DE4134588A1 - Kuehlanlage, insbesondere fuer gasverfluessigung - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verflüssigungsverfahren eines gasförmigen Fluids mit einem
niedrigen Siedepunkt und weist das Vorkühlen des gasförmigen Fluids, sein Kühlen auf eine
Temperatur nahe seines Verflüssigungspunktes und dann sein Expandieren auf, bevor es im
mindestens teilweise flüssigen Zustand gesammelt wird.
Ein Verfahren dieser Art ist in der US-PS 40 48 814 beschrieben. Bei den klassischen Verfahren
dieser Art erfolgt die letzte Expansion mittels eines Ventiles, wo eine isenthalpische Expansion
ausgeführt wird. Obwohl die zur Verfügung stehende Energie in dem Fluid mit sehr niedriger
Temperatur sehr gering ist, ist es interessant, sie zu extrahieren, denn sie steht bei einer
Temperatur sehr nahe derjenigen der Gasverflüssigung zur Verfügung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, welches eine vergrößerte
Leistung aufweist und insbesondere eine beachtliche Verringerung der Gasphase im Hinblick auf
deren Beseitigung erlaubt, welche die Endexpansion verläßt.
Um diese Aufgabe zu lösen, erfolgt gemäß einem Merkmal der Erfindung die Expansion derart,
daß eine unterkühlte Flüssigkeit erhalten wird.
Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung erfolgt die Expansion bei dem Fluid in einem
überkritischen Zustand.
Bei diesem Verfahren verändern sich die Standardeigenschaften des Fluid mittels der Expansion
in einer im wesentlichen kontinuierlichen Weise ohne die Probleme der Diskontinuität zwischen
gasförmiger Phase und flüssiger Phase, die man gewöhnlich bei diesen Temperaturen antrifft.
Weil der von der Turbine hervorgebrachte Enthalpieabfall niedrig ist, kann ihre Drehzahl gering
sein, und die Turbine kann folglich mit einer großen Sicherheitsspanne arbeiten. Während
Übergangsbereichen unterliegen die Eigenschaften des Fluids am Eintritt der Turbine nicht großen
Veränderungen, und die Betriebsbedingungen der Turbine werden folglich nicht beeinträchtigt.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt die Kühlung durch mindestens zwei
aufeinanderfolgende Wärmetauscher, wobei mindestens eine Expansion in vorteilhafter Weise
zwischen den zwei Wärmetauschern ausgeführt wird.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Kühlanlage mit einem
Kreislauf für ein Fluid mit niedrigem Siedepunkt, einschließlich einer Vorkühlstufe, einer Kühlstufe
und einem Speicher für verflüssigtes Gas, wobei die Kühlstufe mindestens einen Wärmetauscher
und Mittel für die Endexpansion aufweist, und die Anlage ist dadurch gekennzeichnet, daß das
Mittel für die Endausdehnung dynamisch ist und am Auslaß eine unterkühlte Flüssigkeit erzeugt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist besonders geeignet für den Betrieb von Kühlanlagen
hoher Leistung, in welchem Falle das Mittel für die Endausdehnung in vorteilhafter Weise eine
Turbine ist. Für die Anlagen kleinerer Leistung kann die Turbine durch eine sich hin- und
herbewegende Expansionsvorrichtung ersetzt werden und insbesondere durch einen Kolben einer
sich hin- und herbewegende Ausdehnungseinrichtung mit zwei Kolben, deren anderer Kolben
zwischen zwei Wärmetauschern abstromig von der Kühlstufe zwischengeschaltet ist.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung der Betriebsverfahren und der Anlage, die zum Zwecke der
Veranschaulichung ohne die Absicht einer Beschränkung im Zusammenhang mit den anliegenden
Zeichnungen hervorgehen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Betriebsart der Kühlanlage gemäß der
Erfindung; und
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform des Betriebsverfahrens
analog der erstgenannten.
In der folgenden Beschreibung und den anliegenden Zeichnungen tragen Identische oder analoge
Elemente dieselben Bezugszahlen.
In Fig. 1 sieht man einen Helium-Kühlkreislauf, der für die Kühlung von supraleitenden Räumen
geeignet ist und einen Kompressor 1, eine Zuführleitung a, einen Speicher für verflüssigtes Gas
2 und eine Rückführleitung b aufweist. Die Anlage weist eine Vorkühlstufe 3 auf mit mehreren
Gegenstromwärmetauschern, die in Reihe angeordnet sind, wie z. B. bei 4, die gegebenenfalls in
Reihe oder parallel Turbinen zugeordnet sind, wie z. B. bei 5 gezeigt. Die Vorkühlstufe 3 wird von
einer Kühlstufe gefolgt mit z. B. gemäß Darstellung in Fig. 1, drei aufeinanderfolgenden
Gegenstromwärmetauschern 6,7 und 8, welche von den Leitungen a und b durchquert werden.
Die Endausdehnungsstufe wird hier durch eine Turbine 9 sichergestellt, deren Einlaß mit Helium
in einem überkritischen bzw. superkritischen Zustand bei einem Druck in der Größenordnung von
3 bis 4×105 Pa und einer Temperatur von etwa 4,5 K beschickt wird. Am Auslaß der Turbine 9
wird das Helium hauptsächlich flüssig und unterkühlt bei einem Druck von etwa 1,3× 105 Pa und
bei einer Temperatur in der Größenordnung von 4,4 K erhalten.
Um die erforderlichen Bedingungen am Einlaß der Turbine 9 zu garantieren, wird gemäß einem
Aspekt der Erfindung das in den Wärmetauschern 6 und 7 gekühlte Gas einer Teil-Expansion
bzw. -Ausdehnung mittels einer ersten Turbine 10 unterworfen, die zwischen den zwei
aufstromigen Austauschern 6 und 7 zwischengeschaltet ist, und mittels einer zweiten Turbine 11,
die zwischen den zwei abstromigen Austauschern 7 und 8 zwischengeschaltet ist. Diese
Anordnung erlaubt eine große Steigerung des Wirkungsgrades bzw. des Leistungsvermögens der
Wärmetauscher 7 und 8, denn weil der Grad der Ausdehnung des Gases geteilt ist, wird die
Temperaturspanne in jeder Turbine reduziert, und folglich wird die Spanne am kalten Ende des
benachbarten Austauschers in gleicher Weise verringert. Wenn die Unterbrechungstemperatur am
kalten Ende erhöht ist, wird hierdurch eine Verringerung des Fluidstromes ermöglicht, welcher die
Vorkühlstufe durchläuft. Das Leistungsvermögen der Verflüssigung in der Expansionsturbine 9
erlaubt zusätzlich die Verringerung des umgewälzten Fluidstromes im kalten Ende. Die
Verringerung dieser zwei Ströme gestattet insbesondere die Verbesserung der Gesamtleistung
des Kreislaufes. Als Hinweiswert liegt die Gastemperatur in der Leitung a am Ausgang der
Vorkühlstufe 3 in der Größenordnung von 20 H und bei einem Druck zwischen 15 und 18×105
Pa, wobei die zwei Turbinen 10 und 11 diesen Druck an den Eingang des abstromigen
Wärmetauschers 8 auf etwa 4×105 Pa zurückbringen. Wie man aus dem Vorstehenden sieht,
steht das flüssige Helium in dem Speicher 2 bei einem Druck in der Größenordnung von 1,2 bis
1,3×105 Pa und bei einer Temperatur von 4,4 K zur Verfügung.
Bei der Ausführungsform der Fig. 2, die besonders für Anlagen mittlerer Leistung geeignet ist,
wird die Turbine 9 durch eine der Zylinder-Kolben-Anordnungen 11′ einer hin- und herbewegter
Expansions- bzw. Dehneinrichtung mit zwei Kolben 12 ersetzt, deren anderer Kolben, der
mechanisch in Gegenphase mit dem Kolben 11′ verbunden ist, zwischen die zwei Austauscher
7 und 8 zwischengeschaltet ist anstelle der abstromigen Turbine 11 der vorhergehenden
Ausführungsform.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und geeignet für
verschiedene Modifikationen und Varianten, welche dieselbe Aufgabe erfüllen. Insbesondere kann
die abstromige Turbine 11 in einer Umgehungsschleife der Leitung a angeordnet sein, welche den
abstromigen Austauscher 8 umgeht und einen Austauscher 7 einschließt.
Claims (5)
1. Kühlanlage mit einem Kreislauf (a, b) für Fluid mit einem niedrigen Siedepunkt, mit einer
Vorkühlstufe (3), einer Kühl- bzw. Kälteerzeugungsstufe und einem Speicher (2) für verflüssigtes
Gas, wobei die Kühlstufe mindestens einen Wärmetauscher (8) und ein dynamisches
Endausdehnungsmittel (9, 9′) aufweist, wobei am Auslaß eine unterkühlte Flüssigkeit vorgesehen
wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlstufe mindestens zwei Austauscher (6; 7; 8) in Reihe
und mindestens eine Ausdehnungsvorrichtung (10; 11; 11′) zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Austauschern aufweist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnungsvorrichtung
eine Turbine (10; 11) ist.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Endausdehnungsmittel eine Turbine (9) ist.
4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Endausdehnungsmittel eine
hin- und herbewegte Ausdehnungsvorrichtung (9′) ist.
5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnungsvorrichtung
(11′) und das Endausdehnungsmittel (9′) jeweils aus einer hin- und herbewegten Ausdehnungs-
Kolbeneinrichtung mit zwei Kolben (12) besteht.
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Publication Number | Publication Date |
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US (1) | US5205134A (de) |
JP (1) | JPH05180558A (de) |
CH (1) | CH683287A5 (de) |
DE (1) | DE4134588A1 (de) |
FR (1) | FR2668583B1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4312212A1 (de) * | 1993-04-14 | 1994-10-20 | Vaziri Elahi Morteza Dr Ing | Der Kaltmotor |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3521360B2 (ja) * | 1994-12-02 | 2004-04-19 | 日本酸素株式会社 | 液体水素の製造方法及び装置 |
FR2951815B1 (fr) * | 2009-10-27 | 2012-09-07 | Technip France | Procede de fractionnement d'un courant de gaz craque pour obtenir une coupe riche en ethylene et un courant de combustible, et installation associee. |
DE102011112911A1 (de) * | 2011-09-08 | 2013-03-14 | Linde Aktiengesellschaft | Kälteanlage |
CN103411386B (zh) * | 2013-07-25 | 2015-05-13 | 杭州求是透平机制造有限公司 | 一种冷冻膨胀式氯气液化方法 |
FR3047551B1 (fr) * | 2016-02-08 | 2018-01-26 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Dispositif de refrigeration cryogenique |
US10859314B2 (en) * | 2018-06-26 | 2020-12-08 | Gilles Nadon | Gas liquefaction column |
FR3119667B1 (fr) * | 2021-02-10 | 2023-03-24 | Air Liquide | Dispositif et procédé de liquéfaction d’un fluide tel que l’hydrogène et/ou de l’hélium |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2864926A (en) * | 1954-10-19 | 1958-12-16 | Pritikin Nathan | Electrical component and method of making same |
DE1036282B (de) * | 1956-08-17 | 1958-08-14 | Sulzer Ag | Kuehlanlage |
US3180709A (en) * | 1961-06-29 | 1965-04-27 | Union Carbide Corp | Process for liquefaction of lowboiling gases |
US3233418A (en) * | 1962-07-23 | 1966-02-08 | Philips Corp | Apparatus for liquefying helium |
NL6402127A (de) * | 1964-03-04 | 1965-09-06 | ||
US3360955A (en) * | 1965-08-23 | 1968-01-02 | Carroll E. Witter | Helium fluid refrigerator |
US3613387A (en) * | 1969-06-09 | 1971-10-19 | Cryogenic Technology Inc | Method and apparatus for continuously supplying refrigeration below 4.2 degree k. |
GB1358169A (en) * | 1970-10-19 | 1974-06-26 | Cryogenic Technology Inc | Method and apparatus for liquefying helium by isentropic expansion |
CH592280A5 (de) * | 1975-04-15 | 1977-10-14 | Sulzer Ag | |
SU606042A1 (ru) * | 1976-03-03 | 1978-05-05 | Предприятие П/Я М-5096 | Способ производства холода |
US4267701A (en) * | 1979-11-09 | 1981-05-19 | Helix Technology Corporation | Helium liquefaction plant |
US4346563A (en) * | 1981-05-15 | 1982-08-31 | Cvi Incorporated | Super critical helium refrigeration process and apparatus |
US4778497A (en) * | 1987-06-02 | 1988-10-18 | Union Carbide Corporation | Process to produce liquid cryogen |
-
1990
- 1990-10-26 FR FR9013280A patent/FR2668583B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-10-16 US US07/777,139 patent/US5205134A/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-10-19 DE DE4134588A patent/DE4134588A1/de not_active Ceased
- 1991-10-23 CH CH3091/91A patent/CH683287A5/fr not_active IP Right Cessation
- 1991-10-24 JP JP3275910A patent/JPH05180558A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4312212A1 (de) * | 1993-04-14 | 1994-10-20 | Vaziri Elahi Morteza Dr Ing | Der Kaltmotor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2668583B1 (fr) | 1997-06-20 |
FR2668583A1 (fr) | 1992-04-30 |
CH683287A5 (fr) | 1994-02-15 |
JPH05180558A (ja) | 1993-07-23 |
US5205134A (en) | 1993-04-27 |
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