EP2026023A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Verflüssigen von Prozessmedien - Google Patents

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EP2026023A1
EP2026023A1 EP08000070A EP08000070A EP2026023A1 EP 2026023 A1 EP2026023 A1 EP 2026023A1 EP 08000070 A EP08000070 A EP 08000070A EP 08000070 A EP08000070 A EP 08000070A EP 2026023 A1 EP2026023 A1 EP 2026023A1
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EP
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medium
medium container
container
process medium
gaseous
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Withdrawn
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EP08000070A
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Volker Kamm
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for liquefying process media.
  • From the DE 35 43 390 A1 discloses a method and apparatus for liquefying substances at normal temperature in the gas phase. It is provided in particular to liquefy noble gases and hydrocarbon mixtures in a heat exchanger via a cooling medium. The substances are introduced into the heat exchanger and the outer surface of the heat exchanger is cooled by a gaseous cooling medium. In this way, a substance can be liquefied or kept in the liquid phase.
  • the object of the invention is to provide an apparatus and a method for liquefying a process medium, with which the process medium can be liquefied easily and inexpensively.
  • the object is achieved with a device having the features of claim 1 and a method having the features of claim 12.
  • a device for cooling and / or heating process media has a medium container for receiving a process medium, wherein flow channels are formed in the interior of the medium container. At least one Peltier element for cooling and / or heating the medium container is arranged on the medium container.
  • a process medium is introduced into the medium container, the medium container is then heated and / or cooled by a Peltier element.
  • the Peltier element for cooling and / or heating the medium container, it is possible with a very simple, maintenance-free and compact device to effectively and inexpensively cool and / or heat a process medium.
  • gaseous CO 2 can be converted by cooling in the liquid state and is then available to a consumer.
  • the liquid CO 2 is produced only at the consumer, thereby the problems caused by heating and the consequent evaporation during transport are avoided.
  • only the compact device and a conduit for supplying gaseous CO 2 is necessary.
  • liquid CO 2 can be made available directly to the consumer.
  • the device 1 according to the invention Fig. 3 ) for liquefying a process medium 2, such as gaseous CO 2 2, has a medium container 3 (FIG. Fig. 1 and Fig. 2 ) with a top wall 4, two end walls 5, two side walls 6 a, 6 b and a bottom wall 7.
  • a medium container 3 (FIG. Fig. 1 and Fig. 2 ) with a top wall 4, two end walls 5, two side walls 6 a, 6 b and a bottom wall 7.
  • In the interior 8 of the medium container 3 are vertical walls 9a and horizontal walls 9b between the two end walls 5 and the two side walls 6a, 6b arranged such that they form vertical flow channels 10a and horizontal flow channels 10b.
  • the bottom wall 7 has an outlet 13 for discharging the liquid CO 2 2.
  • the gaseous CO 2 2 or the liquid-gaseous CO 2 2 flows into the flow channels 10 a, 10 b of the medium container 3 via the inlet 11.
  • the liquid CO 2 2 passes from the medium tank 3 via a discharge line 27 to a consumer 28th
  • the medium container 3 is formed of a material which preferably has a good thermal conductivity, for example aluminum or copper. Furthermore, the medium container 3 pressure resistant up to a pressure of 80 bar.
  • the Peltierlement 15 is adhered with a thermal paste.
  • the outer sides of the walls 4, 5, 6b, 7 of the medium container, which are not covered by the Peltier element 15 are insulated with an insulation 17, for example made of polyurethane foam or polystyrene foam against the ambient heat or ambient cold.
  • the Peltier element 15 is connected over its entire surface by means of thermal paste with a heat sink 19.
  • the heat sink 19 has a structure with the largest possible surface, for example a lamellar Structure to provide the largest possible area for a high heat transfer to the environment.
  • a fan 21 is arranged to quickly remove the heat from the surface of the heat sink 19 and remove contaminants.
  • the medium tank 3 facing side 16 of the Peltierelemets 15 and thus the associated side wall 6a of the medium tank 3 is cooled more strongly or more efficiently.
  • an air filter 23 is arranged on a lower suction side 22 of the fan 21, an air filter 23 is arranged. As a result, the air sucked in by the fan 21 is filtered in order not to introduce soiling into the heat sink 19 via the fan 21, which would hinder the heat transfer to the environment.
