Rippen-Platten-Wärmetauscher, Verfahren zur Herstellung eines Rippen-Platten- Wärmetauschers und Verfahren unter Verwendung eines Rippen-Platten- Wärmetauschers

Die Erfindung betrifft einen Rippen-Platten-Wärmetauscher, ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Rippen-Platten-Wärmetauschers und ein Verfahren, bei dem ein entsprechender Rippen-Platten-Wärmetauscher verwendet wird.

Hintergrund der Erfindung

Gelötete Rippen-Platten-Wärmetauscher aus Aluminium (Brazed Aluminium Plate-Fin Heat Exchangers, PFHE; Bezeichnungen gemäß der deutschen und englischen Ausgabe der ISO 15547-2:3005), können in einer Vielzahl von verfahrenstechnischen Anlagen bei unterschiedlichsten Drücken und Temperaturen zum Einsatz kommen. Entsprechende Wärmetauscher finden beispielsweise Anwendung bei der Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei der Verflüssigung von Erdgas oder in Anlagen zur Herstellung von Ethylen. Ist nachfolgend verkürzend von einem „Wärmetauscher“ oder „Plattenwärmetauscher“ die Rede, sei hierunter stets ein entsprechender gelöteter Rippen-Platten-Wärmetauscher verstanden, der insbesondere aus Aluminium, aber auch aus anderen Materialien hergestellt sein kann. Es versteht sich dabei, dass der Begriff „Aluminium“ auch eine Aluminiumlegierung bezeichnen kann.

Die erwähnten Plattenwärmetauscher unterscheiden sich hinsichtlich ihres Aufbaus deutlich von Wärmetauschern vom Typ des Printed Circuit Heat Exchanger (PCHE). Bei letzteren handelt es sich um kompakte Plattenwärmeübertrager, die in der Regel einen Kern aufweisen, der aus Metallplatten mit chemisch geätzten Strömungskanälen aufgebaut ist. Nach dem Ausbilden der Strömungskanäle werden die Metallplatten passgenau übereinandergestapelt und dann durch Diffusionsverschweißung zu einem massiven Metallblock verbunden.

Die Verwendung eines derartigen Printed Circuit Heat Exchanger wird beispielsweise in der WO 97/03281 A1 zum Betrieb mit einer Gasturbine als vorteilhaft vorgeschlagen. Die Gasturbine ist mit einem entsprechenden Wärmetauscher ausgestattet, in dem Wärme aus komprimierter Luft abgeführt wird, die aus dem Verdichterteil entnommen und zur Kühlung des T urbinenteils verwendet wird. Der Wärmetauscher überträgt die Wärme aus der Kühlluft auf ein Fluid, das in den Verbrennungsabschnitt der Gasturbine zurückgespritzt werden soll, wie z.B. Brennstoff, ohne die Verwendung eines zwischengeschalteten Wärmeübertragungsfluids. Die der Kühlluft entzogene Wärme wird dem Kreislauf wieder zugeführt, wenn das Fluid in die Brennkammer der Gasturbine eingeleitet wird.

Die Lebensdauer von entsprechenden Rippen-Platten-Wärmetauschern hängt insbesondere vom Auftreten starker thermischer Gradienten und hierdurch induzierten mechanischen Spannungen ab. Aus mechanischen Spannungen resultierende Strukturschwächungen können sich akkumulieren und letztlich zu Leckagen im Feld führen. In Rippen-Platten-Wärmetauschern können Spannungen und Leckagen insbesondere im Inneren und außerhalb des Sichtfelds auftreten, so dass diese ggf. nicht frühzeitig genug erkannt werden können. Leckagen führen zu einem ungeplanten Stillstand einer entsprechenden Anlage mit Produktionsausfall, wodurch die Gesamtkosten der Abhilfemaßnahmen massiv erhöht werden.

Die EP 3 704431 A1 schlägt eine Rippen-Platten-Fluidverarbeitungsvorrichtung mit aktiven Schichten vor, wobei jede aktive Schicht eine Rippenplatte umfasst, die sandwichartig zwischen Trennblechen angeordnet ist, so dass ein aktiver Fluidraum zwischen den Trennblechen definiert ist. Die aktiven Schichten umfassen eine äußerste aktive Schicht mit einem Einlass und einem Auslass. Im Anschluss an die äußerste aktive Schicht ist ein Schichtaufbau mit einer Rippenplatte vorgesehen, die zwischen einem Trennblech und einem Deckblech angeordnet ist. Der Schichtaufbau weist einen abgedichteten Fluidraum auf. Ein Drucküberwachungssystem steht in Verbindung mit dem Fluidraum des Schichtaufbaus. Eine Druckentlastungsvorrichtung ist dafür eingerichtet, einen Druck innerhalb des Fluidraums abzulassen, wenn ein voreingestellter Druck überschritten wird.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Erkennung von Leckagen in einem Rippen-Platten-Wärmetauscher der erläuterten Art zu verbessern.

Offenbarung der Erfindung Diese Aufgabe wird durch einen Rippen-Platten-Wärmetauscher, ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Rippen-Platten-Wärmetauschers und ein Verfahren, bei dem ein entsprechender Rippen-Platten-Wärmetauscher verwendet wird, mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der nachfolgenden Beschreibung.

