本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的用于控制耦合的換熱器系統(tǒng)的方法。

背景技術(shù)：

文獻(xiàn)EP 1150082 A1公開了一種換熱器系統(tǒng)，其中在換熱器系統(tǒng)中與第二流體流(氮氣)和第三流體流(氧氣)逆流地冷卻大氣形成的第一流體流。換熱器系統(tǒng)具有多個并聯(lián)的換熱器模塊。

文獻(xiàn)DE 4204172 A1在圖5中也公開了一種這樣的方法。在此，試圖借助控制器通過設(shè)置較小的二次流而將各個模塊中的中間溫度保持成盡可能地相同。

在換熱器系統(tǒng)具有很大的溫度靈敏度以及較小的溫差的情形下，質(zhì)量流中非常細(xì)微的變化能導(dǎo)致?lián)Q熱器中極其不同的溫度分布。來自設(shè)計期間計算的溫度分布的偏差可導(dǎo)致低效的換熱和增大的機(jī)械載荷，從而降低換熱器模塊的使用壽命。

“質(zhì)量流調(diào)節(jié)裝置”的含義在此理解為以特定預(yù)期的方式影響流體的質(zhì)量流的任何裝置。質(zhì)量流調(diào)節(jié)裝置例如可形成為手動閥、控制閥、擋板或固定節(jié)流孔板。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于如所本文一開始所提及的操作換熱器系統(tǒng)，使得能尤其高效地進(jìn)行換熱并且實現(xiàn)換熱器模塊的特別長的使用壽命。

該目的通過如下控制來實現(xiàn)，所述控制通過將所述中間溫度的波動保持得盡可能小，借助負(fù)載改變實現(xiàn)換熱器的負(fù)荷的降低。因此，以中間溫度盡可能接近其設(shè)定值的方式進(jìn)行在模塊之間的第一流體流的分流。

在本發(fā)明的范圍內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過測量中間溫度，尤其能夠非常具體地確定可變溫度分布并且迅速地對該溫度分布產(chǎn)生影響。通過觀察入口和出口溫度不能十分精確地檢測換熱器內(nèi)部的這些變化的溫度分布。在變化經(jīng)由出口溫度變得顯而易見之前，換熱器內(nèi)部的溫度分布發(fā)生了改變。因此，基于測量入口和出口溫度進(jìn)行的控制僅能非常遲地對溫度分布的偏差做出反應(yīng)。

在本發(fā)明的范圍內(nèi)，當(dāng)然也可在兩個換熱器模塊處測量中間溫度，并且本發(fā)明的換熱器系統(tǒng)也可具有多于兩個的換熱器模塊，例如三個或四個或更多。

可使用任何已知的方法測量換熱器模塊的中間溫度，例如：

-在換熱器模塊的外表面上測量溫度(DE 102007021564 A1)，

-在排放期間測量流體溫度，

-根據(jù)DE 202013008316 U1的測量裝置，或

-使用根據(jù)DE 102007021564 A1的光波導(dǎo)管進(jìn)行測量。

優(yōu)選地，第一流體流由主要流以在第一流體流方向上流過第二換熱器模塊的至少50％摩爾百分比(mol％)的流體總量形成。主要流例如包括80％至100％摩爾百分比、尤其為85％至95％摩爾百分比的流體總量。

重要的是，受控制影響的不僅是少的二次流，而是主要流。否則，將不可能在足夠大的程度上影響換熱分布從而實現(xiàn)顯著地延長換熱器模塊的使用壽命。

在本發(fā)明的一個特定實施例中，第一質(zhì)量流調(diào)節(jié)裝置在換熱器系統(tǒng)的上游或下游布置在第一部分流的管線中，第二質(zhì)量流調(diào)節(jié)裝置在換熱器系統(tǒng)的上游或下游布置在第二部分流的管線中，這兩個質(zhì)量流調(diào)節(jié)裝置中的一個形成為控制閥并且根據(jù)中間溫度的當(dāng)前值進(jìn)行設(shè)置。另一質(zhì)量流調(diào)節(jié)裝置可采取各種構(gòu)造形式，諸如例如手動閥、控制閥、擋板或固定節(jié)流孔板。因此，剛好兩個質(zhì)量流調(diào)節(jié)裝置是必須的以設(shè)置第一流體流，一個位于第一部分流中，一個位于第二部分流中，并且這些調(diào)節(jié)裝置中的至少一個形成為控制閥。質(zhì)量流調(diào)節(jié)裝置可布置在相應(yīng)換熱器模塊的上游或下游。為了保護(hù)換熱器模塊，配件應(yīng)具有在停機(jī)期間緊緊靠近的設(shè)計。

