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Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher
vom Doppelwandrohr-Tafeltyp der Bauart, bei welcher
das zu erwärmende Fluid von einem Einlaßverteiler
innen durch die Tafel zu einem Auslaßverteiler
strömt und dabei Wärme von einem zweiten Fluid
aufnimmt, welches über die äußere Oberfläche der Tafel
strömt. Derartige Tafeln werden im allgemeinen aus
Seite an Seite angeordneten, voneinander getrennten
inneren Flußdurchlässen aufgebaut. Diese einzelnen
identischen Flußdurchlässe werden von einem
gemeinsamen Einlaßverteiler aus gespeist und sie speisen
einen gemeinsamen Auslaßverteiler.
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Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit einem
Wärmetauscher vom Doppelwandrohr-Tafeltyp, bei
welchem das erwärmende Medium Meerwasser ist und das
Fluid, welches erwärmt werden soll, verflüssigtes
Erdgas LNG ist. Verflüssigtes Erdgas, LNG, verdampft
wenn es ausreichend erwärmt wird zu Erdgas, NG, im
gasförmigen Zustand.
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Eine für diesen Zweck verwendete bekannte
Wärmetauschertafel ist in Fig. 12 dargestellt, in welcher
die Tafel 1 aus einer Vielzahl von
Fluid-Flußdurchlässen, die Seite an Seite angeordnet sind, aufgebaut
ist, welche von einem gemeinsamen Einlaßverteiler 2
aus gespeist werden, dem LNG zugeführt wird-und bei
der die Anordnung der Durchlässe einen gemeinsamen
Auslaßverteiler 4 speist, aus dem NG in gasförmiger
Form entnommen wird. Meerwasser wird als erwärmendes
Medium verwendet und aus Trögen 3 über die äußeren
Wände der Tafel 1 versprüht, wobei das Meerwasser
über diese Wände unter dem Einfluß der Schwerkraft
abfließt. In jedem der identischen inneren
Flußdurchlässe einer solchen Tafel erfolgt der innere Fluß in
einer Richtung und nur die Dicke einer einzigen
äußeren Tafelwand trennt das innere Fluid von dem
erwärmenden Medium, welches über die Außenwand fließt.
Wenn daher irgendeine Unregelmäßigkeit im Fluß des
Meerwassers über die äußere Oberfläche der Tafel
auftritt, besteht das Risiko einer lokalen Vereisung und
damit das Risiko einer Ungleichmäßigkeit des inneren
Flusses in den verschiedenen Durchlässen, aus denen
die Tafel aufgebaut ist. Eine derartige
Ungleichmäßigkeit kann zu unerwünschten thermischen
Spannungen führen, aber in jedem Fall führt sie zu einem
schlechten Wirkungsgrad.
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Obwohl einige Versuche unternommen wurden, um diese
Nachteile zu beheben, beispielsweise durch Verwendung
indirekter Heizverfahren, hat dies zu einem Verlust
an Wirkungsgrad geführt und es konnte bisher keine
optimale Anordnung gefunden werden.
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Und trotzdem besitzt der Wärmetauscher vom Tafeltyp,
bei dem Meerwasser als erwärmendes Medium verwendet
wird, das über die äußeren Oberflächen der Tafel
fließt, offensichtlich Anziehungskraft wegen der
Einfachheit der Konstruktion und Installation, die er
aufweist.
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Entsprechend besteht die der vorliegenden Erfindung
zugrundeliegende Aufgabe darin, einen verbesserten
Wärmetauscher vom Tafeltyp zu schaffen, der einen
äußeren Fluß von Meerwasser über die Tafel als
erwärmendes Mittel verwendet, wobei der neue Wärmetauscher
sich durch Einfachheit der Konstruktion und
Installation verbunden mit gutem Wirkungsgrad im Betrieb
auszeichnet.
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In breiterer Darlegung betrifft die vorliegende
Erfindung einen Wärmetauscher vom Tafeltyp, der an
Stelle der Anwendung einer Konstruktion, bei welcher
ein nur in einer Richtung erfolgender Fluß in
identischen, individuellen inneren Flußdurchlässen der
Tafel verwendet wird, einen bidirektionalen Fluß des
inneren Fluids einsetzt durch Verwendung einer
Konstruktion für jeden der identischen, individuellen
inneren Durchgangswege, die die Tafel aufbauen, bei
der ein Rohr, das von einem LNG enthaltenden
Einlaßverteiler ausgeht, in ein zweites Rohr eingesetzt und
von diesem umgeben ist, das zu einem Auslaßverteiler
führt, aus dem NG in gasförmiger Form entnommen
werden kann. Bei einer solchen Konstruktion fließt das
Fluid in einer Richtung durch das innere eingesetzte
Rohr und tritt dann in entgegengesetzter oder nach
rückwärts gerichteter Richtung in das zweite
umgebende Rohr ein und fließt in diesem. Das in dem
zweiten umgebenden Rohr fließende Fluid befindet sich
dann in direktem Kontakt mit der äußeren Oberfläche
des inneren eingesetzten Rohres,und das Fluid wird
während seines Fließens von der Wärme erwärmt, die
aus dem Meerwasser abgeleitet wird, welches über die
die äußere Oberfläche der Tafel fließt im Kontakt mit
der Außenwand des zweiten umgebenden Rohres.
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Aufgrund dieser Maßnahme ist das Fluid in dem inneren
Rohr, das vom Einlaßverteiler her zugeführt wird,
kälter als das im Gegenstrom fließende Fluid in dem
äußeren Rohr, das den Auslaßverteiler speist. In der
Tat isoliert das im äußeren Rohr fließende Fluid das
im inneren Rohr fließende Fluid von der Wärmequelle.
