EP3430338A1 - Trenneinrichtung für gewickelte wärmeübertrager zum trennen einer gasförmigen phase von einer flüssigen phase eines zweiphasigen mantelseitig geführten mediums - Google Patents

Trenneinrichtung für gewickelte wärmeübertrager zum trennen einer gasförmigen phase von einer flüssigen phase eines zweiphasigen mantelseitig geführten mediums

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Publication number
EP3430338A1
EP3430338A1 EP17712923.6A EP17712923A EP3430338A1 EP 3430338 A1 EP3430338 A1 EP 3430338A1 EP 17712923 A EP17712923 A EP 17712923A EP 3430338 A1 EP3430338 A1 EP 3430338A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chimney
roof
phase
heat exchanger
chimneys
Prior art date
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Granted
Application number
EP17712923.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP3430338B1 (de
Inventor
Manfred Steinbauer
Christian Matten
Christiane Kerber
Jürgen Spreemann
Ingomar Blum
Luis Matamoros
Florian Deichsel
Niels Treuchtlinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of EP3430338A1 publication Critical patent/EP3430338A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3430338B1 publication Critical patent/EP3430338B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B9/00—Auxiliary systems, arrangements, or devices
    • F28B9/08—Auxiliary systems, arrangements, or devices for collecting and removing condensate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F28D7/024—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration

Definitions

  • Separating device for wound heat exchanger for separating a gaseous phase from a liquid phase of a two-phase shell-side guided medium
  • the invention relates to a wound heat exchanger according to claim 1.
  • Such wound heat exchangers are e.g. used in physical scrubbing for acid gas removal (e.g., rectisol process), in ethylene plants, or in liquefied natural gas (LNG) plants.
  • acid gas removal e.g., rectisol process
  • LNG liquefied natural gas
  • Coiled heat exchangers with liquid separators for separating a gaseous phase from a liquid phase are e.g. from DE 10 2012 000 146 A1, EP 2 818 821 A1, DE 10 201 1017030 A1, DE 10 2010 055 452 A1 and DE 10 2004 040 974 A1.
  • DE 10 2004 040 974 A1 provides for the use of a baffle plate for degassing the two-phase flow.
  • the present invention seeks to provide a wound heat exchanger with a separator that allows a simple way, an improved separation of the gaseous phase of the liquid phase.
  • Heat transfer between a biphasic first medium and a second medium comprising: a shell surrounding a shell space and extending along a longitudinal axis, an inlet for admitting the biphasic first medium into the shell space, a shell tube disposed in the shell space having a plurality of tubes for receiving of the second medium helically wound around the longitudinal axis and a separator for separating one
  • the separator comprises a liquid phase collecting tray located above the tube bundle, the tray having a plurality of chimneys for separating the two phases, the respective chimney being remote from the tube bundle
  • Side of the floor protrudes from the ground is roofed by a roof and opens into a through hole in the bottom, further provided between the respective roof and an upper end of the respective fireplace an inlet opening through which the gaseous phase can flow into the respective chimney, so that in particular the liquid phase can flow away from the respective roof past the respective inlet opening onto the floor, and so that the gaseous phase flows via the inlet opening located below the respective roof into the assigned chimney and from there via the assigned through-opening through the floor uf the tube bundle is feasible.
  • the fireplaces can be designed with advantage so that even at high liquid load, the liquid does not over the
  • Inlet openings flows into the chimneys and continues to ensure a reliable separation of the two phases.
  • a plurality of differing streams or media in particular two or three different streams can be provided on the pipe side, which exchange heat indirectly with the shell-side first medium or current.
  • the tubes of the tube bundle can be divided into a corresponding number of tube groups, so that each tube-side (second) medium is assigned a tube group.
  • the separating device can also take over the function of the actual liquid distributor.
  • the bottom has a plurality of openings through which the liquid phase collected on the floor can rain directly, that is, without a detour via further fluid-carrying components, to the tube bundle.
  • a separate liquid distributor may be provided, which is connected to the bottom in FIG.
  • Fluid communication is such that the collected on the floor liquid phase can get into the manifold.
  • the manifold is configured to distribute the liquid phase onto the tube bundle.
  • the liquid phase can be passed through a gap running around the jacket or via pipes into an underlying annular channel with distributor arms.
  • the liquid phase can be introduced via a central opening in the core tube and then fed to a distributor in the form of a pressure distributor.
  • Such liquid distributors are described in detail, for example, in DE 10 2004 040 974 A1. Other distributors are also conceivable.
  • the respective chimney is formed by a circumferential cylindrical wall which extends from an edge region bordering the respective passage opening, so that the respective passage opening of the floor forms an outlet opening of the respective chimney facing downwards towards the tube bundle ,
  • the tubes of the tube bundle are wound around or on a core tube of the heat exchanger, which extends along the longitudinal axis of the jacket in the jacket space and is preferably arranged coaxially to this longitudinal axis, wherein preferably the core tube, the load takes up the pipes.
  • the individual tubes of the tube bundle are preferably wound in several tube layers on the core tube, wherein the individual tube layers rest on each other via spacers.
  • the roof of the respective chimney has a peripheral edge region, with a lower edge pointing downwards, which runs at the level of or below a circumferential as well as upwardly facing end side of the respective chimney, the inlet opening of bounded by respective fireplaces.
  • Cylinder axis of the shell of the heat exchanger which preferably runs parallel to the vertical.
  • the roof of the respective chimney protrudes perpendicular to the axis of the respective chimney with the peripheral edge region over the associated chimney.
  • the peripheral part or edge region of the respective roof which in this way projects beyond the respective chimney or the said cylindrical wall perpendicular to the axis of the respective chimney, is also referred to herein as the projection of the respective roof.
  • an internal chimney is arranged in at least one or more or all chimneys (the respective chimneys are then referred to as outdoor fireplaces), which extends through the roof of the respective outer chimney and with a projecting upper portion of the roof of the respective outer chimney, wherein the upper portion of the respective inner chimney has an inlet opening which is in turn covered by a roof of the respective inner chimney, so that the liquid phase from the roof of the respective inner chimney past the respective inlet opening of the inner chimney on the Roof of the assigned outer chimney and from there can flow to the bottom of the separator, and so that the gaseous
  • the roof of the respective inner chimney has a peripheral edge region, with a lower edge pointing downwards, which runs at or below a peripheral, upwardly facing end side of the upper section of the respective inner chimney, which is the inlet opening bounded by the respective interior fireplace.
  • the separator can be configured in a particularly space-saving manner.
  • the separating device can also be arranged in sections of the jacket or jacket space in which the circumference or
  • the jacket has a jacket section which surrounds at least part of the partitioning device, in particular at least part of the chimneys, in a cross section perpendicular to the longitudinal axis of the jacket and tapers upwards in the direction of the longitudinal axis and in particular the shape one
  • Truncated cone shell has.
  • the respective inner chimney extends along the axis of the respective associated outer chimney, in which the respective inner chimney is arranged at least in sections. Furthermore, it is also provided with respect to the roof of the respective inner chimney that this perpendicular to the axis of the respective inner chimney with a
  • circumferential edge region protrudes beyond the respective inner chimney, so that in turn a circumferential projection of the roof is formed on the underlying inner chimney.
