DE1041991B

DE1041991B - Verfahren fuer den Betrieb einer Tiefkuehlanlage und Anlage zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1041991B
Application number: DES51332A
Authority: DE
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1956-11-15
Filing date: 1956-11-21
Publication date: 1958-10-30
Also published as: GB864709A; CH345359A; FR1190035A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für den Betrieb einer Anlage zum Tiefkühlen, gegebenenfalls Verflüssigen von Gas mit hoher, bei 0° C und Atmosphärendruck mindestens

3,00· 10-⁴CaI cm-¹ see-¹ Grad-*

betragender Wärmeleitzahl, z. B. Wasserstoff oder Helium, welche Anlage einen Unterdruck-Wärmeisolierbehälter für gegen Wärme zu schützende Teile der Anlage, z. B. Wärmeaustauscher, Expansionsturbinen usw., enthält.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens, welche die erwähnten Teile besitzt und mit einem Gas wie dem erwähnten arbeitet.

Bei bekannten Betriebsverfahren für Tiefkühlanlagen wird in dem Wärmeisolierbehälter ein Vakuum von etwa 10""⁶ mm Hg aufrechterhalten.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, mit einfacheren Mitteln, als durch Aufrechterhalten eines Hochvakuums in dem Isolierbehälter etwa durch eine Diffusionspumpe, eine ausreichende Wärmeisolation für die temperaturempfindlichen Anlagenteile zu schaffen; dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß bei einem Betriebsgas mit einer relativ hohen Wärmeleitzahl

(mindestens 3,00· ΙΟ-⁴ cal cm—¹ see-¹ Grad-¹)

das Austreten von Leckgasen in den Wärmeisolierbehälter hinein eingedämmt werden sollte, weil die Leckgase im Hinblick auf die hohe Wärmeleitzahl die Wärmeübertragung begünstigen. Dementsprechend liegt das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß in den Unterdruck-Wärmeisolierbehälter ein Schutzgas mit geringer, bei 0° C und Atmosphärendruck höchstens

0,6 · ΙΟ-⁴ cal cm-¹ see-¹ Grad-¹

betragender Wärmeleitzahl eingeleitet und in dem Behälter unter einem Druck von 10—³ bis 10² mm Hg gehalten wird. Dementsprechend enthält in weiterer Erfindung bei der Anlage zur Durchführung des Verfahrens der Unterdruck-Wärmeisolierbehälter Schutzgas von geringer, bei 0° C und Atmosphärendruck höchstens

0,6 · ΙΟ-⁴ cal cm-¹ see-¹ Grad"¹

betragender Wärmeleitzahl und unter einem Druck von ΙΟ-³ bis 10² mm Hg.

Da in dem Behälter nur ein sogenanntes Vorvakuum, nämlich kein ausgesprochen tiefer Druck aufrechterhalten wird, vermag aus den eingeschlossenen Anlagenteilen nur eine geringfügige Menge von Leckgas auszutreten, was im Hinblick auf Gasverluste Verfahren für den Betrieb
einer Tiefkühlanlage und Anlage
zur Durchführung des Verfahrens

Anmelder:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft,
Winterthur (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,
Schwelm (Westf.), Drosselstr. 31

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 15. November 1956

in der Anlage und auf die sich durch austretende Leckgase einstellende, auf Grund der relativ großen Wärmeleitzahl des Betriebsgases zustande kommende Wärmeübertragung vorteilhaft ist. Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren, bei dem in dem Wärmeisolierbehälter Hochvakuum (etwa 10~^e mm Hg) aufrechterhalten wird, kommt man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer einfachen mechanischen, volumetrisch arbeitenden Pumpe zum Aufrechterhalten des Vorvakuums aus, z. B. mit einer Drehkolbenpumpe, die gerade bis etwa 10~^s mm Hg zu evakuieren vermag. Andererseits wird durch das Vorvakuum die natürliche oder freie Konvektion und dadurch ein konvektiver Wärmetransport, wie er sich bei Drücken oberhalb von 10² mm Hg einstellt, unterbunden.

Infolge des eingeleiteten, schlecht wärmeleitenden Gases sind die Teile der Anlage in dem Wärmeisolierbehälter ausreichend vor Wärme geschützt, und es können die Abstände zwischen den wärmeempfindlichen Teilen der Anlage und den Wandungen des Isolierbehälters sowie zwischen einzelnen Teilen der Anlage für die meisten Fälle genügend klein gehalten werden, so daß nicht viel Raum beansprucht wird.

Das \^erfahren eignet sich auch besonders, wenn in der Anlage mit Wasserstoff — der, wie erwähnt, hohe Wärmeleitzahl hat ■— gearbeitet wird, weil dann in dem Wärmeisolierbehälter kein explosionsfähiges, aus Wasserstoff-Leckgasen und dem Sauerstoff der

809 660/73

Luft bestehendes Knallgasgemisch entstehen kann, durch das Anlage und Bedienungspersonal gefährdet wären.

