DE102008031041B4 - Wärmetauscher zur Porzessgasaufbereitung - Google Patents

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Abstract

Wärmetauscher zur Prozessgasaufbereitung mit einem Gehäuse (1, 6, 7) und mit einer ersten Wärmetauscherstufe (3) und einer zweiten Wärmetauscherstufe (5), welche in dem Gehäuse (1, 6, 7) angeordnet sind und jeweils primärseitig von einem durch das Gehäuse (1, 6, 7) strömenden, Wärme zuführenden heißen Gasstrom beaufschlagt werden und von denen die erste Wärmetauscherstufe (3) zum Verdampfen von sekundärseitig zugeführtem Wasser und die zweite Wärmetauscherstufe (5) sekundärseitig der ersten Wärmetauscherstufe (3) nachgeschaltet und zum Überhitzen des in der ersten Wärmetauscherstufe (3) erzeugten Wasserdampfs vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wärmetauscherstufe (3) und die zweite Wärmetauscherstufe (5) jeweils als Rohrwendelwärmetauscher ausgebildet und mit vertikal ausgerichteten Achsen in dem Gehäuse (1, 6, 7) angeordnet sind, das von dem heißen Gasstrom vertikal durchströmt wird, und dass ein Einlass (N4) zur Beimischung eines zu reformierenden kohlenwasserstoffhaltigen Brenngases zu dem von der ersten Wärmetauscherstufe (3) an die zweite Wärmetauscherstufe (5) übergeführten Wasserdampfs vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Prozessgasaufbereitung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Wärmetauscher zur Prozessgasaufbereitung können zur Herstellung eines Gas-Dampf-Gemischs vorgesehen sein, wie es zur Reformierung in einem Reformiergerät benötigt wird, beispielsweise zur Versorgung von Brennstoffzellen mit Brenngas.
  • Aus der DE 102 20 099 A1 ist ein Wärmetauscher bekannt, bei dem eine erste Wärmetauscherstufe und eine zweite Wärmetauscherstufe vorgesehen sind, welche jeweils primärseitig von einem Wärme zuführenden heißen Gasstrom beaufschlagt werden und von denen die erste Wärmetauscherstufe zum Verdampfen von sekundärseitig zugeführtem Wasser und die zweite Wärmetauscherstufe sekundärseitig der ersten Wärmetauscherstufe nachgeschaltet und zum Überhitzen des in der ersten Wärmetauscherstufe erzeugten Wasserdampfs vorgesehen ist. Bei dem bekannten Wärmetauscher ist die erste Wärmetauscherstufe durch einen Plattenwärmetauscher gebildet und von der zweiten Wärmetauscherstufe getrennt vorgesehen, welche durch einen Rohrwendelwärmetauscher gebildet ist. Der die zweite Wärmetauscherstufe bildende Rohrwendelwärmetauscher wird von dem zu überhitzenden Dampf im Gegenstrom zu dem die Wärme zuführenden heißen Gasstrom durchströmt, wogegen der die erste Wärmetauscherstufe bildende Plattenwärmetauscher gemäß unterschiedlichen Ausführungen entweder im Gegenstrom oder im Gleichstrom zu dem die Wärme zuführenden heißen Gasstrom durchströmt wird.
  • Aus der DE 102 12 081 A1 ist eine Vorrichtung zur Zufuhr von Edukten in einen Reaktionsraum bekannt, wobei eines der Edukte ein heißer Gasstrom und ein anderes der Edukte eine darin zu verdampfende Flüssigkeit sein kann. Die bekannte Vorrichtung kann beispielsweise für die Verdampfung von flüssigen kohlenwasserstoffhaltigen Verbindungen für einen autothermen Reformer, beispielsweise für eine Brennstoffzellenanordnung dienen.
  • Schließlich ist aus der DE 199 37 152 A1 ein kombiniertes Bauteil zur Nachverbrennung von Anodenabgasen eines Brennstoffzellensystems und zum Verdampfen von dem Brennstoffzellensystem zuzuführenden Edukten bekannt, bei dem in einem zylinderförmigen Gehäuse ein durch Rohrwendeln gebildeter Wärmetauscher und ein Verdampfer zum Verdampfen des dem Brennstoffzellensystem zuzuführenden Edukts vorgesehen sind.
