EP3557165A1 - Verfahren zum betreiben eines wärmetauschers, anordnung mit einem wärmetauscher und luftbearbeitungsanlage mit einer entsprechenden anordnung - Google Patents

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EP3557165A1
EP3557165A1 EP18020163.4A EP18020163A EP3557165A1 EP 3557165 A1 EP3557165 A1 EP 3557165A1 EP 18020163 A EP18020163 A EP 18020163A EP 3557165 A1 EP3557165 A1 EP 3557165A1
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EP
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exchange zone
zone
temperature level
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exchange
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EP18020163.4A
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Lars Kirchner
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Linde GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a heat exchanger and an arrangement with a corresponding operable heat exchanger according to the preambles of the respective independent claims.
  • heat exchangers with cryogenic fluids i. Fluids with temperatures of well below 0 ° C, especially well below -100 ° C, operated.
  • the present invention will be described mainly with reference to the main heat exchangers of air separation plants, but in principle it is also suitable for use in other fields of application, for example systems for storing and recovering energy using liquid air or natural gas liquefaction.
  • the temperature profiles at standstill of the associated system is then fed, for example, when restarting in a heated part of the heat exchanger cryogenic gas or vice versa warm gas in a cooled part of the heat exchanger, it comes to high thermal stresses cause damage to the heat exchanger or require a disproportionately high material or manufacturing costs.
  • the present invention therefore has as its object to provide measures that allow re-commissioning of a corresponding heat exchanger after prolonged shutdown without the aforementioned adverse effects.
  • the present invention proposes a method for operating a heat exchanger and an arrangement with a correspondingly operable heat exchanger, which may be designed in particular as an air handling unit, with the features of the respective independent claims.
  • a “heat exchanger”, as used herein, is an apparatus capable of indirectly transferring heat between at least two e.g. is formed in countercurrent to each other guided fluid flows.
  • a heat exchanger for use in the present invention may be formed of a single or multiple heat exchanger sections connected in parallel and / or in series, e.g. from one or more plate heat exchanger blocks.
  • a heat exchanger has "passages" which are set up for fluid guidance and are fluidically separated from other passages or are connected on the input and output side only via the respective headers. These are hereinafter referred to as "heat exchanger passages". In the following, the terms “heat exchanger” and “heat exchanger” are used synonymously.
  • the present invention relates to the apparatuses referred to as rib-plate heat exchangers according to the German version of ISO 15547-2: 2005 (Plate-Fin Heat Exchangers). Is below a "heat exchanger" the speech, therefore, this is understood in particular a ribbed plate heat exchanger.
  • a fin-plate heat exchanger has a plurality of superposed flat chambers or elongate channels, each through corrugated or otherwise structured and interconnected, for example, soldered plates, i.d.R. made of aluminum, are separated from each other. The plates are stabilized by side bars and connected with each other via side bars. The structuring of the heat exchanger plates serves in particular to increase the heat exchange surface, but also to increase the stability of the heat exchanger. More particularly, the invention relates to brazed aluminum ribbed plate heat exchangers.
  • the present invention can be used in air separation plants of known type, but also for example in plants for storing and recovering energy using liquid air.
  • the storage and recovery of energy using liquid air is described in English also known as Liquid Air Energy Storage (LAES).
  • LAES Liquid Air Energy Storage
  • a corresponding plant is for example in the EP 3 032 203 A1 disclosed.
  • LAES plants in a first mode of operation compress air, cool it, liquefy it and store it in an isolated tank system.
  • low supply of electricity in a second mode of operation stored in the tank system liquefied air, in particular after an increase in pressure by means of a pump, warmed and thus converted into the gaseous or supercritical state.
  • a pressurized stream obtained thereby is expanded in an expansion turbine which is coupled to a generator.
  • the electrical energy obtained in the generator is, for example, fed back into an electrical network.
  • a corresponding storage and recovery of energy is basically not only possible using liquid air. Rather, in the first mode of operation, other cryogenic liquids formed using air may be stored and used in the second mode of operation to generate electrical energy. Examples of corresponding cryogenic liquids are liquid nitrogen or liquid oxygen or component mixtures which consist predominantly of liquid nitrogen or liquid oxygen.
  • external heat and fuel can also be coupled in order to increase the efficiency and the output, in particular by using a gas turbine whose exhaust gas is expanded together with the pressure stream formed from the air product in the second operating mode. Also for such systems, the invention is suitable.
  • air separation plants can serve to provide the corresponding cryogenic liquids. If liquid air is used, it is also possible to use pure air liquefaction plants. As a generic term for air separation plants and air liquefaction plants, the term “air processing plants” is therefore used below.
  • a heat exchanger can be flowed through during a standstill of the associated system with cold gas from a tank or exhaust gas from the stationary system in order to avoid heating or to keep the formed temperature profile.
  • a heat exchanger can be flowed through during a standstill of the associated system with cold gas from a tank or exhaust gas from the stationary system in order to avoid heating or to keep the formed temperature profile.
  • such an operation is possibly only expensive to implement in conventional methods.
  • the present invention proposes a method of operating a heat exchanger having a first exchange zone having a first end and a second end, a second exchange zone having a first end and a second end, and a separation zone between the first end of the first exchange zone and the first exchange zone second end of the second exchange zone, wherein a heat conductivity of the first exchange zone between the first end and the second end and a heat conductivity of the second exchange zone between the first end and the second end each higher than a thermal conductivity of the separation zone between the second end of the first exchange zone and the first end of the second exchange zone.
  • the heat exchanger can, as also explained in detail below, be the main heat exchanger of an air separation plant, so that reference may be made in this connection to the cited technical literature.
  • a corresponding heat exchanger is a fin-plate type heat exchanger of the type described above.
  • the "exchange zones" are those zones of a corresponding heat exchanger in which fluid streams are subjected to mutual heat exchange.
  • the heat exchanger used in the context of the present invention may for example be designed as a heat exchanger, which is constructed from two parts or two separate serial individual heat exchangers. Corresponding parts or individual heat exchangers respectively define areas of separate heat exchange, that is to say the "exchange areas" of the previously explained type.
  • each part or individual heat exchanger results in a decommissioning also a temperature balance between the respective hot and cold end. Due to the fact that the temperature profile in each of the parts or individual heat exchanger of a correspondingly formed heat exchanger does not extend from the highest to the lowest temperature level of the total heat exchanger, but only up to or from an intermediate temperature level, which is present at the separation point between the parts or individual heat exchangers , can be achieved by a heat conduction within the respective part or individual heat exchanger initially only a mean temperature level, which is between the temperature level at the warm end and the intermediate temperature level on the one hand and between the intermediate temperature level and the temperature level at the other.
  • This average temperature level is higher in a part or individual heat exchanger at the warm end and lower in a part or individual heat exchanger at the cold end than the average temperature level in a one-piece heat exchanger. This results from the fact that in a multi-part heat exchanger, a heat conduction between the respective parts can be prevented or reduced.
  • a temperature level of, for example, about -50.degree. C. and, for example, about -150.degree. C. in the cold part results in a warm part of a corresponding two-part heat exchanger.
  • This also halves the maximum possible temperature differences between metal and the warm or cold streams fed into the heat exchanger when restarted, which means that the thermal stresses are only fractions in comparison to the usual heat exchanger configuration.
  • the present invention provides that in a first mode of operation by passing fluids through the first exchange zone and through the second Exchange zone, the first end of the first exchange zone is heated to a first temperature level and the second end of the second exchange zone is heated to a second temperature level below the first temperature level.
  • the first operating mode corresponds to the regular operation of a corresponding heat exchanger, for example in an air separation plant. In this regular operation, warm fluids are fed into the warm end of the heat exchanger and cold fluids are fed to the cold end and directed towards each other.
  • the first temperature level can in the context of the present invention, in particular at 0 to 100 ° C, for example, about 20 ° C, and the second temperature level at -100 to -200 ° C, for example, about -175 ° C.
  • the passage of fluid takes place, in particular, in the form of a plurality of different fluid streams, which are directed towards one another and thus directed in opposite directions through the first and the second exchange zones.
  • a temperature level is established which lies between the first and the second temperature level.
  • the first operating mode is interrupted by a second operating mode in which the passage of fluid through the first exchange zone and the second exchange zone is prevented.
  • this results in a slow temperature adjustment between the first end and the second end of the first exchange zone and the first end and the second end of the second exchange zone.
  • a total temperature adjustment is likewise to be observed here.
  • this is done in the context of the present invention, in which a heat exchanger with two exchange zones and a separation zone with lower heat conduction is used, much slower than in a heat exchanger having only one exchange zone, for example, only a single heat exchanger block.
  • a higher compensation temperature level arises in the first exchange zone and a lower compensation temperature level in the second exchange zone.
  • the first exchange zone can be at a subsequent re-commissioning with a warm fluid at the first temperature level and the second exchange zone with a cold fluid at the second temperature level are applied, without in each case can lead to excessively high thermal stresses as in a conventional formation of a compensation temperature level in the heat exchanger as a whole.
  • the second operating mode is interrupted and the first operating mode or another operating mode is initiated as soon as a variable between one of the first end and the second end of the first exchange zone and / or between the first end and the second end of the second exchange zone carried heat transfer after the initiation of the second operating mode indicates a predetermined value exceeds or falls below.
  • the variable characterizing the heat transfer which has taken place can in particular be a temperature at the first end of the first or the second end of the second exchange zone. This can be determined in particular by means of a measurement in the form of one or more temperature values. However, it may also be provided to use a time control.
