EP3430338B1 - 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 Download PDF

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EP3430338B1
EP3430338B1 EP17712923.6A EP17712923A EP3430338B1 EP 3430338 B1 EP3430338 B1 EP 3430338B1 EP 17712923 A EP17712923 A EP 17712923A EP 3430338 B1 EP3430338 B1 EP 3430338B1
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EP
European Patent Office
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chimney
roof
heat exchanger
phase
tray
Prior art date
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Active
Application number
EP17712923.6A
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English (en)
French (fr)
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EP3430338A1 (de
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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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    • 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

  • the invention relates to a wound heat exchanger according to claim 1.
  • wound heat exchangers are e.g. used in physical washes for acid gas removal (e.g. rectisol process), in ethylene plants or in plants for the production of liquid natural gas (LNG).
  • acid gas removal e.g. rectisol process
  • LNG liquid natural gas
  • a medium that is introduced into the jacket space in two phases must be separated into a liquid phase and a gaseous phase, so that the two phases can be added to a tube bundle of the heat exchanger separately and as uniformly as possible over the cross section of the jacket space consequently, indirect heat transfer can take place between the two phases of the first medium and a second medium carried in the tube bundle.
  • Wound heat exchangers with liquid distributors or separation devices for separating a gaseous phase from a liquid phase are, for example, from the DE 10 2012 000 146 A1 . EP 2 818 821 A1 . DE 102011 017 030 A1 . DE 10 2010 055 452 A1 and DE 10 2004 040 974 A1 known.
  • DE 10 2010 055 452 A1 a flow guiding device for inlet openings of falling liquid channels, which allows a gaseous phase to rise in the liquid channel.
  • DE 10 2004 040 974 A1 the use of a baffle plate for degassing the two-phase flow.
  • the object of the present invention is to provide a wound heat exchanger with a separating device which allows an improved separation of the gaseous phase from the liquid phase in a simple manner.
  • a wound heat exchanger for indirect heat transfer between a two-phase first medium and a second medium, comprising: a jacket that surrounds a jacket space and extends along a longitudinal axis, an inlet for admitting the two-phase first medium into the jacket space, one In the jacket space arranged tube bundle comprising a plurality of tubes for receiving the second medium, which are helically wound around the longitudinal axis, and a separating device for separating a gaseous phase from a liquid phase of the two-phase first medium, the separating device having a bottom arranged above the tube bundle for collecting the has liquid phase, the floor for separating the two phases having a plurality of chimneys, the respective chimney projecting from a side of the floor facing away from the tube bundle, being covered by a roof and opening into a through opening in the floor, where an inlet opening is also provided between the respective roof and an upper end of the respective chimney, through which the gaseous phase can flow into the respective chimney, so that in particular the liquid phase can flow past
  • the chimneys can advantageously be designed in such a way that the liquid does not flow into the chimneys through the inlet openings, even when the liquid load is high, and a reliable separation of the two phases is still guaranteed.
  • 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 jacket-side first medium or stream.
  • the tubes of the tube bundle can be divided into a corresponding number of tube groups, so that a tube group is assigned to each tube-side (second) medium.
  • the separating device can also take over the function of the actual liquid distributor.
  • the base has a plurality of openings through which the liquid phase collected on the base can rain directly onto the tube bundle, i.e. without going through further flow-carrying components.
  • a separate liquid distributor can be provided for distributing the liquid phase, which is in flow connection with the bottom, so that the liquid phase collected on the bottom can get into the distributor.
  • the distributor is configured to distribute the liquid phase over the tube bundle.
  • the liquid phase can be passed through a gap running around the jacket or via pipes into an annular channel below with distributor arms.
  • the liquid phase can be introduced into the core tube through a central opening and then fed to a distributor in the form of a pressure distributor.
  • Such liquid distributors are for example in the DE 10 2004 040 974 A1 described in detail. Other distributors are also conceivable.
  • the invention provides that 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 the tube bundle downwards ,
  • 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, the core tube preferably carrying the load which picks up pipes.
