DE102020001338A1

DE102020001338A1 - Wärmeübertrager für die Rückgewinnung von Kälteleistung aus der Regasifizierung tiefkalter verflüssigter Gase

Info

Publication number: DE102020001338A1
Application number: DE102020001338.4A
Authority: DE
Inventors: Rainer Braun
Original assignee: Regascold GmbH
Current assignee: Regascold GmbH
Priority date: 2020-02-29
Filing date: 2020-02-29
Publication date: 2021-09-02
Also published as: EP4111121A1; WO2021170165A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für die Rückgewinnung von Kälteleistung aus der Regasifizierung tiefkalter verflüssigter Gase mit Hilfe angepasster Kälteträger.Ein erfindungsgemäßer Rohr-in-Rohr- Wärmeübertrager im Wesentlichen aus einem Innenrohr und einem zu diesen möglichst koaxial geführten Außenrohr gekennzeichnet, wodurch ein Mantelraum gebildet ist. Das zu regasifizierende verflüssigte Gas strömt durch das Innenrohr, während der Kälteträger durch den Mantelraum fließt und somit die Kälteleistung vom zu regasifizierenden verflüssigten Gas zum Kälteverbraucher transportiert. Der Wärmeübertrager ist in Geradrohranordnung wie auch u- förmig konfigurierbar und kann gleichmäßig als auch intermittierend betrieben werden.Der eingesetzte Kälteträger ist so angepasst, dass Wärmeflüsse über große, zu tiefen Temperaturen führende Temperaturgefälle beherrschbar sind, ohne dass die Einbindung eines mit zusätzlichen Wärmeübergängen beitragenden Zwischenmediums erforderlich ist. Der Wärmeübertrager ist als standardisiertes Modul eines Baukasten- Wärmeübertragungsystems ausführbar, was frei wählbare Größen des zu regasifizierenden Massenstroms und des zu beherrschenden Temperaturgefälles und damit eine universelle, gleichermaßen skalierbare wie individuell konfigurierbare Anwendung zulässt.

Description

Anwendungsgebiet
Gase durch Abkühlung auf tiefe Temperaturen zu verflüssigen, verringert ihr Volumen und macht sie lagerbar und transportierbar. Wegen des erforderlichen sehr tiefen Temperaturniveaus, das zum Beispiel, bezogen auf 1 bar, für Sauerstoff (LO₂) -183 °C, für Stickstoff (LN₂) -196 °C und für Erdgas (LNG) -162 °C beträgt, ist für die Verflüssigung der Gase in beachtlichem Umfang Kälteleistung aufzuwenden. Dennoch ist die Verflüssigung eine weltweit genutzte Technik.
Die abschließende Nutzung der tiefkalten Flüssigkeit setzt deren Regasifizierung voraus. Hierfür ist ihr Wärme zuzuführen, die wiederum als Kälteleistung einen Wärmeabgeber kühlt, wobei die in der tiefkalten Flüssigkeit gespeicherte Exergie an diesen übertragen wird. Wärmeabgeber bei der Regasifizierung kann der sogenannte Kälteträger sein, mit dem sich die Kälteleistung in die diversen kältetechnischen Anwendungen übertragen lässt. Dabei gilt, je tiefer das Temperaturniveau des Kälteträgers unterhalb dem Temperaturniveau der Umgebung ist, um so höher ist sein Exergiegehalt.
Bisher wird die bei der Regasifizierung verfügbare Exergie weltweit nahezu ausschließlich dissipiert, indem man die Umgebung, d.h. Luft oder Meerwasser, als Wärmeabgeber einsetzt. Das verfügbare Kälteleistungspotential bleibt somit ungenutzt, obwohl die globale Nachfrage nach Kälteleistung deutlich wächst und einen steigenden Bedarf an elektrischer Endenergie verursacht, der bereits heute 17 % der insgesamt in Anspruch genommenen elektrischen Endenergie ausmacht. Das heißt, es bietet sich die Chance, große Mengen elektrischer Endenergie und damit fossile oder unter hohem Aufwand und deshalb knapp verfügbare regenerative Primärenergie einzusparen.
