FLUIDLEITUNGSVORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM MISCHEN VON FLUIDEN

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen eines Sekundärfluids in ein

Primärfluid, sowie ein Verfahren zur Überwachung einer Rohrströmung, sowie eine Fluidleitungsvorrichtung, insbesondere für einen Rohrboden eines Wärmetauschers und/oder für einen Rohrreaktor und/oder für einen statischen Mischer.

Stand der Technik

Viele Anlagen und Prozesse erfordern für einen effizienten Betrieb bzw. Ablauf eine kontrollierte Einspeisung von einem oder mehreren Fluiden. Sofern die Einspeisung von mehreren Fluiden erforderlich ist, kann dabei insbesondere eine möglichst kontrollierte Verteilung, wie etwa eine Gleichverteilung, von mehreren Fluiden bzw. Phasen erforderlich sein, um beispielsweise eine homogene Durchmischung bzw. Verteilung der Fluide in der Strömung der eingespeisten Fluide zu erzielen.

Insbesondere bei filigranen Rohrleitungssystemen, wie diese beispielsweise oftmals bei Rohrböden von Wärmetauschern zum Einsatz gelangen, wie etwa in einem TEMA- Wärmetauscher und/oder bei gewickelten Wärmetauschern, ist eine Einspeisung mehrerer Fluide derart, dass diese eine möglichst homogene Durchmischung aufweisen, oftmals technisch nicht oder nur unzureichend oder mit einem sehr großen technischen Aufwand realisierbar. Technische Lösungen, welche beispielsweise aus anderen technischen Gebieten bekannt sind, wie etwa die Verwendung einer

Zweiphasenleiste bei Plattenwärmeübertragern, sind jedoch für viele filigrane

Rohrleitungssysteme nicht geeignet und daher nicht anwendbar und/oder ermöglichen keine ausreichende Durchmischung der Fluide.

Herkömmlicherweise werden deshalb häufig Apparate und/oder filigrane

Rohrleitungssysteme mit einem zweiphasigen Eintritt, d.h. mit einer Einspeisung für zwei verschieden-phasige Fluide, überdimensioniert, um zumindest teilweise eine Entmischung zu kompensieren. Alternativ oder zusätzlich müssen die Prozesse typischerweise unter Inkaufnahme eines Effizienzverlustes umgestaltet werden, sofern die ungewünschte Entmischung einen erheblichen negativen Einfluss auf den Prozess hätte, wie dies beispielsweise bei Autorefrigerationsprozessen der Fall sein kann.

Wenn beispielsweise in einem Wärmetauscher ein Fluid kondensiert werden soll, welches bereits zweiphasig in den Wärmetauscher eintritt, kann es in einer Rohrleitung vor dem Eintritt in den Wärmetauscher, also stromauf des Eintritts in den Rohrboden, zu einer Entmischung der zwei Phasen kommen. Dies kann zur Folge haben, dass stromab des Rohrbodens einige Wärmetausche-Rohre vollständig oder größtenteils mit Flüssigkeit gefüllt sind und andere vollständig oder größtenteils mit Gas. Die bereits mit Flüssigkeit gefüllten Rohre können keine Kondensation bewirken und tragen somit nicht zur Kondensation des Fluides bei. Die gesamte für die Kondensation nötige Wärmeabfuhr muss in diesem Fall somit über die zu Beginn vollständig oder überwiegend gasgefüllten Rohre erfolgen. Um die - durch die mit Flüssigkeit gefüllten Rohre - verlorene Heizfläche zu kompensieren, werden herkömmlicherweise häufig die Wärmetauscher mit einer größeren Anzahl von Rohren ausgestatte, als eigentlich nötig wäre, um im nicht abgetauchten Bereich, d.h. in den nicht mit Flüssigkeit gefüllten Rohren noch genügend Heizfläche zur Verfügung zu haben. Somit ist zur

Kompensation einer Entmischung eines mehrphasigen Fluides in dem Wärmetauscher herkömmlicherweise oftmals eine Überdimensionierung erforderlich.

Ferner wird typischerweise häufig eines von zwei Fluiden bzw. Phasen um das filigrane Rohrleitungssystem mittels eines Bypass herumgeführt und im Anschluss, d.h. nach dem filigranen Rohrleitungssystem, dem Hauptstrom zugeführt, was ebenfalls einen Effizienzverlust zur Folge haben kann und zudem die Herstellungskosten und/oder die Komplexität der Anlage erhöht.

Ähnliche technische Schwierigkeiten stellen sich bei einer Überwachung eines

Prozessschrittes bzw. einer Strömung in einem filigranen Rohrleitungssystem, wie etwa einem Rohrboden ein. Beispielsweise kann für eine lokale Steuerung bzw.

Regelung eines Prozessschrittes in einem Wärmetauscher und/oder in einem

Rohrreaktor eine räumlich kontrollierte Einspeisung von verschiedenen Fluiden erforderlich sein, was häufig aufgrund der erschwerten Zugänglichkeit des filigranen Rohrleitungssystems und/oder den oftmals hohen Belastungen, welchen

anzubringende Sensoren ausgesetzt sind, nicht oder nur unter großem technischen Aufwand realisierbar ist. Insbesondere kann es erforderlich oder wünschenswert sein, einzelne Rohrfraktionen, d.h. eine Teilmenge aller Rohre, eines Apparats und/oder eines filigranen Rohrleitungssystems und/oder eines Wärmetauschers die Strömung in einem einzelnen Strömungsrohr zu überwachen, um die Strömung in einzelnen Fraktionen des filigranen Rohrleitungssystems zu steuern und/oder zu regeln.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Fluidleitungsvorrichtung und ein Verfahren zum Mischen eines Sekundärfluids in ein Primärfluid bereitzustellen, welche eine zuverlässige Einspeisung von Fluiden ermöglichen und einen geringen

technischen Aufwand zu deren Realisierung erfordern.

Die Aufgabe wird durch eine Fluidleitungsvorrichtung, einen Rohrboden, einen

Rohrreaktor, einen statischen Mischer und ein Verfahren zum Mischen eines

Sekundärfluids in ein Primärfluid mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Fluidleitungsvorrichtung mit einem Leitungsblock, innerhalb welchem mehrere Primärleitungen ausgebildet sind, welche in eine Primärleitungsrichtung verlaufen und dazu ausgelegt sind, ein Primärfluid zu leiten. Ferner weist die Fluidleitungsvorrichtung zumindest eine Sekundärleitung auf, welche zumindest teilweise in eine zumindest teilweise senkrecht zur

Primärleitungsrichtung verlaufende Sekundärleitungsrichtung verläuft und welche dazu ausgelegt ist, ein Sekundärfluid zu leiten. Dabei mündet die zumindest eine

Sekundärleitung in zumindest eine der Primärleitungen, um ein Strömen des

Sekundärfluids über die Sekundärleitung in die zumindest eine Primärleitung zu ermöglichen. Die Fluidleitungsvorrichtung ist zumindest teilweise durch ein additives Fertigungsverfahren gebildet, wobei die mehreren Primärleitungen ausschließlich in einer Primärleitungsrichtung parallel zueinander verlaufen, wobei die

Fluidleitungsvorrichtung derart konfiguriert ist, dass sie zwischen zwei

Rohrleitungselementen angeordnet werden kann und mit diesen derart befestigt werden kann, dass ein Primärfluidstrom durch das erste Rohrleitungselement in Primärleitungsrichtung derart auf die Fluidleitungsvorrichtung gelangt, dass der Primärfluidstrom in die Primärleitungen im Leitungsblock eindringen kann und dass ein aus der Fluidleitungsvorrichtung ausströmendes Fluid in Primärleitungsrichtung aus der Fluidleitungsvorrichtung in das zweite Rohrleitungselement strömen kann. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Rohrboden für einen

Wärmetauscher, wobei der Rohrboden eine erfindungsgemäße

Fluidleitungsvorrichtung aufweist und wobei der Rohrboden dazu ausgelegt ist, dass Rohrleitungen an die Primärleitungen anschließbar sind.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Rohrreaktor, welcher eine erfindungsgemäße Fluidleitungsvorrichtung aufweist, wobei an die Primärleitungen in die Primärleitungsrichtung verlaufend zumindest ein Reaktorrohr angeschlossen ist.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen statischen Mischer, welcher eine erfindungsgemäße Fluidleitungsvorrichtung aufweist, wobei an die Primärleitungen in die Primärleitungsrichtung verlaufend zumindest ein Rohrleitungselement, wie etwa ein Hauptströmungsrohr, angeschlossen ist.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Mischen eines Sekundärfluids in ein Primärfluid, umfassend ein Bereitstellen einer zumindest teilweise durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellten Fluidleitungsvorrichtung mit einem Leitungsblock, innerhalb welchem mehrere Primärleitungen ausgebildet sind, welche in eine Primärleitungsrichtung verlaufen und dazu ausgelegt sind, ein

Primärfluid zu leiten; mit zumindest einer Sekundärleitung, welche zumindest teilweise in eine zumindest teilweise senkrecht zur Primärleitungsrichtung verlaufende

Sekundärleitungsrichtung verläuft und welche dazu ausgelegt ist, ein Sekundärfluid zu leiten; wobei die zumindest eine Sekundärleitung in zumindest eine der

Primärleitungen mündet, um ein Strömen des Sekundärfluids über die Sekundärleitung in die zumindest eine Primärleitung zu ermöglichen, wobei die mehreren

Primärleitungen ausschließlich in einer Primärleitungsrichtung parallel zueinander verlaufen, wobei die Fluidleitungsvorrichtung derart konfiguriert ist, dass sie zwischen zwei Rohrleitungselementen angeordnet werden kann und mit diesen derart befestigt werden kann, dass ein Primärfluidstrom durch das erste Rohrleitungselement in Primärleitungsrichtung derart auf die Fluidleitungsvorrichtung gelangt, dass der Primärfluidstrom in die Primärleitungen im Leitungsblock eindringen kann und dass ein aus der Fluidleitungsvorrichtung ausströmendes Fluid in Primärleitungsrichtung aus der Fluidleitungsvorrichtung in das zweite Rohrleitungselement strömen kann. Ferner weist das Verfahren ein derartiges Einspeisen des Primärfluids in die Primärleitungen auf, dass das Primärfluid durch die Primärleitungen strömt, sowie ein derartiges Einspeisen des Sekundärfluids über die zumindest eine Sekundärleitung in die Primärleitungen, dass in den Primärleitungen eine Durchmischung des Sekundärfluids mit dem

Primärfluid erfolgt.