  • the individual tubes of the tube bundle are preferably wound onto the core tube in several tube layers, the individual tube layers resting on one another via spacers.
  • the roof of the respective fireplace has a peripheral edge area, with a bottom edge pointing downwards, which runs at the level of or below a peripheral and upward-facing end face of the respective fireplace, which the inlet opening of the the respective fireplace.
  • the chimneys each extend along an axis that runs perpendicular to the floor and in particular parallel to the longitudinal or cylindrical axis of the jacket of the heat exchanger, which preferably runs parallel to the vertical.
  • the roof of the respective chimney projects perpendicularly to the axis of the respective chimney with the peripheral edge region beyond the associated chimney.
  • the circumferential part or edge area of the respective roof, which in this way protrudes beyond the respective chimney or said cylindrical wall perpendicular to the axis of the respective chimney, is also referred to herein as the protrusion of the respective roof.
  • At least one or more or all chimneys each have an inner chimney (the chimneys in question are then referred to as outer chimneys), which extends through the roof of the respective outer chimney and with a protrudes from the roof of the respective outer chimney, the upper section of the respective inner chimney having an inlet opening, which in turn is 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 Roof of the associated outer chimney and can flow from there to the bottom of the separation device, and so that the gaseous phase additionally via the inlet opening of the respective inner chimney located below the roof of the respective inner chimney into the respective inner chimney and from there onto the pipe b bundle is feasible.
  • the roof of the respective inner chimney has a circumferential edge region, with a lower edge pointing downwards, which runs at the level or below a circumferential, upward-facing end face of the upper section of the respective inner chimney, which forms the inlet opening of the respective indoor chimney.
  • the separating device can be configured in a particularly space-saving manner.
  • the separating device can also be arranged in sections of the casing or casing space in which the circumference or diameter of the casing decreases continuously upwards, so that a corresponding casing section surrounding the separating device, e.g. can take the form of a truncated cone.
  • the jacket has a jacket section which surrounds at least a part of the separating device, in particular at least a 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 has a truncated cone.
  • the respective inner chimney extends along the axis of the respectively assigned outer chimney, in which the respective inner chimney is arranged at least in sections.
  • the respective inner chimney is arranged coaxially with the respectively assigned outer chimney surrounding the inner chimney.
  • the chimneys form a group of first chimneys and a group of second chimneys, the second chimneys having a greater height above the floor along their respective axes than the first chimneys.
  • the distance from 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 a second chimney is preferably arranged between every two adjacent first chimneys or a first chimney is arranged between every two adjacent second chimneys.
  • the object of 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, the first medium having the liquid and the gaseous phase is fed via the inlet into the jacket space, the liquid phase if It hits a roof while feeding in, flows past the respective inlet opening to the floor, and the liquid phase is collected on the floor and then distributed to the tube bundle, and the gaseous phase is introduced into the through the inlet opening below the respective roof assigned chimney (in particular inner chimney, outer chimney, first chimney or second chimney) is introduced and from there is guided through the floor through the floor to the tube bundle.
  • the first medium having the liquid and the gaseous phase is fed via the inlet into the jacket space, the liquid phase if It hits a roof while feeding in, flows past the respective inlet opening to the floor, and the liquid phase is collected on the floor and then distributed to the tube bundle, and the gaseous phase is introduced into the
  • the chimneys are designed in such a way that liquid does not flow into the chimneys via the inlet openings, even with a high liquid load.
  • Figure 1 presents in a schematic sectional view the basic task of distributing a two-phase first medium M in a wound Heat exchanger 1.
  • a separation device 2 is used according to the invention, which separates a gaseous phase G from a liquid phase F of the first medium M.
  • the liquid phase F and the gaseous phase G can each be separately and evenly distributed onto the tube bundle 3 of the wound heat exchanger 1 arranged under the separating device 2, in which a second medium M 'is guided, so that the two media M, M 'can exchange heat indirectly.
  • several mediums can also be guided separately on the pipe side, which can then exchange heat indirectly with the first medium M.
