ANTRIEBSVORRICHTUNG FÜR EINE REINIGUNGSVORRICHTUNG FÜR EINEN WÄRMETAUSCHER

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Reinigungsvorrichtung (10) für ein Zylinderrohr eines Wärmetauschers (13, 212). Die Antriebsvorrichtung weist eine Gewindespindel (3) auf, welche dazu ausgelegt ist, in einer axialen Richtung (100) koaxial mit dem Zylinderrohr des Wärmetauschers (13) in dem Zylinderrohr angeordnet zu werden und durch Drehung ein Reinigungselement (12) in dem Zylinderrohr entlang der axialen Richtung (100) zu verschieben. Ferner weist die Antriebsvorrichtung ein Kupplungselement (30, 210) mit einem ersten Rotor (32) und einem mit dem ersten Rotor (32) gekoppelten zweiten Rotor (34) auf, wobei der erste Rotor (32) mit der Gewindespindel (3) mechanisch starr und mit dem Zylinderrohr fluiddicht und/oder druckdicht verbindbar ist, und wobei der zweite Rotor (34) mit einem Antriebselement (208) derart mechanisch verbindbar ist, dass die Gewindespindel durch das Antriebselement (208) über den zweiten Rotor und den ersten Rotor drehbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Reinigungsvorrichtung (10) und einen Wärmetauscher (13).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Reinigungsvorrichtung für einen Wärmetauscher, sowie eine Reinigungsvorrichtung und einen Wärmetauscher mit einer derartigen Antriebsvorrichtung. Die Erfindung liegt somit insbesondere auf dem Gebiet der Wärmetauscher.

[0002] Wärmetauscher zum Wärmen oder zum Abkühlen eines Arbeitsmediums sind aus dem Stand der Technik vielfältig bekannt. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit soll im Folgenden das Arbeitsmedium Erdgas näher betrachtet werden. Erdgas aus Bodenspeichern weist häufig einen besonders hohen Prozentsatz an unerwünschten Begleitstoffen und besonders hohe Wasseranteile auf. Es ist wünschenswert, die Begleitstoffe sowie den Wasseranteil aus dem Erdgas zu entfernen, bevor es für weitere Zwecke eingesetzt wird. Eine Möglichkeit hierzu stellt die Kühlung des Erdgases in einem oder mehreren Schritten auf geeignete tiefe Temperaturen dar. Insbesondere kann hierbei eine Verflüssigung des Erdgases zweckmäßig sein.

[0003] Bei der Abkühlung von Erdgas kommt es durch die genannten Begleitstoffe im Wärmetauscher zumeist zu Ablagerungen auf den Wärmeübertragungsflächen, wobei der zeitliche Verlauf solcher Ablagerungen von den Betriebsbedingungen und der jeweiligen Erdgaszusammensetzung abhängt. Die Wärmeübertragungsflächen müssen daher in bestimmten Intervallen gereinigt werden. Aus den genannten Gründen ist es allerdings schwierig, allgemein gültige Reinigungsintervalle für die betreffenden Wärmetauscher anzugeben.

[0004] Kondensierende und gefrierende Begleitstoffe wie Wasser, CO. sowie Kohlenwasserstoffverbindungen scheiden sich an den Wärmeübertragungsflächen ab und reduzieren somit den Wärmeübergang. Auch bei Betriebstemperaturen über dem Gefrierpunkt von Wasser kann es ferner an den Wärmeübertragungsflächen zu Bildung von Methanhydrat kommen.

[0005] Zylinderrohre von Wärmetauschern können beispielsweise mit einer Reinigungsvorrichtung versehen sein, mittels welcher Ablagerungen von den Wärmeübertragungsflächen in den Zylinderrohren mechanisch beseitigt werden können. Beispielsweise offenbart die DE 10 2015 010 455 A1 eine solche Reinigungsvorrichtung.

