DE3105418A1

DE3105418A1 - "gaskompressionsanlage"

Info

Publication number: DE3105418A1
Application number: DE19813105418
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Akashi Hyogo Ishii
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1980-02-19
Filing date: 1981-02-14
Publication date: 1981-12-17
Also published as: JPS56115896A; US4342201A; FR2476240A1

Description

Gaskompressionsanlage

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gaskompressionsanlage mit einem Zwischenkühler und/oder Nachkühler, insbesondere für chemische Anlagen.

Bekanntlich benötigen zahlreiche Herstellungs- und Verarbeitungsanlagen, z.B, chemische Anlagen, eine Druckgaserzeugungseinrichtung. Beispiele derartiger bekannter Gaskompressionseinrichtungen sind in den Fig. 1 bis 3 dargestellt. Nach Flg. 1 ist eine Antriebseinrichtung 1, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Turblnen-Gaskompressor 2 gekuppelt, um diesen anzutreiben. Dem Gaseinlaß des Kompressors 2 wird aus einer nicht dargestellten Gasquelle Gas zugeführt, und der Hochdruck-Gasauslaß 1st mit einem Gaskühler oder Wärmetauscher 3 verbunden. Wie Fig. 1 zeigt, ist der Gaskühler 3 bei vielen chemischen Anlagen am Auslaß des Gaskompressors 2 angeordnet, um die Temperatur des komprimierten Gases zu reduzieren. Die vorausgegangene Temperaturerhöhung des Gases ist eine Folge der Kompression, jedoch ist diese Temperaturerhöhung gewöhnlich nicht erwünscht, Im Gegensatz zu dem höheren Druck* Aus diesem Grunde wird das komprimierte Gas gewöhnlich gekühlt, bevor es benutzt wird, und für diesen Zweck ist der Kühler 3 vorgesehen. Darin wird durch ein Kühlmittel, z.B. relativ kühles Wasser, das durch einen Kühlkanal (eine Kühlschlange) geleitet wird, dem komprimierten Gas ein Teil der Wärme entzogen.

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Fig. 2 zeigt einen zweistufigen Kompressor, der in eine Niederdruck-Kompressionsstufe 2-1 und eine Hochdruck-Kompressionsstufe 2-2 unterteilt ist, um die für den Kompressor erforderliche Antriebskraft zu verringern. Zwischen dem Auslaß der Niederdruck-Kompressionsstufe 2-1 und dem Einlaß der Hochdruck-Kompressionsstufe 2-2 liegt gewöhnlich ein Zwischenkühler 3, der das aus der Niederdruck-Kompressionsstufe austretende komprimierte Gas kühlt und das abgekühlte Gas in die Hochdruck-Kompressionsstufe 2-2 leitet, so daß die Antriebskraft für die Hochdruck-Kompressionsstufe 2-2 verringert wird.

Einige mehrstufige Kompressoren (Fig. 3) sind sowohl mit einem Zwischenkühler 3-1 als auch mit einem Nachkühler 3-2 versehen. Bei derartigen Gaskompressoren, die mit einem Zwischenkühler oder einem Nachkühler versehen sind, ist die hohe Temperatur des komprimierten Gases für die chemische Anlage, in der eine Hochdruck-Kompressionsstufe und ein Zwischenkühler verwendet werden, nicht erforderlich. Die komprimierte Luft wird daher in der beschriebenen Weise gekühlt.

Bei derartigen herkömmlichen Anlagen wird als Kühlmittel in den Kühlern gewöhnlich Meereswasser oder Industriewasser oder, wenn das Wasser zur Kühlung des komprimierten Gases nicht ausreicht, Luft benutzt. Mit anderen Worten, die thermische Energie des komprimierten Gases wird als heißes Abwasser oder Abgas ins Freie abgeführt, um die Temperatur des komprimierten Gases auf denjenigen Wert zu verringern, der für die das komprimierte Gas verwendende Anlage erwünscht ist. Aus Gründen der Energieeinsparung ist es Jedoch erwünscht, die Antriebsleistung für einen derartigen Kompressor zu verringern. Bei den in den Fig. 1 bis 3 dargestellten herkömmlichen Kompressionsanlagen hat man zwar die verschiedensten Maßnahmen ergriffen, um den inneren Wirkungsgrad des Kompressors zu verbessern, wobei bei mit einem Zwischenkühler versehenen Kompressoren, wie sie in den Fig. 2 oder 3 dargestellt sind, darüber hinaus auch Maßnahmen getroffen

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wurden, die Temperatur des komprimierten Gases am Zwischenkühlerauslaß oder am Einlaß der Hochdruck-Kompressionsstufe zu verringern, um die erforderliche Antriebskraft zu verringern. In der Praxis ist es Jedoch nicht möglich, die Gastemperatur am Auslaß des Zwischenkühlers unter die des Kühlmittels, z.B. Kühlwassers, herabzusetzen. Außerdem läßt sich der innere Wirkungsgrad des Kompressors nicht weiter steigern. Infolgedessen kann die für den Kompressor erforderliche Antriebskraft bei bekannten Anlagen nicht unter einen vorbestimmten Grenzwert herabgesetzt werden. Die Erfindung befaßt sich daher mit einer weiteren Verringerung der für den Kompressor erforderlichen Antriebskraft.

Durch den Zwischenkühler oder Nachkühler müssen bislang erhebliche Wärmemengen abgeführt werden. Entsprechend hat man große Mengen an Kühlwasser oder Kühlluft benutzt, um die Temperatur des komprimierten Gases zu verringern. Dabei hat das Kühlwasser oder die Kühlluft eine verhältnismäßig geringe Temperatur. Wenn die Temperatur des dem Kühler zugeführten Kühlwassers beispielsweise 25⁰C beträgt, liegt die Temperatur des aus dem Kühler austretenden Kühlwassers höchstens bei etwa 35⁰C. Die Differenz der Temperatur des bei herkömmlichen Kompressoren aus dem Zwischenkühler oder Nachkühler austretenden Kühlmittels - Kühlwasser oder Kühlluft - zur Temperatur der Umgebungsluft ist daher nicht sehr groß.

Bei herkömmlichen Kompressoren mit Zwischenkühler oder Nachkühler ist es daher wegen der geringen Differenz der ausgangsseitigen Kühlmitteltemperatur zur Umgebungstemperatur schwierig, die Abwärme auszunutzen, so daß man sie ungenutzt abgeführt hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und die Kompressionsabwärme wirksam auszunutzen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein geschlossener Kältemittelkreis vorgesehen wird, in dem ein Kältemittel in

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Umlauf gehalten wird, ohne es aus dem System abzuführen, und dadurch, daß das Kältemittel einem zyklischen Phasenwechsel unterzogen wird, wie eine Verdampfung, Expansion und Kondensation.

