EP3567333A1 - Drive device for a cleaning device for a heat exchanger - Google Patents
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- EP3567333A1 EP3567333A1 EP18020198.0A EP18020198A EP3567333A1 EP 3567333 A1 EP3567333 A1 EP 3567333A1 EP 18020198 A EP18020198 A EP 18020198A EP 3567333 A1 EP3567333 A1 EP 3567333A1
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Definitions
- such a cleaning device has the disadvantage that for the drive element, which is typically designed as an electric motor, an electrical wiring must be provided. Since the electric motor together with the cleaning device often has to be accommodated in a pressure-tight environment with the interior of the cylinder tube, therefore, typically a pressure-tight current feedthrough is necessary in order to be able to supply the drive element with electrical energy from an external energy source. This not only increases the production cost and thus the manufacturing cost, but also increases the maintenance and the risk of leaks in the heat exchanger system.
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Reinigungsvorrichtung (10) für ein Zylinderrohr eines Wärmetauschers (13, 212). Die Antriebsvorrichtung weist eine Gewindespindel (3) auf, welche dazu ausgelegt ist, in einer axialen Richtung (100) koaxial mit dem Zylinderrohr des Wärmetauschers (13) in dem Zylinderrohr angeordnet zu werden und durch Drehung ein Reinigungselement (12) in dem Zylinderrohr entlang der axialen Richtung (100) zu verschieben. Ferner weist die Antriebsvorrichtung ein Kupplungselement (30, 210) mit einem ersten Rotor (32) und einem mit dem ersten Rotor (32) gekoppelten zweiten Rotor (34) auf, wobei der erste Rotor (32) mit der Gewindespindel (3) mechanisch starr und mit dem Zylinderrohr fluiddicht und/oder druckdicht verbindbar ist, und wobei der zweite Rotor (34) mit einem Antriebselement (208) derart mechanisch verbindbar ist, dass die Gewindespindel durch das Antriebselement (208) über den zweiten Rotor und den ersten Rotor drehbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Reinigungsvorrichtung (10) und einen Wärmetauscher (13).The invention relates to a drive device for a cleaning device (10) for a cylinder tube of a heat exchanger (13, 212). The drive device comprises a threaded spindle (3) which is adapted to be arranged in an axial direction (100) coaxially with the cylinder tube of the heat exchanger (13) in the cylinder tube and by rotation a cleaning element (12) in the cylinder tube along the axial direction (100) to move. Furthermore, the drive device has a coupling element (30, 210) with a first rotor (32) and a second rotor (34) coupled to the first rotor (32), the first rotor (32) mechanically rigid with the threaded spindle (3) and with the cylinder tube fluid-tight and / or pressure-tight connectable, and wherein the second rotor (34) with a drive element (208) is mechanically connectable such that the threaded spindle through the drive member (208) via the second rotor and the first rotor is rotatable , Furthermore, the invention relates to a cleaning device (10) and a heat exchanger (13).
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Reinigungsvorrichtung für einen Wärmetauscher, sowie eine Reinigungsvorrichtung und einen Wärmetauscher mit einer derartigen Antriebsvorrichtung. Die Erfindung liegt somit insbesondere auf dem Gebiet der Wärmetauscher.The invention relates to a drive device for a cleaning device for a heat exchanger, and a cleaning device and a heat exchanger with such a drive device. The invention is therefore particularly in the field of heat exchangers.
Wärmetauscher zum Wärmen oder zum Abkühlen eines Arbeitsmediums sind aus dem Stand der Technik vielfältig bekannt. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit soll im Folgenden das Arbeitsmedium Erdgas näher betrachtet werden. Erdgas aus Bodenspeichern weist häufig einen besonders hohen Prozentsatz an unerwünschten Begleitstoffen und besonders hohe Wasseranteile auf. Es ist wünschenswert, die Begleitstoffe sowie den Wasseranteil aus dem Erdgas zu entfernen, bevor es für weitere Zwecke eingesetzt wird. Eine Möglichkeit hierzu stellt die Kühlung des Erdgases in einem oder mehreren Schritten auf geeignete tiefe Temperaturen dar. Insbesondere kann hierbei eine Verflüssigung des Erdgases zweckmäßig sein.Heat exchangers for heating or for cooling a working medium are widely known from the prior art. Without restricting generality, the working medium natural gas will be considered in more detail below. Natural gas from soil reservoirs often has a particularly high percentage of unwanted accompanying substances and particularly high proportions of water. It is desirable to remove the impurities as well as the water content from the natural gas before it is used for further purposes. One possibility for this is the cooling of the natural gas in one or more steps to suitable low temperatures. In particular, in this case, a liquefaction of the natural gas may be appropriate.