[0006] Eine derartige Reinigungsvorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, dass für das Antriebselement, welches typischerweise als ein Elektromotor ausgebildet ist, eine elektrische Verkabelung bereitgestellt werden muss. Da der Elektromotor zusammen mit der Reinigungsvorrichtung häufig in einer druckdichten Umgebung mit dem Innenraum des Zylinderrohrs untergebracht werden muss, ist daher typischerweise ein druckdichte Stromdurchführung notwendig, um das Antriebselement mit elektrischer Energie von einer externen Energiequelle versorgen zu können. Dies erhöht nicht nur den Fertigungsaufwand und somit die Herstellungskosten, sondern erhöht auch den Wartungsaufwand und die Gefahr von Undichtheiten im Wärmetauschersystem.

[0007] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vereinfachte und zuverlässigere Möglichkeit zum Reinigen der Zylinderrohre von Wärmeabscheidern bereitzustellen.

[0008] Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung, eine Reinigungsvorrichtung und einen Wärmetauscher mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

[0009] In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Antriebsvorrichtung für eine Reinigungsvorrichtung für ein Zylinderrohr eines Wärmetauschers. Die Antriebsvorrichtung weist eine Gewindespindel auf, welche dazu ausgelegt ist, in einer axialen Richtung koaxial mit dem Zylinderrohr des Wärmetauschers in dem Zylinderrohr angeordnet zu werden und durch Drehung ein Reinigungselement in dem Zylinderrohr entlang der axialen Richtung zu verschieben. Ferner weist die Antriebsvorrichtung ein Kupplungselement mit einem ersten Rotor und einem mit dem ersten Rotor gekoppelten zweiten Rotor auf, wobei der erste Rotor mit der Gewindespindel mechanisch starr und mit dem Zylinderrohr fluiddicht und/oder druckdicht verbindbar ist, und wobei der zweite Rotor mit einem Antriebselement derart mechanisch verbindbar ist, dass die Gewindespindel durch das Antriebselement über den zweiten Rotor und den ersten Rotor drehbar ist.

[0010] In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Reinigungsvorrichtung für einen Wärmetauscher, umfassend eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung, sowie ein Reinigungselement, welches derart auf der Gewindespindel anbringbar ist, dass das Reinigungselement durch Drehung der Gewindespindel in axialer Richtung durch das Zylinderrohr verschiebbar ist.

[0011] In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Wärmetauscher, umfassend zumindest ein Zylinderrohr, wobei das zumindest eine Zylinderrohr mit einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung ausgestattet ist, sowie zumindest ein Antriebselement, welches derart mit dem zweiten Rotor der zumindest einen Reinigungsvorrichtung mechanisch verbunden ist, dass der zweite Rotor durch das Antriebselement antreibbar ist.

[0012] Dass der erste Rotor mit dem Zylinderrohr fluiddicht und/oder druckdicht verbindbar ist, bedeutet dabei, dass der erste Rotor derart mit dem Zylinderrohr verbunden werden kann, dass kein Fluid zwischen dem ersten Rotor und dem Zylinderrohr hindurchdringen kann und dass kein Fluid über den ersten Rotor aus dem Zylinderrohr entweichen kann. Sofern der erste Rotor druckdicht mit dem Zylinderrohr verbunden ist, kann auch dann kein Fluid zwischen dem ersten Rotor und dem Zylinderrohr oder durch den ersten Rotor hindurchdringen, wenn das Fluid einen signifikanten Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck außerhalb des Zylinderrohrs und/oder außerhalb des ersten Rotors aufweist, beispielsweise einen Überdruck von 10 bar, 20 bar, 50 bar oder 100 bar.

[0013] Dass die Gewindespindel drehbar ist bzw. in Drehung versetzt werden kann, bedeutet dabei, dass die Gewindespindel um ihre Längsachse, welche sich in die axiale Richtung erstreckt, drehbar ist.

