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CN109237964A - 用于影响径向液体迁移的气体提取/馈送 - Google Patents

用于影响径向液体迁移的气体提取/馈送 Download PDF

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CN109237964A
CN109237964A CN201810750274.0A CN201810750274A CN109237964A CN 109237964 A CN109237964 A CN 109237964A CN 201810750274 A CN201810750274 A CN 201810750274A CN 109237964 A CN109237964 A CN 109237964A
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CN
China
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medium
gas
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CN201810750274.0A
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English (en)
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M·施泰因鲍尔
C·克贝尔
M·舍恩贝格尔
J·施普雷曼
E·米勒
L·马塔莫罗
F·戴克泽尔
K·布劳恩
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Abstract

本发明涉及一种用于在第一介质与第二介质之间间接传递热的热交换器，第一介质具有液相以及气相，热交换器具有：外壳，外壳包围外壳空间并且沿着纵向轴线延伸，其中，外壳空间用于接收所述第一介质；和布置在外壳空间中的管束，管束具有多个用于接收所述第二介质的管，管在多个管层中螺旋地缠绕到热交换器的芯管上，芯管沿着外壳的纵向轴线在外壳空间中延伸，其中，管束具有多个包围芯管的内管层以及多个包围内管层以及芯管的外管层。尤其设置，热交换器构造为用于将气相的一部分经由气体导出装置从内管层的区域中从外壳空间中导出和/或将第一介质的气相在外管层的区域中经由气体供应装置供应到外壳空间中。

Description

用于影响径向液体迁移的气体提取/馈送
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的缠绕式热交换器。
背景技术
这种缠绕式热交换器例如在物理洗涤时用于去除酸气(例如低温甲醇洗方法)、使用在乙烯设备中或在用于生产液化天然气(LNG)的设备中。
在大多数情况下，借助降膜蒸发而在这种热交换器的外壳侧上的液体沿管束的外管层的方向偏转。所述液体的这种错误分布导致管束在该管束的内管层的区域中局部的冷却介质供应不足，并且因此导致所述热交换器的性能损失。
发明内容
因此，由此出发，本发明所基于的任务是，提供一种缠绕式热交换器，该热交换器抑制这种性能损失。
该任务通过具有权利要求1特征的热交换器以及通过具有权利要求14特征的方法来解决。本发明的这些方面的有利的构型在相应的从属权利要求中给出并且下面进行说明。
根据权利要求1公开了一种用于在第一介质与第二介质之间间接传递热的热交换器，所述第一介质具有液相以及气相，所述热交换器具有：
-外壳，所述外壳包围外壳空间并且沿着纵向轴线延伸，其中，所述外壳空间用于接收第一介质，和
-布置在所述外壳空间中的管束，所述管束具有多个用于接收所述第二介质的管，所述管在多个管层中螺旋地缠绕到热交换器的芯管上，所述芯管沿着外壳的纵向轴线在外壳空间中延伸，其中，所述管束具有多个包围芯管的内管层以及多个包围内管层以及芯管的外管层。
现在，根据本发明设置，所述热交换器具有气体导出装置，来自所述内管层的区域的气相的一部分能够经由该气体导出装置从所述外壳空间中导出，其中，热交换器的气体导出装置具有至少一个用于所述气相的导出流动路径，所述导出流动路径具有布置在所述外壳空间中的内管层的区域中的进入开口，并且其中，至少一个所述导出流动路径通过管束的内管层的管、尤其通过管束的最内部管层的管构成(或者说具有这样的内管或最内部管)。
替代地或补充地根据本发明设置，所述热交换器具有气体供应装置，第一介质的气相能够在所述外管层的区域中经由该气体供应装置供应到所述外壳空间中。
