DE3050577C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Stickstoff und Sauerstoff aus Luft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Stickstoff und Sauerstoff aus Luft nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durch­ führung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 4.

Aus der SU-PS 2 46 536 ist es bereits bekannt, Luft aus einem Verdichter mit einem Druck von 6 bis 10 bar durch einen Wärmetauscher und einen Verdampfer zu führen und als trockengesättigten Dampf an die Eintrittsdüse eines Wirbel­ rohres abzugeben. In dem Wirbelrohr wird die Luft in zwei Ströme zerlegt. Der eine Strom, der etwa 20% des Gesamt­ stroms ausmacht und bis zu 50% mit Sauerstoff angereichert ist, wird als warmer Strom am heißen Ende des Wirbelrohres abgeführt und gelangt über einen Kondensator und ein Regelventil in den mittleren Abschnitt einer Rektifikations­ säule. Der andere Strom, der bis 10% Sauerstoff enthält und bis 82 K abgekühlt ist, wird als kalter Strom vom kalten Ende des Wirbelrohres zum Kondensator geführt. Nach dem Kondensator wird dieser Strom nochmals zerlegt. Der kleinere Teil dieses Stroms wird in einem weiteren Wärme­ tauscher verflüssigt und dann der Rektifikationssäule zuge­ führt.

Zur Trennung der Luft in Sauerstoff und Stickstoff müssen also beide Komponenten für die Rektifikation verflüssigt sein, wobei eine teilweise Verflüssigung bereits im Wirbel­ rohr erfolgen kann. Die Anreicherung an Stickstoff oder Sauerstoff im kalten bzw. warmen Strom jedoch ist relativ gering.

Zur Trennung von Gasgemischen, Erdgas und Gas-Dampf- Gemischen ist es aus der US-PS 37 75 988 ebenfalls bereits bekannt, Wirbelrohre zu verwenden, in die die Gemische im gasförmigen bzw. dampfförmigen Zustand eingeführt und zu­ mindest teilweise verflüssigt im kalten Strom abgeführt werden. Bei der Verwendung solcher Wirbelrohre in einer Anlage zur Zerlegung von Luft läßt sich zwar bei gasförmi­ ger Zuführung der Komponenten in das Wirbelrohr eine teil­ weise Verflüssigung am Wirbelrohraustritt erreichen, für die Gewinnung reiner Zerlegungsprodukte muß jedoch eine Rektifi­ kationskolonne nachgeschaltet werden. Wenn keine Rektifi­ kation vorgesehen wird, liefert das Wirbelrohr am kalten Ende, also am Diaphragma, Gas mit dem höheren Molekular­ gewicht, im Falle von Luft also Sauerstoff, und am warmen Ende, d. h. am Diffusor, Gas mit dem niedrigeren Molekular­ gewicht, im Falle von Luft also Stickstoff. Der kältere Gasstrom, also der Sauerstoff, wird in einem Wärmetauscher abgekühlt und erst in einem weiterenWirbelrohr teilweise verflüssigt. In der den warmen Strom vom Wirbelrohr ab­ führenden Leitung ist ein Ventil angeordnet.

Aus der Literaturstelle C.V. Linderstrom-Lang, Int. I. Heat Mass Transfer, Pergamon Press 1964, S. 1195 bis 1206 ist es bekannt, Luft im gasförmigen Zustand mit einem Druck von 3,5 bar in ein Wirbelrohr einzuführen und den Strömungswiderstand der abgehenden Ströme mit Hilfe von Ventilen zu regeln.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, das Verfahren bzw. die Vorrichtung der eingangs ge­ nannten Art so auszubilden, daß eine ausreichende Luftzer­ legung auch ohne Rektifikationskolonne gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig mit dem Merkmal des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 und vorrich­ tungsmäßig mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patent­ anspruchs 4 gelöst.

Mit der Maßnahme nach Anspruch 2 läßt sich der Energiever­ brauch des Verfahrens verringern. Mit der Maßnahme nach Anspruch 3 lassen sich reinere Produkte gewinnen. Mit der Ausgestaltung nach den Ansprüchen 5 und 6 läßt sich bei geringem Energieeinsatz die Luft in Stickstoff und Sauer­ stoff hoher Reinheit zerlegen, während mit der Ausgestaltung nach Anspruch 7 ein stabiler und effektiver Zerlegungsbe­ trieb gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß ist es möglich, mit einer Vorrichtung mit geringen Abmessungen Luft in Stickstoff und Sauerstoff zu zerlegen, wobei jeweils nur eine geringe Menge an flüssi­ ger Luft an dem Prozeß beteiligt ist, wodurch der Anlauf- und Abschaltprozeß relativ schnell erfolgen können. Außer­ dem ist der Energieverbrauch, verglichen mit den bekannten Vorrichtungen, gering.

