CH625609A5 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Kälte durch Verflüssigen eines Gases in einem Kältekreislauf mit einem ersten Kompressor mit Nachkühler zum Komprimieren des Gases, und Kühlmitteln zum mindestens teilweise Verflüssigen des Gases, weiterhin mit zwei in Serie verbundenen Behältern für das verflüssigte Gas, wobei der Gasraum des ersten den Kühlmitteln folgenden Behälters mit der Saugseite des ersten Kompressors, der Gasraum des zweiten Behälters mit der Saugseite eines zweiten Kompressors in Verbindung steht, dessen Förderseite mit der Saugseite des ersten Kompressors verbunden ist.
Bei einer bekannten Vorrichtung (Proc. 3rd Int. Cryogénie Engineering Conference, Berlin, May 1970, S. 310-314, Iliffe Science and Techn. Pubi. Ltd.) dieser Art handelt es sich bei dem zweiten Kompressor um eine Maschine mit bewegten Teilen, wie z.B. Kolbenkompressoren oder Drehkolbengebläse. Ein Nachteil der Verwendung von Kompressoren mit bewegten Teilen für den genannten Zweck besteht darin, dass die Investirons- und Wartungskosten verhältnismässig hoch sind und dass, falls der Saugdruck des zweiten Kompressors unterhalb des atmosphärischen Druckes liegt, die Möglichkeit besteht, dass der Kompressor Luft in den Kältekreislauf einsaugt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs definierten Art zu schaffen, die keine hohen Investitions- und Wartungskosten erfordert. Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der zweite
Kompressor mindestens ein Ejektor ist, dessen Treibstrahleingang mit der Förderseite des ersten Kompressors verbunden ist.
Der Treibstrahleingang kann vor der nach dem Nachkiihler des ersten Kompressors mit dessen Förderseite verbunden sein.
5 Falls der mit einem einzigen Ejektor erzeugbare Druck im Gasraum des zweiten Behälters nicht niedrig genug ist, um die gewünschte tiefe Temperatur des Kältemittels in diesem Behälter zu erreichen, so kann als zweiter Kompressor ein erster Ejektor und ein zweiter Ejektor, beide in Serie verbunden, vor-logesehen sein.
Da die Abmessungen eines Ejektors verhältnismassig klein sind, und er keine bewegten Teile enthält kann mindestens einer der Ejektoren in ein Vakuumgehäuse untergebracht sein, in welchem der Druck niedriger ist als der Saugdruck des Ejektors, 15 so dass keine Fremdgase in den Kältekreislauf geraten können.
Die Vorrichtung kann mehr als zwei Behälter für Flüssiggas aufweisen. In diesem Fall ist dem Dampfraum des weiteren Behälters ein weiterer Ejektor zugeordnet, der parallel zum vorangehenden Ejektor verbunden ist.
20 Einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine Vorrichtung zum Erzeugen von Kälte gemäss der Erfindung;
25 Fig. 2 und 3 abgewandelte Ausführungsformen.
Die Vorrichtung gemäss Fig. 1 weist als Kühlmittel eine Vorkühlstufe I und eine zweite Kühlstufe II auf. In der Vor-kühlstufe I wird von einem Kompressor 1 komprimiertes Gas, 30 z.B. gasförmiges Helium, nach Kühlung in einem Nachkühler 2 zwecks Abführung der Kompressionswärme, durch Wärmeaustausch und arbeitsleistende Entspannung auf eine unterhalb seiner Inversionstemperatur liegende Vorkühltemperatur gekühlt. In der der Vorkühlstufe I folgenden zweiten Kühlstufe II wird 35 das vorgekühlte Helium durch Wärmeaustausch weiter abgekühlt und danach in einem Entspannungsventil 3 von Hochdruck auf Verflüssigungsdruck entspannt und hierbei teilweise verflüssigt. Das flüssige Helium 4 wird in einem Behälter 5 gesammelt; es hat dort die dem Druck im Gasraum 6 des Behäl-40 ters entsprechende Temperatur. Der Gasraum 6 des Behälters 4 steht über eine Leitung 7, die zweite Kühlstufe II und die Vorkühlstufe I in Verbindung mit einer Saugseite 8 des Kompressors 1, der das aus dem Gasraum 6 angesaugte Niederdruckgas verdichtet und dem beschriebenen Kreislauf erneut zuführt. 