DE2628007C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Kälte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und in weiterer Ausge­ staltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2. Entsprechende Verfahren sind bereits bekannt (US-PS 25 81 558 und US-PS 32 03 194).
Bei den bekannten Verfahren erfolgen die Erwärmung des ent­ spannten Kältemittels im Verdampfungsgegenstromwärmeaus­ tausch der Kühlungsendstufe und die Erwärmung des entspann­ ten Kältemittels im Unterkühlungsgegenstromwärmeaustausch der Kühlungsendstufe in Serie nacheinander, d. h. das entspannte Kältemittel tritt nach seinem Austritt aus dem Verdampfungs­ gegenstromwärmeaustausch in den Unterkühlungsgegenstrom­ wärmeaustausch am kalten Ende ein. Nach seiner Entspannung und vor seinem Eintritt in den Unterkühlungsgegenstromwärme­ austausch erfährt dabei das Kältemittel durch die Erwärmung und Verdampfung im Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch eine beträchtliche Temperaturerhöhung. Gemäß den Regeln der thermodynamischen Optimierung fällt das Kältemittel bei der Entspannung im wesentlichen als Flüssigkeit im oder nahezu im Siedezustand an, wobei die Temperatur des Kältemittels bei der Entspannung im wesentlichen nicht geändert wird. Da­ mit durch das am kalten Ende in den Unterkühlungsgegenstrom­ wärmeaustausch eintretende Kältemittel das zu unterkühlende Kältemittel bis auf diese Temperatur herabgekühlt werden kann, muß die Temperaturerhöhung, welche das Kältemittel im Ver­ dampfungsgegenstromwärmeaustausch erfährt, durch Zumischung einer erheblichen Menge an Kältemittel kompensiert werden, welches eine erheblich niedrigere Temperatur aufweist als das Kältemittel, dem es zugemischt wird. Eine Mischung von Kälte­ mitteln, welche eine erheblich verschiedene Temperatur auf­ weisen, ist jedoch der thermodynamischen Optimierung des Ver­ fahrens abträglich.
Dementsprechend sollen die bekannten Verfahren durch die Er­ findung so verbessert werden, daß eine verbesserte thermo­ dynamische Optimierung erhalten wird, d. h. daß ein verhält­ nismäßig großer thermodynamischer Wirkungsgrad bei verhält­ nismäßig kleiner Wärmeaustauscherfläche erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in der sich aus dem Kenn­ zeichen des Anspruchs 1 ergebenden Weise gelöst. Der so er­ zielte Effekt läßt sich gemäß Anspruch 2 noch erhöhen, dem dasselbe Lösungsprinzip zugrunde liegt.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen 3 bis 7, während die Ansprüche 8 bis 10 auf die Anwendung und Durchführung des Verfahrens bei einer abzukühlenden Kühllast gerichtet sind.
Somit tritt im Rahmen der Erfindung entspanntes Kältemittel sowohl in den Verdampfungs- als auch in den Unterkühlungsgegen­ stromwärmeaustausch am kalten Ende mit niedriger Temperatur ein.
Überdies kann entsprechend bekannter Regeln der thermo­ dynamischen Optimierung das entspannte Kältemittel im wesent­ lichen als siedende Flüssigkeit am kalten Ende in den Ver­ dampfungsgegenstromwärmeaustausch eintreten.