Erfindungsgemäß wird ein Rippen-Platten-Wärmetauscher, der einen Wärmetauscherblock aufweist, vorgeschlagen, wobei in dem Wärmetauscherblock Wärmetauscherpassagen angeordnet sind, die jeweils Verteiler- und Sammelstrukturen, insbesondere in Form von entsprechenden strukturierten Blechen, sowie ein oder mehrere, zwischen den Verteiler- und Sammelstrukturen angeordnete, zentrale strukturierte Bleche aufweisen, und wobei zwischen den Wärmetauscherpassagen Trennstrukturen angeordnet sind und der Wärmetauscherblock an einer Oberseite bzw. ersten Seite und einer Unterseite bzw. einer zweiten Seite durch parallel zu den Trennstrukturen angeordnete Deckstrukturen abgedeckt ist. Die Trenn- und Deckstrukturen können einerseits herkömmliche Trennoder Deckbleche sein, es kann sich aber bei jeder beliebigen dieser Trenn- und Deckstrukturen auch um eine gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung bereitgestellte, modifizierte Trenn- oder Deckstruktur handeln, die als Leckdetektionsstruktur ausgebildet ist. Zumindest eine solche Leckdetektionsstruktur ist vorgesehen. Es kann also in Ausgestaltungen der Erfindung zumindest eine der Trennstrukturen und/oder zumindest eines der Deckstrukturen als Leckdetektionsstruktur ausgebildet sein.

Es ist vorgesehen, dass eine entsprechende Leckdetektionsstruktur einen Hohlraum aufweist, der derart in der Leckdetektionsstruktur ausgebildet ist, dass der Hohlraum in Richtung der ersten Seite des Wärmetauscherblocks von einer ersten Materialschicht und in Richtung der zweiten Seite des Wärmetauscherblocks von einer zweiten Materialschicht der Leckdetektionsstruktur begrenzt ist. Es versteht sich, dass in Ausgestaltungen der Erfindung auch mehrere Hohlräume bereitgestellt sein können, wobei für jeden der Hohlräume die nachfolgenden Erläuterungen gelten.

In einem nicht durch den Hohlraum eingenommenen Bereich der Leckdetektionsstruktur können die erste Materialschicht und die zweite Materialschicht über eine Lotschicht oder über ein oder mehrere Zwischenelemente oder Zwischenschichten miteinander verbunden sein oder diese können einstückig ineinander übergehen. Es sind jedoch keine zwischengeschalteten Strukturbleche vorgesehen, wie dies beispielsweise in der EP 3 704431 A1 bei einer dort verwendeten „aktiven Schicht“ der Fall ist. Auf diese Weise verringert sich der Bauraum deutlich und Herstellungskosten und -aufwand werden verringert. Die erste Materialschicht und die zweite Materialschicht können, falls sie nicht einstückig ausgebildet sind, unmittelbar aneinanderstoßen, so dass diese nur durch eine Lotschickt voneinander getrennt sein können. Alternativ dazu kann aber auch eine Zwischenschicht vorgesehen sein, die im Bereich des Hohlraums eine den Hohlraum definierende Aussparung aufweisen kann.

Eine Breite des Hohlraums in einer Richtung parallel zur ersten und zweiten Materialschicht ist geringer ist als eine Breite, insbesondere eine gesamte Breite, des oder der zentralen strukturierten Bleche der Wärmetauscherpassagen in derselben Richtung. Die „Breite“ stellt dabei insbesondere die geringste Erstreckung in einer entsprechenden Richtung dar. Sie ist insbesondere die Dimension senkrecht zu einer Längserstreckung. Sie beträgt insbesondere weniger als 1/50, 1/10 oder 1/5 und beispielsweise mehr als 1/100 der Breite des oder der strukturierten Bleche. Bei einer beispielsweise mäanderförmigen, sinusförmigen oder anderweitigen periodischen Ausgestaltung kann auch eine Amplitude in der genannten Richtung in entsprechender Weise geringer als die Breite des oder der der strukturierten Bleche sein.

Ferner ist vorgesehen, dass eine Messeinrichtung bereitgestellt ist, die dafür eingerichtet ist, eine Größe zu erfassen, die mit einer Ruptur einer Wand des Hohlraums oder eines in dem Hohlraum angeordneten Elements korreliert. Eine entsprechende Ruptur in einer Wand kann insbesondere ein Einströmen von Fluid in den Hohlraum und/oder ein Ausströmen von Fluid aus dem Hohlraum bewirken, so in diesem Fall insbesondere ein Druckverlust oder eine Druckerhöhung eine entsprechende Ruptur kennzeichnet und in entsprechenden Ausgestaltungen der Erfindung detektiert werden kann. In anderen Ausgestaltungen der Erfindung kann in den Hohlraum auch eine Struktur eingebracht sein, beispielsweise ein Lichtwellenleiter oder ein (insbesondere isoliertes) Kabel, dessen Ruptur durch Erkennung einer Unterbrechung eines Licht- oder Stromsignals detektiert werden kann.

Unter dem Begriff „Oberseite“ wird hier die nach außen weisende Fläche eines Wärmetauscherblocks verstanden, die durch eines seiner Deckbleche gebildet wird, und als Unterseite die nach außen weisende Fläche des Wärmetauscherblocks, die durch das andere Deckblech gebildet wird. Die Oberseite und die Unterseite können parallel zueinander und ferner parallel zu den Trennblechen bzw. den (größten) Oberflächen hiervon und zu den Deckblechen bzw. den (größten) Oberflächen hiervon liegen. Je nach Art der Fertigung ist eine derartige Parallelität aber keine zwingende Voraussetzung. Die Angaben „in Richtung der Oberseite“ bzw. „in Richtung der Unterseite“ bezeichnen hierbei jeweils Richtungen, die senkrecht zu Ebenen stehen, die parallel zu den Trennblechen und Deckblechen ausgerichtet sind bzw. innerhalb derer die Trennbleche und Deckbleche liegen. Die hinsichtlich der Breite des Hohlraums angegebene Richtung erstreckt sich insbesondere senkrecht zu den Richtungen in Richtung der Ober- bzw. Unterseite.