  • the respective inner chimney is arranged coaxially with the respectively associated, outer chimney surrounding the inner chimney.
  • the chimneys form a group of first chimneys as well as a group of second chimneys, the second chimneys along their respective axis having a greater height above the ground than the first chimneys.
  • the distance of a second chimney to the roof of an adjacent first chimney perpendicular to the axis of the second chimney is smaller than the projection of the roof of the adjacent first chimney.
  • first and second chimneys are arranged alternately along the floor, so that preferably between each two adjacent first chimneys, a second chimney or between each two adjacent second chimneys, a first chimney is arranged.
  • the object according to the invention is achieved by a method for separating a gaseous phase from a liquid phase of a two-phase first medium and for heat transfer between the first medium and a second medium using a wound heat exchanger according to the invention, wherein the first medium comprises the liquid and the gaseous phase is fed via the inlet into the shell space, wherein the liquid phase, if It impinges on feeding on a roof, flows past the respective inlet opening on the ground, and wherein the liquid phase is collected on the ground and then distributed to the tube bundle, and wherein the gaseous phase via the located below the respective roof inlet opening in the associated fireplace (especially indoor fireplace, outdoor fireplace, first fireplace or second fireplace) initiated and is guided from there through the associated passage opening through the bottom of the tube bundle.
  • the first medium comprises the liquid
  • the gaseous phase is fed via the inlet into the shell space
  • the liquid phase if It impinges on feeding on a roof, flows past the respective inlet opening on the ground, and wherein the liquid phase is collected on the
  • the chimneys are designed so that liquid does not flow into the chimneys via the inlet openings even at high liquid loads.
  • Figure 1 is a schematic representation of the separation of a liquid from a gaseous phase of a two-phase medium to be distributed to a tube bundle.
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of an embodiment
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of another embodiment of a wound heat exchanger according to the invention.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of another embodiment of a wound heat exchanger according to the invention.
  • Fig. 5 shows an example of a liquid distributor, for distributing the separated with a separator according to the invention liquid
  • FIG. 1 shows in a schematic sectional view of the basic task of the distribution of a two-phase first medium M in a wound Heat exchanger 1 represents.
  • a separator 2 is used according to the invention, which separates a gaseous phase G of a liquid phase F of the first medium M.
  • the liquid phase F and the gaseous phase G are each separately and evenly distributed on the arranged under the separator 2 tube bundle 3 of the wound heat exchanger 1, in which a second medium M 'is performed, so that the two media M, M 'can exchange heat indirectly.
  • a number of mediums to be guided separately on the pipe side, which then can exchange heat indirectly with the first medium M.
  • Heat exchanger 1 each one preferably at least partially
  • Said longitudinal axis z is preferably parallel to the vertical.
  • the 2 to 4 has in each case an inlet 7 for introducing the two-phase first medium M into the shell space 6 above a bottom 4 of a separating device 2 which is used to separate the gaseous and liquid phases G, F of the first Medium M is configured so that the two phases F, G can be distributed separately on the tube bundle 3.
  • the bottom 4 extends horizontally or perpendicular to the longitudinal axis z and is arranged above the tube bundle 3, wherein it preferably extends over the entire
  • Cross-sectional area of the shell space 6 extends perpendicular to the longitudinal axis z and in this case the shell space 6 divided into two sections.
  • the bottom 4 preferably serves to collect the liquid phase F and is preferably fluidly connected to a liquid distributor 4a via a suitable flow connection S, wherein the
  • Liquid distributor 4a is configured to distribute the liquid phase F on the tube bundle 3, wherein the liquid phase F acts on the tube bundle, for example from above.
  • liquid distributor 4a the devices already described above can be used.
  • FIG. 5 shows an example Embodiment of a liquid distributor 4a, which can be used with all embodiments of the separating device 2 according to the invention (for example according to FIGS. 2 to 4).
  • the bottom 4 of the separator 2 is connected by means of a suitable flow connection S with the core tube 300 of the heat exchanger 1, so that collected on the bottom 4 liquid phase F can get into the core tube 300.
  • the liquid distributor 4a according to FIG. 5 now has below the bottom 4a of the separating device 2 and above the tube bundle 3 a plurality of arms 4b which are in fluid communication with the core tube 300 and are designed to distribute the liquid phase F onto the tube bundle 3 which is disposed below the arms 4b.
  • the arms 4b extend from the core tube 300
  • the separating device 2 itself can also function as a liquid distributor.
  • the bottom 4 may have a multiplicity of openings 40a, in particular distributed uniformly over the bottom 4, via which the liquid phase F is then in each case directed onto the tube bundle 3
  • the base 4 for separating the two phases F, G of the first medium M has a plurality of passage openings 40 through which the gaseous phase G can be distributed to the tube bundle 3.
  • the passage openings 40 each with an associated chimney 50 in flow communication, wherein the respective chimney 50 is preferably formed by a circumferential cylindrical wall 50, which is preferably a closed wall, the no
  • the axes L of the chimneys 50 are preferably cylinder axes L, which run parallel to the longitudinal axis z of the heat exchanger 1 or mantle 5.
  • the respective chimney 50 further has an inlet opening 51 at an upper end, which is opposite to the respective outlet opening 40 in the direction of the respective axis L and is in each case roofed over by a roof 52, so that a circumferential gap between the respective roof 52 and the below arranged fireplace 50 is formed.
  • the liquid phase F which is given from above to the bottom 4 or the separating device 2, can now flow off the respective roof 52 past the respective inlet opening 51 or the respective circumferential gap onto the bottom 4, where it is collected, in order to then move be distributed separately from the gaseous phase G on the tube bundle 3, eg by means of the liquid distributor 4a, which in detail e.g. According to FIG.
  • the gaseous phase G can enter the associated chimney 50 via the respective gap or the inlet opening 51 situated below the respective roof 52 and from there via the assigned passage opening or outlet opening 40 through the base 4 the tube bundle 3 is feasible.
  • a liquid distributor 4a it is also possible to dispense with a liquid distributor 4a.
  • the liquid phase F can be distributed via openings 40a in the bottom 4 on the tube bundle 3.
  • the roofs 52 are preferably arranged at the same height in the direction of the longitudinal axis z of the wound heat exchanger 1 or shell 5 and each have a peripheral edge region 52a with a circumferential annular lower edge 52b the longitudinal axis z extends at the level or below a circumferential end face 50a of the respective chimney 50, which borders the inlet opening 51 of the respective chimney 50. It is further provided that the roof 52 of the respective chimney 50 projects perpendicular to the axis L of the respective chimney 50 with the peripheral edge region 52a on the associated chimney 50. This will ensure that after
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a wound heat exchanger 1 according to the invention, in which the individual chimneys 50, 70 are basically designed in the manner of FIG. 2, with first chimneys 50 being present in contrast to FIG Have height above the floor 4, as second chimneys 70.
