CH626980A5

CH626980A5 -

Info

Publication number: CH626980A5
Application number: CH743677A
Authority: CH
Inventors: Heinrich Krieger
Original assignee: Heinrich Krieger
Priority date: 1976-06-23
Filing date: 1977-06-17
Publication date: 1981-12-15
Also published as: US4303427A; FR2356097B1; SE432014B; DE2628007A1; IT1083784B; CA1153954B; DE2628007C2; CA1053569A; SE7706806L; FR2356097A1; JPS537860A; NL7706695A; AU2641277A; GB1590891A; AU504272B2

Description

626 980 2

PATENTANSPRÜCHE dass in dem zweiten Wärmeaustausch (30,31,32) das zu erwär-

1. Verfahren zur Erzeugung von Kälte mit einem miteinan- mende Kältemittel im wesentlichen als Dampf im oder nahezu der verbundene Stufen aufweisenden Kaskadenkreislauf mit im Sättigungszustand eintritt.

Kältemittelgemisch, in dem das Kältemittel in der Anfangsstufe 8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

verdichtet (16,17) und mit einem Umgebungskühlmedium ge- 5 dass in dem ersten Wärmeaustausch (27) das zu erwärmende kühlt (18,19) wird, sowie verdichtetes Kältemittel kondensiert, Kältemittel im wesentlichen als Flüssigkeit im oder nahezu im entspannt (11,12,14), erwärmt, verdampft und zum Verdichter Siedezustand eintritt.

(16,17) zurückgeführt wird, und in dem das verdichtete Kälte- 9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

mittel in der der Endstufe unmittelbar vorangehenden Stufe in dass aus dem ersten Wärmeaustausch (27) das erwärmte Kälte-

einem ersten Wärmeaustausch (27) mit entspanntem (11) und io mittel im wesentlichen als Dampf im oder nahezu im Sättigungs-

verdampfendem Kältemittel abgekühlt und partiell kondensiert zustand austritt.

wird und in dem in der Endstufe dabei kondensiert angefallenes 10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

Kältemittel in Dampf und Kondensat getrennt wird (2) und als dass im vierten Wärmeaustausch (20) das sich erwärmende Käl-

Kondensat abgetrenntes Kältemittel in einem zweiten Wärme- temittel im wesentlichen den gleichen Druck aufweist wie das im austausch (30, 31,32) durch Gegenstrom unterkühlt wird, ent- is ersten Wärmeaustausch (27) sich erwärmende Kältemittel,

spannt (12) und in einem dritten Wärmeaustausch (37) durch 11. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

Gegenstrom unter Verdampfung erwärmt wird und als Dampf dass im vierten Wärmeaustausch (20) das sich erwärmende Käl-

abgetrenntes Kältemittel im dritten Wärmeaustausch (37) abge- temittel im wesentlichen vollständig im Dampfzustand ist.

kühlt und total kondensiert wird, entspannt (14) und im zweiten 12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

Wärmeaustausch (30, 31,32) erwärmt wird, wobei der zweite 20 dass im Kaskadenkreislauf mit Kältemittelgemisch das Kälte-

Wärmeaustausch (30,31,32) und der dritte Wärmeaustausch mittel in mehreren Stufen auf einen hohen Druck verdichtet

(37) im wesentlichen thermisch voneinander getrennt erfolgen, wird und das in der Kühlungsendstufe bei der Phasentrennung dadurch gekennzeichnet, dass beim zweiten und dritten Wärme- (2) als Kondensat abgetrennte und im zweiten Wärmeaustausch austausch sich erwärmendes Kältemittel den einen der beiden (30) unterkühlte Kältemittel auf einen mittleren Druck ent-

