DE554464C

DE554464C - Verfahren zur Erzielung einer Temperaturerniedrigung

Info

Publication number: DE554464C
Application number: DE1930554464D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1930-08-20
Filing date: 1930-08-20
Publication date: 1932-07-09

Description

Verfahren zur Erzielung einer Temperaturerniedrigung Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Erzielung einer Temperaturerniedrigung zum Zwecke der Kälteerzeugung oder zur Verflüssigung von Gasen. Die z. Zt. gebräuchlichen Verfahren beruhen entweder auf der Verdampfung von Flüssigkeiten bei niedriger Temperatur oder auf der Abdrosselung von hochgespannten Gasen oder der arbeitsleistenden Ausdehnung von Gasen.
Für die Verdampfung von Flüssigkeiten kommt hauptsächlich die Verwendung von Stoffen in Frage, deren Siedepunkt bei verhältnismäßig hohem Druck so weit unter der Umgebungstemperatur liegt, wie die gewünschte Temperatursenkung beträgt. Normal verwendet man bis herunter zu etwa -4o° C als Arbeitsmittel NI-I" C02, usw.
Für sehr tiefe Temperaturen kommt auch flüssige Luft in Frage. Ihre Herstellung erfolgt z. Z. meist nach dem zweiten Verfahren. Die Luft wird zunächst sehr stark verdichtet und dann in einem Drosselventil entspannt. Die dabei auftretende Temperatursenkung wird zur Vorkühlung benutzt. Dieses Verfahren mit Verdichtung und Kühlung kann soweit fortgesetzt werden, bis die gewünschte Verflüssigung eintritt (Linde-Verfahren). Der notwendige Kraftbedarf ist sehr hoch, weil man mit sehr großen Druckverhältnissen arbeiten muß und ein Rückgewinn bei der Drosselentspannung nicht möglich ist. Der Kraftbedarf wird auch nicht wesentlich geringer, wenn man, wie es bereits vorgeschlagen wurde, mehrere Drosselventile parallel schaltet und das in einem Ventil entspannte Arbeitsmittel zur Vorkühlung des in ein hinsichtlich des Temperaturgebietes nachgeschaltetes. Ventil eintretenden @ Mittels benutzt. Auch in diesem Falle muß man erfahrungsgemäß noch mit hohen Druckverhältnissen arbeiten, um eine befriedigende Temperaturerniedrigung zu erreichen. Mit der Anzahl der Drosselstellen wächst auch die Unwirtschaftlichkeit des Verfahrens, da ein Rückgewinn der bei der Drosselentspannung verlorengegangenen Arbeit, wie schon erwähnt, nicht möglich ist.
Etwas günstiger liegen die Verhältnisse schon, wenn man gemäß einem anderen Vorschlag das zu entspannende Mittel zum Teil zu einer Drosselstelle führt und zum Teil in einem Expansionsmotor Arbeit verrichten läßt, wobei das aus dem Motor austretende entspannte Mittel das zur Drosselstelle strömende Mittel vorkühlt. Aber auch diese Lösung befriedigt nicht vollkommen, da sie ebenfalls die Anwendung eines hohen Druckverhältnisses verlangt. So wird z. B. zur Verflüssigung von Luft eine Druckminderung von Zoo auf etwa 1,2 Atm. für notwendig erachtet. Es ist einleuchtend, daß die Verarbeitung eines derartigen hohen Druckunterschiedes in einem Motor zu erheblichen Schwierigkeiten führt. Diese zeigen sich vor allem hinsichtlich der Konstruktion und der Abdichtung der Ventile, insbesondere wenn man bedenkt, daß abgesehen von den hohen Drücken auch auf die hierdurch bedingten hohen Temperaturunterschiede Rücksicht genommen werden muß.
Die Erfindung schafft hier Abhilfe, indem das Arbeitsmittel in einer Mehrzahl von hinsichtlich der Druckverhältnisse parallel geschalteten Expansionsmotoren zur arbeitsleistenden Ausdehnung -gebracht wird. Zweckmäßig wird hierbei analog der Temperaturerniedrigung vermittels mehrerer Drosselstellen das aus einem Motor austretende Arbeitsmittel zur Vorkühlung des in einen hinsichtlich des Temperaturgebietes nachgeschalteten Motor eintretenden Mittels benutzt.
Auf diese Weise kann die aufgewendete Energie zum großen Teil zurückgewonnen werden. Die Druckverhältnisse können verhältnismäßig gering sein, wodurch sich eine Vereinfachung der einzelnen Motoren ergibt.