  • In der nicht vorveröffentlichten DE 10 2007 050 799 B3 ist eine Einrichtung zur Befeuchtung und Erhitzung eines zu reformierenden Brenngases für eine Brennstoffzellenanlage dargestellt. Als Wärmetauscher dienen in einem Gehäuse senkrecht stehende Rohre, die von einem Heizgas von unten nach oben durchströmt werden. Das zu erhitzende Brenngas und der zugemischte Dampf strömen wendelförmig im Gegenstrom an den Rohren des Wärmetauschers vorbei.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher zur Prozessgasaufbereitung der eingangs vorausgesetzten Art so zu schaffen, der wirkungsvoll ist, dabei aber einfach herzustellen ist.
  • Die Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher zur Prozessgasaufbereitung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Durch die Erfindung wird ein Wärmetauscher zur Prozessgasaufbereitung mit einem Gehäuse und mit einer ersten Wärmetauscherstufe und einer zweiten Wärmetauscherstufe, welche in dem Gehäuse angeordnet sind und jeweils primärseitig von einem durch das Gehäuse strömenden, Wärme zuführenden heißen Gasstrom beaufschlagt werden und von denen die erste Wärmetauscherstufe zum Verdampfen von sekundärseitig zugeführtem Wasser und die zweite Wärmetauscherstufe sekundärseitig der ersten Wärmetauscherstufe nachgeschaltet und zum Überhitzen des in der ersten Wärmetauscherstufe erzeugten Wasserdampfs vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die erste Wärmetauscherstufe und die zweite Wärmetauscherstufe jeweils als Rohrwendelwärmetauscher ausgebildet und mit vertikal ausgerichteten Achsen in dem Gehäuse angeordnet sind, das von dem heißen Gasstrom vertikal durchströmt wird, und das ein Einlass zur Beimischung eines zu reformierenden kohlenwasserstoffhaltigen Brenngases zu dem von der ersten Wärmetauscherstufe an die zweite Wärmetauscherstufe übergeführten Wasserdampfs vorgesehen ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist es vorgesehen, dass die erste Wärmetauscherstufe und die zweite Wärmetauscherstufe übereinander in dem von dem heißen Gasstrom durchströmten Gehäuse angeordnet sind.
  • Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Wärmetauscherstufen in einem ringförmigen Spalt zwischen dem Gehäuse und einem innerhalb des Gehäuses vorgesehenen Verdrängungskörpers angeordnet sind. Der Vorteil hiervon ist, dass ein besonders guter Wärmeaustausch erreicht wird, weil der die Wärme zuführende Gasstrom gezwungen ist, mit hoher Geschwindigkeit durch den Spalt zwischen Verdrängungskörper und dem äußeren Gehäuse hindurchzuströmen. Der Wärmetausch wird weiter dadurch intensiviert, dass die Rohrwendeln auf einem großen Umfang um den Verdrängungskörper verlaufen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die für das Verdampfen des Wassers vorgesehene erste Wärmetauscherstufe im Gleichstrom zu dem die Wärme zuführenden Gas durchströmt wird.
  • Weiterhin besteht ein vorteilhaftes Merkmal darin, dass die für das Überhitzen des Wasserdampfs vorgesehene zweite Wärmetauscherstufe im Gegenstrom zu dem die Wärme zuführenden Gas durchströmt wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist es vorgesehen, dass das Gehäuse von dem die Wärme zuführenden Gas von einem unten angeordneten Gaseintritt von unten nach oben zu einem oben angeordneten Gasaustritt hin durchströmt wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist es vorgesehen, dass die für das Überhitzen des Wasserdampfs vorgesehene zweite Wärmetauscherstufe über der für das Verdampfen des Wassers vorgesehenen ersten Wärmetauscherstufe angeordnet ist, und dass das Gehäuse von dem die Wärme zuführenden Gas von einem unten angeordneten Gaseintritt von unten nach oben zu einem oben angeordneten Gasaustritt hin durchströmt wird.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers kann zwischen dem Dampfaustritt der ersten Wärmetauscherstufe und dem Dampfeintritt der zweiten Wärmetauscherstufe ein Dampfseparator zum Abtrennen des der zweiten Wärmetauscherstufe zuzuführenden Dampfs von aus der ersten Wärmetauscherstufe abgegebenen Wasser vorgesehen sein.
