DE1232173B - Vorrichtung zum Verfluessigen eines Gasgemisches - Google Patents

Vorrichtung zum Verfluessigen eines Gasgemisches

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DE1232173B
DE1232173B DEN27400A DEN0027400A DE1232173B DE 1232173 B DE1232173 B DE 1232173B DE N27400 A DEN27400 A DE N27400A DE N0027400 A DEN0027400 A DE N0027400A DE 1232173 B DE1232173 B DE 1232173B
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gas
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Jan Willem Van Solingen
Johannes Rudolphus Geuns
Aldert Teunis Bloem
Johannes Constant Clem Bolsius
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Koninklijke Philips NV
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
F25j
Deutsche Kl.: 17g-1
1232173
N27400 I a/17g
28. September 1965
12. Januar 1967
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verflüssigen eines Gasgemisches -wie Luft, das mehrere Bestandteile mit verschiedenem Siedepunkt enthält, mit einem Kompressor, einer Einrichtung zum Abscheiden von Verunreinigungen wie Wasser und Kohlendioxyd aus dem Gasgemisch und einer Kaltgaskühlmaschine, an deren Kondensationsraum eine Leitung für das kondensierte Gasgemisch über ein Drosselventil an einen Sammelbehälter angeschlossen ist. ίο
Bei dieser bekannten Vorrichtung verdampft ein Teil des Kondensates wieder, wenn es im Drosselventil entspannt wird. Hierbei verdampft der Bestandteil mit dem niedrigsten Siedepunkt eher als die anderen Bestandteile, so daß die Zusammensetzung des Kondensates im Sammelbehälter eine andere ist als die des ursprünglichen Gasgemisches. Besonders beim Anlauf der Vorrichtung tritt eine starke Verdampfung auf. Wenn Luft kondensiert wird, besteht das Kondensat im Behälter dann zu einem großen Teil aus Sauerstoff, was unerwünscht ist.
Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu beheben. Die eingangs umschriebene Vorrichtung ist zu diesem Zweck gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß im Dampfraum des Sammelbehälters ein oder mehrere Wärmeaustauschkanäle vorhanden sind, die an einem Ende über eine Leitung, in der ein weiteres Drosselventil liegt, mit der Unterseite des Sammelbehälters in Verbindung steht bzw. stehen und dessen anderes Ende bzw. deren andere Enden an eine Gasableitung angeschlossen ist bzw. sind.
Ein Teil der im Sammelbehälter befindlichen Flüssigkeit wird im zweiten Drosselventil expandiert. Dieses expandierte Gasgemisch hat eine Temperatur, die niedriger als die des Kondensates ist, das aus der Kaltgaskältemaschine in den Behälter fließt. Wenn das während des Drosselvorganges verdampfte Kondensat, das gegebenenfalls um durch Einlecken von Wärme gebildeten Dampf vermehrt ist, mit den kaiten Wärmeaustauschkanälen in Berührung kommt, kondensiert es sich wieder. Infolge der Kondensation des gebildeten Dampfes weicht nunmehr die Zusammensetzung der Flüssigkeit im Behälter nicht von der anfänglichen Zusammensetzung des Gasgemisches ab. Eine unerwünschte Anreicherung des Kondensates an einem der Bestandteile tritt somit nicht auf.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Kompressor ein Kühler angeordnet ist, der zwei Wärmeaustauschschlangen enthält, von denen die erne von dem komprimierten Gasgemisch durchströmt ist und die anVorrichtung zum Verflüssigen eines Gasgemisches
Anmelder:
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)
Vertreter:
Dipl.-Ing. H. Zoepke, Patentanwalt,
München 5, Erhardtstr. 11
Als Erfinder benannt:
Jan Willem van Solingen,
Johannes Rudolphus Geuns,
Aldert Teunis Bloem,
Johannes Constant Clemens Bolsius,
Eindhoven (Niederlande)
Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 30. September 1964 (6 411356)
dere an die Gasableitung angeschlossen ist, welche von den Wärmeaustauschkanälen kommt, wobei die Wärmeaustauschschlangen im Kühler in Flüssigkeit untergetaucht sind.
