DE2208743A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Gasübertragung - Google Patents

Description

Priorität; vom 26. Februar 1971, EN 71 06624 und 2. April 1971, EN 71 11 690 in Frankreich

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gasübertragung durch Adsorption, mit mindestens einer eine Adsorbensmasse enthaltenden Adsorptionskammer, die mindestens einen Grundzyklus aufweist, der eine solche Adsorptionskammer verwendet, wodurch das Gas in die Adsorptionskammer oder aus ihr heraus übertragen werden kann. Die Erfindung bezieht sich ferner auf Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens. Findet die Gasübertragung von einer zu leerenden Kammer zu einer Adsorptionskammer statt, bezieht sich die Erfindung auf das Pumpen eines Gases. Findet die Gasübertragung außerhalb einer Adsorptions-

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Potudieck: Frankfurt/Main «763 Bank: Dreidner Bank AG, Wiesbaden, Konto-Nr. £76 807

kammer zu einer geschlossenen Kammer statt, welche dann unter Druck gesetzt wird, bezieht sich die Erfindung auf die Kompression eines Gases.

Es ist bereits bekannt, ein in einer zu leerenden Kammer befindliches Gas mittels einer in einer Adsorptionskammer enthaltenen Adsorbensmasse zu einer Adsorptionskamner zu übertragen. Zu diesem Zweck verwendet das Verfahren mindestens einen Grundzyklus, der nacheinander eine Phase zur Abkühlung der Adsorbensmasse auf eine Adsorptionstemperatur des Gases aufweist, während oder am Ende der die zu leerende Kammer und die Adsorptionskammer miteinander kommunizieren sowie eine Phase zur Erwärmung der Adsorbensmasse auf eine Desorptionstemperatur des Gases, während welcher die Kommunikation zwischen der zu reinigenden Kammer und der Adsorptionskamner unterbrochen ist.

Dieses Verfahren kann vor allem bei einer aus Zeolith bestehenden Adsorbensmasse verwendet werden, in welchem Fall die Adsorptionstemperatur nahe 77°K ist und die Desorptionstemperatur nahe 45O°K ist. Diese Pumpvorgänge durch Adsorption ermöglichen ein "sauberes" Vakuum, da die eventuell in der zu reinigenden Kammer vorhandenen Verunreinigungen in der Adsorbensmasee zurückbehalten werden.

Die Adsorbensmasse wird gewöhnlich in zerteiltem Zustand (Pulver oder Körnchen) in der Adsorptionskammer vorgesehen und gestapelt. Dieser zerteilte Zustand vermindert mit der schienten

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Leitfähigkeit der gewöhnlich verwendeten Adsorbensstoffe die Qualität des Wärmeaustausches während der Kühlphase und der Erwärmungsphase. Die Temperatur steigt sehr langsam, und dieser Nachteil schadet der industriellen Verwendbarkeit der Adsorbensmasse zum Pumpen afler Komprimieren eines Gases.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gastibertragungsverfahren durch Adsorption zu schaffen unter Einsatz mindestens einer Adsorptionskammer, mit mindestens einem Grundzyklus, der eine solche Adsorptionskammer verwendet zur Gasübertragung zu der Adsorptionskammer oder aus ihr heraus, mit einer Abkühlungsphase oder Adsorbensmasse auf eine Gasadsorptionstemperatur und einer Erwärmungsphase der Masse auf eine Gasdesorptionstemperatur. Um rasche Abkühlung und Erwärmung der Adsorbensmasse zu erzielen, führt man Kälteenergie und Wärmeenergie zu, die im wesentlichen gleichmäßig in der Masse verteilt sind.

Die Erfindung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß während des Grundzyklus die eine Energiezufuhr permanent und die andere momentan ist, daß die zweite stärker als die erste und von mindestens gleicher Dauer wie eine dieser Phasen ist.

Vorzugsweise sieht man während dieses Zyklus eine permanente Zufuhr an Kälteenergie und eine momentane Zufuhr an Wärmeenergie vor, die mindestens ebenso lange wie die Erwärmungsphase dauert, oder aber eine permanente Zufuhr an Wärmeenergie und eine momentane Zufuhr an Kälteenergie, die mindestens ebenso lange wie die Abkühlingsperiode dauert.

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Unter Adsorptionstemperatur versteht man jede Temperatur, die höher oder gleich einer sogenannten kalten Temperatur ist. Unter Desorptionstemperatur versteht man jede Temperatur, die niedriger oder gleich einer sogenannten warmen Temperatur ist. Die Adsorptions- und Desorptionstemperatur können demnach jeweils gleich der kalten bzw. der warmen Temperatur sein. Aber sie können sich auch zwischen diesen beiden Temperaturen entwickeln, wenn die Adsorption und die Desorption während der Abkühlungs- bzw. Erwärmungsphase stattfinden.

Die kalten bzw. warmen Temperaturen können 77 K und 600 K bei Verwendung einer elektrischen Heizung bzw. flüssigen Stickstoffs als Kältequelle oder 300°K und 45O°K bei Verwendung einer Gasheizung und kalten Wasser als Kältequelle betragen.

Die im wesentlichen gleichmäßige Verteilung von Kälteenergie und Wärmeenergie in der Adsorbensmasse ermöglich ein rasches Abkühlen und Erwärmen der Adsorbensmasse. Diese Tatsache wird noch durch den verwendeten Wärmezyklus intensiviert, der darin besteht, eine permanente Zufuhr an Kälteenergie und eine momentane Zufuhr an Wärmeenergie übereinanderzulegen, oder umgekehrt. Verglichen mit bisher verwendeten Zyklen erhält man somit sehr kurze Gasübertragungszyklen von oder zu einer Adsorptionskammer (Pumpen oder Kompression). Dieser Vorteil ist von großer Bedeutung, insbesondere vergl-ichen mit herkömmlichen Adsorptionspumpen.

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Wenn insbesondere die Adsorbensmasse als Schicht auf mindestens einer Seite eines Metallträgers verteilt ist, führt man eine Zufuhr an elektrischer Energie durch, die durch den Joule-Effekt die erwähnte Zufuhr an Wärmeenergie bewirkt.

Dieses Verfahren ist besonders einfach und ermöglicht die Nutzung der beispielsweise in dem französischen Patent 1 588 beschriebenen Adsorbenselemente. Gemäß diesem Patent weist der Metallträger gute Leiteigenschaften auf, und die Adsorbensmasse besteht aus einem Material aus trockenen Teilchen, die durch Kompression zwischen sich und auf dem Träger verkrustet sind, so daß die Dichte der abgelagerten Adsorbensmasse größer als die Dichte des Pulvermaterials ist, das bisher zur Herstellung der verkrusteten Adsorbensmasse verwendet wurde.

Bei einer gegebenen Adsorbensmasse erhält man also Wärmezyklen von im wesentlichen kürzerer Dauer, was eine industrielle Verwendung derartiger Verfahren zum Pumpen einer zu evakuierenden Kammer oder Kompression eines Gases ermöglicht.

Ein derartiges Verfahren kann auch zur Kompression eines Gases verwendet werden, insbesondere bei einem Kühlgerät mit Joule-Thomson-Zyklus. Obwohl diese Kühlgeräte von äußerster technologischer Einfachheit sind (ein oder mehrere Tauscher, ein Ventil oder ein« Entspannungskapillare),bleibt ihre Verwendung beschränkt, da für autonome Kühlgeräte ein wirtschaftliches Mitel zur Kompression des Zyklusgases unter hohem Druck bei nur geringer Leistung gefunden werden muß. Dies kann durch einen

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trockenen Rotationskompressor geschehen, jedoch sind Investitions- und Wartungskosten unter Beachtung der Gesamtkosten des Kühlgerätes unerschwinglich. Ferner ist ein mechanischer Kompressor laut und überträgt Schwingungen. Es wurde ferner gefunden, daß ein Gasübertragungsverfahren durch Adsorption gemäß der Erfindung eine besonders günstige Lösung darstellt zum Komprimieren eines schwachen Durchsatzes von Gas unter hoher Spannung, verwendbar vor allem bei einem Joule-Thomson-Kühlgerät. Diese Lösung erfordert nur geringe Investitionen verglichen mit einem mechanischen Kompressor, und hat den Vorteil, daß er statisch funktioniert.

Bei einem Joule-Thomson-Kühlgerät geschieht die Gasübertragung von einem oberen oder aufstromseitigen Volumen zu einem unteren oder abstromseitigen Volumen über eine oder mehrere Adsorptionskammern, die zwischen die oberen und unteren Volumina geschaltet und eventuell in Reihe geschaltet sind.

Ist eine einzige Adsorptionskammer zwischen dem auf- und dem abstromseitigen Volumen angeordnet zur Gasübertragung von dem aufstromseitigen Volumen zur Adsorptionskammer und von letzterem zu dem abstremseitigen Volumen, so befinden sich die Adsorptionskammer und das aufstromseitige Volumen miteinander in kommunizierender Verbindung, wenn die in der Kammer befindliche Adsorbensmasse die Adsorptionstemperatur aufweist, und sind voneinander getrennt während der Erwärmungsphase. Das abstromseitige Volumen und die Adsorptionskammer kommunizie-

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ren miteinander, wenn die Adsorbensmasse die Desorptionstemperatur aufweist, und sind während der Abkühlphase voneinander getrennt.

