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Verdichter mit nachgeschalteter Expansionsturbine für Luft- oder Gasaufbereitungsanlagen.
Für Luft-und Gasaufbereitungsanlagen oder in chemischen Betrieben wird oft die verdichtete Luft oder das Gas in einer Turbine zwecks Erreichung bestimmter tiefer Temperaturen oder zwecks Leistungsrückgewinnung entspannt. Im ersteren Fall muss oft die durch die Entspannung erzielbare Temperatursenkung mit Rücksicht auf eine erwünschte Entfeuchtung tiefer gewählt werden als der Behaglichkeit entspricht, weshalb oft die so behandelte Luft nach der Entfeuchtung wieder aufgewärmt werden muss. Im zweiten Fall kann bei verhältnismässig hohen Drücken die Temperatur nach der Turbine unter 0 sinken, was unter Umständen Eisbildung und Störungen in der Turbine zur Folge hat.
In diesem Falle also, wo der Hauptzweck Leistungsrückgewinnung und nicht die Erzielung einer bestimmten Endtemperatur ist, besteht ein Bedürfnis, die Luft oder die Gase vor der Entspannungsturbine aufzuheizen.
Vorliegende Erfindung betrifft eine solche Heizung sowohl für den einen als auch für den ändern Fall und bezweckt, die Heizwärme dem Arbeitsvorgang selbst zu entziehen. Die Erfindung besteht darin, dass die Luft oder das Gas nach oder vor der Entspanllungsturbille durch die Verdithtungswärme selbst aufgeheizt wird. Da bei verhältnismässig hohem Verdichtungsgrad der Verdichter doch gekühlt werden
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gemäss der Erfindung dem Arbeitsvorgang zugute kommen zu lassen.
An Hand der Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert :
Die Fig. 1 und 2 zeigen die beiden erwähnten Anwendungsfälle. Die Fig. 1 zeigt eine Erwärmung nach und die Fig. 2 eine solche vor der Entspannungsturbine. Die Fig. 3 und 4 zeigen Beispiele für Sonderfälle.
In Fig. 1 handelt es sich um eine Luftaufbereitung mittels sogenannter Luftkältemaschine. Es ist 1 der Verdichter, der die Luft einem chemischen Apparat oder Kühler : 2 zudrÜckt ; hierauf wird die Luft in der Turbine. 3 zwecks Temperatursenkung entspannt und zwecks Wasserausseheidung in den Ausscheider 5 gedrückt. 6 ist die Antriebsmaschine des Verdichters. Nachfolgend wird nun gemäss der Erfindung die Luft mittels Heizung 4 durch die Verdichtungswärme wieder aufgeheizt. Diese Heizung ist in irgendeiner Art in den Verdichter 1 verlegt, wodurch die Verdichterwärme ganz oder zum Teil ausgenutzt und dem Vorgang der Luftaufbereitung wieder zugeführt wird.
Auf diese Art erreicht man gleich-
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billigem Wege die Luft in gewünschter Weise nachgeheizt.
In Fig. 2 findet die Erwärmung der Luft vor der Entspannung in der Entspannungsturbine statt.
1 ist wieder der Verdichter, welcher die Luft dem Kühler : 2 zudrÜckt ; zwecks Rückgewinnung der vom Verdichter aufgebrachten Druckenergie wird die Luft in der Turbine 3 entspannt, wobei gemäss der Erfindung die entfeuchtete Luft vor der Entspannung durch die Verdichtungswärme 4 des Verdichters aufgeheizt wird. In diesem Fall überwiegt also nicht die Entfeuchtung der Luft, sondern die Rück- gewinnung der vom Verdichter aufgewendeten Leistung. Eine Eisbildung in der Turbine und Störungen werden vollständig vermieden, und die Vorwärmung gestattet die Ausnutzung eines grösseren Druckgefälles in der Entspannungsturbine.
