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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erhitzung von Erdgas nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine derartige Vorrichtung, die zwei Rohrschlangen aufweist, durch die ein zu verdampfendes oder zu erhitzendes Strömungsmedium geleitet werden kann, ist aus
DE 1 890 298 U bekannt. Die Rohrschlangen haben einen Einlass und einen Auslass für das Strömungsmedium. Die Rohrschlangen bilden zwei konzentrisch angeordnete Zylinder, von denen der Innenraum des inneren Zylinders mittels eines aus einem Kamin-Rekuperator zugeführten Gases erhitzbar ist. Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, dass beim Durchströmen der Rohrschlangen mit dem Strömungsmedium ein relativ hoher Druckverlust an dem Strömungsmedium auftritt.
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Aus
DE 1 601 223 A ist außerdem eine gattungsfremde Vorrichtung bekannt, die mehrere konzentrisch ineinander angeordnete rohrförmige Wärmetauscherelemente aufweist, die durch Wandungen getrennte, jedoch miteinander verbundene Ringräume für ein zu erhitzendes Medium und für Heizgase bilden. Den Wärmetauscherelementen ist eine Eintritts- und eine Austrittsöffnung für das zu erhitzende Medium sowie eine Eintritts- und eine Austrittsöffnung für die im Gegenstrom zu dem zu erhitzenden Medium geführten Heizgase zugeordnet. Der Innenraum des inneren Zylinders ist mittels eines Brenners erhitzbar. Die Wärmetauscherelemente haben jeweils zwei diametral einander gegenüberliegende Einlässe und zwei ebenfalls diametral einander gegenüberliegende Auslässe für das zu erhitzende Medium. Bei dieser Vorrichtung tritt zwar beim Durchströmen der Ringräume nur ein geringer Druckverlust an dem Medium auf. Ungünstig ist jedoch, dass die Ringräume ungleichmäßig von dem Medium durchströmt werden.
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Aus der
DE 4029660 A1 ist eine Vorrichtung für die Trocknung von Erdgas und für die Wiederaufbereitung des hierfür benutzten Wasserlösemittels bekannt, bei der das Erdgas mittels einer eingangs genannten Vorrichtung erhitzt wird. Zur Erhitzung des Erdgases ist bei der bekannten Vorrichtung ein Wärmetauscher vorgesehen, in den ein erhitztes Thermoöl oder Wasserglykolgemisch eingeleitet wird, und durch den das zu trocknende Erdgas mittels einer Rohrleitung geleitet wird. Hierdurch wird Wärme von dem Thermoöl beziehungsweise Wasserglykolgemisch auf das Erdgas übertragen.
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Nachteilig bei der bekannten Erhitzung von Erdgas ist, dass ein relativ hoher Apparateaufwand mit entsprechend hohen Kosten erforderlich ist. Des Weiteren ist der Wirkungsgrad bei der bekannten Erdgaserhitzung nicht sehr hoch. Durch die indirekte Erhitzung des Erdgases entstehen Wärmeverluste in den einzelnen Apparaten.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine eingangs genannte Vorrichtung derart auszubilden, dass sie einen geringen Druckverlust für den Erdgaserhitzerbetrieb ermöglicht und dass der Aufwand bei ihrer Herstellung reduziert ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden Teils in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Erhitzung von Erdgas, mit wenigstens einer Rohrschlange, durch die das Erdgas leitbar ist, und die einen Einlass und einen Auslass für das Erdgas hat, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Rohrschlange wenigstens zwei konzentrisch angeordnete Zylinder bildet, von denen der Innenraum des inneren Zylinders erhitzbar ist.
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Dadurch, dass die mindestens eine Rohrschlange wenigstens zwei konzentrische Zylinder bildet, von denen der Innenraum des inneren Zylinders erhitzbar ist, kann das sich in der Rohrschlange befindliche Erdgas direkt erwärmt werden.
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Das heißt, das Erdgas lässt sich auf einfache Weise dadurch erhitzen, dass es durch die die Zylinder bildende Rohrschlange geleitet wird. Zur Erhitzung des Erdgases ist somit lediglich eine zu einem Zylinder angeordnete Rohrschlange erforderlich, dessen Innenraum beispielsweise mittels eines Brenners erhitzt werden kann. Der apparative Aufwand ist daher sehr gering.
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Durch die direkte Erhitzung der Rohrschlange beziehungsweise des sich in der Rohrschlange befindlichen Erdgases ist darüber hinaus der Wirkungsgrad der Vorrichtung sehr hoch.