Sind η Adsorptionskammern (n größer als 1) in Serie zwischen dem auf- und dem abstromseitigen Volumen angeordnet zur Gasübertragung von dem auf- zu dem abstromseitigen Volumen, während eines Grundzyklus der Reihe ρ unter Einsatz einer Kammer der Reihe ρ (1 — ρ <. η) , kommuniziert diese Kammer der Reihe ρ mit dem aufstromseitigeriVolumen oder der Kammer der Reihe p-1, deren Adsorbensmasse eine Desorptionstemperatur aufweist, wenn die Adsorbensmasse der Kammer der Reihe ρ die genannte Adsorptionstemperatur aufweist, und sie ist von dem aufstromseitigen Volumen oder der Kammer der Reihe p-1 während der Erwärmungsphase getrennt; die Kammer der Reihe ρ kommuniziert mit dem aufstromseitigen Volumen oder der Kammer der Reihe p+1, deren Adsorbensmasse eine Adsorptionstemperatur aufweist, wenn die Adsorbensmasse der Kammer der Reihe ρ die genante Desorptionstemperatur aufweist und ist von dem aufstromseitigen Volumen oder von der Kammer der Reihe p+1 während der Abkühlphase getrennt.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf Vorrichtungen zum Durchführen* des Verfahrens nach der Erfindung. Diese weisen im allgemeinen eine Adsorptionskammer auf, die so ausgebildet ist, daß sie mindestens mit einer andren Kammer verbunden werden kann, ferner eine in dieser Kammer enthaltene Adsorbensmasse, die auf

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mindestens einer Seite einer länglichen Metallstütze verteilt ist, ferner Einrichtungen, um diese Stütze mit einer elektrischen Energie zu beliefern; dieee Stütze weist mindestens ein Metallband auf, und mindestens eine erste und eine zweite Zone dieses Metallbandes befindet sich in Wärmekontakt mit einer kalten Quelle.

Unter Kältequelle wird in der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen ein Körper oder eine Kammer verstanden, die durch Metallwände begrenzt ist und einen Behälter und/oder eine Leitung für ein stationäres oder in Bewegung befindliches Kühlmedium aufweist, etwa eine Gefrierflüssigkeit (flüssigen Stickstoff, flüssiges Erdgas), wobei eine kalte Flüssigkeit im Zwangsdurchlauf das Kühlmittel eines außerhalb der Vorrichtung gelegenen Kühlgerätes sein kann, sowie ein kaltes Gas im Zwangsdurchlauf, das außerhalb der Vorrichtung durch ein Kühlgerät abgekühlt wird.

Zur Zufuhr von elektrischer Energie in die oben erwähnten Metallstege oder -bänder Jönnen verschiedene Mittel verwendet werden: z. B. Unter-Spannung-Setzen, wobei die Metallbänder als Sekundärseite eines Transformators dienen, usw.

Die Erfindung schlägt noch weitere Abänderungsformen dieser Vorrichtung vor, welche dadurch gekennzeichnet sind, daß die Kältequelle eine Leitung aufweist, welche ein im Zentrum der Adsorptionskammer befindliches Kühlmedium aufnehmen kann, das die Wände der Kammer dicht durchströmt, ferner eine äußere Hülle

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der Kammer, welche mit den Wänden der Kammer eine äußere Leitung für das erwähnte Kühlmedium bildet, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband zu einer Flachspule um die zentrale Leitung gewickelt wird, deren einzelne Windungen miteinander in Wärmekontakt stehen, wobei die erste und die zweite Zone durch die Kontaktzonen des Bandes mit der Zentralleitung und den Wänden der Kammer gebildet werden.

Die Erfindung ist nachstehend anhand sshematischer Zeichnungen beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigen:

Fig. 1 einen Aufriß einer ersten übertragungsvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht nach der Linie II-II von Fig. 1 zur vergrößerten Darstellung der ersten übertragungsvorrichtungnach der Erfindung,

Fig. 3 einen Aufriß nach der Linie III-III von Fig. 4,einer zweiten übertriongevorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 4 einen perspektivischen Schnitt mit teilweisen Ausschnitten eines Teile der zweiten übertragungsvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 5 einen vergrößerten Schnitt nach der Linie V-V der Fig. und 4 eines anderen Teils der zweiten übertragungsvorrichtung

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nach der Erfindung,

Fig. 6 einen vergrößerten Schnitt nach der Linie VI-VI der Figur 4 eines anderen Teils der zweiten übertragungsvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 7 einen Axblschnitt einer dritten übertragungsvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 8 einen Axialschnitt einer vierten übertragungsvorrichtung nach der Erfindung,

Eig. 9 schematisch ein Kühlgerät, welches den Joule-Thomson-Zyklus verwendet und dessen Kompressor durch zwei identische Übertragungsvorrichtungen gemäß der Erfindung gebildet ist,

Fig. 10 schematisch den Kompressorteil eines anderen Kühlgerätes vom Jule-Thomson-Typ, dessen Kompressor aus verschiedenen in Serie geschalteten übertragungsvorrichtungen nach der Erfindung besteht,

Fig. 11 für eine gegebene Adsorbensmasse und.eine kalte Temperatur TF und eine warme Temperatur TC die Adsorpttmsiaothermen eines Gases, das gemäß der Erfindung übertragen werden kann. Die Koordinaten zeigen die im Gleichgewicht adsorbierten Mengen W, pro Masseneinheit der Adsorbensmasse, z. B. in torr χ Liter bei 300°K pro g Adsorbensmasse; die Abszissen zeigen den Druck P,

z. B. in torr.Pl bzw. P2 zeigen den niederen Druck bzw. den hohen

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Druck eines Joule-Thomson-Zyklus an und

Fig. 12 in vergrößerter Darstellung und im Schnitt einen Teil eines Adsorbenseleraentes, welches Teil der Übertragungsvorrichtungen nach der Erfindung ist.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte erste übertragungsvorrichtung besteht aus einer Adsorptionskammer 1, die durch ein im wesentlichen zylindrisches Metallgehäuse 2 begrenzt ist, welche an der einen Seite durch einen gewöl-bten Boden 3 und an der anderen Seite durch eine zylindrische Platte 4 begrenzt ist, welche gasdicht auf einen mit dem Gehäuse 2 formschlüssigen Flansch 5 aufgebracht ist. Eine Leitung 21, die in die Hanauer 1 mündet und mit der zylindrischen Platte 4 formschlüssig verbunden ist, kommuniziert z. B. wie in Fig. 1 dargestellt, mit einer im allgemeinen mit 22 bezeichneten zu leerenden Kammer; auf der Leitung 21 befindet sich ein Ventil 23. Eine andere, in die Kammer 1 mündende und mit der zylindrischen Platte 4 formschlüssig verbundene Leitung 24 ist in der Mitte durch ein Ventil 25 geöffnet, wo**durch z. B. die Kammer 1 mit draußen kommunizieren kann.

Innerhalb der Kammer 1 sind zwei horizontal angeordnete quaderförmige Behälter 7 un-d 8 angeordnet} sie befinden sich im Abstand voneinandegünd sind durch vertikale Rohre 9a, 9b, 9c miteinander verbunden, wodurch die Innenräume der Behälter miteinander kommunizieren. Die Rohre sind in drei parallelen Reihen angeordnet, wobei die Rohre einer selben Reihe durch einen Ab-

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stand etwa gleich dem Außendurchmesser eines Rohres 9 voneinander getrennt sind; die Rohre 9b der mittleren Reihe sind bezüglich der Rohre 9a nnd 9c der äußeren Reihen leicht versetzt, welche ihrerseits gegenüber angeordnet sind. Die mittlere Reihe der Rohre 9b weist zwei vertikale und zylindrische elektrische Anschlüsse 10 auf, welche jeweils die Enden der Reihe bilden. Die Behälter 7 und 8 weisen jeweils eine Speiseleitung 11 für Kühlmedium auf, eine Leitung 12 zur Abgabe des Kühlmediums, wobei das Kühlmedium über die Rohre 9a, 9b und 9c vom Behälter 8 zum Behälter 7 strömt» die Leitungen 11 und 12 sind thermisch durch einen Isolierstoff 26 isoliert, der Dichtigkeit zwischen den Rohren 11 und 12 und der zylindrischen Gehäusewand 2 gewährleistet. Die Außenfläche der Rohre 9a, 9b und 9c ist durch beliebige geeignete Mittel elektrisch isoliert, bleibt jedoch im wesentlichen wärmeleitfähig, etwa durch Anodenoxidation bei Rohren aus Aluminium oder durch Überziehen mit einer Lackschicht oder passendem Kunststoff.

