DE69213914T2

DE69213914T2 - Verdampfer für verflüssigtes Erdgas

Info

Publication number: DE69213914T2
Application number: DE69213914T
Authority: DE
Inventors: Fukuzo Harada; Keizo Konishi; Hiroo Nishimura; Tamotsu Tori; Akio Tsukamoto; Koichi Ueno
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1991-12-12
Filing date: 1992-12-10
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2012-12-11
Also published as: JPH05164482A; KR930013556A; EP0550845B1; EP0550845A1; ES2094270T3; KR950011704B1; US5341769A; DE69213914D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verdampfer für verflüssigtes Erdgas gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Unter den bekannten Verdampfern für verflüssigtes Erdgas befindet sich der Verdampfer der offenen Rahmenbauart wie er in der japanischen Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift Nr. 75388/1987 offenbart ist. Ein Beispiel des Verdampfers ist in Figur 12 dargestellt. Er besteht aus einem unteren Sammler 90 und einem oberen Sammler 92. Der untere Sammler 90 erstreckt sich in die Richtung senkrecht zur Zeichnung und erlaubt verflüssigtem Erdgas 91 darin zu strömen. Der obere Sammler 92 verläuft oberhalb und parallel zum unteren Sammler 90. Die zwei Sammler 90 und 92 sind miteinander verbunden durch eine Mehrzahl von Wärmeaustauscherrohren 94. Die Wärmeaustauscherrohre 94 sind in Axialrichtung des unteren Sammlers 90 angeordnet (welcher senkrecht zur Zeichnung steht). Jedes der Wärmeausstauscherrohre 94 ist mit einem Paar von Rippen (nicht gezeigt) versehen, welche in die Axialrichtung des unteren Sammlers 90 vorstehen. Folglich bilden diese Wärmeausstauscherrohre 94 ein Wärmetransferpanel. Jedes der Wärmeaustauscherrohre 94 sind an deren oberen Teil mit einem Seewassertrog 96 ausgebildet, so daß Seewasser 98 ( als ein Wärmemedium) entlang der Oberfläche des Wärmeausstauschrohres 94 strömt. Die Wärme des Seewasser 98 verdampft das verflüssigte Erdgas, um diesem zu erlauben, durch das Wärmeausstauchrohr 94 empor zu steigen. Das verdampfte Erdgas wird durch den oberen Sammler 92 zurückgewonnen.
Die vorstehend erwähnte Einrichtung hat ein Problem entstehend aus der Tatsache, daß der untere Sammler 90 und der untere Teil des Wärmeausstauscherrohrs 94 sich in direktem Kontakt mit dem verflüssigten Erdgas befinden und sie folglich auf eine extrem niedrige Temperatur abgekühlt werden. Die abgekühlte Oberfläche gefriert unter Ausbildung einer Eisschicht 99 (welche als eine Wärmeisolationsschicht wirkt) wie in Figur 12 (rechts) dargestellt ist. Die Eisschicht 99 verhindert Wärmeaustausch, wodurch verursacht wird, daß der untere Teil des Wärmeaustauscherrohrs 94 nach wie vor auf einer niedrigen Temperatur gehalten wird. Als ein Ergebnis hiervon gleicht sich der Temperaturgradient in dem Wärmeaustauscherrohr 94 jenem des verflüssigten Erdgases an, welches darin strömt, wie in der Figur 13 dargestellt ist. Unter extremer Kühlung schrumpft der untere Teil des Wärmeaustauscherrohrs 94 um ein derart großes Ausmaß, das selbst eine geringste Schwankung hinsichtlich der Verteilung des Seewassers 98 die Schrumpfung der einzelnen Wärmeaustauscherrohre 94 verändert, welches in dem schlimmsten Fall lokale Deformation der Wärmeaustauscherrohre 94 verursacht. Um mit dieser Situation fertig zu werden, wurde eine Idee vorgeschlagen, wonach jedes Wärmeaustauscherrohr 94 mit einer Mehrzahl von Rippen 94a versehen ist, so daß es einen vergrößerten Oberflächenbereich für eine bessere Wärmeübertragung vom Seewasser 98 hat. Ein Nachteil dieser Idee besteht darin, daß die Rippen 94a die Oberflächenkonfiguration des Wärmeaustauscherrohres komplex machen und die komplexe Oberflächenkonfiguration sich in einfacher Weise mit Muscheln überzieht. Die Entfernung der Muscheln ist äußerst schwierig. Darüber hinaus ist die komplexe Oberfächenkonfiguration ungeeignet für das Metallsprühen mit hoch wärmeleitfähigem Al-Zn.
Jeder Versuch den Wärmeaustausch zwischen dem verflüssigten Erdgas und dem Seewasser durch Erhöhen des Wärmeübertraqungskoeffizienten des Wärmeaustauscherrohres 94 selbst zu beschleunigen ist nicht erfolgreich, da die Eisschicht 99 (als eine Isolationsschicht) im Gleichmaß zur Erhöhung des Wärmeübertragungskoeffizienten dicker wird. Folglich ist es unmöglich, den unteren Teil des Wärmeaustauscherrohres vor einer Abkühlung zu schützen. Darüber hinaus endet das Erhöhen der Strömungsrate sowohl des verflüssigten Erdgases als auch des Seewassers in dem Dickerwerden der Eisschicht 99, da die Erhöhung des Wärmetransferkoeffizienten durch das Erhöhen der Strömungsrate an verflüssigtem Erdgas jenen durch die erhöhte Strömungsrate von Seewasser überwiegt.