In diesem Kühler gibt das in den Wärmeaustauschkanälen im Sammelbehälter verdampfte Gas seine Kälte an das komprimierte Gasgemisch ab. Dadurch, daß zwischen den Kanälen im Kühler als Wärmeübertragungsmittel eine Flüssigkeit wie Wasser vorhanden ist, wird verhütet, daß das komprimierte Gasgemisch örtlich zu stark abgekühlt wird. Dies könnte eine Abscheidung von Wasser und Kohlensäureschnee herbeiführen, wodurch die betreffenden Kanäle verstopft werden würden. Durch das Vorhandensein von Flüssigkeit ist dieser Prozeß völlig verhindert.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung besteht die Einrichtung zum Abscheiden von Verunreinigungen aus zwei umschaltbaren Adsorptionsvorrichtungen, wobei die Leitung für das komprimierte Gasgemisch und die an die im Sammelbehälter vorhandenen Wärmeaustauschkanäle angeschlossene Gasableitung nach Durchtritt durch den Kühler abwechselnd an je eine der beiden Adsorptionsvorrichtungen anschließbar sind.
Hierbei gibt das komprimierte Gasgemisch Wasser und Kohlendioxyd an die Adsorptionsvorrichtung ab,
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während das angewärmte Niederdruckgas aus der Wärmeaustauschkanal 17 ist eine Gasableitung 18 Gasableitung die Verunreinigungen, die während angeschlossen. In diese Leitung 18 ist eine Wärmeeiner vorhergehenden Periode in der Adsorptions- austauschschlange 19 aufgenommen, die in der im vorrichtung zurückgeblieben sind, wieder daraus mit Kühler 6 befindlichen Flüssigkeit untergetaucht ist. sich nimmt. 5 In dieser Flüssigkeit ist ferner eine Schlange 20 an-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungs- gebracht, die einen Teil der Leitung 5 für das kom-
form sind eine oder mehrere weitere Kühlmaschinen primierte Gasgemisch bildet.
vorgesehen, die das komprimierte Gasgemisch nach Der Kompressor saugt atmosphärische Luft an
seinem Austritt aus der Einrichtung zum Abscheiden und komprimiert sie zu etwa 7 at. Dieser kompri-
von Verunreinigungen bei einer über dem Konden- io mierten Luft wird im Kühler 3 die Kompressions-
sationspunkt des komprimierten Gasgemisches lie- wärme entzogen. Dann wird sie im Kühler 6 im
genden Temperatur abkühlen. Wärmeaustausch mit dem in dem Kanal 17 verdampf-
Auch kann die Einrichtung zum Abscheiden von ten Gas abgekühlt. Aus dem gekühlten komprimier-Verunreinigungen aus drei zyklisch umschaltbaren ten Gasgemisch werden in einer der umschaltbaren Regeneratoren bestehen, wobei ein Teil des im ersten 15 Adsorptionsvorrichtungen Wasser und Kohlendioxyd Regenerator gekühlten und gereinigten Gasgemisches beseitigt. Das gereinigte Gasgemisch wird in der unter Anwärmung durch den zweiten Regenerator Kompressionskühlmaschine 9 vorgekühlt. Gegebenenhindurchgeführt, in einer oder mehreren Kühlmaschi- falls können mehrere solcher Kühlmaschinen in Reihe nen abgekühlt und vor der Kaltgaskühlmaschine mit durchlaufen werden. Auch ist es möglich, an Stelle einem Teil des aus dem ersten Regenerator ausströ- 20 von Kompressionskühlmaschinen Kaltgaskühlmamenden Gasgemisches vereinigt wird und wobei das schinen oder eine Kombination beider Maschinen zu in den im Sammelbehälter angeordneten Wärme- verwenden. Das vorgekühlte Gas wird im Kondenaustauschkanälen verdampfte Gasgemisch mit einem sationsraum einer Kaltgaskältemaschine 10 kondenübrigen Teil des aus dem ersten Regenerator aus- siert. Das Kondensat wird durch eine Leitung 11 abströmenden Gasgemisches vereinigt und durch den 25 geführt, wobei es im Drosselventil 12 bis auf etwa dritten Regenerator hindurchgeleitet wird. 3 at entspannt wird. Dabei verdampft ein Teil des
Auf diese Weise ergibt sich eine Vorrichtung, bei Kondensates. Da das Gasgemisch (Luft) aus Bestand-
der sämtliche Verunreinigungen in den Regenera- teilen (Sauerstoff und Stickstoff) mit verschiedenen
toren ausgeschieden und aus den Regeneratoren vom Siedepunkten besteht, verdampft die Komponente
verdampften Gas wieder mitgenommen werden. 30 mit dem niedrigeren Siedepunkt (Stickstoff) am ersten.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer Dies bedeutet, daß das Kondensat zu sehr am Be-
Zeichnung näher erläutert, in der schematisch zwei standteil mit dem höheren Siedepunkt (Sauerstoff)
Beispiele von Vorrichtungen zum Verflüssigen von angereichert wird. Um diese unerwünschte Erschei-
Gasgemischen dargestellt sind. nung zu vermeiden, wird ein Teil der Flüssigkeit aus
F i g. 1 zeigt schematisch und nicht maßstäblich 35 dem Behälter 13 im Drosselventil 16 entspannt, z. B.
