CORE-IN-SHELL-WÄRMEÜBERTRAGER MIT LEITEINRICHTUNG ZUR BESSEREN VERTEILUNG DES MEDIUMS IM ABSCHEIDERAUM

Die Erfindung betrifft ein Wärmeübertrager gemäß Anspruch 1.

Ein derartiger Wärmeübertrager dient zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einem ersten Medium und einem zweiten Medium und weist einen Mantel auf, der einen Mantelraum zur Aufnahme einer flüssigen Phase des ersten Mediums umgibt sowie zumindest einen Plattenwärmeübertrager, der erste

Wärmeübertragungspassagen zur Aufnahme des ersten Mediums sowie zweite

Wärmeübertragungspassagen zur Aufnahme des zweiten Mediums aufweist, so dass zwischen den beiden Medien indirekt Wärme übertragbar ist, wobei der

Plattenwärmeübertrager so im Mantelraum angeordnet ist, dass er mit einer im

Mantelraum befindlichen flüssigen Phase des ersten Mediums umgebbar ist, und wobei die ersten Wärmeübertragungspassagen über Auslassöffnungen an einer Oberseite des Plattenwärmeübertragers, die für gewöhnlich n einer horizontalen Ebene liegt, mit dem Mantelraum in Strömungsverbindung stehen, so dass das erste Medium durch die Auslassöffnungen in den Mantelraum bzw. Abscheideraum als zweiphasiges Medium austreten kann, in dem die gasförmige Phase des ersten Mediums von der flüssigen Phase des ersten Mediums getrennt wird. Dabei wird als Abscheideraum der Bereich des Mantelraumes oberhalb des Pegels der flüssigen Phase des ersten Mediums verstanden, der zur Aufnahme der gasförmigen Phase des ersten Mediums zur Verfügung steht.

Ein derartiger Wärmeübertrager ist beispielsweise in„The Standards of the brazed aluminium plate-fin heat exchanger manufacturer's association (ALPEMA)", dritte

Ausgabe, 2010, Seite 67 in Figur 9-1 gezeigt. Darin wird der Mantel als„Shell" und der Plattenwärmeübertrager als„block" bezeichnet. Eine solche Ausführung eines

Wärmeübertragers nennt man daher auch„block-in-shell"-Wärmeübertrager. Andere Bezeichnungen sind z.B.„core-in-shell" oder„block-in-kettle"-Wärmeübertrager.

Neben den ersten, zum Mantelraum hin offenen Wärmeübertragungspassagen, weist der Plattenwärmeübertrager zum Mantelraum hin geschlossene zweite

Wärmeübertragungspassagen auf. Das zweite Medium in den zweiten Wärmeübertragungspassagen hat dabei keinen direkten Kontakt zum Mantelraum. Die offenen ersten Wärmeübertragungspassagen sind dagegen für das erste Medium üblicherweise auf mehreren Seiten des Plattenwärmeübertragers (z.B. an der

Unterseite und der Oberseite des Plattenwärmeübertragers) zum Mantelraum hin durchlässig (siehe oben). Der Plattenwärmeübertrager wird dabei von einem

Flüssigkeitsbad des ersten Mediums umgeben, das dabei üblicherweise an der Unterseite als flüssige Phase in den Plattenwärmeübertrager eintritt und an der Oberseite als Zweiphasenstrom (aus den Auslassöffnungen) wieder austritt. Triebkraft dafür ist eine Temperaturdifferenz zwischen dem zweiten Medium in den

geschlossenen zweiten Passagen und dem ersten Medium in den offenen ersten Passagen. Durch die vom zweiten Medium in den geschlossenen zweiten Passagen auf das erste Medium in den ersten Passagen übertragene Wärme wird ein Teil der flüssigen Phase des ersten Mediums in den offenen ersten Passagen verdampft. Der Plattenwärmeübertrager in einem Core-In-Shell-Wärmeübertrager wird üblicherweise als Thermosiphon, d.h., im Naturumlauf, betrieben. Die Gasphase des ersten Mediums wird dabei über zumindest einen Gasauslass, z.B. in Form eines am Mantel vorgesehenen Gasauslassstutzens aus dem Abscheideraum abgezogen. Hierbei muss ein Austritt der Flüssigphase aus dem Gasauslass vermieden werden, um z.B.

nachfolgende Prozesse nicht ungünstig zu beeinflussen oder Schäden an

nachfolgenden Einrichtungen zu vermeiden. Über die Anzahl und Verteilung der Gasauslassstutzen konnte keine wesentliche Verbesserung der Abscheidung der Flüssigkeitströpfchen aus der Gasphase erreicht werden.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art bereitzustellen, der eine Verbesserung der Trennung beider Phasen im Abscheideraum ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend beschrieben.

