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Vorrichtung zur Kondensation der in Luft und Gasen enthaltenen Dämpfe
Die Entfeuchtung der Luft mittels Küblung ist an sich bekannt, ebenso die Nutzbarmachung
der Kälte ( zum Kondensieren von verdichteten Ammoniak- oder Kohlensäuredämpfen
der Kältemaschine), welche beim Schmelzen des dabei entstandenen Eises und beim
Erwärmen des Eiswassers frei wird.
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Aber der Prozeß läßt noch die Rückgewinnung derjenigen Kältemengen
vermissen, welche der Luft beim Tiefkühlen zugeführt wurden. Das neue Verfahren
hat zur Grundlage, die der Luft zugeführte Kälte nahezu Z,
restlos wiederzugewinnen.
Um beispielsweise iooocbmLuft bis auf 2gWasserdampfgehalt pro Kubikmeter zu entfeuchten,
muß sie von +:2o' auf - io' abgekühlt werden, was einer Kälteleistung von
1 000 X 30 X 0,3
= 9 ooo Kal. entspricht.
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Der entzogene Wassergehalt beträgt 15 kg
= rund io ooo
Kal. Kälteleistung einschließlich der Gefrierkälte des entstandenen Eises, zusammen
also rund ig ooo Kal.
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Nach den bisherigen Verfahren werden davon zurückgewonnen: i. durch
das Schmelzen des Eises 15 X So i 2oo Kal., :2. die im Schmelzwasser enthaltene
Kälte bis + io0 = 4oo Kal-, 3. die im Eis enthaltene Kälte
mit 15 X 0,5 X 10
=75Kal.; zusammen also nur i 675Kal. Nun könnte
man zwar in einem Röhren-Gegenstrom-Kältetauscher die Kälte der entfeuchteten Luft
wieder an die abzukühlende Luft übertragen, aber in dieser einfachen Form ist dies
nicht möglich, weü sich der Gegenstromapparat sehr rasch mit Eis verstopfen würde.
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Bei dem hier zu beschreibenden neuen Verfahren wird die Kälte der
entfeuchteten Luft im -Umschaltwechselbetrieb auf die Eisenmasse von Kältespeichern
übertragen und nachfolgend von der durchgeleiteten, zu entfeuchtenden Frischluft
wieder aufgenommen. Bei dieser Art der wechselweisen Kälteübertragung taut das Eis
immer sofort wieder auf, und das Wasser tropft nach unten ab; eine Verstopfung durch
Eis kann hier nicht eintreten, wie folgende Betrachtung beweist: Wenn in einen beispielsweise
mit Blechstreifen gefüllten. 2 m hohen Behälter, der vorher auf - io' gekühlt
wurde, von oben feuchte Frischluft mit + 2o' eingeblasen wird, dann wird
sich die Luft schon im oberen Teil des Kältespeichers auf - io' abkühlen
und dabei die Blechstreifen auf + 2o' erwärmen. Während der Abkühlung der
Luft wird der Wasserdampf kondensieren und zu Eis gefrieren, anschließend daran
aber taut die nachfolgende warme Luft das Eis fortlaufend wieder auf, und das Wasser
fließt nach unten ab. Allerdings sättigt sich die
nachkommende Frischluft
dabei mit Wasser-' dampf, aber das ist weiter kein Nachteil, weil sie auch ohnedies
meist schon auf 7o bis 8o0/" gesättigt ist, sie gibt ihren Wassergehalt beim Durchströmen
der anschließenden kalten Schichten des Kältespeichers ja doch wieder ab.
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Der Kältespeicher erwärmt sich solchermaßen fortlaufend von oben nach
unten, und das Wasser tropft nach unten ab und gefriert an der Oberfläche der unteren
Blechstreifen. Der Kältespeicher muß nun jedoch bis zum unteren Ende erwärmt werden,
da sich sonst im unteren Teil im Laufe der Zeit so viel Eis ansammeln würde, daß
sich die engen Zwischenräume zwischen den Blechstreifen verstopfen würden. Der letzte
Teil der Luft kann deshalb in den Kältetauschern selbst nicht mehr völlig abgekühlt
und entfeuchtet werden, und dies muß daher im Ammoniakverdampfer nachgeholt werden.
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Die ausgeschiedene Feuchtigkeit bleibt teilweise an den Blechstreifen
haften und muß entfernt werden, ehe die getrocknete Luft auf dem Rückweg durch den
Kältespeicher geleitet wird, um in diesem ihre Kälte abzugeben, da sie sonst wieder
Feuchtigkeit aufnehmen würde. Zu diesem Behufe wird dann jeweils nach dem Erwärmen
des Kältespeichers noch weiter Frischluft durchgeblasen, bis der Kältespeicher trocken
ist.
