DE174362C

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Publication number: DE174362C
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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 174362 KLASSE Ug. GRUPPE

RUDOLF MEWES in BERLIN.

der äußeren Arbeit.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 28. November 1904 ab.

Das vorliegende Luftverfliissigungs- und Gastrennungsverfahren mit oder ohne Nutzbarmachung der äußeren Arbeit unterscheidet sich grundsätzlich von den drei älteren Arbeitsverfahren von Siemens, Mix und Linde, welche bis heute immer noch für die verschiedenen bekannt gewordenen Verfahren vorbildlich geblieben sind.

Die Verfahren von Siemens und Mix

ίο beruhen auf äußerer Arbeitsleistung, dasjenige von Linde auf innerer Arbeitsleistung zur Überwindung der inneren Kräfte, mit welchen sich die kleinsten Luftmoleküle oder Gasteilchen einander anziehen, und welche bei einer Raumvergrößerung einen, wenn auch geringen Verbrauch an latenter Wärme bedingen.

Bei Siemens handelt es sich lediglich . um äußere Arbeitsleistung in einem Arbeitszylinder, bei Mix lediglich um diejenige äußere Arbeit, welche durch Fortschieben der Atmosphäre bei Raumvergrößerung geleistet wird.

Bei dem vorliegenden Verfahren handelt es sich dagegen - um die möglichst vollkommene Umsetzung der in der isothermisch komprimierten und stark vorgekühlten Luft enthaltenen Energie zunächst in lebendige Kraft oder Strömungsenergie; indem hinter der Ausströmungsdüse bezw. hinter dem zylindrischen als Ausströmungsdüse dienenden Strahlrohr künstlich ein Vakuum erhalten und die Leistung äußerer Arbeit zum Fortschieben des Atmosphärendruckes bei der Raumvergrößerung wie bei dem Mix sehen Verfahren geradezu verhindert wird.

Es könnte nun allerdings die Frage aufgeworfen werden, ob überhaupt infolge der Umsetzung der als Druck vorhandenen Energie der komprimierten Luft in reine Strömungsenergie eine so große Temperaturerniedrigung erzielt werden kann, daß sich dadurch schließlich unter Anwendung des Gegenstroms schon allein, ohne daß ein Teil dieser Strömungsenergie noch in äußere mechanische Nutzarbeit umgesetzt werden muß, eine Verflüssigung der Luft in wirtschaftlicher Weise erzielen läßt, oder ob dieser Grenzfall, dem man sich beim Verflüssigungspunkt der Luft so ziemlich nähert, für die technische Durchführung des Verfahrens ausscheidet und das Fortlassen der arbeitleistenden Aktionsturbine, wie sie im früher patentierten Verfahren zur Verwendung kommt, nicht statthaft ist.

Eine Berechnung der bei vollständiger Expansion der Druckluft sich ergebenden lebendigen Kraft in Wärmemaß nach der bekannten Gleichung für die lebendige Kraft strömender Gase oder Dämpfe führt zu dem überraschenden Ergebnis, ,daß dies der Fall ist, sofern man nur während des Vorganges des Wärmeaustausches und vorher bei der Expansion in

(2. Auflage, ausgegeben am S. Mai 1909J

der Expansionsdüse die wärmeerzeugende Reibung möglichst vollständig verhindert und, was die Hauptsache ist, die strömende, durch die Expansion abgekühlte Luft erst nach fast vollständiger Wiedererwärmung wieder aus dem Strömungszustande in den Ruhe- oder Gleichgewichtszustand gelangen läßt. Letzteres geschieht daher bei vorliegendem Verfahren erst hinter der die wiedererwärmte Luft absaugenden Pumpe.

In der Grundgleichung der mechanischen Wärmetheorie

; dQ = A (dW + AJ + AL),

worin A = ist, bedeutet A W die kinetische

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Energie bezw. die lebendige Kraft der Luftmoleküle, d J den Arbeitsaufwand oder die innere Arbeit, welche die Lagenänderung der Moleküle gegen die inneren Kräfte letzterer aufeinander bedingt, d L die äußere Arbeitsleistung bei Raumänderung, sei es durch Leistung von Nutzarbeit in einer Maschine oder durch Überwindung des Gegendruckes der Atmosphäre ohne Nutzarbeit.

Aus dem Gliede A W, durch das das vorliegende Arbeitsverfahren gekennzeichnet wird, erhält man die oben erwähnte bekannte Strömungsgleichung von Luft oder anderen expandierenden Gasen und Dämpfen bei konstantem Druck

W²

9 k

/£— I

worin w die Ausströmungsgeschwindigkeit in

m/sek, m die Masse, g = 9,81, k = ——

und p und φ_λ die Spannungen der Luft sind. Durch das Glied A J wird das Verfahren nach Linde nach der bekannten Joule-Thomson sehen Formel

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worin T die absolute Expansionstemperatur ist, und durch das Glied d L werden die Verfahren von William Siemens und von Conrad Mix gekennzeichnet.

Da nach vorliegendem Verfahren die aus der Expansionsdüse mit sehr großer Geschwindigkeit ausströmende Luft ihre lebendige Kraft möglichst beibehalten soll, bis sie aus der Vorrichtung, welche zur Durchführung des Arbeitsverfahrens dient, ausgeströmt ist, so darf man die Luft nicht, wie dies bei allen bisherigen Verfahren, auch bei demjenigen von Mix, geschieht, nicht in Richtung auf die im Behälter sich ansammelnde flüssige Luft aufströmen oder aufprallen lassen; denn dadurch würde die Strömungsenergie aufgehoben und durch Reibung und Stoß wieder in Wärme umgewandelt werden. Die Ausströmungsdüse muß vielmehr vor dem Austritt umgebogen und von der Oberfläche der sich bildenden flüssigen Luft weggerichtet sein, wie dies in der beiliegenden Zeichnung angedeutet ist.

