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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Verdampfer-Kondensator vom Typ mit Bad, umfassend mindestens
einen Wärmeaustauschkörper, der
eine Vielzahl von flachen Durchgängen
für die
gegenläufige
Zirkulation zweier Fluide, die von einer oder mehreren Zerlegungssäulen kommen,
in eine selbe Richtung und mindestens einen dichten Raum zur Eingrenzung
eines Fluids aufweist, der den oder jeden Wärmeaustauschkörper enthält, wobei
der Eingrenzungsraum einen Mittelabschnitt von allgemeiner zylindrischer
Form entlang einer Längsachse
umfasst, wobei die Längsachse
des Mittelabschnitts des oder jedes Eingrenzungsraums im Wesentlichen
orthogonal zur gegenläufigen
Zirkulationsrichtung der Fluide in den flachen Durchgängen des
entsprechenden Wärmeaustauschkörpers ist.
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Der
Begriff „im
Wesentlichen orthogonal" umfasst
Abweichungen bis zu 30° oder
20° und
vorzugsweise 10° von
der genauen Orthogonalität.
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Es
ist manchmal erforderlich, den Verdampfer derart auszurichten, dass
die Entleerung der Flüssigkeiten
erleichtert wird.
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Ein
Verdampfer-Kondensator dieser Art ist aus DE-A-1152432 bekannt, bei dem der Eingrenzungsraum
zum Teil durch den Wärmeaustauschkörper begrenzt
ist, wobei sich das Flüssigkeitsbad
ausschließlich
außerhalb
des Eingrenzungselements befindet.
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Die
Erfindung betrifft insbesondere Luftzerlegungsanlagen mit doppelter
Säule,
d.h. mit einer Mitteldrucksäule,
die thermisch an eine Niederdrucksäule angeschlossen ist, die
mit Verdampfern-Kondensatoren des vorgenannten Typs versehen sind.
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In
solchen Luftzerlegungsanlagen wird der flüssige Sauerstoff, der sich
in der Wanne der Niederdrucksäule
befindet, in dem Verdampfer-Kondensator durch Wärmeaus tausch mit dem gasförmigen Stickstoff,
der an der Spitze der Mitteldrucksäule entnommen wurde, verdampft.
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Bei
einem gegebenen Betriebsdruck der Niederdrucksäule gibt der Temperaturunterschied
zwischen dem Sauerstoff und dem Stickstoff, der durch die Struktur
des Verdampfers-Kondensators erforderlich wird, den Betriebsdruck
der Mitteldrucksäule vor.
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Es
ist somit wünschenswert,
dass dieser Temperaturunterschied möglichst gering ist, um die Ausgaben,
die mit der Kompression der in die Mitteldrucksäule eingeleiteten zu behandelnden
Luft verbunden sind, zu minimieren.
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Die
Verringerung des Temperaturunterschieds zwischen dem Stickstoff
und dem Sauerstoff erfordert, um die Wärmeaustauschleistung des Verdampfers-Kondensators
aufrecht zu erhalten, eine Erhöhung
der Wärmeaustauschfläche innerhalb
dieses letztgenannten.
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Eine
erste Lösung
würde darin
bestehen, die Höhe
des Wärmeaustauschkörpers des
Verdampfers-Kondensators zu erhöhen,
um die Wärmeaustauschfläche zu vergrößern. Allerdings
würde eine solche
Höhenvergrößerung zu
einem hydrostatischen Überdruck
innerhalb der Sauerstoffdurchgänge
führen,
der dazu neigen würde,
den Temperaturunterschied zu vergrößern, und der für den ordnungsgemäßen Betrieb
des Verdampfers-Kondensators schädlich
wäre.
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Eine
weitere Lösung
würde darin
bestehen, die Anzahl von für
den Sauerstoff und den Stickstoff bestimmten Durchgängen zu
vervielfachen, wobei beispielsweise die Anzahl der nebeneinander
liegenden Wärmeaustauschblöcke, die
den Austauschkörper
darstellen und parallel innerhalb des Verdampfers-Kondensators funktionieren,
erhöht
wird.
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Im
Allgemeinen ist in den Zerlegungsanlagen mit doppelter Zerlegungssäule die
Niederdrucksäule
in Bezug auf den Verdampfer-Kondensator überhöht, der selbst in Bezug auf
die Mitteldrucksäule überhöht ist.
Der Mittelabschnitt des dichten Raums des Verdampfers-Kondensators ist
nun von einem Ring mit einer vertikalen Umdrehungsachse gebildet.
Dieser Ring hat vorzugsweise denselben Durchmesser wie die Ringe,
die die Mitteldruck- und Niederdrucksäule begrenzen.
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Die
Anwendung der zweiten Lösung,
um die Wärmeaustauschfläche bei
einer solchen Zerlegungsanlage zu vergrößern, würde nun erfordern, einen Ring
eines Verdampfers-Kondensators mit einem größeren Durchmesser als jene
der Mitteldruck- und Niederdrucksäulen zu haben.
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Die
Herstellungskosten einer solchen Anlage wären somit relativ hoch, insbesondere
auf Grund des großen
Durchmessers des Rings des Verdampfers-Kondensators und der besonderen
Verbindungsteile, die zwischen dem Ring des Verdampfers-Kondensators
und den Ringen der Mitteldruck- und Niederdrucksäule vorzusehen wären.