Dabei fällt das Kältemittel bei der Entspannung im wesentlichen als siedende Flüssigkeit an, so daß sich seine Temperatur durch die Entspannung im wesentlichen nicht ändert. Das Kältemittel tritt daher in den Verdampfungsgegenstromwärme­ austausch am kalten Ende mit im wesentlichen derselben Tempe­ ratur ein, mit der es den Unterkühlungsgegenstromwärmeaustausch am kalten Ende verläßt. Das nach seinem Eintritt an dessen kaltem Ende im Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch sich erwärmende Kälte­ mittel wird infolge der thermischen Tren­ nung von Unterkühlungs- und Verdampfungsgegenstromwärmeaus­ tausch nicht auch im Unterkühlungsgegenstromwärmeaustausch erwärmt, so daß das Fehlen einer Temperaturdifferenz zwischen dem in den Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch am kalten Ende eintretenden und dem den Unterkühlungsgegenstromwärme­ austausch am kalten Ende verlassenden Kältemittel im Unter­ kühlungsgegenstromwärmeaustausch zu keiner Verringerung von Temperaturdifferenzen unter ihre optimale Größe führt. Die am kalten Ende des Unterkühlungsgegenstromwärmeaustauschs vorhandene thermische Trennung wirkt sich dabei am kalten Ende des Unterkühlungsgegenstromwärmeaustauschs aus, während sich die im Verlauf des Unterkühlungsgegenstromwärmeaustauschs vorhandene thermische Trennung im Verlauf des Unterkühlungs­ gegenstromwärmeaustauschs auswirkt. Der Beitrag der thermi­ schen Trennung von Unterkühlungs- und Verdampfungsgegenstrom­ wärmeaustausch zu einer optimalen Temperaturdifferenz ist da­ bei am kalten Ende des Unterkühlungsgegenstromwärmeaustauschs am größten, nimmt zwischen dem kalten und dem warmen Ende stetig ab und verschwindet am warmen Ende des Unterkühlungs­ gegenstromwärmeaustauschs.
Die Optimierung der Temperaturdifferenzen wirkt sich in der letzten, d. h. der kältesten Kühlungsstufe des inkorporierten Kaskadenkreislaufs am stärksten aus, während sie sich in der zweiten, d. h. der wärmsten, nicht mit Umgebungskälte arbeiten­ den Kühlungsstufe am wenigstens auswirkt.
Im Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch wird kondensierendes Kältemittel abgekühlt und verdampfendes Kältemittel erwärmt, wobei durch die Abkühlung und durch die Kondensation das spezifische Volumen des einen Kältemittels sich verkleinert und durch die Erwärmung und die Verdampfung das spezifische Volumen des anderen Kältemittels sich vergrößert. Im Unter­ kühlungsgegenstromwärmeaustausch wird Kältemittel, das im wesentlichen vollständig im flüssigen Zustand ist, abgekühlt und gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung Kältemittel, das im wesentlichen vollständig im Dampfzustand ist, erwärmt, wobei sich durch die Abkühlung bzw. die Erwärmung das spezi­ fische Volumen des einen bzw. des anderen Kältemittels im wesentlichen nicht ändert. Dieses Volumenverhalten der in Gegenstromwärmeaustausch stehenden Kältemittel trägt zur Optimierung der Wärmeaustauscheroberfläche bei. Es ist bei den bekannten Verfahren nur gegeben, wenn das sich erwärmende Kältemittel im Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch total verdampft wird, während es bei dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren auch gegeben ist, wenn das zu erwärmende Kältemittel im Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch nur partiell verdampft wird. Dies führt zu einer erhöhten Flexibilität des Ver­ fahrens.
Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zur Durchführung der Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. Anspruch 2. Die Grund­ merkmale der erfindungsgemäßen Anlage sind einschließlich der vom vorgenannten Stand der Technik abweichenden erfin­ dungsbegründenden Merkmale dem Anspruch 11 zu entnehmen.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 12 macht die Anlage für das Verfahren gemäß Anspruch 2 geeignet. Daher gelten die vorge­ nannten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens in ent­ sprechender Weise auch für die erfindungsgemäße Anlage.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand eines schematisch dargestellten vereinfachten Flußdiagrammes erläutert.
Gemäß der Zeichnung weist die Anlage drei Kühlungsstufen auf, und zwar eine erste Kühlungsstufe mit einem mit Umgebungs­ medium betriebenen Kühler 19, eine zweite und zugleich der Kühlungsendstufe unmittelbar vorangehende Kühlungsstufe mit einem Phasentrenner 1, einem Verdampfungswärmeaustauscher 27 und einem Unterkühlungswärmeaustauscher 20 sowie eine dritte Kühlungsstufe, welche zugleich Kühlungsendstufe ist, mit einem Phasentrenner 2, einem Verdampfungswärmeaustauscher 37, einem Unterkühlungswärmeaustauscher 30, der aus den Wärmeaustauschern 31 und 32 besteht, und einem weiteren Wärmeaustauscher 40.