Der Leitungsblock, innerhalb welchem die mehreren Primärleitungen ausgebildet sind, ist vorzugsweise einstückig ausgebildet. Die Primärleitungen können beispielsweise als Ausnehmungen in dem Leitungsblock ausgebildet sein und/oder als

Primärleitungselemente in dem Leitungsblock verlaufend angeordnet und/oder befestigt sein. Beispielsweise kann der Leitungsblock vorzugsweise mittels eines additiven Fertigungsverfahrens Druck derart hergestellt werden, dass die

Primärleitungen bereits bei Fertigstellung des Leitungsblock mit ausgebildet sind.

Das Primärfluid und/oder das Sekundärfluid umfassen jeweils ein Fluid, welches vorzugsweise in Gasphase und/oder in flüssiger Phase und/oder als ein partikuläres Fluid, wie etwa als ein Partikelstrom, vorliegen kann. Vorzugsweise ist das Primärfluid ein mittels der Fluidleitungsvorrichtung zu leitendes Fluid, welchem zumindest ein Sekundärfluid beigemischt werden soll. Vorzugsweise sind die Durchmesser der Primärleitungen größer als die Durchmesser der Sekundärleitungen. Vorzugsweise ermöglichen die Primärleitungen einen höheren Durchfluss von Fluid als die

Sekundärleitungen. Dass die zumindest eine Sekundärleitung in zumindest eine der Primärleitungen mündet, bedeutet dabei, dass ein durch die zumindest eine

Sekundärleitung strömendes Fluid in die zumindest eine Primärleitung strömen kann, in welche die entsprechend geformte und angeordnete Sekundärleitung mündet.

Das additive Fertigungsverfahren kann dabei vorzugsweise ein 3D-Drucken umfassen, sowie beispielsweise SLM (engl.: Selective Laser Melting) und/oder SLS (engl.:

Selective Laser Sintering). Die Erfindung bietet den Vorteil, dass die mehreren Primärleitungen dazu genutzt werden können, ein Primärfluid hindurchströmen zu lassen, während mittels der zumindest einen Sekundärleitung ein Sekundärfluid beigemischt bzw. eingespritzt bzw. injiziert werden kann. Insbesondere strömt das Primärfluid durch die mehreren

Primärleitungen, weshalb bereits innerhalb des Leitungsblocks bzw. innerhalb der Fluidleitungsvorrichtung eine Mehrzahl von Teilströmen des Primärfluids vorliegen, in welche sodann das Sekundärfluid injiziert werden kann. Dadurch, dass das

Sekundärfluid in die mehreren Teilströme des Primärfluids injiziert werden kann, kann eine homogenere Verteilung des Sekundärfluids in das Primärfluid erreicht werden, da vorzugsweise das Sekundärfluid gleichmäßig und/oder gemäß einer gewünschten räumlichen Verteilung auf die mehreren Primärleitungen bzw. Teilströme des

Primärfluids verteilt werden kann. Dies bietet eine bessere Durchmischung, als dies beispielweise herkömmlich erreichbar ist, wenn in eine einzige Hauptströmung des Primärfluids an einer oder mehreren Stellen seitlich das Sekundärfluid injiziert wird, da in dem herkömmlichen Fall der Durchmesser der Hauptströmung typischerweise einen deutlich größeren Durchmesser aufweist, als ein einzelner Teilstrom.

Ferner bietet die Erfindung den Vorteil, dass mittels der zumindest einen

Sekundärleitung die mehreren Primärleitungen bzw. Teilströme des Primärfluids zugänglich gemacht werden, und auf diese Weise nach den entsprechenden

Bedürfnissen von eingespeistem Sekundärfluid erreicht werden können. Auf diese Weise kann ein auf die mehreren Primärleitungen aufgeteilter Hauptstrom des

Primärfluids d.h. ein Primärfluidstrom räumlich adressiert werden, um in bestimmten Teilströmen das Sekundärfluid einzuströmen bzw. zu injizieren. Ferner bietet die Erfindung den Vorteil, dass die Fluidleitungsvorrichtung in einer kompakten und vorzugsweise integralen Bauweise hergestellt werden kann. Dies bietet den Vorteil, dass auf kleinstem Raum die Primärleitungen bzw. Teilströme des

Primärfluids zugänglich sind, ohne dass dafür ein hohes Maß an Platzbedarf und/oder technisch und/oder finanziell aufwendige Strukturen erforderlich sind. Insbesondere durch die zumindest teilweise Herstellung der Fluidleitungsvorrichtung mittels eines additiven Fertigungsverfahrens bzw. 3D-Drucken können das Fluidleitungsbauteil und insbesondere der Leitungsblock, sowie die zumindest eine Sekundärleitung als integrales Bauteil hergestellt werden, ohne dass technisch aufwendige

Nachbearbeitungen an nur schwer zugänglichen Stellen zwingend erforderlich sind. Ferner kann die erfindungsgemäße Fluidleitungsvorrichtung ggf. mit Strukturen hergestellt werden, welche mit andersartigen Herstellungsverfahren nicht herstellbar sind.

Vorzugsweise verlaufen die mehreren Primärleitungen im Wesentlichen parallel zueinander. Dies bietet den Vorteil, dass eine große Anzahl von Primärleitungen in dem Leitungsblock untergebracht bzw. angeordnet werden können und/oder Abstände zwischen den Primärleitungen im Leitungsblock minimiert werden können. Auf diese Weise lässt sich eine Gesamtquerschnittsfläche bzw. eine Gesamtdurchflussmenge bzw. -rate durch die Gesamtheit aller im Leitungsblock ausgebildeten Primärleitungen erhöhen bzw. maximieren.