Hierbei wird erfindungsgemäß die im komprimierten Gas enthaltene Wärme durch das Kältemittel aufgenommen und die Kältemittelphase zyklisch in dem geschlossenen Kreis geändert oder die Wärme durch das Kältemittel aufgenommen und als Antriebskraft in dem Prozess verwendet. So kann eine durch die Expansion des Kältemittels betriebene Turbine in dem geschlossenen Kältemittelkreis angeordnet sein, um die Energie oder Leistung durch das Kältemittel wiederzugewinnen. Ferner kann ein Kondensator in dem geschlossenen Kältemittelkreis installiert sein, der das Kältemittel verflüssigt, um die von der Turbine abgegebene Arbeit oder die wiedergewonnene Leistung weiter zu steigern.

Die in dem komprimierten Gas enthaltene Wärmeenergie läßt sich auf einfache Weise wie folgt übertragen:

a) Im Kondensator wird das Kältemittel kondensiert und die Temperatur des Kältemittels hinreichend weit verringert.

b) Der Wärmetauscher (oder Kühler für das komprimierte Gas), der die Wärme des komprimierten Gases auf das Kältemittel überträgt, wird mit dem vom Kondensator gelieferten Kältemittel beschickt.

c) Im Wärmetauscher wird das Kältemittel verdampft. Infolgedessen muß es eine Kondensatortemperatur erzeugen, dia höher als die Temperatur des Kühlwassers bei dem Druck des Kältemittels im Kondensator ist. Ferner muß das Kältemittel eine Verdampfungstemperatur erzeugen, die kleiner als die Temperatur des komprimierten Gases bei dem Druck des Kältemittels in dem Wärmetauscher ist.

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Die Verdampfungstemperatur und Kondensationstemperatur der äquivalenten Kältemittel können Jeweils durch entsprechende Einstellung der Temperatur im Kältemittel-Kondensator oder des Drucks im Wärmetauscher geändert werden. Wirksamer ist es, den Druck im Kondensator für das Kältemittel zu minimisieren und den Druck im Wärmetauscher zu maximleren, so daß die Wärmemenge des komprimierten Gases besser Übertragen wird. Daher ist eine Pumpe zur RUckleitung des Kältemittels aus dem Kondensator in den Wärmetauscher vorgesehen. Wie bereits erwähnt wurde, ist es möglich, nicht nur die Temperatur, sondern auch den Druck des Kältemittels im Wärmetauscher am Kompressor zu erhöhen. Man sieht also, daß die Energie auf einfache Weise durch Expandieren des Kältemittels gesammelt oder wiedergewonnen werden kann. Infolgedessen ist es möglich, die im komprimierten Gas enthaltene Wärmeenergie auf einfache Weise zu sammeln.

Wenn die auf diese Weise wiedergewonnene Energie als Teil der Antriebsenergie des Kompressors nutzbar gemacht wird, ist es möglich, die Leistung der Hauptantriebseinheit 1 (Flg. 1) für den Kompressor 2 erheblich zu verringern. Wie bereits erwähnt wurde, bezweckt die Erfindung ein wirksames Sammeln der im komprimierten Gas enthaltenen Wärmeenergie, die bislang ungenutzt abgeführt wurde, und diese Energie als mechanische Antriebsenergie auszunutzen. Die Erfindung trägt ferner zur Verringerung der aus dem System (in die Umgebung) abgeführten Wärmemenge bei, so daß die Umweltbedingungen verbessert werden.

Die wiedergewonnene Wärmeenergie kann für den Betrieb einer Turbine verwendet werden, und die Unterstützung des Hauptantriebs des Kompressors durch die mechanische Ausgangsleistung der Turbine trägt nicht nur zur Verringerung der Nennleistung der Hauptantriebseinrichtung, sondern auch zur Stabilisierung des Betriebs der Antriebseinrichtung des Kompressors infolge der Tatsache bei, daß sich die Abtriebsleistung der Turbine mit der Belastung des Kompressors ändert.

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Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand der Zeichnungen bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 schematische Darstellungen herkömmlicher Kompressionsanlagen,

Fig. 4 bis 11 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen der Erfindung,

Fig. 12 (a), (b), (c) und (d) Anordnungen größerer Drehmaschinen gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung,

Fig. 13 ein von den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 4 bis abweichendes Ausführungsbeispiel, bei dem die mechanische Abtriebsleistung einer Turbine erfindungsgemäß für den Antrieb einer angetriebenen Einheit benutzt wird,

Fig. 14 eine vereinfachte Darstellung größerer Teile einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kompressionsanlage,

Fig. 15 eine schematische Darstellung einer Mehrstufen-Kompressionsanlage mit einer Anzahl von η Zwischenkühlern,

Fig. 16 Graphen von rechnerisch ermittelten Abhängigkeiten der Antriebseinheitsleistung von der Anzahl der installierten Zwischenkühler und

Fig. 17 eine Schnittzeichnung eines Axialströmungs-Kompressors mit einer Niederdruck-Kompressorstufe und einer Hochdruck-Kompressorstufe.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten AusfUhrungsbeispiel der Erfindung bezeichnen T1, T2 und T3 Temperaturen des komprimierten

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Gases an entsprechenden Stellen und T4, T5, Τ6 und Τ7 die Temperaturen eines umlaufenden Kältemittels an entsprechenden Stellen. Ein Wärmetauscher 3 überträgt einen Teil der Wärme des durch den Kompressor 2 komprimierten Gases auf ein Kältemittel, das in einem geschlossenen Kreis strömt, der den Wärmetauscher 3 enthält. Das Kältemittel entzieht dem komprimierten Gas Wärme, ohne mit dem komprimierten Gas vermischt zu werden, und die übertragene Wärme verdampft das Kältemittel in ein Gas mit hoher Temperatur, das in eine Turbine 4 eintritt. Das gasförmige Kühlmittel expandiert in der Turbine und treibt diese an. Dann strömt es durch einen Kondensator 5» der es durch Abkühlung verflüssigt. Der Kondensator 5 wird beispielsweise durch Kühlwasser gekühlt, das von außerhalb des Systems zugeführt wird (Einlaßtemperatur des Wassers ■ T8, Auslaßtemperatur des Wassers = T9). Das verflüssigte Kältemittel wird durch eine Pumpe 6 in den Wärmetauscher 3 zurückgepumpt. Auf diese Weise läuft das Kältemittel über den Wärmetauscher, die Turbine und den Kondensator um. Gleichzeitig erzeugt es die mechanische Ausgangsleistung der Turbine 4.

