CN107923721A - 热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括第一圆柱形管(2)和在第一圆柱形管(2)中同轴地延伸的螺杆(3)的热交换器；第一圆柱形管(2)的内表面具有引导沟槽(22)，且清洁元件(12)被固定至螺杆(3)，使得螺杆(3)的转动使清洁元件(12)沿引导沟槽(22)在轴向上运动。

Description

热交换器

技术领域

本发明涉及一种特别是以天然气作为工作介质的热交换器，用来干燥并清洁天然气。

背景技术

用于加热或冷却工作介质的热交换器在本领域中是已知的。不失一般性地，下文将更详细地考虑工作介质天然气。来自土地存储器的天然气通常具有特别高百分比的非期望的附加杂质、特别是高含水量。期望的是在为其他目的使用天然气之前，从天然气中移除这些附加杂质和含水量。做到这一点的一种选择是以一个或多个步骤将天然气冷却至合适的低温。特别地，此处使天然气液化可能是有意义的。

随着天然气被冷却，所提及的热交换器中的附加杂质常常在热交换器表面上产生沉淀，其中，这种沉淀随着时间的发展取决于操作状况和相应的天然气成分。因而，热交换表面必须以一定间隔地被清洁。然而，出于上述原因，难以对于各个热交换器确定普遍有效的清洁间隔。

例如，已知的气体干燥器系统用包括诸如硅胶之类的多孔材料的充填物来操作。另一方法使用三甘醇来为工作气体除湿，其中，该工艺通常需要多个阶段，从而可达到所期望的纯度。潮湿的气体引起水合物的生成和腐蚀。因而，气体输送网络中对于含水量有限制。

压缩器工位和诸如管线、阀之类的下游元件基本上被设计成通过干燥工作气体来操作，从而水也应与附加杂质一起从工作介质移除。例如，气体干燥过程可涉及机械步骤(游离水的机械分离)和热力步骤(通过降压来分离)，且最终是吸收步骤，例如经由诸如所提及的三甘醇之类的稀释物质来吸收。三甘醇可被喷撒到气流中并吸收剩余的水。

如水、CO₂和碳氢化合物之类的冷凝和冷冻的附加杂质被沉淀到传热表面上，且因此减小热传递。即使是在高于水的冰点的操作温度下，在传热表面上形成甲烷水合物。

原则上，根据现有技术的干燥设备中的多孔充填物需要非常大的体积。此外，充填物仅从工作气体吸收液体部分、主要是水分。当例如通过使干燥且不饱和的惰性气体流过和/或加热和/或处理(setting)充填物而对充填物进行再生时，工作气体的较大部分未被使用就被排出。当将充填物放回根据现有技术已知的干燥器中时，容器必须打开，使得充填物可完全被放回。这是成本和劳动密集的，且导致生产循环的中断。

干燥并清洁作为工作介质的气体的上述工艺被证明是昂贵的。期望的是减小程序步骤的数量，而无需接受上述缺点。

发明内容

本发明提出了一种带有第一圆柱形管和在第一圆柱形管中同轴地延伸的螺杆的热交换器，其中，第一圆柱形管的内表面具有引导沟槽，且其中，清洁元件被固定至螺杆，使得对螺杆的转动会使清洁元件沿引导沟槽在轴向上运动。该清洁元件用于清洁在第一圆柱形管的内表面与螺杆之间的传热表面上的沉淀物。该清洁元件呈挺杆形式地被直接固定在螺杆上，或者被紧固至本身直接固定于螺杆的这种挺杆。如在一开始所阐述的，特别是在冷却过程中，为了传热而在第一圆柱形管与螺杆之间的间隙中流动的工作介质将在传热表面上留下沉淀物。如果天然气是工作介质，则这些沉淀物特别地包含附加杂质和水。上述沉淀物可从清洁元件移除和/或被运输离开或被带走。因而，螺杆被致动以用于清洁，其使清洁元件沿轴向在第一圆柱形管内部运动，从而允许其从传热表面移除沉淀物。特别地，这些沉淀物生成在螺杆上，以及生成在热交换器的轴向延伸的引导沟槽上。清洁元件清洁这些表面。清洁元件可优选地包含钢、特别是Q&T钢和有色金属合金，以及低温镍合金(诸如因科镍合金)，还有铸造材料。

