DE1093386B - Tieftemperatur-Kaeltebehandlungsanlage - Google Patents

Tieftemperatur-Kaeltebehandlungsanlage

Info

Publication number
DE1093386B
DE1093386B DEV13637A DEV0013637A DE1093386B DE 1093386 B DE1093386 B DE 1093386B DE V13637 A DEV13637 A DE V13637A DE V0013637 A DEV0013637 A DE V0013637A DE 1093386 B DE1093386 B DE 1093386B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cold
working medium
low
circuit
countercurrent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEV13637A
Other languages
English (en)
Inventor
Siegfried Ernst
Dipl-Ing Horst Starke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IANEMAIA VEB MASCHF
Original Assignee
IANEMAIA VEB MASCHF
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IANEMAIA VEB MASCHF filed Critical IANEMAIA VEB MASCHF
Priority to DEV13637A priority Critical patent/DE1093386B/de
Publication of DE1093386B publication Critical patent/DE1093386B/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/02Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B7/00Compression machines, plants or systems, with cascade operation, i.e. with two or more circuits, the heat from the condenser of one circuit being absorbed by the evaporator of the next circuit

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

  • Tieftemperatur-Kältebehandlungsanlage Die Erfindung beinhaltet eine Kältebehandlungsanlage, insbesondere für tiefe Temperaturen im Bereich von etwa -100 bis -200° C.
  • Es ist allgemein bekannt, an Materialien, Geräten, usw. thermische Behandlungen, verschiedene Prozesse, Prüfungen und Untersuchungen bei hohen Temperaturen in Wärmebehandlungsanlagen vorzunehmen. In den letzten Jahren hat es sich nun vielfach als nützlich und notwendig erwiesen, thermische Behandlungen auch bei tiefen Temperaturen durchzuführen. Im Zuge der raschen Entwicklung der Technik entstand in zunehmendem Maße das Bedürfnis, derartige Kältebehandlungsanlagen für immer tiefere Temperaturen auszulegen.
  • Bis etwa -80° C wurden allgemein Kaltdampfmaschinen für die Kälteerzeugung angewendet. Im Bereich bis etwa -120° C wurden wegen des für diese tiefen Temperaturen außerordentlich hohen apparativen und maschinellen Aufwandes Kaltdampfmaschinen nur vereinzelt gebaut. Solche Anlagen müssen vielstufig ausgeführt werden und arbeiten mit mehreren verschiedenen Kältemitteln in Kaskadenschaltung. Die Erzeugung noch tieferer Temperaturen ist der Kaltgasmaschine vorbehalten, deren Anwendung jedoch schon ab etwa -80° C wirtschaftlich zu werden beginnt. Für Tieftemperatur-Kältebehandlungsanlagen wurden bereits Gasexpansions-Kältemaschinen angegeben, die mit hohen Drücken arbeiten. Das Arbeitsmedium wird dabei vor seiner Entspannung mittels mehrstufiger Kaltdampfmaschinen vorgekühlt, und die Erzeugung der Nutzkälte erfolgt durch eine Drosselentspannung des Gases. Der wesentliche Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß bei großem apparativem und maschinellem Aufwand infolge der hohen Drücke und der zusätzlich erforderlichen Kaltdampfmaschine nur ein verhältnismäßig niedriger energetischer Wirkungsgrad erzielt wird. Im Hinblick auf die bei tiefen Temperaturen stark veränderten Materialeigenschaften und die Sicherheit der Anlage sind außerdem die hohen Drücke unerwünscht. Weiter steht der Erreichung noch tieferer Temperaturen bei dem die Nutzkälte erzeugenden Kaltgasprozeß der Umstand entgegen, daß die Siedetemperatur des Arbeitsmediums nicht unterschritten werden kann.
  • Es ist ferner eine Kaltgasmaschine bekannt, die nach dem umgekehrten Heißgaskolbenmotorprinzip arbeitet. In dieser Maschine durchläuft das Arbeitsmedium einen Isothermen-Isochoren-Prozeß. Die Nutzkälte wird am Kopf des Arbeitszylinders geleistet. Soll die Kälteleistung aber an einer bestimmten Stelle einer Kältebehandlungsanlage zur Verfügung stehen, so ist die Anwendung eines Sekundärkreislaufes zum Wärmetransport von der bestimmten Kühlstelle zum Zylinderkopf der Kaltgasmaschine notwendig. Um das Sekundärarbeitsmedium zwangläufig in Umlauf zu setzen, ist eine spezielle Fördereinrichtung erforderlich.