Eine Orientierung der entsprechenden Richtungen wird dabei jeweils durch die Angabe des Ziels („in Richtung der Oberseite“ oder „in Richtung der Unterseite“) angegeben. Alternativ können beide Richtungen auch als Richtungen definiert werden, die jeweils senkrecht zu einem von einem jeweils betrachteten Trennblech (bzw. dessen Oberfläche) aufgespannten Ebene und gegensinnig zueinander orientiert sind.

Anstelle der Begriffe „Oberseite“ und „Unterseite“ kann jeweils auch der Begriff „erste Seite“ und „zweite Seite“ stehen, so dass an die Stelle der Angabe „in Richtung der Oberseite“ auch „in Richtung der ersten Seite“ oder „in einer ersten Richtung“ treten kann. Entsprechendes gilt auch für den Begriff „in Richtung der Oberseite“, an dessen Stelle „in Richtung der zweiten Seite“ bzw. „in einer zweiten Richtung“ stehen kann. Die Ober- und Unterseiten können im Betrieb eines entsprechenden Wärmetauscherblocks auch vorne und hinten, links und rechts usw. angeordnet werden und sollen nicht einschränkend verstanden werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die erste Materialschicht durch ein erstes Blech und die zweite Materialschicht durch ein zweites Blech gebildet sein, wobei der Hohlraum in diesem Fall durch eine Ausnehmung in einer in Richtung der zweiten Seite weisenden Fläche des ersten Blechs und/oder durch eine Ausnehmung in einer in Richtung der ersten Seite weisenden Fläche des zweiten Blechs bereitgestellt sein kann. Werden in beiden Blechen entsprechende Ausnehmungen bereitgestellt, bilden diese den Hohlraum insbesondere gemeinsam und werden entsprechend übereinander ausgerichtet. In andere Ausgestaltungen können, wie erwähnt, die erste Materialschicht und die zweite Materialschicht auch über eine Zwischenschicht, insbesondere ein Zwischenblech, miteinander verbunden sein, wobei eine in der Zwischenschicht ausgebildete Ausnehmung den Hohlraum definieren kann.

Das erste Blech und das zweite Blech können in dem nicht durch den Hohlraum eingenommenen Bereich der Leckdetektionsstruktur miteinander (hart-) verlötet oder anderweitig verbunden sein. Entsprechendes gilt auch für eine ggf. vorhandene Zwischenschicht. Die erwähnte(n) Ausnehmung(en) kann/können insbesondere durch Prägen oder einen Materialabtrag, beispielsweise Laserabtragen, Fräsen, erodieren usw., ausgeformt sein.

In dieser Ausgestaltung umfasst eine entsprechende Blechanordnung also insbesondere zwischen zumindest zwei der Wärmetauscherpassagen zwei Bleche ohne ein dazwischen angeordnetes Strukturblech, die gemeinsam ein Trennblech (in Form eines Doppelblechs) bilden und/oder eine entsprechende Blechanordnung an der Oberseite und/oder an der Unterseite des Wärmetauscherblocks umfasst insbesondere zwei Bleche ohne ein dazwischen angeordnetes Strukturblech, die gemeinsam ein Deckblech (in Form eines Doppelblechs) bilden.

In derartigen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung wird demnach insbesondere ein doppeltes Trennblech bzw. Deckblech als Leckdetektionsstruktur verwendet, um, beispielsweise dediziert unterhalb von Sidebars (wie nachfolgend im Detail erläutert), ein Hohlvolumen bzw. ein Kontrollvolumen einzufügen. Das Volumen wird beispielsweise drucküberwacht, so dass ein Einreißen eines der Trennbleche bzw. Deckbleche, insbesondere im Bereich der Sidebars, und ein Eindringen bzw. Ausströmen von Fluid über eine Druckänderung in dem Kontrollvolumen detektiert werden kann. Die Größe des Volumens und damit beispielsweise auch die Verschwächung der Sidebars wird so gewählt, dass das doppelte Trennblech bzw. Deckblech mit Kontrollvolumen unterhalb der Sidebars eine ähnliche oder leicht geringere mechanische Stabilität aufweist als ein einfaches Trennblech bzw. Deckblech.

In anderen Ausgestaltungen der Erfindung können die erste Materialschicht und die zweite Materialschicht auch Teile einer einstückig ausgebildeten Meta II Struktur sein, in der der Hohlraum ausgeformt oder ausgespart ist. Es kann also beispielsweise auch ein einzelnes Trennblech oder Deckblech bzw. eine modifizierte Metallstruktur zur Anwendung kommen, bei dem durch geeignete Herstellungsverfahren ein Hohlraum in das Trennblech eingebracht worden ist oder die durch geeignete Herstellungsverfahren (z.B. Gießen, additive Herstellungsverfahren beliebiger Art) mit einem Hohlraum hergestellt wurde. Auch Kombinationen von Doppelblechen und Einzelblechen können eingesetzt werden.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, Leckagen und andere Beschädigungen wie Risse frühzeitig und zuverlässig zu erkennen. Beispielsweise im Gegensatz zum eingangs erläuterten Stand der Technik kann die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung technisch einfacher und mit geringerem Platzbedarf implementiert werden.

