DE903936C

DE903936C - Process for compressing low-boiling liquefied gases

Info

Publication number: DE903936C
Application number: DEN3553A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Klaus Baumgaertner; Dr-Ing Reinhard Wolf
Original assignee: NORDWESTDEUTSCHE SAUERSTOFFWER
Current assignee: NORDWESTDEUTSCHE SAUERSTOFFWER
Priority date: 1951-02-28
Filing date: 1951-02-28
Publication date: 1954-02-11

Description

Verfahren zum Komprimieren von tiefsiedenden verflüssigten Gasen Beim Komprimieren von tiefsiedenden verflüssigten Gasen, wie beispielsweise flüssigem Sauerstoff, treten während der Füllung des Pumpenzylinders sowie während der Kompression Verdampfungsverluste auf, die an sich unvermeidlich sind, deren Umfang man jedoch auf ein Mindestmaß zu beschränken bestrebt ist. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn keine Möglichkeit besteht, die entstandenen Gase in einem besonderen Gasbehälter aufzufangen.Process for compressing low-boiling liquefied gases when Compression of low-boiling liquefied gases such as liquid Oxygen occurs during the filling of the pump cylinder as well as during compression Evaporation losses, which are unavoidable per se, but the extent of which is one strives to keep it to a minimum. This is particularly important if there is no possibility, the resulting gases in a special gas container to catch.

Es ist zu diesem Zweck bereits bekannt, das aus einem unter Druck stehenden Stand- oder Transporttank der Pumpe zugeführte Flüssiggas zuvor, beispielsweise über ein Schwimmerventil zu entspannen und alsdann drucklos dem Pumpenzylinder zuzuleiten. Indessen treten auch hier an der Drosselstelle des Schwimmerventils sowie an den Laufflächen des Kolbens Gasverluste auf, die vielfach ein erhebliches Ausmaß annehmen. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, den Pumpenzylinder innerhalb des Flüssiggastanks, zweckmäßig an dessen tiefster Stelle, anzuordnen, um auf diese Weise den Pumpvorgang in eine möglichst kühle Umgebung zu verlegen und so Verdampfungsverluste weitgehend auszuschalten; dem Vorteil geringerer Verdampfung stehen in diesem Fall jedoch wesentliche bauliche und betriebliche Nachteile gegenüber, die eine derartige Anordnung für die Praxis unzweckmäßig machen.It is already known for this purpose that from one under pressure standing upright or transport tank of the pump previously supplied liquid gas, for example to be released via a float valve and then fed to the pump cylinder without pressure. However, also occur here at the throttle point of the float valve and at the Running surfaces of the piston on gas losses, which often assume a considerable extent. It has also been proposed to place the pump cylinder inside the liquid gas tank, expediently at its lowest point to be arranged in order to start the pumping process in this way to be relocated to as cool an environment as possible and thus to a large extent evaporation losses turn off; In this case, however, the advantage of lower evaporation is essential structural and operational disadvantages compared to such an arrangement for make the practice inexpedient.

Gemäß vorliegender Erfindung werden die Mängel und Unzulänglichkeiten der bekannten Verfahren und Einrichtungen zum Komprimieren von tiefsiedenden verflüssigten Gasen dadurch in überraschend einfacher und zuverlässiger Weise behoben, und es wird ein mit nur ganz geringen Verdampfungsverlusten verbundener Pumpvorgang dadurch ermöglicht, daß die im Bereich der Pumpe entstehenden Dämpfe durch Mischung mit überschüssigem, nicht siedendem Flüssiggas ganz oder teilweise rückkondensiert und zusammen mit diesem wieder in den Vorratsbehälter eingeleitet werden. Vorteilhaft wird dies in der Weise erreicht, daß dem Pumpenzylinder zu diesem Zweck eine das Fassungsvermögen des Kompressionsraumes übersteigende Flüssiggasmenge zugeleitet und der überschüssige Teil des Flüssiggases vor Beginn des eigentlichen Kompressionsvorganges durch den Kolben in eine zugleich die Dämpfe aufnehmende, in den Vorratsbehälter führende Leitung zurückgedrückt wird.According to the present invention, the shortcomings and shortcomings become the known methods and devices for compressing low-boiling liquefied Gases thereby eliminated in a surprisingly simple and reliable way, and it This results in a pumping process associated with only very small evaporation losses enables that the vapors generated in the area of the pump are mixed with excess, non-boiling liquefied gas fully or partially condensed back and together with this can be fed back into the storage container. This is advantageous in the way that the pump cylinder has a capacity for this purpose the amount of liquid gas exceeding the compression chamber and the excess Part of the liquefied gas before the actual compression process begins Piston in a simultaneously absorbing the vapors, leading into the storage container Line is pushed back.