Die in der Adosptionskammer 1 enthaltene Adsorbensmasse entspricht der im französischen Patent 1 588 221 beschriebenen Masse. Sie ist also als Schicht auf mindestens einer Seite des an der Oberfläche erstreckten Metallträgere verteilt. Gemäß Fig. 12 sind Teilchen der Adsorbensmasse 13 (Zeolith) untereinander und auf einem Aluminiumband 14 verkrustet.

Aus dem mit Adsorbensmasse 13 verkrusteten Band 14 werden Strei-

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fen 15a und 15b ausgeschnitten und um die Rohre 9a, 9b und 9c gewickelt. Gemäß Fig. 1 wird eine erste Reihe von Streifen 15a abwechselnd um ein Rohr 9a und ein Rohr 9b gewickelt, und die Streifen 15a sind gemäß den Rohren 9a und 9b voneinander getrennt. Eine zweite Reihe von Streifen 15b wird gemäß den durch dfe Streifen 15a freigelassenen Räumen abwechselnd um ein Rohr 9c und ein Rohr 9b gelegt. Um einen guten Kontakt zwischen den Streifen 15 und den Rohren 9 zu erhalten, ist jedes Rohr von einer Klemmschelle 16 umgeben, die die Streifen gegen die Rohre drückt· Um einen guten Kontakt zwischen den Streifen 15 und den elektrischen Ansatzstücken 10 zu erhalten, werden die Streifen ihres verkrusteten Adsorbensmaterials 13 entledigt, und zwar auf einer Länge entsprechend der Kontaktzone zwischen den Streifen und den Ansatzstücken 10 und sind mit ihren Enden an den Ansatzstücken verschweißt. Die Streifen 15 sind elektrisch parallel geschaltet, wobei die beiden elektrischen Ansatzstücke 10 jeweils mit zwei anderen Ansatzstücken 17 und 18 verbunden sind,welche die Wand 2 dicht durchdringen und von letzterer durch ein elektrisches Isoliermittel 19 elektrisch isoliert sind. Jedes elektrische Ansatzstück lOist durch zwei Flachspulen 74 aus elektrischem isolierenden Material, die zwischen dem Ansatzstück und jedem Behälter 7 oder 8 angeordnet sind, elektrisch von den Behältern 7 und 8 isoliert.

Es wurden gleiche Bezugszeichen verwendet zur Kennzeichnung der Elemente der in Fig. 3 bis 6 dargestellten zweiten übert»g«ngevorrichtung, die bereits in Fig. 1 und 2 vorkommen« Di·?

Vorrichtung nach Fig. 3 bis 6 besteht ais einer Adsorptionekam-

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mer 1, die durch einen zylindrischen Behälter 2 mit ebenem Boden begrenzt ist, der gasdicht durch einen zylindrischen Deckel geschlossen wird, welcher mittels Verbindungsstücken 20 und nicht dargestellter Bolzen auf einen Flansch 5 des Gehäuses 2 aufgebracht ist. Im Inneren des Gehäuses 1 sind zwei im wesentlichen zylindrische, flache, horizontal voneinander im Abstand angeordnete Metallbehälter 7 und 8 angeordnet» sie sind durch sechs Rohre 9 miteinander verbunden, die sie miteinander in Verbindung bringen und begrenzen ein Sechseck. Eine zentrale Speiseleitung 11 für Kühlmedium durchdringt dicht nacheinander den Deckel 4, den Behälter 7, die Scheiben 27 und 28 und mündet in dem unteren Behälter 8. In dem oberhalb des Behälters 7 liegenden oberen Teil ist die Leitung thermisch durch einen Isolierstoff 26 isoliert. Dieser SToff 26 gewährleistet gleichermaßen die Dichtigkeit zwischen Deckel 4 und Leitung 11. Eine mittels thermischen Isoliermaterials 26 isolierte Leitung 12 zum Austritt des Kühlmediums durchdringt den Deckel 4 dicht und mündet in dem oberen Behälter 7.

Innerhalb der Kammer 1 sind zwei horizontale, im Abstand voneinander angeordnete identische Scheiben 27 und 28 aus Isoliermaterial (Epoxyharz z.BjJ vorgesehen, die dieselbe Symmetrieachse haben. Gemäß Fig. 4 weist jede Scheibe sechs radiale Schlitze 29 auf, die in regelmäßigem Abstand angeordnet sind, wobei die Schlitze der beiden Scheiben zueinander passen und paarweise verbunden werden können, jeweils ein Schlitz der Scheibe 28 und ein Schlitz der Scheibe 27. Die beiden Scheiben 27 und 28 sind zwischen den Behältern 7 und 8 angeordnet, und

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die Rohre 9 durchqueren die durch zwei aufeinanderfolgende Schlitze 29 begrenzten Scheibenteile 27 und 28.

Es sind mehrere Bändergleicher Länge aus einem mit Adsorbensmasse 13 (Fig. 12) verkrusteten Band 14 nebeneinandergelegt und bilden dreißig Bündel 30a, 30b usw. mit gleicher Bandanzahl. Diese Bündel 30a, 30b sind in Fünfergruppen verteilt, vertikal und regelmäßig angeordnet und entlang der Schlitze 29 im Abstand voneinander angeordnet, wobei jedes Paar von Schltzen 29 die Enden 37 von fünf zu einer Gruppe gehörenden Bündeln 30 aufnimmt.

Gemäß Fig. 4 sind die Bündel einer Gruppe elektrisch in Reihe miteinander verbunden; das gleiche gilt für die Bündelgruppen untereinander. Zu diesem-Zweck sind die Enden 37 der Bündel 30, die eventuell von ihrer Adsorbensschicht befreit sind, auf die Außenfläche der Scheiben 27 und 28 umgebogen, wobei Metallklammern 31 (Fig. 4), Querverstrebungen 32 (Fig. 6) oder elektrische Klemmen 33 (Fig. 4) zwischen den Enden 37 und den Scheiben 27 und 28 vorgesehen sind. Die Enden 37 der Bündel 3o gehören jeweils zwei benachbarten Gruppen an und sind entweder zueinander oder gegeneinander gerichtet. Die Klammern 31 weisen die Form einer rechteckigen Platte auf und gewährleisten entlang eines Schlitzes die elektrische Verbindung zweier Enden 37, die jeweils zu zwei benachbarten Bündeln 30 gehören; das gleiche gilt nach Fig. 4 für die oberen Enden 37 der Bündel 30b und 30c, die auf die Schreiben 27 umgebogen weufen. Die in Fig. 6 dargestellten metallischen Verstrebungen 32, etwa zwischen dem

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oberen Ende 37 des Bündeis 30 k und der Platte 27, weisen eine Dicke auf gleich der halben Dicke der Klammern 31; sie gewährleisten keinerlei elektrische Verbindung. Die Dicke der beiden elektrischen Klemmen 33 (Fig. 5), wie die zwischen dem oberen Ende des Steges 30a und der Scheibe 27, ist gleich der Dicke der Klammern 31; sie sind elektrisch mit zwei Klemmen 17 bzw. 18 verbunden, die den Deckel 4 dicht durchdringen und durch das Material 19 elektrisch von diesem isoliert sind, Klammern 34 oder 35 gewährleisten die elektrische Verbindung eines Schlitzes mit einem benachbarten Schlitz zweier nebeneinander liegender Enden, die jeweils zu zwei äußeren oder inneren Bündeln 30 zweier benachbarter Gruppen gehören. Da die Klammern und 35 halb so dick wie die Klemmen 31 sind, sind sie in Kontakt und auf den Enden 37 der Bündel 30 angeordnet. Die Klammern haben die Form eines Sektors und verbinden die oberen Enden 37 zweier auf die Platte 27 umgebogener äußerer Bündel, etwa 3Oj und 30k, die in zwei benachbarten Schlitzen 29 angeordnet sind. Die Klammern 35 weisen gleichfalls die Form eines Sektors auf, sind jedoch kleiner als die Klammern 34 und verbinden die unteren Enden 37 zweier auf die Platte 28 umgebogener Inerer Bündel, etwa 3Oe und 3Of, die in zwei benachbarten Schlitzen angeordnet sind.