eine Vorrichtung zum Verflüssigen von Luft oder auf etwa Atmosphärendruck oder sogar bis unterhalb
anderen Gasgemischen; dieses Druckes. Infolgedessen nimmt die Temperatur
F i g. 2 zeigt schematisch und nicht maßstäblich ab, und der Kanal 17 weist eine derartige Tempeeine Vorrichtung zum Verflüssigen von Luft, bei der ratur auf, daß sich der im Drosselventil 12 gebildete zum Beseitigen von Verunreinigungen aus der zu 40 Dampf kondensiert, so daß die Flüssigkeit im Beverflüssigenden Luft drei umschaltbare Regenera- hälter 13 die anfängliche Zusammensetzung hat. Das toren Verwendung finden. in dem Kanal 17 gebildete Gas wird durch eine Lei-
In F i g. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Korn- tung 18 zur Schlange 19 geführt, in der die Kälte pressor. Die Abführleitung 2 für komprimiertes Gas dieses Gases zum Kühlen des komprimierten Gasist über einen Wasserkühler 3 zum Ableiten der Korn- 45 gemisches dient. Dann wird der angewärmte Niederpressionswärme an ein Puffergefäß 4 angeschlossen. druckdampf in die Außenluft abgeführt. Bei einer Von dem Puffergefäß 4 her läuft eine Leitung 5 zu alternativen Bauart, die durch Strichellinien angeeinem Kühler 6. Das gekühlte komprimierte Gas wird, geben ist, wird dieses warme Niederdruckgas zum nachdem etwaiges bereits kondensiertes Wasser in Regenerieren der Adsorptionsvorrichtung benutzt. Zu der Vorrichtung 7 aus ihm beseitigt worden ist, einer 50 diesem Zweck wird die Niederdruckgasableitung mit von zwei umschaltbaren Adsorptionsvorrichtungen 8 derjenigen Adsorptionsvorrichtung verbunden, die in zugeführt. Das gereinigte Gasgemisch strömt dann einer vorhergehenden Periode mit Wasser und Kohzum Kühlraum einer Kompressionskühlmaschine 9, lendioxyd gesättigt worden ist. Das Niederdruckgas in dem es bei einer über dem Kondensationspunkt nimmt dabei die abgelagerten Verunreinigungen aus liegenden Temperatur vorgekühlt wird. Das vorge- 55 dieser Adsorptionsvorrichtung mit sich,
kühlte Gasgemisch wird dann dem Kondensations- F i g. 2 zeigt eine Vorrichtung zum Verflüssigen raum einer Kaltgasmaschine 10 zugeführt. Das Kon- von Luft, die im großen und ganzen gleich der Vordensat wird durch eine Leitung 11, in der ein Dros- richtung nach F i g. 1 ist. Entsprechende Teile sind selventil 12 angebracht ist, zu einem Sammelbehälter deshalb mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
13 geführt. Dieser Sammelbehälter ist mit einer Lei- 60 Die Vorrichtung enthält wieder einen Kompressor 1 tung 14 versehen, die bei 15 unten in den Behälter und einen Kühler 3 zum Ableiten der Kompressionsmündet. In der Leitung 14 befindet sich ein weiteres wärme. Die auf 7 at komprimierte Luft wird nach Drosselventil 16, das je nach dem Druck im Behäl- dem Kühler 3 durch eine Vorrichtung zum Abscheiter 13 mehr oder weniger geöffnet wird. Die Leitung den von Wasser und Kohlendioxyd geführt. Diese
14 ist an einen Wärmeaustauschkanal 17 angeschlos- 65 Vorrichtung besteht aus drei umschaltbaren Regenesen, der im Dampfraum des Behälters 13 angeordnet ratoren 30,31 und 32. Die komprimierte warme Luft ist, und zwar der Stelle gegenüber, an der die Kon- Vorrichtung besteht aus drei umschaltbaren Regeneradensatleitung 11 in diesen Behälter mündet. An den 30, in dem sie auf etwa -17O0C abgekühlt wird.