Stand der Technik
Es ist übliche Praxis, die großtechnische Regasifizierung von LNG (Liquefied Natural Gas) unter Verwendung von Meerwasser zu betreiben, das sich dabei unter dem irreversiblen Verlust der verfügbaren Exergie als potentieller Kälteträger zunächst um ca. 5° K abkühlt und sich danach durch Mischung wieder auf die ursprüngliche Meewassertemperatur erwärmt. Dass der Kälteträger Wasser nicht gefriert, wird durch einen zwischengeschalteten Kreislauf erreicht, der mit Propan betrieben wird, welches die Wärme im Naturumlauf durch Verdampfung und Kondensation transportiert. Diese Technik ist erstmalig im Jahr 2013 in einem Offshore- Projekt auf einem ehemaligen LNG- Tankschiff vor der Toskana- Küste realisiert worden. Propan als Zwischenmedium zu verwenden, bietet sich aus zwei Gründen an: Einerseits wegen seiner sehr guten Wärmeübertragungseigenschaften und andererseits wegen der günstigen Lage der Soliduslinie (Tripelpunktdaten: -187,7 °C und 0,0002 Pa; Daten des kritischen Punktes: 96,7 °C und 42,5 bar). Das Propan ist so eingefüllt, dass es bei -7°C verdampft und kondensiert. Der Transport der Wärme vom Meerwasser zum LNG hat mehrere thermische Widerstände zu überwinden, nämlich den Wärmeübergang vom Meerwasser an die Oberfläche des Propanverdampfers, die Wärmeleitung durch die Verdampferrohrwand, den Wärmeübergang an das verdampfende Propan, den Wärmübergang vom kondensierenden Propan an die Oberfläche der LNG führenden Rohre, die Wärmeleitung durch die Wände dieser Rohre und schließlich den Wärmeübergang an das verdampfende LNG. An allen thermischen Widerständen fällt, formuliert in Analogie zum Ohmschen Gesetz, Temperatur proportional zur Größe des Widerstandes ab. Die Summe der Temperaturabfälle entspricht der Differenz zwischen der Meerwassertemperatur und der LNG- Temperatur. Man legt die Transportkette so aus, dass der Temperaturabfall, der sich bei der Wärmeübertragung aus dem Meerwasser an die wasserbenetzte Oberfläche des Propanverdampfers einstellt, zu Oberflächentemperaturen größer 0 °C führt.
Eine alternativ mit dem Zwischenmedium Propan betriebene Lösung wird in der Veröffentlichung DE 10 2016 006 121 und in der PCT/DE2016/000253 beschrieben.
Ziel ist es hier, kleine und mittlere exergetisch hochwertige Kälteleistungen aus der Regasifizierung tiefkalter Flüssigkeiten zurückzugewinnen, insbesondere in Verbindung mit Lagertanks für LNG, LN₂ und LO₂, deren üblicherweise verwendeten, mit Umgebungsluft als Wärmequelle betriebenen atmosphärischen Verdampfer dann energieeinsparend ergänzt oder ersetzt werden.
Der Kälteträger, vorzugsweise eine tieftemperaturtaugliche synthetische Wärmeträgerflüssigkeit, wird im Hinblick auf die hauptsächlich nachgefragten Anwendungen wie Tieftemperaturlagerung, Schockfrosten, Kältespeicherung mit Phase Change Material und beliebige Prozesskälte nahe - 60 °C betrieben.
Die passende Temperatur des verdampfenden und kondensierenden Propans lässt sich durch das Einwiegen der entsprechenden Masse in den geschlossenen zylindrischen Wärmeübertragungsbehälter vorbestimmen. Dass zur Wärmeübertragung nur zwei einseitig befestigte Rohrwendeln verwendet werden, verschafft Sicherheit gegen unzulässige mechanische Spannungen, die im Betrieb infolge der großen örtlichen und zeitlichen Temperaturänderungen auftreten können.
Eine weitere alternativ mit dem Zwischenmedium Propan erreichte Lösung beschreiben die DE 10 2017 007 009.1 und die PCT/DE201/000352. Sie betreffen wiederum die Gewinnung hochwertiger Kälteleistung, nunmehr aber große Leistungen, zum Beispiel solche, die für große LNG- Terminals zutreffen. Hier ist für die im Naturumlauf erfolgende Verdampfung und Kondensation des Zwischenmediums der Einsatz zweier kostenaufwendiger Rohrbündelwärmeübertrager erforderlich. Kostengünstig wirkt sich die Verwendung von CO₂ als Kälteträger aus, der die Kälteleistung ohne Phasenwechsel flüssig und unterkühlt an die zu versorgende Kältebedarfsstelle transportiert, wobei sich selbst große Distanzen kostengünstig überbrücken lassen. Die Gefahr des Erstarrens des CO₂, dessen Tripelpunkt die Koordinaten 5,19 bar und - 56,6 °C hat, wird mit der Beschränkung der Abkühlung auf den Mindestwert - 50 °C beherrscht, was durch die Steuerung der LNG- Zufuhr erfolgt.