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Sehr vorteilhaft ist, dass die Rohrschlange wenigstens zwei konzentrische Zylinder bildet. Dadurch lässt sich die Rohrschlange in einem Behälter derart anordnen, dass sich im Innenraum des inneren Zylinders befindliches Rauchgas durch den Zwischenraum zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder geleitet wird. Hierdurch erhöht sich der Wirkungsgrad der Vorrichtung.
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In vorteilhafter Weise weist der äußere Zylinder ein Abschlussblech auf, welches den Innenraum des äußeren Zylinders an einer Stirnseite abschließt und in einem Abstand von dem inneren Zylinder angeordnet ist. Hierdurch lässt sich das Gas auf einfache Weise durch den genannten Zwischenraum leiten.
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Der Wirkungsgrad der Vorrichtung kann weiterhin noch dadurch erhöht werden, dass zwischen dem äußeren Zylinder und der Behälterwandung ein weiterer Zwischenraum ausgebildet ist, durch den das Rauchgas anschließend zu einer in einer Behälterwandung ausgebildeten Öffnung geleitet wird. Hierdurch kann das durch den Brenner erhitzte Rauchgas über einen längeren Weg an der Rohrschlange vorbeigeführt werden, wodurch sich das in der Rohrschlange befindliche Erdgas sehr effektiv erwärmt.
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In besonders vorteilhafter Weise erfolgt der Einlass des Erdgases in die Rohrschlange am inneren Zylinder, das heißt der Einlass des Erdgases in die Rohrschlange ist mit dem inneren Zylinder verbunden. Hierdurch wird das im ersten Teil der Rohrschlange vorhandene noch kalte Erdgas sehr schnell erwärmt, da die Temperaturdifferenz an dieser Stelle am größten ist. Die schnelle Erwärmung des Erdgases hat den Vorteil, dass der Taupunkt ebenfalls sehr schnell durchschritten wird, wodurch sich nahezu kein Niederschlag bildet.
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Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung ist der Auslass des Erdgases aus der wenigstens einen Rohrschlange mit dem äußeren Zylinder verbunden und weist einen Temperatursensor auf. Mittels des Temperatursensors lässt sich der ordnungsgemäße Betrieb der Vorrichtung überwachen. Insbesondere lässt sich mittels des Temperatursensors der Betrieb von nach- geschalteten weiteren Vorrichtungen, wie beispielsweise Erdgas-Reinigungsvorrichtungen steuern. Solange die am Auslass der Rohrschlange mittels des Sensors festgestellte Temperatur einen Sollwert nicht erreicht hat, kann das Erdgas zum Spülen der Reinigungsvorrichtungen verwendet werden. Überschreitet die von dem Sensor festgestellte Temperatur den Sollwert, werden die Reinigungsvorrichtungen wieder im Normalbetrieb betrieben, das heißt, das Erdgas wird gereinigt. Mit anderen Worten, der Betrieb der Erdgas-Reinigungsvorrichtungen wird vom Spülbetrieb in den Reinigungsbetrieb umgeschaltet.
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Als vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform der Erfindung heraus gestellt, bei der wenigstens zwei, insbesondere drei, vorzugsweise fünf Rohrschlangen vorhanden sind, welche in axialer Richtung der Zylinder nebeneinander angeordnet sind und deren Einlässe und Auslässe miteinander verbunden sind. Dadurch sind sehr geringe Druckverluste für den Erdgaserhitzerbetrieb möglich, was einen geringen Energieverbrauch für den Gasverdichter bewirkt.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
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Es zeigt:
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Die einzige Figur eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Erdgaserhitzers.
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Wie der Figur entnommen werden kann, weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung einen zylinderförmigen Kessel 18 auf, an dem an einer seiner Stirnseiten ein Gasbrenner 10 angeordnet ist. Im Inneren des Kessels 18 sind fünf Rohrschlangen 1, 2, 3, 4, 5 angeordnet, welche in axialer Richtung 22 des Kessels 18 neben- einander angeordnet sind. Die Rohrschlangen 1, 2, 3, 4, 5 stoßen aneinander, so dass zwischen ihnen im Wesentlichen keine Luft beziehungsweise kein Rauchgas durchtreten kann. Die Rohrschlangen 1, 2, 3, 4, 5 bilden um die Achse 18a des Kessels 18 kreisförmige Wicklungen.
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Die Rohrschlangen 1, 2, 3, 4, 5 sind derart im Kessel 18 angeordnet, dass sie einen inneren Zylinder 8 bilden und einen koaxial zum inneren Zylinder 8 angeordneten äußeren Zylinder 9 bilden. Dadurch, dass Windungen der Rohrschlangen aneinander stoßen, sind die Wandungen der Zylinder nahezu dicht.