Wärmeaustauschvorgänge durchläuft, ohne beim Durchlaufen 25 spannt und zum Eingang einer nach der ersten Verdichtungsstu-

des gesamten Kaskadenkreislaufs mit Kältemittelgemisch zu- fe (16) angeordneten Verdichtungsstufe (17) zurückgeführt gleich den anderen der beiden Wärmeaustauschvorgänge unter wird und das in der Kühlungsendstufe bei der Phasentrennung

Erwärmung zu durchlaufen. (2) als Dampf abgetrennte und im dritten Wärmeaustausch (37)

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Kältemittel mit total kondensierte Kältemittel unterkühlt, auf einen im Verhält-dem Umgebungskühlmedium (18,19) partiell kondensiert wird 30 nis niedrigen Druck entspannt (14), im zweiten Wärmeaus-und in einer auf die Anfangsstufe unmittelbar folgenden Stufe tausch (30) erwärmt und zum Eingang der ersten Verdichtungs-dabei partiell kondensiert angefallenes Kältemittel in Dampf stufe (16) zurückgeführt wird.

und Kondensat getrennt wird (1) und als Kondensat abgetrenn- 13. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Kaskaden-tes Kältemittel in einem vierten Wärmeaustausch (20) durch kreislauf mit Kältemittelgemisch geschlossen ist und zur Abküh-Gegenstrom unterkühlt wird, entspannt (11) und im ersten 35 lung einer Kühllast dient, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeaustausch (27) durch Gegenstrom unter Verdampfung Kältemittel in mehreren Stufen (16,17) verdichtet und im zweierwärmt wird und als Dampf abgetrenntes Kältemittel im ersten ten Wärmeaustausch der Kühlungsendstufe (30,31) unterkühl-Wärmeaustausch (27) abgekühlt und partiell kondensiert wird tes Kältemittel auf einen mittleren Druck entspannt (13) wird, und im vierten Wärmeaustausch (20) entspanntes (14) Kälte- in einem Kühllast-Gegenstromwärmeaustausch (50) mit der mittel erwärmt wird, das im ersten Wärmeaustausch (27) abge- 40 Kühllast erwärmt und zum Eingang einer nach der ersten Verkühlt worden ist, wobei der erste Wärmeaustausch (27) und der dichtungsstufe (16) angeordneten Verdichtungsstufe (17) zu-vierte Wärmeaustausch (20) im wesentlichen thermisch ge- rückgeführt wird, wobei der Kühllast-Gegenstromwärmeaus-trennt voneinander erfolgen, dadurch gekennzeichnet, dass tausch (50) im wesentlichen thermisch getrennt vom zweiten beim ersten und vierten Wärmeaustausch sich erwärmendes Wärmeaustausch (30,31,32) und vom dritten Wärmeaustausch Kältemittel den einen der beiden Wärmeaustauschvorgänge 45 (37) erfolgt.

durchläuft, ohne beim Durchlaufen des gesamten Kaskaden- , A *, * ■> , .

kreislaufs mit Kältemittelgemisch zugleich den anderen der bei- ' ®r a ren nac spruc ' a .e"nzeJf net'

, »c- , , dass das Kältemittel im wesentlichen als Flüssigkeit im oder den Warmeaustauschvorgange unter Erwärmung zu durch- . . _. , ,. , ..... „ _ ö

laufen nahezu im Siedezustand in den Kuhllast-Gegenstromwarmeaus-

3. Verfahrennach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 50 tausch (50) eintritt.

j . j , ... ..... . 1 ,, •• j 15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet.

dass m dem dritten Wärmeaustausch (37) das zu erwärmende , ,. ..... „ , . r .... . ® ,

...... ... .. .... 1 r-1- • 1 • j . • dass die Kuhllast aus einem zu verflüssigenden Gasgemisch be-

Kaltemittel im wesentlichen als Flüssigkeit m oder nahezu im . ^ ,, ^ ^ ö , .

c. , , . . steht, das m dem Kuhllast-Gegenstromwarmeaustausch (50) im oieuczustana eintritt. . .>11 . . . ,

, irr, t.» U1JJU1 -ut wesentlichen total kondensiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, . ^ ^ .....

