Verfahren und Vorrichtung zur Kälteerzeugung Kälteerzeugungsverfahren,
die in -der Verdampfung eines hochmolekularen Kältemittels, wie z. B. NH3, N II,
C H3, Äther us:w., in einem niedrigmolekularen Betriebsgas, wie z. B. H=,
und in der Trennung des in dieser Weise erhaltenen Gemisches in seine ursprünglichen
Bestandteile bestehen, sind bereits bekannt. Die Trennung wird bei diesen bekannten
Verfahren dadurch bewirkt, daß man die Gase, vornehmlich das niedrigmolekulare Betriebsgas,
durch eine poröse Scheidewand diffundieren läßt, wobei die Diffusion infolge eines
Unterschiedes der Partialdrücke auf beiden Seiten der Scheidewand bei im übrigen
bestehender Gleichheit der Gesamtdrücke erfolgt. Zum gleichen Zwecke ist auch die
Benutzung der Thermodiffusion vorgeschlagen worden, die zustande kommt, wenn auf
beiden Seiten der Scheidewand eine Temperaturdifferenz, z. B. durch einseitige Beheizung
der Wand, hervorgebracht wird. Sowohl die auf den Partialdruckunterschied gestützte
Diffusion als auch die Thermodiffusion sind aber wenig taugliche Mittel, um eine
für den praktischen Betrieb befriedigende Lösung der Aufgabe zu ermöglichen. Weder
läßt sich eine wirksame Trennung der gemischten Gase erreichen noch kann die verhältnismäßig
geringfügige Konzentration der Gase beiderseits der Trennungswand in genügend kurzer
Zeit erzielt werden. Selbst bei der Thermodiffusion, welche die immerhin günstigere
der beiden Trennungsarten ist, sind die Ergebnisse für den praktischen Betrieb unzureichend.
Beispielsweise hat sich bei einem Versuch (Scientific Philosophical Magazine 1917,
S.248) ergeben, daß bei einem aus gleichen Teilen von CO= und H.; bestehenden Gasgemisch
bei Anwendung einer Temperaturdifferenz von 24o° E nach vier Stunden erst eine beiderseitige
Konzentration der- beiden Gase erreicht werden konnte, die nur um wenige Prozente
von dem Ausgangszustand abwich.Method and device for generating refrigeration Cold generating processes that involve the evaporation of a high molecular weight refrigerant, such as. B. NH3, N II, C H3, ether, etc., in a low molecular weight operating gas, such as. B. H =, and consist in the separation of the mixture obtained in this way into its original components, are already known. In these known processes, the separation is effected by allowing the gases, primarily the low molecular weight operating gas, to diffuse through a porous partition, the diffusion taking place as a result of a difference in the partial pressures on both sides of the partition while the total pressures are otherwise the same. For the same purpose, the use of thermal diffusion has been proposed, which occurs when there is a temperature difference on both sides of the septum, e.g. B. is brought about by heating the wall on one side. Both the diffusion based on the partial pressure difference and the thermal diffusion are, however, unsuitable means of enabling a satisfactory solution to the problem for practical operation. An effective separation of the mixed gases cannot be achieved, nor can the relatively low concentration of the gases on both sides of the partition wall be achieved in a sufficiently short time. Even with thermal diffusion, which is the more favorable of the two types of separation, the results are inadequate for practical operation. For example, in an experiment (Scientific Philosophical Magazine 1917, p.248) it has been shown that in a case of equal parts of CO = and H .; existing gas mixture when using a temperature difference of 24o ° E after four hours only a mutual concentration of the two gases could be achieved, which deviated from the initial state by only a few percent.