Über eine Leitung 3 wird getrocknetes und vorgereinigtes Erdgas mit einer Umgebungstemperatur von etwa 25°C, einem Druck von etwa 40 bar und einer Zusammensetzung von etwa 85 Molprozent Methan, 10 Molprozent Äthan und 5 Molprozent Propan in die Anlage eingeführt und durchläuft zunächst der Reihe nach die Strömungskanäle 51, 301 und 41 der Wärmeaus­ tauscher 50, 32 und 40. Im Wärmeaustauscher 50 wird es auf etwa -80°C abgekühlt und dabei im wesentlichen voll­ ständig kondensiert. In den Wärmeaustauschern 32 und 40 wird es auf etwa seine Siedetemperatur bei atmosphärischem Druck, also auf etwa -155°C unterkühlt. Dann wird es in einer Drossel 15 auf etwa atmosphärischen Lagerdruck entspannt, wobei im wesentlichen keine Verdampfungsverluste auftreten, und in einen nicht dargestellten Speicherbehälter geleitet.
Das Kältemittel des inkorporierten Kaskadenkreislaufs ent­ hält etwa 5 Molprozent Stickstoff, 50 Molprozent Methan, 15 Molprozent Äthan und 30 Molprozent Propan. Es wird in einer zweiten Verdichterstufe 17 auf etwa 45 bar ver­ dichtet und in einem Nachkühler 19 mit Kühlwasser gekühlt und dabei partiell kondensiert. Das partiell kondensierte Kälte­ mittel wird dem Phasentrenner 1 zugeführt. Das von diesem als Dampf abgezogene Kältemittel wird im Strömungskanal 28 des Verdampfungswärmeaustauschers 27 auf etwa -70°C abge­ kühlt und dabei partiell kondensiert. Das partiell kondensier­ te Kältemittel wird dem Phasentrenner 2 zugeführt. Das von diesem als Dampf abgezogene Kältemittel wird im Strömungs­ kanal 38 des Verdampfungswärmeaustauschers 37 auf etwa -110°C abgekühlt und dabei total kondensiert. Das total kondensierte Kältemittel verläßt den Wärmeaustauscher 37 im wesentlichen als siedende Flüssigkeit, worauf es den Wärmeaustauscher 40 im Strömungskanal 42 im Gleichstrom zum durch den Strömungs­ kanal 41 strömenden Erdgas durchläuft, wobei es auf etwa -155°C unterkühlt wird. Das unterkühlte Kältemittel wird in der Drossel 14 auf etwa 3 bar entspannt, wobei es als Dampf-Flüssigkeitsgemisch mit einem geringen Dampfanteil an­ fällt. Das entspannte Kältemittel durchläuft den Strömungs­ kanal 43 des Wärmeaustauschers 40 im Gegenstrom zum Erdgas, wobei es total verdampft wird. Im wesentlichen als trocken gesättigter Dampf tritt es darauf in den Unterkühlungs­ wärmeaustauscher 30 ein, dessen Teil- Wärmeaustauscher 32 und 31 es in der Reihe nach durch die Strömungskanäle 36 und 34 durch­ läuft.
Das vom Phasentrenner 2 als Kondensat abgetrennte Kältemittel durchläuft den Strömungskanal 33 des Teil-Wärmeaustauschers 31 des Unterkühlungswärmeaustauschers 30, wobei es auf etwa -100°C unterkühlt wird. Von dem unterkühlten Kältemittel wird ein Teil abgezweigt und in der Drossel 13 auf etwa 10 bar entspannt. Das entspannte Kältemittel fällt im wesentlichen als siedende Flüssigkeit an, worauf es den Strömungskanal 52 des Wärmeaus­ tauschers 50 im Gegenstrom zum Erdgas im Strömungskanal 51 durchläuft, wobei es total verdampft und überhitzt wird. Der andere Teil des im Wärmeaustauscher 31 unterkühlten Kälte­ mittels wird im Strömungskanal 35 des Wärmeaustauschers 32 auf etwa -120°C weiter unterkühlt und in der Drossel 12 auf etwa 3 bar entspannt, wobei es im wesentlichen als siedende Flüssigkeit anfällt. Das entspannte Kältemittel wird im Strömungskanal 39 des Verdampfungswärmeaustauschers 37 total verdampft und verläßt diesen im wesentlichen als trocken ge­ sättigter Dampf, worauf es mit dem im Wärmeaustauscher 31 er­ wärmten Kältemittel vereinigt und im Strömungskanal 24 des Unterkühlungswärmeaustauschers 20 weiter erwärmt wird.