在本發(fā)明的第一變型中，在換熱器系統(tǒng)中冷卻第一流體流，并且在換熱器系統(tǒng)中升溫第二流體流和第三流體流。

相反地，第二變型中，在換熱器系統(tǒng)中升溫第一流體流，而在換熱器系統(tǒng)中冷卻第二流體流和第三流體流。

也可在第一變型的基礎(chǔ)上通過以下方式組合第一和第二變型：由第四流體流的部分流形成第二流體流和第三流體流；并且在兩個換熱器模塊中的沒有測量第一中間溫度的一個處測量第二中間溫度；在熱端和冷端之間進(jìn)行第二中間溫度的測量。取決于所述第二中間溫度的當(dāng)前值，設(shè)置第四流體流的哪部分進(jìn)入第二流體流以及哪部分進(jìn)入第三流體流。

在此，本發(fā)明可以說被實施了兩次，對待冷卻的分離流(第一流體流)和待升溫的分離流(第四流體流)這兩者是特有的。

附圖說明

本發(fā)明以及本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)將在下文中基于附圖中示意性表示的實施例進(jìn)行更詳細(xì)地說明，其中：

圖1示出了本發(fā)明的具有兩個換熱器模塊的第一示意性實施例；

圖2示出了本發(fā)明的具有兩個換熱器模塊的第二示意性實施例；以及

圖3示出了具有三個換熱器模塊的第三示意性實施例。

具體實施方式

附圖主要示出為解釋本發(fā)明和使本發(fā)明起作用所必須的測量和調(diào)節(jié)裝置。為了整體上簡潔，基本上省略了其它測量和調(diào)節(jié)裝置。如果需要的話，本領(lǐng)域技術(shù)人員知道在哪個位置可布置諸如閥的附加裝置。

圖1的換熱器系統(tǒng)包括第一換熱器模塊1和第二換熱器模塊2?！暗谝涣黧w流”3分為“第一部分流”4和“第二部分流”5并且在換熱器系統(tǒng)的兩個模塊1、2中被冷卻。在與其相反的逆流中，第二流體流6和第三流體流7被升溫，其中，第二流體流6在第一換熱器模塊1中，第三流體流7在第二換熱器模塊2中。

在換熱器模塊的熱端8，排出升溫后的第二流體流10和升溫后的第三流體流11。在換熱器模塊的冷端9，冷卻后的的部分流合流并且作為冷卻的第一流體流12被排出。

附圖僅示出了第一流體流中的兩個閥13和14。在這里，為了操作換熱器系統(tǒng)需要其它未示出的閥。

閥14成形為具有固定校正變量的閥并且被預(yù)先設(shè)定。閥14理想地為100％打開，但假如壓力損失的分布是不利的使得僅僅借助閥13不再能控制溫度分布，必須手動或通過相應(yīng)的控制功能關(guān)閉閥14，從而增大經(jīng)由換熱器模塊1的壓力損失。閥13成形為控制閥，根據(jù)本發(fā)明，依靠第二換熱器模塊2的在其熱端8和冷端9之間的中間點16處的溫度測量TI(TI＝溫度指示)對閥13進(jìn)行設(shè)置。信號線包含控制器(未示出)，其將為第二部分流5中的通流所設(shè)置的值傳遞給控制閥13。控制器可由模擬電子電路或數(shù)字裝置形成(如信號處理器、可編程序控制器、微處理器)，或可替換地其可在處理控制系統(tǒng)中實現(xiàn)。

控制的目的在于在換熱器模塊的高度上盡可能實現(xiàn)最佳的溫度分布。溫度TI的目標(biāo)值由理論上所確定的溫度分布和溫度測量的精確位置所確定。該目標(biāo)值可為固定的?？商鎿Q地，目標(biāo)值可規(guī)定為隨時間變化，例如隨著變化的處理條件，如流動變化的入口溫度。測量在(一個或多個)換熱器模塊的熱端和/或冷端處的溫度并將其納入控制之中也是有意義的。

