Eismaschinen | eLexikon | Technologie, Gewerbe und Industrie - Wasser

Titel

1) durch Kältemischungen; 2) durch Wiederausdehnung zusammengepreßter Gase

1) Die einfachsten Apparate sind die der ersten Gruppe

2) In der zweiten Gruppe von Kältemaschinen, den Kaltluftmaschinen

3) Bei den Maschinen der dritten Gruppe beruht der Vorgang auf der Thatsache

Eismaschinen,

Kältemaschinen, Kühlmaschinen, Maschinen oder Apparate zur Herstellung kalter Luft und kalter Flüssigkeiten (zu Kühlzwecken) und zur künstlichen Erzeugung von Eis. [* 2] Nach der Art, wie die die Eisbildung und Abkühlung bewirkende Kälte hervorgebracht wird, teilt man diese Maschinen in drei Gruppen, und zwar wird die Kälte erzeugt 1) durch Kältemischungen;

2) durch Wiederausdehnung zusammengepreßter Gase [* 3] (Kaltluftmaschinen);

3) durch Verdunsten von Flüssigkeiten (Absorptions- und Kompressionsmaschinen).

Gefäße, prähistorische

1) Die einfachsten Apparate sind die der ersten Gruppe, bei denen das zur Eiserzeugung dienende, mit Wasser gefüllte Gefäß [* 4] in einen mit einer Kältemischung gefüllten Behälter gebracht wird. Hierzu brauchbare Kältemischungen und die durch sie bewirkten Temperaturerniedrigungen sind (nach «Des Ingenieurs Taschenbuch», hg. von dem Verein «Hütte», 15. Aufl., Berl. 1891) beispielsweise:

Schneckenfenster - Sch

Die wohlfeilste und in Konditoreien, Haushaltungen u. s. w. am häufigsten benutzte Mischung ist Schnee [* 5] oder zerstoßenes Eis mit Kochsalz. Die Apparate zur Eisbereitung mittels Kältemischungen haben das Gemeinschaftliche, daß in ein größeres, gegen Wärmeaufnahme von außen durch entsprechende Konstruktion der Wandungen geschütztes Gefäß, das die Kältemischung aufnimmt, ein klei-

neres eingebracht wird, welches die Flüssigkeit enthält, die zum Gefrieren zu bringen ist. Das kleinere Gefäß ist dünnwandig und aus Metall, um es zur Wärmeabgabe an die Kältemischung geeignet zu machen, und mit einer Drehvorrichtung versehen. Die Einrichtung und Handhabung eines solchen Apparats ist aus der nebenstehenden [* 1] Fig. 1 ersichtlich. Nach Einbringung der Kältemischung

[* 1] ^[Abb: Fig. 1.]

(hier gestoßenes Eis und Kochsalz) schüttet man in das innere Gefäß die zum Gefrieren zu bringende Flüssigkeit und setzt dieses in schnelle Rotation. Hierdurch steigt die Flüssigkeit an den Wänden empor und kommt so mit diesen in dünner Schicht in Berührung, sodaß sie bald fest wird. Mit Hilfe eines solchen Apparats kann man in 6-8 Minuten eine Flüssigkeitsmenge von 0 bis 7 l zum Gefrieren bringen. Zur Erzeugung von Eis in großen Mengen sind Kaltemischungen ihrer Kostspieligkeit wegen nicht zweckmäßig.

Braunschweig

2) In der zweiten Gruppe von Kältemaschinen, den Kaltluftmaschinen, wird die Thatsache verwertet, daß die Temperatur von Luft außerordentlich sinkt, wenn diese aus dem komprimierten Zustande ohne Wärmezuführung unter Arbeitsleistung expandiert. Durch die Maschinen der zweiten Gruppe wird also kalte Luft gewonnen, welche direkt zur Kühlung von Räumen Verwendung finden kann. Zu den Kaltluftmaschinen gehört die von F. Windhausen in Braunschweig. [* 6] Die Schwungradwelle wird durch eine nebenliegende Dampfmaschine [* 7] oder von einer Transmission [* 8] aus in Umdrehung versetzt und damit die Kaltluftmaschine in Gang [* 9] gebracht. In einem Kompressionscylinder wird atmosphärische Luft angesaugt und komprimiert.