  • Weiterhin ist ein Verfahren zur Erzielung einer Temperaturerniedrigung bekanntgeworden, bei dem mehrere Entspanner hinsichtlich der Druckverhältnisse parallel geschaltet und lyezüglich des Temperaturgebietes einander nachgeordnet sind. Die mit diesem Verfahren erreichbaren tiefsten Temperaturen bleiben jedoch stets beschränkt auf das Temperaturgebiet oberhalb der Kondensationslinie des im Kreislauf verwendeten Arbeitsmediums.
  • Diese Nachteile der bekannten Tieftemperatur-Kältebehandlungsanlagen werden bei Anlagen, bei denen das aus der arbeitabgebenden Entspannungsmaschine eines Kaltgaskreislaufes austretende entspannte Medium im Wärmeaustausch mit dem Medium eines nachgeschalteten Kältekreislaufes steht, erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß der die thermodynamische Berührung der beiden Medien bewirkende Wärmetauscher als Kondensator für den nachgeschalteten Kaltdampfkreislauf ausgebildet ist. Ferner soll die gesamte Kälteleistung des Kaltgaskreislaufes zur Kondensation der Dämpfe des Kaltdampfkreislaufes herangezogen und die Nutzkälte am Verdampfer des Kaltdampfkreislaufes geleistet werden.
  • Auf den Betrieb der erfindungsgemäßen Anlage ist es ohne Einfluß, ob die beiden genannten Kälteprozesse mit verschiedenen Arbeitsmedien oder mit ein und demselben Arbeitsmedium durchgeführt werden. Bei einer vereinfachten konstruktiven Gestaltung der Anlage muß jedoch ein und dasselbe Arbeitsmedium für die beiden genannten Kälteprozesse verwendet werden. In diesem Falle durchströmt das an den beiden Kälteprozessen teilnehmende Arbeitsmedium gemeinsam sowohl den Verdichter als auch den Gegenströmer. Nach Austritt aus dem kalten Ende des Gegenströmers bis zum Wiedereintritt in dasselbe teilt sich der Strom des Arbeitsmediums und durchläuft getrennte, durch den jeweiligen Kälteprozeß bedingte Wege.
  • Zur Erreichung besonders tiefer Temperaturen ist es zweckmäßig, als Arbeitsmedium ein schwer kondensierbares Gas oder eine schwer kondensierbare Gasmischung zu verwenden. Zur Erzielung niedrigster Kondensationstemperaturen beim Kaltdampfprozeß ist es vorteilhaft, die Arbeitsmedien im Kondensator im Gegenstrom zueinander zu führen.
  • Die Erfindung wird an Hand zweier in den beiden Abbildungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es bedeutet hierbei 1 einen Verdichter, 2 einen Vorkühler, 3 einen Gegenströmer, 4 eine Entspannungsmaschine, 5 einen Kondensator, 6 einen Verdichter, 7 eine Entspannungseinrichtung, 8 einen Verdampfer, 9 einen isolierten Nutzraum, 10 einen Verdichter, 11 einen Vorkühler, 12 einen Gegenströmer, 13 eine Entspannungsmaschine, 14 einen Kondensator, 15 eine Entspannungseinrichtung, 16 einen Verdampfer, 17 einen isolierten Nutzraum.
  • Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispieles nach Abb. 1 ist folgende: Das im Verdichter 1 komprimierte Arbeitsmedium des Kaltgasprozesses wird im Vorkühler 2 von der Kompressionswärme befreit und gelangt anschließend in den Gegenströmer 3. Hier wird es durch das entspannte, zum Verdichter 1 zurückströmende Gas auf die für den Eintritt in die Entspannungsmaschine 4 gewünschte Temperatur vorgekühlt. So gelangt es in die Entspannungsmaschine 4, wo der zur weiteren Temperatursenkung notwendige Entzug innerer Energie in Form äußerster Arbeit stattfindet. Das entspannte kalte Medium durchströmt nunmehr den Kondensator 5 der Kaltdampfmaschine und bringt dort das Arbeitsmedium des Kaltdampfprozesses zur Kondensation. Im weiteren Verlauf strömt das Gas, wie oben bereits erwähnt, über den Gegenströmer 3 unter Wärmeaufnahme zurück zum Verdichter 1, um den Kreislauf erneut zu beginnen. Gleichzeitig wird das Medium des Kaltdampfprozesses nach Kompression im Verdichter 6 dem Kondensator 5 zugeleitet, wo die bereits erwähnte Kondensation durch Wärmeentzug mittels des Kaltgasprozesses stattfindet. Anschließend wird das verflüssigte Arbeitsmedium über die Entspannungseinrichtung 7 in den Verdampfer 8 entspannt. Hieraus wird es vom Verdichter 6 abgesaugt, um den Kaltdampfkreisprozeß erneut zu durchlaufen. Am Verdampfer 8 erfolgt die zur beabsichtigten Kältebehandlung im Nutzraum 9 erforderliche Wärmeaufnahme. Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispieles nach Abb. 2 ist folgende: Das im Verdichter 10 komprimierte Arbeitsmedium des Kaltgas- und des Kaltdampfprozesses wird im Vorkühler 11 von der Kompressionswärme befreit und gelangt anschließend in den Gegenströmer 12. Hier wird es durch das entspannte, zum Verdichter 10 zurückströmende Arbeitsmedium auf die für die Entspannungsmaschine 13 und den Kondensator 14 gewünschte Eintrittstemperatur vorgekühlt. Nach dem Austritt aus dem Gegenströmer teilt sich der Strom des Arbeitsmediums. Der größere Teil wird in der Entspannungsmaschine 13 entspannt, wobei die bereits beschriebene Temperatursenkung eintritt. Das kalte, entspannte Medium durchströmt nunmehr den Kondensator 14 des Kaltdampfprozesses und bringt dort den kleineren Teilstrom des Arbeitsmediums zur Kondensation. Im weiteren Verlauf strömt der größere Teilstrom nach Wiedervereinigung mit dem kleineren Teilstrom über den Gegenströmer 12 unter Wärmeaufnahme zurück zum Verdichter 10, um den Kreislauf erneut zu beginnen. Der nach dem Austritt aus dem Gegenströmer abgezweigte kleinere Teilstrom wird dem Kondensator 14 zugeführt und darin verflüssigt. Anschließend wird das flüssige Arbeitsmedium über die Entspannungseinrichtung 15 dergestalt in dem Verdampfer 16 entspannt, daß es bei der anschließenden Wiedervereinigung mit dem größeren Teilstrom den gleichen Druck wie dieser besitzt. Am Verdampfer 16 erfolgt die zur beabsichtigten Kältebehandlung im Nutzraum 17 erforderliche Wärmeaufnahme. In den Abbildungen ist die Strömungsrichtung des Mediums durch Pfeile angegeben.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Tieftemperatur-Kältebehandlungsanlage, vorzugsweise im Bereich von -100 bis -200° C, bei der das aus der arbeitabgebenden Entspannungsmaschine eines Kaltgaskreislaufes austretende entspannte Medium im Wärmetausch mit dem Medium eines nachgeschalteten Kältekreislaufes steht, dadurch gekennzeichnet, daß der die thermodynamische Berührung der beiden Medien bewirkende Wärmetauscher als Kondensator (5, 14) für den nachgeschalteten Kaltdampfkreislauf ausgebildet ist, daß ferner die gesamte Kälteleistung des Kaltgaskreislaufes zur Kondensation der Dämpfe des Kaltdampfkreislaufes herangezogen und die Nutzkälte am Verdampfer (8, 16) des Kaltdampfkreislaufes geleistet wird.
  2. 2. Tieftemperatur-Kältebehandlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden genannten Kälteprozesse ein und dasselbe Arbeitsmedium verwendet wird.
  3. 3. Tieftemperatur-Kältebehandlungsanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das an den beiden genannten Kälteprozessen teilnehmende Arbeitsmedium gemeinsam sowohl Verdichter (10) als auch Gegenströmer (12) durchströmt, wohingegen das Arbeitsmedium nach Austritt aus dein kalten Ende des Gegenströmers bis zum Wiedereintritt in dasselbe getrennte, durch den jeweiligen Kälteprozeß bedingte Wege durchläuft.
  4. 4. Tiefternperatur-Kältebehandlungsanlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmedium ein schwer kondensierbares Gas oder eine schwer kondensierbare Gasmischung verwendet wird.
  5. 5. Tieftemperatur-Kältebeliandlungsanlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsmedien im Kondensator (5, 14) im Gegenstrom zueinander geführt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 554 464, 86-1876.
DEV13637A 1957-12-31 1957-12-31 Tieftemperatur-Kaeltebehandlungsanlage Pending DE1093386B (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DEV13637A DE1093386B (de) 1957-12-31 1957-12-31 Tieftemperatur-Kaeltebehandlungsanlage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DEV13637A DE1093386B (de) 1957-12-31 1957-12-31 Tieftemperatur-Kaeltebehandlungsanlage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1093386B true DE1093386B (de) 1960-11-24