在來自低溫空氣分離的特定應(yīng)用中，第一流體流由空氣形成，第二流體流由氮氣形成且第三流體流由氧氣形成。

如果附圖被豎直地傾斜，也能同等地實施本發(fā)明，且相應(yīng)地第一流體流為待冷卻的流。

圖2基本上相當(dāng)于圖1。然而，在此待升溫的流也在兩個換熱器模塊1、2之間被分離。第四流體流20分支成第二流體流6和第三流體流7。隨后，升溫后的第二流體流10和升溫后的第三流體流11再次合并以形成第四流體流21。

除第二流體流6之外，第五流體流26/27流過第一換熱器模塊1。

為了控制換熱器系統(tǒng)1、2，測量三種溫度：

TI1:第一換熱器模塊1的冷端處的溫度，在冷卻后的的第一部分流4中測得，

TI2:第二換熱器模塊2的冷端處的溫度，在冷卻后的的第二部分流5中測得，

TI:中間溫度，在第二換熱器模塊2的于該換熱器模塊的表面上的中間點16處測得。

在示意性實施例中第二流體流和第三流體流以下列方式操作。閥22設(shè)計為手動閥并且被預(yù)先設(shè)定。閥23成形為控制閥，根據(jù)溫差TI1-TI2對其進(jìn)行設(shè)置，控制的目的在于保持該溫差為零，也就是說使得兩個換熱器模塊的冷端的溫度處于相同的水平。

如同在圖1的實施例中根據(jù)中間溫度TI那樣進(jìn)行第一流體流的控制。借助管線15對第二換熱器模塊8的待冷卻的主要流中的控制閥起作用。

在來自低溫空氣分離的特定應(yīng)用中，第一流體流由空氣形成，第四流體流由氮氣形成且第五流體流由氧氣形成。

在圖3中，根據(jù)本發(fā)明的控制方法可以說是被實施了兩次，這在具有三個換熱器模塊301、302、303的換熱器系統(tǒng)中是特有的。

空氣流304以四個部分流305、306、307、308穿過換熱器系統(tǒng)，并在管線309中再次合流。氣態(tài)的氮產(chǎn)物流310以兩個部分流311和312分別被引導(dǎo)穿過左側(cè)的換熱器模塊301和右側(cè)的換熱器模塊303，由此所述氣態(tài)的氮產(chǎn)物流被升溫到近似環(huán)境溫度并在管線313中再次合流。

不純的氮氣流318(廢氣N2)也流過換熱器模塊302。

在第一換熱器模塊301中，液態(tài)加壓氧氣314首先被蒸發(fā)(或假如其壓力是超臨界時進(jìn)行偽蒸發(fā))，隨后升溫到近似環(huán)境溫度。在與其相反的逆流中，高壓空氣流315的部分流316被液化或偽液化。高壓空氣流315的另一部分流317在換熱器模塊中僅被冷卻到中間溫度，且隨后供給到未示出的膨脹渦輪。

空氣流304的部分流306用作換熱器模塊301和302之間的均衡流。該均衡流以中間溫度從模塊302排出，并且在處于與該中間溫度相對應(yīng)的后續(xù)點時引入模塊301。

在本發(fā)明的于該示例性實施例中的第一種應(yīng)用的情況下，權(quán)利要求1的“第一部分流”由流305形成且“第二部分流”由流307形成。根據(jù)換熱器模塊302的中間溫度TIa執(zhí)行這兩種空氣流在兩個換熱器模塊301和302之間的分配。一旦流306已離開換熱器模塊302并在其進(jìn)入換熱器模塊301之前，在流306中測量該中間溫度TIa。由此，溫度測量TIa影響閥319的開啟，因而影響待冷卻的主要流307的流速。

在本發(fā)明的第二種應(yīng)用中，測量在換熱器模塊303的表面上的中間溫度TIb。在該情形下，權(quán)利要求1的“第一部分流”由氮氣流311形成，“第二部分流”由氮氣流312形成。在該情形下，根據(jù)溫度TIb設(shè)置決定待升溫的主要流312的流速的閥320的開啟。