DE2438336A1 - Vorrichtung zum verfluessigen bei sehr niedriger temperatur kondensierender gase - Google Patents

Vorrichtung zum verfluessigen bei sehr niedriger temperatur kondensierender gase

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DE2438336A1
DE2438336A1 DE2438336A DE2438336A DE2438336A1 DE 2438336 A1 DE2438336 A1 DE 2438336A1 DE 2438336 A DE2438336 A DE 2438336A DE 2438336 A DE2438336 A DE 2438336A DE 2438336 A1 DE2438336 A1 DE 2438336A1
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Petrus Simon Admiraal
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

PKN. 7 05 O"
■ ' · WlJ/AvdV
Hi·. Ι!:τί.,·Γΐ SrI111I1 /1 ·8 ·7^
Anm«k)*: N. Y. Philips' Gloeilampenfabrleken
Akie4va; PHN- 7050
von., -| . Aug.
"Vorrichtung zum Verflüssigen bei sehr niedriger Temperatur kondensierender Gase" .
Die Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung zum Verflüssigen bei sehr niedriger Temperatur kondensierender Gase wie Helium,
Wasserstoff und Neon mit einer Zuführungsleitung für Hochdruckgas, die mit einer oder mehreren
Vorkühlvorrichtungen und mit einem .oder mehreren
509810/0263
-2- PHN.7030
1 .β.?2»
Gegenstromwärmcaustauschern versehen ist, in denen ein Hochdruckgas bis unter die zu diesem Druck gehörende Inversionstemperatur abkühlt, wobei der Ausgang der Zuführungsleitung sicli an eine Druckverringerungsvorrichtung anschliesst, deren Abführungsleitung', in einen Sammelbehälter für kondensiertes Gas mündet mit einem Dampfraum der eine Abführungsleitung für Niederdruckgas aufweist, in die der (die) Gegenstromwännoaustauscher aufgenommen ist (sind).
Vorrichtungen der beschriebenen Art sind bekannt.
Das bis unter die zugehörende Invorsionstemperatur vorgekühlte Hochdruckgas wird in der Druckverringerungsvorrichtung bis auf einen wesentlichen.niedrigeren Druck gedrosselt, wobei das Gas wegen isenthalpische Expansion τ (Joule-Kelvin-Eff ek-t) in Temperatur sinkt. Dadurch, dass die Temperatur und der Druck nach dem Durchgang •durch die Druckverringerungsvorrichtung Werte aufweisen unterhalb der kritischen .Temperatur und des kritischen Druckes ist wenigstens ein Teil des Gases verflüssigt worden. Das kondensierte Gas strömt in den Sammelbehälter. Das expandierte
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-3- PHN.7O50
" 1 .8■. 7h
und nicht kondensierte Gas wird normalerweise über Gegenstromwärmeaustauscher zur Ansaugseite einer Verdichtungsanlage zurückgeführt, die das Hochdruckgas liefert.
Als Kühlvorrichtung zum Vorkühlen des Gases unter hohem Druck dienen beispielsweise Dowar-Gefäss.e mit flüssigem Stickstoff, Neon, Wasserstoff oder sogar Helium. Auch werden Expansi onsmaschinen verwendet, in denen ein anßozapfter Teil des Hochdruckgasstromes unter der Leistung mechanischer Arbeit expandiert, wobei Kai to erzeugt wird, mit der Hochdruckgasstrcim vorgeküh11 wd rd.
Oft werden auch Kühlmaschinen zur Vorkühlurig verwendet, insbesondere Gaskältemaschinen. So ist beispielsweise aus dem Artikel "Gaskältemaschine für 200K und niedriger" (Philips Technische Rundschau I965 Nr. I/2) ein Ileliumverflüssiger bekannt (Abbildung 12) wobei die' Vorkühlung des Hochdruckheliums in zwei Stufen (bis ctwz 8O0K bzw. etAva 15°Κ) mit Hilfe einer Dreiraumgaskältemaschine erfolgt.