Durch die Kompression wird die Luft stark erhitzt; um sie abzukühlen, ist der Cylinder mit einem Kühlmantel umgeben und außerdem wird Kühlwasser in den Kompressionsraum eingespritzt. Hierdurch nimmt die Luft aber Wasser auf. Dieses wird in einem besondern Apparat abgeschieden und die trockne Luft nach Kühlapparaten gebracht, in denen die Abkühlung bis nahe zur Temperatur des Kühlwassers gebracht wird. Endlich tritt die jetzt komprimierte und kalte Luft in den Expansionscylinder, wo sie, unter Verrichtung von Arbeit und ohne Wärmezuführung von außen, wieder auf die atmosphärische Spannung expandiert und hierdurch bis auf -40 oder -50° C. abgekühlt wird. In der vom Expansionscylinder ausgehenden Leitung strömt die kalte Luft nach den zu kühlenden Räumlichkeiten oder wird vorerst zur Eisbereitung verwendet.

Eismaschinen

Nach demselben Princip gebaut und sich nur durch konstruktive Ausführung, die Einrichtung der Luftkühlung und Trocknung unterscheidend sind die Maschinen von Bell-Coleman (namentlich auf Schiffen zur Konservierung von Fleisch verwendet), Menck & Hambrock, Mignot, Giffard, Lightfood, unter den neuesten Konstruktionen die von Nehrlich, Allen, die Haslam-Kaltluftmaschine u. a. ¶

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In den letzten Jahren hat auch die Verwendung von Druckluft aus Centralstationcn (s. Druckluftanlage) zur Erzeugung von kalter Luft Bedeutung erlangt. Benutzt man die Druckluft ohne Vorwärmung, also von Bodentemperatur, als motorisches Mittel in Druckluftmotoren, so tritt sie mit außerordentlich niedriger Temperatur aus und kann zu Kühlzwecken oder Eisbereitung Verwendung finden.

3) Bei den Maschinen der dritten Gruppe beruht der Vorgang auf der Thatsache, daß bei dem Übergang einer Flüssigkeit in den dampf- oder gasförmigen Zustand eine bedeutende Wärmemenge gebunden wird (s. Dampf). [* 11] Geht die Verdunstung ohne Wärmezuführung von außen vor

[* 10] ^[Abb.: Fig 2a, Fig 2b]

sich, so muß die ganze für die Vergasungsarbeit erforderliche Wärme [* 12] der Flüssigkeit selbst entzogen werden, und es sinkt die Temperatur derselben um so mehr, je niedriger ihr Siedepunkt liegt. Der gebildete Dampf oder das frei gewordene Gas kann entweder durch Absorption wiedergewonnen oder durch Druck wieder zu einer Flüssigkeit verdichtet

[* 10] ^[Abb.: Fig. 3]

und nochmals verwendet werden. Man unterscheidet hiernach Eismaschinen mit Absorption und solche mit Kompression. Bei erstern wird das Gas aus der Absorptionsflüssigkeit durch Erwärmung ausgetrieben und in einem zweiten Gefäß durch Druck und Abkühlung zu einer Flüssigkeit verdichtet, um sodann durch Herstellung eines Vakuums zur raschen Verdunstung gebracht zu werden, wobei so viel Wärme gebunden wird, daß Wasser, welches nur durch eine dünne Metallwand von der verdunstenden Flüssigkeit getrennt ist, zum Gefrieren kommt. Das entstandene Gas wird von der Absorptionsflüssigkeit wieder aufgenommen, um von neuem in den Kreisprozeß einzutreten. Bei den Kompressionsmaschinen

Preisbewegung 1870-90

wird das gebildete Gas durch eine Pumpe [* 13] abgesaugt und in einen Kondensator [* 14] gedrückt, wo es sich durch Abkühlung und Druck zu einer Flüssigkeit verdichtet, um dann in das Verdunstungsgefäß zurückgeleitet zu werden.