Gemäß Anspruch 1 ist an oder oberhalb der Oberseite des Plattenwärmeübertragers zum Leiten des aus den Auslassöffnungen ausgetretenen ersten (insbesondere zweiphasigen) Mediums eine Leiteinrichtung vorgesehen, wobei die Leiteinrichtung mehrere Leitelemente aufweist, die sich jeweils entlang einer Längsachse entlang der Oberseite des mindestens einen Plattenwärmeübertragers erstrecken, wobei die Längsachsen der Leitelemente senkrecht zu einer Längsachse des Mantels verlaufen; und/oder wobei der Plattenwärmeübertrager eine erste Außenkante und eine parallel dazu verlaufende, gegenüberliegende zweite Außenkante aufweist, wobei die beiden Außenkanten die Oberseite des Plattenwärmeübertragers begrenzen, und wobei der Wärmeübertrager eine Mehrzahl an ersten und zweiten Leitelementen aufweist, wobei die ersten Leitelemente entlang der ersten Außenkante verlaufen und näher an der ersten Außenkante gelegen sind als an der zweiten Außenkante, und wobei die zweiten Leitelemente entlang der zweiten Außenkante verlaufen und näher an der zweiten Außenkante gelegen sind als an der ersten Außenkante, wobei die ersten Leitelemente zur ersten Außenkante hin geneigt sind, so dass das in der ersten Raumrichtung aus den Auslassöffnungen an der Oberseite des

Plattenwärmeübertragers austretende, zweiphasige erste Medium durch die ersten Leitelemente jeweils in eine zweite Raumrichtung abgelenkt wird, deren horizontale Komponente zur ersten Außenkante gerichtet ist, und wobei die zweiten Leitelemente zur zweiten Außenkante hin geneigt sind, so dass das in der ersten Raumrichtung aus den Auslassöffnungen an der Oberseite des Plattenwärmeübertragers austretende, zweiphasige erste Medium durch die zweiten Leitelemente jeweils in eine zweite Raumrichtung abgelenkt wird, deren horizontale Komponente zur zweiten Außenkante gerichtet ist.

Mit anderen Worten wird also insbesondere die Beeinflussung des aus den ersten Wärmeübertragungspassagen in den Mantelraum austretenden Zweiphasenstromes des ersten Mediums von der Leiteinrichtung übernommen. Die Leiteinrichtung wird dabei insbesondere so ausgeführt und positioniert, dass eine gute Verteilung des Zweiphasenstromes im Mantelraum bzw. Abscheideraum des Wärmeübertragers sichergestellt und die Ausprägung des dreidimensionalen Geschwindigkeitsfeldes, d.h., die Verteilung des Zweiphasenstromes in alle drei Raumrichtungen, in gewünschter Weise beeinflusst wird. Ohne eine derartige Leiteinrichtung erfolgt insbesondere keine gleichmäßige Verteilung der Gasphase auf den Abscheideraum. Somit sind Bereiche im Abscheideraum vorhanden, in die die Gasphase sowie mitgenommene Anteile der flüssigen Phase nicht hingeführt werden, so dass nicht der gesamte Abscheideraum zur Abscheidung der flüssigen Anteile des ersten Mediums genutzt wird und die Güte der Trennung der Gasphase von der Flüssigkeitsphase des ersten Mediums

entsprechend sinkt. Die Güte der Trennung der Gasphase von der Flüssigkeitsphase des ersten Mediums im Abscheideraum hängt dabei von der Ausprägung eines dreidimensionalen

Geschwindigkeitsfeldes des ersten Mediums ab. Dieses ist idealerweise so

ausgeprägt, dass die gasförmige Phase (bzw. die mit Flüssigkeitströpfchen beladene Gasphase) möglichst gleichmäßig über den Mantelraum verteilt wird. Es hat sich gezeigt, dass sich dies durch die Anzahl, Größe und Anordnung der Auslassstutzen für die Gasphase nur in begrenztem Maße und mit dem Nachteil von höheren

Druckverlusten realisieren lässt. Weiterhin kann das dreidimensionale

Geschwindigkeitsfeld durch die Anzahl, Größe, Anordnung und Ausgestaltung der

Plattenwärmeübertrager im Mantelraum nur in begrenztem Maße und mit dem Nachteil eines höheren Fertigungsaufwandes und entsprechend höherer Kosten beeinflusst werden.

Aufgrund der begrenzten Beeinflussbarkeit des Geschwindigkeitsfeldes durch die oben genannten Maßnahmen kann der Abscheideraum nicht optimal für die Trennung von Gas- und Flüssigkeitsphase des ersten Mediums genutzt werden. Insbesondere können inaktive Bereiche des Abscheideraumes entstehen, in denen keine Trennung stattfindet, da der Zweiphasenstrom dort nicht hingeführt wird. Dies führt

gegebenenfalls zu einer größeren erforderlichen Mantellänge bzw. einem größeren erforderlichen Manteldurchmesser, was in jedem Fall höhere Kosten und ein

Mehrgewicht des Core-In-Shell-Wärmeübertragers zur Folge hat.

Weiterhin weisen Plattenwärmeübertrager in Core-In-Shell-Wärmeübertragern häufig einen ungleichmäßigen Verdampfungsverlauf auf. Dies bedeutet, dass über die Länge eines Plattenwärmeübertragers unterschiedlich viel Gas erzeugt wird und

infolgedessen die Belastung des Abscheideraumes ebenfalls nicht gleichmäßig ist, was zu einem höherem Entrainment, d.h., einem vermehrten Mitführen von Flüssigkeit mit dem austretenden Gasstrom, führen kann. Die Belastung des Abscheideraumes wird dabei im Wesentlichen durch die Strömungseigenschaften der Gasphase bestimmt.