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Ein Wärmetauscher dieser allgemeinen Bauart, der
einen solchen bidirektionellen Fluß in inneren und
äußeren Rohren verwendet, wobei dem inneren Fluß des
Fluids ausgesetzte, sich auf niedriger Temperatur
befindende Oberflächen von einem erwärmenden Fluid
isoliert sind, das außerhalb des bidirektionalen
Flußsystems strömt, ist bereits in dem Dokument
US-A-2 273 257 vorgeschlagen worden. Jedoch wird bei
diesem Vorschlag Dampf als erwärmendes Medium
verwendet, und die Baueinheit aus dem inneren und äußeren
Wärmeaustauscherrohr muß innerhalb eines Dampf
enthaltenden Gehäuses angeordnet werden. Dieser
Vorschlag bringt gegenüber dem einfachen, mit Meerwasser
beheizten System, wie es in der vorliegenden
Erfindung vorgeschlagen wird, zusätzliche Komplikationen
mit sich.
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Jedoch ist entsprechend einem weiteren Merkmal des
oben erwähnten älteren Vorschlags gemäß
US-A-2 273 257 der Wärmetauscher derart aufgebaut,
daß das Fluid in einem Zustand, in dem es bereits
teilweise erwärmt worden ist, dann in eine Kammer
strömt, in welcher es in Wärmetauschkontakt mit
Leitungsmitteln gerät, welche ein flüssiges Fluid in
einer sehr kalten Phase mit sich führen. Dies
geschieht in einem Bereich, in welchem das erwärmende
Medium nicht gegenwärtig ist, um einen
entgegenwirkenden Aufwärmeffekt zu erzeugen, der den starken
Kühleffekt ausgleichen könnte. Somit hat die
Konstruktion dieses bekannten Wärmetauschers die
charakteristische Eigenschaft, daß das Fluid, anstatt das
es bei seinem Fluß durch den Wärmetauscherdurchlaß
fortlaufend erwärmt wird, erst erwärmt wird und dann,
gerade wenn es dabei ist abgegeben zu werden, stark
abgekühlt wird. Dies führt zu einem schlechten
Wirkungsgrad,und die Hauptaufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, diese charakteristischen
Nachteile zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß ist ein Wärmetauscher vom
Doppelwandrohr-Tafeltyp vorgesehen zur Erwärmung eines Fluids
der flüssigen Phase und zur Umwandlung des Fluids in
seine gasförmige Phase, wobei die Tafel von der Art
ist, bei welcher die einzelnen Durchlässe, welche zum
Aufbau der Tafel reihenweise Seite an Seite
angeordnet sind, jeweils durch ein Rohr gebildet sind, dem
das Fluid von einem Einlaßverteiler aus in der
flüssigen Phase zugeführt wird, und dieses Rohr in ein
äußeres, es umgebendes Rohr eingesetzt ist, durch
welches das Fluid in seiner gasförmigen Phase zu
einem Auslaßverteiler abgeführt wird, und bei dem ein
erwärmendes Medium dazu veranlaßt wird, über die
äußeren Oberflächen der Tafel zu fließen, um Wärme
auf das in ihrem Inneren fließende Fluid zu
übertragen, wobei das Fluid zuerst in einer Richtung durch
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ist, um den gasförmigen Zustand anzunehmen, vermieden
wird.
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Entsprechend besteht ein wichtiges Merkmal der
Erfindung darin, daß der LNG enthaltende Einlaßverteiler
mit einer starken Isolation versehen ist, um einen
Wärmeverlust zu vermeiden, und zweitens, daß der
Bereich des inneren Rohres, der physikalisch dem
Bereich des äußeren umgebenden Rohres benachbart ist,
wo dieses sich dem Abgabeende zum Auslaßverteiler hin
nähert, ebenfalls mit Mitteln zur Reduzierung der
Wärmeübertragung zwischen den beiden getrennten,
einander entgegengerichteten Fluidströmen versehen ist.
Wenn ein Zuführungsrohr zur Förderung des LNG vom
Einlaßverteiler zum inneren Rohr verwendet wird, so
wird dieses Zuführungsrohr ebenfalls mit einer
isolierenden Ummantelung oder einer Hülse versehen.
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Derartige Isolationsmaßnahmen, die im kalten Bereich
des inneren Rohres im Einlaßbereich und benachbart im
Auslaßbereich des äußeren Rohres vorgenommen werden,
wo es wünschenswert ist, den Wärmeübergang aufgrund
der Nähe des sich noch auf kryogenischer Temperatur
befindenden LNG zu verhindern, bestehen im
wesentlichen in der Form einer isolierenden Ummantelung oder
Hülse, die so angeordnet ist, daß eine signifikante
Abkühlung der Flüssigkeit, die schon erwärmt ist, um
ihre gasförmige Phase anzunehmen- zu verhindern, wenn
sie in Richtung auf den NG-Auslaßverteiler strömt.
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Zusätzlich kann eine weitere Isolation in Form eines
um das innere eingebettete Rohr herum angeordneten
Gehäuses vorgesehen sein, um einen ringförmigen
Zwischenraum um das eingebettete Rohr herum in diesem
kalten Bereich abzugrenzen, wobei dieser durch das
Gehäuse abgegrenzte und beschränkte Zwischenraum von
einem kleineren Teil des in dem äußeren umgebenen
Rohr fließenden Fluids gefüllt ist.
