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Betriebsverfahren für Kältespeicher Bei den bekannten paarweise angeordneten
und in periodischer Umschaltung betriebenen Kältespeichern, die vornehmlich der
regenerativen Reinigung und Tiefkühlung von Gasen vor deren Zerlegung in ihre Gemischbestandteile
dienen, werden die Verunreinigungen aus dem eintretenden Gase auf der Speichermasse
durch Kondensation und Ausfrieren niedergeschlagen, z. B. Wasser und Kohlensäure.
Während die niedergeschlagene Feuchtigkeit und ein Großteil der Kohlensäure nach
jeweils erfolgter Umschaltung durch das Zerlegungsprodukt, welches durch die Kältespeicher
austritt, und nach erfolgter Verdampfung bzw. Sublimation wieder hinausgetragen
werden, kann unter besonderen Umständen bei jeder Arbeitsperiode ein Rest fester
Kohlensäure in Form von Reif an der Speichermasse zurückbleiben, der nach einer
Betriebszeit von etwa q. bis 6 Wochen zu einer störenden Erhöhung des Strömungswiderstandes
derKältespeicher führt. Um die Kältespeicher zu reinigen, war es bisher erforderlich,
sie außer Betrieb zu nehmen, anzuwärmen, durchzublasen und wieder abzukühlen, was
jedesmal eine längere Unterbrechung des gesamten Apparatebetriebes und einen unerwünschten
Energieaufwand zur Folge hatte.
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Durch das Betriebsverfahren gemäß der Erfindung werden die durch die
Verstopfungen
der Kältespeicher bewirkten Betriebsunterbrechungen
praktisch vollkommen ausgeschaltet. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß
die normalerweise durch den Druckunterschied zwischen ein-und austretendem Gas ermöglichte
Sublimation dadurch verschlechtert wird, daß das austretende Gas betriebsmäßig um
einige Grad kälter ist als das eintretende und bestellt darin, daß die betriebsmäßig
nicht sublimierten Festausscheidungen auf der Speichermasse in zeitlichen Abständen
durch vorübergehende -"erbesserung der Sublimationsbedingungen. das ist Erhöhung
des Gasvolumens oder der Temperatur. entfernt werden.
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Diese 1'erbesserung der Sublimationsbedingungen kann je nach den besonderen
Verhältnissen, unter denen die Anlage arbeitet, auf verschiedene Weisen erreicht
werden. Grundsätzlich kommen hierfür folgende Mittel in Frage, die jedes für sich
einzeln oder in Verbindung mit einem oder dem anderen angewendet werden können:
a) vorübergehende Erhöhung der 'Mengen des am oberen (warmen) Ende in das gestörte
Kältespeicherpaar eintretenden Rohgases, z. B. der zu zerlegenden Luft; b) vorübergehende
Erhöhung der -Menge des am unteren (kalten) Ende in das gestörte Kältespeicherpaar
eintretenden Zerlegungsproduktes oder Restgases; c) vorübergehende Erhöhung der
Temperatur des am unteren (kalten) Ende in das gestörte Kältespeicherpaar eintretenden
Zerlegungsproduktes oder Restgases.
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Die Dauer dieser Maßnahmen braucht nur wenige Schaltperioden, z. B.
z bis to Schaltperioden, das sind insgesamt etwa 6 bis .Mo Minuten, zu betragen.
Je stärker die Maßnahmen angewendet werden, d. h. je größer die Temperatur- oder
Mengenerhöhung ist, um so rascher stellt sich die Wirkung der Reinigung der Kältespeicher
ein, jedoch wird es in vielen Fällen zweckmäßig sein, um den Betrieb des Zerlegungsapparates
nicht zu stören, die 'Maßnahmen mit gebotener Vorsicht anzuwenden.
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Im einzelnen gestaltet sich das Verfahren nach der Erfindung bei Anwendung
der angegebenen Durchführungsmethoden etwa wie folgt: a) Die vorübergehende Erhöhung
der :-[enge des am warmen Ende eintretenden Rohgases bewirkt eine Störung des Kältegleichgewichtes
des Kältespeichers, d. h. der Kältespeicher wird in seiner ganzen Länge um einige
Grad wärmer, dadurch verschiebt sich das Gebiet, in welchem die Kohlensäure fest
ausgeschieden wird, immer weiter nach unten, d.li. nach dem kalten Ende des Speichers.
bis auch am kalten Ende nicht mehr Kohlensäure ausgeschieden wird. als nach der
L-inschaltung durch das kalte Zerlegungsprodukt wieder sublimiert «-erden kann.
