DE169359C

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Publication number: DE169359C
Application number: DE1902169359D
Authority: DE
Filing date: 1902-12-12
Anticipated expiration: 1922-12-13
Also published as: FR324715A

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Der Gegenstand vorliegender Erfindung bezweckt eine Verbesserung des Verfahrens zur Herstellung flüssiger Luft, sowie der dabei angewendeten Vorrichtungen, wodurch die bisher bei der Herstellung von flüssiger Luft sich ergebenden Schwierigkeiten und Mißstände vermieden werden.

Alle bisher zwecks Herstellung flüssiger Luft gebauten Vorrichtungen haben besonders

ίο gegen zwei in der Natur der atmosphärischen Luft begründete Schwierigkeiten zu kämpfen, die sich aus der Tatsache ergeben, daß die Luft immer einen mehr oder weniger großen Gehalt von Feuchtigkeit in Form von Wasserdampf sowie Kohlensäure enthält.

Wenn man nach der bei gewöhnlicher Temperatur ausgeführten Kompression der Luft diese komprimierte Luft abkühlt, werden diese beiden Bestandteile nacheinander verdichtet und jeder 'derselben geht für sich, jedoch bei verschiedener Temperatur in den festen Zustand über. Infolgedessen werden die Behälter, Rohrleitungen, Mqtorzylinder, sowie alle Öffnungen und Gefäße, durch welche die Gase während ihrer Expansion hindurchströmen, allmählich v.erstopft und werden schließlich nach einiger Zeit das kontinuierliche Arbeiten des Apparates, ohne daß Unterbrechung oder ein Unfall eintritt, über-

haupt nicht mehr gestatten. Überdies werden die sich mit einer mehr oder weniger dicken Schicht von festen Kristallen überziehenden Röhrwandungen allmählich immer weniger zum Durchgang der Wärme geeignet werden, so daß auf diese Weise die Wirksamkeit des Apparates nach und nach nachläßt. Diese Übelstände zeigen sich bei allen bisher in Benutzung befindlichen Systemen von Maschinen zur Luftverflüssigung.

Durch vorliegende Erfindung ist ein Verfahren und eine einen Teil eines Luftverflüssigungsapparates bildende Vorrichtung geschaffen, welche auf einem neuartigen die vollständige Überwindung dieser schwerwiegenden technischen und für die Regelmäßigkeit und die Kontinuität des Betriebes sowie für die Herstellung von flüssiger Luft im allgemeinen so gefährlichen Mißstände ermöglichenden Prinzip beruhen.

Um alle diese Schwierigkeiten zu umgehen, welche von bedeutender Wichtigkeit für die Lösung der gewerblichen Aufgabe sind, ist das folgende Verfahren zur Anwendung gebracht :

Man bedient sich einer mit flüssiger Luft betriebenen Maschine als Kälteerzeugungsmaschine, um tiefe Temperaturen hervorzubringen, welche —190 bis—195 ° erreichen. Diese Maschine würde an sich keine patentfähige Neuheit darstellen; das, was aber den Erfolg derselben ausmacht, das ist die Art und Weise, in welcher das Ergebnis der Arbeit derselben ausgenutzt und wie der Betrieb derselben geregelt wird.

Eine gewisse, stets die gleiche bleibende Luftmenge, die vollkommen von jeder Spur von Wasserdampf und Kohlensäure befreit ist, wird einem Druck unterworfen, welcher nahe dem kritischen Punkt der Luft liegt.

Die komprimierte Luft gelangt in eine Temperaturaustauschvorrichtung, welche im Gegenstrom von derselben Menge Luft durchflossen

(2. Auflage, ausgegeben am i. Juni igoSj

wird, die nach den Kompressoren zurückströmt.

Während des Durchströmens durch die Temperaturaustauschvorrichtung hat sich diese Masse komprimierter Luft bis auf ungefähr —140⁰ abgekühlt, das heißt, sie befindet sich nahe ihrem kritischen Punkt.

