Plattenwärmetauscher und Verfahren

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Plattenwärmetauschers.

Ein Plattenwärmetauscher umfasst einen Wärmetauscherblock, der aus abwechselnd angeordneten Wärmeaustauschelementen, insbesondere sogenannten Fins oder Heat Transfer Fins, und Trennplatten aufgebaut ist. Die Wärmeaustauschelemente sind aus gewellten oder gerippten Aluminiumblechen gefertigt, wohingegen die Trennplatten aus glatten Aluminiumblechen gefertigt sein können. Mit Hilfe der Wärmeaustauschelemente und der Trennplatten bildet der Plattenwärmetauscher eine Vielzahl an parallelen Wärmeübertragungspassagen aus, in denen Prozessmedien strömen können und indirekt Wärme auf in benachbarten Wärmeübertragungspassagen geführte Prozessmedien übertragen können.

Ein wie zuvor erwähnter Wärmetauscherblock kann aus mehreren Wärmetauscherblockmodulen zusammengesetzt sein. Diese Wärmetauscherblockmodule können gemäß betriebsinternen Erkenntnissen mit Hilfe einer Schweißverbindung miteinander verbunden sein. Diese Schweißverbindung ist bei einem stabilen und kontinuierlichen Prozessverlauf hinsichtlich eines Auftretens von Rissen unproblematisch. Im Gegenteil hierzu birgt die Schweißverbindung bei einem stark wechselnden Prozessverlauf und daraus resultierenden großen Temperaturschwankungen und Temperaturgradienten ein Rissrisiko. Dies gilt es zu verbessern.

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

Demgemäß wird ein Plattenwärmetauscher mit einem ersten Wärmetauscherblockmodul und einem zweiten Wärmetauscherblockmodul vorgeschlagen, wobei das erste Wärmetauscherblockmodul und das zweite Wärmetauscherblockmodul mit Hilfe einer formschlüssigen Verbindung miteinander verbunden sind, wobei das erste Wärmetauscherblockmodul und das zweite Wärmetauscherblockmodul mit Hilfe einer Schweißnaht miteinander verbunden sind und wobei die Schweißnaht die formschlüssige Verbindung zumindest abschnittsweise abdeckt. Dabei weist das erste Wärmetauscherblockmodul eine erste Deckplatte auf, wobei das zweite Wärmetauscherblockmodul eine zweite Deckplatte aufweist, wobei die erste Deckplatte und die zweite Deckplatte mit Hilfe der formschlüssigen Verbindung miteinander verbunden sind, wobei die erste Deckplatte und die zweite Deckplatte mit Hilfe eines Verbindungselements formschlüssig miteinander verbunden sind, wobei die erste Deckplatte eine Ausnehmung, in welcher das Verbindungselement aufgenommen ist, aufweist, und wobei die zweite Deckplatte eine Ausnehmung, in welcher das Verbindungselement aufgenommen ist, aufweist.

Dadurch, dass das erste Wärmetauscherblockmodul und das zweite Wärmetauscherblockmodul sowohl mit Hilfe der formschlüssigen Verbindung als auch mit Hilfe der Schweißnaht miteinander verbunden sind, ist es möglich, die formschlüssige Verbindung derart auszugestalten, dass eine Kraftübertragung zwischen dem ersten Wärmetauscherblockmodul und dem zweiten Wärmetauscherblockmodul oder umgekehrt ausschließlich oder annähernd nur mit Hilfe der formschlüssigen Verbindung übertragen wird, so dass die Schweißnaht vorzugsweise nicht mechanisch belastet wird. Hierdurch wird eine Rissbildung in der Schweißnaht zuverlässig verhindert.

Der Plattenwärmetauscher ist insbesondere ein sogenannter Plate Fin Heat Exchanger (PFHE) oder kann als solcher bezeichnet werden. Der Plattenwärmetauscher ist aus einer Vielzahl abwechselnd angeordneter Wärmeaustauschelemente und Trennplatten aufgebaut. Dabei ist jeweils eine Trennplatte zwischen zwei Wärmeaustauschelementen und ein Wärmeaustauschelement zwischen zwei Trennplatten angeordnet. Die Wärmeaustauschelemente und die Trennplatten sind somit aufeinandergestapelt und bilden einen Wärmetauscherblock des Plattenwärmetauschers. Die Wärmeaustauschelemente sind sogenannte Fins, insbesondere sogenannte Heat Transfer Fins, oder können als Fins bezeichnet werden.

Die Wärmeaustauschelemente können als gewellte oder gerippte Bleche, beispielsweise als Aluminiumbleche, ausgebildet sein. Die Trennplatten sind Trennbleche oder können als Trennbleche bezeichnet werden. Die Trennplatten können ebenfalls aus Aluminium gefertigt sein. Der Wärmetauscherblock ist in das erste Wärmetauscherblockmodul und in das zweite Wärmetauscherblockmodul unterteilt. Jedes Wärmetauscherblockmodul umfasst eine beliebige Anzahl von Wärmeaustauschelementen und Trennplatten. Grundsätzlich kann der Wärmetauscherblock eine beliebige Anzahl an Wärmetauscherblockmodulen aufweisen. Die Anzahl der Wärmeaustauschelemente und die Anzahl der Trennplatten pro Wärmetauscherblockmodul ist jeweils beliebig.

Der Plattenwärmetauscher beziehungsweise der zuvor erwähnte Wärmetauscherblock weist bevorzugt eine quaderförmige Geometrie mit einer Breitenrichtung oder x- Richtung, einer Hochrichtung oder y-Richtung und einer Tiefenrichtung oder z-Richtung auf. In der Hochrichtung weist der Wärmetauscherblock bevorzugt eine größere Dimension als in der Breitenrichtung und der Tiefenrichtung auf, so dass sich eine langgestreckte quaderförmige Geometrie des Wärmetauscherblocks ergibt.

Ebenso weisen die Wärmetauscherblockmodule eine derartige langgestreckte quaderförmige Geometrie auf. Die Wärmeaustauschelemente und die Trennplatten können in der Tiefenrichtung nebeneinander angeordnet oder in der Hochrichtung übereinandergestapelt sein. Der Plattenwärmetauscher unterscheidet sich von dem Wärmetauscherblock dadurch, dass der Plattenwärmetauscher neben dem Wärmetauscherblock eine Vielzahl an Anschlusseinrichtungen zum Zuführen und Abführen von Fluiden zu und von dem Plattenwärmetauscher aufweist.

Die Wärmeaustauschelemente sind bevorzugt mit Hilfe von Randleisten, insbesondere Aluminiumrandleisten, eingefasst, die ebenfalls Teil des Wärmetauscherblocks sind. Die Randleisten sind mit den Trennplatten und/oder den Wärmeaustauschelementen verlötet. Die Randleisten können einen um das jeweilige Wärmeaustauschelement umlaufenden Rahmen bilden. Der Wärmetauscherblock kann Deckplatten aufweisen, die den Wärmetauscherblock in der Hochrichtung nach oben und nach unten hin abschließen. Die Deckplatten können außenliegende Trennplatten sein. Die Deckplatten können mit äußersten Wärmeaustauschelementen verlötet sein. Alternativ können zwischen den Deckplatten und den äußersten Wärmeaustauschelementen auch Trennplatten vorgesehen sein. Die Deckplatten unterscheiden sich von den Trennplatten vorzugsweise nur durch ihre Wandstärke oder Dicke.

Der Plattenwärmetauscher kann Teil einer verfahrenstechnischen Anlage sein. Die verfahrenstechnische Anlage kann beispielweise eine Anlage zur Luftzerlegung, zur Herstellung von Flüssiggas (Engl.: Liquefied Natural Gas, LNG), eine in der petrochemischen Industrie eingesetzte Anlage oder dergleichen sein. Die verfahrenstechnische Anlage kann eine Vielzahl derartiger Plattenwärmetauscher umfassen. Demgemäß wird auch eine verfahrenstechnische Anlage mit einem derartigen Plattenwärmetauscher vorgeschlagen.