Bei der Abkühlung von Erdgas kommt es durch die genannten Begleitstoffe im Wärmetauscher zumeist zu Ablagerungen auf den Wärmeübertragungsflächen, wobei der zeitliche Verlauf solcher Ablagerungen von den Betriebsbedingungen und der jeweiligen Erdgaszusammensetzung abhängt. Die Wärmeübertragungsflächen müssen daher in bestimmten Intervallen gereinigt werden. Aus den genannten Gründen ist es allerdings schwierig, allgemein gültige Reinigungsintervalle für die betreffenden Wärmetauscher anzugeben.During the cooling of natural gas, sediments on the heat transfer surfaces usually occur due to the aforementioned accompanying substances in the heat exchanger, the time course of such deposits depending on the operating conditions and the respective natural gas composition. The heat transfer surfaces must therefore be cleaned at certain intervals. For the reasons mentioned, however, it is difficult to specify generally valid cleaning intervals for the relevant heat exchangers.
Kondensierende und gefrierende Begleitstoffe wie Wasser, CO. sowie Kohlenwasserstoffverbindungen scheiden sich an den Wärmeübertragungsflächen ab und reduzieren somit den Wärmeübergang. Auch bei Betriebstemperaturen über dem Gefrierpunkt von Wasser kann es ferner an den Wärmeübertragungsflächen zu Bildung von Methanhydrat kommen.Condensing and freezing impurities such as water, CO. as well as hydrocarbon compounds are deposited on the heat transfer surfaces and thus reduce the heat transfer. Even at operating temperatures above the freezing point of water, it may also come to the heat transfer surfaces to form methane hydrate.
Zylinderrohre von Wärmetauschern können beispielsweise mit einer Reinigungsvorrichtung versehen sein, mittels welcher Ablagerungen von den Wärmeübertragungsflächen in den Zylinderrohren mechanisch beseitigt werden können. Beispielsweise offenbart die
Eine derartige Reinigungsvorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, dass für das Antriebselement, welches typischerweise als ein Elektromotor ausgebildet ist, eine elektrische Verkabelung bereitgestellt werden muss. Da der Elektromotor zusammen mit der Reinigungsvorrichtung häufig in einer druckdichten Umgebung mit dem Innenraum des Zylinderrohrs untergebracht werden muss, ist daher typischerweise ein druckdichte Stromdurchführung notwendig, um das Antriebselement mit elektrischer Energie von einer externen Energiequelle versorgen zu können. Dies erhöht nicht nur den Fertigungsaufwand und somit die Herstellungskosten, sondern erhöht auch den Wartungsaufwand und die Gefahr von Undichtheiten im Wärmetauschersystem.However, such a cleaning device has the disadvantage that for the drive element, which is typically designed as an electric motor, an electrical wiring must be provided. Since the electric motor together with the cleaning device often has to be accommodated in a pressure-tight environment with the interior of the cylinder tube, therefore, typically a pressure-tight current feedthrough is necessary in order to be able to supply the drive element with electrical energy from an external energy source. This not only increases the production cost and thus the manufacturing cost, but also increases the maintenance and the risk of leaks in the heat exchanger system.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vereinfachte und zuverlässigere Möglichkeit zum Reinigen der Zylinderrohre von Wärmeabscheidern bereitzustellen.It is therefore the object of the present invention to provide a simplified and more reliable way of cleaning the cylinder tubes of heat collectors.
Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung, eine Reinigungsvorrichtung und einen Wärmetauscher mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.This object is achieved by a drive device, a cleaning device and a heat exchanger with the features of the respective independent claims. Preferred embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Antriebsvorrichtung für eine Reinigungsvorrichtung für ein Zylinderrohr eines Wärmetauschers. Die Antriebsvorrichtung weist eine Gewindespindel auf, welche dazu ausgelegt ist, in einer axialen Richtung koaxial mit dem Zylinderrohr des Wärmetauschers in dem Zylinderrohr angeordnet zu werden und durch Drehung ein Reinigungselement in dem Zylinderrohr entlang der axialen Richtung zu verschieben. Ferner weist die Antriebsvorrichtung ein Kupplungselement mit einem ersten Rotor und einem mit dem ersten Rotor gekoppelten zweiten Rotor auf, wobei der erste Rotor mit der Gewindespindel mechanisch starr und mit dem Zylinderrohr fluiddicht und/oder druckdicht verbindbar ist, und wobei der zweite Rotor mit einem Antriebselement derart mechanisch verbindbar ist, dass die Gewindespindel durch das Antriebselement über den zweiten Rotor und den ersten Rotor drehbar ist.In a first aspect, the invention relates to a drive device for a cleaning device for a cylinder tube of a heat exchanger. The drive device has a threaded spindle which is adapted to be arranged in an axial direction coaxially with the cylinder tube of the heat exchanger in the cylinder tube and to move by rotation a cleaning element in the cylinder tube along the axial direction. Furthermore, the drive device has a coupling element with a first rotor and a second rotor coupled to the first rotor, wherein the first rotor with the threaded spindle is mechanically rigid and fluid-tight and / or pressure-tight manner with the cylinder tube, and wherein the second rotor with a drive element is mechanically connectable such that the threaded spindle is rotatable by the drive element via the second rotor and the first rotor.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Reinigungsvorrichtung für einen Wärmetauscher, umfassend eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung, sowie ein Reinigungselement, welches derart auf der Gewindespindel anbringbar ist, dass das Reinigungselement durch Drehung der Gewindespindel in axialer Richtung durch das Zylinderrohr verschiebbar ist.In another aspect, the invention relates to a cleaning device for a heat exchanger, comprising a drive device according to the invention, and a cleaning element which can be attached to the threaded spindle, that the cleaning element is displaceable by rotation of the threaded spindle in the axial direction through the cylinder tube.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Wärmetauscher, umfassend zumindest ein Zylinderrohr, wobei das zumindest eine Zylinderrohr mit einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung ausgestattet ist, sowie zumindest ein Antriebselement, welches derart mit dem zweiten Rotor der zumindest einen Reinigungsvorrichtung mechanisch verbunden ist, dass der zweite Rotor durch das Antriebselement antreibbar ist.In a further aspect, the invention relates to a heat exchanger, comprising at least one cylinder tube, wherein the at least one cylinder tube is equipped with a cleaning device according to the invention, and at least one drive element, which is mechanically connected to the second rotor of the at least one cleaning device that the second rotor can be driven by the drive element.
Dass der erste Rotor mit dem Zylinderrohr fluiddicht und/oder druckdicht verbindbar ist, bedeutet dabei, dass der erste Rotor derart mit dem Zylinderrohr verbunden werden kann, dass kein Fluid zwischen dem ersten Rotor und dem Zylinderrohr hindurchdringen kann und dass kein Fluid über den ersten Rotor aus dem Zylinderrohr entweichen kann. Sofern der erste Rotor druckdicht mit dem Zylinderrohr verbunden ist, kann auch dann kein Fluid zwischen dem ersten Rotor und dem Zylinderrohr oder durch den ersten Rotor hindurchdringen, wenn das Fluid einen signifikanten Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck außerhalb des Zylinderrohrs und/oder außerhalb des ersten Rotors aufweist, beispielsweise einen Überdruck von 10 bar, 20 bar, 50 bar oder 100 bar.The fact that the first rotor can be connected to the cylinder tube in a fluid-tight and / or pressure-tight manner means that the first rotor can be connected to the cylinder tube in such a way that no fluid can penetrate between the first rotor and the cylinder tube and no fluid can flow through the first rotor can escape from the cylinder tube. If the first rotor is pressure-tightly connected to the cylinder tube, no fluid can penetrate between the first rotor and the cylinder tube or through the first rotor even if the fluid has a significant overpressure relative to the ambient pressure outside the cylinder tube and / or outside the first rotor For example, an overpressure of 10 bar, 20 bar, 50 bar or 100 bar.