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Durch das Kondensieren des Wasserdampfes wird ein großer Teil (etwa
2/,) der in den- Rekuperatoren aufgespeicherten Kälte verbraucht, der dann aber
auf dem Rückweg der Luft nicht mehr ersetzt wird, weil die entfeuchtete, auf
- io' abgekühlte Luft nur noch ihre fühlbare Kälte an die Speicher abgeben
kann, aber keine Verdampfungskälte mehr. Dieser Teil der Kälte muß von der Kältemaschine
zusätzlich geliefert werden.
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Auf beiliegender Zeichnung ist das Verfahren schematisch dargestellt.
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Die zugehörige Einrichtung besteht aus dem Ammoniakverdampf er alb
und dem Kondensator bla, mit den Umschaltventilen c' und c11 und dem Drosselventil
d, den beiden Kältespeichern el und e" mit den Umschaltventilen f'
und f11 und dem Druckluft-Zeitschalterg' und g". Das von der Maschine kommende'verdichtete
Ammoniakgas tritt abwechselnd bei h' und Y' in die abwechselnd als Verdampfer oder
Kondensator wirksamen Röhren-Kältetauscher alb oder bla ein. Im Kondensator verflüssigt
sich das Animoniak-,a g s und strömt dann durch das Drosselventil d in die
Rohrschlangen des Verdampfers über, uni oben aus denselben wieder vom Kompressor
abgesaugt zu werden.
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Die feuchte Frischluft tritt bei f' in den Kältespeicher e'
oben ein, durchströmt diesen und kühlt sich dabei auf - io' ab, wobei sich
der Wasserdampf an denBlechstreifen niederschlägt und zu Eis gefriert, das nachfolgend
aber von der Frischluft wieder aufgetaut wird. Dieser Vorgang setzt sich so lange
fort, bis der Kältespeicher sich zu etwa 1/" seines Inhalts auf Frischlufttemperatur
erwärmt hat. In dieser Periode findet die Entfeuchtung im Kältespeicher statt. Es
wird aber nun noch weiter Luft durchgeblasen, um die an den Blechstreifen anhaftende
Feuchtigkeit abzutrocknen. In dieser Nachblaseperiode geht im Kältespeicher weder
eine Entfeuchtung der Luft noch eine Abkühlung mehr vor sich. Beides findet in dieser
Nachblaseperiode sodann im Ammoniakverdampfer statt, durch den die Luft mit
Leitung 11 geleitet wird. Die trockene Luft zieht dann durch Leitung 21'
nach dem Kältespeicher e" ab, um in diesem ihre Kälte abzugeben und denselben bei
m' zu verlassen.
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Nun wird umgeschaltet, und die Luft tritt bei f' in den Kältespeicher
e" ein, kühlt sich in diesem auf - io' ab, wird dann durch Leitung
3" nach dem Verdampfer bla, der vorher als Kondensator im Betrieb war, abgeleitet
und nachgekühlt und von da durch Leitung 4!' in den Kältespeicher e, um bei in'
aus diesem getrocknet entnommen zu werden. Bei k', kl', p' und p"
wird das der Luft entzogene Wasser abgeführt.
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Das im Verdampfer sich bildende Eis wird bei dessen nachfolgender
Tätigkeit als Kondensator durch die bei der Ammoniakverflüssigung frei werdende
Wärme wieder abgeschmolzen, und das an den Röhren haftende Wasser friert dann, soweit
es nicht abfließt, sofort fest, wenn der Kondensator anschließend daran -wieder
als Verdampfer wirkt, so daß die zu trocknende Luft nicht mehr mit Feuchtigkeit
in Berührung kommt. Die Umschaltung zwischen Ammoniakverdampfer und Kondensator
erfolgt nicht gleichzeitig mit dem Umschalten der Kältespeicher, sondern etwa inmitten
der Umschaltpausen, damit zum Abkühlen des Kondensators und zum Gefrieren der anhaftenden
Feuchtigkeit Zeit verbleibt. Verdampfer und Kondensator enthalten deshalb ebenfalls
genügend Eisen im Röhrengewicht als Ausgleichsspeicher. Mit diesem Verfahren wird
die der Luft zugeführte Kälte zu 98 % wieder zurückgewonnen, so daß nach
dem angeführten Beispiel auf je i ooo cbm getrockneter Luft noch ein Kälteaufwand
von etwa io ooo Kal. einschließlich der Verluste verbleibt, entsprechend rund
2,5 PS. e. h. für das Aus * scheiden von 15 1
Wasser, da auch
die beim Schmelzen des Eises und bei der Erwärmung des Eiswassers gewonnene Kälte
den Kraftbedarf mindert. -Ein Vergleich mit der relativen Entfeuchtung
durch
Erhitzung der Luft in der Anwendung für eine Trockenanlage zeigt folgendes Ergebnis:
Die Luft enthält im gesättigten Zustande bei + 20' 17 g Wasserdampf
pro Kubikmeter. Wenn sie weitere 15 - aufnehmen soll, so muß sie mit
+ 35' abziehen und auf + 65' erbitzt werden, also um 45' entsprechend
13 Kal. pro cbm == 13 ooo Kal. für i ooo cbm Luft. Es muß sodann aber
auch das zu trocknende Gut einschließlich dessen Wassergehalt auf durchschnittlich
= 5o' erwärmt werden, was bei einem Feuchtigkeitsgehalt von So
0/, rund i ooo Kal. Wärme absorbiert. Die Verluste sind mit 3 6oo
Kal. einzu-_#etzen. Ergibt zusammen 17 6oo Kal. gegenfiffier :2,5 PS. e.