Die Ausgangswelle der Turbine 4 ist mechanisch mit der Welle der Hauptantriebseinrichtung 1 für den Kompressor 2 durch - in diesem Beispiel - die Welle des Kompressors 2 verbunden. Das durch den Kompressor 2 komprimierte Gas wird durch den Wärmetauscher 3 geleitet, auf die Temperatur T3 abgekühlt und dann über eine Ausgangsleitung 7 der (nicht dargestellten) Anlage zugeführt, in der es verbraucht wird. Diese Anlage ist zur Vereinfachung der Darstellung nicht in Fig. 4 dargestellt.

Für die Anlage nach Fig. 4 !Hßt sich folgendes Wärmegleichgewicht angeben, wenn man die vom Kompressor 2 zur Kompression des Gases benötigte Leistung mit Lc bezeichnet:

Die auf den Massenstrom oder Massendurchfluß des komprimierten Gases bezogene Leistung Lc » Cp (T2-T1), wobei Cp die spezifische

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Wärme bei konstanter Temperatur des zu komprimierenden Gases ist»

Andererseits wird im Wärmetauscher 3 folgende Wärmemenge Q ausgetauscht:

Die Wärmemenge Q, bezogen auf den Massendurchfluß des komprimierten Gases: Q « Cp (T2-T3).

Im Normalfalle ist die für die mit dem Druckgas versorgte Anlage erforderliche Temperatur T3 * T1 (der Einlaßtemperatur des durch den Kompressor 2 zu komprimierenden Gases). Wenn jedoch T3 » T1 ist, ist Lc « Q. Dies bedeutet, daß die Temperatur des komprimierten Gases nicht die Temperatur T3 erreicht, die für die Anlage erforderlich ist, wenn nicht die Wärmemenge, die gleich der Antriebsenergie des Kompressors 2 ist, dem komprimierten Gas entzogen wird. Selbst wenn T3 nicht gleich T1 ist, gilt die gleiche Theorie. Bei den herkömmlichen Kompressoren, die in den Fig. 1 bis 3 dargestellt sind, entspricht die Wärmemenge der ungenutzt abgeführten Abwärme. Die Wärmemenge Q, die nahezu gleich der Antriebsenergie des Hauptantriebs 1 ist, trägt dennoch zur Erhöhung der Kältemitteltemperatur im Wärmetauscher von T7 auf T4 bei. Hierbei ändert das Kältemittel seine Phase von einer Flüssigkeit mit der Temperatur T7 in »in Gas mit der Temperatur T4.

Mit anderen Worten, das Kältemittel kann im Wärmetauscher 3 leicht verdampft werden, so daß ein leichter Wärmeaustausch möglich ist. Das im Wärmetauscher 3 vergaste Kältemittel wird in die Turbine geleitet, um die Expansionsarbeit LT zu leisten, wie es bereits erwähnt wurde. LT ist die mechanische Ausgangsleistung der Turbine 4 und unterstützt die Wiedergewinnung der Wärmemenge des Kältemittels. Das Kältemittel wird nicht nur von der Temperatur T5 auf die Temperatur T6 abgekühlt, sondern auch im Kondensator 5 verflüssigt. Das verflüssigte Kältemittel mit der Temperatur T6 wird durch die Pumpe 6 in den Wärmetauscher 3 zurückgepumpt.

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Bezeichnet man die zur Abkühlung des Kältemittels von T5 auf T6 erforderliche Wärmemenge mit Qc und die erforderliche Antriebsleistung der Pumpe 6 mit Lp, dann gilt

Q - LT + Qc - Lp

wobei (LT-Lp) die mechanische Leistung ist, die bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 gesammelt wurde. Daher ist es möglich, das geeignete Kältemittel auszuwählen und ferner an jeder Stelle der Anlage die Temperatur und den Druck zu bestimmen, solange wie (LT-Lp) erhöht wird. Obwohl dies von der Kühlwassertemperatur T8 abhängt, ist es zweckmäßig, Freongas oder Ammoniakgas als Kältemittel zu wählen, was von der Temperatur T8 des Kühlwassers abhängt. Ferner kann obige Gleichung wie folgt umgeformt werden: Qc » Q - (LT-Lp), woraus zu ersehen ist, daß die Wärmemenge Qc, die aus dem System abgeführt werden muß, bei zunehmender Leistung (LT-Lp), die wiedergewonnen wird, abnimmt. Eine Abnahme der durch Abwasser abzuführenden Energie Qc ist im Hinblick auf die Umweltbedingungen ebenfalls günstig. Daher ermöglicht die Erfindung die Installation einer derartigen Anlage auch an solchen Stellen, wo kein Kühlwasser im Überfluß zur Verfügung steht. Wie bereits erwähnt wurde, zeigt Fig. 4 einen Wärmetauscher, der die Wärme des komprimierten Gases unmittelbar auf das umlaufende Kältemittel überträgt, und die Wärmeübertragung wird hier ohne Vermischung des komprimierten Gases mit dem Kältemittel bewirkt.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem einstufigen Kompressor. Ein erster Wärmetauscher 3-3, durch den das erwärmte komprimierte Gas strömt, ist so aufgebaut, daß er die Kompressionswärme auf ein erstes Kältemittel überträgt, während ein zweiter Wärmetauscher 3-2 die Wärmemenge von dem ersten Kältemittel auf ein zweites Kältemittel überträgt. Das erste Kältemittel läuft in einem geschlossenen Kreis 3-3 um, der die beiden Wärmetauscher 3-1 und 3-2 aufweist. Betrachtet

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den Kreis 3-3 mit den Wärmetauschern 3-1 und 3-2 als einen einzigen Wärmetauscher, dann entspricht er dem Wärmetauscher 3 nach Fig. 4. Ferner entspricht das zweite Kältemittel dem durch die Turbine 4 in Fig. 4 strömenden Kältemittel. Eine Pumpe 3-4 pumpt das erste Kältemittel durch den geschlossenen Kreis mit den Wärmetauschern 3-1 und 3-2, und eine zweite Pumpe 6 pumpt das zweite Kältemittel durch den Wärmetauscher 3-2, eine Turbine 4 und einen Kondensator 5.Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist auch hier die Turbine 4 mechanisch mit dem Antrieb des Turbeinenkompressors 2 verbunden, so daß sie den Hauptantrieb 1 unterstützt.

Da bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 das Kältemittel in ein erstes und ein zweites Kältemittel getrennt ist, kann jedes Kältemittel optimal gewählt werden, so daß die in der Turbine nutzbar gemachte Energie wesentlich größer als bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sein kann.