Wenn der Druck der teilweise verflüssigten Luft beim Ein­ tritt in das Wirbelrohr unter 3 bar liegt, ist die Ge­ schwindigkeit der Ströme im Wirbelrohr zu gering, was die gewünschte Zerlegung beeinträchtigt. Wird der Druck größer als 6 bar, wird der Prozeß unwirtschaftlich, da der höhere Druck mehr Energie für die Verdichtung erfordert, eine bessere Zerlegung jedoch nicht erreicht wird. Der Flüssigkeitsanteil in der teilweise abgekühlten Luft kann sich in breiten Grenzen ändern, wobei der optimale Anteil abhängig von Länge und Radius des Wirbelrohres sowie den äußeren adiabaten und nichtadiabaten Bedingungen ist, durch die sich die entsprechenden Temperatur-, Druck- und Konzentrations­ gefälle im Wirbelrohr ergeben.

Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine nach einem Hochdruckkreisprozeß arbeitende Vorrichtung zur Gewinnung von Stickstoff und Sauerstoff aus Luft,

Fig. 2 im Axialschnitt eine Ausführungsform eines Wirbel­ rohres,

Fig. 3 einen Querschnitt des Wirbelrohres im Bereich der Eintrittsdüse,

Fig. 4 schematisch eine nach einem Niederdruckkreisprozeß arbeitende Vorrichtung zur Gewinnung von Stickstoff und Sauerstoff aus Luft,

Fig. 5 das T-S-Diagramm für den Hochdruckkreisprozeß und

Fig. 6 in einem Diagramm die Abhängigkeit der Sauerstoff­ konzentration vom relativen Durchsatz durch das Diaphragma.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung hat einen Hochdruckver­ dichter 1, einen Wärmetauscher 2, ein Drosselventil 3 und ein Wirbelrohr 4, die durch eine Hochdruckleitung verbun­ den sind. Das Wirbelrohr 4 hat an seinem einen Ende eine Eintrittsdüse 5 und ein Diaphragma 6 und an seinem anderen Ende einen Diffusor 7. Das Diaphragma 6 des Wirbelrohres 4 ist mit dem Niederdruckraum des Wärmetauschers 2 ver­ bunden.

Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, hat die Eintrittsdüse 5 des Wirbelrohres 4 einen Kanal 8 mit gleichmäßig abnehmendem Querschnitt in Form einer Schnecke 9. Die Eintrittsdüse 5 mündet, wie in Fig. 2 gezeigt, in eine rotationssymmetrische Kammer 10. In der Innenwand 11 des Diaphragmas 6 sind eine Ringbohrung 12 Bohrungen 12 zum Abführen der aus der Eintrittsdüse 5 direkt zum Diaphragma 6 strömenden Luftschicht in einen Hohlraum 13 vorgesehen, der von der Innenwand 11 und einer Außenwand 14 begrenzt ist. Der Hohlraum 13 ist über eine Leitung 15 mit einer Bohrung in der achsnahen Zone des Diffusors 7 verbunden, an die sich ein hohler Stab 16 mit Löchern 22 anschließt, der sich längs der Wirbelrohrachse erstreckt.

Die Kammer 10 ist, wie in Fig. 2 gezeigt, von einem Mantel 17 umgeben, durch den über Rohrstutzen 18 und 19 ein Wärme­ träger hindurchgeführt werden kann. Der Löcher 22 aufweisen­ de hohle Stab 16 ist ferner über eine Leitung 20 und eine Drossel mit der zur Eintrittsdüse 5 führenden Leitung 21 verbunden.