[0014] Die Erfindung bietet den Vorteil, dass mittels des Kupplungselements eine effiziente Übertragung der Antriebskraft und/oder eines Antriebsmoments von dem Antriebselement auf die Gewindespindel und somit auf das Reinigungselement übertragen werden kann, ohne dass dafür eine Unterbrechung und/oder eine Durchführung durch eine Abgrenzung bzw. Abschirmung eines Druckbereichs innerhalb des Zylinderrohrs gegenüber einem Außenbereich außerhalb des Zylinderrohrs und/oder außerhalb des ersten Rotors erforderlich ist. Mit anderen Worten muss der vorzugsweise abgeschlossene Innenraum des Zylinderrohrs, wenn dieser mit dem ersten Rotor in Verbindung steht, nicht zugänglich gemacht werden, um die Antriebskraft von dem Antriebselement dem ersten Rotor bereitzustellen. Auf diese Weise kann der Herstellungsaufwand für die Antriebsvorrichtung reduziert werden, wodurch auch die Herstellungskosten gesenkt werden können.

[0015] Ferner bietet die Erfindung den Vorteil, dass Durchführungen durch eine Abgrenzung bzw. Einhausung bzw. Wandung, etwa für Versorgungsleitungen, nicht erforderlich sind, da das Antriebselement erfindungsgemäß nicht notwendigerweise in einem Druckbereich, welcher mit dem Innenraum des Zylinderrohrs in fluidischer Verbindung steht, angeordnet werden muss. Vielmehr kann das Antriebselement außerhalb dieses Druckbereichs angeordnet werden, wo beispielsweise ein Umgebungsdruck herrscht, welcher deutlich niedriger sein kann, als der im Druckbereich im Innenraum des Zylinderrohrs vorherrschende Druck. Dadurch ist es nicht zwingend erforderlich, dass das Antriebselement auch für einen Betrieb unter hohem Druck ausgelegt ist. Vielmehr können vorzugsweise handelsübliche Antriebselemente, wie etwa handelsübliche Elektromotoren, verwendet werden, welche nicht notwendigerweise für einen Betrieb unter hohem Druck geeignet sind. Dadurch können die Herstellungskosten weiter gesenkt werden.

[0016] Zudem bietet die Erfindung den Vorteil, dass die Gefahr von Leckagen reduziert werden kann, da auf Durchführungen, welche herkömmlicherweise zum Anschließen einer Energieversorgung an ein im Druckbereich angeordnetes Antriebselement erforderlich sind, verzichtet werden kann. Dadurch kann zum einen der Wartungsaufwand reduziert werden und zum anderen eine Fehleranfälligkeit bzw. Ausfallzeiten des Wärmetauschers reduziert werden.

[0017] Vorzugsweise ist der zweite Rotor fluiddicht und/oder druckdicht von dem ersten Rotor abgegrenzt. Mit anderen Worten sind der erste Rotor und der zweite Rotor derart miteinander gekoppelt, dass keine fluidische Verbindung zwischen beiden besteht. Dies bietet den Vorteil, dass auch dann kein Fluid an eine Koppelstelle zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor hindurchdringen kann, wenn an der Position des ersten Rotors ein höherer oder niedrigerer Druck vorherrscht, als an der Position des zweiten Rotors. Besonders bevorzugt sind der erste Rotor und der zweite Rotor derart voneinander fluiddicht abgegrenzt, dass auch bei einem großen Druckunterschied kein Fluid vom ersten Rotor zum zweiten Rotor hindurchdringen kann, oder umgekehrt. Dies ermöglicht beispielsweise, dass der erste Rotor im Druckbereich, welcher mit dem Innenraum des Zylinderrohrs in fluidischer Verbindung steht, angeordnet werden kann, während der zweite Rotor außerhalb, beispielsweise bei Umgebungsdruck, angeordnet ist, oder umgekehrt.