  • the first and second chimneys 50, 70 are arranged alternately, so that due to the different height of the respective roofs 52,72 a larger number of chimneys 50, 70 per area on the floor. 4 can be arranged. This is particularly clear from the fact that in this arrangement of chimneys 50, 70 of different length, the distance A of a second chimney 70 to the roof 52 of an adjacent first chimney 50 perpendicular to the axis L of the second chimney 70 is smaller than the projection A 'of the roof 52nd of
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a wound heat exchanger 1 according to the invention, in which the chimneys 50 are designed in the manner of FIG. 2, wherein an inner chimney 60 is now additionally arranged in the respective chimney 50, which is designed here as an outer chimney extends through the roof 52 of the respective outer chimney 50 and protrudes with an upper portion 63 from the respective roof 52, wherein the upper portion 63 of the respective inner chimney 60 has an inlet opening 61, which in turn is covered by a roof 62 of the respective inner chimney 60, so that again results in a circumferential gap between the respective roof 62 and the inner chimney 60 arranged thereunder.
  • an inner chimney 60 is now additionally arranged in the respective chimney 50, which is designed here as an outer chimney extends through the roof 52 of the respective outer chimney 50 and protrudes with an upper portion 63 from the respective roof 52, wherein the upper portion 63 of the respective inner chimney 60 has an inlet opening 61, which in turn is covered by a roof 62 of the respective inner chimney 60, so that again results in
  • the internal chimneys 60 may each be formed by a circumferential cylindrical wall 60, which may extend in the respective surrounding outer chimney 50 down to the level of the respective passage opening 40 of the bottom 4, so that a lower outlet opening 41 of the respective inner chimney 60, which faces the tube bundle 3, lies in the opening plane of the respective passage opening 40.
  • liquid phase F of a top of the separator 2 and the bottom 4 discontinued first medium M now from the roof 62 of the respective inner chimney 60 at the gap or the inlet opening 61 of the respective inner chimney 60 over on the roof 52 of each associated inconveniencekamins 50 and from there flow to the bottom 4, where it can be collected and redistributed to the tube bundle 3.
  • the gaseous phase G can continue to be guided via the annular inlet openings 51 in the respective outer chimney 50 along the coaxial inner chimney 60 via the respective passage or outlet opening 40 on the tube bundle 3, due to the internal chimneys 60 now an additional flow path for the gaseous Phase G per outdoor chimney 50 is present, since the gaseous phase G now also on the below the roof 62 of the respective inner chimney 60 located inlet opening 61 of the respective
  • Inner chimney 60 in the respective inner chimney 60 and from there via the outlet opening 41 of the respective inner chimney on the tube bundle 3 can be guided.
  • the roof 62 of the respective inner chimney 60 also preferably has a peripheral edge region 62a, with an annular, downwardly pointing lower edge 62b, which is at or below a peripheral, upwardly facing end face 60a of the upper section 63 of FIG respective
  • Inner chimney 60 extends, which bounds the inlet opening 61 of the respective inner chimney 60.

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Abstract

Gewickelter Wärmeübertrager (1) zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einem zweiphasigem ersten Medium (M) und einem zweiten Medium (Μ'), mit einem Mantel (5), der einen Mantelraum (6) umgibt und sich entlang einer Längsachse (z) erstreckt, einem Einlass (7) zum Einlassen des zweiphasigen ersten Mediums (M) in den Mantelraum (6), einem im Mantelraum (6) angeordneten Rohrbündel (3) aufweisend mehrere Rohre (30) zur Aufnahme des zweiten Mediums (Μ'), die helikal um die Längsachse (z) gewickelt sind, und einer Trenneinrichtung (2) zum Trennen einer gasförmigen Phase (G) von einer flüssigen Phase (F) des zweiphasigen ersten Mediums (M). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Trenneinrichtung (2) einen oberhalb des Rohrbündels (3) angeordneten Boden (4) zum Sammeln der flüssigen Phase (F) aufweist, wobei der Boden (4) zum Trennen der beiden Phasen (F, G) eine Mehrzahl an Kaminen (50, 70) aufweist, wobei der jeweilige Kamin (50, 70) von einer dem Rohrbündel (3) abgewandten Seite des Bodens (4) vom Boden (4) absteht, von einem Dach (52, 72) überdacht ist und in eine Durchgangsöffnung (40) im Boden (4) mündet, wobei weiterhin zwischen dem jeweiligen Dach (52, 72) und einem oberen Ende des jeweiligen Kamins (50, 70) eine Einlassöffnung (51, 71 ) vorgesehen ist, über die die gasförmige Phase (G) in den jeweiligen Kamin (50, 70) einströmen kann. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben des Wärmeübertragers.

Description

Beschreibung
Trenneinrichtunq für gewickelte Wärmeübertrager zum Trennen einer gasförmigen Phase von einer flüssigen Phase eines zweiphasigen mantelseitig geführten Mediums
Die Erfindung betrifft einen gewickelten Wärmeübertrager gemäß Anspruch 1 .
Derartige gewickelte Wärmeübertrager werden z.B. bei physikalischen Wäschen zur Sauergasentfernung (z.B. Rectisolverfahren), in Ethylenanlagen oder in Anlagen zur Herstellung von flüssigem Erdgas (LNG) verwendet.
Bei typischen Anwendungen solcher Wärmeübertrager muss regelmäßig ein zweiphasig in den Mantelraum eingeleitetes Medium in eine flüssige Phase und eine gasförmige Phase getrennt werden, damit die beiden Phasen separat und jeweils möglichst gleichmäßig über den Mantelraumquerschnitt verteilt auf ein Rohrbündel des Wärmeübertragers gegeben werden können, so dass in der Folge eine indirekte Wärmeübertragung zwischen den beiden Phasen des ersten Mediums und einem in dem Rohrbündel geführten zweiten Medium stattfinden kann.
Gewickelte Wärmeübertrager mit Flüssigkeitsverteilern bzw. Trenneinrichtung zum Trennen einer gasförmigen Phase von einer flüssigen Phase sind z.B. aus der DE 10 2012 000 146 A1 , EP 2 818 821 A1 , DE 10 201 1 017 030 A1 , DE 10 2010 055 452 A1 und DE 10 2004 040 974 A1 bekannt.