In der PCT/DE2018/000360 wird vorgeschlagen, den mit einem auf einstellbarem Temperaturniveau verdampfenden und kondensierenden Zwischenmedium bewirkten thermischen Widerstand durch eine ruhende Gasschicht zu ersetzen, die ohne Phasenwechsel betrieben wird, um so sicherzustellen, dass sich die Temperatur der vom Kälteträger benetzten Wärmeübertragungsfläche nicht unterhalb der Erstarrungstemperatur einstellt. Es wird eine Wärmeübertragungseinrichtung für die Kältebereitstellung in Kühlfahrzeugen, deren Kraftfahrzeugmotor mit LNG angetrieben wird, vorgestellt. Als Kälteträger dient eine synthetische Flüssigkeit, die bis hinab zu - 85 °C nicht gefriert und pumpbar ist. Sie kühlt über einen Rippenrohrwärmeübertrager die Kühlraumluft. Den notwendigen Temperaturabfallbeitrag zum gesamten Temperaturgefälle übernimmt der thermische Widerstand des hermetisch zwischen koaxialen Rohren eingeschlossenen trockenen Gases, vorzugsweise Luft oder Stickstoff.
Dabei ergibt sich als Zusatzfunktion, dass der Druck des Gases deutlich niedriger gewählt ist als der minimale LNG- Druck, so dass der bei einer Undichtigkeit infolge eindringenden Erdgases auftretende Druckanstieg den dafür vorgesehenen Sicherheitsdruckschalter und über diesen die Sperrung der LNG- Zufuhr auslöst.
Aufgabenstellung
Die bei der Regasifizierung tiefkalter verflüssigter Gase mögliche Energierückgewinnung ist bisher weltweit nahezu ungenutzt geblieben. Sie beschränkt sich lediglich auf einige wenige LNG- Hafenterminals zugeordnete Ausführungen, die mittels Großanlagen und komplexer, aufwendiger Verfahrenstechnik auf tiefem Temperaturniveau wertvolle Kälteleistung übernehmen. Die Nutzung kleinerer und mittlerer Kälteleistungen, so wie sie aus den zahlreich vorhandenen dezentralen Tankanlagen, insbesondere Tankanlagen für LO₂, LN₂ und LNG, mit Hilfe eines Wärmeübertragers und eines Kälteträgers, die bisherige Regasifizierungseinrichtung ersetzend oder umgehend, gewonnen werden kann, ist bis heute gänzlich vernachlässigt worden. Als Begründung ist anzuführen, dass die erforderliche Wirtschaftlichkeit der Technik nicht ausreichend gegeben ist.
Die gemäß dem Stand der Technik angebotenen Wärmeübertragungseinrichtungen sind zu aufwändig und damit unwirtschaftlich, weil es zu lange dauert, die Investitionskosten mit den für die rückgewonnene Kälteleistung erzielbaren Erträgen zu amortisieren.
Aus dem vorbeschriebenen Stand der Technik, insbesondere aus dessen Nachteilen, leitet sich die erfinderische Aufgabenstellung ab. Sie fokussiert sich auf Kälteleistungen, die aus dezentralen Tank- und Regasifizierungsanlagen sowohl intermittierend verfügbar als auch intermittierend abrufbar sind, auf die besonders umfangreich im Temperaturbereich - 40 °C bis + 10°C nachgefragten Kälteleistungen und unter diesen Randbedingungen auf eine möglichst einfache, kostenminimiert gestaltete Wärmeübertragung. Letztere setzt voraus, dass die aus dem tiefen Temperaturniveau und den großen örtlichen und zeitlichen Temperaturdifferenzen resultierenden Gefahren beherrscht werden: Nämlich das Auftreten unzulässiger mechanischer Spannungen, der unzulässige Anstieg der Viskosität des Kälteträgers und dessen unzulässiger Übergang in die feste Phase. Das Ziel der Erfindung, nämlich die aus der Regasifizierung tiefkalter verflüssigter Gase verfügbare Kälteleistung sowohl technisch als auch wirtschaftlich wirksam zurückzugewinnen, wird aufgabenhaft in der Entwicklung eines Rohr-in-Rohr-Wärmeübertragers gesehen, der die vorbeschriebenen Nachteile des Standes der Technik konstruktiv überwindet.
