EP4521052B1 - Plattenwärmetauscher zur phasentrennung - Google Patents

Plattenwärmetauscher zur phasentrennung

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EP4521052B1
EP4521052B1 EP24198805.4A EP24198805A EP4521052B1 EP 4521052 B1 EP4521052 B1 EP 4521052B1 EP 24198805 A EP24198805 A EP 24198805A EP 4521052 B1 EP4521052 B1 EP 4521052B1
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EP
European Patent Office
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fluid
circulation system
heat exchanger
heat
plate
Prior art date
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Active
Application number
EP24198805.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP4521052A1 (de
Inventor
Fabio ASTE
Bertrand CHANDEZ
Hai Trieu Phan
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
    • F28F3/086—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning having one or more openings therein forming tubular heat-exchange passages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0062—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
    • F28D9/0075—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements the plates having openings therein for circulation of the heat-exchange medium from one conduit to another
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0093—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Claims (14)

  1. Wärmetauscher (1) mit folgenden, in Längsrichtung übereinander angeordneten Elementen:
    - einer Vielzahl von ersten (13) und zweiten (15) Austauschmodulen, in denen ein erstes (21) und ein zweites (23) Fluidzirkulationssystem für die Zirkulation eines ersten bzw. eines zweiten Fluids ausgebildet sind, wobei das erste Fluid eine erste und eine zweite unterschiedliche Fluidkomponente aufweist, und
    - einer Vielzahl von Trennplatten (19), die jeweils zwischen einem ersten (13) und einem zweiten (15) benachbarten Austauschmodul angeordnet sind und mit dem ersten und dem zweiten benachbarten Austauschmodul in Kontakt stehen, wobei jede Trennplatte das erste und das zweite Fluidzirkulationssystem fluidisch voneinander trennt und in Längsrichtung das Fluidzirkulationssystem des Austauschmoduls begrenzt, mit dem die Trennplatten in Kontakt stehen, dadurch gekennzeichnet, dass
    jedes der zweiten Austauschmodule (15) ein drittes Fluidzirkulationssystem (145) aufweist, das fluidisch vom zweiten Fluidzirkulationssystem (23) getrennt ist,
    wobei das erste (21) und das dritte (145) Fluidzirkulationssystem durch die entsprechende Trennplatte (19) hindurch fluidisch miteinander verbunden sind,
    wobei der Wärmetauscher so konfiguriert ist, dass er eine Phasenänderung der zweiten Fluidkomponente unter dem Einfluss des Wärmeaustauschs zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid induziert und den Fluss der ersten Fluidkomponente aus dem Wärmetauscher durch das erste Fluidzirkulationssystem und den Fluss der zweiten Fluidkomponente aus dem Wärmetauscher durch das dritte Fluidzirkulationssystem leitet.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 mit einer Zuleitung (151) des ersten Fluidzirkulationssystems, die in eine Einlassöffnung (5) für das erste Fluid mündet, und einer Ableitung (155) für das erste Fluid, die in eine Auslassöffnung (9) für das erste Fluid mündet, wobei das dritte Fluidzirkulationssystem (145) näher an der Einlassöffnung für das erste Fluid als an der Auslassöffnung für das erste Fluid liegt.
  3. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 und 2, der so konfiguriert ist, dass die zweite Fluidkomponente nach dem Zustandswechsel im Gegenstrom zur ersten Fluidkomponente im ersten Fluidzirkulationssystem in Richtung des dritten Fluidzirkulationssystems strömt.
  4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Ableitung (161) des dritten Fluidzirkulationssystems zum Ablassen der zweiten Fluidkomponente aus dem Wärmetauscher.