[0018] Vorzugsweise weist das Kupplungselement eine Magnetkupplung auf, oder ist als solche ausgebildet. Dies ermöglicht ein effizientes Koppeln mittels Magnetkräften, so dass nicht notwendigerweise eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor zur Kraftübertragung erforderlich ist. Dies ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, dass dies eine einfache und/oder effiziente fluiddichte und/oder druckdichte Abgrenzung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor ermöglicht. Besonders bevorzugt weist das Kupplungselement einen Spalttopf auf, welcher den ersten Rotor und den zweiten Rotor fluiddicht und/oder druckdicht voneinander abgrenzt. Dabei kann beispielsweise der erste Rotor innerhalb des Spalttopfes angeordnet sein, vorzugsweise auf einer dem Zylinderrohr und/oder der Gewindestange zugewandten Seite der Kupplungseinheit, während der zweite Rotor außerhalb des Spalttopfes angeordnet ist, vorzugsweise auf einer dem Zylinderrohr und/oder der Gewindestange abgewandten Seite der Kupplungseinheit. Dabei sind der erste Rotor und der zweite Rotor vorzugsweise durch den Spalttopf hindurch magnetisch koppelbar. Dabei ist das Kupplungselement vorzugsweise derart ausgebildet, dass ein durch das Antriebselement auf den zweiten Rotor beaufschlagtes Drehmoment zumindest teilweise auf den ersten Rotor übertragbar ist. Mit anderen Worten kann durch ein Antreiben des zweiten Rotors der erste Rotor zumindest teilweise angetrieben werden. Die Übertragung der durch das Antriebselement auf den zweiten Rotor wirkenden Antriebskraft bzw. des Antriebsmoments auf den ersten Rotor kann dabei schlupfbehaftet sein.

[0019] Vorzugsweise weist ein Wärmetauscher eine Mehrzahl von Zylinderrohren mit jeweils einer Reinigungsvorrichtung auf. Besonders bevorzugt weist ein Wärmetauscher eine Mehrzahl von Antriebselementen auf. Insbesondere kann jedes Zylinderrohr eines Wärmetauschers eine eigene Reinigungsvorrichtung und vorzugsweise ein damit verbundenes eigenes Antriebselement aufweisen. Alternativ können mehrere Reinigungsvorrichtungen über eine Antriebseinheit angetrieben werden.

[0020] Vorzugsweise umfasst der Wärmetauscher eine Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, eine Position des zumindest einen Reinigungselements entlang der zumindest einen Gewindespindel und/oder entlang des zumindest einen Zylinderrohrs in der axialen Richtung zu ermitteln und/oder das zumindest eine Antriebselement derart zu steuern und/oder zu regeln, dass das zumindest eine Reinigungselement eine vorbestimmte Position einnimmt und/oder eine vorbestimmte Bewegung in der axialen Richtung ausführt. Die Steuereinheit kann dabei beispielsweise in die Antriebseinheit und/oder in das Antriebselement und/oder in die Reinigungsvorrichtung integriert sein oder mit dieser verbunden sein. Vorzugsweise kann jede Reinigungsvorrichtung und/oder jedes Antriebselement über eine eigenen Steuereinheit geregelt und/oder gesteuert werden, oder es kann eine Steuereinheit dazu ausgelegt sein, mehrere Reinigungsvorrichtungen und/oder Antriebselemente zu steuern und/oder zu regeln.

[0021] 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.

[0022] Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

[0023] Kurzbeschreibung der Figuren

Figur 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Wärmetauschers.

Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Funktionsprinzip einer Regelung für eine Antriebsvorrichtung.

Ausführliche Beschreibung der Figuren

[0024] Figur 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Wärmetauschers 13, wie er insbesondere zur Kühlung von Erdgas verwendet werden kann. In dieser einfachen Ausgestaltung weist der Wärmetauscher 13 ein Außenzylinderrohr 1 auf, das ein Zylinderrohr umgibt, welches als eine Kühlwendel 2 ausgebildet ist. Diese Kühlwendel 2 weist wenigstens einen, vorzugsweise spiralförmigen, Kanal 23 an ihrer Außenfläche auf, der der Führung eines Kühlmittels dient. Dieser Kanal 23 wird durch eine entsprechende Wendel 21 auf der Außenfläche der Kühlwendel 2 erzeugt. Die Innenfläche der hohlzylindrischen Kühlwendel 2 weist Führungs- bzw. Profilnuten auf (nicht gezeigt), die der Führung eines Reinigungselements 12 dienen, welches auch als Räumer bezeichnet wird. Beispielsweise kann das Reinigungselement 12 als ein Eisschaber ausgebildet sein.