  • thermo properties of the heat exchanger or the first and the second exchange zone and the separation zone can be assumed after the lapse of a certain time at previously known conditions that a certain heat transfer has occurred. This is also a time corresponding to a size that characterizes a heat transfer between the first end and the second end of the first exchange zone and / or between the first end and the second end of the second exchange zone after the initiation of the second operating mode.
  • a corresponding time specification can be applied, for example on the basis of established initial temperatures, with correction factors or surcharges and discounts.
  • the second operating mode is interrupted and the first operating mode or another operating mode is initiated as soon as the size between the first end and the second end of the first exchange zone and / or between the first end and the second end of the second Exchange zone characterized heat transport after the initiation of the second operating mode indicates a predetermined value exceeds or falls short of can be ensured that the temperatures at the warm end of a corresponding heat exchanger have not fallen so low that a supply of fluid at the warm end can lead to excessive temperature stresses. The same applies to the temperatures at the cold end of a corresponding heat exchanger.
  • corresponding values for example threshold values or time specifications, can be selected in such a way that it is ensured that, if necessary, a temperature within the first and the second heat exchange zone is equalized, a temperature compensation in the heat exchanger has not yet taken place overall.
  • the balancing temperatures within the first and second heat exchange zone are, as mentioned, in each case closer to the first or second temperature level than a balancing temperature in the heat exchanger as a whole or in a classic one-piece heat exchanger in which a mean temperature between the first and sets the second temperature level as a compensation temperature. In this way, an interruption time can be extended within the scope of the present invention without the initiation of further temperature control measures.
  • the second operating mode can be interrupted and, instead of resuming the first operating mode, another operating mode can be initiated as soon as the size between the first end and the second end of the first exchange zone and / or between the first End and the second end of the second exchange zone carried out heat transport after the initiation of the second mode of operation indicates the predetermined value is above or below.
  • a corresponding further operating mode may in particular also be a tempering mode in which the heat exchanger is tempered by measures known per se. In this case, in particular, a flow through a corresponding heat exchanger with Fluid flows take place, which can be used in a smaller amount per unit time than the fluid streams used in the first operating mode.
  • the method proposed according to the invention can be carried out in particular on the basis of one or more temperatures, in particular one or more measured temperatures.
  • the second operating mode can be interrupted and the first operating mode or the further operating mode can be initiated as soon as the first end of the first exchange zone has a temperature level which deviates from the first temperature level by more than a predetermined value and / or as soon as the second end of the first second exchange zone has a temperature level which differs by more than a predetermined value from the second temperature level.
  • the second end of the first exchange zone and the first end of the second exchange zone by passing fluids through the first exchange zone and through the second exchange zone to a third intermediate temperature level between the first temperature level and the second temperature mode are then tempered, the second operating mode is then interrupted and the first operating mode or the further operating mode are initiated as soon as the first end of the first exchange zone has a temperature level which is more than a predetermined value from a mean temperature level between the first temperature level and deviates from the third temperature level and / or as soon as the second end of the second exchange zone has a temperature level which is more than a predetermined value from a mean temperature level between the third temperature level and the second temperature level deviates.
  • one or more first fluids are or are supplied in particular at the first temperature level of the first exchange zone via the first end thereof, successively passing through the first exchange zone, the separation zone and the second exchange zone, and thereafter at the second temperature level from the second exchange zone via the second end thereof
  • one or more second fluids are or will be successively at the second temperature level supplied second exchange zone via the second end thereof, passed through the second exchange zone, the separation zone and the first exchange zone, and thereafter carried out at the first temperature level from the first exchange zone via the first end thereof.
  • the temperature of the first and the second heat exchange zone is carried out in the manner explained in more detail above, wherein set at the second end of the first and at the first end of the second heat exchange zone, a further temperature level which is between the first and the second temperature level ,
  • a longitudinal heat conduction in a corresponding heat exchanger is reduced by the division into the first exchange zone and the second exchange zone with the intermediate separation zone.
  • This may be effected, in particular, by the choice and specific configuration of the separation zone, which in particular reduces or prevents outflow of heat from the second end of the first exchange zone to the first end of the second exchange zone.
  • Corresponding embodiments will be explained below, these explanations for a heat exchanger according to the invention and a corresponding arrangement as well as for a method according to the invention and respective embodiments thereof being valid in the same way.
  • the first exchange zone and the second exchange zone may comprise one or more first materials having one or more first heat conductivity values or, in particular, exclusively, be formed from one or more corresponding materials.
  • the separation zone can have one or more second materials with one or more second heat conductivities or, in particular, can be formed from one or more corresponding materials.
  • the second heat conductivity value (s) is less than the first thermal conductivity value (s).
  • first exchange zone and the second exchange zone can each have structured metal plates lying one above the other, and the separation zone can be formed without structured metal plates lying one above the other.
  • the first exchange zone and the second exchange zone can be designed in particular in the form of separate rib-plate heat exchangers, which are separated from one another by an air gap or air space or in another way and connected to one another by means of pipes.
  • the separation zone can be formed in the form of an insulating space between the first exchange zone and the second exchange zone, wherein pipes are led through the insulating space, which connect the first exchange zone and the second exchange zone.
  • the first exchange zone and the second exchange zone can be formed in any desired form. They are thus not limited to a design as a rib-plate heat exchanger.
  • the insulating space and thus the separation zone can thus be at least partially formed as an air space or evacuated space in the context of the present invention. It is also possible that the insulating space and thus the separation zone is at least partially filled with an insulating material, in particular with an insulation material usually used in a coldbox such as perlite and the like.
  • first exchange zone and the second exchange zone each have superimposed metal plates with a first structuring
  • first structuring and for the separation zone to have superimposed metal plates with a second structuring that deviates from the first structuring.
  • the metal plates can also be continuous metal plates with the respective different structurings.
  • the deviating structuring in the separation zone may in particular lead to the deviating heat conduction in the separation zone, for example by a material cross-section between the second end of the first exchange zone and the first end of the second exchange zone being reduced.
  • the present invention further extends to an arrangement with a heat exchanger having a first exchange zone with a first end and a second end, a second exchange zone with a first end and a second end and a separation zone between the first end of the first exchange zone and the second end of the second exchange zone, wherein a heat conductivity of the first exchange zone between the first end and the second end and a heat conductivity of the second exchange zone between the first end and the second end thereof each higher than a thermal conductivity of the separation zone between the second end of the first exchange zone and the first end of the second exchange zone.
  • technical means are provided which are set up to temper the first end of the first exchange zone to a first temperature level in a first operating mode by passing fluids through the first exchange zone and through the second exchange zone and tempering the second end of the second exchange zone to a second temperature level below the first temperature level. Furthermore, technical means are provided, which are set up to interrupt the first operating mode by a second operating mode, in which the passage of fluid through the first exchange zone and the second exchange zone is prevented.
  • the arrangement according to the invention is characterized by technical means which are set up to interrupt the second operating mode and to initiate the first operating mode or another operating mode as soon as a variable between one of the first end and the second end of the first exchange zone and / or between the first end and the second end of the second exchange zone heat transfer after the initiation of the second mode of operation is characterized, exceeds or falls below a predetermined value.
  • such a system has a control device which is designed, if necessary, for example according to a fixed switching pattern, based on a sensor signal or on request to switch between the first and the second operating mode.
  • the present invention also extends to an air handling plant having means for liquefying and / or cryogenic separation of air.
  • the air processing plant can be designed as an air separation plant.
  • it comprises a distillation column system of basically known type.
  • a corresponding air processing plant can in particular also be designed as a system for storing and recovering energy.
  • FIG. 10 illustrates temperature profiles in a heat exchanger after decommissioning without the use of measures according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 FIG. 10 illustrates an air separation plant having a heat exchanger that may be operated using a method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 illustrates temperature profiles in a heat exchanger after decommissioning without the use of measures according to advantageous embodiments of the present invention in the form of a temperature diagram.
  • FIG. 2 illustrates temperature profiles in a heat exchanger after decommissioning without the use of measures according to advantageous embodiments of the present invention in the form of a temperature diagram.
  • FIG. 1 The diagram shown is a temperature designated H at the warm end of a corresponding heat exchanger or its corresponding heat exchange area (previously and subsequently also referred to as "first end") and a temperature designated C at the cold end (previously and subsequently as “second end” respectively) in ° C on the ordinate versus time in hours on the abscissa.
  • the temperature is H at the first (warm) end of the heat exchange area at the start of decommissioning, and thus the temperature in a regular operation of the heat exchanger, about 20 ° C and the temperature C at the second (cold) end about -175 ° C.
  • These temperatures are increasingly converging over time. This is due to the high thermal conductivity of the materials installed in the heat exchanger. In other words, heat flows from the first (warm) end towards the second (cold) end. Together with the heat input from the environment results in an average temperature of about -90 ° C.
  • the significant increase in temperature at the second (cold) end of the heat exchange area is largely due to the internal temperature compensation in the heat exchanger and only to a lesser extent by external heat input.
  • FIG. 2 illustrates an air separation plant as an example of an arrangement 100 according to an embodiment of the present invention. This has as essential components a heat exchanger 10, which is the main heat exchanger of the air separation plant, and a distillation column system 20.
  • Air separation plants of the type shown are, as mentioned, often described elsewhere, for example in H.-W. Haring (ed.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006 , in particular section 2.2.5, "Cryogenic Rectification".