沿径向方向观察，缠绕到所述芯管上的管束具有n个彼此叠置的管层，其中，在本发明的意义上，当管层数n为偶数时，从所述芯管出发直到第n/2个管层为止的所有管层被理解为内管层，相反，向外跟随其后的管层(即从第(n/2+1)个管层直到第n个管层为止)被理解为外管层。当管层数为奇数时，内部的(n-1)/2个管层被理解为内管层并且其余管层被理解为外管层。
根据本发明的一个实施方式，在最内部管层的区域中导出所述气相并且在最外部管层的区域中供应所述气相。
基于本发明，能够以有利的方式减小或者避免沿所述管束的径向方向(向外朝外壳)的压力下降，使得沿径向方向在所述外壳空间中存在尽可能恒定的压力。这提高了热交换器的效率，因为由此减小或者避免液体的上述偏转。
所述管束的径向方向当前是指垂直于外壳的纵向轴线并且向外指向该外壳的方向，而轴向与所述纵向轴线重合。所述芯管优选与所述纵向轴线同轴地布置在外壳空间中并且相应地沿轴向方向延伸。
液相能够从上方以已知的方式被供给到所述管束上。在此，用于分配所述液相的液体分配器同时也能够将该液相与第一介质的气相分离。然而，将液相与气相分离也能够在独立的单元中进行。所述液体分配器能够将所述液相例如经由环绕在所述外壳上的间隙或经由管导入到位于其下方的具有分配器臂的环形通道中。替代地，所述液相能够经由中央开口导入到所述芯管中，然后被引向呈压力分配器的形式的分配器。这种液体分配器例如在DE 10 2004 040 974 A1中详细描述。同样可以考虑其他液体分配器。
此外，根据本发明的热交换器的一个实施方式可以考虑，至少一个导出流动路径至少区段地在所述芯管中延伸，例如代替通过管束的内管层的管、尤其通过管束的最内部管层的管构成的导出流动路径(也参见上文)。
在至少区段地在所述芯管中被引导的导出流动路径中，所述进入开口可以构造在芯管的壁中。替代地，所述导出流动路径可以穿过所述芯管的壁引导，其中，所述进入开口在芯管外布置在所述内管层的区域中或与所述芯管的壁的表面齐平地终止。此外，所述进入开口可以沿管束的径向方向布置在所述芯管的壁的表面和最内部管层之间。
原则上，所述至少一个导出流动路径可以通过管路构成。
此外，在通过内管层或者最内部管层的管构成的导出流动路径中，所述进入开口尤其可以构造在相关管的壁中。
此外，根据本发明的热交换器的一个实施方式设置，所述热交换器具有包围所述管束的内衬，所述内衬包围所述外管层。这样的内衬可以具有空心柱体的形状并且用于在所述外壳空间中抑制第一介质从所述管束旁经过的旁路流动。为此，所述内衬优选紧密地围绕所述管束。
此外，根据本发明的热交换器的一个优选的实施方式设置，为了供应第一介质的气相，所述热交换器或者说所述气体供应装置具有至少一个供应流动路径，该供应流动路径具有布置在所述外壳空间中的外管层的区域中的或者通向所述外壳空间中的排出开口。
在此，根据本发明的热交换器的一个实施方式设置，所述至少一个供应流动路径至少区段地在所述内衬的向外指向的外侧上被引导(即沿径向方向比所述内衬在更外部延伸，使得内衬在那里在所述管束和所述供应流动路径之间延伸)，或通过管束的外管层的管、尤其通过管束的最外部管层的管构成(或者具有这样的外管或最外部的管)。
在至少区段地在所述内衬的外侧上被引导的供应流动路径中，所述排出开口可以构造在所述内衬中。替代地，所述供应流动路径可以穿过所述内衬引导，其中，所述排出开口可以在被所述内衬包围的外壳空间区段内布置在所述外管层的区域中或可以与该内衬的内侧齐平地终止。此外，所述排出开口可以沿管束的径向方向布置在所述内衬的内侧和最外部管层之间。
原则上，所述至少一个供应流动路径例如可以通过管路构成。
此外，根据本发明的热交换器的一个实施方式设置，所述热交换器或者说所述气体导出装置具有多个用于第一介质的气相的导出流动路径，所述导出流动路径分别具有一个进入开口，其中，所述进入开口分别布置在所述外壳空间中的内管层的区域中。优选地，所述进入开口还沿着所述纵向轴线布置在不同高度。在此，各个进入开口可以根据上述变型中的一种变型构造。
优选地，根据本发明的热交换器的另一实施方式设置，所述热交换器或者所述气体供应装置具有多个用于第一介质的气相的供应流动路径，所述供应流动路径分别具有一个排出开口，其中，所述排出开口分别布置在所述外壳空间中的外管层的区域中，并且其中，所述排出开口尤其沿着所述纵向轴线布置在不同高度。
尤其，管或者构成导出流动路径或供应流动路径的管路可以具有多个进入开口或者排出开口，所述进入开口或者排出开口例如先后依次沿着相应的管或者相应的管路布置。以这种方式可以分别借助单个管或者单个管路提供多个通到相应的进入开口或者排出开口的流动路径。当然，也存在下述可能性：为每个进入开口或者排出开口设置独立的管或者独立的管路。