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~h~ pun.7050
1.8.Th
Bekanntlich findet in der Praxis nicht nur eine Verflüssigung von Gasen wie Helium, Wasserstoff und Neon statt, sondern müssen auch Gasgemische wie Helium-Neon-Gemische in ihre Bestandteile aufgeteilt werden, was normalerwei.se in typischen Gastrennungsanlagen erfolgt.
Die Erfindung bezweckt nun, durch eine in konstruktiver Hinsicht einfache Erweiterung der bekannten Anordnung der obengenannten Art eine verbesserte Vorrichtung zu schaffen, mit der nicht nur einfache Gase verflüssigt werden können, sondr-rn auch Gasgemische in die einzelnen Bestandteile getrennt werden können.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung weist das Kennzeichen auf, dass eine einen oder mehrere weitere Wärmeaustauscher enthaltende Hilfsleitung vorhanden ist, deren eines Ende sich parallel zur Druclcverr dngerungivorrichtung an den Ausgang der Zuführungsleitung anschliesst und deren anderes Ende mit einem Trennbehälter zum Trennen eines Gemisches von Bestandteilen in einen ersten, flüssigen Bestandteil und einen zweiten gasförmigen Bestandteil verbunden ist, von welchem Tronnbehälter der Flussigkeitsraum mit einer weiteren Druckverringerungsvorrichtung verbunden ist, deren Abfuhr
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-5-' PHN.7050
1.8.7^
über den (die) weiteren Wärmeaustauscher ebenfalls in den Sammelbehälter für verflüssigtes Gas mündet.
Eine günstige Ausführungsform der erfindungsgemassen Vorrichtung weist 'das Kennzeichen auf, dass der Trennbehälter eine Abführungsleitung für den gasförmigen Bestandteil aufweist, in die einer oder mehrere dor Gegenstromwärmeaustauscher ebenfalls aufgenommen ist (sind).
Dadurch, dass die Wärmeaustauscher ebenfalls in die Abführungsleitung für den gasförmigen Bestandteil aufgenommen sind, wird der thermische Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht.
Eine \>?eitere günstige Ausführungsf orm der erfindungsgemassen Vorrichtung weist das Kennzeichen auf, dass der (die) weitere(n) Wärmeaustauscher im . Sammelbehälter für verflüssiges Gas angeordnet ist (sind).
Auf diese Weise ist erreicht worden, dass der im Trennbehälter aus einem Gasgemisch in flüssiger Phase abgetrennte Bestandteil eine grössere Reinheit . aufAs'oist, d.h. einen niedrigeren Gehalt an in der Flüssigkeit gelöstem gasförmigem Bestandteil.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, in der eine Ausführungsform der kombinierten Verflüssigungs/Gastrennungsvorrichtung auf schematische
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- " -6- PHN.7050
1.8.7'f
Weise und nicht massgerecht .dargestellt ist, näher erläutert.
Mit dem Bezugszeichen 1 ist eine Kompressor— anlage bezeichnet, dessen Ausgang 2 sich an eine Zuführungsleitung 3 für Hochdruckgas anschliosst. Die Zuführungsleitung 3 enthält einen GegonstronuWirmüaustauscher k, Wärmeaustauscher 5 und 6 und einen Gegeiistromwärmeaus tauscher 7« In den Wärnieaus tauschorn 5 und 6 kann Hochdruckgas auf höheren bzw. niedrigeren Temperaturpegel mit den zwei Stufen A und Π einer Gaskältemaschine 8 als Vorkühlvorrichtung Wärme austauschen. Der Ausgang 9 der Zuführungsleitung schliesst sich an einen Drosselhahn 3 als Druckverringerungsvorrichtung an, deren Abfuhr in den Sammelbehälter 11 für kondensiertes Gas mündet:.