An Hand einiger Ausführungsbeispiele ist die Erfindung im folgenden näher beschrieben und in der Zeichnung in mehreren Abbildungen schematisch dargestellt.
Abb. i zeigt eine Anordnung zur Kälteerzeugung, während die Abb. 2, 3 und q. eine vorteilhafte Anordnung zur Verflüssigung von Gasen wiedergeben. Bei den gezeichneten Anordnungen sind die einzelnen Teile mit den gleichen Bezeichnungen versehen. Es bedeuten h den Verdichter, Ei, E2 bis E5 die Entspanner (Expansionsmotoren), ,a-e die Leitungen mit verdichtetem Gas, die Leitungen mit entspanntem Gas, SI die Sammelleitung für das verdichtete Gas und S2 die Sammelleitung für das entspannte Gas.
Die Abb. i zeigt in Besonderheit die Anwendung des Verfahrens zur Kälteerzeugung. Das vom Verdichter h mit der Außentemperatur T und dem Druck P gelieferte Druckgas strömt in die Sammelleitung S1. Der Entspanner (Expansionsmotor) EI entnimmt einen Teil des Gases und läßt es auf den AusgangsdruckP2 sich adiabatisch ausdehnen. Dabei fällt die Temperatur von T auf T, In einer Wärmeaustauschvorrichtung 1 wird der Teilbetrag des Gases, der für den Entspanner (Expansionsmotor) E2 bestimmt ist, auf diesen Wert T1 herabgekühlt. Das entspannte Gas aus EI wird dadurch wieder auf die Ausgangstemperatur T gebracht. Bei der adiabatischen Ausdehnung in E2 sinkt die Temperatur auf den Wert T2, auf den dann die Temperatur des Teilbetrages für den Entspanner (Expansionsmotor) Es im Austauscher II gesenkt wird, usw. Bei Austritt aus dem letzten Entspanner (Expansionsmotor) E4 ist die tiefste Temperatur T4 des Kreislaufes vorhanden. In einer Wärmeaustauschvorrichtung W wird von dem abzukühlenden Mittel Wärme aufgenommen. Dadurch wird im verlustlosen Prozeß die Ausgangstemperatur T wieder erreicht. Das aus den einzelnen Entspannern kommende Gas wird durch die Sammelleitung S2 wieder dem Verdichter V zugeführt und beginnt seinen Kreislauf von neuem. Die Zahl der Entspanner (Expansionsmotoren) richtet sich nach der tiefsten Temperatur, die angestrebt wird. Je tiefer diese liegt, um so mehr Entspanner (Expansionsmotoren) müssen eingesetzt werden.
Bei diesem geschlossenen Kreisprozeß erleidet die Menge des umlaufenden Mittels keine Änderung. Es wäre natürlich auch möglich, für die gleiche Aufgabe einen offenen Kreisprozeß zu verwenden, Bei diesem würde dann das aus dem letzten Entspanner (Expansionsmotor) kommende Gas unmittelbar zur Kühlung verwendet und aus dem Kreislauf herausgenommen werden. Dieser Betrag müßte allerdings der aus der Sammelleitung S2 kommenden Gasmenge vor der Verdichtung wieder hinzugefügt werden.
Eine ähnliche Anordnung zum Zwecke der Gasverflüssigung zeigt die Abb.2. Das im Verdichter V verdichtete Gas wird wiederum von einer gemeinsamen Druckleitung S1 durch die Zuführungsleitungen a, b, c, d und e den Entspannern (.Expansionsmotoren) E1 bis E5 zugeführt. Das Gas wird in den Entspannern (üxpansionsmotoren) EI bis E4 nahezu bis auf Sättigungstemperatur vorgekühlt, so daß es sich bei der arbeitsleistenden Ausdehnung im letzten Entspanner (Expansionsmotor) E5 schließlich zum Teil verflüssigt. Diese Flüssigkeit wird. in dem AbscheiderA dem Gas entzogen und durch die Leitung i aus dem Prozeß abgeführt. Der verbleibende Gasrest strömt durch die Leitung e' zu der Sammelleitung S2 zurück und unterstützt auf diesem Wege die Vorkühlung des durch die Leitung e dem Entspanner E5 zuströmenden Gases. Durch die Leitung 2 wird dem Verdichter h eine der im Abscheider entnommenen Flüssigkeitsmenge entsprechende Gasmenge dem Prozeß wieder zugeführt. .
Der Kraftbedarf zur Verflüssigung ist die Differenz zwischen der dem Verdichter wieder zugeführten und der in den Entspannern (Expansionsmotoren) EI bis E5 gewonnenen mechanischen Arbeit. Die Zahl der Entspanner (Expansionsmotoren) richtet sich wiederum nach der Größe der notwendigen Temperatursenkung. Je tiefer die Sättigungstemperatur des Gases, um so größer muß die Anzahl der Entspanner (Expansionsmotoren) gewählt werden.