Man läßt diese Masse komprimierter und abgekühlter Luft in einen Entspannungsmotor eintreten. Die Luft dehnt sich aus, indem sie äußere Arbeit hervorbringt, kühlt sich ab, verflüssigt sich zum Teil und hinterläßt in dem Ausströmungsbehälter eine Mischung von Flüssigkeit und von Gas. In dem Behälter ordnet man ein Schlangenrohr an. Dieses metallische Schlangenrohr taucht in flüssige Luft, welche einen Teil des Behälters einnimmt.

In der Rohrschlange komprimiert man durch

einen Kompressor beliebiger Art Außenluft,

ao welche sowohl Wasserdampf als auch Kohlensäure enthält.

Der Wasserdampf wird durch die vorgehende Abkühlung der auf 2 oder 3 Atmosphären komprimierten atmosphärischen Luft

»5 entfernt und die Kohlensäure allein verdichtet sich zu Kristallen während der Verflüssigung der Luft in der Rohrschlange. Diese verflüssigte Luft fließt durch ein Filter und tritt vollkommen hell und in solchem Zustande nach außen, daß sie für alle Zwecke verwendbar ist und besonders für den Zweck der Speisung von Vorrichtungen zur Erzeugung von Sauerstoff und Stickstoff durch kontinuierliche Destillation der atmosphärischen Luft.

Das Verfahren, welches soeben dargelegt ist, kennzeichnet sich infolgedessen auf folgende Weise: Man erhält in leichter Weise flüssige Luft durch die gleichzeitige Anwendung der beiden Kreisläufe atmosphärischer Luft.

Ein erster Kreislauf ist vollkommen in sich geschlossen und stellt den Kreislauf einer Kältemaschine dar, welcher mit einer stets gleich bleibenden Luftmenge, die von Wasserdampf und Kohlensäure gereinigt ist, betrieben wird.

Diese Kältemaschine nimmt an Kraft zu durch die Wirkung eines adiabatischen Entspannungsmotors, welcher äußere Arbeit hervorbringt. Dieser Motor wird mit flüssiger Luft geschmiert, welche sich während der Expansion bildet, der Motor verstopft oder verschmiert sich niemals, weder dadurch, daß sich der Wasserdampf in Eis verwandelt, noch durch den Schnee von Kohlensäure. Diese Kältemaschine hat also einen ständigen Betrieb.

Der zweite Kreislauf atmosphärischer Luft

ist nicht in sich geschlossen. Ein Kompressor saugt gewöhnliche Luft an, komprimiert dieselbe auf einen schwachen Druck von 2 bis 3 Atmosphären. Diese Luft wird wasserfrei beim Durchgang durch Kühlvorrichtungen und verflüssigt sich vollständig, wobei die Kohlensäure sich in Form von Schnee in der Rohrschlange niederschlägt, welche in die flüssige Luft des ersten Kreislaufes untertaucht.

Die im Innern der Rohrschlange erhaltene flüssige Luft strömt durch ein Kohlensäurefilter und tritt klar nach außen.

Das Verfahren, welches soeben in allgemeiner Form beschrieben ist, findet Anwendung bei irgend einem System von Kompressoren und eines adiabatischen Expansionsmotors. Das Verfahren verwirklicht voll- ständig die angegebene Aufgabe und vermeidet jeden schädlichen Einfluß der Kohlensäure bei dem gewerblichen Betrieb von zur Erzeugung flüssiger Luft bestimmten Apparaten. Auf der Zeichnung ist die bei der vorliegenden Erfindung benutzte Vorrichtung beschrieben.