Der Dampfrauui 11a dieses Behälters hat eine Abführungsleitung 12 für Niederdruckgas, in die die Gegenstromwärmeaustauscher 7 und k ebenfalls aufgenommen sind. Die Abführungsleitung 12 ist mit dem Ansaugoiiiganß; 13 der Kompressoranlage 1 verbunden.
Der bisher beschriebene. Teil der* Vorrichtung bildet ein bekanntes Verflüssigungssystem. An dun Ausgang 9 der Zuführungsleitung 3 für Hochdruckgas schliesst sich parallel zum Drosselhahn 10 an eine
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COPY
-7- · PHN.7050
1.8.7'»
Hilfsleitung 1'| an, in dio ein Gogonstromwärmeaustausclior 15 aufgenommen ist. Dio Hilfsleitung 1^i i .s t mit" einem Trcnnbehäl tor 16 verbunden, in dem lies 1 and t e j 1 e eines Gemisches in einen verflüssigten Hcs tandteil und einen anderen Bestandteil, der in der Gasjihu.'-e gablieben ist, getrennt worden können. Der F 1 ü.ss Lgkei 1. η raum 1 6 a des TronnbohäHors 16 ist ni.it ei iH.Mii Drossel halm 17 als Druck vorringerungsvni'vicblujiß verbunden, deren Abfuhr über den Gegunstromwi· r-iiieiiu: -tätlicher 15 auch j n den Snuunel behäl t er 11 mündet.
An den das raum 16b des Ti'cnnbchäl ters 16 :ηΊι1 ice st sich eine Abf ührungsl ο i. 1 ung 18 Ti\r den gasförmigen I!o.v. t andte i 1 an.Her Gegen? tromvärmeaixs tauscher k ist auch in diese Leitung aufgenommen. Weiter enthält, die Abführungs 1 e j lung 18 einen Wärmeaustauscher 19 zur Kühlung (vines St ranluiigsschi rnit; 20 innerhalb einer I'mhiillung 21 i'üy denjenigen Teil der Vorrichtung mit einer n.i «-dri garen Temperatur .
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt. .Wenn ein reines Gas (Helium, Noon, Wasserstoff) verflüssigt werden muss, bleibt der Drosselhahn 17 gesch 1 o.- :-en . Der Gogens tromwäimeaus tauscher 15 und der Ί rennbeh'l 1 t er 10 bleiben dann ebenfalls aussor Betrieb.
Das Gas wird durch die Kompressoranlago 1 bis zu i'iiKM'i hohen Druck yercHchtet und der Zuführung:?·-
509810/026 3 '
BAD ORiGlNAL
-8- ' PHN.7050
. 1.8.7;4
leitung 3 zugeführt, wo das Gas im Cegcnstromwärmeaxis tauscher h durch Niederdruckgas vom SatninGlbohältcr gekühlt wird. Eine weitere Kühlung erfährt das Hochdruckgas in den Wärmeaustauschern 5 und 6 durch die Stufen A und B der Gaskältemaschine 8 und im Gegenstromwärmeaustauscher 7· Im Drosselhann 10 expandiert das vorgekühlte Hochdruckgas bis zu einem wesentlich niedrigeren Druck. Die gebildete Flüssigkeit vird im Sammelbehälter 11 gesammelt, während das Niederdruckgas über die Leitung 12 durcli die Kompressoranlage 1 angesaugt wird um wieder bis zu einem hohen Druck verdichtet zu werden.
Gewünschtenfalls kann Hochdruckgas unmittelbar aus Zylindern zugeliefert werden.
