EP3791125A1 - Condensate extraction device and heat exchanger - Google Patents

Condensate extraction device and heat exchanger

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EP3791125A1
EP3791125A1 EP19722794.5A EP19722794A EP3791125A1 EP 3791125 A1 EP3791125 A1 EP 3791125A1 EP 19722794 A EP19722794 A EP 19722794A EP 3791125 A1 EP3791125 A1 EP 3791125A1
Authority
EP
European Patent Office
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condensate
heat exchanger
lock
collection chamber
extraction
Prior art date
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Application number
EP19722794.5A
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German (de)
French (fr)
Other versions
EP3791125B1 (en
EP3791125C0 (en
Inventor
Austria AG RAG
Ekkehardt Klein
Christoph Nagl
Andreas POLLAK
Werner Muchitsch
Mathias KURRAS
Michael Hernegger
Robert Adler
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RAG Austria AG
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of EP3791125A1 publication Critical patent/EP3791125A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3791125B1 publication Critical patent/EP3791125B1/en
Publication of EP3791125C0 publication Critical patent/EP3791125C0/en
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    • F28D7/10Heat-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 arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/106Heat-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 arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of two coaxial conduits or modules of two coaxial conduits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28BSTEAM OR VAPOUR CONDENSERS
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    • F28B9/08Auxiliary systems, arrangements, or devices for collecting and removing condensate
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F2265/00Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/22Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for draining

Definitions

  • the invention relates to a condensate extraction device for a heat exchanger, and a heat exchanger.
  • the invention is therefore in particular in the technical field of heat exchangers, preferably for cooling and / or
  • 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 off
  • Soil storage often has a particularly high percentage of unwanted impurities and particularly high water content. 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 way to do this is the cooling of the
  • Natural gas in one or more steps to suitable low temperatures may be appropriate.
  • a liquefaction of the natural gas may be appropriate.
  • Heat exchangers mostly to deposits on the heat transfer surfaces, the time course of such deposits on the operating conditions and the respective natural gas composition depends.
  • 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.
  • Cylinder tubes of heat exchangers may for example be provided with a cleaning device, by means of which deposits of the
  • Heat transfer surfaces can be removed mechanically in the cylinder tubes.
  • DE 10 2015 010 455 A1 discloses such
  • such a cleaning device typically has the disadvantage that a condensate collected in a deposition process is present in a reservoir and for extracting the condensate from the reservoir, the condensate must be melted by means of heat supply.
  • the heat to be supplied for this purpose causes not only the desired melting of the condensate, but also at least partial evaporation of volatiles in the heat exchanger. In particular, the heat can cause some of the previously in the
  • Heat exchanger cooled and / or liquefied working medium such as natural gas
  • the heat input needed to extract the condensate typically results in a
  • the invention is therefore based on the object to provide a heat exchanger with improved efficiency and / or improved separation efficiency.
  • the invention relates to a condensate extraction device for a heat exchanger.
  • the condensate extraction device has a
  • Condensate collection chamber wherein the lock device can be arranged in a collection position and in a drainage position.
  • the condensate extraction device can be attached to a heat exchanger such that the condensate collection chamber is opened in the collection position to an interior of the heat exchanger and to
  • Condensate drain is closed, and that the condensate collection chamber in the Ablass ein is closed to the interior of the heat exchanger and is open to Kondensatablassötechnisch.
  • the invention relates to a heat exchanger with a cylinder tube, wherein on the cylinder tube an inventive
  • Condensation extraction device is arranged.
  • the interior of the heat exchanger can be formed in particular by an interior of a cylinder tube of the heat exchanger, through which the
  • Working medium such as natural gas, for heating or cooling in the heat exchanger flows.
  • Condensate extraction device which can be extracted in a deposition process or during cooling and / or liquefying the working medium condensate, without the need for a heat supply to the previous melting of the condensate is required.
  • the invention offers the possibility of extracting condensate from the heat exchanger without requiring heating of parts of the heat exchanger and / or of the working medium located therein.
  • the invention offers the advantage that heating of cooled in the heat exchanger working fluid and / or a transition to the gas phase can be avoided by already liquefied in the heat exchanger working fluid. Consequently, the invention makes it possible to increase the efficiency of the heat exchanger or of the deposition processes taking place therein.
  • the invention has the advantage that it can be dispensed with a provision of heating mechanisms integrated in the heat exchanger, which are conventionally necessary in order to liquefy the condensate.
  • the structure of the heat exchanger can be simplified and the manufacturing costs and / or the maintenance costs can be reduced.
  • the condensate collection chamber has a condensate extraction opening, which can be arranged facing the interior of the heat exchanger in the collection position and faces the condensate discharge opening in the discharge position.
  • the condensate extraction opening thus offers the possibility, on the one hand, to face the interior of the heat exchanger and to receive the condensate which, for example, passes through the cleaning device from a cleaning device
  • Condensate extraction opening is conveyed into the condensate collecting chamber, and on the other hand to be facing in the discharge position of the condensate discharge opening to a condensate located in the condensate collection chamber on the
  • the lock device has a lock capsule, in which the condensate drain opening is formed and which can be connected to the heat exchanger.
  • the lock device has a lock head element arranged in the lock capsule, in which the condensate collection chamber is formed, and which is pivotable in the lock lock between the collection position and the drainage position.
  • the lock device has a lock head element arranged in the lock capsule, in which the condensate collection chamber is formed, and which is pivotable in the lock lock between the collection position and the drainage position.
  • the lock device has a lock capsule, in which the condensate drain opening is formed and which can be connected to the heat exchanger.
  • the lock device has a lock head element arranged in the lock capsule, in which the condensate collection chamber is formed, and which is pivotable in the lock lock between the collection position and the drainage position.
  • Lock device be designed in the manner of a ball valve, so that the lock head element in the lock capsule is such pivotable or rotatable, so that the condensate extraction opening in the collection position facing the interior of the cylinder tube of the heat exchanger and by turning or pivoting the lock head element in the lock capsule of Kondensatablassö réelle is zuwendbar and vice versa.
  • the lock device is preferably designed such that the lock device in the collection position the
  • Condensate extraction device closes. This allows efficient and safe discharge of condensate from the heat exchanger without having to make a direct opening from the interior of the heat exchanger to the condensate drain opening. In particular, this is advantageous in that since
  • the lock head element is spherical or cylindrical in shape and is about an axis through the center of the ball or to the cylinder axis pivotable or rotatable.
  • the cylindrical shape or spherical shape of the lock head element does not preclude that the lock head element has the condensate collection chamber or the condensate collection chamber is formed in the lock head element. A therefore touching deviation from the spherical shape or the cylindrical shape is not contrary to the spherical shape or cylindrical shape.
  • the lock head element may have additional elements, which serve for example, the storage and / or the drive or the rotation of the lock head element, which also should not stand in the way of spherical or cylindrical shape. Such a form of the lock head element offers the advantage that a reliable sealing of the lock device can be achieved.
  • the lock device has at least one flushing recess, which extends from an outer side of the lock head element to
  • Condensate collecting chamber extends and is adapted to direct a flushing fluid into the condensate collection chamber. This offers the possibility of assisting the discharge of condensate from the condensate collection chamber through the condensate discharge opening by the introduction of the flushing fluid in order, for example, to achieve particularly rapid and / or thorough removal of the condensate from the condensate collecting chamber. Furthermore, this offers the advantage that preferably also strong in the
  • Condensate collecting condensate can be reliably removed.
  • At least one drip edge is formed on the condensate extraction opening. This offers, for example, the advantage that a reliable stripping of transported into the condensate collection condensate is enabled and / or reliable drainage of the condensate when drained by the
  • a heat exchanger according to the invention further comprises a
  • the heat exchanger is designed such that the
  • Lock head element about an axis perpendicular to a longitudinal direction of the
  • Cylinder tube between the collection position and the Ablass ein is pivotable.
  • the lock device can be sealed particularly reliably and the construction of the heat exchanger can be made particularly simple.
