DE2709961A1

DE2709961A1 - Waermeaustauscherelement fuer einen kaeltetrockner

Info

Publication number: DE2709961A1
Application number: DE19772709961
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Geerkens
Original assignee: VIA GmbH
Current assignee: VIA GmbH
Priority date: 1977-03-08
Filing date: 1977-03-08
Publication date: 1978-09-21
Also published as: GB1595865A; DE2709961C2; US4242877A

Description

Dipi.-ing. Peter-C. S ro !ta

4 Düsseldorf 1 ■ Schadowplatz 9

Düsseldorf, 7. März 1977 76120

VIA Gesellschaft für Verfahrenstechnik mbH 4000 Düsseldorf 1

Wärmeaustauscherelement für einen
Kältetrockner

Die Erfindung betrifft ein Wärmeaustauscherelement für einen Kältetrockner, bestehend aus einem Außenrohr für den Durchfluß von Kältemittel und einem im Lumen des Außenrohres angeordneten Innenrohr zum Durchleiten des zu trocknenden Gases.

Ein derartiges Wärmeaustauscherelement ist bereits in der Patentanmeldung P 26 54 253.0 der Anmelderin vorgeschlagen worden. Gemäß dieser Patentanmeldung besteht das Austauscherelement aus einem Außenrohr und einem dazu koaxial angeordneten Innenrohr.

üblicherweise wird eine Kühlflüssigkeit, sofern eine solche verwendet wird, durch das Innenrohr geleitet, weil zwischen Kühlflüssigkeit und Rohrwandung ein besserer Wärmeübergang vorhanden ist, als zwischen dem zu kühlenden Fluid, z. B. ein zu trocknendes Gas, und der Wandung des Wärmeaustauscherrohres. Man wird also das Fluid mit der schlechteren Wärmeaustauschfähigkeit durch den Rohrteil leiten, der die größere Austauscherfläche besitzt. Das ist bei der geschilderten Rohr-in-Rohr-Konstruktion das Außenrohr.

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Telefon (Ο211) 32Ο8 5Θ Telegramme Custopat

Diese sogenannten Glattrohr-Koaxial-Austauscherelemente werden vorzugsweise für Kältetrockner verwendet, die das Zyklonprinzip anwenden und durch spiralförmige Führung des Gases ein Abscheiden von z. B. Feuchtigkeitstropfen an den Außenwänden einer spiralförmig aufgewickelten Kühlschlange bewirken. Bei dieser Konstruktion, die ein Aufwickeln der Kühlschlange erfordert, ist die Rohr-in-Rohr-Konstruktion besonders günstig.

Ein Nachteil der eingangs geschilderten Glattrohr-Koaxial-Konstruktion liegt darin, daß die Kühlleistung dadurch begrenzt wird, daß die Kältemitteltemperatur einen bestimmten Wert nicht unterschreiten darf, wenn nicht die Gefahr der Vereisung in Kauf genommen werden soll. Das bedeutet, daß die Taupunkttemperatur von beispielsweise einem zu trocknenden Gas nur auf etwa +2° öheruntergebracht werden kann, wenn nicht eine Vereisung der Wand in Kauf genommen werden soll, die zwischen dem Kältemittel und dem zu trocknenden Gas liegt. Noch schwieriger werden die Betriebsverhältnisse, wenn der Durchsatz des zu trocknenden Gases Schwankungen unterworfen ist, weil bei einem plötzlichen Absinken des Durchsatzes des zu trocknenden Gases ein zu starkes Abkühlen der vom Kühlmittel umspülten Austauscherwände und damit ein Beschlagen mit Eis auftreten kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Konstruktion von Glattrohr-Koaxial-Wärmeaustauscherelementen so zu verbessern, daß zum einen ein weiteres Absenken der Taupunkttemperatur eines zu trocknenden Gases möglich wird, beispielsweise auf 1,5° C und weniger, ohne daß die Gefahr eines Einfrierens besteht. Zum anderen soll aber auch die neue Konstruktion unempfindlicher gegenüber Durchsatzschwankungen des zu trocknenden Gases sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein innerhalb des Lumens des Innenrohres angeordnetes Kernrohr zum Durchleiten eines Fluids vorgesehen wird.