, , , ... f .. ^ cc 16. Anlage zur Durchfuhrung des Verfahrens nach An-

dass aus dem dritten Wärmeaustausch (37) das erwärmte Kalte- 53 ,, .& . .. , & , „ . . . ,

, i r-> c- j , . spruch 1, mit einer miteinander verbundene Stufen aufweisende mittel im wesentlichen als Dampf im oder nahezu im Sattigungs- , .... , . , . , . . . , . ,

zustand austritt Schaltung fur einen Kaskadenkreislauf mit Kaltemittelgemisch,

deren der Endstufe unmittelbar vorangehende Stufe einen er-

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, sten Wärmeaustauscher (27) und deren Endstufe einen Pha-dass im zweiten Wärmeaustausch (30,31, 32) das sich erwär- 60 sentrenner (2) mit einer Eingangsseite für das durch den Pha-mende Kältemittel im wesentlichen den gleichen Druck aufweist sentrenner zu zerlegende Dampf-Flüssigkeits-System, einer wie das im dritten Wärmeaustausch (37) sich erwärmende Käl- Dampf ausgangsseite und einer Flüssigkeitsausgangsseite, einen temittel. zweiten Wärmeaustauscher (30,31,32) und einen dritten Wär-

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, meaustauscher (37) aufweist und in welcher die Ausgangsseite dass im zweiten Wärmeaustausch (30,31, 32) das sich erwär- 65 des Verdichters (16,17) über einen ersten Strömungskanal (28) mende Kältemittel im wesentlichen vollständig im Dampfzu- des ersten Wärmeaustauschers (27) mit der Eingangsseite des stand ist. Phasentrenners (2) der Endstufe verbunden ist, wobei ein zwei-

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, ter Strömungskanal (29) des ersten Wärmeaustauschers (27)

3 626 980

mit der Eingangsseite eines Verdichters (16,17) verbunden ist, Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von und in welcher in der Endstufe die Dampfausgangsseite des Kälte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Anlage

Phasentrenners (2) über einen ersten Strömungskanal (38) des zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des dritten Wärmeaustauschers (37) mit dem Eingang einer ersten Anspruchs 16. Entsprechende Verfahren sind aus den US-Pa-Entspannungsdrossel (14) und deren Ausgang mit dem Eingang 5 tentschriften 2 581 558 und 3 203 194 bekannt.

eines ersten Strömungskanals (34,36) des zweiten Wärmeaus- Bei den bekannten Verfahren erfolgen die Erwärmung des tauschers (30) verbunden ist, dessen Ausgang mit der Eingangs- entspannten Kältemittels im Verdampfungsgegenstromwärme-seite des Verdichters (16,17) der Schaltung für den Kaskaden- austausch der letzten Kühlungsstufe und die Erwärmung des kreislauf mit Kältemittelgemisch verbunden ist, und die Flüssig- entspannten Kältemittels im Unterkühlungsgegenstromwärme-keitsausgangsseite des Phasentrenners (2) über einen zweiten ic austausch der letzten Kühlungsstufe in Serie nacheinander, d.h. Strömungskanal (33,35) des zweiten Wärmeaustauschers (30, das entspannte Kältemittel tritt nach seinem Austritt aus dem 31,32) mit dem Eingang einer zweiten Entspannungsdrossel Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch in den Unterküh-(12) und deren Ausgang mit dem Eingang eines zweiten Strö- lungsgegenstromwärmeaustausch am kalten Ende ein. Nach sei-mungskanals (39) des dritten Wärmeaustauschers verbunden ner Entspannung und vor seinem Eintritt in den Unterkühlungsist, dessen Ausgang mit der Eingangsseite des Verdichters (16, 15 gegenstromwärmeaustausch erfährt dabei das Kältemittel durch 17) der Schaltung für den Kaskadenkreislauf mit Kältemitteige- die Erwärmung und Verdampfung im Verdampfungsgegen-misch verbunden ist, wobei im zweiten Wärmeaustauscher (30, stromwärmeaustausch eine beträchtliche Temperaturerhöhung. 31,32) und im dritten Wärmeaustauscher (37) jeweils der erste Bei der Entspannung wird der Fachmann das Kältemittel im und der zweite Strömungskanal in Gegenstromführung ange- wesentlichen als Flüssigkeit im oder nahezu im Siedezustand ordnet sind und wobei der zweite Wärmeaustauscher (30,31, 20 anfallen lassen, was zur thermodynamischen Optimierung des 32) und der dritte Wärmeaustauscher (37) im wesentlichen Verfahrens beiträgt und wobei die Temperatur des Kältemittels thermisch voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, bei der Entspannung im wesentlichen nicht geändert wird.

