DE2744C - Verfahren und Apparat zur Herstellung von Eis und zum Abkühlen, Verdunsten und Austrocknen von Substanzen - Google Patents

Description

1878.

PATENTSCHRIFT

Klasse 17.

ANTHONY GAPPER SOUTHBY in LONDON.

Verfahren und Apparat zur Herstellung von Eis und zum Abkühlen, Verdunsten und Austrocknen von Substanzen,

Patentirt im Deutschen Reiche vom 12. Februar 1878 ab.

Vorliegende Erfindung besteht in der Methode und Apparaten zum Hinwegpumpen der Wasserdünste, welche durch Beseitigung des atmosphärischen Druckes vom Wasser entstehen, behufs Herstellung von Eis, zum Abkühlen, Abdampfen und Austrocknen von wasserhaltigen Substanzen. Zu diesem Zwecke wird eine Pumpe oder Exhaustor angewendet, um das nöthige Vacuum zu erzeugen, den Wasserdunst fortzusaugen und sodann denselben mit einer gewissen Kraft zu pressen, und wird der Wasserdunst verhindert, sich in irgend einem Theile der Pumpe oder des Exhaustors zu condensiren, indem alle mit dem Wasserdampf in Berührung kommenden Theile auf einer solchen Temperatur erhalten werden, dafs ein Condensiren in denselben nicht möglich ist.

Nach der ersten Pumpe sind noch zwei oder mehr Pumpen angeordnet, um entweder den Druck so zu erhöhen, dafs ein Entweichen in die Atmosphäre als Wasserdampf erfolgt, oder, wie in der zweiten, weiter unten erwähnten Methode, die erste Pumpe oder Exhaustor von dem Druck der Atmosphäre zu befreien. In der ersteren Methode müssen alle Theile der Pumpe bezw. der Pumpen auf einer Temperatur erhalten werden, welche das Verdichten des mit ihnen in Berührung kommenden Wasserdampfes verhindert; auch sind die erste und die folgenden Pumpen in proportionirtem Verhältnifs hergestellt, so dafs es z. B. ermöglicht ist, dafs der Druck des Wasserdampfes bei der Gefrier-Temperatur ungefähr '/₎₅₀ des Druckes der Atmosphäre ist. Bei Anwendung zweier Pumpen ist die erste Pmpe zur i2'/₄-fachen Comprimirung des Dampfes hergestellt, und die zweite Pumpe von einem Umfange, welcher die Aufnahme des so comprimirten Dampfes und die fernere 12'/₄-fache Compression gestattet, und so im Verhältnifs, wenn mehr als zwei Pumpen angewendet werden. Die Temperatur, in welcher die verschiedenen Pumpen bei Erzielung guter Resultate zu erhalten sind, beträgt 43 % ° C.' für die erste Pumpe und die Siedehitze für die zweite, wenn zwei Pumpen angewendet werden, und dem entsprechend bei einer gröfseren Anzahl, wie man nach einer Tabelle der elastischen Kraft des Wasserdampfes bei verschiedenem Wärmegrad und Druck berechnen kann,

Die Pumpen können von jeder beliebigen Construction sein, welche dem Zwecke der Erzeugung eines hohen Vacuums entspricht; sehr wohl passend sind zwei oder mehr Pumpen, ähnlich der in den Zeichnungen der zweiten Methode A, Fig. 1, dargestellten ersten Pumpe, in den oben erwähnten Verhältnissen und miteinander durch Röhren verbunden, das Ganze durch Kurbeln an einer Welle in Bewegung gesetzt, welche durch genügende Kraft betrieben werden.

Zweite Methode: Der Dampf, nachdem er fortgepumpt und bis zu einem bestimmen Grade comprimirt worden ist, wie oben beschrieben, wird in einem Condensator verdichtet, welcher entweder durch Luft oder Wasser in bekannter Weise abgekühlt wird, und wird der Druck der Atmosphäre von der ersten Pumpe, dem Condensator und den Kanälen durch eine Luftpumpe entfernt, welche auch dazu dienen kann, das im Condensator verdichtete Wasser zu entfernen, wenn dies nicht am Schlufs der Operation geschehen soll.