Das Dokument EP-A-0 450 906 offenbart einen allgemeinen Verdampfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solch ein Verdampfer hat ein Austauscherrohr, dessen eines Ende sich von einem ersten Sammler erstreckt, wobei das andere Ende des Rohres verschlossen ist. Das Austauscherrohr hat eine Leitung, die sich darin erstreckt, wobei die Leitung an den ersten Sammler angeschlossen ist. Das verdampfte Gas, welches in die Leitung eindringt, verläßt die Leitung nahe dem anderen Ende des Rohres und strömt zwischen der inneren Wand des Rohres und der äußeren Wand der Leitung rückwärts durch Rippen, welche dazwischen angeordnet sind, in Richtung einer Öffnung in dem Rohr nahe dessen einem Ende, um in ein weiteres Rohr einzuströmen, welches zu einem zweiten Sammler führt. Bei dieser grundsätzlichen Bauart eines Verdampfers findet der Wärmeaustausch zwischen der inneren Leitung und dem äußeren Rohr statt, wobei folglich die Wärmeraten jedes dieser Elemente sich gegenseitig beeinflussen in Abhängigkeit von deren Temperatur und der Menge an hierdurch gefördertem verflüssigtem Erdgas.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Verdampfer für verflüssigtes Erdgas zu schaffen, welcher die Wärmeaustauscherrohre davor schützt, extrem abgekühlt zu werden, ohne die Verdampfereffizienz zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird erreicht mittels der Kombination der Merkmale, weiche im Anspruch 1 angeben sind. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der Verdampfer gemäß der vorliegenden Erfindung bietet einen Vorteil dahingehend, daß eine Wärmeisolationsschicht ausgebildet wird, zwischen dem Wärmeaustauscherrohr und der Leitung für das verflüssigte Erdgas, da das Wärmeaustauscherrohr mit einer Leitung, durch welche das verflüssigte Erdgas strömt in dem Teil von diesem vorgesehen ist, welcher nahe dem Einiaßsammler ist oder in dem Niedrigtemperaturteil von diesem. Die Wärmeisolationsschicht hat einen niedrigen Wärmeübertragungskoeffizienten und reduziert folglich die Wärmeübertragung vom verflüssigten Erdgas auf das Wärmeaustauscherrohr. Dies ermöglicht dem Wärmeaustauscherrohr bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur zu verbleiben und schützt folglich das Wärmeaustauscherrohr daran in exzessiver Weise zu schrumpfen.
Obgleich die Wärmeisolationsschicht den Wärmeaustausch zwischen dem Wärmemedium und dem verflüssigten Erdgas reduziert, ist der Verdampfer gemäß der vorliegenden Erfindung in keinster Weise den herkömmlichen hinsichtlich der Effizienz untergeordnet, da für den Fall, daß keine Wärmeisolationsschicht vorgesehen ist, das Wärmeaustauscherrohr mehr als notwendig abgekühlt wird und folglich mit Eis überzogen wird, welches als eine Isolationsschicht wirkt, um ggf. den erforderlichen Wärmeaustausch zu verhindern. Die Tatsache, daß die Leitung für das verflüssigte Erdgas in Kontakt mit dem Wärmeaustauscherrohr über Rippen steht, macht es darüber hinaus möglich, die Menge an Wärme zu regeln, welche vom verflüssigten Erdgas auf das Wärmeaustauscherrohr übertragen wird, falls der Bereich der Rippen in Kontakt mit der innenseitigen Wand des Wärmeaustauscherrohrs (oder der äußeren Wand der Leitung für verflüssigtes Erdgas) in geeigneter Weise eingestellt wird. Die Tatsache, daß die Rippen in reinem Druckkontakt mit der innenseitigen Wand des Wärmeaustauscherrohres sind (oder der außenseitigen Wand der Leitung für verflüssigtes Erdgas) jedoch nicht vollständig an diese gekoppelt und fixiert sind, schützt darüber hinaus die Leitung für verflüssigtes Erdgas vor thermischen Spannungen, selbst wenn es infolge einer Abkühlung schrumpft.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Rippen in der Mitte in die Richtung senkrecht zu deren Vorsprungsrichtung abgebogen, wobei das vordere Ende der Rippe gegen die Innenseite des Wärmeaustauscherrohres angedrückt wird, wobei der abgebogene Teil deformiert wird. Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung bietet einen Vorteil dahingehend, daß die Rippen in Preßkontakt mit der innenseitigen Wand des Wärmeaustauscherrohres (oder der außenseitigen Wand der Leitung für verflüssigtes Erdgas) gehalten werden, selbst wenn die infolge einer Abkühlung schrumpft. Der Grund hierfür besteht darin, daß jede Rippe mittig derart abgebogen ist, daß deren abgebogener Teil gegen die innenseitige Wand des Wärmeaustauscherrohres (oder die außenseitige Wand der Leitung für verflüssigtes Erdgas) durch dessen elastische Deformation gepreßt wird. Diese Struktur macht es einfach, den Kontaktbereich (oder den Wärmeübertragungsbereich der Rippe) durch Einstellen der Länge des abgebogenen Teils der Rippe zu regeln.
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat das Wärmeaustauscherrohr in dessem Teil, der nahe zu dem Auslaßsammler liegt und sich jenseits der Region befindet, in welcher die Leitung liegt, ein Führungsbauteil um das verflüssigte Erdgas, welches hierdurch strömt, zu dessen innenseitigen Wand zu führen.
Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat das Wärmeaustauscherrohr in dessen Teil, welches nahe dem Auslaßsammler und jenseits des Bereichs, in welchem sich die Leitung befindet liegt, ein Wärmeübertragungsbauteil, welches sich in Kontakt sowohl mit dem verflüssigten Erdgas, welches durch das Wärmeaustauscherrohr strömt und der innenseitigen Wandung des Wärmeaustauscherrohres befindet. Der dritte und vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung bietet einen Vorteil dahingehend, daß der Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeaustauscherrohr und dem verflüssigten Erdgas durch ein Führungsbauteil oder ein Wärmeübertragungsbauteil gefördert wird, welches sich in jenen Teil des Wärmeaustauscherrohres befindet, der nahe dem Auslaßsammler und jenseits des Bereichs liegt, in welchem sich die Leitung für verflüssigtes Erdgas befindet. Das Führungsbauteil führt verflüssigtes Erdgas zu der innenseitigen Wand des Wärmeaustauscherrohres. Das Wärmeübertragungsbauteil befindet sich im Kontakt sowohl mit dem verflüssigten Erdgas als auch mit der innenseitigen Wandung des Wärmeaustauscherrohres, so daß es den Wärmeaustausch zwischen diesen unterstützt.
Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die anliegenden Figuren näher beschrieben.
Fig. 1 ist eine allgemeine perspektivische Ansicht, des Verdampfers für verflüssigtes Erdgas gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ist eine Frontguerschnittsansicht, welche wichtige Teile des vorstehend erwähnten Verdampfers für verflüssigtes Erdgas darstellt,
Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie I-I von Figur 2,
Fig. 4 ist eine Plansohnittansicht eines modifizierten Ausführungsbeispiels des vorstehend genannten Verdampfers für verflüssigtes Erdgas, in welchem die Leitung für verflüssigtes Erdgas eine erhöhte Anzahl von Rippen hat,
Fig. 5 ist eine Frontschnittansicht, die wichtige Teile des Verdampfers für verflüssigtes Erdgas gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt,
Fig. 6 ist eine teilweise ausgeschnittene Perspektivenansicht, die wichtige Teile des vorstehend genannten Verdampfers für verflüssigtes Erdgas zeigt,
Fig. 7 ist eine Planschnittansicht, welche die innere Struktur des oberen Teils des Wärmeaustauscherrohres in dem vorstehend genannten Verdampfer für verflüssigtes Erdgas zeigt,
Fig. 8 ist eine Plansohnittansicht eines modifizierten Ausführungsbeispiels des vorstehend genannten Verdampfers für verflüssigtes Erdgas, in welchem die innere Leitung, die dem oberen Teil des Wärmeaustauscherrohres positioniert ist eine erhöhte Anzahl von Rippen an deren äußere Oberfläche hat.
Fig. 9 ist eine Planschnittansicht, die wichtige Teile des Verdampfers für verflüssigtes Erdgas gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 10(a) ist eine Planschnittansicht, die wichtige Teile des Verdampfers für verflüssigtes Erdgas gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 10(b) ist eine Plansohnittansicht, welche diegleiche Einrichtung wie in Figur 10(a) zeigt, in welcher der Raum zwichen der Leitung für verflüssigtes Erdgas und dem Wärmeaustauscherrohr mit einem Füllmaterial aufgefüllt ist,
Fig. 11(a) ist eine Planschnittansicht, die ein modifiziertes Ausführungsbeispiel des Verdampfers für verflüssigtes Erdgas zeigt, in dem die innere Leitung in dem oberen Teil des Wärmeaustauscherrohres mit einem Füllmaterial befühlt ist,
Fig. 11(b) ist eine Planschnittansicht, die ein modifiziertes Ausführungsbeispiel des Verdampfers für verflüssigtes Erdgas zeigt, in dem das Wärmeaustauscherrohr Rippen an dessen innere Fläche hat.
Fig. 12 ist eine schematische Frontsohnittansicht, welche darstellt, wie Eissohichten in dem konventionellen Verdampfer für verflüssigtes Erdgas ausgebildet werden,
Fig. 13 ist eine Graph, der die Beziehung zwischen der Temperatur des verflüssigten Erdgases und den vertikalen Abstand vom Boden des Wärmeaustauscherrohres darstellt,
Fig. 14 ist eine Planschnittansicht, die ein modifiziertes Ausführungsbeispiel des vorstehend genannten Verdampfers für verflüssigtes Erdgas zeigt, in dem das Wärmeaustauscherrohr Rippen hat.
Figur 1 ist eine allgemeine Perspektivenansicht, die den Verdampfer für verflüssigtes Erdgas gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Einrichtung hat eine Mehrzahl von unteren Sammiern (Einlaßsammmler) 10 die horizontal angeordnet sind und für den Zusammenschluß zu einer Verteilerleiste 18 gruppiert sind. Der gepaarte obere Sammler 16 und untere Sammler 10 kommunizieren miteinander durch eine Mehrzahl von Wärmeaustauscherrohren 22, die eine Wärmeübertragungspanele ausbilden. Der untere Sammler 10 besteht aus einer doppelschichtigen Struktur, aufgebaut aus einer inneren Leitung 24 und einer äußeren Leitung 26, wie in der Figur 2 gezeigt ist. Die innere Leitung 24 hat Bohrungen (nicht gezeigt) in geeigneten Intervallen, so daß der Dampf vom verflüssigten Erdgas aus der inneren Leitung 24 entweicht und die äußere Leitung 26 auffüllt. Beiläufig wird in Figur 2 eine Abflußleitung 28 gezeigt, die an den Boden der äußeren Leitung 26 angeschlossen ist.
Wie in dem Schnitt gemäß der Figur 3 dargestellt wird, hat das Wärmeaustauscherrohr 22 an deren Außenseite an Paar von Rippen 22a, die sich in dessen axialer Richtung erstrecken. Diese Rippen 22a unterstützen den Wärmeaustausch mit Seewasser, welches entlang dieser strömt, wie in Fig. 12 gezeigt wird. Durch den Austausch mit Seewasser verdampft das verflüssigte Erdgas, wobei das verdampfte Erdgas durch die Wärmeaustauscherrohre 22 und dem oberen Sammler 16 wiedergewonnen wird.