  • Der Dampfseparator kann insbesondere nach Art eines Zyklons ausgebildet sein.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Dampfseparator im Inneren des Verdrängungskörpers angeordnet.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist es vorgesehen, dass die erste Wärmetauscherstufe und die zweite Wärmetauscherstufe übereinander in dem von dem heißen Gasstrom durchströmten Gehäuse angeordnet sind, wobei die für das Überhitzen des Wasserdampfs vorgesehene zweite Wärmetauscherstufe über der für das Verdampfen des Wassers vorgesehenen ersten Wärmetauscherstufe angeordnet ist und das Gehäuse von dem die Wärme zuführenden Gas von einem unten angeordneten Gaseintritt von unten nach oben zu einem oben angeordneten Gasaustritt hin durchströmt wird, und dass die für das Verdampfen des Wassers vorgesehene erste Wärmetauscherstufe im Gleichstrom zu dem die Wärme zuführenden Gas durchströmt wird und die für das Überhitzen des Wasserdampfs vorgesehene zweite Wärmetauscherstufe im Gegenstrom zu dem die Wärme zuführenden Gas durchströmt wird.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der zuletzt genannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers sieht es wieder vor, dass die Wärmetauscherstufen in einem ringförmigen Spalt zwischen dem (äußeren) Gehäuse und einem innerhalb des Gehäuses vorgesehenen Verdrängungskörper angeordnet sind.
  • Schließlich kann es bei den beiden zuletzt genannten Ausführungsformen vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass zwischen dem Dampfaustritt der ersten Wärmetauscherstufe und dem Dampfeintritt der zweiten Wärmetauscherstufe ein Dampfseparator zum Abtrennen des der zweiten Wärmetauscherstufe zuzuführenden Dampfs von aus der ersten Wärmetauscherstufe abgegebenen Wasser vorgesehen ist.
  • Dieser kann insbesondere nach Art eines Zyklons ausgebildet sein.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Dampfseparator im Inneren des Verdrängungskörpers angeordnet. Der Verdrängungskörper kann auch selbst als Dampfseparator dienen.
  • Der Wärmetauscher kann zur Prozessgasaufbereitung in einer Brennstoffzellenanlage mit interner und/oder externer Brenngasreformierung vorgesehen sein.
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen
  • 1 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht eines Wärmetauschers zur Prozessgasaufbereitung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und
  • 2 eine frontale geschnittene Ansicht des in 1 gezeigten Wärmetauschers gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Der in den 1 und 2 dargestellte Wärmetauscher zur Prozessgasaufbereitung umfasst ein äußeres Gehäuse 1, welches eine im Wesentlichen zylindrische Form hat und an seiner Oberseite durch einen konischen oberen Dom 6 und an seiner Unterseite durch einen konischen unteren Dom 7 abgeschlossen ist. Das Innere des Gehäuses 1, 6, 7 des Wärmetauschers wird von unten nach oben von einem Heizgas durchströmt, welches über eine Gaszuführung 8 in Form einer entsprechend dimensionierten Rohrleitung zugeführt wird und an einem Heizgaseintritt N1 am unteren Dom 7 in das Innere des Gehäuses 1, 6, 7 eintritt und dieses am oberen Dom 6 an einem Heizgasaustritt N2 verlässt. Das Heizgas kann das Abgas einer Brennstoffzellenanlage sein, welches am Heizgaseintritt N1 eine Temperatur von typischerweise 600°C haben kann und nach Abgabe eines Teils seines Wärmeinhalts am Heizgasaustritt N2 auf 400°C abgekühlt ist.
  • Im Inneren des Gehäuses 1, 6, 7 ist ein Verdrängungskörper 2 angeordnet, welcher durch einen Kreiszylinder mit einem geschlossenen unteren Ende ausgebildet ist. Zwischen dem Mantel des Verdrängungskörpers 2 und der Innenseite des kreiszylindrischen Mantels 1 des äußeren Gehäuses 1, 6, 7 ist ein Spalt mit kreisringförmigem Querschnitt gebildet, welcher einen Strömungsweg für das vom Heizgaseintritt N1 zum Heizgasaustritt N2 durch den Wärmetauscher strömende Heizgas bildet. Der Verdrängungskörper 2 hat einen kleineren Durchmesser als das äußere Gehäuse 1 und ist konzentrisch zu diesem angeordnet. In dem zwischen dem äußeren Gehäuse 1 und dem Verdrängungskörper 2 gebildeten Ringspalt sind zwei jeweils durch Rohrwendel gebildete Wärmetauscherstufen 3, 5 angeordnet. Die Außenseite der Rohre der Wendel kann als Primärseite des Wärmetauschers angesehen werden, die von dem vom Heizgaseintritt N1 zum Heizgasaustritt N2 strömenden heißen Gasstrom umströmt werden, und deren Innenseite die Sekundärseite des Wärmetauschers bildet.