Bei dem AusfUhrungsbeispiel nach Fig. 6 wird das Kältemittel, im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4, sowohl im gasförmigen als auch flüssigen Zustand gespeichert. Mit anderen Worten, in dem geschlossenen Kreis, in dem das Kältemittel umläuft, ist ein Gas-Flüssigkeits-Behälter 8 enthalten. Ferner sind bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 zwei Kältemittelkreise 12 und 13 vorgesehen, die beide den Behälxer 8 enthalten. Im ersten Kreis liegt eine Rohrschlange 14 im Wärmetauscher 3, eine Pumpe 15 und der Behälter 8, während im zweiten Kreis 13 eine weitere Rohrschlaqge 16 im Wärmetauscher 3, der Behälter 8, die Turbine 4, ein Kondensator 5 und die Pumpe 6 liegen. Der untere Teil des Behälters 8 ist mit flüssigem Kältemittel und der obere Teil mit gasförmigem Kältemittel gefüllt. Die Ausgänge beider Rohrschlangen 14 und 16 sind mit dem Behälter 8 verbunden, so daß das erwärmte Kühlmittel in den Behälter 8 geleitet wird, und der Eingang der Turbine 4 ist mit dem oberen Teil des Behälters 8 verbunden, so daß ihr das Kühlmittel im gasförmigen

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Zustand zugeführt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine wirksamere Wärmeübertiqgung zwischen dem durch den Kompressor komprimierten Gas und dem Kältemittel möglich als bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist es nicht nur möglich, den Leitungsverlauf so zu wählen, daß sich ein wirksamer Wärmeaustausch zum Kühlmittel hin ergibt, wenn die Temperatur des komprimierten Gases von T2 auf T3 verringert wird, sondern auch einen stabileren Betrieb des gesamten Systems zu erzielen, weil die BelastungsSchwankungen (die eine Änderung der Temperatur T2 bewirken) den Betrieb der Turbine 4 nicht unmittelbar beeinflussen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 wird das verflüssigte Kältemittel, das sich in dem Gas-Fltissigkeits-Behälter 8 angesammelt hat, den verschiedenen Eingangsstufen einer mehrstufigen Turbine 4 zugeführt. Da der Druck des Kältemittels in den Turbinenstufen während der Expansion des Kältemittels entsteht, ist er geringer als der Druck in dem zylindrischen Behälter 8, Das den verschiedenen Stufen zugeführte Kältemittel wird stufenweise bis zum Auslaß der Turbine expandiert, so daß die Ausgangsleistung der Turbine zunimmt. Wenn die Anlage so aufgebaut 1st, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, ist es zweckmäßig, ein geeignetes Kältemittel zu wählen.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 besitzt die gleichen Bauteile wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6, nur daß die Turbine nach Flg. 7 mehrere Eingangsstufen hat und daß es ferner einen anderen Kältemittelkreis 17 aufweist. In dem Kältemittelkreis 17 liegen die Rohrschlange 16, der Behälter 8, zwei kleinere Behälter 9 und 18 sowie eine Pumpe 19. Durchflußsteuerdrosseln 10 und 20 liegen jeweils zwischen den Behältern 8 und 9 und zwischen den Behältern 9 und 18. Der Behälter 8 ist so angeschlossen, daß er Kältemittel in den Behälter 9 abgibt, während der Behälter 9 Kältemittel in den Behälter 18 abgibt. Die beiden kleinen Behälter sind mit ihrem Gasauslaß an Zwischeneingänge

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21 und 22 der Turbine 4 angeschlossen. Der Behälter 18 ist ebenfalls mit einem Ausgang an der Pumpe 19 und an der Rohrschlange 16 angeschlossen. Wenn nur eine mittlere Eingangsstufe 21 in der Turbine 4 vorgesehen ist, braucht nur der Behälter 9 vorgesehen zu sein. Beide Behälter 9 und 18 sind vorgesehen, wenn mehrere mittlere Eingangsstufen vorgesehen sind.

Wenn das Kältemittel nur der mittleren Stufe 21 der Turbine zugeführt werden soll, ist der kleine Behälter 9 angeschlossen, und das Kältemittel wird ihm aus dem Gas-Flüssigkeits-Behälter 8 über eine Rohrleitung zugeführt. Wenn eine geeignete Durchflußdrossel 10 in der Rohrleitung zur Steuerung des Drucks vorgesehen ist, beginnt das Kältemittel im Behälter 9 auf Grund des niedrigen Drucks zu sieden, so daß es vergast, bevor es in die mittlere Stufe der Turbine 4 eintritt. Wenn die Turbine dagegen die beiden mittleren Eingänge 21 und 22 aufweist, sind beide Behälter 9 und 18 vorgesehen. Auf Grund der bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele ergibt sich, daß eine Vielzahl anderer AusfUhrungsbeispiele durch Kombination jener Ausführungsbeispiele verwirklicht werden kann. Wie die Fig. 4 bis 7 zeigen, haben sie als erfindungswesentliches Merkmal gemeinsam, daß die Wärmeübertragung vom komprimierten Gas auf das Kältemittel ohne deren Vermischung bewirkt wird und daß das Kältemittel einen Kreisprozess durchläuft.

Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß die Wärmeübertragung vom komprimierten Gas auf das Kältemittel in der Weise bewirkt wird, daß das Kältemittel entweder teilweise oder vollständig verdampft. Auch wenn man die in dem in den Fig. 4 bis 7 strichpunktiert dargestellten Block 23 enthaltenen Teile in jeder Figur als nur ein Wärmetauschersystem betrachtet, läuft das Kältemittel in einem geschlossenen Kreis über die Turbine 4 und den Kondensator 5 um. In jedem Falle gilt jedoch, daß das Kältemittel die Wärme des durch den Kompressor komprimierten Gases aufnimmt.

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Nach dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 ist der Gaskompressor in eine Niederdruck-Kompressionsstufe 2-1 und eine Hochdruck-Kompressionsstufe 2-2 unterteilt. Die Wellen der beiden Stufen 2-1 und 2-2 sind miteinander und mit dem Hauptantrieb 1 sowie der Wiedergewinnungsturbine 4 verbunden. Ein erster Wärmetauscher 3-1 überträgt die Wärme des durch den Niederdruck-Kompressor 2-1 komprimierten Gases (der Wärmetauscher 3-1 entspricht einem Zwischenkühler vom Gaskompressor aus gesehen), und ein zweiter Wärmetauscher 3-2 überträgt die Wärme des durch den Hochdruck-Kompressor 3-2 komprimierten Gases (der Wärmetauscher 3-2 entspricht einem Nachkühler) auf das Kältemittel.

Das Kältemittel wird von der Pumpe 6 durch die beiden Wärmetauscher 3-1 und 3-2 gepumpt, die parallel zwischen der Pumpe und der Turbine 4 liegen.