Eine formschlüssige Verbindung entsteht durch das Ineinander- oder Hintergreifen von zwei Verbindungspartnern, vorliegend dem ersten Wärmetauscherblockmodul und dem zweiten Wärmetauscherblockmodul. Demgemäß greift das erste Wärmetauscherblockmodul formschlüssig in das zweite Wärmetauscherblockmodul oder umgekehrt ein. Insbesondere sind zwei einander zugewandte Deckplatten der Wärmetauscherblockmodule formschlüssig miteinander verbunden. Eine formschlüssige Verbindung kann grundsätzlich beliebig oft hergestellt und wieder gelöst werden.

Das erste Wärmetauscherblockmodul und das zweite Wärmetauscherblockmodul können unmittelbar oder mittelbar formschlüssig miteinander verbunden sein. Bei einer unmittelbaren formschlüssigen Verbindung des ersten Wärmetauscherblockmoduls und des zweiten Wärmetauscherblockmoduls greifen das erste Wärmetauscherblockmodul und das zweite Wärmetauscherblockmodul direkt formschlüssig ineinander. Bei einer mittelbaren formschlüssigen Verbindung zwischen dem ersten Wärmetauscherblockmodul und dem zweiten Wärmetauscherblockmodul ist ein Verbindungselement vorgesehen, mit dessen Hilfe das erste Wärmetauscherblockmodul formschlüssig mit dem zweiten Wärmetauscherblockmodul verbunden ist.

Die Schweißnaht ist vorzugsweise auf die formschlüssige Verbindung aufgebracht. Mit Hilfe der Schweißnaht kann die formschlüssige Verbindung vollständig abgedeckt werden. Die Schweißnaht ist vorzugsweise lastfrei oder kraftlos. Dass die Schweißnaht die formschlüssige Verbindung "abdeckt" oder "verdeckt" bedeutet vorliegend insbesondere, dass die Schweißnaht über die formschlüssige Verbindung geführt ist. Dabei kann die Schweißnaht mit Blickrichtung auf die formschlüssige Verbindung die formschlüssige Verbindung überdecken oder verdecken, so dass die formschlüssige Verbindung nicht direkt einsehbar ist.

Das erste Wärmetauscherblockmodul weist eine erste Deckplatte auf, wobei das zweite Wärmetauscherblockmodul eine zweite Deckplatte aufweist, und wobei die erste Deckplatte und die zweite Deckplatte mit Hilfe der formschlüssigen Verbindung miteinander verbunden sind.

Wie zuvor erwähnt, weist jedes Wärmetauscherblockmodul zwei Deckplatten auf, zwischen denen ein aktiver Bereich umfassend eine Vielzahl an abwechselnd angeordneten Wärmeaustauschelementen und Trennplatten vorgesehen ist. Die erste Deckplatte des ersten Wärmetauscherblockmoduls und die zweite Deckplatte des zweiten Wärmetauscherblockmoduls können direkt formschlüssig ineinandergreifen. Alternativ können die erste Deckplatte des ersten Wärmetauscherblockmoduls und die zweite Deckplatte des zweiten Wärmetauscherblockmoduls mit Hilfe eines zusätzlichen Verbindungselements oder einer Vielzahl derartiger Verbindungselemente formschlüssig miteinander verbunden sein.

Gemäß einer Ausführungsform weisen die erste Deckplatte und/oder die zweite Deckplatte jeweils eine Dicke von 8 bis 18 mm, bevorzugt von 10 bis 16 mm, weiter bevorzugt von 12 bis 14 mm, auf.

Insbesondere weisen die Deckplatten eine Dicke von mindestens 12 mm auf. Die Deckplatten können mehrlagig aufgebaut sein. "Mehrlagig" heißt vorliegend insbesondere, dass die Deckplatten mehrere Schichten aufweisen können. Diese Schichten können beispielsweise miteinander verlötet und/oder verschweißt sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die erste Deckplatte und die zweite Deckplatte mit Hilfe der Schweißnaht miteinander verbunden.

Insbesondere liegt das erste Wärmetauscherblockmodul mit seiner ersten Deckplatte auf der zweiten Deckplatte des zweiten Wärmetauscherblockmoduls oder umgekehrt auf. Vorzugsweise verläuft die Schweißnaht vollständig um die erste Deckplatte und die zweite Deckplatte um.

Die erste Deckplatte und die zweite Deckplatte sind mit Hilfe eines Verbindungselements formschlüssig miteinander verbunden.

In diesem Fall sind die erste Deckplatte und die zweite Deckplatte mit Hilfe des Verbindungselements mittelbar oder indirekt miteinander verbunden. Das heißt insbesondere, dass die erste Deckplatte formschlüssig mit dem Verbindungselement und dass das Verbindungselement formschlüssig mit der zweiten Deckplatte verbunden ist. Die Anzahl der Verbindungselemente ist grundsätzlich beliebig. Vorzugsweise sind zumindest in Bereichen des Wärmetauscherblocks beziehungsweise der Wärmetauscherblockmodule, an denen maximale Spannungen auftreten können, mit derartigen Verbindungselementen versehen. Mit Hilfe des Verbindungselements oder der Verbindungselemente ist eine Kraftübertragung von der ersten Deckplatte auf die zweite Deckplatte oder umgekehrt möglich. Das Verbindungselement kann beispielsweise plattenförmig sein. Das Verbindungselement kann auch einen doppel-T-förmigen oder einen knochenförmigen Querschnitt aufweisen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Ausnehmung der ersten Deckplatte ausgehend von einer der zweiten Deckplatte zugewandten Oberfläche der ersten Deckplatte in die erste Deckplatte hinein. Alternativ oder zusätzlich erstreckt sich die Ausnehmung der zweiten Deckplatte ausgehend von einer der ersten Deckplatte zugewandten Oberfläche der zweiten Deckplatte in die zweite Deckplatte hinein.

Die Oberfläche der ersten Deckplatte kann als erste Oberfläche bezeichnet werden. Die Oberfläche der zweiten Deckplatte kann als zweite Oberfläche bezeichnet werden. In die erste Oberfläche sind die Ausnehmungen der ersten Deckplatte eingearbeitet. Das heißt insbesondere, dass sich die Ausnehmungen der ersten Deckplatte unterhalb der ersten Oberfläche befinden. Die Ausnehmungen der ersten Deckplatte erstrecken sich ausgehend von der ersten Oberfläche in die erste Deckplatte hinein. Die Ausnehmungen der ersten Deckplatte sind somit innerhalb der ersten Deckplatte angeordnet. Die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche sind einander insbesondere zugewandt. Insbesondere liegen die erste Deckplatte und die zweite Deckplatte an ihren beiden Oberflächen aneinander an. In die zweite Oberfläche sind die Ausnehmungen der zweiten Deckplatte eingearbeitet. Das heißt insbesondere, dass sich die Ausnehmungen der zweiten Deckplatte unterhalb der zweiten Oberfläche befinden. Die Ausnehmungen der zweiten Deckplatte erstrecken sich ausgehend von der zweiten Oberfläche in die zweite Deckplatte hinein. Die Ausnehmungen der zweiten Deckplatte sind somit innerhalb der zweiten Deckplatte angeordnet. Die erste Deckplatte weist eine Ausnehmung, in welcher das Verbindungselement aufgenommen ist, auf, wobei die zweite Deckplatte eine Ausnehmung, in welcher das Verbindungselement aufgenommen ist, aufweist.

Die Ausnehmungen können beispielsweise Ausfräsungen sein. Vorzugsweise sind an der ersten Deckplatte mehrere Ausnehmungen vorgesehen. Dementsprechend sind auch an der zweiten Deckplatte mehrere Ausnehmungen vorgesehen. Die erste Deckplatte und die zweite Deckplatte werden zum Verbinden der beiden Wärmetauscherblockmodule derart ausgerichtet, dass die Ausnehmung der ersten Deckplatte und die Ausnehmung der zweiten Deckplatte übereinander platziert sind.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Verbindungselemente vorgesehen, wobei die Verbindungselemente unterschiedliche Dicken aufweisen.