Eine ähnliche Anordnung zur Verflüssigung von Gasen zeigt Abb. 3 der Zeichnung. Ein Unterschied ist nur in der Art der gewählten Vorkühlung vorhanden, indem bei dieser Anordnung das den Entspannern (Expansionsmotoren) EI bis E4 entströmende Gas zunächst zur Vorkühlung der Zuführungs- Leitung e des Verdichters E5 und sodann zu seiner eigenen Vorkühlung benutzt wird.
Abb. q. zeigt gegenüber den beiden letzten Verfahren eine Vereinfachung in der Vorkühlung, indem lediglich eine Wärmeaustauschvorrichtung mit Anzapfstellen vorgesehen ist. Die einzelnen Wärmeaustauschvorrichtungen der Entspanner (Expansionsmotoren) sind zu einer gemeinsamen vereinigt, welche die zu dem letzten Entspanner (Expansionsmotor) E,, führende Hauptleitung S. umgibt. Im letzten Entspanner (Expansionsmotor) erfolgt, wie üblich, die Drucksenkung zur Verflüssigung eines Teiles des Gases, wobei die durch die Leitung i entnommene Flüssigkeit als Gas durch die Leitung 2 dem Verdichter wieder zugeführt wird.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die Art der Vorkühlung und der Anordnung der einzelnen Entspannet (Expansionsmotoren) kann natürlich in beliebiger Weise verändert werden. Wenn die Verhältnisse es zweckmäßig erscheinen lassen, können z. B. zwei oder mehrere Entspannet (Expansionsmotoren) gruppenweise zusammengefaßt und das zu ihnen strömende Gas gemeinsam vorgekühlt werden. Ebenso können natürlich je nach der Größe und Art der Anlage an Stelle eines Verdichters auch mehrere treten, ohne daß der Erfindungsgedanke hierdurch beeinträchtigt wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Erzielung einer Temperaturerniedrigung zum Zwecke der Kälteerzeugung oder der Verflüssigung von Gasen, bei dem das Arbeitsmittel in einer Mehrzahl hinsichtlich der Druckverhältnisse parallel geschalteter Entspannet (Expansionsmotoren) entspannt wird, wobei das aus einem Entspannet austretende entspannte und abgekühlte Arbeitsmittel zur Vorkühlung des in einen hinsichtlich des Temperaturgebietes nachgeordneten Entspannet (Expansionsmotor) eintretenden Arbeitsmittels dient, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Expansionen unter äußerer Arbeitsleistung erfolgen.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel für eine Mehrzahl von Entspannern (Expansionsmotoren) von einem gemeinsamen Verdichter geliefert wird, der in eine gemeinsame Druckleitung fördert und das Arbeitsmittel einer gemeinsamen Saugleitung entnimmt.
3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aus einem Entspanner (Expansionsmotor) austretende und abgekühlte Arbeitsmittel außer zur Vorkühlung des in einen anderen Entspanner (Expansionsmotor) eintretenden Arbeitsmittels auch noch zu seiner eigenen Vorkühlung bei seinem Eintritt in den ihm zugeordneten Entspannet (Expansionsmotor) benutzt wird. q..
Verfahren nach Anspruch i, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Entspannet (Expansionsmotoren) an eine gemeinsame Wärmeaustauschvorrichtung angeschlossen sind.
5. Verfahren nach Anspruch i bis q. zum Zwecke der Kälteerzeugung, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem hinsichtlich des Temperaturgebietes letzten Entspannet (Expansionsmotor) austretende Arbeitsmittel mittelbar oder unmittelbar für Kühlzwecke ausgenutzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch i bis q. zum Zwecke der Verflüssigung von Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verflüssigende Gas in den hinsichlich ihres Temperaturgebietes vorgeordneten Entspannern (Expansionsmotoren) auf Sättigungstemperatur vorgekühlt und durch die im letzten Entspannet arbeitsleistende Ausdehnung zum Teil verflüssigt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Verflüssigung im letzten Entspannet (Expansionsmotor) verbleibende Gasrest in an sich bekannter Weise für die Vorkühlung des Gases auf die Sättigungstemperatur nutzbar gemacht wird.