Diese Anordnung entspricht einer erweiterten Version des Ausführungsbeispiels nach Fig. 4. Ferner entspricht das Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 einer erweiterten Version des Ausführungsbeispiels nach Fig. 8. Bei dem AusfUhrungsbeispiel nach Fig. 9, das ebenfalls einen mehrstufigen Gaskompressor aufweist, pumpt die Pumpe 6 das Kältemittel durch einen einzigen Wärmetauscher 3-3. Das erwärmte komprimierte Gas wird durch zwei Wärmetauscher 3-1 und 3-2 geleitet. Die Wärmetauscher 3-1 und 3-2 sind in Bezug auf das Kältemittel parallel geschaltet und beschicken beide den Wärmetauscher 3-3 mit Kältemittel. Es sind also zwei getrennte Kältemittelkreise vorgesehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 ist ein Zylinder oder Behälter 8, wie er in Fig. 6 dargestellt ist, mit einem Zwischenkühler 3-1 und einem Nachkühler 3-2 kombiniert, die so geschaltet sind, wie es in Fig. 8 und 9 dargestellt ist. Ferner kann das AusfUhrungsbeispiel nach Fig. 10 so abgewandelt werden, daß ein kleiner Behälter 9 gemäß Fig. 7 vorgesehen wird, um das gasförmige Kältemittel einer mittleren Eingangsstufe der Turbine 4

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gemäß Fig. 7 zuzuführen.

Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem dem komprimierten Gas in einem Wärmetauscher 3-1 Wärme durch ein erstes Kälte- oder Kühlmittel, z.B. Waaer (H₂O), entzogen wird. Das erste Kältemittel, das durch das komprimierte Gas erwärmt worden ist, bewirkt eine Verdampfung eines zweiten Kältemittels, z.B. Ammoniak (NH,), das in dem Kältemittel gelöst ist. Die Temperatur des gas- oder dampfförmigen zweiten Kältemittels kann in einem Wärmetauscher 10 durch von außen zugeführtes Kühlwasser verringert werden. Dann wird das gasförmige zweite Kältemittel in die Turbine 4 geleitet, in der es expandiert. Dadurch wird nicht nur mechanische Arbeit durch die Turbine geleistet, sondern auch die Temperatur des zweiten Kältemittels auf Grund der Expansion in der Turbine erheblich verringert. Das zweite Kältemittel verläßt die Turbine und gelangt in einen Wärmetauscher 3-2, in dem es das aus dem Wärmetauscher 3-1 zugeführte komprimierte Gas weiter bis auf die Temperatur T10 abkühlt. Das den Wärmetauscher 3-2 verlassende zweite Kältemittel wird in den Kondensator 5 geleitet. Nachdem das zweite Kältemittel in dem Wärmetauscher 3-1 verdampft ist, wird das erste Kältemittel allenfalls noch mit einer geringen Menge des darin gelösten zweiten Kältemittels - in den Kondenstor 5 geleitet. Der Kondensator 5 wird durch das von außen zugeführte Kühlwasser gekühlt. Das erste Kältemittel, dessen Temperatur in dem Kondensator verringert worden ist, kann das gasförmige zweite Kältemittel, das aus dem zweiten Wärmetauscher 3-2 austritt, daht=r leicht absorbieren. (Zweckmäßigerweise wird das zweite Kältemittel so ausgewählt, daß es eine temperaturabhängig stark unterschiedliche Löslichkeit in dem ersten Kältemittel hat) Das zweite Kältemittel wird daher durch das erste Kältemittel in dem Kondensator 5 absorbiert und in diesem Zustand gehalten, d.h. in dem ersten Kältemittel gelöst oder in Lösung in dem ersten Kältemittel. Der Kondensator 5 bewirkt daher, daß das verdampfte zweite Kältemittel in dem Kältemittel wieder in die flüssige

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Phase umgewandelt wird. Das das zweite Kältemittel in höherer Konzentration gelöst enthaltende erste Kältemittel wird durch die Pumpe 6 wieder in den Wärmetauscher 3-1 zurückgepumpt. Auf diese Weise durchläuft das zweite Kältemittel wiederholt den Verdampfungs- und Absorptionsprozess während seines Umlaufs in dem geschlossenen Kreis über den Wärmetauscher 3-1, die Turbine 4 und den Kondensator 5. Dadurch wird die Turbine 4 angetrieben und zumindest ein erheblicher Teil der dem Gas im Kompressor 2 zugeführten Wärme wiedergewonnen und ausgenutzt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 ist es nicht nur möglich, den Grad der Lösung des ersten Kältemittels in Abhängigkeit von der Temperatur zu ändern, sondern auch in Abhängigkeit vom Zustand am Auslaß der Turbine 4 eine Verflüssigungstemperatur zu wählen, die weit unter der des äußeren Kühlwassers liegt. Aus diesem Grunde ist es möglich, die Gastemperatur T1O auf einen Wert zu verringern, der niedriger als die Temperatur T8 des äußeren Kühlwassers ist. In diesem Falle ist das Volumen des äußeren Kühlwassers, das dem Komdensator 5 und dem Kühler 10 am Eingang der Turbine zugeführt wird, größer als das bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 erforderliche.

Das Prinzip des Ausführungsbeispiels nach Fig. 11 ist besonders wirksam bei Anwendung auf eine Anlage von der in Fig. 2 dargestellten Art. Mit andeiBfi Worten, wenn der in Fig. 11 dargestellten Ausgangsleitung 7 eine zweite Hochdruck-Kompressionsstufe folgt, wie in Fig. 2, kann die Temperatur T10 unter die Temperatur T8 des äußeren Kühlwassers verringert werden, und dies bedeutet, daß die für den Hochdruck-Kompressor erforderliche Antriebskraft niedriger als die für die Anlage nach Fig. 2 ist. (Die für einen Kompressor erforderliche Antriebskraft ist proportional der absoluten Temperatur des zu komprimierenden Gases am Eingang des Kompressors. Dies ist der Grund für den Einsatz eines Zwischenkühlers bei einem mehrstufigen Kompressor.)

Wenn das Prinzip nach Fig. 11 bei einer Anlage mit Zwischenkühler gemäß Fig. 2 angewandt wird, kann nicht nur über die Turbine 4

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Energie wiedergewonnen werden, sondern auch die für die Hochdruck-Kompressionsstufe erforderliche Antriebskraft verringert werden, so daß die Nennleistung des Hauptantriebs 1 erheblich verringert werden kann. Der in Fig. 11 dargestellte Wärmetauscher 10 dient zur Verringerung der Auslaßtemperatur T5 der Turbine durch Verringerung der Einlaßtemperatur T4 des in die Turbine eintretenden Gases. Mit ander®. Worten, der Wärmetauscher 10 dient zur Verringerung der Temperatur T10 des Gases in der Ausgangsleitung 7. Wenn die Temperatur T10 nicht weiter verringert zu werden braucht, kann der Kühler 10 weggelassen werden, und der Wärmetauscher 3-2 kann ebenfalls nicht erforderlich sein. Zweckmäßigerweise ist in der das erste Kältemittel aus dem Wärmetauscher 3-1 in den Kondensator 5 leitenden Rohrleitung eine Durchflußsteuerdrossel 11 angeordnet, wie es in Fig. 11 dargestellt ist, um den Druck zu steuern.