45 Dem Behälter 4 folgt ein weiterer Behälter 10, in dem ein Teil des flüssigen Heliums vom Behälter 4 über eine Leitung 11 übertritt. Die Leitung 11 enthält ein Entspannungsventil 12, so dass das in den Behälter 10 strömende flüssige Helium 13 eine niedrigere Temperatur aufweist als das im Behälter 4. Die Tem-50 peratur des Heliums 13 entspricht dem Druck des Gases im Gasraum 14 des Behälters 10. Der Gasraum 14 des Behälters 10 steht über eine Leitung 15 und die beiden Kühlstufen II und I in Verbindung mit einer Saugseite 20 eines Ejektors 21. Das Treibmittel für den Ejektor 21 ist von der Hochdruckleitung 24 55 des Kompressors 1 abgezweigtes Hochdruck-Heliumgas, das über eine Zweigleitung 25 mit einem Ventil 26 den Treibstrahleingang 27 des Ejektors 21 erreicht. Der Diffusorausgang 28 des Ejektors ist mit der Saugseite 8 des Kompressors 1 verbunden. In einem der Behälter 4 oder 10 oder auch in beiden kann 60 sich ein Kälteverbraucher befinden, z.B. eine Wicklung 17 eines supraleitenden Magneten, oder sonst kann das flüssige Helium eines oder beider Behälter einem anderen Verwendungszweck zugeführt werden. Wenn es erwünscht ist, die Temperatur des flüssigen Heliums 13 im Behälter 10 zu verringern, so wird es durch weiteres öffnen des Ventils 26 der Treibstrahl im Ejektor 21 verstärkt, so dass der Druck im Gasraum 14 des Behälters 10 sinkt und das flüssige Helium 13 die gewünschte, niedrigere Temperatur annimmt.
3
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Die Zweigleitung 25 für den Treibstrahl des Ejektors 21 ist als Kältemittel im Hauptkreis als separate Stickstoff- und /oder nach dem Nachkühler 2 abgezweigt. Dies hat den Vorteil, dass Wasserstoff-Kältekreislauf ausgeführt sein. Bei anderen Kältenach dem Ejektor 21 kein Kühler für das Helium nötig ist. Die mittein, wie z.B. Ammoniak, kann z.B. die Kühlstufe I ganz Zweigleitung 25 kann jedoch stattdessen vor dem Nachkühler 2, entfallen , während die Kühlstufe II aus einem wassergekühlten das heisst zwischen Kompressor 1 und Nachkühler 2, abge- ; Kondensator besteht. Weiterhin, die Saugleitung 15 braucht zweigt sein, was den Vorteil aufweist, dass der Massenstrom des nicht durch die Kühlstufe I und II zu verlaufen, sondern kann Treibstrahles für den Ejektor 21 kleiner ist. Es ist in diesem stattdessen getrennt davon verlaufen.
Falle jedoch von Vorteil, einen Kühler zwischen Ejektor und Falls der mit dem Ejektor 21 erzeugbare Unterdruck im
Kompressor vorzusehen. Gasraum 14 des Behälters 10 nicht niedrig genug ist, um die
Falls der Druck im Gasraum 14 so niedrig oder der Druck- ic gewünschte tiefe Temperatur des flüssigen Heliums zu errei-
abfall in der Leitung 15 so gross ist, dass der Druck auf der chen, kann, wie das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 zeigt, ein
Saugseite 20 des Ejektors unterhalb des äusseren Atmosphä- zweiter Ejektor 35 mit dem Ejektor 21 in Serie verbunden sein,
rendruckes liegt, so kann der Ejektor 21 in einem Vakuumge- Der Treibstrahleingang 36 dieses Ejektors ist über eine Leitung häuse 29 untergebracht sein, was den Vorteil bietet, dass keine 37 mit Ventil 38 von der Hochdruckleitung 24 abgezweigt. Die
Fremdgase eindringen und in den Kältekreislauf eingeführt wer- 15 Saugseite 39 des Ejektors 35 ist mit der Leitung 15 verbunden,
den können. Hier liegt der Grund für einen weiteren Vorteil der die zum Gasraum 14 des Behälters 10 führt. Weiterhin ist der
Verwendung eines Ejektors statt der bekannten Kompressoren Diffusorausgang 40 des Ejektors 35 mit der Saugseite 20 des mit bewegten Teilen, da diese zu grosse Abmessungen aufwei- Ejektors 21 verbunden. Mit Hilfe des Ventils 38 wird der Treib-
sen, um wirtschaftlicherweise in ein Vakuumgehäuse unterge- strahl für den Ejektor 35 so eingestellt, dass die Gesamtleistung bracht werden zu können. Das Vakuumgehäuse 29 bildet vor- 20 beider Ejektoren die erforderliche Höhe erreicht.