Die Größe, die mit einer Ruptur einer Wand des Hohlraums oder eines in dem Hohlraum angeordneten Elements korreliert, kann in einer bereits angesprochenen Ausgestaltung der Erfindung eine Größe sein, die ein Einströmen von Fluid in den Hohlraum und/oder ein Ausströmen von Fluid aus dem Hohlraum kennzeichnet. Sie wird nachfolgend in Bezug auf entsprechende Ausgestaltungen als ein Druck in dem Hohlraum bezeichnet, der sich bei einem Einströmen von Fluid in den Hohlraum erhöht und bei einem Ausströmen von Fluid aus dem Hohlraum verringert. Der Hohlraum kann in solchen Ausgestaltungen jedoch auch mit Messverfahren überwacht werden, die auf optischen, magnetischen, elektromagnetischen oder akustischen Effekten beruhen. Die physikalischen Effekte, die überwacht werden, kann die Einbringung geeigneter Übertragungsmaterialen (z.B. Glasfaser) bedingen. Nachfolgend wird lediglich zur Vereinfachung auf einen Druckwert Bezug genommen.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Messeinrichtung eine Recheneinheit auf oder ist mit einer Recheneinheit verbunden oder verbindbar, wobei die Recheneinheit zur Überwachung der Größe, beispielsweise des Drucks in dem Hohlraum, eines elektrischen Signals, eines optischen Signals oder dergleichen, eingerichtet ist, und die ferner dafür eingerichtet ist, auf Grundlage dieser überwachten Größe ein Leck des Wärmetauscherblocks bzw. eine Ruptur in einer der genannten Strukturen zu erkennen. Eine entsprechende Leckerkennung kann beispielsweise auf Grundlage eines Schwellwertvergleichs erfolgen und beliebige Signalverarbeitungsverfahren umfassen, beispielsweise eine Bestimmung eines gleitenden Durchschnitts, um kurzzeitige Schwankungen der Größe zu eliminieren. Alternativ oder zusätzlich können in diesem Zusammenhang auch datengetriebene Modelle und Verfahren des maschinellen Lernens eingesetzt werden.

In Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung kann, falls entsprechende Doppelbleche (mit einem ersten und einem zweiten Blech) zum Einsatz kommen, der Hohlraum durch eine Ausnehmung, wie erwähnt in einem der dieser Bleche oder einander zuweisende Ausnehmungen in beiden Blechen gebildet sein. In der ersten Alternative muss beispielsweise nur eines der Bleche verschwächt bzw. aufwendig bearbeitet werden, wohingegen in der zweiten Alternative ein größerer Hohlraum geschaffen werden kann. Bei einer Ausnehmung in einem Zwischenblech bleiben die oberen und unteren Bleche unverschwächt.

In Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung kann der Hohlraum in der Leckdetektionsstruktur alternierend auf zwei Seiten einer Mittellinie verlaufen. Es kann sich hierbei insbesondere um einen mäandrierenden bzw. zickzackförmig verlaufenden Kanal handeln. Die Mittellinie kann dabei insbesondere parallel zwischen einer Oberseite und einer Unterseite der jeweiligen Leckdetektionsstruktur liegen. Wie erwähnt, ist eine Parallelität aber nicht erforderlich. In einer Ausgestaltung mit zwei Blechen kann dabei die eine Ausnehmung oder zumindest eine der jeweils einander zuweisenden Ausnehmungen in den zwei Blechen zumindest in einem Abschnitt alternierend auf zwei Seiten einer entsprechenden Mittellinie verlaufen. Wie auch unter Bezugnahme auf Figur 3 unten näher erläutert, kann auf diese Weise eine Rissausbreitung begrenzt werden. Hierbei kann eine Ausgestaltung vorteilhaft sein, bei dem die Mittellinie parallel zu einer Seitenkante des jeweiligen Trennblechs und/oder Deckblechs verläuft. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Mittellinie (stattdessen) parallel oder in einer anderen geeigneten Orientierung zu einer prognostizierten Rissausbreitungslinie oder einem Bereich einer erwarteten Rissentstehung verläuft. Der Bereich einer erwarteten Rissentstehung kann dabei beispielsweise durch Simulationen ermittelt werden.

