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Patent Searching and Data


Title:
SEPARATING DEVICE FOR COILED HEAT EXCHANGERS FOR SEPARATING A GASEOUS PHASE FROM A LIQUID PHASE OF A TWO-PHASE MEDIUM CONVEYED ON THE JACKET SIDE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/157535
Kind Code:
A1
Abstract:
Coiled heat exchanger (1) for the indirect transfer of heat between a two-phase first medium (M) and a second medium (M'), having a jacket (5) which surrounds a jacket space (6) and extends along a longitudinal axis (z), an inlet (7) for admitting the two-phase first medium (M) into the jacket space (6), a tube bundle (3) arranged in the jacket space (6) and having multiple tubes (30) for accommodating the second medium (M'), which tubes are coiled helically around the longitudinal axis (z), and a separating device (2) for separating a gaseous phase (G) from a liquid phase (F) of the two-phase first medium (M). According to the invention, it is provided that the separating device (2) has a tray (4) arranged above the tube bundle (3) for collecting the liquid phase (F), wherein the tray (4) for separating the two phases (F, G) has a multiplicity of chimneys (50, 70), wherein the respective chimney (50, 70) stands proud of the tray (4) on a side of the tray (4) facing away from the tube bundle (3), is covered by a cap (52, 72) and opens into a through-opening (40) in the tray (4), there being further provided, between the respective cap (52, 72) and an upper end of the respective chimney (50, 70), an inlet opening (51, 71) via which the gaseous phase (G) can flow into the respective chimney (50, 70). The invention also relates to a corresponding method for operating the heat exchanger.

Inventors:
STEINBAUER, Manfred (Ledergasse 20, Raisting, 82399, DE)
MATTEN, Christian (Waldstraße 36b, Pullach, 82049, DE)
KERBER, Christiane (Hochfeld 14, Pöcking, 82343, DE)
SPREEMANN, Jürgen (Prinzregentenstraße 57, Rosenheim, 83022, DE)
BLUM, Ingomar (Ganghoferstrasse 2, Tacherting, 83342, DE)
MATAMOROS, Luis (Heißstr. 12, München, 81369, DE)
DEICHSEL, Florian (Lenaustr. 1, München, 81373, DE)
TREUCHTLINGER, Niels (Bergweg 18, Amerang, 83123, DE)
Application Number:
EP2017/025050
Publication Date:
September 21, 2017
Filing Date:
March 15, 2017
Export Citation:
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Assignee:
LINDE AKTIENGESELLSCHAFT (Klosterhofstr. 1, München, 80331, DE)
International Classes:
F28B9/08; F28D7/02
Foreign References:
EP2818821A12014-12-31
DE102012011329A12013-12-12
DE102012000146A12013-07-11
EP2818821A12014-12-31
DE102011017030A12012-10-18
DE102010055452A12012-06-21
DE102004040974A12006-03-02
EP2818821A12014-12-31
Attorney, Agent or Firm:
MEILINGER, Claudia (Intellectual PropertyDr.-Carl-von-Linde-Str. 6-14, Pullach, 82049, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Gewickelter Wärmeübertrager (1 ) zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einem zweiphasigem ersten Medium (M) und einem zweiten Medium (Μ'), mit

- einem Mantel (5), der einen Mantelraum (6) umgibt und sich entlang einer Längsachse (z) erstreckt,

- einem Einlass (7) zum Einlassen des zweiphasigen ersten Mediums (M) in den Mantelraum (6),

- einem im Mantelraum (6) angeordneten Rohrbündel (3) aufweisend mehrere Rohre (30) zur Aufnahme des zweiten Mediums (Μ'), die helikal um die Längsachse (z) gewickelt sind, und

- einer Trenneinrichtung (2) zum Trennen einer gasförmigen Phase (G) von einer flüssigen Phase (F) des zweiphasigen ersten Mediums (M), dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (2) einen oberhalb des Rohrbündels (3) angeordneten Boden (4) zum Sammeln der flüssigen Phase (F) aufweist, wobei der Boden (4) zum Trennen der beiden Phasen (F, G) eine Mehrzahl an Kaminen (50, 70) aufweist, wobei der jeweilige Kamin (50, 70) von einer dem Rohrbündel (3) abgewandten Seite des Bodens (4) vom Boden (4) absteht, von einem Dach (52, 72) überdacht ist und in eine

Durchgangsöffnung (40) im Boden (4) mündet, wobei weiterhin zwischen dem jeweiligen Dach (52, 72) und einem oberen Ende des jeweiligen Kamins (50, 70) eine Einlassöffnung (51 , 71 ) vorgesehen ist, über die die gasförmige Phase (G) in den jeweiligen Kamin (50, 70) einströmen kann.

2. Gewickelter Wärmeübertrager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (4) zusätzlich zu den Durchgangsöffnungen (40) eine Mehrzahl an Öffnungen (40a) zum gleichmäßigen Verteilen der flüssigen Phase (F) auf das Rohrbündel aufweist.

3. Gewickelter Wärmeübertrager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der gewickelte Wärmeübertrager (1 ) einen Flüssigkeitsverteiler (4a) unterhalb des Bodens (4) zur Verteilung der flüssigen Phase (F) auf das Rohrbündel (3) aufweist, wobei der Boden (4) mit dem darunter befindlichen Flüssigkeitsverteiler (4a) in Strömungsverbindung steht, so dass die flüssige Phase (F) vom Boden (4) in den Flüssigkeitsverteiler (4a) gelangen kann.

Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dach (52, 72) des jeweiligen Kamins (50, 70) einen umlaufenden Randbereich (52a, 72a) aufweist, mit einer Unterkante (52b, 72b), die auf Höhe oder unterhalb einer umlaufenden Stirnseite (50a, 70a) des jeweiligen Kamins (50, 70) verläuft, die die Einlassöffnung (51 , 71 ) des jeweiligen Kamins (50, 70) berandet.

Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kamine (50, 70) jeweils entlang einer Achse (L) erstrecken, die senkrecht zum Boden (4) verläuft.

Wärmeübertrager nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dach (52, 72) des jeweiligen Kamins (50, 70) senkrecht zur Achse (L) des jeweiligen Kamins (50, 70) mit dem umlaufenden Randbereich (52a, 72a) über den zugeordneten Kamin (50, 70) hinausragt.

Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kamin (50) als Außenkamin (50) ausgebildet ist, wobei in dem mindestens einen Außenkamin (50) ein

Innenkamin (60) angeordnet ist, der sich durch das Dach (52) des

Außenkamins (50) hindurch nach oben erstreckt und mit einem oberen

Abschnitt (63) über das Dach (52) des Außenkamins (50) hinaus erstreckt, wobei der obere Abschnitt (63) des Innenkamins (60) eine Einlassöffnung (61 ) aufweist, die wiederum von einem Dach (62) des Innenkamins (60) überdacht ist, so dass die flüssige Phase (F) vom Dach (62) des Innenkamins (60) an der Einlassöffnung (61 ) des Innenkamins (60) vorbei auf das Dach (52) des mindestens einen Außenkamins (50) und von dort auf den Boden (4) abfließen kann, und so dass die gasförmige Phase (G) zusätzlich über die unterhalb des Daches (62) des Innenkamins (60) gelegene Einlassöffnung (61 ) des lnnenkamins(60) in den Innenkamin (60) und von dort auf das Rohrbündel (3) führbar ist.

8. Wärmeübertrager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dach (62) des Innenkamins (60) einen umlaufenden Randbereich (62a) aufweist, mit einer Unterkante (62b), die auf Höhe oder unterhalb einer umlaufenden Stirnseite (60a) des oberen Abschnitts (63) des Innenkamins (60) verläuft, die die Einlassöffnung (61 ) des Innenkamins (60) berandet.

9. Wärmeübertrager nach Anspruch 5 und nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkamin (60) sich entlang der Achse (L) des mindestens einen zugeordneten Außenkamins (50) erstreckt.

10. Wärmeübertrager nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dach (62) des Innenkamins (60) senkrecht zu der Achse (L) des Innenkamins (60) mit dem umlaufenden Randbereich (62a) über den

Innenkamin (60) hinausragt.

1 1 . Wärmeübertrager nach Anspruch 7 oder einem der Ansprüche 8 bis 10 soweit rückbezogen auf Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkamin (60) koaxial zu dem zugeordneten mindesten einen Außenkamin (50) angeordnet ist.

12. Wärmeübertrager nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamine (50, 70) eine Gruppe von ersten Kaminen (50) sowie eine Gruppe von zweiten Kaminen (70) bilden, wobei die zweiten Kamine (70) entlang ihrer jeweiligen Achse (L) eine größere Höhe über dem Boden (4) aufweisen als die ersten Kamine (50).

13. Wärmeübertrager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A) eines zweiten Kamins (70) zum Dach (52) eines benachbarten ersten Kamins (50) senkrecht zur Achse (L) des zweiten Kamins (70) kleiner ist als ein Überstand (Α') des Daches (52) des benachbarten ersten Kamins (50) über den besagten ersten Kamin (50) senkrecht zur Achse (L) des besagten ersten Kamins (50).

14. Wärmeübertrager nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Kamine (50, 70) entlang des Bodens (4) alternierend angeordnet sind, so dass vorzugsweise zwischen je zwei benachbarten ersten Kaminen (50) ein zweiter Kamin (70) oder zwischen je zwei benachbarten zweiten Kaminen (70) ein erster Kamin (50) angeordnet ist.

15. Verfahren zum Trennen einer gasförmigen Phase (G) von einer flüssigen Phase (F) eines zweiphasigen ersten Mediums (M) sowie zur Wärmeübertragung zwischen dem ersten Medium (M) und einem zweiten Medium (Μ') unter Verwendung eines gewickelten Wärmeübertragers (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Medium (M) aufweisend die flüssige und die gasförmige Phase (F, G) über den Einlass (7) in den

Mantelraum (6) eingespeist wird, wobei die flüssige Phase (F), wenn Sie beim Einspeisen auf ein Dach (52, 72) auftrifft, an der jeweiligen Einlassöffnung (51 , 71 ) vorbei auf den Boden (4) abfließt, und wobei die flüssige Phase (F) auf dem Boden (4) gesammelt und anschließend auf das Rohrbündel (3) verteilt wird, und wobei die gasförmige Phase (G) über die unterhalb des jeweiligen Daches (52, 62, 72) gelegene Einlassöffnung in den zugeordneten Kamin (50, 60, 70) eingeleitet und von dort über die zugeordnete Durchgangsöffnung (40) durch den Boden (4) hindurch auf das Rohrbündel (3) geführt wird.