Fig. 5 zeigt, daß das obere Ende des Bündels 30a zwischen der elektrischen Klemme 33 und einem zylindrischen Aluminiumblech 75 durchbohrt ist. Die anderen Enden der Bänder 30 sind ent weder zwischen einer Klammer 31 und dem Blech 75, zwischen einer Verstrebung 32 und einer Klammer 34 (Fig. 6) oder zwischen einer

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"^1?" 2 2 Ö δ 7 4 3

Verstrebung 32 und einer Klammer 3Π durchbohrt. Da fiie Diefee der Klammern 31 gleich der Summe um; Disks einer ^e^stsefettsg 32 und der einer Klammer 34 oder 35 ist, sind, alle oberen oder unteren Enden 37 der Bänder 30 mit einem ßer beiden Bleche 75 in Wärraekontakt, die Ihrerseits mit der Wand des Beäilters 7 oder 8 in Berührung sind, der zur Auf nähme sines üühliiieäiums bestimmt ist. Die mit den Enden 37 der Bänder 30 In Berührung stehende Oberfläche eines Bleches 75 1st elektrisch von letzte ren isoliert, entweder durch eine dünne Schicht 36 aus anvisiertem Aluminium oder einem Lack, der elektrisch isoliert und gute Wärmeleitfähigkeit aufweist. Ferner sorgen Schrauben 38 für dauernde Berührung der Enden 37 mit den Klammern 31, 33, 32 sowie den Klammern 34 und 35 sowie dem Boden der Bellälter 7 oder

Die in Fig. 7 dargeteilte übertragungsvorrichtung ähn*elt den beiden vorstehend beschriebenen übertragungsvorrichtung^. Sie verwendet also eine Adsorbensmasse der etwa in dem französischen Patent 1 588 221 beschriebenen Art? die in einer Schicht auf mindesten· einer Seite eines länglichen Metallträgers, etwa einem Band, verteilt wird. Gemäß Fig. 12 sind die trockenen Teilchen der Adsorbensmasse durch Kompression untereinander und auf einem Aluminiumband verkrustet, welches gute Leiteigenschaften aufweist, so daß die Dichte der verkswsteten Adsorbensmasse größer ist als die Dichte des Pulvermaterials, das zur Bildung 4er verkrusteten Adsorbensmasse verwendet wurde.

Die dritte übertragungsvorrichtung 1st zylindrisch symmetrisch

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um eine Achse 108. Sie besteht aus einem mittleren Metallteil 109, welches sich um die Achse 108 dreht. Der axiale Bereich dieses Teils ist hohl und bildet eine zylindrische Leitung 110 zur Aufnahme eines Kühlmediums, wobei der Durchmesser des mittleren Bereiches kleiner als der des äußeren Bereiches Jet. In Fig. 7 von unterdach oben betrachtet, ist der Außendurchmesser des Teils 109 im Bereich 111 gering, im Bereich 112

groß mittel/, beachtlich im Bereich 113 und bildet einen Vorsprung, der im Bereich 114 gering, im Bereich 115 mittelgroß ist.

Ein wie oben beschriebenes, mit Adsorbensmasse verkrustetes Band wird im Bereich 114 spiralförmig um das Metallteil 109 gewickelt und bildet eine Flachspule 116, deren einzelne Windungen untereinander in Wärmeverbindung stehen. Diese Flachspule befindet sich zwischen einer dünnen unteren Scheibe 117 und einer dünnen oberen Scheibe 118, die aus elektrisch isolierendem Material geschnitten sind und deren Innendurchmesser gleich dem Außendurchmesser des BeaaLches 114 des Teils 109, und deren Außendurchmesser etwas größer als der Außendurchmesser des Vorsprungs

sind 113 des Teils 109/ Da die Dicke der Flachspule 116 gleich der Länge des Bereichs 114 des Teils 109 fet, sind die Scheiben und die von Löchern 119 durchbohrte Scheibe 117 zwischen dem Bereich 115 und dem Bereich 113 des Teils 109 festgeklemmt. Es besteht jedoch ein freier Raum 120 zwischen der Scheibe 117 und dem Vorsprung 113.

Die Adsorptionskammer 100, in der sich die Flachspule 116 be-

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findet, ist begrenzt durch einen ;v;._s,.■,:dsiseäen Ring 121 ws. die Achse 108, dessen Jnnencliirdu't: i^-r: ;■*, .^h ^sBi Außendurchr_tesser der Flachspule 116 ist, und dorch, .L '-iegenflansche 122 und 123, die mittels torischer Verbindungen oder Gelenke 124 dicht gegen den Ring 121 gedruckt sind und ans elektrisch isolierender· Material bestehen. Der Gegenflansch 134 ist von einer axialen Bohrung durchstochen, deren Durchmesser gleich dem Außendurchmesser des Bereiches 112 des Teils 109 ist, und die Dichtigkeit zwischen Vorsprung 113 und Gegenflansch 123 ist mittels torischer Verbindungen 125 gewährleistet» Der Gegenflansch 122 ist von einer axialen Bohrung durchstochen? deren Durchmesser gleich dem Außendurchmesser des Bereiches 115 des Teils 109 ist. Die Dichtigkeit zwischen tiegenflas^eh 122 und zylindrischem Ring 121 wird durch eine Mutter 126 gewährleistet, deren Außendurchmesser gleich dem des Vorsprungs 113 ist und die durch eine torische Verbindung 127 zwischen der Mutter 126 und dem Gegenflansch 122 und durch eine Zinnschweißverbindung 128 zwischen der Mutter 126, dem Gegenflansch 122 und dem Bereich 115 des Teils 109 zwischen den Gegenflansch 122 und die Scheibe 118 gedrückt ist. Die Befestigung der Gegenflansche 122 und 123 an dem zylindrischen Ring 121 ist an jedem Ende des Teils 109 durch eine Metallscheibe 129, eine Mutter 130 und eine Gegenmutter 131 gewährleistet, die auf ein Gewinde des Teils 109 aufgeschraubt sind.

Die vorstehend beschriebene Anordnung ist im Inneren eines Metallgehäuses 132 gelagert, das eine Außenhülle für die Adsorptions-

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kammer 100 bildet, wobei der zwischen dem Gehäuse 132 und der Kammer 100 umfaßte Raum eine Außenleitung für das schon erwähnte Kühlmedium bildet, das über die Leitung 133 In das Gehäuse 123 gelangt und über die Leitung 134 aus ihr heraus. Zu diesem Zweck ist das zylindrische Gehäuse 132 mittels eines Flansches 135 und nicht dargestellter Bolzen gegen eine Metallplatte 136 gedrückt, IA die ein erstes Loch 137 gebohrt ist, durch welches das Metallteil 109 geht, und ein zweites Loch 138, in welches ein Verbindungsstück 139 paßt, dessen Funktion weiter unten noch beschrieben wird. Die Dichtigkeit zwischen dem Teil 109 und der Scheibe 136 und die Halterung der Vozdchtung innerhalb des Gehäuses 132 werden durch einen Ring 140 aus elektrischem Isolierstoff gewährleistet, der gegen die Gegenmutter 131 gedrückt ist, durch eine in das Loch 137 gedrückte Dichtung 141, welche über einen Ring 142 aus Isoliermaterial zwischen der Platte 136 und der Gegenmutter 131 zusammengedrückt ist, mittels einer Mutter 143 und einer Gegenmutter 144, die außerhalb des Gehäuses 132 auf ein Gewinde des Bereiches 112 des Teils 109 geschraubt sind. Die Leitung 110 kommuniziert mit dem Inneren des Gehäuses 132.

Das Verbindungsstück 139 besteht aus einem durch das Loch 138 gehenden zylindrischen Rohr 145, einem Vorsprung 146 und einer Lagerung 247, welche letzteren innerhalb des Gehäuses 132 angeordnet sind. Die Dichtigkeit zwischen dem Verbindungsstück und der Platte 136 wird durch eine Dichtung 248 gewährleistet, die mittels einer Metallscheibe 147, einer Mutter 148 und einer

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Gegenmutter 149, die auBerhalb des Gehäuses 132 auf ©la Gewinde des Rohres 145 geschraubt sind, zwischen die Platte 136 und den Vorsprung 146 gedrückt ist. In der Lagerung 247 ist eine Leitung 150 verschweißt und kommunissiert über den zylindrischen Ring 121 mit der Adsorptionskammer I₁ Sas Rohr 145 der Verbindung 139 kommuniziert mit einer Umleitung, die zn einem Ventil 423 und zu einem Ventil 425 fahrt. Somit ist es möglich, die Adsorptionskammer 1 mit mindestens einer anderen Kammer kommunizieren zu lassen.

Es sind Einrichtungen vorgesehen, um in das die Flachspule 116 bildende Metallband eine eMctr Ische Energie zu leiten. Zn diesem Zweck 1st das innere Ende des Bandes, dessen Adsorbsnsniasse entfernt wurde, mit dem Metallteil 109 verschweißt, das seinerseits mit einem elektrischen Pol 206 mit dem Äußeren des Gehäuses 132 verbunden ist. Der Umfang der von Adsorbensmasse befreiten Flachspule 116 ist elektrisch über eine Lötstelle mit dem Metallring 121 verbunden, der in elektrischem Kortakt mit dem Verbindungsstück 139 steht, das seinerseits an den anderen elektrischen Pol 207 angeschlossen ist.

Gemäß der Anordnung nach der dritten Vorrichtung befindet sich die Flachspule 116 also in Wärmekontakt mit einer Kältequöll », entlang einer durch ihre innere Kontur in Berührung mit der mitfeieren Leitung HO stehende erste Zone und entlang einer durch ihre Muß**.re Kontur mit dem Metallring 121 der Adsorptionskammer 1 in JierUhrung stehende zweite Zone.

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Bei der vierten übertragungsvorrichtung sind die bereits aufgetretenen Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch die vierte übertragungsvorrichtung steht den vorstehend beschriebenen Übertragungsvorrichtungen nahe.