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Zusätzlich zu dem oben gesagten können Führungs- und
Leitmittel verwendet werden, durch welche das
erwärmende Medium, welches aus dem über die äußere
Oberfläche der Wärmetauschertafel strömenden Meerwasser
besteht, insbesondere der Außenfläche des äußeren
umgebenden Rohres in einem Bereich dieser Oberfläche
zugeführt wird, die leicht einem Wärmeverlust
zuungunsten der im inneren Rohr fließenden kalten
Flüssigkeit ausgesetzt ist oder an der Wärme aufgrund
der Nähe des LNG bei kryogenischer Temperatur
enthaltenden Einlaßverteilers verloren gehen kann
oder wo Wärme verloren gehen kann aufgrund der Nähe
des LNG, wenn dieses durch ein den Einlaßverteiler
mit dem inneren Rohr verbindendes Zuführungsrohr
strömt. Einige oder alle der verwendeten Rohre können
verrippte Rohre sein, wobei die Rippen innen oder
außen angeordnet sein können. Helixförmige
Leitflächen können im Fluid-Durchflußweg angeordnet
sein, um den Fluidfluß zu behindern und zu steuern.
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Diese und andere Aufgaben, ebenso wie vorteilhafte
Merkmale der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen
detaillierter Beschreibungen von bevorzugten
Ausführungsformen nach der vorliegenden Erfindung deutlich
werden, wobei auf die begleitenden diagrammatischen
Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen
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die Fig. 1 bis 9 jeweils erläuternde Ansichten der
vertikalen Querschnitte sind, die bevorzugte
Ausführungsformen eines Wärmetauschers vom Tafeltyp
nach der vorliegenden Erfindung zeigen.
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Fig. 1a ist eine vergrößerte vertikale
geschnittene Teilansicht, welche eine andere
Ausführungsform der in Fig. 1 dargestellten Erfindung zeigt.
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Die Fig. 10 und 11 sind graphische
Vergleichsdiagramme, welche die Temperatur jeweils für
Meerwasser, LNG und NG in Abhängigkeit vom zulässigen
Wärmeverlust in einer Wärmetauschertafel zeigen
und
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Fig. 12 ist eine erläuternde Perspektivische
Ansicht eines Wärmetauschers bekannter Bauart.
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Die wesentlichen Merkmale der Erfindung werden nun
unter Bezugnahme auf die Fig. q, 10 und 11 der
Zeichnungen beschrieben, während die anderen Fig. der
Zeichnungen verschiedene andere Versionen von
Wärmetauschern zeigen, von denen alle derartige
wesentliche Merkmale aufweisen.
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Fig. 1 zeigt einen Wärmetauscher vom Tafeltyp als
eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, bei dem eine Vielzahl von
Fluid-Flußdurchlässen zum Wärmetausch parallel zueinander Seite an
Seite angeordnet sind, zur Bildung einer in
vertikaler Richtung angeordneten Wärmetauschertafel. Diese
identischen einzelnen Durchlässe (es ist nur einer
von ihnen in den Zeichnungen diagrammatisch
dargestellt) werden aus einem gemeinsamen
LNG-Einlaßverteiler 12 gespeist, und die Durchlässe speisen einen
gemeinsamen NG-Auslaßverteiler 14.
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Jeder Wärmetauscher-Durchlaß besitzt ein äußeres Rohr
10 mit vorgegebener Länge und vorgegebenem
Innendurchmesser, das an seinem unteren Ende abgeschlossen
ist und ein darin eingebettetes inneres Rohr 11. In
Fig. 1 liegt die am unteren Ende des inneren
eingebetteten Rohres 11 angeordnete Öffnung in der Nähe
des Bodens des äußeren Rohres 10, während das obere
Ende des inneren Rohres 11 mit dem
LNG-Einlaßverteiler 12 verbunden ist, wodurch ermöglicht wird, daß
LNG zugeführt wird und abwärts strömt, und das obere
Ende des äußeren Rohres 10 ist abgeschlossen. Der NG-
Auslaßverteiler 14 wird über ein NG-Auslaßrohr 13
gespeist, das mit dem äußeren Rohr 10 unterhalb des
LNG-Einlaßverteilers 12 verbunden ist.
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Wasser, insbesondere Meerwasser, läuft aus
Wassersprühtrögen 15, 16 über, die einander
gegenüberliegend an den Seiten der Tafel unterhalb des
NG-Auslaßrohres 13 und unterhalb des LNG-Einlaßverteilers 12
angeordnet sind, und das Wasser fließt über die
äußeren Oberflächen jedes äußeren Rohres 10, welche
das Äußere der Wärmetauschertafel bilden.
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Weiterhin ist das eingebettete Rohr 11 an seiner
äußeren Oberfläche in einem Bereich, der sich über
eine vorgegebene Länge von seiner Verbindung mit dem
LNG-Einlaßverteiler 12 bis zu einer Stelle unterhalb
der Wassersprühtröge 15 und 16 und unterhalb des NG-
Auslaßrohres 13 erstreckt, von einer
wärmeisolierenden Hülse 17 bedeckt. Der LNG-Einlaßverteiler 12 ist
ebenfalls mit einer wärmeisolierenden Ummantelung 18
bedeckt.
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Das zugeführte LNG wird teilweise von NG erwärmt,
während es vom Einlaßverteiler 12 durch das innere
eingebettete Rohr 11 abwärts strömt, bis es die
Öffnung am unteren Ende des inneren Rohres 11 verläßt.
Die Flußrichtung kehrt sich dann um, und das Fluid
strömt im äußeren Rohr 10 über das innere
eingebettete Rohr hinweg aufwärts.
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Das teilweise erwärmte LNG wird während des
Aufwärtsströmens durch den ringförmigen Durchlaß zwischen dem
äußeren Rohr 10 und dein inneren Rohr 11 weiter
erwärmt und wird durch das NG-Abführungsrohr 13, das
mit dem oberen Teil des äußeren Rohres 10 verbunden
ist, abgeführt und dem Auslaßverteiler 14 als
gasförmiges NG bei normaler Temperatur zugeführt.