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Die
Erfindung soll dieses Problem mit Hilfe eines Verdampfers-Kondensators
des vorgenannten Typs lösen,
der mit geringeren Temperaturunterschieden funktionieren kann und
es insbesondere ermöglicht,
Luftzerlegungsanlagen mit doppelter Säule herzustellen, die relativ
einfach und kostengünstig
in der Herstellung sind.
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Zu
diesem Zweck betrifft die Erfindung einen Verdampfer-Kondensator
nach Anspruch 1.
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Nach
besonderen Ausführungsarten
kann der Verdampfer-Kondensator
eines oder mehrere der folgenden Merkmale getrennt oder in allen
technisch möglichen
Kombinationen aufweisen:
- – der oder jeder Wärmeaustauschkörper ist
derart ausgebildet, dass während
der Nutzung ein Flüssigkeitsbad
zumindest den unteren Teil des Austauschkörpers umgeben kann und vorzugsweise an
den obersten Rand desselben angrenzt;
- – der
oder jeder Wärmeaustauschkörper umfasst mehrere
Wärmeaustauschblöcke, die
nebeneinander entlang der Längsachse
des Mittelabschnitts des entsprechenden Eingrenzungsraums angeordnet
sind;
- – der
oder jeder Wärmeaustauschkörper umfasst Anschlüsse für die Zuleitung
und Ableitung von Fluiden, diese Anschlüsse stehen mit den flachen Durchgängen des
Wärmeaustauschkörpers in Verbindung
und sind paarweise einem Fluid zugewiesen, wobei die Anschlüsse jedes
Anschlusspaars von Zu-und
Ableitungsanschlüssen,
die einem selben Fluid zugewiesen sind, im Wesentlichen symmetrisch
zu einer Längs-
und Mittelebene des Wärmeaustauschkörpers angeordnet sind;
- – der
oder jeder Wärmeaustauschkörper umfasst mindestens
einen Eingangskollektor und einen Ausgangskollektor, die jeweils
an ein Anschlusspaar zur Zu- und Ableitung, die einem selben Fluid
zugewiesen sind, angeschlossen sind;
- – für den oder
jeden Wärmeaustauschkörper werden
der oder die Ausgangskollektor(en) und der oder die Eingangskollektor(en)
von einem selben Bereich getragen, insbesondere dem Längsende des
entsprechenden Eingrenzungsraums;
- – für den oder
jeden Eingrenzungsraum hat der Mittelabschnitt eine allgemeine Umdrehungsform um
seine Längsachse,
und vorzugsweise ist der Raum zylindrisch;
- – der
oder jeder Eingrenzungsraum ist im Bereich seines Mittelabschnitts
zum Teil durch den entsprechenden Wärmeaustauschkörper begrenzt oder
nicht;
- – der
Wärmeaustauschkörper umfasst
Anschlüsse
für die
Zuleitung und Ableitung von Fluiden, die mit den flachen Durchgängen des
Wärmeaustauschkörpers in
Verbindung stehen, und die Anschlüsse sind außerhalb des Eingrenzungsraums angeordnet;
- – der
oder jeder Wärmeaustauschkörper umfasst Anschlüsse für die Zuleitung
eines Gases, die mit Durchgängen
des Wärmeaustauschkörpers in Verbindung
stehen, und der Wärmeaustauschkörper umfasst
Mittel zur Einleitung des in den Zuleitungsanschlüssen vorhandenen
kondensierten Gases in diese Durchgänge;
- – die
flachen Durchgänge
des oder mindestens eines Körpers
sind quer in Bezug auf die Längsrichtung
des Eingrenzungsraums ausgerichtet;
- – Verdampfer,
umfassend mindestens zwei Körper,
von denen einer flache Durchgänge
aufweist, die quer zur Längsrichtung
eines Eingrenzungsraums ausgerichtet sind, und ein weiterer flache Durchgänge aufweist,
die parallel zur Längsrichtung
seines Eingrenzungsraums ausgerichtet sind.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Luftzerlegungsanlage nach Anspruch
13.
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„Im Wesentlichen
horizontal" bedeutet „horizontal
oder mit Abweichungen bis zu 30°,
vorzugsweise 10°,
zur Horizontalen".
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Offensichtlich
muss der Wärmeaustauschkörper im
Inneren des Raums horizontal bleiben, damit seine Funktion gesichert
ist.
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Nach
Varianten:
- – umfasst die Anlage eine Mitteldrucksäule, eine Niedrigdrucksäule, wobei
der Stickstoff des oberen Teils der Mitteldrucksäule und der Sauerstoff der
Wanne der Niedrigdrucksäule
durch den Verdampfer- Kondensator
in Wärmeaustauschbeziehung
gesetzt werden;
- – ist
der oder jeder Eingrenzungsraum neben den Mitteldruck- und Niedrigdrucksäulen angeordnet;
- – ist
mindestens ein Teil des Verdampfers-Kondensators im Zwischenbereich
zwischen jenen der Wanne der Niedrigdrucksäule und des oberen Teils der
Mitteldrucksäule
angeordnet;
- – enthält der Raum
ein flüssiges
Sauerstoffbad, in das der Körper
während
der Nutzung getaucht wird und;
- – umfasst
die Anlage eine Hauptwärmeaustauschleitung,
um die zu zerlegende Luft zu kühlen
und ist der Verdampfer-Kondensator über der Hauptwärmeaustauschleitung
befestigt, wobei der Verdampfer-Kondensator und die Hauptwärmeaustauschleitung
eventuell parallele Achsen aufweisen.
