DE386475C - Verfahren und Vorrichtung zur Kuehlung und Verfluessigung von Gasen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Kuehlung und Verfluessigung von Gasen

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Description

AUSGEGEBEN AM 10. DEZEMBER 1923
REICHSPATENTAMT
PATENTSCHRIFT
- JVi 386475 -KLASSE 17g GRUPPE
(JI1SiS IJi7g)
Patentiert im Deutschen Reiche vom 7. Juli 1916 ab.
Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung und Verflüssigung von Gasen durch Druck und Gegenstromkreislauf. Von bekannten ähnlichen Verfahren unterscheidet sich das neue dadurch, daß ein Teil der unter Druck gehaltenen verflüssigten Menge des Arbeitsmittels ohne Druckminderung verdampft, nebst dem nicht verflüssigten Gas zur Wärmeaufnahme in dem Kreislauf ausgenützt und dann getrennt zur Leistung von Nutzarbeit durch Expansion herangezogen wird.
Ein weiterer Unterschied liegt darin, daß die Verdampfung eines Teiles der Flüssigkeit unter Druck benutzt wird, um dem ankommenden zusammengepreßten Gas latente Wärme zu entziehen, so daß seine Verflüssigung ohne ungebührliche Belastung der äußeren Kühlung erzielt wird.
Dadurch wird hohe Leistung und Wirtschaftlichkeit erreicht, wie unten noch näher zu erläutern.
Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.
Abb. t ist eine Gesamtdarstellung der Vorrichtung,
Abb. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teiles der Abb. 1,
Abb. 3 zeigt eine andere Ausführungsform.
Das Arbeitsmittel tritt in einen Kompressor a (Abb. 1) gasförmig ein und wird durch ihn unter geringen Druck gesetzt. Die Kompressionswärme wird dann in üblicher Art durch einen Wasserkühler b entfernt. Das komprimierte Gas tritt dann in den Kanal c der Wärmeaustauchvorrichtung, deren Gegenstromkanal d
in enger thermischer Beziehung zu dem Kanäle c steht. Ein Teil des gekühlten komprimierten Gases kann aus dem Kanäle c nach einer Expansionsmaschine e geführt, darin expandiert und dann dem kalten Ende der Wärmeaustauschvorrichtung zugeführt werden, um die Kühlung des in den Kanal c eingetretenen Gases zu unterstützen. Zu diesem Zweck kann das gekühlte Niederdruckgas von der Maschine e
ίο durch einen Kanal f der Wärmeaiistauschvorrichtung zurückströmen, der auch in enger thermischer Beziehung zu dem Kanäle c ist. Die Maschine e und der Kanal/" bilden in diesem Falle die üblichen äußeren Kühlmittel, die für alle Verfahren dieser Art erforderlich sind, um dem eintretenden komprimierten Gase einen Tiil der Wärme zu entziehen und nötigenfalls das Eindringen der atmosphärischen Wärme in die Austauschvorrichtung auszugleichen. Offenbar kann das in dieser äußeren Kühlvorrichtung verwendete Gas auch von dem Kanäle d der Austauschvorrichtung statt von dem Kanäle c genommen werden.
Die durch das Verfahren gebildete Flüssigkeit sammelt sich an dem kalten Ende des Kanals c, von wo die Pumpe g sie dem Kanal d der Wärmeaustauschvorrichtung unter einem Drucke zuführt, der höher ist als der, welcher durch den Kompressor α ausgeübt wurde. Der in dem Kanäle d vorherrschende Druck rührt offensichtlich von dem Widerstände her, welcher dem Ausflüsse des Dampfes von dem oberen Ende dieses Kanales entgegengesetzt wird. Zur Beförderung der Flüssigkeit in den Bodenteil des Kanales d muß die Pumpe g den in diesem Kanäle herrschenden höheren Druck überwinden. In dem Kanäle d wird die Hochdruckfiüssigkeit unter ihrem erhöhten Drucke verdampft und im Gegenstrom durch die Wärmeaustauschvorrichtung zurückgeführt, um den in den Kanal c eintretenden Gasen Wärme zu entziehen. Der Wärmeaustausch zwischen dem Inhalt der Kanäle c und d bewirkt in bekannter Weise, daß das von dem oberen oder warmen Ende des Kanales d abströmende Arbeitsmittel wesentlich die gleiche Temperatur wie das von dem Kompressor α in den Kanal c eintretende Gas hat. Es wird somit ein Ausgleich der Temperaturen an jeder Stelle der Wärmeaustauschvorrichtung infolge des Wärmeaustausches zwischen den Kanälen c und d bezweckt, und es werden wie bei anderen Apparaten dieser Art die Temperaturen nach der Tiefe der Austauschvorrichtung zu immer niedriger.
Wegen ihres bei dem größeren Druck höheren Siedepunkts wird die Flüssigkeit in dem Kanäle d, ohne zu verdampfen, bis zur Höhe h steigen, wo die Temperatur beträchtlich höher als auf der Höhe i ist, wo im Kanal c die Verflüssigung eintritt.
Eine kräftige Übertragung latenter Wärme j von dem Dampfe in c nach der Flüssigkeit in d wird wie folgt herbeigeführt:
In die Flüssigkeit des Kanals c ist eine Schlange j getaucht. Zwischen dieser und einer in die Flüssigkeit des Kanals d tauchenden Schlange I (Abb. 2) ist ein Kompressor k eingeschaltet. Das andere Ende der Schlange I steht in Verbindung mit einer Düse oder Expansionsvorrichtung m, die mit der Schlange / verbunden ist, so daß ein geschlossener Kreislauf hergestellt ist. Wenn nun der Kompressor k wesentlich zwischen denselben Drucken wie die Pumpe g arbeitet und das in diesem Kreislauf verwendete Strömungsmittel dasselbe ist wie die Arbeitsflüssigkeit, so wird der vom Kompressor k während einer gegebenen Zeit bewirkte Umlauf eines Flüssigkeitsgewichts, das ebenso groß oder etwas größer ist als das Gewicht der durch die Pumpe in derselben Zeit hindurchgehenden Arbeitsflüssigkeit, eine Übertragung der latenten Wärme von dem Gase in c bei i nach der Flüssigkeit bei h in der folgenden Weise herbeiführen:
Das durch den Kompressor k in Umlauf versetzte Strömungsmittel mag nach Aufhebung des Druckes in der Expansionsvorrichtung m auf dem Wege nach der Schlange / unter den : obigen Bedingungen in der Hauptsache flüssig sein und wird in der Schlange j im wesentlichen in Dampf dadurch umgewandelt, daß es dem Gase in dem Kanäle c dicht über Höhe i die latente Kondensationswärme entzieht.
Der Druck und die Temperatur des Gemisches von Flüssigkeit und Dampf von der Schlange / wird durch den Kompressor k erhöht, und es geht dann in wesentlich gasförmigem Zustande nach der Schlange Z, wo es die Verdampfung eines äquivalenten Flüssigkeitsgewichtes an der Oberfläche h durch Übertragung der aufgenommenen Wärme auf diese Flüssigkeit herbeiführt und hierdurch selbst vollständig oder teilweise kondensiert wird. Dank der anschließenden Druckentlastung in der Düse m kehrt da? Umlaufsmittel nach der Schlange / in solchem X05 Zustande zurück, daß die Kondensation an der Oberfläche i in der oben beschriebenen Weise wiederholt werden kann. Die obigen Wirkungen werden unter den angenommenen Bedingungen erzielt, indem die Flüssigkeit in der Schlange j etwas kalter gehalten wird als das unter niedrigerem Drucke stehende, zu verflüssigende Arbeitsmittel an diesem Punkte, um die Übertragung von Wärme in der erforderlichen Richtung herbeizuführen. Ebenso kann der durch die Schlange I strömende Dampf etwas wärmer gehalten werden als die Flüssigkeit in der Höhe h, damit der Austausch von latenter Wärme auftritt. Die Temperaturunterschiede zur Herbeiführung der Übertragung dieser relativ großen Wärmemengen können dadurch so klein als gewünscht gehalten werden, daß man lediglich
die Berührungsflächen der Schlangen j und I vergrößert.
Die oben beschriebenen Bedingungen, unter denen die Aufnahme und Abgabe der latenten Wärme bei wesentlich konstanter Temperatur und daher mit größtmögrchem Wirkungsgrad stattfindet, können nach Wunsch verändert und geregelt werden. Auch der Apparat kann anders ausgeführt werden. So kann, wie Abb. 3 zeigt, die Schlange I in Fortfall kommen und das Umlaufmittel aus dem Kompressor k direkt in die Flüssigkeit des Kanals d einströmen. Hierbei geht Flüssigkeit nach der Expansionsvorrichtung tn, während der Kompressor k Dampf zurückleitet, der von genügend hoher Temperatur sein kann, um eine Verdampfung einer äquivalenten Flüssigkeitsmenge an der Oberfläche h herbeizuführen, während er selbst vollständig kondensiert wird.
Das von der Oberfläche h in der beschriebenen Art verdampfte Arbeitsmittel geht durch den Kanal d unter dem von der Pumpe g erzeugten hohen Druck und führt infolge seiner hohen spezifischen Wärme aus dem System eine größere Wärmemenge pro Temperaturaustauschgrad ab, als durch dasselbe Gewicht an Arbeitsmittel in den Gegenstromkanal c eingeführt wird. Dank diesem Überschüsse an Kühlwirkung muß die Kühlung des zuströmenden Arbeitsmittels im Kanal c vor Verflüssigung an der Oberfläche i und die Aufnahme der in das System eindringenden äußeren Wärme wirkungsvoller geschehen als bei den bisherigen Verfahren,- wo stets ein Fehlbetrag an Kühlwirkung durch die äußeren Kühlmittel zu decken war. Die Verflüssigung an der Oberfläche i wird somit bei niedrigerem Drucke und mit größerer Leichtigkeit als bei den bisher bekannten Verfahren erreicht. Diese Verflüssigung wird in erster Linie durch die oben beschriebene Übertragung von latenter Kondensationswärme von dem Arbeitsmittel im Kanal c auf die Flüssigkeit im Kanal d herbeigeführt. Die auf die Expansionsmaschine entfallende äußere Kühlarbeit wird somit auf ein Mindestmaß verringert.
Der den Kanal d unter Druck verlassende Dampf wird in einer Heizvorrichtung η vor seinem Gebrauch in einer Heißexpansionsmaschine oder einem Motor 0 erwärmt. Das Maß der Steigerung des Flüssigkeitsdrucks durch Pumpe g regelt das Maß der Energie, die von dem austretenden Dampf in Form der ihm durch die Heizung η zugeführten äußeren Wärme aufgenommen werden kann. Der erhitzte Dampf erzeugt durch seine Expansion im Motor 0 Kraft zum Antrieb der Kompressoren α und k und der Pumpe g. Der Kompressor k hat relativ kleinen Kraftbedarf wegen der sehr tiefen Temperatur des von ihm geförderten Mittels. Der Kraftbedarf der Pumpe g ist noch geringer, da sie nur sehr kalte Flüssigkeit fördert. Durch die Wiedergewinnung von Kraft aus dem Arbeitsmittel wird eine merkl;che Zunahme im Wirkungsgrad und Brennstoffersparnis erzielt.
Die den Motor 0 und den Kanal f verlassenden Gase können gewünschtenfalls zum Einlaß β des Kompressors α zurückgeleitet und in dem System von neuem verwendet werden. Kalter Dampf zur Kälteerzeugung kann bei q oder Flüssigkeit bei r abgezogen werden. Mittels Nebenleitung s und Ventiles t kann die Flüssigkeit in dem Kanal c druckentlastet und bei r abgezogen werden, oder sie kann auch bei ti unter Druck abgeführt werden.