Hinter dem Regenerator 30 wird im Punkt 33 etwa 80 °/o der gekühlten und gereinigten Luft abgespalten und durch den Regenerator 32 geleitet. Dieser Regenerator ist in der vorhergehenden Periode gereinigt und teilweise abgekühlt worden, so daß dieser Teil 5 der komprimierten Luft wieder auf Zimmertemperatur angewärmt wird. Diese angewärmte und reine Luft wird durch eine Kompressionskühlmaschine 9 und eine Kaltgaskühlmaschine 35 hindurchgeführt. Von diesen beiden Kühlmaschinen wird die Luft auf etwa —120° C vorgekühlt. Dann wird sie mit etwa 10 % der aus dem Regenerator 30 strömenden Luft kombiniert und einer Kaltgaskühlmaschine 10 zugeführt, die sie kondensiert. Das Kondensat wird im Puffergefäß 36 gesammelt und über das Drosselventil 12 dem Behälter 13 zugeführt. Der Bau des Behälters 13 ist gleich demjenigen des in der Vorrichtung nach F i g. 1 dargestellten Behälters. Im Drosselventil 16 wird etwa 10 %> der in der Kühlmaschine 10 kondensierten Luft von etwa 3 at auf etwa 0,2 at entspannt. Nachdem dieser Teil der Luft in dem Kanal 17 vollständig verdampft ist, strömt er durch die Leitung 18 zu einem Punkt 38, wo er mit etwa 10% der aus dem Regenerator 30 strömenden Luft kombiniert wird. Vom Punkt 38 her strömt somit eine Menge an Niederdrackluft, die etwa 20% der Menge der den Regenerator 30 durchströmenden Luft entspricht, zum Regenerator 31. Diese Niederdruckluft wird im Regenerator 31 auf Zimmertemperatur angewärmt und nimmt aus diesem Regenerator die ausgefrorenen Verunreinigungen mit sich. Dann verläßt die Niederdruckluft die Anlage über eine Vakuumpumpe 40. Durch die Druckdifferenz zwischen der in die Vorrichtung eintretenden Luft, die den Regenerator 30 durchströmt, und der Niederdruckluft, die die Anlage durch den Regenerator 31 hindurch verläßt, kann diese Niederdruclduft alle im Regenerator 31 vorhandenen Verunreinigungen mit sich nehmen. Die Regeneratoren sind somit selbstreinigend. Ferner sind infolge der Tatsache, daß ingesamt die Luftmengen, die in beiden Richtungen die Regeneratoren durchströmen, einander gleich sind, diese Regeneratoren in thermischem Gleichgewicht.
Das Ventil 42 setzt der Niederdruckluft, die die Anlage durch den Regenerator 31 hindurch verläßt, je nach der gemessenen Temperaturdifferenz zwischen den Regeneratoren 30, 31 und 32 eine größere oder kleinere Menge an Hochdruckluft, die durch den Regenerator 30 hindurchgeströmt ist, zu.
In einer nachfolgenden Periode werden die respektiven Luftströme von einer Regeleinrichtung so geschaltet, daß die eintretende komprimierte Luft durch den Regenerator 32 strömt. Die im Punkt 33 abgezweigte Menge an kalter Hochdruckluft wird dabei durch den Regenerator 31 geleitet, während die Niederdruckluft durch den Regenerator 30 strömt.