Die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung hat einen Verdichter 23, einen Wärmetauscher 24, einen Hauptwärmetauscher 25 und einen Kondensator 26, die hintereinandergeschaltet sind. Parallel zum Wärmetauscher 25 ist eine Expansions­ maschine 27 angeordnet, der ein Verdichter 28 zugeordnet ist. Der Kondensator 26 ist über seinen Hochdruckraum mit einer Eintrittsdüse 29 eines Wirbelrohres 30 verbunden, dessen Diaphragma 31 mit dem Niederdruckraum des Konden­ sators 26 verbunden ist. Das Wirbelrohr 30 ist mit seinem Diffusor 32 mit einer Eintrittsdüse 33 eines weiteren Wirbelrohres 34 verbunden. Das Diaphragma 35 des weiteren Wirbelrohres 34 ist über eine Leitung 36 mit der zentralen achsennahen Zone des Diffusors 32 des Wirbelrohres 30 verbunden. Von einer den Wärmetauscher 25 und den Konden­ sator 26 verbindenden Leitung 38 zweigt eine Leitung 37 ab, über die ein Teil der komprimierten abgekühlten Luft in einen das Wirbelrohr 34 umgebenden Mantel 39 eingeführt wird, aus dem sie über eine Leitung 40 in die Leitung zwischen der Eintrittsdüse 29 und dem Kondensator 26 zurückgeführt wird. Das Wirbelrohr 34 hat einen Diffusor 41, der mit einem Abscheider 42 verbunden ist, dessen Dampfraum 43 über eine Leitung 44 mit einem hohlen ge­ lochten Stab 45 verbunden ist, der sich ausgehend vom Diffusor 41 längs der Wirbelrohrachse des Wirbelrohres 34 erstreckt. Der Flüssigkeitsraum 46 des Abscheiders 42 ist über eine Leitung 47 mit einem nicht gezeigten Speicher für flüssigen Sauerstoff und über eine Leitung 48 mit dem Nie­ derdruckraum des Kondensators 26 verbunden.

Der mit der Vorrichtung von Fig. 1 durchführbare Hoch­ druckkreisprozeß arbeitet mit relativ geringen Durchsätzen und ermöglicht die Gewinnung eines der Zerlegungsprodukte mit hoher Reinheit. Die dem Verdichter 1 zugeführte Luft wird auf etwa 200 bar verdichtet und im Wärmetauscher 2 ab­ gekühlt und im Drosselventil 3 expandiert, so daß an der Eintrittsdüse 5 die teilweise verflüssigte Luft einen Druck von 3 bis 6 bar und eine Temperatur von 90 bis 100 K hat, wobei die hohen Temperaturwerte sich auf den höheren Druck beziehen. Durch die Eintrittsdüse 5 in Form der sich bei abnehmendem Radius gleichmäßig verjüngenden Schnecke 9 (Fig. 3) wird dem Wirbelrohr 4 die teilweise verflüssigte Luft mit vorgegebener Geschwindigkeit und vorgegebenem Drall zugeführt. Aufgrund des Strömungswiderstandes in der Eintrittsdüse 5 entsprechen Druck und Temperatur am Düsenaustrittsquerschnitt einem Punkt 49, wie er in dem T-S-Diagramm von Fig. 5 gezeigt ist. Der Zustand des Stick­ stoffstroms ist mit 50, der des Sauerstoffstroms mit 51 bezeichnet.

In der Kammer 10 des Wirbelrohres 4 bilden sich zwei Wirbelströme aus, nämlich ein peripherer Strom von der Eintrittsdüse 5 zum Diffusor 7 und ein achsnaher Strom vom Diffusor 7 zum Diaphragma 6, wobei die Ströme Wärme und Stoffe austauschen. Dabei reichert sich im achsnahen Strom Stickstoff, im peripheren Strom Sauerstoff an. Aus dem durch die Eintrittsdüse 5 zugeführten Dampf-Flüssig­ keit-Gemisch wird durch die Zentrifugalkraft die Flüssig­ keit gegen die Wand der Kammer 10 geschleudert und zum Diffusor 7 gerichtet. Aus dem den peripheren Strom bildenden Flüssigkeitsfilm siedet Stickstoff aus und ge­ langt in den achsnahen Rückstrom, aus dem kondensierender Sauerstoff zum Flüssigkeitsfilm an der Wand der Kammer 10 hin abgeschleudert und zum Diffusor 7 hin transportiert wird. Ein direktes Abfließen der durch die Eintrittsdüse 5 zuge­ führten Flüssigkeit durch das Diaphragma 6 wird durch die ringförmig angeordneten Bohrungen 12 unterbunden, so daß die mehr Sauerstoff als Stickstoff enthaltende Grenz­ schicht über diese Bohrungen und den Hohlraum 13 sowie die Leitung 15 in den Löcher 22 aufweisenden hohlen Stab 16 in der achsnahen Zone des Diffusors 7 geführt wird.

