DE243031C

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Publication number: DE243031C
Application number: DENDAT243031D
Authority: DE
Also published as: FR433639A

Description

KAISERLICHES A

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 243031 KLASSE \7g. GRUPPE

ARMANDO LEVI-CASES in PADUA₅ Ital.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 25. März 1910 ab.

Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verflüssigungsveriahren mit niedriger kritischer Temperatur. Die Erfindung besteht darin, daß die Verflüssigung durch Verdichtung und Expansion des Gases erfolgt, und daß der Teil der ursprünglich hierzu verdichteten Gasmasse, der am Ende eines jeden Verflüssigungszyklusses den flüssigen Zustand nicht erreicht hat und den Expansionsapparat im

ίο Gaszustand verläßt, in einer Wärmekraftmaschine als Treibmittel zu weiterer Benutzung gelangt.

Das Verfahren kann ganz allgemein verwendet werden; Bedingung ist, daß das oben erwähnte nicht verflüssigte Gas den Expansionsapparat unter Druck verläßt.

In einem Gas, welches einer Expansion unterworfen wird, entfernen sich die Moleküle, voneinander. Da zwischen den Molekülen der wirklichen Gase Massenwirkungen bzw. Anziehungskräfte auftreten, deren Größe von der Entfernung der Moleküle entgegengesetzt abhängig ist, bewirkt das Entfernen der Moleküle eine Verkleinerung der Anziehungskräfte und

»5 verlangt dementsprechend selbst die Leistung einer gewissen, durch Rechnung und Erfahrung bestimmbaren Arbeitsmenge (innere Arbeit). Diese Eigenschaft der Gase wurde von Joule und Thomson konstatiert und wird in Verflüssigungsverfahren vielfach angewendet. Die Größe der Arbeit oder der äquivalenten Kühlwirkung wird durch eine Differenz von der

Form: analytisch ausgedrückt, worin

α eine von dem behandelten Gase abhängige Konstante und v₀ und V₁ das Anfangs- und Endvolumen darstellen.

Die Formel läßt leicht erkennen, daß bei gleichbleibendem Anfangsvolumen die größte der geleisteten inneren Arbeit langsamer als der Wert des Endvolumens steigt, und daß bei einem gegebenen Wert der Größe a, welcher im allgemeinen sehr klein ist, der Quotient — im Großvolumengebiet überhaupt

V₁

sehr langsam abnimmt, während die entsprechende Verdichtung des zu behandelnden Gases auch im Großvolumengebiet beträchtliche Mengen äußerer Arbeit verlangt. Es ist deshalb das Arbeiten im Kleinvolumen- bzw. Hochdruckgebiet in einem Verflüssigungsverfahren im allgemeinen von großem Nutzen, und der darauf folgende Hochdruckauslaß der Wirtschaftlichkeit des Verflüssigungsverfahrens an sich vollkommen entsprechend.

Die Expansion des komprimierten Gases kann nach zwei Prinzipien stattfinden, und zwar mit oder ohne Leistung äußerer Arbeit. Für das vorliegende Verfahren ist es gleichgültig, welches dieser beiden Prinzipien zur Anwendung gelangt, da in jedem Falle der eigentliche Verflüssigungsapparat in zwei Teile zerfällt, und zwar in einen Wärmeaustauschapparat, in dem das frisch verdichtete und bereits durch kalte Außenkörper vorgekühlte Gas durch das entweichende nicht verflüssigte Gas eines früheren Kreislaufes in die Nähe der Verflüssigungstemperatur gebracht wird, und in das eigentliche Expansionsorgan, das, im Falle, daß ohne Leistung äußerer Arbeit

/2. Auflage, ausgegeben am 24. Mai igi2.)

gearbeitet wird, als einfaches Druckreduzierorgan, im anderen Falle als eine Expansionskraftmaschine ausgebildet ist.

Im zweiten Falle addiert sich naturgemäß zu dem Joule-Thomsonschen Effekt das Wärmeäquivalent der geleisteten Außenarbeit für die Bestimmung der erzielten Kühlwirkung.