Da der Wirkungsgrad der Verdichtung von der Güte der Kiihlung abhängt, wird im allgemeinen so gekühlt, dass die Endtemperatur des Gases in bestimmten Grenzen, etwa 100 bis 120 , bleibt. Es wird
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In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, durch Beschränkung der Verdichterkühlung die Endtemperatur der Verdichtung weit über das übliche Mass hinaus zu erhöhen und das Gas nach der Abkühlung wieder nahezu auf die Endtemperatur der Verdichtung zu bringen. Es wird dabei von der Überlegung ausgegangen, dass in der besonderen Verbindung mit einer Entspannungsturbine der erhöhte Leistungsverbrauch des Verdichters nicht nur nicht nachteilig, sondern für die Gesamtwirtschaftlichkeit sogar nützlich ist.
Dies hängt in thermodynamischer Hinsicht damit zusammen, dass Verdiehtungs-und Entspannungsarbeit unter sonst gleichen Verhältnissen proportional der absoluten
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kühler haben würde, aber ohne Zwischenkühlung ausgeführt wird, so steigt die Anfangstemperatur der Verdichtung für die zweite Verdichterhälfte. Beträgt diese Zunahme z. B. die Hälfte der absoluten Temperatur an der betreffenden Stelle, so steigt die Verdiehtungsarbeit für die nachfolgenden Verdichterstufen gleichfalls um die Hälfte. Für den ganzen Verdichter macht dies aber naturgemäss entsprechend weniger, nämlich etwa ein Viertel aus. Auf der andern Seite nimmt auch die Anfangstemperatur der Entspannung, u. zw. in dem angenommenen Fall gleichfalls um die Hälfte zu. Dementsprechend steigt die Entspannungsarbeit um die Hälfte.
Man hat also den Vorteil, dass einer Leistungszunahme um die Hälfte für die Entspannung nur eine Verbrauchszunahme für die Verdichtung um ein Viertel gegenübersteht. Wenn auch im wirldichen Vorgang Verluste auftreten, so bleibt doch das Ergebnis bestehen, dass es wirtschaftlich vorteilhaft ist, den Verdichter so wenig zu kühlen, wie es mit Rücksicht auf die Bean-
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selbst bei hohen Drücken so weit zu verzichten, wie es die Warmfestigkeit des Materials erlaubt.
Zur Ausnutzung der Verdichtungswärme ist gemäss der Erfindung ein gleichzeitig als Gaskühler und Vorwärmer dienender Wärmeaustauscher vorgesehen, der vorzugsweise als Gegenstromapparat
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Vorteil, dass der Gaskühler mit grossem Temperaturgefälle arbeitet und deshalb nur kleine Kühlflächen zu erhalten braucht.
Fig, 3 zeigt die grundsätzliche Schaltung der vorgeschlagenen Vorrichtung. 1 ist der Verdichter,
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Wasserabseheider, 6 ist die Antriebsmasehine der Verdichtungsgruppe.
Im allgemeinen werden Verdichter und Entspannungsmasehine als Turbomaschinen ausgebildet sein, die jedoch wegen der Verschiedenartigkeit der Beschauflung zweckmässig mit verschiedenen Drehzahlen arbeiten. Hiefür kann zwischen Verdichter und Turbine ein Zahnradgetriebe od. dgl. angeordnet werden, das auch ein weiteres Rad für einen langsam laufenden Antriebsmotor erhalten kann.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel dieser Anordnung mit den gleichen Bezeichnungen wie in Fig. 1 ; 7 ist das Getriebe.
In manchen Fällen wird jedoch zwischen Verdichtung und Entspannung das Gasvolumen im Apparat 2, z. B. durch Absorption oder Zersetzung, stark verändert, so dass eine der beiden Maschinen wegen zu kleinen Volumens nicht mehr als Turbomaschine ausgeführt werden kann. In diesem Falle wird sie zweckmässig durch eine in üblicher Weise über Zahnräder oder Riemenantrieb gekuppelte Kolben- masehine ersetzt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verdichter mit nachgeschalteter Entspannungsturbine für Luft- oder Gasaufbereitungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft oder das Gas vor oder nach der Entspannungsturbine durch die Verdichtungswärme selbst aufgeheizt wird.