在热交换器的正常操作期间，清洁元件处于待用位置中，在该待用位置中，清洁元件尽可能地不影响、或者甚至完全不影响工作介质与冷却剂之间的热交换。当然，如果要加热工作介质，则也可使用热介质来代替冷却剂。例如，根据由经验确定的一段时间或一旦达到外部测量的最大允许压力差而进行清洁，该压力差使得有可能推断出由沉淀物引起的工作介质的自由流动面积的减小。

根据本发明的带有清洁元件的热交换器允许有效地清洁传热表面而无需被人工打开。所描述的清洁过程易于执行。为此，需要做的仅是转动螺杆以使清洁元件沿轴向运动。无需附加的程序步骤。特别地，有利的是，清洁元件带走或运走所存在的沉淀物。由此，清洁元件可避免更换，并因而避免磨损或老化。

发明的优点和构造

不失一般性地，用于热交换的冷却剂围绕第一圆柱形管的外表面流动。为此，对热交换器有利的是具有与第一圆柱形管同轴地布置的第二圆柱形管。有关于此，存在用于冷却剂的入口开口和出口开口是有意义的，从而使冷却剂进入第二圆柱形管与第一圆柱形管之间的间隙或从第二圆柱形管与第一圆柱形管之间的间隙排出。类似地，存在用于工作介质的入口开口和出口开口是有意义的，从而使工作介质进入第一圆柱形管与螺杆之间的间隙或从第一圆柱形管与螺杆之间的间隙排出。

有利的是，清洁元件被设计成基本中空的圆柱形清洁元件，其中，清洁元件的内表面具有对应于螺杆螺纹的母螺纹，且其中，清洁元件的外表面具有对应于第一圆柱形管的内表面的引导沟槽的外沟槽。以此方式，清洁元件可容易地(不借助分离的挺杆)被固定至螺杆，并尽可能完全地移除传热内表面上在第一圆柱形管的内表面与螺杆之间的间隙中所存在的沉淀物。

合理的是，在清洁元件的基本圆柱形周界中，清洁元件具有凹部，其中，这些凹部平行于轴向延伸。特别地，这些凹部沿周向等距地布置在清洁元件中。凹部或铣槽在清洁元件中产生“齿”或“爪”，这些“齿”或“爪”特别有助于防止清洁元件在清洁过程中变得卡住或阻塞。从螺杆脱下的沉淀物可进入所述凹部或铣槽中，并至少在清洁阶段中在热交换器的竖直操作期间从凹部或铣槽落下(沿清洁元件的运动方向)。这使得有可能有效地防止清洁元件被所积聚的沉淀物堵塞。

进一步合理的是，清洁元件的母螺纹的直径沿轴向增加。由于该配置，螺纹沟槽不像如沿轴向在整个展长上搁置在螺纹沟槽上的清洁元件那样被突然地清洁。这防止了清洁元件变成楔形。与清洁元件具有轴向凹部的上述实施例配合，所产生的单独的“爪”或“齿”变得更具弹性并更有效地压靠着外壁或螺纹沟槽。另一优点涉及由此形成的自由空间，该自由空间相当于机加工方法的出屑槽。

有利的是，第一圆柱形管的外表面具有沿轴向地螺旋延伸的盘管。该盘管是第一圆柱形管的外表面的一部分，且被施加至该外表面或通过铣削产生。于是，冷却剂可沿轴向在这些盘管之间的间隙中螺旋地流动。带有该盘管的第一圆柱形管因而还可被称作为冷却盘管。