Description:
Beschreibung

Trenneinrichtunq für gewickelte Wärmeübertrager zum Trennen einer gasförmigen Phase von einer flüssigen Phase eines zweiphasigen mantelseitig geführten Mediums

Die Erfindung betrifft einen gewickelten Wärmeübertrager gemäß Anspruch 1 .

Derartige gewickelte Wärmeübertrager werden z.B. bei physikalischen Wäschen zur Sauergasentfernung (z.B. Rectisolverfahren), in Ethylenanlagen oder in Anlagen zur Herstellung von flüssigem Erdgas (LNG) verwendet.

Bei typischen Anwendungen solcher Wärmeübertrager muss regelmäßig ein zweiphasig in den Mantelraum eingeleitetes Medium in eine flüssige Phase und eine gasförmige Phase getrennt werden, damit die beiden Phasen separat und jeweils möglichst gleichmäßig über den Mantelraumquerschnitt verteilt auf ein Rohrbündel des Wärmeübertragers gegeben werden können, so dass in der Folge eine indirekte Wärmeübertragung zwischen den beiden Phasen des ersten Mediums und einem in dem Rohrbündel geführten zweiten Medium stattfinden kann.

Gewickelte Wärmeübertrager mit Flüssigkeitsverteilern bzw. Trenneinrichtung zum Trennen einer gasförmigen Phase von einer flüssigen Phase sind z.B. aus der DE 10 2012 000 146 A1 , EP 2 818 821 A1 , DE 10 201 1 017 030 A1 , DE 10 2010 055 452 A1 und DE 10 2004 040 974 A1 bekannt.

So wird gemäß DE 10 2012 000 146 A1 eine Trennung der gasförmigen Phase von der flüssigen Phase unterstützt, in dem der Zweiphasenstrom auf eine entsprechend geformte Prallplatte gegeben wird. Gemäß EP 2 818 821 wird der Zweiphasenstrom über ein Kernrohr des Wärmeübertragers in einen Vorverteilerbehälter geführt und in diesem beruhigt und entgast. Gemäß DE 10 201 1 017 030 A1 wird eine Trennung der gasförmige Phase von der flüssigen Phase zum einen beim Einleiten des

Zweiphasenstroms in einen Ringkanal sowie des Weiteren durch Verteilarme bewerkstelligt, die zur Entgasung der Flüssigkeit mit dem Kernrohr in

Strömungsverbindung stehen. Weiterhin betrifft die technische Lehre der DE 10 2010 055 452 A1 eine Strömungsleitvorrichtung für Einlauföffnungen von abfallenden Flüssigkeitskanälen, die es erlaubt, dass eine gasförmige Phase in dem

Flüssigkeitskanal aufsteigen kann. Schließlich sieht die DE 10 2004 040 974 A1 die Verwendung eines Prallbleches zur Entgasung des Zweiphasenstromes vor.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen gewickelten Wärmeübertrager mit einer Trenneinrichtung bereitzustellen, die auf einfache Weise eine verbesserte Trennung der gasförmigen Phase von der flüssigen Phase erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend beschrieben. Gemäß Anspruch 1 ist ein gewickelter Wärmeübertrager zur indirekten

Wärmeübertragung zwischen einem zweiphasigem ersten Medium und einem zweiten Medium vorgesehen, mit: einem Mantel, der einen Mantelraum umgibt und sich entlang einer Längsachse erstreckt, einem Einlass zum Einlassen des zweiphasigen ersten Mediums in den Mantelraum, einem im Mantelraum angeordneten Rohrbündel aufweisend mehrere Rohre zur Aufnahme des zweiten Mediums, die helikal um die Längsachse gewickelt sind, und einer Trenneinrichtung zum Trennen einer

gasförmigen Phase von einer flüssigen Phase des zweiphasigen ersten Mediums, wobei die Trenneinrichtung einen oberhalb des Rohrbündels angeordneten Boden zum Sammeln der flüssigen Phase aufweist, wobei der Boden zum Trennen der beiden Phasen eine Mehrzahl an Kaminen aufweist, wobei der jeweilige Kamin von einer dem Rohrbündel abgewandten Seite des Bodens vom Boden absteht, von einem Dach überdacht ist und in eine Durchgangsöffnung im Boden mündet, wobei weiterhin zwischen dem jeweiligen Dach und einem oberen Ende des jeweiligen Kamins eine Einlassöffnung vorgesehen ist, über die die gasförmige Phase in den jeweiligen Kamin einströmen kann, so dass insbesondere die flüssige Phase vom jeweiligen Dach an der jeweiligen Einlassöffnung vorbei auf den Boden abfließen kann, und so dass die gasförmige Phase über die unterhalb des jeweiligen Daches gelegene Einlassöffnung in den zugeordneten Kamin und von dort über die zugeordnete Durchgangsöffnung durch den Boden hindurch auf das Rohrbündel führbar ist. Durch das Aufgeben der flüssigen Phase auf den Boden wird eine Verweilzeit der flüssigen Phase realisierbar, die hinreichend lang ist und daher ein Austreten der gasförmigen Phase aus dem Zweiphasengemisch erlaubt. Weiterhin wird durch die Umlenkung der gasförmigen Phase auf dem Strömungspfad durch den jeweiligen Kamin eine weitere Abscheidung von Tröpfchen aus der gasförmigen Phase möglich, was die Trennung weiter verbessert. Zudem lassen sich die Kamine mit Vorteil so auslegen, dass auch bei hoher Flüssigkeitslast die Flüssigkeit nicht über die

Einlassöffnungen in die Kamine einströmt und weiterhin eine zuverlässige Trennung der beiden Phasen gewährleistet ist.