  • the condensate discharge opening is arranged along the longitudinal direction of the cylinder tube.
  • Figure 1 shows schematically and in section a longitudinal section through an embodiment of a heat exchanger, divided into Figures 1A and 1 B.
  • FIGS 2A to 2C show cross-sectional views of various preferred embodiments of lock head elements.
  • FIG. 1 is a longitudinal and sectional view (divided into FIGS. 1A (left side) and 1B (right side)) of an embodiment of FIG 1
  • Heat exchanger 13 as it can be used in particular for cooling natural gas.
  • the heat exchanger 13 a the heat exchanger 13 a
  • This cooling coil 2 has at least one, preferably
  • the inner surface of the hollow cylindrical cooling coil 2 has guide grooves, which serve to guide a cleaning element 12, which is also referred to as a scraper.
  • the cleaning element 12 may be formed as an ice scraper.
  • the heat exchanger 13 has a cleaning device 10, which has a threaded spindle 3 located in the interior of the cooling coil 2 and extending in an axial direction 100.
  • the threaded spindle 3 is driven by a coupling element 30 and is mounted in a bearing point, which is preferably designed as axial / radial mixing bearing 5.
  • this can be stored in a radial bearing, which is preferably designed as a plain bearing bushing 8.
  • Condensate extraction device 38 is formed, which is connected to the cylinder tube.
  • the condensate extraction device 38 has a lock capsule 42, which encloses the lock head element 44 arranged therein.
  • the lock head element 44 is designed spherical, so that the lock device 40 results in an arrangement similar to a ball valve.
  • the lock head element 44 is the
  • Condensate collecting chamber 46 is formed, which is formed as a recess and has a size, so that the remaining lock head element 44 has sufficient thickness and stability to the interior 2a of the cylinder tube pressure sealed against the environment or against a formed in the lock capsule 42 condensate drain port 48.
  • the lock device 40 is in the collection position, in which a condensate extraction opening 50 of the condensate collection chamber 46 faces the interior 2a of the cylinder tube and connects the condensate collection chamber 46 with the interior 2a. This makes it possible that by means of Cleaning element 12 in the interior 2a accumulated condensate in the
  • Condensate collection chamber 46 can be transported.
  • a threaded spindle 3 is used for example with trapezoidal profile. A reversal of the direction of movement of the reamer 12 requires a reversal of the direction of rotation of the threaded spindle 3.
  • moist, contaminated working medium is introduced into the intermediate space between threaded spindle 3 and between cooling coil 2 or into the interior of the cylinder tube via a two-sided working medium inlet opening 14 and flows in the axial direction 100 to the two-sided working medium outlet opening 15 other end of the
  • Coolant is supplied to the space between the cooling coil 2 and the outer cylinder tube 1 via a coolant inlet opening 16 on both sides
  • Heat exchanger 13 flows and leaves through the coolant outlet opening 17.
  • the coolant flows spirally in the axial direction in the channel 23 formed between the outer cylindrical tube 1 and the cooling coil 2.
  • the coolant removes heat from the cooling coil 2, which in turn removes heat from the working medium.
  • operating modes are conceivable in which the heat exchanger 13 is flowed through counter to the direction 100. If the
  • Heat exchanger is operated in countercurrent, inlet and outlet of the coolant are reversed accordingly.
  • the cooling medium for example nitrogen at a maximum of 10 bar
  • the working medium here CNG with impurities including nitrogen from 4 to 220 bar
  • nitrogen as a companion at high pressure eg. At 10 bar
  • liquid nitrogen at low pressure eg at 1 bar
  • the heat exchanger 13 proposed here can thus also be used for the liquefaction of nitrogen.
  • Cleaning element 12 which engages in the thread of the threaded spindle 3 and thereby forms a second contact surface, is thereby displaced in a translational movement in the axial direction. On its way in the axial direction that takes
  • Condensate collection chamber 46 pushed, if the lock device 40 is in collection position.
  • the lock head element 44 can be pivoted about the axis 102, preferably by 180 °, so that the
  • Condensate drain opening 48 are facing and the lock device 40 is thus present in the drainage position.
  • the lock device 40 at all times seals the interior 2a of the cylinder tube from the condensate discharge opening 48.
  • at least one sealing element 52 can preferably be arranged in order to further increase the tightness of the lock device 40.
  • the lock device 40 further comprises a flushing recess 54, via which a flushing fluid can be introduced into the condensate collection chamber 46 in order to flush out condensate located in the condensate collection chamber 46 reliably.
  • the flushing recess 54 is formed as a channel and / or a bore.
  • the lock head element 46 has a drip edge 56 in order to allow reliable draining or draining of the condensate and / or the rinsing fluid in the release position.
  • Discharge position can be done manually and / or automated. For example, in predetermined time intervals and / or after each cleaning cycle with the
  • Cleaning element 12 a discharge of the condensate with the lock device 40 done.
  • the draining can preferably be assisted by the use of a flushing fluid which can be introduced through the flushing recess 54.
  • the temperature of the flushing fluid may be, for example, between 90 K and 400 K, preferably between 233 K and 373 K. According to a particularly advantageous embodiment, the flushing fluid has a higher temperature than the melting point of the condensate.
  • the flushing recess 54 may be configured as a cylindrical bore and preferably have a diameter of at least 2 mm and at most 10 mm, particularly preferably from 3 mm to 6 mm. According to the embodiment shown, the flushing recess 54 is tangential to the
  • Condensate collection chamber 46 is formed, although others
  • Embodiments may be advantageous.
  • 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.
  • Condensate extraction device 38 can be adapted as a little complex replacement parts to the needs of the respective applications and quickly replaced in the event of damage.
  • FIGS. 2A to 2C show cross-sectional views of various preferred embodiments of the lock head elements 44.
  • the lock head element 44 shown in FIG. 2A largely corresponds to the lock head element 44 shown in the heat exchanger of FIG. 1, but differs therefrom in that the lock head element 44 shown in FIG Spülaus spiritungen 54, via which flushing fluid can be introduced into the condensate collection chamber 46.
  • a different number of flushing recesses 54 may be provided, such as up to ten
  • the lock head element 44 shown in Figure 2B showed a further preferred embodiment in which a rear wall 46a of the condensate collecting chamber 46 is formed not straight but curved.
  • the rear wall 46a has a circular segment-shaped curvature, wherein the radius of curvature is greater than the diameter or the width 46b of the condensate collecting chamber 46.
  • the radius of curvature of the rear wall 46a is at least twice and at most 20 times as large as the width 46b of the condensate collecting chamber 46.
  • a purging recess 54 is preferably arranged centrally in the rear wall, wherein a plurality of purging recesses 54 may be formed according to other embodiments. Such an arrangement may be advantageous for reliably draining the condensate from the condensate collection chamber 46.
  • FIG. 2C shows a lock head element 44 according to a further preferred embodiment, which has three flushing recesses 54 which are connected to one another via a distributor arrangement 54a.
  • This allows the easy provision of flushing fluid over several Spülaus strictly ausfeld 54, for example, to achieve a uniform flushing of the condensate collection chamber 46, although the flushing fluid must be introduced only via an opening or bore in the manifold assembly 54a.
  • the distributor arrangement 54a may have a centrally arranged bore, via which the flushing fluid can be introduced from outside.
  • the manifold assembly may also have a different number of
  • Flushing recesses 54 branching therefrom, such as up to ten flushing recesses 54.
  • the branches leading to the flushing recesses 54 may, for example, each enclose an angle of at least 10 ° and at most 135 ° to each other.
  • three Spülausnaturalept 54 close the adjacent Spülausnaturalept 54 preferably at an angle of about 60 ° to each other, that of the arranged around the middle Spülausnaturalung (quasi mirrored) Spülausnaturalept 54 is about 120 °.