Vorzugsweise ist die zumindest eine Sekundärleitung im Wesentlichen in zumindest einer Sekundärleitungsebenebene verlaufend angeordnet, wobei die zumindest eine Sekundärleitungsebene vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zur

Primärleitungsrichtung verläuft. "Im Wesentlichen senkrecht zur

Primärleitungsrichtung" bedeutet dabei, dass geringe Abweichungen, wie etwa durch Fertigungstoleranzen, möglich sind, wobei dies dennoch als ein senkrechter Verlauf erachtet werden soll. Mit anderen Worten verläuft die zumindest eine Sekundärleitung zumindest teilweise, bevorzugt jedoch zum größten Teil oder vollständig, senkrecht zu den Primärleitungen. Dies bietet die Möglichkeit, die Fluidleitungsvorrichtung kompakt und/oder platzsparend auszugestalten. Ferner bietet dies die Möglichkeit, dass mittels der zumindest einen Sekundärleitung das Sekundärfluid an jeweils gleicher Stelle entlang der Primärleitungsrichtung in die jeweiligen Primärleitungen eingespeist werden kann. Vorzugsweise weist die Fluidleitungsvorrichtung mehrere

Sekundärleitungen auf, welche in derselben Ebene senkrecht zur

Primärleitungsrichtung liegend angeordnet sind und/oder in mehreren Ebenen senkrecht zur Primärleitungsrichtung liegend angeordnet sind. Dies bietet den Vorteil, dass das gleiche und/oder unterschiedliche Sekundärfluide an gleichen und/oder unterschiedlichen Stellen entlang der Primärleitungsrichtung eingespeist werden können.

Vorzugsweise ist die zumindest eine Sekundärleitung zumindest teilweise innerhalb des Leitungsblocks ausgebildet. Besonders bevorzugt kann der Leitungsblock bereits direkt mit der zumindest einen darin ausgebildeten Sekundärleitung hergestellt werden. Sofern die Fluidleitungsvorrichtung mehrere Sekundärleitungen aufweist, können diese vorzugsweise teilweise, besonders bevorzugt jedoch alle, innerhalb des Leitungsblocks verlaufen. Dies hat den Vorteil, dass die Fluidleitungsvorrichtung besonders kompakt aufgebaut werden kann und/oder eine für das Mischen des Primärfluids mit dem Sekundärfluid besonders vorteilhafte Anordnung der Primärleitungen und des

Sekundärleitungen erreicht werden kann. Vorzugsweise ist die zumindest eine Sekundärleitung zumindest teilweise als eine Sekundärleitungsstruktur ausgebildet. Die Sekundärleitungsstruktur kann dabei innerhalb des Leitungsblocks angeordnet bzw. ausgebildet sein und/oder zumindest teilweise außerhalb des Leitungsblocks ausgebildet sein und vorzugsweise an dem Leitungsblock befestigt sein.

Sofern die zumindest eine Sekundärleitung und/oder die Sekundärleitungsstruktur zumindest teilweise außerhalb des Leitungsblocks ausgebildet und/oder befestigt ist kann dies den Vorteil bieten, dass die Fluidleitungsvorrichtung auf besonders einfache Weise hergestellt werden kann. Zudem kann dies den Vorteil bieten, dass die zumindest eine Sekundärleitung und/oder die Sekundärleitungsstruktur auf einen bereits vorgefertigten Leitungsblock und/oder ein bereits vorgefertigtes

Fluidleitungselement nachträglich angebracht und/oder aufgebracht werden kann, beispielsweise mittels eines additiven Fertigungsverfahrens bzw. 3D-Drucken. Somit kann beispielsweise ein Fluidleitungselements, welches nicht mit zumindest einer integrierten Sekundärleitung versehen ist, nachträglich mit zumindest einer

Sekundärleitung und/oder einer Sekundärleitungsstruktur nachgerüstet werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorzugsweise die Sekundärleitungsstruktur einstückig mit dem Leitungsblock ausgebildet sein und/oder vorzugsweise zumindest teilweise durch ein additives Fertigungsverfahren bzw. 3D-Drucken hergestellt sein. Dies bietet den Vorteil, dass der Leitungsblock mit den Primärleitungen und der

Sekundärleitungsstruktur vorzugsweise in einem Arbeitsschritt mittels 3-D Drucken hergestellt werden kann. Dies bietet wiederum den Vorteil, dass beispielsweise der Leitungsblock und insbesondere die Sekundärleitungen bzw. die

Sekundärleitungsstruktur als besonders komplexe Strukturen hergestellt werden können, welche beispielsweise mit anderen Herstellungsverfahren nicht realisierbar wären. Ferner bietet dies den Vorteil, dass der Leitungsblock nach dessen Herstellung nicht notwendigerweise in aufwendigen Arbeitsschritten nachbearbeitet werden muss, um die Sekundärleitungsstruktur zu erzeugen.