  • Die beiden Wärmetauscherstufen 3, 5 sind in dem besagten Ringspalt zwischen dem äußeren Gehäuse 1 und dem im Inneren angeordneten Verdrängungskörper 2 mit vertikal ausgerichteten und konzentrischen Achsen senkrecht übereinander angeordnet, nämlich die zweite Wärmetauscherstufe 5 über der ersten Wärmetauscherstufe 3. Die erste Wärmetauscherstufe 3 dient zum Verdampfen von an einem Wassereintritt N3 deren Innerem, also sekundärseitig, zugeführtem Wasser, welches die erste Wärmetauscherstufe 3 von unten nach oben, also im Gleichstrom mit dem Heizgasstrom im Inneren des Gehäuses 1 fließt. Der Wassereintritt N3 befindet sich am unteren Ende der die erste Wärmetauscherstufe 3 bildenden Rohrwendel, an deren oberem Ende befindet sich ein Dampfaustritt N6, an welchem das in der ersten Wärmetauscherstufe 3 verdampfte Wasser dieselbe in Dampfform verlässt.
  • Die ebenfalls in Form einer Rohrwendel ausgebildete zweite Wärmetauscherstufe 5 hat an ihrem oberen Ende einen Dampfeintritt N7 und an ihrem unteren Ende einen Austritt N5 für das gebildete Prozessgas. Der die erste Wärmetauscherstufe 3 verlassende Dampf wird vom Dampfaustritt N6 der ersten Wärmetauscherstufe 3 einem Dampfseparator 4 und von dort dem Dampfeintritt N7 der zweiten Wärmetauscherstufe 5 an deren oberem Ende zugeführt. Der Dampfseparator 4 ist in Form eines Zyklons ausgebildet und dient dazu, den zur Zuführung zu der zweiten Wärmetauscherstufe 5 vorgesehenen Dampf von nicht verdampftem Wasser zu trennen.
  • Zwischen dem oberen Ende des Dampfseparators 4 und dem Dampfeintritt N7 der zweiten Wärmetauscherstufe 5 mündet eine Rohrleitung N4, die einen Eintritt für ein kohlenwasserstoffhaltiges Brenngas bildet, im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel für Erdgas, welches zusammen mit dem in der ersten Wärmetauscherstufe 3 erzeugten Wasserdampf der Prozessgasaufbereitung unterzogen werden soll. Das bei N4 eintretende Erdgas und der den Dampfseparator 4 verlassende Wasserdampf treten somit gemeinsam am Dampfeintritt N7 in das obere Ende der die zweite Wärmetauscherstufe 5 bildenden Rohrwendel ein und durchströmen diese von oben nach unten, also im Gegenstrom zu dem durch den Ringspalt zwischen dem äußeren Gehäuse 1 und dem Verdrängungskörper 2 von unten nach oben strömenden Heizgas. Das Erdgas/Dampf-Gemisch wird im Inneren der Rohrwendel der zweiten Wärmetauscherstufe 5 überhitzt und tritt bei N5 als Erdgas/Dampf-Gemisch aus und ist für die weitere Verwendung verfügbar.
  • Diese weitere Verwendung kann insbesondere, wie bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel in einer Verwendung als Brenngas in der Brennstoffzellenanlage mit interner und/oder externer Reformierung, also als Reformergas bestehen.
  • Der Wärmetauscher ist auf einem Standgerüst 9 gelagert, welches mit dem zylindrischen Teil 1 des äußeren Gehäuses desselben fest verbunden ist.
  • Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmetauschers besteht darin, dass dieser auf relativ einfache Weise zu fertigen ist, robust und sicher ist und einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
    • 1
    äußeres Gehäuse
    2
    Verdrängungskörper
    3
    erste Wärmetauscherstufe, Rohrwendel
    4
    Dampfseparator (Zyklon)
    5
    zweite Wärmetauscherstufe, Rohrwendel
    6
    oberer Dom
    7
    unterer Dom
    8
    Gaszuführung
    9
    Standgerüst
    N1
    Heizgaseintritt
    N2
    Heizgasaustritt
    N3
    Wassereintritt
    N4
    Erdgaseintritt
    N5
    Erdgas/Dampf-Austritt
    N6
    Dampfaustritt
    N7
    Dampfeintritt

Claims (16)

  1. Wärmetauscher zur Prozessgasaufbereitung mit einem Gehäuse (1, 6, 7) und mit einer ersten Wärmetauscherstufe (3) und einer zweiten Wärmetauscherstufe (5), welche in dem Gehäuse (1, 6, 7) angeordnet sind und jeweils primärseitig von einem durch das Gehäuse (1, 6, 7) strömenden, Wärme zuführenden heißen Gasstrom beaufschlagt werden und von denen die erste Wärmetauscherstufe (3) zum Verdampfen von sekundärseitig zugeführtem Wasser und die zweite Wärmetauscherstufe (5) sekundärseitig der ersten Wärmetauscherstufe (3) nachgeschaltet und zum Überhitzen des in der ersten Wärmetauscherstufe (3) erzeugten Wasserdampfs vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wärmetauscherstufe (3) und die zweite Wärmetauscherstufe (5) jeweils als Rohrwendelwärmetauscher ausgebildet und mit vertikal ausgerichteten Achsen in dem Gehäuse (1, 6, 7) angeordnet sind, das von dem heißen Gasstrom vertikal durchströmt wird, und dass ein Einlass (N4) zur Beimischung eines zu reformierenden kohlenwasserstoffhaltigen Brenngases zu dem von der ersten Wärmetauscherstufe (3) an die zweite Wärmetauscherstufe (5) übergeführten Wasserdampfs vorgesehen ist.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wärmetauscherstufe (3) und die zweite Wärmetauscherstufe (5) übereinander in dem von dem heißen Gasstrom durchströmten Gehäuse (1, 6, 7) angeordnet sind.
  3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherstufen (3, 5) in einem ringförmigen Spalt zwischen dem Gehäuse (1) und einem innerhalb des Gehäuses (1) vorgesehenen Verdrängungskörper (2) angeordnet sind.
  4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die für das Verdampfen des Wassers vorgesehene erste Wärmetauscherstufe (3) im Gleichstrom zu dem die Wärme zuführenden Gas durchströmt wird.
  5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die für das Überhitzen des Wasserdampfs vorgesehene Wärmetauscherstufe (5) im Gegenstrom zu dem die Wärme zuführenden Gas durchströmt wird.
  6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1, 6, 7) von dem die Wärme zuführenden Gas von einem unten angeordneten Gaseintritt (N1) von unten nach oben zu einem oben angeordneten Gasaustritt (N2) hin durchströmt wird.
  7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die für das Überhitzen des Wasserdampfs vorgesehene zweite Wärmetauscherstufe (5) über der für das Verdampfen des Wassers vorgesehenen ersten Wärmetauscherstufe (3) angeordnet ist, dass das Gehäuse (1) von dem die Wärme zuführenden Gas von einem unten angeordneten Gaseintritt (N1) von unten nach oben zu einem oben angeordneten Gasaustritt (N2) hin durchströmt wird.
  8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Dampfaustritt (N6) der ersten Wärmetauscherstufe (3) und dem Dampfeintritt (N7) der zweiten Wärmetauscherstufe (5) ein Dampfseparator (4) zum Abtrennen des der zweiten Wärmetauscherstufe (5) zuzuführenden Dampfs von aus der ersten Wärmetauscherstufe (3) abgegebenem Wasser vorgesehen ist, der insbesondere nach Art eines Zyklons ausgebildet ist.
  9. Wärmetauscher nach Anspruch 8 in Verbindung mit einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfseparator (4) im Inneren des Verdrängungskörpers (2) angeordnet ist.
  10. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (2) als Dampfseparator ausgebildet ist.
  11. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wärmetauscherstufe (3) und die zweite Wärmetauscherstufe (5) übereinander in dem von dem heißen Gasstrom durchströmten Gehäuse (1) angeordnet sind, wobei die für das Überhitzen des Wasserdampfs vorgesehene zweite Wärmetauscherstufe (5) über der für das Verdampfen des Wassers vorgesehenen ersten Wärmetauscherstufe (3) angeordnet ist und das Gehäuse (1, 6, 7) von dem die Wärme zuführenden Gas von einem unten angeordneten Gaseintritt (N1) von unten nach oben zu einem oben angeordneten Gasaustritt (N2) hin durchströmt wird, dass die für das Verdampfen des Wassers vorgesehene erste Wärmetauscherstufe (3) von einem Wassereintritt (N3) im Gleichstrom zu dem die Wärme zuführenden Gas durchströmt wird, und dass die für das Überhitzen des Wasserdampfs vorgesehene zweite Wärmetauscherstufe (5) im Gegenstrom zu dem Wärme zuführenden Gas zu einem Dampfaustritt (N5) hin durchströmt wird.