Alternativ können die Verbindungselemente auch identische Dicken aufweisen. Die Anzahl der Verbindungselemente ist beliebig.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Verbindungselement mit Hilfe von Stiften mit der ersten Deckplatte und mit der zweiten Deckplatte verstiftet.

Hierzu werden in die erste Deckplatte, in die zweite Deckplatte und in das Verbindungselement Bohrungen eingebracht, in welche die Stifte eingepresst oder eingeschlagen werden können. Die Bohrungen können eine konusförmige oder kegelförmige Geometrie aufweisen. Dementsprechend können auch die Stifte eine konusförmige oder kegelförmige Geometrie aufweisen. Die Stifte können beispielsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform deckt die Schweißnaht die Stifte ab.

Insbesondere sind die Bohrungen, in denen die Stifte aufgenommen sind, mit Hilfe der Schweißnaht zugeschweißt oder überschweißt. Hierdurch wird das Eindringen von Feuchtigkeit in die Bohrungen der Deckplatten zuverlässig verhindert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Stifte konusförmig. Dementsprechend können auch die Bohrungen, in denen die Stifte aufgenommen werden, konusförmig sein. Die Bohrungen können hierzu mit einem konusförmigen oder kegelförmigen Bohrer in die Deckplatten der beiden Wärmetauscherblockmodule eingebracht werden. Die Stifte können beispielsweise eine Konizität von 1° aufweisen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ausnehmung der ersten Deckplatte mit Hilfe eines trennenden Fertigungsverfahrens und/oder eines umformenden Fertigungsverfahrens in die erste Deckplatte eingearbeitet. Alternativ oder zusätzlich ist die Ausnehmung der zweiten Deckplatte mit Hilfe eines trennenden Fertigungsverfahrens und/oder eines umformenden Fertigungsverfahrens in die zweite Deckplatte eingearbeitet.

Bei trennenden Fertigungsverfahren wird Material abgetragen. Bei umformenden Fertigungsverfahren wird Material verformt. Als trennende Fertigungsverfahren kommen insbesondere abtragende Fertigungsverfahren, wie beispielsweise Fräsen oder Erodieren, zur Anwendung. Als umformende Fertigungsverfahren kommen beispielsweise Eindrücken, Walzen oder Schmieden zur Anwendung.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die erste Deckplatte Hakenabschnitte auf, wobei die zweite Deckplatte zu den Hakenabschnitten korrespondierende Einhakabschnitte aufweist, und wobei die Hakenabschnitte formschlüssig in die Einhakabschnitte eingreifen.

Die Hakenabschnitte erstrecken sich vorzugsweise aus der ersten Deckplatte in Richtung der zweiten Deckplatte heraus. Die Hakenabschnitte können seitlich in die Einhakabschnitte eingeschoben werden oder von oben in die Einhakabschnitte eingehängt werden. Um das erste Wärmetauscherblockmodul fest mit dem zweiten Wärmetauscherblockmodul zu verbinden, können in die Einhakabschnitte Keilelemente eingepresst oder eingeschlagen werden, welche die Hakenabschnitte in den Einhakabschnitten verkeilen. Die Keilelemente sind leistenförmig. Dabei weisen die Keilelemente eine Keilform auf.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die erste Deckplatte einen

Eingriffsabschnitt, in dem das Verbindungselement formschlüssig eingreift, auf, wobei die zweite Deckplatte einen Eingriffsabschnitt, in den das Verbindungselement formschlüssig eingreift, aufweist.

Der Eingriffsabschnitt der ersten Deckplatte und der Eingriffsabschnitt der zweiten Deckplatte können beispielsweise Ausfräsungen sein, welche in die jeweilige Deckplatte eingebracht werden. Der Eingriffsabschnitt der ersten Deckplatte und der Eingriffsabschnitt der zweiten Deckplatte weisen jeweils eine T-förmige Geometrie auf. Dementsprechend weist das Verbindungselement einen doppel-T-förmigen Querschnitt oder einen knochenförmigen Querschnitt auf. Zum miteinander Verbinden der beiden Wärmetauscherblockmodule werden der Eingriffsabschnitt der ersten Deckplatte und der Eingriffsabschnitt der zweiten Deckplatte derart zueinander ausgerichtet, dass diese aufeinander platziert sind. Anschließend wird das Verbindungselement gleichzeitig in die beiden Eingriffsabschnitte der beiden Deckplatten eingedrückt oder eingeschlagen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Verbindungselement konusförmig.

Das heißt insbesondere, dass sich das Verbindungselement ausgehend von einem ersten Endabschnitt in Richtung eines zweiten Endabschnitts verjüngt. Gleichzeitig weist das Verbindungselement jedoch die zuvor erwähnte doppel-T-förmige oder knochenförmige Querschnittsgeometrie auf.

Ferner wird ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Plattenwärmetauschers vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines ersten Wärmetauscherblockmoduls und eines zweiten Wärmetauscherblockmoduls, b) miteinander Verbinden des ersten Wärmetauscherblockmoduls und des zweiten Wärmetauscherblockmoduls mit Hilfe einer formschlüssigen Verbindung, und c) miteinander Verbinden des ersten Wärmetauscherblockmoduls und des zweiten Wärmetauscherblockmoduls mit Hilfe einer Schweißnaht, so dass die formschlüssige Verbindung zumindest abschnittsweise von der Schweißnaht abgedeckt wird. Dabei werden in dem Schritt a) eine erste Deckplatte des ersten Wärmetauscherblockmoduls und eine zweite Deckplatte des zweiten Wärmetauscherblockmoduls mit Hilfe eines Verbindungselements formschlüssig miteinander verbunden, wobei in dem Schritt a) an der ersten Deckplatte eine Ausnehmung, in welcher das Verbindungselement aufgenommen wird, angebracht wird, und wobei an der zweiten Deckplatte eine Ausnehmung, in welcher das Verbindungselement aufgenommen wird, angebracht wird.

Das Bereitstellen des ersten Wärmetauscherblockmoduls und des zweiten Wärmetauscherblockmoduls in dem Schritt a) kann ein Herstellen des ersten Wärmetauscherblockmoduls und/oder des zweiten Wärmetauscherblockmoduls, insbesondere ein Verlöten von Wärmeaustauschelementen, Trennplatten und Deckplatten, umfassen. Ferner kann das Bereitstellen der Wärmetauscherblockmodule auch das Einbringen von Eingriffsabschnitten und/oder Ausnehmungen an den Deckplatten aufweisen. Vorzugsweise wird die Schweißnaht angebracht, nachdem das erste Wärmetauscherblockmodul und das zweite Wärmetauscherblockmodul formschlüssig miteinander verbunden wurden. Insbesondere kann die Schweißnaht über die formschlüssige Verbindung geführt sein. Die Schweißnaht ist vorzugsweise spannungsfrei oder spannungslos.

In dem Schritt b) werden eine erste Deckplatte des ersten Wärmetauscherblockmoduls und eine zweite Deckplatte des zweiten Wärmetauscherblockmoduls mit Hilfe eines Verbindungselements formschlüssig miteinander verbunden.

Insbesondere wird das Verbindungselement zunächst mit der ersten Deckplatte des ersten Wärmetauscherblockmoduls formschlüssig verbunden. Anschließend wird das Verbindungselement formschlüssig mit der zweiten Deckplatte des zweiten Wärmetauscherblockmoduls verbunden. Das heißt, die formschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Wärmetauscherblockmodul und dem zweiten Wärmetauscherblockmodul erfolgt mit Hilfe des Verbindungselements.

In dem Schritt a) wird an der ersten Deckplatte eine Ausnehmung, in welcher das Verbindungselement aufgenommen wird, angebracht, wobei an der zweiten Deckplatte eine Ausnehmung, in welcher das Verbindungselement aufgenommen wird, angebracht wird.