Das vom Phasentrenner 1 als Kondensat abgezogene Kälte­ mittel wird im Strömungskanal 23 des Unterkühlungswärmeaus­ tauschers 20 aus etwa -80°C unterkühlt und in der Drossel 11 auf etwa 3 bar entspannt, wobei es im wesentlichen als siedende Flüssigkeit anfällt. Das entspannte Kältemittel wird im Strömungskanal 29 des Verdampfungswärmeaustauschers 27 erwärmt, den es im wesentlichen als trocken gesättigter Dampf verläßt, worauf es mit dem im Unterkühlungswärmeaustauscher 20 erwärmten Kältemittel vereinigt und zur ersten Verdichter­ stufe 16 zurückgeführt wird. In dieser wird es auf etwa 10 bar verdichtet, worauf es im Zwischenkühler 18 mit Kühlwasser ge­ kühlt wird. Das vom Zwischenkühler 18 abgezogenen Kältemittel wird mit dem im Wärmeaustauscher 50 erwärmten Kältemittel vereinigt und schließlich zum Eingang der zweiten Verdichter­ stufe 17 zurückgeführt.

Claims (12)

1. Verfahren zur Erzeugung von Kälte mit wenigstens einem Kältekreislauf, in dem ein Kältemittel verdichtet (in 16, 17) und in einer ersten Kühlungsstufe mit einem Umgebungskühl­ medium gekühlt (in 18, 19) wird, sowie verdichtetes Kälte­ mittel kondensiert (in 19; 27, 28), entspannt (bei 11, 12, 13, 14), erwärmt (in 20, 24; 27, 29; 31, 34; 32, 36; 37, 39; 40, 43; 50, 52), verdampft (in 27, 29; 37, 39; 40, 43) und zum Verdichter (16, 17) zurückgeführt wird, bei dem wenigstens ein Kältekreis­ lauf einen inkorporierten Kaskadenkreislauf ist, in dem als Kältemittel ein Gemisch verwendet wird und in dem das ver­ dichtete Kältemittel fraktioniert kondensiert (in 19; 27, 28) wird, wobei in der der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) un­ mittelbar vorangehenden Kühlungsstufe (1, 20, 27) des inkor­ porierten Kaskadenkreislaufs das verdichtete Kältemittel (in 28) in einem Verdampfungswärmeaustausch (27) mit ent­ spanntem und verdampfendem Kältemittel (in 29) abgekühlt und partiell kondensiert wird und in der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) des inkorporierten Kaskadenkreislaufs dieses (in 28) partiell kondensierte Kältemittel in Dampf und Kondensat getrennt wird (in 2), das als Kondensat abge­ trennte Kältemittel in einem Unterkühlungsgegenstromwärme­ austausch (30) unterkühlt (in 33, 35), entspannt (bei 12) und in einem Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch (37) unter Verdampfung erwärmt wird (in 39) und das als Dampf abge­ trennte Kältemittel im Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch (37) abgekühlt und vollständig kondensiert (in 38), entspannt (bei 14) und im Unterkühlungsgegenstromwärmeaustausch (30) erwärmt wird (in 34, 36), wobei der Unterkühlungsgegenstrom­ wärmeaustausch (30) und der Verdampfungsgegenstromwärme­ austausch (37) der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) im we­ sentlichen thermisch voneinander getrennt erfolgen und wo­ bei das den Unterkühlungsgegenstromwärmeaustausch (30) der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) unter Erwärmung in (34, 36) durchlaufende Kältemittel innerhalb desselben Umlaufs durch den inkorporierten Kaskadenkreislauf eine Erwärmung im Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch (37) der Kühlungs­ endstufe (2, 30, 37, 40) umgeht, dadurch gekennzeich­ net, daß das den Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch (37) der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) unter Erwärmung (in 39) durchlaufende Kältemittel innerhalb desselben Um­ laufs durch den inkorporierten Kaskadenkreislauf eine Er­ wärmung im Unterkühlungsgegenstromwärmeaustausch (30) der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) umgeht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in der ersten Kühlungs­ stufe des