DE926729C - Einrichtung zum Abkuehlen eines verdichteten Gasstromes - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Abkühlen eines verdichteten Gasstromes Es ist bereits bekannt, einen verdichteten Gasstrom längs der Umfangsrichtung eines Umdrehungshohlkörpers umlaufen zu lassen, dieses Gas dadurch zu entspannen und in einen aus der Umfangszone des Hohlkörpers entweichenden erwärmten Teilstrom sowie in einen der Kernzone entsta.nimenden abgekühlten Teilstrom zu zerlegen. Weiterhin ist es, bekannt, das verdichtete Gas einer Vorkühlung zu unterwerfen und hierfür -den kalten Teilstrom auszunutzen. Der Temperaturabfall, der in -dem für Kühlzwecke verwendbaren, aus der Kernzone des Hohlkörpers zu entnehmenden Teilstrom auftritt, ist nach den vorliegenden Versuchsergebnissen stark abhängig von dem Mengenverhältnis des kalten- Teilstromes zur Gesamtgasmenge. Zahlreiche mit Druckluft und anderen verdichteten Gasen angestellten Untersuchungen haben übereinstimmend ergeben, daß die größte Temperaturabsenkung auftritt, wenn der Kernstrom etwa 25 bis 30% der Gesamtgasmenge beträgt.
• Die Erfindung liegt nun in der überraschenden Erkenntnis, daß bei .der Vorkühlung des verdichteten Gases mittels des aus der Kernzone des Hohlkörpers entweichenden abgekühlten Teilstromes besonders starke Kühlwirkungen erreicht werden, wenn erfindungsgemäß der kalte Teilstrom wesentlich mehr al,s 25 bis 300/a, und zwar mindestens 70"/o der Gesamtgasmenge beträgt. Beim Erfindungsgegenstand entsteht in ,dem für Kühlzwecke verwertbaren Teilstrom zwar nur ein geringer Temperaturabfall. Da dieser Teilstrom jedoch einen wesentlichem Anteil der verdichteten Gesamtgasmenge bildet und daher diese verdichtete Gasmenge vor ihrem Eintritt in den Hohlkörper wirksam kühlen kann, so ergibt sich beim Betrieb der Einrichtung @gemäß@ ,der Erfindung sehr schnell ei-nie bis zu einem sehr niedrigen Temperaturgrenzwert fortschreitende Temperaturabsenkung im verdichteten Gas.
• D iesestarke Temperatur.absenkungkann beispielsweise in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dazu ausgenutzt werden, um ohne Anwendung von ständig zu erneuernden Absoirptionrsmitteln unter Druck stehende Gase oder Luft von :den mitgeführten verflüssigbaren Bestandteilen, insbesondere vom Wasserdampf, in einem bisher unerreicht hohen Ausmaß zu befreien. Durch :den Erfindungsgegenstand können bereits .bei Verdichtungsdrücken von 6 bis io atü Trocknungsgrade erreicht werden, die mit den bekannten Gastrocknungsanlagen unter Verwendung eines Verdichters und eines wassergekühlten Abscheiders erst,durch wesentlich höhere Verdichtungsdrücke unter Aufwendung einer um ein Vielfaches größeren Verdichtungsleistung verwirklicht werden könnten. Die Einrichtung gemäß der Erfindung kann daher mit Vorteil in Anlagen zur Erzeugung und Ausnutzung von Ofenschutzgasen angewendet werden, denn in derartigen Anlagen ist ein möglichst geringer Wasserdampfgehalt sehr erwünscht.
• Dem Umdrehungshohlkörper kann ein für Kühlzwecke mit besonders günstigem Wirkungsgrad ,ausnutzbarer Teilstrom entnommen werden, wenn in an .sieh bekannter Weise die die Umlaufbewegung des Gases im Hohlkörper bewirkende Leitvorrichtung z. B. als Lavaldüse ausgebildet wird, so da:ß das Gas mit Überschallgeschwindigkeit umlaufen muß.
• In der Zeichnung zeigt Fig. i ein Schema einer Einrichtung gemäß der Erfindung, und Fig. 2 und 3 zeigen je ein en@ Quer- und längs, schnitt durch :die Einrichtung zum Erzeuigen des Temperaturabfalles; Fig. ¢ veranschaulicht einen Querschnitt durch eine besonderes zweckmäßige Ausführungsform einer derartigen Einrichtung und Fig. 5 eine Kurventafel.