teilhafterweise einen Teil des Vakuumgehäuses («Coldbox»), in Die Vorrichtung kann mehr als zwei Behälter für flüssiges welchem bei Heliumkälteanlagen auch die Vorkühlstufen I und Helium aufweisen. Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung mit drei Behäl-
II untergebracht sind. tern. Ein Behälter 41 folgt über eine Leitung 42 mit Entspan-
Statt des Drosselventils 3 kann als Entspannungsvorrichtung nungsventil 43 dem Behälter 10. Der Dampfraum 44 des Behäl-ein Ejektor 30 vorgesehen sein, in dessen Treibdüse die Ent- 25 ters 41 ist über eine Saugleitung 45 mit einer Saugseite 46 eines Spannung und teilweise Verflüssigung des Hochdruckgases Ejektors 47 verbunden. Ein Treibstrahleingang 48 des Ejektors stattfindet. Es ist in diesem Fall vorteilhaft, die Saugseite des 47 steht über eine Leitung 49 mit einem Ventil 50 mit der Ejektors 30 über eine Leitung 31 mit dem Dampfraum 14 des Zweigleitung 25 des Kompressors 1 in Verbindung. In der Behälters 10 zu verbinden, weil er dann den Ejektor 21 entla- Treibstrahlleitung 51 des Ejektors 21 ist ein Ventil 52 angestet, so dass dieser eventuell kleinere Abmessungen haben kann 30 bracht, zwecks Einstellung des Treibstrahldruckes. Der Diffu-und weniger Treibgas benötigt. sorausgang 53 des Ejektors 47 steht über eine Leitung 54 und
Das hier als Vorrichtung zum Erzeugen von Kälte mit He- die Leitung 7 mit der Saugseite 8 des Kompressors 1 in Verbin-
lium als Kältemittel vorgeführte Ausführungsbeispiel kann auch dung. Mit Hilfe des Ventils 50 wird die Stärke des Treibstrahles zur Erzeugung von Kälte mit anderen Kältemitteln und zum des Ejektors 47 so eingestellt, dass dessen Diffusordruck über-
Verflüssigen von Helium oder von anderen Gasen Verwendung 35 einstimmt mit dem Saugdruck in der Saugleitung 7 des Kom-
finden. Verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten gibt es auch für pressors 1. Das flüssige Helium im Behälter 41 hat die bei dem die Kühlstufen I und II. Die Kühlstufe I kann z.B. bei Helium Druck in der Saugleitung 45 gehörende Temperatur.
3 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Vorrichtung zum Erzeugen von Kälte durch Verflüssigen eines Gases in einem Kältekreislauf mit einem ersten Kompressor (I) mit Nachkühler (2) zum Komprimieren des Gases, und Kühlmitteln (I, II) zum mindestens teilweise Verflüssigen des Gases, weiterhin mit zwei in Serie verbundenen Behältern (5,
10) für das verflüssigte Gas, wobei der Gasraum (6) des ersten den Kühlmitteln (I, II) folgenden Behälters (5) mit der Saugseite (7) des ersten Kompressors (1 ), der Gasraum (14) des zweiten Behälters (10) mit der Saugseite (20) eines zweiten Kompressors (21 ) in Verbindung steht, dessen Förderseite (28) mit der Saugseite (7) des ersten Kompressors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kompressor mindestens ein Ejektor (21, 35) ist, dessen Treibstrahleingang (27, 36) mit der Förderseite des ersten Kompressors (1) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibstrahleingang (27, 36) nach dem Nachkühler (2) mit der Förderseite des ersten Kompressors (1 ) verbunden ist.
2
PATENTANSPRÜCHE
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibstrahleingang (27,36) vor dem Nachkühler (2) mit der Förderseite des ersten Kompressors (1) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als zweiter Kompressor ein erster Ejektor (21 ) und ein zweiter Ejektor (35), beide in Serie verbunden, vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Ejektoren (21 ) sich in einem Vakuumbehälter (29) befindet.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in der die Kühlmittel einen zusätzlichen (30) Ejektor als Entspannungsvorrichtung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugseite des zusätzlichen Ejektors (30) mit dem Gasraum (14) des zweiten Behälters (10) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit mindestens einem weiteren Behälter für flüssiges Gas, dadurch gekennzeichnet, dass dem Dampfraum (44) des weiteren Behälters (41 ) ein weiterer Ejektor (47) zugeordnet ist, der parallel zum vorangehenden Ejektor (21) verbunden ist.
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