Abstract

The invention relates to a condensate extraction device (38) for a heat exchanger (13), comprising a condensate drain opening (48) and a lock device (40) having a condensate collection chamber (46), wherein the lock device (40) can be arranged in a collection position and in a drain position. The condensate extraction device (38) can be attached to a heat exchanger (13) such that the condensate collection chamber (46) is open to an interior (2a) of the heat exchanger (13) and closed to the condensate drain opening (48) in the collection position and such that the condensate collection chamber (46) is closed to the interior (2a) of the heat exchanger (13) and open to the condensate drain opening (48) in the drain position. The invention further relates to a heat exchanger (13).

Description

Beschreibung  description
Kondensatextraktionsvorrichtunq und Wärmetauscher Condensate extractor and heat exchanger
Die Erfindung betrifft eine Kondensatextraktionsvorrichtung für einen Wärmetauscher, sowie einen Wärmetauscher. Die Erfindung liegt somit insbesondere auf dem technischen Gebiet der Wärmetauscher, bevorzugt zur Kühlung und/oder The invention relates to a condensate extraction device for a heat exchanger, and a heat exchanger. The invention is therefore in particular in the technical field of heat exchangers, preferably for cooling and / or
Verflüssigung von Erdgas. Liquefaction of natural gas.
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 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 off
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 Soil storage often has a particularly high percentage of unwanted impurities and particularly high water content. 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 way to do this is the cooling of the
Erdgases in einem oder mehreren Schritten auf geeignete tiefe Temperaturen dar. Insbesondere kann hierbei eine Verflüssigung des Erdgases zweckmäßig sein. 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 During the cooling of natural gas, it comes through the accompanying substances in the
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. Heat exchangers mostly to deposits on the heat transfer surfaces, the time course of such deposits on the operating conditions and the respective natural gas composition depends. 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, CO2 sowie Condensing and freezing impurities such as water, CO 2 and
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. Zylinderrohre von Wärmetauschern können beispielsweise mit einer Reinigungsvorrichtung versehen sein, mittels welcher Ablagerungen von den Hydrocarbon compounds separate 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. Cylinder tubes of heat exchangers may for example be provided with a cleaning device, by means of which deposits of the
Wärmeübertragungsflächen in den Zylinderrohren mechanisch beseitigt werden können. Beispielsweise offenbart die DE 10 2015 010 455 A1 eine solche Heat transfer surfaces can be removed mechanically in the cylinder tubes. For example, DE 10 2015 010 455 A1 discloses such
Reinigungsvorrichtung. Cleaning device.
Eine derartige Reinigungsvorrichtung weist jedoch typischerweise den Nachteil auf, dass ein in einem Abscheideprozess gesammeltes Kondensat in einem Reservoir vorliegt und zum Extrahieren des Kondensats aus dem Reservoir das Kondensat mittels Wärmezufuhr geschmolzen werden muss. Die zu diesem Zweck zuzuführende Wärme bewirkt jedoch nicht nur das gewünschte Schmelzen des Kondensats, sondern auch ein zumindest teilweises Verdampfen flüchtiger Stoffen in dem Wärmetauscher. Insbesondere kann die Wärmezufuhr dazu führen, dass ein Teil des zuvor im However, such a cleaning device typically has the disadvantage that a condensate collected in a deposition process is present in a reservoir and for extracting the condensate from the reservoir, the condensate must be melted by means of heat supply. However, the heat to be supplied for this purpose causes not only the desired melting of the condensate, but also at least partial evaporation of volatiles in the heat exchanger. In particular, the heat can cause some of the previously in the
Wärmetauscher gekühlten und/oder verflüssigten Arbeitsmediums, wie etwa Erdgas, wieder erwärmt wird oder sogar wieder in die Gasphase übergeht. Somit führt die zum Extrahieren des Kondensats benötigte Wärmezufuhr typischerweise zu einer Heat exchanger cooled and / or liquefied working medium, such as natural gas, is reheated or even goes back into the gas phase. Thus, the heat input needed to extract the condensate typically results in a
Reduktion der Abscheideleistung und folglich auch der Effizienz des Reduction of the separation efficiency and consequently the efficiency of the
Wärmeabscheiders. Wärmeabscheiders.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher mit verbesserter Effizienz und/oder verbesserter Abscheideleistung bereitzustellen. The invention is therefore based on the object to provide a heat exchanger with improved efficiency and / or improved separation efficiency.
Diese Aufgabe wird durch eine Kondensatextraktionsvorrichtung und einen This object is achieved by a condensate extraction device and a
Wärmetauscher mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Heat exchanger solved 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 Kondensatextraktionsvorrichtung für einen Wärmetauscher. Die Kondensatextraktionsvorrichtung weist eine In a first aspect, the invention relates to a condensate extraction device for a heat exchanger. The condensate extraction device has a
Kondensatablassöffnung auf und eine Schleusenvorrichtung mit einer Condensate drain on and a lock device with a
Kondensatsammelkammer, wobei die Schleusenvorrichtung in einer Sammelstellung und in einer Ablassstellung anordenbar ist. Die Kondensatextraktionsvorrichtung ist derart an einen Wärmetauscher anbringbar, dass die Kondensatsammelkammer in der Sammelstellung zu einem Innenraum des Wärmetauschers geöffnet und zur Condensate collection chamber, wherein the lock device can be arranged in a collection position and in a drainage position. The condensate extraction device can be attached to a heat exchanger such that the condensate collection chamber is opened in the collection position to an interior of the heat exchanger and to
Kondensatablassöffnung geschlossen ist, und dass die Kondensatsammelkammer in der Ablassstellung zum Innenraum des Wärmetauschers geschlossen ist und zur Kondensatablassöffnung geöffnet ist. Condensate drain is closed, and that the condensate collection chamber in the Ablassstellung is closed to the interior of the heat exchanger and is open to Kondensatablassöffnung.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Wärmetauscher mit einem Zylinderrohr, wobei an dem Zylinderrohr eine erfindungsgemäße In a further aspect, the invention relates to a heat exchanger with a cylinder tube, wherein on the cylinder tube an inventive
Kondensationsextraktionsvorrichtung angeordnet ist. Condensation extraction device is arranged.
Der Innenraum des Wärmetauschers kann dabei insbesondere durch einen Innenraum eines Zylinderrohrs des Wärmetauschers gebildet werden, durch welchen das The interior of the heat exchanger can be formed in particular by an interior of a cylinder tube of the heat exchanger, through which the
Arbeitsmedium, wie etwa Erdgas, zum Erwärmen oder Abkühlen im Wärmetauscher strömt. Working medium, such as natural gas, for heating or cooling in the heat exchanger flows.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die erfindungsgemäße The invention offers the advantage that by the inventive
Kondensatextraktionsvorrichtung das bei einem Abscheideprozess bzw. beim abkühlen und/oder verflüssigen des Arbeitsmediums anfallende Kondensat extrahiert werden kann, ohne dass dafür eine Wärmezufuhr zum vorherigen Schmelzen des Kondensat erforderlich ist. Mit anderen Worten bietet die Erfindung die Möglichkeit, Kondensat aus dem Wärmetauscher zu extrahieren, ohne dass dazu ein Erwärmen von Teilen des Wärmetauschers und/oder des darin befindlichen Arbeitsmediums erforderlich ist. Condensate extraction device which can be extracted in a deposition process or during cooling and / or liquefying the working medium condensate, without the need for a heat supply to the previous melting of the condensate is required. In other words, the invention offers the possibility of extracting condensate from the heat exchanger without requiring heating of parts of the heat exchanger and / or of the working medium located therein.
Somit bietet die Erfindung den Vorteil, dass eine Erwärmung von im Wärmetauscher gekühltem Arbeitsmedium und/oder ein Übergang in die Gasphase von bereits in dem Wärmetauscher verflüssigtem Arbeitsmedium vermieden werden kann. Folglich ermöglicht die Erfindung die Erhöhung der Effizienz des Wärmetauschers bzw. der darin ablaufenden Abscheideprozesse. Thus, the invention offers the advantage that heating of cooled in the heat exchanger working fluid and / or a transition to the gas phase can be avoided by already liquefied in the heat exchanger working fluid. Consequently, the invention makes it possible to increase the efficiency of the heat exchanger or of the deposition processes taking place therein.