• In die Förderleitung 5 eines duzch einen nicht ,gezeichneten Verdichter auf etwa 6 bis io atü verdichteten Gases isst ein Vorkühlet 6 eingeschaltet. Der in diesem Kühler sich niederschlagende Teil der Gasfeuchtigkeit wird in einem nach Art eines Kondenswasserableiters, gestalteten Sammelgefäß 8 abgeschieden und über einen Auslaufstutzen 7 abgeleitet. Das bei der im Kühler 6 erreichten Endtemperatur und beim Verdichtungsdruck gesättigte Gas gelangt über eine Leitung g in einen Gegenstromwärmeaustauscher io, an dessen Stirnenden durch zwei Zwischenwände 12 und 13 je eine, Eir-und Auslaßkammer abgeteilt ist. In die Zwischenwände sind. beiderseits offene Kühlrohre i i dicht eingesetzt. Das aus diesen Rohren in die Auslaßkammer des Wärmeaustauschers io austretende verdichtete Gas strömt über eine kurze Rohrleitung 1q. in eine Düse 16 (Fig. 2 und 3), die tangential in einen Umdrehungshohlkörper 15 einmündet. In diesem Hohlkörper, der die Gestalt eines zylindrischen Rohres besiitzt, befindet sich eine Ringbdende 17 init einer Axi.albohrung 18. Ein .durch diese Öffnung ausströmender entspannter abgekühlter Teilstrom kann über eine Leitung i9 in den vom Mantel des Wärmeau:stauschers io gebildeten Hohlraum und von dort in eine Verbrauchsleitung 2i abfließen. Ein anderer Tdbstrom dagegen, der dem längs der Innenwand des Hohlkörpers 15 mit großer Geschwindigkeit umlaufenden Gas entstammt und sich dabei erwärmt, gelangt über einen Ringschlitz 2o in eine Zweigleitung 23, die in die Verbrauchsleitung 2i einmündet. Der durch den Ringschlitz gebildete Durchlaßquersehnitt an der S tiirnkante ,des Rohres 15 kann durch einen Ventilteliler 25 mittels eines Handgriffes 24 verändert werden. ' Wird nun der Durchgangsquerschnitt in @diesem Ringschlitz 2o gegen d.ie lichte Weite der Blenderöffnung 18 so abgestimmt, daß der in den Wärmeaustauseher io eintretende kalte Teilstrom mindestens das o,7fache der durch die Düse 16 zugeführten Gesamtgasmenge beträgt, so ist, wie aus Fing. 5 hervorgeht, die im Hohlkörper 15 .erzielte Abkühlung dt zwar wesentlich kleiner als der bei z = 0,25 bis 0,3 erreichbare Höchstwert von etwa 6o° C. Trotzdem wird, wie Kurve a zeigt, das verdichtete Gas besondexs tief abgekühlt, wenn z größer als 0,7, zweckmäßigerweise etwa gleich o,9 ist. Bemerkenswert ist, daß in diesem Bereiche sogar der Wirkungsgrad q der Energieumsetzung bereits seinen. etwa :beim Werte z = o,6 zu verzeichnenden Höchstwert längst überschritten. hat. Während die Kurve a den Verlauf des, bei Vermeidung jeglicher Wärmezuführung von außen, also bei vollkommener Isolierung des Wärmeaustausdhers sowie bei vollständigem Temperaturausgleich zwischen den wärmeaustauschenden Gasströmen erzielbaren Temperaturabfalls im verdichteten Gas darstellt, gibt .die: Kurve b den. Verlauf des Temperaturabfalls wieder, der noch in -einem verhältnismäßig unvollkommenen Wärmeaus.tauscher erreicht werden kann.
• Infolge der beim Erfindungsgegenstand im Wärmeaustauscher io erreich-baren niedrigen Temperaturen fallen die mit dem verdichteten Gas zugeführnten, :durch Kühlung niederzuschl wenden Bestandteile fast vollständig aus. Wenn diese Bestandteile flüssig bleiben, können sie in einem zweiten, dem Flüssigkeitssammler 8 ähnlichen Abscheider 28 selbsttätig abgeleitet werden. Falls die niederzuschlagenden Stoffe, wie beispielsweise die Gasfeuchtigkeit bei -den tiefen Temperaturen, feste Niederschläge an den Wärmeawstauschflächen b31-den, kann. der Betrieb durchgeführt werden mit zwei gleichartig gebauten und abwechselnd in: die Gaswege einzuschaltenden Wärmeaustauschern, von denen jeweils der eine zum Abtauen der Niederschläge abgeschaltet ist.