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Bei der vorliegenden Erfindung ist, wie in der
Ausführungsform nach Fig. 1 dargestellt, das innere
Rohr 11 dem LNG bei einer kryogenischen Temperatur
vom LNG-Verteiler 12 aus zugeführt wird, in einem
vorgegebenen erforderlichen oberen Teil seiner
äußeren Oberfläche von der wärmeisolierenden Hülse 17
bedeckt, um eine Verringerung der Temperatur des NG in
der Nähe des benachbart liegenden NG-Austritts zu
verhindern.
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Der Effekt dieser wichtigen Maßnahme wird nun anhand
der Fig. 10 und 11 beschrieben.
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Wie diagrammatisch in Fig. 10 angezeigt ist, wird die
Temperatur des im äußeren Rohr fließenden und sich
dem Austritt zum Auslaßverteiler nähernden NG in der
Nähe des NG-Auslaßrohres 13 aufgrund der Nähe des im
inneren Rohr 11 strömenden LNG bei kryogenischer
Temperatur erniedrigt, wenn die erforderliche Oberfläche
des inneren Rohres nicht mit einer Isolation, wie der
isolierenden Hülse 17, bedeckt ist. Dieser Effekt ist
in Fig. 10 dargestellt. Im Gegensatz hierzu wird, wie
in Fig. 11 dargestellt, die starke Abkühlung in der
Nähe des Austritts verhindert, wenn die isolierende
Hülse 17 an ihrer Stelle angeordnet ist, und die
Temperatur des NG wird auf eine Temperatur angehoben,
die in der Nähe der des Meerwassers liegt.
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Bei der Ausführungsform eines Wärmetauschers vom
Tafeltyp nach Fig. 1 wird der Wärmetausch zum LNG in,
das sich auf einer kryogenischen Temperatur befindet,
nicht direkt ausgeführt, da jeder individuelle
Wärmetauscherdurchlaß durch die Anordnung eines
eingebetteten
Rohres gebildet wird mit Meerwasser als
erwärmendem Medium. Der Wärmetausch zum LNG hin wird
vielmehr von dem NG her durchgeführt, das in dem
ringförmigen Durchtritt zwischen dem eingebetteten
Rohr 11 und dem äußeren Rohr 10 strömt und
entsprechend kann die Eisablagerung auf der Oberfläche des
äußeren Rohres 10 reduziert werden und damit die
Größe der Verdampfungsvorrichtung herabgesetzt werden
aufgrund des Anwachsens der wärmeleitenden Fläche.
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Wenn die Eisablagerung reduziert wird, kann der
Anteil des zugeführten Meerwassers als erwärmendes
Medium herabgesetzt werden, was eine bemerkenswerte
Ersparnis bei der von den Meerwasserpumpen verbrauchten
elektrischen Leistung ermöglicht.
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Weiterhin ist es, weil der LNG-Einlaßverteiler 12 zur
Zuführung von LNG bei einer kryogenischen Temperatur
höher angeordnet ist als die Tröge 15, 16, möglich zu
verhindern, daß die Wärme des Meerwassers den LNG-
Einlaßverteiler 12 erreicht, und die
Durchflußleistung wird verbessert, während Wärmesprünge
zwischen den unterschiedlichen Wärmetauscherdurchlässen
reduziert werden.
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Weiterhin bewegt sich das innere Fluid, weil der
Wärmetauscherdurchlaß nach dem Prinzip eines
eingebetteten Rohres aufgebaut ist, entlang eines U-förmig
ausgebildeten Strömungskanals, bei dem das Fluid vom
unteren Ende des inneren eingebetteten Rohres 11 dem
umgebenden äußeren Rohr 10 zugeführt wird und dann im
äußeren Rohr aufsteigt, um über die Verbindung 13 zum
Auslaßverteiler 14 hin abgeführt zu werden. Diese
U-förmig ausgestaltete oder bidirektionale Strömung
fördert ein stufenweises Erwärmen, welches
seinerseits einen stabilen Durchfluß des Fluids begünstigt.
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Wie in Fig. 1A dargestellt, kann zusätzlich zu der
Isolation 17, welche die äußere Oberfläche des oberen
Abschnitts des inneren Rohres 11 bedeckt, ein Gehäuse
17a um die äußere Oberfläche des inneren Rohres 11 in
einer solchen Weise angeordnet sein, daß es einen
vorgegebenen Raum zwischen dem Gehäuse und dem
inneren Rohr bildet derart, daß der Raum innerhalb des
Gehäuses von einem Teil des NG gefüllt wird, das aus
dem LNG entstanden ist und das somit als Isolator
wirkt und verhindert, daß das NG, welches das Rohr 13
erreicht, unterkühlt wird.
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Für das oben erwähnte wärmeisoliereride Gehäuse 17a
kann jede beliebige Form gewählt werden, wenn es so
ausgebildet ist, daß es an die Aufnahme eines Teiles
des Flusses von NG angepaßt ist, welches aus LNG
entstanden ist. Beispielsweise kann das Gehäuse so
ausgebildet sein, daß es einen Flußdurchlaß begrenzt,
dessen Größe sich zwischen der Einlaßseite und der
Auslaßseite des Gehäuses ändert, um zu ermöglichen,
daß NG für einen kurzen Zeitraum darin verbleibt, und
jedes bekannte Material wie Aluminium, in Wärme
aushärtende Harze, rostfreier Stahl oder dgl. kann zur
Bildung des Gehäuses verwendet werden, das durch
Schweißen oder Verbolzen am inneren Rohr 11 befestigt
wird.
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Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform eines
Wärmetauschers vom Tafeltyp nach der vorliegenden
Erfindung, bei welcher eine Wärmetauschertafel, welche die
gleiche Ausbildung besitzt wie die oben anhand von
Fig. 1 beschriebene Wärmetauschertafel, auf dem Kopf
stehend angeordnet ist, d.h. ein LNG-Verteiler 12 ist
am unteren Ende der Tafel angeordnet und ein
NG-Auslaßverteiler 14 ist an diesem entlang in der gleichen
Weise angeordnet, während keine Zuführungstanks in
der Nähe der Wassersprühtröge 15 und 16 angeordnet
sind, die sich im oberen Bereich der Tafel befinden.