Die vierte Vorrichtung ist symmetrisch zylindrischem eine Achse 151. Sie besteht aus einem inneren zylindrischen Rohr 152, der Achse 151, einem koaxialen mittleren zylindrischen Rohr 153, dessen Durchmesser größer als der der Leitung 152 ist, einem koaxialen äußeren zylindrischen Rohr 154, dessen Durchmesser größer als der des Rohres 153 ist. Der Raum zwischen dem Rohr 152 und dem Rohr 153 bildet eine Adsorptionskammer 100. Das Rohr 152, das zur Aufnahme eines Kühlmediums geeignet ist, dient als mittlere Leitung 110 für das Medium. Der Raum zwischen dem Rohr 153 und dem Rohr 154 dient als äußere Leitung 203 für das Kühlmedium* das durch die Leitung 204 herange führt und durch die Leitung 205 herausgeleitet wird.

Im Inneren der Adsorptionskammer 100 sind Flachspulen 116 aus einem Adsorbensband, die identisch mit den Spulen der dritten Vorrichtung sind, um das Rohr 152 her -um aufeinandergestappelt. Ihr innererund ihr äußerer Durchmesser sind im «/irsenfliehen gleich bezüglich dos Du chimes se rs des Rohres 152 sowie des Rohrea 153. Diese E'lachspulen 3ind durch Scheiben 155 >/i neinan Icr getrennt, die von Löchern 156 durchbohrt und aus einem elektrisch i:v!l· ränder Material ausgeschnitten sind und deren Innendurchmesser als <iα -h Auß.mdurchmeseer im wesentlichen den Durchmes sern dor Flachspule entsprechen.

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Die Rohre 154 und 153 sind an beiden Enden mit einem zylindrischen Flansch 157 formschlüssig verbunden, dessen Innendurchmesser gleich dem des Rohres 153 und dessen Außandurchmesser größer als der des Rohres 154 1st. Das Rohr 154 ist an beiden Enden in einem Flansch verankert und verschweißt. Das Rohr

153 ist an beiden Enden in einem Flansch eingepaßt und verschweißt. Die Dichtigkeit zwischen den Rohren 153 und 152 wird durch zwei Scheiben 158 und 159 aus elektrisch isolierendem Material gewährleistet, deren Innendurchmesser gleich dem des Rohres 152 und deren Außendurchmesser gleich dem des Flansches 157 ist, und zwar mittels nicht dargestellter Bolzen, welche torische Dichtungen 160 zwischen den Flansch 157 und die Scheibe 158 und die torischen Dichtungen 161 zwischen die Scheibe 159, die Scheibe 158 und das Rohr 152 drücken.

Die Adsorptionskammer 100 kommuniziert mit dem Äußeren über eine mit dem Rohr 153 formschlüssige Leitung 150, die das Rohr

154 dicht durchquert und an einen Verteiler zu zwei Ventilen 423 und 425 angeschlossen ist.

Ähnlich wie bei der dritten Vorrichtung sind Einrichtungen zur elektrischen Beheizung der Flachspulen 116 vorgesehen. Zu diesem Zweck ist das innere Ende jedes Bandes, das eine Flachspule 116 bildet, aus der die Adsorbensmasse entfernt ist, auf das Metallrohr 152 geschweißt, das seinerseits außerhalb der Kammer 100 an einen elektrischen Pol 206 angeschlossen ist. Das äußere Ende dieses Bandes ist durch jedes geeignete Mittel auf dem Metallrohr 153 verschweißt, welches seinerseits mit der

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Metalleitung 150 elektrisch verbunden ist) letztere ist außerhalb der Kammer 100 elektrisch an den anderen elektrischen Pol 207 angeschlossen Ein Ring 148 aus elektrisch isolierenden Material gewährleistet die elektrische Isolierung und den dichten Durchtritt des Rohres 154 durch die Leitung 150.

Jede Flachspule 116oder jedes sie bildende Metallband befindet sich in Wärmekontakt mit einer Kältequelle oder einem Kühlmedium, welches in der Leitung 110 und der Leitung 203 zirkuliert, entlang einer durch seine Innenkontur gebildeten ersten Zone und entlang einer durch seine Außenkontur gebildeten «weiten Zone.

Nachstehend wird die Betriebsweise der tibertragungsvorrichtungen nach der Erfindung beschrieben unter der Annahne, daß die zvslte Vorrichtung gemäß Fig. 3 bis 6 zur Entleerung einer beliebigen Kammer, in Flg. 3 mit 22 bezeichneten Kammer, verwendet werden soll.

Durch die Leitung 11 wird permanent eine Kühlflüssigkeit oder ein Kühlmedium, wie flassiger Stickstoff, in die zweit· Vorrichtung eingeführt. Das Medium füllt also nach und nach den Behälter 8, die Leitungen 9 und den Behälter 7. Da jede· Metallbau« der Bündel 30 über die Enden 37 mit den Metallbehältern 7 und 8, also mit dem Kühlmedium , in Wärmekontakt steht, führt man ständig Kälteenergie zu, die im wesentlichen gleichmäßig (da die Bündel 30 nicht sehr lang sind) in der verkrusteten Adsorbensmaase verteilt und als Schicht auf die Bänder aufgebracht

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wird. Das durch Wärmeaustausch mit der Adsorbensmasse verdampfte Kühlmedium tritt durch die Leitung 12 aus der Vorrielv» tung aus. Ein Betriebsgrundzyklus zwischen dsn Zelten ti und tf setzt eich aus folgenden Stufen zusammen j Da zur EeIt ti die Adsorbensmasse die Siedetemperatur der Kühlflüssigkeit und eine Adsorptionstemperatur des oder der in der zu leerenden Kammer 22 befindlichen Gases oder Gase aufweist; wird di© Kommunikation zwischen der Kammer und der Adsorptionskaasmer durch öffnung des Ventils 23 hergestellt. Die Gase aus der xu leerenden Kammer werden also durch die Adsorbensmasse der Bündel 30 adsorbiert. Wenn die Adsorbensmasse zur Zeit ti an adsorbiertem Gas gesättigt 1st, wird das Ventil 23 geschlossen. Gleichzeitig setzt man bis zur Zeit t2 die elektrischen Klemmen 17 und 18 unter Spannung« um in die in Serie geschalteten Bänder 30 einen elektriichen Gleich- oder Wechselstrom gelangen zu lassen, der während des Zyklus durch den Joule-Effekt eine Zufuhr an Wärmeenergie erzeugt, die gleichmäßig in der Adsorbonsmasse der Bänder verteilt wird. Da die eingesetzte elektrische Leistung so eingerichtet ist, daß sie eine Zufuhr von Wärmeenergie erzeugt, deren Leistung weit über der der Leistung der permanenten Zufuhr an Kälteenergie liegt, wird die Adsorbensmass· während der Phase zwischen ti und t2 auf eine Desorptionstemperatur der ursprünglich adsorbierten Gase erwärmt, and dl« deeorbierten Gas« werden über die Leitung 24 und öffnung d«s Ventils 25 aus der Adsorptionskanniftr evakuiert. Zur !•it t2 1st das Ventil 25 geschlossen und die elektrische Spannung abgeschaltet. Sodann beginnt dl« Abkühlungsphase der Adsorbens-

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masse bis zur erwähnten Adsorptlonetemperatur (Siedepunkt der Kühlflüssigkeit) und setzt sich bei permanenter Zufuhr an Kälteenergie bis zur Zeit tf fort. Zur Zeit tf ist die Adsorptionstemperatur erreicht, und ein neuer Betriebszyklus kann durch öffnen des Ventils 23 beginnen. Polglich wird während jedes Pumpzyklus eine gewisse Gasmenge aus der zu entleerenden Kammer 22 entnommen, zeitweilig durch Adsorption in der Adsorptionskammer 1 fixiert und sodann desorbiert und aus der Kammer 1 nach draußen befördert.

Verwendet man beispielsweise Zeolith als Adsorbensmasse und flüssigen Stfck-stoff als Tieftemperatur- oder Kühlflüssigkeit, so beträgt die Adsorptionstemperatur 77°K, die Desorptionstemperatur 600 K, und der gesamte Zyklus dauert etwa 3 Minuten.

Der Betrieb der ersten übertragungsvorrichtung ist identisch mit dem oben beschriebenen. Die Tiefsttemperatur- oder Kühlflüssigkeit fließt permanent in die Kammer 1 von der Leitung 11 zur Leitung 12. Zur Zeit t. und während der Erwärmungsphase zwischen ti und t2 befindet sich die Kammer 1 in Verbindung mit dem zu entleerenden Behälter 22 oder mit dem Äußeren, wobei die Bänder 15 zwischen der Zeit ti bis zur Zeit t2 unter elektrischer Spannung stehen. Mit einer Masse von beispielsweise 130 g auf 34 m Metallband verteiltem Zeolith und flüssigem Stickstoff ist es möglich, einen Behälter mit 100 1 in 25 Minuten von 760 torr auf 10 torr unter Verödung einer ersten übertragungsvorrichtung gemäß der Erfindung zu evakuieren. Vergleichsweise würde dieselbe Evakuierung mit einer primären Flügelpump· von 5 m /h 45 Minuten benötigen.

