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Trockeneisdurchflußkühler für alkoholische Flüssigkeiten Zum Tiefkühlen
von Flüssigkeiten, Gasen, Dämpfen und Gemischen derselben im Durchfluß kann mit
Vorteil Trockeneis benutzt werden, weil dessen tiefliegende Verdampfungstemperatur
auch bei kurzzeitiger Berührung zwischen Kühlgut und Wärmeaustauschfläche dem Kühlgut
verhältnismäßig große Wärmemengen zu entziehen ermöglicht. Eine größere Anzahl chemischer
Prozesse verlangt die Tiefkühlung von Flüssigkeiten zur Verlangsamung gewisser Reaktionen
oder zur Erhöhung der Absorptionsfähigkeit für Gase. Bei der Herstellung von Riechstoffen
und anderen Erzeugnissen der Kosmetik ist die Tiefkühlung alkoholischer Flüssigkeiten
zum Zwecke der Ausscheidung von Trübungsstoffen notwendig. Bei einigen chemischen
Verfahren werden Gemische von Flüssigkeiten und Gasen oder Dämpfen der Abkühlung
unterzogen. Zur Verflüssigung gewisser Gase und Dämpfe in kleineren Mengen bei mäßigem.
Druck ist ebenfalls eine tiefe Abkühlung im Durchfluß erwünscht.
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Es sind Geräte zur Durchflußkühlung von Flüssigkeiten bekannt, bei
denen .Trockeneis zur Anwendung kommt. So hat man z. B. eine Rohrschlange; durch
welche die zu kühlende Flüssigkeit 'hindurchfließt, in ein doppelwandiges Glasgefäß
mit Spiegelflächen (Dewargefäß) eingesetzt und die Rohrschlange mit Trockeneis gekühlt.
Diese und ähnliche Vorrichtungen haben aber den Mangel, daß sie keine unmittelbare
Berührung zwischen Trokkeneis und Wärmeaustauschfläche zustande kommen lassen, wenn
große Unterschiede zwischen Verdampfungstemperatur des Trokkeneises und der mittleren
Kühltemperatur des Kühlgutes bestehen. Es tritt dann eine dem Leidenfrostschen Phänomen
sehr ähnliche Erscheinung auf, indem sich an den Berührungsflächen eine Dampfschicht
ununterbrochen neu bildet, auf welcher das Trockeneis mit kleinem Abstand von den
Metallflächen schwimmt. Infolgedessen sind praktisch alle Wärmeaustauschflächen
nur mit Gas in Berührung, und der Wärmeübergang erfolgt trotz großen Temperaturunterschiedes
verhältnismäßig langsam. Durch das Tanzen des Trockeneisblockes auf den von dem
flüssigen Kühlgut durchströmten Wärmeaustauschern entsteht außerdem ein knatterndes
Geräusch, das belästigend wirkt und zur raschen Zerstörung des Gerätes beiträgt.
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Bei anderen Kühlgeräten für Trockeneis legt sich der Trockeneisblock
auf Metallroste oder Schneiden aus Aluminium auf, die eine Beschleunigung
der Verdampfung oder ein selbsttätiges Einschneiden des Blockes herbeiführen
sollen.
Zwischen Trockeneisblock und Auflage tritt bei diesen Kühlgeräten das Leidenfrostsche
Phänomen nicht auf, weil die Auflageflächen nahezu die Sublimationstern4, peratur
des Trockeneises angenommen habeft-Man kennt auch ein Kühlgerät, bei weg(' chem
der Trockeneisblock unmittelbar - auf einer Rohrschlange aufliegt, die von Sole
durchflossen wird, und bei dem dieBewegung der Sole durch die frei werdenden Kohlensäuredämpfe
nach dem Mammutprinzip erfolgt. Diese Geräte können zur Durchflußkühlung nicht dienen.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Trockeneisdurchflußkühler mit einer
Rohrschlange als Träger für das Trockeneis, der auch bei bleibend großem Temperaturunterschied
zwischen Trockeneis und Auflagefläche das Leidenfrostsche Phänomen nicht auftreten
läßt und welcher bei verhältnismäßig kleiner Wärmeaustauschfläche eine rasche Kühlung
gewährleistet. -Auf der Zeichnung ist ein Flüssigkeitskühler gemäß der Erfindung
als Beispiel dargestellt. Abb. i und 2 sind senkrechte Schnitte; Abb.3 ist eine
Einzelheit des Kühlschlangenträgers und Abb. q. ein Arbeitsschema des Apparates,
der hier für kleine flüssige Kühlgutmengen leicht beweglich gedacht ist. Mit a wird
das isolierte Gehäuse bezeichnet, das den Trockeneisraum b umschließt, der durch
den Deckel c dicht abgedeckt werden kann. Eine Kühlschlange d, an deren Enden sich
die Schlauchtüllen e befinden, ist mit dem Deckelstück f herausnehmbar in den Trockeneisraum
beingebaut. Die Kühlschlange geht in einigen Windungen waagerecht über den Boden
und senkrecht über einen Teil der Seitenwand. Ihre Windungen sind über ihre ganze
Länge auf ein gelochtes Blech g aus gut wärmeleitendem Metall aufgelötet. Dieses
Blech g dient als Träger der Kühlschlange d und ist so gelocht, daß jedes Loch auf
das Gerätinnere zu wie ein Trompetenmundstück aufgewulstet erscheint. Abb:3 läßt
die Form der Löcher erkennen. Die Höhe der Lochaufwulstungen entspricht etwa -der
Stärke der Kühlschlange.
