DE1190475B - Einrichtung zum Verfluessigen eines unter Druck zugefuehrten Gases in einem Raum, der kuehlbar und mit einer Zu- und Ableitung versehen ist - Google Patents

Einrichtung zum Verfluessigen eines unter Druck zugefuehrten Gases in einem Raum, der kuehlbar und mit einer Zu- und Ableitung versehen ist

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DE1190475B
DE1190475B DEN24367A DEN0024367A DE1190475B DE 1190475 B DE1190475 B DE 1190475B DE N24367 A DEN24367 A DE N24367A DE N0024367 A DEN0024367 A DE N0024367A DE 1190475 B DE1190475 B DE 1190475B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
F25j
Deutsche Kl.: 17g-1
Nummer: 1190475
Aktenzeichen: N 243671 a/17 g
Anmeldetag: 30. Januar 1964
Auslegetag: 8. April 1965
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Verflüssigen eines unter Druck zugeführten Gases in einem Raum, der vorzugsweise mittels einer Kaltgaskältemaschine auf die dem Druck des Gases entsprechende Kondensationstemperatur kühlbar und mit einer Zu- und Ableitung versehen ist.
Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art wird ein Gas unter Druck einem auf der zu diesem Druck gehörenden Kondensationstemperatur des betreffenden Gases gekühlten Raum zugeführt und nach Kondensation daraus wieder abgeleitet. Nachteilig ist hierbei, daß bei der Ableitung das verflüssigte Gas vom Druck, bei dem die Kondensation stattfindet, durch ein Expansionsventil bis auf Atmosphärendruck expandiert werden muß. Dies hat zur Folge, daß ein großer Teil der Flüssigkeit sich wieder verflüchtigt. Der Prozentsatz der verflüchtigten Flüssigkeit kann sich manchmal, z. B. bei unter einem Druck von 8 Atm. verflüssigtem Wasserstoff gas, auf 40% belaufen.
Bei bekannten Einrichtungen wird die verflüchtigte so Flüssigkeit durch einen Wärmeaustauscher geführt, wo sie im Gegenstrom zu dem zu kondensierenden Gas wieder bis auf Zimmertemperatur erhitzt wird. Dies ermöglicht zwar eine Ausbeuteverbesserung gegenüber der zuvor erwähnten Einrichtung, doch nur unter Inkaufnahme eines komplizierten und teuren Wärmeaustauschers.
Ein Nachteil dieser bekannten Einrichtungen ist auch, daß das zu kondensierende Gas eine große Reinheit haben muß, da sonst die im allgemeinen engen Kanäle im Wärmeaustauscher sowie das Expansionsventil durch die Verunreinigungen verstopft werden können.
Die Erfindung bezweckt, trotz Vermeidung komplizierter Wärmeaustauscher und des Expansionsventils den günstigen Umstand der Verflüssigung des Gases unter erhöhtem Druck beibehalten zu können, die also bei höherer Temperatur stattfinden kann, bei der die erforderliche Kälte im allgemeinen vorteilhafter geliefert werden kann.
Zu diesem Zweck sind bei der eingangs umschriebenen Verflüssigungseinrichtung besondere Abwandlungen vorgenommen, die erfindungsgemäß darin bestehen, daß in der Zu- und Ableitung Ventile angeordnet und derart betätigbar sind, daß bei geschlossenem Ventil in der Ableitung das Ventil in der Zuleitung nach Verflüssigung einer bestimmten Gasmenge oder nach einer bestimmten Zeit ebenfalls schließt und nach weiterer Verflüssigung des eingeschlossenen Gases das Ventil in der Ableitung bei Erreichen eines etwa dem Lagerdruck entsprechenden Druckes sich öffnet.
Einrichtung zum Verflüssigen eines unter Druck
zugeführten Gases in einem Raum, der kühlbar
und mit einer Zu- und Ableitung versehen ist
Anmelder:
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven
(Niederlande)
Vertreter:
Dipl.-Ing. H. Zoepke, Patentanwalt,
München 5, Erhardtstr. 11
Als Erfinder benannt:
Johannes Rudolphus van Geuns, Eindhoven
(Niederlande)
Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 4. Februar 1963 (288 549) -
Mittels dieser Einrichtung nach der Erfindung lassen sich Gase und Gasgemische, wie Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Helium, mit einer besseren Ausbeute als bisher verflüssigen.
Zweckvoll ist es, wenn bei der gekennzeichneten Verflüssigungsvorrichtung eine Regelvorrichtung vorgesehen ist, welche die in der Zu- und Ableitung angeordneten Ventile automatisch steuert.
