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Il ciclo Hampson-Linde

1895
  • William Hampson
  • Carl von Linde
Impianto industriale di liquefazione del gas che utilizza il ciclo Hampson-Linde per la criogenia.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Il ciclo Hampson-Linde liquefà i gas come l'aria utilizzando il effetto Joule-Thomson combinato con raffreddamento rigenerativo. Il gas ad alta pressione viene raffreddato in uno scambiatore di calore a controcorrente dal gas freddo a bassa pressione che ritorna dalla valvola di espansione. Questo abbassa progressivamente la temperatura in corrispondenza della valvola fino a quando non scende al di sotto del punto critico e inizia la liquefazione, costituendo la base per la moderna industria della liquefazione del gas.

Sviluppato indipendentemente da William Hampson in Gran Bretagna e Carl von Linde in Germania, questo ciclo rappresentò una svolta epocale. La sua eleganza risiede nella semplicità e nella natura autoalimentante. Il componente chiave è lo scambiatore di calore rigenerativo, tipicamente costituito da una serie di tubi a spirale. Il gas in ingresso ad alta pressione fluisce attraverso un tubo interno, mentre il gas freddo ed espanso proveniente dalla valvola Joule-Thomson rifluisce all'esterno di questo tubo. Questa configurazione a controcorrente garantisce che il gas in ingresso venga continuamente preraffreddato dal gas di ritorno più freddo disponibile. Ad ogni passaggio, la temperatura del gas che entra nella valvola di espansione diminuisce ulteriormente. Alla fine, la temperatura scende al di sotto della temperatura di inversione del gas e l'espansione Joule-Thomson produce un raffreddamento significativo. Questo raffreddamento viene riportato attraverso lo scambiatore di calore, creando un ciclo di feedback positivo fino a quando la temperatura non è sufficientemente bassa da permettere a una frazione del gas di condensarsi in liquido durante l'espansione. Questo processo ha reso possibile per la prima volta la produzione commerciale su larga scala di aria liquida.

UNESCO Nomenclature: 2212
- Termodinamica

Tipo

Ciclo termodinamico

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Effetto Joule-Thomson (Joule e Thomson)
  • Concetto di scambio termico controcorrente
  • Principio di raffreddamento rigenerativo Siemens (sviluppato per i forni)
  • Progressi nella tecnologia di compressione ad alta pressione

Applicazioni

  • produzione industriale di aria liquida, azoto, ossigeno e argon
  • attrezzatura di laboratorio standard per la liquefazione dei gas
  • ricerca sulla criogenia
  • fase di preraffreddamento per liquefattori di idrogeno ed elio
  • accumulo di energia in aria liquida (LAES)

Brevetti:

  • GB189524525A
  • DE88824

Idee e potenziali innovazioni

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Related to: Hampson-Linde cycle, regenerative cooling, Joule-Thomson effect, liquefaction, cryogenics, air separation, heat exchanger, Carl von Linde, throttling, counter-flow.

Contesto storico

Il ciclo Hampson-Linde

1889
1890
1890
1895
1895
1899
1900
1889
1890
1890
1895
1895
1896
1900
1900

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

Invenzioni, innovazioni e principi tecnici correlati

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