dass die Verbindung des Ausgangs der ersten Entspannungs- Damit das am kalten Ende in den Unterkühlungsgegenstrom-

drossel (14) über den ersten Strömungskanal (34,36) des zwei- Wärmeaustausch eintretende Kältemittel das zu unterkühlende ten Wärmeaustauschers (30,31,32) mit der Eingangsseite des 25 Kältemittel bis auf diese Temperatur herabkühlen kann, muss

Verdichters (16,17) der Schaltung für den Kaskadenkreislauf die Temperaturerhöhung, welche das Kältemittel im Verdamp-

mit Kältemittelgemisch und die Verbindung des Ausgangs der fungsgegenstromwärmeaustausch erfährt, durch Zumischung ei-zweiten Entspannungsdrossel (12) über den zweiten Strömungs- ner erheblichen Menge an Kältemittel kompensiert werden,

kanal (39) des dritten Wärmeaustauschers (37) mit der Ein- welches eine erheblich niedrigere Temperatur aufweist als das gangsseite des Verdichters (16,17) der Schaltung für den Kas- 30 Kältemittel, dem es zugemischt wird. Eine Mischung von Kältekadenkreislauf mit Kältemittelgemisch im wesentlichen parallel mittein, welche erheblich verschiedene Temperaturen aufwei-zueinander geschaltet sind. sen, ist jedoch der thermodynamischen Optimierung des Ver-

17. Anlage nach Anspruch 16 zur Durchführung des Ver- fahrens abträglich.

fahrens nach Anspruch 2, bei der dem Kühler (19) des Verdich- Dementsprechend sollen die bekannten Verfahren durch ters (16) eine auf die Anfangsstufe unmittelbar folgende Stufe 35 die Erfindung so verbessert werden, dass eine weitergehende mit einem Phasentrenner (1) mit einer Eingangsseite für das thermodynamische Optimierung erreicht wird, welche einen durch den Phasentrenner zu zerlegende Dampf-Flüssigkeits-Sy- möglichst grossen bzw. einen gleichbleibenden thermodynami-

stem, einer Dampfausgangsseite und einer Flüssigkeitsaus- sehen Wirkungsgrad bei gleichbleibender bzw. möglichst kleiner gangsseite sowie dem ersten Wärmeaustauscher (27) und einem Wärmeaustauscherfläche zum Ziele hat.

vierten Wärmeaustauscher (20) unmittelbar nachgeschaltet ist, 40 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss in der sich aus dem in welcher die Dampf ausgangsseite des Phasentrenners (1) mit Kennzeichen des Anspruchs 1 ergebenden Weise gelöst. Der so dem Eingang eines ersten Strömungskanals (28) des ersten erzielte Effekt lässt sich gemäss Anspruch 2 noch erhöhen, dem

Wärmeaustauschers (27) verbunden ist, dessen Ausgang mit der das selbe Lösungsprinzip zugrunde liegt.