So wird gemäß DE 10 2012 000 146 A1 eine Trennung der gasförmigen Phase von der flüssigen Phase unterstützt, in dem der Zweiphasenstrom auf eine entsprechend geformte Prallplatte gegeben wird. Gemäß EP 2 818 821 wird der Zweiphasenstrom über ein Kernrohr des Wärmeübertragers in einen Vorverteilerbehälter geführt und in diesem beruhigt und entgast. Gemäß DE 10 201 1 017 030 A1 wird eine Trennung der gasförmige Phase von der flüssigen Phase zum einen beim Einleiten des
Zweiphasenstroms in einen Ringkanal sowie des Weiteren durch Verteilarme bewerkstelligt, die zur Entgasung der Flüssigkeit mit dem Kernrohr in
Strömungsverbindung stehen. Weiterhin betrifft die technische Lehre der DE 10 2010 055 452 A1 eine Strömungsleitvorrichtung für Einlauföffnungen von abfallenden Flüssigkeitskanälen, die es erlaubt, dass eine gasförmige Phase in dem
Flüssigkeitskanal aufsteigen kann. Schließlich sieht die DE 10 2004 040 974 A1 die Verwendung eines Prallbleches zur Entgasung des Zweiphasenstromes vor.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen gewickelten Wärmeübertrager mit einer Trenneinrichtung bereitzustellen, die auf einfache Weise eine verbesserte Trennung der gasförmigen Phase von der flüssigen Phase erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend beschrieben. Gemäß Anspruch 1 ist ein gewickelter Wärmeübertrager zur indirekten
Wärmeübertragung zwischen einem zweiphasigem ersten Medium und einem zweiten Medium vorgesehen, mit: einem Mantel, der einen Mantelraum umgibt und sich entlang einer Längsachse erstreckt, einem Einlass zum Einlassen des zweiphasigen ersten Mediums in den Mantelraum, einem im Mantelraum angeordneten Rohrbündel aufweisend mehrere Rohre zur Aufnahme des zweiten Mediums, die helikal um die Längsachse gewickelt sind, und einer Trenneinrichtung zum Trennen einer
gasförmigen Phase von einer flüssigen Phase des zweiphasigen ersten Mediums, wobei die Trenneinrichtung einen oberhalb des Rohrbündels angeordneten Boden zum Sammeln der flüssigen Phase aufweist, wobei der Boden zum Trennen der beiden Phasen eine Mehrzahl an Kaminen aufweist, wobei der jeweilige Kamin von einer dem Rohrbündel abgewandten Seite des Bodens vom Boden absteht, von einem Dach überdacht ist und in eine Durchgangsöffnung im Boden mündet, wobei weiterhin zwischen dem jeweiligen Dach und einem oberen Ende des jeweiligen Kamins eine Einlassöffnung vorgesehen ist, über die die gasförmige Phase in den jeweiligen Kamin einströmen kann, so dass insbesondere die flüssige Phase vom jeweiligen Dach an der jeweiligen Einlassöffnung vorbei auf den Boden abfließen kann, und so dass die gasförmige Phase über die unterhalb des jeweiligen Daches gelegene Einlassöffnung in den zugeordneten Kamin und von dort über die zugeordnete Durchgangsöffnung durch den Boden hindurch auf das Rohrbündel führbar ist. Durch das Aufgeben der flüssigen Phase auf den Boden wird eine Verweilzeit der flüssigen Phase realisierbar, die hinreichend lang ist und daher ein Austreten der gasförmigen Phase aus dem Zweiphasengemisch erlaubt. Weiterhin wird durch die Umlenkung der gasförmigen Phase auf dem Strömungspfad durch den jeweiligen Kamin eine weitere Abscheidung von Tröpfchen aus der gasförmigen Phase möglich, was die Trennung weiter verbessert. Zudem lassen sich die Kamine mit Vorteil so auslegen, dass auch bei hoher Flüssigkeitslast die Flüssigkeit nicht über die
Einlassöffnungen in die Kamine einströmt und weiterhin eine zuverlässige Trennung der beiden Phasen gewährleistet ist.
Weiterhin können rohrseitig auch eine Mehrzahl von sich unterscheidenden Strömen bzw. Medien, insbesondere zwei oder drei verschiedene Ströme vorgesehen sein, die mit dem mantelseitigen ersten Medium bzw. Strom indirekt Wärme austauschen. Die Rohre des Rohrbündels können hierzu in eine entsprechende Anzahl an Rohrgruppen aufgeteilt sein, so dass jedem rohrseitigen (zweiten) Medium eine Rohrgruppe zugeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Trenneinrichtung auch gleich die Funktion des eigentlichen Flüssigkeitsverteilers übernehmen. Hierbei kann z.B. vorgesehen sein, dass der Boden mehrere Öffnungen aufweist, über die die auf dem Boden gesammelte flüssige Phase direkt, d.h., ohne einen Umweg über weitere strömungsführende Komponenten, auf das Rohrbündel regnen kann.
Zum Verteilen der flüssigen Phase kann gemäß einer alternativen Ausführungsform ein separater Flüssigkeitsverteiler vorgesehen sein, der mit dem Boden in
Strömungsverbindung steht, so dass die auf dem Boden gesammelte flüssige Phase in den Verteiler gelangen kann. Der Verteiler ist dazu konfiguriert, die flüssige Phase auf das Rohrbündel zu verteilen. Z.B, kann die flüssige Phase über einen am Mantel umlaufenden Spalt oder über Rohre in einen darunter liegenden Ringkanal mit Verteilerarmen geleitet werden. Alternativ kann die flüssige Phase über eine zentrale Öffnung in das Kernrohr eingeleitet werden und sodann einem Verteiler in Form eines Druckverteilers zugeleitet werden. Derartige Flüssigkeitsverteiler sind z.B. in der DE 10 2004 040 974 A1 im Detail beschrieben. Andere Verteiler sind ebenfalls denkbar. Gemäß einer bevorzugten Ausführung kommt Erfindung ist vorgesehen, dass der jeweilige Kamin durch eine umlaufende zylindrische Wandung gebildet ist, die von einem die jeweilige Durchgangsöffnung berandenden Randbereich abgeht, so dass die jeweilige Durchgangsöffnung des Bodens eine dem Rohrbündel nach unten hin zugewandte Auslassöffnung des jeweiligen Kamins bildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rohre des Rohrbündels um bzw. auf ein Kernrohr des Wärmeübertragers gewickelt sind, das sich entlang der Längsachse des Mantels im Mantelraum erstreckt und vorzugsweise koaxial zu dieser Längsachse angeordnet ist, wobei bevorzugt das Kernrohr die Last der Rohre aufnimmt. Die einzelnen Rohre des Rohrbündels sind vorzugsweise in mehreren Rohrlagen auf das Kernrohr aufgewickelt, wobei die einzelnen Rohrlagen über Abstandshalter aufeinander aufliegen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass das Dach des jeweiligen Kamins einen umlaufenden Randbereich aufweist, mit einer nach unten weisenden Unterkante, die auf Höhe oder unterhalb einer umlaufenden sowie nach oben weisenden Stirnseite des jeweiligen Kamins verläuft, die die Einlassöffnung des jeweiligen Kamins berandet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass sich die Kamine jeweils entlang einer Achse erstrecken, die senkrecht zum Boden verläuft sowie insbesondere parallel zur Längs- oder
Zylinderachse des Mantels des Wärmeübertragers, die vorzugsweise parallel zur Vertikalen verläuft.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass das Dach des jeweiligen Kamins senkrecht zur Achse des jeweiligen Kamins mit dem umlaufenden Randbereich über den zugeordneten Kamin hinausragt. Der umlaufende Teil bzw. Randbereich des jeweiligen Daches, der in dieser Weise über den jeweiligen Kamin bzw. die besagte zylindrische Wandung senkrecht zur Achse des jeweiligen Kamins hinausragt, wird hierin auch als Überstand des jeweiligen Daches bezeichnet. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass in zumindest einem bzw. mehreren oder allen Kaminen jeweils ein Innenkamin angeordnet ist (die betreffenden Kamine werden dann als Außenkamine bezeichnet), der sich durch das Dach des jeweiligen Außenkamins hindurch erstreckt und mit einem oberen Abschnitt vom Dach des jeweiligen Außenkamins absteht, wobei der obere Abschnitt des jeweiligen Innenkamins eine Einlassöffnung aufweist, die wiederum von einem Dach des jeweiligen Innenkamins überdacht ist, so dass die flüssige Phase vom Dach des jeweiligen Innenkamin an der jeweiligen Einlassöffnung des Innenkamins vorbei auf das Dach des zugeordneten Außenkamins und von dort auf den Boden der Trenneinrichtung abfließen kann, und so dass die gasförmige
Phase zusätzlich über die unterhalb des Daches des jeweiligen Innenkamins gelegene Einlassöffnung des jeweiligen Innenkamins in den jeweiligen Innenkamin und von dort auf das Rohrbündel führbar ist.