  • the wound heat exchanger 1 each has a jacket 5, which is preferably cylindrical at least in sections, which surrounds a jacket space 6 of the heat exchanger 1 and a tube bundle 3 arranged in the jacket space 6, which can have a plurality of tubes 30, which can be helically wound on a core tube 300, wherein the core tube 300 is arranged in particular coaxially to a longitudinal axis z of the heat exchanger 1 or the jacket 5, along which the jacket 5 extends. Said longitudinal axis z preferably runs parallel to the vertical.
  • the wound heat exchanger 1 each have an inlet 7 for inlet of the two-phase first medium M into the jacket space 6 above a bottom 4 of a separating device 2, which is configured to separate the gaseous and the liquid phases G, F of the first medium M, so that the two phases F, G can be distributed separately on the tube bundle 3.
  • the bottom 4 runs horizontally or perpendicular to the longitudinal axis z and is arranged above the tube bundle 3, it preferably extending over the entire cross-sectional area of the jacket space 6 perpendicular to the longitudinal axis z and thereby dividing the jacket space 6 into two sections.
  • the bottom 4 is preferably used to collect the liquid phase F and is preferably fluidly connected to a liquid distributor 4a via a suitable flow connection S, the liquid distributor 4a being configured to distribute the liquid phase F over the tube bundle 3, the liquid phase F being the Pipe bundle, for example, applied from above.
  • the devices already described above can be used as the liquid distributor 4a. Shows of the different possibilities Fig. 5 exemplary one Embodiment of a liquid distributor 4a, which with all embodiments of the separation device 2 according to the invention (for example according to the Figures 2 to 4 ) can be used.
  • the bottom 4 of the separating device 2 is connected to the core tube 300 of the heat exchanger 1 by means of a suitable flow connection S, so that liquid phase F collected on the bottom 4 can get into the core tube 300.
  • the fireplaces 50, 60, 70 of the respective embodiment as shown in FIGS Figures 2 to 4 , see below
  • the chimneys are not shown here for the sake of clarity.
  • the liquid distributor 4a according to Figure 5 now has a plurality of arms 4b below the bottom 4a of the separating device 2 and above the tube bundle 3, which arms are in flow connection with the core tube 300 and are designed to distribute the liquid phase F on the tube bundle 3 which is below the arms 4b is arranged.
  • the arms 4b extend, starting from the core tube 300, in particular in each case in the radial direction outwards to the jacket 5, gaps being provided between adjacent arms 4b, through which the tubes 30 of the tube bundle 3 are combined in so-called braids 31 past the arms 4b upwards be guided, where they open, for example, below the bottom 4 in laterally provided on the jacket 5 nozzle 32.
  • the separating device 2 itself can also function as a liquid distributor in all embodiments.
  • the base 4 can have a multiplicity of openings 40a, in particular distributed uniformly over the base 4, through which the liquid phase F is then applied to the tube bundle 3.
  • a separate liquid distributor 4a can then be dispensed with.
  • the bottom 4 has a plurality of through openings 40 for separating the two phases F, G of the first medium M, through which the gaseous phase G can be distributed onto the tube bundle 3.
  • the through openings 40 are each in flow connection with an associated chimney 50, the respective chimney 50 preferably being formed by a circumferential cylindrical wall 50, which is preferably a closed wall that has no openings, and that of a circumferential one Edge area of each Through opening 40 protrudes upwards in the direction of an axis L of the respective chimney 50 from a side of the base 4 facing away from the tube bundle 3, so that the respective through opening 40 forms a downward-pointing outlet opening 40 of the respective chimney 50 facing the tube bundle 3.
  • 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 jacket 5.
  • the respective chimney 50 furthermore has an inlet opening 51 at an upper end, which is opposite the respective outlet opening 40 in the direction of the respective axis L and is in each case covered by a roof 52, so that a circumferential gap between the respective roof 52 and the one below it arranged fireplace 50 is formed.