Mittels der erfindungsgemäßen Leiteinrichtung kann die Verteilung der Gasphase (bzw. der mit Flüssigkeitströpfchen beladene Gasphase) auf den Mantelraum verbessert werden, was die vorgenannten Probleme mit vergleichsweise kostengünstigen Mitteln mindert. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Leiteinrichtung dazu ausgebildet ist, zumindest einen Teil des aus den Auslassöffnungen in eine erste Raumrichtung ausgetretenen, zweiphasigen erste Mediums in zumindest eine zweite Raumrichtung zu leiten. Die erste Raumrichtung verläuft dabei von unten nach oben entlang der Vertikalen (d.h. das zweiphasige erste Medium tritt an der Oberseite entlang der Vertikalen aus den Auslassöffnungen aus). Die zweite Raumrichtung unterscheidet sich von der ersten Raumrichtung und weist bevorzugt eine größere horizontale Komponente als die erste Raumrichtung auf, so dass das zweiphasige Gemisch insbesondere in der

Horizontalen gleichmäßiger verteilt werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leiteinrichtung zumindest ein plattenförmiges Leitelement, insbesondere in Form eines Leitblechs, aufweist. Dieses ist bevorzugt (insbesondere in vertikaler Richtung) oberhalb einer Auslassöffnung zumindest einer ersten Wärmeübertragungspassage angeordnet, so dass aus dieser Auslassöffnung austretendes gasförmiges (und insbesondere mit Flüssigkeitströpfchen beladenes) erstes Medium auf die Leiteinrichtung bzw. das mindestens eine Leitblech trifft und durch dieses abgelenkt wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass sich das mindestens eine Leitelement entlang einer Längsachse erstreckt. Diese Längsachse verläuft bevorzugt parallel oder senkrecht zu einer Längsachse bzw. Zylinderachse des Mantels (die Längs- oder Zylinderachse des Mantels erstreckt sich im Betrieb des Wärmeübertragers bevorzugt parallel zur Horizontalen). Es ist jedoch auch eine winklige, z.B. windschiefe, Lage der Längsachse des Leitelements zur Längsachse des Mantels denkbar.

Die Längsachse des Leitelementes kann sich insbesondere entlang der Oberseite des Plattenwärmeübertrages erstrecken, und zwar insbesondere parallel zu dieser Oberseite. Die Oberseite des Plattenwärmeübertragers erstreckt sich bei einem bestimmungsgemäß angeordneten Wärmeübertrager entlang der Horizontalen. Die Längsachse des mindestens einen Leitelementes kann sich weiterhin z.B. parallel zu der Ebene erstrecken, entlang der sich die Wärmeübertragungspassagen bzw. die Trennplatten erstrecken, die die Wärmeübertragungspassagen begrenzen. Die Längsachse kann sich aber auch senkrecht oder winklig zu dieser Ebene erstrecken. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Leitelement eine entlang der Längsachse des Leitelementes erstreckte Unterkante aufweist, die zur Oberseite des Plattenwärmeübertragers beabstandet ist. Hierbei kann die Unterkante parallel zur Oberseite des

Plattenwärmeübertragers verlaufen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Leitelement eine Neigung gegenüber der Oberseite des

Plattenwärmeübertragers aufweist. Hierdurch kann die Gasphase des ersten Mediums der Neigung des Leitelements folgend abgelenkt werden, nämlich insbesondere aus der ersten Raumrichtung in die zweite Raumrichtung. Die gasförmige Phase des ersten Mediums erhält dabei entsprechend eine horizontale Geschwindigkeitskomponente parallel zur Oberseite des Plattenwärmeübertragers, so dass insbesondere die gasförmige Phase des ersten Mediums über einen breiteren horizontalen Querschnitt im Mantelraum verteilbar ist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Leitelement plan ausgebildet ist. Das mindestens eine Leitelement ist dabei vorzugsweise flächig ausgebildet, d.h., es weist senkrecht zu seiner

Erstreckungsebene eine Stärke auf, die signifikant kleiner ist als die Ausdehnungen des Leitelementes in der Erstreckungsebene.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Leitelement eine Krümmung aufweist, und zwar insbesondere zur Oberseite des Plattenwärmeübertragers hin, so dass die gasförmige Phase beim Ablenken durch das mindestens eine Leitelement eine horizontale

Geschwindigkeitskomponente erhält, die parallel zu der Oberseite des

Plattenwärmeübertragers verläuft (vergleiche oben).

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Leitelement einen ersten und einen zweiten Abschnitt aufweist, die winklig zueinander angeordnet sind. Hierbei kann z.B. der erste (untere) Abschnitt, der in der Vertikalen näher zur Oberseite des Plattenwärmeübertragers gelegen ist, eine wie oben beschriebene Neigung aufweisen und kann dabei plan ausgebildet sein, während der sich daran anschließende zweite Abschnitt im Vergleich zum ersten Abschnitt eine stärkere Neigung aufweisen kann oder gar parallel zur Oberseite des Plattenwärmeübertragers verlaufen kann. Der zweite (obere) Abschnitt kann anstelle einer Neigung oder zusätzlich zu einer Neigung eine Krümmung aufweisen, insbesondere zur Oberseite des Plattenwärmeübertragers hin.

Auch hierdurch wird eine seitliche Ablenkung der Gasphase bewirkt, bei der die Gasphase eine horizontale Geschwindigkeitskomponente erhält, die parallel zu der Oberseite des Plattenwärmeübertragers verläuft (vergleiche oben).