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Das zugeführte LNG wird unter dem Einfluß des NG in
später zu beschreibender Weise teilweise verdampft,
während es vom Einlaßverteilertank 12 in dem inneren
Rohr 11 aufsteigt, bis es die Öffnung am oberen Ende
des inneren Rohres 11 verläßt und seine
Strömungsrichtung am oberen Ende des äußeren Rohres 10
umkehrt.
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Das teilweise verdampfte LNG wird weiter erwärmt,
während es durch einen ringförmigen Durchlaß zwischen
dem äußeren Rohr 10 und dem inneren Rohr 11 abwärts
strömt und wird dann über ein am unteren Ende des
äußeren Rohres 10 mit diesem verbundenes Auslaßrohr
13 als NG bei normaler Temperatur an den
NG-Auslaßverteiler 14 abgegeben.
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Da die Wärmetauschertafel, die die gleiche Ausbildung
besitzt wie die in Fig. 1 dargestellte Tafel, auf dem
Kopf stehend verwendet wird, können im wesentlichen
die gleichen Effekte erhalten werden.
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Fig. 3 und Fig. 4 zeigen jeweils weitere
Ausführungsformen eines Wärmetauschers vom Tafeltyp nach der
vorliegenden Erfindung, und die dargestellte
Vorrichtung hat dieselbe Ausbildung wie die vorher anhand
von Fig. 1 beschriebene Vorrichtung und kann ähnliche
Wirkungen erzeugen mit Ausnahme, daß das obere Ende
eines inneren Rohres 11 aus dem geschlossenen oberen
Ende eines äußeren Rohres 10 herausragt und das obere
Ende des inneren Rohres 11 mit einer Wärmeisolation
17 bedeckt ist, und daß bei der in Fig. 4
dargestellten Ausführungsform ein NG-Auslaßverteilertank 14
oberhalb eines LNG-Einlaßverteilertanks 12 angeordnet
ist, während bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ein
NG-Auslaßverteiler 14 im wesentlichen auf der
gleichen Höhe wie der LNG-Einlaßverteiler 12 angeordnet
ist.
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Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines
Wärmetauschers vom Tafeltyp nach der vorliegenden
Erfindung, bei welcher eine Vielzahl von
Wärmetauscherdurchlässen, welche als eingebettete Rohrstrukturen
ausgebildet sind, parallel zueinander angeordnet
sind, zur Ausbildung einer vertikal angeordneten
Wärmetauschertafel. Ein LNG-Einlaßverteiler und ein NG-
Auslaßverteiler sind am oberen Ende der Tafel
angeordnet.
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Jeder der Wärmetauscherdurchlässe besitzt ein äußeres
Rohr 10 mit vorgegebener Länge und vorgegebenem
Innendurchmesser, das an seinem unteren Ende
abgeschlossen ist und ein darin eingebettetes inneres
Rohr 11, welches kürzer ist als das äußere Rohr 10
und in das äußere Rohr 10 eingesetzt ist. Die Öffnung
am unteren Ende des inneren Rohres 11 liegt in der
Nähe des inneren Bodens des äußeren Rohres 10,
während das obere Ende des inneren Rohres 11 in einem
vorgegebenen Abstand vom oberen Ende des äußeren
Rohres 10 gelegen ist und das obere Ende des äußeren
Rohres 10 mit einem NG-Auslaßverteiler 14 derart
verbunden ist, daß NG abgegeben werden kann.
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Ein LNG-Einlaßverteiler 12 ist an einer vorgegebenen
Stelle unterhalb des NG-Auslaßverteilers 14
angeordnet und über ein LNG-Zuführungsrohr 23, welches durch
das äußere Rohr 10 hindurchgeführt ist, mit dem
oberen Teil des inneren Rohres 11 verbunden.
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Das LNG-Zuführungsrohr 23 und der LNG-Einlaßverteiler
12 sind mit einer wärmeisolierenden Ummantelung 18
vollständig bedeckt.
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Wasser, das aus Wassersprühtrögen 15 bis 16
überfließt, die einander gegenüberliegend unterhalb des
NG-Auslaßverteilers 14 angeordnet sind, strömt
entlang der äußeren Oberfläche von jedem der die
Wärmetauschertafel bildenden äußeren Rohre 10 abwärts,
während Wasser, das aus einem Wassersprühtrog 16A
überfließt, außerdem unterhalb des
LNG-Zuführungsrohres 23 ausfließt.
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Weiterhin ist eine die Zerstreuung verhindernde
Führungsplatte 19 um den Umfang der Wärmeisolation 18
des LNG-Einlaßrohres 23 herum angeordnet, so daß das
aus dem Wassersprühtrog 16 unterhalb des
NG-Auslaßverteilers 14 überfließende Wasser nicht auf die
Seite des LNG-Einlaßverteilers 12 hin versprüht wird.
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Das zugeführte LNG wird unter der Erwärmung durch NG
in später zu beschreibender Weise teilweise
verdampft, während es vom Einlaßverteiler 12 aus durch
das innere Rohr 11 abwärts strömt und Sprünge der
Durchflußleistung und Wärmesprünge können an jedem
der Wärmetauscherrohre verhindert werden.