Um diese zweite Methode verständlicher zu machen, und die allgemeine Einrichtung des ganzen hier beschriebenen Apparates zu zeigen, sind Zeichnungen beiliegend, in welchen Fig. 1 der senkrechte Schnitt eines Apparates zur Ausführung der zweiten Methode ist, unter Anwendung eines Eisbehälters und eines Röhrengewindes zum Kühlen mit Wasser, welche weiter unten beschrieben werden, eignet sich das Ganze zur Herstellung von Eis mit Hand oder kleiner motorischer Kraft. Fig. 2 ist ein Querschnitt 'und Fig. 3 der Grundrifs eines Eisbehälters für gröfsere Verhältnisse.

A, Fig; i, ist die erste Pumpe zum Fortschaffen des Dampfes und Comprimiren desselben in einem bestimmten Maafse, z. B. wie oben gesagt,· 12 ¹Z₅ mal, wodurch bewirkt wird, dafs er sich leicht im Condensator verdichtet, wenn er sich in einer Temperatur von 41'Z₃ ⁰ C. und 62,2 mm Quecksilberdruck befindet. In dieser Pumpe wird der Cylinder B durch eine Verbindungsstange und Kurbel, welche der Einfachheit halber nicht in der Zeichnung dargestellt sind, auf- und abbewegt, während der Dampf durch die hohle feststehende Kolbenstange C zugelassen wird. Am Ende dieser Kolbenstange ist

ein Doppelventil D hergestellt, welches mit dem Durchlafs E für den Dampf versehen ist. F ist der Kolben, welcher in der Mitte mit einer Durchlafsöfifnung und vergröfsertem hohlen Raum und an der oberen und unteren Flantsche mit Ventilsitzen versehen ist, gegen welche die Ventile der Kolbenstange abwechselnd durch die Bewegung des Cylinders B gedrückt werden, so dafs der Dampf bei den Schlägen nach oben und unten durch Rinnen zugelassen wird, welche bei G in den Ventilsitzen eingeschnitten sind. Diese Methode des Betriebes der Einlafsventile ist für zweckmäfsig befunden worden und ist eine Art Betrieb für diese Ventile, besonders bei kleinen Maschinen, welche mit schnellem Schlage arbeiten, anzurathen, indem die Dichtigkeit des Wasserdampfes bei der Gefriertemperatur (5 mm Quecksilber) zu klein ist, um ein starkes Ventil mit der wünschenswerthen Geschwindigkeit zu bewegen. H sind die Austrittsventile, welche sich selbsttätig bewegen, da es nicht wünschenswerth erscheint, dafs sie sich bewegen, bis der Druck im Innern des Cylinders demjenigen im Condensator gleichkommt, um Kraftvergeudung durch Rückwärtsdruck zu vermeiden.

Es bieten sich viele Formen Einlafsventile, z. B. ist bei Anwendung eines oscillirenden Cylinders die Form der Klappenventile, welche oben aufgehängt werden (gleich den Auslafsventilen bei JT), passend gefunden worden; die Ventile werden an der oberen und unteren Seite des Cylinders in der Diagonale so angebracht, dafs sie vermöge ihres eigenen Gewichts aus ihrem Sitze fallen, sowie der Cylinder zuerst sich nach der einen, alsdann nach der anderen Seite neigt. Oder es können Schieber mit Getriebe, ähnlich wie bei Dampfmaschinen, angewendet werden, nur mufs in allen Fällen Sorge getragen werden, die Durchlässe von den Ventilen zum Cylinder so klein wie möglich herzustellen, ebenso den Raum zwischen dem Kolben und den Enden des Cylinders am Ende des Hubes.

/ ist die Stopfbüchse für die Kolbenstange, welche luftdicht sein mufs; zu diesem Zwecke kann die ganze Stopfbüchse in einen Oelbehälter gestellt sein, wie es oft bei den Luftpumpen der Laboratorien der Fall ist, oder es wird, wie die Zeichnung zeigt, ein kurzes Stück einer vulcanisirten Kautschukröhre, welche sich eng um die Kolbenstange legt und gut geschmiert wird, über einer kurzen Düse am Ende des Cylinders befestigt, indem die Kautschukröhre am Ausdehnen in der Länge durch einen Ring verhindert wird, welcher sich lose um die Kolbenstange legt und durch kurze Stützen, wie in der Zeichnnng dargestellt, in seiner Lage erhalten wird; diese Einrichtung hat sich bei fortwährendem Oelen sehr gut bewährt, wenn die Kolbenstange nicht sehr schnell geht.

