DE186385C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 17/. GRUPPE

GUTEHOFFNUNGSHÜTTE,

in OBERHAUSEN, Rhld.

Für die meisten Hüttenbetriebe bringt die Verwendung trockener Luft und trockener Heizgase große Vorteile mit sich. Es wurden infolgedessen bereits zahlreiche Vorrichtungen hergestellt, welche auf mechanischem Wege die Trocknung der Luft oder der Gase bezwecken, ohne daß jedoch ein nennenswerter Erfolg mit diesen erzielt wurde. Eine Beseitigung desjenigen Wassergehaltes, der der

ίο Sättigungstemperatur und dem Sättigungsdruck des Gases entspricht, ist (außer auf chemischem Wege) nur durch starke Abkühlung des Gases möglich.

Die Arbeitsweise, einer solchen Anlage ist im wesentlichen etwa folgende. Durch eine Ammoniakeismaschine wird ein Röhrenkühler ständig auf niedriger Temperatur (unter o°) gehalten und die Gebläseluft eines Hochofenkompressors wird um diese Röhren herum-

ao geleitet, so daß fast aller Dampf in tropfbar flüssiger Form ausgeschieden wird und zu' Eis erstarrt. Das Eis wird von Zeit zu Zeit durch heißes Wasser wieder entfernt. Das Kühlverfahren mittels Kaltdampfeismaschinen hat nun folgende Nachteile:

1. die Anlagekosten sind sehr hoch;

2. die Kühlung durch Kühlflächen bedingt eine verhältnismäßig niedrige Temperatur der Kühlflüssigkeit;

3. durch raschen Eisansatz ist Gefahr vorhanden, daß der Röhrenkühler sich ganz oder teilweise verstopft;

4. die bei der Bildung des Eises verbrauchte latente Schmelzwärme stellt einen unverhältnismäßig hohen Kälteverbrauch dar.

Das im folgenden angegebene Kühlverfahren unterscheidet sich vollkommen von dem im vorigen beschriebenen. Der Kompressorzylinder A erhält eine Einstellung der Ventile dergestalt, daß die eine Zylinderseite einen etwa ¹Z₂ bis 1 Atmosphäre höheren Kompressionsdruck liefert als die andere Seite. Die beiderseits komprimierte und abgekühlte Luft wird getrennt zu einer Turbine C geleitet, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Wärmeaustauschers B, der als Röhrenkühler nach dem Gegenstromprinzip ausgeführt sein kann. Die eine der beiden Leitungen H, und zwar diejenige des höheren Druckes führt zu einer oder mehreren Düsen D, woselbst die Luft oder das Gas unter Abkühlung expandiert. Die hierbei auftretende kinetische Energie wird in der Turbine in Arbeitsleistung umgesetzt, indem der Strahl durch die gekrümmten Schaufelkanäle fließt und gegebenenfalls durch ein- oder mehrmalige Anwendung von feststehenden Leitschaufeln d gezwungen wird, seinen Richtungssinn einmal oder mehrmals um i8o° zu ändern, so daß durch das hierbei entstehende Drehmoment das Laufrad der Turbine C in Bewegung gerät. Die zweite Leitung N des Kompressors mit kleinerem Druck wird bei g an die Turbine C angeschlossen.

Wenn nun, wie in der Figur angedeutet,

nur eine Düse verwendet wird, so ist die Wirkungsweise folgende. Die entspannte Luft aus der Düse D fließt mit großer Geschwindigkeit durch den Schaufelkanal h, gibt dabei den größten Teil ihres Arbeitsvermögens

. an das Laufrad ab und wird schließlich durch Vermittlung der feststehenden Leitschaufeln d erforderlichenfalls nochmals durch das Laufrad geleitet, damit dem Strahl das Arbeitsvermögen möglichst vollständig entzogen wird. Die Luft wird infolgedessen eine starke Temperaturerniedrigung erleiden, welche um so größer ist, je mehr Arbeitsvermögen an das Laufrad übertragen wird. Das in Dampfform enthaltene Wasser wird daher in fester oder in flüssiger Form ausgeschieden und durch die Fliehkraft ausgeschleudert oder setzt sich zum Teil an den feststehenden Leitschaufeln d ab. Die Luft aus der Leitung N dagegen wird ' die freien Schaufelkanäle mit Ausnahme des Schaufelkanales h erfüllen und wird wegen der Drehung des Laufrades in den Auslaufraum r gedrückt,