Dass die Gewindespindel drehbar ist bzw. in Drehung versetzt werden kann, bedeutet dabei, dass die Gewindespindel um ihre Längsachse, welche sich in die axiale Richtung erstreckt, drehbar ist.The fact that the threaded spindle is rotatable or can be set in rotation means that the threaded spindle is rotatable about its longitudinal axis, which extends in the axial direction.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass mittels des Kupplungselements eine effiziente Übertragung der Antriebskraft und/oder eines Antriebsmoments von dem Antriebselement auf die Gewindespindel und somit auf das Reinigungselement übertragen werden kann, ohne dass dafür eine Unterbrechung und/oder eine Durchführung durch eine Abgrenzung bzw. Abschirmung eines Druckbereichs innerhalb des Zylinderrohrs gegenüber einem Außenbereich außerhalb des Zylinderrohrs und/oder außerhalb des ersten Rotors erforderlich ist. Mit anderen Worten muss der vorzugsweise abgeschlossene Innenraum des Zylinderrohrs, wenn dieser mit dem ersten Rotor in Verbindung steht, nicht zugänglich gemacht werden, um die Antriebskraft von dem Antriebselement dem ersten Rotor bereitzustellen. Auf diese Weise kann der Herstellungsaufwand für die Antriebsvorrichtung reduziert werden, wodurch auch die Herstellungskosten gesenkt werden können.The invention has the advantage that by means of the coupling element, an efficient transmission of the driving force and / or a drive torque from the drive element to the threaded spindle and thus to the cleaning element can be transmitted without interruption and / or implementation by a delimitation or Shielding of a pressure area within the cylinder tube with respect to an outside area outside the Cylinder tube and / or outside of the first rotor is required. In other words, the preferably closed interior of the cylinder tube, when it is in communication with the first rotor, must not be made accessible in order to provide the driving force from the drive element to the first rotor. In this way, the manufacturing cost of the drive device can be reduced, whereby the manufacturing cost can be reduced.
Ferner bietet die Erfindung den Vorteil, dass Durchführungen durch eine Abgrenzung bzw. Einhausung bzw. Wandung, etwa für Versorgungsleitungen, nicht erforderlich sind, da das Antriebselement erfindungsgemäß nicht notwendigerweise in einem Druckbereich, welcher mit dem Innenraum des Zylinderrohrs in fluidischer Verbindung steht, angeordnet werden muss. Vielmehr kann das Antriebselement außerhalb dieses Druckbereichs angeordnet werden, wo beispielsweise ein Umgebungsdruck herrscht, welcher deutlich niedriger sein kann, als der im Druckbereich im Innenraum des Zylinderrohrs vorherrschende Druck. Dadurch ist es nicht zwingend erforderlich, dass das Antriebselement auch für einen Betrieb unter hohem Druck ausgelegt ist. Vielmehr können vorzugsweise handelsübliche Antriebselemente, wie etwa handelsübliche Elektromotoren, verwendet werden, welche nicht notwendigerweise für einen Betrieb unter hohem Druck geeignet sind. Dadurch können die Herstellungskosten weiter gesenkt werden.Furthermore, the invention offers the advantage that bushings through a delimitation or wall, for example for supply lines, are not required, since the drive element according to the invention is not necessarily arranged in a pressure region which is in fluid communication with the interior of the cylinder tube got to. Rather, the drive element can be arranged outside this pressure range, where, for example, an ambient pressure prevails, which can be significantly lower than the pressure prevailing in the pressure region in the interior of the cylinder tube pressure. As a result, it is not absolutely necessary that the drive element is also designed for operation under high pressure. Rather, commercially available drive elements, such as commercially available electric motors, may be used, which are not necessarily suitable for operation under high pressure. As a result, the production costs can be further reduced.
Zudem bietet die Erfindung den Vorteil, dass die Gefahr von Leckagen reduziert werden kann, da auf Durchführungen, welche herkömmlicherweise zum Anschließen einer Energieversorgung an ein im Druckbereich angeordnetes Antriebselement erforderlich sind, verzichtet werden kann. Dadurch kann zum einen der Wartungsaufwand reduziert werden und zum anderen eine Fehleranfälligkeit bzw. Ausfallzeiten des Wärmetauschers reduziert werden.In addition, the invention has the advantage that the risk of leaks can be reduced since it is possible to dispense with bushings which are conventionally required for connecting a power supply to a drive element arranged in the pressure region. As a result, on the one hand the maintenance effort can be reduced and on the other hand a susceptibility to errors or downtimes of the heat exchanger can be reduced.