Von dem Eintritt in den Flüssigkeitsapparat

ίο (Wärmeaustausch -f Expansionsapparat) wird, wie erwähnt, die komprimierte Gasmasse vorgekühlt, denn es müssen mindestens die durch die Kompression gewonnenen Wärmemengen dem Gas unbedingt entzogen werden, damit sie die Kühlwirkung des Verfahrens nicht beeinträchtigen.

Somit unterscheidet man in jedem Verflüssigungsapparat drei unentbehrliche Teile: Verdichtungsanlage, Vorkühlungsanlage und

Expansionsanlage. . .

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist

auf der Zeichnung schematisch dargestellt, in der Annahme, daß das behandelte Gas Luft und der Kraftprozeß ein dieselähnlicher Verbrennungsprozeß ist.

Die verdichtete Luft gelangt aus dem Kompressor A in den Apparat B, der als Gegenstromapparat ausgebildet ist. Das nicht verflüssigte Gas, das den Verflüssigungsapparat bereits verlassen hat, bildet das Kühlmittel für diesen Gegenstromapparat B und nimmt demnach von dem den Apparat durchströmenden verdichteten Gase größtmöglichste Mengen von Verdichtungswärme auf.

Nach Verlassen des Apparates B tritt das teilweise vorgekühlte verdichtete Gas in den Verflüssigungsapparat C. Dieser enthält die beiden Hauptteile, den Wärmeaustauschapparat F und das Expansionsorgan G, gleichgültig, ob letzteres mit oder ohne Leistung äußerer Arbeit wirkt. Am unteren Ende des Expansionsapparates C befindet sich ein Hahn zur Entnahme der erzeugten Flüssigkeit.

Während des Durchströmens durch den Verflüssigungsapparat erfolgt die Trennung des innerhalb des Apparates verflüssigten und des nicht verflüssigten Gases. Letzteres gelangt nach Durchströmen der Wärmeaustauschapparate F und B in die Kraftmaschine D, um dort an dem Kraftprozeß teilzunehmen.

Zwischen dem Gegenstromapparat B und dem Expansionsapparat C ist ein Apparat E eingeschaltet. Dieser stellt einen Zwischenkühler dar, der diejenigen Wärmemengen auf ein geeignetes Kühlmittel übertragen soll, die nicht auf das nicht verflüssigte Gas im Apparat B übertragen worden sind, und die jedoch dem verdichteten Gase zweckmäßig vor seinem Eintritt in den Expansionsapparat entnommen werden.

Der Weg des verdichteten Gases ist mit schwarzen, der Weg des nicht verflüssigten Gases mit weißen Pfeilen bezeichnet.

Die Natur des Kompressors, seine Stufenzahl und die Anordnung der eventuellen Kühleinrichtungen bildet eine besondere, einfach zu lösende Frage. Die Lösung hängt davon ab, daß es nötig ist, durch den Wärmeaustausch die Zündtemperatur des Kraftmittels zu erreichen und andererseits gegebenenfalls durch etwaige Vorkühlung die Durchschnittstemperatur des Kraftprozesses zu erniedrigen, um die Mantel- und Auspuff Verluste möglichst niedrig zu halten.

Claims

75 Patent-Ansprüche:

1. Verflüssigungsverfahren für Gase mit niedriger kritischer Temperatur mittels Verdichtung und Expansion, dadurch gekennzeichnet, daß der bei jedem Kreislauf nicht verflüssigte Teil des verdichteten Gases in einer Wärmekraftmaschine an einem beliebigen Wärmekraftprozeß teilnimmt, wobei Verdichtungswärmemengen aus dem für die nächsten Verflüssigungskreisläufe bestimmten verdichteten Gase auf das nicht verflüssigte Gas übertragen und somit in der Wärmekraftmaschine nutzbar gemacht werden, und wobei die aus der Kraftmaschine gewonnene Leistung zum Betrieb des Verflüssigungsapparates oder zu fremden Zwecken benutzt wird.

2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verbindung zweier Verflüssigungsverfahren, von denen das erste ein brennbares, das zweite ein komburentes Gas behandelt, derart, daß der Wärmeinhalt des bei jedem Kreislauf nicht verflüssigten Teiles des ersteren gänzlich oder teilweise an der Wärmelieferung zum Kraftprozeß teilnimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.