Durch ein derartiges Verfahren wird es ermöglicht, die beim Verpumpen entstehenden Dämpfe mit nicht im Siedezustand befindlichem Flüssiggas, das nicht komprimiert, sondern dem Vorratsbehälter wieder zugeleitet wird, derart zu durchmischen, daß sie zum größten Teil, wenn nicht sogar völlig, wieder kondensiert werden. Verpumpt man beispielsweise flüssigen Sauerstoff, so genügen im Hinblick auf die kleine Verdampfungswärme dieses Gases nur geringe Temperaturunterschiede zwischen Dampf und Flüssigkeit, um die gewünschte Kondensationswirkung zu erreichen. Die Wiederverflüssigung eines großen Teiles der Abgase geschieht somit durch Mischkondensation in der Rücklaufleitung, die vom Pumpenzylinder zum Vorratsbehälter führt und in der das Dampf-Flüssigkeits-Gemisch bzw., nach erfolgter gänzlicher oder nahezu gänzlicher Rückkondensation der Dämpfe, die gesamte überschüssige Flüssiggasmenge mit den etwa noch vorhandenen geringen Dampfmengen dem Behälter wieder zugeleitet wird. Die Verdampfungsverluste können auf diese Weise in besonders engen und somit durchaus tragbaren Grenzen gehalten werden, so daß .die Rückkondensation sich auch in wirtschaftlicher Hinsicht vorteilhaft auswirkt.Such a method makes it possible to reduce the risk of pumping resulting vapors with liquefied petroleum gas that is not boiling compressed, but fed back to the storage container to mix in such a way that that most, if not all, of them are re-condensed. Pumped up if, for example, liquid oxygen is used, the low heat of evaporation is sufficient of this gas only small temperature differences between vapor and liquid, to achieve the desired condensation effect. The reliquefaction of a A large part of the exhaust gas occurs through mixed condensation in the return line, which leads from the pump cylinder to the storage tank and in which the vapor-liquid mixture or, after complete or almost complete recondensation of the vapors, the entire excess amount of liquid gas with any remaining small amount Amount of steam is fed back into the container. The evaporation losses can in this way kept within particularly narrow and thus entirely acceptable limits so that .the recondensation is also advantageous from an economic point of view affects.

Zur Erreichung der angestrebten Durchmischung der entstehenden Dämpfe mit überschüssigem Flüssiggas wird zweckmäßig in der @i'eise vorgegangen, daß man die Länge der in den Pumpenzylinder einmündenden Eintrittsschlitze für das Flüssiggas über das zum Füllen des Kompressionsraumes erforderliche Maß hinaus vergrößert. Die Schlitzlängen werden dabei so bemessen, daß durch sie das Volumen der überschüssigen Flüssiggasmenge bestimmt wird, das so groß sein muß, daß die Rückkondensation der entstandenen Dämpfe bis zur thermodynamischen Grenze vonstatten geht. Diese überschüssige Flüssiggasmenge, die bei der Freigabe der Schlitze in den Zylinder gelangt, wird dann beim Beginn des Kompressionshubes zusammen mit den Dämpfen wieder aus dem Zylinder herausgedrückt, wobei die Dämpfe durch Mischkondensation rückverflüssigt werden. Die Schlitzlängen richten sich also nach der sogenannten überschüssigen Flüssiggasmenge.To achieve the desired mixing of the resulting vapors with excess liquefied gas it is expedient to proceed in such a way that one the length of the inlet slots for the liquid gas opening into the pump cylinder enlarged beyond the amount required to fill the compression space. The slot lengths are dimensioned in such a way that they reduce the volume of the excess Liquid gas amount is determined, which must be so large that the recondensation of the resulting vapors take place up to the thermodynamic limit. This excess Amount of liquid gas that enters the cylinder when the slots are released then at the beginning of the compression stroke together with the vapors again out of the cylinder pressed out, whereby the vapors are reliquefied by co-condensation. The slot lengths are therefore based on the so-called excess amount of liquid gas.