Claims (4)

Patent- Ansprache:
1. Verfahren zur Kühlung und Verflüssigung von Gasen durch Druck und Gegenstromkreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der unter Druck im Gegenstromapparat verflüssigten Menge des Gases ohne Druckminderung verdampft und gemeinsam mit dem nicht verflüssigten, wieder entspannten Teile des Gases zur Wärmeaufnahme aus dem eingeführten gepreßten Gase ausgenützt und dann für sich zur Leistung von Nutzarbeit durch Expansion herangezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfung eines Teiles der Flüssigkeit unter erhöhtem Druck durchgeführt wird.
3. Vorrichtung für das Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Gegenstromwärmeaustauschvorrichtung(c,i) mit einer Pumpe (g) zur Erhöhung des Druckes des verflüssigten Arbeitsmittels und einem Motor (0), in welchem Dampf von hohem Druck aus der Austauschvorrichtung mit oder ohne Zuführung äußerer Wärme unter Leistung von Nutzarbeit expandiert werden kann.
-
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Wärmeaustauschvorrichtung (/, I) zum Übertragen der latenten Wärme von dem unter niedrigem Drucke stehenden Teile des Arbeitsmittels auf den verflüssigten Teil, dessen Druck mittels der Pumpe (g) erhöht wurde, in welcher no Austauschvorrichtung ein Kompressor (k) und eine Expansionsvorrichtung (m) angeordnet sind, mittels deren ein Kreislauf eines Wärmeübertragungsmittels in Wärmeaustauschbeziehung zu diesen beiden Teilen des Arbeitsmittels hervorgerufen wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.
DEJ17818D 1916-07-07 1916-07-07 Verfahren und Vorrichtung zur Kuehlung und Verfluessigung von Gasen Expired DE386475C (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1040058B (de) * 1954-01-11 1958-10-02 Grande Paroisse Azote Et Prod Verfahren zur Erzeugung von Kaelte durch arbeitsleistende Entspannung eines Gasstromes

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1040058B (de) * 1954-01-11 1958-10-02 Grande Paroisse Azote Et Prod Verfahren zur Erzeugung von Kaelte durch arbeitsleistende Entspannung eines Gasstromes

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