Eingangsseite des Phasentrenners (2) der Endstufe verbunden Weitere zweckmässige Ausführungsformen des Verfahrens ist, und bei der die Eingangsstelle des Verdichters (16,17) mit 45 ergeben sich aus den Ansprüchen 3 bis 15, wobei die Ansprüche dem Ausgang eines ersten Strömungskanals (24) des vierten 13 bis 15 auf die Durchführung des Verfahrens bei einer abzu-

Wärmeaustauschers (20) verbunden ist, dessen Eingang mit kühlenden Kühllast gerichtet sind.

dem Ausgang der ersten Entspannungsdrossel (14) verbunden Somit kann das entspannte Kältemittel im wesentlichen als ist, und die Flüssigkeitsausgangsseite des Phasentrenners (1) siedende Flüssigkeit am kalten Ende in den Verdampfungsge-

über einen zweiten Strömungskanal (23) des vierten Wärmeaus- so genstromwärmeaustausch eintreten. Auch kann das Kältemittel tauschers (20) mit dem Eingang einer dritten Entspannungs- im wesentlichen als siedende Flüssigkeit dem am kalten Ende in drossel (11) und deren Ausgang über einen zweiten Strömungs- den Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch eintretenden kanal (29) des ersten Wärmeaustauschers (27) mit der Ein- Kältemittel zugemischt werden. Dabei fällt das Kältemittel bei gangsseite des Verdichters (16,17) verbunden ist, wobei im d.er Entspannung im wesentlichen als siedende Flüssigkeit an, so ersten Wärmeaustauscher (27) und im vierten Wärmeaustau- ss dass sich seine Temperatur durch die Entspannung im wesentli-

scher (20) jeweils der erste und der zweite Strömungskanal in chen nicht ändert. Das Kältemittel tritt daher in den Verdamp-

Gegenstromführung angeordnet sind und wobei der erste Wär- fungsgegenstromwärmeaustausch am kalten Ende mit im we-

meaustauscher (27) und der vierte Wärmeaustauscher (20) im sentlichen derselben Temperatur ein, bzw. wird dem am kalten wesentlichen thermisch voneinander getrennt sind, dadurch ge- Ende in den Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch eintre-

kennzeichnet, dass die Verbindung des Ausgangs der ersten 60 tenden Kältemittel mit im wesentlichen derselben Temperatur

Entspannungsdrossel (14) über den ersten Strömungskanal (24) zugemischt, mit der es den Unterkühlungsgegenstromwärme-

des vierten Wärmeaustauschers (20) mit der Eingangsseite des austausch am kalten Ende verlässt.

Verdichters (16,17) und die Verbindung des Ausgangs der drit- Das nach seinem Eintritt an dessen kaltem Ende im Ver-ten Entspannungsdrossel (11) über den zweiten Strömungska- dampfungsgegenstromwärmeaustausch sich erwärmende Kälte-nal (29) des ersten Wärmeaustauschers (27) mit der Eingangs- 65 mittel wird infolge der thermischen Trennung von Unterkühseite des Verdichters (16,17) im wesentlichen parallel zueinan- lungs- und Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch nicht der geschaltet sind. auch im Unterkühlungsgegenstromwärmeaustausch erwärmt, so dass das Fehlen einer Temperaturdifferenz zwischen dem in den

626 980

4

Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch am kalten Ende eintretenden und dem den Unterkühlungsgegenstromwärmeaus-tausch am kalten Ende verlassenden Kältemittel im Unterküh-Iungsgegenstromwärmeaustausch zu keiner Verringerung von Temperaturdifferenzen unter ihre optimale Grösse führt. 5

Die am kalten Ende des Unterkühlungsgegenstromwärme-austauschs vorhandene thermische Trennung wirkt sich dabei am kalten Ende des Unterkühlungsgegenstromwärmeaus-tauschs aus, während sich die im Verlauf des Unterkühlungsge-genstromwärmeaustauschs vorhandene thermische Trennung 10 im Verlauf des Unterkühlungsgegenstromwärmeaustauschs auswirkt. Der Beitrag der thermischen Trennung von Unterküh-lungs- und Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch zu einer optimalen Temperaturdifferenz ist dabei am kalten Ende des Unterkühlungsgegenstromwärmeaustauschs am grössten, is nimmt zwischen dem kalten und dem warmen Ende stetig ab und verschwindet am warmen Ende des Unterkühlungsgegen-stromwärmeaustauschs.