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Weiterhin kann, da der Wärmetauscherdurchlaß mittels
der Anordnung eines eingebetteten Rohres gebildet ist
NG einem U-förmig gestalteten Durchflußkanal
zugeführt werden, in dem NG vom unteren Ende des inneren
Rohres 11 aus dem äußeren Rohr 10 zugeführt wird, in
dem Durchlaß emporsteigt und dann am oberen Ende nach
außen austritt, so daß ein im Durchlaß auftretender
Druckverlust ansteigt und dadurch der Gasfluß
stabilisiert wird.
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Wie oben erläutert, ist das Zuführungsrohr 23
vollständig isoliert und weiterhin ist in der
Verdampfungsvorrichtung vom Typ eines offenen Gestells bei
dieser Ausführungsform das innere Rohr 11, dem LNG
von kryogenischer Temperatur vom LNG-Verteilertank 12
aus zugeführt wird, in dem erforderlichen oberen
Bereich von einer wärmeisolierenden Hülse bedeckt, wie
beispielsweise der Hülse 17 nach Fig. 1, um eine
Erniedrigung der Temperatur des NG in der Nähe des
benachbarten NG-Auslasses zu verhindern.
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Wie anhand der Vorrichtung, welche die in Fig. 5
dargestellte Konstruktion aufweist, genauer erkannt
werden kann, wird die Temperatur des NG in der Nähe des
oberen Auslaßendes des inneren Rohres 11 nicht
erniedrigt, sondern auf eine Temperatur erhöht, die in
der Nähe der Temperatur des Meerwassers liegt, wie in
Fig. 11 dargestellt.
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Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform einer
Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, bei welcher
eine Wärmetauschertafel der gleichen Konstruktion,
wie sie weiter oben anhand von Fig. 5 beschrieben
ist, auf dem Kopf stehend angeordnet ist, d.h. daß
ein NG-Auslaßverteiler 14 am unteren Ende der Tafel
angeordnet ist, während keine Verteilertanks in der
Nähe der Wassersprühtröge 15, 16 angeordnet sind, die
sich im oberen Abschnitt der Tafel befinden.
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Das zugeführte LNG wird unter Erwärmung durch NG in
später zu beschreibender Weise teilweise verdampft,
während es vom Einlaßverteiler 12 aus in dem
eingebetteten inneren Rohr 11 aufsteigt, bis es die
Öffnung am oberen Ende des inneren Rohres 11 verläßt und
seine Strömungsrichtung am oberen Ende des äußeren
Rohres 10 umkehrt.
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Das teilweise verdampfte LNG wird weiter erwärmt,
während es durch einen ringförmigen Durchlaß zwischen
dem äußeren Rohr 10 und dem inneren Rohr 11 abwärts
strömt und es wird dann über einen NG-Auslaßverteiler
14 als NG mit normaler Temperatur abgegeben.
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Da die Wärmetauschertafel, welche die gleiche
Konstruktion aufweist, wie sie in Fig. 5 dargestellt
ist, auf dem Kopf stehend verwendet wird, werden im
wesentlichen die gleichen Effekte erzielt.
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Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer weiteren
bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, bei welcher eine Vielzahl von
Wärmetauscherdurchlässen, die jeweils durch eine eingebettete
Rohrstruktur gebildet sind, parallel zueinander
angeordnet sind zur Bildung einer vertikal angeordneten
Wärmetauschertafel. Ein LNG-Einlaßverteiler und ein
NG-Auslaßverteiler sind oberhalb der Tafel
angeordnet.
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Jedes der Wärmetauscherrohre besitzt ein äußeres Rohr
10 mit vorgegebener Länge und vorgegebenem
Innendurchmesser, das an seinem unteren Ende abgeschlossen
ist und ein darin eingesetztes, eingebettetes inneres
Rohr 11, bei dem die Öffnung am unteren Ende des
inneren Rohres 11 im Bereich des inneren Bodens des
äußeren Rohres 10 liegt, während das obere Ende des
inneren Rohres 11 mit einem LNG-Einlaßverteilertank
12 verbunden ist, um zu ermöglichen, daß LNG
zugeführt wird und abwärts fließt, wobei das obere Ende
des äußeren Rohres 10 durch den Verteilertank 12
abgeschlossen ist.
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Eine helixförmige rippenartig ausgebildete
Wärmeleitungsunterstützungsvorrichtung 30, die einen
vorgegebenen Drall aufweist, ist in das innere Rohr 11
eingesetzt und eine helixförmige
Wärmeleitungsunterstützungsvorrichtung 31 mit vorgegebener Ganghöhe ist in
einen ringförmigen Durchlaß zwischen dem inneren Rohr
11 und dem äußeren Rohr 10 eingesetzt.
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Ein NG-Auslaßverteiler 14 ist vorgesehen und über ein
NG-Auslaßrohr 13 unterhalb des LNG-Einlaßverteilers
12 mit dem äußeren Rohr 10 verbunden.
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Aus Wassersprühtrögen 15, 16 überfließendes Wasser
läuft an den Oberflächen der Wärmetauschertafel
abwärts.
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Weiterhin ist das innere Rohr 11 an seiner äußeren
Umfangsfläche über eine vorgegebene Länge von der
Verbindung mit dem LNG-Einlaßverteiler 12 an bis zu
einer Stelle unterhalb der Wassersprühtröge 15, 16
unterhalb des NG-Auslaßrohres 13 mit einem
Wärmeisolator 17 bedeckt.
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Das zugeführte LNG wird unter Erwärmung durch NG in
weiter unten zu beschreibender Weise teilweise
verdampft, während es vom Einlaßverteiler 12 aus durch
das eingebettete innere Rohr 11 abwärts fließt, bis
es die Öffnung am unteren Ende des inneren Rohres 11
verläßt und am inneren Boden des äußeren Rohres 10
seine Strömungsrichtung umkehrt.