  • An air separation plant for use of the present invention can be designed in many different ways. The use of the present invention is not on the embodiment according to FIG. 2 limited. FIG. 2 only illustrates the components essential to the description of the present invention.
  • the heat exchanger 10 comprises a first exchange zone, designated here by 1, having a first end 11 and a second end 12 and a second exchange zone, designated here by 2, having a first end 21 and a second end 22.
  • a separating zone, designated here by 3 is present the first end 11 of the first exchange zone 1 and the second end 12 of the second exchange zone 2 is formed.
  • the separation zone 3 is here in the form of an air space or otherwise formed, for example by means of insulation material filled space between the first exchange zone 1 and the second exchange zone 2 is formed.
  • a thermal conductivity of the first exchange zone 2 between the first end 11 and the second end 12 and a thermal conductivity of the second exchange zone 2 between the first end 11 and the second end 12 is higher than a thermal conductivity of the separation zone 13 between the second end 11 of the first exchange zone 1 and the first end of the second exchange zone 2.
  • a first operating mode for example in accordance with a control unit 50 shown in a very simplified manner, as explained below, by passing fluids through the first exchange zone 1 and through the second exchange zone 2, the first end 11 of the first exchange zone 1 is at a first temperature level and the second end 12 of the second exchange zone 2 is tempered to a second temperature level below the first temperature level.
  • At least one compressed, purified feed air stream 101 is supplied in the first operating mode to the first exchange zone 1 via its first end 11, successively passed through the first exchange zone 1, the separation zone 3 and the second exchange zone 2, and then carried out at the second temperature level from the second exchange zone 2 via the second end 22 thereof.
  • a partial stream 102 or a separate feed air stream can also be expanded via a decompression device 30, for example a generator turbine. The partial flow 102 is not passed through the second exchange zone here.
  • the feed air stream 101 or a residual stream 103 remaining after separation of the partial stream 102 is fed into a high-pressure column 21 of the distillation column system 20 after cooling in the heat exchanger 10 in the illustrated example.
  • the partial stream 102 is fed in the example shown after its expansion in the expansion device 30 in a low-pressure column 22 of the distillation column system 20.
  • the high-pressure column 21 and the low-pressure column 22 are in a known manner with each other via a main capacitor 23 in heat exchanging connection.
  • oxygen-enriched fluid is withdrawn in the form of a stream of material 104, passed through a supercooling countercurrent 34 and fed into the low-pressure column 22.
  • an oxygen-rich fluid in the form of a stream 105 and from the top of the low-pressure column, a nitrogen-rich fluid in the form of a stream of material 106 is withdrawn.
  • the stream 106 is passed through the subcooling countercurrent 34.
  • the material streams 105 and 106 are supplied sequentially at the second temperature level of the second exchange zone 2 of the heat exchanger 10 via the second end 22, passed through the second exchange zone 2, the separation zone 3 and the first exchange zone 1, and thereafter at the first temperature level of the first Exchange zone 1 executed on the first end 11.
  • the first operating mode is interrupted by a second operating mode in which the passage of fluid through the first exchange zone 1 and the second exchange zone 2 in the form of the material streams 102, 103, 105, 106 is prevented.
  • the second mode of operation is interrupted and the first mode of operation or another mode of operation is initiated as soon as a size that characterizes a heat transfer between the first end 11 and the second end 12 of the first exchange zone 1 and / or between the first end 21 and the second end 22 of the second exchange zone 2 after the initiation of the second operating mode, as explained in more detail a exceeds or falls below the predetermined value.
  • one or more temperature sensors 40 can be used to determine a corresponding value.

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Abstract

Die Erfindung schlägt ein Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschers (10) vor, der eine erste Austauschzone (1) mit einem ersten Ende (11) und mit einem zweiten Ende (12), eine zweite Austauschzone (2) mit einem ersten Ende (21) und mit einem zweiten Ende (22) und eine Trennzone (3) zwischen dem ersten Ende (11) der ersten Austauschzone (1) und dem zweiten Ende (12) der zweiten Austauschzone (2) aufweist. Wärmeleitfähigkeiten der ersten Austauschzone (2) zwischen deren erstem Ende (11) und deren zweitem Ende (12) und der zweiten Austauschzone (2) zwischen deren erstem Ende (11) und deren zweitem Ende (12) sind dabei jeweils höher als eine Wärmeleitfähigkeit der Trennzone (13) zwischen dem zweiten Ende (11) der ersten Austauschzone (1) und dem ersten Ende der zweiten Austauschzone (2). In einem ersten Betriebsmodus werden durch ein Durchleiten von Fluiden durch die erste Austauschzone (1) und durch die zweite Austauschzone (2) das erste Ende (11) der ersten Austauschzone (1) auf ein erstes Temperaturniveau und das zweite Ende (12) der zweiten Austauschzone (2) auf ein zweites Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus temperiert. Der erste Betriebsmodus wird durch einen zweiten Betriebsmodus unterbrochen, in dem das Durchleiten von Fluid durch die erste Austauschzone (1) und die zweite Austauschzone (2) unterbunden wird. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der zweite Betriebsmodus unterbrochen und der erste Betriebsmodus oder ein weiterer Betriebsmodus eingeleitet wird, sobald eine Größe, die einen zwischen dem ersten Ende (11) und dem zweiten Ende (12) der ersten Austauschzone (1) und/oder zwischen dem ersten Ende (21) und dem zweiten Ende (22) der zweiten Austauschzone (2) erfolgten Wärmetransport nach der Einleitung des zweiten Betriebsmodus kennzeichnet, einen vorbestimmten Wert über- oder unterschreitet. Eine entsprechende Anordnung, die insbesondere als Luftbearbeitungsanlage ausgebildet ist, ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschers und eine Anordnung mit einem entsprechend betreibbaren Wärmetauscher gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche.
    • Stand der Technik
  • In einer Vielzahl von Anwendungsgebieten werden Wärmetauscher mit tiefkalten Fluiden, d.h. Fluiden mit Temperaturen von deutlich unter 0° C, insbesondere deutlich unter -100° C, betrieben. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung überwiegend unter Bezugnahme auf die Hauptwärmetauscher von Luftzerlegungsanlagen beschrieben, sie eignet sich jedoch grundsätzlich auch zum Einsatz in anderen Anwendungsgebieten, beispielsweise für Anlagen zum Speichern und Rückgewinnen von Energie unter Verwendung von Flüssigluft oder die Erdgasverflüssigung.
  • Zum Aufbau und Betrieb von Hauptwärmetauschern von Luftzerlegungsanlagen und anderer Wärmetauscher sei auf einschlägige Fachliteratur, beispielsweise H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, insbesondere Abschnitt 2.2.5.6, "Apparatus" verwiesen. Details zu Wärmetauschern allgemein sind beispielsweise der Veröffentlichung "The Standards of the Brazed Aluminium Plate-Fin Heat Exchanger Manufacturers' Association", 2. Auflage, 2000, insbesondere Abschnitt 1.2.1, "Components of an Exchanger" zu entnehmen.
  • Ohne zusätzliche Maßnahmen gleichen sich bei entsprechenden Wärmetauschern die Temperaturprofile beim Stillstand der zugehörigen Anlage aus Wird anschließend beispielsweise bei der Wiederinbetriebnahme in einen erwärmten Teil des Wärmetauschers tiefkaltes Gas eingespeist oder umgekehrt warmes Gas in einen abgekühlten Teil des Wärmetauschers, kommt es zu hohen thermischen Spannungen, die zur Schädigung des Wärmetauschers führen können oder einen überproportional hohen Material- bzw. Fertigungsaufwand erfordern.
  • Insbesondere kommt es bei einer Außerbetriebnahme eines Wärmetauschers, bevor dieser sich insgesamt erwärmt aufgrund der guten Wärmeleitung (Wärmelängsleitung) in dessen metallischem Material zu einem Angleich der Temperaturen am zuvor warmen Ende und am zuvor kalten Ende. Mit anderen Worten wird das zuvor warme Ende des Wärmetauschers über die Zeit kälter und das zuvor kalte Ende des Wärmetauschers wärmer, bis die genannten Temperaturen bei oder nahe bei einer Durchschnittstemperatur liegen. Dies ist auch in der beigefügten Figur 1 nochmals veranschaulicht. Die Temperaturen, die hier zum Zeitpunkt der Außerbetriebnahme bei ca. -175 °C bzw. +20 °C lagen, gleichen sich dabei über mehrere Stunden aneinander an und erreichen nahezu eine mittlere Temperatur.
  • Dieses Verhalten wird insbesondere dann beobachtet, wenn beim Abschalten einer Luftzerlegungsanlage der Hauptwärmetauscher, der kälteisoliert untergebracht ist, zusammen mit der Rektifikationseinheit eingeblockt wird, d.h. wenn von außen kein Gas mehr zugeführt wird. In einem solchen Fall wird typischerweise lediglich Gas, das durch thermische Isolationsverluste entsteht, kalt abgeblasen.
  • Bei einer ggf. anschließend erfolgenden Einspeisung von warmem Fluid am abgekühlten warmen Ende des Wärmetauschers bei seiner Wiederinbetriebnahme erhöht sich dort schlagartig die Temperatur. Entsprechend verringert sich die Temperatur am erwärmten kalten Ende bei der Wiederinbetriebnahme, falls dort entsprechendes kaltes Fluid eingespeist wird, schlagartig. Dies führt zu den bereits erwähnten Materialspannungen und damit ggf. zu Schäden.
  • Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, Maßnahmen anzugeben, die eine Wiederinbetriebnahme eines entsprechenden Wärmetauschers nach längerer Außerbetriebnahme ohne die erwähnten nachteiligen Effekte ermöglichen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschers und eine Anordnung mit einem entsprechend betreibbaren Wärmetauscher, die insbesondere als eine Luftbearbeitungsanlage ausgebildet sein kann, mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche vor.
  • Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Zunächst werden nachfolgend einige zur Beschreibung der vorliegenden Erfindung verwendete Begriffe erläutert und definiert.
  • Ein "Wärmetauscher" ist im hier verwendeten Sprachgebrauch ein Apparat, der zur indirekten Übertragung von Wärme zwischen zumindest zwei z.B. im Gegenstrom zueinander geführten Fluidströmen ausgebildet ist. Ein Wärmetauscher zum Einsatz im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann aus einem einzelnen oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen Wärmetauscherabschnitten gebildet sein, z.B. aus einem oder mehreren Plattenwärmetauscherblöcken. Ein Wärmetauscher weist "Passagen" auf, die zur Fluidführung eingerichtet und von anderen Passagen fluidisch getrennt bzw. nur über die jeweiligen Header ein- und ausgangsseitig verbunden sind. Diese werden nachfolgend als "Wärmetauscherpassagen" bezeichnet. Nachfolgend werden die Begriffe "Wärmetauscher" und "Wärmeübertrager" synonym verwendet.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die gemäß der deutschen Fassung der ISO 15547-2:2005 als Rippen-Platten-Wärmeaustauscher (engl. Plate-Fin Heat Exchangers) bezeichneten Apparate. Ist nachfolgend von einem "Wärmetauscher" die Rede, sei daher hierunter insbesondere ein Rippen-Platten-Wärmeaustauscher verstanden. Ein Rippen-Platten-Wärmeaustauscher weist eine Vielzahl übereinanderliegender flacher Kammern bzw. langgestreckter Kanäle auf, die jeweils durch gewellte oder anderweitig strukturierte und miteinander verbundene, beispielsweise verlötete Platten, i.d.R. aus Aluminium, voneinander getrennt sind. Die Platten werden mittels Seitenstäben (engl. Side Bars) stabilisiert und über diese miteinander verbunden. Die Strukturierung der Wärmetauscherplatten dient insbesondere dazu, die Wärmeaustauschfläche zu vergrößern, aber auch dazu, die Stabilität des Wärmetauschers zu erhöhen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf gelötete Rippen-Platten-Wärmeaustauscher aus Aluminium.
  • Wie erwähnt, kann die vorliegende Erfindung in Luftzerlegungsanlagen bekannter Art, aber auch beispielsweise in Anlagen zum Speichern und Rückgewinnen von Energie unter Verwendung von Flüssigluft zum Einsatz kommen. Die Speicherung und Rückgewinnung von Energie unter Verwendung von Flüssigluft wird im Englischen auch als Liquid Air Energy Storage (LAES) bezeichnet. Eine entsprechende Anlage ist beispielsweise in der EP 3 032 203 A1 offenbart.
  • Zu Zeiten hohen Stromangebots wird in LAES-Anlagen in einem ersten Betriebsmodus Luft unter entsprechendem Stromverbrauch verdichtet, abgekühlt, verflüssigt und in einem isolierten Tanksystem gespeichert. Zu Zeiten geringen Stromangebots wird in einem zweiten Betriebsmodus die in dem Tanksystem gespeicherte verflüssigte Luft, insbesondere nach einer Druckerhöhung mittels einer Pumpe, angewärmt und damit in den gasförmigen oder überkritischen Zustand überführt. Ein hierdurch erhaltener Druckstrom wird in einer Entspannungsturbine entspannt, die mit einem Generator gekoppelt ist. Die in dem Generator gewonnene elektrische Energie wird beispielsweise in ein elektrisches Netz zurückgespeist.
  • Eine entsprechende Speicherung und Rückgewinnung von Energie ist grundsätzlich nicht nur unter Verwendung von Flüssigluft möglich. Vielmehr können in dem ersten Betriebsmodus auch andere unter Verwendung von Luft gebildete tiefkalte Flüssigkeiten gespeichert und in dem zweiten Betriebsmodus zur Gewinnung von elektrischer Energie verwendet werden. Beispiele für entsprechende tiefkalte Flüssigkeiten sind flüssiger Stickstoff oder flüssiger Sauerstoff bzw. Komponentengemische, die überwiegend aus flüssigem Stickstoff oder flüssigem Sauerstoff bestehen. In entsprechenden Anlagen können auch externe Wärme und Brennstoff eingekoppelt werden, um die Effizienz und die Ausgangsleistung zu steigern, insbesondere unter Verwendung einer Gasturbine, deren Abgas zusammen mit dem im zweiten Betriebsmodus aus dem Luftprodukt gebildeten Druckstrom entspannt wird. Auch für derartige Anlagen eignet sich die Erfindung.
  • Zur Bereitstellung entsprechender tiefkalter Flüssigkeiten können klassische Luftzerlegungsanlagen dienen. Wenn Flüssigluft verwendet wird, ist es auch möglich, reine Luftverflüssigungsanlagen einzusetzen. Als Oberbegriff für Luftzerlegungsanlagen und Luftverflüssigungsanlagen wird daher nachfolgend auch der Begriff "Luftbearbeitungsanlagen" verwendet.
    • Vorteile der Erfindung
  • Grundsätzlich kann ein Wärmetauscher während eines Stillstands der zugehörigen Anlage mit kaltem Gas aus einem Tank oder Abgas aus der stehenden Anlage durchströmt werden, um eine Erwärmung zu vermeiden bzw. das ausgebildete Temperaturprofil zu halten. Ein derartiger Betrieb ist jedoch in herkömmlichen Verfahren ggf. nur aufwendig zu realisieren.
  • Insbesondere bei geringen Mengen entsprechender kalter Gase bzw. geringen Strömungsgeschwindigkeiten im Wärmetauscher kann eine Fehlverteilung innerhalb eines Wärmetauscherblocks und insbesondere über mehrere Wärmetauscherblöcke hinweg nicht ausgeschlossen werden. Grundsätzlich ist es jedoch wünschenswert, die eingesetzten Gasmengen gering zu halten, um beispielsweise Produktverluste bzw. grundsätzlich den Verbrauch von entsprechenden tiefkalten Medien zu vermeiden. Ferner sind zur Umsetzung entsprechender Maßnahmen stets gewisse Mengen an Fluiden erforderlich, die zur Temperierung eines entsprechenden Wärmetauschers zusätzlich verbraucht werden.
  • Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschers vor, welcher eine erste Austauschzone mit einem ersten Ende und mit einem zweiten Ende, eine zweite Austauschzone mit einem ersten Ende und mit einem zweiten Ende und eine Trennzone zwischen dem ersten Ende der ersten Austauschzone und dem zweiten Ende der zweiten Austauschzone aufweist, wobei eine Wärmeleitfähigkeit der ersten Austauschzone zwischen deren erstem Ende und deren zweitem Ende und eine Wärmeleitfähigkeit der zweiten Austauschzone zwischen deren erstem Ende und deren zweitem Ende jeweils höher als eine Wärmeleitfähigkeit der Trennzone zwischen dem zweiten Ende der ersten Austauschzone und dem ersten Ende der zweiten Austauschzone ist. Der Wärmetauscher kann, wie auch nachfolgend noch im Detail erläutert, der Hauptwärmetauscher einer Luftzerlegungsanlage sein, so dass in diesem Zusammenhang auf die zitierte Fachliteratur verwiesen werden kann. Insbesondere handelt es sich bei einem entsprechenden Wärmetauscher um einen Rippen-Platten-Wärmeaustauscher der zuvor erläuterten Art. Die "Austauschzonen" sind jene Zonen eines entsprechenden Wärmetauschers, in denen Fluidströme einem wechselseitigen Wärmetausch unterworfen werden.
  • Der im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzte Wärmetauscher kann beispielsweise als ein Wärmetauscher ausgebildet sein, der aus zwei Teilen bzw. zwei separaten seriellen Einzelwärmetauschern aufgebaut ist. Entsprechende Teile bzw. Einzelwärmetauscher definieren jeweils Bereiche separaten Wärmeaustauschs, also die "Austauschbereiche" der zuvor erläuterten Art.
  • In jedem Teil bzw. Einzelwärmetauscher ergibt sich dabei bei einer Außerbetriebnahme ebenfalls ein Temperaturausgleich zwischen dem jeweiligen warmen und kalten Ende. Aufgrund der Tatsache, dass das Temperaturprofil in jedem der Teile bzw. Einzelwärmetauscher eines entsprechend ausgebildeten Wärmetauschers sich nicht vom höchsten zum niedrigsten Temperaturniveau des Gesamtwärmetauschers erstreckt, sondern jeweils nur bis bzw. ab einem Zwischentemperaturniveau, das an der Trennstelle zwischen den Teilen bzw. Einzelwärmetauschern vorliegt, kann durch eine Wärmeleitung innerhalb des jeweiligen Teils bzw. Einzelwärmetauschers zunächst nur ein mittleres Temperaturniveau erreicht werden, das zwischen dem Temperaturniveau am warmen Ende und dem Zwischentemperaturniveau einerseits bzw. zwischen dem Zwischentemperaturniveau und dem Temperaturniveau am kalten Ende andererseits liegt. Dieses mittlere Temperaturniveau ist in einem Teil bzw. Einzelwärmetauscher am warmen Ende höher und in einem Teil bzw. Einzelwärmetauscher am kalten Ende geringer als das mittlere Temperaturniveau in einem einteilig ausgebildeten Wärmetauscher. Dies ergibt sich dadurch, dass in einem mehrteilig ausgebildeten Wärmetauscher eine Wärmeleitung zwischen den jeweiligen Teilen unterbunden oder verringert werden kann.