优选地，根据本发明的热交换器的另一实施方式设置，所述热交换器构造为用于(开环)控制或根据在所述外壳空间中测量的实际压力分布或在所述外壳空间中测量的实际温度分布来(闭环)调节所述气相的经由所述气体供应装置的供应和/或所述气相的经由所述气体导出装置的导出。
在此应注意，在所述外壳空间中的温度分布相应于所述压力分布改变，使得所述温度分布也适用于对气体导出或者气体供应进行调节。
在调节时尤其设置，所述热交换器这样调节所述气相的供应和/或导出，使得在所述外壳空间中的实际压力分布接近应有压力分布和/或所述实际温度分布接近应有温度分布，其中，尤其应有压力分布的压力沿管束的径向方向分别是恒定的，并且其中，尤其应有温度分布的温度沿径向方向分别恒定的，具体说尤其分别至少在该外壳空间的限定的高度上(例如在所述气相的导出和/或供应的高度上)或者在沿着外壳的纵向轴线的限定的外壳空间区段中是恒定的。
优选地，所述热交换器在一个实施方式中这样配置，使得沿着所述纵向轴线在所述管束的整个长度上，所述气相的一部能够分经由多个进入开口从所述内管层的区域中导出和/或第一介质的气相能够在所述外管层的区域中经由多个排出开口来供应，使得所述实际压力分布或者所述实际温度分布尤其在所述管束的整个长度上接近应有压力分布或者应有温度分布，在所述应有分布情况下，压力或者温度沿径向方向分别优选是恒定的以及沿轴向方向(即沿着所述纵向轴线)遵循预限定的或者所希望的走势。
根据本发明的热交换器为了测量实际压力分布或实际温度分布可以具有下面进一步描述的传感器。
此外，根据本发明的热交换器的一个实施方式设置，为了控制或调节所述气相的导出，所述至少一个导出流动路径或者所述气体导出装置具有阀。
以相同方式，为了控制或者调节所述气相的供应，所述至少一个供应流动路径或者所述气体供应装置可以具有阀。
根据本发明的热交换器的另一实施方式设置，所述至少一个导出流动路径经由压缩机、尤其能够控制或者调节的压缩机与所述至少一个供应流动路径处于通流连接中或者能够进入通流连接中。以这种方式，从管束的内层中从外壳空间中导出的气相能够以可变化的方式或者可控制或调节的方式在相应地压缩之后又在所述外管层的区域中供应给所述外壳空间。
此外，根据本发明的热交换器的一个实施方式设置，各个管层通过间隔保持件彼此贴靠。优选地，所述芯管接收所述管束的管的负载，其中，管层的负载尤其经由相应的间隔保持件向内卸载。
根据本发明的热交换器的另一实施方式设置，所述热交换器具有第一管路，所述第一介质能够经由所述第一管路(尤其两相地)被导入到所述热交换器或者所述外壳空间中，和/或所述热交换器具有第二管路，所述第一介质能够经由所述第二管路从所述热交换器中或者从该热交换器的外壳空间中被抽出。
所述第一管路可以例如连接到热交换器的接管上(例如在该热交换器的上方区段上)。所述第二管路同样可以连接到热交换器的接管上(例如在该热交换器的下方区段上)。
根据另一实施方式，所述热交换器具有在所述气体导出装置和所述第一管路之间的第一通流连接，使得第一介质的气相或者说过程流能够经由所述第一通流连接从所述气体导出装置中抽出并且导入到所述第一管路中。
此外，根据另一实施方式，所述热交换器也可以具有在所述气体导出装置和所述第二管路之间的第一通流连接，使得第一介质的气相或者说过程流能够经由所述第一通流连接从所述气体导出装置中抽出并且导入到所述第二管路中。
此外，根据本发明的一个实施方式设置，所述热交换器具有在所述气体供应装置和所述第一管路之间的第二通流连接，使得第一介质的气相或者说过程流能够经由所述第二通流连接从所述第一管路中导入到所述气体供应装置中。
此外，根据本发明的另一实施方式设置，所述热交换器也可以具有在所述气体供应装置和所述第二管路之间的第二通流连接，使得第一介质的气相或者说过程流能够经由所述第二通流连接从所述第二管路中导入到所述气体供应装置中。
此外，根据一个实施方式，所述第一通流连接也可以将所述气体导出装置在所述第一或者第二管路旁与所述外壳空间连接(尤其在该热交换器的外壳的任意部位处)。
与此类似地，根据一个实施方式，所述第二通流连接此外也可以将所述气体供应装置在所述第一或者第二管路旁与所述外壳空间连接(尤其在该热交换器的外壳的任意部位处)。
原则上，根据一个实施方式，所述第一和/或所述第二通流连接也可以具有用于第一介质的气相的缓冲存储器以及尤其也可以具有压缩机和/或阀(也参见下文)。借助所述压缩机可以将所述第一介质通过相应的通流连接来运送。所述阀用于调整或者中断第一介质的气相流。
根据本发明的另一方面设置一种方法技术上的设备，该设备具有根据本发明的热交换器以及第一部件和在气体导出装置与所述设备的第一部件之间的第一通流连接，使得该设备的过程流(例如第一介质的气相)能够从所述气体导出装置中经由所述通流连接导入到所述第一部件中。补充地或者替代地，所述设备可以具有第二部件以及在所述气体供应装置与所述第二部件之间的第二通流连接，使得过程流(例如第一介质的气相)能够经由所述第二通流连接从所述第二部件中抽出并且能够导入到所述气体供应装置中。
