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Verfahren zur Abkühlung solcher Stoffe, die in der Kälte eine beabsichtigte
physikalische oder chemische Veränderung erfahren Bei der Behandlung von Wein mit
künstlicher Kälte wird vorübergehend eine Temperatursenkung des Weines bewirkt,
um Ausscheidung von Eiweiß- und anderen Stoffen zu erzielen. Bei der Tiefkühlung
von Ölen handelt es sich darum, Paraffin und andere Teile in Kristall-, Flocken-
oder anderer Form von dem verbleibenden Lösungsmittel zti trennen. Bei dem Ausfrieren
von Most ,v ird das Auskristallisieren eines Teiles des Wassergehalts bewirkt, um
eine stärker konzentrierte Lösung zu gewinnen. Wird nasser Torf ausgefroren, so
gelingt es nach dem Auftauen, das vorher gebundene Wasser leicht zu entfernen. In
allen solchen Fällen, für die die angefübrten nur Beispiele darstellen, handelt
es sich darum, einen, meist flüssigen, Stoff abzukühlen, um eine physikalische oder
chemische Veränderung zu bewirken und Teile des Stoffes abzutrennen. Nach Ausführung
der Trennung ist es hierbei möglich und meist erwünscht, die gewonnenen Erzeugnisse
sich wieder erwärmen zu lassen. Dies geschieht bei flüssigen Bestandteilen in der
Regel in der Weise, daß in Austauschvorrichtungen die tiefgekühlte Flüssigkeit dazu
benutzt wird, die abzukühlende Flüssigkeit vor der Behandlung vorzukühlen. Das Verfahren
genügt, wenn, wie bei Wein, der Anteil an ausgeschiedenen Feststoffen verhältnismäßig
gering ict, der Kälteverbrauch daher in der Hauptsache auf Abkühlung der Flüssigkeit
entfällt.
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Es gibt jedoch zahlreiche Verfahren, bei denen der Anteil der in fester
Form - Eis, Schnee, Kristalle irgendwelcher Zusammensetzung - ausgeschiedenen Bestandteile
erheblich ist, z. B. dann, wenn das Ausfrieren angewandt wird, um die Konzentration
der Restflüssigkeit in starkem Maße zu erhöhen, Der Kälteverbrauch entfällt alsdann
zum großen Teil auf die Entziehung der bei. der Schnee-, Eis-, Kristallbildung frei
werdenden latenten Wärme. Ihre Rückgewinnung in Austauschapparaten ist dann nicht
möglich, wenn das nachträgliche Schmelzen des Schnees, Eises oder der Kristalle
mehr Wärme fordert, als der Abkühlung des zu behandelnden Stoffes bis auf die Temperatur,
bei der die Schnee-, Eis-, Kristallbildung vor sich geht, entspricht. Das Maß der
aus den abgeschiedenen festen Bestandteilen rückgewinnbaren Wärme wird bei flüssigen
Stoffen noch dadurch verringert, daß der zu behandelnde Stoff zweckmäßig zunächst
mit der bei der Kältebehandlung gewonnenen, konzentrierten Flüssigkeit in Wärmeaustausch
tritt. Infolgedessen wird bisher ein großer Teil der für die Anw ärmung der getrennten
Bestandteile erforderlichen Wärme entweder durch längeres Stehenlassen aus der Umgebung
bestritten oder,
unter besonderem Energieaufwand, durch künstliche
Erhitzung geliefert. Es ist bekannt, bei rnehrstufigen Vakuumkältemaschinen die
aus dem Verdampfer der letzten Stufe abfließende -Abfallauge dazu zu benutzen, einen
Teil der Dämpfe aus den Verdampfern der übrigen Stufen in Mischkondensatoren niederzuschlagen,
worauf der Rest der Dämpfe verdichtet und in einem oder mehreren wassergekühlten
Kondensatoren verflüssigt wird. Dieses Verfahren stellt eine im allgemeinen unerwünschte
Verwicklung dar, weil es eine Teilung des Verdampfers in mehrere Stufen fordert.