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Damit entsteht eine Konstruktion von drei ineinander verschachtelten Rohren, die zwar in der Herstellung etwas aufwendiger
ist, als die bisherige Rohr-in-Rohr-Konstruktion mit nur zwei
ineinanderliegenden Rohren, jedoch mit dem erheblichen Vorteil, daß durch das Kernrohr ein Fluid geleitet werden kann, mittels dem durch entsprechende Steuerung der Wärme dieses Fluids ein
Vereisen des Innenrohres, durch das beispielsweise das zu trocknende Gas strömt, verhindert oder wieder beseitigt wird.

Für viele Zwecke kann es bereits genügen, wenn gemäß eine vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung das Lumen des Kernrohrs an zumindest einem, vorzugsweise an beiden Enden des Wärmeaustauscherelementes mit dem Lumen des Außenrohres in Verbindung
steht. Wird durch das Außenrohr das Kältemittel hindurchgeführt, entsteht gleichzeitig eine Kältemittelströmung durch das Kernrohr. Führt man das zu trocknende Gas im Innenrohr zudem in
anderer Richtung, als das Kühlmittel im Außenrohr bzw. Kernrohr, ergibt sich der vorteilhafte Effekt, daß wegen des höheren Durchströmungswiderstandes im Kernrohr sich das Kühlmittel
im Kernrohr stärker im Verlaufe des Wärmeaustauschers anwärmt, als im Außenrohr. Die dadurch erzeugte Wärmestrahlung und Wärmeübertragung an die Innenfläche des Innenrohrs verhindert in
weiten Betriebsbereichen eine Eisbildung auf dieser Fläche.

Am Ende des Kernrohres kann gemäß einer noch anderen Ausführungsform auch eine Zuführung für das Durchleiten eines zweiten Fluids vorgesehen sein. Dadurch lassen sich die Steuermöglichkeiten verbessern, z. B. dadurch, daß über diese zweite Zuführung ein Fluid mit einer bestimmten Temperatur zugeführt wird. Dadurch ist man nicht mehr vom Druckabfall und der dadurch
bedingten Anwärmung der Kühlflüssigkeit abhängig.

Günstig ist es auch, wenn zwischen Kernrohrende und den beiden Fluidzuleitungen ein Ventil vorgesehen ist, mittels dem das
Kernrohr mit dem einen und/oder der anderen Zuleitung verbunden werden kann. Auf diese Weise ist eine besonders einfache und

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wirksame Steuerung der Temperatur des in dem Kernrohr fließenden Fluids oder Fluidgemisches möglich.

Die Erfindung betrifft auch einen Kältetrockner mit einem Gas-/ Kältemittelwarmeaustauscher, der Wärmeaustauscherelemente der vorstehend beschriebenen Art aufweist. Ein derartiger Kältetrockner kann mit zumindest einem Wärmeaustauscherelemente der genannten Art versehen sein, das als Spirale mit im wesentlichen senkrechter Achse angeordnet ist.

Soll das Zyklonprinzip nicht verwendet werden, so ist es auch möglich, mehrere Wärmeaustauscherelemente vorzusehen, die im wesentlichen geradlinig und zueinander parallel verlaufen. Für «lie Kondensatabscheidung besonders günstig ist es, wenn diese Elemente zudem senkrecht oder zumindest schräg verlaufen.

Aus dem gleichen Grunde ist es meist auch zweckmäßig, das Ende des Elementes, an dem das Kältemittel zugeführt wird, am unteren Ende der Spirale vorzusehen. Dadurch kann dann das zu trocknende Gas, das am günstigsten in Gegenrichtung strömt, am unteren Ende abgezogen werden, wodurch sich die Kondensat- und Schmutzabscheidung besonders günstig gestaltet.

Gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältetrockners ist eine Heißgasquelle vorhanden, die mit der anderen Fluidzuleitung in Verbindung steht. Damit ist es möglich, die Temperatur des durch das Kernrohr fließenden Fluids in einfacher Weise dadurch zu regeln, daß Heißgas bestimmter Menge zugeführt wird.

Die Heißgaszuführung kann beispielsweise daraus bestehen, daß das Ventil mit einer Steuerung verbunden ist, die in bestimmten Abständen das Ventil derart ändert, daß durch das Kernrohr statt Kältemittel Heißgas geführt wird. Irgendwelches Eis, das sich in der Zwischenzeit an der Wandung des Innenrohres abgesetzt haben sollte, wird dadurch innerhalb von z. B. wenigen Sekunden abgetaut und in Form von abrinnendem Kondensat wegge-

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führt. Die Steuerung kann so aufgebaut sein, daß die Umschaltung in zeitlich festgelegten Abständen erfolgt, oder auch nach Bedarf.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Kältetrocknung von Gas mit einem Wärmeaustauscher der vorstehend genannten Art. Erfindungsgemäß ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß durch das Außenrohr in eine Richtung ein Kältemittel und durch das Kernrohr in gleiche Richtung ein weiteres Kältemittel und durch das Innenrohr in entgegengesetzte Richtung das Gas geführt wird. Welche Vorteile dies bietet, wurde bereits geschildert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Abständen kurzzeitig heißes Gas durch das Kernrohr geführt und dadurch ein möglicherweise zwischenzeitlich entstandener Eisbelag abgetaut.

Das Verfahren wird besonders einfach, wenn das Kältemittel an der Außenrohrzuführung und an der Kernrohrzuführung einem gemeinsamen Vorrat entnommen wird. Dagegen sind die Steuerungsmöglichkeiten vielfältiger, wenn das Kältemittel an der Außenrohrzuführung und der Kernrohrzuführung sich hinsichtlich Art und/oder Temperatur unterscheiden.

Es kann zudem günstig sein, wenn Kältemittel im Außenrohr und Kältemittel im Kernrohr unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten aufweisen.

Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Temperatur des Kältemittels am Eingang des Außenrohres zwischen -1 und -4° C liegt, am Ausgang des Außenrohres zwischen O und +3 C, am Eingang des Kernrohres zwischen O und -3° C und am Ausgang des Kernrohres zwischen +10 und +20° C.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind.

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Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische, zum Teil geschnittene Ansicht eines Endes eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauscherelementes;

Fig. 2 schematisch das in Fig. 1 dargestellte Ende eines Wärmeaustauscherelementes in Verbindung mit einer zweiten Fluidzuführung und einem Ventil;

Fig. 3 stark schematisiert den Aufbau eines mit dem erfindungsgemäßen Wärmeaustauscherelement ausgestatteten Kältetrockners; und

Fig. 4 eine grafische Darstellung des Temperaturverlaufs des Kältemittels im Verlauf der Wärmeaustauscherlänge innerhalb des Kernrohres (obere Kurve) und des Außenrohres (untere Kurve).

In Fig. 1 ist das Ende eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauscherelementes dargestellt, das aus einem Außen- oder Mantelrohr 10, einem im Lumen dieses Außenrohres angeordneten Innenrohr 12 und einem weiteren innerhalb des Lumens des Innenrohres 12 angeordneten Kernrohr 14 besteht. Die drei Rohre sind im wesentlichen koaxial zueinander angeordnet, geringfügige Verschiebungen, die sich bei der Herstellung ergeben können, sind aber unschädlich. Allerdings sollte vermieden werden, daß sich die Rohre aus der Koaxialität soweit entfernen, daß sie sich gegenseitig berühren, weil dann zum einen die Möglichkeit von Schmutzablagerungen an den Berührungsstellen sich ergibt, zum anderen aber ein direkter Wärmeübergang zwischen den einzelnen Rohren möglich wird, der das Betriebsverhalten des Wärmeaustauschers bei bestimmten Betriebszuständen nachteilig beeinflussen kann. Es sei aber ausdrücklich betont, daß auch in diesem Falle die Vorteile des erfindungsgemäßen Wärmeaustauscherelementes immer noch zur Geltung kommen.

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Durch die drei ineinanderliegenden Rohre werden drei verschiedene Durchlässe gebildet, siehe auch Fig. 2: ein erster Durchlaß 16 ergibt sich zwischen der Innenfläche des Mantelrohres und der Außenfläche des Innenrohres 12. Ein zweiter Durchlaß entsteht zwischen Innenwand des Innenrohres 12 und Außenwand des Kernrohres 14, während der dritte Durchlaß 20 vom Lumen des Kernrohres 14 gebildet wird.

Die Rohre bestehen vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden Material, z. B. aus Kupferrohr.