  • In dem unter Bezugnahme auf Figur erläuterten Beispiel ergibt sich in einem warmen Teil eines entsprechenden zweigeteilten Wärmetauschers ein Temperaturniveau von beispielsweise ca. -50 °C sowie im kalten Teil auf beispielsweise ca. -150 °C. Damit werden auch die maximal möglichen Temperaturunterschiede zwischen Metall und den bei Wiederinbetriebnahme in den Wärmetauscher eingespeisten warmen bzw. kalten Stoffströmen halbiert, was dazu führt, dass die thermischen Spannungen nur noch Bruchteile im Vergleich zur üblichen Wärmetauscherkonfiguration betragen.
  • Die vorliegende Erfindung sieht vor, dass in einem ersten Betriebsmodus durch ein Durchleiten von Fluiden durch die erste Austauschzone und durch die zweite Austauschzone das erste Ende der ersten Austauschzone auf ein erstes Temperaturniveau temperiert wird und das zweite Ende der zweiten Austauschzone auf ein zweites Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus temperiert wird. Der erste Betriebsmodus entspricht dem regulären Betrieb eines entsprechenden Wärmetauschers, beispielsweise in einer Luftzerlegungsanlage. In diesem regulären Betrieb werden am warmen Ende des Wärmetauschers insgesamt warme Fluide und am kalten Ende kalte Fluide eingespeist und einander entgegengeschickt.
  • Das erste Temperaturniveau kann dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere bei 0 bis 100 °C, beispielsweise ca. 20 °C, und das zweite Temperaturniveau bei -100 bis -200 °C, beispielsweise ca. -175 °C liegen. Das Durchleiten von Fluid erfolgt insbesondere in Form mehrerer unterschiedlicher Fluidströme, die einander entgegengeschickt werden und also in gegenläufigen Richtungen durch die erste und die zweite Austauschzone geleitet werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung stellt sich auf diese Weise insbesondere am zweiten Ende der ersten und am ersten Ende der zweiten Austauschzone ein Temperaturniveau ein, das zwischen dem ersten und dem zweiten Temperaturniveau liegt.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der erste Betriebsmodus durch einen zweiten Betriebsmodus unterbrochen, in dem das Durchleiten von Fluid durch die erste Austauschzone und die zweite Austauschzone unterbunden wird. Wie bereits eingangs erläutert, kommt es dadurch zu einem langsamen Temperaturangleich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der ersten Austauschzone und dem ersten Ende und dem zweiten Ende der zweiten Austauschzone. Ein Temperaturangleich insgesamt ist dabei ebenfalls zu beobachten. Dieser erfolgt aber im Rahmen der vorliegenden Erfindung, in der ein Wärmetauscher mit zwei Austauschzonen und einer Trennzone mit geringerer Wärmeleitung verwendet ist, sehr viel langsamer als bei einem Wärmetauscher, der nur eine Austauschzone, beispielsweise nur einen einzelnen Wärmetauscherblock, aufweist. Zunächst stellt sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein höheres Ausgleichstemperaturniveau in der ersten Austauschzone und ein niedrigeres Ausgleichstemperaturniveau in der zweiten Austauschzone ein. So lange die zwei Austauschzonen dabei auf ausreichend unterschiedlichen Temperaturniveaus vorliegen, mit anderen Worten die Temperatur der ersten Austauschzone ausreichend hoch und die Temperatur der zweiten Austauschzone ausreichend niedrig ist, kann die erste Austauschzone bei einer anschließenden Wiederinbetriebnahme mit einem warmen Fluid auf dem ersten Temperaturniveau und die zweite Austauschzone mit einem kalten Fluid auf dem zweiten Temperaturniveau beaufschlagt werden, ohne dass es hier jeweils zu übermäßig starken thermischen Spannungen kommen kann wie bei einer herkömmlichen Ausbildung eines Ausgleichstemperaturniveaus in dem Wärmetauscher insgesamt.
  • Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass der zweite Betriebsmodus unterbrochen und der erste Betriebsmodus oder ein weiterer Betriebsmodus eingeleitet wird, sobald eine Größe, die einen zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der ersten Austauschzone und/oder zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der zweiten Austauschzone erfolgten Wärmetransport nach der Einleitung des zweiten Betriebsmodus kennzeichnet, einen vorbestimmten Wert über- oder unterschreitet. Bei dem den erfolgten Wärmetransport kennzeichnenden Größe kann es sich dabei insbesondere um eine Temperatur an dem ersten Ende der ersten bzw. dem zweiten Ende der zweiten Austauschzone handeln. Diese kann insbesondere mittels einer Messung in Form eines oder mehrerer Temperaturwerte ermittelt werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, eine Zeitsteuerung zu verwenden. Bei bekannten thermischen Eigenschaften des Wärmetauschers bzw. der ersten und der zweiten Austauschzone und der Trennzone kann nach Verstreichen einer bestimmten Zeit bei zuvor bekannten Bedingungen davon ausgegangen werden, dass ein bestimmter Wärmetransport erfolgt ist. Damit handelt es sich auch bei einer entsprechenden Zeit um eine Größe, die einen zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der ersten Austauschzone und/oder zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der zweiten Austauschzone erfolgten Wärmetransport nach der Einleitung des zweiten Betriebsmodus kennzeichnet. Eine entsprechende Zeitvorgabe kann, beispielsweise auf Grundlage von festgestellten Anfangstemperaturen, auch mit Korrekturfaktoren bzw. Zu- und Abschlägen beaufschlagt werden.
  • Wird, wie erfindungsgemäß vorgesehen, der zweite Betriebsmodus unterbrochen und der erste Betriebsmodus oder ein weiterer Betriebsmodus eingeleitet, sobald die Größe, die den zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der ersten Austauschzone und/oder zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der zweiten Austauschzone erfolgten Wärmetransport nach der Einleitung des zweiten Betriebsmodus kennzeichnet, einen vorbestimmten Wert über- oder unterschreitet, kann sichergestellt werden, dass die Temperaturen am warmen Ende eines entsprechenden Wärmetauschers noch nicht derart tief abgesunken sind, dass eine Einspeisung von Fluid am warmen Ende zu übermäßigen Temperaturspannungen führen kann. Entsprechendes gilt auch für die Temperaturen am kalten Ende eines entsprechenden Wärmetauschers. Hierbei können entsprechende Werte, beispielsweise Schwellwerte oder Zeitvorgaben, derart ausgewählt werden, dass sichergestellt ist, dass sich zwar ggf. jeweils eine Temperatur innerhalb der ersten und der zweiten Wärmeaustauschzone ausgleicht, ein Temperaturausgleich in dem Wärmetauscher insgesamt noch nicht erfolgt ist. Die Ausgleichstemperaturen innerhalb der ersten bzw. zweiten Wärmeaustauschzone liegen dabei, wie erwähnt, jeweils näher an dem ersten bzw. zweiten Temperaturniveau als eine Ausgleichstemperatur in dem Wärmetauscher insgesamt bzw. in einem klassischen einteilig ausgebildeten Wärmetauscher, in dem sich schneller eine mittlere Temperatur zwischen dem ersten und dem zweiten Temperaturniveau als Ausgleichstemperatur einstellt. Auf diese Weise kann im Rahmen der vorliegende eine Unterbrechungszeit ohne Einleitung weiterer Temperierungsmaßnahmen verlängert werden. Insbesondere müssen im zweiten Betriebsmodus keine zusätzlichen Fluide verwendet werden, die den Medienbedarf erhöhen und ggf. zu Ungleichverteilungen im Wärmetauscher und damit verbundenen Temperierungsproblemen führen können. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann, mit anderen Worten, im zweiten Betriebsmodus ein entsprechender Wärmetauscher für einen verlängerten Zeitraum vollständig stillgelegt und anschließend ohne die Gefahr von Beschädigungen durch thermische Spannungen oder eine damit verbundene Lebensdauerverkürzung durch entsprechend große Lastwechsel wieder in Betrieb genommen werden.
  • Wie erwähnt, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung der zweite Betriebsmodus unterbrochen und anstelle der Wiederaufnahme des ersten Betriebsmodus auch ein weiterer Betriebsmodus eingeleitet werden, sobald die Größe, die den zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der ersten Austauschzone und/oder zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der zweiten Austauschzone erfolgten Wärmetransport nach der Einleitung des zweiten Betriebsmodus kennzeichnet, den vorbestimmten Wert über- oder unterschreitet. Ein entsprechender weiterer Betriebsmodus kann dabei insbesondere auch ein Temperiermodus sein, in dem der Wärmetauscher durch an sich bekannte Maßnahmen temperiert wird. Hierbei kann insbesondere eine Durchströmung eines entsprechenden Wärmetauschers mit Fluidströmen erfolgen, die in einer geringeren Menge pro Zeiteinheit als die im ersten Betriebsmodus eingesetzten Fluidströme verwendet werden können.