Der Cylinder ist, wie die Zeichnungen zeigen, von einem Mantel für heifses Wasser umgeben, behufs Zuführung derjenigen Wärme, welche nöthig ist, um eine Condensation des Dampfes durch dessen Zusammenpressen in dem Cylinder zu

verhindern; es wird letztere unterstützt durch die von den Wänden der Röhren c, welche den Eisbehälter M mit der Pumpe verbinden, absorbirte Hitze und das Wasser in der Schlange O; es kann die geeignete Temperatur durch Dampf oder Gas erhalten werden.

Die Auslafsröhren sind mit dem Condensator_/ welcher von irgend einer bewährten Construction sein kann, durch die biegsame Kautschukröhre K verbunden, welche mit Draht überzogen ist. L ist die Luftpumpe, welche einfach wirkend dargestellt ist. Der atmosphärische Druck auf den Kolben dieser Pumpe hält mit demjenigen, welcher auf die Kolbenstange der grofsen Pumpe wirkt, das Gewicht des Cylinders des letzteren im Gleichgewicht, indem die kleine Pumpe den Hub nach unten ausführt, während die grofse sich nach oben bewegt.

Auf das genaue Passen des Kolbens und der Ventile des grofsen Cylinders dieses Apparates kann nicht zu grofse Sorgfalt gelegt werden; obgleich die Differenz zwischen dem Druck auf die Innen- oder Aufsenseite der Pumpe sehr klein ist (ca. 38 bis 76 mm Quecksilber, je nach der Temperatur des Wassers im Condensator), so ist doch der Dampf so verdünnt, dafs er durch die geringste Undichtigkeit leicht hindurchzieht. Viele bekannte Arten trahimedische, pneumatische und Rotationspumpen oder Exhaustoren empfehlen sich zur Erzeugung eines kleinen Differenzdruckes, wie hier verlangt wird; die ersteren beiden arbeiteten mit einem sehr hohen mittleren Siedepunkte in Gefäfsen, welche dem Druck der Atmosphäre widerstehen konnten; letztere arbeitete mit grofser Schnelligkeit, um die Undichtigkeit auf das geringste Maafs zurückzuführen.

Es ist bei dem vorliegenden Apparat zweckmäfsig, zwei Vacuum-Messer zu haben, einen an der zu den Einlafsventilen führenden Röhre, und hierzu ist der kleine Syphon-Quecksilber-Messer zweckentsprechend, indem er bei 0,2 anzeigt, wann das Eis entsteht, und durch Höhergehen, dafs alles Eis gebildet ist, und einem zweiten an der zum Condensator führenden Röhre. Letzterem Zwecke wird einBourdon-Messer entsprechen.

Behufs Anwendung dieser Erfindung zu verschiedenen Zwecken wird eine Anzahl Apparate verwendet, welche verschiedenen Anforderungen entsprechen, unter denen folgende Erwähnung verdienen:

Zur Fabrikation von Eis braucht das Wasser nur in ein Gefäfs gebracht zu werden, welches dem äufseren Druck der Atmosphäre, widerstehen kann; verbunden mit der Pumpe, wird das Gefäfs nur so mit Wasser gefüllt, dafs dasselbe nicht in die Pumpe überkocht. Wo jedoch grofse Eisblöcke verlangt werden, wird folgendem)aafsen verfahren: Ein oder mehrere Gefäfse (Gefriergefäfs genannt, von der für die Eisblöcke gewünschten Form aus geeignetem Material, z. B. Zink) werden in ein anderes Gefäfs gestellt, welches mit einer Oeffnung ver-

sehen ist, die grofs genug ist, um das Gefriergefäfs durchzulassen. Diese Oeffnung wird mit einem vollständig luftdicht passenden Deckel in bekannter Weise verschlossen, und die Wasserdämpfe, indem sie von dem Gefriergefäfs fortgeführt werden, über die Oberfläche jenes Gefäfses zur Pumpe geleitet.

Zuweilen wird das Gefrierwasser, ehe es in das Gefriergefäfs gelassen wird, abgekühlt, indem der kalte Dampf vom Gefriergefäfs über ein Gefäfs oder Röhren geht, welche es enthalten, oder durch Röhren, welche durch dasselbe hindurchgehen; das so abgekühlte Wasser kann entweder in Zwischenräumen oder in einem kleinen Strom in das Gefriergefäfs geleitet werden, oder das in einem Verfahren abgekühlte Wasser kann in einem folgenden Verfahren zur Verwendung gelangen.