  • the gaseous or the liquid-gaseous CO 2 2 flows from a supply line 26 into the medium container 3.
  • a DC voltage for example 24 V, is applied to the Peltier element 15 via a DC voltage source (not shown).
  • a DC voltage source not shown.
  • the medium container 3 facing side 16 of the Peltier element 15 is cooled.
  • the entire surface connected side wall 6a of the medium container 3 is also cooled.
  • the fan 21 By the fan 21, the heat is dissipated more quickly on the other side 18 of the Peltier element.
  • the fan 21 draws in ambient air on the bottom 22 of the fan 21 through the air filter 23, which filters out the dust from the air, and blows them over the lamellar contours of the heat sink 19, thereby the can absorb absorbed heat faster and more efficiently ( Fig. 4 ).
  • the fan 21 consumes up to 38W of electrical power.
  • the side wall 6a of the medium container transmits the cold to the adjacent walls 4, 5, 6b, 7 of the medium container 3 and the inner walls 9a, 9b of the flow channels 10a, 10b.
  • the incoming gaseous CO 2 2 is distributed through the first horizontal flow channel 10 b to the vertical flow channels 10 a. These are flowed through evenly from top to bottom.
  • the cooled by the Peltier element 15 outer walls 4, 5, 6a, 6b, 7 and the walls 9a, 9b of the flow channels 10a, 10b withdraw the gaseous CO 2 2, the heat energy.
  • the CO 2 2 condenses and liquefies in the vertical flow channels 10 a and in the lower horizontal flow channel 10 b of the medium container 3.
  • the lower horizontal flow channel 10 b thus forms together with the vertical flow channels 10 a collecting volume for collecting and degassing Process medium 2 off. Gas bubbles which form and / or collect in the liquefied CO 2 2 rise in the interior of the medium container upwards and are condensed again.
  • the liquefied CO 2 2 can be removed through the outlet 13 and is available to the consumer, for example for a liquid CO 2 purification process.
  • the liquefied CO 2 2 can be removed both continuously and batchwise.
  • the arranged on the heat sink 19 fan 21 draws in ambient air at a temperature of about 20 ° C.
  • the temperature of the air flowing out above the heat sink 19 is about 35 ° C.
  • the temperature of the Peltier element 15 on the side facing the medium container 3 16 is about -5 ° C.
  • the adjacent to the Peltier element 15 side wall 6a of the medium container 3 is thereby also cooled to a temperature of about -5 ° C.
  • From the adjacent to the Peltierlement 15 side wall 6a of the medium container 3 to the outer side wall 6b results in a temperature difference of about 10 ° C, i. the temperature of the outer side wall 6b is about 5 ° C on.
  • the maximum temperature difference between the medium tank 3 and the environment could be up to about 35 ° C.
  • two or more walls of the medium container have a Peltier element. This has the advantage that the medium container must be less isolated and the medium container more heat can be withdrawn.
  • Peltier elements 15 can also be stacked on one side of the medium container 3. They are connected electrically and thermally in series. As a result, a correspondingly higher temperature difference can be achieved.
  • CO 2 can be reliquefied at a pressure of only 18 bar, for which a temperature of about -20 ° C is necessary.
  • Peltier elements 15 are arranged stacked in series. These Peltier elements 15 consume approximately 240 W electrical power and can produce a temperature difference to the environment of up to 80K.
  • liquid or gaseous media streams can also be heated up.
  • the medium container may be formed in one or more parts, for example with a lid, cylindrical, spherical or in any other suitable form.
  • the isolation of the medium container may be formed of any suitable material.
  • the inventive apparatus 1 for liquefying gaseous CO 2 is in a system 24 ( Fig. 5 ) integrated.
  • the system 24 has a CO 2 reservoir 25, which is for example a pressure bottle.
  • liquid CO 2 is fed into a feed line 26.
  • the supply line 26 which for example has a length of more than 3 m, the liquid CO 2 is at least partially in the gaseous state due to the ambient temperature.
  • the gaseous CO 2 or the liquid-gaseous CO 2 for liquefying via the inlet 11 flows into the medium tank 3 of the liquefaction device 1.
  • a discharge line 27 is connected, via which the liquid CO 2 to a consumer 28th , For example, a dry ice blasting device passes.
  • the device 1 according to the invention requires only a very small space. Due to this compact design, it can be placed directly next to a consumer 28.
  • the supply line 26 of the system 24 can be of almost any length, since the process medium 2 only has to be provided in a liquid state at the consumer and the device according to the invention, in the immediate vicinity of the consumer, can liquefy a gaseous process medium 2. Thus, there is no compulsion to arrange the reservoir 25 in the immediate vicinity of the consumer.
  • the length of the discharge line 27 is e.g. 0.5 m to 1 m, and preferably ⁇ 1 m, so that the liquefied process medium can not re-enter the gaseous state.
  • the discharge line 27 is preferably insulated to avoid further evaporation.
  • the requirements for the insulation of the line 26, 27 are lower than in conventional systems for supplying a consumer with liquid CO 2 .
  • gaseous or liquid-gaseous CO 2 is introduced into a medium container, the medium container is then cooled by a Peliterelement.
  • the Peltier element for cooling the medium container, it is possible with a very simple, maintenance-free and compact device to liquefy gaseous or liquid-gaseous CO 2 effectively and inexpensively.
  • the liquid CO 2 is only produced by the consumer. As a result, there are no problems due to heating during transport over a longer distance. For this purpose, only the compact device and a conduit for supplying gaseous CO 2 is necessary. Thus, liquid CO 2 can be made available directly to the consumer.
  • a device for liquefying a process medium in particular of gaseous CO 2 .
  • the device has a medium container for receiving the process medium, wherein flow channels are formed in the interior of the medium container.
  • At least one Peltier element for cooling the medium container is arranged on the medium container.

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Abstract

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Verflüssigen von Prozessmedien (2), insbesondere gasförmiges CO 2 vorgesehen. Die Vorrichtung weist einen Mediumsbehälter (3) zur Aufnahme eines Prozessmediums auf, wobei im Inneren des Mediumsbehälters Strömungskanäle ausgebildet sind. Am Mediumsbehälter ist zumindest ein Peltierelement (15) zum Kühlen des Mediumsbehälters angeordnet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verflüssigen von Prozessmedien.
  • Aus der DE 35 43 390 A1 geht ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verflüssigung von bei Normaltemperatur in der Gasphase befindlichen Stoffen hervor. Dabei ist vorgesehen insbesondere Edelgase und Kohlenwasserstoffgemische in einem Wärmetauscher über ein Kühlmedium zu verflüssigen. Die Stoffe werden in den Wärmetauscher eingebracht und die äußere Oberfläche des Wärmetauschers wird über ein gasförmiges Kühlmedium gekühlt. Auf diese Weise kann ein Stoff verflüssigt bzw. in der flüssigen Phase gehalten werden.
  • Eine weitere Möglichkeit der Verflüssigung eines Gases besteht in der Verwendung eines herkömmlichen Kühlschranks, was aber sehr kostenintensiv ist.
  • Auch über einen Joule-Thomson Prozess ist eine Verflüssigung von Gasen möglich. Dieser ist jedoch von weiteren mechanischen Geräten abhängig und benötigt daher einen relativ großen Bauraum. Zudem werden spezielle Kältemittel benötigt. Durch die Vielzahl von Geräten ist dieser Prozess sehr wartungsaufwändig.
  • Bei einem Verfahren nach dem Joule-Thomson Prozess zur Gasverflüssigung wird Luft durch ein Drosselventil von 200 bar auf etwa 20 bar entspannt. Dabei kühlt sich die Luft um etwa 45 Kelvin ab. Die komprimierte Luft wird dann verwendet, um weitere komprimierte Luft vor der Entspannung abzukühlen. Über mehrere Kompressions- und Entspannungsstufen wird das Gas soweit abgekühlt, dass es kondensiert und somit im flüssigen Zustand vorliegt.
  • In der DE 10 2005 035 432 A1 ist ein Verfahren zum Bereitstellen von blasenfreiem flüssigem CO2 an einen Verbraucher beschrieben. Es ist vorgesehen gasförmiges CO2 einer Versorgungsleitung zu entnehmen, es in einem Kondensator zu verflüssigen und anschließend dem Verbraucher zuzuführen.
