Fluidzufuhrleitung 40 auf der ersten Außenfläche des Wärmetauscherblocks 10 angeordnet, können in diesem Bereich keine Öffnungen von Fluidführungsstrukturen 21 der Wärmetauscherplatten 20 (wie die in Figur 1 veranschaulichten ersten Öffnungen 211) vorgesehen sein. Diese ersten Öffnungen werden daher in dem in Figur 6 dargestellten Beispiel mit Fluidsammelstrukturen 213 verbunden. Die Fluidsammelstrukturen 213 sind nach Art von sogenannten Double-Exit-Distributoren ausgebildet und mit Öffnungen 211 auf der ersten Außenfläche 11 des Wärmetauscherblocks 10 versehen. Es können jedoch auch andere Ausgestaltungen vorgesehen sein. Über die ersten Öffnungen 211 wird ein teilverdampftes Fluid an einer Oberseite des Wärmetauscherblocks 10 bzw. der ersten Außenfläche 11 abgegeben. Nicht verdampftes Fluid läuft dabei an der Außenseite des Wärmetauscherblocks 10 ab. An der Unterseite bzw. der zweiten Außenfläche 12 des Wärmetauscherblocks 10 sind hingegen Öffnungen 212 der Fluidführungsstrukturen 21 ("zweite" Öffnungen) vorgesehen, die ohne oder lediglich mit sogenannten Offenend-Fluidverteileinrichtungen 214 verbunden sind. Fluid kann auf diese Weise ungehindert in die Wärmetauschrippen 215 eintreten und in diesen aufsteigen.

[0056] Wird jedoch eine Anordnung gewählt, in der die Fluidsammelleitung 50 auf einer Unterseite bzw. der zweiten Außenfläche 12 des Wärmetauscherblocks 10 angeordnet ist, so müssen auch die zweiten Öffnungen der Fluidführungsstrukturen 21 in einen Bereich verlagert werden, der durch die Fluidsammelleitung nicht verdeckt ist. Zu diesem Zweck kommt eine Fluidverteilstruktur 214 zum Einsatz, die beispielsweise nach Art eines sogenannten Double-Entry-Distributors ausgebildet ist. Dies ist in Figur 7 gezeigt. Alternativ dazu kann auch, wie bereits mehrfach erwähnt, vorgesehen sein, die ersten und/oder die zweiten Öffnungen 211 und/oder 212 auf die dritten und vierten Außenflächen 13, 14 des Wärmetauscherblocks 10 zu verlagern. Dies ist in Figur 8 für den Fall veranschaulicht, dass die Fluidverteilleitung 40 auf der ersten Außenfläche 11 und die Fluidsammelleitung 50 auf der zweiten Außenfläche 12 angeordnet ist. Ist die Fluidsammelleitung 50 hingegen nicht auf der zweiten Außenfläche 12 angeordnet, kann die Ausbildung der zweiten Öffnungen 212 wie in Figur 6 gezeigt erfolgen. Auch eine Kombination der in Figur 7 und 8 gezeigten Ausführungsformen ist möglich, d.h. die Ausbildung der ersten Öffnungen 211 kann wie in Figur 6 gezeigt erfolgen und die Ausbildung der zweiten Öffnungen 212 wie in Figur 8 gezeigt oder umgekehrt.

Ansprüche

1. Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer (100) mit einem Wärmetauscherblock (10), der eine Anzahl von Wärmetauscherplatten (20, 30) mit Fluidführungsstrukturen (21, 31) aufweist, wobei der Wärmetauscherblock (10) eine erste Außenfläche (11), eine der ersten Außenfläche (11) gegenüberliegende zweite Außenfläche (12), eine dritte Außenfläche (13) und eine der dritten Außenfläche (13) gegenüberliegende vierte Außenfläche (14) aufweist, wobei die Fluidführungsstrukturen (21) erster Wärmetauscherplatten (20) sowohl von Fluidzufuhrleitungen als auch von Fluidsammelleitungen unverdeckte erste und zweite Öffnungen (211, 212) auf dem Wärmetauscherblock (10) aufweisen, und wobei die Fluidführungsstrukturen (31) zweiter Wärmetauscherplatten (30) zwischen einer auf dem Wärmetauscherblock (10) angeordneten Fluidzufuhrleitung (40) und einer auf dem Wärmetauscherblock (10) angeordneten Fluidsammelleitung (50) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidzufuhrleitung (40) auf der ersten Außenfläche (11) angeordnet ist, und dass die ersten Öffnungen (211) der Fluidführungsstrukturen (21) der ersten Wärmetauscherplatten (20) entweder in einem durch die Fluidzufuhrleitung (40) unverdeckten Bereich der ersten Außenfläche (11) oder jeweils in einem ersten Bereich der dritten Außenfläche (13) und einem ersten Bereich der der vierten Außenfläche (14) angeordnet sind.

2. Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer (100) nach Anspruch 1, bei dem die ersten Öffnungen (211) der Fluidführungsstrukturen (21) der ersten Wärmetauscherplatten (20) durch Fluidsammelstrukturen (213) gebildet sind, die mit Wärmeaustauschrippen (215) in einem zentralen Bereich der Fluidführungsstrukturen (21) in Verbindung stehen.

3. Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer (100) nach Anspruch 2, bei dem die Fluidzufuhrleitung (40) in einem mittleren Bereich der ersten Außenfläche (11) rechtwinklig zu den Wärmetauscherplatten (20, 30) verläuft.

4. Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer (100) nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Fluidsammelstrukturen (213) der ersten Wärmetauscherplatten (20) als Double-Exit-Distributoren ausgebildet sind.

5. Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Fluidführungsstrukturen (31) der zweiten Wärmetauscherplatten (30) auf der ersten Außenfläche (11) Öffnungen (311) aufweisen, die in die Fluidzufuhrleitung (40) münden und durch Fluidverteilstrukturen (313) gebildet sind, die mit Wärmeaustauschrippen (315) in einem zentralen Bereich der Fluidführungsstrukturen (31) in Verbindung stehen.

6. Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer (100) nach Anspruch 5, bei dem die Fluidverteilstrukturen (313) der zweiten Wärmetauscherplatten (30) als zentrale Distributoren ausgebildet sind.

7. Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Fluidsammelleitung (50) auf der zweiten Außenfläche (12) angeordnet ist.

8. Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer (100) nach Anspruch 7, bei dem die zweiten Öffnungen (212) der Fluidführungsstrukturen (21) der ersten Wärmetauscherplatten (20) durch Fluidverteilstrukturen (214) gebildet sind, die mit den Wärmeaustauschrippen (215) in dem zentralen Bereich der Fluidführungsstrukturen (21) in Verbindung stehen, wobei die durch die Fluidverteilstrukturen (214) gebildeten zweiten Öffnungen (212) entweder in einem nicht durch die Fluidsammelleitung (50) verdeckten Bereich der zweiten Außenfläche (12) oder jeweils in einem zweiten Bereich der dritten Außenfläche (13) und einem zweiten Bereich der der vierten Außenfläche (14) angeordnet sind.

9. Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer (100) nach Anspruch 8, bei dem die Fluidsammelleitung (50) in einem mittleren Bereich der zweiten Außenfläche (12) rechtwinklig zu den Wärmetauscherplatten (20, 30) verläuft.

10. Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer (100) nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Fluidverteilstrukturen (214) der ersten Wärmetauscherplatten (20) als Double-Entry-Distributoren ausgebildet sind.

11. Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem die Fluidführungsstrukturen (31) der zweiten Wärmetauscherplatten (30) auf der zweiten Außenfläche (12) Öffnungen (312) aufweisen, die in die Fluidsammelleitung (50) münden und durch Fluidsammelstrukturen (314) gebildet sind, die mit den Wärmeaustauschrippen (315) in dem zentralen Bereich der Fluidführungsstrukturen (31) in Verbindung stehen.

12. Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer (100) nach Anspruch 11, bei dem die Fluidsammelstrukturen (314) der zweiten Wärmetauscherplatten (30) als zentrale Distributoren ausgebildet sind.

13. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem unter Verwendung verdichteter, abgekühlter Einsatzluft in einer ersten Destillationssäule ein sauerstoffangereichertes Sumpfprodukt und ein stickstoffangereichertes Kopfprodukt erzeugt wird und unter Verwendung des sauerstoffangereicherten Sumpfprodukts aus der ersten Destillationssäule in einer zweiten Destillationssäule ein sauerstoffreiches Sumpfprodukt und ein stickstoffreiches Kopfprodukt erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche verwendet werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem mittels des oder eines der Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer (100) das sauerstoffreiche Sumpfprodukt der zweiten Destillationssäule in den Fluidführungsstrukturen der ersten Wärmetauscherplatten teilverdampft wird, und in dem das stickstoffangereicherte Kopfprodukt der ersten Destillationssäule in den Fluidführungsstrukturen der zweiten Wärmetauscherplatten teilverflüssigt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der zweiten Destillationssäule ein Fluid entnommen und in eine dritte Destillationssäule eingespeist wird, wobei die dritte Destillationssäule einen Kopfkondensator aufweist, in dem mittels des oder eines der Plattenwärmetauscher-Kondensatorverdampfer (100) ein Teil des sauerstoffangereicherten Sumpfprodukts der ersten Destillationssäule in den Fluidführungsstrukturen der ersten Wärmetauscherplatten teilverdampft wird, und in dem ein argonangereichertes Kopfprodukt der dritten Destillationssäule in den Fluidführungsstrukturen der zweiten Wärmetauscherplatten teilverflüssigt wird.

Zeichnung