d. h. die Turbine saugt wie ein Ventilator mit zurückgekrümmten Flügeln die Luft oder das Gas aus Leitung N an. Die wärmere Luft aus der Leitung N, welche an den Leitschaufeln d vorbeistreicht, wird dort etwa abgesetztes Eis wieder zum Schmelzen bringen, wobei sie selbst abgekühlt wird; das gebildete Schmelzwasser wird in .üblicher Weise abgeführt. Noch weiter abgekühlt wird diese Luft in den Kanälen, welche dem Schaufelkanal h benachbart sind, indem sie im Gegenstrom zu der im Kanal h fließenden Kühlluft an den kühlen Schaufeln entlang nach außen strömt. Hierdurch wird naturgemäß der Wassergehalt der Luft aus Leitung N ebenfalls in flüssiger Form ausgeschieden und durch Fliehkraft ausgeschleudert. Beide Arbeitsflüssigkeiten mischen sich sodann im Auslauf raum r. Beachtet man, daß die absolute Austrittsgeschwindigkeit der Gase aus dem Laufrad, welche sich aus der relativen Geschwindigkeit längs der Schaufelkrümmung und der äußeren Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades zusammensetzt, nahezu radial gerichtet ist, so leuchtet ein, daß die Anbringung von weiteren Leitschaufeln e, welche den allmählichen Übergang in die tangentiale Richtung bewirken, für den Wirkungsgrad· der Vorrichtung von Vorteil sein muß. Es ist klar, daß der eben geschilderte Kühlvorgang wesentlich verbessert wird dadurch, daß mehrere Düsen angewendet werden, da in diesem Falle die abzukühlende Luft in allen Schaufelkanälen kalte Schaufelwände vorfindet, an welchen sie sich im Gegenstrom zu der Kühlluft abkühlen kann. Die Wirkungsweise der Vorrichtung bleibt im wesentlichen dieselbe, wenn man den Querschnitt des Kanales h durch die Kühlluft nicht vollständig ausfüllen läßt, denn die Abgabe des Arbeitsvermögens eines Strahles an das Laufrad erfolgt bei Aktionsturbinen, ohne daß der Schaufelquerschnitt ausgefüllt sein muß. In dem noch freien Raum des, Kanales h kann daher die zu kühlende Luft im Gegenstrom zur Kühlluft durchstreichen, wenn auch wegen der entstehenden Wirbel in der Berührungsebene beider Strahlen mit verringerter Geschwindigkeit. Der Erfolg ist jedoch derselbe, wie oben beschrieben, indem die Temperatur erniedrigt und daher der Wasserdampf kondensiert und durch Fliehkraft ausgeschleudert wird. Ebenso wird an der Wirkungsweise der Vorrichtung nichts wesentliches geändert, wenn man eine achsiale Turbine anwendet, und beide Arbeitsflüssigkeiten an den entgegengesetzten Enden der Achse einleitet, da auch hierbei ein Gegenstrom in den Schaufelkanälen erfolgt. Nachdem auf diese Art die Luft von einem Teil ihres Wassergehaltes befreit wurde, wird sie durch den Röhrenkühler B geleitet, wobei sie im Gegenstrom an die vom Kompressor kommende Luft ihre Kältemenge abgibt, so daß die aufzuwendende Kälteleistung sehr klein wird und nur für Kondensation des Wasserdampfes _go dient, während die für Kühlung des Gases aufzuwendende Kälteleistung wieder größtenteils zurückgewonnen wird. Ferner kann man auch im Röhrenkühler durch die getrocknete Luft die Ansaugeluft vorkühlen, um damit die Kompressionsarbeit im Verhältnis der absoluten Temperaturen zu verkleinern und um eine billige Anlage zu erhalten. Bei technischen Gasen für Heiz- und Kraftzwecke kann die Kühlung ^: des Gases _1Oo auch in der Weise erfolgen, daß man statt des Gases atmosphärische Luft komprimiert, und diese gekühlte Luft unter Vermittlung der Turbine in das Gas einführt. Das Mischungsverhältnis muß so gewählt werden, daß die Explosionsgrenze nicht erreicht wird. Man erlangt damit wegen der besseren Mischung beider eine bessere Verbrennung, sowie den Vorteil, die nötige Luft aus vorhandenen Kompressoranlagen entnehmen zu n_o können. Die Gase werden, da man bei Verwendung zu Kraft- und Heizzwecken nur niedrigen Druck anwendet, von der Turbine unmittelbar aus den öfen usw. angesaugt. Es ist gleichgültig, ob der komprimierten Luft die Kompressionswärme durch Oberflächenkühlung oder mittels Wassereinspritzung entzogen wurde, jedoch ist letzteres dann vorteilhafter, wenn verhältnismäßig heiße Gase gekühlt werden sollen, da dann die Kühlluft einen gewissen Gehalt an tropfbar flüssigem Wasser hat, welches die Abkühlung

des heißen Gases begünstigt; es kann dieser Gehalt an tropfbar flüssigem Wasser gegebenenfalls durch Zerstäubungsvorrichtungen bekannter Art absichtlich groß gemacht werden.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Kühlverfahren für atmosphärische Luft und technische Gase, dadurch gekennzeichnet, daß komprimierte Luft oder

   ίο komprimiertes Gas in einer oder mehreren Düsen bezw. Leitkanälen zur Entspannung gebracht und durch eine radiale oder achsiale Turbine geleitet wird, während die zu kühlenden Gase im Gegenstrom zur Kühlluft durch die gleiche Turbine geleitet werden, zum Zwecke, die Feuchtigkeit der gesamten Menge in Tropfenform niederzuschlagen und sie dann durch die Fliehkraft ausschleudern zu lassen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die Turbine durch die Kühlluft nur teilweise beaufschlagt wird, während die zu kühlenden Gase in denjenigen Schaufelkanälen fließen, durch welche keine Kühlluft strömt, oder dadurch, daß die Turbine teilweise oder voll beaufschlagt wird in der Weise, daß die Kühlluft den einzelnen Schaufelquerschnitt nicht völlig ausfüllt, so daß die zu kühlenden Gase in dem noch freien Schaufelquerschnitt hindurchströmen können.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.