2. 10
20
československá socialistickÁ
REPUBLIKA
vydáno 15. srpna 1961 Vyloženo 15. října 1960
rrida 17 f, 12/01
PATENTNÍ spis č.
100551
Právo k využití vyhálezu přísluší štátu podle 3 odst. 6 zák. . 34/1957 Sb. LADISLAV
KULE a GERHARD KRUMPE, oba HAMR u Litvínova
Způsob automatické regulace teplot uvnitřregenerativních výměníků tepla, zejména u
přístrojů na dělení vzduchu
Přihlášeno . ledna 1960 (PV 70-60) Platnost patentu od . ledna 1960
V zařízeních na dělení vzduchu, při kterém nastává v regenerátorech výměna tepla
mezi vstupujícím vzduchem a vystupujícími produkty, tj. kyslíkem a dusíkem, se
rozděluje množství plynu na jednotlivé regenerátory tak, aby při výměně tepla v každém
jednotlivém regenerátoru byly stejné teplotní poměry a rovnoměrně rozdělené množství
vstupujícího vzduchu. -
Během ochlazování vzduchu se usazuje v náplni regenerátoru kysličník uhličitý a vodní
pára v tuhé formě. V příští přepínací periodě, tj. při ochlazení
náplně produktem dělení, musí být kysličník uhličitý i vodní pára odpařeny
proudícím plynem a vyneseny z přístroje. Činnost regenerátorů se střídá v pravidelných
intervalech. Správné čištění regenerátorů nastává jen při správném rozdělení teplot. Při
nesprávném rozdělení teplot nejsou CO2 a vlhkost beze zbytku vyneseny proudem produktu a
regenerátor se ucpává. Obzvláště pak nerovnoměrné zanášení jednoho z párů regenerátorů
zhoršuje regulaci teplot, zhoršuje výměnu tepla, nepříznivě ovlivňuje róvnoměrnost množství
vstupujícího vzduchu. Dochází k neustálené funkci rektifikačních kolon dělicího přístroje, ke
snížení hospodárnosti procesu, popřípadě k póruchovému stavu při ucpání kolon. Správné
3. podmínky pro provoz regenerátorů a správňou funkci rektifikace mohou být dodrženy jen tehdy,
jeli velmi přesně dodržován poměr mezi čerstvě vstupujícím vzduchem a vystupujícími produkty
nejen mezi oběma páry regenerátorů, ale i v každém jednotlivém regenerátoru, a jeli přitom
dödržena pod
míňka rovnoměrného rozdělení množství vstupujícího vzduchu do jednotlivých
řegenerátorů každého páru. . . - - •
4.
5. 2 100551
Velmi přesným měřítkem pro rozdělení množství plynů je teplota na libovolném místě
uvnitř. regenerátorů, nikoliv však bezprostředně u teplého nebo studeného konce
regenerátoru. Teplota sice kolísá v jednom místě regenerátoru během jedné periody o
20 až 50° C, má však přitom přibližně lineární průběh a střední hodnota je při ustáleném
stavu stejná. Jakmile se však poměr mezi množstvím vstupujícího vzduchu a mezi
množstvím vystupujícího produktu jen nepatrně změní, mění se střední teplota v
určitém místě regenerátoru. velmi značně. Změna funkce regenerátorů se děje pomocí
přepínacího stroje, poháněného elektromotorem, který ve stejném časovém období
periodicky ovládá uzavírací orgány na potrubí vzduchu a produktů. - - Jedna z dosud
prováděných regulací teplot spočívá v tom, že množství vzduchu, vstupujícího do
zařízení, je regulováno ručně. Tento způsob regulace je doplňován ručním zastavením
funkce celého přepínacího stroje a tedy změnou časové periody.
Známý způsob automatické regulace spočívá v automatickém regulování
množství vzduchu na každý regenerátor v závislosti na předem stanovené konstantní hodnotě
teploty v určitém místě regenerátoru.
Uvedený způsob je nevhodný z toho důvodu, že celkové množství zpracovávaného
vzduchu je určeno a přímo závislé na technologickém režimu přístroje a je tedy žádoucí
regulovat pouze poměrné rozdělení daného množství vzduchu na jednotlivé regenerátory.