Am Ende des Wärmeaustauscherelementes, das allgemein mit der Bezugszahl 8 versehen ist, sind die drei Durchlässe in Form von drei getrennten Rohrleitungen herausgeführt, wobei die dargestellte Form des Herausführens nur eine Ausführungsform darstellt. Zweckmäßig ist es, die Durchlässe so herauszuführen, daß ein möglichst geringer Strömungswiderstand entsteht, d. h., daß scharfe Ecken und Kanten nach Möglichkeit vermieden werden.

Das beschriebene Wärmeaustauscherelement 8 läßt sich besonders günstig bei Kältetrocknern anwenden, bei denen die Aufgabe besteht, ein Gas, beispielsweise Druckluft, möglichst weitgehend von Feuchtigkeit zu befreien. Das geschieht dadurch, daß das Gas auf eine möglichst niedrige Temperatur gebracht wird, wobei sich das vorher gasförmige Wasser in flüssiger Form niederschlägt. Man beschreibt diesen Vorgang auch als Absenkung der Taupunkttemperatur, d. h. der Temperatur, bei der sich Feuchtigkeit in Form von Nebel absetzt.

Die Abkühlung des Gases erfolgt in sogenannten Wärmeaustauschern, in denen - siehe z. B. Fig. 3 - das Gas durch ein Rohr 12 hindurchgeleitet wird, dessen Wände von einem Kältemittel 22 umspült werden. Das Kältemittel selbst kann beispielsweise in einem geschlossenen Kreislauf enthalten sein, der auch eine Kältemaschine 24 umfaßt.

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Die Temperatur des Kältemittels 22 kann nun nicht beliebig tief gelegt werden, weil dann, wenn die Wände des Rohres 12 eine Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes des sich niederschlagenden Wassers annehmen, das Lumen des Rohres 12 langsam zufriert. Die Temperatur des Kältemittels 22 und damit die der Wände des Rohres 12 müssen also knapp oberhalb der Temperatur des gefrierenden Wassers liegen, also bei üblichen Betriebsbedingungen oberhalb von 0° C. Falls das zu trocknende Gas nicht Wasser, sondern eine andere Flüssigkeit enthält, die abgeschieden werden soll, gelten entsprechende Überlegungen, wobei nicht die Temperatur von 0° C, sondern die entsprechende Gefriertemperatur der abzuscheidenden Flüssigkeit gewählt wird.

Wegeik der Gefahr der Eisbildung war es bei Kältetrocknern bisher nicht möglich, die Taupunkttemperatur des zu trocknenden Gases auf weniger als etwa +2° C herabzubringen. Besonders kritisch wurden die Verhältnisse, wenn der Durchsatz von zu trocknender Luft schwankte, da bei stärkerem Durchsatz sich eine höhere Durchströmungsgeschwindigkeit für das Gas und damit auch die Notwendigkeit einer stärkeren Kühlung durch das Kältemittel ergibt. Eine stärkere Kühlung durch das Kältemittel bedeutet aber meist auch eine tiefere Temperatur des Kältemittels, die sogar weit unter dem Nullpunkt liegen kann. Läßt nun der Durchsatz von zu trocknendem Gas nach, kühlen sich die Innenflächen des Innenrohres 12 unter dem Nullpunkt ab und es bildet sich eine Eisschicht, die nicht nur die Wärmeaustauschfähigkeit verringert, sondern auch das Lumen des Rohres 12 verringert und damit den Strömungswiderstand erhöht. Im Extremfall kann das gesamte Rohr 12 zufrieren.

Um eine derartige Eisbildung innerhalb des Innenrohres 12 zu verhindern, ist das Kernrohr 14 vorgesehen, durch das ein Fluid 28 strömt, dessen Temperatur an jeder Stelle innerhalb des Wärmeaustauscherelementes höherliegt, als die Temperatur des Kältemittels 22. Das Fluid kann aus einem flüssigen oder gasförmigen Kältemittel oder auch aus einem heißen Gas, ζ. Β. überhitztem Wasserdampf bestehen. In der Fig. 3 durchläuft

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das Fluid 28 wie das Kühlmittel 22 einen geschlossenen Kreislauf, der ebenfalls eine Kältemaschine 30 umfaßt.