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Die Ein- und Ausgänge der Rohrschlangen 1, 2, 3, 4, 5 sind jeweils über ein Sammelrohr miteinander verbunden. Das den Rohrschlangen 1, 2, 3, 4, 5 abgewandte Ende des Sammelrohrs des inneren Zylinders bildet einen Einlass 6 für Erdgas. Das den Rohrschlangen 1, 2, 3, 4, 5 abgewandte Ende des Sammelrohrs des äußeren Zylinders 9 bildet einen Auslass 7 für das Erdgas. Das über den Einlass 6 in die Rohrschlangen 1, 2, 3, 4, 5 eingeleitete Erdgas durchströmt somit zunächst die Windungen des inneren Zylinders 8 und gelangt dann in die Windungen des äußeren Zylinders 9. Dort gelangt es über den Auslass 7 aus den Rohrschlangen.
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An den dem Sammelrohr des Auslasses 7 zugewandten Enden sind an den Rohr- schlangen 1, 2, 3, 4, 5 Temperatursensoren 11, 12, 13, 14, 15 angeordnet. Mittels der Temperatursensoren 11, 12, 13, 14, 15 kann die Temperatur des Erdgases gemessen werden, nachdem es die Rohrschlangen 1, 2, 3, 4, 5 durchlaufen hat.
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An dem dem Gasbrenner 10 abgewandten Ende ist der äußere Zylinder 9 mit einem Abschlussblech 16 verbunden, welches den Innenraum 9a des äußeren Zylinders 9 stirnseitig abschließt und in einem Abstand vom inneren Zylinder 8 angeordnet ist. Der Abstand des Abschlussbleches 16 vom inneren Zylinder 8 wird durch den Pfeil 17 dargestellt.
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Durch das Abschlussblech 16 wird erreicht, dass durch die Flamme 10a des Gasbrenners 10 im Inneren 8a des inneren Zylinders 8 erzeugte heiße Rauchgase in den Zwischenraum zwischen dem inneren Zylinder 8 und dem äußeren Zylinder 9 gelangen, bevor sie durch eine Öffnung 21 aus dem inneren des Kessels 18 nach Außen gelangen. Der Weg des Rauchgases ist durch Pfeile 23 angedeutet. Der Abstand des äußeren Zylinders 9 vom inneren Zylinder 8 ist durch den Pfeil 19 dargestellt.
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Dadurch, dass das Erdgas an den Enden in die Rohrschlangen 1, 2, 3, 4, 5 geleitet wird, die von der Flamme 10a des Gasbrenners 10 am stärksten erwärmt werden, wird es sehr schnell erwärmt. Hierdurch wird der Taupunkt sehr schnell überschritten, wodurch nahezu kein Kondensat entsteht.
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Nachdem das Erdgas den Teil der Rohrschlangen, der den inneren Zylinder 8 bildet, durchströmt hat, gelangt es in den Teil der Rohrschlangen 1, 2, 3, 4, 5, die den äußeren Zylinder 9 bilden. Das Erdgas ist somit bereits erwärmt, wenn es in den Teil der Rohrschlange 1, 2, 3, 4, 5 gelangt, die den äußeren Zylinder 9 bilden. Dadurch, dass die Rauchgase durch den Zwischenraum zwischen dem inneren Zylinder 8 und dem äußeren Zylinder 9 strömen, wird es im äußeren Zylinder 9 weiter erwärmt. Da es zu diesem Zeitpunkt aber bereits vorgewärmt ist, entsteht auch im äußeren Zylinder 9 nahezu kein Kondensat. Dasselbe gilt auch für Rauchgase, die durch den Zwischenraum zwischen dem äußeren Zylinder 9 und der Wandung des Kessels 18 strömen. Der Abstand des äußeren Zylinders 9 von der Wandung des Kessels 18 ist durch den Pfeil 20 dargestellt.
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Dadurch, dass die heißen Rauchgase zunächst durch den inneren Zylinder 8 geleitet werden und dann durch den Zwischenraum zwischen dem inneren Zylinder 8 und dem äußeren Zylinder 9 und danach durch den Zwischenraum zwischen dem äußeren Zylinder 9 und der Wandung des Kessels 18 geleitet werden, entsteht ein langer Weg, auf dem das heiße Rauchgas Wärme an die Rohrschlangen 1, 2, 3, 4, 5 und damit an das sich in den Rohrschlangen befindliche Erdgas abgeben kann. Dies wirkt sich sehr vorteilhaft auf den Wirkungsgrad der Vorrichtung aus.