Zuweilen werden die von dem in Eis zu verwandelnden Wasser absorbirte Luft und Gase mehr oder weniger entfernt, ehe es in das Gefriergefäfs gelassen wird, indem es dem theilweisen Vacuum unterworfen wird, welches durch die zweite Pumpe oder Luftpumpe in einem geschlossenen Gefäfs erzeugt wird.

In den Zeichnungen sind diese drei letzten Processe mehr oder weniger in zwei verschiedenen Apparaten ausgeführt, deren erster, welcher an der vollständigen Maschine angebracht ist, kleinen Anforderungen entspricht und deren zweiter, in Fig. 2 und 3, gröfseren Anforderungen Rechnung trägt. In beiden Figuren bezeichnen dieselben Buchstaben gleiche Theile.

M ist das Gefriergefäfs, welches in Fig. 1 aus Glas, als schlechtem Wärmeleiter, hergestellt ist, in Fig. 2 jedoch aus Metall, das durch die kalten AVasserdämpfe, die über seine Oberfläche gehen, mittelst des Diaphragma N isolirt wird, was nur mit dem oberen Theile der Fig. 1 der Fall ist.

N in Fig. 2 ist das Gefäfs mit luftdichtem Deckel / zur Aufnahme des Gefriergefäfses; die Fuge wird durch einen gewöhnlichen geschmierten Verpackungsring aus Kautschuk dicht gemacht, während in Fig. 1 das Gefriergefäfs mit dem oberen Theil durch eine kurze Röhre von geschmiertem Kautschuk verbunden ist, welche um dasselbe herumgelegt ist. Der Weg, welchen der Dampf zur Pumpe nimmt, ist durch Pfeile angedeutet. O ist eine Kühlschlange zum Abkühlen des in Eis zu verwandelnden Wassers und ist so angebracht, dafs die Dämpfe über dasselbe hinweggehen; diese Röhre ist an einem Ende mit dem Wasserbehälter P verbunden und am anderen Ende mit dem Ventil Q, um den Zutritt von Wasser in das Gefriergefäfs zu reguliren; dieses Ventil mufs sich direct in das Gefäfs öffnen, ohne dazwischen befindlichen Durchlafs, da er sonst durch die Bildung von Eis verschlossen wird. Das Gefäfs N kann mit sichtbaren Löchern, wie bei Vacuumpfannen, versehen werden.

Der Behälter P kann ein verschlossenes Gefäfs sein, von dessen oberem Theil eine Röhre zur zweiten oder Luftpumpe geht, und in welches das Wasser durch einen Hahn eingelassen wird.

Bei der Anwendung der Erfindung auf das Abkühlen von Wasser oder wässerigen Lösungen, z. B. Bierwürzen, können dieselben in ein Gefäfs gethan werden, welches, theilweis angefüllt, dem äufseren Druck der Atmosphäre zu widerstehen vermag und mit der Pumpe verbunden ist; die Wasserdämpfe können soweit entzogen werden, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist, oder es kann eine Röhre von genügender Länge in ein ähnliches Gefäfs, welches theilweise mit Wasser gefüllt ist, gelegt werden, und Wasser kann durch die Röhre geführt werden, um nachher in bekannter Weise zum Abkühlen benutzt zu werden, oder es können abzukühlende Flüssigkeiten durch die Röhre geleitet werden; in jedem Falle läfst man am besten das abzukühlende Wasser bezw. die abzukühlende Flüssigkeit oben am Gefäfs in die Röhre ein- und unten wieder austreten, und giebt der Röhre die Form flacher Spiralgewinde oder miteinander verbundener Roste, welche in dem Gefäfs horizontal übereinander gelegt werden, so dafs nur die unteren mit dem das Gefäfs theilweise füllenden Wasser bedeckt sind, und die Abkühlung des Wassers bezw. der Flüssigkeit in der Röhre durch den Dampf auf seinem Wege zur Pumpe beginnen, und durch das am unteren Theil des Gefäfses verdunstende Wasser beendet werden kann; der Gefrierpunkt dieses Wassers im Gefäfs kann durch chemische Beimischungen in bekannter Weise erniedrigt werden.