Die vorliegende Erfindung geht von der Beobachtung aus, daß eine wirksame
Trennung von Gasen verschiedenen Molekulargewichts in kurzer Zeit erreicht werden
kann, wenn man die Gase von einem Raum hohen Druckes in einen Raum niedrigen Druckes
durch eine halbdurchlässige, d. h. mit feinen Öffnungen versehene Scheidewand hindurchströmen
läßt. Nach angestellten Versuchen (Philosophical Transactions 1863, S. 385) ist
die Geschwindigkeit, welche die Gasmoleküle in diesem Falle annehmen, um mehrere
tausend Male größer als die Bewegungsgeschwindigkeit bei der unter Druckgleichheit
erfolgenden Diffusion. Nun ist aber.die Strömungsgeschwindigkeit nicht nur von der
Größe des Druckunterschiedes, sondern für jedes der im Gemisch enthaltenen Gase
auch von dessen Dichte abhängig, und zwar sind die spezifischen Geschwindigkeiten
den Quadratwurzeln
aus den Gasdichten, bei sehr niedrigen Drücken
den Molekurlargewichten, umgekehrt proportional. Wegen dieses großen Geschwindigkeitsunterschiedes
läßt.sich durch Ausnutzung dieser Erscheinung naturgemäß eine weitgehende Absonderung
oder Konzentration der Einzelgase erreichen. Auf den vorher betrachteten Fall eines
Gemischs aus Wasserstoff und Kohlensäure übertragen würde sich beispielsweise ein
Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten der Kohlensäure gegenüber dem Wasserstoff
von
und infolgedessen, wie die weitere Rechnung zeigt, ein Konzentrationsgrad von 92,4
°lo für H= bei einem Rest von 17,601o CO. ergeben. Diese wirksame Trennung erfolgt
außerdem wegen der stark gesteigerten absoluten Ströinungsgeschwindigkeiten beider
Gase verhältnismäßig rasch. Es läßt sich also durch Anwendung des Ausströmungsvorgangs
ein beträchtlich günstigerer Wirkungsgrad als bei den bekannten Verfahren erreichen,
wozu noch der weitere Vorteil kommt, daß die Abinessun-en der Vorrichtung wegen
der Beschleunigung des Vorgangs erheblich verkleinert werden können.The present invention is based on the observation that an effective separation of gases of different molecular weights can be achieved in a short time if the gases are allowed to flow from a room of high pressure to a room of low pressure through a semipermeable, ie, finely apertured partition . According to experiments (Philosophical Transactions 1863, p. 385), the speed which the gas molecules assume in this case is several thousand times greater than the speed of movement in diffusion taking place under equal pressure. Now, however, the flow velocity is not only dependent on the size of the pressure difference, but for each of the gases contained in the mixture also on its density, and the specific velocities are inversely proportional to the square roots of the gas densities, and at very low pressures to the molecular weights. Because of this great difference in speed, an extensive separation or concentration of the individual gases can naturally be achieved by exploiting this phenomenon. In the previously considered case of a mixture of hydrogen and carbonic acid, for example, a ratio of the flow velocities of the carbonic acid to the hydrogen of and consequently, as the further calculation shows, a degree of concentration of 92.4 ° lo for H = with a remainder of 17.601o CO. result. This effective separation also takes place relatively quickly because of the greatly increased absolute flow velocities of the two gases. By using the outflow process, a considerably more favorable degree of efficiency can be achieved than with the known methods, with the additional advantage that the size of the device can be reduced considerably because of the acceleration of the process.
Das benötigte Druckgefälle kann einfach dadurch erzeugt werden, daß
das Gasgemisch aus dem jenseits der Scheidewand liegenden Raume durch eine einen
hinreichenden Unterdruck schaffende Pumpe abgesaugt wird.The required pressure gradient can simply be generated in that
the gas mixture from the space on the other side of the septum through one
Sufficient vacuum creating pump is sucked off.
Die Zeichnung veranschaulicht in schematischer Darstellung ein Beispiel
einer zur Ausführung des Verfahrens dienenden Anordnung.The drawing illustrates an example in a schematic representation
an arrangement used to carry out the method.
In der dargestellten Vorrichtung ist mit i ein Verdampfer bezeichnet,
in welchem das hochmolekulare Kältemittel, wie z. B. Äther, mit Hilfe einer niedrigmolekularen
Substanz, z. B. Wasserstoff, unter Kälteerzeugung verdampft wird. Das bei der Verdampfung
gebildete Gemisch wird über die Leitung 2 dem Kondensator 3 zugeführt, von wo das
hochmolekulare Kältemittel nach Verflüssigung über die Leitung 8 nach dem Verdampfer
i zurückfließt, während die niedrigmolekulare Substanz durch eine halbdurchlässige
Scheidewand 4 hindurch mittels einer Saug- und Druckpumpe 5 abgesaugt wird; die
Pumpe steht einerseits über ein Saugrohr 6 mit dem Oberteil des Kondensators 3 in
Verbindung und ist andererseits mittels einer Druckleitung 7 an den Verdampfer i
angeschlossen. Die Pumpe erzeugt eine wesentliche Druckerniedrigung im Raume hinter
der Wand q., und es entsteht infolge der Differenz der Durchflußgeschwindigkeiten
der einzelnen Bestandteile des Gemisches auf einer Seite der Scheidewand, und zwar
auf der Seite der Saugpumpe, ein an niedrigmolekularer Substanz wesentlich aii-ereichertes
Gemisch, während auf der anderen Seite der Wand das hochmolekulare Kältemittel verflüssigt
wird. Die durch die Absaugung vom Kältemittel abgetrennte niedrigmolekulare Substanz
nimmt ihren Kreislauf von neuem auf.In the device shown, i denotes an evaporator,
in which the high molecular weight refrigerant, such as. B. ether, with the help of a low molecular weight
Substance, e.g. B. hydrogen, is evaporated with cold generation. That with the evaporation
The mixture formed is fed via line 2 to the condenser 3, from where the
High molecular refrigerant after liquefaction via line 8 after the evaporator
i flows back while the low molecular weight substance flows through a semi-permeable
Septum 4 is sucked through by means of a suction and pressure pump 5; the
On the one hand, the pump is connected to the upper part of the condenser 3 via a suction pipe 6
Connection and is on the other hand by means of a pressure line 7 to the evaporator i
connected. The pump creates a significant pressure reduction in the space behind
the wall q., and it arises as a result of the difference in the flow rates
of the individual components of the mixture on one side of the septum, namely
on the side of the suction pump, one that is substantially aii-enriched in low molecular weight substance
Mixture, while the high molecular refrigerant liquefies on the other side of the wall
will. The low molecular weight substance separated from the refrigerant by suction
resumes its cycle.