  12. Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrwendeln der Wärmetauscherstufen (3, 5) in einem ringförmigen Spalt zwischen dem Gehäuse (1) und einem innerhalb des Gehäuses (1) vorgesehenen Verdrängungskörper (2) angeordnet sind.
  13. Wärmetauscher nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Dampfaustritt (N6) der ersten Wärmetauscherstufe (3) und dem Dampfeintritt (N7) der zweiten Wärmetauscherstufe (5) ein Dampfseparator (4) zum Abtrennen des der zweiten Wärmetauscherstufe (5) zuzuführenden Dampfs von aus der ersten Wärmetauscherstufe (3) abgegebenem Wasser vorgesehen ist, der insbesondere nach Art eines Zyklons ausgebildet ist.
  14. Wärmetauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfseparator (4) im Inneren des Verdrängungskörpers (2) angeordnet ist.
  15. Wärmetauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (2) als Dampfseparator ausgebildet ist.
  16. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher zur Prozessgasaufbereitung in einer Brennstoffzellenanlage mit interner und/oder externer Brenngasreformierung vorgesehen ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108981163A (zh) * 2018-07-09 2018-12-11 孟歆可 一种集间接加热和直接加热于一体的物料加热装置

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITAL20100005A1 (it) * 2010-08-26 2012-02-27 Nicola Passariello Dispositivo per il recupero di calore prodotto da un impianto di riscaldamento quale una caldaia, una stufa, un camino o simili.
DE102016006121A1 (de) * 2015-12-28 2017-06-29 Eco ice Kälte GmbH Verfahren und Wärmeaustauscher zur Rückgewinnung von Kälte bei der Regasifizierung tiefkalter Flüssigkeiten
AT521206B1 (de) * 2018-05-03 2021-07-15 Avl List Gmbh Verdampfer für ein Brennstoffzellensystem sowie Brennstoffzellensystem
CN112556244A (zh) * 2020-12-29 2021-03-26 浙江大学常州工业技术研究院 一种lng空调用高效换热器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19937152A1 (de) * 1999-08-06 2001-02-15 Xcellsis Gmbh Kombiniertes Bauteil zur Nachverbrennung von Anodenabgasen eines Brennstoffzellensystems und zum Verdampfen von dem Brennstoffzellensystem zuzuführenden Edukten
DE10212081A1 (de) * 2002-03-19 2003-10-09 Daimler Chrysler Ag Vorrichtung zur Zufuhr von Edukten in einen Reaktionsraum
DE10220099A1 (de) * 2002-05-04 2003-11-13 Ballard Power Systems Verdampfer, insbesondere für ein Gaserzeugungssystem zur Brennstoffzellenversorgung
DE20321332U1 (de) * 1987-11-20 2006-11-30 Viessmann Werke Gmbh & Co Kg Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff
DE102007050799B3 (de) * 2007-10-24 2008-10-23 Cfc Solutions Gmbh Einrichtung zur Befeuchtung und Erhitzung eines zu reformierenden Brenngases für eine Brennstoffzellenanlage

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20321332U1 (de) * 1987-11-20 2006-11-30 Viessmann Werke Gmbh & Co Kg Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff
DE19937152A1 (de) * 1999-08-06 2001-02-15 Xcellsis Gmbh Kombiniertes Bauteil zur Nachverbrennung von Anodenabgasen eines Brennstoffzellensystems und zum Verdampfen von dem Brennstoffzellensystem zuzuführenden Edukten
DE10212081A1 (de) * 2002-03-19 2003-10-09 Daimler Chrysler Ag Vorrichtung zur Zufuhr von Edukten in einen Reaktionsraum
DE10220099A1 (de) * 2002-05-04 2003-11-13 Ballard Power Systems Verdampfer, insbesondere für ein Gaserzeugungssystem zur Brennstoffzellenversorgung
DE102007050799B3 (de) * 2007-10-24 2008-10-23 Cfc Solutions Gmbh Einrichtung zur Befeuchtung und Erhitzung eines zu reformierenden Brenngases für eine Brennstoffzellenanlage

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108981163A (zh) * 2018-07-09 2018-12-11 孟歆可 一种集间接加热和直接加热于一体的物料加热装置
CN108981163B (zh) * 2018-07-09 2021-08-06 浙江双浩软件开发有限公司 一种集间接加热和直接加热于一体的物料加热装置

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