  • Normalerweise erfolgt die Versorgung von Verbrauchern mit flüssigem CO2 über Steigrohrflaschen bei einem Druck von 40 bar bis 60 bar. Diese können aber nicht immer in der Nähe des Verbrauchers aufgestellt werden, so dass bei größeren Abständen durch den Wärmeeinfall in die Leitungen eine Flüssigversorgung nicht gewährleistet werden kann.
  • Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verflüssigen eines Prozessmediums zu schaffen, mit welchem das Prozessmedium einfach und kostengünstig verflüssigt werden kann.
  • Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Kühlen und/oder Heizen von Prozessmedien vorgesehen. Die Vorrichtung weist einen Mediumsbehälter zur Aufnahme eines Prozessmediums auf, wobei im Inneren des Mediumsbehälters Strömungskanäle ausgebildet sind. Auf dem Mediumsbehälter ist zumindest ein Peltierelement zum Kühlen und/oder Heizen des Mediumsbehälters angeordnet.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein Prozessmedium in den Mediumsbehälter eingebracht, der Mediumsbehälter wird dann über ein Peltierelement beheizt und/oder gekühlt. Durch die Verwendung des Peltierelements zum Kühlen und/oder Heizen des Mediumsbehälters ist es möglich mit einer sehr einfachen, wartungsfreien und kompakten Vorrichtung ein Prozessmedium effektiv und kostengünstig zu Kühlen und/oder zu Heizen. Beispielsweise kann gasförmiges CO2 durch Kühlung in den flüssigen Zustand überführt werden und steht dann einem Verbraucher zur Verfügung. Das flüssige CO2 wird erst beim Verbraucher hergestellt, dadurch werden die Probleme durch Erwärmung und die daraus folgende Verdampfung beim Transport vermieden. Hierfür ist lediglich die kompakte Vorrichtung und eine Leitung zum Zuführen von gasförmigem CO2 notwendig. Somit kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung flüssiges CO2 direkt beim Verbraucher zur Verfügung gestellt werden.
  • Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen dabei schematisch,
    • Fig. 1
    den erfindungsgemäßen Mediumsbehälter in einer seitlich geschnittenen Ansicht,
    Fig. 2
    eine entlang der Linie A-A geschnittene seitliche Ansicht des Mediumsbehälters aus Fig. 1,
    Fig. 3
    die erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer seitlich geschnittenen Ansicht,
    Fig. 4
    eine Darstellung der Temperaturverteilung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
    Fig. 5
    ein System, in das die erfindungsgemäße Vorrichtung integriert ist, in einem Blockschaltbild.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 (Fig. 3) zum Verflüssigen eines Prozessmediums 2, wie z.B. gasförmiges CO2 2, weist einen Mediumsbehälter 3 (Fig. 1 und Fig. 2) mit einer Deckenwandung 4, zwei Stirnwandungen 5, zwei Seitenwandungen 6a, 6b und einer Bodenwandung 7 auf. Im Innenraum 8 des Mediumsbehälters 3 sind vertikale Wandungen 9a und horizontale Wandungen 9b zwischen den beiden Stirnwandungen 5 bzw. den beiden Seitenwandungen 6a, 6b derart angeordnet, dass sie vertikale Strömungskanäle 10a und horizontale Strömungskanäle 10b ausbilden.
  • In der Deckenwandung 4 des Mediumsbehälters 3 ist ein Einlass 11, an den eine Zuführleitung 26 angeschlossen ist, ausgebildet. Die Bodenwandung 7 weist einen Auslass 13 zum Abführen des flüssigen CO2 2 auf.
  • Über den Einlass 11 strömt das gasförmige CO2 2 bzw. das flüssig-gasförmige CO2 2 in die Strömungskanäle 10a, 10b des Mediumsbehälters 3 ein. Durch den Auslass 13 gelangt das flüssige CO2 2 aus dem Mediumsbehälter 3 über eine Abführleitung 27 zu einem Verbraucher 28.
  • Der Mediumsbehälter 3 ist aus einem Material ausgebildet, das vorzugsweise eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, beispielsweise Aluminium oder Kupfer. Weiterhin ist der Mediumsbehälter 3 druckbeständig bis zu einem Druck von 80 bar.