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Nachstehend wird beispielsweise ate JFüiiktians-ieioe der bereits erläuterten dritten und vierten tlbfcrferaguu-g^voirrishtiing beschrieben, und zwar für den Fal3., daß eine oder zwcsi Vorrichtungen desselben Typs Teil eines Kühlgerätas sind, das den Joule-Thomson-Zyklus verwendet, entsprechend der schsmatischen Darstellung von Fig. 9 und 10*

Gemäß Fig. 9 besteht ein derartiges Kühlferät aus swei parallelgeschalteten übertragungsvorrichtung desselben Typs oder Kompressoren. Zu diesem Zweck werden eine Ädsorptionskaramer la, deren Ein- und Ausgang über Ventile 23a baw, 25a geregelt wird, und eine Adsorptionskammer Ib, deren Ein- und Ausgang über Ventile 23b bzw. 25b geregelt wird, über eine mit den Ventilen

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23a und 23b verbundene Leitung 161 von einem stromaufwärts liegenden Volumen 163 mit Niederdruckgas gespeist undtber eine mit den Ventilen 25a und 25b verbundene Leitung 162 von dem Niederdruokgas zu einem stromabwärts liegenden Volumen 164 entleert ader evakuiert. Das in das stromabwärts liegende Volumen 164 übertragene und eventuell vorher durch einen Wasserkühler 165 gekühlte Gas wird über eine Leitung 170 in einen Wärmeaustauscher 166 geleitet, wo es abgekühlt und eventuell verflüssigt wird. Am Ausgang aus dem Wärmetauscher 166 geschieht in einem Druckminderventil 167 der Obergang von Hoch- zu Niederdruck; sodann gelangt das Gas in einen Wärmetauscher 168, wo es sich erwärmt und eventuell durch Wärmeaustausch mit einem Medium verdampft, welches über eine Leitung 169 von außerhalb des Kühlgerätes in den Wärmetauscher 168 gelangt. Das erwärwte Niederdruckgas wird über eine Leitung 171 zum stromaufwätts liegenden Volumen 163 geschickt und gelangt vorher noch in den Wärmetauscher 166, wo es nochmals durch Wärmeaustausch mit dem Hochdruckgas von dem stromabwärts liegenden Volumen 164 und während der Abkühlung vor seiner Durchminderung im Ventil 167 erwärmt wird.

Fig. 10 zeigt ein anderes Kühlgerät, dessen Wärmeaustauschund Druckminderteile nicht dargestellt sind, da sie mit den Teilen des in Flg. 9 dargestellten Kühlgerät·* identisch sind. Zur Bezeichnung bereits in Fig. 9 vorgekommener Teile werden in Fig. 10 gleiche Bezugszeichen verwendet. Genie Fig. IO weist ein Joule-Thomson-Ktthlgerät drei Ubertragungsvorrichtungen desselben Typs oder Kompressoren auf, die zwischen dem strom-

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aufwärts liegenden Volumen 163 und dem stromabwärts liegenden Volumen 164 in Reihe angeordnet sind. Zu diesem Zweck sind drei Adsorptionskammern lc, Id und Ie untereinander und mit dem stromaufwärts liegenden Volumen 163 sowie mit dem stromabwärts liegenden Volumen 164 verbunden. Die Obergänge zwischen dem stromaufwärts liegenden Volumen und der Kammer Ic, zwischen der Kammer Ic und der Kammer Id, zwischen der Kammer Id und der Kammer Ie und zwischen der Kammer Ie und dem stromabwärts liegenden Volumen 164 werden jeweils durch Ventile 172, 173, 174 und 175 gesteuert.

Nachstehend wird die Funktionsweise der dritten und vierten beschriebenen übertragungsvorrichtung erläutert für den Fall, daß die beiden Adsorptionskammern la und Ib des Kühlgerätes entspachend Fig. 9 der Ausführungsform nach Fig. 7 oder Fig. 8 entsprechen.

Eine Kühlfüssigkeit, etwa kaltes Wasser (15°_{c) zirkuliert}

•tändig außerhalb und innerhalb einer Adsorptionskammer 100. Bei der zweiten Vorrichtung gelangt das Wasser durch die Leitung 133 nach innen und tritt durch die Leitung 134 und 110 wieder aus. Bei der dritten Vorrichtung gelangt das Wasser durch die Innenleitung 110 und die Leitung 204 nach innen und tritt durch die Leitungen 110 und 205 wieder aus. Da die Kälte der Kühlflüssigkeit ständig durch Wärmekontakt zwischen den Windungen jeder Flachspule 116 von außen zum Mittelpunkt und von Hittelpunkt nach außen übertragen wird, wird eine ständige Zufuhr an Xllteenergle bewirkt, die im wesentlichen gleichmäßig in der

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zerteilten und auf dem jede Flachspule 116 bildenden Metallband verkrusteten Adsorbensraasse verteilt wird. Ein Grundzyklus, der eine Adsorptionskaituner la verwendet und die Übertragung eines Gases von dem stromaufwärts liegenden Volumen 163 zu der Kammer la und von dort zu dem stromabwärts liegenden Volumen 164 ermöglicht, weist beispielsweise zwischen den Zeiten ti und tf die folgenden Stufen auf. Von ti bis ti ist die Kammer la über die Schliessung der Ventile 23a und 25a *>n dem stromaufwärts liegenden Volumen 163 nnd dem stromabwärts liegenden Volumen 164 isoliert, und man führt eine Abkühlung der vorher von jeder Flachspule 116 desorbierten Adsorbensmasse auf eine Adsorptionstemperatur des in dem Volumen 163 enthaltenen Gases durch, welches bei ti eine kalte Temperatur gleich der des verwendfcen Kühlmediums, also 15°C, erreicht. Zwischen ti und t2 kommunizieren die Kammer la und das stromaufwärts liegende Volumen 163 durch Offnen des Ventils 23a miteinander. Da die Adsorbensmasse jeder Flachspule 116 eine Adsorptionstemperatur gleich der kalten Temperatur aufweist, wird Gas, das unter niederem Druck des Joule-Thomson-Zyklus von dem Volumen 163 erhalten wird, von ti bis t2 in der Adsorptionskammer la adsorbiert. Von t2 bis t3 ist das Volumen 163 durch Schliessen des Ventils 23a von der Kammer la getrennt, und man sett gleichzeitig von t2 bis t3 die elektrischen Pole 206 und 207 unter Spannung, so daß durch den Joule-Effekt jede Flachspule 116 erwärmt wird. Man bewirkt also eine Zufuhr an Wärmeenergie, die im wesentlichen gleichmäßig in der Adsorbensmasse jeder Flachspule verteilt wird. Darüberhinaus ist die eingesetzte elektrische Leistung ausreichend groß, um eine Zufuhr an Wärmeenergie zu

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erzeugen, die stärker als die Leistung der permanenten Zufuhr an Kälteenergie ist. Von t2 bis t3 wird die Adsorbensmasse also auf eine Desorptionstemperatur erwärmt, die progressiv ansteigt und schließlich bei t3 eine warme Temperatur erreicht, de gleich der durch die elektrische Erwärmung jeder Flachspule hervorgerufenen Temperatur ist. Gleichzeitig wird das desorbierte Gas ii der Kammer la komprimiert. Von t 3 bis tf wird die elektrische Erwärmung der Flachspulen fortgesetzt; die Zufuhr an Wärmeenergie ist also während des Zyklus von ti bis tf momentan und von längerer Dauer als die Dauer der Erwärmungsphase zwischen der Zeit t2 und t3. Von t3 bis tf kommuniziert die Adsorptionskammer durch öffnen des Ventils 25a mit dem stromabwärts liegenden Volumen 164, und da während dieser Stufe die Adsorbensmasse eine Desorptionstemperatur aufweist, wird das vorher komprimierte Gas in das stromabwätts liegende Volumen 164 entleert. Beim Zeitpunkt tf befindet sich das in das stromabwärts liegende Volumen übertragene Gas unter Hochdruck des Joule-Thomson-Zyklus.

Die Dauer des vorstehend beschriebenen Grundzyklus kann vermindert werden, wie vorher, im Falle, daß die Phasen von ti bis ti und von ti bis t2 vermischt und/oder im Fall, daß die Phasen von t2 bis t3 und von t3 bis tf vermischt werden.

Im folgenden wird die Betriebsweise des in Fig. 10 dargestellten Kompressors erläutert, der mehrere Kompressionsstufen aufweist, welche jeweils eine Übertragungsvorrichtung nach der Erfindung enthält. Bei dieser Beschreibung wird Bezug genommen

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auf die in Fig. 11 dargestellten Adsorptionsisothermen des Kompressionsgases, und es wird angenommen, daß das Gas in jeder Kammer lc, Id und Ie durch die Adsorbensmasse am Ausgang der Abkühlungsphase bis zur kalten Temperatur TF adsorbiert und wähHid der Erwärmungsphase der Adsorbensmasse bis zur warmen Temperatur TC desorbiert wird.