Dies hat noch den nicht zu unterschätzenden technischen Vorteil, daß die Bildung des Vakuums, das die Saugpumpe schaffen bezw. erhalten soll, durch die Ejektorwirkung der strömenden Gase oder Dämpfe unterstützt und das Vakuum gerade an derjenigen Stelle, wo dasselbe für Durchführung des Verfahrens am wichtigsten und erwünscht ist, nämlich in der Nähe der verdampfenden verflüssigten Luft außerordentlich erhöht wird. Die so bedingte und im Verfahren selbst begründete Verminderung der Strömungsenergie durch Vergrößerung der strömenden Masse geht dem Verfahren nicht verloren, sondern unterstützt die erstrebte Kühlwirkung in bedeutendem Maße. Man kann sich von dieser Wirkungsweise leicht überzeugen, wenn man einen kräftigen Luftstrom längs der Oberfläche von Schwefelkohlenstoff hinbläst; denn . es wird sich alsbald auf der Oberfläche infolge der bewirkten Temperaturerniedrigung durch die saugende Wirkung des Luftstrahls Schwefelkohlenstoff schnee bilden. Ähnliches wird auch im vorliegenden Falle eintreten.

Da ferner die expandierten Gase ihre lebendige Kraft erst nach möglichst beendigtem Wärmeaustausch verlieren sollen, so darf man natürlich nicht, wie dies bisher geschehen ist, die zur Wiedergewinnung eines Teiles der aufgewendeten Kompressionsarbeit dienende Gasturbine unmittelbar hinter der Ausströmungsdüse anordnen, sondern muß dieselbe kurz vor die Saugpumpe schalten, wie dies auf beiliegender Zeichnung zu erkennen ist.

Ferner muß zur Vermeidung von Wärmeeinstrahlungsverlusten in derselben Weise, wie dies bei dem früher patentierten Verfahren geschieht, für stufenförmige Isolierung der einzelnen Teile der Anlage gesorgt werden.

Eine zur Durchführung des neuen Arbeitsverfahrens dienende Vorrichtung ist auf der Zeichnung schematisch dargestellt.

In Fig. ι ist α der mit der Saugpumpe c von gleicher Welle angetriebene Kompressor, von welchem die erzeugte gekühlte Preßluft durch Leitung h in den Nachkühler b gedrückt wird. Auf dem Boden des Kühlers b sammeln sich etwaige kondensierte fremde Beimengungen der Luft an und können mittels Ableitung, die durch den Hahn η verschlossen ist, abgezogen werden. Die gereinigte und unter dem gewünschten Druck iao

stehende Preßluft tritt in die mit umgebogener Ausströmungsdüse m versehene Leitung g und durch Öffnungen ο in die letztere umschließende Leitung f, an deren unteren Ende sich Hahn I oder geeigneter Flüssigkeitsabscheider zur Abführung verflüssigter Luft in den unteren Teil des umschließenden röhrenförmigen Behälters e und hinter dem Hahn I ein zweiter Hahn k zum Ablassen von flüssiger

ίο Luft nach außen befindet.

Die aus m ausströmende expandierende Luft fließt in Richtung des eingezeichneten Pfeiles von der unterhalb sich ansammelnden flüssigen Luft weg, kühlt die in Leitung' f enthaltene Preßluft und durch diese die in g nach m fließende Luft, fließt schließlich nach erfolgtem Wärmeaustausch durch Leitung i zur Turbine d, aus welcher sie in die Saugpumpe c strömt und von dieser unter dauernder Schaffung eines Vakuums in die Atmosphäre oder einen Behälter geschafft wird.

Fig. 2 stellt die Ausströmungs- und Wärmeaustauschvorrichtung in vergrößertem Maßstabe dar.

Das Sauerstoff gewinnungsverfahren arbeitet genau in derselben Weise und braucht daher nicht näher beschrieben zu werden. Nur wird man den Wärmeaustauscher nach den bisher gewonnenen Erfahrungen an bereits anderweitig ausgeführten Sauerstoffgewinnungsanlagen technisch besser ausgestalten, was sich ja für den Fachmann von selbst versteht.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Luftverfiüssigungs- Und Gastrennungsverfahren mit oder ohne Nutzbarmachung der äußeren Arbeit, dadurch gekennzeichnet, daß man vorgekühlte Druckluft zwecks Erzielung starker Temperaturerniedrigung in ein künstlich erhaltenes Vakuum strömen läßt und die dort expandierte Luft, nachdem sie im Gegenstrom mit der frisch nachströmenden Luft ihre Wärme in bekannter Weise ausgetauscht hat, unter möglichster Belassung ihrer Geschwindigkeitsenergie in die Atmosphäre oder einen Be- hälter schafft, so daß die Temperaturerrfledrigung faßt ausschließlich durch die Umsetzung der Druckenergie in Geschwindigkeitsenergie bewirkt wird.

2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die expandierende Luft nicht auf die sich bildende flüssige Luft aufströmen, sondern von ihr weg oder parallel zu ihrer Oberfläche abströmen läßt, um Umsetzung der Strömungsenergie in schädliche Wärme durch Reibung und Stoß zu verhüten und an der Oberfläche verstärktes Vakuum zu bewirken.

3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch ■ gekennzeichnet, daß der Endteil der Ausströmungsdüse bei senkrechter Anordnung derselben um 180° bezw. 90° gebogen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.