有利的是，用于被清洁元件冲走的沉淀物/污染物的沉淀物储存件特别地是以热去耦的方式连接于螺杆与第一圆柱形管/冷却盘管的内表面之间的间隙。在该有利的实施例中，清洁元件将污染物输送至沉淀物储存件中，即螺杆与第一圆柱形管的内表面之间的间隙，该沉淀物储存件特别地与所述传热表面热去耦。该热去耦允许对积聚在沉淀物储存件中的附加杂质或其他沉淀物进行热处理，而不影响热交换器的进一步操作。为此，有利地在热交换器之中或之上设有加热元件，且加热元件被布置成使得存在于沉淀物储存件中的附加杂质/污染物可被加热。当工作介质被冷却时，存在于工作介质中的诸如附加杂质和水之类的污染物冷凝出来。清洁元件可将冷凝的污染物输送至沉淀物储存件中，沉淀物储存件也可被称作例如冷凝物存储器。所积聚的冷凝物可随后借助所述加热元件而被加热。通过打开下游的阀，融化了的被加热冷凝物可通过冷凝物泄放口被排出。以此方式，在规定的时间内，沉淀物储存件可在其部分上不存在污染物。

在清洁过程期间，获知清洁元件的位置是有意义的。为此目的，位置测量装置有利地存在且布置成可测量清洁元件沿轴向的位置。该位置测量使得有可能或更容易在特定的规定位置处使螺杆的转动方向反向，使得清洁元件沿相反方向往回运动。位置测量装置还可用于简易地检测何时到达预定的待用位置。

为了驱动螺杆，有利的是使用驱动马达，其中，颗粒屏障存在于驱动马达和螺杆与第一圆柱形管的内表面间的间隙之间，即在驱动马达与热交换器的导热表面之间。该颗粒屏障阻止外来物质渗入工作介质流至热交换器的空间中，且相反地是用于保护驱动马达或其轴承免受颗粒物。

总之，在根据本发明的热交换器的以下优选结构设计中，各个特征不一定要以此处指定的组合实现。内螺杆被第一圆柱形管或冷却盘管包围。第一圆柱形管或冷却盘管的部分被第二圆柱形管或外圆柱形管包围。螺杆与冷却盘管之间的间隙包括用于工作介质的工作区域，工作介质经由入口开口被供应至该空间，并在热交换之后经由出口开口从该空间移除。使流动方向反向可以是合理的，其中，所述的入口开口为此用作出口开口，而所述的出口开口用作入口开口。然而，在该情形中有利的是，在所述入口开口的一侧上设置另一出口开口，且在所述出口开口的一侧上设置另一入口开口，用于热交换器的工作介质。在该情形中，设置有两个相对的端口以分别供工作介质进入和离开，这两个端口之后也被称作“双侧”入口开口或“双侧”出口开口。冷却剂通过冷却剂入口开口被添加至冷却盘管与外圆柱形管之间的间隙，并经该间隙流至冷却剂出口开口，从而再次离开该间隙。对于工作介质的入口开口和出口开口所描述的内容类似地应用于冷却剂入口开口和出口开口，即有利的是设置双侧冷却剂入口和出口。冷却剂相对于工作介质流逆向流动是有意义的。冷却剂相对于工作介质流同向流动也可能是有意义的。

位于热交换器的一侧上的是驱动马达，驱动马达将转动施加至螺杆。螺杆被安装在轴承中。位于该轴承上的是位置测量装置，通过螺杆的已知螺距，位置测量装置可利用驱动马达的转数来提供关于被螺杆所运动的清洁元件的位置的信息。当处于待用位置时，清洁元件(也可被称作绞刀)优选地位于与驱动马达相同的一侧上，且被颗粒屏障与驱动马达隔离。例如，该颗粒屏障可由PTFE制造，于是甚至在低温下也软得使颗粒能积聚在其中。轴杆的径向距离尽可能小，理想地为零点几毫米、优选地小于0.4mm、更优选地小于0.3mm、更优选地约等于0.2mm。

位于热交换器的另一侧上、在工作介质所流过的工作区域的端部处的是沉淀物储存件或冷凝物存储器，其特别地与该工作区域热去耦。在此之后是加热元件，加热元件与冷凝物存储器热耦合，从而加热冷凝物存储器。冷凝物存储器经由冷凝物泄放口与热交换器的环境连接，使得冷凝物存储器的内容物可被清空。同样位于热交换器的该端部处的是用于螺杆的滑动轴承衬套。