Obwohl das Kondensieren des Gases unter Druck bei dieser Anlage also intermittierend stattfindet, hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die Erzeugung pro Zeiteinheit vergrößert wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Einrichtung ergibt sich, wenn sie wenigstens zwei kühlbare Kondensationsräume aufweist, die abwechselnd an die gleiche Zuleitung für Gas unter Druck anschließbar sind und je eine Ableitung für verflüssigtes Gas aufweisen. In diesem Falle wird also abwechselnd in einem der beiden Kondensationsräume Gas unter Druck kondensiert, während im anderen Raum fortlaufend das Kühlen mit nachfolgender Ableitung des verflüssigten Gases stattfindet.
Eine weitere Ausführungsform der Verflüssigungseinrichtung zeichnet sich durch die Besonderheit
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3 4
aus, daß sie zwei Behälter aufweist, in deren jedem Das kondensierte Gas kann durch die Leitung 5 in der kalte Kopf einer Kaltgaskältemaschine angeord- das Vorratsgefäß 6 fließen. Wenn die Flüssigkeit im net ist und die abwechselnd über Leitungen an den Vorratsgefäß 6 einen vorgeschriebenen, vom Flüs- kühlbaren Kondensationsraum anschließbar sind, sigkeitsstandanzeiger aufgenommenen Pegel erreicht sowie je mit einer je ein regelbares Ventil enthalten- 5 hat, wird durch die Regelvorrichtung 10 das Ventil 8 den Ableitung für verflüssigtes Gas versehen sind, geschlossen. Die Kältemaschine 3 setzt das Kühlen t und ferner eine Regelvorrichtung vorgesehen ist, die des im Kondensationsraum 4 vorhandenen Dampfes ' nach einer bestimmten Zeit oder nachdem die Flüs- fort, wobei der Druck und die Temperatur im Raum 4 sigkeit in einem der Behälter einen bestimmten Pegel und also auch im Vorratsgefäß 6 abnehmen. Wenn erreicht hat, den betreffenden Behälter vom Kon- io der im Gefäß 6 angeordnete Druckanzeiger einen densationsraum abschließt und den anderen Be- Druck mißt, der dem Atmosphärendruck oder dem halter mit ihm in Verbindung setzt, wobei nach wei- Druck in einem Lagerbehälter entspricht, so wird terer Verflüssigung des im abgeschlossenen Behälter durch die Regelvorrichtung 11 das Ventil 9 geöffnet, eingeschlossenen Gases eine weitere Regelvorrich- und es kann die Flüssigkeit ohne Expansion aus dem tung das Ventil in der betreffenden Flüssigkeits- 15 Vorratsgefäß 6 abgeleitet werden. Wenn die Flüssig ableitung erst öffnet, wenn der Druck im abgeschlos- keit im Gefäß 6 unterhalb eines bestimmten Pegels senen Behälter im wesentlichen gleich dem Lager- gefallen ist, wird das Ventil 9 wieder geschlossen druck ist. und das Ventil 8 geöffnet.
Wenn als Kältequelle keine Kaltgaskältemaschine Obwohl obenstehend eine Anlage beschrieben ist, verwendet wird, muß in der Einrichtung eine ge- 20 bei der der Stand der Ventile 8 und 9 abhängig vom sonderte Vorrichtung vorgesehen sein, die die Tem- Flüssigkeitspegel und dem Druck im Vorratsgefäß 6 peratur, bei der die Kältequelle während der fort- bestimmt wird, ist es auch möglich, eine Anlage zu gesetzten Kühlung ihre Kälte liefert, der Temperatur haben, die zeitabhängig geregelt wird. und dem Druck des Gases im betreffenden Raum an- Die Wirkungsweise der Vorrichtung kann dann paßt. Der große Vorteil der Kaltgaskältemaschine as z. B. folgende sein. Zum Kondensieren von Wasserbesteht gerade darin, daß sie ihre Temperatur, bei stoff wird der Wasserstoff unter einem Druck von der sie die Kälte liefert, den Umständen anpaßt. 8 Atm. 20 Minuten lang dem Kondensationsraum 4
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher zugeführt. Nach diesen 20 Minuten wird das Ventil
erläutert. geschlossen. Die Kältemaschine 3 kühlt dann 3 Mi-
F i g. 1 zeigt schematisch eine einen Kondensa- 30 nuten lang den Dampf im Kondensationsraum 4,
tionsraum aufweisende Anlage zum Verflüssigen eines wobei also der Druck wieder abnimmt. Dann wird
Gases; das Ventil 9 geöffnet und die Flüssigkeit abgeleitet.
F i g. 2 zeigt schematisch eine Anlage, die zwei Es hat sich gezeigt, daß man auf diese Weise eine Anlagen gemäß F i g. 1 aufweist, die abwechselnd Produktionserhöhung von etwa 50% erreicht gegen- an die gleiche Zuleitung für Gas unter Druck an- 35 über dem Verfahren, bei dem kontinuierlich Wassergeschlossen werden können; stoff unter einem Druck von 8 Atm. kondensiert
F i g. 3 und 4 zeigen schematisch zwei Ausfüh- wird, worauf dieser kondensierte Wasserstoff auf
rungsformen einer Anlage zum Verflüssigen eines Atmosphärendruck expandiert wird.