Die überschüssige Kohlensäure wandert mit dem Rohgas weiter in den Apparat, wird
aber nach der Verflüssigung des Rohgases in einem Filter des flüssigen Gases bzw.
der flüssigen Luft ausgeschieden, so daß sie keine Störung verursachen kann. Die
durch das gestörte Kältespeicherpaar (z. B. für den Sauerstoff) zusätzlich eingeführte
Gasmenge wird durch das andere Kältespeicherpaar (z. B. für den Stickstoffe herausgeführt.
Bei diesem Verfahren wird die Reinheit des durch die gleichen Speicher austretenden
Zerlegungsproduktes (z. B. des Sauerstoffes) nicht beeinträchtigt.
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b) Bei der Erhöhung der Menge des am kalten Ende in die Kältespeicher
eintretenden Zerlegungsproduktes oder Restgases ist es erforderlich, ein feuchtigkeit-
und kohlensäurefreies Gas zu verwenden, um die völlige Sublimation sicherzustellen.
Handelt es sich um die Kältespeicher, durch die das Zerlegungsprodukt (z. B. Sauerstoff)
strömt, so muß das zusätzliche Gas mit dem Zerlegungsprodukt übereinstimmen, «-as
bei dem Restgas (z. B. unreiner Stickstoff) nicht immer der Fall zu sein braucht.
Da die zusätzlichen Gasmengen nicht sehr groß zu sein brauchen (etwa to°lo der normalen
Gasmenge während der Reinigungszeit), so läßt sich geeignetes Gas aus dem gewonnenen
Gas, nötigenfalls nach Trocknung durch Adsorption, in der Regel leicht zur Verfügung
stellen. Es ist nicht notwendig, dieses Gas auf die Temperatur am kalten Ende der
Kältespeicher vor der Einführung abzukühlen; vielmehr dient auch die fühlbare Wärme
desselben dazu, die Sublimation zu beschleunigen.
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c) An Stelle der Erhöhung der -Menge des am kalten Ende in die Kältespeicher
eintretenden Zerlegungsproduktes oder Restgases kann mit der gleichen Wirkung auch
die Temperatur des Zerlegungsproduktes oder des Restgases vor deren Eintritt in
die Kältespeicher erhöht werden, was z. B. durch Einbau von Heizkörpern in die kalten
Leitungen bewerkstelligt werden kann.
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Aus den angegebenen :Methoden ergibt sich durch Kombination der -Methoden
b und c ein besonders bequemes Verfahren dadurch, daß die 'Menge des am kalten Ende
in die Kältespeicher eintretenden Zerlegungsproduktes oder Restgases durch eine
zusätzliche Gasmenge erhöht und die Temperatur ebenfalls zusätzlich erhöht wird.
z. B. durch Anwärmen des Zusatzgases auf - -.o°. Es tritt dann während des Reinigungsverfahrens
eine größere und wärmere Gasmenge durch die Kältespeicher. wodurch die angestrebte
restlose Sublimation besonders schnell erzielt wird.
Bei der Durchführung
des Verfahrens nach der Erfindung ist zu beachten, daß der normale Betrieb der Kältespeicher
schon an sich eine sorgfältige Handhabung und überwachung erfordert, um ernsthafte
Störungen zu vermeiden. Es ist insbesondere erforderlich, daß den Kältespeichern
während der Kaltperiode, das sind die Zeiträume, in denen das kalte Zerlegungsprodukt
oder Restgas durch sie strömt, genau so viel Kälte zugeführt wird, als ständig durch
Konvektion, Abstrahlung und infolge der Temperaturdifferenz am warmen Ende verlorengeht,
so daß der angestrebte Beharrungszustand aufrechterhalten wird.
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Das Verfahren nach der Erfindung stellt eine bewußte, vorübergehende
Störung des Beharrungszustandes dar, die als Endergebnis neben der Reinigung der
Kältespeicher eine - an sich unerwünschte = Erwärmung derselben bewirkt. Nach erfolgter
Reinigung sind daher die Kältespeicher wieder auf die normalen Betriebstemperaturen
einzuregulieren.
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Diese Sachlage bedingt, daß das Verfahren gemäß der Erfindung von,
Fall zu Fall sorgfältig ausprobiert werden muß ; erst danach lassen sich die regelmäßig
zuzusetzenden Gas-und Wärmemengen betriebsmäßig festlegen und gegebenenfalls durch
an sich bekannte automatische Steuer- und Regeleinrichtungen zwangsläufig in richtiger
Dosierung anwenden.
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Da die Erfindung die regelmäßigen Unterbrechungen der Gas- und Luftzerlegungsanlagen,
die zum Teil lediglich durch die Verstopfungen der Kältespeicher bedingt sind, herabsetzt,
kommt ihm eine nicht unerhebliche Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit solcher Anlagen
zu.