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Das teilweise verdampfte LNG wird während seines
Aufsteigens durch einen ringförmigen Durchlaß zwischen
dem äußeren Rohr 10 und dem inneren Rohr 11 weiter
erwärmt und wird über das NG-Auslaßrohr 13, das mit
dem oberen Bereich des äußeren Rohres 10 verbunden
ist, dem NG-Auslaßverteiler 14 als NG bei normaler
Temperatur zugeführt.
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Bei der Verdampfungsvorrichtung vom Typ des offenen
Gestells dieser Ausführungsform nach Fig. 7 führen,
weil das Wärmetauscherrohr aus einer Anordnung mit
einem eingebetteten inneren Rohr aufgebaut ist, das
Meerwasser als erwärmendes Medium und das LNG bei
kryogenischer Temperatur den Wärmeaustausch nicht
direkt sondern über das NG in dem ringförmigen Durchlaß
aus und entsprechend kann die Eisablagerung an der
Oberfläche des äußeren Rohres 10 reduziert werden und
aufgrund der Vergrößerung der Wärmeleitungsfläche
kann die Größe der Verdampfungseinrichtung
verkleinert werden.
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Entsprechend kann, da die Eisablagerung verringert
wird, der Anteil des als erwärmendes Medium
zugeführten Meerwassers verringert werden, was eine
bemerkenswerte Ersparnis im Anteil der von den
Meerwasserpumpen verbrauchten elektrischen Leistung ermöglicht.
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Weiterhin ist es, weil der LNG-Einlaßverteiler 12 zur
Zuführung von LNG bei kryogenischer Temperatur höher
angeordnet ist als die Tröge 15, 16, möglich zu
verhindern, daß die Wärme des Meerwassers in den
LNG-Einlaßverteiler 12 eindringt und Sprünge der
Durchflußleistung sowie Wärmesprünge können an jedem
der verschiedenen, die Tafel auf bauenden
Wärmetauscherdurchlässe reduziert werden.
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Durch das Einsetzen der
Wärmeleitungsunterstützungsvorrichtungen 30 und 31 in das innere Rohr 11 bzw.
das äußere Rohr 10 können in dem durch die Rohre
strömenden Fluid Umrührbewegungen und Turbulenz
erzeugt werden, so daß die Wärmeleitfähigkeit zwischen
dem LNG im inneren Rohr 11 und dem NG im äußeren Rohr
10 merklich verbessert werden kann. Weiterhin kann
durch unterschiedliche Ausbildung der
Wärmeleitungsunterstützungsvorrichtungen 30 und 31 an der
Innenseite und der Außenseite des inneren Rohres 11
beispielsweise durch Änderung des Dralls und der
Ganghöhe das NG im äußeren Rohr 10 auf eine geforderte
Temperatur gebracht werden, wodurch die Eisablagerung
an der Oberfläche des äußeren Rohres 10 verhindert
werden kann.
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Weiterhin kann, da der Wärmetauscherdurchlaß als
Anordnung eines eingebetteten Rohres ausgebildet ist,
das NG in einem U-förmig gestalteten Durchfluß
zugeführt werden, bei dem NG vom oberen Ende des
eingebetteten inneren Rohres 11 aus dem äußeren Rohr 10
zugeführt wird, in dem Rohr emporsteigt und dann am
oberen Ende nach außen austritt, so daß ein
Druckverlust im Rohr vergrößert wird und dadurch der Gasfluß
stabilisiert wird.
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Weiterhin ist bei der Verdampfungsvorrichtung vom Typ
eines offenen Gestells dieser Ausführungsform nach
Fig. 7 das innere Rohr 11, die vom LNG-Verteilertank
12 aus LNG bei kryogenischer Temperatur zugeführt
wird, in seinem erforderlichen oberen Bereich von der
Wärmeisolation 17 umgeben, um eine Erniedrigung der
Temperatur des NG in der Nähe des benachbart
liegenden NG-Auslasses zu verhindern.
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Fig. 8 zeigt eine Verdampfungsvorrichtung als
weiteres Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden
Erfindung, bei welcher eine Vielzahl von
Wärmetauscherrohren, die jeweils als Doppelwandrohrstruktur
aufgebaut sind, parallel zueinander angeordnet sind, zur
Bildung einer vertikal angeordneten
Wärmetauschertafel. Ein LNG-Einlaßverteiler und NG-Auslaßverteiler
sind oberhalb der Tafel angeordnet.
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In jedem der Wärmetauscherdurchlässe ist ein
eingebettetes inneres Rohr 21 angeordnet, das kürzer als
ein äußeres Rohr 20 ist, in das es eingesetzt ist.
Das Rohr 20 besitzt eine vorgegebene Länge und einen
vorgegebenen Innendurchmesser und ist an seinem
unteren Ende, in welchem das geschlossene untere Ende des
inneren Rohres 21 im Bereich des inneren Bodens des
äußeren Rohres 20 liegt, abgeschlossen.
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Weiterhin sind im unteren Bereich des inneren Rohres
21 kleine Öffnungen 21a angeordnet, die jeweils einen
vorgegebenen Innendurchmesser aufweisen und deren
Anordnungsbereich, Abstand und Anzahl optimal ausgewählt
sind. Das obere Ende des inneren Rohres 21 liegt
unterhalb und in einem vorgegebenen Abstand von dem
oberen Ende des äußeren Rohres 20 und das obere Ende
des äußeren Rohres 20 ist mit dem NG-Auslaßverteiler
24 verbunden, so daß NG abgegeben werden kann.
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Eine rippenartig ausgebildete
Wärmeleitungsunterstützungsvorrichtung 30, die einen vorgegebenen Drall
besitzt, ist in das innere Rohr 21 eingesetzt und eine
spiralig ausgebildete
Wärmeleitungsunterstützungsvorrichtung 31 mit vorgegebener Ganghöhe ist in einen
ringförmigen Durchlaß zwischen dem inneren Rohr 21
und dem äußeren Rohr 20 eingesetzt.
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Ein LNG-Einlaßverteiler 22 ist an einer vorgegebenen
Stelle unterhalb des NG-Auslaßverteilertanks 24
angeordnet und über ein LNG-Einlaßrohr 23, welches durch
das äußere Rohr 20 hindurchgeführt ist, mit dem
oberen Abschnitt des inneren Rohres 21 verbunden.
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Das LNG-Einlaßrohr 23 und der LNG-Einlaßverteilertank
22 sind vollständig mit einer Wärmeisolation 28
bedeckt und ein Isoliermittel, wie beispielsweise die
Hülse 17 gemäß Fig. 1, kann am Rohr 21 in dessen
Einlaßbereich angeordnet sein.
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Aus den Wassersprühtrögen 25, 26, die einander
gegenüberliegend unterhalb des NG-Auslaßverteilers 24
angeordnet sind, überfließendes Wasser strömt an der
äußeren Oberfläche von jedem der die
Wärmetauschertafel aufbauenden äußeren Rohre 20 abwärts, während
aus einem Wassersprühtrog 27 überfließendes Wasser
ebenfalls unterhalb des LNG-Einlaßrohres 23 abwärts
fließt.
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Weiterhin ist eine die Streuung verhindernde
Führungsplatte 29 in Umfangsrichtung an der
Wärmeisolation 28 des LNG-Einlaßrohres 23 angeordnet, so daß
aus dem Wassersprühtrog 26 unterhalb des
NG-Auslaßverteilers 24 überfließendes Wasser nicht auf die
Seite des LNG-Einlaßverteilers 22 versprüht wird.
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Das zugeführte LNG wird vom Einlaßverteiler 22 aus
über das LNG-Einlaßrohr 23 in das innere Rohr 21
hineingeführt und veranlaßt, in dem Rohr 21 abwärts zu
strömen um dann nach Verdampfung durch die Erwärmung
mit NG durch den ringförmigen Durchlaß zwischen dem
äußeren Rohr 20 und dem eingebetteten inneren Rohr 21
aufwärts zu strömen. Da das LNG im inneren Rohr 21
und das NG im äußeren Rohr 20 über die im unteren
Abschnitt des inneren Rohres 21 angeordneten kleinen
Öffnungen 21a direkt miteinander gemischt werden und
ein wirkungsvoller Wärmeaustausch mittels der
Wärmeleitungsunterstützungsvorrichtungen 30 und 31
herbeigeführt werden kann, die an der Innenseite und der
Außenseite des inneren Rohres 21 angeordnet sind,
können Vorteile erzielt werden, wie beispielsweise
eine Verkürzung und Verkleinerung des
Wärmetauschdurchlasses.
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Das so erhaltene NG bei niedriger Temperatur wird
weiter erwärmt, während es durch den ringförmigen
Kanal zwischen dem äußeren Rohr 20 und dem inneren
Rohr 21 nach oben strömt und weiter über das obere
Ende des inneren Rohres 21 hinausströmt und dann dem
mit dem oberen Ende des äußeren Rohres 20 verbundenen
NG-Auslaßverteiler 24 mit einer normalen Temperatur
zugeführt wird.
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Weiterhin ist bei der Vorrichtung dieser
Ausführungsform der NG-Auslaßverteiler 24 in einem vorgegebenen
Abstand oberhalb des oberen Endes des inneren Rohres
21 angeordnet, dem LNG bei kryogenischer Temperatur
vom NG-Einlaßverteiler 22 zugeführt wird, so daß kein
Wärmeaustausch, auch kein indirekter, im Hinblick auf
das LNG bei kryogenischer Temperatur stattfindet, um
eine Erniedrigung der Temperatur des NG zu
verhindern.
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Fig. 9 zeigt eine noch weitere Ausführungsform einer
Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung. Bei
dieser Ausführungsform ist eine Wärmetauschertafel, die
die gleiche Ausbildung besitzt wie die oben anhand
von Fig. 7 beschriebene Tafel, auf dem Kopf stehend
angeordnet derart, daß ein LNG-Einlaßverteiler 12 am
unteren Ende der Tafel angeordnet ist und ein
NG-Auslaßverteiler 14 ebenfalls daneben angeordnet ist und
keine Verteilertanks in der Nähe der im oberen
Bereich der Tafel liegenden Wassersprühtröge 15, 16
angeordnet sind.
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Das zugeführte LNG strömt vom Einlaßverteiler 12 aus
aufwärts durch das eingebettete innere Rohr 11, in
dem eine Wärmeleitungsunterstützungsvorrichtung 30
angeordnet ist, wobei LNG im inneren Rohr 11 und NG
im äußeren Rohr 10 über die kleinen im oberen
Abschnitt des inneren Rohr es 11 angeordneten Öffnungen
11a direkt vermischt werden, so daß ein wirksamer
Wärmeaustausch herbeigeführt wird zur Erzielung der
gleichen Effekte, wie sie bei der in Fig. 7
dargestellten Ausführungsform beschrieben worden sind.
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Wenn bei den verschiedenen Ausführungsformen der
Erfindung die isolierende Hülse 17 (welche
erfindungsgemäß über eine erforderliche Länge des oberen
Abschnitts des inneren Rohres 11, 21 angeordnet ist)
weggenommen wird, wird die Temperatur des NG in der
Nähe des NG-Auslaßrohres 13, 23, wie in Fig. 10
gezeigt, erniedrigt.
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Im Gegensatz hierzu und wie in Fig. 11 dargestellt,
wird die Temperatur des NG bis auf eine der
Temperatur des Meerwassers entsprechende Temperatur
angehoben, wenn wirksame Isolationsmittel, wie
beispielsweise die isolierende Hülse 17, angeordnet werden.