CH97517A - Verfahren und Vorrichtung zur Abkühlung und Verflüssigung von Luft und andern schwer verflüssigbaren Gasen mittelst einer Expansionsmaschine. - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Abkühlung und Verflüssigung von Luft und andern schwer verflüssigbaren Gasen mittelst einer Expansionsmaschine.

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CH97517A
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Gesellschaft Fuer App Heylandt
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Heylandt Ges Fuer Apparatebau
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  Verfahren und Vorrichtung zur Abkühlung und     Verflüssigung    von Luft und andern  schwer     verflüssigbaren    Gasen mittelst einer Expansionsmaschine.    Bei dem bisherigen Verfahren, Luft oder  andere schwer     verflüssigbare    Gase mittelst  einer Expansionsmaschine abzukühlen und zu       verflüssigen,    wird die gereinigte und auf un  gefähr 200     Atm.    komprimierte Hochdruckluft  geteilt und auf zwei getrennten Wegen zum  Verflüssigungsapparat geführt.  



  Der eine Teil der Hochdruckluft wird  durch den bekannten Gegenstromapparat;  der den Wärmeaustausch der kalt abziehen  den expandierten Gase mit den warm ein  strömenden Hochdruckgasen vermittelt, zu  einem im Innern des Verflüssigungsapparates  liegenden Drosselventil geführt, in diesem  Ventil entspannt und dadurch teilweise ver  flüssigt.  



  Der andere Teil der Hochdruckluft wird  nicht zu dem Gegenstromapparat, sondern zu  einer Expansionsmaschine geleitet und ge  langt durch ein ausserhalb der Expansions  maschine liegendes Hochdruckventil in den  Expansionszylinder, in welchem die Hoch-         druckluft    sich durch die Entspannung von  200     Atm.    auf 1,2 bis 1,5     Atm.    um ungefähr  165   C, also zum Beispiel von     -f-    15   auf  - 150   C abkühlt. Diese     entspannte    kalte  Niederdruckluft wird dann in den Gegen  stromapparat geführt, wo sie ihre Kälte an  den ersten nach dem Drosselventil geführten  Teil der Hochdruckluft abgibt.  



  Dieses Verfahren hat sich zwar viele  Jahre in der     Luftverflüssigungs-Industrie    gut  bewährt, aber es enthält in der     CTesamt-          anordnung    noch immer zwei     Unvollkommen-          heiten.    die zu Kälteverlusten führen und  deren Verbesserung der Zweck vorliegender  Erfindung ist.  



  Der eine Nachteil des bisherigen Verfah  rens besteht darin, dass die aus dem     Gegen-          stromaustauscher    austretenden expandierten  Abgase immer noch um 15 bis<B>25'</B> C kälter  sind als die in den     Austauscher    eintretende  Hochdruckluft. Der Wärmeaustausch in dem  Gegenstrom ist also noch nicht vollständig,      und ein dieser     Temperaturdifferenz    entspre  chender Teil der produzierten Kälte geht für  die Abkühlung der Luft verloren.  



  Der andere Nachteil liegt in der     Kon-          struktion    des Ventils für den Eintritt der  Hochdruckluft in die Expansionsmaschine.  Dieses Ventil ist an dem     Aussenmantel    des  Expansionszylinders     befestigt,    wird durch  einen Exzenter zwangsläufig gesteuert und       min?,    durch eine besondere     Stopfbüchse    sehr  gut abgedichtet werden. Wegen des hohen  Druckes von 200     Atm.    und wegen der hier  entstehenden grossen Kälte ist eine solche  Abdichtung mit einer Stopfbüchse sehr schwie  rig und wird leicht undicht, so dass Hoch  druckluft entweichen kann und dadurch auch  an dieser Stelle Verluste an produzierter  Kälte entstehen.  



  Die vorliegende Erfindung     betrifft    ein  Verfahren und eine Vorrichtung, durch welche  die erwähnten Nachteile vermieden werden.       Das    neue Verfahren besteht darin, dass ein  Teil der im     Gegenstromaustauscher    noch nicht  ausgenutzten Kälte auf die in die Expan  sionsmaschine     striimenden    Hochdruckgas  übertragen wird, während der andere Teil  der noch nicht ausgenutzten Kälte zur Küh  lung der nach dem Drosselventil strömenden       Hochdruckgase    dient.  