所述第一或者所述第二部件可以分别是所述设备的器件或者说设备部件，所述第一介质在所述设备的器件或者说设备部件中被引导(例如气体缓冲存储器和/或压缩机)和/或以其他方式被处理。此外，所述第一或者所述第二部件分别可以是设备部件或者说器件，第一介质的气相或者说过程流被从所述设备部件或者说器件(例如经由管路)运送到所述气体供应装置和/或第一介质的气相从所述气体导出装置出发(例如经由管路)运送到所述设备部件或者说器件。所述第一部件可以与所述第二部件相同。
根据本发明的另一方面提出一种用于运行热交换器的方法，所述方法尤其使用根据本发明的热交换器，其中，具有液相以及气相的第一介质在所述热交换器的被外壳包围的外壳空间中被引导并且间接地与第二介质交换热，所述第二介质在布置在所述外壳空间中的管束中被引导，所述管束具有多个用于接收所述第二介质的管，所述管在多个管层中螺旋地缠绕到所述热交换器的芯管上，所述芯管沿着外壳的纵向轴线在所述外壳空间中延伸，其中，所述管束具有多个包围所述芯管的内管层以及多个包围所述内管层以及所述芯管的外管层，并且其中，气相的至少一部分从所述内管层的区域中从所述外壳空间中被导出(以便尤其在那里降低在外壳空间中的压力)，具体说尤其经由所述气体供应装置导出，和/或其中，第一介质的气相在所述外管层的区域中被供应到所述外壳空间中(以便尤其在那里增加在外壳空间中的压力)，具体说尤其经由所述气体供应装置供应。
根据本发明的方法的一个实施方式设置，(开环)控制或根据在所述外壳空间中测量的实际压力分布或者实际温度分布(参见上文)来(闭环)调节所述气相的导出和/或供应。所述实际压力分布可以用多个设置在所述外壳空间中的压力传感器或者借助穿过所述外壳空间安装的光纤传感器来测量。在此，以已知的方式测量压力对光导纤维(例如玻璃纤维)的影响。替代地或补充地，可以在所述外壳空间中借助光纤传感器或者借助这样的传感器的至少一个光导纤维(例如玻璃纤维)测量实际温度分布。可以考虑的是，用光纤传感器不但测量实际温度分布而且测量实际压力分布。
尤其对于借助所述光纤传感器测量实际温度分布(并且所述实际温度分布被用于调节所述气相的供应或者导出)的情况，所述光纤传感器或者该传感器的光导纤维、尤其玻璃纤维可以沿着所述管束的管来安装，使得能够测量3D实际温度分布。
在调节时尤其设置，所述热交换器这样调节所述气相的供应和/或导出，使得在所述外壳空间中的实际压力分布接近应有压力分布或者在所述外壳空间中的实际温度分布接近应有温度分布，其中，尤其应有压力分布的压力沿所述管束的径向方向相应地是恒定的，具体说尤其至少在所述外壳空间的限定的高度上(例如在所述气相的导出和/或供应的高度上)或在沿着外壳的纵向轴线的限定的外壳空间区段中是恒定的。以相同方式，尤其应有温度分布的温度沿径向方向是恒定的，具体说尤其至少在所述外壳空间的限定的高度上(例如在所述气相的导出和/或供应的高度上)或在沿着外壳的纵向轴线的限定的外壳空间区段中是恒定的。
优选地，沿着所述纵向轴线在所述管束的整个长度上，气相的一部分经由多个进入开口从所述内管层的区域中导出和/或第一介质的气相在所述外管层的区域中经由多个排出开口供应，使得尤其在所述管束的整个长度上，所述实际压力分布或者所述实际温度分布接近应有压力分布或者应有温度分布，在所述应有分布情况下，压力或者温度沿径向方向分别是恒定的以及沿轴向方向(即沿着纵向轴线)遵循预限定的走势。
最后，根据本发明的另一方面公开了一种用于在第一介质和第二介质之间间接传递热的热交换器，所述第一介质具有液相以及气相，所述热交换器具有：
-外壳，所述外壳包围外壳空间并且沿着纵向轴线延伸，其中，所述外壳空间用于接收所述第一介质，和
-布置在所述外壳空间中的管束，所述管束具有多个用于接收所述第二介质的管，所述管在多个管层中螺旋地缠绕到所述热交换器的芯管上，所述芯管沿着外壳的纵向轴线在外壳空间中延伸，其中，所述管束具有多个包围所述芯管的内管层以及多个包围所述内管层以及所述芯管的外管层，
-其中，所述热交换器构造为用于，
将气相的一部分经由气体导出装置从所述内管层的区域中从所述外壳空间中导出，
和/或
将第一介质的气相在所述外管层的区域中经由气体供应装置供应到所述外壳空间中。
这种热交换器同样可以通过在这里所说明的特征或者实施方式来扩展。
附图说明
本发明的其他细节和优点应通过下面的根据附图的实施例的附图说明来阐述。
附图示出了：
图1根据本发明的热交换器的实施方式，在所述热交换器中，气相能够经由在最内部管层的区域中的芯管从外壳空间中抽出；
图2根据本发明的热交换器的另外的实施方式，在所述热交换器中，气相能够经由在最外部管层的区域中的内衬导入到外壳空间中；
图3另一实施方式，其中，根据图1和2能够实现气相的供应以及导出；和
图4在图3中所示的实施方式的变型；
图5在图1至4中所示的热交换器的管束的立体视图；
图6在气体供应装置或者气体导出装置与热交换器或者设备的部件的通流连接方面的多种不同的实施方式，所述热交换器可以连入到所述设备中；和
图7在气体供应装置或者气体导出装置与热交换器或者设备的部件的通流连接方面的另外的实施方式，所述热交换器可以连入到所述设备中。
具体实施方式
图1至4分别示出根据本发明的缠绕式热交换器1的一个实施方式。在各实施方式中，缠绕式热交换器1分别具有优选至少区段地柱形的外壳5，该外壳包围热交换器1的外壳空间6；所述缠绕式热交换器还具有布置在外壳空间6中的管束3，该管束可以具有多个管30，所述管可以螺旋地缠绕到芯管300上，其中，所述芯管300尤其与热交换器1或者说外壳5的纵向轴线z同轴地布置，外壳5沿着所述纵向轴线延伸。
管束3的管30尤其在多个管层中螺旋地缠绕到芯管300上，其中，各个管层通过间隔元件10彼此支撑，使得所述管层的总重量最终能够通过芯管300来承受。因此，管束3相应地沿径向方向R具有与芯管300相邻地布置的最内部管层4aa以及沿径向方向R的最外部管层4bb。管束3的管层在此可以根据上述定义被划分为内管层4a以及外管层4b。
图1至4中的管束3例如可以根据图5构造，其中，在这里为了清楚起见未示出气体导出装置43以及气体供应装置53(参见下文)。
所述纵向轴线z优选平行于垂直线延伸。此外，缠绕式热交换器1具有尤其柱形的内衬7，所述内衬包围管束3。在此，内衬7具有面向管束3、尤其最外部管层4bb的内侧7a以及背离该内侧7a的外侧7b，该外侧面向外壳5。内衬7用于抑制在外壳空间6中在管束3处经过的旁路流动。
借助液体分配器V从上方将第一介质M的液相F供给到管束3上，所述液相然后与在管束3的管30中被引导的第二介质M‘进行间接的热传递。液体分配器V可以具有多个臂A，所述臂例如经由芯管300被供应以液体F。
为了清楚起见，液体分配器V仅在图1中示出，然而也设置在根据图2至5的实施方式中并且按照图1的方式配置。
在此，在缠绕式热交换器1中可以产生第一介质M的液相F的不均匀分布，其中，液相F被向外挤向外壳5。由此，主要沿管束3的径向方向R产生朝外壳5方向的压力降或者相应的温度分布，该温度分布不利于热交换器1的效率。
相应的径向方向R在此垂直于纵向轴线z或者说芯管300，其中，所述纵向轴线z与管束3的轴向方向重合。
为了补偿在所述外壳空间中可测量的实际压力分布P的这种压力降，根据本发明的热交换器1的在图1中所示的第一实施方式设置，热交换器1构造为用于借助气体导出装置43将气相G的一部分从内管层4a,4aa的区域中从外壳空间6导出。在此，在图1中示出两种替代的变型，所述变型在下面被详细描述。
热交换器1的气体导出装置43在根据图1的第一变型中尤其具有至少一个用于气相G的导出流动路径40，该导出流动路径具有布置在外壳空间6中的内管层4a的区域中的进入开口41，其中，至少一个导出流动路径40例如通过管束3的内管层4a、尤其是最内部管层4aa的管30构成。
对此替代地，根据第二变型(参见图1)，热交换器1或者说气体导出装置43可以具有用于气相G的至少区段地在芯管300的内部空间中延伸的导出流动路径40，该导出流动路径具有布置在外壳空间6中的内管层4a的区域中的进入开口41，所述进入开口当前例如构造在例如芯管300的壁中。
因此，借助导出流动路径40可以将第一介质M的气相G的至少一部分从所述外壳空间中抽出，具体说当前从最内部管层4aa的区域中抽出。由此可以在提取部位处、即在进入开口41处产生在图1中产生的实际压力分布P，所述实际压力分布沿径向方向R具有尽可能恒定的压力。这种提取部位或者进入开口41可以在图1中沿着管束3沿纵向轴线z的整个长度设置，以便对整个管束3实现沿径向方向R尽可能恒定的压力或者沿径向方向R尽可能恒定的温度。借助阀8可以调节气相G的导出。这尤其不但适用于具有内管层或者最内部管层4a,4aa的所述管30的导出流动路径40(第一变型)，而且适用于至少区段地在芯管300的内部空间中延伸的导出流动路径40(第二变型)。为了简单起见，在图1中仅为在芯管300的内部空间中延伸的导出流动路径40示出阀8。
优选地，阀8被这样调节，使得在外壳空间6中测量的实际温度分布接近所希望的应有温度分布。替代地，也可以这样进行调节，使得所测量的实际压力分布接近所希望的应有压力分布。温度或者压力可以在所述外壳空间中例如以已知的方式借助光导纤维L或其他适合的传感器来测量(也参见上文)。光导纤维L例如可以沿着管30敷设并且在图1中示意性地示出。
图2示出在图1中所示实施方式的变型，其中，与图1不同地设置，气相G不是在内管层4a,4aa的区域中从外壳空间6中被抽出，而是在外管层4b的区域中、尤其在最外部管层4bb的区域中被导入到外壳空间6中。
为此，根据图2的热交换器1具有气体供应装置53，该气体供应装置具有至少一个用于气相G的供应流动路径50，根据第一变型，该供应流动路径在内衬7的外侧7b上以及在外壳空间6内延伸。当然，也可以考虑的是，这种流动路径50敷设在外壳5外并且然后穿过外壳5和内衬7引导。此外，替代地根据同样在图2中所示的第二变型，这样的流动路径50可以通过管束3的外管层4b的管30、尤其通过管束3的最外部管层4bb的管30构成。
如在图2中所示，至少一个供应流动路径50具有排出开口51，所述排出开口当前构造在内衬7中(或替代地构造在外管层或者最外部管层4b,4bb的所述管30中)，使得导入的气相G当前加载最外部管层4bb。由此，尤其可以在外管层4b的区域中提高在外壳空间6中的压力，使得总体上引起在沿径向方向R尽可能恒定的压力P。在图2中当然也可以沿着纵向轴线z设置多个进入开口51，使得如在上面根据图1已经描述的那样，能够在管束沿着纵向轴线z的整个长度上正面地影响所述压力。根据图2也可以借助阀8调节气相G的供应，具体说尤其不但用于具有外管层或者最外部管层4b,4bb的所述管30的供应流动路径50，而且替代地也用于在内衬7的外侧7b上延伸的供应流动路径50。为了简单起见，在图2中仅为在内衬7的外侧7b上延伸的供应流动路径50示出阀8。
优选地，阀8被这样调节，使得在外壳空间6中测量的实际压力分布P或者替代地测量的实际温度分布接近相应的应有压力分布或者应有温度分布。
此外，根据图3当然也存在下述可能性：将根据图1和图2的相应的实施方式结合，使得既能够从外壳空间6中抽出第一介质M的气相G也能够将其供应给外壳空间。
与此相关地，图4示出在图3中所示实施方式的变型，其中，在这里为了调节气相G经由至少一个导出流动路径40的导出或者为了调节气相G经由至少一个供应流动路径50的供应而设置：两个流动路径40,50经由能够调节的压缩机9处于通流连接中，使得在内管层4a区域中从外壳空间6中抽出的气相G能够借助压缩机9可变化地被压缩并且能够在外管层4b区域中再导入到外壳空间6中。在这里，气态介质G即在循环回路中引导。为了简单起见，在图4中仅为在芯管300的内部空间中延伸的流动路径40或者说在内衬7的外侧7b上延伸的流动路径50示出压缩机9，然而，如果两个流动路径40,50例如分别通过内管层或者最内部管层4a,4aa的管30和通过外管层或者最外部管层4b,4bb的管30构成，当然也可以使用所述压缩机。
代替对气相G的供应或者导出进行(闭环)调节，在图1至4中当然也可以设置对气相G的所述供应或者导出进行(开环)控制。
代替在根据图1至4的一些实施方式中除管束3外还使用的附加的流动路径40,50，为了空间上有针对性地从外壳空间6中抽出气相G或者空间上有针对性地将所述气相导入到外壳空间6中，以便有针对性地影响压力或者温度走势，原则上当然也可以例如如上面所描述地使用管束3的各个管30，所述管位于所希望的部位上，例如使用最外部管层4bb的管30用于导入气相G或者使用最内部管层4aa的管30用于导出气相G。
除上面已经示出的、气体导出装置43或者气体供应装置53与热交换器1的部件的通流连接的可能性外，图6和7示出根据本发明的热交换器1或者具有热交换器1的设备2的其他实施方式，所述其他实施方式涉及气体导出装置或者气体供应装置43,53的互连。
因此，根据图6可以设置，热交换器1具有第一管路411，在外壳侧的第一介质M(尤其两相的)经由所述第一管路例如馈入到热交换器1的上方区段中或者外壳空间6中。
此外，热交换器1能够具有第二管路511，在外壳侧的第一介质M能够经由所述第二管路从外壳空间6或者所述热交换器中抽出。第二管路511例如可以设置在热交换器1的下方区段处。
关于管路411或者511可以设置，气体导出装置43经由第一通流连接410与第一管路411连接，使得第一介质M的气相G的一部分能够经由气体导出装置43和第一通流连接410从热交换器1的外壳空间6中抽出并且能够馈入到第一管路411中。
对此替代地，气体导出装置43可以经由第一通流连接410与第二管路511连接，使得第一介质M的气相G的一部分能够经由气体导出装置43和第一通流连接410从热交换器1的外壳空间6中抽出并且能够输送到第二管路511中。
此外，气体供应装置53也可以经由第二通流连接510与第一管路411连接，使得第一介质M的气相G的一部分能够从第一管路411经由第二通流连接510馈入到气体供应装置53中。
为此替代地，气体供应装置53可以经由第二通流连接510与第二管路511连接，使得第一介质M的气相G的一部分能够从第二管路511中经由第二通流连接510馈入到气体供应装置53中。