Gases, wobei diese Anlage zwei Flüssigkeitsbehälter Obwohl in der Zeichnung das Gas unter Druck
aufweist, die abwechselnd an einen Raum, in dem 40 einem Behälter 1, z. B. einer Gasflasche, entnom-
Gas unter Druck kondensiert wird, angeschlossen men wird, kann das Gas unter Druck auch mittels
werden können. eines Kompressors zugeführt werden.
Die Anlage gemäß F i g. 1 enthält einen Behälter 1 In F i g. 2 ist schematisch dargestellt, wie es mög- mit einem Gas, z. B. Wasserstoffgas, unter einem lieh ist, zwei Anlagen gemäß F i g. 1 abwechselnd Druck von z. B. 8 Atm. An den Behälter 1 ist eine 45 mit der gleichen Zuleitung 2 für Gas unter Druck zu Leitung 2 angeschlossen, die mit ihrem anderen Ende kuppeln. Zu diesem Zweck verwendet man einen an den um den Kältekopf der Kaltgaskältemaschine 3 Dreiweghahn 12. Die Wirkungsweise jeder der bei vorgesehenen Kondensationsraum 4 angeschlossen den Anlagen ist gleich derjenigen der Anlage gemäß ist. Durch eine Leitung5 steht der Kondensations- Fig. 1, in dem Sinne, daß beim Erreichen eines be raum 4 in offener Verbindung mit einem Vorrats- 50 stimmten Flüssigkeitspegels in einem der Gefäße 6 gefäß 6, an das eine Flüssigkeitsableitung 7 ange- jetzt der Dreiweghahn 12 umgeschaltet wird. schlossen ist. In der Gaszuleitung 2 ist ein regelbares In F i g. 3 ist eine andere Ausführungsform einer Ventil 8 und in der Ableitung 7 ein regelbares Anlage zum Verflüssigen eines Gases dargestellt. Ventil 9 vorgesehen. Im Vorratsgefäß 6 ist ein nicht In dieser Anlage ist 32 eine Zuleitung für Gas unter dargestellter Flüssigkeitsstandanzeiger angeordnet, 55 Druck, die an den Kondensationsraum 34 an der durch eine Regelvorrichtung, die in der Zeich- geschlossen ist, der um den Kopf einer Kaltgaskälte- nung schematisch mit einer gestrichelten Linie 10 maschine 33 angeordnet ist. An den Kondensations- dargestellt ist, den Stand des Ventils 8 bestimmen raum 34 sind zwei Flüssigkeitsableitungen 35 und 36 kann. Weiter ist das Vorratsgefäß 6 mit einem eben- angeschlossen, die mit ihrem anderen Ende in die falls nicht dargestellten Druckanzeiger versehen, der 60 Behälter 37 und 38 münden. An diese Behälter sind durch eine Regelvorrichtung, die in der Zeichnung Flüssigkeitsableitungen 39 und 40 angeschlossen, die schematisch mit einer gestrichelten Linie 11 dar- mit regelbaren Ventilen 41 und 42 versehen sind. In gestellt ist, den Stand des Ventils 9 bestimmt. den Leitungen 35 und 36 sind ebenfalls regelbare
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende. Ventile 43 und 44 vorgesehen. Weiter ist in jedem Zu Beginn wird das Ventil 9 geschlossen und das 65 der Behälter 37 und 38 der Kältekopf einer Kaltgas- Ventil 8 geöffnet, wobei das Gas aus dem Behälter 1 kältemaschine 45 bzw. 46 angeordnet. zum Kondensationsraum 4 fließt und dort auf dem Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende. Kältekopf der Kaltgaskältemaschine 3 kondensiert. Zu Beginn sind die Ventile 41 und 42 geschlossen
und eines der Ventile 43 oder 44 geöffnet. Wenn angenommen wird, daß das Ventil 43 geöffnet ist, wird die Flüssigkeit, die im Raum 34 kondensiert, durch die Leitung 35 zum Behälter 37 fließen. Da der Raum 34 und der Behälter 37 in offener Verbindung miteinander steht, kann das Hochdruckgas auch den Kopf der Kältemaschine 45 erreichen, auf dem ein Teil dieses Gases kondensiert wird. Wenn die Flüssigkeit im Behälter 37 einen bestimmten Pegel erreicht hat, so sorgt eine mit gestrichelten Linien 47 bezeichnete Regelvorrichtung dafür, daß das Ventil 43 geschlossen und das Ventil 44 geöffnet wird.