Die Ausnehmungen können als Ausfräsungen an der ersten Deckplatte und an der zweiten Deckplatte vorgesehen werden. Alternativ können die Ausnehmungen auch durch ein Erodierverfahren oder dergleichen eingebracht werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden in dem Schritt b) in die erste Deckplatte, in die zweite Deckplatte und in das Verbindungselement Bohrungen eingebracht, wobei die erste Deckplatte, die zweite Deckplatte und das Verbindungselement mit Hilfe von in die Bohrungen eingeführten Stiften miteinander verstiftet werden.

Vorzugsweise wird das Verbindungselement zunächst in eine der Ausnehmungen der ersten Deckplatte eingelegt, und die Bohrungen werden in die erste Deckplatte und das Verbindungselement eingebracht. Hierzu kann ein konusförmiger Bohrer verwendet werden. Anschließend werden die Stifte eingepresst oder eingeschlagen, um das Verbindungselement mit der ersten Deckplatte zu verbinden. Anschließend wird das zweite Wärmetauscherblockmodul mit der zweiten Deckplatte auf die erste Deckplatte abgesenkt, so dass das Verbindungselement in einer der Ausnehmungen der zweiten Deckplatte aufgenommen wird. Anschließend werden die zweite Deckplatte und das Verbindungselement mit Bohrungen versehen, in welche ebenfalls Stifte eingebracht werden. Anschließend werden die Stifte mit Hilfe der Schweißnaht zugeschweißt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Ausnehmung der ersten Deckplatte mit Hilfe eines trennenden Fertigungsverfahrens und/oder eines umformenden Fertigungsverfahrens in die erste Deckplatte eingearbeitet. Alternativ oder zusätzlich wird die Ausnehmung der zweiten Deckplatte mit Hilfe eines trennenden Fertigungsverfahrens und/oder eines umformenden Fertigungsverfahrens in die zweite Deckplatte eingearbeitet.

Die für den Plattenwärmetauscher erläuterten Ausführungsformen und Erläuterungen gelten für das Verfahren entsprechend und umgekehrt.

"Ein" ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl an Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist. Weitere mögliche Implementierungen des Plattenwärmetauschers und/oder des Verfahrens umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des Plattenwärmetauschers und/oder des Verfahrens hinzufügen.

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

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

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

Fig. 3 zeigt eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks für den Plattenwärmetauscher gemäß Fig. 1 ;

Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht des Wärmetauscherblocks gemäß der Schnittlinie IV-IV der Fig. 3;

Fig. 5 zeigt die Detailansicht V gemäß Fig. 3;

Fig. 6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des Plattenwärmetauschers gemäß Fig. 3;

Fig. 7 zeigt eine weitere schematische perspektivische Ansicht des Plattenwärmetauschers gemäß Fig. 3; Fig. 8 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks für den Plattenwärmetauscher gemäß Fig. 1 ;

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

Fig. 10 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks für den Plattenwärmetauscher gemäß Fig. 1 ;

Fig. 11 zeigt eine weitere schematische perspektivische Ansicht des Wärmetauscherblocks gemäß Fig. 10;

Fig. 12 zeigt eine schematische Detailansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks für den Plattenwärmetauscher gemäß Fig. 1 ;

Fig. 13 zeigt eine schematische Aufsicht einer Ausführungsform einer Deckplatte für den Wärmetauscherblock gemäß Fig. 12;

Fig. 14 zeigt eine schematische Aufsicht einer weiteren Ausführungsform einer Deckplatte für den Wärmetauscherblock gemäß Fig. 12;

Fig. 15 zeigt eine weitere schematische Detailansicht des Wärmetauscherblocks gemäß Fig. 12;

Fig. 16 zeigt eine schematische Explosionsansicht des Wärmetauscherblocks gemäß Fig. 12;

Fig. 17 zeigt eine schematische explodierte Detailansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks für den Plattenwärmetauscher gemäß Fig. 1 ; und

Fig. 18 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen des Plattenwärmetauschers gemäß Fig. 1. In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.

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

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

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

Dem Wärmetauscherblock 2 ist ein Koordinatensystem mit einer ersten Raumrichtung oder Breitenrichtung x, einer zweiten Raumrichtung oder Höhenrichtung y und einer dritten Raumrichtung oder Tiefenrichtung z zugeordnet. Die Richtungen x, y, z sind senkrecht zueinander orientiert. Die Breitenrichtung x kann auch als x-Richtung des Wärmetauscherblocks 2 bezeichnet werden. Die Höhenrichtung y kann auch als y- Richtung des Wärmetauscherblocks 2 bezeichnet werden. Die Tiefenrichtung z kann auch als z-Richtung des Wärmetauscherblocks 2 bezeichnet werden.

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

Der Wärmetauscherblock 2 umfasst weiterhin Deckplatten 5, 6, zwischen denen die Vielzahl an Wärmeaustauschelementen 3 und die Vielzahl an Trennplatten 4 angeordnet sind. Insbesondere sind eine erste Deckplatte 5 und eine zweite Deckplatte 6 vorgesehen. Die Deckplatten 5, 6 können dabei identisch wie die Trennplatten 4 aufgebaut sein. Die Deckplatten 5, 6 können eine Dicke von beispielsweise 5 mm aufweisen. Bevorzugt weisen die Deckplatten 5, 6 keine Lotplattierung auf. Die Trennplatten 4 weisen bevorzugt eine Dicke von 1 bis 2 mm auf. Insbesondere weisen die Deckplatten 5, 6 eine beidseitige Lotplattierung auf. Die Deckplatten 5, 6 sind dabei außenseitig auf einem jeweils äußersten Wärmeaustauschelement 3 positioniert und schließen den Wärmetauscherblock 2 in der Orientierung der Fig. 1 und 2 nach vorne und hinten ab.

Weiterhin umfasst der Wärmetauscherblock 2 sogenannte Sidebars oder Randleisten 7, 8, die die Wärmeaustauschelemente 3 seitlich begrenzen. Die Randleisten 7, 8 können mit den Trennplatten 4 und/oder den Wärmeaustauschelementen 3 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verlötet, insbesondere hartverlötet, sein. Die zuvor genannten Bauteile des Wärmetauscherblocks 2 sind beispielsweise aus dem Werkstoff 3003 (AIMnICu) gefertigt.

Mit Hilfe der Wärmeaustauschelemente 3 und der Trennplatten 4 bildet der

Plattenwärmetauscher 1 eine Vielzahl an parallelen Wärmeübertragungspassagen aus, in denen die Fluide A bis E strömen können und indirekt Wärme auf in benachbarten Wärmeübertragungspassagen geführte Fluide A bis E übertragen können.

Die einzelnen Wärmeübertragungspassagen können mit Hilfe von Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 mit einem jeweiligen Fluid A bis E beaufschlagt werden oder das jeweilige Fluid A bis E kann mit Hilfe einer derartigen Anschlusseinrichtung 9 bis 18 von dem Plattenwärmetauscher 1 weggeführt werden. Die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 sind sogenannte Header oder können als solche bezeichnet werden. Die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 können je nach Funktion auch als Verteiler oder Sammler bezeichnet werden.

Beispielsweise sind die Anschlusseinrichtungen 11, 13, 15 dazu geeignet, dem Plattenwärmetauscher 1 die Fluide A, B, D zuzuführen, und die Anschlusseinrichtungen 9, 10, 12, 14 sind dazu geeignet, die Fluide A, C, D, E von dem Plattenwärmetauscher 1 abzuführen. Jeder Anschlusseinrichtung 9 bis 18 ist ein Anschlussstutzen 19 bis 25 zugeordnet, mit dessen Hilfe die jeweilige Anschlusseinrichtung 9 bis 18 mit dem entsprechenden Fluid A bis E beaufschlagt werden kann oder das entsprechende Fluid A bis E von der Anschlusseinrichtung 9 bis 18 weggeführt werden kann.