inkorporierten Kaskadenkreislaufs das verdichtete Kältemittel mit dem Umgebungskühlmedium abgekühlt und partiell kondensiert wird (in 18, 19) und in der zweiten und zugleich der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) unmittelbar vorangehenden Kühlungsstufe (1, 20, 27) des inkorporierten Kaskadenkreislaufs dieses partiell kondensierte Kältemittel in Dampf und Kondensat getrennt wird (in 1) und als Konden­ sat abgetrenntes Kältemittel in einem Unterkühlungsgegen­ stromwärmeaustausch (20) unterkühlt wird (in 23), entspannt (bei 11) und in einem Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch (27) unter Verdampfung erwärmt wird (in 29) und als Dampf abge­ trenntes Kältemittel im Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch (27) abgekühlt und partiell kondensiert wird (in 28) und im Unterkühlungsgegenstromwärmeaustausch (20) entspanntes (in 12) Kälte­ mittel, das im Verdampfungsgegenstrom­ wärmeaustausch (37) der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) erwärmt worden ist, weiter erwärmt wird (in 24), wobei der Unterkühlungsgegenstromwärme­ austausch (20) und der Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch (27) der zweiten Kühlungsstufe (1, 20, 27) im wesentlichen thermisch voneinander getrennt erfolgen, dadurch gekennzeichnet, daß das den Unterkühlungs­ gegenstromwärmeaustausch (20) der zweiten Kühlungsstufe (1, 20, 27) unter Erwärmung (in 24) durchlaufende Kältemittel innerhalb desselben Umlaufs durch den inkorporierten Kas­ kadenkreislauf eine Erwärmung im Verdampfungsgegenstrom­ wärmeaustausch (27) der zweiten Kühlungsstufe (1, 20, 27) umgeht und daß das den Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch (27) der zweiten Kühlungsstufe (1, 20, 27) unter Erwärmung (in 29) durchlaufende Kältemittel innerhalb desselben Um­ laufs durch den inkorporierten Kaskadenkreislauf eine Er­ wärmung im Unterkühlungsgegenstromwärmeaustausch (20) der zweiten Kühlungsstufe (1, 20, 27) umgeht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Verdampfungsgegenstromwärme­ austausch (37) der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) und/oder in den Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch (27) der der Kühlungsendstufe unmittelbar vorangehenden Kühlungsstufe (1, 20, 27) das zu erwärmende Kältemittel (in 39 bzw. 29) im wesentlichen als Flüssigkeit im oder nahezu im Siedezustand eintritt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß aus dem Verdampfungsgegen­ stromwärmeaustausch (37) der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) und/oder aus dem Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch (27) der der Kühlungsendstufe unmittelbar voran­ gehenden Kühlungsstufe (1, 20, 27) das erwärmte Kältemittel (in 39 bzw. 29) im wesentlichen als Dampf im oder nahezu im Sättigungszustand austritt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Unterkühlungsgegenstrom­ wärmeaustausch (30) der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) und/oder im Unterkühlungsgegenstromwärmeaustausch (20) der der Kühlungsendstufe unmittelbar vorangehenden Kühlungsstufe (1, 20, 27) das sich erwärmende Kältemittel (in 34, 36 bzw. 24) im wesentlichen den gleichen Druck auf­ weist wie das im Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch (37) der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) bzw. im Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch (27) der der Kühlungsendstufe unmittelbar vorangehenden Kühlungsstufe (1, 20, 27) sich erwärmende Kältemittel (in 39 bzw. 29).