Die Kältemaschine 45 kühlt jetzt den Dampf, der sich im Behälter 37 über der Flüssigkeit befindet, weiter. Hierdurch nehmen der Druck und die Temperatur in diesem Behälter ab. Wenn der Druck im Behälter im wesentlichen gleich dem Druck der Umgebung ist, so öffnet die mit gestrichelten Linien 48 schematisch dargestellte Regelvorrichtung das Ventil 41, so daß das verflüssigte Gas durch die Ableitung 39 den Behälter 37 verlassen kann. Inzwischen hat sich im Behälter 38 eine Menge Flüssigkeit angesammelt. Beim Erreichen eines bestimmten Flüssigkeitspegels in diesem Behälter wird das Ventil 44 ge- schlossen und das Ventil 43 wieder geöffnet. Auf diese Weise wird also kontinuierlich Gas unter hohem Druck kondensiert, wobei die Flüssigkeit erst abgelassen wird, wenn der Druck niedrig genug ist.
Eine andere Ausführungsform der oben beschriebenen Anlage ist in F i g. 4 dargestellt. In diesem Fall ist an den Kondensationsraum 34 nur eine Leitung 50 angeschlossen, die über einen Dreiweghahn 51 mit den offenen Leitungen 35 und 36 verbunden werden kann. Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung entspricht derjenigen der F i g. 3.
In der Zeichnung ist immer deutlichkeitshalber ein Behälter 6, 37, 38 zwischen der Ableitung aus dem Kondensationsraum um den kalten Kopf der Kältemaschine und dem Ableitungsventil 9, 41, 42 dargestellt. Gegebenenfalls kann der Kondensationsraum derart eingerichtet sein, daß die während des Kondensierens unter hohem Druck gebildete Flüssigkeit in ihm gelagert wird. Dies gibt eine baulich einfachere Vorrichtung, aber ändert weiter nichts am Grundgedanken der Erfindung.
Obwohl in der Zeichnung als Kältequellen Kaltgaskältemaschinen dargestellt sind, können auch andere Kältequellen verwendet werden. Der Vorteil der Kaltgaskältemaschine ist jedoch, daß diese Maschinen ihre Kälte bei Temperaturen erzeugen, die sich den Umständen anpassen, so daß bei der fortgesetzten Kühlung die Kältemaschine ihre Kälte bei immer niedriger werdenden Temperaturen liefert. Dies macht eine Regelung der Kältequelle in diesem Fall überflüssig.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist besonders geeignet zum Verflüssigen von Gasen mit niedrigem Siedepunkt, wie z. B. Wasserstoff, Helium oder Neon.

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Einrichtung zum Verflüssigen eines unter Druck zugeführten Gases in einem Raum, der vorzugsweise mittels einer Kaltgaskältemaschine auf die dem Druck des Gases entsprechende Kondensationstemperatur kühlbar und mit einer Zu- und Ableitung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zu- und Ableitung Ventile angeordnet und derart betätigbar sind, daß bei geschlossenem Ventil in der Ableitung das Ventil in der Zuleitung nach Verflüssigung einer bestimmten Gasmenge oder nach einer bestimmten Zeit ebenfalls schließt und nach weiterer Verflüssigung des eingeschlossenen Gases das Ventil in der Ableitung bei Erreichen eines etwa dem Lagerdruck entsprechenden Druckes sich öffnet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelvorrichtung vorgesehen ist, welche die Ventile automatisch steuert.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens zwei kühlbare Kondensationsräume (4) aufweist, die abwechselnd an die gleiche Zuleitung (2) für Gas unter Druck anschließbar sind und je eine Ableitung (7) für verflüssigtes Gas aufweisen.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Behälter (37, 38) aufweist, in deren jedem der kalte Kopf einer Kaltgaskältemaschine (45, 46) angeordnet ist und die abwechselnd über Leitungen (35, 36) an den kühlbaren Kondensationsraum (34) anschließbar sind, sowie je mit einer je ein regelbares Ventil (41, 42) enthaltenden Ableitung (39, 40) für verflüssigtes Gas versehen sind, und ferner eine Regelvorrichtung (47) vorgesehen ist, die nach einer bestimmten Zeit oder nachdem die Flüssigkeit in einem der Behälter (37, 38) einen bestimmten Pegel erreicht hat, den betreffenden Behälter (37, 38) vom Kondensationsraum (34) abschließt und den anderen Behälter mit ihm in Verbindung setzt, wobei nach weiterer Verflüssigung des im abgeschlossenen Behälter eingeschlossenen Gases eine weitere Regelvorrichtung (48) das Ventil in der betreffenden Flüssigkeitsableitung erst öffnet, wenn der Druck im abgeschlossenen Behälter im wesentlichen gleich dem Lagerdruck ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 844 910.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
509 538/97 3.65
Bundesdruckerei Berlin
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