Vorzugsweise weisen die mehreren Primärleitungen jeweils eine Einlassöffnung auf, wobei die Einlassöffnungen der mehreren Primärleitungen vorzugsweise in einer Einlassebene liegend angeordnet sind und wobei der Leitungsblock vorzugsweise bündig mit den Einlassöffnungen abschließt. Besonders bevorzugt weist der

Leitungsblock eine ebene Fläche auf, in welche als Ausnehmungen die

Einlassöffnungen der mehreren Primärleitungen ausgebildet sind und von welcher sich die Primärleitungen in Primärleitungsrichtung von der Einlassebene weg erstrecken. Dies bietet den Vorteil, dass das Primärfluid, welches in die Primärleitungen eingespeist werden soll, beispielsweise mittels eines großen Strömungsrohrs auf den Leitungsblock bzw. auf die Einlassebene geleitet werden kann, sodass das Primärfluid dort mittels des Leitungsblocks bzw. der Fluidleitungsvorrichtung in die

Einlassöffnungen der mehreren Primärleitungen geleitet wird.

Vorzugsweise ist die Fluidleitungsvorrichtung einstückig ausgebildet. Mit anderen Worten sind vorzugsweise der Leitungsblock, die Primärleitungen, die zumindest eine Sekundärleitung bzw. die Sekundärleitungsstruktur einstückig ausgebildet, besonders bevorzugt zumindest teilweise mittels eines additiven Fertigungsverfahrens. Dies bietet den Vorteil, dass die Fluidleitungsvorrichtung besonders kompakt hergestellt werden kann und/oder mit einem geringen Arbeitsaufwand hergestellt werden kann.

Bevorzugt mündet die zumindest eine Sekundärleitung in eine Mehrzahl von

Primärleitungen der mehreren Primärleitungen. Dies bietet den Vorteil, dass mittels der zumindest einen Sekundärleitung über entsprechende Mündungen oder Abzweigungen oder einfach über Auslassöffnungen eine Mehrzahl von Primärleitungen versorgt werden kann bzw. zugänglich ist. Somit kann die Anzahl der Sekundärleitungen reduziert werden und dennoch eine große Anzahl von Primärleitungen mit

Sekundärfluid versorgt werden.

Besonders bevorzugt mündet in jede der Primärleitungen zumindest eine

Sekundärleitung. Dies bietet den Vorteil, dass in jede der Primärleitungen ein

Sekundärfluid eingespeist werden kann. Bevorzugt kann das Einspeisen des Sekundärfluids über eine oder mehrere

Sekundärleitungen der mehreren Sekundärleitungen unabhängig von den übrigen Sekundärleitungen der mehreren Sekundärleitungen erfolgen. Dies bietet den Vorteil, dass das Einspeisen bzw. Injizieren des Sekundärfluid nicht notwendigerweise gleichmäßig bzw. gleichartig über alle Sekundärleitungen erfolgen muss, sondern dass beispielsweise gezielt Sekundärfluid über eine oder manche der Sekundärleitungen eingespeist werden kann. Dies bietet zudem den Vorteil, dass vorzugsweise das Sekundärfluid gezielt in nur manche der Primärleitungen eingespeist werden kann. Insbesondere bei der Verwendung in einem Rohrreaktor kann dies beispielsweise den Vorteil bieten, dass an unterschiedlichen Stellen des Querschnitts des Rohrreaktors der Reaktionsablauf durch gezieltes Einspeisen des Sekundärfluid gezielt gesteuert bzw. geregelt werden kann.

Bevorzugt kann ein erfindungsgemäßer Rohrboden für einen Wärmetauscher zumindest teilweise durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt werden. Dies bietet den Vorteil, dass der Rohrboden besonders kompakt und/oder mit einer komplexen Struktur hergestellt werden kann, welche mittels anderweitiger

Herstellungsverfahren nicht realisierbar wären. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der

Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

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.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen

beschrieben.

Figurenbeschreibung

Figur 1 A zeigt in einer schematischen Darstellung eine Fluidleitungsvornchtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in Draufsicht.

Figur 1 B zeigt in einer schematischen Darstellung eine Fluidleitungsvornchtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in Draufsicht. Figur 2A zeigt in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt einer

Fluidleitungsvorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform.

Figur 2B zeigt in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt einer

Fluidleitungsvorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform.

Figur 2C zeigt in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt einer

Fluidleitungsvorrichtung, die nicht Teil der Erfindung ist. Figur 3 zeigt in einer schematischen Darstellung einen statischen Mischer gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform, welcher eine Fluidleitungsvorrichtung aufweist.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen Figur 1 A zeigt in einer schematischen Darstellung eine Fluidleitungsvorrichtung 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in Draufsicht. Die Fluidleitungsvorrichtung 10 weist einen Leitungsblock 12 auf, in welchem mehrere Primärleitungen 14 ausgebildet sind. Wenngleich nicht alle der als kreisrunde Öffnungen dargestellten Primärleitungen 14 mit Bezugszeichen versehen sind, stellen dennoch sämtliche gleichartigen kreisrunden Öffnungen jeweils eine Primärleitung 14 dar. Die

Primärleitungen 14 verlaufen in die Primärleitungsrichtung 100, welche in der gezeigten Darstellung in die Zeichenebene hinein verläuft.

In einer Ebene senkrecht zur Primärleitungsrichtung 100 verlaufen mehrere

Sekundärleitungen 16, welche in die Primärleitungen 14 münden. Über die

Sekundärleitungen 16 kann über die Zuleitungen 16a in Sekundärleitungsrichtung 102 das Sekundärfluid in die Primärleitungen 14 injiziert werden. Alternativ, was nicht Teil der Erfindung ist, oder zusätzlich können über die Sekundärleitungen 16 ein oder mehrere Sensorelemente 22 (siehe Figur 2C) eingeführt werden, um beispielsweise mit einem Strom von Primärfluid in den Primärleitungen 14 in Kontakt zu treten.