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Die
Erfindung wird durch die Studie der nachfolgenden Beschreibung besser
verständlich, die
nur als Beispiel dient und sich auf die beiliegenden Zeichnungen
bezieht, wobei:
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1 eine
schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Luftzerlegungsanlage ist;
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die 2 und 3 schematische
perspektivische Ansichten sind, die die Sauerstoffeingrenzungsräume bzw.
die Wärmeaustauschkörper des Verdampfers-Kondensators
der Anlage aus 1 darstellen;
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4 eine
halbe schematische Ansicht im vertikalen Querschnitt von dem Verdampfer-Kondensator
der Anlage aus 1 ist, die insbesondere die Struktur
eines Stickstoffdurchgangs darstellt;
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5 eine
schematische Ansicht im vertikalen Querschnitt ist, die einen Sauerstoffdurchgang des
Verdampfers-Kondensators der Anlage aus 1 darstellt;
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die 6 und 7 Ansichten
analog zu 4 sind, die zwei Varianten der
Erfindung darstellen, und
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8 eine
Ansicht analog zu 5 ist, die die Struktur eines
Sauerstoffdurchgangs für
die Variante aus 7 darstellt.
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1 stellt
schematisch eine Luftzerlegungsanlage 1 dar, die im Wesentlichen
umfasst:
- – eine
doppelte Zerlegungssäule,
die eine Mitteldrucksäule 2,
eine Niedrigdrucksäule 3 und
einen Verdampfer-Kondensator 4 vom Typ mit Bad umfasst,
- – eine
Hauptwärmeaustauschleitung 5,
- – einen
Luftverdichter 6,
- – ein
Luftreinigungsgerät 7,
und
- – eine
Pumpe 8.
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Die
Niedrigdrucksäule 3 ist über der
Mitteldrucksäule 2 befestigt.
Ein vertikaler Ring 10 hält den oberen Teil der Mitteldrucksäule 2 in
einem Abstand zur Wanne der Niedrigdrucksäule 3.
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Die
Hauptwärmeaustauschleitung 5 umfasst in
dem dargestellten Beispiel fünf
Wärmeaustauschblöcke 11.
Diese Wärmeaustauschblöcke 11 sind
parallel an die übrige
Anlage 1 angeschlossen, aber zur Verdeutlichung sind die
Anschlüsse
nur eines dieser Blöcke
in 1 dargestellt. Die Art dieser Anschlüsse geht
klarer aus der Beschreibung der Funktion der Anlage 1 heraus,
die später
erfolgt.
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Wie
durch die 1 bis 4 dargestellt, umfasst
der Verdampfer-Kondensator 4 zwei identische Wärmeaustauschköper 13 (3)
aus gelötetem
Aluminium, die jeweils in einem dichten und zylindrischen Sauerstoffeingrenzungsraum 14 aus
rostfreiem Stahl oder aus Aluminium angeordnet sind. (2).
In 1 sind nur ein Wärmeaustauschkörper 13 und
ein Sauerstoffeingrenzungsraum 14 zu sehen.
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Es
ist zu verstehen, dass ein erfindungsgemäßer Verdampfer-Kondensator
nur einen einzigen Austauschkörper
und somit einen einzigen Eingrenzungsraum oder mindestens drei Austauschkörper umfassen
kann, die jeweils ihren eigenen Raum besitzen. Jeder Körper 13 hat
eine Höhe
zwischen 800 und 1400 mm.
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Da
der Verdampfer-Kondensator 4 in Bezug auf eine Vertikalebene
P, deren Umriss in 4 zu sehen ist, symmetrisch
ist, ist untenstehend nur eine Hälfte
der Struktur dieses Verdampfers-Kondensators 4 beschrieben.
So sind im Nachfolgenden nur ein Wärmeaustauschkörper 13 und
ein dichter Raum 14 beschrieben.
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Der
Wärmeaustauschkörper 13 hat
eine allgemeine Längsform
entlang einer horizontalen oder im Wesentlichen horizontalen Längsachse
X-X und umfasst in dem dargestellten Beispiel fünf Wärmeaustauschkörper 16 mit
analogen und angehängten gelöteten Platten.
Die fünf
Blöcke 15 sind
im Wesentlichen identisch; ihre Anzahl wird in Abhängigkeit
von der Größe des Verdampfers
gewählt,
wodurch die Dimensionierung erleichtert wird, da identische Blöcke in Serie
hergestellt werden. So können
mindestens fünf
oder mehr als fünf
Blöcke 15 vorhanden
sein. Der Wärmeaustauschkörper 13 ist
in Bezug auf eine vertikale und mittlere Längsachse Q symmetrisch, deren
Umriss in 4 zu sehen ist.
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Jeder
Wärmeaustauschblock 16 umfasst
einen Stapel von gelöteten
rechteckigen parallelen Platten 17, die zwei und zwei Durchgänge definieren, die
alternativ für
den Stickstoff und den Sauerstoff bestimmt sind. Der Abstand zwischen
den parallelen Platten 17 ist durch Distanzwellen sicher
gestellt, die auch die Funktion von Wärmerippen erfüllen. Die
flachen Durchgänge
der Blöcke
sind quer in Bezug auf die Längsabmessung
des Raums 14 ausgerichtet.
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Ein
für den
Stickstoff bestimmter Durchgang 18 ist in 4 zu
sehen.
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Dieser
Durchgang 18, wie alle für den Stickstoff bestimmten
Durchgänge 18,
ist rechteckig und umfasst einen mittleren Hauptwärmeaustauschbereich 19;
zwei Eingangsverteilerbereiche 20 und zwei Ausgangssammelbereiche 21.
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Der
Hauptwärmeaustauschbereich 19 umfasst
eine Distanzwelle mit vertikalen Erzeugenden. Jeder Eingangsverteilerbereich 20 hat
die Form eines rechtwinkeligen Dreiecks, das im Bereich einer oberen
Ecke 22 des Durchgangs 18 angeordnet ist, und
umfasst eine Distanzwelle mit horizontalen Erzeugenden. Die beiden
Eingangsverteilerbereiche 20 vereinigen sich im Bereich
der Mittelebene Q, wobei die großen Basislinien dieser Bereiche 20 in
Form eines rechtwinkeligen Dreiecks horizontal sind.
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Die
Struktur und die Anordnung der Ausgangssammelbereiche 21 ist
analog zu jener der Eingangsverteilerbereiche 20, wobei
diese Bereiche 21 jeweils im Bereich einer unteren Ecke 23 des
Durchgangs 18 angeordnet sind.
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Der
Durchgang 18 ist auf seinem Umfang durch vertikale und
horizontale Stäbe
geschlossen, mit Ausnahme einerseits im Bereich der kleinen vertikalen
Basislinien 24 der dreieckigen Eingangsbereiche 20 und
der kleinen vertikalen Basislinien 25 der dreieckigen Ausgangsbereiche 21 und
andererseits im Bereich von Mitteln zur Einleitung von flüssigem Stickstoff,
die später
erwähnt
sind.
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Die
kleinen Basislinien 24 und 25 der Eingangs- 20 und
Ausgangsbereiche 21 der fünf Wärmeaustauschblöcke 16 bilden
auf jeder Seite des Wärmeaustauschkörpers 13 eine
Reihe von Eingangsfenstern bzw. eine Reihe von Ausgangsfenstern
für Stickstoff,
die horizontal ausgerichtet sind.
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Jede
Reihe von Eingangsfenstern 24 ist hermetisch durch ein
Eingangsgehäuse 28 mit
halbkreisförmigem
Querschnitt abgedeckt, das sich entlang der fünf Wärmeaustauschblöcke 16 erstreckt.
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Jedes
Eingangsgehäuse 28 ist
in der Nähe der
oberen Ecken 22 der Stickstoffdurchgänge 18 angeordnet
und hat in der Vertikalen eine deutlich größere Höhe als jene der kleinen Basislinien 24 der
Eingangsverteilerbereiche 20.
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Jeder
Stickstoffdurchgang 18 umfasst ferner in der Nähe des unteren
Randes jedes Gehäuses 28 Mittel 30 zur
Einleitung von flüssigem
Stickstoff, der im Boden des Gehäuses 28 vorhanden
ist, in den Durchgang 18. Diese Mittel 30 sind
beispielsweise in Form eines dreieckigen Bereichs vorhanden und
stehen mit dem Boden des Eingangsgehäuses 28 in Verbindung.
Ein solcher dreieckiger Bereich läuft zur Ebene Q hin zusammen
und umfasst eine Distanzwelle mit nach unten und zum Inneren des Durchgangs 18 geneigten
schrägen
Erzeugenden. Nach einer nicht dargestellten Variante können solche
Mittel 30 zur Einleitung von Stickstoff keine Welle zur
Führung
des flüssigen
Stickstoffes umfassen oder von einem regelmäßig mit Öffnungen durchbohrten Stab
gebildet sein.
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Jede
Reihe von Ausgangsfenstern 25 der für den Stickstoff bestimmten
Durchgänge 18 ist
hermetisch durch ein Ausgangsgehäuse 32 mit
halbkreisförmigem
Querschnitt mit einem kleineren Radius als jener der Eingangsgehäuse 28 abgedeckt.
Jedes Ausgangsgehäuse 32 erstreckt sich
längs entlang der
fünf Wärmeaustauschblöcke 16.
Jedes Ausgangsgehäuse 32 ist
in der Nähe
der unteren Ecken 23 der für den Stickstoff bestimmten
Durchgänge 18 angeordnet
und hat eine größere Höhe in der
Vertikalen als jene der kleinen Basislinien 25 der Ausgangssammelbereiche 21.
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5 ist
eine vertikale Querschnittansicht, die die Struktur eines Durchgangs 34 des
für den Sauerstoff
bestimmten Wärmeaustauschkörpers 13 darstellt.
Ein solcher Durchgang 34, wie alle für den Sauerstoff bestimmten
Durchgänge 34,
umfasst eine einzige Distanzwelle 35 mit vertikalen Erzeugenden. Dieser
Durchgang 34 ist an seinen Seiten durch zwei vertikale
Stäbe 36 verschlossen
und mündet
nach außen
im Bereich seiner oberen 37 und unteren horizontalen Ränder 38.
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Der
Austauschkörper 13 umfasst
auch im Bereich seines vorderen Endes (rechts in den 1 und 3)
einen Eingangskollektor 39 für gasförmigen Stickstoff, der in Bezug
auf die Ebene Q symmetrisch ist. Dieser Eingangskollektor 39 umfasst
eine gerade und horizontale Eingangsleitung 40 und zwei gekrümmte Ausgangsleitungen 41,
die jeweils an das vordere Ende eines Eingangsgehäuses 28 angeschlossen
sind.
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Jedes
Ausgangsgehäuse 32 umfasst
im Bereich jedes Wärmeaustauschblocks 16 eine
vertikale Anschlusshülse 42.
Zwei Sammelleitungen 44 für die nicht kondensierbaren
Edelgase erstrecken sich horizontal beiderseits des Wärmeaustauschkörpers 13 entlang
desselben. Jede Sammelleitung 44 befindet sich auf einer
Zwischenhöhe
zwischen dem Eingangsgehäuse 28 und
dem entsprechenden Ausgangsgehäuse 32.
Diese Leitungen 44 sind an die oberen Enden der Hülsen 42 angeschlossen
und münden
im Bereich des vorderen Endes des Wärmeaustauschkörpers 13 in
eine Ausgangssammelleitung 45 für die nicht kondensierbaren
Edelgase. Diese Ausgangssammelleitung 45 ist horizontal
und in Bezug auf die Ebene Q symmetrisch.
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Gekrümmte quer
verlaufende Leitungen 46 (1 und 4)
sind unter dem Wärmeaustauschkörper 13 angeordnet
und schließen
die unteren Enden der Anschlusshülsen 42 an
eine Längsausgangssammelleitung 48 für flüssigen Stickstoff
an, die sich horizontal praktisch über die gesamte Länge des
Wärmeaustauschkörpers 13 symmetrisch
zur Ebene Q erstreckt. Diese Ausgangssammelleitung 48,
wie auch die Eingangsleitung 40 und die Ausgangssammelleitung 45,
ragt vorne in Bezug auf den Wärmeaustauschkörper 13 über.
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Wie
in den 1 und 2 dargestellt, umfasst der dichte
Raum 14 einen Mittelabschnitt 50 allgemeiner zylindrischer
Form in Form eines metallischen Ringes mit einer Umdrehungsachse
Y-Y. Dieser Ring 50 ist dicht im Bereich seines vorderen
Endes durch eine vordere Trennwand 51 und im Bereich seines
hinteren Endes durch eine hintere Trennwand 52 geschlossen.
Die Trennwände 51 und 52 sind
zum Inneren des Raums 14 hin konkav.
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Der
Raum 50 weist in seiner vorderen Trennwand 51 drei
kreisförmige
Durchgänge 54, 55 bzw. 56 auf,
die untereinander angeordnet sind und deren Querschnitte jenen der
Eingangsleitung 40 des Eingangskollektors 39 für gasförmigen Stickstoff,
der Ausgangssammelleitung 45 für nicht kondensierbare Edelgase
bzw. der Ausgangssammelleitung 48 für flüssigen Stickstoff entspricht.
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Ein
weiterer Durchgang 57 für
die Zuleitung von flüssigem
Sauerstoff ist in dieser vorderen Trennwand 51 zwischen
den Durchgängen 54 und 55 vorgesehen.
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Ein
Durchgang 58 (1) für die Entnahme von flüssigem.
Sauerstoff ist in der hinteren Trennwand 52 vorgesehen.
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Eine
Reinigung 59 ist im Boden des Mittelabschnitts 50 des
dichten Raums 14 vorgesehen.
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Der
Wärmeaustauschkörper 13 ist
in dem dichten Raum 14 angeordnet, wobei ihre Längsachsen
X-X und Y-Y parallel sind. Die Eingangsleitung 40, die
Ausgangssammelleitung 45 und die Ausgangssammelleitung 48 treten
aus dem dichten Raum 14 durch die Durchgänge 54, 55 bzw. 56 aus.
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Wie
in 2 dargestellt, sind die beiden dichten Räume 14 mit
ihren parallelen und horizontalen Längsachsen Y-Y angeordnet. Die
dichten Räume 14 sind
symmetrisch zur Ebene P mit einem gemeinsamen Rohr 60 zur
Ableitung von gasförmigem Sauerstoff
angeschlossen, das sich über
den dichten Räumen 14 parallel
zu ihren Längsachsen
Y-Y erstreckt.
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Der
Verdampfer-Kondensator 4 ist neben den Mitteldrucksäulen 2 und
Niedrigdrucksäulen 3 über der
Hauptwärmeaustauschleitung 5 angeordnet,
deren Höhe
in 1 verringert wurde, um die Darstellung zu erleichtern.
Der Verdampfer-Kondensator 4 wird von der Wärmeaustauschleitung 5 mit Hilfe
von nicht dargestellten Querstreben getragen. Ein Teil der Wärmeaustauschkörper 13 des
Verdampfers-Kondensators 4 ist auf einer Zwischenhöhe zwischen
der Wanne der Niedrigdrucksäule 3 und dem
oberen Teil der Mitteldrucksäule 2 angeordnet.
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Die
Funktion der Anlage 1 wird nun beschrieben.
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Die
zu zerlegende Luft, die vorher durch den Verdichter 6 verdichtet
und das Gerät 7 gereinigt
wurde, durchquert die Wärmeaustauschleitung 5,
wobei sie sich bis in die Nähe
ihres Taupunktes abkühlt. Diese
Abkühlung
wird parallel durch die Wärmeaustauschblöcke 11 sicher
gestellt. Dann wird der abgekühlte
Sauerstoff in die Wanne der Mitteldrucksäule 2 eingeleitet.