[0025] Der Wärmetauscher 13 weist eine Reinigungsvorrichtung 10 auf, welche eine im Inneren der Kühlwendel 2 befindliche, in eine axiale Richtung 100 verlaufende Gewindespindel 3 aufweist. Die Gewindespindel 3 ist über einen ersten Rotor 32, welcher als Innenrotor ausgebildet ist, angetrieben und ist in einer Lagerstelle gelagert, die vorzugsweise als Axial-/Radial-Mischlager 5 ausgeführt ist. Am anderen Ende der Gewindespindel 3 kann diese in einer radialen Lagerstelle, die vorzugsweise als Gleitlagerbuchse ausgeführt ist, gelagert sein (nicht gezeigt). An dem anderen Ende des Wärmetauschers 13 kann außerdem ein thermisch entkoppeltes Kondensatreservoir sowie ein Heizelement zur Erhitzung von Kondensat in dem Kondensatreservoir vorhanden sein, um das durch das Reinigungselement 12 dort hin beförderte Kondensat zu schmelzen und abzuführen.

[0026] Der erste Rotor 32 ist dabei als Innenrotor als ein Teil eines Kupplungselements 30 ausgebildet, welches ferner einen zweiten Rotor 34, oder als ein Außenrotor ausgebildet ist, umfasst. Das Kupplungselement 30 ist dabei als eine Magnetkupplung ausgebildet, sodass der erste Rotor 32 und der zweite Rotor 34 durch einen Spalttopf 36 voneinander getrennt sind und über eine Magnetkraft, welche von den Magnetelementen 38 bereitgestellt wird, miteinander koppeln. Dies ermöglicht, dass der Rotor mit dem Innenraum 2a der Kühlwendel 2 in fluidischer Verbindung steht, während der zweite Rotor 34 davon getrennt angeordnet ist und beispielsweise einem Umgebungsdruck ausgesetzt sein kann. Somit kann der erste Rotor 32 einem anderen Druck ausgesetzt sein, als der zweite Rotor 32. Der Spalttopf ist dabei derart ausgebildet, dass dieser einem Druckunterschied zwischen dem Innenraum 2a und der Umgebung außerhalb der Kühlwendel 2 bzw. des zweiten Rotors 34 standhalten kann und dass der erste Rotor 32 und der zweite Rotor 34 über die Magnetelemente 38 durch den Spalttopf 36 hindurch koppeln können. Somit kann der zweite Rotor 34 von einem außerhalb des Wärmetauschers 13 bzw. der Kühlwendel 2 angeordneten Antriebselement (nicht gezeigt) angetrieben werden, wobei die Antriebskraft zumindest teilweise über die Magnetkupplung auf den ersten Rotor 32 übertragen wird, um die Gewindestange 3 zu drehen und dadurch das Reinigungselement 12 zu bewegen.

[0027] Durch ein Drehen des zweiten Rotors 34 wird somit die Gewindespindel 3 in Drehung versetzt, sodass das Reinigungselement 12 auf der Gewindespindel 3 entlang der Kühlwendel 2 in axialer Richtung verschoben wird. Im vorliegenden Beispiel wird eine Gewindespindel 3 beispielsweise mit Trapezprofil eingesetzt. Eine Umkehr der Bewegungsrichtung des Räumers 12 setzt eine Umkehr der Rotationsrichtung der Gewindespindel 3 voraus.