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Leitelement eine Mehrzahl an Durchgangsöffnungen für das erste Medium aufweist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das mindestens eine Leitelement sowohl gasförmiges erstes Medium ablenkt, als auch nach oben durchlässt. Weiterhin kann über diese Durchgangsöffnungen eine flüssige Phase, die aus den Austrittsöffnungen des Plattenwärmeübertragers (insbesondere in der Mitte des Plattenwärmeübertragers) austritt, leichter zum Rand des

Plattenwärmeübertragers strömen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass das mindestens eine Leitelement über einen Träger am Plattenwärmeübertrager festgelegt ist. Hierbei kann der Träger einen Rahmen aufweisen, der über vom Rahmen abragende Stützen am Plattenwärmeübertrager festgelegt sein kann. Das mindestens eine Leitelement ist dann bevorzugt an dem Rahmen festgelegt und kann an diesem über weitere Stützen abgestützt sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leiteinrichtung mehrere Leitelemente aufweist, die sich jeweils entlang einer

Längsachse erstrecken. Dabei können die Längsachsen der Leitelemente parallel zueinander verlaufen. Die Längsachsen können sich z.B. parallel zur Längsachse des Mantels erstrecken oder z.B. senkrecht zur Längsachse des Mantels. Grundsätzlich ist auch eine winklige bzw. windschiefe Lage der Längsachsen der Leitelemente zur Längsachse des Mantels denkbar. Weiterhin können sich die Längsachsen der Leitelemente in unterschiedliche Raumrichtungen erstrecken. So können sich z.B. die Längsachsen der Leitelemente entlang der Oberseite des Plattenwärmeübertragers erstrecken, und zwar insbesondere parallel zueinander sowie insbesondere parallel zur Oberseite des Plattenwärmeübertragers (oder in einer sonstigen, oben beschriebene Weise). Die einzelnen Leitelemente können jeweils wie oben beschrieben ausgebildet sein, d.h., eines oder mehrere der oben beschriebenen Merkmale aufweisen.

Der insbesondere quaderförmige Plattenwärmeübertrager weist bevorzugt eine erste Außenkante und eine parallel dazu verlaufende, gegenüberliegende zweite

Außenkante auf, wobei die beiden Außenkanten die Oberseite des

Plattenwärmeübertragers begrenzen.

Vorzugsweise weist der Wärmeübertrager, wie bereits dargelegt, eine Mehrzahl an ersten und zweiten Leitelementen auf, wobei die ersten Leitelemente insbesondere parallel zur ersten Außenkante verlaufen und näher an der ersten Außenkante gelegen sind als an der zweiten Außenkante, und wobei die zweiten Leitelemente insbesondere parallel zur zweiten Außenkante verlaufen und näher an der zweiten Außenkante gelegen sind als an der ersten Außenkante. Gemäß einer Ausführungsform sind zwei erste sowie zwei zweite Leitelemente vorhanden.

Bevorzugt sind die ersten Leitelemente zur ersten Außenkante hin geneigt, so dass das (in der ersten Raumrichtung) aus den Auslassöffnungen an der Oberseite des Plattenwärmeübertragers austretende zweiphasige erste Medium durch die ersten Leitelemente jeweils in eine zweite Raumrichtung abgelenkt wird, deren horizontale Komponente zur ersten Außenkante gerichtet ist. Weiterhin sind bevorzugt die zweiten Leitelemente zur zweiten Außenkante hin geneigt, so dass das (in der ersten

Raumrichtung) aus den Auslassöffnungen an der Oberseite des

Plattenwärmeübertragers austretende zweiphasige erste Medium durch die zweiten Leitelemente jeweils in eine zweite Raumrichtung abgelenkt wird, deren horizontale Komponente zur zweiten Außenkante gerichtet ist. Die der ersten Außenkante zugeordneten horizontalen Komponenten weisen also in eine Richtung, die der Richtung der horizontalen Komponenten an der zweiten Außenkante entgegen gesetzt ist. Mit anderen Worten sind also die Leitelemente jeweils zur nächstgelegenen

Außenkante der Oberseite des insbesondere quaderförmigen Plattenwärmeübertragers hin geneigt, so dass die jeweils abgelenkte gasförmige Phase des ersten Mediums eine horizontale Geschwindigkeitskomponente erhält, die z.B. normal zur Ebene der Wärmeübertragungspassagen bzw. parallel zur Oberseite des Plattenwärmeübertragers orientiert ist und auf die jeweils zugeordnete Außenkante gerichtet ist.

Auf diese Weise wird das zweiphasige erste Medium, das an der Oberseite des Plattenwärmeübertragers im Wesentlichen in Richtung der Vertikalen (erste

Raumrichtung) aus den Auslassöffnungen austritt, auch zu den Seiten des

Mantelraumes hin über die Außenkanten des Plattenwärmeübertragers hinaus verteilt und nicht nur direkt nach oben. Hierdurch kann das zweiphasige erste Medium besser über den gesamten horizontalen Querschnitt des Abscheideraumes verteilt werden.

Sind mehrere Leitelemente vorhanden, so weisen die äußeren Leitelemente gegenüber den weiter innen gelegenen Leitelementen eine stärkere Neigung auf (d.h. schließen einen kleineren Winkel mit der Oberseite des Plattenwärmeübertragers auf. Die Neigung nimmt bevorzugt von innen nach außen zu (d.h. der Neigungswinkel wird kleiner). So sind insbesondere das oder die näher zur ersten Außenkante gelegenen ersten Leitelemente stärker zur ersten Außenkante hin geneigt als das oder die weiter innen gelegenen bzw. weiter von der ersten Außenkante weg gelegenen ersten

Leitelemente. Analog sind insbesondere das oder die näher zur zweiten Außenkante gelegenen zweiten Leitelemente stärker zur zweiten Außenkante hin geneigt als das oder die weiter innen gelegenen bzw. weiter von der zweiten Außenkante weg gelegenen zweiten Leitelemente.