  • An zumindest einer der Seitenwandungen 6a, 6b bzw. der Stirnwandungen 5, beispielsweise an der Seitenwandung 6a, des Mediumsbehälters 3 ist zumindest ein Peltierelement 15, zum Kühlen des Mediumsbehälters 3, mit einer dem Mediumsbehälter 3 zugewandten Seite 16 vollflächig fixiert. Das Peltierlement 15 wird mit einer Wärmeleitpaste aufgeklebt.
  • Die Außenseiten der Wandungen 4, 5, 6b, 7 des Mediumsbehälters, die nicht vom Peltierelement 15 bedeckt sind, sind mit einer Isolierung 17 beispielsweise aus Polyurethan-Schaum oder Polystyrol-Schaum gegen die Umgebungswärme bzw. Umgebungskälte isoliert.
  • Auf einer dem Mediumsbehälter 3 abgewandten Seite 18 ist das Peltierelement 15 vollflächig mittels Wärmeleitpaste mit einem Kühlkörper 19 verbunden. Der Kühlkörper 19 weist eine Struktur mit möglichst großer Oberfläche, beispielsweise eine lamellenartige Struktur auf, um eine möglichst große Fläche für einen hohen Wärmeübergang zur Umgebung bereitzustellen.
  • Auf einer Seite des Kühlkörpers, vorzugsweise der Unterseite 20 des Kühlkörpers, ist ein Lüfter 21 angeordnet, um die Wärme schnell von der Oberfläche des Kühlkörpers 19 abzutransportieren und Verschmutzungen zu entfernen. Durch den Abtransport der Wärme von der Oberfläche des Kühlkörpers 19 wird zunächst die dem Mediumsbehälter 3 zugewandte Seite 16 des Peltierelemets 15 und somit die damit verbundene Seitenwandung 6a des Mediumsbehälters 3 noch stärker bzw. effizienter gekühlt.
  • Auf einer unteren Ansaugseite 22 des Lüfters 21 ist ein Luftfilter 23 angeordnet. Dadurch wird die vom Lüfter 21 angesaugte Luft gefiltert, um über den Lüfter 21 keine Verschmutzungen in den Kühlkörper 19 einzubringen, die den Wärmeübergang zur Umgebung behindern würden.
  • Nachfolgend wird die Anwendung der oben beschriebenen Vorrichtung 1 zum Verflüssigen von Prozessmedien 2 erläutert.
  • Über den Einlass 11 des Mediumsbehälters 3 strömt das gasförmige bzw. das flüssig-gasförmige CO2 2 aus einer Zuleitung 26 in den Mediumsbehälter 3.
  • An das Peltierelement 15 wird über eine Gleichspannungsquelle (nicht dargestellt) eine Gleichspannung, beispielsweise 24 V, angelegt. Dadurch wird die dem Mediumsbehälter 3 zugewandte Seite 16 des Peltierelements 15 gekühlt. Auf diese Weise wird die damit vollflächig verbundene Seitenwandung 6a des Mediumsbehälters 3 ebenfalls abgekühlt.
  • Durch den Lüfter 21 wird die Wärme auf der anderen Seite 18 des Peltierelements schneller abgeführt. Der Lüfter 21 saugt Umgebungsluft auf der Unterseite 22 des Lüfters 21 durch den Luftfilter 23 an, der den Staub aus der Luft herausfiltert, und bläst sie über die lamellenförmigen Konturen des Kühlkörpers 19, der dadurch die aufgenommene Wärme schneller und effizienter abgeben kann (Fig. 4). Der Lüfter 21 verbraucht bis zu 38W elektrische Leistung.
  • Die Seitenwandung 6a des Mediumsbehälter überträgt die Kälte auf die angrenzenden Wandungen 4, 5, 6b, 7 des Mediumsbehälters 3 sowie die innenliegenden Wandungen 9a, 9b der Strömungskanäle 10a, 10b.