Zudem bietet die Erfindung den Vorteil, dass auf eine Bereitstellung von in den Wärmetauscher integrierten Heizmechanismen verzichtet werden kann, welche herkömmlicherweise nötig sind, um das Kondensat zu verflüssigen. Dadurch können der Aufbau des Wärmetauschers vereinfacht werden und die Herstellungskosten und/oder der Wartungsaufwand reduziert werden. In addition, the invention has the advantage that it can be dispensed with a provision of heating mechanisms integrated in the heat exchanger, which are conventionally necessary in order to liquefy the condensate. As a result, the structure of the heat exchanger can be simplified and the manufacturing costs and / or the maintenance costs can be reduced.
Vorzugsweise weist die Kondensatsammelkammer eine Kondensatextraktionsöffnung auf, welche in der Sammelstellung dem Innenraum des Wärmetauschers zugewandt anordenbar ist und in der Ablassstellung der Kondensatablassöffnung zugewandt ist. Die Kondensatextraktionsöffnung bietet dadurch die Möglichkeit, einerseits dem Innenraum des Wärmetauschers zugewandt zu sein und das Kondensat aufzunehmen, welches beispielsweise von einer Reinigungsvorrichtung durch die Preferably, the condensate collection chamber has a condensate extraction opening, which can be arranged facing the interior of the heat exchanger in the collection position and faces the condensate discharge opening in the discharge position. The condensate extraction opening thus offers the possibility, on the one hand, to face the interior of the heat exchanger and to receive the condensate which, for example, passes through the cleaning device from a cleaning device
Kondensatextraktionsöffnung in die Kondensatsammelkammer befördert wird, und andererseits in der Ablassstellung der Kondensatablassöffnung zugewandt zu sein, um ein in der Kondensatsammelkammer befindliches Kondensat über die Condensate extraction opening is conveyed into the condensate collecting chamber, and on the other hand to be facing in the discharge position of the condensate discharge opening to a condensate located in the condensate collection chamber on the
Kondensatablassöffnung abzulassen bzw. zu extrahieren. Dump or extract the condensate drain opening.
Vorzugsweise weist die Schleusenvorrichtung eine Schleusenkapsel auf, in welcher die Kondensatablassöffnung ausgebildet ist und welche mit dem Wärmetauscher verbindbar ist. Dabei weist die Schleusenvorrichtung ein in der Schleusenkapsel angeordnetes Schleusenkopfelement auf, in welchem die Kondensatsammelkammer ausgebildet ist, und welches in der Schleusenkapsel zwischen der Sammelstellung und der Ablassstellung schwenkbar ist. Besonders bevorzugt kann die Preferably, the lock device has a lock capsule, in which the condensate drain opening is formed and which can be connected to the heat exchanger. In this case, the lock device has a lock head element arranged in the lock capsule, in which the condensate collection chamber is formed, and which is pivotable in the lock lock between the collection position and the drainage position. Particularly preferably, the
Schleusenvorrichtung nach Art eines Kugelhahns ausgebildet sein, sodass das Schleusenkopfelement in der Schleusenkapsel derart schwenkbar bzw. drehbar ist, sodass die Kondensatextraktionsöffnung in der Sammelstellung dem Innenraum des Zylinderrohrs des Wärmetauschers zugewandt ist und durch Drehen bzw. Schwenken des Schleusenkopfelements in der Schleusenkapsel der Kondensatablassöffnung zuwendbar ist und umgekehrt. Dabei ist die Schleusenvorrichtung vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Schleusenvorrichtung in der Sammelstellung die Lock device be designed in the manner of a ball valve, so that the lock head element in the lock capsule is such pivotable or rotatable, so that the condensate extraction opening in the collection position facing the interior of the cylinder tube of the heat exchanger and by turning or pivoting the lock head element in the lock capsule of Kondensatablassöffnung is zuwendbar and vice versa. In this case, the lock device is preferably designed such that the lock device in the collection position the
Kondensatablassöffnung blockiert bzw. verschließt und in der Ablassstellung den Innenraum des Wärmetauschers an dessen Verbindung zur Condensate outlet blocked or closes and in the drain position, the interior of the heat exchanger at the connection to the
Kondensatextraktionsvorrichtung verschließt. Dies ermöglicht ein effizientes und sicheres Ausschleusen von Kondensat aus dem Wärmetauscher, ohne dass eine direkte Öffnung vom Innenraum des Wärmetauschers zur Kondensatablassöffnung hergestellt werden muss. Insbesondere ist dies dahingehend vorteilhaft, da im Condensate extraction device closes. This allows efficient and safe discharge of condensate from the heat exchanger without having to make a direct opening from the interior of the heat exchanger to the condensate drain opening. In particular, this is advantageous in that since
Innenraum des Wärmetauschersein sehr viel größerer Druck vorherrschen kann, als der Umgebungsdruck an der Kondensatablassöffnung. Durch eine derartige Inside the heat exchanger, a much greater pressure may prevail than the ambient pressure at the condensate drain port. By such
Ausgestaltung der Schleusenvorrichtung können diese unterschiedlichen Design of the lock device can these different
Druckbereiche somit zuverlässig voneinander getrennt werden und dennoch das Kondensat oder Teile davon auf einfache Weise extrahiert werden. Pressure ranges are thus reliably separated from each other and yet the condensate or parts thereof are easily extracted.
Besonders bevorzugt ist das Schleusenkopfelement kugelförmig oder zylinderförmig ausgebildet ist und ist dabei um eine Achse durch den Mittelpunkt der Kugel bzw. um die Zylinderachse schwenkbar bzw. drehbar. Der Zylinderform oder Kugelform des Schleusenkopfelements steht dabei nicht entgegen, dass das Schleusenkopfelement die Kondensatsammelkammer aufweist bzw. die Kondensatsammelkammer in dem Schleusenkopfelement ausgebildet ist. Eine daher rührende Abweichung von der Kugelform oder der Zylinderform steht der Kugelform bzw. Zylinderform nicht entgegen. Ebenfalls kann das Schleusenkopfelement zusätzliche Elemente aufweisen, welche beispielsweise der Lagerung und/oder dem Antrieb bzw. der Drehung des Schleusenkopfelements dienen, welche ebenfalls der Kugelform oder Zylinderform nicht im Wege stehen sollen. Eine derartige Form des Schleusenkopfelements bietet den Vorteil, dass eine zuverlässige Abdichtung der Schleusenvorrichtung erzielt werden kann. Particularly preferably, the lock head element is spherical or cylindrical in shape and is about an axis through the center of the ball or to the cylinder axis pivotable or rotatable. The cylindrical shape or spherical shape of the lock head element does not preclude that the lock head element has the condensate collection chamber or the condensate collection chamber is formed in the lock head element. A therefore touching deviation from the spherical shape or the cylindrical shape is not contrary to the spherical shape or cylindrical shape. Also, the lock head element may have additional elements, which serve for example, the storage and / or the drive or the rotation of the lock head element, which also should not stand in the way of spherical or cylindrical shape. Such a form of the lock head element offers the advantage that a reliable sealing of the lock device can be achieved.
Vorzugsweise weist die Schleusenvorrichtung zumindest eine Spülausnehmung auf, welche sich von einer Außenseite des Schleusenkopfelements zur Preferably, the lock device has at least one flushing recess, which extends from an outer side of the lock head element to
Kondensatsammelkammer erstreckt und dazu ausgelegt ist, ein Spülfluid in die Kondensatsammelkammer zu leiten. Dies bietet die Möglichkeit, das Ablassen von Kondensat aus der Kondensatsammelkammer durch die Kondensatablassöffnung durch das Einleiten des Spülfluid zu unterstützen, um etwa ein besonders schnelles und/oder gründliches Entfernen des Kondensats aus der Kondensatsammelkammer zu erzielen. Ferner bietet dies den Vorteil, dass vorzugsweise auch stark in der Condensate collecting chamber extends and is adapted to direct a flushing fluid into the condensate collection chamber. This offers the possibility of assisting the discharge of condensate from the condensate collection chamber through the condensate discharge opening by the introduction of the flushing fluid in order, for example, to achieve particularly rapid and / or thorough removal of the condensate from the condensate collecting chamber. Furthermore, this offers the advantage that preferably also strong in the
Kondensatsammelkammer anhaftendes Kondensat zuverlässig entfernt werden kann. Condensate collecting condensate can be reliably removed.