• Die Entstehung von Reifansätzen kann jedoch auch vermieden und ein steter Betrieb mit nur einem Wärmeanistaus@cher aufrechterhalten werden, wenn der vor der Zwischenwand 12 befindlichen Kammer des Wärmeausstauschers io gemäß Fi;g. i durch eine Leitung 27 ein das Einfrieren verhinderndes Lösungsmittel zugeführt wird, das z. B. in einen porösen Stoff 29 verteilt und von -dem durch diesen Stoff hindurchtretenden verdichteten Gas aufgenommen wird. Dieses Lösungsmittel benetzt die Innenwandungen der Rohre i i und bewirkt dadurch, .daß .die -durch den Kühlvorgang ausfallenden Bestandteile, insbesondere die Gasfeuchtigkeit in flüssigem Zustand. durch den Abscheider 28 stetig abgeführt werden können.
• Wenn die Mündung der Leitung i9 im Hohlkörper 15 eine der Blendenöffnung 18 entsprechende lichte Weibe besitzt, kann. die Blende 17 erspart werden. Aus der in Fig. 2 dargestellten Düse 16 tritt das verdichtete Gas mit Schallgeschwindigkeit aus. Durch die in Fisg.4 dargestellte Formgebung der tangential in den Hohlkörper einmündenden Vorrichtung zur Zuführung des gasförmigen: Arbeitsmittels können jedoch auch Überschall;geschwin, digkeiten erzielt werden, die eine beträchtliche Steigerung der Umlaufgeschwindigkeit im Hohlkörper 15 und @damit eine erheblich größere Kühlwirkung bedingen. Bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel wird dies erreicht durch eine schwach konisch gestaltete sobgenannte Lavaldüse 30, deren engster Querschnitt der Zuführungsleitung 14 zugekehrt ist.
• Eine besonders, vorteilhafte Anwendung für die Einrichtung gemäß der Erfindung ergibt sch bei Anlagen zur Schutzgaserzeugung und -verwendung, bei denen in an sich bekannter Weise ein hrennbares Gas und Luft in solchem Mischungsverhältnis verbrannt werden, daß der Luftsauerstoff restlos aufgebraucht wird, und bei denen die unter Druck stehenden Verbrennungsgase zwecks Entfernung des Feuchtigkeitsgehaltes abgekühlt werden. Der Erfindungsgegenstand bietet die Möglichkeit, einen Teil der aufgewendeten Verdichtungsarbeit in Form einer für diesen Zweck besonders wirksamen Kälte-Leistung auszunutzen und dabei Trocknungsgrade zu erreichen, die beiden bekannten Einrichtungen nur bei Anwendung wirtschaftlich nicht zu rechtfertigender Verdichtungsdrücke hätten verwirklicht werden können.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zum Abkühlen eines veTdichbeten Ga.sstromels, der längs der Innenwand eines Umdrehungshohlkörpers mit großer Geschwindigke-it zum Umlaufen gebracht, :dadurch entspannt und in einen aus, der Umfangszone ,dies-es Hohlkörpers entweichenden erwärmten Teilstrom sowie in einen der Kernzone entstammenden abgekühlten Teilistrom zerlegt wird, wobei das verdichtete Gas. vor seiner Entspannung in Wärmeaustausch. mit dem. abgekühlten Teilstrom gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der kalbe Teilstrom wesentlich mehr als 25 biss 30'10, und, zwar mindestens 70°/o des Gesamtstromes beträgt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, d.a;durch gekennzeichnet, .daß die die Umlaufbewegung d es Gases im Umdrehungshohlkörper (15) herbeiführende Leitvorrichtung eine an, sich bekannte Lavaldüse ist, aus der das Gas, mit Überschallgeschwindigkeit in den Hohlkörper eintreten m.uß.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie den zur Entfernung des Feuchtigkeitsgehaltes dienenden Teil einer Schutzgaserzeugungs- und -versorgungsanlage bildet. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nkr. 605 691, 803 301; Zeitschrift für Naturforschung, 1946, S. 2o8 bis 214; 1948, S.46 bis 51. _ .