[0028] Im Betrieb des Wärmetauschers 13 wird über eine beidseitige Arbeitsmedium-Eintrittsöffnung 14 beispielsweise feuchtes, verschmutztes Arbeitsmedium in den Zwischenraum zwischen Gewindespindel 3 und zwischen Kühlwendel 2 bzw. in den Innenraum des Zylinderrohrs geführt und strömt in axialer Richtung 100 zu der Arbeitsmedium-Austrittsöffnung (nicht gezeigt) am anderen Ende des Wärmetauschers 13. Das Arbeitsmedium strömt auf der Innenfläche der hohlzylindrischen Kühlwendel 2 entlang der axialen Richtung 100. Über eine beidseitige Kühlmittel-Eintrittsöffnung 16 wird dem Raum zwischen Kühlwendel 2 und Außenzylinderrohr 1 Kühlmittel zugeführt, das zum anderen Ende des Wärmetauschers 13 fließt und diesen durch die Kühlmittel-Austrittsöffnung (nicht gezeigt) verlässt. Das Kühlmittel strömt dabei in dem zwischen Außenzylinderrohr 1 und Kühlwendel 2 gebildeten Kanal 23 spiralförmig in axialer Richtung. Das Kühlmittel entzieht der Kühlwendel 2 Wärme, sodass wiederum dem Arbeitsmedium Wärme entzogen wird.

[0029] Durch die unterschiedlichen Druckverhältnisse zwischen dem Kühlmedium, beispielsweise Stickstoff bei maximal 10 bar, und dem Arbeitsmedium, hier CNG mit Begleitstoffen unter anderem von Stickstoff von 4 bis 220 bar, und einem Umgebungsdruck von ca. 1 bar, kann Stickstoff als Begleitstoff bei hohem Druck (bspw. bei 10 bar) durch Flüssigstickstoff bei niedrigem Druck (bspw. bei 1 bar), bedingt durch die unterschiedlichen druckabhängigen Phasenübergänge zum Verflüssigen gebracht und abgeschieden werden. Der hier vorgeschlagene Wärmetauscher 13 kann somit auch zur Verflüssigung von Stickstoff eingesetzt werden.

[0030] Zum Zwecke der Reinigung der Wärmeübertragungsflächen, beispielsweise von Wasser bzw. Eis in der ersten Stufe bzw. von höheren Kohlenwasserstoffen, CO₂ und/oder weiteren Begleitstoffen, wird die Gewindespindel 3 von einem Antriebselement über das Kupplungselement in Drehung versetzt. Das Reinigungselement 12, das in das Gewinde der Gewindespindel 3 eingreift, wird hierdurch in eine Translationsbewegung in axiale Richtung versetzt. Auf seinem Weg in axiale Richtung nimmt das Reinigungselement 12 die genannten auskondensierten Begleitstoffe mit. Diese werden bei Erreichen des Kondensatreservoirs am anderen Ende des Wärmetauschers in das selbige geschoben.

[0031] Es sei darauf hingewiesen, dass der hier erläuterte Wärmetauscher 13 nicht nur für die Erdgasverflüssigung, sondern für eine Vielzahl industrieller Anwendungen mit entsprechenden Arbeitsmedien adaptierbar und einsetzbar ist. Die Reinigungsvorrichtung 10 und/oder das Reinigungselement 12 können als wenig komplexe Austauschteile an die Bedürfnisse der jeweiligen Einsatzgebiete angepasst und im Schadensfall rasch ersetzt werden.