根据图6，第一或者第二通流连接410,510可以具有气体缓冲存储器90、压缩机9以及尤其阀8，经由所述阀能够调整或者中断第一介质M的气相G流。在这里，热交换器1即与相应的气体缓冲存储器90、压缩机9以及阀8一起构成方法技术上的设备2或者这样的设备2的一部分，在所述设备中第一介质M构成过程流。如果热交换器1或者设备2例如根据实施例被用于使天然气液化，则外壳侧的第一介质M是冷却介质的混合物。原则上，第一介质M也可以是来自设备2的另一设备部分的过程流。
关于图6应注意，图6为了简单起见将不同的实施方式集合在一个图中，即示出了在气体供应装置或者气体导出装置53,43和第一或者第二管路411,511之间的所有可能的通流连接410或者510，然而其中，气体导出装置43尤其仅经由所述两个通流连接410中的一个通流连接与第一管路411或者与第二管路511连接。在所示出的两个通流连接510方面，同样的情况尤其适用于气体供应装置53。
此外，根据图7也可以设置，气体导出装置43经由第一通流连接410在任意部位处(尤其在两个管路411,511旁)与热交换器1的外壳空间6连接，使得第一介质M能够经由气体导出装置43(并且尤其经由阀8、气体缓冲存储器90和压缩机9)从外壳空间6中抽出并且又导入到外壳空间6中。类似地，根据图7，气体供应装置53可以经由第二通流连接510同样在任意部位处(尤其在两个管路411,511旁)与热交换器1的外壳空间6连接，使得第一介质M能够经由第二通流连接510(尤其经由气体缓冲存储器90、压缩机9和阀8)从外壳空间6中抽出并且经由气体供应装置53又导入到外壳空间6中。在图6和7中所示的通流连接410,510当然也能够以任意方式相互组合。
只要使用附加的流动路径40,50，则本发明具有另外的优点：已经存在的缠绕式热交换器可以特别简单地加装上述流动路径40,50，使得在这里也能够实现性能改进。
附图标记列表
1 热交换器
3 管束
4a、4aa 内管层
4b、4bb 外管层
5 外壳
6 外壳空间
7 内衬
7a 内侧
7b 外侧
8 阀
9 压缩机
10 间隔保持件
30 管
43 气体导出装置
40 导出流动路径
41 进入开口
53 气体供应装置
50 供应流动路径
51 排出开口
300 芯管
410 第一通流连接
411 第一管路
510 第二通流连接
511 第二管路
90 气体缓冲存储器
F 液相
G 气相
M 第一介质
M‘ 第二介质
P 实际压力分布
L 光导纤维或者光纤传感器
R 径向方向
Z 纵向轴线

Claims (14)

1.一种用于在第一介质(M)和第二介质(M‘)之间间接传递热的热交换器(1)，所述第一介质具有液相(F)以及气相(G)，所述热交换器具有：
-外壳(5)，所述外壳包围外壳空间(6)并且沿着纵向轴线(z)延伸，其中，所述外壳空间用于接收所述第一介质，
-布置在所述外壳空间(6)中的管束(3)，所述管束具有多个用于接收所述第二介质(M‘)的管(30)，所述管在多个管层中螺旋地缠绕到所述热交换器(1)的芯管(300)上，所述芯管沿着所述外壳(5)的所述纵向轴线(z)在所述外壳空间(6)中延伸，其中，所述管束(3)具有多个包围所述芯管(300)的内管层(4a,4aa)以及多个包围所述内管层(4a,4aa)以及所述芯管(300)的外管层(4b,4bb)，
其特征在于，
所述热交换器(1)构造为用于，
-将所述气相(G)的一部分经由气体导出装置(43)从所述内管层(4a,4aa)的区域中从所述外壳空间(6)中导出，其中，所述热交换器(1)的所述气体导出装置(43)具有用于所述气相(G)的至少一个导出流动路径(40)，所述导出流动路径具有布置在所述外壳空间(6)中的所述内管层(4a)的区域中的进入开口(41)，并且其中，所述至少一个导出流动路径(40)通过所述管束(3)的内管层(4a)的管(30)构成，
和/或
-将第一介质(M)的气相(G)在所述外管层(4b,4bb)的区域中经由气体供应装置(53)供应到所述外壳空间(6)中。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器(1)具有包围所述管束(3)的内衬(7)，所述内衬包围所述外管层(4b,4bb)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器(1)的气体供应装置(53)具有用于所述气相(G)的至少一个供应流动路径(50)，所述供应流动路径具有布置在所述外壳空间(6)中的所述外管层(4b)的区域中的排出开口(51)。