Ein Gasübertragungsverfahren von dem das Zyklusgas unter Niederdruck Pl enthaltenden stromaufwärts liegenden Volumen 163 zu dem das Zyklusgas unter Hochdruck P2 enthaltenden stromabwärts liegenden Volumen 164 weist zwischen den Zeiten 0i und öf mindestens die folgende Sequenz auf.

Zur Zeit 0i befinden sich die Adsorbensmassen der Kammern Ic, Id und Ie auf der kalten Temperatur TF unter Niederdruck Pl, und die Kammern lc, Id und Ie kommunizieren miteinander, sind jedoch von dem stromaufwärts liegenden Volumen 163 und dem stromabwärts liegenden Volumen 164 getrennt, da die Ventile 173 und 174 geöffnet und die Ventile 172 und 175 geschlossen sind. Bei öi wird die mit Zyklusgas gesättigte Adsorbensmasse der Kammer Ic bis zur Zeit ei auf eine Desorptionstemperatur erwärmt, bei der Θ1 die Temperatur TC erreicht. Von ei bis Θ1 werden die vom Zyklusgas desorbierten Adsorbensmassen der Kammern Id und Ie bei der Temperatur TF allmählich bei der Adsorptionstemperatur TF an Zyklusgas gesättigt bis auf einen Druck P3, der größer als Pl ist. Folglich gelangt von Θ1 bis Θ1 die Adsorbensmasse der Kammer Ic gemäß Fig. 11 vom Zustand A unter dem Druck Pl zum Zustand B unter dem Druck P3 und die

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Adsorbensmassen der Kammern ld und le zum Sustand C.

Von Θ1 bis Θ2 sind die Kammern Ic und Id durch Schließung des Ventils 173 voneinander getrennt. Von Θ1 bis Θ2 wird einerseits die Masse der Kammer Ic bis auf die Temperatur TP abgekühlt und andererseits die Masse der Kammer Ie bis auf die v/arme Temperatur TC erwärmt. Da das Ventil zwischen Θ1 und Θ2 geöffnet bleibt, wird die Adsorbensmasse der Kammer Ie allmählich mit Zyklusgas auf der Adsorptionstemperatur TF und bis zum Druck P4, der größer als P3 ist, gesättigt. Folglich gelangt die Adsorbensmasse der Kammer Id in der Zeit Ql bis 02 vom Zustand C unter dem Druck P3 zum Zustand D unter dem Druck P4, und die Masse der Kammer Ie vom Zustand C in den Zustand B.

Von Θ2 bis 63 sind die Kammern Id und Ie durch Schließen des Ventils 174 voneinander getrennt, und die Kammer kommuniziert durch öffnen des Ventils 175 mit dem abstromseitigen Volumen 164. Von Θ2 bis Θ3 wird die Adsorbensmasse der Kammer Ie bis auf die Desorptionstemperatur TC erwärmt, und das desorbierte Gas wird in das abstromseitlge Volumen 164 entladen bis zum Hochdruck P2 des Zyklus, der größer als P4 ist. Gleichzeitig wird von 02 bis Θ3 einerseits die Masse der Kammer Ie bis auf TE' abgekühlt und andererseits die Masse der Kammer durch öffnung des Ventils 172 mit dem aufstromseitigen Volumen in Verbindung gebracht und sättigt sich an Zyklusgas auf der Tempeatur TF und bis zum Niederdruck Pl. Folglich gelangt von Θ2 bis Θ3 die Adsorbensmasee der Kammer Ie vom Zustand E unter dem Druck P4 in den Zustand F unter dem Druck P2, während die

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Masse der Kammer Ic wieder in den Zustand A zurückkehrt. Zwischen Θ3 und Qt ist die Kammer durch Schließen des Ventils 175 von dem abstromseitigen Volumen 164 getrennt und kühlt auf die Temperatur TF ab.

Bei Qt ist man zum ursprünglichen Zustand zurückgekehrt, und eine neue Folge kann beginnen, indem man zum Zeitpunkt Qt das Ventil 172 schließt und die Ventile 173 und 174 öffnet.

Folglich kommuniziert während der oben beschriebenen Sequenz, «renn ein Grundzyklus der Reihe 2 die zweite Kammer Id verwendet, einerseits diese Kammer mit der Kammer der Reihe 1 oder Ic, deren Adsorbensmasse sich auf einer Desorptionstemperatur befindet, wenn sich die Masse der Kammer Id auf der Adsorptionstemperatur TF befindet, und ist während der Erwärmungsphase bis auf TC von der Kammer Ic getrennt, andererseits kommuniziert dieselbe Kammer mit der Kammer der Reihe 3 oder Ie, deren Masse sich auf der Adsorptionstemperatur TF befindet, wenn die Masse der Kammer Id sich auf einer Desorptionstemperatur befindet, und ist während der Abkühlungsphase bis auf TF von der Kammer Ie getrennt.

Ferner rringt man während des Grundzyklus der Reihe , der die Kammer ier ReLhe L oder Ic verwendet, wenn die Kammern Ic und Id miteinander kommunLzieren, die Kanuner der Reihe 2 oder Id mit der Kanuner der Reihe 3 oder Ie in Verbindung, deren Adsorms; be sich auf der Adsorptionstemperatur TF befindet.

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Ferner geschieht die Abkühlungsphass bis auf TF des Grundzyklus der Reihe 1 völlig während der Erwärmungsphase des Grundzyklus der Reihe 2 bis auf TC.

Beispielsweise werden im Rahmen eines Joule-Thomson-Kühlgerä-

tes O_f5 Nm /h Stickstoff von 0 bis 16 Bar komprimiert. Zu diesem Zweck verwendet man einen gemischten Kompressor mit vier Stufen, bestehend aus einer ersten Stufe, die mit Hilfe eines elektromagnetischen Kompressors gebildet wurde (Druckhöhe 5 Bar, Durchsatz 4 Nm7 h, Leistung 150 Watt), aus drei Kompressionsstufen durch Adsorption (3 Adsorptionskammern entsprechend denen der Fig. 1 und 2), die insgesamt 5.625 g Zeolith verwenden, und drei Propanheizöfen für die erwähnten Kammern. Der Zyklus dauert pro Kammer etwa 2Minuten.

Die Besonderheiten der beschriebenen Folge können für einen Kompressor mit η Kompressionsstufen verallgemeinert werden, wobei jede Stufe aus einer Übertagungsvorrichtung nach der Erfindung besteht.

Die beschriebene Folge oder Sequenz kann auf eine Pumpengruppe angewendet werden mit η übertragungsstufen oder -vorrichtungen. Hierbei dient die zu leerende Kammer als aufstromseitlges Volumen ^un(3 der Rücklauf in die Atmosphäre als abstromseiiLges Volumen .

Die übertragungsvorrichtung nach der Erfindung kann gleichfalls als Primär- oder Sekundärpumpe mit einem Kühlmedium, wie flüs-

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siges Helium etc., dienen. Insbesondere können zwei oder drei Ubertragungsvorrichtungen untereinander in Reihe geschaltet werden und bilden dann eine Pumpkette für eine zu leerende Kammer, wobei jede Vorrichtung eine Pumpstufe bildet.

Ferner kann die Funktionsweise der beschriebenen Vorrichtungen umgekehrt werden. Während eines Betriebszyklus von t^ bis t_f kann man ständig Wärmeenergie zuführen, indem man die mit Adsorbens beladenen Bänder ständig unter Spannung hält. Von t^ bis tf bringt man die Adsorptionskammer mit dem Äußeren in Verbindung, wobei die Kommunikation des Äußeren mit der zu leerenden Kammer unterbrochen ist; das während eines vorhergehenden Zyklus adsorbierte Gas wird durch Erwärmen der Adsorbensmasse auf eine Desorptionstemperatur desorbiert. Bei t^ unterricht man die Kommunikation a/ischen der Adsorptionskammer und dem Äußeren und beschickt mit genügend Kühlmedium, um eine momentane Zufuhr an Kälteenergie hervorzurufen zwischen ti und t2, die viel stärker 1st als die Leistung der permanenten Zufuhr an Wärmeenergie; zwischen ti und t2 wird die Adsorbensmasse also auf eine Adsorptionstemperatur abgekühlt. Bei t2 setzt man die Zufuhr an Kühlmedium bis tf fort und bringt die Adsorptionskammer und die zu leerende Kammer miteinander in Verbindung, um die darin befindlichen Gase zu adsorbieren. Bei tf stoppt man die Zufuhr an Kühlmedium, unterbricht die vorige Kommunikation und beginnt mit einem neuen Zyklus.