Regulováním absolutního množství vzduchu v závislosti na konstantní teplotě v regenerátoru se
nežádoucím způsobem, zasahuje do vlastního technologického režimu — rektifikace vzduchu,
výkonu přístroje, výroby chladu apod.
Jiný známý způsob regulace spočívá v automatické regulaci posunutím okamžiku přepínání
jednotlivých regenerátorů každého páru v závislosti na změně teploty ve středu regenerátorů a
ve spojení s regulací množství vzduchu mezi páry regenerátorů. Nevýhodou uvedeného
způsobu regulace je skutečnost, že při zvýšeném odporu jednoho regenerátoru proti druhému v
jednom páru (zanesením tuhým CO2, vlhkostí) prochází přes každý regenerátor jednoho páru
různé množství plynu. Uvedená automatická regulacė vyrovná odchylky v teplotách
regenerátorů změnou okamžiku přepínání, zůstává však trvalá nerovnoměrnost v množství
dodávaného vzduchu do přístroje a působí velmi nepříznivě na další technologický
režimrektifikaci vzduchu. "
Uváděné nedostatky všech předchozích regulací odstraňuje automatická regulace podle
předmětu patentu tím, že správné rozdělení daného množství vzduchu, vstupujícího do
jednotlivých regenerátorů, se provádí pomocí automatické regulace na základě měření časové
odchylky nulové diference skutečných teplot od nulového rozdílu teplot za jejich ideálního
průběhu, přičemž množství vzduchu, vstupujícího do obou párů regenerátorů je řízeno
automaticky v závislosti na diferenci součtu teplot v obou párech výměníků. Naměřené odchylky
jsou plynule přiváděny v pohyb regulační klapky, čímž je řízeno relativní rozdělení
množství vstupujícího vzduchu neżávisle na absolutní teplotě v každém regene
6. rátoru. Příkladné provedení podle vynálezu je znázorněno na připojených výkresech,
kde na obr. 1 je znázorněno schéma zapojení regenerátorů a na obr. 2, 3, 4 je
znázorněn průběh teplot během jednotlivých přepínacích period.
Při stejném odporu regenerátorů, při stejném množství vstupujícího vzdu
chu a vystupujícího produktu ve dvou regenerátorech jednoho páru nastává ve .
středu regenerátorů během přepínací periody ideální průběh teplot T1 i a (obr. 2),
přičemž křižování obou teplot, tj. nulový rozdíl. teplot, je ve středu
přepínací periody. Neregulovaný průběh teplot je rovněž znázorněn na obr. 2., .
Nejsou-li dodrženy podmínky pro ideální průběh teplot, nastává křižování. teplot -
obou, regenerátorů předčasně nebo opožděně proti nulovému rozdílu .
při ideálním průběhu teplot B (obr. 3). Čas mezi ideální nulovou diférencí a
skutečnou nulovou diferencí teplot tsje přímo úměrný změněným poměrům A *
:. .
7.
8. 100
110
120
3 100551
v množství plynů a je ho proto používáno pro délku impulsu k elektromotoru
přestavujícímu regulační klapky.
Rozdíl teplot se měří odporovými teploměry ve středu regenerátorů, přičemž
teploměry jsou propojené v můstkovém zapojení proti sobě (obr. 4). Měřicí systém je
vybaven kontaktem, uváděným v činnost při nulovém rozdílu měřených teplot
(vyrovnání můstku) a je trvale spojen po dobu t, tj. cd . do Bi. Popsaný způsob měření a
regulace se provádí v každé přepínací periodě.
Regulące dvou párů. regenerátorů mezi sebou se provádí na základě difeteplot obou párů
regenerátorů v libovolném okamžiku kromě přepínání. Velikost naměřené diference vyrovná
padáčkový regulátor (impulsní, který je uváděn v činnost krátkodobým impulsem. Při zapnutí
odporových teploměrů naměří diferenční odchylky a dává impuls pro vyrovnání výchylky elek
tromotoru regulační klapky mezi oběma páry regenerátorů.