4.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于，所述至少一个供应流动路径(50)至少区段地在所述内衬(7)的向外指向的外侧(7b)上引导或通过所述管束的外管层(4b)的管(30)、尤其通过所述管束(3)的最外部管层(4bb)的管(30)构成。
5.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器(1)的所述气体导出装置(43)具有多个用于所述第一介质(M)的气相(G)的导出流动路径(40)，所述导出流动路径各具有一个进入开口(41)，其中，所述进入开口(41)分别布置在所述外壳空间(6)中的所述内管层(4a)的区域中，并且其中，尤其所述进入开口(41)沿着所述纵向轴线(z)布置在不同高度上。
6.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器(1)的所述气体供应装置(53)具有多个用于所述第一介质(M)的气相(G)的供应流动路径(50)，所述供应流动路径各具有一个排出开口(51)，其中，所述排出开口(51)分别布置在所述外壳空间(6)中的所述外管层(4b)的区域中，并且其中，尤其所述排出开口(51)沿着所述纵向轴线(z)布置在不同高度上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器(1)构造为用于控制或根据在所述外壳空间(6)中测量的实际压力分布(P)或者实际温度分布来调节所述气相(G)经由所述气体供应装置(53)的供应和/或所述气相(G)经由所述气体导出装置(43)的导出。
8.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，为了控制或者调节所述气相(G)的导出所述至少一个导出流动路径(40)具有阀(8)，和/或，为了控制或者调节所述气相(G)的供应所述至少一个供应流动路径(50)具有阀(8)。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述至少一个导出流动路径(40)通过压缩机(9)与所述至少一个供应流动路径(50)处于通流连接中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，各个管层(4a,4b)通过间隔保持件(10)彼此贴靠。
11.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述芯管(300)接收所述管束(3)的管(30)的负载。
12.一种设备(2)，具有根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)以及第一部件(90)和处于气体导出装置(43)与所述设备的所述第一部件(90)之间的第一通流连接(410)，使得所述设备的尤其具有所述第一介质(M)的气相(G)的过程流(M)能够从所述气体导出装置(43)中经由所述通流连接(410)导入到所述第一部件(90)中，和/或，所述设备(2)具有第二部件(90)以及处于气体供应装置(53)与所述第二部件(90)之间的第二通流连接(510)，使得所述设备(2)的尤其具有所述第一介质(M)的气相(G)的过程流(M)能够经由所述第二通流连接(510)从所述第二部件(90)中抽出并且能够导入到所述气体供应装置(53)中。
13.一种用于运行根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)的方法，其中，具有液相(F)以及气相(G)的第一介质(M)在所述热交换器(1)的被外壳(5)包围的外壳空间(6)中被引导并且间接地与第二介质(M‘)交换热，所述第二介质在布置在所述外壳空间(6)中的管束(3)中被引导，所述管束具有多个用于接收所述第二介质(M‘)的管(30)，所述管在多个管层(4a,4b)中螺旋地缠绕到所述热交换器(1)的芯管(300)上，所述芯管沿着所述外壳(5)的纵向轴线(z)在所述外壳空间(6)中延伸，其中，所述管束(3)具有多个包围所述芯管(300)的内管层(4a)以及多个包围所述内管层(4a)以及所述芯管(300)的外管层(4b)，并且其中，所述气相(G)的一部分从所述内管层(4a,4aa)的区域中从所述外壳空间(6)中被导出，
和/或其中，第一介质(M)的气相(G)在所述外管层(4b,4bb)的区域中被供应到所述外壳空间(6)中。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，控制或根据在所述外壳空间(6)中测量的实际压力分布(P)或者实际温度分布来调节所述气相(G)的导出和/或供应。
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