Auch bezüglich der Innenskamine ist bevorzugt wiederum vorgesehen, dass das Dach des jeweiligen Innenkamins einen umlaufenden Randbereich aufweist, mit einer nach unten weisenden Unterkante, die auf Höhe oder unterhalb einer umlaufenden, nach oben weisenden Stirnseite des oberen Abschnitts des jeweiligen Innenkamins verläuft, die die Einlassöffnung des jeweiligen Innenkamins berandet.
Aufgrund der Innenkamine kann die Trenneinrichtung in besonders bauraumsparender Weise konfiguriert werden. Hierdurch kann die Trenneinrichtung auch in Abschnitten des Mantels bzw. Mantel raumes angeordnet werden, in denen der Umfang bzw.
Durchmesser des Mantels nach oben hin kontinuierlich abnimmt, so dass ein entsprechender, die Trenneinrichtung umgebender Mantelabschnitt z.B. die Form eines Kegelstumpfmantels annehmen kann. Entsprechend weist der Mantel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung einen Mantelabschnitt auf, der zumindest einen Teil der Trenneinrichtung, insbesondere zumindest einen Teil der Kamine, in einem Querschnitt senkrecht zur Längsachse des Mantels umgibt und sich in Richtung der Längsachse nach oben hin verjüngt und insbesondere die Form eines
Kegelstumpfmantels aufweist.
Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der jeweilige Innenkamin sich entlang der Achse des jeweils zugeordneten Außenkamins erstreckt, in dem der jeweilige Innenkamin zumindest abschnittsweise angeordnet ist. Weiterhin ist auch bezüglich des Daches des jeweiligen Innenkamins vorgesehen, dass dieses senkrecht zu der Achse des jeweiligen Innenkamins mit einem
umlaufenden Randbereich über den jeweiligen Innenkamin hinausragt, so dass wiederum ein umlaufender Überstand des Daches über den darunter liegenden Innenkamin gebildet wird.
Besonders bevorzugt ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass der jeweilige Innenkamin koaxial zum jeweils zugeordneten, den Innenkamin umgebenden Außenkamin angeordnet ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Kamine eine Gruppe von ersten Kaminen sowie eine Gruppe von zweiten Kaminen bilden, wobei die zweiten Kamine entlang ihrer jeweiligen Achse eine größere Höhe über dem Boden aufweisen als die ersten Kamine.
Diesbezüglich ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Abstand eines zweiten Kamins zum Dach eines benachbarten ersten Kamins senkrecht zur Achse des zweiten Kamins kleiner ist als der Überstand des Daches des benachbarten ersten Kamins.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die ersten und zweiten Kamine entlang des Bodens alternierend angeordnet sind, so dass vorzugsweise zwischen je zwei benachbarten ersten Kaminen ein zweiter Kamin oder zwischen je zwei benachbarten zweiten Kaminen ein erster Kamin angeordnet ist.
Aufgrund der unterschiedlichen Höhen der ersten und zweiten Kamine und der alternierenden Anordnung ist es somit möglich, die Zahl der Kamine pro Fläche zu erhöhen, was die Trennung der beiden Phasen verbessert.
Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren zum Trennen einer gasförmigen Phase von einer flüssigen Phase eines zweiphasigen ersten Mediums sowie zur Wärmeübertragung zwischen dem ersten Medium und einem zweiten Medium unter Verwendung eines gewickelten, erfindungsgemäßen Wärmeübertragers gelöst, wobei das erste Medium aufweisend die flüssige und die gasförmige Phase über den Einlass in den Mantelraum eingespeist wird, wobei die flüssige Phase, wenn Sie beim Einspeisen auf ein Dach auftrifft, an der jeweiligen Einlassöffnung vorbei auf den Boden abfließt, und wobei die flüssige Phase auf dem Boden gesammelt und anschließend auf das Rohrbündel verteilt wird, und wobei die gasförmige Phase über die unterhalb des jeweiligen Daches gelegene Einlassöffnung in den zugeordneten Kamin (insbesondere Innenkamin, Außenkamin, erster Kamin oder zweiter Kamin) eingeleitet und von dort über die zugeordnete Durchgangsöffnung durch den Boden hindurch auf das Rohrbündel geführt wird.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Kamine so ausgelegt sind, dass auch bei hoher Flüssigkeitslast Flüssigkeit nicht über die Einlassöffnungen in die Kamine einströmt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgende Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Trennung einer flüssigen von einer gasförmigen Phase eines auf ein Rohrbündel zu verteilenden zweiphasigen Mediums;
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform
erfindungsgemäßen gewickelten Wärmeübertragers;
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen gewickelten Wärmeübertragers;
Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen gewickelten Wärmeübertragers; und
Fig. 5 zeigt beispielhaft einen Flüssigkeitsverteiler, der zum Verteilen der mit einer erfindungsgemäßen Trenneinrichtung abgetrennten flüssigen
Phase verwendet werden kann.
Figur 1 stellt in einer schematischen Schnittansicht die grundlegende Aufgabe der Verteilung eines zweiphasigen ersten Mediums M in einem gewickelten Wärmeübertrager 1 dar. Hierzu wird erfindungsgemäß eine Trenneinrichtung 2 verwendet, die eine gasförmige Phase G von einer flüssigen Phase F des ersten Mediums M trennt. Hiernach kann in der Folge die flüssige Phase F sowie die gasförmige Phase G jeweils separat und gleichmäßig verteilt auf das unter der Trenneinrichtung 2 angeordnete Rohrbündel 3 des gewickelten Wärmeübertrager 1 gegeben werden, in dem ein zweites Medium M' geführt wird, so dass die beiden Medien M, M' indirekt Wärme austauschen können. Wie oben bereits dargelegt, können rohrseitig auch mehrere Medium separat geführt werden, die dann mit dem ersten Medium M Wärme indirekt austauschen können.
In den Ausführungsformen gemäß Figuren 2 bis 4 weist der gewickelte
Wärmeübertrager 1 jeweils einen vorzugsweise zumindest abschnittsweise
zylindrischen Mantel 5 auf, der einen Mantelraum 6 des Wärmeübertrager 1 umgibt sowie ein in dem Mantelraum 6 angeordnetes Rohrbündel 3, das mehrere Rohre 30 aufweisen kann, die helikal auf ein Kernrohr 300 gewickelt sein können, wobei das Kernrohr 300 insbesondere koaxial zu einer Längsachse z des Wärmeübertragers 1 bzw. des Mantels 5 angeordnet ist, entlang der sich der Mantel 5 erstreckt. Die besagte Längsachse z verläuft vorzugsweise parallel zur Vertikalen. Weiterhin weist der gewickelte Wärmeübertrager 1 gemäß den Figuren 2 bis 4 jeweils einen Einlass 7 zum Einlassen des zweiphasigen ersten Mediums M in den Mantelraum 6 oberhalb eines Bodens 4 einer Trenneinrichtung 2 auf, die zum Trennen der gasförmigen und der flüssigen Phase G, F des ersten Mediums M konfiguriert ist, so dass die beiden Phasen F, G separat auf das Rohrbündel 3 verteilt werden können. Der Boden 4 verläuft dabei horizontal bzw. senkrecht zur Längsachse z und ist oberhalb des Rohrbündels 3 angeordnet, wobei er sich vorzugsweise über die gesamte
Querschnittsfläche des Mantelraums 6 senkrecht zur Längsachse z erstreckt und hierbei den Mantelraum 6 in zwei Abschnitte unterteilt.