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Claims (18)

1. Patentansprüche

   / 1.\Gasübertragungsverfahren durch Adsorption unter Verwendung mindestens einer eine Adsorbensmasse enthaltenden Adsorptionskammer und mit mindestens einem Grundzyklus, der eine solche Adsorptionskammer verwendet, zur Gasübertragung zu der Adsorptionskammer oder aus ihr heraus, mit einer Phase zur Abkühlung der Adsorbensmasse auf eine Adsorptionstemperatur des Gases und einer Phase zum Erwärmen der Masse auf eine Desorptionstemperatur des Gases, wobei während des Zyklus Kälteenergie und Wärmeenergie zugeführt und im wesentlichen gleichmäßig in der Masse verteilt werden, dadurch gekennzeichnet, daß während des Grundzyklus eine Zufuhr permanent und die andere momentan ist, daß die momentane Zufuhr stärker als die permanente Zufuhr ist und mindestens so lange dauert wie eine dieser Phasen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Zyklus die Zufuhr an Wärmeenergie ständig und die Zufuhr an Kälteenergie momentan ist und mindestens so lange wie die Abkühlungsphase dauert.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Zyklus die Zufuhr an Kälteenergie ständig und die Zufuhr an Wärmeenergie momentan ist und mindestens so lange wie die Erwärmungsphase dauert.

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4. 4. Gasübertragungsverfahren von einem aufstromseitigen zu einem abstromseitigen Volumen nach Anspruch 1/ welches eine eine Adsorbensmasse enthaltende Adsorptionskammer aufweist, die mit dem aufstromseitigen und dem abstromseitigen Volumen verbunden ist, mit mindestens einem Grundzyklus, der die Adsorptionskammer verwendet, zur übertragung des Gases von dem aufstromseitigen Volumen zur Adsorptionskammer und von dieser zum abstromseitigen Volumen, mit einer Phase zum Abkühlen der Adsorbensmasse auf eine Adsorptionstemperatur des Gases sowie einer Phase zum Erwärmen der Masse auf eine Desorptionstemperatur des Gases, bei welchem Verfahren während des Zyklus eine Zufuhr an Kälteenergie und eine Zufuhr an Wärmeenergie durchgeführt werden, welche im wesentlichen gleichmäßig in der Masse verteilt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Zufuhren während des Zyklus momentan ist und mindestens so lange wie eine der Phasen dauert, daß ferner die Adsorptionskammer und das aufstromseitige Volumen miteinander kommunizieren, wenn die in der Kammer enthaltene Adsorbensmasse auf der Adsorptionstemperatur ist und welche während der Erwärmungsphase voneinander getrennt sind, und daß schließlich die Adsorptionskamer und das abstromseitige Volumen miteinander kommunizieren, wenn die Adsorbensmasse auf der Desorptionstemperatur ist, und während der Abkühlungsphase voneinander getrennt sind.
5. 5. Gasübertragungsverfahren von einem aufstromseitigen zu einem abstromseitigen Volumen, dadurch gekennzeichnet, daß es η eine Adsorbensmasse enthaltende Adsorptionskammern verwendet, die

   zwischen dem aufstromseitigen und dem abstromsdtigen Volumen angeordnet sind, wobei η größer als 1 ist, daß es mindestens einen Grundzyklus der Reihe ρ aufweist, der eine Kammer der Reihe ρ verwendet, zur Gasübertragung zu der Kammer der Reihe ρ und/oder aus ihr heraus, mit einer Phase zum Abkühlen der Adsorbensmasse auf eine Adsorptionstemperatur des Gases und einer Phase zum Erwärmen der Masse auf eine Desorptionstemperatur des Gases, ferner gekennzeichnet durch eine Zufuhr an Wärmeenergie und eine Zufuhr an Kälteenergie, die im wesentlichen gleichmäßig in der Masse verteilt sind, wobei mindestens eine dieser Zufuhren während des Zyklus momentan ist und mindestens ebenso lange wie eine der Phasen dauert, daß während des Grundzyklus der Reihe ρ die Kammer der Reihe ρ mit dem aufstromseitigen Volumen oder der Kammer der Reihe p-1 kommuniziert, deren Adsorbensmasse auf einer Desorptionstemperatur ist» wenn die Adsorbensmasse der Kammer der Reihe ρ auf der Adsorptionstemperatur ist, und während der Erwärmungsphase von dem aufstromseitigen Volumen oder der Kammer der Reihe p-1 getrennt ist, daß die Kammer der Reihe ρ mit dem abstromseitigen Volumen oder der Kammer der Reihe p+1 kommuniziert, deren Adsorbensmasse auf einer Adsorptionstemperatur ist, wenn die Adsorbensmasee der Kammer der Reihe ρ auf der Desorptionstemperatur ist, und während der Abkühlungsphase vpn dem abstromseitigen Volumen oder der Kammer der Reihe p+1 getrennt ist.
6. 6. Gasübertragungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich-

   net, daß man während des Grundzyklus der Reihe ρ, wenn die Kanunern der Reihe ρ und p+1 miteinander kommunizieren/ die Kammer der Reihe p+l mit den Kammern der Reihe q in Verbindung bringt, die größer als p+l ist und deren jeweilige Adsorbensmassen auf einer Adsorptionstemperatur sind.
7. 7. Gasübertragungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlungsphase des Grundzyklus der Reihe ρ mindestens teilweise während der Erwärmungsphase des Grundzyklus der Reihe p+l unter Verwendung der Kammer p+l stattfindet.
8. 8. Gasübertragungsverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man den Druck des Gases nach seiner übertragung zum abstromseitigen Volumen mindert, um Kälte zu erzeugen und das druckverminderte Gas zum aufstromseitigen Volumen zurückschickt, ferner dadurch, daß man Wärme austauscht zwischen dem zum aufstromseitigen Volumen zurückgeschickten Niederdruckgas und mindestens dem von dem abstromseitigen Volumen kommenden Gas vor seiner Druckminderung.
9. 9. Vorrichtung zur Gasübertragung durch Adsorption zu einer Adsorptionskammer und/oder aus dieser heraus, die mit mindestens einer weiteren Kammer verbunden werden kann, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer in der Kammer enthaltenen Adsorbensmasse, die in einer Schicht auf mindestens eine Seite eines länglichen Metallträgers verteilt ist, mit Einrichtungen zur Zufuhr von elektrischer Energie in den

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   Träq<>r, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens ein Metallband aufweist und daß mindestens eine erste und eine zweite Zone des Bandes mit einer Kältequelle in thermischem Kontakt stehen.
10. 10. Vorrichtung nach Anbruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere zur Kältequelle gehörende Metallstangen aufwefet, und daß das Metallband zwischen den Stangen verflochten ist, wobei jede Kontaktzone des Bandes mit einer der Stangeneine Wärmezone mit der Kältequelle bildet und daß die Kontaktzonen im regelmäßigen Abstand zueinander liegen.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stangen Röhren sind, welche mit jedem Ende mit einem Behälter zur Aufnahme eines Kühlmediums kommunizieren.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens ein aus mehreren Metallstangen bestehendes Bündel aufweist, deren erste und deren zweite Zonen einander jeweils benachbart sind, und daß die Bänder des Bündels elektrisch parallel geschaltet sind.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine aus mehreren Bündeln gebildete Gruppe aufweist, deren Bänder nebeneinander liegen und im wesentlichen gleich lang sind, daß die Enden der Bündel in Wärmekontakt mit der Kältequelle stehen und daß die Bündel elektrisch _{ln Relhe} geschaltet sind.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei parallelen mit einer gleichen Anzahl von Schlitzen versehenen Platten bestdit, wobei die Schlitze paarweise angeordnet sind, so daß ein Schlitz zu der einen und ein anderer Schlitz zu der anderen Platte gehört, ferner aus mehreren Gruppen von Bündeln, wobei die Bündel einer Gruppe entlang der zu einem Paar gehörenden Schlitze im Abstand voneinander liegen, daß jeder Schlitz eines Paares jedes Ende eines selben Bündele aufnimmt und daß die Gruppen untereinander elektrisch in Reihe geschaltet sind.
15. 15.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden eines Bündels in Wärmekontakt jeweils mit der Metall-wand eines ersten Behälters für ein Kühlmedium und der Metallwand eines zweiten Behälters für das Kühlmedium, wobei die beiden Behälter miteinander kommunizieren.
16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kältequelle eine Leitung aufweist, die zur Aufnahme eines Kühlmediums geeignet ist und mitten in der Adsorptionskammer angeordnet ist und die Wände der Kammer dicht durchquert, ferner eine Außenhülle für die Kammer, die mit den Wänden der Kammer eine Außenleitung für das Kühlmedium bildet, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband um die mittlere Leitung zu einer Flachspule gewickelt ist, deren verschiedene Windungen miteinander in Wärmekontakt stehen, wobei die erste und die zweite Zone durch die Kon-

    taktzonen des Bandes mit der mittleren Leitung und denWänden der Kammer gebildet werden.
17. 17. Gasübertragungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere zu Flachspulen gewickelte Metallbänder aufweist, und daß die Flachspulen durch Scheiben voneinander getrennt sind, die aus einem elektrisch isolierenden Material ausgeschnitten sind.
18. 18. Kühlgerät mit einer übertragungsvorrichtung nach Anspruch 9, mit einem Kompressor für ein Kühlmedium, einem Wärmetauscher zur Abkühlung des Mediums unter hohem Druck durch Erwärmung des Mediums unter niederem Druck, mit einer Einrichtung zum Entspannen des Mediums von dem hohen zu dem niederen Druck, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor mindestens eine übertragungsvorrichtung aufweist.

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