Vorzugsweise ist an der Kondensatextraktionsöffnung zumindest eine Tropfkante ausgebildet. Diese bietet beispielsweise den Vorteil, dass ein zuverlässiges Abstreifen von in die Kondensatsammelkammer befördertes Kondensat ermöglicht wird und/oder ein zuverlässiges Ablaufen des Kondensats beim Ablassen durch die Preferably, at least one drip edge is formed on the condensate extraction opening. This offers, for example, the advantage that a reliable stripping of transported into the condensate collection condensate is enabled and / or reliable drainage of the condensate when drained by the
Kondensatablassöffnung ermöglicht wird. Condensate drain opening is made possible.
Vorzugsweise umfasst ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher ferner eine Preferably, a heat exchanger according to the invention further comprises a
Reinigungsvorrichtung, wobei der Wärmetauscher dazu ausgelegt ist, mittels der Reinigungsvorrichtung in dem Zylinderrohr befindliches Kondensat über die Cleaning device, wherein the heat exchanger is adapted to, by means of the cleaning device located in the cylinder tube condensate over the
Kondensatextraktionsöffnung in die Kondensatsammelkammer zu befördern, wenn die Schleusenvorrichtung in der Sammelstellung angeordnet ist, und das in die Conveying condensate extraction opening in the condensate collection chamber when the lock device is arranged in the collection position, and in the
Kondensatsammelkammer beförderte Kondensat aus der Kondensatsammelkammer abzulassen, wenn die Schleusenvorrichtung in der Ablassstellung angeordnet ist. Dies bietet den Vorteil, dass in dem Wärmetauscher anfallendes Kondensat auf Drain condensate transported condensate from the condensate collection chamber when the lock device is disposed in the Ablassstellung. This offers the advantage that incurred in the heat exchanger condensate
zuverlässige Weise in die Kondensatsammelkammer befördert werden kann. reliable manner can be transported in the condensate collection chamber.
Vorzugsweise ist der Wärmetauscher derart ausgebildet, dass das Preferably, the heat exchanger is designed such that the
Schleusenkopfelement um eine Achse senkrecht zu einer Längsrichtung des Lock head element about an axis perpendicular to a longitudinal direction of the
Zylinderrohrs zwischen der Sammelstellung und der Ablassstellung schwenkbar ist. Dadurch kann die Schleusenvorrichtung besonders zuverlässig abgedichtet werden und der Aufbau des Wärmetauschers besonders einfach ausgestaltet werden. Cylinder tube between the collection position and the Ablassstellung is pivotable. As a result, the lock device can be sealed particularly reliably and the construction of the heat exchanger can be made particularly simple.
Besonders bevorzugt ist die Kondensatablassöffnung entlang der Längsrichtung des Zylinderrohrs angeordnet. Particularly preferably, the condensate discharge opening is arranged along the longitudinal direction of the cylinder tube.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
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.
Figurenbeschreibung figure description
Figur 1 zeigt schematisch und ausschnitthaft einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Wärmetauschers, aufgeteilt auf die Figuren 1A und 1 B. Figure 1 shows schematically and in section a longitudinal section through an embodiment of a heat exchanger, divided into Figures 1A and 1 B.
Die Figuren 2A bis 2C zeigen Querschnittsansichten von verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen von Schleusenkopfelementen. Figures 2A to 2C show cross-sectional views of various preferred embodiments of lock head elements.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen Detailed description of the drawings
Figur 1 zeigt schematisch und ausschnitthaft einen Längsschnitt (aufgeteilt auf die Figuren 1 A (linke Seite) und 1 B (rechte Seite)) durch eine Ausführungsform eines 1 FIG. 1 is a longitudinal and sectional view (divided into FIGS. 1A (left side) and 1B (right side)) of an embodiment of FIG 1
Wärmetauschers 13, wie er insbesondere zur Kühlung von Erdgas verwendet werden kann. In dieser einfachen Ausgestaltung weist der Wärmetauscher 13 ein Heat exchanger 13, as it can be used in particular for cooling natural gas. In this simple embodiment, the heat exchanger 13 a
Außenzylinderrohr 1 auf, das ein Zylinderrohr umgibt, welches als eine Kühlwendel 2 ausgebildet ist. Diese Kühlwendel 2 weist wenigstens einen, vorzugsweise Outer cylinder tube 1, which surrounds a cylinder tube, which is designed as a cooling coil 2. This cooling coil 2 has at least one, preferably
spiralförmigen, Kanal 23 an ihrer Außenfläche auf, der der Führung eines Kühlmittels dient. Dieser Kanal 23 wird durch eine entsprechende Wendel 21 auf der Außenfläche der Kühlwendel 2 erzeugt. Die Innenfläche der hohlzylindrischen Kühlwendel 2 weist Führungsnuten auf, die der Führung eines Reinigungselements 12 dienen, welches auch als Räumer bezeichnet wird. Beispielsweise kann das Reinigungselement 12 als ein Eisschaber ausgebildet sein. spiral, channel 23 on its outer surface, which serves to guide a coolant. This channel 23 is generated by a corresponding helix 21 on the outer surface of the cooling coil 2. The inner surface of the hollow cylindrical cooling coil 2 has guide grooves, which serve to guide a cleaning element 12, which is also referred to as a scraper. For example, the cleaning element 12 may be formed as an ice scraper.
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 wird über ein Kupplungselement 30 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 8 ausgeführt ist, gelagert sein. The heat exchanger 13 has a cleaning device 10, which has a threaded spindle 3 located in the interior of the cooling coil 2 and extending in an axial direction 100. The threaded spindle 3 is driven by a coupling element 30 and is mounted in a bearing point, which is preferably designed as axial / radial mixing bearing 5. At the other end of the threaded spindle 3, this can be stored in a radial bearing, which is preferably designed as a plain bearing bushing 8.
Ferner ist an dem anderen Ende des Wärmetauschers 13 eine Further, at the other end of the heat exchanger 13 a
Kondensatextraktionsvorrichtung 38 ausgebildet, welche mit dem Zylinderrohr verbunden ist. Die Kondensatextraktionsvorrichtung 38 weist eine Schleusenkapsel 42 auf, welche das darin angeordnete Schleusenkopfelement 44 umschließt. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ist das Schleusenkopfelement 44 kugelförmig ausgebildet, so dass sich für die Schleusenvorrichtung 40 eine Anordnung ähnlich einem Kugelhahn ergibt. Im Schleusenkopfelement 44 ist die Condensate extraction device 38 is formed, which is connected to the cylinder tube. The condensate extraction device 38 has a lock capsule 42, which encloses the lock head element 44 arranged therein. According to this preferred embodiment, the lock head element 44 is designed spherical, so that the lock device 40 results in an arrangement similar to a ball valve. In the lock head element 44 is the
Kondensatsammelkammer 46 ausgebildet, welche als eine Ausnehmung ausgebildet ist und eine Größe aufweist, sodass das verbleibende Schleusenkopfelement 44 eine ausreichende Dicke und Stabilität aufweist, um den Innenraum 2a des Zylinderrohrs druckdicht gegen die Umgebung bzw. gegen eine in der Schleusenkapsel 42 ausgebildete Kondensatablassöffnung 48 abzudichten. In der gezeigten Darstellung befindet sich die Schleusenvorrichtung 40 in der Sammelstellung, in welcher eine Kondensatextraktionsöffnung 50 der Kondensatsammelkammer 46 dem Innenraum 2a des Zylinderrohrs zugewandt ist und die Kondensatsammelkammer 46 mit dem Innenraum 2a verbindet. Dadurch wird ermöglicht, dass mittels des Reinigungselements 12 in dem Innenraum 2a angefallenes Kondensat in die Condensate collecting chamber 46 is formed, which is formed as a recess and has a size, so that the remaining lock head element 44 has sufficient thickness and stability to the interior 2a of the cylinder tube pressure sealed against the environment or against a formed in the lock capsule 42 condensate drain port 48. In the illustration shown, the lock device 40 is in the collection position, in which a condensate extraction opening 50 of the condensate collection chamber 46 faces the interior 2a of the cylinder tube and connects the condensate collection chamber 46 with the interior 2a. This makes it possible that by means of Cleaning element 12 in the interior 2a accumulated condensate in the
Kondensatsammelkammer 46 befördert werden kann. Condensate collection chamber 46 can be transported.