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Gasförmiger Stickstoff,
der vom oberen Teil der Mitteldrucksäule 2 kommt, wird über Eingangskollektoren 39 in die
beiden Eingangsgehäuse 28 jedes
Wärmeaustauschkörpers 13 eingeleitet.
Dieser gasförmige
Stickstoff wird durch die Verteilerbereiche 20 gleichmäßig über die
gesamte Breite der für
den Stickstoff bestimmten Durchgänge 18 dieses
Wärmeaustauschkörpers 13 verteilt.
Der Stickstoff fließt
nun vertikal nach unten in die Bereiche 19 der Durchgänge 18 ab,
wobei er nach und nach kondensiert.
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Flüssiger Stickstoff,
der eventuell im Boden der Eingangsgehäuse 28 vorhanden ist,
wird in die Bereiche 19 der Durchgänge 18 mit Hilfe der
Einleitungsmittel 30 eingeleitet. Dieser flüssige Stickstoff fließt dann
vertikal nach unten mit dem in den Bereichen 19 kondensierten
Stickstoff ab.
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Der
flüssige
Stickstoff wird unten in den Bereichen 19 der Durchgänge 18 mit
Hilfe der Ausgangssammelbereiche 21 gesammelt, dann zu
den beiden Ausgangsgehäusen 32 zurückgeschickt.
Der nicht kondensierbare Teil, der in diesem Stickstofffluss enthalten
ist, wird durch die Sammelleitungen 44 und die Ausgangssammelleitung 45 in
die umgebende Atmosphäre
geleitet. Der aus den Durchgängen 18 austretende
kondensierte Stickstoff wird seinerseits durch die quer verlaufenden
Leitungen 46 und die Ausgangssammelleitung 48 gesammelt
und dann zum oberen Teil der Mitteldrucksäule 2 zurückgeschickt.
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Flüssiger Sauerstoff,
der von der Wanne der Niedrigdrucksäule 3 kommt, wird
in jeden Sauerstoffeingrenzungsraum 14 über Durchgänge 57 eingeleitet,
die in ihren vorderen Trennwänden 51 vorgesehen
sind. Dieser flüssige
Sauerstoff bildet ein Bad in jedem Raum 14, das den Großteil des
Innenvolumens dieses dichten Raums 14 ausfüllt. Die
Oberseite des entsprechenden Wärmeaustauschkörpers 13 grenzt
etwas über
dem flüssigen
Sauerstoffbad an.
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Flüssiger Sauerstoff
des Bades zirkuliert vertikal nach oben in den Durchgängen 34 des
betreffenden Wärmeaustauschkörpers 13,
wobei er im Gegenstrom zu dem in den Durchgängen 18 zirkulierenden
Stickstoff verdampft.
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Der
von jedem Wärmeaustauschkörper 13 verdampfte
Sauerstoff wird dann über
die Rohrleitung 60 zu der Wanne der Niedrigdruckleitung 3 zurückgeschickt.
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„Reiches
Fluid" LR (mit Sauerstoff
angereicherte Luft), das der Wanne der Mitteldrucksäule 2 entnommen
wird, wird in einem Druckminderventil 61 im Druck gemindert
und dann in einer Zwischenhöhe der
Niedrigdruckleitung 3 eingeleitet.
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„Armes
Fluid" LP (in etwa
reiner Stickstoff), das am oberen Teil der Mitteldrucksäule 2 entnommen
wird, wird in einem Druckminderventil 62 im Druck gemindert
und dann an der Spitze der Niedrigdruckleitung 3 eingeleitet.
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Unreiner
oder „restlicher" Stickstoff NR, der an
der Spitze der Niedrigdruckleitung 3 entnommen wird, wird
beim Durchlaufen der Hauptwärmeaustauschleitung 11 erhitzt.
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Gasförmiger Sauerstoff,
der der Wanne der Niedrigdruckleitung 3 entnommen wird,
wird beim Durchlaufen der Hauptwärmeaustauschleitung 5 erhitzt.
Flüssiger
Sauerstoff, der mit Hilfe der Durchgänge 58 der dichten
Räume 14 und
der Pumpe 8 entnommen wird, wird beim Durchlaufen der Hauptwärmeaustauschleitung 5 verdampft.
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Die
Reinigungsvorgänge 59 ermöglichen
es, die Verunreinigungen, die sich am Boden der Sauerstoffeingrenzungsräume 14 ansammeln,
zu beseitigen.
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Die
Struktur des Verdampfers-Kondensators 4 und die Position
der dichten Räume 14 ermöglichen es,
relativ große
Wärmeaustauschflächen durch
Nebeneinanderlegen von Wärmeaustauschblöcken 16 zu
erhalten.
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Überdies
sind die Kosten eines solchen Verdampfers-Kondensators 4 relativ gering
auf Grund des relativ kleinen Durchmessers der Mittelabschnitte 50 der
Sauerstoffeingrenzungsräume 14 und
der einfachen Struktur dieser Räume 14.
Der Platzbedarf des Verdampfers-Kondensators 4 ist
ebenfalls relativ gering auf Grund des kleinen Durchmessers der
Mittelabschnitte 50 der Räume 14.