Bei den Absorptionsmaschinen kommt als Verdunstungsflüssigkeit Ammoniak und als Absorptionsflüssigkeit Wasser (auch Glycerin) in Anwendung. Die Benutzung des Ammoniaks rührt von F.Carré her, dessen Maschinen auch noch heute neben den neuern Kompressionsmaschinen von Wichtigkeit sind. Die Carréschen Eismaschinen arbeiteten zuerst intermittierend, erst später, seit 1862, kontinuierlich. Eine sehr einfache, in der Wirkungsweise übersichtliche Konstruktion einer Carréschen Eismaschine zum Gebrauch in Haushaltungen, Laboratorien u. s. w. ist in nebenstehenden Abbildungen [* 10] Fig. 2a und 2b dargestellt.

Bei derselben ist A der Kessel, B der Eisbildner, C ein eisernes Kühlgefäß. Die Eiserzeugung zerfällt hier in zwei verschiedene Operationen: die Erzeugung von flüssigem Ammoniakgas und die Verdunstung desselben, wodurch Kälte resp. Eis erzeugt wird. Indem der bis zu drei Vierteln seines Fassungsraums mit gesättigtem Ammoniakwasser gefüllte Kessel A [* 10] (Fig. 2a.) durch ein Holzkohlenfeuer erhitzt wird, entweicht das Ammoniakgas aus der Lösung und wird im Eisbildner B dadurch flüssig, daß es bei dem durch das Freiwerden des Ammoniaks in den Gefäßen A und B entstehenden hohen Druck von dem den Eisbildner umgebenden Wasser abgekühlt wird.

Sobald die Temperatur des Kessels A auf 130° C. gestiegen ist, wird derselbe vom Feuer genommen und an Stelle des Eisbildners in das Kühlwasser gestellt (s. Fig. 2b). Durch das in C befindliche Kühlwasser wird die jetzt schwache Ammoniaklösung in B abgekühlt und beginnt das freie Ammoniak wieder aufzunehmen; der Druck in A und B sinkt, das in B flüssig gewordene Ammoniak verdunstet und wird durch die wässerige Lösung in A absorbiert. Die zur Verdunstung des Ammoniaks in B nötige Wärme wird dem Wasser entzogen, das sich in dem im Hohlraum E des Eisbildners B befestigten Gefäß D befindet; das Wasser wird so in Eis verwandelt. Diese einfachen Apparate sind von F. Schmidt (in Firma Schmidt, Kranz & Co. in Nordhausen) [* 15] vervollkommnet worden.

Eismaschinen

Die Carréschen Eismaschinen für kontinuierlichen Betrieb sind in Deutschland [* 16] von den Firmen Vaaß & Littmann in Halle [* 17] a. S.und Oskar Kropff in Nordhausen mit vielfachen Verbesserungen verbreitet worden. [* 10] Fig. 3 zeigt eine Ausführung von Vaaß & Littmann. Der Kessel A enthält das gesättigte Ammoniakwasser. Durch Erhitzen (in der Regel mit Dampf) wird das Ammoniak aus dem Wasser ausgetrieben und geht durch das Gefäß B, wo es durch kaltes Wasser abgekühlt wird, nach dem Gefäß C, wo es bei dem herrschenden Druck von 8 bis ¶

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10 Atmosphären kondensiert. Aus C tritt das flüssige Ammoniak in ein im Generator D befindliches Röhrensystem, wo ein geringer Druck herrscht, sodaß es rasch verdampft und der in D befindlichen Flüssigkeit (30prozentige Lösung von Chlorcalcium) die zur Verdampfung notwendige Wärme entzieht, wodurch die Temperatur im Gefäß auf -7 bis -9° C. sinkt. Die kalte Flüssigkeit in D findet zur Kühlung und Eisbereitung Verwendung. Die Absorption des gasförmigen Ammoniaks durch die wässerige Lösung in A erfolgt im Gefäß E, in welches sowohl das Gas als auch eine kontinuierlich aus A abfließende entsprechende Menge Flüssigkeit (letztere nach Durchströmen von Kühleinrichtungen G) eintritt, sodaß sich in E wieder eine gesättigte Lösung von Ammoniak in Wasser bildet, die durch die Pumpe f in den Kesseln zurückgedrückt wird. Weitere Verbesserungen der Carréschen Eismaschinen rühren her von Koch-Habermann, Reece u. a.