  • Das einströmende gasförmige CO2 2 verteilt sich durch den ersten horizontalen Strömungskanal 10b auf die vertikalen Strömungskanäle 10a. Diese werden gleichmäßig von oben nach unten hin durchströmt. Die durch das Peltierelement 15 gekühlten Außenwandungen 4, 5, 6a, 6b, 7 und die Wandungen 9a, 9b der Strömungskanäle 10a, 10b entziehen dem gasförmigen CO2 2 die Wärmeenergie. Auf diese Weise kondensiert bzw. verflüssigt sich das CO2 2 und sammelt sich in den vertikalen Strömungskanälen 10a und im unteren horizontalen Strömungskanal 10b des Mediumsbehälters 3. Der untere horizontale Strömungskanal 10b bildet somit zusammen mit den vertikalen Strömungskanälen 10a ein Sammelvolumen zum Sammeln und Entgasen des Prozessmediums 2 aus. Gasblasen die sich im verflüssigten CO2 2 bilden und/oder sammeln steigen im inneren des Mediumsbehälters nach oben und werden erneut kondensiert.
  • Durch den Auslass 13 kann das verflüssigte CO2 2 entnommen werden und steht dem Verbraucher, beispielsweise für ein Flüssig-CO2-Reinigungsverfahren, zur Verfügung.
  • Das verflüssigte CO2 2 kann sowohl kontinuierlich als auch chargenweise entnommen werden.
  • Bei einem in der Praxis verwendeten Prototypen (Fig. 4) wird gasförmiges CO2 2 mit einer Temperatur von in etwa 20°C, einem Druck von 40 bar und einem Massenstrom von etwa 40 g/min in den Mediumsbehälter 3 eingeleitet.
  • Der am Kühlkörper 19 angeordnete Lüfter 21 saugt Umgebungsluft mit einer Temperatur von ca. 20 °C an. Die Temperatur der oberhalb des Kühlkörpers 19 ausströmenden Luft beträgt ca. 35°C.
  • Die Temperatur des Peltierelements 15 auf der dem Mediumsbehälter 3 zugewandten Seite 16 beträgt ca. -5°C. Die an das Peltierelement 15 angrenzende Seitenwandung 6a des Mediumsbehälters 3 kühlt sich dadurch ebenfalls auf eine Temperatur von ca. -5°C ab. Von der an das Peltierlement 15 angrenzenden Seitenwandung 6a des Mediumbehälters 3 zur außenliegenden Seitenwandung 6b hin ergibt sich eine Temperaturdifferenz von ca. 10°C, d.h. die Temperatur der außenliegenden Seitenwandung 6b beträgt ca. 5°C auf. Die maximale Temperaturdifferenz zwischen dem Mediumsbehälter 3 und der Umgebung konnte in etwa bis zu 35°C betragen.
  • Bei diesem Versuch können in etwa 40g CO2 innerhalb einer Minute verflüssigt werden. Der elektrische Verbrauch liegt dabei in etwa bei 280 W.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Wandungen des Mediumsbehälters ein Peltierelement aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass der Mediumsbehälter weniger isoliert werden muss und dem Mediumsbehälter mehr Wärme entzogen werden kann.
  • Je mehr Peltierelemente verbaut werden und desto größer der Mediumsbehälter ausgebildet ist, umso mehr Gas kann verflüssigt werden.
  • Mehrere Peltierelemente 15 können auch auf einer Seite des Mediumsbehälters 3 gestapelt sein. Sie sind hierbei elektrisch und thermisch in Reihe geschaltet. Hierdurch kann eine entsprechend höhere Temperaturdifferenz erzielt werden. Beispielsweise kann CO2 bei einem Druck von nur 18 bar rückverflüssigt werden, wozu eine Temperatur von ca. -20°C nötig ist.
  • Bei dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel sind mehrere Peltierelemente 15 in Reihenschaltung gestapelt angeordnet. Diese Peltierelemente 15 verbrauchen in etwa 240 W elektrische Leistung und können eine Temperaturdifferenz zur Umgebung von bis zu 80 K erzeugen.
  • Bei einer Umpolung der an dem oder den Peltierelementen anliegenden Spannung können flüssige oder gasförmige Medienströme auch aufgeheizt werden.
  • Der Mediumsbehälter kann einteilig oder mehrteilig, beispielsweise mit Deckel, zylinderförmig, kugelförmig oder in einer anderen geeigneten Form ausgebildet sein.