  • Wie erwähnt, kann das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren insbesondere auf Grundlage einer oder mehrerer Temperaturen, insbesondere einer oder mehrere gemessener Temperaturen, erfolgen. Mit anderen Worten kann der zweite Betriebsmodus unterbrochen und der erste Betriebsmodus oder der weitere Betriebsmodus eingeleitet werden, sobald das erste Ende der ersten Austauschzone ein Temperaturniveau aufweist, das um mehr als einen vorgegebenen Wert von dem ersten Temperaturniveau abweicht und/oder sobald das zweite Ende der zweiten Austauschzone ein Temperaturniveau aufweist, das um mehr als einen vorgegebenen Wert von dem zweiten Temperaturniveau abweicht.
  • Hierbei kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere dann, wenn in dem ersten Betriebsmodus das zweite Ende der ersten Austauschzone und das erste Ende der zweiten Austauschzone durch das Durchleiten von Fluiden durch die erste Austauschzone und durch die zweite Austauschzone auf ein drittes Zwischentemperaturniveau zwischen dem ersten Temperaturniveau und dem zweiten Temperaturniveau temperiert werden, der zweite Betriebsmodus dann unterbrochen und der erste Betriebsmodus oder der weitere Betriebsmodus eingeleitet werden, sobald das erste Ende der ersten Austauschzone ein Temperaturniveau aufweist, das um mehr als einen vorgegebenen Wert von einem mittleren Temperaturniveau zwischen dem ersten Temperaturniveau und dem dritten Temperaturniveau abweicht und/oder sobald das zweite Ende der zweiten Austauschzone ein Temperaturniveau aufweist, das um mehr als einen vorgegebenen Wert von einem mittleren Temperaturniveau zwischen dem dritten Temperaturniveau und dem zweiten Temperaturniveau abweicht. Mit anderen Worten erfolgt eine Unterbrechung des zweiten und beispielsweise eine Wiederaufnahme des ersten oder des weiteren Betriebsmodus dann, wenn zwar ein Wärmeausgleich innerhalb der jeweiligen Austauschzonen, aber noch nicht im Wärmetauscher insgesamt erzielt worden ist. Vorteile wurden bereits erläutert.
  • In einem Regelbetrieb eines entsprechenden Verfahrens, also in dem ersten Betriebsmodus, wird oder werden insbesondere ein oder mehrere erste Fluide auf dem ersten Temperaturniveau der ersten Austauschzone über deren erstes Ende zugeführt, nacheinander durch die erste Austauschzone, die Trennzone und die zweite Austauschzone geleitet, und danach auf dem zweiten Temperaturniveau aus der zweiten Austauschzone über deren zweites Ende ausgeführt, und in dem ersten Betriebsmodus wird oder werden ferner ein oder mehrere zweite Fluide nacheinander auf dem zweiten Temperaturniveau der zweiten Austauschzone über deren zweites Ende zugeführt, durch die zweite Austauschzone, die Trennzone und die erste Austauschzone geleitet, und danach auf dem ersten Temperaturniveau aus der ersten Austauschzone über deren erstes Ende ausgeführt. Auf diese Weise erfolgt die Temperierung der ersten und der zweiten Wärmeaustauschzone in der zuvor mehrfach erläuterten Weise, wobei sich insbesondere an dem zweiten Ende der ersten und an dem ersten Ende der zweiten Wärmeaustauschzone ein weiteres Temperaturniveau einstellt, das zwischen dem ersten und dem zweiten Temperaturniveau liegt.
  • Wie mehrfach erwähnt, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Längswärmeleitung in einem entsprechenden Wärmetauscher durch die Aufteilung in die erste Austauschzone und die zweite Austauschzone mit der zwischengeschalteten Trennzone reduziert. Dies kann insbesondere durch die Wahl und die spezifische Ausgestaltung der Trennzone bewirkt werden, die insbesondere einen Abfluss von Wärme von dem zweiten Ende der ersten Austauschzone zu dem ersten Ende der zweiten Austauschzone verringert oder verhindert. Nachfolgend werden entsprechende Ausgestaltungen erläutert, wobei diese Erläuterungen für einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher und eine entsprechende Anordnung sowie für ein erfindungsgemäßes Verfahren und jeweiliger Ausgestaltungen hiervon in gleicher Weise gelten.
  • In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können die erste Austauschzone und die zweite Austauschzone ein oder mehrere erste Materialien mit einem oder mehreren ersten Wärmeleitwerten aufweisen oder, insbesondere ausschließlich, aus einem oder mehreren entsprechender Materialien ausgebildet sein. Die Trennzone kann in diesem Fall ein oder mehrere zweite Materialien mit einem oder mehreren zweiten Wärmeleitwerten aufweisen oder, insbesondere ausschließlich, aus einem oder mehreren entsprechender Materialien ausgebildet sein. Der oder die zweiten Wärmeleitwerte sind dabei geringer als der oder die ersten Wärmeleitwerte. Durch die hierdurch bewirkte Herabsetzung der Wärmeleitung in der Trennzone lassen sich die mehrfach erläuterten Vorteile erzielen. Ein entsprechendes Material in den Austauschzonen kann insbesondere Aluminium sein. Bei dem Material in der Trennzone kann es sich um ein Metall mit geringerer Wärmeleitung oder auch um einen oder mehrere Kunststoffe handeln.
  • In einer weiteren Ausgestaltung können die erste Austauschzone und die zweite Austauschzone jeweils übereinanderliegende strukturierte Metallplatten aufweisen und die Trennzone kann ohne übereinanderliegende strukturierte Metallplatten ausgebildet sein. Die erste Austauschzone und die zweite Austauschzone können dabei insbesondere in Form separater Rippen-Platten-Wärmetauscher ausgebildet sein, die durch einen Luftspalt oder Luftraum oder in anderer Weise voneinander getrennt und mittels Rohren miteinander verbunden sind.
  • Mit anderen Worten kann die Trennzone in Form eines Isolierraums zwischen der ersten Austauschzone und der zweiten Austauschzone ausgebildet sein, wobei durch den Isolierraum Rohrleitungen geführt sind, die die erste Austauschzone und die zweite Austauschzone verbinden. Die erste Austauschzone und die zweite Austauschzone können dabei in beliebiger Form ausgebildet sein. Sie sind damit nicht auf eine Ausgestaltung als Rippen-Platten-Wärmetauscher beschränkt. Der Isolierraum und damit die Trennzone kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung also zumindest teilweise als ein Luftraum oder evakuierter Raum ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass der Isolierraum und damit die Trennzone zumindest teilweise mit einem Isolationsmaterial gefüllt ist, insbesondere mit einem üblicherweise in einer Coldbox verwendeten Isolationsmaterial wie Perlit und dergleichen.
  • Es ist alternativ zu den erläuterten Ausgestaltungen auch möglich, dass die erste Austauschzone und die zweite Austauschzone jeweils übereinanderliegende Metallplatten mit einer ersten Strukturierung aufweisen und dass die Trennzone übereinanderliegende Metallplatten mit einer zweiten Strukturierung, die von der ersten Strukturierung abweicht, aufweist. Bei den Metallplatten kann es sich auch um durchgängige Metallplatten mit den jeweiligen unterschiedlichen Strukturierungen handeln. Die abweichende Strukturierung in der Trennzone kann dabei insbesondere zu der abweichenden Wärmeleitung in der Trennzone führen, beispielsweise dadurch, dass ein Materialquerschnitt zwischen dem zweiten Ende der ersten Austauschzone und dem ersten Ende der zweiten Austauschzone verringert wird.
  • Die vorliegende Erfindung erstreckt sich ferner auf eine Anordnung mit einem Wärmetauscher, welcher eine erste Austauschzone mit einem ersten Ende und mit einem zweiten Ende, eine zweite Austauschzone mit einem ersten Ende und mit einem zweiten Ende und eine Trennzone zwischen dem ersten Ende der ersten Austauschzone und dem zweiten Ende der zweiten Austauschzone aufweist, wobei eine Wärmeleitfähigkeit der ersten Austauschzone zwischen deren erstem Ende und deren zweitem Ende und eine Wärmeleitfähigkeit der zweiten Austauschzone zwischen deren erstem Ende und deren zweitem Ende jeweils höher als eine Wärmeleitfähigkeit der Trennzone zwischen dem zweiten Ende der ersten Austauschzone und dem ersten Ende der zweiten Austauschzone ist.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind dabei in einer derartigen Anordnung technische Mittel bereitgestellt, die dafür eingerichtet sind, in einem ersten Betriebsmodus durch ein Durchleiten von Fluiden durch die erste Austauschzone und durch die zweite Austauschzone das erste Ende der ersten Austauschzone auf ein erstes Temperaturniveau zu temperieren und das zweite Ende der zweiten Austauschzone auf ein zweites Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus zu temperieren. Ferner sind technische Mittel bereitgestellt, die dafür eingerichtet sind, den ersten Betriebsmodus durch einen zweiten Betriebsmodus zu unterbrechen, in dem das Durchleiten von Fluid durch die erste Austauschzone und die zweite Austauschzone unterbunden wird.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich durch technische Mittel aus, die dafür eingerichtet sind, den zweiten Betriebsmodus zu unterbrechen und den ersten Betriebsmodus oder einen weiteren Betriebsmodus einzuleiten, sobald eine Größe, die einen zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der ersten Austauschzone und/oder zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der zweiten Austauschzone erfolgten Wärmetransport nach der Einleitung des zweiten Betriebsmodus kennzeichnet, einen vorbestimmten Wert über- oder unterschreitet.