Durch die gegenüber der Innenwandung des Innenrohres 12 höhere Temperatur der Außenwandung des Kernrohres 14 ergibt sich eine Wärmestrahlung von der Außenwandung des Kernrohres 14 zur Innenfläche des Innenrohres 12, außerdem eine Konvektion über das durch das Lumen 18 strömende Gas. Durch diese Wärmeübertragung von dem Kernrohr auf die Innenfläche des Innenrohres 12 wird entweder die Eisbildung auf der Innenfläche des Innerohres 12 ganz verhindert, oder bereits gebildete Eisschichten werden wieder abgetaut oder an einem Anwachsen gehindert. Wächst z. B. die Eisschicht aufgrund von vermindertem Durchsatz von zu trocknendem Gas, verengt sich das Lumen 18. Damit wird der Abstand zwischen der Eisschicht und dem Kernrohr geringer und die Wirkung der durch Wärmestrahlung und Konvektion übertragenen Wärme vom Kernrohr auf die Eisschicht vergrößert. Damit kommt es zu einem Gleichgewichtszustand, der ein weiteres Anwachsen der Eisschicht verhindert. Daß sich durch die Lumenverkleinerung der Strömungswiderstand erhöht, ist dann nicht so schwerwiegend, wenn gleichzeitig die Durchströmungsrate gering ist, was oft die Einfriergefahr bewirkte. Die so geschilderte sehr einfache Anordnung benötigt also keine Steuerungseinrichtungen, da durch die geschilderten Verhältnisse in gewisser Weise eine Selbststeuerung auftritt.

Es können aber auch an den verschiedenen Stellen des Wärmeaustauscherelementes 8 Meßfühler vorgesehen sein (nicht dargestellt) , die die Temperatur der Innenwandung des Rohres 12 messen oder auch die Anwesenheit von Eis auf dieser Innenwand feststellen. Mit Hilfe dieser Meßwerte kann dann entweder Strömungsgeschwindigkeit und/oder Temperatur des Kältemittels 22 in der Weise verändert werden, daß die Eisschicht verschwindet, oder, noch günstiger, die Durchströmungsgeschwindigkeit und/oder die Temperatur des Fluid 28 wird so erhöht, daß die Eisschicht im Innenrohr 12 zum Abtauen gebracht wird. Derartige Regeleinrichtungen sind Stand der Technik und brauchen hier nicht näher

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beschrieben zu werden.

Statt, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, Fluid 28 und Kältemittel 22 über getrennte Kreisläufe zu führen, kann es zweckmäßig sein, das Fluid 28 dem Kältemittelkreislauf 22 selbst zu entnehmen. Dazu ist gemäß Fig. 1 das Kernrohr 14 am Eingang des Wärmeaustauscherelementes 8 mit der Zuführung 32 für das Kältemittel 22 in das Lumen des Außenrohres 10 verbunden. Da der Durchströmungswiderstand des Kernrohres 14 für das Kältemittel 22 wesentlich größer ist, als es beim Außenrohr 10 mit seinem wesentlich größeren Lumen der Fall ist, wärmt sich das Kältemittel während des Durchlaufs durch den Wärmeaustauscher durch den Kontakt mit dem Gas 26 wesentlich schneller an, als es bei dem im Außenrohr 10 fließenden Kältemittel der Fall ist. Ein weiterer Temperaturunterschied ergibt sich dadurch, daß das Kältemittel im strömungsgünstigeren Lumen des Außenrohres 10 schneller einen niedrigeren Druck erreicht und dadurch eher verdampft und eine tiefere Temperatur erzeugt, als es im Kernrohr der Fall ist.

Um die Anordnung noch wirkungsvoller zu machen, kann es zweckmäßig sein, eine gewisse Eisbildung in Kauf zu nehmen. Damit die Eisbildung nicht soweit fortschreitet, daß Betriebsstörungen auftreten, sollte aber in diesem Falle eine Vorkehrung getroffen werden, um die gebildete Eisschicht in bestimmten zeitlichen Abständen oder auch nach Bedarf abzutauen. Zu diesem Zweck ist gemäß Fig. 2 am Ende des Kernrohres 20 eine Zuführung 34 vorgesehen, um ein weiteres Fluid 36 durch das Kernrohr hindurchleiten zu können. Diese weitere Zuführung 34 kann mit einer entsprechenden Anordnung am anderen Ende des Wärmeaustauschers 8 wiederum einen geschlossenen Kreislauf bilden, wobei sich die so gebildete Anordnung von der in Fig. 3 dargestellten Anordnung nicht nur insofern unterscheidet, als jeweils am Anfang und am Ende des Wärmeaustauschers eine Verbindung zwischen den beiden Kreisläufen besteht, sondern Fluid 36 und Kältemittel 22 stellen dann auch den gleichen Stoff dar. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß die