  5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei mindestens eines der ersten und zweiten Austauschmodule aus einer Formplatte (43, 119) besteht, die aus mindestens einem ausgesparten Bereich (47, 141), der die Dicke der Formplatte durchgehend durchquert, und einem umgebenden massiven Bereich (49, 131) mit konstanter Dicke besteht, wobei das erste Fluidzirkulationssystem oder das zweite Fluidzirkulationssystem und/oder das dritte Fluidzirkulationssystem jeweils in dem ausgesparten Bereich ausgebildet und quer durch den umgebenden massiven Bereich und längs durch die an das Modul angrenzenden Trennplatten begrenzt ist/sind.
  6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei mindestens eines der ersten und zweiten Austauschmodule aus einer Rahmenplatte (37, 67, 105) mit konstanter Dicke besteht, die ein Fenster aufweist, das sie in ihrer Dicke durchdringt, und
    einem vollständig im Fenster untergebrachten Innenteil (41, 71, 111, 113) mit einer Dicke, die der Dicke der Rahmenplatte entspricht, wobei das Innenteil aus einem der folgenden Elemente besteht:
    a) einer Formplatte (43, 119), die aus mindestens einem ausgesparten Bereich (47, 141), der die Dicke der Formplatte durchgehend durchquert, und einem umgebenden massiven Bereich (49, 131) mit konstanter Dicke besteht, wobei das erste Fluidzirkulationssystem oder das zweite Fluidzirkulationssystem und/oder das dritte Fluidzirkulationssystem jeweils in dem ausgesparten Bereich ausgebildet und quer durch den umgebenden massiven Bereich und längs durch die an das Modul angrenzenden Trennplatten begrenzt ist/sind,
    oder
    b) einem Stapel (50, 72, 115) aus Formplatten (43, 73, 117), wobei mindestens eine, vorzugsweise jede der Formplatten aus mindestens einem ausgesparten Bereich (47, 93, 123), der die Dicke der Formplatte durchgehend durchquert, und einem umgebenden massiven Bereich (49, 81, 121) mit konstanter Dicke besteht, wobei das erste Fluidzirkulationssystem (21) oder das zweite Fluidzirkulationssystem (23) und/oder das dritte Fluidzirkulationssystem (145) jeweils durch die ausgesparten Bereiche des Stapels definiert und quer durch die umgebenden massiven Bereiche und längs durch die an das Modul angrenzenden Trennplatten begrenzt ist/sind.
  7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 5 und 6, wobei der ausgesparte Bereich durch Schneiden, vorzugsweise durch Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden oder Stanzen, vorzugsweise durch Laserschneiden, gebildet wird.
  8. Wärmeübertragungsverfahren, das Folgendes aufweist:
    - Lieferung des Wärmetauschers (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    - Zirkulation eines ersten Fluids und eines zweiten Fluids in dem ersten (21) und dem zweiten (23) Fluidzirkulationssystem, wobei das erste Fluid eine erste und eine zweite Fluidkomponente aufweist,
    - Wärmeaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid und Phasenwechsel der zweiten Fluidkomponente, der durch die Erwärmung oder Abkühlung des ersten Fluids während des Wärmeaustauschs entsteht,
    - Fluss der zweiten Fluidkomponente aus dem Wärmetauscher durch das dritte Fluidzirkulationssystem.
  9. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Fluss der zweiten Fluidkomponente, deren Zustand sich infolge der Phasenänderung geändert hat, im Gegenstrom zum Fluss des ersten Fluids im ersten Fluidzirkulationssystem strömt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 und 9, wobei das erste Fluid in flüssigem Zustand in das erste Fluidzirkulationssystem eingeführt wird und die zweite Fluidkomponente nach dem Phasenwechsel durch Erwärmung des ersten Fluids durch Wärmeübertragung mit dem zweiten Fluid in gasförmigem Zustand vorliegt.
  11. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste Fluidkomponente während ihres Durchflusses durch das erste Fluidzirkulationssystem in flüssigem Zustand gehalten wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die erste Fluidkomponente Wasser und die zweite Fluidkomponente Ammoniak ist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das erste Fluid und das zweite Fluid im ersten und zweiten Fluidzirkulationssystem im Gegenstrom fließen.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, das das Kühlen der zweiten Fluidkomponente nach dem Austritt aus dem dritten Fluidzirkulationssystem und vor dem Ausfließen der zweiten Fluidkomponente aus dem Wärmetauscher aufweist.
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