In allen Ausführungsformen gemäß Fig. 2 bis 4 dient der Boden 4 vorzugsweise zum Sammeln der flüssigen Phase F und ist bevorzugt mit einem Flüssigkeitsverteiler 4a über eine geeignete Strömungsverbindung S strömungsverbunden, wobei der
Flüssigkeitsverteiler 4a dazu konfiguriert ist, die flüssige Phase F auf das Rohrbündel 3 zu verteilen, wobei die flüssige Phase F das Rohrbündel z.B. von oben beaufschlagt. Als Flüssigkeitsverteiler 4a können die oben bereits beschriebenen Einrichtungen verwendet werden. Von den verschiedenen Möglichkeiten zeigt Fig. 5 beispielhaft eine Ausführungsform eines Flüssigkeitsverteilers 4a, der mit allen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Trenneinrichtung 2 (z.B. nach den Figuren 2 bis 4) verwendet werden kann. Gemäß Figur 5 ist der Boden 4 der Trenneinrichtung 2 mittels einer geeigneten Strömungsverbindung S mit dem Kernrohr 300 des Wärmeübertragers 1 verbunden, so dass auf dem Boden 4 gesammelte flüssige Phase F in das Kernrohr 300 gelangen kann. Auf dem Boden 4 gemäß Figur 5 sind die Kamine 50, 60, 70 der jeweiligen Ausführungsform (wie gezeigt in den Figuren 2 bis 4, siehe unten) vorgesehen, wobei die Kamine hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Der Flüssigkeitsverteiler 4a gemäß Figur 5 weist nun unterhalb des Bodens 4a der Trenneinrichtung 2 sowie oberhalb des Rohrbündels 3 eine Mehrzahl an Armen 4b auf, die mit dem Kernrohr 300 in Strömungsverbindung stehen und dazu ausgebildet sind, die flüssige Phase F auf des Rohrbündel 3 zu verteilen, das unterhalb der Arme 4b angeordnet ist. Die Arme 4b erstrecken sich ausgehend vom Kernrohr 300
insbesondere jeweils in radialer Richtung nach außen zum Mantel 5 hin, wobei zwischen benachbarten Armen 4b Lücken vorgesehen sind, durch die die Rohre 30 des Rohrbündels 3 in sogenannten Zöpfen 31 zusammengefasst an den Armen 4b vorbei nach oben geführt werden, wobei sie z.B. unterhalb des Bodens 4 in lateral am Mantel 5 vorgesehene Stutzen 32 münden. Alternativ zu einem separaten Flüssigkeitsverteiler 4a (z.B. nach Art der Figur 5 oder wie in den Figuren 2 bis 4 angedeutet) kann in allen Ausführungsformen auch die Trenneinrichtung 2 selbst als Flüssigkeitsverteiler fungieren. Hierzu kann der Boden 4 eine Vielzahl an insbesondere gleichmäßig über den Boden 4 verteilten Öffnungen 40a aufweisen, über die die flüssige Phase F dann jeweils auf das Rohrbündel 3
aufgegeben wird. Auf einen gesonderten Flüssigkeitsverteiler 4a kann dann verzichtet werden.
Gemäß dem in der Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der Boden 4 zum Trennen der beiden Phasen F, G des ersten Mediums M eine Mehrzahl an Durchgangsöffnungen 40 auf, durch die hindurch die gasförmige Phase G auf das Rohrbündel 3 verteilbar ist. Hierzu stehen die Durchgangsöffnungen 40 mit jeweils einem zugeordneten Kamin 50 in Strömungsverbindung, wobei der jeweilige Kamin 50 vorzugsweise durch eine umlaufende zylindrische Wandung 50 gebildet ist, bei der es sich bevorzugt um eine geschlossene Wandung handelt, die keine
Durchbrüche aufweist, und die von einem umlaufenden Randbereich der jeweiligen Durchgangsöffnung 40 in Richtung einer Achse L des jeweiligen Kamins 50 von einer dem Rohrbündel 3 abgewandten Seite des Bodens 4 nach oben absteht, sodass die jeweilige Durchgangsöffnung 40 eine nach unten gerichtete, dem Rohrbündel 3 zugewandte Auslassöffnung 40 des jeweiligen Kamins 50 bildet. Die Achsen L der Kamine 50 sind vorzugsweise Zylinderachsen L, die parallel zur Längsachse z des Wärmeübertragers 1 bzw. Mantels 5 verlaufen.
Der jeweilige Kamin 50 weist weiterhin an einem oberen Ende eine Einlassöffnung 51 auf, die der jeweiligen Auslassöffnung 40 in Richtung der jeweiligen Achse L gegenüberliegt und dabei jeweils von einem Dach 52 überdacht ist, so dass ein umlaufender Spalt zwischen dem jeweiligen Dach 52 und dem darunter angeordneten Kamin 50 gebildet wird. Die flüssige Phase F, die von oben auf den Boden 4 bzw. die Trenneinrichtung 2 gegeben wird kann nun vom jeweiligen Dach 52 an der jeweiligen Einlassöffnung 51 bzw. dem jeweiligen umlaufenden Spalt vorbei auf den Boden 4 abfließen, wo sie gesammelt wird, um dann separat von der gasförmigen Phase G auf das Rohrbündel 3 verteilt zu werden, z.B. mittels des Flüssigkeitsverteilers 4a, der im Einzelnen z.B. gemäß Figur 5 ausgebildet sein kann, wohingegen die gasförmige Phase G über den jeweiligen Spalt bzw. die unterhalb des jeweiligen Daches 52 gelegene Einlassöffnung 51 in den zugeordneten Kamin 50 eintreten und von dort über die zugeordnete Durchgangsöffnung bzw. Auslassöffnung 40 durch den Boden 4 hindurch auf das Rohrbündel 3 führbar ist. Wie bereits dargelegt, kann auf einen Flüssigkeitsverteiler 4a auch verzichtet werden. In diesem Fall kann die flüssige Phase F über Öffnungen 40a im Boden 4 auf das Rohrbündel 3 verteilt werden. Wie weiterhin in der Figur 2 gezeigt ist, sind die Dächer 52 in Richtung der Längsachse z des gewickelten Wärmeübertragers 1 bzw. Mantels 5 vorzugsweise auf gleicher Höhe angeordnet und weisen jeweils einen umlaufenden Randbereich 52a mit einer umlaufenden, ringförmigen Unterkante 52b auf, die bezogen auf die Längsachse z auf Höhe oder unterhalb einer umlaufenden Stirnseite 50a des jeweiligen Kamins 50 verläuft, die die Einlassöffnung 51 des jeweiligen Kamins 50 berandet. Dabei ist weiterhin vorgesehen, dass das Dach 52 des jeweiligen Kamins 50 senkrecht zur Achse L des jeweiligen Kamins 50 mit dem umlaufenden Randbereich 52a über den zugeordneten Kamin 50 hinausragt. Hierdurch wird sichergestellt, dass nach
Möglichkeit kein flüssiger Anteil F des ersten Mediums M in den jeweiligen Kamin 50 gelangen kann. Weiterhin wird hierdurch die gasförmige Phase G entlang ihres Strömungspfades in Richtung auf das Rohrbündel 3 mehrfach umgelenkt, was die Trennung der flüssigen Phase F von der gasförmigen Phase G verbessert.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen gewickelten Wärmeübertragers 1 , bei dem die einzelnen Kamine 50, 70 grundsätzlich nach Art der Figur 2 ausgebildet sind, wobei nun im Unterschied zur Figur 2 erste Kamine 50 vorhanden sind, die entlang der jeweiligen Achse L eine geringere Höhe über dem Boden 4 aufweisen, als zweite Kamine 70. Dabei sind die ersten und zweiten Kamine 50, 70 alternierend angeordnet, sodass aufgrund der unterschiedlichen Höhe der jeweiligen Dächer 52,72 eine größere Anzahl von Kaminen 50, 70 pro Fläche auf dem Boden 4 anordenbar sind. Dies wird insbesondere dadurch deutlich, dass bei dieser Anordnung von Kaminen 50, 70 unterschiedlicher Länge der Abstand A eines zweiten Kamins 70 zum Dach 52 eines benachbarten ersten Kamins 50 senkrecht zur Achse L des zweiten Kamins 70 kleiner ist als der Überstand A' des Daches 52 des
benachbarten ersten Kamins 50 über den besagten ersten Kamin 50. Bei Dächern 52, 72 gleicher Höhe würde entsprechend der Abstand zwischen zwei benachbarten Kaminen 50, 70 senkrecht zu deren Achsen L größer ausfallen. Im Einzelnen sind die ersten und zweiten Kamine 50, 70, abgesehen von der unterschiedlichen Länge, entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 ausgestaltet.