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Kältemaschine 30 nur bei Bedarf eingeschaltet zu werden braucht, während unter normalen Verhältnissen nur die Kältemaschine 24 zu arbeiten braucht.

Statt die Steuerung durch ein entsprechendes Ein- und Ausschalten der Kältemaschine 30 vorzunehmen, wäre es auch denkbar, ein Ventil 38 vorzusehen, mit dem es möglich ist, das Lumen des Kernrohres 20 entweder mit der Zuführung 34 zu verbinden, oder aber mit der von der Zuführung 32 ausgehenden Abzweigung 40. Es könnte auch zweckmäßig sein, eine einstellbare Mischung zwischen der Strömung 22 und der Strömung 36 vorzunehmen.

Ist das Ventil 38 vorgesehen, kann als Fluid 36 ein aus Kältemittel gewonnenes Heißgas verwendet werden, das in bestimmten Abständen für einige Sekunden durch das Kernrohr 20 hindurchgeleitet wird und dabei in dieser kurzen Zeitspanne alle Eisablagerungen im Innenrohr 12 abtauen läßt. Wird dann nach dem Abtauen das Ventil 38 wieder auf die Abzweigung 40 umgeschaltet, strömt wieder normales Kältemittel 22 durch das Kernrohr 20.

Die Zuführung von Heißgas (Kältemittel) mittels des Ventiles oder auch auf andere Weise kann von der Eisdicke im Innenrohr abhängig gemacht werden, sie kann aber auch in bestimmter Weise mit der Durchsatzleistung des Kältetrockners verknüpft sein, so daß jeweils sichergestellt ist, daß keine Betriebsstörungen durch einen zu dicken Eisbelag auftreten.

Obwohl in Fig. 2 und Fig. 3 das Wärmeaustauscherelement im wesentlichen waagerecht dargestellt ist, wird üblicherweise die Anordnung so getroffen sein, daß das zu trocknende Gas, das in Richtung des Pfeiles 42 strömt, stets eine nach abwärts gerichtete Komponente aufweist. Dadurch wird die Abscheidung des sich niederschlagenden Kondenswassers wesentlich erleichtert. Das Wärmeaustauscherelement 8 kann dabei spiralförmig aufgewickelt sein, wobei die Achse der Spirale senkrecht liegt und das Austrittsende des Gases und damit auch das Austrittsende für das abzuscheidende Wasser am unteren Ende der Spirale

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liegt. Statt der spiraligen Anordnung kann auch eine geradlinige Anordnung des Wärmeaustauscherelementes 8 günstig sein, wobei allerdings es dann zweckmäßig sein wird, den Wärmeaustauscher aus mehreren Wärmeaustauscherelementen zusammenzusetzen, die zueinander parallel liegen, und zwar zumindest geneigt, zweckmäßigerweise sogar senkrecht liegend, wobei auch hier wieder das tiefere Ende des jeweiligen Austauscherelementes das Austrittsende für Gas und Kondensat ist.

Das innerhalb des Kernrohres 14, aber auch innerhalb des Außenrohres 10 fließende Fluid bzw. Kältemittel strömt dagegen jeweils in eine der Gasströmung entgegengesetzte Richtung, wie auch von den Pfeilen in den verschiedenen Figuren angedeutet wird. Durch dieses Gegenstromprinzip werden Energiekosten gespart, da von dem bereits leicht angewärmten Kältemittel kurz vor dem Austritt aus dem Wärmeaustauscher das zutretende Gas vorgekühlt wird, ehe es mit dem maximal kalten Kältemittel am anderen Ende des Wärmeaustauschers auf seine tiefste Temperatur gebracht wird.