In dem Falle der Luftabkühlung kann dieselbe durch Röhren geleitet werden, welche in einem ähnlichen Gefäfs, wie es zur Abkühlung des Wassers dient und beschrieben ist, befestigt sind; die Röhren sind in mehr oder weniger senkrechter Lage anzubringen, so dafs Gefäfs nebst Röhren der Gestalt eines vielröhrigen verticalen Dampfkessels gleichen, in dem die abzukühlende Luft vorzugsweise in senkrechter Richtung nach unten durch die Röhren geführt wird; wird ein Kältegrad unter dem Gefrierpunkt gewünscht, so müssen Mittel angewendet werden, z. B. Kratzvorrichtungen, um den unteren Theil der Röhren frei von Reif zu halten; und können Chemikalien dem Wasser zugesetzt werden (welches das Gefäfs nur zum Theil füllen darf), um seinen Gefrierpunkt zu erniedrigen.

Beim Austrocknen mittelst dieser Erfindung können die auszutrocknenden Substanzen auf einen oder mehrere Tröge gelegt und in ein Gefäfs gebracht werden, ähnlich demjenigen, welches, als zur Aufnahme des Gefriergefäfses bestimmt, beschrieben worden ist; die Tröge können auf Roste von Röhren oder in Fächer gestellt werden, welche dünnen Kästen ähnlich sind, durch welche warmes Wasser geführt werden kann; oder die den zu trocknenden Substanzen entzogenen Wasserdämpfe können,

nachdem sie mehr oder weniger comprimirt worden, anstatt des warmen Wassers durch die Röhrenroste oder dünnen Kästen geleitet werden, indem dasjenige Ende der Röhren bezw. Kästen, welches dem Dampfeinlafs-Ende entgegengesetzt ist, mit der Luftpumpe verbunden ist.

Fig. 4 erläutert diese Einrichtung näher.

Bei der Anwendung dieses Apparates ist Vorsicht, entsprechend dem Charakter der zu trocknenden Substanzen erforderlich, das Vacuum im Gefäfs nicht zu schnell herzustellen und die Wasserdämpfe nicht zu- schnell fortzupumpen, da bei organischen .Substanzen die Zellen zerreifsen, wenn sie zu schnell einem Vacuum unterworfen oder zu gewaltsam ihrer Wasser-Bestandtheile beraubt werden; bei ganzen Früchten wird die Schale zerrissen, besonders wenn solche sehr wenig durchdringlich ist. Wo ferner die Gefrierkälte schädlich sein würde, darf der Druck des Wasserdampfes im Kessel nicht zu niedrig oder bis auf 5 mm Quecksilber herab ermäfsigt werden. Beim Verdunsten mittelst dieser Methode können die Flüssigkeiten in Gefäfsen untergebracht werden, welche einer gewöhnlichen Vacuumpfanne gleichen, und der Dampf abgepumpt und warmes Wasser durch die Röhren oder den Dampfmantel geleitet werden; oder der durch die Pumpe bezw. Exhaustor abgepumpte Dampf kann in die Röhren oder den Dampfmantel geleitet werden, deren Auslafs-Ende mit der Luftpumpe verbunden ist, wie im Condensator des Gefrier-Apparates; und wo ein hoher Grad der Concentration gewünscht wird, ist es (wegen der sehr geringen Expansionskraft des Wasserdampfes) empfehlenswerth, den Boden der Pfanne sehr flach zu machen und nicht zu viel Tiefe der Flüssigkeit zu haben, d. h. nicht über 0,3 m, oder dieselbe mit einem Rührer in bekannter Weise umzurühren.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Die oben beschriebene Methode, den Dampf, welcher aus dem Wasser hervorgeht, wenn dasselbe einem Vacuum unterworfen wird, fortzuführen und mittelst eines Druckes zu comprimiren, welcher geringer ist, als der Athmosphärendruck, und zwar vermöge einer Pumpe, welche genügend gewärmt wird, um die Condensation des Dampfes in derselben zu verhindern.

2. Die Vereinigung der oben beschriebenen und unter 1 defmirten Methode mit der einen oder anderen der oben beschriebenen Methoden zur Beseitigung des comprimirten Dampfes, wie in der Beschreibung näher erläutert wurde.

3.' Die mit den Pumpen verbundene Einrichtung und Construction des in oben beschriebener Weise isolirten Gefriergefäfses, in welchem das in Eis zu verwandelnde Wasser abgekühlt wird, ehe es in das Gefriergefäfs gelangt, und zwar mittelst des auf dem Wege zur Pumpe befindlichen Dampfes, wie oben beschrieben und in den Zeichnungen erläutert.

Hierzu I Blatt Zeichnungen.