Durch ein Drehen der Gewindespindel 3 wird das Reinigungselement 12 auf der Gewindespindel 3 entlang der Kühlwendel 2 in axialer Richtung verschoben. 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 rotating the threaded spindle 3, the cleaning element 12 is displaced on the threaded spindle 3 along the cooling coil 2 in the axial direction. In the present example, a threaded spindle 3 is used for example with trapezoidal profile. A reversal of the direction of movement of the reamer 12 requires a reversal of the direction of rotation of the threaded spindle 3.
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 beidseitigen Arbeitsmedium-Austrittsöffnung 15 am anderen Ende des During operation of the heat exchanger 13, for example, moist, contaminated working medium is introduced into the intermediate space between threaded spindle 3 and between cooling coil 2 or into the interior of the cylinder tube via a two-sided working medium inlet opening 14 and flows in the axial direction 100 to the two-sided working medium outlet opening 15 other end of the
Wärmetauschers 13. Das Arbeitsmedium strömt auf der Innenfläche der Heat exchanger 13. The working fluid flows on the inner surface of the
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 Hollow-cylindrical cooling coil 2 along the axial direction 100. Coolant is supplied to the space between the cooling coil 2 and the outer cylinder tube 1 via a coolant inlet opening 16 on both sides
Wärmetauschers 13 fließt und diesen durch die Kühlmittel-Austrittsöffnung 17 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. An dieser Stelle sei angemerkt, dass Betriebsmodi denkbar sind, bei denen der Wärmetauscher 13 entgegen der Richtung 100 durchströmt wird. Sofern der Heat exchanger 13 flows and leaves through the coolant outlet opening 17. In this case, the coolant flows spirally in the axial direction in the channel 23 formed between the outer cylindrical tube 1 and the cooling coil 2. The coolant removes heat from the cooling coil 2, which in turn removes heat from the working medium. At this point it should be noted that operating modes are conceivable in which the heat exchanger 13 is flowed through counter to the direction 100. If the
Wärmetauscher im Gegenstrom betrieben wird, sind Ein- und Austrittsöffnung des Kühlmittels entsprechend vertauscht. Heat exchanger is operated in countercurrent, inlet and outlet of the coolant are reversed accordingly.
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, 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 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 from 4 to 220 bar, nitrogen as a companion at high pressure (eg. At 10 bar) by liquid nitrogen at low pressure (eg at 1 bar), due to the different pressure-dependent
Phasenübergänge zum Verflüssigen gebracht und abgeschieden werden. Der hier vorgeschlagene Wärmetauscher 13 kann somit auch zur Verflüssigung von Stickstoff eingesetzt werden. 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 Phase transitions are brought to liquefying and deposited. The heat exchanger 13 proposed here can thus also be used for the liquefaction of nitrogen. For the purpose of cleaning the heat transfer surfaces, for example of water or ice in the first stage or of higher hydrocarbons, CO2 and / or other impurities, the threaded spindle 3 of a
Antriebselement über das Kupplungselement 30 in Drehung versetzt. Das Drive element via the coupling element 30 is rotated. The
Reinigungselement 12, das in das Gewinde der Gewindespindel 3 eingreift und dadurch eine zweite Kontaktfläche bildet, wird hierdurch in eine Translationsbewegung in axiale Richtung versetzt. Auf seinem Weg in axiale Richtung nimmt das Cleaning element 12, which engages in the thread of the threaded spindle 3 and thereby forms a second contact surface, is thereby displaced in a translational movement in the axial direction. On its way in the axial direction that takes
Reinigungselement 12 die genannten auskondensierten Begleitstoffe mit. Diese werden sodann am anderen Ende des Wärmetauschers in die Cleaning element 12, the said condensed concomitants with. These are then at the other end of the heat exchanger in the
Kondensatsammelkammer 46 geschoben, sofern die Schleusenvorrichtung 40 in Sammelstellung ist. Condensate collection chamber 46 pushed, if the lock device 40 is in collection position.
Wenn das in die Kondensatsammelkammer 46 beförderte Kondensat extrahiert bzw. abgelassen werden soll, beispielsweise wenn die Kondensatsammelkammer 46 mit Kondensat gefüllt ist, kann das Schleusenkopfelement 44 um die Achse 102 gedreht bzw. geschwenkt werden, vorzugsweise um 180°, sodass die When the condensate carried into the condensate collection chamber 46 is to be extracted, for example, when the condensate collection chamber 46 is filled with condensate, the lock head element 44 can be pivoted about the axis 102, preferably by 180 °, so that the
Kondensatsammelkammer 46 und die Kondensatextraktionsöffnung 50 der Condensate collection chamber 46 and the condensate extraction opening 50 of
Kondensatablassöffnung 48 zugewandt sind und die Schleusenvorrichtung 40 somit in der Ablassstellung vorliegt. In dieser Ablassstellung und auch in jeder Stellung zwischen der Sammelstellung und der Ablassstellung dichtet die Schleusenvorrichtung 40 zu jeder Zeit den Innenraum 2a des Zylinderrohrs von der Kondensatablassöffnung 48 ab. Zwischen dem Schleusenkapselelement 42 und dem Schleusenkopfelement kann bevorzugt zumindest ein Dichtelement 52 angeordnet sein, um die Dichtheit der Schleusenvorrichtung 40 noch weiter zu erhöhen. Zudem weist gemäß der gezeigten Ausführungsform die Schleusenvorrichtung 40 ferner eine Spülausnehmung 54 auf, über welche ein Spülfluid in die Kondensatsammelkammer 46 eingeleitet werden kann, um in der Kondensatsammelkammer 46 befindliches Kondensat zuverlässig auszuspülen. Beispielsweise ist die Spülausnehmung 54 als ein Kanal und/oder eine Bohrung ausgebildet. Ferner weist das Schleusenkopfelement 46 eine Tropfkante 56 auf, um ein zuverlässiges Ablaufen bzw. Ablassen des Kondensats und/oder des Spülfluids in der Ablassstellung zu ermöglichen. Condensate drain opening 48 are facing and the lock device 40 is thus present in the drainage position. In this discharge position and also in any position between the collection position and the discharge position, the lock device 40 at all times seals the interior 2a of the cylinder tube from the condensate discharge opening 48. Between the lock capsule element 42 and the lock head element, at least one sealing element 52 can preferably be arranged in order to further increase the tightness of the lock device 40. In addition, according to the embodiment shown, the lock device 40 further comprises a flushing recess 54, via which a flushing fluid can be introduced into the condensate collection chamber 46 in order to flush out condensate located in the condensate collection chamber 46 reliably. For example, the flushing recess 54 is formed as a channel and / or a bore. Furthermore, the lock head element 46 has a drip edge 56 in order to allow reliable draining or draining of the condensate and / or the rinsing fluid in the release position.
Das Überführen der Schleusenvorrichtung 40 von der Sammelstellung in die The transfer of the lock device 40 from the collection position in the
Ablassstellung kann manuell und/oder automatisiert erfolgen. Beispielsweise kann in vorbestimmten Zeitintervallen und/oder nach jedem Reinigungsgang mit dem Discharge position can be done manually and / or automated. For example, in predetermined time intervals and / or after each cleaning cycle with the
Reinigungselement 12 ein Ablassen des Kondensats mit der Schleusenvorrichtung 40 erfolgen. Das Ablassen kann dabei vorzugsweise durch die Verwendung eines Spülfluids, welches durch die Spülausnehmung 54 eingeleitet werden kann, unterstützt werden. Cleaning element 12 a discharge of the condensate with the lock device 40 done. The draining can preferably be assisted by the use of a flushing fluid which can be introduced through the flushing recess 54.