Weiterhin können rohrseitig auch eine Mehrzahl von sich unterscheidenden Strömen bzw. Medien, insbesondere zwei oder drei verschiedene Ströme vorgesehen sein, die mit dem mantelseitigen ersten Medium bzw. Strom indirekt Wärme austauschen. Die Rohre des Rohrbündels können hierzu in eine entsprechende Anzahl an Rohrgruppen aufgeteilt sein, so dass jedem rohrseitigen (zweiten) Medium eine Rohrgruppe zugeordnet ist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Trenneinrichtung auch gleich die Funktion des eigentlichen Flüssigkeitsverteilers übernehmen. Hierbei kann z.B. vorgesehen sein, dass der Boden mehrere Öffnungen aufweist, über die die auf dem Boden gesammelte flüssige Phase direkt, d.h., ohne einen Umweg über weitere strömungsführende Komponenten, auf das Rohrbündel regnen kann.

Zum Verteilen der flüssigen Phase kann gemäß einer alternativen Ausführungsform ein separater Flüssigkeitsverteiler vorgesehen sein, der mit dem Boden in

Strömungsverbindung steht, so dass die auf dem Boden gesammelte flüssige Phase in den Verteiler gelangen kann. Der Verteiler ist dazu konfiguriert, die flüssige Phase auf das Rohrbündel zu verteilen. Z.B, kann die flüssige Phase über einen am Mantel umlaufenden Spalt oder über Rohre in einen darunter liegenden Ringkanal mit Verteilerarmen geleitet werden. Alternativ kann die flüssige Phase über eine zentrale Öffnung in das Kernrohr eingeleitet werden und sodann einem Verteiler in Form eines Druckverteilers zugeleitet werden. Derartige Flüssigkeitsverteiler sind z.B. in der DE 10 2004 040 974 A1 im Detail beschrieben. Andere Verteiler sind ebenfalls denkbar. Gemäß einer bevorzugten Ausführung kommt Erfindung ist vorgesehen, dass der jeweilige Kamin durch eine umlaufende zylindrische Wandung gebildet ist, die von einem die jeweilige Durchgangsöffnung berandenden Randbereich abgeht, so dass die jeweilige Durchgangsöffnung des Bodens eine dem Rohrbündel nach unten hin zugewandte Auslassöffnung des jeweiligen Kamins bildet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rohre des Rohrbündels um bzw. auf ein Kernrohr des Wärmeübertragers gewickelt sind, das sich entlang der Längsachse des Mantels im Mantelraum erstreckt und vorzugsweise koaxial zu dieser Längsachse angeordnet ist, wobei bevorzugt das Kernrohr die Last der Rohre aufnimmt. Die einzelnen Rohre des Rohrbündels sind vorzugsweise in mehreren Rohrlagen auf das Kernrohr aufgewickelt, wobei die einzelnen Rohrlagen über Abstandshalter aufeinander aufliegen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass das Dach des jeweiligen Kamins einen umlaufenden Randbereich aufweist, mit einer nach unten weisenden Unterkante, die auf Höhe oder unterhalb einer umlaufenden sowie nach oben weisenden Stirnseite des jeweiligen Kamins verläuft, die die Einlassöffnung des jeweiligen Kamins berandet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass sich die Kamine jeweils entlang einer Achse erstrecken, die senkrecht zum Boden verläuft sowie insbesondere parallel zur Längs- oder

Zylinderachse des Mantels des Wärmeübertragers, die vorzugsweise parallel zur Vertikalen verläuft.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass das Dach des jeweiligen Kamins senkrecht zur Achse des jeweiligen Kamins mit dem umlaufenden Randbereich über den zugeordneten Kamin hinausragt. Der umlaufende Teil bzw. Randbereich des jeweiligen Daches, der in dieser Weise über den jeweiligen Kamin bzw. die besagte zylindrische Wandung senkrecht zur Achse des jeweiligen Kamins hinausragt, wird hierin auch als Überstand des jeweiligen Daches bezeichnet. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass in zumindest einem bzw. mehreren oder allen Kaminen jeweils ein Innenkamin angeordnet ist (die betreffenden Kamine werden dann als Außenkamine bezeichnet), der sich durch das Dach des jeweiligen Außenkamins hindurch erstreckt und mit einem oberen Abschnitt vom Dach des jeweiligen Außenkamins absteht, wobei der obere Abschnitt des jeweiligen Innenkamins eine Einlassöffnung aufweist, die wiederum von einem Dach des jeweiligen Innenkamins überdacht ist, so dass die flüssige Phase vom Dach des jeweiligen Innenkamin an der jeweiligen Einlassöffnung des Innenkamins vorbei auf das Dach des zugeordneten Außenkamins und von dort auf den Boden der Trenneinrichtung abfließen kann, und so dass die gasförmige

Phase zusätzlich über die unterhalb des Daches des jeweiligen Innenkamins gelegene Einlassöffnung des jeweiligen Innenkamins in den jeweiligen Innenkamin und von dort auf das Rohrbündel führbar ist.