Um je nach den Erfordernissen des Einzelfalles mehr oder weniger überschüssiges Flüssiggas in den Zylinder leiten zu können, kann die Länge der Eintrittsschlitze veränderbar gemacht werden. In der Regel geschieht dies dadurch, daß die wirksame Schlitzlänge durch Veränderung des Kolbenhubes verkleinert oder vergrößert wird.To more or less excess, depending on the requirements of the individual case The length of the inlet slots can be used to guide liquid gas into the cylinder can be made changeable. Usually this is done by having the effective Slot length is decreased or increased by changing the piston stroke.

Die überschüssige Flüssiggasmenge kann gegebenenfalls auch in der Weise in den Zylinder gebracht «erden, daß die Stirnfläche des Kolbens nicht, wie üblich, in dessen Totpunktlage zu Beginn des Kompressionshubes unmittelbar mit den Kanten der in diesem Fall normale Länge aufweisenden Eintrittsschlitze abschließt, sondern sich in dieser Stellung in einem gewissen Abstand von den Schlitzen befindet. Auch hier kann durch Veränderung des Kolbenhubes und damit durch Vergrößerung oder Verkleinerung des Abstandes der Kolbenstirnfläche von den Schlitzen die Menge des aufzunehmenden überschüssigen Flüssiggases je nach Bedarf geregelt werden.The excess amount of liquid gas can optionally also in the Put in the cylinder so that the face of the piston does not, as usual, in the dead center position at the beginning of the compression stroke directly with the Completes the edges of the entry slots, which in this case have normal length, but is in this position at a certain distance from the slots. Here, too, by changing the piston stroke and thus by enlarging or Reducing the distance between the piston face and the slots increases the amount of the excess liquid gas to be absorbed can be regulated as required.