Die Optimierung der Temperaturdifferenzen wirkt sich in der Kühlungsendstufe, d.h. der kältesten Kühlungsstufe des 2c Kaskadenkreislaufs am stärksten aus, während sie sich in der auf die Kühlungsanfangsstufe unmittelbar folgenden Kühlungsstufe, d.h. der wärmsten, nicht mit Umgebungskälte arbeitenden Kühlungsstufe am wenigsten auswirkt.

Im Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch wird kon- 25 densierendes Kältemittel abgekühlt und verdampfendes Kältemittel erwärmt, wobei durch die Abkühlung und durch die Kondensation das spezifische Volumen des einen Kältemittels sich verkleinert und durch die Erwärmung und die Verdampfung das spezifische Volumen des anderen Kältemittels sich vergrössert. 30 Im Unterkühlungsgegenstromwärmeaustausch wird Kältemittel, das im wesentlichen vollständig im flüssigen Zustand ist, abgekühlt und gemäss einer Ausführungsform der Erfindung Kältemittel, das im wesentlichen vollständig im Dampfzustand ist, erwärmt, wobei sich durch die Abkühlung bzw. die Erwär- 35 mung das spezifische Volumen des einen bzw. des anderen Kältemittels im wesentlichen nicht ändert. Dieses Volumenverhalten der in Gegenstromwärmeaustausch stehenden Kältemittel trägt zur Optimierung der Wärmeaustauscherfläche bei. Es ist bei den bekannten Verfahren nur gegeben, wenn das sich erwär- 40 mende Kältemittel im Verdampfungsgegenstromwärmeaus-tausch total verdampft wird, während es bei dem erfindungsge-mässen Verfahren auch gegeben ist, wenn das zu erwärmende Kältemittel im Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch nur partiell verdampft wird. Dies führt zu einer erhöhten Flexibilität 45 des Verfahrens.

Die Anlage zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 16 aufgeführten Merkmale.

Eine Weiterbildung der Anlage gemäss Anspruch 17 macht so die Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 2 geeignet. Die genannten Vorteile für das erfindungsgemässe Verfahren gelten auch für die beanspruchte Anlage.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigen: 55

Fig. 1 ein vereinfachtes Flussdiagramm für ein erstes Ausführungsbeispiel und

Fig. 2 ein vereinfachtes Flussdiagramm für ein weiteres Ausführungsbeispiel.

60

Die im nachfolgenden Beschreibungsteil genannten Temperaturen, Drücke und Gemischzusammensetzungen beziehen sich auf beispielsweise Werte, die zur Erzielung optimaler Betriebsverhältnisse korrigiert werden können, beispielsweise anhand von Computerberechnungen. 65

Die in der Fig. 1 dargestellte Anlage weist drei Kühlungsstufen auf, nämlich eine Kühlungsanfangsstufe mit einem mit Umgebungsmedium betriebenen Kühler 19, eine auf die Kühlungsanfangsstufe unmittelbar folgende und zugleich der Kühlungsendstufe unmittelbar vorangehende Kühlungsstufe mit einem Phassentrenner 1, einem ersten Wärmeaustauscher 27 und einem vierten Wärmeaustauscher 20 sowie eine Kühlungsendstufe mit einem Phasentrenner 2, einem dritten Wärmeaustauscher 37, einem zweiten Wärmeaustauscher 30, der aus den Teilwärmeaustauschern 31 und 32 besteht, und einem weiteren Wärmeaustauscher 40.