Auch bezüglich der Innenskamine ist bevorzugt wiederum vorgesehen, dass das Dach des jeweiligen Innenkamins einen umlaufenden Randbereich aufweist, mit einer nach unten weisenden Unterkante, die auf Höhe oder unterhalb einer umlaufenden, nach oben weisenden Stirnseite des oberen Abschnitts des jeweiligen Innenkamins verläuft, die die Einlassöffnung des jeweiligen Innenkamins berandet.

Aufgrund der Innenkamine kann die Trenneinrichtung in besonders bauraumsparender Weise konfiguriert werden. Hierdurch kann die Trenneinrichtung auch in Abschnitten des Mantels bzw. Mantel raumes angeordnet werden, in denen der Umfang bzw.

Durchmesser des Mantels nach oben hin kontinuierlich abnimmt, so dass ein entsprechender, die Trenneinrichtung umgebender Mantelabschnitt z.B. die Form eines Kegelstumpfmantels annehmen kann. Entsprechend weist der Mantel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung einen Mantelabschnitt auf, der zumindest einen Teil der Trenneinrichtung, insbesondere zumindest einen Teil der Kamine, in einem Querschnitt senkrecht zur Längsachse des Mantels umgibt und sich in Richtung der Längsachse nach oben hin verjüngt und insbesondere die Form eines

Kegelstumpfmantels aufweist.

Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der jeweilige Innenkamin sich entlang der Achse des jeweils zugeordneten Außenkamins erstreckt, in dem der jeweilige Innenkamin zumindest abschnittsweise angeordnet ist. Weiterhin ist auch bezüglich des Daches des jeweiligen Innenkamins vorgesehen, dass dieses senkrecht zu der Achse des jeweiligen Innenkamins mit einem

umlaufenden Randbereich über den jeweiligen Innenkamin hinausragt, so dass wiederum ein umlaufender Überstand des Daches über den darunter liegenden Innenkamin gebildet wird.

Besonders bevorzugt ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass der jeweilige Innenkamin koaxial zum jeweils zugeordneten, den Innenkamin umgebenden Außenkamin angeordnet ist.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Kamine eine Gruppe von ersten Kaminen sowie eine Gruppe von zweiten Kaminen bilden, wobei die zweiten Kamine entlang ihrer jeweiligen Achse eine größere Höhe über dem Boden aufweisen als die ersten Kamine.

Diesbezüglich ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Abstand eines zweiten Kamins zum Dach eines benachbarten ersten Kamins senkrecht zur Achse des zweiten Kamins kleiner ist als der Überstand des Daches des benachbarten ersten Kamins.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die ersten und zweiten Kamine entlang des Bodens alternierend angeordnet sind, so dass vorzugsweise zwischen je zwei benachbarten ersten Kaminen ein zweiter Kamin oder zwischen je zwei benachbarten zweiten Kaminen ein erster Kamin angeordnet ist.

Aufgrund der unterschiedlichen Höhen der ersten und zweiten Kamine und der alternierenden Anordnung ist es somit möglich, die Zahl der Kamine pro Fläche zu erhöhen, was die Trennung der beiden Phasen verbessert.

Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren zum Trennen einer gasförmigen Phase von einer flüssigen Phase eines zweiphasigen ersten Mediums sowie zur Wärmeübertragung zwischen dem ersten Medium und einem zweiten Medium unter Verwendung eines gewickelten, erfindungsgemäßen Wärmeübertragers gelöst, wobei das erste Medium aufweisend die flüssige und die gasförmige Phase über den Einlass in den Mantelraum eingespeist wird, wobei die flüssige Phase, wenn Sie beim Einspeisen auf ein Dach auftrifft, an der jeweiligen Einlassöffnung vorbei auf den Boden abfließt, und wobei die flüssige Phase auf dem Boden gesammelt und anschließend auf das Rohrbündel verteilt wird, und wobei die gasförmige Phase über die unterhalb des jeweiligen Daches gelegene Einlassöffnung in den zugeordneten Kamin (insbesondere Innenkamin, Außenkamin, erster Kamin oder zweiter Kamin) eingeleitet und von dort über die zugeordnete Durchgangsöffnung durch den Boden hindurch auf das Rohrbündel geführt wird.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Kamine so ausgelegt sind, dass auch bei hoher Flüssigkeitslast Flüssigkeit nicht über die Einlassöffnungen in die Kamine einströmt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgende Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Trennung einer flüssigen von einer gasförmigen Phase eines auf ein Rohrbündel zu verteilenden zweiphasigen Mediums;

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform

erfindungsgemäßen gewickelten Wärmeübertragers;

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen gewickelten Wärmeübertragers;

Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen gewickelten Wärmeübertragers; und

Fig. 5 zeigt beispielhaft einen Flüssigkeitsverteiler, der zum Verteilen der mit einer erfindungsgemäßen Trenneinrichtung abgetrennten flüssigen

Phase verwendet werden kann.