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Unterkühlungsgegenstrom­ wärmeaustausch (30) der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) und/oder im Unterkühlungsgegenstromwärmeaustausch (20) der der Kühlungsendstufe unmittelbar vorangehenden Kühlungsstufe (1, 20, 27) das sich erwärmende Kältemittel (in 34, 36 bzw. 24) im wesentlichen vollständig im Dampfzu­ stand ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß in den Unterkühlungsgegenstromwärmeaustausch (30) der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) das zu erwärmende Kälte­ mittels (in 36) im wesentlichen als Dampf im oder nahezu im Sättigungszustand eintritt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der inkorporierte Kaskadenkreislauf geschlossen ist und zur Abkühlung einer Kühllast (in 3) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß im inkorporierten Kas­ kadenkreislauf das Kältemittel in mehreren Stufen (16 und 17) verdichtet wird und im Unterkühlungsgegenstromwärmeaustausch (30) der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) unterkühltes Kälte­ mittel (in 33) auf einen mittleren Druck entspannt (bei 13), in einem Kühllast-Gegenstromwärmeaustausch (50) mit der Kühllast (in 51) erwärmt (in 52) und zum Eingang einer nach der ersten Verdichtungsstufe (16) angeordneten Ver­ dichtungsstufe (17) zurückgeführt wird, wobei der Kühllast- Gegenstromwärmeaustausch (50) vom Unterkühlungs- und vom Verdampfungsgegenstromwärmeaustausch (30 und 37) der Küh­ lungsendstufe (2, 30, 37, 40) im wesentlichen thermisch ge­ trennt ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß das Kältemittel (in 52) im wesentlichen als Flüssigkeit im oder nahezu im Siedezustand in den Kühllast- Gegenstromwärmeaustausch (50) eintritt.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kühllast (in 3) aus einem zu verflüssigenden Gasgemisch besteht, das in dem Kühllast- Gegenstromwärmeaustausch (50) im wesentlichen vollständig kondensiert wird (in 51).
11. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit wenigstens einer Kreislaufschaltung mit einem Verdich­ ter (16, 17) und einem durch ein Umgebungskühlmedium betrie­ benen Kühler (18, 19), in welcher die Ausgangsseite des Kühlers mit dem Eingang wenigstens einer Entspannungsdrossel (11, 12, 13, 14) und deren Ausgang über wenigstens einen Wärme­ tauscher (27, 37, 50, 40, 30, 20) mit der Eingangsseite des Ver­ dichters (16, 17) verbunden ist, wobei wenigstens eine Kreis­ laufschaltung eine inkorporierte Kaskade ist, deren der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) unmittelbar vorangehende Kühlungsstufe (1, 20, 27) einen Verdampfungswärmeaustauscher (27) und deren Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) einen Phasen­ trenner (2) mit einer Eingangsseite für das in Dampf und Flüssigkeit zu zerlegende Dampf-Flüssigkeitsgemisch, einer Dampfausgangsseite und einer Flüssigkeitsausgangsseite so­ wie einen Verdampfungswärmeaustauscher (37) und einen Unter­ kühlungswärmeaustauscher (30) aufweist und in welcher die Ausgangsseite des Kühlers (19) über einen ersten Strömungs­ kanal (28) des Verdampfungswärmeaustauschers (27) der der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) unmittelbar vorangehenden Kühlungsstufe (1, 20, 27) mit der Eingangsseite des Phasen­ trenners (2) der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) verbunden ist, wobei ein zweiter Strömungskanal (29) des Verdampfungswärme­ austauschers (27) der der Kühlungsendstufe unmittelbar vor­ angehenden Kühlungsstufe (1, 20, 27) mit der Eingangsseite des Verdichters (16, 17) einer Kreislaufschaltung verbunden ist, und in welcher in der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) die Dampfausgangsseite des Phasentrenners (2) über einen ersten Strömungskanal (38) des Verdampfungswärmeaustauschers (37) mit dem Eingang einer