Die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 sind stoffschlüssig mit dem Wärmetauscherblock 2 verbunden. Insbesondere sind die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 mit dem Wärmetauscherblock 2 verschweißt. Die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 können auch mit dem Wärmetauscherblock 2 verlötet, insbesondere hartverlötet, sein.

Der Wärmetauscherblock 2 umfasst mehrere, insbesondere sechs, Oberflächen oder Außenflächen 26, von denen in der Fig. 2 nur eine mit einem Bezugszeichen versehen ist. Beispielsweise sind die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 jeweils mit einer der Außenflächen 26 verschweißt. An der in der Fig. 2 mit einem Bezugszeichen versehenen Außenfläche 26 können beispielsweise die Anschlusseinrichtungen 9 bis 11 vorgesehen sein.

Der Plattenwärmetauscher 1 kann Teil einer verfahrenstechnischen Anlage 27 sein.

Die verfahrenstechnische Anlage 27 kann beispielsweise eine Anlage zur Luftzerlegung, zur Herstellung von Flüssiggas (Engl.: Liquefied Natural Gas, LNG), eine in der petrochemischen Industrie eingesetzte Anlage oder dergleichen sein. Die verfahrenstechnische Anlage 27 kann eine Vielzahl derartiger Plattenwärmetauscher 1 umfassen.

Fig. 3 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks 2A. Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht des Wärmetauscherblocks 2A gemäß der Schnittlinie IV- IV der Fig. 3. Nachfolgend wird auf die Fig. 3 und 4 gleichzeitig Bezug genommen.

Der Wärmetauscherblock 2A umfasst mehrere Wärmetauscherblockmodule 28, 29. Die Anzahl der Wärmetauscherblockmodule 28, 29 ist grundsätzlich beliebig. Insbesondere sind jedoch ein erstes Wärmetauscherblockmodul 28 und ein zweites Wärmetauscherblockmodul 29 vorgesehen. Beispielsweise sind die Wärmetauscherblockmodule 28, 29 entlang der Tiefenrichtung z betrachtet übereinandergestapelt.

Jedes Wärmetauscherblockmodul 28, 29 umfasst zwei wie zuvor erwähnte Deckplatten 5, 6 zwischen denen jeweils ein aktiver Bereich S mit mehreren abwechselnd angeordneten Wärmeaustauschelementen 3 und Trennplatten 4 angeordnet ist. "Aktiv" heißt in diesem Zusammenhang insbesondere, dass der aktive Bereich S im Betrieb des Plattenwärmetauschers 1 mit den Fluiden A bis E zum Wärmeaustausch durchströmbar ist.

Die Wärmetauscherblockmodule 28, 29 sind an einander zugewandten Deckplatten 5, 6 miteinander verbunden. Hierzu ist eine formschlüssige Verbindung vorgesehen, die nachfolgend noch im Detail erläutert wird. Eine formschlüssige Verbindung entsteht durch das Ineinander- oder Hintergreifen von zwei Verbindungspartnern. Formschlüssige Verbindungen sind grundsätzlich beliebig oft lösbar und wiederherstellbar. Die formschlüssige Verbindung zwischen den Wärmetauscherblockmodulen 28, 29 dient der Kraftübertragung von dem ersten Wärmetauscherblockmodul 28 auf das zweite Wärmetauscherblockmodul 29 und umgekehrt.

Zusätzlich sind die Deckplatten 5, 6 der beiden Wärmetauscherblockmodule 28, 29 auch noch miteinander verschweißt. Hierzu ist eine sich entlang der zweiten Raumrichtung y erstreckende Schweißnaht 30 vorgesehen. Die Schweißnaht 30 kann vollständig um den Wärmetauscherblock 2A umlaufen. Die Schweißnaht 30 dient jedoch vorzugsweise nicht der Kraftübertragung zwischen den beiden Wärmetauscherblockmodulen 28, 29, sondern lediglich der fluiddichten Abdichtung zwischen den Wärmetauscherblockmodulen 28, 29. "Fluiddicht" kann dabei sowohl gasdicht als auch flüssigkeitsdicht bedeuten. Die Schweißnaht 30 ist zumindest abschnittsweise von einer der Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 abgedeckt. Insbesondere im Bereich der Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 ist die fluiddichte Abdichtung mit Hilfe der Schweißnaht 30 erforderlich.

Fig. 5 zeigt die Detailansicht V gemäß der Fig. 3. Fig. 6 zeigt eine weitere schematische perspektivische Ansicht des Wärmetauscherblocks 2A. Fig. 7 zeigt eine weitere schematische perspektivische Ansicht des Wärmetauscherblocks 2A. Nachfolgend wird auf die Fig. 5 bis 7 gleichzeitig Bezug genommen.

Insbesondere sind in der Fig. 5 nur die beiden einander zugewandten Deckplatten 5, 6 der beiden Wärmetauscherblockmodule 28, 29 gezeigt. Die Deckplatten 5, 6 liegen aneinander an und sind formschlüssig miteinander verbunden. Somit sind die Wärmetauscherblockmodule 28, 29 über ihre Deckplatten 5, 6 formschlüssig miteinander verbunden.

Zum formschlüssigen Verbinden der beiden Deckplatten 5, 6 weist die erste Deckplatte 5 des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 Hakenabschnitte 31, 32 auf. Die Anzahl der Hakenabschnitte 31 , 32 ist grundsätzlich beliebig. Bevorzugt ist eine Vielzahl der artiger Hakenabschnitte 31, 32 vorgesehen, die entlang der zweiten Raumrichtung y gleichmäßig voneinander beabstandet platziert sind. Die Hakenabschnitte 31, 32 erstrecken sich entlang der ersten Raumrichtung x betrachtet über eine gesamte Breite des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28. Die Hakenabschnitte 31, 32 sind entlang der Breite des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 betrachtet konisch ausgeführt.

Die zweite Deckplatte 6 des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 weist zu den Hakenabschnitten 31 , 32 korrespondierende Einhakabschnitte 33, 34 auf, in welche die Hakenabschnitte 31, 32 eingreifen können, um die Wärmetauscherblockmodule 28, 29 formschlüssig miteinander zu verbinden. Die Einhakabschnitte 33, 34 sind als in die zweite Deckplatte 6 des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 eingebrachte Ausfräsungen oder Nuten ausgebildet. Die Hakenabschnitte 31, 32 können entlang der ersten Raumrichtung x seitlich in die Einhakabschnitte 33, 34 eingeschoben werden. Alternativ können die Hakenabschnitte 31, 32 auch entlang der dritten Raumrichtung z von vorne in die Einhakabschnitte 33, 34 eingefädelt werden. Die Einhakabschnitte 33, 34 sind entlang einer Breite des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 betrachtet konisch ausgeführt.

Zwischen den Hakenabschnitten 31, 32 und den Einhakabschnitten 33, 34 ist jeweils ein leistenförmiges Keilelement 35, 36 (schraffiert) vorgesehen. Jedem Paar an Hakenabschnitten 31 , 32 und Einhakabschnitten 33, 34 ist ein Paar derartiger Keilelemente 35, 36 zugeordnet. Die Keilelemente 35, 36 sind in den Einhakabschnitten 33, 34 aufgenommen. Mit Hilfe der Keilelemente 35, 36 sind die Hakenabschnitte 31, 32 in den Einhakabschnitten 33, 34 verkeilt oder verklemmt.

Die Keilelemente 35, 36 sind keilförmig und verjüngen sich ausgehend von den Außenflächen 26 in Richtung einer Mitte des Wärmetauscherblocks 2A. In Jedem Einhakabschnitt 33, 34 sind zwei Keilelemente 35, 36 aufgenommen, die von einander entgegengesetzten Seiten des Wärmetauscherblocks 2A in die Einhakabschnitte 33, 34 getrieben werden.