以下将更详细地阐述根据本发明的该有利的热交换器如何操作。根据流动方向，潮湿肮脏的工作介质经相应工作介质入口开口流入螺杆与冷却盘管之间的空间中，并沿相反的出口开口方向流动。此处，工作介质沿螺杆的转动轴线流入冷却盘管的内表面上的引导沟槽中。由冷却剂将热量从冷却盘管移除，其中，该冷却剂优选地逆向于工作介质在形成于冷却盘管与外圆柱形管之间的空间中流动。该冷却引起工作介质的温度下降，且附加杂质或污染物根据其液化或固化温度落在传热表面上。这些污染物减少工作介质与冷却盘管之间的传热能力。

为了清洁传热表面，螺杆被驱动马达转动。驱动马达的壳体在此优选地与工作介质所流动通过的间隙相连接并因而暴露于操作压力下。螺杆的螺纹在此优选地被设计成带梯形轮廓的右螺纹，其中，左螺纹和其他牙侧形状原则上也是可设想且有利的。关于此，还要参考以下段落。清洁元件或绞刀一方面啮合到与螺杆的螺纹中，且另一方面啮合到冷却盘管的引导沟槽或成型沟槽中，其向清洁元件施加平移运动。

由于螺杆的限定的螺距，由定位装置测量的驱动马达的转数可用于获得清洁元件的位置。清洁元件在此滑动至在工作区域的端部处的热去耦的冷凝物存储器或沉淀物储存件。清洁元件因而将所存在的被带动的沉淀物推入冷凝物存储器中。一旦已经到达对应位置，驱动马达的转动方向就反向，且清洁元件回到其相邻于颗粒屏障的待用位置。所积聚的冷凝物可被加热元件加热，且根据集聚状态而被融化或蒸发，并接着通过打开下游阀而经优选的双侧冷凝物泄放口排放。

特别地，有利的是将串联的若干热交换器组合成一个热交换器系统。这类增益式结构使得有可能在各个阶段各自以较低温度操作时“冷冻”污染物。

作为所述带有梯形轮廓的螺杆的替代物，可有利地使用带有交叉螺纹的螺杆。这种螺杆在本领域中是已知的，且被称作交叉螺杆。带有梯形轮廓的螺杆可能一直仅复制基于其转动方向的指定方向运动，由此，如果转动方向反向，则运动方向也反向。使转动方向反向需要变速齿轮箱或驱动马达的电源中的切换元件。为了防止限定的端部位置延伸超出滑动于螺杆上的诸如清洁元件之类的元件，它们通常配备有位置止挡件。替代地，借助位置检测装置获取滑动元件的位置。

交叉螺杆的使用克服了这些缺陷。交叉螺杆被构造成使得一个螺杆上同时形成有左螺纹和右螺纹，各螺纹优选地带有相同的螺距，其中，它们的相应端部位置具有反向点，在该反向点处，在螺纹沟槽中滑动的至少一个滑块从第一运动方向运动至第二运动方向。因而，螺杆的轴杆的转动方向总是保持相同。由此，使用交叉螺杆还消除了对于上述用于清洁元件位置的位置测量装置的需要。为此，必须使用替代的过程来确定上端位置、即清洁元件的待用位置。例如，转矩测量有可能用于该目的，转矩测量记录在清洁元件的两个端部位置中转矩的显著变化。附加地或替代地，端部位置或至少待用位置的上端位置可借助启动器、即限位开关确定。

在简化的实施例中，根据本发明的热交换器因而具有交叉螺杆和绞刀或清洁元件，交叉螺杆带有至少一个滑块，该滑块滑入螺纹中，绞刀或清洁元件例如借助螺栓与滑块连接。

使用交叉螺杆的优势在于运动方向的自动反向，而无需改变轴杆的转动方向，使得可以不要电气设备的制动和重新起动，从而产生节省能量的过程。此外，如已经解释的，不一定要提供用于转动方向反向的电气设备，或取消了控制器中的对应程序部分。总体而言，通过省略了反向，热交换器的清洁过程被缩短。清洁元件的端部位置自动地由交叉螺纹的反向边缘所限定，且因而不可被越过。最终可省去上述位置测量装置。