Figur 1 stellt in einer schematischen Schnittansicht die grundlegende Aufgabe der Verteilung eines zweiphasigen ersten Mediums M in einem gewickelten Wärmeübertrager 1 dar. Hierzu wird erfindungsgemäß eine Trenneinrichtung 2 verwendet, die eine gasförmige Phase G von einer flüssigen Phase F des ersten Mediums M trennt. Hiernach kann in der Folge die flüssige Phase F sowie die gasförmige Phase G jeweils separat und gleichmäßig verteilt auf das unter der Trenneinrichtung 2 angeordnete Rohrbündel 3 des gewickelten Wärmeübertrager 1 gegeben werden, in dem ein zweites Medium M' geführt wird, so dass die beiden Medien M, M' indirekt Wärme austauschen können. Wie oben bereits dargelegt, können rohrseitig auch mehrere Medium separat geführt werden, die dann mit dem ersten Medium M Wärme indirekt austauschen können.

In den Ausführungsformen gemäß Figuren 2 bis 4 weist der gewickelte

Wärmeübertrager 1 jeweils einen vorzugsweise zumindest abschnittsweise

zylindrischen Mantel 5 auf, der einen Mantelraum 6 des Wärmeübertrager 1 umgibt sowie ein in dem Mantelraum 6 angeordnetes Rohrbündel 3, das mehrere Rohre 30 aufweisen kann, die helikal auf ein Kernrohr 300 gewickelt sein können, wobei das Kernrohr 300 insbesondere koaxial zu einer Längsachse z des Wärmeübertragers 1 bzw. des Mantels 5 angeordnet ist, entlang der sich der Mantel 5 erstreckt. Die besagte Längsachse z verläuft vorzugsweise parallel zur Vertikalen. Weiterhin weist der gewickelte Wärmeübertrager 1 gemäß den Figuren 2 bis 4 jeweils einen Einlass 7 zum Einlassen des zweiphasigen ersten Mediums M in den Mantelraum 6 oberhalb eines Bodens 4 einer Trenneinrichtung 2 auf, die zum Trennen der gasförmigen und der flüssigen Phase G, F des ersten Mediums M konfiguriert ist, so dass die beiden Phasen F, G separat auf das Rohrbündel 3 verteilt werden können. Der Boden 4 verläuft dabei horizontal bzw. senkrecht zur Längsachse z und ist oberhalb des Rohrbündels 3 angeordnet, wobei er sich vorzugsweise über die gesamte

Querschnittsfläche des Mantelraums 6 senkrecht zur Längsachse z erstreckt und hierbei den Mantelraum 6 in zwei Abschnitte unterteilt.

In allen Ausführungsformen gemäß Fig. 2 bis 4 dient der Boden 4 vorzugsweise zum Sammeln der flüssigen Phase F und ist bevorzugt mit einem Flüssigkeitsverteiler 4a über eine geeignete Strömungsverbindung S strömungsverbunden, wobei der

Flüssigkeitsverteiler 4a dazu konfiguriert ist, die flüssige Phase F auf das Rohrbündel 3 zu verteilen, wobei die flüssige Phase F das Rohrbündel z.B. von oben beaufschlagt. Als Flüssigkeitsverteiler 4a können die oben bereits beschriebenen Einrichtungen verwendet werden. Von den verschiedenen Möglichkeiten zeigt Fig. 5 beispielhaft eine Ausführungsform eines Flüssigkeitsverteilers 4a, der mit allen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Trenneinrichtung 2 (z.B. nach den Figuren 2 bis 4) verwendet werden kann. Gemäß Figur 5 ist der Boden 4 der Trenneinrichtung 2 mittels einer geeigneten Strömungsverbindung S mit dem Kernrohr 300 des Wärmeübertragers 1 verbunden, so dass auf dem Boden 4 gesammelte flüssige Phase F in das Kernrohr 300 gelangen kann. Auf dem Boden 4 gemäß Figur 5 sind die Kamine 50, 60, 70 der jeweiligen Ausführungsform (wie gezeigt in den Figuren 2 bis 4, siehe unten) vorgesehen, wobei die Kamine hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Der Flüssigkeitsverteiler 4a gemäß Figur 5 weist nun unterhalb des Bodens 4a der Trenneinrichtung 2 sowie oberhalb des Rohrbündels 3 eine Mehrzahl an Armen 4b auf, die mit dem Kernrohr 300 in Strömungsverbindung stehen und dazu ausgebildet sind, die flüssige Phase F auf des Rohrbündel 3 zu verteilen, das unterhalb der Arme 4b angeordnet ist. Die Arme 4b erstrecken sich ausgehend vom Kernrohr 300

insbesondere jeweils in radialer Richtung nach außen zum Mantel 5 hin, wobei zwischen benachbarten Armen 4b Lücken vorgesehen sind, durch die die Rohre 30 des Rohrbündels 3 in sogenannten Zöpfen 31 zusammengefasst an den Armen 4b vorbei nach oben geführt werden, wobei sie z.B. unterhalb des Bodens 4 in lateral am Mantel 5 vorgesehene Stutzen 32 münden. Alternativ zu einem separaten Flüssigkeitsverteiler 4a (z.B. nach Art der Figur 5 oder wie in den Figuren 2 bis 4 angedeutet) kann in allen Ausführungsformen auch die Trenneinrichtung 2 selbst als Flüssigkeitsverteiler fungieren. Hierzu kann der Boden 4 eine Vielzahl an insbesondere gleichmäßig über den Boden 4 verteilten Öffnungen 40a aufweisen, über die die flüssige Phase F dann jeweils auf das Rohrbündel 3

aufgegeben wird. Auf einen gesonderten Flüssigkeitsverteiler 4a kann dann verzichtet werden.