Ein Verbinden der Wärmetauscherblockmodule 28, 29 wird wie folgt durchgeführt. Zunächst werden die beiden Deckplatten 5, 6 der Wärmetauscherblockmodule 28, 29 zueinander positioniert. Die Wärmetauscherblockmodule 28, 29 werden ineinander eingehakt. Hierzu werden die Hakenabschnitte 31 , 32 in die Einhakabschnitte 33, 34 eingehakt oder eingefädelt. Mit Hilfe der Keilelemente 35, 36 die von zwei Seiten des Wärmetauscherblocks 2A entlang der ersten Raumrichtung x und entgegen der ersten Raumrichtung x in die Einhakabschnitte 33, 34 eingeschlagen werden, werden die Wärmetauscherblockmodule 28, 29 aneinander arretiert. Anschließend wird die Schweißnaht 30 hergestellt, welche die Hakenabschnitte 31, 32, die Einhakabschnitte 33, 34 und die Keilelemente 35, 36 abdeckt.

Fig. 8 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks 2B. Fig. 9 zeigt eine weitere schematische perspektivische Ansicht des Wärmetauscherblocks 2B. Nachfolgend wird auf die Fig. 8 und 9 gleichzeitig Bezug genommen. Bei dieser Ausführungsform des Wärmetauscherblocks 2B sind ebenfalls zwei Wärmetauscherblockmodule 28, 29 mit beidseitigen Deckplatten 5, 6 vorgesehen. An der ersten Deckplatte 5 des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 sind leistenförmige Eingriffsabschnitte 37, 38 vorgesehen, von denen in der Fig. 8 nur zwei mit einem Bezugszeichen versehen sind. An der zweiten Deckplatte 6 des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 sind zu den Eingriffsabschnitten 37, 38 korrespondierende leistenförmige Gegeneingriffsabschnitte 39, 40 vorgesehen. Die Eingriffsabschnitte 37, 38 und die Gegeneingriffsabschnitte 39, 40 greifen derart ineinander, dass zwischen zwei Eingriffsabschnitten 37, 38 ein Gegeneingriffsabschnitt 39, 40 und umgekehrt angeordnet sind.

Die Eingriffsabschnitte 37, 38 und die Gegeneingriffsabschnitte 39, 40 weisen jeweils eine Vielzahl an Bohrungen 41 , 42 auf, von denen nur zwei mit einem Bezugszeichen versehen sind. In den Bohrungen 41, 42 sind Bolzen oder Stifte 43, 44 aufgenommen, die von zwei Seiten des Wärmetauscherblocks 2B in die Bohrungen 41, 42 eingeführt werden. Mit Hilfe der Stifte 43, 44 sind die Wärmetauscherblockmodule 28, 29 somit formschlüssig miteinander verbunden.

Zum Verbinden der Wärmetauscherblockmodule 28, 29 werden an deren Deckplatten 5, 6 zunächst die Eingriffsabschnitte 37, 38 und die Gegeneingriffsabschnitte 39, 40 angeformt. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Fräsverfahrens durchgeführt werden. Die Deckplatten 5, 6 werden zueinander ausgerichtet, so dass die Bohrungen 41, 42 fluchten. Die Deckplatten 5, 6 werden dann mit Hilfe der Stifte 43, 44 aneinander arretiert. Es kann eine Presspassung durch ein vorheriges Abkühlen der Stifte 43, 44 erreicht werden. Anschließend kann eine wie zuvor erwähnte Schweißnaht 30 über die Stifte 43, 44 geschweißt werden.

Fig. 10 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks 2C. Fig. 11 zeigt eine weitere schematische perspektivische Ansicht des Wärmetauscherblocks 2C. Nachfolgend wird auf die Fig. 10 und 11 gleichzeitig Bezug genommen.

Der Wärmetauscherblock 20 umfasst wie zuvor erwähnte Wärmetauscherblockmodule

28, 29, von denen in den Fig. 9 und 10 lediglich die erste Deckplatte 5 des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 und die zweite Deckplatte 6 des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 gezeigt sind. Jede Deckplatte 5, 6 weist einen Eingriffsabschnitt 45, 46 auf. Insbesondere ist an der ersten Deckplatte 5 des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 ein erster Eingriffsabschnitt 45 und an der zweiten Deckplatte 6 des zweiten Wärmetauscherblockmodul 29 ist ein zweiter Eingriffsabschnitt 46 vorgesehen.

Der erste Eingriffsabschnitt 45 weist eine T-förmige Geometrie auf. Dementsprechend weist auch der zweite Eingriffsabschnitt 46 eine T-förmige Geometrie auf. Die beiden Eingriffsabschnitte 45, 46 zusammen bilden eine Doppel-T-Form. Die Eingriffsabschnitte 45, 46 können Nuten sein, die in die Deckplatten 5, 6 eingefräst sind. Die Eingriffsabschnitte 45, 46 erstrecken sich durch den gesamten Wärmetauscherblock 2 hindurch. Die Eingriffsabschnitte 45, 46 können mit einem geeigneten Fräswerkzeug bis zu einer Tiefe von 80 mm bearbeitbar sein. Die Eingriffsabschnitte 45, 46 können sich keilförmig verjüngen. Die Eingriffsabschnitte 45, 46 können sich auch sacklochartig nur teilweise in den Wärmetauscherblock 2 hineinerstrecken. Es kann eine beliebige Anzahl von Eingriffsabschnitten 45, 46 vorgesehen sein, die gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind.

In den Eingriffsabschnitten 45, 46 ist ein Verbindungselement 47 aufgenommen. Das Verbindungselement 47 weist einen doppel-T-förmigen oder knochenförmigen Querschnitt auf. Das Verbindungselement 47 greift gleichzeitig in die Eingriffsabschnitte 45, 46 ein, um die Deckplatten 5, 6 der Wärmetauscherblockmodule 28, 29 formschlüssig miteinander verbunden. Die Anzahl der Verbindungselemente 47 ist beliebig. Das Verbindungselement 47 kann zumindest abschnittsweise konisch sein oder sich verjüngen.

Zum Verbinden der Wärmetauscherblockmodule 28, 29 miteinander werden zunächst Eingriffsabschnitte 45, 46 in die Deckplatten 5, 6 der Wärmetauscherblockmodule 28, 29 eingebracht. Dies kann mit Hilfe eines Fräsverfahrens erfolgen. Die Eingriffsabschnitte 45, 46 können auch mit Hilfe eines Erodierverfahrens oder mit Hilfe einer diamantbeschichteten Formfeile gefertigt werden. Anschließend werden die Deckplatten 5, 6 zueinander ausgerichtet und die Verbindungselemente 47 in die Eingriffsabschnitte 45, 46 eingeschlagen oder eingepresst. Die Verbindungselemente 47 werden anschließend überschweißt und so mit Hilfe der Schweißnaht 30 (nicht gezeigt) abgedeckt. Innerhalb des Wärmetauscherblocks 20 ist eine Vielzahl derartiger Eingriffsabschnitte 45, 46 vorgesehen. Deshalb ist es auch möglich, die Wärmetauscherblockmodule 28, 29 aufeinanderzulegen und anschließend die

Eingriffsabschnitte 45, 46 zu fertigen.

Fig. 12 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks 2D. Fig. 13 zeigt eine schematische Aufsicht einer Ausführungsform einer wie zuvor erwähnten ersten Deckplatte 5. Fig. 14 zeigt eine schematische Aufsicht einer Ausführungsform einer wie zuvor erwähnten zweiten Deckplatte 6. Fig. 15 zeigt eine weitere schematische Ansicht des Wärmetauscherblocks 2D. Fig. 16 zeigt eine schematische Explosionsansicht des Wärmetauscherblocks 2D. Nachfolgend wird auf die Fig. 12 bis 16 gleichzeitig Bezug genommen.