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Ferner
kann auf Grund der Position des Verdampfers-Kondensators 4 die Zirkulation
der verschiedenen Fluide zwischen dem oberen Teil der Mitteldrucksäule 2 und
der Wanne der Niedrigdrucksäule 3 und
dem Verdampfer-Kondensator 4 gesichert werden,
wobei die Pumpmittel begrenzt werden.
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Es
ist auch festzustellen, dass bei einer gegebenen Luftzerlegungsleistung
die Länge
und die Oberfläche
am Boden der Wärmeaustauschleitung 5 mit
jenen des Verdampfers-Kondensators 4 vergleichbar sind.
Ferner entspricht die Höhe
der Mitteldrucksäule 2 und
somit die Höhe,
an der der Verdampfer-Kondensator 4 zu positionieren ist,
praktisch der Höhe
der Hauptwärmeaustauschleitung 5, vergrößert um
die erforderliche Höhe
für die
verschiedenen Anschlüsse
dieser Leitung 5 an den Rest der Anlage 1. So
ist die Höhe
der Stützstreben
dieses Verdampfers-Kondensators 4 begrenzt.
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Es
ist anzumerken, dass es die Symmetrie der Struktur der Wärmeaustauschkörper 13 ermöglicht,
die Höhe
der Eingangsverteilerbereiche 20 und Ausgangssammelbereiche 21 zu
verringern und somit bei gegebener Austauschhöhe den hydrostatischen Überdruck,
der für
den Erhalt eines geringen Temperaturunterschieds schädlich ist,
zu minimieren.
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Ferner
ermöglichen
es in dem Falle, in dem die Sauerstoffeingrenzungsräume 14 und
die Wärmeaustauschräume 13 aus
unterschiedlichen Metallen hergestellt wären, die die Verwendung von
gemischten Verbindungen erfordern, die Struktur und das Vorhandensein
des Eingangskollektors 39 für jeden Wärmeaustauschkörper 13,
der einzigen Ausgangssammelleitung 45 und der Ausgangssammelleitung 48,
die Anzahl dieser Verbindungen zu begrenzen. Es ist nämlich notwendig,
solche Verbindungen nur im Bereich der Eingangsleitung 40 des Eingangskollektors 39,
der Ausgangssammelleitung 45 und des vorderen Endes der
Ausgangssammelleitung 48 vorzusehen.
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Die
Tatsache, dass der Eingangskollektor 39, die Ausgangssammelleitung 45 und
die Ausgangssammelleitung 48 von einem selben Bereich der
vorderen Trennwand 51 jedes Sauerstoffeingrenzungsraums 14 getragen
werden, ermöglicht
es auch, die Nachteile zu begrenzen, die mit dem Unterschied der
Wärmedehnungskoeffizienten
zwischen den Räumen 14 und
den Wärmeaustauschkörpern 13 verbunden
sind.
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Eine
zufrieden stellende Zirkulation von flüssigem Sauerstoff in dem Bad
jedes Raums 14 wird dadurch gewährleistet, dass die Durchgänge 57 zur Zuleitung
von flüssigem
Sauerstoff und 58 zur Entnahme von flüssigem Sauerstoff an gegenüber liegenden
Enden jedes Raums 14 angeordnet sind.
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Um
schließlich
Verdampfer-Kondensatoren 4 mit unterschiedlichen Leistungen
in Abhängigkeit von
den spezifischen Bedürfnissen
von verschiedenen Luftzerlegungsanlagen 1 herzustellen,
reicht es aus, die Anzahl von Wärmeaustauschblöcken 16,
die Anzahl und den Durchmesser der verschiedenen Anschlüsse und
die Länge
der Ringe 50 zu verändern.
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6 stellt
eine Variante der Erfindung dar, die sich von jener der 1 bis 5 insbesondere durch
Folgendes unterscheidet.
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Ein
Teil 70 der Innenseite des Mittelabschnitts 50 jedes
Raums 14 ist von einer Seite 71 des entsprechenden
Wärmeaustauschkörpers 13 gebildet.
Die allgemeine zylindrische Form der Mittelabschnitte 15 ist
somit keine Umdrehungsform mehr.
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Jeder
Wärmeaustauschkörper 13 hat
keine symmetrische Struktur mehr und umfasst für jeden für den Stickstoff bestimmten
Durchgang 18 einen einzigen dreieckigen Eingangsverteilerbereich 20 und
einen einzigen dreieckigen Ausgangssammelbereich 21, die
sich jeweils über
die gesamte Breite des betreffenden Durchgangs 18 erstrecken.
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Ein
einziges Eingangsgehäuse 28 und
ein einziges Ausgangsgehäuse 32 sind
an jeden Wärmeaustauschkörper 13 an
seiner Seite 71 angeschlossen. Diese Gehäuse 23 und 25 befinden
sich außerhalb
des entsprechenden Sauerstoffeingrenzungsraums 14.
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Der
gasförmige
Stickstoff wird vom oberen Teil der Mitteldrucksäule 2 zu den beiden
Eingangsgehäusen 28 über eine
gemeinsame Eingangssammelleitung 73 und zwei Reihen von
quer verlaufenden Leitungen 74 geleitet. Die Eingangssammelleitung 73 ist
horizontal und symmetrisch zur Ebene P. Jede Reihe von Leitungen 74 umfasst
quer verlaufende Leitungen 74, die voneinander entfernt
sind und ein selbes Eingangsgehäuse 28 versorgen.