Lösung der Aufgabenstellung
Die Lösung der Aufgabenstellung ist im Patentanspruch 1 angegeben. Die untergeordneten Ansprüche enthalten zweckmäßige Ausgestaltungen. Die Wärmetransport vom Kälteträger zum tiefkalten verflüssigten Gas erfolgt dabei direkt. Die sonst übliche aufwändige Einbindung zusätzlicher über ein Zwischenmedium führender Wärmeübertragungsschritte ist bewusst vermieden. Als gezielt minimalistische Lösung wird ein Rohr-in-Rohr- Wärmeübertrager eingesetzt, der vorzugsweise als U- Rohr ausgeführt ist. Im Innenrohr wird das durch Verdampfen und Überhitzen zu regasifizierende, tiefkalte verflüssigte Gas transportiert. Das Außenrohr umschließt das Innenrohr koaxial und bildet so den Strömungskanal für den Kälteträger.
Beide Rohre enden im Rohrboden, haben mit diesem eine feste Verbindung und sind hier auch fest und dicht miteinander verbunden. Das freie Auskragen der Rohre verhindert unzulässige, als Folge der zeitlichen und örtlichen Temperaturunterschiede entstehende, mechanische Spannungen.
Der Rohr-in-Rohr- Wärmeübertrager ist alternativ in Geradrohranordnung ausführbar, wobei das Innenrohr und das Außenrohr ebenfalls möglichst koaxial ausgerichtet sind. Das Außenrohr ist an seinen Enden durch feste und dichte Verbindungen getragen und falls erforderlich durch zusätzliche gleitfähige Distanzelemente gestützt, wodurch Schwingungen verhindert und Verwirbelungen im Mantelraum, die die Wärmeübertragung behindern, gemindert sind.
Das Außenrohr, welches weniger druck- und temperaturbelastet ist als das Innenrohr ist vorteilhaft mit einem Kompensator ausgestattet, der den Ausgleich der thermischen Längenänderungen bewirkt.
Ein wichtiger Bestandteil des vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Rückgewinnungssystems ist der Kälteträger, der angepasst an das Temperaturniveau des Kälteleistungsbedarfs unter zwei Voraussetzungen unterschiedlich zu wählen ist. Restriktionen sind dabei jeweils, dass infolge der Abkühlung des Kälteträgers dessen Soliduslinie und damit dessen die Strömung unterbindender Phasenwechsel erreicht wird, ferner, dass dessen Viskosität soweit ansteigt, dass die Pumpbarkeit nicht mehr gegeben ist.
Der erste Weg der Kälteträgerwahl folgt der Voraussetzung, dass sich weder zu hohe Viskositätswerte noch die Gefahr der Bildung einer festen Phase einstellen, wenn man z.B. Mischungen aus Wasser mit Ethylenglykol oder synthetische, tieftemperaturtaugliche Wärmeträgerflüssigkeiten verwendet und gleichzeitig angemessene Werte der Wärmetransportparameter wie Rohrwanddicke, Kanalabmessungen und Strömungsgeschwindigkeiten sicherstellt.
Der zweite Weg, den Kälteträger zu wählen, setzt gezielt und definiert dessen Erstarrung voraus, um mit der sich auf der Außenseite des Innenrohres bildenden festen Schicht einen thermischen Widerstand zu gewinnen, der auf dem Transportweg zum tiefkalten verflüssigten Gas den erforderlichen Temperaturabfall beisteuert.
Diese erstarrte Schicht, an deren Oberfläche konstant die Erstarrungstemperatur des Kälteträgers herrscht, erreicht nach erfolgtem transienten Bildungsprozess eine stationäre Dicke und ersetzt kostengünstig die aufwändigen mit dem Stand der Technik verfügbaren Lösungen. Von Nachteil ist, dass die erstarrte Schicht den Wärmedurchgang verringert,
was allerdings, zumindest teilweise, durch die mit der Reduzierung des Strömungsquerschnittes einhergehende Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und die Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche kompensiert wird.
Die Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche muss, soweit sie nicht selbständig über die Bildung der erstarrten Schicht zustande kommt, konstruktiv erfolgen.
Ausschlaggebend für den Wärmedurchgang und damit für die benötigte Wärmeübertragungsfläche ist jedenfalls der Wärmeübergang vom fließenden Kälteträger an die Oberfläche der erstarrten Schicht. Die Erfindung sieht vor, diesen, was sich sehr einfach indirekt realisieren lässt, messtechnisch zu verfolgen und bei Unterschreiten eines Schwellenwertes die Zufuhr der zu regasifizierenden Flüssigkeit zu stoppen, um im Rahmen einer intermittierenden Beaufschlagung die wie ein Kältespeicher wirkende erstarrte Schicht mit dem weiter strömenden Kälteträger abzutauen.