Als Sekundärleitungsrichtung 102 soll dabei die Strömungsrichtung des Sekundärfluid in den Sekundärleitungen 16 gelten, wenngleich diese im mathematischen Sinne nicht strikt in eine Richtung verläuft. Gemäß der gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Fluidleitungsvorrichtung 10 mündet in jede Primärleitung 14 eine Sekundärleitung 16, während jede

Sekundärleitung 16 in eine Mehrzahl von Primärleitungen 14 mündet. Das

Sekundärfluid kann dabei über eine Zuleitung 16a oder zeitlich nacheinander oder gleichzeitig über beide Zuleitungen 16a von beiden Seiten eingespeist werden. Das gleichzeitige Einspeisen über beide Zuleitungen 16a stellt vorzugsweise eine relative gleichmäßige Zuspeisung des Sekundärfluids in jede Primärleitung sicher, da sämtliche Strömungswege des Sekundärfluids somit ähnliche Längen und dadurch ähnliche Druckverluste aufweisen. Es bietet außerdem den Vorteil, dass das

Sekundärfluid schneller bzw. mit einer höheren Flussrate eingespeist werden kann, als wenn das Sekundärfluid nur über eine der Zuleitungen 16a eingespeist wird.

Beispielsweise kann die Fluidleitungsvorrichtung 10 in einem Rohrboden und/oder als ein Rohrboden für einen Wärmetauscher ausgebildet sein. Alternativ kann die

Fluidleitungsvorrichtung 10 in einem Rohrreaktor verwendet werden, beispielsweise in einem Rohrbündelreaktor (nicht gezeigt). Ein Rohrreaktor kann mehrere vorzugsweise parallel verlaufende Rohre aufweisen, die von einem Prozessmedium

durchströmt werden. Beispielsweise kann das Prozessmedium als das Primärfluid vorliegen und mittels der Fluidleitungsvorrichtung 10 bzw. der Primärleitungen 14 in die einzelnen Rohre des Rohrreaktors geleitet werden. In den Rohren können sodann die gewünschten chemischen Umsätze stattfinden. Oftmals sind mit chemischen

Reaktionen Wärmeabgaben verbunden. Um den Rohrreaktor in einem zulässigen Temperaturbereich zu betreiben, muss die von exothermen Reaktionen freigesetzte Wärme unter Umständen abgeführt werden und/oder die von endothermen Reaktionen aufzunehmende Wärme bereitgestellt werden. Dies kann beispielsweise mittels eines Wärmeaustauschs über die Rohrwände erfolgen. Ferner können die Rohre häufig mit einer Katalysatorschüttung befüllt sein. Es sind jedoch auch nicht katalytische

Reaktionen durchführbar, bei denen die Rohre mit inerten Schüttungen gefüllt sein können und/oder leer bleiben können.

Wenn zu erwarten ist, dass die Reaktion nach dem Zusammenbringen der

Reaktionspartner, beispielsweise des Primärfluids mit dem Sekundärfluid, sofort einsetzt, kann dies weitere Sicherheitsmaßnahmen erfordern. Tritt beispielsweise die Reaktion vor Eintritt des Primärfluids in die Reaktorrohre ein, könnte zunächst keine Wärmeabfuhr erfolgen, sodass die Reaktion überhitzen und/oder in unkontrollierter Weise verlaufen könnte. Auch unerwünschte Nebenreaktionen durch nicht katalytische Reaktion könnten dabei problematisch sein. Diese Schwierigkeiten werden durch die Verwendung eines Rohrreaktors mit einer Fluidleitungsvorrichtung 10 gemäß der bevorzugten Ausführungsform vermieden, da die Reaktionspartner zum spätest möglichen Zeitpunkt, nämlich erst in den Primärleitungen 14 bzw. im Leitungsblock 12 gemischt werden. Dadurch erlaubt ein erfindungsgemäßer Rohrreaktor gemäß der bevorzugten Ausführungsform eine sehr späte Mischung der Reaktionspartner, d.h. des Primärfluids mit dem Sekundärfluid, direkt bei Eintritt in die in die Primärleitungen 14 bzw. in die Reaktorrohre.

Figur 1 B zeigt in einer schematischen Darstellung eine Fluidleitungsvorrichtung 10 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in Draufsicht, insbesondere für einen Rohrboden. Dabei sind mehrere Sekundärleitungen 16 ausgebildet, welche nicht vollständig parallel zueinander verlaufen. Jede der Sekundärleitungen 16 mündet dabei in nur eine Primärleitung 14, wobei manche der Primärleitungen 14 auch mit mehreren Sekundärleitungen 16 verbunden sein können. Über die Sekundärleitungen 16 können beispielsweise Sensorelemente 22 (nichtgezeigt) von außerhalb der

Fluidleitungsvorrichtung 10 bzw. des Leitungsblocks 12 bzw. des Rohrbodens an die jeweiligen Primärleitungen 14 herangeführt werden. Insbesondere können die

Sekundärleitungen 16 in den Leitungsblock integriert sein. Dies zeigt, dass ein derartiger Rohrboden bzw. ein derartiges Fluidleitungselement vorteilhafterweise mittels eines additiven Fertigungsverfahrens bzw. 3D-Drucken hergestellt werden kann, da eine Realisierung derartiger Strukturen mit anderen Herstellungstechniken nicht oder nur mit sehr großem technischen Aufwand realisierbar wäre.