Gemäß dem in der Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der Boden 4 zum Trennen der beiden Phasen F, G des ersten Mediums M eine Mehrzahl an Durchgangsöffnungen 40 auf, durch die hindurch die gasförmige Phase G auf das Rohrbündel 3 verteilbar ist. Hierzu stehen die Durchgangsöffnungen 40 mit jeweils einem zugeordneten Kamin 50 in Strömungsverbindung, wobei der jeweilige Kamin 50 vorzugsweise durch eine umlaufende zylindrische Wandung 50 gebildet ist, bei der es sich bevorzugt um eine geschlossene Wandung handelt, die keine

Durchbrüche aufweist, und die von einem umlaufenden Randbereich der jeweiligen Durchgangsöffnung 40 in Richtung einer Achse L des jeweiligen Kamins 50 von einer dem Rohrbündel 3 abgewandten Seite des Bodens 4 nach oben absteht, sodass die jeweilige Durchgangsöffnung 40 eine nach unten gerichtete, dem Rohrbündel 3 zugewandte Auslassöffnung 40 des jeweiligen Kamins 50 bildet. Die Achsen L der Kamine 50 sind vorzugsweise Zylinderachsen L, die parallel zur Längsachse z des Wärmeübertragers 1 bzw. Mantels 5 verlaufen.

Der jeweilige Kamin 50 weist weiterhin an einem oberen Ende eine Einlassöffnung 51 auf, die der jeweiligen Auslassöffnung 40 in Richtung der jeweiligen Achse L gegenüberliegt und dabei jeweils von einem Dach 52 überdacht ist, so dass ein umlaufender Spalt zwischen dem jeweiligen Dach 52 und dem darunter angeordneten Kamin 50 gebildet wird. Die flüssige Phase F, die von oben auf den Boden 4 bzw. die Trenneinrichtung 2 gegeben wird kann nun vom jeweiligen Dach 52 an der jeweiligen Einlassöffnung 51 bzw. dem jeweiligen umlaufenden Spalt vorbei auf den Boden 4 abfließen, wo sie gesammelt wird, um dann separat von der gasförmigen Phase G auf das Rohrbündel 3 verteilt zu werden, z.B. mittels des Flüssigkeitsverteilers 4a, der im Einzelnen z.B. gemäß Figur 5 ausgebildet sein kann, wohingegen die gasförmige Phase G über den jeweiligen Spalt bzw. die unterhalb des jeweiligen Daches 52 gelegene Einlassöffnung 51 in den zugeordneten Kamin 50 eintreten und von dort über die zugeordnete Durchgangsöffnung bzw. Auslassöffnung 40 durch den Boden 4 hindurch auf das Rohrbündel 3 führbar ist. Wie bereits dargelegt, kann auf einen Flüssigkeitsverteiler 4a auch verzichtet werden. In diesem Fall kann die flüssige Phase F über Öffnungen 40a im Boden 4 auf das Rohrbündel 3 verteilt werden. Wie weiterhin in der Figur 2 gezeigt ist, sind die Dächer 52 in Richtung der Längsachse z des gewickelten Wärmeübertragers 1 bzw. Mantels 5 vorzugsweise auf gleicher Höhe angeordnet und weisen jeweils einen umlaufenden Randbereich 52a mit einer umlaufenden, ringförmigen Unterkante 52b auf, die bezogen auf die Längsachse z auf Höhe oder unterhalb einer umlaufenden Stirnseite 50a des jeweiligen Kamins 50 verläuft, die die Einlassöffnung 51 des jeweiligen Kamins 50 berandet. Dabei ist weiterhin vorgesehen, dass das Dach 52 des jeweiligen Kamins 50 senkrecht zur Achse L des jeweiligen Kamins 50 mit dem umlaufenden Randbereich 52a über den zugeordneten Kamin 50 hinausragt. Hierdurch wird sichergestellt, dass nach

Möglichkeit kein flüssiger Anteil F des ersten Mediums M in den jeweiligen Kamin 50 gelangen kann. Weiterhin wird hierdurch die gasförmige Phase G entlang ihres Strömungspfades in Richtung auf das Rohrbündel 3 mehrfach umgelenkt, was die Trennung der flüssigen Phase F von der gasförmigen Phase G verbessert.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen gewickelten Wärmeübertragers 1 , bei dem die einzelnen Kamine 50, 70 grundsätzlich nach Art der Figur 2 ausgebildet sind, wobei nun im Unterschied zur Figur 2 erste Kamine 50 vorhanden sind, die entlang der jeweiligen Achse L eine geringere Höhe über dem Boden 4 aufweisen, als zweite Kamine 70. Dabei sind die ersten und zweiten Kamine 50, 70 alternierend angeordnet, sodass aufgrund der unterschiedlichen Höhe der jeweiligen Dächer 52,72 eine größere Anzahl von Kaminen 50, 70 pro Fläche auf dem Boden 4 anordenbar sind. Dies wird insbesondere dadurch deutlich, dass bei dieser Anordnung von Kaminen 50, 70 unterschiedlicher Länge der Abstand A eines zweiten Kamins 70 zum Dach 52 eines benachbarten ersten Kamins 50 senkrecht zur Achse L des zweiten Kamins 70 kleiner ist als der Überstand A' des Daches 52 des

benachbarten ersten Kamins 50 über den besagten ersten Kamin 50. Bei Dächern 52, 72 gleicher Höhe würde entsprechend der Abstand zwischen zwei benachbarten Kaminen 50, 70 senkrecht zu deren Achsen L größer ausfallen. Im Einzelnen sind die ersten und zweiten Kamine 50, 70, abgesehen von der unterschiedlichen Länge, entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 ausgestaltet.