Der Wärmetauscherblock 2D umfasst wie zuvor erwähnte Wärmetauscherblockmodule 28, 29 mit einander zugewandten Deckplatten 5, 6. In den Fig. 12 bis 16 sind jeweils nur die beiden Deckplatten 5, 6 gezeigt. Die Deckplatten 5, 6 können eine Dicke d5, d6 von beispielsweise 5 mm aufweisen. Bevorzugt weisen die erste Deckplatte 5 und/oder die zweite Deckplatte 6 jedoch jeweils eine Dicke d5, d6 von 8 bis 18 mm, bevorzugt von 10 bis 16 mm, weiter bevorzugt von 12 bis 14 mm, auf. Insbesondere weisen die Deckplatten 5, 6 eine Dicke d5, d6 von mindestens 12 mm auf.

Jede Deckplatte 5, 6 umfasst mehrere Nuten oder Ausnehmungen 48 bis 53. Dabei sind der ersten Deckplatte 5 die Ausnehmungen 48 bis 50 und der zweiten Deckplatte 6 die Ausnehmungen 51 bis 53 zugeordnet. Die Ausnehmungen 48 bis 53 können rechteckförmige Nuten sein, die in die jeweilige Deckplatte 5, 6 eingefräst sind. Die Anzahl der Ausnehmungen 48 bis 53 ist beliebig. Insbesondere sind die Deckplatten 5, 6 derart ausgerichtet, dass die Ausnehmungen 48 bis 50 und die Ausnehmungen 51 bis 53 fluchten.

Die Ausnehmungen 48 bis 50 der ersten Deckplatte 5 sind mit Hilfe von senkrecht zu den Ausnehmungen 48 bis 50 orientierten Bohrungen 54 bis 56 miteinander verbunden. Die Anzahl der Bohrungen 54 bis 56 ist beliebig. Die Bohrungen 54 bis 56 sind gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet. Die Bohrungen 54 bis 56 sind konisch. Die Ausnehmungen 51 bis 53 der zweiten Deckplatte 6 sind mit Hilfe von senkrecht zu den Ausnehmungen 51 bis 53 orientierten Bohrungen 57 bis 59 miteinander verbunden. Die Anzahl der Bohrungen 57 bis 59 ist beliebig. Die Bohrungen 57 bis 59 sind gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet. Die Bohrungen 57 bis 59 sind ebenfalls konisch.

In den Ausnehmungen 48 bis 53 sind Verbindungselemente 60 aufgenommen. Dabei erstrecken sich die Verbindungselemente 60 aus den Ausnehmungen 48 bis 50 der ersten Deckplatte 5 heraus bis in die Ausnehmungen 51 bis 53 der zweiten Deckplatte 6 hinein. Die Anzahl der Verbindungselemente 60 ist beliebig. Jedes Verbindungselement 60 umfasst Durchbrüche oder Bohrungen 61 bis 63. Die Bohrungen 61 bis 63 und die Bohrungen 57 bis 59 sind fluchtend angeordnet. In den Bohrungen 57 bis 59, 61 bis 63 sind Bolzen oder Stifte 64 bis 66 aufgenommen. Die Stifte 64 bis 66 sind konusförmig.

Jedes Verbindungselement 60 weist eine Dicke d60 auf. Die Verbindungselemente 60 können alle dieselbe Dicke d60 aufweisen. Alternativ können die Verbindungselemente 60 auch unterschiedliche Dicken d60 aufweisen.

Das Verbinden der beiden Wärmetauscherblockmodule 28, 29 erfolgt dadurch, dass zunächst in die gegenüberliegenden Deckplatten 5, 6 der Wärmetauscherblockmodule 28, 29 mit Hilfe einer Schablone oder einer CNC-Maschine (Engl.: Computerized Numerical Control, CNC) im Bereich der Schweißnaht 30 in Abständen je nach mechanischer Zugbelastung die Ausnehmungen 48 bis 53 eingefräst werden. Anschließend werden die Verbindungselemente 60 in den Ausnehmungen 48 bis 50 der ersten Deckplatte 5 des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 aufgenommen.

Das zweite Wärmetauscherblockmodul 29 wird mit seiner zweiten Deckplatte 6 derart zu dem ersten Wärmetauscherblockmodul 28 ausgerichtet, dass die Verbindungselemente 60 bei einem Absenken des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 in den Ausnehmungen 51 bis 53 der zweiten Deckplatte 6 des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 aufgenommen werden.

Nach dem Übereinanderlegen der Wärmetauscherblockmodule 28, 29, wobei die Verbindungselemente 60 in den Ausnehmungen 51 bis 53 aufgenommen werden, werden die Bohrungen 54 bis 59, 61 bis 63 mit einem konischen Bohrer (1 :50 oder 1:100) durch die Deckplatten 5, 6 und die Verbindungselemente 60 gebohrt. In die Bohrungen 54 bis 59, 61 bis 63 werden entsprechend die konischen Stifte 64 bis 66 eingeschlagen. Die Bohrungen 54 bis 59 werden zugeschweißt und anschließend die Schweißnaht 30 zwischen den Wärmetauscherblockmodulen 28, 29 ausgeführt.

Fig. 17 zeigt eine schematische explodierte Detailansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks 2E.

Der Wärmetauscherblock 2E entspricht von seinem Aufbau her im Wesentlichen dem des Wärmetauscherblocks 2D. Der Wärmetauscherblock 2E umfasst zwei Wärmetauscherblockmodule 28, 29. Die erste Deckplatte 5 des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 umfasst mehrere Ausnehmungen 48 bis 50 wie zuvor mit Bezug auf die Fig. 12 bis 16 schon erläutert wurde. Entsprechend weist das zweite Wärmetauscherblockmodul 29 entsprechende Ausnehmungen 51 bis 53 an seiner zweiten Deckplatte 6 auf.

Senkrecht zu den Ausnehmungen 48 bis 50 ist eine Bohrung 67, 68 in die jeweilige Deckplatte 5, 6 eingebracht, die sämtliche Ausnehmungen 48 bis 50 beziehungsweise die Ausnehmungen 51 bis 53 miteinander verbindet. Durch die Bohrung 67 ist eine drehbare Welle 69 (schraffiert) hindurchgeführt. Die Welle 69 ist in der Bohrung 67 drehbar. Mit der Welle 69 drehfest verbunden ist ein Verbindungselement 70. Das Verbindungselement 70 weist zwei Bohrungen 71 , 72 auf. In der Bohrung 71 ist die Welle 69 drehfest aufgenommen. Beispielsweise ist das Verbindungselement 70 mit der Welle 69 verstiftet.

Das Verbindungselement 70 ist mitsamt der Welle 69 drehbar und kann von einem ausgeklappten Zustand (durchgezogene Linien) in einen eingeklappten Zustand (gestrichelte Linien) verbracht werden. In dem eingeklappten Zustand ist das Verbindungselement 70 mit dem Bezugszeichen 70' versehenen. Entsprechendes gilt für die Bohrung 72, die in dem eingeklappten Zustand mit dem Bezugszeichen 72' versehen ist. In dem ausgeklappten Zustand ragt das Verbindungselement 70 über die erste Deckplatte 5 heraus. In dem eingeklappten Zustand ist das Verbindungselement 70 vollständig innerhalb der jeweiligen Ausnehmung 48 bis 50 aufgenommen. Das Verbringen des Verbindungselements 70 von dem ausgeklappten Zustand in den eingeklappten Zustand und umgekehrt ist mit Hilfe eines Doppelpfeils 73 angedeutet. Die Montage des Wärmetauscherblocks 2E erfolgt wie nachfolgend erläutert. Zunächst werden die Ausnehmungen 48 bis 53 in die Deckplatten 5, 6 eingebracht.

Anschließend werden an beiden Deckplatten 5, 6 Bohrungen 67, 68 vorgesehen. An der ersten Deckplatte 5 des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 werden nun die Verbindungselemente 70 und die Wellen 69 montiert. Sämtliche Verbindungselemente 70 werden in den eingeklappten Zustand verbracht.