  Die zur Ausübung des neuen Verfahrens  dienende Vorrichtung weist eine Verlänge  rung des     Gegenstromaustauschers    auf, der  oben erweitert ist. Ausserdem ist der den       Einlass    der     vorgekühlten        Hochdruckgase    in  die Expansionsmaschine bewirkende     Hoch-          druckventilkörper    vollständig in das Innere  eines von der freien Atmosphäre abgeschlos  senen Raumes verlegt.  



  Welche Wirkung mit einer nach dein vor  liegenden Verfahren arbeitenden Vorrichtung  gegenüber dem bisherigen Verfahren erzielt  werden kann, ist aus folgenden Versuchs  resultaten erkennbar. Bisher trat die in die  Expansionsmaschine geführte Hochdruckluft  mit     -f-   <B>150</B> C ein und kühlte sich durch  Expansion von 200     Atm.    auf 1,3     Atrn.    bis    auf ungefähr -     150     ab.

   Nach dem neuen  Verfahren     kann    sie mit - 5   in den Expan  sionszylinder eintreten und sich bei derselben  Expansion bis auf -<B>165'</B>     abkühlen.    Die  expandierte, aus dem Zylinder     ausströmende     Luft     kann    also mit einer um<B>150</B> tieferen  Temperatur in den     Gegenstromaustauscher     gelangen und diesen um so schneller und  tiefer abkühlen.

   Infolgedessen kann auch  eine grössere Menge Luft verflüssigt werden;  mit einem Apparat, der bisher 20 Liter flüs  sige Luft pro Stunde lieferte, können jetzt       durch    das neue Verfahren 23 Liter pro     Stunde     hergestellt werden.     Dran    kann also 3 Liter  flüssige Luft pro Stunde mehr erhalten, weil  die bisher nicht aasgenutzten     und    immer  verloren gehenden Kältemengen des Gegen  stromapparates auch noch     ver%v        ertet    werden.

    Diesem Gewinn von 3 Litern steht ein ganz  geringer Verlust insofern gegenüber, als die  Arbeitsleistung des     komprimierten    Gases durch  Erniedrigung ihrer     Eintrittstemperatur    um  einen geringen Betrag abnimmt.     Wenn    man  diesen Gewinn in Prozenten der     Produktion     und diesen Verlust in Prozenten der aufge  wendeten Arbeitsleistung ausdrückt, so     ver-          liert        man        ungefähr        1%        der        zur        Kompression     aufgewendeten Gesamtarbeit,

   aber man     ge-          winnt        12        bis        15%        der        Produktion        an        flüs-          siger    Luft.  



  Auf der Zeichnung ist ein Ausführungs  beispiel einer Vorrichtung zur Ausführung  des Verfahrens schematisch angegeben. Die  vom Kompressor kommende     Hochdruckluft        :1     teilt sich in die beiden      \ege    B und     (_:    Der  eine Teil     I3    tritt, wie bisher, in den Gegen  stromapparat D ein und gelangt zu dem  Drosselventil E, in welchem die Hochdruck  luft entspannt wird und sich teilweise ver  flüssigt. Die flüssige Luft sammelt sich in  dem Gefässe F und     kann    durch Rohr     G    und  Hahn H abgelassen werden.

   Die bisherige       Grösse    des     CTegensti,omaustauschers    ist mit D  und die nach dem neuen Verfahren zuge  setzte Verlängerung, die gleichzeitig verbrei  tert ist, mit I bezeichnet.  



  Der andere Teil C der Hochdruckluft wird  nicht, wie bisher, direkt zur Expansions-           niaschine,    sondern erst in den obern Teil I  des     Gegenstromaustauschers    geleitet, wo er  auf mindestens -<B>10'</B> abgekühlt wird und  durch das neue     Hochdruck-Einlassventil    L in  den Expansionszylinder     K    gelangt.