ersten Entspannungsdrossel (14) und deren Ausgang mit dem Eingang eines ersten Strömungskanals (34, 36) des Unterkühlungswärmeaustauschers (30) verbunden ist, dessen Ausgang mit der Eingangsseite des Verdichters (16, 17) verbunden ist, und die Flüssigkeitsausgangsseite des Phasentrenners (2) über einen zweiten Strömungskanal (33, 35) des Unterkühlungswärmeaustauschers (30) mit dem Eingang einer zweiten Entspannungsdrossel (12) und deren Ausgang mit dem Eingang eines zweiten Strömungskanals (39) des Verdampfungswärmeaustauschers (37) verbunden ist, dessen Ausgang mit der Eingangsseite des Verdichters (16, 17) verbunden ist, wobei im Verdampfungswärmeaustauscher (37) und im Unterkühlungswärmeaustauscher (30) der Kühlungsend­ stufe (2, 30, 37, 40) jeweils der erste und der zweite Strö­ mungskanal (38 und 39 bzw. 34, 36 und 33, 35) in Gegenstrom­ führung angeordnet sind und wobei der Verdampfungswärmeaus­ tauscher (37) und der Unterkühlungswärmeaustauscher (30) der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) im wesentlichen thermisch von­ einander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strömungskanal (34, 36) des Unterkühlungswärme­ austauschers (30) der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) und der zweite Strömungskanal (39) des Verdampfungswärmeaus­ tauschers (37) der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) in Parallel­ führung zueinander angeordnet sind.
12. Anlage nach Anspruch 11 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, bei der in der inkorporierten Kaskade dem Kühler (18, 19) des Verdichters (16, 17) eine zweite und zu­ gleich der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) unmittelbar voran­ gehende Kühlungsstufe (1, 20, 27) mit einem Phasentrenner (1), welcher eine Eingangsseite für das in Dampf und Flüssigkeit zu zerlegende Dampf-Flüssigkeitsgemisch, eine Dampfausgangs­ seite und eine Flüssigkeitsausgangsseite aufweist, einem Verdampfungswärmeaustauscher (27) und einem Unterkühlungs­ wärmeaustauscher (20) nachgeschaltet ist, in welcher die Dampfausgangsseite des Phasentrenners (1) mit dem Eingang eines ersten Strömungskanals (28) des Verdampfungswärmeaus­ tauschers (27) verbunden ist, dessen Ausgang mit der Ein­ gangsseite des Phasentrenners (2) der Kühlungsendstufe (2, 30, 37, 40) verbunden ist, und die Eingangsseite des Verdichters (16, 17) mit dem Ausgang eines ersten Strömungskanals (24) des Unterkühlungswärmeaustauschers (20) verbunden ist, dessen Eingang mit dem Ausgang der ersten Entspannungs­ drossel (14) verbunden ist, und die Flüssigkeitsausgangs­ seite des Phasentrenners (1) über einen zweiten Strömungs­ kanal (23) des Unterkühlungswärmeaustauschers (20) mit dem Eingang einer dritten Entspannungsdrossel (11) und deren Ausgang über einen zweiten Strömungskanal (29) des Ver­ dampfungswärmeaustauschers (27) mit der Eingangsseite des Verdichters (16, 17) verbunden ist, wobei im Verdampfungs­ wärmeaustauscher (27) und im Unterkühlungswärmeaustauscher (20) der zweiten Kühlungsstufe (1, 20, 27) jeweils der erste und der zweite Strömungskanal (28 und 29, 23 und 24) in Gegenstromführung angeordnet sind und wobei der Verdampfungs­ wärmeaustauscher (27) und der Unterkühlungswärmeaustauscher (20) der zweite Kühlungsstufe (1, 20, 27) im wesentlichen thermisch voneinander getrennt sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Strömungskanal (24) des Unterkühlungswärmeaustauschers (20) der zweiten Kühlungs­ stufe (1, 20, 27) und der zweite Strömungskanal (29) des Ver­ dampfungswärmeaustauschers (27) der zweiten Kühlungsstufe (1, 20, 27) in Parallelführung zueinander angeordnet sind.
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