Bei einer Versuchsanordnung, die der in Fig. 1 dargestellten Anordnung entsprach, wurden folgende Temperaturen bei Vollast festgestellt: Temperatur des in der Zuführung 32 fließenden Kältemittels: -1° C; Temperatur des Kältemittels kurz nach Einströmen in die Abzweigung 40: 0° C; Temperatur des aus dem Gasausgang 44 austretenden Gases 42: +1,5° C; Temperatur des am anderen Ende des Austauscherelementes aus dem Außenrohr 10 austretenden Kältemittels 22: +3° C; Tempratur des an dem anderen Ende aus dem Kernrohr 14 austretenden Kältemittels: +15° C; Temperatur des zugeführten Gases: 35° C.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche ;

/1. Wärmeaustauscherelement für einen Kältetrockner, bestehend ^ aus einem Außenrohr für den Durchfluß von Kältemittel und einem im Lumen des Außenrohres angeordneten Innenrohr zum Durchfluß des zu trocknenden Gases, gekennzeichnet durch ein innerhalb des Lumens des Innenrohres (12) angeordnetes Kernrohr (14) zum Durchleiten eines Fluids (28).
2. Wärmeaustauscherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lumen des Kernrohrs (14) an zumindest einem, vorzugsweise an beiden Enden des Wärmeaustauscherelements (8) mit dem Lumen des Außenrohres (10) in Verbindung steht.
3. Wärmeaustauscherelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Kernrohres (14) eine Zuführung (34) für das Durchleiten eines zweiten Fluids (36) vorgesehen ist.
4. Wärmeaustauscherelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kernrohrende und den beiden Fluidzuleitungen (36, 40) ein Ventil (38) vorgesehen ist, mittels dem das Kernrohr (14) mit der einen und/oder der anderen Zuleitung (36 bzw. 40) verbunden werden kann.
5. Kältetrockner mit einem Gas-/Kältemittelwärmeaustauscher mit Wärmeaustauscherelementen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Wärmeaustauscherelement (8) vorhanden ist, das als Spirale mit im wesentlichen senkrechter Achse angeordnet ist.
6. Kältetrockner nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wärmeaustauscherelemente vorhanden sind, die im wesentlichen geradlinig und zueinander parallel verlaufen.

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7. Kältetrockner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Wärmeaustauscherelemente (8) senkrecht oder schräg verlaufen.
8. Kältetrockner nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Wärmeaustauscherelementes (8) , an dem das Kältemittel (22) zugeführt wird, am unteren Ende der Spirale angeordnet ist.
9. Kältetrockner nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Quelle für ein Heißgas (36) vorhanden ist, die mit der anderen Fluidzuleitung (34) in Verbindung steht.
10. Kältetrockner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (38) mit einer Steuerung verbunden ist, die in bestimmten Abständen das Ventil derart zu steuern in der Lage ist, daß durch das Kernrohr (14) statt Kältemittel (22) das aus Kältemittel gewonnene Heißgas (36) geführt wird.
11. Kältetrockner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung des Ventils (38) in zeitlich festgelegten Abständen erfolgen kann.
12. Kältetrockner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung des Ventils (38) nach Bedarf erfolgen kann.
13. Verfahren zur Kältetrocknung von Gas mit einem Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Außenrohr (10) in einer Richtung eine Kältemittel (22) und durch das Kernrohr (14) in gleicher Richtung ein weiteres Kältemittel (28) und durch das Innenrohr (12) in entgegengesetzter Richtung das Gas (42) geführt wird.

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14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß

in zeitlichen Abständen kurzzeitig heißes Fluid (36) durch das Kernrohr (14) geführt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel (22) der Außenrohrzuführung (32) und der Kernrohrzuführung (40) aus einer gemeinsamen Vorratsquelle entnommen wird.
16. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel (22) in der Außenrohrzuführung (32) und in der Kernrohrzuführung (40) sich hinsichtlich Aggregatzustand und/oder Temperatur unterscheiden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel (22) im Außenrohr

(10) und Kernrohr (14) unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten aufweist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Kältemittels (22) am Eingang (32) des Außenrohres (10) -1 bis -4° C, am Ausgang des Außenrohres (10) 0° bis +3° C, am Eingang

(40) des Kernrohrs (14) 0° bis -3° C und am Ausgang des Kernrohrs (14) +10 bis +20° C aufweist.

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