Ist der Anteil der in fester Form ausgeschiedenen Bestandteile erheblich, so verliert
das Verfahren außerdem an 'Bedeutung, da es nur die überschüssige Kälte der flüssigen
Abfalllauge ausnutzt, nicht aber die überschüssige Kälte aus den ausgeschiedenen
Bestandteilen.
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Den: Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein Verfahren, bei
dem die in dem verarbeiteten Stoff aufgespeicherte Kälte zur Verbesserung der Arbeitsweise
der Kühlmaschine benutzt wird, ohne daß es nötig wäre, die an sich mögliche Teilung
des Verdampfers in ,verschiedene Stufen vorzunehmen. Während das beschriebene bekannte
Verfahren der Vakuumkältemaschine die in der Abfallauge überschüssige Kälte zur
teilweisen Verflüssigung der Dämpfe vor ihrer Verdichtung verwertet, wird bei der
vorliegenden Erfindung die Kälte zur Verflüssigung der verdichteten Kältemitteldämpfe
ausgenutzt. Das der Erfindung zugrunde liegende Arbeitsverfahren geht aus Abb. i
beispielsweise hervor. Es bezeichnet darin i den Verdichter einer Kältemaschine,
der die Dämpfe aus dem Verdampfer 2 absaugt und in den Verflüssiget 3 drückt. Der
verflüssigte Arbeitsstoff strömt durch das Regelventil4 in den Verdampfer. In dem
Raum 5 befindet sich der zu kühlende Stoff: Er tritt bei 6 mit einer Temperatur
von beispielsweise ao° ein und bei 7 mit einer Temperatur von -5c' aus. Der Raum
S dient zur Aufnahme des Kühlmittels, durch das die bei der Verflüssigung des in
der Kältemaschine angewandten Arbeitsstoffes frei werdende Wärme gebunden wird.
Als Kühlmittel wird nach der vorliegenden Erfindung der durch die Kältebehandlung
in 5 veränderte Stoff ganz oder teilweise verwendet, der bei g ein- und bei 1o austritt.
Bei i i kann in irgendeiner Weise die Trennung der Bestandteile des durch die Kälte,
behandelten Stoffes erfolgen: Die verstärkte Lösung kann in der Austauschvorrichtung
2o zur Vorkiihlung des zu behandelnden Stoffes dienen. Der zweite Bestandteil tritt
bei g in der Hauptsache in fester Form ein und bei 1o verflüssigt aus. Wird von
Verlusten abgesehen, so herrscht im dargestellten Beispiel bei g eine Temperatur
von -5° und bei 1o etwa o°, wenn es sich z. B. um Wassereis handelt und das Schmelzwasser
nicht über den Taupunkt erwärmt werden soll.
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Der' dargestellte Arbeitsvorgang ist jedoch in dieser Weise nicht
ohne weiteres möglich. Die in dem Räum 8 abzuführende Verflüssigerleistung ist um
den Wärmewert der Verdichterarbeit größer als die in Raum 5 frei werdende Verdampferleistung.
Da zudem die in 5 gebildeten Feststoffe nur einen Teil des durchgeschickten Stoffes
darstellen, kann deren Schmelzwärme allein nicht zur Bindung der Verflüssigerleistung
ausreichen. Es ist infolgedessen nötig, einen Teil der im Verdampfer 2 gebildeten
Dämpfe unter Verwendung eines weiteren Kühlmittels zu verflüssigen, als welches
in der Hauptsache Kühlwasser in Betracht kommt: Dies kann dadurch geschehen, daß
ein zweiter Verdichter 12 mit dem Verdichter r parallel geschaltet ist und durch
einen zweiten Verflüssiger 13 arbeitet, der in bekannter Weise durch Wasser gekühlt
wird, das bei 14 z_. B. mit io' ein-und bei 15 z. B. mit 2o° austritt. 16 stellt
das zweite Regelventil dar; der abgedrosselte Arbeitsstoff tritt durch die Leitung
17 in den Verdampfer 2. Es ist hierbei gleichgültig, ob für die beiden Kreisläufe
ein gemeinsamer Verdampfer, wie angedeutet; oder zwei getrennte angewandt werden.