In beiden Fällen wird durch die geschilderten :Maßnahmen im Zylinder ein zusätzlicher Raum geschaffen, der über das Fassungsvermögen des eigentlichen Kompressionraumes hinaus das zur Rückkondensation der Dämpfe bestimmte überschüssige Flüssiggas aufnimmt. Dabei ist es im übrigen für die angestrebte Wirkung ohne Bedeutung, ob das Flüssiggas der Pumpe mit natürlichem Gefälle aus dem Vorratsbehälter zuläuft oder ob die Pumpe sich die erforderliche Flüssiggasmenge selbst ansaugt.In both cases, the described measures are taken in the cylinder An additional room is created that is beyond the capacity of the actual Compression space also the excess intended for the recondensation of the vapors Absorbs liquid gas. It is incidentally irrelevant for the desired effect, whether the liquid gas flows into the pump with a natural gradient from the storage tank or whether the pump draws in the required amount of liquid gas by itself.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht weiterhin darin, daß die Leistung der Pumpe vom Druck auf der Zulaufseite unabhängig ist. Die Pumpe ist infolgedessen in: der Lage, unter jedem beliebigen Zulaufdruck zu arbeiten. Dieser Umstand kann dazu benutzt werden, die Siedetemperatur der Flüssigkeit mit dem Druck während des Verpumpens zu erhöhen. Nach längerem Stehen im Vorratsbehälter hat nämlich das Flüssiggas stets Siedezustand, d. h. es erwärmt sich bis zu der Temperatur, die zugleich Siedetemperatur bei dem eingestellten Druck ist. Erhöht man nun während des Verpumpens durch an. sich bekannte Maßnahmen, beispielsweise mit Hilfe eines Druckzusatzverdampfers, den Druck, so ändert sich damit auch die Siedetemperatur und die Flüssigkeit befindet sich nicht mehr im Siedezustand. Bilden sich dann in der Pumpe Dämpfe, so kondensieren diese zum größten Teil wieder bei der Durchmischung mit der Flüssigkeit in der Rücklaufleitung, da gegenüber der kälteren Flüssigkeit stets ein Temperaturunterschied besteht.There is a major advantage of the method according to the invention furthermore that the performance of the pump is independent of the pressure on the inlet side is. As a result, the pump is: capable of any inlet pressure to work. This fact can be used to determine the boiling temperature of the liquid with increasing pressure during pumping. After standing in the storage container for a long time the liquefied gas is always in the boiling state, d. H. it heats up to that Temperature that is also the boiling point at the set pressure. Elevated you now through while pumping. known measures, for example With the help of an additional pressure evaporator, the pressure changes with it Boiling temperature and the liquid is no longer in the boiling state. Form If there are vapors in the pump, most of them condense again mixing with the liquid in the return line, as compared to the colder There is always a temperature difference in the liquid.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmten Pumpenanordnung in schematischer Darstellung.The drawing illustrates an embodiment of one for the Implementation of the method according to the invention specific pump arrangement in a schematic Depiction.

Das zu komprimierende verflüssigte Gas ist in dem gegen Wärmeleitung isolierten kugelförmigen Vorratsbehälter i untergebracht, der oberhalb der Arbeitsachse der Pumpe 2 aufgestellt ist, so daß das Flüssiggas am tiefsten Punkt des Behälters i abgenommen wird und über die Leitung 3 mit natürlichem Gefälle der Pumpe zuläuft. Der eigentliche Pumpenzylinder 4 ist von einem Mantelraum 3 umgeben, der dauernd mit Flüssigkeit angefüllt ist, so daß der Außenluft der unmittelbare Zutritt zum Pumpenzylinder,. verwehrt ist und auf diese Weise etwaige durch Wärmeeinstrahlung hervorgerufenen Verdampfungsverluste auf ein Mindestmaß beschränkt werden.The liquefied gas to be compressed is against heat conduction isolated spherical reservoir i housed above the working axis the pump 2 is set up so that the liquid gas at the lowest point of the container i is removed and flows into the pump via line 3 with a natural gradient. The actual pump cylinder 4 is surrounded by a jacket space 3 surround, which is constantly filled with liquid, so that the outside air is the immediate Access to the pump cylinder. is denied and in this way any heat radiation evaporation losses caused are limited to a minimum.

Das Flüssiggas tritt durch die Schlitze 6 im Zylinder .4 in den Kompressionsraum 7 ein. Die Schlitze 6 sind dabei in ihrer Länge so bemessen, daß zwischen ihrer vorderen Begrenzung 8 und der Stirnfläche 9 des Kolbens io in dessen hinterer Totpunktlage ein verhältnismäßig großer Raum entsteht, der zur Aufnahme der sogenannten überschüssigen Flüssiggasmenge bestimmt ist. Bei der Vorwärtsbewegung des Kolbens io werden daher, bis zur Überdeckung der Schlitze 6, die im Zylinder entstandenen Dämpfe zusammen mit dem verdrängten überschüssigen, d. h. nicht in den Kompressionsraum 7 gelangenden Flüssiggas über die Rücklaufleitung i i in den Behälter i gedrückt und dabei infolge ihrer Durchmischung mit der kälteren Flüssigkeit zu einem erheblichen Teil rückkondensiert. Die Abgasverluste können auf diese Weise in außerordentlich kleinen Grenzen gehalten werden.The liquid gas enters the compression chamber through the slots 6 in the cylinder .4 7 a. The slots 6 are dimensioned in their length so that between their front limit 8 and the end face 9 of the piston io in its rear dead center position a relatively large space is created to accommodate the so-called excess Liquid gas quantity is determined. During the forward movement of the piston io, until the slots 6 are covered, the vapors generated in the cylinder together with the displaced excess, d. H. does not get into the compression space 7 Liquid gas pressed through the return line i i into the container i and thereby as a result Their mixing with the colder liquid condenses back to a considerable extent. The exhaust gas losses can be kept within extremely small limits in this way will.