h. des neuen Verfahrens # 7 000 Kal. Pro PS- e. h., während
zur Erzeugung einer PS. e. h. höchstens 4 000 Kal. verbraucht werden.
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Die durch Kühlung entfeuchtete Luft erfährt naturgemäß ebenfalls eine
Abkühlung bei der Wasserdampfaufnahme, wenn sie zu Trocknungszwecken beilutzt wird,
und zwar um etwa 15', und die Wasseraufnahrne würde dabei auf die Hälfte
sinken.
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Das kann aber hier ohne Betriebskosten dadurch vermieden werden, daß
in dem Raurne, der das zu trocknende Gut enthält, von Wasser oder Luft durchflossene
Rohrsysteme angeordnet werden, an denen sich die Trockenluft fortlaufend in dem
Maße wieder erwärmen kann, als sie durch Wasseraufnahme Wärme verliert. Da diese
Heizluft nur mit der natürlichen Wärme zugeführt wird, ist dabei kein künstlicher
Wärmeaufwand nötig. Im Sommer wird man dazu Luft benutzen, im Winter Wasser. Die
Trocknung der Luft mittels Kühlung nach dem neuen Verfahren ist somit auch bei der
Verwendung der entfeuchteten Luft für Trockenzwecke viel wirtschaftlicher als durch
Erhitzung, bietet aber roch sonstige Vorteile, insbesondere da, wo das Trockengut
nicht warm werden darf oder gekühlt werden soll. Diese Kühlung entsteht dann ganz
von selbst durch die Wasseraufliahme der Luft beim Trockenprozeß, und zwar bei Bedarf
bis zum Gefrierpunkt. Diese Art der Kälteerzeugung ist in allen den Fällen die wirtschaftlichste,
wo, wie bei Lebens- und Genußmitteln usiv-, neben der Kühhing auch eine Trocknung
verlangt wird. Die so getrocknete Luft kann verlustlos überall hingeleitet werden,
weil sie bei der gleichen Temperatur wie die Atmosphäre keine Wärme verliert. Besonders
die Raumkühhing in warmer Jahreszeit für den Aufenthalt von Personen vornehmlich
in südlichen Gegenden wird mit dem neuen Verfahren sehr erleichtert und verbilligt,
weil die Fort-V
leitung keine Kälteverluste und keine Isolierung bedingt.
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Daneben aber ist eine wirtschaftliche Luftentfeuchtung für den Hochofenbetrieb
und für chemische, metallurgische und wärmetechnische Bedürfnisse von großer Bedeutun-Die
kennzeichnenden Merkmale der Neuerung ergeben sich aus Folgendem: r. Vor und hinter
dem Ammoniakverdampfer ist je ein Kältespeicher mit Blechstreifenfüllung
zur Aufnahme der Kälte aus der abgekühlten und entfeuchteten Luft und deren übertragung
an die feuchte Frischluft im Umschaltwechselbetrieb eingeschaltet.
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2. Der jeweils vor dem Verdampfer geschaltete Kältespeicher wird von
der Frischluft vollständig auf Raumtemperatur erwärmt und so lange noch weiter Frischluft
durchgeblasen, bis die'an der Eisenmasse des Kältespeichers haftende Feuchtigkeit
abgetrocknet und der jeweils hinter dem Verdampfer geschaltete Kältespeicher durch
Nachkühlung der eingeblasenen Frischluft in einem Ammoniakverdampf er wieder vollständig
auf - io' abgekühlt ist.
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3. Die Umschaltung des Verdampfers und der Kältespeicher geschieht
mittels Druckluft-Zeitschalter, wobei zweiseitig wirkende Kolben durch Preßluft
von 3 bis 4 Atm. in bestimmten, regelbaren Zeitabständen verdiängt werden
und dabei mit einem Gestänge die Umschaltventile steuern.