Aus dem Diaphragma 6 wird der Stickstoffstrom in den Niederdruckraum des Wärmetauschers 2 zur Kühlung des ver­ dichteten Luftstroms im Hochdruckraum geführt.

Der der Eintrittsdüse 5 des Wirbelrohres 4 zugeführte Luftstrom hat einen Flüssigkeitsgehalt von 20 bis 40 Massenprozent.

Das Verhältnis zwischen den Mengen des Stickstoff- und des Sauerstoffstroms wird durch Änderung des Strömungs­ widerstandes der abgehenden Ströme aufrechterhalten.

Die Kurve 52 in Fig. 6 veranschaulicht den Sauerstoffge­ halt des Stickstoffstroms am Austritt aus dem Diaphragma 6 von Fig. 1 bzw. 31 von Fig. 4, die Kurve 53 den Sauerstoff­ gehalt des Sauerstoffstroms, der aus dem Diffusor 7 von Fig. 1 bzw. 32 von Fig. 4 austritt. Mit zunehmendem relativem Stickstoffstrom, der als Verhältnis des Stick­ stoffstroms G _N bezogen auf den von Sauerstoff und Stick­ stoff gebildeten Gesamtstrom G auf der X-Achse aufgetragen und durch Änderung des Strömungswiderstandes der vom Wirbelrohr 4 bzw. 30 abgehenden Ströme einstellbar ist, nimmt der auf der Y-Achse in Prozent angegebene Sauer­ stoffgehalt des Stickstoffstroms ab und erreicht ein Minimum für einen relativen Stickstoffstrom, bei dem das Verhältnis der Stickstoff­ menge zur gesamten Luftmenge 0,5 bis 0,55 beträgt. Danach nimmt der Sauerstoffgehalt mit weiter zunehmendem relativem Stickstoffstrom wieder zu. Wenn der gesamte Strom durch das Diaphragma 6 bzw. 31 gehen würde, fände im Wirbelrohr keine Luftzerlegung statt. Im Sauerstoffraum nimmt hin­ gegen der Sauerstoffgehalt zu und erreicht ein Maximum bei einem relativen Stickstoffstrom von 0,9 und bleibt dann konstant. Die maximale Reinheit der Zerlegungspro­ dukte beträgt ungefähr 98%.

Wenn Luft in größeren Mengen zerlegt werden soll, wird der in Fig. 4 gezeigte Niederdruckkreisprozeß verwendet, mit dem sich gleichzeitig sowohl Sauerstoff als auch Stickstoff mit hoher Reinheit gewinnen lassen.

Die durch den Verdichter 23 von Fig. 4 komprimierte Luft wird im Wärmetauscher 24 von Stickstoff und Sauerstoff vorgekühlt. Ein Teil dieser vorgekühlten Luft wird dann zur Kühlung des Hauptwärmetauschers 25 in der Expansions­ maschine 27 entspannt. Die nicht abgezweigte komprimierte Luft wird im Hauptwärmetauscher 25 weiter abgekühlt und durch den Hochdruckraum des Kondensators 26 geführt, wo sie von dem Stickstoff gekühlt wird, der aus dem Wirbel­ rohr 30 durch den Niederdruckraum des Kondensators 26 geführt wird.

Das Wirbelrohr 30 ist für die Gewinnung von reinem Stick­ stoff gemäß der Kurve 52 von Fig. 6 eingestellt. Der Stickstoffstrom fließt aus dem Wirbelrohr 30 durch den Niederdruckraum des Kondensators 26, durch den mit der Expansionsmaschine 27 gekoppelten Verdichter 28 und in den vorgeschalteten Wärmetauscher 24, wo er erwärmt und an einen Speicher weitergeleitet wird. In dem Wärmetauscher 24 werden aus der komprimierten Luft Wasserdampf, Kohlen­ dioxiddampf sowie andere Beimengungen abgeschieden.

Der aus dem Wirbelrohr 30 am Diffusor 32 abgeführte, Flüssigkeit enthaltende sauerstoffreiche Strom wird der Eintrittsdüse 33 des weiteren Wirbelrohres 34 zugeführt, das durch den Mantel 39 bezüglich der Umgebung nicht­ adiabatische Bedingungen aufweist, da dieser Mantel 39 mit vor dem Kondensator 26 über die Leitung 37 abgezweigter abgekühlter komprimierter Luft gespeist wird, die in dem Mantel 39 kondensiert und über die Leitung 40 in die Leitung zwischen Kondensator 26 und Wirbelrohr 30 zurück­ geführt wird.