Zu den Absorptionsmaschincn sind auch die sog. Vakuum-Eismaschinen zu rechnen, bei denen als Verdampfungsflüssigkeit Wasser und als Ab-

[* 18] ^[Abb. Fig. 4]

Schwefelmilch - Schwef

sorptionsflüssigkeit konzentrierte Schwefelsäure [* 19] verwendet wird. Hiervon liegen Konstruktionen vor von Carré, Windhausen, Patten, Egells, Nehrlich u. a. Die Wirkungsweise dieser Maschinen ist derart, daß man in ein Gefäß, in welchem ein Vakuum hergestellt ist, Wasser einfließen läßt, welches dabei zum Teil (1/6) verdunstet und so dem übrigen Wasser die Verdunstungswärme entzieht, wodurch dieses gefriert. Die Wasserdämpfe werden mit Hilfe von Luftpumpen [* 20] abgesaugt und durch konzentrierte Schwefelsäure absorbiert.

Die wichtigsten und verbreitetsten Kälteerzeugungsmaschinen sind die Kompressionsmaschinen oder Kaltdampfmaschinen. Diese sind zugleich die ältesten in der Praxis verwendeten Kältemaschinen. Sie wurden ursprünglich mit Schwefeläther als verdampfender Flüssigkeit betrieben, in neuerer Zeit mit Ammoniak (NH₃), Kohlensäure (CO₂), schwefliger Säure (SO₂) oder einem Gemisch von letztern beiden. Hier sind namentlich die weitverbreiteten, mit Ammoniak betriebenen Maschinen von Linde zu erwähnen. Nach den neuesten Erfahrungen haben sich wegen ihrer Billigkeit und anderer Vorzüge (s. unten) die Kohlensäure-Kompres-

sionsmaschinen am besten bewährt. Eine solche (von Vaaß & Littmann in Halle) ist in [* 18] Fig. 4 abgebildet. Die in dem Kondensators enthaltene flüssige Kohlensäure tritt durch ein Reducierventil in ein System von Schlangenröhren, das sich auf dem Boden des kastenförmigen Eisbildners A (Refrigerator, Generator) befindet. Die in den Schlangenröhren, in denen ein bedeutend geringerer Druck herrscht als im Kondensator, verdampfende Kohlensäure entzieht dem Salzwasser, mit dem der Generator angefüllt ist, soviel Wärme, daß es bedeutend unter Null abgekühlt wird.

Kreislauf des Blutes

Aus den Rohrschlangen wird das Kohlensäuregas von dem durch einen Transmissionsriemen betriebenen Kompressor C angesaugt, verdichtet und wieder in den Kondensator B hinübergedrückt, wo es unter gleichzeitiger Abkühlung wieder flüssig wird, wodurch der Kreislauf [* 21] geschlossen ist. In das Generatorgefäß werden nun reihenweise Zellen eingehängt, welche aus dünnem Blech angefertigt sind und rechteckigen Querschnitt besitzen. Dieselben sind oben offen und werden mit Wasser angefüllt. In einzelnen Reihen werden diese gefüllten Zellen in einem geineinsamen Rahmen mit Hilfe eines Krans in die kalte Lösung eingebracht.

Ist der Inhalt gefroren, so werden sie mit dem Kran [* 22] herausgehoben und einen Augenblick in das danebenstehende, mit heißem Wasser gefüllte Auftaugefäß gesenkt, wodurch sich der Eisblock von den Zellenwänden loslöst, sodaß beim Umkippen der Zellen der gebildete Eisblock auf die Ausladebühne gleitet. Verwendet man hierbei gewöhnliches Brunnenwasser, so erhält man milchweißes, undurchsichtiges Eis. Der Grund der Undurchsichtigkeit ist, daß die im Wasser enthaltene Luft sich beim Gefrieren desselben ausscheidet und in kleinen Bläschen das Eis erfüllt. Zur Herstellung von klarem Eis sind besondere Einrichtungen (sog. Klareisapparate) erforderlich. Man erzielt durchsichtiges Eis dadurch, daß man das Wasser in den Zellen durch Rührapparate in Bewegung setzt, sodaß die sich aus dem gefrierenden Wasser ausscheidende Luft in dem noch nicht gefrorenen nach oben steigen und entweichen kann.

Die Kohlensäure als Verdampfungsflüssigkeit eignet sich vor andern durch ihre Gefahrlosigkeit beim etwaigen Ausströmen; ferner greift sie die ¶