Wie aus der vorstehenden Figurenbeschreibung hervorgeht, schafft die Erfindung eine außerordentlich einfache, gut arbeitende Vorrichtung zum Kondensieren von Luft unter Druck, bei der unerwünschte Erscheinungen, wie Anreicherung des Kondensates an einem der Bestandteile, völlig vermieden werden.

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Verflüssigen eines Gasgemisches wie Luft, das mehrere Bestandteile mit verschiedenen Siedepunkten enthält, mit einem Kompressor, einer Einrichtung zum Abscheiden von Verunreinigungen wie Wasser und Kohlendioxyd aus dem Gasgemisch und einer Kaltgaskühlmaschine, an deren Kondensationsraum eine Leitung für das kondensierte Gasgemisch über ein Drosselventil an einen Sammelbehälter angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Dampfraum des Sammelbehälters (13) ein oder mehrere Wärmeaustauschkanäle (17) vorhanden sind, die an einem Ende über eine Leitung (14), in der ein weiteres Drosselventil (16) liegt, mit der Unterseite des Sammelbehälters (13) in Verbindung steht bzw. stehen und dessen anderes Ende bzw. deren andere Enden an eine Gasableitung (18) angeschlossen ist bzw. sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Kompressor (1) ein Kühler (6) angeordnet ist, der zwei Wärmeaustauschanlagen (19, 20) enthält, von denen die eine (20) von dem komprimierten Gasgemisch durchströmt ist und die andere (19) an die Gasableitung (18) angeschlossen ist, welche von den Wärmeaustauschkanälen (17) kommt, wobei die Wärmeaustauschschlangen (19, 20) im Kühler (6) in Flüssigkeit untergetaucht sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abscheiden von Verunreinigungen aus zwei umschaltbaren Adsorptionsvorrichtungen (8) besteht, wobei die Leitung für das komprimierte Gasgemisch und die an die im Sammelbehälter (13) vorhandenen Wärmeaustauschkanäle (17) angeschlossene Gasableitung (18) nach Durchtritt durch den Kühler (6) abwechselnd an je eine der beiden Adsorptionsvorrichtungen (8) anschließbar sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere weitere Kühlmaschinen (9, 35) vorgesehen sind, die das komprimierte Gasgemisch nach seinem Austritt aus der Einrichtung (8; 30, 31, 32) zum Abscheiden von Verunreinigungen bei einer über dem Kondensationspunkt liegenden Temperatur abkühlen.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abscheiden von Verunreinigungen aus drei zyklisch umschaltbaren Regeneratoren (30,31,32) besteht, wobei ein Teil des im ersten Regenerator (30) gekühlten und gereinigten Gasgemisches unter Anwärmung durch den zweiten Regenerator (32) hindurchgeführt, in einer oder mehreren Kühlmaschinen (9, 35) abgekühlt und vor der Kaltgaskühlmaschine (10) mit einem Teil des aus dem ersten Regenerator (30) ausströmenden Gasgemisches vereinigt wird und wobei das in den im Sammelbehälter (13) angeordneten Wärmeaustauschkanälen (17) verdampfte Gasgemisch mit dem übrigen Teil des aus dem ersten Regenerator (30) ausströmenden Gasgemisches vereinigt und durch den dritten Regenerator (31) hindurchgeleitet wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 844 910.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
609 757/61 1.67 © Bundesdruckerei Berlin
DEN27400A 1964-09-30 1965-09-28 Vorrichtung zum Verfluessigen eines Gasgemisches Pending DE1232173B (de)

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ES (1) ES317884A1 (de)
GB (1) GB1055680A (de)
NL (1) NL6411356A (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE844910C (de) * 1950-04-26 1952-07-24 Philips Nv Verfahren zur Verfluessigung von Gasen

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE844910C (de) * 1950-04-26 1952-07-24 Philips Nv Verfahren zur Verfluessigung von Gasen

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Publication number Publication date
NL6411356A (de) 1966-03-31
BE670310A (de) 1966-03-29
GB1055680A (en) 1967-01-18
ES317884A1 (es) 1966-03-16

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