Family

ID=7574289

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DEV13637A Pending DE1093386B (de) 1957-12-31 1957-12-31 Tieftemperatur-Kaeltebehandlungsanlage

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE1093386B (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE554464C (de) * 1930-08-20 1932-07-09 Aeg Verfahren zur Erzielung einer Temperaturerniedrigung
DE864876C (de) * 1951-04-11 1953-01-29 Philips Nv Kaltgaskuehlmaschine

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE554464C (de) * 1930-08-20 1932-07-09 Aeg Verfahren zur Erzielung einer Temperaturerniedrigung
DE864876C (de) * 1951-04-11 1953-01-29 Philips Nv Kaltgaskuehlmaschine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1103363B (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines ausgeglichenen Kaeltehaushaltes bei der Gewinnung von unter hoeherem Druck stehenden Gasgemischen und/oder Gasgemisch-komponenten durch Rektifikation
DE102008005978A1 (de) Niedertemperaturkraftwerk und Verfahren zum Betreiben eines thermodynamischen Zyklus
DE2151806A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Verfluessigung eines Kaeltemittels
DE1092494B (de) Verfahren und Einrichtung zur Kaelteerzeugung durch arbeitsleistende Entspannung eines Hochdruckgases
DE102011052776B4 (de) Überkritische Wärmepumpe
DE1093386B (de) Tieftemperatur-Kaeltebehandlungsanlage
DE102012017314B4 (de) System zur Wirkungsgradsteigerung von zwei- oder mehrstufigen Verdichteranordnungen
DE1239888B (de) Gasdampfturbinenanlage
DE2842899A1 (de) Dampfkreislauf
DE4134588A1 (de) Kuehlanlage, insbesondere fuer gasverfluessigung
DE2345420A1 (de) Verfahren zum betreiben von kraftmaschinen, kaeltemaschinen oder dergleichen sowie arbeitsmittel zur durchfuehrung dieses verfahrens
DE2049181A1 (en) Refrigeration cycle - with expansion of low boiling fraction of mixtu through turbine
DE803301C (de) Verfahren zum Kaltfahren von Anlagen zur Verfluessigung oder Zerlegung von Gasen bzw. Gasgemischen
EP0168519A2 (de) Vorrichtung zum Verflüssigen eines tiefsiedenden Gases, insbesondere Heliumgas
DE703195C (de) Waermekraftanlage
DE725157C (de) Verfahren zur Gewinnung eines tiefsiedenden Gases, insbesondere zur Gewinnung von Wasserstoff aus Koksofengas
DE3615375C2 (de)
DE243031C (de)
DE963155C (de) Verfahren zur Energierueckgewinnung bei der Kuehlung von ein- oder mehrstufig verdichteten Gasen in Waermeaustauschern, die den Verdichtungsstufen nachgeschaltet sind
DE482561C (de) Verfahren zur Abkuehlung von Gasgemischen
DE505900C (de) Gasverfluessigungsverfahren
DE873629C (de) Waermekraftanlage in geschlossenem Kreislauf mit Abwaermeverwertung
DE894248C (de) Verfahren zur Zerlegung von Luft durch Verfluessigung und Rektifikation
DE398033C (de) Verfahren und Einrichtung zur Verwertung der Abgase von Verbrennungsanlagen oder Brennkraftmaschinen
DE685490C (de) Verfahren zum Ausfrieren der Kohlensaeure