Hierdurch wird das zweiphasige erste Medium, das weiter außen durch die

Auslassöffnungen an der Oberseite des Plattenwärmeübertragers austritt, weiter nach außen in den Abscheideraum verteilt, als dasjenige erste Medium, das näher zur Mittelachse der Oberseite hin aus den Auslassöffnungen an der Oberseite des

Plattenwärmeübertragers austritt.

Weiterhin können die ersten und zweiten Leitelemente jeweils plan ausgebildet sein. Alternativ hierzu weisen die ersten und zweiten Leitelemente einen ersten (unteren) sowie einen zweiten (oberen) Abschnitt auf, wobei sich die Abschnitte jeweils entlang der Längsachse des jeweiligen Leitelementes erstrecken. Bevorzugt weisen die oberen Abschnitte eine stärkere Neigung als die unteren Abschnitte gegenüber der Oberseite des Plattenwärmeübertragers auf (d.h. die zweiten Abschnitte sind winklig zum jeweiligen ersten Abschnitt angeordnet) und/oder weisen eine Krümmung hin zur Oberseite des Plattenwärmeübertragers auf.

Insbesondere ist vorgesehen, dass das äußerste erste Leitelement sowie das äußerste zweite Leitelement einen ebenen zweiten Abschnitt aufweisen, der winklig zum jeweiligen ersten Abschnitt angeordnet ist und eine stärkere Neigung als der jeweilige erste Abschnitt zur Oberseite des Plattenwärmeübertragers aufweist.

Demgegenüber weist insbesondere das innere erste Leitelement sowie das innere zweite Leitelement einen zweiten Abschnitt auf, der eine Krümmung hin zur Oberseite des Plattenwärmeübertragers aufweist, wobei der jeweilige erste Abschnitt plan ausgebildet ist.

Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Längsachse des Mantels sich entlang der Horizontalen erstreckt, d.h., dass der Mantel als liegender Mantel konzipiert ist, wobei die Leitelemente an einer (senkrecht zur Längsachse des Mantels erstreckten) Außenkante der Oberseite des Plattenwärmeübertragers vorgesehen sind, die zu einem (z.B. gewölbten) Boden des Mantels benachbart ist, der sich quer zur Längsachse des Mantels erstreckt, wobei die Leitelemente zu jenem Boden des Mantels hin geneigt sind, so dass das zweiphasige erste Medium mittels der Leitelemente insbesondere auch zum Boden hin bzw. in einen Endabschnitt des Mantelraums führbar ist.

Mittels der Erfindung kann insbesondere über eine geeignete Ausführung und

Positionierung der Leiteinrichtung bzw. Leitelemente die Strömung des aus dem offenen Raum eines Plattenwärmeübertragers in einem Core-In-Shell- Wärmeübertrager austretenden Zweiphasenstromes und die anschließende Verteilung im Abscheideraum bzw. Mantelraum direkt beeinflusst und gelenkt werden. Das Hauptaugenmerk wird dabei insbesondere auf die Strömungseigenschaften der Gasphase gelegt. Weiterhin wird aber auch auf ein gutes Abströmen der bereits abgeschiedenen Flüssigkeit geachtet. Dadurch kann der Abscheideraum effektiver zur Trennung der Gasphase und der Flüssigkeitsphase des ersten Mediums genutzt werden.

Vorteilhafterweise kann die Leiteinrichtung als ein nicht-drucktragendes Bauteil ausgebildet werden. Seine Querschnittsform kann ohne erheblichen Einfluss auf seine Festigkeit frei gestaltet werden. Die Position des Plattenwärmeübertragers im Mantelraum kann aufgrund der Erfindung flexibler gewählt werden, ohne dabei die Güte der Trennung von Gas- und

Flüssigkeitsphase im Abscheideraum des Core-In-Shell-Wärmeübertragers (bei gleicher Mantelgeometrie) negativ zu beeinflussen. Durch eine effektivere Ausnutzung des Abscheideraumes kann gegebenenfalls die erforderliche Mantelgröße - bei gleicher Abscheidegüte - verkleinert werden. Dadurch verringern sich die Gesamtkosten des Core-In-Shell-Wärmeübertragers bezüglich Fertigung und Unterhaltung. Auch der Isolierungsaufwand ist geringer. Grundsätzlich kann die Leiteinrichtung bzw. das mindestens eine Leitelement aus allen geeigneten Materialien, wie z.B. Aluminium, Stahl oder Kunststoff gefertigt werden bzw. diese Materialien aufweisen. Auch eine Kombination derartiger bzw. geeigneter Materialien ist möglich. Die Leiteinrichtung und das mindestens eine Leitelement kann sowohl aus Blech als auch aus weiteren geeigneten Elementen, wie z.B. bearbeiteten Rohren, bearbeiteten Vollmaterialien, Formgussteilen oder (Strangpress-)Profilen, bestehen. Auch die Kombination unterschiedlicher Elemente ist möglich.

Wie bereits dargelegt, kann die Form, Größe und Anzahl der verwendeten Elemente bzw. Leitelemente einer Leiteinrichtung sowohl nach fertigungstechnischen als auch nach verfahrenstechnischen Gesichtspunkten gestaltet werden. Dabei kann

insbesondere auch auf anlagenspezifische Besonderheiten eingegangen werden. Jedes der verwendeten Elemente kann dabei individuell gestaltet werden. Die verwendeten Leitelemente können solide, perforiert oder auch geschlitzt sein. Ebenso können diese sowohl flach als auch profiliert sein (vergleiche oben). Die Leiteinrichtung kann außer am Plattenwärmeübertrager auch an anderer geeigneter Stelle (z.B. am Mantel) angebracht werden. Die Art der Anbringung ist frei wählbar, so kann sie beispielsweise angeschweißt, angeschraubt oder angeklebt werden.

Die Leiteinrichtung kann sich sowohl über den gesamten Bereich bzw. die gesamte Oberseite des Plattenwärmeübertragers als auch nur über ausgewählte Bereiche der Oberseite erstrecken. Auch kann eine Leiteinrichtung in Bereichen des

Abscheideraumes bzw. Mantelraumes vorhanden sein, in denen sich kein

Wärmeübertragerblock befindet.

Die Ausrichtung der Leiteinrichtung ist ferner frei wählbar. Die Leiteinrichtung kann schließlich auch ohne Rahmen ausgeführt werden. Wie bereits erwähnt, können auch Teile der Leiteinrichtung mit und ohne Rahmen kombiniert werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sollen bei den nachfolgenden

Figurenbeschreibungen von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen

Wärmeübertragers;

Fig. 2 eine Ansicht des Wärmeübertragers entlang der Linie A-A der Figur 1 ; Fig. 3 eine Ansicht des Wärmeübertragers entlang der Linie B-B der Figur 1 ;

Fig. 4 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen

Leiteinrichtung; Fig. 5 eine Draufsicht auf die Leiteinrichtung gemäß Fig. 4;

Fig. 6 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen

Leiteinrichtung; Fig. 7 eine Draufsicht auf die Leiteinrichtung gemäß Fig. 6; und Fig. 8 eine perspektivisch Ansicht eines Plattenwärmeübertragers eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers. Figur 1 zeigt im Zusammenhang mit Figur 8 einen erfindungsgemäßen Block-in-Shell Wärmeübertrager 1. Der Wärmeübertrager 1 weist einen Mantel 2 auf, der sich entlang einer Längs- bzw. Zylinderachse erstreckt, die bei einem bestimmungsgemäß angeordneten Wärmeübertrager 1 entlang der Horizontalen verläuft. Der Mantel 2 umgibt einen Mantelraum 3, in dem zumindest ein Plattenwärmeübertrager 4 angeordnet ist. Dieser weist alternierend nebeneinander angeordnete sowie

insbesondere vertikale erste und zweite Wärmeübertragungspassagen 71 , 72 auf (vgl. Fig. 8), die jeweils zur Aufnahme eines ersten bzw. zweiten Mediums F1 , F2 ausgebildet sind, so dass zwischen beiden Medien F1 , F2 indirekt Wärme übertragbar ist /werden kann. Die Wärmeübertragungspassagen 71 , 72 werden dabei jeweils durch zwei parallele Trennplatten 90 begrenzt (die beiden äußersten Trennplatten des Plattenwärmeübertragers 4 werden als Deckplatten bezeichnet), zwischen denen jeweils eine Wärmeleitstruktur 80 angeordnet ist, die vorliegend z.B. als so genannter Fin ausgebildet ist, also als ein gewelltes oder gefaltetes Blech, so dass zusammen mit den jeweiligen beiden Trennplatten 90 eine Vielzahl an parallelen Kanälen für das jeweilige Medium F1 , F2 ausgebildet wird, wobei die Kanäle für das erste Medium F1 insbesondere in vertikaler Richtung verlaufen und die Kanäle für das zweite Medium insbesondere in horizontaler Richtung, d.h., die beiden Medien F1 , F2 werden insbesondere im Kreuzstrom zueinander geführt. Andere Fahrweisen (z.B.

Gegenstrom) sind auch denkbar.

Wie aus Fig. 8 ersichtlich, sind die ersten Wärmeübertragungspassagen 71 zur Oberseite 4a des mindestens einen Plattenwärmeübertragers 4 hin sowie zur

Unterseite hin (nicht gezeigt) offen ausgebildet. D.h., es sind entsprechende

Einlassöffnungen an der Unterseite vorhanden, über die das in den Mantelraum 3 eingespeiste erste Medium F1 , das ein Bad um den Plattenwärmeübertrager 4 ausbildet, in die ersten Wärmeübertragungspassagen 71 eintreten und in diesen aufsteigen kann (so genannter Thermosiphon-Effekt) und an der Oberseite 4a über entsprechende Auslassöffnungen 40 aus den ersten Wärmeübertragungspassagen 71 als Zweiphasenstrom wieder austreten kann. Das erste Medium F1 kann über einen am Mantel 2 angeordneten Einlassstutzen 57 in den Mantelraum 3 eingeleitet werden. Zu den Seiten hin können die ersten und zweiten Wärmeübertragungspassagen 71 , 72 durch sogenannte Rand- oder Abschlussleisten (Side Bars) 91 verschlossen sein. Die zweiten Wärmeübertragungspassagen 72 sind zusätzlich nach oben und unten hin durch derartige Abschlussleisten 91 verschlossen.

Die Komponenten des mindestens einen Plattenwärmetauschers 4, wie z.B. die Trennplatten 90, die Fins 80, die Side Bars 91 und die Sammler 61 , 63, 62, 64 (auch als Header bezeichnet) sind bevorzugt aus Aluminium gefertigt. Die Trennplatten 90, Side Bars 91 und Fins 80 werden bevorzugt in einem Ofen miteinander verlötet.

Beim Aufsteigen im mindestens einen Plattenwärmeübertrager 4 wird das erste Medium F1 in eine indirekte Wärmeübertragung mit dem zweiten Medium F2 gebracht, das über einen Einlassstutzen 51 bzw. 53 sowie einen sich daran anschließenden Sammler (auch Header genannt) 61 bzw. 63 in die zweiten

Wärmeübertragungspassagen 72 des mindestens einen Plattenwärmeübertragers 4 eingeleitet wird und dort insbesondere im Kreuzstrom (oder Gegenstrom) zum ersten Medium F1 , das in den ersten Wärmeübertragungspassagen 71 strömt, geführt wird. Hierdurch wird beispielsweise das zunächst gasförmige zweite Medium F2 abgekühlt und insbesondere verflüssigt, wohingegen das erste Medium F1 erwärmt und teilweise verdampft wird und als Zweiphasengemisch aus dem Plattenwärmeübertrager 4 in einer erste Raumrichtung R, hier vertikal nach oben, austritt. Die gasförmige Phase G1 des ersten Mediums F1 sammelt sich im Mantelraum 3 bzw. im Abscheideraum (hierbei handelt es sich um den Raum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels) oberhalb des mindestens einen Plattenwärmeübertragers 4 und kann von dort über (einen) am Mantel 2 vorgesehene(n) Gasauslassstutzen 55 bzw. 56 aus dem Mantelraum 3 bzw. Abscheideraum abgezogen werden. Das kondensierte zweite Medium wird über einen Sammler (oder Header) 62 bzw. 64 des mindestens einen Plattenwärmeübertragers 4 aus den zweiten Wärmeübertragungspassagen 72 abgezogen und über einen mit dem jeweiligen Sammler 62 bzw. 64 verbundenen Stutzen 52 bzw. 54 aus dem

Wärmeübertrager 1 abgezogen.

Vorzugsweise wird die an der Oberseite 4a des mindestens einen

Plattenwärmeübertragers 4 zusammen mit der entstehenden gasförmigen Phase G1 austretende flüssige Phase L1 des ersten Mediums F1 in das den

Plattenwärmeübertrager 4 umgebende Bad zurückgeführt.

Wie in Figur 1 gezeigt, kann der Wärmeübertrager 1 auch mehrere wie oben beschrieben ausgebildete Plattenwärmeübertrager 4, insbesondere zwei

Plattenwärmeübertrager 4, aufweisen, die gemäß Figur 1 z.B. entlang der Längsachse des Wärmeübertragers 1 hintereinander im Mantelraum 3 des Wärmeübertragers 1 angeordnet sind. Der Wärmeübertrager 1 kann natürlich auch lediglich einen

Plattenwärmeübertrager 4 aufweisen, der dann z.B. wie der rechte oder der linke Plattenwärmeübertrager 4 der Figur 1 ausgebildet sein kann.

Wie in Fig. 1 angedeutet, ist erfindungsgemäß z.B. auf der Oberseite 4a eines Plattenwärmeübertragers 4 eine Leiteinrichtung 10 angeordnet, die zum Beeinflussen des Geschwindigkeitsfeldes V des ersten Mediums F1 dient.

Diese Leiteinrichtung 10 weist z.B. gemäß Figuren 4 und 5 mehrere flächige und plane Leitelemente 100, 100', z.B. in Form von Leitblechen, auf. Wie in der Figur 1 gezeigt, können sich diese Leitelemente 100, 100' jeweils entlang einer Längsachse L erstrecken, die parallel zur Oberseite 4a des (linken) Plattenwärmeübertragers 4 verläuft, und zwar parallel zu den beiden Außenkanten 41 , 42 des quaderförmigen

Plattenwärmeübertragers 4, die die Oberseite 4a des Plattenwärmeübertragers 4 (vgl. Fig. 8) beranden, wobei diese Außenkanten oder Ränder 41 , 42 parallel zur

Längsachse des Wärmeübertragers 1 sowie parallel zu den

Wärmeübertragungspassagen 71 , 72 verlaufen. Die Leiteinrichtung 10 ist

insbesondere spiegelsymmetrisch aufgebaut und weist zwei (erste) Leitelemente 100 auf, die zu dem einen Rand 41 der Oberseite 4a des Plattenwärmeübertragers 4 hin geneigt sind und jeweils vorzugsweise einen spitzen Winkel W bzw. W mit der Oberseite 4a bzw. dem Rahmen 20 einschließen, sowie zwei weitere, insbesondere spiegelsymmetrische, (zweite) Leitelemente 100', die zum anderen Rand 42 hin geneigt sind. Die Winkel W bzw. W liegen bevorzugt in einem Bereich von 15° bis 45° bzw. 30° bis 60°. Weiterhin nehmen die Winkel bevorzugt von innen nach außen zu den Außenkanten 41 , 42 des Quaders bzw. Plattenwärmeübertragers 4 hin ab.

Aufgrund der Neigung der Leitelemente 100, 100' wird das unterhalb der Leitelemente 100, 100' aus den Auslassöffnungen 40 in eine erste Raumrichtung R (vertikal nach oben) austretende zweiphasige Medium F1 jeweils nach außen zu den Seiten des Mantelraumes 3 in die mit Pfeilen gekennzeichneten zweiten Raumrichtungen R' verteilt, wie es in Figur 2 bzw. 4 angedeutet ist.