  • Zu Merkmalen und Vorteilen einer entsprechenden Anordnung, die insbesondere dazu eingerichtet ist, ein Verfahren durchzuführen, wie es zuvor erläutert wurde, sei auf die obigen Ausführungen ausdrücklich verwiesen. Insbesondere weist eine derartige Anlage eine Steuereinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, bei Bedarf, beispielsweise nach einem festen Schaltmuster, auf Grundlage eines Sensorsignals oder auf Anforderung, zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus umzuschalten.
  • Wie erwähnt, erstreckt sich die vorliegende Erfindung auch auf eine Luftbearbeitungsanlage, die Mittel zur Verflüssigung und/oder Tieftemperaturtrennung von Luft aufweist. Diese zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass sie eine Anordnung umfasst, wie sie soeben erläutert wurde. Insbesondere kann die Luftbearbeitungsanlage als Luftzerlegungsanlage ausgebildet sein. Sie umfasst in diesem Fall ein Destillationssäulensystem grundsätzlich bekannter Art. Eine entsprechende Luftbearbeitungsanlage kann insbesondere auch als Anlage zum Speichern und Rückgewinnen von Energie ausgebildet sein. Zu Merkmalen und Vorteilen sei auf die obigen Erläuterungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die eine Ausführungsform der Erfindung und entsprechende Wärmeaustauschdiagramme zeigen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Figur 1 veranschaulicht Temperaturverläufe in einem Wärmetauscher nach Außerbetriebnahme ohne Einsatz von Maßnahmen gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
  • Figur 2 veranschaulicht eine Luftzerlegungsanlage mit einem Wärmetauscher, der unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrieben werden kann.
    • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • In den Figuren sind identische oder einander funktional oder bedeutungsmäßig entsprechende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert.
  • Figur 1 veranschaulicht Temperaturverläufe in einem Wärmetauscher nach Außerbetriebnahme ohne Einsatz von Maßnahmen gemäß vorteilhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung in Form eines Temperaturdiagramms.
  • In dem in Figur 1 dargestellten Diagramm sind eine mit H bezeichnete Temperatur am warmen Ende eines entsprechenden Wärmetauschers bzw. seines entsprechenden Wärmeaustauschbereichs (zuvor und nachfolgend auch als "erstes Ende" bezeichnet) und eine mit C bezeichnete Temperatur am kalten Ende (zuvor und nachfolgend auch als "zweites Ende" bezeichnet) jeweils in °C auf der Ordinate gegenüber einer Zeit in Stunden auf der Abszisse dargestellt.
  • Wie aus Figur 1 ersichtlich, beträgt die Temperatur H am ersten (warmen) Ende des Wärmeaustauschbereichs zu Beginn der Außerbetriebnahme, und damit die Temperatur in einem regulären Betrieb des Wärmetauschers, ca. 20 °C und die Temperatur C am zweiten (kalten) Ende ca. -175 °C. Diese Temperaturen gleichen sich über die Zeit zunehmend einander an. Hierfür ist die hohe Wärmeleitfähigkeit der in dem Wärmetauscher verbauten Materialien verantwortlich. Mit anderen Worten fließt hier Wärme vom ersten (warmen) Ende in Richtung des zweiten (kalten) Endes. Zusammen mit dem Wärmeeintrag aus der Umgebung ergibt sich dabei eine mittlere Temperatur von ca. -90 °C. Die deutliche Temperaturerhöhung am zweiten (kalten) Ende des Wärmeaustauschbereichs kommt zum größten Teil durch den internen Temperaturausgleich in dem Wärmetauscher zustande und nur in einem geringeren Anteil durch externen Wärmeeintrag.
  • Wie mehrfach erwähnt, kann es im dargestellten Fall zu starken thermischen Spannungen kommen, wenn das erste (warme) Ende des Wärmetauschers nach einiger Zeit der Regeneration ohne weitere Maßnahmen wieder mit einem warmen Fluid von im dargestellten Beispiel ca. 20 °C beaufschlagt wird.
  • Figur 2 veranschaulicht eine Luftzerlegungsanlage als Beispiel einer Anordnung 100 gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Diese weist als wesentliche Komponenten einen Wärmetauscher 10, der den Hauptwärmetauscher der Luftzerlegungsanlage darstellt, und ein Destillationssäulensystem 20 auf.
  • Luftzerlegungsanlagen der gezeigten Art sind, wie erwähnt, vielfach an anderer Stelle beschrieben, beispielsweise bei H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, insbesondere Abschnitt 2.2.5, "Cryogenic Rectification". Für detaillierte Erläuterungen zu Aufbau und Funktionsweise sei daher auf entsprechende Fachliteratur verwiesen. Eine Luftzerlegungsanlage zum Einsatz der vorliegenden Erfindung kann auf unterschiedlichste Weise ausgebildet sein. Der Einsatz der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Ausgestaltung gemäß Figur 2 beschränkt. Figur 2 veranschaulicht nur die für die Beschreibung der vorliegenden Erfindung wesentlichen Komponenten.
  • Der Wärmetauscher 10 umfasst eine hier mit 1 bezeichnete erste Austauschzone mit einem ersten Ende 11 und mit einem zweiten Ende 12 sowie eine hier mit 2 bezeichnete zweite Austauschzone mit einem ersten Ende 21 und mit einem zweiten Ende 22. Eine hier mit 3 bezeichnete Trennzone ist zwischen dem ersten Ende 11 der ersten Austauschzone 1 und dem zweiten Ende 12 der zweiten Austauschzone 2 ausgebildet. Die Trennzone 3 ist dabei hier in Form eines Luftraums oder eines anderweitig ausgebildeten, beispielsweise mittels Isolationsmaterial gefüllten Raums zwischen der ersten Austauschzone 1 und der zweiten Austauschzone 2 ausgebildet. Zu Details sei auf obige Erläuterungen verwiesen.
  • Eine Wärmeleitfähigkeit der ersten Austauschzone 2 zwischen deren erstem Ende 11 und deren zweitem Ende 12 und eine Wärmeleitfähigkeit der zweiten Austauschzone 2 zwischen deren erstem Ende 11 und deren zweitem Ende 12 ist jeweils höher als eine Wärmeleitfähigkeit der Trennzone 13 zwischen dem zweiten Ende 11 der ersten Austauschzone 1 und dem ersten Ende der zweiten Austauschzone 2.
  • In einem ersten Betriebsmodus, beispielsweise nach Maßgabe einer sehr stark vereinfacht dargestellten Steuereinheit 50, werden, wie nachfolgend erläutert, durch ein Durchleiten von Fluiden durch die erste Austauschzone 1 und durch die zweite Austauschzone 2 das erste Ende 11 der ersten Austauschzone 1 auf ein erstes Temperaturniveau und das zweite Ende 12 der zweiten Austauschzone 2 auf ein zweites Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus temperiert.
  • Hierbei wird zumindest ein verdichteter, gereinigter Einsatzluftstrom 101 in dem ersten Betriebsmodus der ersten Austauschzone 1 über deren erstes Ende 11 zugeführt, nacheinander durch die erste Austauschzone 1, die Trennzone 3 und die zweite Austauschzone 2 geleitet, und danach auf dem zweiten Temperaturniveau aus der zweiten Austauschzone 2 über deren zweites Ende 22 ausgeführt. Ein Teilstrom 102 oder ein separater Einsatzluftstrom kann auch über eine Entspannungseinrichtung 30, beispielsweise eine Generatorturbine, entspannt werden. Der Teilstrom 102 wird hier nicht durch die zweite Austauschzone geleitet.
  • Der Einsatzluftstrom 101 bzw. ein nach Abtrennung des Teilstroms 102 verbleibender Reststrom 103 wird nach Abkühlung in dem Wärmetauscher 10 im dargestellten Beispiel in eine Hochdrucksäule 21 des Destillationssäulensystems 20 eingespeist. Der Teilstrom 102 wird im dargestellten Beispiel nach seiner Entspannung in der Entspannungseinrichtung 30 in eine Niederdrucksäule 22 des Destillationssäulensystems 20 eingespeist. Die Hochdrucksäule 21 und die Niederdrucksäule 22 stehen in bekannter Weise miteinander über einen Hauptkondensator 23 in wärmetauschender Verbindung.
  • Aus dem Sumpf der Hochdrucksäule 21 wird sauerstoffangereichertes Fluid in Form eines Stoffstroms 104 abgezogen, durch einen Unterkühlungsgegenströmer 34 geführt und in die Niederdrucksäule 22 eingespeist. Aus einem unteren Bereich der Niederdrucksäule 22 wird ein sauerstoffreiches Fluid in Form eines Stoffstroms 105 und vom Kopf der Niederdrucksäule ein stickstoffreiches Fluid in Form eines Stoffstroms 106 abgezogen. Der Stoffstrom 106 wird durch den Unterkühlungsgegenströmer 34 geführt.
  • Die Stoffströme 105 und 106 werden nacheinander auf dem zweiten Temperaturniveau der zweiten Austauschzone 2 des Wärmetauschers 10 über deren zweites Ende 22 zugeführt, durch die zweite Austauschzone 2, die Trennzone 3 und die erste Austauschzone 1 geleitet, und danach auf dem ersten Temperaturniveau aus der ersten Austauschzone 1 über deren erstes Ende 11 ausgeführt.