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Zweckmäßiger ist die teilweise Hintereinänderschaltung der beiden
Kreisläufe nach Abb. 2. Der Verdichter i saugt hierbei die gesamten, in dem Verdampfer
2 entstehenden Dämpfe an. Ein Teil tritt durch den Verflüssiger 3. Der Rest wird
durch den zweiten Verdichter 12 in den zweiten Verflüssiget 13 gefördert und strömt
von da, wie zuvor beschrieben, durch das Regelventil 16 und die Leitung 17 in den
Verdampfer 2.
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In dem dargestellten Falle kann die Verflüssigungstemperatur in dem
Verflüssiget 3 zu etwa 5 ° angenommen werden, während sie in dem Verflüssiget 13
etwa :25' beträgt: Wird gleichzeitig die in dem Verdampfer 2 herrschendeVerdampfungstemperatur
zu etwa - io' angesetzt, so arbeitet der erste Kreislauf zwischen - io' und 5°;
der zweite Kreislauf zwischen - io' und 25°. Der Energieaufwand für die Einheit
der Kälteleistung ist daher im ersten Kreislauf wesentlich niedriger als im zweiten
Kreislauf, im dargestellten Beispiel rund die Hälfte. Gegenüber der bisherigen Arbeitsweise,
für die die Verhältnisse des zweiten Kreislaufs maßgebend sind, ergibt sich daher
eine wesentliche Energieersparnis. Sie ist um so höher, je größer der Anteil der
im Verflüssiget 3 arbeitenden, in fester Form eintretenden
Stoffe
ist. Dadurch eignet sich das neue Verfahren gerade für diejenigen Prozesse, die
bisher in geringerem Maße wirtschaftlich waren. Ein Beispiel hierfür bietet die
Entwässerung des Torfes nach dem Gefrierverfahren.
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Der Wärmeaustausch -zwischen Verdampfer 2 bzw. Verflüssiger 3 einerseits
und dem zu behandelnden Stoff andererseits kann in den Räumen 5 und 8 in beliebiger
Weise erfolgen, beispielsweise dadurch, daß der zu behandelnde Stoff die Kühlschlangen
umgibt, in denen der in der Kältemaschine umlaufende Arbeitsstoff sich befindet
oder mittelbar dadurch, daß nach Abb. 3 der zu behandelnde Stoff 18 hintereinander
durch den Verdampferraurn 5 und Verflüssigerraum 8 geführt wird und hierbei mit
der Kühlfläche des Verdampfers 2 bzw. des Verflüssigers 3 durch Vermittlung eines
den Raum 5 bzw. 8 erfüllenden Wärmeträgers, im allgemeinen Luft, in Wärmeaustausch
tritt. Hierbei kann beispielsweise der Wärmeaustausch durch besondere Umlaufmittel
i9, z. B. Lüfter, verbessert werden. Abb. 3 ist gleichzeitig ein Beispiel für die
Anwendung der Erfindung auf einen Stoff, bei dem die Trennung nicht, wie in Abb.
i und 2, zwischen Verdampferraum 5 und Verflüssigerraum 8, sondern erst im Verflüssigerraum
8 erfolgt. Hierbei steljen beispielsweise die Körper 18 Torfsoden dar, die in 5
ausgefroren, in 8 aufgetaut werden und anschließend ihren Wassergehalt zum großen
Teil abgeben.
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Es ist auch möglich, die nach Abb. i und 2 bei i i getrennten Bestandteile
beide unabhängig voneinander zur Kühlung des Verflüssigers 3 zu verwenden, beispielsweise
in der Weise, daß der Verflüssiger 3 in zwei Teile geteilt wird, von denen jeder
von einem Teil des zerlegten Stoffes gekühlt wird.