Vorzugsweise ist der zweite Rotor fluiddicht und/oder druckdicht von dem ersten Rotor abgegrenzt. Mit anderen Worten sind der erste Rotor und der zweite Rotor derart miteinander gekoppelt, dass keine fluidische Verbindung zwischen beiden besteht. Dies bietet den Vorteil, dass auch dann kein Fluid an eine Koppelstelle zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor hindurchdringen kann, wenn an der Position des ersten Rotors ein höherer oder niedrigerer Druck vorherrscht, als an der Position des zweiten Rotors. Besonders bevorzugt sind der erste Rotor und der zweite Rotor derart voneinander fluiddicht abgegrenzt, dass auch bei einem großen Druckunterschied kein Fluid vom ersten Rotor zum zweiten Rotor hindurchdringen kann, oder umgekehrt. Dies ermöglicht beispielsweise, dass der erste Rotor im Druckbereich, welcher mit dem Innenraum des Zylinderrohrs in fluidischer Verbindung steht, angeordnet werden kann, während der zweite Rotor außerhalb, beispielsweise bei Umgebungsdruck, angeordnet ist, oder umgekehrt.Preferably, the second rotor is defined fluid-tight and / or pressure-tight from the first rotor. In other words, the first rotor and the second rotor are coupled to one another in such a way that there is no fluidic connection between the two. This offers the advantage that no fluid can penetrate to a coupling point between the first and the second rotor even if a higher or lower pressure prevails at the position of the first rotor than at the position of the second rotor. Particularly preferably, the first rotor and the second rotor are so separated fluid-tight from each other, that even with a large pressure difference no fluid can pass from the first rotor to the second rotor, or vice versa. This allows, for example, that the first rotor in the pressure region, which is in fluid communication with the interior of the cylinder tube, can be arranged, while the second rotor is arranged outside, for example at ambient pressure, or vice versa.
Vorzugsweise weist das Kupplungselement eine Magnetkupplung auf, oder ist als solche ausgebildet. Dies ermöglicht ein effizientes Koppeln mittels Magnetkräften, so dass nicht notwendigerweise eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor zur Kraftübertragung erforderlich ist. Dies ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, dass dies eine einfache und/oder effiziente fluiddichte und/oder druckdichte Abgrenzung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor ermöglicht. Besonders bevorzugt weist das Kupplungselement einen Spalttopf auf, welcher den ersten Rotor und den zweiten Rotor fluiddicht und/oder druckdicht voneinander abgrenzt. Dabei kann beispielsweise der erste Rotor innerhalb des Spalttopfes angeordnet sein, vorzugsweise auf einer dem Zylinderrohr und/oder der Gewindestange zugewandten Seite der Kupplungseinheit, während der zweite Rotor außerhalb des Spalttopfes angeordnet ist, vorzugsweise auf einer dem Zylinderrohr und/oder der Gewindestange abgewandten Seite der Kupplungseinheit. Dabei sind der erste Rotor und der zweite Rotor vorzugsweise durch den Spalttopf hindurch magnetisch koppelbar. Dabei ist das Kupplungselement vorzugsweise derart ausgebildet, dass ein durch das Antriebselement auf den zweiten Rotor beaufschlagtes Drehmoment zumindest teilweise auf den ersten Rotor übertragbar ist. Mit anderen Worten kann durch ein Antreiben des zweiten Rotors der erste Rotor zumindest teilweise angetrieben werden. Die Übertragung der durch das Antriebselement auf den zweiten Rotor wirkenden Antriebskraft bzw. des Antriebsmoments auf den ersten Rotor kann dabei schlupfbehaftet sein.Preferably, the coupling element has a magnetic coupling, or is designed as such. This enables efficient coupling by means of magnetic forces, so that a mechanical connection between the first and the second rotor for power transmission is not necessarily required. This is particularly advantageous in that this allows a simple and / or efficient fluid-tight and / or pressure-tight demarcation between the first and the second rotor. Particularly preferably, the coupling element has a containment shell which delimits the first rotor and the second rotor in a fluid-tight and / or pressure-tight manner from one another. In this case, for example, the first rotor may be arranged within the containment shell, preferably on a side facing the cylinder tube and / or the threaded rod side of the coupling unit, while the second rotor is disposed outside of the split pot, preferably on a side facing away from the cylinder tube and / or the threaded rod side clutch unit. In this case, the first rotor and the second rotor can preferably be magnetically coupled through the gap pot. In this case, the coupling element is preferably designed such that a torque applied to the second rotor by the drive element is at least partially transferable to the first rotor. In other words, by driving the second rotor, the first rotor can be at least partially driven. The transmission of the driving force acting on the second rotor by the drive element or of the drive torque on the first rotor may be subject to slip.