Diese Einrichtung (Verdampfer) ist dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeaustauscherrohr 22 eine Leitung 32 für verflüssigtes Erdgas enthält. Diese Leitung 32 erstreckt sich vom unteren Ende (nahe dem Einlaßsammler) des Wärmeaustauscherrohres bis zu einer bestimmten Höhe. Die Leitung 32 für verflüssigtes Erdgas ist an die innere Leitung 24 angeschlossen, wobei ein Dichtungsbauteil 30 dazwischen plaziert ist, wie in der Figur 2 dargestellt wird, so daß verflüssigtes Erdgas lediglich in die Leitung 32 für verflüssigtes Erdgas eingeleitet wird. Die Leitung 32 für verflüssigtes Erdgas erstreckt sich über einen bestimmten Bereich, welcher in geeigneter Weise für die individuelle Einrichtung festgesetzt wird. Dieser Bereich stimmt für gewöhnlich mit dem Bereich in welchem verflüssigtes Erdgas teilweise verdampft wird um ein solches Ausmaß überein, daß ein extremer Temperaturabfall auftritt, infolge der latenten Verdampfungswärme des verflüssigten Erdgases.
Das Rohr 32 für verflüssigtes Erdgas hat an dessen Außenseite vier Rippen 33, welche in der Axialnohtung (senkrecht zu der Zeichnung) verlaufen und in die Radialrichtung vorstehen, wie in der Figur 3 gezeigt wird. Jede der Rippen 33 ist mittig in die Richtung gebogen (oder in die Umfangsrichtung) senkrecht zu der Radialrichtung. Das abgebogene Teil ist einer elastischen Deformation unterworfen, welche das Abbiegen derart erhöht, daß die Seite des vorwärtigen Endes 33a der Rippe 33 in Preßkontakt mit der innenseitigen Wand des Wärmeaustauscherrohres 22 ist. Darüber hinaus enthält die Leitung 32 für verflüssigtes Erdgas eine Torsionsstange 35 mit einer Querschnittsform, welche den Wärmeaustausch zwischen verflüssigtem Erdgas und der Leitung 32 für flüssiges Erdgas unterstützt. Die vorstehend erwähnte Struktur kann ausgeformt werden durch gemeinsames Ziehen der Torsionsstange 35 und der Leitung 32 für flüssiges Erdgas, wobei das erstere als Kern dient und anschließend durch gemeinsames Ziehen der Leitung 32 und des Wärmeaustauscherrohres 22, wobei das erstere als Kern dient. Die Leitung 32 für flüssiges Erdgas, die Rippe 33 und die Torsionsstange 35 sollten vorzugsweise aus Aluminium gefertigt werden, welches hervorragend in der Verarbeitungsfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit wie in dem Beispiel eines Wärmeaustauscherrohres 22 ist. Alternativ kann das Wärmeaustauscherrohr 22 aus Titan gefertigt sein, welches hervorragend ist hinsichtlich des Korrosionswiderstandes, wobei die Leitung 32 für flüssiges Erdgas aus Aluminium gefertigt sein kann, welches weniger teuer ist als Titan. Die Verwendung dieser beiden Materialien trägt dazu bei, die Korrosionsbeständigkeit sowie niedrige Ausrüstungskosten zu verbessern.
Das Wärmeaustauscherrohr 22 enthält eine ringförmige Tellungsplatte 34 die an der Position entsprechend dem oberen Ende der Leitung 32 für flüssiges Erdgas fixiert ist, wie In der Figur 2 dargestellt wird. Die ringförmige Teilungsplatte 34 hat eine Durchgangsbohrung 34a an deren Mittelpunkt. An der Peripherie der Durchgangsbohrung 34a ist das obere Ende der Leitung 32 für verflüssigtes Erdgas befestigt. Die Teilungswand 34 schließt den Raum zwischen der Leitung 32 für flüssiges Erdgas und dem Wärmeaustauscher rohr 22. Aufgrund dieser Struktur ermöglicht die Leitung 32 für flüssiges Erdgas dem flüssigen Erdgas durch dieses zu strömen, wobei der Raum zwischen der Leitung 32 für flüssiges Erdgas und dem Wärmeaustauscherrohr 22 mit Erdgas bei einer niedrigen Temperatur befühlt wird, welches als eine Isolationsschicht dient. Aus diesem Grunde findet ein Wärmeaustausch zwischen der Leitung 32 für flüssiges Erdgas und dem Wärmeaustauscherrohr 22 durch die Rippen 33 statt.
Das Wärmeaustauscherrohr 22 enthält ferner ein Spiralbauteil 36 (als ein Führungsbauteil für ein Wärmeübertragungsbauteil), welches oberhalb der Teilungsplatte 34 befestigt ist. Dieses Spiralbauteil 36 ist aus einem wärmeleitfähigen Material wie in dem Fall des Wärmeaustauscher rohrs 22, der Leitung 32 für verflüssigtes Erdgas und der Rippen 33 gefertigt. Das Spiralbauteil 36 besteht aus einer Achse 37 (welche sich in die gleiche Richtung wie das Wärmeaustauschrohr 22 erstreckt) und einer Spiralplatte 38. Die Peripherie der Spiralpiatte 38 ist mit der innenseitigen Wand des Wärmeaustauscherrohres 22 in Kontakt. Diese Struktur kann ausgeformt werden durch gemeinsames Ziehen des Spiralbauteus 36 und dem Wärmeaustauscherrohres 22, wobei das erstere als ein Kern dient.
Die Vorrichtung (Verdampfer) gemäß vorstehender Beschreibung funktioniert in der folgenden Weise.
Zuerst strömt flüssiges Erdgas in die innere Leitung 24 des unteren Sammlers 10 ein. Dann strömt es in die Leitung 32 in dem Wärmeaustauscherrohr 22. Es unterliegt einem Wärmeaustausch mit Seewasser, welches entlang der Außenseite des Wärmeaustauscherrohres 22 strömt, wodurch ein Verdampfen und ein Aufwärmen verursacht wird. Verdampftes Erdgas wird durch den oberen Sammler 16 wiedergewonnen.