Die Ausnehmung bzw. ein entsprechender Hohlraum allgemein, die bzw. der zumindest in einem Abschnitt alternierend auf zwei Seiten einer Mittellinie verläuft, kann in Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung mäanderförmig, sinusförmig, wellenförmig oder zickzackförmig verlaufen, und zwar insbesondere in einer Ebene parallel zu der Ober- und Unterseite der Leckdetektionsstruktur und damit parallel zur ersten und zweiten Seite des Wärmetauscherblocks bzw. den Trenn- und Deckblechen. Auch hier sind jedoch andere geeignete Orientierungen jederzeit möglich. Die jeweils getroffene Wahl kann sich insbesondere im Sinne einer fertigungstechnischen Vereinfachung oder mechanischen Festigkeit richten. Insbesondere ist auch hier die Breite einer entsprechenden Amplitude parallel zu der ersten und der zweiten Materialschicht geringer als die Breite der Strukturbleche in dieser Richtung.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können an zwei Seiten des oder der zentralen strukturierten Bleche in den Wärmetauscherpassagen jeweils Sidebars angeordnet sein. Bei einer Vertikalprojektion auf eine insbesondere (aber nicht notwendigerweise) parallel zur ersten und zweiten Seite des Wärmetauscherblocks bzw. den Trennstrukturen und Abdeckstrukturen bzw. deren Oberfläche(n) angeordneten Ebene überschneiden sich dabei die Projektionsflächen der Trennstrukturen und der Deckstrukturen insbesondere im Wesentlichen vollständig. Entsprechende Projektionsflächen der Sidebars überschneiden sich mit peripheren Bereichen der Trennstrukturen und der Deckstrukturen bzw. deren Projektionsflächen, wie insoweit bei Rippen-Platten- Wärmetauschern üblich. In einer entsprechenden Vertikalprojektion kann sich dabei ein Übergangsbereich zwischen zumindest einer der Sidebars und zumindest einem der strukturierten Bleche in zumindest einem Abschnitt mit dem Hohlraum überschneiden. Der Übergangsbereich kann insbesondere eine im Wesentlichen gerade Linie sein, an der eine Sidebar an das entsprechende Strukturblech der Wärmetauscherpassage anstößt. Eine derartige Linie kann in einer entsprechenden Vertikalprojektion also eine Projektionsfläche des Hohlraums schneiden. Durch eine derartige Anordnung kann insbesondere sichergestellt werden, dass die besonders leckanfälligen Bereiche im Übergangsbereich zwischen Sidebars und Strukturblechen bzw. der hierdurch abgedeckte Bereich der Trenn- und Deckbleche mit den erfindungsgemäß bereitgestellten Leckdetektionsmöglichkeiten versehen werden können. Alternative Ausgestaltungen sind jedoch ebenfalls möglich, in welchen sich in der genannten Vertikalprojektion entweder nur die Projektionsflächen zumindest einer der Sidebars oder nur zumindest eines der strukturierten Bleche mit der Projektionsfläche des Hohlraums überschneiden.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann der der Hohlraum mit einer Drainageeinrichtung verbunden sein, um bei etwaigen Leckagen ein Ausströmen von Flüssigkeit zu gewährleisten und auf diese Weise beispielsweise einen Überdruck zu verhindern. Eine entsprechende Drainageeinrichtung kann auch beispielsweise für eine Öffnung oberhalb eines vorgegebenen Druckschwellwerts eingerichtet sein.

In einem Rippen-Platten-Wärmetauscher gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass in den Wärmetauscherblock Temperaturerfassungsmittel oder beliebige andere Messmittel zur Erfassung einer Temperatur oder beliebiger anderer Messwerte eingebracht sind.

In einem Rippen-Platten-Wärmetauscher der erläuterten Art kann ferner, in einer ebenfalls bereits angesprochenen Ausgestaltung der Erfindung, in dem Hohlraum oder an beliebiger anderer Stelle eine Struktur wie ein isoliertes Kabel oder ein Lichtleiter zur Rissdetektion angeordnet sein, die derart befestigt ist, dass bei Auftreten eines Risses unterbrochen wird. Ein Widerstandswert oder ein Stromfluss durch das Kabel kann dabei überwacht werden, so dass bei einer entsprechenden Unterbrechung (zusätzlich) auf einen Riss geschlossen werden kann. Hierbei wird also eine Größe detektiert, die mit einer Ruptur eines in dem Hohlraum angeordneten Elements korreliert, wobei die Ruptur, wie erwähnt, durch Erkennung einer Unterbrechung eines Licht- oder Stromsignals detektiert werden kann.

In Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung kann in der Leckdetektionsstruktur neben dem in der erläuterten Weise ausgebildeten Hohlraum auch ein weiterer, gleichartig oder abweichend ausgebildeter Hohlraum angeordnet sein, wobei die Hohlräume ohne wechselseitige Verbindung zueinander in der Leckdetektionsstruktur angeordnet sein können. Abschnitte der beiden Hohlräume können dabei wechselseitig zueinander angeordnet sein bzw. abwechselnd eine Achse schneiden.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Rippen-Platten- Wärmetauschers, der einen Wärmetauscherblock aufweist, ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren umfasst das Ausbilden einer Stapelanordnung, die eine Anzahl von Wärmetauscherpassagen umfasst, wobei die Wärmetauscherpassagen jeweils durch Anordnen einer Anzahl von Verteiler- und Sammelstrukturen und zentralen strukturierten Blechen ausgebildet werden, wobei zwischen den Wärmetauscherpassagen jeweils Trennstrukturen angeordnet werden, und wobei auf einer ersten Seite und einer zweiten Seite der Stapelanordnung jeweils eine Abdeckstruktur angeordnet wird. Das Verfahren umfasst ferner das Verbinden der Stapelanordnung zu einem Wärmetauscherblock.

Erfindungsgemäß erfolgt ein Bereitstellen zumindest einer der der Trennstrukturen und/oder zumindest einer der Abdeckstrukturen als Leckdetektionsstruktur mit einem Hohlraum, der derart in der Leckdetektionsstruktur angeordnet ist, dass der Hohlraum in Richtung der ersten Seite von einer ersten Materialschicht und in Richtung der zweiten Seite von einer zweiten Materialschicht der Leckdetektionsstruktur begrenzt ist, wobei in einem nicht durch den Hohlraum eingenommenen Bereich der Leckdetektionsstruktur die erste Materialschicht und die zweite Materialschicht miteinander verbunden werden. Eine Breite des Hohlraums in einer Richtung parallel zur ersten und zweiten Materialschicht geringer ist als eine Breite der zentralen strukturierten Bleche der Wärmetauscherpassagen in derselben Richtung, d.h. jeweils eines oder jeweils mehrerer strukturierter Bleche in einer oder mehrerer der Wärmetauscherpassagen. Ferner ist ein Bereitstellen einer Messeinrichtung vorgesehen, die dafür eingerichtet ist, eine Größe zu erfassen, die mit einer Ruptur des Hohlraums oder eines in dem Hohlraum angeordneten Elements korreliert. Das Verfahren kann insbesondere die Bereitstellung der zuvor im Detail erläuterten Merkmale gemäß den unterschiedlichen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung umfassen.

Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Temperierung wenigstens eines Fluids, bei dem ein Rippen-Platten-Wärmetauschers verwendet wird, wie er zuvor in Ausgestaltungen erläutert wurde.

Zu Merkmalen und Vorteilen der genannten Verfahren und Ausgestaltungen hiervon sei auf die obigen Erläuterungen zu dem erfindungsgemäßen Rippen-Platten- Wärmetauscher und seinen Ausgestaltungen ausdrücklich verwiesen, da diese die jeweils durchgeführten Verfahren und die entsprechenden Verfahrensprodukte in gleicher Weise betreffen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, welche Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Figur 1 veranschaulicht einen Rippen-Platten-Wärmetauscher

Figur 2 veranschaulicht Aspekte einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.

Figur 3 veranschaulicht Aspekte einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.

Figur 4 veranschaulicht Aspekte einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.

Figur 5 veranschaulicht Aspekte einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.

Figur 6 veranschaulicht Aspekte einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.

Figur ? veranschaulicht Aspekte einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

In den Figuren werden für einander baulich und/oder funktionell entsprechende Elemente die identischen Bezugszeichen verwendet. Derartige Elemente werden nicht wiederholt erläutert. Werden nachfolgend Vorrichtungsmerkmale erläutert, betreffen die entsprechenden Erläuterungen Verfahrensschritte in gleicher Weise und umgekehrt.

Gelötete Rippen-Platten-Wärmetauscher aus Aluminium sind in Figur 2 der eingangs erwähnten ISO 15547-2:3005 sowie auf Seite 5 der Veröffentlichung „The Standards of the Brazed Aluminium Plate-Fin Heat Exchanger Manufacturers' Association“ der ALPEMA, 3. Auflage 2010, gezeigt und beschrieben. Eine Abbildung, die im Wesentlichen den dortigen Abbildungen entspricht, ist in der beigefügten Figur 1 dargestellt und wird im Folgenden erläutert. Der in Figur 1 teilweise eröffnet dargestellte Plattenwärmetauscher 100 dient dem Wärmeaustausch von im dargestellten Beispiel fünf verschiedenen Prozessmedien A bis E.

Zum Wärmeaustausch zwischen den Prozessmedien A bis E umfasst der Plattenwärmetauscher 100 dabei eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Trennblechen 4 (in den zuvor genannten Veröffentlichungen, auf die sich auch die nachfolgenden Angaben in Klammern beziehen, im Englischen als Parting Sheets und vorliegend auch als Trennstrukturen bezeichnet), zwischen denen durch strukturierte Bleche 3 mit Lamellen (Fins) definierte Wärmeaustauschpassagen 1 für jeweils eines der Prozessmedien A bis E, die dadurch in Wärmeaustausch miteinander treten können, ausgebildet sind.

Die strukturierten Bleche 3 sind typischerweise gefaltet bzw. gewellt ausgebildet, wobei durch die Faltungen bzw. Wellen jeweils Strömungskanäle gebildet werden, wie auch in Figur 1 der ISO 15547-2:3005 gezeigt. Die Bereitstellung der strukturierten Bleche 3 bietet den Vorteil einer verbesserten Wärmeübertragung, einer gezielteren Fluidführung und einer Erhöhung der mechanischen (Zug-)Festigkeit. In den Wärmeaustauschpassagen 1 strömen die Prozessmedien A bis E insbesondere durch die Trennbleche 4 getrennt voneinander, können ggf. aber im Fall von perforierten strukturierten Bleche 3 durch letztere hindurchtreten.

Die einzelnen Passagen 1 sind seitlich jeweils durch sogenannte Sidebars 8 umgeben, die jedoch Einspeise- und Entnahmeöffnungen 9 freilassen. Die Sidebars 8 halten die Trennbleche 4 auf Abstand und sorgen für eine mechanische Verstärkung des Druckraumes. Zum Abschluss an zumindest zwei Seiten dienen insbesondere verstärkt ausgebildete Deckbleche 5 (Cap Sheets), die parallel zu den Trennblechen 4 angeordnet sind.

Mittels sogenannter Header 7, die mit Stutzen 6 (Nozzles) versehen sind, werden die Prozessmedien A bis E über Einspeise- und Entnahmeöffnungen 9 zu- und abgeführt. Im Eingangsbereich der Passagen 1 befinden sich weitere strukturierte Bleche 2 mit sogenannten Verteilerlamellen (Distributor Fins), die für eine gleichmäßige Verteilung auf die gesamte Breite der Passagen 1 sorgen. In Strömungsrichtung gesehen am Ende der Passage 1 können sich weitere strukturierte Bleche 2 mit Sammellamellen befinden, die die Prozessmedien A bis E aus den Passagen 1 in die Header 7 führen, wo sie gesammelt und über die entsprechenden Stutzen 6 abgezogen werden. Vorliegend wird auch von „Verteiler- und Sammelstrukturen“ gesprochen.