Vorzugsweise weist ein Wärmetauscher eine Mehrzahl von Zylinderrohren mit jeweils einer Reinigungsvorrichtung auf. Besonders bevorzugt weist ein Wärmetauscher eine Mehrzahl von Antriebselementen auf. Insbesondere kann jedes Zylinderrohr eines Wärmetauschers eine eigene Reinigungsvorrichtung und vorzugsweise ein damit verbundenes eigenes Antriebselement aufweisen. Alternativ können mehrere Reinigungsvorrichtungen über eine Antriebseinheit angetrieben werden.Preferably, a heat exchanger has a plurality of cylinder tubes, each with a cleaning device. Particularly preferably, a heat exchanger has a plurality of drive elements. In particular, each cylinder tube of a heat exchanger may have its own cleaning device and preferably a drive element connected thereto. Alternatively, several cleaning devices can be driven by a drive unit.
Vorzugsweise umfasst der Wärmetauscher eine Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, eine Position des zumindest einen Reinigungselements entlang der zumindest einen Gewindespindel und/oder entlang des zumindest einen Zylinderrohrs in der axialen Richtung zu ermitteln und/oder das zumindest eine Antriebselement derart zu steuern und/oder zu regeln, dass das zumindest eine Reinigungselement eine vorbestimmte Position einnimmt und/oder eine vorbestimmte Bewegung in der axialen Richtung ausführt. Die Steuereinheit kann dabei beispielsweise in die Antriebseinheit und/oder in das Antriebselement und/oder in die Reinigungsvorrichtung integriert sein oder mit dieser verbunden sein. Vorzugsweise kann jede Reinigungsvorrichtung und/oder jedes Antriebselement über eine eigenen Steuereinheit geregelt und/oder gesteuert werden, oder es kann eine Steuereinheit dazu ausgelegt sein, mehrere Reinigungsvorrichtungen und/oder Antriebselemente zu steuern und/oder zu regeln.Preferably, the heat exchanger comprises a control unit which is adapted to determine a position of the at least one cleaning element along the at least one threaded spindle and / or along the at least one cylinder tube in the axial direction and / or to control and / or at least one drive element to control that the at least one cleaning element occupies a predetermined position and / or performs a predetermined movement in the axial direction. The control unit may be integrated, for example, in the drive unit and / or in the drive element and / or in the cleaning device or be connected thereto. Preferably, each cleaning device and / or each drive element can be controlled and / or controlled by its own control unit, or a control unit can be designed to control and / or regulate a plurality of cleaning devices and / or drive elements.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.The invention is schematically illustrated by means of an embodiment in the drawings and will be described below with reference to the drawings.
Kurzbeschreibung der Figuren
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Figur 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Wärmetauschers. -
Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Funktionsprinzip einer Regelung für eine Antriebsvorrichtung.
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FIG. 1 shows schematically a longitudinal section through an embodiment of a heat exchanger. -
FIG. 2 shows a schematic representation of a principle of operation of a control for a drive device.
Der Wärmetauscher 13 weist eine Reinigungsvorrichtung 10 auf, welche eine im Inneren der Kühlwendel 2 befindliche, in eine axiale Richtung 100 verlaufende Gewindespindel 3 aufweist. Die Gewindespindel 3 ist über einen ersten Rotor 32, welcher als Innenrotor ausgebildet ist, angetrieben und ist in einer Lagerstelle gelagert, die vorzugsweise als Axial-/Radial-Mischlager 5 ausgeführt ist. Am anderen Ende der Gewindespindel 3 kann diese in einer radialen Lagerstelle, die vorzugsweise als Gleitlagerbuchse ausgeführt ist, gelagert sein (nicht gezeigt). An dem anderen Ende des Wärmetauschers 13 kann außerdem ein thermisch entkoppeltes Kondensatreservoir sowie ein Heizelement zur Erhitzung von Kondensat in dem Kondensatreservoir vorhanden sein, um das durch das Reinigungselement 12 dort hin beförderte Kondensat zu schmelzen und abzuführen.The heat exchanger 13 has a