Es empfiehlt sich, die mit feinen Poren versehene Wand. auf höherer
Temperatur als den Kondensator zu halten, weil anderenfalls die Gefahr besteht,
daß die Wand durch das kondensierende Kältemittel verstopft würde. Bei dein dargestellten
Ausfiihrungsbeispirl wird der Temperaturunterschied dadurch "eschaffen, daß die
Scheidewand die Außentemperatur besitzt, während der Kondensatorraun' 3, wie durch
die Rippen angedeutet. unterkühlt ,wird. Liegt die Verdampfungstemperatur über der
Außentemperatur, so ist die Kühlung des Raumes 3 entbehrlich, während der Temperaturunterschied,
an der Scheidewand durch Anordnung einer Heizvorrichtung geschaffen werden kann,
die insbesondere in Betracht kommt, wenn die Durchtrittsöffnungen sehr klein sind.It is advisable to use the wall with fine pores. on higher
Temperature than the condenser, otherwise there is a risk of
that the wall would be clogged by the condensing refrigerant. With your depicted
The temperature difference is created by the fact that the
The partition wall has the outside temperature, while the condenser room 3, as through
the ribs indicated. is hypothermic. If the evaporation temperature is above the
Outside temperature, the cooling of room 3 is unnecessary, while the temperature difference,
can be created on the septum by arranging a heating device,
which comes into consideration in particular when the passage openings are very small.
Als Baustoff für die halbdurchlässige «Tand kann sowohl poröses -Material,
z. B. eine keramische 'lasse, Papier o. dgl., als auch ein mit kleinen Öffnungen
versehener fester Stoff, wie gelochtes Blech, Verwendung finden. Die halbdurchlässigen
Wände können aber auch aus einem unporösen festen Stoff -wie z. B. Palladium, Kautschuk
u. a. m. - bestehen. In diesem Falle ist die Beheizung der Scheidewand naturgemäß
von besonderer Bedeutung. Dabei wird entweder die Wand im ganzen erwärmt oder zum
mindesten ihre Oberfläche auf der Seite, auf welcher die Abtrennung des niedrigmolekularen
Betriebsgases erfolgt. Bei Verwendung einer Scheidewand aus Palladium kann dies
vorteilhaft in der --reise geschehen, daß an der dem Verdampfer abge--kehrten Seite
der Wand Quecksilberdampf entlang geleitet wird, der zunächst zusammen mit dem durch
die Scheidewand hindurchgetretenen Betriebsgas abgeführt, dann in einem besonderen
Behälter kondensiert lind dem Quecksilberkessel wieder zugeleitet wird. während
das Gas durch einen Kühler hindurch zum Verdampfer zurückgeführt wird, wo es mit
dem zweckmäßig ebenfalls vorher gekühlten und dann zum Verdampfer zurückfließenden
Kältemittel von neuem zusammentrifft. Bei Verwendung, von Kautschuk erfolgt die
Beheizung zweckmäßig mittels Öl-oder Wasserdampfs.Both porous material,
z. B. a ceramic 'let, paper o. The like., As well as one with small openings
provided solid material, such as perforated sheet metal, can be used. The semi-permeable
Walls can also be made of a non-porous solid material such as B. palladium, rubber
i.a. m. - exist. In this case, the heating of the partition is natural
really important. Either the wall is heated as a whole or to
at least their surface on the side on which the separation of the low molecular weight
Operating gas takes place. If a partition made of palladium is used, this can be the case
It is advantageous to do so during the trip that on the side facing away from the evaporator
mercury vapor is passed along the wall, which initially passes through it together with the
The operating gas which has passed through the septum is discharged, then in a special
Container condenses and is returned to the mercury boiler. while
the gas is returned through a cooler to the evaporator, where it is with
that which has also expediently been cooled beforehand and then flows back to the evaporator
Refrigerant meets again. When using rubber, the
Heating expediently by means of oil or steam.