Durch die strukturierten Bleche 2 und 3, die Sidebars 8, die Trennbleche 4 und die Deckbleche 5 wird insgesamt ein hier quaderförmiger Wärmetauscherblock 10 gebildet, wobei unter einem "Wärmetauscherblock" hier die genannten Elemente ohne die Header 7 und Stutzen 6 in einem miteinander verbundenem Zustand verstanden werden sollen. Als Oberseite bzw. erste Seite wird hier die nach außen weisende Fläche des Wärmetauscherblocks 10, die durch das eine Deckblech 5 gebildet wird, und als Unterseite bzw. zweite Seite die nach außen weisende Fläche des Wärmetauscherblocks 10, die durch das andere Deckblech 5 gebildet wird, bezeichnet. In Figur 1 ist die Oberseite bzw. erste Seite mit U bezeichnet, die Unterseite bzw. zweite Seite ist verdeckt und mit L angedeutet. Wie in Figur 1 nicht veranschaulicht, kann der Plattenwärmetauscher 100 insbesondere aus Fertigungsgründen aus mehreren quaderförmigen und miteinander verbundenen Wärmetauscherblöcken 10 ausgebildet sein.

Plattenwärmetauscher 100 werden beispielsweise aus Aluminium hartgelötet. Die Passagen 1 , umfassend die strukturierten Bleche 2 und 3, die Trennbleche 4, die Deckbleche 5 und die Sidebars 8 werden dabei, jeweils mit Lot versehen, aufeinandergestapelt bzw. entsprechend angeordnet und in einem Ofen erwärmt. Auf den so hergestellten Wärmetauscherblock 10 werden die Header 7 und die Stutzen 6 aufgeschweißt.

In Figur 2 ist ein Aufbau gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und insgesamt mit 20 bezeichnet. Der Aufbau 20 stellt dabei einen Teil eines in Figur 1 veranschaulichten Wärmetauscherblocks 10 dar, wobei die jeweiligen Elemente nicht maßstabsgemäß und im Querschnitt zwischen der Oberseite bzw. ersten Seite U und der Unterseite bzw. zweiten Seite L veranschaulicht sind. Auf eine Darstellung der Sidebars 8 wurde hier verzichtet. Die Anordnung setzt sich nach unten im Wesentlichen in derselben Weise fort, worauf in Figur 2 Auslassungspunkte (...) hinweisen. Jede beliebige andere Fortsetzung ist ebenfalls möglich. Auch sogenannte Dummy-Lagen (nicht durchströmte Passagen) können vorgesehen sein. Diese können auch am äußeren Ende der aktiven Passagen sein und an die Deckbleche angrenzen.

Wie anhand der Anordnung 20 veranschaulicht, sind in dem zuvor mit 10 bezeichneten Wärmetauscherblock Wärmetauscherpassagen angeordnet, die zuvor mit 1 bezeichnet wurden. Hiervon sind in Figur 2 jeweils die strukturierten Bleche 3 dargestellt. Wie in Figur 2 veranschaulicht, sind zwischen den Wärmetauscherpassagen 1 bzw. den Strukturblechen 3 jeweils zwei Trennbleche 41 , 42 angeordnet, die, wie in Bezug auf die nachfolgenden Figuren veranschaulicht, eine Leckdetektionsstruktur 11 bilden. Ferner ist der Wärmetauscherblock 10 in der hier veranschaulichten Ausgestaltung an seiner Oberseite bzw. ersten Seite U durch zwei Deckbleche 51 , 52 abgedeckt. Auch diese bilden, wie in Bezug auf die nachfolgenden Figuren veranschaulicht, eine der Einfachheit halber ebenfalls mit 11 bezeichnete Leckdetektionsstruktur. Die Unterseite bzw. zweite Seite L kann in entsprechender Weise ausgestaltet sein. Mit anderen Worten sind hier jeweils doppelte Trenn- bzw. Deckbleche 41, 42 bzw. 51 , 52 angeordnet, die jeweils Leckdetektionsstrukturen 11 bilden.

Nachfolgend werden Merkmale von Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren 2 bis 5 anhand von Trennblechen 41 , 42 veranschaulicht. Die Deckbleche 51 , 52 können jeweils in gleicher oder vergleichbarer Weise ausgebildet sein und werden nur der Übersichtlichkeit halber nicht im Detail erläutert.

In Figur 4, die nun vorab beschrieben werden soll, ist ein entsprechender Aufbau 20 nochmals veranschaulicht, wobei hier jedoch neben den strukturierten Blechen 3 auch die Sidebars 8 dargestellt sind.

Wie aus Figur 4 bzw. der hier veranschaulichten Anordnung ersichtlich, sind zwischen zumindest zwei der Wärmetauscherpassagen 1 zwei Trennbleche 41, 42 ohne ein dazwischen angeordnetes Strukturblech 3 angeordnet, die die Leckdetektionsstruktur 11 bilden, und zwischen den zwei Trennblechen 41, 42 ist ein Hohlraum 43 angeordnet.

Ferner ist eine Messeinrichtung bereitgestellt, die im hier veranschaulichten Beispiel einen Sensor 45, ein Messkabel 46 und eine Recheneinheit 50 aufweist. Diese ist dafür eingerichtet einen Druck in dem Hohlraum 43 zu erfassen, in der erläuterten Weise auszuwerten, und auf diese Weise eine Leckage zu detektieren.