Es sollte darauf hingewiesen werden, daß flüssiges Erdgas in die Leitung 32 an dem unteren Teil des Wärmeaustauscherrohres 22 einströmt (bzw. dem Niedertemperaturteil) in anderen Worten ausgedrückt, kommt das flüssige Erdgas nicht unmittelbar mit dem Wärmeaustauscherrohr 22 infolge der Isolationsschicht in Kontakt, die zwischen der Leitung 32 und dem Wärmeaustauscherrohr 22 ausgeformt ist. Dies hindert die äußere Fläche des Wärmeaustauscherrohrs 22 daran, extrem abgekühlt zu werden, wobei folglich verhindert wird, daß es vereist. Hieraus folgt demzufolge, daß die Schrumpfung des Wärmeaustauscherrohres 22 an dem Niedertemperaturteil reduziert und gleichförmig gemacht wird.
Im ersten Augenblick scheint die Dualleitungsstruktur den Wärmeaustausch zwischen flüssigem Erdgas und dem Seewasser zu verhindern und folglich die Effizienz an Verdampfung von flüssigem Erdgas entsprechend zu reduzieren. Dies trifft jedoch eigentlich nicht zu. Wenn flüssiges Erdgas in unmittelbarem Kontakt mit dem Wärmeaustauscherrohr kommt, dann wird eine Isolationsschicht aus Eis an der äußeren Fläche des Wärmeaustauscherrohres 22 ausgeformt, wie in der Figur 12 gezeigt wird. Folglich wird die Gesamteffizienz durch die Dualleitungsstruktur nicht beeinträchtigt.
Das verdampfte Erdgas, welches die Leitung 32 für verflüssigtes Erdgas verlassen hat, strömt im wesentlichen in den oberen Teil des Wärmeaustauscherrohres 22 ein, in welchem das Erdgas nahezu vollständig verdampft ist. In diesem Teil strömt das verdampfte Erdgas entlang der Spiraiplatte 38, welche in positiver Weise das verdampfte Gas in Richtung zur innenseitigen Wand des Wärmeaustauscherrohres 22 leitet. Darüber hinaus wirkt das Spiralbauteil 36 selbst als eine Wärmeübertragungsmedium zwischen dem Erdgas und dem Wärmeaustauscherrohr 22. Diese Anordnung unterstützt den Wärmeaustausch zwischen dem Erdgas und dem Wärmeaustauscherrohr 22, wobei folglich das Erdgas effizient aufgeheizt wird.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Verdampfer dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil des Wärmeaustauscherrohres 22 eine Dualleitungsstruktur aufweist. Diese Struktur verhindert, daß die Oberfläche des Wärmeaustauscherrohres 22 eineist uns verhindert ferner die große Schrumpfung des Wärmeaustauscherrohres 22, ohne ein nennenswerter Verlust bezüglich der Effizienz der Verdampfung an flüssigem Erdgas. Der Verdampfer ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeaustauscherrohr 22 an dessen oberen Teil das Spiralbauteil 36 enthält, welches den Wärmeaustausch zwischen dem Erdgas und dem Wärmeaustauscherrohr 22 unterstützt, wodurch das Aufheizen des Erdgases unterstützt wird. Darüber hinaus bietet dieses Ausführungsbeispiel einen weiteren Vorteil. D.h., daß die Leitung 32 für flüssiges Erdgas mit den Rippen 33 versehen ist, die von dessen äußerer Oberfläche vorstehen. Jede der Rippen 33 ist mittig abgebogen, wobei der abgebogene Teil elastisch deformiert ist und wobei die Seite des vorwärtigen Endes 33a gegen die innenseitige Wand des Wärmeaustauscherrohres 22 angedrückt wird. Diese Struktur macht es einfach, den Wärmeübertragungsbereich zwischen dem Rippen 33 und dem Wärmeaustauscherrohr 22 zu regeln durch geeignetes Justieren der Länge des vorderen Endes 33a. Die Tatsache, daß die Rippe 33 und das Wärmeaustauscherrohr 22 voneinander getrennt sind, bietet einen Vorteil dahingehend, daß die geringe Deformation der Rippe 33 durch Schrumpfung eine sehr geringe Spannung induziert, wobei die elastische Deformation des abgebogenen Teils der Rippe 33 den Preßkontakt zwischen der Rippe 22 und dem Wärmeaustauscherrohr 22 gewährleistet. Dies ist dann nicht der Fall, wenn die Rippe 33 fest an dem Wärmeaustauscherrohr 22 fixiert ist, wobei in diesem Fall die Schrumpfung der Rippe 33 eine große Spannung induziert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, ist die Anzahl der Rippen 33 nicht in spezifischer Weise limitiert, sondern kann für individuelle Einheiten festgesetzt werden. Ein Beispiel für eine Leitung mit sechs Rippen wird in der Figur 4 gezeigt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nicht immer notwendig, daß das Wärmeaustauscherrohr 22 die Rippen 22a an dessen äußere Oberfläche hat und die Leitung 32 für flüssiges Erdgas die Torsionsstange 35 enthält. Sie können wie benötigt ausgeformt sein.
Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 5 bis 7 beschrieben.
Diese Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeaustauscherrohr 22 an dessen oberen Teil eine innere Leitung (Wärmeübertragungsbauteil) 40 anstelle des vorstehend erwähnten Spiralbauteus 36 enthält. Die innere Leitung 40 weist die gleiche Form auf, wie die vorstehend erwähnte Leitung 32 für flüssiges Erdgas. Folglich enthält die innere Leitung 40 die Torsionsstange 35, wie in den Figuren 6 und 7 dargestellt ist. Die innere Leitung 40 hat ferner an deren äußere Oberfläche vier Rippen 32, die nach außen in der radialen Richtung vorstehen und mittig abgebogen sind derart, daß die Seite des vorwärtigen Endes 32a sich in Preßkontakt mit der innerseitigen Wand des Wärmeaustauschrohres 22 befindet. Das innere Rohr 40 hat offene obere und untere Enden, wie in der Figur 5 dargestellt ist, so daß das Erdgas aufwärts durch beide innere Leitungen 40 sowie den Raum zwischen der inneren Leitung 40 und dem Wärmeaustauscherrohr 22 strömt. Diese Struktur hilft dem Erdgas in einfacher Weise sich aufzuwärmen, da das Erdgas, welches durch den Raum zwischen der inneren Leitung 40 und dem Wärmeaustauscherrohr 22 strömt, einem Wärmeaustausch unmittelbar mit dem Wärmeaustauscherrohr 22 unterzogen wird mit der Hilfe der Rippen 42. Die Anzahl der Rippen 42 ist nicht auf einen speziellen Wert beschränkt. Ein Beispiel für eine innere Leitung 40 mit sechs Rippen wird in der Figur 8 gezeigt.