Der erste Rotor 32 ist dabei als Innenrotor als ein Teil eines Kupplungselements 30 ausgebildet, welches ferner einen zweiten Rotor 34, oder als ein Außenrotor ausgebildet ist, umfasst. Das Kupplungselement 30 ist dabei als eine Magnetkupplung ausgebildet, sodass der erste Rotor 32 und der zweite Rotor 34 durch einen Spalttopf 36 voneinander getrennt sind und über eine Magnetkraft, welche von den Magnetelementen 38 bereitgestellt wird, miteinander koppeln. Dies ermöglicht, dass der Rotor mit dem Innenraum 2a der Kühlwendel 2 in fluidischer Verbindung steht, während der zweite Rotor 34 davon getrennt angeordnet ist und beispielsweise einem Umgebungsdruck ausgesetzt sein kann. Somit kann der erste Rotor 32 einem anderen Druck ausgesetzt sein, als der zweite Rotor 32. Der Spalttopf ist dabei derart ausgebildet, dass dieser einem Druckunterschied zwischen dem Innenraum 2a und der Umgebung außerhalb der Kühlwendel 2 bzw. des zweiten Rotors 34 standhalten kann und dass der erste Rotor 32 und der zweite Rotor 34 über die Magnetelemente 38 durch den Spalttopf 36 hindurch koppeln können. Somit kann der zweite Rotor 34 von einem außerhalb des Wärmetauschers 13 bzw. der Kühlwendel 2 angeordneten Antriebselement (nicht gezeigt) angetrieben werden, wobei die Antriebskraft zumindest teilweise über die Magnetkupplung auf den ersten Rotor 32 übertragen wird, um die Gewindestange 3 zu drehen und dadurch das Reinigungselement 12 zu bewegen.The first rotor 32 is formed as an inner rotor as part of a coupling element 30, which further comprises a second rotor 34, or as an outer rotor comprises. The coupling element 30 is designed as a magnetic coupling, so that the first rotor 32 and the second rotor 34 are separated from each other by a
Durch ein Drehen des zweiten Rotors 34 wird somit die Gewindespindel 3 in Drehung versetzt, sodass das Reinigungselement 12 auf der Gewindespindel 3 entlang der Kühlwendel 2 in axialer Richtung verschoben wird. Im vorliegenden Beispiel wird eine Gewindespindel 3 beispielsweise mit Trapezprofil eingesetzt. Eine Umkehr der Bewegungsrichtung des Räumers 12 setzt eine Umkehr der Rotationsrichtung der Gewindespindel 3 voraus.By turning the second rotor 34, the threaded
Im Betrieb des Wärmetauschers 13 wird über eine beidseitige Arbeitsmedium-Eintrittsöffnung 14 beispielsweise feuchtes, verschmutztes Arbeitsmedium in den Zwischenraum zwischen Gewindespindel 3 und zwischen Kühlwendel 2 bzw. in den Innenraum des Zylinderrohrs geführt und strömt in axialer Richtung 100 zu der Arbeitsmedium-Austrittsöffnung (nicht gezeigt) am anderen Ende des Wärmetauschers 13. Das Arbeitsmedium strömt auf der Innenfläche der hohlzylindrischen Kühlwendel 2 entlang der axialen Richtung 100. Über eine beidseitige Kühlmittel-Eintrittsöffnung 16 wird dem Raum zwischen Kühlwendel 2 und Außenzylinderrohr 1 Kühlmittel zugeführt, das zum anderen Ende des Wärmetauschers 13 fließt und diesen durch die Kühlmittel-Austrittsöffnung (nicht gezeigt) verlässt. Das Kühlmittel strömt dabei in dem zwischen Außenzylinderrohr 1 und Kühlwendel 2 gebildeten Kanal 23 spiralförmig in axialer Richtung. Das Kühlmittel entzieht der Kühlwendel 2 Wärme, sodass wiederum dem Arbeitsmedium Wärme entzogen wird.During operation of the heat exchanger 13, for example, moist, polluted working medium is introduced into the intermediate space between threaded
Durch die unterschiedlichen Druckverhältnisse zwischen dem Kühlmedium, beispielsweise Stickstoff bei maximal 10 bar, und dem Arbeitsmedium, hier CNG mit Begleitstoffen unter anderem von Stickstoff von 4 bis 220 bar, und einem Umgebungsdruck von ca. 1 bar, kann Stickstoff als Begleitstoff bei hohem Druck (bspw. bei 10 bar) durch Flüssigstickstoff bei niedrigem Druck (bspw. bei 1 bar), bedingt durch die unterschiedlichen druckabhängigen Phasenübergänge zum Verflüssigen gebracht und abgeschieden werden. Der hier vorgeschlagene Wärmetauscher 13 kann somit auch zur Verflüssigung von Stickstoff eingesetzt werden.Due to the different pressure ratios between the cooling medium, for example nitrogen at a maximum of 10 bar, and the working medium, here CNG with impurities including nitrogen of 4 to 220 bar, and an ambient pressure of about 1 bar, nitrogen can be used as a companion at high pressure (For example, at 10 bar) caused by liquid nitrogen at low pressure (for example, at 1 bar), caused by the different pressure-dependent phase transitions to liquefy and deposited. The heat exchanger 13 proposed here can thus also be used for the liquefaction of nitrogen.