Das weitere Wirbelrohr 34 ist für die Gewinnung von Sauer­ stoff mit maximaler Konzentration eingestellt. Die Kurve 55 in Fig. 6 zeigt die Änderung der Sauerstoffkonzentra­ tion am Austritt des Diffusors 41 der Vorrichtung von Fig. 4 abhängig vom relativen Stickstoffstrom. Die Kurve 54 in Fig. 6 zeigt den Sauerstoffgehalt im Stickstoffstrom am Austritt aus dem Diaphragma 35 des Wirbelrohres 34 von Fig. 4 abhängig vom relativen Stickstoffstrom. Da der Sauerstoffgehalt im Stickstoffstrom des Wirbelrohrs 34 hoch genug ist, ist sein Diaphragma 35 über die Leitung 36 mit der zentralen achsnahen Zone des Diffusors 32 des Wirbel­ rohres 30 verbunden. Der Flüssigkeitsgehalt an der Eintritts­ düse 33 des Wirbelrohres 34 beträgt 45 bis 65 Massenprozent. Ein Teil der Flüssigkeit verdampft beim Wärmeaustausch mit der Luft im Mantel 39 des Wirbelrohres 34. Der vom Wirbelrohr 34 abgeführte Sauerstoff wird im Abscheider 42 in Dampf und Flüssigkeit getrennt. Der Dampf wird aus dem Dampfraum 43 über die Leitung 44 zu einem in der Achse des Wirbelrohres 34 diffusorseitig angeordneten gelochten Stab 45 transpor­ tiert. Die Flüssigkeit wird aus dem Flüssigkeitsraum 46 und über die Leitung 47 zu einem Speicher transportiert. Wenn gasförmiger Sauerstoff gewünscht ist, wird der Sauerstoff aus dem Flüssigkeitsraum 46 über die Leitung 48 durch den Kondensator 26 und den vorgeschalteten Wärmetauscher 24 zum Verbraucher geführt.

Anhand von Beispielen wird die Erfindung weiter erläutert.

Beispiel 1

Mit der nach dem Hochdruckkreisprozeß von Fig. 1 arbeiten­ den Vorrichtung wird Stickstoff in einer Menge von 20 kg/h erzeugt, der nicht mehr als 5 Vol.-% Beimengung hat. Dieser Stickstoff wird zur Kühlung von Nahrungsmitteln verwendet, die mit einer Temperatur von 270 bis 278 K transportiert werden. Dabei wird die Luft im Verdichter 1 auf 200 bar komprimiert, im Wärmetauscher 2 abgekühlt und im Drossel­ ventil 3 bis zu einem Druck von 6 bar gedrosselt. Die Luft wird dem Wirbelrohr 4 mit einer Temperatur von 96 K und einem Flüssigkeitsgehalt von 35 Massenprozent zugeführt. Der Luftdurchsatz beträgt insgesamt 32 kg/h.

Beispiel 2

In der chemischen Industrie werden täglich 8 h lang 400 kg/h mit Sauerstoff angereicherte Luft benötigt, deren Sauer­ stoffgehalt 70 Vol.-% beträgt. Zur Herstellung dieser Luft­ menge wird die Vorrichtung von Fig. 1 mit einer Expansions­ maschine gemäß Fig. 4 im Mitteldruckkreisprozeß betrieben. Die Anlaufzeit der vorrichtung beträgt 1 h, die Heizzeit nach dem Abschalten 0,5 h. Dem Wirbelrohr 4 werden dabei 2500 kg/h Luft zugeführt, und zwar 2000 kg/h über die Expansionsmaschine und 500 kg/h über den Mantel 17 (Fig. 2). Der Flüssigkeitsanteil der Luft am Eintritt der Eintrittsdüse 5 des Wirbelrohres beträgt dabei 60 Massen­ prozent.