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Die Arbeitsweise des Flüssigkeitskühlers ist aus Abb. q. zu ersehen.
Nach Füllung des Gerätes mit Trockeneis wird die zu kühlende Flüssigkeit durch Einblasen
von Luft in die Flasche zum Überfließen gebracht. Durch den Hahn h kann die Durchflußmenge
-und damit die Temperatur geregelt werden. Die gekühlte Flüssigkeit fließt in die
tieferstehende zweite Flasche ein. Man kann die Standorte der beiden Flaschen wechseln
und so die Flüssigkeit zum Nachkühlen oder nochmaligem- Kühlen wiederholt hin und
her fließen lassen. __ Die Ausbildung des Trägerbleches h hat die Wirkung, daß die
Erscheinung des Leidenfrostschen Phänomens nicht mehr auf-=a@eten kann und eine
Kälteübertragung durch ,unmittelbare Berührung zwischen Trockeneis @,iüzä stark
vergrößerter Wärmeaustauschfläche 'stättfindet. Bald nach Beginn der Kühlung setzt
sich der Trockeneisblock in die Aufwulstungen der Trägerblechlöcher ein und - umfaßt
die -Schlange. An den äußersten Rändern der Lochaufwulstungen hat das Metall des
Trägerbleches die tiefste Temperatur, und die Wärmeübertragung vom Kühlgut -zu diesen
Rändern läßt ein beträchtliches Temperaturgefälle entstehen. Dadurch wird erreicht,
daß der Trockeneisblock ruht, weil er zum größten Teil auf tiefgekühlten Flächen
aufliegt. An den wärmeren Flächen der Rohre höhlt sich der Eisblock etwas aus und-
wird im wesentlichen durch Wärmestrahlung in dem gleichen Maße verdampft wie an
den ausgewulsteten Lochrändern durch Wärmeleitung. Dadurch kann der Eisblock an
den wärmeren Flächen höchstens einen kleinen gleichbleibenden Abstand haben.
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Natürlich kann der Trockeneisdurchflußkühler auch jede andere Form
und Größe haben. So kann die Kühlschlange z. B. wie ein Käfig oder Korb .gestaltet
sein, in welchem das Trockeneis aufgenommen wird. Das flüssige Kühlgut kann durch
Gefälle oder durch Pumpen oder andere Fördermittel und das gas- oder dampfförmige
mit Ventilatoren oder Kompressoren bewegt werden. Der Kühler läßt sich auch mit
Filtern, Mischern, Duftanlagern, Gasabsorbern usw. unmittelbar verbinden. Er kann
zum Entwässern von öl, Alkoholen und anderen Flüssigkeiten benutzt werden und auch
dazu dienen, Gase und Dämpfe, auch finit Flüssigkeiten gemischte, tiefzukühlen oder
zu verflüssigen.
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Der technische Fortschritt und der wirtschaftliche Vorteil, die der
Erfindungsgegenstand bietet, bestehen im wesentlichen darin, daß zwischen flüssigem
oder gasförmigem Kühlgut eine große Temperaturdifferenz bestehen darf, ohne daß
deshalb das Leidenfrostsche Phänomen mit seinen lästigen und schädlichen Nebenwirkungen
auftritt. Durch die- Kühlschlange lassen sich also Flüssigkeiten oder Gase mit beliebiger
Geschwindigkeit hindürchschicken, und da für den Grad der Abkühlung die Berührungsdauer
zwischen Kühlgut und Kühlschlangenwandung maßgebend ist, kann man durch Änderung
der Durchflußgeschwindigkeit die Kühltemperatüren bestimmen: Von dem Trägerblech
wird die Kälte an die dem Trockeneis gegenüberliegende Seite der Kühlschlange geleitet,
so daß, also- über den ganzen -Rohrumfang die Schlangen-,vandung nahezu gleiche
Temperatur
hat und für gleiche Kühlleistungen mit wesentlich kleineren
Kühlflächen auszukommen ist.