本发明还涉及根据本发明的热交换器对液化气体的应用。第二圆柱形管在此同轴于热交换器的第一圆柱形管布置，其中，冷却剂在第一圆柱形管与第二圆柱形管之间流动。此外，工作介质在第一圆柱形管与螺杆之间流动，工作介质包含了待被液化的气体。在如上所述用于天然气的示例中，待被液化的气体可例如为氮。冷却介质在比工作介质低的温度下流动，其中，冷却介质的压力和温度与工作介质的压力一起被调整，使得待被液化的气体通过与冷却介质的热交换而在工作介质中被液化。在上述用于天然气的示例中，例如，作为冷却介质的液氮可在1巴的压力和-196℃的温度下使用。特别地，在被上游热交换器对应地预冷却之后，工作介质(天然气)例如在10巴的压力下被引入。通过与冷却介质的热交换，包含在天然气中的氮可冷却至-170℃的温度和低于-170℃的温度，使得氮在10巴的压力下液化。

所限定的方法可类似地用于液化作为工作介质中的一个或多个组分的氦、氧和/或氢。用于液化氦、氢和氧的具体示例如下：

对不同气体的液化，例如用于从气体混合物沉淀。

O₂的液化：

冷却介质：优选为液氮，1至15巴之间；

冷却介质的温度范围为15巴下的-163℃至1巴下的-196℃；

待被液化的O₂的压力为1巴－50巴；

第一液化温度为1巴下的-183℃；

第二液化温度为50巴下的-119℃；

冷却介质的压力被选择为使得冷却介质的温度总是低于工作介质的温度。

H₂的液化：

冷却介质：优选为液氦，1至2.2巴之间；

冷却介质的温度范围为2.2巴下的-267℃至1巴下的-268℃；

冷却介质的压力被相应地选择为使得冷却介质的温度总是低于工作介质的温度。

替代的冷却介质为液氦，在1至13巴之间；

冷却介质的温度范围为13巴下的-240℃至1巴下的-253℃。在与被液化的介质相同的介质被用作冷却介质的特别情形中，冷却介质中的压力必须低于工作介质的压力，使得由于更低的平衡点，冷却剂温度更低。

液化H₂的压力为1巴－13巴；

第一液化温度为1巴下的-253℃；

第二液化温度为13巴下的-240℃；

He的液化：

冷却介质：优选为液氦，1至2.2巴之间；

冷却介质的温度范围为2.2巴下的-267℃至1巴下的-268℃；

在与被液化的介质相同的介质被用作冷却介质的特别情形中，冷却介质中的压力必须低于工作介质的压力，使得由于更低的平衡点，冷却剂温度更低。

液化He的压力为1巴－2.2巴；

第一液化温度为1巴下的-268℃；

第二液化温度为2.2巴下的-267℃；

不用说上述和以下要描述的特征不仅可以各自指明的组合使用，还能以其他组合使用，或分开使用，而不脱离本发明的框架。

本发明基于示例性实施例在附图中被示意性地示出，且以下将参考附图描述本发明。

附图说明

图1示意性地示出了根据本发明的热交换器的有利实施例的纵向剖视图；

图2示出了作为图1中所示的热交换器的第一圆柱形管的冷却盘管；

图3示出了用于根据图1的热交换器中的类型的清洁元件，以及

图4示意性地示出了带有交叉螺纹的螺杆的剖视图。

具体实施方式

图1示出了穿过热交换器13的实施例的示意性纵向剖视图，该热交换器13是可特别用于冷却天然气的种类。在该简单的构造中，热交换器13具有外圆柱形管1，外圆柱形管1包围冷却盘管2。冷却盘管2部分被设计为圆柱形管，且在其用于引导冷却剂的外表面上具有至少一个优选螺旋通道23。如图2中所示，该通道23由冷却盘管2的外表面上的对应盘管21产生。中空圆柱形冷却盘管的内表面具有引导或成型沟槽(profile groove)22。该至少一个引导沟槽22用于引导清洁元件或绞刀12。