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Analog
dazu erstreckt sich eine Ausgangssammelleitung 75 für nicht
kondensierbare Edelgase, die den beiden Ausgangsgehäusen 32 gemein
ist, horizontal und symmetrisch zur Ebene P.
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Diese
Ausgangssammelleitung 75 ist an jedes Ausgangsgehäuse 32 durch
eine Reihe von quer verlaufenden Leitungen 76, die in regelmäßigen Abständen zueinander
angeordnet sind, angeschlossen.
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Ebenso
erstreckt sich eine Ausgangssammelleitung 77 für kondensierten
flüssigen
Stickstoff, die den beiden Ausgangsgehäusen 32 gemein ist, horizontal
und symmetrisch zur Ebene P.
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Jede
Ausgangssammelleitung 77 ist an jedes Ausgangsgehäuse 32 durch
eine Reihe von quer verlaufenden Leitungen 78, die in regelmäßigen Abständen zueinander
angeordnet sind, angeschlossen. Der kondensierte Stickstoff wird
somit zum oberen Teil der Mitteldrucksäule 2 über die
Ausgangssammelleitung 77 zurückgeschickt.
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Die
Versorgung jedes Sauerstoffeingrenzungsraums 14 mit flüssigem Sauerstoff
wird durch eine Eingangssammelleitung 80 sicher gestellt,
die sich in dem betreffenden Raum 14 parallel zur Achse Y-Y
befindet und regelmäßig mit
Verteilungsöffnungen
durchbohrt ist. Die Entnahme von flüssigem Sauerstoff aus jedem
Raum 14 wird durch eine Reihe von quer verlaufenden Leitungen 81,
die in den Boden des Raums 14 münden, und durch eine horizontale Ausgangssammelleitung 82 sicher
gestellt, die zur Ebene P symmetrisch und beiden Räumen 14 gemein
ist.
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Die
Tatsache, dass die Eingangs- 28 und Ausgangsgehäuse 32 jedes
Wärmeaustauschkörpers 13 außerhalb
der Sauerstoffeingrenzungsräume 14 liegen,
ermöglicht
es, die Sicherheit des Verdampfers-Kondensators 4 zu verbessern.
Es ist nun nicht mehr notwendig, einen möglichen Ausfall dieser Anschlüsse zu berücksichtigen,
um die Dicke der Wand des zentralen Körpers 50 jedes Sauerstoffeingrenzungsraums 14 zu
bestimmen.
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Die
Variante der 6 ermöglicht es auch, die Struktur
der Wärmeaustauschkörper 13 und
ihre Anschlüsse
an die übrige
Anlage 1 zu vereinfachen.
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Überdies
ermöglichen
es die Eingangssammelleitung 80, die quer verlaufenden
Leitungen 81 und die gemeinsame Ausgangssammelleitung 82, eine
ordnungsgemäße Zirkulation
von flüssigem Sauerstoff
in dem Bad jedes Raums 14 sicher zu stellen. Es ist anzumerken,
dass solche Leitungen auch bei der Variante der 1 bis 5 vorgesehen
sein können.
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Die 7 und 8 stellen
eine weitere Variante der Erfindung dar, die sich hauptsächlich von jener
der 6 wie folgt unterscheidet.
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Für jeden
Sauerstoffeingrenzungsraum 14 ist ein Teil des Bodens 85 des
zentralen Körpers 50 des
Raums von der unteren Wand 86 des entsprechenden Wärmeaustauschkörpers 13 gebildet.
Jedes Ausgangsgehäuse 32 hat
einen Querschnitt, der drei Viertel eines Kreises abdeckt, und ist
in einer unteren Ecke 23 des entsprechenden Wärmeaustauschkörpers 13 angeordnet.
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Wie
in 8 dargestellt, weist jeder für den Sauerstoff bestimmte
Durchgang 34 einen Eingangsverteilerbereich 87 auf.
Dieser Bereich 87 hat die Form eines rechtwinkeligen Dreiecks
und ist im Bereich des unteren Randes 38 des Durchgangs 34 angeordnet
und erstreckt sich über
die gesamte Breite dieses Durchgangs 34. Der Bereich 87 läuft zur
Seite 71 des Wärmeaustauschkörpers 13 hin
zusammen. Die kleine Basis 88 des Eingangsverteilerbereichs 87 befindet
sich auf Höhe
der Seite 89 des Wärmeaustauschkörpers 13,
die der Seite 71 gegenüber
liegt. Der Durchgang 34 ist an seinen Seiten durch zwei vertikale
Stäbe 36 verschlossen,
mit Ausnahme des Bereichs der kleinen Basis 88 des Eingangsverteilerbereichs 87,
und ist durch einen horizontalen Stab 90 im Bereich des
unteren Randes 38 des Durchgangs 34 verschlossen.
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Die
Versorgung mit flüssigem
Sauerstoff und die Entnahme von flüssigem Sauerstoff aus jedem Raum 14 sind
wie im Fall der 1 bis 5 gewährleistet.
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Wie
im Falle der Variante der 6 ermöglicht es
diese Variante, die Struktur der Wärmeaustauschkörper 13 und
ihre Anschlüsse
an die übrige Luftzerlegungsanlage 1 zu
vereinfachen.