Zum Zwecke der Reinigung der Wärmeübertragungsflächen, beispielsweise von Wasser bzw. Eis in der ersten Stufe bzw. von höheren Kohlenwasserstoffen, CO2 und/oder weiteren Begleitstoffen, wird die Gewindespindel 3 von einem Antriebselement über das Kupplungselement in Drehung versetzt. Das Reinigungselement 12, das in das Gewinde der Gewindespindel 3 eingreift, wird hierdurch in eine Translationsbewegung in axiale Richtung versetzt. Auf seinem Weg in axiale Richtung nimmt das Reinigungselement 12 die genannten auskondensierten Begleitstoffe mit. Diese werden bei Erreichen des Kondensatreservoirs am anderen Ende des Wärmetauschers in das selbige geschoben.For the purpose of cleaning the heat transfer surfaces, for example of water or ice in the first stage or of higher hydrocarbons, CO 2 and / or other impurities, the threaded
Es sei darauf hingewiesen, dass der hier erläuterte Wärmetauscher 13 nicht nur für die Erdgasverflüssigung, sondern für eine Vielzahl industrieller Anwendungen mit entsprechenden Arbeitsmedien adaptierbar und einsetzbar ist. Die Reinigungsvorrichtung 10 und/oder das Reinigungselement 12 können als wenig komplexe Austauschteile an die Bedürfnisse der jeweiligen Einsatzgebiete angepasst und im Schadensfall rasch ersetzt werden.It should be noted that the heat exchanger 13 explained here can be adapted and used not only for natural gas liquefaction but also for a large number of industrial applications with appropriate working media. The
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann beispielsweise das Drehmoment, welches das Antriebselement 208 auf den zweiten Rotor des Kupplungselements 210 ausübt, 40 Nm betragen und ein Schlupfwinkel bei dem Drehmoment von 40 Nm 7° betragen. Eine Gewindesteigung der Gewindespindel beträgt 8mm pro Gewindeumdrehung gemäß dieser Ausführungsform. Bei einem relativen Drehwinkel von 7200° seit der Abfahrt weg vom ersten Initiator 214 in axiale Richtung zum zweiten Initiator kann die Position des Reinigungselements wie folgt errechnet werden: (7200°-7°)*8mm/360°=159,84mm.According to a preferred embodiment, for example, the torque exerted by the
- 11
- AußenzylinderrohrOuter cylinder tube
- 22
- Kühlwendelcooling coil
- 2a2a
- Innenraum der KühlwendelInterior of the cooling coil
- 33
- Gewindespindelscrew
- 55
- Axial-/Radial-MischlagerAxial / radial mixing camp
- 1010
- Reinigungsvorrichtungcleaning device
- 1212
- Reinigungselementcleaning element
- 1313
- Wärmetauscherheat exchangers
- 1414
- Arbeitsmedium-EintrittsöffnungWorking fluid inlet port
- 1616
- KühlmitteleintrittsöffnungCoolant inlet opening
- 2121
- Wendel auf der Außenfläche der KühlwendelSpiral on the outer surface of the cooling coil
- 2323
- Kanal der KühlwendelChannel of the cooling coil
- 3030
- Kupplungselementcoupling member
- 3232
- erster Rotorfirst rotor
- 3434
- zweiter Rotorsecond rotor
- 3636
- Spalttopfcontainment shell
- 3838
- Magnetelementemagnetic elements
- 100100
- axiale Richtungaxial direction
- 200200
- Funktionsweise der RegelungOperation of the scheme
- 202202
- Antriebsreglerdrive controller
- 204204
- Recheneinheitcomputer unit
- 206206
- Spannungsversorgungpower supply
- 208208
- Antriebselementdriving element
- 210210
- Kupplungselementcoupling member
- 212212
- Wärmetauscherheat exchangers
- 214214
- erster Initiatorfirst initiator
- 216216
- zweiter Initiatorsecond initiator
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