Schließlich zeigt Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen gewickelten Wärmeübertragers 1 , bei dem die Kamine 50 nach Art der Figur 2 ausgebildet sind, wobei nunmehr zusätzlich in dem jeweiligen Kamin 50, der hier als Außenkamin ausgebildet ist, ein Innenkamin 60 angeordnet ist, der sich durch das Dach 52 des jeweiligen Außenkamins 50 hindurch erstreckt und mit einem oberen Abschnitt 63 vom jeweiligen Dach 52 absteht, wobei der obere Abschnitt 63 des jeweiligen Innenkamins 60 eine Einlassöffnung 61 aufweist, die wiederum von einem Dach 62 des jeweiligen Innenkamins 60 überdacht ist, so dass sich wieder ein umlaufender Spalt zwischen dem jeweiligen Dach 62 und dem darunter angeordneten Innenkamin 60 ergibt.
Auch die Innenkamine 60 können jeweils durch eine umlaufende zylindrische Wandung 60 gebildet sein, die sich im jeweils umgebenden Außenkamin 50 nach unten hin bis auf Höhe der jeweiligen Durchgangsöffnung 40 des Bodens 4 erstrecken kann, so dass eine untere Auslassöffnung 41 des jeweiligen Innenkamins 60, die dem Rohrbündel 3 zugewandt ist, in der Öffnungsebene der jeweiligen Durchgangsöffnung 40 liegt.
Entsprechend kann die flüssige Phase F eines von oben her auf die Trenneinrichtung 2 bzw. den Boden 4 aufgegebenen ersten Mediums M nunmehr vom Dach 62 des jeweiligen Innenkamins 60 an dem Spalt bzw. der Einlassöffnung 61 des jeweiligen Innenkamins 60 vorbei auf das Dach 52 des jeweils zugeordneten Außenkamins 50 und von dort auf den Boden 4 abfließen, wo sie gesammelt und auf das Rohrbündel 3 weiterverteilt werden kann. Die gasförmige Phase G hingegen kann weiterhin über die ringförmigen Einlassöffnungen 51 in dem jeweiligen Außenkamin 50 entlang des koaxialen Innenkamins 60 über die jeweilige Durchgangs- bzw. Auslassöffnung 40 auf das Rohrbündel 3 geführt werden, wobei aufgrund der Innenkamine 60 nunmehr ein zusätzlicher Strömungspfad für die gasförmige Phase G pro Außenkamin 50 vorhanden ist, da die gasförmige Phase G nun auch über die unterhalb des Daches 62 des jeweiligen Innenkamins 60 gelegene Einlassöffnung 61 des jeweiligen
Innenkamins 60 in den jeweiligen Innenkamin 60 und von dort über die Auslassöffnung 41 des jeweiligen Innenkamins auf das Rohrbündel 3 führbar ist.
Wie bereits weiter oben dargelegt, weist bevorzugt auch das Dach 62 des jeweiligen Innenkamins 60 einen umlaufenden Randbereich 62a auf, mit einer ringförmigen, nach unten weisenden Unterkante 62b, die auf Höhe oder unterhalb einer umlaufenden, nach oben weisenden Stirnseite 60a des oberen Abschnitts 63 des jeweiligen
Innenkamins 60 verläuft, die die Einlassöffnung 61 des jeweiligen Innenkamins 60 berandet.
Aufgrund der koaxialen Anordnung von Außenkaminen 50 und Innenkaminen 60 ist es gemäß Figur 4 mit Vorteil möglich, die Trenneinrichtung 2 auch in Mantelabschnitten 5a des Mantels 5 unterzubringen, deren Durchmesser bzw. Umfang sich in Richtung der Längsachse z nach oben hin kontinuierlich verringert. Bezugszeichenliste
1 Wärmeübertrager
2 Trenneinrichtung
3 Rohrbündel
4 Boden
4a Flüssigkeitsverteiler
4b Arme
5 Mantel
6 Mantelraum
7 Einlass
30 Rohre
31 Zöpfe
32 Stutzen
40 Durchgangsöffnungen
40a Optionale Offnungen zum Verteilen der flüssigen Phase
41 Auslassöffnung
50, 70 Kamin
50a, 70a Stirnseite
51 , 61 , 71 Einlassöffnung
52, 62, 72 Dach
52a, 62a, 72a Randbereich
52b, 62b, 72b Unterkante
60 Innenkamin
63 Obere Abschnitt
300 Kernrohr
A Abstand
A' Uberstand
F Flüssige Phase
G Gasförmige Phase
M erstes Medium
M' zweites Medium
L Achse
S Strömungsverbindung
Z Längsachse

Claims

Patentansprüche
1 . Gewickelter Wärmeübertrager (1 ) zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einem zweiphasigem ersten Medium (M) und einem zweiten Medium (Μ'), mit
- einem Mantel (5), der einen Mantelraum (6) umgibt und sich entlang einer Längsachse (z) erstreckt,
- einem Einlass (7) zum Einlassen des zweiphasigen ersten Mediums (M) in den Mantelraum (6),
- einem im Mantelraum (6) angeordneten Rohrbündel (3) aufweisend mehrere Rohre (30) zur Aufnahme des zweiten Mediums (Μ'), die helikal um die Längsachse (z) gewickelt sind, und
- einer Trenneinrichtung (2) zum Trennen einer gasförmigen Phase (G) von einer flüssigen Phase (F) des zweiphasigen ersten Mediums (M), dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (2) einen oberhalb des Rohrbündels (3) angeordneten Boden (4) zum Sammeln der flüssigen Phase (F) aufweist, wobei der Boden (4) zum Trennen der beiden Phasen (F, G) eine Mehrzahl an Kaminen (50, 70) aufweist, wobei der jeweilige Kamin (50, 70) von einer dem Rohrbündel (3) abgewandten Seite des Bodens (4) vom Boden (4) absteht, von einem Dach (52, 72) überdacht ist und in eine
Durchgangsöffnung (40) im Boden (4) mündet, wobei weiterhin zwischen dem jeweiligen Dach (52, 72) und einem oberen Ende des jeweiligen Kamins (50, 70) eine Einlassöffnung (51 , 71 ) vorgesehen ist, über die die gasförmige Phase (G) in den jeweiligen Kamin (50, 70) einströmen kann.