   Die aus       dein    bisherigen Teil D des     Gegenstromaus-          tauschers    abziehenden kalten Abgase     treffen     also jetzt im Teil I mit einer neuen Leitung  warmer Hochdruckluft zusammen und können       nun    ihre bisher nicht verwertbaren Kälte  mengen mit dieser neuen Hochdruckluft aus  tauschen. Dadurch erwärmen sich einerseits  die Abgase auf ungefähr     -f-    5   bis     +   <B>100</B>  und anderseits kühlt sich die Hochdruckluft  auf mindestens - 5  herunter, so dass sie  schon vorgekühlt ist, ehe sie im Expansions  zylinder zur Entspannung kommt.

   Nach der  Entspannung hat     dann    die Niederdruckluft  bei ihrem Austritt eine viel tiefere Tempe  ratur als bisher. Der bewegliche     Einlass-          ventilkörper        111    liegt in einer Erweiterung<I>N</I>  des     Hochdrucluohres.    Er wird durch eine       Zentriervorrichtung    beliebiger Art,     zum    Bei  spiel durch eine schwache Spiralfeder 0 zen  triert und in     Verschlussstellung    gehalten und  ragt mit seinem vordern Ende zentral in den  Expansionszylinder hinein.

   Nachdem das  Ventil durch den Expansionskolben P bei  seinem Vorschub und Hubwechsel     geöffnet     ist. so dass die Hochdruckluft in den Expan  sionszylinder     eintreten    kann, schliesst es sich  beim     Zurückgehen    des Kolbens durch den  Druck der     Hochdruckluft    von selbst; die       Hochdruckluft    expandiert, das Niederdruck  ventil     Q    öffnet sich zwangsläufig und die  kaltentspannte Niederdruckluft tritt dann bei       R    in den Gegenstromapparat ein, wo sie ihre  gesamte Kälte auf den ersten Teil B der  Hochdruckluft überträgt.  



  Die richtige     Einstellung    des Ventils kann  durch eine geringe Veränderung des Kolben  hubes leicht     bewirkt    werden. Um den schäd  lichen     Raum    zwischen dem vordern Kolben  ende und der Zylinderwandung auf ein     i4lini-          mum    zu beschränken, erhält das vordere  Kolbenende die Form eines abgestumpften  Kegels, dem sich auch die vordere Zylinder  wand anpasst.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH I: Verfahren zur Abkühlung _und Verflüssi gung von Luft und andern schwer verflüssig- baren Gasen vermittelst gleichzeitiger Ent spannung der Hochdruckgase in einem Drossel ventil und einer Expansionsmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der im Gegen- stromaustauscher noch nicht ausgenutzten Kälte auf die in die Expansionsmaschine strömenden Hochdruckgase übertragen wird, während der andere Teil der noch nicht aus genutzten Kälte zur Kühlung der nach dem Drosselventil strömenden Hochdruckgase dient.
    PATENTANSPRUCH II: Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeich net, dass der Gegenstromaustauscher zur Aus nutzung der sämtlichen Kältemengen verlän gert und oben erweitert ist und dass der den Einlass der vorgekühlten Hochdruckgase in die Expansionsmaschine bewirkende Hoch druckventilkörper vollständig in das Innere eines von der freien Atmosphäre abgeschlos senen Raumes verlegt ist. <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Expansions maschine strömenden Hochdruckgase ohne besondere Kältemaschine nur durch die Entspannungskälte vorgekühlt werden. 2.
    Vorrichtung nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass alle beweglichen Teile des Hochdruckventils von der festen Wandung des Expansionszylinders und der anschliessenden Hochdruckleitung allseitig umschlossen sind, so dass keine bewegli chen Teile des Ventils aus dem Hoch druckraum nach aussen führen und durch Stopfbüchsen oder ähnliche Vorrichtungen abgedichtet werden müssen. 3.
    Vorrichtung nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass der Ventilkör per in einer Erweiterung der Hochdruck rohrleitung vor dem Expansionskolben liegt, mit dem einen Ende in den Expansions- zylinder hineinragt und durch eine Zen tnervorrichtung in Versehlnssstellung ge halten wird, und dass die Öffnung des Ventils durch den Vorschub des Kolbens bei dessen Hubwechsel und die Schliessung des Ventils durch die Hoehdruckluft selbst geschieht.
CH97517D 1920-07-28 1921-03-30 Verfahren und Vorrichtung zur Abkühlung und Verflüssigung von Luft und andern schwer verflüssigbaren Gasen mittelst einer Expansionsmaschine. CH97517A (de)

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