Es ist das im Bemühen um eine technische und zugleich wirtschaftliche Wirksamkeit wichtige Ziel erreicht, den über große Temperaturgefälle zu tiefen Temperaturen führenden Wärmetransport möglichst anwendungsfreundlich zu gestalten. Die praktizierte Einfachheit des Rohr-in-Rohr- Wärmeübertragers als U- Rohr bietet hierfür beste Voraussetzungen. Sie ermöglicht die Anwendung eines Baukastensystems, so dass der Wärmeübertrager nach dem Prinzip der Modularität als standardisierter Baustein universell eingesetzt werden kann.
Es können damit skalierbar sowohl kleine als auch beliebig große Flüssiggasdurchsätze effizient genutzt werden. Der benötigte Platzbedarf ist gering, da der Wärmeübertrager beliebig horizontal oder senkrecht als Einzelbauteil oder in einer Gruppenanordnung im Bereich einer Flüssiggastankanlage oder im Bereich einer Kälteverbrauchsstelle aufgestellt werden kann. Er kann im Bypass zur vorhandenen mit Umgebungswärme beheizten Regasifizierungseinrichtung betrieben werden oder diese ersetzen.
Ausführungsbeispiel
Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager für die Rückgewinnung von Kälteleistung aus der Regasifizierung tiefkalter verflüssigter Gase wird nachfolgend an Hand einer Zeichnung (1) näher erläutert.
Der als Ausführungsbeispiel gewählte Wärmeübertrager ist als Rohr-in-Rohr-Wärmeübertrager u-förmig ausgeführt. Das Innenrohr 2 und das Außenrohr 3 sind möglichst koaxial ausgerichtet, wodurch ein Mantelraum 9 gebildet ist.
Das Außenrohr 3 ist an seinen Enden durch eine feste und dichte Verbindungen in Form eines Rohrbodens 4 getragen.
Das Innenrohr 2 ist von seinen auf der Rohrbodenseite befindlichen Enden frei kragend relativ zum Außenrohr 3 beweglich. Somit kann auf einen Kompensator für den Ausgleich der thermischen Längenänderungen verzichtet werden.
Durch diese konstruktiven Voraussetzungen kann zu regasifizierendes verflüssigtes Gas vom Eintritt 5 zum Austritt 6 durch das Innenrohr 2 strömen. Der Kälteträger fließt hingegen vom Eintritt 7 zum Austritt 8 durch den vom Mantelraum 9gebildeten Strömungskanal und transportiert somit die Kälteleistung vom zu regasifizierenden verflüssigten Gas zum Kälteverbraucher.
Weitere mögliche Ausgestaltungen sind in der Beschreibung angegeben.
Bezugszeichenliste

1: Rohr-in-Rohr- Wärmeübertrager (in U-Rohr- Ausführung),
2: Innenrohr,
3: Außenrohr,
4: Rohrboden,
5: Eintritt des zu regasifizierenden verflüssigten Gases,
6: Austritt des regasifizierten verflüssigten Gases,
7: Eintritt des Kälteträgers,
8: Austritt des Kälteträger
9: Mantelraum.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102016006121 [0005]
DE 102017007009 [0009]

Claims

Rohr-in-Rohr- Wärmeübertrager zur Rückgewinnung von Kälteleistung aus der Regasifizierung tiefkalter verflüssigter Gase, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeübertrager (1) im Wesentlichen aus einem Innenrohr (2) und einem zu diesen möglichst koaxial geführten Außenrohr (3) besteht, wodurch ein Mantelraum (9) gebildet ist, dass das zu regasifizierende verflüssigte Gas vom Eintritt (5) zum Austritt (6) durch das Innenrohr (2) strömt während der Kälteträger vom Eintritt (7) zum Austritt (8) durch den vom Mantelraum (9) gebildeten Strömungskanal fließt und somit die Kälteleistung vom zu regasifizierenden verflüssigten Gas zum Kälteverbraucher transportiert, dass der Wärmeübertrager (1) in Geradrohranordnung bzw. alternativ gleichwertig u- förmig konfiguriert ist, dass der Kälteträger so angepasst ist, dass Wärmeflüsse über große, zu tiefen Temperaturen führende Temperaturgefälle beherrschbar sind, ohne dass die Einbindung eines mit zusätzlichen Wärmeübergängen beitragenden Zwischenmediums erforderlich ist, dass der Wärmeübertrager (1) sowohl gleichmäßig als auch intermittierend beaufschlagbar ist, und dass der Wärmeübertrager (1) als standardisiertes Modul eines Baukasten-Wärmeübertragungsystems ausführbar ist, was frei wählbare Größen des zu regasifizierenden Massenstroms und des zu beherrschenden Temperaturgefälles und damit eine universelle, gleichermaßen skalierbare wie individuell konfigurierbare Anwendung zulässt:
Rohr-in-Rohr- Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (1) in Geradrohranordnung ausgeführt ist, wobei das Innenrohr (2) und das Außenrohr (3) möglichst koaxial ausgerichtet sind, dass das Außenrohr (3) an seinen Enden durch feste und dichte Verbindungen getragen und falls erforderlich durch zusätzliche gleitfähige Distanzelemente gestützt ist, wodurch Schwingungen verhindert und Verwirbelungen im Mantelraum, die die Wärmeübertragung behindern, gemindert werden, und dass das Außenrohr (3), welches weniger druck- und temperaturbelastet ist als das Innenrohr (2), mit einem Kompensator ausgestattet ist, der den Ausgleich der thermischen Längenänderungen bewirkt.
Rohr-in-Rohr- Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (1) u-förmig ausgeführt ist, wobei das Innenrohr (2) und das Außenrohr (3) möglichst koaxial ausgerichtet sind und das Außenrohr (3) an seinen Enden mit dem Innenrohr (2) fest und dicht verbunden ist, und dass sich das Innenrohr (2) von seinen auf derselben Seite befindlichen Enden frei aus dem Rohrboden (4) kragend relativ zum Außenrohr (3) bewegen kann, und zwar bei Verzicht auf einen Kompensator für den Ausgleich der thermischen Längenänderungen.
Rohr-in-Rohr- Wärmeübertrager nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Wahl der für den zu regasifizierenden Massenstrom und für den die Kälteleistung übertragenden, vorzugsweise flüssigen, aber auch gasförmigen Massenstrom geltenden Strömungsparameter Volumenstrom und Strömungsquerschnitt passgenau ein Kälteträger eingesetzt ist, der geeignet ist, auf bedarfsgerecht niedrigem Temperaturniveau exergetisch wertvolle Kälteleistung zu übertragen, ohne dass ein Phasenwechsel eintritt oder die Förderbarkeit wegen zu hoher Viskosität unzulässig abnimmt.
Rohr-in-Rohr- Wärmeübertrager nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass ein flüssiger Kälteträger eingesetzt ist, der bei einer definierten Erstarrungstemperatur teilweise gefriert und so durch die Bildung einer als thermischer Widerstand wirkenden erstarrten Schicht den erforderlichen Temperaturabfall zur tiefkalten Oberfläche des Innenrohrs bewirkt, wobei die Dicke der sich einstellenden erstarrten Schicht, an deren Oberfläche die Erstarrungstemperatur des Kälteträgers herrscht, sich ungefähr umgekehrt proportional zum Wärmeübergangskoeffizienten der Wärmeabgabe des Kälteträgers verhält, welche allerdings wegen der vergrößert zur Verfügung stehenden Wärmeübertragungsfläche und wegen der bei verkleinertem Strömungsquerschnitt vergrößerten Strömungsgeschwindigkeit zunimmt.
Rohr-in-Rohr- Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der in fester Phase als erstarrte Schicht am Innenrohr (2) anhaftende Kälteträger als Kältespeicher nutzbar ist, der bei abgeschaltetem Massenstrom des tiefkalten verflüssigten Gases durch den vom weiter strömenden flüssigen Kälteträger bewirkten Übergang der festen zur flüssigen Phase entladen werden kann.
Rohr-in-Rohr- Wärmeübertrager nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass seine kostengünstig einfache Verwendung als nach dem Prinzip der Modularität standardisierter Baustein skalierbare und lageunabhängig in Reihen- und Parallelschaltungen beliebig gestaltbare Wärmeübertragungssysteme ermöglicht, die sowohl zur Verdampfung als auch zur Überhitzung des zu regasifizierenden Fluids eingesetzt werden können und bezüglich Kälteträger, Temperaturniveau, Kälteleistung sowie kontinuierlicher öder auch intermittierender Massendurchsätze eine universelle Anwendbarkeit gewährleisten.