  • Insbesondere nach Maßgabe der Steuereinheit 50 wird der erste Betriebsmodus durch einen zweiten Betriebsmodus unterbrochen, in dem das Durchleiten von Fluid durch die erste Austauschzone 1 und die zweite Austauschzone 2 in Form der Stoffströme 102, 103, 105, 106 unterbunden wird. Der zweite Betriebsmodus wird unterbrochen und der erste Betriebsmodus oder ein weiterer Betriebsmodus wird eingeleitet, sobald eine Größe, die einen zwischen dem ersten Ende 11 und dem zweiten Ende 12 der ersten Austauschzone 1 und/oder zwischen dem ersten Ende 21 und dem zweiten Ende 22 der zweiten Austauschzone 2 erfolgten Wärmetransport nach der Einleitung des zweiten Betriebsmodus kennzeichnet, wie mehrfach erläutert einen vorbestimmten Wert über- oder unterschreitet.
  • Hierbei können zur Ermittlung eines entsprechenden Werts insbesondere ein oder mehrere Temperaturfühler 40 verwendet werden.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschers (10), welcher eine erste Austauschzone (1) mit einem ersten Ende (11) und mit einem zweiten Ende (12), eine zweite Austauschzone (2) mit einem ersten Ende (21) und mit einem zweiten Ende (22) und eine Trennzone (3) zwischen dem ersten Ende (11) der ersten Austauschzone (1) und dem zweiten Ende (12) der zweiten Austauschzone (2) aufweist, wobei eine Wärmeleitfähigkeit der ersten Austauschzone (2) zwischen deren erstem Ende (11) und deren zweitem Ende (12) und eine Wärmeleitfähigkeit der zweiten Austauschzone (2) zwischen deren erstem Ende (11) und deren zweitem Ende (12) jeweils höher als eine Wärmeleitfähigkeit der Trennzone (13) zwischen dem zweiten Ende (11) der ersten Austauschzone (1) und dem ersten Ende der zweiten Austauschzone (2) ist, wobei in einem ersten Betriebsmodus durch ein Durchleiten von Fluiden durch die erste Austauschzone (1) und durch die zweite Austauschzone (2) das erste Ende (11) der ersten Austauschzone (1) auf ein erstes Temperaturniveau temperiert wird und das zweite Ende (12) der zweiten Austauschzone (2) auf ein zweites Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus temperiert wird, und wobei der erste Betriebsmodus durch einen zweiten Betriebsmodus unterbrochen wird, in dem das Durchleiten von Fluid durch die erste Austauschzone (1) und die zweite Austauschzone (2) unterbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Betriebsmodus unterbrochen und der erste Betriebsmodus oder ein weiterer Betriebsmodus eingeleitet wird, sobald eine Größe, die einen zwischen dem ersten Ende (11) und dem zweiten Ende (12) der ersten Austauschzone (1) und/oder zwischen dem ersten Ende (21) und dem zweiten Ende (22) der zweiten Austauschzone (2) erfolgten Wärmetransport nach der Einleitung des zweiten Betriebsmodus kennzeichnet, einen vorbestimmten Wert über- oder unterschreitet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der zweite Betriebsmodus unterbrochen und der erste Betriebsmodus oder der weitere Betriebsmodus eingeleitet wird, sobald das erste Ende (11) der ersten Austauschzone (1) ein Temperaturniveau aufweist, das um mehr als einen vorgegebenen Wert von dem ersten Temperaturniveau abweicht und/oder sobald das zweite Ende (22) der zweiten Austauschzone (2) ein Temperaturniveau aufweist, das um mehr als einen vorgegebenen Wert von dem zweiten Temperaturniveau abweicht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem in dem ersten Betriebsmodus das zweite Ende (12) der ersten Austauschzone (1) und das erste Ende (21) der zweiten Austauschzone (2) durch das Durchleiten von Fluiden durch die erste Austauschzone (1) und durch die zweite Austauschzone (2) auf ein drittes Zwischentemperaturniveau zwischen dem ersten Temperaturniveau und dem zweiten Temperaturniveau temperiert werden, wobei der zweite Betriebsmodus unterbrochen und der erste Betriebsmodus oder der weitere Betriebsmodus eingeleitet wird, sobald das erste Ende (11) der ersten Austauschzone (1) ein Temperaturniveau aufweist, das um mehr als einen vorgegebenen Wert von einem mittleren Temperaturniveau zwischen dem ersten Temperaturniveau und dem dritten Temperaturniveau abweicht und/oder sobald das zweite Ende (22) der zweiten Austauschzone (2) ein Temperaturniveau aufweist, das um mehr als einen vorgegebenen Wert von einem mittleren Temperaturniveau zwischen dem dritten Temperaturniveau und dem zweiten Temperaturniveau abweicht.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem in dem ersten Betriebsmodus ein oder mehrere erste Fluide auf dem ersten Temperaturniveau der ersten Austauschzone (1) über deren erstes Ende (11) zugeführt, nacheinander durch die erste Austauschzone (1), die Trennzone (3) und die zweite Austauschzone (2) geleitet, und danach auf dem zweiten Temperaturniveau aus der zweiten Austauschzone (2) über deren zweites Ende (22) ausgeführt wird oder werden, und bei dem in dem ersten Betriebsmodus ein oder mehrere zweite Fluide nacheinander auf dem zweiten Temperaturniveau der zweiten Austauschzone (2) über deren zweites Ende (22) zugeführt, durch die zweite Austauschzone (2), die Trennzone (3) und die erste Austauschzone (1) geleitet, und danach auf dem ersten Temperaturniveau aus der ersten Austauschzone (1) über deren erstes Ende (11) ausgeführt wird oder werden.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die erste Austauschzone (1) und die zweite Austauschzone (2) ein oder mehrere erste Materialien mit einem oder mehreren ersten Wärmeleitwerten aufweisen, und bei dem die Trennzone (3) ein oder mehrere zweite Materialien mit einem oder mehreren zweiten Wärmeleitwerten aufweisen, wobei der oder die zweiten Wärmeleitwerte geringer als der oder die ersten Wärmeleitwerte sind.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die erste Austauschzone (1) und die zweite Austauschzone (2) jeweils übereinanderliegende strukturierte Metallplatten aufweisen und bei dem die Trennzone (3) ohne übereinanderliegende strukturierte Metallplatten ausgebildet ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Trennzone (4) in Form eines Isolierraums zwischen der ersten Austauschzone (1) und der zweiten Austauschzone (2) ausgebildet ist, wobei durch den Isolierraum Rohrleitungen geführt sind, die die erste Austauschzone (1) und die zweite Austauschzone (2) verbinden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Isolioerraum zumindest teilweise als ein Luftraum oder evakuierter Raum ausgebildet ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei dem der Isolierraum zumindest teilweise mit einem Isolationsmaterial gefüllt ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die erste Austauschzone (1) und die zweite Austauschzone (2) jeweils übereinanderliegende Metallplatten mit einer ersten Strukturierung aufweisen und bei dem die Trennzone (3) übereinanderliegende Metallplatten mit einer zweiten Strukturierung, die von der ersten Strukturierung abweicht, aufweist.
  11. Anordnung (100) mit einem Wärmetauscher (10), welcher eine erste Austauschzone (1) mit einem ersten Ende (11) und mit einem zweiten Ende (12), eine zweite Austauschzone (2) mit einem ersten Ende (21) und mit einem zweiten Ende (22) und eine Trennzone (3) zwischen dem ersten Ende (11) der ersten Austauschzone (1) und dem zweiten Ende (12) der zweiten Austauschzone (2) aufweist, wobei eine Wärmeleitfähigkeit der ersten Austauschzone (2) zwischen deren erstem Ende (11) und deren zweitem Ende (12) und eine Wärmeleitfähigkeit der zweiten Austauschzone (2) zwischen deren erstem Ende (11) und deren zweitem Ende (12) jeweils höher als eine Wärmeleitfähigkeit der Trennzone (13) zwischen dem zweiten Ende (11) der ersten Austauschzone (1) und dem ersten Ende der zweiten Austauschzone (2) ist, wobei technische Mittel bereitgestellt sind, die dafür eingerichtet sind, in einem ersten Betriebsmodus durch ein Durchleiten von Fluiden durch die erste Austauschzone (1) und durch die zweite Austauschzone (2) das erste Ende (11) der ersten Austauschzone (1) auf ein erstes Temperaturniveau zu temperieren und das zweite Ende (12) der zweiten Austauschzone (2) auf ein zweites Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus zu temperieren, und wobei technische Mittel bereitgestellt sind, die dafür eingerichtet wobei der erste Betriebsmodus durch einen zweiten Betriebsmodus unterbrochen wird, in dem das Durchleiten von Fluid durch die erste Austauschzone (1) und die zweite Austauschzone (2) unterbunden wird, gekennzeichnet durch technische Mittel, die dafür eingerichtet sind, den zweiten Betriebsmodus zu unterbrechen und den ersten Betriebsmodus oder einen weiteren Betriebsmodus einzuleiten, sobald eine Größe, die einen zwischen dem ersten Ende (11) und dem zweiten Ende (12) der ersten Austauschzone (1) und/oder zwischen dem ersten Ende (21) und dem zweiten Ende (22) der zweiten Austauschzone (2) erfolgten Wärmetransport nach der Einleitung des zweiten Betriebsmodus kennzeichnet, einen vorbestimmten Wert über- oder unterschreitet.
  12. Anordnung (100) nach Anspruch 11, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 eingerichtete technische Mittel aufweist.
  13. Anordnung (100) nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, die Mittel zur Verflüssigung und/oder Tieftemperaturtrennung von Luft aufweist.
  14. Anordnung (100) nach Anspruch 13, bei der die Mittel zur Verflüssigung und/oder Tieftemperaturtrennung von Luft ein Destillationssäulensystem (20) umfassen.
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