Die einzelnen Leitelemente 100, 100' können gemäß Figuren 4 und 5 an einem Rahmen 20 eines Trägers festgelegt sein, der weiterhin Stützen 21 , 22 aufweist, über die der Rahmen an der Oberseite 4a des Plattenwärmeübertragers 4 festgelegt ist. Die Leitelemente 100, 100' können sich weiterhin über Stützen 22 am Rahmen 20 des Trägers abstützen. Durch die Stützen 21 , 22 sowie den Rahmen 20 können die Leitelemente 100, 100' auf einer definierten Höhe oberhalb der Oberseite 4a bzw. den Auslassöffnungen 40 des Plattenwärmeübertrages 4 angeordnet werden, wobei die Unterkanten 101 der Leitelemente 100, 100' insbesondere eine konstante Höhe in Bezug auf die Oberseite 4a aufweisen.

Wie in Figur 5 gezeigt, können insbesondere die äußersten Leitelemente 100, 100', vorzugsweise alle Leitelemente 100, 100', Durchgangsöffnungen 140 in Form von

Schlitzen aufweisen, die z.B. senkrecht zur Längsachse L des jeweiligen Leitelementes 100, 100' verlaufen und für einen kontrollierten Durchläse des ersten Mediums F1 durch die betreffenden Leitelemente 100, 100' sorgen. Die Figuren 6 und 7 zeigen eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leiteinrichtung 10, wobei hier die beiden äußersten Leitelemente 100, 100' im

Unterschied zu den Figuren 4 und 5 nicht plan ausgebildet sind, sondern je zwei plane Abschnitte 102, 103 aufweisen, die winklig zueinander angeordnet sind. Hierbei weist jeweils ein erster unterer Abschnitt 102, der mit dem Rahmen 20 verbunden ist, eine Neigung mit einem spitzen Winkel W gegenüber der Oberseite 4a des

Plattenwärmeübertragers 4 bzw. dem Rahmen 20 auf, wobei der vom ersten Abschnitt 102 abragende zweite, obere Abschnitt 103 der betreffenden Leitelemente 100, 100' parallel zum Rahmen 20 bzw. zur Oberseite 4a des Plattenwärmeübertragers 4 verläuft. Die beiden Abschnitte 102, 103 der äußersten Leitelemente 100, 100' erstrecken sich längs der Längsachse L des jeweiligen Leitelements 100, 100', so dass eine Verbindungslinie der beiden Abschnitte 102, 103 z.B. parallel zu den Rändern 41 , 42 des Plattenwärmeübertragers 4 verläuft, wie es z.B. beim linken

Plattenwärmeübertrager 4 gemäß Figur 1 der Fall ist (vgl. auch Fig. 8). Weiterhin weisen die beiden äußersten Leitelemente 100, 100' gemäß Figur 7 keine geschlitzten Durchgangsöffnungen 140 auf, sondern kreisförmige Durchgangsöffnungen 140, was auch als Perforation bezeichnet wird. Dabei weisen sowohl die ersten Abschnitte 102 als auch die zweiten Abschnitte 103 der entsprechenden Leitelemente 100, 100' derartige Durchgangsöffnungen 140 auf. Die beiden weiter innen angeordneten Leitelemente 100, 100' der Figuren 6 und 7 sind ebenfalls nicht plan ausgebildet, sondern weisen jeweils - zusätzlich zur Neigung (Winkel zwischen Leitelement 100 und Rahmen 20 bzw. Oberseite 4a) - in einem oberen Abschnitt eine Krümmung hin zur Oberseite 4a des Plattenwärmeübertragers 4 auf, so dass eine deutlichere Ablenkung der (mit Flüssigkeitströpfchen beladenen) Gasphase G1 zu den Seiten bzw. den Rändern 41 , 42 des Blockes 4 hin erfolgt.

Die Orientierung der Leitelemente 100, 100' muss nicht notwendigerweise parallel zu den Rändern 41 , 42 oder Passagen 71 , 72 der Plattenwärmeübertrager 4 bzw. zur Längsachse des Wärmeübertragers 1 ausgerichtet sein, sondern wird entsprechend der gewünschten Verteilrichtungen festgelegt. So sind z.B. die Leitelemente 100 der Leiteinrichtung 10 des rechten Plattenwärmeübertragers 4 gemäß Figuren 1 und 3 zum Boden bzw. Deckel des liegenden Mantel 3 hin gerichtet - die Leitelemente 100 verlaufen also quer zu den Rändern 41 , 42 bzw. den Wärmeübertragungspassagen 71 , 72 (also entlang der Ränder 43, 44) - so dass das erste Medium F1 auch besser in Richtung des Bodens bzw. Deckels des Mantels 3 verteilt werden kann, was anhand der dargestellten Geschwindigkeitsvektoren V des ersten Mediums F1 in Fig. 1 ersichtlich ist.

Bezugszeichenliste

1 Wärmeübertrager

2 Mantel

3 Mantelraum

4 Plattenwärmeübertrager

4a Oberseite

10 Leiteinrichtung

20 Rahmen

21 , 22 Stützen

40 Auslassöffnungen

41 , 42, 43, 44 Rand

51 , 53, 57 Einlassstutzen

52, 54, 55, 56 Auslassstutzen

61 , 62, 63, 64 Header

71 Erste Wärmeübertragungspassagen

72 Zweite Wärmeübertragungspassagen

80 Fin (Wärmeleitstruktur)

90 Trennplatten

91 Side bars

100, 100' Leitelement

101 Unterkante des Leitelements

102 Erster Abschnitt

103 Zweiter Abschnitt

140 Durchgangsöffnungen

F1 Erstes Medium

F2 Zweites Medium

G1 Gasförmige Phase erstes Medium

L1 Flüssige Phase erstes Medium

V Geschwindigkeitsvektor des ersten Mediums

W, w Winkel

R, R' Raumrichtungen

L Längsachse