  • the liquid phase F which is applied to the bottom 4 or the separating device 2 from above, can now flow from the respective roof 52 past the respective inlet opening 51 or the respective circumferential gap to the bottom 4, where it is collected, and then to be distributed separately from the gaseous phase G to the tube bundle 3, for example by means of the liquid distributor 4a, which in detail, for example, according to Figure 5 can be formed, whereas the gaseous phase G enters the associated chimney 50 via the respective gap or the inlet opening 51 located below the respective roof 52 and from there via the assigned passage opening or outlet opening 40 through the base 4 to the tube bundle 3 is feasible.
  • a liquid distributor 4a can also be dispensed with. In this case, the liquid phase F can be distributed to the tube bundle 3 via openings 40a in the base 4.
  • 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 jacket 5 and each have a circumferential edge region 52a with a circumferential, ring-shaped lower edge 52b, which in relation to the longitudinal axis z is at height or runs below a peripheral 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 perpendicularly to the axis L of the respective chimney 50 with the peripheral edge area 52a over the associated chimney 50. This ensures that, if possible, no liquid portion F of the first medium M can get into the respective chimney 50. Furthermore, the gaseous phase G is thereby along its Flow paths in the direction of the tube bundle 3 deflected several times, which improves the separation of the liquid phase F from the gaseous phase G.
  • Figure 3 shows a further embodiment of a wound heat exchanger 1 according to the invention, in which the individual chimneys 50, 70 basically according to the type of Figure 2 are trained, now in contrast to Figure 2 there are first chimneys 50, which have a lower height above the floor 4 along the respective axis L than second chimneys 70.
  • the first and second chimneys 50, 70 are arranged alternately, so that due to the different heights of the respective roofs 52, 72 a larger number of chimneys 50, 70 can be arranged on the floor 4 per surface.
  • FIG 4 a further embodiment of a wound heat exchanger 1 according to the invention, in which the chimneys 50 in the manner of Figure 2 are formed, an internal chimney 60 is now additionally arranged in the respective chimney 50, which is designed here as an outer chimney, which extends through the roof 52 of the respective outer chimney 50 and projects with an upper section 63 from the respective roof 52, whereby the upper section 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 there is again a circumferential gap between the respective roof 62 and the inner chimney 60 arranged underneath.
  • the inner chimneys 60 can also each be formed by a circumferential cylindrical wall 60 which can extend downwards in the surrounding outer chimney 50 to the level of the respective through opening 40 of the base 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 first medium M applied to the separating device 2 or the bottom 4 from above can now pass from the roof 62 of the respective inner chimney 60 past the gap or the inlet opening 61 of the respective inner chimney 60 onto the roof 52 of the respective assigned outer chimney 50 and flow from there to the floor 4, where it can be collected and distributed to the tube bundle 3.
  • the gaseous phase G can continue to be conducted via the ring-shaped inlet openings 51 in the respective outer chimney 50 along the coaxial inner chimney 60 via the respective passage or outlet opening 40 to the tube bundle 3, with an additional flow path for the gaseous one now due to the inner chimneys 60 Phase G is present per outer chimney 50, since the gaseous phase G is now also in the respective inner chimney 60 via the inlet opening 61 of the respective inner chimney 60 located below the roof 62 of the respective inner chimney 60 and from there via the outlet opening 41 of the respective inner chimney onto the tube bundle 3 is feasible.
  • the roof 62 of the respective inner chimney 60 preferably also has a peripheral edge region 62a, with an annular, bottom-facing lower edge 62b, which is at the level or below a peripheral, upward-facing end face 60a of the upper section 63 of the each inner chimney 60, which borders the inlet opening 61 of the respective inner chimney 60.

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Description

  • 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 102011 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. Es zeigt einen Wärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Gemäß DE 10 2011 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. Mantelraumes 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 eines 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 Öffnungen 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' Überstand
    F Flüssige Phase
    G Gasförmige Phase
    M erstes Medium
    M' zweites Medium
    L Achse
    S Strömungsverbindung
    Z Längsachse

Claims (15)

  1. Gewickelter Wärmeübertrager (1) zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einem zweiphasigem ersten Medium (M) und einem zweiten Medium (M'), 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 (M'), 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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 Innenkamins(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.
  11. 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 (A') 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 11, 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 (M') 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.
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