Beispiel 3

Mit der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung, die nach dem Niederdruckkreisprozeß arbeitet, sollen gasförmiger Stick­ stoff und flüssiger Sauerstoff gewonnen werden. Die im Verdichter 23 komprimierte Luft, die im Wärmetauscher 24 und 25 sowie im Kondensator 26 abgekühlt wird, wird dem Wirbelrohr 30 bei einer Temperatur von 96 K, einem Druck von 6 bar und einem Flüssigkeitsgehalt von 25 Massenprozent zugeführt. Aus dem Diaphragma 31 des Wirbelrohres 30 wird Stickstoff mit einer Reinheit von 96 Vol.-% in einer Menge von 60% der dem Wirbelrohr 30 zugeführten Luft entnommen. Die restlichen 40% der Luft, die bis zu 35 Vol.-% mit Sauerstoff angereichert ist, wird mit einem Druck von 4 bar von dem Diffusor 32 des Wirbelrohres 30 in die Eintrittsdüse 33 des Wirbelrohres 34 geleitet. Der Flüssig­ keitsgehalt der Luft am Eintritt in das Wirbelrohr 34 be­ trägt 50 Massenprozent. Der gewonnene flüssige Sauerstoff wird am Abscheider 42 entnommen. Der Dampf wird vom Ab­ scheider 42 über die Leitung 44 und den Stab 45 in das Wirbelrohr 34 zurückgeführt. Aus dem Diaphragma 35 des Wirbelrohres 34 wird der sauerstoffarme Strom über die Leitung 36 in den zentralen achsnahen Bereich des Diffusors 32 des Wirbelrohres 30 in einer Menge zugeführt, die 70% der dem Wirbelrohr 34 bei einer Temperatur von 80 K zuge­ führten Luft beträgt. Die dem Mantel 39 des Wirbelrohres 34 zugeführte Luftmenge beträgt 10 bis 12% der gesamten, durch das Wirbelrohr 30 geführten Luftmenge.

Claims (7)

1. Verfahren zur Gewinnung von Stickstoff und Sauer­ stoff aus Luft, bei welchem die Luft komprimiert, abgekühlt und in wenigstens ein Wirbelrohr einge­ führt wird, aus dem ein Strom mit höherer und ein Strom mit niedrigerer Temperatur abgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft in das Wirbelrohr teilweise verflüssigt mit einer Temperatur von 90 bis 100 K eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Luft in wenigstens ein Winkelrohr mit einem Flüssigkeitsgehalt von 20 bis 40 Massenprozent eingeführt wird, wenn das Wirbel­ rohr gegenüber der Umgebung wärmedicht ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Luft in wenigstens ein Wirbelrohr mit einem Flüssigkeitsgehalt von 45 bis 65 Massenprozent eingeführt wird, wenn das Wirbel­ rohr im Wärmeaustausch mit der Umgebung steht.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Verdichter (1, 23), mit wenigstens einem dem Verdichter nach­ geschalteten Wärmetauscher (2, 26), der einen Hoch­ druckraum und einen Niederdruckraum aufweist, und mit wenigstens einem Wirbelrohr (4, 30), das eine Eintrittsdüse (5, 29) und ein Diaphragma (6, 31) am einen Ende aufweist, wobei die Eintrittsdüse (5, 29) mit dem Hochdruckraum des Wärmetauschers (2, 26) und das Diaphragma (6, 31) mit dessen Niederdruckraum verbunden und der Strömungswiderstand der vom Diaphragma (6) und/oder vom Diffusor (7) abgehenden Ströme einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelrohr (4) an seiner das Diaphragma (6) aufweisenden Stirnseite einen von einer Innenwand (11) und einer Außen­ wand (14) begrenzten Hohlraum (13) aufweist, daß in der Innenwand (11) Bohrungen (12) zum Abführen der mehr Sauerstoff als Stickstoff enthaltenden Flüssigkeitsgrenz­ schicht des durch die Eintrittsdüse (5) zugeführten Dampf- Flüssigkeitsgemisches vorgesehen sind, und daß der Hohlraum (13) über eine Leitung (15) mit der achsnahen Zone des Diffusors (7) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest ein weiteres Wirbel­ rohr (34) vorgesehen ist, wobei der Diffusor (32) des vorgeschalteten Wirbelrohres (30) jeweils mit der Eintrittsdüse (33) des weiteren nachgeschal­ teten Wirbelrohres (34) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Diaphragma (35) des nach­ geschalteten Wirbelrohres (34) mit der zentralen achsnahen Zone des vorgeschalteten Wirbelrohres (30) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß längs der Wirbelrohrachse ein gelochter hohler Stab (16) zur Zuführung eines Teils der abgekühlten Luft an­ geordnet ist.