Figur 2A zeigt in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt einer

Fluidleitungsvorrichtung 10 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform. Dabei ist insbesondere eine Primärleitung 14 in dem Leitungsblock 12 dargestellt, welche dazu ausgelegt ist, in die Primärleitungsrichtung 100 ein Primärfluid zu leiten. Ferner zeigt die Fluidleitungsvorrichtung 10 eine Sekundärleitung 16, welche als eine bzw. in einer Sekundärleitungsstruktur 18 ausgebildet ist, wobei die Sekundärleitungsstruktur 18 auf dem Leitungsblock 12 angeordnet ist und an dem Leitungsblock 12 befestigt ist. Beispielsweise kann die Sekundärleitungsstruktur 18 mittels eines additiven

Fertigungsverfahrens bzw. 3D-Drucken auf dem Leitungsblock 12 aufgedruckt bzw. ausgebildet sein. Innerhalb der Sekundärleitung kann das Sekundärfluid in die Sekundärleitungsrichtung 102 strömen bzw. fließen, wobei eine Mündung der Sekundärleitung 16 in die

Primärleitung 14 derart ausgebildet ist, dass die Sekundärleitungsstruktur 18 an entsprechenden Stellen Auslassöffnungen 20 aufweist, aus welchen das Sekundärfluid aus der Sekundärleitungsstruktur 18 austreten kann, um in die entsprechende

Primärleitung 14 zu strömen. Das Strömen des Sekundärfluids aus den

Auslassöffnungen 20 in die jeweiligen Primärleitungen 14 kann dabei durch eine Strömung bzw. einen Strom des Primärfluids in die Primärleitungsrichtung 14 unterstützt werden. Mit anderen Worten kann ein Strom des Primärfluids in die Primärleitungsrichtung dazu beitragen, dass das Sekundärfluid, welches aus den Auslassöffnungen 20 der Sekundärstruktur 18 austritt mit in die Primärleitungen gesogen bzw. mitgerissen wird. Beispielsweise kann die Sekundärleitungsstruktur 18 entlang der Sekundärleitungsrichtung 102 auf gleicher Höhe bzw. an gleicher Stelle zwei gegenüberliegende Auslassöffnungen 20 aufweisen, um beispielsweise in zwei benachbarte Primärleitungen 14 (nur eine Primärleitung 14 dargestellt) Sekundärfluid einzuspeisen. Alternativ kann eine Abzweigung von der Sekundärleitung 16 vorgesehen sein, die das Sekundärfluid in die gewünschte Richtung zur Mündung der Primärleitung 14 lenkt. Die Fluidleitungsvorrichtung 10 kann beispielsweise als ein Rohrboden und/oder in einem Rohrboden für einen Wärmetauscher verwendet werden.

Figur 2B zeigt in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt einer

Fluidleitungsvorrichtung 10 gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform. Diese weicht insbesondere dadurch von der zweiten bevorzugten Ausführungsform ab, dass die Sekundärleitungsstruktur 18 nicht außerhalb des Leitungsblocks 12 angeordnet ist und nicht an dem Leitungsblock 12 befestigt ist, sondern innerhalb des Leitungsblocks 12 ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Leitungsblock 12 bereits die integrierte Sekundärleitungsstruktur 18 aufweisend ausgebildet sein. Dabei verlaufen sowohl die Sekundärleitung 16 als auch die Auslassöffnungen 20 innerhalb des Leitungsblocks, sodass der Leitungsblock 12 die Primärleitungen 14 und die Sekundärleitungen 16 umfasst und als integrales bzw. einstückiges Bauteil ausgebildet ist.

Ferner sind in der gezeigten Ausführungsform der Fluidleitungsvorrichtung 10

Verbindungselemente 12a am Leitungsblock 12 dargestellt, mittels welchen beispielsweise Leitungsrohre an die Primärleitungen 14 angeschlossen werden können. Beispielsweise können über die Verbindungselemente 12a Rohrleitungen 24, beispielsweise eines Wärmetauschers, mit dem Leitungsblock 12 verbunden werden, wenn die Fluidleitungsvorrichtung in einem oder als eine Rohrboden für einen

Wärmetauscher verwendet wird. Auch die Verbindungselemente 12a können dabei einstückig mit der Fluidleitungsvorrichtung 10 bzw. mit dem Leitungsblock 12 ausgebildet sein und beispielsweise mittels eines additiven Fertigungsverfahrens bzw. 3D-Drucken hergestellt sein. Figur 2C zeigt in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt einer

Fluidleitungsvorrichtung 10, die nicht Teil der Erfindung ist. Insbesondere weicht die dargestellte Fluidleitungsvorrichtung 10 jedoch darin von der dritten bevorzugten Ausführungsform ab, dass die Sekundärleitungsstruktur 18 bzw. die Sekundärleitungen 16 nicht zum Leiten eines Sekundärfluids verwendet werden, sondern mit

Sensorelementen 22 versehen sind. Die Sensorelemente 22 sind dabei vorzugsweise als Kabel und/oder Drähte und/oder Fasern ausgebildet, welche durch die