Über eine Leitung 3 wird getrocknetes und vorgereinigtes Erdgas mit einer Umgebungstemperatur von etwa 25 °C, einem Druck von etwa 40 kg/cm2 und einer Zusammensetzung von etwa 85 Molprozent Methan, 10 Molprozent Äthan und 5 Molprozent Propan in die Anlage eingeführt und durchläuft zunächst der Reihe nach die Strömungskanäle 51,301 und 41 der Wärmeaustauscher 50, 30 bzw. 32 und 40. Im Wärmeaustauscher 50 wird es auf etwa — 80 °C abgekühlt und dabei im wesentlichen vollständig kondensiert. In den Wärmeaustauschern 32 und 40 wird es auf etwa seine Siedetemperatur bei atmosphärischem Druck, also auf etwa — 155 °C unterkühlt. Dann wird es in einer Drossel 15 auf etwa atmosphärischen Lagerdruck entspannt, wobei im wesentlichen keine Verdampfungsverluste auftreten, und in einen nicht dargestellten Speicherbehälter geleitet.

Das Kältemittel des Kaskadenkreislaufs mit Kältemittelgemisch enthält etwa 5 Molprozent Stickstoff, 50 Molprozent Methan, 15 Molprozent Äthan und 30 Molprozent Propan. Es wird in einer zweiten Verdichterstufe 17 auf etwa 45 kg/cm2 verdichtet und in einem Nachkühler 19 mit Kühlwasser gekühlt und dabei partiell kondensiert. Das partiell kondensierte Kältemittel wird dem Phasentrenner 1 zugeführt. Das von diesem als Dampf abgezogene Kältemittel wird im Strömungskanal 28 des ersten Wärmeaustauschers 27 auf etwa — 70 °C abgekühlt und dabei partiell kondensiert. Das partiell kondensierte Kältemittel wird dem Phasentrenner 2 zugeführt. Das von diesem als Dampf abgezogene Kältemittel wird im Strömungskanal 38 des dritten Wärmeaustauschers 37 auf etwa — 110 °C abgekühlt und dabei total kondensiert. Das total kondensierte Kältemittel verlässt den dritten Wärmeaustauscher 37 im wesentlichen als siedende Flüssigkeit, worauf es den Wärmeaustauscher 40 im Strömungskanal 42 im Gleichstrom zum durch den Strömungskanal 41 strömenden Erdgas durchläuft, wobei es auf etwa — 155 °C unterkühlt wird. Das unterkühlte Kältemittel wird in der Drossel 14 auf etwa 3 kg/cm2 entspannt, wobei es als Dampf-Flüssigkeitsgemisch mit einem geringen Dampfanteil anfällt. Das entspannte Kältemittel durchläuft den Strömungskanal 43 des Wärmeaustauschers 40 im Gegenstrom zum Erdgas, wobei es total verdampft wird. Im wesentlichen als trocken gesättigter Dampf tritt es darauf in den zweiten Wärmeaustauscher 30 ein, dessen Teil-Wärmeaustauscher 32 und 31 es der Reihe nach durch die Strömungskanäle 36 und 34 durchläuft.

Das vom Phasentrenner 2 als Kondensat abgetrennte Kältemittel durchläuft den Strömungskanal 33 des Teil-Wärmeaustauschers 31 des zweiten Wärmeaustauschers 30, wobei es auf etwa — 100 °C unterkühlt wird. Von dem unterkühlten Kältemittel wird ein Teil abgezweigt und in der Drossel 13 auf etwa 10 kg/cm2 entspannt. Das entspannte Kältemittel fällt im wesentlichen als siedende Flüssigkeit an, worauf es den Strömungskanal 52 des Wärmeaustauschers 50 im Gegenstrom zum Erdgas im Strömungskanal 51 durchläuft, wobei es total verdampft und überhitzt wird. Der andere Teil des im Teil-Wärmeaustauscher 31 unterkühlten Kältemittels wird im Strömungskanal 35 des Teil-Wärmeaustauschers 32 auf etwa — 120 °C weiter unterkühlt und in der Drossel 12 auf etwa 3 kg/cm2 entspannt, wobei es im wesentlichen als siedende Flüssigkeit anfällt. Das entspannte Kältemittel wird im Strömungskanal 39 des dritten Wärmeaustauschers 37 total verdampft und verlässt diesen im wesentlichen als trocken gesättigter Dampf, worauf es mit dem

5

626 980

im Teil-Wärmeaustauscher 31 erwärmten Kältemittel vereinigt und im Strömungskanal 24 des vierten Wärmeaustauschers 20 weiter erwärmt wird.

Das vom Phasentrenner 1 als Kondensat abgezogene Kältemittel wird im Strömungskanal 23 des vierten Wärmeaustauschers 20 auf etwa — 80 °C unterkühlt und in der Drossel 11 auf etwa 3 kg/cm2 entspannt, wobei es im wesentlichen als siedende Flüssigkeit anfällt. Das entspannte Kältemittel wird im Strömungskanal 29 des ersten Wärmeaustauschers 27 erwärmt, den es im wesentlichen als trocken gesättigter Dampf verlässt, worauf es mit dem im vierten Wärmeaustauscher 20 erwärmten Kältemittel vereinigt und zur ersten Verdichterstufe 16 zurückgeführt wird. In dieser wird es auf etwa 10 kg/cm2 verdichtet, worauf es im Zwischenkühler 18 mit Kühlwasser gekühlt wird. Das vom Zwischenkühler 18 abgezogene Kältemittel wird mit dem im Wärmeaustauscher 50 erwärmten Kältemittel vereinigt und schliesslich zum Eingang der zweiten Verdichterstufe 17 zurückgeführt.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel der Erfindung sieht vor, dass im Kaskadenkreislauf mit Kältemittelgemisch das Kältemittel in mehreren Stufen auf einen im Verhältnis hohen Druck verdichtet wird und das bei der Phasentrennung der letzten Kühlungsstufe als Kondensat abgetrennte und im Wärmeaustausch der letzten Kühlungsstufe im Gegenstrom unterkühlte Kältemittel auf einen im Verhältnis mittleren Druck entspannt und zum Eingang einer nach der ersten Verdichtungsstufe angeordneten Verdichtungsstufe zurückgeführt wird und das bei der 5 Phasentrennung der letzten Kühlungsstufe als Dampf abgetrennte und im Wärmeaustausch der letzten Kühlungsstufe total kondensierte Kältemittel unterkühlt, auf einen im Verhältnis niedrigen Druck entspannt, im Wärmeaustausch der letzten Kühlungsstufe erwärmt und zum Eingang der ersten Verdich-io tungsstufe zurückgeführt wird.

Dieses Anwendungsbeispiel wird in der Fig. 2 erläutert, in der zum Unterschied zur Fig. 1 das Kältemittel in der Drossel 12 nur auf einen mittleren Druck von etwa 10 kg/cm2 entspannt und der Reihe nach in dem dritten Wärmeaustauscher 37 und 15 im Gegenstrom zum Erdgas in dem Wärmeaustauscher 50 verdampft und erwärmt wird. Ferner sind die beiden Teil-Wärmeaustauscher 31 und 32 der Fig. 1 zum vom Erdgas durchströmten zweiten Wärmeaustauscher 30 vereinigt, wobei die Zweigleitung mit der Drossel 13 entfällt.

20 Das im Nachkühler 19 gekühlte Kältemittel muss nicht notwendigerweise teilweise kondensiert werden, es kann den Nachkühler gegebenenfalls auch als trocken gesättigter oder überhitzter Dampf verlassen.

C

1 Blatt Zeichnungen