2. Gewickelter Wärmeübertrager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (4) zusätzlich zu den Durchgangsöffnungen (40) eine Mehrzahl an Öffnungen (40a) zum gleichmäßigen Verteilen der flüssigen Phase (F) auf das Rohrbündel aufweist.
3. Gewickelter Wärmeübertrager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der gewickelte Wärmeübertrager (1 ) einen Flüssigkeitsverteiler (4a) unterhalb des Bodens (4) zur Verteilung der flüssigen Phase (F) auf das Rohrbündel (3) aufweist, wobei der Boden (4) mit dem darunter befindlichen Flüssigkeitsverteiler (4a) in Strömungsverbindung steht, so dass die flüssige Phase (F) vom Boden (4) in den Flüssigkeitsverteiler (4a) gelangen kann.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dach (52, 72) des jeweiligen Kamins (50, 70) einen umlaufenden Randbereich (52a, 72a) aufweist, mit einer Unterkante (52b, 72b), die auf Höhe oder unterhalb einer umlaufenden Stirnseite (50a, 70a) des jeweiligen Kamins (50, 70) verläuft, die die Einlassöffnung (51 , 71 ) des jeweiligen Kamins (50, 70) berandet.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kamine (50, 70) jeweils entlang einer Achse (L) erstrecken, die senkrecht zum Boden (4) verläuft.
Wärmeübertrager nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dach (52, 72) des jeweiligen Kamins (50, 70) senkrecht zur Achse (L) des jeweiligen Kamins (50, 70) mit dem umlaufenden Randbereich (52a, 72a) über den zugeordneten Kamin (50, 70) hinausragt.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kamin (50) als Außenkamin (50) ausgebildet ist, wobei in dem mindestens einen Außenkamin (50) ein
Innenkamin (60) angeordnet ist, der sich durch das Dach (52) des
Außenkamins (50) hindurch nach oben erstreckt und mit einem oberen
Abschnitt (63) über das Dach (52) des Außenkamins (50) hinaus erstreckt, wobei der obere Abschnitt (63) des Innenkamins (60) eine Einlassöffnung (61 ) aufweist, die wiederum von einem Dach (62) des Innenkamins (60) überdacht ist, so dass die flüssige Phase (F) vom Dach (62) des Innenkamins (60) an der Einlassöffnung (61 ) des Innenkamins (60) vorbei auf das Dach (52) des mindestens einen Außenkamins (50) und von dort auf den Boden (4) abfließen kann, und so dass die gasförmige Phase (G) zusätzlich über die unterhalb des Daches (62) des Innenkamins (60) gelegene Einlassöffnung (61 ) des lnnenkamins(60) in den Innenkamin (60) und von dort auf das Rohrbündel (3) führbar ist.
8. Wärmeübertrager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dach (62) des Innenkamins (60) einen umlaufenden Randbereich (62a) aufweist, mit einer Unterkante (62b), die auf Höhe oder unterhalb einer umlaufenden Stirnseite (60a) des oberen Abschnitts (63) des Innenkamins (60) verläuft, die die Einlassöffnung (61 ) des Innenkamins (60) berandet.
9. Wärmeübertrager nach Anspruch 5 und nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkamin (60) sich entlang der Achse (L) des mindestens einen zugeordneten Außenkamins (50) erstreckt.
10. Wärmeübertrager nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dach (62) des Innenkamins (60) senkrecht zu der Achse (L) des Innenkamins (60) mit dem umlaufenden Randbereich (62a) über den
Innenkamin (60) hinausragt.
1 1 . Wärmeübertrager nach Anspruch 7 oder einem der Ansprüche 8 bis 10 soweit rückbezogen auf Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkamin (60) koaxial zu dem zugeordneten mindesten einen Außenkamin (50) angeordnet ist.
12. Wärmeübertrager nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamine (50, 70) eine Gruppe von ersten Kaminen (50) sowie eine Gruppe von zweiten Kaminen (70) bilden, wobei die zweiten Kamine (70) entlang ihrer jeweiligen Achse (L) eine größere Höhe über dem Boden (4) aufweisen als die ersten Kamine (50).
13. Wärmeübertrager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A) eines zweiten Kamins (70) zum Dach (52) eines benachbarten ersten Kamins (50) senkrecht zur Achse (L) des zweiten Kamins (70) kleiner ist als ein Überstand (Α') des Daches (52) des benachbarten ersten Kamins (50) über den besagten ersten Kamin (50) senkrecht zur Achse (L) des besagten ersten Kamins (50).
14. Wärmeübertrager nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Kamine (50, 70) entlang des Bodens (4) alternierend angeordnet sind, so dass vorzugsweise zwischen je zwei benachbarten ersten Kaminen (50) ein zweiter Kamin (70) oder zwischen je zwei benachbarten zweiten Kaminen (70) ein erster Kamin (50) angeordnet ist.
15. Verfahren zum Trennen einer gasförmigen Phase (G) von einer flüssigen Phase (F) eines zweiphasigen ersten Mediums (M) sowie zur Wärmeübertragung zwischen dem ersten Medium (M) und einem zweiten Medium (Μ') unter Verwendung eines gewickelten Wärmeübertragers (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Medium (M) aufweisend die flüssige und die gasförmige Phase (F, G) über den Einlass (7) in den
Mantelraum (6) eingespeist wird, wobei die flüssige Phase (F), wenn Sie beim Einspeisen auf ein Dach (52, 72) auftrifft, an der jeweiligen Einlassöffnung (51 , 71 ) vorbei auf den Boden (4) abfließt, und wobei die flüssige Phase (F) auf dem Boden (4) gesammelt und anschließend auf das Rohrbündel (3) verteilt wird, und wobei die gasförmige Phase (G) über die unterhalb des jeweiligen Daches (52, 62, 72) gelegene Einlassöffnung in den zugeordneten Kamin (50, 60, 70) eingeleitet und von dort über die zugeordnete Durchgangsöffnung (40) durch den Boden (4) hindurch auf das Rohrbündel (3) geführt wird.
EP17712923.6A 2016-03-16 2017-03-15 Trenneinrichtung für gewickelte wärmeübertrager zum trennen einer gasförmigen phase von einer flüssigen phase eines zweiphasigen mantelseitig geführten mediums Active EP3430338B1 (de)

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