Etwa noch verbleibende geringe Gasreste trennen sich im oberen Bereich des Behälters i von der Flüssigkeit und gelangen über das Abgasventil 12 ins Freie, während das Flüssiggas wieder verpumpt wird. Das Abgasventil 12 dient gleichzeitig in bekannter '%'eise zum Einstellen des im Behälter i herrschenden Druckes. Das durch die Pumpe komprimierte Flüssiggas wird über das federbelastete Druckventil 13 und die Hochdruckleitung 14 einem Verdampfer od. dgl. zugeführt.Any remaining small gas residues separate in the upper area of the container i from the liquid and pass through the exhaust valve 12 into the open, while the liquid gas is being pumped out again. The exhaust valve 12 serves at the same time in the known '%' way to adjust the pressure in the container i. That Liquid gas compressed by the pump is released through the spring-loaded pressure valve 13 and the high pressure line 14 or an evaporator. The like. Supplied.

Die Erfindung läßt sich sinngemäß in der verschiedensten Weise verwirklichen und ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbespiel beschränkt. So sind Anordnung, Bauform und Arbeitsweise der Pumpe ebenso wie auch die Ausbildung und Formgebung des Vorratsbehälters durchaus beliebig und richten sich ausschließlich nach den jeweiligen Erfordernissen der Praxis. Wesentlich ist in allen Fällen nur, daß dem Pumpenzylinder mehr Flüssiggas zugeführt wird, als der Kompressionsraum aufzunehmen vermag, und daß diese überschüssige, nicht verpumpte Flüssigkeitsmenge sich mit den entstehenden Dämpfen mischt und das Gemisch zum Zweck der mindestens teilweisen Rückkondensation der Dämpfe dem Vorratsbehälter wieder zugeleitet wird.The invention can be implemented in the most varied of ways and is not limited to the exemplary embodiment shown. So are arrangement The design and mode of operation of the pump as well as the design and shape of the storage container and are based exclusively on the respective practical requirements. In all cases it is only essential that the Pump cylinder is supplied with more liquid gas than the compression chamber can accommodate able, and that this excess, non-pumped amount of liquid is with the resulting vapors and mixes the mixture for the purpose of at least partial Recondensation of the vapors is fed back to the storage tank.

Claims

PATENTAI \ SPRIJCHE: i. Process for compressing low-boiling liquefied gases, characterized in that the vapors produced in the area of the pump are wholly or partially re-condensed by mixing with excess, non-boiling liquid gas and fed back into the storage container together with this. A method according to claim i, characterized in that the pump cylinder (q.) Is supplied with an amount of liquid gas exceeding the capacity of the compression chamber (7) and the excess part of the liquid gas before the start of the actual compression process through the piston (9) into a, at the same time, the vapors into the reservoir (i) leading line (ii) is pushed back. 3. Liquid gas pump for carrying out the method according to claim i and 2, characterized in that the length of the inlet slots (6) opening into the pump cylinder (q.) For the liquid gas is increased beyond the amount required to fill the compression chamber (7). Liquid gas pump according to Claim 3, characterized in that the length of the slots (6) can be changed. 5. Liquid gas pump according to claim 4, characterized in that the effective slot length is changed by reducing or increasing the stroke of the piston (io). 6. Liquid gas pump for carrying out the method according to claim i and 2, characterized in that the end face of the piston is in its dead center position at the beginning of the compression stroke at an optionally adjustable distance from the inlet slots for the liquid gas. Cited publications: German patent specifications No. 705 531, 612 709.