  • Die Isolierung des Mediumsbehälters kann aus jedem geeigneten Material ausgebildet sein.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Verflüssigen von gasförmigem CO2 ist in ein System 24 (Fig. 5) integriert. Das System 24 weist einen CO2-Vorratsbehälter 25 auf, der beispielsweise eine Druckflasche ist. Über den CO2-Vorratsbehälter 25 wird flüssiges CO2 in eine Zuführleitung 26 eingespeist. Innerhalb der Zuführleitung 26, die z.B. eine Länge von über 3 m aufweist, geht das flüssige CO2 aufgrund der Umgebungstemperatur zumindest teilweise in den gasförmigen Zustand über. Über die Zuführleitung strömt das gasförmige CO2 bzw. das flüssig-gasförmige CO2 zum Verflüssigen über den Einlass 11 in den Mediumsbehälter 3 der Verflüssigungsvorrichtung 1. An den Auslass 13 ist eine Abführleitung 27 angeschlossen, über die das flüssige CO2 zu einem Verbraucher 28, beispielsweise einem Trockeneisstrahlgerät, gelangt.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 benötigt nur einen sehr geringen Bauraum. Durch diese kompakte Bauweise kann sie direkt neben einem Verbraucher 28 angeordnet werden.
  • Die Zuführleitung 26 des Systems 24 kann nahezu beliebig lang sein, da das Prozessmedium 2 erst beim Verbraucher in flüssigem Zustand bereitgestellt werden muss und die erfindungsgemäße Vorrichtung, in unmittelbarer Nähe des Verbrauchers, ein gasförmiges Prozessmedium 2 verflüssigen kann. Somit besteht kein Zwang den Vorratsbehälter 25 in unmittelbarer Nähe des Verbrauchers anzuordnen.
  • Die Länge der Abführleitung 27 beträgt z.B. 0,5 m bis 1 m und vorzugsweise ≤ 1 m, damit das verflüssigte Prozessmedium nicht erneut in den gasförmigen Zustand übergehen kann. Die Abführleitung 27 ist vorzugsweise isoliert, um eine weitere Verdampfung zu vermeiden.
  • Im erfindungsgemäßen System sind die Anforderungen an die Isolierung der Leitung 26, 27 geringer als bei herkömmlichen Systemen zum Versorgen eines Verbrauchers mit flüssigem CO2.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird gasförmiges bzw. flüssig-gasförmiges CO2 in einen Mediumsbehälter eingebracht, der Mediumsbehälter wird dann über ein Peliterelement gekühlt. Durch die Verwendung des Peltierelements zum Kühlen des Mediumsbehälters ist es möglich mit einer sehr einfachen, wartungsfreien und kompakten Vorrichtung gasförmiges bzw. flüssig-gasförmiges CO2 effektiv und kostengünstig zu verflüssigen. Das flüssige CO2 wird erst beim Verbraucher hergestellt. Dadurch gibt es keine Probleme durch Erwärmung beim Transport über eine längere Strecke. Hierfür ist lediglich die kompakte Vorrichtung und eine Leitung zum Zuführen von gasförmigem CO2 notwendig. Somit kann flüssiges CO2 direkt beim Verbraucher zur Verfügung gestellt werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind keine Ventile vorgesehen. Die Vorrichtung ist deshalb unmittelbar in die Zuleitung zum Verbraucher integriert. Hierdurch ist es nicht notwendig Sicherheitsventile vorzusehen.
    • Die Erfindung kann folgendermaßen kurz zusammengefasst werden:
  • Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Verflüssigen eines Prozessmediums, insbesondere von gasförmigem CO2, vorgesehen. Die Vorrichtung weist einen Mediumsbehälter zur Aufnahme des Prozessmediums auf, wobei im Inneren des Mediumsbehälters Strömungskanäle ausgebildet sind. Am Mediumsbehälters ist zumindest ein Peltierelement zum Kühlen des Mediumsbehälters angeordnet.
    • Bezugszeichenliste
    • 1.
    Vorrichtung
    2.
    Prozessmedium
    3.
    Mediumsbehälter
    4.
    Deckenwandung
    5.
    Stirnwandung
    6.
    Seitenwandung
    7.
    Bodenwandung
    8.
    Inneraum
    9.
    Wandungen
    10.
    Strömungskanäle
    11.
    Einlass
    12.
    13.
    Auslass
    14.
    15.
    Peltierelement
    16.
    Seite
    17.
    Isolierung
    18.
    Seite
    19.
    Kühlkörper
    20.
    Unterseite
    21.
    Lüfter
    22.
    Ansaugseite
    23.
    Luftfilter
    24.
    System
    25.
    Vorratsbehälter
    26.
    Zuführleitung
    27.
    Abführleitung
    28.
    Verbaucher

Claims (20)

  1. Vorrichtung zum Verflüssigen eines Prozessmediums (2), insbesondere von gasförmigem CO2 (2), mit einem Mediumsbehälter (3) zur Aufnahme des CO2 (2), wobei im Inneren (8) des Mediumsbehälters (3) ein oder mehrere Strömungskanäle (10) ausgebildet sind und zumindest ein Peltierelement (15) zum Kühlen des Mediumsbehälters (3) am Mediumsbehälter (3) angeordnet ist.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass am Peltierelement (15) ein Kühlkörper (19) angeordnet ist.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass am Kühlkörper (19) ein Lüfter (21) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass am Lüfter (21) ein Luftfilter (23) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass am Mediumsbehälter (3) mehrere Peltierelemente (15) angeordnet sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass am Mediumsbehälter (3) mehrere Peltierelemente (15) übereinander angeordnet und thermisch in Reihe geschaltet sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Mediumsbehälter (3) eine Isolierung aufweist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass im Inneren des Mediumsbehälters (3) vertikale Strömungskanäle (10a) ausgebildet sind, die vom Prozessmedium (2) von oben nach unten durchströmt werden.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass im unteren Bereich des Mediumsbehälters (3) ein Sammelvolumen (10b) zum Sammeln und Entgasen des gekühlten Prozessmediums (2) ausgebildet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Verbraucher (28) vorzugsweise unterhalb der Vorrichtung (1) angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Gleichspannungsquelle zum Versorgen der Peltierelemente (15) verwendet wird.
  12. Verfahren zum Verflüssigen eines Prozessmediums (2), insbesondere von gasförmigem CO2 (2), wobei das Prozessmedium (2) in einem Mediumsbehälter (3) verflüssigt wird, indem der Mediumsbehälter (3) über zumindest ein an dem Mediumsbehälter (3) angeordnetes Peltierelement (15) gekühlt wird, wodurch das Prozessmedium (2) verflüssigt wird.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zum Kühlen bzw. Heizen des Mediumsbehälters (3) eine Gleichspannungsquelle mit der entsprechenden Polung angelegt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Prozessmedium (2) fest oder flüssig oder gasförmig ist.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Prozessmedium (2) im Inneren des Mediumsbehälters (3) von einem oder mehreren Strömungskanälen (10) geleitet wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Prozessmedium (2) sich im Inneren des Mediumsbehälters (3) im untersten horizontalen Strömungskanal (10a) zum Entgasen sammelt.
  17. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 12 bis 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Vorrichtung (1), nach einem der Ansprüche 1 bis 9, zum Kühlen und/oder Heizen des Prozessmediums (2) verwendet wird.
  18. System mit einer Vorrichtung (1) zum Verflüssigen eines Prozessmediums (2), insbesondere von gasförmigem CO2, mit einem Vorratsbehälter (25) für das Prozessmedium (2) an dem eine Zuführleitung (26) angeschlossen ist in der das Prozessmedium (2) in den gasförmigen Zustand übergeht, die Zuführleitung (26) den Mediumsbehälter (3) der Vorrichtung (1) mit dem Prozessmedium (2) speist, das gasförmige Prozessmedium (2) im Mediumsbehälter (3) durch Kühlen in den flüssigen Zustand überführt wird und anschließend einem Verbraucher (28) im flüssigen Zustand zur Verfügung steht.
  19. System nach Anspruch 18,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Abführleitung (27) vom Mediumsbehälter (3) zum Verbraucher (28) vorgesehen ist und die Abführleitung (27) eine Länge von 0,5 m bis 1 m und vorzugsweise eine Länge von ≤ 1 m aufweist.
  20. System nach Anspruch 18 oder 19,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Abführleitung (27) vom Mediumsbehälter (3) zum Verbraucher (28) vorgesehen ist und die Abführleitung (27) thermisch isoliert ist.
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