Das zweite Wärmetauscherblockmodul 29 wird so an dem ersten Wärmetauscherblockmodul 28 platziert, dass die Ausnehmungen 48 bis 50 der ersten Deckplatte 5 und die Ausnehmungen 51 bis 53 der zweiten Deckplatte 6 übereinanderliegen. Durch ein Drehen der jeweiligen Welle 69 werden die Verbindungselemente 70 aus dem eingeklappten Zustand in den ausgeklappten Zustand verbracht. Dabei klappen die Verbindungselemente 70 in die Ausnehmungen 51 bis 53 der zweiten Deckplatte 6 des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 hinein. Durch die Bohrungen 68, 72 wird eine weitere Welle 69 geschoben und so das erste Wärmetauscherblockmodul 28 mit dem zweiten Wärmetauscherblockmodul 29 verbunden. Anschließend werden die Bohrungen 67, 68 dichtgeschweißt und die Schweißnaht 30 angebracht.

Nun zurückkehrend zu den Fig. 12 bis 16 weist die erste Deckplatte 5 eine erste Oberfläche 74 auf. In die erste Oberfläche 74 sind die Ausnehmungen 48 bis 50 eingearbeitet. Das heißt insbesondere, dass sich die Ausnehmungen 48 bis 50 unterhalb der ersten Oberfläche 74 befinden. Die Ausnehmungen 48 bis 50 erstrecken sich ausgehend von der ersten Oberfläche 74 in die erste Deckplatte 5 hinein.

Die zweite Deckplatte 6 weist eine zweite Oberfläche 75 auf. Die erste Oberfläche 74 und die zweite Oberfläche 75 sind einander zugewandt. Insbesondere liegen die erste Deckplatte 5 und die zweite Deckplatte 6 an ihren beiden Oberflächen 74, 75 aneinander an. In die zweite Oberfläche 75 sind die Ausnehmungen 51 bis 53 eingearbeitet. Das heißt insbesondere, dass sich die Ausnehmungen 51 bis 53 unterhalb der zweiten Oberfläche 75 befinden. Die Ausnehmungen 51 bis 53 erstrecken sich ausgehend von der zweiten Oberfläche 75 in die zweite Deckplatte 6 hinein. Entsprechendes gilt für den Wärmetauscherblock 2E gemäß der Fig. 17.

Die Ausnehmungen 48 bis 50 sind mit Hilfe eines trennenden Fertigungsverfahrens und/oder eines umformenden Fertigungsverfahrens in die erste Deckplatte 5, insbesondere in die erste Oberfläche 74 eingebracht oder eingearbeitet. Dementsprechend sind auch die Ausnehmungen 51 bis 53 mit Hilfe eines trennenden Fertigungsverfahrens und/oder eines umformenden Fertigungsverfahrens in die zweite Deckplatte 6, insbesondere in die zweite Oberfläche 75 eingebracht oder eingearbeitet. Bei trennenden Fertigungsverfahren wird Material abgetragen. Bei umformenden Fertigungsverfahren wird Material verformt. Als trennende Fertigungsverfahren kommen insbesondere abtragende Fertigungsverfahren, wie beispielsweise Fräsen oder Erodieren, zur Anwendung. Als umformende Fertigungsverfahren kommen beispielsweise Eindrücken, Walzen oder Schmieden zur Anwendung. Entsprechendes gilt für den Wärmetauscherblock 2E gemäß der Fig. 17.

Fig. 18 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen des Plattenwärmetauschers 1.

Das Verfahren ist insbesondere zum Herstellen des Wärmetauscherblocks 2A, 2B, 2C, 2D, 2E geeignet. Bei dem Verfahren werden in einem Schritt S1 das erste Wärmetauscherblockmodul 28 und das zweite Wärmetauscherblockmodul 29 bereitgestellt. Das Bereitstellen kann ein Herstellen der Wärmetauscherblockmodule 28, 29, insbesondere ein Verlöten der Wärmeaustauschelemente 3 und der Trennplatten 4, umfassen.

In einem Schritt S2 werden das erste Wärmetauscherblockmodul 28 und das zweite Wärmetauscherblockmodul 29 mit Hilfe einer formschlüssigen Verbindung miteinander verbunden. Ein Schritt S3 des Verfahrens weist ein miteinander Verbinden des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 und des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 mit Hilfe der Schweißnaht 30 auf, so dass die formschlüssige Verbindung zumindest abschnittsweise von der Schweißnaht 30 abgedeckt wird.

Während des Schritts S2 werden die erste Deckplatte 5 des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 und die zweite Deckplatte 6 des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 mit Hilfe des jeweiligen Verbindungselements 47, 60, 70 formschlüssig miteinander verbunden.

Insbesondere werden während des Schritts S1 an der ersten Deckplatte 5 mehrere Ausnehmungen 48 bis 50 angebracht, in welchen jeweils ein Verbindungselement 60, 70 aufgenommen wird, wobei an der zweiten Deckplatte 6 ebenfalls Ausnehmungen 51 bis 53 angebracht werden, in welchen das jeweilige Verbindungselement 60, 70 ebenfalls aufgenommen wird. Während des Schritts S2 werden in die erste Deckplatte 5, in die zweite Deckplatte 6 und in das jeweilige Verbindungselement 60 Bohrungen 54 bis 59, 61 bis 63 eingebracht, wobei die erste Deckplatte 5, die zweite Deckplatte 6 und das Verbindungselement 60 mit Hilfe von Stiften 64 bis 66 miteinander verstiftet werden. Hierdurch werden die Deckplatten 5, 6 und das Verbindungselement 60 oder die Verbindungselemente 60 stoffschlüssig miteinander verbunden.

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

Verwendete Bezugszeichen

1 Plattenwärmetauscher

2 Wärmetauscherblock

2A Wärmetauscherblock

2B Wärmetauscherblock

2C Wärmetauscherblock

2D Wärmetauscherblock

2E Wärmetauscherblock

3 Wärmeaustauschelement

4 Trennplatte

5 Deckplatte

6 Deckplatte

7 Randleiste

8 Randleiste

9 Anschlusseinrichtung

10 Anschlusseinrichtung

11 Anschlusseinrichtung

12 Anschlusseinrichtung

13 Anschlusseinrichtung

14 Anschlusseinrichtung

15 Anschlusseinrichtung

16 Anschlusseinrichtung

17 Anschlusseinrichtung

18 Anschlusseinrichtung

19 Anschlussstutzen

20 Anschlussstutzen

21 Anschlussstutzen

22 Anschlussstutzen

23 Anschlussstutzen

24 Anschlussstutzen

25 Anschlussstutzen

26 Außenfläche

27 verfahrenstechnische Anlage

28 Wärmetauscherblockmodul 29 Wärmetauscherblockmodul

30 Schweißnaht

31 Hakenabschnitt

32 Hakenabschnitt

33 Einhakabschnitt

34 Einhakabschnitt

35 Keilelement

36 Keilelement

37 Eingriffsabschnitt

38 Eingriffsabschnitt

39 Gegeneingriffsabschnitt

40 Gegeneingriffsabschnitt

41 Bohrung

42 Bohrung

43 Stift

44 Stift

45 Eingriffsabschnitt

46 Eingriffsabschnitt

47 Verbindungselement

48 Ausnehmung

49 Ausnehmung

50 Ausnehmung

51 Ausnehmung

52 Ausnehmung

53 Ausnehmung

54 Bohrung

55 Bohrung

56 Bohrung

57 Bohrung

58 Bohrung

59 Bohrung

60 Verbindungselement

61 Bohrung

62 Bohrung

63 Bohrung 64 Stift

65 Stift

66 Stift

67 Bohrung

68 Bohrung

69 Welle

70 Verbindungselement

70' Verbindungselement

71 Bohrung

72 Bohrung

72' Bohrung

73 Doppelpfeil

74 Oberfläche

75 Oberfläche

A Fluid

B Fluid

C Fluid

D Fluid d5 Dicke d6 Dicke d60 Dicke

E Fluid

S Bereich

51 Schritt

52 Schritt

53 Schritt x Breitenrichtung y Höhenrichtung z Tiefenrichtung