Wie aus Figur 4 ersichtlich, ist der Hohlraum 43 in Richtung der Oberseite bzw. ersten Seite U von einer oberseitigen bzw. ersten Materialschicht 41a und in Richtung der Unterseite bzw. zweiten Seite L von einer unterseitigen bzw. zweiten Materialschicht 42a der Leckdetektionsstruktur 11 begrenzt, wobei die oberseitige bzw. erste Materialschicht 41a durch ein oberseitiges bzw. erstes Blech 41 und die unterseitige bzw. zweite Materialschicht 42a durch ein unterseitiges bzw. zweites Blech 42 gebildet sind. Der Hohlraum 43 ist hier durch eine Ausnehmung in einer in Richtung der Unterseite bzw. zweiten Seite L weisenden Fläche des oberseitigen bzw. ersten Blechs 41 und durch eine Ausnehmung in einer in Richtung der Oberseite U bzw. ersten Seite weisenden Fläche des unterseitigen bzw. zweiten Blechs 42 gebildet, die insbesondere passgenau übereinandergelegt sind.

Eine Breite des Hohlraums 43 in einer Richtung parallel zur ersten und zweiten Materialschicht 41a, 42b, d.h. hier horizontal in der Zeichenebene, ist geringer ist als eine Breite der strukturierten Bleche 3 in derselben Richtung.

Wie aus Figur 4 ferner ersichtlich und durch eine strichpunktierte Linie veranschaulicht, die an sich kein strukturelles Element darstellt, überschneidet sich bei einer Vertikalprojektion auf eine zu der Oberseite U und der Unterseite L parallele Ebene ein durch die strichpunktierte Linie getroffener Übergangsbereich zwischen zumindest einer der Sidebars 8 und zumindest einem der strukturierte Blechen 3 in zumindest einem Abschnitt mit dem Hohlraum 43 bzw. dessen Projektionsfläche. Alternative Ausgestaltungen sind möglich, in denen sich in der genannten Vertikalprojektion entweder nur zumindest einer der Sidebars 8 oder nur zumindest eines der strukturierten Bleche 3 mit dem Hohlraum 44 bzw. dessen Projektionsfläche überschneiden. Diese gemäß Figur 4 nicht verwirklichten Alternativen sind jeweils in Form von punktierten Ovalen veranschaulicht.

Diese Anordnung ist zusätzlich in Figur 5 veranschaulicht, wo entsprechende Projektionen auf eine Ebene, die der Papierebene entspricht, veranschaulicht sind. Ein Teil der Projektionsfläche der Sidebar ist hier mit 8', ein Teil der Projektionsfläche des ersten oder zweiten Blechs mit 4T und ein Teil der Projektionsfläche des Hohlraums, der hier als gerade angenommen wird, mit 43' veranschaulicht. Die Breite des Hohlraums 43 in einer Richtung parallel zur ersten und zweiten Materialschicht 41a, 42b, liegt hier insbesondere ebenfalls horizontal in der Zeichenebene.

In Figur 3, die nun beschrieben werden soll, ist ein entsprechendes oberseitiges oder unterseitiges Blech 41 oder 42 in teilperspektivischer Darstellung veranschaulicht, wobei die hier parallel zur Papierebene verlaufende, strichpunktiert dargestellte Achse die Richtung angibt, in der die erläuterte Breite des Hohlraums liegt.

Wie bereits in Figur 4 veranschaulicht, kann der Hohlraum 43 durch eine Ausnehmung in einem der Bleche 41 , 42 bzw. 51 , 52 oder einander zuweisende Ausnehmungen in den jeweils Blechen 41, 43 bzw. 51 , 52 gebildet sein Derartige Ausnehmungen sind in Figur 3 mit 44 bezeichnet. Es können selbstverständlich jeweils auch mehrere Ausnehmungen 44, die in den Blechen 41, 42 bzw. 51, 52 ausgebildet sein können, vorgesehen sein. Die Ausnehmungen 44 können beispielsweise durch Fräsen, Prägen oder Aufbringen von Material an anderen Stellen bereitgestellt sein. Wie erwähnt, kann eine im Rahmen der vorliegenden Erfindung aber auch eine einzelne Metallstruktur mit einem Hohlraum 43 bereitgestellt sein, wobei der Hohlraum in der Metallstruktur ausgespart oder ausgeformt sein kann, beispielsweise durch Gießen, additive Fertigung oder andere Verfahren. Nachfolgend ist ohne eine damit intendierte Einschränkung von zwei Trennblechen 41, 42 die Rede. Die entsprechenden Erläuterungen gelten in gleicher Weise aber auch für einen in einer Metallstruktur ausgeformten oder ausgesparten Hohlraum.

Wie erwähnt, kann die eine Ausnehmung 44 oder zumindest eine der jeweils einander zuweisenden Ausnehmungen 44 in den zwei Trennblechen 41 , 42 zumindest in einem Abschnitt alternierend auf zwei Seiten einer Mittellinie M verlaufen und in einer Ebene parallel zur Ober- und Unterseite des entsprechenden Blechs liegen. Dies ist anhand von Figur 6 mit einem Abschnitt 44a veranschaulicht, in dem die Ausnehmung mäanderförmig verläuft, wohingegen auf einer gegenüberliegenden Seite des Trennblechs 41, 42 gerade verläuft.

In einer in Figur 7 veranschaulichten Ausgestaltung sind zumindest Abschnitte 44b, 44c ausgebildet, die ohne Zwischenverbindung miteinander ineinander verschränkt sind und auf diese Weise zwei unabhängige Überwachungskreise bereitstellen. Diese können beispielsweise gerade oder mäanderförmig ausgebildet sein.

Wie mehrfach erwähnt, aber aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht gesondert veranschaulicht, kann in den Hohlraum 43 auch ein Element bzw. eine Struktur in Form eines insbesondere isolierten Kabels oder Lichtleiters eingebracht sein, dessen Ruptur durch Auswertung eines optischen Signals oder Stromsignals erkannt werden kann.