位于冷却盘管2内部且与冷却盘管2同轴的是螺杆3。螺杆3被驱动马达4所驱动，且安装在优选地被设计成轴向/径向混合轴承5的支承点中。在螺杆3的另一端处，后者被安装在优选地被设计为滑动轴承衬套8的支承点处。同样在热交换器13的该端处的是热去耦的冷凝物存储器7，还有用于加热冷凝物存储器7中的冷凝物的加热元件9。

在热交换器13的另一端，颗粒屏障11将驱动马达4与工作介质的工作区域分开。颗粒屏障11还用于保护驱动马达4和轴承5免受粗颗粒影响，但不作用为气体密封件。

在根据本文所示图1的实施例中，若干外圆柱形管1被夹持装置10所连接。夹持装置10被构造成使得两个带有母螺纹的联管螺母被拧至设置有公螺纹的外圆柱形管1上。联管螺母借助螺钉被拉到一起，且各个部段被压在一起并被垫圈所密封。若干个这种外圆柱形管还可被理解为并被称作“外圆柱形管”。

在其待用位置中，清洁元件或绞刀12相邻于颗粒屏障11布置。当起动驱动马达4时，螺杆3被转动，使得绞刀12在螺杆上顺着冷却盘管2的引导或成型沟槽22沿轴向移位。在本示例中，例如使用带有梯形轮廓的螺杆3。使绞刀12的运动方向反向意味着螺杆3的转动方向要反向。以下结合图4进一步描述螺杆3的另一类型的设计。

例如，在热交换器13的操作期间，潮湿肮脏的工作介质经由工作介质入口开口1被引导进入螺杆3与冷却盘管2之间的间隙，并沿轴向流动至热交换器13的端部处的工作介质出口开口15。此处，工作介质沿螺杆3的转动轴线流入中空圆柱形冷却盘管2(参见图2)的内表面上的成型沟槽22中。冷却剂经由冷却剂入口开口16被供应到冷却盘管2与外圆柱形管1之间的空间中，流至热交换器13的另一端，并通过冷却剂出口开口17离开热交换器13。在此，冷却剂在形成于外圆柱形管1与冷却盘管2之间的通道23中沿轴向螺旋流动。冷却剂从冷却盘管2吸取热量，从而从工作介质吸取热量。

在一种具体应用场合中，来自地下洞穴在4至至多220巴的压力下的天然气被加热至约20℃的温度。在第一热交换器中，工作介质优选地被冷却至1℃。在与第一热交换器串联的第二热交换器中，工作介质优选地被冷却至-40℃至-60℃。在第三阶段中，工作介质优选地被冷却至-80℃至-150℃，在最后阶段中，工作介质经由同样为串联的热交换器液化。在此，天然气的温度被下降至-196℃，其中，天然气是过冷的。此处的第一阶段使大部分水沉淀，接着的阶段主要使高级烃、CO₂和其他附加杂质沉淀。存在于热交换器13的各阶段中的绞刀12使得有可能从相应传热表面中清理冷凝成分。

在该具体互连的情形中，首先的两个热交换器阶段是由冷冻剂冷却，另两个热交换器阶段是被液氮、低温液态CNG或低温气态氮冷却。热交换器的最大操作压力是300巴，而允许的操作温度为100℃至-200℃。

由于不同的与压力相关的相变，可使用冷却介质(例如最大为10巴的氮)与工作介质(这里是4至220巴的带有包括氮的附加杂质的CNG)之间的不同压力关系，来由处于低压(例如1巴)下的液氮液化并沉淀处于高压(例如10巴)下的氮。本文中提出的热交换器13因而还用于使氮液化。