Es ist zwar bekannt, in den Doppelmantel von ~ Speicherbehältern für die Aufbewahrung und den Transport tiefsiedender, verflüssigter Gase bei Anwesenheit von pulverförmigem Isoliermaterial ein Gas einzuleiten, dessen Dampfdruck bei der Siedetemperatur der gespeicherten Flüssigkeit höchstens 20 mm Hg beträgt und das geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Bei diesem bekannten Verfahren handelt es sich aber nicht um das Problem, zu verhindern, daß größere Mengen von Leckgasen austreten, durch die Wärmeübertragung stattfinden könnte; vielmehr sind die Speicherbehälter von dem Doppelmantel getrennt, und der genannte Druck wird lediglich deshalb aufrechterhalten, daß das Gut in dem Doppelmantel ständig siedet und dabei der aufzubewahrenden Flüssigkeit in dem Speicherbehälter genügend Wärme entzieht, damit diese nicht erwärmt werden und verdampfen kann. Leckgase treten bei diesen bekannten Speicherbehältern überhaupt nicht aus dem Behälterinnern in den Doppelmantel.

An Hand der Zeichnung, die ein Schema eines Teiles einer Tiefkühlanlage wiedergibt, ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens geschildert.

Zwei hintereinandergeschaltete Wärmeaustauscher 1, durch die Wasserstoff geleitet ist, sind in einem Unterdruck-Wärmeisolierbehälter 2 untergebracht. An ihn ist eine ein Absperrorgan 4 enthaltende Gaszuführungsleitung 6 und eine eine Vakuumpumpe 5, z. B. eine Drehkolbenpumpe, enthaltende Gasabströmleitung 7 angeschlossen. Über Leitung 6 und das auf starke Drosselung eingestellte Organ 4 wird ständig etwas Stickstoff in den Behälter 2 eingeleitet, dessen Wärmeleitzahl bei 0° C und Atmosphärendruck

0,57 · 10-* cal cm-¹ see-¹ Grad"¹

beträgt. Durch die Pumpe 5 wird in dem Isolierraum 3 ein Druck von etwa 1 mm Hg aufrechterhalten. Auf diese Weise können sich in dem Raum 3 praktisch keine aus den Wärmeaustauschern 1 und ihren Zuführungsleitungen 8, 9, Verbindungsleitungen lOj 11 und Ausströmleitungen 12, 13 stammenden Leckgase ansammeln.

Bei einer abgewandelten, für weniger tiefe Temperaturen, z. B. bis —120° C geeigneten Ausführungsform der Erfindung wird durch Leitung 6 Kohlendioxyd (CO₂) eingeleitet, dessen Wärmeleitzahl bei 0° C und Atmosphärendruck

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren für den Betrieb einer Anlage zum Tiefkühlen, gegebenenfalls Verflüssigen von Gas mit hoher, bei 0° C und Atmosphärendruck mindestens

3,00·

cm-* _sec-i Grad"¹

betragender Wärmeleitzahl, z. B. Wasserstoff oder Helium, welche Anlage einen Unterdruck-Wärmeisolierbehälter für gegen Wärme zu schützende Teile der Anlage, z. B. Wärmeaustauscher, Expansionsturbinen usw., enthält, dadurch gekennzeichnet, daß in den Unterdruck-Wärmeisolierbehälter ein Schutzgas mit geringer, bei 0° C und Atmosphärendruck höchstens

0,6 · IO-⁴ cal cm-¹ see-¹ Grad-¹

betragender Wärmeleitzahl eingeleitet und in dem Behälter unter einem Druck von 10—³ bis 10² mm Hg gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck von 10—³ bis 10² mm Hg in dem Wärmeisolierbehälter durch ständiges Absaugen aufrechterhalten wird.

3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Tiefkühlen, gegebenenfalls Verflüssigen von Gas mit hoher, bei 0° C und Atmosphärendruck mindestens

3,00· IO-⁴ cal cm-¹ see"¹ Grad"¹

betragender Wärmeleitzahl, z. B. Wasserstoff oder Helium, welche Anlage einen Unterdruck-Wärmeisolierbehälter für gegen Wärme zu schützende Teile der Anlage, z. B. Wärmeaustauscher, Expansionsturbinen usw., enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck-Wärmeisolierbehälter Schutzgas von geringer, bei 0° C und Atmosphärendruck höchstens

0,6 · IO-⁴ cal cm-¹ see-¹ Grad"¹

betragender Wärmeleitzahl und unter einem Druck von ΙΟ"³ bis 10² mm Hg enthält.

4. Anlage nach Anspruch 3 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Behälter eine ein Drosselorgan enthaltende Schutzgas-Zuführungsleitung und eine Absaugleitung angeschlossen sind.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugleitung eine volumetrisch arbeitende Pumpe enthält.

0,34-10-4 cai _cm-i see-¹ Grad-¹

beträgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 603 442, 620334,
052.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen