NO123736B

NO123736B -

Info

Publication number: NO123736B
Application number: NO3414/68A
Authority: NO
Inventors: Z R Huelle
Original assignee: Danfoss As
Priority date: 1967-09-06
Filing date: 1968-09-03
Publication date: 1972-01-03
Also published as: DK127136B; AT289164B; JPS4821982B1; FR1599763A; ES357801A1; US3555845A; GB1233924A

Description

Gasskomprimeringssystem. Gas compression system.

Foreliggende oppfinnelse angår et gasskomprimeringssystem som er spesielt nyttig for et system hvori et stort antall atskilte kjølebokser, for eksempel atskilte isolerte varebiler, må tilføres flytende kvelstoff ved omtrentlig atmosfærisk trykk som kjølemiddel for å avkjøle varene som allerede er anbragt i kjøleboksen eller vare-bilen. Kanskje bare en varebil trenger å motta flytende kjølemiddel. På et annet tidspunkt kan kanskje alle trenge å motta kjølemiddel samtidig og på andre tids-punkter etter som materiale kommer og går og forsendelser skal utføres, vil antallet av kjølebokser eller varebiler som mottar kjølemidler variere sterkt. The present invention relates to a gas compression system which is particularly useful for a system in which a large number of separate refrigerated boxes, for example separate insulated vans, must be supplied with liquid nitrogen at approximately atmospheric pressure as a refrigerant to cool the goods already placed in the refrigerated box or van. Perhaps only one van needs to receive liquid coolant. At another time, perhaps everyone may need to receive refrigerant at the same time and at other times, depending on how material comes and goes and shipments are to be carried out, the number of refrigerated boxes or vans that receive refrigerants will vary greatly.

Så lenge væsken uttømmes for bruk som kjølemiddel vil varmen fra det materiale som skal avkjøles fortsette å fordampe væsken med en i det vesentlige konstant hastighet, således at det vil finne sted en konstant ensartet matning av gass til kompressorsystemet for å bli komprimert og flytendegjort. As long as the liquid is exhausted for use as a refrigerant, the heat from the material to be cooled will continue to evaporate the liquid at an essentially constant rate, so that there will be a constant uniform supply of gas to the compressor system to be compressed and liquefied.

Hvis, for eksempel, det finnes fem trinn for komprimering, vil hvert trinn motta gass ved forholdsvis lavt trykk og vil kom-primere og oppvarme den. Kompresjons-varmen vil fjernes og den komprimerte gass fra det første trinn vil tømmes ut til inntakssiden for det annet trinn for neste komprimering. If, for example, there are five stages of compression, each stage will receive gas at relatively low pressure and will compress and heat it. The compression heat will be removed and the compressed gas from the first stage will be discharged to the intake side of the second stage for the next compression.

Foreliggende oppfinnelse går ut på at når tilførselen av gass stopper, kortsluttes hvert kompresjonstrinn separat således at uttømningen fra hvert trin vil returnere til inntakssiden. Under disse omstendigheter vil maskineriet fortsette å operere, men det eneste arbeidet som utføres vil være representert av mekanisk friksjon og friksjonen av gasstrømmen fra uttømning tilbake til inntak. Det vil ikke utføres noe kompresjonsarbeid for gassen. Dette vil fortsette inntil tilførsel av gass for komprimering og flytendegjørelse oppstår igjen. The present invention assumes that when the supply of gas stops, each compression stage is short-circuited separately so that the discharge from each stage will return to the intake side. Under these circumstances the machinery will continue to operate, but the only work done will be represented by mechanical friction and the friction of the flow of gas from discharge back to intake. No compression work will be performed for the gas. This will continue until the supply of gas for compression and liquefaction occurs again.

Oppfinnelsen er vist skjematisk på teg-ningen, hvor like deler er antydet ved like henvisningstall i beskrivelse og teg-ning. The invention is shown schematically in the drawing, where like parts are indicated by like reference numbers in the description and drawing.

1 antyder en kjøleboks eller et kjøle-sted, som er egnet til å forbindes med eller frakobles systemet. Det er vist et antall av disse, men antallet kan variere. 2 viser en væsketilførselsledning som er kontrollert ved hjelp av en ventil 3 ved hjelp av hvilken kjølemiddel, for eksempel flytende kvelstoff, tilføres boksen 1. Ledningen 2 er en av grenene på en fordeler 4 1 suggests a cooling box or a cooling location, which is suitable to be connected to or disconnected from the system. A number of these are shown, but the number may vary. 2 shows a liquid supply line which is controlled by means of a valve 3 by means of which refrigerant, for example liquid nitrogen, is supplied to the box 1. The line 2 is one of the branches of a distributor 4

som mottar flytende kvelstoff fra en ledning 5, fra en væskemottaker 6. Fra hver kjøleboks går en gassuttømningsledning 7 som fører til en gassuttømningsfordeler 8. which receives liquid nitrogen from a line 5, from a liquid receiver 6. From each cooling box runs a gas discharge line 7 which leads to a gas discharge distributor 8.

9 er en diafragmakontrollert elektrisk bryter, idet det finnes en slik forbundet til hver uttømningsgren 7. Hver bryter 9 er elektrisk forbundet med væskekontrollven-tilen 3 således at når trykket av den gass som utvikles i boksen 1 overskrider et for-utbestemt punkt vil ventilen 3 stenge av for væskestrøm, slik at det hindres at det bygges opp overskuddstrykk i kjøleboksen. Hver kjøleboks kan være forbundet eller frakoplet systemet ved å kople til eller fra-kople ledningene 2 og 7. De manuelt man-øvrerte ventiler 10 og 11 lukker ledningene 2 og 7 som er forbundet med hver separat boks eller kjøretøylegeme når den skal fri-gjøres, således at det blir mulig å skille en hvilken som helst av boksene fra systemet uten å innvirke på kjøletilførselen til andre bokser. 12 antyder en ledning som fører fra fordeleren 8 til en varmeutveksler 13 som er neddyppet i væsken 14 i mottakeren 6 og tjener som undertrykker av overvarme for gassen. 17 er en ledning som fører fra varmeutveksler en 13 til varmeutvekslingselementet 18 i en varmeutveksler 19. 20 er en ledning som fører fra varmeutvekslingselementet 18 til varmeutvekslingselementet 21 i varmeutveksleren 22. 23 er en ledning som fører fra 21 til inntakssiden av kompressorsystemet. 9 is a diaphragm-controlled electrical switch, as there is one connected to each discharge branch 7. Each switch 9 is electrically connected to the liquid control valve 3 so that when the pressure of the gas developed in the box 1 exceeds a predetermined point, the valve 3 shut off the liquid flow, so that excess pressure is prevented from building up in the cooling box. Each cooler box can be connected or disconnected from the system by connecting or disconnecting the lines 2 and 7. The manually operated valves 10 and 11 close the lines 2 and 7 connected to each separate box or vehicle body when it is to be released , so that it becomes possible to separate any of the boxes from the system without affecting the cooling supply to other boxes. 12 suggests a line leading from the distributor 8 to a heat exchanger 13 which is immersed in the liquid 14 in the receiver 6 and serves as a suppressor of excess heat for the gas. 17 is a line leading from a heat exchanger 13 to the heat exchange element 18 in a heat exchanger 19. 20 is a line leading from the heat exchange element 18 to the heat exchange element 21 in the heat exchanger 22. 23 is a line leading from 21 to the intake side of the compressor system.

For enkelhets skyld er kompressorsystemet vist skjematisk ved hjelp av fem identiske sylindre som hver er forsynt med et stempel og ledninger således at ekshausten fra hver sylinder normalt fører til inntakssiden for det neste trinn for komprimering. Liknende ventiler, en for hver sylinder, kan lede ekshausten fra sylinde-ren tilbake til inntakssiden i stedet for å tillate den å passere til neste trinn. Alle ventilene påvirkes samtidig og likt således at gassen alltid går gjennom alle trinn for komprimering, eller uttømning fra hvert trinn omgås og returneres til inntakssiden for dette trinn. For simplicity, the compressor system is shown schematically using five identical cylinders, each of which is provided with a piston and lines so that the exhaust from each cylinder normally leads to the intake side for the next stage of compression. Similar valves, one for each cylinder, can direct the exhaust from the cylinder back to the intake side instead of allowing it to pass to the next stage. All the valves are affected simultaneously and equally so that the gas always passes through all stages for compression, or the discharge from each stage is bypassed and returned to the intake side for this stage.

Det er anvendt samme henvisningstall for hvert trinn. 24 er en kompressorsylin-der og stempel. 25 er en uttømningsledning som leder fra 24. 26 er en etterkjøler for å fjerne varme fra komprimeringen, 27 er en matningsledning som fører til hvert trinn for komprimering, 28 en toveis ventil, en for hvert komprimeringstrinn, som i en stilling leder gass fra 25 gjennom 26 til det neste komprimeringstrinn, men i en annen stilling leder gass fra 25 tilbake til 27 i det samme trinn gjennom ledning 29, når det er ønsket å omgå hvert trinn for komprimering. The same reference number has been used for each step. 24 is a compressor cylinder and piston. 25 is a discharge line leading from 24. 26 is an aftercooler to remove heat from compression, 27 is a feed line leading to each stage of compression, 28 a two-way valve, one for each stage of compression, which in one position directs gas from 25 through 26 to the next compression stage, but in another position, gas from 25 leads back to 27 in the same stage through line 29, when it is desired to bypass each stage for compression.

Motor 30 innstiller samtidig alle ventiler ved hjelp av drivledd 31. En diafrag-mabryter 32 er ansvarlig for trykket i ledningen 23 og kontrollerer motoren 30 for å lede gass gjennom komprimeringstrin-nene, når trykket i 23 går opp, og for å omgå gass i hvert trinn når gasstilførselen i 23 svikter. Motor 30 simultaneously sets all valves by means of drive link 31. A diaphragm switch 32 is responsible for the pressure in line 23 and controls motor 30 to direct gas through the compression stages, when the pressure in 23 rises, and to bypass gas in each step reaches the gas supply in 23 fails.

Hvis, for eksempel, en enkelt boks skal kjøles, vil ventilene 10 og 11 som kontrollerer tilførsel til og uttømning fra denne boks, være åpne. Alle de andre ventiler 10 og 11 i systemet vil være lukket og hele strømmen av væske fra tilførselskilden og gassreturen til den gjentatte flytendegjører vil være forbundet med denne ene boks. Hvis andre bokser også skal kjøles på samme tid, når forbindelsene er fullsten-dige, vil ventilene 10 og 11 som er forbundet med disse være åpne og strømmen vil normalt være jevn, bare underkastet kon-troll av ventilen 3 som reagerer på over-trykk som utvikles i en eller annen boks. Hvis det er ønskelig å variere den relative tilførsel av væske til en eller annen boks eller bokser, kan en eller flere av ventilene 10 innstilles for å forandre tilførselen av væske til den spesielle boks eller bokser som kommer på tale. Under vanlige omstendigheter vil det ikke være behov for noen regulering av ventilen 11 for dette formål. Hvis det forekommer forskjellig regulering av en eller annen av ventilene 10, vil dette resultere i en variasjon i meng-den av væske som mates til den boks som kommer på tale og slike variasjoner vil automatisk resultere i en variasjon i gass-uttømningen, men dette vil ikke resultere i noen forandring i den totale mengde av væske som uttømmes til boksene og gass som returnerer fra boksene til gjentatt flytendegjørelse fordi det er viktig at kom-presjonsflytendegjørelses-syklusen er kontinuerlig, ubrutt og i det vesentlige uvariert. 33 er en gassuttømningsledning som fører fra det siste komprimeringstrinn gjennom en oljeseparator til varmeutveksleren 22. 34 fører fra varmeutveksleren 22 til varmeutveksleren 35. Ledningen 36 fører fra varmeutveksleren 35 til varmeutveksleren 19 og ledningen 37 fører fra 19 til ut-tømning gjennom Joule Thompson ek-spansjonsventil 38 til mottageren 6, således at en del av den kalde gass med høyt trykk flytendegjøres for kontinuerlig å fylle opp og erstatte væske som fjernes gjennom ledningen 5. If, for example, a single box is to be cooled, the valves 10 and 11 which control supply to and discharge from this box will be open. All the other valves 10 and 11 in the system will be closed and the entire flow of liquid from the supply source and the gas return to the repeated liquefier will be connected to this one box. If other cans are also to be cooled at the same time, when the connections are complete, the valves 10 and 11 which are connected to these will be open and the flow will normally be steady, only subject to the control of the valve 3 which reacts to overpressure which is developed in one box or another. If it is desired to vary the relative supply of liquid to one or another box or boxes, one or more of the valves 10 can be adjusted to change the supply of liquid to the particular box or boxes in question. Under normal circumstances, there will be no need for any regulation of the valve 11 for this purpose. If there is different regulation of one or another of the valves 10, this will result in a variation in the amount of liquid fed to the box in question and such variations will automatically result in a variation in the gas discharge, but this will not result in any change in the total amount of liquid discharged to the cans and gas returning from the cans for re-liquefaction because it is important that the compression-liquefaction cycle be continuous, unbroken and substantially unvaried. 33 is a gas discharge line which leads from the last compression stage through an oil separator to the heat exchanger 22. 34 leads from the heat exchanger 22 to the heat exchanger 35. The line 36 leads from the heat exchanger 35 to the heat exchanger 19 and the line 37 leads from 19 to discharge through the Joule Thompson ek- expansion valve 38 to the receiver 6, so that part of the cold gas at high pressure is liquefied to continuously fill up and replace liquid that is removed through the line 5.

I varmeutvekslere 19 og 22 avkjøles gassen med høyt trykk ved hjelp av varme-utveksling med gassen på sin vei fra den kalde boks eller bokser til komprimering. I varmeutveksleren 35 avkjøles gassen ved hjelp av et utvendig kjølemiddel fra en hvilken som helst egnet kjølekilde, og som kommer gjennom ledningen 39, varmeutvekslingselementet 40 og returnerer gjennom ledningen 41, idet detaljer i forbin-delse med kjøleanordningene ikke utgjør noen del av oppfinnelsen og er ikke vist. In heat exchangers 19 and 22, the high-pressure gas is cooled by means of heat exchange with the gas on its way from the cold box or boxes to compression. In the heat exchanger 35, the gas is cooled by means of an external coolant from any suitable cooling source, and which comes through the line 39, the heat exchange element 40 and returns through the line 41, as details in connection with the cooling devices do not form any part of the invention and are not shown.

Ekspansjonen gjennom Joule Thompson-ventilen 38 vil ikke resultere i noen flytendegjørelse av all gass. Det kvelstoff som ikke er flytendegjort akkumulerer i gassbeholderen 42 over væsken 14 og uttøm-mes gjennom en ledning 43 som kontrolleres ved trykkreduksjonsventil 44, slik at det blander seg med gassen på dens vei fra kjøleboksen i ledningen 17 på sin vei til komprimering. En del av gassen i ledningen 36 ledes etter at den har forlatt varmeutveksleren 35 gjennom gassledningen 45 til en ekspansjonsmaskin 46 hvor den utfører arbeid og taper varme, deretter til oljeseparatoren 47 gjennom ledningen 48, kontrollert av ventilen 49, slik at den for-binder seg med gassen i varmeutvekslingselementet 18 på sin vei til komprimering. The expansion through the Joule Thompson valve 38 will not result in any liquefaction of any gas. The nitrogen that is not liquefied accumulates in the gas container 42 above the liquid 14 and is exhausted through a line 43 which is controlled by pressure reduction valve 44, so that it mixes with the gas on its way from the cooling box in the line 17 on its way to compression. Part of the gas in the line 36 is led after it has left the heat exchanger 35 through the gas line 45 to an expansion machine 46 where it performs work and loses heat, then to the oil separator 47 through the line 48, controlled by the valve 49, so that it connects with the gas in the heat exchange element 18 on its way to compression.

Ventilene 44 og 49 er stillet slik at de hindrer tilbakestrømning av gassen, men er åpne slik at de tillater strøm av gass mot kompressoren. The valves 44 and 49 are set so that they prevent backflow of the gas, but are open so that they allow the flow of gas towards the compressor.

Således vil, når uttømning av væske fra mottageren til kjølestedene stopper, kokning av væske og utvikling av gass stoppe, således at ingen gass er tilgjenge-lig for komprimering. Under vanlige omstendigheter vil dette resultere i en umid-delbar forbipassering av hvert trinn for komprimering, mens maskineriet frem-deles går. Men da dette angår meget kaldt stoff og da ingen isolasjon er 100 pst. per-fekt, kan det hende at innstrømning av varme vil fordampe tilstrekkelig av væsken i mottageren 6 til å heve trykket i ledningen 23 til et punkt som er tilstrekkelig til å bringe ventilene 28 til igjen å forbinde de forskjellige komprimeringstrinn. Under disse omstendigheter vil kompressoren operere og utføre arbeidet inntil trykket igjen faller på grunn av mangel på gass og kompressorene vil igjen gå uten å utføre noe arbeid inntil væske fjernes fra mottageren for å brukes som kjølemiddel. Thus, when discharge of liquid from the receiver to the cooling points stops, boiling of liquid and evolution of gas will stop, so that no gas is available for compression. Under normal circumstances, this will result in an immediate bypass of each stage of compaction, while the machinery is still running. But as this concerns very cold material and as no insulation is 100 per cent perfect, it may happen that inflow of heat will evaporate enough of the liquid in the receiver 6 to raise the pressure in the line 23 to a point sufficient to bring the valves 28 to again connect the different compression stages. Under these circumstances, the compressor will operate and do work until the pressure drops again due to lack of gas and the compressors will again run without doing any work until liquid is removed from the receiver to be used as a refrigerant.

Da kompressor-kj øle-ekspansj onssy-stemet er konstruert for maksimum kapasitet pr. time, vil dette når det er i drift produsere den bestemte mengde flytende kvelstoff og så lenge denne mengde flytende kvelstoff anvendes som kjølemiddel fortsetter operasjonen. Anordningen er tenkt å anvendes for et antall kjølebokser eller varebiler eller kjølestasjoner. Hvis bare en er i virksomhet, må enten maski-nen stoppe, dens kapasitet må forandres eller hele tilførselen må brukes på en sta-sjon. As the compressor-cooling-expansion system is designed for maximum capacity per hour, when in operation this will produce the specified amount of liquid nitrogen and as long as this amount of liquid nitrogen is used as a refrigerant, the operation continues. The device is intended to be used for a number of refrigerated boxes or vans or refrigerated stations. If only one is in operation, either the machine must stop, its capacity must be changed or the entire supply must be used at one station.

Erfaringen har vist at av de tre alter-nativer er det siste å foretrekke. Hvis det bare finnes en enkelt kjøleboks på ledningene, vil ventilene 10 og 11 reguleres slik at det tillater hele tilførselen av væske å komme inn i den ene boksen og hele til-førselen av gass vil genereres i denne og operasjonen av kompressorene og flytende-gjørelse vil ikke forstyrres. Experience has shown that of the three alternatives, the last is preferable. If there is only a single cooling box on the lines, the valves 10 and 11 will be regulated so as to allow the entire supply of liquid to enter the one box and the entire supply of gas will be generated in this and the operation of the compressors and liquefaction will not be disturbed.

Claims

Gas compression system comprising a number of compression stages, means for supplying gas to be compressed to the first stage, means for directing gas from the discharge side of each stage except the last to the intake side of the next stage, means for discharging from the system the gas which is compressed at the last stage, characterized by devices which respond to the complete failure of gas supply to the first stage for conducting gas from the discharge side of each stage back to the intake side of the same stage, said devices consisting of two-way valves (28), one for each compression stage, and as each valve is suitable, when in the exhaust position, to direct gas away from its compression stage into the next compressor's compression stage and when in the recycle position to direct the gas from the high to the low side in its step, and devices that are affected by the gas pressure in the gas supply line (23) which leads to the mpressor system to hold the valves in the exhaust position when the gas is supplied for compression and to bring the valves into the recycle position during total failure of the gas supply. Cited publications:

German Patent No. 809,666. U.S. Patent No. 2,458,933, 2,484,297, 2,479,840.