Sekundärleitungen 16 geführt werden können. In der Sekundärleitung 16 verlaufen dabei mehrere Sensorelemente 22. Gemäß der dargestellten Ausführungsform verlaufen fünf Sensorelemente 22 in der Sekundärleitung 16. Die Sensorelemente 22 können sodann über die Auslassöffnungen 20 zu den jeweiligen Primärleitungen 14 geführt werden, sodass ein Sensorkopf 22a des jeweiligen Sensorelements 22 in die jeweilige Primärleitung 14 hineinragt oder mit dieser in fluiddicht Verbindung steht. Dadurch kann mittels des Sensorelements 22 ein Parameter des durch die jeweilige Primärleitung 14 strömenden Primärfluids ermittelt bzw. gemessen werden

beispielsweise können die Sensorelemente 22 als Drucksensoren und/oder

Temperatursensoren ausgebildet sein bzw. solche umfassen. Dies ermöglicht, dass in den Primärleitungen 14 ein Druck bzw. eine Temperatur des durchströmenden Primärfluids gemessen werden kann. Alternativ oder zusätzlich können die

Sekundärleitungen 16 bzw. di Sekundärleitungsstruktur 18 auch entsprechend der in Figur 2A gezeigten Ausführungsform auf dem Leitungsblock 12 aufgedruckt bzw. ausgebildet sein.

Figur 3 zeigt in einer schematischen Darstellung einen statischen Mischer 26, welcher eine Fluidleitungsvorrichtung 10 aufweist. Der statische Mischer ist dabei zwischen zwei Rohrleitungselementen 28 angeordnet und mit diesen derart befestigt, dass ein Primärfluidstrom 1 10 durch das erste Rohrleitungselement 28 derart auf die

Fluidleitungsvorrichtung 10 gelangt, dass der Primärfluidstrom 1 10 in die

Primärleitungen 14 im Leitungsblock 12 eindringen kann bzw. auf diese aufgeteilt wird. Im Leitungsblock 12 ist dabei eine Sekundärleitungsstruktur 18 ausgebildet, in welche über die Zuleitung 16a ein Sekundärfluid Strom 1 12 in die Sekundärleitungen 16 bzw. die Sekundärleitungsstruktur 18 eingespeist wird,, sodass über die Anschlusselemente 20 das Sekundärfluid in die Primärleitungen 14 münden kann, um sich dort mit dem Primärfluid zu vermischen. Das in Primärleitungsrichtung 100 aus der

Fluidleitungsvorrichtung 10 ausströmende Fluid umfasst somit entsprechend eine Mischung aus Primärfluid und Sekundärfluid bzw. einem Mischfluidstrom 1 14, welcher das Primärfluid und das Sekundärfluid umfasst.

Der statische Mischer 26 dient somit zum Mischen des Primärfluids mit dem

Sekundärfluid, wobei vorzugsweise allein die Strömungsbewegung des

Primärfluidstroms 1 10 und des Sekundärfluidstroms 1 12 die Vermischung bewirkt. Durch die Primärleitungen 14 wird der Primärfluidstrom 1 10 aufgeteilt, mit dem

Sekundärfluidstrom 1 12 vermischt und sodann wieder in einen Mischfluidstrom 1 14 zusammengeführt. Durch die Verwendung der Fluidleitungsvorrichtung 10 kann auf diese Weise eine sehr gute Durchmischung des Primärfluids mit Sekundärfluid erreicht werden, da die Zusammenführung des Primärfluidstroms 1 10 und des Sekundärfluidstroms 1 12 über eine Vielzahl von Mündungen bzw. Auslassöffnungen 20 in den Primärleitungen 14 erfolgt, die vorzugsweise gleichmäßig über den gesamten Querschnitt des

Strömungsrohrs 28 verteilt sind. Zudem wird gemäß der gezeigten Ausführungsform vorzugsweise durch die Verengung des Strömungsquerschnitts von der Rohrleitung 28 auf die Primärleitungen 14 eine erhöhte Geschwindigkeit und/oder Turbulenz des Primärfluidstroms 1 10 erzielt, welche zur Vermischung beiträgt. Ferner werden durch einen derartigen statischen Mischer 26 vorzugsweise bei dem Austreten des

Mischfluidstroms 1 14 aus den Primärleitungen 14 in die Rohrleitung 28 in

Primärleitungsrichtung 100 erhebliche Verwirbelungen erzielt, welche sich wiederum positiv auf die Durchmischung auswirken

Darüber hinaus bietet ein statischer Mischer 26 gemäß der bevorzugten

Ausführungsform den Vorteil, dass zumindest die Primärleitungen 14 mechanisch reinigbar sind, und somit auch für Fluide mit einem hohem Fouling-Wert eingesetzt werden können, ohne ein dauerhaftes Festsetzen von Verunreinigungen und/oder ein Verstopfen der Primärleitungen 14 befürchten zu müssen.

Bezugszeichen

10 Fluidleitungsvomchtung

12 Leitungsblock

12a Verbindungselement

14 Phmärleitung

16 Sekundärleitung

16a Zuleitung

18 Sekundärleitungsstruktur 20 Auslassöffnung

22 Sensorelement

22a Sensorkopf

24 Rohrleitung

26 statischer Mischer 28 Rohrleitungselement

100 Primärleitungsrichtung

102 Sekundärleitungsrichtung

1 10 Primärfluidstrom

1 12 Sekundärfluidstrom 1 14 Mischfluidstrom