Navržený způsob je možno rozšířit o automatickou regulaci teplot změnou délky přepínací
periody pro rychlé vyrovnání velkých odchylek. Obou způsobů je možno použít střídavě vždy
každou druhou periodu nebo současně v jedné periodě. Regulace změny délky přepínací
periody je uvedena v činnost, je-li překročen regulační rozsah regulace množství. To lze
nastavit polohou kontaktů na spínacím zařízení.
Na obr. . 1 je schéma regulace přístroje, ve kterém se rozděluje vzduch na kyslík a dusík.
Vzduch vstupuje do přístroje například regenerátorem 1 a 3, dusík vystupuje regenerátorem 2 a
kyslík zegenerátorem . Vstupující vzduch se ochlazuje o studenou náplň regenerátorů a
vystupující produkty náplň regenerátorů ochlazují. Ohřívání a ochlazování regenerátorů 1, 2, 3,
4 se střídá v pravidelných intervalech, řízených přepínacím strojem 13, který je poháněn stále
se otáčejícím elektromotorem 11 přes převodovou skříň 10. Pohyb je převáděn na vačkové
kotouče a pomocí pneumatických relé jsou ovládány pneuma
.tické přepínací ventily regenerátorů 1, 2, 3, 4.
Spínací zařízení 9 je neustále v provozu a má svůj pohyb odvozen od po
hybu elektromotoru - 11 přes převodovou skříň 10. Spínací zařízení 9 ovládá v pravidelných
intervalech relé jednotlivých obvodů a spojí teploměry 5 a 6 nebo 7 a 8 s impulsním regulátorem
15 a uvede jej v činnost. Automatická regulace je uvedena v činnost, nejsou-li dodrženy
podmínky pro ideální průběh teplot ve středu regenerátorů 1, 2, 3, 4.
Velikost odchylky t od ideálního průběhu teplot, zjištěná měřicím relé 14, se převádí pomocí
dalších relé na délku zapnutí elektromotoru 19 přestavujícího regulační klapky 20, 21,
popřípadě elektromotoru 22 s klapkami 25 a 24.
Rozdělení množství vzduchu mezi párem dusíkových regenerátorů 1, 2 a kyslíkových
9. regenerátorů , 4 se děje pomocí regulační klapky 18 řízené elek
tromotorem 17 na základě diference součtu teplot v dusíkových a kyslíkových .
regenerátorech (TE) - Ts). Regulace teplot mezi páry regenerátorů je v činnosti jen v
době mezi regulováním jednotlivých regenerátorů 1, 2, 3, 4.
Je-li navržený způsob rozšířen o automatickou regulaci teplot změnou délky přepínací
periody, je regulační impuls měřicího relé 14 převeden v mecha
nickém zařízení 12 na změnu délky přepínací periody.
Navržená regulace splňuje všechny podmínky, tj. udržuje žádanou závislost
teplot mezi jednotlivými regenerátory obou párů i mezi oběma páry bez ohledu
na absolutní hodnotu teplot, udržuje správné rozdělení daného množství vzdu
chu na jednotlivé regenerátory a vyrovnává rychle i velké regulační odchylky.
1. Způsob automatické regulace teplot uvnitř regenerativních výměníků
tepla, zejména u přístrojů na dělení vzduchu; vyzňačený tím, že správné roz
dělení daného množství vzduchu, vstupujícího do jednotlivých regenerátorů (1,
10.
11. 4 100551
2, 3, 4) se provádí pomocí automatické regulace na základě měření časové odchylky (t)
nulové diference skutečných teplot (8. ) od nulového rozdílu teplot za jejich ideálního
průběhu (8), přičemž množství vzduchu, vstupujícího do obou párů regenerátorů (1, 2 a
3, 4) je řízeno automaticky v závislosti na diferenci součtu teplot v obou párech
výměníků (5, 6 a 7, 8). -
2. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že regulační odchylky (t, t, ..) jsou plynule
převáděny v pohyb regulačních klapek (20, 21; 23, 24), čímž je
řízeno nezávisle absolutní teplotě v každém regenerátoru (1, 2, 3, 4) rela
tivní rozdělení množství vstupujícího vzduchu.