[0032] Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Funktionsprinzip einer Regelung 200 für eine Antriebsvorrichtung bzw. eine Reinigungsvorrichtung 10 bzw. einen Wärmetauscher 13. Gemäß dieser Ausführungsform wird eine Steuereinheit bereitgestellt, welche beispielsweise einen Antriebsregler 202 aufweisen kann, der mit einer Recheneinheit 204 kommunikationstechnisch verbunden sein kann und/oder mit der Recheneinheit 204 in die Steuereinheit integriert sein kann. Der Antriebsregler 202 wird von einer Energieversorgung bzw. Spannungsversorgung 206 mit elektrischer Energie bzw. Spannung versorgt. Die Spannungsversorgung 206 ist vorzugsweise dazu ausgelegt, auch die für das Antriebselement 208, welches als Elektromotor ausgebildet sein kann, die erforderliche elektrische Energie bzw. Spannung bereitzustellen. Der Antriebsregler 202 und/oder die Recheneinheit 204 errechnet die entsprechend einer an dem Antriebselement 208 angelegten elektrischen Spannung, beispielsweise mithilfe hinterlegter Kenndaten des Antriebselements, ein resultierendes Drehmoment, welches durch das Antriebselements 208 an dem zweiten Rotor des Kupplungselements 210, welche als Magnetkupplung ausgebildet sein kann, bereitgestellt wird. Ferner erlauben der Antriebsregler 202 und/oder die Recheneinheit 204 das Messen bzw. Ermitteln einer Drehzahl des Antriebselements 208 und damit eines relativen Drehwinkels des Antriebsmotors, sowie ggf. des zweiten Rotors des Kupplungselements 210. Das Antriebselement 210 ist mit dem Kupplungselement 210, insbesondere mit dessen zweitem Rotor, mechanisch verbunden, um eine Antriebskraft und/oder ein Antriebsmoment direkt zu übertragen. Das vom Antriebselement 210 breitgestellte Drehmoment wird dabei in den zweiten Rotor des Kupplungselements eingeleitet und, vorzugsweise über die Magnetkupplung, auf den ersten Rotor, welcher einen inneren Rotor darstellen kann, und somit die Gewindespindel des Wärmetauschers 212 appliziert. Diese Drehmomentübertragung kann schlupfbehaftet sein, d.h. dass es zu Abweichungen zwischen dem am ersten Rotor bereitgestellten Drehmoment und dem zum zweiten Rotor übertragenen Drehmoment kommen kann. Entsprechend zuvor ermittelter Kennlinien der des Antriebselements 208 und des Kupplungselements 210, welche beispielsweise in der Recheneinheit 204 hinterlegt sind, lässt sich ein Verhältnis aus Drehmoment zu Schlupfwinkel bilden. Über eine vorbekannte Gewindesteigung der Gewindespindel des Wärmeübertragers 212 kann sodann die Position des Reinigungselements entlang der axialen Richtung bestimmt werden und/oder eine Positionsänderung einer Motordrehung des Antriebselements 208 zugeordnet werden. Das Erreichen von Endlagen des Reinigungselements in axialer Richtung in dem Zylinderrohr bzw. entlang der Gewindespindel kann beispielsweise über einen ersten Initiator 214 für die erste Endlage und einen zweiten Initiator 216 für die zweite Endlage ermittelt werden.

[0033] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann beispielsweise das Drehmoment, welches das Antriebselement 208 auf den zweiten Rotor des Kupplungselements 210 ausübt, 40 Nm betragen und ein Schlupfwinkel bei dem Drehmoment von 40 Nm 7° betragen. Eine Gewindesteigung der Gewindespindel beträgt 8mm pro Gewindeumdrehung gemäß dieser Ausführungsform. Bei einem relativen Drehwinkel von 7200° seit der Abfahrt weg vom ersten Initiator 214 in axiale Richtung zum zweiten Initiator kann die Position des Reinigungselements wie folgt errechnet werden: (7200°-7°)*8mm/360°=159,84mm.

Bezugszeichen

[0034] 

1

Außenzylinderrohr

2

Kühlwendel

2a

Innenraum der Kühlwendel

3

Gewindespindel

5

Axial-/Radial-Mischlager

10

Reinigungsvorrichtung

12

Reinigungselement

13

Wärmetauscher

14

Arbeitsmedium-Eintrittsöffnung

16

Kühlmitteleintrittsöffnung

21

Wendel auf der Außenfläche der Kühlwendel

23

Kanal der Kühlwendel

30

Kupplungselement

32

erster Rotor

34

zweiter Rotor

36

Spalttopf

38

Magnetelemente

100

axiale Richtung

200

Funktionsweise der Regelung

202

Antriebsregler

204

Recheneinheit

206

Spannungsversorgung

208

Antriebselement

210

Kupplungselement

212

Wärmetauscher

214

erster Initiator

216

zweiter Initiator

Ansprüche

1. Antriebsvorrichtung für eine Reinigungsvorrichtung (10) für ein Zylinderrohr eines Wärmetauschers (13, 212), die Antriebsvorrichtung aufweisend:

- eine Gewindespindel (3), welche dazu ausgelegt ist, in einer axialen Richtung (100) koaxial mit dem Zylinderrohr des Wärmetauschers (13) in dem Zylinderrohr angeordnet zu werden und durch Drehung ein Reinigungselement (12) in dem Zylinderrohr entlang der axialen Richtung (100) zu verschieben;

- ein Kupplungselement (30, 210) mit einem ersten Rotor (32) und einem mit dem ersten Rotor (32) gekoppelten zweiten Rotor (34), wobei der erste Rotor (32) mit der Gewindespindel (3) mechanisch starr und mit dem Zylinderrohr fluiddicht und/oder druckdicht verbindbar ist, und wobei der zweite Rotor (34) mit einem Antriebselement (208) derart mechanisch verbindbar ist, dass die Gewindespindel durch das Antriebselement (208) über den zweiten Rotor und den ersten Rotor drehbar ist.

2. Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der zweite Rotor (32) fluiddicht und/oder druckdicht von dem ersten Rotor (34) abgegrenzt ist.

3. Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Kupplungselement (30, 210) eine Magnetkupplung aufweist oder als solche ausgebildet ist.

4. Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei das Kupplungselement (30, 210) einen Spalttopf (36) aufweist, welcher den ersten Rotor (32) und den zweiten Rotor (34) fluiddicht und/oder druckdicht voneinander abgrenzt.

5. Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei der erste Rotor (32) und der zweite Rotor (34) durch den Spalttopf (36) hindurch magnetisch koppelbar sind.

6. Antriebsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kupplungselement (30, 210) derart ausgebildet ist, dass ein durch das Antriebselement (208) auf den zweiten Rotor (34) beaufschlagtes Drehmoment zumindest teilweise auf den ersten Rotor (32) übertragbar ist.

7. Reinigungsvorrichtung (10) für einen Wärmetauscher (13), umfassend:

- eine Antriebsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche;

- ein Reinigungselement (12), welches derart auf der Gewindespindel (3) anbringbar ist, dass das Reinigungselement (12) durch Drehung der Gewindespindel (3) in axialer Richtung (100) durch das Zylinderrohr verschiebbar ist.

8. Wärmetauscher (13), umfassend:

- zumindest ein Zylinderrohr, wobei das zumindest eine Zylinderrohr mit einer Reinigungsvorrichtung (10) gemäß Anspruch 7 ausgestattet ist;

- zumindest ein Antriebselement (208), welches derart mit dem zweiten Rotor (34) der zumindest einen Reinigungsvorrichtung (10) mechanisch verbunden ist, dass der zweite Rotor (10) durch das Antriebselement (208) antreibbar ist.

9. Wärmetauscher (13) gemäß Anspruch 8, wobei das Antriebselement (208) einen Elektromotor umfasst oder als ein solcher ausgebildet ist.

10. Wärmetauscher (13) gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei der Wärmetauscher (13) eine Mehrzahl von Zylinderrohren mit jeweils einer Reinigungsvorrichtung (10) gemäß Anspruch 7 und eine Mehrzahl von Antriebselementen (208) umfasst.

11. Wärmetauscher (13) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, ferner umfassend eine Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, eine Position des zumindest einen Reinigungselements (12) entlang der zumindest einen Gewindespindel (3) und/oder entlang des zumindest einen Zylinderrohrs in der axialen Richtung (100) zu ermitteln und/oder das zumindest einen Antriebselement (208) derart zu steuern und/oder regeln, dass das zumindest eine Reinigungselement (12) eine vorbestimmte Position in der axialen Richtung (100) einnimmt und/oder eine vorbestimmte Bewegung in der axialen Richtung (100) ausführt.

Zeichnung