为了清洁热传递表面，例如在第一阶段中移除水或冰或在第二和附加阶段中移除高级烃、CO₂和其他附加杂质，一个阶段中的螺杆3被驱动马达4转动。由此，平移运动被施加至绞刀12，绞刀12一方面与螺杆3的螺纹相啮合，且另一方面与冷却盘管2的成型沟槽22相啮合。在绞刀12朝向冷凝物存储器7行进的路径上，绞刀12携带着上述冷凝的附加杂质。一旦杂质已到达冷凝物存储器7，杂质就被推入冷凝物存储器7中。由于螺杆3的限定的螺距，位置测量装置6可从所测得的驱动马达4的转数来确定绞刀12的位置。一旦已经到达冷凝物存储器7的位置，驱动马达4的转动方向就反向，使得绞刀12回到其待用位置。在热交换器的竖直定位中，该待用位置是绞刀12的上端位置而冷凝物存储器7的位置是绞刀12的下端位置是有意义的。

所积聚的冷凝物经由加热元件9被加热，且由此融化。通过打开下游的阀，附加杂质可通过冷凝物泄放口18被排出。

例如，热交换器13的热交换表面在根据经验确定的一段持续时间之后或在达到外部测量的最大允许压力差时被清洁，该压力差使得有可能推断由沉淀的附加杂质引起的工作区域中的自由流动截面的减小。清洁产生了最高和最恒定的可能的传热值。相比于现有技术的系统，热交换器13需要较小的工程量。

热交换器13的分段式结构使得模块式结构成为可能。由此，热交换能力可通过扩大或减小传热表面而改变。

通过使用所提及的位置确定装置6，绞刀12的实际位置一直被监测。可通过测量滑动来早期地检测任何卡住的情况。

要指出的是，本文中描述的热交换器13不仅仅可适于和用于天然气的液化，还用于带有对应的工作介质的多种工业应用。作为相对简单的替换零件，绞刀12可被定制成符合相应应用领域的需求并在损坏的情形中被快速替换。

图3示出了可用于热交换器13中的类型的绞刀12或清洁元件12。所示出的是绞刀12的外沟槽122，外沟槽122对应于冷却盘管2的引导沟槽22。绞刀12的母螺纹121对应于螺杆3的螺纹。绞刀12具有凹部或铣槽123。凹部或铣槽123为绞刀12提供了“齿”或“爪”，这些“齿”或“爪”防止了沉淀物在螺纹中积聚并最终堵塞绞刀12。特别地，沉淀物可经由凹部和铣槽123进入间隙中，且借助处于竖直位置的热交换器而朝向冷凝物存储器7下降。此外，沿清洁运动的方向扩大的绞刀12的内直径使得在清洁过程开始时能够更容易地引入被污染的螺杆。

最后，图4示出了替代构造的螺杆3’，该构造涉及交叉螺纹螺杆3’。带有交叉螺纹的轴杆被标记为31。在其中行进的滑块被标记为32。在该构造中，绞刀12与滑块32连接，并随着螺杆3’转动而沿轴向运动。

如以上已经解释的，这样的优势在于，在螺杆3’沿单个转动方向转动时，滑动进入螺纹沟槽中的滑块32从第一运动方向运动至第二相反的运动方向，而不改变轴杆31的转动方向。

左右螺纹的叠置导致轴杆32上典型的三角形形状的图案。

同样如上所述，由于电动马达不必减慢和重新起动，螺杆3’允许能量节省的工艺。此外，不必测量绞刀12的位置，从而消除了对位置测量装置6的需要。通过取消反向，热交换器13的清洁过程被再次缩短。

附图标记列表

1 外圆柱形管、第二圆柱形管

2 冷却盘管、第一圆柱形管

3,3’ 螺杆

4 驱动马达

5 轴向/径向轴承

6 位置测量装置

7 冷凝物存储器、沉淀物储存件

8 滑动轴承衬套

9 加热元件

10 夹持装置

11 颗粒屏障

12 绞刀、清洁元件

13 热交换器

14 工作介质入口开口

15 工作介质出口开口

16 冷却剂入口开口

17 冷却剂出口开口

18 冷凝物泄放口

21 盘管

22 引导沟槽、成型沟槽

23 通道

121 清洁元件的母螺纹

122 外沟槽

123 凹陷部、铣槽

31 螺杆3’的轴杆

32 滑块

Claims (20)