Man läßt die unter einem Druck von 20 bis 80 Atmosphären stehende abgekülte Luft in den Zylinder α eines Entspannungsmotors treten. Von den in Wirklichkeit vorhandenen drei Zylindern, entsprechend den zum Antrieb der zugehörigen Kolben dienenden drei Kurbeln c, ist in der Figur nur ein Zylinder angedeutet. Jeder Zylinder ist mit einem im Deckel befindlichen, durch einen Exzenter/ und eine Stange s bewegten Ventil d versehen, durch welches die komprimierte Luft durch das Rohr e in den Zylinder eingeführt wird. Ist der Kolben k in die Endlage A:¹ gelangt, so gibt er die in der Zylinderwandüng befindlichen Öffnungen / frei. Die expandierte und zum Teil verflüssigte Luft entweicht durch diese Öffnungen, wobei die flüssige Luft auf den Boden des Behälters m gelangt, während der nicht verflüssigte Teil durch die Öffnung η entweicht. Die durch einen besonderen Kompressor auf 2 bis 3 Atmosphären verdichtete Luft verflüssigt sich in der Schlange- 0, welche von der auf dem Boden des Behälters m 'befindlichen flüssigen Luft bedeckt ist.

Es hat sich ergeben, daß es vorteilhaft ist, nur den Zylinder α und den Kolben k des Motors der niederen Temperatur auszusetzen und alle anderen arbeitenden Teile gegen die unmittelbare Einwirkung dieser niederen Temperatur zu schützen, welche das Metall hart und brüchig macht und die Metalloberflächen aufrauht. Zu diesem Zwecke ist die in der Zeichnung dargestellte Anordnung getroffen worden.

Die Kolbenstange ρ des Kolbens k, welche ziemlich lang ist, bewegt sich mit einem gewissen Spielraum in einer Art Muffe q, die aus einem die Wärme schlecht leitenden Material besteht und innerhalb welcher

eine Stopfbüchse r in der Weise angeordnet ist, daß sie das Entweichen der im Behälter m eingeschlossenen kalten Luft verhindert. Man läßt die zur Bewegung des Ventils d dienende Stange s ebenfalls durch eine in der Muffe q vorgesehene Stopfbüchse t hindurchgehen. Die Achse des Zylinders a und demgemäß auch die Kolbenstange ρ des Kolbens k sowie die Muffe q und die Stanges

ίο sind, wie aus der Zeichnung ersichtlich, geneigt angeordnet. Dies hat den Zweck, zu verhindern, daß die niederen Temperaturgrade an die reibenden Teile gelangen, indem dadurch das Vorschreiten der Entstehung kalter Luftströme in der Richtung nach diesen Teilen verhütet wird.

Obschon in der vorausgehenden Beschreibung und in der beiliegenden Zeichnung nur von einem einzigen Zylinder die Rede ist, so ist doch selbstverständlich, daß der adiabatische Motor mit zwei oder mehr Zylindern versehen sein kann. Es empfiehlt sich besonders, drei solcher Zylinder anzuwenden, was einen besonders günstigen Gang des Apparates ergibt.

Claims

Patent-An Sprüche:

i. Verfahren zur Herstellung flüssiger ^: Luft, dadurch gekennzeichnet, daß man eine im Kreislauf arbeitende Kompressions-Kälteanlage mit flüssiger, kohlensäurefreier Luft als Kälteträger arbeiten läßt, indem eine von dieser flüssigen Luft ständig umgebene Rohrschlange derart abgekühlt wird, daß andere frische, unter Druck zugeführte Luft in dieser Schlange verflüssigt wird.
2. Verfahren zur Herstellung flüssiger Luft nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der mit kohlensäurefreier Luft im Kreislauf arbeitenden Kompressions-Kälteanlage die adiabatische Entspannung irgend eines Motors benutzt wird.
3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die flüssige Luft und die Rohrschlange enthaltender Behälter zugleich Zylinder und Kolben eines Motors in sich aufnimmt, in welchen die beim Abkühlen der Schlange verdampfte, darauf wieder komprimierte und abgekühlte Luft durch gesteuerte Ventile eingelassen und einer starken Expansion ausgesetzt wird, infolge deren sich ein Teil der Luft flüssig niederschlägt und in den Behälter abfließt, während die nicht niedergeschlagene Luft von neuem den Weg zum Kompressor und Kühler macht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.'