Das Prinzip des Ausführungsbeispiels nach Fig. 11, bei dem das verwendete Kältemittel ein Gemisch aus zwei Kältemitteln ist, kann auch bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 9 und 10 angewandt werden. In allen Fällen kann die Anlage so ausgebildet sein, daß zumindest ein Teil der Wärme des durch den Kompressor komprimierten Gases auf das Kältemittel übertragen wird.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele dafür argegeben, wie die mechanische Ausgangsleistung der Energiewiedergewinnungs- oder -sammelturbine ausgenutzt wird. Die Fig. 4 bis 1ί zeigen Beispiele, bei denen ein Hauptantrieb 1, ein Kompressor oder Kompressoren und eine Turbine 4 direkt mechanisch gekuppelt sind. Mit anderen Worten, bei diesen Ausführungsbeispielen wix"' die mechanische Ausgangsleistung (das mechanische Drehmoment) direkt auf die Antriebswelle des Gaskompressors übertragen. In diesem Falle braucht die Anlage nicht in der Reihenfolge: Antriebseinheit 1, Kompressor 2 und Turbine 4, wie es in Fig. 12 (a) dargestellt ist, aufgebaut zu sein. Vielmehr ist es auch möglich, den Aufbau in der Reihenfolge: Turbine 4, Antriebseinheit

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und Kompressor 2 zu wählen, wie es in Fig. 12 (b) dargestellt ist. Die Fig. 12 (c) und 12 (d) zeigen noch andere Anordnungsmöglichkeiten bei einem mehrstufigen Gaskompressor. In Fig. sind der Wärmetauscher, der Kondensator und der geschlossene Kältemittelkreis weggelassen, um die Darstellung zu vereinfachen. Sie sind natürlich gemäß den zuvorbeschriebenen Ausführungsbeispielen vorgesehen. Ferner ist es möglich, zwischen der Antriebseinheit 1, dem Kompressor oder der Turbine 4 entsprechend dem Bedarfsfall ein Zahnradgetriebe, z.B. ein aufwärts oder abwärts txara Armieren¹ es Zahnradgetriebe, anzuordnen. Wenn eine trennbare Kupplung zwischen den Bauteilen vorgesehen und die Anlage so ausgebildet ist, daß die Turbine 4 von den anderen Bauteilen getrennt werden kann, läßt sich die Wartung und Inspektion der Anlage leichter durchführen.

Ferner kann bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 4 bis die Turbine 4 mit einer (nicht dargestellten) Bypass-Leitung versehen sein, so daß das der Turbine 4 zugeführte Kältemittel gewünschtenfalls an der Turbine vorbeigeleitet und der Kompressor auch betrieben werden^anwenn die Turbine 4 abgetrennt ist. Wenn die Turbine 4 aus irgendeinem Grunde unwirksam ist, kann die mit dem Druckgas zu versorgende Anlage dennoch weiterhin Druckgas mit der gewünschten reduzierten Temperatur erhalten, um die Anlage betriebssicherer zu machen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem die Turbine 4 nicht direkt mit dem Kompressor oder der Hauptantriebseinheit 1 verbunden ist. Das Kältemittelsystem nach Fig. 13 ist in ähnlicher Weise ausgebildet, wie das nach Fig. Wie Fig. 13 zeigt, ist die der Turbine 4 in Fig. 4 entsprechende Wiedergewinnungsturbine 4 mit einer anderen angetriebenen Einheit 24 verbunden, z.B. einem Generator oder einer Pumpe, und sie sind nicht mechanisch mit dem Hauptantrieb 1 und dem Gaskompressor verbunden. In diesem Falle ist die Nennleistung der Antriebseinheit 1 des Kompressors 2 die gleiche wie bei einem herkömm-

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lichen Kompressor, doch wird die Antriebsleistung der angetriebenen Einheit 24 aus der erfindungsgemäß wiedergewonnenen Energie gewönne, so daß auch hier eine erhebliche Energieeinsparung bewirkt wird. So kann die angetriebene Einheit 24 ein elektrischer Generator sein, der eine chemische Anlage mit Energie versorgt, in der die Kompressoreinrichtung installiert ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich nicht nur eine unmittelbare Einsparung der von der Anlage benötigten Energie, sondern auch eine Energiewiedergewinnung in einem Ausmaß, das proportional dem Energieverbrauch des Kompressors 22 ist, so daß der Energieverbrauch der Anlage stabilisiert wird.

Fig. 14 zeigt den konstruktiven Aufbau des Ausführungsbeispiels nach Fig. 4 von der Seite gesehen, und zwar eine Antriebseinheit

1, einen Kompressor 2 und eine Turbine 4 auf einem schraffiert dargestellten Fundament. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Wärmeübertragung vom komprimierten Gas auf das Kältemittel, so daß der Wärmetauscher 3 direkt unter oder sehr dicht bei dem Auslaß des Kompressors 2 angeordnet sein kann. Da die Turbine direkt mit der Welle des Kompressors 2 gekuppelt sein kann, wie es bereits erwähnt wurde, kann der Aufbau sehr kompakt gehalten werden. Dies ermöglicht eine effektive Energierückgewinnung ohne Beeinträchtigung oder Störung d?^ Anordnung des Kompressors

2, was ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist. Obwohl die Rohrleitungen, die Pumpe 6 usw. in Fig. 14 nur in vereinfachter Form dargestellt sind, ist dennoch das wesentliche Merkmal zu erkennen, daß der Wärmetauscher 3 unmittelbar unter (oder dicht neben) dem Kompressor 2 und der Kondensator 5 unmittelbar unter (oder dicht neben) der Turbine 4 angeordnet ist. Diest-r kompakte Aufbau ermöglicht minimale Druckverluste im komprimierten Gas und Kältemittel. Ferner ist bei der Anlage nach Fig. 14 angenommen, daß es sich bei dem Kompressor 2 um einen Axialströmungs-Kompressor und bei der Turbine 4 ebenfalls um eine Axialströmungs-Turbine handelt. Die Antriebseinheit 1 ist als Elektromotor angenommen. In diesem Fall ist es sehr leicht, die Antriebseiheit 1, den Kompressor 2 und die Turbine 4 direkt miteinander

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zu kuppeln. Die Anlage kann so ausgelegt werden, daß kein Über- oder Untersetzungsgetriebe erforderlich ist, so daß sich ein einfacher Aufbau ergibt. (Gegenüber einer Anlage mit Drehzahlwechselgetriebe ergaben sich geringere mechanische Verluste. Außerdem verursachen die Wellen keine Schwingungen usw.) Fig. 14 zeigt, daß der Gesamtaufbau sehr kompakt sein kann. Dieses Beispiel zeigt welter, daß der Aufbau der Anlage durch die erfindungsgemäße Einrichtung nicht nachteilig beeinflußt wird.

Fig. 15 zeigt ein Beispiel einer herkömmlichen Mehrstufen-Kompressoreinrichtung, die in einer Anzahl von η Zwischenkühlern, einer Anzahl von n+1 Gaskompressoren und einen Nachkühler am Ausgang der letzten Kompressorstufe unterteilt ist. Die graphische Darstellung in Fig. 16 stellt ein Beispiel für die erforderliche Leistung der Antriebseinheit als ausgezogene Linie a bei einer Anzahl von η Zwischenkühlern und einem Nachkühler in einer herkömmlichen Anlage gemäß Fig. 15 dar. Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Zwischenkühler und ein Nachkühler vorgesehen sind. Ein Beispiel der für die Antriebseinheit erforderlichen Leistung ist in Fig. 16 durch die gestrichelte Linie b dargestellt. Ein Vergleich der Kurve a einer herkömmlichen Anlage mit der Kurve b einer erfindungsgemäßen Anlage zeigt, daß die erfindungsgemäße Anlage eine erhebliche Einsparung bringt. Obwohl die in Fig. 16 dargestellten Kurven einen anderen Verlauf in Abhängigkeit von dem jeweiligen Kompressor aufweisen können, würden drei Zwischenkühler ausreichen, um die Leistung der Antriebseinheit 1 einer herkömmlichen Anlage zu minimisieren. Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel genügt dagegen ein Zwischenkühler, um die Ausgangsleistung der Antriebseinheit minimal zu halten. Wenn die Anzahl der Zwischenkühler bei konstantem Druck der gesamten Kompressoranlage erhöht wird, ergeben sich plötzlich Schwierigkeiten, die Energie erfindungsgemäß zu sammeln bzw. wiederzugewinnen, weil die Temperatur des komprimierten Gases am Auslaß jedes Kompressors geringer ist. Aus diesem Grunde ist die Hinzunahme nur eines Zwischenkühlers

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optimal, wenn das spezielle Ausführungsbeispiel dieser Erfindung angewandt wird, wie es in Fig. 16 dargestellt ist. Mit anderen Worten, das Gehäuse eines herkömmlichen Kompressors wurde in vier Teile unterteilt, um den Einsatz von drei Zwischenkühlereinheiten zu ermöglichen, was in Bezug auf die für die Antriebseinheit erforderliche Leistung optimal war. Die Leistung der Antriebseinheit kann jedoch durch Unterteilung des Kompressorgehäuses in zwei Teile für die Installation einer Turbine usw. sowie eines Zwischenkühlers noch weiter verringert werden. Die geringere Anzahl von Teilen, in die der Kompressor unterteilt wird, trägt daher nicht nur zu einer Verringerung der Antriebsleistung sondern auch zu einer Vereinfachung des Kompressoraufbaus bei, so daß eine einfache Wartung und Inspektion möglich ist, und verbessert ferner die Betriebszuverlässigkeit des Kompressors. Insbesondere wenn es sich bei dem verwendeten Kompressor um einen Axialströmungskompressor handelt, stellt dies einen wesentlichen Faktor dar, der eine Verringerung der Anzahl der Teile ermöglicht, in die der Kompressor zu unterteilen ist. Mit anderen Worten, obwohl ein Axialströmungskompressor in Axialrichtung verhältnismäßig lang ist, wird er doch extrem lang in Axialrichtung, da die vom Infusor oder Diffusor besetzten Teile größer sind, wenn der Kompressor in mehrere Gehäuseteile unterteilt ist. Andererseits ist e«? erfindungsgemäß möglich, mit nur zwei Gehäusen auszukommen, ohne Schwingungen usw. im Wellensystem befürchten zu müssen, und des ist bei vielen Anwendungsfällen äußerst günstig.

Fig. 17 stellt einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Axialströmungskompressors mit *:wei Gehäusen dar. In Fig. 17 sind nur die größeren Bauteile abgedeckt, um die Beschreibung zu vereinfachen, und der Wärmetauscher sowie die Turbine sind weggelassen. Der Niederdruckkompressor 2-1 und der Hochdruckkompressor 2-2 sind jeweils mit einem Einlaufkanal i und einem Diffusor d versehen. Wenn die Anlage mit einer Antriebseinheit 1 und einem Axialströmungskompressor

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2-1 und 2-2 versehen ist, ist die Anzahl der zu installierenden Zwischenkühler 3-1 begrenzt. Da bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nur ein Zwischenkühler 3-1 erforderlich ist, ist es in einem derartigen Anwendungsfall effektiver.

Von einem anderen Standpunkt aus betrachtet, ergeben sich durch die Erfindung jedoch noch weitere Vorteile. Bei dem beispielsweise gemäß Fig. 3 ausgebildeten Kompressor wird die Einlaßgastemperatur der Hochdruckkompressionsstufe durch den Zwischenkühler 3-1 verringert, um die erforderliche Antriebsleistung bei der herkömmlichen Anlage zu reduzieren· Diese Darstellung schließt den Fall ein, daß es sich bei dem durch den Kompressor komprimierten Gas um normale Luft handelt. In diesem Falle wird der in der komprimierten Luft enthaltene Wasserdampf gewöhnlich teilweise kondensiert, wenn die Luft in dem Zwischenkühler abgekühlt wird. Ein Teil des Kondensats oder kleine Flüssigkeitstropfen werden gewöhnlich dem Hochdruckkompressor zusammen mit dem komprimierten Gas zugeführt, was dazu führt, daß der Läufer des Hochdruckkompressors durch das Kondensat angegriffen wird.

Bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird jedoch das aus dem Wärmetauscher 3-1» der einem Zwischenkühler entspricht, austretende Druckgas auf eine Temperatur abgekühlt, bei der keine Kondensation stattfindet, bevor es dem Kochdruckkompressor zugeführt wird. Obwohl die Leistung des Hochdruckkompressors in diesem Falle geringfügig erhöht wird, wird auch die aus dem Wärmetauscher, der einem Nachkühler entspricht, aufgenommene bzw. wiedergewonnene Wärme in Folge der erhöhten Feuchtigkeit des komprimierten Gases am Auslaß des HooMruckküEipreFsors gesteigert, so c ?.f. die durch dia Turbine 4 aufgenommene bzw. wiedergewonnene Leistung entsprechend zunimmt. Dies gestattet eine Verringerung der Antriebseinheitsleistung in der gesamten Kompressoranlage bis auf einen Wert, der wesentlich niedriger als der bei der herkömmlichen Anlage nach Fig. 3 liegt. Dies ermöglicht ferner die Wahl einer Temperatur, bei

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der keine Kondensation am Einlaß des Hochdruckkompressors stattfinden kann, so daß der Hochdruckkompressor auch nicht durch Kondensat angegriffen wird.

Wegen der Vermeidung der Korrosionsgefahr durch Kondensatbildung ist die Erfindung besonders bei einer Kompressoranlage für ein Gas, wie Schwefelsulfid (H2S), das bei Anwesenheit eines Kondensats die Korrosionsgefahr erhöht, von Vorteil;

Wie anhand der beschriebenen Ausführungsbeispiele erläutert wurde, ist diese Anlage so ausgebildet, daß die Turbine durch die dem umlaufenden Kältemittel entzogene Energie betrieben wird, wobei das durch den Kompressor komprimierte Gas als Energiequelle dient. Es ist daher möglich, die Abwärme auszunutzen, die bei den bekannten Anlagen nutzlos abgeführt wird. Dabei wird die wiedergewonnene Energie in eine mechanische Antriebsleistung umgeformt, die es ermöglicht, die erforderliche Antriebsleistung der Hauptantriebseinheit erheblich zu verringern oder diese mechanische Leistung unmittelbar einer Einrichtung zuzuführen, von der sie benötigt wird. Ferner kann die Menge des von außen zuzuführenden Kühlwassers um einen Betrag verringert werden, der der wiedergewonnenen Energie entspricht. Sodann kann das komprimierte Gas so weit abgekühlt werden, daß seine Temperatur unter der des von außen zugeführten Kühlwassers liegt. Die Temperatur des komprimierten Gases läßt sich leicht so weit verringern, daß sie für den Druckgasverbraucher erträglich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die wiedergewonnene Energie proportional der Belastung des Kompressors ist, was zur Stabilisierung des Betriebs der gesamten Anlage beiträgt." Besonders vorteilhaft ist die Vermeidung einer Kondensataggression.

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* Zl··

Leerseite

Claims

Patentansprüche

GaskompressLonsanlage mit einem Gaskompressor, der durch einen Hauptantrieb angetrieben wird und einen Gaseinlaß sowie einen Gasauslaß für das komprimierte Gas aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an den Gasauslaß ein KUhlmittelkreis angeschlossen ist, daß der Kühlmittelkreis einen Wärmetauscher, dem das komprimierte Gas zuführbar ist, eine Turbine, einen Kondensator und eine Pumpe, die das Kältemittel durch den Kreislauf pumpt, aufweist, daß das Kältemittel in dem Wärmetauscher durch Wärme, die dem komprimierten Gas entzogen wird, erwärmt und verdampft wird, und daß das verdampfte Kältemittel in der Turbine expandiert, diese antreibt und in dem Kondensator verflüssigt wird.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsleistung der Turbine für den Antrieb des Gaskompressors herangezogen wird.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaskompressor ein Mehrstufenkompressor ist und der Kältem&telkreis einen Wärmetauscher zwischen benachbarten Stufen dieses Kompressors aufweist.
4. Anlage nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittelkreis einen der letzten Stufe des Mehrstufenkompressors nachgeschalteten Nachkühler aufweist.
5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tur-. bine an die Antriebsseite eines Geräts angeschlossen ist, das vom Kompressor getrennt ist.

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6. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch geleinzeichnet, daß der Kältemittelkreis einen Behälter aufweist und in einen ersten und einen zweiten Kältemittelzweig aufgeteilt ist, wobei der erste Zweig den Wärmetauscher, den Behälter, die Turbine, die Pumpe und den Kondensator und der zweite Zweig den Wärmetauscher und den Behälter aufweist, wobei beide Zweige in dem Behälter zusammenlaufen.
7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine mehrere Eingangsstufen aufweist und daß der Kältemittelkreis einen zweiten Behälter aufweist, der mit dem zuerst erwähnten Behälter, einem mittleren Eingang der Turbine und dem Wärmetauscher verbunden ist.
8. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel die Wärmetauscher parallel durchströmt.
9. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittelkreis einen ersten und einen zweiten Zweig sowie ein erstes und ein zweites Kältemittel aufweist, die diese Zweige durchströmen, daß das eine Kältemittel in dem anderen Kältemittel gelöst ist, daß der erste Zweig den Wärmetauscher, die Turbine und den Kondensator aufweist und daß der zweite Zweig den Wärmetauscher und den Kondensator aufweist, so daß die beiden Kältemittel den Wärmetauscher und den Kondensator durchlaufen.
10.Vorrichtung für eine Gaskompressionsanlage mit einem Gaskompressor, der durch einen Hauptantrieb angetrieben wird und einen Gaseinlaß sowie einen Gasauslaß für das komprimierte Gas aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an den Gasauslaß ein Kühlmittelkreis angeschlossen ist, daß der Kühlmittelkreis einen Wärmetauscher, dem das komprimierte Gas zuführbar ist, eine Turbine, einen Kondensator und eine Pumpe, die das Kältemittel durch den Kreislauf pumpt, aufweist, daß das Kältemittel in dem Wärmetauscher durch Wärme, die dem komprimierten Gas entzogen wird, erwärmt und verdampft wird, und daß

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das verdampfte Kältemittel in der Turbine expandiert, diese antreibt und in dem Kondensator verflüssigt wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsleistung der Turbine für den Antrieb des Gaskompressors herangezogen wird.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaskompressor ein Mehrstufenkompressor ist und der Kältemittelkreis einen Wärmetauscher zwischen benachbarten Stufen dieses Kompressors aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittelkreis einen der letzten Stufe des Mehrstufenkompressors nachgeschalteten Nachkühler aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine an die Antriebsseite eines Geräts angeschlossen ist, das vom Kompressor getrennt ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittelkreis einen Behälter aufweist und in einen ersten und einen zweiten Kältemittelzweig aufgeteilt ist, wobei der erste Zweig den Wärmetauscher, den Behälter, die Turbine, die Pumpe und den Kondensator und der zweite Zweig den Wärmetauscher und den Behälter aufweist, wobei beide Zweige in dem Behälter zusammenlaufen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine mehrere Eingangsstufen aufweist und daß der Kältemittelkreäs einen zweiten Behälter aufweist, der mit dem zuerst erwähnten Behälter, einem mittleren Eingang der Turbine und dem Wärmetauscher verbunden ist.

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17. Vorrichtung nach Anspruch 1?, dadurch gekennzeichnet, daf3 das Kältemittel die Wärmetauscher parallel durchströmt,,
18. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittelkreis einen ersten und einen zweiten Zweig sowie ein erstes und ein zweites Kältemittel aufweist, die diese Zweige durchströmen, daß das eine Kältemittel in dem anderen Kältemittel gelöst ist, daß der erste Zweig den Wärmetauscher, die Turbine und den Kondensator aufweist und daß der zweite Zweig den Wärmetauscher und den Kondensator aufweist, so daß die beiden Kältemittel den Wärmetauscher und den Kondensator durchlaufen.

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