1.一种热交换器，包括：

第一圆柱形管(2)和在所述第一圆柱形管(2)中同轴地延伸的螺杆(3)，

其中，所述第一圆柱形管(2)的内表面具有引导沟槽(22)，且其中，清洁元件(12)被固定于所述螺杆(3)，使得转动所述螺杆(3)使所述清洁元件(12)在轴向上沿所述引导沟槽(22)运动。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，带有同轴于所述第一圆柱形管(2)布置的第二圆柱形管(1)。

3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，所述第一圆柱形管(2)的外表面具有沿轴向地螺旋延伸的盘管(21)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述清洁元件(12)被设计为基本中空的圆柱形清洁元件(12)，其中，所述清洁元件(12)的内表面具有母螺纹(121)，所述母螺纹对应于所述螺杆(3)的螺纹，且其中，所述清洁元件(12)的外表面具有外沟槽(122)，所述外沟槽对应于所述第一圆柱形管(2)的内表面的所述引导沟槽(22)。

5.根据权利要求4所述的热交换器，其特征在于，所述清洁元件(12)具有在基本上圆柱形周界中的凹部(123)，所述凹部平行于所述轴向延伸。

6.根据权利要求5所述的热交换器，其特征在于，所述凹部(123)沿周向等距地布置在所述清洁元件(12)中。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述清洁元件(12)的所述母螺纹(121)的直径沿所述轴向增加。

8.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，存在有用于冷却剂的入口开口(16)和出口开口(17)，从而使冷却剂进入所述第二圆柱形管(1)与所述第一圆柱形管(2)之间的间隙或从所述第二圆柱形管(1)与第一圆柱形管(2)之间的所述间隙排出。

9.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，存在有用于工作介质的入口开口(14)和出口开口(15)，从而使所述工作介质进入所述第一圆柱形管(2)与所述螺杆(3)之间的间隙或从所述第一圆柱形管(2)与所述螺杆(3)之间的所述间隙排出。

10.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，用于被所述清洁元件(12)清洗掉的污染物的沉淀物储存件(7)特别地是以热去耦的方式连接于所述螺杆(3)与所述第一圆柱形管(2)的内表面之间的间隙。

11.根据权利要求10所述的热交换器，其特征在于，存在有加热元件(9)，且所述加热元件被布置成使得存在于所述沉淀物储存件(7)中的污染物能被加热。

12.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，存在有位置测量装置(6)，且所述位置测量装置被布置成能测量所述清洁元件(12)沿所述轴向的位置。

13.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，存在有驱动马达(4)，用于驱动所述螺杆(3)，且其中，在所述驱动马达(4)和所述螺杆(3)与所述第一圆柱形管(2)的内表面之间的间隙之间存在有颗粒屏障(11)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述螺杆(3)具有梯形轮廓，以作为螺纹轮廓。

15.根据权利要求1至13中任一项所述的热交换器，其特征在于，螺杆(3’)具有交叉螺纹，以作为螺纹。

16.根据权利要求15所述的热交换器，其特征在于，与所述清洁元件(12)连接的滑块(32)滑动地安装在所述螺杆(3’)的所述交叉螺纹的螺纹沟槽中。

17.一种热交换器系统，带有若干串联的根据权利要求1至16中任一项所述的热交换器。

18.一种根据权利要求1至16中任一项所述的热交换器对于液化气体的用途，其中，

第二圆柱形管(1)同轴于所述第一圆柱形管(2)布置，

其中，冷却剂在所述第一圆柱形管与所述第二圆柱形管之间流动，

其中，工作介质在第一圆柱形管(2)与螺杆(3)之间流动，所述工作介质包含待被液化的气体，以及

其中，冷却介质在比所述工作介质低的温度下流动，其中，所述冷却介质的压力和温度与所述工作介质的压力一起被调整，使得待被液化的气体通过与所述冷却介质的热交换而在所述工作介质中被液化。

19.根据权利要求18所述的用途，其特征在于，与待被液化的气体相同的介质被用作所述冷却介质，其中，被选择用于所述冷却介质的压力低于所述工作介质的压力。

20.根据权利要求18或19所述的用途，其特征在于，其用于液化作为所述工作介质中的一种或多种组分的氮、氦、氧和/或氢。