Das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird in der Figur 9 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeaustauscherrohr 22 an dessen innerer Fläche die Rippen 44 hat, welche einwärts in Radialnohtung vorstehen. Vergl. nit dem ersten Ausführungsbeispiel, in welchem die Leitung 32 für flüssiges Erdgas an deren äußerer Oberfläche die Rippen 33 hat, die nach außen vorstehen). Auch in diesem Fall sind die Rippen 44 mittig in die Richtung, in etwa senkrecht zu der Vorstehrichtung abgebogen, wobei die Seite des vorwärtigen Endes 44a der Rippe 44 sich in Preßkontakt mit der äußeren Oberfläche der Leitung 32 für verflüssigtes Erdgas befindet. Dieses Struktur erbringt die gleiche Wirkung wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Das vierte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird in der Fig. 10(a) gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat die Leitung 32 für flüssiges Erdgas Rippen 33 welche gerade nach außen in Radialrichtung vorstehen, wobei das vordere Ende in einer Nut 22b eingepaßt ist, welche in der innerseitigen Wand des Wärmeaustauscherrohres 22 ausgeformt ist, wobei die Nut geringfügig schmaler als die Dicke der Rippe 33 ist. Die Tatsache, daß die Rippe 33 und das Wärmeaustauscherrohr 22 getrennt voneinander sind, bietet einen Vorteil dahingehend, daß die Schrumpfung der Leitung 32 und Rippen 33 eine äußerst geringe Spannung induziert. Diese Struktur kann dahingehend modifiziert werden, daß die Rippen 33 (oder 44) in der Mitte abgebogen werden, wobei die Seite des vorderen Endes 32a (oder 44a) des abgebogenen Teils gegen die gegenüberliegende Fläche angedrückt wird, um den Preßkontakt zwischen der Rippe 33 (oder 44) und der gegenüberliegenden Fläche durch die Unterstützung der Elastizität des abgebogenen Teils gewährleistet ist. Darüber hinaus macht es diese Struktur einfach, deren Kontaktbereich zu regeln.
Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf die besonderen Ausführungsbeispiele gemäß vorstehender Beschreibung, sondern sie können auch wie folgt geändert und modifiziert werden:
(1) Die Vorrichtung wie vorstehend gezeigt, wird derart konstruiert, daß das Wärmeaustauscherrohr 22 die Leitung 32 für flüssiges Erdgas enthält, wobei der Raum zwischen diesen hohl bleibt. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel kann dieser Hohlraum mit einem Füllstoff 46 (Isolationsmaterial) befühlt werden, wie in der Figur 10(b) gezeigt ist. Das Ausführungsbeispiel, in welchem das Wärmeaustauscherrohr 22 die innere Leitung 40 an dessen oberem Teil enthält, kann derart modifiziert werden, daß die innere Leitung 40 mit einem Füllstoff 46 befühlt ist, wie in der Figur 11(a) gezeigt ist, so daß das Erdgas lediglich durch den Raum zwischen der inneren Leitung 40 und dem Wärmeaustauscherrohr 22 strömt. Diese Anordnung führt in positiver Weise das Erdgas zu dem Wärmeaustauscherrohr 22. Alternativ hierzu kann die innere Oberfläche des Wärmeaustauscherrohres 22 mit einer größeren Anzahl an Rippen 48 ausgebildet werden, wie in der Figur 11(h) gezeigt ist, um dessen Oberflächenbereich zu vergrößern.
(2) Die Idee der vorliegenden Erfindung kann bei jeder Einrichtung angewendet werden, in der der obere Sammler als ein Einlaß und der untere Sammler als ein Auslaß wirkt (in anderen Worten in der das flüssige Erdgas durch das Wärmeaustauscherrohr 22 in der entgegengesetzten Richtung strömt)
(3) Die Struktur des unteren Sammlers 10 ist nicht beschränkt auf die Dual-Leitungsstruktur gemäß vorstehender Beschreibung. Die gewöhnliche Einzel-Leitungsstruktur kann jedoch genügen.
(4) Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Teilungsplatte 34 an dem oberen Ende der Leitung 32 für flüssiges Erdgas positioniert. Jedoch kann sie an dem oberen Ende der Leitung 32 für flüssiges Erdgas positioniert werden.
(5) Gemäß der vorliegenden Erfindung, sollte die Größe der Leitung für flüssiges Erdgas in geeigneter Weise ausgewählt werden, so daß ein ausreichender Raum zwischen der Leitung und dem Wärmeaustauscherrohr ausgeformt wird, wobei die Rippen in geeigneter Weise ausgeformt werden sollten, so daß sie einen adäquaten Kontaktbereich mit der inneren Oberfläche des Wärmeaustauscherrohres schaffen (oder der äußeren Oberfläche der Leitung für flüssiges Erdgas). Deren adäquate Werte sollten eingestellt werden durch in Betrachtziehung des veranschlagten Wärmeisolationseffekts der Eissohicht, welche auftreten würde, wenn kein Wärmeisolationsteil gemäß vorstehender Beschreibung vorgesehen wäre.