Die Temperatur des Spülfluids kann beispielsweise zwischen 90 K und 400 K betragen, vorzugsweise zwischen 233 K und 373 K. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist das Spülfluid eine höhere Temperatur auf, als der Schmelzpunkt des Kondensats. Die Spülausnehmung 54 kann als eine zylindrische Bohrung ausgestaltet sein und vorzugsweise einen Durchmesser von zumindest 2 mm und höchstens 10 mm aufweisen, besonders bevorzugt von 3 mm bis 6 mm. Gemäß der gezeigten Ausführungsform ist die Spülausnehmung 54 tangential zur The temperature of the flushing fluid may be, for example, between 90 K and 400 K, preferably between 233 K and 373 K. According to a particularly advantageous embodiment, the flushing fluid has a higher temperature than the melting point of the condensate. The flushing recess 54 may be configured as a cylindrical bore and preferably have a diameter of at least 2 mm and at most 10 mm, particularly preferably from 3 mm to 6 mm. According to the embodiment shown, the flushing recess 54 is tangential to the
Kondensatsammelkammer 46 ausgebildet, wenngleich auch andere Condensate collection chamber 46 is formed, although others
Ausführungsformen vorteilhaft sein können. Embodiments may be advantageous.
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 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
Reinigungsvorrichtung 10 und/oder das Reinigungselement 12 und/oder die Cleaning device 10 and / or the cleaning element 12 and / or the
Kondensatextraktionsvorrichtung 38 können als wenig komplexe Austauschteile an die Bedürfnisse der jeweiligen Einsatzgebiete angepasst und im Schadensfall rasch ersetzt werden. Condensate extraction device 38 can be adapted as a little complex replacement parts to the needs of the respective applications and quickly replaced in the event of damage.
Die Figuren 2A bis 2C zeigen Querschnittsansichten von verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen von Schleusenkopfelementen 44. Das in Figur 2A gezeigte Schleusenkopfelement 44 entspricht weitgehend dem im Wärmetauscher von Figur 1 gezeigten Schleusenkopfelement 44, unterscheidet sich jedoch von diesem darin, dass das in Figur 2A gezeigt Schleusenkopfelement 44 zwei Spülausnehmungen 54 aufweist, über welche Spülfluid in die Kondensatsammelkammer 46 eingeleitet werden kann. Gemäß anderer bevorzugter Ausführungsformen kann eine andere Anzahl von Spülausnehmungen 54 bereitgestellt werden, wie etwa bis zu zehn FIGS. 2A to 2C show cross-sectional views of various preferred embodiments of the lock head elements 44. The lock head element 44 shown in FIG. 2A largely corresponds to the lock head element 44 shown in the heat exchanger of FIG. 1, but differs therefrom in that the lock head element 44 shown in FIG Spülausnehmungen 54, via which flushing fluid can be introduced into the condensate collection chamber 46. According to other preferred embodiments, a different number of flushing recesses 54 may be provided, such as up to ten
Spülausnehmungen 54. Das in Figur 2B gezeigte Schleusenkopfelement 44 zeigte eine weitere bevorzugte Ausführungsform, bei welcher eine Rückwand 46a der Kondensatsammelkammer 46 nicht geradlinig sondern gekrümmt ausgebildet ist. Insbesondere weist die Rückwand 46a eine kreissegmentförmige Krümmung auf, wobei der Krümmungsradius größer als der Durchmesser bzw. die Breite 46b der Kondensatsammelkammer 46 ist. Besonders bevorzugt ist der Krümmungsradius der Rückwand 46a zumindest zweimal und höchstens 20 mal so groß wie die Breite 46b der Kondensatsammelkammer 46. In der Rückwand ist dabei vorzugsweise mittig eine Spülausnehmung 54 angeordnet, wobei gemäß anderer Ausführungsformen auch mehrere Spülausnehmungen 54 ausgebildet sein können. Eine derartige Anordnung kann vorteilhaft für ein zuverlässiges Ablassen des Kondensats aus der Kondensatsammelkammer 46 sein. Spülausnehmungen 54. The lock head element 44 shown in Figure 2B showed a further preferred embodiment in which a rear wall 46a of the condensate collecting chamber 46 is formed not straight but curved. In particular, the rear wall 46a has a circular segment-shaped curvature, wherein the radius of curvature is greater than the diameter or the width 46b of the condensate collecting chamber 46. Particularly preferably, the radius of curvature of the rear wall 46a is at least twice and at most 20 times as large as the width 46b of the condensate collecting chamber 46. A purging recess 54 is preferably arranged centrally in the rear wall, wherein a plurality of purging recesses 54 may be formed according to other embodiments. Such an arrangement may be advantageous for reliably draining the condensate from the condensate collection chamber 46.
Figur 2C zeigt ein Schleusenkopfelement 44 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, welches drei Spülausnehmungen 54 aufweist, die über eine Verteileranordnung 54a miteinander verbunden sind. Dies ermöglicht die einfache Bereitstellung von Spülfluid über mehrere Spülausnehmungen 54, um beispielsweise eine gleichmäßige Spülung der Kondensatsammelkammer 46 zu erzielen, wenngleich das Spülfluid nur über eine Öffnung bzw. Bohrung in die Verteileranordnung 54a eingeleitet werden muss. Beispielsweise kann die Verteileranordnung 54a eine zentral angeordnete Bohrung aufweisen, über welche von außerhalb das Spülfluid eingeleitet werden kann. Die Verteileranordnung kann auch eine andere Anzahl von FIG. 2C shows a lock head element 44 according to a further preferred embodiment, which has three flushing recesses 54 which are connected to one another via a distributor arrangement 54a. This allows the easy provision of flushing fluid over several Spülausnehmungen 54, for example, to achieve a uniform flushing of the condensate collection chamber 46, although the flushing fluid must be introduced only via an opening or bore in the manifold assembly 54a. For example, the distributor arrangement 54a may have a centrally arranged bore, via which the flushing fluid can be introduced from outside. The manifold assembly may also have a different number of
Spülausnehmungen 54, die davon abzweigen, aufweisen, wie etwa bis zu zehn Spülausnehmungen 54. Die Verzweigungen, welche zu den Spülausnehmungen 54 führen, können beispielsweise jeweils einen Winkel von zumindest 10° und höchstens 135° zueinander einschließen. Im gezeigten Fall mit drei Spülausnehmungen 54 schließen die benachbarten Spülausnehmungen 54 vorzugsweise einen Winkel von etwa 60° zueinander ein, jener der um die mittlere Spülausnehmung angeordneten (quasi gespiegelten) Spülausnehmungen 54 beträgt etwa 120°. Bezugszeichen Flushing recesses 54 branching therefrom, such as up to ten flushing recesses 54. The branches leading to the flushing recesses 54 may, for example, each enclose an angle of at least 10 ° and at most 135 ° to each other. In the case shown with three Spülausnehmungen 54 close the adjacent Spülausnehmungen 54 preferably at an angle of about 60 ° to each other, that of the arranged around the middle Spülausnehmung (quasi mirrored) Spülausnehmungen 54 is about 120 °. reference numeral
1 Außenzylinderrohr 1 outer cylinder tube
2 Kühlwendel  2 cooling coil
2a Innenwand der Kühlwendel  2a inner wall of the cooling coil
3 Gewindespindel  3 threaded spindle
5 Axial-/Radial-Mischlager  5 axial / radial mixed storage
8 Gleitlagerbuchse  8 plain bearing bush
10 Reinigungsvorrichtung  10 cleaning device
12 Reinigungselement  12 cleaning element
13 Wärmetauscher  13 heat exchangers
14 Arbeitsmedium-Eintrittsöffnung  14 working medium inlet opening
15 Arbeitsmedium-Austrittsöffnung  15 working medium outlet opening
16 Kühlmittel-Eintrittsöffnung  16 coolant inlet opening
17 Kühl m ittel-Au strittsöffn u n g  17 Cooling medium opening openings