Falls ein Gemisch in seine Bestandteile getrennt wex^deri muss, wird der Drosselhahn 10 geschlossen und der Drosselhahn 17 goüffnet. Der höchstsiedende Bestandteil muss nun bjs unter die betreffende Inversionstemperatur vorgekühlt werden. Ein Heliiirn-Neon-Gomisch wird durch die Kompressoranlage 1 bis beispielsweiSG 25 at. verdichtet und über den Gegons troinwärmcaustauscher ^, die Wärmeaustauscher 5 und 6 bis etwa 32°K gekühlt. Eine weitere Kühlung bis etwa 25CK erfolgt in den Gebens tromv.'ärmeaus tauschern 7 und 15·
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lilt C
PHN.7O5O 1.8.7^
Der Neonbestandteil ist dabei im wesentlichen verflüssigt worden. Die Trennung zwischen dem flüssigen Neon und dem gasförmigen Helium erfolgt im Trennbehälter 16. Das gasförmige Helium wird über die Leitung 18 abgeführt. Dabei gibt es im
Wärmeaustauscher -19 dem Strahlungsschirm tp und im Wärmeaustauscher h dem Hochdr-uckgemisch Kälte ab.
Das verflüssigte Neon expandiert im Drosselhahn 17 und nimmt in dem Gegenstromwärmeaustauscher aus dem Hochdruckgemisch Wärme auf. Einerseits erfolgt daher eine weitere Abkühlung des Gemisches, andererseits wird vermieden, dass eine Erstarrung des vom Drosselhahn 17 herrührenden flüssigen Neons auftr.itt.i
Nach dem Durchgang durch den Gegenstrom- wärmeaustauscher 15 fliesst das flüssige Niederdruck-' Neon zum Sammelbehälter 11. Das Niederdruckgasgemisch wird von der Kompressoranlage 1 angesaugt.
Die Reinheit des erhaltenen flüssigen Neons lässt sich noch dadurch erhöhen, dass der Gegenstromwärmeaustauscher 15 im Sammelbehälter 11 angeordnet wird.
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Claims (2)

-10- · PHN.7050 · '1.8.7** PATENTANSPRÜCHE: M. ) Vorrichtung zum Verflüssigen bei sehr niedriger Temperatur kondensierender Gase wie Helium, Wasserstoff und Neon, mit einer Zuführungsleitung für Hochdruckgas, die mit einer oder mehreren Vorkühlvorrichtungen und mit einem oder mehreren Gegenstrotnwarmeaus tauschern versehen ist, in denen ein Hochdruckgas bis unter die zu diesem Druck gehörende inversionstemperatur abkühlt, wobei der Ausgang der Zuführungsleitung sich an eine'Druckverringerungsvorrichtung anscliliess t, deren Abfuhr in einen Sammelbehälter für kondensiertes Gas mündet mit einem Dampfraum, der eine Abführungsleitung für " Niederdruckgas aufweist, in die der (die) Gegenstromwärmeaustauscher aufgenommen ist (sind), dadurch gekennzeichnet, dass eine einen oder mehrere weitere Wärmeaustauscher enthaltende Hilfsleitung vorhanden Ist, deren eines Ende sich parallel zur Druckverringerungsvorrichtung an den Ausgang der Zuführungsleitung anschliesst und deren anderes Ende mit einem Trennbehälter zum Trennen eines Gemisches von Bestandteilen in einen ersten flüssigen Bestandteil und einen zweiten gasförmigen Bestandteil verbunden ist, von welchem Trennbehälter der Flüssigkeitsraum mit einer weiteren Druckverringerungsvorrichtüng verbunden ist, 509810/0263 -11- ' PHN.7050
1.8.7k
deren Abfuhr über don (die) weiteren Wärmeaustauscher ebenfalls in den Sammelbehälter für verflüssigtes Gas mündet . . .·
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekonnzoichnet, dass der Trennbonälter" eine Abführungsleitung für den gasförmigen Bestandteil aufweist, in die einer oder mehrere der Gegenstromwärmeaustauscher ebenfalls aufgenommen sind.
3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der (die) veitere(n) liärnieaustauschor im Sammelbehälter für verflüssigtes Gas angeordnet ist (sind).
50981 0/0263
Leerseite
DE2438336A 1973-08-21 1974-08-09 Vorrichtung zum verfluessigen bei sehr niedriger temperatur kondensierender gase Pending DE2438336A1 (de)

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