Wirkung der Erfindung:

Wie vorstehend beschrieben, schafft die vorliegende Erfindung einen Verdampfer für flüssiges Erdgas, wobei das Wärmeaustauscherrohr eine Leitung für flüssiges Erdgas in einem bestimmten Bereich von dessen Ende nahe dem Einlaß enthält, wobei das Rohr für flüssiges Erdgas Rippen an deren äußerer Fläche hat (oder das Wärmeaustauscherrohr hat Rippen an dessen innere Oberfläche), wobei die Rippen gegen die gegenüberliegende Fläche angedrückt werden und wobei das Wärmeaustauscherrohr (in dem Bereich gegenüberliegend dem Rohr für flüssiges Erdgas) eine Vorrichtung enthält, welches das Erdgas in unmittelbaren Kontakt mit dem Wärmeaustauscherrohr bringt. Diese Struktur bewahrt die äußere Fläche des Wärmeaustauscherrohrs (insbesondere nahe dem Einlaß) vor einer extremen Abkühlung, ohne die Verdampfungseffizienz zu reduzieren, mit dem Ergebnis, daß es möglich ist, das Wärmeaustauschrohr vor einer Deformierung infolge von ungleichmäßiger Schrumpfung zu schützen. Darüber hinaus sind die Rippen in Preßkontakt mit der äußeren Oberfläche des flüssigen Erdgases oder mit der inneren Oberfläche des Wärmeaustauschrohres. Die Struktur verhindert das Entstehen von Spannungen, wenn die Leitung für flüssiges Erdgas und die Rippen schrumpfen. Die Rippen bieten einen Vorteil dahingehend, daß es möglich ist, die Menge an Wärmeübertragung vom flüssigen Erdgas, welches durch die Leitung für flüssiges Erdgas strömt auf das Wärmeaustauscherrohr zu steuern, in dem ein adäquater Preßkontaktbereich festgesetzt wird.
Die Vorrichtung (Verdampfer) gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist dadurch gekennzeichnet, daß jede der Rippen in der Mitte abgebogen ist und die Seite des vorwärtigen Endes der Rippe gegen die äußere Fläche der Leitung für flüssiges Erdgas oder die innere Fläche des Wärmeaustauscherrohres gepreßt wird. Die Struktur ermöglicht der Rippe, im Preßkontakt mit der gegenüberliegenden Fläche mit Hilfe der Elastizität zu verbleiben, welche aus der elastischen Deformation des abgebogenen Teiles entsteht. Darüber hinaus bietet diese Struktur einen Vorteil dahingehend, daß es möglich wird, in einfacher Weise den Kontaktbereich der Rippe durch Festsetzen einer adäquaten Länge des abgebogenen Teils zu steuern.
Die Vorrichtung (Verdampfer) gemäß dem dritten oder vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeaustauscherrohr ein Führungsbauteil enthält, welches das Erdgas zu der inneren Fläche des Wärmeaustauscherrohres enthält oder das Wärmeaustauscherrohr ein Wärmeleitungsbauteil enthält, welches den Wärmeaustausch zwischen dem Erdgas und der inneren Fläche des Wärmeaustauscherrohres unterstützt.
Der Verdampfer für flüssiges Erdgas bewahrt die Wärmeaustauscherrohre vor einer extremen Abkühlung ohne die Verdampfungseffizienz zu verringern. Ferner enthält jedes der Wärmeaustauscherrohre, welche den oberen Sammler und unteren Sammler miteinander verbinden, eine Leitung für flüssiges Erdgas in einem bestimmten Bereich ausgehend von deren Ende nahe dem Einlaß, wobei die Leitung an ihrer äußeren Fläche Rippen hat, die sich in Preßkontakt mit der inneren Fläche des Wärmeaustauscherrohres befinden. Das Wärmeaustauscherrohr ist in unmittelbarem Kontakt mit dem Erdgas an dessen Bereich nahe dem Auslaß und jenseits dem Bereich, in welchem sich die Leitung für flüssiges Erdgas befindet.