21 Wendel auf der Außenfläche der Kühlwendel 21 helix on the outer surface of the cooling coil
22 Führungsnut 22 guide groove
23 Kanal der Kühlwendel  23 channel of the cooling coil
30 Kupplungselement  30 coupling element
38 Kondensatextraktionsvorrichtung  38 condensate extraction device
40 Schleusenvorrichtung  40 lock device
42 Schleusenkapsel  42 lock capsule
44 Schleusenkopfelement  44 lock head element
46 Kondensatsammelkammer  46 condensate collection chamber
46a Rückwand der Kondensatsammelkammer 48 Kondensatablassöffnung  46a Rear wall of the condensate collection chamber 48 Condensate discharge opening
50 Kondensatextraktionsöffnung  50 condensate extraction opening
52 Dichtelement  52 sealing element
54 Spülausnehmung  54 flushing recess
54a Verteileranordnung  54a distribution arrangement
56 Tropfkante  56 drip edge
100 axiale Richtung 100 axial direction
102 Drehachse (des Schleusenkopfelements)  102 axis of rotation (of the lock head element)

Claims

Patentansprüche claims
1. Kondensatextraktionsvorrichtung (38) für einen Wärmetauscher (13), aufweisend: eine Kondensatablassöffnung (48); A condensate extraction device (38) for a heat exchanger (13), comprising: a condensate discharge port (48);
eine Schleusenvorrichtung (40) mit einer Kondensatsammelkammer (46), wobei die Schleusenvorrichtung (40) in einer Sammelstellung und in einer Ablassstellung anordenbar ist;  a lock device (40) with a condensate collection chamber (46), wherein the lock device (40) can be arranged in a collection position and in a release position;
wobei die Kondensatextraktionsvorrichtung (38) derart an einen Wärmetauscher (13) anbringbar ist, dass die Kondensatsammelkammer (46) in der  wherein the condensate extraction device (38) is attachable to a heat exchanger (13) such that the condensate collection chamber (46) in the
Sammelstellung zu einem Innenraum (2a) des Wärmetauschers (13) geöffnet und zur Kondensatablassöffnung (48) geschlossen ist, und dass die  Collection position to an interior (2 a) of the heat exchanger (13) is opened and closed to the condensate discharge opening (48), and that the
Kondensatsammelkammer (46) in der Ablassstellung zum Innenraum (2a) des Wärmetauschers (13) geschlossen ist und zur Kondensatablassöffnung (48) geöffnet ist.  Condensate collecting chamber (46) in the discharge position to the interior (2a) of the heat exchanger (13) is closed and is open to the condensate discharge opening (48).
2. Kondensatextraktionsvorrichtung (38) gemäß Anspruch 1 , wobei die 2. Condensate extraction device (38) according to claim 1, wherein the
Kondensatsammelkammer (46) eine Kondensatextraktionsöffnung (50) aufweist, welche in der Sammelstellung dem Innenraum (2a) des Wärmetauschers (13) zugewandt anordenbar ist und in der Ablassstellung der Kondensatablassöffnung (50) zugewandt ist.  Condensate collection chamber (46) has a condensate extraction opening (50), which in the collection position facing the interior (2a) of the heat exchanger (13) can be arranged and in the drainage position of the condensate drain opening (50) faces.
3. Kondensatextraktionsvorrichtung (38) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die 3. Condensate extraction device (38) according to claim 1 or 2, wherein the
Schleusenvorrichtung (40) eine Schleusenkapsel (42) aufweist, in welcher die Kondensatablassöffnung (48) ausgebildet ist und welche mit dem Wärmetauscher (13) verbindbar ist, und wobei die Schleusenvorrichtung (40) ein in der  Lock device (40) has a lock capsule (42) in which the Kondensatablassöffnung (48) is formed and which is connectable to the heat exchanger (13), and wherein the lock device (40) in the
Schleusenkapsel (42) angeordnetes Schleusenkopfelement (44) aufweist, in welchem die Kondensatsammelkammer (46) ausgebildet ist, und welches in der Schleusenkapsel (42) zwischen der Sammelstellung und der Ablassstellung schwenkbar ist.  Has lock capsule (42) arranged Schleusenkopfelement (44), in which the condensate collecting chamber (46) is formed, and which is pivotable in the lock capsule (42) between the collection position and the Ablassstellung.
4. Kondensationsextraktionsvorrichtung (38) gemäß Anspruch 3, wobei das The condensation extraction apparatus (38) according to claim 3, wherein said
Schleusenkopfelement (44) kugelförmig oder zylinderförmig ausgebildet ist.  Lock head element (44) is spherical or cylindrical.
5. Kondensationsextraktionsvorrichtung (38) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schleusenvorrichtung (40) zumindest eine Spülausnehmung (54) aufweist, welche sich von einer Außenseite des Schleusenkopfelements (44) zur Kondensatsammelkammer (46) erstreckt und dazu ausgelegt ist, ein Spülfluid in die Kondensatsammelkammer (46) zu leiten. 5. Condensation extraction device (38) according to one of the preceding claims, wherein the lock device (40) at least one flushing recess (54) extending from an exterior of the lockhead element (44) to the condensate collection chamber (46) and adapted to direct a flushing fluid into the condensate collection chamber (46).
6. Kondensationsextraktionsvorrichtung (38) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Kondensatextraktionsöffnung (50) zumindest eine Tropfkante (56) ausgebildet ist. 6. Condensation extraction device (38) according to one of the preceding claims, wherein at least one drip edge (56) is formed on the condensate extraction opening (50).
7. Wärmetauscher (13) mit einem Zylinderrohr, wobei an dem Zylinderrohr eine 7. heat exchanger (13) with a cylinder tube, wherein on the cylinder tube a
Kondensationsextraktionsvorrichtung (38) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet ist.  Condensation extraction device (38) according to one of the preceding claims is arranged.
8. Wärmetauscher (13) gemäß Anspruch 7, ferner umfassend eine 8. Heat exchanger (13) according to claim 7, further comprising a
Reinigungsvorrichtung (10), wobei der Wärmetauscher (13) dazu ausgelegt ist, mittels der Reinigungsvorrichtung (10) in dem Zylinderrohr befindliches Kondensat über die Kondensatextraktionsöffnung (50) in die Kondensatsammelkammer (46) zu befördern, wenn die Schleusenvorrichtung (40) in der Sammelstellung angeordnet ist, und das in die Kondensatsammelkammer (46) beförderte  Cleaning device (10), wherein the heat exchanger (13) is adapted to convey by means of the cleaning device (10) located in the cylinder tube condensate through the condensate extraction port (50) in the condensate collection chamber (46) when the lock device (40) in the collection position is arranged, and in the condensate collection chamber (46) transported
Kondensat aus der Kondensatsammelkammer (46) abzulassen, wenn die  Discharge condensate from the condensate collection chamber (46) when the
Schleusenvorrichtung (40) in der Ablassstellung angeordnet ist.  Lock device (40) is arranged in the Ablassstellung.
9. Wärmetauscher (13) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei das Schleusenkopfelement (44) um eine Achse (102) senkrecht zu einer Längsrichtung (100) des 9. The heat exchanger (13) according to claim 7 or 8, wherein the lock head element (44) about an axis (102) perpendicular to a longitudinal direction (100) of the
Zylinderrohrs zwischen der Sammelstellung und der Ablassstellung schwenkbar ist.  Cylinder tube between the collection position and the Ablassstellung is pivotable.
10. Wärmetauscher (13) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die 10. The heat exchanger (13) according to any one of claims 7 to 9, wherein the
Kondensatablassöffnung (48) entlang der Längsrichtung (100) des Zylinderrohrs angeordnet ist.  Condensate drain opening (48) along the longitudinal direction (100) of the cylinder tube is arranged.
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