Schließlich zeigt Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen gewickelten Wärmeübertragers 1 , bei dem die Kamine 50 nach Art der Figur 2 ausgebildet sind, wobei nunmehr zusätzlich in dem jeweiligen Kamin 50, der hier als Außenkamin ausgebildet ist, ein Innenkamin 60 angeordnet ist, der sich durch das Dach 52 des jeweiligen Außenkamins 50 hindurch erstreckt und mit einem oberen Abschnitt 63 vom jeweiligen Dach 52 absteht, wobei der obere Abschnitt 63 des jeweiligen Innenkamins 60 eine Einlassöffnung 61 aufweist, die wiederum von einem Dach 62 des jeweiligen Innenkamins 60 überdacht ist, so dass sich wieder ein umlaufender Spalt zwischen dem jeweiligen Dach 62 und dem darunter angeordneten Innenkamin 60 ergibt.

Auch die Innenkamine 60 können jeweils durch eine umlaufende zylindrische Wandung 60 gebildet sein, die sich im jeweils umgebenden Außenkamin 50 nach unten hin bis auf Höhe der jeweiligen Durchgangsöffnung 40 des Bodens 4 erstrecken kann, so dass eine untere Auslassöffnung 41 des jeweiligen Innenkamins 60, die dem Rohrbündel 3 zugewandt ist, in der Öffnungsebene der jeweiligen Durchgangsöffnung 40 liegt.

Entsprechend kann die flüssige Phase F eines von oben her auf die Trenneinrichtung 2 bzw. den Boden 4 aufgegebenen ersten Mediums M nunmehr vom Dach 62 des jeweiligen Innenkamins 60 an dem Spalt bzw. der Einlassöffnung 61 des jeweiligen Innenkamins 60 vorbei auf das Dach 52 des jeweils zugeordneten Außenkamins 50 und von dort auf den Boden 4 abfließen, wo sie gesammelt und auf das Rohrbündel 3 weiterverteilt werden kann. Die gasförmige Phase G hingegen kann weiterhin über die ringförmigen Einlassöffnungen 51 in dem jeweiligen Außenkamin 50 entlang des koaxialen Innenkamins 60 über die jeweilige Durchgangs- bzw. Auslassöffnung 40 auf das Rohrbündel 3 geführt werden, wobei aufgrund der Innenkamine 60 nunmehr ein zusätzlicher Strömungspfad für die gasförmige Phase G pro Außenkamin 50 vorhanden ist, da die gasförmige Phase G nun auch über die unterhalb des Daches 62 des jeweiligen Innenkamins 60 gelegene Einlassöffnung 61 des jeweiligen

Innenkamins 60 in den jeweiligen Innenkamin 60 und von dort über die Auslassöffnung 41 des jeweiligen Innenkamins auf das Rohrbündel 3 führbar ist.

Wie bereits weiter oben dargelegt, weist bevorzugt auch das Dach 62 des jeweiligen Innenkamins 60 einen umlaufenden Randbereich 62a auf, mit einer ringförmigen, nach unten weisenden Unterkante 62b, die auf Höhe oder unterhalb einer umlaufenden, nach oben weisenden Stirnseite 60a des oberen Abschnitts 63 des jeweiligen

Innenkamins 60 verläuft, die die Einlassöffnung 61 des jeweiligen Innenkamins 60 berandet.

Aufgrund der koaxialen Anordnung von Außenkaminen 50 und Innenkaminen 60 ist es gemäß Figur 4 mit Vorteil möglich, die Trenneinrichtung 2 auch in Mantelabschnitten 5a des Mantels 5 unterzubringen, deren Durchmesser bzw. Umfang sich in Richtung der Längsachse z nach oben hin kontinuierlich verringert. Bezugszeichenliste

1 Wärmeübertrager

2 Trenneinrichtung

3 Rohrbündel

4 Boden

4a Flüssigkeitsverteiler

4b Arme

5 Mantel

6 Mantelraum

7 Einlass

30 Rohre

31 Zöpfe

32 Stutzen

40 Durchgangsöffnungen

40a Optionale Offnungen zum Verteilen der flüssigen Phase

41 Auslassöffnung

50, 70 Kamin

50a, 70a Stirnseite

51 , 61 , 71 Einlassöffnung

52, 62, 72 Dach

52a, 62a, 72a Randbereich

52b, 62b, 72b Unterkante

60 Innenkamin

63 Obere Abschnitt

300 Kernrohr

A Abstand

A' Uberstand

F Flüssige Phase

G Gasförmige Phase

M erstes Medium

M' zweites Medium

L Achse

S Strömungsverbindung

Z Längsachse