Claims

1. Verdampfer für flüssiges Erdgas mit einem ersten Sammler (10) in welchen flüssiges Erdgas eingeleitet wird und einen zweiten Sammler (16), in welchen verdampftes Erdgas eingeleitet wird, wobei der erste und zweite Sammler durch Wärmeaustauscherrohre (22) miteinander verbunden sind, wovon jedes der Wärmeaustauschrohre durch ein Heizmedium aufgeheizt wird, welches entlang deren Außenseite verläuft, so daß flüssiges Erdgas darin verdampft wird, wobei

ein Abschnitt des Wärmeaustauschrohres (22), welcher sich vom ersten Sammler (10) aus erstreckt, darin mit einer Leitung (32) versehen ist, in welche das flüssige Erdgas eingeleitet wird und

die Leitung (32) oder das Rohr (22) Rippen (33, 44) hat, die von der Außenseite der Leitung in Richtung zur Innenseite des Rohres oder von der Innenseite des Rohres in Richtung zur Außenseite der Leitung jeweils vorstehen,

dadurch gekennzeichnet, daß

eine ringförmige Teilungsplatte (34) zwischen dem Ende der Leitung (32) entfernt von dem ersten Sammler (10) und dem Wärmeaustauschrohr (22) fixiert ist, um einen Isolationsraum dazwischen einzuschließen, wobei

ein weiterer Abschnitt des Rohres (22), welcher sich nahe dem zweiten Sammler (16) befindet, in direkrem Kontakt mit dem Gas ist und

die Enden der Rippen (33, 44) sich in Preßkontakt mit der Innenseite des Rohres oder der Außenseite der Leitung jeweils befinden.

2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (33, 44) in der Mitte in die Richtung senkrecht zu deren Vorstehrichtung abgebogen sind, wobei das vorwärtige Ende (33a, 44a) der Rippe gegen die Innenseite der Wärmeaustauschrohres (22) oder die Außenseite der Leitung (32) jeweils angepreßt ist, wobei der abgebogene Teil defomiert wird.

3. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (22) an dessen anderem Abschnitt ein Führungsbauteil (36, 40) hat, um das Gas, welches hier hindurch strömt, zu dessen innerer Wandung zu leiten.

4. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (22) in dessen anderem Abschnitt ein Wärmeübertragungsbauteil (98, 42) hat, welches sich in Kontakt mit sowohl dem durch das Rohr strömende Gas als auch der inneren Wand des Rohres befindet.